KR101628506B1 - 모터제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 전력변환부; 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 제어하는 제2 전력변환부; 상기 제1 전력변환부와 상기 제2 전력변환부 사이에 연결되어 상기 직류 전원을 저장하는 링크 커패시터를 포함한 링크부; 및 상기 제1 전력변환부를 제어하는 모터 제어부;를 포함하고, 상기 모터 제어부는 상기 링크 커패시터에 흐르는 링크 전류를 제어하여 상기 링크부의 링크 전압을 조절하는 모터제어장치에 관한 것으로 커패시터 용량을 감소시킬 수 있고, 링크부의 링크 전류를 제어함으로써 링크 전압의 급변을 방지할 수 있고, 링크부를 초기 충전하여 모터부의 초기 구동 시 발생될 수 있는 돌입 전류를 방지할 수 있으며, 링크부의 초기 충전 시 역방향의 충전 전류의 흐름을 차단하여 전력 손실을 줄일 수 있는 모터제어장치를 제공할 수 있다.

Description

모터제어장치 {MOTOR CONTROLOR DEVICE}

본 발명은 모터제어장치에 관한 발명이다.

모터가 발명된 이래로 인간의 삶에서 모터는 매우 중요한 역할을 담당하고 있으며 인간의 삶의 영역이 점점 넓어짐에 따라 모터 제어도 점점 다양한 환경에서 사용이 가능 하도록 요구 받고 있다.

모터는 직류 전력 저장한 링크 단으로부터 직류 전력을 인가 받아 교류 전력으로 변환하는 인버터에 의하여 구동이 제어될 수 있다. 이 때 직류 전력을 저장하기 위한 커패시터의 용량을 줄이는 연구를 통해 가격 경쟁력을 높이기 위한 논의가 발활히 진행되고 있다. 그러나 링크 단의 커패시터의 용량을 줄이는 경우 모터의 급정지 또는 탈조 상황에서 모터로부터 에너지가 회생되어 링크 단의 전압을 급상승 시킬 수 있다. 이 때 급상승된 링크 단의 전압으로 인하여 소자의 내압 초과에 따른 소자 소손 문제가 있었다. 또한 모터의 초기 구동 시 링크 단의 커패시터로의 유입되는 돌입 전류에 의하여 돌입 전류가 경유하는 소자가 손상되는 문제가 있었다.
한편, 본 발명과 관련한 선행문헌은 일본 공표특허공보 특표2009-522999호(2009.06.11.)가 있다.

본 발명에 따른 실시예는 커패시터 용량을 감소시킨 모터제어장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 실시예는 링크부의 링크 전류를 제어함으로써 링크 전압의 급변을 방지할 수 있는 모터제어장치를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 실시예는 링크부를 초기 충전하여 모터부의 초기 구동 시 발생될 수 있는 돌입 전류를 방지하는 모터제어장치를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 실시예는 링크부의 초기 충전 시 역방향의 충전 전류의 흐름을 차단하여 전력 손실을 줄일 수 있는 모터제어장치를 제공할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 전력변환부; 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 제어하는 제2 전력변환부; 상기 제1 전력변환부와 상기 제2 전력변환부 사이에 연결되어 상기 직류 전원을 저장하는 링크 커패시터를 포함한 링크부; 및 상기 제1 전력변환부를 제어하는 모터 제어부;를 포함하고, 상기 모터 제어부는 상기 링크 커패시터에 흐르는 링크 전류를 제어하여 상기 링크부의 링크 전압을 조절하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 모터 제어부는, 상기 제1 및 제2 전력변환부로부터 전압과 전류 및 상기 링크부의 링크 전압을 센싱하고, 이를 기초하여 상기 링크 전류를 생성하는 전류 검출부;를 포함하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 외부로부터 입력되는 링크 전압 지령치와 상기 링크 전압에 기초하여 링크 전류 지령치를 생성하고, 상기 링크 전류 지령치와 상기 링크 전류에 기초하여 상기 제1 전력변환부를 제어하기 위한 게이팅 신호를 생성하는 전압 제어부;를 더 포함하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 전류 검출부는, 상기 링크 전류를 생성하는 링크 전류 검출부; 및 상기 링크부 출력 전류를 생성하는 링크부 출력단 전류 검출부;를 포함하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 링크 전류 검출부는, 상기 제1 전력변환부의 자속분 전압과 자속분 전류 그리고 상기 제2 전력변환부의 토크분 전압과 토크분 전류에 기초하여 제1 전력을 생성하는 제1 전력 생성부; 상기 제1 전력과 상기 링크 전압에 기초하여 상기 링크부 입력 전류를 생성하는 링크부 입력 전류 생성부; 및 상기 링크부 입력 전류와 상기 링크부 출력 전류에 기초하여 상기 링크 전류를 생성하는 링크 전류 생성부;를 포함하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 링크부 출력단 전류 검출부는, 상기 제2 전력변환부의 토크분 전압, 토크분 전류, 자속분 전압 및 자속분 전류에 기초하여 제2 전력을 생성하는 제2 전력 생성부; 및 상기 제2 전력과 상기 링크 전압에 기초하여 상기 링크부 출력 전류를 생성하는 링크부 출력 전류 생성부;를 포함하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 전압 제어부는, 상기 링크 전압 지령치와 상기 링크 전압에 기초하여 상기 링크 전류 지령치를 생성하는 링크 전압 제어부; 상기 링크 전류 지령치와 상기 링크 전류에 기초하여 자속분 게이팅 신호를 출력하는 자속분 게이팅 신호 생성부; 및 외부로부터 입력되는 상기 제1 전력변환부의 토크분 전류 지령치와 상기 제1 전력변환부의 토크분 전류에 기초하여 토크분 게이팅 신호를 출력하는 토크분 게이팅 신호 생성부;를 포함하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 게이팅 신호의 제1 주기는 상기 링크 전류의 생성 주기인 제2 주기보다 긴 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 모터제어장치는, 상기 링크부를 충전하는 충전부;를 더 포함하고, 상기 충전부는 상기 제1 전력변환부로 공급되는 교류 전원이 양(Positive)일 때 상기 링크부를 충전하고, 음(Negative)일 때 상기 링크부를 미 충전하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 충전부는 상기 제1 전력변환부로 교류 전원을 공급하는 전원부와 상기 링크부의 일 단자 사이에 연결된 충전 다이오드를 포함하는 모터제어장치.

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 충전 다이오드의 애노드 단자는 상기 링크부의 일 단자에 연결되고, 캐소드 단자는 상기 전원부에 연결된 모터제어장치.
다른 측면에 따른 모터제어장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 전력변환부; 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 제어하는 제2 전력변환부; 상기 제1 전력변환부와 상기 제2 전력변환부 사이에 연결되어 상기 직류 전원을 저장하는 링크 커패시터를 포함한 링크부; 및 상기 제1 전력변환부를 제어하는 모터 제어부;를 포함하고, 상기 모터 제어부는 상기 링크 커패시터에 흐르는 링크 전류를 제어하여 상기 링크부의 링크 전압을 조절하기 위하여, 상기 제1 및 제2 전력변환부로부터 전압과 전류 및 상기 링크부의 링크 전압을 센싱하고, 이를 기초하여 상기 링크 전류를 생성하는 전류 검출부;를 포함하고, 상기 전류 검출부는, 링크부 출력 전류를 생성하는 링크부 출력단 전류 검출부;와, 상기 링크부 출력 전류를 입력받아 이를 기초로 상기 링크 전류를 생성하는 링크 전류 검출부를 포함한다.

본 발명에 따른 실시예는 커패시터 용량을 감소시킬 수 있고, 링크부의 링크 전류를 제어함으로써 링크 전압의 급변을 방지할 수 있고, 링크부를 초기 충전하여 모터부의 초기 구동 시 발생될 수 있는 돌입 전류를 방지할 수 있으며,

링크부의 초기 충전 시 역방향의 충전 전류의 흐름을 차단하여 전력 손실을 줄일 수 있는 모터제어장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터제어부의 동작 순서를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전류검출부의 서브 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 링크 전류 검출부의 서브 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 5는 링크부 출력단 전류 검출부의 서브 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압제어부의 서브 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 7 및 도 8은 게이팅 신호의 파형 및 센싱 주기를 도시한 도면으로서, 도 7은 싱글 샘플링 방식을 나타낸 도면이고, 도 8은 더블 샘플링 방식을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치의 회로도이다.
도 10은 링크부 충전부(900)의 정방향 동작관계를 나타낸 도면이다.
도 11은 링크부 충전부(900)의 역방향 동작관계를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예를 적용한 에어컨의 블록도를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 모터제어장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치(10)는 삼상 전원을 공급하는 전원부(100), 상기 전원부(100)로부터의 전원에 포함된 노이즈를 필터링하여 출력하는 필터부(200), 상기 필터부(200)로부터 출력된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 전력변환부(300), 상기 제1 전력변환부(300)로부터 출력된 직류 전원을 저장하고 일정하게 유지하는 링크부(500), 상기 링크부(500)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 제2 전력변환부(600) 그리고 상기 제2 전력변환부(600)로부터의 교류 전원에 의해 제어되어 구동하는 모터부(700)를 포함할 수 있다.

상기 제1 전력변환부(300)는 역률개선회로(Power Factor Correction)가 될 수 있고, 역률을 높이고 입력 전원의 고조파 성분을 줄여줄 수 있다. 그리고 상기 제1 전력변환부(300)는 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 상기 스위칭 소자의 턴-온 비율을 결정하는 가변 듀티비를 가진 게이팅 신호(vcon)에 의해 상기 제1 전력변환부(300)는 제어되어 출력되는 직류 전원의 레벨을 조절할 수 있다. 일 예로 상기 제1 전력변환부(300)는 6개의 스위칭 소자를 구비한 3상 PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터가 될 수 있고, 입력 전압을 승압하여 직류 전압으로 출력할 수 있고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 입력 전류의 리플(Ripple) 성분이 감소될 수 있다.

