KR0149289B1 - 역률을 개선하고 전원으로부터의 고조파 전류를 억제하는 능동 필터가 포함된 공기 조화기 - Google Patents

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히사요시 다끼이
야스히로 이께보우
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쯔지 하루오
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Abstract

공기 조화기는, 상용 전원의 출력 전압을 정류 회로 및 평활 콘덴서에서 직류로 변환한 후, 인버터에서 마이크로컴퓨터의 제어에 의해 주파수 가변으로 되는 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 공급한다. 정류 회로와 평활 콘덴서 사이에서 전력 트랜지스터의 스위칭에 의해 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터가 설치되어 있다. 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부와 마이크로컴퓨터는 각각 개별의 전원에 의해 독립적으로 동작한다. 스위칭 제어부는 마이크로컴퓨터에 대해 능동 필터가 정상인 때에는 하이 레벨의 신호를 공급하는 한편, 능동 필터가 이상인 때에는 로우 레벨의 신호를 공급한다. 또한, 스위칭 제어부로의 전력 공급이 정지한 경우, 그 정지에 의해 로우 레벨의 신호가 발생하는 회로가 설치되어 있다. 이것에 의해, 마이크로컴퓨터는 상기와 같은 전원 공급의 정지시에도 능동 필터 또는 스위칭 제어부의 이상을 판단할 수 있다.

Description

역률을 개선하고 전원으로부터의 고조파 전류를 억제하는 능동 필터가 포함된 공기 조화기
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 공기 조화기의 구성을 나타내는 블록도.
제2도는 제1도의 공기 조화기에서 마이크로컴퓨터와 스위칭 제어부의 사이에서 신호의 교환을 행하기 위한 회로의 구성을 나타내는 회로도.
제3도는 제1도의 공기 조화기에 있어서의 능동 필터 및 인버터 회로의 동작을 나타내는 파형도.
제4도는 제1도의 공기 조화기에 있어서 능동 필터의 공장시에 전동 압축기의 인가 전압을 발생하기 위한 다른 구성을 나타내는 회로도.
제5(a)도는 능동 필터의 고장 유무에 관계없이 일정하게 설정된, 전동 압축기의 운전 주파수와 인버터 회로의 출력 실효치의 관계를 나타내는 그래프.
제5(b)도는 능동 필터의 정상시와 고장시에 있어서의 전동 압축기의 운전 주파수와 전동 압축기의 인가 전압의 관계를 각각 나타내는 그래프.
제6(a)도는 능동 필터의 고장 유무에 대하여 개별로 설정된, 전동 압축기의 운전 주파수와 인버터 회로의 출력 실효치의 관계를 나타내는 그래프.
제6(b)도는 능동 필터의 정상시 및 고장시에 있어서, 전동 압축기의 운전 주파수와 전동 압축기의 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프.
제7도는 본 발명의 제2실시예에 관한 공기 조화기의 구성을 나타내는 회로도.
제8도는 제7도의 공기 조화기에 있어서의 능동 필터 또는 전동 압축기의 기동시에 있어서의 과전압 보호 회로의 동작을 나타내는 파형도.
제9도는 제7도의 공기 조화기에 있어서의 스위칭 제어부에 저역 통과 필터가 설치된 구성을 나타내는 블록도.
제10도는 저역 통과 필터에 의해 능동 필터의 출력 전압의 링잉이 둔화되는 모양을 도시한 파형도.
제11도는 스위칭 제어부에 시정수 변경부가 설치된 구성을 나타내는 회로도.
제12도는 시정수 변경부에 의해 능동 필터의 출력 전압의 링잉이 둔화되는 모양을 도시하는 파형도.
제13도는 제7도의 공기 조화기에 있어서의 다른 과전압 보호 회로의 구성을 나타내는 회로도.
제14도는 제7도의 공기 조화기에 있어서의 인버터 제어부에 의해 전동 압축기의 운전 주파수가 소정의 기간마다 다른 변화 속도로 변경되는 상태를 도시하는 그래프.
제15도는 제14도의 특성에 근거하여 변경되는 운전 주파수의 변경 전과 변경 후에 변화하는 능동 필터의 입력 전류의 변화를 나타내는 파형도.
제16도는 스위칭 주파수와 리플 전류의 관계를 도시하는 파형도.
제17도는 코일 전류와 스위칭 주파수의 관계를 나타내는 파형도.
제18도는 스위칭 제어부에 있어서의 발진기의 발진 주파수를 부하 전류에 따라 제어하는 구성을 나타내는 회로도.
제19도는 제18도의 구성에 의해 리플 전류의 증대가 억제된 상태를 나타내는 코일 전류와 리플 전류의 관계를 나타내는 그래프.
제20도는 코일 전류가 큰 때의 리플 전류의 파형을 나타내는 파형도.
제21도는 전동 압축기의 부하 전류 및 편차에 근거하여 능동 필터의 출력 전압을 상승시키는 구성을 나타내는 회로도.
제22도는 제21도의 구성에 의해 개선된 전동 압축기의 특성을 나타내는 특성도.
제23도는 본 발명의 제3실시예에 관한 공기 조화기의 구성을 나타내는 회로도.
제24도는 제23도의 공기 조화기에 있어서의 부하 검출부의 구성을 구체적으로 도시한 구성을 나타내는 회로도.
제25도는 제23도의 공기 조화기에 있어서의 부하 검출부의 구성을 구체적으로 도시한 다른 구성을 도시하는 회로도.
제26(a)도는 전동 압축기의 부하 상태와 능동 필터의 출력 전압의 관계를 도시한 그래프.
제26(b)도는 전동 압축기의 부하 상태에 따라 능동 필터의 출력 전압 설정치를 변경한 때의 부하 상태와 능동 필터의 출력 전압 관계를 도시한 그래프.
제27도는 쵸크 코일의 인덕턴스를 변경하는 구성을 나타내는 그래프.
제28도는 쵸크 코일의 인덕턴스를 변경하는 다른 구성을 나타내는 회로도.
제29도는 제27도 및 28도의 구성에 의해 쵸크 코일의 인덕턴스를 변경한 때의 전동 압축기의 부하 상태와 능동 필터의 출력 전압 관계를 나타내는 그래프.
제30도는 본 발명의 제3실시예에 관한 공기 조화기의 변형예의 구성을 나타내는 회로도.
제31도는 제30도의 공기 조화기에 있어서 변경되는 능동 필터의 승압치와 상용 전원의 출력 전압(교류 전압)의 대응을 도시하는 설명도.
제32도는 본 발명의 제4실시예에 관한 공기 조화기의 구성을 도시하는 회로도.
제33도는 제32도의 공기 조화기에 있어서의 피크 전류 검출부의 구성을 도시하는 회로도.
제34도는 제32도의 공기 조화기에 있어서의 평균 전류 검출부의 구성을 도시하는 회로도.
제35도는 제32도의 공기 조화기에 있어서의 과승압 검출부의 구성을 나타내는 회로도.
제36도는 제32도의 공기 조화기에 있어서의 능동 필터에 흐르는 전류를 도시하는 파형도.
제37도는 본 발명의 제5실시예에 관한 공기 조화기의 변형예의 구성을 도시하는 회로도.
제38도는 제37도의 공기 조화기에 있어서의 입력 전압과 입력 전류의 관계를 도시하는 파형도.
제39도는 제37도의 공기 조화기에 있어서의 전원 주파수가 변동한 경우의 능동 필터의 입력 전류와 스위칭 주파수의 관계를 나타내는 그래프.
제40도는 본 발명의 제5실시예에 관한 공기 조화기의 변형예의 구성을 도시하는 블록도.
제41도는 본 발명의 제6실시예에 관한 공기 조화기의 구성을 도시하는 회로도.
제42도는 제41도의 공기 조화기에 있어서의 다른 스위칭 제어부의 주요 부분의 구성을 나타내는 블록도.
제43도는 능동 필터의 출력 전압이 능동 필터의 기동시에 목표 전압에 도달할 때까지의 변화를 도시하는 그래프.
제44도는 제41도의 공기 조화기에 있어서의 또 다른 스위칭 제어부의 주요 부분의 구성을 도시하는 블록도.
제45도는 제44도의 스위칭 제어부의 동작에 있어서의 입력 전압과 PWM 신호의 목표치의 관계를 나타내는 파형도.
제46도는 제41도의 공기 조화기에 있어서의 또 다른 스위칭 제어부의 주요 부분의 구성을 나타내는 블록도.
제47도는 제36도의 스위칭 제어부의 동작에 있어서의 입력 전압과 PWM 신호의 관계를 나타내는 파형도.
제48도는 제41도의 공기 조화기에 있어서 다른 능동 필터를 구비한 구성을 도시한 회로도.
제49도는 종래의 공기 조화기의 구성을 도시하는 회로도.
제50도는 콘덴서 입력형의 전원 회로에 있어서의 입력 전압과 입력 전류를 나타내는 파형도.
제51도는 제49도의 공기 조화기에 있어서 스위칭 제어부의 구성을 상세히 도시하는 회로도.
제52도는 PWM 회로의 동작을 도시하는 파형도.
제53도는 종래의 공기 조화기에서 사용되는 과전압 보호 회로의 구성을 나타내는 회로도.
제54도는 종래의 공기 조화기에 사용되는 다른 과전압 보호 회로의 구성을 나타내는 도면.
제55도는 종래의 공기 조화기에 있어서 전동 압축기의 운전 주파수가 균일한 변화 속도로 변경되는 상태를 나타내는 그래프.
제56도는 제55도의 운전 주파수의 변경에 의해 운전 주파수의 변경 전과 변경 후에 변화하는 능동 필터의 입력 전류의 변화를 도시하는 파형도.
제57도는 일반적인 전동 압축기의 특성을 도시하는 특성도.
제58도는 능동 필터에 있어서의 전력 트랜지스터의 스위칭 주파수와 스위칭 손실 및 리플 전류의 관계를 도시하는 그래프.
제59도는 코일 전류와 쵸크 코일의 인덕턴스의 관계를 도시하는 그래프.
제60도는 코일 전류와 리플 전류의 관계를 도시하는 그래프.
제61도는 코일 전류가 작은 때의 리플 전류를 도시하는 파형도.
제62도는 코일 전류가 큰 때의 리플 전류를 도시하는 파형도.
제63도는 종래 100V 기종의 공기 조화기의 구성을 나타내는 회로도.
제64도는 종래 200V 기종의 공기 조화기의 구성을 나타내는 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 브릿지 정류 회로 3 : 평활 콘덴서
4 : 인버터 회로 5 : 능동 필터
6 : 전동 압축기 7 : 입력 전압 검출부
8 : 출력 전압 검출부 11 : 인버터 제어부
12 : 스위칭 제어부 13 : 인터페이스부
14 : 마이크로컴퓨터 15 : 구동 회로
91 : 쵸크 코일 43 : 전력 트랜지스터
본 발명은 부하에 따라 최적의 능력이 얻어지도록 전동 압축기의 주파수를 변화시키는 인버터 회로를 구비한 공기 조화기(空氣 調和機)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역률을 개선시키고 전원으로부터의 고조파 전류를 억제하는 능동 필터(active filter)를 포함한 공기 조화기에 관한 것이다.
[발명의 배경]
종래에는 압축기, 응축기, 증발기 등을 순착 동작시킴으로써 냉동 사이클을 실현하는 공기 조화기가 공지되어 있다. 최근의 공기 조화기는 압축기의 교류의 구동 전력을 공급하는 인버터 회로를 구비하여, 부하에 따라 인버터 회로의 출력 주파수를 제어하고 있다. 이것에 의해, 부하에 대한 최적의 공기 조화기의 운전 능력이 얻어져 공기 조화기의 쾌적함, 에너지 절약 효과 등의 향상을 도모하고 있다.
종래의 공기 조화기는, 예를 들어 제49도에 도시된 바와 같이, 교류의 상용전원(501)의 출력을 4개의 다이오드로 구성된 브릿지 정류 회로(502)에 의해 정류하고, 전류된 전압을 평활 콘덴서(503)에서 평활하여 직류로 변환하고 있으며, 콘덴서 입력형의 전원 회로로서 동작하고 있다. 이 공기 조화기는, 또한 평활 콘덴서(503)로부터의 직류를 인버터 회로(504)에서 임의의 주파수의 교류로 변환하여 부하로서의 기능을 갖는 전동 압축기(505)에 제공하고 있다.
상기 인버터 회로(504)는 3상 브릿지 회로 접속된 6개의 트랜지스터(511 내지 516)로 이루어진 3상 트랜지스터 브릿지 회로와 각 트랜지스터(511 내지 516)에 각각 개개로 병렬로 설치된 6개의 다이오드(521 내지 526)를 구비하고 있다. 상기 각 트랜지스터(511 내지 516)는 제어 단자에 각각 인버터 제어부(506)로부터의 제어 신호가 공급되어 다른 다이오드에서 온(ON)함에 의해, 전동 압축기(505)에 3상 전류 전력을 공급하고 있다. 상기 인버터 회로(504)는 출력 주파수를 부하에 따라서 제어함으로써 부하에 대한 최적의 효율로 동작한다.
상기 콘덴서 입력형의 전원 회로에서는 입력 전류는 제50도에서 도시된 바와 같이, 입력 전압이 직류 평활 전압 V0보다 높을 때에만 흐르고, 입력 전압이 직류 평활 전압 V0보다 낮을 때에는 흐르지 않게 된다. 이 때문에, 전원 회로의 역률이 작게됨과 동시에 고조파 전력이 많게 되어 전력 손실이 증대할 뿐만 아니라, 전력 모선에 고조파 전류에 의한 악영향이 미치게 되는 문제가 있었다. 또한, 상기와 같은 공기 조화기에 있어서는, 통상 전동 압축기(505)의 출력이 1 내지 2KW로 크기 때문에 평활 콘덴서(503)의 용량도 그것에 따라 크게 되었다. 그 때문에, 상기와 같은 문제가 더욱 현저하게 되었다.
이와 같은 사정을 감안하여, IEC(International Electrotechnical Commission)에서는 1996년부터 전원의 고조파 전류를 규제하려는 움직임이 있다. 따라서, 이와 같은 규제에 대해서는 어떠한 대책을 행할 필요가 있다.
고조파 전류를 억제하는 기술로서, 종래, 리액터(쵸크 코일)에 의한 수동 필터(passive filter)를 사용한 구성이 있다. 그러나, 이 구성에 의해서도 고조파 전류를 규제 이하로 억제시킬 수 없으므로 근본적인 개선에는 도달하지 못한다.
그 외에, 제49도에서 도시된 바와 같은 능동 필터(507)를 구비한 공기 조화기가, 특개평 4-26374호 공보, 특개평 5-68376호 공보 등에서 제안되어 있다. 능동필터(507)는 브릿지 정류 회로(502)와 평활용 콘덴서(503)의 사이에 쵸크 코일(531), 고속 다이오드(532) 및 전력 트랜지스터(533)를 구비하고 있다. 또한, 전력 트랜지스터(533)의 스위칭은 스위칭 제어부(508)에 의해 제어된다.
이 스위칭 제어부(508)는 다음과 같이 하여 전력 트랜지스터(533)의 스위칭을 제어하고 있다.
제51도에서 도시된 바와 같이, 우선 평활 콘덴서(503)에 발생하고 있는 직류전압이 출력 전압 검출부(541)에서, 후술하는 저항(561,562)(제53도 참조)에 의해 감압(분압)된 상태로 검출된다. 이 검출 전압과 기준 전압원(542)에서 발생한 기준 전압과의 차전압이 오차 증폭기(543)로부터 출력된다. 상기 기준 전압은, 상기 직류 전압의 규격치에 따른 값으로 설정되어 있다.
한편, 능동 필터(507)로의 입력 전압에 따른 신호전압이 브릿지 정류 회로(502)의 출력 전압에 근거하여 입력 전압 검출부(544)에 의해 발생한다. 승산기(545)에서는, 오차 증폭기(543)로부터의 차전압과 입력 검출부(544)로부터의 신호 전압이 승산된다. 이것에 의해, 승산기(545)에서는, 입력 전압과 위상이 동기되어 입력 전압 파형이 오차 증폭기(543)의 검출에 의해 보정된다. 따라서, 승산기(545)의 출력은 상기 직류 전압에 따른 성분과 입력 전압에 따른 성분을 포함하고 있으며, 능동 필터(507)에 의한 전압의 상승분에 대응하고 있다.
또한, 입력 전류는 입력 전압 검출부(546)에 의해 검출된다. 이 입력 전류는 증폭기(547)에 의해 승산기(545)의 출력과 동기하여 증폭되는 것으로 입력 전압과 동기한 파형이 된다.
증폭기(547)의 출력은 비교기(549)에 의해, 발진기(548)에서 발생한 일정 주기의 삼각파와 비교된다. 이 때, 제52도에서 도시된 바와 같이, 증폭기(547)의 출력이 삼각파보다 높을 때에 비교기(549)로부터 펄스형의 PWM(Puls Width Modulation) 신호가 출력된다. 그리고, 이 PWM 신호는 구동 회로(550)에서 증폭되어, 전력 트랜지스터(533)의 제어 전극에 공급된다. 또한, 구동 회로(505)는 기동 신호에 근거하여 출력 온/오프 회로(551)로부터 출력되는 온/오프 제어 신호에 의해 스위칭 제어 신호의 출력을 온 또는 오프한다.
상기 능동 필터(507)는 승압 쵸퍼형 능동 필터로 불리우며, 출력 전압을 쵸크 코일(531)에 축적되는 에너지에 의해 브릿지 정류 회로(502)와 평활 콘덴서(503)만에 의해 얻어지는 평활 전압보다 상승시키도록 동작하고 있다. 그 상승분은 정해진 정격치가 되도록 스위칭 제어부(508)에서 제어되어진다.
또한, 상기 능동 필터(507)는 상기 스위칭 제어부(508)로부터 출력된 스위칭 제어 신호에 의해, 전력 트랜지스터(533)와 소정의 간격(수 10KMz)으로 온/오프하여, 쵸크 코일(531)에 축적된 에너지를 서서히 평활 콘덴서(503)에 공급하고 있다. 이것에 의해, 입력 전류 파형은 입력 전압 파형과 동위상이 되고, 또한 거의 정현파로 된다. 이 결과, 입력역률이 개선됨과 함께 고조파 왜곡이 억제되어 입력 전원의 이용 효율이 향상된다.
