KR102379836B1 - Mootor driver and air conditioner including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부호부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터와, 정류부와 커패시터 사이에, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는, 인버터 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력한다. 이에 따라, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 구동가능하게 된다.The present invention relates to a motor driving device and an air conditioner having the same. A motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention includes a rectifying unit for rectifying an input AC power, a capacitor for storing a pulsating voltage from the rectifying code, and a boost output by boosting the power rectified from the rectifying unit between the rectifying unit and the capacitor An inverter having a converter, a pulsating voltage detector detecting a pulsating voltage, and a plurality of switching elements, using the voltage across the capacitor to output the converted AC power to the motor; based on an inverter control unit for controlling the inverter, wherein the inverter control unit calculates an inverter switching control signal corresponding to the turn-on duty of a plurality of switching elements in the inverter during a half period of a switching period corresponding to the switching frequency, print out Accordingly, it is possible to stably drive the motor driving device using a small-capacity capacitor even with a sudden voltage change at the dc terminal.
Description
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 구동가능한 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.The present invention relates to a motor driving device and an air conditioner having the same, and more particularly, to a motor driving device capable of stably driving a motor driving device using a small-capacity capacitor despite a sudden voltage change in the dc terminal, and an air having the same It's about harmonization.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다. The air conditioner is installed to provide a more comfortable indoor environment for humans by discharging hot and cold air into the room to create a comfortable indoor environment, controlling the indoor temperature, and purifying the indoor air. In general, an air conditioner includes an indoor unit configured as a heat exchanger and installed indoors, and an outdoor unit configured as a compressor and a heat exchanger and supplying refrigerant to the indoor unit.
본 발명의 목적은, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 구동가능한 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a motor driving device capable of stably driving a motor driving device using a small-capacity capacitor even with a sudden voltage change at a dc terminal, and an air conditioner having the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부호부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터와, 정류부와 커패시터 사이에, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는, 인버터 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력한다. A motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a rectifying unit for rectifying an input AC power, a capacitor for storing a pulsating voltage from the rectifying code, and between the rectifying unit and the capacitor, the power rectified from the rectifying unit an inverter including a boost converter that boosts and outputs the voltage, a pulsation voltage detector that detects a pulsating voltage, and a plurality of switching elements, and outputs the converted AC power to the motor by using the voltage across the capacitor; and a pulsating voltage detector based on the pulsating voltage detected in the inverter, comprising an inverter control unit for controlling the inverter, the inverter control unit, the inverter switching control signal corresponding to the turn-on duty of the plurality of switching elements in the inverter, the switching period corresponding to the switching frequency It calculates and outputs for half the period.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기와, 압축기 내의 모터를 구동하기 위한 압축기 모터 구동 장치를 포함하며, 압축기 모터 구동 장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부와 커패시터 사이에, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터와, 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는, 인버터 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력한다. In addition, an air conditioner according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a compressor for compressing a refrigerant, a heat exchanger for performing heat exchange using the compressed refrigerant, and a compressor motor driving device for driving a motor in the compressor A compressor motor driving device comprising: a rectifying unit for rectifying input AC power; a boost converter between the rectifying unit and the capacitor to step-up and output the power rectified from the rectifying unit; and a capacitor for storing the pulsating voltage from the rectifying unit; Based on the pulsating voltage detection unit for detecting the pulsating voltage, the inverter having a plurality of switching elements and using the voltage across the capacitor to output the converted AC power to the motor, and the pulsating voltage detected by the pulsating voltage detecting unit, an inverter control unit for controlling the inverter, wherein the inverter control unit calculates and outputs an inverter switching control signal corresponding to the turn-on duty of a plurality of switching elements in the inverter during a half period of a switching period corresponding to the switching frequency.
본 발명의 일실시예에 따르면, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부호부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터와, 정류부와 커패시터 사이에, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는, 인버터 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력함으로써, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 모터 구동이 가능하게 된다. According to an embodiment of the present invention, a motor driving apparatus and an air conditioner having the same include a rectifying unit for rectifying an input AC power, a capacitor for storing a pulsating voltage from the rectifying code, and between the rectifying unit and the capacitor, rectifying from the rectifying unit An inverter including a boost converter for boosting and outputting the converted power, a pulsating voltage detecting unit for detecting a pulsating voltage, and a plurality of switching elements, using the voltage across the capacitor to output the converted AC power to the motor; Based on the pulsating voltage detected by the voltage detection unit, comprising an inverter control unit for controlling the inverter, the inverter control unit, the inverter switching control signal corresponding to the turn-on duty of a plurality of switching elements in the inverter, the switching corresponding to the switching frequency By calculating and outputting during the half period of the cycle, it is possible to stably drive the motor even in the case of a sudden voltage change at the dc stage in a motor driving device using a small-capacitance capacitor.
특히, 스위칭 주기의 절반 기간 마다, 맥동 전압을 검출하고, 검출된 맥동 전압을 이용하여, 인버터 스위칭 제어 신호를, 생성함으로써, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 모터 구동이 가능하게 된다. In particular, by detecting a pulsating voltage every half period of the switching cycle and using the detected pulsating voltage to generate an inverter switching control signal, it is stable even with sudden voltage fluctuations at the dc stage in a motor driving device using a small capacitor. motor can be driven.
한편, 인버터 제어부는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차에 기초하여, 지연 보상치를 연산하는 맥동 전압 지연 보상부를 구비함으로써, 맥동하는 커패시터 양단 전압에 대응하여 인버터 제어를 수행할 수 있게 된다. 따라서, 모터로 인가되는 출력 전류의 파형의 포락선이 일정하게 된다. On the other hand, the inverter control unit includes a pulsating voltage delay compensator that calculates a delay compensation value based on a delay error that is a difference between the detected pulsating voltage and an instantaneous value of the pulsating voltage, thereby controlling the inverter in response to the voltage across the pulsating capacitor. be able to perform Accordingly, the envelope of the waveform of the output current applied to the motor becomes constant.
한편, 커패시터와 인버터 사이에 모터로부터의 회생 전력을 소비하는 회생 전력 소비부가 배치됨으로써, 회생 전력 소비가 가능하게 된다. On the other hand, the regenerative power consumption unit for consuming regenerative power from the motor is disposed between the capacitor and the inverter, so that regenerative power consumption is possible.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 실외기 내의 압축기 구동을 위한 모터 구동장치의 블록도의 다양한 예이다.
도 4a는 도 3a 내지 도 3b의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4b는 도 3b의 컨버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 5a는 도 3a의 컨버터의 회로도의 일예이다.
도 5b는 도 3b의 컨버터의 회로도의 다른 예이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5b의 모터 구동 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 회생 전력 소비부의 회로도의 일예이다.
도 8 내지 도 9e는 도 4a의 인버터 제어부의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 10은 도 3b의 컨버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.1 is a diagram illustrating the configuration of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an outdoor unit and an indoor unit of FIG. 1 .
3A to 3B are various examples of block diagrams of a motor driving apparatus for driving a compressor in the outdoor unit of FIG. 1 .
4A is an internal block diagram of the inverter control unit of FIGS. 3A to 3B .
4B is an internal block diagram of the converter control unit of FIG. 3B.
5A is an example of a circuit diagram of the converter of FIG. 3A.
5B is another example of a circuit diagram of the converter of FIG. 3B.
6A to 6D are diagrams referred to in the description of the motor driving apparatus of FIG. 5B .
7 is an example of a circuit diagram of a regenerative power consumption unit according to an embodiment of the present invention.
8 to 9E are diagrams referred to in the description of the operation of the inverter control unit of FIG. 4A.
10 is an example of an internal block diagram of the converter control unit of FIG. 3B.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
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.The suffixes “module” and “part” for the components used in the following description are given simply in consideration of the ease of writing the present specification, and do not impart a particularly important meaning or role by themselves. Accordingly, the terms “module” and “unit” may be used interchangeably.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating the configuration of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 공기조화기는 도 1에 도시된 바와 같이, 대형의 공기조화기(50)로서, 복수의 실내기(31 내지 35), 복수의 실내기에 연결되는 복수의 실외기(21, 22), 복수의 실내기 각각과 연결되는 리모컨(41 내지 45), 그리고 복수의 실내기 및 실외기를 제어하는 원격제어기(10)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the air conditioner according to the present invention is a large-
원격제어기(10)는 복수의 실내기(31 내지 36) 및 복수의 실외기(21, 22)와 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어한다. 이때, 원격제어기(10)는 복수의 실내기에 연결되어 실내기에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어, 그룹제어 등을 수행할 수 있다. The
공기조화기는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 이하 설명의 편의를 위하여 천장형 공기조화기를 예로 설명한다. 또한, 공기조화기는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다. The air conditioner may be any one of a stand-type air conditioner, a wall-mounted air conditioner, and a ceiling-type air conditioner. However, for convenience of description, the ceiling-type air conditioner will be described as an example below. In addition, the air conditioner may further include at least one of a ventilator, an air purifier, a humidifier, and a heater, and may operate in conjunction with the operation of the indoor unit and the outdoor unit.
실외기(21, 22)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다. The
실외기(21, 22)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31 내지 35)로 냉매를 공급한다. 실외기(21,22)는 원격제어기(10) 또는 실내기(31 내지 35)의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 된다. The
이때, 실외기(21, 22)는 복수의 실외기가, 각각 연결된 실내기로 각각 냉매를 공급하는 것을 기본으로 하여 설명하나, 실외기 및 실내기의 연결구조에 따라 복수의 실외기가 상호 연결되어 복수의 실내기로 냉매를 공급할 수도 있다. In this case, the
실내기(31 내지 35)는 복수의 실외기(21, 22) 중 어느 하나에 연결되어, 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31 내지 35)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.The
이때, 실외기(21, 22) 및 실내기(31 내지 35)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하고, 실외기 및 실내기는 원격제어기(10)와 별도의 통신선으로 연결되어 원격제어기(10)의 제어에 따라 동작한다. At this time, the
리모컨(41 내지 45)는 실내기에 각각 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신하며, 경우에 따라 복수의 실내기에 하나의 리모컨이 연결되어 하나의 리모컨 입력을 통해 복수의 실내기의 설정이 변경될 수 있다. The
또한, 리모컨(41 내지 45)은 내부에 온도감지센서를 포함할 수 있다. In addition, the
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.FIG. 2 is a schematic diagram of an outdoor unit and an indoor unit of FIG. 1 .
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분된다. Referring to the drawings, the
실외기(21)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다. The
실내기(31)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다. The
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.At least one
또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.In addition, the
한편, 도 2에서는 실내기(31)와 실외기(21)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.Meanwhile, although FIG. 2 shows one
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는 압축기 고둥을 위한 모터 구동장치(200)에 의해 구동될 수 있다. The
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 실외기 내의 압축기 구동을 위한 모터 구동장치의 블록도의 다양한 예이다.3A to 3B are various examples of block diagrams of a motor driving apparatus for driving a compressor in the outdoor unit of FIG. 1 .
먼저, 도 3a의, 모터 구동장치(200)는, 압축기 모터(250)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(220)와, 인버터(220)를 제어하는 인버터 제어부(230)와, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210), 컨버터(210)를 제어하는 컨버터 제어부(215), 회생 전력 소비부(270)를 포함할 수 있다.First, in FIG. 3A , the
모터 구동장치(200)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 압축기 모터(250)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 모터 구동장치(200)는, 전력변환장치 또는 압축기 구동장치라고도 할 수 있다.The
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 수십 μF 이하의 저용량의 dc단 커패시터(C)를 사용하는 것으로 한다. 예를 들어, 저용량의 dc단 커패시터(C)는, 전해 커패시터가 아닌, 필름 커패시터를 포함할 수 있다.On the other hand, in the motor driving apparatus according to the embodiment of the present invention, it is assumed that a low-capacity dc terminal capacitor C of several tens of μF or less is used. For example, the low-capacity dc terminal capacitor C may include a film capacitor, not an electrolytic capacitor.
저용량의 커패시터를 사용하는 경우, dc단 전압의 변화가 커져, 맥동하게되며, 평활 동작이 거의 수행되지 않게 된다.When a low-capacity capacitor is used, the change in the dc terminal voltage becomes large and pulsates, and a smoothing operation is hardly performed.
이러한, 수십 μF 이하의 저용량의 dc단 커패시터(C)를 구비하는 모터 구동 장치를, 커패시터리스(capacitorless) 기반의 모터 구동장치라 할 수 있다. A motor driving device having such a low-capacity dc terminal capacitor C of several tens of μF or less may be referred to as a capacitorless-based motor driving device.
본 명세서에서는, 저용량의 dc단 커패시터(C)를 구비하는 모터 구동 장치(200)를 중심으로 기술한다.In this specification, the
정류부(510)는, 입력 교류 전원(201)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 출력한다. 입력 교류 전원(201)이 삼상 교류 전원인 경우, 정류부(510)는 삼상 교류 전원을 정류하여 출력한다.The rectifying
한편, 본 발명에 따르면, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210)는, 삼상 교류 전원을 입력받아, 직류 전원을 변환을 수행한다. 이를 위해, 컨버터(210)는, 정류부(도 5a의 510)를 구비할 수 있다. 그외, 리액터(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.Meanwhile, according to the present invention, the
컨버터(210)의 출력단에는, 커패시터(C)가 접속된다. 커패시터(C)는, 컨버터(210)에서 출력되는, 전원을 저장할 수 있다. 컨버터(210)에서 출력되는, 전원은 dc 전원이므로, dc단 커패시터라 명명할 수 있다.A capacitor C is connected to the output terminal of the
입력 전압 검출부(A)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(510) 전단에, 위치할 수 있다.The input voltage detection unit A can detect the input voltage Vs from the input
입력 전압 검출부(A)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있다. The input voltage detection unit A may include a resistance element, an OP AMP, and the like for voltage detection. The detected input voltage Vs may be applied to the
한편, 입력 전압 검출부(A)에 의해, 입력 전압의 제로 크로싱 지점도 검출할 수 있게 된다.On the other hand, the zero crossing point of the input voltage can also be detected by the input voltage detection unit A.
다음, 입력 전류 검출부(D)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(510) 전단에, 위치할 수 있다.Next, the input current detection unit D may detect the input current Is from the input
입력 전류 검출부(D)는, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있다. The input current detection unit D may include a current sensor, a current transformer (CT), a shunt resistor, and the like for current detection. The detected input voltage Is may be applied to the
dc 전압 검출부(B)는 dc 단 커패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 dc 단 전압 검출부(B)는, 맥동 전압 검출부라 명명될 수 있다.The dc voltage detection unit B detects the pulsating voltage Vdc of the dc terminal capacitor C. The dc terminal voltage detection unit B may be referred to as a pulsating voltage detection unit.
이러한 맥동 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 dc 단 커패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있으며, dc 단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성될 수 있다. For detecting such a pulsating voltage, a resistive element, an OP AMP, etc. may be used. The detected voltage Vdc of the dc stage capacitor C is a discrete signal in the form of a pulse, and may be applied to the
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(250)에 출력할 수 있다. The
구체적으로, 인버터(220)는, 복수의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 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 연결될 수 있다. 그리고, 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다. Specifically, the
인버터 제어부(230)는, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력할 수 있다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(250)에 흐르는 출력 전류(io) 또는 dc단 커패시터 양단인 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, dc 단 전압(Vdc)은 dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.The
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 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 detection unit E may detect the output current i o flowing between the
출력전류 검출부(E)는 인버터(220)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. The output current detection unit E may be located between the
회생 전력 소비부(270)는, 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에 배치되며, 모터(250)로부터의 회생 전력을 소비한다. 이에 따라, 브레이킹 쵸퍼(Braking Chopper)라고도 명명할 수 있다.The regenerative
회생 전력 소비부(270)는, 커패시터(C) 양단 사이에 배치되는 저항 소자 및 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 추가로, 저항 소자에 병렬 접속되는 다이오드 소자를 더 포함할 수 있다.The regenerative
다음, 도 3b의 모터 구동 장치(210)는, 도 3a와 유사하나, 컨버터(210) 내에 부스트 컨버터(515)를 더 구비하는 것에 그 차이가 있다. Next, the
부스트 컨버터(515)는, 정류부(510)와 인버터(220) 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터(L1)와 다이오드(D1), 인덕터(L1)와 다이오드(D1) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S1)를 구비한다. 이러한 스위칭 소자(S1)의 온에 의해, 인덕터(L1)에 에너지가 저장되다가, 스위칭 소자(S1)의 오프에 의해, 인덕터(L1)에 저장된 에너지가 다이오드(D1)를 거쳐, 출력될 수 있다.The
특히, 저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 모터 구동장치(200)에 있어, 부스트 컨버터(515)로부터, 일정 전압이 승압된, 즉 오프셋된, 전압이 출력될 수 있다.In particular, in the
컨버터 제어부(215)는, 부스트 컨버터(515) 내의 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.The
이를 위해, 컨버터 제어부(215)는, 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.To this end, the
도 4a는 도 3a 내지 도 3b의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.4A is an internal block diagram of the inverter control unit of FIGS. 3A to 3B .
도 4a를 참조하면, 인버터 제어부(230)는, 축변환부(310), 위치 추정부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360), 맥동 전압 지연 보상부(365)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4A , the
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.The
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다. Meanwhile, the
위치 추정부(320)는, 축변환부(310)에서 변환된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치()를 추정한다. 또한, 추정된 회전자 위치()에 기초하여, 연산된 속도()를 출력할 수 있다.The
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 목표 속도(ω)에 기초하여, 속도 지령치(ω* r)를 연산하며, 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(435)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.On the other hand, 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(444)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(448)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다. Next, the voltage
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.On the other hand, the voltage
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.On the other hand, 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 driver (not shown) and input to a gate of each switching element in the
한편, 본 발명에서는, 인버터 제어부(230)가 인버터(220) 제어를 위한 인버터 스위칭 제어 신호를 생성하나, dc 단 전압이 맥동하므로, 맥동 전압에 대한 위상에 맞추어, 인버터 스위칭 제어 신호를 생성하도록 한다. Meanwhile, in the present invention, the
인버터 제어부(230)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차와, 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터(220)를 제어할 수 있다.The
특히, 인버터 제어부(230)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차와, 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 지연 보상치를 연산하며, 연산된 지연 보상치에 기초하여, 인버터(220)로 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 보상할 수 있다.In particular, the
본 발명에서는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차를 고려하여, 맥동 전압 지연 보상부(365)를 활용한다. In the present invention, the pulsation
맥동 전압 지연 보상부(365)는, dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출된 맥동 전압을 수신한다. The pulsation voltage
그리고, 맥동 전압 지연 보상부(365)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차를 연산할 수 있다. 한편, 맥동 전압 지연 보상부(365)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차에 기초하여, 지연 보상치를 연산할 수 있다. In addition, the pulsation
한편, 지연 오차는, 맥동 전압 검출시의 샘플링 타이밍, 및 인버터에 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호의 출력 타이밍을 포함하는 지연 시간으로 인한 오차일 수 있다.Meanwhile, the delay error may be an error due to a delay time including a sampling timing when the pulsating voltage is detected and an output timing of an inverter switching control signal output to the inverter.
결국, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 전압 지령치 및 지연 보상치에 기초하여, 맥동하는 dc 단 전압의 순시치에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. As a result, the switching control
도 4b는 도 3b의 컨버터 제어부의 내부 블록도이다.4B is an internal block diagram of the converter control unit of FIG. 3B.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(215)는, 전류 지령 생성부(410), 전압 지령 생성부(420), 및 스위칭 제어신호 출력부(430)를 포함할 수 있다. Referring to the drawing, the
전류 지령 생성부(410)는, 출력 전압 검출부(B), 즉 dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)과 dc 단 전압 지령치(V*dc)에 기초하여, PI 제어기 등을 통해 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성할 수 있다. The current
전압 지령 생성부(420)는 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 입력 전류(iL)에 기초하여 PI 제어기 등을 통해 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다.The voltage
스위칭 제어신호 출력부(430)는 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여, 도 5a의 부스트 컨버터(515) 내의 부스트 스위칭 소자(S)를 구동하기 위한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 부스트 컨버터(515)에 출력할 수 있다.The switching control
한편, 도 5b의 인터리브 부스트 컨버터(520)를 제어하기 위해, 전압 지령 생성부(420)는 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 제1 입력전류(iL1) 및 제2 입력전류(iL2)에 기초하여, PI 제어기 등을 통해 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다.Meanwhile, in order to control the interleaved boost converter 520 of FIG. 5B , the
스위칭 제어신호 출력부(430)는 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여, 제1 부스트 컨버터(523) 내의 제1 부스트 스위칭 소자(S1)와 제2 부스트 컨버터(526) 내의 제2 부스트 스위칭 소자(S2)를 구동하도록, 제1 컨버터 스위칭 제어신호(Scc1)와 제2 컨버터 스위칭 제어신호(Scc2)를 각각 제1 부스트 컨버터(523)와 제2 부스트 컨버터(526)로 출력한다. The switching control
한편, 맥동 전압 지연 보상부(365)는,
On the other hand, the pulsation voltage
도 5a는 도 3a의 컨버터의 회로도의 일예이다.5A is an example of a circuit diagram of the converter of FIG. 3A.
도면을 참조하면, 컨버터(210)는, 삼상 교류 전원(210a,201b,201c)을 입력받아 정류하는 정류부(510)를 구비할 수 있다.Referring to the drawing, the
정류부(510)는, 삼상 브릿지 다이오드를 구비할 수 있다. 이를 위해, 정류부(510)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자(Da,Db,Dc) 및 하암 다이오드 소자(D'a,D'b,D'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬(Da&D'a,Db&D'b, Dc&D'c)로 연결되는 것을 예시한다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.The rectifying
도 5b는 도 3b의 컨버터의 회로도의 다른 예이다.5B is another example of a circuit diagram of the converter of FIG. 3B.
도면을 참조하면, 컨버터(210)는, 삼상 교류 전원(210a,201b,201c)을 입력받아 정류하는 정류부(510)와, 부스트 컨버터(515)를 구비할 수 있다.Referring to the drawing, the
부스트 컨버터(515)는, 인덕터(L)와, 인덕터(L)에 접속되는 다이오드(D)와, 인덕터(L)와 다이오드(D) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S)를 구비할 수 있다. The
한편, 입력 전압 검출을 위한 입력전압 검출부(A)가 정류부(510)와, 부스트 컨버터(515) 사이에 배치될 수 있으며, 인덕터(L)에 흐르는 전류 검출을 위한 전류 검출부(F)가, 인덕터(L)와 스위칭 소자(S) 사이에 배치될 수 있다.Meanwhile, the input voltage detection unit A for detecting the input voltage may be disposed between the rectifying
컨버터(210)에서 변환된 직류 전원은, 컨버터 출력단(210)에 접속되는 커패시터(C)로 출력되어 저장된다.The DC power converted by the
도 6a 내지 도 6d는 도 5b의 모터 구동 장치의 설명에 참조되는 도면이다.6A to 6D are diagrams referred to in the description of the motor driving apparatus of FIG. 5B .
먼저, 도 6a는, 저용량의 dc 단 커패시터(C)가, 도 5b의 부스트 컨버터(515) 없이, 즉, 도 5a와 같이, 정류부(510)에 접속되는 경우의, dc 단 전압(Vdc)을 예시한다.First, Fig. 6a shows the low-capacity dc stage capacitor C, without the
저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 경우, 도면과 같이, 저용량의 dc 단 커패시터(C)가, dc 단 전압(Vdc)을, 평활하지 못하며, 따라서, 맥동하는 dc 단 전압(Vdc)이 그대로 인버터(220)에 공급되게 된다.In the case of using a low-capacity dc terminal capacitor (C), as shown in the figure, the low-capacity dc terminal capacitor (C) does not smooth the dc terminal voltage (Vdc), and thus the pulsating dc terminal voltage (Vdc) is It is supplied to the
이러한 경우, 맥동하는 dc 단 전압(Vdc)의 피크치(VL1) 보다 낮은, 대략 0.7VL1 전압에서 평균 전압이 형성된다.In this case, an average voltage is formed at approximately 0.7VL1 voltage, which is lower than the peak value VL1 of the pulsating dc terminal voltage Vdc.
인버터(220)는, 대략 0.7VL1 전압을 이용하여, 삼상의 교류 전원을 생성할 수 있으나, 대략 0.7VL1 전압 이하의 구간에서는, 모터 구동을 원활하게 수행하기 힘들게 된다. 따라서, 전압 이용율이 낮아지게 된다.The
또한, 도면을 보면, 입력 전압의 주파수가 대략 60Hz인 경우, 그 두 배에 해당하는, 대략 120Hz의 전압 리플이 발생하게 된다. Also, referring to the drawings, when the frequency of the input voltage is about 60 Hz, a voltage ripple of about 120 Hz, which is twice the frequency, is generated.
한편, 도 6a와 같이 맥동하는 전압을 이용하여, 인버터(220)를 통해 모터(250)를 구동하는 경우, 도 6b와 같이, ΔT1에 대응하는 토크 리플이 발생한다. 이러한 토크 리플로 인하여, 진동 및 소음이 발생하게 된다.Meanwhile, when the
한편, 저용량의 dc 단 커패시터(C)의 커패시턴스가 작아질수록, 전류 제어 등이 수행되지 않으므로, 낮은 입력 역률 특성이 발생하게 된다.On the other hand, as the capacitance of the low-capacity dc terminal capacitor C decreases, current control is not performed, and thus a low input power factor characteristic occurs.
이러한 점을 해결하기 위해, 본 발명에서는, 입력 전원으로 삼상 입력 전원을 사용한다. 단상에 비해 고전압의 입력 전원을 사용함으로써, 실제 전압 이용율이 높아지게 된다. In order to solve this point, in the present invention, a three-phase input power is used as the input power. By using a high voltage input power supply compared to a single phase, the actual voltage utilization rate is increased.
또는, 이러한 점을 해결하기 위해, 본 발명에서는, 도 5b와 같이, 정류부(510) 이후에, 부스트 컨버터(515)를 배치한다.Alternatively, in order to solve this point, in the present invention, as shown in FIG. 5B , the
도 6c는, 도 4의 부스트 컨버터(515)와 저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 경우의, dc 단 전압(Vdc)을 예시한다.FIG. 6C illustrates the dc stage voltage Vdc when the
부스트 컨버터(515)를 이용하여, VL2 전압 만큼 승압시키면, 최소 전압이 VL2이며, 피크치가, VL2+VL1인 맥동 전압이 dc 단에 출력되게 된다. 이에 의하면, 대략, VL1 전압에서 평균 전압이 형성될 수 있다.When the
인버터(220)는, 대략 VL1 전압을 이용하여, 삼상의 교류 전원을 생성할 수 있으나, 대부분의 전압 구간에서, 모터 구동을 원활하게 수행할 수 있게 된다. 따라서, 전압 이용율이 상승하며, 운전 영역이 증대되게 된다.The
한편, 도 6c와 같이, 부스트 컨버터(515)와 저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 경우의, dc 단 전압(Vdc)에 의해, 인버터(220)를 통해 모터(250)를 구동하는 경우, 도 6d와 같이, ΔT2에 대응하는 토크 리플이 발생한다. 즉, 도 6a의 ΔT1 보다 작은, ΔT2 에 대응하는 토크 리플이 발생할 수 있다. 즉, 토크 리플이 상당히 저감되게 된다.On the other hand, when driving the
한편, 부스트 컨버터(515)를 사용하면, 입력 전류(Is)를 제어하게 되어, 결국, 입력 역률이 개선되게 된다. On the other hand, if the
한편, 입력 전압으로 삼상의 교류 전원을 사용하는 경우, 소용량이 커패시터(C)에 의해, dc 단 커패시터(C) 양단의 전압이, 맥동하므로, 고전압의 dc 단 전압이 발생하게 된다. On the other hand, when a three-phase AC power supply is used as the input voltage, the voltage across the dc terminal capacitor C pulsates by the small capacitance capacitor C, so that a high voltage dc terminal voltage is generated.
또한, 모터(250)가 급정지하거나, 탈조되는 경우, 모터(250)로부터의 회생 전력이 순간적으로, dc 단 커패시터(C) 양단의 전압이 과도하게 상승하게 된다.In addition, when the
이에 의해, 모터 구동장치(200) 내의 회로 소자의 소손이 발생할 가능성이 높게 된다. Accordingly, the possibility that the circuit elements in the
본 발명에서는, 이러한 점을 해결하기 위해, dc 단 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에, 회전 전력 소비부를 배치한다. 이에 대해서는, 도 7 이하를 참조하여 기술한다.In the present invention, in order to solve this point, between the dc stage capacitor (C) and the
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 회생 전력 소비부의 회로도의 일예이다.7 is an example of a circuit diagram of a regenerative power consumption unit according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 7을 참조하면, 회생 전력 소비부(270)는, 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에 배치되며, 모터(250)로부터의 회생 전력을 소비한다. 이에 따라, 브레이킹 쵸퍼(Braking Chopper)라고도 명명할 수 있다.First, referring to FIG. 7 , the regenerative
회생 전력 소비부(270)는, 커패시터(C) 양단 사이에 배치되는 저항 소자(RB) 및 스위칭 소자(Swa)를 포함할 수 있다. 추가로, 저항 소자(RB)에 병렬 접속되는 다이오드 소자(DB)를 더 포함할 수 있다.The regenerative
회생 전력 소비부(270)는, dc 단 전압이 소정치 이상인 경우, 스위칭 소자(Swa)가 온 되어, 모터(250)로부터의 회생 전력(Pre)이 저항 소자(RB)에서 소비된다.In the regenerative
한편, dc단 전압이 소정치 이상인 지 여부를 판단하는 제1 방안으로, 인버터 제어부(230)가 소프트웨어적으로 판단하는 방법이 있다.Meanwhile, as a first method for determining whether the dc terminal voltage is equal to or greater than a predetermined value, there is a method in which the
dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 인버터 제어부(230)로 입력되므로, 인버터 제어부(230)는, dc 단 전압(Vdc)의 레벨이, 소정치 이상인 지 여부를, 메모리에 기 저장된 레벨과 비교하여, 판단할 수 있다. 그리고, 소정치 이상인 경우, 인버터 제어부(230)는, 스위칭 소자(Swa) 구동을 위한 스위칭 제어 신호(Sbc)를 생성할 수 있다.Since the dc stage voltage Vdc detected by the dc stage voltage detection unit B is input to the
한편, dc단 전압이 소정치 이상인 지 여부를 판단하는 제2 방안으로, 하드웨어적으로 구현하는 방법도 가능하다. On the other hand, as a second method of determining whether the dc terminal voltage is equal to or greater than a predetermined value, a method of realizing in hardware is also possible.
도 8 내지 도 9e는 도 4a의 인버터 제어부의 동작 설명에 참조되는 도면이다.8 to 9E are diagrams referred to in the description of the operation of the inverter control unit of FIG. 4A.
먼저, 도 8은, 인버터 제어부(230), 특히 스위칭 제어 신호 출력부(360) 내에서, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를, 생성하기 위한 공간 벡터 기법을 예시한다.First, FIG. 8 is a space vector technique for generating the inverter switching control signal Sic corresponding to the turn-on duty of a plurality of switching elements in the
공간 벡터(space vector) 기법을 사용하면, 도면과 같이, 6개의 유효 전압 벡터(V1~V6)와 2개의 영 전압 벡터를 이용하여, 인버터(230) 내의 복수의 스위칭 소자를 구동하기 위한 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를, 생성할 수 있다.Using a space vector technique, as shown in the figure, using six effective voltage vectors (V1 to V6) and two zero voltage vectors, inverter switching for driving a plurality of switching elements in the inverter 230 A control signal Sic may be generated.
도면에서의 V* 를 예를 들어, 유효 전압 V1과 V2, 영전압인 V0과 V7을 이용하여 만들게 된다. 유효 전압 V1이 인가되는 시간을 T1, V2가 인가되는 시간을 T2, 영전압이 인가되는 시간을 T0라 하면, 다음의 수학식 1에 의해, T1, T2, T0가 결정될 수 있다. V * in the drawing is made using, for example, effective voltages V1 and V2, and zero voltages V0 and V7. Assuming that T1 is the time when the effective voltage V1 is applied, T2 is the time that V2 is applied, and T0 is the time that the zero voltage is applied, T1, T2, and T0 can be determined by
그리고, 결정된 T1, T2, T0에 기초하여, 인버터(230) 내의 복수의 스위칭 소자를 구동하기 위한 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)가 생성된다. 특히, 인버터 스위칭 소자가 IGBT인 경우, 게이트 구동 신호가 생성된다.In addition, an inverter switching control signal Sic for driving a plurality of switching elements in the
한편, 본 발명에서는, 3상의 입력 전압을 이용하면서, 소용량의 커패시터를 사용하므로, 상술한 바와 같이, dc 단 전압이 맥동하게 된다. 이러한 상태에서, 입력 전압이 급격히 변한다던지 또는 dc 단 전압이 급격히 변한다던지 하는 경우, 순간적으로 모터에 흐르는 상 전류의 과도 상태가 커지게 된다. On the other hand, in the present invention, since a capacitor of a small capacity is used while using the three-phase input voltage, the dc terminal voltage pulsates as described above. In such a state, if the input voltage changes rapidly or the dc terminal voltage changes rapidly, the transient state of the phase current flowing through the motor momentarily increases.
도 9a는 dc 단 전압(Vdc)이 순간적으로 Vdc1 에서 Vdc로 상승한 것을 예시한다.9A illustrates that the dc terminal voltage Vdc instantaneously rises from Vdc1 to Vdc.
한편, 인버터 제어부(230)는, 도 8에 도시된 공간 벡터(space vector) 기법 사용시, 도 9b와 같이, 스위칭 주파수(fs)에 대응하는 스위칭 주기(Ts) 동안, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 연산하여 출력할 수 있다.On the other hand, the
또한, 도 9b에서는, Ts1,Ts2,Ts3 시간에, 맥동 전압인 Vdc 전압을 검출하는 것을 예시한다. In addition, in FIG. 9B, the detection of the Vdc voltage which is a pulsating voltage is illustrated at Ts1, Ts2, Ts3 time.
그러나, 도 9a와 같이, dc 단 전압(Vdc)이 순간적으로 Vdc1 에서 Vdc로 상승하는 경우에도, 도 9b와 같이, 스위칭 주파수(fs)에 대응하는 스위칭 주기(Ts) 동안, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 연산하여 출력하면, 도 9c와 같이, 모터(250)에 흐르는 상 전류(Ia_a)에 순간적으로 피크치(Ipk)가 발생하며, 이로 인해, 회로 보호를 위해, 인버터(230)가 일시 정지하게 된다. 따라서, 도 9c와 같이, 피크치(Ipk) 발생 이후, 상 전류가 더 이상 흐르지 않게 될 수도 있다.However, as in FIG. 9A , even when the dc terminal voltage Vdc instantaneously rises from Vdc1 to Vdc, as shown in FIG. 9b , during the switching period Ts corresponding to the switching frequency fs, the When the inverter switching control signal corresponding to the turn-on duty is calculated and output, a peak value Ipk is instantaneously generated in the phase current Ia_a flowing in the
본 발명에서는, 이와 같이, 순간적인 전압 변동에 대응하여, 동작 가능하도록 하기 위해, 인버터 제어부(230)가, 인버터(220) 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 동안 연산하도록 한다.In the present invention, in this way, in response to the instantaneous voltage change, in order to be operable, the
또한, 맥동 전압 검출부(B)가, 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 마다 맥동 전압(Vdc)을 검출하도록 한다.In addition, the pulsation voltage detection unit B detects the pulsation voltage Vdc at every half period Ts/2 of the switching cycle.
도 9d는, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 동안, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)가 연산되어 출력되고, 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 마다 맥동 전압(Vdc)이 검출되는 것을 예시한다.9D shows that, during a half period (Ts/2) of a switching period corresponding to a switching frequency, an inverter switching control signal (Sic) corresponding to turn-on duties of a plurality of switching elements is calculated and output, and a half period of the switching period It is exemplified that the pulsating voltage Vdc is detected every (Ts/2).
도면에서는, Tsa,Tsb,Tsc,Tsd,Tse 시간에, 맥동 전압인 Vdc 전압이 검출되는 것을 예시한다. In the figure, it is exemplified that the pulsating voltage Vdc voltage is detected at the times Tsa, Tsb, Tsc, Tsd, and Tse.
이에 따라, 도 9e와 같이, 모터(250)에 흐르는 상 전류(Ia_b)에, 피크치가 발생하지 않게 된다. 즉, 모터(250)에 흐르는 상 전류(Ia_b)는 일정한 크기의 정현파일 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 9E , a peak value does not occur in the phase current Ia_b flowing through the
결국, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치(200)에서 dc 단(Vdc)의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 모터 구동이 가능하게 된다. As a result, in the
특히, 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 마다, 맥동 전압(Vdc)을 검출하고, 검출된 맥동 전압(Vdc)을 이용하여, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를, 생성함으로써, 소용량의 커패시터(C)를 사용하는 모터 구동장치(200)에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 모터 구동이 가능하게 된다. In particular, every half period (Ts/2) of the switching cycle, the pulsating voltage Vdc is detected, and the inverter switching control signal Sic is generated by using the detected pulsating voltage Vdc, whereby a small-capacity capacitor ( In the
한편, 도 4a의 인버터 제어부(230) 중 전류 지령 생성부(410)와 전압 지령 생성부(420)의 동작 주기는 스위칭 주기(Ts)와 동일할 수 있으며, 스위칭 제어 신호 출력부(430)의 동작 주기는 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2)과 동일할 수 있다.Meanwhile, the operation period of the
전류 지령 생성부(410)와 전압 지령 생성부(420)는, 검출되는 맥동 전압(Vdc)을 이용하지 않으므로, 그 동작 주기가, 스위칭 주기(Ts)와 동일하여도 상관 없으나, 스위칭 제어 신호 출력부(430)는, 검출되는 맥동 전압(Vdc)에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하므로, 스위칭 제어 신호 출력부(430)의 동작 주기는 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2)과 동일한 것이 바람직하다.Since the current
한편, 인버터 제어부(230)가 인버터(220) 제어를 위한 인버터 스위칭 제어 신호를 생성하나, dc 단 전압이 맥동하므로, 맥동 전압에 대한 위상에 맞추어, 인버터 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있다. Meanwhile, the
인버터 제어부(230)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)와, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)에 기초하여, 인버터(220)를 제어할 수 있다.The
특히, 인버터 제어부(230)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)와, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)에 기초하여, 지연 보상치(Tde)를 연산하며, 연산된 지연 보상치에 기초하여, 인버터(220)로 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 보상할 수 있다.In particular, the
본 발명에서는, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)를 고려하여, 맥동 전압 지연 보상부(365)를 활용한다. In the present invention, the pulsation
맥동 전압 지연 보상부(365)는, dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출된 맥동 전압을 수신한다. The pulsation
그리고, 맥동 전압 지연 보상부(365)는, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)를 연산할 수 있다. 한편, 맥동 전압 지연 보상부(365)는, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)에 기초하여, 지연 보상치(Tde)를 연산할 수 있다. In addition, the pulsation
한편, 지연 오차(Vdc_di)는, 맥동 전압 검출시의 샘플링 타이밍, 및 인버터(220)에 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)의 출력 타이밍을 포함하는 지연 시간으로 인한 오차일 수 있다.Meanwhile, the delay error Vdc_di may be an error due to a delay time including a sampling timing when the pulsating voltage is detected and an output timing of the inverter switching control signal Sic output to the
결국, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 전압 지령치 및 지연 보상치에 기초하여, 맥동하는 dc 단 전압의 순시치에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. As a result, the switching control
도 10은 도 3b의 컨버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.10 is an example of an internal block diagram of the converter control unit of FIG. 3B.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(215)는, 입력 전류 지령 생성부(720), 전류류 제어부(730), 및 전향 보상부(740)를 구비할 수 있다.Referring to the drawing, the
입력 전류 지령 생성부(720)는, 입력 전압 검출부(A)에서 검출되는 입력 전압(Vs)을 수신하고, 입력 전압(Vs)에 기초하여, 입력 전류 지령치(I*s)를 생성할 수 있다. The input current
한편, 감산기(725)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류 검출부(D)에서 검출되는 입력 전류(Is)와의 차이를 연산하고, 그 차이를 전류 제어부(730)에 인가한다. On the other hand, the
전류 제어부(730)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류 검출부(D)에서 검출되는 입력 전류(Is)에 기초하여, 제1 듀티(duty)에 대응하는 제1 스위칭 제어 신호(Sp1)를 생성한다.The
구체적으로, 전류 제어부(730)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류(Is)의 차이에 기초하여, 제1 듀티(duty)에 대응하는 제1 스위칭 제어 신호를 생성한다.Specifically, the
한편, 전향 보상부(740)는, 부스트 컨버터(515)의 입력전압(Vs) 및 dc 단 전압(Vdc)으로 이루어진 왜란을 제거하기 위해, 전향 보상(feed-forward compensation)을 수행한다. 이에 따라, 전향 보상부(740)는, 왜란 제거를 고려한, 제2 듀티에 대응하는 제2 스위칭 제어 신호(Sp2)를 생성할 수 있다.On the other hand, the
가산기(735)는, 제1 스위칭 제어 신호(Sp1)와 제2 스위칭 제어 신호(Sp2)를 가산하여, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 즉, 가산기(735)는, 제1 듀티와 제2 듀티를 고려한, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 부스트 컨버터(515)가 동작하게 된다.The
한편, 본 발명의 모터 구동장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 공기조화기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the operating method of the motor driving device or the air conditioner of the present invention can be implemented as a processor readable code on a processor readable recording medium provided in the motor driving device or the air conditioner. The processor-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by the processor is stored. Examples of the processor-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., and also includes those implemented in the form of carrier waves such as transmission over the Internet. . In addition, the processor-readable recording medium is distributed in a computer system connected to a network, so that the processor-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although 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 belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims In addition, various modifications are possible by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
Claims (12)
상기 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터;
상기 정류부와 상기 커패시터 사이에, 상기 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터;
상기 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부;
복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터;
상기 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하며,
상기 인버터 제어부는,
상기 인버터 내의 상기 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.a rectifier for rectifying the input AC power;
a capacitor for storing the pulsating voltage from the rectifying unit;
a boost converter between the rectifier and the capacitor to boost and output the power rectified from the rectifier;
a pulsating voltage detector detecting the pulsating voltage;
an inverter including a plurality of switching elements and using the voltage across the capacitor to output the converted AC power to the motor;
Including; based on the pulsation voltage detected by the pulsation voltage detection unit, the inverter control unit for controlling the inverter;
The inverter control unit,
The inverter switching control signal corresponding to the turn-on duty of the plurality of switching elements in the inverter is calculated and outputted during a half period of a switching period corresponding to a switching frequency.
상기 맥동 전압 검출부는,
상기 스위칭 주기의 절반 기간 마다, 상기 맥동 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
The pulsating voltage detection unit,
and detecting the pulsating voltage every half period of the switching period.
상기 인버터 제어부는,
속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
상기 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;
상기 전압 지령치 및 상기 맥동 전압에 기초하여, 상기 인버터 내의 상기 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 상기 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
The inverter control unit,
a current command generation unit that generates a current command value based on the speed command value;
a voltage command generator configured to generate a voltage command value based on the current command value;
and a switching control signal output unit configured to output the inverter switching control signal corresponding to the turn-on duty of the plurality of switching elements in the inverter based on the voltage command value and the pulsating voltage. .
상기 전류 지령 생성부와 상기 전압 지령 생성부의 동작 주기는 상기 스위칭 주기와 동일하며,
상기 스위칭 제어 신호 출력부의 동작 주기는 상기 스위칭 주기의 절반 기간과 동일한 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.4. The method of claim 3,
The operating cycle of the current command generation unit and the voltage command generation unit is the same as the switching cycle,
An operation period of the switching control signal output unit is equal to a half period of the switching period.
상기 검출되는 맥동 전압과 상기 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차에 기초하여, 지연 보상치를 연산하는 맥동 전압 지연 보상부;를 더 포함하고,
상기 스위칭 제어 신호 출력부는,
상기 전압 지령치 및 상기 지연 보상치에 기초하여, 상기 인버터 내의 상기 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 상기 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.5. The method of claim 4,
a pulsation voltage delay compensator for calculating a delay compensation value based on a delay error that is a difference between the detected pulsation voltage and an instantaneous value of the pulsation voltage;
The switching control signal output unit,
and outputting the inverter switching control signal corresponding to turn-on duties of the plurality of switching elements in the inverter based on the voltage command value and the delay compensation value.
상기 커패시터와 상기 인버터 사이에 배치되며, 상기 모터로부터의 회생 전력을 소비하는 회생 전력 소비부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
and a regenerative power consumption unit disposed between the capacitor and the inverter and consuming regenerative power from the motor.
상기 커패시터는, 필름 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
The capacitor is a motor driving device, characterized in that it comprises a film capacitor.
상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부;
상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부; 및
상기 입력 전류와 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 부스트 컨버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 컨버터 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
an input current detection unit detecting an input current from the input AC power supply;
an input voltage detection unit detecting an input voltage from the input AC power; and
and a converter control unit outputting a converter switching control signal for controlling a switching element in the boost converter based on the input current and the input voltage.
상기 컨버터 제어부는,
상기 검출된 입력 전압에 기초하여, 입력 전류 지령치를 생성하는 입력 전류 지령 생성부;
상기 입력 전류 지령치와 상기 검출된 입력 전류에 기초하여, 제1 스위칭 제어 신호를 생성하는 전류 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.9. The method of claim 8,
The converter control unit,
an input current command generation unit that generates an input current command value based on the detected input voltage;
and a current controller configured to generate a first switching control signal based on the input current command value and the detected input current.
상기 컨버터 제어부는,
제2 스위칭 제어 신호를 생성하는 전향 보상부;를 더 포함하며,
상기 제1 스위칭 제어 신호와 제2 스위칭 제어 신호에 기초하여, 상기 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.10. The method of claim 9,
The converter control unit,
It further includes; a forward compensator for generating a second switching control signal,
and outputting the converter switching control signal based on the first switching control signal and the second switching control signal.
상기 입력 교류 전원은 삼상 교류 전원인 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
The input AC power is a three-phase AC power source.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |