KR20130063308A - 모터 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

모터 제어 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예들에 의하면, 하프 브릿지 인버로 인버터 회로를 구성하고, 모터에 인가될 입력전원을 정류하는 정류 다이오드 소자 대신 4개의 스위칭 소자를 사용하여 입력전원을 정류하다가, 과부하가 발생하면 상기 4개의 스위칭 소자와 전원부에 구비된 인덕터를 구동하여 입력전원을 승압시켜줌으로써 스위칭 손실을 줄임과 동시에 과전류의 발생을 방지하고, 전압의 역률보정(PFC)이 가능하다. 그에 따라, 인버터용 스위칭 소자의 개수는 감소시키면서 스위칭 손실은 감소되고 과전류의 발생을 방지할 수 있게 된다.

Description

모터 제어 장치{MOTOR CONTROLLING APPARATUS}
본 발명은 모터 제어 장치에 관한 것으로, 특히 장치내에 구비된 인버터의 스위칭 소자의 개수를 줄이고 정류 다이오드 소자를 스위칭 소자로 변경하여 구성함으로써, 제작비를 절감하면서 효율적으로 모터를 제어할 수 있도록 한 모터 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 모터 제어 장치는, 상용 교류전원을 공급받아 직류전원으로 변환하고, 또 인버터를 이용하여 이를 소정의 전압을 갖는 교류전원으로 변환하여 삼상 모터를 구동하도록 제어하는 장치이다. 이러한 모터 제어 장치는 산업 전반에 걸쳐 사용되는데, 예를 들어, 공기조화기, 전기자동차, 엘리베이터 등에 사용될 수 있다.
통상, 상기 모터 제어 장치에 포함되는 인버터 회로는 6개의 스위칭 소자를 사용하는 풀 브릿지 형태의 인버터 회로를 사용한다. 그러나, 스위칭 소자의 개수가 많아지면 장치의 제작비가 증가하며, 전류 전도의 손실과 스위칭 손실이 커져서 효율적인 모터 제어가 수행되는데 문제가 있다.
이에, 본 발명의 실시예들은, 인버터를 하프 브릿지 인버터 회로로 구성하면서, 정류 다이오드 소자 대신 스위칭 소자를 사용하여 입력전원을 정류하고, 과부하 발생시 상기 스위칭 소자를 구동하여 입력전원을 승압시켜줌으로써 모터를 보다 효율적으로 구동할 수 있도록 한 모터 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 과부하 발생시 전원부에 연결된 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 구동하여서, 입력전원을 승압함과 동시에 과전류의 발생을 방지하고, 또 역률개선(PFC)이 이루어지도록 구현한 모터 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 교류전원의 고조파 전류를 저감하고 역률을 보정하는 인덕터와; 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제1제어신호에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하여 상기 교류전원을 정류하고, 제2제어신호에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하여 상기 교류전원을 승압하는 정류/승압부와; 상기 정류/승압부로부터 출력된 직류전원을 평활 및 저장하는 평활부와; 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제3제어신호에 근거하여 상기 평활부에 저장된 직류전원을 교류전원으로 변환하여서 삼상 모터에 공급하는 인버터부와; 상기 인덕터, 정류/승압부, 평활부, 및 인버터부의 구동을 제어하고, 상기 인버터부의 부하 상태에 따라 상기 제1제어신호, 제2제어신호, 및 제3제어신호 중 어느 하나를 생성하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
실시예에서, 상기 정류/승압부 및 인버터부는, 각각 네 개의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 네 개의 스위칭 소자는 각각 직렬 연결된 한 쌍의 스위칭 소자들이 서로 병렬 연결된 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 정류/승압부는, 상기 제1제어신호가 수신되면 구비된 스위칭 소자를 턴 오프하고, 상기 스위칭 소자에 포함된 프리휠링 다이오드를 통해 상기 교류전원을 정류하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 정류/승압부는, 상기 제2제어신호가 수신되면 상기 인덕터 및 상기 스위칭 소자를 구동하여 상기 교류전원을 승압하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 인덕터의 일단은 상기 교류전원을 공급하는 전원부에 접속되고, 상기 인덕터의 타단은 상기 정류/승압부의 중간점에 접속되는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제어부는, 하나 이상의 접속선을 통해 상기 전원부 및 정류/승압부 사이에 연결되어서, 상기 교류전원의 입력전류를 검출하는 입력전류 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제어부는, 하나 이상의 접속선을 통해 상기 전원부 및 정류/승압부 사이에 연결되어서, 상기 교류전원의 입력전압을 검출하는 입력전압 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 인버터부는, 상기 제3제어신호에 따라 상기 삼상모터에 인가되는 전압 및 전류를 조절하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 스위칭 소자는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)인 것을 특징으로 한다.
실시예에에서, 상기 제어부는, 상기 인버터부측의 과부하 발생시, 상기 제2제어신호를 생성하여 상기 정류/승압부에 제공하고, 상기 정류/승압부는, 상기 제2제어신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하여서 입력받은 전류의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 정류/승압부에 구비된 스위칭 소자 및 상기 인버터부에 구비된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 각각 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 평활부는, 상기 정류/승압부 및 인버터부 사이에 서로 병렬연결된 제1캐패시터와 제2캐패시터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 인버터부로부터 출력된 출력전류 및 출력전압을 이용하여 부하를 검출하는 부하검출수단과; 상기 검출된 부하를 기준 부하값과 비교하여 과부하여부를 판단하는 과부하결정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 네 개의 스위칭 소자를 구비하고, 부하의 상태에 따른 제어신호에 근거하여 입력전원을 정류하는 제1동작 및 상기 입력전원을 승압 및 제어하는 제2동작 중 어느 하나를 수행하고, 그로부터 출력된 직류전원을 직류 링크 캐패시터에 제공하는 정류/승압부와; 네 개의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하여 상기 직류 링크 캐패시터로부터 입력된 직류전원을 교류전원으로 변환하고, 상기 교류전원을 삼상 모터에 제공하는 인버터부와; 상기 정류/승압부 및 인버터부의 구동을 각각 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
실시예에서, 상기 모터 제어 장치는, 상기 정류/승압부와 접속되어, 상기 입력전원의 전압의 역률을 보정하고, 상기 제2동작에 따라 상기 입력전원의 고조파 전류를 저감하는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 모터 제어 장치는, 하프 브릿지 형태의 인버터 회로를 구성하면서, 정류 다이오드 소자 대신 4개의 스위칭 소자를 사용하여 입력전원을 정류하고, 과부하가 발생하면 전원부에 구비된 인덕터와 상기 4개의 스위칭 소자를 구동하여 입력전원을 승압시켜줌으로써 스위칭 손실을 줄이면서 동시에 과전류의 발생을 방지하는 효과를 제공한다.
또, 본 발명의 실시예들에 따른 모터 제어 장치는, 과부하 발생시 전원부에 연결된 인덕터 및 구비된 복수의 스위칭 소자를 구동하여서 입력전원을 승압시킬뿐만 아니라 입력전원의 전압의 역률개선(PFC)이 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예들에 따른 모터 제어 장치는, 정류용 스위칭 소자와 모터를 구동하는 인버터용 스위칭 소자의 개수도 각각 4개로 구성하여 회로를 구현함으로써 전체 제작비를 절감시키고 제품 생산을 용이하게 하는 편의성을 제고한다.
도 1은 일반적인 BLDC 모터 제어 장치의 회로 구성도;
도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 회로 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 구성 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 종래 BLDC 모터 제어 장치는, 전원부(10), 정류부(20), 평활부(30), 인버터부(40), BLDC 모터(50), 및 제어부(60)를 포함하고, 상기 정류부(20)는 4개의 다이오드를 구비하여, 상기 전원부(10)로부터 공급된 교류전원을 정류하여 정류전원을 출력한다. 상기 평활부(30)는 구비된 DC링크 캐패시터를 이용하여 상기 정류전원을 평활 및 저장한다. 상기 인버터부(40)는 6개의 스위칭 소자를 구비하고, 제어부(60)의 구동신호에 따라 평활부(30)에 저장된 직류전원을 인가받아 교류전원으로 변환한 다음 상기 BLDC 모터(50)에 공급한다.
여기서, BLDC 모터(Brushless DC Motor : BLDC)는 일반적으로 스테이터(stator)에 3상의 코일을 감아 회전자계를 형성하고 로터(rotor)에는 영구자석을 부착하여 스테이터에서 형성된 자계와 영구자석의 자계와의 상호작용에 의해 회전력을 얻는 직류모터의 일종이다. 이와 같은 BLDC 모터는 예를 들어, 세탁기, 식기세척기뿐만 아니라, 공기조화기 등 다양한 분야에 사용된다.
이와 같은 종래 BLDC 모터 제어 장치에 의하면, 인버터부(40)에 포함된 스위칭 소자의 개수가 많아서 전도 손실(conduction loss)과 스위칭 손실(switching loss)이 그만큼 커지게 된다. 이에, 비용절감 및 효율 개선의 목적으로 6개의 스위칭 소자를 4개의 스위칭 소자로 감소시킨 하프 브릿지 인버터가 제안되었다. 이러한 하프 브릿지 인버터의 경우, 인버터부의 스위칭 소자뿐만 아니라 입력전원을 정류하기 위한 정류 다이오드 소자도 절반으로 줄어들게 된다.
그러나, 하프 브릿지 인버터의 경우, BLDC 모터에 인가되는 3상전압의 벡터 중 한 전압이 평활부의 중성점을 지나 전원부에 연장되어 연결되는 구조로 형성되기 때문에 스위칭 소자에 높은 내전압이 걸리게 되고 그로 인해 스위칭 손실이 여전히 커질 수 밖에 없었다.
이에, 상기 하프 브릿지 인버터 구조에서 스위칭 소자에 걸리는 내전압을 줄이기 위해, 모터에 인가되는 3상전압의 벡터중 한 전압을 평활부의 중성점까지만 연결하고 정류 다이오드 소자를 풀 브릿지 인버터의 경우처럼 4개로 구성한 구조를 형성하여 상기한 문제점을 개선할 수 있다. 이러한 모터 제어 장치의 구조에 의하면, 풀 브릿지 인버터에 비해 적은 개수의 스위칭 소자를 사용하면서 스위칭 소자에 걸리는 내전압의 크기가 절반으로 줄어들게 되지만, 그에 따라 입력전압의 약 50%만이 모터에 인가되는 문제가 있다. 즉 스위칭 소자의 내전압 감소로 인해 모터에 인가되는 전압도 그만큼 감소하므로, 과부하 발생시 과전류가 흐르게 되는 문제를 야기한다.
이에, 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 하프 브릿지 형태의 인버터 회로를 그대로 사용하면서, 정류 다이오드 소자 대신에 4개의 스위칭 소자를 사용하여 입력전원을 정류하고, 과부하가 발생하면 상기 4개의 스위칭 소자를 구동하여 입력전원을 승압시켜줌으로써 스위칭 손실을 줄임과 동시에 과전류의 발생을 방지할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 회로 구성을 상세히 기술하면 다음과 같다. 상기 모터 제어 장치는, 전원부(100)와, 인덕터(150)와, 정류/승압부(200)와, 평활부(300)와, 인버터부(400)와, 모터(500)와, 제어부(600)를 포함하여 이루어진다.
상기 전원부(100)는, 모터(500)를 구동시키기 위한 교류전원을 상기 정류/승압부(200)에 공급한다.
상기 인덕터(150)는, 상기 전원부(100)로부터 공급되는 교류전원의 고조파 전류를 저감시킨다. 또, 상기 인덕터(150)는 상기 정류/승압부(200)와 함께 상기 교류전원의 전압에 대한 역률보정(PFC)을 수행한다. 여기서, 상기 인덕터(150)의 일단은 교류전원을 공급하는 전원부(100)에 접속되고, 그 타단은 상기 정류/승압부(200)의 중성점에 접속된다.
여기서, 상기 인덕터(150)는, 자기를 띤 코어에 권선을 감아서 그 양단에 흐르는 상용 교류전원의 전류값의 변화에 대응하는 전압을 발생시킨다. 또, 상기 인덕터(150)는 역률보정(PFC)을 수행하는데, 이를 위한 인덕터(150)의 인덕턴스는, 일반적으로 권선의 감은 횟수와 권선의 단면적 및 길이에 따라 달라진다. 예를 들어, 교류전원의 전압이 110V인 경우에는 220V 보다 많은 전류를 소모하기 때문에 단면적이 넓은 권선을 사용한 인덕터를 구비하여 역률보정을 수행한다. 그리고 상기 교류전원의 전압이 220V에서는 동일한 역률보정의 특성을 나타내기 위해 110V일때보다 더욱 큰 인덕턴스를 갖는 인덕터를 구비해야 한다.
본 발명에 따른 정류/승압부(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 스위칭 소자를 포함하여 구성되며, 상기 4개의 스위칭 소자는 각각 직렬 연결된 한 쌍의 스위칭 소자들이 서로 병렬 연결된 구조로 형성된다. 이때, 상기 스위칭 소자는, 예를 들어 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT')일 수 있다. 또는, 상기 스위칭 소자는 MOSFET일 수 있다. 또, 상기 정류/승압부(200)는, 제어부(600)의 제어신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하여서 교류전원을 정류하거나 또는 교류전원의 전압을 승압한다. 보다 구체적으로, 상기 정류/승압부(200)는, 제1제어신호에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하여 교류전원을 정류하고, 제2제어신호에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하여 교류전원을 승압한다. 여기서, 상기 스위칭 소자는 40 KHz 이상의 스위칭 주파수, 즉 고주파로 구동될 수 있다.
여기서, 상기 제1제어신호는, 인버터부(400)에 정류된 입력전원을 인가하기 위해, 상기 정류/승압부(200)에 구비된 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어하는 제어신호에 해당한다. 또, 상기 제2제어신호는, 인버터부(400)의 과부하 발생시 상기 입력전원의 전압을 승압하기 위해, 상기 정류/승압부(200)에 구비된 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어하는 제어신호에 해당하다.
상기 제1제어신호 및 제2제어신호에 따른 정류/승압부(200)의 구체적인 동작을 기술하면 다음과 같다. 먼저, 상기 정류/승압부(200)에 상기 제1제어신호가 수신되면, 상기 정류/승압부(200)는 구비된 스위칭 소자를 턴 오프(turn-off)한다. 그에 따라, 상기 정류/승압부(200)는, 구비된 4개의 스위칭 소자에 포함된 프리휠링 다이오드를 통해 전원부(100)로부터 입력된 교류전원을 정류하여 출력한다. 또, 상기 정류/승압부(200)에 상기 제2제어신호가 수신되면, 상기 인덕터(150)와 구비된 스위칭 소자를 구동하여서 상기 교류전원을 승압하여 출력한다.
상기 평활부(300)는, 상기 정류/승압부(200)로부터 출력된 직류전원을 평활화하고 저장한다. 또, 상기 평활부(300)는, 상기 정류/승압부(200)와 인버터부(400) 사이에 서로 병렬연결된 제1캐패시터 및 제2캐패시터를 포함한다.
상기 인버터부(400), 하프 브릿지 형태의 인버터 회로, 즉, 4개의 스위칭 소자로 이루어지며, 상기 4개의 스위칭 소자는 각각 직렬 연결된 한 쌍의 스위칭 소자들이 서로 병렬 연결된 구조로 형성된다. 이때, 상기 스위칭 소자는, 예를 들어 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT')일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 스위칭 소자는 MOSFET일 수 있다.
또, 상기 인버터부(400)는, 제3제어신호에 근거하여 상기 평활부(300)에 저장된 직류전원을 교류전원으로 변환한 다음, 변환된 교류전원을 삼상 모터(500)에 공급한다. 여기서, 상기 제3제어신호는 모터(500)를 구동하는 교류전원을 공급하기 위한 인버터용 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어하는 제어신호에 해당한다. 또, 상기 인버터부(400)는, 상기 제3제어신호에 따라, 삼상모터(500)에 인가될 전압 및 전류를 적절히 조절한다. 즉, 상기 인버터부(400)는, 예를 들어, PWM 구동 신호에 따라 모터(500)를 구동하기 위한 모터구동전압 및 모터구동전류를 삼상 모터(500)에 인가한다.
상기 모터(500)는, 예를 들어 회전하지 않고 고정되는 고정자(미도시)와, 회전하는 회전자(미도시)로 구성될 수 있으며, 인버터(400)로부터 교류 전원을 공급받아 회전력을 발생한다. 이와 같이 교류 전원이 모터(500)에 인가되면, 모터(500)의 고정자가 교류 전원을 받아 자기장을 발생한다. 영구자석을 구비한 모터의 경우에는, 고정자에서 발생한 자기장과 회전자에 구비된 영구자석의 자기장이 반발하여 회전자가 회전한다. 그리고 회전자의 회전으로 회전력이 발생된다.
이때, 상기 모터(500)는 도 2에 도시된 바와 같이, 인가되는 3상의 전압 벡터 중 한 전압을 평활부(300)의 상단 직류 링크 캐패시터 및 하단 직류 링크 캐패시터의 중성점에 연결할 수 있다. 그리고 다른 두 전압은 인버터부(400)의 윗단 스위칭 소자와 아랫단 스위칭 소자간의 레그(leg)에 연결할 수 있다.
상기 제어부(600)는, 상기 인덕터(150), 정류/승압부(200), 평활부(300), 및 인버터부(400)의 구동을 제어한다. 또, 상기 제어부(600)는 상기 인버터부(400)의 부하 상태에 따라 제1제어신호, 제2제어신호, 및 제3제어신호 중 어느 하나의 제어신호를 생성한다.
도 3을 참조하며, 상기 제어부(600)는 입력전류 검출수단과 입력전원 검출수단을 포함할 수 있다. 상기 입력전류 검출수단은, 하나 이상의 접속선을 통해 상기 전원부(100) 및 정류/승압부(200) 사이에 연결되어서 상기 교류전원의 입력전류를 검출한다. 또, 상기 입력전압 검출수단은, 하나 이상의 접속선을 통해서 상기 전원부(100) 및 정류/승압부(200) 사이에 연결되어서 상기 교류전원의 입력전압을 검출한다.
계속해서 도 3을 참조하면, 상기 제어부(600)는 부하검출수단과 과부하결정수단을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 부하검출수단은 상기 인버터부(400)로부터 출력된 출력전류와 출력전압을 이용하여 모터(500)에 걸리는 부하를 검출한다. 또, 상기 과부하결정수단은, 상기 부하검출수단에 의해 검출된 부하를 미리정해진 기준 부하값과 비교한 결과에 따라 과부하인지를 판단한다.
나아가, 상기 제어부(600)는, 상기 정류/승압부(200)에 구비된 스위칭 소자와 상기 인버터부(400)에 구비된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 각각 독립적으로 제어한다. 이를 위해, 상기 제어부(600)는 정류/승압부 제어수단(미도시)과 인버터부 제어수단(미도시)을 각각 구비할 수 있다.
실시예에서, 모터(500)에 걸리는 부하의 크기가 증가하여 인버터부(400)측에 과부하가 발생하면, 상기 제어부(600)는 제2제어신호를 생성하여 상기 정류/승압부(200)에 제공한다. 그러면, 상기 정류/승압부(200)는, 제2제어신호에 따라 구비된 스위칭 소자를 구동하여서 전원부(100)로부터 입력받은 전류의 흐름을 제어한다. 즉, 과부하로 인한 과전류 발생을 방지하기 위해, 상기 정류/승압부(200)에 구비된 스위칭 소자를 온/오프하여 평활부(300)로 향하는 전류의 경로를 제어한다.
이와 같이, 본 발명에 따라, 4개의 스위칭 소자를 사용하여 입력전원을 정류하는 정류/승압부(200)의 제어 동작과 4개의 스위칭 소자를 사용하여 삼상 모터(500)를 구동하는 인버터부(400)의 제어 동작은 다음과 같다. 먼저 전원부(100)로부터 출력된 교류전원은 인덕터(150)를 지나 정류/승압부(200)에 의해 정류된다. 즉, 상기 정류/승압부(200)는 제어부(600)로부터 수신된 제1제어신호에 따라 4개의 스위칭 소자를 턴 오프하고, 그에 따라 프리휠링 다이오드를 통해 교류전원을 정류하는 제1동작을 수행한다. 그 결과, 정류된 직류전원이 평활부(300)에 충전된다. 구체적으로 상기 직류전원은 평활부(300)의 제1캐패시터와 제2캐패시터에 공급되는데, 제어부(600)의 제어신호에 따라 병렬 연결된 제1캐패시터와 제2캐패시터가 교대로 충전 및 방전을 수행한다. 제어부(600)로부터 모터 구동을 위한 교류전원의 공급 신호가 수신되면, 상기 인버터부(400)는 구비된 4개의 스위칭 소자의 턴 온/턴 오프 동작을 수행한다. 구체적으로, 인버터부(400)에 구비된 4개의 스위칭 소자 중 상단의 스위칭 소자들만 턴 온 상태이면, 평활부(300)의 상단에 위치한 제1캐패시터에 충전된 직류전원이 교류전원으로 변환되어서 모터(500)에 공급되고 평활부(300)의 하단에 위치한 제2캐패시터는 모터(500)에 전원을 공급하지 않는다. 한편, 인버터부(400)에 구비된 4개의 스위칭 소자 중 하단에 위치한 스위칭 소자들만 턴 온 상태이면, 평활부(300)의 하단에 위치한 제2캐패시터에 충전된 직류전원이 교류전원으로 변환되어 모터(500)에 공급되며 평활부(300)의 상단에 위치한 제1캐패시터는 모터(500)에 전원을 공급하지 않는다. 나아가, 인버터부(400)에 구비된 4개의 스위칭 소자가 상하단 교대로 턴 온 상태가 되면, 평활부(300)의 상하단의 제1캐패시터와 제2캐패시터에 충전된 직류전원이 교류전원으로 변환되어서 모터에(500) 공급된다.
한편, 제어부(600)가 소정의 수단을 통해 모터(500)에 걸리는 부하의 크기를 검출한 결과 과부하 상태이면, 전원부(100)로부터 출력되는 입력전류와 입력전압을 를 검출하여 입력전압을 승압하고 입력전류의 경로를 제어한다. 즉, 상기 정류/승압부(200)는 제어부(600)로부터 수신된 제2제어신호에 따라 4개의 스위칭 소자를 각각 턴 온/턴 오프하여, 평활부(300)로의 전류 흐름을 제어함으로써 과전류를 방지하고, 또 상기 제2제어신호에 따라 전원부(100)에 접속된 인덕터(150)와 상기 스위칭 소자의 구동을 통해 입력전압을 승압하는 제2동작을 수행한다. 그 결과, 출력된 직류전원이 평활부(300)에 충전된다. 이후, 상기 전류 및 전압의 흐름과 제어는 상기 기술한 과정과 동일하게 수행된다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 전원부(100)와, 4개의 스위칭 소자를 구비하여서 부하의 상태에 따라 입력전원을 정류하는 제1동작과, 상기 입력전원을 승압하고 및 전류의 흐름을 제어하는 제2동작 중 어느 하나를 수행하고, 그로부터 출력된 직류전원을 직류 링크 캐패시터(300)에 제공하는 정류/승압부(200)와, 4개의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 구비된 스위칭 소자를 구동하여서 상기 직류 링크 캐패시터(300)로부터 인가받은 직류전원을 교류전원으로 변환한 다음, 삼상 모터(500)에 제공하는 인버터부(400)를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 정류/승압부(200) 및 인버터부(400)의 구동을 각각 제어하는 제어부(600)는 입력전류 검출수단, 입력전압 검출수단, 부하 검출수단, 및 과부하 결정수단을 포함할 수 있고, 상기 전원부(100)와 정류/승압부(200)와 사이에 접속된 인덕터(150)는 입력전압의 역률을 보정하고, 상기 제2동작에 따라 상기 입력전원의 고조파 전류를 저감하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 모터 제어 장치에 의하면, 하프 브릿지 형태의 인버터 회로를 사용하여 스위칭 소자의 개수는 감소시키면서 동시에 스위칭 손실의 감소하고 과전류의 발생을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 하프 브릿지 형태의 인버터 회로를 포함하고, 또 정류 다이오드 소자 대신 4개의 스위칭 소자를 사용하여 입력전원을 정류하고, 과부하가 발생하면 상기 4개의 스위칭 소자와 상용 전원측에 구비된 인덕터를 구동하여서 입력전원을 승압시키는 것으로 구현됨으로써 스위칭 손실을 줄임과 동시에 과전류의 발생을 방지할 수 있고, 전압의 역률보정(PFC) 또한 가능하다.
100 - 전원부 150 - 인덕터
200 - 정류/승압부 300 - 평활부
400 - 인버터부 500 - 모터
600 - 제어부

Claims (15)

  1. 교류전원의 고조파 전류를 저감하고 역률을 보정하는 인덕터;
    복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제1제어신호에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하여서 상기 교류전원을 정류하고, 제2제어신호에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하여서 상기 교류전원을 승압하는 정류/승압부;
    상기 정류/승압부로부터 출력된 직류전원을 평활 및 저장하는 평활부;
    복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제3제어신호에 근거하여 상기 평활부에 저장된 직류전원을 교류전원으로 변환하고, 변환된 교류전원을 삼상 모터에 공급하는 인버터부; 및
    상기 인덕터, 정류/승압부, 평활부, 및 인버터부의 구동을 제어하고, 상기 인버터부의 부하 상태에 따라 상기 제1제어신호, 제2제어신호, 및 제3제어신호 중 어느 하나를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 정류/승압부 및 인버터부는, 각각 네 개의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 네 개의 스위칭 소자는 각각 직렬 연결된 한 쌍의 스위칭 소자들이 서로 병렬 연결된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 정류/승압부는, 상기 제1제어신호가 수신되면 구비된 스위칭 소자들을 턴 오프하고, 상기 스위칭 소자에 포함된 프리휠링 다이오드를 통해 상기 교류전원을 정류하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 정류/승압부는, 상기 제2제어신호가 수신되면 상기 인덕터 및 상기 스위칭 소자를 구동하여서 상기 교류전원을 승압하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 인덕터의 일단은 상기 교류전원을 공급하는 전원부에 접속되고, 상기 인덕터의 타단은 상기 정류/승압부의 중성점에 접속되는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 하나 이상의 접속선을 통해 상기 전원부 및 정류/승압부 사이에 연결되어서, 상기 교류전원의 입력전류를 검출하는 입력전류 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 하나 이상의 접속선을 통해 상기 전원부 및 정류/승압부 사이에 연결되어서, 상기 교류전원의 입력전압을 검출하는 입력전압 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  8. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 인버터부는, 상기 제3제어신호에 따라, 상기 삼상 모터에 인가되는 전압 및 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)인 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  10. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 인버터부측의 과부하 발생시, 상기 제2제어신호를 생성하여 상기 정류/승압부에 제공하고,
    상기 정류/승압부는, 상기 제2제어신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하여서 입력받은 전류의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  11. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 정류/승압부에 구비된 스위칭 소자 및 상기 인버터부에 구비된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 각각 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 평활부는, 상기 정류/승압부 및 상기 인버터부 사이에 서로 병렬연결된 제1캐패시터 및 제2캐패시터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  13. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 인버터부로부터 출력된 출력전류 및 출력전압을 이용하여 부하를 검출하는 부하검출수단; 및
    상기 검출된 부하를 기준 부하값과 비교하여 과부하여부를 판단하는 과부하결정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  14. 네 개의 스위칭 소자를 구비하고, 부하의 상태에 따라, 입력전원을 정류하는 제1동작과 상기 입력전원을 승압하고 전류의 흐름을 제어하는 제2동작 중 어느 하나를 수행하고, 그 출력된 직류전원을 직류 링크 캐패시터에 제공하는 정류/승압부와;
    네 개의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하여 상기 직류 링크 캐패시터로부터 인가받은 직류전원을 교류전원으로 변환하고, 상기 교류전원을 삼상 모터에 제공하는 인버터부와;
    상기 정류/승압부 및 인버터부의 구동을 각각 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 정류/승압부와 접속되어, 상기 입력전원의 전압의 역률을 보정하고, 상기 제2동작에 따라 상기 입력전원의 고조파 전류를 저감하는 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모터 제어 장치.
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