KR102014143B1 - 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 리액터, 리액터에 연결되는 제1 정류부, 제1 정류부와 병렬로 연결되는 제2 정류부, 직렬로 연결된 제1,2 커패시터를 포함하고, 제1 정류부 및 제2 정류부에서 정류된 정류 전압을 평활하는 평활부, 제1 정류부와 병렬로 연결되는 제2 정류부, 제2 정류부에 접속되는 제1 스위치, 제1 정류부에 접속되는 제2 스위치, 및, 제2 스위치에 연결되는 DC 그라운드를 포함함으로써, 제조 비용 및 크기를 줄일 수 있다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{Power converting apparatus and home appliance including the same}

본 발명은 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 공용화에 유리하고 제조 비용을 절감할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.

전력 변환 장치는, 입력 전원을 변환하여 변환된 전력을 공급하는 장치이다. 이러한 전력 변환 장치는, 홈 어플라이언스 내에 각각 배치되어, 입력 전원을 변환하여, 홈 어플라이언스를 구동하기 위한 전원으로 변환한다.

한편, 북미, 일본 등의 국가에서는 110~115V 상용 전원을 사용하고 있다. 공기조화기의 경우 컨버터를 이용하여 가변된 약 310V의 DC 전압으로 모터 등 부하를 구동하고 있다. 입력 전압이 110V일 경우에는 절반의 DC전압 출력만을 얻을 수 있으므로, 배전압 컨버터(승압형 컨버터)를 사용하여 DC 전압을 승압하여 사용하고 있다.
도 4는 종래 전력 변환 장치의 간략한 회로도이다.
도 4는 배전압 회로의 일예로, 일부 나라에서는 AC 전원으로 110V의 전압을 사용하므로 모터 구동 등 부하에서 더 높은 전압을 사용하기 위해서 기본적으로 배전압 방식을 사용하고 있다.
이 경우 AC 전원이 각각의 캐패시터(C1, C2)를 충전시키기 때문에, 전체의 DC 단 전압이 일반적인 AC 충전에 비하여 두배의 전압을 갖게 된다.
배전압 회로는 그 특성상 양(Positive)의 AC 전원이 인가되고 있을 때, 컨버터 스위칭 동작이 되면, 스위치를 구동하기 위한 게이트(Gate) 회로의 그라운드와 컨버터 드라이브의 공통 그라운드가 서로 달라지게 되어 컨버터 회로의 소자가 파괴 될 수 있다.
도 4에 예시된 패스로 구동시, 파워 그라운드2와 파워 그라운드3은 동일한 전위를 가지나, 파워 그라운드2와 파워 그라운드3은 DC 그라운드와 다르다.
따라서, 컨버터 게이트(Gate) 동작 시 서로 다른 기준점에 의해 소자 파괴가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 파워 그라운드와 절연된 DC 그라운드를 설계해야 한다.
이와 같이, 별도의 DC 그라운드를 설계하여 사용하는 경우가 많은데, 추가 SMPS 채널 및 절연을 위한 포토 커플러가 구성되어야 해서 컨버터 드라이브(Drive)의 공간 및 비용 측면에서 불리하다. 또한, 110V/220V 지역에 별도의 드라이브를 사용해야 하므로 공용화 측면에서도 좋지 않다.

이러한 배전압 회로에서는 회로의 특성상 컨버터 스위치 소스(Source) 단을 링트(Link) 음의 단과 묶을 수 없어 분리된 그라운드를 사용해야만 한다.

또한, 별도의 그라운드뿐만 아니라 절연을 위한 포토 커플러 등도 추가해야하므로 비용 및 전력 변환 장치의 크기가 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 110V와 220V 사용 환경에서 회로 공용화 측면에서도 좋지 않다.

따라서, 제조 비용을 절감하면서 공용화에 유리한 효율적인 전력 변환 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 제조 비용 및 크기를 줄일 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 공용화 측면에서 효율적인 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 회로 소자의 소손을 방지할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 홈 어플라이언스는, 리액터, 리액터에 연결되는 제1 정류부, 제1 정류부와 병렬로 연결되는 제2 정류부, 직렬로 연결된 제1,2 커패시터를 포함하고, 제1 정류부 및 제2 정류부에서 정류된 정류 전압을 평활하는 평활부, 제1 정류부와 병렬로 연결되는 제2 정류부, 제2 정류부에 접속되는 제1 스위치, 제1 정류부에 접속되는 제2 스위치, 및, 제2 스위치에 연결되는 DC 그라운드를 포함함으로써, 제조 비용 및 크기를 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전력 변환 장치의 제조 비용 및, 크기를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 공용화 측면에서 유리하다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 회로 소자의 소손을 방지할 수 있다.

