KR20200039238A - 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 Download PDF

Info

Publication number
KR20200039238A
KR20200039238A KR1020180118908A KR20180118908A KR20200039238A KR 20200039238 A KR20200039238 A KR 20200039238A KR 1020180118908 A KR1020180118908 A KR 1020180118908A KR 20180118908 A KR20180118908 A KR 20180118908A KR 20200039238 A KR20200039238 A KR 20200039238A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
inverter
phase
vector
motor
Prior art date
Application number
KR1020180118908A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102127840B1 (ko
Inventor
박천수
권민재
백영진
박동민
박귀근
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020180118908A priority Critical patent/KR102127840B1/ko
Publication of KR20200039238A publication Critical patent/KR20200039238A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102127840B1 publication Critical patent/KR102127840B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, dc단 커패시터, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터, dc단 커패시터와 인버터 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부, 및 출력 전류 검출부를 통해 검출된 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 복수의 스위칭 소자를 제어하며, 스위칭 한 주기의 제1 반주기에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 인버터를 구동하고, 제1 반주기의 다음 반주기인 제2 반주기에서 제1 반주기 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 인버터를 구동할 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, 더욱 상세하게는, 정확하게 상 전류를 검출할 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.
최근, 제조 비용 저감 등을 이유로, 센서리스 방식의 모터 구동장치가 많이 사용되고 있으며, 이에 따라, 효율적인 모터 구동을 위해, 센서리스 방식의 모터 구동장치에 대한 연구가 수행되고 있다.
이러한 센서리스 모터 구동 장치를 안정적으로 구동시키기 위해서는, 상 전류를 간편하고 정확하게 감지할 수 있는 방법이 요구된다.
예를 들어 선행 문헌 1(한국 공개특허공보 제10-2011-0014438호, 공개일자 2011년 02월 11일)은 인버터의 스위칭 소자에 연결되는 복수의 저항 소자를 이용하여 인버터 출력 전류를 감지하는 회로에 대한 내용을 기술하고 있다.
최근에는 하나의 저항 소자를 이용하여 인버터 출력 전류를 감지하는 회로들이 제안되고 있다. 이러한 회로들은 삼상 전류의 합이 0이라는 것을 전제로 하여 특정 상 전류를 추정하고 있다. 하지만, 누설전류 등의 영향으로 삼상 전류의 합이 0이 아닐 때에는 오차가 발생하게 된다.
따라서, 하나의 저항 소자를 이용하여 인버터 출력 전류를 감지할 때 상 전류를 저비용으로 간편하고 정확하게 감지하고, 오차를 보정할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 모터에 흐르는 상 전류를 정확하게 검출할 수 있는 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 누설전류 등의 영향으로 인한 전류 오차를 보정하여 안정적으로 모터를 구동할 수 있는 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, dc단 커패시터, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터, dc단 커패시터와 인버터 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부, 및 출력 전류 검출부를 통해 검출된 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 복수의 스위칭 소자를 제어하며, 스위칭 한 주기의 제1 반주기에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 인버터를 구동하고, 제1 반주기의 다음 반주기인 제2 반주기에서 제1 반주기 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 인버터를 구동할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터에 흐르는 상 전류를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 누설전류 등의 영향으로 인한 전류 오차를 보정하여 안정적으로 모터를 구동할 수 있다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
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 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 출력 전류 검출부를 예시하는 도면이다.
도 5는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭 조합에 따른, 공간 벡터 기반의 전압 벡터를 예시하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 전류 추정 기법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터 및 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터에 대응하는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터를 예시하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터에 대응하는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 보상에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 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.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.
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. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, 모터 구동부로 명명할 수도 있다.
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 일 실시예에 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), dc단 커패시터(C), dc단 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.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되는 출력 전류 검출부(도 4의 Edc 참조)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되는 1개의 dc단 저항 소자(도 4의 Rdc 참조)를 더 포함할 수 있고, 이러한 dc단 저항 소자는 션트(shunt) 저항 소자로 명명될 수도 있다.
이때, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어한다.
이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 1개의 dc단 저항 소자를 이용하여, 순차적으로 검출되는 상 전류 정보를 수신하고, 이에 기초하여, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
한편, 1개의 dc단 저항 소자를 이용하여, 순차적으로 상 전류를 검출할 때, 삼상 전류의 합이 0이라는 것을 전제로 한다. 하지만, 기생 커패시턴스 성분에 의한 누설전류 등의 영향으로 삼상 전류의 합이 0이 아닐 때에는 오차가 발생하게 된다.
