KR102024604B1

KR102024604B1 - 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Info

Publication number: KR102024604B1
Application number: KR1020170016683A
Authority: KR
Inventors: 이원우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2019-09-24
Also published as: KR20180091460A

Abstract

과전압에 의한 SMPS(Switched Mode Power Supply)의 소손을 방지하는 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, SMPS 정류부 및 SMPS(Switched Mode Power Supply)부를 포함하고, SMPS 정류부와 SMPS부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 SMPS 캐패시터와, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하는 소자 보호부를 포함할 수 있다. 여기서, 소자 보호부는, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부와, 전압 감지부로부터 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하는 과전압 판단부와, 과전압 판단부의 판단 신호에 따라 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하는 스위칭부를 포함할 수 있다.

Description

전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 {Power supply apparatus and air conditioner including the same}

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로 특히, 과전압에 의한 SMPS(Switched Mode Power Supply)의 소손을 방지하는 전원 공급 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 DC단 캐패시터가 구비될 수 있다.

또한, 전원 공급 장치는, 전력 변환 장치의 전원 입력단에 연결되어 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환함으로써, 해당 시스템에 전원을 공급할 수 있다.

일반적으로, 단상 제품의 전력 변환 장치는, DC단 캐패시터에 과전압이 인가되는 것을 차단하기 위하여 전원 입력단에 릴레이 스위치를 배치할 수 있으며, 단상 제품의 전원 공급 장치는, 전원 입력단에 릴레이 스위치 없이 바로 연결될 수 있다.

따라서, 단상 제품에 삼상 380V 전원이 역상되는 경우, 전력 변환 장치는, 릴레이 스위치(relay switch)를 오프(off)하여 과전압에 의한 회로 손상을 방지할 수 있다.

하지만, 전원 공급 장치는, 전력 변환 장치와 같이 릴레이 스위치가 없으므로, 단상 제품에 삼상 380V 전원이 역상되는 경우, 과전압이 바로 인가되어 SMPS(Switched Mode Power Supply) 회로가 소손될 수 있다.

따라서, 향후 과전압에 의한 SMPS 회로의 소손을 방지할 수 있는 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단함으로써, 삼상 교류 전원 역상 시 SMPS 전원 회로의 소손을 방지하여, 삼상 교류 전원 역상에서도 마이컴을 구동시킬 수 있는 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 전원 공급 장치는, SMPS 정류부 및 SMPS(Switched Mode Power Supply)부를 포함하고, SMPS 정류부와 SMPS부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 SMPS 캐패시터와, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하는 소자 보호부를 포함할 수 있다.

여기서, 소자 보호부는, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부와, 전압 감지부로부터 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하는 과전압 판단부와, 과전압 판단부의 판단 신호에 따라 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하는 스위칭부를 포함할 수 있다.

이때, 전압 감지부는, SMPS 캐패시터와 병렬 연결되고, 제1 저항과 제2 저항이 직렬 연결되는 분배 저항을 포함할 수 있다.

그리고, 과전압 판단부는, 전압 감지부로부터 감지된 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교하여, SMPS 정류부로 인가되는 전원 차단 여부를 판단하는 판단 신호를 출력할 수 있다.

여기서, 과전압 판단부는, 전압 감지부로부터 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 더 크면, 판단 신호를 로우(low)로 출력하여 스위칭부를 오프(off)시키고, 전압 감지부로부터 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 더 작거나 동일하면, 판단 신호를 하이(high)로 출력하여 스위칭부를 온(on)시키 수 있다.

이어, 스위칭부는, 과전압 판단부의 판단 신호가 로우이면, 오프 동작을 수행하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하고 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 하강시킬 수 있다.

또한, 스위칭부는, 과전압 판단부의 판단 신호가 하이이면, 온 동작을 수행하여 SMPS 정류부로 전원을 인가시키고 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 상승시킬 수 있다.

그리고, 소자 보호부의 스위칭부는, 전력 변환 장치의 스위칭부와 병렬 연결되는데, 전력 변환 장치의 스위칭부는, 삼상 교류 전원 역상 시, 오프되어 입력 전압을 차단하고, 소자 보호부의 스위칭부는, 삼상 교류 전원 역상 시, 삼상 교류 전원이 기준 전압 이상일 때만, 오프되어 입력 전압을 차단할 수 있다.

