KR101925035B1

KR101925035B1 - 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Info

Publication number: KR101925035B1
Application number: KR1020170060267A
Authority: KR
Inventors: 이광수; 박지호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-12-04
Also published as: KR20180125690A

Abstract

인버터부의 과부하를 방지할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, 컨버터부와 인버터부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 DC 링크 캐패시터와, 인버터부를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는 인버터부의 온도 및 출력 전류를 센싱하고 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터부의 안전 운용 영역(Safe Operation Area) 내에 포함되는지를 확인하고 센싱된 온도 및 출력 전류가 상기 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 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, 인버터부의 과부하를 방지할 수 있는 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 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다.

우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 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 있고, 컨버터와 인버터 사이에는 DC 링크 캐패시터가 구비될 수 있다.

여기서, 인버터는 효율, 가격, 신뢰성이 중요한 요소인데, 이러한 중요 요소들에 영향을 가장 많이 끼치는 부품이 인버터 스위치 등과 같은 전력 소자들이다.

인버터 스위치와 같은 전력 소자들은, 전압, 전류, 허용 온도 등에 따라 수명이나 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다.

특히, 인버터 스위치는, 급격한 온도 변화 약하기 때문에, 인버터부의 단락, 과부하, 과온도 등의 외부 환경에 의해 소손되어 수명이 저하될 수 있다.

따라서, 향후 인버터 스위치의 급격한 온도 변화를 관리하여 인버터 스위치의 소손 없이 수명을 연장할 수 있는 전력 변환 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 인버터부로부터 센싱된 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 인버터부의 최대 출력 전류를 제한함으로써 온도 과열을 미리 방지하여 인버터 수명을 연장할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.

또 다른 목적은, DC 링크 캐패시터의 DC 링크 전압을 토대로 인버터부의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 가변시켜 제한함으로써 인버터의 온도 변화를 완만하게 관리하여 인버터 수명을 최장으로 연장할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치는, 정류부, 컨버터부, 그리고 인버터부를 포함하고, 컨버터부와 인버터부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 DC 링크 캐패시터와, 인버터부를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는 인버터부의 온도 및 출력 전류를 센싱하고 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터부의 안전 운용 영역(Safe Operation Area) 내에 포함되는지를 확인하고 센싱된 온도 및 출력 전류가 상기 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 수 있다.

여기서, 인버터 제어부는 인버터부의 온도를 센싱하는 제1 센싱부와, 인버터부의 출력 전류를 센싱하는 제2 센싱부와, 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인하고 센싱된 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 인버터부의 최대 출력 전류를 제한하는 제어부를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명은 인버터부의 운용 영역에 포함되는 온도 및 출력 전류 데이터를 저장하는 메모리부를 더 포함하고, 제어부는 메모리부에 저장된 온도 및 출력 전류 데이터를 토대로 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인할 수 있다.

여기서, 인버터부의 운용 영역은 안전 운용 영역과 최대 운용 영역을 포함하고, 안전 운용 영역은 최대 운용 영역 내에 포함될 수 있다.

또한, 본 발명은 DC 링크 캐패시터의 양단에 걸리는 DC 링크 전압을 센싱하는 제3 센싱부를 더 포함하고, 제어부는 센싱된 DC 링크 전압을 토대로 인버터부의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 제한할 수 있다.

다음, 인버터부는 다수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 포함하고, 제어부는 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 때, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 수 있다.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 인버터부로부터 센싱된 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 인버터부의 최대 출력 전류를 제한함으로써 온도 과열을 미리 방지하여 인버터 수명을 연장할 수 있다.

또한, 본 발명은 DC 링크 캐패시터의 DC 링크 전압을 토대로 인버터부의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 가변시켜 제한함으로써 인버터의 온도 변화를 완만하게 관리하여 인버터 수명을 최장으로 연장할 수 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 인버터 제어부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 4는 온도 센서와 방열판과의 연결을 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 인버터의 최대 운용 영역을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 인버터의 최대 운용 영역을 가변하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 인버터의 온도 측정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 인버터의 최대 출력 전류 제한에 따른 인버터 온도를 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명 제1 실시예에 따른 전력 변환 장치의 최대 출력 전류 제한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 본 발명 제2 실시예에 따른 전력 변환 장치의 최대 출력 전류 제한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(1000)는 교류 전원(100)을 정류하는 정류부(1100), 정류부(1100)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터부(1200), 컨버터부(1200)를 제어하는 컨버터 제어부(1300), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터부(1400), 인버터부(1400)를 제어하는 인버터 제어부(1500)와, 그리고 컨버터부(1200)와 인버터부(1400) 사이의 DC 링크 캐패시터(C)(1600)를 포함할 수 있다.

이러한 인버터부(1400)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(2000)에 공급된다. 여기서, 모터(2000)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(2000)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(1000)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.

