KR101858696B1 - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터 내의 스위칭 소자를 제어하되, 턴 온 시간을 시프트시켜, 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어한다. 이에 따라, 인버터 스위칭시, 스위칭 손실을 저감하면서, 소음을 저감할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{Motor driving apparatus and home appliance including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인버터 스위칭시, 스위칭 손실을 저감하면서, 소음을 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
모터 구동장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.
한편, 모터 구동장치는, 센서를 이용한 센서 방식의 모터 구동장치와 센서가 없는 센서리스(sensorless) 방식의 모터 구동장치로 구분될 수 있다.
최근, 제조 비용 저감 등을 이유로, 센서리스 방식의 모터 구동장치가 많이 사용되고 있으며, 이에 따라, 효율적인 모터 구동을 위한 다양한 연구가 수행되고 있다.
본 발명의 목적은, 인버터 스위칭시, 스위칭 손실을 저감하면서, 소음을 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터 내의 스위칭 소자를 제어하되, 턴 온 시간을 시프트시켜, 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터를 포함하고, 제어부는, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기는 비대칭인 구간을 포함하도록 제어한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터 내의 스위칭 소자를 제어하되, 턴 온 시간을 시프트시켜, 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 홈 어플라이언스는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기는 비대칭인 구간을 포함하도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터 내의 스위칭 소자를 제어하되, 턴 온 시간을 시프트시켜, 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어함으로써, 인버터 스위칭시, 스위칭 손실을 저감하면서, 소음을 저감할 수 있게 된다.
특히, 고주파 스위칭에 의한 스위칭 손실 저감 및 소음 저감을 함께 구현할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기는 비대칭인 구간을 포함하도록 제어함으로써, 스인버터 스위칭시, 스위칭 손실을 저감하면서, 소음을 저감할 수 있게 된다.
특히, 고주파 스위칭에 의한 스위칭 손실 저감 및 소음 저감을 함께 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 2는 도 1의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 3은 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4a 내지 도 4d는 인버터 구동을 위한 스위칭 벡터의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6a 내지 도 11f는 도 5의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 다른 예인 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 15는 도 14의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 또 다른 예인 냉장고를 도시한 사시도이다.
도 17은 도 16의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 모터 구동부로 명명할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시하고, 도 2는 도 1의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 센서리스(sensorless) 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420), 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 컨버터(410), dc 단 전압 검출부(B), dc단 커패시터(C), 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치(220) 내의 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어하며, 인버터(420) 내의 삼상의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 중 적어도 하나의 삼상 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간이 시프트되도록 제어할 수 있다. 이에 의해, dc단에 배치되는 커패시터에 유입되는 전류를 저감할 수 있게 된다.
이에 따라, dc단에 배치되는 커패시터서 발생하는 발열이 저감될 수 있으며, 커패시터의 소자 안정성이 향상되게 된다.
이에 따라, 커패시터의 정전 용량이 저감이 가능하게 된다. 따라서, 제조 비용 등이 저감될 수 있게 된다.
특히, 커패시터리스(capacitorless)로 명명되는, 소용량의 dc단 커패시터(C)의 사용이 가능하게 된다.
이하에서는, 도 1, 및 도 2의 모터 구동장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. 이러한 경우의 컨버터(410)는 정류부(rectifier)라 명명할 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
dc단 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 dc단 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, dc단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(idc)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(idc)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 3를 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(idc)를 검출할 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 도면과 같이, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출하기 위해, 인버터(420)와 모터(230)에 배치될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 도면과 같이, 3개의 저항 소자를 구비할 수 있다. 3개의 저항 소자를 통해, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)인 상 전류(phase current)(ia,ib,ic)를 검출할 수 있다. 검출된 출력전류(ia,ib,ic)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(ia,ib,ic)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다.
한편, 본 명세서에서는, 출력전류로 ia,ib,ic 또는 io를 혼용하여 사용한다.
한편, 도면과 달리, 출력전류 검출부(E)는, 2개의 저항 소자를 구비할 수 있다. 나머지 한 상의 상전류는, 삼상 평형을 이용하여, 연산할 수 있다.
한편, 도면과 달리, 출력전류 검출부(E)는, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되며, 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 구비하여, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출할 수도 있다. 이러한 방식을 1 션트 방식이라 명명할 수 있다.
1 션트 방식에 따르면, 출력전류 검출부(E)는, 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 사용하여, 인버터(420)의 하암 스위칭 소자의 턴 온시, 시분할로, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc)인 상 전류(phase current)를 검출할 수 있다.
검출된 출력전류(idc)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(idc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성될 수 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interidcr Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
도 3은 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 3을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)를, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환할 수 있다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)에 기초하여, 위치치(
Figure 112016085079044-pat00001
)를 추정하고, 추정된 위치를 미분하여, 속도(
Figure 112016085079044-pat00002
)를 연산할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112016085079044-pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112016085079044-pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112016085079044-pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112016085079044-pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(350)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어하되, 턴 온 시간을 시프트시켜, 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되는, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 동안, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자가 계속 턴 온되거나, 턴 오프되도록 제어하면서, 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되는, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 삼상 스위칭 소자 중 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간이 대칭인, 대칭 구간을 포함하는, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 제1 스위칭 주기 내의, 삼상 스위칭 소자 중 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간을 딜레이되고, 제2 스위칭 주기 내의, 턴 온 시간을 앞당겨진, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 제1 및 제2 스위칭 주기에 후속하는 제3 및 제4 스위칭 주기가, 삼상 스위칭 소자 중 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간이 비대칭인, 비대칭 구간을 포함하도록, 턴 온 시간이 시프트된, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는 경우, 삼상의 스위칭 벡터 중 크기가 가장 작은 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간이 딜레이되고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당겨진, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는 경우, 삼상의 스위칭 벡터 중 두 번째 크기의 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이되고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당겨진, 가변되는, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 오프하는 경우, 삼상의 스위칭 벡터 중 크기가 가장 큰 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이되고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당겨진, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 오프하는 경우, 삼상의 스위칭 벡터 중 두 번째 크기의 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이되고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당겨진, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 전압 벡터의 위치에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기가 비대칭인 구간을 포함하는, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기는 비대칭인 구간을 포함하는, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)에 기초하여, 전압 지령치를 생성하며, 전압 지령치에 기초하여 전압 벡터 위치를 판별하며, 전압 벡터의 위치에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기는 비대칭인 구간을 포함하는, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 인버터 구동을 위한 스위칭 벡터의 다양한 예를 도시한 도면이다.
먼저, 도 4a는, 공간 벡터 기법에 의해, 생성되는, 삼상의 스위칭 벡터(Tmax,Tmid,Tmin)를 예시한다.
도면을 참조하면, 스위칭 주기(Ts) 동안, 삼상의 스위칭 벡터(Tmax,Tmid,Tmin)의 턴 온 시간이 도면과 같이 예시될 수 있다.
한편, 도 4a와 같은, 삼상의 스위칭 벡터(Tmax,Tmid,Tmin)의 턴 온 시간에 따르면, 도 2의 인버터(420) 내의 삼상의 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc, or S'a,S'b,S'c)가, 스위칭 주기 내에서, 모두 턴 온 및 턴 오프를 수행하여야 한다.
이에 따라, 스위칭 손실(switching loss)이 삼상의 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc, or S'a,S'b,S'c) 모두에서 발생하게 된다.
이러한 스위칭 손실을 저감하기 위해, 도 4b와 같이, Randomized Pulse Position (RPP) 기법이 적용될 수 있다.
즉, 삼상의 스위칭 벡터(Tmax,Tmid,Tmin) 중 Tmid,Tmin의 턴온 시간을 시프트시키는 기법이 적용될 수 있다. 특히, Tmid의 턴 온 시점을 Tmax의 턴 온 시점과 일치시킬 수 있다. 이에 의해, 일부 스위칭 손실이 저감되나, 스위칭 주기 내의 턴 온 시간 시프트(shift)로 인하여, 인버터 제어부(430)의 연산량이 크게 증가하며, 스위칭 손실 저감 효과가 그다지 크지 않다는 문제점이 있다.
이에, 스위칭 손실 저감이 확실한, Discontinuous PWM(DPWM) 기법이 사용될 수 있다. 즉, 도 4c 및 도 4d와 같이, 삼상의 스위칭 벡터 중 어느 한 상의 스위칭 벡터는 스위칭 하지 않고, 스위칭 주기 동안에, 계속 턴 온(도 4c의 Tmax)되거나, 턴 오프(도 4d의 Tmin)될 수 있다.
이에 따라, 삼상의 스위칭 소자 중 두 상의 스위칭 소자에서만, 스위칭이 수행되므로, 대략 30%의 스위칭 손실이 저감될 수 있게 된다.
다만, 도 4c 및 도 4d와 같이, DPWM 기법을 사용하는 경우, 상전류의 리플이 커지며, 이에 따라, 고주파 성분이 많아지게 된다. 그리고, 이러한 고주파수 성분으로 인하여, 소음이 발생하게 된다.
특히, 스위칭 주기에 대응하는 스위칭 주파수에 비례하는 고주파수 성분으로 인한 소음이 발생하게 된다.
이에 본 발명에서는, 인버터 스위칭시, 스위칭 손실을 저감하면서, 소음을 저감할 수 있는 기법을 제안한다.
이에 대해서는 도 5 이하를 참조하여 기술한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도면을 참조하면, 모터 구동 장치(220) 내의 출력 전류 검출부(E)는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)를 검출하며, 검출된 출력 전류(io)는, 인버터 제어부(430)로 입력된다.
인버터 제어부(430)는, 출력 전류 검출부(E)로부터의 출력 전류(io)에 기초하여, 전압 지령치를 생성한다(S510).
도 3에 대한 설명에서 기술한 바와 같이, 인버터 제어부(430)는, 출력 전류 검출부(E)로부터의 출력 전류(io)에 기초하여, 모터(230)의 속도를 연산하고, 연산된 속도에 기초하여, 모터(230) 구동을 위한 전류 지령치를 생성하며, 생성되는 전류 지령치에 기초하여, 전압 지령치를 생성할 수 있다.
다음, 인버터 제어부(430)는, 생성되는 전압 지령치에 대응하는 전압 벡터의 위치를 판별한다(S520).
그리고, 인버터 제어부(430)는, 전압 벡터 위치에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하고, 제3 및 제4 스위칭 주기가 비대칭 구간을 포함하도록, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성한다(S530).
그리고, 인버터 제어부(430)는, 생성된 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른, 모터 구동장치(220)는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터(C)와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터(C)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(230)에 출력하는 인버터(420)와, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 구비하고, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어하되, 턴 온 시간을 시프트시켜, 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어한다.
즉, 스위칭 주기가 1/2이 되도록, 스위칭 벡터의 턴 온 시간을 시프트시킨다. 이에 따라, 고주파 스위칭에 의한 소음이 대략 1/2로 저감되게 된다. 따라서, 스위칭 손실 저감 및 소음을 저감할 수 있게 된다.
구체적으로, 인버터 제어부(430)는, DPWM 기법에 의해, 제1 및 제2 스위칭 주기 동안, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자가 계속 턴 온되거나, 턴 오프되도록 제어하면서, 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어한다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 동안, 동일한 속도로, 모터(230)를 구동하는 경우, DPWM 기법에 의해, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자가 계속 턴 온되거나, 턴 오프되도록 제어하면서, 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어한다.
이에 따라, DPWM 기법에 의해, 스위칭 손실이 저감되며, 스위칭 주기 가변에 의해, 주파 스위칭에 의한 소음이 대략 1/2로 저감되게 된다. 따라서, 스위칭 손실 저감 및 소음을 저감할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 삼상 스위칭 소자 중 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간이 대칭인, 대칭 구간을 포함하도록, 턴 온 시간을 시프트시킬 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 스위칭 주기 내의, 삼상 스위칭 소자 중 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 내의, 턴 온 시간을 앞당길 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기에 후속하는 제3 및 제4 스위칭 주기가, 삼상 스위칭 소자 중 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간이 비대칭인, 비대칭 구간을 포함하도록, 턴 온 시간을 시프트시킬 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 출력 전류(io)의 크기에 따라, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온되도록 할지, 턴 오프되도록 할지를 결정할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는 경우, 삼상의 스위칭 벡터 중 크기가 가장 작은 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당길 수 있다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는 경우, 삼상의 스위칭 벡터 중 두 번째 크기의 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당길 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 오프하는 경우, 삼상의 스위칭 벡터 중 크기가 가장 큰 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당길 수 있다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 오프하는 경우, 삼상의 스위칭 벡터 중 두 번째 크기의 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당길 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)에 기초하여, 전압 지령치를 생성하며, 전압 지령치에 기초하여 전압 벡터 위치를 판별하며, 전압 벡터의 위치에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기가 비대칭인 구간을 포함하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 내에, 3개의 스위칭 벡터 중 적어도 하나의 스위칭 벡터에 대한, 대칭 구간을 포함하도록 제어하며, 제3 및 제4 스위칭 주기 내에, 3개의 스위칭 벡터 중 스위칭을 수행하지 않는 벡터를 제외한 2개의 스위칭 벡터에 대한, 비대칭인 구간을 포함하도록 제어할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 제3 스위칭 주기와, 제4 스위칭 주기 동안, 모터(230)의 속도를 감속하거나, 가속하는 경우, 제3 및 제4 스위칭 주기가 비대칭인 구간을 포함하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치(220) 는, 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터(C)와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터(C)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(230)에 출력하는 인버터(420)를 포함하고, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기는 비대칭인 구간을 포함하도록 제어함으로써, 스위칭 손실 저감 및 소음을 저감할 수 있게 된다.
특히, 고주파 스위칭에 의한 스위칭 손실 저감 및 소음 저감을 함께 구현할 수 있게 된다.
한편, 도 5의 동작 방법에 대해서는, 도 6a 내지 도 11f를 참조하여 자세이 기술한다.
도 6a 내지 도 11f는 도 5의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 6a는 공간 벡터 영역(600)을 도시한다.
한편, 본 발명에서는, 인버터 제어부(430)가, 전압 벡터의 위치에 따라, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온되도록 할지, 턴 오프되도록 할지를 결정할 수 있다.
예를 들어, 스위칭 벡터의 턴 온 시간(Tto)의 2배가, 샘플링 기간(Tp)보다 큰 경우(2Tto>Tp), 즉, 전압 벡터가, 제1 영역(610) 내에 위치하는 경우, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는, DPWM MAX 기법이 적용되도록 할 수 있다.
한편, 스위칭 벡터의 턴 온 시간(Tto)의 2배가, 샘플링 기간(Tp)보다 작은 경우(2Tto<Tp), 즉, 전압 벡터가, 제1 영역(610)의 외곽인 제2 영역(620) 내에 위치하는 경우, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 오프하는, DPWM MIN 기법이 적용되도록 할 수 있다.
한편, 도 6b는, 인버터(420)에서 모터(230)로 흐르는 상전류, 특히 삼상 전류(ia,ib,ic)를 도시하며, 삼상 전류(ia,ib,ic)의 파형 중, DPWM MAX 구간, 즉, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는 구간과, DPWM MIN 구간, 즉, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 오프하는 구간을 예시한다.
도 6c는, DPWM MIN 이 적용되어, 연속하는 2개의 스위칭 주기(Ts,Ts) 중 Tmin 벡터가 제로로서, 스위칭 소자를 계속 턴 오프되는 것을 예시한다.
이때, 스위칭 벡터 시프트 전에, 제로 벡터 구간(630a,635,630b)이 분산되어 배치되는 것을 예시한다. 이에 의해, 스위칭 손실이 다수 발생할 수 있게 된다.
이때, 본원에 의한, 스위칭 벡터 시프트가 적용되어, 스위칭 벡터(Tmax,Tmis,Tmin) 중 Tmax 스위칭 벡터가, 제1 스위칭 주기에서, 딜레이되어, 오른쪽으로 시프트되고, 제2 스위칭 주기에서, 앞당겨져, 왼쪽으로 시프트될 수 있다. 이에 따라, 제1 스위칭 주기와 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 시프트된 Tmax 벡터가, 대칭이될 수 있다. 이에 따라, 고주파 스위칭에 의한 소음이 저감될 수 있게 된다.
또한, 제로 벡터 구간(630d, 630e)이 제1 및 제2 스위칭 주기의 양 단부에 배치되며, 따라서, 스위칭 손실이 저감될 수 있게 된다.
도 6d는, DPWM MAX 이 적용되어, 연속하는 2개의 스위칭 주기(Ts,Ts) 중 스위칭 소자를 계속 턴 온되는 것을 예시한다.
이때, 스위칭 벡터 시프트 전에, 제로 벡터 구간(640a,640b)이 분산되어 배치되는 것을 예시한다. 이에 의해, 스위칭 손실이 발생할 수 있게 된다.
