KR101595356B1 - 모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기 - Google Patents

Abstract

모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기가 개시된다. 본 발명에 따라 상대적으로 고전압을 사용하는 제1 제어 모듈(200)과 저전압을 사용하는 제2 제어 모듈(300)을 분리하여 접지하고, 별도의 포토커플러 등의 절연 수단을 사용하지 아니한 대신, 하나의 회로기판 상에 실장하고, 저가의 감쇄 유닛을 통해 프레임에 접지함으로써, 전체 시스템의 안정성을 제고하고, 제조비용을 감소시킨다.

노이즈, 감쇄, 모터, 공기조화기

Description

모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기{APPARATUS FOR CONTROLLING A MOTOR AND AIR-CONDITIONER WITH THE APPARATUS}

본 발명은 상대적으로 고전압을 사용하는 제1 제어 모듈과 저전압을 사용하는 제2 제어 모듈을 하나의 회로기판 상에 실장하고, 저가의 감쇄 유닛을 통해 프레임에 접지된 모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기에 관한 것이다.

일반적인 모터 제어 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상용 전원(10)의 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터(Converter, 20)와, 상기 컨버터(20)로부터 출력된 직류 전압을 평활화하는 평활유닛(30)과, 상기 평활유닛(30)으로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 상기 모터(60)로 공급하는 인버터 유닛(Inverter, 40)과, 상기 인버터 유닛(40)의 모터 구동 전압에 의해 구동되는 모터(60) 및 출력 주파수를 제어하는 제어유닛(50)을 포함하여 구성된다. 즉, 상기 제어 장치는 교류 전원(10)을 입력 받아 컨버터(20)를 통해 직류 전원으로 변환하고, 변환된 직류 전원을 인버터 유닛(40)에 입력하여 제어 유닛(50)의 제어 동작을 통해 모터(60)를 구동한다.

한편, 일반적인 공기조화기는, 다수의 멀티에어컨과 이를 제어하는 중앙 제 어 장치를 구비한 멀티에어컨 시스템, 환기 시스템 및 일반 부하 시스템 등을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 멀티에어컨 시스템은, 냉매의 배분 및 순환을 제어하는 실외기 및 상기 실외기와 공유되어 각 실에 공기를 토출하는 실내기로 구성되는 다수의 멀티에어컨과 상기 다수의 멀티에어컨을 연결하여 중앙 제어할 수 있는 중앙 제어 장치로 구성된다.

공기조화기 중 멀티에어컨 시스템을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

초기에는 중앙 제어 장치에 다수의 멀티에어컨을 개별 제어하기 위한 제어 프로그램이 구현되어 있지 않아서, 각 멀티에어컨의 세부 기능을 개별적으로 제어할 수 없었고, 단순히 연결된 모든 멀티에어컨의 전원을 동시에 온/오프하거나 모든 멀티에어컨의 희망온도를 동일하게 적용하여 운전함으로써, 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 일반적으로 중앙 제어 장치에 연결되는 각각의 멀티에어컨에 관한 네트워크 정보, 실내기 및 실외기의 기기 정보 등 에어컨의 설정 정보를 사용자가 중앙 제어 장치에 미리 등록하고, 등록된 설정 정보에 따라 각각의 에어컨을 개별적으로 제어할 수 있는 제어 프로그램을 중앙 제어 장치에 구현하였다.

이에 따라, 최근 에어컨이 설치되는 회사, 학교 등의 공동 건물에서 에어컨 관리의 효율성을 증대하기 위해 중앙 제어 장치를 설치하고 있으며, 실외기의 성능이 개선됨에 따라 많은 수의 실내기가 실외기에 공유되어 연결되고, 중앙 제어 장치를 통해 다수의 멀티에어컨을 통합 제어하는 추세이다.

상기 모터 제어 장치를 구비하고, 상기 모터 제어 장치를 이용하여 공기조화기를 운전함에 있어서, 상대적으로 고전압을 사용하는 부분과 저전압을 사용하는 부분을 분리하여 접지하였다. 여기서, 고전압을 사용하는 부분은 아날로그 신호 제어부로, 저전압을 사용하는 부분은 디지털 신호 제어부로 정의할 수 있다.

종래의 모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기는 상기와 같이 상대적으로 고전압을 사용하는 제어부분과 저전압을 사용하는 제어부분을 분리하기 위하여 포토커플러 등의 절연 수단이 필요한 문제점이 있었다.

또한, 종래의 모터 제어 장치는 상기 절연 수단을 사용함으로써 제조비용이 상승하고, 제조 상의 어려움이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 상대적으로 고전압을 사용하는 제1 제어 모듈과 저전압을 사용하는 제2 제어 모듈을 하나의 회로기판 상에 실장하고, 저가의 감쇄 유닛을 통해 프레임에 접지된 모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기에 따라 별도의 포토커플러 등의 절연 수단을 사용하지 아니함으로써 제조비용을 줄이고, 설계를 용이하게 하는 데 또다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 하나의 회로기판에 실장되고, 상용전원으로부터 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터로부터 출력된 직류전압을 평활화하는 평활 유닛과, 인버터 제어 신호에 따라 구동되어 상기 평활 유닛으로부터 출력된 직류전압을 모터구동전압으로 변환하여 공급하는 인버터 유닛을 구비한 제1 제어모듈과, 상기 회로기판에 실장되고, 상기 인버터 유닛을 구동하는 상기 인버터 제어 신호를 출력하는 제어 유닛을 구비한 제2 제어 모듈과, 상기 회로기판과 연결되고, 상기 인버터 유닛의 구동에 따라 상기 회로기판에 발생하는 스위칭노이즈를 감쇄하는 감쇄 유닛을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 상용전원과 상기 컨버터의 사이에 연결되고, 상기 상용전원과 함께 입력되는 입력노이즈를 제거하는 필터 유닛을 더 포함하여 구성된다. 한편, 본 발명에 따른 공기조화기 는 상기 모터 제어 장치를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기에 따라 상대적으로 고전압을 사용하는 제1 제어 모듈과 저전압을 사용하는 제2 제어 모듈을 하나의 회로기판 상에 실장하고, 저가의 감쇄 유닛을 통해 프레임에 접지함으로써, 전체 시스템을 안전하게 운전하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기에 따라 별도의 포토커플러 등의 절연 수단을 사용하지 아니함으로써 제조비용을 줄이고, 설계를 용이하게 하는 장점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 이를 구비한 공기조화기를 상세히 설명한다. 이하에서는 본 발명에 따른 모터 제어 장치를 중심으로 설명하고, 상기 모터 제어 장치를 구비한 공기조화기에 대한 설명은 이에 갈음한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 도 2에 도시한 바와 같이, 하나의 회로기판에 실장되고, 상용전원(100)으로부터 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 컨버터(210)와, 상기 컨버터로부터 출력된 직류전압을 평활화하는 평활 유닛(230)과, 인버터 제어 신호에 따라 구동되어 상기 평활 유닛으로부터 출력된 직류전압을 모터구동전압으로 변환하여 공급하는 인버터 유닛(250)을 구비한 제1 제어모듈(200)과, 상기 회로기판에 실장되고, 상기 인버터 유닛(250)을 구동하 는 상기 인버터 제어 신호를 출력하는 제어 유닛(310)을 구비한 제2 제어 모듈(300)과, 상기 회로기판과 연결되고, 상기 인버터 유닛의 구동에 따라 상기 회로기판에 발생하는 스위칭노이즈를 감쇄하는 감쇄 유닛(400)을 포함하여 구성된다.

여기서, 각 구성요소 간의 연결 중 점선은 신호의 흐름을, 실선은 전원 연결을 나타낸다.

상기 제1 제어모듈(200)은 상대적으로 고전압을 사용하는 제어부분으로서, 아날로그 신호를 제어하는 아날로그 신호 제어부이다. 종래에는 상대적으로 저전압을 사용하는 디지털 신호 제어부와 분리되어, 각각 서로 다른 접지 회로를 구성하였다. 이러한 제1 제어모듈(200)은 컨버터(210)와, 평활유닛(230)과, 인버터 유닛(250) 등을 포함한다.

상기 컨버터(210)는 다이오드 정류기 등을 이용하여 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다.

상기 평활유닛(230)은 커패시터 또는 이를 포함한 간단한 회로로 구성되고, 상기 컨버터(210)로부터 출력된 직류 전원을 저장하고, 평활화한다.

상기 인버터 유닛(250)은 상기 평활유닛(230)과 병렬 연결되고, 상기 상기 평활유닛(230)으로부터 출력된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 모터(600)에 공급한다.

상기 제2 제어모듈(300)은 상대적으로 저전압을 사용하는 제어부분으로서, 디지털 신호를 제어하는 디지털 신호 제어부이다. 종래에는 상대적으로 고전압을 사용하는 아날로그 신호 제어부와 분리되어, 각각 서로 다른 접지 회로를 구성하였 다. 이러한 제2 제어모듈(300)은 제어 유닛(310) 등을 포함한다.

상기 제어 유닛(310)은 상기 모터(600)의 상태를 검출하여 상기 모터 운전 상태를 근거로 인버터 제어 신호를 상기 인버터 유닛(250)에 공급하여 상기 인버터 유닛(250)을 통해 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변경하도록 한다. 여기서, 상기 인버터 제어 신호는 일반적으로 상기 인버터 유닛(250)의 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 전압 듀티를 제어하는 PWM 신호이다.

또한, 상기 제어 유닛(310)은 공기조화기를 운전하는 중앙제어장치(미도시)와 연결되거나, 또는 상기 중앙제어장치에 포함되어, 공기조화기 운전에 연동되어 구동될 수 있다. 예를 들어 냉방을 더욱 강하게 하기 위하여 압축기 모터(600)의 용량을 증가시키는 인버터 제어 신호를 상기 인버터 유닛(250)에 공급할 수 있다.

여기서, 상기 제1 제어모듈(200)과 상기 제2 제어모듈(300)은 하나의 회로기판 상에 실장된다. 이렇게 실장된 하나의 회로기판은 후술하는 감쇄 유닛(400)을 통해 프레임(frame)에 접지(500)된다. 이때, 모터 제어 장치를 별도의 케이스에 삽입하는 경우에는 상기 케이스에 접지할 수 있고, 공기조화기의 본체에 연결된 경우에는 본체 프레임에 접지할 수 있다.

상기 감쇄 유닛(400)은 상기 회로기판과 상기 프레임 접지(500)의 사이에 연결되고, 상기 하나의 회로기판에 실장된 상기 제1 제어모듈(200)과 상기 제2 제어모듈(300)을 공통으로 접지한다. 이에 따라 상기 모터(600)의 고주파 스위칭에 따라 발생하는 고주파 노이즈를 감쇄한다.

여기서, 상기 감쇄 유닛(400)은 상기 회로기판과 프레임 접지와의 사이에 연 결되고, 상기 프레임 접지를 통해 상기 스위칭노이즈를 감쇄하는 커패시터를 포함한다. 이 경우 모터(600)가 특정 주파수 이상의 고주파로 동작하면 커패시터에 따른 임피던스(Impedance)가 작아지게 되어 상기 모터의 스위칭에 따른 노이즈를 감쇄한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서의 공통 임피던스 결합을 보인 도이다. 이에 도시한 바와 같이, 상용전원(100)으로부터 입력된 전원 전압이 제1 제어 모듈(200)과 제2 제어 모듈(300)을 통과한 다음 프레임에 접지(500)될 때 도 3과 같이 저항이 발생한다. 즉, 제1 제어 모듈(200)을 통해 흐르는 전류를 I1, 제2 제어 모듈(300)을 통해 흐르는 전류를 I2라 하면, 상기 전류들이 프레임 접지로 흐를때 상기 저항에 따라 전압 zg1과 zg2가 발생하게 된다. 즉, 상기 저항에 의해 zg1과 zg2로 전압이 달라지고, zg1(I1+I2)와 zg2I2로 전력차가 발생하게 된다. 모터(600)가 고주파 스위칭되면 상기 제1 제어 모듈(200)과 상기 제2 제어 모듈(300) 간에 노이즈에 의해 서로 간섭이 일어나게 된다. 이러한 노이즈는 상기 감쇄 유닛(400)을 통해 감쇄된다.

상기 회로기판은 절연체로 제작되거나, 또는 제조비용을 줄이기 위해 비절연체로 제작될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 제어 장치는 하나의 회로기판에 실장되고, 상용전원(100)으로부터 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 컨버터(210)와, 상기 컨버터로부터 출력된 직류전압을 평활화하는 평활 유닛(230)과, 인버터 제어 신호에 따라 구동되어 상기 평활 유닛으로부터 출력된 직류전압을 모터구동전 압으로 변환하여 공급하는 인버터 유닛(250)을 구비한 제1 제어모듈(200)과, 상기 회로기판에 실장되고, 상기 인버터 유닛(250)을 구동하는 상기 인버터 제어 신호를 출력하는 제어 유닛(310)을 구비한 제2 제어 모듈(300)과, 상기 회로기판과 연결되고, 상기 인버터 유닛의 구동에 따라 상기 회로기판에 발생하는 스위칭노이즈를 감쇄하는 감쇄 유닛(400)과, 상기 상용전원(100)과 상기 컨버터(210)의 사이에 연결되고, 상기 상용전원(100)과 함께 입력되는 입력노이즈를 제거하는 필터 유닛(700)을 포함하여 구성된다. 여기서, 각 구성요소 간의 연결 중 점선은 신호의 흐름을, 실선은 전원 연결을 나타낸다.

이하 중복되는 설명은 일 실시예에 대한 설명에 갈음하고, 주요 부분에 대해서만 설명한다.

상기 제1 제어모듈(200)은 상대적으로 고전압을 사용하는 제어부분으로서, 아날로그 신호를 제어하는 아날로그 신호 제어부이다. 이러한 제1 제어모듈(200)은 컨버터(210)와, 평활유닛(230)과, 인버터 유닛(250) 등을 포함한다.

상기 제2 제어모듈(300)은 상대적으로 저전압을 사용하는 제어부분으로서, 디지털 신호를 제어하는 디지털 신호 제어부이다. 이러한 제2 제어모듈(300)은 제어 유닛(310) 등을 포함한다.

상기 제어 유닛(310)은 상기 모터(600)의 상태를 검출하여 상기 모터 운전 상태를 근거로 인버터 제어 신호를 상기 인버터 유닛(250)에 공급하여 상기 인버터 유닛(250)을 통해 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변경하도록 한다. 여기서, 상기 인버터 제어 신호는 일반적으로 상기 인버터 유닛(250)의 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 전압 듀티를 제어하는 PWM 신호이다.

상기 제1 제어모듈(200)과 상기 제2 제어모듈(300)은 하나의 회로기판 상에 실장된다. 이렇게 실장된 하나의 회로기판은 상기 감쇄 유닛(400)을 통해 프레임(frame)에 접지(500)된다.

여기서, 상기 감쇄 유닛(400)은 상기 회로기판과 프레임 접지와의 사이에 연결되고, 상기 프레임 접지를 통해 상기 스위칭노이즈를 감쇄하는 커패시터를 포함한다. 이 경우 모터(600)가 특정 주파수 이상의 고주파로 동작하면 커패시터에 따른 임피던스(Impedance)가 작아지게 되어 상기 모터의 스위칭에 따른 노이즈를 감쇄한다.

상기 회로기판은 절연체로 제작되거나, 또는 제조비용을 줄이기 위해 비절연체로 제작될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치에서의 공통 임피던스 결합을 보인 도이나, 도 4 또는 도 5의 모터 제어 장치에서도 동일하게 설명된다. 이에 도시한 바와 같이, 상용전원(100)으로부터 입력된 전원 전압이 제1 제어 모듈(200)과 제2 제어 모듈(300)을 통과한 다음 프레임에 접지(500)될 때 도 3과 같이 저항이 발생한다. 즉, 제1 제어 모듈(200)을 통해 흐르는 전류를 I1, 제2 제어 모듈(300)을 통해 흐르는 전류를 I2라 하면, 상기 전류들이 프레임 접지로 흐를때 저항에 따라 전압 zg1과 zg2가 발생하게 된다. 즉, 상기 저항에 의해 zg1과 zg2로 전압이 달라지고, zg1(I1+I2)와 zg2I2로 전력차가 발생하게 된다. 모터(600)가 고주파 스위칭되면 상기 제1 제어 모듈(200)과 상기 제2 제어 모듈(300) 간에 노이즈 에 의해 서로 간섭이 일어나게 된다. 이러한 노이즈는 상기 감쇄 유닛(400)을 통해 감쇄된다.

상기 필터 유닛(700)은 상기 상용전원(100)과 상기 컨버터(210)와의 사이에 연결된다. 상기 필터 유닛(700)은 일반적인 노이즈 필터(Noise Filter)를 사용하고, 노이즈 필터 내의 Y-CAP에 연결되는 접지를 프레임에 접지한다. 상기 노이즈 필터는 복수개의 커패시터와 복수개의 리액터로 구성되어, 공통 모드(Common Mode) 노이즈 필터와 차동 모드(Differential Mode) 노이즈 필터의 결합으로 구성된다. 이에 따라 상용전원(100)을 통해 입력되는 고주파 노이즈를 저감한다. 또한, 상기 모터(600)의 고주파 스위칭에 따라 역으로 상용전원(100)으로 입력되는 노이즈를 막을 수 있다.

도 2 또는 도 4에 도시한 본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 제어 모듈(300)은 상기 모터(600)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출 유닛과 전압을 검출하는 전압 검출 유닛을 포함한 검출 유닛(330)을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 제어 모듈(300)은 상기 상용전원(100)과 연결되고, 상기 상용전원(100)으로부터 입력된 교류전압을 하나 이상의 구동전압으로 변환하여 공급하는 스위칭 전원공급유닛(Switching Mode Power Supply; SMPS, 350)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도 5와 같이, 상기 필터 유닛(700)에 의해 필터링된 전압을 입력 받는다. 상기 스위칭 전원공급유닛(350)은 입력 전압을 변환하여 5V, 12V, 15V 등의 전압을 일정하게 공급하는 유닛이다.

이상 설명한 본 발명에 따른 모터 제어 장치는 공기조화기에 구비되어 공기조화기의 제어 동작과 연동된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 상대적으로 고전압을 사용하는 제1 제어 모듈(200)과 저전압을 사용하는 제2 제어 모듈(300)을 분리하여 접지하고, 별도의 포토커플러 등의 절연 수단을 사용하지 아니한 대신, 하나의 회로기판 상에 실장하고, 저가의 감쇄 유닛을 통해 프레임에 접지함으로써, 전체 시스템을 안정화하고, 제조비용을 줄이며, 설계를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 일반적인 모터 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도;

도 3은 도 2에서의 공통 임피던스 결합을 보인 도;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도;

도 5는 도 2 또는 도 4에서의 제2 제어 모듈에 소자들이 추가된 모터 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.

Claims (8)

1. 상용전원으로부터 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 컨버터와,

   상기 컨버터로부터 출력된 직류전압을 평활화하는 평활 유닛과,

   인버터 제어 신호에 따라 구동되어 상기 평활 유닛으로부터 출력된 직류전압을 모터구동전압으로 변환하여 공급하는 인버터 유닛을 구비한 제1 제어모듈; 및

   상기 인버터 유닛을 구동하는 상기 인버터 제어 신호를 출력하는 제어 유닛을 구비한 제2 제어 모듈;을 포함하는 회로기판; 및

   상기 회로기판과 연결되고, 상기 인버터 유닛의 구동에 따라 상기 회로기판에 발생하는 스위칭노이즈를 감쇄하는 감쇄 유닛;을 포함하되,

   상기 제1 제어모듈은,

   아날로그 신호를 제어하는 아날로그 신호 제어부이고,

   상기 제2 제어모듈은,

   디지털 신호를 제어하는 디지털 신호 제어부인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 상용전원과 상기 컨버터의 사이에 연결되고, 상기 상용전원과 함께 입력되는 입력노이즈를 제거하는 필터 유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 제1 제어 모듈과 상기 제2 제어 모듈은 상기 감쇄 유닛을 통해 프레임에 공통으로 접지되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 감쇄 유닛은,

   상기 회로기판과 프레임 접지와의 사이에 연결되고, 상기 프레임 접지를 통해 상기 스위칭노이즈를 감쇄하는 커패시터;를 포함하는 모터 제어 장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 회로기판은,

   비절연체로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
6. 제1 항에 있어서, 상기 제2 제어 모듈은,

   상기 모터에 인가되는 전류 또는 전압을 검출하는 검출 유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.
7. 제1 항에 있어서, 상기 제2 제어 모듈은,

   상기 상용전원과 연결되고, 상기 상용전원으로부터 입력된 교류전압을 하나 이상의 구동전압으로 변환하여 공급하는 스위칭 전원공급유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.
8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 모터 제어 장치를 구비한 공기조화기.

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