KR100539603B1 - AN APPARATUS FOR THE Double SINUSOIDAL PULSE WIDTH MODULATION - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기자동차 구동용 3상 인버터의 이중 정현파 PWM 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차내의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터에서 이중 정현파를 이용하여 3상 이중 정현파 PWM을 발생시키는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a double sine wave PWM generator of a three-phase inverter for driving an electric vehicle, and more particularly, to generate a three-phase double sine wave PWM using a double sine wave in the inverter for converting the DC power in the electric vehicle to AC power. Relates to a device.
종래에는 인버터 게이팅 회로에서 정현파와 삼각파를 비교한 정현파 PWM 파형이 공급되어, 직류 배터리 전압의 86.6%의 전압만이 3상 유도 전동기에 공급되었으나, 본 발명에서는 이중 정현파 신호를 이용하여, 인버터 게이팅 회로에서 공급되는 파형이 이중 정현파와 삼각파를 비교한 이중 정현파 PWM 파형이 공급되기 때문에, 이 경우에는 직류 배터리 전압의 100%의 전압이 공급되게 된다. Conventionally, a sinusoidal PWM waveform comparing sinusoidal and triangular waves is supplied from an inverter gating circuit, and only 86.6% of a DC battery voltage is supplied to a three-phase induction motor. However, in the present invention, an inverter gating circuit using a double sinusoidal signal is provided. Since the waveform supplied from is supplied with the double sine wave PWM waveform comparing the double sine wave and the triangular wave, in this case, 100% of the DC battery voltage is supplied.
Description
본 발명은 전기자동차 구동용 3상 인버터의 이중 정현파 PWM 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차내의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터에서 이중 정현파를 이용하여 3상 이중 정현파 PWM을 발생시키는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a double sine wave PWM generator of a three-phase inverter for driving an electric vehicle, and more particularly, to generate a three-phase double sine wave PWM using a double sine wave in the inverter for converting the DC power in the electric vehicle to AC power. Relates to a device.
종래의 전기자동차의 추진시스템 내에서는 대부분 직류 배터리에서의 직류전기를 교류로 변환시켜, 좌 ,우의 앞 차륜 구동용 3상 유도전동기 2대를 가변속시키는 인버터가 사용되어져야 한다. 종래의 인버터 PWM 변조방식에는 주로 정현파 PWM 변조 방식을 채택하고 있어, 직류 배터리에서 공급하는 전압을 PWM 교류전압으로 변환시켰을 때 변환된 교류전압의 실효치는 직류공급 배터리 양 단자에 나타나는 전압의 86.6%밖에 이용할 수 없다. 이러한 현상은 종래의 PWM인버터 방식으로는 전기자동차의 구동에너지원인 직류 배터리의 충전용량을 100% 이용할 수 없다는 내용을 내포하고 있다. 그러므로, 전기자동차는 직류 배터리 단자에서 공급받는 전압만큼 추진력(구동력)을 최대로 발휘하지 못하는 원인이 되고 있다. 그리고 또한 최근의 전기자동차 연구개발 분야에 있어서 주요한 문제점으로 대두되고 있는 요소는 직류 배터리의 수명문제에 있다고 할 수 있겠다. 전기자동차에 사용되는 인버터의 스위칭 방식은 정현파 PWM 신호에 의한 것이 대부분이지만, 이 방식은 사인파의 한 주기인 360° 동안 계속해서 스위칭을 하므로 스위칭 소자에 의한 자체 손실이 많이 발생하게 된다. 이 문제는 배터리라는 제한된 전원을 사용하여 먼 거리를 달려야 하는 전기자동차와 관계되는 문제이기 때문에 무시할 수 없는 문제가 된다.In the conventional propulsion system of an electric vehicle, an inverter that converts direct current electric current from a direct current battery to alternating current and converts two three-phase induction motors for driving the front and rear wheels of the left and right sides should be used. Conventional inverter PWM modulation method mainly adopts sinusoidal PWM modulation method, and when the voltage supplied from DC battery is converted into PWM AC voltage, the effective value of the converted AC voltage is only 86.6% of the voltage displayed at both terminals of DC supply battery. Not available This phenomenon implies that the conventional PWM inverter method cannot use 100% of the charging capacity of the DC battery which is the driving energy source of the electric vehicle. Therefore, the electric vehicle is causing a failure to exert the driving force (maximum driving force) as much as the voltage supplied from the DC battery terminal. In addition, the main issue in the recent electric vehicle R & D field is the life of DC battery. Inverters used in electric vehicles are mostly switched by sinusoidal PWM signals, but this method continuously switches during 360 °, a period of a sine wave, and thus causes a lot of self-loss caused by switching elements. This is a problem that cannot be ignored because it involves electric vehicles that must run long distances using a limited power source called a battery.
