KR102532311B1 - Method and system of controlling inverter for driving motor - Google Patents

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Abstract

모터 구동 중 직류 전원과 인버터의 전기적 연결이 단절되는 경우 모터의 기전력에 의해 인버터가 소손되는 현상을 해소할 수 있는 모터 구동용 인버터 제어 방법이 개시된다. 상기 모터 구동용 인버터 제어 방법은, 직류 전원 장치와 인버터 사이의 전기적 연결 상태를 모니터링하는 단계; 상기 전기적 연결 상태가 단절된 것을 감지하는 단계; 및 상기 전기적 연결 상태가 단절된 것으로 감지된 경우, 상기 인버터의 직류측 전압을 소정 범위 내로 제한하도록 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 단계를 포함한다.Disclosed is an inverter control method for driving a motor capable of solving a phenomenon in which an inverter is burnt out due to an electromotive force of a motor when an electrical connection between a DC power supply and an inverter is disconnected during motor driving. The method for controlling an inverter for driving a motor may include monitoring an electrical connection state between a DC power supply and an inverter; detecting that the electrical connection state is disconnected; and controlling on/off of the switching element to limit the DC-side voltage of the inverter within a predetermined range when it is sensed that the electrical connection state is disconnected.

Description

모터 구동용 인버터 제어 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM OF CONTROLLING INVERTER FOR DRIVING MOTOR}Inverter control method and system for motor driving {METHOD AND SYSTEM OF CONTROLLING INVERTER FOR DRIVING MOTOR}

본 발명은 모터 구동용 인버터 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터 구동 중 직류전력을 교류전력으로 변환하여 모터로 제공하는 인버터의 직류전력 입력측에 마련된 릴레이가 개방되는 경우 모터의 역기전력이 인버터의 입력측에 마련된 커패시터에 인가됨에 따라 커패시터가 파손되는 문제를 해소하기 위한 모터 구동용 인버터 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for controlling an inverter for driving a motor, and more particularly, when a relay provided on a DC power input side of an inverter that converts DC power into AC power and provides it to a motor while driving a motor is opened, counter electromotive force of the motor is The present invention relates to a method and system for controlling an inverter for driving a motor to solve a problem in which a capacitor is damaged when applied to a capacitor provided on an input side of an inverter.

전기 자동차나 하이브리드 자동차는 차량내 배터리와 같은 전원 장치에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동시켜 동력을 얻는 차량으로, 동력을 얻는 과정에 화석 연료를 연소시키는 내연기관을 사용하지 않거나 내연기관에 의한 동력의 비율을 감소시킬 수 있는 친환경 차량이다.An electric vehicle or hybrid vehicle is a vehicle that obtains power by driving a motor using electrical energy stored in a power supply device such as a battery in the vehicle. In the process of obtaining power, an internal combustion engine that burns fossil fuel is not used or It is an eco-friendly vehicle that can reduce the power ratio.

이러한, 전기 자동차나 하이브리드 자동차는 직류의 전기 에너지를 저장하는 전원 장치에서 제공되는 직류 전력을 모터 구동을 위한 복수의 위상을 갖는 교류 전력으로 변환하는데 인버터를 사용하고 있다. 인버터는 직류 전력이 제공되는 직류단에 커패시터를 구비하여 안정적인 직류 전압이 형성되게 하고 있으며, 이 직류 전압을 변환하여 각 위상의 교류 전압을 생성하기 위해 온/오프 제어되는 복수의 스위칭 소자를 구비한다. Such an electric vehicle or hybrid vehicle uses an inverter to convert DC power provided from a power supply device that stores DC electrical energy into AC power having a plurality of phases for driving a motor. The inverter is provided with a capacitor in the DC link to which DC power is provided to form a stable DC voltage, and is provided with a plurality of switching elements that are on/off controlled to convert the DC voltage to generate an AC voltage of each phase. .

한편, 인버터에서 변환된 교류 전력은 모터의 구동 전력으로 제공되는데, 모터의 구동전력 입력측에는 모터의 회전에 의한 역기전력이 발생하며, 이 역기전력은 모터가 고속으로 회전할수록 그 크기는 더욱 커진다. On the other hand, the AC power converted by the inverter is provided as driving power of the motor. At the input side of the driving power of the motor, a counter electromotive force is generated due to the rotation of the motor, and the magnitude of this counter electromotive force increases as the motor rotates at a high speed.

이와 같이 모터의 회전에 의해 발생하는 역기전력은 통상 인버터의 스위칭 소자에 연결된 역방향 다이오드를 통해 인버터의 직류측에 연결된 전원 장치로 회생되어 역기전력에 의한 문제가 발생하지 않는다. 그러나, 전원 장치와 인버터 사이의 전기적 연결이 차단된 경우 역기전력이 흡수될 수 있는 대상이 없으므로 인버터의 직류측 커패시터에 역기전력이 누적된다. 특히, 모터의 고속 회전에 의해 커패시터의 내압을 초과하는 수준으로 역기전력이 커지는 경우, 커패시터가 파손되는 등의 문제가 발생할 수 있다.In this way, counter electromotive force generated by the rotation of the motor is generally regenerated to a power supply device connected to the DC side of the inverter through a reverse diode connected to a switching element of the inverter, so that problems due to counter electromotive force do not occur. However, when the electrical connection between the power supply and the inverter is cut off, since there is no object to absorb the counter electromotive force, the counter electromotive force is accumulated in the DC side capacitor of the inverter. In particular, when the counter electromotive force increases to a level exceeding the withstand voltage of the capacitor due to high-speed rotation of the motor, problems such as damage to the capacitor may occur.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art above are only for improving understanding of the background of the present invention, and should not be taken as an admission that they correspond to prior art already known to those skilled in the art.

