KR100858537B1 - 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터공기조화기에서 발생되는 누설전류를 상쇄하기 위한 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 컨버터부와 인버터부에 구비된 스위칭소자의 증가로 인해서 누설전류가 발생하고, 증가한 누설전류를 저감시키기 위해서 노이즈 필터에 다른 한 단을 더 추가하여, 상기 필터에 구비된 스위칭소자의 제어동작으로 누설전류를 감쇄한다. 따라서 인버터공기조화기의 회로 내에서 발생되는 누설전류를 감소시킬 수 있어, 회로의 동작 신뢰성이 높아진다.

인버터공기조화기, 누설전류, 감쇄회로

Description

인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로{A leakage current decrease circuit for inverter air conditioner}

도 1은 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 인버터회로.

도 2는 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 전원입력단 20 : 노이즈필터

30 : 정류부 40 : IGBT 구동회로

50 : 인버터부 60 : 압축기

CT : 제 3 코일

본 발명은 인버터공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터공기조화기가 구동됨에 따라 회로 내에 발생되는 누설전류를 상쇄시키기 위한 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로에 관한 것이다.

이하 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 인버터회로에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 인버터회로이다.

우선, 상기 회로 내에 구성된 제어구성의 연결관계에 대해 살펴보면 다음과 같다. 교류전원단(10)은 노이즈필터(15)를 통해서 정류부(20)와 연결된다. 이때, 상기 정류부(20)는 4개의 다이오드로 구성되며, 각각 다음과 같이 구성된다. 2개의 다이오드씩 각각 직렬(D1,D3),(D2,D4)로 구성되고, 직렬로 구성된 2쌍(D1,D3),(D2,D4)의 다이오드가 다시 병렬로 연결된다. 상기 제 1 다이오드(D1)의 캐소드와 제 2 다이오드(D2)의 캐소드는 리액터(L)의 일측과 연결된다.

그리고 상기 리액터(L)의 다른 측은 제 5 다이오드(D5)와 직렬연결된다. 상기 리액터(L)와 제 5 다이오드(D5) 사이는 스위칭소자(IGBT)의 콜렉터단자와 연결된다. 또한, 제 3 다이오드(D3)와 제 4 다이오드(D4) 사이에도 스위칭소자(IGBT)의 에미터단자와 연결된다. 상기 스위칭소자(IGBT)의 베이스단자는 스위칭소자 구동회로(30)와 연결된다.

한편, 상기 제 5 다이오드(D5)의 캐소드는 부하(40)와 연결되고, 제 5 다이오드(D5)와 부하(40) 사이는 캐패시터(C1)가 병렬로 구성된다. 상기 부하(40)는 인버터부(60), 압축기(70) 등으로 구성된다.

상기와 같이 연결된 제어구성의 동작제어과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도면에 도시된 바와 같이, 교류전원단(10)으로부터 입력된 교류전원이 노이즈필터(15)를 통해서 노이즈를 제어하고, 교류전원을 정류부(20) 및 캐패시터(C1)에 의해 직류로 변환되는 컨버터부(50)가 구성되어 있다. 또한, 상기 컨버터부(50)에는 역률개선을 위해서 스위칭소자(IGBT)와 리액터(L), 제 5 다이오 드(D5)가 구성된다. 상기 스위칭소자(IGBT)는 스위칭소자 구동회로(30)로부터 출력되는 제어신호에 따라 스위칭제어하여, 최종적으로 입력전류의 위상이 입력전압의 위상과 가까워지도록 제어하여 역률을 개선한다.

역률개선 과정에 대해 좀 더 상세하게 살펴보면, 정류부(20) 출력단에 접속되어 리액터(L)에 양(+)의 전압이 걸리면 전류를 축적하였다가, 음(-)의 전압이 걸리면 축적된 양만큼 전류가 계속 동일한 방향으로 흐르도록 하여 전류의 위상을 지연시킨다. 이때, 상기 리액터(L)에 강제로 전류가 흐르도록 상기 스위칭소자(IGBT)가 턴 온(TURN ON)/턴 오프(TURN OFF) 스위칭동작을 한다. 즉, 상기 스위칭소자(IGBT)가 턴 오프(TURN OFF) 동작하면, 리액터(L)에 축적되어 있던 전류가 제 5 다이오드(D5)를 통해서 흐른다.

한편, 컨버터부(50)를 통과한 전압을 부하(40)의 구성 중 하나인 인버터부(60)에 전달되고, 인버터부(60)가 동작된다. 상기 인버터부(60)는 다수개의 스위칭소자(도시하지 않음)가 구비되어져 있고, 상기 스위칭소자의 스위칭제어에 따라, 인버터부(60)에 구비된 다수개의 스위칭소자가 교번으로 턴 온(TURN ON)/턴 오프(TURN OFF) 동작을 수행하게 된다. 그리고 인버터부(60)의 스위칭제어신호는 압축기(70)로 전달된다. 이때, 압축기(70)의 운전주파수에 해당하는 가변주파수 및 3상 가변교류전원으로 변환하여 압축기(70)로 공급한다. 그리고 가변주파수 및 3상 가변교류전원을 공급받은 압축기(70)는 구동된다.

상기와 같은 구성에서 고주파 스위칭이 일어나는 경우, 누설전류가 상대적으로 증가된다. 상기와 같은 누설전류의 증가에 따른 규제는 국가별로 다르게 규정 되어져 있고, 특히 일본의 경우, 누설전류의 규정이 엄격하다. 이 때문에 인버터부의 고주파 스위칭에 따른 캐리어주파수가 높아지면 누설전류의 증가로 인해서 기준에 따른 규제를 만족하지 못하는 문제가 발생된다.

이를 방지하기 위해서 저주파수의 캐리어를 이용하는데, 이로 인해서 누설전류의 양을 줄일 수는 있지만 소음 등이 발생하는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 회로내 발생된 누설전류를 감쇄하는 구성을 구비하여 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로는 전원입력단에 연결되고 노이즈를 제거하는 노이즈필터와, 상기 노이즈필터를 통과한 전원을 공급받아서 압축기의 구동에 필요한 크기의 dc전압을 발생시키는 dc 전압발생부를 구비한 인버터 공기조화기에 있어서; 상기 노이즈필터로부터 전류가 유기되도록 설치된 코일과; 상기 코일에 유기된 전류를 전압으로 변환시키는 저항과; 상기 dc 전압발생부와 일측이 연결되고, 상기 저항을 통과하는 전압에 의해서 온/오프 동작되면서 전류 통로를 형성하는 푸쉬풀회로와; 상기 푸쉬풀회로가 동작될 때, 상기 dc 전압발생부에서 압축기로 공급되는 전류의 일부를 제공받아서 충방전동작을 수행하는 캐패시터를 구비하고, 상기 캐패시터의 접지단이 압축기의 접지단과 연결되도록 구성되어, 상기 캐패시터의 방전전류가 압축기의 구동시에 발생되는 누설전류를 상쇄시키는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로와 동작과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로이다.

우선, 상기 회로 내에 구성된 제어구성의 연결관계에 대해 살펴보면 다음과 같다. 상용교류전원을 회로내로 입력하기 위한 교류전원단(10)은 제 1 노이즈필터(20)와 연결되고, 상기 제 1 노이즈필터(20)는 제 1 코일(F1)과 제 2 코일(F2)과, 제 3 코일(CT)이 구비된다.

즉, 상기 제 1 노이즈필터(20)의 제 2 코일(F2)의 맞은 편에 제 3코일(CT)을 더 구비하고, 상기 제 3 코일(CT)의 한 측은 저항(R1)이 연결되어 있다. 그리고 다른 한 측은 그라운드된다. 상기 저항(R1)은 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단자와 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단자와 연결된다. 그리고 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 에미터단자는 제 1 캐패시터(C1)와 연결된다. 이때, 상기 제 1 트랜지스터(Q1)는 NPN형이고, 제 2 트랜지스터(Q2)는 PNP형으로 구성된다. 또한, 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 에미터단자는 제 2 트랜지스터(Q2)의 에미터단자와 연결되고, 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단자는 제 2 캐패시터(C2)와 연결된다.

한편, 노이즈필터(20)의 제 1 코일(F1)은 리액터(L)의 일측과 연결되고, 상기 리액터(L)의 다른 일측은 정류부(30)와 연결된다. 상기 정류부(30)는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성되어져 있다. 즉, 제 1 다이오드(D1)와 제 3 다이오드(D3)는 직렬로 연결되고, 제 2 다이오드(D2)와 제 4 다이오드(D4)가 직렬로 연결된다. 그리고 각각 직렬로 연결된 다이오드는 병렬 연결된다. 그리고 상기 제 3 다이오드(D3)의 애노드와 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 각각 스위칭소자(IGBT 1, IGBT 2)와 연결된다.

즉, 상기 제 3 다이오드(D3)의 캐소드는 제 1 스위칭소자(IGBT 1)의 콜렉터단자와 연결되고, 제 3 다이오드(D3)의 애노드는 제 1 스위칭소자(IGBT 1)의 에미터단자와 연결된다. 한편, 상기 제 4 다이오드(D4)의 캐소드는 제 2 스위칭소자(IGBT 2)의 콜렉터단자와 연결되고, 상기 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 제 2 스위칭소자(IGBT 2)의 에미터단자와 연결된다. 그리고 상기 제 1 스위칭소자(IGBT 1)와 제 2 스위칭소자(IGBT 2)의 베이스단자는 IGBT 구동회로(40)와 연결된다.

상기 제 2 다이오드(D2)의 캐소드와 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 캐패시터(C3)와 병렬 연결된다. 그리고 상기 캐패시터(C3)는 Y캐패시터인 제 2 캐패시터(C2)와 병렬 연결된다. 상기 캐패시터(C2,C3)는 실질적으로 압축기(60)의 구동을 위해서 필요한 크기의 dc전압을 발생하는 구성이다.

또한 상기에서 언급한 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단자는 Y형 캐패시터인 제 2 캐패시터(C2)의 2번과 연결된다. 또한, 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단자도 제 2 캐패시터(C2)의 3번과 연결된다. 즉, 상기 두 개의 트랜지스터(Q1,Q2)로 구성된 푸쉬풀회로는, 2번 라인을 통해서 Y형 캐패시터(C2)와 연결되고 있다. 따라서 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 동작 상태에서 상기 2번 라인을 통해 흐르는 전류가 제 1 캐패시터(C1)에 충전되고, 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 동작상태에서 상기 제 1 캐패시터(C1)의 방전 동작이 이루어진다. 상기 제 1 캐패시터(C1)의 방전전 류는 압축기의 구동 중 발생되는 누설전류를 상쇄시키기 위한 상쇄전류로 동작한다.

그리고 상기 제 2 캐패시터(C2)는 다수개의 스위칭소자(도시하지 않음)로 구성된 인버터부(50)와 연결된다. 그리고 상기 인버터부(50)는 압축기(60)의 일측과 연결되고, 상기 압축기(60)의 다른 일측은 그라운드된다. 이때, 상기에서 언급한 제 1 캐패시터(C1)는 압축기(60)의 그라운드와 연결된다.

이하 상기와 같이 연결된 제어구성의 동작제어과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

사용자가 동작제어신호를 입력하면, 상기 신호에 따라 압축기(60)가 구동되어 냉매를 열교환기로 공급하여, 열교환된 공기가 실내로 토출되도록 공조수행한다. 이를 위해서 상용교류전원이 회로 내에 인가되면, 상기 전원은 노이즈필터(20)를 통과하여 노이즈가 제어된 후, 정류부(30)로 전달된다. 상기 정류부(30)를 통과하여 정류된 상용교류전원은 제 2, 3 캐패시터(C2, C3)를 통과하여 평활하여 dc전압으로 변환된다.

상기 제 2, 3 캐패시터(C2, C3)를 통과한 dc전압은 인버터부(50)로 전달된다. 상기 인버터부(50)는 제어수단(도시하지 않음)으로부터 출력되는 구동신호에 따라 6개의 파워트랜지스터소자(도시하지 않음)를 교번으로 턴 온(TURN ON) 또는 턴 오프(TURN OFF) 동작제어하여, dc전압을 압축기(60)의 운전주파수에 맞는 가변 주파수 및 가변 전압의 3상 교류전원으로 변환시켜 상기 압축기(60)에 공급한다.

이에 따라 압축기(60)가 구동되고, 이로 인해서 열교환기로 냉매가 공급된 다. 그리고 흡입공기가 열교환되어 실내로 토출됨으로서, 실내 온도가 사용자가 입력한 희망온도에 도달한다.

이때, 스위칭소자(IGBT 1, IGBT 2)의 구동 및 Y형 캐패시터(C2)의 구성으로 누설전류가 발생되면, 상기 누설전류를 감쇄시키기 위해서 다음과 같이 동작제어된다.

상기 노이즈 필터(20)에 다른 한 단(CT)이 더 추가되어, 누설전류를 감쇄시킬 수 있는 필터가 구비되고, 1차 전류가 흐르는 파형에 따라 2차측으로 전압파형이 발생된다. 이에 따라 전류가 인가되는 경우, 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴 온(TURN ON) 동작하고, 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴 오프(TURN OFF) 동작한다. 이때, 제품의 구동을 위해 공급되는 전류의 일부는 2번 라인을 통해서 제 1 트랜지스터를 통과한다. 그리고 제 1 트랜지스터를 도통한 전류는 그라운드와 연결된 제 1 캐패시터(C1)에 전달되고, 상기 전류는 제 1 캐패시터(C1)에 충전된다.

한편, 제 1 트랜지스터(Q1)는 턴 오프(TURN OFF) 동작하고, 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴 온(TURN ON) 동작할 때, 제 1 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 방전되면서, 상기 제 1 캐패시터(C1)와 연결된 그라운드쪽으로 전류가 흘러 누설전류가 감쇄되도록 작용한다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 노이즈 필터의 다른 한 단에 전류 트랜스를 더 구비하고, 상기 전류 트랜스를 통해서 입력된 전류의 흐름으로 스위칭소자의 스위칭제어하여 누설전류를 상쇄시키는 것을 기본적인 기술적 사상으로 한다.

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 따른 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이 인버터시스템에서 고주파 스위칭이 일어나는 경우, 누설전류가 증가되는데, 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 누설전류 감쇄회로를 사용하여 회로에서 발생되는 누설전류를 상쇄할 수 있다.

또한, 누설전류의 증가를 방지하기 위해서 저주파수 필터를 사용하는 경우, 소음 등이 발생하였으나, 본 발명으로 인해서 저주파수 필터를 사용하지 않고도 누설전류의 증가를 방지할 수 있기 때문에 소음 등이 발생되지 않는다.

그리고 회로 내 Y 캐패시터의 사용을 증가하여도 압축기의 구동으로 회로 내 발생되는 누설전류를 본 발명에 따른 누설전류 감쇄회로를 통해서 상쇄할 수 있어, 어, 사용의 제약에서 벗어나고, 설계가 용이하다.

Claims (2)

1. 전원입력단에 연결되고 노이즈를 제거하는 노이즈필터와, 상기 노이즈필터를 통과한 전원을 공급받아서 압축기의 구동에 필요한 크기의 dc전압을 발생시키는 dc 전압발생부를 구비한 인버터 공기조화기에 있어서;

   상기 노이즈필터로부터 전류가 유기되도록 설치된 코일과;

   상기 코일에 유기된 전류를 전압으로 변환시키는 저항과;

   상기 dc 전압발생부와 일측이 연결되고, 상기 저항을 통과하는 전압에 의해서 온/오프 동작되면서 전류 통로를 형성하는 푸쉬풀회로와;

   상기 푸쉬풀회로가 동작될 때, 상기 dc 전압발생부에서 압축기로 공급되는 전류의 일부를 제공받아서 충방전동작을 수행하는 캐패시터를 구비하고,

   상기 캐패시터의 접지단이 압축기의 접지단과 연결되도록 구성되어, 상기 캐패시터의 방전전류가 압축기의 구동시에 발생되는 누설전류를 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 누설전류 감쇄회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 dc 전압발생부는, 캐패시터로 구성되고,

   상기 푸쉬풀회로는, 상기 캐패시터의 일측단과 연결되는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 누설전류 감쇄회로.

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