KR20190066710A - 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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KR20190066710A
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Abstract

본 발명은, 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 커패시터와 인버터 사이에 배치되며, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 스위칭 한 주기 내에서 한 상의 전류 불감지 영역인, 제1 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트 하지 않고, 스위칭 한 주기 내에서 두 상의 전류 불감지 영역인, 제2 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간이 시프트 되도록 제어하는 인버터 제어부를 포함한다. 이에 따라, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 있어서, 데드 밴드에서의 시프트를 최소화하고, 정확하게 상전류를 감지할 수 있다.

Description

모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{Motor driving apparatus and home appliance including the same}
본 발명은, 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 있어서, 데드 밴드에서의 시프트를 최소화하고, 정확하게 상전류를 감지할 수 있는 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
홈 어플라이언스(home appliance)는 사용자 편의를 위해 사용되는 기기이다.
또한, 가정에서 사용되는 의류 건조기, 세탁기, 냉장고, 공기조화기 등 홈 어플라이언스들은 각각 사용자의 조작에 따라 고유한 기능과 동작을 수행한다.
한편, 모터 구동 장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이며, 특히, 홈 어플라이언스 내의 모터를 구동하기 위해 사용될 수 있다.
모터 구동 장치의 제어 방식에 있어서, 센서를 이용한 센서 방식의 모터 구동 장치가 있으나, 최근 제조 비용 저감 등을 이유로, 센서리스(sensorless) 방식의 모터 구동 장치가 두루 사용되고 있다.
이러한 센서리스 모터 구동 장치를 안정적으로 구동 시키기 위해서는, 데드 밴드(dead band)에서 상 전류를 감지할 수 있는 제어방법이 요구된다.
한편, 종래에는, 한 상의 전류가 감지 불가능한 제1 데드 밴드에서, 한 상의 PWM((Pulse Width Modulation) 시프트하고, 두 상의 전류가 감지 불가능한 제2 데드 밴드에서, 두 상의 PWM 시프트를 수행하였다.
그러나, 종래에는, 제2 데드 밴드에서 두 상의 전류를 감지하기 위해, 스위칭 벡터의 시프트 시간을 길게 설정해야 하며, 따라서, 벡터 제어에 있어서, 전압 벡터의 왜곡이 발생하고, 전류 리플(ripple)이 증가한다는 문제점이 있다.
또한, 종래 제어 방법은, PWM 한주기 동안의 합성 벡터는 제어 결과에 의해 계산된 값과 동일하지만, 반주기 동안의 유효 벡터가 제어 결과에 의한 값과 상이하여, 상 전류 감지의 부정확한 결과를 초래한다는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 있어서, 데드 밴드에서의 시프트를 최소화하고, 정확하게 상전류를 감지할 수 있는 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 커패시터와 인버터 사이에 배치되며, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 스위칭 한 주기 내에서 한 상의 전류 불감지 영역인, 제1 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트 하지 않고, 스위칭 한 주기 내에서 두 상의 전류 불감지 영역인, 제2 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간이 시프트 되도록 제어하는 인버터 제어부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 홈 어플라이언스는, 커패시터와, 삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 커패시터와 인버터 사이에 배치되며, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 스위칭 한 주기 내에서 한 상의 전류 불감지 영역인, 제1 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트 하지 않고, 스위칭 한 주기 내에서 두 상의 전류 불감지 영역인, 제2 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간이 시프트 되도록 제어하는 인버터 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 제1 데드 밴드에서 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트 하지 않고, 제2 데드 밴드에서 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트하므로, PWM 시프트를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 모터 구동 장치는, PWM 시프트를 최소화하여, PWM 시프트로 인한 전압 벡터의 왜곡 및 전류 리플을 감소시킬 수 있다.
또한, 모터 구동 장치는, 전압 벡터의 왜곡 및 전류 리플을 감소시켜, 전기적 소음을 저감 시킬 수 있다.
또한, 모터 구동 장치는, 제2 데드 밴드에 대해서만 스위칭 소자의 턴 온 시간을 시프트 시키므로, 그 구현이 용이하다.
또한, 모터 구동 장치는, 제2 데드 밴드에서, 두 유효 벡터의 인가 시간을 연산하고, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간과 다른 하나의 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간을 비교하여, 상기 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 턴 온 시간을 좌측 또는 우측으로 시프트 되도록 제어하므로, PWM 시프트에 있어서 효율적인 제어가 가능하다.
또한, 모터 구동 장치는, 제2 데드 밴드에서, 스위칭 소자의 턴 온 시간을 시프트 하여 최소 유효 벡터 인가 시간을 확보하므로, 제2 데드 밴드에서도, 한 상의 상 전류 감지가 가능하다.
또한, 모터 구동 장치는, 제2 데드 밴드에서 한 상의 상 전류를 감지하기 위해, 시프트 시간을 최소화하므로, 합성 전압 벡터의 왜곡 및 전류 리플을 감소시킬 수 있다.
또한, 모터 구동 장치는, 데드 타임, 안정 시간, 아날로그 디지털 변환 시간 뿐만 아니라, 스위칭 마진 및 아날로그 디지털 변환 시간 마진까지 고려하여, 최소 유효 벡터 인가 시간을 연산하므로, 보다 안정적인 상 전류 감지가 가능하다.
또한, 모터 구동 장치는, 안정적 상전류 감지로 인해 정확한 상 전류 추정이 가능하다는 장점도 있다.
또한, 모터 구동 장치는, 1개의 션트 저항 소자를 이용하여, 시분할로, 상 전류를 검출하므로, 제조 비용이 저감되며 그 설치가 용이하다.
본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스는, 제1 데드 밴드에서 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트 하지 않고, 제2 데드 밴드에서 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트하므로, PWM(Pulse Width Modulation) 시프트를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 2는, 도 1의 모터 구동 장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 3은, 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 자치의 출력 전류 검출부의 일예를 예시하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는, 전류 추정 기법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 6은, 최소 유효 벡터 인가 시간을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는, 데드 밴드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 스위칭 타이밍 시프트 기법을 설명하는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 10은, 도 9의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 일예인 의류 건조기를 도시한 도면이다.
도 12는, 도 11의 의류 건조기의 개략도이다.
도 13은, 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 다른 예인 공기조화기를 도시한 도면이다.
도 14는, 도 13의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 15는, 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 또 다른 예인 냉장고를 도시한 도면이다.
