KR101779698B1 - Pwm 신호의 생성 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PWM 신호의 생성 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인버터 구동용 PWM 전압 지령 신호의 생성에 있어서, 스위칭 주파수를 가변하는 효과를 나타내도록 하기 위해 유효 벡터의 위치를 변경하는 RPPWM(Random Position PWM)을 보다 간단한 방식에 의해 생성할 수 있도록 하는 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법은, 인버터 구동용 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법에 있어서, 3상의 전압 지령으로부터 지령값을 산출하여 제공하는 지령값 제공 단계; 상기 전압 지령의 주기에 대응되도록 랜덤 변수를 생성하는 랜덤 변수 생성 단계; 및 상기 지령값에 대해 상기 전압 지령의 매 주기마다 상기 랜덤 변수를 이용하여 생성된 오프셋(offset) 값을 인가함으로써 랜덤 PWM 전압 지령을 생성하는 전압 지령 생성 단계;를 포함한다.
본 발명의 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법은, 인버터 구동용 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법에 있어서, 3상의 전압 지령으로부터 지령값을 산출하여 제공하는 지령값 제공 단계; 상기 전압 지령의 주기에 대응되도록 랜덤 변수를 생성하는 랜덤 변수 생성 단계; 및 상기 지령값에 대해 상기 전압 지령의 매 주기마다 상기 랜덤 변수를 이용하여 생성된 오프셋(offset) 값을 인가함으로써 랜덤 PWM 전압 지령을 생성하는 전압 지령 생성 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 PWM 신호의 생성 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인버터 구동용 PWM 전압 지령 신호의 생성에 있어서, 스위칭 주파수를 가변하는 효과를 나타내도록 하기 위해 유효 벡터의 위치를 변경하는 RPPWM(Random Position PWM)을 보다 간단한 방식에 의해 생성할 수 있도록 하는 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.
고정된 주파수를 갖는 PWM 신호에 의해 인버터를 구동하는 경우, 전압 및 전류가 해당 스위칭 주파수의 체배 주파수에 밀집됨으로써 특정 주파수의 노이즈를 발생시키는 문제가 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 스위칭 주파수를 가변시키는 랜덤(Random) PWM 방식이 제안되었다. 그리고, 이러한 랜덤 PWM을 구현하기 위한 방식으로는 삼각파 주파수 자체를 변화시키는 방식(RFPWM, Random Frequency PWM), 유효 벡터의 위치를 변화시키는 방식(RPPWM, Random Position PWM), 랜덤 수에 해당하는 펄스를 내는 방식(RSPWM, Random Switching PWM) 등이 알려져 있다.
이 가운데, 가령 RFPWM 방식의 경우, 삼각파 주파수 자체를 랜덤하게 변화시키는 방법이다.
범용 인버터는 전류 측정을 할 때 삼각파의 피크(peak)나 0에서 샘플링을 하므로 삼각파 주파수가 바뀌면 주기마다 전류 샘플링 시점이 변동된다.
그런데, 좌표 변환 시 필요한 각 연산 과정에 있어 고정 스위칭 주파수는 삼각파의 주기가 일정하므로 각각의 계산 과정이 PWM 주기마다 계산되지 않아도 큰 문제가 없으나, RFPWM 방식과 같이 삼각파 주파수 자체가 바뀌는 경우에는 각 계산 주기가 삼각파의 주파수에 따라 매 주기마다 변동되어야 하므로 PWM 신호의 각 주기마다 연산을 새로 해야 하며, 따라서 프로그램 구현 시 고려해야 할 부분이 많아지고 연산 시간도 증가된다는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 간단한 방식에 의해 RPPWM을 구현하도록 함으로써, 상용 인버터에 폭넓게 적용 가능할 뿐만 아니라, 인버터의 전자기 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있도록 하기 위한 새로운 방안을 제안하고자 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인버터 구동용 PWM 전압 지령 신호의 생성에 있어서, 스위칭 주파수를 가변하는 효과를 나타내도록 하기 위해 유효 벡터의 위치를 변경하는 RPPWM(Random Position PWM) 신호를 보다 간단한 방식에 의해 생성할 수 있도록 하는 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인버터 구동용 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법에 있어서, 3상의 전압 지령으로부터 지령값을 산출하여 제공하는 지령값 제공 단계; 상기 전압 지령의 주기에 대응되도록 랜덤 변수를 생성하는 랜덤 변수 생성 단계; 및 상기 지령값에 대해 상기 전압 지령의 매 주기마다 상기 랜덤 변수를 이용하여 생성된 오프셋(offset) 값을 인가함으로써 랜덤 PWM 전압 지령을 생성하는 전압 지령 생성 단계;를 포함하는 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명은, 상기 랜덤 변수 생성 단계를 통해 생성된 랜덤 변수에 대해, 상기 오프셋 값과 지령값의 합이 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값 범위 내에 위치되도록 스케일링(scaling) 하는 스케일링 단계;를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 스케일링 단계는, 상기 지령값의 최대값과 상기 지령값의 제한 최대값 사이의 범위, 또는 상기 지령값의 최소값과 상기 지령값의 제한 최소값 사이의 범위에 상기 오프셋 값이 위치되도록 상기 랜덤 변수를 스케일링 하도록 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 스케일링 단계를 통해 상기 랜덤 변수를 스케일링 하기 위해 이용되는 상기 지령값의 최대값 및 최소값은 하기의 수학식을 이용하여 얻어질 수 있다.
[수학식]
본 발명은, 전압 이용률을 극대화 하기 위한 변조 방식인 MinMaxPWM 방식을 이용해 간단히 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성을 가능할 수 있도록 함으로써, 상용 인버터 등에 폭넓게 적용 가능할 수 있을 뿐만 아니라 인버터의 전자기 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있도록 한다는 등의 다양한 장점을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 랜덤 PWM 신호 생성 장치가 구비된 압축기의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호 생성 장치를 개념적으로 나타낸 설명도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호 생성 장치를 개념적으로 나타낸 설명도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 랜덤 PWM 신호 생성 장치가 구비된 압축기의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 랜덤 PWM 신호 생성 장치는, 전원부(10), 인버터부(20), 회전자 위치 및 속도 검출부(30), 비례적분 제어기(40), PWM 펄스 생성부(50), 게이트 신호 발생부(60), 랜덤 변수 발생부(70), PWM 주파수 결정부(80) 및 PWM 비교신호 발생부(90) 등을 구비함을 확인할 수 있다.
전원부(10)는 교류전원 입력 시 일정 전압을 필요한 각 구성요소들에 제공하고, 인버터부(20)는 전원부(10)로부터 전압을 인가받으며, 입력되는 제어 신호에 따라 비엘디씨 모터(BLDC Motor)를 구동한다.
회전자 위치 및 속도 검출부(30)는 비엘디씨 모터(BLDC Motor)의 회전자 위치를 검출하고 그에 따른 속도를 계산하여 출력하며, 비례적분 제어기(40)는 지령값(W*)과 검출부(30)에서 검출한 회전속도(ω)의 차에 대해 비례적분하여 PWM의 듀티(duty) 비를 조절한다.
랜덤 변수 발생부(70)는 랜덤 PWM 생성을 위한 랜덤 변수를 발생시키고, PWM 주파수 결정부(80)는 랜덤 변수 발생부(70)에서 발생하는 랜덤 변수에 의해 PWM 주파수를 결정하여 출력한다.
PWM 비교신호 발생부(90)는 비례적분기(40)와 PWM 주파수 결정부(80)에서 각각 듀티비와 PWM 주파수를 받아 PWM 주파수의 주기와 도통시간(On time)을 결정하여 출력하고, PWM 펄스 생성부(50)는 PWM 비교신호 발생부(90)에서 발생된 PWM 주파수의 주기와 도통시간을 이용하여 PWM 펄스를 생성하여 출력한다.
그리고, 게이트 신호 발생부(60)는 PWM 펄스 생성부(50)에서 생성되는 PWM 펄스에 의해 인버터부(20)의 스위칭 소자를 온 또는 오프시키기 위한 게이트 신호를 발생시킨다.
일반적인 고정 스위칭 주파수 인버터는 랜덤 변수 발생부(70) 및 PWM 주파수 결정부(80)를 구비하지 않으며, AC 교류 전원을 전원부(10)로부터 입력받아 인버터부(20)에서 필요로 하는 일정한 전압으로 만들어 공급하게 된다. 그러면 인버터부(20)의 6개 스위칭 소자가 도통되거나 차단됨으로써 생성되는 3상 전압이 모터 측으로 공급된다. 모터가 회전함에 따라 위치 및 속도 검출부(30)는 속도를 검출하며 비례 적분 제어기(40)는 지령 속도(W*)와 모터의 현재 속도(ω)를 비례 적분하여 PWM의 듀티비를 구한 후 PWM 비교 신호 발생부(90)로 공급한다.
랜덤 스위칭 주파수 인버터의 경우에는, 랜덤 변수 발생부(70)에서 랜덤 변수를 발생시키고 이에 따라 PWM 주파수 결정부(80)가 미리 선정된 최대 주파수와 최소 주파수 사이에서 PWM 스위칭 주파수의 주기(T)를 결정하며, 이를 PWM 비교 신호 발생부(90)로 출력한다.
PWM 비교 신호 발생부(90)는, 비례 적분 제어기(40)에서 제공받은 PWM의 듀티비와 PWM 주파수 결정부(80)에서 제공받은 PWM 스위칭 주파수의 주기를 비교하여 PWM 스위칭 주파수의 주기와 도통 시간을 결정한 다음, 이를 PWM 펄스 생성부(50)로 제공한다.
PWM 펄스 생성부(50)는 PWM 스위칭 주파수와 이의 주기 및 도통 시간을 이용해 인버터부(20)의 스위치 소자를 제어할 PWM 펄스를 생성하여 게이트 신호 발생부(60)로 공급하고, 게이트 신호 발생부(60)는 PWM 펄스 생성부(50)에서 공급하는 PWM 펄스를 제공받아 인버터부(20)의 스위치 소자를 도통 또는 차단시킴으로써 3상 전압을 모터 측으로 공급하도록 기능한다.
그런데, 전술한 바와 같이, 이러한 RFPWM 방식의 경우, 삼각파 주파수 자체가 바뀌기 때문에, 각 계산 주기가 삼각파의 주파수에 따라 매 주기마다 변동되어야 하므로 PWM 신호의 각 주기마다 연산을 새로 해야 하며, 따라서 프로그램의 구현 시 고려해야 할 부분이 많아지고 연산 시간도 증가하게 된다는 등의 문제점을 갖는다.
이에 본 발명에서는, 상기 PWM 펄스 생성부(50)의 구성 및 기능 개량을 통해 보다 간단하고 편리하게 랜덤 PWM 신호를 생성할 수 있도록 하기 위한 새로운 방안을 제안하고자 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 RPPWM 방식에 의해 랜덤 PWM을 구현하기 위한 방법에 관한 것으로, RPPWM을 구현하는 방법에 있어 종래 사용되던 방법과 달리 스위칭 주파수를 랜덤하게 변동하도록 구성된다. 즉, RPPWM 방식은 고정 스위칭 주파수를 사용하기 때문에 도 1과 같은 RFPWM 방식에 요구되던 삼각파 연산과 각 연산의 동기화 과정이 필요 없으며, 특히 본 발명은, 통상의 MinMaxPWM 알고리즘에 랜덤하게 생성된 보상값을 추가하는 간단한 구성만으로 새로운 RPPWM 방식을 제공할 수 있다.
먼저, 도 2를 참조하면, 시간(t) 축을 기준으로 일정한 주파수로 생성되는 삼각파(triangle wave)와 3상 전압 중 U, V상의 지령 전압 및 이들의 차에 의해 이루어지는 선간 전압(U-V) 등을 확인할 수 있다.
지령 전압이란, 전동기의 속도 정보나 전류 정보 등의 피드백 값을 이용해 인버터의 출력 전압을 제어하기 위한 전압 신호로써, 가령, 도 1을 참조하면, 전동기의 속도 정보(W*)를 이용해 비례적분 제어기(40)가 지령 전압을 출력하도록 하는 구성을 확인할 수 있다. 본 명세서에 있어 지령 전압, 전압 지령, 지령 신호 및 전압 지령 신호 등의 용어는 별도의 한정이 없는 한 동일한 의미로 사용된다.
여기서, 전동기로 인입되는 전류는 선간 전압에 의해 결정되므로, 결국 물리적인 의미를 갖는 것은 선간 전압(U-V)이다.
삼각파의 매 주기마다 선간 전압, 즉 U상 전압과 V상 전압의 차이는 동일하게 유지되지만, U, V에 더해지는 보상값인 오프셋(OFFSET) 값은 랜덤하게 달라진다. 이에 따라 선간 전압은 도 2에서와 같이 매 주기마다 펄스의 위치가 변화하게 됨을 확인할 수 있다. 다시 말해, 오프셋 값이 커지면 선간 전압 펄스는 PWM 주기의 중앙으로 모이게 되고, 작아지면 주기의 외각으로 향하게 된다.
따라서, 매 주기마다 오프셋 값을 변화시키면 각각의 삼각파 마다 선간 전압 펄스의 위치는 변동하게 되고, 결과적으로 스위칭 주파수가 변화하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 랜덤 변수를 생성한 후 상기 랜덤 변수를 오프셋 값으로 이용하면 삼각파의 매 주기마다 선간 전압 펄스의 위치를 랜덤하게 변화시킬 수 있다.
하지만, 이 경우 인가된 지령값과 오프셋 값을 합한 출력값이 지령값의 제한최대값(삼각파의 피크값)을 초과하는 상황이 발생될 수 있으며, 이때에는 지속적으로 지령값의 제한 최대값만 출력되어 랜덤 스위칭 효과가 발생하지 않을 수 있다는 문제점을 갖는다.
따라서, 지령값과 오프셋 값의 합인 출력값이 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값의 범위 사이에 위치되도록 오프셋 값을 스케일링(scaling)할 필요가 있다. 즉, 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값은 고정되어 있지만 지령값 자체는 주기 마다 변화할 수 있는 값이므로, 오프셋 값으로 이용할 랜덤 변수도 스케일링을 통해 이와 대응되도록 변화되어야, 지령값과 오프셋 값의 합으로 이루어지는 상기 출력값의 적정 범위 유지가 가능할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 최대 지령값과 삼각파의 피크점(제한 최대값) 사이의 거리, 최소 지령값과 삼각파의 밑변(제한 최소값) 사이의 거리는 매 주기마다 달라지므로, 매 주기마다 이 두 거리를 각각 계산해 주어야만 펄스의 위치가 변동할 수 있는 범위를 계산할 수 있다.
하지만, 매 주기마다 삼각파의 최대값, 최소값을 기준으로 랜덤 오프셋의 범위를 계산하는 것은 그에 대응되는 복잡한 연산 과정을 요구하기 때문에 연산 시간을 증가시키는 등의 문제를 유발하게 된다.
따라서 도 3과 같은 방법을 이용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 비례적분 제어기 등으로부터 출력되는 지령값(V* bs, V* as, V* cs)이 정해진 후(a) 이에 대해 MinMaxPWM을 수행하게 되면, 최대 지령값 및 최소 지령값의 평균값((V* bs+V* cs)/2)이 삼각파의 중앙에 위치된다(b). 상술하자면, 3상 전압 지령 중 최대 지령값인 V* max와 최소 지령값인 V* min의 절대값이 같다면, 삼각파와 비교하여 발생되는 스위칭 상태에 따른 유효 전압 벡터는 전압 변조 주기 내에 정중앙에 위치하게 되며, 이 원리를 이용하면 종래의 대칭 공간 벡터 전압 변조 방식을 보다 간편하게 구현할 수 있게 된다(「정대웅. “옵셋 전압에 의한 3상 전압형 인버터 PWM 방법의 일반적 해석.” 서울대학교 공학박사 학위논문. 2000년 2월.」참조).
즉, MinMaxPWM의 수행을 통해, 최대 지령값(V** bs)과 최소 지령값(Vcs)이 삼각파의 중앙으로부터 동일한 거리에 위치되는 조정 지령값(V** bs, V** as, V** cs)을 얻을 수 있으며, 이와 같은 조정 지령값을 이용하는 경우 보다 간편하게 전압 변조 방식의 구현이 가능함을 확인할 수 있다.
MinMaxPWM은 다음의 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다.
즉, 최대 지령값인 V* max와 최소 지령값인 V* min에 동일한 임의의 값(Vsn)을 각각 더할 경우 이들의 절대값이 같아지도록 임의의 값(Vsn)을 결정하는 경우, 이와 같이 결정된 상기 임의의 값(Vsn)이 최대 지령값과 최소 지령값의 평균값((V* max + V* min)/2)임을 상기 <수학식 1>을 통해 확인할 수 있다.
이에 따라, 최대 지령값과 최소 지령값의 평균이 삼각파의 중앙에 위치하기 때문에, 최대 지령값 및 최소 지령값은 삼각파의 중앙으로부터 같은 거리에 위치하게 되고, 따라서 이 둘 사이에는 V* max = -V* min 의 관계가 성립된다.
다시 말해, MinMaxPWM의 수행으로 인해 최대 지령값 및 최소 지령값과, 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값인 삼각파의 최대값 및 최소값 사이의 각각의 거리는 같게 된다. 따라서, 최대 지령값과 삼각파의 최대값 사이 또는 최소 지령값과 삼각파의 최소값 사이에 해당하는 변동 범위 가운데 어느 하나만 계산하여 오프셋 값을 결정한 후 이를 +/-로 변환하면, 각각 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값을 초과하지 않는 범위 내에서 랜덤하게 생성되는 출력값을 얻을 수 있다.
임의의 오프셋 값이 인가된 지령값(V*** bs, V*** as, V*** cs)으로부터 얻어진 선간 전압(V - U)이, 상기 오프셋 값의 영향으로 인해 이전의 선간 전압과 상이함(TOFF)을 도면을 통해 확인할 수 있다(c).
참고로, 도 3 및 상기 <수학식 1>에 있어서, V* as, V* bs, V* cs는 인가되는 3상의 전압 지령으로부터 산출된 지령값을 나타내며, V** as, V** bs, V** cs는 상기 3상의 지령값에 대해 MinMaxPWM을 수행하여 얻어진 조정 지령값을 나타내고, V*** as, V*** bs, V*** cs는 상기 조정 지령값에 대해 오프셋 값을 인가해서 얻어진 출력값을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호 생성 장치를 개념적으로 나타낸 설명도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호 생성 장치는 전압 지령 제공부(410), 랜덤 변수 생성부(420), 연산부(430), 스케일링부(440) 및 신호 결합부(450) 등으로 구성됨을 확인할 수 있다.
전압 지령 제공부(410)는 통상의 3상 전압 지령을 제공하는 기능을 수행하며, 랜덤 변수 생성부(420)는 전압 지령의 매 주기마다 오프셋 값으로 적용될 랜덤 변수를 생성하는 기능을 수행한다. 참고로, 랜덤 변수 생성부(420)는 전압 지령의 주기의 자연수 배수의 주기 마다 랜덤 변수를 생성하는 것도 가능하며, 이 경우, 전압 지령의 주기와 대응되는 주기에 생성된 랜덤 변수를 선택적으로 이용하도록 하는 등의 방식이 적용될 수 있을 것이다.
이때, 랜덤 변수 생성부(420)에 적용되는 랜덤 변수 생성 방식으로 중앙 제곱법(Mid-Square method), 선형 합동법(Linear congruential method)을 포함하는 통상의 어떠한 방식이 이용되더라도 무방할 수 있음은 당연하다.
연산부(430)는 전압 지령 제공부(410)로부터 공급되는 현재의 전압 지령을 이용하여 MinMaxPWM 연산을 수행한다. 그리고, 스케일링부(440)는 MinMaxPWM 연산을 통해 산출된 조정 지령값의 최대값 또는 최소값 중 어느 하나와, 이에 대응되는 삼각파의 최대값 또는 최소값 중 어느 하나로부터 설정된 범위에 의해 상기 랜덤 변수를 스케일링 함으로써 오프셋 값을 생성한다.
예를 들어 설명하자면, 랜덤 변수가 일정 범위(가령 1부터 100) 내의 숫자 형태로 생성되고, 삼각파의 3주기 동안 조정 지령값의 최대값과 삼각파의 최대값에 의해 설정되는 범위가 각각 8, 10, 15인 상황을 가정하도록 한다. 삼각파의 첫번째 주기에서 랜덤 변수가 80이라면 이에 대한 스케일링은 8 * (80/100)의 형태로 이루어질 수 있으며, 따라서 오프셋 값은 약 6이 된다.
이어서, 두번째 주기에서 랜덤 변수가 50이라면, 스케일링은 10 * (50/100)의 형태로 이루어져 오프셋 값은 5가 되고, 세번째 주기에서 랜덤 변수가 25라면 오프셋 값은 약 4가 된다.
즉, 랜덤 변수 생성부(420)를 통해 생성된 랜덤 변수는 스케일링부(440)를 통해 상기 설정된 범위 내에 위치되는 오프셋 값으로 생성되며, 다시 신호 결합부(440)를 통해 오프셋 값과 조정 지령값을 결합함으로써 랜덤 PWM 전압 지령을 생성할 수 있다.
다시 말해, 전압 지령 제공부(410)를 통해 제공되는 전압 지령에 대해 연산부(430)가 MinMaxPWM 연산을 수행하여 얻어진 조정 지령값은 각각 스케일링부(440) 및 신호 결합부(450)로 전달된다. 이후, 스케일링부(440)로 전달된 조정 지령값은 랜덤 변수 생성부(420)에 의해 생성되는 랜덤 변수의 스케일링을 위해 사용되고, 랜덤 변수의 스케일링을 통해 생성된 오프셋 값이 신호 결합부(450)에 의해 조정 지령값과 결합됨으로써, 매 주기마다 달라지는 랜덤 PWM 전압 지령 신호가 생성될 수 있다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 전압 지령 제공부(410)를 통해 제공되는 전압 지령에 대해 연산부(430)가 MinMaxPWM 연산을 수행하여 삼각파의 중앙으로부터 최대 지령값 및 최소 지령값의 거리를 동일하게 설정하면, 이러한 최대 지령값 및 최소 지령값과 삼각파의 최대값 및 최소값 사이가 유효 벡터가 인가될 수 있는 구간이 된다. 따라서, 랜덤 변수 생성부(420)를 통해 생성된 랜덤 변수가 이 구간 안에 위치되도록 스케일링부(440)가 스케일링함으로써, 스케일링의 결과 생성된 오프셋 값이 연산부(430)로부터 제공되는 조정 지령값에 인가되어 랜덤 PWM 지령 신호를 생성하게 되는 것이다.
이때, 스케일링부(440)가 오프셋 값을 생성하기 위해 MinMaxPWM 연산의 결과값 가운데 최대 지령값을 이용하는 경우에는 삼각파의 최대값을 이용하고, 반대로 최소 지령값을 이용하는 경우 삼각파의 최소값을 이용하도록 구성되는 것이 바람직할 수 있음은 당연하다.
MinMaxPWM 연산이 전술한 <수학식 1>에 의해 이루어짐은 앞서 설명한 바 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 전압 지령 신호의 생성 방법은, 지령값 제공 단계(S510), 랜덤 변수 생성 단계(S520), 스케일링 단계(S530) 및 신호 결합 단계(S540) 등을 포함하여 구성됨을 확인할 수 있다.
지령값 제공 단계(S510)는 일정 주파수를 갖는 3상의 전압 지령이 제공되는 단계이며, 랜덤 변수 생성 단계(S520)는 전압 지령의 주기에 대응되도록 랜덤 변수가 생성되어 제공되는 단계를 의미한다.
스케일링 단계(S530)는 지령값 제공 단계(S510)를 통해 제공되는 전압 지령에 대하여 MinMaxPWM 연산을 통해 조정 지령값을 산출(S532)하고, 조정 지령값의 최대 지령값 또는 최소 지령값과 삼각파의 최대값 또는 최소값의 차에 의해 형성되는 범위 내로 상기 랜덤 변수를 스케일링 하여 오프셋 값을 생성(S534)하는 과정을 포함한다.
즉, 스케일링 단계(S530)를 통해, 지령값과 오프셋 값의 결합에 의한 출력값이 지령값의 제한 최대값 및 최소값인 삼각파의 최대값 및 최소값의 범위 내에 위치될 수 있도록 랜덤 변수를 스케일링 한 오프셋 값이 생성될 수 있다.
그리고 이와 같이 생성된 오프셋 값은 신호 결합 단계(S540)를 통해, 조정 지령값과 결합됨으로써, 실시간 랜덤 PWM 전압 지령 신호를 생성할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명이, 삼각파 연산이나 각 연산 사이의 동기화 과정이 필요 없는 RPPWM 방식을 통해 랜덤 PWM을 구현하는 방법에 관한 것으로, 특히, MinMaxPWM 연산을 이용해 생성된 랜덤 오프셋 값을 추가하는 간단한 공정만으로 효율적인 랜덤 PWM 지령 신호의 생성이 가능하다는 장점을 제공함에 대해서는 전술한 바 있다.
전술한 바와 같은 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
410: 지령 전압 제공부
420: 랜덤 변수 생성부
430: 연산부
440: 스케일링부
450: 신호 결합부
420: 랜덤 변수 생성부
430: 연산부
440: 스케일링부
450: 신호 결합부
Claims (10)
- PWM 전압 지령 신호의 생성 방법에 있어서,
3상의 전압 지령으로부터 지령값을 산출하는 지령값 산출 단계;
랜덤 변수를 생성하는 랜덤 변수 생성 단계;
보상값과 상기 지령값의 합이 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값 범위 내에 위치되도록 상기 랜덤 변수를 스케일링(scaling) 하여 상기 보상값을 생성하는 스케일링 단계; 및
상기 지령값에 대해 상기 전압 지령의 매 주기마다 상기 랜덤 변수를 이용하여 생성된 상기 보상값을 인가함으로써 전압 지령을 생성하는 전압 지령 생성 단계;를 포함하는 PWM 신호의 생성 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 스케일링 단계를 통해 상기 랜덤 변수를 스케일링 하기 위해 이용되는 상기 지령값의 최대값 및 최소값은 MinMaxPWM 연산을 수행하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 PWM 신호의 생성 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 스케일링 단계는, 상기 MinMaxPWM 연산을 통해 얻어지는 지령값의 최대값 및 최소값 중 어느 하나와 이에 각각 대응되는 삼각파의 최대값 및 최소값 중 어느 하나의 합이, 각각 상기 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값을 초과하지 않도록 상기 랜덤 변수를 스케일링 하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호의 생성 방법.
- 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 랜덤 변수 생성 단계는, 상기 전압 지령의 주기에 대응되도록 상기 랜덤 변수를 생성하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호의 생성 방법.
- PWM 전압 지령 신호의 생성 장치에 있어서,
3상의 전압 지령으로부터 지령값을 산출하여 제공하는 전압 지령 제공부;
랜덤 변수를 생성하는 랜덤 변수 생성부;
상기 전압 지령 제공부로부터 공급되는 현재의 전압 지령에 대해 MinMaxPWM 연산을 수행하여 조정 지령값을 산출하는 연산부;
상기 연산부를 통해 산출된 조정 지령값의 최대값 또는 최소값 중 어느 하나와, 이에 대응되는 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값 중 어느 하나로부터 설정된 범위에 의해 상기 랜덤 변수를 스케일링 함으로써 보상값을 생성하는 스케일링부; 및
상기 지령값과 상기 보상값을 결합하여 PWM 전압 지령을 생성하는 신호 결합부;를 포함하는 PWM 신호의 생성 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 스케일링부는, 상기 MinMaxPWM 연산을 통해 얻어지는 지령값의 최대값 및 최소값 중 어느 하나와 이에 각각 대응되는 삼각파의 최대값 및 최소값 중 어느 하나의 합이, 각각 상기 지령값의 제한 최대값 및 제한 최소값을 초과하지 않도록 상기 랜덤 변수를 스케일링 하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호의 생성 장치.
- 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 랜덤 변수 생성부는, 상기 전압 지령의 주기에 대응되도록 상기 랜덤 변수를 생성하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호의 생성 장치.
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