KR20240055576A - 인버터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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박제상
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에이치엘만도 주식회사
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Abstract

본 개시는 인버터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 인버터의 고장 유형 중에서 미리 설정된 고장 유형에 해당되면 브레이크 토크를 감소시킬 수 있는 인버터 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 특히, 인버터의 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당되면 3상 단락(Short)된 상태가 되도록 인버터를 제어함으로써, 모터의 브레이크 토크를 감소시켜 운전자 부하를 감소할 수 있는 인버터 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

인버터 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING INVERTER}
본 실시예들은 인버터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
지난 수년간 3상 인버터(inverter)와 영구자석형 모터(PMSM)를 이용한 조향 장치를 탑재한 자동차가 계속 증가하여 최근에는 전체 자동차 판매량에서 가장 큰 비율을 차지하게 되었다. 영구자석을 이용한 모터는 인버터와 제어기를 통해서 손쉽게 큰 출력의 토크를 얻을 수 있으며, 마이크로프로세서(Microproessor)와 IC 소자들의 발전으로 정밀한 제어가 가능해짐에 따라 그 확산 속도는 자동차뿐만 아니라 산업계에서도 급속도로 증가하고 있다. 이러한 모터는 제어의 성능적인 측면이나 패키지(package)적인 측면 등 여러 가지 장점으로 인해 확산 추세가 가속화 되고 있지만, 가격적인 측면이나 고장 시 저항력을 발생하는 측면에서 문제점이 있다.
특히, 영구자석형 모터(PMSM)의 경우 외부에서 회전력이 입력되면, 배터리의 입력을 통해서 회전력을 발생시키는 모터의 기능으로 동작하게 되는 것이 아니라, 외부의 회전력에 의해서 전압을 발생시키는 발전기와 같은 기능으로 동작할 수 있다. 이러한 모터의 회생 제동력을 이용한 PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator)는 풍력 발전기 등에서 주로 사용되고 있다. 다만, 차량의 모터의 경우, 회생 제동력이 발생되면 차량의 배터리를 충전하거나 차량의 제동력을 향상시킬 수가 있지만, 의도하지 않은 상황 또는 고장 발생으로 인해 모터의 회생 제동과 유사하게 동작하게 되는 경우 모터의 브레이크 토크(braking torque)가 발생되는 문제점이 있다.
따라서 인버터의 고장 발생 시, 고장으로 인해 발생되는 모터의 브레이크 토크를 감소시킬 수 있는 인버터 제어 기술이 요구되고 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예들은 인버터의 고장 발생 시, 고장으로 인해 발생되는 모터의 브레이크 토크를 감소시킬 수 있는 인버터 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은 모터에 연결된 인버터 회로에 고장이 발생되면, 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단하는 고장 판단부 및 고장이 고장 유형에 해당되면, 고장 유형에 기초하여 모터의 브레이크 토크가 감소하도록 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 인버터 제어 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은 모터에 연결된 인버터 회로에 고장이 발생되면, 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단하는 고장 판단 단계 및 고장이 고장 유형에 해당되면, 고장 유형에 기초하여 모터의 브레이크 토크가 감소하도록 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어하는 제어 단계를 포함하는 인버터 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 인버터의 고장 발생 시, 고장으로 인해 발생되는 모터의 브레이크 토크를 감소시킬 수 있는 인버터 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 고장 유형에 따른 모터의 브레이크 토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 고장 유형이 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치가 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인 경우에 브레이크 토크를 감소시키는 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 고장 유형이 DC 링크 단락으로 인한 고장인 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치가 DC 링크 단락으로 인한 고장인 경우에 브레이크 토크를 감소시키는 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 방법의 흐름도이다.
본 개시는 인버터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서의 모터는 역기전력과 전기자 전류의 제어 방법에 따라 브러시리스 직류 모터(Brushless DC motor, BLDCM)와 영구자석형 동기 모터(PMSM, BLAC)로 분류될 수 있다. 예를 들어, 영구자석형 동기 모터는 사다리꼴 파형의 역기전력을 가지고 역기전력의 평탄한 부분에 구형파 전류를 인가하는 BLDC와 정현파의 역기전력을 가지고 정현파 전류를 인가하는 영구자석형 동기 모터(Permanent Magnet synchronous Motor, PMSM) 일 수 있다. 다만, 본 명세서에서의 모터는 PMSM를 일 예로 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서의 인버터는 3상 인버터로, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET), 접합형 트랜지스터(BJT) 및 게이트 턴 오프 사이리스터(GTO) 등의 반도체 전력용 스위칭 소자 6 개를 이용하여 구성될 수 있으며, 스위칭 소자의 종류에 한정되는 것은 아니다. 또한, 3상 인버터는 6개의 반도체 전력용 스위칭 소자에 대한 턴 온(Turn on)-턴 오프(Turn off) 시간을 조절하여 구형파로 변조된 정현파의 전압을 모터에 인가함으로써 정현파 전류를 공급할 수 있다. 이러한 3상 인버터는 반도체 전력용 스위칭 소자의 고장 등에 의해 발생되는 단락전류를 검출하기 위한 검출회로를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치(100)는 고장 판단부(110) 및 제어부(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 인버터 제어 장치(100)는 모터에 연결된 인버터 회로에 고장이 발생되면, 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단하는 고장 판단부(110) 및 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당되면, 고장 유형에 기초하여 모터의 브레이크 토크가 감소하도록 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어하는 제어부(120)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 인버터 제어 장치(100)의 고장 판단부(110)는 인버터 회로에 발생된 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단할 수 있다. 일 예로, 고장 판단부(110)는 모터에 연결된 인버터 회로에 고장이 발생되면 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 고장 판단부(110)는 인버터 회로의 고장 발생 시, 모터의 속도에 따른 브레이크 토크를 비교하여 고장 유형을 미리 설정할 수 있다. 고장 유형은 인버터 회로의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장 또는 DC 링크(DC-link) 단락으로 인한 고장으로 미리 설정될 수 있다. 구체적으로, 고장 판단부(110)는 고장이 인버터 회로의 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자 중 어느 하나 또는 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이면, 미리 설정된 고장 유형에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 또는, 고장 판단부(110)는 고장이 인버터 회로의 DC 링크 단락으로 인한 고장이면, 미리 설정된 고장 유형에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에 따른 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당되면, 고장 유형에 기초하여 모터의 브레이크 토크가 감소하도록 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(120)는 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당되면, 고장 유형에 따른 모터의 속도를 기준으로 3상 단락된 상태가 되도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 제어 상으로 형성하기 쉽고, 다른 고장 유형에 비하여 리플 발생이 적은 3상 단락된 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 발생된 고장이 스위칭 소자 단락으로 인한 고장 유형에 해당되면, 제어부(120)는 모터의 속도가 미리 설정된 제 1 속도 이상인 경우에 3상 단락된 상태가 되도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 제 1 속도는 3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 각각의 스위칭 소자 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도로 미리 설정될 수 있다. 또한, 발생된 고장이 DC 링크 단락으로 인한 고장 유형에 해당되면, 제어부(120)는 모터의 속도가 미리 설정된 제 2 속도 이상인 경우에 3상 단락된 상태가 되도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 제 2 속도는 3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 DC 링크 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도로 미리 설정될 수 있다.
다른 예를 들어, 제어부(120)는 미리 설정된 고장 유형에 해당되면, 모터의 속도에 기초하여 인버터 회로의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 단락된 스위칭 소자를 기준으로 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 단락된 스위칭 소자가 1개인 경우, 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자 2개가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 단락된 스위칭 소자가 2개이고 동일한 일단에 연결되어 있는 경우, 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자 1개가 동시에 턴온되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 반면에, 제어부(120)는 단락된 스위칭 소자가 2개이고 각각 타단에 연결되어 있는 경우, 상단 또는 하단 중 일단을 선택하여 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자 2개가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 인버터 회로의 고장이 발생되면, 모터의 속도에 따른 브레이크 토크를 비교하여 미리 설정된 고장 유형에 따라 모터의 브레이크 토크가 낮은 다른 고장 유형으로 강제 전환하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 인버터 제어 장치(100)는 고장이 발생된 경우에 ECU 회로를 수정하지 않고도 전체 시스템의 브레이크 토크를 저감하여 운전자의 부하를 최소화하는 효과를 제공할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치(100)가 모터의 브레이크 토크를 기반으로 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어하는 동작에 대한 일 예를 설명한다. 일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 고장 판단부(110)는 모터 또는 인버터 회로의 고장 발생을 검출할 수 있다(S210). 예를 들어, 인버터 제어 장치(100)는 인버터 회로 내에 설치되는 적어도 하나의 전류 센서로부터 검출된 검출 전류를 감지하는 아날로그 디지털 컨버터(AD converter)로 구성될 수 있다. 또한, 인버터 제어 장치(100)는 입력단에 아날로그 디지털 컨버터를 연결하여 검출 전류를 미리 설정된 기준 전류와 비교하여 모터 또는 인버터의 고장 발생을 검출할 수 있다. 즉, 인버터 제어 장치(100)의 고장 판단부(110)는 스위칭 소자가 단락되면, 검출 전류에 기초하여 직류 전원의 정전압 측에 연결되는 스위칭 소자 및 음전압 측에 연결되는 스위칭 소자 중에서 어느 스위칭 소자에 해당되는지 검출할 수 있다.
일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 고장 판단부(110)는 검출된 모터 또는 인버터 회로의 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단할 수 있다(S220). 예를 들어, 인버터 제어 장치(100)의 고장 판단부(110)는 발생된 고장이 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단할 수 있다. 즉, 인버터 제어 장치(100)의 고장 판단부(110)는 발생된 고장이 브레이크 토크가 낮은 고장 유형으로 강제 전환할 수 있는 고장 유형에 해당하는지 판단할 수 있다. 여기서 미리 설정된 고장 유형은 인버터 회로의 스위칭 소자 단락(ex, FET Single short, FET Double short)으로 인한 고장 또는 DC 링크 단락으로 인한 고장일 수 있다. 또한, 미리 설정된 고장 유형은 모터의 권선 단락으로 인한 고장일 수도 있다.
일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 고장 유형에 해당되면, 모터의 속도가 미리 설정된 속도 이상인지 판단할 수 있다(S230). 예를 들어, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 미리 설정된 고장 유형에 해당되면, 모터의 속도가 각각의 고장 유형에 따라 미리 설정된 속도 이상인지 판단할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 속도는 모터의 사양과 고장 유형에 따라 모터의 브레이크 토크를 이용하여 설정될 수 있다. 구체적으로, 모터의 브레이크 토크는 특정 속도 미만에서는 하나의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인 경우가 3상 단락된 상태보다 작아 유리할 수 있다. 반면에, 모터의 브레이크 토크는 특정 속도 이상에서는 3상 단락된 상태가 하나의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인 경우보다 작아 유리할 수 있다. 또한, 3상 단락된 상태는 제어 상으로 형성하기 쉽고, 다른 고장 유형에 비하여 리플 발생이 적어 유리할 수 있다.
일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 모터의 속도를 기준으로 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어할 수 있다(S240). 예를 들어, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 모터의 속도가 미리 설정된 속도 이상이면, 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자 1개 또는 2개가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 즉, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 모터의 속도가 미리 설정된 속도 이상이면, 3상 단락된 상태가 되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 3상 단락된 상태는 인버터 회로의 상단 스위칭 소자를 모두 턴온 동작시키고, 하단 스위칭 소자를 모두 턴오프 동작시킴으로써 각 상 모터 코일을 단락시킨 상태일 수 있다. 또는, 3상 단락된 상태는 인버터 회로의 하단 스위칭 소자를 모두 턴온 동작시키고, 상단 스위칭 소자를 모두 턴오프 동작시킴으로써 각 상 모터 코일을 단락시킨 상태일 수 있다.
일 예로, 인버터 제어 장치(100)는 모터의 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다(S250). 예를 들어, 인버터 제어 장치(100)는 3상 단락된 상태와 같은 다른 고장 유형으로 강제 전환시켜 모터의 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 고장 유형에 따른 모터의 브레이크 토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 모터에 연결된 인버터 회로의 고장 유형에 따른 모터의 브레이크 토크를 설명할 수 있다. 일 예로, 인버터 회로에서 발생될 수 있는 고장은 정류기를 포함한 전원측 고장, 부하측 고장, 센서 고장, DC 링크 캐패시터 단락, 스위칭 소자 개방, 스위칭 소자 단락, 모터 권선 단락 등으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 인버터 회로에서 발생될 수 있는 고장은 고장 유형에 따라서 모터와 인버터 회로의 사양이 동일하더라도 모터의 브레이크 토크가 다를 수 있다. 여기서, 모터의 브레이크 토크는 단락된 스위칭 소자가 항상 턴온되어 있기 때문에 모터의 회전자 위상에 따라서 회생 전류가 흐르게 되어 발생될 수 있다.
이에 따라, 인버터 제어 장치는 발생된 고장 유형보다 브레이크 토크가 낮은 다른 고장 유형으로 강제 전환하도록 제어하여 운전자의 부하를 축소할 수 있다. 구체적으로, 모터의 브레이크 토크를 비교하면, 3상 단락으로 인한 고장(310)은 모터의 상간 단락으로 인한 고장(320) 또는 모터의 상과 중성점 사이의 단락으로 인한 고장(330)에 비해 모든 속도 구간에서 브레이크 토크가 크게 발생될 수 있다. 반면에, 3상 단락으로 인한 고장(310)은 하나 또는 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장(340) 또는 DC 링크 단락으로 인한 고장(350)에 비해 특정 속도 미만에서는 브레이크 토크가 크게 발생되지만, 특정 속도 이상에서는 작게 발생될 수 있다.
따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치는 고장 유형이 하나 또는 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장(340) 또는 DC 링크 단락으로 인한 고장(350)인 경우에 보다 효과적일 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 고장 유형이 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 고장 유형이 인버터 회로의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인 경우를 설명할 수 있다. 일 예로, 인버터 회로는 직류 전원(VDC)의 정전압 측에 연결되는 상단 스위칭 소자(410)와 직류 전원의 음전압 측에 연결되는 하단 스위칭 소자(420)가 각각 직렬로 연결되고, 3개의 직렬 회로는 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, 인버터 회로는 정전압 측에 연결되는 상단 스위칭 소자(410)와 직류 전원의 음전압 측에 연결되는 하단 스위칭 소자(420)의 각 연결점이 모터(400)의 3상 출력단(U, V, W)에 각각 연결될 수 있다. 여기서, 각 스위칭 소자는 정전압 측에 연결되는 제1 단자, 음전압 측에 연결되는 제2 단자 및 게이트 단자를 구비할 수 있다. 따라서, 인버터 제어 장치(100)는 각 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되어 전력용 스위칭 반도체(ex, MOSFET, IGBT)의 게이트를 충전하여 스위칭 소자가 턴온 및 턴오프되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 고장 판단부(110)는 발생된 고장이 인버터 회로의 고장 중 인버터 회로의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장에 해당하는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 고장 판단부(110)는 미리 설정된 고장 유형인 인버터 회로의 상단 스위칭 소자(410) 및 하단 스위칭 소자(420) 중 어느 하나 또는 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장에 해당하는지 판단할 수 있다. 구체적으로, 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인지 여부는 일반적인 단락 회로 판별 방법인 콜렉터-이미터 전압 검출 방법(ICBT) 또는 드레인-소스 전압 검출 방법(MOSFET)에 의해 판단될 수 있다
또한, 일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 발생된 고장이 인버터 회로의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이면, 모터(400)의 브레이크 토크가 감소하도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 고장 판단부(110)는 인버터 회로의 상단 스위칭 소자(410) 또는 하단 스위칭 소자(420) 중 어느 하나의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이면, 미리 설정된 고장 유형에 해당한다고 판단할 수 있다. 그러면, 제어부(120)는 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자 1개 또는 2개가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)가 나머지 스위칭 소자 2개를 동시에 턴온되도록 제어하면, 3상 단락된 상태로 전환되어 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다. 또는, 제어부(120)가 나머지 스위칭 소자 1개를 동시에 턴온되도록 제어하면, 3상 단락된 상태는 아니지만 두 개의 스위칭 소자가 단락된 상태로 전환되어 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다.
다른 예를 들어, 고장 판단부(110)는 인버터 회로의 상단 스위칭 소자 (410)또는 하단 스위칭 소자(420) 중 동일한 일단에 연결된 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이면, 미리 설정된 고장 유형에 해당한다고 판단할 수 있다. 그러면, 제어부(120)는 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자 1개가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)는 나머지 스위칭 소자 1개를 동시에 턴온되도록 제어하면, 3상 단락된 상태로 전환되어 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치가 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인 경우에 브레이크 토크를 감소시키는 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치가 스위칭 소자 단락으로 인한 고장인 경우에 스위칭 동작을 제어하여 브레이크 토크를 감소시키는 내용을 설명할 수 있다. 일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 발생된 고장이 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이면, 모터의 속도에 기초하여 3상 단락된 상태가 되도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 발생된 고장이 하나 또는 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장(340)이면, 모터의 속도가 미리 설정된 제 1 속도(510) 이상인 경우에 단락되지 않은 나머지 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하여 3상 단락된 상태로 전환할 수 있다. 여기서, 제 1 속도(510)는 3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 각각의 스위칭 소자 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도일 수 있다. 따라서, 제 1 속도(510)는 모터의 사양과 고장 유형에 따라 브레이크 토크가 작아지는 속도를 기준으로 설정될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 브레이크 토크 측면에서, 모터의 속도가 1600rpm 미만에서는 하나의 스위칭 소자 단락인 경우가 유리하지만, 모터의 속도가 1600rpm 이상에서는 스위칭 동작을 제어하여 3상 단락된 상태가 유리할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)는 제 1 속도(510)를 1600rpm으로 미리 설정할 수 있다. 그리고, 발생된 고장이 하나의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이고 모터의 속도가 1600rpm 이상인 경우, 제어부(120)는 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하여 3상 단락된 상태로 전환할 수 있다. 다만, 1600rpm은 일 예를 설명한 것으로, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제어부(120)는 인버터 회로의 스위칭 소자를 강제로 동작시켜 3상 단락된 상태로 전환함으로써, 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 고장 유형이 DC 링크 단락으로 인한 고장인 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 고장 유형이 인버터 회로의 DC 링크 단락으로 인한 고장인 경우를 설명할 수 있다. 일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 고장 판단부(110)는 발생된 고장이 인버터 회로의 고장 중 인버터 회로의 DC 링크 단락으로 인한 고장인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 고장 판단부(110)는 일반적인 직류 링크 전압 감지 회로를 사용하여 DC 링크 커패시터의 전압을 모니터링하는 방법에 의해 판단될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 고장 판단부(110)는 DC 링크 커패시터의 양단 전압이 임의의 시간간격 동안 기준 전위차 이상 변화하면, DC 링크 단락으로 인한 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 발생된 고장이 인버터 회로의 DC 링크 단락이면, 모터(400)의 브레이크 토크가 감소하도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 고장 판단부(110)는 인버터 회로의 DC 링크 단락으로 인한 고장이면, 미리 설정된 고장 유형에 해당한다고 판단할 수 있다. 그러면, 제어부(120)는 인버터 회로의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)가 상단 또는 하단의 스위칭 소자 3개를 동시에 턴온되도록 제어하면, 3상 단락된 상태로 전환되어 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다.
또한, 다른 일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 발생된 고장이 모터의 권선 단락이면, 모터(400)의 브레이크 토크가 감소하도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 고장 판단부(110)는 모터의 권석 단락으로 인한 고장이면, 미리 설정된 고장 유형에 해당한다고 판단할 수 있다. 그러면, 제어부(120)는 인버터 회로의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)가 상단 또는 하단의 스위칭 소자 3개를 동시에 턴온되도록 제어하면, 3상 단락된 상태로 전환되어 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치가 DC 링크 단락으로 인한 고장인 경우에 브레이크 토크를 감소시키는 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치가 DC 링크 단락으로 인한 고장인 경우에 스위칭 동작을 제어하여 브레이크 토크를 감소시키는 내용을 설명할 수 있다. 일 예로, 인버터 제어 장치(100)의 제어부(120)는 발생된 고장이 DC 링크 단락으로 인한 고장이면, 모터의 속도에 기초하여 3상 단락된 상태가 되도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 발생된 고장이 DC 링크 단락으로 인한 고장(350)이면, 모터의 속도가 미리 설정된 제 2 속도(710) 이상인 경우에 상단 스위칭 소자 3개 또는 하단 스위칭 소자 3개의 스위칭 동작을 제어하여 3상 단락된 상태로 전환할 수 있다. 여기서, 제 2 속도(710)는 3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 DC 링크 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도일 수 있다. 따라서, 제 2 속도(710)는 모터의 사양과 고장 유형에 따라 브레이크 토크가 작아지는 속도를 기준으로 설정될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 브레이크 토크 측면에서, 모터의 속도가 950rpm 미만에서는 DC 링크 단락인 경우가 유리하지만, 모터의 속도가 950rpm 이상에서는 스위칭 동작을 제어하여 3상 단락된 상태가 유리할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)는 제 2 속도(710)를 950rpm으로 미리 설정할 수 있다. 그리고, 발생된 고장이 DC 링크 단락으로 인한 고장이고 모터의 속도가 950rpm 이상인 경우, 제어부(120)는 상단 스위칭 소자 3개 또는 하단 스위칭 소자 3개의 스위칭 동작을 제어하여 3상 단락된 상태로 전환할 수 있다. 다만, 950rpm은 일 예를 설명한 것으로, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제어부(120)는 인버터 회로의 스위칭 소자를 강제로 동작시켜 3상 단락된 상태로 전환함으로써, 브레이크 토크를 감소시킬 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 인버터 제어 장치(100)가 수행할 수 있는 인버터 제어 방법에 대해서 설명한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 방법의 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 방법은 고장 판단 단계를 포함할 수 있다(S810). 일 예로, 인버터 제어 장치는 모터에 연결된 인버터 회로에 고장이 발생되면 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 인버터 제어 장치는 모터에 연결된 인버터 회로에 고장이 발생되면 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단할 수 있다. 고장 유형은 인버터 회로의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장 또는 DC 링크(DC-link) 단락으로 인한 고장으로 미리 설정될 수 있다. 구체적으로, 인버터 제어 장치는 고장이 인버터 회로의 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자 중 어느 하나 또는 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이면, 미리 설정된 고장 유형에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 인버터 제어 장치는 고장이 인버터 회로의 DC 링크 단락으로 인한 고장이면, 미리 설정된 고장 유형에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 인버터 제어 방법은 제어 단계를 포함할 수 있다(S820). 일 예로, 인버터 제어 장치는 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당되면, 고장 유형에 기초하여 모터의 브레이크 토크가 감소하도록 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 즉, 인버터 제어 장치는 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당되면, 고장 유형에 따른 모터의 속도를 기준으로 3상 단락된 상태가 되도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 발생된 고장이 스위칭 소자 단락으로 인한 고장 유형에 해당되면, 인버터 제어 장치는 모터의 속도가 미리 설정된 제 1 속도 이상인 경우에 3상 단락된 상태가 되도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 제 1 속도는 3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 각각의 스위칭 소자 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도로 미리 설정될 수 있다. 또한, 발생된 고장이 DC 링크 단락으로 인한 고장 유형에 해당되면, 인버터 제어 장치는 모터의 속도가 미리 설정된 제 2 속도 이상인 경우에 3상 단락된 상태가 되도록 인버터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 제 2 속도는 3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 DC 링크 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도로 미리 설정될 수 있다.
다른 예를 들어, 인버터 제어 장치는 미리 설정된 고장 유형에 해당되면, 모터의 속도에 기초하여 인버터 회로의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 또한, 인버터 제어 장치는 단락된 스위칭 소자를 기준으로 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 즉, 인버터 제어 장치는 인버터 회로의 고장이 발생되면, 모터의 속도에 따른 브레이크 토크를 비교하여 미리 설정된 고장 유형에 따라 모터의 브레이크 토크가 낮은 다른 고장 유형으로 강제 전환하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 인버터 제어 장치는 고장이 발생된 경우에 ECU 회로를 수정하지 않고도 전체 시스템의 브레이크 토크를 저감하여 운전자의 부하를 최소화하는 효과를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 인버터의 고장 유형 중에서 미리 설정된 고장 유형에 해당되면 브레이크 토크를 감소시킬 수 있는 인버터 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 특히, 인버터의 고장이 미리 설정된 고장 유형에 해당되면 3상 단락(Short)된 상태가 되도록 인버터를 제어함으로써, 모터의 브레이크 토크를 감소시켜 운전자 부하를 감소할 수 있는 인버터 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 모터에 연결된 인버터 회로에 고장이 발생되면, 상기 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단하는 고장 판단부; 및
    상기 고장이 상기 고장 유형에 해당되면, 상기 고장 유형에 기초하여 상기 모터의 브레이크 토크가 감소하도록 상기 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 인버터 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고장 판단부는,
    상기 고장이 상기 인버터 회로의 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자 중 어느 하나 또는 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이면, 상기 고장 유형에 해당하는 것으로 판단하는 인버터 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고장 판단부는,
    상기 고장이 상기 인버터 회로의 DC 링크(DC-Link) 단락으로 인한 고장이면, 상기 고장 유형에 해당하는 것으로 판단하는 인버터 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 속도가 미리 설정된 제 1 속도 이상인 경우에 3상 단락된 상태가 되도록 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하며,
    상기 제 1 속도는,
    3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 각각의 스위칭 소자 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도인 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 속도가 미리 설정된 제 2 속도 이상인 경우에 3상 단락된 상태가 되도록 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하며,
    상기 제 2 속도는,
    3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 DC 링크 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도인 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 속도에 기초하여 상기 인버터 회로의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    단락된 스위칭 소자를 기준으로 상기 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어 장치.
  8. 모터에 연결된 인버터 회로에 고장이 발생되면, 상기 모터의 브레이크 토크(braking torque)에 기초하여 미리 설정된 고장 유형에 해당하는지 판단하는 고장 판단 단계; 및
    상기 고장이 상기 고장 유형에 해당되면, 상기 고장 유형에 기초하여 상기 모터의 브레이크 토크가 감소하도록 상기 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어하는 제어 단계를 포함하는 인버터 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 고장 판단 단계는.
    상기 고장이 상기 인버터 회로의 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자 중 어느 하나 또는 두 개의 스위칭 소자 단락으로 인한 고장이면, 상기 고장 유형에 해당하는 것으로 판단하는 인버터 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 고장 판단 단계는,
    상기 고장이 상기 인버터 회로의 DC 링크(DC-Link) 단락으로 인한 고장이면, 상기 고장 유형에 해당하는 것으로 판단하는 인버터 제어 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    상기 모터의 속도가 미리 설정된 제 1 속도 이상인 경우에 3상 단락된 상태가 되도록 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하며,
    상기 제 1 속도는,
    3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 각각의 스위칭 소자 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도인 것을 특징으로 하는 인버터 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    상기 모터의 속도가 미리 설정된 제 2 속도 이상인 경우에 3상 단락된 상태가 되도록 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하며,
    상기 제 2 속도는,
    3상 단락으로 인한 브레이크 토크가 DC 링크 단락으로 인한 브레이크 토크보다 작아지는 속도인 것을 특징으로 하는 인버터 제어 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    상기 모터의 속도에 기초하여 상기 인버터 회로의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    단락된 스위칭 소자를 기준으로 단락된 스위칭 소자와 동일한 일단에 위치한 나머지 스위칭 소자가 동시에 턴온(Turn on)되도록 스위칭 동작을 제어하는 인버터 제어 방법.
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