도 16은, 도 15의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 기술되는 모터 구동 장치(220)는, 모터의 회전자 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor)와 같이, 감지부가 구비되지 않는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해, 모터의 회전자 위치를 추정할 수 있는 모터 구동 장치이다. 이하에서는, 센서리스 방식의 모터 구동 장치에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 내부 블록도의 일예이고, 도 2는, 도 1의 모터 구동 장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실싱예에 따른 모터 구동 장치(220)는, 센서리스 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420) 및 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터(410)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L), dc 단 커패시터(C), dc 단 전압 검출부(B), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭(Pulse Width Modulation: PWM) 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 한 상의 전류 불감지 영역인 제1 데드 밴드(dead band)에서, 스위칭 소자의 턴 온 시간을 시프트 하지 않고, 두 상의 전류 불감지 영역인 제2 데드 밴드에서, 스위칭 소자의 턴 온 시간을 시프트 할 수 있다.
이에 따라 스위칭 소자의 턴 온 시간 시프트를 최소화하여, 전압 벡터의 왜곡 및 전류 리플을 감소시킬 수 있다.
또한, 인버터 제어부(430)는, 제1 데드 밴드에서, 최소 유효 벡터 인가 시간 이상의 유효 벡터 인가 시간을 가지는, 어느 하나의 스위칭 벡터를 기초로, 상전류를 추정할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(430)는, 제2 데드 밴드에서, 스위칭 소자의 턴 온 시간을 시프트한 상태에서, 최소 유효 벡터 인가 시간 이상의 유효 벡터 인가 시간을 가지는, 어느 하나의 스위칭 벡터를 기초로, 상전류를 추정할 수 있다.
예를 들어, 모터 구동 장치(220)는, dc 단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되는 한 개의 션트(shunt) 저항 소자를 더 포함할 수 있고, 인버터 제어부(430)는, 제1 데드 밴드 또는 스위칭 소자의 턴 온 시간이 시프트된 제2 데드 밴드에서, 한 상의 전류를 감지할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(430)는, 상기 감지된 한 상의 전류의 기울기, 전압 지령치에 의한 전압 벡터 인가 시간을 기초로 다른 한 상의 상 전류를 추정할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 모터 구동 장치(220)는, 한 상의 전류를 감지한 상태에서, 다른 한 상의 전류를 추정하는 방법이라면, 상술한 예에 한정되지 않는다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 데드 타임, 안정 시간 및 아날로그 변환 시간 뿐만 아니라, 스위칭 시간 마진(margin) 및 아날로그 디지털 변환 시간 마진(margin)까지 고려하여, 최소 유효 벡터 인가 시간을 연산할 수 있다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 스위칭 시간 마진 및 아날로그 디지털변환 시간 마진 확보로 인해, 최소 유효 벡터 인가 시간이 증가하게 되어, 상 전류를 보다 정확하게 감지할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 데드 밴드 또는 제2 데드 밴드에서 연산된 두 상 전류에 기초하여, 나머지 한 상 전류를 연산할 수 있다. 이때, 인버터 제어부(430)는, 상 평형 이론을 이용하여 나머지 한 상 전류를 연산할 수 있다.
이하에서는, 도 1 및 도 2의 모터 구동 장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.
리액터(L)는, 입력 교류 전원(405)과 컨버터(450) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행할 수 있다. 또한, 리액터(미도시)는 컨버터 등의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 dc 단에 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라질 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. 이러한 경우의 컨버터(410)는 정류부(rectifier)라 명명할 수도 있다.
컨버터(450)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
dc 단 커패시터(C)는, dc 양단에 접속되며, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc 단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다. 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 dc 단 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, dc 단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 dc 단 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력 받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 기초로 생성되어 출력된다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다.
또는, 2개의 션트 저항이 사용되어, 나머지 한 상의 전류를 삼상 평형을 이용하여 연산하는 것도 가능하다.
보다 바람직하게는, 1개의 션트 저항이, dc 단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 방식을 1 션트(1-shunt) 방식이라 명명할 수 있다.
1 션트 방식에 따르면, 출력 전류 검출부(E)는, 1 개의 션트 저항 소자(도 4의 Rdc)를 사용하여, 인버터(420)의 하암 스위칭 소자의 턴 온시, 시분할로, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)인 상 전류(phase current)를 검출할 수 있다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interidcr Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
부하(231)는, 홈 어플라이언스(100)에 구현된 동작을 수행하기 위한 것으로, 각 홈 어플라이언스(100)별로 다르게 구성될 수 있다.
예를 들어, 의류 건조기(도 16의 100a)가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 압축된 공기를 공급하기 위한 송풍팬(미도시)일 수 있다.
다른 예로, 공기조화기(도 16의 100b)가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 실내팬(109ab), 실외팬(105ab)일 수 있다.
또 다른 예로, 냉장고(도 16의 100c)가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 냉장실 팬(미도시) 또는, 냉동실 팬(144c)일 수 있다.
보다 바람직하게는, 본 발명의 모터 구동 장치(220)는, 홈 어플라이언스(100) 내의 압축기를 구동하기 위한 것으로서, 도 1의 부하(231)는 냉매를 압축하는 압축기일 수 있다.
도 3은, 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)를, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환할 수 있다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)에 기초하여, 위치치(
Figure pat00001
)를 추정하고, 추정된 위치를 미분하여, 속도(
Figure pat00002
)를 연산할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 모터 구동 장치(220)는, 인버터(420) 제어를 통하여, 모터(230)를 구동하는 벡터(vector) 제어를 수행하기 위해서 모터(230)에 흐르는 출력 전류, 특히, 상전류를 감지할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 감지된 상전류를 이용하여, 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340)를 통해, 모터(230)를 원하는 속도와 토크(torque)로 제어할 수 있게 된다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 출력 전류 검출부의 일예를 예시하는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 출력 전류 검출부(E)는, dc 단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되는 션트 저항 소자(Rdc)를 구비할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, dc단 저항 소자(Rdc)에 흐르는 전류에 기초하여, 모터(230)에 흐르는 전류를 연산하고, 연산된 모터 전류에 기초하여 인버터(420)를 제어할 수 있다.
도면과 같이, 션트 저항 소자(Rdc)를 이용한, 전류 획득 방법을 션트(shunt) 알고리즘이라 한다.
션트 알고리즘은, 션트 저항 소자의 위치와 개수에 따라 1-션트, 2-션트, 3-션트로 구분되는데, 본 발명의 모터 구동 장치(220)는, 1-션트 방식을 이용할 수 있다. 이하 1-션트 방식에 대해 기술한다.
이러한 1-션트(shunt) 방식에 따르면, 모터(230)에 흐르는 3 상전류(a,b,c 상전류)를, dc단에 배치되는, 하나의 션트(shunt) 저항 소자만으로 획득한다.
따라서, 전류 센서 없이 상 전류를 감지할 수 있고, 2-션트(shunt), 3-션트(shunt) 방법에 비해, 전압 증폭기, A/D 포트 등의 주변 회로를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 모터 구동 장치(220)의 제조 비용 및 부피가 감소하는 등의 많은 장점이 있다.
