KR100452993B1 - 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파워소자의 이상여부에 따라 인버터 공기조화기의 구동여부를 제어하는 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 공기조화기가 구동되는데 있어서 인버터모터제어회로 내에 구비되어져 스위칭동작하는 파워소자나 파워모듈소자가 이상동작을 함에 따라 폴트신호를 마이크로컴퓨터에 출력하고, 상기 신호를 출력받은 마이크로컴퓨터는 인버터공기조화기의 구동이 정지되도록 제어한다.

따라서 본 발명에 따른 제품을 사용하는 사용자는 제품이 이상동작을 하기 전에 미리 자동적으로 정지하여 안전하게 사용할 수 있어, 제품에 대한 만족감을 극대화시킬 수 있다.

Description

인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로 및 방법{A circuit and method for inverter-motor control of air conditioner}

본 발명은 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파워소자의 이상여부에 따라 인버터 공기조화기의 구동여부를 제어하는 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로 및 방법에 관한 것이다.

이하 종래 기술에 따른 인버터 공기조화기의 인버터 모터제어회로 및 방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 외부에서 제품 내부로 입력되는 교류전원(1)을 정류하는 정류회로(2)와, 상기 정류회로(2)의 출력을 이용하여 후술되는 인버터부에서 필요한 직류전압을 발생시키는 컨버터부(8)와, 상기 컨버터부(8) 내부의 파워소자(IGBT)의 동작제어에 따라 발생하는 전압과 전류의 역률을 보상하는 역률보상회로(10)를 포함하여 구성된다.

상기 컨버터부(10)는 상기 정류회로(2)의 출력단에 연결되고 있는 리액터(R)와, 역전류 방지를 위하여 상기 리액터(R)의 출력단에 연결되고 있는 다이오드(D)와, 그리고 상기 리액터(R)의 출력신호에 포함된 고주파 노이즈와 출력전압을 능동적으로 가변하도록 스위칭 동작을 수행하는 파워소자(IGBT)에 의해서 발생된 높은 DC전압을 평활하는 평활용 캐패시터(C)로 구성되고 있다.

또한, 인버터부(9)는 상기 컨버터부(10)에서 승압된 DC전압을 입력하여 3상전압을 발생시켜 구동시키는 3상 압축기모터(7)를 포함하여 구성된다. 그리고 마이크로커퓨터(11)는 상기 마이크로컴퓨터(11)에 구비되어진 PWM 출력포트에서 발생되는 PWM신호에 의해서 3상 압축기모터(7)가 구동되도록 제어한다.

즉, 상기 컨버터부(8)와 인버터부(9)를 통해서 검출된 전압값, 즉, DC 링크전압을 분배한 전압과, 전파 정류된 전압, 션트저항(RS2) 양단의 전압이 역률보상회로(10)에 입력된다. 한편, 컨버터부(8)를 통해서 인버터부(9)로 입력되는 DC링크전압이 마이크로컴퓨터(11)에 입력되고, 상기 신호를 전달받은 마이크로컴퓨터(11)는 상기 DC링크전압이 일정하게 유지되도록 PWM 신호를 IGBT 구동회로에 전달한다. 이에 따라 파워소자(IGBT)가 PWM(Pulse Wide Modulation): 펄스폭변조로 제어된다.

또한, 인버터부(9)는 스위칭제어신호에 따라 3상 압축기모터(7)를 구동하도록 상위와 하위 각각 3개씩 구성되어져 있는 파워모듈소자(P1~P6)를 포함한다. 상기 인버터부(9)에 구비된 파워모듈소자(P1~P6)에 이상이 있을 경우, 폴트신호를 발생한다. 상기 폴트신호는 마이크로컴퓨터(11)에 구비된 폴트신호 감지포트(F0)에 전달된다. 그리고 상기 마이크로컴퓨터(11)는 상기 파워모듈소자(P1~P6)의 이상에 따른 파손위험시 발생하는 상기 폴트신호를 감지하여 3상 압축기모터(7)의 구동이 정지되도록 제어한다.

이 동작에서 마이크로컴퓨터는 파워모듈소자에 입력된 이상전압에 따라 발생된 폴트신호를 감지하여 3상압축기모터가 오프되도록 동작하고, 즉시 재동작함으로서 인버터공기조화기의 이상동작이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 인버터공기조화기의 인버터모터제어회로 내에서 폴트신호가 발생하면, 인버터공기조화기의 구동이 정지되도록 제어하는 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로.

도 2는 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로.

도 3은 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터를 제어하는 과정에서폴트신호가 발생하기 위한 IGBT 드라이버의 제어회로도.

도 4는 본 발명에 따른 인버터공기조화기가 구동되도록 인버터모터 제어회로를 통해서 인버터공기조화기의 동작제어흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 교류전원 15 : 정류회로

20 : 컨버터부 25 : 인버터부

30 : 3상 인버터압축기모터 50 : 마이크로컴퓨터

55 : 역률보상IC 60 : IGBT 드라이버 IC

R : 리액터 D, D1: 다이오드

C, C desat : 캐패시터 IGBT : 파워소자

P1~P6 : 파워모듈소자

본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로는 공급되는 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 변환하는 컨버터부와, 상기 컨버터부로부터 출력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 3상압축기모터에 공급하고, 이상동작시 폴트신호를 발생하는 인버터부와, 상기 컨버터부의 이상동작시, 폴트신호를 발생시키는 IGBT 드라이버와, 상기 컨버터부 또는 상기 인버터부에서 발생하는 폴트신호의 발생횟수에 따라 3상압축기모터의 구동을 제어하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터 제어방법은 교류전원이 공급되고 상기 공급된 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 변환하는 컨버터부와, 상기 컨버터부로부터 출력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 3상압축기모터에 공급하고, 이상동작시 폴트신호를 발생하는 인버터부와, 상기 컨버터부의 이상동작시, 폴트신호를 발생시키는 IGBT 드라이버를 포함하여 구성되는 인버터공기조화기에 있어서, 이상전압 공급시에 상기 IGBT 드라이버와, 인버터에서 폴트신호가 발생하는 제 1 단계와, 소정시간 이내에 상기 폴트신호가 소정횟수 이상 발생하였는지 판단하는 제 2 단계와, 소정시간 동안 상기 제 2 단계의 판단에 따라, 3상 압축기모터의 구동과 정지를 제어하는 제 3 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터제어 회로에서 상기IGBT 드라이버는 상기 컨버터부에 공급되는 전압을 기준전압과 비교해서 폴트신호를 발생하는 비교부와, 상기 컨버터부 내의 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터제어방법에서 상기 3상 인버터모터의 운전주파수를 판단하는 단계를 더 포함하고, 소정주파수 이하에서 상기 제 2 단계와 제 3 단계를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터제어회로 및 방법에 대해 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터제어회로이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 입력된 교류전원(10)을 직류전원으로 변환하는 컨버터부(20)와, 변환된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 3상압축기모터(30)에 공급하는 인버터부(25)와, 상기 컨버터부에 구비되어진 파워소자와 인버터부에 구비되어진 파워모듈소자의 이상시 폴트신호를 발생하는 IGBT 드라이버(60)와, 상기 컨버터부 내부의 파워소자의 동작제어에 따라 발생하는 전압과 전류의 역률을 보상하는 역률보상회로(55)와, 인버터공기조화기가 구동되도록 제어하고, 상기 폴트신호가 발생함에 따라 공기조화기의 구동여부를 제어하는 마이크로컴퓨터(50)를 포함하여 구성된다.

교류전원(10)이 정류회로(15)에 공급되고, 상기 정류회로(15)는 입력된 교류전원을 1차 정류시킨다. 상기 정류회로(15)에서 정류된 전압은 컨버터부(20)에 인가된다. 상기 컨버터부(20)에 인가된 전압은 인버터부(25)에 전달되고, 상기 인버터부(25)에 전달된 전압은 교류로 변환된다. 그리고 상기 인버터부(25)에 구비되어져 있는 파워모듈소자(P1~P6)의 스위칭 동작으로 인해서 3상 인버터모터가 구동된다.

이때, 마이크로컴퓨터(50)는 상기 마이크로컴퓨터(50)에 구비된 PWM 출력포트를 통해서 PWM 제어신호를 인버터구동회로(65)로 출력하고, 상기 신호를 전달받은 인버터구동회로(65)는 파워모듈소자(P1~P6)가 스위칭 동작을 수행하고, 이때의 스위칭 동작으로 3상 압축기모터(30)가 구동되도록 제어한다.

상기 제어과정 중에서 IGBT 드라이버(60)는 컨버터부(20)에 구비된 파워소자(IGBT)의 입력전압에 따라 파워소자(IGBT)의 게이트(GATE) 전압이 턴온(TURN ON)과 턴오프(TURN OFF)되도록 제어하고, 상기 파워소자(IGBT)에 입력되는 전압의 오버커런트(over current)와 숏 커런트(short current)상태를 션트저항이 감지하면, 폴트(falut)신호가 발생하도록 동작제어한다.

또한, 인버터부(25)의 파워모듈소자(P1~P6) 역시 상기와 같은 조건일 경우, 폴트(fault)신호가 발생된다. 즉, 파워모듈소자가 스위칭 동작함에 있어, 상기 스위칭동작이 이루어지는 전압에 따른 전류치를 이상전압에 따른 션트저항이 이상전류를 감지하면, 이에 따라 폴트신호를 출력한다.

따라서 마이크로컴퓨터(50)가 상기 컨버터부(20) 또는 인버터부(25)로부터 폴트신호를 감지하면, 역률보상회로의 온/오프(on-off) 단자를 오프(off)하게 되어 역률보상회로(55)의 구동을 차단하고, 동시에 마이크로컴퓨터(50)에 구비되어져 있는 PWM 출력포트 상에서 인버터 구동출력신호 U,V,W,X,Y,Z 상의 신호를 오프(off)신호로 인버터구동회로(65)에 출력되어 동작과정이 정지되도록 한다. 결국 상기 제어과정을 통해서 IGBT 소자는 턴오프(TURN OFF)된다.

도 3은 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 인버터모터를 제어하는 과정에서 폴트신호가 발생하기 위한 IGBT 드라이버의 제어회로도이다.

도면에 도시되어져 있는 IGBT 드라이버(60)는 파워소자(IGBT)와 다이오드(D1)가 IGBT 드라이버(60)와 연결되어져 있고, 사이에 컨댄서(C desat)가 연결되어져 있다. 상기 IGBT 드라이버(60)는 두 개의 비교기(COMP1, COMP2)를 포함한다.

컨버터부(20)에 구비되어진 IGBT 소자로부터 출력된 전압을 상기 IGBT 드라이버(60)가 감지하고, 상기 비교기1(COMP1) 또는 비교기2(COMP2)에서 감지한 전압이 파워소자(IGBT)의 이상동작에 따라 측정되는 각각의 소정전압에 도달하였다고 판단하면, 폴트신호를 마이크로컴퓨터(50)로 발생한다.

즉, IGBT 소자가 쇼트(Short)되면 캐패시터(C desat), 다이오드(D1)를 통해서 감지된 전압이 상승되고, 그 전압이 짧은시간 동안에 비교기1(COMP1)에서 6.5V이상으로 상승하거나, 비교기1(COMP1)에서 보다 좀 더 긴시간 동안에 비교기2(COMP2)에서 4.5V이상으로 상승하게 되면 폴트신호를 마이크로컴퓨터(50)로 발생하도록 동작한다.

이에 따라 상기 신호는 마이크로컴퓨터(50)의 폴트신호 감지포트(F0)로 전달되고, 상기 신호를 전달받은 마이크로컴퓨터(50)는 PWM 출력포트로부터 출력되는 U,V,W,X,Y,Z 상의 신호를 오프(off)신호로 인버터구동회로(65)로 출력하도록 제어한다. 이에 따라, 오프신호를 전달받은 상기 인버터구동회로(65)는 3상 인버터모터의 구동이 정지되도록 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 인버터공기조화기가 정상적으로 구동되도록 인버터모터제어회로를 통해서 제어되는 인버터공기조화기의 동작제어흐름도이다.

IGBT 드라이버(60)는 컨버터부(20)에 구비된 파워소자(IGBT)의 입력전압에 따라, 파워소자(IGBT)의 게이트(GATE) 전압이 턴온(TURN ON)과 턴오프(TURN OFF)되도록 제어하고, 이때 상기 제어과정 중에 파워소자(IGBT)가 오버커런트(over current)와 숏 커런트(short current)상태인 경우, 폴트신호가 발생하도록 동작한다. 또한, 인버터부(25)의 파워모듈소자(P1~P6) 역시 상기와 같은 조건일 경우, 폴트신호가 발생된다(제 200 단계).

이에 따라 마이크로컴퓨터(50)에 구비된 폴트신호 감지포트(F0)로부터 상기 폴트신호를 감지하였는지 여부를 판단한다(제 210 단계).

그리고 상기 제 210 단계에서 마이크로컴퓨터(50)의 폴트신호 감지포트(F0)를 통해서 폴트신호가 감지되었다고 판단되면, 폴트신호의 운전주파수를 판단한다(제 230 단계).

상기 마이크로컴퓨터(50)의 판단에 따라 폴트신호의 운전주파수가 수 HZ이하이면, 3상인버터압축기가 저속구동을 하고, 동시에 인버터모터제어회로 내의 마이크로컴퓨터(50)에 구비되어진 폴트신호감지포트(F0)에서 감지된 폴트신호 감지횟수가 3회 이상인지 여부를 판단한다(제 230 단계).

상기 마이크로컴퓨터(50)가 소정시간동안 감지한 폴트신호감지횟수가 3회 이상이면, 파워소자가 과전류, 과전압, 저전압등으로 인해서 파손되기 전에 이를 방지하기 위해서 압축기의 구동을 정지시킨다(제 240 단계). 그리고 상기 압축기의 구동이 정지됨에 따른 에러코드(error code)를 발생한다(제 250 단계).

그러나 상기 제 230 단계에서 폴트신호 감지횟수가 3회 미만으로 마이크로컴퓨터(50)에 구비되어진 폴트신호 감지포트(F0)가 감지하고, 수 시간동안 공기조화기를 동작시킨다(제 260 단계).

상기 제 260 단계에서 수 시간이 지난 후에 공기조화기가 동작하는 동안 폴트신호 2회 이상 감지되었는지 여부를 판단한다(제 270 단계).

상기 판단에 따라 공기조화기가 구동되는 동안 더 이상의 폴트신호가 감지되지 않으면, 상기 제 230 단계에서 감지한 1~2회의 폴트신호는 노이즈 신호라고 판단하여 무시한다. 따라서 상기 마이크로컴퓨터(50)에 저장되어져 있는 폴트신호 감지횟수를 초기화시키도록 클리어(clear)한다(제 280 단계). 이에 따라 불필요하게 에러코드가 발생하는 것을 방지한다.

그리고 상기 마이크로컴퓨터(50)의 제어에 따라 공기조화기의 압축기가 계속적으로 정상구동하도록 제어한다(제 290 단계).

한편, 제 230 단계에서 소정시간동안 인버터공기조화기가 구동되는 동안 폴트신호를 2회 이상 감지하였다면, 감지된 신호가 폴트신호라고 판단하여, 인버터공기조화기의 구동이 정지되도록 제어한다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 인버터모터제어회로 내에 구성되어 스위칭 동작을 하는 파워소자나 파워모듈소자가 이상동작을 함에 따라 발생하는 폴트신호를 감지하고, 상기 신호를 감지한 마이크로컴퓨터는 인버터공기조화기의 구동이 정지되도록 제어하는 것을 기술적 사상으로 하고 있다.

또한, 마이크로컴퓨터에 구비된 폴트신호 감지포트로 부터 폴트신호가 기설정된 폴트신호의 감지횟수보다 적게 감지될 경우는, 상기 폴트신호가 노이즈 신호라고 판단하여, 마이크로컴퓨터에 저장되어진 폴트신호 감지횟수를 삭제하여, 불필요하게 에러코드의 발생을 방지하는 것을 기술적 사상으로 하고 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

따라서 본 발명에 의해서 인버터공기조화기가 구동되던 중, 인버터모터회로내의 구성소자인 파워소자에 이상이 발생하고, 이로 인해서 발생하는 폴트신호를 마이크로컴퓨터가 감지함으로서, 상기 마이크로컴퓨터는 인버터공기조화기의 구동이 즉시 정지되도록 제어한다.

이로 인해서 본 발명에 따른 제품을 사용하는 제품이 이상동작을 하기전에 미리 자동적으로 정지하여 안전하게 사용할 수 있어, 제품에 대한 만족감을 극대화시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 공급되는 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 변환하는 컨버터부와;

   상기 컨버터부로부터 출력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 3상압축기모터에 공급하고, 이상동작시 폴트신호를 발생하는 인버터부와;

   상기 컨버터부의 이상동작시, 폴트신호를 발생시키는 IGBT 드라이버와;

   상기 컨버터부 또는 상기 인버터부에서 발생하는 폴트신호의 발생횟수에 따라 3상압축기모터의 구동을 제어하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성되는 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 IGBT 드라이버는, 상기 컨버터부에 공급되는 전압을 기준전압과 비교해서 폴트신호를 발생하는 발생부와, 상기 컨버터부 내의 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터공기조화기의 인버터모터 제어회로.
3. 교류전원이 공급되고 상기 공급된 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 변환하는 컨버터부와, 상기 컨버터부로부터 출력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 3상압축기모터에 공급하고, 이상동작시 폴트신호를 발생하는 인버터부와, 상기 컨버터부의 이상동작시, 폴트신호를 발생시키는 IGBT 드라이버를 포함하여 구성되는 인버터공기조화기에 있어서,

   이상전압 공급시에 상기 IGBT 드라이버와, 인버터에서 폴트신호가 발생하는 제 1 단계와;

   소정시간 이내에 상기 폴트신호가 소정횟수 이상 발생하였는지 판단하는 제 2 단계와;

   소정시간 동안 상기 제 2 단계의 판단에 따라, 3상 압축기모터의 구동과 정지를 제어하는 제 3 단계를 포함하여 구성되는 인버터공기조화기의 인버터모터 제어방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   3상 압축기모터의 운전주파수를 판단하는 단계를 더 포함하고, 소정주파수 이하에서 상기 제 2 단계와 제 3 단계를 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터공기조화기의 인버터모터 제어방법.