KR101390519B1 - multi-phase inverter topology for motor drives - Google Patents

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KR101390519B1 KR1020120066000A KR20120066000A KR101390519B1 KR 101390519 B1 KR101390519 B1 KR 101390519B1 KR 1020120066000 A KR1020120066000 A KR 1020120066000A KR 20120066000 A KR20120066000 A KR 20120066000A KR 101390519 B1 KR101390519 B1 KR 101390519B1
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권병일
린 하
토마스.에이.리포
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전동기 드라이브용 다상 인버터는, 단상의 인버터가 병렬로 복수 개 배치되며, 단상의 인버터는, 1개의 스위칭소자; 복수 개의 정류소자; 및 복수 개의 다이오드를 포함하며, 단상의 인버터에는 직류(DC) 전원이 공급되고, 단상의 권선과 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 종래에 비해 고가의 스위칭소자, 즉 IGBT의 개수를 줄일 수 있어 제조 비용을 감소시킬 수 있고, 아울러 동적 성능 및 정상 상태 성능을 유지 또는 향상시킬 수 있다.In the multiphase inverter for a motor drive according to the embodiment of the present invention, a plurality of single-phase inverters are arranged in parallel, and the single-phase inverter includes one switching element; A plurality of rectifying elements; And a plurality of diodes, and the single-phase inverter is supplied with a direct-current (DC) power source and can be connected to the single-phase windings. According to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the number of switching elements, that is, the number of IGBTs, which are higher than those of the prior art, so that the manufacturing cost can be reduced, and the dynamic performance and the steady state performance can be maintained or improved.

Description

전동기 드라이브용 다상 인버터{multi-phase inverter topology for motor drives}[0001] The present invention relates to a multi-phase inverter for a motor drive,

전동기 드라이브용 다상 인버터가 개시된다. 보다 상세하게는, 종래에 비해 고가의 스위칭소자, 즉 IGBT의 개수를 줄일 수 있어 제조 비용을 감소시킬 수 있는 전동기 드라이브용 다상 인버터가 개시된다.
A multiphase inverter for a motor drive is disclosed. More particularly, the present invention discloses a polyphase inverter for a motor drive that can reduce the number of IGBTs and the manufacturing cost by using an expensive switching element compared with the conventional one.

영구자석형 브러시리스 직류 전동기(permanent magnet brushless DC motor)의 동작 특성은 직류 전동기와 유사하고, 위치센서와 인버터의 스위칭소자가 직류 전동기의 기계적인 브러시와 정류자의 역할을 대신한다.The operating characteristics of a permanent magnet brushless DC motor is similar to that of a DC motor, and the position sensor and the switching element of the inverter replace the role of the mechanical brush and commutator of the DC motor.

구체적으로 브러시리스 직류 전동기는 DC 모터에서 브러시 구조를 없애고 정류를 전자적으로 수행하는 모터로, 브러시와 정류자 간의 기계적인 마찰부가 없어지므로 고속화가 가능하고 수명이 길며 소음이 적다.Specifically, a brushless direct current (DC) motor is a motor that eliminates the brush structure in a DC motor and performs rectification electronically. Since there is no mechanical friction between the brush and the commutator, the brushless DC motor is capable of high speed, long life and low noise.

이에, 영구자석형 브러시리스 직류 전동기는 직류 전동기에서와 같이 브러시 마멸로 인한 유지보수가 불필요하면서도 우수한 성능을 얻을 수 있기 때문에 최근에 많이 사용되고 있다.Therefore, the permanent magnet type brushless direct current (DC) motor has been widely used in recent years because maintenance is not required due to the brush wear as in a DC motor, but excellent performance can be obtained.

이러한 영구자석형 브러시리스 직류 전동기가 3상인 경우에는 병렬로 연결되는 3상 인버터가 적용되는데, 각각의 단상 인버터는 2개의 IGBT와 2개의 역방향 병렬 다이오드를 가짐으로써 3상 인버터는 총 6개의 IGBT 및 총 6개의 역방향 병렬 다이오드를 갖게 된다.In case of a permanent magnet type brushless DC motor of three phases, a three-phase inverter connected in parallel is applied. Each single-phase inverter has two IGBTs and two reverse parallel diodes so that the three-phase inverter has six IGBTs And a total of six reverse parallel diodes.

그런데, 이러한 구조를 갖는 경우, IGBT가 고가이고 아울러 구비되는 매칭 드라이브 칩 및 주변 회로들 역시 고가이기 때문에 제조 비용이 많이 소요된다. However, in the case of such a structure, the IGBT is expensive and the matching drive chip and the peripheral circuits are also expensive, which requires a lot of manufacturing cost.

