KR20160121641A - 전류 센서의 옵셋 보정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류 센서의 옵셋 보정 장치에 관한 것으로, 직류 전원을 3상 교류 전류로 변환시켜 전동기로 공급하는 인버터부와, 상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 검출하기 위한 복수의 전류 센서를 구비하는 전류 검출부와, 상기 전류 검출부로부터 검출된 전류를 d-q축 전류로 변환하고, 상기 변환된 d축 또는 q축 전류를 필터링하여 고주파 성분을 추출하는 필터부와, 상기 필터부로부터 추출된 d축 또는 q축 전류의 고주파 성분을 실효값(RMS)으로 변환하기 위한 RMS 계산부와, 상기 RMS 계산부로부터 변환된 d축 또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 각 전류 센서의 직류 옵셋을 일정 크기로 증감한 후, 상기 RMS 계산부를 통해 변환된 가장 작은 d축 또는 q축 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경하여 각 전류 센서를 보정 제어하는 제어부를 포함함으로써, 전동기 제어시 출력토크의 맥동을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

전류 센서의 옵셋 보정 장치{APPARATUS FOR CORRECTING OFFSET OF CURRENT SENSOR}
본 발명은 전류 센서의 옵셋 보정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동기 제어에서 전류 센서를 통한 전류 측정시 출력토크의 맥동을 야기하는 전류 센서의 직류 옵셋(DC offset)을 전동기의 운전 중에도 보정할 수 있도록 함으로써, 전동기 제어시 출력토크의 맥동을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 전류 센서의 옵셋 보정 장치에 관한 것이다.
최근, 환경친화적인 자동차로서 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)와 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)가 큰 관심을 끌고 있다. 상기 하이브리드 자동차는 그 동력원으로 종래의 엔진 이외에, 전기에 의해 구동되는 전동기(Motor)를 구비한다.
보다 구체적으로는, 주 동력원으로써 엔진이 구동되고, 배터리(Battery)로부터 공급되는 직류(DC) 전원을 인버터(Inverter)가 교류(AC) 전원으로 변환하여 보조 동력원으로써 전동기를 구동한다.
상기 전기 자동차는 그 동력원으로 직류 전원, 인버터 및 상기 인버터에 의해 구동되는 전동기를 구비한다. 이러한 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차에 있어서, 전동기 제어장치(Motor Control Unit, MCU)는 전동기의 출력토크 검출값, 전동기에 흐르는 전동기 전류 검출값 등을 토대로 하여 전동기를 정밀하게 제어한다.
한편, 전류 센서를 통하여 검출되는 전동기 전류는, 실제로 전동기에 흐르는 전류와 일정한 차이를 가지는데, 이를 전류 센서의 옵셋(offset)이라고 한다. 전류 센서의 옵셋은 전류 센서를 동작시키기 위하여 필요한 미량의 전류로서, 전류 센서에서 검출되는 전동기 전류는 실제로 전동기에 흐르는 전류와 옵셋을 포함하게 되므로 전류 센서에서 검출된 전동기 전류에서 옵셋을 보상해 주어야 한다.
이러한 옵셋을 보상하지 않은 전동기 전류가 전동기 제어장치(MCU)에 제공된다면, 실제로 전동기에 흐르는 전류와의 오차에 의해 전동기 출력토크의 맥동을 야기할 수 있고 이에 따라 전체 시스템이 불안정해질 수 있기 때문이다.
이에 따라 전동기의 초기 구동시에, 옵셋을 미리 설정하여 두고, 전류 센서에서 검출된 전류에 대하여 옵셋을 보상하는 것이 일반적이다. 그런데, 이러한 전류 센서의 옵셋은 외부 잡음, 경년 변화, 주변 온도 변화, 전류 센서의 노후화 등에 의해 가변되는 것이 일반적이다.
그러므로, 초기 구동시의 옵셋을 고정적으로 보상하게 되면, 결국 전류 센서가 검출하는 전동기 전류와 실제의 전동기 전류와의 오차가 발생할 수밖에 없게 되어 출력토크의 맥동이 발생하고 안정적인 전동기 제어가 불가능한 문제점이 있다. 또한, 전기 자동차 등 전체 시스템의 기계적 공진점과 출력토크의 맥동 주파수가 동기되면 전체 시스템이 불안정해지는 문제점을 야기할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전동기 제어에서 전류 센서를 통한 전류 측정시 출력토크의 맥동을 야기하는 전류 센서의 직류 옵셋(DC offset)을 전동기의 운전 중에도 보정할 수 있도록 함으로써, 전동기 제어시 출력토크의 맥동을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 전류 센서의 옵셋 보정 장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 직류 전원을 3상 교류 전류로 변환시켜 전동기로 공급하는 인버터부; 상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 검출하기 위한 복수의 전류 센서를 구비하는 전류 검출부; 상기 전류 검출부로부터 검출된 전류를 d-q축 전류로 변환하고, 상기 변환된 d축 또는 q축 전류를 필터링하여 고주파 성분을 추출하는 필터부; 상기 필터부로부터 추출된 d축 또는 q축 전류의 고주파 성분을 실효값(RMS)으로 변환하는 RMS 계산부; 및 상기 RMS 계산부로부터 변환된 d축 또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 각 전류 센서의 직류 옵셋을 일정 크기로 증감한 후, 상기 RMS 계산부를 통해 변환된 가장 작은 d축 또는 q축 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경하여 각 전류 센서를 보정 제어하는 제어부를 포함하는 전류 센서의 옵셋 보정 장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 전류 센서는 상기 인버터부로부터 출력되는 3상의 교류 전류 중 적어도 2상의 교류 전류에 하나씩 설치됨이 바람직하다.
바람직하게, 상기 필터부는 고역 통과 필터(High Pass Filter, HPF)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 RMS 계산부로부터 변환된 d축 또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 작을 경우, 현재 설정된 각 전류 센서에 대한 직류 옵셋을 그대로 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전류 센서의 옵셋 보정 장치에 따르면, 전동기 제어에서 전류 센서를 통한 전류 측정시 출력토크의 맥동을 야기하는 전류 센서의 직류 옵셋(DC offset)을 전동기의 운전 중에도 보정할 수 있도록 함으로써, 전동기 제어시 출력토크의 맥동을 효과적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전류 센서의 옵셋 보상 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 옵셋 보정 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 옵셋 보정 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전류 센서의 옵셋 보상 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에서는 전류 센서의 옵셋(offset)을 지속적으로 재검출함으로써, 적절한 옵셋 보상이 이루어질 수 있도록 하는 전류 센서의 옵셋 보상 방법을 제공한다.
즉, 전기 자동차 등의 초기 구동이 이루어지면(즉, 전기 자동차의 시동을 거는 순간), 전동기(Motor), 인버터(Inverter), 전류 센서(Current Sensor), 전류 제어부(Current Controller)(예컨대, MCU 등)의 구동이 시작된다(S10).
상기 인버터, 상기 전동기 등의 초기 구동이 시작되면, 상기 전류 센서는 상기 전동기에 흐르는 전동기 전류를 검출하여 상기 전류 제어부로 피드백(feedback)한다. 상기 전류 제어부는, 상기 전류 센서에 의해 검출된 상기 전동기 전류로부터 옵셋을 산출한다(S20).
다음으로, 상기 전류 제어부는, 상기 전동기의 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 제어가 이루어지는지 여부를 계속적으로 판단한다(S30). 즉, 상기 전류 제어부는 상기 인버터가 전동기의 구동을 위한 전동기 전류를 공급하는지를 판단한다. 이러한 판단은 소정 시간 간격마다 주기적으로 이루어질 수 있고, 임의의 시점에 수시로 이루어질 수 있다.
상기 단계S30의 판단 결과, 상기 전동기의 펄스폭 변조(PWM) 제어가 이루어지고 있는 경우, 상기 전류 제어부는 상기 단계S20에서 산출된 옵셋에 따라 상기 전류 센서에 의해 검출된 전동기 전류를 옵셋 보상한다(S40). 상기 옵셋은 양(+)의 값 또는 음(-)의 값을 가질 수 있으므로, 상기 옵셋 보상은 상기 전류 센서에 의해 검출된 전동기 전류에서 상기 옵셋을 가감하여 이루어질 수 있다.
상기 전동기 전류에 대한 옵셋 보상이 완료되면, 상기 전류 제어부는 상기 단계S40단계에서 옵셋 보상된 전동기 전류에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성하고(S50), 생성한 펄스폭 변조(PWM) 신호를 상기 인버터로 출력하여 상기 전동기로 교류 신호인 전동기 전류를 공급하도록 한다(S60).
한편, 상기 단계S30단계의 판단 결과, 상기 전동기의 펄스폭 변조(PWM) 제어가 이루어지지 않는 경우, 상기 단계S20으로 되돌아가서 상기 전류 제어부는 상기 전류 센서에 의해 검출된 전동기 전류로부터 새로운 옵셋을 산출한다.
상기 전동기의 펄스폭 변조(PWM) 제어가 중단된 경우이므로, 상기 전동기에 흐르는 전동기 전류가 '0'이 되어야 하는데, 상기 전류 센서에서 소정의 전류값을 가진, '0'이 아닌 전류값이 출력되면, 이때의 전류값이 새로운 옵셋으로 산출된다.
즉, 상기 새로운 옵셋은 예컨대, 외부 잡음, 경년 변화, 주변 온도 변화 등에 따른 옵셋의 변동에 대응하여 산출된 것이다. 이와 같이 새로운 옵셋이 산출되면, 상기 전류 제어부는 상기 단계S30단계로부터 상기 단계S60단계를 반복적으로 수행함으로써 전동기를 안정적으로 제어할 수 있다.
전술한 종래 기술에서는 전동기의 제어 시스템이 초기화된 다음 전류 센서의 옵셋을 측정한 이후에, 전동기 제어시 제어장치의 동작 중에 펄스폭 변조(PWM) 제어가 인가되는지 여부를 판단한다.
만약, 펄스폭 변조(PWM) 제어가 인가될 경우, 상기 전동기에 전류가 흐르고 있으므로 상기 전류 센서로부터 측정된 전류값에서 옵셋 성분만을 추출하는 것이 부정확하기 때문에, 이전에 측정된 전류 센서의 옵셋을 계속 전동기의 제어에 사용한다.
한편, 상기 전동기의 제어 중에 펄스폭 변조(PWM) 제어가 인가되지 않을 경우, 전류가 흐르지 않으므로 상기 전류 센서로부터 측정된 전류값은 옵셋을 나타내며, 그것을 제어에 반영함으로써 새로운 전류 센서의 옵셋을 전동기의 제어에 사용한다.
하지만, 종래 기술에서는 차량을 멈추지 않고 운전을 계속하는 경우, 펄스폭 변조(PWM) 제어는 항상 인가되고 있으므로 전류 센서의 옵셋을 다시 계산하는 것이 불가능하다. 이에 따라 차량을 지속적으로 운전하는 경우에 전류 센서의 옵셋이 부정확해지는 경우에 대하여 대응할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 전동기의 제어에서 전류 센서를 통한 전류 측정시 출력토크의 맥동을 야기하는 전류 센서의 직류 옵셋(DC offset)을 전동기의 운전 중에도 보정할 수 있도록 함으로써, 전동기 제어시 출력토크의 맥동을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 특징적인 기술이다.
즉, 본 발명은 전동기 제어에서 전류 센서를 통한 전류 측정시 출력토크의 맥동을 야기하는 전류 센서의 직류 옵셋을 보정하는 기술에 관한 것으로서, 전류 센서를 이용한 전류 측정시 측정된 전류 센서의 옵셋이 주변 온도 등의 요인으로 변하게 될 경우, 변화된 옵셋과 이미 측정된 옵셋의 오차는 전동기의 출력토크 맥동을 야기한다. 따라서, 본 발명을 통해 잘못된 전류 센서의 옵셋 적용으로 인해 발생될 수 있는 전동기 제어시 출력토크의 맥동을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 옵셋 보정 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 옵셋 보정 장치는, 크게 인버터부(100), 전류 검출부(200), 필터부(300), RMS 계산부(400) 및 제어부(500) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 인버터부(100)는 직류(DC) 전원을 3상 교류(AC) 전원(전류)으로 변환시켜 전동기(10)로 구동전류를 공급하는 기능을 수행하는 바, 제어부(500)로부터 제공되는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호에 따라 전동기(10)를 펄스폭 변조(PWM) 제어한다.
즉, 인버터부(100)는 제어부(500)로부터 수신되는 펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라, 인버터부(100)에 구비되는 다수의 반도체 스위칭 소자를 스위칭(Switching)하여 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 전동기(10)에 교류 전류를 공급하여 전동기(10)의 구동을 펄스폭 변조(PWM) 제어한다.
여기서 펄스폭 변조(PWM) 제어라 함은, 인버터부(100)가 상기 펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라 전동기(10)에 공급하는 전동기 전류를 제어하는 것을 나타내며, 전동기 전류는 전동기(10)에 흐르는 전류를 나타낸다.
그리고, 상기 반도체 스위칭 소자는 게이트(Gate) 제어에 의해 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET), SCR(Silcon Coupled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수 있다.
이러한 인버터부(100)는 6개의 반도체 스위칭 소자를 3상 풀 브릿지(Full Bridge) 접속하여 직류 모선 전압을 3상 교류로 변환하고 이 3상 교류를 전동기(10)에 공급하는 것으로, 통상의 스위칭 회로이다.
즉, 인버터부(100)는 복수개의 인버터용 반도체 스위칭 소자를 구비하고, 반도체 스위칭 소자의 온/오프(ON/OFF) 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 3상 교류 전원으로 변환하여 출력한다.
이를 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 반도체 스위칭 소자 및 하암 반도체 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상암 및 하암 반도체 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 반도체 스위칭 소자에는 다이오드(diode)가 역병렬로 연결된다.
즉, U상 아암은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터로 구성되어 있고, V상 아암은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터로 구성되어 있으며, W상 아암은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터로 구성되어 있다. 상기 NPN 트랜지스터의 각각의 콜렉터(collector)들과 이미터(emitter)들 사이에는, 이미터로부터 콜렉터로 전류를 흐르게 하기 위한 다이오드가 각각 연결되어 있다.
제어부(500)로부터의 스위칭 제어 신호가 각 반도체 스위칭 소자의 게이트(gate) 단자에 입력되면, 각 반도체 스위칭 소자는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 3상 교류 전원이 출력되게 된다.
이렇게 인버터부(100)에서 출력되는 3상 교류 전원은 전동기(10)의 각 상(U상, V상, W상)에 인가된다. 여기서, 전동기(10)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각 상(U상, V상, W상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각 상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 이러한 전동기(10)는 예컨대, BLDC 전동기, synRM 전동기 등 3상 전동기로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 다양한 형태가 가능하다.
전류 검출부(200)는 인버터부(100)로부터 출력되는 전류를 검출하는 기능을 수행하는 바, 전동기(10)로 공급되는 전류 즉, 전동기 전류를 검출하기 위한 복수의 전류 센서(CS)를 구비한다. 이러한 전류 센서(CS)는 인버터(100)와 전동기(10)간의 3상 결선에 형성되어, 각 상의 전류를 검출하여 제어부(500)로 피드백(feedback)한다.
한편, 전류 검출부(200)에서는 복수의 전류 센서(CS)를 통해 검출된 아날로그 전류를 디지털 전류로 변환하여 출력하도록 구성됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 전류 검출부(200)에서는 각 전류 센서(CS)를 통해 검출된 아날로그 전류를 그대로 출력하고, 별도의 A/D 변환기(Analog/Digital Converter) 또는 필터부(300)를 통해 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)로부터 검출된 아날로그 전류를 디지털 전류로 변환할 수도 있다.
이러한 전류 센서(CS)는 인버터부(100)에서 전동기(10)로 흐르는 3상의 전류를 감지하여 자속분 전류와 토크분 전류 즉, 회전자 자속값에 비례하는 자속분 전류와 이 자속분 전류와 90도 각도를 이루며 전동기(10)의 출력토크에 비례하는 토크분 전류를 출력한다.
한편, 전류 센서(CS)는 인버터부(100)로부터 출력되는 3상의 교류 전원 중 적어도 2상의 교류 전원(a상 및 b상, b상 및 c상, a상 및 c상, a상 내지 c상)에 적어도 하나씩 설치됨이 바람직하며, 중앙이 관통된 사각형 혹은 원형의 코어(core)로 구성된 전류 변압기(Current Transformer, CT)를 사용하여 구현할 수 있다.
필터부(300)는 전류 검출부(200)로부터 검출된 3상 전류를 2상 전류(d축, q축)로 변환하고, 상기 변환된 2상의 d축 및/또는 q축 전류를 필터링(Filtering)하여 고주파 성분을 추출하는 기능을 수행한다.
이러한 필터부(300)는 고주파 성분(High Frequency Components)을 통과시키고, 저주파 성분(Low Frequency Components)을 차단하는 고역 통과 필터(High Pass Filter, HPF)를 포함함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 미리 예측한(또는 기설정된) 맥동 주파수를 추출하도록 대역필터(Band Pass Filter, BPF) 등을 사용할 수도 있다.
RMS 계산부(400)는 필터부(300)로부터 추출된 d축 및/또는 q축 전류의 고주파 성분을 실효값(Root Mean Square, RMS)으로 변환하는 기능을 수행한다.
그리고, 제어부(500)는 인버터부(100)의 전체적인 제어를 수행하는 바, 특히 RMS 계산부(400)로부터 변환된 d축 및/또는 q축 전류의 실효값(RMS)과 기설정된 기준값을 비교하여, RMS 계산부(400)로부터 변환된 d축 및/또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 전류 센서(200)의 직류 옵셋(DC offset)을 일정 크기로 증감한 후, 증가 또는 감소된 직류 옵셋을 적용하여 전류 센서(200) 및 필터부(300)를 거쳐 RMS 계산부(400)를 통해 변환된 가장 작은 d축 및/또는 q축 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경하여 전류 센서(200)를 보정 제어하는 기능을 수행한다.
또한, 제어부(500)는 RMS 계산부(400)로부터 변환된 d축 및/또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 작을 경우, 현재 설정된 전류 센서(200)에 대한 직류 옵셋을 그대로 유지하여 전류 센서(200)를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 필터부(300), RMS 계산부(400) 및 제어부(500)를 분리하여 구현하였지만, 이에 국한하지 않으며, 제어부(500)에서 필터부(300) 및 RMS 계산부(400)의 모든 기능들을 소프트웨어적으로 처리하여 구현할 수도 있다.
이때, 제어부(500)에서는 전류 검출부(200)로부터 검출된 아날로그 전류를 디지털로 변환하는 A/D 변환 기능과, 디지털로 변환된 3상 전류를 정지좌표계의 2상 전류(d축, q축)로 변환하는 3상/2상 전류 변환 기능 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 적용된 필터부(300) 및 RMS 계산부(400)는 하드웨어적으로 또는 소프트웨어적으로 구현할 수 있다.
이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 옵셋 보정 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 옵셋 보정 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도로서, 별다른 설명이 없는 한 제어부(500)가 주체가 되어 수행함을 밝혀둔다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 옵셋 보정 방법은, 먼저, 전류 검출부(200)의 전류 센서(CS)를 통해 전동기(10)에 공급되는 전류를 검출한다(S100). 이때, 전동기(10)로 공급되는 3상의 교류 전원 중 적어도 2상의 교류 전원에서 전류를 검출함이 바람직하다.
이후에, 필터부(300)를 통해 상기 단계 S100에서 검출된 전류를 d-q축 전류로 변환한 후, 상기 변환된 d축 및/또는 q축 전류를 필터링하여 고주파 성분을 추출한다(S200).
그런 다음, RMS 계산부(400)를 통해 상기 단계 S200에서 추출된 d축 및/또는 q축 전류의 고주파 성분을 실효값(RMS)으로 변환한 후(S300), 제어부(500)를 통해 상기 단계 S300에서 변환된 d축 및/또는 q축 전류의 실효값(RMS)과 기설정된 기준값을 비교 판단한다(S400).
이때, 상기 기설정된 기준값은 전동기의 출력토크 맥동을 야기할 수 있는 최소의 한계값으로 전동기의 정격출력에 따라 변경될 수 있다.
상기 단계 S400의 비교 판단 결과, 상기 단계 S300에서 변환된 d축 및/또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 일정 크기로 증감한 후, 상기 단계 S100 내지 단계 S300을 거쳐 변환된 가장 작은 d축 및/또는 q축 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경한다(S500).
예를 들면, 상기 단계 S300에서 변환된 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 일정 크기로 증가시켜 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 감소하면, q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 감소하다가 다시 증가할 때까지 직류 옵셋을 일정 크기로 증가시킨다. 그런 다음, 가장 작은 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경한다.
한편, 상기 단계 S300에서 변환된 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 일정 크기로 증가시켜 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 증가하면, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 일정 크기로 감소시킨다.
만약, q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 감소하면, q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 감소하다가 다시 증가할 때까지 직류 옵셋을 일정 크기로 감소시킨다. 그런 다음, 가장 작은 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경한다.
그렇지 않고, 상기 단계 S300에서 변환된 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 일정 크기로 감소시켜 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 감소하면, q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 감소하다가 다시 증가할 때까지 직류 옵셋을 일정 크기로 감소시킨다. 그런 다음, 가장 작은 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경한다.
한편, 상기 단계 S300에서 변환된 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 일정 크기로 감소시켜 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 증가하면, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 일정 크기로 증가시킨다.
만약, q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 감소하면, q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)이 감소하다가 다시 증가할 때까지 직류 옵셋을 일정 크기로 증가시킨다. 그런 다음, 가장 작은 q축(또는 d축) 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경한다.
이와 같이 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋 값을 임의로 조절(증가 또는 감소)해보면서 맥동의 실효값(RMS)이 가장 작은 점을 새로운 전류 센서의 직류 옵셋으로 갱신한다. 한편, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 일정 크기로 증가 또는 감소시키는 순서는 사용자 설정에 따라 변경될 수 있다.
그리고, 상기 단계 S300에서 변환된 d축 및/또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 작을 경우, 현재 설정된 전류 검출부(200)의 각 전류 센서(CS)에 대한 직류 옵셋을 그대로 유지한다(S600).
전술한 바와 같이, 3상 전류를 d-q축 전류로 변환하였을 때, 토크가 급격하게 변하지 않는 경우는 직류 전류처럼 보인다. 전류 측정 옵셋이 실제 전류가 0A인 점이 아닐 경우 d-q축 전류에도 맥동이 보인다.
따라서, 필터부(300) 즉, 고역 통과 필터(HPF)를 이용하여 맥동 성분(즉, 고주파 성분)을 추출하고, 전류 측정 옵셋 값을 임의로 조절해보면서 맥동의 실효값(RMS)이 가장 작은 점을 새로운 전류 측정 옵셋으로 갱신한다.
즉, d축 및/또는 q축 전류를 고역 통과 필터(HPF)에 통과시켜 맥동 성분을 얻는다. 그리고, 맥동 성분의 크기는 실효값(RMS)을 이용한다. 상기 맥동 성분의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값 이하이면 전류 검출부(200)에 구비된 각 전류 센서(CS)의 직류 옵셋에 이상이 없는 것으로 간주하고, 제어를 계속 수행한다.
한편, 상기 맥동 성분의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값 이상이면, 상기 맥동의 성분이 각 상의 전류 중 어느 전류 센서(CS)의 옵셋이 잘못되었는지 알 수 없으므로 각 전류 센서(CS)의 옵셋을 바꾸어 본다.
예컨대, a상에 설치된 전류 센서(CS)의 옵셋을 바꾸어가며 즉, 증가 또는 감소하면서 맥동 성분의 실효값(RMS)이 가장 작은 옵셋을 찾는다. 다음으로, b상 및/또는 c상에 대해서도 같은 과정을 반복한다. 이렇게 다시 찾은 각 상에 구비된 전류 센서(CS)의 옵셋을 다시 적용하여 제어한다. 이에 따라, 전류 검출부(200)에 구비된 각 전류 센서(CS)의 직류 옵셋을 전동기(10)의 운전 중에도 보정할 수 있게 된다.
전술한 본 발명에 따른 전류 센서의 옵셋 보정 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100 : 인버터부,
200 : 전류 검출부,
300 : 필터부,
400 : RMS 계산부,
500 : 제어부

Claims (4)

  1. 직류 전원을 3상 교류 전류로 변환시켜 전동기로 공급하는 인버터부;
    상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 검출하기 위한 복수의 전류 센서를 구비하는 전류 검출부;
    상기 전류 검출부로부터 검출된 전류를 d-q축 전류로 변환하고, 상기 변환된 d축 또는 q축 전류를 필터링하여 고주파 성분을 추출하는 필터부;
    상기 필터부로부터 추출된 d축 또는 q축 전류의 고주파 성분을 실효값(RMS)으로 변환하는 RMS 계산부; 및
    상기 RMS 계산부로부터 변환된 d축 또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 클 경우, 현재 설정된 각 전류 센서의 직류 옵셋을 일정 크기로 증감한 후, 상기 RMS 계산부를 통해 변환된 가장 작은 d축 또는 q축 전류의 실효값(RMS)에 해당하는 직류 옵셋으로 변경하여 각 전류 센서를 보정 제어하는 제어부를 포함하는 전류 센서의 옵셋 보정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 센서는 상기 인버터부로부터 출력되는 3상의 교류 전류 중 적어도 2상의 교류 전류에 하나씩 설치되는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 옵셋 보정 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 필터부는 고역 통과 필터(High Pass Filter, HPF)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 옵셋 보정 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 RMS 계산부로부터 변환된 d축 또는 q축 전류의 실효값(RMS)이 기설정된 기준값보다 작을 경우, 현재 설정된 각 전류 센서에 대한 직류 옵셋을 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 옵셋 보정 장치.
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