KR101500854B1 - 보호 기능을 가지는 모터 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

모터 제어 장치는 모터의 구동 중에 내부 소자의 주변 온도와 해당 내부 소자에 흐르는 전류를 검출한다. 그리고, 모터 제어 장치는 검출 전류를 기초로 내부 소자의 온도를 연산하여 연산 온도를 검출 온도에 의해 보상한다. 보상 온도가 기 설정된 임계 온도에 도달하는 경우 모터 제어 장치는 모터의 구동을 중단하는 보호 기능을 수행한다.
이에 따라, 모터 구동 중에 발생하는 현실적인 온도 상승 부분을 고려한 온도 보상을 적용하여 과열 또는 과전류로부터의 보호 기능을 강화할 수 있다. 또한, 온도 보상을 발열이 발생하는 다른 내부 소자에 적용하여 해당 내부 소자를 효율적으로 보호할 수 있다.

Description

보호 기능을 가지는 모터 제어 장치 및 그 방법{MOTOR CONTROL APPARATUS HAVING PROTECTION FUNCTION AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 모터 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 보호 기능을 가지는 모터 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
펄스 폭 변조 방식의 모터 제어 장치는 펄스 폭 변조된 구형파로 모터에 인가되는 평균 전압을 제어하여 모터에 흐르는 전류와 그에 따른 토크를 제어한다.
이러한 모터 제어 장치에는 복수 개의 스위칭 소자들로 이루어져 모터를 구동하는 전력 제어 소자가 구비된다. 전력 제어 소자에서는 제어신호에 따른 온/오프의 반복으로 과열 또는 과전류가 발생할 수 있으며, 과열 또는 과전류 상태로 인해 모터 제어 장치의 소손이 유발될 수 있다.
이에 따라, 종래 전력 제어 소자에 흐르는 전류를 감지하는 전류 검출부를 통해 과전류 유무를 판단하는 방안이 제안되어 있다. 또한, 전력 제어 소자는 온도의 영향을 받기 때문에 모터 제어 장치 내에 온도 검출부를 구비하고 과열 발생 시에 모터 제어 장치의 동작을 정지시켜 과열로부터 모터 제어 장치를 보호하는 방안이 제안되어 있다.
한편, 전력 제어 소자는 온도에 따라 허용 가능 전류 용량이 결정되므로, 온도가 과열 또는 과전류 방지를 위한 중요한 기준이 된다.
종래에는 모터 제어 장치에 내장된 온도 검출부를 통해 온도를 검출하는데, 이러한 경우 온도 검출부에서 검출된 온도가 전력 제어 소자의 실제 온도라고 보기 어려운 문제점이 있다. 전력 제어 소자에 가능한 인접하여 온도 검출부를 배치하고 전력 제어 소자의 온도를 측정한다 하더라도 측정되는 온도는 전력 제어 소자의 실제 온도와 비교하여 오차 발생이 불가피하다.
KR 10-1063991 B1, 공개일: 2011. 06. 30, 명칭: 모터 제어 장치 및 방법
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 모터 구동 중에 발생하는 전력 제어 소자의 현실적인 온도 상승 부분을 고려한 온도 보상을 적용하여 과열 또는 과전류로부터의 보호 기능을 강화한 모터 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 구동 중에 내부 소자의 주변 온도를 검출하는 온도 검출부; 상기 모터의 구동 중에 상기 내부 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부; 및 상기 검출 전류를 기초로 상기 내부 소자의 온도를 연산하고, 상기 검출 온도에 의해 상기 연산 온도를 보상하며, 상기 보상 온도가 기 설정된 임계 온도에 도달하면 상기 모터의 구동을 중단하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 컨트롤러는, 상기 검출 전류를 기초로 상기 내부 소자의 소비 전력을 연산하고, 상기 연산된 소비 전력과 상기 내부 소자의 열 저항 계수에 의해 상기 내부 소자의 온도를 연산하며, 상기 검출 온도에 따라 온도 상승분을 설정하여 상기 연산 온도를 보상할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 보상 온도가 임계 온도 미만의 기 설정된 위험 온도에 도달하는 경우 상기 내부 소자에 흐르는 전류를 제한할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 제한 온도와 상기 제한 온도에 대응하는 전류 제한치를 미리 설정하여 저장하고, 상기 검출 온도가 상기 제한 온도에 도달함과 더불어 상기 검출 전류가 상기 전류 제한치보다 크면 상기 모터의 구동을 중단할 수 있다.
