KR20200055575A - Motor driving apparatus and home appliance including the same - Google Patents

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김광식
이준호
장민호
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a motor driving device which can selectively apply an inverter control method. The motor driving device comprises: an inverter unit transmitting power applied from an input power source to a motor; and an inverter control unit generating a duty ratio command value to control operation of the inverter unit. The inverter control unit compares the generated duty ratio command value and a preset reference duty ratio, selects one of a discrete pulse width modulation (DPWM) method and a space vector pulse width modulation (SVPWM) method based on a comparison result, and controls the operation of the inverter unit by using the selected method.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{MOTOR DRIVING APPARATUS AND HOME APPLIANCE INCLUDING THE SAME}Motor driving device and home appliance having the same {MOTOR DRIVING APPARATUS AND HOME APPLIANCE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 입력 전원을 최대한으로 활용할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive device and a home appliance having the same, and more particularly, to a motor drive device that can utilize the input power to the maximum and a home appliance having the same.

모터 구동장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.The motor driving device is a device for driving a motor having a rotor that rotates and a stator wound with a coil.

이러한 모터 구동장치는 다양한 종류의 홈 어플라이언스에 탑재된다. 예를 들어, 홈 어플라이언스는 의류처리장치, 공기조화기 및 청소기를 포함할 수 있다.These motor drives are mounted on various types of home appliances. For example, a home appliance may include a clothing handling device, an air conditioner, and a cleaner.

한편, 도 1을 참조하면, 모터 구동장치의 제어부는 인버터부의 일부분에 설치된 션트저항을 이용하여 모터의 상전류 또는 극전류를 감지하고, 감지결과를 이용하여 모터 구동장치의 동작을 제어한다.On the other hand, referring to Figure 1, the control unit of the motor drive device detects the phase current or pole current of the motor using the shunt resistor installed in a portion of the inverter, and controls the operation of the motor drive device using the detection result.

모터 구동장치는 다양한 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 방식을 이용하여, 인버터부의 동작을 제어한다. 구체적으로 펄스폭 변조 방식에는 최적 전압 변조(Optimal Voltage Modulation) 방식, 정현파 전압 변조(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM) 방식, 공간 벡터 펄스 폭 변조(Space Vector Plulse Width Modulation, SVPWM)방식, 불연속 펄스 폭 변조(Discrete Pulse Width Modulation, DPWM) 방식 등이 있다.The motor driving device controls the operation of the inverter unit using various pulse width modulation (PWM) methods. Specifically, the pulse width modulation method includes an optimal voltage modulation method, a sinusoidal pulse width modulation (SPWM) method, a space vector pulse width modulation (SVPWM) method, and a discontinuous pulse width modulation method. (Discrete Pulse Width Modulation, DPWM) method.

3상 인버터를 제어하는 모터 구동장치는, 일반적으로 DPWM 방식 또는 SVPWM 방식을 사용한다. DPWM 방식은 스위칭 횟수를 줄일 수 있는 장점이 있으며, SVPWM 방식은 고조파 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.The motor driving device for controlling the three-phase inverter generally uses a DPWM method or an SVPWM method. The DPWM method has an advantage of reducing the switching frequency, and the SVPWM method has an advantage of reducing harmonic noise.

모터 구동장치를 구비하는 홈 어플라이언스가 세탁기와 같은 의류처리장치라면, 인버터의 동작에 의한 온도 상승을 최소화하기 위해, DPWM 방식이 선호되는 경향이 있다.If the home appliance equipped with a motor-driven device is a clothing processing device such as a washing machine, the DPWM method tends to be preferred in order to minimize the temperature rise due to the operation of the inverter.

다만, DPWM 방식으로만 인버터를 제어할 경우, 모터에 흐르는 전류의 값을 정확히 감지 할 수 없는 문제점이 발생한다. 특히, DPWM 방식을 이용하여 모터를 저속으로 구동시키는 경우, 스위치가 온 상태로 유지되는 시간이 충분히 길지 않으므로, 모터에 흐르는 전류나, 모터에 인가되는 전압의 크기가 정확하게 감지될 수 없는 문제점이 있다.However, if the inverter is controlled only by the DPWM method, there is a problem that it is impossible to accurately detect the value of the current flowing through the motor. In particular, when the motor is driven at a low speed using the DPWM method, since the time for which the switch is kept on is not long enough, there is a problem that the magnitude of the current flowing through the motor or the voltage applied to the motor cannot be accurately detected. .

즉, DWPM 방식에 의해 설정된 듀티비가, 모터 구동장치 내에 구비된 증폭기의 상승시간(Rising Time) 또는 하강시간(Falling Time) 보다 짧은 경우, 전류 및 전압을 감지 못하는 현상이 발생한다.That is, when the duty ratio set by the DWPM method is shorter than the rising time or falling time of the amplifier provided in the motor driving device, a phenomenon in which current and voltage cannot be sensed occurs.

본 발명의 기술적 과제는, 듀티비를 구현하기 위한 인버터 제어 방식을 선택적으로 적용할 수 있는 모터 구동장치 및 그의 제어방법과, 모터 구동장치를 포함하는 홈 어플라이언스를 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to provide a motor drive device capable of selectively applying an inverter control method for realizing a duty ratio, a control method thereof, and a home appliance including the motor drive device.

