KR101901947B1 - 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 Download PDF

Info

Publication number
KR101901947B1
KR101901947B1 KR1020170016045A KR20170016045A KR101901947B1 KR 101901947 B1 KR101901947 B1 KR 101901947B1 KR 1020170016045 A KR1020170016045 A KR 1020170016045A KR 20170016045 A KR20170016045 A KR 20170016045A KR 101901947 B1 KR101901947 B1 KR 101901947B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
relay
charge
charging
control unit
Prior art date
Application number
KR1020170016045A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180091193A (ko
Inventor
남한성
이원우
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020170016045A priority Critical patent/KR101901947B1/ko
Publication of KR20180091193A publication Critical patent/KR20180091193A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101901947B1 publication Critical patent/KR101901947B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022—Compressor control arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/025—Motor control arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0038—Circuits or arrangements for suppressing, e.g. by masking incorrect turn-on or turn-off signals, e.g. due to current spikes in current mode control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/021—Inverters therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/024—Compressor control by controlling the electric parameters, e.g. current or voltage
    • H02M2001/0038—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 초기 충전 회로를 포함하는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 본 발명은, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 위치하는 파워 릴레이; 상기 정류부의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터; 및 상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항을 포함하여, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 충전 저항을 통하여 전류가 불연속적으로 흐르도록 전류의 흐름을 제어하고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 파워 릴레이를 연결하는 충전 조절부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 {Power transforming apparatus and air conditioner including the same}
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 초기 충전 회로를 포함하는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환 장치를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터를 포함한 전력 변환 장치에 공급된다.
이때, 전력 변환 장치는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.
이때, 정류부에서 출력된 전압 또는 컨버터에서 출력된 전압은 DC-링크 캐패시터에 충전되고, 이렇게 충전된 전압을 이용하여 인버터에서 모터 구동 신호를 생성할 수 있다.
그런데 이러한 전력 변환 장치의 구동 초기에는 돌입 전류가 발생할 수 있으며, 이러한 돌입 전류가 전력 변환 장치에 그대로 인가되지 않도록 별도의 큰 용량의 충전 저항을 통하여 통과하도록 구성된다.
그러나, 이러한 과정에서 발생하는 발열로 인한 문제가 발생할 수 있으며, 또한, 큰 용량의 충전 저항을 이용함으로 인하여 공간 부족 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 충전 저항으로 인한 문제점을 해결할 필요성이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 충전 저항으로 인한 발열 문제를 해결하고, 충전 저항의 용량을 감소시킬 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 위치하는 파워 릴레이; 상기 정류부의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터; 및 상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항을 포함하여, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 충전 저항을 통하여 전류가 불연속적으로 흐르도록 전류의 흐름을 제어하고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 파워 릴레이를 연결하는 충전 조절부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 충전 조절부는, 상기 교류 전원과 상기 충전 저항 사이에 연결되는 충전 릴레이; 및 상기 파워 릴레이 및 상기 충전 릴레이를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 충전 릴레이를 온/오프 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 충전 릴레이를 주기적으로 온/오프 동작시킬 수 있다.
이때, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 온/오프 주기가 1:1 내지 1:1.5가 되도록 상기 충전 릴레이를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 충전 조절부는, 상기 충전 저항을 통하여 전류가 불연속적으로 흐르도록 전류의 흐름을 제어하여, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지의 시간을 두 배 이상 연장할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 위치하는 파워 릴레이; 및 상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항 및 상기 충전 저항과 직렬 연결되는 충전 릴레이를 포함하여, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 충전 릴레이를 온/오프 동작시키고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 파워 릴레이를 연결하는 충전 조절부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 충전 릴레이를 주기적으로 온/오프 동작시킬 수 있다.
여기서, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 온/오프 주기가 1:1 내지 1:1.5가 되도록 상기 충전 릴레이를 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 위에서 설명한 특징을 가지는 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지의 시간을 두 배 이상 연장할 수 있다.
이로 인하여, 위에서 설명한 원리에 따라 충전 저항의 온도가 종래 대비 낮아질 수 있다. 따라서 충전 저항의 발열로 인한 문제를 해결할 수 있다.
또한, 작은 크기의 충전 저항을 이용할 수 있어, 제품의 제작 비용이 감소할 수 있다.
이에 따라, 공간을 확보할 수 있어, 제품의 크기를 소형화할 수 있다.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4 및 도 5는 각각 종래와 본 발명의 일 실시예에 의한 충전 저항을 통한 충전 과정을 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 DC-링크 캐패시터와 충전 저항과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 첫 번째 설계 사상에 의한 DC-링크 전압의 충전 시간 및 충전 저항의 온도를 종래 대비 설명하기 위한 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 두 번째 설계 사상에 의한 DC-링크 전압의 충전 시간 및 충전 저항의 온도를 종래 대비 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110), 정류부(110)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터(120), 컨버터(120)를 제어하는 컨버터 제어부(130), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(140), 인버터(140)를 제어하는 인버터 제어부(150)와, 그리고 컨버터(120)와 인버터(140) 사이의 DC-링크(DC-link) 캐패시터(C)를 포함할 수 있다.
이러한 인버터(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급된다. 여기서, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(100)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
그러나 모터(200)는 압축기 모터에 제한되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.
한편, 모터 구동장치(100)는, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
모터 구동장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.
컨버터(120)는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터(120)는 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 컨버터(120)는 정류부(110)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(120)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.
정류부(110)는, 단상 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터(120) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(110)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.
이와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
이러한 컨버터(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L1), 이 인덕터(L1)에 연결되는 스위칭 소자(Q1), 이러한 스위칭 소자(Q1)와 병렬로 연결되는 캐패시터(C), 및 스위칭 소자(Q1)와 DC-링크 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
승압 컨버터(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, DC-링크 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.
여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
이러한 스위칭 소자(Q1)는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
이와 같이, 컨버터 제어부(130)는 컨버터(120) 내의 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호(Sc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(D)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 컨버터(120) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(110)를 거친 출력 전압이 DC-링크 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
DC 전압 검출부(B)는 DC-링크 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC-링크 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC-링크 캐패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(140)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(200)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(140)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.
컨버터(120)와 마찬가지로, 인버터의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
인버터 제어부(150)는, 인버터(140)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터(140)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(200)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC-링크 캐패시터(C) 양단인 DC-링크 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC-링크 전압(Vdc)은 DC-링크 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(140)와 모터(200) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(200)에 흐르는 전류를 검출한다. 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.
출력전류 검출부(E)는 인버터(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전력 변환 장치 중에서 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터(120)에 해당하는 구성을 주로 도시하고 있다.
도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
즉, 위에서 설명한 바와 같이, 컨버터(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, DC-링크 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.
여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자(Q1)의 게이트(gate; 또는 베이스) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
이와 같은 컨버터(120)의 동작에 의하여 정류부(110)에서 정류된 전압은 승압 및 평활되고, 이러한 승압 및 평활된 전압은 DC-링크 캐패시터(C)에 저장될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, DC-링크 캐패시터(C)에는 인버터(140)가 연결될 수 있다.
한편, 도 1을 참조하여 언급한 바와 같이, DC-링크 캐패시터(C)에 저장된 DC-링크 전압(Vdc)은 DC-링크 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 교류 전원(10)과 정류부(110) 사이에는 파워 릴레이(320)가 위치한다.
또한, 이러한 파워 릴레이(320)와 병렬로 연결되는 충전 저항(Rc)을 포함하여, DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 충전 저항(Rc)을 통하여 전류가 불연속적으로 흐르도록 전류의 흐름을 제어하고, DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 파워 릴레이(32)를 연결하는 충전 조절부(300)가 구비된다.
이와 같은 파워 릴레이(320) 및 충전 조절부(300)는 전력 변환 장치에 최초 전원 인가 시 유입되는 돌입 전류로부터 전력 변환 장치를 보호하기 위하여 구비될 수 있다.
여기서, 충전 조절부(300)는, 교류 전원(10)과 충전 저항(Rc) 사이에 연결되는 충전 릴레이(310) 및 이 파워 릴레이(320) 및 충전 릴레이(310)를 제어하는 제어부(330)를 포함할 수 있다.
이때, 충전 조절부(300)의 제어부(330)는, DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 충전 릴레이(310)를 온/오프(on/off) 동작시킬 수 있다.
이와 같이, 충전 조절부(300)는, 충전 저항(Rc)을 통하여 전류가 불연속적으로 흐르도록 전류의 흐름을 제어하여, DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지의 시간을 두 배 이상 연장할 수 있다.
이때, 충전 조절부(300)의 제어부(330)는, 충전 릴레이(310)를 주기적으로 온/오프 동작시킬 수 있다.
이와 같이, 충전 릴레이(310)의 제어를 통해 충전 저항(Rc)에 수 msec 동안만 돌입전류가 인가될 수 있도록 한다. 즉, 충전 릴레이(310)의 하나의 온(on) 타이밍 시에는 충전 저항(Rc)을 통하여 수 msec 동안만 전류가 흐를 수 있도록 제어할 수 있다.
즉, 전류가 충전 저항(Rc)을 통과할 때의 에너지량과 발열량에 시간 공백을 발생시키기 위해 충전 저항(Rc)에 전류가 흐르는 시간을 조절할 수 있다.
이와 같이, 전원 인가 시 최초 충전 릴레이(310)의 기동 이후에 충전 저항(Rc)을 주기적으로 제어하여 충전 저항(Rc)에 전류가 흐르는 시간을 조절할 수 있다.
충전 조절부(300)의 제어부(330)는, 충전 릴레이(310)의 온/오프 주기가 1:1 내지 1:1.5가 되도록 충전 릴레이(310)를 제어할 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 종래와 본 발명의 일 실시예에 의한 충전 저항을 통한 충전 과정을 나타내는 그래프이다.
통상적으로 전원의 최초 인가시 인가 전류(current)에 의하여 4초(t1) 이내에 DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압이 약 80% 이상 충전될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 충전 시간(t2)이 두 배 이상 증가할 수 있다(t2 ≥ 2t1).
이와 같이, 충전 저항(Rc)에 초기에 인가되는 에너지량을 조절하여 최적 스펙의 충전 저항(Rc)이 사용될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 작은 용량의 충전 저항(Rc)을 이용할 수 있어, 충전 저항(Rc)의 크기를 줄일 수 있고, 이로 인하여 공간을 확보할 수 있으며, 이에 따른 제작 비용도 감소할 수 있다.
도 6 및 도 7은 DC-링크 캐패시터와 충전 저항과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 전력 변환 장치(100)는 DC-링크(DC link) 캐패시터(C)를 포함하며, 이러한 DC-링크 캐패시터(C)로서 보통 전해 캐패시터가 이용된다.
도 6에서 도시하는 바와 같이, 제품의 종류에 따라, 예를 들어, 공기 조화기의 용량이 대용량화되어, 이러한 DC-링크 캐패시터(C)의 용량이 커지는 경우에는, DC-링크 캐패시터(C)의 충전 시간이 길어진다. 즉, 충전 저항(Rc)을 통하여 전류가 흐르는 시간이 길어진다. 이때, 전류 피크 값은 동일하다.
도 6에 도시된 수식(하기의 수학식 1)에서, E는 정상상태의 전압 값이고, RC는 RC 필터의 시정수이다. 도 6을 참조하면, RC 시정수를 τ로 나타낼 때, τ가 커질수록 충전 시간이 길어지는 것을 알 수 있다. 즉, 캐패시터(C) 용량이 커질수록 충전 시간은 길어진다.
이러한 상황에서는, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 충전 전류가 흐르는 시간이 길어져서 충전 저항(Rc)에 발생하는 열이 증가할 수 있다.
즉, 용량이 제1전해 캐패시터(전해Cap1)에서 제3전해 캐패시터(전해Cap3) 순으로 커지는 경우, 이에 따라 충전 전류가 증가하여, 충전 저항(Rc)의 온도가 함께 증가함을 알 수 있다.
이로 인하여, DC-링크 캐패시터(C)의 용량이 커질수록 큰 용량의 충전 저항(Rc)을 이용해야 한다. 이와 같이 큰 용량의 충전 저항(Rc)을 이용하면 제작 비용이 증가할 뿐 아니라, 더 큰 부피를 차지하게 된다. 이로 인하여 제품의 개발 마진이 줄어들거나 제품 자체가 커질 수 있다. 또한, 발열로 인한 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 위에서 설명한 바와 같은 본 발명을 이용하면 이와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 충전 조절부(300)를 이용하여 DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 충전 릴레이(310)를 온/오프(on/off) 동작시켜, DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지의 시간을 두 배 이상 연장할 수 있다.
이로 인하여, 위에서 설명한 원리에 따라 충전 저항(Rc)의 온도가 종래 대비 낮아질 수 있다. 따라서 충전 저항(Rc)의 발열로 인한 문제를 해결할 수 있다.
또한, 작은 크기의 충전 저항(Rc)을 이용할 수 있어, 제품의 제작 비용이 감소할 수 있다.
이에 따라, 공간을 확보할 수 있어, 제품의 크기를 소형화할 수 있다.
세부적으로, 이러한 본 발명을 구현하는데 있어서 두 가지의 설계 사상이 반영될 수 있다.
첫 번째는 충전 조절부(300)에 포함된 충전 릴레이(310)의 오프 시간을 상대적으로 짧게 하는 경우이고, 두 번째는 충전 조절부(300)에 포함된 충전 릴레이(310)의 오프 시간을 상대적으로 짧게 하는 경우이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 첫 번째 설계 사상에 의한 DC-링크 전압의 충전 시간 및 충전 저항의 온도를 종래 대비 설명하기 위한 그래프이다.
또한, 도 10 및 도 11은 본 발명의 두 번째 설계 사상에 의한 DC-링크 전압의 충전 시간 및 충전 저항의 온도를 종래 대비 설명하기 위한 그래프이다.
첫 번째 설계 사상에 따라 충전 릴레이(310)의 오프 시간을 상대적으로 짧게하면, 도 8에서 도시하는 바와 같이, DC-링크 전압의 충전 시간은 비교적 짧게 된다. 즉, 본 발명에 의한 DC-링크 전압의 충전 시간(B: t2)은 종래(기존)의 경우(A; t1)보다 크게 증가하지 않을 수 있다. 이와 같이, 충전 시간이 두 번째 설계 사상보다는 짧을 수 있다.
그러나, 도 9에서 도시하는 바와 같이, 충전 저항의 온도는 비교적 높을 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 충전 저항의 온도(D)는 종래(기존)의 경우(C)보다 크게 감소하지 않을 수 있다. 이와 같이, 충전 저항의 온도는 두 번째 설계 사상보다 높을 수 있다.
두 번째 설계 사상에 따라 충전 릴레이(310)의 오프 시간을 상대적으로 짧게하면, 도 10에서 도시하는 바와 같이, DC-링크 전압의 충전 시간은 비교적 길게 된다. 즉, 본 발명에 의한 DC-링크 전압의 충전 시간(F: t2)은 종래(기존)의 경우(E; t1)보다 상대적으로 크게 증가할 수 있다. 이와 같이, 충전 시간이 첫 번째 설계 사상보다는 길어질 수 있다.
그러나, 도 11에서 도시하는 바와 같이, 충전 저항의 온도는 더 낮아질 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 충전 저항의 온도(H)는 종래(기존)의 경우(G)보다 크게 감소할 수 있다. 이와 같이, 충전 저항의 온도가 첫 번째 설계 사상보다 낮아질 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 전력 변환 장치 110: 정류부
120: 컨버터 130: 컨버터 제어부
140: 인버터 150: 인버터 제어부
200: 모터 300: 충전 조절부
310: 충전 릴레이 320: 파워 릴레이
330: 제어부

Claims (10)

  1. 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 위치하는 파워 릴레이;
    상기 정류부의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터; 및
    상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항을 포함하여, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 충전 저항을 통하여 전류가 불연속적으로 흐르도록 전류의 흐름을 제어하고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 파워 릴레이를 연결하는 충전 조절부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전 조절부는,
    상기 교류 전원과 상기 충전 저항 사이에 연결되는 충전 릴레이; 및
    상기 파워 릴레이 및 상기 충전 릴레이를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 충전 릴레이를 온/오프 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 충전 릴레이를 주기적으로 온/오프 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 온/오프 주기가 1:1 내지 1:1.5가 되도록 상기 충전 릴레이를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 충전 조절부는, 상기 충전 저항을 통하여 전류가 불연속적으로 흐르도록 전류의 흐름을 제어하여, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지의 시간을 두 배 이상 연장하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 위치하는 파워 릴레이;
    상기 정류부의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터; 및
    상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항 및 상기 충전 저항과 직렬 연결되는 충전 릴레이를 포함하여, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 충전 릴레이를 온/오프 동작시키고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 파워 릴레이를 연결하는 충전 조절부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 충전 릴레이를 주기적으로 온/오프 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 충전 조절부의 제어부는, 상기 온/오프 주기가 1:1 내지 1:1.5가 되도록 상기 충전 릴레이를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
KR1020170016045A 2017-02-06 2017-02-06 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 KR101901947B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170016045A KR101901947B1 (ko) 2017-02-06 2017-02-06 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170016045A KR101901947B1 (ko) 2017-02-06 2017-02-06 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180091193A KR20180091193A (ko) 2018-08-16
KR101901947B1 true KR101901947B1 (ko) 2018-09-28

Family

ID=63443720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170016045A KR101901947B1 (ko) 2017-02-06 2017-02-06 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101901947B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011109788A (ja) 2009-11-17 2011-06-02 Cosel Co Ltd 突入電流制限回路
JP2013027095A (ja) 2011-07-19 2013-02-04 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置の初期充電装置
WO2015097868A1 (ja) 2013-12-27 2015-07-02 三菱電機株式会社 電力変換装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011109788A (ja) 2009-11-17 2011-06-02 Cosel Co Ltd 突入電流制限回路
JP2013027095A (ja) 2011-07-19 2013-02-04 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置の初期充電装置
WO2015097868A1 (ja) 2013-12-27 2015-07-02 三菱電機株式会社 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180091193A (ko) 2018-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100823922B1 (ko) 직류 전원 공급 장치 및 그 방법
KR101911263B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR102362713B1 (ko) 열 소손 방지 기능을 포함하는 전력 변환 장치
KR101911262B1 (ko) 노이즈 저감 기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
JP6591092B2 (ja) コンバータ装置、モータ駆動装置、冷蔵庫、空気調和装置及びヒートポンプ給湯装置
KR102174638B1 (ko) 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법
KR101901947B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR20110077801A (ko) 직류전원 공급장치 및 직류전원 공급방법
KR102043216B1 (ko) 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기
KR20180085999A (ko) 고조파 제어 전원 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 고조파 제어 방법
KR102069068B1 (ko) 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기
KR102015440B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR101832783B1 (ko) 대기 전력 기능을 포함하는 전원 장치 및 이를 포함하는 제습기
KR102007852B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
JP6522227B2 (ja) コンバータ回路、インバータ回路および空気調和機の電力変換装置
KR102069067B1 (ko) 리플 저감 정류부를 포함하는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR102160049B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR20190019331A (ko) 전력 변환 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 그 제어 방법
KR102287893B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR20200065915A (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR102036113B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR102183348B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
JP2020167747A (ja) 電源装置、駆動装置、制御方法、及びプログラム
KR20180087596A (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
KR20190004524A (ko) 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant