KR20230169643A - 모터 구동 장치 - Google Patents

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이현구
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현대자동차주식회사
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Abstract

모터 구동 장치는 복수의 상 각각에 대응하는 복수의 권선을 가지는 모터; 적어도 하나의 제1 파워 모듈을 포함하고, 상기 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 상기 복수의 권선의 일단에 제공하는 제1 인버터; 절환 스위치를 각각 포함하는 복수의 제2 파워 모듈을 포함하고, 상기 절환 스위치의 턴온 여부를 기반으로 상기 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 상기 복수의 권선의 타단에 제공하는 제2 인버터; 및 모터 구동 모드에 따라 상기 절환 스위치의 턴온 여부를 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 복수의 제2 파워 모듈 각각은 상기 절환 스위치의 일단이 연결되는 절환 터미널을 가지고, 상기 복수의 제2 파워 모듈의 절환 터미널은 서로 단락될 수 있다.

Description

모터 구동 장치{MOTOR DRIVING APPARATUS}
본 발명은 모터 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터의 파워 모듈에 모터 구동 모드에 따라 절환되는 스위치를 통합한 모터 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 모터에 포함된 각 상의 권선은 그 일단이 하나의 인버터에 연결되고 타단이 서로 연결되어 Y-결선을 형성한다.
모터 구동 시, 인버터 내의 스위치는 펄스폭 변조 제어에 의해 온/오프 되면서 Y-결선된 모터의 권선에 선간 전압을 인가하여 교류 전류를 생성함으로써 토크를 발생시키게 된다.
이와 같은 모터에 의해 발생하는 토크를 동력으로 이용하는 전기차 등과 같은 친환경 차량의 연비(또는 전비)는 인버터-모터의 전력 변환 효율에 의해 결정되므로, 연비 향상을 위해서는 인버터의 전력 변환 효율과 모터의 효율을 극대화하는 것이 중요하다.
인버터-모터 시스템의 효율은 주로 인버터의 전압 이용률에 의해 결정되는데, 전압 이용율이 높은 구간에서 모터 속도와 토크의 관계에 의해 결정되는 차량의 운전점이 형성되는 경우 차량의 연비가 향상될 수 있다.
그러나, 모터의 최대 토크를 증가시키기 위해 모터의 권선수를 증가시킬수록 전압 이용율이 높은 구간은 차량의 주요 운전점인 저토크 영역과 멀어지게 되어 연비가 나빠지는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 연비의 관점에서 전압 이용율이 높은 구간에 주요 운전점을 포함하도록 설계하는 경우 모터의 최대 토크에 제약이 있어 차량의 가속 발진 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
당 기술 분야에서는 하나의 모터로 저출력 및 고출력 구간을 모두 커버하면서도 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 모터 구동 기술이 요구됨에 따라, 최근에는 두 개의 인버터와 모드 절환 스위치를 이용하여 하나의 모터를 서로 다른 두 모드로 구동하는 기술이 도입되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2005-328675 A KR 10-2018-0059592 A
이에 본 발명은, 인버터의 파워 모듈에 모터 구동 모드에 따라 절환되는 스위치를 통합한 모터 구동 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 복수의 상 각각에 대응하는 복수의 권선을 가지는 모터; 적어도 하나의 제1 파워 모듈을 포함하고, 상기 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 상기 복수의 권선의 일단에 제공하는 제1 인버터; 절환 스위치를 각각 포함하는 복수의 제2 파워 모듈을 포함하고, 상기 절환 스위치의 턴온 여부를 기반으로 상기 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 상기 복수의 권선의 타단에 제공하는 제2 인버터; 및 모터 구동 모드에 따라 상기 절환 스위치의 턴온 여부를 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 복수의 제2 파워 모듈 각각은 상기 절환 스위치의 일단이 연결되는 절환 터미널을 가지고, 상기 복수의 제2 파워 모듈의 절환 터미널은 서로 단락될 수 있다.
본 발명에 의하면, 인버터의 파워 모듈에 모터 구동 모드에 따라 절환되는 스위치를 통합함에 따라, 모터 구동 모드에 따라 절환되는 스위치에 대한 모듈을 별도로 구비하지 않게 되고, 이로 인해 모터 구동 장치에 소모되는 면적 및 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모터 구동 장치에서 수행되는 클로즈드 엔드 와인딩 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 모터 구동 장치에서 수행되는 오픈 엔드 와인딩 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 인버터에 포함된 파워 모듈의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 제2 파워 모듈의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치를 도시한 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 모터 구동 장치에서 수행되는 클로즈드 엔드 와인딩 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 모터 구동 장치에서 수행되는 오픈 엔드 와인딩 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 6에 도시된 인버터에 포함된 파워 모듈의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치를 도시한 회로도이다.
도 11은 도 10에 도시된 모터 구동 장치에서 수행되는 클로즈드 엔드 와인딩 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 10에 도시된 모터 구동 장치에서 수행되는 오픈 엔드 와인딩 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 10에 도시된 인버터에 포함된 파워 모듈의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다.
다음의 실시예들의 기재에 있어서, "기 설정된"이라는 용어는 프로세스나 알고리즘에서 매개변수를 사용할 때 매개변수의 수치가 미리 결정되어 있음을 의미한다. 매개변수의 수치는 실시예에 따라서 프로세스나 알고리즘이 시작할 때 설정되거나 프로세스나 알고리즘이 수행되는 구간 동안 설정될 수 있다.
다양한 구성요소들을 구별하는데 사용되는 "제1" 및 "제2" 등의 용어는 구성요소들에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 반대로 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
하나의 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 할 때 직접적으로 연결되거나 중간에 다른 구성요소를 매개로 연결될 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면 "직접 연결되어" 및 "직접 접속되어"라는 기재는 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 또 다른 구성요소를 사이에 두지 않고 직접 연결된다고 이해되어야 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(10a)를 도시한 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모터 구동 장치(10a)는 배터리(100), 모터(200), 제1 인버터(300), 제2 인버터(400a) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.
모터(200)는 복수의 상 각각에 대응하는 복수의 권선(L1, L2, L3)을 가질 수 있다.
제1 인버터(300)는 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)를 구비한 적어도 하나의 제1 파워 모듈(도 4의 310, 320, 330)로 구현될 수 있다.
제1 인버터(300)는 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)가 스위칭됨에 따라, 배터리(100)의 직류 전압을 복수의 상을 가지는 교류 전압으로 변환할 수 있다. 그리고, 제1 인버터(300)는 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 일단에 제공함으로써, 모터(200)를 구동할 수 있다. 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구현될 수 있다.
제2 인버터(400a)는 제2 탑 스위치(T4-T6), 제2 바텀 스위치(B4-B6) 및 절환스위치(C1-C3)를 구비한 복수의 제2 파워 모듈(도 4의 410a, 420a, 430a)로 구현될 수 있다.
제2 인버터(400a)는 절환스위치(C1-C3)의 턴온 여부를 기반으로, 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀 스위치(B4-B6)가 스위칭됨에 따라, 배터리(100)의 직류 전압을 복수의 상을 가지는 교류 전압으로 변환할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 인버터(400a)는 절환스위치(C1-C3)가 턴오프될 때, 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀 스위치(B4-B6)가 스위칭됨에 따라, 배터리(100)의 직류 전압을 복수의 상을 가지는 교류 전압으로 변환할 수 있다. 그리고, 제2 인버터(400a)는 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 타단에 제공함으로써, 모터(200)를 구동할 수 있다.
제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀 스위치(B4-B6)는 전압/전류 용량 및 재질이 동일한 트랜지스터로 구현될 수 있다. 본 실시예에서 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀 스위치(B4-B6)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구현되었으나, 실시예에 따라 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구현될 수 있다.
절환스위치(C1-C3) 각각은 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중 어느 하나로 동일하게 구현될 수 있다.
제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400a)를 구현하는 파워 모듈의 구성 및 동작 방법에 대한 구체적인 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
컨트롤러(500)는 제1 탑 스위치(T1-T3), 제1 바텀 스위치(B1-B3), 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀 스위치(B4-B6)를 스위칭함으로써, 제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400a)가 모터를 구동하도록 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)는 모터 구동 모드에 따라 제2 인버터(400a)에 구비된 절환 스위치(C1-C3)의 턴온 여부를 제어할 수 있다. 모터 구동 모드는 클로즈드 엔드 와인딩 모드(CEW, Closed End Winding) 및 오픈 엔드 와인딩 모드(OEW, Open End Winding)를 포함할 수 있다. 클로즈드 엔드 와인딩 모드(CEW)라고 함은 모터(200)에 포함된 복수의 권선(L1, L2, L3)의 타단이 중성점을 형성함으로써, 제1 인버터(300)만을 통해 모터를 효율적으로 구동하는 모드를 말한다. 반대로, 오픈 엔드 와인딩 모드(OEW)라고 함은 모터(200)에 포함된 복수의 권선(L1, L2, L3)의 타단이 중성점을 형성하지 않음으로써, 제1 인버터(300)뿐만 아니라 제2 인버터(400a)를 통해 모터의 구동력을 높이는 모드를 말한다.
도 2는 도 1에 도시된 모터 구동 장치(10a)에서 수행되는 클로즈드 엔드 와인딩 모드(CEW)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(500)는 모터 구동 모드가 클로즈드 엔드 와인딩 모드(CEW)로 설정될 때, 절환 스위치(C1-C3)를 턴온시킴으로써, 복수의 권선(L1-L3)의 타단이 중성점(N)을 형성하도록 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)는 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)를 상보적으로 스위칭함으로써, 제1 인버터(300)를 통해 복수의 상에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 일단에 제공하도록 제어할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 모터 구동 장치(10a)에서 수행되는 오픈 엔드 와인딩 모드(OEW)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(500)는 모터 구동 모드가 오픈 엔드 와인딩 모드(OEW)로 설정될 때, 절환 스위치(C1-C3)를 턴오프시킴으로써, 복수의 권선(L1-L3)의 타단이 중성점을 형성하지 않도록 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)는 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)뿐만 아니라, 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀스위치(B4-B6)를 상보적으로 스위칭함으로써, 제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400a)를 통해 복수의 상에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 일단 및 타단에 제공하도록 제어할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400a)에 포함된 파워 모듈의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 인버터(300)는 복수의 제1 파워 모듈(310, 320, 330)을 포함하고, 제2 인버터(400a)는 복수의 제2 파워 모듈(410a, 420a, 430a)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 파워 모듈(310, 320, 330) 각각의 구성 및 동작 방법은 동일하게 구현되고, 복수의 제2 파워 모듈(410a, 420a, 430a) 각각의 구성 및 동작 방법도 동일하게 구현된다. 제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400)는 각각 인버터에 사용되는 링크 커패시터(미도시)의 일측면 및 일측면에 대향하는 타측면에 배치될 수 있다.
복수의 제1 파워 모듈(310, 320, 330) 각각은 제1 탑 스위치(T1-T3), 제1 바텀 스위치(B1-B3)를 포함하며, 배터리(도 1의 100)의 양극 터미널(+)과 연결되는 양극 터미널(P), 배터리(100)의 음극 터미널(-)과 연결되는 음극 터미널(N), 복수의 권선(L1-L3) 중 어느 하나의 권선의 일단과 연결되는 출력 터미널(O)을 가질 수 있다. 제1 탑 스위치(T1, T2, T3) 각각은 양극 터미널(P) 및 출력 터미널(O) 사이에 연결되고, 제1 바텀 스위치(B1, B2, B3) 각각은 음극 터미널(N) 및 출력 터미널(O) 사이에 연결될 수 있다.
복수의 제2 파워 모듈(410a, 420a, 430a) 각각은 제2 탑 스위치(T4-T6), 제2 바텀 스위치(B4-B6) 및 절환 스위치(C1-C3)를 포함하며, 배터리(100)의 양극 터미널(+)과 연결되는 양극 터미널(P), 배터리(100)의 음극 터미널(-)과 연결되는 음극 터미널(N), 복수의 권선(L1-L3) 중 어느 하나의 권선의 타단과 연결되는 출력 터미널(O), 절환 스위치(C1-C3)의 일단과 연결되는 절환 터미널(C)을 가질 수 잇다.
제2 탑 스위치(T4-T6) 각각은 양극 터미널(P) 및 출력 터미널(O) 사이에 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제2 탑 스위치(T4-T6)의 드레인단(컬렉터단)은 각각 양극 터미널(P)에 연결되고, 제2 탑 스위치(T4-T6)의 소스단(이미터단)은 각각 출력 터미널(O)에 연결될 수 있다.
제2 바텀 스위치(B4-B6) 각각은 음극 터미널(N) 및 출력 터미널(O) 사이에 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제2 바텀 스위치(B4-B6)의 드레인단(컬렉터단)은 각각 출력 터미널(O)에 연결되고, 제2 바텀 스위치(B4-B6)의 소스단(이미터단)은 음극 터미널(N)에 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 절환 스위치(C1-C3)의 소스단(이미터단)은 각각 출력 터미널(O)에 연결되어 제2 탑 스위치(T4-T6)의 소스단(이미터단)과 동일한 노드에 위치할 수 있다. 절환 스위치(C1-C3)의 드레인단(컬렉터단)은 각각은 절환 터미널(C)에 연결될 수 있다. 절환 터미널(C)은 모터에 포함된 복수의 권선들(L1, L2, L3)의 타단들이 중성점을 형성하도록 서로 단락될 수 있다. 복수의 제2 파워 모듈(410a, 420a, 430a) 각각에 모터 구동 모드에 따라 절환되는 절환 스위치(C1-C3)가 통합됨에 따라, 절환 스위치(C1-C3)에 대한 모듈을 별도로 구비하지 않게 되고, 이로 인해 모터 구동 장치(도 1의 10a)에 소모되는 면적 및 비용을 줄일 수 있다.
제2 파워 모듈(410a, 420a, 430a)의 구성은 모두 동일하게 구현되므로, 제2 파워 모듈(410a)에 대한 구성만 도 5를 참조하여 아래에서 설명한다.
도 5는 도 4에 도시된 제2 파워 모듈(410a)의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 파워 모듈(410a)은 제2 탑 스위치(T4), 제2 바텀 스위치(B4) 및 절환 스위치(C1)를 포함할 수 있다.
제2 파워 모듈(410a)의 일측에는 출력 터미널(O), 절환 터미널(C), 음극 터미널(N) 및 양극 터미널(P)이 배치되고, 제2 파워 모듈(410a)의 일측에 대향하는 타측에는 제어핀들(PIN_B, PIN_C, PIN_T)이 배치될 수 있다. 제2 파워 모듈(410a)은 제어핀(PIN_B), 제어핀(PIN_C) 및 제어핀(PIN_T) 각각을 통해 제2 탑 스위치(T4), 절환 스위치(C1) 및 제2 바텀 스위치(B4)의 턴온 상태 등을 제어하기 위한 신호를 입력받을 수 있다. 이때, 절환 스위치(C1)의 턴온 상태를 제어하기 위한 제어핀(PIN_C) 및 제2 탑 스위치(T4)의 턴온 상태를 제어하기 위한 제어핀(PIN_T)은 절연 거리를 두지 않아도 되므로 인접하게 배치함으로써, 제2 파워 모듈(410a)의 면적을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치(10b)를 도시한 회로도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 모터 구동 장치(10b)는 배터리(100), 모터(200), 제1 인버터(300), 제2 인버터(400b) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.