그러나 모터(2900)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, 전력 변환 장치(1000)는, 압축기 모터를 구동하기 위하여, DC 링크 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.

전력 변환 장치(1000)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(2000)에 변환된 전력을 공급한다.

컨버터부(1200)는, 입력 교류 전원(100)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터부(1200)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, 컨버터부(1200)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.

정류부(1100)는, 단상 교류 전원(100)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터부(1200) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(1100)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.

이와 같이, 컨버터부(1200)는 정류부(1100)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.

이러한 컨버터부(1200)는, 정류부(1100)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 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.

컨버터부(1200)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 승압 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, 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 신호는, 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 인가되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작을 구동시킬 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(1300)는 컨버터부(1200) 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(1300)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.

그리고, 정류부(1100)를 거친 출력 전압은, DC 링크 캐패시터(C)(1600)에 충전되거나 인버터부(1400)를 구동할 수 있다.

입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(100)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(1100) 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(1300)에 인가될 수 있다.

다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(100)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(1100) 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(1300)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)(1600)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(1500)에 인가될 수 있으며, DC 링크 캐패시터(C)(1600)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.

한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(1300)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.

인버터부(1400)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(2000)에 출력할 수 있다.

구체적으로, 인버터부(1400)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.

컨버터부(1200)와 마찬가지로, 인버터부의 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(1500)는, 인버터부(1400)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터부(1400)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(2000)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC 링크 캐패시터(C)(1600) 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, 인버터부(1400)와 모터(2000) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(2000)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 인버터부(1400)와 모터부(2000) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.

또한, 인버터 제어부(1500)는 인버터(1400)의 온도 및 출력 전류를 센싱하고, 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터(1400)의 안전 운용 영역(Safe Operation Area) 내에 포함되는지를 확인하고, 센싱된 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 인버터(1400)의 최대 출력 전류를 제한할 수 있다.

여기서, 인버터 제어부(1500)는 메모리에 저장된 온도 및 출력 전류 데이터를 토대로, 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터(1400)의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인할 수 있다.

그리고, 인버터 제어부(1500)는 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 내에 포함되지 않거나 또는 측정된 DC 링크 전압에 따라 인버터(1400)의 최대 출력 전류를 특정 최대 출력 전류로 가변하여 제한할 수 있다.

일 예로, 가변된 특정 최대 출력 전류는 최초 최대 출력 전류보다 더 작은 값일 수 있다.

따라서, 가변된 특정 최대 출력 전류와 최초 최대 출력 전류 사이에는 일정 마진(margin)이 존재할 수 있다.

여기서, 가변된 특정 최대 출력 전류와 최초 최대 출력 전류 사이의 차가 너무 작으면 인버터의 과열 및 과부하 위험이 존재하여 수명 저하를 초래할 수 있고, 가변된 특정 최대 출력 전류와 최초 최대 출력 전류 사이의 차가 너무 크면 인버터의 구동 효율이 저하될 수 있다.

이처럼, 가변된 특정 최대 출력 전류가 최초 최대 출력 전류보다 더 작은 값인 이유는 센싱된 인버터의 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 내에 포함되지 않을 경우, 인버터가 과열되거나 또는 과부하될 위험이 있으므로, 미리 인버터의 최대 출력 전류를 특정 최대 출력 전류로 감소하도록 가변함으로써, 인버터의 과열 및 과부하를 사전에 미리 차단할 수 있기 때문이다.

경우에 따라, 인버터 제어부(1500)는 DC 링크 전압을 토대로 인버터(1400)의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 제한할 수 있다.

여기서, 제1 최대 전류값은 미리 설정된 고정값일 수 있고, 제2 최대 전류값은 센싱된 DC 링크 전압의 크기에 따라 가변되는 가변값일 수 있다.

일 예로, 제2 최대 전류값은 제1 최대 전류값보다 더 작은 값으로 감소하는 가변값일 수 있다.

그리고, 제2 최대 전류값은 센싱된 DC 링크 전압의 크기가 클수록 증가할 수 있다.

또한, 제1 최대 전류값과 제2 최대 전류값의 차값은 센싱된 DC 링크 전압의 크기가 클수록 감소할 수 있다.

예를 들면, 인버터 제어부(1500)는, 센싱된 DC 링크 전압이 제1 전압일 때, 인버터의 구동이 안전 운용 영역이면 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값으로 유지하고, 센싱된 DC 링크 전압이 제2 전압일 때, 인버터의 구동이 안전 운용 영역을 벗어나면 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 감소하도록 제한할 수 있다.

이어, 인버터 제어부(1500)는, 센싱된 DC 링크 전압이 제2 전압보다 더 큰 제3 전압일 때, 인버터의 구동이 안전 운용 영역을 벗어나면 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값보다 더 큰 제3 최대 전류값으로 감소하도록 제한할 수 있다.