누설전류 등의 영향에 의한 전류 오차를 감지하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, dc단 커패시터(C), 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터(C)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터(420), dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(Edc), 및, 출력 전류 검출부(Edc)를 통해 검출된 전류에 기초하여, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 상기 복수의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
스위칭 한 주기가 앞의 제1 반주기와 제2 반주기로 구성될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 제2 반주기에서 제1 반주기와 다른 PWM 패턴으로 인버터(420)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기의 제1 반주기에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 인버터(420)를 구동할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(430)는, 제1 반주기의 다음 반주기인 제2 반주기에서 제1 반주기 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 인버터(420)를 구동할 수 있다.
이에 따라, 삼상 전류의 합이 0이라는 전제로 하나 이상의 상 전류를 추정하는 것이 아니라, 직접 삼상 전류를 모두 검출할 수 있어, 모터(230)에 흐르는 상 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
또한, 출력 전류 검출부(Edc)는, 1개의 dc단 저항 소자(Rdc)를 이용하여, 시분할로, 상 전류를 검출함으로써, 제조 비용이 저감되며, 설치가 용이해지는 장점이 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(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행할 수 있다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410) 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 dc단에 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(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
dc단 커패시터(C)는, dc 양단에 접속되며, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc단 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 dc단 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, dc단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc단 전압 검출부(B)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc단 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, 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(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, 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)를 기초로 생성되어 출력된다.
출력 전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력 전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력 전류 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.
출력 전류 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, dc단 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 출력 전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력 전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력 전류(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 건조기가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 압축된 공기를 공급하기 위한 송풍팬일 수 있다.
다른 예로, 공기조화기가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 실내팬, 실외팬, 냉매를 압축하는 압축기일 수 있다.
또 다른 예로, 냉장고가 모터 구동 장치(220)를 포함하는 경우, 부하(231)는, 냉장실 팬 또는, 냉동실 팬일 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, 출력 전류 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, 상 전류를 감지할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 감지된 상 전류를 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 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 출력 전류 검출부를 예시하는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 출력 전류 검출부(E)는, dc단 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 감지하고, 감지된 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 상 전류(a,b,c 상 전류)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 상 전류를 검출할 수 있다. 이때, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
도 5는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭 조합에 따른, 공간 벡터 기반의 전압 벡터를 예시한다.
도면을 참조하면, 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 V7(000)의 영 벡터에 대응하게 된다. 즉, 공간 벡터 영역(800)에, 2개의 영 벡터가 존재한다.
한편, 그 외, 도면에서는, 6개의 유효 벡터(V1~V6)를 예시한다.
도 6a 내지 도 6c는 전류 추정 기법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
보다 상세하게는, 도 6a는 제1 유효 벡터(V1)와 제2 유효 벡터(V2)에 대응하여, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이고, 도 6b는 제1 유효 벡터(V1)에서의 전류 패쓰를 예시하는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 스위칭 조합에 따라, 공간 벡터 기반의 전압 벡터가 생성될 수 있다.
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 상 전류를 검출하고, 검출된 상 전류를 아날로그 디지털(A/D)변환하고, 스위칭 제어 신호 출력부(도 3의 360) 내의 게이트 신호 생성부(미도시)에서, 현재의 섹터와, 유효 벡터를 판단하여, 상 전류를 복원한다. 이때, 벡터가 한 주기(Ts) 내에서 인가되므로, 2상의 상 전류를 복원할 수 있으며, 나머지 한 상의 전류는 세 상의 전류의 합이 0이라는 것을 이용하여 구한다.
도 6a에서, 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 6b에서, 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 얻을 수 있다.
도 6c는, 각 벡터에 대한, 출력 전류 검출부(Edc)에서 검출되는 모터 전류의 상태를 예시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 섹터 1에서의 제1 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, a 상 전류인 Ias 전류가 검출되며, 섹터 2에서의 제2 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, c 상 전류인 -Ics 전류가 검출되며, 섹터 3에서의 제3 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, b 상 전류인 Ibs 전류가 검출되며, 섹터 4에서의 제4 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, a 상 전류인 -Ias 전류가 검출되며, 섹터 5에서의 제5 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, c 상 전류인 Ics 전류가 검출되며, 섹터 6에서의 제6 유효 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, b 상 전류인 -Ibs 전류가 검출된다.
