KR102127840B1 - Motor driving apparatus and home appliance including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, dc단 커패시터, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터, dc단 커패시터와 인버터 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부, 및 출력 전류 검출부를 통해 검출된 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 복수의 스위칭 소자를 제어하며, 스위칭 한 주기의 제1 반주기에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 인버터를 구동하고, 제1 반주기의 다음 반주기인 제2 반주기에서 제1 반주기 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 인버터를 구동할 수 있다.A motor driving apparatus and a home appliance having the same according to an embodiment of the present invention include a dc stage capacitor and a plurality of switching elements, and by switching operations of the plurality of switching elements, the DC power of the dc stage capacitor is converted into an AC power. An inverter that converts and outputs the converted AC power to the motor, an output current detection unit disposed between the dc terminal capacitor and the inverter to detect the current, and an inverter control unit that controls the inverter based on the current detected through the output current detection unit Including, the inverter control unit, by controlling the pulse width variable control based on a space vector, controls the plurality of switching elements, and detects the first phase current and the second phase current among the three phase currents in the first half cycle of the switched cycle. Generates two or more effective vectors to drive the inverter, and generates an effective vector for detection that detects a third phase current that is not detected during the first half cycle from the second half cycle, which is the next half cycle of the first half cycle, to drive the inverter can do.
Description
본 발명은, 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 정확하게 상 전류를 검출할 수 있는 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive device and a home appliance having the same, and more particularly, to a motor drive device capable of accurately detecting a phase current and a home appliance having the same.
홈 어플라이언스(home appliance)는 사용자 편의를 위해 사용되는 기기이다.A home appliance is a device used for user convenience.
또한, 가정에서 사용되는 의류 건조기, 세탁기, 냉장고, 공기조화기 등 홈 어플라이언스들은 각각 사용자의 조작에 따라 고유한 기능과 동작을 수행한다.In addition, home appliances, such as clothes dryers, washing machines, refrigerators, and air conditioners used in the home, each perform unique functions and operations according to user manipulation.
한편, 모터 구동 장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이며, 특히, 홈 어플라이언스 내의 모터를 구동하기 위해 사용될 수 있다.On the other hand, the motor driving device is a device for driving a motor having a rotor and a stator wound with a coil, which rotates, and may be used to drive a motor in a home appliance.
최근, 제조 비용 저감 등을 이유로, 센서리스 방식의 모터 구동장치가 많이 사용되고 있으며, 이에 따라, 효율적인 모터 구동을 위해, 센서리스 방식의 모터 구동장치에 대한 연구가 수행되고 있다. Recently, a sensorless motor driving device is frequently used for reasons such as reduction in manufacturing cost, and accordingly, a research on a sensorless motor driving device has been conducted for efficient motor driving.
이러한 센서리스 모터 구동 장치를 안정적으로 구동시키기 위해서는, 상 전류를 간편하고 정확하게 감지할 수 있는 방법이 요구된다.In order to stably drive the sensorless motor driving apparatus, a method capable of detecting the phase current simply and accurately is required.
예를 들어 선행 문헌 1(한국 공개특허공보 제10-2011-0014438호, 공개일자 2011년 02월 11일)은 인버터의 스위칭 소자에 연결되는 복수의 저항 소자를 이용하여 인버터 출력 전류를 감지하는 회로에 대한 내용을 기술하고 있다.For example, the prior document 1 (Korean Patent Publication No. 10-2011-0014438, published date February 11, 2011) is a circuit for detecting the inverter output current using a plurality of resistance elements connected to the switching element of the inverter It describes the contents of.
최근에는 하나의 저항 소자를 이용하여 인버터 출력 전류를 감지하는 회로들이 제안되고 있다. 이러한 회로들은 삼상 전류의 합이 0이라는 것을 전제로 하여 특정 상 전류를 추정하고 있다. 하지만, 누설전류 등의 영향으로 삼상 전류의 합이 0이 아닐 때에는 오차가 발생하게 된다.Recently, circuits for sensing the output current of the inverter using one resistance element have been proposed. These circuits estimate a specific phase current on the premise that the sum of the three phase currents is zero. However, an error occurs when the sum of the three-phase currents is not 0 due to leakage current or the like.
따라서, 하나의 저항 소자를 이용하여 인버터 출력 전류를 감지할 때 상 전류를 저비용으로 간편하고 정확하게 감지하고, 오차를 보정할 수 있는 방법이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a method capable of easily and accurately detecting a phase current at a low cost and correcting an error when sensing an inverter output current using one resistance element.
본 발명의 목적은, 모터에 흐르는 상 전류를 정확하게 검출할 수 있는 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a motor drive device capable of accurately detecting a phase current flowing in a motor and a home appliance having the same.
본 발명의 목적은, 누설전류 등의 영향으로 인한 전류 오차를 보정하여 안정적으로 모터를 구동할 수 있는 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor driving device capable of stably driving a motor by correcting a current error due to the influence of leakage current, and a home appliance having the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, dc단 커패시터, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터, dc단 커패시터와 인버터 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부, 및 출력 전류 검출부를 통해 검출된 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 복수의 스위칭 소자를 제어하며, 스위칭 한 주기의 제1 반주기에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 인버터를 구동하고, 제1 반주기의 다음 반주기인 제2 반주기에서 제1 반주기 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 인버터를 구동할 수 있다.A motor driving apparatus and a home appliance having the same according to an embodiment of the present invention for achieving the above object include a dc stage capacitor and a plurality of switching elements, and by switching operations of the plurality of switching elements, the dc stage capacitor On the basis of the current detected through the output current detection unit for converting a DC power supply to an AC power supply, and outputting the converted AC power to the motor, a dc stage capacitor and an inverter disposed to detect the current, and an output current detection unit, Including an inverter control unit for controlling the inverter, the inverter control unit controls the plurality of switching elements by a space vector-based pulse width control, the first phase current of the three-phase current in the first half cycle of the switching cycle Generates two or more valid vectors for detecting the second phase current, drives the inverter, and detects a valid vector for detecting a third phase current that is not detected during the first half cycle from the second half cycle, which is the next half cycle of the first half cycle. By generating, it is possible to drive the inverter.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터에 흐르는 상 전류를 정확하게 검출할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to accurately detect the phase current flowing through the motor.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 누설전류 등의 영향으로 인한 전류 오차를 보정하여 안정적으로 모터를 구동할 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to stably drive the motor by correcting a current error due to the influence of leakage current or the like.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.Meanwhile, various other effects will be disclosed directly or implicitly in a detailed description according to an embodiment of the present invention to be described later.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 2는 도 1의 모터 구동 장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 3은 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 출력 전류 검출부를 예시하는 도면이다.
