KR100429561B1 - 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치 - Google Patents

인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력 전류의 확인을 인버터부의 출력전류에 의해 수행함으로써 장치의 비용을 절감하고, 회로의 크기를 감소시킬 수 있도록 한 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 관한 것이다.
본 발명은 인버터부의 전력 스위칭 소자를 단속 제어하여 압축기모터의 운전주파수를 가변시킬 수 있도록 된 인버터형 공기조화기의 입력전류 확인장치에 있어서, 상기 전력 스위칭 소자로부터 상기 압축기모터로 출력되는 전류를 대응되는 크기의 전압으로 출력하는 전류 감지 수단 및 입력전류 대 상기 출력전압 변환식이 탑재되며, 상기 전류 감지 수단으로부터 제공된 상기 출력 전압을 상기 변환식에 대입하여 상기 입력 전류를 확인하는 마이컴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 전류 감지 수단은 상기 전력 스위칭 소자의 출력전류의 일부를 분로하는 션트 저항 및 상기 션트 저항 양단의 전압을 상기 변환식과 관련하여 미리 정해진 증폭도로 증폭하는 연산 증폭기를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치{input current confirmation apparatus for inverter type air conditioner}
본 발명은 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 관한 것으로, 특히 입력 전류의 확인을 인버터부의 출력전류에 의해 수행함으로써 장치의 비용을 절감할 수 있도록 한 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 관한 것이다.
인버터(inverter)는 전력변환장치의 일종으로 직류전력을 임의의 주파수를 갖는 교류전력으로 변환시키는 장치이다. 이러한 인버터 방식의 공기조화기에서는 압축기모터의 구동에 인버터로부터 제공되는 교류전압이 사용되는데, 인버터에서 제공되는 교류전압의 주파수의 변화에 따라 압축기모터의 회전수가 조절되므로 공기조화기의 냉/난방능력을 쉽게 증감할 수가 있다.
이러한 종래의 인터버형 공기조화기에서는 압축기모터의 소비 전력을 산출하기 위하여 입력 전류를 확인하는 장치가 필수적으로 구비되어야 하는 바, 도 1은 종래의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 회로도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치는 상용교류전원(AC)의 전원단 전류를 검출하는 전류 트랜스포머(CT), 전류 트랜스포머(CT)에서 검출된 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 저항(R0), 저항(R0)의 양단에 인가된 교류 전압을 전파 정류하는 브릿지 다이오드(BD2) 및 브릿지 다이오드(BD2)에서 전파 정류된 맥류 전압을 평활하는 콘덴서(C2)와 저항(R2)을 포함하여 이루어진 입력전류 감지부(40) 및 입력전류 감지부(40)에서 출력되는 감지전압을 대응되는 값을 갖는 디지털 신호로 변환한 후에 이를 자체에 미리 내장된 전압-전류 변환 테이블에 대입하여 입력 전류를 확인하는 마이크로 컴퓨터(이하, 간단히 '마이컴'이라 한다)(50)로 이루어진다.
한편, 인버터형 공기조화기의 전력 계통을 살펴보면, 상용교류전원(AC)은 브릿지 다이오드(BD1)에서 전파 정류된 후에 스위칭모드 파워서플라이(Switching Mode Power Supply; SMPS)(10)에서 미리 정해진 크기를 갖는 직류 전압으로 변환되어 인버터부(20)에 제공된다. 그리고, 인버터부(20)에서는 SMPS(10)에서 제공되는 직류 전압을 마이컴(50)의 제어에 따라 소정의 주파수 및 펄스폭을 갖는 교류 전압으로 변환하여 압축기모터(30)를 구동하게 된다. 인버터부(20)는 압축기모터(30)의 3상(U상, V상, W상) 전원을 발생시키는 3쌍의 전력 스위칭 소자 및 마이컴(50)의 제어에 따라 스위칭 소자를 구동하는 구동회로(22),(24)를 포함하여 이루어지는데, 전력 스위칭 소자는 예를 들어 절연 게이트 쌍극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transtor; IGBT)(Tuu, Tvu, Twu, Tul, Tvl, Twl)로 구현될 수 있다.
그리고, 이러한 인버터부(20)는 원칩화되어 지능형 전력 모듈(Intelligent Power Module; IPM)이라는 별칭으로 통용되는데, 통상적으로 과전류 유입시에 IGBT를 보호하는 보호회로(26)가 구비되어 있다. 즉, 션트 저항(Rs)에 의해 하위측 IGBT(Tul, Tvl, Twl)의 공통 에미터 단자에 흐르는 전류의 일부가 전압으로 변환되어 출력되는데, 보호회로(26)는 이러한 감지 전압을 미리 정해진 과전류 판단용 기준치와 비교하여 과전류가 유입되고 있다고 판단되면 그 즉시 하위측 IGBT(Tul, Tvl, Twl)를 강제로 턴오프시키게 된다. 미설명 부호 C1 및 R1은 상기 감지 전압을필터링하기 위한 시정수용 콘덴서 및 저항이다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 따르면, 입력 전류를 직접 감지하는 방식이기 때문에 전류 트랜스포머와 이에 수반되는 여러 회로소자가 요구되어 제조 비용이 상승하고, 이외에도 회로기판 상에서 많은 면적을 차지하기 때문에 사이즈가 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 입력 전류의 확인을 인버터부의 출력전류에 의해 수행함으로써 장치의 비용을 절감하고, 회로의 크기를 감소시킬 수 있도록 한 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인버터부의 전력 스위칭 소자를 단속 제어하여 압축기모터의 운전주파수를 가변시킬 수 있도록 된 인버터형 공기조화기의 입력전류 확인장치에 있어서, 상기 전력 스위칭 소자로부터 상기 압축기모터로 출력되는 전류를 대응되는 크기의 전압으로 출력하는 전류 감지 수단 및 입력전류 대 상기 출력전압 변환식이 탑재되며, 상기 전류 감지 수단으로부터 제공된 상기 출력 전압을 상기 변환식에 대입하여 상기 입력 전류를 확인하는 마이컴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 전류 감지 수단은 상기 전력 스위칭 소자의 출력전류의 일부를 분로하는 션트 저항 및 상기 션트 저항 양단의 전압을 상기 변환식과 관련하여 미리 정해진 증폭도로 증폭하는 연산 증폭기를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 1은 종래의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 회로도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 회로도,
도 3은 본 발명에서 입력전류 대 직류출력전압의 관계를 보인 그래프이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10: SMPS, 20: 인버터부,
22, 24: 구동회로, 26: 보호회로,
30: 압축기모터, 40: 입력전류 감지부,
50, 50' 마이컴, 60: 직류출력 감지부,
BD1, BD2: 브릿지 다이오드, R0 - R5: 저항,
Rs: 션트 저항, L: 코일,
C1 - C3: 콘덴서, OPA: 증폭기,
Tuu, Tvu, Twu: 상측 IGBT, Tul, Tvl, Twl: 하측 IGBT
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 회로도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에서 전력 계통에서 상용교류전원(AC)은 브릿지 다이오드(BD1)에서 전파 정류된 후에 SMPS(10)에서 미리 정해진 크기를 갖는 직류 전압으로 변환되어 인버터부(20)에 제공된다. 그리고, 인버터부(20)에서는 SMPS(10)에서 제공되는 직류 전압을 마이컴(50')의 제어에 따라 소정의 주파수 및 펄스폭을 갖는 교류 전압으로 변환하여 압축기모터(30)를 구동하게 된다. 인버터부(20)는 압축기모터(30)의 3상(U, V, W) 전원을 발생시키는 3쌍의 전력 스위칭 소자 및 마이컴(50')의 제어에 따라 전력 스위칭 소자를 구동하는 구동회로(22),(24)를 포함하여 이루어지는데, 전력 스위칭 소자는 IGBT(Tuu, Tvu, Twu, Tul, Tvl, Twl)로 구현될 수 있다. 도 2에서 미설명 부호 26은 보호회로를, Rs는 션트 저항을, C1 및 R1은 시정수용 콘덴서 및 저항을 각각 나타낸다. 이상은 도 1에 도시한 구성과 같다.
한편, 본 발명에서는 도 1에 도시한 종래의 입력전류 감지부(40)가 제거되는 대신에 인버터부(20)의 출력전류를 감지하는 직류출력 감지부(60)가 구비된다. 이러한 직류출력 감지부(60)는 션트 저항(Rs)에 인가되는 감지 전압, 즉 하위측 IGBT(Tul, TvL, Twl)로부터 압축기모터(30)의 각 상(u, v, w)에 흐르는 전류의 일부를 분로시켜 얻어지는 감지 전압을 미리 정해진 증폭도로 증폭하는 연산 증폭기(OPA)와 연산 증폭기(OPA)의 반전(-) 단자에 연결된 증폭도 결정 저항(R3, R4)를 포함하여 이루어진다. 미설명 부호 R5 및 C3는 연산 증폭기(OPA)의 비반전(+) 단자에 연결된 로우패스필터용 저항 및 콘덴서를 나타낸다.
그리고, 연산 증폭기(OPA)의 출력은 그 아날로그-디지털 변환 단자(AD)를 통해 마이컴(50')에 제공되는데, 마이컴(50')에는 연산 증폭기(OPA)의 출력전압을 입력전류 변환하는 변환식이 미리 내장되어 있다. 따라서, 마이컴(50')은 연산 증폭기(OPA)로부터 출력전압이 입력되면, 이를 상기 변환식에 대입하여 그 입력전류를 확인할 수 있게 된다. 그리고, 이러한 변환식은 선형 함수로 정의될 수 있다.
이하에는 본 발명의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 작용에 대해서 설명한다.
일반적으로 인버터 회로에서는 아래의 수학식이 성립한다.
전술한 수학식 1 내지 3에서Pin은 입력전력이고,Vs는 입력전압이고,Is는입력전류이며,cosΦ는 입력역률을 나타낸다. 또한Pdc,Vdc 및 Idc는 각각 브릿지다이오드(BD1)에서 정류된 DC 링크전력, DC 링크전압 및 DC 링크전류를 나타내며,Pout,Vout및Iout는 각각 출력전력, 출력전압 및 출력전류를 나타내고,cosΘ는 출력역률을 나타낸다.
한편, 전술한 각각의 전력식 사이에는 다음의 수학식 4의 관계가 존재한다.
그리고, 수학식 4에 의해 아래의 수학식 5가 유도된다.
가 성립한다. 결과적으로, 수학식 5에서cosΦ를 상수로 두면, 입력전류(Is)와 출력전류(Idc) 사이에는 선형 관계가 성립한다.
다시 도 2로 돌아가서 저항(R3)을 2[KΩ]으로 정하고, 저항(R4)을 47[KΩ]으로 정했을 때, 연산 증폭기(OPA)의 증폭도는 아래의 수학식 6에 의해 24.5가 됨을 알 수 있다.
아래의 표 1은 압축기모터(30)의 운전 주파수를 증가시켜가면서 입력전류(Is), 션트 저항(Rs)의 출력전압 및 연산 증폭기(OPA)의 출력전압(Vo)을조사한 결과를 보인 표이고, 도 3은 본 발명에서 입력전류 대 직류출력전압의 관계를 보인 그래프이다.
주파수(Hz) 전류(A) 전압(mV) 증폭전압(V)
36 3.4 44 1.1
40 3.8 50 1.23
45 4.3 56 1.35
50 4.8 64 1.63
55 5.4 73 1.83
60 6 80 1.98
65 6.5 86 2.1
70 7.1 93 2.31
75 7.9 106 2.71
80 8.9 125 3.1
85 9.8 138 3.45
90 11 166 3.75
도 3에 도시한 바와 같이, 입력전류(Is)와 연산 증폭기(OPA)의 출력전압(Vo)의 관계가 거의 선형임을 알 수가 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 간단한 장치에 의해 입력전류를 거의 정확하게 확인할 수가 있게 된다.
본 발명의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치는 전술한 실시에에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 따르면, 입력 전류의 확인을 간단한 회로에 의해 수행함으로써 제조 비용을 감소시키고, 회로의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 인버터부의 전력 스위칭 소자를 단속 제어하여 압축기모터의 운전주파수를 가변시킬 수 있도록 된 인버터형 공기조화기의 입력전류 확인장치에 있어서,
    상기 전력 스위칭 소자로부터 상기 압축기모터로 출력되는 전류를 대응되는 크기의 전압으로 출력하는 전류 감지 수단 및
    입력전류 대 상기 출력전압 변환식이 탑재되며, 상기 전류 감지 수단으로부터 제공된 상기 출력 전압을 상기 변환식에 대입하여 상기 입력 전류를 확인하는 마이컴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터형 공기조화기의 전류 확인 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 감지 수단은 상기 전력 스위칭 소자의 출력전류의 일부를 분로하는 션트 저항 및
    상기 션트 저항 양단의 전압을 상기 변환식과 관련하여 미리 정해진 증폭도로 증폭하는 연산 증폭기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치.
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