KR20210155349A - 세탁기 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

세탁기는 내조; 회전축을 통하여 상기 내조와 연결된 모터; 상기 모터와 작동적으로 연결되고 브리지 연결된 3쌍의 스위칭 소자들을 포함하는 인버터 회로; 및 상기 3쌍의 스위칭 소자를 온 또는 오프시켜 직류 전력을 교류 전력으로 변환하도록 상기 인버터 회로에 변조 신호를 제공하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는, 제1 모드에서 제1 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들 중 2쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고, 제2 모드에서 제2 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드를 교대로 수행하도록 구성될 수 있다.

Description

세탁기 및 그 제어 방법 {WASHER AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

개시된 발명은 인버터 회로를 포함하는 세탁기에 관한 것이다.

인버터 회로의 PWM 제어 방법으로는 2상 변조 방식과 3상 변조 방식이 있는 것으로 알려져 있다. 2상 변조 방식은 3상 변조 방식에 비해 전압 이용률이 높고, 또한 스위칭 손실이 작다는 장점이 있으나, 3상 변조 방식에 비해 소음 성능이 떨어진다는 단점이 있다.

최근 냉각 부품의 소형화, 저비용화, 에너지 절약 등을 목적으로 인버터 회로의 PWM 제어에서 스위칭 손실을 줄이는 방향으로 기술 개발이 요구되고 있다. 스위칭 손실을 줄이는 방법으로는 PWM 주기를 결정하는 캐리어 주파수를 낮게 하는 방식이 있는데, 이 경우 기본파 주파수가 낮아짐으로써 소음 성능이 허용할 수 없을 정도로 악화되는 문제가 있다. 인버터 회로에서 허용되는 소음 성능으로는 기껏해야 2상 변조 방식과 동등한 정도까지이다.

개시된 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 소음 성능을 2상 변조 구동 방식과 동등한 수준으로 억제하면서 스위칭 손실을 좀 더 줄일 수 있는 인버터 회로를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.

개시된 발명의 일 측면에 따른, 세탁기는, 내조; 회전축을 통하여 상기 내조와 연결된 모터; 상기 모터와 작동적으로 연결되고 브리지 연결된 3쌍의 스위칭 소자들을 포함하는 인버터 회로; 및 상기 3쌍의 스위칭 소자를 온 또는 오프시켜 직류 전력을 교류 전력으로 변환하도록 상기 인버터 회로에 변조 신호를 제공하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는, 제1 모드에서 제1 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들 중 2쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고, 제2 모드에서 제2 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드를 교대로 수행하도록 구성될 수 있다.

개시된 발명의 일 측면에 따른, 내조 및 회전축을 통하여 상기 내조와 연결된 모터를 포함하는 세탁기의 제어 방법은, 상기 모터와 작동적으로 연결되고 브리지 연결된 3쌍의 스위칭 소자들을 포함하는 인버터 회로에 상기 3쌍의 스위칭 소자를 온 또는 오프시키는 변조 신호를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 상기 변조 신호를 상기 인버터 회로에 제공하는 것은, 제1 모드와 제2 모드를 교대로 수행하고, 상기 제1 모드에서 제1 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들 중 2쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고, 상기 제2 모드에서 제2 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하는 것을 포함할 수 있다.

개시된 발명에 따르면, 소음 성능이 2상 변조 구동 방식과 동등한 수준으로 억제되며, 스위칭 손실이 더욱 더 감소된 인버터 회로를 포함하는 세탁기가 제공될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한 세탁기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 의한 세탁기의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 의한 세탁기의 다른 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4은 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 제어 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 FFT 분석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 선간 전압 발생 타이밍의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 제2 제어 모드에서의 변조 방식을 설명하는 도면이다.
도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d 및 도 9e는 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 FFT 분석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 FFT 분석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 FFT 분석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 FFT 분석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시예에 의한 세탁기의 동작을 나타내는 도면이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

각 단계들에 있어 식별 부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별 부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.

이하에 본 발명의 일 실시 예에 따른 세탁기(100)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 일 실시예에 의한 세탁기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는 일 실시예에 의한 세탁기의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 3은 일 실시예에 의한 세탁기의 다른 일 예를 나타내는 도면이다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 세탁기(100)는 컨트롤 패널(110), 외조(120), 내조(130), 모터(140), 급수 장치(150), 세제 공급 장치(155), 배수 장치(160), 모터 드라이브(200), 수위 센서(170) 및 프로세서(190)를 포함할 수 있다.

세탁기(100)는 세탁기(100)에 포함된 구성들을 수용하는 캐비닛(101)을 포함할 수 있다. 캐비닛(101)에는, 컨트롤 패널(110), 수위 센서(170), 모터 드라이브(200), 모터(140), 급수 장치(150), 배수 장치(160), 세제 공급 장치(155), 내조(130) 및 외조(120)가 수용될 수 있다.

캐비닛(101)의 일면에는 세탁물을 투입하거나 인출하기 위한 투입구(101a)가 마련된다.

예를 들어, 세탁기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 세탁물을 투입하거나 인출하기 위한 투입구(101a)가 캐비닛(101)의 상면에 배치되는 탑-로딩 세탁기 또는 도 3에 도시된 바와 같이 세탁물을 투입하거나 인출하는 투입구(101a)가 캐비닛(101)의 전면에 배치되는 프런트-로딩 세탁기를 포함할 수 있다. 다시 말해, 일 실시예에 의한 세탁기(100)는 탑-로딩 세탁기에 한정되거나 또는 프런트-로딩 세탁기에 한정되지 아니하며, 탑-로딩 세탁기와 프런트-로딩 세탁기 중 어느 것이라도 무방하다. 물론, 세탁기(100)는 탑-로딩 세탁기와 프런트-로딩 세탁기 이외에 다른 로딩 방식의 세탁기를 포함할 수 있다.

캐비닛(101)의 일면에는 투입구(101a)를 개폐할 수 있는 도어(102)가 마련된다. 도어(102)는 투입구(101a)와 동일한 면에 마련될 수 있으며, 힌지(hinge)에 의하여 캐비닛(101)에 회동 가능하게 장착될 수 있다.

캐비닛(101)의 일면에는, 사용자와의 상호 작용을 위한 유저 인터페이스를 제공하는 컨트롤 패널(110)이 마련될 수 있다.

컨트롤 패널(110)은 예를 들어 사용자 입력을 획득하는 입력 버튼(111)과, 사용자 입력에 응답하는 세탁 설정 또는 세탁 동작 정보를 표시하는 디스플레이(112)를 포함할 수 있다.

입력 버튼(111)은 예를 들어 전원 버튼과, 동작 버튼과, 코스 선택 다이얼(또는 코스 선택 버튼)과, 세탁/헹굼/탈수 설정 버튼을 포함할 수 있다. 입력 버튼은, 예를 들어, 택트 스위치(tact switch), 푸시 스위치, 슬라이드 스위치, 토클 스위치, 마이크로 스위치, 또는 터치 스위치를 포함할 수 있다. 입력 버튼(111)은 사용자 입력에 대응하는 전기적 출력 신호를 프로세서(190)에 제공할 수 있다.

디스플레이(112)는, 코스 선택 다이얼의 회전(또는 코스 선택 버튼의 누름)에 의하여 선택된 세탁 코스 및 세탁기의 동작 시간을 표시하는 스크린과, 설정 버튼에 의하여 선택된 세탁 설정/헹굼 설정/탈수 설정을 표시하는 인디케이터를 포함할 수 있다. 디스플레이는 예를 들어 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 패널 등을 포함할 수 있다. 디스플레이(112)는, 프로세서(190)로부터 표시할 정보를 수신하고, 수신된 정보에 대응하는 정보를 표시할 수 있다.

