KR20160032389A - 전류센서의 고장을 감지하는 방법 및 그 장치 - Google Patents

전류센서의 고장을 감지하는 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

전류센서의 고장을 감지하는 방법 및 그 장치가 개시된다.
본 발명의 일 면에 따른 모터와, 상기 모터에 구동전류를 인가하는 인버터와, 상기 인버터에 모터 제어신호를 인가하는 제어부를 포함하는 모터 제어 시스템에서 상기 구동전류를 검출하는 전류센서의 고장을 감지하는 방법은, 모터가 구동 중인 경우, 상기 제어부에서 연산된 지령 토크와 상기 모터의 속도 측정 값를 이용하여 지령 출력 값을 연산하는 단계, 상기 지령 출력 값과 상기 모터의 출력 값 간의 출력 오차를 연산하는 단계, 상기 출력 오차가 기 설정된 출력 오류 허용치보다 작으면, 상기 모터에서 출력되는 2상의 모터전류 값에서 리플 성분을 제거하는 단계, 리플 성분이 제거된 상기 2상의 모터전류 값을 3상의 순시전류 값으로 역변환하는 단계, 역변환된 상기 3상의 순시전류 값과 상기 전류센서에 의해 검출된 3상의 구동전류 값 간의 3상의 옵셋을 연산하는 단계, 및 상기 3상의 옵셋과 기 설정된 옵셋 허용치를 비교하여 상기 전류센서의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

전류센서의 고장을 감지하는 방법 및 그 장치{Method for detecting a fault a current sensor of the inverter and device thereof}
본 발명은 모터구동용 인버터에 관한 것으로, 특히 인버터와 모터 사이에 위치한 전류센서의 고장을 감지하는 기술에 관한 것이다.
최근, 환경친화적인 자동차로서 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)와 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)가 큰 관심을 끌고 있다.
일 예로서, 하이브리드 자동차는 주 동력원인 종래의 엔진 이외에, 전기에 의해 구동되는 모터를 보조 동력원으로 구비한다. 다른 예로서, 전기 자동차는 그 동력원으로 DC 전원, 인버터 및 인버터에 의해 구동되는 모터를 구비한다. 여기서, 모터는 고전압 배터리로부터 공급되는 직류(DC) 전원을 교류(AC) 전원으로 변환하는 인버터에 의해 구동된다.
이러한 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차에 있어서, 모터 제어 장치(Motor Control Unit, MCU)는 모터의 출력토크 검출값, 모터에 입력되는 구동전류값 등을 토대로 하여 모터를 정밀하게 제어한다. 한편, 전류센서에 의해 감지되는 구동전류는 실제로 모터에 흐르는 전류(모터전류)와 일정한 차이를 가지는데, 이를 전류센서의 옵셋(offset)이라고 한다. 전류센서의 옵셋은 전류센서를 동작시키기 위해 필요한 미량의 전류이다.
전류센서에 의해 감지되는 구동전류는 실제로 모터에 흐르는 모터전류와 옵셋을 포함(구동전류=모터전류+옵셋)하게 되므로, 전류센서에 의해 감지된 구동전류에서 옵셋을 보상해 주어야 한다. 이는, 옵셋을 보상하지 않은 구동전류가 MCU에 제공되면, 실제로 모터에 흐르는 모터전류와의 오차에 의해 모터 출력토크의 맥동을 야기할 수 있고, 전체 시스템이 불안정해질 수 있기 때문이다.
이에 따라, 모터를 구동하기 전에 옵셋을 미리 설정하여 두고, 전류센서에 의해 감지된 구동전류에 대하여 옵셋을 보상하는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 전류센서의 옵셋은 외부 잡음, 경년 변화, 주변 온도 변화, 전류센서의 노후화 등에 의해 변하기 때문에, 초기의 옵셋을 고정적으로 보상하게 되면, 결국 전류센서에 의해 감지되는 구동전류와 실제의 모터전류 간의 오차가 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 등록특허 제10-1238943호에서는, 모터의 최초 구동 시에 미리 설정되어 있는 옵셋을 고정적으로 보상하지 않고, 모터의 PWM 제어(모터에 공급되는 구동전류를 제어)가 중단되면, 수시로 또는 소정의 주기마다 옵셋을 재산출하여 보상한다. 그러나, 이러한 종래 기술은 PWM 제어가 중단된 경우에만 옵셋을 재산출함으로써, 구동전류가 공급되어 모터가 구동 중(PWM 제어 중)에 전류센서의 옵셋이 과다한 발생하는 경우, 전류센서의 옵셋의 이상 여부를 판단하지 못하고 옵셋 보상을 할 수 없다.
본 발명은 모터 구동 중 전류센서의 옵셋을 확인 및 보상하고, 전류센서의 고장을 감지할 수 있도록 하는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 모터와, 상기 모터에 구동전류를 인가하는 인버터와, 상기 인버터에 모터 제어신호를 인가하는 제어부를 포함하는 모터 제어 시스템에서 상기 구동전류를 검출하는 전류센서의 고장을 감지하는 방법은, 모터가 구동 중인 경우, 상기 제어부에서 연산된 지령 토크와 상기 모터의 속도 측정 값를 이용하여 지령 출력 값을 연산하는 단계, 상기 지령 출력 값과 상기 모터의 출력 값 간의 출력 오차를 연산하는 단계, 상기 출력 오차가 기 설정된 출력 오류 허용치보다 작으면, 상기 모터에서 출력되는 2상의 모터전류 값에서 리플 성분을 제거하는 단계, 리플 성분이 제거된 상기 2상의 모터전류 값을 3상의 순시전류 값으로 역변환하는 단계, 역변환된 상기 3상의 순시전류 값과 상기 전류센서에 의해 검출된 3상의 구동전류 값 간의 3상의 옵셋을 연산하는 단계, 및 상기 3상의 옵셋과 기 설정된 옵셋 허용치를 비교하여 상기 전류센서의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
한편, 전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 전류센서의 고장 감지 장치는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 모터에 인가되는 제어를 위한 3상의 구동전류를 출력하는 인버터; 상기 인버터에서 출력되는 상기 3상의 구동전류를 감지하는 전류센서; 및 상기 PWM 제어 신호를 생성하여 상기 인버터에 제공하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 모터가 구동 중인 경우, 상기 모터에서 출력되는 2상의 모터전류 값에서 리플 성분을 제거하고; 리플 성분이 제거된 상기 2상의 모터전류 값을 3상의 순시전류 값으로 역변환하고; 역변환된 상기 3상의 순시전류 값과 상기 전류센서에 의해 검출된 3상의 구동전류 값 간의 3상의 옵셋을 연산하고; 상기 3상의 옵셋과 기 설정된 옵셋 허용치를 비교하여 상기 전류센서의 고장 여부를 판단하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, PWM 신호가 출력되지 않아 모터가 정지된 경우는 물론, PWM 신호가 출력되어 모터가 구동중인 경우에도 전류센서의 옵셋을 검출하고, 전류센서의 고장 여부를 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전류센서의 고장 감지 장치를 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전류센서 고장 감지 장치에 의해 전류센서의 옵셋 검출, 보상 및 고장을 감지하는 방법 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전류센서 고장 감지 장치에 의해 모터가 구동 정지인 경우, 전류센서의 옵셋을 검출하는 방법 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전류센서 고장 감지 장치에 의해 모터가 구동 중인 경우, 전류센서의 옵셋을 검출 및 고장 여부를 판단하는 방법 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전류센서의 고장 감지 장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전류센서의 고장 감지 장치(100)는 인버터(110), 전류센서(120), 및 제어부(130)를 포함한다. 여기서, 제어부(130)는 모터(140)를 제어하는 모터제어장치(Motor Control Unit, MCU)에 구비되는 일부 구성일 수 있다. 한편, 도 1은 전류센서의 고장 감지를 설명하기 위하여, 모터(M)의 구동과 관련된 개략적인 구성만을 나타낸 것으로서, 모터(140)를 동력원으로 하는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등에 그보다 많은 구성 요소로 이루어짐은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.
인버터(110)는 고전압 배터리로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(140)로 구동전류를 공급한다. 인버터(110)는 제어부(130)로부터 수신되는 PWM 신호에 따라, 인버터(110)에 구비되는 다수의 트랜지스터를 스위칭하여 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 모터(140)에 교류 성분의 구동전류를 공급하여 모터(140)의 구동을 PWM 제어한다. 여기서, PWM 제어라 함은, 인버터(110)가 PWM 신호에 따라 모터(140)에 공급하는 전류(구동전류)를 제어하는 것을 나타낸다. 이때, 인버터(110)는 3상 결선(three-phase connection)을 통해 3상 교류 성분의 구동전류를 모터(140)에 공급한다.
전류센서(120)는 모터(140)로 공급되는 전류, 즉, 구동전류를 감지한다. 전류센서(120)는 인버터(110)와 모터(140) 간의 3상 결선에 형성되어, 각 상의 전류를 감지하여 제어부(130)로 피드백한다. 또는, 전류센서(120)는 인버터(110)와 모터(140) 간의 3상 결선 중 어느 두 선에만 형성되며, 두 개의 상 전류를 감지하여 제어부(130)로 피드백한다. 이 경우, 제어부(130)는 두 개의 상 전류를 이용하여 다른 하나의 상 전류를 유추할 수 있다.
제어부(130)는 전류센서(120)에 의해 감지된 구동전류에 기초하여 옵셋(offset)의 크기를 추정한다. 이때, 제어부(130)는 PWM 제어가 오프(OFF)일 때(PWM 신호가 인버터(110)에 입력되지 않을 때)와 온(ON) 일 때(PWM 신호가 인버터(110)에 입력될 때) 각각 다른 과정을 통해 옵셋의 크기를 추정할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4의 흐름도를 참조하여 PWM 제어가 오프와 온인 각각의 경우, 전류센서(120)의 옵셋을 검출(추정) 및 보상하고, 전류센서(120)의 고장 여부를 판단하는 과정에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 전류센서 고장 감지 장치에 의해 전류센서의 옵셋 검출, 보상 및 고장을 감지하는 방법 흐름도이다.
먼저, 전류센서 고장 감지 장치(100)의 제어부(130)는 인버터 구동이 시작되면(S201), 전류센서(120)의 옵셋을 검출한다(S202).
이때, 제어부(130)는 PWM 제어가 오프인 경우, 즉, 모터(140)에 구동전류가 공급되지 않아서 구동되지 않는 경우, 전류센서(120)의 옵셋(
Figure pat00001
)을 검출한다. PWM 제어가 오프인 경우 전류센서(120)의 옵셋(
Figure pat00002
)을 검출하는 방법은 도 3를 참조하여 이후에 구체적으로 설명한다.
제어부(130)는 단계 S202에서 검출된 옵셋의 절대값(
Figure pat00003
)이 기 설정된 옵셋 허용치를 초과하는지 확인한다(S203).
여기서, 옵셋 허용치는 전류센서(120)의 사양에 따라 기 설정된 최대 측정 전류 크기의 소정 비율(예컨대, 최대 측정 전류 크기의 5%)일 수 있다. 이때, 최대 측정 전류 크기의 소정 비율의 값은 사전의 튜닝 과정을 통해 조절 가능하다.
일반적으로, 옵셋은 직류(DC) 성분이지만, 회전하는 좌표계에서 보면 교류(AC) 성분으로 보이기 때문에, 양(+)의 값 또는 음(-)의 값을 가질 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 검출된 옵셋의 절대값(
Figure pat00004
)과 옵셋 허용치를 비교한다.
단계 S203의 확인 결과, 옵셋 절대값(
Figure pat00005
)이 옵셋 허용치를 초과하면, 제어부(130)는 전류센서(120)의 옵셋이 과다한 것으로 판단하고 고장 코드를 발생한다(S204).
또한, 제어부(130)는 인버터(110)의 구동을 정지한다(S205).
만약, 단계 S203의 확인 결과, 옵셋 절대값(
Figure pat00006
)이 옵셋 허용치 이하이면, 제어부(130)는 검출된 옵셋(
Figure pat00007
)을 보상한다(S206).
제어부(130)는 전류센서(120)에 의해 감지되는 전류 센싱값에 옵셋(
Figure pat00008
)을 차감하여 옵셋이 보상된 전류값을 구할 수 있다.
한편, PWM 제어가 온 되면, 제어부(130)는 전류를 제어하기 위한 PWM 신호를 인버터(110)로 출력하고(S207), 전류센서(120)의 옵셋(
Figure pat00009
)을 검출한다(S208).
이때, PWM 제어가 온인 경우 즉 모터(140)가 구동되는 경우, 전류센서(120)의 옵셋(
Figure pat00010
)을 검출하는 방법은 도 4를 참조하여 이후에 구체적으로 설명한다.
제어부(130)는 단계 S208에서 검출된 옵셋의 절대값(
Figure pat00011
)이 기 설정된 옵셋 허용치를 초과하는지 확인한다(S209).
이때, 제어부(130)는 검출된 옵셋의 절대값(
Figure pat00012
)과 옵셋 허용치(예컨대, 최대 측정 전류 크기의 5%)를 비교한다. 이때, 최대 측정 전류 크기의 소정 비율의 값은 사전의 튜닝 과정을 통해 조절 가능하다.
단계 S209의 확인 결과, 옵셋 절대값(
Figure pat00013
)이 옵셋 허용치를 초과하면, 제어부(130)는 전류센서(120)의 옵셋(
Figure pat00014
)이 과다한 것으로 판단하고 고장 코드를 발생한다(S204).
또한, 제어부(130)는 인버터의 구동을 정지한다(S205).
만약, 단계 S209의 확인 결과, 옵셋 절대값(
Figure pat00015
)이 옵셋 허용치 이하이면, 제어부(130)는 검출된 옵셋(
Figure pat00016
)을 보상한다(S210).
이때, 제어부(130)는 전류센서(120)에 의해 감지되는 전류 센싱값(구동 전류값)에 옵셋(
Figure pat00017
)을 차감하여 옵셋이 보상된 전류값을 구할 수 있다.
이후에, PWM 제어가 정지되어 모터(140)의 구동이 정지되면, 제어부(130)는 모든 프로세서를 종료한다(S211).
이하, 도 3을 참조하여 PWM 제어가 오프인 경우, 제어부(130)에서 전류센서(120)의 옵셋(
Figure pat00018
)을 검출하는 과정(단계 S202)을 구체적으로 설명한다.
제어부(130)는 PWM 제어가 오프이고, 모터(140)가 구동 정지인 상태에서 이하의 과정을 수행한다(S301).
제어부(130)는 전류센서(120)로부터 수신되는 신호를 A/D 변환하여(S302), 전류센서(120)에 의해 감지된 전류값을 확인한다(S303).
일반적으로, PWM 제어가 오프이고 모터(140)가 정지인 상태이면, 전류센서(120)에서 감지되는 전류값은 ‘0’이어야 한다. 그러함에도 불구하고, 전류센서(120)에 의해 소정(미량)의 전류가 감지되게 되는데, 이 소정의 전류가 옵셋(
Figure pat00019
)일 수 있다. 이때, 제어부(130)는 정확도 향상을 위해 1회의 전류값 감지 동작으로 옵셋(
Figure pat00020
)을 검출하지 않는다
제어부(130)는 소정 시간 단위로 여러 횟수(n) 동안 전류센서(120)에 의해 감지된 전류값을 합산(SUM(n)= SUM(n-1)+ 전류값)하며(S304), 기 설정된 소정 횟수(N)만큼 전류센서(120)의 전류값이 합산되는지 확인한다(S305).
단계 S305의 확인 결과, 전류센서(120)의 전류값이 소정 횟수(N)만큼 합산(n+1>N)되면, 제어부(130)는 합산된 전류값(SUM(n))을 소정 횟수(N)로 나누어 평균 전류값(SUM(n)/N)을 구한다(S306).
이때의 평균 전류값이 PWM 제어가 오프인 경우의 전류센서(120)의 옵셋(
Figure pat00021
)이다.
이와 같은 과정을 통해, 제어부(130)는 PWM 제어가 오프인 경우 즉, 모터(140)의 구동이 정지된 경우, 전류센서(120)의 옵셋(
Figure pat00022
)을 구할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 PWM제어가 온(모터(140) 구동 중)인 경우, 제어부(130)에서 전류센서(120)의 옵셋을 검출하고 고장 여부를 판단하는 방법을 구체적으로 설명한다.
제어부(130)는 지령 토크와 모터(140)의 속도 측정 값를 이용하여 지령 출력 값을 연산한다(S401).
여기서, 지령 토크는 모터(140)가 출력해야 할 토크의 크기로써, 상위 제어 유닛(예컨대, 차량의 모터제어유닛)으로부터 CAN 통신을 통해 입력 받을 수 있다. 또는, 지령 토크는 제어부(130)에 의해 연산될 수 있다. 제어부(130)를 통해 지령 토크를 입력 받은 인버터(110)는 모터(140)가 지령 토크를 출력하기 위한 전류를 연산하고, 다시 그 전류를 출력하기 위한 전압을 모터(140)로 출력한다. 또한, 모터(140)의 속도는 회전자의 위치를 감지하는 위치 센서에 의해 모터(140)의 속도가 측정될 수 있다.
제어부(130)는 지령 토크와 모터(140)의 속도 측정 값을 곱셈 연산하여 지령 출력 값(=지령 토크*속도 측정 값)을 연산할 수 있다.
제어부(130)는 단계 S401에서 연산된 지령 출력 값이 모터(140)의 최대 출력을 기준으로 소정 비율 보다 큰지 확인한다(S402).
여기서, 모터(140)의 최대 출력(
Figure pat00023
)은 모터(140)의 사양에 따라 기 설정된 출력이다. 또한, 최대 출력의 소정 비율의 값은 사전의 튜닝 과정을 통해 조절 가능하다. 예컨대, 제어부(130)는 연산된 지령 출력 값 이 모터(140)의 최대 출력의 5%(
Figure pat00024
) 이상인지 확인한다.
단계 S402의 확인 결과 지령 출력 값 이 모터(140)의 최대 출력을 기준으로 소정 비율 미만이면, 제어부(130)는 전류센서(120)의 고장 판단이 불가능한 것으로 판단한다(S403).
이는, 전류센서(120)의 고장을 판단하기 위해 요구되는 최소한의 전력이 인버터(110)에서 출력되지 않는 것이기 때문이다.
단계 S402의 확인 결과 지령 출력 값 이 모터(140)의 최대 출력을 기준으로 소정 비율 이상이면, 제어부(130)는 모터(140)에서 출력되는 출력 값(추정치)을 연산한다(S404).
이때, 제어부(130)는 수학식 1과 같이 모터(140)에서 출력되는 토크와 모터(140)의 속도 측정값을 곱셈 연산하여 출력 추정치(P)를 연산할 수 있다.
Figure pat00025
여기서,
Figure pat00026
는 모터(140)의 역기전력계수,
Figure pat00027
는 모터(140)의 d축 인덕턴스,
Figure pat00028
는 모터(140)의 q축 인덕턴스로써, 모터(140)의 사양에 따라 기 설정된 값이다. 또한,
Figure pat00029
와
Figure pat00030
은 모터(140)에서 실제로 출력되는 모터전류 값으로써, 별도의 센서에 의해 감지되는 토크분 전류(d축 전류)와 자속분 전류(q축 전류) 이다.
제어부(130)는 단계 S401에서 구해진 지령 출력 값과 단계 S404에서 구해진 출력 값 간의 출력 오차를 연산한다(S405).
이때, 제어부(130)는 지령 출력 값에서 출력 값을 차감하여 출력 오차를 구할 수 있다.
제어부(130)는 단계 S405에서 구해진 출력 오차가 출력 오류 허용치 보다 작은지 확인한다 (S406).
여기서, 출력 오류 허용치(P_err_limit)는 단계 S401에서 구해진 지령 출력을 기 값 준으로 소정 비율의 값이다. 예컨대, 출력 오류 허용치(P_err_limit)는 지령 출력의 3%(지령출력*3%) 값일 수 있다. 여기서, 소정 비율의 값은 사전의 튜닝 과정을 통해 조절 가능하다.
단계 S406의 확인 결과 출력 오차가 출력 오류 허용치 보다 크면, 제어부(130)는 전류센서(120)의 체인 전체가 고장인 것으로 판단한다(S407).
이러한 경우는 지령 출력 값 대비 출력 값의 오차가 과다한 경우로써, 3상의 전류센서(120)의 스케일이 모두 틀리거나, 틀린 스케일 변수가 적용된 경우 발생할 수 있다.
만약, 단계 S406의 확인 결과 출력 오차가 출력 오류 허용치 이하이면, 제어부(130)는 단계S404에서 구해진 2상(d축, q축)의 모터전류 값에서 옵셋을 제거한다(S408).
이때, 제어부(130)는 저역통과필터(Low Pass Filter, LPF)을 이용하여, d축 및 q축의 모터전류 값 각각에서 옵셋을 포함한 리플(Ripple) 성분을 제거할 수 있다. 여기서, 리플 성분은 옵셋은 물론 전류센서(120)의 스케일 편차 성분을 포함할 수 있다.
제어부(130)는 옵셋이 제거된 2상의 모터전류 값을 3상 교류 성분의 전류로 역변환한다(S409).
제어부(130)는 단계 S407에서 옵셋이 제거된 2상의 모터전류 값(Idqe_flt)의 좌표축을 변환해주는 축변환 행렬식(
Figure pat00031
)에 대입하여 옵셋이 제거된 3상의 순시 전류로 변환한다. 이때, 2상의 모터전류 값을 3상의 순시전류 값(Iabc_flt)으로 변환하는 행렬식(
Figure pat00032
)은 제어부(130)에서 인버터(110)로 인가되는 3상의 목표 전류 지령치를 결정하기 위해, 전류센서(120)에서 검출된 3상의 구동전류(a축, b축 및 c축 전류)를 2상(d축, q축)으로 좌표 변환하는 과정에서 이용되는 축변환 행렬식(
Figure pat00033
)에 대한 역행렬식(
Figure pat00034
)이다.
제어부(130)는 옵셋이 제거된 3상의 순시전류 값(Iabc_flt)과 전류센서(120)에 의해 감지된 3상의 구동전류 값(Iabc)을 비교하여 옵셋(Iabc_offset)을 검출한다(S410).
이때, 제어부(130)는 리플 성분이 제거된 3상의 순시전류 값(Iabc_flt)에서 3상의 구동전류 값(Iabc)를 차감하여 옵셋을 구한다. 이는, 3상의 구동전류 값(Iabc)에는 옵셋을 비롯한 노이즈, 스케일 등과 같은 리플 성분이 포함되어 있기 때문에, 두 전류 값(Iabc_flt와 Iabc)을 비교하면, 옵셋(Iabc_offset)이 검출될 수 있다.
이때, 제어부(130)는 소정 시간(예컨대, 교류 주기의 1/4 구간) 동안 3상의 순시전류 값(Iabc_flt)와 3상의 구동전류 값(Iabc)를 비교한 결과를 구간 적분함으로써, 옵셋(Iabc_offset) 검출의 정확도를 향상시킬 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 소정 시간 동안의 a상의 모터전류 값과 a상의 구동전류 값(Ia_flt와 Ia)의 차이를 구간 적분하여, a상에 대한 옵셋(Ia_offset)을 구할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제어부(130)는 b상 및 c상 각각의 전류 값(Ib_flt와 Ib, Ic_flt와 Ic)의 차이도 구간 적분하여, b상 및 c상에 대한 옵셋(Ib_offset, Ic_offset)을 구할 수 있다.
제어부(130)는 단계 S410에서 구해진 옵셋의 절대값(|Ia_offset|, |Ib_offset|, |Ic_offset|)과 기 설정된 옵셋 허용치(offset_limit)를 비교하여 각상의 전류센서(120)의 고장을 판단한다(S411).
이때의 옵셋 허용치(offset_limit)는 전류센서(120)의 소정 시간 동안의 옵셋 오차의 허용치를 구간 적분한 값이다.
단계 S411의 비교 결과 어느 한 상에 대한 옵셋의 절대값(|Ia_offset|, |Ib_offset|, |Ic_offset|)이 옵셋 허용치(offset_limit)를 초과하면, 제어부(130)는 해당 상의 전류센서(120)가 고장인 것으로 판단한다(S412).
예컨대, a상에 대한 옵셋의 절대값(|Ia_offset|)이 옵셋 허용치(offset_limit)를 초과하면, 제어부(130)는 a상의 전류센서(120_a)가 고장인 것으로 판단한다. 이와 마찬가지로, b상에 대한 옵셋의 절대값(|Ib_offset|)이 옵셋 허용치(offset_limit)를 초과하면, 제어부(130)는 b상의 전류센서(120_b)가 고장인 것으로 판단하고, c상에 대한 옵셋의 절대값((|Ic_offset|))이 옵셋 허용치(offset_limit)를 초과하면, 제어부(130)는 c상의 전류센서(120_c)가 고장인 것으로 판단한다.
만약, 단계 S411의 비교 결과 모든 상에 대한 옵셋의 절대값이 옵셋 허용치이하이면, 제어부(130)는 전류센서(120)가 정상인 것으로 판단한다(S413).
또한, 제어부(130)는 단계 S410에서 검출된 옵셋(Ic_offset, Ib_offset, Ic_offset)을 이용하여 소정 주기마다 전류 센서(120)의 옵셋을 보상할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해, 제어부(130)는 PWM 제어가 온인 경우, 전류센서(120)의 옵셋을 구하고, 전류센서(120)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, PWM 신호가 출력되지 않아 모터가 정지된 경우는 물론, PWM 신호가 출력되어 모터가 구동중인 경우에도 전류센서의 옵셋을 검출하고, 전류센서의 고장 여부를 판단할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 고장 감지 장치
110: 인버터 120: 전류센서
130: 제어부 140: 모터

Claims (17)

  1. 모터, 상기 모터에 구동전류를 인가하는 인버터, 상기 인버터에 모터 제어신호를 인가하는 제어부를 포함하는 모터 제어 시스템에서,
    상기 구동전류를 검출하는 전류센서의 고장을 감지하는 방법에 있어서,
    상기 모터가 구동 중인 경우, 상기 제어부에서 연산된 지령 토크와 상기 모터의 속도 측정 값를 이용하여 지령 출력 값을 연산하는 단계;
    상기 지령 출력 값과 상기 모터의 출력 값 간의 출력 오차를 연산하는 단계;
    상기 출력 오차가 기 설정된 출력 오류 허용치보다 작으면, 상기 모터에서 출력되는 2상의 모터전류 값에서 리플(Riffle) 성분을 제거하는 단계;
    상기 리플 성분이 제거된 상기 2상의 모터전류 값을 3상의 순시전류 값으로 역변환하는 단계;
    역변환된 상기 3상의 순시전류 값과 상기 전류센서에 의해 검출된 3상의 구동전류 값 간의 3상의 옵셋을 연산하는 단계; 및
    상기 3상의 옵셋과 기 설정된 옵셋 허용치를 비교하여 상기 전류센서의 고장 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 전류센서의 고장 감지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지령 출력 값이 상기 모터의 기 설정된 최대 출력의 소정 비율값 보다 작으면, 상기 전류센서의 고장 여부 판단이 불가능한 것으로 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 전류센서의 고장 감지 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출력 오차가 상기 출력 오류 허용치보다 크면, 상기 전류센서가 고장인 것으로 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 전류센서의 고장 감지 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 3상의 옵셋을 연산하는 단계는,
    소정 시간 동안의 상기 3상의 순시전류 값과 상기 소정 시간 동안의 상기 3상의 구동전류 값 간의 차이를 구간 적분하는 단계를 포함하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고장 여부를 판단하는 단계는,
    상기 3상의 각 상의 옵셋과 상기 각 상에서 기 설정된 옵셋 허용치를 비교하여, 상기 각상의 옵셋이 기 설정된 옵셋 허용치를 초과하는 상의 전류를 검출하는 전류센서가 고장인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 리플 성분을 제거하는 단계는,
    저역통과필터(Low Pass Filter, LPF)를 이용하여 상기 2상의 모터전류 값에서 상기 리플 성분을 제거하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 방법.
  7. 제1항에 있어서, 역변환하는 단계는,
    상기 인버터로 인가되는 3상의 목표 전류 지령치를 결정하기 위해, 상기 인버터로부터 출력되는 3상의 구동전류를 d-q 좌표 변환하는 과정에서 이용되는 축변환 행렬식에 대한 역행렬식을 이용하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 구동이 정지된 경우, 소정 횟수 동안 상기 전류센서에 의해 상기 3상의 각 상에서 검출되는 전류값을 합산하는 단계;
    상기 소정 횟수 동안의 상기 각 상에서 전류 합산 값의 평균 값을 상기 각 상의 옵셋으로 연산하는 단계; 및
    상기 각 상의 옵셋이 기 설정된 옵셋 허용치를 초과하는 상의 전류를 검출하는 전류센서가 고장인 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는 전류센서의 고장 감지 방법.
  9. PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 모터에 인가되는 제어를 위한 3상의 구동전류를 출력하는 인버터; 상기 인버터에서 출력되는 상기 3상의 구동전류를 감지하는 전류센서; 및 상기 PWM 제어 신호를 생성하여 상기 인버터에 제공하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 모터가 구동 중인 경우, 상기 모터에서 출력되는 2상의 모터전류 값에서 리플(Riffle) 성분을 제거하고;
    상기 리플 성분이 제거된 상기 2상의 모터전류 값을 3상의 순시전류 값으로 역변환하고;
    역변환된 상기 3상의 순시전류 값과 상기 전류센서에 의해 검출된 3상의 구동전류 값 간의 3상의 옵셋을 연산하고;
    상기 3상의 옵셋과 기 설정된 옵셋 허용치를 비교하여 상기 전류센서의 고장 여부를 판단하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터가 구동 중인 경우, 지령 토크와 상기 모터의 속도 측정 값을 이용하여 지령 출력 값을 연산하고, 상기 지령 출력 값과 상기 모터의 출력 값 간의 출력 오차를 연산하며, 상기 출력 오차가 기 설정된 출력 오류 허용치보다 작으면, 상기 전류센서의 고장 여부를 판단하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 지령 출력 값이 상기 모터의 기 설정된 최대 출력의 소정 비율값 보다 작으면, 상기 전류센서의 고장 여부 판단이 불가능한 것으로 판단하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 출력 오차가 상기 출력 오류 허용치보다 크면, 상기 전류센서가 고장인 것으로 판단하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    소정 시간 동안의 상기 3상의 순시전류 값과 상기 소정 시간 동안의 상기 3상의 구동전류 값 간의 차이를 구간 적분하여 상기 3상의 옵셋을 검출하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 3상의 각 상의 옵셋과, 상기 각 상에서 기 설정된 옵셋 허용치를 비교하여, 상기 각 상의 옵셋이 기 설정된 옵셋 허용치를 초과하는 상의 전류를 검출하는 전류센서가 고장인 것으로 판단하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    저역통과필터(Low Pass Filter, LPF)를 이용하여 상기 2상의 모터전류 값에서 상기 리플 성분을 제거하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 인버터로 인가되는 3상의 목표 전류 지령치를 결정하기 위해, 상기 인버터로부터 출력되는 3상의 구동전류를 d-q 좌표 변환하는 과정에서 이용되는 축변환 행렬식에 대한 역행렬식을 이용하여 상기 2상의 모터전류를 상기 3상의 순시전류로 역변환하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
  17. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 구동이 정지된 경우, 소정 횟수 동안 상기 전류센서에 의해 각 상에서 검출되는 전류값을 합산하고, 상기 소정 횟수 동안의 각 상에서 전류 합산 값의 평균 값을 각 상의 옵셋으로 연산하며, 상기 각 상의 옵셋이 기 설정된 옵셋 허용치를 초과하는 상의 전류를 검출하는 전류센서가 고장인 것으로 판단하는 것
    인 전류센서의 고장 감지 장치.
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