KR20180085327A - 3상 모터 구동 회로 - Google Patents

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KR20180085327A
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Abstract

본 발명은 3상 모터 구동 회로에 관한 것으로, 3상 모터를 구동하는 인버터 회로, 상기 인버터 회로에 인버터 구동 전압 및 인버터 고장 검출 전압을 공급하는 전원 공급부, 및 상기 3상 모터의 구동 여부에 따라, 상기 전원 공급부에서 상기 인버터 회로에 공급하는 전압을 선택하고, 상기 인버터 회로의 지정된 노드의 전압 레벨을 상시 검출하여 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

3상 모터 구동 회로{CIRCUIT FOR DRIVING 3-PHASE MOTOR}
본 발명은 3상 모터 구동 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3상 모터를 구동하는 인버터 회로 내의 복수개의 스위치 소자에 대한 고장이나 소손 여부의 상시 판단, 및 상기 3상 모터에 인가되는 3상 전압을 상시 모니터링 할 수 있도록 하는 3상 모터 구동 회로에 관한 것이다.
일반적으로 3상 모터 구동 회로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 인버터 회로(100)를 통해 3상 모터(200)의 고정자권선에 3상 교류전압을 인가하면 이에 의하여 회전자계가 발생하고 회전자가 이 자속을 끊으면서 회전자도체에 전류가 발생한다.
상기 인버터 회로(100)는 3상 모터(200)에 공급되는 전압과 주파수를 변환시키는 전력변환장치로서, 상용전원으로부터 공급된 전압과 주파수를 부하조건에 맞도록 가변시켜 3상 모터(200)에 공급함으로써, 상기 3상 모터(200)가 요구하는 속도로 운전할 수 있도록 제어하는 속도제어장치를 의미한다.
상기 인버터 회로(100)는 복수개의 스위치 소자(예 : FET)로 구성되며, 상기 스위치 소자(예 : FET)의 반복되는 온(ON)/오프(OFF)동작에 의하여 상기 3상 모터(200)가 요구하는 조건에 맞는 전압과 주파수를 출력한다.
상기 인버터 회로(100)의 출력단은 상기 3상 모터(200)의 각 상에 연결되어 전압을 공급하게 된다.
상기 인버터 회로(100)와 3상 모터(200)는 상호간 연결되어 있어 상기 3상 모터(200)에 단락(Short)이 발생하였을 경우에 인버터 회로(100)가 파손될 위험이 있다. 또한, 상기 단락으로 인하여 상기 3상 모터(200)의 정상 구동이 불가능하게 되며, 상기 3상 모터(200)의 비정상 구동은 연결된 다른 소자에 고장을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2015-0081183호(2015.07.13. 공개, 3상 모터 단락 검출 장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 3상 모터를 구동하는 인버터 회로 내의 복수개의 스위치 소자에 대한 고장이나 소손 여부의 상시 판단, 및 상기 3상 모터에 인가되는 3상 전압을 상시 모니터링 할 수 있도록 하는 3상 모터 구동 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 3상 모터 구동 회로는, 3상 모터를 구동하는 인버터 회로; 상기 인버터 회로에 인버터 구동 전압 및 인버터 고장 검출 전압을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 3상 모터의 구동 여부에 따라, 상기 전원 공급부에서 상기 인버터 회로에 공급하는 전압을 선택하고, 상기 인버터 회로의 지정된 노드의 전압 레벨을 상시 검출하여 상태를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전원 공급부의 출력단에 상기 인버터 회로의 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 일단(U1, V1, W1)이 공통으로 접속되는 노드(N1); 및 상기 3상 모터의 각 상으로 연결되는 상기 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 타단과 로우레벨 스위치 소자(F2, F4, F6)의 일단이 공통으로 접속되는 각 노드(N2, N3, N4)의 전압 레벨을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 인버터 회로는, 3개의 하이 레벨 스위치 소자에 각기 3개의 로우 레벨 스위치 소자가 각각 직렬로 연결되도록 구성되고, 상기 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 일단(U1, V1, W1)은 상기 전원 공급부의 출력단에 연결되고 타단은 상기 3상 모터의 각 상에 연결되며, 상기 로우레벨 스위치 소자(F2, F4, F6)는 일단(U2, V2, W2)은 상기 3상 모터의 각 상에 연결되며 타단은 접지되고, 상기 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에는 저항(R1 ~ R6)이 각기 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 각 저항은, 상기 직렬 연결되는 각 저항((R1, R2), (R3, R4), (R5, R6)) 값의 합이 서로 다른 값이 되도록 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전원 공급부는, 제1,제2 FET의 스위칭에 의해 인버터 구동 전압을 상기 인버터 회로에 공급하는 제1 전원 공급부; 및 제1,제2 트랜지스터의 스위칭에 의해 인버터 고장 검출 전압을 상기 인버터 회로에 공급하는 제2 전원 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 인버터 구동 전압은 상기 인버터 회로에서 3상 모터를 구동하기 위하여 공급되는 전압이고, 상기 인버터 고장 검출 전압은 상기 3상 모터를 구동하지 않을 때 상기 인버터 회로의 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에 대한 고장이나 소손 여부를 상시 판단하기 위하여 공급되는 전압인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 3상 모터를 구동할 경우에는 상기 인버터 회로에 인버터 구동 전압이 인가되게 하고, 상기 3상 모터를 구동하지 않을 경우에는 상기 인버터 회로에 인버터 고장 검출 전압이 인가되게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 3상 모터 구동 회로의 지정된 각 노드(N1 ~ N4)에서 전압을 검출하고, 상기 검출 전압과 룩업 테이블에 저장된 전압을 비교하여 해당 검출 전압에 따라 상기 인버터 회로의 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에 대한 상태를 판단하되,상기 인버터 회로의 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에 인가되는 전압에 대하여, 정상 상태나 고장 상태에 따라 상기 각 노드(N1 ~ N4)에서 검출되는 전압은 룩업 테이블 형태로 미리 저장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 3상 모터를 구동하는 인버터 회로 내의 복수개의 스위치 소자에 대한 고장이나 소손 여부의 상시 판단, 및 상기 3상 모터에 인가되는 3상 전압을 상시 모니터링 할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 인버터 회로와 3상 모터의 연결 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 구동 회로의 개략적인 회로 구성을 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3상 모터 구동 회로의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 구동 회로의 개략적인 회로 구성을 보인 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 3상 모터 구동 회로는, 인버터 회로(100), 3상 모터(200), 전원 공급부(300), 및 제어부(400)를 포함한다.
상기 인버터 회로(100)는 상기 3상 모터(200)의 구동을 위한 3상 전원을 공급하기 위한 복수의 스위치 소자(F1 ~ F6)를 포함한다.
상기 인버터 회로(100) 내의 복수개의 스위치 소자(F1 ~　F6)가 스위칭 되어 상기 3상 모터(200)에 구동 전압을 인가한다.
예컨대 상기 복수개의 스위치 소자(F1 ~ F6)는. FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), SCR(Silicon-controlled rectifier), GTO사이리스터(Gate-Turn-Off Thyristor), 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등을 포함한다.
상기 인버터 회로(100)의 스위치 소자(F1 ~ F6)는 3개의 하이 레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)에 각기 직렬 연결된 3개의 로우 레벨 스위치 소자(F2, F4, F6)가 각각 직렬로 연결되도록 구성된다.
여기서 상기 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 일단(U1, V1, W1)은 구동 전원이 공급되는 전원 공급부(300)의 출력단에 연결되고, 타단은 상기 3상 모터(200)의 각 상에 연결된다. 상기 로우레벨 스위치 소자(F2, F4, F6)는 일단(U2, V2, W2)은 상기 3상 모터(300)의 각 상에 연결되며, 타단은 접지된다.
여기서 상기 인버터 회로(100)의 출력단은 상기 3상 모터(200)의 각 상으로 연결되는 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 타단과 로우레벨 스위치 소자(F2, F4, F6)의 일단을 의미한다.
이러한 스위치 소자(F1 ~ F6)의 연결 구성은 상기 인버터 회로(100)에서 일반적으로 적용되는 구성이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편 상기 전원 공급부(300)의 출력단에 상기 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 일단(U1, V1, W1)이 공통으로 접속되는 노드(N1), 및 상기 3상 모터(200)의 각 상으로 연결되는 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 타단과 로우레벨 스위치 소자(F2, F4, F6)의 일단이 공통으로 접속되는 각 노드(N2, N3, N4)의 전압 레벨을 제어부(400, MCU)가 검출한다.
또한 본 실시예에서 상기 인버터 회로(100)의 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에는 저항(R1 ~ R6)이 각기 병렬로 연결된다.
이에 따라 상기 스위치 소자(F1, F2)가 직렬 연결되어 있으므로, 상기 스위치 소자(F1, F2)에 각기 병렬 연결된 저항(R1, R2)도 직렬 연결이 된다. 이와 마찬가지로, 상기 스위치 소자(F3, F4)에 각기 병렬 연결된 저항(R3, R4)도 직렬 연결이 되고, 스위치 소자(F5, F6)에 각기 병렬 연결된 저항(R5, R6)도 직렬 연결이 된다.
이때 상기 각 저항(R1 ~ R6) 값은, 상기 직렬 연결되는 각 저항((R1, R2), (R3, R4), (R5, R6)) 값의 합이 서로 다른 값이 되도록 설정한다.
예컨대 상기 제1 저항(R1)이 10KΩ, 제2 저항(R2)이 10KΩ, 제3 저항(R3)이 20KΩ, 제4 저항(R4)이 10KΩ, 제5 저항(R5)이 30KΩ, 제6 저항(R6)이 10KΩ으로 설정될 경우, 서로 직렬 연결되는 제1 직렬저항((R1, R2) 값은 20KΩ, 서로 직렬 연결되는 제2 직렬저항((R3, R4) 값은 30KΩ, 및 상기 서로 직렬 연결되는 제3 직렬저항((R5, R6) 값은 40KΩ으로 각기 다른 값이 된다.
다만 상기 저항 값은 예시적으로 기재한 것이므로, 실시예에 따라서 다른 값의 저항을 적용할 수 있음에 유의한다.
상기 전원 공급부(300)는 상기 제1,제2 FET(F0, F0')의 스위칭에 의해 인버터 구동 전압(예 : BAT 전압)을 공급하는 제1 전원 공급부(301)와 상기 제1,제2 트랜지스터(TR1, TR2)의 스위칭에 의해 인버터 고장 검출 전압(예 : 5V)을 공급하는 제2 전원 공급부(302)를 포함한다.
상기 제1 전원 공급부(301)는 직렬 연결된 제1,제2 FET(F0, F0')에 의해 배터리 전압을 상기 인버터 회로(100)에 공급하고, 상기 제2 전원 공급부(302)는 직렬 연결된 제1,제2 트랜지스터(TR1, TR2)에 의해 지정된 전압(예 : 5V)을 상기 인버터 회로(100)에 공급한다.
예컨대 상기 노드(N1)를 통해서 상기 인버터 회로(100)에 인버터 구동 전압(BAT 전압, 예 : 12.5V)이나 인버터 고장 검출 전압(예 : 5V)이 공급된다.
여기서 상기 인버터 구동 전압(BAT 전압)은 상기 인버터 회로(100)에서 상기 3상 모터(200)를 구동하기 위하여 공급되는 전압이고, 상기 인버터 고장 검출 전압(예 : 5V)은 상기 3상 모터(200)를 구동하지 않을 때 상기 인버터 회로(100)의 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에 대한 고장이나 소손 여부를 상시 판단하기 위하여 공급되는 전압이다.
이때 상기 인버터 고장 검출 전압(예 : 5V)은 제1,제2 트랜지스터(TR1, TR2)의 스위칭에 의해 공급되고, 상기 인버터 구동 전압(예 : BAT 전압)은 제1,제2 FET(F0, F0')의 스위칭에 의해 공급된다. 상기 인버터 고장 검출 전압(5V)은 상기 인버터 구동 전압(BAT 전압)이 공급되지 않을 때(예 : 3상 모터를 구동하지 않을 때) 공급되게 한다.
이에 따라 상기 제어부(400)는 상기 3상 모터(200)를 구동하지 않을 때에도 상기 저항(R1 ~ R6)에 의해 분압 되는 전압(예 : 인버터 고장 검출 전압)을 상시 모니터링하며 상기 스위치 소자(F1 ~ F5)의 고장이나 소손 여부(예 : 단락)를 판단할 수 있게 된다.
예컨대 제1 스위치 소자(F1)가 고장(예 : 단락)인 경우 제1 노드(N1)는 제2 노드(N2)와 같은 전압 값이 검출되고, 제2 스위치 소자(F2)가 고장(예 : 단락)인 경우 제2 노드(N2)가 접지(GND) 레벨이 된다. 또한 상기 제1 스위치 소자(F1)가 고장(예 : 단선)인 경우 상기 제2 노드(N2)의 전압 레벨이 정상 상태인 경우보다 떨어지며, 상기 제2 스위치 소자(F2)가 고장(예 : 단선)인 경우, 정상 상태일 때의 제1 노드(N1)의 전압 레벨보다는 낮고 정상 상태일 때의 제2 노드(N2)의 전압 레벨보다는 높은 전압 레벨이 된다.
이와 마찬가지로 상기 스위치 소자(F3, F4)의 고장(예 : 단락, 단선) 여부는 제1,제3 노드(N1, N3)의 전압 레벨을 검출하여 알 수 있고, 상기 스위치 소자(F5, F6)의 고장 여부는 제1,제4 노드(N1, N4)의 전압 레벨을 검출하여 알 수 있다.
한편 상기 각 스위치 소자（F1 ~ F6)에 인가되는 전압(예 : 인버터 구동 전압, 인버터 고장 검출 전압)에 대하여 각 상태(예 : 정상 상태, 고장 상태)에 따라 상기 각 노드(N1 ~ N4)에서 검출되는 전압을 룩업 테이블 형태로 저장할 수 있다.
또한 상기 제어부(400)는 상기 룩업 테이블을 참조하여 상기 인버터 회로(100)의 각 스위치 소자（F1 ~ F6)의 고장을 상시 판단할 수 있게 된다.
예컨대 본 실시예에 따른 3상 모터 구동 회로는, 3상 모터를 구동할 경우에는 상기 인버터 회로(100)에 인버터 구동 전압(예 : BAT 전압)이 인가되고, 상기 3상 모터를 구동하지 않을 경우에는 상기 인버터 회로(100)에 인버터 고장 검출 전압(예 : 5V)이 인가되게 한다.
이에 따라 상기 제어부(400)는 상기 3상 모터 구동 회로의 지정된 각 노드(N1 ~ N4)에서 전압을 검출하고, 상기 검출 전압과 상기 룩업 테이블에 저장된 전압을 비교하여 해당 검출 전압에 따른 상태(예 : 정상 상태, 고장 상태)를 상시 판단할 수 있도록 한다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 인버터 회로 200 : 3상 모터
300 : 전원 공급부 301 : 제1 전원 공급부
302 : 제2 전원 공급부 400 : 제어부
F1 ~ F6, F0, F0' : 스위치 소자
TR1, TR2 : 트랜지스터 R1 ~ R6 : 저항

Claims (8)

  1. 3상 모터를 구동하는 인버터 회로;
    상기 인버터 회로에 인버터 구동 전압 및 인버터 고장 검출 전압을 공급하는 전원 공급부; 및
    상기 3상 모터의 구동 여부에 따라, 상기 전원 공급부에서 상기 인버터 회로에 공급하는 전압을 선택하고, 상기 인버터 회로의 지정된 노드의 전압 레벨을 상시 검출하여 상태를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 모터 구동 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전원 공급부의 출력단에 상기 인버터 회로의 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 일단(U1, V1, W1)이 공통으로 접속되는 노드(N1); 및
    상기 3상 모터의 각 상으로 연결되는 상기 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 타단과 로우레벨 스위치 소자(F2, F4, F6)의 일단이 공통으로 접속되는 각 노드(N2, N3, N4)의 전압 레벨을 검출하는 것을 특징으로 하는 3상 모터 구동 회로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 인버터 회로는,
    3개의 하이 레벨 스위치 소자에 각기 3개의 로우 레벨 스위치 소자가 각각 직렬로 연결되도록 구성되고, 상기 하이레벨 스위치 소자(F1, F3, F5)의 일단(U1, V1, W1)은 상기 전원 공급부의 출력단에 연결되고 타단은 상기 3상 모터의 각 상에 연결되며, 상기 로우레벨 스위치 소자(F2, F4, F6)는 일단(U2, V2, W2)은 상기 3상 모터의 각 상에 연결되며 타단은 접지되고, 상기 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에는 저항(R1 ~ R6)이 각기 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 3상 모터 구동 회로.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 각 저항은,
    상기 직렬 연결되는 각 저항((R1, R2), (R3, R4), (R5, R6)) 값의 합이 서로 다른 값이 되도록 구현하는 것을 특징으로 하는 3상 모터 구동 회로.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    제1,제2 FET의 스위칭에 의해 인버터 구동 전압을 상기 인버터 회로에 공급하는 제1 전원 공급부; 및
    제1,제2 트랜지스터의 스위칭에 의해 인버터 고장 검출 전압을 상기 인버터 회로에 공급하는 제2 전원 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 모터 구동 회로.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 인버터 구동 전압은 상기 인버터 회로에서 3상 모터를 구동하기 위하여 공급되는 전압이고,
    상기 인버터 고장 검출 전압은 상기 3상 모터를 구동하지 않을 때 상기 인버터 회로의 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에 대한 고장이나 소손 여부를 상시 판단하기 위하여 공급되는 전압인 것을 특징으로 하는 3상 모터 구동 회로.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 3상 모터를 구동할 경우에는 상기 인버터 회로에 인버터 구동 전압이 인가되게 하고,
    상기 3상 모터를 구동하지 않을 경우에는 상기 인버터 회로에 인버터 고장 검출 전압이 인가되게 하는 것을 특징으로 하는 3상 모터 구동 회로.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 3상 모터 구동 회로의 지정된 각 노드(N1 ~ N4)에서 전압을 검출하고, 상기 검출 전압과 룩업 테이블에 저장된 전압을 비교하여 해당 검출 전압에 따라 상기 인버터 회로의 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에 대한 상태를 판단하되,
    상기 인버터 회로의 각 스위치 소자(F1 ~ F6)에 인가되는 전압에 대하여, 정상 상태나 고장 상태에 따라 상기 각 노드(N1 ~ N4)에서 검출되는 전압은 룩업 테이블 형태로 미리 저장되는 것을 특징으로 하는 3상 모터 구동 회로.
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