도 5는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭 조합에 따른, 공간 벡터 기반의 전압 벡터를 예시하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 전류 추정 기법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터 및 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터에 대응하는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터를 예시하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터에 대응하는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 보상에 대한 설명에 참조되는 도면이다.1 is an example of an internal block diagram of a motor drive device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an example of an internal circuit diagram of the motor driving apparatus of FIG. 1.
3 is an internal block diagram of the inverter control unit of FIG. 2.
4 is a diagram illustrating an output current detection unit of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a voltage vector based on a space vector according to a switching combination of each switching element in an inverter.
6A to 6C are diagrams referenced to describe a current estimation technique.
7 is a diagram illustrating switching of each switching element in a voltage vector and an inverter according to an embodiment of the present invention.
8A to 8E are diagrams illustrating switching of each switching element in an inverter corresponding to a voltage vector according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a voltage vector according to an embodiment of the present invention.
10A to 10D are diagrams illustrating switching of each switching element in an inverter corresponding to a voltage vector according to an embodiment of the present invention.
11 is a view referred to for a description of current compensation according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to these embodiments and can be modified in various forms.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. In the drawings, in order to clearly and briefly describe the present invention, illustration of parts irrelevant to the description is omitted, and the same reference numerals are used for the same or extremely similar parts throughout the specification.
한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.On the other hand, the suffixes "module" and "part" for the components used in the following description are given merely considering the ease of writing the present specification, and do not impart a particularly important meaning or role in itself. Therefore, the "module" and the "unit" may be used interchangeably.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.Further, in the present specification, terms such as first and second may be used to describe various elements, but these elements are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another.
본 명세서에서 기술되는 모터 구동 장치(220)는, 모터의 회전자 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor)와 같이, 감지부가 구비되지 않는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해, 모터의 회전자 위치를 추정할 수 있는 모터 구동 장치이다. 이하에서는, 센서리스 방식의 모터 구동 장치에 대해 설명한다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, 모터 구동부로 명명할 수도 있다.The
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 내부 블록도의 일예이고, 도 2는 도 1의 모터 구동 장치의 내부 회로도의 일예이다.1 is an example of an internal block diagram of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an example of an internal circuit diagram of a motor driving apparatus of FIG. 1.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, 센서리스 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420) 및 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터(410)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L), dc단 커패시터(C), dc단 전압 검출부(B), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭(Pulse Width Modulation: PWM) 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.Meanwhile, the
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되는 출력 전류 검출부(도 4의 Edc 참조)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되는 1개의 dc단 저항 소자(도 4의 Rdc 참조)를 더 포함할 수 있고, 이러한 dc단 저항 소자는 션트(shunt) 저항 소자로 명명될 수도 있다.The
이때, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어한다. At this time, the
이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 1개의 dc단 저항 소자를 이용하여, 순차적으로 검출되는 상 전류 정보를 수신하고, 이에 기초하여, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.To this end, the
한편, 1개의 dc단 저항 소자를 이용하여, 순차적으로 상 전류를 검출할 때, 삼상 전류의 합이 0이라는 것을 전제로 한다. 하지만, 기생 커패시턴스 성분에 의한 누설전류 등의 영향으로 삼상 전류의 합이 0이 아닐 때에는 오차가 발생하게 된다.On the other hand, it is assumed that the sum of three phase currents is 0 when sequentially detecting phase currents using one dc terminal resistance element. However, an error occurs when the sum of the three-phase currents is not 0 due to the influence of the leakage current due to the parasitic capacitance component.
누설전류 등의 영향에 의한 전류 오차를 감지하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, dc단 커패시터(C), 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터(C)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터(420), dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(Edc), 및, 출력 전류 검출부(Edc)를 통해 검출된 전류에 기초하여, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.In order to detect the current error due to the influence of leakage current, the
인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 상기 복수의 스위칭 소자를 제어할 수 있다. The
스위칭 한 주기가 앞의 제1 반주기와 제2 반주기로 구성될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 제2 반주기에서 제1 반주기와 다른 PWM 패턴으로 인버터(420)를 제어할 수 있다.When one switching period is composed of the first half period and the second half period, the
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기의 제1 반주기에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 인버터(420)를 구동할 수 있다.The
또한, 인버터 제어부(430)는, 제1 반주기의 다음 반주기인 제2 반주기에서 제1 반주기 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 인버터(420)를 구동할 수 있다.In addition, the
이에 따라, 삼상 전류의 합이 0이라는 전제로 하나 이상의 상 전류를 추정하는 것이 아니라, 직접 삼상 전류를 모두 검출할 수 있어, 모터(230)에 흐르는 상 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다.Accordingly, rather than estimating one or more phase currents on the premise that the sum of the three phase currents is zero, all three phase currents can be directly detected, thereby accurately detecting the phase current flowing in the
또한, 출력 전류 검출부(Edc)는, 1개의 dc단 저항 소자(Rdc)를 이용하여, 시분할로, 상 전류를 검출함으로써, 제조 비용이 저감되며, 설치가 용이해지는 장점이 있다.In addition, the output current detector (Edc), by using a single dc stage resistor element (Rdc), time-division, by detecting the phase current, the manufacturing cost is reduced, there is an advantage that the installation is easy.
이하에서는, 도 1 및 도 2의 모터 구동 장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of each of the constituent units in the
리액터(L)는, 입력 교류 전원(405)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행할 수 있다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410) 등의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.The reactor L is disposed between the input
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.The input current detector A can detect the input current is input from the commercial
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라질 수 있다.The
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.Meanwhile, the
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.For example, in the case of a single-phase AC power supply, four diodes may be used in the form of a bridge, and in the case of a three-phase AC power supply, six diodes may be used in the form of a bridge.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. 이러한 경우의 컨버터(410)는 정류부(rectifier)라 명명할 수도 있다.Meanwhile, as the
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.When the
dc단 커패시터(C)는, dc 양단에 접속되며, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다. The dc terminal capacitor (C) is connected to both ends of the dc, and smooths the input power and stores it. In the drawing, one device is illustrated as a dc terminal capacitor (C), but a plurality of devices are provided to secure device stability.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다. 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 dc단 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.On the other hand, in the drawing, it is exemplified as being connected to the output terminal of the
한편, dc단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다. On the other hand, since both ends of the dc terminal capacitor (C), DC power is stored, it may also be referred to as a dc terminal or a dc link terminal.
dc단 전압 검출부(B)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.The dc stage voltage detector B may detect the dc stage voltage Vdc that is both ends of the dc stage capacitor C. To this end, the dc stage voltage detector B may include a resistance element, an amplifier, and the like. The detected dc stage voltage (Vdc) may be input to the
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다. The
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. In the
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.The switching elements in the
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)를 입력 받을 수 있다.The
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)를 기초로 생성되어 출력된다. In order to control the switching operation of the
출력 전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력 전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력 전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The output current detector E detects the output current io flowing between the
출력 전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.The output current detector E may be located between the
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다.When a shunt resistor is used, three shunt resistors are located between the
또는, 2개의 션트 저항이 사용되어, 나머지 한 상의 전류를 삼상 평형을 이용하여 연산하는 것도 가능하다.Alternatively, two shunt resistors are used, and it is also possible to calculate the current of the other phase using three-phase equilibrium.
보다 바람직하게는, 1개의 션트 저항이, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 방식을 1 션트(1-shunt) 방식이라 명명할 수 있다.More preferably, one shunt resistor may be disposed between the dc terminal capacitor C and the
1 션트 방식에 따르면, 출력 전류 검출부(E)는, 1 개의 션트 저항 소자(도 4의 Rdc)를 사용하여, 인버터(420)의 하암 스위칭 소자의 턴 온시, 시분할로, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)인 상 전류(phase current)를 검출할 수 있다.According to the one shunt method, the output current detector E flows through the
검출된 출력 전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력 전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력 전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.The detected output current io may be applied to the
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. Meanwhile, the three-
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interidcr Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.Such a
부하(231)는, 홈 어플라이언스(100)에 구현된 동작을 수행하기 위한 것으로, 각 홈 어플라이언스(100)별로 다르게 구성될 수 있다.The
예를 들어, 의류 건조기가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 압축된 공기를 공급하기 위한 송풍팬일 수 있다.For example, when the clothes dryer includes the
다른 예로, 공기조화기가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 실내팬, 실외팬, 냉매를 압축하는 압축기일 수 있다.As another example, when the air conditioner includes the
또 다른 예로, 냉장고가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 냉장실 팬 또는, 냉동실 팬일 수 있다.As another example, when the refrigerator includes the
도 3은 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.3 is an internal block diagram of the inverter control unit of FIG. 2.
도면을 참조하여 설명하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, the
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)를, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환할 수 있다.The
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다. Meanwhile, the
속도 연산부(320)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)에 기초하여, 위치치()를 추정하고, 추정된 위치를 미분하여, 속도()를 연산할 수 있다. The
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다. On the other hand, the current
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.Meanwhile, the current
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.Next, the voltage
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.Meanwhile, the generated d-axis and q-axis voltage command values (v * d , v * q ) are input to the
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치()와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.The
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치()가 사용될 수 있다.First, the
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.Then, the
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.The switching control
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.The output inverter switching control signal Sic may be converted into a gate driving signal by a gate driving unit (not shown), and input to the gate of each switching element in the
한편, 모터 구동 장치(220)는, 인버터(420) 제어를 통하여, 모터(230)를 구동하는 벡터(vector) 제어를 수행하기 위해서 모터(230)에 흐르는 출력 전류, 특히, 상 전류를 감지할 수 있다.On the other hand, the
인버터 제어부(430)는, 감지된 상 전류를 이용하여, 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340)를 통해, 모터(230)를 원하는 속도와 토크(torque)로 제어할 수 있게 된다.The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 출력 전류 검출부를 예시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating an output current detection unit of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하여 설명하면, 출력 전류 검출부(E)는, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되는 션트 저항 소자(Rdc)를 구비할 수 있다.Referring to the drawings, the output current detector E may include a shunt resistor element Rdc disposed between the dc terminal capacitor C and the
인버터 제어부(430)는, dc단 저항 소자(Rdc)에 흐르는 전류에 기초하여, 모터(230)에 흐르는 전류를 감지하고, 감지된 모터 전류에 기초하여 인버터(420)를 제어할 수 있다.The
도면과 같이, 션트 저항 소자(Rdc)를 이용한, 전류 획득 방법을 션트(shunt) 알고리즘이라 한다.As shown in the figure, a current acquisition method using a shunt resistor element Rdc is called a shunt algorithm.
