KR20190091883A - Motor drive apparatus - Google Patents

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KR20190091883A KR1020180010986A KR20180010986A KR20190091883A KR 20190091883 A KR20190091883 A KR 20190091883A KR 1020180010986 A KR1020180010986 A KR 1020180010986A KR 20180010986 A KR20180010986 A KR 20180010986A KR 20190091883 A KR20190091883 A KR 20190091883A
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Abstract

The present invention relates to a motor drive apparatus capable of reducing a switching loss of an inverter and an iron loss of a motor by controlling DC link voltage applied to the inverter. According to the present invention, the motor drive device changes the voltage applied to the inverter with a pulse width modulation (PWM) signal (PWMS) which is turned on or off only one time during one cycle so as to reduce the switching loss of three-phase switch elements included in the inverter.

Description

모터 구동 장치{Motor drive apparatus}Motor drive apparatus

본 발명은 인버터에 인가되는 DC 링크 전압을 제어하여 인버터의 스위칭 손실 및 모터의 철손을 저감할 수 있는 모터 구동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive device that can reduce the switching loss of the inverter and the iron loss of the motor by controlling the DC link voltage applied to the inverter.

소형 정밀제어 모터는 크게 AC 모터, DC 모터, 브러시리스(Brushless) DC 모터 및 릴럭턴스(Reluctance) 모터로 구분된다.Small precision control motors are largely divided into AC motors, DC motors, Brushless DC motors and Reluctance motors.

이러한 소형 정밀제어 모터는 AV 기기용, 컴퓨터용, 가전 및 주택설비용, 산업용 등 많은 곳에서 사용되고 있다. 특히 가전 분야는 소형모터의 최대 시장을 형성해 가고 있는 분야이다. 가전제품은 점차 고급화 되어 가고 있으며 그에 따라 구동되는 모터의 소형화, 저소음화, 저소비전력화 등이 요구된다.Such small precision control motors are used in many places, such as for AV equipment, computers, home appliances and home facilities, and industrial use. In particular, the home appliance field is forming the largest market for small motors. Home appliances are becoming more and more advanced, and accordingly, miniaturization, low noise, and low power consumption of motors are required.

여기에서, 국내 공개 특허(KR 10-2016-0098886 A1)를 참조하면, 종래의 모터에 대한 구동 장치가 도시되어 있는바, 이를 참조하여, 종래의 모터 구동 장치를 살펴보도록 한다. Here, referring to the Korean Unexamined Patent Publication (KR 10-2016-0098886 A1), a driving device for a conventional motor is illustrated, with reference to this, a conventional motor driving device will be described.

도 1은 종래의 모터 구동 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional motor drive device.

도 1을 참조하면, 종래의 모터　구동 장치(10)는　모터(11),　인버터(12) 및 제어유닛(13)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a conventional motor driving apparatus 10 may include a motor 11, a inverter 12, and a control unit 13.

모터(11)는 3상 코일(미도시)이 권선된 스테이터(stator) 및 스테이터 내에 배치되며 3상 코일에서 발생된 자기장에 의해 회전하는 로터(rotor)를 포함할 수 있다.The motor 11 may include a stator wound around a three-phase coil (not shown) and a rotor disposed in the stator and rotating by a magnetic field generated in the three-phase coil.

인버터(12)는 3상 스위치 소자들(미도시)을 포함한다. 3상 스위치 소자들은 제어유닛(13)으로부터 수신한 동작 제어 신호(이하, PWM(Pulse Width Modulation) 신호라 칭함, PWMS)를 기초로 온오프 동작을 수행한다. 이를 통해, 3상 스위치 소자들은 입력된 DC 전압(Vdc)을 3상 AC 전압(Vua, Vvb, Vwc)으로 변환하여 3상 코일로 공급할 수 있다.Inverter 12 includes three phase switch elements (not shown). The three-phase switch elements perform an on-off operation based on an operation control signal (hereinafter, referred to as a pulse width modulation (PWM) signal, PWMS) received from the control unit 13. Through this, the three-phase switch elements can convert the input DC voltage (Vdc) into three-phase AC voltage (Vua, Vvb, Vwc) to supply to the three-phase coil.

제어유닛(13)은 입력받은 목표 지령값 및 로터의 전기각 위치를 기반으로 3상 스위치소자들 각각의 온 동작에 대한 온 시간구간 및 오프동작에 대한 오프 시간구간을 결정하는 PWM 신호(PWMS)를 출력할 수 있다. The control unit 13 determines the ON time period for the ON operation and the OFF time interval for the OFF operation of each of the three-phase switch elements based on the input target command value and the electric angle position of the rotor (PWMS). You can output

다만, 종래의 모터 구동 장치(10)에서는 한주기 동안 복수 회에 걸쳐 온-오프되는 PWM 신호(PWMS)에 의해 인버터(12)에 포함된 3상 스위치소자들의 스위칭 손실이 증가하는 문제점이 있었다.However, the conventional motor driving apparatus 10 has a problem in that the switching loss of the three-phase switch elements included in the inverter 12 is increased by the PWM signal PWM which is turned on and off a plurality of times during one cycle.

또한, 종래의 모터 구동 장치(10)에서는 한주기 동안 복수 회에 걸쳐 온-오프되는 PWM 신호(PWMS)에 의해 모터(11)에 입력되는 상전류에 리플이 발생하여 모터(11)의 철손이 증가하는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional motor driving apparatus 10, ripple occurs in the phase current input to the motor 11 by the PWM signal PWM which is turned on and off a plurality of times during one cycle, thereby increasing the iron loss of the motor 11. There was a problem.

또한, 종래의 모터　구동 장치(10)에서는 인버터(12)에 입력되는 지령속도와 모터(11)의 현재속도 사이에 오차가 발생하는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional motor drive apparatus 10, there is a problem that an error occurs between the command speed input to the inverter 12 and the current speed of the motor 11.

본 발명의 목적은, 인버터에 포함된 3상 스위치소자들의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a motor driving apparatus capable of reducing switching losses of three-phase switch elements included in an inverter.

또한, 본 발명의 목적은, 모터에 입력되는 리플 성분을 저감시켜 모터의 철손이 감소시킬 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a motor drive device capable of reducing the ripple component input to the motor to reduce the iron loss of the motor.

또한, 본 발명의 목적은, 인버터에 입력되는 지령속도와 모터의 현재속도 사이의 오차를 최소화시킬 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a motor driving device capable of minimizing an error between a command speed input to an inverter and a current speed of a motor.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention, which are not mentioned above, can be understood by the following description, and more clearly by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 한주기 동안 한번만 온-오프되는 PWM 신호(PWMS)와 함께 인버터에 인가되는 전압을 가변시킴으로써, 인버터에 포함된 3상 스위치소자들의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다.The motor driving apparatus according to the present invention can reduce the switching loss of the three-phase switch elements included in the inverter by varying the voltage applied to the inverter with the PWM signal PWMS that is turned on and off only once for one period.

또한, 본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 한주기 동안 한번만 온-오프되는 PWM 신호(PWMS)와 함께 인버터에 인가되는 전압을 가변시킴으로써, 모터에 입력되는 전류 리플을 저감시켜 모터의 철손이 감소시킬 수 있다.In addition, the motor driving apparatus according to the present invention, by varying the voltage applied to the inverter with the PWM signal (PWMS) that is only on-off once for one cycle, to reduce the current ripple input to the motor to reduce the iron loss of the motor Can be.

또한, 본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 인버터에 입력되는 지령속도와 모터의 실제속도 사이의 차이에 따라 인버터에 인가되는 전압을 가변시킴으로써, 지령속도와 모터의 실제속도 사이의 오차를 최소화시킬 수 있다.In addition, the motor drive device according to the present invention, by varying the voltage applied to the inverter in accordance with the difference between the command speed input to the inverter and the actual speed of the motor, it is possible to minimize the error between the command speed and the actual speed of the motor. have.

본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 인버터에 포함된 3상 스위치소자들이 한주기 동안 한번만 온-오프되도록 동작시킴으로써 인버터에 포함된 3상 스위치소자들의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다. 이를 통해, 인버터의 수명을 연장시키고, 인버터 동작의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 인버터의 제어 방식을 단순화시킴으로써 제어모듈의 필요 성능을 낮출 수 있고, 이를 통해 제조 원가를 낮출 수 있다.The motor driving apparatus according to the present invention can reduce the switching loss of the three-phase switch elements included in the inverter by operating the three-phase switch elements included in the inverter only once on-off for one cycle. Through this, it is possible to extend the life of the inverter and improve the stability of the inverter operation. In addition, by simplifying the control method of the inverter it is possible to lower the required performance of the control module, thereby lowering the manufacturing cost.

또한, 본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 3상 스위치소자들이 적은 횟수로 온-오프됨에 따라 모터에 전달되는 전력이 감소되는 것을 막기 위하여 인버터에 인가되는 전압을 가변시킴으로써, 모터의 회전력을 향상시킬 수 있다. 또한, 한주기 동안 한번만 온-오프되는 PWM 신호(PWMS)와 함께 인버터에 인가되는 전압을 가변시킴으로써, 모터에 입력되는 리플 성분을 저감시켜 모터의 철손이 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 모터의 수명을 연장시키고, 모터 동작의 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, the motor driving apparatus according to the present invention improves the rotational force of the motor by varying the voltage applied to the inverter to prevent the power delivered to the motor from decreasing as the three-phase switch elements are turned on and off a small number of times. Can be. In addition, by varying the voltage applied to the inverter with the PWM signal PWMS that is turned on and off only once for one period, the iron loss of the motor can be reduced by reducing the ripple component input to the motor. This can extend the life of the motor and improve the stability of the motor operation.

또한, 본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 인버터에 입력되는 지령속도와 모터의 실제속도 사이의 차이에 따라 인버터에 인가되는 전압을 가변시킴으로써, 지령속도와 모터의 실제속도 사이의 오차를 최소화시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 모터 구동 장치는 사용자가 필요로 하는 성능을 만족시킬 수 있으며, 모터 제어 및 구동의 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, the motor drive device according to the present invention, by varying the voltage applied to the inverter in accordance with the difference between the command speed input to the inverter and the actual speed of the motor, it is possible to minimize the error between the command speed and the actual speed of the motor. have. Through this, the motor driving apparatus of the present invention can satisfy the performance required by the user, it is possible to improve the stability of the motor control and driving.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다. In addition to the effects described above, the specific effects of the present invention will be described together with the following description of specifics for carrying out the invention.

