KR100619721B1 - 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법에 관한 것으로, 종래에는 아날로그 방식을 사용할 경우 주변회로가 복잡하고, 신호제어가 어려워 인버터/부하를 효율적으로 구동시키지 못하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 회로를 디지탈 방식으로 구현하고, 초기에 인버터/부하를 팜(PAM)으로 구동시키는 제1단계; 상기 제1단계에서 팜 구동을 일정시간 수행한 후 입력전압과 입력전류를 감지하는 제2단계; 상기 제2단계에서 감지한 입력전압과 입력전류의 파형을 비교하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 비교한 입력전압과 입력전류가 동상이면 인버터/부하를 구동시키고, 동상이 아니면 인버터/부하를 구동시키지 않도록 한 제4단계로 구동시켜, 효율적이고, 경제적이며, 노이즈를 줄여 간섭현상이 일어나지 않도록 한 것이다.

Description

소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법{THE DRIVE METHOD FOR SOFT START PAM DRIVE CIRCUIT}

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 발명을 수행하기 위한 소프트 스타트 팜 구동회로에 대한 구성도.

도 7a는 팜 구동이 이루어지지 않을 때, 입력전압과 입력전류 파형도.

도 7b는 팜 구동이 이루어질 때, 입력전압과 입력전류 파형도.

도 8은 본 발명 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법에 대한 동작 흐름도.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

61 : 정류부 62 : 쵸크코일

63 : 평활용 콘덴서 64 : 인버터/부하

65 : 제어부 66 : 입력전압 감지부

67 : 입력전류 감지부

본 발명은 인버터/부하 구동시 초기에 팜(PAM) 구동시켜 입력전압과 입력전류의 파형이 동상일 경우에만 구동시켜 효율적이고, 경제적으로 구동시키도록 한 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법에 관한 것으로, 특히 팜 기능이 이루어졌을 때 인버터/부하를 구동시켜 노이즈를 줄이고, 전원전압이 저전압일 경우 효율을 우선한 인버터/부하 제어만을 행할 수 있도록 한 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법에 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)를 통해 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 전류의 위상은 입력되는 상용 교류전원과 동일 위상이며, 전류최대 크기보다 훨씬 작은 피크전류를 가지고 있는데, 이는 도 2의 역률이 1일때 전류파형에 도시한 바와같다.

이렇게 도 2의 역률이 1일때 전류파형과 같은 이상적인 전류파형을 만들며, 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)를 통해 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 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(C3)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 분압된 전압이 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ①번 단자(INV)로 입력되고, 이 분압된 전압을 다시 콘덴서(C2)와 저항(R7,R8)의 시정수에 의해 조절되는 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(341,347,349), 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 같이 종래기술의 아날로그 방식을 사용할 경우 주변회로가 복잡하고, 신호제어가 어려워 인버터/부하를 효율적으로 구동시키지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 디지탈 회로로 구현하여 간단히 구성하고, 신호제어를 용이하게 수행하여 효율적으로 팜 기능을 수행할 수 있도록 한 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 초기에 팜 기능으로 구동시켜 입력전류와 입력전압의 파형이 동상일 경우에만 인버터/부하를 구동시켜 노이즈를 줄이고, 경제적으로 구동시키도록 한 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 초기에 팜 기능으로 구동시켜 입력전류와 입력전압의 파형이 동상일 경우에만 인버터/부하를 구동시켜 전원전압이 저전압일 경우 효율을 우선한 인버터/부하만 제어할 수 있도록 한 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 초기에 인버터/부하를 팜(PAM)으로 구동시키는 제1단계와, 상기 제1단계에서 팜 구동을 일정시간 수행한 후 입력전압과 입력전류를 감지하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 감지한 입력전압과 입력전류의 파형을 비교하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 비교한 입력전압과 입력전류가 동상 이면 인버터/부하를 구동시키고, 동상이 아니면 인버터/부하를 구동시키지 않도록 한 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명을 수행하기 위한 소프트 스타트 팜 구동회로도로서, 이에 도시한 바와같이, 상용교류전원을 브리지 다이오드를 통해 직류전압으로 정류하는 정류부(61)와, 상기 정류부(61)의 출력을 평활시켜 출력하는 쵸크코일(62) 및 평활용 콘덴서(63)와, 상기 쵸크코일(62) 및 평활용 콘덴서(63)를 통해 평활된 직류전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터에 제공하여 구동하도록 하는 인버터/부하(64)와, 상기 평활용 콘덴서(63)의 앞단에 병렬로 연결되고, 온/오프동작에 의해 상기 평활용 콘덴서(63)에 흐르는 전류와 상기 인버터/부하(64)로 공급되는 전압을 조정하여 팜(PAM) 구동이 이루어지도록 하는 스위칭소자(Q1)와, 입력되는 상용전원의 입력전압을 감지하는 입력전압 감지부(66)와, 입력전류를 감지하는 입력전류 감지부(67)와, 상기에서 감지한 입력전압과 입력전류의 파형을 비교하여 동상이 되었을 경우에만 상기 스위칭소자(Q1)를 온/오프시켜 인버터/부하를 구동시키는 제어부(65)를 포함한다.

도 8은 본 발명 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법에 대한 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와같이, 초기에 인버터/부하를 팜(PAM)으로 구동시키는 제1단계; 상기 제1단계에서 팜 구동을 일정시간 수행한 후 입력전압과 입력전류를 감지하는 제2단계; 상기 제2단계에서 감지한 입력전압과 입력전류의 파형을 비교하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 비교한 입력전압과 입력전류가 동상이면 인버터/부하를 구동시키고, 동상이 아니면 인버터/부하를 구동시키지 않도록 한 제4단계;로 이루어진다.

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

상용교류전원 입력시 이를 정류부(61)에서 입력받아 정류한 직류전압을 출력한다.

그러면 상기 쵸크코일(62)및 평활용 콘덴서(63)는 입력전류를 제한하여 필요한 전류가 흐르도록 하고, 입력전압을 평활시켜 인버터/부하(64)로 공급한다.

이에 상기 인버터/부하(64)는 상기 평활용 콘덴서(63)에서 평활된 직류전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터에 제공하여 부하를 구동시킨다.

이와같이 입력전압과 입력전류가 인버터/부하(64)로 공급되는 초기에 제어부(65)는 스위칭소자(Q1)를 온 또는 오프시켜 상기 평활용 콘덴서(63)로 흐르는 전류와 전압을 조정하여 팜(PAM) 구동을 행한다.

상기 제어부(65)가 팜 구동을 행하지 않을 경우, 입력전류와 입력전압의 파형은 도 7a에서와 같이 나타나고, 팜 구동이 이루어졌을 경우 입력전류와 입력전압의 파형은 도 7b에서와 같이 나타난다.

즉, 팜 구동이 이루어지지 않았을 경우에는 입력전류와 입력전압의 위상 및 파형은 각각 서로 다르고, 팜 구동이 이루어졌을 경우에는 입력전류와 입력전압의 위상은 동상이 되며, 양자의 파형도 정현파형이 된다.

이때 입력전압 감지부(66)와 입력전류 감지부(67)는 정류부(61)를 통해 인버터/부하(64)측으로 입력되는 전압과 전류를 감지하여 상기 제어부(65)로 제공한다.

앞에서 설명한 바와같이 초기부터 팜 구동으로 인버터/부하(64)를 동작시키다가 소정시간이 경과하면, 상기 제어부(65)는 상기 입력전압 감지부(66)와 입력전류 감지부(67)에서 제공하는 입력전압과 입력전류를 받아들인다.

이렇게 입력전압과 입력전류를 받아들인 제어부(65)는 입력전압과 입력전류의 위상을 비교한다.

비교 결과, 상기 입력전압과 입력전류의 위상이 도 7a에서와 같이 일치하지 않을 경우, 제어부(65)는 인버터/부하(64)를 구동시키지 않도록 하기 위하여 스위칭소자(Q1)로 구동신호를 내보내지 않는다.

왜냐하면, 상기 입력전압과 입력전류의 위상이 일치하지 않은 상태에서 인버터/부하(64)를 구동시키면, 효율이 떨어지고, 노이즈에 의한 간섭현상이 주위에 나타난다.

그리고, 상기 제어부(65)는 입력전압과 입력전류의 위상이 도 7b에서와 같이 일치하여 동상인 경우, 인버터/부하(64)를 구동시키기 위한 구동신호를 내보내 구동시키도록 한다.

이와같이 입력전압과 입력전류가 동상일때 인버터/부하(64)를 구동시키면, 효율적이고, 경제적이고, 노이즈를 경감시킬 수 있다.

그리고, 입력되는 전원전압이 저전압일 경우 인버터/부하(64)만을 구동시킴으로써, 효율을 우선으로 하는 인버터/부하에 유리하다.

지금까지 설명한 과정에 대하여 도 8에 의거하여 다시한번 살펴보면, 소프트 스타트 팜 구동회로를 초기에 팜(PAM)으로 구동시킨다.(S101)

이렇게 초기에 팜(PAM) 구동을 행한 후 일정시간이 경과하면 입력전류와 입력전압의 파형을 감지한다.(S102)

이후에, 상기에서 감지한 입력전류 및 전압의 파형을 근거로 입력전류와 입력전압의 파형의 위상을 비교(S103)하여, 동상인 경우에는 인버터/부하(64)를 구동시키고, 동상이 아닌 경우에는 인버터/부하(64)를 구동시키지 않도록 하여 효율적으로 구동시킬 수 있도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 인버터/부하 구동시 초기에 팜(PAM) 구동시킨 후 소정시간이 경과하면 입력전압과 입력전류의 파형을 감지하여 동상일 경우 인버터/부하를 구동시키고, 동상일 아닐 경우에는 인버터/부하를 구동시키지 않도록 하여 효율적이고, 경제적으로 구동하고, 이렇게 함으로써 노이즈를 줄여 간섭현상을 없애고, 전원전압이 저전압일 경우 효율을 우선한 인버터/부하만을 제어할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 초기에 인버터/부하를 팜(PAM)으로 구동시키는 제1단계;

   상기 제1단계에서 팜 구동을 일정시간 수행한 후 입력전압과 입력전류를 감지하는 제2단계;

   상기 제2단계에서 감지한 입력전압과 입력전류의 파형을 비교하는 제3단계; 및

   상기 제3단계에서 비교한 입력전압과 입력전류가 동상이면 인버터/부하를 구동시키고, 동상이 아니면 인버터/부하를 구동시키지 않도록 한 제4단계;로 이루어지는 소프트 스타트 팜 구동회로의 구동방법.

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