모터 구동 장치(220)는, 1개의 션트 저항 소자(Rdc)를 이용하여 상전류를 검출할 수 있다. 이때, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
한편, 후술하는, 유효 벡터의 인가 시간이 최소 유효 벡터 인가 시간 보다 작은 경우, 데드 밴드가 발생될 수 있다. 이때, 인버터 제어부(430)는, 데드 밴드의 종류에 따라, 시프트 여부를 결정할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 한 상의 전류 불감지 영역인, 제1 데드 밴드에서, 삼상 벡터를 시프트 하지 않고, 두 상의 전류 불감지 영역인, 제2 데드 밴드에서, 삼상 벡터를 좌측 또는 우측으로 대칭되게 시프트할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 제1 데드 밴드에서 감지된 한 상 전류를 기초로, 다른 상 전류를 추정할 수 있다. 또한, 인버터 제어부(430)는, 제2 데드 밴드에서, 삼상 벡터를 시트프한 상태에서 감지된 한 상 전류를 기초로, 다른 상 전류를 추정할 수 있다. 또한, 인버터 제어부(430)는, 연산된 두 상 전류를 기초로, 삼상 평형을 이용하여 삼상 전류를 연산할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는, 전류 추정 기법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
보다 상세하게는, 도 5a는, 제1 유효 벡터와 제2 유효 벡터에 대응하여, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이고, 도 5b는, 제1 유효 벡터에서의 전류 패쓰를 예시하는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 스위칭 조합에 따라, 공간 벡터 기반의 전압 벡터가 생성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7b에서와 같이, 인버터(420) 내의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)가 모두 온(On)인 경우, V0(111)의 영 벡터(zero vector)에 대응하며, 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 모두 온(On)인 경우, V7(000)의 영 벡터에 대응한다. 즉, 공간 벡터 영역(800)에, 2개의 영 벡터가 존재한다.
또한, 2개의 영 벡터를 제외하고 6개의 유효 벡터(V1 내지 V6)가 공간 벡터 상에 존재한다.
한편, 제1 유효 벡터(V1)와 제2 유효 벡터(V2)의 조합으로 전압 벡터(v*)가 생성될 수 있다. 이러한 전압 벡터(v*)는, 상술한 전압 지령 생성부(도 3의 340)에서 생성될 수 있다.
1-션트 방식은, 한 공간 벡터 기반의 PWM(SVPWM)을 위한 제어 주기(Ts)에서, 유효 벡터가 인가될 때, 션트 저항 소자(Rdc)로부터 상전류를 검출하고, 검출된 상전류를 아날로그 디지털(A/D)변환하고, 스위칭 제어 신호 출력부(도 3의 360) 내의 게이트 신호 생성부(미도시)에서, 현재의 섹터와, 유효 벡터를 판단하여, 상전류를 복원한다. 이때, 벡터가 한 주기(Ts) 내에서 인가되므로, 2상의 상전류를 복원할 수 있으며, 나머지 한 상의 전류는 세 상의 전류의 합이 0이라는 것을 이용하여 구한다.
도 5a에서, S51 영역은, 제1 상암 스위칭 소자(Sa) 온, 제2 상암 스위칭 소자(Sb) 오프, 제3 상암 스위칭 소자(Sc) 오프 되는 영역으로써, 제1 유효 벡터(V1) 영역에 대응한다.
도 5b에서, 제1 하암 스위칭 소자(S'a), 제2 하암 스위칭 소자(S'b) 및 제3 하암 스위칭 소자(S'c)는, 각 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)에 상보적으로 동작하므로, 입력 전류는, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)를 통해, 입력 되어, 모터(230), 제2 하암 스위칭 소자(S'b) 및 제3 하암 스위칭 소자(S'c)를 경유하여, 션트 저항 소자(Rdc)에 인가된다. 도면에서는, 제1 전류 패쓰(Path 1)를 예시한다.
따라서, 출력 전류 검출부(Edc)는, 제1 유효 벡터(V1)의 인가 시간인 T2/2 시간 동안에 a 상 전류인 ia를 검출한다.
출력 전류 검출부(Edc)는, 동일한 방식에 의해, 제2 유효 벡터(V2)의 인가 시간인 T1/2 시간 동안, c 상 전류인 -ic를 검출할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 나머지 b 상 전류인 ib를 내부 연산을 통하여 얻을하고, 수 있다.
도 5c는, 각 벡터에 대한, 출력 전류 검출부(Edc)에서 검출되는 모터 전류의 상태를 예시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 섹터 1에서의 제1 유효 벡터에 대해, 션트 소자(Rdc)를 통해, a 상전류인 Ias 전류가 검출되며, 섹터 2에서의 제2 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, c 상전류인 -Ics 전류가 검출되며, 섹터 3에서의 제3 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, b 상전류인 Ibs 전류가 검출되며, 섹터 4에서의 제4 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, a 상전류인 -Ias 전류가 검출되며, 섹터 5에서의 제5 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, c 상전류인 Ics 전류가 검출되며, 섹터 6에서의 제6 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, b 상전류인 -Ibs 전류가 검출된다.
한편, 영 벡터인, V0, V7 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, 전류 검출이 불가능하게 된다.
도 6은, 최소 유효 벡터 인가 시간을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 상술한 바와 같이 인버터 제어부(430)는, 유효 벡터 구간에서 션트 저항 소자(Rdc)에 흐르는 전류를 감지하여, 상전류를 감지할 수 있다.
이때, 유효 벡터가 인가되는 구간이 짧을 경우, 즉, 유효 벡터의 인가 시간이, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은 경우, 상 전류를 감지하는데 문제가 발생하게 된다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420) 내의 스위칭 소자의 암쇼트(arm short)를 방지하기 위한 데드 타임(dead time)(Td), 인버터(420) 내의 스위칭 소자의 스위칭 시 발생하는 링잉(Ringing) 현상에 따른 안정 시간(settling tiem)(Ts), 샘플링시의 아날로그 디지털 변환 시간(Tad)을 고려하여, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)을 연산할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 인버터(420) 내의 스위칭 소자의 스위칭에 의한 스위칭 시간 마진(margin)(Tm1) 및 샘플링시의 아날로그 디지털 변환 시간 마진(margin)(Tm2)까지 고려하여, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)을 연산할 수 있다.
결국 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)은, 다음의 수학식 1과 같이 연산된다.
Figure pat00007
즉, 최소 벡터 인가 시간(Tmin)은, 인버터(420) 내의 스위칭 소자의 암쇼트(arm short)를 방지하기 위한 데드 타임(dead time)(Td), 인버터(420) 내의 스위칭 소자의 스위칭 시 발생하는 링잉(Ringing) 현상에 따른 안정 시간(settling tiem)(Ts), 샘플링시의 아날로그 디지털 변환 시간(Tad), 인버터(420) 내의 스위칭 소자의 스위칭에 의한 스위칭 시간 마진(margin)(Tm1) 및 샘플링시의 아날로그 디지털 변환 시간 마진(margin)(Tm2)의 합에 대응될 수 있다.
