KR20180009691A - Inverter with overcurrent detection - Google Patents

Inverter with overcurrent detection

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KR20180009691A
KR20180009691A KR1020170067410A KR20170067410A KR20180009691A KR 20180009691 A KR20180009691 A KR 20180009691A KR 1020170067410 A KR1020170067410 A KR 1020170067410A KR 20170067410 A KR20170067410 A KR 20170067410A KR 20180009691 A KR20180009691 A KR 20180009691A
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한온시스템 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an inverter comprising: a power output terminal including a plurality of half-bridge circuits having semiconductor switches; a first measurement unit installed to measure the entire input voltage and entire input current intensity of the inverter to calculate entire input power of the inverter based on the entire input voltage and entire input current intensity; a second measurement unit installed to measure an individual bridge current within the half-bridge circuits; and a control unit installed to detect the malfunction of the overcurrent of the inverter when the entire input power exceeds a threshold value which is determined based on the bridge current.

Description

과전류 검출 기능을 갖춘 인버터{INVERTER WITH OVERCURRENT DETECTION}[0001] INVERTER WITH OVERCURRENT DETECTION [0002]

본 발명은 예컨대, 차량의 공기 조화 장치에서 사용되는 전동 컴프레서(electric compressor)용 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter for an electric compressor used in, for example, an air conditioner of a vehicle.

도 1은 선행 기술에 따른 전동 컴프레서를 도시한다. 상기 전동 컴프레서는 전력 출력단(power output stage), 인버터-제어 유닛 및 모터를 포함한다. 상기 전력 출력단은 전력 반도체(예컨대, IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 또는 전력 MOSFET(power-Metal Oxide Silicon Field Effect transistor)들의 브리지 회로(소위 B6-브리지) 및 중간 회로 커패시터(C)를 포함한다. 전력 출력단은 고전압 배터리로부터 제공되는 직류 전압(HV+, HV-)을 모터용 교류 전압으로 변환한다. 상기 인버터-제어 유닛은 차량-제어 유닛으로부터 속도 설정값을 수신하고, 상응하는 스위치 신호(switch signal)들을 전력 출력단으로 전송한다. 전력 출력단을 정확히 제어하기 위하여, 인버터-제어 유닛은 전력 출력단으로부터 여러 측정 신호(전류 및 전압값)들을 수신한다.1 shows a motor-driven compressor according to the prior art. The motor-driven compressor includes a power output stage, an inverter-control unit, and a motor. The power output stage includes a bridge circuit (a so-called B6-bridge) of a power semiconductor (for example, an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) or a power-metal oxide silicon field effect transistor) and an intermediate circuit capacitor C. The inverter-control unit receives the speed setting value from the vehicle-control unit, and outputs a corresponding switch signal (switch signal (HV +, HV-) In order to precisely control the power output stage, the inverter-control unit receives various measurement signals (current and voltage values) from the power output stage.

또한, 인버터-제어 유닛은 측정 신호들을 기초로 차량-제어 유닛에 전력 출력단의 소비 전력을 전송한다.Further, the inverter-control unit transmits the power consumption of the power output stage to the vehicle-control unit based on the measurement signals.

뿐만 아니라 인버터-제어 유닛은 단락 또는 과부하로 인해 야기되는 과전류로부터 인버터를 보호하기 위한 목적도 갖고 있다. 이를 위해 인버터 내부에서 여러 위치에 전류 및 전압 센서들이 배치되어 있다.In addition, the inverter-control unit also has the purpose of protecting the inverter from an overcurrent caused by a short circuit or an overload. To this end, current and voltage sensors are located at various locations within the inverter.

이러한 이유로 인버터-제어 유닛은 예컨대 중간 회로 커패시터(C)보다 높은 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 측정하고, 이로부터 인버터의 전체 입력 전력을 산출한다.For this reason, the inverter-control unit measures the total input voltage and the total input current intensity higher than, for example, the intermediate-circuit capacitor (C), and from this, calculates the total input power of the inverter.

그 밖에도 인버터-제어 유닛은 전력 출력단으로부터 모터로 출력되는 개별 상전류(phase current)들을 홀센서(hall sensor)들을 통해 측정할 수 있다. 그러나 상기와 같은 홀센서들은 고전압(450V 이상)의 경우에는 차량에 사용할 수 없다. 또한, 홀센서들 사용 시에는, 전류 측정 동력학(dynamic of the current measurement)이 상당히 제한적이고, 과전류가 충분히 신속하게 감지될 수 없다는 단점이 언급될 수 있다. 추가로 홀센서들 사용은 전력 출력단과 모터 사이에서 반브리지 단락 검출(예컨대, HV+에서 HV-까지 - 전력 반도체 1 및 2를 경유하여)을 허용하지 않는다.In addition, the inverter-control unit can measure the individual phase currents output from the power output stage to the motor through Hall sensors. However, the above-mentioned hall sensors can not be used for a vehicle in the case of a high voltage (450 V or more). Also, when using hall sensors, it can be mentioned that the dynamic of the current measurement is fairly limited, and that the overcurrent can not be detected quickly enough. In addition, the use of Hall sensors does not allow half bridge short detection (e.g., from HV + to HV- via power semiconductors 1 and 2) between the power output stage and the motor.

개별 상전류들은 간접적으로도 측정될 수 있다(예컨대, US 2002/117992 A1호, US 2004/125622 A1호, US 6049474 A호, US 2003/173946 A1호, US 5969958 A호, US 2010/128505 A1호). 그러나 이러한 방법들은, 안정된 모터 제어를 제공하기 위한 전류 변화량이 너무 작고, 그리고 모터 속도가 낮은 경우 전류의 진폭이 너무 작다는 단점을 갖는다.Individual phase currents can also be measured indirectly (see, for example, US 2002/117992 A1, US 2004/125622 A1, US 6049474 A, US 2003/173946 A1, US 5969958 A, US 2010/128505 A1 ). However, these methods have the disadvantage that the amount of current change to provide stable motor control is too small and the amplitude of the current is too small when the motor speed is low.

상기와 같은 내용을 배경으로 하는 본 발명의 과제는, 인버터에서 과전류(특히 브리지 단락)를 확실하게 검출하는 것이다.An object of the present invention is to reliably detect an overcurrent (in particular, a bridge short circuit) in an inverter.

상기 과제의 해결은 청구항 1에 규정된 전동 컴프레서용 인버터에 의해서 이루어진다.The above problem is solved by an inverter for an electric compressor as set forth in claim 1.

상기 인버터는 전력 출력단과 제 1 측정 유닛을 포함하고, 이때 상기 전력 출력단은 반도체 스위치들을 구비한 다수의 반브리지 회로를 포함하며, 상기 제 1 측정 유닛은 인버터의 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 측정하고, 그리고 상기 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 기초로 인버터의 전체 입력 전력을 산출하도록 설치되어 있다. 상기 인버터는 또한 제 2 측정 유닛을 포함하는데, 이러한 제 2 측정 유닛은 반브리지 회로들 내에서 개별 브리지 전류를 측정하도록 설치되어 있다. 추가로 상기 인버터는 제어 유닛을 포함하며, 이러한 제어 유닛은 상기 전체 입력 전력이 임계값을 초과하면, 인버터의 과전류 오류를 검출하도록 설치되어 있으며, 이 경우 상기 임계값은 상기 브리지 전류를 기초로 결정된다.Wherein the inverter includes a power output stage and a first measurement unit, wherein the power output stage comprises a plurality of half-bridge circuits having semiconductor switches, the first measurement unit comprising: And calculates the total input power of the inverter based on the total input voltage and the total input current intensity. The inverter also includes a second measurement unit, which is installed to measure the individual bridge currents in the half bridge circuits. In addition, the inverter includes a control unit, which is provided to detect an overcurrent error of the inverter if the total input power exceeds a threshold, wherein the threshold is determined based on the bridge current do.

따라서 상기 임계값은 처음부터 정해지는 것이 아니라, 측정된 브리지 전류에 적합하게 조정된다. 그 결과 과전류 오류가 신속하게 검출될 수 있다.Therefore, the threshold is not determined from the beginning, but is adjusted to the measured bridge current. As a result, an overcurrent error can be detected quickly.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 제어 유닛은 PWM-제어에 의해 전력 출력단을 제어하고, 사전 설정된 PWM-클록 수에서 측정된 다수의 상전류를 기초로 임계값을 결정하도록 설치되어 있다.According to one preferred embodiment, the control unit is arranged to control the power output stage by PWM-control and to determine the threshold value based on a plurality of phase currents measured at a predetermined PWM-clock number.

따라서 상기 다수의 상전류가 정해진 시간 동안 관찰된다.Accordingly, the plurality of phase currents are observed for a predetermined time.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 임계값은 다수의 상전류의 이동 평균(moving average)의 유효값을 기초로 산출된다.According to a preferred embodiment, the threshold is calculated based on the effective value of the moving average of the plurality of phase currents.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 임계값은 또한 전체 입력 전압을 기초로 산출된다.According to one preferred embodiment, the threshold is also calculated based on the total input voltage.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 임계값(Pin_limit)은 하기의 식에 의해 산출된다:According to one preferred embodiment, the threshold (Pin_limit) is calculated by the following equation:

Figure pat00001
Figure pat00001

이때At this time

t는 현재 PWM-클록을 나타내고, t represents the current PWM-clock,

N은 반브리지 수이며, N is a half bridge number,

k는 브리지 전류로 변환되는 상전류의 변환 계수(conversion factor)이고, k is the conversion factor of the phase current converted into the bridge current,

n은 사전 설정된 PWM-클록 수이며, n is the preset number of PWM-clocks,

Iphx는 반브리지(phx) 내 브리지 전류이고, Iphx is the bridge current in the half bridge (phx)

c는 허용된 전류 오프셋이며, 그리고 c is the allowed current offset, and

Vin은 전체 입력 전압이다. Vin is the total input voltage.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 제 2 측정 유닛은 반브리지 회로들의 저전압 측에서 분로 저항(shunt resistance)에 의해 상전류를 측정하도록 설치되어 있다.According to a preferred embodiment, the second measuring unit is arranged to measure the phase current by means of shunt resistance at the low-voltage side of the half-bridge circuits.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 제어 유닛은 과전류 오류가 감지되면, 전력 출력단 내에 있는 모든 반도체 스위치를 개방하기 위해 과전류 오류 신호를 출력하도록 설치되어 있다.According to a preferred embodiment, the control unit is provided to output an overcurrent error signal to open all the semiconductor switches in the power output stage when an overcurrent error is detected.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 제어 유닛은 인버터가 제어 상태로 있을 때 과전류 오류를 검출하도록 설치되어 있다.According to a preferred embodiment, the control unit is arranged to detect an overcurrent fault when the inverter is in a controlled state.

본 발명은 또한 전동 컴프레서용 인버터를 제어하기 위한 방법과도 관련이 있으며, 이때 상기 인버터는 전력 출력단을 포함하고, 이 전력 출력단은 반도체 스위치들을 구비한 다수의 반브리지 회로를 포함한다. 상기 방법은 인버터의 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 측정하는 단계와 상기 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 기초로 인버터의 전체 입력 전력을 산출하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 반브리지 회로들 내에서 개별 브리지 전류를 측정하는 단계와 상기 전체 입력 전력이 임계값을 초과하면, 인버터의 과전류 오류를 검출하는 단계를 포함하며, 이 경우 상기 임계값은 브리지 전류를 기초로 결정된다.The invention also relates to a method for controlling an inverter for an electric compressor, wherein the inverter comprises a power output stage, the power output stage comprising a plurality of half bridge circuits with semiconductor switches. The method includes measuring the total input voltage and the total input current intensity of the inverter and calculating the total input power of the inverter based on the total input voltage and the total input current intensity. The method also includes measuring an individual bridge current in the half bridge circuits and detecting an over current fault of the inverter if the total input power exceeds a threshold, It is decided on the basis.

그 밖에 본 발명은 상기 인버터 제어 방법을 실행하도록 컴퓨터를 프롬프팅(prompting) 하는 기계 판독 가능 코드(machine-readable code)를 저장하는, 컴퓨터 프로그램 제품과도 관련이 있다.In addition, the invention also relates to a computer program product for storing machine-readable code for prompting a computer to execute the inverter control method.

도 1은 선행 기술에 따른 전동 컴프레서용 인버터의 기본 구조의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 인버터를 도시한다.
도 3은 분로 저항이 사용되는 본 발명의 실시 형태에 따른 인버터를 도시한다.
도 4는 선행 기술과 비교한 본 발명의 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 과전류 오류 규정을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 방법을 도시한다.
Fig. 1 shows an example of the basic structure of an inverter for an electric compressor according to the prior art.
2 shows an inverter according to an embodiment of the present invention.
3 shows an inverter according to an embodiment of the present invention in which a shunt resistor is used.
4 shows the simulation results of the present invention compared with the prior art.
FIG. 5 schematically shows an overcurrent error specification according to the present invention.
Figure 6 shows a method according to an embodiment of the present invention.

하기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태들이 첨부된 도면을 참조해서 더 상세하게 설명될 것이다. 이때 상이한 도면들에서 동일한 또는 상응하는 요소들은 각각 동일한 또는 유사한 도면 부호로 표기되었다.In the following, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Wherein the same or corresponding elements in different drawings are denoted by the same or similar reference numerals, respectively.

하기에서 상세하게 설명되는 본 발명의 바람직한 실시 형태들은 차량의 냉매 압축기에서 사용되는 전동 컴프레서용 인버터와 관련하여 상세하게 기술된다. 그러나 이때 유의할 점은, 하기 설명은 단지 예들을 제공할 뿐, 발명을 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention, which will be described in detail below, will be described in detail with reference to an inverter for a motor-driven compressor used in a refrigerant compressor of a vehicle. It should be noted, however, that the following description merely provides examples and should not be construed as limiting the invention.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 인버터를 도시한다.2 shows an inverter according to an embodiment of the present invention.

상기 인버터는 전력 출력단(10)을 포함하고, 이 전력 출력단은 반도체 스위치(1, 2, 3, 4, 5, 6)들을 구비한 다수의 반브리지 회로를 포함한다. 각각 2개의 반도체 스위치가 하나의 반브리지(예컨대, 반도체 스위치 1 및 2)를 형성한다. 상기 반도체 스위치들은 예를 들면 IGBT들과 전력 MOSFET들로부터 형성될 수 있다. 개별 반브리지들은 각각 전동 컴프레서의 부분인 전기 모터용 상전류를 출력한다.The inverter includes a power output stage 10, which includes a plurality of half-bridge circuits with semiconductor switches 1, 2, 3, 4, 5, Each of the two semiconductor switches forms one half bridge (e.g., semiconductor switches 1 and 2). The semiconductor switches may be formed from, for example, IGBTs and power MOSFETs. Each of the individual half bridges outputs a phase current for the electric motor, which is part of the motor-driven compressor.

도 2는 예시적으로 소위 B6-브리지를 보여주며, 이때 상기 B6-브리지는 모터에 3상 교류를 출력한다. 그러나 본 발명은 3개의 위상으로 제한되지 않는다. 임의의 위상 수 또는 반브리지 수가 사용될 수 있다.Figure 2 shows an exemplary so-called B6-bridge, in which the B6-bridge outputs a three-phase alternating current to the motor. However, the present invention is not limited to three phases. Any number of phases or half-bridges can be used.

전력 출력단(10)은 또한 중간 회로 커패시터(C)를 포함할 수 있다.The power output stage 10 may also include an intermediate circuit capacitor C. [

전력 출력단(10)에는 고전압 배터리(HV+ 및 HV-)에 의해 전압이 공급된다.The power output terminal 10 is supplied with a voltage by high voltage batteries (HV + and HV-).

인버터는 또한 제 1 측정 유닛(20)을 포함하고, 이 제 1 측정 유닛은 상기 인버터의 전체 입력 전압(Vin)과 전체 입력 전류 강도(Iin)를 측정하고, 그리고 상기 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 기초로 상기 인버터의 전체 입력 전력(Pin)을 산출(Pin = Vin x Iin)하도록 설치되어 있다.The inverter also includes a first measurement unit 20 which measures the total input voltage Vin and the total input current intensity Iin of the inverter and the total input voltage And calculates the total input power Pin of the inverter based on the intensity (Pin = Vin x Iin).

도 2는 상기 중간 회로 커패시터(C)보다 높은 전체 입력 전압(Vin)을 측정하는 제 1 측정 유닛(20)의 실시 형태를 도시한다. 그러나 전체 입력 전압(Vin)은 인버터의 다른 지점들에서도 측정될 수 있다.Fig. 2 shows an embodiment of a first measuring unit 20 for measuring a higher total input voltage (Vin) than the intermediate circuit capacitor (C). However, the total input voltage (Vin) can also be measured at other points in the inverter.

또한, 상기 실시 형태에서 전체 입력 전류 강도(Iin)는 저전압측(HV-)에서 측정된다. 고전압측(HV+)에서의 측정에 비해, 이러한 저전압측 측정이 갖는 장점은, 저전압 측에서는 분리된 전류 측정이 필요하지 않다는 것이다.In the above embodiment, the total input current intensity Iin is measured at the low voltage side HV-. Compared to measurements on the high voltage side (HV +), the advantage of this low voltage side measurement is that separate current measurements are not required on the low voltage side.

그 밖에도 인버터는 제 2 측정 유닛(30)을 포함하며, 이 제 2 측정 유닛은 반브리지 회로들 내에서 개별 브리지 전류를 측정하도록 설치되어 있다. 브리지 전류는 바람직하게 동기적으로 측정된다. 반도체 스위치(1 및 2)들에 의해 형성된 반브리지 내 브리지 전류는 하기에서 Iph1로 명명된다. 반도체 스위치(3 및 4)들에 의해 형성된 반브리지 내 브리지 전류는 하기에서 Iph2로 명명된다. 반도체 스위치(5 및 6)들에 의해 형성된 반브리지 내 브리지 전류는 하기에서 Iph3으로 명명된다.In addition, the inverter includes a second measuring unit 30, which is installed to measure the individual bridge currents in the half-bridge circuits. The bridge current is preferably measured synchronously. The bridge current in the half bridge formed by the semiconductor switches 1 and 2 is hereinafter referred to as Iph1. The bridge current in the half bridge formed by the semiconductor switches 3 and 4 is hereinafter referred to as Iph2. The bridge current in the half bridge formed by semiconductor switches 5 and 6 is named Iph3 in the following.

바람직한 한 실시 형태에서는 상기 제 2 측정 유닛(30)이 반브리지 회로들의 저전압 측에서 분로 저항에 의해 브리지 전류를 측정하도록 설치되어 있다. 도 3은 분로 저항(31)에 의해 브리지 전류(Iph1)가 측정되는 실시 형태를 도시한다. 상기 분로 저항(31)보다 높은 전압 하강은 증폭기(32)에 의해 증폭되어 제어 유닛(40)으로 출력된다. 동일한 방식으로 다른 반브리지들 내 브리지 전류(Iph2 및 Iph3)가 측정될 수 있다.In a preferred embodiment, the second measuring unit 30 is arranged to measure the bridge current by a shunt resistor on the low-voltage side of the half-bridge circuits. Fig. 3 shows an embodiment in which the bridge current Iph1 is measured by the shunt resistor 31. Fig. The voltage drop lower than the shunt resistor 31 is amplified by the amplifier 32 and output to the control unit 40. [ In the same way, the bridge currents Iph2 and Iph3 in the other half bridges can be measured.

저전압 측에서 이루어지는 브리지 전류 측정은 분리된 전류 측정이 필요하지 않다는 장점을 갖는다.The bridge current measurement at the low voltage side has the advantage that no separate current measurement is required.

도 2는 모든 반브리지 내 브리지 전류가 측정되는 경우를 도시한다. 그러나 본 발명은 상기 경우로 제한되지 않으며, 상기 브리지 전류는 단지 반브리지들의 부분에서도 측정될 수 있다.Fig. 2 shows a case where the bridge current in all the half bridges is measured. However, the present invention is not limited to this case, and the bridge current can only be measured in the part of the half bridges.

인버터는 또한 제어 유닛(40)을 포함하고, 이 제어 유닛은 전체 입력 전력(Pin)이 임계값(Pin_limit)을 초과하면, 인버터의 과전류 오류를 감지하도록 설치되어 있으며, 이 경우 상기 임계값은 브리지 전류(Iph1, Iph2, Iph3)를 기초로 결정된다.The inverter also includes a control unit 40 which is provided to sense an overcurrent error of the inverter if the total input power Pin exceeds a threshold Pin_limit, Currents Iph1, Iph2, and Iph3.

따라서 임계값은 고정적으로 설정되어 있는 것이 아니라, 측정된 브리지 전류에 맞게 조정된다. 그 결과 과전류를 신속하게 검출하는 것이 가능하다.Therefore, the threshold value is not fixed but is adjusted to the measured bridge current. As a result, it is possible to quickly detect the overcurrent.

제어 유닛(40)은 제 1 측정 유닛(20)과 제 2 측정 유닛(30)으로부터 측정 신호들을 수신한다. 그 밖에 제어 유닛(40)은, 전력 출력단(10)이 모터로 교류를 출력하는 방식으로 반도체 스위치(1, 2, 3, 4, 5, 6)들을 스위칭하기 위해 상기 전력 출력단(10)에 제어 신호들을 전송한다. 추가로 제어 유닛(40)은 도면에 도시되지 않은 차량-제어 유닛(도 1과 비교)과 서로 통신한다.The control unit 40 receives measurement signals from the first measurement unit 20 and the second measurement unit 30. In addition, the control unit 40 controls the power output stage 10 to switch the semiconductor switches 1, 2, 3, 4, 5, 6 in such a manner that the power output stage 10 outputs an alternating current to the motor Signals. In addition, the control unit 40 communicates with a vehicle-control unit (compare Fig. 1) not shown in the figure.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 제어 유닛(40)은 PWM-제어에 의해 전력 출력단(10)을 제어하고, 그리고 사전 설정된 PWM-클록 수에서 측정된 다수의 브리지 전류를 기초로 임계값을 결정하도록 설치되어 있다.According to a preferred embodiment, the control unit 40 controls the power output stage 10 by PWM-control, and is set up to determine a threshold value based on a plurality of bridge currents measured at a predetermined PWM- .

따라서 임계값 산출 시 과거에 측정된 다수의 브리지 전류가 고려된다. 그 결과 전체 입력 전력(Pin)의 너무 갑작스런 차이를 감지하여 과전류를 신속하게 검출하는 것이 가능하다.Therefore, a number of bridge currents measured in the past are taken into account when calculating the threshold value. As a result, it is possible to quickly detect the overcurrent by detecting a sudden difference in the total input power (Pin).

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 임계값은 다수의 브리지 전류의 이동 평균의 유효값을 기초로 산출된다. 이동 평균의 예는According to a preferred embodiment, the threshold is calculated based on the effective value of the moving average of the multiple bridge currents. An example of moving average is

Figure pat00002
이고,
Figure pat00002
ego,

이때 Iphx(i)는 PWM-클록(i)의 반브리지(phx) 내 브리지 전류이고, t는 현재 PWM-클록을 나타내며, 그리고 n은 사전 설정된 PWM-클록의 수다. 상기 PWM-클록 수는 예컨대 n=250일 수 있다.Where iphx (i) is the bridge current in the half bridge (phx) of the PWM-clock (i), t represents the current PWM-clock, and n is the number of the preset PWM-clock. The number of PWM-clocks may be, for example, n = 250.

상기 유효값은 전체 입력 전력(Pin)과 과거에 측정된 전체 입력 전력의 지나치게 큰 차이를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 그 결과 과전류 발생이 신속하게 검출될 수 있다.The valid value may be used to detect an excessively large difference between the total input power (Pin) and the total input power measured in the past. As a result, the occurrence of the overcurrent can be detected quickly.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 임계값은 또한 전체 입력 전압(Vin)을 기초로 산출된다.According to one preferred embodiment, the threshold value is also calculated based on the total input voltage Vin.

특히, 브리지 전류의 유효값과 전체 입력 전압(Vin)이 곱해질 수 있다. 이는 결과적으로 (예를 들면, 내리막 길 주행에서 회생(recuperation) 제동 동안) 배터리 전압의 변동량도 검출될 수 있기 때문에 바람직하다. 그 결과 오류가 있는 과전류 측정이 방지될 수 있다.In particular, the effective value of the bridge current can be multiplied by the total input voltage Vin. This is preferable because the amount of variation of the battery voltage can be detected as a result (for example, during recuperation braking on downhill running). As a result, an erroneous overcurrent measurement can be prevented.

바람직한 한 실시 형태에 따르면, 임계값(Pin_limit)은 하기의 식에 의해 산출된다:According to one preferred embodiment, the threshold (Pin_limit) is calculated by the following equation:

Figure pat00003
Figure pat00003

이때At this time

t는 현재 PWM-클록을 나타내고, t represents the current PWM-clock,

N은 반브리지 수이며, N is a half bridge number,

k는 상전류 변환되는 브리지 전류의 변환 계수이고, k is the transform coefficient of the bridge current that is phase-transformed,

n은 사전 설정된 PWM-클록 수이며, n is the preset number of PWM-clocks,

Iphx는 반브리지(phx) 내 브리지 전류이고, Iphx is the bridge current in the half bridge (phx)

c는 허용된 전류 오프셋이며, 그리고 c is the allowed current offset, and

Vin은 전체 입력 전압이다. Vin is the total input voltage.

도 2의 예에서 N은 3이다. PWM-클록의 수는 예컨대, n=250일 수 있다. 변환 계수의 예는 k=

Figure pat00004
이다.In the example of FIG. 2, N is 3. The number of PWM-clocks may be, for example, n = 250. An example of a transform coefficient is k =
Figure pat00004
to be.

허용된 전류 오프셋(c)은, 과전류 검출 없이 상전류의 이동 평균이 변경될 수 있는 정도의 값을 의미한다. 허용된 전류 오프셋(c)은 특히 측정 유닛(20, 30)들과 제어 유닛(40)이 배치되어 있는 회로 기판상에서 추가 부품(예: μC)들의 소비 전력도 고려한다. 허용된 전류 오프셋(c)은 온도 의존적일 수 있다. 허용된 오프셋(c)은 정해져 있다.The allowed current offset (c) means a value to which the moving average of the phase current can be changed without overcurrent detection. The allowable current offset c also considers the power consumption of additional components (e.g., μC), particularly on the circuit board on which the measurement units 20, 30 and the control unit 40 are located. The allowed current offset (c) may be temperature dependent. The allowed offset (c) is fixed.

또한, 브리지 전류의 유효값과 전체 입력 전압(Vin)이 곱해진다. 이러한 전체 입력 전력을 통해 평균을 산출할 필요는 없는데, 그 이유는 전체 입력 전압은 전류와 비교해서 서서히 변경되기 때문이다. 예를 들면 100㎳ 크기의 전압과 ㎲ 또는 ㎱ 크기의 전류 강도가 변경된다. 이러한 깨달음을 통해 임계값 산출이 간소화될 수 있는데, 그 이유는 전체 입력 전압을 통한 평균 산출이 방지될 수 있기 때문이다.Further, the effective value of the bridge current is multiplied by the total input voltage Vin. It is not necessary to calculate the average through this total input power because the total input voltage is slowly changed compared to the current. For example, a voltage of a magnitude of 100 ms and a current intensity of a mu s or a small magnitude are changed. This enlightenment can simplify the threshold calculation because the average output over the entire input voltage can be prevented.

제어 유닛(40)은, 과전류 오류가 검출되면 모든 반도체 스위치(1, 2, 3, 4, 5, 6)를 개방하기 위해 과전류 오류 신호를 출력한다. 그 결과 브리지 단락 발생이 방지된다.The control unit 40 outputs an overcurrent error signal to open all the semiconductor switches 1, 2, 3, 4, 5, 6 when an overcurrent error is detected. As a result, the bridge short circuit is prevented.

도 4는 Pin-limit을 산출하기 위한 전술한 본 발명에 따른 식을 사용하여 얻어진 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 4의 왼쪽 그래프는 본 발명에 따른 Pin-limit 산출을 사용 없이 시뮬레이션을 도시한다. 도 4의 오른쪽 그래프는 본 발명에 따른 Pin-limit 산출을 사용하여 시뮬레이션을 도시한다.Fig. 4 shows simulation results obtained using the above-described formula according to the present invention for calculating the pin-limit. The left graph of FIG. 4 shows the simulation without using the Pin-limit calculation according to the present invention. The right graph of FIG. 4 shows the simulation using the Pin-limit calculation according to the present invention.

상기 두 그래프의 상부는 반도체 스위치들의 온도(℃)를 나타낸다. 상기 두 그래프의 하부는 3개의 상전류(A)를 나타낸다. X축은 시간(단위: 초)을 나타낸다.The upper part of the two graphs represents the temperature (占 폚) of the semiconductor switches. The lower part of the two graphs represents three phase currents (A). The X-axis represents time (unit: second).

도 4는 0.45초 직후에 2.4 팩터 만큼 모터의 갑작스런 부하 증가가 발생하는 경우를 도시한다. 왼쪽 그래프는, 네거티브 영역에서 40A의 임계값 초과가 검출되지 않기 때문에 몇 밀리초 이내에 반도체 스위치들의 온도가 240℃를 초과하는 온도로 상승하는 것을 보여준다. 상기와 같은 임계값 초과는, 브리지 전류가 포지티브 영역에서 40A의 임계값을 초과하는 경우에 비로소 검출된다. 이는 반도체 스위치들의 고장을 야기하는데, 이러한 반도체 스위치들은 통상적으로 최대 175℃로 가열될 수 있다.Figure 4 shows a case where a sudden load increase of the motor occurs by a factor of 2.4 immediately after 0.45 seconds. The graph on the left shows that the temperature of the semiconductor switches rises to a temperature exceeding 240 캜 within a few milliseconds because no threshold exceeding 40 A is detected in the negative region. The above-mentioned threshold value is detected only when the bridge current exceeds the threshold value of 40 A in the positive region. This causes failure of the semiconductor switches, which can typically be heated to a maximum of 175 占 폚.

다른 한 편으로 오른쪽 그래프에 도시된 본 발명은 과전류를 매우 신속하게(이미 0.452초 시점에) 검출한다. 특히, 브리지 회로가 포지티브 영역에서 40A의 임계값을 초과하기 전에 이미 과전류가 검출된다. 따라서 반도체 스위치들의 온도 상승 및 그에 따른 반도체 스위치들의 고장이 방지될 수 있다.On the other hand, the present invention shown in the right graph detects the overcurrent very quickly (already at 0.452 seconds). In particular, the overcurrent is already detected before the bridge circuit exceeds the threshold of 40A in the positive region. Therefore, temperature rise of the semiconductor switches and consequently failure of the semiconductor switches can be prevented.

그러므로 본 발명에 의해서는 네거티브 브리지 전류의 임계값 모니터링이 방지될 수 있다. 상기와 같은 모니터링은 추가 부품(예컨대, 분로 저항 및 네거티브 기준 전압을 갖는 비교 회로(comparator))들과 기판 회로를 위한 공간을 필요로 한다. 따라서 본 발명은 인버터 기판 회로상에서 과전류를 검출하기 위한 추가 부품들 사용을 방지할 수 있다.Therefore, threshold monitoring of the negative bridge current can be prevented by the present invention. Such monitoring requires additional components (e.g., comparators with shunt resistors and negative reference voltages) and space for the substrate circuitry. Therefore, the present invention can prevent the use of additional components for detecting an overcurrent on the inverter substrate circuit.

도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 제어 유닛(40)에 의해 수행되는 과전류 오류 규정을 개략적으로 도시한다. 이 경우 측정된 전체 입력 전력(Pin), 측정된 전체 입력 전류 강도(Iin) 및 측정된 브리지 전류(Iph1, Iph2, Iph3)가 사용된다. 제 1 측정 유닛(20)에 의해 측정된 전체 입력 전류 강도(Iin)는 비교 회로에 의해 전체 입력 전류 강도 임계값(max_Iin)과 비교된다. 상기 비교 회로는 "+" 입력부의 값이 "-" 입력부의 값보다 큰 경우 논리 함수 1을 출력한다.5 schematically shows an overcurrent error condition performed by the control unit 40 according to an embodiment of the present invention. In this case, the measured total input power Pin, the measured total input current intensity Iin, and the measured bridge current Iph1, Iph2, Iph3 are used. The total input current intensity Iin measured by the first measurement unit 20 is compared with the total input current intensity threshold value max_Iin by the comparison circuit. The comparison circuit outputs a logical function 1 when the value of the "+" input section is larger than the value of the "-" input section.

추가로 최대 브리지 전류는 또 다른 비교 회로에 의해 브리지 전류 임계값(max_Iph)과 비교된다.In addition, the maximum bridge current is compared to the bridge current threshold (max_Iph) by another comparator circuit.

상기 전체 입력 전류 강도 임계값(max_Iin)과 브리지 전류 임계값(max_Iph)은 사전 설정된 값으로서, 인버터와 모터의 실제 결합에서 시뮬레이션/실험을 통해 정해진다.The total input current intensity threshold (max_Iin) and the bridge current threshold (max_Iph) are preset values and are determined through simulations / experiments in the actual combination of the inverter and the motor.

전체 입력 전력(Pin)은 추가 비교 회로에 의해 본 발명에 따라 산출된 임계값과 비교된다. 이러한 비교 결과는 사전 설정된 PWM-클록 수만큼 지연된다(예컨대, 1 PWM-클록).The total input power (Pin) is compared with a threshold value calculated according to the present invention by an additional comparison circuit. This comparison result is delayed by a predetermined number of PWM-clocks (for example, 1 PWM-clock).

상기 비교 회로들의 도시된 연결은 단지 예이며 서로 바뀔 수도 있다. 3개의 비교 회로의 임무는 논리 회로에 의해 결합되며, 그 결과 임계값들 중 하나의 임계값이 초과되면, 논리 회로가 오류 신호를 출력한다. 논리 회로는 NOR(부정논리합) 소자(또는 XOR(배타적논리합) 소자)일 수 있다.The depicted connections of the comparison circuits are merely exemplary and may be interchanged. The tasks of the three comparator circuits are combined by a logic circuit so that if one of the thresholds is exceeded, the logic circuit outputs an error signal. The logic circuit may be a NOR (NOR) element (or an XOR (exclusive-OR) element).

상기와 같은 결합 결과 스타트 업-맹목 회로(start-up blind circuit)로 출력된다. 이러한 스타트 업-맹목 회로는, 인버터 시작 과정 동안 NOR 소자의 출력(10,000개의 제 1 PWM-클록)에 의해 과전류 오류가 전달되지 않도록 설치되어 있다. 그 결과 시작 과정 동안 오류가 있는 과전류 규정이 방지될 수 있다. 따라서 본 실시 형태에서 제어 유닛(40)은, 인버터가 제어 상태에 있을 때 과전류 오류를 검출하도록 설치되어 있다.The result of the combination is output to a start-up blind circuit. This start-up circuit is installed so that no overcurrent error is delivered by the output of the NOR device (10,000 first PWM-clocks) during the inverter start-up. As a result, a faulty overcurrent regulation during the start-up process can be prevented. Therefore, in this embodiment, the control unit 40 is provided so as to detect an overcurrent error when the inverter is in the control state.

홀드 소자(hold element)는 리셋 신호(reset signal)가 수신될 때까지 검출된 과전류 오류를 출력한다. 상기 리셋 신호는 제어 유닛(40) 내에 포함된 마이크로 제어기에 의해 출력된다.The hold element outputs the detected overcurrent error until a reset signal is received. The reset signal is output by the microcontroller included in the control unit 40.

도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 방법을 도시한다. 상기 실시 형태는 전동 컴프레서용 인버터를 제어하기 위한 방법과 관련이 있으며, 이때 상기 인버터는 전력 출력단을 포함하고, 상기 전력 출력단은 반도체 스위치들을 구비한 다수의 반브리지 회로를 포함한다. 상기 방법은 인버터의 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 측정하기 위한 단계(S1)와 상기 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 기초로 인버터의 전체 입력 전력을 산출하기 위한 단계(S2)를 포함한다. 상기 방법은 또한 반브리지 회로들 내 개별 브리지 전류를 측정하는 단계(S3)와 전체 입력 전력이 임계값을 초과하면 인버터의 과전류 오류를 감지하는 단계(S4)를 포함하며, 이때 상기 임계값은 브리지 전류를 기초로 결정된다.Figure 6 shows a method according to an embodiment of the present invention. The above embodiment relates to a method for controlling an inverter for an electric compressor, wherein the inverter includes a power output stage and the power output stage includes a plurality of half bridge circuits having semiconductor switches. The method includes a step (S1) for measuring the total input voltage and the total input current intensity of the inverter and a step (S2) for calculating the total input power of the inverter based on the total input voltage and the total input current intensity . The method also includes measuring (S3) the individual bridge current in the half-bridge circuits and detecting (S4) an overcurrent fault of the inverter if the total input power exceeds a threshold, Is determined based on the current.

전술한 측정 유닛들과 제어 유닛들은 버스(bus), 처리 유닛(processing unit), 기억 장치, ROM, 그리고 통신용 인터페이스(communications interface)를 포함할 수 있다. 상기 버스는 부품들간 통신을 가능하게 할 수 있다. 상기 처리 유닛은 프로세서, 마이크로 프로세서 또는 프로세싱 로직(processing logic)을 포함할 수 있고, 이들은 명령을 해석하고 실행할 수 있다. 상기 저장 장치는 RAM 또는 다른 타입의 동적 저장 장치를 포함할 수 있고, 이들은 상기 처리 유닛을 통한 실행을 위해 정보와 소프트웨어 명령을 저장할 수 있다.The above-described measurement units and control units may include a bus, a processing unit, a storage device, a ROM, and a communications interface. The bus may enable communication between parts. The processing unit may comprise a processor, a microprocessor, or processing logic, which may interpret and execute instructions. The storage device may comprise RAM or other types of dynamic storage devices, which may store information and software instructions for execution via the processing unit.

측정 유닛들과 제어 유닛들은 전술한 연산 및 처리 작업들을 수행할 수 있다. 처리 유닛과 제어 유닛들은 소프트웨어 명령을 수행하는 처리 유닛에 의해 상기와 같은 연산 작업들을 실행하며, 이때 상기 소프트웨어 명령은 컴퓨터로 판독할 수 있는 매체 내에 들어 있다. 컴퓨터로 판독할 수 있는 매체는 물리적 또는 논리적 저장 장치로 규정될 수 있다. 논리적 저장 장치는 개별 물리적 저장 장치 내부에 있는 저장 영역일 수 있거나 다수의 물리적 저장 장치를 통해 분할될 수 있다.The measurement units and the control units may perform the above-described computation and processing operations. The processing unit and the control units execute such computational tasks by a processing unit performing software instructions, wherein the software instructions are contained within a computer readable medium. A computer readable medium may be defined as a physical or logical storage device. The logical storage device may be a storage area within an individual physical storage device or may be divided through a plurality of physical storage devices.

저장 장치에 들어 있는 명령은, 프로세서상에서 전술한 연산 또는 처리 작업들이 수행되면 처리 유닛을 프롬프팅할 수 있다. 대안적으로, 전술한 프로세스 및/또는 처리 작업들을 수행하기 위해 소프트웨어 명령에 의해 또는 소프트웨어 명령과 결합 대신 하드와이어적 회로도 사용될 수 있다. 따라서 전술한 구현(implementation)이 하드웨어와 소프트웨어의 특정 결합으로 제한되지 않는다.The instructions contained in the storage device may prompt the processing unit if the operations or processing operations described above are performed on the processor. Alternatively, hard-wired circuitry may be used by software instructions or in combination with software instructions to perform the above-described process and / or processing operations. Accordingly, the above-described implementation is not limited to any particular combination of hardware and software.

측정 유닛과 제어 유닛의 개념이 사용되면, 결과적으로 어떻게 이러한 유닛들이 분할되고 결합되는지와 관련하여서는 제한이 존재하지 않는다. 즉, 상기 유닛들은 기술된 기능을 구현하기 위해, 다양한 소프트웨어와 하드웨어 부품 또는 다른 소자들 내에서 분할될 수 있다. 다수의 상이한 소자는 기술된 기능을 실행하기 위해 결합될 수도 있다.If the concepts of the measurement unit and the control unit are used, there is no limitation as to how these units are divided and combined. That is, the units may be partitioned within various software and hardware components or other components to implement the described functionality. A number of different elements may be combined to perform the described functions.

측정 유닛들과 제어 유닛들의 소자들은 하드웨어, 소프트웨어, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Fild Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC), 펌웨어(firmware) 등에서 실행될 수 있다.The elements of the measurement units and control units may be implemented in hardware, software, a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), firmware, or the like.

Claims (10)

전동 컴프레서(electric compressor)용 인버터로서, 상기 인버터가
반도체 스위치들을 구비한 다수의 반브리지 회로를 포함하는 전력 출력단(power output stage)(10);
상기 인버터의 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 측정하고, 그리고 상기 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 기초로 상기 인버터의 전체 입력 전력을 산출하도록 설치된 제 1 측정 유닛(20);
반브리지 회로들 내에서 개별 브리지 전류를 측정하도록 설치된 제 2 측정 유닛(30); 및
상기 전체 입력 전력이 임계값을 초과하면, 상기 인버터의 과전류 오류를 검출하도록 설치된 제어 유닛(40)을 포함하며,
상기 임계값은 상기 브리지 전류를 기초로 결정되는, 인버터.
An inverter for an electric compressor,
A power output stage (10) comprising a plurality of half-bridge circuits with semiconductor switches;
A first measurement unit (20) configured to measure a total input voltage and a total input current intensity of the inverter, and to calculate a total input power of the inverter based on the total input voltage and the total input current intensity;
A second measurement unit (30) arranged to measure an individual bridge current in the half bridge circuits; And
And a control unit (40) installed to detect an overcurrent error of the inverter if the total input power exceeds a threshold value,
Wherein the threshold is determined based on the bridge current.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 유닛(40)이 PWM-제어에 의해 상기 전력 출력단(10)을 제어하고, 그리고 사전 설정된 PWM-클록 수에서 측정된 다수의 브리지 전류를 기초로 상기 임계값을 결정하도록 설치되어 있는, 인버터.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit (40) is arranged to control the power output stage (10) by PWM control and to determine the threshold value based on a number of bridge currents measured at a predetermined PWM- .
제 2 항에 있어서,
상기 임계값이 다수의 브리지 전류의 이동 평균(moving average)의 유효값을 기초로 산출되는, 인버터.
3. The method of claim 2,
Wherein the threshold is calculated based on a valid value of a moving average of a plurality of bridge currents.
제 3 항에 있어서,
상기 임계값이 또한 상기 전체 입력 전압을 기초로 산출되는, 인버터.
The method of claim 3,
Wherein the threshold is also calculated based on the total input voltage.
제 4 항에 있어서,
상기 임계값(Pin_limit)이 하기의 식
Figure pat00005

에 의해 산출되고,
이때
t는 현재 PWM-클록을 나타내고,
N은 반브리지 수이며,
k는 상전류(phase current)로 변환되는 브리지 전류의 변환 계수(conversion factor)이고,
n은 사전 설정된 PWM-클록 수이며,
Iphx는 반브리지(phx)내 브리지 전류이고,
c는 허용된 전류 오프셋이며, 그리고
Vin은 전체 입력 전압인, 인버터.
5. The method of claim 4,
If the threshold value (Pin_limit)
Figure pat00005

Lt; / RTI >
At this time
t represents the current PWM-clock,
N is a half bridge number,
k is a conversion factor of the bridge current that is converted into a phase current,
n is the preset number of PWM-clocks,
Iphx is the bridge current in the half bridge (phx)
c is the allowed current offset, and
Vin is the total input voltage, inverter.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 측정 유닛(30)이 반브리지 회로들의 저전압 측에서 분로 저항(shunt resistance)에 의해 상전류를 측정하도록 설치되어 있는, 인버터.
6. The method of claim 5,
Wherein the second measuring unit (30) is arranged to measure the phase current by shunt resistance at the low voltage side of the half bridge circuits.
제 6 항에 있어서,
상기 제어 유닛(40)은 과전류 오류가 검출되면, 상기 전력 출력단 내 모든 반도체 스위치를 개방하기 위해 과전류 오류 신호를 출력하도록 설치되어 있는, 인버터.
The method according to claim 6,
Wherein the control unit (40) is arranged to output an overcurrent error signal to open all semiconductor switches in the power output stage when an overcurrent error is detected.
제 7 항에 있어서,
상기 제어 유닛(40)은 상기 인버터가 제어 상태(controlled state)에 있을 때, 과전류 오류를 검출하도록 설치되어 있는, 인버터.
8. The method of claim 7,
Wherein the control unit (40) is arranged to detect an overcurrent fault when the inverter is in a controlled state.
인버터가 전력 출력단을 포함하고, 이 전력 출력단은 반도체 스위치들을 구비한 다수의 반브리지 회로를 포함하는, 전동 컴프레서용 인버터를 제어하기 위한 방법으로서, 상기 방법이
상기 인버터의 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 측정하는 단계(S1);
상기 전체 입력 전압과 전체 입력 전류 강도를 기초로 상기 인버터의 전체 입력 전력을 산출하는 단계(S2);
반브리지 회로들 내 개별 브리지 전류를 측정하는 단계(S3);
상기 전체 입력 전력이 임계값을 초과하면, 인버터의 과전류 오류를 검출하는 단계(S4)를 포함하며, 상기 임계값은 상기 브리지 전류를 기초로 결정되는, 인버터 제어 방법.
A method for controlling an inverter for an electric compressor, the inverter comprising a power output stage, the power output stage comprising a plurality of half bridge circuits having semiconductor switches,
Measuring a total input voltage and a total input current intensity of the inverter (S1);
Calculating (S2) the total input power of the inverter based on the total input voltage and the total input current intensity;
Measuring (S3) individual bridge currents in the half bridge circuits;
And detecting (S4) an overcurrent fault of the inverter if the total input power exceeds a threshold, the threshold being determined based on the bridge current.
제9항에 따른 상기 인버터 제어 방법을 실행하도록 컴퓨터를 프롬프팅(prompting) 하는 기계 판독 가능 코드(machine-readable code)를 저장하는, 컴퓨터 프로그램 제품.10. A computer program product for storing machine-readable code for prompting a computer to execute the inverter control method according to claim 9.
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