제2 인버터(400b)는 제2 탑 스위치(T4-T6), 제2 바텀 스위치(B4-B6) 및 절환스위치(C1-C3)를 구비한 복수의 제2 파워 모듈(도 8의 410b, 420b, 430b)로 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 제2 인버터(400b)는 절환스위치(C1-C3)가 턴온될 때, 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀 스위치(B4-B6)가 스위칭됨에 따라, 배터리(100)의 직류 전압을 복수의 상을 가지는 교류 전압으로 변환할 수 있다. 그리고, 제2 인버터(400b)는 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 타단에 제공함으로써, 모터(200)를 구동할 수 있다.
제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400b)를 구현하는 파워모듈의 구성 및 동작 방법에 대한 구체적인 설명은 도 9를 참조하여 후술한다.
도 7은 도 6에 도시된 모터 구동 장치(10b)에서 수행되는 클로즈드 엔드 와인딩 모드(CEW)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(500)는 모터 구동 모드가 클로즈드 엔드 와인딩 모드(CEW)로 설정될 때, 절환 스위치(C1-C3) 및 제2 바텀스위치(B4-B6)를 턴오프시키고, 제2 탑 스위치(T4-T6)를 턴온시킴으로써, 복수의 권선(L1-L3)의 타단이 중성점(N)을 형성하도록 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)는 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)를 상보적으로 스위칭함으로써, 제1 인버터(300)를 통해 복수의 상에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 일단에 제공하도록 제어할 수 있다.
도 8은 도 6에 도시된 모터 구동 장치(10b)에서 수행되는 오픈 엔드 와인딩 모드(OEW)를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(500)는 모터 구동 모드가 오픈 엔드 와인딩 모드(OEW)로 설정될 때, 절환 스위치(C1-C3)를 턴온시킴으로써, 복수의 권선(L1-L3)의 타단이 중성점을 형성하지 않도록 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)는 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)뿐만 아니라 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀스위치(B4-B6)를 상보적으로 스위칭함으로써, 제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400b)를 통해 복수의 상에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 일단 및 타단에 제공하도록 제어할 수 있다.
도 9는 도 6에 도시된 제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400b)에 포함된 파워 모듈의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 제1 인버터(300)의 구성 및 동작 방법은 도 4에 도시된 제1 인버터(300)와 동일하게 구현되므로 구체적인 설명은 생략한다.
제2 인버터(400b)는 복수의 제2 파워 모듈(410b, 420b, 430b)을 포함할 수 있다.
복수의 제2 파워 모듈(410b, 420b, 430b) 각각은 제2 탑 스위치(T4-T6), 제2 바텀 스위치(B4-B6), 절환 스위치(C1-C3), 배터리(도 6의 100)의 양극 터미널(+)과 연결되는 양극 터미널(P), 배터리(100)의 음극 터미널(-)과 연결되는 음극 터미널(N), 복수의 권선(L1-L3) 중 어느 하나의 권선의 타단과 연결되는 출력 터미널(O), 절환 스위치(C1-C3)의 일단과 연결되는 절환 터미널(C)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 제2 탑 스위치(T4-T6) 각각은 양극 터미널(P) 및 출력 터미널(O) 사이에 연결되되, 절환 스위치(C1-C3) 각각은 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 양극 터미널(P) 사이에 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 절환 스위치(C1-C3)의 드레인단(컬렉터단)은 각각 양극 터미널(P)에 연결되고, 절환 스위치(C1-C3)의 소스단(이미터단)은 각각 절환 터미널(C)에 연결될 수 있다. 제2 탑 스위치(T4-T6)의 드레인단(컬렉터단)은 절환 스위치(C1-C3)의 소스단(이미터단)과 동일한 노드에 위치하고, 제2 탑 스위치(T4-T6)의 소스단(이미터단)은 출력 터미널(O)에 연결될 수 있다.
제2 바텀 스위치(B4-B6) 각각은 음극 터미널(N) 및 출력 터미널(O) 사이에 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제2 바텀 스위치(B4-B6)의 드레인단(컬렉터단)은 각각 출력 터미널(O)에 연결되고, 제2 바텀 스위치(B4-B6)의 소스단(이미터단)은 음극 터미널(N)에 연결될 수 있다.
복수의 제2 파워 모듈(410b, 420b, 430b) 각각의 절환 터미널(C)는 모터에 포함된 복수의 권선들(L1, L2, L3)의 타단들이 중성점을 형성하도록 서로 단락될 수 있다. 복수의 제2 파워 모듈(410b, 420b, 430b) 각각에 모터 구동 모드에 따라 절환되는 절환 스위치(C1-C3)가 통합됨에 따라, 절환 스위치(C1-C3)에 대한 모듈을 별도로 구비하지 않게 되고, 이로 인해 모터 구동 장치(도 6의 10b)에 소모되는 면적 및 비용을 줄일 수 있다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치(10c)를 도시한 회로도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 모터 구동 장치(10c)는 배터리(100), 모터(200), 제1 인버터(300), 제2 인버터(400c) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.
제2 인버터(400c)는 제2 탑 스위치(T4-T6), 제2 바텀 스위치(B4-B6) 및 절환스위치(C1-C3)를 구비한 복수의 제2 파워 모듈(도 13의 410c, 420c, 430c)로 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 제2 인버터(400c)는 도 6에 도시된 제2 인버터(400b)와 마찬가지로, 절환스위치(C1-C3)가 턴온될 때, 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀 스위치(B4-B6)가 스위칭됨에 따라, 배터리(100)의 직류 전압을 복수의 상을 가지는 교류 전압으로 변환할 수 있다. 그리고, 제2 인버터(400b)는 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 타단에 제공함으로써, 모터(200)를 구동할 수 있다.
제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400c)를 구현하는 파워모듈의 구성 및 동작 방법에 대한 구체적인 설명은 도 13를 참조하여 후술한다.
도 11은 도 10에 도시된 모터 구동 장치(10c)에서 수행되는 클로즈드 엔드 와인딩 모드(CEW)를 설명하기 위한 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(500)는 모터 구동 모드가 클로즈드 엔드 와인딩 모드(CEW)로 설정될 때, 절환 스위치(C1-C3) 및 제2 탑 스위치(T4-T6)를 턴오프시키고, 제2 바텀스위치(B4-B6)를 턴온시킴으로써, 복수의 권선(L1-L3)의 타단이 중성점(N)을 형성하도록 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)는 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)를 상보적으로 스위칭함으로써, 제1 인버터(300)를 통해 복수의 상에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 일단에 제공하도록 제어할 수 있다.
도 12는 도 10에 도시된 모터 구동 장치(10c)에서 수행되는 오픈 엔드 와인딩 모드(OEW)를 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(500)는 모터 구동 모드가 오픈 엔드 와인딩 모드(OEW)로 설정될 때, 절환 스위치(C1-C3)를 턴온시킴으로써, 복수의 권선(L1-L3)의 타단이 중성점을 형성하지 않도록 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)는 제1 탑 스위치(T1-T3) 및 제1 바텀 스위치(B1-B3)뿐만 아니라 제2 탑 스위치(T4-T6) 및 제2 바텀스위치(B4-B6)를 상보적으로 스위칭함으로써, 제1 인버터(300) 및 제2 인버터(400c)를 통해 복수의 상에 대응하는 교류 전압을 복수의 권선(L1, L2, L3)의 일단 및 타단에 제공하도록 제어할 수 있다.
도 13은 도 10에 도시된 인버터들의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다. 도 13에 도시된 제1 인버터(300)의 구성 및 동작 방법은 도 5에 도시된 제1 인버터(300)와 동일하게 구현된다.
제2 인버터(400c)는 복수의 제2 파워 모듈(410c, 420c, 430c)을 포함할 수 있다.
복수의 제2 파워 모듈(410c 420c, 430bc) 각각은 제2 탑 스위치(T4-T6), 제2 바텀 스위치(B4-B6), 절환 스위치(C1-C3), 배터리(도 10의 100)의 양극 터미널(+)과 연결되는 양극 터미널(P), 배터리(100)의 음극 터미널(-)과 연결되는 음극 터미널(N), 복수의 권선(L1-L3) 중 어느 하나의 권선의 타단과 연결되는 출력 터미널(O), 절환 스위치(C1-C3)의 일단과 연결되는 절환 터미널(C)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 제2 바텀 스위치(B4-B6) 각각은 음극 터미널(N) 및 출력 터미널(O) 사이에 연결되되, 절환 스위치(C1-C3) 각각은 제2 바텀 스위치(B4-B6) 및 음극 터미널(N) 사이에 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 좀 더 구체적으로, 절환 스위치(C1-C3)의 소스단(이미터단)은 각각 음극 터미널(N)에 연결되고, 절환 스위치(C1-C3)의 드레인단(컬렉터단)은 각각 절환 터미널(C)에 연결될 수 있다. 제2 바텀 스위치(B4-B6)의 소스단(이미터단)은 절환 스위치(C1-C3)의 드레인단(컬렉터단)과 동일한 노드에 위치하고, 제2 바텀 스위치(B4-B6)의 드레인단(컬렉터단)은 출력 터미널(O)에 연결될 수 있다.
제2 탑 스위치(T4-T6) 각각은 양극 터미널(P) 및 출력 터미널(O) 사이에 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제2 탑 스위치(T4-T6)의 드레인단(컬렉터단)은 각각 양극 터미널(P)에 연결되고, 제2 탑 스위치(T4-T6)의 소스단(이미터단)은 각각 출력 터미널(O)에 연결될 수 있다.
복수의 제2 파워 모듈(410c, 420c, 430c) 각각의 절환 터미널(C)는 모터에 포함된 복수의 권선들(L1, L2, L3)의 타단들이 중성점을 형성하도록 서로 단락될 수 있다. 복수의 제2 파워 모듈(410c, 420c, 430c) 각각에 모터 구동 모드에 따라 절환되는 절환 스위치(C1-C3)가 통합됨에 따라, 절환 스위치(C1-C3)에 대한 모듈을 별도로 구비하지 않게 되고, 이로 인해 모터 구동 장치(도 10의 10c)에 소모되는 면적 및 비용을 줄일 수 있다.
10a, 10b, 10c : 모터 구동 장치
100 : 배터리
200 : 모터
300 : 제1 인버터
400a, 400b, 400c : 제2 인버터
500 : 컨트롤러

Claims (14)

  1. 복수의 상 각각에 대응하는 복수의 권선을 가지는 모터;
    적어도 하나의 제1 파워 모듈을 포함하고, 상기 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 상기 복수의 권선의 일단에 제공하는 제1 인버터;
    절환 스위치를 각각 포함하는 복수의 제2 파워 모듈을 포함하고, 상기 절환 스위치의 턴온 여부를 기반으로 상기 복수의 상 각각에 대응하는 교류 전압을 상기 복수의 권선의 타단에 제공하는 제2 인버터; 및
    모터 구동 모드에 따라 상기 절환 스위치의 턴온 여부를 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
    상기 복수의 제2 파워 모듈 각각은 상기 절환 스위치의 일단이 연결되는 절환 터미널을 가지고,
    상기 복수의 제2 파워 모듈의 절환 터미널은 서로 단락되는 모터 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모터 구동 모드가 클로즈드 엔드 와인딩 모드로 설정될 때 상기 복수의 권선의 타단이 중성점을 형성하도록 상기 절환 스위치의 턴온 여부를 제어하고,
    상기 모터 구동 모드가 오픈 엔드 와인딩 모드로 설정될 때 상기 복수의 권선의 타단이 중성점을 형성하지 않도록 상기 절환 스위치의 턴온 여부를 제어하는 모터 구동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 파워 모듈은,
    제1 탑 스위치;
    제1 바텀 스위치;
    배터리의 양극 터미널과 연결되는 양극 터미널;
    상기 배터리의 음극 터미널과 연결되는 음극 터미널; 및
    상기 복수의 권선 중 어느 하나의 권선의 일단과 연결되는 출력 터미널을 포함하되,
    상기 제1 탑 스위치는 상기 양극 터미널 및 상기 출력 터미널 사이에 연결되고,
    상기 제1 바텀 스위치는 상기 음극 터미널 및 상기 출력 터미널 사이에 연결되는 모터 구동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 탑 스위치 및 상기 제1 바텀 스위치를 상보적으로 스위칭하는 모터 구동 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 탑 스위치 및 상기 제1 바텀 스위치는,
    MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구현되는 모터 구동 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 파워 모듈 각각은,
    제2 탑 스위치;
    제2 바텀 스위치;
    배터리의 양극 터미널과 연결되는 양극 터미널;
    상기 배터리의 음극 터미널과 연결되는 음극 터미널; 및
    상기 복수의 권선 중 어느 하나의 권선의 타단과 연결되는 출력 터미널을 더 포함하되,
    상기 제2 탑 스위치는 상기 양극 터미널 및 상기 출력 터미널 사이에 연결되고,
    상기 제2 바텀 스위치는 상기 음극 터미널 및 상기 출력 터미널 사이에 연결되는 모터 구동 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 탑 스위치 및 상기 제2 바텀 스위치는,
    MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중 어느 하나로 동일하게 구현되는 모터 구동 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 절환 스위치 각각은,
    MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중 어느 하나로 동일하게 구현되는 모터 구동 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 절환 스위치의 타단은,
    상기 복수의 제2 파워 모듈의 출력 터미널에 각각 연결되는 모터 구동 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모터 구동 모드가 클로즈드 엔드 와인딩 모드로 설정될 때 상기 복수의 권선의 타단이 중성점을 형성하도록 상기 절환 스위치의 턴온시키고,
    상기 모터 구동 모드가 오픈 엔드 와인딩 모드로 설정될 때 상기 복수의 권선의 타단이 중성점을 형성하지 않도록 상기 절환 스위치의 턴오프시키는 모터 구동 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 절환 스위치의 타단은,
    상기 복수의 제2 파워 모듈의 양극 터미널에 각각 연결되되,
    상기 제2 탑 스위치는,
    상기 절환 스위치의 일단 및 상기 출력 터미널 사이에 연결되는 모터 구동 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모터 구동 모드가 클로즈드 엔드 와인딩 모드로 설정될 때 상기 복수의 권선의 타단이 중성점을 형성하도록 상기 제2 탑 스위치를 턴온시키고, 상기 제2 바텀 스위치 및 상기 절환 스위치를 턴오프시키며,
    상기 모터 구동 모드가 오픈 엔드 와인딩 모드로 설정될 때 상기 복수의 권선의 타단이 중성점을 형성하지 않도록 상기 절환 스위치를 턴온시키는 모터 구동 장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 절환 스위치 각각은,
    상기 복수의 제2 파워 모듈의 음극 터미널에 각각 연결되되,
    상기 제2 바텀 스위치는,
    상기 절환 스위치의 일단 및 상기 출력 터미널 사이에 연결되는 모터 구동 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모터 구동 모드가 클로즈드 엔드 와인딩 모드로 설정될 때 상기 복수의 권선의 타단이 중성점을 형성하도록 상기 제2 바텀 스위치를 턴온시키고, 상기 제2 탑 스위치 및 상기 절환 스위치를 턴오프시키며,
    상기 모터 구동 모드가 오픈 엔드 와인딩 모드로 설정될 때 상기 복수의 권선의 타단이 중성점을 형성하지 않도록 상기 절환 스위치를 턴온시키는 모터 구동 장치.
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