KR101946369B1 - 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 과전류 보호 기능을 포함하는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 캐패시터에 충전된 전력을 이용하여 교류 신호를 발생시키기 위한 적어도 두 쌍의 스위칭 소자를 포함하는 인버터; 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동부; 상기 구동부에서 과전류 감지시 출력되는 Fault 신호를 반전하는 반전부; 및 상기 제어부에서 상기 스위칭 소자를 구동하기 위하여, 상기 구동부의 각 상에 Top 신호와 Bottom 신호를 동시에 입력하고, 논리 게이트를 통하여 Top 신호가 온(On) 및 Bottom 신호가 오프(Off) 인 경우에만 상기 구동부에서 상기 스위칭 소자의 구동 신호가 발생하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부에서 상기 Fault 신호를 수신하여 상기 반전부에서 반전된 Fault out 신호는 상기 구동부의 Bottom 신호로 동시에 입력될 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, 과전류 보호 기능을 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 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.
이러한 인버터는 다수의 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 이러한 스위칭 소자의 소손을 방지하기 위해 과전류 보호 기능을 포함할 수 있다.
이와 같은 과전류 보호 기능은 구동부(Driver)에서 스위칭 소자에 흐르는 전류를 감지하여 스위칭 소자에 일정 전압 이상이 걸리는 것으로 감지되면 스위칭 소자의 구동을 차단하는 방식을 이용한다.
그러나, 과전류 감지시 노이즈가 입력된 경우에도 이 노이즈에 의하여 구동 신호가 발생할 수 있어 스위칭 소자의 구동시에도 노이즈에 취약할 수 있다.
또한, 하나의 구동부에서 과전류가 감지된 경우에 즉시 다른 구동부에서도 스위칭 소자의 구동을 멈추어 스위칭 소자를 보호할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하나의 구동부에서 과전류를 감지한 경우에 나머지 구동부에서도 스위칭 소자를 효과적으로 보호할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
또한, 노이즈에 강인한 인버터의 구동이 가능한 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 캐패시터에 충전된 전력을 이용하여 교류 신호를 발생시키기 위한 적어도 두 쌍의 스위칭 소자를 포함하는 인버터; 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동부; 상기 구동부에서 과전류 감지시 출력되는 Fault 신호를 반전하는 반전부; 및 상기 제어부에서 상기 스위칭 소자를 구동하기 위하여, 상기 구동부의 각 상에 Top 신호와 Bottom 신호를 동시에 입력하고, 논리 게이트를 통하여 Top 신호가 온(On) 및 Bottom 신호가 오프(Off) 인 경우에만 상기 구동부에서 상기 스위칭 소자의 구동 신호가 발생하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부에서 상기 Fault 신호를 수신하여 상기 반전부에서 반전된 Fault out 신호는 상기 구동부의 Bottom 신호로 동시에 입력될 수 있다.
여기서, 상기 인버터는 U상, V상 및 W상을 포함하는 삼상 교류 신호를 발생시키기 위한 세 쌍의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이때, 상기 구동부는, 상기 U상의 구동 신호를 발생하기 위한 U상 구동부; 상기 V상의 구동 신호를 발생하기 위한 V상 구동부; 및 상기 W상의 구동 신호를 발생하기 위한 W상 구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반전부에서 반전된 Fault out 신호는 상기 U상 구동부, V상 구동부 및 W상 구동부의 Bottom 신호로 동시에 입력될 수 있다.
여기서, 상기 제어부로부터 서로 반전 관계를 이루는 상암 측 제어신호 및 하암 측 제어신호가 분기되어 상기 구동부에 상기 Top 신호 및 Bottom 신호로 입력될 수 있다.
이때, 상기 상암 측 제어신호는 상기 상암 측의 Top 신호와 하암 측의 Bottom 신호로 동시에 입력되고, 상기 하암 측 제어신호는 상기 하암 측의 Top 신호와 상암 측의 Bottom 신호로 동시에 입력될 수 있다.
여기서, 상기 반전부는, 콜렉터 단이 상기 제어부의 Fault out 신호의 출력과 연결되고 베이스 단이 상기 구동부의 Fault 신호와 연결되는 NPN형 트랜지스터일 수 있다.
여기서, 상기 과전류 감지는 상기 캐패시터에 충전된 전압 및 상기 삼상 교류 신호의 크기 중 적어도 어느 하나를 감지함으로써 이루어질 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 위와 같은 구성을 가지는 전력 변환 장치 및 상기 전력 변환 장치에 의하여 구동되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, 하나의 구동부에서 과전류를 감지한 경우에 나머지 구동부에서 구동 신호가 발생하지 않도록 하여 인버터의 스위칭 소자를 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, Top 신호가 온(On) 및 Bottom 신호가 오프(Off)인 경우에만 스위칭 소자를 구동하는 구동 신호가 발생하도록 함으로서 노이즈에도 강인한 인버터 구동이 가능하다.
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 4는 각 상의 Top 신호만으로 인버터를 구동하는 상태를 나타내는 개략도이고, 도 5는 도 4의 상태의 신호도이다.
도 6은 각 상의 Top 신호와 Bottom 신호를 입력받아 논리 게이트를 통과시켜 인버터를 구동하는 상태를 나타내는 개략도이고, 도 7은 도 6의 상태의 신호도이다.
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 DC단 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 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, 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(B)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 DC단 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 DC단 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC단 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC단 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 상암 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하암 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 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 DC단 캐패시터(C) 양단인 DC단 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC단 전압(Vdc)은 DC단 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 장치는, 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110)와, 이 정류부에서 정류된 전력이 충전되는 DC단 캐패시터(C)와, 이 DC단 캐패시터(C)에 충전된 전력을 이용하여 교류 신호를 발생시키기 위한 적어도 두 쌍의 스위칭 소자를 포함하는 인버터(140)를 포함한다.
또한, 이러한 인버터(140)를 구동하는 구동부(151, 152, 153: Gate Driver)와, 이 구동부(151, 152, 153)를 제어하는 제어부(154: Micom) 및 Fault 신호를 반전하는 반전부(155)를 더 포함한다.
인버터(140)는 단상 전류 신호를 발생하기 위한 인버터가 이용될 수도 있으나, 도 3에서 도시하는 바와 같이, U상, V상 및 W상을 포함하는 삼상 교류 신호를 발생시키기 위한 인버터가 이용될 수 있다. 따라서, 도시하는 바와 같이, 세 쌍의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')가 이용될 수 있다. 이하, 삼상 교류 신호를 발생시키기 위한 인버터 및 관련 회로를 예로 설명한다. 그러나 이에 제한되지 않는다.
여기서 인버터(140)는 상암 측 인버터(141) 및 하암 측 인버터(142)를 포함할 수 있다. 이때, 상암 측 인버터(141)는 U상, V상 및 W상 중 상암 측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc)를 포함할 수 있다. 또한, 하암 측 인버터(142)는 U상, V상 및 W상 중 하암 측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 상암 측 스위칭 소자를 U, V, W로 지칭할 수 있고, 하암 측 스위칭 소자를 X, Y, Z로 지칭할 수 있다.
이러한 인버터(140)에서 생성되는 삼상 교류 신호에 의하여 모터(200)가 구동될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 이러한 모터(200)는 공기 조화기의 압축기 모터일 수 있다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 이러한 인버터(140)의 각 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구동하기 위한 구동부(151, 152, 153: Gate Driver)는 각 상 별로 구비될 수 있다.
즉, U상의 구동 신호를 발생하기 위한 U상 구동부(151), V상의 구동 신호를 발생하기 위한 V상 구동부(152) 및 W상의 구동 신호를 발생하기 위한 W상 구동부(153)를 포함할 수 있다.
여기서, U상 구동부(151)는 U상의 상암 측 신호(U_Top)와 하암 측 신호(U_Bottom)를 출력하여 각각 U상의 상암 측 스위칭 소자(Qa) 및 U상의 하암 측 스위칭 소자(Qa')를 구동할 수 있다.
또한, V상 구동부(152)는 V상의 상암 측 신호(V_Top)와 하암 측 신호(V_Bottom)를 출력하여 각각 V상의 상암 측 스위칭 소자(Qb) 및 V상의 하암 측 스위칭 소자(Qb')를 구동할 수 있다.
더불어, W상 구동부(153)는 W상의 상암 측 신호(W_Top)와 하암 측 신호(W_Bottom)를 출력하여 각각 W상의 상암 측 스위칭 소자(Qc) 및 W상의 하암 측 스위칭 소자(Qc')를 구동할 수 있다.
