KR101543039B1 - 임피던스 매칭법을 이용한 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법 - Google Patents

임피던스 매칭법을 이용한 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 구동모터를 구동시키기 위한 인버터의 회로 구성방법에 관한 것으로서, 인버터 동작시 파워모듈에서 발생하는 스위칭 노이즈를 효과적으로 저감할 수 있고, 특히 소자의 사양 선정을 위해 시험을 통한 종래의 전자파 성능 검증 방식에서 샘플 제작비 및 인력 등이 과다하게 소요되었던 문제점을 개선할 수 있는 새로운 커패시터 모듈의 회로 구성방법을 제공하고자 하는 것이다. 이를 위해, Y-커패시터를 포함하는 커패시터 모듈의 회로 구성방법에 있어서, a) 커패시터 모듈을 구성한 뒤 Y-커패시터에서 실제 전압 또는 전류 파형을 측정하는 단계; b) 상기 전압 파형 또는 전류 파형으로부터 독립된 주파수 성분을 추출 및 분리한 뒤, 분리된 각 주파수 성분별로 병렬의 등가회로를 구성하는 단계; c) 각 소자의 값을 단계적으로 가변시키면서 얻어지는 시뮬레이션 파형을 실측 파형과 비교하여 각 소자의 값을 선정하는 단계; 및 d) 최종 선정된 소자의 값으로 병렬의 임피던스 등가회로가 완성되면, 선정된 용량의 Y-커패시터를 사용하여 실제 커패시터 모듈을 구성하는 단계;를 포함하는 회로 구성방법이 개시된다.
전기자동차, 인버터, 파워모듈, 커패시터 모듈, 임피던스 매칭, 스위칭 노이즈

Description

임피던스 매칭법을 이용한 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법{Method for constructing capacitor module circuit of inverter using impedance matching}
본 발명은 인버터 회로 구성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 구동모터를 구동시키기 위한 인버터에서 커패시터 모듈의 회로를 구성하는 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진(내연기관)과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 통상 하이브리드 전기 차량(hybrid electric vehicle, HEV)이라 부르고 있다.
하이브리드 차량은 전기모터(구동모터)의 동력만을 이용하는 EV(electric vehicle) 모드, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터의 회전력을 보조동력 으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle) 모드, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 구동모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(regenerative braking, RB) 모드 등으로 주행한다.
하이브리드 차량에서 구동모터를 구동하기 위해서는 차량 운행 중 충/방전을 반복하면서 구동모터의 구동에 필요한 전력을 공급하기 위한 배터리(고전압 배터리)와, 배터리의 전력으로 구동모터를 회전시키기 위한 인버터가 구비된다.
배터리는 필요 전력을 공급하면서 회생제동시에는 구동모터에 의해 생성된 전력을 공급받아 충전되고, 인버터는 배터리에서 공급되는 전원을 상 변환시켜 구동모터를 구동시킨다.
특히, 인버터는 구동모터의 구동 및 배터리 충전을 위한 전력 변환 장치로서, 배터리의 전력을 변환하여 동력 보조를 위한 모터 구동을 수행하고, 회생제동시 전력을 변환하여 배터리를 충전시키는 기능을 수행한다.
첨부한 도 1은 통상의 하이브리드 차량에서 배터리(1), 인버터, 구동모터(2)의 연결관계를 나타낸 개략도로서, 인버터는 전자파 성능 및 배터리 내구 성능과 관계되는 복수의 커패시터(C)로 이루어진 커패시터 모듈(11), 전력 변환을 위한 스위칭소자(IGBT)(S)와 다이오드(free wheeling diode, FWD)(D)로 이루어진 파워모듈(12), 모터 토크 및 속도 제어를 위한 제어부(미도시), 그리고 제어에 필요한 U상, V상, W상의 3상 전류를 측정하기 위한 전류센서(13)를 포함한다.
