KR20200126276A - 컨버터 스위칭소자의 고장진단장치 및 진단방법 - Google Patents

컨버터 스위칭소자의 고장진단장치 및 진단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 구동장치는, 복수의 스위치 쌍을 포함하고, 각 스위치 쌍에 대응되는 상(Phase)을 구현하는 역률보상부, 상기 복수의 스위치 쌍 중 어느 하나에 대응되는 상의 상전류를 모니터링하고, 모니터링 대상인 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 검출되면, 상기 복수의 스위치 쌍에 고장이 발생된 것으로 판단하며, 상기 상전류의 위상에 대응되는 파형과, 미리 설정된 복수의 패턴을 비교하여, 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

컨버터 스위칭소자의 고장진단장치 및 진단방법{ERROR DIAGNOSIS APPARATUS AND DIAGNOSIS METHOD FOR SWITCHES OF CONVERTER}
본 발명은 컨버터에 포함된 스위칭 고장진단을 수행하는 방법에 관한 것이다.
에어컨 시스템에서 전력품질 및 시스템 효율 증대를 위해 역률제어장치(Power Factor Controller, PFC)를 사용하고 있다. 그 사용범위가 급속도로 증가하면서 시스템의 안정성 또한 매우 중요하게 인식이 되고 있다. 과거에는 사후보수가 일반적이었으나, 현재는 예지보전에 대한 연구 및 적용이 활발이 이루어지고 있다.
PFC에서는 여러 원인들에 의해 개방 회로 고장이 발생할 수 있다. 이러한 경우, 입력 교류 전류의 고조파와 DC링크단에 전압 맥동을 야기시킨다.
본 발명은 사용빈도가 높고 고가인 3상 PFC 스위치의 개방 고장이 발생하였을 경우, 추가적인 하드웨어 없이 전류각의 패턴을 파악하여 고장이 발생한 상의 스위치를 검출하고, PFC소자를 교체하지 않고 PFC시스템의 사용 목적인 THD개선과 DC링크 승압을 위한 제어가 가능하며, 입력 교류 전류의 고조파와 DC 링크단 전압의 맥동을 최소화시키기 위한 고장 허용 제어 방법을 제안한다.
본 발명의 기술적 과제는, 고장이 발생된 스위칭 소자를 식별할 수 있는 모터 구동장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는, 스위칭 소자의 고장에 영향을 받지 않고, 설정된 출력을 획득하도록, 듀티비 보상을 수행하는 모터 구동장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 구동장치는, 복수의 스위치 쌍을 포함하고, 각 스위치 쌍에 대응되는 상(Phase)을 구현하는 역률보상부, 상기 복수의 스위치 쌍 중 어느 하나에 대응되는 상의 상전류를 모니터링하고, 모니터링 대상인 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 검출되면, 상기 복수의 스위치 쌍에 고장이 발생된 것으로 판단하며, 상기 상전류의 위상에 대응되는 파형과, 미리 설정된 복수의 패턴을 비교하여, 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 상전류의 위상이 변경되는 주기 중에, 상기 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 형성되는 위치에 근거하여, 상기 복수의 스위치 쌍 중 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간의 진입 측에서 상기 상전류의 위상 변화를 검출하고, 검출된 위상 변화에 근거하여, 상기 복수의 스위치 쌍 중 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 소정의 주기마다 상기 복수의 스위치 쌍에 각각 대응되는 펄스 폭 변조 신호를 설정할 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 개방된 상태를 유지하도록, 상기 설정된 펄스 폭 변조 신호를 변경시키도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 복수의 스위치 쌍 중 적어도 하나에 듀티비를 보상함으로써, 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 개방된 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치에 대응되어 설정된 듀티비에 근거하여, 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경시키도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 의해 형성되는 유효벡터의 구간의 합이, 기존에 설정된 듀티비에 따라 모든 스위치에 의해 형성되는 유효벡터의 구간의 합과 대응되도록, 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경시키도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 의해 형성되는 제로벡터의 구간이 제거되도록 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경시키도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 상기 상전류를 변경시키지 않는 경우, 고장이 발생되지 않은 스위치에 대한 듀티비를 유지시키도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 상전류의 위상에 대응되는 파형에, 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 3개 이상 검출되면, 고장이 발생된 스위치가 복수 개인 것으로 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 구동장치에 의하면, 고장이 발생된 스위칭 소자를 정확히 검출할 수 있고, PFC 소자를 교체하지 않으면서도, PFC가 정상적으로 작동하는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 모터 구동장치에 의하면, 입력 교류 전류의 고조파와 직류 링크의 전압 맥동을 최소화할 수 있는 효과가 도출된다.
