KR101259623B1 - Apparatus for controlling inverter current and Method for operating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인버터의 전류 제어 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 3상 교류 전류를 출력하는 인버터의 스위칭 소자의 전류를 제어하며 상단락을 검출하는 전류 제어 장치 및 전류 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태인 인버터 전류 제어 장치는, 복수의 스위칭 소자가 각각 온,오프됨으로써, 입력 직류 전압을 3상 교류로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 상전류를 검출하는 전류검출센서와, 상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하고, 동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 구동 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current control device of an inverter and a method of operating the same, and to a current control device and a current control method of controlling a current of a switching element of an inverter for outputting a three-phase alternating current and detecting an upper lock. Inverter current control device according to an embodiment of the present invention, the plurality of switching elements are turned on and off, respectively, the inverter to convert the input DC voltage into three-phase alternating current and output to the motor, the three-phase (three phase) phase of the same polarity A phase current of opposite polarity is calculated using a current detection sensor detecting a phase current flowing through a plurality of switching elements outputting a plurality of phases, and the phase current detected by the current detection sensor, and the measured phase currents of the same polarity and the calculated polarity of the opposite polarity are calculated. The controller may include a control unit configured to output a driving signal for controlling on / off of the plurality of switching elements with reference to a phase current.
Description
본 발명은 인버터의 전류 제어 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 3상 교류 전류를 출력하는 인버터의 스위칭 소자의 전류를 제어하며 상단락을 검출하는 전류 제어 장치 및 전류 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current control device of an inverter and a method of operating the same, and to a current control device and a current control method of controlling a current of a switching element of an inverter for outputting a three-phase alternating current and detecting an upper lock.
하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 차량에서는, 고전압 배터리를 사용하여 주행용 모터나 컴프레서의 모터를 구동하고, 저전압 배터리를 사용하여 오디오 기기나 LIN(Local Interconnect Network)이나 CAN(Controller Area Network) 등의 통신을 하기 위한 통신 기기를 구동한다. 이러한 구성에 있어서, 예를 들어, 인버터 장치의 동작을 제어하는 모터용 제어부와 통신 기기의 동작을 제어하는 통신용 제어부가 서로 신호를 송수신하는 경우, 포토커플러를 통하여 신호가 송수신된다.In a vehicle such as a hybrid car or an electric vehicle, a high voltage battery is used to drive a driving motor or a compressor motor, and a low voltage battery is used to communicate with an audio device or a local interconnect network (LIN) or controller area network (CAN). Drive a communication device to In such a configuration, for example, when the motor control unit for controlling the operation of the inverter device and the communication control unit for controlling the operation of the communication device transmit and receive signals with each other, the signal is transmitted and received through the photocoupler.
일반적으로 인버터를 제어하여 모터를 구동하는 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 고전압 배터리(10)와, 상기 고전압 배터리의 전압을 다른 전압으로 변환하는 전압 변환유닛(Converter)와, 상기 변환된 전압을 저장 및 평활화하는 평활유닛(30;필터콘덴서)과, 상기 평활유닛의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(40;Inverter, DC/AC Converter)와, 상기 인버터의 교류 전압에 의해 구동되는 모터(60) 및 출력 주파수를 제어하는 제어유닛(50)을 포함하여 구성된다.In general, an apparatus for driving a motor by controlling an inverter includes a
상기 인버터(40)는 스위칭 소자를 연결하여 사용하는데, 일반적으로 스위칭 소자로서 특성이 우수한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)라는 반도체 소자를 주로 사용한다.The
상기 인버터(40)에 출력 단락 또는 암(Arm) 단락이 발생하여 스위칭 소자인 IGBT에 단락 전류가 흐르면 스위칭 소자의 단락 전류는 스위칭 소자에 인가되고 있는 게이트-이미터 전압(VGE)이 허용하는 최대 전류까지 상승하고, 스위칭 소자의 컬렉터-이미터 전압(VCE)은 전류에 비례하여 상승한다. 단락 전류로 인해 상기와 같이, 인버터 내의 스위칭 소자인 IGBT 소자에서, 제어되지 않는 전류(이하, '사고전류'라 함)가 흐를 경우 이를 검출하여 적절한 대응을 취해야 한다.When an output short circuit or an arm short circuit occurs in the
이를 위해 종래에는 전류 제어 목적으로 상출력단(phase ouptut)에 설치된 상출력 전류 검출센서(70;70a,70b,70c)에서 검출되는 전류값을 이용하여 전류 제어 및 단락전류 검출을 수행하는 별도의 검출전용회로를 두어야만 했다.To this end, conventionally, a separate detection for performing current control and short-circuit current detection using current values detected by phase output current detection sensors 70 (70a, 70a, 70b, 70c) installed in a phase ouptut for current control purposes. I had to put a dedicated circuit.