또한, 본 발명의 목적은, 스위치에 최대 듀티비 값을 적용함으로써, 모터 구동장치의 성능을 극대화하면서도 상전류를 정확히 감지할 수 있는 모터 구동장치 및 그의 제어방법과, 모터 구동장치를 포함하는 홈 어플라이언스를 제공하는 것이다.In addition, the object of the present invention, by applying the maximum duty ratio value to the switch, while maximizing the performance of the motor drive device while accurately detecting the phase current motor drive device and a control method thereof, and a home appliance including a motor drive device Is to provide

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 전원으로부터 인가된 전력을 모터에 전달하는 인버터부, 상기 인버터부의 동작을 제어하기 위해 듀티비 지령치를 생성하는 인버터 제어부를 포함하고, 상기 인버터 제어부는 생성된 듀티비 지령치와 미리 설정된 기준 듀티비를 비교하고, 비교결과에 근거하여 불연속 펄스 폭 변조(Discrete Pulse Width Modulation, DPWM) 방식 및 공간 벡터 펄스 폭 변조(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM) 방식 중 어느 하나로 선택하며, 선택된 방식을 이용하여 상기 인버터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.A motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes an inverter unit that transmits electric power applied from an input power source to a motor, and an inverter control unit that generates a duty ratio command value to control the operation of the inverter unit And, the inverter control unit compares the generated duty ratio command value with a preset reference duty ratio, and based on the comparison result, a discrete pulse width modulation (DPWM) method and a space vector pulse width modulation (Space Vector Pulse Width) Modulation, SVPWM) is selected from any one of the methods, characterized in that to control the operation of the inverter using the selected method.

일 실시예에 있어서, 인버터부는 서로 직렬 연결된 스위치 쌍을 복수 개 구비함으로써, 상기 복수의 스위치 쌍에 각각 대응되는 복수의 상을 구현하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the inverter unit is provided with a plurality of switch pairs connected in series with each other, so that a plurality of phases respectively corresponding to the plurality of switch pairs is implemented.

일 실시예에 있어서, 인버터 제어부는 소정의 주기마다 인버터부의 듀티비 지령치를 갱신하고, 갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비보다 작으면, 상기 인버터부의 동작을 상기 SVPWM 방식으로 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the inverter control unit updates the duty ratio command value of the inverter unit every predetermined period, and if the updated duty ratio command value is smaller than the reference duty ratio, the operation of the inverter unit is controlled by the SVPWM method. do.

일 실시예에 있어서, 인버터 제어부는 갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비보다 작으면, 상기 인버터부에 구비된 모든 스위치 쌍의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the inverter control unit is characterized in that when the updated duty ratio command value is less than the reference duty ratio, the operation of all switch pairs provided in the inverter unit.

일 실시예에 있어서, 인버터 제어부는 갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비 이상이면, 상기 인버터부의 동작을 상기 DPWM 방식으로 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, if the updated duty ratio command value is greater than or equal to the reference duty ratio, the inverter control unit controls the operation of the inverter unit by the DPWM method.

일 실시예에 있어서, 인버터 제어부는 갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비 이상이면, 상기 인버터부에 구비된 복수의 스위치 쌍 중 일부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the inverter control unit is characterized in that when the updated duty ratio command value is greater than or equal to the reference duty ratio, control of some of the plurality of switch pairs provided in the inverter unit.

일 실시예에 있어서, 인버터 제어부는 갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비 이상이면, 상기 인버터부에 구비된 복수의 스위치 쌍 중 어느 하나를 상기 주기동안 오프 상태로 유지시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, if the updated duty ratio command value is greater than or equal to the reference duty ratio, the inverter control unit maintains one of a plurality of switch pairs provided in the inverter unit in the off state for the period.

일 실시예에 있어서, 인버터 제어부는 상기 인버터부에 구비된 스위치의 동작 특성과 관련된 정보에 근거하여, 상기 기준 듀티비를 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the inverter control unit is characterized in that the reference duty ratio is variably set on the basis of information related to the operating characteristics of the switch provided in the inverter unit.

일 실시예에 있어서, 인버터 제어부는, 상기 모터 구동장치에 구비된 직류 증폭기(Operational Amplifier, OPAMP)의 동작 특성과 관련된 정보에 근거하여, 상기 기준 듀티비를 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the inverter control unit is characterized in that the reference duty ratio is variably set based on information related to operating characteristics of a DC amplifier (OPAMP) provided in the motor driving apparatus.

일 실시예에 있어서, 인버터 제어부는 상기 직류 증폭기의 상승 시간(Rising Time) 및 하강 시간(Falling Time) 중 적어도 하나에 근거하여, 상기 기준 듀티비를 설정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the inverter control unit is characterized by setting the reference duty ratio based on at least one of a rising time (Rising Time) and a falling time (Falling Time) of the DC amplifier.

