KR20140066063A

KR20140066063A - 모터 구동장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20140066063A
Application number: KR1020120133306A
Authority: KR
Inventors: 서한솔; 박영재; 신호준; 하정익
Original assignee: 삼성전자주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2014-05-30

Abstract

전원장치로부터 공급되는 교류전압과 교류전류를 직류전압과 직류전류로 정류하는 정류부, 상기 직류전압과 상기 직류전류에 포함된 리플을 제거하는 평활부, 상기 평활부로부터 직류전류를 제공받아 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부, 상기 구동전류에 따라 복수의 PWM 방식 중 어느 하나를 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함하는 모터 구동장치는 전력변화부에 의한 전력 손실이 최소가 되도록 할 수 있다.

Description

모터 구동장치 및 그 제어방법{MOTOR DRIVING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 모터 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 인버터의 전력 손실이 최소가 되는 PWM (Pulse Width Modulation) 방식에 의하여 모터를 구동하는 모터 구동장치에 관한 발명이다.

인버터는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 장치로서, 직류 전원으로부터 원하는 크기와 주파수를 갖는 교류 전류를 얻을 수 있으므로 효율 및 역률 제어가 가능한 예비전원, 무정전 전원, 직류송전 등에 널리 이용되고 있으며, 특히 모터의 속도 및 토크 제어를 위하여 이용되고 있다.

또한, 모터의 부하가 큰 경우에는 전동기의 속도 및 토크 제어를 위하여 인버터를 통하여 모터에 큰 전류가 공급된다.

이러한 인버터는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 복수의 스위치를 포함하며, 복수의 스위치에 의한 도통 손실과 스위칭 손실이 발생한다. 이러한 도통 손실과 스위칭 손실은 인버터로부터 모터에 공급되는 전류가 커질수록 더 커진다.

상술한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은 인버터의 전력 손실이 최소가 되는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 선정하여 인버터를 제어함으로써 인버터의 전력 손실을 최소로 하는 모터 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의한 모터 구동장치는 전원장치로부터 공급되는 교류전압과 교류전류를 직류전압과 직류전류로 정류하는 정류부, 상기 직류전압과 상기 직류전류에 포함된 리플을 제거하는 평활부, 상기 평활부로부터 직류전류를 제공받아 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부, 상기 구동전류에 따라 복수의 PWM 방식 중 어느 하나를 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 복수의 PWM 방식 중에 상기 전력변환부의 전력손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정할 수 있다.

또한, 상기 전력변환부는 3레벨 직접 스위칭 인버터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 PWM 방식은 SVPWM (Space Vector PWM) 방식, 60˚ DPWM (Discontinuous PWM) 방식, 60˚(30˚) DPWM 방식, 30˚ DPWM 방식 중 적어도 2개의 PWM 방식을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 모터의 회전속도를 기초로 기준전류를 산출하는 속도제어부, 상기 구동전류와 상기 기준전류를 기초로 기준전압을 산출하는 전류제어부, 상기 기준전류와 상기 기준전압을 기초로 상기 복수의 PWM 방식에 따른 상기 전력 손실을 산출하고, 상기 산출된 전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 따른 옵셋 전압을 출력하는 옵셋 연산부, 상기 제어부는 상기 옵셋 전압과 상기 기준전압을 기초로 상기 모터를 구동하기 위한 구동전압을 산출하고, 상기 구동전압을 펄스 폭 변조하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어신호를 출력하는 출력신호 생성부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전력 손실은 상기 전력변환부에 포함된 스위치가 도통되어 발생하는 도통 손실과 상기 전력변환부에 포함된 스위치가 스위칭하여 발생하는 스위칭 손실을 포함할 수 있다.

또한, 상기 도통 손실은 도통된 스위치의 평균 개수와 상기 도통된 스위치당 전력 손실을 곱하여 산출할 수 있다.

또한, 상기 스위칭 손실은 상기 스위치가 스위칭하는 평균 횟수와 상기 스위칭에 의한 전력 손실을 곱하여 산출할 수 있다.

또한, 상기 평활부는 직렬 연결되는 한 쌍의 콘덴서를 포함하고 상기 직렬 연결된 한 쌍의 콘덴서 양단의 노드와 상기 한 쌍의 콘덴서가 연결되는 중앙 노드를 통하여 상기 전력변환부에 직류전원을 공급할 수 있다.

또한, 상기 3레벨 직접 스위칭 인버터는 상기 평활부 양단의 노드 사이에 마련되는 적어도 2 쌍의 스위치, 상기 적어도 2 쌍의 스위치가 각각 연결되는 노드와 상기 평활부의 중앙 노드 사이에 마련되는 스위치를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 의한 모터 구동장치는 전원장치로부터 공급되는 교류전압과 교류전류를 직류전압과 직류전류로 정류하는 정류부, 상기 직류전압과 상기 직류전류에 포함된 리플을 제거하는 평활부, 상기 평활부로부터 직류전류를 제공받아 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부, 상기 구동전류를 기초로 산출된 기준전압의 전압사용률(Modulation Index: MI)에 따라 복수의 PWM 방식 중 어느 하나를 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 모터의 회전속도를 기초로 기준전류를 산출하는 속도제어부, 상기 구동전류와 상기 기준전류를 기초로 기준전압을 산출하는 전류제어부, 상기 기준전압의 전압사용률을 기초로 상기 전력변환부의 전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 따른 옵셋 전압을 출력하는 옵셋 연산부, 상기 옵셋 전압과 상기 기준전압을 기초로 상기 모터를 구동하기 위한 구동전압을 산출하고, 상기 구동전압을 펄스 폭 변조하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어신호를 출력하는 출력신호 생성부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 의한 모터 구동장치는 전원장치로부터 공급되는 교류전압과 교류전류를 직류전압과 직류전류로 정류하는 정류부, 상기 직류전압과 상기 직류전류에 포함된 리플을 제거하는 평활부, 상기 평활부로부터 직류전류를 제공받아 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부, 상기 구동전류를 기초로 산출된 기준전압과 기준전류의 위상차에 따라 복수의 PWM 방식 중 어느 하나를 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 모터의 회전속도를 기초로 기준전류를 산출하는 속도제어부, 상기 구동전류와 상기 기준전류를 기초로 기준전압을 산출하는 전류제어부, 상기 기준전류와 상기 기준전압의 위상차를 기초로 상기 PWM 방식을 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 따른 옵셋 전압을 출력하는 옵셋 연산부, 상기 제어부는 상기 옵셋 전압과 상기 기준전압을 기초로 상기 모터를 구동하기 위한 구동전압을 산출하고, 상기 구동전압을 펄스 폭 변조하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어신호를 출력하는 출력신호 생성부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전력 손실은 상기 전력변환부에 포함된 스위치 중 도통된 스위치에 의한 도통 손실과 상기 전력변환부에 포함된 스위칭 스위칭하는 스위치에 의한 스위칭 손실을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의한 모터 구동장치의 제어방법은 직류전류를 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부를 포함하는 모터 구동장치의 제어방법에 있어서, 상기 모터의 회전속도와 상기 구동전류를 검출하고, 상기 회전속도와 상기 구동전류를 기초로 복수의 PWM 방식에 따른 상기 전력변환부의 전력 손실을 산출하고, 상기 복수의 PWM 방식 중 상기 전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 모터를 구동하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전력변환부의 전력 손실을 산출하는 것은 상기 회전속도를 기초로 기준전류를 산출하고, 상기 기준전류와 상기 구동전류를 기초로 기준전압을 산출하고, 상기 기준전류와 상기 기준전압을 기초로 상기 전력손실을 산출하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전력변환부의 전력 손실을 기초로 복수의 PWM 방식 중 어느 하나를 선택함으로써 전력변화부에 의한 전력 손실이 최소가 되는 모터 구동장치를 제공할 수 있다.