이에, 구조를 간소화하고 제조 비용을 줄이기 위해, 2개의 커패시터, 4개의 IGBT, 4개의 역방향 병렬 다이오드로 3상 인버터를 구성하는 방안이 고려되었다. 부연 설명하면, 이러한 3상 인버터는 전동기에 연결된 3개의 레그로 구성되며, 이 중 2개의 레그에는 4개의 IGBT와 역방향 병렬 다이오드가 연결되어 있고, 나머지 1개의 레그에는 2개의 직렬 커패시터가 연결될 수 있다.In order to simplify the structure and reduce the manufacturing cost, a method of constructing a three-phase inverter with two capacitors, four IGBTs, and four reverse parallel diodes is considered. In other words, these three-phase inverters consist of three legs connected to the motor, two of which have four IGBTs connected in reverse parallel diodes, and the other one leg can have two series capacitors connected .

그러나, 이러한 구조를 갖는 3상 인버터 역시 제조 비용의 감소는 크게 이루어지지 않으며, 아울러 3상의 권선을 제어하기 더 어려울 뿐만 아니라 역기전력이 불균형 상 전압을 발생시켜 전보다 더 복잡한 제어 전략이 요구될 수 있다.
However, in the case of a three-phase inverter having such a structure, the manufacturing cost is not greatly reduced, and furthermore, it is more difficult to control the three-phase windings, and a more complicated control strategy may be required because the back electromotive force generates an unbalanced phase voltage.

본 발명의 실시예에 따른 목적은, 종래에 비해 고가의 스위칭소자, 즉 IGBT의 개수를 줄일 수 있어 제조 비용을 감소시킬 수 있는 전동기 드라이브용 다상 인버터를 제공하는 것이다.An object of an embodiment of the present invention is to provide a polyphase inverter for a motor drive that can reduce the number of IGBTs and thus the manufacturing cost by using an expensive switching element as compared with the prior art.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 비용 감소는 물론 동적 성능 및 정상 상태 성능을 유지 또는 향상시킬 수 있는 전동기 드라이브용 다상 인버터를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a polyphase inverter for a motor drive capable of maintaining or improving dynamic performance and steady-state performance as well as cost reduction.

본 발명의 실시예에 따른 전동기 드라이브용 다상 인버터는, 단상의 인버터가 병렬로 복수 개 배치되며, 상기 단상의 인버터는, 1개의 스위칭소자; 복수 개의 정류소자; 및 복수 개의 다이오드를 포함하며, 상기 단상의 인버터에는 직류(DC) 전원이 공급되고, 단상의 권선과 연결될 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 종래에 비해 고가의 스위칭소자, 즉 IGBT의 개수를 줄일 수 있어 제조 비용을 감소시킬 수 있고, 아울러 동적 성능 및 정상 상태 성능을 유지 또는 향상시킬 수 있다.In the multiphase inverter for a motor drive according to the embodiment of the present invention, a plurality of single-phase inverters are arranged in parallel, and the single-phase inverter includes one switching element; A plurality of rectifying elements; And a plurality of diodes. The single-phase inverter is supplied with DC power and can be connected to a single-phase winding. By this configuration, the number of switching elements, that is, the number of IGBTs Thereby reducing manufacturing costs and maintaining or improving dynamic performance and steady state performance.

일측에 의하면, 상기 스위칭소자는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)이며, 상기 정류소자는 SCR(silicon controlled rectifier)일 수 있다.According to one aspect, the switching device is an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT), and the rectifier may be a silicon controlled rectifier (SCR).

일측에 의하면, 상기 복수 개의 다이오드는 상기 IGBT 및 상기 2개의 SCR과 병렬로 배치되는 6개의 다이오드일 수 있다.According to one aspect, the plurality of diodes may be six diodes arranged in parallel with the IGBT and the two SCRs.

일측에 의하면, 상기 단상의 인버터에는 상기 직류 전원과 연결되는 2개의 레그가 구비되며, 상기 2개의 레그 중 하나의 레그인 제1 레그에 상기 2개의 SCR이 직렬로 연결되며, 상기 2개의 레그 중 다른 하나의 레그인 제2 레그에 상기 6개의 다이오드 중 2개의 다이오드가 직렬로 연결되며, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 중성점들 사이에 상기 IGBT 및 상기 6개의 다이오드 중 다른 4개의 다이오드가 구비되는 스위칭채널이 연결될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the single-phase inverter includes two legs connected to the DC power source, the two SCRs are connected in series to a first leg, which is one of the two legs, Two of the six diodes are connected in series to a second leg, which is another leg, and the IGBT and the other four diodes of the six diodes are connected between the neutral points of the first leg and the second leg, The switching channels can be connected.