또한, 소자 보호부는, SMPS 정류부로 인가되는 전원이 삼상 교류 전원의 역상이면, 삼상 교류 전원이 기준 전압 이상일 때만, SMPS 정류부로 인가되는 삼상 교류 전원을 차단할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 조화기는, SMPS 정류부 및 SMPS(Switched Mode Power Supply)부를 포함하고, SMPS 정류부와 SMPS부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 SMPS 캐패시터와, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하는 소자 보호부를 갖는 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단함으로써, 삼상 교류 전원 역상 시 SMPS 전원 회로의 소손을 방지하여, 삼상 교류 전원 역상에서도 마이컴을 구동시킬 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 전원 공급 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전원 공급 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 소자 보호부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 소자 보호부를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 소자 보호부가 적용된 전원 공급 장치를 보여주는 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 과전압 차단 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 삼상 교류 전원 역상에 따른 SMPS 회로의 전압 상승을 보여주는 그래프이다.

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 전원 공급 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전원 공급 장치를 설명하기 위한 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전원 장치(1000)는, 전력 변환 장치와 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.

전력 변환 장치는 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 DC단 캐패시터(C)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 장치는, 압축기 모터를 구동하기 위하여, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.

전력 변환 장치는, 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, 컨버터부(1200)는 정류부(1100)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, DC단 캐패시터(C)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 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(1500)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(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 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, 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.

한편, 전원 공급 장치는, 전력 변환 장치와 동일하게 단상 교류 전원(100)을 입력받아 동작할 수 있는데, SMPS 정류부(1600), SMPS 캐패시터(1700), SMPS(Switched Mode Power Supply)부(1800), 그리고 스위칭부(1910)를 갖는 소자 보호부(1900)를 포함할 수 있다.

여기서, SMPS 캐패시터(1700)는, SMPS 정류부(1600)와 SMPS부(1800) 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전할 수 있다.

그리고, 소자 보호부(1900)는, 전원 공급 장치에 인가되는 과전압을 차단하여 SMPS 회로의 소손을 방지시킬 수 있다.

특히, 전원 공급 장치가 단상 제품에 적용될 경우, 소자 보호부(1900)는, 삼상 교류 전원의 역상 시, 입력 전압을 감지하여 감지된 입력 전압이 기준 전압 이상이면 입력 전압을 차단함으로써, 전원 공급 장치의 SMPS 회로를 보호할 수 있다.

즉, 전원 공급 장치의 소자 보호부(1900)는, 전원 공급 장치로 삼상 교류 전원이 역상하는 경우에, 입력 전압을 바로 차단하는 것이 아니라, 입력 전압이 일정 세기 이상의 과전압일 경우에만 입력 전압을 차단함으로써, 삼상 교류 전원 역상 시에도 전원 공급 장치를 지속적으로 구동시켜 마이컴(MICOM) 등이 오프되지 않고 계속 구동하도록 전원을 공급할 수 있다.

이와 같이, 소자 보호부(1900)는, SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터(1700)의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.

여기서, 소자 보호부(1900)는, SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부, 전압 감지부로부터 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터(1700)의 과전압 흐름 여부를 판단하는 과전압 판단부, 그리고 과전압 판단부의 판단 신호에 따라 SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원을 차단하는 스위칭부(1910)를 포함할 수 있다.

소자 보호부(1900)의 전압 감지부는, SMPS 캐패시터(1700)와 병렬 연결되고, 제1 저항과 제2 저항이 직렬 연결되는 분배 저항을 포함할 수 있다.

그리고, 소자 보호부(1900)의 과전압 판단부는, 전압 감지부로부터 감지된 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교하여, SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원 차단 여부를 판단하는 판단 신호를 출력할 수 있다.

일 예로, 과전압 판단부는, 전압 감지부로부터 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 더 크면, 판단 신호를 로우(low)로 출력하여 스위칭부(1910)를 오프(off)시키고, 전압 감지부로부터 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 더 작거나 동일하면, 판단 신호를 하이(high)로 출력하여 스위칭부(1910)를 온(on)시킬 수 있다.

