KR20200142283A - Device And Method For Controlling Inverter Of Motor Driver System - Google Patents

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Abstract

Provided is an inverter six-step control method of a motor driving system, which comprises the steps of: generating a command voltage using a difference component between a d/q-axis current commanded in a current command map and a measured d/q-axis current; detecting a voltage vector phase from the command voltage; generating a switching frequency for six-sample phase control using a voltage vector phase; generating a reference voltage using the switching frequency; and controlling the reference voltage in the same phase overmodulation to generate an output voltage corresponding to each hexagonal vertex of a voltage vector diagram. Accordingly, the present invention can improve a voltage utilization rate of an inverter, be easily controlled when the motor is driven at high speed, and improve current control characteristics.

Description

모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치 및 방법{Device And Method For Controlling Inverter Of Motor Driver System}Inverter 6-step control device and method of motor drive system {Device And Method For Controlling Inverter Of Motor Driver System}

본 발명은 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 전류 제어 특성이 양호하고 비교적 큰 모터의 구동 속도에서도 제어 가능한 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter 6-step control apparatus and method of a motor drive system, and in particular, to an inverter 6-step control apparatus and method of a motor drive system that has good current control characteristics and can control even at a driving speed of a relatively large motor. will be.

일반적으로, 모터를 구동시키기 위한 모터 구동 시스템은 인버터에 직류 전압을 공급하는 인버터용 전원 공급 장치 또는 배터리와, 직류 전압을 인버터로 인가하기 위하여 스위칭되는 메인 릴레이와, 메인 릴레이의 온 작동시 직류 전압을 공급받아서 교류 전압으로 변환하는 인버터와, 인버터로부터 인가되는 교류 전압에 의하여 구동하는 모터를 포함하여 구성된다.In general, a motor driving system for driving a motor includes an inverter power supply or battery that supplies a DC voltage to the inverter, a main relay that is switched to apply a DC voltage to the inverter, and a DC voltage when the main relay is turned on. It is configured to include an inverter that is supplied with and converts it into an AC voltage, and a motor that is driven by an AC voltage applied from the inverter.

특히, 인버터는 인버터용 전원 공급 장치 또는 배터리로부터 입력되는 직류 전압을 펄스폭 변조를 통한 스위칭 소자를 온/오프 제어하여 교류 전압을 생성하고, 생성된 교류 전압을 모터 구동을 위하여 모터로 공급하는 역할을 한다.In particular, the inverter generates AC voltage by turning on/off a switching element through pulse width modulation of the DC voltage input from the power supply device or battery for the inverter, and supplies the generated AC voltage to the motor to drive the motor. Do it.

이때, 인버터에서 모터로 교류 전압이 공급될 때, 인버터 동작에 의한 6-스텝으로 모터에 교류 전압이 공급되면, 동일한 출력 조건에서 모터가 소비하는 전류를 줄일 수 있다.At this time, when the AC voltage is supplied from the inverter to the motor, if the AC voltage is supplied to the motor in 6-steps due to the inverter operation, the current consumed by the motor can be reduced under the same output condition.

이와 같이, 6-스텝으로 모터에 전압을 공급하는 것은 인버터와 모터의 출력 및 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 모터가 탑재되는 전기자동차/하이브리드 자동차/연료전지 자동차 등과 같은 친환경 차량의 시스템 효율을 향상시키는 동시에 연비 개선 효과를 제공할 수 있다.In this way, supplying voltage to the motor in 6-steps not only improves the output and efficiency of the inverter and the motor, but also improves the system efficiency of eco-friendly vehicles such as electric vehicles/hybrid vehicles/fuel cell vehicles, etc. At the same time, it can provide an effect of improving fuel economy.

그러나, 종래의 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법은, 전압 이용률을 최대로 사용하기 위해 최소 거리 과변조 기법을 이용하여 전기각 한 주기당 12 펄스를 만들기 때문에 구동 속도에 대한 제한이 크고, 과변조 시 출력 전압의 위상이 크게 바뀌기 때문에 전류 제어에 어려운 문제점이 있다.However, the conventional 6-step inverter control method of a motor driving system has a large limit on the driving speed, since 12 pulses are made per electric cycle by using a minimum distance overmodulation technique to maximize the voltage utilization rate. During over-modulation, the phase of the output voltage changes significantly, so it is difficult to control the current.

본 발명은, 인버터의 전압 이용율을 향상시킬 수 있는 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an inverter 6-step control apparatus and method of a motor drive system capable of improving the voltage utilization rate of the inverter.

