PWM vs VSP

이 글을 작성하게 된 이유

최근 모터뱅크에서 제공하는 정현파(Sinusoidal) 출력 BDD-860S 860W BLDC 모터 드라이버를 구매했다. 이 드라이버는 센서드 타입으로 제어 방식을 다이얼 방식에서 VSP와 PWM으로 전환할 수 있었다.

하지만 VSP와 PWM의 차이에 대해 구체적으로 비교한 자료를 찾기 어려웠고 그래서 이 글을 통해 내가 직접 VSP와 PWM의 차이점을 정리하고 각각의 장단점들을 기록하고자 작성하게 되었다.

 

1. VSP와 PWM 개요

VSP(Voltage Speed Position) 제어

• 원리: VSP 제어는 입력 전압을 조정하여 모터 속도를 제어한다. 전압 수준은 원하는 속도에 직접적으로 대응한다.
• 작동 방식: 전압은 주로 가변 저항, 아날로그 신호, 또는 DAC(Digital-to-Analog Converter)를 통해 설정된다.
• 핵심 특징: 속도와 전압이 직접적으로 매핑되는 간단한 구현

PWM(Pulse Width Modulation) 제어

• 원리: PWM은 전원을 고주파로 켜고 끄는 방식으로 모터 속도를 조절한다. 모터에 공급되는 평균 전압은 PWM 신호의 듀티 사이클에 따라 달라진다.
• 작동 방식: 마이크로컨트롤러나 드라이버 IC가 특정 주파수와 듀티 사이클로 PWM 신호를 생성한다.
• 핵심 특징: 전력 전달을 정밀하게 제어할 수 있어 높은 효율 제공

 

2. 주요 차이점

제어 방법	아날로그 전압 조정	듀티 사이클이 변하는 디지털 신호
하드웨어 복잡성	간단함(ex: 가변 저항, DAC)	MCU나 전용 IC 필요
정밀도	전압 해상도에 의해 제한됨	듀티 사이클을 세밀하게 조정 가능
효율성	보통(아날로그 회로에서 손실 발생)	높음(최소한의 전력 손실)
비용	낮음(필요 부품 적음)	높음(디지털 제어 시스템 필요)
응답 속도	아날로그 전압 변화로 인해 느림	신호 스위칭 속도가 빨라 응답 속도 우수
노이즈 및 EMI	고주파 스위칭이 없어 낮음	고주파 스위칭으로 인해 높음
사용 사례	기본 응용(예: 팬, 펌프)	고급 응용(예: 로봇, 드론)

 

3. 장단점

VSP 제어

• 장점:
  • 설계와 구현이 간단함
  • 기본적인 모터 제어에 비용 효율적
  • 전자기 간섭(EMI)이 적음
• 단점:
  • 정밀도와 효율성이 제한적
  • 동적 부하 변화에 대한 응답이 느림
  • 고성능 응용에는 적합하지 않음

PWM 제어

• 장점:
  • 전력 전달 효율이 매우 높음
  • 모터 속도와 토크를 정밀하게 제어 가능
  • 부하 변화에 대한 빠른 응답
  • 다양한 응용에 적합
• 단점:
  • 더 복잡한 하드웨어와 소프트웨어 필요
  • 고주파 스위칭으로 인한 EMI 문제 가능성

 

4. 언제 어떤 방법을 선택할까

• VSP 제어:
  • 간단함과 저비용이 우선일 때
  • 일정하거나 느리게 변하는 속도가 요구될 때
  • 노이즈와 EMI를 최소화해야 할 때
• PWM 제어:시간
  • 높은 효율과 정밀도가 필요할 때
  • 빠른 속도 또는 토크 변화가 요구될 때
  • 디지털 제어 플랫폼(MCU, PLC)과 통합해야 할 때

 

5. 실질적인 고려 사항

• 응용 요구사항: 속도, 토크, 동적 응답
  
• 예산: 부품 비용
• 시간: 개발 시간
  
• 시스템 환경: EMI 문제, 열 관리
  
• 통합 용이성: 기존 시스템 및 하드웨어 호환성
  

 

결론

VSP와 PWM 제어 방식은 각각 고유한 장점과 제한점을 가지고 있다. VSP는 간단하고 비용 효율적인 응용에 적합하며, PWM은 정밀한 제어와 효율성이 요구되는 고급 응용에 적합하다.

웬만한 MCU가 들어가는 프로젝트는 PWM이 정배다.