예컨대, 정상적인 경우, 스위칭 소자가 턴-온되면, 입력 전압 VCC는 풀-업 저항, 전류 제한저항, 블로킹 다이오드, 스위칭 소자를 통해 GND에 연결된다. 이때, 스위칭 소자의 턴-온 전압만이 검출되어 정상 동작을 수행한다. 반대로, 스위칭 소자가 단락되는 경우 스위칭 소자의 턴-온 전압은 단락 전류의 크기에 비례하여 상승하고, 상기 비교유닛의 기준 전압과 비교되어 단락 검출 유무를 판별하고 고장신호를 제어유닛에 전달하였다.For example, in the normal case, when the switching element is turned on, the input voltage VCC is connected to GND through a pull-up resistor, current limiting resistor, blocking diode, switching element. At this time, only the turn-on voltage of the switching element is detected to perform normal operation. On the contrary, when the switching element is shorted, the turn-on voltage of the switching element rises in proportion to the magnitude of the short-circuit current, and compared with the reference voltage of the comparison unit to determine the presence or absence of a short circuit detection and transmit a failure signal to the control unit.
그러나, 종래 기술의 따른 단락검출 기능을 갖는 검출전용회로를 구비한 인터버 제어 장치는, 비용이 상승하고 단락검출 레벨을 조정할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 포지티브 상을 출력하는 스위칭 소자와 네거티브 상전류를 출력하는 스위칭 소자가 동시 도통되어 상단락(phase short)이 발생하는 경우, 상출력단에 설치된 상출력 전류 검출센서만으로는 이러한 상단락을 검출할 수 없는 문제가 있다.However, there is a problem in that an inverter control device having a detection-only circuit having a short-circuit detection function according to the prior art increases costs and cannot adjust the short-circuit detection level. In addition, when a phase short occurs due to the simultaneous conduction of a switching element that outputs a positive phase and a switching element that outputs a negative phase current, such a phase lock cannot be detected only by a phase output current detection sensor installed in the phase output stage. there is a problem.
본 발명의 기술적 과제는 단락검출 기능을 갖는 검출전용회로없이 인버터 전류 제어 장치 및 전류 제어 방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 스위칭 소자에 흐르는 전류를 측정하는 방안을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 스위칭 소자에 흐르는 전류를 최소 한도로 검출하여 인버터 전류 제어를 수행하도록 하는데 있다. An object of the present invention is to provide an inverter current control device and a current control method without a dedicated detection circuit having a short-circuit detection function. Another object of the present invention is to provide a method for measuring a current flowing through a switching device. In addition, the technical problem of the present invention is to detect the current flowing through the switching element to the minimum to perform the inverter current control.
본 발명의 실시 형태인 인버터 전류 제어 장치는, 복수의 스위칭 소자가 각각 온,오프됨으로써, 입력 직류 전압을 3상 교류로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 상전류를 검출하는 전류검출센서와, 상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하고, 동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 구동 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.Inverter current control device according to an embodiment of the present invention, the plurality of switching elements are turned on and off, respectively, the inverter to convert the input DC voltage into three-phase alternating current and output to the motor, the three-phase (three phase) phase of the same polarity A phase current of opposite polarity is calculated using a current detection sensor detecting a phase current flowing through a plurality of switching elements outputting a plurality of phases, and the phase current detected by the current detection sensor, and the measured phase currents of the same polarity and the calculated polarity of the opposite polarity are calculated. The controller may include a control unit configured to output a driving signal for controlling on / off of the plurality of switching elements with reference to a phase current.
상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하는 것은, 동일 극성의 3상을 동일 극성 제1,제2,제3상이라 할 때, 제1상의 반대 극성의 상전류의 절대값은, 제2상 및 제3상의 동일 극성을 합하여 산출한다.Calculating the phase current of the opposite polarity by using the phase current detected by the current detection sensor, when the three phases of the same polarity of the first, second, third phase of the same polarity, The absolute value is calculated by adding the same polarity of the second phase and the third phase.
상기 제어부는, 상기 동일 극성의 측정된 상전류와 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생하였음을 알람 경고한다. 상기 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 소자임을 특징으로 한다.The controller warns that an upper lock has occurred when the sum of three-phase alternating current at a specific phase point is not '0' with reference to the measured phase current having the same polarity and the calculated phase current having the opposite polarity. The switching device is an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device.
또한 본 발명의 실시 형태에 따른 인버터 전류 제어 방법은, 동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 과정과, 상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하는 과정과, 동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 피드백받아, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 과정을 포함한다.In addition, the inverter current control method according to an embodiment of the present invention, the process of detecting a current flowing through a plurality of switching elements for outputting a three-phase phase current of the same polarity, and the phase current detected through the current detection sensor Calculating a phase current of opposite polarity, and receiving feedback of the measured phase current of the same polarity and the calculated phase current of the opposite polarity, and controlling the on / off control of the plurality of switching elements.
본 발명의 실시 형태에 따르면 여분의 검출전용회로없이 전류검출센서를 이용하여 스위칭소자의 전류를 직접 검출함으로써 회로 간단화를 이룰 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 전류검출센서를 최소화함으로서 비용 절감을 이룰 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 스위칭 소자의 이상 여부를 직접 정확하게 검출할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the circuit can be simplified by directly detecting the current of the switching element using a current detection sensor without an extra detection dedicated circuit. In addition, according to the embodiment of the present invention can reduce the cost by minimizing the current detection sensor. In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to directly and accurately detect whether the switching element is abnormal.
도 1은 종래의 인버터를 제어하여 모터를 구동하는 장치를 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 단락 전류 검출 회로를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전류검출센서가 IGBT에 구비된 모습을 도시한 그림이다.
도 4는 3상전류의 파형을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인버터에서 3개의 전류검출센서만을 이용하여 인버터의 이상 여부를 검출하는 방법을 도시한 플로차트이다.1 is a view showing a device for driving a motor by controlling a conventional inverter.
2 is a diagram illustrating a short circuit current detection circuit of an inverter according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view showing a state in which the current detection sensor is provided in the IGBT according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing waveforms of three-phase current.
5 is a flowchart illustrating a method of detecting an abnormality of an inverter using only three current detection sensors in an inverter according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 단락 전류 검출 회로를 도시한 그림이다.2 is a diagram illustrating a short circuit current detection circuit of an inverter according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예에서는 인버터의 스위칭 소자로서, IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터;Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 사용하는 예를 들어 설명할 것이나, 이에 한정되지 않고 다양한 스위칭 소자의 경우에도 본 발명의 실시예가 적용될 수 있음은 자명할 것이다. 즉, 인버터를 구성하는 각 스위칭 소자는, 다이오드가 병렬 접속되는 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등 IGBT 에 한정되지 않는다.Hereinafter, an embodiment using an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element as a switching element of an inverter will be described below, but the present invention is not limited thereto. It will be apparent that the embodiments may be applied. That is, each switching element constituting the inverter is not limited to an IGBT such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) in which diodes are connected in parallel.
참고로, IGBT는, MOSFET와 Bipolar transistor의 장점만을 취할 수 있도록 되어 있다. IGBT는 실제로는 MOSFET를 대체하기 위한 소자라고 볼 수 있다. MOSFET의 경우 하나의 타입 캐리어(electron or hole)로 구동하는 소자이기 때문에 항복전압을 높이거나 전류량을 높이는데 한계가 있다. 그 때문에 IGBT는 MOSFET의 이러한 단점을 보완하고 높은 항복전압과 전류를 얻을 수 있다. 다만, IGBT는 MOSFET에 비해 속도가 느린 단점을 가진다. IGBT 소자의 특징을 간단히 기술하면, IGBT는 MOSFET와 같은 전압 제어 방식을 갖추며 ON-저항이 낮아 고전력 소자에 널리 사용된다. MOSFET과 IGBT의 전압별 ON-저항의 차이를 비교하면, 넓은 전압 범위에서 MOSFET에 비해 IGBT에서의 도통 저항이 더 낮다. 스위칭 소자인 IGBT, MOS FET, TR의 특성을 각각 비교하면, 입력형태는 IGBT와 MOS FET는 전압으로 제어하고, BJT는 전류로 제어하며, 입력저항은 IGBT및 MOS FET는 매우 높은 반면 BJT는 낮다. 또한, 동작주파수는 IGBT는 중간정도이고, MOS FET는 높고, BJT는 낮으며, 스위칭 속도는, IGBT는 중간정도고, MOS FET는 매우 빠르고 BJT는 제일 느리다.
For reference, the IGBT can only take advantage of the MOSFET and Bipolar transistor. IGBTs can actually be seen as replacements for MOSFETs. Since the MOSFET is a device driven by one type of carrier (electron or hole), there is a limit in increasing the breakdown voltage or the amount of current. Because of this, IGBTs can compensate for these disadvantages of MOSFETs and achieve high breakdown voltages and currents. However, IGBT has the disadvantage of being slower than MOSFET. Briefly describing the features of the IGBT device, the IGBT has the same voltage control scheme as the MOSFET and has low ON-resistance, making it widely used in high power devices. Comparing the difference in voltage-dependent ON-resistance between the MOSFET and the IGBT, the conduction resistance in the IGBT is lower than in the MOSFET over a wide voltage range. Comparing the characteristics of switching devices IGBT, MOS FET and TR, the input type is controlled by voltage, IGBT and MOS FET by voltage, BJT by current, and input resistance is very high while IGBT and MOS FET are low, but BJT is low. . In addition, the operating frequency is medium IGBT, MOS FET is high, BJT is low, switching speed is medium, IGBT is medium, MOS FET is very fast and BJT is the slowest.
도 2를 참고하면 인버터를 제어하여 모터를 구동하는 전류 제어 장치는, 고전압 배터리(500)와, 상기 고전압 배터리의 전압을 다른 직류 전압으로 변환하는 전압 변환유닛(600;Converter)와, 상기 변환된 전압을 저장 및 평활화하는 평활유닛(700;필터콘덴서)과, 상기 평활유닛의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(100;Inverter)와, 상기 인버터의 교류 전압에 의해 구동되는 모터(300) 및 출력 주파수를 제어하는 제어부(200)와, 제어부의 구동 신호를 입력받아 인버터의 스위칭 소자의 입력단(gate)에 제공하는 드라이브 회로(400)을 포함하여 구성된다. 상기에서 인버터(100)는, 예를 들어, 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 차량에 탑재되는 컴프레서 모터의 구동을 제어한다.Referring to FIG. 2, a current control device for controlling an inverter to drive a motor includes a
드라이브 회로(400)는, 제어부로부터 출력되는 각 드라이브 신호를 IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)의 각각의 게이트(gate)에 출력하여, IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)를 각각 온, 오프 스위칭 한다.The
제어부(200)는, 3상 전류(Iu, Iv, Iw) 에 기초하여 모터(300)의 로터(rotor)의 현재 위치를 구하고, 그 로터(rotor)의 현재 위치와 외부로부터 입력되는 명령 메시지(command message)에 기초하여 U상, V상, W상의 각각의 상전압을 구하고, 그들 3개의 상전압과 삼각 기준파를 사용하여 PWM(Pulse Width Modulaton)에 의해 스위칭 소자(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)의 각각의 온, 오프를 제어하기 위한 각 드라이브 신호를 생성한다. 또한, 제어부(200)는, LIN 이나 CAN 등의 통신을 하는 통신 기기 (24) 의 동작 제어를 실시하는 장치와 신호를 송수신한다.The
특히, 본 발명의 실시예인 제어부(200)는 전류검출센서(110,120,130)을 통하여 검출되는 포지티브 상전류를 이용하여 반대 극성인 네거티브 상전류의 패턴을 산출하고, 동일 극성의 측정된 포지티브 상전류와 반대극성의 산출된 네거티브 상전류를 참고하여, 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 구동신호를 출력한다. 이러한 제어부의 동작 예는 하기에서 상술하기로 한다.
In particular, the
인버터(100)는 복수의 스위칭 소자가 각각 온,오프됨으로써, 입력 직류 전압을 3상 교류로 변환하여 모터에 출력한다. 예를 들어, 인버터(100)는, 서로 직렬 접속되어 U상을 출력하는 n 채널의 제1_IGBT(Pu) 및 제2_IGBT(Nu)와, 서로 직렬 접속되어 V상을 출력하는 n 채널의 제3_IGBT(Pv) 및 제4_IGBT(Nv)와, 서로 직렬 접속되어 W상을 출력하는 n 채널의 제5_IGBT(Pw) 및 제6_IGBT(Nw)가 고전압 배터리(500)에 병렬 접속되어 구성되어 있다. 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)는 포지티브(Positive) U,V,W의 3상전류를 각각 출력하는 스위칭 소자이며, 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Nv), 제6_IGBT(Nw)는 네거티브(Negative) U,V,W 3상전류를 각각 출력하는 스위칭 소자이다. 참고로, 각 IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)에는 전류 블록킹을 위한 다이오드(D)가 컬렉터단(C)과 이미터단(E) 사이에 병렬로 연결되어 있다.The
제1_IGBT(Pu) 및 제2_IGBT(Nu)간의 접속점 노드와 모터(300)의 U상이 접속되고, I제3_IGBT(Pv) 및 제4_IGBT(Nv)간의 접속점 노드와 모터(300)의 V상이 접속되며, 제5_IGBT(Pw) 및 제6_IGBT(Nw)의 접속점 노드와 모터(300) 의 W상이 접속되어 있다. IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)가 순차 온, 오프가 됨으로써 모터(300)에 복수의 교류 전류가 흘러 모터(300)의 로터가 회전한다.
The connection point node between the first _IGBT (Pu) and the second _IGBT (Nu) and the U phase of the
각 스위칭 소자인 IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)마다, 각 IGBT에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출센서(110;110a,110b,110c,110d,110e,110f)를 구비한다. 전류검출센서(110)로는, 저이 사용될 수 있다. 예컨대, 각 IGBT소자(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)의 이미터단(E;emiter)에 전류검출 저항을 구비하여, 각 저항에 걸리는 전압을 측정하여, 전압(V) 및 저항(R) 및 전류(I)의 관계식(V=RI)을 통해 전류를 검출할 수 있다. 이밖에 다양한 전류검출센서가 적용될 수 있음은 자명할 것이다.Each of the switching elements IGBTs (Pu, Pv, Pw, Nu, Nv, and Nw) is provided with current detection sensors 110 (110a, 110b, 110c, 110d, 110e, and 110f) for detecting a current flowing in each IGBT. As the current detection sensor 110, a low may be used. For example, a current detecting resistor is provided at an emitter end (E; emiter) of each IGBT element (Pu, Pv, Pw, Nu, Nv, Nw), and the voltage applied to each resistor is measured to measure voltage (V) and resistance ( The current can be detected through the relationship of R) and current I (V = RI). It will be apparent that various current detection sensors can be applied.
상기와 같이 각 IGBT 소자(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)에 구비된 전류검출센서(110)를 통해 측정되는 IGBT의 전류는 제어부(200)에 제공된다. 제어부는 상기와 같이 각 IGBT 소자에 구비된 전류검출센서(110)를 통해 IGB의 전류를 제공받아, IGBT의 전류가 정상적으로 흐르고 있는지를 비교함으로써 단락 전류가 발생하였는지를 빠르게 검출할 수 있다. As described above, the current of the IGBT measured by the current detection sensor 110 provided in each of the IGBT elements Pu, Pv, Pw, Nu, Nv, and Nw is provided to the
예컨대, IGBT에 단락 전류가 흐를경우, 제어부는 IGB소자의 이미터단(E)에 연결된 전류검출 저항(전류검출센서)에 걸리는 전압을 직접 검출하여 별도의 비교유닛에 미리 설정된 기준 전압과 비교하여 단락 유무를 판별하고 고장 신호를 단락 검출 신호로서 전달할 수 있다.For example, when a short circuit current flows through the IGBT, the control unit directly detects a voltage applied to the current detection resistor (current detection sensor) connected to the emitter terminal E of the IGB element, and compares the voltage with a preset reference voltage in a separate comparison unit. The presence or absence of a fault signal can be transmitted as a short circuit detection signal.
참고로, 각 IGBT 소자에 구비된 전류검출 센서를 통해 전류가 검출되는 경우, 이러한 검출 전류는 상기에서 설명한 단락 전류 검출에 이용되는것 뿐만 아니라 검출된 전류를 통해 전류 제어에 이용할 수 있다.
For reference, when a current is detected through a current detection sensor included in each IGBT element, the detection current may be used for current control as well as the short circuit current detection described above.
한편, 상기에서 설명한 각 IGBT 소자에 구비된 6개의 전류검출 센서를 통해 단락 전류를 직접 검출하는 기능을 구비한 인버터는, 각 IGBT 소자에 전류검출 센서를 구비해야 하기 때문에 비용이 상대적으로 소요되며 회로가 상대적으로 복잡해지는 문제가 있을 수 있다.On the other hand, an inverter having a function of directly detecting a short circuit current through the six current detection sensors included in each of the above-described IGBT elements requires a current detection sensor in each of the IGBT elements, which is relatively expensive. Can be a relatively complex problem.
이를 위하여, 본 발명의 실시예는 동일 극성의 3상의 전류상을 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 전류만을 검출하여 이용한다.To this end, the embodiment of the present invention detects and uses only a current flowing through a plurality of switching elements outputting a three-phase current phase of the same polarity.
동일 극성을 포지티브 극성이라 하고 반대 극성을 네거티브 극성이라고 정의한다고 하면, 본 발명의 실시예는 도 3(a)에 도시한 바와 같이 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서(110a,110b,110c)를 구비하여 상전류를 검출한다.When the same polarity is defined as a positive polarity and the opposite polarity is defined as a negative polarity, an embodiment of the present invention is a positive switching element as shown in FIG. 3 (a), that is, 1_IGBT (Pu) and 3_IGBT (Pv) ), Three
일반적으로 U상의 전류(Iu), V상의 전류(Iv), W상의 전류(Iw)의 3개의 상출력(phase output)이 정상적으로 모터에 출력되는 경우에는 도 4(a)에 도시한 바와 같이 출력된다. 이러한 각 상을 갖는 3상 출력(Iu,Iv,Iw)을 통해서, 3상 출력의 합은 0(zero)이 되는 특성을 가짐을 알 수 있다.In general, when three phase outputs of the current U in the phase I, the current I in the V phase and the current Iw in the W phase are normally output to the motor, they are output as shown in FIG. do. Through the three-phase output (Iu, Iv, Iw) having each of these phases, it can be seen that the sum of the three-phase output has a characteristic of being zero.
Iu + Iv + Iw = 0Iu + Iv + Iw = 0
본 발명의 실시예는 이러한 3상(3 phase)의 특성을 이용하여, 3개의 전류검출센서만을 통하여 상단락(포지티브 스위칭 소자와 네거티브 스위칭 소자가 동시 도통된 경우)이나 상지락(상출력이 GND 연결된 경우)을 검출한다.The embodiment of the present invention utilizes the characteristics of the three phases so that the top lock (when the positive switching element and the negative switching element are simultaneously conducted) or the phase ground (phase output is GND) through only three current detection sensors. Connected).
도 4(a)는 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서가 구비된 모습을 도시한 회로도로서, 3개의 전류검출센서를 통하여 상단락(포지티브 스위칭 소자와 네거티브 스위칭 소자가 동시 도통된 경우), 상지락(상출력이 GND와 연결된 경우) 등을 검출할 수 있다.FIG. 4 (a) is a circuit diagram illustrating three current detection sensors provided only in the first_IGBT (Pu), the third_IGBT (Pv), and the fifth_IGBT (Pw), which are positive switching elements. The sensor can detect the upper lock (when the positive switching element and the negative switching element are connected simultaneously), the upper ground lock (when the phase output is connected to GND), and the like.
도 4(a)에 도시한 바와 같이, 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서가 구비된 경우에, 어떤 하나의 네거티브 상(phase)의 패턴 일부는 실제로 측정되는 다른 두 개의 포지티브 상(phase)을 통해 그 패턴을 유추할 수 있다.As shown in FIG. 4 (a), when three current detection sensors are provided only in the first_IGBT (Pu), the third_IGBT (Pv), and the fifth_IGBT (Pw) which are positive switching elements, any one Some of the patterns of the negative phase can be inferred from the other two positive phases that are actually measured.
즉, 동일 극성의 3상을 동일 극성 제1,제2,제3상이라 할 때, 제1상의 반대 극성의 전류상의 절대값은, 제2상 및 제3상의 동일 극성을 합하여 패턴을 산출할 수 있다.That is, when the three phases of the same polarity are the same polarity first, second, and third phases, the absolute value of the current phase of the opposite polarity of the first phase sums the same polarity of the second phase and the third phase to calculate a pattern. Can be.
예를 들어, 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류를 감지하는 전류검출센서가 구비되어 있지 않기 때문에 제2_IGBT(Nu)의 전류를 검출할 수 없는데, 이러한 제2_IGBT(Nu)의 전류의 절대값은 실제 측정되는 다른 두 개의 포지티브 상(포지티브 V,W상)을 통해 유추할 수 있다. 즉, 도 4(b)에 도시한 바와 같이 T1구간에서, 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류(Iu_negative)의 절대값은, 포지티브 V상을 제공하는 제3_IGBT(Pv)에 흐르는 전류와 포지티브 W상을 제공하는 제5_IGBT(Pw)에 흐르는 전류의 합과 같다. 제어부는 상기와 같은 방식으로 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류 패턴의 일부를 유추하여 산출할 수 있다.For example, the current of the second _IGBT (Nu) cannot be detected because a current detection sensor for detecting a current flowing through the second _IGBT (Nu) that provides a negative U phase is not provided. The absolute value of the current can be inferred from the two other positive phases (positive V and W phases) that are actually measured. That is, as shown in Fig. 4B, in the T1 section, the absolute value of the current Iu_negative flowing in the second_IGBT (Nu) providing the negative U phase is transferred to the third_IGBT (Pv) providing the positive V phase. It is equal to the sum of the current flowing and the current flowing in the fifth_IGBT (Pw) providing the positive W phase. The controller may infer and calculate a part of the current pattern flowing in the second_IGBT (Nu) that provides the negative U-phase in the above manner.
제어부(200)는, 이렇게 T1구간에서 유추된 네거티브 전류 패턴을 이용하여, 실제 측정되는 포지티브 전류와 함께 참고하여, 복수의 스위치 소자의 온,오프 전류 제어에 사용될 수 있다.The
또한, 제어부(200)는 동일 극성으로서 측정된 포지티브 전류상과 반대 극성으로서 산출된 네거티브 전류상을 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생했다는 알람을 발생한다.In addition, the
또한, 제어부(200)는, 제1_IGBT(Pu)와 제2_IGBT(Nu)가 동시 도통되어 정상적인 포지티브 U상이 출력되지 않고 단락되어 정상 출력되지 않는 경우, 제어부는 상단락이 발생하였음을 검출하여 알람 발생한다.
In addition, when the first_IGBT (Pu) and the second_IGBT (Nu) are simultaneously connected to each other and the normal positive U phase is not output and short-circuited, the
한편, 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)가 아닌 네거티브(Negative) 스위칭 소자인 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Pv), 제6_IGBT(Nw)에만 3개의 전류검출센서가 구비되어도 마찬가지로 구현된다.On the other hand, not the first (IG) (Pu), the third _IGBT (Pv), the fifth _IGBT (Pw), which is a positive switching device, but the second (IG) (Nu), the fourth _IGBT (Pv), the sixth IGBT (Negative) switching device Nw) only if three current detection sensors are provided as well.
상술하면, 도 3(b)는 네거티브(Negative) 스위칭 소자인 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Pv), 제6_IGBT(Nw)에만 3개의 전류검출센서(110d,110e,110f)가 구비된 모습을 도시한 회로도로서, 3개의 전류검출센서만을 가지고서 상단락(포지티브 스위칭 소자와 네거티브 스위칭 소자가 동시 도통된 경우), 상지락(상출력이 GND와 연결된 경우) 등을 검출할 수 있다In detail, FIG. 3 (b) shows three
도 3(b)에 도시한 바와 같이, 네거티브(Negative) 스위칭 소자인 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Pv), 제6_IGBT(Nw)에만 3개의 전류검출센서가 구비된 경우에, 어떤 하나의 포지티브 상(phase)의 패턴 일부는 실제 측정되는 다른 두 개의 네거티브 상을 통해 유추할 수 있다.As shown in FIG. 3 (b), in the case where three current detection sensors are provided only in the second_IGBT (Nu), the fourth_IGBT (Pv), and the sixth_IGBT (Nw) which are negative switching elements, any one Part of the pattern of the positive phase can be inferred from the other two negative phases that are actually measured.
예컨대, 포지티브 U상을 제공하는 제1_IGBT(Pu)에 흐르는 전류를 감지하는 전류검출센서가 구비되어 있지 않기 때문에 제1_IGBT(Pu)의 전류를 검출할 수 없는데, 이러한 제1_IGBT(Pu)의 전류의 절대값은, 실제 측정되는 다른 두 개의 네거티브 상(네거티브 V,W상)을 통해 유추할 수 있다. 마찬가지로, 유추된 전류 패턴을 통하여, 전류 제어에 사용할 수 있으며, 스위칭 소자들이 정상 동작하는지를 판정할 수 있다.
For example, the current of the first _IGBT (Pu) can not be detected because there is no current detection sensor for detecting the current flowing in the first _IGBT (Pu) providing a positive U-phase, the current of the first _IGBT (Pu) The absolute value can be inferred from the other two negative phases (negative V, W phases) that are actually measured. Likewise, through the inferred current pattern, it can be used for current control, and it can be determined whether the switching elements are operating normally.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인버터에서 3개의 전류검출센서만을 이용하여 인버터의 이상 여부를 검출하는 방법을 도시한 플로차트이다.5 is a flowchart illustrating a method of detecting an abnormality of an inverter using only three current detection sensors in an inverter according to an embodiment of the present invention.
우선, 동일 극성의 상을 출력하는 스위칭 소자들의 각각에 흐르는 전류를 검출한다.First, a current flowing through each of the switching elements outputting a phase of the same polarity is detected.
우선, 동일 극성의 3상 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출한다(S510).First, a current flowing through a plurality of switching elements outputting a three-phase phase current of the same polarity is detected (S510).
즉, 포지티브(Positive) 상을 출력하는 포지티브 스위칭 소자들에서만 전류를 검출하거나, 반대로, 네거티브(Negative) 상을 출력하는 네거티브 스위칭 소자에서만 전류를 검출한다. 포지티브 스위칭 소자에서 전류를 검출한다면 다른 네거티브 스위칭 소자에서는 전류를 검출할 필요가 없다. 반대로, 네거티브 스위칭 소자에서 전류를 검출한다면 다른 포지티브 스위칭 소자에서는 전류를 검출할 필요가 없다.That is, the current is detected only in the positive switching elements outputting the positive phase, or conversely, the current is detected only in the negative switching elements outputting the negative phase. If the positive switching element detects the current, the other negative switching element does not need to detect the current. On the contrary, if the current is detected in the negative switching element, it is not necessary to detect the current in the other positive switching element.
예컨대, 도 3(a)에 도시한 바와 같이 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서를 구비하여 포지티브 상전류를 검출한다. 반대로, 도 3(b)에 도시한 바와 같이 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)가 아닌 네거티브(Negative) 스위칭 소자인 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Pv), 제6_IGBT(Nw)에만 3개의 전류검출센서를 구비하여 네거티브 상전류를 검출할 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 3A, only three current detection sensors are provided in only the first_IGBT (Pu), the third_IGBT (Pv), and the fifth_IGBT (Pw), which are positive switching elements, to detect the positive phase current. . On the contrary, as shown in FIG. 3 (b), the second_IGBT (Nu), which is a negative switching element, is not the first_IGBT (Pu), the third_IGBT (Pv), and the fifth_IGBT (Pw), which are positive switching elements. Only the fourth_IGBT (Pv) and the sixth_IGBT (Nw) may include three current detection sensors to detect the negative phase current.
참고로, 상기에서 스위칭 소자의 전류를 검출한다는 것은, IGBT 소자의 이미터단(E;emiter)에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출센서를 이용하여 검출한다. 전류검출센서로는, 저항이 사용될 수 있다. 즉, 각 IGBT소자의 이미터단(E;emiter)에 전류검출 저항을 구비하여, 각 저항에 걸리는 전압을 측정하여, 전압(V) 및 저항(R) 및 전류(I)의 관계식(V=RI)을 통해 전류를 검출할 수 있다. 이밖에 저항 이외의 다양한 전류검출센서가 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
For reference, detecting the current of the switching element is detected by using a current detection sensor that detects a current flowing in the emitter end (E; emiter) of the IGBT element. As the current detection sensor, a resistor can be used. That is, a current detection resistor is provided at an emitter end (E; emitter) of each IGBT element, and the voltage applied to each resistor is measured, and the relationship between voltage (V) and resistance (R) and current (I) (V = RI Current can be detected. In addition, it will be apparent that various current detection sensors other than resistors may be applied.
상기와 같이 동일 극성의 상을 출력하는 스위칭 소자들을 대상으로 전류를 검출(S510)한 후에는, 반대 극성의 상 패턴을 산출한다(S520).After detecting the current (S510) for the switching elements that output the phase of the same polarity as described above, the phase pattern of the opposite polarity is calculated (S520).
도 3(a)에 도시한 바와 같이 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서를 구비하여 포지티브 상전류를 검출한 경우에는, 이들 포지티브 상전류를 이용하여 네거티브 상전류의 패턴을 산출한다.As shown in FIG. 3 (a), when the positive phase current is detected by providing three current detection sensors only in the first_IGBT (Pu), the third_IGBT (Pv), and the fifth_IGBT (Pw), which are positive switching elements, Using these positive phase currents, a pattern of negative phase currents is calculated.
예를 들어, 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류의 절대값은 실제 측정되는 다른 극성을 갖는 다른 두 개의 포지티브 상(포지티브 V,W상)을 통해 유추할 수 있다. 즉, 도 4(b)에 도시한 바와 같이 T1구간에서, 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류(Iu_negative)의 절대값은, 포지티브 V상을 제공하는 제3_IGBT(Pv)에 흐르는 전류(Iv)와 포지티브 W상을 제공하는 제5_IGBT(Pw)에 흐르는 전류(Iw)의 합과 같다. 제어부는 상기와 같은 방식으로 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류 패턴의 일부를 산출한다.For example, the absolute value of the current flowing in the second_IGBT (Nu) that provides a negative U phase can be inferred through two other positive phases (positive V, W phases) with different polarities that are actually measured. That is, as shown in Fig. 4B, in the T1 section, the absolute value of the current Iu_negative flowing in the second_IGBT (Nu) providing the negative U phase is transferred to the third_IGBT (Pv) providing the positive V phase. It is equal to the sum of the current Iv flowing and the current Iw flowing in the fifth IGBT Pw providing the positive W phase. The control unit calculates a part of the current pattern flowing in the second_IGBT Nu which provides the negative U phase in the above manner.
이렇게 T1구간에서 유추된 네거티브 전류 패턴을 이용하여, 실제 측정되는 포지티브 전류와 함께 전류 제어에 사용될 수 있다(S520).By using the negative current pattern inferred in the T1 section as described above, it may be used for current control together with the actually measured positive current (S520).
즉, 산출된 네거티브 전류 패턴을 이용하여, 실제 측정되는 포지티브 전류와 함께 참고하여, 복수의 스위치 소자의 온,오프 전류 제어에 사용될 수 있다.That is, the calculated negative current pattern may be used to control the on / off current of the plurality of switch elements with reference to the positive current to be measured.
또한, 동일 극성으로서 측정된 포지티브 전류상과 반대 극성으로서 산출된 네거티브 전류상을 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생했다는 알람을 발생할 수 있다.In addition, with reference to the negative current phase calculated as the opposite polarity and the positive current phase measured as the same polarity, an alarm may be generated that an upper lock has occurred when the sum of three-phase alternating currents at a specific phase point is not '0'.
또한, 제1_IGBT(Pu)와 제2_IGBT(Nu)가 동시 도통되어 정상적인 포지티브 U상이 출력되지 않고 단락되어 정상 출력되지 않는 경우, 제어부는 상단락이 발생하였음을 검출할 수 있다.In addition, when the first_IGBT (Pu) and the second_IGBT (Nu) are simultaneously connected to each other so that a normal positive U phase is not output and is short-circuited and not normally output, the controller may detect that an upper lock has occurred.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto but is limited by the following claims. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit of the following claims.
100: 인버터 110: 전류검출센서
200: 제어부 300: 모터
Pu,Pv,Pw: 포지티브 상전류 발생 스위칭 소자
Nu,Nv,Nw: 네거티브 상전류 발생 스위칭 소자100: inverter 110: current detection sensor
200: control unit 300: motor
Pu, Pv, Pw: positive phase current generating switching element
Nu, Nv, Nw: Negative phase current generating switching device
Claims (11)
동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 상전류를 검출하는 전류검출센서;
상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하고, 동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 구동 신호를 출력하며, 상기 동일 극성의 측정된 상전류와 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생하였음을 알람하는 제어부;
를 포함하는 인버터의 전류 제어 장치.A plurality of switching elements are turned on and off, respectively, thereby converting an input DC voltage into three-phase AC and outputting the same to a motor;
A current detection sensor for detecting a phase current flowing through a plurality of switching elements outputting three-phase phase currents of the same polarity;
The phase current of the opposite polarity is calculated using the phase current detected by the current detection sensor, and the driving signal for controlling the on / off control of the plurality of switching elements by referring to the measured phase current of the same polarity and the calculated phase current of the opposite polarity. A control unit for outputting the upper phase, when the sum of three-phase alternating current at a specific phase point is not '0', with reference to the measured phase current having the same polarity and the calculated phase current having the opposite polarity;
Current control device of the inverter comprising a.
동일 극성의 3상을 동일 극성 제1,제2,제3상이라 할 때, 제1상의 반대 극성의 상전류의 절대값은, 제2상 및 제3상의 동일 극성을 합하여 산출하는 인버터의 전류 제어 장치.The method of claim 1, wherein the phase current having the opposite polarity is calculated using the phase current detected by the current detection sensor.
When the three phases of the same polarity are the same polarity of the first, second, and third phases, the current control of the inverter in which the absolute value of the phase current of the opposite polarity of the first phase is calculated by adding the same polarity of the second phase and the third phase. Device.
상기 검출한 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하는 과정;
동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 피드백받아, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 과정;
상기 동일 극성의 측정된 상전류와 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생하였음을 알람하는 과정;
을 포함하는 인버터의 전류 제어 방법.Detecting a current flowing through a plurality of switching elements outputting three-phase phase currents of the same polarity;
Calculating a phase current of opposite polarity using the detected phase current;
Controlling the plurality of switching elements on and off by receiving feedback of the measured phase current having the same polarity and the calculated phase current having the opposite polarity;
Alarming that an upper lock has occurred when the sum of three-phase alternating current at a specific phase point is not '0' with reference to the measured phase current having the same polarity and the calculated phase current having the opposite polarity;
Current control method of the inverter comprising a.
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