한편, 경우에 따라, U상의 상암 측 신호(U_Top), V상의 상암 측 신호(V_Top) 및 W상의 상암 측 신호(W_Top)를 출력하기 위한 U상 구동부, V상 구동부 및 W상 구동부가 개별적으로 구비되고, U상의 하암 측 신호(U_Bottom), V상의 하암 측 신호(V_Bottom) 및 W상의 하암 측 신호(W_Bottom)를 동시에 출력하는 하나의 구동부가 구비될 수도 있다(도시되지 않음). 이러한 경우에도 각 구동부의 기능은 도 3에서 도시된 경우와 동일하게 작동할 수 있다.
이때, 각 구동부(151, 152, 153)에서는 제어부(154)로부터 각 상의 Top 신호(하이(high) 신호)와 Bottom 신호(로우(low) 신호)를 구동부에서(IN+, IN-) 동시에 입력받고, 이 구동부에 구현된 논리 게이트를 통하여 Top(high) 신호가 온(On) 및 Bottom(low) 신호가 오프(Off) 인 경우에만 구동부에서 스위칭 소자의 구동 신호가 발생하도록 한다.
즉, U상의 상암 측 신호(U_Top)를 예로 들면, 제어부(154)에서는 U상의 Top 신호(INV_PWM_U) 및 Bottom 신호(INV_PWM_X)를 U상 구동부(151)의 IN+ 단과 IN- 단으로 입력하고, 이 구동부(151)에 구현된 논리 게이트를 통하여 Top 신호(INV_PWM_U)가 온(On) 및 Bottom 신호(INV_PWM_X)가 오프(Off) 인 경우에만 구동부(151)에서 U상 상암 측 스위칭 소자(Qa)를 구동하는 구동 신호가 발생한다.
이때, U상의 Top 신호(INV_PWM_U)와 U상의 Bottom 신호(INV_PWM_X)는 반전 관계에 있으므로, 도시하는 바와 같이, 제어부(154)에서 U상의 Bottom 신호(INV_PWM_X)는 U상의 하암 측(U_Bottom)으로 입력됨과 동시에 U상의 하암 측(U_Top)의 Bottom 신호로서 입력될 수 있다.
나머지, V상 및 W상의 경우도 마찬가지이다.
즉, 제어부(154)로부터 서로 반전 관계를 이루는 상암 측 제어신호 및 하암 측 제어신호가 분기되어 구동부(151, 152, 153)에 Top 신호 및 Bottom 신호로 입력될 수 있다.
이와 같이, 상암 측 제어신호는 상암 측의 Top 신호와 하암 측의 Bottom 신호로 동시에 입력되고, 하암 측 제어신호는 상기 하암 측의 Top 신호와 상암 측의 Bottom 신호로 동시에 입력될 수 있다.
한편, 스위칭 소자나 모터를 구동하는 각 상의 전류에 과전류가 발생하면 구동부(151, 152, 153)에서 이를 감지하여 Fault 신호를 출력할 수 있다.
이러한 과전류 감지는 DC단 캐패시터(C)에 충전된 전압 및 삼상 교류 신호의 크기 중 적어도 어느 하나를 감지함으로써 이루어질 수 있다.
이와 같이 과전류가 발생하면 구동부(151, 152, 153)에서 Fault 신호를 출력하고, 이 Fault 신호는 제어부(154)로 입력된다(INV_Fault). 이때, 제어부(154)에서는 Fault 신호를 입력받으면 Fault out 신호가 INV_FO 단을 통하여 출력된다. 보다 상세하게는 Fault out 신호가 하이(high) 상태에서 로우(low) 신호로 반전되어 출력된다.
이러한 반전부(155)는, 콜렉터 단(C)이 제어부(154)의 Fault out 신호의 출력과 연결되고 베이스 단(B)이 구동부(151, 152, 153)의 Fault 신호와 연결되는 NPN형 트랜지스터일 수 있다.
이때, 과전류 발생에 의하여 제어부(154)에서 출력된 로우(low) 신호는 반전부(155)에서 반전되어 각 구동부(151, 152, 153)의 IN- 단으로 입력된다.
이와 같이, 반전부(155)에서 반전된 Fault out 신호는 U상 구동부, V상 구동부 및 W상 구동부의 Bottom 신호로 동시에 입력될 수 있다.
따라서, 하나의 구동부에서 과전류가 감지된 경우에는 해당 구동부에서 Fault 신호가 출력되고, 제어부(154)에서 출력된 Fault out(FO) 신호는 반전부(155)에서 반전되어 각 구동부의 Bottom 신호로 입력된다.