한편, 영 벡터인, V0, V7 벡터에 대해, 션트 저항 소자(Rdc)를 통해, 전류 검출이 불가능하게 된다.
상술한 것과 같이 통상적인 1-Shunt 전류 감지 기법은 전류의 합이 0라는 관점에서 제어를 한다. 예를 들어, 2상의 전류를 감지하고, ia + ib + ic = 0이라는 전제로 나머지 한 상의 전류를 계산한다. 즉, ia와 ib가 측정되면, ic = -ia - ib로 계산한다.
하지만, 나머지 상 전류를 산출하기 위한 전제인 ia + ib + ic = 0 이 만족되지 않는 경우에는 상 전류 계산 값이 맞지 않는 문제가 있다. 이러한 현상에 따라 불안정한 제어가 반복되다가 발산하는 현상이 발생한다.
이와 같이, 전류의 3상 합이 0이 아닌 경우, 종래의 1-Shunt 로직에서는 오차가 발생할 수 밖에 없고, 이렇게 중성점 전류가 발생하는 경우 발산하게 된다.
예를 들어, 모터의 조립 공차에 의한 누설이 발생하는 경우 1-Shunt에서 전류의 왜곡 현상이 발생하고, 제어 오차 및 센서리스 오차를 증가시킬 수 있다.
본 발명은 1-shunt 전류 감지 기법에서 3상의 전류 합이 0가 되지 않더라도 3상의 전류를 모두 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 오차를 저감하기 위한 1-Shunt 벡터 제어 방법을 제안한다.
본 발명에 따르면, 3상의 전류 합이 0가 되지 않는 오차가 발생한 상태에서는 전류 보정을 수행하여 전류의 값이 0가 될 수 있도록 한다.
따라서, 모터의 문제에 의해서 중성점 전류가 발생하더라도 이를 보완하여 제어기 발산을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터 및 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 1 내지 도 4 등을 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(220)는, dc단 커패시터(C), 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터(C)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터(420), dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(Edc), 및, 출력 전류 검출부(Edc)를 통해 검출된 전류에 기초하여, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 출력 전류 검출부(Edc)는, 하나의 저항 소자(Rdc)를 포함하여 1-션트 방식으로 전류를 검출할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 상기 복수의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
도 7의 (a)는, 섹터 1에서 제어기 위상(Theta)의 증가에 따른 제1 전압 벡터(710), 제2 전압 벡터(720), 제3 전압 벡터(730), 제4 전압 벡터(740)를 예시한다.
도 7의 (b)는, 제3 전압 벡터(730)에 대응하는 스위칭 한 주기에서의 스위칭 소자의 스위칭을 예시한다.
도 7의 (b)를 참조하면, 스위칭 한 주기(Ts)가 앞의 제1 반주기(Ts1)와 제2 반주기(Ts2)로 구성될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 제2 반주기(Ts2)에서 제1 반주기(Ts1)와 다른 PWM 패턴으로 인버터(420)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 스위칭 한 주기(Ts)의 제1 반주기(Ts1)에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 인버터(420)를 구동할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(430)는, 제1 반주기(Ts1)의 다음 반주기인 제2 반주기(Ts2)에서 제1 반주기(Ts1) 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 인버터(420)를 구동할 수 있다.
예를 들어, 제1 반주기(Ts1)에서 제2 유효 벡터(V2(110))로 W상의 상 전류(ic)를 검출할 수 있다. 또한, 제1 유효 벡터(V1(100))로 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.
즉, 도 7의 (b)의 예에서, 제1 반주기(Ts1) 동안 W상의 상 전류(ic)와 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.
하지만, 제1 반주기(Ts1) 동안에 V상의 상 전류(ib)는 검출되지 않는다. 종래에는 W상의 상 전류(ic)와 U상의 상 전류(ia)로 V상의 상 전류(ib)를 추정하였지만, 본 발명은 V상의 상 전류(ib)를 측정하기 위한 검출용 유효 벡터를 생성하여 인버터(420)를 구동할 수 있다.
도 7의 (b)의 예에서, 제2 반주기(Ts2)에서 검출용 유효 벡터인 제6 유효 벡터(V6(101))를 강제 인가하여 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다.
또는, 제2 반주기(Ts2)에서 검출용 유효 벡터로 제3 유효 벡터(V3(010))를 이용하여 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다.