한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.
도 4는 종래 전력 변환 장치의 간략한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 회로도이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.

한편, 본 명세서에서 기술되는 전력 변환 장치는, 홈 어플라이언스 내에 구비되는 전력 변환 장치일 수 있다. 홈 어플라이언스는, 냉장고, 세탁기, 건조기, 에어컨, 제습기, 조리기기, 청소기 등을 포함하는 것으로서, 이하에서는, 다양한 홈 어플라이언스 중 공기조화기를 중심으로 기술한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 실내기(21), 실내기(21)에 연결되는 실외기(31)를 포함할 수 있다.

공기조화기의 실내기(21)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(21)를 예시한다.

한편, 공기조화기(100)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.

실외기(31)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.

실외기(31)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(21)로 냉매를 공급한다. 실외기(31)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(21)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 되는 것도 가능하다.

이때, 실외기(31)는, 연결된 실내기(21)로 압축된 냉매를 공급한다.

실내기(21)는, 실외기(31)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(21)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.

이때, 실외기(31) 및 실내기(21)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.

리모컨(미도시)은 실내기(21)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.

도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(21)와 실외기(31)로 구분된다.

실외기(31)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 촉진 시키는 실외 팬(105a)과 실외 팬(105a)을 회전시키는 모터(250)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함할 수 있다.

실내기(21)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내 팬(109a)과 실내 팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.

실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.

한편, 실외기(31) 내의 실외 팬(105a)은, 모터(250)를 구동하는 실외 팬 구동부(200)에 의해 구동될 수 있다.

한편, 실외기(31) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(미도시)를 구동하는 압축기 모터 구동부(도 3의 113)에 의해 구동될 수 있다.

한편, 실내기(21) 내의 실내 팬(109a)은, 실내 팬 모터(109b)를 구동하는 실내 팬 구동부(300)에 의해 구동될 수 있다.

이하에서는 실외 팬 구동부(200)를 실외 팬 구동 장치로 명명할 수도 있다. 또한, 실내 팬 구동부(300)를 실내 팬 구동 장치로 명명할 수도 있다.

도 3은 도 1의 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.

도 3을 참조하면, 공기조화기(100)는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 토출 온도 감지부(118), 실외 온도 감지부(138), 실내 온도 감지부(158), 메모리(140)를 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기(100)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300), 절환 밸브(110), 팽창 밸브(106), 표시부(130), 및 입력부(120)를 더 포함할 수 있다.

압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a) 등은 도 2를 참조하여 상술한 것과 같이 동작할 수 있다.

입력부(120)는, 다수개의 조작 버튼을 구비하여, 입력되는 공기조화기의 운전 목표 온도에 대한 신호를 제어부(170)로 전달한다.

표시부(130)는, 공기조화기(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 실내기(21)의 동작상태를 출력하는 표시수단을 구비하여, 운전상태 및 에러를 표시할 수 있다.

표시부(130)는, 실내기(21)와 실외기(31)의 결선 상태를 표시할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 구비할 수 있고, 발광 다이오드(LED)는 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 정상인 경우 점등하고, 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 이상인 경우 소등할 수 있다.

메모리(140)는, 공기조화기(100) 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.

토출 온도 감지부(118)는, 압축기(102)에서의 냉매 토출 온도(Tc)를 감지할 수 있으며, 감지된 냉매 토출 온도(Tc)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.

실외 온도 감지부(138)는, 공기조화기(100)의 실외기(31) 주변의 온도인, 실외 온도(To)를 감지할 수 있으며, 감지된 실외 온도(To)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.

실내 온도 감지부(158)는, 공기조화기(100)의 실내기(21) 주변의 온도인, 실내 온도(Ti)를 감지할 수 있으며, 감지된 실내 온도(Ti)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.

제어부(170)는, 감지된 냉매 토출 온도(Tc), 감지된 실외 온도(To), 감지된 실내 온도(Ti) 중 적어도 하나, 및 입력된 목표 온도에 기초하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 최종 목표 과열도를 산출하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다.

한편, 제어부(170)는, 압축기(102), 실내 팬(109a), 실외 팬(105a)의 동작 제어를 위해, 도면에서 도시된 바와 같이, 각각, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에, 목표 온도에 기초하여, 각각 해당하는 속도 지령치 신호를 출력할 수 있다.

그리고 각각의 속도 지령치 신호에 기초하여, 압축기 모터(미도시), 모터(250), 실내 팬 모터(109b)는, 각각, 목표 회전 속도로 동작 될 수 있다.

한편, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에 대한 제어 이외에, 공기조화기(100) 전반의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(170)는, 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)의 동작을 제어할 수 있다. 또는, 제어부(170)는, 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)의 동작을 제어할 수 있다.

한편, 공기조화기는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 메모리(140) 등 각 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

전원 공급부는 입력 전원을 각 유닛의 구동에 필요한 전원으로 변환하여 공급할 수 있다. 따라서, 전원 공급부의 적어도 일부 구성은 전력 변환 장치로 명명될 수도 있다.

이하에서 설명되는 전력 변환 장치는 공기조화기의 전원 공급부에 구비될 수 있다. 또한, 전력 변환 장치는 다른 홈 어플라이언스의 전원 공급부에도 구비될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 회로도이다.

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도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스에 구비되는 전력 변환 장치는, 리액터(L), 상기 리액터(L)에 연결되는 제1 정류부(510), 상기 제1 정류부와 병렬로 연결되는 제2 정류부(520), 직렬로 연결된 제1,2 커패시터(C1, C2)를 포함하고, 상기 제1 정류부(510)와 상기 제2 정류부(520)에서 정류된 정류 전압을 평활하는 평활부(540), 상기 제2 정류부(520)에 접속되는 제1 스위치(SW1), 상기 제1 정류부(510)에 접속되는 제2 스위치(SW2), 및, 상기 제2 스위치(SW2)에 연결되는 DC 그라운드를 포함할 수 있다.

리액터(L)는 상용 교류 전원과 제1 정류부(510), 제2 정류부(520) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다.

또한, 리액터(L)는 스위칭 소자(SW1, SW2)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.

제1 정류부(510) 및 제2 정류부(520)는, 복수개의 다이오드 소자를 포함하고, 상용 교류 전원을 정류하여 출력할 수 있다.

한편, 상용 교류 전원은, 단상 교류 전원이거나, 삼상 교류 전원일 수 있다. 상용 교류 전원의 종류에 따라 제1 정류부(510), 제2 정류부(520)의 내부 구조도 달라질 수 있다. 예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 브리지 다이오드 소자가 연결될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 다이오드 소자가 사용될 수도 있다.

평활부(540)는 직렬로 연결되는 2개의 커패시터(C1, C2)를 포함할 수 있다.

도 5와 같이, 직렬로 연결되는 제1,2 커패시터(C1, C2)는 제1 정류부(510)와 제2 정류부(520)의 출력단에 연결될 수 있다.

제1,2 커패시터(C1, C2)는, 제1 정류부(510)와 제2 정류부(520)에 연결되어, 제1 정류부(510)와 제2 정류부(520)에서 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 제1 정류부(510)와 제2 정류부(520)의 양단을 dc 단 또는 dc 링크단이라고 할 수 있다.

또한, 제1 커패시터(C1)의 양단을 제1 dc 단, 제2 커패시터(C2)의 양단을 제2 dc 단이라고 명명할 수 있다.

실시예에 따라서, 제1,2 커패시터(C1, C2)에 병렬로 연결되는 평활 커패시터(C)를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 제1,2 커패시터(C1, C2)는 110V 지역에서 사용되고, 평활 커패시터(C)는 220V 지역에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 평활 커패시터(C)는 220V를 사용하는 지역 환경에서 다이오드 D3과 다이오드 D4를 거친 전류 패스로 충전될 수 있다. 또한, 제1,2 커패시터(C1, C2)는 평활부(540)의 역률을 개선하는 역률 개선 회로로서 기능할 수도 있다.

스위칭 소자(SW1, SW2)는 절연 게이트 양극 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transister; IGBT) 등 다양한 소자로 구현되는 것이 가능하다.

