KR100374830B1 - 모터의 상전류 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 상전류 검출방법에 관한 것으로, 스위칭소자의 안정시간 및 아나로그/디지탈 변환 속도로 인해 제한되는 직류전류 검출시간을 감소시킴으로써 펄스폭변조 패턴의 변형없이 원하는 모터의 상전류을 검출할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 직류링크전류를 검출한후, 그 직류링크전류를 다수의 아나로그/디지탈변환기에 적용하여 샘플링 횟수를 상기 다수의 아나로그/디지탈변환기의 갯수배로 늘려서 디지탈값으로 변환하는 제1 과정과; 상기 제1 과정에서 디지탈 변환된 직류링크 전류를 로우패스 필터링하는 제2 과정과; 상기 제2 과정에서 현재 필터링된 값(lm(n))과 이전 필터링 값(lm(n-1))의 차이가 소정값 이하 이면 그 현재 필터링 값(lm(n))을 상전류로 검출하는 제3 과정과; 상기 제2 과정에서 현재 필터링된 값(lm(n))과 이전 필터링 값(lm(n-1))의 차이가 소정값 이상이면, 이전의 필터값(lm(n-1))과 현재의 필터값 (lm(n))의 차이가 소정값 보다 작아질 때까지 상기 제1,제2 과정을 반복 수행하는 제4 과정으로 수행한다.

Description

모터의 상전류 검출방법{PHASE CURRENT DETECTING METHOD OF MOTOR}

본 발명은 모터의 상전류검출방법에 관한 것으로, 특히 스위칭소자의 안정시간 및 아나로그/디지탈 변환 속도로 인해 제한되는 직류전류 검출시간을 감소시킴으로써 펄스폭변조 패턴의 변형없이 원하는 모터의 상전류를 검출할 수있도록 한 모터의 상전류검출방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전압형 인버터로 구동하는 교류모터의 제어를 위하여, 모터의 상전압과 상전류 및 속도를 검출하여 제어를 수행하는데, 이와같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 일반적인 비엘디시 모터의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 모터로 공급되는 전압의 역기전력을 검출하여 현재 모터(300)의 회전자의 각상에 대한 위치를 3개의 홀센서(Ha,Hb,Hc)로 검출하고, 검출된 회전자의 위치정보를 이용하여 모터(300)의 회전속도를 판별하여 그에 따른 제어신호(U+,V+,W+,U-,V-,W-)를 출력하는 마이크로컴퓨터(100)와; 상기 마이크로컴퓨터(100)의 제어신호 (U+,V+,W+,U-,V-,W-)에 의해 스위칭되어 상기 모터(300)에 원하는 평균전압과 주파수의 교류로 인가하는 구동부(200)로 구성된다.

도2는 상기 비엘디씨 모터(300)의 상세회로도로서, 마이크로컴퓨터(100)의 소정 제어신호를 인터페이스부(500)를 통해 입력받아 그에따라 도통제어를 받는 6개의 트랜지스터로 이루어지며, 이 6개의 트랜지스터가 각각 두 개씩 직렬로 연결되는 인버터로 이루어진 구동부(200)와, 상기 구동부(200)의 직렬 연결된 상기 두 개의 트랜지스터의 인버터가 각각의 공통 접속점과 연결되어 상기 구동부(200)의 스위칭에 따라 변환된 3상전원을 인가받는 고정자와 이 고정자의 회전자계에 의해 동작하는 회전자로 이루어진 비엘디씨 모터(300)로 구성되며, 이와 같은 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 비엘디씨 모터(300)는 유도 모터와 달리 브러쉬(Brush) 모터중에서 브러쉬 대신에 영구자석의 특성을 이용하는 모터(300)로서, 영구자석의 N,S극의 위치가 어디에 있는지 도 5와같이, 홀센서(Ha,Hb,Hc)에 의해 회전하면서 항상 감지하여 그 감지된 신호를 도3의 (a),(b),(c)와 같이 마이크로컴퓨터(100)에 인가한다.

그러면, 상기 마이크로컴퓨터(100)는 상기 감지신호를 입력받아 모터(300)의 회전속도를 판별하여 판별된 회전속도를 미리 설정된 프로그램상의 목표속도와 비교하고, 비교결과에 따라 모터(300)가 목표속도로 회전할 수 있도록 도3의 (d)~(i)와 같은 타이밍신호(U+,V+,W+,U-,V-,W-)로 제어한다.

즉, 마이크로컴퓨터(100)는 인터페이스부(500)를 통해 일정 제어신호를 출력하여 구동부(600)의 스위칭동작이 가능하게 하는데, 마이크로컴퓨터(100)는 모터 (300)로 공급되는 전압의 역기전력을 검출하여 현재 모터(300)의 회전자의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치정보를 이용하여 모터(300)의 회전속도를 판별한 후 그 판별된 회전속도를 미리 설정된 프로그램상의 목표속도와 비교하고, 이 비교결과에 따라 모터(300)가 목표속도로 회전할 수 있도록 제어한다.

다시 말해서, 도3의 (d)~(i)같이 홀센서(Ha,Hb,Hc) 3개를 조합하여 고정되게발생되는 6개의 펄스파형은 구동부(200)에 전달되어 각 상에 해당되는 6개의 트랜지스터를 각기 스위칭하게 됨으로써 모터(300)에 구성된 각각의 상에 공급되는 전원을 제어하게 되어 모터(300)의 구동이 이루어지는데, 이와같이 홀센서(Ha,Hb,Hc)를 이용한 모터의 상전류를 검출하는 방법은 홀센서 자체의 가격적인 부담으로 인하여 대량 생산하의 가전제품에서는 기피되는 현실이다.

따라서, 상기와 같은 가격적인 부담을 해결하고자, 도6과 같이 인버터의 직류링크단에 직렬저항을 삽입하고, 이 직렬저항의 전압을 검출함과 아울러 그 시점의 펄스폭 변조 패턴으로부터 모터의 상전류가 어느 상인지를 판단하는데, 이와같이 직류링크전류를 검출하기 위해서는, 도7과 같이 아나로그/디지탈 변환시간 및 6개의 트랜지스터의 데드타임과 턴온 및 턴오프 과도시간이 펄스폭 변조 시간 이상으로 확보되어야 한다.

그러나, 상기와 같이 펄스폭 변조신호의 스위칭패턴과 인버터의 직류 링크 전류를 이용한 모터의 상전압 검출방법에 있어서, 직류 링크 전류를 검출하기 위해서는 아나로그/디지탈 변환시간 및 6개의 트랜지스터의 데드타임과 턴온 및 턴오프 과도시간이 펄스폭 변조 시간 이상으로 확보되어야 하는 문제점이 있다.

또한, 대량 생산되는 제품에 사용되는 스위칭소자는 가격적인 문제와 노이즈 발생 문제로 인하여 직류 링크 전류를 검출하는 시간을 충분히 확보하기 어려운 문제점이 있다.

또한 상기 직류링크 전류를 검출하는 시간을 확보하기 위하여 한 주기의 펄스폭 변조신호의 스위칭 주기상에서 원하는 스위칭 패턴에 가까운 두개의 스위칭패턴으로 나누어 출력하거나, 여러 주기의 평균 펄스폭 변조신호의 출력전압이 원하는 전압이 되도록 여러 주기중 한 주기에서만 직류링크의 전류를 검출하는 시간을 확보하여 나머지 주기에서는 직류링크의 전류를 검출하지 않고 검출시간을 확보하기 위해 늘였던 펄스 폭변조 신호의 출력시간을 반대로 줄이는 방법을 사용하였으나, 실제 원하는 출력전압이 아닌 왜곡된 방식의 출력전압이 출력됨으로 인하여 모터의 제어측면에서 전류왜곡 및 토크 맥동이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 스위칭소자의 안정시간 및 아나로그/디지탈 변환 속도로 인해 제한되는 직류전류 검출시간을 감소시킴으로써 펄스폭변조 패턴의 변형없이 원하는 모터의 상전압을 검출할 수있도록 한 모터의 상전류검출방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 비엘디씨 모터 제어장치의 구성을 보인 블록도.

도2는 비엘디씨 모터 제어장치의 상세회로도.

도3은 도1에 있어서, 구동부를 스위칭하기 위한 제어 타이밍도.

도4는 도1에 있어서, 모터에 흐르는 전류파형도.

도5는 도1에 있어서, 홀센서를 이용한 상전류 검출을 보인도.

도6은 도1에 있어서, 직류링크 전류를 이용한 상전류 검출을 보인도.

도7은 도1에 있어서, 각상에 대한 펄스폭 변조신호의 파형도

도8은 본 발명 모터의 상전류 검출방법에 대한 동작 흐름도.

도9는 도8에 있어서, 상전류 검출을 보인 타이밍도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 직류링크전류를 검출한후, 그 직류링크전류를 다수의 아나로그/디지탈변환기에 적용하여 샘플링 횟수를 상기 다수의 아나로그/디지탈변환기의 갯수배로 늘려서 디지탈값으로 변환하는 제1 과정과; 상기 제1 과정에서 디지탈 변환된 직류링크 전류를 로우패스 필터링하는 제2 과정과; 상기 제2 과정에서 현재 필터링된 값(lm(n))과 이전 필터링 값(lm(n-1))의 차이가 소정값 이하 이면 그 현재 필터링 값(lm(n))을 상전류로 검출하는 제3 과정과; 상기 제2 과정에서 현재 필터링된 값(lm(n))과 이전 필터링 값(lm(n-1))의 차이가 소정값 이상이면, 이전의 필터값(lm(n-1))과 현재의 필터값 (lm(n))의 차이가 소정값 보다 작아질 때까지 상기 제1,제2 과정을 반복 수행하는 제4 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 모터의 상전류 검출방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도8은 본 발명 모터의 상전류 검출방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한바와같이 직류링크전류를 검출하여 디지탈값으로 변환하는 제1 과정과; 상기 제1 과정에서 디지탈 변환된 직류링크 전류를 로우패스 필터링하는 제2 과정과; 상기 제2 과정에서 현재 필터링된 값과 이전 필터링값의 차이가 소정값 이하 이면 그 현재 필터링값을 상전류로 검출하는 제3 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 마이크로컴퓨터는 직류링크전류를 검출하여 디지탈값으로 변환하는데, 이때, 펄스폭 변조 패턴을 검사하여 검출된 직류 링크 전류가 어느상의 전류인지를 판단한다.

이후, 상기 디지탈 변환된 직류링크 전류를 로우패스 필터링한다.

즉, 상기 로우패스 필터링의 초기값(lm(0))을 이전 펄스폭 변조신호의 주기시에 검출된 동일한 상전류 값으로 설정한후, 그 상전류 값을 초기값(lm(0))으로 하여 상기 디지탈 변환된 직류 링크 전류를 로우패스 필터링한다.

그 다음, 상기 필터링된 값(lm(n))과 이전 필터링값(lm(n-1))의 차이가 소정값 이하이면 그 현재 필터링값(lm(n))을 상전류로 검출하고, 이때, 상기에서 검출된 상전류는 그 다음 펄스폭 변조신호의 주기시 로우패스 필터의 초기값(lm(0))으로 이용된다.

만약, 상기 필터링된 값(lm(n))과 이전 필터링 값(lm(n-1))과의 차이가 소정값 보다 크면 그 차이가 소정값보다 작아질때까지 상기 동작을 반복수행한다.

여기서, 아나로그/디지탈 변환 속도를 높이기 위하여, 아나로그/디지탈변환기를 복수로 적용하여 샘플링 횟수를 상기 아나로그/디지탈변환기의 갯수배로 늘려서 필터링값을 빨리 안정화시킬 수 있는데, 즉 하나의 제1 아나로그/디지탈변환기가 변환을 수행하는 도중에, 다른 제2 아나로그/디지탈변환기가 상기 제1 아나로그 /디지탈 변환기 변환시간의 1/2 시간동안 지연한후 변환을 개시하면, 디지탈 로우 패스 필터의 입력값은 아나로그/디지탈변환기의 배수로 동작하게 되므로, 모터의 상전류값을 얻을 수 있는 시간도 이에 비례하여 감소된다.

따라서, 도9와 같이, 스위칭소자의 턴온시간 및 인버터의 오실레이션으로 인하여 과도시간이 감소하게 되어, 보다 빨리 상전류를 검출하게 된다.

이때, 상기에서 검출된 상전류는 그 다음 펄스폭 변조신호의 주기시 로우패스 필터의 초기값으로 이용된다.

다시 말해서, 본 발명은 펄스폭 변조값에 따른 스위칭 소자의 동작 상태를 파악하여 어느 모터 상전류가 직류전류로 흐르는지를 판단한후, 로우 패스 필터값의 초기값을 이전 상전류값으로 하여 펄스폭 변조 신호의 턴온시간에 맞춰 디지탈 변환 지령을 내려 직류링크 전류를 디지탈로 변환한다.

이후, 상기 디지탈화된 변환값을 디지탈 로우 패스 필터의 입력으로 넣어 상기 초기값(lm(0))부터 필터링을 수행하는데, 이전의 필터값(lm(n-1))과 현재의 필터값 (lm(n))의 차이가 소정값 보다 작아질 때까지 상기 동작을 반복 수행한다.

이후, 이전의 필터값(lm(n-1))과 현재의 필터값(lm(n))의 차이가 소정값 보다 작아지면 현재의 필터값(lm(n))을 상전류로 검출하고, 아울러 그 현재의 필터값(lm(n))을 다음 펄스폭 변조신호의 주기시 필터의 초기값(lm(0))으로 저장한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 스위칭소자의 안정시간 및 아나로그/디지탈변환 속도로 인해 제한되는 직류전류 검출시간을 감소시킴으로써 펄스폭변조 패턴의 변형없이 원하는 모터의 상전압을 인가하므로 모터의 신뢰성을 확보할 수 있고, 또한 인버터의 고속 스위칭으로 인한 노이즈에 대해서도 대처할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 직류링크전류를 검출한후, 그 직류링크전류를 다수의 아나로그/디지탈변환기에 적용하여 샘플링 횟수를 상기 다수의 아나로그/디지탈변환기의 갯수배로 늘려서 디지탈값으로 변환하는 제1 과정과;

   상기 제1 과정에서 디지탈 변환된 직류링크 전류를 로우패스 필터링하는 제2 과정과;

   상기 제2 과정에서 현재 필터링된 값(lm(n))과 이전 필터링 값(lm(n-1))의 차이가 소정값 이하 이면 그 현재 필터링 값(lm(n))을 상전류로 검출하는 제3 과정과;

   상기 제2 과정에서 현재 필터링된 값(lm(n))과 이전 필터링 값(lm(n-1))의 차이가 소정값 이상이면, 이전의 필터값(lm(n-1))과 현재의 필터값 (lm(n))의 차이가 소정값 보다 작아질 때까지 상기 제1,제2 과정을 반복 수행하는 제4 과정으로 수행함을 특징으로 하는 모터의 상전류 검출방법.
2. 제1 항에 있어서, 제1 과정은 펄스폭 변조 패턴을 검사하여 검출된 직류링크전류가 어느상의 전류인지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 상전류 검출방법.
3. 제1 항에 있어서, 제2 과정은 로우패스필터링의 초기값(lm(0))을 이전 펄스폭 변조신호의 주기시에 검출된 상전류값으로 설정하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계의 상전류값을 초기값(lm(0))으로 하여 디지탈 변환된 직류링크 전류를 로우패스 필터링하는 제2 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 모터의 상전류 검출방법.
4. 제1 항에 있어서, 제3 과정의 상전류는 펄스폭변조신호의 그 다음 주기시 로우패스 필터의 초기값(lm(0))으로 저장되는 것을 특징으로 하는 모터의 상전류 검출방법.
5. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,필터링은 다수의 아나로그/디지탈변환기를 이용하여 직류전류를 가속화하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 모터의 상전류 검출방법