본 발명의 발명자 중 1인이 논문("소형 3상 유도전동기 구동을 위한 2중 정현파 PWM인버터에 관한 연구" 출처:중앙대학교 중앙도서관, 1987년 발표)에 발표한 바와 같이, 전기자동차 내에서 직류전기를 교류전기로 변환시킬 때 인버터 내에서의 PWM(pulse width modulation, 펄스 폭 변조) 변조방식을 개선시켜서, 인버터 출력측의 교류전압의 실효치를 DC 배터리 단자 전압의 100%가까이 향상시킬 수 있는 2중 정현파(Double Sinusoidal: DS) PWM 변조방식을 채택한 경우, 인버터의 스위칭 주파수를 전기각으로 120도 만큼, 즉 33%정도로 줄여서 궁극적으로 전기자동차의 차륜 구동장치(전력변환장치 포함)내의 스위칭 손실을 절감시킬 수 있게 된다. (논문 참조)As one of the inventors of the present invention has published in a paper ("Study on a Double Sinusoidal PWM Inverter for Driving a Small Three-Phase Induction Motor", Source: Chung-Ang University, 1987) When converting electricity into AC electricity, the PWM (pulse width modulation) modulation method in the inverter is improved, so that the effective value of AC voltage on the inverter output side can be improved to nearly 100% of the DC battery terminal voltage. When adopting the double sinusoidal (DS) PWM modulation method, the inverter's switching frequency is reduced by 120 degrees, or 33%, by electric angle, ultimately reducing switching losses in the wheel drive of the electric vehicle (including power converters). You can do it. (See paper)
본 발명의 목적은 인버터 이중 정현파 PWM 파형을 발생하는 전기자동차 구동용 3상 인버터의 이중 정현파 PWM 발생장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a double sine wave PWM generator of an electric vehicle driving three-phase inverter for generating an inverter double sine wave PWM waveform.
본 발명의 다른 목적은 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터 출력측의 교류전압의 실효치를 DC 배터리 단자 전압의 100%가까이 향상시킬 수 있는 전기자동차 구동용 3상 인버터의 이중 정현파 PWM 발생장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a double sine wave PWM generator of an electric vehicle driving three-phase inverter that can improve the effective value of the AC voltage of the inverter output side for converting DC electricity into AC electricity close to 100% of the DC battery terminal voltage. will be.
본 발명의 또다른 목적은 인버터 내의 스위칭 소자에 의한 자체 손실을 줄일 수 있는 전기자동차 구동용 3상 인버터의 이중 정현파 PWM 발생장치를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a dual sine wave PWM generator of a three-phase inverter for driving an electric vehicle that can reduce self-loss caused by switching elements in the inverter.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전기자동차 구동용 3상 인버터의 이중 정현파 PWM 발생장치는 최초 클럭신호를 발생하는 클럭신호 발생부, 상기 클럭신호 발생부에서 출력되는 클럭신호를 이용하여 ROM의 주소를 지정하는 카운터부, 상기 카운터부의 출력신호에 상응하여, 미리설정된 데이터가 저장되는 ROM부, 상기 ROM부의 각 주소에 저장된 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터부, 및 상기 D/A 컨버터부(40)에서 출력된 소신호를 증폭하고 필터링하여, 3상 이중 정현파와 삼각파를 비교하여 이중 정현파 PWM파형을 발생시키는 OPAMP부를 포함하는 데, 상기 ROM부에 저장되는 데이터는 상기 D/A 컨버터부에 의해서 3상 이중 정현파 및 삼각파로 변환될 수 있는 데이터이다. In order to achieve the above object, the dual sinusoidal PWM generator of the three-phase inverter for driving an electric vehicle of the present invention is a clock signal generator for generating the first clock signal, ROM using the clock signal output from the clock signal generator A counter for specifying an address of the ROM unit, a ROM unit for storing predetermined data corresponding to an output signal of the counter unit, a D / A converter unit for converting data stored at each address of the ROM unit into an analog signal, and the D / And an OPAMP unit for amplifying and filtering the small signal output from the A converter unit 40, comparing the three-phase double sine wave with the triangular wave to generate a double sine wave PWM waveform. Data that can be converted into three-phase double sinusoidal and triangular waves by the A converter section.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 클럭 발생부는 MCU이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the clock generator is a MCU.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 카운트부는 이중 정현파의 발생을 위한 카운트 및 삼각파 발생을 위한 카운트를 포함하며, 각 카운트는 8bit 카운트이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the count unit includes a count for generating a double sine wave and a count for generating a triangular wave, each count being an 8-bit count.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 ROM부는 이중 정현파의 발생을 위한 3개의 ROM 및 삼각파 발생을 위한 1개의 ROM를 포함하며, 각 ROM에는 28(256)개의 주소가 지정되어 있으며, 각 주소에는 16진수 데이터가 저장된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the ROM portion includes three ROMs for generating a double sine wave and one ROM for generating a triangular wave, and each ROM is assigned 2 8 (256) addresses, each address being Hexadecimal data is stored.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 OPAMP부는 D/A 컨버터에서 출력되는 아날로그 소신호를 증폭하고 필터링하는 4개의 증폭기, 및 이중 정현파와 삼각파를 비교하는 3개의 비교기를 포함하고, 상기 비교기의 +단자에는 이중 정현파가 상기 비교기의 -단자에는 삼각파가 입력된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the OPAMP unit includes four amplifiers for amplifying and filtering the analog small signal output from the D / A converter, and three comparators for comparing the double sine wave and the triangular wave, and the + A double sine wave is input at the terminal, and a triangular wave is input at the-terminal of the comparator.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 예로 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전기 자동차 시스템의 전원공급부의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a power supply unit of an electric vehicle system according to a preferred embodiment of the present invention.
직류 공급원에서 공급되는 직류 전기는 3상 인버터(2)를 거쳐서 3상 교류 전기로 변환된 후, 3상 유도 전동기(6)에 공급되게 된다. 본 발명에서는 3상 인버터 게이팅 회로로서, 3상 이중 정현파 PWM 발생장치(4)를 사용하게 되며, 3상 이중 정현파 PWM 발생장치에서 발생된 3상 이중 정현파 PWM 신호가 3상 인버터(2)의 각 스위칭 소자에 전달된다. 종래에는 3상 인버터 게이팅 회로로서, 3상 정현파 PWM 발생장치가 사용되어 3상 정현파 PWM 신호가 각 스위칭 소자에 전달되었다. The direct current electricity supplied from the direct current source is converted into three-phase alternating current through the three-phase inverter 2, and then supplied to the three-phase induction motor 6. In the present invention, a three-phase double sinusoidal PWM generator 4 is used as a three-phase inverter gating circuit, and the three-phase double sinusoidal PWM signal generated by the three-phase double sinusoidal PWM generator is generated by each of the three-phase inverters 2. Delivered to the switching element. Conventionally, as a three-phase inverter gating circuit, a three-phase sinusoidal PWM generator is used to transmit a three-phase sinusoidal PWM signal to each switching element.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3상 이중 정현파 PWM 발생 장치의 블록도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3상 이중 정현파 PWM 발생 장치의 회로도이다. 2 is a block diagram of a three-phase double sinusoidal PWM generator according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of a three-phase double sinusoidal PWM generator according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 3상 이중 정현파 PWM 발생 장치는 인버터 게이팅 회로로서, 도 2에 도시된 바와 같이, MCU부(10), 카운터부(20), ROM부(30), D/A컨버터부(40), OPAMP부(50)를 포함한다. The three-phase dual sine wave PWM generator of the present invention is an inverter gating circuit, as shown in FIG. 2, the MCU unit 10, the counter unit 20, the ROM unit 30, and the D / A converter unit 40. And an OPAMP unit 50.
회로의 전체적인 동작 순서를 설명하면 다음과 같다. The overall operation sequence of the circuit is as follows.
먼저, MCU(microcontroller unit)에 두 개의 클럭 신호를 발생시킨다. 즉, MCU부는 클럭신호 발생부로서 클럭 신호를 발생시키게 된다. 다양한 MCU가 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 MCU로서 80c196kc20를 사용하였다. MCU(10)의 HSO.0번 핀과 HSO.1번 핀에서 각각 클럭 신호를 발생시킨다. 증폭기(51,52,53)에서 60Hz의 이중 정현파를 발생시키기 위해서는 HSO.0은 15.4 [kHz]의 클럭 주파수를 가져야 하며, 증폭기(54)에서 2kHz의 삼각파를 발생시키기 위해서는 HSO.1은 516[kHz]의 클럭 주파수를 가져야 한다. HSO.0번 핀 및 HS0.1번 핀에서 서로 다른 클럭 주파수를 발생하는 이유는 이후에 비교기(55, 56, 57)에서 이중 정현파와 삼각파를 비교할 경우에 동일 클럭 주파수를 가지게 되면 비교기에서 원하는 이중 정현파 PWM 파형을 형성할 수 없기 때문이다. 80c196kc20 이외에도 클럭신호를 발생할 수 있는 다른 종류의 MCU 또한 사용될 수 있다. First, two clock signals are generated in a microcontroller unit (MCU). That is, the MCU unit generates the clock signal as the clock signal generator. Various MCUs may be used, and in the embodiment of the present invention, 80c196kc20 is used as the MCU. The clock signal is generated at the HSO.0 pin and the HSO.1 pin of the MCU 10, respectively. HSO.0 should have a clock frequency of 15.4 [kHz] in order to generate a 60 Hz double sine wave in the amplifiers 51, 52, and 53. HSO.1 should have 516 [in order to generate a 2 kHz triangle wave in the amplifier 54. kHz]. The reason for generating different clock frequencies on pins HSO.0 and HS0.1 is that if the comparator (55, 56, 57) compares the double sinusoid and the triangular wave with the same clock frequency, the comparator This is because a sinusoidal PWM waveform cannot be formed. In addition to the 80c196kc20, other types of MCUs that can generate clock signals can also be used.
