WO2015142062A1 - 고전압 인버터를 구비한 차량용 전동 압축기 및 고전압 인버터용 진단장치 - Google Patents

고전압 인버터를 구비한 차량용 전동 압축기 및 고전압 인버터용 진단장치 Download PDF

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high voltage
input terminal
unit
inverter
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박희권
신승환
이영훈
정경훈
조성국
김태완
오세원
박성준
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한라비스테온공조 주식회사
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage inverter using a high voltage power source for driving a motor, and more particularly, to a motorized electric compressor and a high voltage inverter having a high voltage inverter for driving a motor in a vehicle to which a high voltage power source for power and a low voltage power source for communication are supplied. It relates to a diagnostic device.
  • DSPs are used to communicate with Full Automatic Temperature Control (FATC) and to drive motor-driven compressors. (Digital Signal Processor) should work.
  • FATC Full Automatic Temperature Control
  • the DSP uses a power source in a high voltage system, and the CAN (Controller Area Network) communication line of the vehicle system is composed of a low voltage system.
  • the current electric compressor inverter is required to apply both high voltage and low voltage to enable communication and compressor driving.
  • the electric compressor-side DSP which receives power from the high voltage system, also does not operate due to lack of power, and thus, it is impossible to diagnose a problem with the electric compressor inverter, which is one of the DSP's tasks.
  • the DSP does not operate, there is also a problem that can not communicate with the automatic temperature control (FATC).
  • FATC automatic temperature control
  • An object of the present invention is to provide a high voltage inverter capable of communicating with a low voltage power supply even when a problem occurs in the high voltage power supply.
  • An object of the present invention is to provide a high voltage inverter capable of determining a problem situation occurring in a high voltage region of an inverter in a control apparatus of a vehicle.
  • a high voltage inverter including: an input terminal power storage element disposed at a high voltage DC input terminal; A power unit for switching the DC power supplied from the high voltage DC input terminal to a three-phase AC power; A gate driver for outputting a switching signal to the switching elements of the power unit; A processor controlling an operation of the gate driver; And a power transmitter for supplying power provided from a low voltage DC input terminal as power for the processor.
  • the apparatus may further include a power obtaining unit configured to obtain driving power from the high voltage DC input terminal and supply the driving power to the gate driver.
  • the processor may detect that a short occurs in the input terminal power storage element or the power unit.
  • the semiconductor device may further include a resistor disposed between the high voltage DC input terminal and the power transmitter, and the processor may receive a voltage value of the resistor.
  • the device may further include a diode located between the resistance element and the high voltage DC input terminal.
  • the power unit may supply power switched to three phases to a three phase motor for driving an air conditioning compressor.
  • a low voltage power obtaining unit for obtaining driving power from the low voltage DC input terminal; And a CAN communicator receiving driving power from the low voltage power acquirer to perform CAN communication of the vehicle.
  • the power unit may include an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) in which a signal of the gate driver is applied to a base, and a current flowing to the collector and the emitter is supplied to the motor.
  • IGBT insulated gate bipolar mode transistor
  • a vehicle electric compressor includes a three-phase motor for compressing a refrigerant; An input terminal power storage element disposed at the high voltage DC input terminal; A power unit for switching the DC power supplied from the high voltage DC input terminal to a three-phase AC power to supply the three-phase motor; A gate driver for outputting a switching signal to the switching elements of the power unit; A processor controlling an operation of the gate driver; And a power transmitter for supplying power provided from a low voltage DC input terminal as power for the processor.
  • the apparatus may further include a power obtaining unit configured to obtain driving power from the high voltage DC input terminal and supply the driving power to the gate driver.
  • the semiconductor device may further include a resistor disposed between the high voltage DC input terminal and the power transmitter, and the processor may receive a voltage value of the resistor.
  • the device may further include a diode located between the resistance element and the high voltage DC input terminal.
  • a low voltage power obtaining unit for obtaining driving power from the low voltage DC input terminal; And a CAN communicator receiving driving power from the low voltage power acquirer to perform CAN communication of the vehicle.
  • a high voltage inverter includes a power unit for switching the DC power supplied from the high voltage DC input terminal into AC power; A control unit receiving driving power from the high voltage DC input terminal and controlling a switching operation of the power unit; A diagnosis unit configured to receive driving power from a low voltage DC input terminal and diagnose an abnormality of the power unit; And a diagnostic switch connecting or disconnecting the diagnostic unit and the high voltage DC input terminal.
  • the diagnostic unit may include: a power obtaining unit for obtaining driving power from the low voltage DC input terminal; And a communication module for performing communication with the controller and CAN communication of the vehicle.
  • the diagnostic switch temporarily connects the communication module and the high voltage DC input terminal, the diagnostic switch is closed during the diagnosis time when the high voltage DC input terminal is not applied, and is open while the high voltage DC input terminal is applied. It is characterized by.
  • the communication module may be configured to receive and receive a test pulse to the high voltage DC input terminal when the diagnostic switch is closed.
  • the control unit includes a power acquisition unit for acquiring driving power from the high voltage DC input terminal; A gate driver for outputting a switching signal to the switching elements of the power unit; And a processor that controls the operation of the gate driver and communicates with the diagnosis unit.
  • the apparatus may further include a photo coupler to perform data communication with the control unit and the diagnosis unit insulated.
  • the apparatus may further include an input power storage device disposed at the high voltage DC input terminal, and the diagnostic unit may diagnose whether the input power storage device is abnormal.
  • the power unit may include an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) in which a signal from the controller is applied to the base, and a current flowing to the collector and the emitter is supplied to the motor.
  • IGBT insulated gate bipolar mode transistor
  • the power unit is characterized in that for supplying the power switched to the three-phase to the three-phase motor for driving the air conditioning compressor.
  • Diagnostic apparatus for a high voltage inverter includes a power acquisition unit for obtaining a drive power from a low voltage DC input terminal; A communication module for performing communication with an inverter controller supplied with driving power from a high voltage DC input terminal and CAN communication of the vehicle; And a diagnostic switch for temporarily connecting the communication module and the high voltage DC input terminal, wherein the communication module applies and receives a test pulse to the high voltage DC input terminal when the diagnostic switch is closed.
  • the communication module analyzes the received test pulse to determine whether the high voltage DC input terminal is abnormal, and transmits the determined abnormality to the control device of the vehicle through the CAN communication.
  • the communication module is configured to communicate with the inverter controller via a photo coupler.
  • the high voltage inverter of the present invention has an advantage of allowing a control device of a vehicle to determine a problem situation occurring in a high voltage region of the inverter.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a high voltage inverter in which a low voltage region and a high voltage region are insulated from each other.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a high voltage inverter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a test process in a high voltage inverter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a flow of a test signal when an abnormality occurs in a high voltage region of the high voltage inverter of FIG.
  • FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view of an electric compressor equipped with a high voltage inverter.
  • FIG. 1 illustrates a high voltage inverter in which a low voltage region and a high voltage region are insulated from each other.
  • IGBTs for switching DC link capacitors 10 disposed at high voltage DC input terminals HV + and HV- and DC power supplied from the high voltage DC input terminals HV + and HV- to AC power.
  • a power unit 20 having insulated gate bipolar mode transistors (ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6) and IGBTs ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6 of the power unit 20;
  • a gate driver 56 for outputting a switching signal, a DSP 54 for controlling the operation of the gate driver 56 and communicating with a low voltage region, and the high voltage DC input terminals HV + and HV-.
  • a first SMPS 51 for generating an intermediate voltage DC power supply and a second SMPS 52 for generating a DC power source for driving the DSP 54 from the intermediate voltage DC power supply are provided. It includes.
  • a low voltage power acquisition unit 80 for acquiring driving power from low voltage DC input terminals LV + and LV ⁇ ; It may include a CAN communicator 70 receiving the driving power from the low voltage power acquisition unit 80 to perform communication with the control unit and perform CAN communication of the vehicle.
  • the illustrated high voltage inverter may include a photo coupler 60 to perform data communication with the DSP 54 in the high voltage region and the CAN communicator 70 in the low voltage region insulated from each other.
  • FIG. 2 illustrates a high voltage inverter according to an embodiment of the present invention.
  • the high voltage region and the low voltage region are insulated from each other.
  • an input terminal power storage element 210 disposed at high voltage DC input terminals HV + and HV-, and a power unit 220 for switching DC power supplied from the high voltage DC input terminals HV + and HV- to AC power.
  • a controller 250 receiving driving power from the high voltage DC input terminals HV + and HV ⁇ , and controlling a switching operation of the power unit 220.
  • the illustrated control unit 250 is a switching mode power supply (SMPS) 251 as a power acquisition unit for obtaining the driving power from the high voltage DC input terminals (HV +, HV-); and the switching element of the power unit 220 A gate driver 256 for outputting a switching signal to each field; And a processor 254 for controlling the operation of the gate driver 256.
  • SMPS switching mode power supply
  • the processor 254 may be a DSP, and the processor 254 is located in a high voltage region, but driving power is provided from a low voltage region.
  • a low voltage power acquisition unit 280 for acquiring driving power from low voltage DC input terminals LV + and LV ⁇ and a driving power supplied from the low voltage power acquisition unit 280 are used to communicate with the controller.
  • an isolated SMPS 260 as a power transmitter for supplying power provided by the low voltage direct current input terminals LV + and LV ⁇ as power for the processor 254. It includes.
  • the isolation SMPS 260 is generally designed to match the driving voltage of the processor 254 used in the high voltage region because the driving voltage of the processor 254 is 3.3V, which is different from the driving voltage of 5V of the CAN communicator 270. If the processor 254 is implemented as a driving voltage 5V device, the isolation SMPS 260 may be omitted. In this case, the low voltage power acquisition unit 280 takes the role of the insulation SMPS 260.
  • the processor 254 may operate normally by receiving driving power from the low voltage region. In the short situation, the processor 254 may recognize the occurrence of a short.
  • the high voltage inverter shown in the drawing shows a current path that can flow from the insulation SMPS 260 to the positive end of the high voltage DC input terminals HV + and HV- when a short occurs in a high voltage region, and the current flows into the current path.
  • the processor 254 may have a structure for sensing.
  • a resistor R is disposed between a power input terminal of the processor 254 and a plus terminal of the high voltage DC input terminals HV + and HV ⁇ , and the high voltage DC input terminal HV + of the resistor R is disposed.
  • the processor 254 may receive a voltage signal of the positive terminal of the HV ⁇ .
  • the high voltage region and the low voltage region are insulated from each other.
  • the insulation SMPS 260 and the resistor R supply driving power to the processor 254 located in the high voltage region.
  • the insulation characteristics may be weakened by the current path.
  • a diode is disposed between the resistor R and the positive ends of the high voltage direct current input terminals HV + and HV- to prevent the current in the high voltage region from flowing into the low voltage region, but when a short occurs in the high voltage region.
  • the path for the current in the low voltage region to flow to the high voltage region was prepared.
  • the positive terminal of the high voltage DC input terminal has a ground voltage value
  • Current passing through the diode in the forward direction flows to the resistor (R).
  • the processor 254 detects a voltage drop voltage value due to a current flowing from the resistor R to the resistor R.
  • the input terminal power storage element 210 may be formed of one or more DC link capacitors as shown.
  • the controller 250 located in the high voltage region communicates with another control device of the vehicle such as a control device of a fully automatic temperature control device (FATC) or a vehicle ECU using the CAN communicator 270 located in a low voltage area.
  • the control unit 250 and the CAN communicator 270 may further include a photo coupler (not shown) to perform data communication in an insulated state.
  • the power unit 220 is applied to the signal of the control unit 250 as a base, the current flows to the collector and the emitter six insulated gate bipolar mode transistors (IGBTs) (ST1, ST2, ST3, ST4) And ST5 and ST6, it is possible to drive a three-phase motor.
  • IGBTs insulated gate bipolar mode transistors
  • IGBT pairs ST1 and ST2 for the first phase the IGBT pairs ST3 and ST4 for the second phase
  • IGBT pairs ST3 for the third phase to drive the three-phase motor.
  • Two IGBTs of ST6 are turned on and off alternately.
  • one IGBT ST1 is N-type
  • the other IGBT ST1 is P-type
  • two IGBTs ST1 and ST2. Can be implemented in the form of the same type and the inverter connected to one of the gates.
  • the illustrated power unit 220 may supply power switched to three phases to a three-phase motor 9 for driving a vehicle air conditioning compressor.
  • the high voltage inverter of the embodiment of FIG. 2 removes the 3.3V second SMPS that was disposed in the high voltage region in FIG. 1, and additionally connects an insulation SMPS to the low voltage side to apply a DSP power supply, thereby providing high voltage DC power. It is implemented to enable DSP operation without the need of authorization.
  • the power output terminal of the isolated SMPS is connected to the positive line of the high voltage DC input terminals HV + and HV- through the resistor R and the diode to diagnose whether or not the short circuit occurs when the current is energized through the diode when a short occurs by the internal device. I would have to.
  • the high voltage inverter and the three-phase motor 9 shown can be defined as one electric compressor.
  • Three-phase motors are useful in the field of electric compressors, because three-phase motors have good price / performance and electric compressors require relatively low precision rotational control.
  • a motorized electric compressor as defined above includes a three-phase motor 9 for compressing a refrigerant, an input stage power storage element 210 disposed at high voltage DC input terminals HV +, HV-, and the high voltage DC input terminal HV +, A power unit 220 for switching the DC power supplied from the HV- to a three-phase AC power to supply the three-phase motor, and a gate driver 256 for outputting a switching signal to the switching elements of the power unit 220.
  • an isolated SMPS as a power transmitter for supplying power provided by the processor 254 and the low voltage DC input terminals LV + and LV ⁇ as power for the processor 254 to control the operation of the gate driver 256.
  • 260 may include.
  • the driving power of the processor of the high-voltage inverter for vehicle air conditioning is implemented to be obtained in a low voltage region, so that communication is possible at low voltage DC power even when the high voltage DC power is not applied.
  • information on the state of the inverter may be transmitted to the control device of the fully automatic temperature control device (FATC) or the ECU of the vehicle.
  • FATC fully automatic temperature control device
  • a high voltage region and a low voltage region are insulated from each other, and in the high voltage region, an input terminal power storage element 310 disposed at high voltage DC input terminals HV + and HV-, A power unit 320 for switching the DC power supplied from the high voltage DC input terminals HV + and HV ⁇ into AC power; And a control unit 350 that receives driving power from the high voltage DC input terminals HV + and HV ⁇ and controls a switching operation of the power unit 320.
  • a diagnosis unit configured to receive driving power from low voltage DC input terminals LV + and LV ⁇ and to diagnose an abnormality of the power unit 320 in the low voltage region; And diagnostic switches 366 and 367 connecting or disconnecting the diagnostic unit and the high voltage DC input terminals HV + and HV-.
  • the diagnostic unit may include a low voltage power obtaining unit 380 for obtaining driving power from the low voltage DC input terminals LV + and LV ⁇ and a communication micom 390 for communicating with the control unit; It may include a CAN communicator 370 that performs CAN communication of the vehicle.
  • the communication microcomputer 390 and the CAN communicator 370 may be viewed as one communication module, and may be configured as one hardware depending on the implementation.
  • the communication microcomputer 390 and the CAN communicator 370 may receive driving power from the low voltage power acquisition unit 380.
  • a current sensing shunt resistor element 365 having a predetermined resistance value may be provided on a path through which the test pulse flows through the diagnostic switches 366 and 367. After the test pulse is applied, the shunt resistor 365 may be provided. By measuring the current flowing in the can determine whether the short.
  • the input terminal power storage device 310 may be formed of one or more DC link capacitors as shown, and the diagnosis unit may diagnose whether the DC link capacitor corresponding to the input terminal power storage device is short.
  • the illustrated high voltage inverter may include a photo coupler 360 to perform data communication with the control unit 350 located in the high voltage region and the diagnosis unit located in the low voltage region insulated.
  • a diagnosis unit located in a low voltage region diagnoses an abnormality of the high voltage region.
  • the diagnosis switches 366 and 367 include the communication micom 390 and the high voltage DC input terminals HV + and HV ⁇ . ) Is temporarily connected for a predetermined diagnostic time, and the communication microcomputer 390 applies a test pulse to the high voltage DC input terminals HV + and HV- when the diagnostic switch is closed.
  • the communication microcomputer 390 performs diagnosis by closing the diagnostic switches 366 and 367 before high voltage power is applied to the high voltage DC input terminals HV + and HV-, and when the diagnosis is completed, the diagnostic switches 366 and 367. Open and cut off, and high voltage DC power is applied to the high voltage DC input terminals HV + and HV-. Accordingly, insulation between the high voltage region and the low voltage region is ensured while the high voltage DC power is applied.
  • the test pulse flows to the high voltage DC input terminals HV + and HV ⁇ , and when there is no abnormality in the inverter, the test pulse circulates along the path CO shown in FIG. 3 and is again input to the communication microcomputer 390.
  • the circuit circulates along the paths CCB and CPB shown in FIG. 4 and is again input to the communication microcomputer 390.
  • the communication microcomputer 390 receives the cycled test pulse, and when the received test pulse is analyzed, it may be determined whether the communication microcomputer 390 is abnormal in the high voltage region.
  • the test pulse circulating in the CO path of FIG. 3 may or may not return to a state in which low frequency components are largely suppressed according to capacitance values of the high voltage DC input terminals HV + and HV ⁇ . If a short occurs in the DC link capacitors of the high voltage DC input terminals HV + and HV ⁇ , the test pulse circulating in the CCB path of FIG. 4 returns to a state in which a significant amount of low frequency components are maintained.
  • test pulse circulating in the CCB path of FIG. 4 maintains a considerable amount of low frequency components, and power is increased according to the channel resistance of the IGBT of the power unit 320. Return to the exhausted state.
  • Analyzing the characteristics of the test pulse returned by the circulation, and checking the short in the inverter is performed by the communication microcomputer 390, or by performing the circuit through the CAN communication from the communication microcomputer 390 depending on the implementation Information of the returned test pulse may be performed by the control device of the vehicle.
  • the communication microcomputer 390 may transmit an error code indicating the high voltage region short to the fully automatic temperature controller (FATC) or the ECU of the vehicle.
  • FATC fully automatic temperature controller
  • the code indicating the normal state can be transmitted and the diagnostic switch can be opened to maintain insulation between the high voltage region and the low voltage region.
  • the control unit 350 includes a power obtaining unit for obtaining driving power from the high voltage DC input terminal, and a gate driver 356 for outputting a switching signal to the switching elements of the power unit 320; And a processor 354 for controlling the operation of the gate driver 356 and communicating with the diagnosis unit.
  • the processor 354 may be a DSP, and the power acquisition unit may include: a first switching mode power supply (SMPS) 351 configured to generate an intermediate voltage DC power supply from the high voltage DC input terminal; And a second SMPS 352 that generates a DC power source for driving the processor 354 from the intermediate voltage DC power source.
  • SMPS switching mode power supply
  • the power unit 320 is applied to the signal of the control unit 350 as a base, the current flows into the collector and the emitter six insulated gate bipolar mode transistors (IGBTs) (ST1, ST2, ST3, ST4) And ST5, ST6) to drive a three-phase motor.
  • IGBTs insulated gate bipolar mode transistors
  • the drawings are very briefly shown and the IGBT pairs ST1 and ST2 for the first phase, the IGBT pairs ST3 and ST4 for the second phase, and the IGBT pairs ST3 for the third phase to drive the three-phase motor.
  • Two IGBTs of ST6 are turned on and off alternately.
  • one IGBT ST1 is N-type
  • the other IGBT ST1 is P-type
  • the illustrated power unit 320 may supply power switched to three phases to a three-phase motor 9 for driving a vehicle air conditioning compressor.
  • elements positioned in the high voltage region may be defined as a simple inverter, and elements positioned in the low voltage region may be defined as a diagnostic device for diagnosing the simple inverter.
  • the diagnostic apparatus for a high voltage inverter includes: a low voltage power acquisition unit 380 for acquiring driving power from low voltage DC input terminals LV + and LV ⁇ ; A communication module for performing communication with the inverter controller 350 which receives driving power from the high voltage DC input terminal and CAN communication of the vehicle; And diagnostic switches 366 and 367 for temporarily connecting the communication module and the high voltage DC input terminals HV + and HV-.
  • the communication module may play a role of applying and receiving a test pulse to the high voltage DC input terminal when the diagnostic switches 366 and 367 are closed. That is, the communication module analyzes the received test pulse to determine whether the high voltage DC input terminal is abnormal, and transmits the determined abnormality to the control device of the vehicle through the CAN communication.
  • the communication microcomputer 390 constituting the communication module may communicate with the inverter controller 350 via the photo coupler 360.
  • a communication module is added to a low voltage circuit of a high voltage inverter for vehicle air conditioning, so that communication can be performed at low voltage DC power even when high voltage DC power is not applied.
  • Information on the state of the inverter may be transmitted to the control device of the control device FATC, the ECU of the vehicle, or the like.
  • the communication module may diagnose a short state in a high voltage region in advance.
  • the electric scroll compressor 1 includes a high voltage inverter 2 therein.
  • An inverter casing 130 and an inverter cover 110, a housing 200 coupled to the rear of the inverter casing 130, and a rear head 300 coupled to the rear of the housing 200, are compressed therein.
  • the unit 230 and the driving unit 250 are combined.
  • the inverter casing 130 is provided with a high voltage inverter 2 for generating a control signal of the driving unit 250 and applying power, and a component for dissipating and insulating the high voltage inverter 2 is provided.
  • the high voltage inverter 2 is composed of various circuit elements, printed circuit boards, and the like.
  • the inverter 2 is electrically connected to the driving unit 250 to control the driving unit 250.
  • the driving unit 250 includes a stator 252 fixed to the inside of the housing 200, a rotor 254 rotating inside the stator 252, and a rotating shaft 256 installed therethrough.
  • the rear end of the rotating shaft 256 is coupled to the rotating scroll 234 to be described later is driven to rotate in accordance with the rotation of the rotating shaft (256).
  • the rear end of the rotating shaft 256 is coupled to the center head 210 via a bearing 212a to support the pivoting scroll 234.
  • the present invention relates to a high voltage inverter of an electric compressor, and more particularly, to a vehicle electric compressor and a diagnostic apparatus for a high voltage inverter having a high voltage inverter used in a vehicle supplied with a high voltage power source for power and a low voltage power source for communication.

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Abstract

본 발명의 고전압 인버터는, 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자; 상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하는 파워부; 상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하는 프로세서; 및 저전압 직류 입력단에서 제공되는 전력을 상기 프로세서를 위한 전력으로 공급하기 위한 전력 송출기를 포함할 수 있다.

Description

고전압 인버터를 구비한 차량용 전동 압축기 및 고전압 인버터용 진단장치
본 발명은 모터 구동용으로 고전압 전원을 사용하는 고전압 인버터에 관한 것으로, 특히, 동력용 고전압 전원과 통신용 저전압 전원이 공급되는 차량에서 모터를 구동하기 위한 고전압 인버터를 구비한 차량용 전동 압축기 및 고전압 인버터용 진단장치에 관한 것이다.
차량에 사용되는 기존 전동 압축기용 인버터는 고전압과(HV) 저전압(LV) 두 가지 사양의 전원을 사용하고 있으며, 전자동 온도 조절장치(FATC : Full Automatic Temperature Control)와의 통신 및 전동 압축기 구동을 위해서는 DSP(Digital Signal Processor)가 동작해야 한다. 상기 DSP는 고전압 계통에서 전원을 사용하고 있으며, 차량 시스템의 CAN(Controller Area Network) 통신 라인은 저전압 체계로 구성되어 있다.
이로 인해 현재 전동압축기 인버터는 고전압과 저전압이 모두 인가되어야 통신 및 압축기 구동이 가능하다.
그런데, 전동 압축기 인버터 내 DC 링크 커패시터 또는 정류 스위치 소자인 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)가 손상된 경우, 고전압 라인에서 쇼트(short)가 발생될 수 있다. 이 경우, 차량의 전반적인 고전압 전원에서 문제가 발생될 수 있으며, 예컨대, 차량의 시동시 충분한 고전압이 인가되지 않아 시동 실패를 야기할 수 있다.
이 경우, 고전압 계통에서 전원을 인가받는 상기 전동 압축기 측 DSP도 전원 부족으로 동작하지 않게 되며, 이에 따라, 상기 DSP의 임무 중 하나인 상기 전동 압축기 인버터에 대한 문제 진단을 할 수 없게 된다. 또한, 상기 DSP가 동작하지 않으면,을 경우 전자동 온도 조절장치(FATC)와 통신을 수행할 수 없다는 문제도 발생한다.
즉, 고전압 및 저전압 두 가지 전원이 모두 인가되어야 통신 및 구동이 가능한 종래 기술의 인버터 체계에서는, 고전압 측에서 쇼트가 발생해도, 인버터측 DSP에 전원 미인가로 인하여 문제 상황 파악 및 통신이 불가능하여, 차량의 중앙 제어부에서는 상기 쇼트로 인한 시동 불능이 발생해도 원인 파악을 할 수 없게 된다.
본 발명은 고전압 전원에서 문제가 발생되어도 저전압 전원으로 통신이 가능한 고전압 인버터를 제공하고자 한다.
본 발명은 인버터의 고전압 영역에서 발생된 문제 상황을 차량의 제어 장치에서 판단할 수 있는 고전압 인버터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 일 측면에 따른 고전압 인버터는, 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자; 상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하는는 파워부; 상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하는 프로세서; 및 저전압 직류 입력단에서 제공되는 전력을 상기 프로세서를 위한 전력으로 공급하기 위한 전력 송출기를 포함할 수 있다.
상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하여 상기 게이트 드라이버로 공급하는 전력 획득부를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 입력단 축전 소자 또는 상기 파워부에서 쇼트가 발생되는 것을 감지할 수 있다.
상기 고전압 직류 입력단과 상기 전력 송출기 사이에 위치한 저항 소자를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 저항 소자의 전압 값을 입력받을 수 있다.
상기 저항 소자와 상기 고전압 직류 입력단 사이에 위치한 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 파워부는, 3상으로 스위칭된 전력을 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터로 공급할 수 있다.
상기 저전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 저전압 전력 획득부; 및 상기 저전압 전력 획득부로부터 구동 전력을 공급받아 차량의 CAN 통신을 수행하는 CAN 통신기를 더 포함할 수 있다.
상기 파워부는, 상기 게이트 드라이버의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 다른 측면에 따른 차량용 전동 압축기는, 냉매를 압축시키기 위한 3상 모터; 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자; 상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하여 상기 3상 모터로 공급하는 파워부; 상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하는 프로세서; 및 저전압 직류 입력단에서 제공되는 전력을 상기 프로세서를 위한 전력으로 공급하기 위한 전력 송출기를 포함할 수 있다.
상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하여 상기 게이트 드라이버로 공급하는 전력 획득부를 더 포함할 수 있다.
상기 고전압 직류 입력단과 상기 전력 송출기 사이에 위치한 저항 소자를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 저항 소자의 전압 값을 입력받을 수 있다.
상기 저항 소자와 상기 고전압 직류 입력단 사이에 위치한 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 저전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 저전압 전력 획득부; 및 상기 저전압 전력 획득부로부터 구동 전력을 공급받아 차량의 CAN 통신을 수행하는 CAN 통신기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 고전압 인버터는 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 스위칭하는 파워부; 상기 고전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부; 저전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 이상 여부를 진단하는 진단부; 및 상기 진단부와 상기 고전압 직류 입력단을 연결 또는 단절시키는 진단 스위치를 포함한다.
상기 진단부는 상기 저전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부; 및 상기 제어부와의 통신 및 차량의 CAN 통신을 수행하는 통신 모듈을 포함한다.
상기 진단 스위치는 상기 통신 모듈과 상기 고전압 직류 입력단을 일시적으로 연결시키되, 상기 고전압 직류 입력단에 상기 고전압 직류가 인가되지 않는 진단 시간 동안 닫히며, 상기 고전압 직류 입력단에 상기 고전압 직류가 인가되는 동안 열려 있는 것을 특징으로 한다.
상기 통신 모듈은 상기 진단 스위치가 닫혔을 때 상기 고전압 직류 입력단으로 테스트 펄스를 인가하고 수신받는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부; 상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 및 상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하고, 상기 진단부와 통신을 수행하는 프로세서를 포함한다.
상기 제어부와 상기 진단부가 절연된 상태로 데이터 통신을 수행하도록 포토 커플러를 더 포함한다.
상기 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자를 더 포함하며, 상기 진단부는 상기 입력단 축전 소자의 이상 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 파워부는 상기 제어부의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 파워부는 3상으로 스위칭된 전력을 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터로 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 의한 고전압 인버터용 진단 장치는 저전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부; 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 공급받는 인버터 제어부와의 통신 및 차량의 CAN 통신을 수행하는 통신 모듈; 및 상기 통신 모듈과 상기 고전압 직류 입력단을 일시적으로 연결시키는 진단 스위치를 포함하되, 상기 통신 모듈은 상기 진단 스위치가 닫혔을 때 상기 고전압 직류 입력단으로 테스트 펄스를 인가하고 수신받는 것을 특징으로 한다.
상기 통신 모듈은 상기 수신받은 테스트 펄스를 분석하여 상기 고전압 직류 입력단 쪽의 이상 여부를 판단하며, 판단한 이상 여부를 상기 CAN 통신으로 차량의 제어 장치로 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 통신 모듈은, 포토 커플러를 경유하여 상기 인버터 제어부와 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따른 본 발명의 고전압 인버터를 실시하면, 고전압 전원에서 문제가 발생되어도 저전압 전원으로 통신이 가능한 이점이 있다.다.
본 발명의 고전압 인버터는 인버터의 고전압 영역에서 발생된 문제 상황을 차량의 제어 장치에서 판단할 수 있도록 하는 이점이 있다.
도 1은 저전압 영역과 고전압 영역이 절연된 형태의 고전압 인버터를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 인버터를 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고전압 인버터에서 테스트 과정을 도시한 블록도.
도 4는 도 3의 고전압 인버터의 고전압 영역에 이상이 발생한 경우의 테스트 신호의 흐름을 도시한 블록도.
도 5는 고전압 인버터가 장착된 전동식 압축기를 도시한 종 단면도.
도 1은 저전압 영역과 고전압 영역이 절연된 형태의 고전압 인버터를 도시한 것이다.
상기 고전압 영역에는, 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에 배치된 직류 링크 커패시터(10)와, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 스위칭하는 6개의 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)를 구비한 파워부(20)와, 상기 파워부(20)의 IGBT들(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버(56)와, 상기 게이트 드라이버(56)의 동작을 제어하고, 저전압 영역과 통신을 수행하는 DSP(54)와, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로부터 중간 전압 직류 전원을 생성하는 제1 SMPS(51)와, 상기 중간 전압 직류 전원으로부터 상기 DSP(54)를 구동하기 위한 직류 전원을 생성하는 제2 SMPS(52)가 구비된다. 를 포함한다.
상기 저전압 영역에는, 저전압 직류 입력단(LV+, LV-)으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 저전압 전력 획득부(80); 상기 저전압 전력 획득부(80)로부터 구동 전력을 공급받아서 상기 제어부와의 통신을 수행하고 차량의 CAN 통신을 수행하는 CAN 통신기(70)를 포함할 수 있다.
도시한 고전압 인버터는 고전압 영역에 위치한 상기 DSP(54)와, 저전압 영역에 위치한 상기 CAN 통신기(70)가 절연된 상태로 데이터 통신을 수행하도록 포토 커플러(60)를 구비할 수 있다.
도시한 고전압 인버터에서는 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로 전력이 공급되지 않거나, 직류 링크 커패시터(10) 또는 IGBT(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)에 쇼트가 발생하면, 상기 DSP(54)가 동작하지 않아, 일체의 데이터 처리 작업을 수행할 수 없다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 인버터를 도시한다. 것으로 도시한 고전압 인버터는, 고전압 영역 및 저전압 영역이 서로 절연되어 있다.
상기 고전압 영역에는 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에 배치된 입력단 축전 소자(210)와, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 스위칭하는 파워부(220) 및 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부(220)의 스위칭 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함한다.
도시한 제어부(250)는 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부로서 SMPS(Switching Mode Power Supply)(251);와, 상기 파워부(220)의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버(256); 및 상기 게이트 드라이버(256)의 동작을 제어하는 프로세서(254)를 포함할 수 있다.
상기 프로세서(254)는 DSP일 수 있으며, 상기 프로세서(254)는 고전압 영역에 위치하나, 구동 전력은 저전압 영역으로부터 제공받는다.
상기 저전압 영역에는 저전압 직류 입력단(LV+, LV-)으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 저전압 전력 획득부(280)와, 상기 저전압 전력 획득부(280)로부터 구동 전력을 공급받아서 상기 제어부와의 통신을 수행하고 차량의 CAN 통신을 수행하는 CAN 통신기(270)와, 상기 저전압 직류 입력단(LV+, LV-)에서 제공되는 전력을 상기 프로세서(254)를 위한 전력으로 공급하기 위한 전력 송출기로서 절연 SMPS(260)를 포함한다.
상기 절연 SMPS(260)는 일반적으로 고전압 영역에 사용되는 상기 프로세서(254)의 구동 전압이 3.3V로 상기 CAN 통신기(270)의 구동 전압 5V와 다르기 때문에 이를 맞춰주기 위한 것이다. 만약, 상기 프로세서(254)를 구동 전압 5V 소자로 구현하는 경우, 상기 절연 SMPS(260)는 생략될 수 있다. 으며 이 경우 상기 저전압 전력 획득부(280)가 상기 절연 SMPS(260)의 역할을 대신한다.
상술한 구성에 따라 상기 고전압 영역에서 쇼트가 발생되어도, 상기 프로세서(254)는 저전압 영역으로부터 구동 전력을 인가받아 정상 동작할 수 있다. 상기 쇼트 상황에서 상기 프로세서(254)는 쇼트 발생을 인식할 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해 도시한 고전압 인버터는 고전압 영역에서 쇼트 발생시 상기 절연 SMPS(260)에서 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)의 플러스 단으로 흐를 수 있는 전류 경로를 형성하고, 상기 전류 경로로의 전류 흐름을 상기 프로세서(254)가 감지하는 구조를 구비할 수 있다.
도시한 바와 같이 상기 프로세서(254)의 전원 입력단과 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)의 플러스 단 사이에 저항 소자(R)를 배치하고, 상기 저항 소자(R)의 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)의 플러스 단쪽 단자의 전압 신호를 상기 프로세서(254)가 입력받는 구조를 형성할 수 있다.
상기 고전압 영역과 상기 저전압 영역은 서로 절연되는 것이 바람직한데, 도시한 고전압 인버터의 경우, 고전압 영역에 위치한 상기 프로세서(254)에 구동 전력을 공급하는 절연 SMPS(260)와 상기 저항(R)에 의한 전류 경로에 의해 절연 특성이 약화될 수 있다.
이를 방지하기 위해 상기 저항(R)과 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)의 플러스 단 사이에 다이오드를 배치하여, 고전압 영역의 전류가 저전압 영역으로 흐르는 것을 차단하면서도, 고전압 영역에서 쇼트가 발생하면 저전압 영역의 전류가 고전압 영역으로 흐를 수 있는 경로를 마련하였다.
도시한 다이오드 및 저항(R)을 구비한 구조에서, 고전압 직류 전력 및 저전압 직류 전력이 모두 공급되는 정상 상태 및 고전압 직류 전력이 차단(고전압 영역은 플로팅됨)되고 저전압 직류 전력만 공급되는 초기 검사 상태 동안, 상기 저항(R)에는 전류가 흐르지 않게 되어, 상기 프로세서(254)는 상기 저항(R)으로부터 상기 절연 SMPS(260)가 공급하는 전력의 전압 값을 검출하게 된다.
반면, 상기 모터(9)의 운전 중 상기 고전압 영역에서 쇼트가 발생하거나, 또는 고전압 영역에 쇼트가 발생된 고전압 인버터를 초기 검사하는 경우, 상기 고전압 직류 입력단의 플러스 단이 접지 전압 값을 가지게 되어, 상기 다이오드를 순방향으로 통과하는 전류가 상기 저항(R)으로 흐르게 된다. 상기 프로세서(254)는 상기 저항(R)으로부터 상기 저항(R)으로 흐르는 전류로 인한 전압 강하된 전압 값을 검출하게 된다.
상기 입력단 축전 소자(210)는 도시한 바와 같이 하나 이상의 직류 링크 커패시터로 이루어질 수 있다.
도시한 고전압 인버터는 고전압 영역에 위치한 상기 제어부(250)가 저전압 영역에 위치한 상기 CAN 통신기(270)를 이용하여 전자동 온도 조절장치(FATC)의 제어 장치나 차량의 ECU 등 차량의 다른 제어 장치와 통신을 수행할 수 있도록 상기 제어부(250)와 상기 CAN 통신기(270)가 절연된 상태로 데이터 통신을 수행하도록 포토 커플러(미도시)를 더 구비할 수 있다.
상기 파워부(220)는 상기 제어부(250)의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 6개의 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)를 구비하여, 3상 모터를 구동할 수 있다.
도면은 극히 간략하게 도시한 것이며 3상 모터의 구동을 위해서는 제1상을 위한 IGBT쌍(ST1, ST2), 제2상을 위한 IGBT쌍(ST3, ST4) 및 제3상을 위한 IGBT쌍(ST5, ST6)의 2개의 IGBT는 서로 교차하여 턴온-턴오프 된다. 예컨대, 제1상을 위한 IGBT쌍(ST1, ST2)의 경우, 하나의 IGBT(ST1)을 N형으로, 다른 하나의 IGBT(ST1)을 P형으로 구현하거나, 2개의 IGBT들(ST1, ST2)을 동일한 형으로 만들고 이중 하나의 게이트에 반전기를 연결한 형태로 구현할 수 있다.
도시한 파워부(220)는 3상으로 스위칭 된 전력을 차량 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터(9)로 공급할 수 있다.
살펴본 바와 같이, 도 2의 실시예의 고전압 인버터는, 도 1에서 고전압 영역에 배치되었던 3.3V 제2 SMPS를 제거하고, 저전압 측에 절연 SMPS를 추가로 연결해서 DSP의 전원을 인가함으로써, 고전압 직류 전력의 인가 필요없이 DSP의 동작이 가능하도록 구현한 것이다. 이 때, 절연 SMPS의 전력 출력단을 저항(R)과 다이오드를 통하여 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)의 플러스 라인에 연결하여 내부 소자에 의한 쇼트 발생시 다이오드를 통하여 전류가 통전되면서 쇼트 여부를 진단할 수 있도록 한 것이다.
도시한 고전압 인버터와 3상 모터(9)를 하나의 전동 압축기로 규정할 수 있다. 전동 압축기 분야에서 3상 모터는 가격 대 성능이 우수하고, 전동 압축기는 비교적 낮은 정밀도의 회전 제어를 요구하므로, 3상 모터가 유용하다.
상기와 같이 규정된 차량용 전동 압축기는, 냉매를 압축시키기 위한 3상 모터(9)와, 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에 배치된 입력단 축전 소자(210)와, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하여 상기 3상 모터로 공급하는 파워부(220)와, 상기 파워부(220)의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버(256)와, 상기 게이트 드라이버(256)의 동작을 제어하는 프로세서(254) 및 저전압 직류 입력단(LV+, LV-)에서 제공되는 전력을 상기 프로세서(254)를 위한 전력으로 공급하기 위한 전력 송출기로서 절연 SMPS(260)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 사상에 따라 차량 공조용 고전압 인버터의 프로세서의 구동 전력을 저전압 영역에서 획득하도록 구현하여, 고전압 직류 전력의 미인가 시에도 저전압 직류 전력으로 통신이 가능하게 되며, 이로 인해 고전압 인가 전에도 전자동 온도 조절장치(FATC)의 제어 장치나 차량의 ECU 등으로, 인버터 상태에 대한 정보를 전송할 수 있다.
첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 고전압 인버터는 고전압 영역 및 저전압 영역이 서로 절연되어 있고, 상기 고전압 영역에는, 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에 배치된 입력단 축전 소자(310)와, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 스위칭하는 파워부(320); 및 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부(320)의 스위칭 동작을 제어하는 제어부(350)가 구비된다.
상기 저전압 영역에는, 저전압 직류 입력단(LV+, LV-)에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부(320)의 이상 여부를 진단하는 진단부; 및 상기 진단부와 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)을 연결 또는 단절시키는 진단 스위치(366, 367)가 구비된다.
도시한 진단부는 상기 저전압 직류 입력단(LV+, LV-)으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 저전압 전력 획득부(380)와, 상기 제어부와의 통신을 수행하는 통신용 마이컴(390); 차량의 CAN 통신을 수행하는 CAN 통신기(370)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 통신용 마이컴(390) 및 CAN 통신기(370)를 하나의 통신 모듈로 볼 수 있으며, 구현에 따라서는 하나의 하드웨어로 구성될 수도 있다.
상기 통신용 마이컴(390) 및 CAN 통신기(370)는 상기 저전압 전력 획득부(380)로부터 구동 전력을 공급받을 수 있다.
상기 진단 스위치(366, 367)를 통해 상기 테스트 펄스가 흐르는 경로 상에 소정의 저항값을 가지는 전류 센싱용 션트 저항 소자(365)를 구비할 수 있으며, 상기 테스트 펄스 인가 후 상기 션트 저항(365)에 흐르는 전류를 측정하여 쇼트 여부를 판단할 수 있다.
상기 입력단 축전 소자(310)는 도시한 바와 같이 하나 이상의 직류 링크 커패시터로 이루어질 수 있으며, 상기 진단부는 상기 입력단 축전 소자의 이상 여부에 해당되는 직류 링크 커패시터의 쇼트 여부를 진단할 수 있다.
도시한 고전압 인버터는 고전압 영역에 위치한 상기 제어부(350)와, 저전압 영역에 위치한 상기 진단부가 절연된 상태로 데이터 통신을 수행하도록 포토 커플러(360)를 구비할 수 있다.
도시한 고전압 인버터는 저전압 영역에 위치한 진단부가 상기 고전압 영역의 이상 여부를 진단하는데, 이를 위해, 상기 진단 스위치(366, 367)는, 상기 통신용 마이컴(390)과 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)을 소정의 진단 시간 동안 일시적으로 연결시키며, 상기 통신용 마이컴(390)은, 상기 진단 스위치가 닫혔을 때 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로 테스트 펄스를 인가한다.
상기 통신용 마이컴(390)은 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로 고전압 전력이 인가되기 전에 상기 진단 스위치(366, 367)를 닫아서 진단을 수행하고, 진단을 마치면 상기 진단 스위치(366, 367)를 열어 차단하고, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로 고전압 직류 전력을 인가한다. 이에 따라, 고전압 직류 전력이 인가되는 동안 고전압 영역과 저전압 영역 사이의 절연이 확보된다.
상기 테스트 펄스는 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로 흐르는데, 인버터에 이상이 없는 경우 도 3에 도시한 경로(CO)를 따라 순환하여, 다시 상기 통신용 마이컴(390)으로 입력된다.
인버터에 이상이 있는 경우, 도 4에 도시한 경로(CCB, CPB)를 따라 순환하여, 다시 상기 통신용 마이컴(390)으로 입력된다.
상기 통신용 마이컴(390)은 상기 순환한 테스트 펄스를 수신받으며, 상기 수신받은 테스트 펄스를 분석하면 상기 고전압 영역에서의 이상 여부를 알 수 있다.
도 3의 CO 경로를 순환한 상기 테스트 펄스는 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)의 커패시턴스 값에 따라 저주파 성분이 크게 억제된 상태로 복귀하거나, 복귀하지 못할 수 있다. 만약, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)의 직류 링크 커패시터에 쇼트가 발생되면, 도 4의 CCB 경로를 순환한 상기 테스트 펄스는 상당 양의 저주파 성분을 유지한 상태로 복귀한다.
만약, 상기 파워부(320)에 쇼트가 발생되면, 도 4의 CCB 경로를 순환한 상기 테스트 펄스는 상당 양의 저주파 성분을 유지하며, 상기 파워부(320)의 IGBT의 채널 저항에 따라 전력이 소모된 상태로 복귀한다.
상기 순환하여 복귀한 테스트 펄스의 특성을 분석하여, 인버터 내 쇼트 여부를 확인하는 작업은 구현에 따라, 상기 통신용 마이컴(390)이 수행하거나, 상기 통신용 마이컴(390)으로부터 CAN 통신을 통해 상기 순환하여 복귀한 테스트 펄스의 정보를 입력받은 차량의 제어 장치에서 수행할 수 있다.
전자의 경우 상기 통신용 마이컴(390)은 상술한 과정에 따라 쇼트를 판단하면, 전자동 온도 조절 장치(FATC)나 차량의 ECU로 고전압 영역 쇼트를 나타내는 에러 코드를 전송할 수 있다. 반면, 정상이라고 판단하면, 정상 상태를 나타내는 코드를 전송하고 상기 진단 스위치를 열어서 고전압 영역과 저전압 영역의 절연을 유지할 수 있다.
제어부(350)는 상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부와, 상기 파워부(320)의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버(356); 및 상기 게이트 드라이버(356)의 동작을 제어하고, 상기 진단부와 통신을 수행하는 프로세서(354)를 포함한다.
상기 프로세서(354)는 DSP일 수 있으며, 상기 전력 획득부는, 상기 고전압 직류 입력단으로부터 중간 전압 직류 전원을 생성하는 제1 SMPS(Switching Mode Power Supply)(351); 및 상기 중간 전압 직류 전원으로부터 상기 프로세서(354)를 구동하기 위한 직류 전원을 생성하는 제2 SMPS(352)를 포함할 수 있다.
상기 파워부(320)는 상기 제어부(350)의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 6개의 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)를 구비하여 3상 모터를 구동할 수 있다.
도면은 극히 간략하게 도시한 것이며 3상 모터의 구동을 위해서는 제1상을 위한 IGBT쌍(ST1, ST2), 제2상을 위한 IGBT쌍(ST3, ST4) 및 제3상을 위한 IGBT쌍(ST5, ST6)의 2개의 IGBT는 서로 교차하여 턴온-턴오프 된다. 예컨대, 제1상을 위한 IGBT쌍(ST1, ST2)의 경우, 하나의 IGBT(ST1)을 N형으로, 다른 하나의 IGBT(ST1)을 P형으로 구현하거나, 2개의 IGBT들(ST1, ST2)을 동일한 형으로 만들고 이중 하나의 게이트에 반전기를 연결한 형태로 구현할 수 있다. 도시한 파워부(320)는, 3상으로 스위칭된 전력을 차량 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터(9)로 공급할 수 있다.
한편, 도시한 고전압 인버터 구조에서 상기 고전압 영역에 위치한 소자들을 단순 인버터로 규정하고, 상기 저전압 영역에 위치한 소자들을 상기 단순 인버터를 진단하기 위한 진단 장치로 규정할 수 있다.
상술한 규정에 따른 고전압 인버터용 진단 장치는, 저전압 직류 입력단(LV+, LV-)으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 저전압 전력 획득부(380); 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 공급받는 인버터 제어부(350)와의 통신 및 차량의 CAN 통신을 수행하는 통신 모듈; 및 상기 통신 모듈과 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)을 일시적으로 연결시키는 진단 스위치(366, 367)를 포함한다.
상기 통신 모듈은 상기 진단 스위치(366, 367)가 닫혔을 때 상기 고전압 직류 입력단으로 테스트 펄스를 인가하고 수신받는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 통신 모듈은 상기 수신받은 테스트 펄스를 분석하여 상기 고전압 직류 입력단 쪽의 이상 여부를 판단하며, 상기 판단한 이상 여부를 상기 CAN 통신으로 차량의 제어 장치로 전달할 수 있다.
정상 상태에서, 상기 통신 모듈을 구성하는 상기 통신용 마이컴(390)은, 포토 커플러(360)를 경유하여 상기 인버터 제어부(350)와 통신을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 사상에 따라 차량 공조용 고전압 인버터의 저전압 회로에 통신 모듈을 추가하여, 고전압 직류 전력의 미인가 시에도 저전압 직류 전력으로 통신이 가능하게 되며, 이로 인해 고전압 인가 전에도 전자동 온도 조절장치(FATC)의 제어 장치나 차량의 ECU 등으로, 인버터 상태에 대한 정보를 전송할 수 있다.
또한, 상기 고전압 인버터에 고전압 직류 전력을 인가하기 전에, 상기 통신 모듈이 고전압 영역에서의 쇼트 상태를 미리 진단할 수 있다.
첨부된 도 5를 참조하면, 전동식 스크롤 압축기(1)는 내부에 고전압 인버터(2)가 구비된 인버터 케이싱(130) 및 인버터 커버(110)와, 인버터 케이싱(130)의 후방에 결합되는 하우징(200)과, 하우징(200)의 후방에 결합되는 리어 헤드(300)을 포함하며, 내부에 압축부(230) 및 구동부(250)이 결합된다.
인버터 케이싱(130)의 내부에는 구동부(250)의 제어 신호를 생성하고 전원을 인가하는 고전압 인버터(2)가 구비되고, 고전압 인버터(2)의 방열 및 절연을 위한 구성품이 구비된다. 고전압 인버터(2)는 각종 회로 소자 및 인쇄회로기판 등으로 구성된다. 인버터(2)는 구동부(250)과 전기적으로 연결되어 구동부(250)을 제어한다.
구동부(250)은 하우징(200)의 내부에 고정되는 스테이터(252)와, 스테이터(252)의 내측에서 회전하는 로터(254) 및 이들을 관통하여 설치되는 회전축(256)을 포함하여 구성된다. 회전축(256)의 후단에는 후술할 선회 스크롤(234)가 결합되어 회전축(256)의 회전에 따라 회전 구동된다. 또한, 회전축(256)의 후단에는 베어링(212a)을 매개로 센터 헤드(210)이 결합되어 선회 스크롤(234)을 지지한다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 전동 압축기의 고전압 인버터에 관한것으로, 보다 상세하게는 동력용 고전압 전원과 통신용 저전압 전원이 공급되는 차량에서 사용되는 고전압 인버터를 구비한 차량용 전동 압축기 및 고전압 인버터용 진단장치에 관한 것이다.

Claims (25)

  1. 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자;
    상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하는 파워부;
    상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버;
    상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하는 프로세서; 및
    저전압 직류 입력단에서 제공되는 전력을 상기 프로세서를 위한 전력으로 공급하기 위한 전력 송출기를 포함하는 고전압 인버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하여 상기 게이트 드라이버로 공급하는 전력 획득부를 더 포함하는 고전압 인버터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 입력단 축전 소자 또는 상기 파워부에서 쇼트가 발생되는 것을 감지하는 고전압 인버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압 직류 입력단과 상기 전력 송출기 사이에 위치한 저항 소자를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 저항 소자의 전압 값을 입력받는 고전압 인버터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 저항 소자와 상기 고전압 직류 입력단 사이에 위치한 다이오드를 더 포함하는 고전압 인버터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워부는, 3상으로 스위칭된 전력을 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터로 공급하는 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 저전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 저전압 전력 획득부; 및
    상기 저전압 전력 획득부로부터 구동 전력을 공급받아 차량의 CAN 통신을 수행하는 CAN 통신기를 더 포함하는 고전압 인버터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워부는,
    상기 게이트 드라이버의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)를 포함하는 고전압 인버터.
  9. 냉매를 압축시키기 위한 3상 모터;
    고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자;
    상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하여 상기 3상 모터로 공급하는 파워부;
    상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버;
    상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하는 프로세서; 및
    저전압 직류 입력단에서 제공되는 전력을 상기 프로세서를 위한 전력으로 공급하기 위한 전력 송출기를 포함하는 차량용 전동 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하여 상기 게이트 드라이버로 공급하는 전력 획득부를 더 포함하는 차량용 전동 압축기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 고전압 직류 입력단과 상기 전력 송출기 사이에 위치한 저항 소자를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 저항 소자의 전압 값을 입력받는 차량용 전동 압축기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 저항 소자와 상기 고전압 직류 입력단 사이에 위치한 다이오드를 더 포함하는 차량용 전동 압축기.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 저전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 저전압 전력 획득부; 및
    상기 저전압 전력 획득부로부터 구동 전력을 공급받아 차량의 CAN 통신을 수행하는 CAN 통신기를 더 포함하는 차량용 전동 압축기.
  14. 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 스위칭하는 파워부;
    상기 고전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;
    저전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 이상 여부를 진단하는 진단부; 및
    상기 진단부와 상기 고전압 직류 입력단을 연결 또는 단절시키는 진단 스위치를 포함하는 고전압 인버터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 진단부는,
    상기 저전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부; 및
    상기 제어부와의 통신 및 차량의 CAN 통신을 수행하는 통신 모듈을 포함하는 고전압 인버터.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 진단 스위치는,
    상기 통신 모듈과 상기 고전압 직류 입력단을 일시적으로 연결시키되,
    상기 고전압 직류 입력단에 상기 고전압 직류가 인가되지 않는 진단 시간 동안 닫히며, 상기 고전압 직류 입력단에 상기 고전압 직류가 인가되는 동안 열려 있는 고전압 인버터.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 통신 모듈은, 상기 진단 스위치가 닫혔을 때 상기 고전압 직류 입력단으로 테스트 펄스를 인가하고 수신받는 고전압 인버터.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부;
    상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 및
    상기 게이트 드라이버의 동작을 제어하고, 상기 진단부와 통신을 수행하는 프로세서를 포함하는 고전압 인버터.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부와 상기 진단부가 절연된 상태로 데이터 통신을 수행하도록 포토 커플러를 더 포함하는 고전압 인버터.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자를 더 포함하며,
    상기 진단부는 상기 입력단 축전 소자의 이상 여부를 진단하는 고전압 인버터.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 파워부는,
    상기 제어부의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)를 포함하는 고전압 인버터.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 파워부는,
    3상으로 스위칭된 전력을 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터로 공급하는 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  23. 저전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부;
    고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 공급받는 인버터 제어부와의 통신 및 차량의 CAN 통신을 수행하는 통신 모듈; 및
    상기 통신 모듈과 상기 고전압 직류 입력단을 일시적으로 연결시키는 진단 스위치를 포함하되,
    상기 통신 모듈은 상기 진단 스위치가 닫혔을 때 상기 고전압 직류 입력단으로 테스트 펄스를 인가하고 수신받는 고전압 인버터용 진단 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 통신 모듈은 상기 수신받은 테스트 펄스를 분석하여 상기 고전압 직류 입력단 쪽의 이상 여부를 판단하며,
    판단한 이상 여부를 상기 CAN 통신으로 차량의 제어 장치로 전달하는 고전압 인버터용 진단 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 통신 모듈은, 포토 커플러를 경유하여 상기 인버터 제어부와 통신을 수행하는 고전압 인버터용 진단 장치.
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