상기 내부 소자는 복수 개의 스위칭 소자들로 이루어져 상기 모터를 구동하는 전력 제어 소자일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 모터 제어 방법은, 모터 제어 장치가 모터의 구동 중에 내부 소자의 주변 온도를 검출하는 단계; 상기 모터 제어 장치가 상기 모터의 구동 중에 상기 내부 소자에 흐르는 전류를 검출하는 단계; 상기 모터 제어 장치가 상기 검출 전류를 기초로 상기 내부 소자의 온도를 연산하여 상기 연산 온도를 상기 검출 온도에 의해 보상하는 단계; 및 상기 보상 온도가 기 설정된 임계 온도에 도달하는 경우 상기 모터 제어 장치가 상기 모터의 구동을 중단하는 단계를 포함한다.
상기 온도 보상 단계에서, 상기 모터 제어 장치는 상기 검출 전류를 기초로 상기 내부 소자의 소비 전력을 연산하고 상기 연산된 소비 전력과 상기 내부 소자의 열 저항 계수에 의해 상기 내부 소자의 온도를 연산한 후 상기 검출 온도에 따라 온도 상승분을 설정하여 상기 연산 온도를 보상할 수 있다.
상기 보상 온도가 임계 온도 미만의 기 설정된 위험 온도에 도달하는 경우 상기 모터 제어 장치가 상기 내부 소자에 흐르는 전류를 제한하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 검출 온도가 기 설정된 제한 온도에 도달함과 더불어 상기 검출 전류가 기 설정된 전류 제한치보다 큰 경우 상기 모터 제어 장치가 상기 모터의 구동을 중단하는 단계가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 의한 모터 제어 장치 및 그 방법에 따르면, 모터 구동 중에 발생하는 전력 제어 소자의 현실적인 온도 상승 부분을 고려한 온도 보상을 적용하여 과열 또는 과전류로부터의 보호 기능을 강화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 모터 제어 장치 및 그 방법에 따르면, 온도 보상을 발열이 과하게 발생하는 다른 내부 소자에 적용하여 해당 내부 소자를 효율적으로 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 도 2에 나타난 일부 단계를 보다 세부적으로 예시한 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호 기능을 가지는 모터 제어 장치 및 그 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는 복수의 스위칭 소자들로 이루어지는 전력 제어 소자(10), 각 스위칭 소자의 제어 전극에 접속되어 해당 스위칭 소자를 온/오프 제어함으로써 전력 제어 소자(10)를 구동하는 드라이버(20), 드라이버(20)에 접속되어 제어신호를 발생하는 컨트롤러(30), 온도 측정을 위한 온도 검출부(40) 및 전류 측정을 위한 전류 검출부(50)를 포함한다.
이와 같은 구성에 있어서, 컨트롤러(30)는 모터의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 드라이버(20)에 출력한다. 드라이버(20)는 컨트롤러(30)로부터 입력되는 제어신호를 전력 제어 소자(10)를 구동 가능한 제어신호로 변환 처리하여 전력 제어 소자(10)에 출력한다. 전력 제어 소자(10)는 드라이버(20)로부터 입력되는 제어신호에 따라 모터에 공급되는 전력을 제어함으로써 모터를 구동한다.
