KR20120135960A

KR20120135960A - 인버터의 전류 제어 장치

Info

Publication number: KR20120135960A
Application number: KR1020110054876A
Authority: KR
Inventors: 김만기; 허혜성
Original assignee: 인피니언테크놀로지스코리아(주)
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-12-18
Also published as: KR101259623B1

Abstract

본 발명은 인버터의 전류 제어 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 3상 교류 전류를 출력하는 인버터의 스위칭 소자의 전류를 제어하며 상단락을 검출하는 전류 제어 장치 및 전류 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태인 인버터 전류 제어 장치는, 복수의 스위칭 소자가 각각 온,오프됨으로써, 입력 직류 전압을 3상 교류로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 상전류를 검출하는 전류검출센서와, 상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하고, 동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 구동 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

인버터의 전류 제어 장치{Apparatus for controlling inverter current and Method for operating the same}

본 발명은 인버터의 전류 제어 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 3상 교류 전류를 출력하는 인버터의 스위칭 소자의 전류를 제어하며 상단락을 검출하는 전류 제어 장치 및 전류 제어 방법에 관한 것이다.

하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 차량에서는, 고전압 배터리를 사용하여 주행용 모터나 컴프레서의 모터를 구동하고, 저전압 배터리를 사용하여 오디오 기기나 LIN(Local Interconnect Network)이나 CAN(Controller Area Network) 등의 통신을 하기 위한 통신 기기를 구동한다. 이러한 구성에 있어서, 예를 들어, 인버터 장치의 동작을 제어하는 모터용 제어부와 통신 기기의 동작을 제어하는 통신용 제어부가 서로 신호를 송수신하는 경우, 포토커플러를 통하여 신호가 송수신된다.

일반적으로 인버터를 제어하여 모터를 구동하는 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 고전압 배터리(10)와, 상기 고전압 배터리의 전압을 다른 전압으로 변환하는 전압 변환유닛(Converter)와, 상기 변환된 전압을 저장 및 평활화하는 평활유닛(30;필터콘덴서)과, 상기 평활유닛의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(40;Inverter, DC/AC Converter)와, 상기 인버터의 교류 전압에 의해 구동되는 모터(60) 및 출력 주파수를 제어하는 제어유닛(50)을 포함하여 구성된다.

상기 인버터(40)는 스위칭 소자를 연결하여 사용하는데, 일반적으로 스위칭 소자로서 특성이 우수한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)라는 반도체 소자를 주로 사용한다.

상기 인버터(40)에 출력 단락 또는 암(Arm) 단락이 발생하여 스위칭 소자인 IGBT에 단락 전류가 흐르면 스위칭 소자의 단락 전류는 스위칭 소자에 인가되고 있는 게이트-이미터 전압(VGE)이 허용하는 최대 전류까지 상승하고, 스위칭 소자의 컬렉터-이미터 전압(VCE)은 전류에 비례하여 상승한다. 단락 전류로 인해 상기와 같이, 인버터 내의 스위칭 소자인 IGBT 소자에서, 제어되지 않는 전류(이하, '사고전류'라 함)가 흐를 경우 이를 검출하여 적절한 대응을 취해야 한다.

이를 위해 종래에는 전류 제어 목적으로 상출력단(phase ouptut)에 설치된 상출력 전류 검출센서(70;70a,70b,70c)에서 검출되는 전류값을 이용하여 전류 제어 및 단락전류 검출을 수행하는 별도의 검출전용회로를 두어야만 했다.

예컨대, 정상적인 경우, 스위칭 소자가 턴-온되면, 입력 전압 VCC는 풀-업 저항, 전류 제한저항, 블로킹 다이오드, 스위칭 소자를 통해 GND에 연결된다. 이때, 스위칭 소자의 턴-온 전압만이 검출되어 정상 동작을 수행한다. 반대로, 스위칭 소자가 단락되는 경우 스위칭 소자의 턴-온 전압은 단락 전류의 크기에 비례하여 상승하고, 상기 비교유닛의 기준 전압과 비교되어 단락 검출 유무를 판별하고 고장신호를 제어유닛에 전달하였다.

그러나, 종래 기술의 따른 단락검출 기능을 갖는 검출전용회로를 구비한 인터버 제어 장치는, 비용이 상승하고 단락검출 레벨을 조정할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 포지티브 상을 출력하는 스위칭 소자와 네거티브 상전류를 출력하는 스위칭 소자가 동시 도통되어 상단락(phase short)이 발생하는 경우, 상출력단에 설치된 상출력 전류 검출센서만으로는 이러한 상단락을 검출할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 기술적 과제는 단락검출 기능을 갖는 검출전용회로없이 인버터 전류 제어 장치 및 전류 제어 방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 스위칭 소자에 흐르는 전류를 측정하는 방안을 제공하느데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 스위칭 소자에 흐르는 전류를 최소 한도로 검출하여 인버터 전류 제어를 수행하도록 하는데 있다.

본 발명의 실시 형태인 인버터 전류 제어 장치는, 복수의 스위칭 소자가 각각 온,오프됨으로써, 입력 직류 전압을 3상 교류로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 상전류를 검출하는 전류검출센서와, 상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하고, 동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 구동 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하는 것은, 동일 극성의 3상을 동일 극성 제1,제2,제3상이라 할 때, 제1상의 반대 극성의 상전류의 절대값은, 제2상 및 제3상의 동일 극성을 합하여 산출한다.

상기 제어부는, 상기 동일 극성의 측정된 상전류와 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생하였음을 알람 경고한다. 상기 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 소자임을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시 형태에 따른 인버터 전류 제어 방법은, 동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 과정과, 상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하는 과정과, 동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 피드백받아, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 과정을 포함한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 여분의 검출전용회로없이 전류검출센서를 이용하여 스위칭소자의 전류를 직접 검출함으로써 회로 간단화를 이룰 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 전류검출센서를 최소화함으로서 비용 절감을 이룰 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 스위칭 소자의 이상 여부를 직접 정확하게 검출할 수 있다.

도 1은 종래의 인버터를 제어하여 모터를 구동하는 장치를 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 단락 전류 검출 회로를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전류검출센서가 IGBT에 구비된 모습을 도시한 그림이다.
도 4는 3상전류의 파형을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인버터에서 3개의 전류검출센서만을 이용하여 인버터의 이상 여부를 검출하는 방법을 도시한 플로차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 단락 전류 검출 회로를 도시한 그림이다.

이하, 본 발명의 실시예에서는 인버터의 스위칭 소자로서, IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터;Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 사용하는 예를 들어 설명할 것이나, 이에 한정되지 않고 다양한 스위칭 소자의 경우에도 본 발명의 실시예가 적용될 수 있음은 자명할 것이다. 즉, 인버터를 구성하는 각 스위칭 소자는, 다이오드가 병렬 접속되는 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등 IGBT 에 한정되지 않는다.

참고로, IGBT는, MOSFET와 Bipolar transistor의 장점만을 취할 수 있도록 되어 있다. IGBT는 실제로는 MOSFET를 대체하기 위한 소자라고 볼 수 있다. MOSFET의 경우 하나의 타입 캐리어(electron or hole)로 구동하는 소자이기 때문에 항복전압을 높이거나 전류량을 높이는데 한계가 있다. 그 때문에 IGBT는 MOSFET의 이러한 단점을 보완하고 높은 항복전압과 전류를 얻을 수 있다. 다만, IGBT는 MOSFET에 비해 속도가 느린 단점을 가진다. IGBT 소자의 특징을 간단히 기술하면, IGBT는 MOSFET와 같은 전압 제어 방식을 갖추며 ON-저항이 낮아 고전력 소자에 널리 사용된다. MOSFET과 IGBT의 전압별 ON-저항의 차이를 비교하면, 넓은 전압 범위에서 MOSFET에 비해 IGBT에서의 도통 저항이 더 낮다. 스위칭 소자인 IGBT, MOS FET, TR의 특성을 각각 비교하면, 입력형태는 IGBT와 MOS FET는 전압으로 제어하고, BJT는 전류로 제어하며, 입력저항은 IGBT및 MOS FET는 매우 높은 반면 BJT는 낮다. 또한, 동작주파수는 IGBT는 중간정도이고, MOS FET는 높고, BJT는 낮으며, 스위칭 속도는, IGBT는 중간정도고, MOS FET는 매우 빠르고 BJT는 제일 느리다.