도 1은 본 발명에 따르는 모터 구동장치의 회로도이다.
도 2는 스위칭 소자의 고장에 따른, 상전류의 위상 파형 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3 내지 도 8은 각 스위치 소자의 고장 케이스에 대응되는 상전류 파형의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 PWM 다이어그램과 스위치 개방 고장 발생 시 전류 상태를 나타낸다.
도 11 내지 도 13은 듀티비 보상 방법을 나타낸 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하의 도 1에서는 본 발명에 따른 압축기 구동장치(100)의 일 실시예가 설명된다. 참고로, 본 발명에 개시된 압축기 구동장치(100)는 압축기를 이용하는 모든 전자기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 압축기 구동장치(100)는 냉장고, 공기조화기 등에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 압축기 구동장치(100)는 모터부(110), 전류 검출부(120), 정류부(130), 인버터부(140), 입력부(150), 출력부(160) 및 제어부(180) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 모터부(110)는 압축기 모터일 수 있다. 예를 들어, 상기 모터부(110)는 3상 모터일 수 있다.
또한, 정류부(130)는 입력전원부(140)로부터 입력전원을 인가받고, 인가받은 입력전원을 정류하여 직류 전압의 형태로 변환할 수 있다. 즉, 정류부(130)에서는 일정한 레벨의 직류 전압이 출력될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 정류부(130)의 양단은 커패시터(Cap)와 연결되며, 상기 커패시터는 정류부(130)로부터 출력되는 직류 전압을 평활화하고 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 커패시터(Cap)는 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor)일 수 있다.
이와 같이 직류 링크 커패시터에 의해 평활된 직류전압은 인버터부(140)에 전달될 수 있다.
인버터부(140)는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 인버터부(140)는 모터부(110)가 3상 모터인 경우, 각 상에 대응하는 스위치 쌍을 포함할 수 있다. 즉, 인버터부(140)는 제1 내지 제6 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치로는 MOSFET, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 주로 사용된다.
인버터부(140)는 직류 링크 커패시터에 의해 전달된 직류전압을 3상 교류 전원으로 변환하여, 모터부(110)에 인가할 수 있다. 이와 같은 인버터부(140)는 3-레벨 인버터로 정의된다.
한편, 인버터부(140)는 복수의 스위치 쌍을 포함하고, 각 스위치 쌍에 대응되는 상(Phase)을 구현하는 역률보상부로 지칭될 수 있다.
도 1을 참조하면, 인버터부(140)와 정류부(130)의 직류 링크 캐패시터 사이또는 정류부(130)의 직류 링크 캐패시터와 전류 검출부(120) 사이에는 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등이 구비될 수 있다. 상기 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항은 모터부(110)의 상전류를 감지하기 위한 것이다.
또한, 도 1을 참조하면, 정류부(130)와 인버터부(140) 사이에는 리액터가 구비될 수 있다. 상기 리액터는 정류부(130)에 입력전원이 인가되는 때, 정류부(130)에 발생될 수 있는 돌입전류에 의한 압축기 구동장치의 충격을 안정시킨다.
한편, 제어부(180)는 3-레벨 인버터를 제어하는 인버터 제어 신호를 인버터부(140)로 출력한다. 여기서, 인버터 제어 신호는 일반적으로 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 제어 신호일 수 있다. 상기 PWM 제어 신호는 인버터에 포함된 스위치의 듀티비(Duty Ratio)를 조절하기 위한 제어 신호를 포함할 수 있다.
입력부(150)는 모터부(110)의 작동, 인버터부(140)의 작동과 관련된 사용자 입력을 인가받을 수 있다. 또한, 입력부(150)는 사용자 입력이 인가되면, 상기 인가된 사용자 입력에 대응되는 신호를 제어부(180)로 전달할 수 있다.
또한, 출력부(160)는 제어부(180)로부터 소정의 신호를 수신하며, 수신된 신호에 근거하여 동작할 수 있다. 구체적으로, 상기 출력부(160)는 발광다이오드, LED, OLED, 부저와 같은 출력소자를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 인버터의 출력단에 지락(Ground Fault)이 발생하는 경우, 그라운드(G)로부터 전류 검출부(120)의 양의 단자(L)까지 전류(I)가 흐를 수 있다.
한편, 도 1에 도시되지는 않았으나, 인버터의 출력단에 지락(Ground Fault)이 발생하는 경우, 그라운드(G)로부터 전류 검출부(120)의 음의 단자(N)까지 전류가 흐를 수도 있다.
이하에서는 컨버터 스위칭소자의 고장진단장치 및 진단방법에 대해 설명한다. 특히, 인버터의 복수의 스위치 쌍 중 고장 (또는 지락) 발생 여부를 검출하는 방법에 대해 설명한다.
이와 관련하여, 제어부(180)는 복수의 스위치 쌍 중 어느 하나에 대응되는 상의 상전류를 모니터링하도록 구성 가능하다. 또한, 제어부(180)는 모니터링 대상인 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 검출되면, 상기 복수의 스위치 쌍에 고장이 발생된 것으로 판단하도록 구성 가능하다. 또한, 제어부(180)는 상전류의 위상에 대응되는 파형과, 미리 설정된 복수의 패턴을 비교하여, 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출하도록 구성 가능하다.
이러한 상전류 크기 및 위상 검출과 관련하여, 도 2는 스위칭 소자의 고장에 따른, 상전류의 위상 파형 변화를 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(180)는 모니터링 대상인 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간(220)이 검출되면, 복수의 스위치 쌍에 고장이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 반면에, 복수의 스위칭 쌍 중 고장이 발생되지 않는 경우, 모니터링 대상인 상전류의 위상은 시간에 따라 선형적으로 변경되는 구간(210)이 검출될 뿐, 상기 위상이 변경되지 않는 구간(220)은 검출되지 않는다.
따라서, 제어부(180)는 상전류의 위상이 변경되는 주기 중에, 상기 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 형성되는 위치에 근거하여, 상기 복수의 스위치 쌍 중 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간의 진입 측에서 상기 상전류의 위상 변화를 검출하고, 검출된 위상 변화에 근거하여, 상기 복수의 스위치 쌍 중 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출할 수 있다.
이러한, 상전류 위상 기반 스위치 개방 고장 검출 방법의 동작 및 원리에 대하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
3상 PFC는 계통 전압과 입력 전류 사이의 위상각 제어를 통해 역률을 제어하고 원하는 DC 링크 전압을 얻을 수 있다. 만약 이러한 인버터부(140) 또는 컨버터부의 스위치 중 1개에 개방회로 고장이 발생하면, 고장 상태의 스위칭 소자를 통해서는 전류가 흐를 수 없다. 즉, 상단 스위치 고장 시 음의 전류가 왜곡되고 하단 스위치 고장 시 양의 전류가 왜곡되는 현상이 나타난다. 이는 전류의 방향이 바뀌는 일정한 구간들과 영 벡터를 제외하고 전류는 전부 환류 다이오드를 지나기 때문이다.
예를 들어, 도 1과 같이 A상 상단 스위치에 개방회로 고장이 발생하면,도 2와 같은 상전류 파형(220)이 나타나게 된다. 고장이 발생 된 이후의 A상 전류를 살펴보면, 전류가 양인 반 주기 동안에는 영향이 없고 전류가 음인 반 주기 동안의 전류가 왜곡되었음을 알 수 있다. 전류가 양에서 음으로 바뀌는 일정 구간 동안 전류가 영(ZERO) 근처에 머물러 있을 것을 알 수 있다. 이러한 구간이 바로 A상 상단 스위치 소자를 통과하여 전류가 지나가는 구간이다. 이후, 다이오드 정류기처럼 동작하는 파형이 나타난다. 이는 3상 도통을 하던 전류들이 전류방향이 바뀌는 구간에서 다이오드 정류가 되는 구간까지 2상 도통 구간을 가진다는 의미이다. 2상 도통 구간은 3상 중 한 상은 동작을 하지 않고 나머지 2상을 통해 단일 경로로 전류가 흐른다. 따라서 그 일정 구간 동안 하나의 상은 양의 전류, 다른 하나의 상은 음의 전류 그리고 나머지 하나의 상은 영 전류가 된다. 이러한 현상을 이용하여, 도 2와 같이 PFC의 스위치 개방회로 고장의 상전류 변화를 검출할 수 있다.
이와 관련하여, 3상의 입력 교류 전류의 2상 정지좌표계에서 아래 수학식과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00001
한편, 전류 벡터의 크기와 방향은 아래의 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
전류 크기 및 방향과 관련하여, 정상상태에서 전류 벡터 크기는 항상 일정하며, 그 방향은 일정한 주파수로 회전한다. 이때, 매 샘플링 시간당 전류 각의 변화는 아래 수학식 3에 의해서 유도될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, ω는 계통 주파수이고 Ts는 샘플링 주기이다. 만약 개방 회로 고장이 없다면, 위 수학식 3의 결과는 일정한 값을 갖는다. 그러나 만약 스위치 개방회로 고장이 있으면, 위 수식은 일정 구간 동안 0으로 머문다. 이는 A상 전류가 0으로 머무는 2상 도통 구간 동안 일정한 방향의 전류 벡터를 나타내고 있기 때문이다. 따라서, 도 2와 같이 전류벡터가 일정한 값으로 머무는 구간(220)을 검출하여 개방고장이 발생한 스위치를 검출할 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 8은 각 스위치 소자의 고장 케이스에 대응되는 상전류 파형의 추이를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 3 내지 도 8은 각각 제1 내지 제6 스위치에서 개방 고장 발생 시 상전류 파형을 나타낸다. 보다 상세하게, 도 3 및 도 4의 A TOP FAULT, A BOTTOM FAULT는 제1 및 제2 스위치(Sa, Sa')에서 고장 시 상전류 파형이다. 또한, 도 5 및 도 6의 B TOP FAULT, B BOTTOM FAULT는 제3 및 제4 스위치(Sb, Sb')에서 고장 시 상전류 파형이다. 또한, 도 7 및 도 8의 C TOP FAULT, C BOTTOM FAULT는 제5 및 제6 스위치(Sc, Sc')에서 고장 시 상전류 파형이다.
도 9는 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타낸 흐름도이다. 한편, 도 9의 모터 구동장치의 제어방법, 보다 상세하게는 인버터부 또는 컨버터부에서 스위치 고장 검출 및 제어 방법은 도 1의 제어부(180)에 의해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 모터 구동장치 제어 방법 또는 스위치 고장 검출 및 제어 방법은 상전류 파형 감시 과정(S901), 비교 및 검출 과정(S902) 및 스위치 차단 과정(S903)을 포함한다.
상전류 파형 감시 과정(S901)에서, 복수의 스위치 쌍 중 어느 하나에 대응되는 상의 상전류를 감시 (또는 모니터링)할 수 있다. 또한, 비교 및 검출 과정(S902)에서, 모니터링 대상인 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 검출되는지 여부를 판단하기 위해, 상전류 위상 패턴을 기설정 패턴과 비교할 수 있다. 이에 따라, 모니터링 대상인 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 검출되면, 상기 복수의 스위치 쌍에 고장이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 비교 및 검출 과정(S902)에서, 상전류의 위상이 변경되는 주기 중에, 상기 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 형성되는 위치에 근거하여, 상기 복수의 스위치 쌍 중 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출할 수 있다.
또한, 스위치 차단 과정(S903)에서, 상전류의 위상에 대응되는 파형과, 미리 설정된 복수의 패턴을 비교하여, 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출할 수 있다.