여기서, 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 감소하는 제1 감소폭은, 제1 최대 전류값에서 제3 최대 전류값으로 감소하는 제2 감소폭보다 더 클 수 있다.

이처럼, 인버터의 최대 출력 전류의 감소폭을 DC 링크 전압의 크기에 따라 가변하는 이유는, 인버터의 최대 출력 전류를 DC 링크 전압의 크기에 상응하도록 제한하면, 인버터가 과열 및 과부하 없이 안정적으로 구동되어 수명이 연장될 수 있기 때문이다.

일 예로, DC 링크 전압의 크기가 작을 때, 인버터의 최대 출력 전류의 감소폭을 너무 작게 가변하면, 인버터의 과열 및 과부하 차단을 위한 인버터의 출력 전류 제어가 어려울 수 있고, DC 링크 전압의 크기가 클 때, 인버터의 최대 출력 전류의 감소폭을 너무 크게 가변하면, 인버터의 과열 및 과부하 차단을 위한 인버터의 출력 전류 제어가 비효율적으로 수행되어 신뢰성이 저하될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은, 인버터(1400)의 최대 출력 전류를 제한할 때, 최대 출력 전류를 특정 최대 출력 전류로만 제한하는 제1 방법과, 측정된 DC 링크 전압에 따라 최대 출력 전류를 다수의 최대 출력 전류로 가변하여 제한하는 제2 방법을 포함할 수 있다.

여기서, 제1 방법은 하나의 특정 최대 출력 전류로만 제한하는 방식이고, 제2 방법은 다수의 최대 출력 전류 중 측정된 DC 링크 전압에 상응하는 특정 최대 출력 전류로 제한하는 방식이다.

다음, 인버터 제어부(1500)는 인버터(1400)의 최대 출력 전류를 제한할 때, 컨버터(1200)를 제어하여 DC 링크 전압을 가변시킬 수 있다.

여기서, 인버터 제어부(1500)는 컨버터(1200)를 제어하여 DC 링크 전압을 가변시킬 때, DC 링크 전압을 더 낮출 수 있다.

즉, 인버터 제어부(1500)는 인버터의 현재 출력 전류가 제한된 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 DC 링크 전압을 가변시킬 수 있다.

경우에 따라, 인버터 제어부(1500)는 인버터(1400)의 최대 출력 전류를 제한할 때, 인버터(1400)의 스위칭 주파수를 가변시킬 수 있다.

여기서, 인버터 제어부(1500)는 인버터(1400)의 스위칭 주파수를 가변시킬 때, 스위칭 주파수를 더 낮출 수 있다.

즉, 인버터 제어부(1500)는 인버터의 현재 출력 전류가 제한된 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 인버터(1400)의 스위칭 주파수를 가변시킬 수 있다.

다른 경우로서, 인버터 제어부(1500)는 인버터(1400)의 최대 출력 전류를 제한할 때, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 수 있다.

여기서, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)는, 인버터(1400)의 스위칭 소자들일 수 있다.

일 예로, 인버터 제어부(1500)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 때, 컬렉터 전류를 감소시킬 수 있다.

즉, 인버터 제어부(1500)는 인버터의 현재 출력 전류가 제한된 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 인버터(1400)의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 수 있다.

또 다른 경우로서, 인버터 제어부(1500)는 인버터(1400)의 최대 출력 전류를 제한할 때, 인버터(1400)에 입력되는 전류를 가변시킬 수 있다.

여기서, 인버터 제어부(1500)는 인버터(1400)에 입력되는 전류를 가변시킬 때, 인버터(1400)에 입력되는 전류를 감소시킬 수 있다.

즉, 인버터 제어부(1500)는 인버터의 현재 출력 전류가 제한된 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 인버터(1400)에 입력되는 전류를 가변시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명은, 인버터로부터 센싱된 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 인버터의 최대 출력 전류를 제한함으로써 온도 과열을 미리 방지하여 인버터 수명을 연장할 수 있다.

또한, 본 발명은 DC 링크 캐패시터의 DC 링크 전압을 토대로 인버터의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 가변시켜 제한함으로써 인버터의 온도 변화를 완만하게 관리하여 인버터 수명을 최장으로 연장할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 인버터 제어부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 인버터 제어부(1500)는 제1 센싱부(1510), 제2 센싱부(1520), 제어부(1530) 및 메모리부(1540)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 센싱부(1510)는 인버터부의 온도를 센싱하고, 제2 센싱부(1520)는 인버터부의 출력 전류를 센싱할 수 있다.

일 예로, 제1 센싱부(1510)는 인버터부의 열을 방출하는 히트 싱크의 온도를 측정할 수 있다.

여기서, 제어부(1530)는 제1 센싱부(1510)로부터 측정된 히트 싱크의 온도를 토대로 센싱된 온도가 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인할 수 있다.

또한, 메모리부(1540)는 인버터부의 운용 영역에 포함되는 온도 및 출력 전류 데이터를 저장할 수 있다.

여기서, 제어부(1530)는 메모리부(1540)에 저장된 온도 및 출력 전류 데이터를 토대로, 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인할 수 있다.

일 예로, 인버터부의 운용 영역은 안전 운용 영역과 최대 운용 영역을 포함할 수 있는데, 안전 운용 영역은 최대 운용 영역 내에 포함될 수 있다.

인버터부의 최대 운용 영역은 인버터부의 온도 범위가 0도 ~ 최대 온도까지일 때, 인버터부의 온도 범위에 상응하는 최대 출력 전류 범위를 포함할 수 있다.

그리고, 인버터부의 최대 운용 영역은 센싱된 온도 및 출력 전류에 따라 가변될 수 있다.

인버터부의 안전 운용 영역은 인버터부의 온도 범위가 0도 ~ 안전 온도까지일 때, 인버터부의 온도 범위에 상응하는 정격 출력 전류를 포함할 수 있다.

그리고, 인버터부의 안전 운용 영역은 센싱된 온도 및 출력 전류에 관계없이 고정될 수 있다.

경우에 따라, 인버터 제어부(1500)는 DC 링크 캐패시터의 양단에 걸리는 DC 링크 전압을 센싱하는 제3 센싱부를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 제어부(1530)는 센싱된 DC 링크 전압을 토대로 인버터부의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 제한할 수 있다.

일 예로, 제1 최대 전류값은 미리 설정된 고정값일 수 있고, 제2 최대 전류값은 센싱된 DC 링크 전압의 크기에 따라 가변되는 가변값일 수 있다.

제2 최대 전류값은 제1 최대 전류값보다 더 작은 값으로 감소하는 가변값일 수 있으며, 제2 최대 전류값은 센싱된 DC 링크 전압의 크기가 클수록 증가할 수 있다.

한편, 제어부(1530)는 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인하고, 센싱된 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 수 있다.

여기서, 제어부(1530)는 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 때, 상기 컨버터부를 제어하여 상기 DC 링크 전압을 가변시킬 수 있는데, 제어부(1530)는 컨버터부를 제어하여 DC 링크 전압을 가변시킬 때, DC 링크 전압을 더 낮출 수 있다.

DC 링크 전압을 가변시키는 이유는, 현재의 DC 링크 전압을 낮출 경우, 인버터부의 스위칭 주파수가 낮아져서 인버터부의 출력 전류를 감소시킬 수 있기 때문이다.

경우에 따라, 제어부(1530)는 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 때, 인버터부의 스위칭 주파수를 가변시킬 수 있는데, 제어부(1530)는 인버터부의 스위칭 주파수를 가변시킬 때, 스위칭 주파수를 더 낮출 수 있다.

인버터부의 스위칭 주파수를 가변시키는 이유는, 인버터부의 현재 스위칭 주파수를 낮출 경우, 인버터부의 출력 전류를 감소시킬 수 있기 때문이다.

다른 경우로서, 인버터부는 다수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 포함할 수 있는데, 제어부(1530)는 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 때, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 수 있다.

여기서, 제어부(1530)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 때, 컬렉터 전류를 감소시킬 수 있다.

컬렉터 전류를 가변시키는 이유는, 인버터 스위칭 소자의 현재 컬렉터 전류를 감소시킬 경우, 인버터의 출력 전류를 감소시킬 수 있기 때문이다.

또 다른 경우로서, 제어부(1530)는 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 때, 인버터부에 입력되는 전류를 가변시킬 수 있는데, 제어부(1530)는 인버터부에 입력되는 전류를 가변시킬 때, 인버터부에 입력되는 전류를 감소시킬 수 있다.

여기서, 인버터부에 입력되는 전류를 가변시키는 이유는 인버터부의 입력 전류를 감소시킬 경우, 인버터의 출력 전류를 감소시킬 수 있기 때문이다.

이와 같이, 인버터 제어부는 인버터의 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역을 벗어나면 인버터의 최대 출력 전류를 낮은 레벨로 제한함으로써, 인버터의 과열 및 과부하를 방지하여 온도 상승을 억제하고 수명을 연장시킬 수 있다.

즉, 인버터 제어부는 인버터의 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역을 벗어나면 인버터의 최대 출력 전류를 낮은 레벨로 제한하여, 실제 최대 출력 전류에서 전류 제한을 수행하지 않고, 실제 최대 출력 전류보다 낮은 레벨로 가변된 최대 출력 전류에서 전류 제한이 수행되므로, 인버터의 과열 및 과부하 없이 안정적으로 구동시킬 수 있어 인버터의 온도 상승을 억제할 수 있다.

도 4는 온도 센서와 방열판과의 연결을 보여주는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 센싱부(1510)는 인버터부(1400)의 온도를 센싱하는 역할을 수행할 수 있다.

여기서, 제1 센싱부(1510)는 인버터부(1400)의 온도를 센싱할 때, 인버터부(1400)의 열을 방출하는 히트 싱크(1900)의 온도를 측정할 수 있다.

일 예로, 히트 싱크(1900)는 인버터부(1400)에 접촉되어 인버터부(1400)의 열을 방출하는 방열판(1910)과, 방열판(1910)으로부터 돌출되는 다수의 방열핀(1920)들을 포함할 수 있다.

그리고, 제1 센싱부(1510)는 제1 센서(1512)와 제 2 센서(1514)를 포함할 수 있는데, 제1 센서(1512)는 히트 싱크(1900)의 방열판(1910)에 연결되고, 제2 센서(1514)는 히트 싱크(1900)의 방열핀(1920)에 연결될 수 있다.

여기서, 제1 센서(1512)는 히트 싱크(1900)의 방열판(1910) 온도를 측정하는 역할을 수행하고, 제2 센서(1514)는 히트 싱크(1900)의 방열핀(1920) 온도를 측정하는 역할을 수행할 수 있다.

이 경우, 인버터 제어부는 제1 센서(1512)로부터 측정된 히트 싱크(1900)의 방열판(1910) 온도를 토대로 센싱된 온도가 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인할 수 있다.

인버터 제어부가 히트 싱크(1900)의 방열판(1910) 온도를 토대로 인버터부의 상태를 확인하는 이유는, 히트 싱크(1900)의 방열판(1910)이 인버터부(1400)에 가장 넓게 접촉되므로, 인버터부(1400)의 열이 방열판(1910)으로 바로 전달되기 때문이다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 인버터의 최대 운용 영역을 보여주는 그래프이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 인버터부의 운용 영역에 포함되는 온도 및 출력 전류 데이터를 저장할 수 있다.

여기서, 인버터의 운용 영역은, 인버터 온도에 따른 출력 전류에 상응하는 인버터의 운전 범위를 의미한다.

인버터의 운용 영역 a은, 안전 운용 영역 c와 최대 운용 영역 b를 포함할 수 있다.

그리고, 안전 운용 영역 c는, 최대 운용 영역 b 내에 포함될 수 있다.

인버터의 최대 운용 영역 b는, 인버터의 온도 범위가 0도 ~ 최대 온도까지일 때, 인버터의 온도 범위에 상응하는 최대 출력 전류 범위를 포함할 수 있다.

여기서, 인버터의 최대 운용 영역 b는, 도 5와 같이 특정 온도에 상응하는 특정 출력 전류로 제한되는 것이 아니라, 도 6과 같이 측정 온도 및 출력 전류에 따라 가변될 수 있다.

따라서, 본 발명은, 인버터의 온도 및 출력 전류를 센싱하고 센싱된 온도 및 출력 전류를 토대로 인버터의 최대 출력 전류를 낮은 레벨로 가변하여 제한함으로써, 인버터의 최대 운용 영역 b를 가변할 수 있다.

여기서, 도 6과 같이, 인버터의 최대 출력 전류는, 센싱 온도 및 출력 전류에 따라 제1 최대 출력 전류에서 제2 최대 출력 전류로 가변될 수 있다.

이때, 제1 최대 출력 전류에 상응하는 인버터의 운용 영역 a와 제2 최대 출력 전류에 상응하는 인버터의 최대 운용 영역 b는 일정 마진(margin) d을 가질 수 있다.

즉, 인버터의 실제 최대 출력 전류와 인버터의 가변 최대 출력 전류 사이에는 일정한 감소 폭을 가질 수 있다.

이처럼, 본 발명은, 인버터의 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역을 벗어나면 도 5와 같이 인버터의 최대 출력 전류를 특정값으로 제한하여 인버터의 운전을 정지하는 것이 아니라, 도 6과 같이, 인버터의 최대 출력 전류를 측정된 온도 및 출력 전류에 따라 임의의 낮은 레벨로 가변하여 제한함으로써, 인버터를 정지하지 않고 인버터를 제어하여 인버터가 과열 및 과부하가 되지 않도록 지속적이고 안정적으로 운전을 수행하게 할 수 있다.

즉, 본 발명의 인버터 제어부는 인버터의 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역을 벗어나면 인버터의 최대 출력 전류를 낮은 레벨로 제한하여, 실제 최대 출력 전류에서 전류 제한을 수행하지 않고, 실제 최대 출력 전류보다 낮은 레벨로 가변된 최대 출력 전류에서 전류 제한을 수행함으로써, 인버터의 과열 및 과부하 없이 안정적으로 구동시킬 수 있어 인버터의 온도 상승을 억제할 수 있다.

또한, 인버터의 안전 운용 영역 c는, 인버터의 온도 범위가 0도 ~ 안전 온도까지일 때, 인버터의 온도 범위에 상응하는 정격 출력 전류를 포함할 수 있다.

여기서, 인버터의 안전 운용 영역 c는, 센싱된 온도 및 출력 전류에 관계없이 고정될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 인버터의 최대 운용 영역을 가변하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 인버터의 온도와 출력 전류에 상응하는 실제 최대 운용 영역 a가 미리 설정될 경우, 본 발명은, 인버터의 온도와 출력 전류에 상응하는 실제 최대 운용 영역 a를 DC 링크 전압에 따라 가변된 최대 운용 영역 b로 미리 설정할 수 있다.

여기서, 가변된 최대 운용 영역 b는, DC 링크 전압을 토대로 인버터의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 제한할 수 있다.

예를 들면, 인버터 제어부는, 센싱된 DC 링크 전압이 제1 전압일 때, 인버터의 구동이 안전 운용 영역이면 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값으로 유지하고, 센싱된 DC 링크 전압이 제2 전압일 때, 인버터의 구동이 안전 운용 영역을 벗어나면 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 감소하도록 제한할 수 있다.

이어, 인버터 제어부는, 센싱된 DC 링크 전압이 제2 전압보다 더 큰 제3 전압일 때, 인버터의 구동이 안전 운용 영역을 벗어나면 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값보다 더 큰 제3 최대 전류값으로 감소하도록 제한할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은, 인버터의 최대 출력 전류를 제한할 때, 최대 출력 전류를 특정 최대 출력 전류로만 제한하는 제1 방법과, 측정된 DC 링크 전압에 따라 최대 출력 전류를 다수의 최대 출력 전류로 가변하여 제한하는 제2 방법을 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 인버터의 온도 측정 과정을 설명하기 위한 도면이고 도 9 및 도 10은 인버터의 최대 출력 전류 제한에 따른 인버터 온도를 측정한 그래프이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 인버터의 온도를 센싱하고 센싱된 온도를 토대로 인버터의 최대 출력 전류를 제한할 수 있다.

본 발명은 인버터의 열을 방출하는 히트 싱크의 온도를 측정함으로써, 인버터의 온도를 알 수 있다.

또한, 본 발명은 히트 싱크의 방열판 온도 Ts를 측정하여 인버터의 온도를 알 수 있고, 히트 싱크의 방열핀 온도 Tc를 측정하여 인버터의 온도 변화를 알 수 있다.

즉, 본 발명은 히트 싱크의 방열판 온도 Ts를 측정하여 인버터 온도를 센싱하고, 센싱된 인버터 온도를 토대로 인버터의 최대 출력 전류를 가변하며, 가변된 최대 출력 전류를 토대로 인버터 출력 전류를 제한함으로써, 인버터 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

도 9는 센싱된 인버터 온도를 토대로 인버터의 최대 출력 전류를 가변하지 않고 미리 설정된 최대 출력 전류로 제한한 일 실시예에 따른 인버터 온도 변화를 보여주는 그래프이다.

예를 들면, 도 9는 인버터의 최대 운용 영역이 약 130도의 온도에서 최대 출력 전류로 제한되도록 설정된 경우이고, 도 10은 인버터의 최대 운용 영역이 약 130도의 온도에서 최대 출력 전류로 제한되지 않고 약 120도 온도에서 최대 출력 전류로 가변되도록 설정된 경우이다.

도 9의 실시예는, 인버터의 운전이 시작되면 인버터 온도가 상승하다가 약 130도의 최대 온도에서 최대 출력 전류로 제한되어 인버터의 온도가 약 130도 이하로 낮아지다가 다시 상승하는 그래프 형상을 보여주고 있다.

따라서, 도 9의 실시예는 최대 출력 전류 제한에 따라 인버터의 온도가 약 30도의 온도 차이로 상승 및 하강을 반복함을 알 수 있다.

이 경우, 방열핀의 온도 Tc와 방열판의 온도 Ts가 큰 차이가 없으므로, 방열판 온도 Ts인 인버터 온도가 크게 변하는 것을 알 수 있다.

이와 같이 인버터의 온도가 큰 폭으로 가변될 경우, 인버터의 수명이 저하될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 도 10의 실시예는, 약 130도의 최대 온도에서 최대 출력 전류로 제한되지 않고 미리 약 120도의 최대 온도에서 최대 출력 전류로 제한되도록 최대 운용 영역을 가변할 수 있다.

도 10의 실시예는, 인버터의 운전이 시작되면 인버터 온도가 상승하다가 약 120도의 최대 온도에서 최대 출력 전류로 제한되어 인버터의 온도가 약 120도 이하로 낮아지다가 다시 상승하는 그래프 형상을 보여주고 있다.

따라서, 도 10의 실시예는 최대 출력 전류 제한에 따라 인버터의 온도가 약 20도의 온도 차이로 상승 및 하강을 반복함을 알 수 있다.

즉, 방열핀의 온도 Tc는 약 20도의 온도 차이로 상승 및 하강을 반복하지만, 방열판의 온도 Ts인 인버터 온도는 약 88도 온도에서 일정하게 유지되는 알 수 있다.

이와 같이 인버터의 온도가 일정할 경우, 인버터의 수명이 연장될 수 있다.

도 11은 본 발명 제1 실시예에 따른 전력 변환 장치의 최대 출력 전류 제한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 인버터 제어부는, 인버터가 구동되면 DC 링크 전압, 인버터의 온도 및 출력 전류를 센싱한다.(S10)

여기서, 인버터 온도는 제1 센싱부로부터 센싱되고, 인버터 출력 전류는 제2 센싱부로부터 센싱되며, DC 링크 전압은 제3 센싱부로부터 센싱될 수 있다.

그리고, 인버터 제어부는, 센싱된 DC 링크 전압, 인버터의 온도 및 출력 전류를 토대로 인버터의 상태 및 안전 운용 영역을 추정할 수 있다.(S20)

인버터의 운용 영역은, 안전 운용 영역과 최대 운용 영역을 포함할 수 있다.

그리고, 안전 운용 영역은, 최대 운용 영역 내에 포함될 수 있다.

인버터의 최대 운용 영역은, 인버터의 온도 범위가 0도 ~ 최대 온도까지일 때, 인버터의 온도 범위에 상응하는 최대 출력 전류 범위를 포함할 수 있다.

다음, 인버터 제어부는, 센싱된 인버터 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역 이내인지를 판단한다.(S30)

이어, 인버터 제어부는, 센싱된 인버터 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역을 벗어나면, 인버터의 최대 출력 전류를 특정값으로 제한하여 인버터의 운전을 정지하는 것이 아니라, 인버터의 최대 출력 전류를 측정된 온도 및 출력 전류에 따라 임의의 낮은 레벨로 가변하여 제한할 수 있다.(S40)

따라서, 인버터 제어부는, 인버터를 정지하지 않고 인버터를 제어하므로, 인버터가 과열 및 과부하가 되지 않도록 지속적이고 안정적으로 운전을 수행하게 할 수 있다.

즉, 인버터 제어부는 인버터의 온도 및 출력 전류가 안전 운용 영역을 벗어나면 인버터의 최대 출력 전류를 낮은 레벨로 제한하여, 실제 최대 출력 전류에서 전류 제한을 수행하지 않고, 실제 최대 출력 전류보다 낮은 레벨로 가변된 최대 출력 전류에서 전류 제한을 수행함으로써, 인버터의 과열 및 과부하 없이 안정적으로 구동시킬 수 있어 인버터의 온도 상승을 억제할 수 있다.

도 12는 본 발명 제2 실시예에 따른 전력 변환 장치의 최대 출력 전류 제한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 인버터 제어부는, 인버터가 구동되면 인버터 온도 및 출력 전류를 센싱한다.(S110)

그리고, 인버터 제어부는, 센싱된 온도 및 출력 전류가 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인한다.(S120)

다음, 인버터 제어부는, DC 링크 캐패시터의 양단에 걸리는 DC 링크 전압을 센싱한다.(S130)

이어, 인버터 제어부는, 센싱된 DC 링크 전압을 토대로 인버터부의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 제한하는데, 최대 출력 전류의 제한 폭을 결정할 수 있다.(S140)

그리고, 인버터 제어부는, 결정된 제한 폭에 상응하는 최대 출력 전류를 제한한다.(S150)

여기서, 인버터 제어부는, 인버터의 최대 출력 전류를 제한할 때, 최대 출력 전류를 특정 최대 출력 전류로만 제한하는 제1 방법과, 측정된 DC 링크 전압에 따라 최대 출력 전류를 다수의 최대 출력 전류로 가변하여 제한하는 제2 방법을 포함할 수 있다.

그리고, 인버터 제어부는, 인버터부의 입력 전류를 가변하여 인버터부의 출력 전류를 제한할 수 있다.(S160)

여기서, 인버터 제어부는 인버터에 입력되는 전류를 가변시킬 때, 인버터에 입력되는 전류를 감소시킬 수 있다.

즉, 인버터 제어부는 인버터의 현재 출력 전류가 제한된 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 인버터에 입력되는 전류를 가변시킬 수 있다.

경우에 따라, 인버터 제어부는 인버터의 최대 출력 전류를 제한할 때, 컨버터를 제어하여 DC 링크 전압을 가변시킬 수 있다.

여기서, 인버터 제어부는 컨버터를 제어하여 DC 링크 전압을 가변시킬 때, DC 링크 전압을 더 낮출 수 있다.

즉, 인버터 제어부는 인버터의 현재 출력 전류가 제한된 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 DC 링크 전압을 가변시킬 수 있다.

경우에 따라, 인버터 제어부는 인버터의 최대 출력 전류를 제한할 때, 인버터의 스위칭 주파수를 가변시킬 수도 있다.

여기서, 인버터 제어부는 인버터의 스위칭 주파수를 가변시킬 때, 스위칭 주파수를 더 낮출 수 있다.

즉, 인버터 제어부는 인버터의 현재 출력 전류가 제한된 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 인버터의 스위칭 주파수를 가변시킬 수 있다.

다른 경우로서, 인버터 제어부는 인버터의 최대 출력 전류를 제한할 때, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 수 있다.

여기서, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)는, 인버터의 스위칭 소자들일 수 있다.

일 예로, 인버터 제어부는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 때, 컬렉터 전류를 감소시킬 수 있다.

즉, 인버터 제어부는 인버터의 현재 출력 전류가 제한된 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 인버터의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시킬 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000: 전력 변환 장치 1100: 정류부
1200: 컨버터부 1300: 컨버터 제어부
1400: 인버터부 1500: 인버터 제어부
1600: DC 링크 캐패시터 2000: 모터

Claims

정류부, 컨버터부, 그리고 인버터부를 포함하는 전력 변환 장치에 있어서,
상기 컨버터부와 인버터부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 DC 링크 캐패시터; 그리고,
상기 인버터부를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고,
상기 인버터 제어부는,
상기 인버터부의 온도, 출력 전류 및 상기 DC 링크 캐패시터의 양단에 걸리는 DC 링크 전압을 센싱하고, 상기 센싱된 온도 및 출력 전류가 상기 인버터부의 안전 운용 영역(Safe Operation Area) 내에 포함되는지를 확인하고, 상기 센싱된 온도 및 출력 전류가 상기 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면, 상기 센싱된 DC 링크 전압을 토대로 인버터부의 최대 출력 전류를 제1 최대 전류값에서 제2 최대 전류값으로 제한하고, 상기 제2 최대 전류값은 상기 센싱된 DC 링크 전압의 크기가 클수록 증가하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제1 항에 있어서, 상기 인버터 제어부는,
상기 인버터부의 온도를 센싱하는 제1 센싱부;
상기 인버터부의 출력 전류를 센싱하는 제2 센싱부; 그리고,
상기 센싱된 온도 및 출력 전류가 상기 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인하고, 상기 센싱된 온도 및 출력 전류가 상기 안전 운용 영역 내에 포함되지 않으면 상기 인버터부의 최대 출력 전류를 제한하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제2 항에 있어서, 상기 제1 센싱부는,
상기 인버터부의 열을 방출하는 히트 싱크의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제3 항에 있어서, 상기 히트 싱크는,
상기 인버터부에 접촉되어 상기 인버터부의 열을 방출하는 방열판과,
상기 방열판으로부터 돌출되는 다수의 방열핀들을 포함하고,
상기 제1 센싱부는,
상기 히트 싱크의 방열판 온도를 측정하는 제1 센서와,
상기 히트 싱크의 방열핀 온도를 측정하는 제2 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제2 항에 있어서,
상기 인버터부의 운용 영역에 포함되는 온도 및 출력 전류 데이터를 저장하는 메모리부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 메모리부에 저장된 온도 및 출력 전류 데이터를 토대로, 상기 센싱된 온도 및 출력 전류가 상기 인버터부의 안전 운용 영역 내에 포함되는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제5 항에 있어서, 상기 인버터부의 운용 영역은,
상기 안전 운용 영역과 최대 운용 영역을 포함하고,
상기 안전 운용 영역은,
상기 최대 운용 영역 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제6 항에 있어서, 상기 인버터부의 최대 운용 영역은,
상기 인버터부의 온도 범위가 0도 ~ 최대 허용 온도까지일 때, 상기 인버터부의 온도 범위에 상응하는 최대 출력 전류 범위를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제7 항에 있어서, 상기 인버터부의 안전 운용 영역은,
상기 인버터부의 온도 범위가 0도 ~ 상기 최대 허용 온도보다 낮은 안전 온도까지일 때, 상기 인버터부의 온도 범위에 상응하는 정격 출력 전류를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제2 항에 있어서, 상기 DC 링크 캐패시터의 양단에 걸리는 DC 링크 전압을 센싱하는 제3 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제2 항에 있어서, 상기 인버터부는,
다수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 인버터부의 최대 출력 전류를 제한할 때, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류를 가변시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.