KR100942136B1 - 데드타임 보상 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 데드타임 보상 장치 및 방법에 관한 것으로, 저주파수 전류를 발생하는 저주파 발생부와, 저주파 발생부에서 발생된 저주파수 전류에 의해 동작하는 인버터부의 출력전류 값을 검출하는 전류 검출부와, 전류 검출부가 검출한 인버터부의 출력전류의 레벨 값에 따라 전압 지령 값을 발생하는 전압지령 발생부 및 전류 검출부가 검출한 인버터부의 출력전류 값과 전압지령 발생부가 발생하는 전압 지령 값 및 기 저장된 저항값으로 데드타임 보상 값을 계산하여 데드타임을 보상하는 데드타임 보상부를 포함한다.
데드타임

Description

데드타임 보상 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING A DEAD TIME}
본 발명은 인버터의 데드타임 보상 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터를 정속으로 구동하기 전에 극저주파수 전류를 이용하여 데드타임 보상 값을 계산하고, 그 계산된 값을 저장해 놓는 데드타임 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
인버터에 의한 모터의 구동은 산업용 생산설비, 빌딩공조, 엘리베이터 등에 적용되고 있다.
일반적인 3상 인버터는 R, S, T의 3상 전원을 인가받아 u, v, w의 3상 출력을 모터에 공급하는데, 모터의 속도 및 전류를 제어하기 위하여 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 스위칭 소자를 각 상마다 2개씩 구비(전류 극성에 따라 +상 스위칭 소자와 -상 스위칭 소자로 구분됨)하고, 입력되는 제어신호에 따라 해당 스위칭 소자를 온 또는 오프시켜 원하는 전압 또는 전류를 출력한다.
이때, 동일 상의 +상 스위칭 소자와 -상 스위칭 소자가 동시에 온(ON) 되면, 스위칭 소자의 정격 전류를 초과하는 임계치 이상의 전류가 흘러 스위칭 소자가 파 괴될 수 있으므로 데드타임을 두어 스위칭소자를 보호하고 있다.
즉, 지령전압과 출력전압과의 차이를 보상하기 위하여 데드타임을 보상하는데, 데드타임을 보상하는 방법에는 스위칭 트랜지스터의 양단전압을 이용하는 방법과 인버터의 출력전류를 이용하는 방법이 있다.
스위칭 트랜지스터의 양단전압을 이용하는 방법은 전압을 검출할 수 있는 전압센서가 필요한데, 이는 전류센서와 달리 고가이기 때문에 적용이 쉽지 않다.
이에 따라, 인버터의 출력전류를 이용하는 방법을 많이 적용하는데, 인버터의 출력전류 값을 검출하여 검출한 출력전류 값과 동일한 주기를 갖는 데드타임 값을 계산하되, 도 1에 도시된 바와 같이, 리미트를 설정하여 데드타임 보상 값이 일정 값을 초과하지 못하도록 한다.
그러나, 이러한 방법에서 인버터의 출력전류는 모터가 정속으로 운전할 시에 검출되는 값으로, 만약 어떠한 원인에 의해 인버터의 출력전류 값이 오차를 가지게 되면, 데드타임 보상 값도 오차를 가지게 되는 문제점이 생겼다.
특히, 출력전류가 양에서 음으로 또는 음에서 양으로 변하는 시점에서 잘못된 데드타임 보상이 이루어지면, 이로 인해 인버터를 제어하기 위한 PWM 제어신호가 왜곡되어 출력되게 된다.