통상적으로 스위칭 한 주기(Ts) 내에서 중간지점을 기준으로 대칭되게 제어하나, 본 발명은 나머지 한 상의 상 전류를 검출하기 위한 검출용 유효 벡터를 강제 인가하여 스위칭 한 주기(Ts) 내에 3상의 상 전류를 모두 검출할 수 있다.
본 발명은, 삼상 전류의 합이 0이라는 전제로 하나 이상의 상 전류를 추정하는 것이 아니라, 직접 삼상 전류를 모두 검출할 수 있어, 모터(230)에 흐르는 상 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 상기 검출용 유효 벡터는, 상기 제2 반주기(Ts2)의 유효 벡터 중 마지막 유효 벡터일 수 있다. 도 6의 (b)의 예에서, 제6 유효 벡터(V6(101))가 마지막 유효 벡터일 수 있고, 제6 유효 벡터(V6(101)) 뒤에는 영 벡터가 인가될 수 있다.
또한, 상기 검출용 유효 벡터는 소정 섹터에서는 한번만 인버터(420)로 인가될 수 있다. 또한, 상기 검출용 유효 벡터는 다른 유효 벡터 인가 시간보다 짧게 인가될 수 있다. 즉, 스위칭 한 주기(Ts) 내에서 상기 검출용 유효 벡터의 인가 시간은 가장 짧을 수 있다.
이에 따라, 순시적으로 전압 벡터가 왜곡되는 현상, 전기적 소음 등을 최소화할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 상기 검출된 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 합산하여 산출된 값이 0이 아닌 경우에 전류 오차가 존재하는 것으로 판별할 수 있다.
이상적으로 3상 전류의 합의 평형을 이루어 0이 되어야 한다. 하지만, 기생 커패시턴스 성분에 의한 누설 전류 등으로 3상 전류의 합이 0이 되지 않으면, 인버터 제어부(430)는, 전류 오차가 존재하는 것으로 판별할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(430)는, 상기 검출된 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 합산하여 전류 오차를 추정할 수 있다.
즉, ia + ib + ic = ierror(전류 오차)가 된다. 만약 ia + ib + ic = 0이면, ierror(전류 오차)가 0이고 전류 오차가 발생하지 않은 것이다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 상기 추정된 전류 오차(ierror)를 상쇄하는 전류 보상을 수행할 수 있다.
실시예에 따라서, 인버터 제어부(430)는, 상기 추정된 전류 오차를 누적하여 저장할 수 있다. 이 경우에도 인버터 제어부(430)는 누적된 전류 오차를 이용하여 전류 보상을 수행할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 인버터 제어부(430)는 상기 출력 전류 검출부(Edc)를 통해 검출된 전류에 기초하여, 상기 모터(230)의 회전자 속도를 연산하는 속도 연산부(320), 상기 연산된 속도 정보와, 속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부(330), 상기 전류 지령치와 상기 검출된 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부(340), 및, 상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터(420)를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
모터(230)의 조립 공차에 의한 누설이 발생하는 경우 1-Shunt에서 전류의 왜곡 현상이 발생하고, 제어기 오차 및 센서리스 오차를 증가시킬 수 있다.
한편, 제어기는 전류 제어기일 수 있다. 여기서, 전류 제어기는 전압 지령 생성부(340)일 수 있다. 경우에 따라서, 전류 제어기는 전류 지령 생성부(330)를 더 포함하는 개념일 수 있다.
본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는 일반적인 1-Shunt 로직(Logic) 중간에 누설 전류를 감지하기 위하여 3상을 모두 감지하는 검출용 유효 벡터를 강제로 인가한다.
인버터 제어부(430)는 이때 감지한 오차를 누적하며, 전류 위상에 동기화하여 보상할 수 있다.
본 발명은 중성점 전류가 발생하는 경우, 제어 오차를 보정하여 모터에 의한 누설에 강인한 제어가 가능한 장점이 있다. 따라서, 모터의 공차나, 노화에 따른 오차를 보정하고 안정적으로 모터를 운용할 수 있다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터에 대응하는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면으로, 도 8a는 제1 전압 벡터(710)에 대응하고, 도 8b는 제2 전압 벡터(720)에 대응하며, 도 8c는 제3 전압 벡터(730)에 대응하고, 도 8d는 제4 전압 벡터(740)에 대응한다.
본 발명에 따르면, 소정 전압 벡터에서 3상 전류를 모두 검출할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 섹터 1의 제3 전압 벡터(730)를 이용하여, V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다.