도 1은 전원장치, 모터, 및 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 정류부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 평활부 및 2레벨 인버터를 채용한 전력변환부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 평활부 및 3레벨 다이오드 클램프드 인버터를 채용한 전력변환부를 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 의한 평활부 및 3레벨 직접 스위칭 인버터를 채용한 전력변환부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치의 제어부의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 SVPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 3상 기준전압, 옵셋 전압, 및 3상 구동전압을 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 60˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 3상 기준전압, 옵셋 전압, 및 3상 구동전압을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 60˚(30˚) DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 3상 기준전압, 옵셋 전압, 및 3상 구동전압을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 30˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 3상 기준전압, 옵셋 전압, 및 3상 구동전압을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치의 옵셋 전압 산출 방법을 도시한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력변환부에 포함된 스위치 가운데 도통되는 스위치의 평균값을 표시하는 표이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 SVPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력변환기의 출력단자U와 연결된 스위치를 개폐하는 제어신호를 도시한 도면이다.
도 15은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 60˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력변환기의 출력단자U와 연결된 스위치를 개폐하는 제어신호를 도시한 도면이다.
도 16는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 60˚(30˚) DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력변환기의 출력단자U와 연결된 스위치를 개폐하는 제어신호를 도시한 도면이다.
도 17는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 30˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력변환기의 출력단자U와 연결된 스위치를 개폐하는 제어신호를 도시한 도면이다.
도 18 내지 도 21은 PWM 방식 및 전압 사용률에 따른 방식본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치의 전력 손실을 도시한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 예에 불과할 뿐이며, 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형예가 있음을 밝혀 둔다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 전원장치(2), 및 모터(3), 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치(1)를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치(1)는 전원(2)으로부터 전기 에너지를 공급받아 모터(3)에 구동 전류를 공급함으로써 모터(3)를 구동한다.

전원장치(2)는 가정용으로 이용되는 110V/220V의 상용 교류전원 또는 산업용으로 이용되는 고전압 교류전원일 수 있으며, 태양광 발전기 등을 통해 공급되는 직류전원을 채용할 수도 있다.

모터(3)는 세탁기, 냉장고, 또는 공기조화기 등 가전제품에 이용되는 모터뿐만 아니라, 산업용으로 이용되는 모터일 수 있다.

구동장치(1)는 전원장치(2)으로부터 공급되는 교류전압과 교류전류를 직류전압과 직류전류로 정류하는 정류부(10), 직류전압 및 직류전류에 포함된 리플을 제거하는 평활부(20), 평활부(20)로부터 직류전류를 제공받아 교류전류로 변환하여 모터(3)에 구동전류를 제공하는 전력변환부(30), 모터(3)의 구동전류를 감지하는 전류감지부(50), 모터(3)에 포함된 회전자(미도시)의 위치를 감지하는 위치감지부(50), 및 구동장치(1)의 동작 전반을 제어하는 제어부(100), 제어부(100)의 제어신호에 따라 전력변환부(30)를 제어하는 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부(60)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 정류부(10)를 도시한 도면이다.

도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 정류부(10)는 전원장치(2)로부터 공급되는 전원에 따라 그 구성이 달라질 수 있다. 예를 들어, 전원장치(2)로부터 공급되는 전원이 2상 교류전원인 경우 도 2(a)에 도시된 바와 같이 2쌍의 다이오드를 전류가 한 방향으로 도통되도록 배열된 다이오드 브리지를 채용할 수 있으며, 전원장치(2)로부터 공급되는 전원이 3상 교류전원인 경우 도 2(b)에 도시된 바와 같이 3쌍의 다이오드를 전류가 한 방향으로 도통되도록 배열된 3상 다이오드 브리지를 채용할 수 있다.

다만, 도 1에 도시된 전원장치(2)가 직류전원을 공급하는 경우에는 정류부(10)가 생략될 수 있으며, 정류부(10)는 역률을 개선하기 위한 PFC(Power Factor Correction) 회로를 더 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 평활부(20)와 2레벨 인버터를 채용한 전력변환부(30)를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 평활부(20)와 3레벨 다이오드 클램프드 인버터를 채용한 전력변환부(30)를 도시한 도면이고, 도 5은 본 발명의 일 실시예에 의한 평활부(20) 및 3레벨 직접 스위칭 인버터를 채용한 전력변환부(30)를 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 평활부(20)는 전력변환부(30)의 구성에 따라 그 구성이 변경되므로 평활부(20)와 전력변환부(30)를 함께 설명한다.

도 3을 참조하면, 전력변환부(30)로써 2레벨 인버터를 채용한 경우 평활부(20)는 정류부(10)의 출력노드 사이에 배치된 콘덴서(C21)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 평활부(20)는 정류부(10)로부터 리플이 포함된 직류전압을 제공받고, 콘덴서(C21)를 통하여 리플을 제거하여, 상단 출력노드 Nh를 통하여 Vdc/2(V)를 출력하고 하단 출력노드 Nl를 통하여 -Vdc/2(V)를 출력한다.