스위칭 소자(SW1, SW2)는, 제1 정류부(510)와 제2 정류부(520)에 접속되며, 상용 교류 전원의 에너지를 리액터(L)에 저장하도록, 턴 온 동작을 수행할 수 있다.

또한, 스위칭 소자(SW1, SW2)는, 턴 오프 동작을 하여, 리액터(L)에 저장된 에너지를 이용하여 상용 교류 전원을 정류할 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 스위치(SW1)는 제2 정류부(520)에 접속되고, 제2 스위치(SW2)는 제1 정류부(510)에 접속될 수 있다.

상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제2 스위치(SW2)가 모두 턴 오프되면, 상기 제1 커패시터(C1) 또는 상기 제2 커패시터(C2)가 충전될 수 있다.

예를 들어, 양(+)의 입력 전압일 때 제1 커패시터(C1)가 충전되고, 음(-)의 입력 전압일 때 제2 커패시터(C2)가 충전될 수 있다. 이에 따라, 승압된 2배의 전압 충전이 가능하다.

입력 전압이 양(+)의 입력 전압이고, 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 온되면, 상기 리액터(L)가 충전될 수 있다.

이후, 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 오프되면, 상기 리액터(L)에 충전된 에너지를 이용하여 상기 제1 커패시터(C1)가 충전될 수 있다.

또한, 입력 전압이 음(-)의 입력 전압이고, 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 오프 상태이며, 상기 제1 스위치(SW1)가 턴 온되면, 상기 리액터(L)가 충전될 수 있다.

이후, 상기 제1 스위치(SW1)가 턴 오프되면, 상기 리액터(L)에 충전된 에너지를 이용하여 상기 제2 커패시터(C2)가 충전될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제2 스위치(SW2)를 제어하는 제어부(550)를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부(550)는, 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제2 스위치(SW2)에 대한 게이트(gate) 구동 신호를 생성하고 공급하는 게이트 드라이버를 포함할 수 있다.

실시예에 따라서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상용 교류 전원의 제로 크로싱 지점을 검출하는 제로 크로싱 검출부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상용 교류 전원의 위상을 검출하면서 제로 크로싱 지점을 검출할 수 있다. 이를 위하여, 제로 크로싱 검출부로 저항 소자 등이 사용될 수 있다. 검출되는 제로 크로싱 지점은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어신호의 생성을 위해 제어부(550)에 입력될 수 있다. 이 경우에, 제1 정류부(510)와 제2 정류부(520)는, 제로 크로싱 지점에 기초한 스위칭 소자(SW1, SW2)의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.

한편, 상기 제어부(550)의 일단은 상기 DC 그라운드에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 제1 정류부(510) 및 상기 평활부(540)에 연결되는 제1 파워 그라운드(도면의 파워 그라운드1 참조), 상기 제1 커패시터(C1)와 상기 제2 커패시터(C2) 사이의 제1 노드(n1)에 연결되는 제2 파워 그라운드(도면의 파워 그라운드2 참조), 상기 제2 정류부(520) 및 상기 제1 스위치(SW1)에 연결되는 제3 파워 그라운드(도면의 파워 그라운드3 참조)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 DC 그라운드는 어스(earth)일 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 파워 그라운드는 프레임 그라운드(frame ground)일 수 있다.

상기 제1 커패시터(C1)와 상기 제2 커패시터(C2)는 직렬 연결되고, 그 중간점(n1)을 프레임 그라운드에 전기접속하여 기준전위에 고정할 수 있다.

또한, 직렬 연결된 상기 제1 커패시터(C1)와 상기 제2 커패시터(C2)의 일단, 즉 제2 커패시터의 일단 및 제1 정류부(510)는 별도의 프레임 그라운드에 접속될 수 있다.

또한, 제2 정류부(520)는 별도의 프레임 그라운드에 접속될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 DC 그라운드는 스위칭 소자(SW1, SW2)의 스위칭 동작에 의해 연결 관계가 가변될 수 있다.

예를 들어, 입력 전압이 양(+)의 입력 전압이고, 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 오프되면, 상기 제2 파워 그라운드 및 상기 제3 파워 그라운드가 상기 DC 그라운드와 연결될 수 있다. 즉, 상기 DC 그라운드, 상기 제2 파워 그라운드 및 상기 제3 파워 그라운드가 동일해질 수 있다.

또한, 입력 전압이 음(-)의 입력 전압이고, 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 오프 상태이며, 상기 제1 스위치(SW1)가 턴 온되면, 상기 제1 파워 그라운드 및 상기 제3 파워 그라운드가 상기 DC 그라운드와 연결될 수 있다. 즉, 상기 DC 그라운드, 상기 제1 파워 그라운드 및 상기 제3 파워 그라운드가 동일해질 수 있다.

이에 따라, 복수개의 정류부(510, 520)의 그라운드를 포토 커플러 등 절연 구성 없이, 간단하게 배치할 수 있게 된다.

또한, 스위칭 소자(SW1, SW2)를 구동하는 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부(550)도 그라운드를 공통으로 사용하는 것이 가능하다.

이에 따라 전력 변환 장치 내의 접지를 간단히 구현할 수 있게 된다.

한편, 평활부(540)에 평활된 직류 전압은 인버터(530)에 인가될 수 있다.

인버터(530)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 모터에 출력할 수 있다.

인버터(530)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터(530)는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 제1 및 제2 커패시터 중 적어도 하나에 저장된 전압을 이용하여, 삼상 교류 전압을 출력할 수 있다.

특히, 이러한 인버터(530)는, dc 단에 서로 직렬 접속되는 제1 커패시터(C1) 양단 전압과, 제2 커패시터(C2)의 양단 전압 중 적어도 하나를 이용하여, 교류 전압을 모터로 출력할 수 있다. 특히, 삼상 교류 전압을 모터로 출력할 수 있다.

인버터(530) 내의 스위칭 소자들은 제어부(550) 또는 별도의 인버터 제어부(미도시)로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 모터에 출력되게 된다.

삼상 모터는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 모터의 종류로는 BLDC(blushless DC) 전동기, synRM(Synchronous Reluctance Motor) 등 다양한 형태가 가능하다.

삼상 모터는, 공기조화기의 실외기 내의 팬용 전동기 또는 압축기용 전동기로 사용될 수 있으며, 또한 공기조화기의 실내기 내의 팬용 전동기로 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨버터 온(On) 시 동작하는 스위칭 소자(SW2)를 추가하여, 컨버터 스위치(SW2) 소스(Source)단과 DC 링크(Link) 음의 단에서 공통 그라운드를 사용 할 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 스위치(SW1)에 제2 스위치(SW2)를 추가 구성하고, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 게이트(Gate)를 포함하는 제어부(550)에 연결한다.

이에 따라, 게이트 동작 시 DC 그라운드를 제2 파워 그라운드와 연결되도록 하여 기준점을 같도록 설계할 수 있다.

예를 들어, 전류가 A 패스(path)일 때, 제2 파워 그라운드 라인과 DC 그라운드를 연결되도록 스위치(SW1, SW2)가 동작하여 기준 전위를 맞춘다.

또한, 전류가 A 패스가 아닐 때, 제2 파워 그라운드 라인과 DC 그라운드를 연결하는 스위치가 오프(off)되어 기준 전위를 맞춘다.

기존의 배전압 PSC 회로를 동작시키려면, 절연된 그라운드 설계를 위한 추가 SMPS 채널 및 절연을 위한 포토 커플러가 필요하였다.

하지만, 본 발명에 따르면, 별도의 그라운드 설계가 필요 없어, SMPS 채널을 줄일 수 있고, 절연을 위한 포토 커플러를 삭제할 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 정류부(510)는, 단상 상용 교류 전원의 정류를 위해, 4개의 브리지 다이오드(D1~D4)를 구비할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 다이오드 소자(D1~D2)가 서로 직렬로 접속되며, 제3 및 제4 다이오드 소자(D3~D4)가 서로 직렬로 접속되며, 또한 제1 및 제2 다이오드 소자(D1~D2)와 병렬로 접속된다.

제1 정류부(510)는, 리액터(L)와 스위칭 소자(SW2) 사이에 배치될 수 있으며, 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 동작에 의해, 상용 교류 전원의 에너지를 리액터(L)에 저장할 수 있다.

또한, 제2 정류부(520)는, 단상 상용 교류 전원의 정류를 위해, 4개의 브리지 다이오드(D5~D8)를 구비할 수 있다. 즉, 제5 및 제6다이오드 소자(D5~D6)가 서로 직렬로 접속되며, 제7 및 제8 다이오드 소자(D7~D8)가 서로 직렬로 접속되며, 또한 제5 및 제6 다이오드 소자(D5~D6)와 병렬로 접속된다.