캐비닛(101)의 내부에는, 외조(120)가 마련될 수 있다. 외조(120)는, 세탁 또는 헹굼을 위한 물을 수용할 수 있다.

외조(120)는 예를 들어 일 밑면이 개방된 원통 형상일 수 있다. 외조(120)는 대략 원형의 외조 밑면(122)과 외조 밑면(122)의 원주를 따라 마련되는 외조 측벽(121)을 포함할 수 있다. 외조(120)의 다른 일 밑면은 세탁물이 투입되거나 인출될 수 있도록 개방되거나 또는 개구가 형성될 수 있다.

탑-로딩 세탁기의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 외조(120)는 외조 밑면(122)이 세탁기의 바닥을 향하고 외조 측벽(121)의 중심축(R)이 바닥과 대략 직교하도록 배치될 수 있다. 또한, 프론트-로딩 세탁기의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 외조(120)는 외조 밑면(122)이 세탁기의 후방을 향하고 외조 측벽(121)의 중심축(R)이 바닥과 대략 평행하도록 배치될 수 있다.

외조 밑면(122)에는 모터(140)를 회전 가능하게 고정하기 위한 베어링(122a)이 마련될 수 있다.

내조(130)는 외조(120) 내부에 회전 가능하게 마련될 수 있다. 내조(130)는 세탁물 즉 부하를 수용할 수 있다.

내조(130)는 예를 들어 일 밑면이 개방된 원통 형상일 수 있다. 내조(130)는 대략 원형의 내조 밑면(132)과 내조 밑면(132)의 원주를 따라 마련되는 내조 측벽(131)을 포함할 수 있다. 내조(130)의 다른 일 밑면은 세탁물이 내조(130)의 내부로 투입되거나 인출될 수 있도록 개방되거나 또는 개구가 형성될 수 있다.

탑-로딩 세탁기의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 내조(130)는 내조 밑면(132)이 세탁기의 바닥을 향하고 내조 측벽(131)의 중심축(R)이 바닥과 대략 직교하도록 배치될 수 있다. 또한, 프론트-로딩 세탁기의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 내조(130)는 내조 밑면(132)이 세탁기의 후방을 향하고 내조 측벽(131)의 중심축(R)이 바닥과 대략 평행하도록 배치될 수 있다.

내조 측벽(131)에는, 외조(120)에 공급된 물이 내조(130)의 내부로 유입되도록 내조(130)의 내부와 외부를 연결하는 통공(131a)이 마련될 수 있다.

탑-로딩 세탁기의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 펄세이터(133)가 내조 밑면(132) 내측에 회전 가능하게 마련될 수 있다. 펄세이터(133)는 내조(130)과 독립적으로 회전할 수 있다. 펄세이터(133)는 내조(130)과 동일한 방향으로 회전하거나 상이한 방향으로 회전할 수 있다. 펄세이터(133)는 또한 내조(130)과 동일한 회전 속도로 회전하거나 상이한 회전 속도로 회전할 수 있다.

프런트-로딩 세탁기의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 내조 측벽(131)에는 내조(130)의 회전 중에 세탁물을 내조(130)의 상부로 들어올리기 위한 리프터(131b)가 마련된다.

내조 밑면(132)은 내조(130)을 회전시키는 모터(140)의 회전축(141)와 연결될 수 있다.

모터(140)는 내조(130)을 회전시키는 토크를 생성할 수 있다.

모터(140)는 외조(120)의 외조 밑면(122)의 외측에 마련되며, 회전축(141)을 통하여 내조(130)의 내조 밑면(132)과 연결될 수 있다. 회전축(141)은 외조 밑면(122)을 관통하며, 외조 밑면(122)에 마련된 베어링(122a)에 의하여 회전 가능하게 지지될 수 있다.

모터(140)는 외조 밑면(122) 외측에 고정되는 고정자(142)와, 외조(120) 및 고정자(142)에 대하여 회전 가능하게 마련되는 회전자(143)를 포함할 수 있다. 회전자(143)는 회전축(141)과 연결될 수 있다.

회전자(143)는 고정자(142)와의 자기적 상호작용을 통하여 회전할 수 있으며, 회전자(143)의 회전은 회전축(141)을 통하여 내조(130)에 전달될 수 있다.

모터(140)는 예를 들어 회전 속도의 제어가 용이한 무정류자 직류 모터(BrushLess Direct Current Motor: BLDC Motor) 또는 영구자석 동기 모터(Permament Synchronous Motor: PMSM)를 포함할 수 있다.

탑-로딩 세탁기의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 모터(140)의 토크를 펄세이터(133)와 내조(130) 모두 또는 펄세이터(133)에 전달하는 클러치(145)가 마련될 수 있다. 클러치(145)는 회전축(141)와 연결될 수 있다. 클러치(145)는 회전축(141)의 회전을 내측 샤프트(145a)와 외측 샤프트(145b)로 분배할 수 있다. 내측 샤프트(145a)는 펄세이터(133)와 연결될 수 있다. 외측 샤프트(145a)는 내조 밑면(132)과 연결될 수 있다. 클러치(145)는 회전축(141)의 회전을 내측 샤프트(145a)와 외측 샤프트(145b)를 통하여 펄세이터(133)와 내조(130) 모두에 전달하거나, 또는 회전축(141)의 회전을 내측 샤프트(145a)를 통하여 펄세이터(133)에만 전달할 수 있다.

급수 장치(water supplier) (150)는 외조(120) 및 내조(130)에 물을 공급할 수 있다. 급수 장치(150)는 외부 급수 원과 연결되어 외조(120)에 물을 공급하기 위한 급수 도관(151)과, 급수 도관(151) 상에 마련되는 급수 밸브(152)를 포함한다. 급수 도관(151)은 외조(120)의 상측에 마련되며, 외부 급수 원으로부터 세제 함(156)까지 연장될 수 있다. 물은 세제 함(156)을 거쳐 외조(120)까지 안내된다. 급수 밸브(152)는 전기적 신호에 응답하여 외부 급수 원으로부터 외조(120)로 물을 공급하는 것을 허용하거나 차단할 수 있다. 급수 밸브(152)는 예를 들어 전기적 신호에 응답하여 개폐되는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 포함할 수 있다.

세제 공급 장치(155)는 외조(120) 및 내조(130)에 세제를 공급할 수 있다. 세제 공급 장치(155)는 외조(120)의 상측에 마련되어 세제를 보관하는 세제 함(156)과, 세제 함(156)을 외조(120)와 연결하는 혼합 도관(157)을 포함한다. 세제 함(156)은 급수 도관(151)과 연결되며, 급수 도관(151)을 통하여 공급된 물은 세제 함(156)의 세제와 혼합될 수 있다. 세제와 물의 혼합물은 혼합 도관(157)을 통하여 외조(120)에 공급될 수 있다.

배수 장치(drain) (160)는 외조(120) 또는 내조(130)에 수용된 물을 외부로 배출할 수 있다. 배수 장치(160)는 외조(120)의 하측에 마련되어 외조(120)로부터 캐비닛(101) 외부까지 연장된 배수 도관(161)을 포함할 수 있다. 탑-로딩 세탁기의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 배수 장치(160)는 배수 도관(161)에 마련된 배수 밸브(162)를 더 포함할 수 있다. 프런트-로딩 세탁기의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 배수 장치(160)는 배수 도관(161) 상에 마련된 배수 펌프(163)를 더 포함할 수 있다.

수위 센서(170)는 외조(120)의 하부와 연결된 연결 호스의 말단에 설치될 수 있다. 이때, 연결 호스의 수위는 외조(120)의 수위와 동일할 수 있다. 외조(120)의 수위가 상승함에 의하여 연결 호스의 수위가 상승하고, 연결 호스의 수위가 상승함으로 인하여 연결 호스 내부의 압력이 증가할 수 있다.

수위 센서(170)는 연결 호스 내부의 압력을 측정할 수 있으며, 측정된 압력에 대응하는 전기적 신호를 프로세서(190)로 출력할 수 있다. 프로세서(190)는 수위 센서(170)에 의하여 측정된 연결 호스의 압력에 기초하여 연결 호스의 수위 즉 외조(110)의 수위를 식별할 수 있다.

모터 드라이브(200)는, 프로세서(190)로부터 구동 신호를 수신할 수 있으며, 프로세서(190)의 구동 신호에 기초하여 모터(140)의 회전축(141)을 회전시키기 위한 구동 전류를 모터(140)에 공급할 수 있다.

모터 드라이브(200)는 아래에서 더욱 자세하게 설명된다.

프로세서(190)는 예를 들어 컨트롤 패널(110)의 후면에 마련되는 인쇄 회로 기판 상에 실장될 수 있다.

프로세서(190)는 컨트롤 패널(110), 수위 센서(170), 모터 드라이브(200), 급수 밸브(152) 또는 배수 밸브(162)/배수 펌프(163)와 전기적으로 연결될 수 있다.

프로세서(190)는, 컨트롤 패널(110), 수위 센서(170) 또는 모터 드라이브(200)의 출력 신호를 처리할 수 있으며, 출력 신호를 처리하는 것에 기초하여 모터 드라이브(200), 급수 밸브(152) 및 배수 밸브(162)/배수 펌프(163)에 제어 신호를 제공할 수 있다.

프로세서(190)는, 신호를 처리하고 제어 신호를 제공하기 위한 프로그램(복수의 명령어들) 또는 데이터를 저장 또는 기억하는 메모리(191)를 포함할 수 있다. 메모리(191)는 S-램(Static Random Access Memory, S-RAM), D-램(Dynamic Random Access Memory, D-RAM) 등의 휘발성 메모리와, 롬(Read Only Memory: ROM), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(191)는 도 1에 도시된 바와 같이 프로세서(190)와 일체로 제공되거나 또는, 프로세서(190)와 분리된 반도체 소자로 제공될 수 있다.

프로세서(190)는, 메모리(191)에 저장된 프로그램 또는 데이터에 기초하여 신호를 처리하고 제어 신호를 출력하는 프로세싱 코어(예를 들어, 연산 회로와 기억 회로와 제어 회로)를 더 포함할 수 있다.

프로세서(190)는 예를 들어 컨트롤 패널(110)로부터 사용자 입력을 수신할 수 있으며, 사용자 입력을 처리할 수 있다. 프로세서(190)는, 사용자 입력에 응답하여, 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정을 순차적으로 수행하도록 모터 드라이브(200), 급수 밸브(152) 및 배수 밸브(162)/배수 펌프(162)에 제어 신호를 제공할 수 있다.

프로세서(190)는 예를 들어 수위 센서(170)에 의하여 측정된 수위를 수신할 수 있다. 프로세서(190)는, 측정된 수위와 목표 수위 사이의 비교에 기초하여, 급수 밸브(152)에 급수 신호를 제공하거나 또는 배수 밸브(162)/배수 펌프(162)에 배수 신호를 제공할 수 있다.

프로세서(190)는 모터(140)가 드럼(130)을 회전시키도록 모터 드라이브(200)에 구동 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(190)는 세탁을 위한 구동 신호를 모터 드라이브(200)에 제공할 수 있다. 또한, 프로세서(190)는 탈수를 위한 구동 신호를 모터 드라이브(200)에 제공할 수 있다.

도 4은 일 실시 예에 따른 모터 드라이브의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

일 실시 예에 따른 모터 드라이브(200)는 예를 들어, 세탁기(또는 건조기)의 내조 모터를 회전시키거나 또는 냉장고의 압축기를 구동하거나 또는 공기 조화기의 압축기를 구동하거나 또는 공기 조화기(또는 공기 청정기)의 팬을 구동하거나 또는 청소기의 흡입 모터를 구동할 수 있다.

일 실시 예에 따른 모터 드라이브(200)는 직류 전원(G)에 연결되며, 직류 전원(G)에서 입력된 직류 전력을 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 3상 교류 전력으로 변환하며, 변환된 3상 교류 전력을 부하에 공급할 수 있다. 부하는 여기에서 3상 코일을 갖는 3상 교류 부하일 수 있으며, 예를 들어 부하는 3상 동기 모터(140)일 수 있다.

예를 들어, 모터 드라이브(200)는 인버터 회로(210)와 PWM 제어부(220)를 포함할 수 있다. 모터 드라이브(200)는 PWM 제어부(220)에서 출력된 PWM 신호에 따라 인버터 회로(210)의 스위칭 소자를 온/오프하도록 구성될 수 있다. 그에 의하여, 모터 드라이브(200)는 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하며, 3상 단자(2U, 2V 및 2W)에 각각 전기각이 서로 120° 어긋난 U 상 전류, V 상 전류 및 W 상 전류를 출력할 수 있다. 이 출력된 U 상, V 상, W 상 교류 전류는 3상 모터(140)의 U 상, V 상, W 상의 전기자권선(미도시)에 각각 입력될 수 있다.

인버터 회로(210)는 모터(140)의 U 상, V 상, W 상에 대응하는 3상 분의 아암으로 이루어지는 3상 브릿지 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 인버터 회로(210)는 상부 아암 측의 스위칭 소자(1U+, 1V+, 1W+)와, 스위칭 소자(1U+, 1V+, 1W+)에 각각 직렬 연결된 하부 아암 측의 스위칭 소자(1U-, 1V-, 1W-)를 포함할 수 있다. 스위칭 소자(1U+, 1U-)의 접속점에 U상 단자(2U)가 연결될 수 있다. 스위칭 소자(1V+, 1V-)의 접속점에 V상 단자(2V)가 연결될 수 있다. 스위칭 소자(1W+, 1W-)의 접속점에 W상 단자(2W)가 연결될 수 있다. 인버터 회로(210)는, 스위칭 소자(1U+, 1V+, 1W+, 1U-, 1V-, 1W-)를 온/오프시킴으로써, 입력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있으며, 변환된 교류 전력을 부하에 공급할 수 있다. 스위칭 소자(1U+, 1V+, 1W+, 1U-, 1V-, 1W-)는 예를 들어, 바이폴라 트랜지스터, 파워 MOSFET, IGBT 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

PWM 제어부(220)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU) (예를 들어, 프로세서), 메모리 및 입출력 인터페이스 등을 포함한 범용 컴퓨터 또는 전용 컴퓨터를 포함할 수 있다. PWM 제어부(220)는, 메모리의 미리 정해진 영역에 저장된 미리 정해진 프로그램에 따라 CPU나 주변 기기를 협동시킴으로써 그 기능을 실현할 수 있다. 예를 들어, PWM 제어부(220)는 인버터 회로(210)의 각 스위칭 소자(1U+, 1V+, 1W+, 1U-, 1V-, 1W-)에 PWM 신호를 출력할 수 있으며, 이들을 스위칭 제어할 수 있다.