다음으로, MCU에서 출력된 클럭신호는 카운트부(20)로 입력된다. 카운트부(20)는 입력되는 클럭신호의 상승 임펄스시마다 ROM부(30)내의 각 ROM 내의 주소를 지정하는 새로운 신호를 발생시킨다. 즉, 입력되는 클럭신호의 상승 임펄스시마다 출력되는 신호가 변화되어, 이 신호의 값에 따라서 ROM부(30)내의 각 ROM 내의 주소를 변경하여 지정하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 카운트로서 2개의 8bit 카운트 소자인 4040 소자를 사용하였다. 하나의 8bit 카운트(22)에서 나온 출력신호는 3개의 ROM(32,34,36)내의 주소를 지정하고, 다른 8bit 카운트(24)에서 나온 출력신호는 1개의 ROM(38)내의 주소를 지정한다. 8bit 카운트를 사용하였을 경우에는 출력되는 값에 따라서 각 ROM(32,34,36,38)에 저장된 28(256)개 주소 중 하나의 주소를 지정하게 되며, 입력되는 클럭신호의 상승 임펄스시마다 출력값이 변경되어 각 ROM(32,34,36,38)내의 새로운 주소를 지정하게 된다. 표 1은 8bit 카운트의 카운팅 순서 및 지정하는 ROM내의 주소를 16진수로 표시하였다.Next, the clock signal output from the MCU is input to the counting unit 20. The counting unit 20 generates a new signal specifying an address in each ROM in the ROM unit 30 at each rising impulse of the input clock signal. That is, the signal outputted at each rising impulse of the input clock signal is changed, and the address in each ROM in the ROM unit 30 is changed and designated according to the value of this signal. In the embodiment of the present invention, 4040 elements, which are two 8-bit count elements, are used as counts. Output signals from one 8-bit count 22 specify addresses in three ROMs 32, 34, and 36, and output signals from another 8-bit count 24 specify addresses in one ROM 38. . When 8-bit count is used, one of 2 8 (256) addresses stored in each ROM (32, 34, 36 , 38) is designated according to the output value, and the output value at each rising impulse of the input clock signal. This change is made to designate a new address in each ROM 32, 34, 36, 38. Table 1 shows the counting order of 8-bit count and the address in the designated ROM in hexadecimal.
표 1Table 1
도 1 및 도 2를 참조하여 다시 설명하면, HSO.0번에서 발생한 클럭 신호는 8bit 카운터 4040(22)에 입력되어, 클럭 신호의 상승 임펄스마다 변경된 새로운 8bit 데이터가 출력되어, ROM부(30)내의 3개의 각 ROM(32, 34, 36) 내의 주소를 지정하게 된다. 이와 동일하게, HSO.1번에서 발생된 클럭 신호는 8bit 카운터 4040(24)에 입력되어, 클럭 신호의 상승 임펄스마다 변경된 새로운 8bit 데이터가 출력되어, ROM부(30)내의 1개의 ROM(38) 내의 주소를 지정하게 된다. Referring again to FIGS. 1 and 2, the clock signal generated at HSO. 0 is input to the 8-bit counter 4040 (22), and new 8-bit data changed for each rising impulse of the clock signal is output, and the ROM unit 30 is output. Addresses in each of the three ROMs 32, 34, and 36 in the library are designated. Similarly, the clock signal generated in HSO. 1 is input to the 8-bit counter 4040 (24), and new 8-bit data changed for each rising impulse of the clock signal is outputted, so that one ROM 38 in the ROM unit 30 is output. Will specify an address within the.
ROM부(30)는 총 4개의 ROM를 구비하는 데, ROM부(30)의 각 ROM내의 28(256)개의 주소(00H ∼ FFH)에는 미리설정된 값이 존재한다. 3개의 ROM(32, 34, 36)은 이중 정현파의 생성에 필요한 데이터를 저장하는 것이며, 1개의 ROM(38)에는 삼각파의 생성에 필요한 데이터를 저장하는 것이다. 각 ROM(32, 34, 36, 38)에는 256(28)개의 주소를 가지고, 각 지정된 주소에는 각 ROM과 연결된 D/A 컨버터(42,44,46,48)를 통해서 도 4에 도시된 이중 정현파 및 삼각파를 얻기 위해서 필요한 데이터 값이 8bit의 값으로 저장되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이 3개의 ROM(32, 34, 36)에는 이중 정현파의 생성에 필요한 데이터가 저장되기 때문에, 3개의 ROM(32, 34, 36)은 전체적으로 동일한 값들이 저장되지만, 각 값이 저장되는 주소의 위치는 변경되어 있다. 이는 각 ROM과 연결된 D/A 컨버터(42,44,46)에서 출력되는 출력 파형이 서로 120°의 위상차이를 가지는 동일한 파형이기 때문이다. 위상이 다른 3개의 이중 정현파를 생성하는 이유는 도 1에 도시된 바와 같이 유도 전동기에 입력되는 신호가 3상 교류 신호이기 때문에 3상 신호를 만들기 위해서이다.The ROM section 30 has a total of four ROMs, and preset values exist at 2 8 (256) addresses (00H to FFH) in each ROM of the ROM section 30. Three ROMs 32, 34, and 36 store data necessary for generating a double sine wave, and one ROM 38 stores data necessary for generating a triangular wave. Each ROM 32, 34, 36, 38 has 256 (2 8 ) addresses, and each designated address is shown in FIG. 4 through the D / A converters 42, 44, 46, 48 connected to each ROM. The data values necessary to obtain the double sine wave and the triangular wave are stored as 8 bit values. As mentioned above, since the three ROMs 32, 34, and 36 store data necessary for generating a double sine wave, the three ROMs 32, 34, and 36 store the same values as a whole, but each value is stored. The location of the address is changed. This is because the output waveforms output from the D / A converters 42, 44, and 46 connected to each ROM are the same waveforms having a phase difference of 120 ° from each other. The reason for generating three sine waves having different phases is to make a three-phase signal because the signal input to the induction motor is a three-phase AC signal as shown in FIG. 1.