또한, 본 발명은, 모터의 고속 구동 시에도 용이하게 제어 가능하고, 전류 제어 특성을 향상시킬 수 있는 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for controlling an inverter 6-step of a motor drive system that can be easily controlled even when the motor is driven at high speed and can improve current control characteristics.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전류 지령맵에서 지령된 d/q축 전류와 실측된 d/q축 전류 간의 차이 성분을 이용하여 지령 전압을 생성하는 단계와, 지령 전압으로부터 전압 벡터 위상을 검출하는 단계와, 전압 벡터 위상을 이용하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 생성하는 단계와, 스위칭 주파수를 이용하여 기준 전압을 생성하는 단계와, 기준 전압을 동일 위상 과변조 제어하여 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점에 해당하는 출력 전압을 생성하는 단계를 포함하는 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides the steps of generating a command voltage using a difference component between the d/q-axis current commanded in the current command map and the measured d/q-axis current, and a voltage vector from the command voltage. Detecting the phase, generating a switching frequency for 6-sample phase control using the voltage vector phase, generating a reference voltage using the switching frequency, and controlling the reference voltage in the same phase overmodulation It provides a six-step inverter control method of a motor drive system comprising the step of generating an output voltage corresponding to each vertex of the hexagon of the vector diagram.

여기서, 스위칭 주파수를 생성하는 단계는, 기준 전압이 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점과 동위상이 되도록 스위칭 주파수를 갱신하는 단계이다.Here, the step of generating the switching frequency is a step of updating the switching frequency so that the reference voltage is in phase with each hexagonal vertex of the voltage vector diagram.

또한, 기준 전압을 생성하는 단계는, 전압 벡터도의 육각형 내접원에 해당하는 기준 전압 벡터를 생성하는 단계이다.In addition, the step of generating the reference voltage is a step of generating a reference voltage vector corresponding to the hexagonal inscribed circle of the voltage vector diagram.

또한, 출력 전압을 생성하는 단계는, 기준 전압 벡터 값에 게인을 곱하여 기준 전압을 전압 벡터도의 육각형 꼭지점까지 확장시키는 단계이다.In addition, the step of generating the output voltage is a step of multiplying a reference voltage vector value by a gain to extend the reference voltage to a hexagonal vertex of the voltage vector diagram.

또한, 출력 전압을 인버터에 인가하는 단계를 더 포함한다.Further, it further includes applying the output voltage to the inverter.

또한, 본 발명은, 전류 지령맵에서 지령된 d/q축 전류와 실측된 d/q축 전류 간의 차이 성분을 이용하여 지령 전압을 생성하는 전류 제어기와, 지령 전압으로부터 전압 벡터 위상을 검출하는 전압 벡터 위상 검출부와, 전압 벡터 위상을 이용하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 생성하는 주파수 갱신부와, 스위칭 주파수를 이용하여 기준 전압을 생성하고, 기준 전압을 동일 위상 과변조 제어하여 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점에 해당하는 출력 전압을 생성하는 제어부를 포함하는 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a current controller for generating a command voltage using a difference component between the d/q-axis current commanded in the current command map and the measured d/q-axis current, and a voltage for detecting a voltage vector phase from the command voltage. A vector phase detection unit, a frequency update unit that generates a switching frequency for 6-sample phase control using a voltage vector phase, a reference voltage is generated using the switching frequency, and the reference voltage is overmodulated in the same phase to generate a voltage vector diagram. It provides a 6-step inverter control device of a motor drive system comprising a control unit for generating an output voltage corresponding to each vertex of the hexagon.

여기서, 주파수 가변부는, 기준 전압이 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점과 동위상이 되도록 스위칭 주파수를 갱신한다.Here, the frequency variable unit updates the switching frequency so that the reference voltage is in phase with each of the hexagonal vertices of the voltage vector diagram.

또한, 제어부는 전압 벡터도의 육각형 내접원에 해당하는 기준 전압 벡터를 생성하고, 기준 전압 벡터 값에 게인을 곱하여 기준 전압을 전압 벡터도의 육각형 꼭지점까지 확장시킨다.In addition, the control unit generates a reference voltage vector corresponding to a hexagonal inscribed circle of the voltage vector diagram, multiplies the reference voltage vector value by a gain, and extends the reference voltage to a hexagonal vertex of the voltage vector diagram.

또한, 제어부는 출력 전압을 인버터에 인가한다.Also, the control unit applies an output voltage to the inverter.

본 발명에 따르면, 인버터의 전압 이용율을 110% 이상으로 향상시켜, 모터로 들어가는 전압 성분을 110% 이상 증가되도록 함으로써, 출력 대비 전류량을 줄일 수 있고, 그에 따라 배터리 소모량을 줄여 친환경 차량의 연비 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by improving the voltage utilization rate of the inverter to 110% or more, the voltage component entering the motor is increased by 110% or more, thereby reducing the amount of current compared to the output, and accordingly, reducing the battery consumption, thereby improving the fuel efficiency of eco-friendly vehicles. There is an effect that can be planned.

