KR100325407B1

KR100325407B1 - 펄스폭 변조 제어 시스템

Info

Publication number: KR100325407B1
Application number: KR1019990027754A
Authority: KR
Inventors: 배규성
Original assignee: 이종수; 엘지산전 주식회사
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2002-03-04
Also published as: CN1280418A; US6792042B1; KR20010009402A; CN1156974C

Abstract

본 발명은 펄스폭 변조 제어 시스템에 관한 것으로, 종래에 듀얼 캐리어 방식을 사용하는 경우 기준신호(reference signal)가 상위 캐리어와 하위 캐리어 사이에 존재하는 경우 데드타임을 확보하지 못하여 암쇼트 현상이 발생하는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 초기값을 다르게 설정하여 최대치와 최저치에서 교차하도록 삼각파를 만드는 업,다운카운터(201)(301)와, 이 업 카운터(201)에서 카운트되는 값을 순차적으로 누적시키는 누산기(202)와, 상기 다운 카운터(301)의 카운터값을 순차적으로 감소시키는 감산기(302)와, 단일 삼각파에 크기가 다른 두 개의 기준값을 자동으로 생성하여 발생시키는 기준값 발생부(200)와, 상기 기준값 발생부(200)에서 발생되는 두 개의 기준값과 상기 누적기(202) 및 감산기(302)에서 출력되는 값을 각각 비교하는 비교기(300)와, 상기 비교기(300)의 출력값에 따라 PWM 상위 신호(PWM POSITIVE SIGNAL)와 PWM 하위신호(PWM NEGATIVE SIGNAL)를 각각 발생시키는 출력 제어부(400)와, 상기 누적기(202)의 출력과 미리 설정된 임의의 값(2*MAX)을 비교하여 같으면 상기 업 카운터(201)의 동작을 정지시키는 업 카운터 제어용 비교기(203)와, 상기 감산기(302)의 출력과 미리 설정된 임의의 값(2(Reference - Dead time))을 비교하여 같으면, 상기 다운 카운터(301)의 동작을 정지시키는 다운 카운터 제어용 비교기(303)로 구성하여, 데드타임을 확보하고 이에따라 정밀 제어가 가능하도록 한 것이다.

Description

펄스폭 변조 제어 시스템{PULSE WIDTH MODULATION CONTROL SYSTEM}

본 발명은 펄스폭 변조(PWM) 제어시 기준값의 갱신시점을 삼각파의 최고치나 최저치에서 갱신하지 않고 업,다운 카운터의 시작점에서 갱신하도록 하여 제어시 발생할 수 있는 데드타임을 확보하여 3상 인버터나 컨버터를 정밀 제어할 수 있도록 한 펄스폭 변조 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 데드타임을 확보하여 암쇼트 현상을 방지하도록 한 펄스폭 변조 제어 시스템에 관한 것이다.

PWM(Pulse Width Modulation)이란 펄스폭 변조의 약칭으로, 평활된 직류 전압의 크기는 변화시키지 않고, 펄스상의 전압 출력시간을 변화시켜 등가인 전압을 변화시킨다.

모터에 흐르는 전류가 정현파에 가까워지도록 출력 펄스의 폭을 차례로 변환시키는 방식을 정현파 PWM이라 부르고, 저주파 영역의 모터 토크리플이 작으므로 최근에는 이 방식이 주류가 되어가고 있다.

3상 가변 PWM은 3상 인버터와 컨버터를 구동시 사용된다.

종래 펄스폭 변조 제어시스템은, 삼각파(carrier signal)를 발생시키는 업/다운 카운터와, 상기 업/다운 카운터에서 발생되는 삼각파와 정현파 형태의 3상 기준신호(reference signal)를 비교하여 3상 인버터 또는 컨버터를 구동하기 위한 부하전압(load voltage)을 발생시키는 비교기로 구성된다.

이와같이 구성된 종래기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

3상 인버터나 컨버터를 구동하기 위하여 업/다운 카운터에서 도 1a에 도시한 삼각파를 비교기로 발생시킨다.

이때 상기 비교기의 다른 입력단자로는 도 1a에 도시한 바와같이 정현파의 3상 기준신호가 입력된다.

따라서 상기 비교기는 그의 두 입력단자로 입력되는 삼각파와 기준신호를 비교하여 도 1b에 도시한 부하전압의 신호를 발생시킨다.

이렇게 발생된 부하전압의 신호중 양(positive)의 신호는 도 2에 도시한 S1스위치에 인가되고, 음(negative)의 신호는 S4스위치에 인가된다.

그러면 상기 S1스위치가 온되고, S4스위치는 오프된다.

이후에 상기 S1스위치가 오프되고, S4스위치가 온된다.

이에 따라 부하 L1에는 도 1c에 도시한 바와같은 전류(i_L1)가 흐른다.

그리고 상기에서와 같은 동작에 의해 부하 L2,L3에 대하여도 같은 동작을 수행함으로써, 부하에 흐르는 전체 전류(i_L)는 도 1c에 도시한 바와같다.

여기서, 양의 신호가 오프된 후에 음의 신호가 온되거나, 양의 신호가 온된 후 음의 신호가 오프된다.

양의 신호가 오프된 후 음의 신호가 온될 때 까지나 양의 신호가 온된 후 음의 신호가 오프될 때 까지 일정시간이 필요한데, 이를 데드타임(Dead Time)이라고 한다.

데드타임이 존재하지 않거나 일정시간을 유지하지 않을 경우, 암 쇼트(ArmShort)라는 현상이 발생한다.

이런 현상을 방지하기 위해서 사용하는 방식은, 도 3에 도시된 바와같이, 삼각파(carrier signal)를 두개(상위 캐리어와 하위 캐리어)를 존재시킴으로써 해결한다.

이런 방식을 듀얼 캐리어(Dual Carrier)라고 한다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술의 듀얼 캐리어 방식에서 기준신호가 상위 캐리어와 하위 캐리어 사이에 존재하는 경우 데드타임을 확보하지 못하여 암쇼트 현상이 발생하는 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 PWM 제어시 기준값의 갱신 시점을 삼각파의 최고치나 최저치에서 갱신하지 않고, 업,다운 카운터의 시작점에서 갱신하도록 하여 제어시 발생할 수 있는 데드 타임을 확보하여 3상 인버터나 컨버터를 정밀 제어할 수 있도록 한 펄스폭 변조 제어 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 업, 다운 카운터의 시작점에서 기준값을 갱신하여 예측 기능을 수행할 수 있도록 한 펄스폭 변조 제어 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 듀얼 캐리어 방식에서 발생할 수 있는 암쇼트 현상을 해소하도록 한 펄스폭 변조 제어 시스템을 제공함에 있다.

도 1은 종래 펄스폭 변조 제어 시스템의 입출력 신호 파형도.

도 2는 종래 3상 인버터 구동회로도.

도 3은 종래 상위 캐리어와 하위 캐리어가 존재하는 삼각파의 예시도.

도 4는 본 발명 펄스폭 변조 제어 시스템의 블럭 구성도.

도 5는 도 4에서, 동작할 동작점 및 용어 도식도.