상기 링크부(500)는 입력되는 전원을 일정하게 유지할 수 있도록 적어도 하나의 링크 커패시터(Clink)를 포함할 수 있다. 상기 링크부(500)가 포함하는 링크 커패시터(Clink)는 100uF 이하의 커패시턴스를 가진 극소용량 필름 커패시터(film capacitor)가 될 수 있다.

상기 제2 전력변환부(600)는 일정 또는 가변 할 수 있는 직류 전원으로부터 레벨 및 주파수를 가변한 교류 전원을 출력할 수 있다. 상기 제2 전력변환부(600)는 전압형 인버터가 될 수 있고, 출력되는 교류 전원의 크기 및 주파수를 동시에 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 인버터가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 제2 전력변환부(200)는 공간 벡터 전압 변조 방식으로 동작할 수 있고, 전력의 변환 및 전력의 흐름을 제어하는 3상 인버터가 될 수 있다. 그리고 독립적으로 스위칭하는 3개의 극(Pole)으로 이루어질 수 있고, 각 극의 두 개의 스위치는 상보적으로 스위칭 동작하여 8개의 서로 다른 스위칭 동작을 가질 수 있다.

상기 모터제어부(400)는 상기 제1 전력변환부(300)의 출력 직류 전압의 레벨을 조절할 수 있고, 상기 링크부(500)의 링크 전압(vdc)의 변동을 제어할 수 있다.

상기 제1 전력변환부(300)의 출력 직류 전압의 레벨을 조절하기 위해 상기 제1 전력변환부(300)가 포함한 스위칭 소자를 구동하기 위한 게이팅 신호(vcon)의 듀비티를 조절하여, 상기 제1 전력변환부(300)가 출력하는 직류 전원의 레벨을 조절할 수 있다.

상기 링크부(500)의 링크 전압(vdc)의 변동을 제어하기 위해 링크부(500)의 링크 전류(ilink)를 제어할 수 있다. 즉 커패시터의 전압 전류 관계에 의하여 커패시터의 전압의 시간에 따른 변화에 따라 커패시터 전류가 변하기 때문이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터제어부의 동작 순서를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 모터제어부(400)는 제1 내지 제6 단계(S110~S160)를 통해 링크부(500)의 링크 전압(vdc)의 변동 시 링크 전압(vdc)을 제어하여 일정하게 유지할 수 있다.

제1 단계(S110)는 제1 및 제2 전력변환부(300, 600)의 전압 및 전류를 검출하는 단계이다. 모터제어부(400)는 제1 전력변환부(300)의 전압(vcon) 및 전류(icon)를 센싱할 수 있고, 제2 전력변환부(600)의 전압(vinv) 및 전류(iinv)를 센싱할 수 있다. 이 때 센싱되는 전압(vcon, vinv) 및 전류(icon, iinv)는 제1 및 제2 전력변환부(300, 600) 각각의 스위칭 소자 양단의 전압 및 스위칭 소자에 흐르는 전류가 될 수 있다.

제2 단계(S120)는 제1 및 제2 전력변환부(300, 600)의 전력(P1, P2)을 생성하는 단계이다. 모터제어부(400)는 제1 단계(S110)에서 센싱한 전압(vcon, vinv) 및 전류(icon, iinv)를 기초하여 제1 전력변환부(300)의 전력(P1) 및 제2 전력변환부(600)의 전력(P2)를 생성할 수 있다.

제3 단계(S130)는 링크부(500)의 입력 전류(iin)와 출력 전류(iout)를 생성하는 단계이다. 모터제어부(400)는 제2 단계(S120)에서 생성한 제1 및 제2 전력변환부(300, 600)의 전력(P1, P2)를 기초하여 링크부(500)의 입력 전류(iin) 및 출력 전류(iout)를 생성할 수 있다.

제4 단계(S140)는 링크 전류(ilink) 전류 생성단계이다. 모터제어부(400)는 제3 단계(S130)에서 생성하는 링크부(500)의 입력 전류(iin) 및 출력 전류(iout)를 기초하여 링크 전류(ilink)를 생성할 수 있다.

제5 단계(S150)는 토크 및 자속 전압(vq, vd)의 생성 단계이다. 모터제어부(400)는 상기 제3 및 제4 단계(S130, S140)에서 생성한 링크부(500)의 입력 전류(iin) 및 출력 전류(iout) 그리고 링크 전류(ilink)를 기초하여 토크 전압(vq) 및 자속 전압(vd)을 생성할 수 있다.

제6 단계(S160)는 제1 전력변환부(300)를 제어하기 위한 게이팅 신호(vcon)를 생성하는 단계이다. 모터제어부(400)는 제5 단계(S150)에서 생성한 토크 전압(vq) 및 자속 전압(vd)을 기초하여 제1 전력변환부(300)를 제어하고 링크 전압(vdc)을 일정하게 유지하기 위하여 게이팅 신호(vcon)를 생성할 수 있다.

모터제어부(400)의 상세한 설명을 위하여 도 1을 참조하면, 모터 제어부(400)는 서브시스템으로써 센싱부(410), 좌표변환부(420), 전류검출부(430) 그리고 전압제어부(440)를 포함할 수 있다.

상기 센싱부(410)는 제1 및 제2 전력변환부(300, 600) 각각으로부터 전압(vcon, vinv) 및 전류(icon, iinv)를 센싱하여 좌표변환부(420)로 출력하고, 링크부(500)의 링크 전압(vdc)를 센싱하여 전류검출부(430)로 출력할 수 있다.

상기 좌표변환부(420)는 변수를 d-q 좌표, 즉 자속이 존재하는 d축과 상기 d축과 직각을 이루고 토크 성분이 존재하는 q축으로 변수 변환할 수 있다. 상기 좌표변환부(420)는 제1 및 제2 전력변환부(300, 600) 각각으로부터 센싱한 전압(vcon, vinv) 및 전류(icon, iinv) 각각을 좌표 변환하여 제1 전력변환부(300)의 토크 전압 및 전류(vq,con, vd,con, iq,con, id,con) 그리고 제2 전력변환부(600)의 토크 전압 및 전류(vq,inv, vd,inv, iq,inv, id,inv)로 변환하여 전류 검출부(430)로 출력할 수 있다.

상기 전류검출부(430)는 상기 좌표변환부(420)로부터의 제1 전력변환부(300)의 토크 전압 및 전류(vq,con, vd,con, iq,con, id,con) 그리고 제2 전력변환부(600)의 토크 전압 및 전류(vq,inv, vd,inv, iq,inv, id,inv)와 상기 센싱부(410)로부터의 링크 전압(vdc)에 기초하여 링크 전류(ilink)를 생성하여 전압제어부(440)로 출력할 수 있다.

상기 전압제어부(440)는 입력되는 링크 전압 지령치(vdc(*))와 센싱된 링크 전압(vdc)를 기초하여 링크 전류 지령치(ilink(*))를 생성하고, 생성된 링크 전류 지령치(ilink(*))와 전류검출부(430)로부터의 링크 전류(ilink)를 기초하여 제1 전력변환부(300)를 제어하기 위한 게이팅 신호(vcon)를 출력할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전류검출부의 서브 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 4는 링크 전류 검출부의 서브 시스템을 나타낸 블록도이다. 그리고 도 5는 링크부 출력단 전류 검출부의 서브 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 전류검출부(430)에 대한 구체적인 동작 방식을 설명한다.

도 3에서 상기 전류검출부(430)는 링크 전류 검출부(431) 및 링크부 출력단 전류 검출부(432)를 포함할 수 있다.

상기 링크 전류 검출부(431)는 좌표변환부(420)로부터 입력되는 제1 전력변환부(300)의 토크 전압(vq,con)과 자속 전류(id,con) 그리고 제2 전력변환부(600)의 토크 전압(vq,inv), 자속 전압(vd,inv), 토크 전류(iq,inv) 그리고 자속 전류(id,inv)를 입력 받을 수 있고, 링크부 출력단 전류 검출부(432)로부터 생성된 링크부 출력 전류(iout)를 입력 받을 수 있다. 그리고 상기 링크 전류 검출부(431)는 입력 받은 파라미터를 기초하여 링크 전류(ilink)를 검출할 수 있다.

도 4에서 링크 전류 검출부(431)는 제1 전력 생성부(4311), 링크부 입력 전류 생성부(4312) 그리고 링크 전류 생성부(4313)를 포함할 수 있다.

상기 제1 전력 생성부(4311)는 좌표변환부(420)로부터 입력되는 제1 전력변환부(300)의 자속 전압(vd,con) 및 자속 전류(id,con)와 제2 전력변환부(600)의 토크 전압(vq,inv) 및 토크 전류(iq,inv)를 기초하여 제1 전력변환부(300)의 제1 전력(P1)을 생성할 수 있다. 상기 제1 전력(P1)을 생성하는 일 예로 제1 전력변환부(300)의 자속 전압(vd,con) 및 자속 전류(id,con)를 이용하여 제1 전력변환부(300)의 자속분 전력(Pd,con)과 제2 전력변환부(600)의 토크 전압(vq,inv) 및 토크 전류(iq,inv)를 이용하여 제2 전력변환부(600)의 토크분 전력(Pq,inv)을 생성하여, 상기 자속분 전력(Pd,con) 및 토크분 전력(Pq,inv)의 합으로써 제1 전력(P1)을 생성할 수 있다.