PWM 제어부(220)는 도 5에 도시한 바와 같이, 2상 변조에 의해 3상 중 2상의 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하여 PWM 제어하는 제1 제어 모드와, 3상 변조에 의해 3상의 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하여 PWM 제어하는 제2 제어 모드를 포함할 수 있다. PWM 제어부(220)는 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 교대로 전환하도록 구성될 수 있다. 제1 제어 모드에서는 PWM 제어부(220)는 U 상, V 상 및 W 상 가운데 1상을 도통 상태 또는 비도통 상태로 고정할 수 있다(예를 들어, PWM 제어부는 U 상을 비도통 상태로 고정할 수 있다).

도 5에 도시한 바와 같이, PWM 제어부(220)는 제2 제어 모드(3상 변조 모드)의 PWM 주기를 결정하기 위한 제2 캐리어 주파수(f2)를 제1 제어 모드(2상 변조 모드)의 PWM 주기를 결정하기 위한 제1 캐리어 주파수(f1)보다 작게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 캐리어 주파수(f1)와, 제2 캐리어 주파수(f2)는 다음 [수학식 1]의 관계를 만족하도록 설정될 수 있다.

[수학식 1]

0.4 ≤ f2 / f1 ≤ 0.6

예를 들어, 제2 캐리어 주파수(f2)는 제1 캐리어 주파수(f1)의 약 1/2이 되도록 설정될 수 있다. 예를 들어 제1 캐리어 주파수(f1)는 8 kHz로 설정될 수 있으며, 제2 캐리어 주파수(f2)는 4 kHz로 설정될 수 있다.

모터 드라이브(200)는 미리 정해진의 캐리어 주파수로, 2상 변조에 따른 제1 제어 모드와 3상 변조에 따른 제2 제어 모드를 혼합 실행할 수 있다. 그에 의하여, 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시한 바와 같이 모터 드라이브(200)의 주파수 성분은 3상 변조만할 때의 1차 고조파 피크에 비해 작아질 수 있으며, 모터 드라이브(200)의 소음은 2상 변조만으로 PWM 제어하는 경우와 동등한 정도로 억제될 수 있다.

또한, 모터 드라이브(200)는, 제1 캐리어 주파수(f1)와, 제2 캐리어 주파수(f2)를 상기 [수학식 1]의 관계를 충족하도록 설정함으로써, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이 선간 전압 발생 주기를 2상 변조만으로 하는 구동 방식의 선간 전압 발생 주기와 동일하게 할 수 있다. 따라서, 모터 드라이브(200)는, 2상 변조 및 3상 변조 방식을 혼합 실행하고 있음에도 불구하고 소음을 2상 변조만으로 하는 구동 방식의 소음과 동일한 수준으로 억제할 수 있다.

모터 드라이브(200)는 제2 제어 모드에서 도 8a에 도시한 3상 변조 방식을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 모터 드라이브(200)는 제2 제어 모드에서 도 8b에 도시한 바와 같은 3상 변조 방식을 이용하여 출력 전압을 확대한 공간 벡터 변조를 사용할 수도 있다. 3상의 기준 전압은 0 볼트이며 인버터 회로(210)는 3상의 기준 전압을 기준으로 3상을 스위칭하기 때문에, 인버터 회로(210)의 선간 전압의 주기성이 유지될 수 있으며 출력 전압을 확대한 공간 벡터 변조 방식은 3상 변조 방식과 동등한 효과를 갖는다. 또한, 변조 방식은 3상 스위치들을 스위칭하여 선간 전압의 주기성이 유지되도록 3상의 기준 전압을 0 볼트 근처로 한 방식이라면, 어떠한 변조 방식이라도 적용 가능하다.

여기에서, 제2 캐리어 주파수(f2)가 증가함에 따라 도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d 및 도 9e에 도시한 바와 같이 선간 전압 발생 타이밍의 주기성이 저하될 수 있으며, 그에 의하여 제1 제어 모드의 1차 고조파 이외의 주파수에서 피크가 발생할 수 있다. 이로 인해, 허용할 수 없을 정도로 소음 성능이 악화될 수 있다. 예를 들어, 압축기의 경우, 압축기의 공진 주파수 영역을 벗어나서 캐리어 주파수가 설정될 수 있다. 이때, 도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d 및 도 9e에 도시한 바와 같이 제1 제어 모드의 1차 고조파보다 낮은 주파수에서 피크가 발생하면, 압축기의 공진 주파수 영역에 피크가 존재하게 되어 압축기의 소음은 크게 악화될 수 있다. 따라서, 제2 캐리어 주파수는 제1 제어 모드의 전류 FFT의 1차 성분 형상이 변하지 않도록 하는 범위로 설정될 수 있다. 또한, 제1 캐리어 주파수(f1)에 대한 제2 캐리어 주파수(f2)의 비율은 0.4에서 0.6 사이일 수 있다.

PWM 제어부(220)는 제2 제어 모드를 실행하는 타이밍을 랜덤하게 설정하도록 구성될 수 있다. 그에 의하여, 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이 제2 제어 모드를 규칙적으로 실행하도록 설정한 경우에 비해, 제2 제어 모드를 랜덤하게 실행하도록 설정한 경우에는 3상 변조 방식에서의 기본파와 제어 모드 전환에 의해 발생하는 저차 고조파의 피크가 평탄화될 수 있다. 또한, 소음이 크게 감소할 수 있다. 제2 제어 모드를 실행하는 타이밍은, 예를 들어 선형 합동법이나 M 계열 등의 랜덤 함수를 이용하여 결정될 수 있지만, 랜덤 함수는 이에 한정되지 않는다.

또한, 본 실시 예의 PWM 제어부(220)는, 미리 정해진 단위 시간에 있어서, 제1 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율이 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율보다 크게 구성될 수 있다 다시 말해, PWM 제어부(220)는 주로 제1 제어 모드에 따라 PWM 제어하고, 여기에 제2 제어 모드의 실행을 혼합하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 미리 정해진 단위 시간에 있어서, 제1 제어 모드에 따라 PWM 제어하는 기간의 비율과 제2 제어 모드에 따라 PWM 제어하는 기간의 비율의 합계는 100%일 수 있으며, 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이 제2 제어 모드의 비율이 증가할수록 스위칭 횟수가 감소하며 스위칭 손실이 감소할 수 있다. 제2 제어 모드에 따라 PWM 제어하는 기간의 비율이 감소하면, 2상 변조 방식과 3상 변조 방식의 혼합이 소음에 미치는 영향이 작지만 스위칭 손실의 저감 효과가 감소할 수 있다. 제2 제어 모드에 따라 PWM 제어하는 기간의 비율이 증가하면 2상 변조 방식과 3상 변조 방식의 혼합이 소음에 미치는 영향이 크지만 스위칭 손실의 저감 효과가 증가할 수 있다. 실제로, 인버터나 모터는 금속 등으로 둘러싸인 케이싱 안에 수용되는 경우가 많으므로, 케이싱의 방음 성능이나 주파수 특성을 포함하여 소음이 평가되며, 소음 증가 억제를 최소화할 수 있는 범위에서 제2 제어 모드의 비율이 최대가 되도록 조정될 수 있다.

미리 정해진 단위 시간에 있어서, 제2 제어 모드에 따라 PWM 제어하는 기간의 비율은 50% 미만으로 설정될 수 있다.

또한, PWM 제어부(220)는 인버터 회로(210)의 변조율이 미리 정해진 값 이하, 예를 들어 0.5 이하인 경우에, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 교대로 전환하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, PWM 제어부(220)는 인버터 회로(210)의 변조율이 0.5 이하인 기간에, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 랜덤하게 설정한 타이밍에서 전환하도록 구성될 수 있다. 인버터 회로(210)의 변조율이 0.5 이하의 경우, 도 12에 도시한 바와 같이 제2 제어 모드의 1차 고조파 성분이 현저하게 작기 때문에 스위칭이 소음에 미치는 영향이 작다. 그로 인하여, 제1 제어 모드에 제2 제어 모드를 섞어 넣은 경우에도 5상 변조 방식과 3상 변조 방식의 혼합이 소음에 미치는 영향도 작다. PWM 제어부(220)는 인버터 회로(210)의 변조율이 0.5 이하인 경우에 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 교대로 전환하도록 구성될 수 있다.

<본 실시 예의 효과>

일 실시 예의 모터 드라이브(200)에 따르면, 2상 변조 방식으로 구동하는 제1 제어 모드와, 3상 변조 방식으로 구동하는 제2 제어 모드가 교대로 전환되는 동시에, 제1 캐리어 주파수(f1)에 대한 제2 캐리어 주파수(f2)의 비율이 0.4 ~ 0.6로 설정될 수 있다. 따라서, 소음 성능이 2상 변조만으로 하는 구동 방식과 동등한 수준으로 유지될 수 있으며, 스위칭 손실이 2상 변조만으로 하는 구동 방식보다 저감될 수 있다.

즉, 2상 변조 방식에 따른 제1 제어 모드와, 3상 변조 방식에 따른 제2 제어 모드가 혼합되고, 제2 제어 모드의 캐리어 주파수(f2)가 제1 제어 모드의 캐리어 주파수(f1)보다 작기 때문에, 2상 변조 방식만으로 스위칭하는 경우에 비해 스위칭 횟수가 감소할 수 있다.

또한, 제2 캐리어 주파수(f2)가 제1 캐리어 주파수(f1)의 1/2 정도로 설정됨으로써, 3상 변조 방식의 2차 고조파 성분이 2상 변조의 1차 고조파 성분에 결합되어 스위칭이 소음에 미치는 영향이 감소할 수 있다. 그리고, 제2 캐리어 주파수(f2)이 제1 캐리어 주파수(f1)의 1/2 정도로 설정됨으로써, 예를 들어 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이 선간 전압 발생 주기가 2상 변조만으로 하는 구동 방식과 동일할 수 있다. 따라서, 2상 변조 방식과 3상 변조 방식이 혼합되었음에도 불구하고 소음이 2상 변조만으로 하는 구동 방식과 동등한 수준으로 억제될 수 있다.

또한, PWM 제어부(220)는 제2 제어 모드를 실행하는 타이밍을 랜덤하게 설정하도록 구성되므로, 3상 변조 방식의 기본파와, 제어 모드 전환에 의해 발생하는 저차 고조파의 피크가 평탄화될 수 있으며, 2상 변조 방식과 3상 변조 방식의 혼합이 소음 성능에 미치는 영향이 크게 감소할 수 있다. 따라서, 2상 변조 방식과 3상 변조 방식이 혼합된 소음 성능이 2상 변조만으로 하는 구동 방식과 거의 동일할 수 있다.

<기타 변형 실시 예>

일 실시예에 의한 모터 드라이브(200)는 인버터 회로(210)를 하나만 포함하고 있었지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 모터 드라이브(200)는 도 13에 도시한 바와 같이 인버터 회로(210)를 복수로 포함할 수 있다. 각 인버터 회로(210)는 공통의 부하에 대해 서로 독립적으로 교류 전력을 공급하도록 구성될 수 있다(즉, 복수의 인버터 회로(210)가 병렬 다중화되어 있을 수 있다). 이 경우, PWM 제어부(220)는 각 인버터 회로(210)에 대해, 서로 독립적으로 PWM 신호를 출력하도록 구성될 수도 있다.

또한, 모터 드라이브(200)는 병렬 다중 접속되어 있는 인버터 회로(210)를 n개 포함하고, PWM 제어부(220)는, PWM 신호의 주기를 결정하기 위한 캐리어 주파수의 위상이 서로 (360 / n)° 어긋난 PWM 신호를, 각 인버터 회로(210)에 출력할 수도 있다. 그에 의하여, 3상 변조 방식의 기본파 성분의 토크 리플이 감소하며, 소음이 고주파수측(n차측)으로 시프트될 수 있다. 따라서, 기본파 성분에 의한 소음이 더 감소될 수 있다. 따라서, 각 인버터의 위상을 시프트할 경우, 미리 정해진 단위 시간에서 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율이 더욱 증가될 수 있으며, 스위칭 손실이 더욱 더 감소될 수 있다.

또한, 모터 드라이브(200)가 인버터 회로(210)를 2 개 포함하는 경우, PWM 제어부(220)는 제1 제어 모드에서 일측의 인버터 회로(210)를 하부 고정 2상 변조(즉, 3상 아암의 스위칭 소자의 온오프 상태를 순차적으로 하부 아암 측에 전기각으로 120도씩 고정하는)에 따라 제어하고, 타측의 인버터 회로(210)를 상부 고정 2상 변조(즉, 3상 아암의 스위칭 소자의 온오프 상태를 순차적으로 상부 아암 측에 전기각으로 120도씩 고정하는)에 따라 제어할 수도 있다.

모터 드라이브(200)는 PWM 제어부(220)가 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 전환하는 타이밍을 랜덤하게 설정하도록 구성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, PWM 제어부(220)는 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 미리 정해진의 타이밍에서 전환할 수도 있다.

또한, 모터 드라이브(200)는 PWM 제어부(220)가 인버터 회로(210)의 변조율이 0.5 이하이면 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 교대로 전환하도록 구성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 모터 드라이브(200)는 PWM 제어부(220)가 인버터 회로(210)의 변조율이 0.5 초과인 경우에도, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 교대로 전환하도록 구성될 수도 있다.

모터 드라이브(200)는, PWM 제어부(220)가 인버터 회로(210)의 변조율에 따라 미리 정해진 단위 시간에 있어서 제1 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율과, 상기 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율을 변경하도록, 구성될 수도 있다. 예를 들어, PWM 제어부(220)는, 변조율이 작을수록 제2 제어 모드의 비율을 크게 하고, 변조율이 클수록 제2 제어 모드의 비중을 작게 하도록, 구성될 수도 있다. 또한, PWM 제어부(220)는, 변조율이 클수록 제2 제어 모드의 비율을 크게 하도록, 구성될 수도 있다.

도 14는 일 실시예에 의한 세탁기의 동작을 나타내는 도면이다.

도 14와 함께, 세탁기(100)의 동작이 설명된다.

세탁기(100)는, 모터(140)의 가동을 개시할 수 있다(1010).

세탁기(100)는 세탁, 헹굼 또는 탈수를 위하여 모터(140)의 가동을 개시할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(190)는, 모터 드라이브(200)에, 세탁(또는 헹굼)을 위한 구동 신호를 제공하거나 또는 탈수를 위한 구동 신호를 제공할 수 있다. 모터 드라이브(200)는, 프로세서(190)의 구동 신호에 응답하여, 구동 전류를 모터(140)에 제공할 수 있다.

세탁기(100)는, 제1 제어 모드(2상 변조)에서 동작할 수 있다(1020). 세탁기(100)는, 3상의 스위치 소자들(1U+, 1V+, 1W+, 1U-, 1V-, 1W-) 중 2상의 스위칭 소자들에 PWM 신호를 제공할 수 있다(1030).

예를 들어, PWM 제어부(220)는 2상 변조에 의해 3상 중 2상의 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하여 PWM 제어하는 제1 제어 모드에서 동작할 수 있다. PWM 제어부(220)는 제1 캐리어 주파수(f1)를 가지는 캐리어 신호에 따라 변조된 PWM 신호를 인버터 회로(210)에 제공할 수 있다.

세탁기(100)는, 인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값 이하인지 여부를 식별할 수 있다(1040).

예를 들어, PWM 제어부(220)는, 인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값 이하인 중에, 제1 제어 모드과 제2 제어 모드 사이에서 동작 모드를 전환할 수 있다. 여기서, 기준 값은 경험적으로 또는 실험적으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준 값은 0.5일 수 있다.

인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값을 초과하면(1040의 아니오), 세탁기(100)는, 제1 제어 모드에서의 동작을 계속할 수 있다.

예를 들어, PWM 제어부(220)는, 인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값을 초과하면, 제1 제어 모드에서 동작할 수 있다.

인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값 이하이면(1040의 예), 세탁기(100)는, 제1 제어 모드에서 동작한 시간이 제1 시간 이상인지 여부를 식별할 수 있다(1050).

예를 들어, PWM 제어부(220)는 제1 시간 동안 제1 제어 모드에서 동작할 수 있다. 제1 시간은 예를 들어 임의로 정해진 시간이거나 또는 미리 정해진 시간일 수 있다.

제1 제어 모드에서 동작한 시간이 제1 시간 미만이면(1050의 아니오), 세탁기(100)는, 제1 제어 모드에서의 동작을 계속할 수 있다.

제1 제어 모드에서 동작한 시간이 제1 시간 이하이면(1050의 예), 세탁기(100)는 제2 제어 모드에서 동작할 수 있다(1060). 세탁기(100)는, 3상의 스위치 소자들(1U+, 1V+, 1W+, 1U-, 1V-, 1W-) 중 3상의 스위칭 소자들에 PWM 신호를 제공할 수 있다(1070).

예를 들어, PWM 제어부(220)는 3상 변조에 의해 3상 중 3상의 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하여 PWM 제어하는 제2 제어 모드에서 동작할 수 있다. PWM 제어부(220)는 제2 캐리어 주파수(f2)를 가지는 캐리어 신호에 따라 변조된 PWM 신호를 인버터 회로(210)에 제공할 수 있다.

세탁기(100)는, 인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값 이하인지 여부를 식별할 수 있다(1080).

예를 들어, PWM 제어부(220)는, 인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값 이하인 중에, 제1 제어 모드과 제2 제어 모드 사이에서 동작 모드를 전환할 수 있다.

인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값을 초과하면(1040의 아니오), 세탁기(100)는, 제1 제어 모드에서 동작할 수 있다.

예를 들어, PWM 제어부(220)는, 인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값을 초과하면, 제1 제어 모드에서 동작할 수 있다.

인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값 이하이면(1080의 예), 세탁기(100)는, 제2 제어 모드에서 동작한 시간이 제2 시간 이상인지 여부를 식별할 수 있다(1090).

예를 들어, PWM 제어부(220)는 제2 시간 동안 제2 제어 모드에서 동작할 수 있다. 제2 시간은 예를 들어 임의로 정해진 시간이거나 또는 미리 정해진 시간일 수 있다.

제2 제어 모드에서 동작한 시간이 제2 시간 미만이면(1090의 아니오), 세탁기(100)는, 제2 제어 모드에서의 동작을 계속할 수 있다.

제2 제어 모드에서 동작한 시간이 제2 시간 이하이면(1090의 예), 세탁기(100)는 제1 제어 모드에서 동작할 수 있다(1020).

이처럼, 세탁기(200)는 인버터 회로(220)의 변조율이 기준 값 이하인 중에 제1 제어 모드과 제2 제어 모드를 교대로 전환할 수 있다.

일 실시예에 따른, 모터 드라이브는, 3상 브릿지 연결된 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자를 온오프 시켜 입력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 출력하는 인버터 회로와, 상기 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하는 PWM 제어부를 포함할 수 있다. 상기 PWM 제어부는 2상 변조에 의해, 3상 가운데 2상의 상기 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하는 제1 제어 모드와, 3상 변조에 의해, 3상 전체의 상기 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하는 제2 제어 모드를 교대로 전환하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 제어 모드의 PWM 주기를 결정하기 위한 제1 캐리어 주파수(f1)와, 상기 제2 제어 모드의 PWM 주기를 결정하기 위한 제2 캐리어 주파수(f2)가 하기 [수학식 2]의 관계를 만족할 수 있다.

[수학식 2]

0.4 ≤ f2 / f1 ≤ 0.6

이처럼, 2상 변조 방식으로 구동하는 제1 제어 모드와, 3상 변조 방식으로 구동하는 제2 제어 모드가 교대로 전환되는 동시에, 제1 캐리어 주파수(f1)에 대한 제2 캐리어 주파수(f2)의 비율이 0.4 ~ 0.6로 설정될 수 있다. 그에 의하여, 소음 성능은 2상 변조만으로 구동하는 방식과 동등한 수준으로 유지할 수 있으며, 스위칭 손실은 2상 변조만으로 구동하는 방식보다 감소될 수 있다.

다시 말해, 2상 변조 방식에 의한 제1 제어 모드와 3상 변조 방식에 의한 제2 제어 모드가 혼합되고, 제2 제어 모드의 캐리어 주파수(f2)가 제1 제어 모드의 캐리어 주파수(f1)보다 작으므로, 2상 변조 방식만으로 스위칭 하는 것에 비해 스위칭 횟수가 감소할 수 있다.

또한, 제2 캐리어 주파수(f2)가 제1 캐리어 주파수(f1)의 1/2 정도로 설정됨으로써, 3상 변조 방식의 2차 고조파 성분이 2상 변조의 1차 고조파 성분에 결합되며, 그에 의하여 소음이 저감될 수 있다. 그리고, 제2 캐리어 주파수(f2)가 제1 캐리어 주파수(f1)의 1/2 정도로 설정됨으로써, 예를 들어 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이 선간 전압 발생주기가 2상 변조만으로 하는 구동 방식과 동일하게 될 수 있다. 따라서, 2상 변조 방식과 3상 변조 방식이 혼합되는 것에도 불구하고 소음이 2상 변조만으로 하는 구동 방식과 동등한 수준으로 억제될 수 있다.

여기에서, 제1 캐리어 주파수(f1)에 대한 제2 캐리어 주파수(f2)의 비율이 0.4 미만이면, 제2 제어 모드(3상 변조)의 2차 고조파 피크가 제1 제어 모드(2상 변조)의 1차 고조파보다 낮은 주파수에서 발생할 수 있다. 그로 인하여, 허용할 수 없는 정도로 소음이 악화될 수 있다. 한편, 제1 캐리어 주파수(f1)에 대한 제2 캐리어 주파수(f2)의 비율이 0.6를 초과하면, 선간전압이 발생하는 타이밍의 주기성이 저하될 수 있다. 그로 인하여, 1차 고조파 주변의 주파수 피크가 증대될 수 있다. 그 결과, 허용할 수 없는 정도로 소음이 악화될 수 있다. 따라서, 제1 캐리어 주파수(f1)에 대한 제2 캐리어 주파수(f2)의 비율은 0.4 ~ 0.6으로 설정될 수 있다.