전술한 컨트롤러(30)는 모터의 구동을 위한 제반 제어 처리를 담당하되, 모터의 구동 중에 보호 기능을 수행하여 과열 또는 과전류 발생 시에 드라이버(20)의 구동을 중단함으로써 모터를 정지시킨다.
보호 기능의 수행을 위해, 컨트롤러(30)는 모터의 구동 중에 온도 검출부(40)를 통해 검출된 온도와 전류 검출부(50)를 통해 검출된 전류를 수신하여 그 변화를 감시한다. 또한, 컨트롤러(30)는 전류 검출부(50)에서 수신된 검출 전류를 기초로 전력 제어 소자(10)의 온도를 연산하고, 검출 온도로 연산 온도를 보상하며, 보상 온도의 변화를 감시하여 보상 온도가 기 설정된 임계 온도에 도달하면 전력 제어 소자(10)로의 제어신호 출력을 중단함으로써 모터의 구동을 중단시키게 된다.
온도 검출부(40)는 전력 제어 소자(10)의 주변에 설치되어 모터 구동 중에 온도를 검출하고 해당 온도 검출 신호를 컨트롤러(30)에 출력한다. 전류 검출부(50)는 모터 구동 중에 전력 제어 소자(10)를 통해 모터에 인가되는 구동 전류를 검출하여 해당 전류 검출 신호를 컨트롤러(30)에 출력한다.
컨트롤러(30)는 검출 전류를 기초로 전력 제어 소자(10)의 소비 전력을 연산하고, 연산된 소비 전력과 전력 제어 소자(10)의 열 저항 계수에 의해 전력 제어 소자(10)의 온도를 연산한 후, 검출 온도에 따라 온도 상승분을 설정하여 연산 온도를 보상할 수 있다.
또한, 컨트롤러(30)는 보상 온도가 임계 온도 미만의 기 설정된 위험 온도에 도달하는 경우 임계 온도에 도달하지 않도록 전력 제어 소자(10)에 흐르는 전류를 제한할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(30)는 보상 온도의 변화에 따라 펄스 폭 변조된 구형파를 제어하여 전력 제어 소자(10)에서 모터로 인가되는 구동 전류를 변화시키고 모터 회전 수를 변화시켜 과열을 방지할 수 있다.
또한, 컨트롤러(30)는 주변 온도의 상한치인 제한 온도와 해당 제한 온도에 대응하는 전류 제한치를 미리 설정하여 저장하고, 온도 검출부(40)에서 검출된 온도가 제한 온도에 도달함과 더불어 전류 검출부(50)에서 검출된 전류가 전류 제한치보다 크면 모터의 구동을 중단하여 전력 제어 소자(10) 및 이를 포함한 모터 제어 장치를 과열 및 과전류로부터 보호할 수 있다.
이와 같이, 모터 구동 중에 발생하는 전력 제어 소자(10)의 현실적인 온도 상승 부분을 고려한 온도 보상을 적용하여 과열 및 과전류로부터의 보호 기능을 강화할 수 있다.
이상에서는 전력 제어 소자(10)를 대상으로 온도 보상을 적용하여 보호 기능을 구현한 경우를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명에 이에 한정되는 것은 아니며 모터 제어 장치 내에 구비된 다른 내부 소자에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
전술한 바와 같은 온도 보상을 이용한 보호 기능을 전력 제어 소자(10) 외에도 발열이 발생하는 다른 내부 소자, 예를 들어, 컨트롤러(30), 드라이버(20), 레귤레이터(미도시) 등의 다른 내부 소자에 적용하면 과열로부터 해당 내부 소자를 효율적으로 보호할 수 있다.
이러한 경우, 전류 검출부(50)는 해당 내부 소자에 흐르는 전류를 검출하여 컨트롤러(30)에 제공하며, 컨트롤러(30)는 검출 전류를 기초로 해당 내부 소자의 온도를 연산하고 검출 온도에 의해 연산 온도를 보상하여 보상 온도를 기준으로 과열 방지를 수행할 수 있게 된다.
내부 소자의 소비 전력(PW)은 다음의 수학식 1에 의해 산출할 수 있고, 온도(C)는 수학식 2에 의해 산출할 수 있다.
Figure 112013076851926-pat00001
여기서, Id는 내부 소자에 흐르는 전류, Rds는 내부 소자 저항, K는 온도 변화에 따른 저항 변화 계수이다.
Figure 112013076851926-pat00002
여기서, PW는 소비 전력, Rth는 내부 소자의 열 저항 계수이다.
전술한 K, Rth는 각 내부 소자가 가지는 고유한 열 특성 계수이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 당해 실시예에서는, 온도 보상을 이용한 보호 기능을 적용하는 내부 소자가 전력 제어 소자(10)인 경우를 가정하여 설명한다.
먼저, 컨트롤러(30)는 모터의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 드라이버(20)를 통해 전력 제어 소자(10)에 출력함으로써 전력 제어 소자(10)에 의해 모터에 공급되는 구동 전류를 제어하여 모터를 구동한다(S10).
이와 같이, 컨트롤러(30)가 제어신호를 출력하여 모터를 구동하는 중에, 온도 검출부(40)를 통해 전력 제어 소자(10)의 주변 온도를 검출하고(S20), 더불어 전류 검출부(50)를 통해 모터에 공급되는 구동 전류를 검출한다(S30).
그리고, 컨트롤러(30)는 전류 검출부(50)에 의해 검출된 전류를 기초로 전력 제어 소자(10)의 온도를 연산한다(S40).
이때, 컨트롤러(30)는 전술한 수학식 1에 의해 검출 전류를 기초로 전력 제어 소자(10)의 소비 전력을 연산하고, 수학식 2에 의해 기 연산된 소비 전력과 전력 제어 소자(10)의 열 저항 계수로부터 전력 제어 소자(10)의 온도를 연산할 수 있다.
계속해서, 컨트롤러(30)는 온도 검출부(40)에 의해 검출된 온도로 S40에서 연산된 온도를 보상하여 보상 온도를 구한다(S50). 이때, 컨트롤러(30)는 검출 온도에 따라 온도 상승분을 설정하여 연산 온도를 보상할 수 있다.
컨트롤러(30)는 이와 같은 과정을 통해 구해지는 보상 온도의 변화를 감시하여 보상 온도가 기 설정된 임계 온도에 도달하는 경우 모터의 구동을 중단하여 과열 및 과전류로부터 모터 제어 장치를 보호한다(S60).
과열 상태 판단의 기준이 되는 보상 온도는 모터 구동 중의 전력 제어 소자(10)의 온도 상승 부분을 현실화하여 전력 제어 소자(10)의 실제 온도를 추정한 것이라 할 수 있다. 그러므로, 보상 온도를 사용하면 온도 검출부(40)를 통해 단순 검출한 온도를 사용하는 경우에 비해 훨씬 현실적인 온도 조건으로 보호 기능을 구현할 수 있다.
도 3은 도 2에 나타난 일부 단계를 보다 세부적으로 예시한 도면이다.
보호 기능의 수행 시에(S60), 컨트롤러(30)는 온도 및 전류 조건을 감시하고(S61), 감시 결과에 따라 모터 구동을 정지하여 과열 및 과전류로부터 모터 제어 장치를 보호할 수 있다(S62 내지 S66).
컨트롤러(30)에는 전력 제어 소자(10)의 온도 상한치인 임계 온도, 임계 온도보다 낮은 레벨의 위험 온도, 주변 온도의 온도 상한치인 제한 온도, 온도 조건에 따른 전류 제한치가 미리 설정되어 저장될 수 있다.
먼저, 컨트롤러(30)는 검출 온도 및 검출 전류를 감시(S61)하여 검출 온도가 기 설정된 제한 온도에 도달함과 더불어 검출 전류가 기 설정된 전류 제한치보다 큰 경우(S62), 도 3에 도시된 바와 같이 모터의 구동을 중단하여 과열 및 과전류로부터 모터 제어 장치를 보호할 수 있다(S66).
또한, 컨트롤러(30)는 전력 제어 소자(10)의 보상 온도 감시 결과(S61) 보상 온도가 기 설정된 임계 온도에 도달하면(S63) 모터의 구동을 중단하여 과열로부터 전력 제어 소자(10)를 보호할 수 있다(S66).
또한, 컨트롤러(30)는 전력 제어 소자(10)의 보상 온도 변화를 감시(S61)하여 전력 제어 소자(10)의 보상 온도가 기 설정된 위험 온도에 도달하는 경우(S64) 전력 제어 소자(10)에 흐르는 전류를 제한하여 발열 상태를 조절함으로써 과열을 방지할 수 있다(S65).
본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 그 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10: 전력 제어 소자, 20: 드라이버,
30: 컨트롤러, 40: 온도 검출부,
50: 전류 검출부

Claims (9)

  1. 모터의 구동 중에 내부 소자의 주변 온도를 검출하는 온도 검출부;
    상기 모터의 구동 중에 상기 내부 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부; 및
    상기 검출 전류를 기초로 상기 내부 소자의 소비 전력을 연산하고, 상기 연산된 소비 전력과 상기 내부 소자의 열 저항 계수에 의해 상기 내부 소자의 온도를 연산하며, 상기 검출 온도에 따라 온도 상승분을 설정하여 상기 연산 온도를 보상하고, 상기 보상 온도가 기 설정된 임계 온도에 도달하면 상기 모터의 구동을 중단하는 컨트롤러를 포함하는 모터 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 보상 온도가 임계 온도 미만의 기 설정된 위험 온도에 도달하는 경우 상기 내부 소자에 흐르는 전류를 제한하는 모터 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    제한 온도와 상기 제한 온도에 대응하는 전류 제한치를 미리 설정하여 저장하고, 상기 검출 온도가 상기 제한 온도에 도달함과 더불어 상기 검출 전류가 상기 전류 제한치보다 크면 상기 모터의 구동을 중단하는 모터 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부 소자는 복수 개의 스위칭 소자들로 이루어져 상기 모터를 구동하는 전력 제어 소자인 모터 제어 장치.
  6. 모터 제어 장치가 모터의 구동 중에 내부 소자의 주변 온도를 검출하는 단계;
    상기 모터 제어 장치가 상기 모터의 구동 중에 상기 내부 소자에 흐르는 전류를 검출하는 단계;
    상기 모터 제어 장치가 상기 검출 전류를 기초로 상기 내부 소자의 온도를 연산하여 상기 연산 온도를 상기 검출 온도에 의해 보상하는 단계; 및
    상기 보상 온도가 기 설정된 임계 온도에 도달하는 경우 상기 모터 제어 장치가 상기 모터의 구동을 중단하는 단계를 포함하되,
    상기 온도 보상 단계에서, 상기 모터 제어 장치가 상기 검출 전류를 기초로 상기 내부 소자의 소비 전력을 연산하고 상기 연산된 소비 전력과 상기 내부 소자의 열 저항 계수에 의해 상기 내부 소자의 온도를 연산한 후 상기 검출 온도에 따라 온도 상승분을 설정하여 상기 연산 온도를 보상하는 모터 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보상 온도가 임계 온도 미만의 기 설정된 위험 온도에 도달하는 경우 상기 모터 제어 장치가 상기 내부 소자에 흐르는 전류를 제한하는 단계를 더 포함하는 모터 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 검출 온도가 기 설정된 제한 온도에 도달함과 더불어 상기 검출 전류가 기 설정된 전류 제한치보다 큰 경우 상기 모터 제어 장치가 상기 모터의 구동을 중단하는 단계를 더 포함하는 모터 제어 방법.
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