도 1은 종래의 모터 구동 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치를 나타내는 블록도이다.　
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치를 나타내는 회로도이다.　
도 4는 도 2의 인버터를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 인버터에 인가되는 3상 제어신호를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 2의 제어유닛의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.　
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 모터에 인가되는 상전류 및 상전압과 종래 기술과의 차이점을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a block diagram showing a conventional motor drive device.
2 is a block diagram illustrating a motor driving apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram illustrating a motor driving apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating the inverter of FIG. 2.
5 is a graph illustrating a three-phase control signal applied to the inverter of the motor driving apparatus according to the embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating components of the control unit of FIG. 2.
7 is a timing diagram for describing an operation of a motor driving apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 and 9 are graphs for explaining the difference between the phase current and the phase voltage applied to the motor of the motor driving apparatus according to the embodiment of the present invention and the prior art.

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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, terms that are defined in a commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless they are clearly specifically defined.

이하에서는, 도 2 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동 장치를 설명하도록 한다.Hereinafter, a motor driving apparatus according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 10.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치를 나타내는 블록도이다.　2 is a block diagram illustrating a motor driving apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는 부스트 회로부(107), 모터(110), 인버터(120) 및 제어유닛(130)을 포함할 수 있다. 2, the motor driving apparatus according to the embodiment of the present invention may include a boost circuit unit 107, a motor 110, an inverter 120, and a control unit 130.

추가적으로, 모터 구동 장치는 필터부(103) 및 정류부(105)를 더 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에서 필터부(103) 및 정류부(105)는 생략되어 실시될 수 있다.In addition, the motor driving device may further include a filter unit 103 and a rectifier unit 105. However, in another embodiment of the present invention, the filter unit 103 and the rectifying unit 105 may be omitted.

우선, 전원부(101)는 교류 전력을 제공할 수 있다.First, the power supply unit 101 may provide AC power.

구체적으로, 전원부(101)는 교류 전력을 필터부(103)를 통해 정류부(105)에 제공할 수 있고, 예를 들어, 전원부(101)는 상용 교류 전원일 수 있다.In detail, the power supply unit 101 may provide AC power to the rectifier 105 through the filter unit 103. For example, the power supply unit 101 may be a commercial AC power source.

필터부(103)는 전원부(101)로부터 인가되는 입력 전류에 포함된 리플(Ripple)이나 노이즈 성분을 제거한다. The filter unit 103 removes a ripple or noise component included in the input current applied from the power supply unit 101.

여기에서, 필터부(103)는 복수의 인덕터로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Here, the filter unit 103 may be composed of a plurality of inductors, but the present invention is not limited thereto.

정류부(105)는 전원부(101)로부터 공급받은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 부스트 회로부(107)에 제공할 수 있다. The rectifier 105 may convert the AC power supplied from the power supply 101 into a DC power and provide the boosted circuit to the boost circuit 107.

구체적으로, 정류부(105)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전원을 정류하여 직류 전원으로 변환할 수 있다. Specifically, the rectifier 105 may rectify the AC power supplied from the power supply unit 100 and convert the AC power into DC power.

참고로, 도면에 도시되어 있지 않지만, 정류부(105)에 의해 정류된 직류 전원은 필터부(미도시)로 제공될 수 있고, 필터부는 해당 직류 전원에 남아 있는 교류 성분을 제거할 수 있다. 또한 정류부(105)에 의해 정류된 직류 전원은 직류 링크 커패시터(미도시; 평활 커패시터)로 제공될 수 있고, 직류 링크 커패시터는 해당 직류 전원의 리플(Ripple) 성분을 저감시킬 수 있다. For reference, although not shown in the drawing, the DC power rectified by the rectifying unit 105 may be provided to a filter unit (not shown), and the filter unit may remove the AC component remaining in the DC power supply. In addition, the DC power rectified by the rectifier 105 may be provided as a DC link capacitor (not shown), and the DC link capacitor may reduce a ripple component of the DC power.

부스트 회로부(107)는 정류부(105)로부터 제공받은 직류 전원을 부스팅하여 인버터(120)에 제공한다. 즉, 부스트 회로부(107)는 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압의 크기를 조절할 수 있다. 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압을 직류 링크 전압(DC Link Voltage)라 한다.The boost circuit unit 107 boosts the DC power provided from the rectifying unit 105 to the inverter 120. That is, the boost circuit unit 107 may adjust the magnitude of the voltage applied to the input terminal of the inverter 120. The voltage applied to the input terminal of the inverter 120 is referred to as a DC link voltage.

이때, 부스트 회로부(107)는 제어유닛(130)으로부터 수신한 제어 신호(S1)에 의해 동작이 제어될 수 있다. In this case, the boost circuit unit 107 may be controlled by the control signal (S1) received from the control unit 130.

여기에서, 제어 신호(S1)는 PWM 신호일 수 있으며, 제어 신호(S1)의 듀티비(duty ratio)에 따라 부스트 회로부(107)에서 출력되는 전압의 크기는 가변될 수 있다.Here, the control signal S1 may be a PWM signal, and the magnitude of the voltage output from the boost circuit unit 107 may vary according to the duty ratio of the control signal S1.

여기에서, 제어 신호(S1)는 인버터(120)의 직류 링크 전압이 기준 전압보다 낮은 경우, 로우 논리 신호(예를 들어, 논리값 '0')를 나타낸다.Here, the control signal S1 represents a low logic signal (eg, a logic value '0') when the DC link voltage of the inverter 120 is lower than the reference voltage.

반대로, 제어 신호(S1)는 인버터(120)의 직류 링크 전압이 기준 전압보다 높은 경우, 하이 논리 신호(예를 들어, 논리값 '1')와 로우 논리 신호(예를 들어, 논리값 '0')가 교번하는 PWM 신호를 갖는다. 이러한 PWM 신호는 일정한 듀티비(duty ratio)를 갖는다.Conversely, the control signal S1 is a high logic signal (eg, logic value '1') and a low logic signal (eg, logic value '0') when the DC link voltage of the inverter 120 is higher than the reference voltage. ') Has alternating PWM signals. This PWM signal has a constant duty ratio.

제어 신호(S1)의 듀티비가 상승하는 경우, 부스트 회로부(107)는 입력되는 전압을 부스팅하여 인버터(120)에 제공할 수 있다. 즉, 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압의 크기는 증가될 수 있다. When the duty ratio of the control signal S1 increases, the boost circuit unit 107 may boost the input voltage to provide the inverter 120. That is, the magnitude of the voltage applied to the input terminal of the inverter 120 may be increased.

이에 대한 자세한 설명은 이하에서 후술하도록 한다.Detailed description thereof will be described later.

모터(110)는 3상 코일(미도시)이 권선된 스테이터(stator) 및 스테이터 내에 배치되며 3상 코일에서 발생된 자기장에 의해 회전하는 로터(rotor)를 포함할 수 있다. The motor 110 may include a stator wound with a three-phase coil (not shown) and a rotor disposed in the stator and rotating by a magnetic field generated by the three-phase coil.

인버터(120)로부터 3상 교류 전압(Vua, Vvb, Vwc)이 3상 코일로 공급되면, 모터(110)에서는 3상 코일에서 발생된 자계에 따라 로터에 포함된 영구자석이 회전한다. When the three-phase AC voltages Vua, Vvb, and Vwc are supplied from the inverter 120 to the three-phase coil, the motor 110 rotates the permanent magnet included in the rotor according to the magnetic field generated by the three-phase coil.

모터(110)는 유도 모터(induction motor), BLDC 모터(blushless DC motor), 릴럭턴스 모터(reluctance motor) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모터(110)는 표면 부착형 영구자석 동기 모터(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기 모터(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. The motor 110 may include an induction motor, a brushless DC motor, a reluctance motor, or the like. For example, the motor 110 may include a Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor (SMPMSM), an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM), and a Synchronous Reluctance Motor. (Synchronous Reluctance Motor; Synrm) and the like.

다만, 모터(110)는 3상 코일에 의해 동작하는 3상 모터에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 모터(110)는 단상 코일을 이용하는 단상 모터를 더 포함할 수 있다. However, the motor 110 is not limited to a three-phase motor operated by a three-phase coil. For example, the motor 110 may further include a single phase motor using a single phase coil.

이하에서는 3상 모터를 기준으로 본 발명의 특징을 설명하도록 한다.Hereinafter will be described the features of the present invention based on the three-phase motor.

인버터(120)는 3상 스위치 소자들(미도시)을 포함할 수 있다. The inverter 120 may include three phase switch elements (not shown).

3상 스위치 소자들은 제어유닛(130)에서 공급된 동작 제어 신호(이하, 'PWM(Pulse Width Modulation) 신호'라 칭함, 이하, PWM 신호)가 입력되는 경우, 턴온(Turn-On) 또는 턴오프(Turn-Off) 된다. The three-phase switch elements are turned on or turned off when an operation control signal supplied from the control unit 130 (hereinafter, referred to as a 'pulse width modulation signal', hereinafter referred to as a PWM signal) is input. (Turn-Off).

이를 통해, 인버터(120)는 입력된 직류 전압(Vdc)을 3상 교류 전압(Vua, Vvb, Vwc)로 변환하여 3상 코일에 공급할 수 있다. 3상 스위치 소자들에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.Through this, the inverter 120 may convert the input DC voltage Vdc into three-phase AC voltages Vua, Vvb, and Vwc and supply the three-phase coils. Detailed description of the three-phase switch elements will be described later with reference to FIG. 4.

제어유닛(130)는 목표 지령값 입력시, 목표 지령값 및 로터의 전기각 위치를 기초로 3상 스위치소자들 각각의 온 동작에 대한 온 시간구간 및 오프동작에 대한 오프 시간구간을 결정하는 PWM 신호(PWMS)를 출력할 수 있다. The control unit 130, when inputting the target command value, PWM for determining the on time interval for the on operation and the off time interval for the off operation of each of the three-phase switch element based on the target command value and the electrical angle position of the rotor The signal PWM can be output.