션트 알고리즘은, 션트 저항 소자의 위치와 개수에 따라 1-션트, 2-션트, 3-션트로 구분되는데, 본 발명의 모터 구동 장치(220)는, 1-션트 방식을 이용할 수 있다. 이하 1-션트 방식에 대해 기술한다.The shunt algorithm is divided into 1-shunt, 2-shunt, and 3-shunt according to the position and number of shunt resistor elements. The motor-
이러한 1-션트(shunt) 방식에 따르면, 모터(230)에 흐르는 3 상 전류(a,b,c 상 전류)를, dc단에 배치되는, 하나의 션트(shunt) 저항 소자만으로 획득한다.According to this one-shunt (shunt) method, the three-phase current (a,b,c-phase current) flowing in the
따라서, 전류 센서 없이 상 전류를 감지할 수 있고, 2-션트(shunt), 3-션트(shunt) 방법에 비해, 전압 증폭기, A/D 포트 등의 주변 회로를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 모터 구동 장치(220)의 제조 비용 및 부피가 감소하는 등의 많은 장점이 있다.Therefore, it is possible to sense the phase current without a current sensor, and it is possible to reduce peripheral circuits such as a voltage amplifier and an A/D port as compared to a two-shunt and three-shunt method. In addition, there are many advantages, such as a reduction in manufacturing cost and volume of the
모터 구동 장치(220)는, 1개의 션트 저항 소자(Rdc)를 이용하여 상 전류를 검출할 수 있다. 이때, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.The
도 5는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭 조합에 따른, 공간 벡터 기반의 전압 벡터를 예시한다.5 illustrates a space vector based voltage vector according to a switching combination of each switching element in the inverter.
도면을 참조하면, 인버터(420) 내의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)가 모두 온(On)인 경우, V0(111)의 영 벡터(zero vector)에 대응하며, 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 모두 온(On)인 V7(000)의 영 벡터에 대응하게 된다. 즉, 공간 벡터 영역(800)에, 2개의 영 벡터가 존재한다.Referring to the drawing, when all of the upper and lower switching elements Sa, Sb, and Sc in the
한편, 그 외, 도면에서는, 6개의 유효 벡터(V1~V6)를 예시한다.On the other hand, in the figure, six valid vectors V1 to V6 are illustrated.
도 6a 내지 도 6c는 전류 추정 기법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.6A to 6C are diagrams referenced to describe a current estimation technique.
보다 상세하게는, 도 6a는 제1 유효 벡터(V1)와 제2 유효 벡터(V2)에 대응하여, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이고, 도 6b는 제1 유효 벡터(V1)에서의 전류 패쓰를 예시하는 도면이다.More specifically, FIG. 6A is a diagram illustrating switching of each switching element in the
도면을 참조하여 설명하면, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 스위칭 조합에 따라, 공간 벡터 기반의 전압 벡터가 생성될 수 있다. Referring to the drawings, according to the switching combination of each switching element in the
한편, 제1 유효 벡터(V1)와 제2 유효 벡터(V2)의 조합으로 전압 벡터(v*)가 생성될 수 있다. 이러한 전압 벡터(v*)는, 상술한 전압 지령 생성부(도 3의 340)에서 생성될 수 있다.Meanwhile, a voltage vector v* may be generated by a combination of the first valid vector V1 and the second valid vector V2. The voltage vector v* may be generated by the voltage command generator (340 in FIG. 3) described above.
1-션트 방식은, 한 공간 벡터 기반의 PWM(SVPWM)을 위한 제어 주기(Ts)에서, 유효 벡터가 인가될 때, 션트 저항 소자(Rdc)로부터 상 전류를 검출하고, 검출된 상 전류를 아날로그 디지털(A/D)변환하고, 스위칭 제어 신호 출력부(도 3의 360) 내의 게이트 신호 생성부(미도시)에서, 현재의 섹터와, 유효 벡터를 판단하여, 상 전류를 복원한다. 이때, 벡터가 한 주기(Ts) 내에서 인가되므로, 2상의 상 전류를 복원할 수 있으며, 나머지 한 상의 전류는 세 상의 전류의 합이 0이라는 것을 이용하여 구한다.The 1-shunt method detects a phase current from the shunt resistor element Rdc when an effective vector is applied, in a control period Ts for a spatial vector based PWM (SVPWM), and detects the detected phase current as an analog. Digital (A/D) conversion is performed, and a gate signal generation unit (not shown) in the switching control signal output unit (360 in FIG. 3) determines a current sector and an effective vector to restore a phase current. At this time, since the vector is applied within one period Ts, the two-phase current can be restored, and the current of the other one is obtained by using the sum of the currents of the three phases as zero.
도 6a에서, S51 영역은, 제1 상암 스위칭 소자(Sa) 온, 제2 상암 스위칭 소자(Sb) 오프, 제3 상암 스위칭 소자(Sc) 오프 되는 영역으로써, 제1 유효 벡터(V1) 영역에 대응한다.In FIG. 6A, the region S51 is a region where the first phase cancer switching element Sa is turned on, the second phase cancer switching element Sb is turned off, and the third phase cancer switching element Sc is turned off, in the first effective vector V1 region. To respond.
도 6b에서, 제1 하암 스위칭 소자(S'a), 제2 하암 스위칭 소자(S'b) 및 제3 하암 스위칭 소자(S'c)는, 각 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)에 상보적으로 동작하므로, 입력 전류는, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)를 통해, 입력 되어, 모터(230), 제2 하암 스위칭 소자(S'b) 및 제3 하암 스위칭 소자(S'c)를 경유하여, 션트 저항 소자(Rdc)에 인가된다. 도면에서는, 제1 전류 패쓰(Path 1)를 예시한다.In FIG. 6B, the first lower arm switching element S'a, the second lower arm switching element S'b, and the third lower arm switching element S'c are connected to the respective upper and lower arm switching elements Sa, Sb and Sc. Since it operates complementarily, the input current is input through the first upper arm switching element Sa, and thus the
따라서, 출력 전류 검출부(Edc)는, 제1 유효 벡터(V1)의 인가 시간인 T2/2 시간 동안에 a 상 전류인 ia를 검출한다.Therefore, the output current detection unit Edc detects a phase current ia during T2/2 time, which is the application time of the first effective vector V1.
출력 전류 검출부(Edc)는, 동일한 방식에 의해, 제2 유효 벡터(V2)의 인가 시간인 T1/2 시간 동안, c 상 전류인 -ic를 검출할 수 있다.The output current detector Edc can detect the c-phase current -ic during T1/2 time, which is the application time of the second effective vector V2, in the same manner.
인버터 제어부(430)는, 나머지 b 상 전류인 ib를 내부 연산을 통하여 얻을 수 있다.The
도 6c는, 각 벡터에 대한, 출력 전류 검출부(Edc)에서 검출되는 모터 전류의 상태를 예시하는 도면이다.6C is a diagram illustrating a state of a motor current detected by the output current detector Edc for each vector.
도면을 참조하면, 섹터 1에서의 제1 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, a 상 전류인 Ias 전류가 검출되며, 섹터 2에서의 제2 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, c 상 전류인 -Ics 전류가 검출되며, 섹터 3에서의 제3 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, b 상 전류인 Ibs 전류가 검출되며, 섹터 4에서의 제4 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, a 상 전류인 -Ias 전류가 검출되며, 섹터 5에서의 제5 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, c 상 전류인 Ics 전류가 검출되며, 섹터 6에서의 제6 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, b 상 전류인 -Ibs 전류가 검출된다.Referring to the drawing, for a first effective vector in
한편, 영 벡터인, V0, V7 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, 전류 검출이 불가능하게 된다.On the other hand, for the zero vectors, V0 and V7 vectors, current detection becomes impossible through the shunt resistor element Rdc.
상술한 것과 같이 통상적인 1-Shunt 전류 감지 기법은 전류의 합이 0라는 관점에서 제어를 한다. 예를 들어, 2상의 전류를 감지하고, ia + ib + ic = 0이라는 전제로 나머지 한 상의 전류를 계산한다. 즉, ia와 ib가 측정되면, ic = -ia - ib로 계산한다.As described above, the conventional 1-shunt current sensing technique controls from the viewpoint that the sum of currents is zero. For example, the current of the two phases is sensed, and the current of the other one phase is calculated on the premise that ia + ib + ic = 0. That is, if ia and ib are measured, ic = -ia-ib is calculated.
하지만, 나머지 상 전류를 산출하기 위한 전제인 ia + ib + ic = 0 이 만족되지 않는 경우에는 상 전류 계산 값이 맞지 않는 문제가 있다. 이러한 현상에 따라 불안정한 제어가 반복되다가 발산하는 현상이 발생한다.However, when ia + ib + ic = 0, which is a premise for calculating the remaining phase current, is not satisfied, there is a problem that the phase current calculation value does not match. According to this phenomenon, unstable control is repeated and then diverges.
이와 같이, 전류의 3상 합이 0이 아닌 경우, 종래의 1-Shunt 로직에서는 오차가 발생할 수 밖에 없고, 이렇게 중성점 전류가 발생하는 경우 발산하게 된다.As described above, when the sum of the three phases of the current is not 0, an error is inevitably generated in the conventional 1-shunt logic, and is diverted when a neutral current is generated.
예를 들어, 모터의 조립 공차에 의한 누설이 발생하는 경우 1-Shunt에서 전류의 왜곡 현상이 발생하고, 제어 오차 및 센서리스 오차를 증가시킬 수 있다. For example, when leakage occurs due to assembly tolerance of the motor, a current distortion occurs in 1-shunt, and control error and sensorless error can be increased.
본 발명은 1-shunt 전류 감지 기법에서 3상의 전류 합이 0가 되지 않더라도 3상의 전류를 모두 측정할 수 있다. The present invention can measure all three phase currents even if the sum of three phase currents is not 0 in the 1-shunt current sensing technique.
또한, 본 발명은 오차를 저감하기 위한 1-Shunt 벡터 제어 방법을 제안한다.In addition, the present invention proposes a 1-Shunt vector control method for reducing errors.
본 발명에 따르면, 3상의 전류 합이 0가 되지 않는 오차가 발생한 상태에서는 전류 보정을 수행하여 전류의 값이 0가 될 수 있도록 한다.According to the present invention, in the state in which an error in which the sum of the currents of the three phases does not become 0, current correction is performed so that the value of the current becomes 0.
따라서, 모터의 문제에 의해서 중성점 전류가 발생하더라도 이를 보완하여 제어기 발산을 방지할 수 있다.Therefore, even if a neutral point current is generated due to a problem of the motor, it is possible to compensate for this and prevent divergence of the controller.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터 및 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating switching of each switching element in a voltage vector and an inverter according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4 등을 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, dc단 커패시터(C), 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터(C)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터(420), dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(Edc), 및, 출력 전류 검출부(Edc)를 통해 검출된 전류에 기초하여, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.1 to 4, the
여기서, 상기 출력 전류 검출부(Edc)는, 하나의 저항 소자(Rdc)를 포함하여 1-션트 방식으로 전류를 검출할 수 있다.Here, the output current detection unit Edc includes one resistance element Rdc to detect the current in a 1-shunt method.
한편, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 상기 복수의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.Meanwhile, the
도 7의 (a)는, 섹터 1에서 제어기 위상(Theta)의 증가에 따른 제1 전압 벡터(710), 제2 전압 벡터(720), 제3 전압 벡터(730), 제4 전압 벡터(740)를 예시한다.7A, a
도 7의 (b)는, 제3 전압 벡터(730)에 대응하는 스위칭 한 주기에서의 스위칭 소자의 스위칭을 예시한다.FIG. 7B illustrates switching of the switching element in one switching cycle corresponding to the
도 7의 (b)를 참조하면, 스위칭 한 주기(Ts)가 앞의 제1 반주기(Ts1)와 제2 반주기(Ts2)로 구성될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 제2 반주기(Ts2)에서 제1 반주기(Ts1)와 다른 PWM 패턴으로 인버터(420)를 제어할 수 있다.Referring to (b) of FIG. 7, when the switching period Ts is composed of the first half period Ts1 and the second half period Ts2, the
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기(Ts)의 제1 반주기(Ts1)에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 인버터(420)를 구동할 수 있다.The
또한, 인버터 제어부(430)는, 제1 반주기(Ts1)의 다음 반주기인 제2 반주기(Ts2)에서 제1 반주기(Ts1) 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 인버터(420)를 구동할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 제1 반주기(Ts1)에서 제2 유효 벡터(V2(110))로 W상의 상 전류(ic)를 검출할 수 있다. 또한, 제1 유효 벡터(V1(100))로 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.For example, the phase current ic of the W phase may be detected by the second
즉, 도 7의 (b)의 예에서, 제1 반주기(Ts1) 동안 W상의 상 전류(ic)와 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.That is, in the example of FIG. 7B, the phase current ic of the W phase and the phase current ia of the U phase can be detected during the first half period Ts1.