제49도에서 도시된 바와 같은 공기 조화기에서는 일반적으로 인버터 제어부(506)와 이 스위칭 제어부(508)가 절연되어 각각 개별의 전원에 의해 구동되는 일이 많다. 이 때문에, 인버터 제어부(506)와 스위칭 제어부(508) 사이에서 신호의 교환은 포토커플러를 통해 행해진다. 또한, 스위칭 제어부(508)는 능동 필터(507)의 이상(異常)을 검출하는 기능을 갖고 있으며, 이상을 검출할 시에 검출 신호를 출력함에 의해 포토커플러를 온시켜 인버터 제어부(506)에 그 이상을 알린다.
그런데. 이와 같은 공기 조화기는 어떠한 원인에 의해 스위칭 제어부(508)로의 전력 공급이 중단되는 이상이 발생하여 스위칭 제어부(508)가 동작하지 않게 되면, 검출 신호를 출력할 수 없으므로, 인버터 제어부(506)에 그 이상을 알릴 수 없다.
이 때문에, 인버터제어부(506)가 전동 압축기(505)를 정지시킬 수 없어서 능동 필터(506)가 정지하고 있는 것에도 관계없이 전동 압축기(505)가 계속 동작하게 된다. 이 결과, 경우에 따라서는 인버터 회로(504)의 디바이스가 과전류에 의해 파괴될 우려가 있었다.
일반적으로, 공기 조화기에 사용되는 능동 필터는 비용, 크기 등의 사정에 의해 상기와 같은 승압형의 능동 필터(507)가 사용된다. 이 능동 필터(507)에서는 쵸크 코일(531) 및 전력 트랜지스터(533)에 의한 승압 동작때문에, 능동 필터(507)의 출력 전압은 반드시 입력 전압보다 높게 되고 부하와의 밸런스에 의해 쉽게 증가 또는 감소한다.
이 때문에, 능동 필터(507)의 출력 전압은 스위칭 제어부(508)에서 끊어지지 않고 피드백(feedback)되어, 일정치로 보유된다. 구체적으로는, 스위칭 제어부(508)는 출력 전압이 변동하여도 인버터 제어부(506)에 의해 요구된 설정치가 되도록, 검출된 출력 전압에 근거하여 PWM 신호의 펄스폭을 변화시킴으로써 전력 트랜지스터(533)의 스위칭을 제어한다.
상기와 같이 검출된 출력 전압은 정보로서 인버터 제어부(506)에도 제공되고 있다. 이것에 의해, 인버터 제어부(506)는 출력 전압이 설정치를 초과하고 그 설정치로부터 더욱 더 어떤 일정 전압을 초과하여 높게 되면, 전동 압축기(505)가 정지한 것으로 또는 인버터 회로(504)에 이상이 발생한 것이라고 판단하여 능동 필터(507)의 승압 동작을 강제적으로 정지시킨다. 또한, 다음에 기술하는 과전압 보호회로는 출력 전압이 소정의 보호 전압을 초과하면 능동 필터(506)의 승압 동작을 강제적으로 정지시킨다.
제53도에서 도시하는 과전압 보호 회로에서는, 출력 전압 검출부(541)의 분압회로로서 설치된 저항(561,562)에 의해 분압된 전압에 의해 능동 필터(507)의 출력 전압을 검출하고, 그 검출 전압을 비교기(563)에 의한 과전압의 판정에 사용하고 있다. 비교기(563)는 상기 검출 전압과 저항(564,565)에 의해 발생한 보호 전압을 비교하여, 검출 전압이 보호 전압보다 높은 경우에는 구동 회로(550)의 출력을 정지시킨다.
한편, 제54도에서 도시한 과전압 보호 회로에서는 저항(561,562)과는 다른 저항(566,567)에 의해 분압된 능동 필터(567)의 출력 전압을 검출 전압으로서 이용하고 있다.
그런데, 능동 필터(507)의 구동 개시시에 출력 전압을 설정치까지 높힐 때, 인버터 회로(504)의 운전 개시시 또는 운전 정지시 전동 압축기(505)가 기동 또는 정지할 때 등, 출력 전압이 어떤 일정 기간만 불안정하게 되어 순간적으로 설정치를 초과하는 일이 있다. 이 때, 인버터 회로 제어 호로(506)는 인버터 회로(504), 능동 필터(507) 등이 정상으로 동작하고 있는 것에 관게없이 이상이 발생한 것으로 판단하여, 능동 필터(507)의 승압 동작을 정지시킨다. 이 때문에 공기 조화기를 안정하게 운전할 수 없게 된다라는 불합리한 경우가 있었다.
특히, 능동 필터(507)의 승압 동작의 기동시에는, 능동 필터(507)의 승압 동작의 기동시에는 능동 필터(507)의 출력 전압의 초기 전압과 목표 전압과의 차가 크기 때문에, 스위칭 제어부(508)에 있어서의 피드백 제어 이득(gain)이 너무 크게 된다. 이 때문에, 출력 전압은 급격하게 상승되어 목표 전압을 오버슈트(overshoot)해 버린다.
능동 필터(507)의 승압 동작의 기동 후에는 전동 압축기(507)가 기동할 때 흐르는 전류때문에, 능동 필터(507)의 출력 전압이 순시에 저하된다. 이 때, 능동 필터(507)의 이 저하분을 보충하기 위해, 스위칭 제어부(508)의 피드백 제어에 의해 출력 전압을 승압한다.
그러나, 전동 압축기(505)가 기동한 후에는 전류가 정상 상태로 되기 때문에 전압도 안정하게 된다. 이것에 의해, 출력 전압은 승압한 분만큼 오버슈트에 버린다. 그 후, 출력 전압은 역으로 오버슈트한 분을 억제하는 방향으로 피드백 제어가 행해짐으로써, 너무 내려가 언더슈트(undershoot)해 버린다. 다음의 출력 전압은 피드백 제어계의 시정수로 링잉이 속행되어 안정 상태로 남아있는다.
종래의 공기 조화기에서는, 이 오버슈트하는 출력 전압에 대해 과전압 보호회로가 동작하기 때문에 능동 필터(507)가 정지하고 또한 공기 조화기의 동작이 정지한다는 불합리한 경우가 있다.
상기 오버슈트에 의한 출력 전압의 상승치는 절대 레벨로는 크지만, 약간 수십 msec의 간격으로 발생할 뿐이다. 따라서, 이 정도로는 능동 필터(507), 인버터 회로(504) 내의 스위칭 소자 및 평활 콘덴서(203)의 최대 전력을 초과하였다고는 말할 수 없으며 소자의 파괴, 수명 저하, 성능 열화의 문제는 발생하지 않는다. 그 때문에, 오버슈트때문에 공기 조화기를 정지시키지 않도록 하기 위해서는 과전압 보호 회로의 동작 레벨을 높이는 것이 고려된다.
그러나, 과전압 보호 회로의 동작 레벨이 높아지게 됨으로써, 본래 검출해야 할 이상시의 과전압을 검출할 수 없어서 소자를 과전압으로부터 보호할 수 없게 된다.
상기 과전압 보호 회로에 있어서, 검출 전압과 비교되는 보호 전압은 직류 전압 저항(564,565)에 의해 분압하여 얻어지기 때문에 출력 전압에 영향을 주지 않는다. 이와 같이, 출력 전압과 과전압 보호 회로에 있어서 기준 전압과는 독립적으로 설정된다. 이때문에, 전압 검출용의 저항(561,562) 또는 저항(564,565)의 저항치의 변동에 의해 과전압 보호 회로의 검출 마진(보호 전압-출력 전압)이 작게 되는 일이 있다.
구체적으로는, 저항(561)의 저항치가 크게 되는 쪽의 변동, 저항(562)의 저항치가 작게 되는 쪽의 변동에 의해, 분압 회로가 출력 전압을 정규의 전압보다 낮게 검출해 버린다. 이 때문에, 그 검출 전압에 근거하여 출력 전압의 제어를 행하면, 출력 전압이 정규의 전압보다 높게 된다. 또한, 저항(564)의 저항치가 큰 쪽의 변동, 저항(565)의 저항치가 작은 쪽의 변동에 의해 보호 전압이 정규의 전압보다 낮게 된다. 이 때문에 상기와 같이 검출 마진이 작게 되어 능동 필터(507)의 출력이 오버슈트한 때에, 과전압 보호 회로가 보다 쉽게 동작한다라는 불합리한 경우가 있다.
이것에 의해, 과전압 보호 회로가 빈번하게 동작하고, 공기 조화기의 연속 운전이 곤란해진다라는 문제가 발생한다. 현재에는 공기 조화기의 출하 전에 1대씩 검출 마진을 검사하고 있지만, 수율의 저하, 검사 노동력(시간) 등이 생산면에서 문제로 되고 있으며 이들의 공기 조화기의 제품 비용의 상승을 초래하는 결과가 된다.
상기 종래의 공기 조화기에서는 전동 압축기(505)의 운전 주파수를 통상 15Hzk에서 120Hz 정도까지의 범위에서 변화시켜 공기 조화 능력을 제어하고 있다. 일반적으로, 인버터용의 압축기의 사양에서는 압축기의 기동시의 안정성과 냉동 사이클의 안정성을 보조하기 위해 압축기를 기동에서부터 1분간은 60Hz로 운전하게 하고 있다. 따라서 이 사양에 근거하여 전동 압축기(505)를 운전하는 경우, 제55도에서 도시한 바와 같이, 운전 주파수가 기동 주파수인 15Hz에서 60Hz까지 직선적으로 변화하기 때문에 전동 압축기(505)의 부하 전류도 증대한다.
이 때문에, 능동 필터(507)의 출력 전압은 부하 전류의 증대에 따라서 저하하게 된다. 그 때문에, 스위칭 제어부(508)에서는 그 저하분을 보충하기 위해 능동 필터(507)의 승압치를 피드백 제어하여 출력 전압을 일정하게 하도록 하고 있다.
이와 같은 출력 전압의 변동은 상술한 바와 같이 순시에 일어나는 것은 아니고 시간적으로 길고 큰 변화가 연속한다. 이 때문에, 피드백 제어에 시간적이 지연이 발생하여, 출력 전압에 저주파의 변동이 발생한다. 이것에 수반하여 능동 필터(507)의 입력 전류의 파형도 제56도에서 도시된 바와 같이 기동시의 균일한 상태에서 큰 맥동 상태로 변화한다. 그 결과, 통상의 정격 전류 이상으로 능동 필터(507)의 입력 전류가 증대함으로써 과전류 보호 회로가 동작하여 공기 조화기의 운전이 정지된다. 그 때문에, 상기와 같은 입력 전류의 변동때문에 공기 조화기를 정지시키지 않도록 하기 위해서는 과전류 보호 회로의 동작 레벨을 높이는 것이 고려된다. 그러나, 과전류 보호 회로의 동작 레벨이 높아짐에 의해 본래 검출해야 할 이상시의 과전류를 검출할 수 없어서 소자를 과전류로부터 보호할 수 없게 된다.
종래의 공기 조화기에서는, 공기 조화의 부하의 상태에 따라서 전동 압축기(505)의 운전 주파수가 10Hz에서 120Hz(높은경우는 180Hz에도 도달한다) 정도까지 변화한다. 그러나, 능동 필터(507)에 있어서는 전동 압축기(505)의 부하 상태에 관계없이 전력 트랜지스터(533)의 온/오프가 제어되므로 출력측의 부하 변동이 너무 크게 된다.
이것에 의해, 중(重)부하시에는 능동 필터(507)의 출력 전압이 저하하여 평활콘덴서(503)의 단자 전압 즉 인버터 회로(504)로의 인가 전압이 낮게 된다. 역으로, 경(輕)부하시에는 능동 필터(507)의 출력 전압이 상승하여 인버터 회로(504)의 인가 전압이 높아진다. 특히 경부하시에는 평활 콘덴서(503) 및 인버터 회로(504)에 인가되는 전압이 최대 정격 이상으로서 이들이 파괴된다는 우려가 있었다.
무(無)부하시에는, 능동 필터(507)의 출력 전압이 경부하시 이상으로 상승해 버린다. 이 때문에, 평활 콘덴서(503) 및 인버터 회로(504)가 보다 파괴되기 쉽게 된다라는 문제가 있었다.
상기 종래의 공기 조화기에는, 다음과 같이 공기 조화 능력에 있어서 불리한 점이 있다.
통상, 인버터용의 압축기의 모터는 유도 모터가 사용된다. 유도 모터의 동작특성은 제57도에서 도시된 바와 같이, 동기 회전수 N0에서는 토크(torque)가 제로이기 때문에, 부하와 토크가 균형잡힌 회전수로 회전한다. 동기 회전수와 실제의 회전수와의 차를 편차라고 부르고 있으며, 이 편차는 모터의 회전에 크게 관여하고 있다.
부하가 크게 될 때, 부하 곡선이 T1에서 T2에서 이동하게 되어 모터에 흐르는 전류도 I1에서 I2로 증대된다. 또한 편차도 크게 되어, 전동 압축기(505)의 운전 주파수 즉 회전수가 N1에서 N2로 저하하는 결과, 공기 조화 능력이 저하해 버린다. 더구나, 모터 전류가 계속 증가하여 정격치 이상으로 된 때는 모터 전류를 감소시키도록 전동 압축기(505)의 운전 주파수의 명령치를 저하시키지만, 이 경우도 결국 공기 조화 능력이 저하해 버린다.
상기 능동 필터(507)에서는 전력 트랜지스터(533)의 스위칭 주파수 및 스위칭 손실(loss), 쵸크 코일(531)의 인덕턴스 및 리플 전류, 입력 전류 등의 사이에는 밀접한 관계가 있다. 코일 전류에 포함되는 리플전류 △I는 다음의 식으로 표현된다.
△I-α/(fsw·L) ···(1)
여기서, α:정수
fsw:전력 트랜지스터(533)의 스위칭 주파수
L:쵸크 코일(531)의 인덕턴스
따라서, 쵸크 코일(531)의 인덕턴스가 정해지면, fsw×△I는 일정한 관계가 성립한다(fsw×△I=일정치). 따라서, 제58도에서 도시된 바와 같이 스위칭 주파수 fsw를 높이면 리플 전류를 작게 할 수 있지만, 그 반면에 전력 트랜지스터(533)의 스위칭 손실이 증가한다. 그 때문에, 통상, 스위칭 주파수fsw는 전류 용량 및 쵸크 코일(531)의 용량에 근거하여 결정된다.
스위칭 주파수 fsw가 고정되면, 전원 출력의 1주기당의 스위칭 횟수가 전원 주파수에 반비례한다. 이 때문에, 전원 주파수가 낮게 되면, 쵸크 코일(531)에 흐르는 리플 전류가 크게 된다는 문제가 있었다. 예를 들어, 전원 주파수가 50Hz의 쪽이 전원 출력의 1주기당의 스위칭 횟수가 많게 되기 때문에, 리플 전류가 크게 되어 스위칭 손실도 크게 된다. 또한, 이와 같이 리플 전류가 크게 되면 전류의 피크치가 크게 되어, 이 피크 전류가 전력 트랜지스터(533)의 최대 용량에 영향을 미친다라는 문제가 있었다.
또한, 코어(core)를 사용한 코일에 흐르는 직류 전류의 레벨을 변화시키면 어떤 레벨에서부터 코일에 자기 포화가 발생하여 급격하게 인덕턴스가 저하한다. 이와 같은 특성을 일반적으로 코일의 직류 중첩 특성이라 부르고 있다. 특히, 승압용으로서 사용되는 쵸크 코일(531)은 230V 기종의 공기 조화기의 경우, 코일 전류가 최대 7 내지 8Arms로 크므로, 직류 중첩 특성을 플랫(flat)하게 하는 것은 매우 곤란하다. 실제의 직류 중첩 특성은 제59도에서 도시된 바와 같이, 코일 전류가 증대함에 따라서 인덕턴스가 저하하는 경향을 나타낸다.
상기(1) 식에 의하면, 인덕턴스가 저하하면 리플 전류가 크게 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 제60도에서 도시된 바와 같이, 코일 전류가 클수록 리플 전류가 크게 된다.
실제로는, 제61도에서 도시된 바와 같이, 코일 전류가 작게 될 때의 리플 전류 △I1은 작지만, 제62도에서 도시된 바와 같이, 코일 전류가 클 때의 리플 전류 △I2는 매우 크게 된다.
이와 같이 크게 된 리플 전류는 노이즈 필터에 의해서도 제거되지 않고 교류측의 전원 라인에 흘러 버린다. 그 결과, 잡음 단자 전압, 잡음 전력, 불요폭사(不要輻射) 등의 노이즈 레벨이 크게 되는 문제가 발생한다.
또한, 스위칭 제어부(508)에서는 증폭기(547) 등의 전원으로서 예를 들면+15V 이상의 전압을 출력하는 전원이 필요로 된다. 이 때문에,제어부(508)는 그 전원을 전용으로 구비함으로써 회로의 규모가 크게 되며 고가로 되었다.
더우기, 스위칭 제어부(508)에서는 상기와 같이, 입력 전류과 입력 전압과 위상 동기를 이루면서 정현파에 근사하도록 스위칭 제어가 행해지고 있다. 그러나, 실제로는 입력 전류가 크게 되면 왜곡 경향을 나타내어 그 영향으로 입력 전압 파형이 왜곡되어 이 왜곡에 의해 전류를 정현파에 근사시킬 수 없게 되는 문제가 있었다.
스위칭 제어부(508)는, 그 대부분이 1개의 집적 회로에 의해 구성되는 경우가 많다. 그 집적 회로가 불량한 경우, 출력 전압이 과잉하게 상승하여도 출력 전압 검출부(541)가 그것을 검출할 수 없기 때문에 출력 전압의 상승을 억제시킬 수 없다.
또한, 스위칭 제어부(508)에 있어서는, 상술의 피드백 제어로서 상기와 같은 출력 전압의 상승분을 정격치와 검출된 출력 전압의 전압차를 산출함으로써 얻어, 그 전압차가 제로로 되도록 한 PWM 신호를 출력하고 있다. 그런데, 능동 필터(507)의 기동시에는 전압차가 크고 더우기 전력 트랜지스터(533)에 스위칭 제어 신호가 출력되고 나서, 출력 전압이 변화할 때까지는 어느 정도의 시간을 요한다. 이 때문에, 큰 전압차에 근거하여 생성된 스위칭 제어 신호는 능동 필터(507)의 기동시부터 상기 시간을 경과하여 전력 트랜지스터(533)에 공급됨으로써, 정격치 이상으로 출력 전압이 상승한다라는 문제가 있었다.