또한, 제어유닛(130)은 부스트 회로부(107)의 동작을 제어하는 제어 신호(S1)를 출력할 수 있다. 이때, 제어 신호(S1)는 모터(110)의 계산된 현재속도와, 지령속도 간의 차이를 기초로 생성될 수 있다. In addition, the control unit 130 may output a control signal S1 for controlling the operation of the boost circuit unit 107. In this case, the control signal S1 may be generated based on the difference between the calculated current speed of the motor 110 and the command speed.

제어유닛(130)의 구성요소 및 동작에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술하도록 한다.Detailed description of the components and operation of the control unit 130 will be described later with reference to FIG.

추가적으로, 모터 구동 장치는 입력 전류 검출부(A), 직류단 검출부(B), 직류단 커패시터(C), 전동기 전류 검출부(E), 및 입력 전압 검출부(F) 등을 더 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 앞의 추가적인 구성요소 중 일부는 생략되어 실시될 수 있다.In addition, the motor driving device may further include an input current detector A, a DC stage detector B, a DC stage capacitor C, a motor current detector E, an input voltage detector F, and the like. However, the present invention is not limited thereto, and some of the above additional components may be omitted.

구체적으로, 입력 전류 검출부(A)는 전원부(101)로부터 입력되는 입력 전류(ig)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current transformer), 션트 저항 등이 이용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(ig)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 전력 제어를 위해 제어유닛(130)에 입력될 수 있다.In detail, the input current detector A may detect an input current ig input from the power supply 101. To this end, as the input current detector A, a current transformer (CT), a shunt resistor, or the like may be used. The detected input current ig may be input to the control unit 130 for power control as a discrete signal in the form of a pulse.

입력 전압 검출부(F)는 전원부(101)으로부터 입력되는 입력 전압(vg)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전압 검출부(F)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 입력 전압(vg)은 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서 전력 제어를 위해 제어유닛(130)에 입력될 수 있다.The input voltage detector F may detect an input voltage vg input from the power supply 101. To this end, the input voltage detector F may include a resistor, an amplifier, or the like. The detected input voltage vg may be input to the control unit 130 for power control as a discrete signal in the form of a pulse.

커패시터(C)는 입력되는 전원을 저장한다. 도면에서는, 직류단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어 소자 안정성을 확보할 수 있다.The capacitor C stores the input power. In the figure, one device is exemplified as the DC-terminal capacitor C, but a plurality of devices may be provided to secure device stability.

직류단 검출부(B)는 커패시터(C)의 양단의 직류단 전압(Vdc) 및 직류단 전류(Idc)를 검출할 수 있다. 이를 위해, 직류단 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. The DC stage detector B may detect the DC stage voltage Vdc and the DC stage current Idc at both ends of the capacitor C. To this end, the DC stage detection unit B may include a resistor, an amplifier, or the like.

검출되는 직류단 전압(Vdc)은 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, PWM 신호(PWMS)의 생성을 위해 제어유닛(130)에 입력될 수 있다. The detected DC terminal voltage Vdc is a discrete signal in the form of a pulse and may be input to the control unit 130 to generate the PWM signal PWMS.

또한, 인버터(120)에 제공되는 직류단 전압(Vdc) 및 직류단 전류(Idc)는 모터(110)의 각 상에서 발생하는 역기전력을 계산하는데 이용될 수 있다. 각 상에 대한 역기전력을 계산하는 방법에 대한 내용은 이하에서 자세히 설명하도록 한다.In addition, the DC terminal voltage Vdc and the DC terminal current IDC provided to the inverter 120 may be used to calculate back EMF generated in each phase of the motor 110. The method of calculating the counter electromotive force for each phase will be described in detail below.

전동기 전류 검출부(E)는, 인버터(120)와 모터(110) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 3상 모터(110)에 흐르는 전류를 검출한다. 전동기 전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia, ib, ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 3상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The motor current detection unit E detects an output current io flowing between the inverter 120 and the motor 110. That is, the current flowing through the three-phase motor 110 is detected. The motor current detector E may detect the output currents ia, ib, and ic of each phase, or may detect the output currents of the two phases using three-phase equilibrium.

전동기 전류 검출부(E)는 인버터(120)와 3상 모터(110) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.The motor current detector E may be located between the inverter 120 and the three-phase motor 110, and a current transformer (CT), a shunt resistor, or the like may be used for current detection.

이에, 제어유닛(130)는, 입력 전류 검출부(A)에서 검출되는 입력 전류(ig)와 입력 전압 검출부(F)에서 검출되는 입력 전압(vg), 직류단 검출부(B)에서 검출되는 직류단 전압(Vdc) 및 직류단 전류(Idc), 전동기 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 이용하여 인버터(120)의 동작 제어를 수행할 수 있다.Accordingly, the control unit 130 includes the input current ig detected by the input current detector A, the input voltage vg detected by the input voltage detector F, and the direct current stage detected by the DC terminal detector B. Operation control of the inverter 120 may be performed using the voltage Vdc, the DC terminal current Idc, and the output current io detected by the motor current detector E. FIG.

검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어유닛(130)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 PWM 신호(PWMS)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 3상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 하여 기술한다.The detected output current io may be applied to the control unit 130 as a discrete signal in the form of a pulse, and a PWM signal PWM is generated based on the detected output current io. Hereinafter, it is assumed that the detected output current io is the three-phase output current ia, ib, ic.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치를 나타내는 회로도이다.　3 is a circuit diagram illustrating a motor driving apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치에서, 필터부(103), 정류부(105), 부스트 회로부(107) 및 인버터(120)는 순서대로 연결된다. Referring to FIG. 3, in the motor driving apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention, the filter unit 103, the rectifying unit 105, the boost circuit unit 107, and the inverter 120 are sequentially connected.

필터부(103)는 전원부(101)로부터 인가되는 입력 전류에 포함된 리플(Ripple)이나 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 이때, 필터부(103)는 복수의 인덕터(L1, L2)를 포함한다. 각각의 인덕터(L1, L2)는 전원부(101)과 정류부(105) 사이에 배치될 수 있다.The filter unit 103 may remove a ripple or noise component included in an input current applied from the power supply unit 101. In this case, the filter unit 103 includes a plurality of inductors L1 and L2. Each inductor L1 and L2 may be disposed between the power supply 101 and the rectifier 105.

정류부(105)는 전원부(101)로부터 공급받은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 부스트 회로부(107)에 공급할 수 있다. The rectifier 105 may convert the AC power supplied from the power supply unit 101 into a DC power supply and supply the DC power to the boost circuit unit 107.

예를 들어, 정류부(105)는, 4개의 다이오드가 연결된 풀 브릿지 다이오드를 구비할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형되어 적용될 수 있다.For example, the rectifier 105 may include a full bridge diode to which four diodes are connected, but the present invention is not limited thereto and may be variously modified and applied.

또한, 정류부(105)의 출력단에는 커패시터(C1)가 추가되어, 출력되는 전원의 리플 또는 노이즈 성분을 제거할 수 있다.In addition, a capacitor C1 may be added to the output terminal of the rectifier 105 to remove a ripple or noise component of the output power.

부스트 회로부(107)는 인덕터(Lb), 다이오드(Db), 부스트 스위치소자(Tb), 및 커패시터(Cb)를 포함한다. 다만, 부스트 회로부(107)의 구성은 다양하게 변형되어 실시될 수 있고, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The boost circuit unit 107 includes an inductor Lb, a diode Db, a boost switch element Tb, and a capacitor Cb. However, the configuration of the boost circuit unit 107 may be variously modified, and the present invention is not limited thereto.

이하에서는 도 3에 도시된 부스트 회로부(107)의 각각의 구성요소에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, each component of the boost circuit unit 107 shown in FIG. 3 will be described.

우선, 커패시터(Cb)는 인버터(120)의 입력 단자에 병렬로 연결된다. 이에 따라, 커패시터(Cb)의 양단에는 인버터(120)의 입력 단자에 걸리는 직류 링크 전압(DC Link Voltage)과 동일한 전압(Vdc)이 인가된다.First, the capacitor Cb is connected in parallel to the input terminal of the inverter 120. Accordingly, a voltage Vdc equal to the DC link voltage applied to the input terminal of the inverter 120 is applied to both ends of the capacitor Cb.

다이오드(Db)는 커패시터(Cb)의 일측과 중앙 노드(N1) 사이에 배치된다. 다이오드(Db)는 중앙 노드(N1)에서 인버터(120)를 향해 흐르는 전류(순방향 전류)를 통과시키고, 그 반대방향으로 흐르는 전류(역방향 전류)는 통과시키지 않는다.The diode Db is disposed between one side of the capacitor Cb and the central node N1. The diode Db passes a current (forward current) flowing from the central node N1 toward the inverter 120 and does not pass a current flowing in the opposite direction (reverse current).

인덕터(Lb)는 정류부(105)와 중앙 노드(N1) 사이에 배치된다. 인덕터(Lb)는 정류부(105)로부터 출력된 직류 전류를 입력받아 다이오드(Db)에 전달한다. The inductor Lb is disposed between the rectifier 105 and the central node N1. The inductor Lb receives a DC current output from the rectifier 105 and transmits it to the diode Db.

부스트 스위치소자(Tb)는 중앙 노드(N1)와 커패시터(Cb)의 타측 사이에 배치된다. 부스트 스위치소자(Tb)는 제어유닛(130)에서 출력되는 제어 신호(S1)에 의해 턴온(Turn-On) 또는 턴오프(Turn-Off)된다. The boost switch element Tb is disposed between the central node N1 and the other side of the capacitor Cb. The boost switch element Tb is turned on or turned off by the control signal S1 output from the control unit 130.

부스트 스위치소자(Tb)는 다양한 종류의 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 제어 신호(S1)는 트랜지스터의 게이트 단자에 인가되어, 소스 단자와 드레인 단자 사이의 전류를 조절할 수 있다.The boost switch device Tb may include various types of transistors, and the control signal S1 is applied to the gate terminal of the transistor to adjust the current between the source terminal and the drain terminal.

여기에서, 제어 신호(S1)는 PWM 신호일 수 있으며, 제어 신호(S1)의 듀티비(duty ratio)는 제어유닛(130)에 의해 가변될 수 있다.Here, the control signal S1 may be a PWM signal, and the duty ratio of the control signal S1 may be varied by the control unit 130.

제어 신호(S1)에 의해 부스트 스위치소자(Tb)가 온-오프를 반복함에 따라 중앙 노드(N1)에는 통전과 단락이 반복해서 발생한다. 이에 따라, 중앙 노드(N1)에는 교류 전력이 발생되며, 인덕터(Lb)에는 에너지가 축적된다. As the boost switch element Tb is repeatedly turned on and off by the control signal S1, energization and short circuit occur repeatedly at the central node N1. As a result, AC power is generated at the central node N1, and energy is accumulated in the inductor Lb.

이어서, 인덕터(Lb)에 축적된 에너지는 다이오드(Db)를 통해 커패시터(Cb)로 전달된다. 이에 따라, 커패시터(Cb)의 양단에 걸리는 전압(Vdc)의 크기는 가변될 수 있다.Subsequently, the energy accumulated in the inductor Lb is transferred to the capacitor Cb through the diode Db. Accordingly, the magnitude of the voltage Vdc across the capacitor Cb may vary.

이때, 제어 신호(S1)의 듀티비가 증가되는 경우, 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)의 크기는 증가된다. At this time, when the duty ratio of the control signal S1 is increased, the magnitude of the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 is increased.

반대로, 제어 신호(S1)의 듀티비가 감소되는 경우, 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)의 크기는 감소된다.On the contrary, when the duty ratio of the control signal S1 is reduced, the magnitude of the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 is reduced.

즉, 제어유닛(130)은 제어 신호(S1)의 듀티비를 조절함으로써 인버터(120)에 인가되는 전압의 크기를 가변시킬 수 있다. 인버터(120)에 인가된는 전압의 크기가 증가될수록, 모터(110)의 동작 속도는 증가될 수 있다. That is, the control unit 130 may vary the magnitude of the voltage applied to the inverter 120 by adjusting the duty ratio of the control signal S1. As the magnitude of the voltage applied to the inverter 120 increases, the operating speed of the motor 110 may increase.

이후에 자세히 설명하겠으나, 제어유닛(130)은 2상 통전 방식으로 인버터(120)에 포함된 복수의 스위치를 제어한다. Although it will be described in detail later, the control unit 130 controls a plurality of switches included in the inverter 120 in a two-phase energized manner.

2상 통전 방식은 한 주기(1 Hz)에 120도 구간에서만 신호를 통전시키는 방식을 의미한다. 본 발명에서 인버터(120)에 포함된 각각의 스위치는 한 주기에 120도에 해당하는 시간만 신호가 활성화되는 개선된 2상 통전 방식이 이용된다. The two-phase energization method refers to a method of energizing a signal only at a 120 degree interval in one period (1 Hz). In the present invention, each switch included in the inverter 120 uses an improved two-phase energization scheme in which a signal is activated only for a time corresponding to 120 degrees in one cycle.

개선된 2상 통전 방식을 이용하는 경우, 인버터(120)는 스위치의 턴온 및 턴오프 횟수를 최소화할 수 있고, 인버터(120)는 3상 스위치소자들의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다. When using the improved two-phase energization scheme, the inverter 120 may minimize the number of turn-on and turn-off times of the switch, and the inverter 120 may reduce the switching loss of the three-phase switch elements.

또한, 개선된 2상 통전 방식은 한 주기에 신호가 복수회 스위칭되는 대신, 120도 구간 동안 일정한 전압이 인가되는 바, 모터(110)에 인가되는 상전류 및 상전압의 리플 성분이 저감되고, 이로 인해 모터(110)의 철손이 저감될 수 있다.In addition, in the improved two-phase energization scheme, instead of switching a signal a plurality of times in one cycle, a constant voltage is applied for a 120-degree interval, thereby reducing the ripple component of the phase current and the phase voltage applied to the motor 110. Due to this, iron loss of the motor 110 may be reduced.

다만, 이러한 개선된 2상 통전 방식은 PWM 신호의 평균값에 해당하는 전압이 인가되는 바, 상대적으로 모터(110)에 낮은 출력을 전달하게 된다. However, in the improved two-phase energization scheme, a voltage corresponding to the average value of the PWM signal is applied, thereby delivering a relatively low output to the motor 110.

이를 보상하여 모터(110)를 정상 동작시키기 위해, 본 발명에서는 부스트 회로부(107)를 추가하여 일정 조건에서 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압을 증가시킨다. 이를 통해, 모터(110)에는 충분한 크기의 전력이 전달될 수 있다. In order to compensate for this and operate the motor 110 normally, in the present invention, the boost circuit unit 107 is added to increase the voltage applied to the input terminal of the inverter 120 under a predetermined condition. Through this, the electric power of sufficient magnitude may be delivered to the motor 110.

또한, 개선된 2상 통전 방식은 종래의 2상 통전 방식 및 3상 통전 방식에 비해 인버터(120)의 제어 방식이 단순하므로, 제어유닛(130)에 요구되는 필요 성능(spec)이 낮아질 수 있다. In addition, the improved two-phase power supply method is simpler than the conventional two-phase power supply method and three-phase power supply method, the control method of the inverter 120, the required performance (spec) required for the control unit 130 can be lowered. .

따라서, 본 발명의 모터 구동 장치는 상대적으로 저비용의 마이컴을 이용하여 인버터(120)를 제어할 수 있어 제조 비용이 절감될 수 있다. Therefore, the motor driving apparatus of the present invention can control the inverter 120 using a relatively low cost micom can reduce the manufacturing cost.

또한, 모터 구동 장치의 제어 방법이 단순화됨에 따라 모터 구동 장치의 동작 안정성은 향상될 수 있다.In addition, as the control method of the motor driving apparatus is simplified, the operational stability of the motor driving apparatus may be improved.

인버터(120)의 구체적인 회로는 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.A detailed circuit of the inverter 120 will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 도 2의 인버터를 설명하기 위한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating the inverter of FIG. 2.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(120)는 3상 스위치소자들을 포함할 수 있다. 3상 스위치소자들은 제어유닛(130)으로부터 공급된 PWM 신호(PWMS)에 의해 온-오프 동작하며, 이를 통해 입력된 직류 링크 전압(Vdc)을 소정 주파수 또는 듀티를 갖는 3상 교류 전압(Vua, Vvb, Vwc)으로 변환하여 모터(110)로 제공할 수 있다.Referring to FIG. 4, the inverter 120 according to an embodiment of the present invention may include three-phase switch elements. The three-phase switch elements are turned on and off by the PWM signal PWM supplied from the control unit 130, and the three-phase switch voltage Vua having a predetermined frequency or duty is inputted through the inputted DC link voltage Vdc. Vvb and Vwc) may be provided to the motor 110.

3상 스위치소자들은 서로 직렬 연결되는 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc) 및 제1 내지 제3 하암 스위치(S'a, S'b, S'b)가 서로 한 쌍이 되며, 총 세쌍의 제1 내지 제3 상암 스위치 및 제1 내지 제3 하암 스위치(Sa&S'a, Sb&S'b, Sc&S'c)가 서로 병렬 연결될 수 있다.The three-phase switch element is a pair of the first to third phase arm switch (Sa, Sb, Sc) and the first to third lower arm switch (S'a, S'b, S'b) connected in series with each other, A total of three pairs of first to third upper arm switches and first to third lower arm switches Sa & S'a, Sb & S'b, and Sc & S'c may be connected in parallel to each other.

이때, 제1 상, 하암 스위치(Sa, S'a)는 모터(110)의 3상 코일(La, Lb, Lc) 중 제1 상 코일(La)로 3상 교류 전압(Vua, Vvb, Vwc) 중 제1 상 교류 전압(Vua)를 공급한다.In this case, the first phase and lower arm switches Sa and S'a are three-phase AC voltages Vua, Vvb, and Vwc of the three-phase coils La, Lb, and Lc of the motor 110. ) Supplies a first phase AC voltage Vua.

또한, 제2 상, 하암 스위치(Sb, S'b)는 제2 상 코일(Lb)로 제2 상 교류 전압(Vvb)을 공급하며, 제3 상, 하암 스위치(Sc, S'c)는 제3 상 코일(Lc)로 제3 상 교류 전압(Vwc)를 공급할 수 있다. In addition, the second phase, the lower arm switch (Sb, S'b) supplies the second phase AC voltage (Vvb) to the second phase coil (Lb), the third phase, lower arm switch (Sc, S'c) The third phase AC voltage Vwc may be supplied to the third phase coil Lc.

여기서, 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc) 및 제1 내지 제3 하암 스위치(S'a, S'b, S'b) 각각은 로터의 일 회전당, 입력된 PWM 신호(PWMS)에 따라 한번 온-오프 동작하여, 3상 코일(La, Lb, Lc) 각각으로 3상 교류 전압(Vua, Vvb, Vwc)을 제공할 수 있다. Here, each of the first to third upper arm switches Sa, Sb, and Sc and the first to third lower arm switches S'a, S'b, and S'b is an input PWM signal per rotation of the rotor. One-off operation according to PWMS) may provide three-phase AC voltages Vua, Vvb, and Vwc to each of the three-phase coils La, Lb, and Lc.

즉, 인버터(120)는 로터의 일 회전당 각각의 스위치들이 한번씩 온-오프되는 개선된 2상 통전 방식으로 동작할 수 있다.That is, the inverter 120 can operate in an improved two-phase energized manner in which each switch is turned on and off once per rotation of the rotor.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 인버터에 인가되는 3상 제어신호를 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph illustrating a three-phase control signal applied to the inverter of the motor driving apparatus according to the embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인버터(120)에서 제1 상 코일(La)에 인가되는 제1 상 파형(Iua)은 한 주기(T1) 내에서 120도 동안 제1 상암 스위치(Sa)가 온 상태로 동작한다.Referring to FIG. 5, the first phase waveform Iua applied to the first phase coil La in the inverter 120 according to the embodiment of the present invention is the first phase arm switch for 120 degrees within one period T1. (Sa) operates in the on state.

이어서, 제2 상 코일(Lb)에 인가되는 제2 상 파형(Ivb)은 한 주기(T1) 내에서 120도 동안 제2 상암 스위치(Sb)가 온 상태로 동작한다. 이어서, 제3 상 코일(Lc)에 인가되는 제3 상 파형(Iwc)은 한 주기(T1) 내에서 120도 동안 제3 상암 스위치(Sc)가 온 상태로 동작한다.Subsequently, the second phase waveform Ivb applied to the second phase coil Lb operates with the second phase arm switch Sb turned on for 120 degrees within one period T1. Subsequently, the third phase waveform Iwc applied to the third phase coil Lc operates with the third phase arm switch Sc turned on for 120 degrees within one period T1.