일측에 의하면, 상기 스위칭채널은 3개의 레그를 구비하며, 상기 3개의 레그 중 하나의 레그인 제1 채널 레그에 상기 IGBT가 연결되고, 상기 제1 채널 레그에 병렬로 연결되는 다른 2개의 레그인 제2 채널 레그 및 제3 채널 레그에 각각 상기 다이오드가 2개씩 직렬로 연결될 수 있다.According to one aspect, the switching channel has three legs, the IGBT is connected to a first channel leg, which is one of the three legs, and the other two legs connected in parallel to the first channel leg Two diodes may be connected in series to the second channel leg and the third channel leg, respectively.

일측에 의하면, 상기 단상의 권선은 상기 제2 레그의 중성점 및 상기 제3 채널 레그의 중섬점에 연결될 수 있다.According to one aspect, the single-phase winding may be connected to the neutral point of the second leg and the middle point of the third channel leg.

일측에 의하면, 상기 SCR에 게이트 펄스가 3분의 1 주기 동안 인가되며, 상기 IGBT는 3분의 2주기 동안 PWM(Pulse Width Modulation) 동작할 수 있다.According to one aspect, the gate pulse is applied to the SCR for one-third of the cycle, and the IGBT can perform PWM (Pulse Width Modulation) for two-thirds of the cycle.

일측에 의하면, 상기 다상 인버터는 상기 단상의 인버터가 병렬로 3개 배치되는 3상 인버터 구조를 갖는 전동기 드라이용 다상 인버터일 수 있다.
According to one aspect, the polyphase inverter may be a motor-driven polyphase inverter having a three-phase inverter structure in which three single-phase inverters are arranged in parallel.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래에 비해 고가의 스위칭소자, 즉 IGBT의 개수를 줄일 수 있어 제조 비용을 감소시킬 수 있으며, 아울러 동적 성능 및 정상 상태 성능을 유지 또는 향상시킬 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the number of switching elements, that is, the number of IGBTs, which are higher than the conventional ones, thereby reducing the manufacturing cost and maintaining or improving the dynamic performance and the steady state performance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 브러시리스 직류 전동기 드라이브용 3상 인버터의 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 3상 인버터에서 단상 인버터의 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 단상 인버터의 양의 전류의 경로를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 단상 인버터의 음의 전류의 경로를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터와 종래의 인버터에 사용된 소자 개수를 비교한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터의 동작 원리를 보여주는 파형도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터의 0.7 내지 0.8초 사이의 시뮬레이션 결과 파형을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터의 과도 응답을 보여주는 파형도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터의 0.7초 내지 0.8초 아이의 정상 상태 응답을 보여주는 파형도이다.1 is a circuit diagram of a three-phase inverter for a three-phase brushless DC motor drive according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a single-phase inverter in the three-phase inverter shown in Fig.
Fig. 3 is a view showing a path of a positive current of the single-phase inverter shown in Fig. 1. Fig.
Fig. 4 is a view showing a path of a negative current of the single-phase inverter shown in Fig. 1. Fig.
5 is a diagram comparing the number of elements used in a three-phase inverter and a conventional inverter according to an embodiment of the present invention.
6 is a waveform diagram illustrating the operation principle of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing simulation result waveforms of 0.7 to 0.8 seconds of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention.
8 is a waveform diagram showing a transient response of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention.
9 is a waveform diagram showing a steady state response of a 0.7-second to 0.8-second eye of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. Hereinafter, configurations and applications according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following description is one of many aspects of the claimed invention and the following description forms part of a detailed description of the present invention.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail for the sake of clarity and conciseness.

이하에서는, 본 발명의 다상 인버터가 3상 브러시리스 직류 전동기(3 phase BLDC motor)에 적용되는 실시예에 대해 설명할 것이나, 전동기의 종류 및 다상 인버터의 상의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, SRM 전동기와 같은 다른 전동기에 적용될 수 있음은 물론 3상이 아닌 다른 복수 개의 상을 갖는 인버터가 적용될 수 있음은 당연하다.Hereinafter, embodiments will be described in which the polyphase inverter of the present invention is applied to a three-phase brushless DC motor (three-phase BLDC motor), but the type of the motor and the number of phases of the polyphase inverter are not limited thereto. For example, the present invention can be applied not only to other motors such as SRM motors, but also to inverters having a plurality of phases other than three phases.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 브러시리스 직류 전동기 드라이브용 3상 인버터의 회로도이고, 도 2는 도 1에 도시된 3상 인버터에서 단상 인버터의 회로도이다.FIG. 1 is a circuit diagram of a three-phase inverter for a three-phase brushless DC motor drive according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of a single-phase inverter in the three-phase inverter shown in FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 브러시리스 직류 전동기 드라이브용 3상 인버터(100)는 병렬로 배치되는 3개의 단상 인버터(110, 110a, 110b)를 구비할 수 있다.As shown in FIG. 1, a three-phase inverter 100 for a three-phase brushless DC motor drive according to an embodiment of the present invention may include three single-phase inverters 110, 110a and 110b arranged in parallel have.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 단상 인버터(110)는, 1개의 스위칭소자(120)와, 2개의 정류소자(130) 그리고 6개의 다이오드(140)를 포함할 수 있다. 여기서, 본 실시예의 스위칭소자(120)는 IGBT(120, insulated gate bipolar mode transistor)로 마련될 수 있다. IGB(120)T는 구동전력이 작고, 고속 스위칭 및 고내압화 및 고전류 밀도화가 가능하여 본 실시예의 스위칭소자(120)로 적용되기에 적합하다. 다만, 스위칭소자(120)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 2, the single-phase inverter 110 of the present embodiment may include one switching element 120, two rectifying elements 130, and six diodes 140. Here, the switching device 120 of the present embodiment may be provided with an IGBT 120 (insulated gate bipolar mode transistor). The IGB 120 T is suitable for being applied to the switching element 120 of the present embodiment because the driving power is small, and high-speed switching, high-voltage conversion and high current density can be achieved. However, the type of the switching element 120 is not limited thereto.

그리고, 본 실시예의 정류소자(130)는 SCR(130, silicon controlled rectifier)로 마련될 수 있다. SCR(130)은 소형이고 응답 속도가 빠르며 대전력을 미소한 압력으로 제어할 수 있어 단상 인버터(110)의 정류소자로 적용될 수 있다. 다만, 정류소자(130)의 이에 한정되는 것은 아니다.The rectifier 130 of the present embodiment may be provided with a silicon controlled rectifier (SRR) 130. The SCR 130 is small, has a high response speed, and can control a large power with minute pressure, so that it can be applied as a rectifier of the single-phase inverter 110. However, the present invention is not limited to this.

본 실시예의 단상 인버터(110)의 구성에 대해 도 2를 참조하여 설명하면, 직류 전원(150)과 연결되는 단상 인버터(110)의 양단에 2개의 레그(111, 112)가 병렬로 연결되며, 2개의 레그 중 하나의 레그(111, 이하에서는 '제1 레그'라 지칭함)에 2개의 SCR(130; 131, 132)이 직렬로 연결되고, 다른 하나의 레그(112, 이하에서는 '제2 레그'라 지칭함)에 6개의 다이오드(141~146) 중 2개의 다이오드(141, 142)가 직렬로 연결되며, 제1 레그(111) 및 제2 레그(112)의 중성점 사이에 IGBT(120)를 포함한 스위칭채널(115)이 연결된다. 2, two legs 111 and 112 are connected in parallel to both ends of a single-phase inverter 110 connected to a DC power source 150, Two SCRs 130, 131 and 132 are connected in series to one leg 111 of the two legs (hereinafter referred to as a 'first leg'), and the other leg 112 Two diodes 141 and 142 among the six diodes 141 to 146 are connected in series to the IGBT 120 and between the neutral points of the first leg 111 and the second leg 112, And a switching channel 115 including a switching channel.

여기서, 본 실시예의 스위칭채널(115)은, 전술한 것처럼, 1개의 IGBT(120)와 6개의 다이오드(141~146) 중 나머지 4개의 다이오드(143~146)를 구비하는데, 이들은 도 2에 도시된 것처럼 병렬 구조를 갖는 3개의 채널 레그(121, 122, 123)에 결합된다. 즉, 제1 채널 레그(122)에 IGBT(120)가 결합되고, 제2 채널 레그(121) 및 제3 채널 레그(123) 각각에 각각 2개의 역방향 다이오드(143 및 144, 145 및 146)가 직렬로 연결될 수 있다.As described above, the switching channel 115 of the present embodiment includes one IGBT 120 and the remaining four diodes 143 to 146 of the six diodes 141 to 146, And is coupled to three channel legs 121, 122, 123 having a parallel structure as shown in FIG. That is, the IGBT 120 is coupled to the first channel leg 122 and two reverse diodes 143 and 144, 145 and 146 are respectively connected to the second channel leg 121 and the third channel leg 123 They can be connected in series.

그리고, 단상 권선(160)은 SCR(130)과 병렬인 제2 레그(112)의 중성점에 연결되며 아울러 스위칭채널(115)의 제3 채널 레그(123)의 중성점에 연결될 수 있다.The single phase winding 160 may be connected to the neutral point of the second leg 112 in parallel with the SCR 130 and may be connected to the neutral point of the third channel leg 123 of the switching channel 115.

이를 통해, 전술한 단상 인버터(110)에 양의 전류 및 음의 전류가 흐를 시 단상 권선(160)을 통해서 양의 전류 또는 음의 전류가 흐를 수 있다.Accordingly, a positive current or a negative current can flow through the single-phase winding 160 when positive and negative currents flow to the single-phase inverter 110 described above.

도 3은 도 1에 도시된 단상 인버터의 양의 전류의 경로를 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 단상 인버터의 음의 전류의 경로를 보여주는 도면이다.FIG. 3 is a view showing a path of positive current of the single-phase inverter shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a view showing a path of negative current of the single-phase inverter shown in FIG.

도 3을 참조하면, 단상 인버터(110)에서 SCR(130) 중 상부 SCR(131)과 IGBT(120)가 동시에 스위치가 켜지면, 점선 화살표 A를 따라, 양의 전류는 직류 전원(150)의 상단에서 상부 SCR(131), 제2 채널 레그(121)의 상부 다이오드(145), IGBT(120), 제3 채널 레그(123)의 하부 다이오드(144) 그리고 단상 권선(160)을 통해 흐른다. 그리고 스위치가 꺼지면, 실선 화살표 B를 따라, 회생 동작 경로는 직류 전원(150)의 하단에서 제2 레그(112)의 하부 다이오드(142), 권선(160)으로 흐른다.3, when the upper SCR 131 and the IGBT 120 of the SCR 130 in the single-phase inverter 110 are simultaneously switched on, along the dotted arrow A, a positive current flows from the DC power supply 150 Flows through the top SCR 131 at the top, the top diode 145 of the second channel leg 121, the bottom diode 144 of the IGBT 120, the third channel leg 123 and the single phase winding 160. When the switch is turned off, along the solid line arrow B, the regenerative operation path flows from the lower end of the DC power supply 150 to the lower diode 142 and the winding 160 of the second leg 112.

도 4를 참조하면, 단상 인버터(110)에서 SCR(130) 중 상부 SCR(131)과 IGBT(120)가 동시에 스위치가 켜지면, 점선 화살표 A'를 따라, 음의 전류는 단상 권선(160)의 끝에서, 제3 채널 레그(123)의 상부 다이오드(143), IGBT(120), 제2 채널 레그(121)의 하부 다이오드(146), 하부 SCR(132)을 지나 직류 전원(150)의 하단으로 흐른다. 그리고 스위치가 꺼지면, 실선 화살표 B'를 따라, 회생 동작 경로는 단상 권선(160)의 끝에서부터 제2 레그(112)의 상부 다이오드(141) 그리고 직류 전원(150)의 상단으로 흐른다.4, when the upper SCR 131 and the IGBT 120 of the SCR 130 in the single-phase inverter 110 are simultaneously switched on, a negative current flows along the dashed line A ' The IGBT 120 and the lower diode 146 of the second channel leg 121 and the lower SCR 132 of the third channel leg 123 to the DC power supply 150 It flows to the bottom. The regenerative operation path flows from the end of the single-phase winding 160 to the upper diode 141 of the second leg 112 and to the upper end of the DC power supply 150. As a result,

이러한 단상 인버터(110)의 구성으로 인해 권선 제어를 용이하게 할 수 있으며 역기전력은 균일한 상 전압을 발생시킬 수 있다. 아울러, 동적 성능 및 정상 상태 성능을 거의 그대로 유지(증대)시키면서 3상 인버터(100)의 제조 비용을 크게 감소시킬 수 있다. 이에 대해서 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.Due to the configuration of the single-phase inverter 110, the winding control can be facilitated and the back electromotive force can generate a uniform phase voltage. In addition, the manufacturing cost of the three-phase inverter 100 can be greatly reduced while maintaining (increasing) the dynamic performance and the steady-state performance almost as they are. This will be described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터와 종래의 인버터에 사용된 소자 개수를 비교한 도면이다.5 is a diagram comparing the number of elements used in a three-phase inverter and a conventional inverter according to an embodiment of the present invention.

