KR101050323B1

KR101050323B1 - 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법

Info

Publication number: KR101050323B1
Application number: KR1020040002890A
Authority: KR
Inventors: 임성엽
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2011-07-19
Also published as: KR20050075103A

Abstract

본 발명은 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법에 관한 것으로, 입력되는 상용 교류전원에서 특정 주파수만을 통과시키는 리액터와, 상기 리액터를 통과하는 전원의 역률을 보상하기 위하여 입력 전압의 제로 크로싱 시점마다 스위칭 동작을 수행하는 역률보상부를 구비한 인버터 공기조화기의 제어 방법에 있어서, 입력 전압의 제로 크로싱 시점으로부터 일정 시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 단계; 일정 시간이 경과된 경우, 스위치의 온 지연 시간을 판단하는 단계; 및 상기 스위치의 온 지연시간이 판단되면, 판단된 온 지연 시간이 경과된 후에 상기 스위치를 온 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 소비 전력별 최적의 스위칭을 하여 역률을 높일 수 있고, 또한, 불필요한 전류의 손실을 줄일 수 있다.

인버터 공기조화기, 역률, 역률 보상, 제로 크로싱, 부분 스위칭 제어

Description

인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법{Method for power factor compensation in inverter airconditioner}

도 1은 종래 능동형 인버터 공기조화기에서 역률 보상을 위한 제어 구성도이다.

도 2는 종래 능동형 인버터 공기조화기의 역률 보상에 따른 입력 전압과 입력 전류의 파형도이다.

도 3은 종래 인버터 공기조화기에서 부분 스위칭 제어방식에 따른 입력 전압과 입력 전류의 파형도이다.

도 4는 본 발명에 의한 인버터 공기조화기에서 역률 보상을 위한 제어 구성도이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 의한 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법을 설명하기 위한 도시한 흐름도들이다.

도 6은 본 발명에 의한 인버터 공기조화기에서 부분 스위칭 제어방식에 따른 입력 전압과 입력 전류의 파형도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

50 : 전원단 52 : 리액터

54 : IGBT 스위치 56 : 정류 회로

58 : DC 전압 발생부 60 : 인버터부

62 : 압축기 64 : 인버터 구동부

66 : DC 링크 전압감지부 68 : IGBT 스위치 제어부

70 : 마이크로 컨트롤러 72 : 입력 전압 위상감지부

74 : 입력 전압 감지부 76 : 입력 전류 감지부

본 발명은 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법에 관한 것으로, 특히 역률 보상을 위해 부분 스위칭 제어 방식을 채용한 인버터 공기조화기에서 스위칭 소자의 온(on) 시점을 입력 전압의 제로 크로싱 시점으로부터 소비 전력에 따라 가변함으로써 소비 전력별 최적의 스위칭을 하여 역률을 높일 수 있는 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법에 관한 것이다.

공기조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 이를 테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절하고, 또한 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절한다. 이렇게 공기조화기와 같은 생활의 편의 제품이 점차적으로 확대 사용되면서 소비자들은 높은 에너지 사용 효율과 성능 향상 및 사용에 편리한 제품을 요구하게 되었다.

또한, 가정과 회사에서 그리고 공장에서 가전제품 및 전자기기들의 사용이 확대되면서 많은 나라와 기구에서는 제품의 사용 규격을 여러 가지 방면에서 규제시키고 있다. 일 예로, 하모닉 규격(규격번호 EN61000-3-2, Limit for Harmonic current emissions)이 있다. 상기 하모닉(다른 표현으로 '고조파'라고 함) 규격에서 제한하는 것은, 주파수의 왜곡되는 양을 규제하기 위한 것이다. 이것은 고조파 장애가 각종 전력기기의 열화를 촉진하여 수명을 단축시키고 과열 등에 의한 화재의 위험을 가중시킬 뿐만 아니라, 무효전력의 증가를 가져와서 소비전력을 증가시키기 대문이다. 이러한 점 때문에 인버터 공기조화기에서는 고조파 장애를 낮추기 위해서 역률개선을 위한 다양한 제어를 수행하고 있다.

도 1은 종래 능동형 인버터 공기조화기의 제어 회로도를 도시하고 있고, 도 2는 종래 역률 개선 제어에 따른 입력전압 파형과 입력전류 파형을 도시하고 있다.

도시되고 있는 바와 같이, 종래 능동형 인버터 공기조화기의 제어회로는, 입력 교류전압(31)을 브릿지 다이오드로 구성되어진 정류 회로에 의해서 일차 정류시키는 정류 회로(23)를 포함한다. 그리고 상기 정류 회로(23)의 출력을 입력하고 전압과 전류의 위상을 능동적으로 일치시키는 능동 필터(24)가 구비되어 진다.

상기 능동필터(24)는, 정류회로(23)의 출력을 입력하는 리액터(25)와, 리액터(25)의 출력단에 연결되고 있는 역전류방지용 다이오드(21)와, 출력되는 신호의 전압과 전류의 위상차가 거의 발생되지 않도록 고속 스위칭 제어하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치(19)와, 그리고 상기 IGBT 스위치(19)의 스위칭 동작을 제어하기 위해서 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 수행하는 PFC(Power Factor Correction) 제어부(27)를 포함한다. PFC 제어부(27)는 PWM 제어에 의해서 리액터(25)의 전류의 위상이 입력 전압의 위상을 추종하도록 IGBT 스위치(19)를 고속 스위칭 제어한다.

상기 능동필터(24)를 거치며 역률이 개선된 신호가 커패시터로 구성된 DC 전압발생부(13)에 인가되면, 상기 DC 전압발생부(13)는 압축기의 구동에 필요한 DC 전압을 발생시키고, 상기 DC 전압은 인버터부(15)의 제어를 받아서 압축기(17)에 공급된다.

이와 같이 구성된 종래의 능동형 인버터 공기조화기의 제어 회로에 있어서, 상기 IGBT 스위치(19)를 온(ON)시키면, 정류 회로(23)를 거치며 정류된 전압이 리액터(25)에 걸리며 리액터 전류는 선형적으로 상승한다. 이때, 역전류방지용 다이오드(21)에는 역전압이 걸려 오프되고, DC 전압발생부(13)에 충전된 에너지가 압축기(17)로 공급된다.

반대로, 상기 PFC 제어부(27)에 의하여 IGBT 스위치(19)가 오프되면, 역전류방지용 다이오드(21)가 도통하여 리액터(25)에는 출력전압에서 입력전압을 뺀 전압이 걸리면서 리액터 전류는 선형적으로 감소한다. 이때, 입력단에서 출력단으로 파워가 공급되면서 DC 전압발생부(13)가 충전되고 압축기에도 에너지가 공급된다.

상기와 같이 IGBT 스위치(19)가 온/ 오프를 반복하면서 리액터 전류가 입력전압의 위상을 추종하게 되며서 역률이 개선되어진다. 이때, 상기 PFC 제어부(27)는 도시되지 않은 제어부의 제어를 받아서 PWM 제어를 수행한다.

상기 능동 필터(24)를 거치며 역률이 개선된 전압은 DC 전압발생부(13)에 공급되며, 상기 DC 전압발생부(13)는 압축기의 구동에 필요한 DC 전압을 발생시킨다. 상기 DC 전압발생부(13)로부터 발생된 DC 전압은 인버터부(15)의 제어를 받아서 압축기(17)에 공급되어 진다.

도 2는 종래 능동형 인버터 공기조화기의 제어 회로에서 상기 IGBT 스위치(19)의 온/ 오프 스위칭 동작으로 입력전압과 전류의 위상차가 거의 발생하지 않는 역률이 개선된 상태를 도시하고 있다.

그러나 이 방식은, 상기 IGBT 스위치(19)가 매우 높은 고속 스위칭 제어(약 20KHz)를 수행해야만 하기 때문에 반도체 소자 및 주변 회로의 제조비용이 상승되는 문제점이 있었다. 일 예로, 상기 IGBT 스위치(19)에 연결되고 있는 역전류방지용 다이오드(21) 및 리액터(25)는 고속 스위칭에 적합한 소자를 사용해야만 한다. 또한, IGBT 스위치(19)의 스위칭 동작과정에서 역전류방지용 다이오드(21)로부터 IGBT 스위치(19) 측으로 흐르는 역전류를 방열시켜주기 위해서는 용량이 큰 방열판의 사용 및 큰 용량의 팬을 사용해야만 하는 문제점이 발생되었다.

능동형 인버터 공기조화기의 원가 상승 문제는 결과적으로 제품의 구매력을 낮추기 때문에 제조회사 측에서는 이에 대한 새로운 방안을 모색하게 되었고, 그 중 한가지가 제조원가를 낮추면서도 역률 개선 효과가 높은 부분 스위칭 제어(PSC : Partial Swiching Correction) 방식이다.

상기 능동형 인버터 공기조화기에서 사용한 방식은, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정 주파수(예를 들면 20KHz)로 계속적으로 IGBT 스위치(19)를 온/ 오프 스위칭 제어하나, 부분 스위칭 제어 방식은, 도 3에 도시되고 있는 바와 같이, 입력전압의 제로 크로싱(zero crossing) 시점을 감지하고, 감지된 시점부터 상기 IGBT 스 위치(19)를 온 시킨 후, 일정 시간이 경과하면 IGBT 스위치(19)를 오프시켜서 다음 입력전압의 제로 크로싱 시점까지 IGBT 스위치(19)의 오프 상태를 유지시키는 상태로 제어를 수행한다.

도 3에 있어서, (a)는 부분 스위칭 제어방식에 따른 입력 전압과 입력 전류의 파형도이고, (b)는 입력 전압 위상감지부에서 입력 전압의 제로 크로싱 시점을 감지한 전원 위상 감지 파형도이며, (c)는 제로 크로싱 시점부터 IGBT 스위치(19)의 부분 스위칭 동작 파형도이다.

상기 부분 스위칭 제어방식은 입력전원의 감지에 따른 제로 크로싱 시점을 주기로 구분했을 때, 각 주기마다 한번의 스위칭 동작을 수행하고, 각 스위칭 동작은 정해진 시간(주기의 약 14% ~ 15% 정도)동안 온(ON) 동작을 유지하도록 하고 있으며, 압축기(17)의 구동과 함께 IGBT 스위치(19)의 부분 스위칭 동작 제어가 이루어지도록 하였다.

그러나, 상기한 종래의 부분 스위칭 제어방식에 따르면, 입력 전압의 제로 크로싱 시점마다 IGBT 스위치를 온/ 오프하는 것을 반복함으로써 전류 파형을 도 3의 (a)와 같이 되도록 하는데, 도시한 바와 같은 전류 파형은(A부분 참조) 인버터 공기조화기의 소비 전력 측면에서는 손실(loss)로 작용한다.

따라서, 입력 전압의 제로 크로싱 시점을 이용하여 역률 보상을 제어하는 인버터 공기조화기에 있어서 불필요한 전류의 손실을 방지할 수 있는 역률 보상 방법에 대한 연구가 필요하다.

본 발명의 목적은 역률 보상을 위해 부분 스위칭 제어 방식을 채용한 인버터 공기조화기에서 스위칭 소자의 온(on) 시점을 입력 전압의 제로 크로싱 시점으로부터 소비 전력에 따라 가변함으로써 소비 전력별 최적의 스위칭을 하여 역률을 높일 수 있는 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법에 의하면, 입력되는 상용 교류전원에서 특정 주파수만을 통과시키는 리액터와, 상기 리액터를 통과하는 전원의 역률을 보상하기 위하여 입력 전압의 제로 크로싱 시점마다 스위칭 동작을 수행하는 역률보상부를 구비한 인버터 공기조화기의 제어 방법에 있어서, 입력 전압의 제로 크로싱 시점으로부터 일정 시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 단계; 일정 시간이 경과된 경우, 스위치의 온 지연 시간을 판단하는 단계; 및 상기 스위치의 온 지연시간이 판단되면, 판단된 온 지연 시간이 경과된 후에 상기 스위치를 온 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 일정 시간은 전압 위상과 전류 위상이 같아지는데 걸리는 시간인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 온 지연 시간은 현재 소비 전력이 클 경우에는 짧아지고, 현재 소비 전력이 작을 경우에는 길어지는 것과 같이, 상기 현재 소비 전력에 따라 그 값이 변하는 것이 바람직하다.

본발명의 일 실시예에 의하면, 상기 온 지연 시간은, 현재 소비 전력을 계산하는 단계, 표준 소비 전력에 대한 현재 소비 전력의 비인 소비전력비를 구하는 단계, 표준 지연 시간과 상기 소비전력비에 따라 가변 지연 시간을 계산하는 단계, 상기 표준 지연 시간에 상기 가변 지연 시간을 합하는 단계를 수행하여 계산하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 의하면, 소비 전력별 최적의 스위칭을 하여 역률을 높일 수 있고, 또한, 불필요한 전류의 손실을 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법에 대해 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명에 의한 인버터 공기조화기의 역률 보상을 위한 제어 구성도이다.

전원단(50)에 리액터(52)가 연결되어 있고, 상기 리액터(52)의 후단에는 정류 회로(56)와 IGBT 스위치(54)가 병렬 연결되어 있다. 상기 IGBT 스위치(54)는 후술되는 IGBT 스위치 제어부(68)의 제어에 의해서 온/ 오프 스위칭된다. 그리고, 상기 정류 회로(56)의 다음단에는 DC 링크 전압발생부(58)가 연결되어 있고, 상기 DC 링크 전압발생부(58)에서 발생된 고압의 DC 링크 전압이 인버터부(60)를 통해서 압축기(62)에 전달되도록 구성되어 있다.

상기와 같은 구성으로 전원단의 전압이 고압의 DC 링크 전압으로 바뀌어 압축기(62)에 공급되기 위해서는 상기 IGBT 스위치(54) 및 인버터부(60)의 제어가 필요하다. 상기 제어를 위해서 본 발명에서는 마이크로 컨트롤러(70)의 제어하에 인버터부(60)를 구동하는 인버터 구동부(64)를 포함하고 있다. 그리고, 상기 마이크로 컨트롤러(70)의 제어하에 상기 IGBT 스위치(54)의 온/ 오프 동작을 제어하는 IGBT 스위치 제어부(68)를 포함하고 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 DC 링크 전압발생부(58)에서 발생하는 전압을 감지하는 DC 링크(Link) 전압감지부(66)가 구비되며, 제품 내부로 입력되는 입력전압의 위상을 감지하기 위한 입력 전압 위상감지부(72)가 구비되어 진다. 상기 DC 링크 전압감지부(66)에서 감지된 DC 전압의 크기와 상기 입력 전압 위상감지부(72)에서 감지된 입력 전압의 위상은 마이크로 컨트롤러(70)에 입력되어 진다.

따라서, 상기 구성으로 부터 마이크로 컨트롤러(70)는 입력 전압의 위상을 인지 가능하고, 또한 발생되는 DC 전압의 크기를 인지할 수 있다. 이렇게 인지된 DC 전압의 크기가 항상 일정하도록 마이크로 컨트롤러(70)는 상기 IGBT 스위치(54)의 부분 스위칭 동작을 제어하게 된다.

또한, 입력 전압 감지부(74)가 본 발명에 더 포함된다. 상기 입력 전압 감지부(74)는 제품 내부로 입력되는 전압의 크기를 감지하고, 감지된 전압의 크기를 마이크로 컨트롤러(70)에 제공한다. 그리고, 도면 부호 "76"은 제품 내부로 입력되는 전류의 크기를 감지하기 위한 입력 전류 감지부이다. 상기 입력 전류 감지부(76)에서 감지된 입력 전류의 크기는 마이크로 컨트롤러(70)에 제공되어진다. 상기 입력 전류 감지부(76)는 전류 트랜스(Current Transducer)로 구성되어 진다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 역률 보상을 위한 제어과정에 대해서 설명한다.

먼저, 도 5a를 참조하여 IGBT 스위치를 온 시키는 시점에 대해 설명한다.

마이크로 컨트롤러(도 4의 70)의 제어 하에 구동이 시작되면, 제품 내부로 전원이 입력되면서 전원단(도 4의 50)의 전원이 리액터(도 4의 52) 측으로 전달된다. 상기 리액터를 통과한 전원은 정류 회로(도 4의 56)에 공급되어 1차 정류된다. 상기 정류 회로에서 정류된 신호는 DC 링크 전압발생부(도 4의 58)에 인가되어 진다. 그리고, 상기 DC 링크 전압발생부에서 높은 DC 전압이 발생되어서 인버터부(60)를 통해서 압축기(도 4의 62)에 공급되어 진다.

한편, 상기와 같은 경로로 압축기에 전압이 인가될 때, DC 링크 전압 감지부(도 4의 66)는 상기 DC 링크 전압발생부(도 4의 58)에서 발생하는 전압을 감지해서 마이크로 컨트롤러에 제공하고, 입력 전압 위상감지부(도 4의 72)는 제품 내부로 입력되는 전압의 위상을 감지해서 마이크로 컨트롤러에 제공한다(S100 단계).

상기 S100 단계에서 입력되는 전압의 위상이 제로 크로싱 시점일 때 마이크로 컨트롤러는 상기 제로 크로싱 시점으로 부터 일정 시간(도 6의 (c)의 T1)이 경과하였는지를 판단한다(S110 단계). 이때, 상기 일정 시간(T1)은 제로 크로싱 시점경과 이후로 부터 일정 시간을 의미하는데, 이는 전압 위상과 전류 위상이 같을 경우에만 IGBT 스위치(도 4의 54)를 온(on)시키기 위해서이다.

이어, 본 발명에서는 소비 전력에 따라 시간을 가변하여 상기 IGBT 스위치를 온시키는데, 상기 가변되는 시간은, IGBT 스위치를 온시키는데 있어서 상기 일정 시간(T1)보다 더 지연되는 시간이라하여 온(on) 지연시간(도 6의 (c)의 T2)이라 칭한다.

이하의 단계에서 상기 온(on) 지연 시간(T2)을 구하는 방법을 설명하면, 먼저, 상기 S110 단계에서 제로 크로싱 시점으로 부터 상기 일정 시간(T1)이 경과되었다고 판단되면 현재 소비 전력을 계산한다. 현재 소비 전력은 입력 전류 감지부(도 4의 76)에서 감지한 입력 전류값을 읽어오고 입력 전압 감지부(도 4의 74)에서 감지한 입력 전압값을 읽어와서 두 값을 곱함으로써 계산할 수 있다(S120 단계).

다음으로, 상기 S120 단계에서 계산한 현재 소비 전력을 표준 소비 전력으로 나눔으로써 표준 소비 전력에 대한 현재 소비 전력의 비를 나타내는 소비전력비를 구하고(S130 단계), 이를 가변 지연 시간(△Ton)을 구하는 식에 대입하여 상기 가변 지연 시간(△Ton)을 구한다(S140 단계). 이때, 상기 표준 소비 전력은 제품의 정격전압에서 표준으로 소비되는 전력을 의미한다.

그리고, 상기 S140 단계에서 가변 지연 시간(△Ton)을 구하는 다음의 식(1)과 같다.

1 - (표준 지연 시간 * 소비전력비) = 가변 지연 시간(△Ton) --- 식(1)

여기서, 상기 표준 지연 시간은 표준 부하일 때 역률을 만족하면서도 불필요한 전류의 손실을 최소화할 수 있는 IGBT 스위치의 지연 시간을 의미한다.

계속해서, 상기 가변 지연 시간(△Ton)을 표준 지연 시간과 합함으로써 최종적으로 IGBT 스위치의 온 시점을 결정하는 온(on) 지연 시간(T2)을 구한다(S150 단계). 여기서, 상기 가변 지연 시간(△Ton)은 현재 소비 전력의 값에 따라 양(+)의 값이 될 수도 있고 음(-)의 값이 될 수도 있는데, 현재 소비 전력이 작아 상기 가변 지연 시간이 양(+)의 값이 될 땐 상기 온(on) 지연 시간(T2)은 표준 지연 시간 보다 길어지고, 현재 소비 전력이 커서 상기 가변 지연 시간이 음(-)의 값이 될 땐 상기 온(on) 지연 시간(T2)은 상기 표준 지연 시간보다 짧아진다.

본 발명에 의하면, IGBT 스위치(도 4의 54)를 온시키는 시점을 부분 스위칭 제어로 충분한 역률 보상이 이루어질 수 있다고 판단되는 시점, 즉 출력 파워가 일정 레벨 이상으로 상승했다고 판단되는 시점으로 결정하기 위해 현재 소비 전력에 따라 상기 온(on) 시점이 가변되도록 조절한다.

계속해서, 상기한 방법에 따라 구해진 온(on) 지연 시간(T2)이 경과하면(S160 단계), 마이크로 컨트롤러는 상기 IGBT 스위치 제어부(도 4의 68)에 IGBT 스위치를 온시킬 것을 명령하고, 이에 따라 IGBT 스위치 제어부는 IGBT 스위치를 온시킨다(S170 단계).

상기 IGBT 스위치가 온(on)되어 있는 동안, 상기 리액터(도 4의 52)에는 입력 전압이 걸리고, 상기 리액터를 통과하는 전류의 위상은 후술하는 도 6의 (a)에 있어서 "B"부분 처럼 불필요한 전류의 손실을 최소화 할 수 있는 모양으로 조절된 후 선형적으로 상승하면서 전압 파형의 위상에 가깝게 된다. 이때 정류 회로(도 4의 56)에서 정류되어져 DC 링크 전압발생부(도 4의 58)에 충전된 에너지가 압축기(도 4의 62)측으로 공급된다.

상기 동작과 같은 IGBT 스위치의 온 동작은, 입력 전압의 위상이 제로 크로싱되는 시점에서 반복해서 이루어지며, 상기 IGBT 스위치가 온 상태를 유지하는 시간은 후술하는 목표 DC 링크 전압에 도달하도록 설정된 스위치 온 시간(Ton) 동안 이루어진다(S180 단계). 즉, 상기 S180 단계는 상기 IGBT 스위치가 온된 후 얼마동 안 온 상태를 유지하여야 할지를 설정하는 단계이다.

다음으로, 도 5b를 참조하여, 상기 도 5a의 과정을 거쳐 온(on)된 IGBT 스위치를 오프하는 과정을 설명한다.

마이크로 컨트롤러(도 4의 70)는 상기 IGBT 스위치(도 4의 54)가 온된 후 내장된 타이머를 이용해서 일정시간 간격으로 기설정된 스위치 온 시간(Ton)을 카운터하여 감소시킨다(S200 단계). 그리하여 상기 기설정된 스위치 온 시간(Ton)이 "0"가 되면((S210 단계), 상기 마이크로 컨트롤러는 IGBT 스위치 제어부(도 4의 68)에 상기 IGBT 스위치를 오프시킬 것을 명령하고, 이에 따라 상기 IGBT 스위치 제어부가 상기 IGBT 스위치를 오프시킨다(S220 단계).

상기 S220 단계에 의해서 IGBT 스위치가 오프되면, 리액터(도 4의 52)에는 출력 전압에서 입력 전압을 뺀 만큼의 전압이 걸리고, 상기 리액터 전류는 IGBT 스위치가 온 되었을 때와는 반대로 선형적으로 감소한다. 이때 입력부에서 출력부로 파워가 공급되면서 DC 링크 전압발생부(도 4의 58)에 에너지가 충전되고 압축기(도 4의 62)에도 에너지가 공급된다.

계속해서, 도 5c를 참조하여, 상기 도 5a의 S180 단계의 스위치 온 시간(Ton)을 설정하는 과정에 대해 설명한다.

우선, 각 제품에 대한 실험단계에서 역률이 가장 높게 나오는 DC 링크 전압을 목표 DC 링크 전압으로 설정한다. 기설정된 상기 목표 DC 링크 전압은 마이크로 컨트롤러(도 4의 70)에 저장되어 지고, 또한 상기 목표 DC 링크 전압에 도달하는데 까지의 목표 스위치 온 시간을 설정한다. 상기 목표 스위치 온 시간은 실험치에 따 른 값이며 이 역시 마이크로 컨트롤러에 저장되어 진다.

DC 링크 전압감지부(도 4의 66)가 상기 DC 링크 전압발생부(도 4의 58)에서 발생되는 현재 DC 링크 전압을 감지해서 마이크로 컨트롤러에 전달하면(S300 단계), 마이크로 컨트롤러는 현재 DC 링크 전압과 기설정된 목표 DC 링크 전압을 비교한 후, 상기 현재 DC 링크 전압이 기설정된 목표 DC 링크 전압보다 높은지를 판단한다(S310 단계).

상기 S310 단계에서 현재 DC 링크 전압이 기설정된 목표 DC 링크 전압보다 높으면 기설정된 목표 스위치 온 시간을 감소시켜 상기 스위치 온 시간(Ton)으로 설정하고(S320 단계), 현재 DC 링크 전압이 기설정된 목표 DC 링크 전압보다 높지않으면 기설정된 목표 스위치 온 시간을 증가시켜 상기 스위치 온 시간(Ton)으로 설정한다(S330 단계).

이렇게 설정된 스위치 온 시간(Ton)은 도 5b의 과정에서 IGBT 스위치의 동작 시간을 결정하게 된다.

도 6은 본 발명에 의한 인버터 공기조화기에서 부분 스위칭 제어 방식에 따른 입력 전압과 입력 전류의 파형도로서, (a)는 부분 스위칭 제어방식에 따른 입력 전압과 입력 전류의 파형도이고, (b)는 입력 전압 위상감지부에서 입력 전압의 제로 크로싱 시점을 감지한 전원 위상 감지 파형도이며, (c)는 제로 크로싱 시점부터 IGBT 스위치의 부분 스위칭 동작 파형도이다.

입력 전압 위상감지부로 부터 입력 전압의 제로 크로싱 시점을 감지하여 전압 위상 감지파형이 발생하면(도 5의 (b)), 제로 크로싱 시점으로부터 일정 시간(T1) 경과후, 도 5a의 S120 단계에서 S150 단계에서 설명한 과정을 거치면서 온(on) 지연 시간(T2)을 계산하여 IGBT 스위치를 온 시킨다.

이때, 상기 IGBT 스위치가 온되는 시점은 부분 스위칭 제어로 충분한 역률 보상이 이루어질 수 있다고 판단되는 시점, 즉 출력 파워가 일정 레벨 이상으로 상승했다고 판단되는 시점으로 결정되도록 상기 온(on) 지연 시간(T2)은 현재 소비 전력에 따라 달라진다.

따라서, 본 발명에 의하면, 리액터를 통과하는 전류의 파형이 (a)의 "B"부분 처럼 역률을 만족시키면서도 불필요한 전류의 손실을 최소화 할 수 있는 모양으로 조절될 수 있다.

본 발명에 의한 인버터 공기조화기의 역률 보상 방법에 의하면, 역률 보상을 위해 부분 스위칭 제어 방식을 채용한 인버터 공기조화기에서 스위칭 소자의 온(on) 시점을 입력 전압의 제로 크로싱 시점으로부터 소비 전력에 따라 가변함으로써 소비 전력별 최적의 스위칭을 하여 역률을 높일 수 있고, 또한, 불필요한 전류의 손실을 줄일 수 있다.

Claims

입력되는 상용 교류전원에서 특정 주파수만을 통과시키는 리액터와, 상기 리액터를 통과하는 전원의 역률을 보상하기 위하여 입력 전압의 제로 크로싱 시점마다 스위칭 동작을 수행하는 역률보상부를 구비한 인버터 공기조화기의 제어 방법에 있어서,

입력 전압의 제로 크로싱 시점으로부터 일정 시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 단계;

일정 시간이 경과된 경우, 스위치의 온 지연 시간을 판단하는 단계; 및

상기 스위치의 온 지연시간이 판단되면, 판단된 온 지연 시간이 경과된 후에 상기 스위치를 온 시키는 단계를 포함하는 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 일정 시간은 전압 위상과 전류 위상이 같아지는데 걸리는 시간인 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 온 지연 시간은 현재 소비 전력이 클 경우에는 짧아지고, 현재 소비 전력이 작을 경우에는 길어지는 것과 같이, 상기 현재 소비 전력에 따라 그 값이 변하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 온 지연 시간은, 현재 소비 전력을 계산하는 단계, 표준 소비 전력에 대한 현재 소비 전력의 비인 소비전력비를 구하는 단계, 표준 지연 시간과 상기 소비전력비에 따라 가변 지연 시간을 계산하는 단계, 상기 표준 지연 시간에 상기 가변 지연 시간을 합하는 단계를 수행하여 계산하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 역률 보상 제어 방법.