션트 저항 전류 측정 방법 궁금증

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안녕하세요. 제어쟁이입니다.

먼저 첨부하신 그림의 빨간 경로 시점만 기준으로 보면, U BOTTOM 쪽으로 전류가 흐르지 않는 것이 맞습니다.

그림처럼 U TOP이 켜지고 V BOTTOM이 켜진 active 구간에서는 전류 경로가 아래처럼 됩니다.

DC+ → U TOP → U상 권선 → V상 권선 → V BOTTOM → DC-

이 순간에는 U BOTTOM은 꺼져 있어야 합니다.
같은 U상에서 TOP과 BOTTOM이 동시에 켜지면 DC link가 쇼트되기 때문입니다.

그래서 U TOP이 실제로 ON되어 있는 빨간 경로 구간에서는 U BOTTOM 션트저항으로 U상 전류를 측정할 수 없습니다.

다만 강의자료에서 말한 “U BOTTOM PWM high 구간의 중앙에서 전류를 센싱한다”는 의미는, 저 빨간 active 경로가 흐르는 순간만을 측정한다는 뜻이 아닙니다.

Center Align PWM 한 주기 안에서 U TOP은 켜졌다가 꺼집니다.
그리고 U TOP이 꺼지는 구간에서는 모터 권선 전류가 인덕턴스 때문에 바로 0이 되지 않고 계속 흐르려고 합니다.

그때는 전류가 U BOTTOM 쪽으로 순환합니다.

DC- → U BOTTOM 션트저항 → U BOTTOM body diode 또는 MOSFET channel
→ U상 권선 → V상 권선 → V BOTTOM → DC-

즉,

U TOP ON 구간:
DC+ → U TOP → Motor → V BOTTOM → DC-
이때 U BOTTOM 션트에는 전류가 안 흐름

U TOP OFF / U BOTTOM ON 구간:
DC- → U BOTTOM 션트 → U BOTTOM → Motor → V BOTTOM → DC-
이때 U BOTTOM 션트에 전류가 흐름

여기서 다이오드로 흐르냐는 질문에 대해 말씀드리면, dead-time 동안에는 U BOTTOM의 body diode 또는 anti-parallel diode로 먼저 흐르고, U BOTTOM 게이트가 켜진 뒤에는 MOSFET channel을 통해 흐릅니다.

전류 측정 관점에서는 둘 다 U BOTTOM low-side path를 지나가는 전류입니다.
강의에서 사용하는 low-side shunt 구조에서는 이 전류가 션트저항을 지나기 때문에 U BOTTOM 션트에서 전류를 측정할 수 있습니다.

그리고 현재 코드에서 A, B, C상 전류를 하나의 인터럽트에서 한 번에 읽는 것은, 그 PWM 주기에서 정해둔 current sensing 시점의 3상 션트 전압을 읽는 구조입니다.

즉, “A, B, C를 읽는다”는 말이 항상 3상 모두에 유효 전류가 흐른다는 뜻은 아닙니다.
해당 섹터에서 실제로 전류가 흐르는 상의 션트값을 읽습니다.

감사합니다.

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안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. 구구콘님.

전류 측정과 관련된 중요한 질문을 주셨네요. 3상 인버터에서 션트 저항을 이용한 전류 측정 방식에 대한 이해는 하드웨어 설계 및 제어 알고리즘에서 매우 중요합니다.

전류 측정 방법에 대한 설명

션트 저항을 이용하여 전류를 측정하는 것은 전류가 흐르면서 션트 저항에서 발생하는 전압 강하를 측정하는 방식으로 수행됩니다.

• 유니폴라 PWM 제어: 상위 쪽에만 PWM을 걸고 하단은 계속 켜는 방식입니다. U 상의 TOP에서 V 상의 BOTTOM으로 전류가 흐른다면, V 상의 하단 스위치가 전류를 흐르게 하는 경로로 작용하게 됩니다.

• 왜 전류가 흐르지 않을까?:

  • U TOP에서 V BOTTOM으로 전류가 흐를 때, 일반적으로 V 상의 하단에서 션트 저항으로 전류가 흐르게 됩니다. 하지만 이 경우, V 상의 하단 MOSFET이 켜져 있어야 전류가 션트 저항을 통해 흐를 수 있습니다.
    
  • 유니폴라 PWM 구성에서 주의할 점은 하단 스위치가 제대로 작동하고 있어야 하는 점입니다. 예를 들어, 하단 스위치가 ON 상태여야 초록색 경로를 따라 전류가 흐르고 이때 션트 저항으로 전류가 측정됩니다.
    

• 중앙에서 측정하는 이유: Center Align PWM 구간의 중간에서 측정하는 이유는 하단 스위치가 ON 상태일 때 전류 측정을 하여 안정적인 평균값을 얻기 위함입니다. PWM의 높은 구간에서 전류가 흐르는 구간의 중앙에서 샘플링함으로써 보다 정확한 전류 값 획득이 가능합니다.

이미지에서 보시면 빨간 루트로 전류가 흐를 때 유니폴라 제어 방식에서 초록색 스위치의 역할이 중요합니다. 정확한 전류 유지와 측정을 위해 설계된 루트는 점검이 필요합니다.

더 구체적인 이해를 위해 강의 내 해당 섹션 및 다른 수강생들의 질문을 참고하시면 큰 도움이 되실 것입니다. 전동킥보드로 배우는 임베디드 실전 프로젝트에서 관련 내용을 찾아보세요.

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