하지만, 제1 반주기(Ts1) 동안에 V상의 상 전류(ib)는 검출되지 않는다. 종래에는 W상의 상 전류(ic)와 U상의 상 전류(ia)로 V상의 상 전류(ib)를 추정하였지만, 본 발명은 V상의 상 전류(ib)를 측정하기 위한 검출용 유효 벡터를 생성하여 인버터(420)를 구동할 수 있다.However, the phase current ib of the V phase is not detected during the first half period Ts1. Conventionally, the phase current (ib) of the V phase was estimated by the phase current (ic) of the W phase and the phase current (ia) of the U phase, but the present invention generates an effective vector for detection to measure the phase current (ib) of the V phase The
도 7의 (b)의 예에서, 제2 반주기(Ts2)에서 검출용 유효 벡터인 제6 유효 벡터(V6(101))를 강제 인가하여 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다. In the example of FIG. 7B, the phase current ib of the V phase can be detected by forcibly applying the sixth effective vector V6 (101) as the effective vector for detection in the second half period Ts2.
또는, 제2 반주기(Ts2)에서 검출용 유효 벡터로 제3 유효 벡터(V3(010))를 이용하여 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다. Alternatively, the phase current ib of the V phase may be detected by using the third valid vector V3 (010) as the effective vector for detection in the second half period Ts2.
통상적으로 스위칭 한 주기(Ts) 내에서 중간지점을 기준으로 대칭되게 제어하나, 본 발명은 나머지 한 상의 상 전류를 검출하기 위한 검출용 유효 벡터를 강제 인가하여 스위칭 한 주기(Ts) 내에 3상의 상 전류를 모두 검출할 수 있다.Normally, the control is performed symmetrically based on the midpoint within one switching period (Ts), but the present invention forcibly applies an effective vector for detection to detect the phase current of the other one phase, so that the three-phase within the switching period (Ts) All currents can be detected.
본 발명은, 삼상 전류의 합이 0이라는 전제로 하나 이상의 상 전류를 추정하는 것이 아니라, 직접 삼상 전류를 모두 검출할 수 있어, 모터(230)에 흐르는 상 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다.The present invention does not estimate one or more phase currents on the premise that the sum of the three phase currents is zero, but can directly detect all three phase currents, thereby accurately detecting the phase current flowing through the
한편, 상기 검출용 유효 벡터는, 상기 제2 반주기(Ts2)의 유효 벡터 중 마지막 유효 벡터일 수 있다. 도 6의 (b)의 예에서, 제6 유효 벡터(V6(101))가 마지막 유효 벡터일 수 있고, 제6 유효 벡터(V6(101)) 뒤에는 영 벡터가 인가될 수 있다.Meanwhile, the valid vector for detection may be the last valid vector among the valid vectors of the second half period Ts2. In the example of FIG. 6B, the sixth valid vector V6(101) may be the last valid vector, and the zero vector may be applied after the sixth valid vector V6(101).
또한, 상기 검출용 유효 벡터는 소정 섹터에서는 한번만 인버터(420)로 인가될 수 있다. 또한, 상기 검출용 유효 벡터는 다른 유효 벡터 인가 시간보다 짧게 인가될 수 있다. 즉, 스위칭 한 주기(Ts) 내에서 상기 검출용 유효 벡터의 인가 시간은 가장 짧을 수 있다.Also, the effective vector for detection may be applied to the
이에 따라, 순시적으로 전압 벡터가 왜곡되는 현상, 전기적 소음 등을 최소화할 수 있다.Accordingly, it is possible to minimize the phenomenon that the voltage vector is distorted instantaneously, electrical noise, and the like.
한편, 인버터 제어부(430)는, 상기 검출된 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 합산하여 산출된 값이 0이 아닌 경우에 전류 오차가 존재하는 것으로 판별할 수 있다.Meanwhile, the
이상적으로 3상 전류의 합의 평형을 이루어 0이 되어야 한다. 하지만, 기생 커패시턴스 성분에 의한 누설 전류 등으로 3상 전류의 합이 0이 되지 않으면, 인버터 제어부(430)는, 전류 오차가 존재하는 것으로 판별할 수 있다.Ideally, the sum of the three-phase currents should be balanced to be zero. However, if the sum of three-phase currents does not become 0 due to leakage current due to parasitic capacitance components, the
또한, 인버터 제어부(430)는, 상기 검출된 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 합산하여 전류 오차를 추정할 수 있다.In addition, the
즉, ia + ib + ic = ierror(전류 오차)가 된다. 만약 ia + ib + ic = 0이면, ierror(전류 오차)가 0이고 전류 오차가 발생하지 않은 것이다.That is, ia + ib + ic = ierror (current error). If ia + ib + ic = 0, ierror (current error) is 0 and no current error has occurred.
한편, 인버터 제어부(430)는, 상기 추정된 전류 오차(ierror)를 상쇄하는 전류 보상을 수행할 수 있다.Meanwhile, the
실시예에 따라서, 인버터 제어부(430)는, 상기 추정된 전류 오차를 누적하여 저장할 수 있다. 이 경우에도 인버터 제어부(430)는 누적된 전류 오차를 이용하여 전류 보상을 수행할 수 있다.According to an embodiment, the
한편, 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 인버터 제어부(430)는 상기 출력 전류 검출부(Edc)를 통해 검출된 전류에 기초하여, 상기 모터(230)의 회전자 속도를 연산하는 속도 연산부(320), 상기 연산된 속도 정보와, 속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부(330), 상기 전류 지령치와 상기 검출된 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부(340), 및, 상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터(420)를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다. On the other hand, as described with reference to Figure 3, the
모터(230)의 조립 공차에 의한 누설이 발생하는 경우 1-Shunt에서 전류의 왜곡 현상이 발생하고, 제어기 오차 및 센서리스 오차를 증가시킬 수 있다. When a leakage occurs due to assembly tolerance of the
한편, 제어기는 전류 제어기일 수 있다. 여기서, 전류 제어기는 전압 지령 생성부(340)일 수 있다. 경우에 따라서, 전류 제어기는 전류 지령 생성부(330)를 더 포함하는 개념일 수 있다.Meanwhile, the controller may be a current controller. Here, the current controller may be a
본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는 일반적인 1-Shunt 로직(Logic) 중간에 누설 전류를 감지하기 위하여 3상을 모두 감지하는 검출용 유효 벡터를 강제로 인가한다. The
인버터 제어부(430)는 이때 감지한 오차를 누적하며, 전류 위상에 동기화하여 보상할 수 있다.The
본 발명은 중성점 전류가 발생하는 경우, 제어 오차를 보정하여 모터에 의한 누설에 강인한 제어가 가능한 장점이 있다. 따라서, 모터의 공차나, 노화에 따른 오차를 보정하고 안정적으로 모터를 운용할 수 있다.The present invention has an advantage in that when a neutral point current is generated, a control error is corrected and robust control against leakage by a motor is possible. Therefore, it is possible to correct the error due to the tolerance of the motor or aging and operate the motor stably.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터에 대응하는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면으로, 도 8a는 제1 전압 벡터(710)에 대응하고, 도 8b는 제2 전압 벡터(720)에 대응하며, 도 8c는 제3 전압 벡터(730)에 대응하고, 도 8d는 제4 전압 벡터(740)에 대응한다.8A to 8E are diagrams illustrating switching of each switching element in an inverter corresponding to a voltage vector according to an embodiment of the present invention, FIG. 8A corresponds to a
본 발명에 따르면, 소정 전압 벡터에서 3상 전류를 모두 검출할 수 있다.According to the present invention, it is possible to detect all three-phase currents in a predetermined voltage vector.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 섹터 1의 제3 전압 벡터(730)를 이용하여, V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다. 8A to 8D, the phase current ib of V phase can be detected using the
제1 전압 벡터(710), 제2 전압 벡터(720), 제4 전압 벡터(740)에서는 W상의 상 전류(ic)와 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다. 하지만, 제1 전압 벡터(710), 제2 전압 벡터(720), 제4 전압 벡터(740)에서는 V상의 상 전류(ib)는 검출되지 않는다. In the
또한, 제3 전압 벡터(730)에서도 제1 반주기(Ts1) 동안 제2 유효 벡터(V2(110))로 W상의 상 전류(ic)를 검출하고, 제1 유효 벡터(V1(100))로 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.In addition, the
제3 전압 벡터(730)의 제1 반주기(Ts1) 동안에 V상의 상 전류(ib)는 검출되지 않지만, 제2 반주기(Ts2)에 검출용 유효 벡터로 제6 유효 벡터(V6(101))를 이용하여 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다. The phase current ib of the V phase is not detected during the first half period Ts1 of the
한편, 모든 스위칭 주기마다 검출용 유효 벡터를 인가하는 것이 바람직하지 않고, 도 8a 내지 도 8d와 같이 한 섹터에서 한번 인가하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is not preferable to apply the effective vector for detection every switching cycle, and it is preferable to apply once in one sector as shown in FIGS. 8A to 8D.
도 8e는 섹터 1의 다른 검출용 유효 벡터를 예시한다. 도 8e를 참조하면, 검출용 유효 벡터로 제3 유효 벡터(V3(010))를 이용하여 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다. 8E illustrates another valid vector for detection of
본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는, 벡터 제어중 PWM 패턴을 변경하여 3상 전류를 모두 감지할 수 있는 PWM을 출력할 수 있다.The
또한, 본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는, 이러한 PWM으로 3상 전류의 불균형을 감지하고, 이를 누적하여 저장할 수 있다.In addition, the
또한, 본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는, 저장된 오차 성분을 출력의 위상에 동기화하여 보상할 수 있다.In addition, the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터를 예시하는 도면이고, 도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터에 대응하는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating a voltage vector according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 10A to 10D are diagrams illustrating switching of each switching element in an inverter corresponding to the voltage vector according to an embodiment of the present invention .
도 9는, 섹터 2에서 제어기 위상(Theta)의 증가에 따른 제1 전압 벡터(910), 제2 전압 벡터(920), 제3 전압 벡터(930), 제4 전압 벡터(940)를 예시한다.9 illustrates a
도 10a는 제1 전압 벡터(910)에 대응하고, 도 10b는 제2 전압 벡터(920)에 대응하며, 도 10c는 제3 전압 벡터(930)에 대응하고, 도 10d는 제4 전압 벡터(940)에 대응한다.FIG. 10A corresponds to the
도 9 및 도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 섹터 2의 제3 전압 벡터(930)를 이용하여, U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다. 9 and 10A to 10D, it is possible to detect the phase current ia of the U phase using the
제1 전압 벡터(910), 제2 전압 벡터(920), 제4 전압 벡터(940)에서는 W상의 상 전류(ic)와 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다. 하지만, 제1 전압 벡터(910), 제2 전압 벡터(920), 제4 전압 벡터(940)에서는 U상의 상 전류(ia)는 검출되지 않는다. In the
또한, 제3 전압 벡터(930)에서도 제1 반주기(Ts1) 동안 제2 유효 벡터(V2(110))로 W상의 상 전류(ic)를 검출하고, 제3 유효 벡터(V3(010))로 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다.Also, in the
제3 전압 벡터(930)의 제1 반주기(Ts1) 동안에 U상의 상 전류(ia)는 검출되지 않지만, 제2 반주기(Ts2)에 검출용 유효 벡터로 제4 유효 벡터(V4(011))를 이용하여 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.The phase current ia of the U phase is not detected during the first half period Ts1 of the
한편, 모든 스위칭 주기마다 검출용 유효 벡터를 인가하는 것이 바람직하지 않고, 도 10a 내지 도 10d와 같이 한 섹터에서 한번 인가하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is not preferable to apply the effective vector for detection every switching period, and it is preferable to apply once in one sector as shown in FIGS. 10A to 10D.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 보상에 대한 설명에 참조되는 도면이다.11 is a view referred to for a description of current compensation according to an embodiment of the present invention.
도 11의 (a)는 제어기 위상(Theta)의 일예를 도시한 것이고, 도 11의 (b)는 감지된 전류 오차(ierror)를 예시하고, 도 11의 (c)는 전류 오차(ierror)에 대응하는 보상 전류를 예시한 것이다.11(a) shows an example of the controller phase (Theta), FIG. 11(b) illustrates the sensed current error (ierror), and FIG. 11(c) shows the current error (ierror). The corresponding compensation current is illustrated.
도 11의 (a)와 같이 제어기 위상(Theta)이 변함에 따라 인버터 제어부(140)는 기존의 1-Shunt 제어 로직으로 동작을 시작할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 11, as the controller phase (Theta) changes, the inverter control unit 140 may start operation with the existing 1-Shunt control logic.
그러다, 인버터 제어부(140)는 섹터 1의 경우 제1 유효 벡터와 제2 유효 벡터의 중간 지점이 되었을 때 3상을 모두 감지하는 것이 가능한 검출용 유효 벡터를 출력한다.However, the inverter control unit 140 outputs a valid vector for detection capable of detecting all three phases when the
즉, 인버터 제어부(140)는 기존의 1-Shunt 제어 로직에 따라 2상의 상 전류를 검출하고, 3상 중 나머지 상 전류를 검출하기 위한 검출용 유효 벡터를 출력할 수 있다.That is, the inverter control unit 140 may detect the two-phase current according to the existing 1-Shunt control logic, and output a valid vector for detection to detect the remaining phase current among the three phases.
이에 따라, 모든 상 전류를 검출할 수 있고, 3상의 불균형을 감지할 수 있다. 도 11의 (b)와 같이, 3상의 불균형은 전류 오차(ierror)로 나타낼 수 있다.Accordingly, all phase currents can be detected, and three-phase imbalance can be detected. As shown in (b) of FIG. 11, the three-phase imbalance can be represented by an current error (ierror).
한편 인버터 제어부(140)는 도 11의 (c)와 같은 전류 오차(ierror)에 대응하는 보상 전류로 감지된 에러(Error)를 보간하여 전류 오차를 보정할 수 있다.Meanwhile, the inverter control unit 140 may correct the current error by interpolating an error detected as a compensation current corresponding to the current error (ierror) as shown in FIG.
본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The motor driving apparatus and the home appliance having the same according to the present invention are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, and the above embodiments are all of the embodiments so that various modifications can be made. Alternatively, a part may be selectively combined and configured.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. In addition, various modifications can be implemented by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical idea or prospect of the present invention.
220: 모터 구동 장치
230: 모터
231: 부하
410: 컨버터
420: 인버터
430: 인버터 제어부220: motor drive
230: motor
231: load
410: converter
420: inverter
430: inverter control
Claims (9)
복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 상기 dc단 커패시터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
상기 dc단 커패시터와 상기 인버터 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
상기 출력 전류 검출부를 통해 검출된 전류에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하고,
상기 인버터 제어부는,
공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 복수의 스위칭 소자를 제어하며,
스위칭 한 주기의 제1 반주기에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 상기 인버터를 구동하고,
상기 제1 반주기의 다음 반주기인 제2 반주기에서 상기 제1 반주기 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 상기 인버터를 구동하며,
상기 검출된 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 합산하여 전류 오차를 추정하고,
상기 추정된 전류 오차를 상쇄하는 전류 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.dc stage capacitor;
An inverter which includes a plurality of switching elements, converts the DC power of the dc terminal capacitor into AC power by the switching operation of the plurality of switching elements, and outputs the converted AC power to the motor;
An output current detector arranged between the dc terminal capacitor and the inverter to detect current; And
Includes; an inverter control unit for controlling the inverter, based on the current detected through the output current detection unit,
The inverter control unit,
By controlling the space vector-based pulse width variable control, the plurality of switching elements are controlled,
In the first half cycle of the switching cycle, two or more effective vectors for detecting the first phase current and the second phase current among the three phase currents are generated to drive the inverter,
In the second half cycle, which is the next half cycle of the first half cycle, an effective vector for detecting a third phase current that is not detected during the first half cycle is generated to drive the inverter,
The current error is estimated by summing the detected first phase current, second phase current, and third phase current,
And a motor compensation device that compensates for the estimated current error.
상기 출력 전류 검출부는, 하나의 저항 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.According to claim 1,
The output current detection unit, a motor drive device characterized in that it comprises a single resistance element.
상기 검출용 유효 벡터는,
상기 제2 반주기의 유효 벡터 중 마지막 유효 벡터인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.According to claim 1,
The effective vector for detection,
And a last valid vector among the valid vectors of the second half period.
상기 인버터 제어부는,
상기 검출된 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 합산하여 산출된 제1값이 0이 아닌 경우에 전류 오차가 존재하는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.According to claim 1,
The inverter control unit,
And determining that a current error exists when the first value calculated by summing the detected first phase current, second phase current, and third phase current is not zero.
상기 인버터 제어부는,
상기 추정된 전류 오차를 누적하여 저장하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
The inverter control unit,
A motor driving apparatus characterized by accumulating and storing the estimated current error.
상기 인버터 제어부는,
상기 출력 전류 검출부를 통해 검출된 전류에 기초하여, 상기 모터의 회전자 속도를 연산하는 속도 연산부;
상기 연산된 속도 정보와, 속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
상기 전류 지령치와 상기 검출된 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
The inverter control unit,
A speed calculating unit calculating a rotor speed of the motor based on the current detected through the output current detecting unit;
A current command generator for generating a current command value based on the calculated speed information and the speed command value;
A voltage command generator for generating a voltage command value based on the current command value and the detected current; And
And a switching control signal output unit outputting a switching control signal for driving the inverter based on the voltage command value.
A home appliance comprising the motor drive device of any one of claims 1 to 4, 7 or 8.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |