WO2016089032A1 - 모터 구동 장치, 이를 포함하는 공기조화기 및 그의 제어방법 - Google Patents

모터 구동 장치, 이를 포함하는 공기조화기 및 그의 제어방법 Download PDF

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voltage
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이병국
김민국
김선진
박현수
우동균
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Definitions

  • the present invention relates to a motor driving device, an air conditioner including the same, and a control method thereof. More specifically, the motor driving device improves power conversion efficiency in a wide load region by changing a power conversion mode according to a load. A harmonic and a control method thereof.
  • Electric motors (hereinafter referred to only as motors) are widely used as a means of generating electric / electronic devices power in various industrial fields, and in addition to reducing power consumption as an indicator of implementation of environmentally friendly products and competitiveness of each manufacturer. Efforts are being made.
  • the motor drive device for driving a motor employ
  • the conventional motor drive apparatus using the boost converter has a simple system design and control, because the DC link voltage output by the boost converter in the full load region is constant, but the ripple of the torque (ripple) in the low speed section ) And the speed ripple is large, and in the high-speed section, the weak-field control is impossible due to the back-EMF of the large motor.
  • Another motor drive device for driving conventional motors employs a series buck-boost converter.
  • the motor driving apparatus using the buck-boost converter controls the switching operation of the switch included in the buck-boost converter according to the rotational speed of the motor to change the DC link voltage, and to control the variable DC link voltage and the switching pattern of the inverter. This makes it possible to control the rotational speed of the motor.
  • Step-up and step-down buck-boost converters are applicable to DC-link voltage variable inverter systems that require a wide load range. In other words, the driving performance of the motor can be improved by lowering the DC link voltage in the section in which the motor is driven at low speed. The advantage was that the motor can be controlled.
  • a motor driving apparatus employing a buck-boost converter uses boost control and buck-boost synchronous control as two control methods in which a buck boost converter converts an input voltage. Determination of control method between two boost control and buck-boost synchronous control is based on the maximum boundary of input voltage input to the buck-boost converter. Boost control was used when control was used and the DC link voltage was to be varied over a range.
  • the boost control maintains a switch that boosts the input voltage in an on state and performs a boost control that boosts the input voltage by switching other switches.
  • the input voltage was stepped down according to the duty ratio using a PWM control signal for switching both switches 2 simultaneously.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned disadvantages, an object of the present invention relates to a motor drive device, a control method and an air conditioner for improving the power conversion efficiency in a wide load region by changing the power conversion mode according to the load will be.
  • Motor driving apparatus for achieving the above object includes a rectifier for rectifying the AC power to direct current to output an input voltage, a plurality of switches for converting the input voltage, the input
  • a first buck-boost converter having a buck mode for stepping down voltage and a boost mode for step-up, and converting a DC link voltage transformed from the first buck-boost converter into an alternating voltage.
  • a control unit controlling to switch only one of the plurality of switches to operate in a mode.
  • the controller compares an instantaneous value of the input voltage which varies with time and a magnitude of the desired DC link voltage, and if the instantaneous value is larger than the desired DC link voltage, the buck-boost converter is buckled.
  • the buck-boost converter may be controlled to operate in a boost mode if the instantaneous value is less than the desired DC link voltage.
  • the controller when controlling the first buck-boost converter to operate in the buck mode, the controller may control only one switch of the plurality of switches and the other switches to be off.
  • the motor driving apparatus may further include a second buck boost converter connected in parallel with the first buck-boost converter.
  • the controller may control the first and second buck-boost converters to operate in a boost mode when the desired DC link voltage according to the received motor information is equal to or greater than a first threshold value.
  • control unit if the desired DC link voltage according to the received motor information is less than a second preset threshold, control any one of the first and second buck-boost converter to operate in the buck mode or boost mode.
  • the other may be controlled to operate in an idle mode that does not perform a converting operation.
  • the controller may control hysteresis of operations of the first and second buck-boost converters in response to a load value calculated from the received motor information.
  • the controller may include the received motor information including the driving speed of the motor using a lookup table having a plurality of driving speeds of the motor and a value of a DC link voltage corresponding to each of the plurality of driving speeds.
  • the DC link voltage may be varied by controlling the first buck-boost converter.
  • the first buck-boost converter includes a first switch for stepping down the input voltage and a second switch for stepping up the input voltage, and the control unit is in a buck mode of the first buck-boost converter.
  • the second switch may be kept off, and the first switch may be controlled to be switched.
  • the motor information may include at least a current amount of an input current input to the buck-boost converter, an angular velocity driven by the motor, a phase of the motor, and a current amount generated by rotation of a dynamo connected to the motor. It can contain one.
  • the rectifier is rectified by the AC power source to output an input voltage
  • the first buck-boost converter includes a plurality of switches for converting the input voltage, has a buck mode for stepping down the input voltage, a boost mode for step-up, and the inverter Converts the DC link voltage transformed from the first buck-boost converter into an AC voltage and transmits the alternating voltage to an AC
  • the control method includes receiving motor information related to driving of the motor and receiving the motor information.
  • the plurality of switches to operate the first buck-boost converter in the buck mode or the boost mode by comparing the desired DC link voltage with the magnitude of the input voltage. And a step of controlling to switch either one.
  • the controlling may include comparing the instantaneous value of the input voltage varying with time with the desired DC link voltage, and if the instantaneous value is greater than the desired DC link voltage, the buck-boost converter. May be controlled to operate in a buck mode, and when the instantaneous value is less than the desired DC link voltage, the buck-boost converter may be controlled to operate in a boost mode.
  • the controlling may include controlling only one switch of the plurality of switches and turning off the other switch when the first buck-boost converter is operated to operate in the buck mode. have.
  • the motor driving device may further include a second buck boost converter connected in parallel with the first buck-boost converter.
  • the controlling may include controlling the first and second buck-boost converters to operate in a boost mode when a desired DC link voltage according to the received motor information is equal to or greater than a first predetermined threshold.
  • the controlling step when the desired DC link voltage according to the received motor information is less than a second preset threshold, one of the first and second buck-boost converter is operated in a buck mode or a boost mode.
  • the other one may be controlled to operate in an idle mode that does not perform the converting operation.
  • the controlling of the first and second buck-boost converters may be hysterically controlled in response to a load value calculated from the received motor information.
  • the first and second motors according to the received motor information including the driving speed of the motor.
  • the DC link voltage may be varied by controlling one buck-boost converter.
  • the first buck-boost converter may include a first switch for stepping down the input voltage and a second switch for boosting the input voltage, and the controlling may include: a buck mode of the first buck-boost converter.
  • the second switch In the furnace operation, the second switch may be kept off and the first switch may be controlled to be switched.
  • an air conditioner including a compressor for compressing and discharging the sucked refrigerant, the rectifier for rectifying the AC voltage to a DC voltage, smoothing the rectified DC voltage
  • a buck-boost converter having a buck mode for stepping down the smoothed input voltage and a boost mode for step-up, and converting a DC link voltage transformed from the buck-boost converter into an AC voltage.
  • Drive speed of the motor according to the temperature difference between the inverter and the room temperature transmitted to the motor and the desired temperature input by the user, and receives motor information related to the driving of the motor, according to the received motor information.
  • a controller configured to control the buck-boost converter to operate in one of the buck mode and the boost mode.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an air conditioner including a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph for explaining a control for changing the DC link voltage of FIG. 3;
  • 5 to 6 are graphs for explaining the efficiency of the inverter
  • FIG. 8 is a graph illustrating a control signal and an input / output signal for controlling the motor driving device of FIG. 6;
  • FIG. 9 is a control block diagram of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a control method of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a motor driving apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of a motor driving apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph for explaining the number of phases of a control signal to control a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of determining the number of phases of a control signal for controlling a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • 15 is a flowchart illustrating a control method of a motor driving apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a graph illustrating a control method of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a graph for explaining the effect of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an air conditioner including a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the air conditioner 90 includes an input filter 2, a rectifier 3, a smoothing unit 4, a motor driving device 50, a compressor 11, an indoor heat exchanger 12, and an indoor unit. And a fan driver 13, a user input receiver 9, and an indoor temperature sensor 10.
  • the motor drive device 50 includes a PFC unit 5, an inverter 6, and a control unit 8.
  • the compressor 11 includes a motor 7.
  • the air conditioner 90 receives the AC power source 1 from the outside.
  • the AC power may be a commercial AC signal supplied to the home.
  • the input filter 2 removes noise included in the AC power input from the outside or protects the internal circuit.
  • the input filter 2 may be a circuit composed of an inductor and a capacitor.
  • the rectifier 3 rectifies the input AC signal into DC.
  • the rectifier 3 may be a half-wave or full-wave rectifier circuit, and may be composed of a plurality of switches or diodes.
  • the smoothing unit 4 smoothes the rectified AC signal.
  • the smoothing unit 4 may be configured as a capacitor, and may delay the amount of change in voltage with respect to time.
  • the compressor 11 compresses the refrigerant. Specifically, the compressor 11 may compress the high temperature and low pressure refrigerant corresponding to the room temperature to high temperature and high pressure to transmit the refrigerant to the outdoor according to the refrigerant cycle of the air conditioner.
  • the motor 7 included in the compressor 11 converts electrical energy into dynamic energy. Specifically, the motor 7 may compress the refrigerant input to the compressor by using the rotational power.
  • the indoor heat exchanger 12 absorbs heat in the room. Specifically, the low temperature refrigerant may expand and absorb indoor heat in the indoor heat exchanger 12.
  • the indoor fan drive unit 13 allows the indoor air to pass through the indoor heat exchanger along the air passage. Specifically, the indoor fan drive unit 13 may drive the fan to generate wind and allow the indoor air to lose heat through the indoor heat exchanger 12.
  • the user input receiver 9 receives a command for the user to operate the air conditioner 90.
  • the user input receiver 9 may be an input for turning on a power, a timer input, and a desired temperature control input.
  • the user input receiver 9 may include a physical button or may receive a command signal transmitted from a remote control apparatus using infrared rays.
  • the room temperature sensor 10 detects a room temperature.
  • the motor drive device 50 performs power conversion for driving the motor. A detailed description will be described later with reference to FIG. 2.
  • the load required by the motor of the compressor according to the desired temperature difference by the room temperature and the user input that varies depending on the environment may vary depending on time and user preferences.
  • the air conditioner it is often driven for a long time to maintain the room temperature, and thus the power conversion efficiency for driving the motor of the compressor in a wide load range can be improved.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the motor driving apparatus 200 includes a rectifier 210, a PFC unit 220, an inverter 230, and a controller 240.
  • the PFC unit 220 includes a first buck-boost converter 221.
  • the rectifier 210 rectifies the AC voltage to DC.
  • the rectifier 210 may rectify the voltage of the AC signal whose direction is changed at a predetermined cycle into a DC voltage in one direction.
  • the rectifier 210 may be a half wave or full wave rectifier circuit.
  • the rectified voltage output from the rectifier 210 may smooth a ripple signal that varies with time through a smoother (not shown).
  • the PFC unit 220 converts the input DC voltage.
  • the PFC unit 220 may receive the DC voltage rectified by the rectifier 210 and convert the magnitude of the DC voltage input through the converting operation. Furthermore, the PFC unit 220 may reduce the loss due to reactive power by adjusting the phase shift of the input voltage and the input current in phase. That is, the PFC unit 220 may improve the power factor of the motor driving apparatus 200 through active power factor correction (PFC) control.
  • PFC active power factor correction
  • the PFC unit 220 may include a first buck-boost converter 221.
  • the PFC unit 220 may include a first buck-boost converter 221 having a buck mode for stepping down an input voltage of DC and a boost mode for step-up.
  • the PFC unit 220 may change a voltage and change a phase with a current. Voltage converters in other topologies can be included that can be adjusted to improve power factor.
  • the first buck-boost converter 221 may include a plurality of switches.
  • the plurality of switches included in the buck-boost converter 221 may perform an ON / OFF switching operation by a control signal of the controller 240.
  • the inverter 230 converts the DC link voltage into an AC voltage.
  • the inverter 230 converts a DC link voltage that is changed by the switching operation of the first buck-boost converter 221 included in the PFC unit 220 into an AC signal for driving the motor by the switching operation of the plurality of switches. Can be converted to
  • the inverter 230 may receive a control signal from the controller 240 for switching a plurality of switches included in the inverter 230 to generate an alternating current having a desired voltage and frequency from the input direct current.
  • the inverter 230 may be a conventional voltage inverter circuit or current inverter circuit.
  • the controller 240 controls the respective components of the motor driving device 200.
  • the controller 240 may receive motor information related to the driving of the motor 7 and control the PFC unit 220 according to the received motor information. More specifically, the controller 240 may control to change the DC link voltage output by the PFC unit 220 to output the desired DC link voltage according to the received motor information. In this case, the DC link voltage may be changed by a control signal that the controller 240 controls the operation mode of the first buck-boost converter 221 included in the PFC unit 220.
  • the desired DC link voltage means a DC link voltage required for driving the motor.
  • the air conditioner when rapid cooling is required, it refers to a DC link voltage input to the inverter 230 required as a power source of the motor 7 in order for a large load to act on and extinguish the motor.
  • the controller 240 controls the operation mode of the first buck-boost converter 221 according to the magnitude of the input voltage output from the rectifier 210.
  • the controller 240 may control an operation mode of the buck-boost converter 221 so that the PFC unit 220 outputs a DC link voltage corresponding to a desired DC link voltage according to the motor driving information.
  • the controller 240 compares a desired DC link voltage with an instantaneous value of an input voltage that varies with time, and if the instantaneous value of the input voltage is larger than a desired DC link voltage, the buck-boost converter ( The 221 may be controlled to operate in the buck mode, and if the instantaneous value is smaller than the desired DC link voltage, the buck-boost converter 221 may be controlled to operate in the boost mode.
  • the controller 240 may generate a control signal for switching on / off a plurality of switches included in the first buck-boost converter 221.
  • the controller 240 may control each of the plurality of buck-boost converters 221 to operate in any one of a buck mode, a boost mode, and an idle mode.
  • the controller 240 may generate a PWM signal for switching any one of a plurality of switches included in the first buck-boost converter 221 to step down the input voltage.
  • the controller 240 may generate a PWM signal for switching any one of a plurality of switches included in the first buck-boost converter 221 to boost the input voltage.
  • the controller 240 may vary the duty ratio of the PWM signal for controlling the switches included in the buck-boost converter 221 according to the magnitude of stepping up or stepping down from the input voltage.
  • control unit 240 switches only one of the plurality of switches of the buck-boost converter 221, in order to control the buck-boost converter 221 to operate in the buck mode, the other switches off ( off).
  • controller 240 may be configured to control the buck-boost converter 221 to operate in a boost mode.
  • the controller 240 may be different from a switch switched in a buck mode operation among a plurality of switches of the buck-boost converter 221. Only the switch of the switch can be controlled, the rest of the switch (on) can be controlled.
  • the control unit 240 receives the received motor including the drive speed of the motor 7 by using a lookup table having a plurality of drive speeds of the motor 7 and a DC link voltage value corresponding to each of the drive speeds. According to the information, the buck-boost converter 221 may be controlled to vary the DC link voltage. That is, the controller 240 may vary the DC link voltage by using a table in which a DC link voltage capable of driving the motor 7 is mapped according to the driving speed of the motor 7.
  • the motor information received by the control unit 240, the current amount of the input current input to the plurality of buck-boost converter 221, the angular velocity driven by the motor 7, the phase of the motor 7 and the motor 7 may include at least one amount of current generated by the rotation of the dynamo connected to.
  • an optical sensor having a predetermined frequency separately provided outside the motor 7 may detect the rotational speed of the motor and transmit the motor rotational speed information to the controller 240.
  • various types of information that may be used as factors for determining the motor speed may be included in the motor information.
  • the motor driving apparatus increases the efficiency of the inverter by varying the DC link voltage of the inverter according to the load amount, and the operation mode of the plurality of buck-boost converters according to the load and the input voltage. By controlling each, the overall efficiency of the motor drive device in the full load range can be improved.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the circuit of the motor driving apparatus 300 includes an AC power source 1, an input filter 2, a rectifier 210, a smoothing unit 4, a buck-boost converter 221, and an inverter 230. ), A motor 7 and a control unit 240.
  • the AC power source 1 outputs an AC voltage. Specifically, the AC power source 1 may output a commercial AC power source of 220 Vrms 60 Hz.
  • the AC power supply 1 inputs the voltage and the current of the AC signal to the input filter 2, and the input filter 2 receives the strong peak power that may occur when the AC signal or the AC power supply 1 is connected. Relaxing may protect the elements of the motor driving device 300.
  • the input filter 2 may be designed to remove noise and to avoid damaging the internal circuit by the pulse signal generated when the AC power source 1 is connected.
  • the input filter 2 may be configured as a series connected inductor or a parallel connected capacitor.
  • the rectifier 210 may rectify an AC signal and convert the AC signal into a DC signal. Specifically, it may be a full-wave rectification circuit composed of four diodes (D1, D2, D3, D4). Here, the four diodes D1, D2, D3, and D4 may receive an AC signal at a node connecting two diodes connected in series. In addition, two diodes connected in series may be connected in parallel to output a rectified signal at both ends.
  • the smoothing unit 4 smoothes the DC signal rectified in one direction and may be configured as a first capacitor C1 connected in parallel.
  • the smoothing unit 4 is configured of one first capacitor connected in parallel, but may further include one or a plurality of capacitors and inductor elements connected in series or in parallel.
  • the buck-boost converter 221 may boost or step down the input DC voltage by the switching operation of the two switches S1 and S2. Specifically, when the first switch S1 is switched and the second switch S2 is off, the buck-boost converter 221 may operate in a buck mode for stepping down a DC voltage, and the second switch S2 is switched and the first switch is switched on. When S1 is turned on, it may operate in a boost mode for boosting a DC voltage. The buck-boost converter 221 may output a DC link voltage boosted or stepped down by a DC voltage input to the second capacitor C2 connected in parallel to the input terminal of the inverter 230.
  • the first buck-boost converter 221 includes a first switch S1, a first inductor L1, and a sixth diode D6 connected in series with an input power input to the converter, and a fifth diode with an anode connected to the first switch and the first inductor connection node. And a second switch connected to a node connecting the first inductor and the sixth diode.
  • switches S1 and S2 included in the buck-boost converter 221 are illustrated as MOSFET power semiconductor switches, JFETs, IGBTs, and BJTs may be used.
  • the inverter 230 may convert the DC link voltage into an AC voltage and transmit the DC link voltage to the motor 7.
  • the inverter 330 may be an inverter circuit including six switches S3, S4, S5, S6, S7, and S8 for converting a DC signal into an AC signal.
  • the inverter 230 may be a circuit in which three switch stages in which two switches are connected in series are connected in parallel with a DC link voltage terminal.
  • a node connecting two switches in series to each switch stage may be connected to a motor to transmit a power signal for driving the three-phase of the motor.
  • Inverter 230 may be a voltage type inverter circuit that inverts through the DC link voltage of the second capacitor C2 connected in parallel, and on the other hand, a current type inverter that performs inverting through the DC inductor current input from the series connected inductor. May be a circuit. In the embodiment of FIG. 6, the inverter 230 uses a six switch intverter circuit, but may be configured as four switches.
  • the inverter 230 receives a DC link voltage from the second capacitor C2 as a voltage inverter and inverts the AC signal to drive the motor.
  • a series connected inductor and six or four thyristors are used. It may be a current inverter configured as a switch.
  • the controller 240 may receive various pieces of information for controlling the buck-boost converter 221 and the inverter 230 and change a DC link voltage and a motor driving corresponding to the information.
  • the controller 240 may receive analog information of the input voltage Vin and the input current Iin input to the buck-boost converter 221 and the DC link voltage output from the buck-boost converter 221 as digital signal information. have.
  • the controller 240 may receive analog information indicating the current applied to the motor 7 and the speed of the motor 7 as digital signal information.
  • the information received by the controller 240 may be information detected from various sensors provided outside the motor driving circuit 200.
  • the controller 240 may generate two PWM signals PWM_S1 and PWM_S2 for controlling the two switches S1 and S2 of the buck-boost converter 221.
  • the controller 240 may generate six PWM signals PWM3, PWM_4, PWM_5, PWM_6, PWM_7, and PWM_8 for controlling six switches S3, S4, S5, S6, S7, and S8 of the inverter. .
  • the controller 240 may calculate a DC link voltage value capable of driving the motor at an optimum efficiency based on the input current, the speed of the motor 7, and the DC link voltage. In addition, the controller 240 may control whether the duty ratio of the PWM signal controlling the switches S1 and S2 of the first buck-boost converter 221 is turned on or off in order to vary the calculated DC link voltage. . In addition, the controller 240 may control the duty ratio of the switches S3, S4, S5, S6, S7, and S8 of the inverter 230 to maintain a constant rotation speed of the motor 7.
  • controller 240 may control to switch only one of the boost switch S1 or the buck switch S2 included in the first buck-boost converter 221 to vary with the calculated DC link voltage.
  • Motor driving apparatus as described above to increase the efficiency of the inverter by varying the DC link voltage of the inverter according to the load amount, limiting the number of switches to switch during the step-up or step-down of the buck-boost converter By doing so, the efficiency of the motor drive device can be improved.
  • the DC link voltage may vary from the minimum value Min to the maximum value Max.
  • the time period in which the DC link voltage is variable according to the motor speed includes a mode I section for maintaining the DC link voltage Min that can maintain the slowest motor speed, a mode II section for increasing the DC link voltage as the motor speed increases. It can be classified into section III which maintains the DC link voltage Max which can maintain the maximum speed of the motor.
  • the time period when comparing the DC link voltage and the input voltage Peak value, the time period may be divided into a step-down area in which the DC link voltage is smaller than the input voltage Peak value and a boosted area in which the DC link voltage is greater than the input voltage Peak value.
  • the buck-boost converter can differentiate the time of stepping down the input voltage and the time of stepping up.
  • 5 to 6 are graphs for explaining the efficiency of the inverter.
  • the speed of the motor is expressed in rpm per minute
  • the efficiency of the inverter is expressed as a percentage of the output power inverted by the inverter as an AC signal compared to the power input to the inverter.
  • the speed of the motor is expressed in rpm
  • the efficiency of the motor is expressed as a percentage of the power output by the motor relative to the power input to the inverter.
  • the size of the DC link voltage was applied to 270V, 300V and 360V.
  • the motor has the same copper loss under the same load condition, but iron loss increases in proportion to the DC link voltage. It can be seen that the efficiency of the motor is higher.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a control signal and an input / output signal for controlling the motor driving device of FIG. 2.
  • an input voltage and a direct current link voltage varying in the form of a curve in which an AC voltage is rectified to DC and slowly rises and falls over time are shown together on a graph, and the two voltage values are compared.
  • the control signal of the control unit that changes the control method between the boost control and the buck control at the time point of intersection is shown as a timing graph under the voltage graph.
  • the input voltage peak value is greater than the DC link voltage, the input voltage which varies during the half cycle time and the desired DC link voltage intersect at two points in time.
  • the controller may apply boost control to generate a PWM signal at the switches S1 and S2 as shown in the timing graph so that the buck-boost converter operates in the boost mode.
  • the controller may apply the buck control to generate a PWM signal at the switches S1 and S2 as shown in the timing graph so that the buck-boost converter operates in the buck mode.
  • the controller generates a PWM control signal to switch only the switch S2 while the switch S1 is turned on during the boost control for allowing the buck-boost converter to output the DC link voltage boosted by the input voltage.
  • the PWM control signal can be generated to switch only the switch S1 with the switch S2 turned off.
  • the controller When the input voltage peak value is smaller than the DC link voltage, the controller must control the buck-boost converter to operate in the boost mode in all time periods because the voltage must be boosted for the entire input voltage of a half cycle.
  • the graph of a DC link voltage and an input voltage / current through a control scheme is shown below, which is a buck-boost synchronous control scheme in which two switches of a buck-boost converter are conventionally switched simultaneously. It can be seen that there is a difference between the waveform of the DC link voltage and the input voltage / current.
  • a method of varying the magnitude of the DC link voltage by applying either the buck control or the boost control by comparing the magnitude of the DC link voltage and the input voltage. This is referred to as buck + boost control.
  • the buck + boost control scheme since the buck + boost control scheme according to the embodiment of the present invention as described above switches only a part of the plurality of switches included in the buck-boost converter, the buck-boost is conventionally used to step down the input voltage to the DC link voltage in the light load region. By switching all the switches of the converter at the same time, the switching loss of the converter can be reduced.
  • FIG. 9 is a control block diagram of the motor driving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the left side calculates a DC link voltage difference to be changed and increases the power factor by matching the input voltage Vin and the input current Iin in phase.
  • This block represents the PFC control.
  • the control block determines the control signals PWM_S1 and PWM_S2 to control the two switches S1 and S2 included in the buck-boost converter based on a result of comparing the input voltage with the DC link voltage.
  • the DC link voltage to be tracked by the control block calculates an error of the current DC link voltage input along the feedback path (905).
  • the error value is passed through the PI control block 910 and the low pass filter 915 to perform a multiplication with the ratio of the input voltage to the input voltage peak value (925), and calculates an error with the input current ( 930).
  • the input current error passes through the PI control block 935 to follow the desired current and phase, and the limiter 940 limits the range of the preset upper and lower limits so that the signal of the sudden response becomes excessive.
  • the limiter 940 limits the range of the preset upper and lower limits so that the signal of the sudden response becomes excessive.
  • Prevent the transient problem of rising or falling, and comparing the result signal with the DC link voltage and the input voltage as the duty ratio is calculated by comparing the magnitude of the input DC signal with the triangular-shaped carrier signal (Carr) (945).
  • a logical OR operation logical sum operation
  • the input current error passes through the PI control block 960 and results from comparison (970) with the carrier signal (Carr) of the triangular wave (965) within the preset upper and lower limits.
  • a logical AND operation (logical product operation) 980 on the result of comparing the DC link voltage with the input voltage 975, a PWM signal for controlling the second switch is determined.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a control method of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • motor information is received (S1010).
  • the received motor information may be speed information driven by the motor, an amount of current flowing through the motor, and the like.
  • the drive speed of the sensed motor may be used as a parameter for determining the load of the motor drive device.
  • the motor information may be obtained by converting analog information of the sensed motor driving speed into digital signal information.
  • the motor information may include at least one current amount of an input current input to the buck-boost converter, an angular speed at which the motor is driven, a phase of the motor, and a current amount generated by rotation of a dynamo connected to the motor.
  • the buck-boost converter may be controlled to operate in the buck mode.
  • the buck-boost converter may be controlled to operate in the boost mode.
  • the control method of the motor driving apparatus increases the efficiency of the inverter by varying the DC link voltage of the inverter according to the load amount, and load and input the operation mode of the plurality of buck-boost converters. By controlling in accordance with the voltage, respectively, the overall efficiency of the motor drive device in the full load range can be improved.
  • the control method of the motor driving apparatus may be used in the motor driving apparatus 50 for controlling the motor of the compressor in the air conditioner including a compressor for compressing and discharging the refrigerant sucked by using the motor in FIG. 1. Also, it can be used in the motor driving device of FIG.
  • control method of the motor driving apparatus may be implemented by program code stored in various types of recording media and executed by a CPU or the like.
  • the code for performing the above-described methods may include random access memory (RAM), flash memory, read only memory (ROM), erasable programmable ROM (EPROM), electronically erasable and programmable ROM (EPROM), register, hard drive. It may be stored in various types of recording media readable by the terminal, such as a disk, a removable disk, a memory card, a USB memory, a CD-ROM, and the like.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a motor driving apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the motor driving apparatus 200 ′ includes a rectifier 210, a PFC unit 220 ′, an inverter 230, and a controller 240 ′.
  • the operation or function of the rectifier 210 and the inverter 230 is the same as the operation or function of the rectifier 210 and the inverter 230 of FIG.
  • the PFC unit 220 converts the input DC voltage.
  • the PFC unit 220 ′ may receive the DC voltage rectified by the rectifier 210 and convert the magnitude of the DC voltage input through the converting operation. Furthermore, the PFC unit 220 ′ may reduce the loss due to reactive power by adjusting the phase shift of the input voltage and the input current in phase. That is, the PFC unit 220 ′ may improve the power factor of the motor driving device 200 ′ through active power factor correction (PFC) control.
  • PFC active power factor correction
  • the PFC unit 220 ′ may include a plurality of buck-boost converters 221 and 222.
  • the PFC unit 220 ′ has a plurality of buck modes for stepping down an input voltage of DC, a boost mode for step-up, and an idle mode for not performing a converting operation. May include buck-boost converters 221 and 222.
  • the PFC unit 220 ' according to the embodiment of FIG. 2 has been described as including the first buck-boost converter 221 and the second buck-boost converter 222, the PFC unit 220' according to the embodiment of the present invention is set to three.
  • the above buck-boost converter may be included.
  • first buck-boost converter 221 and the second buck-boost converter 222 may be connected in parallel.
  • Each buck-boost converter 221 and 222 may include a plurality of switches.
  • the plurality of switches included in each of the buck-boost converters 221 and 222 may perform an ON / OFF switching operation by a control signal of the controller 240.
  • the controller 240 ′ controls the respective components of the motor driving device 200 ′.
  • the controller 240 ′ may receive motor information related to the driving of the motor 7 and control the PFC unit 220 ′ according to the received motor information.
  • the controller 240 may vary the DC link voltage according to the received motor information. In this case, the DC link voltage may be changed by a control signal for controlling the operation modes of the plurality of buck-boost converters 221 and 222 included in the PFC unit 220 '.
  • the controller 240 ′ may generate a control signal for switching a plurality of switches included in the plurality of buck-boost converters 221 and 222.
  • the controller 240 ′ may control each of the plurality of buck-boost converters 221 and 222 to operate in any one of a buck mode, a boost mode, and an idle mode.
  • the controller 240 ′ may generate a PWM signal for switching some of the plurality of switches included in each of the buck-boost converters 221 and 222 to step down the input voltage.
  • the controller 240 ′ may generate a PWM signal for switching some of the plurality of switches included in each of the buck-boost converters 221 and 222 to boost the input voltage.
  • the controller 240 ′ may generate a plurality of control signals having different phases for each of the plurality of buck-boost converters 221 and 222.
  • the controller 240 ′ may control the plurality of buck-boost converters 221 and 222 in a conventional interleaved PWM control scheme.
  • the controller 240 ′ may control at least one of the buck-boost converters 221 and 222 to operate in the buck mode. In addition, when the input voltage is less than the DC link voltage corresponding to the received motor information, the controller 240 ′ may control at least one of the buck-boost converters 221 and 222 to operate in the boost mode.
  • the controller 240 ′ may control only a part of the plurality of buck-boost converters 221 and 222 to perform the converting operation.
  • controller 240 ′ may control the first and second buck boost converters 221 and 222 to operate in the boost mode when the desired DC link voltage according to the received motor information is greater than or equal to a predetermined first threshold value. have.
  • the controller 240 ′ may hysterically control the plurality of buck-boost converters 221 and 222 in response to the load value calculated from the received motor information.
  • the control unit 240 ′ is configured to prevent the efficiency of the system from being lowered due to frequent switching of the number of driving buck-boost converters. Boost converter can be maintained. Detailed description thereof will be described later with reference to FIG. 14.
  • the controller 240 ′ receives the received speed including the drive speed of the motor 7 using a lookup table having a plurality of drive speeds of the motor 7 and a DC link voltage value corresponding to each of the plurality of drive speeds.
  • the DC link voltage may be varied by controlling the plurality of buck-boost converters 221 and 222 according to the motor information. That is, the controller 240 ′ may vary the DC link voltage by using a table in which a DC link voltage capable of driving the motor 7 is mapped according to the driving speed of the motor 7.
  • the motor information received by the control unit 240 ', the current amount of the input current input to the plurality of buck-boost converters (221, 222), the angular velocity driven by the motor 7, the phase of the motor 7 and the motor It may include at least one amount of current generated by the rotation of the dynamo connected to (7).
  • an optical sensor having a predetermined frequency separately provided outside the motor 7 may detect the rotational speed of the motor and transmit the motor rotational speed information to the controller 240 '.
  • various types of information that may be used as factors for determining the motor speed may be included in the motor information.
  • the motor driving apparatus increases the efficiency of the inverter by varying the DC link voltage of the inverter according to the load amount, and the operation mode of the plurality of buck-boost converters according to the load and the input voltage. By controlling each, the overall efficiency of the motor drive device in the full load range can be improved.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of a motor driving apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the circuit of the motor driving apparatus 200 includes an AC power supply 1, an input filter 2, a rectifying unit 210, a smoothing unit 4, a first buck-boost converter 221, and a first circuit. 2 buck-boost converter 222, inverter 230 and motor 7.
  • the controller 240 ′ of FIG. 11 is omitted for simplicity of description.
  • the AC power source 1, the input filter 2, the rectifying unit 210, the smoothing unit 4, the inverter 230, and the motor 7 are AC which is a configuration of the circuit diagram of the motor driving device 200 of FIG.
  • the same functions as the power source 1, the input filter 2, the rectifier 210, the smoothing unit 4, the inverter 230, and the motor 7 are not described.
  • the first buck-boost converter 221 includes a first switch S1, a first inductor L1, and a sixth diode D6 connected in series with an input power input to the converter, and a fifth diode with an anode connected to the first switch and the first inductor connection node. And a second switch connected to a node connecting the first inductor and the sixth diode.
  • the circuit configuration of the second buck-boost converter 222 is the same as that of the first buck-boost converter 221, and an input terminal receiving power and an output terminal outputting a DC link voltage may be connected in parallel.
  • the controller 240 ′ generates PWM signals PWM_S1, PWM_S2, PWM_S3, and PWM_S4 for controlling the plurality of switches S1, S2, S3, and S4 of the first and second buck-boost converters 221 and 222. can do.
  • the controller 240 ′ may calculate a desired DC link voltage value capable of driving the motor at an optimum efficiency based on the input current Iin, the speed of the motor 7, and the DC link voltage.
  • the controller 240 ' may control the switches S1 and S2 of the first buck-boost converter 221 and the second buck-boost converter 222 to vary the DC link voltage Vdc-link to a desired DC link voltage.
  • the duty ratio or on / off of the PWM signal controlling the switches S3 and S4 may be controlled.
  • the controller 240 ′ may control the duty ratio of the switches S3, S4, S5, S6, S7, and S8 of the inverter 230 to maintain a constant rotation speed of the motor 7.
  • the controller 240 ′ controls the plurality of switches S1, S2, S3, and S4 according to the operation modes of the buck-boost converters 221 and 222. Specifically, the controller 240 ′ compares the desired DC link voltage required with the motor information with the rectified or smoothed input voltage Vin to convert the first and second buck-boost converters 221 and 222. It may be determined whether to control to perform, or to control only one of the first and second buck-boost converter (221, 222) to perform the conversion. For example, the controller 240 ′ may control the first and second buck-boost converters 221 when the desired DC link voltage according to the received motor information is greater than or equal to a preset first threshold. 222) All may be controlled to operate in the boost mode.
  • the controller 240 ′ when the desired DC link voltage is less than the preset second threshold value, the controller 240 ′ performs only a first buck-boost converter 221 among the first and second buck-boost converters.
  • the second buck-boost converter 222 may turn off the switches S3 and S4 to operate in an idle mode that does not perform a converting operation.
  • the first buck-boost converter 221 which performs the conversion may operate in the buck mode or the boost mode according to the instantaneous value of the input voltage Vin under the control of the controller 240 '.
  • the motor driving apparatus increases the efficiency of the inverter by varying the DC link voltage of the inverter according to the load amount, and the operation mode of the plurality of buck-boost converters according to the load and the input voltage. By controlling each, the overall efficiency of the motor drive device in the full load range can be improved.
  • the motor driving device distributes the output power to the plurality of buck-boost converters, it is possible to secure stability and robustness of the converter circuit.
  • the pulsation component of the converted output voltage can be reduced, and an output frequency higher than the switching frequency can be obtained, thereby reducing the size of the input / output filter elements.
  • FIG. 13 is a graph illustrating the number of phases of a control signal for controlling a motor driving apparatus according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the efficiency 1310 according to the load of the buck-boost converter when only one buck-boost converter is used and the efficiency 1320 according to the load of the buck-boost converter when the two buck-boost converters are used together are shown. Doing.
  • the efficiency of the converter converts the input voltage by using two buck-boost converters (1320) than the efficiency of converting the input voltage by one buck-boost converter in the light load region where the load is low (1320). Is lower.
  • the efficiency 1320 for converting the input voltage to the two buck-boost converters is higher than the efficiency 1310 for converting the input voltage using one buck-boost converter.
  • the number of phases in which two buck-boost converters are to be operated in the light load region may be determined as 1, and in the heavy load region, 2 may be determined.
  • the number of buck-boost converters to be converted is determined according to the determined operation constant, and the remaining buck-boost converters can be controlled to operate in an idle mode.
  • the converter can perform the converting operation with higher power conversion efficiency.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of determining the number of phases of a control signal for controlling the motor driving apparatus of the present invention.
  • an input current i_in for determining a speed of a motor is sensed (S1410).
  • the sensed input current i_in obtains an average value i_in_avg over time of the input current through the low pass filter (S1420).
  • the average value of the input current i_in_avg can determine the number of buck-boost converters to perform the converting operation among the two buck-boost converters by comparing the predetermined upper limit HL and the lower limit LL.
  • the average value i_in_avg of the input current is smaller than the upper limit HL (S1430: N)
  • the average value i_in_avg of the input current is compared with the lower limit LL (S1450).
  • the two-phase operation it is determined whether the two-phase operation has been performed (S1460). Whether or not the two-phase operation has been performed may be determined whether the 2_Phase_drive variable is set to 1 (S1460). If 2_Phase_drive is 1 (S1460: Y), control to continue to perform the existing two-phase operation (S1480), and if 2_Phase_drive is not 1 (S1460: N), control to continue to perform the existing one-phase operation ( S1490).
  • the average value of the input current i_in_avg is smaller than the lower limit LL (S1450: N), it is invalidated by assigning 0 to the 2_Phase_drive variable for single-phase operation using only one buck-boost converter (S1470). Then, one buck-boost converter performs one-phase operation control to perform the converting operation (S1490).
  • the number of buck-boost converters capable of converting with optimum efficiency can be determined by determining the operation constant for operating the plurality of buck-boost converters as described above, and the hysteresis control method using the average value of the input currents. By using, it is possible to prevent the power conversion efficiency from falling due to the frequent change in the number of buck-boost converters.
  • 15 is a flowchart illustrating a control method of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • motor information is received (S1510).
  • the drive speed of the sensed motor may be received as motor information for use as a parameter for determining the load of the motor drive device.
  • the motor information may be obtained by converting analog information of the sensed motor driving speed into digital signal information.
  • the motor information may include at least one current amount of input current input to the plurality of buck-boost converters, an angular speed at which the motor is driven, a phase of the motor, and a current amount generated by rotation of a dynamo connected to the motor. .
  • operation modes of the plurality of buck-boost converters are determined.
  • the plurality of buck-boost converters may be operated to operate in any one of a buck mode, a boost mode, and an idle mode according to the magnitude of the desired DC link voltage according to the received motor information.
  • At least one of the plurality of buck-boost converters may be controlled to operate in a buck mode.
  • At least one of the plurality of buck-boost converters may be controlled to operate in the boost mode.
  • the load value calculated from the received motor is equal to or greater than a first threshold value
  • two or more of the plurality of buck-boost converters may be controlled to operate in a boost mode. That is, the number of buck-boost converters that can provide the optimum efficiency can be determined based on the load amount calculated from the received motor information.
  • the second threshold value may be the same value as the first threshold value above or may be a different value.
  • a hysteresis may be determined for the converter to perform the conversion among the plurality of buck-boost converters in response to the load value calculated from the received motor information.
  • a load value corresponding to a range between a predetermined upper limit value and a lower limit value
  • a frequent conversion operation is performed by maintaining the number without converting the number of converters to perform the conversion operation among the plurality of buck-boost converters. Additional losses due to switching the number of buck-boost converters can be avoided.
  • control is then performed to switch only one of the plurality of switches included in the buck-boost converter to perform the conversion (S1530).
  • any one of the plurality of buck-boost converters may be controlled to switch only one switch for the step-down while the plurality of switches are turned off to operate in the buck mode for the step-down.
  • the control method of the motor driving apparatus increases the efficiency of the inverter by varying the DC link voltage of the inverter according to the load amount, and load and input the operation mode of the plurality of buck-boost converters. By controlling in accordance with the voltage, respectively, the overall efficiency of the motor drive device in the full load range can be improved.
  • the control method of the motor driving apparatus may be used in the motor driving apparatus 50 for controlling the motor of the compressor in the air conditioner including a compressor for compressing and discharging the refrigerant sucked by using the motor in FIG. 1. It may also be used in the motor driving device of FIG.
  • control method of the motor driving apparatus may be implemented by program code stored in various types of recording media and executed by a CPU or the like.
  • the code for performing the above-described methods may include random access memory (RAM), flash memory, read only memory (ROM), erasable programmable ROM (EPROM), electronically erasable and programmable ROM (EPROM), register, hard drive. It may be stored in various types of recording media readable by the terminal, such as a disk, a removable disk, a memory card, a USB memory, a CD-ROM, and the like.
  • 16 is a graph illustrating a control method of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 there is shown a curve graph of the efficiency 1610 of the converter when the DC link voltage according to the load percentage is varied and the efficiency 1620 of the converter when boost control of stepping up to 380V is used. .
  • the efficiency is generally higher when the DC link voltage is varied, and the buck + boost control 1630 method according to the present invention is applied to further increase the efficiency in the light load region. can do.
  • the boost control is performed (1640), and when the load is higher, the two-phase boost control (1650) is performed so that complex control such as field weakening control is performed in the heavy load region in which the motor rotates at high speed.
  • the step-up range of the DC link voltage can be widened to secure the high speed control region of the motor.
  • 17 is a graph for explaining the effect of the present invention.
  • a graph 1720 showing efficiency according to load when buck-boost synchronization control is applied and a graph 1710 illustrating efficiency according to load when buck + boost control is applied are illustrated.
  • the buck + boost control according to the present invention can improve efficiency of 3 to 4% and improve power factor and THD performance compared to the conventional buck-boost synchronous control method.

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Abstract

모터 구동 장치가 개시된다. 본 모터 구동 장치는, 교류 전원을 직류로 정류하여 입력 전압을 출력하는 정류부, 입력 전압을 컨버팅하기 위한 복수의 스위치를 포함하고, 입력 전압을 강압(step-down)하는 벅 모드, 승압(step-up)하는 부스트 모드를 갖는 제1 벅-부스트 컨버터, 제1 벅-부스트 컨버터로부터 변압된 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터에 전달하는 인버터 및 모터의 구동과 관련된 모터 정보를 수신하여, 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압과 입력 전압의 크기를 비교하여기 제1 벅-부스트 컨버터를 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 복수의 스위치 중 어느 하나만을 스위칭하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

모터 구동 장치, 이를 포함하는 공기조화기 및 그의 제어방법
모터 구동 장치, 이를 포함하는 공기조화기 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 부하에 따라 전력 변환 모드를 달리하여 넓은 부하 영역에서 전력 변환 효율을 개선하는 모터 구동 장치, 이를 포함하는 공기조화기 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
전기 모터(이하, 모터로만 지칭함)는 다양한 산업 분야에서 전기/전자 장치의 동력을 발생하는 수단으로서 널리 사용되고 있으며, 더불어, 환경 친화적인 제품의 구현 및 각 제조사의 경쟁력의 지표로서 소비 전력을 절감하려는 노력이 이루어 지고 있다.
종래에는, 모터를 구동하기 위한 모터 구동 장치는 부스트 컨버터를 채용하였다.
이러한, 종래의 부스트 컨버터를 이용한 모터 구동 장치는 전부하 영역에서 부스트 컨버터가 출력하는 직류 링크 전압을 일정하게 제어하므로 시스템 설계 및 제어가 간단한 장점이 있지만, 저속 구간에서 토크(torque)의 리플(ripple) 및 속도 리플이 크게 나타나고, 고속 구간에서는 큰 모터의 역기전력(Back-EMF)으로 인해 약계자 제어(weak-field control)를 적용하지 않게 되면 일정 속도 이상 제어가 불가능하다는 단점이 동시에 존재하였다.
종래의 모터를 구동하기 위한 다른 모터 구동 장치는 직렬형 벅-부스트 컨버터를 채용하였다.
벅-부스트 컨버터를 이용한 모터 구동 장치는 모터의 회전 속도에 따라 벅-부스트 컨버터에 포함된 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 직류 링크 전압을 가변하고, 가변되는 직류 링크 전압과 인버터의 스위칭 패턴의 제어에 의해 모터의 회전 속도를 제어할 수 있게 된다. 승압과 강압이 가능한 벅-부스트 컨버터는 넓은 부하 범위가 요구되는 DC-link 전압 가변형 인버터 시스템에 적용이 가능하다. 즉, 모터가 저속으로 구동하는 구간에서는 직류 링크 전압을 낮춰서 모터의 구동 성능을 개선할 수 있고, 고속 회전 구간에서는 모터의 역기전력보다 높은 직류 링크 전압으로 승압하여 약계자 영역에서 추가적인 약계자 운전 알고리즘 없이도 모터의 제어가 가능하다는 장점이 있었다.
한편, 종래에 벅-부스트 컨버터를 채용한 모터 구동 장치는 벅 부스트 컨버터가 입력 전압을 컨버팅 하는 두 가지 제어 방식으로서 부스트 제어와 벅-부스트 동기 제어를 사용하였다. 두 가지 부스트 제어와 벅-부스트 동기 제어 중 제어 방식의 결정은 벅-부스트 컨버터로 입력되는 입력전압의 최대치 Boundary를 기준으로, 그 이하의 범위에서 직류 링크 전압을 가변하고자 하는 경우에 벅-부스트 동기 제어를 사용하고, 그 이상의 범위에서 직류 링크 전압을 가변하고자 하는 경우에 부스트 제어를 사용하였다.
보다 구체적으로 부스트 제어는 입력 전압을 승압하는 스위치를 온 상태로 유지하고 다른 스위치를 스위칭하여 입력 전압을 승압하는 부스트 제어를 수행하였다. 그리고, 두 스위치2를 동시에 스위칭하는 PWM 제어신호를 이용하여 듀티 비에 따라 입력 전압을 강압시켰다.
모터가 저속으로 구동하는 부하가 낮은 영역에서는 인버터에 입력되는 직류 링크 전압을 낮추면 인버터에 포함된 스위치들의 각 스위칭 전압이 낮아져서 스위칭 손실이 감소하므로, 인버터 자체의 인버팅 효율은 증가하지만, 벅-부스트 동기 제어 방식의 경우에는 스위치 2개를 동시에 On/Off 하므로 스위칭 손실이 증가하였다. 또한, 입력 전류가 항상 불연속이므로 역률 및 THD(Total Harmonic Distortion) 성능이 낮았다. 결국, 벅-부스트 컨버터를 통해 입력전압을 강압하는 경부하(light load) 영역에서, 인버터 및 모터의 효율은 증가시킬 수 있었으나, 모터 구동 장치 전체의 시스템 효율은 개선되지 않았다.
본 발명은 상술한 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 부하에 따라 전력 변환 모드를 달리하여 넓은 부하 영역에서 전력 변환 효율을 개선하는 모터 구동 장치, 그 제어 방법 및 공기조화기에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 교류 전원을 직류로 정류하여 입력 전압을 출력하는 정류부, 상기 입력 전압을 컨버팅하기 위한 복수의 스위치를 포함하고, 상기 입력 전압을 강압(step-down)하는 벅 모드, 승압(step-up)하는 부스트 모드를 갖는 제1 벅-부스트 컨버터, 상기 제1 벅-부스트 컨버터로부터 변압된 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터에 전달하는 인버터 및 상기 모터의 구동과 관련된 모터 정보를 수신하여, 상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압과 상기 입력 전압의 크기를 비교하여 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 상기 복수의 스위치 중 어느 하나만을 스위칭하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
이 경우, 상기 제어부는, 시간에 따라 가변하는 상기 입력 전압의 순시값과 상기 희망 직류 링크 전압과의 크기를 비교하여, 상기 순시값이 상기 희망 직류 링크 전압보다 크면, 상기 벅-부스트 컨버터를 벅 모드로 동작하도록 제어하고, 상기 순시값이 상기 희망 직류 링크 전압보다 작으면, 상기 벅-부스트 컨버터를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드로 동작하도록 제어할 때, 상기 복수의 스위치 중 하나의 스위치만 스위칭하고, 나머지 스위치는 오프(off)되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 모터 구동 장치는, 상기 제1 벅-부스트 컨버터와 병렬 연결된 제2 벅 부스트 컨버터를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는, 상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제1 임계값 이상이면, 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제2 임계값 미만이면, 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나를 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 제어하고, 다른 하나는 컨버팅 동작을 수행하지 않는 유휴(idle) 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 수신된 모터 정보로부터 산출된 부하값에 대응하여 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터의 동작을 히스테리시스(hysteresis)하게 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 모터가 갖는 복수의 구동 속도 및 상기 복수의 구동 속도 각각에 대응되는 직류 링크 전압의 값을 갖는 룩업 테이블을 이용하여, 상기 모터의 구동 속도를 포함하는 상기 수신된 모터 정보에 따라 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 제어하여 상기 직류 링크 전압을 가변할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 벅-부스트 컨버터는, 상기 입력 전압을 강압하는 제1 스위치 및 상기 입력 전압을 승압하는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 벅-부스트 컨버터의 벅 모드로 동작시에, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 스위치가 스위칭되도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 모터 정보는, 상기 벅-부스트 컨버터로 입력되는 입력 전류의 전류량, 상기 모터가 구동하는 각속도, 상기 모터의 위상 및 상기 모터와 연결된 다이너모(dynamo)의 회전에 의해 생성된 전류량을 적어도 하나 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류부, 제1 벅-부스트 컨버터 및 인버터를 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법에 있어서, 상기 정류부는, 교류 전원을 직류로 정류하여 입력 전압을 출력하고, 상기 제1 벅-부스트 컨버터는, 상기 입력 전압을 컨버팅하기 위한 복수의 스위치를 포함하고, 상기 입력 전압을 강압(step-down)하는 벅 모드, 승압(step-up)하는 부스트 모드를 갖고, 상기 인버터는, 상기 제1 벅-부스트 컨버터로부터 변압된 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터에 전달하며, 상기 제어방법은, 상기 모터의 구동과 관련된 모터 정보를 수신하는 단계 및 상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압과 상기 입력 전압의 크기를 비교하여 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 상기 복수의 스위치 중 어느 하나만을 스위칭하도록 제어하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 제어하는 단계는, 시간에 따라 가변하는 상기 입력 전압의 순시값과 상기 희망 직류 링크 전압과의 크기를 비교하여, 상기 순시값이 상기 희망 직류 링크 전압보다 크면, 상기 벅-부스트 컨버터를 벅 모드로 동작하도록 제어하고, 상기 순시값이 상기 희망 직류 링크 전압보다 작으면, 상기 벅-부스트 컨버터를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 제어하는 단계는, 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드로 동작하도록 제어할 때, 상기 복수의 스위치 중 하나의 스위치만 스위칭하고, 나머지 스위치는 오프(off)되도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 모터 구동 장치는, 상기 제1 벅-부스트 컨버터와 병렬 연결된 제2 벅 부스트 컨버터를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제어하는 단계는, 상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제1 임계값 이상이면, 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어하는 단계는, 상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제2 임계값 미만이면, 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나를 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 제어하고, 다른 하나는 컨버팅 동작을 수행하지 않는 유휴(idle) 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어하는 단계는, 상기 수신된 모터 정보로부터 산출된 부하값에 대응하여 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터의 동작을 히스테리시스(hysteresis)하게 제어할 수 있다.
한편, 상기 모터가 갖는 복수의 구동 속도 및 상기 복수의 구동 속도 각각에 대응되는 직류 링크 전압의 값을 갖는 룩업 테이블을 이용하여, 상기 모터의 구동 속도를 포함하는 상기 수신된 모터 정보에 따라 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 제어하여 상기 직류 링크 전압을 가변할 수 있다.
한편, 상기 제1 벅-부스트 컨버터는, 상기 입력 전압을 강압하는 제1 스위치 및 상기 입력 전압을 승압하는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제어하는 단계는, 상기 제1 벅-부스트 컨버터의 벅 모드로 동작시에, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 스위치가 스위칭되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 이용하여, 흡입한 냉매를 압축시켜 토출하는 압축기를 포함하는 공기조화기는, 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부, 상기 정류된 직류 전압을 평활하는 평활부, 상기 평활된 입력 전압을 강압(step-down)하는 벅 모드, 승압(step-up)하는 부스트 모드를 갖는 벅-부스트 컨버터, 상기 벅-부스트 컨버터로부터 변압된 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 모터에 전달하는 인버터 및 실내 온도와 사용자가 입력한 희망 온도와의 온도차에 따라 상기 모터의 구동 속도를 가변하고, 상기 모터의 구동과 관련된 모터 정보를 수신하여, 상기 수신된 모터 정보에 따라 상기 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드, 부스트 모드 중 어느 하나로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치를 포함하는 공기조화기의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도,
도 4는 도 3의 직류 링크 전압을 가변하는 제어를 설명하기 위한 그래프,
도 5 내지 도 6은 인버터의 효율을 설명하기 위한 그래프,
도 7은 모터의 효율을 설명하기 위한 그래프,
도 8은 도 6의 모터 구동 장치를 제어하기 위한 제어 신호 및 입출력 신호를 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어 블록도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치를 제어할 제어신호의 상의 개수를 설명하기 위한 그래프,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치를 제어할 제어신호의 상의 개수를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도,
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 그래프, 그리고,
도 17은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치를 포함하는 공기조화기의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 공기조화기(90)는 입력필터(2), 정류부(3), 평활부(4), 모터 구동 장치(50), 압축기(11), 실내 열 교환기(12), 실내 팬 구동부(13), 사용자 입력 수신부(9), 실내 온도 감지부(10)를 포함한다. 그리고, 모터 구동 장치(50)는 PFC부(5), 인버터(6) 및 제어부(8)를 포함한다. 그리고, 압축기(11)는 모터(7)를 포함한다.
공기 조화기(90)는 외부로부터 AC 전원(1)을 입력 받는다. AC 전원은 가정으로 공급되는 상용의 교류 신호일 수 있다.
입력필터(2)는 외부로부터 입력된 교류의 전원에 포함된 노이즈를 제거하거나 내부 회로를 보호한다. 입력필터(2)는 인덕터와 커패시터로 구성된 회로일 수 있다.
정류부(3)는 입력된 교류신호를 직류로 정류한다. 정류부(3)는 반파 또는 전파 정류 회로일 수 있으며, 복수의 스위치 또는 다이오드로 구성될 수 있다.
평활부(4)는 정류된 교류신호를 평활한다. 구체적으로, 평활부(4)는 커패시터로 구성될 수 있으며, 시간에 대한 전압의 변화량을 지연시킬 수 있다.
압축기(11)는 냉매를 압축한다. 구체적으로, 압축기(11)는 실내 온도에 대응하는 고온 저압의 냉매를 고온 고압으로 압축하여 공기조화기의 냉매사이클에 따라 실외로 전달할 수 있다.
압축기(11)에 포함된 모터(7)는 전기적 에너지를 동적 에너지로 전환한다. 구체적으로, 모터(7)는 회전 동력을 이용하여 압축기로 입력된 냉매를 압축할 수 있다.
실내 열 교환기(12)는 실내의 열을 흡수한다. 구체적으로, 저온의 냉매가 실내 열 교환기(12)에서 실내의 열을 흡수하여 팽창할 수 있다.
실내 팬 구동부(13)는 공기의 유로를 따라 실내 공기가 실내 열 교환기를 거칠 수 있도록 한다. 구체적으로, 실내 팬 구동부(13)는 팬을 구동시켜 바람을 형성하고, 실내 공기가 실내 열 교환기(12)를 거쳐 열을 빼앗기도록 할 수 있다.
사용자 입력 수신부(9)는 사용자가 공기 조화기(90)를 동작하는 명령을 수신한다. 구체적으로 사용자 입력 수신부(9)는 전원을 켜는 입력, 타이머 입력 및 희망 온도 조절 입력이 될 수 있다. 그리고 사용자 입력 수신부(9)는 물리적 버튼을 구비할 수 있으며, 또는 적외선을 이용한 원격 제어 장치에서 송신된 명령 신호를 수신할 수 있다.
실내 온도 감지부(10)는 실내 온도를 감지한다.
모터 구동 장치(50)는 모터를 구동하기 위한 전력 변환을 한다. 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 환경에 따라 가변하는 실내 온도와 사용자 입력에 의해 원하는 희망 온도 차에 따라 압축기의 모터가 요구되는 부하량이 시간 및 사용자의 선호도에 따라 달라질 수 있으며, 공기 조화기의 경우 실내온도를 유지하는데 장시간 구동시키는 경우가 빈번한 점에서, 넓은 부하 범위에서 압축기의 모터를 구동시키기 위한 전력 변환 효율을 개선할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(200)는 정류부(210), PFC부(220), 인버터(230) 및 제어부(240)를 포함한다. 그리고 PFC부(220)는 제1 벅-부스트 컨버터(221)를 포함한다.
정류부(210)는 교류 전압을 직류로 정류한다. 구체적으로, 정류부(210)는 일정한 주기로 방향이 전환되는 교류 신호의 전압을 한 방향의 직류 전압으로 정류할 수 있다. 여기서, 정류부(210)는 반파 또는 전파 정류 회로일 수 있다.
여기서, 정류부(210)에서 출력된 정류 전압은 평활부(미도시)를 거쳐 시간에 따라 가변하는 맥동(ripple)신호를 평활하도록 할 수 있다.
PFC부(220)는 입력된 직류 전압을 변환한다. 구체적으로, PFC부(220)는 정류부(210)에서 정류된 직류 전압을 입력받아 컨버팅 동작을 통해 입력된 직류 전압의 크기를 변환할 수 있다. 나아가 PFC부(220)는 입력된 입력 전압 및 입력 전류의 어긋난 위상을 동상으로 조절하여 무효전력(reactive power)에 의한 손실을 줄일 수 있다. 즉, PFC부(220)는 능동 PFC(Active Power Factor Correction) 제어를 통해 모터 구동 장치(200)의 역률(power factor)을 개선할 수 있다.
PFC부(220)는 제1 벅-부스트 컨버터(221)를 포함할 수 있다. 구체적으로, PFC부(220)는 직류의 입력 전압을 강압(step-down)하는 벅 모드 및 승압(step-up)하는 부스트 모드를 갖는 제1 벅-부스트 컨버터(221)를 포함할 수 있다.
도 2의 실시예에 따른 PFC부(220)에는 직접 연결형 제1 벅-부스트 컨버터(221)가 포함되는 것으로 설명하였지만 구현시에 PFC부(220)는 전압을 가변할 수 있고 전류와의 위상을 조절하여 역률을 개선시킬 수 있는 다른 토폴로지의 전압 컨버터가 포함될 수 있다.
제1 벅-부스트 컨버터(221)는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 그리고, 벅-부스트 컨버터(221)에 포함된 복수의 스위치는 제어부(240)의 제어 신호에 의한 ON/OFF 스위칭 동작을 할 수 있다.
인버터(230)는 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환한다. 구체적으로, 인버터(230)는 PFC부(220)에 포함된 제1 벅-부스트 컨버터(221)의 스위칭 동작에 의해 가변된 직류 링크 전압을 복수의 스위치의 스위칭 동작에 의해 모터를 구동하는 교류 신호로 변환할 수 있다.
인버터(230)는 입력받은 직류로부터 원하는 크기의 전압 및 주파수를 갖는 교류를 생성하도록 인버터(230)에 포함된 복수의 스위치를 스위칭하는 제어 신호를 제어부(240)로부터 수신할 수 있다.
인버터(230)는 통상의 전압형 인버터 회로 또는 전류형 인버터 회로가 사용될 수 있다.
제어부(240)는 모터 구동 장치(200)의 각 구성들을 제어한다. 구체적으로, 제어부(240)는 모터(7)의 구동과 관련된 모터 정보를 수신하여, 수신된 모터 정보에 따라 PFC부(220)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(240)는 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압을 출력하도록, PFC부(220)가 출력하는 직류 링크 전압을 가변하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 직류 링크 전압은 제어부(240)가 PFC부(220)에 포함된 제1 벅-부스트 컨버터(221)의 동작 모드를 제어하는 제어신호에 의해 가변될 수 있다.
여기서, 희망 직류 링크 전압이란, 모터의 구동에 요구되는 직류 링크 전압을 말한다. 예를 들어, 공기조화장치에 있어서, 급속냉방이 필요한 경우, 모터에 큰 부하가 작용하고 이를 소화하기 위해, 모터(7)의 동력원으로서 필요한 인버터(230)로 입력되는 직류 링크 전압을 말한다.
제어부(240)는 정류부(210)에서 출력된 입력 전압의 크기에 따라 제1 벅-부스트 컨버터(221)의 동작 모드를 제어한다. 구체적으로, 제어부(240)는 모터 구동 정보에 따른 희망 직류 링크 전압에 해당하는 직류 링크 전압을 PFC부(220)가 출력하도록 벅-부스트 컨버터(221)의 동작 모드를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(240)는 시간에 따라 가변하는 입력 전압의 순시값(instantaneous value)이 희망 직류 링크 전압을 비교하여, 입력 전압의 순시값이 희망 직류 링크 전압보다 크면, 벅-부스트 컨버터(221)를 벅 모드로 동작하도록 제어하고, 순시값이 희망 직류 링크 전압보다 작으면, 벅-부스트 컨버터(221)를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
제어부(240)는 제1 벅-부스트 컨버터(221)에 포함된 복수의 스위치를 on/off 스위칭하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제어부(240)는 복수의 벅-부스트 컨버터(221) 각각을 벅 모드, 부스트 모드 및 유휴 모드 중 어느 하나로 동작하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(240)는 입력 전압을 강압하기 위하여 제1 벅-부스트 컨버터(221)에 포함된 복수의 스위치 중 어느 하나의 스위치를 스위칭하는 PWM 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 입력 전압을 승압하기 위하여 제1 벅-부스트 컨버터(221)에 포함된 복수의 스위치 중 어느 하나의 스위치를 스위칭하는 PWM 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 제어부(240)는 입력 전압으로부터 승압 또는 강압하는 크기에 따라 벅-부스트 컨버터(221)에 포함된 스위치들을 제어하기 위한 PWM 신호의 듀티비를 달리할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(240)는 벅-부스트 컨버터(221)를 벅 모드로 동작하도록 제어하기 위하여, 벅-부스트 컨버터(221)의 복수의 스위치 중 하나의 스위치만 스위칭하고, 나머지 스위치는 오프(off)되도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(240)는 벅-부스트 컨버터(221)를 부스트 모드로 동작하도록 제어하기 위하여, 벅-부스트 컨버터(221)의 복수의 스위치 중, 벅 모드 동작시에 스위칭시킨 스위치와 상이한, 다른 하나의 스위치만 스위칭하고, 나머지 스위치는 온(on)되도록 제어할 수 있다.
제어부(240)는 모터(7)가 갖는 복수의 구동 속도 및 복수의 구동 속도 각각에 대응되는 직류 링크 전압의 값을 갖는 룩업 테이블을 이용하여, 모터(7)의 구동 속도를 포함하는 수신된 모터 정보에 따라 벅-부스트 컨버터(221)를 제어하여 상기 직류 링크 전압을 가변할 수 있다. 즉, 제어부(240)는 모터(7)의 구동 속도에 따라 최적의 효율로 모터(7)를 구동할 수 있는 직류 링크 전압을 매핑시킨 테이블을 이용하여 직류 링크 전압을 가변할 수 있다.
여기서, 제어부(240)가 수신하는 모터 정보는, 복수의 벅-부스트 컨버터(221)로 입력되는 입력 전류의 전류량, 모터(7)가 구동하는 각속도, 모터(7)의 위상 및 모터(7)와 연결된 다이너모(dynamo)의 회전에 의해 생성된 전류량을 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들어, 모터(7)의 외부에 별도로 마련된 기설정된 주파수를 갖는 광센서가 모터의 회전속도를 감지하여 제어부(240)에 모터 회전 속도 정보를 전달할 수 있다. 그 외 모터 속도를 결정할 수 있는 요소로서 사용될 수 있는 다양한 정보들이 모터 정보에 포함될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는 부하량에 따른 인버터의 직류 링크 전압을 가변하여 인버터의 효율을 상승시키고 더불어, 복수의 벅-부스트 컨버터의 동작 모드를 부하 및 입력 전압에 따라 각각 제어함으로써, 전부하 범위에서 모터 구동 장치의 전체 효율을 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 모터 구동 장치(300)의 회로는, AC 전원(1), 입력 필터(2), 정류부(210), 평활부(4), 벅-부스트 컨버터(221), 인버터(230), 모터(7) 및 제어부(240)를 포함한다.
AC 전원(1)은 교류 전압을 출력한다. 구체적으로 AC 전원(1)은 220Vrms 60Hz의 상용 교류 전원을 출력할 수 있다.
AC 전원(1)은 교류 신호의 전압 및 전류를 입력 필터(2)에 입력하고, 입력 필터(2)는 입력된 교류 신호의 노이즈나 AC 전원(1) 연결시에 발생할 수 있는 강한 피크 전력을 완화하여 모터 구동 장치(300)의 소자들을 보호할 수 있다. 구체적으로, 입력필터(2)는 노이즈를 제거하고 AC 전원(1)이 연결되면서 발생하는 펄스 신호에 의해 내부 회로가 망가지는 것을 회피할 수 있도록 설계될 수 있다. 입력필터(2)는 직렬 연결된 인덕터 또는 병렬 연결된 커패시터로 구성될 수 있다.
정류부(210)는 교류 신호를 정류하여 직류 신호로 변환할 수 있다. 구체적으로, 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 전파 정류 회로일 수 있다. 여기서, 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)는 각각 직렬 연결된 두 다이오드를 연결하는 노드에 교류 신호가 입력될 수 있다. 그리고, 직렬 연결된 두 다이오드가 병렬 연결되어 양 끝단으로 정류된 신호를 출력할 수 있다.
평활부(4)는 한 방향으로 정류된 직류신호를 평활하며, 병렬 연결된 제1 커패시터(C1)으로 구성될 수 있다. 본 평활부(4)는 병렬 연결된 제1 커패시터 하나로 구성되었으나, 직렬 또는 병렬 연결된 하나 또는 복수의 커패시터 및 인덕터 소자를 더 포함할 수 있다.
벅-부스트 컨버터(221)는 입력된 직류 전압을 두 개의 스위치(S1, S2)의 스위칭 동작에 의해 승압 또는 강압할 수 있다. 구체적으로, 벅-부스트 컨버터(221)는 제1 스위치 S1가 스위칭되고 제2 스위치 S2가 오프된 경우, 직류 전압을 강압하는 벅 모드로 동작할 수 있고, 제2 스위치 S2가 스위칭되고 제1 스위치 S1이 온되는 경우, 직류 전압을 승압하는 부스트 모드로 동작할 수 있다. 벅-부스트 컨버터(221)는 인버터(230)의 입력단에 병렬 연결된 제2 커패시터 C2로 입력된 직류 전압을 승압 또는 강압한 직류 링크 전압을 출력할 수 있다.
제1 벅-부스트 컨버터(221)는 컨버터로 입력되는 입력 전원에 직렬 연결된 제1 스위치 S1, 제1 인덕터 L1 및 제6 다이오드 D6와 제1 스위치와 제1 인덕터 연결 노드에 애노드가 연결된 제5 다이오드 그리고 제1 인덕터와 제6 다이오드를 연결하는 노드에 연결된 제2 스위치로 구성될 수 있다.
벅-부스트 컨버터(221)에 포함된 복수의 스위치(S1, S2)는 모스펫(MOSFET) 전력용 반도체 스위치로 도시하였지만, JFET, IGBT 및 BJT가 이용될 수 있다.
인버터(230)는 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터(7)에 전달할 수 있다. 구체적으로, 인버터(330)는 직류 신호를 교류 신호로 변환하기 위한 6개의 스위치(S3, S4, S5, S6, S7, S8)를 포함하는 인버터 회로일 수 있다.
구체적으로 인버터(230)는 두 개의 스위치가 직렬 연결된 3개의 스위치 단이 직류 링크 전압단과 병렬 연결된 회로일 수 있다. 그리고, 각 스위치 단에 두 스위치를 직렬 연결하는 노드는 모터와 연결되어 모터의 3상 구동을 위한 전력 신호를 전달할 수 있다.
인버터(230) 병렬 연결된 제2 커패시터 C2의 직류 링크 전압을 통해 인버팅을 수행하는 전압형 인버터 회로일 수 있으며, 한편으론 직렬 연결된 인덕터로부터 입력받은 직류 인덕터 전류를 통해 인버팅을 수행하는 전류형 인버터 회로일 수 있다. 도 6의 실시예에서는 인버터(230)는 6 스위치 인버터(6 switch intverter) 회로를 사용하였으나, 4개의 스위치로 구성될 수 있다.
도 3에서 인버터(230)는 전압형 인버터로서 제2 커패시터 C2로부터 직류 링크 전압을 입력받아 모터를 구동할 교류 신호로 인버팅을 수행하지만 전류형 인버터의 경우 직렬 연결된 인덕터와 6개 또는 4개의 사이리스터 스위치로 구성된 전류형 인버터일 수 있다.
제어부(240)는 벅-부스트 컨버터(221) 및 인버터(230)를 제어하기 위한 각종 정보들을 수신하여 그 정보에 대응하는 직류 링크 전압 및 모터 구동을 가변할 수 있다.
구체적으로, 제어부(240)는 벅-부스트 컨버터(221)로 입력되는 입력 전압 Vin 및 입력 전류 Iin와 벅-부스트 컨버터(221)가 출력하는 직류 링크 전압의 아날로그 정보를 디지털 신호 정보로 수신할 수 있다. 그리고, 제어부(240)는 모터(7)에 인가되는 전류 및 모터(7)의 속도를 나타내는 아날로그 정보를 디지털 신호 정보로 수신할 수 있다. 위와 같은 제어부(240)가 수신하는 정보들은 모터 구동 회로(200) 외부에 구비된 각종 센서들로부터 감지된 정보들일 수 있다.
제어부(240)는 벅-부스트 컨버터(221)의 두 스위치(S1, S2)를 제어하기 위한 두 PWM 신호(PWM_S1, PWM_S2)를 생성할 수 있다. 그리고, 제어부(240)는 인버터의 여섯 스위치(S3, S4, S5, S6, S7, S8)를 제어하기 위한 6개의 PWM 신호(PWM_3, PWM_4, PWM_5, PWM_6, PWM_7, PWM_8)를 생성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(240)는 입력 전류, 모터(7)의 속도, 직류 링크 전압에 기초하여 최적의 효율로 모터를 구동시킬 수 있는 직류 링크 전압 값을 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 직류 링크 전압으로 가변하기 위하여 제어부(240)는 제1 벅-부스트 컨버터(221)의 스위치(S1, S2)를 제어하는 PWM 신호의 듀티 비 또는 온/오프 여부를 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(240)는 모터(7)의 회전 속도를 일정하게 유지하도록 인버터(230)의 스위치(S3, S4, S5, S6, S7, S8)의 듀티 비를 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(240)는 산출된 직류 링크 전압으로 가변하기 위하여 제1 벅-부스트 컨버터(221)에 포함된 부스트 스위치 S1 또는 벅 스위치 S2 중 어느 하나만을 스위칭하도록 제어할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는 부하량에 따른 인버터의 직류 링크 전압을 가변하여 인버터의 효율을 상승시키고, 벅-부스트 컨버터의 승압 또는 강압시에 스위칭하는 스위치의 개수를 제한함으로써, 모터 구동 장치의 효율을 개선할 수 있다.
도 4는 직류 링크 전압을 가변하는 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 시간에 대하여 모터의 속도가 최대 속도까지 상승할 때, 입력 전압의 peak값과 모터 속도에 대응하여 최적의 효율로 인버터를 구동할 수 있는 직류 링크 전압값을 함께 도시하고 있다.
직류 링크 전압은 최소값(Min) 부터 최대값(Max)까지 가변될 수 있다. 그리고, 모터 속도에 따라 직류 링크 전압이 가변되는 시구간은 모터 속도를 가장 느리게 유지할 수 있는 직류 링크 전압 Min을 유지하는 모드 I 구간, 모터 속도의 상승에 따라 직류 링크 전압을 증가시키는 모드 II구간 그리고 모터의 최대 속도를 유지할 수 있는 직류 링크 전압 Max를 유지하는 제III구간으로 분류할 수 있다.
여기서, 직류 링크 전압과 입력전압 Peak값을 비교하였을 때, 시구간은 직류 링크 전압이 입력전압 Peak 값보다 작은 강압 영역과 직류 링크 전압이 입력전압 Peak 값보다 큰 승압 영역으로 구분될 수 있다.
이와 같이 모터 속도에 따른 직류 링크 전압과 입력전압의 최대 값의 비교를 통해 벅-부스트 컨버터가 입력전압을 강압하는 시간과 승압하는 시간을 구분할 수 있다.
도 5 내지 도 6은 인버터의 효율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 모터의 토크가 2Nm 및 4Nm인 경우, 상이한 직류 링크 전압 조건에서 모터의 속도에 따른 인버터의 효율을 함께 도시하고 있다.
구체적으로, 모터의 속도는 분당 회전수 rpm으로 나타내었으며, 인버터의 효율은 인버터로 입력되는 전력 대비 인버터가 교류신호로 인버팅하는 출력 전력의 백분율 %로 나타내었다.
도 5에 도시된 바와 같이, 모터의 토크가 2Nm로 동작할 때 270V, 300V, 330V, 380V 및 400V의 직류 링크 전압이 인버터에 입력되는 경우, 인버터의 효율은 직류 링크 전압이 낮을수록 모터의 모든 속도 범위에서 더 높다는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 모터의 토크가 4Nm로 동작할 때 270V, 300V, 330V 및 380V의 직류 링크 전압이 인버터에 입력되는 경우, 인버터의 효율은 직류 링크 전압이 낮을수록 모터의 속도가 낮은 경부하 영역에서는 더 높다는 것을 확인할 수 있다.
위와 같은 결과는 동일한 속도로 모터를 구동하는 부하조건에서는 인버터의 스위치에 흐르는 전류가 동일하기 때문에 직류 링크 전압이 낮을수록 스위칭 손실이 작아져 경부하 영역에서 인버터 효율이 상승되기 때문이다.
도 7은 모터의 효율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상이한 직류 링크 전압 조건에서 모터의 속도에 따른 모터의 효율을 함께 도시하고 있다.
구체적으로, 모터의 속도는 분당 회전수 rpm으로 나타내었으며, 모터의 효율은 인버터로 입력되는 전력 대비 모터가 출력하는 파워의 백분율 %로 나타내었다. 그리고, 직류 링크 전압의 크기는 270V, 300V 및 360V가 적용되었다.
도 7에 도시된 바와 같이 모터의 구동 효율에 있어서도, 모터는 동일한 부하조건에서는 동손이 동일하지만 철손이 직류 링크 전압에 비례하여 증가하기 때문에 모터의 속도가 낮은 경부하 영역에서는 직류 링크 전압이 낮을 수록 모터의 효율이 더 높다는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 도 2의 모터 구동 장치를 제어하기 위한 제어 신호 및 입출력 신호를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 교류 전압이 직류로 정류되어 시간에 대해 완만히 상승하였다가 하강하는 곡선 형태로 전압이 가변하는 입력전압과 직류 링크 전압을 그래프에 함께 도시하고, 두 전압값을 비교하여 두 그래프가 교차하는 시점에서 제어 방식을 부스트 제어와 벅 제어로 달리하는 제어부의 제어신호를 전압 그래프 밑에 타이밍 그래프로 도시하고 있다.
입력전압 peak값이 직류 링크 전압 보다 큰 경우에는, 반 사이클의 시간 동안 가변하는 입력전압과 원하는 직류 링크 전압이 두 시점에서 교차한다.
직류 링크 전압보다 입력전압이 낮은 시구간에서 제어부는 부스트 제어를 적용하여 벅-부스트 컨버터가 부스트 모드로 동작하도록, 스위치 S1과 S2에 PWM 신호를 도시된 타이밍 그래프와 같이 생성할 수 있다.
반대로 직류 링크 전압보다 입력전압이 큰 시구간에서 제어부는 벅 제어를 적용하여 벅-부스트 컨버터가 벅 모드로 동작하도록, 스위치 S1과 S2에 PWM 신호를 도시된 타이밍 그래프와 같이 생성할 수 있다.
이 경우, 제어부는, 벅-부스트 컨버터가 입력전압을 승압한 직류 링크 전압을 출력할 수 있도록 하는 부스트 제어시, 스위치 S1을 온 시킨 상태에서, 스위치 S2 만을 스위칭하도록 PWM 제어신호를 생성하고, 벅-부스트 컨버터가 입력전압을 강압한 직류 링크 전압을 출력할 수 있도록 하는 벅 제어시에는, 스위치 S2를 오프시킨 상태에서, 스위치 S1 만을 스위칭하도록 PWM 제어신호를 생성할 수 있다.
입력전압 peak 값이 직류 링크 전압보다 작은 경우에는, 반 사이클의 가변하는 입력전압 전체에 대해 승압을 하여야 하므로, 제어부는 전 시구간에서 벅-부스트 컨버터가 부스트 모드로 동작하도록 제어한다.
이러한, 본 발명의 실시예에 따른 제어 방식을 통한 직류 링크 전압 및 입력 전압/전류의 그래프를 아래에 도시하고 있으며, 이는 종래에 벅-부스트 컨버터의 두 스위치를 동시에 스위칭한 벅-부스트 동기 제어방식에 따른 직류 링크 전압 및 입력 전압/전류의 파형과는 차이가 있음을 확인할 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 종래의 벅-부스트 동기 제어 방식과 구분하기 위해, 직류 링크 전압과 입력전압의 크기를 비교하여 벅 제어 또는 부스트 제어 중 하나를 적용하여 직류 링크 전압의 크기를 가변하는 방식을 벅 + 부스트 제어라 칭하기로 한다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 벅 + 부스트 제어 방식은 벅-부스트 컨버터에 포함된 복수의 스위치 중 일부만 스위칭하므로, 종래에 경부하 영역에서 직류 링크 전압으로 입력 전압을 강압하기 위해 벅-부스트 컨버터의 모든 스위치를 동시에 스위칭함에 따라 발생하였던 컨버터의 스위칭 손실을 경감할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어 블록도이다.
도 9를 참조하면, 제어 블록도를 좌측과 우측으로 나눈 점선을 기준으로 구분하였을 때, 좌측은 변경하고자 하는 직류 링크 전압차를 계산하고, 입력 전압 Vin과 입력 전류Iin을 동상으로 맞추어 역률을 높이는 PFC 제어를 나타내는 블록이다. 그리고 오른쪽은 입력전압과 직류링크전압과의 비교한 결과를 통해 벅-부스트 컨버터에 포함된 두 스위치 (S1, S2)를 제어할 제어 신호 PWM_S1 및 PWM_S2를 결정하는 제어 블록이다.
수신된 모터 정보에 기초하여 본 제어 블록이 추종할 직류 링크 전압이 피드백 경로를 따라 입력된 현재 직류 링크 전압의 오차를 계산한다(905). 오차값은 PI 제어 블록(910)과 저대역 통과 필터(915)를 거쳐, 입력전압의 피크값 대비 입력전압의 비율과의 곱연산을 수행하고(925), 입력전류와의 오차를 산출한다(930).
오른쪽 제어 블록의 상단에서는, 입력전류 오차가 PI 제어 블록(935)을 통과하여 목적하는 전류 및 위상을 추종하고, 리미터(940)가 기설정된 상한과 하한의 범위로 제한하여 과도응답시 신호의 급격한 상승 또는 하강이 일어나는 트렌전트 문제를 방지하고, 입력된 직류의 신호와 삼각파 형태의 캐리어 신호(Carr)와의 크기 비교(945)를 통해 듀티비가 계산되어 나온 결과 신호와 직류 링크 전압과 입력 전압과 비교(950)한 결과를 논리 OR 연산(논립 합 연산)(955)함으로써, 제1 스위치를 제어할 PWM 신호를 결정한다.
오른쪽 제어 블록의 하단에서는, 입력전류 오차가 PI 제어 블록(960)을 통과하고, 기설정된 상한과 하한의 범위 내에서(965) 삼각파의 캐리어 신호(Carr)과 비교(970)를 통해 나온 결과 값과 직류 링크 전압과 입력 전압과 비교(975)한 결과를 논리 AND 연산(논리 곱 연산)(980)함으로써, 제2 스위치를 제어할 PWM 신호를 결정한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 모터 구동 장치의 제어 방법은, 먼저, 모터 정보를 수신한다(S1010). 구체적으로, 수신되는 모터 정보는 모터가 구동하는 속도 정보, 모터에 흐르는 전류량 등이 될 수 있다. 여기서, 센싱된 모터의 구동 속도는 모터 구동 장치의 부하를 결정하는 파라미터로서 사용될 수 있다. 그리고, 모터 정보는 센싱한 모터 구동 속도의 아날로그 정보를 디지털 신호 정보로 변환한 것일 수 있다. 또한, 모터 정보는 벅-부스트 컨버터로 입력되는 입력 전류의 전류량, 모터가 구동하는 각속도, 모터의 위상 및 모터와 연결된 다이너모(dynamo)의 회전에 의해 생성된 전류량을 적어도 하나 포함할 수 있다.
그리고, 벅-부스트 컨버터의 복수의 스위치 중 어느 한 스위치만 스위칭 하도록 제어한다(S1020).
이 경우, 제어하는 단계(S1020)는, 벅-부스트 컨버터로 입력되는 입력 전압이 수신된 모터 정보에 대응하는 희망 직류 링크 전압보다 크면, 벅-부스트 컨버터를 벅 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어하는 단계(S1020)는, 벅-부스트 컨버터로 입력 전압이 수신된 모터 정보에 대응하는 직류 링크 전압보다 작으면, 벅-부스트 컨버터를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어방법은 부하량에 따른 인버터의 직류 링크 전압을 가변하여 인버터의 효율을 상승시키고 더불어, 복수의 벅-부스트 컨버터의 동작 모드를 부하 및 입력 전압에 따라 각각 제어함으로써, 전부하 범위에서 모터 구동 장치의 전체 효율을 개선할 수 있다.
이러한 모터 구동 장치의 제어 방법은 도 1에서 모터를 이용하여 흡입한 냉매를 압축시켜 토출하는 압축기를 포함하는 공기조화기에서, 압축기의 모터를 제어하는 모터 구동 장치(50)에 이용될 수 있다. 또한, 도 2의 모터 구동 장치에 이용될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어방법은, 다양한 유형의 기록 매체에 저장되어 CPU 등에 의해 실행되는 프로그램 코드에 의해 구현될 수도 있다.
구체적으로는, 상술한 방법들을 수행하기 위한 코드는, RAM(Random Access Memory), 플레시메모리, ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electronically Erasable and Programmable ROM), 레지스터, 하드디스크, 리무버블 디스크, 메모리 카드, USB 메모리, CD-ROM 등과 같이, 단말기에서 판독 가능한 다양한 유형의 기록 매체에 저장되어 있을 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 11을 참조하면, 모터 구동 장치(200')는 정류부(210), PFC부(220'), 인버터(230) 및 제어부(240')를 포함한다. 여기서, 정류부(210)와 인버터(230)의 동작 또는 기능은 도 2의 정류부(210)와 인버터(230)의 동작 또는 기능과 동일한바 구체적인 설명은 생략한다.
PFC부(220')는 입력된 직류 전압을 변환한다. 구체적으로, PFC부(220')는 정류부(210)에서 정류된 직류 전압을 입력받아 컨버팅 동작을 통해 입력된 직류 전압의 크기를 변환할 수 있다. 나아가 PFC부(220')는 입력된 입력 전압 및 입력 전류의 어긋난 위상을 동상으로 조절하여 무효전력(reactive power)에 의한 손실을 줄일 수 있다. 즉, PFC부(220')는 능동 PFC(Active Power Factor Correction) 제어를 통해 모터 구동 장치(200')의 역률(power factor)을 개선할 수 있다.
PFC부(220')는 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)를 포함할 수 있다. 구체적으로, PFC부(220')는 직류의 입력 전압을 강압(step-down)하는 벅 모드, 승압(step-up)하는 부스트 모드 및 컨버팅 동작을 수행하지 않는 유휴(idle) 모드를 각각 갖는 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)를 포함할 수 있다.
도 2의 실시예에 따른 PFC부(220')에는 제1 벅-부스트 컨버터(221) 및 제2 벅-부스트 컨버터(222)가 포함되는 것으로 설명하였지만 구현시에 PFC부(220')에는 셋 이상의 벅-부스트 컨버터가 포함될 수 있다.
여기서, 제1 벅-부스트 컨버터(221) 및 제2 벅-부스트 컨버터(222)는 병렬연결될 수 있다. 그리고, 각 벅-부스트 컨버터(221, 222)는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 그리고, 각 벅-부스트 컨버터(221, 222)에 포함된 복수의 스위치는 제어부(240)의 제어 신호에 의한 ON/OFF 스위칭 동작을 할 수 있다.
제어부(240')는 모터 구동 장치(200')의 각 구성들을 제어한다. 구체적으로, 제어부(240')는 모터(7)의 구동과 관련된 모터 정보를 수신하여, 수신된 모터 정보에 따라 PFC부(220')를 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(240)는 수신된 모터 정보에 따라 직류 링크 전압을 가변할 수 있다. 이 경우, 직류 링크 전압은 제어부(240')가 PFC부(220')에 포함된 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)의 동작 모드를 제어하는 제어신호에 의해 가변할 수 있다.
제어부(240')는 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)에 포함된 복수의 스위치를 스위칭하는 제어신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제어부(240')는 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222) 각각을 벅 모드, 부스트 모드 및 유휴 모드 중 어느 하나로 동작하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(240')는 입력 전압을 강압하기 위하여 각각의 벅-부스트 컨버터(221, 222)에 포함된 복수의 스위치 중 일부의 스위치를 스위칭하는 PWM 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(240')는 입력 전압을 승압하기 위하여 각각의 벅-부스트 컨버터(221, 222)에 포함된 복수의 스위치 중 일부의 스위치를 스위칭하는 PWM 신호를 생성할 수 있다.
제어부(240')는 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)마다 위상이 상이한 복수의 제어신호를 생성할 수 있다. 여기서 제어부(240')는 통상의 인터리브드 PWM 제어 방식으로 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)를 제어할 수 있다.
제어부(240')는 입력 전압이 수신된 모터 정보에 대응하는 희망 직류 링크 전압보다 크면, 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222) 중 적어도 하나를 벅 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(240')는 입력 전압이 수신된 모터 정보에 대응하는 직류 링크 전압보다 작으면, 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222) 중 적어도 하나를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(240')는 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제2 임계값 미만이면, 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222) 중 어느 하나만 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하고, 나머지 벅-부스트 컨버터는 유휴 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(240')는 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222) 중 일부만 컨버팅 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(240')는 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제1 임계값 이상이면, 제1 및 제2 벅 부스트 컨버터(221, 222)를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
여기서, 제어부(240')는 수신된 모터 정보로부터 산출된 부하값에 대응하여 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)를 히스테리시스(hysteresis)하게 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(240')는 빈번한 구동 벅-부스트 컨버터의 개수 전환에 의해 시스템의 효율이 오히려 떨어지는 것을 방지하기 위하여 기설정된 상한값과 하한값의 범위에 해당하는 부하값에 대해서는 기존에 구동하는 벅-부스트 컨버터를 유지할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 14를 참조하여 후술한다.
제어부(240')는 모터(7)가 갖는 복수의 구동 속도 및 복수의 구동 속도 각각에 대응되는 직류 링크 전압의 값을 갖는 룩업 테이블을 이용하여, 모터(7)의 구동 속도를 포함하는 수신된 모터 정보에 따라 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)를 제어하여 상기 직류 링크 전압을 가변할 수 있다. 즉, 제어부(240')는 모터(7)의 구동 속도에 따라 최적의 효율로 모터(7)를 구동할 수 있는 직류 링크 전압을 매핑시킨 테이블을 이용하여 직류 링크 전압을 가변할 수 있다.
여기서, 제어부(240')가 수신하는 모터 정보는, 복수의 벅-부스트 컨버터(221, 222)로 입력되는 입력 전류의 전류량, 모터(7)가 구동하는 각속도, 모터(7)의 위상 및 모터(7)와 연결된 다이너모(dynamo)의 회전에 의해 생성된 전류량을 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들어, 모터(7)의 외부에 별도로 마련된 기설정된 주파수를 갖는 광센서가 모터의 회전속도를 감지하여 제어부(240')에 모터 회전 속도 정보를 전달할 수 있다. 그 외 모터 속도를 결정할 수 있는 요소로서 사용될 수 있는 다양한 정보들이 모터 정보에 포함될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는 부하량에 따른 인버터의 직류 링크 전압을 가변하여 인버터의 효율을 상승시키고 더불어, 복수의 벅-부스트 컨버터의 동작 모드를 부하 및 입력 전압에 따라 각각 제어함으로써, 전부하 범위에서 모터 구동 장치의 전체 효율을 개선할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이다.
도 12를 참조하면, 모터 구동 장치(200)의 회로는, AC 전원(1), 입력 필터(2), 정류부(210), 평활부(4), 제1 벅-부스트 컨버터(221), 제2 벅-부스트 컨버터(222), 인버터(230) 및 모터(7)를 포함한다. 도 12에서는 설명의 간략화를 위하여 도 11의 제어부(240')의 도시를 생략한다. 그리고, AC 전원(1), 입력 필터(2), 정류부(210), 평활부(4),인버터(230) 및 모터(7)는 도 3의 모터 구동 장치(200)의 회로도의 구성인 AC 전원(1), 입력 필터(2), 정류부(210), 평활부(4),인버터(230) 및 모터(7)와 동일한바 구체적인 기능 및 동작에 대한 설명은 생략한다.
제1 벅-부스트 컨버터(221)는 컨버터로 입력되는 입력 전원에 직렬 연결된 제1 스위치 S1, 제1 인덕터 L1 및 제6 다이오드 D6와 제1 스위치와 제1 인덕터 연결 노드에 애노드가 연결된 제5 다이오드 그리고 제1 인덕터와 제6 다이오드를 연결하는 노드에 연결된 제2 스위치로 구성될 수 있다.
제2 벅-부스트 컨버터(222)의 회로 구성은 제1 벅-부스트 컨버터(221)와 동일하며, 전원을 입력받는 입력단과 직류 링크 전압으로 출력하는 출력단이 병렬 연결될 수 있다.
제어부(240')는 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터(221, 222)의 복수의 스위치(S1, S2, S3, S4)를 제어하기 위한 PWM 신호(PWM_S1, PWM_S2, PWM_S3, PWM_S4)를 생성할 수 있다.
제어부(240')는 입력 전류 Iin, 모터(7)의 속도, 직류 링크 전압에 기초하여 최적의 효율로 모터를 구동시킬 수 있는 희망 직류 링크 전압 값을 산출할 수 있다. 그리고, 희망 직류 링크 전압으로 직류 링크 전압 Vdc-link를 가변하기 위하여 제어부(240')는 제1 벅-부스트 컨버터(221)의 스위치(S1, S2) 및 제2 벅-부스트 컨버터(222)의 스위치(S3, S4)를 제어하는 PWM 신호의 듀티 비 또는 온/오프 여부를 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(240')는 모터(7)의 회전 속도를 일정하게 유지하도록 인버터(230)의 스위치(S3, S4, S5, S6, S7, S8)의 듀티 비를 제어할 수 있다.
제어부(240')는 각 벅-부스트 컨버터(221, 222)의 동작 모드에 따라 복수의 스위치(S1, S2, S3, S4)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(240')는 모터 정보에 따라 요구되는 희망 직류 링크 전압과 정류된 또는 평활된 입력 전압 Vin의 크기를 비교하여 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터(221, 222) 모두 컨버팅을 수행하도록 제어할지, 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터(221, 222) 중 어느 하나만 컨버팅을 수행하도록 제어할지 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(240')는 예를 들어, 제어부(240')는 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제1 임계값 이상이면, 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터(221, 222) 모두 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
또한, 예를 들어, 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제2 임계값 미만이면, 제어부(240')는 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터 중 제1 벅-부스트 컨버터(221)만 컨버팅 동작을 수행하도록 제어하고, 제2 벅-부스트 컨버터(222)는 컨버팅 동작을 수행하지 않는 유휴(idle) 모드로 동작하도록, 스위치(S3, S4)를 오프시킬 수 있다.
여기서, 컨버팅을 수행하는 제1 벅-부스트 컨버터(221)는 제어부(240')의 제어에 따라 입력 전압 Vin의 순시값에 따라 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는 부하량에 따른 인버터의 직류 링크 전압을 가변하여 인버터의 효율을 상승시키고 더불어, 복수의 벅-부스트 컨버터의 동작 모드를 부하 및 입력 전압에 따라 각각 제어함으로써, 전부하 범위에서 모터 구동 장치의 전체 효율을 개선할 수 있다.
그리고, 모터 구동 장치는 출력 전력을 복수의 벅-부스트 컨버터로 분산하게 되므로 컨버터 회로의 안정성 및 강인성을 확보할 수 있다. 그리고, 복수의 벅-부스트 컨버터를 제어하는 제어신호를 인터리브드하면 컨버팅된 출력 전압의 맥동 성분을 줄일 수 있고, 스위칭 주파수보다 높은 출력 주파수를 얻을 수 있어, 입출력 필터 소자들의 크기를 줄일 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치를 제어할 제어신호의 상의 개수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13을 참조하면, 벅-부스트 컨버터를 하나만 이용할 때 벅-부스트 컨버터의 부하에 따른 효율(1310)과 벅-부스트 컨버터를 두개 이용할 때 벅-부스트 컨버터의 부하에 따른 효율(1320)을 함께 도시하고 있다.
그래프에 따를 때, 컨버터의 효율은 부하가 낮은 경부하 영역에서는 하나의 벅-부스트 컨버터로 입력전압을 컨버팅하는 효율(1310)보다 두 벅-부스트 컨버터를 이용하여 입력전압을 컨버팅하는 효율(1320)이 더 낮다.
그러나, 부하가 높은 중부하 영역에서는 두개의 벅-부스트 컨버터로 입력전압을 컨버팅하는 효율(1320)이 하나의 벅-부스트 컨버터를 이용하여 입력전압을 컨버팅하는 효율(1310)보다 높다.
두 곡선이 교차하는 지점에서의 부하값을 기준으로 경부하 영역에서는 두개의 벅-부스트 컨버터 중 동작을 수행할 상(phase) 수를 1로 결정하고, 중부하 영역에서는 2로 결정할 수 있다. 그리고, 결정된 동작 상수에 따라 컨버팅을 수행할 벅-부스트 컨버터의 개수를 결정하고, 나머지 벅-부스트 컨버터는 유휴 모드로 동작하도록 제어할 수 있게 된다.
이상과 같은 벅-부스트 컨버터 개수의 결정에 의해 보다 높은 전력 변환 효율로 컨버터의 컨버팅 동작을 수행할 수 있게 된다.
도 14는 본 발명의 모터 구동 장치를 제어할 제어신호의 상의 개수를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 제어부가 수신하는 모터 정보 중 하나로서, 모터의 속도를 결정할 수 있는 입력전류 i_in를 센싱한다(S1410).
센싱된 입력전류 i_in은 저역 통과 필터를 거쳐 입력전류의 시간에 대한 평균 값 i_in_avg을 구한다(S1420).
입력전류의 평균 값 i_in_avg은 기설정된 상한 HL 과 하한 LL과의 비교를 통해 두 개의 벅-부스트 컨버터 중 컨버팅 동작을 수행할 벅-부스트 컨버터의 개수를 결정할 수 있다.
구체적으로, 입력전류의 평균 값 i_in_avg를 상한 HL과 비교하여(S1430) 상한 HL보다 큰 경우(Y), 2상 구동을 유효화하는 변수 2_Phase_drive에 1을 대입한다. 그리고, 두 개의 벅-부스트 컨버터가 컨버팅 동작을 수행할 수 있도록 2상 동작 제어를 한다(S1480).
입력전류의 평균값 i_in_avg이 상한 HL보다 작은 경우(S1430: N), 입력전류의 평균값 i_in_avg을 하한 LL과 비교한다(S1450).
만약, 입력전류의 평균값 i_in_avg이 하한 LL보다 크거나 같고 상한 HL보다 작은 경우, 2상 동작을 수행하고 있었는지 여부를 판단한다(S1460). 2상 동작을 수행하고 있었는지 여부는 2_Phase_drive 변수가 1로 유효화 되어 있는지로 판단할 수 있다(S1460). 2_Phase_drive 가 1인 경우(S1460: Y), 기존의 2상 동작을 계속 수행하도록 제어하고(S1480), 2_Phase_drive 가 1이 아닌 경우(S1460: N), 기존의 1상 동작을 계속 수행하도록 제어한다(S1490).
입력전류의 평균값 i_in_avg이 하한 LL 보다 작은 경우(S1450: N), 하나의 벅-부스트 컨버터만 사용하는 단상 동작을 위해 2_Phase_drive 변수에 0을 대입하여 무효화한다(S1470). 그리고, 하나의 벅-부스트 컨버터가 컨버팅 동작을 수행할 수 있도록 1상 동작 제어를 한다(S1490).
이상과 같은 복수의 벅-부스트 컨버터를 동작시키는 동작상수의 결정에 의해 최적의 효율로 컨버팅을 수행할 수 있는 벅-부스트 컨버터의 개수를 결정할 수 있으며, 더불어, 입력전류의 평균값을 이용한 히스테리시스 제어 방식을 사용함으로써 빈번한 벅-부스트 컨버터 개수의 변화에 의해 오히려 전력 변환 효율이 떨어지는 점을 방지할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 먼저, 모터 정보를 수신한다(S1510). 센싱된 모터의 구동 속도는 모터 구동 장치의 부하를 결정하는 파라미터로서 사용하기 위하여 모터 정보로서 수신될 수 있다. 그리고, 모터 정보는 센싱한 모터 구동 속도의 아날로그 정보를 디지털 신호 정보로 변환한 것일 수 있다. 여기서 모터 정보는 복수의 벅-부스트 컨버터로 입력되는 입력 전류의 전류량, 모터가 구동하는 각속도, 모터의 위상 및 모터와 연결된 다이너모(dynamo)의 회전에 의해 생성된 전류량을 적어도 하나 포함할 수 있다.
그리고, 복수의 벅-부스트 컨버터의 동작 모드를 결정한다(S1520). 구체적으로, 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압의 크기에 따라 복수의 벅-부스트 컨버터 각각을 벅 모드, 부스트 모드 및 유휴 모드 중 어느 한 모드로 동작하도록 결정할 수 있다.
예를 들어, 복수의 벅-부스트 컨버터로 입력되는 입력 전압이 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압보다 크면, 복수의 벅-부스트 컨버터 중 적어도 하나를 벅 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
또한, 복수의 벅-부스트 컨버터로 입력 전압이 수신된 모터 정보에 대응하는 희망 직류 링크 전압보다 작으면, 복수의 벅-부스트 컨버터 중 적어도 하나를 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 여기서, 수신된 모터로부터 산출된 부하값이 기설정된 제1 임계값 이상이면, 상기 복수의 벅-부스트 컨버터 중 둘 이상을 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 즉, 수신된 모터 정보로부터 산출된 부하량에 기초하여 최적의 효율을 제공할 수 있는 벅-부스트 컨버터의 개수를 결정할 수 있다.
한편, 제어하는 단계는, 수신된 모터 정보로부터 산출된 부하값이 기설정된 제2 임계값 미만이면, 복수의 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나만 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하고, 나머지 벅-부스트 컨버터는 유휴 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 여기서 제2 임계값은 위의 제1 임계값과 같은 값일 수 있고 다른 값일 수 있다.
그리고, 단계 S1520은, 수신된 모터 정보로부터 산출된 부하값에 대응하여 복수의 벅-부스트 컨버터 중 컨버팅을 수행할 컨버터를 히스테리시스(hysteresis)하게 결정할 수 있다. 구체적으로, 기설정된 상한 값과 하한 값 사이의 범위에 해당하는 부하값에 대해서는 복수의 벅-부스트 컨버터 중 컨버팅 동작을 수행할 컨버터의 개수를 변환하지 아니하고 개수를 유지하여, 빈번한 컨버팅 동작을 수행하는 벅-부스트 컨버터의 개수 전환으로 인한 추가 손실을 방지할 수 있다.
복수의 벅-부스트 컨버터의 동작 모드가 결정되면, 다음으로, 컨버팅을 수행하는 벅-부스트 컨버터에 포함된 복수의 스위치 중 어느 한 스위치만 스위칭하도록 제어한다(S1530).
예를 들어, 기설정된 제1 임계값 이상의 직류 링크 전압이 필요한 경우에는 복수의 벅-부스트 컨버터 모두를 부스트 모드로 동작하도록 복수의 스위치를 온 시킨 상태에서 승압을 위한 스위치 하나만을 스위칭하도록 제어할 수 있다. 그리고, 승압이 필요하지만 복수의 벅-부스트 컨버터 모두 승압을 위한 컨버팅을 수행할 필요가 없는 경우, 일부의 벅-부스트 컨버터만 부스트 모드로 동작하도록 어느 한 스위치만 스위칭하도록 제어할 수 있다. 그리고, 강압이 필요한 경우, 복수의 벅-부스트 컨버터 중 어느 한 컨버터만 강압을 위한 벅 모드로 동작하도록 복수의 스위치를 오프시킨 상태에서 강압을 위한 스위치 하나만 스위칭하도록 제어할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어방법은 부하량에 따른 인버터의 직류 링크 전압을 가변하여 인버터의 효율을 상승시키고 더불어, 복수의 벅-부스트 컨버터의 동작 모드를 부하 및 입력 전압에 따라 각각 제어함으로써, 전부하 범위에서 모터 구동 장치의 전체 효율을 개선할 수 있다.
이러한 모터 구동 장치의 제어 방법은 도 1에서 모터를 이용하여 흡입한 냉매를 압축시켜 토출하는 압축기를 포함하는 공기조화기에서, 압축기의 모터를 제어하는 모터 구동 장치(50)에 이용될 수 있다. 또한, 도 12의 모터 구동 장치에 이용될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어방법은, 다양한 유형의 기록 매체에 저장되어 CPU 등에 의해 실행되는 프로그램 코드에 의해 구현될 수도 있다.
구체적으로는, 상술한 방법들을 수행하기 위한 코드는, RAM(Random Access Memory), 플레시메모리, ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electronically Erasable and Programmable ROM), 레지스터, 하드디스크, 리무버블 디스크, 메모리 카드, USB 메모리, CD-ROM 등과 같이, 단말기에서 판독 가능한 다양한 유형의 기록 매체에 저장되어 있을 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 16을 참조하면, 부하 백분율에 따른 직류 링크 전압을 가변하였을 때의 컨버터의 효율(1610)과 380V로 승압하는 부스트 제어를 사용하였을 때의 컨버터의 효율(1620)의 곡선 그래프를 함께 도시하고 있다.
도 16의 그래프에 도시된 바와 같이 직류 링크 전압을 가변하였을 때 효율이 대체로 더 높은 것을 확인할 수 있으며, 경부하 영역에서 효율을 더욱 상승시키기 위해 본 발명에 따른 벅+부스트 제어(1630) 방식을 적용할 수 있다.
그리고, 일정 부하 이상에서는 단상으로 부스트 제어를 수행하고(1640), 부하가 더 높아지면 2상의 부스트 제어(1650)를 수행하도록 하여, 모터가 고속 회전하는 중부하 영역에서 약계자 제어와 같은 복잡한 제어 방식을 적용하지 않고도, 직류 링크 전압의 승압 범위가 넓어져서 모터의 고속 제어 영역을 확보할 수 있다.
도 17은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 17을 참조하면 벅-부스트 동기 제어를 적용하였을 때 부하에 따른 효율을 나타내는 그래프(1720)와 벅+부스트 제어를 적용하였을 때 부하에 따른 효율을 나타내는 그래프(1710)을 함께 도시하고 있다.
도 17에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 벅+부스트 제어는 기존의 벅-부스트 동기 제어 방식에 비해 3~4%의 효율을 개선할 수 있고, 역률 및 THD 성능도 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 개재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (15)

  1. 교류 전원을 직류로 정류하여 입력 전압을 출력하는 정류부;
    상기 입력 전압을 컨버팅하기 위한 복수의 스위치를 포함하고, 상기 입력 전압을 강압(step-down)하는 벅 모드, 승압(step-up)하는 부스트 모드를 갖는 제1 벅-부스트 컨버터;
    상기 제1 벅-부스트 컨버터로부터 변압된 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터에 전달하는 인버터; 및
    상기 모터의 구동과 관련된 모터 정보를 수신하여, 상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압과 상기 입력 전압의 크기를 비교하여 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 상기 복수의 스위치 중 어느 하나만을 스위칭하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    시간에 따라 가변하는 상기 입력 전압의 순시값과 상기 희망 직류 링크 전압과의 크기를 비교하여,
    상기 순시값이 상기 희망 직류 링크 전압보다 크면, 상기 벅-부스트 컨버터를 벅 모드로 동작하도록 제어하고,
    상기 순시값이 상기 희망 직류 링크 전압보다 작으면, 상기 벅-부스트 컨버터를 부스트 모드로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드로 동작하도록 제어할 때, 상기 복수의 스위치 중 하나의 스위치만 스위칭하고, 나머지 스위치는 오프(off)되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터와 병렬 연결된 제2 벅 부스트 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제1 임계값 이상이면, 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터를 부스트 모드로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압이 기설정된 제2 임계값 미만이면, 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나를 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 제어하고, 다른 하나는 컨버팅 동작을 수행하지 않는 유휴(idle) 모드로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 모터 정보로부터 산출된 부하값에 대응하여 상기 제1 및 제2 벅-부스트 컨버터의 동작을 히스테리시스(hysteresis)하게 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터가 갖는 복수의 구동 속도 및 상기 복수의 구동 속도 각각에 대응되는 직류 링크 전압의 값을 갖는 룩업 테이블을 이용하여, 상기 모터의 구동 속도를 포함하는 상기 수신된 모터 정보에 따라 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 제어하여 상기 직류 링크 전압을 가변하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터는,
    상기 입력 전압을 강압하는 제1 스위치; 및
    상기 입력 전압을 승압하는 제2 스위치;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터의 벅 모드로 동작시에, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 스위치가 스위칭되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모터 정보는,
    상기 벅-부스트 컨버터로 입력되는 입력 전류의 전류량, 상기 모터가 구동하는 각속도, 상기 모터의 위상 및 상기 모터와 연결된 다이너모(dynamo)의 회전에 의해 생성된 전류량을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  11. 정류부, 제1 벅-부스트 컨버터 및 인버터를 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 정류부는,
    교류 전원을 직류로 정류하여 입력 전압을 출력하고,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터는,
    상기 입력 전압을 컨버팅하기 위한 복수의 스위치를 포함하고, 상기 입력 전압을 강압(step-down)하는 벅 모드, 승압(step-up)하는 부스트 모드를 갖고,
    상기 인버터는,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터로부터 변압된 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터에 전달하며,
    상기 제어방법은,
    상기 모터의 구동과 관련된 모터 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 모터 정보에 따른 희망 직류 링크 전압과 상기 입력 전압의 크기를 비교하여 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 상기 복수의 스위치 중 어느 하나만을 스위칭하도록 제어하는 단계;를 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    시간에 따라 가변하는 상기 입력 전압의 순시값과 상기 희망 직류 링크 전압과의 크기를 비교하여,
    상기 순시값이 상기 희망 직류 링크 전압보다 크면, 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 벅 모드로 동작하도록 제어하고,
    상기 순시값이 상기 희망 직류 링크 전압보다 작으면, 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 부스트 모드로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터를 상기 벅 모드로 동작하도록 제어할 때, 상기 복수의 스위치 중 하나의 스위치만 스위칭하고, 나머지 스위치는 오프(off)되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 모터가 갖는 복수의 구동 속도 및 상기 복수의 구동 속도 각각에 대응되는 직류 링크 전압의 값을 갖는 룩업 테이블을 이용하여, 상기 모터의 구동 속도를 포함하는 상기 수신된 모터 정보에 따라 상기 제1 벅-부스트 컨버터를 제어하여 상기 직류 링크 전압을 가변하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터는,
    상기 입력 전압을 강압하는 제1 스위치; 및
    상기 입력 전압을 승압하는 제2 스위치;를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 제1 벅-부스트 컨버터의 벅 모드로 동작시에, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 스위치가 스위칭되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 제어방법.
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