KR100595537B1

KR100595537B1 - 역률제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100595537B1
Application number: KR1019990029288A
Authority: KR
Inventors: 한경해; 김정호; 심건; 이형상; 이동혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2006-07-03
Also published as: JP2001037252A; KR20010010410A

Abstract

본 발명은 역률제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 입력되는 전원전압 주파수의 변동에 따라 싸인파 파형 테이블을 수정하거나 필요에 따라 싸인파 파형 테이블의 크기를 조정해야 하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 입력되는 전원전압의 제로점을 검출하여, 그 제로점 검출시마다 인터럽트를 발생시키는 제로전압 검출부(21)와, 모터를 구동시키는 인버터를 제어하고, 그 인버터에 공급되는 전압을 제어하여 역률제어기능을 수행하도록 하는 역률제어및 인버터 제어부(25)와, 외부에 의해 임의로 설정하는 동작주파수를 체크하는 옵션저항(23)과, 상기 제로전압 검출부(21)에서 발생되어 입력되는 인터럽트를 감지하여 전원 주파수를 판단하거나 상기 옵션저항(23)을 통해 입력되는 외부조정에 의한 동작주파수를 판단하여, 그 주파수에 해당하는 싸인파 테이블의 크기를 계산하고, 싸인파 파형을 계산하여 상기 싸인파 테이블에 저장시키는 마이크로 컴퓨터(22)와, 상기 마이크로 컴퓨터(22)에서 계산되어 만들어진 싸인파 테이블을 임시로 저장하여 마이크로 컴퓨터의 메인 프로그램 수행시 사용할 수 있도록 한 보조 메모리(24)로 구성하여, 주파수 변동이 있을경우 그 변동된 주파수에 알맞은 싸인파 파형과 싸인파 테이블을 새로 만들어 사용함으로써, 시스템 제어에 유연하게 대처하도록 하고, 전원주파수 변동 및 부하 변동시에도 최적의 싸인파를 발생할 수 있도록 한 것이다.

Description

역률제어 장치 및 방법{THE POWER FACTOR CONTROL APPARATUS AND METHOD}

도 1은 일반적인 인버터 시스템의 블럭 구성도.

도 2는 도 1에 대한 각 부의 입출력 파형도.

도 3은 종래 인버터 시스템의 역률 개선회로에 대한 상세도.

도 4는 도 3에서, 아날로그 역률개선부의 상세도.

도 5는 도 4에서, 각 부의 입출력 파형도.

도 6은 본 발명 역률제어 장치에 대한 블럭 구성도.

도 7은 본 발명 역률제어 방법에 대한 동작 흐름도.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

21 : 제로전압 검출부 22 : 마이크로 컴퓨터

23 : 옵션저항 24 : 보조 메모리

25 : 역률제어 및 인버터 제어부

본 발명은 전원주파수 변동 및 부하 변동시에도 최적의 싸인파를 발생시킬 수 있도록 한 역률 제어를 위한 역률제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 입력주파수 변동이 있을경우 그 변동된 주파수에 알맞은 싸인파 파형과 싸인파 테이블을 새로 만들어 사용함으로써, 시스템 제어에 유연하게 대처할 수 있도록 한 역률제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

가전제품의 에너지 절약, 출력 제어 용이성 때문에 급속히 인버터(INVERTER)화가 추진되고 있다.

상기 인버터(INVERTER)에 의해 구동되는 모터를 적용한 가전제품으로 세탁기, 냉장고, 에어콘 등이 시장에 나오고 있다.

도 1은 종래 인버터 시스템의 구성도로서, 이에 도시된 바와같이, 입력되는 상용교류전원을 브리지 다이오드를 통해 직류전압으로 정류하는 정류부(11)와, 상기 정류부(11)의 출력을 평활시켜 출력하는 쵸크코일(12)및 평활용 콘덴서(13)와, 상기 쵸크코일(12) 및 평활용 콘덴서(13)를 통해 평활된 직류전압을 펄스폭변조(PWM)의 제어를 받아 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터(M)에 제공하여 구동하도록 하는 인버터(14)로 구성된다.

이와같이 구성된 인버터 시스템의 동작을 도 2에 의거하여 살펴보면, 먼저 도2에서와 같은 상용 교류전원 전압파형과 상용 교류전원 전류파형을 갖는 교류전원을 정류부(11)로 공급하면, 상기 정류부(11)는 브리지 다이오드를 이용하여 직류전압으로 정류하여 쵸크코일(12)로 출력한다.

그러면 상기 쵸크코일(12)과 평활용 콘덴서(13)에 의해 평활하여 상기 정류부(11)의 직류전압에 포함되어 있는 교류성분을 제거하고, 이 교류성분을 제거한 직류전압을 인버터(14)로 출력한다.

이때 상기 인버터(14)로 입력되는 직류전압은 입력교류전원의 피크치보다 큰 전압이 된다.

이에따라 상기 인버터(14)는 평활용 콘덴서(13)에서 입력되는 직류전압을 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 3상의 교류전원으로 변환하여 모터(M)에 제공하여 모터(M)를 구동한다.

상기 도 2에서 시간 t는 쵸크코일(12)과 평활용 콘덴서(13)의 시정수에 의해 결정되는 시간인데, 보통은 상용교류전원의 1/5 이하이다.

이때 역률이 1이라고 가정하면, 인버터에 흐르는 전류파형은 입력되는 상용 교류전원과 동일 위상이며, 전류최대 크기보다 훨씬 작은 피크전류를 가지고 있는데, 이는 도 2의 역률이 1일때의 전류파형에 도시한 바와같다.

이렇게 도 2의 역률이 1일때의 전류파형과 같은 이상적인 전류파형을 만들며, 이는 노이즈 저감, 무효전력감소 등 선진국에서 상기 도 2에서와 같은 전류파형을 만들도록 법제화하고 있는 실정이다.

상기 도 2에서와 같은 전류파형을 만들기 위하여 역률 개선회로를 사용하는데, 이에 대한 구성은 도 3에 도시된 바와같다.

도 3은 종래 인버터 시스템의 역률 개선회로에 대한 상세도로서, 이에 도시된 바와같이, 입력되는 상용교류전원을 브리지 다이오드를 통해 직류전압으로 정류하는 정류부(31)와, 상기 정류부(31)의 출력을 평활시켜 출력하는 쵸크코일(32)및 평활용 콘덴서(33)와, 상기 쵸크코일(32) 및 평활용 콘덴서(33)를 통해 평활된 직류전압을 펄스폭변조(PWM)의 제어를 받아 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터(M)에 제공하여 구동하도록 하는 인버터(36)와, 상기 정류부(31)의 출력전압과 상기 평활용 콘덴서(33)의 양단에 걸리는 전압을 비교기, 멀티플렉서, 낸드게이트, 노아게이트 등을 이용하여 전체적인 입력전류와 전압이 같도록 하기 위한 펄스폭 듀티를 가변시키는 아날로그 역률개선부(34)와, 이 아날로그 역률개선부(34)에서 가변된 펄스폭 듀티에 의해 온 또는 오프되어 상기 평활용 콘덴서(33)의 충방전 동작을 제어하는 스위칭소자(Q1)로 구성되어 역률을 보정하는 역률 보정부(35)로 구성된다.

이와같이 구성된 역률보정의 동작을 도 3, 도 4에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

상용 교류전원이 인가되면, 정류부(31)에서 직류전압으로 정류하여 출력한다.

이렇게 출력되는 직류전압은 역률 보정부(35)의 저항(R1,R2)에 의해 분압되어, 그 분압된 전압이 아날로그 역률개선부(34)의 ③번 단자(VM1)로 입력되고, 쵸크코일(32)에 의해 유기된 전압이 저항(R5)을 통해 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ⑤번 단자(Idet)로 입력되고, 상기 쵸크코일(32)의 유기된 전압이 저항(R4)과 다이오드(D1) 및 콘덴서(C1)에 의해 조정된 전압과 저항(R3)의해 조정된 전압이 더하여지고, 이 더하여진 전압이 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ⑧번 단자(VCC)로 입력된다.

상기에서 ⑧번 단자(VCC)를 통해 계속해서 입력전압을 받아들이는 이유는 역률제어시 상기 입력전압의 파형과 같도록 하기 위해서이다.

그리고 상기 정류부(31)의 직류전압이 쵸크코일(32)과 다이오드(D2)를 거쳐 인버터(36)로 입력되는 전압을 저항(R11-R13)에 의해 분압하고, 그 분압된 전압이 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ①번 단자(INV)로 입력되고, 이 분압된 전압은 다시 콘덴서(C2)와 저항(R7,R8)의 시정수에 의해 조절되어, 그 조절된 전압은 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ②번 단자(COMP)로 입력되고, 상기 인버터(36)에 공급되는 전류에 해당하는 전압 즉, 콘덴서(C3)에 의해 결정되는 전압이 ④번 단자(CS)로 입력된다.

이렇게 입력된 전압은 도 4에 도시된 비교기(341,346,349), 멀티플렉서(347), 낸드게이트(343,344), 셀프 스태터(342), 노아게이트(345) 등을 통해 입력전압과 인버터(36)의 출력전압을 비교하여 두 전압이 같도록 조합한 펄스를 출력하는데, 결과적으로 도 5에서 알 수 있듯이 싸인파의 낮은 부분에서는 듀티가 커지고, 싸인파의 높은 부분에서는 듀티가 낮도록 하기 위한 펄스를 ⑦번 단자를 통해 출력한다.

상기 아날로그 역률개선부(34)의 ⑦번 단자(Vout)를 통해 출력되는 펄스는 스위칭소자(Q1)의 게이트로 입력되어, 상기 스위칭소자(Q1)가 펄스에 맞추어 온 또는 오프하여 입력전류와 입력전압의 파형이 같도록 하여 역률을 보정한다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에 있어서, 입력되는 전원전압 주파수가 변동(50Hz에서 60Hz로, 또는 60Hz에서 50Hz로)되는 경우, 상기 역률보정부 및 인버터의 구동을 제어하는 마이크로 컴퓨터의 기억소자에 기억된 싸인파 파형 테이블을 수정해야 하거나 필요에 따라서 싸인파 파형 테이블의 크기를 수정해야 하는 경우가 발생하는 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전원전압 주파수 변동 및 부하 변동시 최적의 싸인파를 발생시킬 수 있도록 한 역률제어를 위한 역률제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전원전압 주파수의 변동시 옵션저항을 이용하여 싸인파 파형 테이블의 크기를 계산하여 그 테이블의 크기를 수정할 수 있도록 한 역률제어를 위한 역률제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전원전압 주파수를 체크하고, 그에따른 싸인파 파형 테이블을 계산하여 보조 기억장치에 기억시켜, 메인 프로그램 수행시 활용할 수 있도록 하여 시스템 제어에 유연하게 대처할 수 있도록 한 역률제어를 위한 역률제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기에서와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 전원전압의 제로점을 검출하여, 그 제로점 검출시마다 인터럽트를 발생시키는 제로전압 검출부와, 출력되는 구동신호에 의해 모터를 구동시키는 인버터를 제어하고, 그 인버터에 공급되는 전압을 제어하여 역률제어기능을 수행하도록 하는 역률제어 및 인버터 제어부와, 상기 제로전압 검출부에서 발생되어 입력되는 인터럽트를 감지하여 전원주파수의 변동여부를 판단하고, 이 주파수 변동시 변동주파수에 해당하는 싸인파 파형 테이블의 크기를 설정하고, 싸인파 파형 테이블을 계산하고 이 계산된 싸인파 테이블 데이터를 저장시키며, 상기 역률제어 및 인버터 제어부의 구동을 제어하는 마이크로 컴퓨터와, 상기 마이크로 컴퓨터에 초기전원 인가시 리셋되면 초기화 프로그램에서 계산된 싸인파 파형 테이블을 기억하고 있다가 상기 마이크로 컴퓨터의 메인 프로그램 수행시 그 값을 읽어들여 사용하도록 한 보조 기억장치를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명 역률제어 장치에 대한 블럭 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 전원전압의 제로점 즉, 영전위점을 검출하고, 그 제로점 검출시마다 인터럽트를 발생시키는 제로전압 검출부(21)와, 모터를 구동시키는 인버터를 제어하고, 인버터에 공급되는 전압을 제어하여 역률제어기능을 수행하도록 하는 역률제어 및 인버터 제어부(25)와, 외부에 의해 임의로 설정하는 동작주파수를 체크하는 옵션저항(23)과, 상기 제로전압 검출부(21)에서 발생되어 입력되는 인터럽트를 감지하여 전원 주파수를 판단하거나 상기 옵션저항(23)을 통해 입력되는 외부조정에 의한 동작주파수에 해당하는 싸인파 테이블의 크기를 계산하고, 그 계산된 싸인파 테이블 데이터를 저장시키는 마이크로 컴퓨터(22)와, 상기 마이크로 컴퓨터(22)에 초기전원 인가시 리셋되면 초기화 프로그램에서 계산된 싸인파 파형 테이블을 기억하고 마이크로 컴퓨터의 메인 프로그램 수행시 그 값을 읽어들여 사용할 수 있도록 한 보조 메모리(24)로 구성한다.

도 7은 본 발명 역률제어 방법에 대한 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와같이, 전원전압의 제로점에 의한 인터럽트 및 옵션저항을 통한 입력주파수와 부하크기를 감지하여 전류 파형 및 역률의 변동여부를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 부하에 따른 전류 파형 및 주파수 변동이 없으면 이전에 계산된 값을 그대로 사용하도록 하는 제2단계와, 상기 제1단계에서 부하에 따른 전류 파형 및 주파수 변동시 변동주파수에 따른 싸인파 테이블의 크기를 설정하고, 싸인파 파형을 계산하여 상기에서 크기가 설정된 싸인파 테이블에 기억시키는 제3단계와, 상기 제3단계에서 싸인파 파형이 기억된 싸인파 테이블을 보조기억장치에 저장시켜 필요할 때 읽어들여 사용할 수 있도록 하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

전원전압 입력시 마이크로 컴퓨터(22)는 역률제어 및 인버터 제어부(25)에 인버터에 의해 구동되는 모터를 구동시키기 위한 신호를 출력하면, 상기 역률제어 및 인버터 제어부(25)는 인버터를 통해 모터를 구동시키고, 상기 인버터에 공급되는 전압을 조정하여 역률제어기능을 수행한다. 즉, 역률제어 및 인버터 제어부(25)는 상기 도3에서 설명한 역률보정부(35)에 대응되는 것으로, 마이크로 컴퓨터(22)의 제어를 받아 역률을 제어하여, 인버터에 공급되는 전압을 조정하게 된다.

이때 전원주파수가 변동되는 경우, 싸인파 테이블을 수정해야 하거나 싸인파 테이블의 크기를 수정해야 하는 경우가 발생하게 되는데, 이러한 경우에 좀더 유연하게 대처할 수 있도록 하기 위하여 마이크로 컴퓨터(22)는 제로전압 검출부(21)와 옵션저항(23)을 통해 체크되는 전원의 동작주파수에 따라 싸인파 테이블의 크기를 계산하고, 이 계산된 싸인파 테이블에 저장되어야 할 싸인파 파형을 구하여 그 테이블에 저장시킨 후 보조 메모리(24)에 기억하여 두었다가, 그 싸인파 파형을 근거로 역률제어 및 인버터 제어부(25)의 구동을 제어하는데 사용하도록 한다.

즉, 제로전압 검출부(21)에서 입력되는 전원전압의 영전위점인 제로점을 검출하고, 이 제로점이 검출되는 시점마다 제로전압신호를 마이크로 컴퓨터(22)의 인터럽트 입력단자(INT)로 제공한다.

그러면 상기 마이크로 컴퓨터(22)는 인터럽트의 입력시점을 감지(S11)하여 전원전압이 50Hz인지 60Hz인지를 판단한다.(S12)

이렇게 전원전압의 주파수를 판단한 후, 이 판단한 주파수에 적당한 싸인파 테이블의 크기를 설정한다.(S13)

상기에서 싸인파 테이블의 크기를 설정하고 나면, 그 설정된 크기를 갖는 싸인파 테이블에 저장하여야 할 싸인파 파형을 계산하여 상기 싸인파 테이블에 저장시킨다.(S14)

상기 싸인파 파형이 저장된 싸인파 테이블을 보조 메모리(24)에 저장시킨다.(S15)

이렇게 보조 메모리(24)에 저장시킨 후 마이크로 컴퓨터(22)가 메인 프로그램을 수행하면서 상기 보조 메모리(24)에 저장된 데이터가 필요할 때 읽어들여 사용하도록 한다.(S16)

이와같은 동작을 수행하다가 외부로 부터 임의로 동작주파수가 변경될 경우, 이를 옵션저항(23)이 감지하여 마이크로 컴퓨터(22)로 제공한다.(S17)

그러면 상기 마이크로 컴퓨터(22)는 전원주파수와 다른 주파수가 입력되어 주파수 변동이 있는지를 체크한다.(S18)

체크한 결과, 주파수 변동이 없으면 상기 S16단계로 진행하여 메인 프로그램을 수행하고, 주파수 변동이 있으면 싸인파 테이블의 크기를 새로 설정하고(S19), 그 변동된 주파수에 알맞은 싸인파 파형을 계산하여 상기 싸인파 테이블에 기억시킨다.(S20)

이렇게 싸인파 파형을 기억시킨 싸인파 테이블을 보조 메모리(24)에 저장하여 필요한 경우, 상기 보조 메모리(24)로 부터 읽어들여 사용하도록 한다.

가령, 마이크로 컴퓨터(22)는 그의 인터럽트 입력단자(INT)를 통해 입력된 인터럽트를 감지하여 체크한 전원의 동작주파수와 옵션저항(23)을 통해 체크한 동작주파수가 같은 경우에는 보조 메모리(24)에 저장되어 있는 데이터를 그대로 사용한다.

그러나 마이크로 컴퓨터(22)의 인터럽트 입력단자(INT)를 통해 입력된 인터럽트를 감지하여 체크한 전원의 동작주파수와 상기 옵션저항(23)을 통해 체크한 전원의 동작주파수가 다를 경우, 즉 주파수 변동이 있을 경우, 마이크로 컴퓨터(22)는 다시 동작주파수에 따른 싸인파 테이블의 크기를 계산하고, 이 싸인파 테이블에 저장될 싸인파 파형을 계산하여 상기 싸인파 테이블에 저장한 후 보조 메모리(24)에 기억시켜 두고, 상기 역률제어 및 인버터 제어부(25)의 구동 제어시에 읽어들여 사용한다.

이와같이 전원전압의 주파수에 따른 싸인파 테이블의 크기와 싸인파 파형을 계산하고, 이 계산된 싸인파 파형을 싸인파 테이블에 기억시킨 후 보조 메모리(24)에 저장시켜 필요할 때 마다 읽어들여 사용하다가 옵션저항(23)을 통해 외부에서 조정한 동작주파수가 변동되어 전원전압 주파수가 다를 경우 다시 변동된 주파수에 따른 싸인파 테이블의 크기와 싸인파 파형을 계산하고, 이 계산된 싸인파 파형을 싸인파 테이블에 기억시킨 후 보조 메모리(24)에 저장시켜 사용할 수 있도록 한다.

이렇게 옵션저항(23)을 통해 변동된 주파수에 따른 싸인파 파형 및 싸인파 테 이블의 크기를 새롭게 계산하여 보조 메모리(24)에 저장시켜 사용하다가 다시 입력 전원전압의 주파수가 변동되는 경우, 이 경우도 마찬가지로 옵션저항(23)을 통해 변동되는 경우와 같은 동작을 수행하여 새로 구하여진 싸인파 파형과 싸인파 테이블의 크기를 계산하여 보조 메모리(24)에 저장시켜 사용하도록 한다.

결과적으로 전원전압 주파수 또는 옵션기능의 입력을 통한 동작주파수가 변동되는 경우 싸인파 테이블의 크기와 상기 싸인파 테이블에 저장되는 싸인파 파형을 가변시키고, 이 가변된 값들을 보조기억장치에 저장시킨 후 역률제어 및 인버터 제어부의 구동 제어시에 그 보조기억장치로 부터 읽어들여 사용할 수 있도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 전원전압 주파수 또는 옵션기능의 입력을 통한 동작주파수가 변동되는 경우 싸인파 테이블의 크기와 상기 싸인파 테이블에 저장되는 싸인파 파형을 가변시키고, 이 가변된 값들을 보조기억장치에 입력시켜 필요할 때 그 보조기억장치로 부터 읽어들여 사용하도록 함으로써, 전원주파수 변동 및 부하 변동시에도 최적의 싸인파를 발생시키도록 한 효과가 있고, 시스템 제어를 보다 유연하게 대처할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims

입력되는 전원전압의 제로점을 검출하고, 그 제로점 검출시마다 인터럽트를 발생시키는 제로전압 검출부와, 출력되는 구동신호에 의해 모터를 구동시키는 인버터를 제어하고, 그 인버터에 공급되는 전압을 제어하여 역률제어기능을 수행하게 하는 역률제어및 인버터 제어부와, 상기 제로전압 검출부에서 발생되어 입력되는 인터럽트를 감지하여 전원주파수의 변동여부를 판단하고, 이 주파수 변동시 변동주파수에 해당하는 싸인파 파형 테이블의 크기를 설정하고, 싸인파 파형 데이터를 계산하여, 이 계산된 싸인파 파형 데이터를 저장시키며, 상기 역률제어 및 인버터 제어부의 구동을 제어하는 마이크로 컴퓨터와, 상기 마이크로 컴퓨터에 초기전원 인가시 리셋되면 초기화 프로그램에서 계산된 싸인파 파형 테이블을 기억하고 있다가 상기 마이크로 컴퓨터의 메인 프로그램 수행시 그 값을 읽어들여 사용하도록 한 보조 기억장치를 포함한 것을 특징으로 하는 역률제어 장치.
제1항에 있어서, 보조 기억장치는 플래쉬 메모리로 구성된 것을 특징으로 하는 역률제어 장치.
제1항에 있어서, 외부 부하에 따른 종류를 구별하기 위한 옵션저항을 더 설치하여 부하에 따라 변화되는 전류 파형의 역률을 제어하는 것을 특징으로 하는 역률제어 장치.
전원전압의 제로점에 의한 인터럽트 및 옵션저항을 통한 입력주파수와 부하크기를 감지하여 전류 파형 및 역률의 변동여부를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 부하에 따른 전류 파형 및 주파수 변동이 없으면 이전에 계산된 값을 그대로 사용하도록 하는 제2단계와, 상기 제1단계에서 부하에 따른 전류 파형 및 주파수 변동시 변동주파수에 따른 싸인파 테이블의 크기를 설정하고, 싸인파 파형을 계산하여 상기 크기가 설정된 싸인파 테이블에 기억시키는 제3단계와, 상기 제3단계에서 싸인파 파형이 기억된 싸인파 테이블을 보조기억장치에 저장시켜, 역률제어 및 인버터 제어부의 구동 제어시에 읽어들여 사용할 수 있도록 하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 역률제어 방법.