한편, 최근 들어, 전력 변환 스위칭소자의 기술이 발전하여 소자의 온/오프 스위칭 속도가 빨라지고, 구동모터와 더불어 인버터가 고정브라켓을 통해 차량 샤 시에 마운팅되기 때문에, 인버터가 동작할 때는 스위칭 노이즈가 차량 전체로 확산되면서 차량 제어 유니트들에 악영향을 미치게 되고, 심지어 차량 라디오 수신 성능까지 악화시킬 수 있어, 노이즈 저감을 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
인버터에서 발생한 스위칭 노이즈가 차량으로 전달되는 경로는 인버터의 고정브라켓을 통해서, 그리고 구동모터를 통해서 차량 샤시로 전달된다.
종래의 인버터 전자파 스위칭 노이즈 저감 기술은 인버터의 커패시터 모듈에서 Y-커패시터의 중성점을 차량 샤시로 연결해서 스위칭 노이즈를 억제시키는 방법을 이용하고 있다.
인버터에 Y-커패시터를 사용하는 선행기술로서, 일본공개특허 제2002-78352호에서는 커먼 모드(common mode)의 노이즈를 저감하기 위해 Y-커패시터를 사용하는 인버터 장치 보호 방법이 개시되어 있고, 일본공개특허 제2001-045767호에서는 Y-커패시터의 교류 중성점으로부터 변압기의 2차측 코일을 통해 상계전류를 흐르게 하여 누설전류를 저감한 인버터 장치가 개시되어 있다. 또한 미국특허 7,561,389에서는 Y-커패시터를 사용하여 노이즈를 저감시킨 전압출력장치가 개시되어 있다.
첨부한 도 2에는 인버터에서 평활 커패시터(C3) 및 Y-커패시터(C1,C2)로 이루어진 커패시터 모듈(11)이 도시되고 있고, 또한 스위칭 노이즈 소스가 되는 파워모듈(12)이 도시되고 있다.
스위칭 노이즈를 억제하기 위해 Y-커패시터(C1,C2)를 사용하는 인버터에서, 첨부한 도 2를 참조하여 커패시터 모듈(11)의 역할에 대해 설명하면, 크게 두 가지로 분류할 수 있다.
우선, 커패시터 모듈(11)은 인버터 스위칭시에 발생하는 고전력 리플 전류를 흡수(differential mode noise suppression)하여 인버터 DC 입력단의 급격한 전압/전류 변동을 억제하는 평활 작용을 한다. 이러한 평활 기능은 평활 커패시터(C3)가 수행하며, 인버터의 정상적인 동작을 가능하게 하고, 특히 배터리(1)의 내구수명을 증대시키는 역할을 한다.
다른 하나는 커먼 모드(common mode)의 노이즈를 억제하는 역할을 하며, 그 기능은 모듈(11) 내부의 Y-커패시터(평활 커패시터와 병렬로 연결된 2개의 Y-커패시터)(C1,C2)가 수행한다.
평활 커패시터(C3)가 흡수하는 리플 전류는 50Arms 이상의 고전류로, 평활 커패시터 내부에서 자체 발열에 의해 소진되는 성분이며, 차량 샤시와는 전기적으로 절연되어 있다.
반면 인버터 스위칭시 발생하여 커패시터 모듈(11) 내부의 Y-커패시터(C1,C2)로 흐르는 스위칭 노이즈 성분의 전류는 1mA 이하의 극소량이나 고주파 성분을 포함하고 있어서 인버터 및 차량 전자파 성능에 결정적인 영향을 미친다. 보통의 경우는 Y-커패시터 용량을 가변시킨 샘플들을 제작하여 전자파 성능이 우수한 용량 값으로 사양을 선정하고 있다.
그러나, Y-커패시터(C1,C2)의 중성점을 차량 샤시로 연결하여 스위칭 노이즈를 억제시키는 방법에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
1) Y-커패시터(C1,C2)의 용량 선정시에 해석 및 예측에 의한 용량 선정이 아닌 실험적인 사양 선정이 이루어진다. 이에 사양 선정에 따르는 인력 및 시간의 손실이 과다하고 샘플 제작 비용이 과다한 문제점이 있게 된다.
2) 인버터 동작시 파워모듈(12)에서 발생하는 스위칭 노이즈가 구동모터(2) 측으로도 유출될 수 있으며, 구동모터(2)로 유출된 스위칭 노이즈가 차량 샤시로 전달되면서 스위칭 노이즈로 인한 문제가 발생하고 있으나, 현재 구동모터(2) 측으로 유출되는 스위칭 노이즈에 대해서는 대책이 없는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 구동모터를 구동시키기 위한 인버터의 커패시터 모듈을 구성하는 방법에 있어서 인버터 동작시 파워모듈에서 발생하는 스위칭 노이즈를 효과적으로 저감할 수 있고, 특히 소자의 사양 선정을 위해 시험을 통한 종래의 전자파 성능 검증 방식에서 샘플 제작비 및 인력 등이 과다하게 소요되었던 문제점을 개선할 수 있는 커패시터 모듈의 회로 구성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전기자동차의 구동모터를 구동시키기 위한 인버터에서 스위칭 노이즈를 억제하기 위한 Y-커패시터를 포함하는 커패시터 모듈의 회로 구성방법에 있어서, a) 상기 Y-커패시터의 용량을 예비 선정하여 커패시터 모듈을 구성한 뒤, 예비 선정된 Y-커패시터에서 실제 전압 또는 전류 파형을 측정하는 단계; b) 상기 전압 파형 또는 전류 파형을 주파수 대역에 따라 필터링하여 독립된 세부 주파수 성분을 추출 및 분리한 뒤, 분리된 각 주파수 성분별로 임피던스 저항 및 인덕터, 커패시터가 조합된 병렬의 등가회로를 구성하는 단계; c) 상기 병렬의 등가회로에서 각 소자의 값(저항값/인덕턴스/커패시터 용량)을 단계적으로 가변시키면서 각 가변 과정에서 얻어지는 시뮬레이션 파형을 실제 측정된 상기 전압 파형 또는 전류 파형과 비교하여 각 소자의 값을 최종 선정하는 단 계; 및 d) 상기 c)의 단계에서 최종 선정된 소자의 값으로 커패시터 모듈의 최종적인 병렬의 임피던스 등가회로가 완성되고 나면, 선정된 용량의 Y-커패시터를 사용하여 실제 커패시터 모듈을 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법을 제공한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 커패시터 모듈의 회로 구성방법에 의하면, 인버터 동작시 파워모듈에서 발생하는 스위칭 노이즈를 효과적으로 저감할 수 있고, 특히 소자의 사양 선정을 위해 시험을 통한 종래의 전자파 성능 검증 방식에서 샘플 제작비 및 인력 등이 과다하게 소요되었던 문제점을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한 전자파 노이즈의 소스인 인버터 스위칭 노이즈의 개선과 관련하여, 종래에는 Y-커패시터를 통해 흐르는 전류/전압의 크기만 감소시키는 한계가 있었으나, 본 발명에서는 노이즈 성분 분석을 통해 댐핑 임피던스까지 해석하여 회로 구성에 반영하므로 노이즈의 크기뿐만 아니라 주파수 제어까지 가능하다는 이점이 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 하이브리드 차량과 같은 친환경 전기자동차의 구동모터를 구동시키기 위한 인버터의 회로를 구성하는 방법에 관한 것으로서, 특히 인버터의 전자파 노이즈, 즉 인버터 동작시 파워모듈에서 발생하는 스위칭 노이즈를 억제하기 위한 Y-커패시터를 포함하는 커패시터 모듈의 회로를 구성하는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 회로 구성방법은 인버터에서 발생하는 스위칭 노이즈를 보다 효과적으로 저감할 수 있는 커패시터 모듈 회로를 구성할 수 있고, 소자의 사양 선정을 위해 시험을 통한 종래의 전자파 성능 검증 방식에서 샘플 제작비 및 인력 등이 과다하게 소요되었던 문제점을 개선할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 회로 구성방법에서는, 스위칭 노이즈 저감을 위한 Y-커패시터 등 커패시터 모듈을 구성하는 소자의 용량 및 사양 선정시 종래의 실험적인 방식을 이용함에 따른 문제점, 즉 샘플 제작비 및 인력 과다 소요 등의 문제점을 해결하기 위하여, 시뮬레이션 해석 및 예측 기법에 의한 소자의 최적 용량 선정이 이용되고, 특히 해석 및 예측 과정에서 스위칭 노이즈(전자파 노이즈)의 저감을 위한 임피던스 매칭법이 이용된다.
도면을 참조하여 설명하면, 첨부한 도 3은 본 발명에 따른 회로 구성방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 회로 구성방법을 나타내는 순서도이며, 도 5는 종래의 커패시터 모듈 구조와 본 발명에 따른 커패시터 모듈 구조를 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 인버터 내 커패시터 모듈(11)의 구성과 더불어, 본 발명에 따른 해석 과정에서 스위칭 노이즈의 주파수 성분별로 구해진 등가회로 및 댐핑 임피던스(damping impedance)의 구성을 보여주고 있다.
인버터의 동작시 스위칭소자(IGBT)(S)와 다이오드(D)의 조합으로 이루어진 파워모듈(12)에서 발생하는 스위칭 노이즈를 저감시키기 위해 Y-커패시터(C1,C2)의 중성점을 차량 샤시로 연결하는 방식이 적용되며, 본 발명에서도 최종적으로는 Y-커패시터(C1,C2)의 최적 용량 및 사양 선정을 목표로 하나, 종래의 실험을 통한 Y-커패시터 용량 및 사양 선정(Y-커패시터의 용량을 달리하여 다수의 커패시터 모듈 샘플 제작 및 실험을 통해 선정) 방식이 아닌, 시뮬레이션을 통한 해석 및 예측의 방법을 통해 소요 비용 및 인력을 줄이면서도 더욱 간편하게 Y-커패시터의 용량 및 사양을 선정하게 된다.
또한 본 발명에서는 Y-커패시터(C1,C2)의 용량(커패시터 값)뿐만 아니라 댐핑 임피던스까지 해석 및 시뮬레이션하여, Y-커패시터(C1,C2)의 용량 선정과 더불어 필요시 댐핑 저항(R) 및 인덕터(L) 등을 조합한 댐핑 임피던스 회로(도 5에서 'Z'로 나타냄)를 추가하되, 시뮬레이션을 통해 선정된 Y-커패시터의 용량을 고려하여 최적의 댐핑 임피던스 회로(Z)를 구성하게 된다.
즉, 선정된 커패시터 값(커패시터 C1, C2 값)을 고려하여 댐핑 저항과 인덕터 중 필요한 소자를 조합한 댐핑 임피던스 회로(Z)를 추가하고, 이때 저항과 인덕터의 소자 값, 즉 저항값 및 인덕턴스는 시뮬레이션 과정에서 Y-커패시터(C1,C2)의 용량과 함께 선정된다.
인버터의 동작시에 파워모듈(12)에서 발생한 스위칭 노이즈가 커패시터 모 듈(11)의 Y-커패시터(C1,C2)를 통해 차량 샤시로 확산될 때, 상기 Y-커패시터로 스위칭 전류가 미소하지만 흐르게 되는데, 이 전류에는 고조파 주파수 노이즈가 중첩되어 있다.
따라서, 고조파 주파수 노이즈가 중첩됨을 고려하여, 본 발명에서는 Y-커패시터에서 실측된 전류 또는 전압 파형에 대해 독립적인 세부 주파수 성분을 추출한 뒤 그로부터 병렬의 등가회로를 구성하되, 이 과정에서 댐핑 저항 성분을 회로에 추가로 반영 및 가변하여 스위칭 노이즈 전류가 최소화될 수 있는 댐핑 저항값을 찾아내게 된다.
이러한 본 발명의 과정을 도 3 및 도 4를 참조하여 단계별로 설명하면 다음과 같다.
우선, [Step1]에서는 Y-커패시터(C1,C2)의 용량을 예비 선정하여 도 3에 나타낸 바의 커패시터 모듈(11)을 구성한 뒤, 예비 선정된 Y-커패시터(C1,C2)에서 실제 전압 또는 전류 파형을 측정하게 된다. 이때, 커패시터 값을 가변시키지 않는 고정된 Y-커패시터(C1,C2) 사양에서 실제 전압의 파형 또는 전류의 파형을 측정하거나, 전압 및 전류의 실제 파형 모두를 측정하여 사용할 수 있다.