제2 정류부(520)는, 리액터(L)와 스위칭 소자(SW1) 사이에 배치될 수 있으며, 스위칭 소자(SW1)의 스위칭 동작에 의해, 상용 교류 전원의 에너지를 리액터(L)에 저장할 수 있다..

한편, 도 5의 제1 정류부(510), 제2 정류부(520), 및 스위칭 소자(SW1, SW2)는, 스위칭 소자(SW1, SW2)가 부분적으로 턴 온되는, 부분 스위칭 컨버터(Partial Switching Converter; PSC)로서 동작할 수 있다.

그 동작을 간략히 설명하면, 입력 전원의 제로 크로싱 시점부터 소정의 지연 기간 이후에 스위칭 소자(SW1, SW2)가 턴 온 하여, 턴 온 되는 기간 동안 리액터(L)에 전류 성분이 저장된다. 그 이후에, 스위칭 소자(SW1, SW2)가 턴 오프 되고, 리액터(L)에 저장된 전류 성분이 제1 커패시터(C1)로 저장된다.

그 이후에, 스위칭 소자(SW1)가 턴 온 하여, 턴 온 되는 기간 동안 리액터(L)에 전류 성분이 저장된다. 그 이후에, 스위칭 소자(SW1)가 턴 오프 되고, 리액터(L)에 저장된 전류 성분이 제2 커패시터(C2)로 저장된다.

이에 의해, 승압 기능이 수행되며, 온/오프 스위칭 기간에 의해 역률 보정이 수행된다. 도 5의 회로 동작에 대해서는 이하에서 상세히 기술한다.

도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.

도 6은 도 5의 제1,2 스위치의 스위칭 동작에 따른 입력 전압 및 입력 전류 파형을 도시한 도면이다.

도 5와 도 6을 참조하면, T0~T1 구간은, 양의 입력 전압이고, 제1,2 스위치(SW1, SW2)가 턴 온(on)되어, 전류 패스(Path) B가 형성된다.

이에 따라, 제2 스위치(SW2)의 턴 온 시, DC 그라운드 = 파워 그라운드2 = 파워 그라운드3이 되어 기준점이 동일해진다.

도 5와 도 6을 참조하면, T1~T2 구간은, 양의 입력 전압이고, 제1,2 스위치(SW1, SW2)가 턴 오프(off)되어, 전류 패스 A가 형성된다.

전류 패스 A 구간에서는 게이트(Gate) 동작이 없기 때문에 DC 그라운드는 무의미하다.

도 5와 도 6을 참조하면, T2~T3 구간은, 음의 입력 전압이고, 제1 스위치(SW1)가 턴 온되어, 전류 패스 B가 형성된다.

또한, 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 상태이므로, DC 그라운드 = 파워 그라운드1 = 파워 그라운드3 이 되어 기준점이 동일해진다.

도 5와 도 6을 참조하면, T3~T4 구간은, 음의 입력 전압이고, 제1,2 스위치(SW1, SW2)가 턴 오프(off)되어, 전류 패스 C가 형성된다.

전류 패스 C 구간에서는 게이트(Gate) 동작이 없기 때문에 DC 그라운드는 무의미하다.

도 7 내지 도 10은 도 6의 각 구간별 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.

도 7과 도 8은 도 6의 T0~T2 구간의 전류 패스를 예시한 것이다.

T0~T2 구간은, 양(+)의 AC 전원 구간이기 때문에 기준 전위 뉴트럴(Neutral)은 파워 그라운드2가 된다.

이 구간에서는 제1 커패시터(C1)를 충전하며, 제1 스위치I(SW1) 동작 시 부스팅 용 리액터(L)를 충전한다.

T0~T1 구간에서는, 양의 입력 전압이고, 제1,2 스위치(SW1, SW2)가 턴 온(on)되어, 도 7과 같은 전류 패스가 형성된다.

이에 따라, 제2 스위치(SW2)의 턴 온 시, DC 그라운드 = 파워 그라운드2 = 파워 그라운드3이 되어 기준점이 동일해진다.

T1~T2 구간은, 양의 입력 전압이고, 제1,2 스위치(SW1, SW2)가 턴 오프(off)되어, 도 8과 같은 형성된다.

이 경우에, 게이트(Gate) 동작이 없기 때문에 DC 그라운드는 무의미하고, 기준전위 뉴트럴(Neutral)은 파워 그라운드2가 되어, 파워 그라운드2만 있으면 된다.

T2~T4 구간은 음(-)의 AC 전원 구간이기 때문에 기준 전위 뉴트럴(Neutral)은 파워 그라운드1이 된다 .

이 구간에서는 제2 커패시터(C2)를 충전하며, 제1 스위치I(SW1) 동작 시 부스팅 용 리액터(L)를 충전한다.

T2~T3 구간에서는, 음의 입력 전압이고, 제1 스위치(SW1)는 턴 온(on), 제2 스위치(SW2)는 턴 오프(off)되어, 도 9와 같은 전류 패스를 형성한다.

제2 스위치가 턴 오프(off) 상태일 때에는 파워 그라운드1과 DC 그라운드가 연결되어 있다.

따라서, DC 그라운드 = 파워 그라운드1 = 파워 그라운드3 이 되어 기준점이 동일해진다.

T3~T4 구간에서는, 음의 입력 전압이고, 제1 스위치(SW1)도 턴 오프(off)되어, 도 10과 같은 전류 패스를 형성한다.

이 경우에, 게이트(Gate) 동작이 없기 때문에 DC 그라운드는 무의미하고, 기준전위 뉴트럴(Neutral)은 파워 그라운드1이 되어, 파워 그라운드1만 있으면 된다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전력 변환 장치의 제조 비용 및, 크기를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 공용화 측면에서 유리하다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 회로 소자의 소손을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는 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.

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 이해되어서는 안될 것이다.

제1 정류부 : 510
제2 정류부 : 520
인버터 : 530
평활부 : 540
제어부 : 550

Claims (14)

1. 리액터;
   상기 리액터에 연결되는 제1 정류부;
   상기 제1 정류부와 병렬로 연결되는 제2 정류부;
   직렬로 연결된 제1,2 커패시터를 포함하고, 상기 제1 정류부 및 상기 제2 정류부에서 정류된 정류 전압을 평활하는 평활부;
   상기 제2 정류부에 접속되는 제1 스위치;
   상기 제1 정류부에 접속되는 제2 스위치; 및,
   상기 제2 스위치에 연결되는 DC 그라운드;를 포함하는 전력 변환 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부의 일단은 상기 DC 그라운드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
4. 제1항에 있어서,
   입력 전압이 양(+)의 입력 전압이고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 턴 온되면, 상기 리액터가 충전되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 턴 오프되면, 상기 리액터에 충전된 에너지를 이용하여 상기 제1 커패시터가 충전되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
6. 제1항에 있어서,
   입력 전압이 음(-)의 입력 전압이고, 상기 제2 스위치가 턴 오프 상태이며, 상기 제1 스위치가 턴 온되면, 상기 리액터가 충전되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 스위치가 턴 오프되면, 상기 리액터에 충전된 에너지를 이용하여 상기 제2 커패시터가 충전되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 모두 턴 오프되면, 상기 제1 커패시터 또는 상기 제2 커패시터가 충전되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 정류부와 상기 제2 정류부는 복수개의 다이오드 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정류부 및 상기 평활부에 연결되는 제1 파워 그라운드;
    상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터 사이의 제1 노드에 연결되는 제2 파워 그라운드;
    상기 제2 정류부 및 상기 제1 스위치에 연결되는 제3 파워 그라운드;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
11. 제10항에 있어서,
    입력 전압이 양(+)의 입력 전압이고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 턴 오프되면, 상기 제2 파워 그라운드 및 상기 제3 파워 그라운드가 상기 DC 그라운드와 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
12. 제10항에 있어서,
    입력 전압이 음(-)의 입력 전압이고, 상기 제2 스위치가 턴 오프 상태이며, 상기 제1 스위치가 턴 온되면, 상기 제1 파워 그라운드 및 상기 제3 파워 그라운드가 상기 DC 그라운드와 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
13. 제1항에 있어서,
    복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 의해 상기 제1 정류부 및 제2 정류부에서 정류된 전압을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 어플라이언스.
    
    
    

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