KR101888084B1 - Power converting apparatus and air conditioner including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, dc단에 접속되는 커패시터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터와, 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 게이트 구동부와, 커패시터와 인버터 사이에 접속되며, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 출력 전류에 기초하여 인버터를 제어하기 위해 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 스위칭 소자의 턴 온을 위해, 스위칭 소자의 게이트 단자에, 스위칭 제어 신호에 대응하는 게이트 구동 신호, 및 턴 온 타이밍 가변 신호가 인가된다. 이에 따라, 스위칭 소자의 링잉 현상에도 불구하고 출력 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다. The present invention relates to a power conversion apparatus and an air conditioner having the power conversion apparatus. The power conversion apparatus according to the embodiment of the present invention includes: a capacitor connected to the dc stage; an inverter having a plurality of switching elements, for converting the DC power from the capacitor to an AC power to drive the motor; An output current detection unit connected between the capacitor and the inverter for detecting an output current flowing to the motor, and a switching control signal having a variable pulse width for controlling the inverter based on the output current, And a gate driving signal corresponding to the switching control signal and a turn-on timing variable signal are applied to the gate terminal of the switching element for turning on the switching element. Thus, it is possible to accurately detect the output current despite the ringing phenomenon of the switching element.
Description
본 발명은 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 스위칭 소자의 링잉 현상에도 불구하고 출력 전류를 정확하게 검출할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다. The air conditioner is installed to provide a comfortable indoor environment for humans by discharging cold air to the room to adjust the room temperature and purify the room air to create a pleasant indoor environment. Generally, the air conditioner includes an indoor unit which is constituted by a heat exchanger and installed in a room, and an outdoor unit which is constituted by a compressor, a heat exchanger and the like and supplies the refrigerant to the indoor unit.
한편, 현재의 대용량의 공기조화기는, 입력되는 3상 전압을, 수동 소자인, 다이오드를 이용하여, 정류하고, 정류된 전압을 이용하여, 인버터를 통해, 모터를 구동한다. On the other hand, current large-capacity air conditioners rectify the input three-phase voltage using a diode, which is a passive element, and drive the motor through the inverter using the rectified voltage.
한편, 공기조화기 내의 모터를 구동하기 위한 스위칭 소자에, 링잉(ringing) 현상이 발생하며, 이에 따라, 출력 전류를 정확하게 검출할 수 없는 문제점이 있다. On the other hand, a ringing phenomenon occurs in the switching element for driving the motor in the air conditioner, and thus the output current can not be accurately detected.
본 발명의 목적은, 스위칭 소자의 링잉 현상에도 불구하고 출력 전류를 정확하게 검출할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a power conversion device capable of accurately detecting an output current despite the ringing phenomenon of a switching element and an air conditioner having the power conversion device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, dc단에 접속되는 커패시터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터와, 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 게이트 구동부와, 커패시터와 인버터 사이에 접속되며, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 출력 전류에 기초하여 인버터를 제어하기 위해 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 스위칭 소자의 턴 온을 위해, 스위칭 소자의 게이트 단자에, 스위칭 제어 신호에 대응하는 게이트 구동 신호, 및 턴 온 타이밍 가변 신호가 인가된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus including: a capacitor connected to a dc stage; a plurality of switching elements; an inverter for converting a DC power from a capacitor to an AC power to drive the motor; An output current detection unit connected between the capacitor and the inverter for detecting an output current flowing in the motor, and a control unit for controlling the pulse width A gate driving signal corresponding to the switching control signal and a turn-on timing variable signal are applied to a gate terminal of the switching element for turning on the switching element.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기와, 압축기를 구동하는 전력변환장치를 구비하며, 전력변환장치는, dc단에 접속되는 커패시터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터와, 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 게이트 구동부와, 커패시터와 인버터 사이에 접속되며, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 출력 전류에 기초하여 인버터를 제어하기 위해 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 스위칭 소자의 턴 온을 위해, 스위칭 소자의 게이트 단자에, 스위칭 제어 신호에 대응하는 게이트 구동 신호, 및 턴 온 타이밍 가변 신호가 인가된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an air conditioner including a compressor for compressing refrigerant, a heat exchanger for performing heat exchange using compressed refrigerant, and a power conversion device for driving the compressor, The power conversion apparatus includes a capacitor connected to the dc stage, an inverter having a plurality of switching elements, for converting a DC power from the capacitor into an AC power to drive the motor, and a drive circuit for outputting a drive signal for driving the switch An output current detection unit connected between the capacitor and the inverter for detecting an output current flowing through the motor; and a control unit for outputting a switching control signal having a variable pulse width for controlling the inverter based on the output current, To turn on the switching element, a gate terminal of the switching element is connected to a gate drive Signal, and a turn-on timing variable signal are applied.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, dc단에 접속되는 커패시터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터와, 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 게이트 구동부와, 커패시터와 인버터 사이에 접속되며, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 출력 전류에 기초하여 인버터를 제어하기 위해 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 스위칭 소자의 턴 온을 위해, 스위칭 소자의 게이트 단자에, 스위칭 제어 신호에 대응하는 게이트 구동 신호, 및 턴 온 타이밍 가변 신호가 인가됨으로써, 스위칭 소자의 링잉 현상에도 불구하고 출력 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다.According to an embodiment of the present invention, a power conversion apparatus and an air conditioner having the same include a capacitor connected to a dc stage, and a plurality of switching elements, and converts the DC power from the capacitor to an AC power to drive the motor An output current detection unit connected between the capacitor and the inverter for detecting an output current flowing to the motor, and a control unit for controlling the inverter based on the output current A gate driving signal corresponding to the switching control signal and a turn on timing variable signal are applied to the gate terminal of the switching element for turning on the switching element, The output current can be accurately detected despite the ringing phenomenon of the switching element.