또한, 부하가 가볍기 때문에 전력의 소비가 적은 경우, 스위칭 제어부(508)로부터의 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 어떤 펄스 폭보다 조금이라도 크게 하면, 출력 전압이 정격치를 초과해 버린다. 이 때문에, 어떤 펄스 폭보다 협소한 범위에서 스위칭 제어 신호를 출력하는 것이 요구된다. 그러나, 이것에 따르면, 스위칭 제어 신호의 펄스 폭의 가변 범위가 협소하게 되어, 전류 파형을 전압 파형에 근사하게 되는 것은 곤란해진다. 이 결과, 전원 전류의 고조파 성분을 억제시킬 수 없고 또한, 역류를 개선시킬 수 없다.
그리고, 능동 필터(507)의 기동시에는 상기 전압차가 가장 크게 되므로, 스위칭 제어 신호의 펄스 폭이 크게 되어 출력된다. 더우기, 입력 전압이 파고치로 될 때에 능동 필터(507)가 기동하면, 스위칭 제어 신호에 의해 결정되는 전류치가 최대로 된다. 전력 트랜지스터(533)의 최대 정격치는 이와 같은 경우에 흐르는 최대전류치에 의해 정해진다. 따라서, 상기 최대 전류치가 기동시 이외의 통상의 제어시에 있어서의 전류치보다 매우 크게 되어도 전력 트랜지스터(533)의 최대 정격치를 확보해야 한다. 그 때문에, 최대 정격치가 상당히 큰 전력 트랜지스터(533)를 사용할 필요가 있어, 이것이 공기 조화기의 비용 상승을 초래하였다.
공기 조화기에는 전원 전압이 100V인 100V 기종과, 전원 전압이 200V인 200V 기종이 있다. 100V 기종은 제63도에서 도시된 바와 같이, 평활 코일(561)을 통한 상용 전원(501)으로부터의 100V의 전압을 다이오드(571a,571b) 및 콘덴서(571c,561d)로 이루어진 배전압 정류 회로(571)에 의해 승압하여 280V의 직류 전압을 얻고 있다. 한편, 200V 기종은 제64도에서 도시된 바와 같이, 상용 전압(501)으로부터의 200V의 전압을 브릿지 정류 회로(502)에서 그대로 정류함에 의해 직류를 얻고 있다.
이 때문에, 200V 기종에서는 도시하지는 않았지만, 제49도의 공기 조화기와 동일한 능동 필터(507)를 1개를 갖고 있는 구성으로 된다. 그러나, 100V 기종에서는 2개의 콘덴서(571c,571d) 때문에 능동 필터(507)도 2개 필요로 된다. 그 때문에, 100V 기종은 200V 기종에 비해 비용면에서 불리하였다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은 기동시 등에 있어서의 안전한 운전, 이상 발생시에 있어서의 부품의 보호 등을 실현할 수 있는 공기 조화기를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 부품 공통화에 의해 구성이 간소화된 공기 조화기를 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함에 의해 전동 압축기에 인가되는 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 직류-교류 수단의 출력을 상기 전동 압축기의 부하 상태에 따라 제어하는 제어 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 제어 수단과는 다른 전원으로 동작하고, 상기 제어 수단으로부터의 명령에 근거하여 상기 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단과,
상기 능동 필터 및 상기 능동 필터 제어 수단의 양쪽 또는 어느 한쪽의 이상 또는 정지를 검출함과 동시에, 상기 능동 필터 제어 수단으로의 전력 공급이 중단된 것을 이상으로서 검출하는 이상 검출 수단을 포함하고 있다.
상기 제1공기 조화기에서는 능동 필터 및 능동 필터 제어 수단의 양쪽 또는 어느 한쪽이 이상 또는 정지한 경우, 이상 검출 수단에 의해 이상 또는 정지가 검출된다. 또한, 능동 필터 제어 수단으로의 전력 공급이 중단된 때에도 동일하게 이상 검출 수단에 의해 전력 공급의 차단이 검출된다. 이것에 의해, 제어부는 능동 필터 제어 수단이 전력 공급을 중단하여 동작하지 않게 되어도 그것을 알릴 수 있으므로 전동 압축기의 정지시킴 등의 필요한 처치를 취할 수 있다.
본 발명의 제2공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과.
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록-평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 직류-교류 변환 수단의 출력 주파수를 상기 전동 압축기의 부하 상태에 따라 제어하는 제어 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 능동 필터의 출력 전압이 소정의 과전압 판정치 이상의 과전압인 것을 검출하면 상기 능동 필터를 정지시키는 한편, 상기 직류-교류 변화나 수단의 구동 개시 또는 구동 정지시의 직후의 일정 기간 또는 상기 능동 필터의 기동 직후의 일정기간동안 출력 전압의 과전압을 검출하지 않는 과전압 방지 수단을 포함하고 있다.
상기 제2공기 조화기에서는, 능동 필터의 출력 전압의 과전압이 과전압 방지수단에 의해 상기 각 기간에서 검출되지 않는다. 이것에 의해 상기 각 기간에서 능동 필터의 출력 전압에 오버슈트가 발생하여도 과전압 방지 수단의 능동 필터를 정지시키는 일은 없다. 그 때문에, 출력 전압의 오버슈트 발생시에 있어서도 제2공기 조화기를 안정하게 운전할 수 있다. 또한, 출력 전압의 안정시에는 과전압 방지 수단에 의해 출력 전압의 과전압이 검출되면, 능동 필터가 정지하므로, 능동 필터의 출력 이상을 회피할 수 있다.
본 발명의 제3공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 직류-교류 변환 수단의 출력 주파수를 상기 전동 압축기의 부하 상태에 따라 제어하는 제어 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 능동 필터의 출력 전압이 소정의 과전압 판정치 이상의 과전압인 것을 검출하면 상기 능동 필터를 정지시키는 한편, 상기 능동 필터의 기동시 또는 상기 전동 압축기의 기동시에 과전압 판정치를 소정 기간 상승시키는 과전압 방지 수단을 포함하고 있다.
상기 제3공기 조화기에는, 과전압 판정치가 과전압 방지 수단에 의해 상기 기간에서 상승한다. 이것에 의해 상기 기간에서 발생하는 능동 필터의 출력 전압의 오버슈트는 과전압 판정치를 초과하는 일은 없다. 그 때문에, 과전압 방지 수단이 능동 필터를 정지시키는 일은 없다. 따라서, 출력 전압의 오버슈트 발생시에 있어서도 제3공기 조화기를 안전하게 운전할 수 있다. 또한, 출력 전압의 안정시에는 과전압 방지 수단에 의해 통상의 과전압 판정치에 의해 출력 전압의 과전압이 검출되면, 능동 필터가 정지되므로, 능동 필터의 출력 이상을 회피할 수 있다.
본 발명의 제3공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 능동 필터의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 수단과, 상기 출력 전압 검출 수단의 검출 수단과 소정의 기준치의 차를 출력하는 차전압 검출 수단과, 이 차전압 검출 수단의 출력을 둔화시키는 파형 둔화 수단을 갖추고 있으며, 상기 차전압 검출 수단에 의해 검출된 차에 근거하여 상기 능동 필터의 출력 전압을 일정치로 보유하도록 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단과,
상기 능동 필터의 출력 전압이 소정치 이상의 과전압인 것을 검출하면 상기 능동 필터를 정지시키는 과전압 방지 수단을 포함하고 있다.
상기 제4공기 조화기에서는, 차전압 검출 수단의 출력 파형이 파형 둔화 수단에 의해 둔화되므로, 능동 필터 또는 전동 압축기의 기동시에 있어서의 능동 필터의 출력 전압은 장상 상태에 도달할 때까지의 변동이 완화하게 된다. 그 때문에, 출력 전압의 오버슈트의 발생을 없앨 수 있으므로 과전압 방지 수단이 능동 필터를 정시키는 일은 없다. 따라서, 능동 필터 또는 전동 압축기의 기동시에 있어서도 제4공기 조화기를 안정하게 운전할 수 있다. 또한, 출력 전압의 안정시에는 제3공지 조화기와 동일하게 과전압 방지 수단에 의해 능동 필터의 출력 이상을 회피할 수 있다.
본 발명의 제5공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 직류-교류 변환 수단의 출력 주파수를 상기 전동 압축기의 부하 상태에 따라 제어함과 동시에 상기 진동 압축기의 운전 주파수의 변경시에 있어서의 변경개시 직후와 변경 종료 직전의 소정 기간동안 운전 주파수의 변화 속도를 저하시키는 제어 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터를 포함하고 있다.
상기 제5공기 조화기에서는, 전동 압축기의 기동시 등에 있어서의 운전 주파수의 변동시에, 제어 수단에 의해 운전 주파수가 변동 개시 직후와 변동 개시 종료 직전의 소정의 기간동안 변화 속도가 저하한 상태로 변화한다. 이와 같이, 운전 주파수의 변화 속도가 낮은 기간을 설정하는 것에 의해 능동 필터의 입력 전압에 큰 변동이 발생하는 것을 방지시킬 수 있다.
본 발명의 제6공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전동 압축기에 인가되는 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 전동 압축기의 부하 상태를 검출하는 검출 수단과,
상기 전동 압축기의 부하 상태에 따라 상기 능동 필터의 출력 전압을 설정하는 출력 전압 설정 수단과,
설정된 출력 전압에 근거하여 상기 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단을 포함하고 있다.
상기 제6공기 조화기에서는 전동 압축기의 부하 상태가 부하 상태 검출 수단에 의해 검출되면, 능동 필터 제어 수단에 제공되는 출력 전압의 설정치가 출력 전압 설정 수단에 의해, 부하 검출 수단의 검출치에 따라 설정된다. 그러면 능동 필터 제어 수단은 그 설정치에 근거하여 능동 필터를 제어한다.
이것에 의해, 전동 압축기의 부하가 크게 됨으로써 능동 필터의 출력 전압이 저하하여도 능동 필터 제어 수단이 그 부하에 따라 출력 전압을 상승시키면 출력 전압의 저하를 방지시킬 수 있다. 따라서, 부하의 변동에도 불구하고 출력 전압을 일정하게 제어할 수 있다.
본 발명의 제7공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전동 압축기에 인가되는 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형함과 동시에, 접지 전위가 상기 직류-교류 변환수단과 동일한 능동 필터와, 상기 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단과,
상기 직류-교류 변환 수단에 구동 전력을 공급하는 한편, 상기 능동 필터 제어 수단에도 구동 전력을 공급하도록 개별의 전원 출력을 갖는 전원 수단을 포함하고 있다.
상기 제7공기 조화기에서는, 전원 수단에 있어서, 직류-교류 변환 수단과 능동 필터의 접지 전위가 동일하므로, 능동 필터 제어 수단의 전원과 직류-교류 변환 수단의 전원을 공통화할 수 있다. 전원 수단의 전원 출력을 상기와 같이 개별로 갖는 것에 의해, 능동 필터 제어 수단과 직류-교류 변환 수단에 각각 전용의 전원을 설치할 필요가 없게 된다.
본 발명의 제8공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치됨과 동시에 쵸크 코일을 가지며, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 쵸크 코일을 통해 상기 평활 수단에 흘러 들어가는 전류량을 조정함으로써, 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 쵸크 코일에 흐르는 전류 또는 상기 교류 전압의 출력 주파수 중 적어도 어느 하나에 따라 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 변화시키는 스위칭 제어 수단을 포함하고 있다.
상기 제8공기 조화기에서는, 예를 들어, 스위칭 제어 수단의 제어에 의해 스위칭 주파수가 쵸크 코일에 흐르는 전류의 증대에 따라 상승하면, 직류 중첩 특성 때문에 쵸크 코일의 인덕턴스가 저하하여도 리플 전류의 증대를 억제시킬 수 있다. 이것은 교류 전압의 출력 주파수가 높게 된 때에 스위치 주파수가 상승하여도 동일하다.
본 발명의 제9공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단과,
상기 능동 필터의 출력 전압이 소정치 이상의 과전압인 것을 검출하는 과전압 검출 수단과,
상기 능동 필터의 출력 전압의 과전압일 때 상기 능동 필터 제어 수단으로의 전력 공급을 정지하는 전력 공급 정지 수단을 포함하고 있다.
상기 제9공기 조화기에서는, 과전압 검출 수단에 의해 능동 필터의 출력 전압이 과전압인 것으로 검출하면 전력 공급 정지 수단에 의해 능동 필터 제어 수단으로의 전력 공급이 정지된다. 이것에 의해, 능동 필터 제어 수단은 전력 공급의 정지에 의해 능동 필터의 제어를 정지시킨다. 그 때문에, 능동 필터는 출력 전압이 어떠한 원인에 의해 과전압으로 되어도 확실하게 과전압 상태로부터 개방된다.
본 발명의 제10공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 능동 필터의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 수단과,
출력 전압과 예정된 기준 전압의 차를 검출하는 오차 검출 수단과,
상기 차에 근거하여 상기 능동 필터의 출력 전압을 일정하게 보유하도록 제어하는 출력 제어 수단과,
상기 능동 필터의 기동시에 출력 전압과 기준 전압의 차를 소정치 이하로 제한하는 제어 수단을 포함하고 있다.
상기 제10공기 조화기에서는 출력 전압 검출 수단에 의해 검출된 출력 전압과 기준 전압의 차가 오차 검출 수단에 의해 검출된다. 그러면, 능동 필터의 출력 전압이 출력 제어 수단에 의해 제어되어 일정하게 보유된다. 도한, 능동 필터의 기동시에는 제한 수단에 의해 그 차가 소정치 이하로 제한된다. 이것에 의해, 출력 전압과 기준 전압의 차가 실제의 값보다 작게 되므로, 기동 개시시의 출력 전압과 출력 전압의 목표치의 차가 크기 때문에 출력 전압이 이상하게 높게 되는 것을 방지시킬 수 있다.
본 발명의 제11공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전압으로부터의 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되며, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 평활 수단에 흘러 들어가는 전류량을 조정함으로써 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 능동 필터의 입력 전압의 제로크로스 점(zerocross point)을 검출하는 제로크로스 검출 수단과,
입력 전압의 제로크로스 점에서 상기 능동 필터를 기동시키는 기동 수단을 포함하고 있다.
상기 제11공기 조화기에서는, 입력 전압의 제로크로스 점이 제로크로스 검출 수단에 의해 검출되면, 능동 필터가 기동 수단에 의해 그 제로크로스 점에서 기동된다. 입력 전압의 진폭이 제로크로스 점에서는 제로로 되므로, 스위칭 소자에 흐르는 전류는 최소로 된다. 따라서, 출력 전압의 실제값과 목표치의 차가 가장 크게 되는 능동 필터의 기동시에 스위칭 소자에 흐르는 전류가 작게 되어 스위칭 소자의 최대 전류를 적게 할 수 있다. 그 때문에, 스위칭 소자의 최대 정격을 낮게 할 수 있으며 또한 스위칭 소자의 비용 절감 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
본 발명의 제12공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전압으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하는 것에 의해 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치됨과 동시에 쵸크 코일을 가지며, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 쵸크 코일을 통해 상기 평활 수단에 흘러들어 가는 전류량을 조정함으로써, 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 쵸크 코일의 인덕턴스를 상기 능동 필터의 기동 후의 일정 기간 증대시키는 인덕턴스 변경 수단을 포함하고 있다.
상기 제12공기 조화기에서는, 쵸크 코일(31)의 인덕턴스가 인덕턴스 변경 수단에 의해, 능동 필터의 기동 후의 일정 기간 증대하므로 그 기간동안 쵸크 코일에 흐르는 전류가 적게 된다. 이것에 의해, 능동 필터의 기동시에 스위칭 소자에 흐르는 전류가 적게 되어 스위칭 소자의 최대 전류를 적게 할 수 있다. 이 때문에, 제11공기 조화기와 동일하게 스위칭 소자의 비용 절감 및 신뢰성 향상을 도모시킬 수 있다.
본 발명의 제13공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평할 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하여 전동 압축기에 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압을 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평할 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 교류 전원의 교류 전압을 검출하는 교류 전압 검출 수단과,
상기 교류 전원의 교류 전압에 따라 상기 능동 필터의 출력 전압의 승압치를 설정하는 승압치 설정 수단과,
설정된 승압치에 근거하여 상기 능동 필터의 출력 전압을 제어하는 능동 필터 제어 수단을 포함하고 있다.
상기 제13공기 조화기에서는 교류 전압이 교류 전압 검출 수단에 의해 검출되면 출력 전압의 승압치가 승압치 설정 수단에 의해 검출된 교류 전압에 따라 설정된다. 이 때, 승압치는 예를 들어 100V 기종의 공기 조화기에서는 200V 기종의 공기 조화기의 2배가 되도록 설정된다. 그러면, 능동 필터는 그 설정치에 근거하여 능동 필터 제어 수단에 의해 제어된다.
이것에 의해, 능동 필터의 출력 전압을 교류 전압에 관계없이 일정하게 할 수 있다. 그 때문에, 교류 전원의 종류가 다르더라도, 능동 필터를 공통화 할 수 있으므로 부품수를 절감시킬 수 있다.
본 발명의 제14공기 조화기는 상기 목적을 달성하기 위해,
교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과,
상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과,
상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하여 전동 압축기에 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압을 인가하는 직류-교류 변환 수단과,
상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되며, 스위칭에 의해 상기 평활 수단에 흘러 들어가는 전류량을 조정함으로써 입력 전압를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와,
상기 능동 필터의 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출 수단과,
상기 능동 필터의 입력 전류의 위상각에 따른 정현파의 근사 파형을 발생하는 파형 발생 수단과,
정현파의 근사 파형을 상기 능동 필터의 입력 전압의 위상과 동기시키는 위상 동기 수단과,
입력 전압의 위상과 동기한 정현파의 근사 파형에 근거하여 상기 스위칭 소자와 스위칭을 제어하는 제어 수단을 포함하고 있다.
상기 제14공기 조화기에서는, 파형 발생 수단에 의해 발생된 정현파의 근사파형이 실제 입력 전류의 파형을 대신하여 사용된다. 그 정현파의 근사 파형은 입력 전압 검출 수단에서 검출된 입력 전압의 위상과 동기한다. 그러면, 스위칭 소자의 스위칭이 스위칭 제어 수단에 의해 입력 전압의 위상과 동기한 정현파의 근사파형에 근거하여 제어된다.
이것에 의해, 입력 전류가 현저하게 왜곡된 때에도 정현파의 근사 파형을 사용함으로써 그 영향을 받지 않고 스위칭을 목표대로 제어할 수 있다.또한, 상기와 같은 정현파의 근사 파형의 발생은 마이크로컴퓨터 등의 연산 처리에 의해 디지탈적으로 행해지는 것이 일반적이다. 이것에 의해, 파형의 내(耐) 노이즈성을 향상시킬 수 있으므로 안정할 스위칭 제어를 실현할 수 있다.
본 발명의 이외의 목적, 특징 및 우수한 점은 이하에서 기술하는 설명으로부터 충분히 알 수 있을 것이다. 본 발명의 잇점은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
[실시예 1]
본 발명의 제1실시예에 대해서 제1 내지 3도에 근거하여 설명하면 이하와 같다.
이 실시예에 관한 공기 조화기는 제1도에서 도시된 바와 같이, 전원계로서, 브릿지 정류 회로(2), 평활 콘덴서(3), 인버터 회로(4) 및 능동 필터(5)를 구비하고 있다. 또한, 공기 조화기는 제어계로서 입력 전압 검출부(7), 출력 전압 검출부(8), 인버터 제어부(11), 스위칭 제어부(12) 및 인터페이스부(도면에서 I/F)(13)를 구비하고 있다. 또한, 인버터 제어부(11)는 마이크로컴퓨터(14) 및 구동 회로(15)로 구성되어 있다.
전원계는 상용 전원(1)의 출력을 브릿지 정류 회로(2)에서 정류하여,평활 콘덴서(3)에서 평활하여 직류 전압을 생성한다. 또한, 전원계는 그 직류 전압을 기본으로 하여 인버터 회로(4)에서 3상의 교류 전압을 발생하여 전동 압축기(6)에 공급한다.
인버터 회로(4)는 6개의 트랜지스터(21 내지 26)와 6개의 다이오드(31 내지 36)를 구비하고 있다. 트랜지스터(21,22), 트랜지스터(23,24) 및 트랜지스터(25,26)는 각각 2개의 직류를 전원 라인 간에 직렬로 접속되어 있다. 한편, 다이오드(31 내지 36)는, 트랜지스터(21 내지 26)의 개개에 병렬로 접속되어 있다. 상기 인버터 회로(4)는 마이크로컴퓨터(14)의 제어에 근거하여 트랜지스터(21 내지 26)가 스위칭하는 것에 의해 3상의 교류 전압을 출력하도록 되어 있다.
전동 압축기(6)는 트랜지스터(21,22), 트랜지스터(23,24) 및 트랜지스터(25,26)의 각각의 접속점에 접속되어 있다. 이 전동 압축기(6)는 인버터 회로로부터의 3상의 교류 전압에 의해 구동된다.
또한, 전원계에 있어서는, 브릿지 정류 회로(2)와 평활 콘덴서(3) 사이에 능동 필터(5)가 접속되어 있다. 능동 필터(5)는 쵸크 코일(41)과,, 고속 다이오드(42)와, 전력 트랜지스터(43)를 구비하고 있다. 이 실시예에서는 전력 트랜지스터로서 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 사용하고 있지만, 다른 고속 스위칭 소자를 사용할 수도 있다.
쵸크 코일(41) 및 고속 다이오드(42)는 정류측 전원 라인의 한쪽에 직렬로 설치되어 있다. 스위칭 소자로서의 전력 트랜지스터(43)는 콜렉터가 쵸크 코일(41)의 한단과 고속 다이오드(42)의 양극과의 접속점에 접속되며, 에미터는 정류측 전원 라인의 다른쪽에 접속되어 있다.
상기 능동 필터(5)는 고조파 전류의 억제 및 역률 개선을 목적으로서 설치되어 있다. 이 능동 필터(5)는 쵸크 코일(41) 및 고속 다이오드(42)를 통해 평활 콘덴서(3)에 흘러 들어가는 전류에 대해 전력 트랜지스터(43)의 스위칭에 의해 쵸크 코일(41)에 흐르는 전류를 제어한다.
제어계에 있어서, 마이크로컴퓨터(14)는 공기 조화(空調) 부하에 따라 트랜지스터(21 내지 26)의 스위칭을 제어함으로써, 인버터 회로(4)의 출력 주파수를 제어하도록 되어 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(14)는 전동 압축기(6)의 기동시와 동기하여 스위칭 제어부(12)를 동작시키도록 되어 있다.
한편, 스위칭 제어부(12)는 전력 트랜지스터(43)의 제어 전극에 공급되는 스위칭 제어 신호의 펄스폭을 제어하여, 능동 필터(5)의 출력 전압을 제어한다. 또한, 스위칭 제어부(12)는 능동 필터(5)의 출력 전압을 일정하게 하기 위해 피드백 제어를 행하도록 되어 있다.
입력 전압 검출부(7)은, 예를 들면 저항으로 이루어지는 분압 회로를 구비하여, 직류측 전원 라인 사이에 나타나는 능동 필터(5)로의 입력 전압을 분압함으로써 검출한다. 출력 전압 검출부(8)도, 동일한 분압 회로를 구비하여, 전원 라인 사이에 나타나는 능동 필터(5)로부터의 출력 전압을 분압함으로써 검출한다.
스위칭 제어부(12)는 통상 구동부(12a)와 전압 조정부(12b)와 상태검지부(12c)를 갖고 있다.
통상 구동부(12a)는 후술하는 바와 같이 마이크로컴퓨터(14)로부터 송출된 제어 신호에 근거하여, 입력 전압 검출부(7)에 의해 검출된 입력 전압에 기초하여 스위칭 제어 신호를 발생한다. 통상 구동부(12a)는 구체적으로는 브릿지 정류 회로(2)로부터의 입력 전압 파형과 동기를 취하여 쵸크 코일(41)로부터 고속 다이오드(42)를 통해 평활 콘덴서(3)에 흐르는 전류의 유량을 조정하도록 전력 트랜지스터(43)을 온/오프 제어한다. 통상 구동부(12a)의 동작에 의해 입력 전류 파형이 근사적으로 정현파가 되도록 정형된다.
전압 조정부(12b)는 출력 전압 검출부(8)에 의해 검출된 출력 전압의 변화에 따라, 전력 트랜지스터(43)의 온/오프 시간 등을 변화시켜 출력 전압을 제어한다. 이로 인해, 능동 필터(5)의 출력 전압이 마이크로컴퓨터(14)에 의해 설정된 전압값이 되도록 조정된다.
상태 검지부(12c)는 출력 전압 검출부(8)에 의해 검출된 출력 전압에 의해 능동 필터(5)에 이상이 발생하고 있는지의 여부를 검출한다. 구체적으로는, 상태 검지부(12c)는 출력 전압 검출부(8)의 검출 전압이 소정의 레벨보다 낮아지면 이상 검출 신호를 출력하고, 능동 필터(5)가 이상 상태 또는 정지 상태에 있는 것을 검출한다.
마이크로컴퓨터(14)는 이 공기 조화기의 본체에 설치된 도시하지 않은 조작부에 의해 설정된 내용에 기초하여 이 공기 조화기의 각 부의 제어를 행하도록 되어 있다. 이 마이크로컴퓨터(14)는 출력 전압 검출부(8)에 의해 검출된 출력 전압에 기초하여 구동 회로(15)에 구동 제어 신호를 출력하도록 되어 있다. 구동 회로(15)는 이 제어 신호에 기초한 타이밍에서 트랜지스터(21 내지 26)의 베이스에 제공되는 구동 신호를 발생하도록 되어 있다.
또한, 마이크로컴퓨터(14)는 상기 상태 검지부(12c)에 의해 능동 필터(5)의 이상이 검출되면, 인버터 회로(4)를 정지시킨다. 또한, 마이크로컴퓨터(14)는 출력전압 검출부(8)의 검출 전압이 소정치를 초과하고, 그 설정치로부터 더욱 어떤 일정전압치를 초과하여 상승하면, 전동 압축기(6)가 정지 또는 인버터 회로(4)에 이상이 발생했다고 판단하여 능동 필터(5)를 정지시킨다.
여기에서, 마이크로컴퓨터(14)와 스위칭 제어부(12)를 접속하는 회로에 대해 설명한다.
마이크로컴퓨터(14)와 스위칭 제어부(12)는 전기적으로 절연되어 있고, 각각 개별 전원(16,17)에 의해 독립적으로 동작한다. 또한, 마이크로컴퓨터(14)와 스위칭 제어부(12)는 인터페이스부(13)를 광학적으로 신호를 교환하고 있다.
제2도에 도시한 바와 같이, 인터페이스부(13)는 포토커플러(13a,13b)로 구성되어 있다. 포토커플로(13a)는 광학 다이오드(18)와 포토트랜지스터(19)로 이루어지고, 포토커플러(13b)는 광학 다이오드(45)와 포토트랜지스터(46)로 이루어져 있다. 또한, 포토커플러(13a)와 상태 검지부(12c)로 이상 검출 수단이 구성되어 있다.
광학 다이오드(18)는 애노드가 전원(17)에 접속되는 한편, 캐소드가 상태 검지부(12c)에 접속되어 있다. 또한, 포토트랜지스터(19)는 콜렉터가 전원(16) 및 마이크로컴퓨터(14)의 이상 검출 포트(이하, 단순히 포트라 함) S에 접속되어 있다.
한편, 발광 다이오드(45)는 애노드가 전원(16)에 접속됨과 동시에 캐소드에 트랜지스터(47)을 통해 마이크로컴퓨터(14)의 제어 신호 송출 포트(이하, 단순히 포트라 함) T에 접속되어 있다. 또한, 포토트랜지스터(26)는 콜렉터가 전원(17)에 접속됨과 동시에 트랜지스터(48)를 통해 통상 구동부(12a)에 접속되어 있다.
상기 회로에서는 스위칭 제어부(12)가 전원(17)으로부터의 전력 공급에 의해 정상적으로 동작하고 있는 상태에서, 항상 포토커플러(13a)가 온하고 있다. 이로 인해, 마이크로컴퓨터(14)에는 포트 S에 항상 로우 레벨의 신호가 입력된다.
마이크로컴퓨터(14)는 포트 S에 로우 레벨의 신호가 입력되면, 능동 필터(5) 및 스위칭 제어부(12)가 정상이라고 판단하여, 포트 T로부터 하이 레벨의 온 신호를 송신한다. 그러면, 이 온 신호에 의해 포토커플러(13b)가 온하여, 통상 구동부(12a)에 전원(17)로부터 전력이 공급된다. 이로인해, 통상 구동부(12a)는 동작이 가능해진다.
한편, 스위칭 제어부(12)로의 전력 공급이 중단되는 등의 이상이 발생하면, 포토커플러(13a)가 오프한다. 이로인해, 마이크로컴퓨터(14)에는 포트 S에 하이 레벨의 신호가 입력된다. 또한, 스위칭 제어부(12)가 정상이어도, 상태 검지부(12c)에 의해 능동 필터(5)의 이상이 검출되면, 포토 커플러(13a)가 오프하여 포트S에 하이 레벨의 신호가 입력된다.
마이크로컴퓨터(14)는 포트 S에 하이 레벨의 신호가 입력되면, 능동 필터(5) 및 스위칭 제어부(12)의 양쪽 또는 어느 한쪽에 이상이 있다고 판단하여, 포트 T로부터 로우 레벨의 오프 신호를 송신한다. 그러면, 이 오프 신호에 의해 포토커플러(13b)가 오프하여, 통상 구동부(12a)에 전원(17)로부터 전력이 공급되지 않는다.
이로 인해, 통상 구동부(12a)는 동작이 불가능하게 된다.
상기 이 공기 조화기에서는 조작부의 개시 버튼이 눌러지면, 마이크로컴퓨터(14)의 포트 T로부터 하이 레벨의 온 신호가 송출되어 포토커플러(13b)가 온하여 스위칭 제어부(12)에 전력이 공급된다. 이로 인해, 제3도에 도시한 바와 같이, 능동 필터(5)의 구동이 개시되고, 이때부터 일정 시간을 두고 인버터 회로(4)의 구동이 개시된다.
전원계에 있어서, 상용 전원(1)로부터의 교류 전압은 브릿지 정류 회로(2)에 의해 전파(全波) 정류되어 능동 필터(5)에 입력된다. 스위칭 제어부(12)는 능동 필터(5)의 출력 전압이 설정치가 되도록, 마이크로컴퓨터(14)로부터의 제어 신호에 따라 전력 트랜지스터(43)를 온/오프시킨다.
전력 트랜지스터(43)는 쵸크 코일(41)에 흐르는 전류가 소정치가 되면 오프하므로, 전력이 쵸크 코일(41)에 축적된다. 한편, 전력 트랜지스터(43)는 콜렉터-에미터 사이에 흐르는 전류가 소정치보다 높아졌을 때에 온하므로, 쵸크 코일(41)에 출적된 전력이 방출된다.
이로인해, 입력 전류 파형이 입력 전압 파형과 동위상의 정현파가 되고, 능동 필터(5)로부터의 출력 전압이 설정치까지 상승된다. 승압 후의 출력 전압은 평활 콘덴서(3)에서 평활되어 인버터 회로(4)에 공급된다. 이 결과, 고조파 전류의 발생을 억제시킬 수 있음과 동시에, 역률을 향상시킬 수 있어, 전원 이용 효율이 향상된다.
한편, 인버터 회로(4)의 구동이 개시될 때, 마이크로컴퓨터(14)로부터 구동회로(15)에 구동 제어 신호가 출력된다. 그러면, 구동 회로(15)는 6개의 트랜지스터(21 내지 26)를 스위칭한다. 이로 인해, 능동 필터(5)의 출력 전압이 쵸핑된다. 전동 압축기(6)는 그 쵸핑된 전압이 PWM 파형으로 인가됨으로써 구동된다. 이와 같이, 전동 압축기(6)가 구동되면 이 공기 조화기의 운전이 개시된다.
이 공기 조화기의 운전시, 스위칭 제어부(12)는 출력 전압 검출부(8)에 의해 능동 필터(5)의 출력 전압을 항시 검출하고 있다. 스위칭 제어부(12)는 출력 전압이 변화하면, 그 변화에 따라 전력 트랜지스터(43)의 온/오프 시간을 변화시켜 출력 전압을 조정한다.
또한, 포토커플러(13a)가 상태 검지부(12c)에 의해 항상 온하고 있고, 이로 인해 마이크로컴퓨터(14)의 포트 S에 로우 레벨의 신호가 입력되어 있다. 마이크로컴퓨터(14)는 그 신호에 능동 필터(5) 또는 스위칭 제어부(12)가 정상이라고 판단하여, 이 공기 조화기의 통상 운전을 유지시킨다.
여기에서, 전력 공급이 중단되는 등에 의해 능동 필터(5) 또는 스위칭 제어부(12)에 이상이 발생하면, 인터페이스부(13)에서는 포토커플러(13a,13b)가 오프한다. 이 때문에, 능동 필터(5)가 구동되지 않게 되고, 전동 압축기(6)으로의 인가전압이 부족하게 된다. 그러므로, 전동 압축기(6)는 로크하려는 경향이 있어서 정지할 염려도 있다.
이것에 대해서는 포토커플러(13a)가 오프함으로써, 포트 S에 하이 레벨의 신호가 입력된다. 그러면, 마이크로컴퓨터(14)는 능동 필터(5) 또는 스위칭 제어부(12)이상이 있다고 판단하여, 바로 인버터 회로(4)를 정지시킨다.
또, 능동 필터(5)의 이상에 따른 전동 압축기(6)로의 인가 전압의 부족은 후술하는 다른 구성에 의해서도 해소할 수 있다.
또한, 마이크로컴퓨터(14)에서는 출력 전압 검출부(8)에 의한 능동 필터(5)의 출력 전압을 항시 검출하고 있다. 예를 들어, 전동 압축기(6)가 정지하거나 또는 인버터 회로(4)에 이상이 발생하면, 출력 전압은 설정치를 초과하고, 더욱 과전압 검출치(제3도에 도시)를 초과하여 상승한다. 그러면, 마이크로컴퓨터(14)의 포트 T로부터 로우 레벨의 오프 신호가 송출되고, 이로 인해 포토커플러(13b)가 오프한다. 포토커플러(13b)가 오프하면, 통상구동부(12a)에 출력이 공급되지 않게 되므로, 능동 필터(5)가 정지한다.
또, 이상 발생 등에 의해 능동 필터(5) 또는 인버터 회로(4)가 정지했을 때에는 이 공기 조화기의 실내기측에 설치된 LED, 부저 등에 의해 사용자에게 그것이 통지된다. 또한, 조작부에 있어서 정지 버튼이 눌러지거나 타이머에 의해 이 공기 조화기의 운전이 자동적으로 정지하는 경우, 인버터 회로(4)의 구동이 정지된다. 그러면, 그 구동 정지로부터 일정 시간 경과하면 능동 필터(5)의 구동도 정지되고, 이로인해 이 공기 조화기의 운전이 종료된다.
이와 같이, 마이크로컴퓨터(14) 및 스위칭 제어부(12)는 포토커플러(13a,13b)로 이루어지는 인터페이스부(13)을 통해 신호를 교환한다. 이로인해, 능동 필터(5) 또는 스위칭 제어부(12)의 이상시에는 포트 S에 하이 레벨의 신호가 입력됨으로써 마이크로컴퓨터(14)에 이상의 발생이 통지된다. 그 때문에, 이상이 발생하고 있는데도 불구하고, 마이크로컴퓨터(14)가 능동 필터(5)를 동작시키는 것과 같은 신호를 출력하는 일은 없다.
또한, 마이크로컴퓨터(14)는 능동 필터(5) 또는 스위칭 제어부(12)의 이상 상태 또는 정지 상태를 검출하면 인버터 회로(4)를 정지시킨다. 이로인해, 인가 전압의 부족에 의해 전동 압축기(6)가 록크하는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 능동 필터(5)의 출력 전압이 과전압 검출치를 초과하여 승압된 때에는 인버터 회로(4)가 이상 상태 또는 정지 상태에 있다고 하는 마이크로컴퓨터(14)의 판단에 기초하여 능동 필터(5)가 정지한다. 이로 인해, 과승압에 의한 평활 콘덴서(3) 및 인버터(4)의 파괴를 방지할 수 있어 2차 고장의 발생이 회피된다.
그런데, 능동 필터(5)의 구동 개시시에는 입력 전압에 대해 출력 전압을 승압시킨다. 이 때, 출력 전압 검출부(8)를 통한 피드백 시간 지연에 대해, 제3도에 도시한 바와 같이, 출력 전압이 한순간 과전압 검출치를 초과하여 과승압되는 경우가 있다. 또한, 인버터 회로(4)의 구동 개시시 및 구동 정지시에 있어서도 출력 전압이 불안정하게 되기 때문에, 마찬가지로 과승압되는 경우가 있다. 이 경우, 마이크로컴퓨터(14)는 각 부가 정상으로 구동되고 있음에도 불구하고 과전압 보호 기능에 의해 이상 상태라고 판단하여 능동 필터(5)를 정지시킨다.
그래서, 마이크로컴퓨터(14)에는, 제3도에 도시한 바와 같이, 인버터 회로(4)의 운전 개시 직후 또는 운전 정지 직후, 또는 능동 필터(5)의 구동 개시 직후에 이상 상태의 검출을 행하지 않는 이상 불검출 기간 t가 설정되어 있다. 이로인해 마이크로컴퓨터(14)는 이상 불검출 기간 t동안에 포트 S에 하이 레벨의 신호가 입력되어도, 능동 필터(5) 또는 인버터 회로(4)를 정지시키지 않는다. 그 때문에, 정상 운전중에도 불구하고, 잘못하여 능동 필터(5) 및 인버터(4)가 정지하는 일이 없어지고, 이 공기 조화기를 안정하게 운전할수 있다.
또, 상태 검지부(12c)는 이 실시예에서는 스위칭 제어부(12)에 설치되어 있지만, 이것에 한정되지 않고 마이크로컴퓨터(14) 또는 스위칭 제어부(12)와 다른 전원에 의해 동작하도록 되어 있어도 좋다. 또한, 마이크로컴퓨터(14)가 상태 검지부(12c)의 상태를 갖고, 능동 필터(5) 또는 스위칭 제어부(12)의 상태를 직접 검출하도록 해도 좋다.
여기에서, 전동 압축기(6)의 전압 부족을 해소하기 위한 다른 구성에 대해 설명한다.
제4도에 도시한 바와 같이, 이 구성은 능동 필터(5)의 고장을 검출하는 고장검출부(51)와, 패턴 변경부(52)를 갖고 있다.
고장 검출부(51)는, 예를 들면 전동 압축기(6)의 부하 상태를 검출함으로써 능동 필터(5)의 고장을 검출하는 회로로서, 출력 전압 검출부(8) 또는 부하 전류를 검출하는 회로이어도 좋다. 출력 전압 검출부(8)를 고장 검출부(51)로서 이용하는 경우는 출력 전압의 저하로부터 전동 압축기(6)의 정지가 검출된다.
패턴 변경부(52)는 인버터 제어부(11)로부터 인버터 회로(4)에 제공되는 구동 신호 전압과 운전 주파수와의 관계가 패턴화된 V/F 패턴 테이블을 변경한다.
통상, 인버터 회로(4)의 출력 전압의 실효치와 운전 주파수와의 관계는 능동필터(5)가 동작하는 것을 전제로 하고 있으므로, 제5(a)도에 도시한 바와 같이, V/F 패턴에 의해 결정된다. 그런데, 능동 필터(5)의 고장시에는 능동 필터(5)에 의한 승압 동작이 불가능하게 되므로, 제5(b)도에 도시한 바와 같이, 실제로 전동 압축기(6)에 인가되는 전압이 저하한다.
이것에 대해, 패턴 변경부(52)는 능동 필터(5)의 고장시에 제6(a)도에 도시한 바와 같이(능동 필터 오프의 직선) V/F 패턴을 변경한다. 이로 인해, 능동 필터(5)의 고장시에는 능동 필터(5)의 출력 전압이 동작시보다도 높아지고, 전동 압축기(6)의 운전 주파수에 대한 인버터 회로(4)의 출력 전압의 실효치는 능동 필터(5)의 통상 동작시보다 높아진다.
이 결과, 전동 압축기(6)에 의해 실제로 인가되는 운전 주파수와의 관계는 제6(b)도에 도시한 바와 같이 능동 필터(5)의 정상 또는 고장에 상관없이 일정해진다. 그러므로, 능동 필터(5)가 고장나더라도 전동 압축기(6)가 정지하지 않고 이 공기 조화기의 운전을 계속할 수 있다.
단, 상기의 경우, 운전이 계속되고 있으므로, 사용자에게 능동 필터(5)의 고장을 통지할 필요가 있다. 이 경우는, 상술한 바와 같이, LED, 부저 등에 의해 사용자에게 통상의 운전 모드가 아닌 것이 알려진다. 이로인해, 보수 요원이 올 때까지의 사이, 비상 운전으로서 운전이 계속되므로, 사용자도 고장에 대처하기 쉬워진다.
[실시예 2]
본 발명의 실시예 2에 대해 제7도 내지 제22도에 대해 기초하여 설명하면 다음과 같다. 또 본 실시예 및 후술하는 다른 실시예에 있어서, 상기 실시예 1의 구성요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
이 실시예에 관한 공기 조화기는, 제7도에 도시한 바와 같이, 스위칭 제어부(60)을 갖고 있다. 이 스위칭 제어부(60)은 전력 트랜지스터(43)의 제어 전극에 제공되는 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 제어하도록 되어 있다. 스위칭 제어부(60)는 능동 필터(5)의 출력 전압을 일정하게 하기 위해 피드백 제어를 행하도록 되어 있다.
스위칭 제어부(60)는 입력 전압 검출부(61). 출력 전압 검출부(62), 기준 전압원(63), 오차 증폭기(64), 입력 전류 검출부(65), 승산기(66), 증폭기(67), 발진기(68), 비교기(69) 및 구동 회로(70)를 갖고 있다. 또한, 스위칭 제어부(60)는 과전압 보호 회로(과전압 방지 수단)로서 저항(71 내지 73), 비교기(74) 및 스위치(75)를 갖추고 있다.
또, 과전압 보호 회로는 저항(71 내지 73), 비교기(74) 및 스위치(75) 이외에 저항(76,77)도 포함하고 있다. 저항(76,77)은 전원계에 있어서의 능동 필터(5)와 평활 콘덴서(3) 사이에 설치되어 있고, 능동 필터(5)의 출력 전압을 분압하여 검출하도록 되어 있다.
입력 전압 검출부(61), 출력 전압 검출부(62), 기준 전압원(63), 오차 증폭기(64), 입력 전압 검출부(65), 승산기(66), 증폭기(67), 발진기(68), 비교기(69) 및 구동 회로(70)로 이루어지는 주 제어부는 상술한 종래의 공기 조화기(제51도 참조)에 있어서의 스위칭 제어부와 거의 동등한 기능을 갖고 있다.
즉, 상기 주 제어부에 있어서는 평활 콘덴서(3)에서 발생하고 있는 직류 전압이 출력 전압 검출부(62)에서 검출되고, 그 검출치와 기준 전압원(63)에서 발생한 기준 전압과의 차전압이 오차 증폭기(64)에서 출력된다. 또한, 승산기(66)에서는 오차 증폭기(64)로부터의 차전압과 입력 전압 검출부(61)로부터의 전압 파형의 승산되는 한편, 능동 필터(5)로의 입력 전류가 전력 트랜지스터(33)의 에미터 측에서 취출되어, 그 전류치에 따른 신호 전압이 입력 전류 검출부(65)에 의해 검출된다.
증폭기(67)에서는 그 검출치와 승산기(66)의 출력과의 차가 증폭된다. 증폭기(67)의 출력은 비교기(69) 및 발진기(68)로 이루어지는 PWM 회로에 의해 PWM 신호로 변환된다. 이 PWM 신호는 구동 회로(70)에서 증폭되어 전력 트랜지스터(43)의 제어 전극에 제공된다.
주 제어부는 능동 필터(5)의 출력 전압을 피드백 제어함으로써, 그 출력 전압이 일정치를 보유하도록 PWM 신호의 펄스 폭을 변화시키고 있다. 또한, 주 제어부는 능동 필터(5)의 입력 전류가 입력 전압과 동위상으로 되고, 정현파가 되도록 스위칭 제어를 행한다.
과전압 보호 회로에 있어서는 저항(76,77)에 의해 분압된 능동 필터(5)의 출력 전압 즉 검출 전압과, 저항(71,72)에 의해 분압된 직류 전압 즉 보호 전압이 비교기(74)에서 비교된다. 그 비교 결과, 검출 전압이 보호 전압 이상일 때에, 비교기(74)의 출력에 의해 구동 회로(70)의 출력이 강제적으로 정지된다.
또한, 과전압 보호 회로에서는 능동 필터(5) 또는 전동 압축기(6)의 기동시부터 일정 시간, 인버터 제어부(11)의 지령에 의해 스위치(75)가 단락된다. 이 때문에, 제8도에 도시한 바와 같이, 상기 기간에는 저항(73)이 저항(71)에 부가되어 보호 전압이 높아진다. 이로 인해, 능동 필터(5)의 출력 전압에 오버슈트가 발생해도 과전압 보호 회로는 동작하지 않는다.
이때, 오버슈트에 의한 출력 전압의 상승은 절대 레벨이 크지만, 불과 수십 msec의 사이에서 발생할 뿐이고, 능동 필터(5), 인버터 회로(4)의 트랜지스터(21 내지 26) 및 평활 콘덴서(3)의 최대 정격 내에 속해있다. 그러므로, 소자의 파괴, 수명의 단축화, 성능 열화 등이 일어나지 않는다. 따라서, 상기와 같이, 일시적으로 보호 전압을 상승시켜도 문제는 없다.
또한, 이 공기 조화기에 있어서는 오버슈트에 의한 과전압 보호 회로의 오동작 방지 대책으로서, 제9도에 도시한 바와 같이, 출력 전압 검출부(62)의 전단에 저역 통과 필터(81)가 설치되어 있어도 좋다. 이로 인해, 제10도에 도시한 바와 같이, 능동 필터(5)의 출력 전압은 저역 통과 필터(81)에 의해 링잉(ringing)의 고조파 성분이 커트되어, 오차 증폭기(64)에 입력되는 단계에서 이미 둔한 파형이 된다. 그러므로, 제9도에 도시한 오차 증폭기(64)를 중심으로 하는 피드백계(피드백 제어 수단)이 상기 링잉에 과잉 반응하는 일이 없어진다. 이 결과, 오차 증폭기(64) 및 승산기(66)의 출력이 크게 변동하는 일이 없어지므로, 능동 필터(5)의 출력 전압의 오버슈트를 없앨 수 있다.
또한, 이 공기 조화기에 있어서는 오버 슈트에 의한 과전압 보호 회로의 오동작 방지 대책으로서, 제11도에 도시한 바와 같이, 시정수 변경부(82)가 설치되어도 좋다.
시정수 변경부(82)는 오차 증폭기(64)의 출력 전압 검출부(42)측의 입력 단자와 출력 단자 사이에 각각 병렬로 접속된 저항(82a) 및 콘덴서(82b,82c)를 갖고 있다. 콘덴서(82c)는 스위치(82d)를 통해 오차 증폭기(64)에 접속된다. 스위치(82d)는 인버터 제어부(11)에 의해 전동 압축기(6)의 기동시부터 일정 기간 발생되는 제어 신호에 의해 단락되도록 되어 있다. 상기와 같이 구성되는 시정수 변경부(82)는 상기의 기간에 있어서, 피드백계의 시정수를 그 시정수가 커지도록 변경한다.
이로 인해, 제12도에 도시한 바와 같이, 피드백계가 상기 링잉에 과잉 반응하지 않게 된다. 따라서, 능동 필터(5)의 출력 전압은 정상 상태에 달할 때까지의 변동이 완만하게 된다. 그러므로, 전동 압축기(6)의 가동시에 능동 필터(5)의 출력 전압의 오버 슈트의 발생을 없앨 수 있다.
과전압 보호 회로의 다른 구성으로서는 제13도에 도시한 바와 같이, 3개의 직렬로 접속된 저항(86 내지 88)으로 구성되는 분압 회로를 이용한 과전압 보호 회로를 들 수 있다. 상기 분압 회로는 출력 전압 검출부(62)용의 출력 전압의 검출에도 이용되어, 출력 전압을 저항(88)에 의해 결정한다. 또한, 상기 분압 회로는 과전압 보호 회로용의 출력 전압을 저항(87,88)에 의해 결정한다.
이에 따라, 출력 전압과 보호 전압의 차가 저항(88) 양단의 전압에 의해 결정된다. 따라서, 능동 필터(5)의 기동시 출력 전압 검출부(62)에서의 출력 전압 검출 회로(62a)에 의해 출력 전압이 검출되고, 보호 전압 설정 회로(89)에 의해 그 출력 전압을 보호 전압이 결정되면, 출력 전압의 고저에 관계없이 출력 전압과 보호 전압의 차, 즉 검출 마진을 일정하게 할 수 있다. 그 결과, 검출 마진이 작아지므로써 과전압 보호 회로가 동작하기 쉽게 되는 양호하지 않은 경우를 해소할 수 있다.
이 공기 조화기의 인버터 제어부(11)는 전동 압축기(6)의 기동시 또는 부하의 급변시 같이 운전 주파수를 크게 변경할 필요가 있는 경우에 소정의 기간마다 운전주파수의 변화 속도를 변경하도록 운전 주파수를 제어한다.
예를 들면, 전동 압축기(6)의 기동시의 경우에 제14도에 도시한 바와 같이, 운전 주파수는 기간 t1(기동시로부터 15초간)에서 15Hz로부터 20Hz로 상승하고, 계속되는 기간 t2(15초부터 45초까지의 30초간)에서 55Hz로 상승한 후, 마지막 기간 t3(45초부터 60초까지의 15초간)에서 60Hz로 도달한다. 이 경우, 기간 t1·t3에서는 운전 주파수의 변화 속도가 0.33Hz/s가 되어 종래 일정했던 변화 속도(0.75Hz/s)보다 대폭 낮아진다.
이에 따라, 기간 t1·t3에서 전동 압축기(6)의 부하 전류 증대가 억제된다. 따라서, 기간 t2에서의 변화 속도가 종래의 변화 속도보다 높아져도 능동 필터(5)의 입력 전류는 제15도에 도시한 바와 같이 기동시부터 고동치지 않고 증폭된다.
그런데, 리플 전류는 상술한 바와 같이 쵸크 코일(41)로 흐르는 코일 전류가 증대하면 쵸크 코일(41)의 인덕턴스가 낮아지므로써 리플 전류도 증대된다. 이에 대해서는 상술한 식(1) 및 제16도에 도시한 바와 같이 전력 트랜지스터(31)의 스위칭 주파수가 높아지는 만큼 리플 전류가 작아진다. 따라서, 제17도에 도시한 바와 같이 코일 전류가 증대함에 따라 스위칭 주파수를 높게 하면 리플 전류의 증대를 억제할 수 있다.
이를 위해 공기조화기에서는 제18도에 도시한 바와 같이, 인버터 제어부(11)가 입력 전류 검출부(65)에 의해 검출된 입력 전류, 즉 코일 전류를 기초로 발진기(68)의 발진 주파수를 제어하도록 하고 있다. 이로써 코일 전류가 커지면, 이에 대응해서 스위칭 주파수를 결정하는 발진 주파수가 높아지게 된다.
이 결과, 제19도에 도시한 바와 같이 리플 전류는 코일 전류가 증대해도 어떤 일정 레벨로 억제된다. 또, 제20도에 도시한 바와 같이 코일 전류가 증대한 때의 리플 전류 △I2는 코일 전류가 작은 때의 리플 전류 △I1(도면에서 일점 쇄선으로 도시)으로부터 그다지 커지지 않았다.
또한, 스위칭 주파수를 높게 하면 스위칭 손실이 증대한다. 따라서, 상술한 구성에서는 코일 전류가 작고 리플 전류도 작을 때는 스위칭 손실의 증대를 방지하기 위해 스위칭 주파수를 낮게 하고 있다.
이 공기 조화기를 공기 조화 부하에 따라 전동 압축기(6)의 운전 능력을 일정하게 유지하기 우해 제21도에 도시한 바와 같이 홀 소자, 전류 변압기 등의 전류 검출기(91), 부하 전류 검출 회로(92), N배 회로(93), 및 운전 주파수 검출 회로(94)를 구비하고 있다.
상술한 구성에서는 전동 압축기(6)로 흐르는 전류가 전류 검출기(91)에 의해 검출되면, 이 검출값의 분압 저항을 포함하는 부하 검출 회로(92)로부터 전류값에 대응한 전압 신호로 되어 N배 회로(93)에 주어진다. 한편, 전동 압축기(6)에서는 도시되지 않은 홀 소자 등을 이용한 회전수 검출기에 의해 전동 압축기(6)의 실제의 운전 주파수가 검출되고 있다. 운전 주파수 검출부(94)에서는 검출된 운전 주파수와 인버터 제어부(11)로부터 발생된 운전 주파수의 명령치와의 어긋남, 즉 편차에 따른 신호가 발생한다.
운전 초기의 정상 상태(전동 압축기(6)의 운전 주파수가 안정되어 있는 상태)에서는, 이 때의 편차량과 부하 전류가 인버터 제어부(11)에 미리 기억된다. 운전 중 공기 조화 부하가 커지므로써 부하 전류와 편차량이 커지면, 부하 전류와 편차량에 대해 실제값과 기억된 값의 차이에 따른 배수가 N배 회로(93)에 의해 오차 증폭기(64)의 출력에 곱해진다. 이로써 오차 증폭기(64)의 이득이 변경되고, 이 변경은 상술한 차이가 없어질 때까지 행해진다.
상술한 바와 같이, 오차 증폭기(64)의 이득이 변경되면 능동필터(5)의 출력전압이 커지도록 전력 트랜지스터(43)의 스위칭이 제어된다. 이 결과, 제22도에 도시한 바와 같이 토크 곡선이 극대 부분에서 돌출된 바와 같이 τ1으로부터 τ12로 이동한다. 따라서, 부하가 T1으로부터 T2로 증대해도 회전수가 일정하게 N1을 유지할 뿐만 아니라 부하 전류도 I1을 유지한다.
이와 같이 실제 회전수와 부하 전류를 기초로 능동 필터(5)의 출력 전압을 승압시키므로서 공기 조화 부하에 관계없이 전동 압축기(6)의 회전수, 즉 공기 조화능력을 일정하게 할 수 있다.
또한, 부하 전류와 편차량은 독립적으로 제어될 수 있기 때문에, 어느 한쪽만을 사용해도 상기와 같은 제어가 가능하다. 또, 전류 검출기(91)는 인버터 회로(4)의 입력측에만 배치되는 것은 아니므로 인버터 회로(4)의 출력측에 배치되어 있어도 된다.
[실시예 3]
본 발명의 실시예 3에 대해 제23도 내지 제31도를 기초로 설명하면, 다음과 같다.
이 실시예에 따른 공기 조화기는 제23도에 도시한 바와 같이 부하 검출부(101)와 출력 전압 설정부(102)를 구비하고 있다.
부하 검출 수단으로서 부하 검출부(101)는 전동 압축기(6)의 부하 상태를 검출하는 회로이다. 부하 검출부(101)는, 예를 들면 제24도에 도시한 바와 같이 저항(103,104)으로 구성되는 분압 회로로서 평활 콘덴서(3)의 단자 전압, 즉 능동 필터(5)의 출력 전압을 저항(103,104)으로 분압한다. 또한, 부하 검출부(101)는 제25도에 도시한 바와 같이 고속 다이오드(42)와 평활 콘덴서 사이에 설치된 전류 변압기(105)로 구성되어 있으며, 직류측 전원 라인으로 흐르는 전류를 검출한다.
또한, 부하 전류를 검출하는 데는 상술한 전류 변압기(105) 대신에 홀 소자를 사용해도 된다.
제26(a)도에서 도시한 바와 같이 부하가 심할 때에는 전동 압축기(6)의 운전 주파수가 높아지기 위해 전류가 증대하고, 능동 필터(5)의 출력 전압이 낮아진다. 역으로, 부하가 가벼울 때에는 전동 압축기(6)의 운전 주파수가 낮아지기 위해 전류가 감소하고, 출력 전압이 상승한다. 따라서, 상술한 바와 같이 출력 전압과 전류를 검출하므로써 전동 압축기(6)의 부하 상태가 검출된다.
출력 전압 설정부(102)는 인버터 제어부(11)로부터의 명령에 따라 능동 필터(5)의 출력 전압을 설정하는 회로이다. 출력 전압 설정부(102)로부터 출력되는 설정값은 스위칭 제어부(12)에 주어진다.
인버터 제어부(11)는 부하 검출부(101)의 검출값을 기초로 전동 압축기(6)의 부하가 심해짐에 따라 능동 필터(5)의 출력 전압을 상승시킨다. 또, 인버터 제어부(11)는 실시예 1에서도 상술한 바와 같이 전동 압축기(6)가 정지해 있는 경우에 능동 필터(5)를 정지시킨다. 정지의 구체적인 방법에는 스위칭 제어부(12)를 구성하는 제어 IC의 인에이블 입력 단자에 오프 신호를 공급하거나 능동 필터 제어부(13)의 전원을 오프하는 것이 있다.
상술한 공기 조화기에서는 전동 압축기(6)의 부하 상태가 부하 검출부(101)에 의해 항상 검출되고 있다. 이 상태에서 부하가 심한 경우에는 평활 콘덴서(3)의 단자 전압이 낮아진다. 인버터 제어부(11)는 단자 전압의 변화를 인식하면 제26(b)도에서는 가는 실선으로 도시한 바와 같이 설정치를 올리는 명령을 출력 전압 설정부(102)에 제공한다. 그러면, 스위칭 제어부(12)는 전력 트랜지스터(43)의 온 시간을 길게 하는 것 등에 의해 능동 필터(5)의 출력 전압을 상승시킨다.
한편, 부하가 가벼운 경우에는 평활 콘덴서(3)의 단자 전압이 높아지므로 인버터 제어부(11)가 설정값을 내리는 명령을 발생한다. 이로써 스위칭 제어부(12)는 능동 필터(5)의 출력 전압을 낮게 한다.
이 결과, 출력 전압은 제26(b)도에서 두꺼운 실선으로 도시한 바와 같이, 전동 압축기(6)의 부하 상태에 관계없이 일정하게 된다. 이러한 이유로, 무거운 부하시의 전압 저하를 방지할 수 있어서 전동 압축기(6)의 진동이 커지거나 전동 압축기(6)가 록크되는 것을 방지할 수 있다. 또, 가벼운 부하시에는 출력 전압의 상승을 억제할 수 있어서 전압 상승에 의해 인버터 회로(4) 및 평활 콘덴서(3)가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
전동 압축기(6)가 정지해 있는 무부하시에는 능동 필터(5)의 출력 전압이 상승한다. 이에 대해서는 인버터 제어부(11)가 전동 압축기(6)의 정지를 검출한 때에 스위칭 제어부(12)에 정지 신호를 공급함으로써 스위칭 제어부(12)가 능동 필터(5)를 정지시킨다. 이로써 무부하시의 출력 전압의 상승을 억제할 수 있다. 전동 압축기(6)가 정지해 있는 때는 전류가 전체 전원 라인에서 대부분 흐르지 않기 때문에, 고조파 전류는 능동 필터(5)가 정재해도 레벨이 작아서 문제가 되지 않는다.
상술한 구성에서는 전동 압축기(6)의 부하 상태에 따라 능동 필터(5)의 출력전압의 설정값을 변화시키고 있다. 출력 전압을 부하 변동에 관계없이 규정값 이내로 제어하기 위해서는 상술한 구성 이외에, 부하 상태에 따라 능동 필터(5)의 승압값을 변화시키는 것이 고려된다. 출력 전압과 쵸크 코일(41)의 인덕턴스 값은 비례관계이기 때문에 쵸크 코일(41)의 인덕턴스를 감소시키면 출력 전압도 내려간다. 인덕턴스를 이와 같이 변화시키는 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
제27도에서 도시한 구성에서는 능동 필터(5)에 있어서 쵸크 코일(41) 대신에 인덕턴스가 다른 2개의 쵸크 코일(41a,41b)이 병렬로 설치되어 이다. 이들 쵸크 코일(41a,41b)과 브릿지 정류 회로(2)의 접속은 스위치(106)에 의해 절환된다. 즉, 무거운 부하시에는 인덕턴스가 높은 쵸크 코일(41b)이 브릿지 정류 회로(2)에 접속되고, 가벼운 부하시에는 인덕턴스가 낮은 쵸크 코일(41a)이 브릿지 정류 회로(2)에 접속된다.
또한, 제28도에서 도시한 구성의 능동 필터(5)에서는 쵸크 코일(41)에 복수의 탭이 설치되어 있다. 탭은 스위치(107)에 의해 절환된다.
상술한 구성에서는 제29도에 도시한 바와 같이 부하 상태에 따라 인덕턴스가 바뀐다. 이로써 가벼운 부하시에는 인덕턴스가 내림으로써 능동 필터(5)의 승압값이 작게 억제된다. 한편, 무거운 부하시에는 인덕턴스가 들림으로서 능동 필터(5)의 승압값이 커진다. 이로 인해 가벼운 부하시에 승압값이 커지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제27도에서 도시한 구성에서는 인덕턴스가 다른 2개의 쵸크 코일(41a,41b)을 사용했지만, 이외에 복수의 쵸크 코일을 사용하고 이들 쵸크 코일을 부하에 따라 세심하게 바꿔도 된다. 이렇게 하면, 능동 필터(5)의 출력이 보다 일정한 값에 근사하게 된다.
여기서, 본 실시예의 변형예에 따른 공기 조화기에 대해 설명한다.
이 변형예에 따른 공기 조화기는 제30도에 도시한 바와 같이 전원 전압 검출부(111)와 승압값 변경부(112)를 구비하고 있다.
전원 전압 검출부(111)는 상용 전원(1)의 교류 전압을 검출하는 회로로서 교류 전압을 저항에 따라 분압해서 검출한다. 승압값 변경부(112)는 전원 전압 검출부(111)에 의해 검출된 전압을 기초로 교류 전압이 100V인지, 200V인지를 판별하고, 이 판별 결과에 따라 능동 필터(5)의 출력 전압을 설정하는 설정치를 변경한다. 승압값 변경부(112)는 구체적으로는 교류 100V의 경우에, 능동 필터(5)의 승압값이 교류 200V의 경우의 2배가 되는 설정치를 스위칭 제어부(12)에 제공한다.
또한, 승압값 변경부(112)는 설정치를 변경하는 이외에 제27도 또는제28도에 도시한 스위치(106,107)를 바꿔서 쵸크 코일(41:41a,41b)의 인덕턴스를 바꾸는 구성이어도 된다.
이 변형예에 따른 공기 조화기에서는 능동 필터(5)의 출력 전압이 설정값을 변경하거나 인덕턴스를 바꿈으로써 제31도에 도시한 바와 같이,교류 100V 경우의 승압값이 교류 200V 경우의 승압값의 2배가 된다. 이로써 능동 필터(5)의 출력 전압이 교류 전압에 관계없이 일정하게 된다. 따라서, 교류 100V의 경우와 교류 200V의 경우에 1개의 능동 필터(5)를 공통으로 사용할 수 있다.
또한, 전원 전압 검출부(111)는 상용 전원(1)의 종류를 판별하기 위해 사용되고 있지만, 전원 전압의 변동을 검출하는 것도 가능하다. 이 기능을 이용하면, 전원 전압의 변동을 기초로 능동 필터(5)의 출력 전압의 설정치 또는 승압치를 변경하므로서 능동 필터(5)의 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있다. 이로 인해 전동 압축기(6)의 운전을 안정화시킬 수 있으며, 그 결과 공기 조화기의 신뢰성을 높일 수 있다.
[실시예 4]
본 발명의 실시예 4에 대해 제32도 내지 제26도를 기초로 설명하면, 다음과 같다. 또, 이 실시예 및 이하의 다른 실시예에서 상술한 실시예 2의 구성 요소와 동등한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하며 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 공기 조화기는 제32도에 도시한 바와 같이 전력 트랜지스터(43)의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부(201)를 구비하고 있다.
스위칭 제어부(201)는 입력 전압 검출부(61'), 출력 전압 검출부(62), 입력 위상 검출부(202), 피크 전류 검출부(203), 평균 전류 검출부(204), 과승압 검출부(205), 적분 회로(206), 목표치 설정부(207), 연산기(208), 플립 플롭(209:도면에서 FF로 도시), 발진기(210), 및 구동 회로(70)를 구비하고 있다.
입력 위상 검출부(202)는 분압 저항에 따라 전류를 전압으로 변환해서 입력 전류 파형을 입력 전류의 위상으로서 검출하도록 되어 있다. 또, 입력 위상 검출부(202)는 그 외에 전류 변압기 등에 의해 입력 전류를 검출하는 구성이어도 좋다.
피크 전류 검출부(203)는 전류 검출 저항(44)에 의해 전압값으로 변환된 전류값을 기초로 피크 전류가 과전류 검출 레벨 이상이 된 것을 검출하도록 되어 있다. 상술한 전류 검출 저항(44)은 저항값이 미소(20mΩ 정도)인 과전류 검출용 저항으로서 능동 필터(5)의 전원 라인에 설치되어 있다.
상술한 피크 전류 검출부(203)는 제33도에 도시한 바와 같이 기준 전압 발생용 저항(221,222), 비교기(223), 입력 저항(224)을 갖고 있다. 이 피크 전류 검출부(203)는 입력 저항(224)를 통해 입력되는 검출 전압(전류값)이 저항(221,222)에 의해 발생한 기준 전압 이상인 경우에 과전류를 검출하도록 되어 있다.
평균 전류 검출부(204)는 전류 검출 저항(44)에 의해 전압값으로 변환된 전류값을 기초로 평균 전류값이 과전류 검출 레벨 이상이 된 것을 검출하도록 되어 있다. 이 평균 전류 검출부(204)는 제34도에 도시한 바와 같이 기준 전압 발생용 저항(225,226), 비교기(227), 입력 저항(228)을 갖고 있다. 상술한 평균 전류 검출부(204)는 입력 저항(228)을 통해 입력되는 검출 전압(전류값)이 저항(225,226)에 의해 발생한 기준 전압 이상인 경우에 과전류를 검출하도록 되어 있다.
또한, 평균 전류 검출부(204)에서 발생하는 기준 전압은 피크 전류 검출부(203)에서 발생하는 기준 전압과 다른 낮은 값으로 설정되어 있다.
과승압 검출부(205)는 제35도에 도시한 바와 같이 저항(231 내지 234), 비교기(235)를 구비하고 있다. 저항(231,232)은 능동 필터(5)의 출력 전압을 분압하는 분압 회로를 구성하고 있다. 저항(233,234)은 직류 전압을 분압하여 기준 전압을 발생하는 기준 전압 회로를 구성하고 있다. 비교기(235)는 저항(231,232)에 의한 검출 전압이 기준 전압 이상인 경우에 과승압을 검출하도록 되어 있다.
적분 회로(206)는 저항(206a) 및 콘덴서(206b)로 구성되어 있으며, 평균 전류 검출부(204) 및 과승압 검출부(205)의 검출 신호의 적분치를 출력하도록 되어 있다.
목표치 설정부(207)는 기본적으로 오차 증폭기로 구성되어 있다. 이 목표치 설정부(207)는 기준 전압(VREF)과 출력 전압 검출부(62)의 출력차에 비례한 값을 발생시키도록 되어 있다. 또, 목표치 설정부(297)는 기준 전압(VREF)이 입력되는 단자와 동일한 단자에 적분 회로(206a)가 접속되어 있다.
연산기(208)는 목표치 설정부(207)의 출력을 A로 하고 입력 위상 검출부(202)의 출력을 B로 하며 IM=AB/C가 되는 연산에 의해 연산값 IM을 출력하도록 되어 있다. 또, 연산기(208)는 연산값(IM)과 입력 전류의 차의 신호를 발진기(210)로부터의 삼각파와 비교해서 PWM 신호를 출력하도록 되어 있다.
또한, 연산값(IM)과 비교되는 입력 전류는 예를 들면 실시예 2에서 기술한 입력 전류 검출부(65:제7도 참조)에 의해 검출된다.
플립플롭(209)은 3개의 입력 단자(R1,R2,S)와 1개의 출력 단자(Q)를 갖고 있다. 이 플립플롭(209)은 입력 전압(R1,R2)에 각각 피크 전류 검출부(203)의 검출신호와 연산기(208)의 연산값이 입력되는 한편, 발진기(210)로부터의 일정 주기 펄스 신호가 입력된다. 상술한 플립플롭(209)은 입력 단자(S)의 입력 신호와 입력 단자(R1) 또는 입력 단자(R2)의 입력 신호를 기초로 해서 구동 데이타를 출력하는 RS 플립플롭이다.
상술한 바와 같이 구성되는 공기 조화기에서는 브릿지 정류 회로(2)의 출력을 기초로 해서 검출됨과 동시에, 입력 위상 검출부(202)에 의해 능동 필터(5)로의 입력 전류가 검출된다. 이들 검출값은 연산기(208)로 입력된다.
또한, 평활 콘덴서(3)의 단자 전압으로부터 출력 전압 검출부(62)에 의해 능동 필터(5)의 출력 전압이 검출됨과 동시에, 과승압 검출부(205)에 의해 능동 필터(5)의 과승압 유무가 판정된다. 출력 전압의 검출값은 목표치 설정부(207)로 입력된다.
더우기, 전류 검출 저항(44)에서 전류로부터 변환된 전압을 기초로 해서 피크 전류 검출부(203)에 의해 과전류의 검출이 행해짐과 동시에 평균 전류 검출부(204)에 의해 과전류의 검출이 행해진다.
과승압 검출부(205)로부터의 검출 신호 또는 평균 전류 검출부(204)로부터 검출 신호는 적분 회로(206)를 통과해서 목표치 설정부(207)로 입력되고, 여기서 노이드 성분이 제거된다. 목표치 설정부(207)에서는 출력 전압 검출부(62)로부터의 검출값에 대해 기준 전압(VREF)에 의한 보정이 행해진다. 보정 후의 값은 목표치로서 출력되어 연산기(208)로 공급된다. 이 때, 능동 필터(5)에 과전류 또는 과승압이 발생하면, 적분 회로(206)로부터의 검출 신호가 저레벨이 되기 때문에 기준 전압(VREF)이 낮아지며, 이에 따라 목표치도 작아진다.
연산기(208)에서는 입력 전압 검출부(61')로부터의 검출치, 입력 위상 검출부(202)로부터의 검출치 및 목표치 설정부(207)로부터의 목표치를 사용해서 상술한 바와 같은 연산을 행한다. 이 연산 결과는 전력 트랜지스터(43)의 스위칭 폭을 결정하기 위한 값으로서 출력된다.
플립플롭(209)에서는 연산기(208)의 출력과 발진기(210)로부터 스위칭 주기로 출력되는 펄스 신호를 기초로 해서 구동 데이타가 결정된다. 그러면, 구동 회로(70)는 상기와 같이 해서 얻어진 구동 데이타에 의해 구동 신호를 출력해서 전력 트랜지스터(43)를 구동한다.
또한, 과승압 검출부(205)에 의해 과승압이 검출되든지, 또는 평균 전류 검출부(204)에 의해 과전류가 검출되면, 목표치가 떨어지기 때문에 구동 회로(70)는 전력 트랜지스터(43)의 출력을 정지시킨다. 더우기, 플립플롭(209)에서는 피크전류검출부(203)로부터 피크 전류 검출 신호가 출력되면, 이 피크 전류 검출 신호와 상기 펄스 신호를 기초로 해서 구동 데이타가 결정된다.
상기 공기 조화기에서는 과승압 검출부(205)가 설치되어 있어서 출력 전압 검출부(62)가 정상적으로 동작하지 않는 경우에도 과승압 검출부(205)에 의해 능동 필터(5)의 출력 이상이 검출된다. 이로써, 스위칭 제어부(201)에서 출력 이상을 없애도록 보호 기능이 동작하기 때문에 평활 콘덴서(3) 등의 부품에 과전압이 인가되는 것을 신속하게 회피할 수 있다.
일반적으로, 공기 조화기에서는 인버터 회로가 대전류를 역류시키는 트랜지스터 등의 스위칭 파워 디바이스를 가지며, 이들 디바이스에 의해 전류의 역류 동작이 반복된다. 이로 인해 역류 동작에 따라 발생하는 역류 노이즈가 능동 필터의 교류측 전원 라인에 나타난다.
한편, 이 공기 조화기에서 능동 필터(5)의 과전류 보호 회로는 전류 검출 저항(34)에 나타나는 전압을 전류로서 검출하고, 이 검출치의 피크치를 기준치와 비교해서 보호 동작을 행하도록 되어 있다. 그런데, 전류 검출 저항(44)에는 제36도에 실선으로 도시하는 피크 전류와 파선으로 도시하는 평균 전류가 흐르고 있기 때문에, 평균 전류에서도 과전류를 검출하도록 과전류 검출 레벨을 낮출 필요가 있다.
그러나, 과전류 검출 레벨을 낮추면 역류 노이즈가 과전류 보호 회로를 동작시킨다라고 하는 문제가 있다.
반면, 이 공기 조화기에서는 평균 전류 검출부(204)가 설치되어 있어서 피크 전류 검출부(203)의 과전류 검출 레벨을 높게 설정할 수 있다. 이로써, 능동 필터(5)에서 나타나는 라인 노이즈에 의해 피크 검출부(203)가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 평균 전류 검출부(204) 및 과승압 검출부(205)는 상술한 바와 같이 비교기(227,235)에 의해 검출을 행하는데, 능동 필터(5)에 발생하는 노이즈 레벨은 라인 노이즈에 의해 커진다. 이 때문에 비교기(227,235)의 출력이 그대로 피드백게로 제공되면, 피드백 제어가 발산 또는 정지된다.
반면, 이 공기 조화기에서 평균 전류 검출부(204) 및 과승압 검출부(205)의 검출 신호는 적분 회로(206)가 설치되어 있기 때문에 노이즈에 의해 잘못 출력된 폭좁은 출력 신호는 적분 회로(206)에서 대부분 제거된다. 이러한 이유로, 노이즈에 의한 피드백 제어의 발산 또는 정지를 방지할 수 있게 된다.
더우기, 이 공기 조화기에서는 출력 전압 검출부(62)의 검출치가 목표치 설정부(207)에 의해 평균 전류 검출부(204)의 검출 신호를 이용해서 보정된 값을 기초로 해서 전력 트랜지스터(43)가 온하는 간격이 결정된다. 이로부터, 공기 조화기로서의 사용 범위 내에서 급격한 부하 변동 또는 무거운 부하시에 전력 트랜지스터(43)의 온 간격이 좁아지며, 전력 트랜지스터(43)에 걸리는 부하가 경감된다. 이로 인해, 급격한 부하 변동 또는 무거운 부하의 경우에도 능동 필터(50)를 안전하게 동작시킬 수 있어서 공기 조하기의 운전을 정지시킬 필요가 없어진다.
[실시예 5]
봄 발명의 제5실시예에 대해 제37도 내지 제40도를 기초로 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 공기 조화기는 제37도에 도시한 바와 같이 교류측 전원 라인에서 상용 전원(1)과 브릿지 정류 회로(2) 사이에 노이즈 필터(301)와 입력 전류 검출부(302)가 설치되어 있다. 또, 이 공기 조화기는 전력 트랜지스터(43)의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부(303)와 인버터 회로(4)용 전원부(304)를 구비하고 있다. 더우기, 능동 필터(5)에는 전력 트랜지스터(43)의 에미터 측에 과전류 검출용 저항(45)이 설치되어 있다. 노이즈 필터(301)는 상용 전원(1)의 라인 노이즈를 제거하는 필터이다. 입력 전류 검출 회로(302)는 상용 전원(1)으로부터 인버터 회로(4)로 공급되는 입력 전류를 검출하는 회로이다.
스위칭 제어부(303)의 기본적인 구성은 실시예 2의 스위칭 제어부(60:제7도 참조)와 거의 비슷하며, 입력 전압 검출부(61), 출력 전압 검출부(62), 기준 전압원(63), 오차 증폭기(64), 승산기(66), 증폭기(67), 발진기(68) 및 구동 회로(70)를 구비하고 있다. 또, 이 공기 조화기는 그 외에 저항(76,77), 과전압 보호 회로(311), 과전류 보호 회로(312), 비교기(313), 분주기(314), 전원 주파수 검출 회로(315), 마이크로컴퓨터(316) 등을 갖추고 있다. 입력 전압 검출부(61) 및 출력 전압 검출부(62)는 각각 분압 저항으로 구성되어 있다.
과전압 보호 회로(311)는 실시예 2의 저항(71,72)과 비교기(74)로 구성되는 회로(제7도)에 상당한다. 이 과전압 보호 회로(311)는 저항(76,77)에 의해 검출된 능동 필터(5)의 출력 전압(검출 전압)과 저항(71,72)에 의해 발생되는 보호 전압을 비교해서 검출 전압이 보호 전압 이상인 경우에 구동 회로(70)의 출력을 강제적으로 정지시킨다.
과전류 보호 회로(312)는 저항(45)에 의해 검출된 전력 트랜지스터(43)를 흐르는 전류가 과전류인 경우에, 과전류 보호 신호를 출력하는 회로이다.
비교기(313)는 분주기(314)에 의해 분주된 발진기(68)의 출력, 증폭기(67)의 출력, 과전압 보호 회로(311)의 출력, 및 과전류 보호 회로(312)의 출력을 비교해서 PWM 신호를 출력한다.
전원 주파수 검출 회로(315)는 상용 전원(1)의 전원 주파수를 검출하는 회로이다. 마이크로컴퓨터(316)는 스위칭 주파수 결정 회로(317:도면에서 fSW결정 회로)를 포함하고 있는 제어부이다. 스위칭 주파수 결정 회로(317)는 입력 전류 검출 회로(302) 및 부하 전류 검출 회로(92)의 각 출력을 기초로 전력 트랜지스터(43)의 스위칭 주파수를 결정한다.
전원부(304)는 인버터 회로(4)에서 각 트랜지스터(21 내지 26)의 베이스로 공급되는 제어 신호를 발생시킴과 동시에 스위칭 제어부(303)용 전원 전압을 발생시키는 회로이다. 이 전원부(304)는 고주파 변압기(321)를 갖는 DC/DC 컨버터로 구성되어 있다.
고주파 변압기(321)의 1차 권선(321a,321b)은 그 사이에 스위칭 트랜지스터(322)를 직렬로 끼워서 접속됨과 동시에 능동 필터(5)의 출력측의 전원 라인에 접속되어 있다. 고주파 변압기(321)의 2차 측에서 2차 권선(321 c 내지 321g)이 설치되어 있다. 이들 2차 권선(321c 내지 321g)에는 각각 다이오드 및 콘덴서로 구성되는 정류 회로(323)가 설치되어 있다.
상기 2차 권선(321c 내지 321e)과 각각의 정류 회로(323)로 구성되는 U상, V상 및 W상의 전원 회로는 트랜지스터(21,23,25)의 각 베이스에 접속되어 있다. 2차 권선(321f)과 정류 회로(323)로 구성되는 X상, Y상 및 Z상 공통의 전원 회로는 트랜지스터(22,24,26)의 각 베이스에 접속되어 있다.
또한, 2차 권선(321f)의 승압 탭에는 다이오드와 콘덴서로 구성되는 다른 정류 회로(324)가 설치되어 있다. 스위칭 제어부(303)용 전원은 이 정류 회로(324) 및 2차 권선(321f)으로 구성되어 있다. 또, 인버터 회로(4)의 제어 전압(VC)을 발생시키는 제어용 전원은 2차 권선(321g) 및 정류 회로(323)으로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 공기 조화기에는 능동 필터(5)의 출력 전압의 기준 전압에 대한 오차가 오차 증폭기(64)에 의해 출력된다. 승산기(66)에서는 입력 전압이 상술한 오차에 의해 보정된다. 이로써 출력 전압 파형에서 보정된 입력 전압 파형이 얻어지다.
브릿지 정류 회로(2)의 출력 전류는 전류 검출 저항(44)에서 검출되며, 상기 증폭기(67)에 의해 승산기(66)로부터의 입력 전압 파형에 동기해서 증폭된다. 따라서, 증폭기(67)의 출력은 승산기(66)로부터의 입력 전압 파형에 동기한 파형이 된다.
비교기(313)에서는 증폭기(67)의 출력과, 발진기(68)의 출력이 분주기(314)에서 분주된 삼각파가 비교되므로써 PWM 신호가 발생한다. 그리고, 전력 트랜지스터(43)는 이 PWM 신호가 구동 회로(70)를 통해 제어 전극에 공급됨으로써 전류를 스위칭한다. 이 결과, 능동 필터(5)이 전류 파형은 제38도에 도시한 바와 같이 입력 전압 파형과 동일 위상의 정현 파형이 된다.
전력 트랜지스터(43)의 스위칭 주파수(fSW)와 스위칭 손실 및 쵸크 코일(41)의 리플 전류(△I) 사이에는 상술한 바와 같이(제58도 참조) 스위칭 주파수(fSW)를 올리면 리플 전류(△I)는 억제되지만 스위칭 손실은 증대되는 관계가 있다.
여기서, 이 공기 조화기는 다음과 같이 전원 주파수, 입력 전류, 부하전류 등의 변화에 의한 압력 전류의 리플 변화를 분주기(314)의 분주비를 억제하고 스위칭 주파수(fSW)를 바꿔서 억제한다.
입력 전류 검출 회로(302)에서 입력 전류가 검출되든지, 부하 전류 검출 회로(92)에서 부하 전류가 검출되든지, 또는 전원 주파수 검출 회로(315)에서 전원 주파수가 검출되면 이 값 또는 변화분을 검출값으로서 마이크로 컴퓨터(316)에 입력된다. 마이크로컴퓨터(316)는 미리 정해진 데이타를 기초로 이들 검출값을 연산 처리하므로써 분주비를 정하고, 스위칭 주파수 결정 회로(317)로부터 이 분주비를 설정하기 위한 신호를 출력한다.
그러면, 분주기(314)의 분주비가 그 신호를 기초로 변경되고 비교기(313)로 공급되는 삼각파의 주파수도 변한다. 이로써 스위칭 주파수(fSW)는 입력 전류 또는 출력 전류에 비례해서 증가(또는 감소)한다.
또한, 전원 주파수 검출 회로(315)에 의해 전원 주파수가 높아(또는 낮아)진 것이 검출되면, 마이크로컴퓨터(316)는 제39도에 도시한 바와 같이 미리 정해진 데이타를 기초로 스위칭 주파수(fSW)를 전원 주파수에 비례해서 변화하도록 제어한다. 예를 들면, 전원 주파수가 50Hz로 상승하면, 마이크로컴퓨터(316)는 분주비를 1.2배로 변경하기 위한 신호를 출력한다.
입력 전류 검출 회로(302), 부하 전류 검출 회로(92) 및 전원 주파수 검출 회로(315)로부터 동시에 2개 이상의 검출치가 얻어진 경우에도 마찬가지로 마이크로컴퓨터(316)는 미리 기억된 데이타를 기초로 연산 처리해서 분주기(314)에 대한 하나의 분주비를 정한다. 이로써 전력 트랜지스터(43)는 최적의 스위칭 주파수에서 구동된다.
한편, 전원부(304)에서는 능동 필터(5)의 직류 출원이 고주파 변압기(321)의 1차 권선(321a)과 스위칭 트랜지스터(322)로 공급되고 고조파 전류로 변환된다. 그러면, 이 고조파 전류는 고주파 변압기(321)의 2차 권선(322c 내지 321f)에서 정류되어 인버터 회로(4)의 트랜지스터(21 내지 26)의 각 베이스로 공급된다.
고주파 변압기(321)에서는 2차 권선(321c 내지 321e)으로부터 얻어지는 U상 전원, V상 전원 및 W상 전원은 서로 절연되어 독립된 전원이 된다. 각 전원의 출력은 U상 트랜지스터(21), V상 트랜지스터(23) 및 W상 트랜지스터(25)의 베이스로 각각 공급된다.
한편, 인버터 회로(4)에서 X상 트랜지스터(22), Y상 트랜지스터(24) 및 Z상 트랜지스터(26)는 에미터가 함께 접지되어 있다. 이 때문에, 트랜지스터(22,24,26)의 구동 전원은 공통 전원이 사용된다. 2차 권선(321f) 및 정류 회로(323)로 구성되는 전원은 X상, Y상 및 Z상에 공통의 XYZ상 전원이 된다. 이 XYZ상 전원의 출력은 트랜지스터(22,24,26)의 Q이스로 공통으로 공급된다.
또한, 능동 필터(5) 및 인버터 회로(4)의 접지됨은 동일 전위이므로 능동 필터(5)의 전원 집지점과 인버터 회로(4)의 X상, Y상, Z상의 전원 접지점이 공통화된다. 여기서, 이 공기 조화기에서는 2차 권선(321f)에 승압 탭을 설치하고, 이 승압 탭으로부터 얻어진 출력을 정류해서 스위칭 제어부(303)로 공급한다.
게다가, 상술한 경우에는 승압 탭에 의해 권선(321f)으로부터 출력을 끌어내고 있지만, 승압 탭 대신에 전압 강하 회로(도시되지 않음)에 의해 출력을 끌어내어도 된다.
스위칭 제어부(303)에서 비교기(313) 등을 위한 전원은 통상 15V 이상의 전압을 출력하는 것이 요구되지만, 상기와 같은 구성으로 인해 인버터 회로(4)의 X상, Y상 및 Z상 전원과 공통과할 수 있어서 회로의 간소화와 비용 절감을 실현할 수 있다.
그런데, 능동 필터(5)에는 입력 전류의 영향으로 입력 전압이 왜곡되는 문제가 있다. 이를 해소하기 위해서는 스위칭 제어부(303)에서 입력 전압 검출부(61), 출력 전압 검출부(62), 기준 전압원(63), 오차 증폭기(64), 승산기(66), 증폭기(67) 및 발진기(68) 대신에 다음과 같은 구성이 채용된다.
이러한 구성에서는 제40도에 도시한 바와 같이 파형 발생 회로(331), 동기 회로(332), 온 시간 제어 회로(333)를 구비하고 있다.
파형 발행 회로(331)는, 예를 들면 마이크로컴퓨터로 구성되어 있고 입력 전류의 위상각 θ에 대해 정현파(sinθ)의 값을 미리 기억하여 정현파의 근사 파형을 생성한다. 동기 회로(332)는 정현파의 근사 파형을 입력 전압 검출부(61)에 의해 검출된 입력 전압의 위상과 동기한다. 온 시간 제어 회로(333)는 동기 회로(332)의 출력에 의해 전력 트랜지스터(43)의 스위칭 주기 T에 대한 온 시간 TON이 TON=kT(1-sinθ)(k는 상수)가 되도록 전력 트랜지스터(43)를 제어한다.
상기와 같은 구성을 통해 위상각(θ)에 의해 생성된 정현파의 근사 파형을 기초로 전력 트랜지스터(43)의 스위칭의 온 시간이 디지탈적으로 제어된다. 이로써 입력 전류는 왜곡되어 있어도 거의 정현파로 정형된다. 그 결과, 입력 전압의 영향을 받아서 입력 전압이 왜곡되는 바람직하지 않은 현상을 해소할 수 있다.
[실시예 6]
본 발명의 실시예 6에 대해 제41도 내지 제48도를 기초로 해서 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 공기 조화기는 제41도에 도시한 바와 같이 스위칭 제어부(60)를 구비하는 것 외에 과전압 검출 회로(401) 및 스위치(402)를 갖추고 있다. 스위칭 제어부(60)는 출력 온/오프 회로(403)를 아울러 갖추고 있다. 이 출력 온/오프 회로(403)는 도시되지 않는 인버터 제어부로부터의 능동 필터 기동 신호를 기초로 해서 구동 회로(70)의 출력을 온 또는 오프시킨다.
상기의 과전압 검출 회로(401)는, 예를 들면 실시예 2의 공기 조화기에서의 저항(71 내지 73, 76, 77) 및 비교기(74:제7도 참조)로 구성되는 과전압 보호 회로와 거의 같은 기능을 갖는 회로이다. 이 과전압 검출 회로(501)는 능동 필터(50)의 출력 전압이 소정 값 이상이 되면 검출 신호를 출력한다. 스위치(402)는 스위칭 제어부로의 전원 공급 라인을 단속하는 스위치로서 상기 출력 신호가 공급되면 오프한다.
상술한 구성에 의하면, 스위칭 제어부(60)의 고장으로 능동 필터(5)의 출력 전압의 발생에 이상이 생겨도 스위치(402)가 오프하므로써 스위칭 제어부(60)로의 전원 공급이 정지된다. 이로써, 비교기(69)로부터의 PWM 신호 발생이 활실히 정지되고, 능동 필터(5)에 의한 승압 동작이 정지된다.
제42도에 도시한 바와 같이, 스위칭 제어부(60)에는 더우기 분압 회로(411:도면에서 I/N), 리미터(412) 및 스위치(413)가 설치되어 있다.
분압 회로(411), 리미터(412) 및 스위치(413)는 오차 증폭기(64)와 승산기(66) 사이에 직렬로 설치되어 있다. 분압 회로(411)는 오차 증폭기(64)의 출력을 I/N로 분압하는 회로이다. 리미터(412)는 분압 회로(411)의 출력이 규정값 이상이 되지 않도록 제한하는 회로이다.
스위치(413)는 능동 필터(5)의 기동시 리미터(412)와 승산기(66)를 접속하는 한편, 능동 필터(5)의 기동시가 아닌 동작시에는 오차 증폭기(64)와 승산기(66)를 접속한다. 스위치(413)의 동작은 능동 필터(5)의 기동시 여부를 나타내는 제어 신호에 의해 제어된다.
또한, 여기서는 스위칭 제어부(43)로부터의 스위칭 제어 신호의 발생 개시 후부터 능동 필터(5)의 출력 전압이 목표 전압 부근에 도달할 때까지의 기간을 기동시로 칭하고 있다.
이러한 구성에서는 능동 필터(5)의 기동시의 동작시 오차 증폭기(64)의 출력이 직접 승산기(66)로 입력된다. 이 경우는 실시예 2의 스위칭 제어부(60)와 마찬가지로 PWM 신호가 발생된다.
또한, 능동 필터(5)의 기동시에는 오차 증폭기(64)의 출력이 분압 회로(411) 및 리미터(412)를 통해 승산기(66)로 입력된다. 이와 같이 분압 회로(411)가 오차 증폭기(64)의 출력을 I/N로 분압하므로써 능동 필터(5)의 출력 전압의 목표 전압이 외관상 낮아진다.
제41도에 도시하는 공기 조화기에서는 출력 전압이 제43도에서 파선으로 도시한 바와 같이 초기 전압으로부터 승압하고, 일단 목표값을 넘고 나서 목표값에 도달한다. 반면, 분압 회로(411)를 갖춘 공기 조화기에서는 출력 전압이 제43도에 일점쇄선으로 도시한 바와 같이 초기 전압으로부터 서서히 승압해서 목표값에 도달한다.
이로써 출력 전압이 목표 전압에 도달하는 시간이 제41도에 나타내는 공기 조화기보다 길어지지만, 출력 전압이 목표값을 넘어서 과승압될 우려는 감소된다.
또한, 상술한 구성에서는 분압 회로(411)의 출력이 분압에 의해서도 여전이 너무 큰 경우에 리미터(412)에 의해 일정값 이하로 억제된다. 이로써 단위시간 당 출력 전압의 상승을 일정값 이하로 억제할 수 있다. 이러한 이유로, 출력 전압이 과승압될 우려는 훨씬 감소된다.
출력 전압이 목표 전압이 도달해서 안정된 상태에서는 전원 또는 부하의 변동에 따라 출력 전압이 변동하면, 스위칭 제어부(60)의 피드백 제어에 의해 즉시 그 변동이 억제된다. 따라서, 출력 전압의 안정시에는 분압 회로(411) 및 리미터(412)의 동작에 의한 응답 속도의 지연을 없애기 위해 스위치(413)가 오차 증폭기(64) 측에서 절환된다.
이 공기 조화기에서는 제44도에서 도시된 바와 같은 스위칭 제어부(60)의 다른 구성이 채택된다. 이 구성에서는 발진기(68)의 발진 주파수가 입력 전류 검출부(65)의 출력에 따라 변화하도록 되어 있다.
상술한 구성에 의하면, 부하가 심한 정도에 따라 발진 주파수가 변화한다. 구체적으로는 부하 전류가 큰 경우에 발진 주파수가 낮아지고, 부하 전류가 작은 경우에 발진 주파수가 높아진다.
여기서, 승산기(66)의 출력은 평활 콘덴서(3)의 단자 전압인 직류 전압과 입력 전압 검출부(62)로부터의 입력 전압 파형이라는 두가지 요소를 포함하고 있다. 이 때문에 발진기(68)가 부하 전류의 크기에 관계없이 일정한 발진 주파수에서 발진하면, 부하 전류가 작은 경우, 즉 일정 시간 당 부하소비에 의한 직류 전압의 전압 강하가 작은 경우에 이 전압 강하가 능동 필터(5)에 의한 승압값보다 작아진다.
이로써, 직류 전압이 계속해서 상승하지만, 이 경우 승산기(66)로부터의 출력은 직류 전압의 요소가 우선되기 때문에 입력 전압 파형의 요소가 낮아진다. 이로인해 전류 파형을 입력 전압 파형에 근사시키는 제어가 곤란 또는 불가능하게 된다.
제45도에 도시한 바와 같이, 부하 전류가 작지 않은 상태에서는 직류 전압의 요소에 의한 PWM 신호의 목표치는 H이고, 여기에 입력 전압 파형의 요소가 부가되어도 파형 전체(I)에 걸쳐 목표치가 존재한다. 그런데, 부하가 적은 상태에서는 직류전압의 요소에 의한 PWM 신호의 목표치가 파선으로 도시한 바와 같이 J가 되기 때문에, 입력 전압 파형의 요소가 부가되면 목표치가 파형의 일부 K로 좁아진다.
반면, 상술한 바와 같이 발진기(68)의 발진 주파수가 부하 전류가 작은 때에 높아지면, 구동 회로(70)로부터 출력되는 스위칭 제어 신호의 주기가 짧아지거나 스위칭 제어 신호의 듀티비가 작아진다. 이로 인해 스위칭 제어 신호 중 한개의 펄스에 의한 직류 전압의 상승을 억제할 수 있다. 이로써, 제45도에서의 목표치 H로부터 I의 변화폭이 작아진 결과, K의 폭이 넓어지고 입력 전압 파형 거의 전체에 걸쳐 PWM 신호를 얻을 수 있E. 이러한 이유로 부하 전류가 작은 경우에도 고조파 전류의 억제와 역률 향상을 도모할 수 있다.
또한, 부하 전류가 큰 경우에는 상기와 같이 발진 주파수를 변화시키지 않아도 입력 전압 파형의 전체에 걸쳐 PWM 신호를 얻을 수 있다. 역으로, 부하 전류가 큰 경우에, 발진 주파수가 높아지면 전력 트랜지스터(43)에서의 손실이 증대되는데, 이 손실은 부하 전류가 큰만큼 커진다. 이것은 전력 트랜지스터(43)의 정격 상승, 즉 비용 상승을 초래하기 때문에, 부하 전류가 작은 때에만 발진 주파수를 높게 하는 것이 요구된다.
이 공기 조화기에서는 제46도에서 도시한 바와 같은 스위칭 제어부(60) 외에 다른 구성이 채택된다. 이 구성에서 입력 전압 검출부(62)와 출력 온/오프 회로(403) 사이에 위상 검출 회로(421)가 설치되어 있다. 위상 검출 회로(421)는 입력 전압 검출부(62)에 의해 검출된 입력 전압의 파형에서 제로크로스 점의 위상을 검출하는 회로이다.
스위칭 제어부(60)는 전류 파형을 입력 전압 파형에 근사하도록 전력 트랜지스터(43)의 스위칭을 제어하고 있는데, 이 때의 입력 전압, PWM 신호 및 전력 트랜지스터(43)를 흐르는 전류의 각 파형을 제47도에 도시한 바와 같이 된다. 이 도면에서 전력 트랜지스터(43)를 흐르는 전류는 입력 전압의 피크 부분에서 커진다.
또한, 능동 필터(5)의 기동시에는 출력 전압과 목표 전압의 차가 최대가 되어, 이에 따라 PWM 신호의 듀티비로 최대가 된다. 이 때문에 이의 피크값이 될 대의 PWM 신호의 듀티비가 최대가 되고, 이 때에 트랜지스터(43)를 흐르는 전류도 최대가 된다.
이 최대 전류값은 전력 트랜지스터(43)의 최대 정격을 결정하는 요인인데, 최대 전류값(최대 정격)이 높아지면 전력 트랜지스터(43)의 비용도 높아진다. 따라서, 최대 전류값을 억제하므로써 전력 트랜지스터(43)의 비용을 절감할 수 있게 된다.
여기서, 상기 구성은 능동 필터(5)를 입력 전압의 제로크로스 점에서 기동시키고 있다. 이 동작은 구체적으로는 다음과 같이 행해진다. 위상 검출 회로(421)는 입력 전압의 제로크로스 점을 검출하면 검출 펄스를 출력한다. 출력 온/오프 호로(403)는 능동 필터의 기동 신호가 입력되고 나서 초기 검출 펄스의 발생시 구동 회로(70)에 대해 출력을 온하는 제어 신호를 공급한다.
이로써, 능동 필터(5)의 기동은 입력 전압의 제로크로스 점의 타이밍에서 행해진다. 이로 인해 전력 트랜지스터(43)로 흐르는 최대 전류값을 작게 할 수 있으며, 전력 트랜지스터(43)의 최대 정격값을 낮게 설정할 수 있다. 이 결과, 전력 트랜지스터(43)의 비용 절감 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
제48도에서 도시하는 공기 조화기는 제46도에 도시하는 구성과 마찬가지로 전력 트랜지스터(48)로 흐르는 전류를 작게 하기 위해 쵸크 코일(41)의 인덕턴스를 능동필터(5)의 기동시 변화시킨다.
능동 필터(5)에서는 전력 트랜지스터(43)의 스위칭에 의해 입력 전류의 흐름을 제어하고 있다. 이 때문에 전력 트랜지스터(43)로 흐르는 전류값은 PWM 신호의 듀티비가 일정한 상태에서 쵸크 코일(41)의 인덕턴스가 낮으면 커지는 반면, 인덕턴스가 높으면 작아진다. 여기서, 상술한 구성에서는 능동 필터(5)의 기동시 인덕턴스를 높게 하므로써 전력 트랜지스터(43)로 흐르는 전류값을 작게 하고 있다.
구체적으로는 능동 필터(5)에서 쵸크 코일(41)과 직렬로 쵸크 코일(441)이 설치됨과 동시에 쵸크 코일(441)과 병렬로 접속된 트랜지스터(442)가 설치되어 있다.
이 트랜지스터(442)는 온/오프 제어 회로(443)의 출력을 기초로 해서 온/오프한다. 또, 온/오프 제어 회로(443)는 능동 필터의 기동 신호가 입력되고 나서 일정 기간만 트랜지스터(442)에 오프 제어 신호를 공급하는 반면, 그 이외의 공기 조화기의 동작시에는 트랜지스터(442)에 온 제어 신호를 공급한다.
상기와 같은 구성에서 능동 필터(5)의 기동시에는 능동 필터(5)의 출력에 의해 일정 기간만 트랜지스터(442)를 오프한다. 그러면, 쵸크 코일(441)이 쵸크 코일(41)에 직렬로 부가되므로 능동 필터(5)에서의 인덕턴스가 높아진다. 이로써 전력 트랜지스터(43)로 흐르는 전류값이 작아진다.
상술한 기간이 경과된 후에는 온/오프 제어 회로(443)의 제어에 의해 트랜지스터(442)가 온하기 때문에, 쵸크 코일(441)은 쵸크 코일(41)로부터 분리된다. 이로 인해 능동 필터(5)에서의 인덕턴스는 쵸크 코일(41)의 인덕턴스만으로 된다.
발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

Claims (23)

  1. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 평활하는 평활 수단, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전동 압축기에 인가되는 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 직류-교류 변환 수단의 출력을 상기 전동 압축기의 부하 상태에 따라 제어하는 제어 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 제어 수단과 다른 전원으로 동작하고, 상기 제어 수단으로부터의 명령에 근거하여 상기 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단과, 상기 능동 필터 및 상기 능동 필터 제어 수단의 양쪽 또는 어느 한쪽의 이상 또는 정지를 검출과 동시에 상기 능동 필터 제어 수단으로의 전력 공급이 중단된 것을 이상으로서 검출하는 이상 검출 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 이상 검출 수단으로부터의 검출 신호에 의해 상기 직류-교류 변환 수단을 정지시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 전동 압축기가 이상인 것으로 또는 정지하고 있는 것으로 판단하면 상기 능동 필터를 정지시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 이상 검출 수단으로부터의 검출 신호에 근거하여 상기 직류-교류 변환 수단의 실효 출력 전압의 높게 되도록 상기 직류-교류 변환 수단의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  5. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수안으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 능동 필터의 출력 전압이 소정의 과전압 판정치 이상의 과전압인 것을 검출하면 상기 능동 필터를 정시시키는 한편, 상기 직류-교류 변환 수단의 구동 개시 또는 구동 정지 직후의 일정 기간 또는 능동 필터의 기동 직후의 일정 기간 동안 출력 전압의 과전압을 검출하지 않는 과전압 방지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  6. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변인 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 능동 필터의 출력 전압이 소정의 과전압 판정치 이상의 과전압인 것을 검출하면 상기 능동 필터를 정지시키는 한편, 상기 능동 필터의 기동시 또는 전동 압축기의 기동시에 과전압 판정치를 소정 기간 상승시키는 과전압 방지 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 능동 필터의 출력 전압과 과전압 판정치의 차가 일정하게 되도록 과전압 판정치를 출력 전압에 따라 변경하는 판정치 변경 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  8. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활수단과, 상기 평활 수단으로부터 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 능동 필터 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 수단과, 상기 출력 전압 검출 수단의 검출 출력과 소정의 기준치의 차를 출력하는 차전압 검출 수단과, 상기 차전압 검출 수단의 출력을 둔화시키는 파형 둔화 수단을 갖추고 있으며, 상기 차전압 검출 수단에 의해 검출된 차에 근거하여 상기 능동 필터의 출력 전압을 일정치로 보존하도록 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단과, 상기 능동 필터의 출력 전압이 소정치 이상의 과전압인 것을 검출하면 상기 능동 필터를 정지시키는 과전압 방지 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 파형 둔화 수단은 상기 출력 전압 수단과 상기 차전압 검출 수단 사이에 설치된 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 차전압 검출 수단은 오차 증폭기이며, 또한 상기 파형 둔화 수단은 상기 능동 필터의 기동시 또는 상기 전동 압축기의 기동시에 상기 오차 증폭기의 시정수를 소정 기간 크게 하는 시정수 변경 수단인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  11. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활수단과, 상기 평활 수단으로부터 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 직류-교류 변환 수단의 출력 주파수를 상기 전동 압축기의 부하 상태에 따라 제어함과 동시에, 상기 전동 압축기의 운전 주파수의 변경시에 있어서의 변경 개시 직후와 변경 종료 직전의 소정의 기간동안 운전 주파수의 변화 속도를 저하시키는 제어 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  12. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전동 압축기에 인가되는 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 전동 압축기의 부하 상태를 검출하는 부하 상태 검출 수단과, 상기 전동 압축기의 부하 상태에 따라 상기 능동 필터의 출력 전압을 설정하는 출력 전압 설정 수단과, 설정된 출력 전압에 근거하여 상기 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 부하 상태 검출 수단은 상기 전동 압축기의 편차를 부하 상태로서 검출하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  14. 제12항에 있어서, 상기 부하 상태 검출 수단은 상기 전동 압축기에 흐르는 부하 전류를 부하 상태로서 검출하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  15. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전동 압축기에 인가되는 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로부터 변환하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평할 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형함과 동시에, 접지 전위가 상기 직류-교류 변환수단과 동일한 능동 필터와, 상기 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단과, 상기 직류-교류 변환 수단에 능동 필터 제어 수단과, 상기 직류-교류 변환 수단에 구동 전력을 공급하는 한편, 상기 능동 필터 제어 수단에도 구동 전력을 공급하도록 개별의 전원 출력을 갖는 전원 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  16. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치됨과 함께 쵸크 코일을 가지며, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 쵸크 코일을 통해 상기 평활 수단으로 흘러 들어가는 전류량을 조정함으로써, 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 쵸크 코일에 흐르는 전류 또는 상기 교류 전원의 출력 주파수 중 적어도 어느 하나에 따라 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 변화시키는 스위칭 제어 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  17. 공기 조화기에 있어서, 교류 전압으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 능동 필터를 제어하는 능동 필터 제어 수단과, 상기 능동 필터의 출력 전압이 소장치 이상의 과전압인 것을 검출하는 과전압 검출 수단과, 상기 능동 필터의 출력 전압이 과전압인 때 상기 능동 필터 제어 수단으로의 전력 공급을 정지시키는 전력 공급 정지 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  18. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 능동 필터의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 수단과, 출력 전압과 미리 정해진 기준 전압과의 차를 검출하는 오차 검출 수단과, 상기 차에 근거하여 상기 능동 필터의 출력 전압을 일정하게 보존하도록 제어하는 출력 제어 수단과, 상기 능동 필터의 기동시에 출력 전압과 기준 전압의 차를 소정치 이하로 제한하는 제한 수단을 포함하고 있는것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  19. 공기 조화기에 있어서, 교류 전압으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되며, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 평활 수단에 흘러 들어가는 전류량을 조정함으로써 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 능동 필터의 입력 전압의 제로크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출 수단과, 입력 전압의 제로크로스 점에서 상기 능동 필터를 기동시키는 기동 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  20. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑함으로써 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압으로 변환하여 전동 압축기에 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치함과 함께 쵸크 코일을 가지며, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 쵸크 코일을 통해 상기 평활 수단에 흘러 들어가는 전류량을 조정함으로써, 입력 전류를 입력전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 쵸크 코일의 인덕턴스를 상기 능동 필터의 기동 후의 일정 기간 증대시키는 인덕턴스 변경 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 쵸크 코일은 직렬로 접속된 2개의 코일로 구성되며, 상기 인덕턴스 변경 수단은 상기 일정 기간 이외의 기간에서 상기 코일 중 한 쪽의 양단을 단락하는 단락 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  22. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하여 전동 압축기에 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압을 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되어 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 교류 전원의 교류 전압을 검출하는 교류 검출 수단과, 상기 교류 검출 전원의 교류 전압에 따라 상기 능동 필터의 출력 전압의 승압치를 설정하는 승압치 설정 수단과, 설정된 승압치에 근거하여 상기 능동 필터의 출력 전압을 제어하는 능동 필터 제어 수단을 포함하고 있는 특징으로 하는 공기 조화기.
  23. 공기 조화기에 있어서, 교류 전원으로부터 출력된 교류 전압을 정류하는 정류 수단과, 상기 정류 수단에 의해 정류된 교류 전압을 직류 전압이 되도록 평활하는 평활 수단과, 상기 평활 수단으로부터의 직류 전압을 쵸핑하여 전동 압축기에 인가되는 전압 및 주파수가 가변인 교류 전압을 인가하는 직류-교류 변환 수단과, 상기 정류 수단과 상기 평활 수단 사이에 설치되며, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 평활 수단에 흘러 들어가는 전류량을 조정함으로써 입력 전류를 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파로 정형하는 능동 필터와, 상기 능동 필터의 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출 수단과, 상기 능동 필터의 입력 전류의 위상각에 따른 정현파의 근사 파형을 발생하는 파형 발생 수단과, 정현파의 근사 파형을 상기 능동 필터의 입력 전압의 위상과 동기시키는 위상 동기 수단과, 입력 전압의 위상과 동기한 정현파의 근사 파형에 근거하여 상기 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
KR1019950018625A 1994-07-01 1995-06-30 역률을 개선하고 전원으로부터의 고조파 전류를 억제하는 능동 필터가 포함된 공기 조화기 KR0149289B1 (ko)

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