KR102014257B1 - Power converting apparatus and air conditioner having the same - Google Patents

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KR102014257B1 KR1020130022923A KR20130022923A KR102014257B1 KR 102014257 B1 KR102014257 B1 KR 102014257B1 KR 1020130022923 A KR1020130022923 A KR 1020130022923A KR 20130022923 A KR20130022923 A KR 20130022923A KR 102014257 B1 KR102014257 B1 KR 102014257B1
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Abstract

본 명세서는, 인버터에 유입되는 전류의 형태가 컨버터의 출력 전류의 형태를 추종하도록 제어하여 직류 링크 커패시터의 유입되는 전류를 최소화할 수 있는 전력변환장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기를 제공한다.
또한, 본 명세서는, 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기를 제공한다.
이를 위하여, 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터; 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터; 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 인버터에 유입되는 인버터 입력 전류의 형태가 상기 컨버터로부터 출력되는 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다.
In the present specification, a power conversion device capable of minimizing an incoming current of a DC link capacitor by controlling the shape of the current flowing into the inverter to follow the shape of the output current of the converter, and the air including the control method and the power conversion device. Provide a harmonizer.
In addition, the present disclosure provides an air conditioner including a power converter, a control method thereof, and a power converter for performing a converter control function based on the restoration of the phase current of the converter through the inductor ripple current estimation.
To this end, the power conversion apparatus according to an embodiment includes a converter for converting an input AC voltage into a DC voltage; A DC link capacitor connected in parallel with the converter and generating a DC link voltage based on the DC voltage; An inverter converting the DC link voltage of the DC link capacitor into a motor driving voltage and supplying the motor to the motor according to a control signal; And a control unit generating the control signal, wherein the control unit may generate the control signal such that the form of the inverter input current flowing into the inverter follows the form of the converter output current output from the converter.

Description

전력변환장치 및 이를 포함하는 공기조화기{POWER CONVERTING APPARATUS AND AIR CONDITIONER HAVING THE SAME}Power converter and air conditioner including the same {POWER CONVERTING APPARATUS AND AIR CONDITIONER HAVING THE SAME}

본 명세서에 개시된 기술은 인버터에 유입되는 전류의 형태가 컨버터의 출력 전류의 형태를 추종하도록 제어하여 직류 링크 커패시터의 유입되는 전류를 최소화할 수 있는 전력변환장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다.The technology disclosed herein includes a power converter capable of minimizing an incoming current of a DC link capacitor by controlling the type of current flowing into the inverter to follow the type of output current of the converter, a control method thereof, and a power converter. It relates to an air conditioner.

또한, 본 명세서에 개시된 기술은 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다.In addition, the technology disclosed herein relates to a power converter that performs a converter control function based on the recovery of the phase current of the converter by inductor ripple current estimation, a control method thereof, and an air conditioner including the power converter.

최근 공기조화기는 압축기의 구동 모터로서 주로 3상 모터를 사용한다. 3상 모터의 전력변환장치는 상용 전원인 교류를 직류로 변환한 후, 변환된 직류를 인버터를 이용하여 3상 모터에 인가함으로써 3상 모터를 구동시킨다.Recently, an air conditioner mainly uses a three-phase motor as a driving motor of a compressor. The power converter of a three-phase motor converts AC, which is a commercial power source, to DC, and then drives the three-phase motor by applying the converted DC to the three-phase motor using an inverter.

공기조화기는 압축기, 팬 등에 전동기를 사용하며, 이를 구동하기 위한 전력변환장치를 사용하고 있다. 전력변환장치는 입력전원으로부터 제공된 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 변환된 직류전압을 펄스-폭 변조된(PWM:Pulse Width Modulation) 전압으로 다시 변환하여 부하에 공급한다.An air conditioner uses an electric motor such as a compressor and a fan, and a power converter for driving the air conditioner is used. The power converter converts an AC voltage provided from an input power source into a DC voltage, converts the converted DC voltage into a pulse width modulated (PWM) voltage, and supplies it to a load.

한편, 공기조화기가 고성능, 고효율을 요구함에 따라 고조파 전류, 입력 역률, EMC 등의 문제가 발생한다. 예를 들어, 입력 전원 측으로의 고조파 전류 유입 및 입력 역률 특성이 안 좋아지는 경우, 전력계통에 접속된 다른 전기기기가 오동작을 일으킬 수 있고, 수명에 악영향을 주게 된다. 이러한 이유로, 각국에서는 전력품질 향상을 위해 역률, 고조파 등에 대한 규제를 강화하고 있다.Meanwhile, as air conditioners require high performance and high efficiency, problems such as harmonic current, input power factor, and EMC occur. For example, if harmonic current inflow and input power factor characteristics to the input power supply side become poor, other electric devices connected to the power system may malfunction and adversely affect the service life. For this reason, countries are tightening regulations on power factor and harmonics to improve power quality.

일반적으로 전력 변환 장치는 입력 교류 전원과 부하, 예를 들어 모터,의 사이에 컨버터와 인버터가 병렬 연결된다. 이때, 컨버터와 인버터의 사이에는 직류 링크 커패시터가 개재된다.In general, a power converter includes a converter and an inverter connected in parallel between an input AC power supply and a load, for example, a motor. At this time, a DC link capacitor is interposed between the converter and the inverter.

일반적인 전력 변환 장치는 컨버터(다이오드 정류 회로)를 이용하여 교류 전원으로부터 직류 전원을 얻은 뒤, 인버터를 이용하여 모터를 구동하였다. 이러한 방식은 컨버터의 특성상 에너지 회생이 불가능하여 제동 저항이 필요하게 된다. 또, 인버터에서 회생하는 순시 에너지의 흡수를 위하여 직류 링크 커패시터로 대용량의 전해 커패시터를 사용하여야 한다. 전해 커패시터를 사용하는 인버터를 이른바 노멀 인버터(normal inverter)라 한다. 전해 커패시터는 그 자체의 수명뿐 아니라, 입력 전원 전류의 고조파를 증대시킬 수 있다.In general, a power converter uses a converter (diode rectifier circuit) to obtain a DC power source from an AC power source, and then uses an inverter to drive a motor. This type of converter does not allow energy regeneration, which requires a braking resistor. In addition, a large capacity electrolytic capacitor should be used as the DC link capacitor to absorb the instantaneous energy regenerated in the inverter. Inverters using electrolytic capacitors are called normal inverters. Electrolytic capacitors can increase the harmonics of the input supply current as well as their lifetime.

또한, 입력 전원 전류의 고조파를 억제하기 위하여 직류 또는 교류 리액터(AC reactor)를 더 구비하게 되고, 리액터(reactor)의 용량이 커짐에 따라 비용 및 제품의 부피, 무게가 증가하게 된다.In addition, a DC or AC reactor is further provided to suppress harmonics of the input power current, and as the capacity of the reactor increases, the cost, product volume, and weight increase.

이에 따라 근래에는 직류 링크 커패시터로 대용량의 전해 커패시터를 사용하지 아니하고 저용량의 커패시터를 사용하는 인버터, 이른바 커패시터리스 인버터(capacitorless inverter)를 이용하여 전력 변환을 수행하는 전력 변환 장치에 대한 연구가 활발하다. 이러한 인버터는 종래의 인버터에 비해서 가격, 부피 면에서 장점을 갖는다.Accordingly, researches on power conversion devices that perform power conversion using inverters using low capacitance capacitors, or capacitorless inverters, which do not use large electrolytic capacitors as DC link capacitors have been actively conducted in recent years. Such an inverter has an advantage in price and volume in comparison with a conventional inverter.

한편, 인버터(Inverter)는 일정 또는 가변 직류 전원으로부터 가변 전압, 가변 주파수의 교류 전원을 발생시키는 장치로, 에너지 절약 및 출력 제어의 용이성 때문에 세탁기, 냉장고, 공기조화기 등의 전기제품에 사용되는 모터를 구동시킨다.인버터 회로를 이용하여 모터를 효율적으로 제어하기 위해서, 모터에 인가되는 전류를 검출하여 그에 따라 모터에 인가되는 전류를 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하는 방법 등이 사용된다.On the other hand, the inverter (Inverter) is a device for generating an alternating voltage of a variable voltage, variable frequency from a constant or variable DC power supply, the motor used in electrical appliances such as washing machines, refrigerators, air conditioners, etc. because of energy saving and ease of output control In order to efficiently control the motor using the inverter circuit, a method of detecting a current applied to the motor and controlling the current applied to the motor according to the pulse width modulation (PWM) method Used.

그러나, 일반적으로 인버터에 유입되는 전류와 컨버터의 출력 전류의 형태가 다르므로, 직류 링크 커패시터에 유입되는 전류가 상당량 존재하며, 상기 직류 링크 커패시터에 유입되는 전류로 인해 직류 링크 커패시터의 양단에 걸리는 직류 링크 전압의 요동(fluctuation)이 존재하여 상기 직류 링크 커패시터의 크기를 감소시킬 수 없는 문제점이 있을 수 있다. 특히, 이러한 문제점은 전술된 커패시터리스 인버터(capacitorless inverter) 설계에 있어서 중요하게 부각될 수 있다.However, in general, since the current flowing into the inverter and the output current of the converter are different from each other, there is a considerable amount of current flowing into the DC link capacitor, and DC current applied to both ends of the DC link capacitor due to the current flowing into the DC link capacitor. There may be a problem in that there is fluctuation of the link voltage and thus the size of the DC link capacitor cannot be reduced. In particular, this problem may be important in the above-described capacitorless inverter design.

본 명세서는 인버터에 유입되는 전류의 형태가 컨버터의 출력 전류의 형태를 추종하도록 제어하여 직류 링크 커패시터의 유입되는 전류를 최소화할 수 있는 전력변환장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.In the present specification, an air conditioner including a power converter capable of minimizing an inflow current of a DC link capacitor by controlling the current flowing into the inverter to follow the output current of the converter, the control method thereof, and the power converter The purpose is to provide a flag.

또한, 본 명세서는 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present disclosure is to provide an air conditioner including a power converter, a control method thereof, and a power converter, which perform a converter control function based on the restoration of a phase current of the converter by estimating the inductor ripple current.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터; 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터; 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 인버터에 유입되는 인버터 입력 전류의 형태가 상기 컨버터로부터 출력되는 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다.In accordance with an aspect of the present invention, a power converter includes: a converter for converting an input AC voltage into a DC voltage; A DC link capacitor connected in parallel with the converter and generating a DC link voltage based on the DC voltage; An inverter converting the DC link voltage of the DC link capacitor into a motor driving voltage and supplying the motor to the motor according to a control signal; And a control unit generating the control signal, wherein the control unit may generate the control signal such that the form of the inverter input current flowing into the inverter follows the form of the converter output current output from the converter.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 인버터 입력 전류에 해당하는 전류 값이 상기 컨버터 출력 전류에 해당하는 전류 값의 일정 범위 내에 들어오도록 상기 인버터를 제어하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the controller may control the inverter such that a current value corresponding to the inverter input current falls within a predetermined range of a current value corresponding to the converter output current.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 일정 범위는, 상기 컨버터 출력 전류 값의 ±5%인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the predetermined range may be ± 5% of the converter output current value.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 기준 각속도, 상기 모터에 해당하는 각속도 및 상기 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력을 생성하는 속도 제어기; 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 기준 전류를 생성하는 전력 제어기; 및 상기 기준 전류를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어기를 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, the controller generates a reference inverter power for controlling a speed of the motor based on a reference angular velocity, an angular velocity corresponding to the motor, and an input angular velocity corresponding to the input AC voltage. ; A power controller configured to generate a reference current based on the reference inverter power and an inverter power corresponding to the inverter; And a current controller configured to generate a reference voltage for controlling the current of the motor based on the reference current.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 입력 각속도를 검출하는 입력 전압 센서를 더 구비할 수 있다.As an example related to the present specification, an input voltage sensor detecting the input angular velocity may be further provided.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 속도 제어기는, 비례 적분 제어기(PI)를 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, the speed controller may include a proportional integration controller (PI).

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 제어기는, 비례 적분 제어기(PI), 약계자 제어기 및 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, the power controller may include at least one of a proportional integral controller (PI), a field weakening controller, and a maximum torque driving point (MTPA) per unit current.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 제어기는, 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 상기 기준 전류를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the power controller may generate the reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 컨버터는, 컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하고, 상기 제어부는, 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the converter may improve a power factor of the power supplied by the input AC voltage based on a switching operation by a converter control signal, and the controller may include an input supplied by the input AC voltage. The converter control signal may be generated based on a current.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서를 더 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, the electronic device may further include an input current sensor detecting the input current.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the controller may generate the converter control signal based on a fundamental wave component of the input current.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 컨버터는, 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고, 상기 제어부는, 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the converter may be an interleaved converter having two phases, and the controller may generate a converter control signal corresponding to each phase of the interleaved converter.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고, 상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the controller detects a fundamental wave component of the input current from the input current and based on the fundamental wave component of the input current, the fundamental wave component corresponding to each phase of the interleaved converter. May be generated and a converter control signal corresponding to each phase may be generated based on the fundamental wave components corresponding to each detected phase.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 컨버터는, 상기 컨버터 제어신호에 의해 스위칭 동작하는 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자에 연결되는 션트 저항을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 상기 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the converter may include: a switching element configured to perform a switching operation by the converter control signal; And a shunt resistor connected to the switching element, wherein the control unit may generate the converter control signal based on a current flowing on the converter detected based on the shunt resistance.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 컨버터는, 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고, 상기 제어부는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the converter is an interleaved converter in which two phases exist, and the control unit is based on a current flowing in each phase detected based on the shunt resistance. It may be to generate a corresponding converter control signal.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간 이하인 경우, 상기 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, when the turn-on time of the switching element is equal to or less than a reference time, the controller generates the converter control signal based on the input current, and the turn-on time of the switching element is referred to. When the time is exceeded, the converter control signal may be generated based on a current flowing in each phase detected based on the shunt resistance.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 기준 시간은, 2 [usec]인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the reference time may be 2 [usec].

또한, 상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하는 컨버터; 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터; 상기 직류 링크 전압을 부하 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터; 및 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.In addition, the power conversion device according to the present specification for achieving the above objects, converts the input AC voltage into a DC voltage, and improves the power factor of the power supplied by the input AC voltage based on the switching operation by the converter control signal. A converter; A DC link capacitor connected in parallel with the converter and generating a DC link voltage based on the DC voltage; An inverter which converts the DC link voltage into a load driving voltage and supplies the same to a motor; And a controller configured to generate the converter control signal based on an input current supplied by the input AC voltage.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치에 따르면, 인버터에 유입되는 전류의 형태가 컨버터의 출력 전류의 형태를 추종하도록 제어하여 직류 링크 커패시터의 유입되는 전류를 최소화함으로써 효율적인 커패시터리스 인버터(capacitorless inverter)를 제공할 수 있는 이점이 있을 수 있다.According to the power conversion apparatus according to the embodiment disclosed in the present specification, by controlling the form of the current flowing into the inverter to follow the form of the output current of the converter by minimizing the incoming current of the DC link capacitor (capacitorless) There may be an advantage to provide an inverter.

도 1은 일 실시 예에 따른 전력변환장치를 보인 블록도
도 2 내지 도 3은 도 1에서의 컨버터의 예들을 상세히 보인 회로 구성도들이다
도 4는 본 발명에 따른 3상 모터의 제어 장치의 구성을 보인 블록도이다.
도 5는 도 4에서의 정현파 통전 방식 제어부의 구성을 보인 블록도이다.
도 6은 도 4에서의 구형파 통전 방식 제어부의 구성을 보인 블록도이다.
도 7은 정현파 통전 방식으로 모터 구동 시의 측정값들을 보인 그래프;
도 8은 구형파 통전 방식으로 모터 구동 시의 측정값들을 보인 그래프;
도 9는 인터리빙(Interleaving) 컨버터를 구비하는 전력 변환 장치의 일 예를 보여주는 예시도이다.
도 10은 직류 링크 커패시터에 유입되는 전류를 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 제어부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 13은 션트 저항을 통해 검출된 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 스위칭 소자를 제어하는 컨버터를 나타내는 예시도이다.
도 14는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 예시도이다.
도 15는 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 예시도이다.
도 16은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 상전류 리플값을 검출하는 방법을 나타내는 예시도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예들에 따른 전력변환장치를 포함하는 공기조화기의 일 예를 보인 도이다.
1 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to an embodiment
2 to 3 are circuit diagrams showing examples of the converter of FIG. 1 in detail.
Figure 4 is a block diagram showing the configuration of a control device for a three-phase motor according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a sinusoidal electricity supply method control unit in FIG. 4.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a square wave energization control unit in FIG. 4.
7 is a graph showing measured values when the motor is driven by the sinusoidal energization method;
8 is a graph showing measured values when a motor is driven by a square wave energization method;
9 is an exemplary diagram illustrating an example of a power conversion device including an interleaving converter.
10 is an exemplary diagram illustrating a current flowing into a DC link capacitor.
11 is a configuration diagram illustrating a configuration of a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed in the present specification.
12 is a configuration diagram illustrating a configuration of a control unit according to an embodiment disclosed in the present specification.
FIG. 13 is an exemplary diagram illustrating a converter controlling a switching element based on a current flowing on a converter detected through a shunt resistor.
14 is an exemplary view illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed in the present specification.
15 is an exemplary view showing a power conversion apparatus according to another embodiment disclosed herein.
16 is an exemplary view illustrating a method of detecting a phase current ripple value according to an embodiment disclosed in the present specification.
17 is a diagram illustrating an example of an air conditioner including a power converter according to embodiments of the present invention.

본 명세서에 개시된 기술은 전력변환장치를 포함하는 공기조화기에 대해서만 설명하나, 압축기, 모터를 구비하는 다른 전기기기 등에도 동일하게 전력변환장치가 사용될 수 있다.The technology disclosed herein describes only an air conditioner including a power converter, but the power converter may be used in the same manner in other electric devices including a compressor and a motor.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. It is to be noted that the technical terms used herein are merely used to describe particular embodiments and are not intended to limit the spirit of the technology disclosed herein. In addition, the technical terms used herein should be construed as meanings generally understood by those skilled in the art to which the technology disclosed herein belongs, unless defined otherwise in this specification. It should not be interpreted in a comprehensive sense, or in an overly reduced sense. In addition, when the technical terms used herein are incorrect technical terms that do not accurately express the spirit of the technology disclosed herein, it should be replaced with technical terms that can be understood correctly by those skilled in the art. In addition, the general terms used herein should be interpreted as defined in the dictionary, or according to the context before and after, and should not be interpreted in an excessively reduced sense.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. Also, the singular forms used herein include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or some steps It should be construed that it may not be included or may further include additional components or steps.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. In addition, terms including ordinal numbers, such as first and second, as used herein may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In addition, in describing the technology disclosed herein, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the technology disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it is to be noted that the accompanying drawings are only for easily understanding the spirit of the technology disclosed in this specification, and the spirit of the technology should not be construed as being limited by the accompanying drawings.

본 발명의 실시 예들에 따른 전력변환장치를 포함하는 공기조화기Air conditioner including a power converter according to embodiments of the present invention

먼저, 도 17을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 전력변환장치를 포함하는 공기조화기는, 후술하는 바와 같은 전력변환장치, 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 인버터 제어신호에 따라 상기 직류전원을 모터구동전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 상기 모터구동전압에 따라 구동되는 구동 모터를 구비하는 압축기를 포함하여 구성된다.First, referring to FIG. 17, an air conditioner including a power converter according to embodiments of the present invention includes a power converter as described below, a plurality of switching elements, and the DC power source according to an inverter control signal. And a compressor including an inverter which converts the motor driving voltage to the motor and outputs the same to the motor, and a driving motor driven according to the motor driving voltage.

상세히, 공기조화기는 공기 조화를 수행하는 하나 이상의 실내기와, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기, 상기 압축기를 운전하는 모터, 및 상기 모터의 구동을 제어하는 제어 장치를 구비한다. 또, 상기 공기조화기는 하나 이상의 실내기와 배관을 통해 연결되어 상기 실내기를 구동하는 실외기를 포함한다. 상기 제어장치는 본 발명에 따른 전력변환장치를 포함하며, 상기 전력변환장치는 하나 이상의 전력변환장치용 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하여 환류 경로를 생성함으로써 전력 효율을 보상한다. 또한 상기 전력변환장치는 상용 교류 전원의 교류 전압을 정류하여 정류 전압으로 변환하는 정류부를 포함하여 이루어진다.In detail, the air conditioner includes at least one indoor unit performing air conditioning, a compressor for compressing a refrigerant at high temperature and high pressure, a motor for driving the compressor, and a control device for controlling the driving of the motor. In addition, the air conditioner includes an outdoor unit connected to at least one indoor unit and a pipe to drive the indoor unit. The control device includes a power conversion device according to the present invention, wherein the power conversion device includes one or more switching elements for the power conversion device, and drives the switching device in accordance with a control signal to generate a return path to generate power efficiency. To compensate. In addition, the power converter includes a rectifier for rectifying the AC voltage of the commercial AC power supply to a rectified voltage.

실외기(10)는, 압축기에서 압축된 냉매를 공기와 열 교환하여 방열하는 증발기(13)와, 증발기에서 방열된 상기 냉매를 저온, 저압으로 팽창하는 팽창 밸브(14)와, 저온, 저압의 냉매를 물과 열 교환하는 응축기(15)와, 압축기(12)의 출구에 구비되어 압축기에서 압축된 냉매를 증발기(13) 또는 응축기(15)로 안내하는 냉매전환밸브(17)를 더 포함하여 구성된다.The outdoor unit 10 includes an evaporator 13 for exchanging heat by exchanging a refrigerant compressed by a compressor with air, an expansion valve 14 for expanding the refrigerant radiated from the evaporator at low temperature and low pressure, and a refrigerant having low temperature and low pressure. It further comprises a condenser 15 for exchanging heat with water, and a refrigerant switching valve 17 provided at the outlet of the compressor 12 to guide the refrigerant compressed by the compressor to the evaporator 13 or the condenser 15. do.

도 17을 참조하면, 실외기(10)는, 케이스(11)의 내부에 압축기(12)와 증발기(13) 그리고 팽창 밸브(14)와 응축기(15)로 된 냉동사이클이 설치되고, 케이스(11)의 상면 또는 측면에는 외부의 공기를 흡입하여 증발기(13)와 열교환되도록 하기 위한 복수 개의 흡기팬(16)이 설치되며, 응축기(15)에는 실내기(20)들로 냉수 또는 온수를 공급하기 위한 매질순환관(30)이 연결된다. 그리고 압축기(12)의 출구에는 그 압축기(12)에서 압축되는 냉매를 운전조건에 따라 증발기 방향 또는 응축기 방향으로 전환하기 위한 냉매전환밸브(17)가 설치된다.Referring to FIG. 17, in the outdoor unit 10, a refrigeration cycle including a compressor 12, an evaporator 13, an expansion valve 14, and a condenser 15 is installed in the case 11, and the case 11 is provided. A plurality of intake fans 16 are installed on the upper surface or the side of the air inlet to exchange heat with the evaporator 13, and the condenser 15 has a medium for supplying cold or hot water to the indoor units 20. The circulation pipe 30 is connected. At the outlet of the compressor 12, a refrigerant switching valve 17 for converting the refrigerant compressed by the compressor 12 into the evaporator direction or the condenser direction according to the operating conditions is provided.

냉매전환밸브(17)는 통상 4방밸브로 이루어진다. 상기와 같은 실외기(10)는 하절기에는 냉방기로 운전을 하는 반면 동절기에 난방기로 전환하여 운전을 하게 된다. 예를 들어, 하절기에는 압축기(12)에서 고온,고압으로 압축된 냉매를 냉매전환밸브가 증발기(13)로 안내하여 그 증발기(13)에서 공기와 열교환되어 방열하고 팽창 밸브(14)에서 저온, 저압으로 만든 후 응축기(15)에서 물과 열교환되어 그 열교환된 물을 냉방 열원으로 사용하는 실내기(20)들에 공급한다. 한편, 동절기에는 냉매전환밸브(17)가 냉매를 응축기 방향으로 안내하여 고온, 고압의 냉매가 응축기(15)에서 물과 열교환되어 그 열교환된 물을 난방 열원으로 사용하는 실내기(20)들에 공급한다.The refrigerant switching valve 17 usually consists of a four-way valve. The outdoor unit 10 as described above is operated by switching to a heater in winter while operating as a cooler in summer. For example, in the summer, the refrigerant is compressed at high temperature and high pressure in the compressor 12, the refrigerant switching valve is guided to the evaporator 13, the heat exchanged with the air in the evaporator 13, heat dissipation, and the low temperature, After making low pressure and heat exchange with the water in the condenser 15, the heat exchanged water is supplied to the indoor units 20 used as a cooling heat source. Meanwhile, in winter, the refrigerant switching valve 17 guides the refrigerant toward the condenser so that a high temperature and high pressure refrigerant exchanges heat with water in the condenser 15 to supply the indoor units 20 using the heat exchanged water as a heating heat source. do.

전력변환장치 및 이에 포함된 컨버터 구조에 대한 설명Description of Power Converter and Converter Structure Included

도 1은 일 실시 예에 따른 전력변환장치를 보인 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전력변환장치는, 컨버터(200)와, 직류링크부(300)와, 제어부(400)를 포함하여 구성된다. 또, 상기 전력변환장치는 인버터(500)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a power conversion apparatus according to an embodiment includes a converter 200, a DC link unit 300, and a controller 400. In addition, the power converter may further include an inverter 500.

컨버터(200)는, 하나 이상의 스위치를 포함하고, 입력전원(100)을 직류전원으로 변환하며, 컨버터 제어신호에 따라 스위치를 동작하여 역률을 개선한다. 직류링크부(300)는 컨버터(200)의 후단에 연결된다. 인버터(500)는, 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 직류링크부(300)의 직류링크전압을 모터구동전압으로 변환하여 부하(예를 들어, 압축기 모터(600))에 출력한다. 제어부(400)는, 인버터(500) 내의 스위칭 소자에 인버터 제어신호를 발생하고, 컨버터(200) 내의 스위치에 컨버터 제어신호를 발생한다.The converter 200 includes one or more switches, converts the input power source 100 into a direct current power source, and operates a switch according to a converter control signal to improve power factor. The DC link unit 300 is connected to the rear end of the converter 200. The inverter 500 includes a plurality of switching elements, and converts the DC link voltage of the DC link unit 300 into a motor driving voltage and outputs it to a load (for example, the compressor motor 600). The controller 400 generates an inverter control signal to the switching element in the inverter 500, and generates a converter control signal to the switch in the converter 200.

도 2 내지 도 3은 도 1에서의 컨버터의 예들을 상세히 보인 회로 구성도들이다.2 to 3 are circuit diagrams showing examples of the converter of FIG. 1 in detail.

도 2를 참조하면, 컨버터(200)는 정류부와, 역률개선부로 구분될 수 있다. 정류부는 입력전원(100)의 교류전압을 정류한다. 또한, 정류부와 역률개선부는 다이오드 브리지 회로를 공유한다. 입력전원(100)이 공급하는 교류전압을 전파정류하기 위해서는 일반적으로 네 개의 다이오드로 구성된 다이오드 브리지 회로가 필요하다. 물론, 역률개선부는 하나 이상의 스위치를 더 포함한다.Referring to FIG. 2, the converter 200 may be divided into a rectifying unit and a power factor improving unit. The rectifier rectifies the AC voltage of the input power source 100. In addition, the rectifier and the power factor improving unit share a diode bridge circuit. In order to full-wave rectify the AC voltage supplied by the input power source 100, a diode bridge circuit composed of four diodes is generally required. Of course, the power factor improvement further includes one or more switches.

컨버터(200)는 컨버터 제어신호에 따라, 구비된 스위치를 동작하여 입력전원(100)의 역률을 개선한다. 구체적으로, 스위치를 온(on) 상태로 하여 입력전원의 전류를 환류하고 환류된 전류를 연결된 리액터에 저장함으로써 입력전류의 역률을 개선할 수 있다. 여기서, 스위치는 예를 들어, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT), MOSFET 등일 수 있다. 스위치는 컨버터 제어신호에 따라 입력전원(100)의 환류 경로를 단속한다. 즉, 컨버터 제어신호에 따라 스위치의 스위칭 동작이 이루어져서 입력전원이 환류된다.The converter 200 operates a switch provided according to the converter control signal to improve the power factor of the input power source 100. Specifically, the power factor of the input current can be improved by turning the switch on to reflux the current of the input power source and store the refluxed current in the connected reactor. The switch may be, for example, an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), a MOSFET, or the like. The switch controls the reflux path of the input power source 100 according to the converter control signal. That is, the switching operation of the switch is performed according to the converter control signal, and the input power is refluxed.

제어부(400)는 컨버터(200)에 구비된 스위치를 통해 입력전원(100)의 경로와 단락전도시간을 제어한다. 여기서, 단락전도시간은 전류의 파형을 정류하기 위해 부하에 따라 또는 입력전원의 전력값에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 제어부(400)는 입력전원의 일단과 연결되면 제로 크로싱 지점(Zero Crossing Point)을 검출할 수 있다. 제어부(400)는 컨버터의 스위치를 도통하는 컨버터 제어신호를 발생하여 입력전원(100)의 환류 경로를 생성하게끔 한다. 또, 제어부는 검출된 부하의 크기에 따라 입력전원(100)의 단락전도시간을 제어하여 역률을 개선한다.The control unit 400 controls the path and the short-circuit conduction time of the input power source 100 through a switch provided in the converter 200. Here, the short-circuit conduction time may be appropriately selected according to the load or the power value of the input power source to rectify the waveform of the current. In addition, the controller 400 may detect a zero crossing point when connected to one end of the input power. The controller 400 generates a converter control signal for conducting a switch of the converter to generate a reflux path of the input power source 100. In addition, the control unit improves the power factor by controlling the short-circuit conduction time of the input power supply 100 according to the detected load.

도 3에 도시한 바와 같이 리액터(200a)가 컨버터(200) 내에 구비될 수 있다.리액터는 고조파 성분을 제거하고 입력전원(100)의 전력 효율을 보상한다. 리액터는 컨버터(200)의 스위치가 도통되면, 입력전원(100)의 에너지를 저장하고 입력전원(100)을 단락시킨다. 즉, 제어부의 컨버터 제어신호에 따라 컨버터(200)의 스위치가 턴온되면 환류 경로가 형성되며, 이에 리액터는 입력전원(100)의 전력을 저장하고 입력전원(100)을 강제로 단락시킨다.A reactor 200a may be provided in the converter 200 as shown in FIG. 3. The reactor removes harmonic components and compensates for the power efficiency of the input power source 100. The reactor stores energy of the input power source 100 and shorts the input power source 100 when the switch of the converter 200 is turned on. That is, when the switch of the converter 200 is turned on according to the converter control signal of the control unit, a reflux path is formed. Accordingly, the reactor stores the power of the input power source 100 and forcibly shorts the input power source 100.

또한, 입력전원(100)과 리액터, 또는 입력전원(100)과 컨버터(200)의 사이에는 노이즈 필터(N/F)가 더 포함될 수 있다.In addition, a noise filter (N / F) may be further included between the input power source 100 and the reactor, or between the input power source 100 and the converter 200.

직류링크부(300)는 컨버터(200)에 의해 정류된 직류전압을 평활화한다. 상기 직류링크부(300)는 평활한 직류전압을 부하, 예를 들어 인버터 및 후단에 공급한다. 직류링크부(300)는 하나의 커패시터(DC Link Capacitor) 또는 이를 포함한 간단한 회로로 구성될 수 있다.The DC link unit 300 smoothes the DC voltage rectified by the converter 200. The DC link unit 300 supplies a smooth DC voltage to a load, for example, an inverter and a rear end. The DC link unit 300 may be constituted by a single DC link capacitor or a simple circuit including the same.

이때, 제어부(400)는, 입력전원(100)의 입력전류의 파형이, 전원주파수 및 입력전류의 피크값에 의해 결정되는 전류기울기를 추종하도록 컨버터의 스위치를 스위칭할 수 있다. 제어부(400)는 입력전원(100)의 전원주파수의 2배수 만큼 제로 크로싱 지점을 기준으로 일 회 또는 복수 회 동안 스위치를 스위칭하는 컨버터 제어신호를 발생하여 입력전류의 파형을 결정한다. 전력변환장치는, 부하의 소비전력, 입력전압, 직류링크전압에 대한 데이터를 이용하여 역률 및 하모닉 규제(Harmonics)를 만족하는 전류의 형태를 결정한다. 입력전류의 파형은, 전원주파수 및 입력전류의 피크값에 의해 결정되는 전류기울기를 추종한다. 입력전류의 파형은, 입력전압의 제로 크로싱 지점으로부터 일정시간의 지연시간, 전류기울기, 스위칭에 따른 전류리플, 스위칭 횟수, 및 직류링크전압 중 하나 이상의 인자에 의해 결정된다.At this time, the control unit 400 may switch the switch of the converter so that the waveform of the input current of the input power source 100 follows the current gradient determined by the peak value of the power source frequency and the input current. The controller 400 determines the waveform of the input current by generating a converter control signal for switching the switch for one or a plurality of times based on the zero crossing point by twice the power frequency of the input power source 100. The power converter determines the type of current that satisfies the power factor and harmonics by using data on the power consumption of the load, the input voltage, and the DC link voltage. The waveform of the input current follows the current slope determined by the power supply frequency and the peak value of the input current. The waveform of the input current is determined by at least one of the delay time, the current slope, the current ripple due to switching, the number of switching, and the DC link voltage from the zero crossing point of the input voltage.

도 3은 또 다른 예의 컨버터(200)를 도시한다. 도 3을 참조하면, 컨버터(200)는 도 2와 마찬가지로 정류부(210)와 역률개선부(220)로 구분될 수 있다. 다만, 정류부와 역률개선부는 브리지 다이오드 회로를 공유하지 아니한다. 즉, 정류부(210)는 일반적으로 브리지 다이오드 회로로 구성되고, 역률개선부(220)는 인터리브드 컨버터(Interleaved Converter) 회로로 구성된다. 3 shows another example converter 200. Referring to FIG. 3, the converter 200 may be divided into a rectifier 210 and a power factor improving unit 220 as in FIG. 2. However, the rectifier and power factor improvement do not share a bridge diode circuit. That is, the rectifier 210 is generally composed of a bridge diode circuit, and the power factor improving unit 220 is composed of an interleaved converter circuit.

상기 인터리브드 컨버터(Interleaved Converter) 회로는 두개의 상의 전류를 제어하며 한 개의 상의 전류 위상에 지연을 주어 전류 리플을 서로 상쇄시켜 입력단 인덕터, 입력단 EMI 필터를 감소시키는 역할을 수행할 수 있다.The interleaved converter circuit controls the current of the two phases and may delay the current phase of one phase to cancel the current ripples to reduce the input stage inductor and the input stage EMI filter.

또한, 스위치(예를 들어, IGBT) 아래에 션트(shunt) 저항을 추가하고, 상기 션트 저항을 이용해 전류를 감지하여 제어부(예를 들어, Micom)에서 연산하고 상기 스위칭에 인가되는 제어 신호(또는 스위칭 신호)의 입력 듀티를 가변하여 전류제어를 수행할 수 있다.In addition, a shunt resistor is added under the switch (eg, IGBT), and the current is sensed using the shunt resistor to calculate a control signal (eg, Micom) and apply a control signal (or Current control can be performed by varying the input duty of the switching signal).

따라서, 도 3에 개시된 인터리브드 컨버터(Interleaved Converter) 회로는 인터리빙 부스트(Boost) PFC(Power Factor Corrector)라고도 한다.Accordingly, the interleaved converter circuit disclosed in FIG. 3 is also referred to as an interleaving boost PFC (Power Factor Corrector).

상기 인터리브드 컨버터(Interleaved Converter) 회로의 경우 2상이므로 단상 부스트 컨버터에 비해 전류정격이 1/2로 감소될 수 있다. Since the interleaved converter circuit is two-phase, the current rating may be reduced to 1/2 compared to the single-phase boost converter.

또한 인터리빙 효과로 동일한 스위칭 주파수에서 인덕터 부피를 감소시킬 수 있는 장점이 있을 수 있다.In addition, the interleaving effect may have the advantage of reducing the inductor volume at the same switching frequency.

역률개선부(220)는 두 쌍의 스위치와 전류 패스를 형성하는 다이오드로 구성된다. 스위치에는 각각 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diode)가 연결될 수 있다. 또, 스위치들의 전단에는 각각 리액터가 연결될 수 있다. 역률개선부(220)를 구성하는 스위치들은 상호 보완적으로 동작한다. 이에 대한 상세한 설명은 일반적인 인터리브드 컨버터 회로의 동작과 같으므로 이하 생략한다.The power factor improving unit 220 includes two pairs of switches and a diode forming a current path. Freewheeling diodes may be connected to the switches, respectively. Reactors may be connected to front ends of the switches, respectively. The switches constituting the power factor improving unit 220 operate complementarily. Detailed description thereof is the same as the operation of a general interleaved converter circuit, and will be omitted below.

상기 전력변환장치는 입력전원(100)의 입력전압을 검출하는 입력전압검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또, 상기 전력변환장치는 직류링크부(300)의 직류링크전압을 검출하는 직류링크전압검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The power converter may further include an input voltage detector (not shown) that detects an input voltage of the input power source 100. In addition, the power converter may further include a DC link voltage detector (not shown) for detecting the DC link voltage of the DC link unit 300.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상술된 제어부(400)는 후술될 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 컨버터 제어신호를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어부(400)는 상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고, 상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하여 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 통한 컨버터 제어 기능을 수행할 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, the above-described control unit 400 may perform a function of generating a converter control signal based on an input current supplied by an input AC voltage to be described later. To this end, the power converter according to an embodiment may further include an input current sensor for detecting the input current. In addition, the controller 400 detects a fundamental wave component of the input current from the input current, detects a fundamental wave component corresponding to each phase of the interleaved converter based on the fundamental wave component of the input current, A converter control signal corresponding to each phase may be generated based on the fundamental wave component corresponding to each detected phase to perform a converter control function by restoring a phase current of the converter by estimating inductor ripple current.

전력변환장치, 이에 포함된 인버터 구조 및 인버터 제어방법에 대한 설명Description of the power converter, the structure of the inverter and the method of controlling the inverter

이하에서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 일 예로서, 3상 모터에 적용되는 전력 변환 장치, 이에 포함된 인버터 구조 및 인버터 제어방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a power converter applied to a three-phase motor, an inverter structure included in the inverter, and an inverter control method will be described as an example with reference to FIGS. 4 to 8.

도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 3상 모터의 제어 장치는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 정류하는 컨버터(20)와, 3상 모터(100)의 전단에 구비되고, 인버터 제어 신호를 근거로 상기 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 상기 3상 모터(100)에 인가하는 인버터(40)와, 상기 컨버터(20)와 상기 인버터(40)의 사이에 구비되는 직류 링크 커패시터(30)와, 상기 인버터 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 유닛(50, 또는 제어부)을 포함하여 구성된다. 여기서, 3상 모터(100)로는 다양한 형태의 모터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 브러시리스 모터(Blushless DC motor; BLDC motor), 교류 전동기등이 사용될 수 있다. 이하에서는 브러시리스 모터를 기본 전제로 설명할 수 있으나, 다른 3상 모터에도 발명의 범위를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 동일하게 적용될 수 있다.Referring to FIG. 4, a control apparatus of a three-phase motor according to an embodiment includes a converter 20 for rectifying the input AC power source 10 to a DC power source and a front end of the three-phase motor 100 and an inverter. An inverter 40 converting the DC power into driving power based on a control signal and applying the same to the three-phase motor 100, and a DC link capacitor provided between the converter 20 and the inverter 40. 30) and a control unit 50 or a control unit for generating and outputting the inverter control signal. Here, various types of motors may be used as the three-phase motor 100. For example, a brushless motor (BLDC motor), an AC motor, or the like may be used. Hereinafter, the brushless motor may be described as a basic premise, but may be equally applied to other three-phase motors without departing from the scope of the present invention.

컨버터(20)는 입력 교류 전원(10)에 연결되고, 입력 교류 전원(10)으로부터의 교류를 직류로 정류한다. 컨버터(20)는 일반적으로 복수의 다이오드, 일반적으로 4개의 다이오드로 구성된 다이오드 브리지,를 구비하여, 다이오드들에 의해 교류 전원의 교류 전압을 전파 정류하고, 직류 전압으로 변환한다.The converter 20 is connected to the input AC power source 10 and rectifies the AC from the input AC power source 10 to DC. The converter 20 is generally provided with a diode bridge consisting of a plurality of diodes, typically four diodes, for full-wave rectifying and converting the alternating current voltage of the alternating current power supply by the diodes.

직류 링크 커패시터(30)는 컨버터(20)의 출력 단에 병렬 연결되고, 커패시터의 양단에 생기는 직류 전압, 즉 직류 링크 전압을 인버터(40)의 입력단으로 인가한다. 직류 링크 커패시터(30)는 인버터(40) 내의 스위칭 소자들이 스위칭하는 동안, 스위칭 주파수에 대응하여 발생하는 리플 전압(전압 변동)을 평활화한다. 또, 직류 링크 커패시터(30)는, 컨버터(20)에 따라 정류하는 전압, 즉 전원 전압에 따라 변동하는 전압을 평활화할 수 있다.The DC link capacitor 30 is connected in parallel to the output terminal of the converter 20 and applies a DC voltage generated at both ends of the capacitor, that is, a DC link voltage to the input terminal of the inverter 40. The DC link capacitor 30 smoothes the ripple voltage (voltage fluctuation) generated corresponding to the switching frequency while the switching elements in the inverter 40 switch. In addition, the DC link capacitor 30 can smooth the voltage rectified in accordance with the converter 20, that is, the voltage varying in accordance with the power supply voltage.

인버터(40)는 일 단이 직류 링크 커패시터(30)에 병렬 접속되고, 타 단이 3상 모터(100)에 접속되어, 인버터 제어 신호에 따라 직류 링크 커패시터(30)의 출력을 스위칭하여 모터 구동 전압, 일반적으로 삼상 교류로 변환하여 3상 모터(100)에 공급한다.The inverter 40 has one end connected in parallel to the DC link capacitor 30 and the other end connected to the three-phase motor 100 to switch the output of the DC link capacitor 30 according to the inverter control signal to drive the motor. Voltage is converted into three-phase alternating current, and is supplied to the three-phase motor 100.

제어 유닛(50)은, 적어도 정현파 통전 방식 및 구형파 통전 방식을 포함한다. 또, 제어 유닛(50)은 3상 모터(100)에 대한 속도 지령을 근거로 정현파 통전 방식 또는 구형파 통전 방식을 선택하여 인버터 제어 신호를 생성한다. 정현파 통전 방식은 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식(Space Vector Pulse Width Modulation; SVPWM), 불연속 펄스 폭 변조 방식(Discrete PWM; DPWM) 등을 포함한다. 또, 구형파 통전 방식은 이른바 120도 통전 방식이라 불린다.The control unit 50 includes at least a sine wave energization method and a square wave energization method. In addition, the control unit 50 selects a sine wave energization method or a square wave energization method based on the speed command to the three-phase motor 100 to generate an inverter control signal. The sinusoidal energization scheme includes a space vector pulse width modulation (SVWWM), a discrete pulse width modulation (DSPWM), and the like. The square wave energization method is called a 120 degree energization method.

도 4를 다시 참조하면, 3상 모터의 제어 장치는, 상기 인버터(40)로부터 상기 3상 모터(100)에 흐르는 구동 전류를 검출하는 구동 전류 검출 유닛(60)을 더 포함하여 구성된다. 제어 유닛(50)은 검출 전류와 지령 전류를 비교하여 인버터를 제어하는 인버터 제어 신호를 생성할 수 있다. 구동 전류 검출 유닛(60)은, 인버터(40)와 3상 모터의 사이에 연결되어 연속적으로 모터 구동 전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)일 수 있다. 전류 트랜스듀서는 모터 구동 전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 제어 유닛(50)에 출력할 수 있다. 제어 유닛(50)은 인터럽트 신호를 발생하여 모터 구동 전류에 따른 전압 신호를 샘플링할 수 있다. 물론, 도 4에 도시한 바와 같이, 구동 전류 검출 유닛(60)은 인버터(40) 내의 스위칭 소자에 직렬 연결된 션트 저항일 수 있다. 도 4에서는 3상에 대하여 모두 구동 전류를 검출하도록 연결(3p)되어 있으나, 하나의 상에 대하여만 구동 전류를 검출하도록 연결(1p)될 수도 있다.Referring back to FIG. 4, the control device for the three-phase motor further includes a drive current detection unit 60 for detecting a drive current flowing from the inverter 40 to the three-phase motor 100. The control unit 50 may generate an inverter control signal for controlling the inverter by comparing the detected current with the command current. The driving current detection unit 60 may be a current transducer connected between the inverter 40 and the three-phase motor to continuously detect the motor driving current. The current transducer may detect the motor driving current, convert it into a voltage signal, and output the converted voltage signal to the control unit 50. The control unit 50 may generate an interrupt signal to sample the voltage signal according to the motor driving current. Of course, as shown in FIG. 4, the drive current detection unit 60 may be a shunt resistor connected in series with the switching element in the inverter 40. In FIG. 4, all of the three phases are connected (3p) to detect the driving current, but only one phase may be connected (1p) to detect the driving current.

모터 구동 전류를 검출하여 3상 모터를 제어하는 경우에, 일반적으로 제어 유닛(50)은 상기 정현파 통전 방식이 이용될 수 있다. 정현파 통전 방식의 경우, 제어 장치는, 모터 구동 전류를 이용하여 센서리스 알고리즘, 예를 들어 전압 방정식, 자속 방정식, 확장된 역기전력 방정식,을 이용하여 전기각의 위치를 센싱한다. 정현파 통전 방식의 하나인 SVPWM 방식을 예로 들면, 3상의 6각 벡터도를 이용한다. 이 경우, 1상에서 다른 2상 또는 2상에서 다른 1상으로 전류가 흐르고, 3상의 펄스 폭 변조의 듀티의 변화가 서로 다르다. 일정한 출력 조건에 대하여 전기각에 따른 펄스 폭 변조 듀티가 변화된다. 진상 각 제어가 90도까지 가능해 고속에서의 제어 자유도가 높다.In the case of controlling a three-phase motor by detecting a motor driving current, the control unit 50 may generally use the sine wave energization method. In the case of the sinusoidal energization method, the control device senses the position of the electric angle using a sensorless algorithm, for example, a voltage equation, a flux equation, an extended counter electromotive force equation, and the like using a motor driving current. For example, the SVPWM method, which is one of the sinusoidal energization methods, uses a three-phase hexagonal vector diagram. In this case, current flows from one phase to another two phases or from two phases to another phase, and changes in the duty of the pulse width modulation of the three phases are different. The pulse width modulation duty varies with electrical angle for a constant output condition. Advancement angle control is possible up to 90 degrees, allowing high degree of control at high speed.

도 5를 참조하면, 제어 유닛(50)은, 정현파 통진 방식으로 인버터(40)를 제어하는 정현파 통전 방식 제어부를 포함할 수 있다. 정현파 통전 방식 제어부는, 상기 속도 지령과 회전자 속도를 입력받고 속도 오차를 줄이는 전류 지령을 산출하여 출력하는 속도 제어부(511)와, 상기 전류 지령과 상기 구동 전류를 입력받고 전류 오차를 줄이는 전압 지령을 산출하여 출력하는 전류 제어부(513)와, 상기 전압 지령을 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 제어부(515)를 포함할 수 있다. 또, 정현파 통전 방식 제어부는, 3상을 d-q축의 2상으로 변환하는 축 변환부(517)를 더 포함할 수 있다. 또, 정현파 통전 방식 제어부는, 회전자 속도를 연산하여 속도 제어부(511)에 출력하는 속도 연산부(519)를 더 포함할 수 있다. 도 7은 정현파 통전 방식의 하나인 SVPWM으로 3상 모터를 구동하는 경우의 신호 측정값들을 보인 그래프이다. 도시한 바와 같이, 구동 전류를 검출하여 인버터 제어 신호를 생성하여 인버터를 통해 3상 모터의 U, V, W상의 게이트에 신호를 출력한다. 이때, 상 전류의 그래프가 정현파의 형태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 5, the control unit 50 may include a sinusoidal electricity supply method controller for controlling the inverter 40 in a sinusoidal oscillation method. The sinusoidal energization type control unit includes a speed control unit 511 for receiving the speed command and the rotor speed and calculating and outputting a current command for reducing the speed error, and a voltage command for receiving the current command and the driving current and reducing the current error. And a pulse width modulation controller 515 for generating the inverter control signal based on the voltage command. The sinusoidal energization method control unit may further include an axis converter 517 for converting three phases into two phases of the d-q axis. The sinusoidal energization method control unit may further include a speed calculator 519 that calculates and outputs the rotor speed to the speed controller 511. FIG. 7 is a graph illustrating signal measurement values when a three-phase motor is driven by SVPWM, which is one of sinusoidal energization methods. As shown in the drawing, the drive current is detected to generate an inverter control signal, and the signal is output to the gates of U, V and W phases of the three-phase motor through the inverter. In this case, the graph of the phase current may have the form of a sine wave.

속도 제어부(511)는, 사용자가 원하는 속도 지령(ω* m)과, 회전자 속도를 비교하는 비교기와, 속도 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller; PI)를 구비한다. 속도 제어부(511)는, 속도 지령과 회전자 속도를 입력받아 속도 오차를 비례 적분하여 q축 전류 지령(i* q)을 생성하고, 이를 전류 제어부(513)에 출력할 수 있다.The speed control unit 511 includes a comparator for comparing the speed command (ω * m ) desired by the user with the rotor speed, and a speed proportional integral controller (PI). The speed controller 511 may receive the speed command and the rotor speed, generate a q-axis current command i * q by proportionally integrating the speed error, and output the q-axis current command i * q to the current controller 513.

전류 제어부(513)는, 속도 제어부(511)에서 생성된 q축 전류 지령과 d축 전류 지령(i* d)을 입력받아 전압 지령을 생성하여 출력한다. 전류 제어부(513)는 q축 전류 지령을 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령(V* q)을 펄스 폭 변조 제어부(515)에 출력한다. 즉, 전류 제어부(513)는 q축 전류 지령과 모터 구동 전류를 축 변환부(517)를 통해 축 변환한 q축 검출 전류(iq)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령(V* q)을 펄스 폭 변조 제어부(515)에 출력한다. 한편, 전류 제어부(513)는 d축 전류 지령을 다른 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령(V* d)을 펄스 폭 변조 제어부(515)에 출력한다. 즉, 전류 제어부(513)는 d축 전류 지령과 모터 구동 전류를 축 변환한 d축 검출 전류(id)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령(V* d)을 펄스 폭 변조 제어부(515)에 출력할 수 있다. 여기서, 상기 전압과 전류들은 동기 좌표계 상에서의 값들이다.The current controller 513 receives the q-axis current command and the d-axis current command i * d generated by the speed controller 511 to generate and output a voltage command. Current control section 513 outputs the q-axis voltage command of the q-axis command current through the current proportional-integral controller and a filter (V q *) with the pulse width modulation controller 515. The That is, the current controller 513 compares the q-axis current command and the q-axis detection current i q obtained by axially converting the motor driving current through the axis conversion unit 517, and compares the difference, that is, the current error, with current proportional integration. The q-axis voltage command V * q is output to the pulse width modulation control part 515 via a controller and a filter. On the other hand, the current control section 513 outputs the d-axis voltage command of the d-axis current command via the other current proportional-integral controller and a filter (V * d) a pulse-width modulation control unit (515). That is, the current controller 513 compares the d-axis current command and the d-axis detection current i d obtained by axially converting the motor driving current, and compares the difference, that is, the current error, through the current proportional integral controller and the filter to the d-axis voltage. The command V * d can be output to the pulse width modulation control unit 515. Here, the voltages and currents are values on a synchronous coordinate system.

펄스 폭 변조 제어부(515)는, 먼저 상기 동기 좌표계의 전압 지령을 정지 좌표계(α,β)의 전압 지령으로 축 변환한다. 즉, 펄스 폭 변조 제어부(515)는 (V* d, V* q)를 (V* α, V* β)로 변환한다. 또한, 펄스 폭 변조 제어부(515)는 정지 좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 즉, 펄스 폭 변조 제어부(515)는 정지 좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령 (V* u, V* v, V* w)으로 변환하여 인버터(40)에 출력할 수 있다.The pulse width modulation control unit 515 first converts the voltage command of the synchronous coordinate system into the voltage command of the still coordinate system (α, β). That is, the pulse width modulation control unit 515 converts (V * d , V * q ) into (V * α , V * β ). In addition, the pulse width modulation controller 515 converts and outputs the voltage command of the still coordinate system according to the type of motor to be driven. That is, the pulse width modulation control unit 515 may convert the voltage command of the still coordinate system into three-phase voltage commands (V * u , V * v , V * w ) and output it to the inverter 40.

도 4를 다시 참조하면, 3상 모터의 제어 장치는, 상기 인버터(40)로부터 상기 3상 모터(100)에 인가되는 구동 전압을 검출하는 구동 전압 검출 유닛(70)을 더 포함하여 구성된다. 여기서도 3상의 구동 전압을 모두 검출하는 것으로 도시하였으나, 1상의 구동 전압만 검출할 수 있다. 모터 구동 전압을 검출하여 3상 모터를 제어하는 경우에, 일반적으로 제어 유닛(50)은 상기 구형파 통전 방식을 이용한다. 구형파 통전 방식의 경우, 제어 장치는, 상 전압 검출로 도통되지 아니하는 구간에서 나타나는 역기전력의 제로 크로싱 지점을 검출한다. 구형파 통전 방식은 단순 PWM 온 듀티 제어를 수행한다. 즉, 구형파 통전 방식은 1상에서 1상으로 전류가 흐르고, PWM 스위칭은 한 상에서만 이루어지며, 일정 출력 조건에서 전기각에 따른 PWM 듀티 변화가 일정하다. 구형파 통전 방식은 전기각 위치를 역기전력으로 직접 검출하므로 동기 구동(운전)에 유리하다.Referring back to FIG. 4, the control device of the three-phase motor further includes a driving voltage detection unit 70 that detects a driving voltage applied from the inverter 40 to the three-phase motor 100. Although all the driving voltages of the three phases are illustrated here, only the driving voltage of one phase can be detected. In the case of controlling the three-phase motor by detecting the motor driving voltage, the control unit 50 generally uses the square wave energization method. In the case of the square wave energizing method, the control device detects a zero crossing point of the counter electromotive force appearing in a section which is not conducted by phase voltage detection. Square wave energization performs simple PWM on duty control. In other words, in the square wave energization method, current flows from one phase to one phase, PWM switching is performed only in one phase, and the PWM duty change according to the electric angle is constant under constant output conditions. The square wave energization method is advantageous for synchronous driving (operation) because the electric angle position is directly detected by counter electromotive force.

도 6을 참조하면, 제어 유닛(50)은, 상기 구형파 통전 방식으로 상기 인버터를 제어하는 구형파 통전 방식 제어부를 포함할 수 있다. 구형파 통전 방식 제어부는, 상기 속도 지령과 회전자 속도를 입력받고 속도 오차를 줄이는 상기 인버터 제어 신호에 대한 듀티를 산출하는 듀티 제어부(521)와, 상기 구동 전압을 근거로 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출부(523)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 6, the control unit 50 may include a square wave energization type control unit for controlling the inverter by the square wave energization method. The square wave energization type control unit includes a duty control unit 521 which receives the speed command and the rotor speed and calculates a duty for the inverter control signal that reduces the speed error, and detects the position of the rotor based on the driving voltage. It may be configured to include a position detector 523.

또, 구형파 통전 방식 제어부는, 회전자 속도를 연산하여 듀티 제어부(521)에 출력하는 속도 연산부(525)를 더 포함할 수 있다. 구형파 통전 방식 제어부는 속도 지령 또는 주파수 지령에 따라 구동 전류의 주파수를 설정하여 듀티를 제어하는 인버터 제어 신호를 인버터(40)에 출력할 수 있다. 도 8은 구형파 통전 방식의 하나인 120도 통전 방식으로 3상 모터를 구동하는 경우의 신호 측정값들을 보인 그래프이다. 도 4와 달리, 상 전류의 파형이 구형파의 형태를 가진다. 또, U상의 게이트에 게이트 신호가 인가되지 아니하는 경우가 있다. 제어 장치는 구동 전압을 검출하여 인버터 제어 신호를 생성하여 인버터를 통해 3상 모터의 U, V, W상의 게이트에 신호를 출력한다.The square wave energization method control unit may further include a speed calculator 525 for calculating the rotor speed and outputting the rotor speed to the duty controller 521. The square wave energization type control unit may set the frequency of the drive current according to the speed command or the frequency command to output the inverter control signal for controlling the duty to the inverter 40. FIG. 8 is a graph illustrating signal measurement values when a three-phase motor is driven by a 120 degree energization method, which is one of square wave energization methods. Unlike in FIG. 4, the waveform of the phase current has the form of a square wave. In addition, the gate signal may not be applied to the gate of U phase. The control device detects the driving voltage, generates an inverter control signal, and outputs a signal to the U, V, and W phase gates of the three-phase motor through the inverter.

상기에서는 구동 전류를 이용하여 정현파 통전 방식으로 인버터를 제어하거나, 또는 구동 전압을 이용하여 구형파 통전 방식으로 인버터를 제어하는 경우에 대해서만 설명하였으나, 반대의 경우, 즉 구동 전류와, 구형파 통전 방식을 이용할 수 있고, 구동 전압과 정현파 통전 방식을 이용할 수도 있다. 또, 구동 전류 검출 유닛이나 구동 전압 검출 유닛을 별개로 구비할 수도 있으나, 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 두 검출 유닛을 모두 구비하는 것도 가능다.In the above description, only the case where the inverter is controlled by the sine wave conduction method using the drive current or the inverter is controlled by the square wave conduction method using the drive voltage is described. It is also possible to use a drive voltage and a sine wave energization method. In addition, although a drive current detection unit and a drive voltage detection unit may be provided separately, according to the technique disclosed in this specification, it is also possible to comprise both detection units.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상술된 제어 유닛(50, 또는 제어부)은 후술될 기준 각속도, 모터에 해당하는 각속도 및 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력을 생성하는 속도 제어부, 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 기준 전류를 생성하는 전력 제어부 및 상기 기준 전류를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어부등을 포함하여 인버터 전류 동기제어를 통한 직류 링크 커패시터의 유입 전류의 최소화 기능을 할 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, the above-described control unit 50 or the control unit controls the speed of the motor based on a reference angular velocity, an angular velocity corresponding to a motor, and an input angular velocity corresponding to an input AC voltage to be described later. A speed controller for generating a reference inverter power for the controller, a power controller for generating a reference current based on the reference inverter power and an inverter power corresponding to the inverter, and a reference voltage for controlling the current of the motor based on the reference current. Including the current controller to generate the function can minimize the inrush current of the DC link capacitor through the inverter current synchronous control.

이하에서는 도 9 내지 도 16을 참조하여, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 직류 링크 커패시터의 유입 전류의 최소화 기능 및/또는 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, referring to FIGS. 9 to 16, the converter control function is performed based on the minimization of the inflow current of the DC link capacitor and / or the restoration of the phase current of the converter by estimating the inductor ripple current according to the embodiments disclosed herein. A power conversion device will be described.

직류 링크 커패시터의 유입 전류의 최소화 기능을 구비한 전력 변환 장치에 대한 설명Description of Power Converter with Minimizing Inrush Current in DC Link Capacitors

도 9는 인터리빙(Interleaving) 컨버터를 구비하는 전력 변환 장치의 일 예를 보여주는 예시도이다.9 is an exemplary diagram illustrating an example of a power conversion device including an interleaving converter.

도 9를 참조하면, 인터리빙 컨버터(또는 인터리브드(Interleaved) 컨버터)를 제어하는 제어부(미도시)는 직류 링크 커패시터를 기준으로 컨버터 측 및 인버터 측을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.Referring to FIG. 9, a controller (not shown) for controlling an interleaving converter (or an interleaved converter) may independently control the converter side and the inverter side based on the DC link capacitor.

즉, 상기 제어부는 상기 컨버터가 입력 전류의 하모닉(hamonics) 규제가 만족되고, 요구되는 역률 보상이 이루어지고, 상기 직류 링크 커패시터에 걸리는 전압(또는 직류 링크 전압)에 요동(fluctuation)이 최소화되도록 상기 인터리빙 컨버터를 제어할 수 있다.That is, the controller is configured such that the converter satisfies the harmonics regulation of the input current, the required power factor compensation is achieved, and the fluctuation is minimized in the voltage (or the DC link voltage) applied to the DC link capacitor. The interleaving converter can be controlled.

이 경우, 상기 제어부는 상기 직류 링크 전압의 요동이 없다고 가정하고, 상기 직류 링크 전압이 모터 구동 전압으로 변환되어 모터에 공급되도록 상기 인버터를 제어할 수 있다.In this case, the controller may assume that there is no fluctuation of the DC link voltage, and control the inverter so that the DC link voltage is converted into a motor driving voltage and supplied to the motor.

도 9에 개시된 전력 변환 장치 및 이의 제어방법에 따르면, 직류 링크 커패시터를 기준으로 컨버터와 인버터를 각각 제어하기 때문에 필요로 하는 전류의 오차가 발생할 수 있다.According to the power converter disclosed in FIG. 9 and a control method thereof, an error in a required current may occur because the converter and the inverter are respectively controlled based on the DC link capacitor.

여기서, Vin은 입력전압(또는 입력 교류 전압)이고, Iin은 입력전류(또는 입력 교류 전류)이고, Icon은 컨버터의 출력 전류이고, Idc는 직류 링크 커페시터에 유입되는 유입 전류이고, Iinv는 인버터에 유입되는 입력 전류를 의미할 수 있다.Where Vin is the input voltage (or input alternating voltage), Iin is the input current (or input alternating current), Icon is the output current of the converter, Idc is the inrush current flowing into the DC link capacitor, and Iinv is the It may mean an input current flowing in.

도 10은 직류 링크 커패시터에 유입되는 전류를 나타내는 예시도이다.10 is an exemplary diagram illustrating a current flowing into a DC link capacitor.

도 10을 참조하면, 도 9에 개시된 전력 변환 장치에 따르면, 컨버터가 필요로 하는 전류와 인버터가 필요로 하는 전류가 다르기 때문에 상대적으로 큰 전류 리플이 직류 링크 커패시터로 유입됨을 알 수 있다.(즉, 직류 링크 커패시터의 유입전류(Idc) = 컨버터 출력 전류(Icon) - 인버터 입력 전류(Iinv))Referring to FIG. 10, according to the power converter of FIG. 9, it is understood that a relatively large current ripple flows into the DC link capacitor because the current required by the converter and the current required by the inverter are different. , Inrush Current of DC Link Capacitor (Idc) = Converter Output Current (Icon)-Inverter Input Current (Iinv))

따라서, 각각 제어하는 컨버터와 인버터가 필요로 하는 전류 오차를 보상하기 위해 큰 전류용량(ripple)을 가지는 직류 링크 커패시터가 필요해질 수 있다.Therefore, a DC link capacitor having a large ripple may be needed to compensate for the current error required by the controlling converter and the inverter, respectively.

이 밖에도, 인버터는 SVPWM방식으로 동작될 수 있으므로, 0 벡터가 인가되는 시간이 존재하며 이 때문에 인버터 PWM 한주기 내에서 전류가 0이 되는 구간이 발생할 있어 이를 완충하기 위한 최소한의 직류 링크 커패시터가 필요할 수 있다.In addition, since the inverter can be operated in the SVPWM method, there is a time when a zero vector is applied, which causes a period in which the current becomes zero within one period of the inverter PWM, so a minimum DC link capacitor is needed to buffer the inverter. Can be.

또한, 직류 링크 커패시터로 유입되는 전류는 직류 링크 전압을 요동( fluctuation)키게 하며, 이로 인해 모터제어의 성능저하가 발생하여 냉방능력의 감소, 진동, 소음이 발생할 수 있다.In addition, the current flowing into the DC link capacitor causes fluctuation of the DC link voltage, which causes a decrease in the performance of the motor control, thereby reducing cooling capacity, vibration, and noise.

따라서, 본 명세서에 개시된 기술은 직류 링크 커패시터로 유입되는 전류를 최소화하기 위해 인버터가 필요로하는 전류를 컨버터가 필요로 하는 전류의 형태와 같도록(또는 일정 범위 내에서 두 전류의 형태가 유사하도록) 컨버터와 인버터를 동기하여 제어하는 전력 변환 장치를 제안한다. Accordingly, the technique disclosed herein is such that the current required by the inverter to minimize the current flowing into the DC link capacitor is equal to the current required by the converter (or within the range that the two currents are similar). We propose a power conversion device that controls a converter and an inverter synchronously.

여기서, 일정 범위 내는 두 전류의 차이가 ±5% 이내인 것을 의미할 수 있다.Here, the predetermined range may mean that the difference between the two currents is within ± 5%.

즉, 컨버터의 출력전류의 형태(각각의 주파수성분의 크기)가 인버터 소비전류의 형태(각각의 주파수 성분의 크기)와 동일(또는 매우 유사)하다면 직류 링크 커패시터로 유입되는 전류는 이상적으로 0(또는 0에 매우 근접)일 수 있다(즉, Icon - Iinv=0이면, Idc=0임).That is, if the output current of the converter (the magnitude of each frequency component) is the same (or very similar) to the current consumption of the inverter (the magnitude of each frequency component), the current flowing into the DC link capacitor is ideally 0 ( Or very close to 0) (ie, Icon-Iinv = 0, Idc = 0).

본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 직류 링크 커패시터로 유입되는 전류의 양이 작아지므로 필요한 직류 링크 커패시터의 개수 내지 크기(또는 커패시턴스 값)를 감소시킬 수 있는 장점이 있을 수 있다.According to the technology disclosed herein, since the amount of current flowing into the DC link capacitor becomes smaller, there may be an advantage of reducing the number to size (or capacitance value) of the DC link capacitor required.

가능한 제어방법으로는, 상기 컨버터의 출력 전류 형태가 상기 인버터 입력 전류의 형태를 추종하도록 하는 제 1 방법과 상기 인버터의 입력 전류 형태가 상기 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 하는 제 2 방법이 있을 수 있다.Possible control methods include a first method for causing the output current form of the converter to follow the form of the inverter input current and a second method for causing the input current form of the inverter to follow the form of the converter output current. have.

이하에서는 상기 제 2 방법을 기준으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a description will be given based on the second method.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 직류 링크 커패시터의 유입 전류의 최소화 기능을 구비하는 전력 변환 장치는, 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.Power conversion device having a function of minimizing the inflow current of the DC link capacitor according to an embodiment of the present disclosure, a converter for converting an input AC voltage into a DC voltage, connected in parallel to the converter, based on the DC voltage A DC link capacitor for generating a DC link voltage, an inverter for converting the DC link voltage of the DC link capacitor into a motor driving voltage according to a control signal and supplying the motor to the motor, and a controller for generating the control signal.

여기서, 상기 제어부는, 상기 인버터에 유입되는 인버터 입력 전류의 형태가 상기 컨버터로부터 출력되는 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다(즉, 상기 제어부는 상기 생성된 제어신호를 근거로 하여 상기 인버터를 제어할 수 있다).Here, the controller may generate the control signal such that the form of the inverter input current flowing into the inverter follows the form of the converter output current output from the converter (that is, the controller generates the control signal. The inverter can be controlled based on

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 인버터 입력 전류에 해당하는 전류 값이 상기 컨버터 출력 전류에 해당하는 전류 값의 일정 범위 내에 들어오도록 상기 인버터를 제어하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the controller may control the inverter such that a current value corresponding to the inverter input current falls within a predetermined range of a current value corresponding to the converter output current.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 일정 범위는, 상기 컨버터 출력 전류 값의 ±5%인 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the predetermined range may be ± 5% of the converter output current value.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 기준 각속도, 상기 모터에 해당하는 각속도 및 상기 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력을 생성하는 속도 제어기(또는 속도 제어부), 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 기준 전류를 생성하는 전력 제어기(또는 전력 제어부) 및 상기 기준 전류를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어기(또는 전력 제어부)를 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment, the control unit, the speed controller for generating a reference inverter power for controlling the speed of the motor based on a reference angular velocity, an angular velocity corresponding to the motor and an input angular velocity corresponding to the input AC voltage. (Or a speed controller), a power controller (or power controller) that generates a reference current based on the reference inverter power and an inverter power corresponding to the inverter, and a reference voltage for controlling the current of the motor based on the reference current. It may include a current controller (or power control unit) for generating a.

일 실시예에 따르면, 상기 전력 변환 장치는 상기 입력 각속도를 검출하는 입력 전압 센서를 더 구비할 수 있다.According to one embodiment, the power conversion device may further include an input voltage sensor for detecting the input angular velocity.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 속도 제어기는, 비례 적분 제어기(PI controller)를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the speed controller may include a proportional integral controller (PI controller).

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 전력 제어기는, 비례 적분 제어기(PI), 약계자 제어기 및 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the power controller may include at least one of a proportional integral controller (PI), a field weakening controller, and a maximum torque driving point (MTPA) per unit current.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 전력 제어기는, 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 상기 기준 전류를 생성하는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the power controller may generate the reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter.

도 11은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.11 is a configuration diagram illustrating a configuration of a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed in the present specification.

도 11을 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(PCU)는 컨버터(CVR100), 직류 링크 커패시터(DC100), 인버터(INV100) 및 제어부(C100)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, a power conversion apparatus (PCU) according to an embodiment disclosed herein may include a converter (CVR100), a DC link capacitor (DC100), an inverter (INV100), and a controller (C100).

상기 전력 변환 장치(PCU)에는 부하인 모터(LOAD, M)가 연결될 수 있다.Motors LOAD and M, which are loads, may be connected to the power converter PCU.

상기 컨버터(CVR100)는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 역할을 할 수 있다. 이외에도, 상기 컨버터(CVR100)의 기능에 대해서는 상술된 컨버터들과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The converter CVR100 may serve to convert an input AC voltage into a DC voltage. In addition, since the function of the converter (CVR100) is similar to the above-described converters, a detailed description thereof will be omitted.

상기 직류 링크 커패시터(DC100)는 상기 컨버터(CVR100)에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성할 수 있다. 이외에도, 상기 직류 링크 커패시터(DC100)에 대해서는 상술된 직류 링크 커패시터들과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The DC link capacitor DC100 may be connected in parallel to the converter CVR100 and generate a DC link voltage based on the DC voltage. In addition, since the DC link capacitor DC100 is similar to the above-described DC link capacitors, a detailed description thereof will be omitted.

상기 인버터(INV100)는 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터(DC100)의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터(LOAD)에 공급하는 역할을 할 수 있다. 이외에도, 상기 인버터(INV100)에 대해서는 상술된 인버터들과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The inverter INV100 may convert a DC link voltage of the DC link capacitor DC100 into a motor driving voltage and supply the same to a motor LOAD according to a control signal. In addition, since the inverter INV100 is similar to the above-described inverters, a detailed description thereof will be omitted.

상기 제어부(C100)는 기본적으로 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(INV100)를 제어하는 역할을 할 수 있다.The controller C100 may basically play the role of controlling the inverter INV100 by generating the control signal.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부(C100)는 상기 인버터(INV100)의 입력 전류(Iinv)의 형태가 상기 컨버터(CVR100)의 출력 전류(Icon) 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.According to an embodiment, the controller C100 may generate the control signal such that the form of the input current Iinv of the inverter INV100 follows the form of the output current Icon of the converter CVR100.

이렇게 함으로써, 상기 인버터(INV100)의 입력 전류(Iinv)의 형태가 상기 컨버터(CVR100)의 출력 전류(Icon) 형태와 동일 또는 유사하게 되어 상기 직류 링크 커패시터(DC100)에 유입되는 직류 링크 전류가 감소될 수 있다.In this way, the form of the input current Iinv of the inverter INV100 is the same as or similar to the form of the output current Icon of the converter CV100 so that the DC link current flowing into the DC link capacitor DC100 is reduced. Can be.

이 경우, 전술한 바와 같이, 상기 직류 링크 커패시터의 개수 내지 크기를 감소시킬 수 있어 성능이 우수한 커패시터리스 인버터(capacitorless inverter)가 구현될 수 있다.In this case, as described above, the number or size of the DC link capacitors can be reduced, so that a capacitorless inverter having excellent performance can be implemented.

또한, 상기 제어부(C100)는 상기 인버터 입력 전류에 해당하는 전류 값이 상기 컨버터 출력 전류에 해당하는 전류 값의 일정 범위 내에 들어오도록 상기 인버터를 제어할 수 있다.In addition, the controller C100 may control the inverter such that a current value corresponding to the inverter input current falls within a predetermined range of a current value corresponding to the converter output current.

여기서, 상기 일정 범위는, 상기 컨버터 출력 전류 값의 ±5%인 것일 수 있다.Here, the predetermined range may be ± 5% of the converter output current value.

도 12는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 제어부의 구성을 나타내는 구성도이다.12 is a configuration diagram illustrating a configuration of a control unit according to an embodiment disclosed in the present specification.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(C100)는 속도 제어기(SC100), 전력 제어기(PC100)을 포함할 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, the controller C100 may include a speed controller SC100 and a power controller PC100.

또한, 상기 제어부(C100)는 전류 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the controller C100 may further include a current controller (not shown).

상기 속도 제어기(SC100)는 기준 각속도(wm*), 상기 모터에 해당하는 각속도(wm) 및 상기 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도(win)를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력(

Figure 112013018918982-pat00001
)을 생성할 수 있다.The speed controller SC100 controls a reference inverter power for controlling the speed of the motor based on a reference angular velocity wm *, an angular velocity wm corresponding to the motor, and an input angular velocity win corresponding to the input AC voltage. (
Figure 112013018918982-pat00001
) Can be created.

상기 전력 변환 장치(PCU)는 상기 입력 각속도(win)을 검출하기 위한 입력 전압 센서(미도시)를 더 구비할 수 있다.The power converter PCU may further include an input voltage sensor (not shown) for detecting the input angular velocity win.

일 실시예에 따르면, 상기 속도 제어기(SC100)는, 비례 적분 제어기(PI)를 포함할 수 있다(도 12 참조).According to an embodiment, the speed controller SC100 may include a proportional integration controller PI (see FIG. 12).

상기 전력 제어기(PC100)는 상기 기준 인버터 전력(

Figure 112013018918982-pat00002
) 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력(
Figure 112013018918982-pat00003
)을 근거로 기준 전류(
Figure 112013018918982-pat00004
,
Figure 112013018918982-pat00005
)를 생성할 수 있다. The power controller (PC100) is the reference inverter power (
Figure 112013018918982-pat00002
) And inverter power corresponding to the inverter (
Figure 112013018918982-pat00003
Based on current
Figure 112013018918982-pat00004
,
Figure 112013018918982-pat00005
) Can be created.

여기서, 상기 기준 전류는 모터에 해당하는 d축 기준전류(

Figure 112013018918982-pat00006
) 및 q축 기준 전류(
Figure 112013018918982-pat00007
)를 포함할 수 있다.Here, the reference current is a d-axis reference current corresponding to the motor (
Figure 112013018918982-pat00006
) And q-axis reference current (
Figure 112013018918982-pat00007
) May be included.

또한, 상기 인버터 전력(

Figure 112013018918982-pat00008
)은 d축 전압 및 전류(
Figure 112013018918982-pat00009
,
Figure 112013018918982-pat00010
), q축 전압 및 전류(
Figure 112013018918982-pat00011
,
Figure 112013018918982-pat00012
)를 근거로 검출되는 것일 수 있다.(예를 들어,
Figure 112013018918982-pat00013
)In addition, the inverter power (
Figure 112013018918982-pat00008
) Is the d-axis voltage and current (
Figure 112013018918982-pat00009
,
Figure 112013018918982-pat00010
), q-axis voltage and current (
Figure 112013018918982-pat00011
,
Figure 112013018918982-pat00012
) May be detected based on (for example,
Figure 112013018918982-pat00013
)

여기서, e는 동기 좌표계를 의미하는 것일 수 있다.Here, e may mean a synchronous coordinate system.

일 실시예에 따르면, 상기 전력 제어기(PC100)는 비례 적분 제어기(PI controller), 약계자 제어기 및 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the power controller PC100 may include at least one of a proportional integral controller (PI controller), a field weakening controller, and a maximum torque driving point (MTPA) per unit current.

상기 약계자 제어기는 모터를 약계자 영역에서 구동시키는 경우에 사용되는 제어기이다. 일반적으로 대용량의 전해 커패시터를 사용하는 노멀 인버터(normal inverter)의 경우, 약계자 제어를 피드백을 가진 루프로 구현하나, 커패시터리스 인버터의 경우에는 빠른 동작을 위해 개회로(open loop)의 형태로 구현될 수 있다.The field weakening controller is a controller used when driving a motor in the field weakening area. In the case of a normal inverter using a large-capacity electrolytic capacitor, the field weakening control is implemented in a loop with feedback, but in the case of a capacitorless inverter, in the form of an open loop for fast operation. Can be.

약계자 제어를 수행하는 경우, d축 전류를 -방향으로 적절한 크기로 더하여 제어 가능 구간을 넓힐 수 있다.When the field weakening control is performed, the controllable section may be widened by adding the d-axis current to an appropriate magnitude in the − direction.

이외에도, 상기 약계자 제어기는 본 기술분야에 일반적으로 알려진 의미, 기능 및 역할을 수행할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, the field weakening controller may perform the meanings, functions, and roles generally known in the art. Detailed description thereof will be omitted.

상기 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA)은 상기 기준 인버터 전력(

Figure 112013018918982-pat00014
) 및 상기 인버터 전력(
Figure 112013018918982-pat00015
)을 근거로 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA)을 산출할 수 있다.The maximum torque operating point (MTPA) per unit current is the reference inverter power (
Figure 112013018918982-pat00014
) And the inverter power (
Figure 112013018918982-pat00015
) Can be used to calculate the maximum torque operating point (MTPA) per unit current.

이외에도, 상기 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA)은 본 기술분야에 일반적으로 알려진 의미, 기능 및 역할을 수행할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, the maximum torque operating point (MTPA) per unit current may perform a meaning, function, and role generally known in the art. Detailed description thereof will be omitted.

상기 전류 제어부는 상기 기준 전류(

Figure 112013018918982-pat00016
,
Figure 112013018918982-pat00017
)를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 역할을 할 수 있다.The current controller is the reference current (
Figure 112013018918982-pat00016
,
Figure 112013018918982-pat00017
) May generate a reference voltage for controlling the current of the motor.

이외에도, 상기 전류 제어부의 역할 및 기능은 전술된 전류 제어기와 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, since the role and function of the current controller is similar to the above-described current controller, a detailed description thereof will be omitted.

결론적으로, 상기 제어부(C100)는 상기 입력 각속도(win)를 근거로 상기 기준 전류(

Figure 112013018918982-pat00018
,
Figure 112013018918982-pat00019
)를 생성하여 상기 인버터(INV100)를 제어하기 때문에 상기 인버터 입력 전류(Iinv)의 형태는 상기 컨버터 출력 전류(Icon)의 형태를 추종할 수 있게 될 수 있다.In conclusion, the control unit C100 is configured to generate the reference current based on the input angular velocity win.
Figure 112013018918982-pat00018
,
Figure 112013018918982-pat00019
In order to control the inverter INV100 by generating a), the form of the inverter input current Iinv may be able to follow the form of the converter output current Icon.

인덕터 Inductor 리플ripple 전류 추정을 통한 컨버터의  Of the converter by current estimation 상전류Phase current 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치에 대한 설명 Description of a power converter that performs converter control functions on the basis of restoration

이하에서는 도 13 내지 도 16을 참조하여 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a power conversion apparatus for performing a converter control function based on the phase current recovery of the converter through the inductor ripple current estimation according to one embodiment disclosed herein will be described with reference to FIGS. 13 to 16.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치는, 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.The power conversion apparatus performing the converter control function based on the phase current recovery of the converter by estimating the inductor ripple current according to one embodiment disclosed herein is implemented by some or a combination of components or steps included in the above-described embodiments. Or a combination of the embodiments, and hereinafter, redundant for clarity of a power conversion device that performs a converter control function based on the phase current recovery of the converter through the inductor ripple current estimation according to one embodiment disclosed herein. Can be omitted.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하는 컨버터, 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터 및 상기 직류 링크 전압을 부하 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터, 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.In one embodiment, a power conversion device includes a converter for converting an input AC voltage into a DC voltage and improving a power factor of the power supplied by the input AC voltage based on a switching operation by a converter control signal; A DC link capacitor connected to the converter in parallel and generating a DC link voltage based on the DC voltage, an inverter converting the DC link voltage into a load driving voltage and supplying the motor to a load driving voltage, and an input current supplied by the input AC voltage. It may include a control unit for generating the converter control signal based on.

일 실시예에 따르면, 상기 전력 변환 장치는, 상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the power conversion device may further include an input current sensor for detecting the input current.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the controller may generate the converter control signal based on a fundamental wave component of the input current.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터는, 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고, 상기 제어부는, 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성할 수 있다.According to an embodiment, the converter may be an interleaved converter having two phases, and the controller may generate a converter control signal corresponding to each phase of the interleaved converter.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고, 상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성할 수 있다.In addition, according to an embodiment, the controller detects a fundamental wave component of the input current from the input current, and based on the fundamental wave component of the input current, a fundamental wave component corresponding to each phase of the interleaved converter. And a converter control signal corresponding to each phase may be generated based on the fundamental wave components corresponding to each detected phase.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터는, 상기 컨버터 제어신호에 의해 스위칭 동작하는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 연결되는 션트 저항을 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment, the converter may include a switching element for switching operation by the converter control signal and a shunt resistor connected to the switching element.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 상기 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성할 수 있다.In this case, the controller may generate the converter control signal based on a current flowing on the converter detected based on the shunt resistance.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터는, 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고, 상기 제어부는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성할 수 있다.According to an embodiment, the converter is an interleaved converter having two phases, and the controller is configured to each phase of the interleaved converter based on a current flowing in each phase detected based on the shunt resistance. A corresponding converter control signal can be generated.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간 이하인 경우, 상기 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성할 수 있다.According to an embodiment, when the turn-on time of the switching element is less than or equal to the reference time, the controller generates the converter control signal based on the input current, and the turn-on time of the switching element is referred to. When the time is exceeded, the converter control signal may be generated based on a current flowing in each phase detected based on the shunt resistance.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 기준 시간은, 2 [usec]인 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the reference time may be 2 [usec].

도 13은 션트 저항을 통해 검출된 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 스위칭 소자를 제어하는 컨버터를 나타내는 예시도이다.FIG. 13 is an exemplary diagram illustrating a converter controlling a switching element based on a current flowing on a converter detected through a shunt resistor.

도 13을 참조하면, 상기 전력 변환 장치는 전술된 인터리빙 컨버터의 구조를 포함하고 있다. Referring to FIG. 13, the power converter includes the structure of the interleaving converter described above.

또한, 상기 전력 변환 장치는 상기 인터리빙 컨버터 각 상(a상, b상)에 존재하는 스위칭 소자(S1, S2), 이에 연결된 션트(shunt) 저항 및 상기 스위칭 소자에 컨버터 제어 신호(Sgate_a, Sgate_b)를 생성하는 제어부(C200)을 포함할 수 있다.In addition, the power converter includes switching elements S1 and S2 present in each of the phases (a and b phases) of the interleaving converter, a shunt resistor connected thereto, and converter control signals Sgate_a and Sgate_b to the switching elements. It may include a control unit (C200) for generating a.

또한, 상기 전력 변환 장치는 상기 션트 저항에 의해 검출된 컨버터 각 상에 흐르는 전류를 증폭하여 상기 제어부(C200)에 제공하는 증폭부(A100, A200)을 더 포함할 수 있다.The power converter may further include amplifiers A100 and A200 that amplify a current flowing in each converter detected by the shunt resistor and provide the amplified current to the controller C200.

상기 전력 변환 장치(또는 제어부(C200)는, 현재 직류 링크 전압이 목표 직류 링크 전압이 되도록 컨버터 각 상 전류의 지령을 선정할 수 있다.The power converter (or the controller C200) may select a command of each phase current of the converter such that the current DC link voltage becomes the target DC link voltage.

상기 전력 변환 장치(또는 제어부(C200))는, 상기 각 상 전류의 지령과 션트 저항을 통해 읽은 각 상 전류의 현재값을 비교하여 스위치 소자(S1, S2)에 각각 인가되는 게이트 신호(또는 컨버터 제어 신호, Sgate_a, Sgate_b)를 결정(또는 생성)할 수 있다.The power converter (or the controller C200) compares the current value of each phase current read through the command of each phase current with the shunt resistor, and applies the gate signal (or converter) to the switch elements S1 and S2, respectively. The control signals Sgate_a and Sgate_b may be determined (or generated).

여기서, Vs는 입력전압(또는 입력 교류 전압), Vsh_a는 a상 션트 전압, Vsh_b는 b상 션트 전압, is는 입력 전류(또는 입력 교류 전류), iph_a는 a상 전류, iph_b는 b상 전류를 의미할 수 있다.Where Vs is input voltage (or input AC voltage), Vsh_a is a-phase shunt voltage, Vsh_b is b-phase shunt voltage, is is input current (or input AC current), iph_a is a-phase current, iph_b is b-phase current. Can mean.

도 13에 개시된 전력 변환 장치에 따르면, 스위칭 소자(S1, S2)의 아래쪽에 있는 션트(shunt) 저항을 이용해 각 상의 전류를 센싱(또는 검출)하므로 스위치가 턴-온 되어 있는 상황에서만 전류를 센싱할 수 있다.According to the power converter disclosed in FIG. 13, the current is sensed (or detected) in each phase using a shunt resistor below the switching elements S1 and S2, so that the current is sensed only when the switch is turned on. can do.

이 경우, 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 제어부(C200, 예를 들어, Micom등으로 구현될 수 있음)의 센싱 시간보다 짧은 경우 전류를 센싱하지 못하는 현상 발생할 수 있다.In this case, when the turn-on time of the switching elements S1 and S2 is shorter than the sensing time of the controller C200 (for example, Micom), the current may not be sensed.

즉, 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 기준 시간(예를 들어, 2[usec]) 이상 확보되지 않는 경우, 상 전류가 흐르고 있음에도 전류가 흐르지 않는 것으로 인식할 수 있는 문제점이 있을 수 있다.That is, when the turn-on time of the switching elements S1 and S2 is not secured for more than a reference time (for example, 2 [usec]), there may be a problem that the current does not flow even though the phase current flows. Can be.

본 명세서에 개시된 기술은 키르히호프의 전류법칙에 의해 입력전류는 각 상으로 흐르는 전류의 성분을 포함하고 있으며 현재 스위칭 소자에 인가하고 있는 게이트 신호를 이용해 (스위치 턴-온 시간, Duty비) 입력전류의 고조파 성분이 제거된 기본파 성분을 알 수 있는 점을 이용하였다.According to Kirchhoff's current law, the technique disclosed in the present specification includes a component of current flowing in each phase and uses a gate signal currently applied to a switching element (switch turn-on time and duty ratio). The fundamental wave component from which the harmonic component of was removed was used.

즉, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 전류의 기본파 성분을 이용해 각 상으로 흐르는 전류를 추정하고, 상기 추정된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 컨버터 제어신호를 생성함으로써, 스위칭 소자의 턴-온 시간에 무관하게 정확한 컨버터 제어신호 생성할 수 있는 장점이 있을 수 있다.That is, the power conversion apparatus according to the embodiment disclosed in the present specification estimates a current flowing in each phase by using the fundamental wave component of the input current, and converts the converter control signal based on the fundamental wave component corresponding to each estimated phase. By generating a, it may be advantageous to generate an accurate converter control signal irrespective of the turn-on time of the switching element.

도 14는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 예시도이다.14 is an exemplary view illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed in the present specification.

도 14를 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하는 컨버터, 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터(Cdc), 상기 직류 링크 전압을 부하 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터(미도시) 및 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 제어부(C300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14, a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed herein converts an input AC voltage into a DC voltage and power factor of the power supplied by the input AC voltage based on a switching operation by a converter control signal. Converter to improve the, parallel to the converter, a DC link capacitor (Cdc) for generating a DC link voltage based on the DC voltage, an inverter for converting the DC link voltage into a load driving voltage to supply the motor (not shown) And a controller C300 for generating the converter control signal based on the input current supplied by the input AC voltage.

여기서, Vs는 입력전압(또는 입력 교류 전압), is는 입력 전류(또는 입력 교류 전류), iph_a는 a상 전류, iph_b는 b상 전류, CT는 입력전류 센서를 의미할 수 있다.Here, Vs may mean an input voltage (or an input AC voltage), is is an input current (or an input AC current), iph_a may be a phase current, iph_b may be a b phase current, and CT may mean an input current sensor.

상기 컨버터, 직류 링크 커패시터(Cdc) 및 인버터등의 역할 기능에 대해서는 전술된 것과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Role functions of the converter, DC link capacitor (Cdc) and inverter, etc. are similar to those described above, and thus detailed description thereof will be omitted.

일 실시예에 따르면, 상기 전력 변환 장치는 상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서(CT)를 더 포함할 수 있다. 상기 입력 전류 센서(CT)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 입력 전류 센서(CT)는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)로 구현될 수 있다.According to one embodiment, the power conversion device may further include an input current sensor (CT) for detecting the input current. The input current sensor CT may be implemented in various ways. For example, the input current sensor CT may be implemented as a current transducer.

도 14에 개시된 컨버터는 2개의 상(a상, b상)이 존재하는 인터리브드 컨버터일 수 있다.The converter disclosed in FIG. 14 may be an interleaved converter having two phases (a phase and b phase).

이 경우, 상기 제어부(C300)는 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호(Sgate_a, Sgate_b)를 생성하는 것일 수 있다.In this case, the controller C300 may generate converter control signals Sgate_a and Sgate_b corresponding to each phase of the interleaved converter.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부(C300)는, 상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고, 상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호(Sgate_a, Sgate_b)를 생성하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the controller C300 detects a fundamental wave component of the input current from the input current, and based on the fundamental wave component of the input current, a fundamental wave corresponding to each phase of the interleaved converter. The component may be detected and the converter control signals Sgate_a and Sgate_b corresponding to the respective phases may be generated based on the fundamental wave components corresponding to the detected phases.

구체적으로, 각 상에 해당하는 기본파 성분의 검출 방법에 대해 살펴보면, 먼저, 입력 전류 Is는 각 상에 흐르는 전류의 합이므로 다음과 같은 수학식 1으로 표현될 수 있다.Specifically, referring to the detection method of the fundamental wave component corresponding to each phase, first, since the input current Is is the sum of the currents flowing in each phase, it can be expressed by Equation 1 below.

Figure 112013018918982-pat00020
Figure 112013018918982-pat00020

마찬가지로, 입력 전류의 기본파 성분인 Is_1도 각 상의 기본파 성분의 합이므로 다음과 같은 수학식 2로 표현될 수 있다.Similarly, Is_1, which is the fundamental wave component of the input current, is also the sum of the fundamental wave components of each phase and may be represented by Equation 2 below.

Figure 112013018918982-pat00021
Figure 112013018918982-pat00021

여기서, 기본파 성분인 Is_1는 입력 전류 Is에서 리플 전류를 빼주면 되므로 다음과 같은 수학식 3으로 표현될 수 있다.Here, Is_1, which is a fundamental wave component, may be represented by Equation 3 as the ripple current is subtracted from the input current Is.

Figure 112013018918982-pat00022
Figure 112013018918982-pat00022

각 상의 전류는 서로 유사한바

Figure 112013018918982-pat00023
이므로The currents in each phase are similar
Figure 112013018918982-pat00023
Because of

각 상의 기본파 성분은 다음과 같은 수학식 4로 표현될 수 있다.The fundamental wave component of each phase may be expressed by Equation 4 as follows.

Figure 112013018918982-pat00024
Figure 112013018918982-pat00024

결론적으로 입력전류와 듀티에 따른 상전류 리플값을 계산하여 상전류 기본파 성분을 복원(또는 검출)할 수 있다.In conclusion, it is possible to recover (or detect) the phase current fundamental wave component by calculating the phase current ripple value according to the input current and the duty.

여기서, 수학식 4의 뒤의 term은 각 상의 리플 전류 성분의 합을 의미하는 것으로 상전류의 리플 값에 대응되는 것일 수 있다.Here, the term after Equation 4 means the sum of the ripple current components of each phase and may correspond to the ripple value of the phase current.

도 15는 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 예시도이다.15 is an exemplary view showing a power conversion apparatus according to another embodiment disclosed herein.

도 15를 참조하면, 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 인터리빙 컨버터 각 상(a상, b상)에 존재하는 스위칭 소자(S1, S2)에 연결된 션트(shunt) 저항 및 상기 스위칭 소자에 컨버터 제어 신호(Sgate_a, Sgate_b)를 생성하는 제어부(C400)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15, a power conversion device according to another embodiment disclosed in the present specification may include a shunt connected to switching elements S1 and S2 existing in each of the phases (a and b phases) of the interleaving converter. The control unit C400 may generate a resistor and the converter control signals Sgate_a and Sgate_b in the switching device.

또한, 상기 전력 변환 장치는 상기 션트 저항에 의해 검출된 컨버터 각 상에 흐르는 전류를 증폭하여 상기 제어부(C400)에 제공하는 증폭부(A100, A200)을 더 포함할 수 있다.The power converter may further include amplifiers A100 and A200 that amplify a current flowing in each converter detected by the shunt resistor and provide the amplified current to the controller C400.

즉, 도 15에 개시된 전력 변환 장치는 도 14에 개시된 전력 변환 장치(입력 전류를 근거로 컨버터 제어신호 생성하는 기능 구비)에 추가적으로 상기 션트 저항을 근거로 검출된 상기 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 기능을 추가적으로 구비할 수 있다.That is, the power converter disclosed in FIG. 15 is based on the current flowing on the converter detected based on the shunt resistance in addition to the power converter described in FIG. 14 (with a function of generating a converter control signal based on an input current). The converter may further include a function of generating the control signal.

여기서, Vs는 입력전압(또는 입력 교류 전압), Vsh_a는 a상 션트 전압, Vsh_b는 b상 션트 전압, is는 입력 전류(또는 입력 교류 전류), iph_a는 a상 전류, iph_b는 b상 전류, CT는 입력전류 센서를 의미할 수 있다.Where Vs is input voltage (or input AC voltage), Vsh_a is a-phase shunt voltage, Vsh_b is b-phase shunt voltage, is is input current (or input AC current), iph_a is a-phase current, iph_b is b-phase current, CT may mean an input current sensor.

도 15에 개시된 컨버터는 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터인 경우를 나타내며, 상기 제어부(C400)는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.The converter disclosed in FIG. 15 represents a case of an interleaved converter having two phases, and the controller C400 controls each phase of the interleaved converter based on a current flowing in each phase detected based on the shunt resistance. It may be to generate a corresponding converter control signal.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 기준 시간 이하인 경우, 상기 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다.According to an embodiment, when the turn-on time of the switching elements S1 and S2 is equal to or less than a reference time, the controller generates the converter control signal based on the input current, and the switching elements S1 and S2. When the turn-on time of n) exceeds the reference time, the converter control signal may be generated based on a current flowing in each phase detected based on the shunt resistance.

여기서, 상기 기준 시간은, 2 [usec]인 것일 수 있다.Here, the reference time may be 2 [usec].

즉, 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 기준 시간을 기준으로 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 상기 기준 시간 이하인 경우(제 1 경우), 상기 입력 전류를 근거로 하여 상기 컨버터를 제어하고, 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 상기 기준 시간을 초과한 경우(제 2 경우), 션트 저항에 의해 검출된 컨버터 상의 전류를 근거로 상기 컨버터를 제어하는 기능을 구비할 수 있다.That is, the power conversion apparatus according to an embodiment may be configured based on the input current when the turn-on time of the switching elements S1 and S2 is less than or equal to the reference time (first case) based on the reference time. Controlling the converter, and when the turn-on time of the switching elements S1, S2 exceeds the reference time (second case), controlling the converter based on the current on the converter detected by the shunt resistor. It can have a function.

상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간은 컨버터 PWM 주기 Tcarrier 및 PWM duty에 의해 결정될 수 있다.The turn-on time of the switching elements S1 and S2 may be determined by the converter PWM period Tcarrier and the PWM duty.

즉, PWM 듀티(D, duty)는

Figure 112013018918982-pat00025
으로 결정될 수 있고, 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간은
Figure 112013018918982-pat00026
로 결정될 수 있다.That is, the PWM duty (D, duty)
Figure 112013018918982-pat00025
The turn-on time of the switching elements (S1, S2) is
Figure 112013018918982-pat00026
Can be determined.

따라서,

Figure 112013018918982-pat00027
값이 상기 기준 시간(예를 들어, 2 usec) 보다 작은 경우 상기 제 1 경우에 해당하고, 반대인 경우, 상기 제 2 경우에 해당할 수 있다.therefore,
Figure 112013018918982-pat00027
If the value is smaller than the reference time (eg, 2 usec), the value corresponds to the first case, and if the value is opposite, the value corresponds to the second case.

상술된 바와 같이, 입력 전류의 기본파 성분을 검출하기 위해서는 상전류 리플값 △is의 검출이 필요할 수 있다.As described above, in order to detect the fundamental wave component of the input current, detection of the phase current ripple value Δis may be required.

도 16은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 상전류 리플값을 검출하는 방법을 나타내는 예시도이다.16 is an exemplary view illustrating a method of detecting a phase current ripple value according to an embodiment disclosed in the present specification.

도 16(a)는 PWM 신호의 듀티 값이 0.5 이하인 경우에 있어서의 상전류 리플값을 검출하는 방법을 나타낸다.Fig. 16A shows a method of detecting the phase current ripple value when the duty value of the PWM signal is 0.5 or less.

도 16(a)에 따르면, 상전류 리플값 △is는 다음과 같은 수학식 5에 의해 결정될 수 있다.According to FIG. 16A, the phase current ripple value Δis may be determined by Equation 5 as follows.

Figure 112013018918982-pat00028
Figure 112013018918982-pat00028

도 16(b)는 PWM 신호의 듀티 값이 0.5 이상인 경우에 있어서의 상전류 리플값을 검출하는 방법을 나타낸다.Fig. 16B shows a method of detecting the phase current ripple value when the duty value of the PWM signal is 0.5 or more.

도 16(ㅠ)에 따르면, 상전류 리플값 △is는 다음과 같은 수학식 6에 의해 결정될 수 있다.According to FIG. 16 (), the phase current ripple value Δis can be determined by the following equation (6).

Figure 112013018918982-pat00029
Figure 112013018918982-pat00029

여기서, L은 리액터의 인덕턴스 값, Vs는 입력 교류 전압, VDC는 직류 링크 전압, D는 PWM 신호의 듀티, Ts는 PWM 신호 또는 입력 전원(입력 전압 또는 입력 전류)에 해당하는 주기일 수 있다.Here, L may be a period corresponding to the inductance value of the reactor, Vs is the input AC voltage, VDC is the DC link voltage, D is the duty of the PWM signal, Ts is a PWM signal or input power (input voltage or input current).

본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and the present invention may be modified, changed, or improved in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention.

Vin: 입력전원 CVR100: 컨버터
INV100: 인버터 DC100: 직류 링크 커패시터
C100: 제어부 LOAD: 모터 또는 부하
Vin: Input Power CVR100: Converter
INV100: Inverter DC100: DC Link Capacitor
C100: control unit LOAD: motor or load

Claims (17)

입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터;
제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터; 및
상기 인버터에 유입되는 인버터 입력 전류의 형태가 상기 컨버터로부터 출력되는 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하되,
상기 컨버터는,
2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터로,
컨버터 제어신호에 의해 스위칭 동작하는 스위칭 소자; 및
상기 스위칭 소자에 연결되는 션트 저항을 포함하여,
상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하고,
상기 제어부는,
상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간 이하인 경우, 상기 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하고,
상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 상기 컨버터의 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
A converter for converting an input AC voltage into a DC voltage;
A DC link capacitor connected in parallel with the converter and generating a DC link voltage based on the DC voltage;
An inverter converting the DC link voltage of the DC link capacitor into a motor driving voltage and supplying the motor to the motor according to a control signal; And
And a controller configured to generate the control signal such that the form of the inverter input current flowing into the inverter follows the form of the converter output current output from the converter.
The converter,
An interleaved converter with two phases
A switching element for switching operation by the converter control signal; And
Including a shunt resistor connected to the switching element,
Improve the power factor of the power supplied by the input AC voltage based on the switching operation of the switching element,
The control unit,
When the turn-on time of the switching element is equal to or less than a reference time, the converter control signal is generated based on the input current,
And when the turn-on time of the switching element exceeds a reference time, the converter control signal is generated based on a current flowing in each phase of the converter detected based on the shunt resistance.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 인버터 입력 전류에 해당하는 전류 값이 상기 컨버터 출력 전류에 해당하는 전류 값의 일정 범위 내에 들어오도록 상기 인버터를 제어하는 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit,
And controlling the inverter such that a current value corresponding to the inverter input current falls within a predetermined range of a current value corresponding to the converter output current.
제2항에 있어서, 상기 일정 범위는,
상기 컨버터 출력 전류 값의 ±5%인 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 2, wherein the predetermined range is
Power converter of ± 5% of the converter output current value.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
기준 각속도, 상기 모터에 해당하는 각속도 및 상기 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력을 생성하는 속도 제어기;
상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 기준 전류를 생성하는 전력 제어기; 및
상기 기준 전류를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit,
A speed controller for generating a reference inverter power for controlling the speed of the motor based on a reference angular velocity, an angular velocity corresponding to the motor, and an input angular velocity corresponding to the input AC voltage;
A power controller configured to generate a reference current based on the reference inverter power and an inverter power corresponding to the inverter; And
And a current controller for generating a reference voltage for controlling the current of the motor based on the reference current.
제4항에 있어서,
상기 입력 각속도를 검출하는 입력 전압 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
The method of claim 4, wherein
And an input voltage sensor for detecting the input angular velocity.
제4항에 있어서, 상기 속도 제어기는,
비례 적분 제어기(PI)를 포함하는 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 4, wherein the speed controller,
And a proportional integral controller (PI).
제4항에 있어서, 상기 전력 제어기는,
비례 적분 제어기(PI), 약계자 제어기 및 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 4, wherein the power controller,
And at least one of a proportional integral controller (PI), a field weakening controller, and a maximum torque operating point (MTPA) per unit current.
제4항에 있어서, 상기 전력 제어기는,
상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 상기 기준 전류를 생성하는 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 4, wherein the power controller,
And generating the reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
The method of claim 1,
And an input current sensor for detecting the input current.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit,
And generating the converter control signal based on the fundamental wave component of the input current.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit,
And a converter control signal corresponding to each phase of the interleaved converter.
제12항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고,
상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고,
상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 12, wherein the control unit,
Detecting a fundamental wave component of the input current from the input current,
Detecting a fundamental wave component corresponding to each phase of the interleaved converter based on the fundamental wave component of the input current;
And a converter control signal corresponding to each phase based on the fundamental wave component corresponding to each detected phase.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 기준 시간은,
2 [usec]인 것인 전력 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the reference time is,
The power conversion device which is 2 [usec].
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