본원발명의 인버터 제어장치에 따르면, 스위치에 최대 듀티비 값을 적용하면서도 상전류를 정확히 감지할 수 있는 효과가 도출된다.According to the inverter control device of the present invention, an effect capable of accurately detecting the phase current is derived while applying the maximum duty ratio value to the switch.

또한, 본 발명에 따른 모터 구동장치는, 구동 상태에 따라 DPWM 방식과 SVPWM 방식을 선택적으로 적용함으로써, 모터 전류와 모터 전압을 정확히 감지할 수 있는 장점이 있다.In addition, the motor driving apparatus according to the present invention has the advantage of accurately sensing the motor current and the motor voltage by selectively applying the DPWM method and the SVPWM method according to the driving state.

또한, 인버터부와 모터의 성능을 극대화시킬 수 있는 효과가 도출된다. 구체적으로, 모터의 가속 성능과 인버터부의 제어 반응성이 향상되는 효과가 도출된다.In addition, an effect capable of maximizing the performance of the inverter unit and the motor is derived. Specifically, the effect of improving the acceleration performance of the motor and the control responsiveness of the inverter is derived.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 모터 구동장치의 인버터부 내의 각 스위치의 스위칭 상태를 나타내는 개념도이다.
도 3은 모터 구동장치의 인버터 제어방법으로서 DPWM 방식을 나타내는 그래프이다.
도 4는 모터 구동장치의 인버터 제어방법으로서 SVPWM 방식을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a circuit diagram showing a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram showing the switching state of each switch in the inverter portion of the motor drive device.
3 is a graph showing a DPWM method as an inverter control method of a motor drive device.
4 is a graph showing the SVPWM method as an inverter control method of a motor drive device.
5 is a flowchart showing a control method of a motor driving apparatus according to the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(620)는, 센서리스(sensorless) 방식으로 모터(630)를 구동하기 위한 것으로서, 인버터부(420), 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the motor driving apparatus 620 according to an embodiment of the present invention is for driving the motor 630 in a sensorless manner, and includes an inverter unit 420 and an inverter control unit 430 ).

참고로, 인버터 제어부(430)는 모터 구동장치(620)가 탑재된 홈 어플라이언스의 구성요소를 제어하는 제어유닛과 실질적으로 동일한 구성일 수도 있고, 상기 제어유닛을 구성하는 회로의 일부분에 대응될 수도 있다.For reference, the inverter control unit 430 may be substantially the same configuration as the control unit for controlling the components of the home appliance on which the motor drive unit 620 is mounted, or may correspond to a part of the circuit constituting the control unit. have.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(620)는, 컨버터(410), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 리액터(L), 직류단 전류 검출부(Rs) 및 상전류 검출부(S1, S2, S3)를 포함할 수 있다.In addition, the motor driving apparatus 620 according to an embodiment of the present invention includes a converter 410, a dc stage voltage detector (B), a smoothing capacitor (C), a reactor (L), a DC stage current detector (Rs) and a phase current It may include the detection unit (S1, S2, S3).

리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다. The reactor L is disposed between the commercial AC power sources 405 and v s and the converter 410 to perform power factor correction or boost operation. In addition, the reactor L may also function to limit harmonic currents due to high-speed switching of the converter 410.

인버터 제어부(430)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았으나, 교류 전원(405)과 컨버터(410) 사이에는 입력 전류(is)를 감지하기 위한 입력 전류 검출용 션트 저항이 배치될 수 있다.The inverter control unit 430 can detect the input current i s input from the commercial AC power source 405. Although not shown in FIG. 1, an shunt resistor for detecting an input current for sensing an input current i s may be disposed between the AC power source 405 and the converter 410.

컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 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 달라진다. The converter 410 converts and outputs the commercial AC power 405 that has passed through the reactor L into DC power. Although the commercial AC power source 405 is illustrated as a single-phase AC power source in the drawing, it may be a three-phase AC power source. The internal structure of the converter 410 also varies according to the type of the commercial AC power source 405.

한편, 컨버터(410)는, 스위치 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.Meanwhile, the converter 410 may be made of a diode or the like without a switch, and may perform a rectification operation without a separate switching operation.

예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다. For example, in the case of a single-phase AC power supply, four diodes may be used in the form of a bridge, and in the case of a three-phase AC power supply, six diodes may be used in the form of a bridge.

한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위치 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위치 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. Meanwhile, as the converter 410, for example, a half-bridge type converter in which two switches and four diodes are connected may be used, and in the case of a three-phase AC power source, six switches and six diodes may be used.

컨버터(410)가, 스위치를 구비하는 경우, 해당 스위치의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.When the converter 410 includes a switch, a step-up operation, power factor improvement, and DC power conversion may be performed by a switching operation of the corresponding switch.

평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다. The smoothing capacitor C smooths the input power and stores it. In the drawing, one element is illustrated as the smoothing capacitor C, but a plurality of elements are provided to secure element stability.

한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.On the other hand, in the drawing, it is illustrated as being connected to the output terminal of the converter 410, but is not limited to this, DC power may be directly input. For example, DC power from a solar cell is applied to the smoothing capacitor C It can be directly input or DC / DC converted and input. Hereinafter, parts illustrated in the drawings are mainly described.