도 6은 도 4에서, 동작 파형도.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

100 : 클럭 선택부 200 : 기준값 발생부

201 : 업 카운터 202 : 누산기

203 : 업 카운터 제어용 비교기 300 : 비교기

301 : 다운 카운터 302 : 감산기

303 : 다운 카운터 제어용 비교기 400 : 출력 제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 임의로 설정된 기준값 입력시 삼각파에 두개의 기준치(Reference Value)(Reference-Dead Time Value)를 자동으로 생성하는 기준값 발생수단과, 최대치와 최저치에서 교차하도록 삼각파를 발생시키는 업카운터 및 다운 카운터와, 상기 업 카운터의 값을 누적시키는 누적수단과, 상기 다운 카운터의 값을 감소시키는 감소수단과, 상기 기준값 발생수단에서 발생된 두 개의 기준치와 상기 누적 및 감소수단에서 계산된 값을 각기 비교하는 비교수단과, 상기 비교수단의 출력에 따라 PWM 상위 신호와 PWM 하위 신호를 각각 발생시키는 출력 제어수단과, 상기 업 카운터와 다운 카운터의 카운트 설정범위를 조정하는 업/다운 카운터용 비교수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 펄스폭 변조 제어 시스템에 대한 블럭 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 초기값을 다르게 설정하여 최대치와 최저치에서 교차하도록 삼각파를 만드는 업 카운터(201) 및 다운 카운터(301)와, 상기 업 카운터(201)와 다운 카운터(301)에 클럭(CLOCK)을 공급하여 주는 클럭 선택부(100)와, 상기 업 카운터(201)에서 카운트되는 값을 순차적으로 누적시키는 누산기(202)와, 상기 다운 카운터(301)의 카운터값을 순차적으로 감소시키는 감산기(302)와, 단일 삼각파에 크기가 다른 두 개의 기준값을 자동으로 생성하여 발생시키는 기준값 발생부(200)와, 상기 기준값 발생부(200)에서 발생되는 두 개의 기준값과 상기 누산기(202) 및 감산기(302)에서 출력되는 값을 각각 비교하는 비교기(300)와, 상기 비교기(300)의 출력값에 따라 PWM 상위 신호(PWM POSITIVE SIGNAL)와 PWM 하위신호(PWM NEGATIVE SIGNAL)를 각각 발생시키는 출력 제어부(400)와, 상기 누산기(202)의 출력과 미리 설정된 임의의 값(2*MAX)을 비교하여 같으면 상기 업 카운터(201)의 동작을 정지시키는 업 카운터 제어용 비교기(203)와, 상기 감산기(302)의 출력과 미리 설정된 임의의 값(2(Reference - Dead time))을 비교하여 같으면, 상기 다운 카운터(301)의 동작을 정지시키는 다운 카운터 제어용 비교기(303)로 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4에서, 업 카운터(201)와 다운 카운터(301)는 시작점은 각기 다르나 동시에 동작하는 프리-러닝 카운터(Pre-running Counter)이다.

상기 업 카운터(201)의 초기값은 0이고, 다운 카운터(301)의 초기값은 2*Max(최대치)이며, 이 최대치는 사용자가 설정해주는 초기값이다.

클럭 선택부(100)에서 업 카운터(201)와 다운 카운터(301)로 각각 클럭(CLOCK)를 제공한다.

그러면 상기 업 카운터(201)는, 도 5에 도시한 바와같이, 2(Dead time-Max)에서 2*Max 까지 업 카운트하여 누산기(202)로 제공하고, 상기 다운 카운터(301)는 2*Max 에서 2(Dead time-Max)까지 다운 카운트하여 감산기(302)로 각각 제공한다. 여기서 Dead time은 임의로 설정한 데드타임이고, Max는 최대치이다.

이에 상기 누산기(202)는 상기 업 카운터(201)에서 카운트한 값을 순차적으로 누적하여 비교기(300), 업 카운터 제어용 비교기(203)와 기준값 발생부(200)로 각각 제공하고, 상기 감산기(302)는 상기 다운 카운터(301)에서 카운트한 값을 순차적으로 일정값을 감산시켜 상기 비교기(300), 다운 카운터 제어용 비교기(303)와 상기기준값 발생부(200)로 각각 제공한다.

따라서 상기 업 카운터 제어용 비교기(203)는 상기 누산기(202)에서 누적된 값과 상위 기준값인 2*Max를 비교하여 상기 업 카운터(201)로 제공한다.

이때 상기 업 카운터(201)는 상기 누산기(202)에서 누적한 값이 기준값 2*Max과 같을 때 까지 카운트한다.

마찬가지로 상기 다운 카운터 제어용 비교기(303)는 상기 감산기(302)에서 감산된 값과 하위 기준값인 2(Dead time-Max)를 비교하여 상기 다운 카운터(301)로 제공한다.

그러면 상기 다운 카운터(301)는 감산된 값과 하위 기준값이 같을 때 까지 카운트한다.

이와같은 동작이 수행될 때, 기준값 발생부(200)는 업 카운터 기준값(Reference value)과 다운 카운터 기준값((Reference-Dead time) Value)을 설정하여 비교기(300)에 각각 제공하여 주고, 회로 내부적으로 기준값의 갱신 시점을 제어한다.

즉, 기준값 발생부(200)는 업 카운터(201)와 다운 카운터(301)가 카운트 동작을 정지했을 때 기준값 발생을 정지하고, 다시 업 카운터(201)와 다운 카운터(301)가 카운트를 시작하는 시작점에서 기준값을 갱신한다.

결국 상기 기준값 발생부(200)는 업,다운 카운터(201)(301)의 시작점에서 기준값을 갱신하므로 예측 기능을 수행할 수 있다.

상기 기준값 발생부(200)에서 업 카운터 기준값(Reference value)과 다운 카운터 기준값((Reference-Dead time) Value)을 비교기(300)로 발생시키면, 상기 비교기(300)는 누산기(202)와 감산기(302)에서 출력하는 값과 비교하여 출력 제어부(400)로 제공한다.

즉, 상기 비교기(300)는 기준값 발생부(200)에서 발생하는 하나의 기준값 (Reference value)과 누산기(202) 및 감산기(302)의 출력을 비교하는데, 상기 기준값(Reference value)과 누산기(202)의 값이 같으면 '1'을 출력 제어부(400)로 출력하고, 같지 않으면 상기 기준값(Reference value)과 감산기(302)의 값을 비교하여 같을 경우 '0'을 출력 제어부(400)로 출력한다.

이와같은 비교값을 받은 출력 제어부(400)는 PWM 상위 신호(Positive signal)를 출력한다.

그리고 상기 비교기(300)는 기준값 발생부(200)에서 발생하는 다른 하나의 기준값((Reference-Dead time) Value)과 누산기(202) 및 감산기(302)의 출력을 비교하는데, 상기 기준값((Reference-Dead time) Value)과 누산기(202)의 값이 같으면 '0'을 출력 제어부(400)로 출력하고, 같지 않으면 상기 기준값((Reference-Dead time) Value)과 감산기(302)의 값을 비교하여 같으면 '1'을 상기 출력 제어부(400)로 출력한다.

이와같은 비교값을 받은 출력 제어부(400)는 PWM 하위 신호(Negative signal)을 출력한다.

이와같은 동작에 의해 각 기준값과 카운터의 값을 비교하여, 도 6에서와 같이, 업 카운터와 다운 카운터가 최대치와 최저치에서 교차하도록 삼각파를 만들어출력한다.

이때 중요한 것은 기준값의 갱신인데, 업 카운터와 비교하는 기준값의 갱신 시점은 업 카운터의 시작점이고, 다운 카운터와 비교하는 기준값의 갱신시점은 다운 카운터의 시작점이다.

이와같은 방식으로 PWM의 상위 신호와 하위 신호를 생성하므로 데드타임을 확보할 수 있다.

그리고 상기 데드타임을 확보하므로 정밀 제어를 수행할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 업, 다운 카운터의 시작점에서 기준값을 갱신하여 기준값을 발생하면, 업 카운터와 다운 카운터가 최대치와 최저치에서 교차하도록 삼각파를 만들어 출력함으로써, 데드타임을 확보하고 이에따른 정밀 제어가 가능하도록 한 효과가 있다.

Claims

초기값을 다르게 설정하고 클럭을 카운트하여 최대치와 최저치에서 교차하는 삼각파를 발생시키는 업 카운터 및 다운 카운터와, 상기 업 카운터의 카운터값을 누적시켜 그 업카운터에 귀환 입력시키는 누산기와, 상기 다운 카운터의 카운터값을 감소시켜 그 다운 카운터에 귀환 입력시키는 감산기와, 단일 삼각파에 크기가 다른 두 개의 기준값을 자동으로 생성하여 상기 업, 다운 카운터의 시작점에서 갱신시키는 기준값 발생수단과, 상기 기준값 발생수단에서 발생되는 기준값과 상기 누산기 및 감산기에서 출력되는 값을 각각 비교하는 비교기와, 상기 비교기의 출력값에 따라 PWM 상위 신호와 PWM 하위신호를 출력하는 출력 제어수단과, 상기 누산기의 출력과 미리 설정된 2배의 최대값을 비교하여 같으면 상기 업 카운터의 동작을 정지시키는 업 카운터 제어용 비교기와, 상기 감산기의 출력과 미리 설정된 데드타임에서 최대값을 뺀 2배의 값을 비교하여 같으면 상기 다운 카운터의 동작을 정지시키는 다운 카운터 제어용 비교기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 제어 시스템.
청구항2는 삭제 되었습니다.
제1항에 있어서, 기준값 발생수단에서 생성하는 두 개의 기준값은 기준치(Reference Value)와 기준치에서 데드타임을 뺀 값((Reference-Dead time) Value)이도록 한 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 제어 시스템.