다음으로, [Step2]에서는 실측된 전압/전류 파형에 대하여 주파수 성분별로 추출 및 분리하는 과정을 실시한다. 이때, 주파수 필터링 및 공진주파수 분석이 실시되는데, 실측된 전압/전류 파형을 주파수 대역에 따라 필터링하여 독립된 세부 주파수 성분을 추출 및 분리하게 된다. 이를 위해 특정 주파수 대역의 성분만을 통과시키는 필터, 예컨대 FFT(fast fourier transform) 대역 통과(band-pass) 필터를 이용하여 주파수 성분별로 추출 및 분리하는 것이 실시 가능하다. 도 4에는 실측된 전류 측정 파형으로부터 추출 및 분리된 세부 주파수 성분인 fc1, fc2, fc3의 예를 나타내었다. 상기와 같이 주파수 성분별 분리가 이루어지면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 분리된 각 주파수 성분별로 저항(R1,R2,R3), 인덕터(L1,L2,L3), 커패시터(C1,C2,C3), 댐핑 임피던스 저항(Rd)이 조합된 병렬의 등가회로를 구성하게 된다. 이때, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 분리된 각 주파수 성분별로 각각 임피던스 저항(R1,R2,R3), 인덕터(L1,L2,L3) 및 커패시터(C1,C2,C3)를 직렬로 연결한 서브회로들을 구성한 뒤, 이들 서브회로들을 병렬로 연결하고, 상기 서브회로들에 댐핑 임피던스 저항(Rd)을 직렬로 연결하여 상기 병렬의 등가회로를 구성할 수 있다.
다음으로, [Step3]에서는 댐핑 임피던스(damping impedance)의 해석 및 시뮬레이션을 진행한다. [Step2]에서 구성된 병렬의 등가회로상에서 각 소자의 값, 즉 저항값(R1,R2,R3,Rd 값)과 인덕턴스(L1,L2,L3 값)를 변경하는 방식으로 임피던스를 가변시켜가면서 시뮬레이션하되, 각 가변 단계에서 얻어진 시뮬레이션 파형을 [Step1]에서 얻은 실측 전압 파형 또는 전류 파형과 비교하여, 각 소자의 최적 사양을 선정하게 된다.
이때, 시뮬레이션 파형은 시뮬레이션시 특정의 저항값과 인덕턴스로 선정된 소자(R1~R3,Rd,L1~L3)들의 병렬 등가회로로부터 얻을 수 있는 전압 파형 또는 전류 파형으로서, 이러한 시뮬레이션 파형을 실측 파형과 비교하되, 등가회로상의 소자 값(저항값 및 인덕턴스 값)을 가변시키면서 단계적으로 비교하여, 실측 파형과 최대한 동일한 시뮬레이션 파형을 최종적으로 얻어내고, 최종의 시뮬레이션 파형이 얻어진 등가회로상의 소자 값을 최종적으로 선정하게 된다.
결국, [Step4]에서 최종 선정된 소자 값이 반영된 커패시터 모듈의 등가회로가 완성될 수 있게 된다.
상기한 [Step3]과 [Step4]의 과정에서, 실측 파형과 최대한 동일한 시뮬레이션 파형을 얻기 위해, 상기한 바와 같이 시뮬레이션 회로(병렬 등가회로)상의 저항값 또는 인덕턴스 값을 변경하여 최종의 등가회로를 완성하며, 이때 Y-커패시터(C1,C2)의 용량(커패시터 C1, C2 값) 역시 가변시켜 시뮬레이션할 수 있다.
결국, 상기 [Step3]과 [Step4]의 과정을 통해 최종의 등가회로가 완성되면, 이를 기초로 하여 실제 커패시터 모듈의 단품을 제작하게 된다.
상술한 본 발명의 과정에 있어서, [Step1] 단계에서 구성된 실제 커패시터 모듈(11)의 Y-커패시터 용량 값, 즉 C1, C2의 커패시터 값은 설계자가 이미 알고 있는 값이고, 모르는 값은 커패시터 모듈 시스템의 임피던스 값, 즉 저항값과 인덕턴스 값이므로, 이 모르는 값을 찾아내기 위해 실제 전압/전류 파형을 측정하고 시뮬레이션 회로(병렬 등가회로)를 구성한 뒤 시뮬레이션 회로상의 저항값과 인덕턴스 값을 조정해서, 실측 파형과 최대한 동일한 시뮬레이션 파형을 얻을 수 있는 시뮬레이션 회로 내 소자 값을 선정하게 되는 것이다.
상기와 같이 실제 시스템을 모사한 시뮬레이션 회로의 구성이 완료되면, 시뮬레이션 과정에서 임피던스를 반영해 선정된 Y-커패시터 용량을 사용하여 실제 커패시터 모듈 단품을 제작하게 되는데, 설계자는 노이즈 최소화 및 전차파 성능 개선을 위해 해석 및 예측 시뮬레이션을 통해 선정된 소자 값의 저항, 인덕터를 조합하여 구성한 댐핑 임피던스 회로(Z)를 추가함으로써 실제 커패시터 모듈 단품을 제작하게 된다.
상기한 시뮬레이션 과정에서 Y-커패시터(C1,C2)의 용량(커패시터 C1, C2 값) 이 변경되어 최종의 커패시터 사양이 선정되면, 변경된 용량의 Y-커패시터(C1,C2)를 사용하여 커패시터 모듈(11)을 제작하되, 댐핑 임피던스 회로(Z)를 구성하는 저항, 인덕터의 경우 Y-커패시터(C1,C2)의 선정된 용량 값이 고려된 소자 값이 선정되어 댐핑 임피던스 회로가 구성될 수 있게 된다.
이때, 댐핑 임피던스 회로(Z)는 저항 또는 인덕터를 사용하거나 저항과 인덕터를 모두 사용하여 구성될 수 있다.
이렇게 본 발명은, 커패시터 모듈(11)을 구성함에 있어서, 시험을 통한 전자파 성능 검증의 사양 선정 방식이 아닌, 임피던스 매칭법, 즉 실제 측정 파형으로부터 독립적인 세부 주파수 성분을 추출하여 병렬 등가회로를 구성하고 이어 병렬 등가회로의 임피던스를 가변시켜 실제 측정 파형과 동일한 시뮬레이션 파형을 찾아내는 방법을 이용하여 커패시터 및 저항, 인덕턴스 값을 선정함에 주된 특징이 있는 것으로, 스위칭 노이즈 전류가 최소화될 수 있는 댐핑 임피던스 회로(Z)가 추가됨으로써 보다 개선된 전자파 성능 및 노이즈 저감 성능을 얻을 수 있는 동시에 보다 용이하게 Y-커패시터(C1,C2)의 용량을 선정할 수 있게 된다.
도 5를 설명하면, 종래의 경우(a), 전자파 성능 개선을 위한 커패시터 모듈(11)의 구성시에 커패시터 C1, C2 값만 선정하는 수준이므로 스위칭 노이즈 크기만 감소시키는 한계가 있으며, 커패시터 C1, C2 값 선정시 다수의 샘플을 제작하여 실험적으로 선정해야 하므로 인력 및 제작비 소요가 과다해진다.
반면, 본 발명의 경우(b), 전자파 성능 개선을 위한 커패시터 모듈(11)의 구성시에 커패시터 C1, C2 값뿐만 아니라 댐핑 임피던스까지 해석 및 시뮬레이션한 뒤, 그 결과를 기초로 하여 커패시터 모듈(11) 내부에 댐핑 임피던스 회로(Z)를 삽입, 구성하게 된다. 이로써 노이즈 크기를 저감시키는 것뿐만 아니라 주파수 조절도 가능해진다. 도 5의 (b)를 참조하면, 커패시터 모듈 내 Y-커패시터(C1,C2)의 중성점으로부터 차량 샤시측 등의 접지단으로 연결되는 스위칭 노이즈 억제용 회로상에 댐핑 임피던스 회로(Z)를 설치하여 커패시터 모듈(11)이 구성되고 있다.
이러한 노이즈 크기 및 주파수의 조절은 회로 시정수, 즉 커패시터 모듈(11)을 구성하는 Y-커패시터(C1,C2)의 용량, 그리고 댐핑 임피던스 회로(Z) 내 소자(저항, 인덕터 등)의 구성 및 배치, 각 소자의 값(저항값, 인덕턴스)의 조정을 통해서 가능해진다.
이와 같이 하이브리드 차량 등의 전기자동차에서 전자파 노이즈의 소스인 인버터 스위칭 노이즈의 개선과 관련하여, 종래에는 Y-커패시터를 통해 흐르는 전류/전압의 크기만 감소시키는 한계가 있었으나, 본 발명에서는 노이즈 크기뿐만 아니라 노이즈 성분 분석을 통해 주파수 조절까지 가능하다는 이점이 있게 된다(noise control).
또한 본 발명에서는 소자 선정을 위해 시뮬레이션을 통한 해석 및 예측 기법이 적용되므로 샘플 제작비 및 인력의 과다 소요 등과 같은 종래의 문제점이 개선될 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 통상의 하이브리드 차량에서 배터리, 인버터, 구동모터의 연결관계를 나타낸 개략도이다.
도 2는 평활 커패시터 및 Y-커패시터로 이루어진 인버터의 커패시터 모듈을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 회로 구성방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 회로 구성방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 종래의 커패시터 모듈 구조와 본 발명에 따른 커패시터 모듈 구조를 비교하여 나타낸 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 배터리 2 : 구동모터
11 : 커패시터 모듈 12 : 파워모듈

Claims (4)

  1. 전기자동차의 구동모터를 구동시키기 위한 인버터에서 스위칭 노이즈를 억제하기 위한 Y-커패시터를 포함하는 커패시터 모듈의 회로 구성방법에 있어서,
    a) 상기 Y-커패시터의 용량을 예비 선정하여 커패시터 모듈을 구성한 뒤 Y-커패시터에서 실제 전압 또는 전류 파형을 측정하는 단계;
    b) 상기 전압 파형 또는 전류 파형을 주파수 대역에 따라 필터링하여 독립된 세부 주파수 성분을 추출 및 분리한 뒤, 상기 분리된 각 주파수 성분별로 각각 임피던스 저항, 인덕터 및 커패시터를 직렬로 연결한 서브회로들을 구성하고 상기 서브회로들을 서로 병렬로 연결함과 더불어 상기 서브회로들에 댐핑 임피던스 저항을 직렬로 연결하여 이루어진 병렬의 등가회로를 구성하는 단계;
    c) 시뮬레이션 회로로서 구성된 상기 병렬의 등가회로에서 각 소자의 값(저항값/인덕턴스/커패시터 용량)을 단계적으로 가변시키면서 각 가변 과정에서 얻어지는 시뮬레이션 파형을 실제 측정된 상기 전압 파형 또는 전류 파형과 비교하여 각 소자의 값을 최종 선정하는 단계; 및
    d) 최종 선정된 소자의 값으로 커패시터 모듈의 최종적인 병렬의 임피던스 등가회로가 완성되고 나면, 선정된 용량의 Y-커패시터를 사용하여 실제 커패시터 모듈을 구성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 d)의 단계에서, 최종 완성된 임피던스 등가회로에 따라 저항과 인덕터 중 1종 이상의 소자로 구성되는 댐핑 임피던스 회로를 커패시터 모듈 내에서 Y-커패시터의 중성점으로부터 접지단으로 연결되는 스위칭 노이즈 억제용 회로상에 설치하는 것을 특징으로 하는 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 b)의 단계에서, 특정 주파수 대역의 성분만을 통과시키는 대역 통과 필터를 이용하여 주파수 성분별로 추출 및 분리하는 것을 특징으로 하는 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 c)의 단계에서, 상기 시뮬레이션 파형은 소자의 값이 변경된 각 가변 단계에서 병렬의 등가회로로부터 얻을 수 있는 전압 파형 또는 전류 파형이고, 실제 측정된 전압 파형 또는 전류 파형과 동일한 시뮬레이션 파형이 얻어진 등가회로상의 소자 값이 선정되는 것을 특징으로 하는 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법.
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