도 5의 표를 통해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 브러시리스 직류 전동기 드라이브용 3상 인버터(100)의 경우, IGBT(120)가 3개 구비되는 반면에 종래의 3상 인버터의 경우 4개 또는 6개의 IGBT가 구비됨으로써 다른 구성들의 비용까지 다 합산한 결과 본 실시예의 3상 인버터(100)의 비용이 가장 적게 발생됨을 알 수 있다. 5, in the case of the three-phase inverter 100 for a three-phase brushless DC motor drive according to the embodiment of the present invention, three IGBTs 120 are provided, whereas in the case of a conventional three-phase inverter 4 or 6 IGBTs are provided to sum up the cost of the other configurations. As a result, it can be seen that the cost of the three-phase inverter 100 of the present embodiment is the smallest.

한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터의 동작 원리를 보여주는 파형도이다. 이에 도시된 바와 같이, 3상 권선 중 한 상의 권선(160)에 3분의 1 주기 동안 상부 SCR(131)의 게이트 펄스를 제공하여 양의 전류를 흐르게 하고 아울러 동시에 IGBT(120)에 게이트 트리거링 펄스가 PWM(Pulse Width Modulation) 동작으로 인가된다. 6 is a waveform diagram illustrating the operation principle of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention. As shown therein, a gate pulse of the upper SCR 131 is applied to the winding 160 of one phase of the three-phase winding for one-third period to flow a positive current and at the same time to the gate of the IGBT 120, Is applied by PWM (Pulse Width Modulation) operation.

그러면, 권선(160)은 IGBT(120)가 스위치가 켜져 있는 동안 양의 전류가 흐르며, 회생 동작 동안 제2 레그(112)의 하나의 다이오드(142)를 통해 전류가 흐른다. 이 때 3분의 1 주기의 끝에서 상부 SCR(131), IGBT(120)는 6분의 1 주기 동안 꺼져 있게 된다. 결과적으로 상부 SCR(131)은 꺼지며 전류는 0이 된다. 전류가 0인 6분의 1 주기의 끝에서 하부 SCR(132)에 게이트 펄스가 트리거되며, IGBT (120)가 다시 PWM 동작을 한다. 이러한 과정은 전체 음의 3분의 1 주기 동안 게이트 펄스가 인가된 하부 SCR(132)에 반복되고, 음의 3분의 1 주기 동안 PWM을 발생시키기 위하여 IGBT(120)는 턴온(turn-on) 및 턴온프(turn-off)된다.Then, the winding 160 flows a positive current while the IGBT 120 is switched on, and current flows through one diode 142 of the second leg 112 during the regenerative operation. At this time, at the end of the 1/3 period, the upper SCR 131 and the IGBT 120 are turned off for 1/6 period. As a result, the upper SCR 131 is turned off and the current becomes zero. A gate pulse is triggered at the lower SCR 132 at the end of the 1/6 period where the current is zero, and the IGBT 120 again performs the PWM operation. This process is repeated for the lower SCR 132 in which the gate pulse is applied for one-third of the whole sound, and the IGBT 120 is turned on to generate the PWM for the negative third cycle. And turn-off.

한편, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터의 0.7 내지 0.8초 사이의 시뮬레이션 결과 파형을 도시한 도면이다.Meanwhile, FIG. 7 is a diagram showing simulation result waveforms of 0.7 to 0.8 seconds of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention.

도 7의 그래프에서는 단상 권선(160)에 양의 전류가 흐르는 경우 단상 권선(160)의 전류, 상부 SCR(131)의 트리거, 상부 SCR(131)의 전류, 상부 SCR(131)의 전압, IGBT(120)의 트리거, IGBT(120)의 전류, IGBT(120)의 전압, 다이오드(140)의 전류, 다이오드(140)의 전압을 보여주고 있다. 7, when a positive current flows through the single-phase winding 160, the current of the single-phase winding 160, the trigger of the upper SCR 131, the current of the upper SCR 131, the voltage of the upper SCR 131, The current of the IGBT 120, the current of the diode 140, and the voltage of the diode 140. In this case,

여기서, 양의 전류는 직류 전원(150)의 상단에서 상부 SCR(131), 제1 레그(111)의 상부 다이오드(145), IGBT(120), 제3 채널 레그(123)의 하부 다이오드(144) 그리고 단상 권선(160)의 끝으로 흐르고 있으며, 음의 전류는 회생 경로를 통하여 직류 전원(150)의 하단부터 제2 레그(112)의 하부 다이오드(142)를 지나 단상 권선(160)의 끝으로 흐른다. Here, the positive current flows from the upper end of the DC power supply 150 to the upper SCR 131, the upper diode 145 of the first leg 111, the IGBT 120, the lower diode 144 of the third channel leg 123 And the negative current flows through the regenerative path from the lower end of the DC power source 150 to the lower diode 142 of the second leg 112 and to the end of the single phase winding 160 Lt; / RTI >

이 때, 상부 SCR(131)과 IGBT(120)는 3분의 1 주기 동안 끝까지 스위치 온(on)되어 있으며, PWM 동작을 하고 있다. At this time, the upper SCR 131 and the IGBT 120 are turned on to the end for one-third of the cycle, and perform the PWM operation.

이처럼, 본 실시예의 단상 인버터(110)에서 IGBT(120)는 PWM 동작을 수행할 뿐만 아니라, 상부 SCR(131) 및 하부 SCR(132)의 턴오프를 수행할 수 있으며, 이에 대해서 전술한 도 7의 그래프 해석을 통해 3상 인버터(100)의 동작 원리를 입증할 수 있다.As described above, in the single-phase inverter 110 of the present embodiment, the IGBT 120 can perform not only the PWM operation but also the turn-off of the upper SCR 131 and the lower SCR 132, The operation principle of the three-phase inverter 100 can be verified through the graph analysis of FIG.

한편, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터의 과도 응답을 보여주는 파형도이다.Meanwhile, FIG. 8 is a waveform diagram showing a transient response of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention.

도 8을 통해, 시간에 따른 전류, 속도, 토크의 응답 변화를 알 수 있다. 여기서, 3상 인버터(100)에 대한 전동기 속도는 0.2초만에 대략 300rpm의 지령치에 빠르게 도달하고, 상 전류와 토크는 제한 값 이하로 제어됨을 알 수 있다.8, changes in the response of current, speed, and torque with time can be known. Here, it can be seen that the motor speed for the three-phase inverter 100 quickly reaches a command value of about 300 rpm in 0.2 seconds, and the phase current and torque are controlled to be less than the limit value.

한편, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터의 0.7초 내지 0.8초 아이의 정상 상태 응답을 보여주는 파형도이다.Meanwhile, FIG. 9 is a waveform diagram showing a steady state response of a 0.7-second to 0.8-second eye of a three-phase inverter according to an embodiment of the present invention.

이를 통해, 0.7초 내지 0.8초 범위에서의 토크 및 전류의 정상 상태를 파악할 수 있다. 특히, 시간에 따른 전류의 변화를 나타내는 하부 그래프에서, 3상의 권선의 전류가 주기적으로 나타남을 알 수 있다. 아울러, 도 9를 통하여 전류 및 토크는 더 높은 정상 상태 성능을 가짐을 알 수 있다.As a result, the steady state of the torque and the current can be grasped in the range of 0.7 to 0.8 seconds. In particular, it can be seen that the current of the three-phase winding periodically appears in the lower graph, which shows the change of current with time. In addition, it can be seen from FIG. 9 that the current and torque have higher steady-state performance.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 3상 브러시리스 직류 전동기에 적용되는 3상 인버터(100)는 3개의 IGBT(120), 6개의 SCR(130) 및 18개의 다이오드(140)로 구성되기 때문에 종래의 3상 인버터에 비해 IGBT가 덜 사용됨으로써 제조 비용을 감소시킬 수 있으며, 더불어 인버터의 동적 성능 및 정상 상태 성능을 유지 또는 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the three-phase inverter 100 applied to the three-phase brushless DC motor is composed of three IGBTs 120, six SCRs 130, and eighteen diodes 140 The IGBT is less used than the conventional three-phase inverter, so that the manufacturing cost can be reduced, and the dynamic performance and the steady state performance of the inverter can be maintained or improved.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100 : 3상 인버터 110 : 단상 인버터
111, 112 : 레그 120 : IGBT
130 : SCR 140 : 다이오드
150 : 직류 전원 160 : 권선100: Three-phase inverter 110: Single-phase inverter
111, 112: Leg 120: IGBT
130: SCR 140: Diode
150: DC power source 160: Winding

Claims (8)

단상의 인버터가 병렬로 복수 개 배치되며, 전동기에 적용되는 다상 인버터에 있어서,
상기 단상의 인버터는,
1개의 스위칭소자;
복수 개의 정류소자; 및
복수 개의 다이오드를 포함하며,
상기 단상의 인버터에는 직류(DC) 전원이 공급되고, 단상의 권선과 연결되며,
상기 스위칭소자는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)이며, 상기 정류소자는 SCR(silicon controlled rectifier)인 전동기 드라이브용 다상 인버터.
In a multiphase inverter in which a plurality of single-phase inverters are arranged in parallel and applied to an electric motor,
The single-phase inverter includes:
One switching element;
A plurality of rectifying elements; And
A plurality of diodes,
The single-phase inverter is supplied with a direct-current (DC) power source, is connected to a single-phase winding,
Wherein the switching device is an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT), and the rectifier is a silicon controlled rectifier (SCR).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 다이오드는 상기 IGBT 및 2개의 SCR 과 병렬로 배치되는 6개의 다이오드인 전동기 드라이브용 다상 인버터.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of diodes are six diodes arranged in parallel with the IGBT and two SCRs.
제3항에 있어서,
상기 단상의 인버터에는 상기 직류 전원과 연결되는 2개의 레그가 구비되며,
상기 2개의 레그 중 하나의 레그인 제1 레그에 상기 2개의 SCR이 직렬로 연결되며, 상기 2개의 레그 중 다른 하나의 레그인 제2 레그에 상기 6개의 다이오드 중 2개의 다이오드가 직렬로 연결되며, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 중성점들 사이에 상기 IGBT 및 상기 6개의 다이오드 중 다른 4개의 다이오드가 구비되는 스위칭채널이 연결되는 전동기 드라이브용 다상 인버터.
The method of claim 3,
The single-phase inverter includes two legs connected to the DC power source,
The two SCRs are connected in series to a first leg, which is one of the two legs, and two diodes of the six diodes are connected in series to a second leg, which is another leg of the two legs, And a switching channel including the IGBT and the other four diodes of the six diodes are connected between the neutral points of the first leg and the second leg.
제4항에 있어서,
상기 스위칭채널은 3개의 레그를 구비하며,
상기 3개의 레그 중 하나의 레그인 제1 채널 레그에 상기 IGBT가 연결되고, 상기 제1 채널 레그에 병렬로 연결되는 다른 2개의 레그인 제2 채널 레그 및 제3 채널 레그에 각각 상기 다이오드가 2개씩 직렬로 연결되는 전동기 드라이브용 다상 인버터.
5. The method of claim 4,
The switching channel having three legs,
The IGBT is connected to a first channel leg, which is one of the three legs, and the second channel leg and the third channel leg, which are two other legs connected in parallel to the first channel leg, Multiphase drives for motor drives connected in series.
제5항에 있어서,
상기 단상의 권선은 상기 제2 레그의 중성점 및 상기 제3 채널 레그의 중섬점에 연결되는 전동기 드라이브용 다상 인버터.
6. The method of claim 5,
Wherein the single-phase winding is connected to the neutral point of the second leg and the middle point of the third channel leg.
제1항에 있어서,
상기 SCR에 게이트 펄스가 3분의 1 주기 동안 인가되며, 상기 IGBT는 3분의 2주기 동안 PWM(Pulse Width Modulation) 동작하는 전동기 드라이브용 다상 인버터.The method according to claim 1,
Wherein the gate pulse is applied to the SCR for one-third of the period, and the IGBT operates in a PWM (Pulse Width Modulation) mode for two-thirds of a cycle. 삭제delete
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5578911A (en) 1994-09-21 1996-11-26 Chrysler Corporation Method and apparatus for power regeneration in an electric vehicle motor drive using a deadtime generator and having continuously variable regeneration control
JPH10126170A (en) * 1996-09-27 1998-05-15 Harris Corp Modulation method for switching amplifier closed loop dual comparator
JP2002034286A (en) 2000-07-17 2002-01-31 Nec Corp H-bridge-type motor-driving circuit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5578911A (en) 1994-09-21 1996-11-26 Chrysler Corporation Method and apparatus for power regeneration in an electric vehicle motor drive using a deadtime generator and having continuously variable regeneration control
JPH10126170A (en) * 1996-09-27 1998-05-15 Harris Corp Modulation method for switching amplifier closed loop dual comparator
JP2002034286A (en) 2000-07-17 2002-01-31 Nec Corp H-bridge-type motor-driving circuit

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE 논문(제목: Investigation of 9-switch Dual-bridge Matrix Converter Operating under Low Output Power Factor), 논문발표 2003년 *
IEEE 논문(제목: Investigation of 9-switch Dual-bridge Matrix Converter Operating under Low Output Power Factor), 논문발표 2003년*

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