이때, 본원에 의한, 스위칭 벡터 시프트가 적용되어, 스위칭 벡터(Tmax,Tmis,Tmin) 중 Tmid 또는 Tmin 스위칭 벡터가, 제1 스위칭 주기에서, 딜레이되어, 오른쪽으로 시프트되고, 제2 스위칭 주기에서, 앞당겨져, 왼쪽으로 시프트될 수 있다. 이에 따라, 제1 스위칭 주기와 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 시프트된 Tmid 또는 Tmin 벡터가, 대칭이될 수 있다. 이에 따라, 고주파 스위칭에 의한 소음이 저감될 수 있게 된다.
또한, 제로 벡터 구간(640c)이 제1 및 제2 스위칭 주기의 중앙부에 배치되며, 따라서, 스위칭 손실이 저감될 수 있게 된다.
도 7a는 2개의 스위칭 주기(Ts,Ts) 동안에 흐르는 상 전류(ia1)를 예시하며, 도 7b는 2개의 스위칭 주기(Ts,Ts) 동안에 흐르는 상 전류(ia2)를 예시한다.
도 7a는, 본원과 같은, 벡터 시프트를 수행하지 않은 경우이며, 도 7b는 본원과 같이, 벡터 시프트를 수행하여, 2개의 스위칭 주기를 마치 1개의 스위칭 주기처럼 이동시키는 것을 예시한다.
이에 의하면, 도 7b의 상전류의 주파수가, 도 7a의 상 전류의 주파수에 비해, 1/2배인 것을 알 수 있으며, 따라서, 고주파 스위칭에 의한, 소음 발생이 저감되게 된다.
도 8a는, 도 6a와 같은, 제1 영역(610)과 제2 영역(620)를 포함하는 공간 벡터 영역(600)을 예시한다.
인버터 제어부(430)는, 전압 벡터의 위치에 따라, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온되도록 할지, 턴 오프되도록 할지를 결정할 수 있다.
예를 들어, 스위칭 벡터의 턴 온 시간(Tto)의 2배가, 샘플링 기간(Tp)보다 큰 경우(2Tto>Tp), 즉, 전압 벡터가, 제1 영역(610) 내에 위치하는 경우, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는, DPWM MAX 기법이 적용되도록 할 수 있다.
도 8b는, 스위칭 벡터(Tmin)의 턴 온 시간(Tto)이, 샘플링 기간(Tp)/2 보다 큰 경우로서, 제1 스위칭 주기에서, 스위칭 벡터(Tmin)의 턴 온 시간을, 딜레이시켜, 우측으로 시프트하는 것을 예시한다.
한편, 스위칭 벡터의 턴 온 시간(Tto)의 2배가, 샘플링 기간(Tp)보다 작은 경우(2Tto<Tp), 즉, 전압 벡터가, 제1 영역(610)의 외곽인 제2 영역(620) 내에 위치하는 경우, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 오프하는, DPWM MIN 기법이 적용되도록 할 수 있다.
도 8c는, 스위칭 벡터(Tmax)의 턴 온 시간(Tto)이, 샘플링 기간(Tp)/2 보다 큰 경우로서, 제1 스위칭 주기에서, 스위칭 벡터(Tmax)의 턴 온 시간을, 딜레이시켜, 우측으로 시프트하는 것을 예시한다.
도 9a는, 도 6a과 유사한 제1 영역(610)을 포함하는 공간 벡터 영역(600)을 예시한다.
특히, 도 9a는, 도 6a의 제2 영역(620) 중, Tp>2T1인 영역(620a), Tp<2T1인 영역(620b)를 예시한다.
한편, 도 9b 내지 도 9d는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 Tmax 스위칭 벡터에 대응하는 스위칭 소자를 계속 턴 온하는, DPWM MAX 기법이 적용되는 것을 예시한다.
먼저, 도 9b의 경우, 전압 벡터의 위치가 제2 영역(620) 내에 위치한 경우로서, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 중 제1 스위칭 주기에 대응하는 Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터를, 딜레이시켜, 우측으로 시프트되도록 제어하고, 제2 스위칭 주기에 대응하는, Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터를, 앞당겨, 좌측으로 시프트되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기 내에, Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터가, 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 대칭되는 대칭 구간이 발생될 수 있다.
즉, 제1 및 제2 스위칭 주기는, 스위칭 벡터의 시프트에 의해, 턴 온 시간과 관련한 대칭 구간을 구비할 수 있다. 특히, 도 9b에 따르면 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계에서도, Tmin 및 Tmid 스위칭 벡터의, 턴 온 시간이 그대로 이어지므로, 스위칭 횟수가 줄어들게 되며, 따라서, 스위칭 손실이 줄어들게 된다. 또한, 스위칭 주기의 감소 효과가 발생하여, 소음 저감이 가능하게 된다.
다음, 도 9c의 경우, 전압 벡터의 위치가, Tp>2T1인 영역(620a) 내에 위치한 경우로서, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 중 제1 스위칭 주기에 대응하는 Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터를, 딜레이시켜, 우측으로 시프트되도록 제어하고, 제2 스위칭 주기에 대응하는, Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터를, 앞당겨, 좌측으로 시프트되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기 내에, Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터가, 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 대칭되는 대칭 구간이 발생될 수 있다.
즉, 제1 및 제2 스위칭 주기는, 스위칭 벡터의 시프트에 의해, 턴 온 시간과 관련한 대칭 구간을 구비할 수 있다. 특히, 도 9c에 따르면 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계에서도, Tmid 스위칭 벡터의 턴 온 시간이 그대로 이어지므로, 스위칭 횟수가 줄어들게 되며, 따라서, 스위칭 손실이 줄어들게 된다. 또한, 스위칭 주기의 감소 효과가 발생하여, 소음 저감이 가능하게 된다.
다음, 도 9d의 경우, 전압 벡터의 위치가, Tp<2T1인 영역(620b) 내에 위치한 경우로서, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 중 제1 스위칭 주기에 대응하는 Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터를, 딜레이시켜, 우측으로 시프트되도록 제어하고, 제2 스위칭 주기에 대응하는, Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터를, 앞당겨, 좌측으로 시프트되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기 내에, Tmid 스위칭 벡터와, Tmin 스위칭 벡터가, 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 대칭되는 대칭 구간이 발생될 수 있다.
즉, 제1 및 제2 스위칭 주기는, 스위칭 벡터의 시프트에 의해, 턴 온 시간과 관련한 대칭 구간을 구비할 수 있다.
특히, 도 9d에 따르면 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계에서도, 턴 온 시간이 그대로 이어지지는 않으므로, 도 9b에 비해, 스위칭 주기 감소로 인한 소음 저감 효과가 약하게 된다.
도 10a는, 도 6a과 유사한 제1 영역(610)을 포함하는 공간 벡터 영역(600)을 예시한다.
특히, 도 10a는, 도 6a의 제2 영역(620) 중, Tp>2T2인 영역(620a), Tp<2T2인 영역(620b)를 예시한다.
한편, 도 10b 내지 도 10d는, 인버터(420) 내의 삼상 스위칭 소자 중 Tmin 스위칭 벡터에 대응하는 스위칭 소자를 계속 턴 온하는, DPWM MIN 기법이 적용되는 것을 예시한다.
먼저, 도 10b의 경우, 전압 벡터의 위치가 제2 영역(620) 내에 위치한 경우로서, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 중 제1 스위칭 주기에 대응하는 Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터를, 딜레이시켜, 우측으로 시프트되도록 제어하고, 제2 스위칭 주기에 대응하는, Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터를, 앞당겨, 좌측으로 시프트되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기 내에, Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터가, 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 대칭되는 대칭 구간이 발생될 수 있다.
한편, 도 10b에 따르면, 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계에서도, 턴 온 시간이 그대로 이어지지는 않으므로, 스위칭 주기 감소로 인한 소음 저감 효과가 약하게 된다.
다음, 도 10c의 경우, 전압 벡터의 위치가, Tp>2T2인 영역(620c) 내에 위치한 경우로서, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 중 제1 스위칭 주기에 대응하는 Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터를, 딜레이시켜, 우측으로 시프트되도록 제어하고, 제2 스위칭 주기에 대응하는, Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터를, 앞당겨, 좌측으로 시프트되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기 내에, Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터가, 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 대칭되는 대칭 구간이 발생될 수 있다.
즉, 제1 및 제2 스위칭 주기는, 스위칭 벡터의 시프트에 의해, 턴 온 시간과 관련한 대칭 구간을 구비할 수 있다. 특히, 도 10c에 따르면 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계에서도, Tmax 스위칭 벡터의 턴 온 시간이 그대로 이어지므로, 스위칭 횟수가 줄어들게 되며, 따라서, 스위칭 손실이 줄어들게 된다. 또한, 스위칭 주기의 감소 효과가 발생하여, 소음 저감이 가능하게 된다.
다음, 도 10d의 경우, 전압 벡터의 위치가, Tp<2T2인 영역(620d) 내에 위치한 경우로서, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 스위칭 주기 중 제1 스위칭 주기에 대응하는 Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터를, 딜레이시켜, 우측으로 시프트되도록 제어하고, 제2 스위칭 주기에 대응하는, Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터를, 앞당겨, 좌측으로 시프트되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기 내에, Tmid 스위칭 벡터와, Tmax 스위칭 벡터가, 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 대칭되는 대칭 구간이 발생될 수 있다.
즉, 제1 및 제2 스위칭 주기는, 스위칭 벡터의 시프트에 의해, 턴 온 시간과 관련한 대칭 구간을 구비할 수 있다.
특히, 도 10d에 따르면 제1 및 제2 스위칭 주기의 경계에서도, Tmax 및 Tmid 스위칭 벡터의, 턴 온 시간이 그대로 이어지므로, 스위칭 횟수가 줄어들게 되며, 따라서, 스위칭 손실이 줄어들게 된다. 또한, 스위칭 주기의 감소 효과가 발생하여, 소음 저감이 가능하게 된다.
도 11a 내지 도 11c는, DPWM MIN 기법, 및 본 발명의 벡터 시프트 기법을 사용한 경우, 상전류 파형의 다양한 예를 예시하며, 도 11d 내지 도 11e는, 본 발명의 벡터 시프트 기법을 사용하지 않은 DPWM에 의한 상전류 파형의 다양한 예를 예시한다.
도 11a와 도 11d를 비교하면, 상전류의 주파수가 19Hz인 경우의 상전류 파형으로서, 도 11a의 상전류 파형이 안정적이며, 피크치도 더 작은 것을 알 수 있다. 이에 따라, 도 11a의 상전류 파형에 의하면, 스위칭 손실 저감, 및 소음이 저감되는 것을 알 수 있다.
도 11b와 도 11e를 비교하면, 상전류의 주파수가 36Hz인 경우의 상전류 파형으로서, 도 11b의 상전류 파형이 안정적이며, 피크치도 더 작은 것을 알 수 있다. 이에 따라, 도 11b의 상전류 파형에 의하면, 스위칭 손실 저감, 및 소음이 저감되는 것을 알 수 있다.
도 11c와 도 11f를 비교하면, 상전류의 주파수가 50Hz인 경우의 상전류 파형으로서, 도 11c의 상전류 파형이 안정적이며, 피크치도 더 작은 것을 알 수 있다. 이에 따라, 도 11c의 상전류 파형에 의하면, 스위칭 손실 저감, 및 소음이 저감되는 것을 알 수 있다.
한편, 상술한 모터 구동장치(220)는, 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 홈 어플라이언스 중 세탁물 처리기기, 공기조화기, 냉장고, 정수기, 청소기, 차량(vehicle), 로봇(robot), 드론(drone) 등에 적용 가능하다. 이하에서는 모터 구동장치(220)의 적용 가능한 홈 어플라이언스의 다양한 예를 예시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기(100a)는, 포가 전면 방향으로 세탁조 내로 삽입되는 프론트 로드(front load) 방식의 세탁물 처리기기이다. 이러한 프론트 방식의 세탁물 처리기기는, 포가 삽입되어 세탁, 헹굼 탈수 등을 수행하는 세탁기 또는 습포가 삽입되어 건조를 수행하는 건조기 등을 포함하는 개념으로서, 이하에서는 세탁기를 중심으로 기술한다.
도 12의 세탁물 처리기기(100a)는, 세탁조식 세탁물 처리기기로서, 세탁물 처리기기(100a)의 외관을 형성하는 캐비닛(110)과, 캐비닛(110) 내부에 배치되며 캐비닛(110)에 의해 지지되는 터브(120)와, 터브(120) 내부에 배치되며 포가 세탁되는 세탁조(122)과, 세탁조(122)을 구동시키는 모터(130)와, 캐비닛 본체(111) 외측에 배치되며 캐비닛(110) 내부로 세탁수를 공급하는 세탁수 공급장치(미도시)와, 터브(120) 하측에 형성되어 세탁수를 외부로 배출하는 배수장치(미도시)를 포함한다.
세탁조(122)에는 세탁수가 통과되도록 복수개의 통공(122A)이 형성되며, 세탁조(122)의 회전시 세탁물이 일정 높이로 들어 올려진 후, 중력에 의해 낙하되도록 세탁조(112)의 내 측면에 리프터(124)가 배치될 수 있다.
캐비닛(110)은, 캐비닛 본체(111)와, 캐비닛 본체(111)의 전면에 배치되어 결합하는 캐비닛 커버(112)와, 캐비닛 커버(112) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)와 결합하는 컨트롤패널(115)과, 컨트롤패널(115) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)와 결합하는 탑플레이트(116)를 포함한다.
캐비닛 커버(112)는 포의 출입이 가능하도록 형성되는 포 출입홀(114)과, 포 출입홀(114)의 개폐가 가능하도록 좌우로 회동 가능하게 배치되는 도어(113)를 포함한다.
컨트롤패널(115)은 세탁물 처리기기(100a)의 운전상태를 조작하는 조작키들(117)과, 조작키들(117)의 일측에 배치되며 세탁물 처리기기(100a)의 운전상태를 표시하는 디스플레이장치(118)를 포함한다.
컨트롤패널(115) 내의 조작키들(117) 및 디스플레이 장치(118)는 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되며, 제어부(미도시)는 세탁물 처리기기(100a)의 각 구성요소등을 전기적으로 제어한다. 제어부(미도시)의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 세탁조(122)에는 오토 밸런스(미도시)가 구비될 수 있다. 오토 밸런스(미도시)는 세탁조(122) 내에 수용된 세탁물의 편심량에 따라 발생하는 진동을 저감하기 위한 것으로, 액체밸런스, 볼밸런스 등으로 구현될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 세탁물 처리기기(100a)는, 세탁조(122)의 진동량 또는 캐비닛(110)의 진동량을 측정하는 진동 센서를 더 구비할 수 있다.
도 13은 도 12의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 세탁물 처리기기(100a)는, 제어부(210)의 제어 동작에 의해, 구동부(220)가 제어되며, 구동부(220)는 모터(230)를 구동하게 된다. 이에 따라, 세탁조(122)에 모터(230)에 의해 회전하게 된다.
제어부(210)는, 조작키(1017)로부터 동작 신호를 입력받아 동작을 한다. 이에 따라, 세탁, 헹굼, 탈수 행정이 수행될 수 있다.
또한, 제어부(210)는, 디스플레이(18)를 제어하여, 세탁 코스, 세탁 시간, 탈수 시간, 헹굼 시간 등, 또는 현재 동작 상태 등을 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 구동부(220)를 제어하여, 구동부(220)는, 모터(230)를 동작시키도록 제어한다. 이때, 모터(230) 내부 또는 외부에는, 모터의 회전자 위치를 감지하기 위한, 위치 감지부가 구비되지 않는다. 즉, 구동부(220)는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해 모터(230)를 제어한다.
구동부(220)는, 모터(230)를 구동시키기 위한 것으로, 인버터(미도시), 및 인버터 제어부(미도시), 모터(230)에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력전류 검출부(도 2의 E)와, 모터(230)에 인가되는 출력 전압(vo)을 검출하는 출력전압 검출부(도 2의 F)를 구비할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 인버터(미도시)에 입력되는 직류 전원을 공급하는, 컨버터 등을 더 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들어, 구동부(220) 내의 인버터 제어부(도 2의 430)는, 출력 전류(idc) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 모터(230)의 회전자 위치를 추정한다. 그리고, 추정된 회전자 위치에 기초하여, 모터(230)가 회전하도록 제어한다.
구체적으로, 인버터 제어부(도 2의 430)가, 출력 전류(idc) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어 신호(도 2의 Sic)를 생성하여, 인버터(미도시)로 출력하면, 인버터(미도시)는 고속 스위칭 동작을 하여, 소정 주파수의 교류 전원을 모터(230)에 공급한다. 그리고, 모터(230)는, 소정 주파수의 교류 전원에 의해, 회전하게 된다.
한편, 구동부(220)는, 도 1의 모터 구동장치(220)에 대응할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc) 등에 기초하여, 포량을 감지할 수 있다. 예를 들어, 세탁조(122)가 회전하는 동안에, 모터(230)의 전류값(idc)에 기초하여 포량을 감지할 수 있다.
특히, 제어부(210)는, 포량 감지시, 모터 정렬 구간에서 측정된 모터의 고정자 저항과 인덕턴스 값을 이용하여, 포량을 정확히 감지할 수 있게 된다.
한편, 제어부(210)는, 세탁조(122)의 편심량, 즉 세탁조(122)의 언밸런스(unbalance; UB)를 감지할 수도 있다. 이러한 편심량 감지는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc)의 리플 성분 또는 세탁조(122)의 회전 속도 변화량에 기초하여, 수행될 수 있다.
특히, 제어부(210)는, 포량 감지시, 모터 정렬 구간에서 측정된 모터의 고정자 저항과 인덕턴스 값을 이용하여, 편심량을 정확히 감지할 수 있게 된다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 다른 예인 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기(100b)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 실내기(31b), 실내기(31b)에 연결되는 실외기(21b)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(31b)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31b)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100b)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21b)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21b)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31b)로 냉매를 공급한다. 실외기(21b)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31b)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21b)는, 연결된 실내기(310b)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(31b)는, 실외기(21b)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31b)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21b) 및 실내기(31b)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)은 실내기(31b)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 15는 도 14의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100b)는, 크게 실내기(31b)와 실외기(21b)로 구분된다.
실외기(21b)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102bb)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104b)와, 실외 열교환기(104b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105ab)과 실외팬(105ab)을 회전시키는 전동기(105bb)로 이루어진 실외 송풍기(105b)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106b)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110b)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103b) 등을 포함한다.
실내기(31b)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109b)와, 실내측 열교환기(109b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109ab)과 실내팬(109ab)을 회전시키는 전동기(109bb)로 이루어진 실내 송풍기(109b) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109b)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102b)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100b)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 14의 실외기(21b) 내의 압축기(102b)는, 압축기 모터(250b)를 구동하는, 도 1과 같은, 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다.
또는, 실내팬(109ab) 또는 실외팬(105ab)은, 각각 실내팬 모터(109bb), 실외 팬 모터(150bb)를 구동하는, 도 1과 같은, 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 또 다른 예인 냉장고를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명과 관련한 냉장고(100c)는, 도시되지는 않았지만 냉동실 및 냉장실로 구획된 내부공간을 가지는 케이스(110c)와, 냉동실을 차폐하는 냉동실 도어(120c)와 냉장실을 차폐하는 냉장실 도어(140c)에 의해 개략적인 외관이 형성된다.
그리고, 냉동실 도어(120c)와 냉장실 도어(140c)의 전면에는 전방으로 돌출형성되는 도어핸들(121c)이 더 구비되어, 사용자가 용이하게 파지하고 냉동실 도어(120c)와 냉장실 도어(140c)를 회동시킬 수 있도록 한다.
한편, 냉장실 도어(140c)의 전면에는 사용자가 냉장실 도어(140c)를 개방하지 않고서도 내부에 수용된 음료와 같은 저장물을 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 홈바(180c)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 냉동실 도어(120c)의 전면에는 사용자가 냉동실 도어(120c)를 개방하지 않고 얼음 또는 식수를 용이하게 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 디스펜서(160c)가 구비될 수 있고, 이러한 디스펜서(160c)의 상측에는, 냉장고(100c)의 구동운전을 제어하고 운전중인 냉장고(100c)의 상태를 화면에 도시하는 컨트롤패널(210c)이 더 구비될 수 있다.
한편, 도면에서는, 디스펜서(160c)가 냉동실 도어(120c)의 전면에 배치되는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 냉장실 도어(140c)의 전면에 배치되는 것도 가능하다.
한편, 냉동실(미도시)의 내측 상부에는 냉동실 내의 냉기를 이용하여 급수된 물을 제빙하는 제빙기(190c)와, 제빙기에서 제빙된 얼음이 이빙되어 담겨지도록 냉동실(미도시) 내측에 장착된 아이스 뱅크(195c)가 더 구비될 수 있다. 또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 아이스 뱅크(195c)에 담겨진 얼음이 디스펜서(160c)로 낙하되도록 안내하는 아이스 슈트(미도시)가 더 구비될 수 있다.
컨트롤패널(210c)은, 다수개의 버튼으로 구성되는 입력부(220c), 및 제어 화면 및 작동 상태 등을 디스플레이하는 표시부(230c)를 포함할 수 있다.
표시부(230c)는, 제어 화면, 작동 상태 및 고내(庫內) 온도 등의 정보를 표시한다. 예를 들어, 표시부(230c)는 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각얼음), 냉동실의 설정 온도, 냉장실의 설정 온도를 표시할 수 있다.
이러한 표시부(230c)는, 액정 디스플레이(LCD), 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 등 다양하게 구현될 수 있다. 또한, 표시부(230c)는 입력부(220c)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
입력부(220c)는, 다수개의 조작 버튼을 구비할 수 있다. 예를 들어, 입력부(220c)는, 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각 얼음 등)를 설정하기 위한 디스펜서 설정버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉동실 온도설정 버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉장실 온도 설정 버튼(미도시) 등을 포함할 수 있다. 한편, 입력부(220c)는 표시부(230c)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 도면에 도시된 더블도어형(Double Door Type)에 한정되지 않으며, 원 도어형(One Door Type), 슬라이딩 도어형(Sliding Door Type), 커튼 도어형(Curtain Door Type) 등 그 형태를 불문한다.
도 17은 도 16의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 냉장고(100c)는, 압축기(112c)와, 압축기(112c)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(116c)와, 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 공급받아 증발시키되, 냉동실(미도시)에 배치되는 냉동실 증발기(124c)와, 냉동실 증발기(124c)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉동실 팽창밸브(134c)를 포함할 수 있다.
한편, 도면에서는, 하나의 증발기를 사용하는 것으로 예시하나, 냉장실과 냉동실에 각각의 증발기를 사용하는 것도 가능하다.
즉, 냉장고(100c)는, 냉장실(미도시)에 배치되는 냉장실 증발기(미도시), 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 냉장실 증발기(미도시) 또는 냉동실 증발기(124c)에 공급하는 3방향 밸브(미도시)와, 냉장실 증발기(미도시)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉장실 팽창밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는 증발기(124c)를 통과한 냉매가 액체와 기체로 분리되는 기액 분리기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는, 냉동실 증발기(124c)를 통과한 냉기를 흡입하여 각각 냉장실(미도시) 및 냉동실(미도시)로 불어주는 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 더 포함할 수 있다.
또한, 압축기(112c)를 구동하는 압축기 구동부(113c)와, 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 구동하는 냉장실 팬 구동부(미도시) 및 냉동실 팬 구동부(145c)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도면에 따르면, 냉장실 및 냉동실에 공통의 증발기(124c)가 사용되므로, 이러한 경우에, 냉장실 및 냉동실 사이에 댐퍼(미도시)가 설치되될 수 있으며, 팬(미도시)은 하나의 증발기에서 생성된 냉기를 냉동실과 냉장실로 공급되도록 강제 송풍시킬 수 있다.
도 17의 압축기(112c)는, 압축기 모터를 구동하는, 도 1과 같은, 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다.
또는, 냉장실 팬(미도시) 또는 냉동실 팬(144c)은, 각각 냉장실 팬 모터(미도시), 냉동실 팬 모터(미도시)를 구동하는, 도 1과 같은, 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동방법 또는 홈 어플라이언스의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 홈 어플라이언스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (17)

  1. 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터;
    삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 dc단 커패시터로부터의 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 인버터를 제어하는 제어부;를 구비하고,
    상기 제어부는,
    공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 소정 스위칭 주기에 따라, 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 제어하되, 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기 내에서, 상기 인버터 내의 스위칭 소자의 턴 온 시간을 시프트시켜, 상기 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 스위칭 주기 동안, 상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자가 계속 턴 온되거나, 턴 오프되도록 제어하면서, 상기 제1 및 제2 스위칭 주기가 하나의 스위칭 주기로 가변되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 스위칭 주기가, 상기 삼상 스위칭 소자 중 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간이, 상기 1 스위칭 주기와 상기 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로 대칭인, 대칭 구간을 포함하도록, 턴 온 시간을 시프트시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위칭 주기 내의, 상기 삼상 스위칭 소자 중 상기 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간을 딜레이시키고, 상기 제2 스위칭 주기 내의, 턴 온 시간을 앞당기는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 소정 스위칭 주기에 따라, 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 제어하되, 상기 제1 및 제2 스위칭 주기에 후속하는 연속하는 제3 및 제4 스위칭 주기가, 상기 삼상 스위칭 소자 중 제1 상의 스위칭 소자에 대한, 턴 온 시간이, 상기 제3 스위칭 주기와 상기 제4 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 비대칭인, 비대칭 구간을 포함하도록, 턴 온 시간을 시프트시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 출력 전류의 크기에 따라, 상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온되도록 할지, 턴 오프되도록 할지를 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는 경우, 상기 삼상의 스위칭 벡터 중 크기가 가장 작은 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당기는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는 경우, 상기 삼상의 스위칭 벡터 중 두 번째 크기의 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당기는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 오프하는 경우, 상기 삼상의 스위칭 벡터 중 크기가 가장 큰 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당기는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 오프하는 경우, 상기 삼상의 스위칭 벡터 중 두 번째 크기의 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당기는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 모터에 흐르는 상기 출력 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하며, 상기 전압 지령치에 기초하여 전압 벡터 위치를 판별하며,
    상기 전압 벡터의 위치에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 상기 1 스위칭 주기와 상기 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 상기 인버터 내의 스위칭 소자의 턴 온 시간이 대칭되는 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기가, 상기 제3 스위칭 주기와 상기 제4 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 상기 인버터 내의 스위칭 소자의 턴 온 시간이 비대칭인 비대칭인 구간을 포함하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  12. 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터;
    삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 dc단 커패시터로부터의 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 인버터를 제어하는 제어부;를 구비하고,
    상기 제어부는,
    공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 소정 스위칭 주기에 따라, 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 제어하되, 연속하는 제1 및 제2 스위칭 주기가, 상기 1 스위칭 주기와 상기 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 상기 인버터 내의 스위칭 소자의 턴 온 시간이 대칭되는 대칭 구간을 포함하며, 상기 제1 및 제2 스위칭 주기에 후속하는 연속하는 제3 및 제4 스위칭 주기 가, 상기 제3 스위칭 주기와 상기 제4 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 상기 인버터 내의 스위칭 소자의 턴 온 시간이 비대칭인 비대칭인 구간을 포함하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 모터에 흐르는 상기 출력 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하며, 상기 전압 지령치에 기초하여 전압 벡터 위치를 판별하며, 상기 전압 벡터의 위치에 따라, 제1 및 제2 스위칭 주기가, 상기 1 스위칭 주기와 상기 제2 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 대칭 구간을 포함하며, 제3 및 제4 스위칭 주기가, 상기 제3 스위칭 주기와 상기 제4 스위칭 주기의 경계를 중심으로, 비대칭인 구간을 포함하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 벡터의 위치에 따라, 상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온되도록 할지, 턴 오프되도록 할지를 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 턴 온하는 경우, 상기 삼상의 스위칭 벡터 중 크기가 가장 작은 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당기는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터 내의 삼상 스위칭 소자 중 어느 한 상의 스위칭 소자를 계속 오프하는 경우, 상기 삼상의 스위칭 벡터 중 크기가 가장 큰 스위칭 벡터에 대해, 제1 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 딜레이시키고, 제2 스위칭 주기 동안의 턴 온 시간을 앞당기는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 모터 구동장치를 구비하는 홈 어플라이언스.
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