KR102126528B1 - 션트-리스 모터의 학습 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 션트-리스(shunt-less) 모터의 초기/구동 중 학습 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 션트-리스 모터의 학습 시스템은 션트-리스 모터의 초기 및 구동 중 학습 프로그램이 저장된 메모리 및 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하고, 프로세서는 물성치 차이에 따른 V_{DS, on}전압에 대한 초기 학습을 수행하고, 소자 노후화에 따른 런타임 프로파일 업데이트를 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

션트-리스 모터의 학습 시스템 및 그 방법{LEARNING SYSTEM AND METHOD FOR SHUNT-LESS MOTOR}

본 발명은 션트-리스(shunt-less) 모터의 초기/구동 중 학습 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따르면, shunt 저항을 제거하여 인버터의 효율을 증가시키고 원가를 절감하기 위한 연구가 진행되고 있다.

종래 기술에 따르면, shunt 저항을 모두 제거하고 MOSFET을 활용하는 방안이 제안되었으나, 모든 양산품의 MOSFET이 동일한 특성을 가지지 않는 바, 전류 측정의 오차가 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 양산품 제조공정의 검증 단계에서 MOSFET 특성에 대한 학습을 수행하여, 전류 측정의 오차를 줄이는 것이 가능한 션트-리스 모터의 학습 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 션트-리스 모터의 학습 시스템은 션트-리스 모터의 초기 및 구동 중 학습 프로그램이 저장된 메모리 및 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하고, 프로세서는 물성치 차이에 따른 V_{DS, on}전압에 대한 초기 학습을 수행하고, 소자 노후화에 따른 런타임 프로파일 업데이트를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초기 공정 및 제어기의 사용 기간 경과에 따른 특성 변화에 대응하여 정확한 전류 측정이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 학습 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 학습 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 제어 구성과 관련한 회로도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 물성치 차이에 따른 V_{DS, on}전압 초기 학습에 대해 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 vector hexagon을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 동작을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어기 모듈을 도시한다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

이하에서는, 당업자의 이해를 돕기 위하여 본 발명이 제안된 배경에 대하여 먼저 서술하고, 본 발명의 실시예에 대하여 서술하기로 한다.

종래 기술에 따르면, 모터를 구동시키기 위한 구동 시스템은 인버터용 전원공급장치, 메인 릴레이, 인버터, 3상 교류모터 등을 포함하여 구성된다.

인버터는 전원공급장치 또는 배터리로부터 입력되는 직류 전압을 펄스폭 변조를 통한 스위칭 소자 온/오프 제어하여 교류 전압을 생성하고, 생성된 교류 전압을 모터로 공급하는 역할을 한다.

종래 기술에 따르면, Shunt 저항을 제거하여 인버터 효율을 증가시키고 원가 절감을 하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 현재는 one shunt를 활용하는 방법이 가장 널리 활용되고 있다.

종래 기술에 따르면, Shunt 저항을 모두 제거하여 MOSFET을 활용하는 방안에 대한 연구도 진행 중에 있으나, 이러한 Shuntless 기법을 적용했을 때 모든 양산품의 MOSFET이 동일한 특성을 가지지 않으므로, 보드 별로 초기 학습 과정을 통해 측정 전류와 실제 전류 사이의 오차를 줄일 필요가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 양산품 제조공정의 검증단계에서 MOSFET 특성에 대한 학습 방안을 제안하여 전류 측정의 오차를 줄이는 것이 가능한 3-phase 센서 및 션트-리스 모터의 학습 시스템 및 그 방법을 제안한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 학습 시스템을 나타내는 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 학습 시스템은 션트-리스 모터의 초기 및 구동 중 학습 프로그램이 저장된 메모리(110) 및 프로그램을 실행시키는 프로세서(120)를 포함하고, 프로세서(120)는 물성치 차이에 따른 V_{DS, on}전압에 대한 초기 학습을 수행하고, 소자 노후화에 따른 런타임 프로파일 업데이트를 수행한다.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서(120)는 인버터의 상단 MOSFET을 오프(off)시키고, 하단 MOSFET을 온(on) 시킨 상태에서 증폭기의 출력전압을 측정하고, 0전류 기준 전압 대비 오프셋값을 설정하여 보상한다.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서(120)는 제조 공정에 따른 물리적 파라미터의 차이에 따른 ADC 전압-전류 변환 테이블을 보정하되, 동적 게이트 전압에서 측정 포인트를 선정하여 초기화 시간을 최소화한다.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서(120)는 선형 특성을 가지는 저전류 구간에 대해서는 선형 보간을 수행하며, 비선형 특성을 가지는 지점에 대해 측정 포인트를 증가시키고 n차 보간법을 활용한다.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서(120)는 초기 공정 후 사용에 따라 전류 측정치에 오차가 발생되는 경우, 전압-전류 변환 테이블을 수정하여 런타임 프로파일 업데이트를 수행한다.

이 때, 프로세서(120)는 인버터를 구성하는 3개의 하단 MOSFET 중 1개가 레퍼런스값에서 벗어나는 경우 오차 발생을 감지한다.

프로세서(120)는 전압 육각형(vector hexagon)를 활용하여 3상에 인가될 전압의 크기를 선정하여 레퍼런스 벡터를 인가하고, 1개 상만 차이가 발생되는 시간 또는 횟수를 고려하여 보정 필요 여부를 판단한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 학습 방법을 나타내는 순서도이다.

모터가 일정 RPM 이상이면 closed loop 에 진입하고(S210), RPU(Runtime Profile Update) 컨트롤러로부터 섹터(sector) 정보를 수신하여 레퍼런스 벡터(reference vector) 판단을 수행한다(S220).

S220 단계에서의 판단 결과 레퍼런스 벡터일 경우, 전류정보를 획득하고 크기를 비교한다(S230).

인버터를 구성하는 하단 MOSFET 3개 스위치 중, 1개에서 특정 시간 또는 특정 횟수만큼 오차가 발생되는지 여부를 확인하고(S240), 오차 발생 시 캘리브레이션 테이블(calibration table)에 대한 업데이트를 수행하고(S250), 모터 제어를 반복한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 제어 구성과 관련한 회로도이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 인버터의 하단 스위치 3개의 드레인(drain) 쪽 노드를 증폭기(amplifier, 130)와 연결한다.

V_DS는 수십 mV 수준으로 증폭이 필요한데, 증폭된 값을 MCU의 ADC로 연결하여 전압을 측정하고, 전압-전류 변환 테이블을 통해 전류를 추정한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 0 전류 상황에서 초기 오프셋(offset)을 보정하는데, 하단 MOSFET을 turn on(상단 MOSFET은 turn off)한 상태에서 OP-Amp output voltage 측정하고, 0 전류 기준 전압대비 오프셋 값을 설정하여 보상함으로써, OP-Amp의 오프셋 문제를 해결한다.

전류가 흐르지 않는 상황에서 V_DS는 0이 출력되어야 하는데, OP-Amp회로에서 오프셋(offset)이 발생할 수 있으므로 0 전류 상황에 대한 오프셋(offset) 보정을 수행하는 것이다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 물성치 차이에 따른 V_{DS, on}전압 초기 학습에 대해 도시한다.

Power MOSFET의 경우, 저전류 영역에서는 V_DS,on이 linear하게 변화하므로, 본 발명의 실시예에 따르면, 최소의 측정지점을 선정하여 테이블을 구성하고, 나머지 영역에 보간법을 적용한다.

고전류 영역에서는 non-linear 한 특성을 보이므로, 본 발명의 실시예에 따르면 Power MOSFET의 R_DSon에 대한 모델링 및 측정 방법을 제안한다.

전술한 바와 같이, MOSFET 제조 공정에 따른 물리적 파라미터의 차이가 존재한다.

본 발명의 실시예에 따르면, ADC 전압의 전류 변환식 또는 변환 테이블을 보정한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 동작 게이트 전압에서 적절한 측정 포인트를 선정함으로써, 라인에서 초기화 시간을 최소화하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선형 특성을 보이는 저전류 구간에 대해서는 선형 보간을 수행하고, 비선형 특성을 보이는 지점에 대해서는 측정 포인트를 증가시켜 라그랑제, 뉴턴 등의 n차 보간법을 활용한다.

라인에서 측정한 실제 전류와 프로그램에서 변환한 값을 전 영역에서 비교하고, 오차가 없으면 종료시킨다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 vector hexagon을 도시하고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 동작을 도시한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 장기간 사용에 따라 소자가 노후화되어 초기 공정 캘리브레이션(calibration) 값에서 벗어나는 상황을 감지하여, 기존 보상값에 대한 업데이트를 수행하는데, 이를 런타임 프로파일 업데이트(runtime profile update)라고 한다.

Space vector sector에 따라 각 전류는 대칭적 특성을 가지며, 섹터의 각 phase 전류 크기를 비교하여, 차이가 발생하면 전압-전류 변환 테이블에 대한 업데이트를 수행한다.

본 발명의 실시예에 따른 오차 상황 감지 방법으로는, Vector space hexagon에서 각 섹터를 대표하는 벡터를 선정한다.

모터제어를 위한 Space vector modulation 기법에서, 도 6에 도시한 vector hexagon을 활용하여 3상에 인가될 전압의 크기를 선정한다.

이 때, 벡터는 방향만 다르고 크기는 같게 되는데, 예컨대 벡터각 30도, 150도, 270도는 인가되는 벡터의 방향만 다를 뿐, 각 상의 duty cycle이 동일하므로 그 크기는 같다.

모터 파라미터와 결합하면 다른 시점의 각 phase에 같은 전류가 흘러야 하는데, 1개의 상이 나머지 2개의 상과 비교하여 볼 때 오차가 발생하는 경우, 테이블에 대한 업데이트가 필요한 것으로 판단한다.

전류를 측정하는 용도로도 사용되는 하단의 MOSFET 3개 중 1개가 레퍼런스 값에서 벗어나는 경우, 오차가 발생한 것으로 판단하여 테이블 업데이트를 수행하며, 레퍼런스 벡터를 인가하여 비교를 수행하고, 1개 상이 가지는 차이가 특정 시간 또는 특정 횟수 이상 반복되는 경우, 테이블 보정을 수행한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 인버터를 구성하는 하단의 3개의 MOSFET을 비교하여, 이상이 있는 부분의 값에 대해 업데이트를 수행한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어기 모듈을 도시한다.

본 발명의 실시예에 따른 제어기 모듈은 Initial teaching 및 RPU 컨트롤러(130)와 캘리브레이션 테이블(140) 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, Sinus Waveform Modulation로부터 현재 섹터에 대한 정보(레퍼런스 벡터)를 수신하고, 초기 학습을 통해 캘리브레이션 테이블을 생성하고, 런타임 프로파일 업데이트를 수행한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 학습 방법은 컴퓨터 시스템에서 구현되거나, 또는 기록매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 적어도 하나 이상의 프로세서와, 메모리와, 사용자 입력 장치와, 데이터 통신 버스와, 사용자 출력 장치와, 저장소를 포함할 수 있다. 전술한 각각의 구성 요소는 데이터 통신 버스를 통해 데이터 통신을 한다.

컴퓨터 시스템은 네트워크에 커플링된 네트워크 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 프로세서는 중앙처리 장치(central processing unit (CPU))이거나, 혹은 메모리 및/또는 저장소에 저장된 명령어를 처리하는 반도체 장치일 수 있다.

메모리 및 저장소는 다양한 형태의 휘발성 혹은 비휘발성 저장매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리는 ROM 및 RAM을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 학습 방법은 컴퓨터에서 실행 가능한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 션트-리스 모터의 학습 방법이 컴퓨터 장치에서 수행될 때, 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들이 본 발명에 따른 학습 방법을 수행할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명에 따른 션트-리스 모터의 학습 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 메모리 120: 프로세서
130: 증폭기

Claims (7)

1. 션트-리스 모터의 초기 및 구동 중 학습 프로그램이 저장된 메모리; 및
   상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
   상기 프로세서는 MOSFET 제조 공정에서 발생되는 물리적 파라미터의 차이에 따른 상기 MOSFET의 드레인으로부터 소스로 전자가 흐르는 상태의 전압인 V_{DS, on}전압에 대한 초기 학습을 수행하고, 상기 션트-리스 모터의 제어기의 사용 기간 경과에 따라 런타임 프로파일 업데이트를 수행하고,
   상기 프로세서는 상기 V_{DS, on}전압을 증폭한 값을 이용하여 전압을 측정하고, 상기 V_{DS, on}전압 및 드레인 전류의 변환 테이블을 이용하여 상기 드레인 전류를 추정하고, 상기 V_{DS, on}전압 및 드레인 전류를 이용하여 선형 특성을 가지는 저전류 구간에 대해서는 선형 보간을 수행하고, 비선형 특성을 가지는 지점에 대해 측정 포인트를 증가시키고 n차 보간법을 활용하는 것
   인 션트-리스 모터의 학습 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 V_{DS, on}전압 및 드레인 전류 변환 테이블을 수정하여 런타임 프로파일 업데이트를 수행하는 것
   인 션트-리스 모터의 학습 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 프로세서는 인버터를 구성하는 3개의 하단 MOSFET 중 1개가 레퍼런스값에서 벗어나는 경우 오차 발생으로 판단하는 것
   인 션트-리스 모터의 학습 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 프로세서는 전압 육각형를 활용하여 3상에 인가될 전압의 크기를 선정하여 레퍼런스 벡터를 인가하고, 1개 상만 차이가 발생되는 시간 또는 횟수를 고려하여 보정 필요 여부를 판단하는 것
   인 션트-리스 모터의 학습 시스템.

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