상기 링크부 입력 전류 생성부(4312)는 제1 전력 생성부(4311)로부터 입력되는 제1 전력(P1)과 센싱부(410)로부터 입력되는 링크 전압(vdc)를 기초하여 링크부 입력 전류(iin)을 생성하여 출력할 수 있다. 상기 링크부 입력 전류(iin)을 생성하는 일 예로 입력된 제1 전력(P1)과 입력된 링크 전압(vdc)의 비로 링크부 입력 전류(iin)을 생성할 수 있다.

상기 링크 전류 생성부(4313)은 링크부 입력 전류 생성부(4312)로부터 입력되는 링크부 입력 전류(iin)와 링크부 출력단 전류 검출부(432)로부터 입력되는 링크부 출력 전류(iout)에 기초하여 링크 전류(ilink)를 생성할 수 있다. 상기 링크 전류(ilink)를 생성하는 일 예로 링크부 입력 전류(iin)와 링크부 출력 전류(iout)의 차 연산을 기초하여 상기 링크 전류(ilink)를 생성할 수 있다.

도 5에서 링크부 출력단 전류 검출부(432)는 제2 전력 생성부(4321)와 링크부 출력 전류 생성부(4322)를 포함할 수 있다.

상기 제2 전력 생성부(4321)는 좌표변환부(420)로부터 입력되는 제2 전력변환부(600)의 토크 전압과 전류(vq,inv, iq,inv)와 자속 전압 및 전류(vd,inv, id,inv)에 기초하여 제2 전력변환부(600)의 제2 전력(P2)를 생성할 수 있다. 상기 제2 전력(P2)을 생성하는 일 예로 제2 전력변환부(600)의 토크 전압(vq,inv)과 토크 전류(iq,inv)로부터 토크분 전력(Pq,inv)를 생성하고, 제2 전력변환부(600)의 자속 전압(vd,inv)과 자속 전류(id,inv)로부터 자속분 전력(Pd,inv)을 생성하여 상기 토크분 전력(Pq,inv)과 자속분 전력(Pd,inv)의 합으로부터 제2 전력(P2)을 생성할 수 있다.

상기 링크부 출력 전류 생성부(4322)는 제2 전력 생성부(P2)로부터 입력되는 제2 전력(P2)과 센싱부(410)로부터 입력되는 링크 전압(vdc)을 기초하여 링크부 출력 전압(iout)을 생성할 수 있다. 상기 링크부 출력 전압(iout)을 생성하는 일 예로 상기 제2 전력(P2)과 상기 링크 전압(vdc)의 비로부터 상기 링크부 출력 전압(iout)을 생성할 수 있다.

전술한 방식으로 생성된 링크 전류(ilink)와 링크부 출력 전류(iout)은 전압제어부(440)로 입력되고, 상기 전압제어부(440)는 링크 전류 지령치(ilink(*))와 상기 링크 전류(ilink)와의 오차 비교를 통해 게이팅 신호(vcon)의 듀티비를 조절함으로써 링크 전압(vdc)의 레벨을 일정하게 유지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압제어부의 서브 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 6을 참조하면, 전압제어부(440)는 링크 전압 제어부(441), 자속분 게이팅 신호 생성부(442), 토크분 게이팅 신호 생성부(443) 그리고 좌표역변환부(444)를 포함할 수 있다.

상기 링크 전압 제어부(441)는 외부로부터 입력되는 링크 전압 지령치(vdc(*))와 센싱부(410)로부터 입력되는 링크 전압(vdc)를 기초하여 링크 전류 지령치(ilink(*))를 생성하여 출력할 수 있다.

상기 자속분 게이팅 신호 생성부(442)는 상기 링크 전압 제어부(441)부로부터 출력되는 링크 전류 지령치(ilink(*))와 전류검출부(430)로부터 출력되는 링크 전류(ilink)와 링크부 출력 전류(iout)에 기초하여 자속 전압 지령치(vd,con(*))를 생성하여 출력할 수 있다. 이 때 상기 자속분 게이팅 신호 생성부(442)는 PI 제어기로 구성될 수 있고, 자속 전압 지령치(vd,con(*))를 생성하기 위하여 추가적으로 제1 전력변환부(300)의 자속분 역기전력(Ed,con)과 토크 전류(iq,con)를 입력 받아 연산할 수 있다. 이 때 상기 토크 전류(iq,con)는 모터부(700)의 비선형 특성에 기인한 d-q의 커플링(Coupling)에 따른 q축의 영향을 반영하기 위하여 입력될 수 있다..

상기 토크분 게이팅 신호 생성부(443)는 좌표변환부(420)로부터 입력되는 제1 전력변환부(300)의 토크 전류(iq,con)와 외부로부터 입력되는 토크 전류 지령치(iq,con(*))에 기초하여 토크 전압 지령치(vq,con(*))를 생성할 수 있다. 이 때 상기 토크분 게이팅 신호 생성부(443)는 PI 제어기로 구성될 수 있고, 토크 전압 지령치(vq,con(*))를 생성하기 위하여 제1 전력변환부(300)의 자속 전류(id,con)를 입력 받을 수 있다. 이 때 상기 제1 전력변환부(300)의 자속 전류(id,con)는 모터부(700)의 비선형 특성에 기인한 d-q의 커플링(Coupling)에 따른 d축의 영향을 반영하기 위하여 입력될 수 있다..

상기 좌표역변환부(444)는 입력되는 자속 전압 지령치(vd,con(*))와 토크 전압 지령치(vq,con(*))를 제1 전력변환부(300)를 제어하기 위한 듀티비가 조절된 게이팅 신호(vcon)로 좌표 역변환하여 이를 출력할 수 있고, 출력되는 상기 게이팅 신호(vcoc)에 의하여 링크부(500)의 링크 전압(vdc)을 제어할 수 있다. 따라서 링크 전압(vdc)의 급격한 변동이 발생한 경우, 이를 피드백하여 게이팅 신호(vcon)를 조절함으로써 링크 전압(vdc)의 레벨을 조절할 수 있다.

도 7 및 도 8은 게이팅 신호의 파형 및 센싱 주기를 도시한 도면으로서, 도 7은 싱글 샘플링 방식을 나타낸 도면이고, 도 8은 더블 샘플링 방식을 나타낸 도면이다.

도 7에서와 같이 싱글 샘플링(Single Sampling) 방식에서는 제1 듀티비(D1)를 가진 게이팅 신호(vcon)가 출력되는 한 주기 동안 센싱부(410)는 한 번 센싱 동작을 할 수 있고, 도 8에서와 같이 더블 샘플링(Double Sampling) 방식에서는 제2 듀티비(D2)를 가진 게이팅 신호vcon)가 출력되는 한 주기 동안 센싱부(410)는 두 번 센싱 동작을 할 수 있으므로 게이팅 신호(vcon)의 제1 주기는 상기 링크 전류(ilink)의 생성 주기인 제2 주기보다 길 수 있다.

즉, 게이팅 신호(vcon)가 출력되는 한 주기 동안 센싱부(410)는 제1 전력변환부(300)와 제2 전력변환부(600)의 전압(vcon, vinv) 및 전류(icon, iinv) 그리고 링크부(500)의 링크 전압(vdc)를 두 번 센싱하고, 전류검출부(430) 및 전압제어부(440)에서 센싱된 파라미터의 연산 동작을 통해 링크 전압(vdc)의 변동에 따른 제어를 두 번 업데이트 함으로써 시 지연을 보상하여 링크 전압(vdc)의 순간적인 변화에 따른 응답 지연으로 발생할 수 있는 순간 과전류를 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 모터부(700)의 급 정지 또는 탈조 상황에서 상기 모터부(700)로부터 회생되는 에너지에 의하여 링크 전압(vdc)의 급 상승을 피드백하여 이를 조절함으로써 링크 전압(vdc)이 소자의 내압을 초과하지 않도록 하여 소자의 소손을 방지할 수 있다. 또한 링크 전압(vdc)의 순간 변화에 대한 응답 지연에 따라 발생할 수 있는 과전류를 방지할 수 있고, 저용량 링크 커패시터(Clink)를 이용함으로써 가격 경쟁력을 높일 수 있다. 또한 링크부(500)는 링크 커패시터(Clink)의 용량이 작아 초기 구동 시 돌입 전류가 감소하는 효과가 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치의 회로도이다.

도 9을 참조하면, 모터제어장치(10)는 전원부(100)와 제1 전력변환부(300), 링크부(500), 제2 전력변환부(600) 그리고 모터부(700)를 포함할 수 있고, 추가적으로 리액터부(810), 파워 딜레이(820) 및 링크부 충전부(900)를 포함할 수 있다.

상기 전원부(100)는 R, S, T 상의 3상 전원으로 구성될 수 있고, 제1 전력변환부(300)는 6개의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 상기 6개의 스위칭 소자는 3-레그(3-leg) 각각에 두 개씩 연결될 수 있다. 상기 각 레그의 두 개의 스위칭 소자가 만나는 노드(node) 상에 상기 전원부(100)의 R, S, T 상 각각이 연결될 수 있다. 또한 상기 스위칭 소자는 IGBT(Insulated gate bi-polar transistor)가 될 수 있고, 각 스위칭 소자에 병렬로 다이오드가 연결될 수 있다.

상기 리액터부(810)는 고조파 특성을 개선하기 위하여 전원부(100)와 제1 전력변환부(300) 사이의 R, S, T 상 각각에 연결될 수 있다.

상기 링크부 충전부(900), 모터제어장치(10)의 초기 구동 시 링크부(500)로 유입될 수 있는 돌입 전류를 차단하고 스위칭 소자에 연결된 다이오드에 정격 전류 이상의 전류가 유입되는 것을 방지하기 위하여, 초기 구동 전 링크부(500)의 커패시터(Clink)를 충전할 수 있다.

상기 링크부 충전부(900)는 충전 스위치(910), 충전 저항(920) 및 충전 다이오드(930)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 충전 스위치(910), 충전 저항(920) 및 충전 다이오드(930)는 서로 직렬 연결되어 중선선(N)과 링크부(500)의 일 단자에 연결될 수 있다. 특히 상기 충전 다이오드(930)의 애노드 단자는 상기 링크부(500)의 일 단자에 연결되고, 캐소드 단자는 상기 충전 저항(920)에 연결될 수 있다. 그리고 상기 충전 다이오드(930)는 복수개의 직렬 연결로 구성될 수 있다.

상기 충전 스위치(910)는 링크부(500)의 초기 충전 시 턴-온되고, 충전 후에는 턴-오프 될 수 있다.

도 10은 링크부 충전부(900)의 정방향 동작관계를 나타낸 도면이고, 도 11은 링크부 충전부(900)의 역방향 동작관계를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 초기 충전 시 정방향 동작, 전원부(100)로부터 공급되는 교류 전원이 양의 값일 때, 충전 스위치(910)는 턴-온되고, 전원부(100)의 S 상의 전원으로부터 양의 교류 전력이 인가되는 경우, 충전 전류는 S 상의 레그의 상단 스위치의 다이오드 및 링크부(500)의 타단을 경유하여 커패시터(Clink)로 유입되어 링크부(500)를 충전하고, 충전 다이오드(930)와 충전 저항(920) 그리고 충전 스위치(910)를 경유하여 중선선(N)으로 향 할 수 있다.

도 11을 참조하면, 초기 충전 시 역방향 동작, 즉 전원부(100)로부터 공급되는 교류 전원이 음의 값일 때, 충전 스위치(910)는 턴-온되고, 전원부(100)의 S 상의 전원으로부터 음의 교류 전력이 인가되는 경우, 충전 다이오드(930)로 역방향 전류가 유입되므로 상기 충전 다이오드(930)에 의해 전류의 흐름은 차단될 수 있다. 그리하여 S 상의 레그의 하단 스위치의 다이오드로 역방향 전류가 유입되지 않도록 하여 S 상에서의 전력 손실을 방지하고, 충전 저항(920)에서의 전력 손실 또한 방지할 수 있다. 또한 소용량의 커패시터(Clink)를 포함하는 링크부(500)는 커패시터의 용량이 작아 초기 구동 시 돌입 전류가 감소하는 효과가 있으며, 돌입 전류 감소에 따른 S 상의 스위칭 소자의 다이오드를 경유하는 전류가 스위칭 소자의 다이오드의 정격 전류를 상회하는 현상을 방지할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예를 적용한 에어컨의 블록도를 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 실시예에 적용한 에어컨(20)은 실내기(21) 및 실외기(22)를 포함하고, 상기 실내기(21)는 실내 팬 모터(41)와 상기 실내 팬 모터(41)를 제어하는 실내 컨트롤러(31)를 포함할 수 있고, 상기 실외기(22)는 실외 팬 모터(42) 및 압축기(50) 그리고 상기 실외 팬 모터(42) 및 압축기(50)를 제어하는 실외 컨트롤러(32)를 포함할 수 있다.

상기 압축기(50)는 열을 함유한 저압가스를 압축하여 고온 고압의 가스로 변환할 수 있다. 그리고 상기 실내 및 실외 팬 모터(41, 50)의 팬은 모터부(700)의 구동에 의하여 동작할 수 있다. 또한 상기 실내 및 실외 컨트롤러(31, 32) 각각은 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 전력변환부(300, 600)와 모터제어부(400)를 포함할 수 있다.

상기 모터제어부(400)는 상기 실내 및 실외 팬 모터(41, 50)의 모터들부터 검출된 전류 및 전압 정보를 기초로 모터의 속도 및 회전자 위치를 추정하고 지령치와 비교하여 실내 및 실외 팬 모터(41, 50)의 구동을 제어할 수 있고, 상기 실내 및 실외 팬 모터(41, 50) 중 적어도 하나 이상의 복수개의 모터를 포함하는 경우에도, 모터들간의 파라미터 차이를 보상함으로써 실내 및 실외 팬 모터(41, 50)가 안정적으로 동작하도록 할 수 있다.

또한 팬 모터(41, 50)의 급 정지나 탈조 현상에 따라 부하가 급변하여 링크부(500)의 전압이 급변하는 경우, 이를 피드백하여 링크부(500)의 전압을 제어함으로써 에어컨(20)이 안정적으로 동작하도록 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 모터제어장치
20 에어컨
21 실내기
22 실외기
31 실내 컨트롤러
33 실외 컨트롤러
41 실내 팬 모터
42 실외 팬 모터
50 압축기
100 전원부
200 필터부
300 제1 전력변환부
400 모터제어부
410 센싱부
420 좌표변환부
430 전류검출부
431 링크 전류 검출부
4311 제1 전력 생성부
4312 링크부 입력 전류 생성부
4313 링크 전류 생성부
432 링크부 출력단 전류 검출부
4321 제2 전력 생성부
4322 링크부 출력 전류 생성부
440 전압제어부
441 링크 전압 제어부
442 자속분 게이팅 신호 생성부
443 토크분 게이팅 신호 생성부
444 좌표역변환부
500 링크부
600 제2 전력변환부
700 모터부
810 리액터부
820 파워 릴레이
900 링크부 충전부
910 충전 릴레이
920 충전 저항
930 충전 다이오드

Claims (11)

1. 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 전력변환부;
   상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 제어하는 제2 전력변환부;
   상기 제1 전력변환부와 상기 제2 전력변환부 사이에 연결되어 상기 직류 전원을 저장하는 링크 커패시터를 포함한 링크부; 및
   상기 제1 전력변환부를 제어하는 모터 제어부;를 포함하고,
   상기 모터 제어부는 상기 링크 커패시터에 흐르는 링크 전류를 제어하여 상기 링크부의 링크 전압을 조절하기 위하여,
   상기 제1 및 제2 전력변환부로부터 전압과 전류 및 상기 링크부의 링크 전압을 센싱하고, 이를 기초하여 상기 링크 전류를 생성하는 전류 검출부;를 포함하고,
   상기 전류 검출부는,
   링크부 출력 전류를 생성하는 링크부 출력단 전류 검출부;와,
   상기 링크부 출력 전류를 입력받아 이를 기초로 상기 링크 전류를 생성하는 링크 전류 검출부를 포함하는 모터제어장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   외부로부터 입력되는 링크 전압 지령치와 상기 링크 전압에 기초하여 링크 전류 지령치를 생성하고, 상기 링크 전류 지령치와 상기 링크 전류에 기초하여 상기 제1 전력변환부를 제어하기 위한 게이팅 신호를 생성하는 전압 제어부;를 더 포함하는 모터제어장치.
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 링크 전류 검출부는,
   상기 제1 전력변환부의 자속분 전압과 자속분 전류 그리고 상기 제2 전력변환부의 토크분 전압과 토크분 전류에 기초하여 제1 전력을 생성하는 제1 전력 생성부;
   상기 제1 전력과 상기 링크 전압에 기초하여 상기 링크부 입력 전류를 생성하는 링크부 입력 전류 생성부; 및
   상기 링크부 입력 전류와 상기 링크부 출력 전류에 기초하여 상기 링크 전류를 생성하는 링크 전류 생성부;를 포함하는 모터제어장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 링크부 출력단 전류 검출부는,
   상기 제2 전력변환부의 토크분 전압, 토크분 전류, 자속분 전압 및 자속분 전류에 기초하여 제2 전력을 생성하는 제2 전력 생성부; 및
   상기 제2 전력과 상기 링크 전압에 기초하여 상기 링크부 출력 전류를 생성하는 링크부 출력 전류 생성부;를 포함하는 모터제어장치.
7. 제3 항에 있어서,
   상기 전압 제어부는,
   상기 링크 전압 지령치와 상기 링크 전압에 기초하여 상기 링크 전류 지령치를 생성하는 링크 전압 제어부;
   상기 링크 전류 지령치와 상기 링크 전류에 기초하여 자속분 게이팅 신호를 출력하는 자속분 게이팅 신호 생성부; 및
   외부로부터 입력되는 상기 제1 전력변환부의 토크분 전류 지령치와 상기 제1 전력변환부의 토크분 전류에 기초하여 토크분 게이팅 신호를 출력하는 토크분 게이팅 신호 생성부;를 포함하는 모터제어장치.
8. 제3 항에 있어서,
   상기 게이팅 신호의 제1 주기는 상기 링크 전류의 생성 주기인 제2 주기보다 긴 모터제어장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 모터제어장치는,
   상기 링크부를 충전하는 충전부;를 더 포함하고,
   상기 충전부는 상기 제1 전력변환부로 공급되는 교류 전원이 양(Positive)일 때 상기 링크부를 충전하고, 음(Negative)일 때 상기 링크부를 미 충전하는 모터제어장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 충전부는
    상기 제1 전력변환부로 교류 전원을 공급하는 전원부와 상기 링크부의 일 단자 사이에 연결된 충전 다이오드를 포함하는 모터제어장치.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 충전 다이오드의 애노드 단자는 상기 링크부의 일 단자에 연결되고, 캐소드 단자는 상기 전원부에 연결된 모터제어장치.

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