상기 모터 드라이브는 FFT 분석에서 2상 변조에 의한 1차 고조파의 형상이 변하지 않게 하는 제2 캐리어 주파수(f2)를 설정하도록 구성될 수 있다.

이와 같이 하면, 1차 고조파에 의한 소음의 주파수 대역과 피크가 변하지 않기 때문에, 방음재 등의 소음 대책 부품의 변경이 요구되지 아니할 수 있다.

여기서, "FFT 분석에서 2상 변조에 의한 1차 고조파의 형상이 변하지 않는다"라는 것은 전류 FFT 분석 결과에서 1차 고조파 주파수 대역의 확산과, 피크가 동등한 정도라는 것을 의미할 수 있다.

상기 모터 드라이브는, 미리 정해진 단위 시간에 있어서, 상기 제1 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율이 상기 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율보다 커지도록 구성될 수 있다.

미리 정해진 단위 시간에서 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율이 5% 미만이면, 스위칭 손실의 저감 효과가 감소될 수 있다. 한편, 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율이 50% 이상이면, 3상 변조의 기본파 성분이 증가함으로 인하여 소음이 증가할 수 있다.

따라서, 상기 모터 드라이브는 미리 정해진 단위 시간에 있어서, 상기 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율이 5% 이상 ~ 50% 미만일 수 있다.

상기 PWM 제어부는 상기 인버터 회로의 변조율에 따라, 미리 정해진 단위 시간에 있어서, 상기 제1 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율과, 상기 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율이 변경될 수 있다. 예를 들어는, 변조 비율이 작을수록 제2 제어 모드의 비율이 증가하고, 변조율이 클수록 제2 제어 모드의 비율이 감소할 수 있다.

그에 의하여, 변조율 전역에서 소음에 미치는 영향이 최적화 또는 균일화될 수 있다.

또한, 세탁기와 같이 고변조율 시에 기계 소음이 지배적인 제품의 경우, 변조율이 클수록 제2 제어 모드의 비율이 증가할 수 있다. 인버터의 소음은 감소하고, 스위칭 손실은 감소할 수 있다.

상기 모터 드라이브는 상기 PWM 제어부가 상기 제2 제어 모드를 실행하는 타이밍을 랜덤하게 설정하도록 구성될 수 있다.

이와 같이 하면, 3상 변조 방식에서의 기본파와, 제어 모드 전환에 따라 발생하는 저차 고조파의 피크가 평탄화될 수 있으며, 그에 의하여 소음이 감소할 수 있다. 따라서, 소음이 2상 변조만으로 하는 구동 방식과 거의 동일해질 수 있다.

인버터 회로의 변조율이 낮을수록 3상 변조 방식의 1차 고조파 성분은 감소하며, 소음이 감소할 수 있다. 따라서, 제2 제어 모드(3상 변조)의 비율이 증가할 수 있으며, 동등한 소음 성능에서 스위칭 손실이 보다 감소할 수 있다.

따라서, 상기 모터 드라이브는, 상기 PWM 제어부가 상기 인버터 회로의 변조율이 미리 정해진 값 이하인 것에 기초하여 상기 제1 제어 모드와 상기 제2 제어 모드를 전환하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 모터 드라이브는, 상기 PWM 제어부가 인버터 회로의 변조율이 3상 변조 방식의 1차 고조파 성분이 2차 고조파 성분보다 작아지는 것에 기초하여 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 전환하도록 구성될 수 있다.

이 때, 본 명세서에서 말하는 "인버터 회로의 변조율"이란 인버터 회로로의 입력 전압에 대한 부하로의 출력 전압의 비율을 의미한다.

일례로서, 상기 모터 드라이브가 상기 인버터 회로를 복수로 포함하고, 각 인버터 회로가 상기 부하에 대해 서로 독립적으로 교류 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.

이러한 경우, 각 인버터 회로에서 스위칭 손실이 감소될 수 있다.

상기 모터 드라이브는 상기 인버터 회로를 n 개 포함하고, 상기 PWM 제어부가 각 인버터 회로에 출력하는 PWM 신호의 주기를 결정하기 위한 캐리어 주파수의 위상이 서로 (360 / n)° 어긋나 있을 수 있다..

그에 의하여, 3상 변조 방식의 기본파 성분의 토크 리플이 감소하며, 소음이 고주파수측(n차측)으로 시프트될 수 있다. 따라서, 기본파 성분에 의한 소음이 더욱 감소할 수 있다. 따라서, 각 인버터의 위상이 시프트되면, 미리 정해진 단위 시간에 제2 제어 모드에 따라 PWM 신호를 출력하는 기간의 비율이 더욱 증가할 수 있어 스위칭 손실이 한층 더 감소할 수 있다.

상기 모터 드라이브는 상기 인버터 회로를 2 개 포함하고, 상기 PWM 제어부는 상기 제1 제어 모드에 있어서, 일측의 인버터 회로를 하부 고정 2상 변조에 따라 제어하고, 타측의 인버터 회로를 상부 고정 2상 변조에 따라 제어할 수 있다.

그에 의하여, 하부 고정 2상 변조에서는 캐리어의 골(谷)을 중심으로 선간 전압이 발생하고, 상부 고정 2상 변조에서는 캐리어의 산(山)을 중심으로 선간 전압이 발생할 수 있다. 따라서, 선간 전압이 180°시프트 시킨 것과 일치할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른, 모터 드라이브는 3상 브릿지 연결된 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자를 온/오프시킴으로써, 입력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 출력하는 인버터 회로와, 상기 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하는 PWM 제어부를 포함할 수 있다. 상기 PWM 제어부는 2상 변조에 의해 3상 중 2상의 상기 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하는 제1 제어 모드와, 공간 벡터 변조에 의해 3상 전체의 상기 스위칭 소자에 PWM 신호를 출력하는 제2 제어 모드를 교대로 전환하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 제어 모드의 PWM 주기를 결정하기 위한 제1 캐리어 주파수(f1)와, 상기 제2 제어 모드의 PWM 주기를 결정하기 위한 제2 캐리어 주파수(f2)가 [수학식 3]의 관계를 만족시킬 수 있다.

[수학식 3]

0.4 ≤ f2 / f1 ≤ 0.6

일 실시예에 의한 세탁기는, 내조; 회전축을 통하여 상기 내조와 연결된 모터; 상기 모터와 작동적으로 연결되고 브리지 연결된 3쌍의 스위칭 소자들을 포함하는 인버터 회로; 및 상기 3쌍의 스위칭 소자를 온 또는 오프시켜 직류 전력을 교류 전력으로 변환하도록 상기 인버터 회로에 변조 신호를 제공하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는, 제1 모드에서 제1 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들 중 2쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고, 제2 모드에서 제2 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드를 교대로 수행하도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 제1 모드에서 제1 펄스 폭 변조를 위한 제1 캐리어 신호를 제공하고, 상기 제2 모드에서 제2 펄스 폭 변조를 위한 제2 캐리어 신호를 제공하고, 상기 제1 캐리어 신호의 주파수가 상기 제2 캐리어 신호의 주파수보다 크도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 제2 캐리어 신호의 주파수가 상기 제1 캐피어 신호의 주파수의 0.4 배에서 0.6 배 사이가 되도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 제1 모드의 제1 시간이 상기 제2 모드의 제2 시간보다 크도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율이 5%에서 50% 사이가 되도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 인버터 회로의 변조율에 기초하여, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간을 변경하도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 인버터 회로의 변조율에 기초하여, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율을 변경하도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 인버터 회로의 변조율이 기준 값이 이하인 것에 기초하여, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 사이의 전환을 수행하도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 인버터 회로의 변조율이 감소할수록 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율이 증가하고, 상기 인버터 회로의 변조율이 증가할수록 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율이 감소하도록 구성될 수 있다.

상기 세탁기는, 상기 인버터 회로를 포함하는 복수의 인버터 회로들을 포함할 수 있다. 상기 프로세서는, 상기 복수의 인버터 회로들 각각에 독립적인 교류 전력을 제공하도록 구성될 수 있다.

상기 세탁기는, 상기 인버터 회로를 포함하는 n개의 인버터 회로들을 포함할 수 있다. 상기 프로세서는, 상기 n개의 인버터 회로들에 출력하는 변조 신호를 변조하는 n개의 캐리어 신호를 제공하고, 상기 n개의 캐리어 신호들이 서로 (360 / n)° 어긋나도록 구성될 수 있다.

그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 범위 내에서 다양한 실시 예의 변형이나 조합을 할 수 있음은 물론이다.

한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.

기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체'는가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로 , '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.

이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 게시된 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 게시된 실시예의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

100: 세탁기 101: 캐비닛
101a: 투입구 102: 도어
110: 컨트롤 패널 111: 입력 버튼
112: 디스플레이 120: 터브
121: 터브 측벽 122: 터브 밑면
130: 드럼 131: 드럼 측벽
131a: 통공 131b: 리프터
132: 드럼 밑면 133: 펄세이터
140: 모터 141: 회전축
142: 고정자 143: 회전자
145: 클러치 145a: 내측 샤프트
145b: 외측 샤프트 150: 급수 장치
151: 급수 도관 152: 급수 밸브
155: 세제 공급 장치 156: 세제 함
157: 혼합 도관 160: 배수 장치
161: 배수 도관 162: 배수 밸브
163: 배수 펌프 170: 수위 센서
180: 센서 190: 프로세서
192: 메모리 200: 모터 드라이브
210: 인버터 회로 1U, 1V, 1W: 스위칭 소자
220: PWM 제어부 140: 모터
G: 전원

Claims (20)

1. 내조;
   회전축을 통하여 상기 내조와 연결된 모터;
   상기 모터와 작동적으로 연결되고 브리지 연결된 3쌍의 스위칭 소자들을 포함하는 인버터 회로; 및
   상기 3쌍의 스위칭 소자를 온 또는 오프시켜 직류 전력을 교류 전력으로 변환하도록 상기 인버터 회로에 변조 신호를 제공하는 프로세서를 포함하고,
   상기 프로세서는,
   제1 모드에서 제1 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들 중 2쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고,
   제2 모드에서 제2 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고,
   상기 제1 모드와 상기 제2 모드를 교대로 수행하도록 구성된 세탁기.
2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 제1 모드에서 제1 펄스 폭 변조를 위한 제1 캐리어 신호를 제공하고,
   상기 제2 모드에서 제2 펄스 폭 변조를 위한 제2 캐리어 신호를 제공하고,
   상기 제1 캐리어 신호의 주파수가 상기 제2 캐리어 신호의 주파수보다 크도록 구성된 세탁기.
3. 제2항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 제2 캐리어 신호의 주파수가 상기 제1 캐피어 신호의 주파수의 0.4 배에서 0.6 배 사이가 되도록 구성된 세탁기.
4. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 제1 모드의 제1 시간이 상기 제2 모드의 제2 시간보다 크도록 구성된 세탁기.
5. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율이 5%에서 50% 사이가 되도록 구성된 세탁기.
6. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 인버터 회로의 변조율에 기초하여, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간을 변경하도록 구성된 세탁기.
7. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 인버터 회로의 변조율에 기초하여, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율을 변경하도록 구성된 세탁기.
8. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 인버터 회로의 변조율이 기준 값이 이하인 것에 기초하여, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 사이의 전환을 수행하도록 구성된 세탁기.
9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 인버터 회로의 변조율이 감소할수록 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율이 증가하고,
   상기 인버터 회로의 변조율이 증가할수록 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율이 감소하도록 구성된 세탁기.
10. 제1항에 있어서, 상기 세탁기는,
    상기 인버터 회로를 포함하는 복수의 인버터 회로들을 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 인버터 회로들 각각에 독립적인 교류 전력을 제공하도록 구성된 세탁기.
11. 제1항에 있어서, 상기 세탁기는,
    상기 인버터 회로를 포함하는 n개의 인버터 회로들을 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 n개의 인버터 회로들에 출력하는 변조 신호를 변조하는 n개의 캐리어 신호를 제공하고,
    상기 n개의 캐리어 신호들이 서로 (360 / n)° 어긋나도록 구성된 세탁기.
12. 내조 및 회전축을 통하여 상기 내조와 연결된 모터를 포함하는 세탁기의 제어 방법에 있어서,
    상기 모터와 작동적으로 연결되고 브리지 연결된 3쌍의 스위칭 소자들을 포함하는 인버터 회로에 상기 3쌍의 스위칭 소자를 온 또는 오프시키는 변조 신호를 제공하는 것을 포함하고,
    상기 변조 신호를 상기 인버터 회로에 제공하는 것은,
    제1 모드와 제2 모드를 교대로 수행하고,
    상기 제1 모드에서 제1 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들 중 2쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하고,
    상기 제2 모드에서 제2 시간동안 3쌍의 스위칭 소자들에 상기 변조 신호를 제공하는 것을 포함하는 세탁기의 제어 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 변조 신호를 상기 인버터 회로에 제공하는 것은,
    상기 제1 모드에서 제1 펄스 폭 변조를 위한 제1 캐리어 신호를 제공하고,
    상기 제2 모드에서 제2 펄스 폭 변조를 위한 제2 캐리어 신호를 제공하는 것을 더 포함하고,
    상기 제1 캐리어 신호의 주파수는 상기 제2 캐리어 신호의 주파수보다 큰 세탁기의 제어 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 캐리어 신호의 주파수는 상기 제1 캐피어 신호의 주파수의 0.4 배에서 0.6 배 사이인 세탁기의 제어 방법.
15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 모드의 제1 시간은 상기 제2 모드의 제2 시간보다 큰 세탁기의 제어 방법.
16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율이 5%에서 50% 사이인 세탁기의 제어 방법.
17. 제12항에 있어서, 상기 변조 신호를 상기 인버터 회로에 제공하는 것은,
    상기 인버터 회로의 변조율에 기초하여, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간을 변경하는 것을 더 포함하는 세탁기의 제어 방법.
18. 제12항에 있어서, 상기 변조 신호를 상기 인버터 회로에 제공하는 것은,
    상기 인버터 회로의 변조율에 기초하여, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간의 합에 대한 상기 제2 시간의 비율을 변경하는 것을 더 포함하는 세탁기의 제어 방법.
19. 제12항에 있어서, 상기 제1 모드와 제2 모드를 교대로 수행하는 것은,
    임의의 시점에 상기 제1 모드에서 제2 모드로 전환하는 것을 포함하는 세탁기의 제어 방법.
20. 제12항에 있어서, 상기 제1 모드와 제2 모드를 교대로 수행하는 것은,
    상기 인버터 회로의 변조율이 기준 값이 이하인 것에 기초하여, 상기 제1 모드와 제2 모드를 교대로 수행하는 것을 포함하는 세탁기의 제어 방법.

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