그러므로, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 모터가 정속으로 운전하기 전에 극저주파수 전류를 발생하여 일정 주기마다 데드타임 보상 값을 계산하고, 계산된 데드타임 보상 값을 저장해 둠으로써 모터가 정속으로 운전할 시에 좀더 안정된 데드타임 보상이 이루어지도록 하는 데드타임 보상 장치 및 방법을 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 데드타임 보상 장치는, 일정한 저주파수 전류를 발생하는 저주파 발생부; 상기 저주파 발생부에서 발생된 저주파수 전류에 의해 동작하는 인버터부의 출력전류 값을 검출하는 전류 검출부; 상기 전류 검출부가 검출한 인버터부의 출력전류의 레벨 값에 따라 전압 지령 값을 발생하는 전압지령 발생부; 및 상기 전류 검출부가 검출한 인버터부의 출력전류 값과 상기 전압지령 발생부가 발생하는 전압 지령 값 및 기 저장된 저항값으로 데드타임 보상 값을 계산하여 데드타임을 보상하는 데드타임 보상부;를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 데드타임 보상부는 상기 기 설정된 전압 지령 값에서 상기 전류 검출부가 검출한 인버터부의 출력전류 값과 상기 기 저장된 저항값을 곱한 값을 감하여 데드타임 보상 값을 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 데드타임 보상부는 저장부를 더 포함하여 일정 주기마다 상기 데 드타임 보상 값을 계산하고, 계산된 데드타임 보상 값을 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 데드타임 보상부가 계산한 데드타임 보상 값을 입력받아 상기 인버터부의 구동을 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 출력하는 PWM 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 데드타임 보상 방법은, 일정한 저주파수 전류를 발생하여 발생된 저주파수 전류에 의해 동작하는 인버터부의 출력전류 값을 검출하는 단계; 및 전압지령 발생부가 발생하는 전압 지령 값과 기 저장된 저항값 및 상기 검출된 인버터부의 출력전류 값을 이용하여 데드타임 보상 값을 계산하고, 계산된 데드타임 보상 값을 적용하여 데드타임을 보상하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 데드타임 보상 값은 상기 전압지령 발생부가 발생하는 전압 지령 값에서 상기 검출된 인버터부의 출력전류 값과 상기 기 설정된 저항값을 곱한 값을 감하여 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 데드타임 보상 값을 계산한 후에, 상기 계산된 데드타임 보상 값을 저장부에 저장하는 단계 및 모터가 정속으로 운전할 시에 상기 저장부에 저장된 데드타임 보상 값을 적용하여 상기 인버터부의 구동을 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 데드타임 보상 장치 및 방법에 따르면, 극저주파수 전류를 이용하 여 미리 데드타임 보상 값을 계산해 저장해둠으로써 모터를 정속으로 운전할 시에 저장된 데드타임 보상 값을 참조하여 데드타임 보상을 수행한다.
이에 따라, 좀 더 안정된 데드타임 보상이 이루어질 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 하겠다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 데드타임 보상 장치가 적용되는 모터 제어 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 데드타임 보상 장치는, 저주파 발생부(241)와, 전류 검출부(243)와, 전압지령 발생부(245) 및 데드타임 보상부(247)를 포함한다.
저주파 발생부(241)는 미리 설정된 저주파 전류를 발생하는데, 극히 낮은 주파수를 발생하는 것을 특징으로 한다.
전류 검출부(243)는 상기 저주파 발생부(241)가 발생한 극저주파 전류에 의해 인버터부(210)가 구동될 경우에 상기 인버터부(210)의 출력전류를 검출한다. 이에 대해 좀더 상세히 설명하면, 전류 검출부(243)는 두 개의 전류센서(222, 224)가센싱한 2상(도면에서는 U상, W상)의 전류 값을 상기 전류센서(222, 224)로부터 입력받고, 입력받은 2상의 전류 값으로 나머지 상의 전류 값을 구한다. 상기 전류 검 출부(243)는 상기 전류센서(222, 224)가 센싱한 값을 디지털 값으로 변환하는 아날로그 디지털 변환부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
전압지령 발생부(245)는 상기 전류 검출부(243)가 검출한 인버터부(210)의 출력전류 값에 따라 전압 지령 값을 발생한다.
데드타임 보상부(247)는 데드타임 보상 값을 계산하기 위한 데이터들을 저장하는 저장부(247-1)를 더 포함하고, 상기 전류 검출부(243)가 검출한 인버터부(210)의 출력전류 값과 상기 전압지령 발생부(245)가 발생하는 전압지령 값 및 저장부(247-1)에 저장된 저항값을 이용하여 데드타임 보상 값을 계산한다.
데드타임 보상부(247)에 대해 상세히 설명하면, 상기 전류 검출부(243)가 검출한 인버터부(210)의 출력전류 값을 일정 주기마다 체크하고, 체크된 인버터부(210)의 출력전류 값과 기 설정된 저항값을 곱하며, 그 곱한 값을 상기 전압지령 발생부(245)가 발생하는 전압지령 값으로부터 감하여 데드타임 보상 값을 계산함으로써 데드타임을 보상한다.
PWM(Pulse Width Modulation) 발생부(249)는 상기 데드타임 보상부(247)에서 계산된 데드타임 보상 값을 통해 인버터부(210)의 동작을 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation:펄스폭 변조) 제어신호를 발생한다.
여기서, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 데드타임 보상 방법을 상세히 설명하도록 하겠다.
도 3은 본 발명에 따른 데드타임 보상 방법을 보여주는 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따라 계산된 데드타임 보상 값을 보여주는 도면이다.
데드타임 보상 장치는 외부 명령에 따라 극저주파 전류를 발생하고(S300), 인버터부(210)의 출력전류를 검출한다(S302). 여기서, 데드타임 보상 장치에 인가되는 외부 명령은 모터가 정속으로 구동되기 전에 인가되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 데드타임 보상 장치는 상기에서 검출된 인버터부(210)의 출력전류에 따라 전압지령 값을 발생하여 상기 검출된 인버터부(210)의 출력전류 값과 상기 전압지령 값 및 기 저장된 저항값을 통해 데드타임 보상 값을 계산한다(S304).
이에 대해 좀더 상세히 설명하면, 인버터부(210)를 동작시키기 위한 전압지령 값은, 인버터부(210)의 출력전류 값과 전류지령 값이 동일할 경우에 아래 수학식 1과 같이 구해지는데, 본 발명에서는 극저주파수 전류를 발생시켜 그에 의해 동작하는 인터버부(210)의 출력전류를 검출하므로 전압지령 값은 아래 수학식 2와 같이 볼 수 있다.
Figure 112007094323619-pat00001
Figure 112007094323619-pat00002
여기서, R은 저항값으로 저장부에 미리 저장되어 있는 값이고, Io는 인버터부의 출력전류이며, L은 인버터부 출력전류의 변화량에 따른 인덕터 값이고, Vdeadtime은 데드타임 보상 값이다.
이에 따라, 데드타임 보상 값은 아래 수학식 3과 같다.
Figure 112007094323619-pat00003
즉, 데드타임 보상 값은 검출된 인버터부(210)의 출력전류를 기 저장된 저항값과 곱하여 그 곱한 값을 전압지령 값으로부터 감하여 구하는 것이다.
이와 같은 데드타임 보상 값은 일정 주기마다 계산되어 저장부(247-1)에 저장되는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 인버터부(210)의 출력전류에 따른 데드타임 보상 값들이 계산되어 저장되게 된다(S306). 이를 통해 모터(230)를 정속으로 구동할 시에 상기 저장부(247-1)에 저장된 데드타임 보상 값을 이용하여 데드타임 보상을 수행할 수 있게 된다.
그래서, 데드타임 보상 장치는 모터가 정속 운전을 할 경우에(S308), 상기 저장된 데드타임 보상 값을 적용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 출력한다(S310).
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 용이하게 알 수 있다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래에 인버터부의 출력전류 값을 이용한 데드타임 보상 값을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 데드타임 보상 장치가 적용되는 모터 제어 시스템의 구성을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 데드타임 보상 방법을 보여주는 흐름도, 및
도 4는 본 발명에 따라 계산된 데드타임 보상 값을 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명
210 : 인버터부 230 : 모터
241 : 저주파 발생부 243 : 전류 검출부
245 : 전압지령 발생부 247 : 데드타임 보상부
247-1 : 저장부 249 : PWM 발생부

Claims (7)

  1. 20Hz 이하의 일정한 저주파수 전류를 발생하는 저주파 발생부;
    상기 저주파 발생부에서 발생된 저주파수 전류에 의해 동작하는 인버터부의 출력전류 값을 검출하는 전류 검출부;
    상기 전류 검출부가 검출한 인버터부의 출력전류의 레벨 값에 따라 전압 지령 값을 발생하는 전압지령 발생부; 및
    상기 전류 검출부가 검출한 인버터부의 출력전류 값과 상기 전압지령 발생부가 발생하는 전압 지령 값 및 기 저장된 저항값으로 데드타임 보상 값을 계산하여 데드타임을 보상하는 데드타임 보상부;를 포함하여 이루어지는 데드타임 보상장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 데드타임 보상부는 상기 기 설정된 전압 지령 값에서 상기 전류 검출부가 검출한 인버터부의 출력전류 값과 상기 기 저장된 저항값을 곱한 값을 감하여 데드타임 보상 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 데드타임 보상장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 데드타임 보상부는 저장부를 더 포함하여 일정 주기마다 상기 데드타임 보상 값을 계산하고, 계산된 데드타임 보상 값을 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 데드타임 보상장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 데드타임 보상부가 계산한 데드타임 보상 값을 입력받아 상기 인버터부의 구동을 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 출력하는 PWM 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데드타임 보상장치.
  5. 20Hz 이하의 일정한 저주파수 전류를 발생하여 발생된 저주파수 전류에 의해 동작하는 인버터부의 출력전류 값을 검출하는 단계; 및
    전압지령 발생부가 발생하는 전압 지령 값과 기 저장된 저항값 및 상기 검출된 인버터부의 출력전류 값을 이용하여 데드타임 보상 값을 계산하고, 계산된 데드타임 보상 값을 적용하여 데드타임을 보상하는 단계;를 포함하여 이루어지는 데드타임 보상방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 데드타임 보상 값은
    상기 전압지령 발생부가 발생하는 전압 지령 값에서 상기 검출된 인버터부의 출력전류 값과 상기 기 설정된 저항값을 곱한 값을 감하여 계산하는 것을 특징으로 하는 데드타임 보상방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 데드타임 보상 값을 계산한 후에,
    상기 계산된 데드타임 보상 값을 저장부에 저장하는 단계 및
    모터가 정속으로 운전할 시에 상기 저장부에 저장된 데드타임 보상 값을 적용하여 상기 인버터부의 구동을 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데드타임 보상방법.
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KR19990062203A (ko) * 1997-12-31 1999-07-26 이종수 유도전동기의 데드타임 및 전류 오프셋 보상장치 및 방법
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