예를 들어, 최소 벡터 인가 시간(Tmin)은, 데드 타임(Td) 2us, 안정 시간(Ts) 3us, 아날로그 디지털 변환 시간(Tad) 2us에, 스위칭 시간 마진(Tm1) 0.5us 와 아날로그 디지털 변환 시간 마진(Tm1) 0.5us을 더한 8us일 수 있다.
이에 따라, 모터 구동 장치(220)는, 데드 타임(Td), 안정 시간(Ts), 아날로그 디지털 변환 시간(Tad) 뿐만 아니라, 스위칭 마진(Tm1) 및 아날로그 디지털 변환 시간 마진(Tm2)까지 고려하여, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)을 연산하므로, 보다 안정적인 상 전류 감지가 가능하다.
한편, 유효 벡터의 인가 시간이, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은 경우에 대해서는, 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는, 데드 밴드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 7a는 공간 벡터 기반의 PWM(SVPWM) 육각형에서, 스위칭 한 주기 내에서 한 유효 벡터의 인가 시간이, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은 경우를 예시한다.
도 7a에 따르면, 제1 유효 벡터 내지 제6 유효 벡터 주변 영역에서, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해 한 상의 전류가 검출 불가능한 영역(S71)이 발생하게 되며, 이를 제1 측정 불가 영역 또는 제1 데드 밴드(dead band)라 명명할 수 있다.
도 7b는 공간 벡터 기반의 PWM(SVPWM) 육각형에서, 스위칭 한 주기 내에서 두 유효 벡터의 인가 시간이, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은 경우를 예시한다.
도 7b에 따르면, 영 벡터(zero vector) 주변 영역에서, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해 두 상의 전류가 검출 불가능한 영역(S72)이 발생하게 되며, 이를 상기 측정 불가 영역과 구별하여, 제2 측정 불가 영역 또는 제2 데드 밴드(dead band)라 명명할 수 있다.
도 7c는, 제1 데드 밴드에서 전류 검출 불가능한, 전압 벡터에 대응하는 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 7c에서, 제1 유효 벡터(V1)에 의한 구간(S74)은, 최소 유효 벡터 인가시간(Tmin) 보다 크나, 제2 유효 벡터(V2)에 의한 구간(S73)은, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작게 된다. 이에 따라, S74 구간에서는, a 상의 전류 검출이 가능하나, S73 구간에서는, c 상의 전류 검출이 불가능하게 된다.
도 7d는, 제2 데드 밴드에서 전류 검출 불가능한, 전압 벡터에 대응하는 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 7d에서, 제1 유효 벡터(V1)에 의한 구간(S75) 및 제2 유효 벡터(V2)d에 의한 구간(S76) 모두, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작게 된다. 이에 따라, S75 구간 및 S76 구간에서, a 상 및 c 상의 전류 검출이 불가능하게 된다.
한편, 이러한 데드 밴드에서, 전류 검출을 수행하지 못하는 경우, 정확한 모터 제어를 할 수 없다.
이러한 전류 검출 불가능한 영역이 발생하는 것을 방지하기 위해, 종래에는, 제1 데드 밴드에서, 한 상의 스위칭 벡터를 시프트하고, 제2 데드 밴드에서, 두 상의 스위칭 벡터를 시프트하였다.
그러나 이와 같은, 방법은, 스위칭 벡터의 잦은 시프트로 인해 전압 벡터에 왜곡이 생겨, 노이즈가 발생할 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 있어서, 데드 밴드에서의 시프트를 최소화하고, 정확하게 상전류를 감지할 수 있는 방안을 제시한다.
도 8a 내지 8d는, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 스위칭 타이밍 기법을 설명하는 도면이다.
보다 상세하게는, 도 8a 내지 도 8d는, 제2 데드 밴드에서 스위칭 벡터의 시프트를 설명하기 위한 도면이다.
인버터 제어부(430)는, 제2 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc)에 대한 턴 온 시간이 시프트 되도록 제어할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 제2 데드 밴드에서, 삼상의 스위칭 벡터 중, 스위칭 한 주기 내의 첫 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간이 좌측으로 시프트 되도록 제어하며, 스위칭 한 주기 내의 세 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간이 우측으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는, 스위칭 한 주기 내에서, 제3 상암 스위칭 소자(Sc)가 첫 번째로 턴 오프 되고, 제2 상암 스위칭 소자(Sb)가 두 번째로 턴 오프 되며, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)가 세 번째로 턴 오프 되는 것을 예시한다.
도 8a 내지 도 8d에서, 인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내에서, 첫 번째 턴 오프 되는, 제3 상암 스위칭 소자(Sc)의 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을 좌측으로 시프트할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내에서, 세 번째 턴 오프 되는 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을 우측으로 시프트할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 제2 데드 밴드에서, 삼상의 스위칭 벡터 중, 스위칭 한 주기 내의 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은, 두 유효 벡터의 인가 시간을 기초로, 좌측 또는 우측으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은, 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간(Tb)이, 다른 하나의 유효 벡터 인가 시간(Ta)보다 큰 경우(Tb>Ta), 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 두 유효 벡터 인가 시간 중, 더 작은 값을 갖는 스위칭 벡터의 이동 방향과 동일한 방향으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
도 8a에서, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간(Tb)이, 다른 하나의 유효 벡터 인가 시간(Ta)보다 크므로, 인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내에서, 두 번째로 턴 오프 되는 제2 상암 스위칭 소자(Sb)의 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 시프트 방향과 동일한 방향인 우측으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은, 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간(Tb)이, 다른 하나의 유효 벡터 인가 시간(Ta) 보다 작은 경우(Tb<Ta), 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 더 큰 값을 갖는, 스위칭 벡터의 이동 방향과 반대 방향으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
도 8c에서, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간(Tb)이, 다른 하나의 유효 벡터 인가 시간(Ta)보다 작으므로, 인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내에서, 두 번째로 턴 오프 되는 제2 상암 스위칭 소자(Sb)의 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 시프트 방향과 반대 방향인 좌측으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 제2 데드 밴드에서, 두 유효 벡터의 인가 시간을 비교하여, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 시프트 방향을 결정하므로, 시프트 제어의 효율성을 제공한다.
이때, 시프트 시간(Tsh)은 다음의 수학식2에 의해 결정된다.
Figure pat00008
수학식 2에서 Tx는, 제2 데드 밴드에서, 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 더 작은 값을 갖는 유효 벡터의 인가 시간이다.
예를 들어, 도 8a에서, 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 더 작은 값을 갖는 유효 벡터의 인가 시간은, Ta이므로 Tx는 Ta 일 수 있다.