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 각 구동부에서는 각 상의 Top 신호와 Bottom 신호를 구동부에서(IN+, IN-) 동시에 입력받고, 이 구동부에 구현된 논리 게이트를 통하여 Top 신호가 온(On) 및 Bottom 신호가 오프(Off) 인 경우에만 구동부에서 스위칭 소자의 구동 신호가 발생하도록 되어 있다.
따라서, 반전된 Fault out 신호가 Bottom 신호로 입력되므로, 위의 논리 게이트를 통하면, 과전류가 발생한 경우에는 Top 신호가 온(On) 및 Bottom 신호가 오프(Off)인 경우에도 이 Fault out 신호에 의하여 Bottom 신호가 온(On)이 되어 나머지 구동부에서도 구동 신호가 발생하지 않게 된다.
이와 같이, 하나의 구동부에서 과전류를 감지한 경우에 나머지 구동부에서도 스위칭 소자를 구동하기 위한 PWM 신호를 발생하지 않게 된다.
즉, 구동부(151, 152, 153)의 U상, V상 및 W상 전체를 동시 제어함에 따라 과전류 발생 시 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 소손을 방지할 수 있다.
또한, 이와 같이, 상암 측과 하암 측의 신호를 동시에 이용하여 스위칭 소자의 구동 신호를 발생하므로, 노이즈가 발생한 경우에는 제어부(154)의 신호에 따라 구동부(151, 152, 153)에서 구동신호가 발생하지 않아, 스위칭 소자의 구동이 노이즈에 의하여 영향받지 않을 수 있다.
도 4는 각 상의 Top 신호만으로 인버터를 구동하는 상태를 나타내는 개략도이고, 도 5는 도 4의 상태의 신호도이다.
또한, 도 6은 본 발명과 같이 각 상의 Top 신호와 Bottom 신호를 입력받아 논리 게이트를 통과시켜 인버터를 구동하는 상태를 나타내는 개략도이고, 도 7은 도 6의 상태의 신호도이다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 회로에 의한 작동 상태를 상세히 설명한다.
먼저, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제어부(154)로부터 Top 신호(하이(high) 신호)가 구동부(151, 152, 153)로 입력되는 경우에 인버터(140)의 스위칭 소자를 구동한다.
즉, 제어부(154)에서 스위칭 소자를 PWM(pulse width modulation) 구동하기 위한 신호를 구동부(151, 152, 153)로 전달되며, 이에 따라 구동부(151, 152, 153)에서는 이 신호에 의하여 게이트(베이스) 전압(IGBT Top)을 발생시켜 스위칭 소자를 PWM 구동한다.
이때, 도 5의 A에서 표시하는 부분과 같이 제어부(154)에서 구동부(151, 152, 153)로 신호가 전달될 때 노이즈가 유입되는 경우에는 이에 따라 이 노이즈에 의한 신호가 PWM 신호로 생성되어 스위칭 소자를 구동하게 될 수 있다.
즉, 이와 같이 제어부(154)로부터 Top 신호(하이(high) 신호)가 구동부(151, 152, 153)로 입력되는 경우에 인버터(140)의 스위칭 소자를 구동하는 경우에는 노이즈에 의해서도 스위칭 소자를 구동하는 PWM 신호가 발생할 수 있다.
다음, 도 6 및 도 7을 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이, 제어부(154)로부터 각 상의 Top 신호(하이(high) 신호)와 Bottom 신호(로우(low) 신호)를 출력하면, 구동부(151, 152, 153)에서 이 Top 신호와 Bottom 신호를 IN+ 단 및 IN- 단에서 동시에 입력받고, 이 구동부(151, 152, 153)에 구현된 논리 게이트를 통하여 Top(high) 신호가 온(On) 및 Bottom(low) 신호가 오프(Off) 인 경우에만 구동부에서 스위칭 소자의 구동 신호가 발생하도록 한다.
이러한 사항은 도 7에 표현되어 있다. 즉, Top 신호가 On(high)이고 Bottom 신호가 off(low)인 경우에만 게이트(베이스) 전압(IGBT Top)을 발생시켜 스위칭 소자를 PWM 구동한다.
따라서, 도 7의 B에서 표시하는 부분과 같이 제어부(154)에서 구동부(151, 152, 153)로 신호가 전달될 때 노이즈가 유입되는 경우에는 PWM 신호(IGBT Top)가 생성되지 않아 노이즈에 의하여 스위칭 소자가 구동되는 것을 방지할 수 있고, 노이즈에 강인한(robost) 인버터(140) 구동 회로를 구현할 수 있다.