제1 전압 벡터(710), 제2 전압 벡터(720), 제4 전압 벡터(740)에서는 W상의 상 전류(ic)와 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다. 하지만, 제1 전압 벡터(710), 제2 전압 벡터(720), 제4 전압 벡터(740)에서는 V상의 상 전류(ib)는 검출되지 않는다.
또한, 제3 전압 벡터(730)에서도 제1 반주기(Ts1) 동안 제2 유효 벡터(V2(110))로 W상의 상 전류(ic)를 검출하고, 제1 유효 벡터(V1(100))로 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.
제3 전압 벡터(730)의 제1 반주기(Ts1) 동안에 V상의 상 전류(ib)는 검출되지 않지만, 제2 반주기(Ts2)에 검출용 유효 벡터로 제6 유효 벡터(V6(101))를 이용하여 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다.
한편, 모든 스위칭 주기마다 검출용 유효 벡터를 인가하는 것이 바람직하지 않고, 도 8a 내지 도 8d와 같이 한 섹터에서 한번 인가하는 것이 바람직하다.
도 8e는 섹터 1의 다른 검출용 유효 벡터를 예시한다. 도 8e를 참조하면, 검출용 유효 벡터로 제3 유효 벡터(V3(010))를 이용하여 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는, 벡터 제어중 PWM 패턴을 변경하여 3상 전류를 모두 감지할 수 있는 PWM을 출력할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는, 이러한 PWM으로 3상 전류의 불균형을 감지하고, 이를 누적하여 저장할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는, 저장된 오차 성분을 출력의 위상에 동기화하여 보상할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터를 예시하는 도면이고, 도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 벡터에 대응하는 인버터 내의 각 스위칭 소자의 스위칭을 예시하는 도면이다.
도 9는, 섹터 2에서 제어기 위상(Theta)의 증가에 따른 제1 전압 벡터(910), 제2 전압 벡터(920), 제3 전압 벡터(930), 제4 전압 벡터(940)를 예시한다.
도 10a는 제1 전압 벡터(910)에 대응하고, 도 10b는 제2 전압 벡터(920)에 대응하며, 도 10c는 제3 전압 벡터(930)에 대응하고, 도 10d는 제4 전압 벡터(940)에 대응한다.
도 9 및 도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 섹터 2의 제3 전압 벡터(930)를 이용하여, U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.
제1 전압 벡터(910), 제2 전압 벡터(920), 제4 전압 벡터(940)에서는 W상의 상 전류(ic)와 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다. 하지만, 제1 전압 벡터(910), 제2 전압 벡터(920), 제4 전압 벡터(940)에서는 U상의 상 전류(ia)는 검출되지 않는다.
또한, 제3 전압 벡터(930)에서도 제1 반주기(Ts1) 동안 제2 유효 벡터(V2(110))로 W상의 상 전류(ic)를 검출하고, 제3 유효 벡터(V3(010))로 V상의 상 전류(ib)를 검출할 수 있다.
제3 전압 벡터(930)의 제1 반주기(Ts1) 동안에 U상의 상 전류(ia)는 검출되지 않지만, 제2 반주기(Ts2)에 검출용 유효 벡터로 제4 유효 벡터(V4(011))를 이용하여 U상의 상 전류(ia)를 검출할 수 있다.
한편, 모든 스위칭 주기마다 검출용 유효 벡터를 인가하는 것이 바람직하지 않고, 도 10a 내지 도 10d와 같이 한 섹터에서 한번 인가하는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 보상에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 11의 (a)는 제어기 위상(Theta)의 일예를 도시한 것이고, 도 11의 (b)는 감지된 전류 오차(ierror)를 예시하고, 도 11의 (c)는 전류 오차(ierror)에 대응하는 보상 전류를 예시한 것이다.
도 11의 (a)와 같이 제어기 위상(Theta)이 변함에 따라 인버터 제어부(140)는 기존의 1-Shunt 제어 로직으로 동작을 시작할 수 있다.
그러다, 인버터 제어부(140)는 섹터 1의 경우 제1 유효 벡터와 제2 유효 벡터의 중간 지점이 되었을 때 3상을 모두 감지하는 것이 가능한 검출용 유효 벡터를 출력한다.
즉, 인버터 제어부(140)는 기존의 1-Shunt 제어 로직에 따라 2상의 상 전류를 검출하고, 3상 중 나머지 상 전류를 검출하기 위한 검출용 유효 벡터를 출력할 수 있다.