경우에 따라, 과전압 판단부는, 판단 신호가 로우일 때, 로우 신호가 인가되는 시간 동안, 스위칭부(1910)를 지속적으로 오프시킬 수 있다.

그 이유는, SMPS 캐패시터(1700)에 걸리는 전압이 일정 전압값으로 하강될 때까지 과전압이 입력되지 않도록 하기 위함이다.

또한, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)는, 릴레이 스위치일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

여기서, 스위칭부(1910)는, 과전압 판단부의 판단 신호가 로우이면, 오프 동작을 수행하여 SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원을 차단하고 SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 하강시킬 수 있다.

그리고, 스위칭부(1910)는, 과전압 판단부의 판단 신호가 하이이면, 온 동작을 수행하여 SMPS 정류부(1600)로 전원을 인가시키고 SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 상승시킬 수 있다.

경우에 따라, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)는, 전력 변환 장치의 스위칭부와 병렬 연결될 수 있는데, 전력 변환 장치의 스위칭부는, 삼상 교류 전원 역상 시, 오프되어 입력 전압을 차단하고, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)는, 삼상 교류 전원 역상 시, 삼상 교류 전원이 기준 전압 이상일 때만, 오프되어 입력 전압을 차단할 수 있다.

소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)를 삼상 교류 전원 역상 시에 바로 오프시키지 않는 이유는, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)가 삼상 교류 전원 역상 시에도 동작하여 전원을 공급하여 마이컴 등의 동작 수행을 유지시킬 수 있기 때문이다.

그리고, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)는, SMPS 회로에 소손을 줄 수 있는 임계치 이상의 고전압이 입력될 경우에만 오프 동작을 수행하여 SMPS 회로를 보호할 수 있다.

이처럼, 소자 보호부(1900)는, SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원이 삼상 교류 전원의 역상이면, 삼상 교류 전원이 기준 전압 이상일 때만, SMPS 정류부(1600)로 인가되는 삼상 교류 전원을 차단할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단함으로써, 삼상 교류 전원 역상 시 SMPS 전원 회로의 소손을 방지하여, 삼상 교류 전원 역상에서도 마이컴을 구동시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 소자 보호부를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 소자 보호부를 설명하기 위한 회로도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치의 소자 보호부(1900)는, 전압 감지부(1920), 과전압 판단부(1930), 그리고 스위칭부(1910)를 포함할 수 있다.

여기서, 전압 감지부(1920)는, SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 감지할 수 있다.

일 예로, 전압 감지부(1920)는, SMPS 캐패시터(1700)와 병렬 연결되고, 제1 저항(1922)과 제2 저항(1924)이 직렬 연결되는 분배 저항을 포함할 수 있다.

그리고, 과전압 판단부(1930)는, 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터(1700)의 과전압 흐름 여부를 판단할 수 있다.

여기서, 과전압 판단부(1930)는, 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교하여, SMPS 정류부로 인가되는 전원 차단 여부를 판단하는 판단 신호를 출력할 수 있다.

일 예로, 과전압 판단부(1930)는, 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 더 크면, 판단 신호를 로우(low)로 출력하여 스위칭부(1910)를 오프(off)시키고, 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 더 작거나 동일하면, 판단 신호를 하이(high)로 출력하여 스위칭부(1910)를 온(on)시킬 수 있다.

여기서, 과전압 판단부(1930)는, 판단 신호가 로우일 때, 로우 신호가 인가되는 시간 동안, 스위칭부(1910)를 지속적으로 오프시킬 수 있다.

일 예로, 과전압 판단부(1930)은, 미리 설정된 기준 전압값을 약 450V로 설정할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

즉, 과전압 판단부(1930)는, 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값인 450V보다 더 크면, 판단 신호를 로우(low)로 출력하여 스위칭부(1910)를 오프(off)시킬 수 있다.

예를 들면, SMPS 전원 공급 장치에 약 537V의 전원이 입력되면, SMPS 캐패시터에 걸리는 전압은 약 15% 전압 변동을 고려할 때, 약 645V까지 상승할 수 있다.

여기서, SMPS 캐패시터에 걸리는 전압이 약 645V로 감지될 경우, SMPS부의 스위칭 소자에 인가되는 전압은, 스위칭 노이즈를 고려할 때, 약 715V까지 상승하여 소자의 소손 위험이 발생할 수 있다.

따라서, 소자 보호부(1900)의 과전압 판단부(1930)는, 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값인 450V보다 더 크면, 판단 신호를 로우(low)로 출력하여 스위칭부(1910)를 오프(off)시켜 SMPS 회로를 보호할 수 있다.

일 예로, 과전압 판단부(1930)는, 분배 저항(1938) 및 를 포함하여 구성할 수 있다.

여기서, 분배 저항(1938)은, 과전압 판단부(1930)는, 제3 저항(1938a)과 제4 저항(1938b)이 직렬 연결되어 기준 전압을 생성할 수 있다.

그리고, 비교기(1932)는, 분배 저항(1938)의 제3 저항(1938a)과 제4 저항(1938b) 사이의 노드에 연결되어 기준 전압이 인가되는 제1 입력단과 전압 감지부(1920)에 연결되어 감지된 전압이 인가되는 제2 입력단을 포함할 수 있다.

이어, 제5 저항(1934)은, 비교기(1932)의 제2 입력단과 전압 감지부(1920) 사이에 연결될 수 잇고, 캐패시터(1936)는, 비교기(1932)의 제2 입력단과 제5 저항(1934) 사이의 노드에 일측이 연결되고, 타측이 그라운드될 수 있다.

다음, 스위칭부(1910)는, 과전압 판단부(1930)의 판단 신호에 따라 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.

일 예로, 스위칭부(1910)는, 릴레이 스위치(relay switch)일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

여기서, 스위칭부(1910)는, 과전압 판단부(1930)의 판단 신호가 로우이면, 오프 동작을 수행하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하고 SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 하강시킬 수 있다.

그리고, 스위칭부(1910)는, 과전압 판단부(1930)의 판단 신호가 하이이면, 온 동작을 수행하여 SMPS 정류부로 전원을 인가시키고 SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 상승시킬 수 있다.

도 5은 본 발명에 따른 소자 보호부가 적용된 전원 공급 장치를 보여주는 회로도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치는, 전력 변환 장치와 동일하게 단상 교류 전원을 입력받아 동작할 수 있다.

여기서, 전원 공급 장치는, SMPS 정류부(1600), SMPS 캐패시터(1700), SMPS(Switched Mode Power Supply)부(1800), 그리고 스위칭부(1910)를 갖는 소자 보호부(1900)를 포함할 수 있다.

여기서, 소자 보호부(1900)는, SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부(1920), 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터(1700)의 과전압 흐름 여부를 판단하는 과전압 판단부(1930), 그리고 과전압 판단부(1930)의 판단 신호에 따라 SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원을 차단하는 스위칭부(1910)를 포함할 수 있다.

소자 보호부(1900)의 전압 감지부(1920)는, SMPS 캐패시터(1700)와 병렬 연결되고, 제1 저항(1922)과 제2 저항(1924)이 직렬 연결되는 분배 저항을 포함할 수 있다.

그리고, 소자 보호부(1900)의 과전압 판단부(1930)는, 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교하여, SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원 차단 여부를 판단하는 판단 신호를 출력할 수 있다.

경우에 따라, 과전압 판단부(1930)는, 판단 신호가 로우일 때, 로우 신호가 인가되는 시간 동안, 스위칭부(1910)를 지속적으로 오프시킬 수 있다.

여기서, 스위칭부(1910)는, 과전압 판단부(1930)의 판단 신호가 로우이면, 오프 동작을 수행하여 SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원을 차단하고 SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 하강시킬 수 있다.

그리고, 스위칭부(1910)는, 과전압 판단부(1930)의 판단 신호가 하이이면, 온 동작을 수행하여 SMPS 정류부(1600)로 전원을 인가시키고 SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 상승시킬 수 있다.

경우에 따라, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)는, 전력 변환 장치의 스위칭부(1110)와 병렬 연결될 수 있는데, 전력 변환 장치의 스위칭부(1910)는, 삼상 교류 전원 역상 시, 오프되어 입력 전압을 차단하고, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)는, 삼상 교류 전원 역상 시, 삼상 교류 전원이 기준 전압 이상일 때만, 오프되어 입력 전압을 차단할 수 있다.

일 예로, 단상 교류 전원이 인가되는 전력 변환 장치에 삼상 380V 전원이 역상될 경우, 마이컴(3100)은, 입력 전압 감지부(3200)를 통해, 입력 전압을 감지하고, 감지된 입력 전압이 약 330V 이상이면, 전력 변환 장치의 스위칭부(1110)가 오프 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.

또한, 마이컴(3100)은, DC단 캐패시터에 걸리는 전압이 약 450V 이상인 경우에도 전력 변환 장치의 스위칭부(1110)가 오프 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.

그리고, 단상 교류 전원이 인가되는 전원 공급 장치에도 삼상 380V 전원이 역상될 경우, 소자 보호부(1900)는, SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터(1700)의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부(1600)로 인가되는 전원을 차단함으로써, 삼상 교류 전원 역상 시 SMPS 전원 회로의 소손을 방지하여, 삼상 교류 전원 역상에서도 마이컴을 구동시킬 수 있다.

일 예로, 소자 보호부(1900)의 전압 감지부(1920)는, 삼상 380V 전원이 역상될 경우, SMPS 캐패시터(1700)의 양단에 걸리는 전압을 감지할 수 있다.

그리고, 소자 보호부(1900)의 과전압 판단부(1930)는, 전압 감지부(1920)로부터 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터(1700)의 과전압 흐름 여부를 판단할 수 있다.

이처럼, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)는, 전력 변환 장치의 스위칭부(1110)와 병렬 연결될 수 있다.

그리고, 전력 변환 장치의 스위칭부(1110)는, 삼상 교류 전원 역상 시, 오프되어 입력 전압을 차단하고, 소자 보호부(1900)의 스위칭부(1910)는, 삼상 교류 전원 역상 시, 삼상 교류 전원이 기준 전압 이상일 때만, 오프되어 입력 전압을 차단할 수 있다.

여기서, 삼상 교류 전원은, 약 380V일 수 있고, 기준 전압은, 약 450V일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

도 6는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 과전압 차단 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 7은 삼상 교류 전원 역상에 따른 SMPS 회로의 전압 상승을 보여주는 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 소자 보호부는, 삼상 380V 전원이 역상될 경우, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지할 수 있다.(S10)

그리고, 소자 보호부는, 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값 450V보다 더 큰지를 판단할 수 있다.(S20)

이어, 소자 보호부는, 판단 결과, 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값 450V보다 더 크면, 판단 신호를 로우(low)로 출력한다.(S30)

그리고, 소자 보호부는, 출력된 로우 신호를 토대로, 릴레이 스위치를 오프시켜 SMPS 전원 공급 장치로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.(S40)

다음, 소자 보호부는, 인가되는 전원의 차단에 따라 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압이 하강되면, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.(S50)

또한, 소자 보호부는, 판단 결과, 감지된 전압값이 미리 설정된 기준 전압값 450V보다 더 크지 않으면, 판단 신호를 하이(high)로 출력한다.(S60)

그리고, 소자 보호부는, 출력된 하이 신호를 토대로, 릴레이 스위치를 온시켜 SMPS 전원 공급 장치로 전원을 인가할 수 있다.(S70)

다음, 소자 보호부는, 인가되는 전원에 따라 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압이 상승하면, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.(S80)

경우에 따라, 소자 보호부는, 판단 신호가 로우일 때, 로우 신호가 인가되는 시간 동안, 릴레이 스위치를 지속적으로 오프시켜 전원을 차단할 수 있다.

그 이유는, SMPS 캐패시터에 걸리는 전압이 일정 전압값으로 하강될 때까지 과전압이 입력되지 않도록 하기 위함이다.

도 7에 도시된 바와 같이, SMPS부의 스위칭 소자에 인가되는 전압은, 스위칭 노이즈를 고려할 때, A 영역과 같이 약 623V까지 상승하는 것을 알 수 있다.

이와 같이, SMPS부의 스위칭 소자에 인가되는 전압은, 스위칭 노이즈에 따라, 전압이 크게 상승하므로, 스위칭 소자의 소손이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은, 단상 제품에 적용되는 SMPS 전원 공급 장치에 소자 보호부를 배치하여, 삼상 교류 전원이 역상될 경우에도, SMPS 전원 공급 장치를 보호할 뿐만 아니라, 마이컴의 구동을 유지하도록 전원을 공급할 수 있다.

즉, 본 발명은, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 토대로 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하여 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단함으로써, 삼상 교류 전원 역상 시 SMPS 전원 회로의 소손을 방지하여, 삼상 교류 전원 역상에서도 마이컴을 구동시킬 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: 전원 장치 1100: 정류부
1200: 컨버터부 1300: 컨버터 제어부
1400: 인버터부 1500: 인버터 제어부
1600: SMPS 정류부 1700: SMPS 캐패시터
1800: SMPS부 1900: 소자 보호부
1910: 스위칭부 1920: 전압 감지부
1930: 과전압 판단부 2000: 모터

Claims

교류 전원에 연결되며, 상기 교류 전원 역상 연결 시 전원을 차단하는 제1 스위칭부를 포함하고, 모터를 구동하기 위한 인버터부를 포함하는 전력 변환 장치;
상기 교류 전원에 상기 전력 변환 장치와 병렬로 연결되고, SMPS 정류부 및 SMPS(Switched Mode Power Supply)부를 포함하는 전원 공급 장치;
상기 SMPS 정류부와 SMPS부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 SMPS 캐패시터; 그리고,
상기 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하고, 상기 감지된 전압을 토대로 기준 전압을 기준으로 상기 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하여 과전압 판단 시 상기 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하는 제2 스위칭부를 포함하는 소자 보호부를 포함하고,
상기 제1 스위칭부는 상기 교류 전원을 기준으로 상기 제2 스위칭부와 병렬로 연결되고, 상기 제2 스위칭부는 삼상 교류 전원 역상 시, 삼상 교류 전원이 상기 기준 전압 이상일 때만, 오프되어 입력 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제1 항에 있어서, 상기 소자 보호부는,
상기 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부; 그리고,
상기 전압 감지부로부터 감지된 전압을 토대로 상기 SMPS 캐패시터의 과전압 흐름 여부를 판단하는 과전압 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제2 항에 있어서, 상기 전압 감지부는,
상기 SMPS 캐패시터와 병렬 연결되고, 제1 저항과 제2 저항이 직렬 연결되는 분배 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제2 항에 있어서, 상기 과전압 판단부는,
상기 전압 감지부로부터 감지된 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교하여, 상기 SMPS 정류부로 인가되는 전원 차단 여부를 판단하는 판단 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제4 항에 있어서, 상기 과전압 판단부는,
상기 전압 감지부로부터 감지된 전압값이 상기 미리 설정된 기준 전압값보다 더 크면, 상기 판단 신호를 로우(low)로 출력하여 상기 스위칭부를 오프(off)시키고, 상기 전압 감지부로부터 감지된 전압값이 상기 미리 설정된 기준 전압값보다 더 작거나 동일하면, 상기 판단 신호를 하이(high)로 출력하여 상기 제2 스위칭부를 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제5 항에 있어서, 상기 과전압 판단부는,
상기 판단 신호가 로우일 때, 로우 신호가 인가되는 시간 동안, 상기 제2 스위칭부를 지속적으로 오프시키는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제2 항에 있어서, 상기 과전압 판단부는,
제3 저항과 제4 저항이 직렬 연결되어 기준 전압을 생성하는 분배 저항;
상기 분배 저항의 제3 저항과 제4 저항 사이의 노드에 연결되어 상기 기준 전압이 인가되는 제1 입력단과 상기 전압 감지부에 연결되어 상기 감지된 전압이 인가되는 제2 입력단을 포함하는 비교기;
상기 비교기의 제2 입력단과 상기 전압 감지부 사이에 연결되는 제5 저항; 그리고,
상기 비교기의 제2 입력단과 상기 제5 저항 사이의 노드에 일측이 연결되고, 타측이 그라운드되는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제2 항에 있어서, 상기 제2 스위칭부는,
상기 과전압 판단부의 판단 신호가 로우이면, 오프 동작을 수행하여 상기 SMPS 정류부로 인가되는 전원을 차단하고 상기 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 하강시키는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제2 항에 있어서, 상기 제2 스위칭부는,
상기 과전압 판단부의 판단 신호가 하이이면, 온 동작을 수행하여 상기 SMPS 정류부로 전원을 인가시키고 상기 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 상승시키는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 전원 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.