도 2를 참고하면 인버터를 제어하여 모터를 구동하는 전류 제어 장치는, 고전압 배터리(500)와, 상기 고전압 배터리의 전압을 다른 직류 전압으로 변환하는 전압 변환유닛(600;Converter)와, 상기 변환된 전압을 저장 및 평활화하는 평활유닛(700;필터콘덴서)과, 상기 평활유닛의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(100;Inverter)와, 상기 인버터의 교류 전압에 의해 구동되는 모터(300) 및 출력 주파수를 제어하는 제어부(200)와, 제어부의 구동 신호를 입력받아 인버터의 스위칭 소자의 입력단(gate)에 제공하는 드라이브 회로(400)을 포함하여 구성된다. 상기에서 인버터(100)는, 예를 들어, 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 차량에 탑재되는 컴프레서 모터의 구동을 제어한다.

드라이브 회로(400)는, 제어부로부터 출력되는 각 드라이브 신호를 IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)의 각각의 게이트(gate)에 출력하여, IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)를 각각 온, 오프 스위칭 한다.

제어부(200)는, 3상 전류(Iu, Iv, Iw) 에 기초하여 모터(300)의 로터(rotor)의 현재 위치를 구하고, 그 로터(rotor)의 현재 위치와 외부로부터 입력되는 명령 메시지(command message)에 기초하여 U상, V상, W상의 각각의 상전압을 구하고, 그들 3개의 상전압과 삼각 기준파를 사용하여 PWM(Pulse Width Modulaton)에 의해 스위칭 소자(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)의 각각의 온, 오프를 제어하기 위한 각 드라이브 신호를 생성한다. 또한, 제어부(200)는, LIN 이나 CAN 등의 통신을 하는 통신 기기 (24) 의 동작 제어를 실시하는 장치와 신호를 송수신한다.

특히, 본 발명의 실시예인 제어부(200)는 전류검출센서(110,120,130)을 통하여 검출되는 포지티브 상전류를 이용하여 반대 극성인 네거티브 상전류의 패턴을 산출하고, 동일 극성의 측정된 포지티브 상전류와 반대극성의 산출된 네거티브 상전류를 참고하여, 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 구동신호를 출력한다. 이러한 제어부의 동작 예는 하기에서 상술하기로 한다.

인버터(100)는 복수의 스위칭 소자가 각각 온,오프됨으로써, 입력 직류 전압을 3상 교류로 변환하여 모터에 출력한다. 예를 들어, 인버터(100)는, 서로 직렬 접속되어 U상을 출력하는 n 채널의 제1_IGBT(Pu) 및 제2_IGBT(Nu)와, 서로 직렬 접속되어 V상을 출력하는 n 채널의 제3_IGBT(Pv) 및 제4_IGBT(Nv)와, 서로 직렬 접속되어 W상을 출력하는 n 채널의 제5_IGBT(Pw) 및 제6_IGBT(Nw)가 고전압 배터리(500)에 병렬 접속되어 구성되어 있다. 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)는 포지티브(Positive) U,V,W의 3상전류를 각각 출력하는 스위칭 소자이며, 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Nv), 제6_IGBT(Nw)는 네거티브(Negative) U,V,W 3상전류를 각각 출력하는 스위칭 소자이다. 참고로, 각 IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)에는 전류 블록킹을 위한 다이오드(D)가 컬렉터단(C)과 이미터단(E) 사이에 병렬로 연결되어 있다.

제1_IGBT(Pu) 및 제2_IGBT(Nu)간의 접속점 노드와 모터(300)의 U상이 접속되고, I제3_IGBT(Pv) 및 제4_IGBT(Nv)간의 접속점 노드와 모터(300)의 V상이 접속되며, 제5_IGBT(Pw) 및 제6_IGBT(Nw)의 접속점 노드와 모터(300) 의 W상이 접속되어 있다. IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)가 순차 온, 오프가 됨으로써 모터(300)에 복수의 교류 전류가 흘러 모터(300)의 로터가 회전한다.

각 스위칭 소자인 IGBT(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)마다, 각 IGBT에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출센서(110;110a,110b,110c,110d,110e,110f)를 구비한다. 전류검출센서(110)로는, 저이 사용될 수 있다. 예컨대, 각 IGBT소자(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)의 이미터단(E;emiter)에 전류검출 저항을 구비하여, 각 저항에 걸리는 전압을 측정하여, 전압(V) 및 저항(R) 및 전류(I)의 관계식(V=RI)을 통해 전류를 검출할 수 있다. 이밖에 다양한 전류검출센서가 적용될 수 있음은 자명할 것이다.