이에 따라, 모든 상 전류를 검출할 수 있고, 3상의 불균형을 감지할 수 있다. 도 11의 (b)와 같이, 3상의 불균형은 전류 오차(ierror)로 나타낼 수 있다.
한편 인버터 제어부(140)는 도 11의 (c)와 같은 전류 오차(ierror)에 대응하는 보상 전류로 감지된 에러(Error)를 보간하여 전류 오차를 보정할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 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 가진자에 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 (9)

  1. dc단 커패시터;
    복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 상기 dc단 커패시터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 dc단 커패시터와 상기 인버터 사이에 배치되어 전류를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
    상기 출력 전류 검출부를 통해 검출된 전류에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하고,
    상기 인버터 제어부는,
    공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 복수의 스위칭 소자를 제어하며,
    스위칭 한 주기의 제1 반주기에서 삼상 전류 중 제1 상 전류와 제2 상 전류를 검출하는 2이상의 유효 벡터를 생성하여, 상기 인버터를 구동하고,
    상기 제1 반주기의 다음 반주기인 제2 반주기에서 상기 제1 반주기 동안에 검출되지 않는 제3 상 전류를 검출하는 검출용 유효 벡터를 생성하여, 상기 인버터를 구동하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 전류 검출부는, 하나의 저항 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출용 유효 벡터는,
    상기 제2 반주기의 유효 벡터 중 마지막 유효 벡터인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 검출된 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 합산하여 산출된 제1값이 0이 아닌 경우에 전류 오차가 존재하는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 검출된 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 합산하여 전류 오차를 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 추정된 전류 오차를 상쇄하는 전류 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 추정된 전류 오차를 누적하여 저장하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 출력 전류 검출부를 통해 검출된 전류에 기초하여, 상기 모터의 회전자 속도를 연산하는 속도 연산부;
    상기 연산된 속도 정보와, 속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 검출된 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 모터 구동 장치를 구비하는 홈 어플라이언스.

KR1020180118908A 2018-10-05 2018-10-05 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 KR102127840B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180118908A KR102127840B1 (ko) 2018-10-05 2018-10-05 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180118908A KR102127840B1 (ko) 2018-10-05 2018-10-05 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200039238A true KR20200039238A (ko) 2020-04-16
KR102127840B1 KR102127840B1 (ko) 2020-06-29

Family

ID=70454778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180118908A KR102127840B1 (ko) 2018-10-05 2018-10-05 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102127840B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101754687B1 (ko) * 2016-01-29 2017-07-06 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR101756411B1 (ko) * 2016-01-14 2017-07-11 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR20170091975A (ko) * 2016-02-02 2017-08-10 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR20180098043A (ko) * 2017-02-24 2018-09-03 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101756411B1 (ko) * 2016-01-14 2017-07-11 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR101754687B1 (ko) * 2016-01-29 2017-07-06 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR20170091975A (ko) * 2016-02-02 2017-08-10 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR20180098043A (ko) * 2017-02-24 2018-09-03 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스

Also Published As

Publication number Publication date
KR102127840B1 (ko) 2020-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101691793B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR102493847B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
JP6165470B2 (ja) モータ制御装置，ヒートポンプシステム及び空気調和機
JP3684203B2 (ja) モータ制御装置
CN109478865B (zh) 马达驱动装置、冰箱以及空气调节机
KR20120041790A (ko) 제어 각도 사이의 트랜지션용 제어기 및 방법
KR101939487B1 (ko) 모터 구동 장치
WO2013105173A1 (ja) インバータ制御装置
US20210247120A1 (en) Power converting apparatus and air conditioner including the same
KR20090067732A (ko) 공기조화기의 전동기 제어방법
JP4744505B2 (ja) モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及び座標変換方法、並びに換気扇、液体用ポンプ、送風機、冷媒圧縮機、空気調和機及び冷蔵庫
KR101694539B1 (ko) 공기 조화기의 압축기 구동장치 및 그 구동방법
JP5978161B2 (ja) モータ駆動装置
AU2018300408B2 (en) Motor driving apparatus
KR102127840B1 (ko) 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR102010386B1 (ko) 전동기 구동장치
KR20210081057A (ko) 모터구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR102068180B1 (ko) 전동기 구동장치
KR20200113642A (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR102217538B1 (ko) 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR102201563B1 (ko) 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
CN112425054A (zh) 基于逆变器的设备及其控制方法
KR102244843B1 (ko) 모터 구동 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
KR102080519B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102080517B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant