KR100445466B1 - Method and device for power factor compensation in inverter airconditioner - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역률 개선을 위한 부분 스위칭 제어를 부하출력이 일정치 이상에서 수행하도록 하여 불필요한 스위칭을 감소시키고 소비전력을 낮출 수 있는 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 역률 보상이 충분히 되는 부하출력영역을 기준으로 부분 스위칭 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명에서는 역률 보상이 충분히 되는 부하출력영역을 전력을 기준으로 해서 설정하고 있다. 따라서 본 발명은 역률 보상이 충분히 되는 부하출력영역에서 스위칭동작을 제어하므로서 불필요한 스위칭을 동작을 억제하는 것이 가능하다.The present invention relates to a power factor correction method and apparatus of an inverter air conditioner, and more particularly, an inverter air conditioner capable of reducing unnecessary switching and lowering power consumption by performing partial switching control for improving the power factor at a predetermined value or more. It relates to a power factor correction method and apparatus. The present invention is characterized in that the partial switching control is performed based on the load output region where power factor correction is sufficient. In particular, in the present invention, a load output region in which power factor correction is sufficiently set is set on the basis of electric power. Therefore, the present invention can suppress the unnecessary switching operation by controlling the switching operation in the load output region where power factor correction is sufficient.
Description
본 발명은 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역률 개선을 위한 부분 스위칭 제어를 부하출력이 일정치 이상에서 수행하도록 하여 불필요한 스위칭을 감소시키고 소비전력을 낮출 수 있는 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power factor correction method and apparatus of an inverter air conditioner, and more particularly, an inverter air conditioner capable of reducing unnecessary switching and lowering power consumption by performing partial switching control for improving the power factor at a predetermined value or more. It relates to a power factor correction method and apparatus.
공기조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 이를 테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절하고, 또한 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절한다. 이렇게 공기 조화기와 같은 생활의 편의 제품이 점차적으로 확대, 사용되면서 소비자들은 높은 에너지 사용 효율과, 성능 향상 및 사용에 편리한 제품을 요구하게 되었다.An air conditioner is a home appliance for maintaining indoor air in a state most suitable for use and purpose. For example, in summer, the room is cooled to a cool state, in winter, the room is heated to a warm state, and also the humidity of the room, and the air in the room to a comfortable clean state. As life convenience products such as air conditioners are gradually expanded and used, consumers are demanding high energy use efficiency, performance improvement and convenience products.
또한, 가정과 회사에서 그리고 공장에서 가전제품 및 전자기기들의 사용이 확대되면서 많은 나라와 기구에서는 제품의 사용 규격을 여러가지 방면에서 규제시키고 있다. 일 예로, 하모닉 규격(규격번호 EN61000-3-2, Limit for Harmonic current emissions)이 있다. 상기 하모닉(다른 표현으로 '고조파'라고 함) 규격에서 제한하는 것은, 주파수의 왜곡되는 양을 규제하기 위한 것이다. 이것은 고조파 장애가 각종 전력기기의 열화를 촉진하여 수명을 단축시키고 과열 등에 의한 화재의 위험을 가중시킬 뿐 만 아니라, 무효전력의 증가를 가져와서 소비전력을 증가시키기 때문이다. 이러한 점때문에 인버터 에어컨에서는 고조파장애를 낮추기 위해서 역률개선을 위한 다양한 제어를 수행하고 있다.In addition, the increasing use of home appliances and electronic devices in homes, businesses, and factories has led many countries and organizations to regulate the use of their products in various ways. For example, there is a harmonic standard (standard number EN61000-3-2, Limit for Harmonic current emissions). The limitation in the Harmonic (alternatively referred to as 'harmonics') standard is to regulate the amount of distortion of the frequency. This is because harmonic disturbances not only accelerate the deterioration of various power devices, shorten the lifespan and increase the risk of fire due to overheating, but also increase the reactive power and increase the power consumption. For this reason, the inverter air conditioner performs various controls for improving the power factor to reduce harmonic disturbances.
도 1은 종래 능동형 인버터 에어컨의 제어 회로도를 도시하고 있고, 도 2는 종래 역률 개선 제어에 따른 입력전압 파형과 입력전류 파형을 도시하고 있다.1 illustrates a control circuit diagram of a conventional active inverter air conditioner, and FIG. 2 illustrates an input voltage waveform and an input current waveform according to a conventional power factor improvement control.
도시되고 있는 바와 같이, 종래 능동형 인버터 에어컨의 제어회로는, 입력 교류전압(31)을 브릿지 다이오드로 구성되어진 정류회로에 의해서 일차 정류시키는 정류회로(23)를 포함한다. 그리고 상기 정류회로(23)의 출력을 입력하고, 전압과 전류의 위상을 능동적으로 일치시키는 능동필터가 구비되어진다.As shown, the control circuit of the conventional active inverter air conditioner includes a rectifying circuit 23 for primary rectifying the input AC voltage 31 by a rectifying circuit constituted by a bridge diode. An active filter is provided to input the output of the rectifier circuit 23 and to actively match the phase of the voltage and the current.
상기 능동필터는, 상기 정류회로(23)의 출력을 입력하는 리액터(25)와 리액터(25)의 출력단에 연결되고 있는 역전류방지용 다이오드(21), 그리고 출력되는 신호의 전압과 전류의 위상차가 거의 발생되지 않도록 고속 스위칭 제어하는 IGBT 스위치(19)와, 그리고 상기 IGBT 스위치(19)의 스위칭동작을 제어하기 위해서 PWM 제어를 수행하는 PFC제어부(27)를 포함한다. 따라서 상기 능동필터는, 상기 PFC 제어부(27)의 PWM 제어에 의해서 리액터(25)의 전류의 이상이 입력전압의 위상을 추종하도록 IGBT 스위치(19)를 고속 스위칭 제어한다.The active filter includes a reactor 25 for inputting the output of the rectifier circuit 23 and a reverse current prevention diode 21 connected to the output terminal of the reactor 25, and a phase difference between the voltage and the current of the output signal. An IGBT switch 19 for high speed switching control to be hardly generated, and a PFC controller 27 for performing PWM control to control the switching operation of the IGBT switch 19 are included. Therefore, the active filter performs high-speed switching control of the IGBT switch 19 such that the abnormality of the current of the reactor 25 follows the phase of the input voltage by the PWM control of the PFC control unit 27.
그리고 상기 능동필터에서 역률이 개선된 신호는, 캐패시터로 구성된 DC 전압발생부(13)에 인가된다. 상기 DC 전압발생부(13)는, 압축기의 구동에 필요한 DC 전압을 발생시킨다. 상기 DC 전압발생부(13)로부터 발생된 DC 전압은 인버터부(15)의 제어를 받아서 압축기(17)에 공급되어진다.In addition, the signal whose power factor is improved in the active filter is applied to the DC voltage generator 13 formed of a capacitor. The DC voltage generator 13 generates a DC voltage required for driving the compressor. The DC voltage generated from the DC voltage generator 13 is supplied to the compressor 17 under the control of the inverter unit 15.
이와 같이 구성되어진 종래 능동형 인버터 에어컨의 제어회로는, 상기 IGBT 스위치(19)를 온시켰을 때, 상기 리액터(25)에 정류회로(23)에서 정류된 전압이 걸리고, 리액터 전류는 선형적으로 상승한다. 그리고 다이오드(21)에는 역전압이 걸려 있어서 오프되어 있고, 캐패시터(13)에 충전된 에너지가 압축기(17)로 공급된다.In the control circuit of the conventional active inverter air conditioner configured as described above, when the IGBT switch 19 is turned on, the reactor 25 receives the rectified voltage from the rectifier circuit 23, and the reactor current increases linearly. . The diode 21 is turned off due to a reverse voltage applied, and the energy charged in the capacitor 13 is supplied to the compressor 17.
반대로 상기 PFC 제어부(27:Power Factor Correction)에 의하여 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치(19)가 오프되면, 다이오드(21)가 도통하여, 리액터(25)에는 출력전압에서 입력전압을 뺀 전압이 걸리고, 리액터 전류는 선형적으로 감소한다. 이때 입력단에서 출력단으로 파워가 공급되면서 캐패시터(13)에 충전되고 압축기에도 에너지가 공급된다. 이러한 동작이 반복되면 리액터 전류가 입력전압의 위상을 추종하게 되면서 역률이 개선되어진다. 이때, 상기 PFC 제어부(27)는 도시되지 않은 제어부의 제어를 받아서 PWM 제어를 수행한다.On the contrary, when the Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) switch 19 is turned off by the PFC control unit 27 (Power Factor Correction), the diode 21 conducts, and the reactor 25 has a voltage obtained by subtracting the input voltage from the output voltage. And reactor current decreases linearly. At this time, the power is supplied from the input end to the output end, the capacitor 13 is charged and energy is supplied to the compressor. If this operation is repeated, the power factor is improved as the reactor current follows the phase of the input voltage. At this time, the PFC control unit 27 performs PWM control under the control of a control unit (not shown).
이렇게 해서 상기 능동필터에서 역률이 개선된 전압은 DC 전압발생부(13)에 공급되며, 상기 DC 전압발생부(13)는 압축기의 구동에 필요한 DC 전압을 발생시킨다. 상기 DC 전압발생부(13)로부터 발생된 DC 전압은 인버터부(15)의 제어를 받아서 압축기(17)에 공급되어진다.In this way, the voltage of which the power factor is improved in the active filter is supplied to the DC voltage generator 13, and the DC voltage generator 13 generates a DC voltage necessary for driving the compressor. The DC voltage generated from the DC voltage generator 13 is supplied to the compressor 17 under the control of the inverter unit 15.
도 2는 종래 능동형 인버터 에어컨의 제어 회로에서 상기 IGBT 스위치(19)의 온/오프 스위칭동작으로 입력전압과 전류의 위상차가 거의 발생하지 않는 역률이 개선된 상태를 도시하고 있다. 그러나 이 방식은, 상기 IGBT 스위치(19)가 매우 높은 고속 스위칭제어(약 20KHz)를 수행해야만 하기 때문에, 반도체 소자 및 주변회로의 제조비용이 상승되는 문제점이 있었다. 일 예로, 상기 IGBT 스위치(19)에 연결되고 있는 다이오드(21) 및 리액터(25)는 고속 스위칭에 적합한 소자를 사용해야만 한다. 또한, IGBT 스위치(19)의 스위칭 동작과정에서 다이오드(21)로부터 IGBT 스위치(19) 측으로 흐르는 역전류를 방열시켜주기 위해서는 용량이 큰 방열판의 사용 및 큰 용량의 팬을 사용해야만 하는 문제점이 발생되었다.FIG. 2 illustrates a state in which a power factor at which a phase difference between an input voltage and a current hardly occurs by an on / off switching operation of the IGBT switch 19 in a control circuit of a conventional active inverter air conditioner is improved. However, this method has a problem in that the manufacturing cost of semiconductor devices and peripheral circuits increases because the IGBT switch 19 must perform a very high high speed switching control (about 20 KHz). For example, the diode 21 and the reactor 25 connected to the IGBT switch 19 should use a device suitable for high speed switching. In addition, in order to dissipate the reverse current flowing from the diode 21 to the IGBT switch 19 in the switching operation of the IGBT switch 19, there is a problem that a large capacity heat sink and a large capacity fan must be used. .
또한, 종래 인버터 에어컨의 제어방법에서는 압축기(17)의 구동과 함께 IGBT 스위치(19)의 고속 스위칭 제어가 이루어졌다.In addition, in the conventional control method of the inverter air conditioner, the high speed switching control of the IGBT switch 19 is performed together with the driving of the compressor 17.
즉, 도 3에 도시되고 있는 바와 같이, 종래의 인버터 에어컨에서는, 압축기의(17)가 구동됨과 동시에 IGBT 스위치(19)의 고속 스위칭 동작이 시작되고 있다(제 100 단계, 제 110 단계).That is, as shown in Fig. 3, in the conventional inverter air conditioner, the high speed switching operation of the IGBT switch 19 is started at the same time as the compressor 17 is driven (step 100 and step 110).
그리고 압축기(17)의 구동이 이루어지지 않는 상태에서는 상기 IGBT 스위치(19)의 스위칭동작 제어는 이루어지지 않는다(제 120 단계).In the state where the compressor 17 is not driven, the switching operation of the IGBT switch 19 is not controlled (step 120).
따라서 종래의 인버터 에어컨의 제어방법에서는, 압축기의 운전이 시작되는 조건에서 무조건 역률 보상을 위한 PFC 제어부(27)를 구동시켜서 IGBT 스위치(19)의 스위칭 동작을 수행하도록 하고 있다.Therefore, in the conventional control method of the inverter air conditioner, the switching operation of the IGBT switch 19 is performed by driving the PFC controller 27 for power factor correction unconditionally under the condition that the compressor operation starts.
이와 같은 제어는 다음과 같은 문제점을 발생시켰다.Such control has caused the following problems.
종래, 압축기의 구동과 함께 무조건 IGBT 스위치(19)의 고속 스위칭 제어를 수행하는 것은, 역률보상이 필요없는 조건에서 불필요한 스위칭동작 제어를 수행하는 결과를 야기시켰다. 이것은 불필요한 스위칭동작으로 인한 소비전력 상승을 일으켰고, 스위칭동작 제어에 의해서도 충분한 역률보상 상태를 이끌어내지 못했기 때문이다.Conventionally, performing the high speed switching control of the IGBT switch 19 unconditionally together with the driving of the compressor has resulted in performing unnecessary switching operation control under the condition that power factor correction is not necessary. This caused an increase in power consumption due to unnecessary switching operation, and did not lead to sufficient power factor compensation even by switching operation control.
실제 하모닉 규격에서는 일정량 이상으로 발생되는 고조파를 억제시키기 위한 것을 중점을 두고 있고, 사용전력량이 낮은 전력상태에서는 역률 보상을 위한 스위칭동작 제어에 따른 충분한 효과를 얻는 것이 어렵다. 이것은 낮은 전력상태에서는 무효전력치가 낮고, 이때 발생되는 고조파가 다른 시스템에 미치는 영향은 미비하기 때문이다. 더불어 낮은 전력상태에서는 스위칭동작 제어를 수행하더라도 전류의 특성상 원하는 만큼의 역률 보상을 얻는 것이 어렵기 때문이다.The actual harmonic standard focuses on suppressing harmonics generated by a certain amount or more, and it is difficult to obtain a sufficient effect due to switching operation control for power factor correction in a power state with low power consumption. This is because the reactive power value is low in the low power state, and the harmonics generated at this time have little effect on other systems. In addition, even if the switching operation control is performed in the low power state, it is difficult to obtain the desired power factor compensation due to the characteristics of the current.
또한, 종래의 제어는, 역률 보상이 충분히 되지 않는 부하 출력조건에서 불필요한 스위칭제어를 수행하므로 인하여, 고속 스위칭 소자의 사용기간을 단축시키는 문제점을 가지고 있다.In addition, the conventional control has a problem of shortening the service life of the high-speed switching device because unnecessary switching control is performed under load output conditions in which power factor correction is not sufficiently performed.
이와 같이 종래의 능동형 인버터 에어컨에서 사용하고 있는 역률 보상을 위한 제어방법은, 고가의 소자를 사용해야만 하는 것 외에도 불필요한 스위칭동작 제어 등의 문제점으로부터 소비전력 상승, 사용기간의 단축 등의 문제점을 안고 있다.As described above, the control method for power factor correction used in the active inverter air conditioner has a problem of not only having to use expensive elements but also increasing power consumption and shortening the service life due to unnecessary switching operation control. .
따라서 본 발명의 목적은, 역률 보상이 충분히 이루어지는 부하출력 영역을 기준으로 해서 부분 스위칭 제어를 수행하도록 하는 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a power factor correction method and apparatus for inverter air conditioner to perform partial switching control on the basis of a load output region in which power factor correction is sufficiently performed.
도 1은 종래 기술에 따른 능동형 인버터 에어컨의 역률 보상을 위한 제어 구성도,1 is a control block diagram for power factor correction of an active inverter air conditioner according to the prior art,
도 2는 종래 인버터 에어컨의 역률 보상에 따른 입력전압과 입력전류 파형도,2 is a waveform diagram of input voltage and input current according to power factor compensation of a conventional inverter air conditioner,
도 3은 종래 인버터 에어컨의 역률 보상 시점 제어를 위한 동작 흐름도,3 is an operation flowchart for controlling a power factor correction timing of a conventional inverter air conditioner;
도 4는 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률 보상을 위한 제어 구성도,4 is a control block diagram for power factor correction of the inverter air conditioner according to the present invention,
도 5a는 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률 보상 제어를 위한 동작 흐름도,5A is an operation flowchart for power factor correction control of the inverter air conditioner according to the present invention;
도 5b는 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 역률 보상에 따른 입력전압과 입력전류의 파형도,5b is a waveform diagram of an input voltage and an input current according to power factor correction in an inverter air conditioner according to the present invention;
도 6a 내지 도 6c는 도 5a에 도시된 각 동작의 상세 제어 흐름도.6A to 6C are detailed control flowcharts of each operation shown in FIG. 5A.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
50 : 전원 52 : 리액터50: power 52: reactor
54 : IGBT 스위치 56 : 정류부54: IGBT switch 56: rectifier
58 : DC전압 발생부 60 : 인버터부58: DC voltage generating unit 60: inverter unit
62 : 압축기 64 : 인버터구동부62 compressor 64 inverter drive unit
66 : DC 링크전압 감지부 68 : IGBT 스위치 제어부66: DC link voltage detection unit 68: IGBT switch control unit
70 : 마이크로컨트롤러 72 : 입력전압위상감지부70: microcontroller 72: input voltage phase detection unit
74 : 입력전압감지부74: input voltage detector
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률보상장치는, 상기 리액터를 통과하는 전원의 역률을 보상하기 위하여 입력전압의 제로 크로싱 시점마다 설정된 스위치 온 시간동안 한번의 스위칭 동작을 수행하는 역률보상부와; 상기 역률보상부에서 출력되는 전원을 입력하고, 소정크기의 디씨 전압을 발생시키는 디씨 전압 발생부와; 상기 디씨 전압 발생부의 출력전압을 인버팅해서 압축기로 공급하는 인버터부와; 상기 디씨 전압 발생부에서 발생되는 디씨 전압의 크기를 감지하는 디씨 전압 감지부와; 시스템의 사용 전력량을 검출하는 전력량 검출수단과; 상기 검출된 전력량이 일정값 이상으로 상승될 때, 상기 역률보상부의 스위칭동작 시작을 제어하고, 상기 디씨 전압감지부에서 감지된 전압의 크기가 설정된 값에 도달하도록 상기 역률보상부의 스위칭 온 시간을 가변 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된다.The power factor correction apparatus of the inverter air conditioner according to the present invention for achieving the above object, the power factor for performing one switching operation during the switch-on time set for each zero crossing time of the input voltage to compensate for the power factor of the power passing through the reactor A compensating unit; A DC voltage generator which inputs power output from the power factor correction unit and generates a DC voltage having a predetermined size; An inverter unit inverting the output voltage of the DC voltage generation unit and supplying the output voltage to the compressor; A DC voltage detector configured to detect a magnitude of the DC voltage generated by the DC voltage generator; Power amount detecting means for detecting an amount of power used by the system; When the detected amount of power rises above a predetermined value, the switching operation of the power factor correction unit is controlled, and the switching-on time of the power factor correction unit is varied so that the magnitude of the voltage sensed by the DC voltage detector reaches a set value. It comprises a control means for controlling.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률보상방법은, 역률을 보상하기 위하여 입력전원을 스위칭 제어하는 역률보상부와; 상기역률보상부에서 출력되는 전원을 입력하고, 소정크기의 디씨 전압을 발생시키는 디씨 전압 발생부와; 상기 디씨 전압 발생부의 출력전압을 인버팅해서 압축기로 공급하는 인버터부를 구비한 인버터 에어컨에 있어서: 압축기의 구동 상태에서 현재의 사용 전력량을 산출하는 전력산출단계와; 상기 산출된 전력량을 기설정된 일정값과 비교하는 비교단계와; 상기 비교단계의 비교결과에 따라서 현재 전력량이 일정값 이상에서 상기 역률보상부의 스위칭동작 제어가 이루어지도록 제어하는 제어단계를 포함하여 구성되고, 상기 제어단계는, 상기 디씨 전압 발생부에서 발생되는 현재 디씨 전압이 기설정된 목표 디씨 전압에 도달하기까지 상기 역률보상부의 부분 스위칭 동작시간을 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, the power factor correction method of the inverter air conditioner according to the present invention for achieving the above object, the power factor correction unit for switching the input power to control the power factor; A DC voltage generator which inputs power output from the power factor correction unit and generates a DC voltage having a predetermined size; An inverter air conditioner having an inverter unit for inverting an output voltage of the DC voltage generator and supplying the output voltage to a compressor, the inverter air conditioner comprising: a power calculation step of calculating a current amount of power used in a driving state of the compressor; A comparison step of comparing the calculated amount of power with a predetermined constant value; And a control step of controlling a switching operation of the power factor correction unit to be performed at a predetermined value or more according to the comparison result of the comparison step, wherein the control step includes a current DC generated by the DC voltage generator. The partial switching operation time of the power factor correction unit is adjusted until the voltage reaches a predetermined target DC voltage.
상기 비교단계는, 상기 역률보상부의 스위칭동작 정지 제어를 위한 제 1 전력치와, 상기 역률보상부의 스위칭동작 시작 제어를 위한 제 2 전력치를 설정하고, 현재 산출된 전력량이 상기 제 1 전력치와 제 2 전력치 사이에 존재할 때, 이전 상태를 그대로 유지시키는 것을 특징으로 한다.The comparing may include setting a first power value for controlling the switching operation stop of the power factor correction unit and a second power value for controlling the switching operation start control of the power factor correction unit, and the currently calculated amount of power is equal to the first power value and the first power value. When present between the two power values, it is characterized by maintaining the previous state as it is.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 대해서 자세하게 설명한다.Hereinafter, a power factor correction method and apparatus for an inverter air conditioner according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은, 역률 보상을 제어함에 있어서, 압축기를 구동하는 디씨 링크 전압을 기준으로 부분 스위칭 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해서 본 발명은 도 4에 도시되고 있는 바와 같은 제어 회로를 구비하고 있다.The present invention is characterized in that in controlling power factor correction, partial switching control is performed based on the DC link voltage driving the compressor. To this end, the present invention includes a control circuit as shown in FIG.
즉, 도시되고 있는 바와 같이, 전원단(50)에 리액터(52)가 연결되고 있다. 그리고 상기 리액터(52)의 후단에 정류회로(56)와 IGBT 스위치(54)가 병렬 연결된다. 상기 IGBT 스위치(54)는, 후술되는 IGBT 스위치(Switch)제어부(68)의 제어에 의해서 온/오프 스위칭된다. 그리고 상기 정류회로(56)의 다음단에는 DC 링크 전압발생부(58)가 연결되어지고, 상기 DC 링크 전압발생부(58)에서 발생된 고압의 DC 링크 전압이 인버터부(60)를 통해서 압축기(62)에 전달되도록 구성되어진다.That is, as shown in the drawing, the reactor 52 is connected to the power supply terminal 50. The rectifier circuit 56 and the IGBT switch 54 are connected in parallel to the rear end of the reactor 52. The IGBT switch 54 is switched on / off under the control of an IGBT switch controller 68 to be described later. Next, the DC link voltage generator 58 is connected to the next stage of the rectifier circuit 56, and the high-voltage DC link voltage generated by the DC link voltage generator 58 is compressed through the inverter unit 60. And to be delivered to 62.
상기와 같은 구성으로 전원단의 전압이 고압의 DC 링크전압으로 압축기(62)에 공급되기 위해서는 상기 IGBT 스위치(54) 및 인버터부(60)의 제어가 필요하다. 상기 제어를 위해서 본 발명에서는 마이크로컨트롤러(70)의 제어하에 인버터부(60)를 구동하는 인버터구동부(64)를 포함하고 있다. 그리고 상기 마이크로컨트롤러(70)의 제어하에 상기 IGBT 스위치(54)의 온/오프 동작을 제어하는 IGBT 스위치 제어부(68)를 포함하고 있다.In this configuration, the control of the IGBT switch 54 and the inverter unit 60 is required to supply the voltage of the power supply terminal to the compressor 62 at a high-voltage DC link voltage. For the above control, the present invention includes an inverter driver 64 for driving the inverter unit 60 under the control of the microcontroller 70. And an IGBT switch controller 68 for controlling the on / off operation of the IGBT switch 54 under the control of the microcontroller 70.
또한, 본 발명에서는 상기 DC 링크 전압발생부(58)의 발생전압을 감지하는 디씨 링크(DC LINK) 전압감지부(66)가 구비되며, 제품 내부로 입력되는 입력전압의 위상을 감지하기 위한 입력전압 위상감지부(72)가 구비되어진다. 상기 디씨 링크 전압감지부(66)에서 감지된 DC 전압의 크기와 상기 입력전압 위상감지부(72)에서 감지된 입력전압의 위상은 마이크로컨트롤러(70)에 입력되어진다.In addition, the present invention is provided with a DC LINK voltage detector 66 for detecting the generated voltage of the DC link voltage generator 58, an input for detecting the phase of the input voltage input into the product The voltage phase detection unit 72 is provided. The magnitude of the DC voltage sensed by the DC link voltage detector 66 and the phase of the input voltage sensed by the input voltage phase detector 72 are input to the microcontroller 70.
따라서 상기 구성으로부터 마이크로컨트롤러(70)는, 입력전압의 위상을 인지 가능하고, 또한 발생되는 DC 전압의 크기를 인지할 수 있다. 이렇게 인지된 DC 전압의 크기가 항상 일정하도록 마이크로컨트롤러(70)는 상기 IGBT 스위치(54)의 부분 스위칭동작을 제어하게 된다.Therefore, from the above configuration, the microcontroller 70 can recognize the phase of the input voltage and can also recognize the magnitude of the generated DC voltage. The microcontroller 70 controls the partial switching operation of the IGBT switch 54 so that the perceived DC voltage is always constant.
또한, 입력전압감지부(74)가 본 발명에 더 포함된다. 상기입력전압감지부(74)는, 제품 내부로 입력되는 전압의 크기를 감지하고, 감지된 전압의 크기를 마이크로컨트롤러(70)에 제공하는 구성이다. 그리고 부호 76은 제품 내부로 입력되는 전류의 크기를 감지하기 위한 입력전류감지부이다. 상기 입력전류감지부(76)에서 감지된 입력전류의 크기는 마이크로컨트롤러(70)에 제공되어진다. 상기 입력전류감지부(76)는, 전류 트랜스(CT)를 이용한다.In addition, the input voltage detection unit 74 is further included in the present invention. The input voltage detector 74 is configured to detect the magnitude of the voltage input into the product and provide the detected voltage to the microcontroller 70. In addition, reference numeral 76 denotes an input current sensing unit for sensing the amount of current input into the product. The magnitude of the input current sensed by the input current sensing unit 76 is provided to the microcontroller 70. The input current detection unit 76 uses a current transformer CT.
다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 역률보상을 위한 제어과정에 대해서 설명한다.Next, a control process for power factor correction in an inverter air conditioner according to the present invention having the above configuration will be described.
도 5a는 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 역률 보상을 제어하는 동작 흐름도이다.5A is a flowchart illustrating an operation of controlling power factor correction in an inverter air conditioner according to the present invention.
마이크로컨트롤러(70)의 제어하에 구동이 시작되면, 제품 내부로 전원이 입력되면서 전원부(50)의 전원이 리액터(52) 측으로 전달된다. 상기 리액터(52)를 통과한 전원은 정류회로(56)에 공급되어 1차 정류된다. 상기 정류회로(56)에서 정류된 신호는 DC 링크 전압발생부(58)에 인가되어진다. 그리고 상기 DC 링크 전압발생부(58)에서 높은 DC 전압이 발생되어서 인버터부(60)를 통해서 압축기(62)에 공급되어진다.When the driving is started under the control of the microcontroller 70, the power of the power supply unit 50 is transmitted to the reactor 52 while the power is input into the product. The power passing through the reactor 52 is supplied to the rectifier circuit 56 and primary rectified. The signal rectified by the rectifier circuit 56 is applied to the DC link voltage generator 58. In addition, a high DC voltage is generated in the DC link voltage generator 58 and supplied to the compressor 62 through the inverter unit 60.
상기와 같은 과정으로 압축기(62)에 전원이 공급되면서 운전이 시작되면(제 200 단계), 마이크로컨트롤러(70)는, 현재의 부하 전력량을 계산한다. 즉, 입력전류감지부(76)에서 감지한 입력전류와, 입력전압감지부(74)에서 감지한 입력전압을 읽어와서 두 값을 곱하고, 현재의 부하 전력량을 계산한다(제 210 단계).When the operation is started while power is supplied to the compressor 62 in the above process (step 200), the microcontroller 70 calculates the current load power amount. That is, the input current sensed by the input current detector 76 and the input voltage sensed by the input voltage detector 74 are read, multiplied by two values, and the current load power amount is calculated (step 210).
상기 제 210 단계에서 현재 부하의 전력량이 산출되면,마이크로컨트롤러(70)는, 기설정된 제 1 전력치(Woff)와 비교한다(제 220 단계). 상기 제 1 전력치(Woff)는, 본 발명에 따른 부분 스위칭 제어를 정지하기 위해서 설정해 둔 값이다. 상기 제 1 전력치(Woff)는, 후술되는 제 2 전력치(Won) 보다 일정 레벨 작게 설정되어진다. 상기 제 2 전력치(Won)는, 부분 스위칭을 시작하기 위한 시점을 결정하기 위해서 설정해 둔 값이다. 상기 제 2 전력치는, 역률 보상이 충분히 되는 부하 출력 영역을 기준으로 설정되어진다.When the amount of power of the current load is calculated in step 210, the microcontroller 70 compares the predetermined first power value Woff (step 220). The first power value Woff is a value set for stopping the partial switching control according to the present invention. The first power value Woff is set to a predetermined level smaller than the second power value Won described later. The second power value Won is a value set for determining a time point for starting partial switching. The second power value is set on the basis of a load output region where power factor correction is sufficient.
상기 제 220 단계에서 현재의 부하 전력량이 제 1 전력치(Woff)보다 크면, 상기 제 210 단계에서 산출된 현재의 부하 전력량과 부분 스위칭을 시작하기 위한 시점을 결정하기 위해서 설정해 둔 제 2 전력치(Won)를 비교한다(제 230 단계).If the current load power amount is greater than the first power value Woff in step 220, the second power value set to determine the current load power amount calculated in step 210 and a time point for starting partial switching ( Won) is compared (step 230).
상기 제 230 단계의 비교에서 현재의 부하 전력량이 제 2 전력치보다 클 때, 마이크로컨트롤러(70)는, IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어가 시작됨을 알리기 위한 '스위치 온 제어중' 상태를 세팅상태로 제어한다(제 250 단계).When the current load power amount is greater than the second power value in the comparison of step 230, the microcontroller 70 sets a 'switch on control' state to indicate that the switching operation control of the IGBT switch 54 is started. The state is controlled (step 250).
즉, 제 250 단계는, 압축기의 운전이 일정궤도에 진입되면서 역률 보상이 충분히 이루어지는 부하 출력 영역에 도달했을 때, 역률 개선을 위한 부분 스위칭 동작을 위해서 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어가 시작됨을 세팅하는 과정이다.That is, in operation 250, when the operation of the compressor reaches a load output region in which the power factor correction is sufficiently performed while the compressor enters a predetermined trajectory, the switching operation control of the IGBT switch 54 is started for the partial switching operation for improving the power factor. This is the setting process.
이후 IGBT 스위치 제어부(68)는 마이크로컨트롤러(70)의 제어를 받아서 IGBT 스위치(54)의 PWM 제어를 수행하게 된다.Thereafter, the IGBT switch controller 68 performs the PWM control of the IGBT switch 54 under the control of the microcontroller 70.
즉, 입력전압 위상 감지부(72)는, 제품 내부로 입력되는 전압의 위상을 감지해서 마이크로컨트롤러(70)에 제공한다(도 4a의 제 300 단계).That is, the input voltage phase detection unit 72 detects the phase of the voltage input into the product and provides it to the microcontroller 70 (300 step in FIG. 4A).
상기 제 300 단계에서 입력되는 전압의 위상이 제로 크로싱 시점일 때, 마이크로컨트롤러(70)는, IGBT 스위치 제어부(68)에 IGBT 스위치(54)의 온동작을 명령한다. 이때의 신호에 의해서 스위칭제어부(68)는 IGBT 스위치(54)를 온동작시킨다(제 303 단계).When the phase of the voltage input in step 300 is zero crossing time, the microcontroller 70 commands the IGBT switch controller 68 to turn on the IGBT switch 54. In response to the signal at this time, the switching controller 68 turns on the IGBT switch 54 (step 303).
상기 IGBT 스위치(54)가 온동작되는 동안, 상기 리액터(52)를 통과하는 전류의 위상은 도 5b에 도시되고 있는 바와 같이 전압 파형의 위상에 가깝게 조절된다. 따라서 상기 IGBT 스위치(54)의 온동작은, 입력전압의 위상이 제로 크로싱 시점에서 한번씩 반복해서 이루어지며, 상기 온동작시간은 후술되는 목표 DC 링크 전압에 도달하도록 설정된 목표 스위치 온시간(목표 Switch ON 시간)동안 이루어진다(제 306 단계). 즉, 상기 제 306 단계는, 상기 IGBT 스위치(54)를 온시키고, 얼마동안 온시켜야 할지 목표 스위치 온시간 데이터를 타이머 카운터(Ton)에 저장시키는 단계이다.While the IGBT switch 54 is on, the phase of the current passing through the reactor 52 is adjusted close to the phase of the voltage waveform as shown in FIG. 5B. Accordingly, the on operation of the IGBT switch 54 is repeatedly performed once at a phase of zero crossing of the input voltage, and the on operation time is a target switch on time (target switch ON) set to reach a target DC link voltage described later. Time) (step 306). That is, in step 306, the IGBT switch 54 is turned on and the target switch on time data is stored in the timer counter Ton for how long to turn it on.
따라서 마이크로컨트롤러(70)는, IGBT 스위치(54)가 온 동작된 후, 내장된 타이머를 이용해서 일정시간 간격으로 설정된 Ton시간을 감소시킨다(도 6b의 제 400 단계). 그리고 설정된 시간이 경과되면(제 403 단계), 상기 IGBT 스위치 제어부(68)에 상기 IGBT 스위치(54)의 오프동작을 명령한다(제 406 단계).Therefore, after the IGBT switch 54 is turned on, the microcontroller 70 decreases the Ton time set at a predetermined time interval by using the built-in timer (step 400 of FIG. 6B). When the set time has elapsed (step 403), the IGBT switch controller 68 is instructed to turn off the IGBT switch 54 (step 406).
상기와 같이, IGBT 스위치(54)가 온 동작되고, 오프동작되는 것은, 입력되는 전압의 위상이 제로 크로싱 시점마다 한번씩 반복해서 이루어진다.As described above, the IGBT switch 54 is turned on and off, and the input voltage is repeatedly performed once every zero crossing time point.
다음은, 상기 IGBT 스위치(54)를 온동작시켰을 때, 상기 IGBT 스위치(54)의 온동작시간인 목표 스위치 온 시간(Ton)이 설정되는 과정에 대해서 설명한다.Next, a description will be given of a process of setting a target switch on time Ton, which is an on operation time of the IGBT switch 54, when the IGBT switch 54 is turned on.
우선, 각 제품에 대한 실험단계에서 역률이 가장 높게 나오는 DC 링크 전압을 목표 DC 링크전압으로 먼저 설정한다. 상기 설정된 목표 DC 링크전압은 마이크로컨트롤러(70)에 저장되어진다. 또한, 상기 목표 DC 링크전압에 도달하기까지에 이르는 목표 스위치 온시간(Ton)을 설정한다. 상기 목표 스위치 온시간(Ton)은, 실험치에 따른 값이며, 마이크로컨트롤러(70)에 저장되어진다.First, the DC link voltage with the highest power factor is first set as the target DC link voltage in the experimental stage for each product. The set target DC link voltage is stored in the microcontroller 70. In addition, a target switch on time (Ton) until reaching the target DC link voltage is set. The target switch on time Ton is a value according to an experimental value and is stored in the microcontroller 70.
DC 링크 전압감지부(66)는, 상기 DC 링크 전압발생부(58)에서 발생되는 DC 링크 전압을 감지해서 마이크로컨트롤러(70)에 전달한다(제 500 단계). 상기 마이크로컨트롤러(70)는, 제 300 단계에서 입력되는 현재 DC 링크 전압과 기설정된 목표 DC 링크전압을 비교한다. 그리고 현재 DC 링크 전압이 목표 DC 링크 전압보다 높은지를 판단한다(제 503 단계).The DC link voltage detector 66 detects the DC link voltage generated by the DC link voltage generator 58 and transmits the detected DC link voltage to the microcontroller 70 (operation 500). The microcontroller 70 compares the current DC link voltage input in step 300 with a predetermined target DC link voltage. In operation 503, it is determined whether the current DC link voltage is higher than the target DC link voltage.
상기 제 503 단계에서 현재 DC 링크전압이 목표 DC 링크전압보다 높으면, 기설정된 목표 스위치 온 시간(Ton)을 감소시킨다(제 506 단계). 그러나 상기 제 503 단계에서 현재 DC 링크전압이 목표 DC 링크전압보다 낮으면, 기설정된 목표 스위치 온 시간(Ton)을 증가시킨다(제 509 단계).If the current DC link voltage is higher than the target DC link voltage in step 503, the preset target switch-on time Ton is reduced (step 506). However, if the current DC link voltage is lower than the target DC link voltage in step 503, the predetermined target switch-on time Ton is increased (step 509).
이렇게 조절된 목표 스위치 온 시간(Ton)이 도 6b의 과정에 의한 제어로 IGBT 스위치(54)의 동작시간을 결정하게 된다.The adjusted target switch-on time Ton determines the operation time of the IGBT switch 54 by the control of FIG. 6B.
상기 도 6a 내지 도 6c의 제어 과정은, 현재 사용 전력이 역률 보상이 충분히 되는 부하 출력인 제 2 전력치(Won) 이상의 제어 조건('스위치 온 제어중'이 세트 상태)에서 이루어진다.The control process of FIGS. 6A to 6C is performed under a control condition ('switch on control' is set) above the second power value (Won) which is the load output at which current power is sufficiently compensated for power factor.
따라서 상기 과정으로 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어가 수행되는 과정에서도 계속해서 마이크로컨트롤러(70)는 현재의 전력량을 감지한다. 즉, 압축기가 운전 중인 상태에서(제 200 단계), 입력전류감지부(76)와 입력전압감지부(74)를 통해서 전류와 전압을 검출하고, 두 값을 이용한 현재 사용 전력량을 산출하는 것이다(제 210 단계).Therefore, the microcontroller 70 continuously detects the current amount of power even when the switching operation control of the IGBT switch 54 is performed. That is, while the compressor is in operation (step 200), the current and voltage are detected through the input current detector 76 and the input voltage detector 74, and the current amount of power used using the two values is calculated ( Step 210).
그리고 산출된 전력량을 제 1 전력치(Woff)와 제 2 전력치(Won)와 비교하고, 제 1 전력치(Woff) 보다는 크지만 제 2 전력치(Won) 보다는 작은 경우에, 현재 '스위치 온 제어중' 상태가 어떤 상태인지를 판단한다(제 240 단계).When the calculated amount of power is compared with the first power value Woff and the second power value Won, and is larger than the first power value Woff but smaller than the second power value Won, the current 'switch on' In operation 240, it is determined which state is under control.
상기 제 240 단계는, 이전 과정에서 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어가 이루어지고 있었는가 또는 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어가 이루어지지 않고 있었는가를 판단하기 위한 과정이다.Step 240 is a process for determining whether the switching operation control of the IGBT switch 54 or the switching operation control of the IGBT switch 54 has not been performed in the previous process.
만일, 이전 과정에서 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어가 이루어지고 있었으면, '스위치 온 제어중' 상태는 세트 상태가 되어 있을 것이고, 이전 과정에서 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어가 이루어지지 않고 있었으면, '스위치 온 제어중' 상태는 클리어 상태로 되어 있을 것이다.If the switching operation control of the IGBT switch 54 was performed in the previous process, the 'switching on control' state would be set, and the switching operation control of the IGBT switch 54 was not performed in the previous process. If so, the 'switching on control' state will be cleared.
따라서 상기 제 240 단계의 판단에 의해서, '스위치 온 제어중' 상태가 세트 상태인 경우에서는, 현재의 사용 전력량이 제 1 전력치보다 크고, 제 2 전력치보다 작더라도 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어 상태를 그대로 유지시킨다. 그러나 상기 제 240 단계의 판단에 의해서, '스위치 온 제어중' 상태가 클리어상태인 경우에는, 현재의 사용 전력량이 제 1 전력치보다 크고, 제 2 전력치보다 작은 경우에도 현재의 상태를 그대로 유지시킨다. 이것은, 히스테리시스 적용을 위한 것이다.Therefore, when the state of the 'switch on control' state is set by the determination of the step 240, the switching of the IGBT switch 54 is performed even if the current used power amount is larger than the first power value and smaller than the second power value. Keep the motion control state. However, according to the determination of step 240, when the 'switching on control' state is clear, the current state is maintained even when the amount of current used power is greater than the first power value and smaller than the second power value. Let's do it. This is for hysteresis application.
그러나 감지된 현재 사용 전력량이, 제 220 단계에서 현재의 부하 전력량이제 1 전력치보다 작으면, IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어를 위해서 세팅해 둔 '스위치 온 제어중' 상태를 클리어시킨다(제 260 단계). 즉, 이전 과정에서 '스위치 온 제어중' 상태가 세팅되어 있음으로 인해서 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작이 수행되었더라도 상기 제 220 단계의 비교에 의해서 제 1 전력치보다도 작은 경우에서는 스위칭동작 제어를 정지하는 것이다.However, if the detected amount of current used power is less than the first power value in step 220, the state of 'switch on control' set for the switching operation control of the IGBT switch 54 is cleared ( 260 steps). That is, even if the switching operation of the IGBT switch 54 is performed due to the 'switching on control' state being set in the previous process, the control of the switching operation is stopped when it is smaller than the first power value by the comparison of step 220. It is.
상기 제 260 단계에서는 역률 보상을 위한 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어가 이루어지지 않는다. 이때에는 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어에도 낮은 전력치로 인해서 충분한 역률 보상 상태를 얻어내기가 어렵기 때문이다.In operation 260, switching operation of the IGBT switch 54 for power factor correction is not performed. This is because it is difficult to obtain a sufficient power factor compensation state due to the low power value even in the switching operation control of the IGBT switch 54.
이상에서와 같이 본 발명은 역률 보상이 충분히 되는 부하출력영역을 기준으로 부분 스위칭 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 역률 보상이 충분히 되는 부하출력영역을 전력을 기준으로 해서 설정하고 있다. 따라서 본 발명은 역률 보상이 충분히 되는 부하출력영역에서 스위칭동작을 제어하므로서 불필요한 스위칭을 동작을 억제하는 것이 가능하다.As described above, the present invention is characterized in that the partial switching control is performed based on the load output region in which power factor correction is sufficient. In the present invention, a load output region in which power factor correction is sufficiently set is set on the basis of electric power. Therefore, the present invention can suppress the unnecessary switching operation by controlling the switching operation in the load output region where power factor correction is sufficient.
위에서 설명한 본 발명은 역률 보상이 충분히 이루어지는 사용전력량이 일정치 이상일 때, 역률 보상 제어를 위한 IGBT 스위치의 스위칭동작이 시작되도록 하고 있다. 따라서 본 발명은 불필요한 스위칭동작을 줄임과 동시에 불필요한 스위칭 제어로 인한 소비전력을 절감하는 것이 가능하다.The present invention described above allows the switching operation of the IGBT switch for power factor correction control to be started when the amount of power used for power factor correction is sufficiently higher than a predetermined value. Therefore, the present invention can reduce unnecessary switching operation and reduce power consumption due to unnecessary switching control.
더불어 본 발명에서는 입력전압의 위상이 제로 크로싱 시점마다 IGBT 스위치의 온 동작이 한번씩 이루어지도록 하는 부분 스위칭 제어 방식을 채용하고 있다. 그렇기 때문에 상기 IGBT 스위치를 비롯한 주변의 여러 소자들이 저가의 소자를 이용하는 것이 가능하여, 제조 단가를 낮출 수 있다.In addition, the present invention employs a partial switching control scheme in which the ON operation of the IGBT switch is performed once at every zero crossing point of the input voltage. Therefore, it is possible to use a low-cost device, such as the peripheral device including the IGBT switch, it is possible to lower the manufacturing cost.
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