또한, 본 발명에 따르면, 동일 위상 과변조 기법을 이용하여 전기각 한 주기당 6펄스를 만들기 때문에, 종래의 최소 거리 과변조 기법을 이용한 인버터 6-스텝 제어 방법 대비, 모터의 고속 구동 시에도 용이하게 제어 가능하고, 과변조 시 출력 전압의 위상 변경되지 않아 전류 제어 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since 6 pulses are generated for each electric cycle using the same phase overmodulation technique, compared to the conventional 6-step inverter control method using the minimum distance overmodulation technique, it is easy to drive the motor at high speed. It is controllable, and the phase of the output voltage is not changed during over-modulation, thereby improving the current control characteristics.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법을 설명하기 위한 전압 벡터도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어에 이용되는 스위칭 주파수의 파형도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어에 의한 6-스텝 파형을 도시한 파형도이다.1 is a schematic block diagram of a motor driving system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic block diagram of an inverter 6-step control apparatus of a motor driving system according to an embodiment of the present invention.
3 is a voltage vector diagram for explaining a six-step control method of an inverter in a motor driving system according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a waveform diagram of a switching frequency used for 6-step control of an inverter of a motor driving system according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of an inverter 6-step control method of a motor driving system according to an embodiment of the present invention.
6 is a waveform diagram showing a 6-step waveform by the inverter 6-step control of the motor driving system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the possibility of addition or presence of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof is not preliminarily excluded.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치의 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram of a motor driving system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic block diagram of an inverter 6-step control apparatus of a motor driving system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템은, 인버터(200)에 직류 전압을 공급하는 전원 공급 장치 또는 배터리(100)와, 직류 전압을 인버터(200)로 인가하기 위하여 스위칭되는 메인 릴레이(102)와, 메인 릴레이(102)의 턴-온 동작 시 전원 공급 장치 또는 배터리(100)로부터 직류 전압을 공급받아 이를 교류 전압으로 변환하는 인버터(200)와, 인버터(200)로부터 인가되는 교류 전압에 의하여 구동되는 모터(300, 3상 교류 모터)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in Figure 1, the motor driving system according to the embodiment of the present invention, a power supply device or battery 100 for supplying a DC voltage to the inverter 200, and applying the DC voltage to the inverter 200 The main relay 102 is switched to the main relay 102, an inverter 200 that receives a DC voltage from the power supply device or the battery 100 and converts the DC voltage into an AC voltage during the turn-on operation of the main relay 102, and the inverter 200 ) May be configured to include a motor 300 (3-phase AC motor) driven by the AC voltage applied from.

특히, 인버터(200)는 전원 공급 장치 또는 배터리(100)로부터 입력되는 직류 전압을 펄스폭 변조를 통해 스위칭 소자(S1~S6)를 온/오프 제어하여 교류 전압을 생성하고, 생성된 교류 전압을 모터(300) 구동을 위하여 모터(300)로 공급하는 역할을 한다.In particular, the inverter 200 generates an AC voltage by controlling the switching elements S1 to S6 on/off through pulse width modulation of the DC voltage input from the power supply device or the battery 100, and generates an AC voltage. It serves to supply the motor 300 to drive the motor 300.

이와 같이, 인버터(200)의 스위칭 동작에 의해 6-스텝으로 모터(300)에 교류 전압이 공급되면, 동일한 출력 조건에서 모터(300)가 소비하는 전력을 줄일 수 있다.In this way, when the AC voltage is supplied to the motor 300 in 6-steps by the switching operation of the inverter 200, power consumed by the motor 300 can be reduced under the same output condition.

또한, 6-스텝으로 모터(300)에 전압을 공급하게 되면, 인버터(200)와 모터(300)의 출력 및 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 모터(300)가 탑재되는 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 연료전지 자동차 등과 같은 친환경 차량의 시스템 효율을 향상시키는 동시에 연비 개선 효과를 제공할 수 있다.In addition, when voltage is supplied to the motor 300 in 6-steps, not only the output and efficiency of the inverter 200 and the motor 300 are improved, but also an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel in which the motor 300 is mounted. It is possible to improve the system efficiency of eco-friendly vehicles, such as battery vehicles, while improving fuel efficiency.

본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치(400)는, 인버터(200) 입력 전압을 최대한 이용할 수 있는 6-스텝 제어 기법을 인버터(200) 제어 과정에 적용하여, 모터(300)에 인가되는 전압 이용율을 최대한 사용할 수 있도록 한다.The inverter 6-step control apparatus 400 of the motor driving system according to an embodiment of the present invention applies a 6-step control technique that can maximize the input voltage of the inverter 200 to the control process of the inverter 200, The voltage utilization rate applied to 300 can be used as much as possible.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치(400)는, 전류 제어기(411), 위상 검출부(413), 주파수 갱신부(430) 및 제어부(416)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in Fig. 2, the inverter 6-step control apparatus 400 of the motor driving system according to the embodiment of the present invention includes a current controller 411, a phase detection unit 413, a frequency update unit 430, and a control unit. It can be configured to include 416.

전류 제어기(411)는 전류 지령맵(410)에서 지령된 d/q축 전류와 인버터(200) 출력측에서 실측된 d/q축 전류 간의 차이 성분을 이용하여 지령 전압을 생성한다.The current controller 411 generates a command voltage using a difference component between the d/q-axis current commanded from the current command map 410 and the d/q-axis current measured at the output side of the inverter 200.

위상 검출부(413)는, 모터(300)에 인가되는 전압 이용율을 최대한 사용할 수 있도록 전류 제어기(410)에서 출력되는 지령 전압으로부터 전압 벡터 위상을 검출한다.The phase detection unit 413 detects a voltage vector phase from the command voltage output from the current controller 410 so that the voltage utilization rate applied to the motor 300 can be used as much as possible.

주파수 갱신부(430)는 위상 검출부(413)에 의해 검출된 전압 벡터 위상 성분을 이용하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 생성한다. 그리고, 주파수 갱신부(430)는 기준 전압(Vr)이 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점과 동위상이 되도록 스위칭 주파수를 갱신한다.The frequency update unit 430 generates a switching frequency for 6-sample phase control by using the voltage vector phase component detected by the phase detection unit 413. Further, the frequency update unit 430 updates the switching frequency so that the reference voltage V r is in phase with each of the hexagonal vertices of the voltage vector diagram.

이를 위해, 주파수 갱신부(430)는 주파수 연산부(414), 주파수 절환부(415)를 포함할 수 있다.To this end, the frequency update unit 430 may include a frequency calculating unit 414 and a frequency switching unit 415.

여기서, 주파수 연산부(414)는 위상 검출부(413)를 통해 검출된 전압 벡터 위상을 이용하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수 성분을 산출한다. 그리고, 주파수 절환부(415)는 스위칭 주파수 연산부(414)에서 산출된 스위칭 주파수 또는 기설정된 스위칭 주파수 중 하나를 갱신 주파수 신호로 절환하고 이를 제어부(416)로 전송한다.Here, the frequency calculation unit 414 calculates a switching frequency component for six-sample phase control by using the voltage vector phase detected through the phase detection unit 413. In addition, the frequency switching unit 415 switches one of the switching frequency calculated by the switching frequency calculating unit 414 or a preset switching frequency to an update frequency signal and transmits it to the control unit 416.

제어부(416)는 주파수 갱신부(430)에 의해 생성된 스위칭 주파수를 이용하여 최대 전압 이용율에 해당하는 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점에 해당하는 출력 전압(Vo)을 인버터(200)에 인가하는 등 일련의 인버터(200) 6-스텝 제어 로직을 실행한다.The control unit 416 applies an output voltage (V o ) corresponding to each hexagonal vertex of the voltage vector diagram corresponding to the maximum voltage utilization rate to the inverter 200 by using the switching frequency generated by the frequency update unit 430. Etc. to execute a series of inverter 200 6-step control logic.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법을 설명하기 위한 전압 벡터도이다.3 is a voltage vector diagram for explaining a six-step control method of an inverter in a motor driving system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 제어부(416)는 스위칭 주파수를 이용하여 기준 전압(Vr)을 생성하고, 기준 전압(Vr)을 동일 위상 과변조 제어하여 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점에 해당하는 출력 전압(Vo)을 생성한다. 즉, 제어부(416)는 전압 벡터도의 육각형 내접원에 해당하는 기준 전압(Vr) 벡터를 생성하고, 생성된 기준 전압(Vr) 벡터 값에 게인을 곱하여 기준 전압(Vr)을 전압 벡터도의 육각형 꼭지점까지 확장시킨다.Referring to FIG. 3, the control unit 416 generates a reference voltage (V r ) using a switching frequency, and controls the reference voltage (V r ) in the same phase overmodulation to output an output corresponding to each hexagonal vertex of the voltage vector diagram. It generates a voltage (V o ). That is, the controller 416 is a reference voltage (V r), the voltage generated the vector and generates the reference (V r) is multiplied by the gain vector value voltage to a reference voltage (V r) vector corresponding to a hexagonal inscribed circle of the voltage vector is also Extend to the hexagonal vertex of the degree.

도 3에 도시한 바와 같이, 위상 검출부(413)에서 검출된 전압 벡터 위상은 인버터(200)의 전압 벡터도로서 육각형의 정지 좌표계로 표현될 수 있다. 여기서, 육각형의 내접원은 인버터(200)의 최대 전압 즉, 인버터(200)의 전압 이용율 100%를 나타낸다.As shown in FIG. 3, the voltage vector phase detected by the phase detection unit 413 is a voltage vector diagram of the inverter 200 and may be expressed in a hexagonal stationary coordinate system. Here, the hexagonal inscribed circle represents the maximum voltage of the inverter 200, that is, 100% of the voltage utilization rate of the inverter 200.

