KR100931591B1 - 냉장고용 팬모터의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고용 팬모터의 제어장치에 관한 것으로서, 인가되는 구동전압에 의해 팬모터를 구동하는 팬모터구동부와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하여 출력하는 속도출력부와, 응축기 또는 증발기의 주위온도를 감지하는 온도감지부, 및 상기 속도출력부에서 출력된 속도신호 및 상기 온도감지부에서 감지된 온도신호를 각각 제공받아 설정속도 및 설정온도와 각각 비교하며, PWM 신호의 듀티비 조절을 통해 상기 팬모터구동부의 구동전압을 제어하는 마이컴을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 다양한 설치환경, 작동환경, 작동상태의 변화 등에도 불구하고 응축기 또는 증발기의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있어 응축효율 또는 증발효율을 향상시킬 수 있으며, 그에 따라 전체적인 냉각성능의 개선을 기대할 수 있는 장점이 있다.

냉장고, 팬모터, 제어

Description

냉장고용 팬모터의 제어장치 {APPARATUS FOR CONTROLLING FAN MOTOR AREFRIGERATOR}

본 발명은 냉장고용 팬모터의 제어장치에 관한 것으로서, 응축기 또는 증발기에 설치된 팬모터의 구동을 가변 제어함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 냉장고용 팬모터의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고는 그 내부로 냉매가 순환되는 냉동사이클이 적용되어 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하여 생성된 냉기를 냉동실 및 냉장실과 같은 식품 저장실로 공급하여 각종 식품을 장기간 신선하게 보관할 수 있도록 하는 장치이다.

도 1은 냉동사이클 블럭구성도로서, 냉동사이클은 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기(1)와, 상기 압축된 냉매를 주위와 열교환하여 응축시키는 응축기(2)와, 응축된 냉매를 단열팽창시키는 팽찰밸브(3, 또는 모세관)와, 상기 팽창된 냉매를 등압증발시키는 증발기(4)로 이루어지며, 상기 응축기(2)와 증발기(4) 측에는 열교환되는 공기를 강제 대류시켜 열교환을 촉진시키는 응축기팬(2a)과 증발기팬(4a)이 각각 구비되게 된다.

이러한 냉동사이클의 냉각성능은 냉동사이클을 구성하는 압축기(1), 응축기(2), 증발기(4), 각 팬(2a, 4a)의 온도, 압력, 운전특성 등에 따라 다양하게 결정되게 된다.

그런데, 상기 응축기(2) 또는 증발기(4)는 주위온도의 변화, 냉장고의 설치환경, 운전특성 등에 따라 온도의 불균형을 일으킬 수 있으며, 이러한 온도의 불균형은 냉동사이클의 성능을 저하시키는 문제점을 일으킬 수 있다.

예컨대, 주위온도의 상승으로 인해 응축기(2)의 온도가 높아지는 경우 방열이 제대로 이루어지지 않게 되어 응축효율이 저하될 수 있으며, 온도가 낮아지는 경우에는 응축기(2)의 방열이 너무 커지면서 응축기(2)의 내부가 대부분 액냉매로 채워지면서 액냉매의 정체현상이 발생하여 전체적인 냉동사이클의 균형을 깨뜨려 냉각성능을 저하시킬 수 있는 것이다.

한편, 종래 상기 응축기팬(2a) 또는 증발기팬(4a)은 초기 구동시 저속에서 점차적으로 속도를 향상시켜 설정속도에 도달하는 구동방식을 채택하고 있는데, 초기 회전력이 약하기 때문에 초기 구동이 원활치 못하고, 또한 설정속도에 도달하는데 까지 시간이 오래 걸리는 문제점이 지적되어 왔다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 응축기 또는 증발기가 일정한 온도를 유지할 수 있도록 팬모터의 회전속도를 제어하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 냉장고용 팬모터의 제어장치를 제공하는 것이 다.

또한, 팬모터를 최대 회전속도로 초기 구동시켜 팬모터의 원활한 구동과 설정속도에 도달하는 시간을 단축시킬 수 있는 냉장고용 팬모터의 제어장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,

인가되는 구동전압에 의해 팬모터를 구동하는 팬모터구동부와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하여 출력하는 속도출력부와, 응축기 또는 증발기의 주위온도를 감지하는 온도감지부, 및 상기 속도출력부에서 출력된 속도신호 및 상기 온도감지부에서 감지된 온도신호를 각각 제공받아 설정속도 및 설정온도와 각각 비교하며, PWM 신호의 듀티비 조절을 통해 상기 팬모터구동부의 구동전압을 제어하는 마이컴을 포함하는 냉장고용 팬모터의 제어장치가 개시된다.

여기서, 상기 팬모터구동부는, 상기 마이컴에서 출력되는 PWM 신호에 따라 기준전압을 제어하여 출력하는 기준전압제어회로와, 상기 출력되는 기준전압에 따라 구동전압을 제어하여 상기 팬모터에 인가하는 구동전압제어회로와, 상기 마이컴에서 출력되는 H 레벨 또는 L 레벨의 선택신호에 따라 상기 구동전압제어회로 측으로 출력되는 상기 기준전압을 차단 또는 인가시키는 구동스위칭회로로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 구동스위칭회로는 에미터 단자가 접지됨과 함께 베이스 단자에 마이컴에서 출력되는 H 레벨 또는 L 레벨의 선택신호가 입력되고, 콜렉터 단자가 상기 기준전압제어회로의 출력라인에 연결되는 NPN형 트랜지스터를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 마이컴은 상기 기준전압이 최대가 되도록 PWM 신호의 듀티비를 조절함과 함께 상기 기준전압의 출력이 차단되도록 H 레벨의 선택신호를 구동스위칭회로에 출력하며, 팬모터의 구동신호가 입력되면, 상기 최대 기준전압이 구동전압제어회로로 인가되도록 L 레벨의 선택신호를 구동스위칭회로에 출력하여 상기 팬모터가 최대 회전속도로 초기 구동되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 마이컴은 제공된 온도신호가 설정온도보다 낮으면 기준전압이 감소되도록 PWM 신호의 듀티비를 조절하고, 설정온도보다 높으면 기준전압이 증가되도록 PWM 신호의 듀티비를 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 냉장고용 팬모터의 제어장치는,

다양한 설치환경, 작동환경, 작동상태의 변화 등에도 불구하고 응축기 또는 증발기의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있어 응축효율 또는 증발효율을 향상시킬 수 있으며, 그에 따라 전체적인 냉각성능의 개선을 기대할 수 있는 장점이 있다.

또한, 팬모터를 최대 회전속도로 초기 구동하기 때문에 초기 구동이 원활하며 설정속도에 도달하는 시간을 단축할 수 있어 팬모터 운전율의 향상을 기대할 수 있다.

또한, PWM 신호의 조절을 통해 팬모터의 회전속도가 설정속도에 일치하도록 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 냉장고용 팬모터의 제어장치에 대한 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시 예를 설명하는데 있어서, 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉장고용 팬모터의 제어장치를 나타내는 블럭구성도이며, 도 3은 도 2의 회로구성도이다.

상기한 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉장고용 팬모터의 제어장치는 팬모터(M)를 구동시키는 팬모터구동부(100)와, 상기 팬모터(2a)의 실제 회전속도를 검출하여 속도신호를 출력하는 속도출력부(200)와, 응축기 또는 증발기와 같은 열교환기(E)의 온도를 감지하여 온도신호를 출력하는 온도감지부(300)와, 상기 속도출력부(200)와 온도감지부(300)로부터 각각 출력된 신호를 제공받아 상기 팬모터구동부(100)의 구동전압을 제어하는 마이컴(400)을 포함하여 이루어지게 된다.

상기 팬모터구동부(100)는 팬모터(M)에 인가되는 구동전압(Vd)의 제어를 통해 팬모터(M)의 회전속도를 제어하게 되며, 이를 위해 기준전압제어회로(110)와, 구동전압제어회로(120)와, 구동스위칭회로(130)를 포함하여 이루어진다.

상기 기준전압제어회로(110)는 상기 마이컴(400)에서 출력되는 PWM 신호에 따라 기준전압을 상기 구동전압제어회로(120) 측으로 출력하는 회로이다.

이러한 기준전압제어회로(110)의 일 실시형태로서, 도 3의 회로도에 도시된 것처럼, NPN형 트랜지스터 TR1, 콘덴서 C1∼C2, 저항 R1∼R5를 포함하여 구성될 수 있다.

NPN형 트랜지스터 TR1은 그 베이스 단자에 마이컴의 PWM 신호가 입력되고, 에미터 단자는 접지되며, 콜렉터 단자에 소정 전원전압 V1cc가 입력되도록 구성된다.

이러한 기준전압제어회로(110)의 동작을 살펴보면, 마이컴(400)에서 H 레벨(하이 레벨)의 PWM 신호가 NPN형 트랜지스터 TR1의 베이스 단자에 입력된 경우, NPN형 트랜지스터 TR1이 턴온 동작을 하게 되고, 콘덴서 C1은 저항 R4를 통해서 방전되고, 반면, 마이컴(400)에서 L 레벨(로우 레벨)의 PWM 신호가 NPN형 트랜지스터 TR1의 베이스 단자에 입력된 경우, NPN형 트랜지스터 TR1이 턴오프 동작을 하게 되고, 전원전압 V1cc가 콘덴서 C1에 유입되면서 콘덴서 C1이 충전된다.

이렇게 PWM 신호에 따른 NPN형 트랜지스터 TR1의 온/오프 스위칭 동작에 의해 콘덴서 C1은 충전 및 방전을 반복하면서 평활화된 기준전압 Vr이 출력된다.

여기서, 콘덴서 C1 후단에는 도 3에 도시된 것처럼, 임피던스를 낮추어 잡음을 제거하기 위한 전압플라워(Voltage Follower)가 구비될 수 있다.

또한, 상기 전원전압 V1cc는 DC 5V일 수 있으며, 이 기준전압 Vr은 PWM 신호의 듀티비를 조절함에 따라 O∼5V로 가변되는데, PWM 신호의 H 레벨 듀티비를 크게 하면 기준전압 Vr은 감소되고, PWM 신호의 H 레벨 듀티비를 작게 하면 기준전압 Vr은 증가된다.

상기 구동전압제어회로(120)는 상기 기준전압제어회로(110)에서 출력되는 기준전압 Vr에 따른 구동전압 Vd를 가변적으로 발생시켜 팬모터(M)에 인가하는 회로이다.

이러한 구동전압제어회로(120)의 일 실시형태로서 도 3에 도시된 것처럼, PNP형 트랜지스터 TR2, 콘덴서 C3∼C4, 연산증폭기, 저항 R6∼R10들을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 구동전압제어회로(120)에서 PNP형 트랜지스터 TR2의 에미터 단자로 입력되는 전원전압 V2cc는 팬모터의 정격전압에 따라 12V, 24V 등 다양한 값을 가질 수 있다.

구동전압제어회로(120)에서 팬모터로 인가되는 구동전압 Vd는 입력되는 기준전압 Vr과 분배저항 R7과 R8 에 따라 (R7+R8)/R7 * Vr 식에 의해 계산된 값을 갖게 된다.

이렇게 구동전압제어회로(120)에서 출력되는 구동전압 Vd에 의해 팬모터(M)는 다양한 회전속도로 구동된다. 예컨대, 구동전압 Vd가 8V이면, 팬모터(M)의 회전속도는 1200 rpm, 구동전압 Vd가 12V이면 1800 rpm과 같이 구동전압 Vd에 비례하여 팬모터(M)의 회전속도는 증가하게 된다.

상기 구동스위칭회로(130)는 상기 기준전압제어회로(110)에서 출력된 기준전압 Vr이 상기 구동전압제어회로(120) 측으로 인가되는 것을 선택적으로 차단시키는 회로이다.

이러한 구동스위칭회로(130)의 일 실시형태로서, 도 3에 도시된 것처럼, NPN형 트랜지스터 TR3의 베이스 단자에 마이컴(400)으로부터 선택신호가 입력되도록 하고, 에미터 단자는 접지 연결시키고, 콜렉터 단자가 기준전압제어회로(110)의 출력라인에 연결되도록 구성할 수 있다.

상기 구동스위칭회로(130)는 마이컴(400)으로부터 H 레벨의 선택신호가 입력되면, NPN형 트랜지스터 TR3가 턴온 동작함으로써 기준전압 Vr이 접지측으로 인가되도록 하여 상기 구동전압제어회로(120) 측으로 기준전압 Vr이 인가되는 것을 차단시킨다.

따라서, 이때에는 구동전압제어회로(120)의 구동전압 Vd가 OV가 되어 팬모터(M)는 구동을 하지 않게 된다.

반면, 마이컴(400)으로부터 L 레벨의 선택신호가 입력되면, NPN형 트랜지스터 TR3가 턴오프 동작을 하게 되고, 그에 따라 기준전압 Vr이 구동전압제어회로(120) 측으로 인가되면서 팬모터(M)가 구동전압 Vd에 비례하는 회전속도로 회전 구동을 하게 된다.

상기 속도출력부(200)는 상기 팬모터(M)의 회전에 따라 발생되는 속도신호를 출력하여 마이컴(400)으로 피드백하는 회로이다.

상기 팬모터(M)의 회전속도를 검출하기 위한 수단으로 다양한 공지수단의 사용이 가능한데, 본 발명의 일 실시형태로서 타코 제너레이터(도면 미도시)를 사용 할 수 있다.

상기 속도출력부(200)는 도 3에 도시된 것과 같이 NPN형 트랜지스터 TR4, 콘덴서 C5, 저항 R12∼14로 구성될 수 있으며, 팬모터의 회전에 따라 타코 제너레이터에서 발생된 정형파 형태의 교류신호를 상기 마이컴(400)이 인식할 수 있도록 일정한 크기(예컨대 DC 5V)의 구형파 형태로 변환하여 상기 마이컴(400)으로 출력을 하게 된다.

상기 온도감지부(300)는 응축기에 설치된 온도센서 또는 고내 온도센서를 이용하여 응축기 또는 증발기의 주위온도를 감지하고 감지된 온도신호를 상기 마이컴(400)으로 출력하게 된다.

상기 마이컴(400)은 상기 팬모터구동부(100)를 제어하기 위한 PWM 신호를 발생시켜 출력하게 되며, 또한 상기 속도출력부(200)에서 출력되는 속도신호와 온도감지부(300)에서 출력되는 온도신호가 입력된다.

상기 마이컴(400)은 상기 속도출력부(200)에서 속도신호가 입력되면 설정속도와 비교하여 팬모터(M)의 실제 속도가 설정속도에 일치되도록 PWM 신호의 듀티비를 가변시킨다.

즉, 설정속도가 1200 rpm으로서 8V의 구동전압 Vd이 인가되도록 PWM 신호를 발생시킨 경우 검출된 속도가 1100 rpm이면, 설정속도와 실제속도의 차이인 100 rpm의 속도 증가를 위해 PWM 신호의 H 레벨의 듀티비를 감소시켜 출력함으로써 구동전압 Vd을 증가시킨다.

또한, 상기 마이컴(400)은 상기 온도감지부(300)에서 온도신호가 입력되면 설정온도와 비교하여 고온, 저온 여부에 따라 팬모터의 회전속도가 가변되도록 PWM 신호의 듀티비를 가변시킨다.

도 4는 특히 응축기의 온도와 팬모터(M)의 속도관계를 나타내는 도면으로서, 예컨대, 응축기의 설정온도가 42℃일 때, 감지된 온도가 45℃인 경우 응축기의 온도를 낮춰주기 위해 팬모터의 회전속도가 증가되도록 PWM 신호의 듀티비를 조절한다. 즉, H 레벨의 듀티비를 감소시킨 PWM 신호를 발생시켜 상기 팬모터구동부(100)로 출력하게 된다.

반대로, 감지된 온도가 38℃인 경우 응축기의 온도를 높이기 위해 팬모터의 회전속도가 감소되도록 PWM 신호의 듀티비를 조절한다. 즉, H 레벨의 듀티비를 증가시킨 PWM 신호를 발생시켜 팬모터구동부(100)로 출력하게 된다.

한편, 상기 마이컴(400)은 상기 구동스위칭회로(130)에 H 레벨, 또는 L 레벨의 선택신호를 출력하여 팬모터의 구동정지, 초기구동을 제어하는데, 팬모터(M)가 정지상태에서 초기 구동시 최대 속도로 구동될 수 있도록 PWM 신호 및 선택신호를 발생시키게 된다.

이를 위해, 팬모터(M)가 정지상태일 때에는 상기 기준전압제어회로(110)의 기준전압 Vr이 최대가 되도록 PWM 신호를 발생시킨다. 즉, PWM 신호의 H 레벨의 듀티비를 O%으로 조절하여 NPN형 트랜지스터 TR1을 턴오프시킴으로써 전원전압 V1cc(5V)이 모두 콘덴서 C1에 충전되도록 한다.

이와 함께, 구동스위칭회로(130)로 H 레벨 선택신호를 출력하여 NPN형 트랜지스터 TR3를 턴온시킨다.

따라서, 기준전압 Vr은 최대 전압(예컨대, 5V)이 되지만 구동스위칭회로(130)에 의해 차단되므로 팬모터는 구동을 정지한 상태를 유지한다.

이러한 정지상태에서, 팬모터(M)의 구동신호가 마이컴(400)에 입력되면, 마이컴(400)은 구동스위칭회로(130)에 L 레벨 선택신호를 출력하여 TR3를 턴오프 스위칭시키게 되며, 그에 따라 최대 전압인 기준전압 Vr이 구동전압제어회로(120)로 인가되면서 팬모터는 최대 구동전압(Vd)에 의해 최대 회전속도로 초기 구동을 하게 된다.

이렇게 최대 회전속도로 초기구동을 시킨 후, PWM 신호의 H 레벨 듀티비를 10%, 20% 등과 같이 점차 증가시켜 구동전압 Vd를 감소시킴으로써 회전속도를 설정속도로 맞추어주게 된다.

도 5는 이러한 마이컴(400)의 제어를 통한 팬모터(M)의 초기 구동시 기준전압과 회전속도의 패턴을 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 마이컴(400)은 온도감지부(300)에서 입력된 응축기 또는 증발기의 온도변화에 따라 PWM 신호의 듀티비를 조절하여 팬모터(M)의 회전속도를 가변시킴으로써 증발기 또는 응축기와 같은 열교환기(E)가 일정한 온도를 유지할 수 있도록 제어하며, 구동스위칭회로(130)를 제어하여 팬모터(M)의 초기 구동시 팬모터(M)가 인가된 최대 구동전압 Vd에 의해 큰 회전력으로 구동될 수 있도록 제어 하며, 또한 팬모터(M)의 실제 회전속도가 설정속도에 일치하도록 PWM 신호의 듀티비를 조절하여 팬모터(M)의 회전속도를 제어하게 된다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시 예 및 도면들에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.

도 1은 통상적인 냉동사이클을 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 응축기 팬모터의 제어장치를 나타내는 블럭구성도,

도 3은 도 2의 회로구성도,

도 4는 본 발명에 따른 응축기의 온도와 팬모터의 회전속도 관계를 나타내는 도면,

도 5는 팬모터의 초기 구동시 기준전압과 회전속도의 패턴을 예시한 도면이다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊

100: 팬모터구동부

110: 기준전압제어회로

120: 구동전압제어회로

130: 구동스위칭회로

200: 속도출력부

300; 온도감지부

400: 마이컴

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 인가되는 구동전압에 의해 팬모터를 구동하는 팬모터구동부와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하여 출력하는 속도출력부와, 응축기 또는 증발기의 주위 온도를 감지하는 온도감지부, 및 상기 속도출력부에서 출력된 속도신호 및 상기 온도감지부에서 감지된 온도신호를 각각 제공받아 설정속도 및 설정온도와 각각 비교하며, PWM 신호의 듀티비 조절을 통해 상기 팬모터구동부의 구동전압을 제어하는 마이컴을 포함하는 냉장고용 팬모터의 제어장치에 있어서,

   상기 팬모터구동부는,

   상기 마이컴에서 출력되는 PWM 신호에 따라 기준전압을 제어하여 출력하는 기준전압제어회로;

   상기 출력되는 기준전압에 따라 구동전압을 제어하여 상기 팬모터에 인가하는 구동전압제어회로; 및

   에미터 단자가 접지됨과 함께 베이스 단자에 마이컴에서 출력되는 H 레벨 또는 L 레벨의 선택신호가 입력되고 콜렉터 단자가 상기 기준전압제어회로의 출력라인에 연결되는 NPN형 트랜지스터를 포함하여 상기 마이컴에서 출력되는 H 레벨 또는 L 레벨의 선택신호에 따라 상기 구동전압제어회로 측으로 출력되는 상기 기준전압을 차단 또는 인가시키는 구동스위칭회로;를 포함하되,

   상기 마이컴은 상기 기준전압이 최대가 되도록 PWM 신호의 듀티비를 조절함과 함께 상기 기준전압의 출력이 차단되도록 H 레벨의 선택신호를 구동스위칭회로에 출력하며, 상기 팬모터의 구동신호가 입력되면, 상기 최대 기준전압이 구동전압제어회로로 인가되도록 L 레벨의 선택신호를 구동스위칭회로에 출력하여 상기 팬모터가 최대 회전속도로 초기 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 팬모터의 제어장치.
5. 삭제

Images