한편, 전술한 과정에 한정되는 것은 아니고, 본 발명에 따른 인버터부 또는 컨버터부에서 스위치 고장 검출 및 제어 방법은 복수의 스위치 쌍 중 적어도 하나에 듀티비를 보상할 수 있다. 이에 따라, 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 개방된 상태를 유지하도록 제어할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 듀티비 보상 방법에 대해서는 이하에서 듀티비 보상 방법을 통해 상세히 살펴보기로 한다.
한편, 도 10은 본 발명에 따른 PWM 다이어그램과 스위치 개방 고장 발생 시 전류 상태를 나타낸다. 또한, 도 11 내지 도 13은 듀티비 보상 방법을 나타낸 개념도이다.
한편, 본 발명의 인버터부 또는 컨버터부에서 복수의 스위치 중 적어도 하나의 개방 회로 고장으로 인해, 시스템의 성능이 저감되며 입력전류 THD 및 DC링크 맥동성분의 증가로 신뢰성이 급격히 떨어지게 된다. 따라서 이러한 문제를 개선하고 연속 운전을 위해 고장 허용 제어 방법을 제안한다.
한편, 3상 PFC는 Space Vector PWM 기법이 사용되며, 만약 스위치 개방 회로 고장이 발생되면, 원치 않는 벡터가 더해져서 왜곡된 전압 벡터로 나타나게 된다. 따라서 제안된 고장 허용 제어 기법을 이용하여 왜곡된 전압 벡터를 원래의 지령벡터가 되거나 또는 가장 근접한 벡터가 되도록 보상한다.
한편, 도 10(a)는 PWM 스위칭 패턴을 설명하기 위한 SVPWM 다이어그램을 나타낸다. 반면에, 도 10(b)는 A상 상단 스위치에 개방 회로 고장이 발생한 경우 전류 상태를 나타낸다.
도 10 (b)를 참조하면, A상 상단 스위치에 개방 회로 고장이 발생할 수 있다. 이때, 음의 전류 -Ia는 Sa 스위치의 고장 때문에 A상 상단의 스위칭 소자를 통하여 통과할 수 없다.
한편, 도 11 내지 도 13을 참조하면, 도 10(a)와 같이 전압 지령 V*가 Sec III에 위치하는 경우, 세 가지 조건에 따른 스위칭 패턴을 나타낸다.
도 11을 참조하면, V3과 V4의 유효벡터 시간은 각각 T1과 T2이다. 하지만, 도 12를 참조하면, a상 상단 스위치의 개방 고장 조건하에서는 제로 벡터 V7은 생성될 수 없고 V4로서 동작하기 때문에 유효 벡터 V4는 T0/2만큼 증가한다. 이러한 전압 V4를 원래의 유효벡터 시간으로 보상하기 위해, 제로 벡터 V7은 제거되어야만 한다. 한편, 도 13을 참조하면, 제로 벡터 V7로부터 T0/2를 더하여, 제로 벡터 V0구간은 T0이 된다. 도 10 (a)의 Sec III 영역을 포함하여, 본 발명에 따른 스위치 고장 허용 제어 방법이 표 1에 표시된다.
구체적으로, 표1은 A상 상단 스위치의 개방 회로 고장 조건 시의 벡터 및 고장 허용제어에 의한 보상된 벡터를 보여준다. Sec II, Sec IV, Sec V에 대하여, 도 11 내지 도 13의 Sec III처럼 제안된 보상기법이 적용될 수 있다. 하지만, 표 1을 참조하면, Sec I과 Sec IV은 보상에서 제외되었다. 왜냐하면, 도 10 (b)와 같이, A상 상단 스위치 고장은 환류 다이오드 때문에 양의 전류 +Ia에 영향을 주지 않기 때문이다.
Figure pat00004
이러한 본 발명에 따른 인버터부 또는 컨버터의 스위치 고장 허용 제어 방법과 관련하여, 도 1을 참조하면, 제어부(180)는 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다.
먼저, 고장 발생 여부 판단을 위하여, 제어부(180)는 소정의 주기마다 상기 복수의 스위치 쌍에 각각 대응되는 펄스 폭 변조 신호를 설정할 수 있다. 이에 따라, 제어부(180)는 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 개방된 상태를 유지하도록, 상기 설정된 펄스 폭 변조 신호를 변경시키도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(180)는 복수의 스위치 쌍 중 적어도 하나에 듀티비를 보상함으로써, 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 개방된 상태를 유지하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치에 대응되어 설정된 듀티비에 근거하여, 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경하도록 제어할 수 있다.
한편, 유효 벡터 구간에 기반하여, 제어부(180)는 듀티비가 변경되도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제어부(180)는 고장이 발생되지 않은 스위치에 의해 형성되는 유효벡터의 구간의 합이, 기존에 설정된 듀티비에 따라 모든 스위치에 의해 형성되는 유효벡터의 구간의 합과 대응되도록, 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(180)는 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 의해 형성되는 제로벡터의 구간이 제거되도록 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경시킬 수 있다. 반면에, 제어부(180)는 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 상기 상전류를 변경시키지 않는 경우, 고장이 발생되지 않은 스위치에 대한 듀티비를 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인버터부 또는 컨버터의 스위치 고장 허용 제어 방법에서는 고장이 발생된 스위치가 복수 개인 경우에도 동시에 검출이 가능하다는 장점이 있다. 이와 관련하여, 제어부(180)는 상전류의 위상에 대응되는 파형에, 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 3개 이상 검출되면, 고장이 발생된 스위치가 복수 개인 것으로 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 구동장치에 의하면, 고장이 발생된 스위칭 소자를 정확히 검출할 수 있고, PFC 소자를 교체하지 않으면서도, PFC가 정상적으로 작동하는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 모터 구동장치에 의하면, 입력 교류 전류의 고조파와 직류 링크의 전압 맥동을 최소화할 수 있는 효과가 도출된다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 복수의 스위치 쌍을 포함하고, 각 스위치 쌍에 대응되는 상(Phase)을 구현하는 역률보상부;
    상기 복수의 스위치 쌍 중 어느 하나에 대응되는 상의 상전류를 모니터링하고,
    모니터링 대상인 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 검출되면, 상기 복수의 스위치 쌍에 고장이 발생된 것으로 판단하며,
    상기 상전류의 위상에 대응되는 파형과, 미리 설정된 복수의 패턴을 비교하여, 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상전류의 위상이 변경되는 주기 중에, 상기 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 형성되는 위치에 근거하여, 상기 복수의 스위치 쌍 중 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간의 진입 측에서 상기 상전류의 위상 변화를 검출하고, 검출된 위상 변화에 근거하여, 상기 복수의 스위치 쌍 중 고장이 발생된 적어도 하나의 스위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    소정의 주기마다 상기 복수의 스위치 쌍에 각각 대응되는 펄스 폭 변조 신호를 설정하고,
    고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 개방된 상태를 유지하도록, 상기 설정된 펄스 폭 변조 신호를 변경시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 스위치 쌍 중 적어도 하나에 듀티비를 보상함으로써, 고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 개방된 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    고장이 발생된 것으로 판단된 스위치에 대응되어 설정된 듀티비에 근거하여, 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 의해 형성되는 유효벡터의 구간의 합이, 기존에 설정된 듀티비에 따라 모든 스위치에 의해 형성되는 유효벡터의 구간의 합과 대응되도록, 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 의해 형성되는 제로벡터의 구간이 제거되도록 상기 고장이 발생되지 않은 스위치에 대해 설정된 듀티비를 변경시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    고장이 발생된 것으로 판단된 스위치가 상기 상전류를 변경시키지 않는 경우, 고장이 발생되지 않은 스위치에 대한 듀티비를 유지시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상전류의 위상에 대응되는 파형에, 상전류의 위상이 변경되지 않는 구간이 3개 이상 검출되면, 고장이 발생된 스위치가 복수 개인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113325288A (zh) * 2021-05-18 2021-08-31 长安大学 一种基于电流注入法的npc三电平逆变器故障上电自检方法
KR20220109102A (ko) 2021-01-28 2022-08-04 최종관 Led 모듈의 자기진단 절약형 컨버터 회로 장치

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