이때, 제1 상암 스위치(Sa)의 온 시간구간은 제2 및 제3 상암 스위치(Sb, Sc)의 온 시간구간과 서로 중첩되지 않는다. At this time, the on time periods of the first upper arm switch Sa do not overlap with the on time periods of the second and third upper arm switches Sb and Sc.

즉, 로터의 한 주기(T1) 내에서 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc) 중 하나의 스위치만이 온 상태로 동작하게 된다.That is, only one of the first to third phase arm switches Sa, Sb, and Sc operates in the on state within one period T1 of the rotor.

이에 따라, 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc)의 동작을 제어하는 3상 제어신호(Su, Sv, Sw)의 경우에도, 각각의 온 시간구간이 서로 중첩되지 않는다. Accordingly, even in the case of the three-phase control signals Su, Sv, and Sw for controlling the operation of the first to third phase arm switches Sa, Sb, and Sc, the respective on time periods do not overlap each other.

마찬가지로, 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc)와 마찬가지로, 제1 내지 제3 하암 스위치(S'a, S'b, S'c)의 온 시간구간도 서로 중첩되지 않을 수 있다.Similarly, like the first to third upper arm switches Sa, Sb, and Sc, the on time periods of the first to third lower arm switches S'a, S'b, and S'c may not overlap each other. .

이를 통해, 본 발명의 모터(110) 및 인버터(120)는 개선된 2상 통전 방식으로 동작할 수 있다. Through this, the motor 110 and the inverter 120 of the present invention can operate in an improved two-phase energized manner.

이때, 인버터(120)에 포함된 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc) 및 제1 내지 제3 하암 스위치(S'a, S'b, S'c)는 한 주기에 120도에 해당하는 시간만 신호가 활성화된다. At this time, the first to third upper arm switches Sa, Sb and Sc and the first to third lower arm switches S'a, S'b and S'c included in the inverter 120 are 120 degrees in one cycle. Only the time corresponding to the signal is activated.

즉, 인버터(120)에 포함된 각각의 스위치는 한 주기(T1)에 한번씩만 턴온 및 턴오프 될 수 있다.That is, each switch included in the inverter 120 may be turned on and off only once in one cycle T1.

이러한 개선된 2상 통전 방식을 이용하는 경우, 인버터(120)는 스위치의 턴온 및 턴오프 동작 횟수를 최소화할 수 있다. 이를 통해, 인버터(120)는 3상 스위치소자들(즉, 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc) 및 제1 내지 제3 하암 스위치(S'a, S'b, S'c))의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다.When using the improved two-phase energization scheme, the inverter 120 may minimize the number of turn-on and turn-off operations of the switch. Through this, the inverter 120 is a three-phase switch element (that is, the first to third phase arm switch (Sa, Sb, Sc) and the first to third lower arm switch (S'a, S'b, S'c) Switching loss of)) can be reduced.

또한, 개선된 2상 통전 방식은 한 주기(T1)에 120도 동안 일정한 전압이 인가되는 바, 3상 스위치소자들을 제어하는 PWM 신호(Su, Sv, Sw)에 의해 발생하는 전류 리플이 저감되고, 이에 따라 모터(110)의 철손이 저감될 수 있다.In addition, the improved two-phase energization scheme applies a constant voltage for 120 degrees in one period T1, thereby reducing current ripple generated by the PWM signals Su, Sv, and Sw controlling the three-phase switch elements. Accordingly, iron loss of the motor 110 may be reduced.

또한, 개선된 2상 통전 방식은 PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 신호 변화 횟수를 최소화할 수 있으므로, PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 생성에 필요한 제어유닛(130)에 요구되는 필요 성능(spec)이 낮아질 수 있다. In addition, since the improved two-phase energization scheme can minimize the number of signal changes of the PWM signals Su, Sv, and Sw, it is necessary for the control unit 130 to generate the PWM signals Su, Sv, and Sw. The spec can be lowered.

따라서, 본 발명의 모터 구동 장치는 상대적으로 저성능 저비용의 제어유닛(130)을 이용하여 인버터(120)를 제어할 수 있으므로 제조 비용이 절감될 수 있다.Therefore, the motor driving apparatus of the present invention can control the inverter 120 using a relatively low performance low cost control unit 130, the manufacturing cost can be reduced.

도 6은 도 2의 제어유닛의 구성요소를 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating components of the control unit of FIG. 2.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제어유닛(130)은 역기전력 연산부(210), 제1 속도 연산부(220), 제2 속도 연산부(230), 스위치부(240), 전압지령 생성부(250), 및 제어신호 생성부(260)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the control unit 130 of the present invention includes a back EMF calculator 210, a first speed calculator 220, a second speed calculator 230, a switch 240, and a voltage command generator 250. , And a control signal generator 260.

우선, 역기전력 연산부(210)는 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)(즉, 직류 링크 전압) 및 전류(Idc)를 기초로 모터(110)의 3상 코일(La, Lb, Lc)에 인가되는 역기전력을 계산할 수 있다. First, the counter electromotive force calculation unit 210 is a three-phase coil La, Lb, of the motor 110 based on the voltage (Vdc) (that is, the DC link voltage) and the current (Idc) applied to the input terminal of the inverter 120. The counter electromotive force applied to Lc) can be calculated.

여기에서 역기전력 연산부(210)는 아래 수학식 (1)을 이용하여 각 3상 코일(La, Lb, Lc)에 인가되는 역기전력을 계산할 수 있다.Here, the counter electromotive force calculating unit 210 may calculate the counter electromotive force applied to each of the three-phase coils La, Lb, and Lc by using Equation (1) below.

Figure pat00001
-----(1)
Figure pat00001
-----(One)

여기에서, ea는 a 상의 역기전력을 나타내고, Vdc는 직류 링크 전압을 나타내고, Tduty는 전기각 주기를 나타내고, La는 a상의 인덕턴스를 나타내고, iD는 특정 시점에 모터(110)에 흐르는 전류를 나타내고, Ts는 전류 샘플링 주기를 나타내고, Ra는 a상의 저항을 나타낸다. Here, e a represents a counter electromotive force on a, V dc represents a DC link voltage, T duty represents an electric angle period, L a represents an inductance of a phase, and iD flows to the motor 110 at a specific point in time. denotes a current, T s denotes a current sampling period, R a denotes a resistance on the a.

즉, 역기전력 연산부(210)는 상기 수학식 (1)을 이용하여 u상, v상, 및 w상의 역기전력(eu, ev, ew)를 계산하여 제1 속도 연산부(220)에 전달할 수 있다.That is, the counter electromotive force calculating unit 210 may calculate the counter electromotive force (e u , e v , e w ) of the u phase, the v phase, and the w phase using the equation (1) and transmit the calculated counter electromotive force to the first speed calculator 220. have.

제1 속도 연산부(220)는 모터(110)의 3상에 대한 역기전력(eu, ev, ew)을 수신하고, 이를 이용하여 모터(110)의 제1 현재속도(ωcal)를 산출한다.The first speed calculator 220 receives the counter electromotive force (e u , e v , e w ) for the three phases of the motor 110, and calculates the first present speed ω cal of the motor 110 using the counter electromotive force. do.

이때, 제1 속도 연산부(220)는 룩업 테이블(Look-up Table)을 이용하여 제1 현재속도(ωcal)를 산출할 수 있다. 제1 속도 연산부(220)는 3상에 대한 역기전력(eu, ev, ew)과 제1 현재속도(ωcal) 사이의 대응 관계를 나타내는 룩업 테이블을 저장할 수 있다. In this case, the first speed calculator 220 may calculate a first present speed ω cal using a look-up table. The first speed calculator 220 may store a lookup table indicating a correspondence relationship between the counter electromotive force (e u , e v , e w ) and the first present speed ω cal for three phases.

즉, 제1 속도 연산부(220)는 미리 저장된 룩업 테이블과, 역기전력 연산부(210)에서 수신한 역기전력(eu, ev, ew)의 값을 기초로 제1 현재속도(ωcal)를 산출한다.That is, the first speed calculator 220 calculates the first present speed ω cal based on the pre-stored lookup table and the values of the counter electromotive force e u , e v , and e w received by the counter electromotive force calculator 210. do.

다만, 제1 속도 연산부(220)는 룩업 테이블을 이용하는 방식에 한정되지 않으며, 역기전력(eu, ev, ew)을 기초로 제1 현재속도(ωcal)를 산출할 수 있는 다양한 방식이 이용될 수 있다.However, the first speed calculator 220 is not limited to the method using the lookup table, and there are various methods for calculating the first present speed ω cal based on the counter electromotive force e u , e v , e w . Can be used.

제2 속도 연산부(230)는 3상 전압(Va, Vb, Vc)을 기초로 모터(110)의 제2 현재속도(ωest)를 산출할 수 있다.The second speed calculator 230 may calculate the second present speed ω est of the motor 110 based on the three-phase voltages Va, Vb, and Vc.

도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 제2 속도 연산부(230)는 모터(110)에 포함된 로터의 위치 추정부(미도시)에서 추정한 위치(H) 및 3상 전압(Va, Vb, Vc) 또는 3상 전류(Ia, Ib, Ic) 중 적어도 하나에 기초하여, 모터(110)의 제2 현재속도(ωest)를 연산할 수 있다. Although not clearly shown in the drawings, the second speed calculator 230 estimates the position H and the three-phase voltages Va, Vb, and Vc estimated by the position estimator (not shown) of the rotor included in the motor 110. Alternatively, the second present speed ω est of the motor 110 may be calculated based on at least one of the three-phase currents Ia, Ib, and Ic.

이때, 제2 속도 연산부(230)는 로터의 위치(H)를 시간으로 나누어 제2 현재속도(ωest)를 연산할 수 있다.In this case, the second speed calculator 230 may calculate the second present speed ω est by dividing the position H of the rotor by time.

다만, 제2 속도 연산부(230)는 3상 전압(Va, Vb, Vc) 또는 3상 전류(Ia, Ib, Ic)를 기초로 다양한 방식을 이용하여 모터(110)의 제2 현재속도(ωest)를 연산할 수 있다.However, the second speed calculator 230 may use the second current speed ω of the motor 110 using various methods based on the three-phase voltages Va, Vb, and Vc or the three-phase currents Ia, Ib, and Ic. est ) can be calculated.

스위치부(240)는 제1 현재속도(ωcal) 및 제2 현재속도(ωest)를 입력받고, 입력 받은 두 신호 중 어느 하나만을 출력한다. The switch unit 240 receives the first present speed ω cal and the second present speed ω est , and outputs only one of the two received signals.

즉, 스위치부(240)는 제1 속도 연산부(220)의 출력 신호 또는 제2 속도 연산부(230)의 출력 신호 중 어느 하나를 선택하여 전압지령 생성부(250)에 전달한다.That is, the switch unit 240 selects one of the output signal of the first speed calculator 220 or the output signal of the second speed calculator 230 and transmits the selected signal to the voltage command generator 250.

이때, 스위치부(240)는 모터(110)의 현재 동작 특성에 따라 어떤 신호를 출력할지를 결정할 수 있다. In this case, the switch unit 240 may determine which signal to output according to the current operating characteristics of the motor 110.

예를 들어, 모터(110)의 현재속도의 변화량이 기준치보다 작은 경우, 스위치부(240)는 제1 속도 연산부(220)의 출력 신호인 제1 현재속도(ωcal)를 출력한다. For example, when the amount of change in the present speed of the motor 110 is smaller than the reference value, the switch unit 240 outputs the first present speed ω cal , which is an output signal of the first speed calculating unit 220.

즉, 모터(110)의 속도 변화량이 작아 비교적 일정한 속도로 모터(110)가 동작하는 경우, 제어 신호(S1)를 생성하는데 제1 현재속도(ωcal)가 이용된다.That is, when the motor 110 operates at a relatively constant speed because the speed change amount of the motor 110 is small, the first present speed ω cal is used to generate the control signal S1.

반면, 모터(110)의 현재속도의 변화량이 기준치보다 큰 경우, 스위치부(240)는 제2 속도 연산부(230)의 출력 신호인 제2 현재속도(ωest)를 출력한다. On the other hand, when the amount of change in the present speed of the motor 110 is larger than the reference value, the switch unit 240 outputs the second present speed ω est which is the output signal of the second speed calculating unit 230.

즉, 모터(110)의 속도 변화량이 비교적 커서 모터(110)의 동특성 가변률이 커지는 경우, 제어 신호(S1)를 생성하는데 제2 현재속도(ωest)가 이용된다.That is, when the speed change amount of the motor 110 is relatively large, and the dynamic characteristic variable rate of the motor 110 becomes large, the second present speed ω est is used to generate the control signal S1.

스위치부(240)에서 출력된 현재속도(ωp)는 전압지령 생성부(250)에 전달된다. The present speed ω p output from the switch unit 240 is transmitted to the voltage command generation unit 250.

전압지령 생성부(250)는 지령속도(ω*)와 스위치부(240)에서 출력된 현재속도(ωp)를 이용하여 전압 지령치(Vdc*)를 생성한다.The voltage command generator 250 generates a voltage command value Vdc * using the command speed ω * and the current speed ω p output from the switch 240.

전압지령 생성부(250)는 제1 비교기(252)와 제1 PI 제어기(254)를 포함한다. 여기에서, 제1 비교기(252)는 지령속도(ω*)와 스위치부(240)에서 출력된 현재속도(ωp)의 차이를 계산하고, 제1 PI 제어기(254)는 PI 제어를 수행하여 전압 지령치(Vdc*)를 생성할 수 있다.The voltage command generation unit 250 includes a first comparator 252 and a first PI controller 254. Here, the first comparator 252 calculates the difference between the command speed ω * and the current speed ω p output from the switch unit 240, and the first PI controller 254 performs PI control. The voltage setpoint (Vdc * ) can be generated.

이후, 전압지령 생성부(250)에서 출력된 전압 지령치(Vdc*)는 제어신호 생성부(260)에 전달된다.Thereafter, the voltage command value Vdc * output from the voltage command generator 250 is transmitted to the control signal generator 260.

제어신호 생성부(260)는 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)과 전압지령 생성부(250)에서 출력된 전압 지령치(Vdc*)를 이용하여 제어 신호(S1)를 생성한다.The control signal generator 260 generates the control signal S1 using the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 and the voltage command value Vdc * output from the voltage command generator 250. .

제어신호 생성부(260)는 제2 비교기(262)와 제2 PI 제어기(264)를 포함한다. 여기에서, 제2 비교기(262)는 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)와 전압 지령치(Vdc*)의 차이를 계산하고, 제2 PI 제어기(264)는 PI 제어를 수행하여 제어 신호(S1)를 생성할 수 있다.The control signal generator 260 includes a second comparator 262 and a second PI controller 264. Here, the second comparator 262 calculates a difference between the voltage Vdc and the voltage command value Vdc * applied to the input terminal of the inverter 120, and the second PI controller 264 performs PI control. The control signal S1 may be generated.

생성된 제어 신호(S1)는 부스트 회로부(107)에 포함된 부스트 스위치소자(Tb)에 입력될 수 있다.The generated control signal S1 may be input to the boost switch element Tb included in the boost circuit unit 107.

정리하면, 제어유닛(130)은 모터(110)에서 발생되는 역기전력(eu, ev, ew)을 계산하고, 역기전력(eu, ev, ew)을 기초로 모터(110)의 현재속도(ωp)를 계산하며, 현재속도(ωp)를 기초로 인버터(120)에 인가되는 전압(Vdc)을 조절한다.In short, the control unit 130 of the motor 110 based on the calculated counter-electromotive force (e u, e v, e w) generated by the motor 110, the counter electromotive force (e u, e v, e w) The current speed ω p is calculated and the voltage Vdc applied to the inverter 120 is adjusted based on the current speed ω p .

이를 통해, 제어유닛(130)은 인버터(120)에 입력되는 지령속도(ω*)와 모터(110)의 현재속도(ωp) 간의 차이에 따라 인버터(120)에 인가되는 전압(Vdc)을 가변시킴으로써, 지령속도(ω*)와 모터(110)의 현재속도(ωp) 간의 오차를 최소화시킬 수 있다. As a result, the control unit 130 controls the voltage Vdc applied to the inverter 120 according to the difference between the command speed ω * input to the inverter 120 and the current speed ω p of the motor 110. By varying, it is possible to minimize the error between the command speed (ω * ) and the current speed (ω p ) of the motor 110.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.　7 is a timing diagram for describing an operation of a motor driving apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 우선, 제1 구간(T1)에서 모터(110)의 속도는 점차적으로 증가된다. 여기에서, 제어유닛(130)에 인가되는 지령속도(ω*)는 점차적으로 증가되며, 모터(110)의 속도는 지령속도(ω*)를 따라 함께 증가될 수 있다.Referring to FIG. 7, first, the speed of the motor 110 is gradually increased in the first section T1. Here, the command speed ω * applied to the control unit 130 is gradually increased, and the speed of the motor 110 may be increased together along the command speed ω * .

이때, 인버터(120)는 앞에서 설명한 개선된 2상 통전 방식으로 동작한다. 인버터(120)에 포함된 각각의 스위치들은 한 주기(1 Hz)에 120도 구간에서만 통전된다. 즉, 인버터(120)의 각각의 스위치들의 동작을 제어하는 PWM 신호(Su, Sv, Sw)는 한 주기(1 Hz)에 한번씩 턴온 및 턴오프된다. At this time, the inverter 120 operates in the improved two-phase energization method described above. Each switch included in the inverter 120 is energized only at a 120 degree interval in one period (1 Hz). That is, the PWM signals Su, Sv, and Sw that control the operation of the respective switches of the inverter 120 are turned on and off once every one period (1 Hz).

이때, 모터(110)의 현재속도(ωp)가 증가됨에 따라 PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 신호 주기는 점차 짧아질 수 있다.At this time, as the current speed ω p of the motor 110 is increased, the signal period of the PWM signals Su, Sv, and Sw may be gradually shortened.

참고로, 모터(110)의 현재속도(ωp)가 기준속도(ωst)보다 작은 경우, 인버터(120)에 인가되는 전압(Vdc)의 크기는 일정하게 유지된다. 이때, 인버터(120)에 인가되는 전압(Vdc)의 크기는 기준 전압(Vsp)과 동일할 수 있다.For reference, when the current speed ω p of the motor 110 is smaller than the reference speed ω st , the magnitude of the voltage Vdc applied to the inverter 120 is kept constant. In this case, the magnitude of the voltage Vdc applied to the inverter 120 may be the same as the reference voltage Vsp.

이어서, 제2 구간(T2)에서 지령속도(ω*)는 모터(110)의 현재속도(ωp)와일치되고, 모터(110)는 일정한 속도로 동작한다. 이에 따라, 인버터(120)에 입력되는 PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 주기도 일정하게 유지된다.Subsequently, in the second section T2, the command speed ω * is matched with the current speed ω p of the motor 110, and the motor 110 operates at a constant speed. Accordingly, the period of the PWM signals Su, Sv, and Sw input to the inverter 120 is also kept constant.

참고로, 지령속도(ω*)는 모터(110)의 현재속도(ωp)와 동일하게 유지될 수 있다. 또한, 인버터(120)에 인가되는 전압(Vdc)의 크기도 일정하게 유지된다.For reference, the command speed ω * may be kept equal to the current speed ωp of the motor 110. In addition, the magnitude of the voltage Vdc applied to the inverter 120 is also kept constant.

이어서, 제3 구간(T3)에서, 지령속도(ω*)는 모터(110)의 현재속도(ωp) 보다 커진다. 이때, 지령속도(ω*)는 기준속도(ωst)보다 커질 수 있다. Subsequently, in the third section T3, the command speed ω * becomes larger than the current speed ω p of the motor 110. At this time, the command speed ω * may be greater than the reference speed ω st .

이때, 부스트 회로부(107)에는 일정한 듀티비를 갖는 제어 신호(S1)가 인가된다. 부스트 회로부(107)에 포함된 부스트 스위치소자(Tb)는 제어 신호(S1)에 의해 온-오프를 반복한다. 이를 통해, 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)의 크기는 증가된다.In this case, the control circuit S1 having a constant duty ratio is applied to the boost circuit unit 107. The boost switch element Tb included in the boost circuit unit 107 repeats on-off by the control signal S1. Through this, the magnitude of the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 is increased.

참고로, 지령속도(ω*)의 크기가 증가됨에 따라 제어 신호(S1)의 듀티비는 증가된다. 이에 따라 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)의 크기도 함께 증가된다. For reference, the duty ratio of the control signal S1 increases as the magnitude of the command speed ω * increases. Accordingly, the magnitude of the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 also increases.

또한, 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)이 증가함에 따라 모터(110)에 전달되는 전력량이 증가되고, 모터(110)의 현재속도(ωp)가 증가됨에 따라 PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 신호 주기는 점차 짧아질 수 있다.In addition, as the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 increases, the amount of power delivered to the motor 110 increases, and as the current speed ω p of the motor 110 increases, the PWM signal ( The signal period of Su, Sv, Sw) may gradually become shorter.

이어서, 제4 구간(T4)에서 지령속도(ω*)는 모터(110)의 현재속도(ωp)와일치되고, 모터(110)는 일정한 속도로 동작한다. 이에 따라, 인버터(120)에 입력되는 PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 주기도 일정하게 유지된다. Subsequently, in the fourth section T4, the command speed ω * matches the current speed ω p of the motor 110, and the motor 110 operates at a constant speed. Accordingly, the period of the PWM signals Su, Sv, and Sw input to the inverter 120 is also kept constant.

이때에도, 인버터(120)는 앞에서 설명한 2상 통전 방식으로 동작하며, 인버터(120)에 포함된 각각의 스위치들은 한 주기(1 Hz)에 120도 구간에서만 통전된다.In this case, the inverter 120 operates in the two-phase energization method described above, and each switch included in the inverter 120 is energized only at a 120 degree interval in one cycle (1 Hz).

이어서, 제5 구간(T5)에서 지령속도(ω*)는 모터(110)의 현재속도(ωp) 보다 작아진다. 이때, 지령속도(ω*)는 여전히 기준속도(ωst)보다 큰 범위에 있다.Subsequently, in the fifth section T5, the command speed ω * is smaller than the current speed ω p of the motor 110. At this time, the command speed ω * is still in a range larger than the reference speed ω st .

이때, 제어 신호(S1)의 듀티비는 감소되며, 이에 따라 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)의 크기도 함께 감소된다.At this time, the duty ratio of the control signal S1 is reduced, and accordingly, the magnitude of the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 is also reduced.

또한, 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)이 감소함에 따라 모터(110)에 전달되는 전력량도 감소되고, 모터(110)의 현재속도(ωp)가 감소됨에 따라 PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 신호 주기는 점차 길어질 수 있다.In addition, as the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 decreases, the amount of power delivered to the motor 110 also decreases, and as the current speed ω p of the motor 110 decreases, the PWM signal ( The signal periods of Su, Sv, Sw) may gradually become longer.

이어서, 제6 구간(T6)에서 지령속도(ω*)는 모터(110)의 현재속도(ωp) 보다 작아진다. 이때, 지령속도(ω*)는 기준속도(ωst)보다 작은 범위에 있다.Subsequently, in the sixth section T6, the command speed ω * is smaller than the current speed ω p of the motor 110. At this time, the command speed ω * is in a range smaller than the reference speed ω st .

이때, 제어 신호(S1)의 듀티비는 계속해서 감소되어 '0'으로 수렴한다. 다만, 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)의 크기는 기준 전압(Vst)으로 유지된다.At this time, the duty ratio of the control signal S1 continues to decrease and converge to '0'. However, the magnitude of the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 is maintained at the reference voltage Vst.

모터(110)의 현재속도(ωp)가 감소됨에 따라 PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 신호 주기는 점차 길어질 수 있다. 이때에도, 인버터(120)는 앞에서 설명한 2상 통전 방식으로 동작하며, 인버터(120)에 포함된 각각의 스위치들은 한 주기(1 Hz)에 120도 구간에서만 통전된다.As the current speed ω p of the motor 110 decreases, the signal period of the PWM signals Su, Sv, and Sw may gradually become longer. In this case, the inverter 120 operates in the two-phase energization method described above, and each switch included in the inverter 120 is energized only at a 120 degree interval in one cycle (1 Hz).

즉, 제어유닛(130)은 인버터(120)에 입력되는 지령속도(ω*)가 기준속도(ωst)보다 큰지 여부에 따라 제어 신호(S1)로서 PWM 신호의 출력 여부를 결정한다. That is, the control unit 130 determines whether to output the PWM signal as the control signal S1 depending on whether the command speed ω * input to the inverter 120 is greater than the reference speed ω st .

이어서, 인버터(120)에 입력되는 지령속도(ω*)가 기준속도(ωst)보다 큰 경우, 지령속도(ω*)의 크기에 따라 제어 신호(S1)의 듀티비를 조절한다. Subsequently, when the command speed ω * input to the inverter 120 is larger than the reference speed ω st , the duty ratio of the control signal S1 is adjusted according to the magnitude of the command speed ω *.

이를 통해, 제어유닛(130)은 지령속도(ω*)의 크기에 따라 인버터(120)에 인가되는 전압(Vdc)을 가변시킬 수 있으며, 2상 통전 방식을 이용함에 따라 부족해질 수 있는 모터(110)의 출력을 보상할 수 있다. Through this, the control unit 130 may vary the voltage (Vdc) applied to the inverter 120 in accordance with the magnitude of the command speed (ω *), the motor that may be insufficient by using a two-phase energization method ( The output of 110 may be compensated for.

또한, 인버터(120)에 인가되는 전압(Vdc)을 높임으로써, 모터(110)의 동작 성능을 향상시키고, 지령속도(ω*)와 모터(110)의 현재속도(ωp) 간의 오차를 최소화시킬 수 있다.In addition, by increasing the voltage (Vdc) applied to the inverter 120, the operating performance of the motor 110 is improved, and the error between the command speed (ω * ) and the current speed (ω p ) of the motor 110 is minimized. You can.

도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 모터에 인가되는 상전류 및 상전압과 종래 기술과의 차이점을 설명하기 위한 그래프이다. 8 and 9 are graphs for explaining the difference between the phase current and the phase voltage applied to the motor of the motor driving apparatus according to the embodiment of the present invention and the prior art.

여기에서 도 8은 종래 기술에서 모터(110)에 인가되는 상전류(예를 들어, u상의 전류) 및 상전압(예를 들어, u상의 전압)를 나타내고, 도 9는 본 발명의 모터(110)에 인가되는 상전류(예를 들어, u상의 전류) 및 상전압(예를 들어, u상의 전압)를 나타낸다.Here, FIG. 8 shows a phase current (for example, current of u phase) and a phase voltage (for example, voltage of u phase) applied to the motor 110 in the prior art, and FIG. 9 shows the motor 110 of the present invention. Phase current (for example, current of u phase) and phase voltage (for example, voltage of u phase) applied to are shown.

도 8을 참조하면, 종래 기술의 모터에 인가되는 상전류(예를 들어, u상의 전류) 및 상전압(예를 들어, u상의 전압)에는 리플(ripple) 성분이 포함되어 있다. 이러한 현상은 한주기 동안 인버터에 포함된 각각의 스위치들이 복수 회에 거쳐 턴온 및 턴오프를 반복함에 따라 발생한다. Referring to FIG. 8, a ripple component is included in a phase current (for example, current of u phase) and a phase voltage (for example, voltage of u phase) applied to a conventional motor. This phenomenon occurs as each switch included in the inverter turns on and off repeatedly a plurality of times during one cycle.

즉, 인버터의 잦은 스위칭으로 인해 와전류가 발생함에 따라 모터에 인가되는 상전류 및 상전압에 리플 성분이 포함되게 된다. That is, as eddy current occurs due to frequent switching of the inverter, the ripple component is included in the phase current and the phase voltage applied to the motor.

이 경우, 인버터에는 스위칭 손실 발생하게 되고, 잦은 턴온 및 턴오프의 제어신호를 출력해야 함에 따라 높은 성능의 제어유닛을 필요로 하게 된다. 또한, 모터의 철손은 증가될 수 있다.In this case, switching loss occurs in the inverter, and the control signal of frequent turn-on and turn-off needs to be output, thus requiring a high-performance control unit. In addition, iron loss of the motor can be increased.

반면, 도 9를 참조하면, 본 발명의 모터(110)에 인가되는 상전류(예를 들어, u상의 전류) 및 상전압(예를 들어, u상의 전압)에는 종래 기술과 비교하여 리플 성분이 대폭 감소된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to Figure 9, the phase current (for example, the current of the u-phase) and the phase voltage (for example, the voltage of the u-phase) applied to the motor 110 of the present invention has a large ripple component compared to the prior art It can be seen that the decrease.

이는 본 발명의 인버터(120)에 포함된 각각의 스위치가 한 주기에 한번씩만 턴온 및 턴오프 되는 개선된 2상 통전 방식을 이용함에 따른 결과이다. This is a result of using an improved two-phase energization scheme in which each switch included in the inverter 120 of the present invention is turned on and off only once per cycle.

개선된 2상 통전 방식은 한 주기에 120도 동안 일정한 전압이 모터(110)에 인가된다. 이에 따라, 본 발명은 인버터(120)를 제어하는 PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 신호 변화 횟수를 최소화할 수 있으므로, 스위칭 손실을 최소화시킬 수 있다. In the improved two-phase energization scheme, a constant voltage is applied to the motor 110 for 120 degrees in one cycle. Accordingly, the present invention can minimize the number of signal changes of the PWM signals (Su, Sv, Sw) for controlling the inverter 120, it is possible to minimize the switching loss.

또한, 한 주기에 120도 동안 일정한 전압이 인가되는 바, 3상 스위치소자들을 제어하는 PWM 신호(Su, Sv, Sw)에 의해 발생하는 전류 리플이 저감되고, 이에 따라 모터(110)의 철손이 저감될 수 있다.In addition, since a constant voltage is applied for 120 degrees in one cycle, current ripple generated by the PWM signals Su, Sv, and Sw for controlling the three-phase switch elements is reduced, thereby reducing the iron loss of the motor 110. Can be reduced.

또한, PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 신호 변화 횟수를 최소화함에 따라, PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 생성에 필요한 제어유닛(130)에 요구되는 필요 성능(spec)을 낮출 수 있다.In addition, by minimizing the number of changes in the signal of the PWM signals Su, Sv, and Sw, the required performance spec required for the control unit 130 required for generating the PWM signals Su, Sv, and Sw may be lowered. .

또한, 2상 통전 방식을 이용함으로써 부족해질 수 있는 모터(110)의 출력은 인버터(120)의 입력 단자에 인가되는 전압(Vdc)을 지령속도(ω*)와 현재속도(ωp)를 기초로 가변시킴으로써 보상할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 모터 구동 장치는 모터(110)의 충분한 전력을 제공할 수 있으며, 모터(110)의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the output of the motor 110, which may be insufficient by using the two-phase energization method, is based on the voltage Vdc applied to the input terminal of the inverter 120 based on the command speed ω * and the current speed ωp. It can be compensated by varying. Through this, the motor driving apparatus of the present invention can provide sufficient power of the motor 110 and can improve the operating performance of the motor 110.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by.

101: 전원부 103: 필터부
105: 정류부 107: 부스트 회로부
110: 모터 120: 인버터
130: 제어유닛 101: power supply unit 103: filter unit
105: rectifier 107: boost circuit
110: motor 120: inverter
130: control unit

Claims (13)

3상 코일이 권선된 스테이터 및 상기 스테이터 내에 배치되며 상기 3상 코일에서 발생된 자기장에 의해 회전하는 로터를 포함하는 모터;
상기 3상 코일로 3상 교류 전압이 공급 또는 차단되도록 온-오프 동작하는 3상 스위치소자들을 포함하는 인버터;
상기 인버터의 입력 단자에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 부스트 회로부; 및
상기 모터에서 발생되는 역기전력을 계산하고, 상기 역기전력을 이용하여 상기 모터의 현재속도를 계산하며, 상기 현재속도를 기초로 상기 인버터에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 제어유닛을 포함하는
모터 구동 장치.
A motor comprising a stator wound around a three-phase coil and a rotor disposed in the stator and rotating by a magnetic field generated in the three-phase coil;
An inverter including on-off operation of three-phase switch elements to supply or cut off a three-phase AC voltage to the three-phase coil;
A boost circuit unit for adjusting a magnitude of a voltage applied to an input terminal of the inverter; And
And a control unit calculating a counter electromotive force generated by the motor, calculating a current speed of the motor using the counter electromotive force, and adjusting a magnitude of a voltage applied to the inverter based on the current speed.
Motor-drive unit.
제1항에 있어서,
상기 제어유닛은, 상기 모터의 지령속도가 상기 현재속도보다 큰 경우, 상기 인버터의 상기 입력 단자에 인가되는 전압이 증가되도록 상기 부스트 회로부를 제어하는
모터 구동 장치.
The method of claim 1,
The control unit controls the boost circuit unit to increase the voltage applied to the input terminal of the inverter when the command speed of the motor is greater than the current speed.
Motor-drive unit.
제1항에 있어서,
상기 부스트 회로부는,
상기 인버터의 상기 입력 단자에 병렬로 연결되는 커패시터와,
직류 전류가 인가되는 인덕터와,
상기 커패시터의 일측과, 상기 인덕터 사이에 배치되는 다이오드와,
상기 커패시터의 타측과, 상기 인덕터 및 상기 다이오드 사이의 노드에 연결되는 부스트 스위치소자를 포함하는
모터 구동 장치.
The method of claim 1,
The boost circuit unit,
A capacitor connected in parallel to the input terminal of the inverter;
An inductor to which a direct current is applied,
A diode disposed between one side of the capacitor and the inductor;
And a boost switch device connected to the other side of the capacitor and a node between the inductor and the diode.
Motor-drive unit.
제3항에 있어서,
상기 제어유닛은,
상기 모터의 상기 현재속도와 입력된 지령속도의 차이를 기초로 상기 부스트 스위치소자에 인가되는 제어 신호(S1)의 듀티비를 조절하는
모터 구동 장치.
The method of claim 3,
The control unit,
Adjusting the duty ratio of the control signal (S1) applied to the boost switch element based on the difference between the current speed of the motor and the input command speed
Motor-drive unit.
제4항에 있어서,
상기 제어유닛은,
상기 지령속도가 상기 현재속도보다 커지는 경우, 상기 제어 신호(S1)의 듀티비를 증가시키고,
상기 지령속도가 상기 현재속도보다 작아지는 경우, 상기 제어 신호(S1)의 듀티비를 감소시키는
모터 구동 장치.
The method of claim 4, wherein
The control unit,
If the command speed is greater than the current speed, the duty ratio of the control signal (S1) is increased,
When the command speed becomes smaller than the current speed, the duty ratio of the control signal S1 is reduced.
Motor-drive unit.
제3항에 있어서,
상기 제어유닛은,
입력된 지령속도가 상기 모터의 기준속도보다 작은 경우, 상기 부스트 스위치소자를 오프시키고,
입력된 지령속도가 상기 모터의 기준속도보다 큰 경우, 상기 부스트 스위치소자를 반복적으로 온오프 동작시키는
모터 구동 장치.
The method of claim 3,
The control unit,
If the input command speed is smaller than the reference speed of the motor, turn off the boost switch element,
When the input command speed is larger than the reference speed of the motor, the boost switch element is repeatedly turned on and off.
Motor-drive unit.
제1항에 있어서,
상기 제어유닛은,
상기 입력 단자에 인가되는 전압 및 전류와, 상기 3상 코일의 저항 및 인덕턴스를 이용하여, 상기 3상 코일의 역기전력을 계산하는 역기전력 연산부와,
상기 역기전력을 기초로 룩업테이블을 참조하여 상기 모터의 제1 현재속도를 연산하는 제1 속도 연산부를 포함하는
모터 구동 장치.
The method of claim 1,
The control unit,
A back electromotive force calculating unit that calculates back electromotive force of the three-phase coil by using a voltage and current applied to the input terminal, resistance and inductance of the three-phase coil,
A first speed calculator configured to calculate a first current speed of the motor with reference to a lookup table based on the counter electromotive force;
Motor-drive unit.
제7항에 있어서,
상기 제어유닛은,
상기 제1 현재속도와 입력된 지령속도를 비교하여 전압지령을 생성하는 전압지령 생성부와,
상기 전압지령과 상기 입력 단자의 전압을 비교하여 상기 부스트 회로부에 포함된 부스트 스위치소자의 동작을 제어하는 제어 신호(S1)를 생성하는 제어신호 생성부를 더 포함하는
모터 구동 장치.
The method of claim 7, wherein
The control unit,
A voltage command generation unit configured to generate a voltage command by comparing the first current speed with the input command speed;
And a control signal generator configured to generate a control signal S1 for controlling an operation of a boost switch element included in the boost circuit unit by comparing the voltage command with a voltage of the input terminal.
Motor-drive unit.
제7항에 있어서,
상기 제어유닛은,
상기 인버터의 상기 3상 코일에 인가되는 각각의 전압을 이용하여, 상기 모터의 제2 현재속도를 연산하는 제2 속도 연산부와,
상기 제1 및 제2 현재속도를 입력받고, 상기 제1 및 제2 현재속도 중 어느 하나만을 선택하여 출력하는 스위치부를 더 포함하는
모터 구동 장치.
The method of claim 7, wherein
The control unit,
A second speed calculator configured to calculate a second current speed of the motor by using respective voltages applied to the three-phase coils of the inverter;
And a switch unit configured to receive the first and second present speeds and to select and output only one of the first and second present speeds.
Motor-drive unit.
제1항에 있어서,
상기 3상 코일은,
상기 3상 교류 전압 중 제1 상 교류 전압이 공급되는 제1 상 코일과,
상기 3상 교류 전압 중 제2 상 교류 전압이 공급되는 제2 상 코일과,
상기 3상 교류 전압 중 제3 상 교류 전압이 공급되는 제3 상 코일을 포함하는
모터 구동 장치.
The method of claim 1,
The three-phase coil,
A first phase coil supplied with a first phase AC voltage among the three phase AC voltages,
A second phase coil supplied with a second phase alternating voltage among the three phase alternating voltages;
A third phase coil supplied with a third phase AC voltage among the three phase AC voltages;
Motor-drive unit.
제10항에 있어서,
상기 3상 스위치소자들은,
상기 제1 상 교류 전압이 공급되도록 온 및 오프 동작하며, 상기 제1 상 코일과 병렬 연결된 제1 상암 스위치 및 제1 하암 스위치와,
상기 제2 상 교류 전압이 공급되도록 온 및 오프 동작하며, 상기 제2 상 코일과 병렬 연결된 제2 상암 스위치 및 제2 하암 스위치와,
상기 제3 상 교류 전압이 공급되도록 온 및 오프 동작하며, 상기 제3 상 코일과 병렬 연결된 제3 상암 스위치 및 제3 하암 스위치를 포함하는
모터 구동 장치.
The method of claim 10,
The three-phase switch device,
A first phase arm switch and a first phase arm switch operating on and off to supply the first phase AC voltage and connected in parallel with the first phase coil;
A second phase arm switch and a second phase arm switch which are turned on and off to supply the second phase AC voltage, and are connected in parallel with the second phase coil;
On and off operation so that the third phase AC voltage is supplied, comprising a third phase arm switch and a third lower arm switch connected in parallel with the third phase coil
Motor-drive unit.
제11항에 있어서,
상기 제어유닛은, 상기 로터의 일회전당 상기 3상 스위치소자들 각각의 온 동작에 대한 온 시간구간 및 오프동작에 대한 오프 시간구간을 결정하는 3상 제어신호를 출력하고,
상기 제1 내지 제3 상암 스위치 및 상기 제1 내지 제3 하암 스위치 각각은, 상기 로터의 일 회전당 상기 3상 제어신호에 따라 한번 온 및 오프 동작하는
모터 구동 장치.
The method of claim 11,
The control unit outputs a three-phase control signal for determining an on time interval for an on operation and an off time interval for an off operation for each of the three phase switch elements per one revolution of the rotor,
Each of the first to third upper arm switches and the first to third lower arm switches may be turned on and off once according to the three-phase control signal per one rotation of the rotor.
Motor-drive unit.
제11항에 있어서,
상기 제1 상암 스위치의 온 시간구간은, 상기 제2, 및 제3 상암 스위치의 온 시간구간과 서로 비중첩되는
모터 구동 장치. The method of claim 11,
The on time periods of the first phase arm switch are non-overlapping with the on time periods of the second and third phase arm switches.
Motor-drive unit.
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