상기와 같이 각 IGBT 소자(Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nw)에 구비된 전류검출센서(110)를 통해 측정되는 IGBT의 전류는 제어부(200)에 제공된다. 제어부는 상기와 같이 각 IGBT 소자에 구비된 전류검출센서(110)를 통해 IGB의 전류를 제공받아, IGBT의 전류가 정상적으로 흐르고 있는지를 비교함으로써 단락 전류가 발생하였는지를 빠르게 검출할 수 있다.

예컨대, IGBT에 단락 전류가 흐를경우, 제어부는 IGB소자의 이미터단(E)에 연결된 전류검출 저항(전류검출센서)에 걸리는 전압을 직접 검출하여 별도의 비교유닛에 미리 설정된 기준 전압과 비교하여 단락 유무를 판별하고 고장 신호를 단락 검출 신호로서 전달할 수 있다.

참고로, 각 IGBT 소자에 구비된 전류검출 센서를 통해 전류가 검출되는 경우, 이러한 검출 전류는 상기에서 설명한 단락 전류 검출에 이용되는것 뿐만 아니라 검출된 전류를 통해 전류 제어에 이용할 수 있다.

한편, 상기에서 설명한 각 IGBT 소자에 구비된 6개의 전류검출 센서를 통해 단락 전류를 직접 검출하는 기능을 구비한 인버터는, 각 IGBT 소자에 전류검출 센서를 구비해야 하기 때문에 비용이 상대적으로 소요되며 회로가 상대적으로 복잡해지는 문제가 있을 수 있다.

이를 위하여, 본 발명의 실시예는 동일 극성의 3상의 전류상을 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 전류만을 검출하여 이용한다.

동일 극성을 포지티브 극성이라 하고 반대 극성을 네거티브 극성이라고 정의한다고 하면, 본 발명의 실시예는 도 3(a)에 도시한 바와 같이 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서(110a,110b,110c)를 구비하여 상전류를 검출한다.

일반적으로 U상의 전류(Iu), V상의 전류(Iv), W상의 전류(Iw)의 3개의 상출력(phase output)이 정상적으로 모터에 출력되는 경우에는 도 4(a)에 도시한 바와 같이 출력된다. 이러한 각 상을 갖는 3상 출력(Iu,Iv,Iw)을 통해서, 3상 출력의 합은 0(zero)이 되는 특성을 가짐을 알 수 있다.

Iu + Iv + Iw = 0

본 발명의 실시예는 이러한 3상(3 phase)의 특성을 이용하여, 3개의 전류검출센서만을 통하여 상단락(포지티브 스위칭 소자와 네거티브 스위칭 소자가 동시 도통된 경우)이나 상지락(상출력이 GND 연결된 경우)을 검출한다.

도 4(a)는 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서가 구비된 모습을 도시한 회로도로서, 3개의 전류검출센서를 통하여 상단락(포지티브 스위칭 소자와 네거티브 스위칭 소자가 동시 도통된 경우), 상지락(상출력이 GND와 연결된 경우) 등을 검출할 수 있다.

도 4(a)에 도시한 바와 같이, 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서가 구비된 경우에, 어떤 하나의 네거티브 상(phase)의 패턴 일부는 실제로 측정되는 다른 두 개의 포지티브 상(phase)을 통해 그 패턴을 유추할 수 있다.

즉, 동일 극성의 3상을 동일 극성 제1,제2,제3상이라 할 때, 제1상의 반대 극성의 전류상의 절대값은, 제2상 및 제3상의 동일 극성을 합하여 패턴을 산출할 수 있다.

예를 들어, 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류를 감지하는 전류검출센서가 구비되어 있지 않기 때문에 제2_IGBT(Nu)의 전류를 검출할 수 없는데, 이러한 제2_IGBT(Nu)의 전류의 절대값은 실제 측정되는 다른 두 개의 포지티브 상(포지티브 V,W상)을 통해 유추할 수 있다. 즉, 도 4(b)에 도시한 바와 같이 T1구간에서, 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류(Iu_negative)의 절대값은, 포지티브 V상을 제공하는 제3_IGBT(Pv)에 흐르는 전류와 포지티브 W상을 제공하는 제5_IGBT(Pw)에 흐르는 전류의 합과 같다. 제어부는 상기와 같은 방식으로 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류 패턴의 일부를 유추하여 산출할 수 있다.

제어부(200)는, 이렇게 T1구간에서 유추된 네거티브 전류 패턴을 이용하여, 실제 측정되는 포지티브 전류와 함께 참고하여, 복수의 스위치 소자의 온,오프 전류 제어에 사용될 수 있다.

또한, 제어부(200)는 동일 극성으로서 측정된 포지티브 전류상과 반대 극성으로서 산출된 네거티브 전류상을 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생했다는 알람을 발생한다.

또한, 제어부(200)는, 제1_IGBT(Pu)와 제2_IGBT(Nu)가 동시 도통되어 정상적인 포지티브 U상이 출력되지 않고 단락되어 정상 출력되지 않는 경우, 제어부는 상단락이 발생하였음을 검출하여 알람 발생한다.

한편, 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)가 아닌 네거티브(Negative) 스위칭 소자인 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Pv), 제6_IGBT(Nw)에만 3개의 전류검출센서가 구비되어도 마찬가지로 구현된다.

상술하면, 도 3(b)는 네거티브(Negative) 스위칭 소자인 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Pv), 제6_IGBT(Nw)에만 3개의 전류검출센서(110d,110e,110f)가 구비된 모습을 도시한 회로도로서, 3개의 전류검출센서만을 가지고서 상단락(포지티브 스위칭 소자와 네거티브 스위칭 소자가 동시 도통된 경우), 상지락(상출력이 GND와 연결된 경우) 등을 검출할 수 있다

도 3(b)에 도시한 바와 같이, 네거티브(Negative) 스위칭 소자인 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Pv), 제6_IGBT(Nw)에만 3개의 전류검출센서가 구비된 경우에, 어떤 하나의 포지티브 상(phase)의 패턴 일부는 실제 측정되는 다른 두 개의 네거티브 상을 통해 유추할 수 있다.

예컨대, 포지티브 U상을 제공하는 제1_IGBT(Pu)에 흐르는 전류를 감지하는 전류검출센서가 구비되어 있지 않기 때문에 제1_IGBT(Pu)의 전류를 검출할 수 없는데, 이러한 제1_IGBT(Pu)의 전류의 절대값은, 실제 측정되는 다른 두 개의 네거티브 상(네거티브 V,W상)을 통해 유추할 수 있다. 마찬가지로, 유추된 전류 패턴을 통하여, 전류 제어에 사용할 수 있으며, 스위칭 소자들이 정상 동작하는지를 판정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인버터에서 3개의 전류검출센서만을 이용하여 인버터의 이상 여부를 검출하는 방법을 도시한 플로차트이다.

우선, 동일 극성의 상을 출력하는 스위칭 소자들의 각각에 흐르는 전류를 검출한다.

우선, 동일 극성의 3상 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출한다(S510).

즉, 포지티브(Positive) 상을 출력하는 포지티브 스위칭 소자들에서만 전류를 검출하거나, 반대로, 네거티브(Negative) 상을 출력하는 네거티브 스위칭 소자에서만 전류를 검출한다. 포지티브 스위칭 소자에서 전류를 검출한다면 다른 네거티브 스위칭 소자에서는 전류를 검출할 필요가 없다. 반대로, 네거티브 스위칭 소자에서 전류를 검출한다면 다른 포지티브 스위칭 소자에서는 전류를 검출할 필요가 없다.

예컨대, 도 3(a)에 도시한 바와 같이 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서를 구비하여 포지티브 상전류를 검출한다. 반대로, 도 3(b)에 도시한 바와 같이 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)가 아닌 네거티브(Negative) 스위칭 소자인 제2_IGBT(Nu), 제4_IGBT(Pv), 제6_IGBT(Nw)에만 3개의 전류검출센서를 구비하여 네거티브 상전류를 검출할 수 있다.

참고로, 상기에서 스위칭 소자의 전류를 검출한다는 것은, IGBT 소자의 이미터단(E;emiter)에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출센서를 이용하여 검출한다. 전류검출센서로는, 저항이 사용될 수 있다. 즉, 각 IGBT소자의 이미터단(E;emiter)에 전류검출 저항을 구비하여, 각 저항에 걸리는 전압을 측정하여, 전압(V) 및 저항(R) 및 전류(I)의 관계식(V=RI)을 통해 전류를 검출할 수 있다. 이밖에 저항 이외의 다양한 전류검출센서가 적용될 수 있음은 자명할 것이다.

상기와 같이 동일 극성의 상을 출력하는 스위칭 소자들을 대상으로 전류를 검출(S510)한 후에는, 반대 극성의 상 패턴을 산출한다(S520).

도 3(a)에 도시한 바와 같이 포지티브(Positive) 스위칭 소자인 제1_IGBT(Pu), 제3_IGBT(Pv), 제5_IGBT(Pw)에만 3개의 전류검출센서를 구비하여 포지티브 상전류를 검출한 경우에는, 이들 포지티브 상전류를 이용하여 네거티브 상전류의 패턴을 산출한다.

예를 들어, 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류의 절대값은 실제 측정되는 다른 극성을 갖는 다른 두 개의 포지티브 상(포지티브 V,W상)을 통해 유추할 수 있다. 즉, 도 4(b)에 도시한 바와 같이 T1구간에서, 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류(Iu_negative)의 절대값은, 포지티브 V상을 제공하는 제3_IGBT(Pv)에 흐르는 전류(Iv)와 포지티브 W상을 제공하는 제5_IGBT(Pw)에 흐르는 전류(Iw)의 합과 같다. 제어부는 상기와 같은 방식으로 네거티브 U상을 제공하는 제2_IGBT(Nu)에 흐르는 전류 패턴의 일부를 산출한다.

이렇게 T1구간에서 유추된 네거티브 전류 패턴을 이용하여, 실제 측정되는 포지티브 전류와 함께 전류 제어에 사용될 수 있다(S520).

즉, 산출된 네거티브 전류 패턴을 이용하여, 실제 측정되는 포지티브 전류와 함께 참고하여, 복수의 스위치 소자의 온,오프 전류 제어에 사용될 수 있다.

또한, 동일 극성으로서 측정된 포지티브 전류상과 반대 극성으로서 산출된 네거티브 전류상을 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생했다는 알람을 발생할 수 있다.

또한, 제1_IGBT(Pu)와 제2_IGBT(Nu)가 동시 도통되어 정상적인 포지티브 U상이 출력되지 않고 단락되어 정상 출력되지 않는 경우, 제어부는 상단락이 발생하였음을 검출할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 인버터 110: 전류검출센서
200: 제어부 300: 모터
Pu,Pv,Pw: 포지티브 상전류 발생 스위칭 소자
Nu,Nv,Nw: 네거티브 상전류 발생 스위칭 소자

Claims

복수의 스위칭 소자가 각각 온,오프됨으로써, 입력 직류 전압을 3상 교류로 변환하여 모터에 출력하는 인버터;
동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 상전류를 검출하는 전류검출센서;
상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하고, 동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 구동 신호를 출력하는 제어부;
를 포함하는 인버터의 전류 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하는 것은,
동일 극성의 3상을 동일 극성 제1,제2,제3상이라 할 때, 제1상의 반대 극성의 상전류의 절대값은, 제2상 및 제3상의 동일 극성을 합하여 산출하는 인버터의 전류 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는, 상기 동일 극성의 측정된 상전류와 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생하였음을 알람하는 인버터의 전류 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 소자임을 특징으로 하는 인버터의 전류 제어 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 전류검출센서는, IGBT의 이미터단(E)에 흐르는 전류를 검출하는 인버터의 전류 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전류검출센서는 포지티브 극성의 위상을 출력하는 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 인버터의 전류 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전류검출센서는 네거티브 극성의 위상을 출력하는 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 인버터의 전류 제어 장치.
동일 극성의 3상(3phase)의 상전류를 출력하는 복수의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 과정;
상기 전류검출센서를 통해 검출되는 상전류를 이용하여 반대 극성의 상전류를 산출하는 과정;
동일 극성의 측정된 상전류 및 반대 극성의 산출된 상전류를 피드백받아, 상기 복수의 스위칭 소자를 온,오프 제어하는 과정;
을 포함하는 인버터의 전류 제어 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 스위칭 소자가 IGBT일 경우, IGBT의 이미터단(E)에 흐르는 전류를 검출하는 인버터의 전류 제어 방법.
청구항 8에 있어서, 반대 극성의 상전류를 산출하는 과정은, 동일 극성의 3상을 동일 극성 제1,제2,제3상이라 할 때, 제1상의 반대 극성의 상전류의 절대값은, 제2상 및 제3상의 동일 극성을 합하여 산출하는 인버터의 전류 제어 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 동일 극성의 측정된 상전류와 반대 극성의 산출된 상전류를 참고하여, 특정 위상 지점에서의 3상 교류의 합이 '0'이 아닐 경우 상단락이 발생하였음을 알람하는 과정을 더 포함하는 인버터의 전류 제어 방법.