이하, 이와 같은 회로가 구현된 경우에 과전류가 발생한 때의 동작을 설명한다.
위에서 설명한 이유로 과전류가 발생한 경우, 예를 들어, 해당 구동부의 Desat(Desaturation) 단으로 9 V의 전압이 입력되어 해당 스위칭 소자의 구동을 멈춘다.
예를 들어, U상 구동부(151)에서 과전류가 검출된 경우에 해당 구동부(151)에서는 Fault 신호를 출력하고 U상 스위칭 소자의 구동을 멈춘다.
이러한 구동부의 Fault 상태는 제어부(154)에서 별도의 해제 신호가 입력되기까지 유지된다.
이때, Reset 기능은 해당 구동부(151)의 Fault 상태를 해제하는 신호로 사용된다. 예를 들어, Reset 신호가 0에서 1로 변동하는 시점에서 구동부(151)의 Fault 상태는 해제되고 다시 구동을 시작한다.
상기와 같이, 해당 구동부(151)에서 과전류가 검출된 경우에, Fault 신호는 제어부(154)로 입력되고, 제어부에서는 Fault out(FO) 신호가 하이(high)에서 로우(low)로 반전되어 출력된다.
이러한 Fault out 신호는 반전부(155)에서 반전되어 각 구동부(151, 152, 153)로 입력된다.
즉, 과전류가 감지되지 않은 다른 구동부, 이 경우에, V상 구동부(152) 및 W상 구동부(153)에도 Fault out 신호는 반전되어 입력된다.
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 과전류가 발생한 경우에는 해당 구동부(152, 153)에서 Top 신호가 온(On) 및 Bottom 신호가 오프(Off)인 경우에도 이 Fault out 신호에 의하여 Bottom 신호가 온(On)이 되어 구동 신호가 발생하지 않게 된다.
이와 같이, 하나의 구동부에서 과전류를 감지한 경우에 나머지 구동부에서도 스위칭 소자를 구동하기 위한 PWM 신호를 발생하지 않게 된다.
또한, 위에서 언급한 바와 같이, Top 신호가 온(On) 및 Bottom 신호가 오프(Off)인 경우에만 구동 신호가 발생하도록 함으로서 노이즈에도 강인한 인버터 구동이 가능하다.
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
151: 152: 153: 구동부 154: 제어부
155: 반전부 200: 모터

Claims (9)

  1. 캐패시터에 충전된 전력을 이용하여 U상, V상 및 W상을 포함하는 삼상 교류 신호를 발생시키기 위한 세 쌍의 스위칭 소자를 포함하는 인버터;
    상기 U상의 구동 신호를 발생하기 위한 U상 구동부, 상기 V상의 구동 신호를 발생하기 위한 V상 구동부 및 상기 W상의 구동 신호를 발생하기 위한 W상 구동부를 포함하여 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동부;
    상기 구동부에서 상기 캐패시터에 충전된 전압 및 상기 삼상 교류 신호의 크기 중 적어도 어느 하나를 감지하여 과전류 감지시 출력되는 Fault 신호를 반전하는 반전부; 및
    상기 스위칭 소자를 구동하기 위하여, 상기 구동부의 각 상에 Top 신호와 Bottom 신호를 동시에 입력하고, 논리 게이트를 통하여 Top 신호가 온(On) 및 Bottom 신호가 오프(Off) 인 경우에만 상기 구동부에서 상기 스위칭 소자의 구동 신호가 발생하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부에서 상기 Fault 신호를 수신하여 상기 반전부에서 반전된 Fault out 신호는 상기 U상 구동부, V상 구동부 및 W상 구동부의 Bottom 신호로 동시에 입력되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부로부터 서로 반전 관계를 이루는 상암 측 제어신호 및 하암 측 제어신호가 분기되어 상기 구동부에 상기 Top 신호 및 Bottom 신호로 입력되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 상암 측 제어신호는 상기 상암 측의 Top 신호와 하암 측의 Bottom 신호로 동시에 입력되고, 상기 하암 측 제어신호는 상기 하암 측의 Top 신호와 상암 측의 Bottom 신호로 동시에 입력되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반전부는, 콜렉터 단이 상기 제어부의 Fault out 신호의 출력과 연결되고 베이스 단이 상기 구동부의 Fault 신호와 연결되는 NPN형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치 및 상기 전력 변환 장치에 의하여 구동되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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