KR100351139B1 - 승강압을이용한돌입전류방지장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서는 대용량의 평활 커패시터로 인한 돌입전류의 발생을 방지하기 위해 초기 대용량 평활 커패시터의 충전기간 동안은 직렬저항을 사용하여 전류의 흐름을 억제하고, 소정의 용량 충전 후 직렬저항의 양단에 릴레이를 접속시켜 정상적인 운전을 위한 전류를 공급하도록 하였으나, 이 경우 불필요한 대용량의 릴레이 및 대형 전력용 저항 설계가 필요하여 원가상승과 전력용 저항의 발열로 인한 화재 위험이 있으며, 또한 승압형 역률개선 기능이 부가되어 있는 경우에는 모터의 가변속 제어를 위해 펄스폭변조를 해야 하므로, 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 상용교류전원과; 상기 상용교류전원을 정류하는 정류부와; 상기 정류부의 출력 전압을 제어신호에 따라 소정의 전압레벨까지 강압한 후, 입력 전압의 레벨까지 서서히 상승시키는 강압부와; 상기 강압부의 출력 전압을 제어신호에 의해 소정의 전압레벨까지 승압하는 승압부와; 상기 강압부와 승압부의 전압출력을 제어하는 전압제어부와; 상기 승압부의 출력전압을 소정의 동작을 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터와; 상기 인버터의 출력에 따라 구동되는 모터로 구성한 장치를 제공함으로써, 스위칭 제어에 의해 초기 전원 투입 시 입력전류를 서서히 상승시켜 커패시터 돌입전류 발생을 방지하며, 펄스진폭변조(PAM)가 가능하여 펄스폭변조(PWM) 제어방식보다 저가의 전자기 방해(EMI)필터로 구현이 가능하여 원가절감의 효과가 있다.
Description
본 발명은 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치에 관한 것으로, 특히 인버터를 사용하여 모터를 구동하는데 있어서, 정류단의 대용량 평활용 커패시터에 의해 초기전원 투입 시 과대한 돌입전류가 발생되는 것을 방지하기 위해 승강압 소자를 사용하고 스위칭 제어에 의해 초기전원 투입 시 입력전류를 서서히 상승시켜 커패시터에 의한 돌입전류 발생을 방지하도록 하는 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치에 관한 것이다.
최근 에너지 문제에 대한 관심이 높아지고 있어 에어컨, 세탁기 등에 인버터 기술을 적용한 백색 가전용품의 개발이 활발해지고 있다. 그러나 이러한 인버터 기술의 적용 시 교류전원을 브리지 다이오드를 통해 정류한 후, 정류된 전파 정류파를 직류화 하기 위해 대용량의 평활용 커패시터를 통해 직류로 평활을 하게 된다.
그러나, 이 과정에서 상기 커패시터의 충전기간 동안만 전류가 흐르게 됨으로써, 이 전류에 의해 역률이 낮아지고, 고조파는 상승하게 된다.
이러한 낮은 역률과 고조파를 방지하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 부스트(Boost) 컨버터인 스위치(S1)와, 초크코일(L) 및 다이오드(D1)를 사용하여 승압시키는 동시에 역률과 고조파 개선을 위한 역률개선 기능을 하도록 함으로써, 역률과 고조파 개선 및 정류전압의 승압에 따라서 모터(70)의 저전류화가 가능해 지고, 이로 인하여 인버터의 스위칭 소자(S11∼S13, S21∼S23)의 가격을 낮출 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 전원전압이 220V인 경우에는 311V 이하의 전압이 불가능하므로, 모터(70)의 가변속 제어를 위해 펄스폭변조(PWM)를 하게 된다.
그리고, 초기전원 투입 시와 모터의 초기 기동 시 과대한 돌입전류가 발생되는 문제점을 해결하기 위해 초기 대용량 평활용 커패시터(C1)의 충전기간 동안 도 1에서와 같이 직렬저항(PTC)을 통해 전류의 흐름을 억제시키고, 상기 평활용 커패시터(C1)의 소정 용량의 충전 후, 상기 직렬저항(PTC)의 양단에 전력 릴레이(power relay, 11)를 접속시켜 정상적인 운전을 위한 전류를 공급받도록 한다.
상기에서와 같이 종래의 기술에 있어서는 대용량의 평활용 커패시터로 인한 돌입전류의 발생을 방지하기 위해 초기 대용량 평활용 커패시터의 충전기간 동안은 직렬저항을 사용하여 전류의 흐름을 억제하고, 소정의 용량 충전 후 직렬저항의 양단에 릴레이를 접속시켜 정상적인 운전을 위한 전류를 공급하도록 하였으나, 이 경우 불필요한 대용량의 릴레이 및 대형 전력용 저항 설계가 필요하여 원가상승과 전력용 저항의 발열로 인한 화재 위험이 있으며, 또한 승압형 역률개선 기능이 부가되어 있는 경우에는 모터의 가변속 제어를 위해 펄스폭변조를 해야 하므로, 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 초기전원 투입 시 과대한 돌입전류가 발생되는 것을 방지하기 위해 승강압 소자를 사용하는 스위칭 제어에 의해 초기전원 투입 시 입력전류를 서서히 상승시킴으로써 커패시터에 의한 돌입전류 발생을 방지하도록 하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 돌입전류 방지장치의 구성을 보인 예시도.
도 2는 종래 알피엠과 직류전압과의 관계를 보인 그래프.
도 3은 본 발명 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치의 일실시예의 구성을 보인 블록도.
도 4는 본 발명에 의한 알피엠과 입력전압과의 관계를 보인 그래프.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
10 : 상용교류전원 11 : 전력 릴레이
20 : 정류부 30 : 강압부
40 : 승압부 50 : 전압제어부
60 : 인버터 70 : 모터
L : 초크코일 C1 : 평활용 커패시터
D, D1 : 다이오드 S1, S2 : 스위칭 소자
PTC : 직렬저항
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치의 구성은, 상용교류전원과; 상기 상용교류전원을 정류하는 정류부와; 상기 정류부의 출력 전압을 전원공급초기시 스위칭소자의 도통제어로 소정의 전압레벨까지 강압한 후, 상기 정류부의 출력 전압의 레벨까지 서서히 상승시키는 강압부와; 상기 강압부의 출력 전압을 초크코일 및 다이오드를 통해 평활용 캐패시터에 의해 평활하고, 스위칭소자의 도통제어에 의해 소정의 전압레벨까지 승압하는 승압부와; 전원공급 초기시 펄스폭변조 구동신호의 듀티비를 최소로부터 상승시키면서 상기 강압부의 스위칭소자의 도통을 제어하고, 상기 전원공급 초기시에 상기 승압부의 스위칭소자를 오프상태로 유지시킨후 펄스폭 변조 구동신호의 소정 듀티비로 그 스위칭소자의 도통을 제어하는 전압제어부와; 상기 승압부의 출력전압을 소정의 동작을 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터와; 상기 인버터의 출력에 따라 구동되는 모터로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 강압부는 정류부의 출력전압을 베이스로 인가되는 전압제어부의 펄스폭 변조 구동신호의 듀티비에 따른 전압으로 출력하는 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자의 출력전압이 상기 정류부로 역 출력되는 것을 방지하기 위한 다이오드로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 인버터는 승압부로부터 출력되는 전압을 펄스진폭변조(PAM) 동작을 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치의 일실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 상용교류전원(10)과; 상기 상용교류전원(10)을 정류하는 브리지 다이오드의 정류부(20)와; 상기 정류부(20)의 출력 전압을 전원공급초기시 스위칭소자(S2)의 도통제어로 소정의 전압레벨까지 강압한 후, 상기 정류부(20)의 출력 전압의 레벨까지 서서히 상승시키는 강압부(30)와; 상기 강압부(30)의 출력 전압을 초크코일(L) 및 다이오드(D1)를 통해 평활용 캐패시터(C1)에 의해 평활하고 스위칭소자(S1)의 도통제어에 의해 소정의 전압레벨까지 승압하는 승압부(40)와; 전원공급 초기시 펄스폭변조 구동신호의 듀티비를 최소로부터 상승시키면서 상기 강압부(30)의 스위칭소자(S2)의 도통을 제어하고, 상기 전원공급 초기시에 상기 승압부(40)의 스위칭소자(S1)를 오프상태로 유지시킨후 펄스폭 변조구동신호의 소정듀티비로 그 스위칭소자(S1)의 도통을 제어하는 전압제어부(50)와; 상기 승압부(40)의 출력전압을 소정의 동작을 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터(60)와; 상기 인버터(60)의 출력에 따라 구동되는 모터(70)로 구성한 것으로, 상기 전압제어부(50)는 시스템 전체 동작을 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성한 본 발명에 따른 일실시예의 동작 과정 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시한 바와 같이 교류전원을 브리지 다이오드의 정류부(20)를 통해 정류시키고, 이 정류된 전파 정류파를 강압부(30)를 통해 승압부(40)에 인가하게 된다. 전원공급 초기에 모터 구동 시 돌입전류를 방지하기 위해 상기 강압부(30)의 스위칭 소자(S2) 및 다이오드(D)와 승압부(40)의 초크코일(L) 및 다이오드(D1)를통해 강압하여 초기 기동을 한다. 이때 상기 승압부(40)의 스위칭 소자(S1)는 오프시키고, 상기 강압부(30)의 스위칭 소자(S2)는 돌입전류를 방지하기 위해 출력 전압을 낮은 전압에서 서서히 상승시켜 출력하게 되며, 이때 그 스위칭소자(S2)의 출력 전압은 전압제어부(50)에서 출력되는 펄스폭 변조 구동신호의 듀티비에 의해 제어되는데, 출력전압(Vo)은 Vo = Vd×Ton/Ts로 성립되고, 여기서 Vd는 정류부(20)로부터 입력되는 입력전압, Ton은 스위칭소자(S2)의 온(on)시간, Ts는 한 주기의 시간이다.
따라서, 상기 Ts는 일정하게 두고 Ton을 변화시켜 출력전압을 변화시킬 수 있으며, 입력전압 Vd보다 큰 전압을 출력시키기 위해서는 상기 강압부(30)의 스위칭 소자(S2)는 온시키고 상기 승압부(40)의 스위칭소자(S1)를 제어하여 승압 시키며, 이때의 출력전압(Vo)은 Vo = Vd×Ts/Toff로 성립되고, Ts는 일정하게 두고 스위칭소자(S1)의 오프(off)시간인 Toff를 가변하여 출력전압(Vo)을 변화시킬 수 있다. 즉, 스위칭소자(S1)의 오프시간을 작게 해줌으로써 출력전압을 상승시킬 수 있는 동작 특성을 갖게 된다.
또한, 모터(70)의 가변속 제어를 위해 도 4에 도시한 바와 같이 낮은 전압에서부터 높은 전압까지 가변시킴으로써, 모터(70)의 회전수를 가변시킬 수 있다. 즉 입력전압을 검지하여 검지된 입력전압보다 낮은 전압으로 모터(70)를 구동하여 낮은 알피엠(RPM)을 얻고자 하는 경우 전압제어부(50)의 제어로 상기 승압부(40)의 스위칭 소자(S1)를 오프하고, 상기 강압부(30)의 스위칭 소자(S2)를 펄스폭 변조 구동신호인 소정의 듀티(duty)비로 동작시켜 초크코일(L)과, 다이오드(D1) 및 평활커패시터(C1)를 통해 원하는 낮은 전압을 출력할 수 있고, 상기 검지한 입력전압보다 높은 전압에서 상기 모터(70)를 구동하여 높은 알피엠을 얻고자 하는 경우에는 전압제어부(50)의 제어로 상기 강압부(30)의 스위칭 소자(S2)를 온시키고, 상기 승압부(40)의 스위칭 소자(S1)를 펄스폭 변조 구동신호인 소정의 듀티비로 제어하여 상기 초크코일(L)과 다이오드(D1) 및 평활 커패시터(C1)를 통해 원하는 높은 전압을 출력하도록 한다. 또한 상기 과정에서 상기 전압제어부(50)는 입력전압과 전류 및 출력전압을 검지하여 낮은 역률과 높은 고주파 성분을 제거하기 위한 역률개선 기능도 하도록 한다.
그리고, 승강압 동작을 하기 때문에 모터(70)의 가변속 제어를 위한 인버터(60)에서 펄스진폭변조(PAM)가 가능하여 저가의 전자기 방해(EMI : Electromagnetic Interference)필터로 구현이 가능해진다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치는 강압용 소자와 승압용 소자를 사용하여 스위칭 제어에 의해 초기 전원 투입 시 입력전류를 서서히 상승시켜 커패시터 돌입전류 발생을 방지하며, 펄스진폭변조(PAM)가 가능하여 펄스폭변조(PWM) 제어방식보다 저가의 전자기 방해(EMI)필터로 구현이 가능하여 원가절감의 효과가 있다.
Claims (3)
- 상용교류전원을 정류하는 정류부와; 상기 정류부의 출력 전압을 전원공급초기시 스위칭소자의 도통제어로 소정의 전압레벨까지 강압한 후, 상기 정류부의 출력 전압의 레벨까지 서서히 상승시키는 강압부와; 상기 강압부의 출력 전압을 초크코일 및 다이오드를 통해 평활용 캐패시터에 의해 평활하고 스위칭소자의 도통제어에 의해 소정의 전압레벨까지 승압하는 승압부와; 전원공급초기시 펄스폭 변조 구동신호의 듀티비를 최소로부터 상승시키면서 상기 강압부의 스위칭소자의 도통을 제어하고, 상기 전원공급초기시에 상기 승압부의 스위칭소자를 오프상태로 유지시킨후 펄스폭 변조구동신호의 소정듀티비로 그 스위칭소자의 도통을 제어하는 전압제어부와; 상기 승압부의 출력전압을 소정의 동작을 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터와; 상기 인버터의 출력에 따라 구동되는 모터로 구성한 것을 특징으로 하는 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치.
- 제1항에 있어서, 상기 강압부는 정류부의 출력전압을 베이스로 인가되는 전압제어부의 펄스폭 변조 구동신호의 듀티비에 따른 전압으로 출력하는 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자의 출력전압이 상기 정류부로 역 출력되는 것을 방지하기 위한 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치.
- 제1항에 있어서, 상기 인버터는 승압부로부터 출력되는 전압을펄스진폭변조(PAM) 동작을 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주게 구성된 것을 특징으로 하는 승강압을 이용한 돌입전류 방지장치.
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