또한, 2레벨 인버터는 평활부(20)의 출력노드 Nh과 Nl 사이에 직렬로 연결된 세 쌍의 스위치(S21과 S22, S23과 S24, S25와 S26)를 포함하며, 세 쌍의 스위치(S21과 S22, S23과 S24, S25와 S26)의 도통 또는 차단에 따라 2레벨 인버터는 출력노드 U, V 및 W를 통하여 Vdc/2(V) 또는 -Vdc/2(V)를 출력한다.

도 4를 참조하면, 전력변환부(30)로써 3레벨 다이오드 클램프드 인버터를 채용한 경우 평활부(30)는 정류부(10)의 출력노드 사이에 직렬로 배치되고 동일한 용량을 갖는 한 쌍의 콘덴서(C41, C42)를 포함한다. 구체적으로, 평활부(20)는 정류부(10)로부터 리플이 포함된 교류전압이 입력받고, 한 쌍의 콘덴서(C41, C42)를 통하여 리플을 제거하여 상단 출력노드 Nh를 통하여 Vdc/2(V)를 출력하고 중앙 출력노드 Nc를 통하여 0(V)를 출력하고 하단 출력노드 Nl를 통하여 -Vdc/2(V)를 출력한다.

또한, 3레벨 다이오드 클램프드 인버터는 평활부(20)의 출력노드 Nh과 Nc, Nc와 Nl 사이에 각각 직렬로 연결된 한 쌍의 스위치 S41과 S42, S43과 S44, S45와 S46, S47과 S48, S49와 S50, S51과 S52를 포함하며, 상술한 한 쌍의 스위치가 연결되는 노드와 평활부(20)의 출력노드 Nc 사이에 마련된 6개의 다이오드 D42, D43, D46, D47, D50, 및 D51를 포함한다. 3레벨 다이오드 클래프드 인버터는 상술한 12개의 스위치의 개폐에 따라 출력노드 U, V, W를 통하여 Vdc/2(V), 0(V), 및 -Vdc/2(V)를 출력한다.

도 5를 참조하면, 전력변환부(30)로써 3레벨 직접 스위칭 인버터를 채용한 경우 평활부(30)는 정류부(10)의 출력노드 사이에 직렬로 배치되고 동일한 용량을 갖는 한 쌍의 콘덴서(C1, C2)를 포함한다. 구체적으로, 평활부(20)는 정류부(10)로부터 리플이 포함된 직류전압이 입력받고, 한 쌍의 콘덴서(C1, C2)를 통하여 리플을 제거하여 출력노드 Nh를 통하여 Vdc/2(V)를 출력하고 출력노드 Nc를 통하여 0(V)를 출력하고 출력노드 Nl를 통하여 -Vdc/2(V)를 출력한다.

또한, 3레벨 직접 스위칭 인버터는 평활부(20)의 출력노드 Nh와 출력노드 U, V, 및 W 사이에 마련되는 세 개의 스위치S1, S5, 및 S9, 평활부(20)의 출력노드 Nc와 출력단자 U, V, W 사이에 직렬 배치되는 한 쌍의 스위치 S2와 S3, S6과 S7, S10과 S11, 및 평활부(20)의 출력노드 Nl와 출력단자 U, V, W 사이에 마련되는 세 개의 스위치 S4, S8, 및 S12를 포함한다. 또한, 각각의 스위치는 하나의 트랜지스터와 하나의 다이오드가 병렬로 배치된다.

출력노드 U에 관하여 구체적으로 설명하면 출력노드 U와 노드 Nh 사이에는 스위치 S1이 배치되고 출력노드 U와 노드 Nc 사이에는 스위치 S2 및 스위치 S3가 직렬로 배치되고 출력노드 U와 노드 Nl 사이에는 스위치 S4가 배치된다. 또한, 스위치 S1이 도통되면 출력노드 U를 통하여 Vdc/2(V)의 전압이 출력되고, 스위치 S2 및 S3가 도통되면 출력노드 U를 통하여 0(V)의 전압이 출력되고, 스위치 S4가 도통되면 출력노드 U를 통하여 -Vdc/2(V)의 전압이 출력된다. 또한, 출력노드 V 및 출력노드 W에 대하여도 동일한 구조를 갖는다.

이하에서는 전력변환부(30)가 3레벨 직접 스위칭 인버터를 채용한 것으로 가정하여 설명한다.

전류감지부(40)는 전력변환부(30)로부터 모터(3)로 공급되는 3상 구동전류(Iabc)를 감지한다. 전류감지부(40)는 전력변환부(30)로부터 모터(3)로 구동전류를 공급하기 위한 도선 상에 션트 저항(shunt resistor)(미도시)을 직렬로 연결하고, 션트 저항(미도시) 양단에 인가되는 전압을 검출함으로써 모터(3)의 구동전류를 감지할 수 있다.

위치감지부(50)는 모터(3)의 회전자(미도시)의 위치를 감지한다. 위치감지부(50)는 홀센서(hall sensor) 또는 엔코더(encoder)를 채용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치(1)는 전류감지부(40)와 위치감지부(50)를 별도의 구성으로 하였으나, 이에 한정되지는 않으며 전류감지부(40)에 의하여 감지된 전류를 기초로 모터(3)의 회전자의 위치를 추정하는 경우 위치감지부(50)를 생략할 수 있다.

스위칭신호 생성부(60)는 제어부(100)의 제어신호에 따라 전력변환부(30)의 각각 스위치를 개폐하기 위한 스위칭 신호를 생성한다. 제어부(100)로부터 출력되는 제어신호의 전압과 전력변환부(30)의 스위치를 개폐하기 위한 전압은 차이가 있다. 예를 들어, 전원장치(1)가 220V 교류전원을 공급하는 경우 평활부(20)로부터 전력변환부(30)로 310V의 직류전원이 공급되므로 전력변환부(30)의 스위치를 개폐하기 위한 신호는 적어도 수십V의 전압이 요구되는 반면 제어부(100)는 통상 3.3V 내지 5V의 제어신호를 출력하므로 제어부(100)의 제어신호에 따라 전력변환부(60)의 스위치를 개폐하기 위한 스위칭신호 생성부(60)가 요구된다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치(1)의 제어부(100)의 구성을 도시한 도 6을 참조하여 제어부(100)는 설명한다.

도 6을 참조하면, 제어부(100)는 속도연산부(110), 제1좌표변환부(120), 속도제어부(130), 전류제어부(140), 제2좌표변환부(150), 옵셋 연산부(160), 출력전압 생성부(170), 및 펄스 폭 변조부(180)를 포함한다.

속도연산부(110)는 상술한 위치감지부(50)가 감지한 모터(3)의 회전자(미도시)의 위치를 기초로 회전자(미도시)의 회전속도(ωrm)를 산출한다. 구체적으로 속도연산부(110)는 회전자(미도시)의 위치를 시간에 대하여 미분함으로써 회전자(미도시)의 회전속도(ωrm)를 산출할 수 있다.

제1좌표변화부(120)는 위치감지부(50)에 의하여 감지된 회전자(미도시)의 위치를 기초로 전류감지부(40)에 의하여 감지된 3상 구동전류(Ia, Ib, Ic)(이하에서는 Ia, Ib, Ic를 일체로 Iabc라 한다.)를 직교좌표계 상의 dq축 구동전류(Id, Iq)(이하에서는 Id, Iq를 일체로 Idq라 한다.)로 변환한다.

속도제어부(130)는 기준 회전속도(ωrm*)와 속도연산부(110)에 의하여 산출된 회전자(미도시) 회전속도(ωrm)를 기초로 dq축 기준전류(Id*, Iq*)(이하에서는 Id*, Iq*를 일체로 Idq*라 한다.)를 산출한다. 구체적으로, 속도제어부(120)는 기준 회전속도(ωrm*)와 회전속도(ωrm)의 차이를 최소화하기 위한 dq축 기준전류(Idq*)를 출력한다.

전류제어부(140)는 속도제어부(120)에 의하여 산출된 dq축 기준전류(Idq*)와 제1좌표변환부(130)에 의하여 산출된 dq축 구동전류(Idq)를 기초로 dq축 기준전압(Vd*, Vq*)(이하에서는 Vd*, Vq*를 일체로 Vdq*라 한다.)을 산출한다. 구체적으로, 전류제어부(140)는 dq축 기준전류(Idq*)와 dq축 구동전류(Idq)의 차이를 최소화하기 위한 dq축 기준전압(Vdq*)를 출력한다.

제2좌표변환부(150)는 위치감지부(50)에 의하여 감지된 회전자(미도시)의 위치를 기초로 전류제어부(140)에 의하여 산출된 dq축 기준전압(Vdq*)를 3상 기준전압(Vas*, Vbs*, Vcs*)(이하에서는 Vas*, Vbs*, Vcs*를 일체로 Vabcs*라 한다.)로 변환한다.

옵셋 연산부(160)는 속도제어부(120)에 의하여 산출된 dq축 기준전류(Idq*) 및 전류제어부(140)에 의하여 산출된 dq축 기준전압(Vdq*)를 기초로 SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) 방식, 60˚ DPWM (Discontinuous PWM), 60˚(30˚) DPWM 방식, 및 30˚ DPWM 방식에 대하여 도통 손실과 스위칭 손실을 산출하고, 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하고, 선정된 PWM 방식에 따른 옵셋 전압(Vsn)을 출력한다.

뿐만 아니라 옵셋 연산부(160)는 사전에 dq축 기준전류(Idq*) 및 dq축 기준전압(Vdq*)에 따른 손실이 최소가 되는 PWM 방식의 테이블을 저장하고, dq축 기준전류(Idq*) 및 dq축 기준전압(Vdq*)이 입력되면 저장된 테이블을 검색하여 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정할 수도 있다.

출력전압 생성부(170)은 제2좌표변환부(150)에 의하여 산출된 3상 기준전압(Vabcs*)과 옵셋 연산부(160)에 의하여 산출된 옵셋 전압(Vsn)을 합하여 3상 구동전압(Van*, Vbn*, Vcn*)(이하에서는 Van*, Vbn*, Vcn*를 일체로 Vabcn이라 한다.)를 생성한다.

또한, 출력전압 생성부(170)는 3상 구동전압(Vabcn)을 펄스 폭 변조하여 전력변환부(30)의 각 스위치를 개폐하기 위한 제어신호를 생성하고, 스위칭신호 생성부(60)로 출력한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치(1)의 제어방법을 도시한 순서도이다.

도 7을 참조하면, 모터 구동장치(1)는 모터(3)의 3상 구동전류(iabc) 및 회전자의 위치를 감지한다(210).

다음으로, 모터 구동장치(1)는 회전자의 위치를 기초로 3상 구동전류(iabc)를 dq축 구동전류(idq)로 변환한다(215).

다음으로, 모터 구동장치(1)는 감지된 모터의 회전자의 위치를 기초로 회전자의 회전속도(ωrm)를 산출한다(220).

다음으로, 모터 구동장치(1)는 기준 회전속도(ωrm*)과 산출된 회전속도(ωrm)의 차이를 기초로 dq축 기준전류(Idq*)를 산출한다(230).

다음으로, 모터 구동장치(1)는 dq축 기준전류(Idq*)와 dq축 구동전류(Idq)의 차이를 기초로 dq축 기준전압(Vdq*)를 산출한다(240).

다음으로, 모터 구동장치(1)는 회전자의 위치를 기초로 dq축 기준전압(Vdq*)를 3상 기준전압(Vabcs*)으로 변환한다(245).

다음으로, 모터 구동장치(1)는 dq축 기준전류(Idq*)와 dq축 기준전압(Vdq*)를 기초로 옵셋 전압(Vsn)을 산출한다(250). 옵셋 전압(Vsn)은 선정되는 PWM 방식에 따라 차이가 있으며, PWM 방식을 선정하는 방법과 옵셋 전압(Vsn)을 산출하는 방법은 아래에서 자세히 설명한다.

다음으로, 모터 구동장치(1)는 3상 기준전압(Vabcs*)과 옵셋 전압(Vsn)을 합하여 3상 구동전압(Vabcn)를 산출한다(260).

다음으로, 모터 구동장치(1)는 3상 구동전압(Vabcn)을 펄스 폭 변조하여 전력변환부(30)를 제어하기 위한 제어신호를 생성한다(270).

다음으로, 모터 구동장치(1)는 제어신호에 따라 전력변환부(30)를 제어하여 모터(3)를 구동하기 위한 3상 구동전류(Iabc)를 생성한다(280).

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치(1)가 PWM 방식을 선정하고 옵셋 전압(Vsn)을 산출하는 방법에 대하여 설명한다.

우선 옵셋 전압(Vsn)을 설명하면, 모터(3)의 출력토크를 향상시키거나 모터 구동장치(1)의 전력 손실을 최소화하기 위하여 모터 구동장치(1)는 모터(1)의 구동전류(Iabc)를 기초로 산출된 3상 기준전압(Vabcs*)과 옵셋 전압(Vsn)을 합하여 인버터를 구동하기 위한 3상 구동전압(Vabcn)을 산출한다.

이와 같은 옵셋 전압(Vsn)은 모터 구동장치(1)의 PWM 방식에 따라 달라진다.

도 8 내지 도 11은 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치가 SVPWM 방식, 60˚ DPWM 방식, 60˚(30˚) DPWM 방식, 및 30˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 3상 기준전압, 옵셋 전압, 및 3상 구동전압을 도시한 도면이다.

도 8A를 참조하면, SVPWM 방식에 의한 옵셋 전압(Vsn)은 모터(3)의 출력토크를 향상시키기 위하여 3상 기준전압(Vabcs*)에 따라 쐐기 모양의 파형을 가지게 되며, 그로 인하여 3상 구동전압(Vabcn)은 전압의 위상이 30˚가 될 때까지는 3상 기준전압(Vabcs*)에 비하여 전압의 크기가 급격하게 증가하고, 전압의 위상이 30˚에서 150˚가 될 때까지는 비교적 일정한 크기의 전압을 유지하고, 전압의 위상이 150˚에서 180˚가 될 때까지는 3상 기준전압(Vabcs*)에 비하여 전압의 크기가 급격히 감소한다.

도 9A, 도 10A 및 도 11A를 참조하면, DPWM 방식에 의한 옵셋 전압(Vsn)은 인버터에 포함된 스위치의 스위칭 회수를 최소화하기 위하여 3상 기준전압(Vabcs*)에 따라 톱니 모양의 파형을 가지며 되며, 그로 인하여 3상 구동전압(Vabcn)의 일부가 최대 직류전압(Vdc/2(V)) 또는 최소 직류전압(-Vdc/2(V))가 된다. 구체적으로 60˚ DPWM 방식에 의하면 3상 구동전압(Vabcn)는 그 위상이 60˚ 내지 120˚일 때 최대 직류전압(Vdc/2(V))이 되고, 그 위상이 240˚ 내지 300˚일 때 최소 직류전압(-Vdc/2(V))가 된다(도 10A 참조). 또한, 60˚(30˚) DPWM 방식에 의하면 3상 구동전압(Vabcn)는 그 위상이 30˚ 내지 90˚일 때 최대 직류전압(Vdc/2(V))이 되도, 그 위상이 210˚ 내지 270˚일때 최소 직류전압(-Vdc/2(V))가 된다(도 11A 참조). 마지막으로, 30˚ DPWM 방식에 의하면 3상 구동전압(Vabcn)은 그 위상이 30˚ 내지 60˚ 및 120˚ 내지 150˚일 때 최대 직류전압(Vdc/2(V))이 되고, 그 위상이 210˚ 내지 240˚ 및 300˚ 내지 330˚일 때 최소 직류전압(-Vdc/2(V))이 된다.

이와 같이, DPWM 방식에 의하면 3상 구동전압(Vabcn)의 적어도 1/3주기 동안은 그 전압이 최대 직류전압(Vdc/2(V)) 또는 최소 직류전압(-Vdc/2(V))이 되어 인버터에 포함된 스위치의 스위칭 횟수가 감소한다.

또한, 옵셋 전압(Vsn)은 전압 사용률(Modulation Index: MI)에 따라 그 파형이 변화된다. 여기서 전압 사용률(MI)는 모터 구동장치(1)가 최대로 출력할 수 있는 전압의 크기(최대 직류전압, Vdc/2(V))에 대하여 현재 모터 구동장치(1)가 출력하는 전압의 크기의 비율을 의미한다.

도 8B를 참조하면 SVPWM 방식에 의한 옵셋 전압(Vsn)은 전압 사용률이 증가할수록 옵셋 전압(Vsn)의 크기가 커지고, 도 9B, 도 10B, 및 도 11B를 참조하면 DPWM 방식에 의한 옵셋 전압(Vsn)은 전압 사용률이 증가할수록 옵셋 전압(Vsn)의 크기가 작아진다.

결론적으로 옵셋 전압(Vsn)은 PWM 방식 및 전압 사용률(MI)에 따라 그 파형이 달라진다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치(1)의 옵셋 전압 산출 방법을 도시한 순서도이다.

도 12를 참조하면, 모터 구동장치(1)는 dq축 기준전류(Idq*) 및 dq축 기준전압(Vdq*)를 기초로 최대 기준전류(Imax), 전압 사용률(Modulation Index: MI), 및 dq축 기준전류와 dq축 기준전압의 위상차(φ)를 산출한다(252).

구체적으로, 최대 기준전류(Imax)는 수학식 1을 이용하여 산출할 수 있다..

[수학식 1]

(단, Imax는 최대 기준 전류, Id*는 기준 d축 전류, Iq*는 기준 q축 전류이다.)

또한, 전압 사용률(MI)은 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.

[수학식 2]

(단, MI는 전압 사용률, Vd*는 기준 d축 전압, Vq*는 기준 q축 전압, Vdc는 직류전원이 공급할 수 있는 최대 전위차이다.)

또한, dq축 기준전압과 dq축 기준전류의 위상차(φ)는 수학식 3을 이용하여 산출한다.

[수학식 3]

(단, φ는 dq축 기준 전압-전류 위상차, Vdq*는 dq축 기준전압, Idq*는 dq축 기준전류이다.)

다음으로, 모터 구동장치(1)는 최대 기준전류(Imax), 전압 사용율(MI), 및 dq축 기준전압과 dq축 기준전류의 위상차(φ)를 기초로 PWM 방식에 따른 인버터의 도통 손실과 스위칭 손실을 산출한다(254).

인버터의 도통 손실은 스위치가 도통되는 경우 즉, 트랜지스터가 ON되어 도통되거나 다이오드가 도통되는 경우의 손실을 의미하며, 구체적으로 다이오드에 의한 도통 손실과 트랜지스터에 의한 도통 손실로 구분하여 산출할 수 있다. 다이오드에 의한 도통 손실은 다이오드의 정방향으로 흐르는 전류와 다이오드 양단의 전위차의 곱으로 산출할 수 있으며, 트랜지스터에 의한 도통 손실은 트랜지스터가 ON된 경우 트랜지스터에 흐르는 전류와 트랜지스터 양단의 전위차의 곱으로 산출할 수 있다.

다이오드 및 트랜지스터 양단의 전위차는 각각 수학식 4 및 5를 이용하여 산출할 수 있으며, 이때 다이오드의 정방향으로 흐르는 전류와 트랜지스터에 흐르는 전류는 Imax로 가정할 수 있다.

[수학식 4]

(단, vD는 다이오드 양단의 전위차, VD는 다이오드의 특성에 따른 내부 전위차, RD는 다이오드의 특성에 따른 내부 저항, Imax는 최대 기준전류이다.)

[수학식 5]

(단, vT는 트랜지스터 양단의 전위차, VT는 스위치의 특성에 따른 내부 전위차, RT는 스위치의 특성에 따른 내부 저항, Imax는 최대 기준전류이다.)

또한, 다이오드 도통 손실 및 스위치 도통 손실은 각각 수학식 6 및 7을 이용하여 산출할 수 있다.

[수학식 6]

(단, Ploss.con.D는 다이오드 도통 손실, vD는 다이오드 양단의 전위차, RD는 다이오드의 특성에 따른 내부 저항, Imax는 최대 기준전류이다.)

[수학식 7]

(단, Ploss.con.T는 트랜지스터 도통 손실, vT는 트랜지스터 양단의 전위차, RT는 트랜지스터의 특성에 따른 내부 저항, Imax는 최대 기준전류이다.)

인버터의 도통 손실은 인버터의 구조 및 인버터의 출력을 통하여 추정할 수 있다. 3레벨 직접 스위칭 인버터의 경우에는 인버터의 출력이 Vdc/2(V)인 경우 인버터의 상단 노드와 출력 단자 사이에 마련된 스위치(도 3에 의하면 스위치 S1, S5, S9)가 도통되며, 인버터의 출력이 0(V)인 경우 인버터의 중앙 노드와 출력 단자 사이에 마련된 한 쌍의 스위치(도 3에 의하면 스위치 S2, S3, S6, S7, S10, S11)가 도통되고, 인버터의 출력이 -Vdc/2(V)인 경우 인버터의 하단 노드와 출력 단자 사이에 마련된 스위치(도 3에 의하면 스위치 S4, S8, S12)가 도통된다.

따라서, 인버터의 도통 손실은 [수학식 8]을 이용하여 산출할 수 있다.

[수학식 8]

(단, Ploss.con는 인버터의 도통 손실, Ploss.con.T는 트랜지스터의 도통 손실, Ploss.con.D는 다이오드의 도통 손실, δ2는 상단 노드의 스위치가 도통되는 시간 비율, δ1는 중앙 노드의 스위치가 도통되는 시간 비율, δ0는 상단 노드의 스위치가 도통되는 시간 비율, θ는 위상이다.)

수학식 8에 의하면, 인버터의 도통 손실은 도통되는 스위치의 평균 개수에 큰 영향을 받음을 알 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력변환부에 포함된 스위치 가운데 도통되는 스위치의 평균 개수를 표시하는 표이다. 구체적으로, 도 13은 전압사용률(MI)에 따라 도통되는 스위치의 평균 개수를 나타낸다.

도 13을 참조하면, SVPWM 방식에 비하여 DPWM 방식에 의한 경우 평균 도통되는 스위치가 개수가 적으며, DPWM 방식 각각에 대하여는 서로 비슷한 개수의 스위치가 도통됨을 알 수 있다. 또한, SVPWM 방식의 경우 전압 사용률(MI)이 증가함에 따라 평균 도통되는 스위치의 개수가 감소하며, DPWM 방식의 경우 전압 사용률(MI)이 증가함에 따라 평균 도통되는 스위치의 개수가 증가하다가 감소한다.

따라서, 인버터의 도통 손실은 SVPWM 방식에 의하면 가장 크며, DPWM 방식에 의하는 경우 도통 손실이 작아질 것으로 추정할 수 있으며, 특히 DPWM 방식에 의한 경우 전압 사용률(MI)에 따라 도통 손실이 최소가 되는 DPWM 방식이 달라질 것으로 추정할 수 있다.

인버터의 스위칭 손실은 스위치에 포함된 트랜지스터가 턴온되는 경우의 손실과 트랜지스터가 턴오프되는 경우의 손실의 합을 통하여 산출할 수 있다. 구체적으로 인버터의 턴온 손실은 수학식 9를 이용하여 산출할 수 있으며, 인버터의 턴오프 손실은 수학식 10을 이용하여 산출할 수 있다.

[수학식 9]

(단, Ploss.sw.ON은 인버터의 턴온 손실, Eon은 스위치가 턴온되는 경우의 에너지 손실, Non는 스위치가 턴온되는 횟수, T는 3상 구동전압의 주기이다.)

[수학식 10]

(단, Ploss.sw.OFF는 인버터의 턴오프 손실, Eoff는 스위치가 턴오프되는 경우의 에너지 손실, Noff는 스위치가 턴오프되는 회수, T는 3상 구동전압의 주기이다.)

수학식 9 및 10에 의하면, 인버터의 스위칭 손실은 스위치가 턴온 또는 턴오프되는 횟수가 큰 영향을 받음을 알 수 있다.

도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치(1)가 각각 SVPWM 방식, 60˚ DPWM 방식, 60˚(30˚) DPWM 방식, 30˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력변환기(30)의 출력노드 U와 연결된 스위치S1, S2, S3, S4를 개폐하는 제어신호를 도시한 도면이다.

모터 구동장치(1)가 SVPWM 방식에 의하여 동작하는 경우, 한 주기의 3상 구동전압이 출력되는 동안 적어도 2개의 스위치가 지속적으로 스위칭함을 알 수 있다(도 14 참조).

이에 반하여 모터 구동장치(1)가 DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우, 한 주기의 3상 구동전압이 출력되는 동안 모든 스위치가 스위칭하지 않는 구간이 발생함을 알 수 있다. 구체적으로, 모터 구동장치(1)가 60˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 3상 구동전압의 위상이 60˚ 내지 120˚ 및 240˚ 내지 300˚가 되는 구간에서 모든 스위치가 스위칭하지 않으며, 모터 구동장치(1)가 60˚(30˚) DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 3상 구동전압의 위상이 30˚ 내지 90˚ 및 210˚ 내지 270˚가 되는 구간에서 모든 스위치가 스위칭하지 않는다. 또한, 모터 구동장치(1)가 30˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 3상 구동전압의 위상이 30˚ 내지 60˚, 120˚ 내지 150˚, 210˚ 내지 240˚ 및 300˚ 내지 330˚가 되는 구간에서 모든 스위치가 스위칭하지 않는다. 결론적으로, DPWM 방식에 의하면 적어도 3상 구동전압의 1/3 주기 동안은 모든 스위치가 스위칭하지 않는다.

따라서, SVPWM 방식에 비하여 DPWM 방식에 의한 경우 스위치의 스위칭 횟수가 대략 1/3정도 적은 것을 알 수 있다.

PWM 방식에 따른 도통 손실과 스위칭 손실을 산출한 후에는 도통 손실과 스위칭 손실의 합이 최소가 되는 PWM 방식을 선정한다(256).

도 18 내지 도 21은 PWM 방식 및 전압 사용률에 따른 방식본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동장치의 전력 손실을 도시한 도면이다.

dq축 전압과 dq축 전류의 위상차(φ)가 0˚인 경우 모터 구동장치(1)의 전력 손실을 도시한 도 18을 참조하면, 전체적으로 모터 구동장치(1)가 60˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력 손실이 가장 적음을 알 수 있다.

또한, dq축 전압과 dq축 전류의 위상차(φ)가 15˚인 경우 모터 구동장치(1)의 전력 손실을 도시한 도 19을 참조하면, 모터 구동장치(1)가 60˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력 손실이 가장 적음을 알 수 있다.

이에 반해, dq축 전압과 dq축 전류의 위상차(φ)가 30˚인 경우 모터 구동장치(1)의 전력 손실을 도시한 도 20을 참조하면, 전력사용률(MI)에 따라 차이는 있지만 전체적으로 모터 구동장치(1)가 30˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력 손실이 가장 적음을 알 수 있다.

또한, dq축 전압과 dq축 전류의 위상차(φ)가 45˚인 경우 모터 구동장치(1)의 전력 손실을 도시한 도 19을 참조하면, 모터 구동장치(1)가 30˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력 손실이 가장 적음을 알 수 있다.

결론적으로 도 18 내지 도 21에 의하면, dq축 전압과 dq축 전류의 위상차(φ)가 0˚ 내지 30˚인 경우에는 모터 구동장치(1)가 60˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력 손실이 최소가 되며, dq축 전압과 dq축 전류의 위상차(φ)가 30˚ 내지 45˚인 경우에는 모터 구동장치(1)가 30˚ DPWM 방식에 의하여 동작하는 경우 전력 손실이 최소가 됨을 추정할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 구동장치(1)는 dq축 전압과 dq축 전류를 기초로 PWM 방식에 따른 전력 손실을 산출하고 산출된 전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하는 것으로 구현되었으나, 이에 한정되지 않으며 사전에 dq축 전압과 dq축 전류를 기초로 dq축 전압과 dq축 전류의 전압 사용률 및 위상차, PWM 방식에 따른 전력 손실을 산출하여 dq축 전압과 dq축 전류의 전압 사용률 및 위상차에 따라 전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하기 위한 테이블을 마련하는 것으로 구현할 수도 있다.

전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식이 선정되면 모터 구동장치(1)는 선정된 PWM 방식에 따른 옵셋 전압(Vsn)을 산출한다(258).

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상으로부터 개별적으로 이해되어져서는 아니될 것이다.

1: 모터 구동장치 2: 전원장치
30: 전력변환부 100: 제어부
110: 속도연산부 120: 제1좌표 변환부
130: 속도제어부 140: 전류제어부
150: 제2좌표 변환부 160: 옵셋 연산부
170: 출력신호 생성부

Claims

전원장치로부터 공급되는 교류전압과 교류전류를 직류전압과 직류전류로 정류하는 정류부;
상기 직류전압과 상기 직류전류에 포함된 리플을 제거하는 평활부;
상기 평활부로부터 직류전류를 제공받아 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부;
상기 구동전류에 따라 복수의 PWM 방식 중 어느 하나를 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함하는 모터 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수의 PWM 방식 중에 상기 전력변환부의 전력손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하는 것인 모터 구동장치.
제2항에 있어서,
상기 전력변환부는 3레벨 직접 스위칭 인버터를 포함하는 것인 모터 구동장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 PWM 방식은 SVPWM (Space Vector PWM) 방식, 60˚ DPWM (Discontinuous PWM) 방식, 60˚(30˚) DPWM 방식, 30˚ DPWM 방식 중 적어도 2개의 PWM 방식을 포함하는 것인 모터 구동장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 모터의 회전속도를 기초로 기준전류를 산출하는 속도제어부;
상기 구동전류와 상기 기준전류를 기초로 기준전압을 산출하는 전류제어부;
상기 기준전류와 상기 기준전압을 기초로 상기 복수의 PWM 방식에 따른 상기 전력 손실을 산출하고, 상기 산출된 전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 따른 옵셋 전압을 출력하는 옵셋 연산부;
상기 제어부는 상기 옵셋 전압과 상기 기준전압을 기초로 상기 모터를 구동하기 위한 구동전압을 산출하고, 상기 구동전압을 펄스 폭 변조하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어신호를 출력하는 출력신호 생성부를 포함하는 것인 모터 구동장치.
제5항에 있어서,
상기 전력 손실은 상기 전력변환부에 포함된 스위치가 도통되어 발생하는 도통 손실과 상기 전력변환부에 포함된 스위치가 스위칭하여 발생하는 스위칭 손실을 포함하는 것인 모터 구동장치.
제6항에 있어서,
상기 도통 손실은 도통된 스위치의 평균 개수와 상기 도통된 스위치당 전력 손실을 곱하여 산출하는 것인 모터 구동장치.
제7항에 있어서,
상기 스위칭 손실은 상기 스위치가 스위칭하는 평균 횟수와 상기 스위칭에 의한 전력 손실을 곱하여 산출하는 것인 모터 구동장치.
제2항에 있어서,
상기 평활부는 직렬 연결되는 한 쌍의 콘덴서를 포함하고 상기 직렬 연결된 한 쌍의 콘덴서 양단의 노드와 상기 한 쌍의 콘덴서가 연결되는 중앙 노드를 통하여 상기 전력변환부에 직류전원을 공급하는 것인 모터 구동장치.
제9항에 있어서,
상기 3레벨 직접 스위칭 인버터는 상기 평활부 양단의 노드 사이에 마련되는 적어도 2 쌍의 스위치;
상기 적어도 2 쌍의 스위치가 각각 연결되는 노드와 상기 평활부의 중앙 노드 사이에 마련되는 스위치를 포함하는 것인 모터 구동장치.
전원장치로부터 공급되는 교류전압과 교류전류를 직류전압과 직류전류로 정류하는 정류부;
상기 직류전압과 상기 직류전류에 포함된 리플을 제거하는 평활부;
상기 평활부로부터 직류전류를 제공받아 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부;
상기 구동전류를 기초로 산출된 기준전압의 전압사용률(Modulation Index: MI)에 따라 복수의 PWM 방식 중 어느 하나를 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함하는 모터 구동장치.
제11항에 있어서,
상기 전력변환부는 3레벨 직접 스위칭 인버터를 포함하는 것인 모터 구동장치.
제12항에 있어서,
상기 복수의 PWM 방식은 SVPWM (Space Vector PWM) 방식, 60˚ DPWM (Discontinuous PWM) 방식, 60˚(30˚) DPWM 방식, 30˚ DPWM 방식 중 적어도 2개의 PWM 방식을 포함하는 것인 모터 구동장치.
제13항에 있어서,
상기 제어부는 상기 모터의 회전속도를 기초로 기준전류를 산출하는 속도제어부;
상기 구동전류와 상기 기준전류를 기초로 기준전압을 산출하는 전류제어부;
상기 기준전압의 전압사용률을 기초로 상기 전력변환부의 전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 따른 옵셋 전압을 출력하는 옵셋 연산부;
상기 옵셋 전압과 상기 기준전압을 기초로 상기 모터를 구동하기 위한 구동전압을 산출하고, 상기 구동전압을 펄스 폭 변조하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어신호를 출력하는 출력신호 생성부를 포함하는 것인 모터 구동장치.
제14항에 있어서,
상기 전력 손실은 상기 전력변환부에 포함된 스위치가 도통되어 발생하는 도통 손실과 상기 전력변환부에 포함된 스위치가 스위칭하여 발생하는 스위칭 손실을 포함하는 것인 모터 구동장치.
전원장치로부터 공급되는 교류전압과 교류전류를 직류전압과 직류전류로 정류하는 정류부;
상기 직류전압과 상기 직류전류에 포함된 리플을 제거하는 평활부;
상기 평활부로부터 직류전류를 제공받아 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부;
상기 구동전류를 기초로 산출된 기준전압과 기준전류의 위상차에 따라 복수의 PWM 방식 중 어느 하나를 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함하는 모터 구동장치.
제16항에 있어서,
상기 전력변환부는 3레벨 직접 스위칭 인버터를 포함하는 것인 모터 구동장치.
제17항에 있어서,
상기 복수의 PWM 방식은 SVPWM (Space Vector PWM) 방식, 60˚ DPWM (Discontinuous PWM) 방식, 60˚(30˚) DPWM 방식, 30˚ DPWM 방식 중 적어도 2개의 PWM 방식을 포함하는 것인 모터 구동장치.
제18항에 있어서,
상기 제어부는 상기 모터의 회전속도를 기초로 기준전류를 산출하는 속도제어부;
상기 구동전류와 상기 기준전류를 기초로 기준전압을 산출하는 전류제어부;
상기 기준전류와 상기 기준전압의 위상차를 기초로 상기 PWM 방식을 선정하고, 상기 선정된 PWM 방식에 따른 옵셋 전압을 출력하는 옵셋 연산부;
상기 옵셋 전압과 상기 기준전압을 기초로 상기 모터를 구동하기 위한 구동전압을 산출하고, 상기 구동전압을 펄스 폭 변조하여 상기 전력변환부를 제어하는 제어신호를 출력하는 출력신호 생성부를 포함하는 것인 모터 구동장치.
제19항에 있어서,
상기 전력 손실은 상기 전력변환부에 포함된 스위치 중 도통된 스위치에 의한 도통 손실과 상기 전력변환부에 포함된 스위칭 스위칭하는 스위치에 의한 스위칭 손실을 포함하는 것인 모터 구동장치.
직류전류를 교류전류로 변환하여 모터에 구동전류를 제공하는 전력변환부를 포함하는 모터 구동장치의 제어방법에 있어서,
상기 모터의 회전속도와 상기 구동전류를 검출하고;
상기 회전속도와 상기 구동전류를 기초로 복수의 PWM 방식에 따른 상기 전력변환부의 전력 손실을 산출하고;
상기 복수의 PWM 방식 중 상기 전력 손실이 최소가 되는 PWM 방식을 선정하고,
상기 선정된 PWM 방식에 의하여 상기 모터를 구동하는 것을 포함하는 모터 구동장치의 제어방법.
제21항에 있어서,
상기 전력변환부는 3레벨 직접 스위칭 인버터를 포함하는 것인 모터 구동장치의 제어방법.
제22항에 있어서,
상기 복수의 PWM 방식은 SVPWM (Space Vector PWM) 방식, 60˚ DPWM (Discontinuous PWM) 방식, 60˚(30˚) DPWM 방식, 30˚ DPWM 방식 중 적어도 2개의 PWM 방식을 포함하는 것인 모터 구동장치의 제어방법.
제23항에 있어서,
상기 전력변환부의 전력 손실을 산출하는 것은 상기 회전속도를 기초로 기준전류를 산출하고;
상기 기준전류와 상기 구동전류를 기초로 기준전압을 산출하고;
상기 기준전류와 상기 기준전압을 기초로 상기 전력손실을 산출하는 것을 포함하는 모터 구동장치의 제어방법.
제24항에 있어서,
상기 전력 손실은 상기 전력변환부에 포함된 스위치 중 도통된 스위치에 의한 도통 손실과 상기 전력변환부에 포함된 스위칭 스위칭하는 스위치에 의한 스위칭 손실을 포함하는 것인 모터 구동장치의 제어방법.