본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치(400)는, 인버터(200)의 전압 이용율을 110% 이상으로 향상시켜, 모터(300)로 들어가는 전압 성분을 110% 이상 증가되도록 함으로써, 출력 대비 전류량을 줄일 수 있고, 그에 따라 배터리 소모량을 줄여 친환경 차량의 연비 향상을 도모할 수 있다.The inverter 6-step control device 400 of the motor driving system according to an embodiment of the present invention increases the voltage utilization rate of the inverter 200 to 110% or more, thereby increasing the voltage component entering the motor 300 by 110% or more. By doing so, it is possible to reduce the amount of current compared to the output, and accordingly, the amount of battery consumption is reduced, thereby improving the fuel efficiency of the eco-friendly vehicle.

또한, 본 발명의 실시예에 따릍 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치는, 동일 위상 과변조 기법을 이용하여 전기각 한 주기당 6펄스를 만들기 때문에, 종래의 최소 거리 과변조 기법을 이용한 인버터 6-스텝 제어 방법 대비, 모터(300)의 고속 구동 시에도 용이하게 제어 가능하고, 과변조 시 출력 전압(Vo)의 위상 변경되지 않아 전류 제어 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the inverter 6-step control apparatus of the motor driving system according to the embodiment of the present invention uses the same phase overmodulation technique to generate 6 pulses per electric cycle, so the inverter using the conventional minimum distance overmodulation technique Compared to the 6-step control method, it is possible to easily control even when the motor 300 is driven at high speed, and the phase of the output voltage (V o ) is not changed during over-modulation, so that current control characteristics can be improved.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어에 이용되는 스위칭 주파수의 파형도이다.4 is a waveform diagram of a switching frequency used for 6-step control of an inverter in a motor driving system according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 스위칭 주파수는 3상의 전기각 주파수 별로 기본파 한 주기당 6샘플을 가진다. 여기서, 6샘플은 전압 벡터도의 육각형 내접원에 등간격을 이루는 6개의 포인트를 생성하기 위한 위상 제어용 주파수 성분을 말한다.As shown in FIG. 4, the switching frequency has 6 samples per period of the fundamental wave for each electric frequency of the three phases. Here, 6 samples refer to a frequency component for phase control for generating 6 points at equal intervals in the hexagonal inscribed circle of the voltage vector diagram.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법의 흐름도이다.5 is a flowchart of an inverter 6-step control method of a motor driving system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도 5를 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따른 인버터 6-스텝 제어 장치(400)를 기반으로 이루어지는 인버터 6-스텝 제어 방법을 순차적으로 설명하겠다.Hereinafter, an inverter 6-step control method based on the inverter 6-step control apparatus 400 according to an embodiment of the present invention described above will be sequentially described with reference to FIG. 5.

먼저, 전류 지령맵(410)에서 모터(300) 구동을 위한 d/q축 전류를 지령하고, 지령되 d/q축 전류를 전류 제어기(411)에 입력한다.First, the d/q-axis current for driving the motor 300 is commanded from the current command map 410, and the commanded d/q-axis current is input to the current controller 411.

여기서, 인버터(200)의 출력측에 배치된 전류 센서(412)에서 실측된 u/v상 전류는 좌표 변환을 통해 d/q축 전류로 변환되어 전류 제어기(411)에 입력된다.Here, the u/v-phase current measured by the current sensor 412 disposed on the output side of the inverter 200 is converted into d/q-axis current through coordinate transformation and input to the current controller 411.

다음, 전류 제어기(411)에서 지령된 d/q축 전류와 실측된 d/q축 전류 간의 차이 성분을 이용하여 지령 전압을 생성하되, 전류 제어기(411)내의 PI 제어기를 통해 지령 전압(정지 좌표계)을 생성한다.Next, a command voltage is generated by using the difference component between the d/q-axis current commanded by the current controller 411 and the measured d/q-axis current, but the command voltage (stop coordinate system) through the PI controller in the current controller 411 ).

다음, 전류 제어기(411)에서 출력되는 지령 전압(정지 좌표계)을 이용하여 위상 검출부(413)에서 전압 벡터 위상을 검출한다.Next, the phase detection unit 413 detects the voltage vector phase using the command voltage (stop coordinate system) output from the current controller 411.

여기서, 전류 제어기(411)를 포함하지 않고, 특정 전압 지령만을 만들어 사용하는(예컨대, V/f 제어 등) 제어 방식에 사용될 경우에도, 전압 벡터 위상을 검출한 후, 아래와 같은 인버터 6-스텝 제어 방법이 그대로 적용될 수 있다.Here, even when used in a control method that does not include the current controller 411 and uses only a specific voltage command (for example, V/f control, etc.), after detecting the voltage vector phase, the inverter 6-step control as follows. The method can be applied as it is.

다음, 주파수 갱신부(430)는 위상 검출부(413)를 통해 검출된 전압 벡터 위상을 이용하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 생성한다. 그리고, 주파수 갱신부(430)는 기준 전압(Vr)이 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점과 동위상이 되도록 스위칭 주파수를 갱신한다.Next, the frequency update unit 430 generates a switching frequency for 6-sample phase control by using the voltage vector phase detected through the phase detection unit 413. Further, the frequency update unit 430 updates the switching frequency so that the reference voltage V r is in phase with each of the hexagonal vertices of the voltage vector diagram.

구체적으로, 주파수 연산부(414)는 위상 검출부(413)를 통해 검출된 전압 벡터 위상을 이용하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수 성분을 산출한다. 그리고, 주파수 절환부(415)는 스위칭 주파수 연산부(414)에서 산출된 스위칭 주파수 또는 기설정된 스위칭 주파수 중 하나를 갱신 주파수 신호로 절환하고 이를 제어부(416)로 전송한다.Specifically, the frequency calculation unit 414 calculates a switching frequency component for six-sample phase control by using the voltage vector phase detected through the phase detection unit 413. In addition, the frequency switching unit 415 switches one of the switching frequency calculated by the switching frequency calculating unit 414 or a preset switching frequency to an update frequency signal and transmits it to the control unit 416.

여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 위상 검출부(413)에서 검출된 전압 벡터 위상은 인버터(200)의 전압 벡터도로서 육각형의 정지 좌표계로 표현될 수 있다. 그리고, 육각형의 내접원은 인버터(200)의 최대 전압 즉, 인버터(200)의 전압이용율 100%를 나타낸다.Here, as shown in FIG. 3, the voltage vector phase detected by the phase detection unit 413 is a voltage vector diagram of the inverter 200 and may be expressed in a hexagonal stationary coordinate system. In addition, the hexagonal inscribed circle represents the maximum voltage of the inverter 200, that is, 100% of the voltage utilization rate of the inverter 200.

본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법은, 인버터(200)의 전압 이용율을 110% 이상으로 향상시켜, 모터(300)로 들어가는 전압 성분을 110% 이상 증가되도록 함으로써, 출력 대비 전류량을 줄일 수 있고, 그에 따라 배터리 소모량을 줄여 친환경 차량의 연비 향상을 도모할 수 있다.In the method of controlling the inverter 6-step of the motor driving system according to the embodiment of the present invention, the voltage utilization rate of the inverter 200 is increased to 110% or more, thereby increasing the voltage component entering the motor 300 by 110% or more, The amount of current compared to the output can be reduced, and accordingly, the amount of battery consumption can be reduced, thereby improving the fuel efficiency of eco-friendly vehicles.

다음, 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 생성한 후, 6샘플 위상 제어 조건의 만족 여부에 따라 인버터-6스텝 제어 여부를 결정하는 단계가 진행된다.Next, after generating a switching frequency for 6-sample phase control, a step of determining whether to control the inverter-6 steps is performed according to whether the 6-sample phase control condition is satisfied.

여기서, 6샘플 위상 제어 조건은 모터(300)의 속도 및 토크와, 인버터(200)의 입력 전압에 따라 정해진다.Here, the 6-sample phase control condition is determined according to the speed and torque of the motor 300 and the input voltage of the inverter 200.

6샘플 위상 제어 조건에 만족하지 못할 경우, 인버터(200)에 대한 최종 출력 전압(Vo) 신호인 펄스폭 변조 신호는 기설정된 스위칭 주파수에 동기되어 인버터(200) 제어에 사용된다.When the six-sample phase control condition is not satisfied, the pulse width modulated signal, which is the final output voltage (V o ) signal to the inverter 200, is synchronized with a preset switching frequency and used for controlling the inverter 200.

이와 달리, 6샘플 위상 제어 조건을 만족할 경우, 스위칭 주파수 절환부(416)에서 가변 스위칭을 실시하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 갱신 신호로서 제어부(416)로 전송한다.In contrast, when the 6-sample phase control condition is satisfied, the switching frequency switching unit 416 performs variable switching to transmit the switching frequency for 6-sample phase control to the controller 416 as an update signal.

이에 따라, 인버터(200)에 대한 최종 출력 전압(Vo) 신호인 펄스폭 변조 신호는 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수에 동기되어 인버터 제어에 사용된다.Accordingly, the pulse width modulated signal, which is the final output voltage (V o ) signal for the inverter 200, is synchronized with the switching frequency for 6-sample phase control and used for inverter control.

다음, 제어부(416)는 주파수 갱신부(430)에 의해 생성된 스위칭 주파수를 이용하여 최대 전압 이용율에 해당하는 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점에 해당하는 출력 전압(Vo)을 인버터(200)에 인가하는 실질적인 인버터 6-스텝 제어를 실시한다.Next, the control unit 416 uses the switching frequency generated by the frequency update unit 430 to transfer the output voltage (V o ) corresponding to each hexagonal vertex of the voltage vector diagram corresponding to the maximum voltage utilization rate to the inverter 200. Apply practical inverter 6-step control.

구체적으로, 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 기반으로 전류 제어기(411)에서 기준 전압(Vr)이 제어부(416)로 출력되면, 제어부(416)는 기준 전압(Vr)에 게인을 곱해 기본파 한 주기당 6회의 과변조된 출력 전압(Vo)을 생성한다. Specifically, when the reference voltage (V r ) is output to the control unit 416 from the current controller 411 based on the switching frequency for 6-sample phase control, the control unit 416 multiplies the reference voltage (V r ) by a gain. It generates 6 times overmodulated output voltage (V o ) per period of fundamental wave.

다음, 제어부(416)는 동일 위상 과변조 제어를 통하여 전압 벡터도의 육각형 꼭지점에 해당하는 출력 전압(Vo)을 인버터(200)로 인가한다. 즉, 제어부(416)는 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점에 해당하는 출력 전압(Vo)을 펄스 폭 변조 신호로서 인버터(200)에 인가함으로써, 인버터(200)에서 6-스텝 전압을 모터(300)에 인가하게 된다.Next, the control unit 416 applies an output voltage (V o ) corresponding to the hexagonal vertex of the voltage vector diagram to the inverter 200 through the same phase overmodulation control. That is, the control unit 416 applies the output voltage (V o ) corresponding to each hexagonal vertex of the voltage vector diagram to the inverter 200 as a pulse width modulated signal, so that the 6-step voltage from the inverter 200 is applied to the motor 300 ).

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어에 의한 6-스텝 파형을 도시한 파형도이다.6 is a waveform diagram showing a 6-step waveform by 6-step control of an inverter in a motor driving system according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따릍 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법에 따르면, 6-스텝 전압이 모터(300)에 인가되도록 함으로써, 모터(200)로 인가될 수 있는 전압 이용율(약 110%)을 최대한 사용할 수 있다.As shown in FIG. 6, according to the inverter 6-step control method of the motor driving system according to the embodiment of the present invention, the 6-step voltage can be applied to the motor 200 by applying it to the motor 300. The available voltage utilization rate (approximately 110%) can be used as much as possible.

즉, 전압 벡터도의 육각형 내접원에 해당하는 인버터 전압 이용율 100%(

Figure pat00001
)를 육각형 각 꼭지점에 해당하는 전압 이용율 110% 이상(%(
Figure pat00002
*1.1 )으로 증가시켜, 6-스텝 전압이 모터(300)에 인가되도록 함으로써, 모터(300)의 출력 및 효율 향상을 실현할 수 있고, 동일한 출력 조건에서 모터(300)가 소비하는 전류를 줄여서 친환경 차량의 연비 향상을 도모할 수 있다.That is, 100% of the inverter voltage utilization rate corresponding to the hexagonal inscribed circle of the voltage vector diagram (
Figure pat00001
) To a voltage utilization rate of 110% or more (%(
Figure pat00002
*1.1), so that the 6-step voltage is applied to the motor 300, the output and efficiency of the motor 300 can be improved, and the current consumed by the motor 300 under the same output condition can be reduced, thereby making it eco-friendly. The fuel economy of the vehicle can be improved.

또한, 본 발명의 실시예에 따릍 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법은 동일 위상 과변조 기법을 이용하여 전기각 한 주기당 6펄스를 만들기 때문에, 종래의 최소 거리 과변조 기법을 이용한 인버터 6-스텝 제어 방법 대비, 모터(300)의 고속 구동 시에도 용이하게 제어 가능하고, 과변조 시 출력 전압(Vo)의 위상 변경되지 않아 전류 제어 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the inverter 6-step control method of the motor driving system according to the embodiment of the present invention uses the same phase overmodulation technique to generate 6 pulses per electric cycle, the inverter 6 using the conventional minimum distance overmodulation technique Compared to the step control method, it is possible to easily control even when the motor 300 is driven at high speed, and the phase of the output voltage (V o ) is not changed during over-modulation, thereby improving the current control characteristics.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although an embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiment presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same idea It will be possible to easily propose other embodiments by changing, deleting, adding, etc., but it will be said that this is also within the scope of the present invention.

411 : 전류 제어기
413 : 위상 검출부
430 : 주파수 갱신부
416 : 제어부411: current controller
413: phase detection unit
430: frequency update unit
416: control unit

Claims (9)

전류 지령맵에서 지령된 d/q축 전류와 실측된 d/q축 전류 간의 차이 성분을 이용하여 지령 전압을 생성하는 단계;
상기 지령 전압으로부터 전압 벡터 위상을 검출하는 단계;
상기 전압 벡터 위상을 이용하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 생성하는 단계;
상기 스위칭 주파수를 이용하여 기준 전압을 생성하는 단계; 및
상기 기준 전압을 동일 위상 과변조 제어하여 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점에 해당하는 출력 전압을 생성하는 단계
를 포함하는 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법.
Generating a command voltage using a difference component between the d/q-axis current commanded in the current command map and the measured d/q-axis current;
Detecting a voltage vector phase from the command voltage;
Generating a switching frequency for 6-sample phase control using the voltage vector phase;
Generating a reference voltage using the switching frequency; And
Generating an output voltage corresponding to each hexagonal vertex of a voltage vector diagram by controlling the reference voltage in the same phase overmodulation
Inverter 6-step control method of the motor drive system comprising a.
 제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 주파수를 생성하는 단계는
상기 기준 전압이 상기 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점과 동위상이 되도록 상기 스위칭 주파수를 갱신하는 단계인
모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법.
The method of claim 1,
The step of generating the switching frequency
The step of updating the switching frequency so that the reference voltage is in phase with each hexagonal vertex of the voltage vector diagram.
Inverter 6-step control method of motor drive system.
 제 1 항에 있어서,
상기 기준 전압을 생성하는 단계는
상기 전압 벡터도의 육각형 내접원에 해당하는 기준 전압 벡터를 생성하는 단계인
모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법.
The method of claim 1,
The step of generating the reference voltage
The step of generating a reference voltage vector corresponding to the hexagonal inscribed circle of the voltage vector diagram
Inverter 6-step control method of motor drive system.
 제 3 항에 있어서,
상기 출력 전압을 생성하는 단계는
상기 기준 전압 벡터 값에 게인을 곱하여 상기 기준 전압을 상기 전압 벡터도의 육각형 꼭지점까지 확장시키는 단계인
모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법.
The method of claim 3,
The step of generating the output voltage
The step of multiplying the reference voltage vector value by a gain to extend the reference voltage to a hexagonal vertex of the voltage vector diagram
Inverter 6-step control method of motor drive system.
 제 1 항에 있어서,
상기 출력 전압을 인버터에 인가하는 단계를 더 포함하는
모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 방법.
The method of claim 1,
The step of applying the output voltage to the inverter further comprising
Inverter 6-step control method of motor drive system.
 전류 지령맵에서 지령된 d/q축 전류와 실측된 d/q축 전류 간의 차이 성분을 이용하여 지령 전압을 생성하는 전류 제어기;
상기 지령 전압으로부터 전압 벡터 위상을 검출하는 전압 벡터 위상 검출부;
상기 전압 벡터 위상을 이용하여 6샘플 위상 제어를 위한 스위칭 주파수를 생성하는 주파수 갱신부; 및
상기 스위칭 주파수를 이용하여 기준 전압을 생성하고, 상기 기준 전압을 동일 위상 과변조 제어하여 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점에 해당하는 출력 전압을 생성하는 제어부
를 포함하는 모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치.
A current controller for generating a command voltage using a difference component between the d/q-axis current commanded in the current command map and the measured d/q-axis current;
A voltage vector phase detection unit detecting a voltage vector phase from the command voltage;
A frequency update unit generating a switching frequency for 6 sample phase control by using the voltage vector phase; And
A control unit that generates a reference voltage using the switching frequency, and generates an output voltage corresponding to each hexagonal vertex of a voltage vector diagram by controlling the reference voltage in the same phase overmodulation
Inverter 6-step control device of the motor drive system comprising a.
 제 6 항에 있어서,
상기 주파수 가변부는
상기 기준 전압이 상기 전압 벡터도의 육각형 각 꼭지점과 동위상이 되도록 상기 스위칭 주파수를 갱신하는
모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치.
The method of claim 6,
The frequency variable part
Updating the switching frequency so that the reference voltage is in phase with each hexagonal vertex of the voltage vector diagram
Inverter 6-step control unit of motor drive system.
 제 6 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 전압 벡터도의 육각형 내접원에 해당하는 기준 전압 벡터를 생성하고, 상기 기준 전압 벡터 값에 게인을 곱하여 상기 기준 전압을 상기 전압 벡터도의 육각형 꼭지점까지 확장시키는
모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치.
The method of claim 6,
The control unit
Generating a reference voltage vector corresponding to the hexagonal inscribed circle of the voltage vector diagram, and multiplying the reference voltage vector value by a gain to extend the reference voltage to a hexagonal vertex of the voltage vector diagram
Inverter 6-step control unit of motor drive system.
 제 6 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 출력 전압을 인버터에 인가하는
모터 구동 시스템의 인버터 6-스텝 제어 장치.The method of claim 6,
The control unit
Applying the output voltage to the inverter
Inverter 6-step control unit of motor drive system.
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