한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다. On the other hand, since both ends of the smoothing capacitor C have direct current power, they may be referred to as a dc terminal or a dc link terminal.

dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.The dc stage voltage detector B may detect the dc stage voltage Vdc that is both ends of the smoothing capacitor C. To this end, the dc stage voltage detector B may include a resistance element, an amplifier, and the like. The detected dc stage voltage (Vdc) may be input to the inverter control unit 430 as a pulsed discrete signal.

전압 검출부(B)는 인버터부(420)의 스위치의 동작 주기를 고려하여, dc 단 전압을 검출하는 시점을 결정할 수 있다.The voltage detection unit B may determine a time point of detecting the dc stage voltage in consideration of the operation cycle of the switch of the inverter unit 420.

일 실시예에서, 전압 검출부(B)는 스위치의 듀티비가 갱신되는 주기의 중간 시점에서 dc 단 전압을 검출할 수 있다.In one embodiment, the voltage detector B may detect the dc stage voltage at an intermediate point in the period in which the duty ratio of the switch is updated.

인버터부(420)는, 복수개의 인버터 스위치를 구비하고, 스위치의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(630)에 출력할 수 있다. The inverter unit 420 includes a plurality of inverter switches, and converts a DC power supply (Vdc) smoothed by an on / off operation of the switch into a three-phase AC power supply (va, vb, vc) of a predetermined frequency, thereby synchronizing three-phase. It can be output to the motor 630.

인버터부(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위치(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위치(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위치가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위치(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. In the inverter unit 420, the upper arm switches Sa, Sb, Sc and the lower arm switches S'a, S'b, S'c, which are connected to each other in series, are a pair, and a total of three pairs of upper and lower arm switches. Are connected in parallel with each other (Sa & S'a, Sb & S'b, Sc & S'c). Diodes are connected in reverse parallel to each of the switches Sa, S'a, Sb, S'b, Sc, and S'c.

즉, 제1 상암 스위치(Sa) 및 제1 하암 스위치(S'a)는 제1 상을 구현하고, 제2 상암 스위치(Sb) 및 제2 하암 스위치(S'b)는 제2 상을 구현하며, 제3 상암 스위치(Sc) 및 제3 하암 스위치(S'c)는 제3 상을 구현할 수 있다. That is, the first upper arm switch Sa and the first lower arm switch S'a implement the first phase, and the second upper arm switch Sb and the second lower arm switch S'b implement the second phase. In addition, the third upper arm switch Sc and the third lower arm switch S'c may implement a third phase.

또한, 제1 스위치 쌍(Sa, S'a) 중 제1 하암 스위치(S'a)의 일단에는 제1 션트저항(S1)이 연결된다. 마찬가지로, 제2 하암 스위치(S'b)의 일단에는 제2 션트저항(S2)이 연결되고, 제3 하암 스위치(S'c)의 일단에는 제3 션트저항(S3)이 연결되된다.In addition, a first shunt resistor S1 is connected to one end of the first lower arm switch S'a among the first switch pairs Sa and S'a. Likewise, a second shunt resistor S2 is connected to one end of the second lower arm switch S'b, and a third shunt resistor S3 is connected to one end of the third lower arm switch S'c.

인버터부(420) 내의 스위치들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위치들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(630)에 출력되게 된다.The switches in the inverter unit 420 perform on / off operation of each switch based on the inverter switching control signal Sic from the inverter controller 430. Thereby, three-phase AC power having a predetermined frequency is output to the three-phase synchronous motor 630.

스위칭 상태는 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc)를 기준으로 정의된다. 인버터 동작 시, 스위치 쌍 중 어느 하나는 온 상태이고, 나머지 하나는 오프 상태이므로, 이하에서도 상암 스위치를 기준으로 스위칭 동작을 설명한다.The switching state is defined based on the first to third upper arm switches Sa, Sb, and Sc. During the operation of the inverter, one of the switch pair is on, and the other is off, so the switching operation will be described based on the phase-arm switch.

따라서, 이하에서 설명되는 듀티비 또는 듀티비 지령치는 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc)에 대응되는 것으로 정의한다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.Accordingly, the duty ratio or the duty ratio command value described below is defined as corresponding to the first to third upper arm switches Sa, Sb, and Sc. This is for convenience of description and does not limit the scope of the present invention.

인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터부(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(idc)를 입력받을 수 있다.The inverter control unit 430 may control the switching operation of the inverter unit 420 based on the sensorless method. To this end, the inverter control unit 430 may receive the output current idc detected by the output current detection unit E.

인버터 제어부(430)는, 인버터부(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터부(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(idc)을 기초로 생성되어 출력된다.The inverter control unit 430 outputs the inverter switching control signal Sic to the inverter unit 420 to control the switching operation of the inverter unit 420. The inverter switching control signal Sic is a pulse width modulation (PWM) switching control signal, which is generated and output based on the output current idc detected by the output current detector E.

직류단 전류 검출부(Rs)는, 3상 모터(630) 사이에 흐르는 출력전류(idc)를 검출할 수 있다. The DC terminal current detection unit Rs can detect the output current idc flowing between the three-phase motors 630.

직류단 전류 검출부(Rs)는, dc단 커패시터(C)와 인버터부(420) 사이에 배치되어 모터에 흐르는 출력전류(Idc)를 검출할 수 있다.The DC terminal current detection unit Rs is disposed between the DC terminal capacitor C and the inverter unit 420 to detect the output current Idc flowing through the motor.

특히, 직류단 전류 검출부(Rs)는, 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 구비할 수 있다. In particular, the DC terminal current detection unit Rs may include one shunt resistor element Rs.

직류단 전류 검출부(Rs)는, 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 사용하여, 인버터부(420)의 하암 스위치의 턴 온시, 시분할로, 모터(630)에 흐르는 출력 전류(idc)인 상 전류(phase current)를 검출할 수 있다.The DC terminal current detection unit Rs uses a single shunt resistor element Rs, and when the lower switch of the inverter unit 420 is turned on, in a time division, a phase current that is an output current idc flowing through the motor 630 (phase current) can be detected.

한편, 각 상의 하암스위치에는 상전류검출부(S1, S2, S3)가 연결될 수 있으며, 상기 상전류검출부(S1, S2, S3)는 복수의 스위치 중 적어도 하나에 흐르는 상전류를 검출 할 수 있다.Meanwhile, phase current detection units S1, S2, and S3 may be connected to the lower arm switches of each phase, and the phase current detection units S1, S2, and S3 may detect phase current flowing through at least one of a plurality of switches.

검출된 출력전류(idc)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(idc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(idc)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로하여 기술한다.The detected output current (idc) is a discrete signal in the form of a pulse and can be applied to the inverter control unit 430, and the inverter switching control signal (Sic) is generated based on the detected output current (idc). do. Hereinafter, it will be described that the detected output current idc is a three-phase output current (ia, ib, ic).

한편, 3상 모터(630)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. Meanwhile, the three-phase motor 630 includes a stator and a rotor, and AC power of a predetermined frequency is applied to a coil of the stator of each phase (a, b, c phase), so that the rotor It turns.

이러한 모터(630)는, 브러시리스(BrushLess와, BLDC) DC 모터를 포함할 수 있다.The motor 630 may include a brushless DC motor.

예를 들어, 모터(630)는, 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. For example, the motor 630 may be a surface-mounted permanent magnet-synchronous motor (SMPMSM), an embedded permanent magnet synchronous motor (IPMSM), and a synchronous reluctance. It may include a motor (Synchronous Reluctance Motor; Synrm). Among them, SMPMSM and IPMSM are Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) with permanent magnet applied, and Synrm has no permanent magnet.

이하 도 2에서는 모터 구동장치의 인버터부 내의 각 스위치의 스위칭 상태가 설명된다.Hereinafter, in FIG. 2, the switching state of each switch in the inverter unit of the motor drive device will be described.

참고로, 도 2에서 '0'은 직렬로 연결된 한 쌍의 스위치 중 상암 스위치가 오프되고 하암 스위치가 온되는 상태를 의미한다. 또한, 도 2에서 '1'은 직렬로 연결된 한 쌍의 스위치 중 상암 스위치가 온되고 하암 스위치가 오프되는 상태를 의미한다.For reference, '0' in FIG. 2 means that the upper arm switch is turned off and the lower arm switch is turned on among the pair of switches connected in series. In addition, '1' in FIG. 2 means that the upper arm switch is on and the lower arm switch is off among the pair of switches connected in series.

도 2에서 도시된 것과 같이, 스위칭 상태는 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc)를 기준으로 정의된다. 인버터 동작 시, 스위치 쌍 중 어느 하나는 온 상태이고, 나머지 하나는 오프 상태이므로, 이하에서도 상암 스위치를 기준으로 스위칭 동작을 설명한다.2, the switching state is defined based on the first to third phase-arm switches Sa, Sb, and Sc. During the operation of the inverter, one of the switch pair is on, and the other is off, so the switching operation will be described based on the phase-arm switch.

따라서, 이하에서 설명되는 듀티비 또는 듀티비 지령치는 제1 내지 제3 상암 스위치(Sa, Sb, Sc)에 대응되는 것으로 정의한다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.Accordingly, the duty ratio or the duty ratio command value described below is defined as corresponding to the first to third upper arm switches Sa, Sb, and Sc. This is for convenience of description and does not limit the scope of the present invention.

아울러, 3개의 스위치 쌍을 포함하는 인버터부(420)의 스위칭 상태는 벡터로 표현될 수 있다.In addition, the switching state of the inverter unit 420 including three switch pairs may be represented by a vector.

도 2를 참조하면, 세개의 스위치 쌍이 (0,0,0)인 제1 상태(V0)와, (1,0,0)인 제2 상태(V1)와, (1,1,0)인 제3 상태(V2) 및 (1,1,1)인 제4 상태(V7)가 도시된다. Referring to FIG. 2, three switch pairs are (0,0,0) in a first state (V0), (1,0,0) in a second state (V1), and (1,1,0) are The third state V2 and the fourth state V7 which are (1, 1, 1) are shown.

인버터부(420)의 스위칭 상태가 제1 상태(V0) 또는 제4 상태(V7)일 경우, 인버터부(420)와 전원(405) 측 사이에 전류가 흐르지 않는다. 이에, 제1 상태(V0)에 대응되는 제1 벡터(0,0,0)와, 제4 상태(V7)에 대응되는 제4 벡터(1,1,1)을 '제로 벡터'로 정의한다.When the switching state of the inverter unit 420 is the first state (V0) or the fourth state (V7), no current flows between the inverter unit 420 and the power source 405 side. Accordingly, the first vector (0,0,0) corresponding to the first state (V0) and the fourth vector (1,1,1) corresponding to the fourth state (V7) are defined as 'zero vectors'. .

인버터부(420)의 스위칭 상태가 제2 상태(V1) 또는 제3 상태(V2)일 경우, 인버터부(420)와 전원(405) 측 사이에 전류가 흐른다. 이에, 제2 상태(V1)에 대응되는 제2 벡터(1,0,0)와, 제3 상태(V2)에 대응되는 제3 벡터(1,1,0)을 '유효 벡터'로 정의한다.When the switching state of the inverter unit 420 is the second state (V1) or the third state (V2), a current flows between the inverter unit 420 and the power source 405 side. Accordingly, the second vector (1,0,0) corresponding to the second state (V1) and the third vector (1,1,0) corresponding to the third state (V2) are defined as 'effective vectors'. .

이하, 도 3에는 DPWM 방식으로 구동하는 3상 스위치의 그래프가 도시되고, , 도 4에는 SVPWM 방식으로 구동하는 3상 스위치의 그래프가 도시된다.Hereinafter, FIG. 3 shows a graph of a three-phase switch driven by the DPWM method, and FIG. 4 shows a graph of a three-phase switch driven by the SVPWM method.

참고로, 도 3과 도 4는, 동일한 듀티비 지령이 생성된 경우로 가정한다.For reference, FIGS. 3 and 4 are assumed to be the same duty ratio command generated.

도 3에 도시된 것과 같이, DPWM 방식으로 구동하는 인버터부(420)의 3상 스위치는, 스위치의 동작 주기의 중간 시점에서 유효 벡터를 구현할 수 있다.As shown in FIG. 3, the three-phase switch of the inverter unit 420 driven by the DPWM method may implement an effective vector at an intermediate point in time of the operation cycle of the switch.

즉, 도 3을 참조하면, 스위치의 일 동작 주기의 중간 시점에서 두개의 스위치는 온 상태이고, 나머지 한개의 스위치는 오프 상태이므로, 상기 중간 시점에서 3상 스위치에 의해 형성되는 상태는 상기 제3 벡터(1,1,0)에 대응될 수 있다.That is, referring to FIG. 3, since the two switches are in the on state and the other switch is in the off state at an intermediate point of one operation cycle of the switch, the state formed by the three-phase switch at the intermediate point is the third It can correspond to a vector (1,1,0).

도 4에 도시된 것과 같이, SVPWM 방식으로 구동하는 인버터부(420)의 3상 스위치는, 스위치의 동작 주기의 중간 시점에서 제로 벡터를 구현할 수 있다.As illustrated in FIG. 4, the three-phase switch of the inverter unit 420 driven by the SVPWM method may implement a zero vector at an intermediate point in time of an operation cycle of the switch.

즉, 도 4를 참조하면, 스위치의 일 동작 주기의 중간 시점에서 세개의 스위치가 모두 온 상태이므로, 상기 중간 시점에서 3상 스위치에 의해 형성되는 상태는 상기 제4 벡터(1,1,1)에 대응될 수 있다.In other words, referring to FIG. 4, since all three switches are in an on-state at an intermediate point of one operation cycle of the switch, the state formed by the 3-phase switch at the intermediate point is the fourth vector (1, 1, 1). Can correspond to

도 3의 그래프와, 도 4의 그래프를 비교하면, DPWM 방식으로 인버터부를 제어하는 경우, 듀티비가 갱신되는 주기의 중간 시점으로부터 3상 스위치 중 어느 하나가 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 시점 사이의 시간간격(T2)은 듀티비 지령에 따라 변경될 수 있다.When the graph of FIG. 3 and the graph of FIG. 4 are compared, when controlling the inverter unit by the DPWM method, between the middle point of the cycle in which the duty ratio is updated, the point in time when any one of the three-phase switches is switched from the off state to the on state The time interval T2 may be changed according to the duty ratio command.

이에, DWPM 방식만을 이용하는 경우, 저속 영역에서는 상기 시간간격(T2)이 전압 감지를 수행하기에 충분치 않으므로, 전압을 정확하게 감지할 수 없는 문제점이 있다.Accordingly, when only the DWPM method is used, since the time interval T2 is not sufficient to perform voltage sensing in a low-speed region, there is a problem that voltage cannot be accurately detected.

따라서, 본 발명에서는 운전 조건에 따라 스위칭 방식을 전환시키는 모터 구동장치를 제안한다.Therefore, the present invention proposes a motor drive device for switching the switching method according to the operating conditions.

이하, 도 5에서는 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어 방법이 설명된다.Hereinafter, a control method of a motor driving apparatus according to the present invention will be described in FIG. 5.

도 5에 도시된 것과 같이, 인버터 제어부(430)는 스위치의 듀티비 지령치를 생성할 수 있다(S401). 구체적으로, 인버터 제어부(430)는 소정의 주기마다 듀티비 지령치를 생성할 수 있다.As shown in FIG. 5, the inverter control unit 430 may generate a duty ratio command value of the switch (S401). Specifically, the inverter control unit 430 may generate a duty ratio command value every predetermined period.

인버터 제어부(430)는 모터의 목표 속도에 근거하여 듀티비 지령치를 생성할 수 있다.The inverter control unit 430 may generate a duty ratio command value based on the target speed of the motor.

인버터 제어부(430)는 생성된 듀티비 지령치가 기준 듀티비를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S402).The inverter control unit 430 may determine whether the generated duty ratio command value exceeds the reference duty ratio (S402).

듀티비 지령치가 기준 듀티비를 초과하는 경우, 인버터 제어부(430)는 DPWM 방식을 이용하여 인버터부를 제어할 수 있다(S403).When the duty ratio command value exceeds the reference duty ratio, the inverter control unit 430 may control the inverter unit using the DPWM method (S403).

듀티비 지령치가 기준 듀티비 이하인 경우, 인버터 제어부(430)는 SVPWM 방식을 이용하여 인버터부를 제어할 수 있다(S404).When the duty ratio command value is equal to or less than the reference duty ratio, the inverter control unit 430 may control the inverter unit using the SVPWM method (S404).

본 발명에 따른 인버터 제어부(430)는, 생성된 듀티비 지령치와 미리 설정된 기준 듀티비를 비교하고, 비교결과에 근거하여 불연속 펄스 폭 변조(Discrete Pulse Width Modulation, DPWM) 방식 및 공간 벡터 펄스 폭 변조(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM) 방식 중 어느 하나로 선택하며, 선택된 방식을 이용하여 인버터부(420)의 동작을 제어할 수 있다.The inverter control unit 430 according to the present invention compares the generated duty ratio command value with a preset reference duty ratio and modulates a discrete pulse width modulation (DPWM) method and a spatial vector pulse width based on the comparison result. One of the (Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM) method may be selected, and the operation of the inverter unit 420 may be controlled using the selected method.

구체적으로, 인버터 제어부(430)는, 소정의 주기마다 인버터부의 듀티비 지령치를 갱신하고, 갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비보다 작으면, 상기 인버터부의 동작을 SVPWM 방식으로 제어할 수 있다.Specifically, the inverter control unit 430 may update the duty ratio command value of the inverter unit at predetermined intervals, and if the updated duty ratio command value is smaller than the reference duty ratio, the inverter unit operation may be controlled by the SVPWM method.

일 실시예에서, 인버터 제어부(430)는, 갱신된 듀티비 지령치가 기준 듀티비보다 작으면, 인버터부(420)에 구비된 모든 스위치 쌍의 동작을 제어할 수 있다.In one embodiment, the inverter control unit 430 may control the operation of all switch pairs provided in the inverter unit 420 when the updated duty ratio command value is smaller than the reference duty ratio.

이때, 기준 듀티비는 전압 검출부(B)에 포함된 증폭기(OPAMP)의 특성에 따라 가변적으로 설정될 수 있다. In this case, the reference duty ratio may be variably set according to the characteristics of the amplifier OPAMP included in the voltage detector B.

한편, 인버터 제어부(430)는, 갱신된 듀티비 지령치가 기준 듀티비 이상이면, 인버터부(420)의 동작을 DPWM 방식으로 제어할 수 있다.Meanwhile, if the updated duty ratio command value is greater than or equal to the reference duty ratio, the inverter control unit 430 may control the operation of the inverter unit 420 in a DPWM manner.

인버터 제어부(430)는, 갱신된 듀티비 지령치가 기준 듀티비 이상이면, 인버터부(420)에 구비된 복수의 스위치 쌍 중 일부의 동작을 제어할 수 있다.When the updated duty ratio command value is equal to or greater than the reference duty ratio, the inverter control unit 430 may control the operation of some of the plurality of switch pairs provided in the inverter unit 420.

인버터 제어부(430)는, 갱신된 듀티비 지령치가 기준 듀티비 이상이면, 상기 인버터부에 구비된 복수의 스위치 쌍 중 어느 하나를 상기 주기동안 오프 상태로 유지시킬 수 있다.If the updated duty ratio command value is equal to or greater than the reference duty ratio, the inverter control unit 430 may maintain any one of a plurality of switch pairs provided in the inverter unit in the off state during the period.

인버터 제어부(430)는, 인버터부(420)에 구비된 스위치의 동작 특성과 관련된 정보에 근거하여, 기준 듀티비를 가변적으로 설정할 수 있다.The inverter control unit 430 may variably set a reference duty ratio based on information related to an operating characteristic of a switch provided in the inverter unit 420.

인버터 제어부(430)는, 모터 구동장치에 구비된 직류 증폭기(Operational Amplifier, OPAMP)의 동작 특성과 관련된 정보에 근거하여, 기준 듀티비를 가변적으로 설정할 수 있다.The inverter control unit 430 may variably set a reference duty ratio based on information related to operating characteristics of a DC amplifier provided in a motor driving device.

인버터 제어부(430)는, 직류 증폭기의 상승 시간(Rising Time) 및 하강 시간(Falling Time) 중 적어도 하나에 근거하여, 기준 듀티비를 설정할 수 있다.The inverter controller 430 may set a reference duty ratio based on at least one of a rising time and a falling time of the DC amplifier.

예를 들어, 인버터 제어부(430)는, 직류 증폭기의 상승 시간(Rising Time) 및 하강 시간(Falling Time)이 감소할 수록, 상기 기준 듀티비를 감소시킬 수 있다. For example, the inverter control unit 430 may decrease the reference duty ratio as the rising time and falling time of the DC amplifier decrease.

Claims (10)

입력 전원으로부터 인가된 전력을 모터에 전달하는 인버터부;
상기 인버터부의 동작을 제어하기 위해 듀티비 지령치를 생성하는 인버터 제어부를 포함하고,
상기 인버터 제어부는,
생성된 듀티비 지령치와 미리 설정된 기준 듀티비를 비교하고, 비교결과에 근거하여 불연속 펄스 폭 변조(Discrete Pulse Width Modulation, DPWM) 방식 및 공간 벡터 펄스 폭 변조(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM) 방식 중 어느 하나로 선택하며, 선택된 방식을 이용하여 상기 인버터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.An inverter unit that transmits power applied from the input power to the motor;
And an inverter control unit generating a duty ratio command value to control the operation of the inverter unit.
The inverter control unit,
The generated duty ratio command value is compared with a preset reference duty ratio, and among the discrete pulse width modulation (DPWM) method and space vector pulse width modulation (SVPWM) method based on the comparison result A motor drive device selected from any one and controlling the operation of the inverter unit using the selected method. 제1항에 있어서,
상기 인버터부는,
서로 직렬 연결된 스위치 쌍을 복수 개 구비함으로써, 상기 복수의 스위치 쌍에 각각 대응되는 복수의 상을 구현하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
The inverter unit,
By providing a plurality of switch pairs connected in series with each other, a motor drive device characterized in that to implement a plurality of phases respectively corresponding to the plurality of switch pairs. 제2항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
소정의 주기마다 인버터부의 듀티비 지령치를 갱신하고,
갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비보다 작으면, 상기 인버터부의 동작을 상기 SVPWM 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 2,
The inverter control unit,
The duty ratio command value of the inverter unit is updated every predetermined period,
If the updated duty ratio command value is smaller than the reference duty ratio, the motor driving apparatus characterized in that the operation of the inverter unit is controlled by the SVPWM method. 제3항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비보다 작으면, 상기 인버터부에 구비된 모든 스위치 쌍의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 3,
The inverter control unit,
If the updated duty ratio command value is less than the reference duty ratio, the motor drive device, characterized in that to control the operation of all switch pairs provided in the inverter unit. 제2항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비 이상이면, 상기 인버터부의 동작을 상기 DPWM 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 2,
The inverter control unit,
If the updated duty ratio command value is greater than or equal to the reference duty ratio, the motor driving apparatus is characterized in that the operation of the inverter unit is controlled by the DPWM method. 제5항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비 이상이면, 상기 인버터부에 구비된 복수의 스위치 쌍 중 일부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.The method of claim 5,
The inverter control unit,
If the updated duty ratio command value is greater than or equal to the reference duty ratio, a motor drive device for controlling the operation of a part of a plurality of switch pairs provided in the inverter unit. 제6항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
갱신된 듀티비 지령치가 상기 기준 듀티비 이상이면, 상기 인버터부에 구비된 복수의 스위치 쌍 중 어느 하나를 상기 주기동안 오프 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.The method of claim 6,
The inverter control unit,
And if the updated duty ratio command value is equal to or greater than the reference duty ratio, any one of a plurality of switch pairs provided in the inverter unit is maintained in the off state during the period. 제1항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 인버터부에 구비된 스위치의 동작 특성과 관련된 정보에 근거하여, 상기 기준 듀티비를 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.According to claim 1,
The inverter control unit,
And the reference duty ratio is variably set based on information related to an operating characteristic of the switch provided in the inverter unit. 제8항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 모터 구동장치에 구비된 직류 증폭기(Operational Amplifier, OPAMP)의 동작 특성과 관련된 정보에 근거하여, 상기 기준 듀티비를 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.The method of claim 8,
The inverter control unit,
A motor driving apparatus characterized in that the reference duty ratio is variably set based on information related to an operating characteristic of a DC amplifier (OPAMP) provided in the motor driving apparatus. 제9항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 직류 증폭기의 상승 시간(Rising Time) 및 하강 시간(Falling Time) 중 적어도 하나에 근거하여, 상기 기준 듀티비를 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.The method of claim 9,
The inverter control unit,
And setting the reference duty ratio based on at least one of a rising time and a falling time of the DC amplifier.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230116535A (en) * 2022-01-28 2023-08-04 강원대학교산학협력단 Expansion method of current reconstruction areas for detecting phase currents by three-shunt resistors of three-leg two-phase inverters

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