서보 드라이버란?
서보 드라이버는 서보 시스템에서 컨트롤러에서 설정한 값에 따라 서보 모터를 제어하기 위한 장치입니다.
서보 시스템은 고속, 정밀 제어를 위해 산업기기에 필수적인 모터 드라이브 시스템을 말하는데, 이를 실현하는 것이 서보 드라이버라고 해도 과언이 아닙니다. 서보 드라이버는 서보 모터의 부하 토크에 따라 작업을 수행하기 위한 전력을 공급하는 것이 주된 역할입니다.
크게 전력 변환을 하는 부분과 모터의 상태를 감지하고 제어 연산을 하는 부분으로 나눌 수 있습니다.
서보 드라이버의 사용 용도
서보 드라이버는 산업기기에서 공작기계에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되는 서보 시스템 내에서 모터와 짝을 이루어 사용됩니다. 예를 들어, 자동차 제조 공장의 산업용 로봇을 들 수 있습니다. 산업용 로봇은 미리 정해진 동작을 정확하게 반복하는 것이 요구되며, 그 목적에 맞게 동작을 구체화하고 있습니다.
이를 실현하기 위해서는 동작에 필요한 모터의 부하에 맞는 전력을 정확하게 공급해야 합니다. 서보 드라이버는 모터의 상태를 모니터링하면서 정확한 전력을 공급하여 정해진 위치로의 이동과 토크를 구현합니다.
이 외에도 반도체 제조장치, 의료기기 등 정밀한 동작이 요구되는 상황에서 광범위하게 사용되고 있는 실정입니다.
서보 드라이버의 원리
서보 드라이버의 원리는 모터의 제어를 매우 정밀하게 하기 위해 모터의 회전 각도, 속도, 전류 등 모터의 상태를 정밀하게 센서로 감시하면서 전기적으로 피드백하는 증폭기 동작에 있습니다. 그 증폭기 동작을 실현하기 위한 컨트롤러부는 일반적으로 PLC(Programmable Logic Controller) 등이 사용되며, 설정값의 설정과 정보의 전송이 이루어집니다.
서보 드라이버는 목표 설정값 제어를 위해 필요한 전력을 공급하지만, 보다 정확한 제어를 위해서는 서보 모터의 동작이 설정값을 달성했는지를 모니터링하고 적절한 피드백을 해야 합니다. 이를 위해 서보 드라이버에는 보통 인코더라는 센서가 내장되어 있습니다.
인코더는 모터의 각속도와 회전수를 감지하기 위해 슬릿이 있는 원반과 포토다이오드가 내장되어 있다. 원반은 모터의 로터와 연동하여 회전하기 때문에 슬릿을 통과하는 광신호를 감지하면 회전수나 속도를 모니터링할 수 있습니다.
포토다이오드에서 이러한 광신호를 감지하여 전류로 변환하여 앰프부에 피드백합니다. 증폭부는 일반적으로 PWM 방식이 사용되며, 교류를 직류로 변환한 후 임의의 주파수로 변환하여 모터를 구동합니다. 이 블록은 컨버터부와 평활회로부, 그리고 인버터부로 구성되어 있습니다. 인코더 정보는 보통 인버터부로 피드백됩니다.
서보 드라이버의 기타 정보
1. 인버터와 서보의 차이점
모터 제어라는 측면에서는 인버터와 서보 모두 동일하지만, 양자는 그 특성이 크게 다르며 그 사용 용도도 크게 두 가지로 구분됩니다.
인버터
인버터는 에어컨, 엘리베이터, 에스컬레이터 등 사회기반시설과 산업기기, 가전제품에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 특징은 모터의 속도를 제어하여 부드럽게 안정화시켜 움직이고 싶은 용도에 적합하며, 특히 저전력으로 주기적으로 연속적인 동작을 하고자 할 때 그 강점을 발휘할 수 있습니다.
서보
서보는 속도 제어를 정밀하게 조정할 수 있어 높은 정밀도가 특징입니다. 기계의 동작 위치에 대한 제어를 고속, 고정밀도로 하고자 할 때 서보를 선택하게 됩니다.
2. 서보 드라이버의 피드백 제어
서보 드라이버는 엔코더의 센서 정보를 바탕으로 폐쇄 루프 제어가 일반적으로 사용되지만, 실제로는 워크의 수축이나 축간 편차 등으로 인해 피드백 제어를 사용해도 원하는 동작에서 벗어나는 경우가 발생할 수 있습니다. 이를 위해 각종 위상 보정 기능이 제공되는 서보 드라이버가 존재합니다.
또한, 제어 타이밍에 따라서는 상승 및 하강 시간에 있어서 필요한 회전수나 위상각에 도달하기까지의 시간을 단축하고, 정상 동작 시에는 일정한 회전수를 확보하는 등, 각속도의 미세 조정이 중요한 어플리케이션도 존재합니다.