KR 10-2015-0062291 AKR 10-2015-0062291 A KR 10-2015-0049424 AKR 10-2015-0049424 A

이에 본 발명은, 모터 구동 중 직류전력을 교류전력으로 변환하여 모터로 제공하는 인버터의 직류전력 입력측에 마련된 릴레이가 개방되는 경우 모터의 역기전력이 인버터의 입력측에 마련된 커패시터에 인가됨에 따라 커패시터가 파손되는 문제를 해소할 수 있는 모터 구동용 인버터 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.Therefore, according to the present invention, when a relay provided on the DC power input side of an inverter that converts DC power into AC power and provides it to the motor while the motor is running is opened, the capacitor is damaged as the counter electromotive force of the motor is applied to the capacitor provided on the input side of the inverter. A technical task to be solved is to provide a method and system for controlling an inverter for driving a motor that can solve the problem.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,As a means for solving the above technical problem, the present invention,

복수의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 직류 전원 장치로부터 제공되는 직류전력을 모터 구동을 위한 교류전력으로 변환하는 인버터를 제어하는 방법에 있어서,A method for controlling an inverter that converts DC power supplied from a DC power supply by turning on/off of a plurality of switching elements into AC power for driving a motor,

직류 전원 장치와 인버터 사이의 전기적 연결 상태를 모니터링하는 단계;monitoring an electrical connection between the DC power supply and the inverter;

상기 전기적 연결 상태가 단절된 것을 감지하는 단계; 및detecting that the electrical connection state is disconnected; and

상기 전기적 연결 상태가 단절된 것으로 감지된 경우, 상기 인버터의 직류측 전압을 소정 범위 내로 제한하도록 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 단계;controlling on/off of the switching element to limit the DC-side voltage of the inverter within a predetermined range when it is sensed that the electrical connection state is disconnected;

를 포함하는 모터 구동용 인버터 제어 방법을 제공한다.It provides an inverter control method for driving a motor comprising a.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 모니터링하는 단계는 상기 인버터의 직류입력전압을 모니터링하며, 상기 감지하는 단계는 상기 직류입력전압의 시간당 증가량이 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 직류 전원 장치와 인버터 사이의 전기적 연결 상태가 단절된 것으로 판단할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of monitoring monitors the DC input voltage of the inverter, and the step of detecting is an electrical connection between the DC power supply and the inverter when an increase in the DC input voltage per hour is greater than a preset reference value. It may be determined that the connection state is disconnected.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어하는 단계는, 상기 모터의 회전에 의해 발생하는 상기 모터의 역기전력을 전력원으로 하여 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어함으로써 상기 인버터의 직류입력단에 사전 설정된 전압이 인가되게 제어하는 단계일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controlling may include controlling on/off of the switching element using counter electromotive force of the motor generated by rotation of the motor as a power source to set a preset voltage at a DC input terminal of the inverter. This may be a step of controlling to be applied.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어하는 단계는, 상기 인버터를 제어하기 위한 d축 전류 지령을 모터 전압 타원에서 손실이 최소인 점으로 설정하고 q축 전류 지령을 0으로 설정하여 영토크 제어를 수행하는 단계; 상기 영토크 제어를 수행하는 동안 상기 인버터의 직류입력전압을 감시하는 단계; 상기 인버터의 직류입력전압이 사전 설정된 기준값 이하로 감소하는 것을 감지하는 단계; 상기 인버터의 직류입력전압이 사전 설정된 기준값 이하로 감소한 경우 상기 인버터 내의 스위칭 소자에 영전압 벡터를 인가하여 영전류 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controlling may include setting the d-axis current command for controlling the inverter to a point with the minimum loss on the motor voltage ellipse and setting the q-axis current command to 0 to perform non-zero peak control. performing steps; monitoring a DC input voltage of the inverter while performing the non-peak control; detecting that the DC input voltage of the inverter decreases below a preset reference value; and controlling zero current by applying a zero voltage vector to a switching element in the inverter when the DC input voltage of the inverter decreases below a preset reference value.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 영전류 제어하는 단계는, 상기 스위칭 소자들을 상부 및 하부그룹으로 구분하고 각 그룹에 교번으로 영전압 벡터를 인가할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the controlling of zero current, the switching elements may be divided into upper and lower groups and a zero voltage vector may be alternately applied to each group.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,As another means for solving the above technical problem, the present invention,

직류 전원 장치;DC power supply;

복수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 복수의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 상기 직류 전원 장치로부터 제공되는 직류전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;an inverter including a plurality of switching elements and converting DC power provided from the DC power supply into AC power by turning on/off the plurality of switching elements;

상기 인버터에 의해 변환된 교류 전력을 제공받아 구동되는 모터;a motor driven by receiving the AC power converted by the inverter;

상기 직류 전원 장치와 상기 인버터를 전기적으로 연결/차단하도록 단락/개방되는 릴레이; 및a relay that is shorted/opened to electrically connect/disconnect the DC power supply and the inverter; and

상기 릴레이의 개방 여부를 감시하고, 상기 모터 구동 중 상기 릴레이가 개방된 경우 상기 인버터의 직류측 전압을 소정 범위 내로 제한하도록 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어부;a controller that monitors whether the relay is open and controls on/off of the switching element to limit the DC-side voltage of the inverter within a predetermined range when the relay is open during driving of the motor;

를 포함하는 모터 구동용 인버터 제어 시스템을 제공한다.It provides an inverter control system for driving a motor comprising a.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 모터 구동 시 상기 인버터의 직류입력전압을 모니터링하며, 상기 직류입력전압의 시간당 증가량이 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controller monitors the DC input voltage of the inverter when the motor is driven, and determines that the relay is open when an increase in the DC input voltage per hour is greater than a preset reference value. .