각 ROM(32, 34, 36)의 256개의 각 주소에 저장되는 값은 다음과 같은 방식으로 구한다. 먼저, 한 주기(360°)의 구간을 데이터의 개수인 256으로 나눈 값(360/256=1.40625)을 샘플링 간격으로 취하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이중 정현파는 크게 3부분 즉, 0°∼120°부분, 120°∼ 240°부분, 240°∼360°로 나눌 수 있다. 따라서, ROM에 저장되는 data의 값도 3부분으로 나누어서 생각하면 간단히 구할 수 있게 된다. The values stored in each of 256 addresses of the ROMs 32, 34, and 36 are obtained in the following manner. First, a value (360/256 = 1.40625) obtained by dividing a period of one period (360 °) by 256, which is the number of data, is taken as the sampling interval. As shown in FIG. 3, the double sinusoidal wave can be largely divided into three parts, that is, 0 ° to 120 ° parts, 120 ° to 240 ° parts, and 240 ° to 360 °. Therefore, the data value stored in the ROM can be obtained simply by dividing it into three parts.
처음부분(0°∼120°부분)은 sin값을 취하여 D/A 변환시의 피크치를 조절하기 위해 240을 곱해 준 후, 소수 첫째자리에서 반올림한 값을 16진수로 변환하여 ROM의 주소에 저장한다. 이중 정현파의 특성상 120°(256/3)까지만 계산하고, 다음부분(120°∼ 240°부분)은 지금까지 나온 값을 역순으로 취하여 ROM의 주소에 저장한다. 그리고, 마지막으로 240°∼360°부분은 0을 저장한다. 이는 도 3에 도시된 이중 정현파의 파형을 보면 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 표 2는 ROM(42, 44, 46)내에 저장되는 데이터 값을 알기 쉽게 설명하기 위한 표이다. The first part (0 ° to 120 °) takes the sin value and multiplies it by 240 to adjust the peak value during the D / A conversion, then converts the value rounded to the first decimal place into a hexadecimal number and stores it in the ROM address. . Due to the characteristics of the double sine wave, only up to 120 ° (256/3) is calculated, and the next part (120 ° to 240 °) is taken in the reverse order and stored in the ROM address. Finally, the 240 ° to 360 ° portion stores zero. This may be more easily understood by looking at the waveform of the double sine wave shown in FIG. 3. Table 2 is a table for easily explaining the data values stored in the ROMs 42, 44, and 46.
표 2TABLE 2
앞서 언급한 바와 같이, 3상의 이중 정현파를 얻기 위해서는 3개의 ROM(32, 34, 36)내에는 전체적으로 동일한 값들이 저장되지만, 각 값이 저장되는 주소의 위치는 변경되게 되는 데, 예를 들어, 처음의 상승 임펄스 신호에 대해서 ROM(32)의 '00H' 주소에는 '06H'가 저장되고, ROM(34)의 '00H' 주소에는 'D4H'가 저장되고, ROM(36)의 '00H' 주소에는 '0'이 저장되게 되고, 다음의 상승 임펄스 신호에 대해서 ROM(32)의 '01H' 주소에는 '0CH'가 저장되고, ROM(34)의 '01H' 주소에는 'D6H'가 저장되고, ROM(36)의 '01H' 주소에는 '0'이 저장되게 된다. 이와 같은 방식은 3개의 ROM(32, 34, 36)내의 주소에는 특정의 데이터 값이 저장되게 된다. As mentioned above, in order to obtain a three-phase double sine wave, the same values are generally stored in the three ROMs 32, 34, and 36, but the location of the address where each value is stored is changed. For the first rising impulse signal, '06H' is stored in the '00H' address of the ROM 32, 'D4H' is stored in the '00H' address of the ROM 34, and the '00H' address of the ROM 36 is stored. '0' is stored, '0CH' is stored at the '01H' address of the ROM 32 for the next rising impulse signal, 'D6H' is stored at the '01H' address of the ROM 34, '0' is stored in the '01H' address of the ROM 36. In this manner, specific data values are stored at addresses in the three ROMs 32, 34, and 36.
각 ROM에 저장된 값들은 클럭신호가 상승 임펄스시마다 새로운 주소내에 저장된 값이 출력된 후, D/A 컨버터부(40)의 각 D/A 컨버터(42,44,46,48)로 입력되어 아날로그 신호로 변환된다. 즉, ROM(32)의 이중 정현파 16진 데이터는 D/A 컨버터(42)로, ROM(34)의 이중 정현파 16진 데이터는 D/A 컨버터(44)로, ROM(36)의 이중 정현파 16 데이터는 D/A 컨버터(46)로 각각 입력되어 3상의 이중 정현파를 출력하기 위한 아날로그 신호로 바뀌게 되고, ROM(38)에서 출력된 삼각파의 16진 데이터는 D/A 컨버터(48)로 입력되어 삼각파를 출력하기 위한 아날로그 값으로 변하게 된다. 본 발명의 실시예에는 D/A 컨버터로서 DAC0800소자를 사용하였다. Values stored in each ROM are inputted to the respective D / A converters 42, 44, 46, and 48 of the D / A converter 40 after the clock signal is stored in the new address at every rising impulse. Is converted to. That is, the double sine wave hexadecimal data of the ROM 32 is the D / A converter 42, the double sine wave hexadecimal data of the ROM 34 is the D / A converter 44, and the double sine wave 16 of the ROM 36 is The data is input to the D / A converter 46, respectively, and is converted into an analog signal for outputting three-phase double sinusoids. The hexadecimal data of the triangular wave output from the ROM 38 is input to the D / A converter 48. It will be converted into an analog value for outputting a triangular wave. In the embodiment of the present invention, a DAC0800 element is used as the D / A converter.
D/A컨버터부(40)에서 출력되는 아날로그 신호는 OPAMP부(50)로 입력된다. OPAMP부(50)는 D/A 컨버터(42, 44, 46, 48)에서 출력되는 아날로그 소신호를 증폭하고 필터링하는 4개의 증폭기(51, 52, 53, 54), 및 3개의 증폭기(51, 52, 53)에서 출력되는 이중 정현파와 1개의 증폭기(54)에서 출력되는 삼각파(54)를 비교하는 3개의 비교기(55, 56, 57)를 포함한다. 즉, D/A 컨버터(42)의 출력값은 증폭기(51)로, D/A 컨버터(44)의 출력값은 증폭기(52)로, D/A 컨버터(46)의 출력값은 증폭기(53)로 입력되어 증폭 및 필터링된 후 이중 정현파를 발생시키고, D/A 컨버터(48)의 출력값은 증폭기(54)로 입력되어 삼각파를 발생시키게 된다. 도면 4는 각 증폭기(51, 52, 53)에서 출력되는 이중 정현파의 파형을 오실로스코프(HIOKI 8826 MEMORY HiCODER)를 이용하여 관찰한 것이다. 도 4의 A상의 파형은 증폭기(51)에서 출력되는 신호이며, B상의 파형은 증폭기(52)에서 출력되는 신호이며, C상의 파형은 증폭기(53)에서 출력되는 신호이다. 도 4의 A-B상의 파형은 증폭기(51)의 출력단과 증폭기(52)의 출력단 양단에서 걸리는 전압의 파형이다. The analog signal output from the D / A converter unit 40 is input to the OPAMP unit 50. The OPAMP unit 50 includes four amplifiers 51, 52, 53, and 54 for amplifying and filtering analog small signals output from the D / A converters 42, 44, 46, and 48, and three amplifiers 51, Three comparators 55, 56, 57 for comparing the double sine wave output from the 52, 53 and the triangular wave 54 output from one amplifier 54. That is, the output value of the D / A converter 42 is input to the amplifier 51, the output value of the D / A converter 44 is input to the amplifier 52, and the output value of the D / A converter 46 is input to the amplifier 53. After being amplified and filtered to generate a double sine wave, the output value of the D / A converter 48 is input to the amplifier 54 to generate a triangular wave. 4 shows the waveform of a double sine wave output from each of the amplifiers 51, 52, and 53 using an oscilloscope (HIOKI 8826 MEMORY HiCODER). The waveform of phase A in FIG. 4 is a signal output from the amplifier 51, the waveform of phase B is a signal output from the amplifier 52, and the waveform of phase C is a signal output from the amplifier 53. The waveforms on A-B in FIG. 4 are waveforms of voltages applied across the output terminal of the amplifier 51 and the output terminal of the amplifier 52.
일반적인 교류의 파형은 정현파이나, 도 4의 A상, B상, C상의 파형은 이중 정현파로서 정현파가 아니다. 하지만 이들의 선간 전압 파형(도 4의 A-B상의 파형)은 정현파이므로, 이 3상의 이중 정현파를 이용하여 직류 전기를 교류 전기로 변환할 수 있게 된다.The waveform of a general alternating current is a sinusoidal wave, but the waveforms of A, B, and C phases in FIG. However, since these line voltage waveforms (waveforms on the A-B phases in Fig. 4) are sinusoidal waves, direct current can be converted into alternating current electricity using these three-phase double sinusoids.
각 증폭기(51, 52, 53, 54)를 통해서 출력된 이중 정현파와 삼각파는 비교기를 통해서 비교된 후 이중 정현파 PWM(DWPWM) 파형이 발생되게 된다. 즉, 증폭기(51)에서 출력된 이중 정현파(DS A상)는 비교기(55)의 +단자에, 증폭기(52)에서 출력된 이중 정현파(DS B상)는 비교기(56)의 +단자에, 증폭기(53)에서 출력된 이중 정현파(DS C상)는 비교기(57)의 +단자에 각각 입력되며, 증폭기(54)에서 출력된 삼각파는 비교기(55, 56, 57)의 -단자에 각각 입력된다. 그런 후, 비교기(55)에서는 DSPWM A상 파형을 출력하고, 비교기(56)에서는 DSPWM B상 파형을 출력하고, 비교기(57)에서는 DSPWM C상 파형을 출력한다. 도 5에서는 각 비교기(55, 56, 57)에서 출력되는 이중 정현파 PWM(DSPWM) 파형 및 두 개의 비교기(55, 56) 양단에 걸리는 전압의 파형을 도시한다. 도 5의 A상의 파형은 비교기(55)에서 출력되는 신호이며, B상의 파형은 비교기(56)에서 출력되는 신호이며, C상의 파형은 비교기(57)에서 출력되는 신호이다.The double sinusoidal wave and the triangular wave output through each of the amplifiers 51, 52, 53, and 54 are compared through a comparator, and a double sinusoidal PWM (DWPWM) waveform is generated. That is, the double sinusoidal wave (DS A phase) output from the amplifier 51 is connected to the + terminal of the comparator 55, and the double sinusoidal wave (DS B phase) output from the amplifier 52 is connected to the + terminal of the comparator 56, The double sine wave (DS C phase) output from the amplifier 53 is input to the + terminal of the comparator 57, respectively, and the triangle wave output from the amplifier 54 is input to the-terminal of the comparators 55, 56 and 57, respectively. do. Thereafter, the comparator 55 outputs the DSPWM A-phase waveform, the comparator 56 outputs the DSPWM B-phase waveform, and the comparator 57 outputs the DSPWM C-phase waveform. FIG. 5 shows a waveform of a double sine wave PWM (DSPWM) waveform output from each comparator 55, 56, and 57 and a voltage across the two comparators 55, 56. The waveform of phase A in FIG. 5 is a signal output from the comparator 55, the waveform of phase B is a signal output from the comparator 56, and the waveform of phase C is a signal output from the comparator 57.
도 6은 3상 이중 정현파 PWM 발생장치 내에서 발생되는 신호를 비교하기 위한 도면이다. 도 6의 첫 번째 도면은 증폭기(51)에서 출력되는 DS A상(3), 증폭기(52)에서 출력되는 DS B상(2), 증폭기(54)에서 출력되는 삼각파(1)의 파형을 서로 비교하기 위해서 하나의 도면에 도시한 그림이며, 두 번째 도면은 비교기(55)에서 출력되는 A상 PWM 파형이고, 세 번째 도면은 비교기(56)에서 출력되는 B상 PWM 파형이고, 네 번째 도면은 비교기(55)에서 출력되는 A상 PWM 파형에서 비교기(56)에서 출력되는 B상 PWM 파형을 뺀, 즉 A상 PWM 파형과 B상 PWM 파형 차를 도시한다. 6 is a diagram for comparing signals generated in the three-phase double sine wave PWM generator. 6 shows waveforms of the DS A phase 3 output from the amplifier 51, the DS B phase 2 output from the amplifier 52, and the triangular wave 1 output from the amplifier 54. For comparison, the drawing is shown in one drawing, the second drawing is the A phase PWM waveform output from the comparator 55, the third drawing is the B phase PWM waveform output from the comparator 56, and the fourth drawing is The difference between the A-phase PWM waveform and the B-phase PWM waveform is shown by subtracting the B-phase PWM waveform output from the comparator 56 from the A-phase PWM waveform output from the comparator 55.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다. The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order to better understand the claims of the invention which will be described later. Additional features and advantages constituting the claims of the present invention will be described below. It should be appreciated by those skilled in the art that the conception and specific embodiments of the invention disclosed may be readily used as a basis for designing or modifying other structures for carrying out similar purposes to the invention.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.In addition, the inventive concepts and embodiments disclosed herein may be used by those skilled in the art as a basis for modifying or designing other structures for carrying out the same purposes of the present invention. In addition, such modifications or altered equivalent structures by those skilled in the art may be variously changed, substituted and changed without departing from the spirit or scope of the invention described in the claims.
이상으로 살펴본 바와 같이 전기자동차의 구동원인 직류 배터리의 수명을 늘이는 문제는 전기자동차 연구개발분야에 있어서 주요한 문제점으로 대두되고 있는 요소인 만큼 본 연구개발에서 제안한 기술내용은 시기적으로 봐서 요청되는 필요성은 매우 높다고 할 수 있겠다.As discussed above, the problem of extending the life of DC battery, which is the driving source of electric vehicles, is a major problem in the field of electric vehicle R & D. Therefore, the technical contents proposed in this research and development are very necessary. It can be said to be high.
전기자동차 내에서 직류전기를 교류전기로 변환시킬 때 인버터 내에서의 PWM변조방식을 개선시켜서 인버터 출력측의 교류전압의 실효치를 DC 배터리 단자전압의 100%가까이 향상시킬 수 있는 2중 정현파 PWM변조방식(Double Sinusoidal Pulse Width Modulation : DSPWM)을 채택하여 인버터의 스위칭 주파수를 전기각으로 120도 만큼, 즉 33%정도로 줄여서 궁극적으로 전기자동차의 차륜 구동장치(전력변환장치 포함)내의 스위칭 손실을 절감시키기 때문에 직류 배터리를 도중에서 충전하지 않은 상태에서 더 많은 거리를 주행할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 종래에는 인버터 게이팅 회로에서 정현파와 삼각파를 비교한 정현파 PWM 파형이 공급되어, 직류 배터리 전압의 86.6%의 전압만이 3상 유도 전동기에 공급되었으나, 본 발명에서는 이중 정현파 신호를 이용하여, 인버터 게이팅 회로에서 공급되는 파형이 이중 정현파와 삼각파를 비교한 이중 정현파 PWM 파형이 공급되기 때문에, 이 경우에는 직류 배터리 전압의 100%의 전압이 공급되게 된다. Double sine wave PWM modulation method that can improve the effective value of AC voltage on the inverter output side near 100% of DC battery terminal voltage by improving PWM modulation method in inverter when converting DC electricity into AC electricity in electric vehicle. By adopting Double Sinusoidal Pulse Width Modulation (DSPWM), the inverter's switching frequency is reduced by 120 degrees, or 33%, by electric angle, which ultimately reduces switching losses in the wheel drive (including power converter) of electric vehicles. The advantage is that you can drive more distance without charging the battery on the way. That is, in the related art, a sinusoidal PWM waveform comparing sinusoidal and triangular waves is supplied in an inverter gating circuit, and only 86.6% of the DC battery voltage is supplied to a three-phase induction motor. Since the waveform supplied from the gating circuit is supplied with the double sine wave PWM waveform comparing the double sine wave and the triangular wave, in this case, 100% of the DC battery voltage is supplied.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전기 자동차 시스템의 전원공급부의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a power supply unit of an electric vehicle system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3상 이중 정현파 PWM 발생 장치의 블록도이다. 2 is a block diagram of a three-phase double sinusoidal PWM generator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3상 이중 정현파 PWM 발생 장치의 회로도이다. 3 is a circuit diagram of a three-phase double sinusoidal PWM generator according to a preferred embodiment of the present invention.
도면 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3상 이중 정현파 PWM 발생 장치의 D/A 컨버터에서 발생되는 출력신호 및 두 개의 출력신호의 차를 도시한다. Figure 4 shows the difference between the output signal and the two output signals generated in the D / A converter of the three-phase dual sinusoidal PWM generator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3상 이중 정현파 PWM 발생장치의 OPAMP 출력부에서 출력되는 출력신호 및 두 개의 출력신호 차를 도시한다. FIG. 5 illustrates an output signal and two output signal differences output from an OPAMP output unit of a three-phase dual sine wave PWM generator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 3상 이중 정현파 PWM 발생장치 내에서 발생되는 신호를 비교하기 위한 도면이다. 6 is a view for comparing the signals generated in the three-phase double sine wave PWM generator according to a preferred embodiment of the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
2: 3상 인버터 4: 3상 이중 정현파 PWM 발생 장치2: 3-phase inverter 4: 3-phase dual sine wave PWM generator
6: 3상 유도 전동기 10: MCU6: three-phase induction motor 10: MCU
20: 카운트부 22,24: 8bit 카운트20: count unit 22, 24: 8 bit count
30: ROM부 32,34,36,38: ROM 30: ROM 32, 34, 36, 38: ROM
40: D/A 컨버터부 42,44,46,48: D/A 컨버터40: D / A converter section 42,44,46,48: D / A converter
50: OPAMP부 51,52,53,54: 증폭기50: OPAMP section 51, 52, 53, 54: amplifier
55,56,57: 비교기55,56,57: comparators
Claims (5)
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