다른 예로, 도 8c에서, 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 더 작은 값을 갖는 유효 벡터의 인가 시간은, Tb이므로 Tx는 Tb 일 수 있다.
따라서, 인버터 제어부(430)는, 제2 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트하되, 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 더 작은 값을 갖는 유효 벡터의 인가 시간과, 최소 유효 벡터 인가 시간의 차이를 연산하고, 연산된 시간 차이의 절반만큼 시프트하도록 제어할 수 있다. 한편, 부호는, 스위칭 벡터의 시프트 방향을 의미하며, +는, 우측, -는, 좌측을 의미한다.
도 8b에서, 인버터 제어부(430)가, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 스위칭 벡터를 Tsh 만큼 우측으로 시프트하고, 제3 상암 스위칭 소자(Sc)의 스위칭 벡터를 Tsh 만큼 좌측으로 시프트하며, 제2 상암 스위칭 소자(Sb)의 스위칭 벡터를 Tsh 만큼 우측으로 시프트한 결과, 제2 상암 스위칭 소자(Sb)의 유효 벡터 인가 시간(Tb')이 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)을 만족한다(Tb'=Tmin).
또한, 도 8d에서, 인버터 제어부(430)가, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 스위칭 벡터를 Tsh 만큼 우측으로 시프트하고, 제3 상암 스위칭 소자(Sc)의 스위칭 벡터를 Tsh 만큼 좌측으로 시프트하며, 제2 상암 스위칭 소자(Sb)의 스위칭 벡터를 Tsh 만큼 좌측으로 시프트한 결과, 제1 상암 스위칭 소자(Sb)의 유효 벡터 인가 시간(Ta')이 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)을 만족한다(Ta'=Tmin).
도 8b 및 도 8d에서, 한 상의 스위칭 벡터가 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)을 확보하였으므로, 인버터 제어부(430)는, 한 상의 전류를 감지하여 다른 두 상의 전류를 추정할 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(430)는, 제2 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트하고, 한 상의 전류를 감지하여, 다른 한 상의 전류를 스위칭 패턴, 인가 시간 등을 기초로, 추정할 수 있다. 또한, 상 평형 이론을 이용하여 전체 3상 전류를 연산할 수 있다.
한편, 종래에는, 제2 데드 밴드에서 두 상의 전류를 감지하기 위해, 시프트를 수행하였으나, 본 발명의 모터 구동 장치(220)는, 제2 데드 밴드에서, 한 상의 전류를 감지하기 위해, 시프트를 최소한으로 수행한다.
또한, 본 발명의 모터 구동 장치(220)는, 시프트 시간(Tsh)을, 스위칭 시간 마진(Tm1) 및 아날로그 디지털 변환 시간 마진(Tm2)까지 고려하여 결정하므로, 안정적으로 한 상의 전류를 감지하여, 정확한 전체 3상 전류를 추정할 수 있게 된다.
도 9는, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작 방법을 도시한 순서도이고, 도 10은, 도 9의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기의 샘플링 시점에서, 제1 데드 밴드 여부를 연산할 수 있다(S910).
인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내에서 어느 하나의 유효 벡터 인가 시간이, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은, 제1 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc)에 대한 턴 온 시간을 시프트 하지 않을 수 있다.
이에 따라, 모터 구동 장치(220)는, 스위칭 벡터의 시프트를 최소화하여, 전압 벡터의 왜곡 및 전류 리플을 감소시키고, 전기적 소음을 저감 시킬 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 제1 데드 밴드에서, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 큰, 다른 어느 하나의 유효 벡터를 기초로, 1상 전류를 센싱 할 수 있다(S911).
인버터 제어부(430)는, 상기 감지된 1상 전류를 기초로, 다른 2상의 전류를 추정 및 연산할 수 있다(S913).
인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기의 샘플링 시점에서, 제1 데드 밴드가 아닌 경우, 제2 데드 밴드에 해당하는지 연산할 수 있다(S920).
인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기의 샘플링 시점에서, 제2 데드 밴드에도 해당되지 않는 경우, 2상 전류를 센싱하고(S921), 상 평형 이론을 이용하여, 전체 3상 전류를 연산할 수 있다(S923).
인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내에서 어느 두 개의 유효 벡터 인가 시간이, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin) 보다 작은, 제2 데드 밴드에서, 상암 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc)에 대한 턴 온 시간을 시프트 할 수 있다.
보다 상세하게는, 인버터 제어부(430)는, 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간을 연산할 수 있다(S930).
또한, 인버터 제어부(430)는, 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간을 기초로, 시프트 방향을 연산할 수 있다(S940).
인버터 제어부(430)는, 삼상의 스위칭 벡터 중, 스위칭 한 주기 내의 첫 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 시프트 방향이 좌측이라고 연산할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 삼상의 스위칭 벡터 중, 스위칭 한 주기 내의 세 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 시프트 방향이 우측이라고 연산할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 삼상의 스위칭 벡터 중, 스위칭 한 주기 내의 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 시프트 방향을, 유효 벡터 인가 시간을 기초로 좌측 또는 우측이라고 연산할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 연산된 시프트 방향을 기초로, 스위칭 벡터의 턴 온 시간을 시프트 할 수 있다(S950).
인버터 제어부(430)는, 삼상의 스위칭 벡터 중, 스위칭 한 주기 내의 첫 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터와, 스위칭 한 주기 내의 세 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터를 서로 대칭되게 시프트할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 삼상의 스위칭 벡터 중, 스위칭 한 주기 내의 첫 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간이 좌측으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내의 세 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간이 우측으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 삼상의 스위칭 벡터 중, 스위칭 한 주기 내의 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 두 유효 벡터의 인가 시간을 기초로, 좌측 또는 우측으로 시프트되도록 제어할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내에서, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간이, 다른 하나의 유효 벡터 인가 시간 보다 큰 경우, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 상기 다른 하나의 스위칭 벡터의 이동 방향과 동일한 방향으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기 내에서, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간이, 다른 하나의 유효 벡터 인가 시간 보다 작은 경우, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 상기 다른 하나의 스위칭 벡터의 이동 방향과 반대 방향으로 시프트 되도록 제어할 수 있다.
이때, 시프트 시간(Tsh)은, 상기 수학식 2에 의해 결정된다. 또한, 인버터 제어부(430)는, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)과 Tx의 차이를, 각각 절반씩 좌측 및 우측으로 시프트 시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 모터 구동 장치는, 제2 데드 밴드에서 시프트량이 감소되므로, 전류 리플이 감소되고, 전기적 노이즈가 저감된다.
인버터 제어부(430)는, 스위칭 벡터의 시프트에 의해, 최소 유효 벡터 인가 시간(Tmin)을 확보한 어느 하나의 유효 벡터를 기초로, 1상 전류를 센싱할 수 있다(S960).
인버터 제어부(430)는, 상기 감지된 1상 전류를 기초로, 다른 2상의 전류를 추정 및 연산할 수 있다(S913).
도 10은, 도 9의 설명에 참조되는 도면이다.
보다 상세하게는, 도 10a는, 종래 모터 구동 장치가, 제2 데드 밴드에서, 2상의 전류를 감지하기 위해, 스위칭 벡터를 시프트한 실험 결과이고, 도 10b는, 본 발명의 모터 구동 장치(220)가, 제2 데드 밴드에서, 1상의 전류를 감지하기 위해, 스위칭 벡터를 시프트한 실험 결과이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 10a에서, 종래 모터 구동 장치는, 제2 데드 밴드에서 2 상의 전류를 감지하기 위해, 스위칭 벡터를 시프트 한다.
반면, 도 10b에서, 본 발명의 모터 구동 장치는, 제2 데드 밴드에서 1 상의 전류를 감지하기 위해, 스위칭 벡터를 시프트 한다. 이때, 인버터 제어부(430)는, 총 시프트 시간의 절반을, 좌측 및 우측으로 나누어서, 스위칭 벡터가 시프트 되도록 제어한다.
따라서, 도 10a에 비해, 도 10b의 시프트량이 감소된다. 한편, 종래 모터 구동 장치의 PWM 시프트 제어에 따른 전류 리플은 640mA이고, 본 발명의 모터 구동 장치(220)의 PWM 시프트 제어에 따른 전류 리플은 457.5mA이다.
즉, 본 발명의 모터 구동 장치(220)는, 스위칭 벡터의 시프트를 최소화하여, 전류 리플을 감소시킬 수 있다. 또한 전류 리플 감소로 인해, 전기적 노이즈를 저감시킬 수 있다.
도 11은, 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 일예인 의류 건조기를 도시한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 의류 건조기(100a)는 캐비닛(10), 캐비닛의 내부에 배치되고, 내부에 세탁물(포)이 수용되어 회전되는 드럼(도 12의 30)과, 드럼(30)을 회전시키는 구동부와, 상기 드럼(30)에서 순환되는 공기를 가열하여 세탁물을 건조시키고, 순환되는 공기를 가열하는 히트펌프 모듈과, 드럼(30)의 공기를 순환시키는 송풍팬(도 12의 64)과, 드럼(30)으로부터 순환되는 공기가 흡입되는 흡기덕트, 드럼(30)으로 투입되는 공기를 가열하는 히터(도 12의 69), 공기의 유동을 안내하는 순환유로를 포함한다.
캐비닛(10)은 건조기의 외관을 형성하고, 드럼(30)과 그 밖의 구성들이 배치되는 공간을 제공한다. 캐비닛(10)은 전체적으로 직육면체 형상으로 형성된다.
캐비닛(10)은 전면에 도어(20)가 배치되고, 도어(20)는 좌우 방향으로 회전되어 캐비닛(10) 내부를 개폐한다.
프론트커버(11)에는 투입구(미도시)가 형성되고, 투입구를 여닫는 도어(20)가 구비된다. 투입구는 드럼(30)과 연통된다.
프론트커버(11)의 상부에는 컨트롤 패널(17)이 배치될 수 있다. 컨트롤 패널(17)에는 건조기의 작동상태를 표시하는 디스플레이(예를 들어, LCD, LED 패널 등), 사용자로부터 건조기에 대한 작동명령을 입력받는 조작부(예를 들어, 버튼, 다이얼, 터치 스크린 등), 동작상태에 대한 음성안내, 효과음 또는 경고음이 출력되는 스피커(미도시)가 포함된다.
드럼(30)은 캐비닛(10)의 내부에 배치되고, 드럼(30)의 용량을 최대화하기 위해 송풍팬(64) 및 히트펌프 모듈은 드럼(30)의 하측에 배치된다.
드럼(30)은 원통형으로 형성되고, 전면과 배면이 개방되며 전면은 투입구와 연통된다. 또한, 드럼(30)은 배면에는 공기가 유입될 수 있도록 유입구(미도시)가 형성되고, 유입구는 공기 순환을 위한 순환유로와 연결된다.
드럼(30)은 내부에 리프터가 설치되고, 리프터는 회전되면서 내부에 세탁물을 들어올린 후, 자유 낙하시킨다. 드럼은 캐비넷에 구비되는 서포터(미도시)에 의해 지지된다.
구동부는 캐비닛(10)의 베이스(14)에 고정되는 모터를 포함한다. 모터는 드럼을 회전시키기 위한 동력을 제공하며, 또한, 송풍팬(64)과 연결되어 송풍팬을 회전시킨다. 모터는 양축모터로 각각의 구동축에 드럼(30)과 송풍팬(64)이 연결된다.
송풍팬(64)은 구동부의 모터에 의해 회전될 수 있다. 송풍팬(64)의 회전 시, 드럼(30)으로부터 배출된 공기가 흡기덕트로 안내되어 송풍팬(64)으로 공급된다. 흡기덕트는 전방 서포터의 전면에 결합되며, 송풍팬(64)의 흡입구와 연통되어 있다. 송풍팬(64)은 드럼으로부터 흡입된 공기를 순환유로를 통해 히트펌프 모듈을 거쳐 다시 드럼으로 유입되도록 하여 공기를 순환시킨다.
드럼(30)은 정회전 시, 배면 측에서 공기가 내부로 유입되고, 전면 측으로 공기를 토출시킨다. 또한, 드럼은, 역회전 시 전면 측으로 공기가 유입되고, 배면 측으로 공기를 토출시킬 수 있다.
순환유로는 실시예에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 순환유로는 송풍팬으로부터 토출된 공기가 히트펌프 모듈로 유입되도록 안내하고, 또한, 히트펌프모듈로부터 토출된 공기가 히터를 통해 드럼으로 유입되도록 안내한다. 순환유로는 드럼의 배면측에도 구비되어 가열된 공기가 드럼(30)으로 유입되도록 안내한다.
필터어셈블리(19)는 투입구에 설치되어 드럼(30)으로부터 배출되어 흡입덕트로 유입되는 공기에 포함된 린트(lint)를 채집한다.
드럼(30)의 내부에 수용되는 세탁물은 드럼(30)으로 공급되는 가열된 공기에 의해 건조된다. 드럼(30)으로부터 토출되는 공기는, 건조과정에서 세탁물로부터 증발된 수분을 합습하여 순환유로로 유입되고, 히트펌프 모듈을 통해 가열된 후 다시 드럼으로 공급된다.
히트펌프 모듈은 압축기(도 12의 50), 응축기(도 12의 52), 증발기(도12의 53), 팽창밸브를 포함한다.
히트펌프 모듈은 압축기(50), 응축기(52), 증발기(53)가 냉매배관으로 연결되어 냉매의 순환을 통해, 응축기와 증발기에서의 냉매와 공기의 열교환을 통해 가열된 공기가 드럼으로 공급되도록 한다. 경우에 따라 히트펌프 모듈은 냉매 이외의 다른 매체를 통해 열교환할 수 있다.
증발기(53)는 드럼(30)으로부터 송풍팬(64)을 통해 유입된 공기와 냉매를 열교환시켜 배출된 공기의 영량을 회수한다. 또한, 증발기(53)는 유입된 공기에 함습된 수분을 응축시킨다.
응축기(52)는 증발기(53)를 통화한 공기와 냉매를 열교환하여, 가열된 공기를 드럼으로 토출한다. 증발기를 통관한 저온 저습의 공기는 응축기로 유입되어 냉매와 열교환 함으로써 고온 저습의 상태로 드럼으로 공급된다.
응축기로부터 토출된 냉매는 증발기를 통과하여 압축기로 회수되고, 압축기(50)는 증발된 냉매를 압축하여 응축기로 토출하고, 팽창밸브는 응축기(52)에서 응축된 냉매를 증발기에서 팽창시킨다. 응축기(52) 및 증발기(53)는 열교환기이다.
드럼(30)에서 배출되는 고온 다습한 공기는 증발기(53)의 냉매보다 온도가 높으므로, 증발기를 통과하면서 공기의 열량이 냉매과 열교환되어 응축되어 냉각된다. 그에 따라 고온 다습한 공기는 증발기에 의해 제습되고 냉각된다. 공기가 응축되는 과정에서 발생하는 응축수는 별도의 응축수하우징(미도시)에 수집되어 배수될 수 있다.
또한, 히트펌프 모듈은 보조 열교환기(미도시)와 냉각팬(미도시)을 더 포함할 수 있다. 보조 열교환기(미도시)는 응축기(52)와 분리되는 분리형 콘덴싱 모듈에 의해 구성된다. 보조 열교환기와 냉각팬은 하나의 모듈로 구성될 수 있고, 서로 분리되어 구성될 수 있다.
보조 열교환기(미도시)는 냉매의 흐름 방향을 기준으로 응축기에서 팽창밸브로 연장되는 냉매배관에 설치되어, 응축기에서 배출되는 냉매를 냉각시킨다.
냉각팬은 캐비넷 외부 공기 또는 내부공기를 보조 열교환기로 송풍하여 보조 열교환기를 냉각시킨다.
도 12는, 도 11의 의류 건조기의 개략도이다.
보다 상세하게는, 도 12는 도 11의 건조기의 공기순환과 냉매순환을 설명하기 위해 참조된 도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 12에 도시된 바와 같이, 드럼(30)으로 공급된 공기는 세탁물을 가열하고, 세탁물로부터 증발된 수분을 함습하여 토출된다.
공기는 송풍팬(64)에 의해 순환된다. 공기는, 송풍팬(64)에 의해 드럼을 통과해 증발기(53)로 유입되고, 증발기에서 응축되어 저온저습의 상태로 응축기(52)로 유입된다. 공기는 응축기(52)의 냉매와 열교환되어 가열된 후 드럼(30)으로 다시 유입된다. 공기는, 순환유로 상에 설치된 히터(69)를 통해 추가 가열될 수 있다.
히트펌프 모듈과 히터(69)는 어느 하나가 선택적으로 동작 될 수 있고, 또한 동시에 동작 가능하다. 공기는 드럼(30), 증발기(53), 응축기(52)의 순서로 이동한다.
냉매는 압축기(50)에 의해 고온고압의 상태로 응축기(52)로 토출되고, 응축기에서 공기와 열교환 된 후, 증발기(53)로 유입되어 증발된다. 응축기와 증발기 사이에는 팽창밸브(59)가 설치된다. 팽찰밸브는 저온고압의 응축된 냉매를 팽창시켜 증발기로 전달한다. 팽창된 냉매는 증발기(53)에서 증발되고, 저온저압의 상태로 압축기(50)로 유입된 후, 고온고압의 상태로 응축기(52)로 토출된다.
도 12의 압축기(50)는, 압축기 모터를 구동하는 도 1과 같은 모터 구동 장치(220)에 의해 구동될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 실시예에 따른 혼 어플라이언스의 다른 예인 공기조화기를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기(100b)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 실내기(31b), 실내기(31b)에 연결되는 실외기(21b)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(31b)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31b)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100b)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21b)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21b)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작 시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31b)로 냉매를 공급한다. 실외기(21b)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31b)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21b)는, 연결된 실내기(31b)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(31b)는, 실외기(21b)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31b)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21b) 및 실내기(31b)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)은 실내기(31b)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 14는, 도 13의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100b)는, 크게 실내기(31b)와 실외기(21b)로 구분된다.
실외기(21b)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102bb)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104b)와, 실외 열교환기(104b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105ab)과 실외팬(105ab)을 회전시키는 전동기(105bb)로 이루어진 실외 송풍기(105b)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106b)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110b)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103b) 등을 포함한다.
실내기(31b)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109b)와, 실내측 열교환기(109b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109ab)과 실내팬(109ab)을 회전시키는 전동기(109bb)로 이루어진 실내 송풍기(109b) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109b)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102b)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100b)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 14의 실외기(21b) 내의 압축기(102b)는, 압축기 모터(102bb)를 구동하는 도 1과 같은 모터 구동 장치(220)에 의해 구동될 수 있다.
또는, 실내팬(109ab) 또는 실외팬(105ab)은, 각각 실내팬 모터(109bb), 실외팬 모터(150bb)를 구동하는 도 1과 같은, 모터 구동 장치(220)에 의해 구동될 수 있다.
도15는, 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 또 다른 예인 냉장고를 도시한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명과 관련한 냉장고(100c)는, 도시되지는 않았지만 냉동실 및 냉장실로 구획된 내부공간을 가지는 케이스(110c)와, 냉동실을 차폐하는 냉동실 도어(120c)와 냉장실을 차폐하는 냉장실 도어(140c)에 의해 개략적인 외관이 형성된다.
그리고, 냉동실 도어(120c)와 냉장실 도어(140c)의 전면에는 전방으로 돌출 형성되는 도어핸들(121c)이 더 구비되어, 사용자가 용이하게 파지하고 냉동실 도어(120c)와 냉장실 도어(140c)를 회동 시킬 수 있도록 한다.
한편, 냉장실 도어(140c)의 전면에는 사용자가 냉장실 도어(140c)를 개방하지 않고서도 내부에 수용된 음료와 같은 저장물을 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 홈바(180c)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 냉동실 도어(120c)의 전면에는 사용자가 냉동실 도어(120c)를 개방하지 않고 얼음 또는 식수를 용이하게 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 디스펜서(160c)가 구비될 수 있고, 이러한 디스펜서(160c)의 상측에는, 냉장고(100c)의 구동운전을 제어하고 운전중인 냉장고(100c)의 상태를 화면에 도시하는 컨트롤패널(210c)이 더 구비될 수 있다.
한편, 도면에서는, 디스펜서(160c)가 냉동실 도어(120c)의 전면에 배치되는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 냉장실 도어(140c)의 전면에 배치되는 것도 가능하다.
한편, 냉동실(미도시)의 내측 상부에는 냉동실 내의 냉기를 이용하여 급수된 물을 제빙하는 제빙기(190c)와, 제빙기에서 제빙된 얼음이 이빙되어 담겨지도록 냉동실(미도시) 내측에 장착된 아이스 뱅크(195c)가 더 구비될 수 있다. 또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 아이스 뱅크(195c)에 담겨진 얼음이 디스펜서(160c)로 낙하되도록 안내하는 아이스 슈트(미도시)가 더 구비될 수 있다.
컨트롤패널(210c)은, 다수개의 버튼으로 구성되는 입력부(220c), 및 제어 화면 및 작동 상태 등을 디스플레이하는 표시부(230c)를 포함할 수 있다.
표시부(230c)는, 제어 화면, 작동 상태 및 고내(庫內) 온도 등의 정보를 표시한다. 예를 들어, 표시부(230c)는 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각얼음), 냉동실의 설정 온도, 냉장실의 설정 온도를 표시할 수 있다.
이러한 표시부(230c)는, 액정 디스플레이(LCD), 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 등 다양하게 구현될 수 있다. 또한, 표시부(230c)는 입력부(220c)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
입력부(220c)는, 다수개의 조작 버튼을 구비할 수 있다. 예를 들어, 입력부(220c)는, 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각 얼음 등)를 설정하기 위한 디스펜서 설정버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉동실 온도설정 버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉장실 온도 설정 버튼(미도시) 등을 포함할 수 있다. 한편, 입력부(220c)는 표시부(230c)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 도면에 도시된 더블도어형(Double Door Type)에 한정되지 않으며, 원 도어형(One Door Type), 슬라이딩 도어형(Sliding Door Type), 커튼 도어형(Curtain Door Type) 등 그 형태를 불문한다.
도 16은, 도 15의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 냉장고(100c)는, 압축기(112c)와, 압축기(112c)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(116c)와, 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 공급받아 증발시키되, 냉동실(미도시)에 배치되는 냉동실 증발기(124c)와, 냉동실 증발기(124c)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉동실 팽창밸브(134c)를 포함할 수 있다.
한편, 도면에서는, 하나의 증발기를 사용하는 것으로 예시하나, 냉장실과 냉동실에 각각의 증발기를 사용하는 것도 가능하다.
즉, 냉장고(100c)는, 냉장실(미도시)에 배치되는 냉장실 증발기(미도시), 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 냉장실 증발기(미도시) 또는 냉동실 증발기(124c)에 공급하는 3방향 밸브(미도시)와, 냉장실 증발기(미도시)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉장실 팽창밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는 증발기(124c)를 통과한 냉매가 액체와 기체로 분리되는 기액 분리기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는, 냉동실 증발기(124c)를 통과한 냉기를 흡입하여 각각 냉장실(미도시) 및 냉동실(미도시)로 불어주는 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 더 포함할 수 있다.
또한, 압축기(112c)를 구동하는 압축기 구동부(113c)와, 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 구동하는 냉장실 팬 구동부(미도시) 및 냉동실 팬 구동부(145c)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도면에 따르면, 냉장실 및 냉동실에 공통의 증발기(124c)가 사용되므로, 이러한 경우에, 냉장실 및 냉동실 사이에 댐퍼(미도시)가 설치되될 수 있으며, 팬(미도시)은 하나의 증발기에서 생성된 냉기를 냉동실과 냉장실로 공급되도록 강제 송풍시킬 수 있다.
도 16의 압축기(112c)는, 압축기 모터를 구동하는, 도 1과 같은, 모터 구동 장치(220)에 의해 구동될 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
220: 모터 구동 장치
230: 모터
231: 부하
410: 컨버터
420: 인버터
430: 인버터 제어부

Claims (10)

  1. 커패시터;
    삼상의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 커패시터와 상기 인버터 사이에 배치되며, 상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
    스위칭 한 주기 내에서 한 상의 전류 불감지 영역인 제1 데드 밴드에서, 상기 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트 하지 않고, 상기 스위칭 한 주기 내에서 두 상의 전류 불감지 영역인 제2 데드 밴드에서, 상기 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간이 시프트 되도록 제어하는 인버터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제2 데드 밴드에서, 삼상의 스위칭 벡터 중, 상기 스위칭 한 주기 내의, 첫 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간이 좌측으로 시프트 되도록 제어하며, 상기 스위칭 한 주기 내의, 세 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간이 우측으로 시프트 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제2 데드 밴드에서, 삼상의 스위칭 벡터 중, 상기 스위칭 한 주기 내의, 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간 및 상기 스위칭 한 주기 내의 세 번째 턴 오프 되는, 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간을 기초로, 상기 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 이동 방향을 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간이, 상기 세 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간 보다 큰 경우, 상기 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 우측으로 시프트 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 상기 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간이, 상기 세 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터의 유효 벡터 인가 시간 보다 작은 경우, 상기 두 번째 턴 오프 되는 스위칭 벡터에 대응하는 턴 온 시간을, 좌측으로 시프트 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제2 데드 밴드에서, 상기 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트하되, 상기 두 유효 벡터의 인가 시간 중, 더 작은 값을 갖는 유효 벡터의 인가 시간과, 상기 최소 유효 벡터 인가 시간의 차이를 연산하고, 상기 연산된 시간 차이의 절반만큼 시프트하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 최소 유효 벡터 인가 시간은,
    상기 인버터 내의 상기 스위칭 소자의 암쇼트(arm short)를 방지하기 위한 데드 타임, 상기 인버터 내의 상기 스위칭 소자의 스위칭시 발생하는 링잉(ringing) 현상에 따른 안정 시간, 스위칭 시간 마진(margin), 샘플링시의 아날로그 디지털 변환 시간, 아날로그 디지털 변환 시간 마진(margin)의 합인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 데드 밴드에서,
    상기 최소 유효 벡터 인가 시간 이상의, 유효 벡터 인가 시간을 가지는, 어느 하나의 스위칭 벡터를 기초로, 상전류를 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 데드 밴드에서, 상기 상암 스위칭 소자에 대한 턴 온 시간을 시프트한 상태에서, 상기 최소 유효 벡터 인가 시간 이상의, 유효 벡터 인가 시간을 가지는, 어느 하나의 스위칭 벡터를 기초로, 상전류를 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 모터 구동 장치를 구비하는 홈 어플라이언스.
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