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단한 이후, 상기 모터의 회전에 의해 발생하는 상기 모터의 역기전력을 전력원으로 하여 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어함으로써 상기 인버터의 직류입력단에 사전 설정된 전압이 인가되게 제어할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after determining that the relay is open, the controller controls on/off of the switching element using counter electromotive force of the motor generated by rotation of the motor as a power source, thereby controlling the inverter It can be controlled so that a preset voltage is applied to the DC input terminal of.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단한 이후, 상기 인버터를 제어하기 위한 q축 전류 지령을 0으로 설정하여 영토크 제어를 수행한 후 상기 인버터의 직류입력전압이 사전 설정된 기준값 이하로 감소하면 상기 인버터 내의 스위칭 소자에 영전압 벡터를 인가하여 영전류 제어할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after determining that the relay is open, the controller sets the q-axis current command for controlling the inverter to 0 to perform non-lock control, and then the DC input voltage of the inverter When the voltage decreases below the preset reference value, zero current may be controlled by applying a zero voltage vector to a switching element in the inverter.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 인버터에 영 전압 벡터를 인가 시, 상기 스위칭 소자들을 상부 및 하부그룹으로 구분하고 각 그룹에 교번으로 영전압 벡터를 인가할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when applying the zero voltage vector to the inverter, the controller divides the switching elements into upper and lower groups and alternately applies the zero voltage vector to each group.

상기 모터 구동용 인버터 제어 방법 및 시스템에 따르면, 인버터가 직류 전원 장치로부터 제공된 직류 전원을 교류로 변환하여 모터로 제공하여 모터를 구동하던 중에 인버터와 직류 전원 장치의 전기적 연결이 단절되는 경우에도 모터의 역기전력에 의해 인버터의 직류입력단에 연결된 커패시터 등이 파손되는 문제를 해소할 수 있다.According to the method and system for controlling an inverter for driving a motor, the inverter converts DC power provided from a DC power supply into AC and provides it to the motor so that even when the electrical connection between the inverter and the DC power supply is disconnected while the motor is being driven, the motor continues to operate. It is possible to solve the problem that the capacitor connected to the DC input terminal of the inverter is damaged by the counter electromotive force.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 시스템의 블록 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시형태를 설명하기 위한 d-q 전압 평면을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 3에 도시된 실시형태를 설명하기 위한 인버터의 스위칭 소자 상태를 도시한 도면 및 인버터의 공간 전압 벡터도이다.1 is a block configuration diagram of an inverter control system for driving a motor according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are flowcharts of a method for controlling an inverter for driving a motor according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 4 is a diagram illustrating a dq voltage plane for explaining the embodiment shown in FIG. 3 .
5 and 6 are diagrams showing the switching element states of the inverter and space voltage vector diagrams of the inverter for explaining the embodiment shown in FIG. 3 .

이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 방법 및 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method and system for controlling an inverter for driving a motor according to various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 시스템의 블록 구성도이다.1 is a block configuration diagram of an inverter control system for driving a motor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 시스템은, 직류 전원 장치(11), 인버터(15), 모터(17), 릴레이(13) 및 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , an inverter control system for driving a motor according to an embodiment of the present invention includes a DC power supply 11, an inverter 15, a motor 17, a relay 13, and a controller 100. can be configured.

직류 전원 장치(11)는 모터(17)를 구동하는데 사용되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치로서, 예를 들면 충방전이 가능한 배터리가 될 수 있다.The DC power supply 11 is an energy storage device that stores electric energy used to drive the motor 17, and may be, for example, a battery capable of charging and discharging.

인버터(15)는 직류 전원 장치(11)에 저장된 직류 전력을 모터 구동을 위한 교류 전력으로 변환하기 위한 요소로서 컨트롤러(100)에서 제공되는 펄스폭변조 신호에 의해 온/오프 상태가 제어되는 복수의 스위칭 소자(S1 내지 S6)를 포함할 수 있다The inverter 15 is an element for converting the DC power stored in the DC power supply 11 into AC power for driving the motor, and the inverter 15 is an element for converting a plurality of on/off states controlled by a pulse width modulation signal provided from the controller 100. Switching elements (S1 to S6) may be included.

인버터(15)의 직류측 단자에는 직류전압 안정화를 위한 커패시터(CDC)가 구비될 수 있다. 인버터(15)는 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 온/오프 상태를 펄스폭변조 제어 방식하여 커패시터(CDC)에 인가되는 직류입력전압(VDC)을 복수의 위상(예를 들어, 3상)을 갖는 교류 전압으로 변환할 수 있다.A DC-side terminal of the inverter 15 may include a capacitor (C DC ) for stabilizing a DC voltage. The inverter 15 controls the on/off states of the switching elements S1 to S6 using a pulse width modulation method to convert the DC input voltage V DC applied to the capacitor C DC into a plurality of phases (eg, three phases). ) can be converted into an alternating voltage with

직류 전원 장치(11)와 인버터(15) 사이에는 양자 간의 전기적 연결상태를 결정하는 릴레이(13)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 시스템이 차량에 적용되는 경우, 이 릴레이(13)는 차량 시동 시 온(단락)되고 차량의 셧다운 시 오프(개방)되도록 제어될 수 있다. A relay 13 for determining an electrical connection state between the DC power supply 11 and the inverter 15 may be provided. For example, when the inverter control system for driving a motor according to an embodiment of the present invention is applied to a vehicle, the relay 13 is controlled to be turned on (shorted) when the vehicle is started and turned off (open) when the vehicle is shut down. can

모터(17)는 인버터(15)로부터 제공되는 삼상 교류전력을 입력 받아 회전력을 발생시키는 요소로서, 당 기술분야에 알려진 다양한 종류의 모터가 채용될 수 있다.The motor 17 is an element that generates rotational force by receiving the three-phase AC power provided from the inverter 15, and various types of motors known in the art may be employed.

컨트롤러(100)는 인버터(15)를 제어하기 위해 마련된 것으로, 인버터(15) 내의 스위칭 소자(S1 내지 S6)를 펄스폭변조 방식으로 스위칭함으로써 모터(17)의 출력을 조정할 수 있다. The controller 100 is provided to control the inverter 15, and can adjust the output of the motor 17 by switching the switching elements S1 to S6 in the inverter 15 in a pulse width modulation method.

특히, 본 발명의 여러 실시형태에서, 컨트롤러(100)는 인버터의 직류측 입력단의 커패시터(CDC) 전압인 직류입력전압(VDC)을 입력 받고 이를 이용하여 릴레이(13)의 개방 여부를 감시할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 컨트롤러(100)는 인버터(15)의 직류측 입력단의 전압을 소정 범위 내로 제한하기 위해 인버터(15) 내 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 온/오프 상태를 제어할 수 있다.In particular, in various embodiments of the present invention, the controller 100 receives the direct current input voltage (V DC ), which is the voltage of the capacitor (C DC ) of the DC side input terminal of the inverter, and uses it to monitor whether the relay 13 is open. can do. In addition, in one embodiment of the present invention, the controller 100 controls the on/off state of the switching elements S1 to S6 in the inverter 15 to limit the voltage of the DC input terminal of the inverter 15 within a predetermined range. You can control it.

도 2 및 도 3은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 방법의 흐름도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 이루어지는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 방법에 대한 설명을 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 시스템의 동작에 대한 설명도 함께 이루어질 것이다.2 and 3 are flowcharts of a method for controlling an inverter for driving a motor according to various embodiments of the present disclosure. Through the description of the method for controlling the inverter for driving a motor according to various embodiments of the present invention with reference to FIGS. 2 and 3 , the operation of the inverter control system for driving a motor according to an embodiment of the present invention is also described. It will come true.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 방법은, 먼저 컨트롤러(100)가 인버터(150)의 직류입력전압(VDC)을 모니터링하는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다. 단계(S11)에서 직류입력전압(VDC)은 전압 센서에 의해 검출될 수 있으나, 전압 센서를 통해 회로 상의 특정 지점의 전압을 검출하는 것은 당 기술분야에 매우 자명한 것이므로 도 1에서 전압 센서의 도시는 생략하였다.Referring to FIG. 2 , the method for controlling an inverter for driving a motor according to an embodiment of the present invention may start from step S11 in which the controller 100 monitors the DC input voltage (V DC ) of the inverter 150. there is. In step S11, the direct current input voltage (V DC ) can be detected by the voltage sensor, but detecting the voltage of a specific point on the circuit through the voltage sensor is very obvious in the art, so the voltage sensor in FIG. city is omitted.

이어, 컨트롤러(100)는 직류입력전압(VDC)의 변화를 기반으로 릴레이(13)의 개방을 진단할 수 있다(S12). 직류 전원 장치(11)와 인버터(15)의 직류 입력단 사이에 연결된 릴레이(13)가 고장 등의 원인으로 모터 구동 중에 개방되면 직류입력전압(VDC)이 상승한다. 즉, 릴레이(13)가 개방되는 경우 차량 고속 운전에 의해 모터(17)가 고속 회전하는 경우 발생하는 상당한 역기전력 또는 모터(17)의 회생제어 모터(17)에서 전달되는 전력이 직류 전원 장치(11)로 전달되지 못하고 커패시터(CDC)에 저장되므로 직류입력전압(VDC)가 상승하게 된다. 컨트롤러(100)는 직류입력전압(VDC)의 변화가 짧은 시간 동안 상당히 이루어지는 경우 릴레이(13)가 개방되었음을 진단할 수 있다.Subsequently, the controller 100 may diagnose the openness of the relay 13 based on the change in the DC input voltage (V DC ) (S12). When the relay 13 connected between the DC power supply 11 and the DC input terminal of the inverter 15 is opened during motor driving due to a failure or the like, the DC input voltage V DC increases. That is, when the relay 13 is opened, the considerable counter-electromotive force generated when the motor 17 rotates at high speed due to the high-speed driving of the vehicle or the power transmitted from the regenerative control motor 17 of the motor 17 is transferred to the DC power supply 11 ) and stored in the capacitor (C DC ), the DC input voltage (V DC ) rises. The controller 100 may diagnose that the relay 13 is open when the direct current input voltage (V DC ) changes significantly for a short time.

차량에 적용되는 모터 구동 시스템은 직류 전원 장치와 인버터 사이에 구비되는 릴레이를 감시하고 제어하는 별도의 제어기가 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨트롤러(100)는 릴레이(13)를 감시하는 별도의 제어기로부터 릴레이(13)의 개방 정보를 제공받아 동작할 수도 있지만, 이러한 방식을 적용하는 경우 컨트롤러(100)가 릴레이(13) 개방을 인지하는데 비교적 긴 시간이 소요될 수 있다. 그에 따라, 이미 릴레이(13) 개방에 의해 직류 입력단 커패시터(CDC)에 과도한 역기전력이 인가되어 파손되는 문제가 발생할 수 있다.A motor driving system applied to a vehicle may include a separate controller for monitoring and controlling a relay provided between a DC power supply and an inverter. The controller 100 according to an embodiment of the present invention may operate by receiving open information of the relay 13 from a separate controller monitoring the relay 13, but when this method is applied, the controller 100 It may take a relatively long time to recognize that the relay 13 is open. Accordingly, excessive counter-electromotive force is applied to the DC input terminal capacitor (C DC ) by already opening the relay 13, and thus damage may occur.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 모터 구동 중 릴레이가 개방되는 경우 인버터(15)의 직류입력전압(VDC)이 짧은 시간동안 상승하는 것을 감지하여 릴레이(13) 개방을 판단한다. 즉, 단계(S12)에서 컨트롤러(100)는 시간당 직류입력전압(VDC)의 증가량이 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 릴레이(13)가 개방된 것으로 진단할 수 있다.Therefore, in one embodiment of the present invention, when the relay is opened while the motor is running, the DC input voltage (V DC ) of the inverter 15 increases for a short period of time to determine whether the relay 13 is open. That is, in step S12, the controller 100 may diagnose that the relay 13 is open when the increase amount of the DC input voltage V DC per hour is greater than a preset reference value.

이어, 컨트롤러(100)는 인버터(15)의 직류측 전압을 소정 범위 내로 제한하도록 인버터(15) 내의 스위칭 소자의 온/오프를 제어할 수 있다.Subsequently, the controller 100 may control on/off of a switching element in the inverter 15 to limit the DC-side voltage of the inverter 15 within a predetermined range.

예를 들어, 하이브리드 차량은 모터 이외에 엔진 등과 같은 다른 동력원이 존재하며, 모터(17)는 클러치를 통해 엔진과 연결되거나 차량의 변속기와 연결되는 구조를 가지므로 릴레이(13)가 개방되어 구동전력이 공급되지 않는 상태에서도 모터의 회전자는 회전할 수 있다. 따라서, 하이브리드 차량에 본 발명의 여러 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 시스템 및 방법이 적용되는 경우, 단계(S13)에서 컨트롤러(100)는 모터의 역기전력을 오히려 전원으로 하여 인버터(15)의 스위칭 소자를 적절히 제어함으로써 인버터(15)의 입력직류전압(VDC)의 크기를 원하는 범위 내로 조정할 수 있다.For example, a hybrid vehicle has another power source, such as an engine, in addition to a motor, and since the motor 17 has a structure that is connected to the engine through a clutch or to the transmission of the vehicle, the relay 13 is opened and the driving power is Even in a non-supplied state, the rotor of the motor can rotate. Therefore, when the inverter control system and method for driving a motor according to various embodiments of the present invention are applied to a hybrid vehicle, in step S13, the controller 100 switches the inverter 15 by using the counter electromotive force of the motor as a power source instead. By properly controlling the device, the magnitude of the input DC voltage (V DC ) of the inverter 15 can be adjusted within a desired range.

이를 위해, 컨트롤러(100)는 모터 구동 중 릴레이(13)가 개방되는 경우 입력직류전압(VDC)의 크기를 조정하는 제어를 수행할 수 있는 제어 알고리즘을 사전에 저장할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 릴레이(13)가 개방된 경우 유지하고자 하는 입력직류전압(VDC)의 지령치를 사전에 저장해두고 이를 추종하도록 피드백 제어하는 등의 통상의 제어 기법들을 적용할 수 있다.To this end, the controller 100 may store in advance a control algorithm capable of performing control to adjust the level of the input direct current voltage (V DC ) when the relay 13 is opened while driving the motor. For example, the controller 100 may apply conventional control techniques such as storing a command value of the input direct current voltage (V DC ) to be maintained when the relay 13 is opened in advance and performing feedback control to follow it. there is.

이와 같이, 하이브리드 차량에서는 역기전력을 전원으로 한 인버터(15)의 스위칭 소자의 제어를 통해 입력직류전압(VDC)이 원하는 값이 되도록 제어함으로써, 하이브리드 차량에 요구되는 고전압 펌프나 다른 고전압 관련 제어기의 동작성을 유지하는데 이를 활용할 수 있어 차량의 림폼주행시 주행거리를 향상시킬 수 있다.As described above, in the hybrid vehicle, by controlling the input direct current voltage (V DC ) to a desired value through control of the switching element of the inverter 15 using the counter electromotive force as the power source, the high voltage pump required for the hybrid vehicle or other high voltage related controllers It can be used to maintain the operability, so the driving distance can be improved when the vehicle is reformed.

한편, 모터 이외의 다른 동력원을 구비하지 않는 전기 차량 등에서는 인버터(15)에 영전압 벡터를 인가하여, 인버터(15)의 스위칭 소자와 모터 간의 폐회로를 형성시키는 방식으로 인버터(15) 직류 입력단의 커패시터(CDC)를 보호하는 방식이 채용될 수 있다. 이러한 제어 기법은 도 3에 설명된다. 또한, 도 4는 도 3에 도시된 실시형태를 설명하기 위한 d상기 인버터의 직류측 전압을 소정 범위 내로 제한하도록 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어-q 전압 평면을 도시한 도면이다. 도 3 및 도 4를 통해 설명되는 제어 기법이 하이브리드 차량에도 적용될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, in an electric vehicle having no power source other than a motor, a zero voltage vector is applied to the inverter 15 to form a closed circuit between the switching element of the inverter 15 and the motor. A method of protecting the capacitor C DC may be employed. This control technique is illustrated in FIG. 3 . Also, FIG. 4 is a diagram showing the on/off control-q voltage plane of the switching element so as to limit the DC-side voltage of the inverter within a predetermined range for explaining the embodiment shown in FIG. 3 . Of course, the control technique described with reference to FIGS. 3 and 4 can also be applied to a hybrid vehicle.

도 3 및 도 4를 참조하면, 영전압 벡터 제어 기법은, 컨트롤러(100)가 릴레이(13)의 개방을 감지하면(S12) 먼저 모터를 영토크 제어한다(S131). 즉, 단계(S131)에서 이루어지는 모터의 영토크 제어는 컨트롤러(100)가 인버터 제어 시 q축 전류 지령이 0, d축 전류 지령이 모터 전압타원에서 손실이 최소점 되도록 인버터(15)를 제어하는 것이다.Referring to FIGS. 3 and 4 , in the zero voltage vector control technique, when the controller 100 detects that the relay 13 is open (S12), the motor is first controlled (S131). That is, the non-lock control of the motor performed in step S131 is to control the inverter 15 so that the q-axis current command is 0 and the d-axis current command is the minimum loss in the motor voltage ellipse when the controller 100 controls the inverter. will be.

도 4에서 실선(21)은 전류 당 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere: MTPA)에서 일정한 동일 토크를 발생하는 곡선이고 점선(23)은 입력직류전압의 크기 따라 결정되는 전압타원으로 모터 구동이 가능한 범위를 나타낸다.In FIG. 4, the solid line 21 is a curve that generates the same constant torque at Maximum Torque Per Ampere (MTPA), and the dotted line 23 is a voltage ellipse determined according to the size of the input DC voltage, and the motor driving range is possible. indicates

도 4에서 'A'로 표시된 점은 MTPA 곡선에서 도출된 일정한 동일 토크 곡선과 전압타원이 만나는 점으로 모터가 고속 회전하면서 회생제동이 이루어지는 지점을 나타낸다. 컨트롤러(100)가 릴레이(13)의 개방을 감지한 후 손실을 고려하여 영토크 제어를 실시하면(S131), 모터의 운전점은 'A'에서 'B'로 이동한다.A point marked 'A' in FIG. 4 is a point where a constant same torque curve derived from the MTPA curve and a voltage ellipse meet, and represents a point where regenerative braking is performed while the motor rotates at high speed. When the controller 100 detects the opening of the relay 13 and then performs non-lock control in consideration of the loss (S131), the operating point of the motor moves from 'A' to 'B'.

단계(S131)에서 컨트롤러(100)가 d축 전류만 인가하는 영토크 제어를 수행하게 되면 회생되는 에너지가 없게 되고, 인버터(15)의 직류입력단과 배터리의 연결이 차단된 상태이므로 인버터(15)의 직류입력전압은 점점 감소하게 된다. 이는 도 4의 전압타원이 축소됨을 의미하는 것으로 모터의 운전점이 'B'에서 'C'로 이동하게 된다.In step S131, when the controller 100 performs non-lock control to apply only the d-axis current, there is no energy to be regenerated, and since the connection between the DC input terminal of the inverter 15 and the battery is cut off, the inverter 15 The DC input voltage gradually decreases. This means that the voltage ellipse of FIG. 4 is reduced, and the operating point of the motor moves from 'B' to 'C'.

이 과정에서, 컨트롤러(100)는 지속적으로 직류입력전압을 모니터링하고(S132), 사전 설정된 기준값 미만으로 직류입력전압이 감소한 경우(S133) 영전압 벡터 제어를 수행한다. 영전압 벡터 제어를 실시하면 모터의 저항값에 의해 모터의 운전점이 'C'에서 'D'로 이동하게 된다.During this process, the controller 100 continuously monitors the DC input voltage (S132), and performs zero voltage vector control when the DC input voltage decreases below a preset reference value (S133). When zero voltage vector control is performed, the operating point of the motor moves from 'C' to 'D' by the resistance value of the motor.

도 5 및 도 6은 도 3에 도시된 실시형태를 설명하기 위한 인버터의 스위칭 소자 상태를 도시한 도면 및 인버터의 공간 전압 벡터도로서, 단계(S133)에서 이루어지는 영전압 벡터 제어를 설명하기 위한 것이다. 특히, 도 1 또는 도 5에 도시된 것과 같이 인버터(15)의 스위칭 소자(S1 내지 S6)를 상하부 그룹으로 나누고 상부 그룹의 가장 좌측 스위칭 소자부터 시계방향으로 S1, S3, S5, S2, S6, S4 순서로 배열된다고 할 때, 스위칭 소자에 대한 인버터 내에서의 공간 전압 벡터가 도 6에 도시된다.5 and 6 are diagrams showing the state of switching elements of the inverter and space voltage vector diagrams of the inverter for explaining the embodiment shown in FIG. . In particular, as shown in FIG. 1 or 5, the switching elements S1 to S6 of the inverter 15 are divided into upper and lower groups, and clockwise from the leftmost switching element of the upper group S1, S3, S5, S2, S6, When arranged in the order of S4, the space voltage vector in the inverter for the switching element is shown in FIG.

단계(S133)에서 컨트롤러(100)는 인버터(15)를 영전압 벡터 제어하기 위해서 도 6에서 육각형의 중심에 해당하는 영전압 벡터를 나타내도록 인버터 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다. In step S133, the controller 100 may control the switching element in the inverter to display a zero voltage vector corresponding to the center of the hexagon in FIG. 6 in order to control the zero voltage vector of the inverter 15.

예를 들어, 컨트롤러(100)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 하부 그룹의 스위치를 모터 등가회로와 폐회로가 되도록 하거나, 도 5의 (b)에 도시한 것과 같이 상부 그룹의 스위치를 모터 등가회로와 폐회로가 되도록 스위칭 소자를 제어할 수 있다. 특히, 컨트롤러(100)는 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 두 스위칭 상태를 교번시켜 영 전압 벡터가 인가되게 할 수 있다. 이와 같은, 상하부 그룹의 스위치를 서로 교번하여 영전압 벡터를 인가함으로써 스위칭 소자의 스트레스를 저감할 수 있다.For example, the controller 100 makes the switch of the lower group a motor equivalent circuit and a closed circuit as shown in (a) of FIG. 5, or switches of the upper group as shown in (b) of FIG. The switching element can be controlled to form a motor equivalent circuit and a closed circuit. In particular, the controller 100 may apply the zero voltage vector by alternating the two switching states shown in (a) and (b) of FIG. 5 . Stress of the switching element can be reduced by alternately applying the zero voltage vector to the switches of the upper and lower groups.

이와 같이 본 발명의 일 실시형태는 인버터를 영전압 벡터 제어함에 있어서, 모터 구동 상태에서 바로 영전압 벡터 제어를 수행하는 것이 아니라 먼저 영토크 제어를 통해 일정 수준 이상 직류입력전압을 감소시킨 후 영전압 벡터 제어를 수행한다. 이를 통해 본 발명의 일 실시형태는 영전압 벡터를 바로 수행하는 경우 제어성 급변으로 인해 과전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.As described above, in one embodiment of the present invention, in controlling the zero voltage vector of the inverter, instead of immediately performing the zero voltage vector control in the motor driving state, first, the DC input voltage is reduced to a certain level or more through non-lock control, and then the zero voltage vector is controlled. vector control. Through this, an embodiment of the present invention can prevent overcurrent from occurring due to a sudden change in controllability when the zero voltage vector is immediately performed.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 모터 구동용 인버터 제어 방법 및 시스템은, 인버터가 직류 전원 장치로부터 제공된 직류 전원을 교류로 변환하여 모터로 제공하여 모터를 구동하던 중에 인버터와 직류 전원 장치의 전기적 연결이 단절되는 경우에도 모터의 역기전력에 의해 인버터 직류입력단에 연결된 커패시터 등이 파손되는 문제를 해소할 수 있다.As described above, in the method and system for controlling an inverter for driving a motor according to various embodiments of the present invention, the inverter converts DC power provided from a DC power supply into AC and provides it to the motor to drive the motor. Even when the electrical connection of the power supply is disconnected, it is possible to solve the problem that the capacitor connected to the DC input terminal of the inverter is damaged due to the counter electromotive force of the motor.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the above has been shown and described in relation to specific embodiments of the present invention, it is understood that the present invention can be variously improved and changed without departing from the technical spirit of the present invention provided by the claims below. It will be obvious to those skilled in the art.

11: 직류 전원 장치 13: 릴레이
15: 인버터 17: 모터
100: 컨트롤러 S1-S6: 스위칭 소자
CDC: 인버터 직류입력단 커패시터11: DC power supply 13: relay
15: inverter 17: motor
100: controller S1-S6: switching element
C DC : Inverter DC input terminal capacitor

Claims (10)

복수의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 직류 전원 장치로부터 제공되는 직류전력을 모터 구동을 위한 교류전력으로 변환하는 인버터를 제어하는 방법에 있어서,
직류 전원 장치와 인버터 사이의 전기적 연결 상태를 모니터링하는 단계;
상기 전기적 연결 상태가 단절된 것을 감지하는 단계; 및
상기 전기적 연결 상태가 단절된 것으로 감지된 경우, 상기 인버터의 직류측 전압을 소정 범위 내로 제한하도록 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 단계를 포함하되,
상기 제어하는 단계는,
상기 인버터를 제어하기 위한 d축 전류 지령을 모터 전압 타원에서 손실이 최소인 점으로 설정하고 q축 전류 지령을 0으로 설정하여 영토크 제어를 수행하는 단계; 및
상기 영토크 제어를 수행하는 동안 상기 인버터의 직류입력전압이 사전 설정된 기준값 이하로 감소한 경우 상기 인버터 내의 스위칭 소자에 영전압 벡터를 인가하여 영전류 제어하는 단계를 포함하는 모터 구동용 인버터 제어 방법.A method for controlling an inverter that converts DC power supplied from a DC power supply by turning on/off of a plurality of switching elements into AC power for driving a motor,
monitoring an electrical connection between the DC power supply and the inverter;
detecting that the electrical connection state is disconnected; and
When it is detected that the electrical connection state is disconnected, controlling on/off of the switching element to limit the DC-side voltage of the inverter within a predetermined range,
The control step is
setting a d-axis current command for controlling the inverter to a point with a minimum loss on the motor voltage ellipse and setting a q-axis current command to 0 to perform non-zero peak control; and
and controlling zero current by applying a zero voltage vector to a switching element in the inverter when the DC input voltage of the inverter decreases below a preset reference value during the non-lock control. 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링하는 단계는 상기 인버터의 직류입력전압을 모니터링하며, 상기 감지하는 단계는 상기 직류입력전압의 시간당 증가량이 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 직류 전원 장치와 인버터 사이의 전기적 연결 상태가 단절된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동용 인버터 제어 방법.The method of claim 1,
The monitoring step monitors the DC input voltage of the inverter, and the detecting step determines that the electrical connection between the DC power supply and the inverter is disconnected when an increase in the DC input voltage per hour is greater than a preset reference value. Inverter control method for driving a motor characterized by 청구항 1에 있어서,
상기 제어하는 단계는, 상기 모터의 회전에 의해 발생하는 상기 모터의 역기전력을 전력원으로 하여 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어함으로써 상기 인버터의 직류입력단에 사전 설정된 전압이 인가되게 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 모터 구동용 인버터 제어 방법.The method of claim 1,
The controlling step is a step of controlling application of a predetermined voltage to a DC input terminal of the inverter by controlling on/off of the switching element using counter electromotive force of the motor generated by rotation of the motor as a power source. Inverter control method for driving a motor characterized by 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 영전류 제어하는 단계는,
상기 스위칭 소자들을 상부 및 하부그룹으로 구분하고 각 그룹에 교번으로 영전압 벡터를 인가하는 것을 특징으로 하는 모터 구동용 인버터 제어 방법.The method according to claim 1, wherein the controlling of the zero current comprises:
An inverter control method for driving a motor, characterized in that the switching elements are divided into upper and lower groups and a zero voltage vector is alternately applied to each group. 직류 전원 장치;
복수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 복수의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 상기 직류 전원 장치로부터 제공되는 직류전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
상기 인버터에 의해 변환된 교류 전력을 제공받아 구동되는 모터;
상기 직류 전원 장치와 상기 인버터를 전기적으로 연결/차단하도록 단락/개방되는 릴레이; 및
상기 릴레이의 개방 여부를 감시하고, 상기 모터 구동 중 상기 릴레이가 개방된 경우 상기 인버터의 직류측 전압을 소정 범위 내로 제한하도록 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 컨트롤러;
를 포함하되,
상기 컨트롤러는,
상기 릴레이가 개방된 것으로 판단한 이후, 상기 인버터를 제어하기 위한 q축 전류 지령을 0으로 설정하여 영토크 제어를 수행한 후 상기 인버터의 직류입력전압이 사전 설정된 기준값 이하로 감소하면 상기 인버터 내의 스위칭 소자에 영전압 벡터를 인가하여 영전류 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동용 인버터 제어 시스템.DC power supply;
an inverter including a plurality of switching elements and converting DC power provided from the DC power supply into AC power by turning on/off the plurality of switching elements;
a motor driven by receiving the AC power converted by the inverter;
a relay that is shorted/opened to electrically connect/disconnect the DC power supply and the inverter; and
a controller that monitors whether the relay is open and controls on/off of the switching element to limit the DC-side voltage of the inverter within a predetermined range when the relay is open during driving of the motor;
Including,
The controller,
After determining that the relay is open, setting the q-axis current command for controlling the inverter to 0 to perform non-lock control, and when the DC input voltage of the inverter decreases below a preset reference value, the switching element in the inverter An inverter control system for driving a motor, characterized in that zero current is controlled by applying a zero voltage vector to. 청구항 6에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 모터 구동 시 상기 인버터의 직류입력전압을 모니터링하며, 상기 직류입력전압의 시간당 증가량이 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동용 인버터 제어 시스템.The method of claim 6,
wherein the controller monitors the DC input voltage of the inverter when the motor is driven, and determines that the relay is open when an increase in the DC input voltage per hour is greater than a preset reference value. . 청구항 6에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단한 이후, 상기 모터의 회전에 의해 발생하는 상기 모터의 역기전력을 전력원으로 하여 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어함으로써 상기 인버터의 직류입력단에 사전 설정된 전압이 인가되게 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 모터 구동용 인버터 제어 시스템.The method of claim 6,
After determining that the relay is open, the controller controls on/off of the switching element using counter electromotive force of the motor generated by rotation of the motor as a power source, so that a preset voltage is applied to the DC input terminal of the inverter. An inverter control system for driving a motor, characterized in that the step of controlling to be applied. 삭제delete 청구항 6에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 인버터에 영 전압 벡터를 인가 시, 상기 스위칭 소자들을 상부 및 하부그룹으로 구분하고 각 그룹에 교번으로 영전압 벡터를 인가하는 것을 특징으로 하는 모터 구동용 인버터 제어 시스템.
The method according to claim 6, wherein the controller,
When the zero voltage vector is applied to the inverter, the switching elements are divided into upper and lower groups and the zero voltage vector is alternately applied to each group.
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