KR101199327B1 - 모터의 상 전류 검출장치 및 방법 - Google Patents

모터의 상 전류 검출장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터의 상 전류 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 모터의 각 상에 공급되는 상 전류를 감지하는 상 전류 감지부, 상기 상 전류 감지부로부터 출력되는 감지신호를 전파 정류하는 전파정류부, 상기 전파정류부로부터 출력되는 신호를 평활하여 평균값에 해당하는 신호를 출력하는 평활회로 및 상기 평균값과 미리 저장된 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 이용해 상 전류의 실효값을 산출하는 제어부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 모터의 상 전류 검출장치 및 방법을 이용하는 것에 의해, 본 발명은 전파정류부와 평활회로 및 A/D 컨버터를 이용해서 상 전류 감지부로부터 출력되는 감지신호로부터 평균값을 추출하고, 미리 저장된 보상 테이블을 이용해 상 전류의 실효값을 산출한다.

Description

모터의 상 전류 검출장치 및 방법{PHASE CURRENT DETECTING APPARATUS AND METHOD OF MOTOR}
본 발명은 모터의 상 전류 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 회전하는 3상 브러시리스 직류모터(3-phase Brushless Direct Current Motor, 이하, 'BLDC 모터'라 함)의 상 전류를 검출하는 모터의 상 전류 검출장치 및 방법에 관한 것이다.
인버터 회로는 직류전력을 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류전력(U,V,W)으로 변환시키는 전력변환장치로, 에너지 절약 및 출력 제어의 용이성 때문에 자동차, 세탁기, 냉장고, 에어컨 등의 전기제품에 사용되는 모터를 구동하기 위하여 그 사용이 점차 증가하고 있다.
일반적으로, 인버터 회로를 이용해 모터를 적절하게 제어하기 위해서 모터에 인가되는 상 전류를 검출하고, 검출된 상 전류에 따라 모터에 인가되는 전류를 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 제어하는 방법이 사용된다.
이를 위하여, 종래에는 아래의 수학식 1을 이용해 상 전류의 실효값을 산출하였다.
Figure 112011026770053-pat00001
즉, 종래에는 상 전류의 실효값을 구하기 위해 상 전류의 주기(T)를 검출하고, 샘플링한 데이터(f(t))를 제곱한 값의 합을 샘플링한 데이터의 개수(T)로 나눈 값의 제곱근을 계산하였다.
이와 같이, 수학식 1에 따른 연산작업을 수행하여 상 전류의 실효값을 구하는 종래의 상 전류 검출방법은 프로세서의 처리속도와 밀접한 관계를 가진다.
따라서 BLDC 모터의 회전속도가 높아지는 경우, 샘플링 데이터가 증가하면서 프로세서의 연산작업량이 급격하게 증가함에 따라 프로세서의 부하가 증가하게 된다 .
결국, 종래의 상 전류 검출방법은 프로세서의 부하가 증가함에 따라 상 전류 산출속도가 저하됨에 따라 고성능의 프로세서를 사용해야만 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 상 전류의 평균값을 추출하는 회로 구성을 이용하여 프로세서의 부하를 감소시키는 모터의 상 전류 검출장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 모터에 인가되는 과전류를 검출할 수 있는 모터의 상 전류 검출장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 모터의 각 상에 공급되는 상 전류를 감지하는 상 전류 감지부, 상기 상 전류 감지부로부터 출력되는 감지신호를 전파 정류하는 전파정류부, 상기 전파정류부로부터 출력되는 신호를 평활하여 평균값에 해당하는 신호를 출력하는 평활회로 및 상기 평균값과 미리 저장된 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 이용해 상 전류의 실효값을 산출하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 상기 평활회로로부터 출력되는 평균값을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터를 더 포함한다.
상기 제어부는 상기 보상 테이블을 저장하는 메모리와 상기 평활회로로부터 출력된 평균값과 상기 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 곱셈하여 상 전류의 실효값을 산출하는 실효값 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전파정류부와 평활회로는 상기 감지신호를 시간에 대해 적분하는 적분회로인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 (a) 모터의 각 상에 공급되는 상 전류를 감지하는 단계, (b) 상기 제 (a)단계에서 감지된 감지신호를 전파 정류하는 단계, (c) 상기 제 (b)단계에서 전파 정류된 신호를 평활하여 평균값에 해당하는 신호를 추출하는 단계, (d) 상기 평균값을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 단계 및 (e) 상기 제 (d)단계에서 디지털 신호로 변환된 평균값과 미리 저장된 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 곱셈하여 상 전류의 실효값을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 제 (b)단계 및 제 (c)단계는 상기 감지신호의 교류 성분을 시간에 대해 적분하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제(e)단계에서 산출된 상 전류의 실효값과 미리 설정된 기준 상 전류를 비교하여 과전류 발생 여부를 진단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전파정류부와 평활회로 및 A/D 컨버터를 이용해서 상 전류 감지부로부터 출력되는 감지신호로부터 평균값을 추출하고, 미리 저장된 보상 테이블을 이용해 상 전류의 실효값을 산출한다.
이에 따라, 본 발명은 이론적인 공식에 따라 상 전류의 실효값을 산출하는 과정에서 프로세서에 과부하가 발생하는 종래 기술과 달리, 상 전류를 감지한 감지신호를 적분하는 적분회로 구성을 통해 평균값을 추출한 후, 평균값과 보상 테이블에 저장된 보상값을 곱하는 간단한 연산작업을 통해 상 전류의 실효값을 산출하여 프로세서의 부하를 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명은 산출된 상 전류의 실효값과 미리 저장된 기준 상 전류를 비교하고, 비교결과에 따라 모터의 과전류 발생 여부를 진단하고, 과전류로 인한 모터 및 스위칭 소자의 고장 및 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 상 전류 검출장치의 블록 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 상 전류 검출장치의 각 장치로부터 출력되는 신호 그래프.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 상 전류 검출방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 상 전류 검출장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 상 전류 검출장치의 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 상 전류 검출장치의 각 장치로부터 출력되는 신호 그래프이다.
본 실시 예에서는 3상 BLDC 모터의 상 전류를 검출하는 것으로 설명하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 브러시형 모터나 단상 모터와 같이 다양한 모터의 상 전류를 검출하도록 변경될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 상 전류 검출장치(10)는 모터(도면 미도시)의 각 상에 공급되는 상 전류를 감지하는 상 전류 감지부(11), 상 전류 감지부(11)로부터 출력되는 감지신호를 전파 정류하는 전파정류부(12), 전파정류부(12)로부터 전파 정류된 신호를 평활하여 평균값에 해당하는 신호를 출력하는 평활회로(13) 및 상기 평균값에 미리 저장된 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 이용해 상 전류의 실효값을 산출하는 제어부(15)를 포함한다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 상 전류 검출장치(10)는 평활회로(13)의 출력신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 변환된 신호를 제어부(15)로 전단하는 아날로그 디지털 컨버터(이하 'AD 컨버터'라 함)(14)를 더 포함한다.
상 전류 감지부(11)는 인버터회로(도면 미도시)로부터 상기 모터의 각 상에 공급되는 상 전류를 감지하도록 상기 모터의 상 개수에 대응되는 개수, 즉 3개로 구비된다.
이러한 상 전류 감지부(11)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 정현파 형태의 감지신호를 제어부(15)로 전달한다.
전파정류부(12)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 감지신호를 전파 정류하여 음의 신호를 양의 신호로 변환한다.
평활회로(13)는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 전파정류부(12)로부터 변환된 신호를 평활하여 상 전류의 평균값에 대응되는 신호를 출력한다 .
즉, 전파정류부(12)와 평활회로(13)는 상 전류 감지부(11)에서 출력된 감지신호의 교류 성분을 시간에 대해 적분하는 적분회로의 역할을 한다.
제어부(15)는 상기 모터의 구동을 제어하고 상기 모터의 고장진단을 수행하는 프로세서로서, 평활회로(13)로부터 출력되어 A/D 컨버터(14)에 디지털 신호로 변환된 평균값과 미리 설정된 보상값을 곱하여 상 전류의 실효값(Root Mean Square)을 산출하고, 산출된 실효값에 따라 상기 모터의 과전류 여부를 판단한다.
이를 위해, 제어부(15)는 아래의 표 1에 도시된 바와 같은 보상 테이블을 저장하는 메모리(16) 및 상기 평균값과 보상값을 곱하여 상 전류의 실효값을 산출하는 실효값 산출부(17)를 포함한다.
표 1은 모터의 분당회전수와 부하의 변화에 따른 보상 테이블이다.
표 1에 기재된 보상값은 상 전류의 실효값을 정밀하게 검출하기 위한 실험 결과에 의해 산출된 값이다.
RPM1 RPM2 RPM3 … RPMn
Load1 Comp11 Comp12 Comp13 … Comp1n
Load2 Comp21 Comp22 Comp23 … Comp2n
Load3 Comp31 Comp32 Comp33 … Comp3n
… … … … … …
Loadn Compn1 Compn2 Compn3 … Compnn
메모리(16)는 표 1에 도시된 바와 같은 모터의 각 분당회전수와 부하량에 대응하는 보상값을 매핑하여 테이블로 저장한다.
따라서 실효값 산출부(17)는 A/D 컨버터(14)로부터 출력되는 평균값과 대응되는 보상값을 곱하여 상 전류의 실효값을 산출한다.
즉, 본 발명은 전파정류부와 평활회로 및 A/D 컨버터를 이용해서 상 전류 감지부로부터 출력되는 감지신호를 변환하여 평균값을 추출하고, 미리 저장된 보상 테이블을 이용해 상 전류의 실효값을 산출한다.
이에 따라, 본 발명은 이론적인 공식에 따라 상 전류의 실효값을 산출하는 과정에서 프로세서에 과부하가 발생하는 종래 기술과 달리, 상 전류를 감지한 감지신호를 적분하는 적분회로 구성을 통해 평균값을 추출한 후, 평균값과 보상 테이블에 저장된 보상값을 곱하는 간단한 연산작업을 통해 상 전류의 실효값을 산출하여 프로세서의 부하를 감소시킨다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 상 전류 검출방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 상 전류 검출방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상 전류 감지부(11)는 인버터회로에 모터의 각 상에 인가되는 상 전류를 감지한다(S10).
그러면, 전파정류부(12)는 전파 정류를 통해 상 전류 감지부(11)의 감지신호를 전파 정류하여 음의 신호를 양의 신호로 변환하고(S11), 평활회로(13)는 양의 신호로 변환된 변환신호를 평활하여 평균값에 해당하는 신호를 추출한다(S12).
이어서, A/D 컨버터(14)는 추출된 평균값 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환한다(S13).
제어부(15)의 실효값 산출부(17)는 디지털 신호로 변환된 평균값 신호와 메모리(16)에 저장된 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 곱셈하여 상 전류의 실효값을 산출한다(S15).
그래서 제어부(15)는 산출된 상 전류의 실효값과 미리 저장된 기준 상 전류를 비교하고, 비교결과에 따라 모터의 과전류 발생 여부를 진단한다.
진단 결과, 과전류 발생시, 제어부(15)는 모터의 구동을 중지하고, 차량의 메인 제어부로 과전류 발생사실을 통지하여 과전류로 인한 모터 및 스위칭 소자의 고장 및 손상을 방지한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 전파정류부, 평활회로, A/D 컨버터를 이용해 상 전류를 감지한 감지신호의 평균값을 추출하고, 평균값과 미리 저정된 보상 테이블의 보상값을 곱하여 상 전류의 실효값을 산출한다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 상 전류 추출장치 11: 상 전류 감지부
12: 전파정류부 13: 평활회로
14: A/D 컨버터 15: 제어부
16: 메모리 17: 실효값 산출부

Claims (7)

  1. 모터의 각 상에 공급되는 상 전류를 감지하는 상 전류 감지부,
    상기 상 전류 감지부로부터 출력되는 감지신호를 전파 정류하는 전파정류부,
    상기 전파정류부로부터 출력되는 신호를 평활하여 평균값에 해당하는 신호를 출력하는 평활회로 및
    상기 평균값과 미리 저장된 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 이용해 상 전류의 실효값을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 상 전류 검출장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 평활회로로부터 출력되는 평균값을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 상 전류 검출장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 보상 테이블을 저장하는 메모리와
    상기 평활회로로부터 출력된 평균값과 상기 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 곱셈하여 상 전류의 실효값을 산출하는 실효값 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 상 전류 검출장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전파정류부와 평활회로는 상기 감지신호를 시간에 대해 적분하는 적분회로인 것을 특징으로 하는 모터의 상 전류 검출장치.
  5. (a) 모터의 각 상에 공급되는 상 전류를 감지하는 단계,
    (b) 상기 제 (a)단계에서 감지된 감지신호를 전파 정류하는 단계,
    (c) 상기 제 (b)단계에서 전파 정류된 신호를 평활하여 평균값에 해당하는 신호를 추출하는 단계,
    (d) 상기 평균값을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 단계 및
    (e) 상기 제 (d)단계에서 디지털 신호로 변환된 평균값과 미리 저장된 보상 테이블에서 대응되는 보상값을 곱셈하여 상 전류의 실효값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 상 전류 검출방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 (b)단계 및 제 (c)단계는
    상기 감지신호의 교류 성분을 시간에 대해 적분하는 것을 특징으로 하는 모터의 상 전류 검출방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제(e)단계에서 산출된 상 전류의 실효값과 미리 설정된 기준 상 전류를 비교하여 과전류 발생 여부를 진단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 상 전류 검출방법.


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