특히, dc단 커패시터에 접속되는 션트 저항 소자를 출력 전류 검출부를 사용하는 경우, 스위칭 소자의 링잉 현상에도 불구하고 출력 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다. 이에 따라, 모터 부하가 큰 대용량의 공기조화기에서 안정적인 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.In particular, when the output current detection unit is used as the shunt resistor element connected to the dc short-circuit capacitor, the output current can be accurately detected despite the ringing phenomenon of the switching element. This makes it possible to perform stable motor driving in an air conditioner of a large capacity with a large motor load.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 실외기 내의 압축기 구동을 위한 전력변환장치의 블록도이다.
도 4a는 도 3의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4b는 도 3의 컨버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 5a 내지 도 5b는 인버터 내의 스위칭 소자에 의한 링잉 현상을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 동작 방법을 설명하는 순소도이다.
도 7a 내지 도 14는 도 6의 동작 방법의 설명에 참조되는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of the outdoor unit and the indoor unit of FIG.
3 is a block diagram of a power converter for driving a compressor in the outdoor unit of FIG.
4A is an internal block diagram of the inverter control unit of FIG.
4B is an internal block diagram of the converter control unit of FIG.
5A to 5B are views for explaining a ringing phenomenon by a switching element in an inverter.
6 is a schematic diagram illustrating an operation method of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figs. 7A to 14 are views referred to the description of the operation method of Fig.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.The suffix "module" and " part "for components used in the following description are given merely for convenience of description, and do not give special significance or role in themselves. Accordingly, the terms "module" and "part" may be used interchangeably.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 공기조화기는 도 1에 도시된 바와 같이, 대형의 공기조화기(50)로서, 복수의 실내기(31 내지 35), 복수의 실내기에 연결되는 복수의 실외기(21, 22), 복수의 실내기 각각과 연결되는 리모컨(41 내지 45), 그리고 복수의 실내기 및 실외기를 제어하는 원격제어기(10)를 포함할 수 있다. 1, a large-
원격제어기(10)는 복수의 실내기(31 내지 36) 및 복수의 실외기(21, 22)와 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어한다. 이때, 원격제어기(10)는 복수의 실내기에 연결되어 실내기에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어, 그룹제어 등을 수행할 수 있다. The
공기조화기는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 이하 설명의 편의를 위하여 천장형 공기조화기를 예로 설명한다. 또한, 공기조화기는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다. The air conditioner may be any of a stand-type air conditioner, a wall-mounted air conditioner, and a ceiling-type air conditioner, but a ceiling-type air conditioner will be described as an example for convenience of explanation. In addition, the air conditioner may further include at least one of a ventilator, an air purifier, a humidifier, and a heater, and may operate in conjunction with the operation of the indoor unit and the outdoor unit.
실외기(21, 22)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다. The
실외기(21, 22)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31 내지 35)로 냉매를 공급한다. 실외기(21,22)는 원격제어기(10) 또는 실내기(31 내지 35)의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 된다. The outdoor units (21, 22) operate the compressor and the outdoor heat exchanger to compress or heat-exchange the refrigerant according to the setting, and supply the refrigerant to the indoor units (31 to 35). The
이때, 실외기(21, 22)는 복수의 실외기가, 각각 연결된 실내기로 각각 냉매를 공급하는 것을 기본으로 하여 설명하나, 실외기 및 실내기의 연결구조에 따라 복수의 실외기가 상호 연결되어 복수의 실내기로 냉매를 공급할 수도 있다. At this time, the outdoor units (21, 22) are explained on the basis that the plurality of outdoor units supply the refrigerant to the indoor units connected to the indoor units, respectively. However, according to the connection structure of the outdoor units and the indoor units, .
실내기(31 내지 35)는 복수의 실외기(21, 22) 중 어느 하나에 연결되어, 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31 내지 35)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.The
이때, 실외기(21, 22) 및 실내기(31 내지 35)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하고, 실외기 및 실내기는 원격제어기(10)와 별도의 통신선으로 연결되어 원격제어기(10)의 제어에 따라 동작한다. At this time, the
리모컨(41 내지 45)는 실내기에 각각 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신하며, 경우에 따라 복수의 실내기에 하나의 리모컨이 연결되어 하나의 리모컨 입력을 통해 복수의 실내기의 설정이 변경될 수 있다. The
또한, 리모컨(41 내지 45)은 내부에 온도감지센서를 포함할 수 있다. In addition, the
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.2 is a schematic view of the outdoor unit and the indoor unit of FIG.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분된다. Referring to the drawings, the
실외기(21)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다. The
실내기(31)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다. The
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.At least one
또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.Further, the
한편, 도 2에서는 실내기(31)와 실외기(21)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.2, the
도 3은 도 1의 실외기 내의 압축기 모터 구동장치의 블록도이다.3 is a block diagram of a compressor motor drive apparatus in the outdoor unit of Fig.
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는 압축기 구동을 위한 전력변환장치(200)에 의해 구동될 수 있다. The
압축기 구동을 위한 전력변환장치(200)는, 압축기 모터(250)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(220)와, 인버터(220)를 제어하는 인버터 제어부(230)와, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210), 컨버터(210)를 제어하는 컨버터 제어부(215)를 포함할 수 있다.The power converter 200 for driving the compressor includes an
전력변환장치(200)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 압축기 모터(250)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 전력변환장치(200)는, 압축기 구동장치라고도 할 수 있다.The power conversion apparatus 200 receives the AC power from the system, converts the power, and supplies the converted power to the
한편, 본 발명에 일 실시예에 따른 전력변환장치(200)는, dc단에 접속되는 커패시터(C)와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터(C)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터(220)와, 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 게이트 구동부(233)와, 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에 접속되며, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(E)와, 출력 전류에 기초하여 인버터(220)를 제어하기 위해 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하는 인버터 제어부(230)를 포함하고, 스위칭 소자의 턴 온을 위해, 스위칭 소자의 게이트 단자에, 스위칭 제어 신호(Sic)에 대응하는 게이트 구동 신호(Ssg), 및 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)가 인가된다.The power conversion apparatus 200 according to an embodiment of the present invention includes a capacitor C connected to the dc stage and a plurality of switching elements, and converts the DC power from the capacitor C into an AC power
특히, 링잉 현상에 의해, 출력 전류 검출이 곤란한 경우, 스위칭 소자의 턴 온 시간이 짧아지도록, 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)의 레벨이 커지도록 함으로써, 스위칭 소자의 링잉 현상에도 불구하고 출력 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다. In particular, when the output current is difficult to detect due to the ringing phenomenon, the level of the turn-on timing variable signal Sca is increased so that the turn-on time of the switching element is shortened, So that it can be detected accurately.
특히, dc단 커패시터에 접속되는 션트 저항 소자를 출력 전류 검출부를 사용하는 경우, 스위칭 소자의 링잉 현상에도 불구하고 출력 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다. 이에 따라, 모터 부하가 큰 대용량의 공기조화기에서 안정적인 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.In particular, when the output current detection unit is used as the shunt resistor element connected to the dc short-circuit capacitor, the output current can be accurately detected despite the ringing phenomenon of the switching element. This makes it possible to perform stable motor driving in an air conditioner of a large capacity with a large motor load.
한편, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210)는, 삼상 교류 전원을 입력받아, 직류 전원을 변환을 수행할 수 있다. Meanwhile, the converter 210 that supplies the DC power to the
이를 위해, 컨버터(210)는, 정류부(미도시)와 부스트 컨버터(미도시)를 구비할 수 있다. 그외, 리액터(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.To this end, the converter 210 may include a rectifier (not shown) and a boost converter (not shown). In addition, a reactor (not shown) may be further provided.
한편, 컨버터(210)는, 정류부(미도시)와, 인터리브 부스트 컨버터(미도시)를 구비하는 것도 가능하다.On the other hand, the converter 210 may include a rectifying section (not shown) and an interleave boost converter (not shown).
컨버터(210)의 출력단에는, 커패시터(C)가 접속된다. 커패시터(C)는, 컨버터(210)에서 출력되는, 전원을 저장할 수 있다. 컨버터(210)에서 출력되는, 전원은 dc 전원이므로, dc단 커패시터라 명명할 수 있다.A capacitor C is connected to the output terminal of the converter 210. The capacitor C may store the power output from the converter 210. [ Since the power source output from the converter 210 is a dc power source, it can be called a dc-stage capacitor.
컨버터 제어부(215)는, 스위칭 소자를 구비하는 컨버터(210)를 제어할 수 있다. The
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 주파수 가변 가능한 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(250)에 출력할 수 있다. The
구체적으로, 인버터(220)는, 복수의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결될 수 있다. 그리고, 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다. More specifically, the
인버터 제어부(230)는, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력할 수 있다. The
인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(250)에 흐르는 출력 전류(io)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있다. Inverter switching control signal (Sic) is a switching control signal of a pulse width modulation (PWM), may be generated on the basis of the
dc 단 전압 검출부(B)는, dc 단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위해, dc 단 전압 검출부(B)는, VT(voltage trnasformer) 또는 저항 소자 등을 구비할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은 인버터 제어부(230)에 입력된다.The dc short-circuit voltage detector B can detect the voltage Vdc stored in the dc short-circuit capacitor C. To this end, the dc voltage detection unit B may include a voltage trnasformer (VT) or a resistance element. The detected dc voltage (Vdc) is input to the
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다.An output current detector (E) may detect an output current (i o) flowing between the
출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The output current detection unit E can detect all of the output currents ia, ib, ic of each phase or can detect the output currents of two phases using the three-phase balance.
출력전류 검출부(E)는 인버터(220)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. The output current detector E may be located between the
한편, 본 발명의 실시예와 관련하여, 출력전류 검출부(E)는, 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에 접속되며, 모터(250)에 흐르는 출력 전류를 검출할 수 있다.The output current detection unit E is connected between the capacitor C and the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 출력전류 검출부(E)는, 도 8a와 같이, dc단에 접속되는 1 션트 저항 소자를 구비할 수 있다. 이에 대해서는 도 8a 등을 참조하여 후술한다. That is, the output current detector E according to the embodiment of the present invention may include a one-shunt resistor element connected to the dc stage, as shown in FIG. 8A. This will be described later with reference to FIG.
도 4a는 도 3의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.4A is an internal block diagram of the inverter control unit of FIG.
도 4a를 참조하면, 인버터 제어부(230)는, 축변환부(310), 위치 추정부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.4A, the
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.The
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다. On the other hand, the
위치 추정부(320)는, 축변환부(310)에서 변환된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치()를 추정한다. 또한, 추정된 회전자 위치()에 기초하여, 연산된 속도()를 출력할 수 있다.The
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 목표 속도(ω)에 기초하여, 속도 지령치(ω* r)를 연산하며, 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(435)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다. On the other hand, the current
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.On the other hand, the current
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(444)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(448)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다. Next, the voltage
한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.The
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.On the other hand, the generated d-axis and q-axis voltage command values (v * d and v * q ) are input to the
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치()와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.The
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치()가 사용될 수 있다.First, the
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.Then, the
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다. The switching control
특히, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)와, 고주파 전압 지령치(V*dqh)에 기초하여, 공간벡터 펄스폭변조(SVPWM) 방식에 기반한, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력할 수 있다.In particular, the switching control
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(도 8a의 233)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.The output inverter switching control signal Sic can be converted into a gate driving signal in the gate driver (233 in FIG. 8A) and input to the gate of each switching element in the
도 4b는 도 3의 컨버터 제어부의 내부 블록도이다.4B is an internal block diagram of the converter control unit of FIG.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(215)는, 전류 지령 생성부(410), 전압 지령 생성부(420), 및 스위칭 제어신호 출력부(430)를 포함할 수 있다. The
전류 지령 생성부(410)는, 출력 전압 검출부(B), 즉 dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)과 dc 단 전압 지령치(V*dc)에 기초하여, PI 제어기 등을 통해 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성할 수 있다. Based on the dc terminal voltage (Vdc) and the dc terminal voltage command value (V * dc) detected by the output voltage detecting section (B), that is, the dc terminal voltage detecting section (B), the current command generating section (410) The q-axis current command value (i * d , i * q ) can be generated.
전압 지령 생성부(420)는 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 입력 전류(iL)에 기초하여 PI 제어기 등을 통해 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다.Voltage command generation section 420 d, q-axis current instruction value through the like (i * d, i * q ) and the input current detected (i L) by the PI control based on the d, q-axis voltage command value (v * d , v * q ).
스위칭 제어신호 출력부(430)는 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여, 도 5a의 부스트 컨버터(515) 내의 부스트 스위칭 소자(S)를 구동하기 위한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 부스트 컨버터(515a)에 출력할 수 있다.Switching control
도 5a 내지 도 5b는 인버터 내의 스위칭 소자에 의한 링잉 현상을 설명하는 도면이다.5A to 5B are views for explaining a ringing phenomenon by a switching element in an inverter.
도 5a는 인버터 내의 복수의 스위칭 소자(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c) 중 제1 상암 스위칭 소자(Sa)를 도시한 도면이다.5A is a diagram showing the first sod rock switching device Sa among a plurality of switching elements Sa & S a, Sb & S'b, Sc & S'c in the inverter.
복수의 스위칭 소자는, IGBT 또는 MOSFET으로 구현될 수 있다.The plurality of switching elements may be implemented as an IGBT or a MOSFET.
한편, 복수의 스위칭 소자가 IGBT 또는 MOSFET로 구현되는 경우, 게이트 구동 신호를 출력하기 위한 게이트 구동부(Gate Driver)가 사용될 수 있다.On the other hand, when a plurality of switching elements is implemented as an IGBT or a MOSFET, a gate driver for outputting a gate driving signal may be used.
한편, 복수의 스위칭 소자 각각에는, 필연적으로 기생 인덕턴스(Inductance)와 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diod)가 존재한다.On the other hand, parasitic inductance and a freewheeling diode are inevitably present in each of the plurality of switching elements.
이에 따라, 도 5a에서는, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자에 게이트 기생 인덕턴스(Lg), 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 콜렉터 단자에 콜렉터 기생 인덕턴스(Lc), 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 에미터 단자에 게이트 기생 인덕턴스(Le)가 접속되며, 에미터 단자와 콜렉터 단자 사이에, 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diod)가 접속되는 것을 예시한다.5A, the gate parasitic inductance Lg is applied to the gate terminal of the first upper arm rocking element Sa, the collector parasitic inductance Lc is connected to the collector terminal of the first upper arm rocking element Sa, A gate parasitic inductance Le is connected to an emitter terminal of the transistor Sa and a freewheeling diode is connected between the emitter terminal and the collector terminal.
한편, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자에는 게이트 저항(Rg)가 접속된다.On the other hand, a gate resistor Rg is connected to the gate terminal of the first upper arc-rock switching device Sa.
제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자에 게이트 구동 신호가 인가됨에 따라, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)는 턴 온되게 된다.As the gate driving signal is applied to the gate terminal of the first dummy arm switching element Sa, the first dummy arm switching element Sa is turned on.
한편, 상술한, 기생 인덕턴스(Lg,Lc,Le)와 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diod)의 역회복 특성으로 인해, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)의 턴 온(Turn-On) 시, 도 5b와 같이, 전류 피크(current peak) 및 제1 상암 스위칭 소자(Sa)에 흐르는 전류, 특히 컬렉터 전류(Ic)가 흔들리는 링잉(Ringing) 현상이 발생하게 된다.On the other hand, when the first upper arm switching device Sa is turned on due to the reverse recovery characteristics of the parasitic inductances Lg, Lc, and Le and the freewheeling diode, Likewise, a current peak and a current flowing in the first upper arc-rock switching device Sa, particularly, a ringing phenomenon in which the collector current Ic is shaken occur.
이에 따라, 링잉(Ringing) 구간(Tri) 이후에, 전류를 검출하는 것이 바람직하다.Accordingly, it is preferable to detect the current after the ringing period Tri.
한편, 출력 전류 검출부(E)가, 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에 접속되며, 1 션트 저항 소자를 포함하는 경우, 출력 전류 검출부(E)는, 순차적으로 모터에 흐르는 상 전류를 검출한다.On the other hand, when the output current detecting section E is connected between the capacitor C and the
이러한 1 션트 방식에 의하면, 인버터 내의 각 스위칭 소자의 턴 온 간격이 좁아, 출력 전류를 검출하지 못하는 데드 타임(dead time) 구간이 발생할 수 있다.According to such a one-shunt method, a turn-on interval of each switching element in the inverter is narrow, and a dead time period in which the output current can not be detected may occur.
이러한 데드 타임은, 인버터 내의 각 스위칭 소자의 턴 온 간격이 작은 경우, 그리고, 상술한 링잉 현상 등이 원인이 될 수 있다.Such a dead time may be caused by the above-mentioned ringing phenomenon or the like when the turn-on interval of each switching element in the inverter is small.
본 발명에서는, 링잉 현상에도 불구하고, 1 션트 저항 소자를 이용하여, 안정적으로 출력 전류 또는 상 전류를 검출하는 방안을 제시한다.In the present invention, a method of detecting an output current or a phase current stably using a one-shunt resistor element despite the ringing phenomenon is proposed.
이를 위해, 본 발명에서는, 링잉 시간이 줄어들도록, 게이트 단자에 인가되는 게이트 구동 신호(Ssg) 외에, 추가로, 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)가 인가되도록 한다. 이에 대해서는, 도 6 이하를 참조하여 보다 상세히 기술한다.To this end, in the present invention, in addition to the gate drive signal Ssg applied to the gate terminal, the turn-on timing variable signal Sca is further applied so that the ringing time is reduced. This will be described in more detail with reference to FIG.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 동작 방법을 설명하는 순소도이고, 도 7a 내지 도 14는 도 6의 동작 방법의 설명에 참조되는 도면이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of operating the power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7A to 14 are diagrams referred to the description of the operation method of FIG.
먼저, 도 6을 참조하여 설명하면, 전력변환장치(200) 내의 출력 전류 검출부(E)는, 출력 전류(io)를 검출한다(S610)First, referring to Fig. 6, the output current detection unit E in the power conversion apparatus 200 detects the output current io (S610)
전력변환장치(200) 내의, 인버터 제어부(230)는, 검출된 출력 전류(io)를 입력받는다.The
다음, 전력변환장치(200) 내의, 인버터 제어부(230)는, 출력 전류(io)에 기초하여, 펄스폭 듀티를 결정하고(S620), 결정된 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호를 생성하하여 출력한다.Next, the
도 4a에서 기술한 바와 같이, 인버터 제어부(230)는 출력 전류에 기초하여 모터의 속도를 추정하며, 속도 지령치외 추정 속도의 차이가 커질수록, 펄스폭 듀티가 커지도록 설정한다. 그리고, 설정된 펄스폭 듀티에 대응하는 스위칭 제어 신호가 출력되도록 제어한다.As shown in FIG. 4A, the
다음, 전력변환장치(200) 내의, 인버터 제어부(230)는, 펄스폭 듀티에 대응하는 출력 전류 검출 가능 기간(Tsen)과 출력 전류 검출 최소 기간(Tmin)을 비교한다(S632).Next, the
그리고, 인버터 제어부(230)는, 펄스폭 듀티에 대응하는 출력 전류 검출 가능 기간(Tsen)이, 출력 전류 검출 최소 기간(Tmin) 보다 작은 경우, 스위칭 소자의 턴 온 시간이 짧아지도록 설정한다(S634).The
그리고, 인버터 제어부(230)는, 짧아진 턴온 시간에 대응하는 턴 온 타이밍 가변 신호가 출력되도록 제어한다(S638).Then, the
그리고, 인버터 제어부(230)는, 펄스폭 듀티에 대응하는 스위칭 제어 신호를 출력하며, 게이트 구동부(233)는, 펄스폭 듀티에 대응하는 게이트 구동 신호(Sgc)를 출력한다(S640).The
이에 따라, 인버터(220) 내의 스위칭 소자는, 턴 온 시간이 단축될 수 있게 된다. 따라서, 링잉 현상에도 불구하고, 출력 전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다.Thus, the switching element in the
한편, 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)는, 게이트 구동부(233)에서 출력되거나, 별도의 턴 온 타이밍 제어부(236)에서 출력될 수 있다. 이에 대해서는, 도 8a를 참조하여 후술한다.On the other hand, the turn-on timing variable signal Sca may be output from the
한편, 도 7a와 도 7b는, 도 5a와 같은 스위칭 소자(Sa)에 흐르는 콜렉터 전류 파형(Ic), 콜렉터 에미터 전압 파형(Vce), 게이트 에미터 전압 파형(Vce)을 예시한다.7A and 7B illustrate a collector current waveform Ic, a collector emitter voltage waveform Vce, and a gate emitter voltage waveform Vce flowing in the switching element Sa as shown in FIG. 5A.
특히, 도 7a에, 링잉 현상이 더 심하게 나타나며, 이에 따라, P1 시점에 전류 검출이 가능한 것을 예시한다. Particularly, FIG. 7A shows that the ringing phenomenon appears more severely, and thus the current detection is possible at the time point P1.
도 7b는, 링잉 현상이 도 7a에 비해 약하며, 이에 따라, P1 보다 단축된 P2 시점에, 전류 검출이 가능한 것을 예시한다. Fig. 7B illustrates that the ringing phenomenon is weaker than that in Fig. 7A, so that the current detection is possible at P2 time point shorter than P1.
도 8a와 도 8b는, 커패시터(C)와 인버터(220) 사이의 dc단에 접속되는 션트 저항 소자(Rs)를 구비하는 출력 전류 검출부(E), 인버터 제어부(230) 등을 예시한다.8A and 8B illustrate an output current detector E having the shunt resistive element Rs connected to the dc terminal between the capacitor C and the
먼저, 도 8a는, 인버터(220)가 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)에 기초하여, 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하며, 게이트 구동부(233)가, 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호(Sic)에 기초하여, 게이트 구동 신호(Sgc)를 출력하며, 별도의 턴 온 타이밍 제어부(236)가, 인버터 제어부(220)의 제어 신호(Sco)에 기초하여, 레벨 가변되는 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)를 출력하는 것을 예시한다.8A shows a case where the
특히, 레벨 가변되는 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)가, 게이트 구동부(233)로 입력되었다가, 게이트 구동 신호(Sgc)와 함께, 게이트 구동부(233)에서 출력되는 것을 예시한다. Particularly, the turn-on timing variable signal Sca having a variable level is input to the
한편, 게이트 구동 신호(Sgc)와 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)는, 인버터(220) 내의 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력될 수 있다.On the other hand, the gate drive signal Sgc and the turn-on timing variable signal Sca can be input to the gate terminal of the switching element in the
예를 들어, 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)의 레벨(Lva)이 높아질수록, 게이트 단자에 입력되는 신호의 레벨이 높아지므로, 턴 온 시간이 단축될 수 있다. 이에 따라, 링잉 현상에도 불구하고, 출력 전류 검출을 위한 마진(margin)이 확보될 수 있게 된다. For example, the higher the level Lva of the turn-on timing variable signal Sca, the higher the level of the signal input to the gate terminal, so the turn-on time can be shortened. As a result, a margin for detecting the output current can be ensured despite the ringing phenomenon.
이에 따라, 인버터(220) 내의 스위칭 소자의 턴 온 시간이 가변될 수 있다.Accordingly, the turn-on time of the switching element in the
한편, 턴 온 시간이 단축이 필요 없는 경우에는, 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)의 레벨(Lva)이 낮아지도록 하여, 스위칭 소자의 스위칭에 의한 EMI와 같은, 전자파 노이즈를 저감할 수도 있다.On the other hand, when the turn-on time is not required to be shortened, the level Lva of the turn-on timing variable signal Sca may be lowered to reduce electromagnetic noise such as EMI caused by switching of the switching element.
다음, 도 8b는 도 8a와 달리 턴 온 타이밍 제어부(236)가 구비되지 않는 것에 그 특징이 있다.8B is different from FIG. 8A in that the turn-on
대신, 게이트 구동부(233)가, 턴 온 타이밍 제어부(236)의 기능도 함께 수행할 수 있다.Instead, the
즉, 게이트 구동부(233)는, 인버터 제어부(220)의 제어 신호(Sco)에 기초하여, 레벨 가변되는 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)를, 게이트 구동 신호(Sgc)와 함께, 출력할 수 있다. That is to say, the
예를 들어, 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)의 레벨(Lva)이 높아질수록, 게이트 단자에 입력되는 신호의 레벨이 높아지므로, 턴 온 시간이 단축될 수 있다. 이에 따라, 링잉 현상에도 불구하고, 출력 전류 검출을 위한 마진(margin)이 확보될 수 있게 된다. For example, the higher the level Lva of the turn-on timing variable signal Sca, the higher the level of the signal input to the gate terminal, so the turn-on time can be shortened. As a result, a margin for detecting the output current can be ensured despite the ringing phenomenon.
다음, 도 9a는, 인버터(220)가 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)에 기초하여, 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하며, 게이트 구동부(233)가, 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호(Sic)에 기초하여, 게이트 구동 신호(Sgc)를 출력하며, 별도의 턴 온 타이밍 제어부(236)가, 인버터 제어부(220)의 제어 신호(Sco)에 기초하여, 레벨 가변되는 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)를 출력하는 것을 예시한다.9A shows the case where the
도 8a와 달리, 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)는, 게이트 구동부(233)를 거치지 않고, 바로 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자에 입력될 수 있다.8A, the turn-on timing varying signal Sca can be input directly to the gate terminal of the switching element Sa without passing through the
다음, 도 9b는 도 8b와 동일하게, 게이트 구동부(233)가, 턴 온 타이밍 제어부(236)의 기능도 함께 수행하는 것을 예시한다.Next, FIG. 9B illustrates that the
즉, 게이트 구동부(233)는, 인버터 제어부(220)의 제어 신호(Sco)에 기초하여, 레벨 가변되는 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)를, 게이트 구동 신호(Sgc)와 함께, 출력할 수 있다. That is to say, the
한편, 도 10a와 도 10b는, 도 5a와 같은 스위칭 소자(Sa)에 인가되는 게이트 구동 신호 파형(Sgc), 게이트 전압 파형(Vgs), 콜렉터 전류 파형(Ic), 콜렉터 에미터 전압 파형(Vce), 게이트 전류 파형(Ig)을 예시한다.10A and 10B are graphs showing waveforms of a gate driving signal Sgc, a gate voltage waveform Vgs, a collector current waveform Ic and a collector emitter voltage waveform Vce applied to the switching element Sa as shown in FIG. ) And a gate current waveform (Ig).
특히, 도 10a는, 출력 전류 검출을 위한 시간이 충분히 확보되어, 출력 전류 검출 최소 기간(Tmina)이, 도 10b의 출력 전류 검출 최소 기간(Tminb) 보다 훨씬 큰 경우를 예시한다.In particular, Fig. 10A illustrates a case where the time for detecting the output current is sufficiently secured, and the output current detection minimum period Tmina is much larger than the output current detection minimum period Tminb of Fig. 10B.
이에 따라, 도 10b의 경우, 상술한 바와 같이, 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)의 레벨(Lva)이 증가하도록 제어하는 것이 바림직하다. 즉, 스위칭 소자의 턴 온 시간이 단축되도록 제어하는 것이 바람직하다.Accordingly, in the case of Fig. 10B, it is desirable to control the level Lva of the turn-on timing-varying signal Sca to increase as described above. That is, it is preferable to control the turn-on time of the switching element to be shortened.
도 11은 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)의 인가에 의해, 게이트 전압 파형(Vgs)에서의 슬루 레이트(slew rate)가 증가하는 것을 예시한다.FIG. 11 illustrates that the slew rate in the gate voltage waveform Vgs is increased by application of the turn-on timing varying signal Sca.
도 11의 (a)는, 스위칭 소자(Sa)에 인가되는 게이트 구동 신호 파형(Sgc)을 예시하며, 도 11의 (b)는, 게이트 구동 신호 파형(Sgc)에 의한 게이트 전압 파형(Vgs1)을 예시한다. 전압 변화율인 슬루 레이트(slew rate)가 완만한 것을 알 수 있다.11A illustrates the gate drive signal waveform Sgc applied to the switching element Sa and FIG. 11B illustrates the gate voltage waveform Vgs1 by the gate drive signal waveform Sgc. . It can be seen that the slew rate which is the voltage change rate is gentle.
도 11의 (c)는, 레벨 가변되는 턴 온 타이밍 가변 신호 파형(Sca)을 예시하며, 도 11의 (d)는, 레벨 가변되는 턴 온 타이밍 가변 신호 파형(Sca), 및 게이트 구동 신호 파형(Sgc)에 의한, 게이트 전압 파형(Vgs2)을 예시한다. 11 (c) illustrates a level-varying turn-on timing variable signal waveform Sca. FIG. 11 (d) shows a turn-on and turn-off timing variable signal waveform Sca, The gate voltage waveform Vgs2 due to the gate voltage Sgc is exemplified.
도면을 참조하면, 도 11의 (b)의 게이트 전압 파형(Vgs1)에 비해, 도 11의 (d)의 게이트 전압 파형(Vgs2)의 전압 변화율인 전압 변화율인 슬루 레이트(slew rate)가 증가한 것을 알 수 있다.Referring to the drawing, it can be seen that the slew rate, which is the rate of change of the voltage of the gate voltage waveform Vgs2 in FIG. 11 (d), which is the voltage change rate, is increased compared to the gate voltage waveform Vgs1 of FIG. Able to know.
이에 따라, 스위칭 소자의 턴 온 시간을 단축할 수 있게 된다.Thus, the turn-on time of the switching element can be shortened.
도 12는 dc단에 접속되는 출력 전류 검출부(E)를 통해, 출력 전류(io) 특히, a상 전류를 검출하는 것을 예시한다.12 illustrates detection of the output current io, in particular, the a-phase current through the output current detector E connected to the dc stage.
출력 전류 검출부(E)는, 1 션트 저항 소자(Rs)를 통해 출력 전류를 검출하므로, a, b, c 상 전류를, 인버터(220)의 스위칭 패턴에 따라, 시 분할로 검출할 수 있다.The output current detecting section E detects the output current through the one-shunt resistor element Rs, so that the currents of a, b, and c can be detected by time division according to the switching pattern of the
도 13a는, 인버터(220)의 스위칭 패턴이 (1,0,0)인 경우의, 스위칭 벡터를 도시한 도면이다.13A is a diagram showing a switching vector when the switching pattern of the
도 13b는, 인버터(220)의 스위칭 패턴이 (1,1,0)인 경우의, 스위칭 벡터를 도시한 도면이다.13B is a diagram showing a switching vector when the switching pattern of the
도 13b의 (b)의 표에 따르면, 인버터(220)의 스위칭 패턴이 (1,0,0)인 경우, 출력 전류 검출부(E)는, a 상 전류를 검출할 수 있으며, 인버터(220)의 스위칭 패턴이 (1,1,0)인 경우, 출력 전류 검출부(E)는, c 상 전류를 검출할 수 있다.13B, when the switching pattern of the
한편, 도 14는, 인버터(220)의 스위칭 패턴이 (1,0,0), (1,1,0)인 경우의 스위칭 벡터를 도시한 도면이다.On the other hand, Fig. 14 is a diagram showing the switching vector when the switching pattern of the
이때, a 상 스위칭 소자(Sa)에서는 Tria 기간 동안, 스위칭 소자의 턴 온에 따른 링잉 현상이 발생하며, b 상 스위칭 소자(Sb)에서는 Trib 기간 동안, 스위칭 소자의 턴 온에 따른 링잉 현상이 발생하며, c 상 스위칭 소자(Sc)에서는 Tric 기간 동안, 스위칭 소자의 턴 온에 따른 링잉 현상이 발생한다.At this time, in the a-phase switching device Sa, a ringing phenomenon occurs in accordance with the turn-on of the switching device during the period of tria, and a ringing phenomenon occurs in the b- In the c-phase switching device Sc, a ringing phenomenon occurs due to the turn-on of the switching device during the Tric period.
이러한 경우, 상술한 바와 같이, 스위칭 소자의 게이트 단자에, 게이트 구동 신호(Ssg) 외에 추가로, 레벨 변환 가능한 턴 온 타이밍 가변 신호(Sca)를 더 인가함으로써, 각 스위칭 소자의 턴 온 시점을 가변할 수 있으며, 나아가 링잉 구간을 단축할 수 있게 된다. In this case, by further applying a level-convertible turn-on timing varying signal Sca to the gate terminal of the switching element in addition to the gate driving signal Ssg, the turn-on time of each switching element is varied And the ringing period can be further shortened.
그리고, 각 스위칭 소자의 턴 온 시점을 가변한 후, 출력 전류 검출부(E)를 통해, 안정적으로 출력 전류, 특히 각 상 전류를 검출할 수 있게 된다. 이에 따라, 모터 구동을 안정적으로 수행할 수 있게 된다. After the turn-on point of each switching element is varied, it is possible to stably detect the output current, in particular, the phase current through the output current detector E. Thus, the motor drive can be stably performed.
본 발명에 따른 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The power conversion apparatus and the air conditioner having the power conversion apparatus according to the present invention are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, Or some of them may be selectively combined.
한편, 본 발명의 전력변환장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 전력변환장치 또는 공기조화기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the operation method of the power conversion apparatus or the air conditioner of the present invention can be implemented as a code that can be read by a processor on a processor-readable recording medium provided in a power conversion apparatus or an air conditioner. The processor-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by the processor is stored. Examples of the recording medium that can be read by the processor include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave such as transmission over the Internet . In addition, the processor-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that code readable by the processor in a distributed fashion can be stored and executed.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
Claims (10)
복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터;
상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 게이트 구동부;
상기 커패시터와 상기 인버터 사이에 접속되며, 상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;
상기 출력 전류에 기초하여 상기 인버터를 제어하기 위해 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 스위칭 소자의 턴 온을 위해, 상기 스위칭 소자의 게이트 단자에, 상기 스위칭 제어 신호에 대응하는 게이트 구동 신호, 및 턴 온 타이밍 가변 신호를 인가하도록 제어하며,
출력 전류 검출 가능 시간이, 출력 전류 검출 최소 시간보다 작은 경우, 상기 출력 전류 검출 최소 시간 이상인 경우 보다, 짧아진 턴 온 시간에 대응하는 턴 온 타이밍 가변 신호를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.a capacitor connected to the dc stage;
An inverter having a plurality of switching elements, for converting a DC power from the capacitor to an AC power to drive the motor;
A gate driver for outputting a driving signal for driving the switching element;
An output current detector connected between the capacitor and the inverter for detecting an output current flowing to the motor;
And a control unit for outputting a switching control signal having a variable pulse width for controlling the inverter based on the output current,
Wherein,
A gate driving signal corresponding to the switching control signal and a turn-on timing variable signal to the gate terminal of the switching element for turning on the switching element,
And controls to output a turn-on timing variable signal corresponding to a shorter turn-on time than when the output current detection minimum time is shorter than the output current detection minimum time when the output current detectable time is smaller than the output current detection minimum time. Device.
상기 게이트 구동부는,
상기 출력 전류 검출 가능 시간이, 상기 출력 전류 검출 최소 시간보다 작은 경우, 상기 스위칭 소자의 턴 온 시간이 짧아지도록, 상기 턴 온 타이밍 가변 신호의 레벨이 커지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
Wherein the gate driver comprises:
Wherein the control unit controls the level of the turn-on timing variable signal so that the turn-on time of the switching element becomes shorter when the output current detectable time is smaller than the output current detection minimum time.
상기 게이트 구동부는,
상기 출력 전류 검출 가능 시간이, 상기 출력 전류 검출 최소 시간 이상인 경우, 상기 턴 온 타이밍 가변 신호의 레벨이 낮아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
Wherein the gate driver comprises:
And controls the level of the turn-on timing variable signal to be lower when the output current detectable time is equal to or greater than the output current detection minimum time.
상기 출력 전류 검출부는, 순차적으로 상기 모터에 흐르는 상 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
Wherein the output current detection unit sequentially detects a phase current flowing in the motor.
상기 턴 온 타이밍 가변 신호를 출력하는 턴 온 타이밍 제어부;를 더 포함하며,
상기 턴 온 타이밍 제어부는,
상기 스위칭 소자의 턴 온 시간이 짧아지도록, 상기 턴 온 타이밍 가변 신호의 레벨이 커지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
And a turn-on timing controller for outputting the turn-on timing variable signal,
The turn-
And controls the level of the turn-on timing variable signal to increase so that the turn-on time of the switching element becomes shorter.
상기 턴 온 타이밍 가변 신호를 출력하는 턴 온 타이밍 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
And a turn-on timing controller for outputting the turn-on timing variable signal.
상기 턴 온 타이밍 가변 신호를 출력하는 턴 온 타이밍 제어부;를 더 포함하며,
상기 출력 전류 검출부는, 순차적으로 상기 모터에 흐르는 상 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
And a turn-on timing controller for outputting the turn-on timing variable signal,
Wherein the output current detection unit sequentially detects a phase current flowing in the motor.
입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, 상기 dc단에 변환된 직류 전원을 출력하는 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
And a converter for converting the input AC power to DC power and outputting the DC power converted to the dc stage.
상기 제어부는,
상기 출력 전류에 기초하여, 상기 모터의 회전자 위치 및 속도를 추정하는 추정부;
상기 추정된 속도와 속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
상기 전류 지령치, 및 상기 모터에 흐르는 출력 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;
상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력하는 스위칭 제어신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
Wherein,
An estimating unit that estimates a rotor position and a speed of the motor based on the output current;
A current command generator for generating a current command value based on the estimated speed and speed command value;
A voltage command generator for generating a voltage command value based on the current command value and the output current flowing to the motor;
And a switching control signal output unit for generating and outputting the inverter switching control signal based on the voltage command value.
상기 압축된 냉매를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기; 및
상기 압축기를 구동하기 위한, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전력변환장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.A compressor for compressing the refrigerant;
A heat exchanger for performing heat exchange using the compressed refrigerant; And
The air conditioner according to any one of claims 1 to 9, for driving the compressor.
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