KR102036112B1

KR102036112B1 - 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Info

Publication number: KR102036112B1
Application number: KR1020170037724A
Authority: KR
Inventors: 이영민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2019-10-24
Also published as: KR20180108233A

Abstract

과전압에 의한 부품 소손을 방지하는 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, SMPS(Switched Mode Power Supply) 정류부 및 SMPS 출력부를 포함하고, SMPS 정류부와 SMPS 출력부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 SMPS 캐패시터와, SMPS 캐패시터에 연결되어 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부와, 전압 감지부와 SMPS 출력부에 연결되어 전압 감지부로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 큰 과전압이면 오프(off)되어 SMPS 출력부로 전류 전송을 차단하고, 전압 감지부로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 작거나 동일한 전압이면 온(on)되어 SMPS 출력부로 전류를 전송하는 SMPS 스위칭부와, SMPS 정류부에 연결되어 SMPS 스위칭부가 오프되면 SMPS 정류부로 입력되는 전류를 차단하고, SMPS 스위칭부가 온이면 SMPS 정류부로 입력되는 전류를 허용하는 전류 차단 스위치를 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 부품 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.

여기서, 전원 공급 장치는, 공기 조화기에 3상 전원을 인가함과 동시에 결선 상태를 감지하고, 오결선 상태가 감지되면 전원을 차단함으로써, 오결선에 의한 과전압의 유입을 차단할 수 있다.

하지만, 이러한 과전압 차단 방식은, 3상 전원의 오결선 상태만을 감지하여 전원을 차단하기 때문에, 정상 결선 상태에서 유입될 수 있는 과전압을 차단할 수 없었다.

특히, 전압이 불안정한 지역에서는, 정상 결선 상태에서도 과전압이 유입될 수 있기 때문에, 모든 조건에서 과전압이 유입되는 것을 감지할 수 있는 회로 시스템이 필요하다.

따라서, 향후 3상 전원의 오결선 상태뿐만 아니라 정상 결선 상태에서도 과전압의 유입을 감지하여 감지된 과전압의 유입을 차단하여 부품 소손을 방지할 수 있는 전원 공급 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 감지된 전압이 과전압이면 오프(off)되도록 OVP(Over Voltage Protection) 기능을 활성화하는 SMPS 스위칭부와, SMPS 정류부 입력단에 배치되는 전류 차단 스위치를 이용하여, 3상 전원의 오결선 상태뿐만 아니라 정상 결선 상태에서도 과전압의 유입을 감지하고 차단함으로써, 부품 소손을 방지할 수 있는 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 전원 공급 장치는, SMPS(Switched Mode Power Supply) 정류부 및 SMPS 출력부를 포함하고, SMPS 정류부와 SMPS 출력부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 SMPS 캐패시터와, SMPS 캐패시터에 연결되어 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부와, 전압 감지부와 SMPS 출력부에 연결되어 전압 감지부로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 큰 과전압이면 오프(off)되어 SMPS 출력부로 전류 전송을 차단하고, 전압 감지부로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 작거나 동일한 전압이면 온(on)되어 SMPS 출력부로 전류를 전송하는 SMPS 스위칭부와, SMPS 정류부에 연결되어 SMPS 스위칭부가 오프되면 SMPS 정류부로 입력되는 전류를 차단하고, SMPS 스위칭부가 온이면 SMPS 정류부로 입력되는 전류를 허용하는 전류 차단 스위치를 포함할 수 있다.

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

그리고, SMPS 스위칭부의 기준 전압은 약 5V - 6V 범위 내의 전압일 수 있다.

이어, 본 발명은 SMPS 정류부로 교류를 제공하는 전력 공급부를 더 포함하고, 전류 차단 스위치는 전력 공급부와 SMPS 정류부 사이에 배치될 수 있다.

여기서, 전류 차단 스위치는 릴레이 스위치일 수 있다.

다음, SMPS 출력부는 SMPS 스위칭부가 온(on)되면 입력되는 전류를 충전하고 충전된 전류를 정류 및 평활하여 출력하며 SMPS 스위칭부가 오프(off)되면 전류 출력 동작을 수행하지 않을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 조화기는, SMPS(Switched Mode Power Supply) 정류부 및 SMPS 출력부를 포함하고, SMPS 정류부와 SMPS 출력부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 SMPS 캐패시터와, SMPS 캐패시터에 연결되어 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부와, 전압 감지부와 SMPS 출력부에 연결되어 전압 감지부로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 큰 과전압이면 오프(off)되어 SMPS 출력부로 전류 전송을 차단하고, 전압 감지부로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 작거나 동일한 전압이면 온(on)되어 SMPS 출력부로 전류를 전송하는 SMPS 스위칭부와, SMPS 정류부에 연결되어 SMPS 스위칭부가 오프되면 SMPS 정류부로 입력되는 전류를 차단하고, SMPS 스위칭부가 온이면 SMPS 정류부로 입력되는 전류를 허용하는 전류 차단 스위치를 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, 감지된 전압이 과전압이면 오프(off)되도록 OVP(Over Voltage Protection) 기능을 활성화하는 SMPS 스위칭부와, SMPS 정류부 입력단에 배치되어 SMPS 스위칭부의 동작에 따라 과전류의 입력을 차단하는 전류 차단 스위치를 이용하여, 3상 전원의 오결선 상태뿐만 아니라 정상 결선 상태에서도 과전압의 유입을 감지하고 차단함으로써, 부품 소손을 방지할 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 전압 감지부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 과전압 차단 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5은 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 과전압 차단 과정을 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 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 장치는, 전력 변환 장치(1000)와 전원 공급 장치(3000)를 포함할 수 있다.

전력 변환 장치(1000)는 입력되는 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(2000)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, DC단 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, 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)(1600)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(1500)에 인가될 수 있으며, DC단 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 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 장치(300)는, SMPS(Switched Mode Power Supply) 정류부(3100), SMPS 캐패시터(3200), 전압 감지부(3300), SMPS 스위칭부(3400), SMPS 출력부(3500), 그리고 전류 차단 스위치(3600)를 포함할 수 있다.

여기서, SMPS 정류부는 입력되는 교류 전원(100)을 정류할 수 있다.

그리고, SMPS 캐패시터(3200)는 SMPS 정류부(3100)와 SMPS 출력부(3500) 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전할 수 있다.

다음, 전압 감지부(3300)는 SMPS 캐패시터(3200)에 연결되어 SMPS 캐패시터(3200)의 양단에 걸리는 전압을 감지할 수 있다.

여기서, 전압 감지부(3300)는 SMPS 캐패시터(3200)와 병렬 연결되고, 제1 저항과 제2 저항이 직렬 연결되는 분배 저항을 포함할 수 있다.

이어, SMPS 스위칭부(3400)는 전압 감지부(3300)와 SMPS 출력부(3500)에 연결되어 전압 감지부(3300)로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 큰 과전압이면 오프(off)되어 SMPS 출력부(3500)로 전류 전송을 차단하고, 전압 감지부(3300)로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 작거나 동일한 전압이면 온(on)되어 SMPS 출력부(3500)로 전류를 전송할 수 있다.

여기서, SMPS 스위칭부(3400)의 기준 전압은 약 5V - 6V 범위 내의 전압일 수 있다.

또한, SMPS 스위칭부(3400)의 기준 전압은 전압 감지부(3300)의 저항값에 따라 결정될 수 있다.

그리고, 전류 차단 스위치(3600)는 SMPS 정류부(3100)에 연결되어 SMPS 스위칭부(3400)가 오프되면 SMPS 정류부(3100)로 입력되는 전류를 차단하고, SMPS 스위칭부(3400)가 온이면 SMPS 정류부(3100)로 입력되는 전류를 허용할 수 있다.

여기서, 전류 차단 스위치(3600)는 SMPS 정류부(3100)로 교류를 제공하는 전력 공급부와 SMPS 정류부(3100) 사이에 배치될 수 있다.

일 예로, 전류 차단 스위치(3600)는 릴레이 스위치일 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.

여기서, 릴레이 스위치는 구동 전압이 약 9V ~ 약 13.5V일 수 있다.

다음, SMPS 출력부(3500)는 SMPS 스위칭부(3400)가 온(on)되면 입력되는 전류를 충전하고, SMPS 스위칭부(3400)가 오프(off)되면 충전된 전류를 정류 및 평활하여 출력할 수 있다.

일 예로, SMPS 출력부(3500)는 트랜스포머, 정류부, 그리고 평활 전압 생성부를 포함할 수 있다.

여기서, 트랜스포머는 SMPS 스위칭부(3400)가 온(on)되면 1차측 코일에 전류를 충전하고 1차측 코일에 충전된 전류를 2차측 코일로 전송할 수 있으며, SMPS 스위칭부가 오프(off)되면 전류 출력 동작을 수행하지 않을 수 있다.

그리고, 정류부는 트랜스포머에 연결되어 2차측 코일로 전송된 전류를 정류하고, 평활 전압 생성부는 정류부에 연결되어 정류부로부터 정류된 전류를 평활하여 평활된 전압을 출력할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 전원 공급 장치는, 전압 감지부(3300)를 통해, SMPS 캐패시터(3200)의 양단에 걸리는 전압을 감지할 수 있다.

그리고, SMPS 스위칭부(3400)는 감지된 전압이 기준 전압보다 더 큰 과전압이면 OVP(Over Voltage Protection) 기능을 활성화하여 오프(off)될 수 있다.

이어, SMPS 스위칭부가 오프되면, SMPS 출력부(3500)는 전류 출력 동작을 수행하지 않으므로, 릴레이 스위치인 전류 차단 스위치(3600)가 오프되어 입력되는 과전류를 차단할 수 있다.

그 이유는, 릴레이 스위치인 전류 차단 스위치의 경우, 구동 전압 약 9V 이상이므로, 과전압에 의해 SMPS 스위칭부가 오프될 경우, 전류 차단 스위치(3600)도 오프되어, 과전류의 유입을 차단할 수 있기 때문이다.

따라서, 본 발명은 감지된 전압이 과전압이면 오프(off)되도록 OVP(Over Voltage Protection) 기능을 활성화하는 SMPS 스위칭부와, SMPS 정류부 입력단에 배치되어 SMPS 스위칭부의 동작에 따라 과전류의 입력을 차단하는 전류 차단 스위치를 이용하여, 3상 전원의 오결선 상태뿐만 아니라 정상 결선 상태에서도 과전압의 유입을 감지하고 차단함으로써, 부품 소손을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 전압 감지부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전압 감지부(3300)는 SMPS 캐패시터(3200)에 연결되어 SMPS 캐패시터(3200)의 양단에 걸리는 전압을 감지할 수 있다.

전압 감지부(3300)는 SMPS 캐패시터(3200)와 병렬 연결되고, 제1 저항(3310)과 제2 저항(3320)이 직렬 연결되는 분배 저항을 포함할 수 있다.

그리고, 전압 감지부(3300)는 제1 저항(3310)과 제2 저항(3320) 사이의 노드에 일측이 연결되고 SMPS 스위칭부(3400)에 타측이 연결되는 출력 배선(3330)을 포함할 수 있다.

여기서, 출력 배선(3330)을 통해 SMPS 스위칭부(3400)로 출력되는 출력 전압(Vbr)은, Vbr = X * {R2/(R1+R2)} (여기서, X는 분배 저항에 인가되는 전압값, R1은 제1 저항값, R2는 제2 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출될 수 있다.

예를 들면, SMPS 스위칭부(3400)의 기준 전압이 약 5V - 약 6V 범위 내의 전압일 경우, 입력 전압이 약 310V 이하에서는 SMPS 스위칭부(3400)가 정상 동작을 수행하지만, 입력 전압이 약 310V 이상의 과전압에서는 SMPS 스위칭부(3400)가 오프되도록 설계될 수 있다.

따라서, SMPS 스위칭부(3400)의 기준 전압은 전압 감지부(3300)의 저항값에 따라 결정될 수 있다.

일 예로, SMPS 스위칭부(3400)가 약 5.34V 이상에서 OVP(Over Voltage Protection) 기능 동작을 수행하도록 설계될 경우, 전원 공급 장치에 AC 입력전원 기준 약 310V 이상의 과전압이 인가되면, 전압 감지부(3300)는 션트(Shunt) 저항에 의한 전압 분배로 SMPS 스위칭부(3400)의 Vbr 입력 포트로 약 5.34V 이상의 전압이 인가되고, SMPS 스위칭부(3400)는 약 5.34V 이상의 전압이 인가되면 오프되도록 설계되어 스위칭 동작을 중지하게 된다.

이어, SMPS 스위칭부(3400)가 오프되면, 약 9V 이상의 전압에서 구동되는 릴레이 스위치인 전류 차단 스위치는, 구동 전압이 인가되지 않아 오프(off)되어 과전류의 유입을 차단함으로써, 회로 소손을 방지할 수 있다.

여기서, 전압 감지부(3300)의 제1 저항 R1의 저항값이 약 7.4MΩ이고, 제2 저항 R2의 저항값이 약 91KΩ일 때, 입력되는 AC 전압이 310V이면, SMPS 스위칭부(3400)로 입력되는 전압 Vbr은 약 5.34V로 산출될 수 있다.

즉, AC 전압은, 5.34 * [(7.4M + 91K) / 91K] / 1.414 = AC 310V로 산출될 수 있다.

따라서, 3상 오결선시, Vbr 전압은 약 6.53V가 되므로, SMPS 스위칭부(3400)는 오프되고, 전류 차단 스위치도 오프되어 과전압 유입을 차단할 수 있다.

그리고, 정상 결선시, Vbr 전압은 약 3.77V가 되므로, SMPS 스위칭부(3400)는 온되고, 전류 차단 스위치도 온되어 입력 전압을 정상적으로 인입할 수 있다.

일 예로, 정상 결선시, AC 220V의 정상 전압이 입력되면, 입력된 전원은 SMPS 정류부(3100)를 거쳐 DC 310V로 인가되고, 다시 전압 감지부(3300)를 거쳐 약 3.77V의 Vbr 전압이 되며, 약 3.77V의 Vbr 전압이 SMPS 스위칭부(3400)에 입력되면 SMPS 스위칭부(3400)는 정상적으로 구동될 수 있다.

여기서, 정상 결선시, Vbr = 310V * [(7.4M + 91k) / 91K] = 3.77V일 수 있다.

하지만, 3상 오결선시, AC 380V의 과전압이 입력되면, 입력된 전원은 SMPS 정류부(3100)를 거쳐 DC 537V로 인가되고, 다시 전압 감지부(3300)를 거쳐 약 6.53V의 Vbr 전압이 되며, 약 6.53V의 Vbr 전압이 SMPS 스위칭부(3400)에 입력되면 SMPS 스위칭부(3400)는 정상적으로 구동될 수 있다.

여기서, 3상 오결선시, Vbr = 537V * [(7.4M + 91k) / 91K] = 6.53V일 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 과전압 차단 과정을 설명하기 위한 회로도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치는, SMPS(Switched Mode Power Supply) 정류부(3100), SMPS 캐패시터(3200), 전압 감지부(3300), SMPS 스위칭부(3400), SMPS 출력부(3500), 그리고 전류 차단 스위치(3600)를 포함할 수 있다.

여기서, 전압 감지부(3300)는 SMPS 캐패시터(3200)와 병렬 연결되고, 제1 저항(3310)과 제2 저항(3320)이 직렬 연결되는 분배 저항을 포함할 수 있다.

또한, 전압 감지부(3300)는 제1 저항(3310)과 제2 저항(3320) 사이의 노드에 일측이 연결되고 SMPS 스위칭부(3400)에 타측이 연결되는 출력 배선을 포함할 수 있다.

여기서, 출력 배선을 통해 SMPS 스위칭부(3400)로 출력되는 출력 전압(Vbr)은, Vbr = X * {R2/(R1+R2)} (여기서, X는 분배 저항에 인가되는 전압값, R1은 제1 저항값, R2는 제2 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출될 수 있다.

일 예로, SMPS 스위칭부(3400)가 기준 전압 약 5.34V 이상에서 OVP(Over Voltage Protection) 기능 동작을 수행하도록 설계될 경우, 전원 공급 장치에 AC 입력 전원 기준 약 310V 이상의 과전압이 인가되면, 전압 감지부(3300)는 션트(Shunt) 저항에 의한 전압 분배로 SMPS 스위칭부(3400)의 Vbr 입력 포트로 약 5.34V 이상의 전압이 인가되고, SMPS 스위칭부(3400)는 약 5.34V 이상의 전압이 인가되면 오프되도록 설계되어 스위칭 동작을 중지하게 된다.

일 예로, 3상 오결선시, Vbr 전압은 약 6.53V가 되므로, SMPS 스위칭부(3400)는 오프되고, 전류 차단 스위치도 오프되어 과전압 유입을 차단할 수 있다.

3상 오결선시, AC 380V의 과전압이 입력되면, 입력된 전원은 SMPS 정류부(3100)를 거쳐 DC 537V로 인가되고, 다시 전압 감지부(3300)를 거쳐 약 6.53V의 Vbr 전압이 되며, 약 6.53V의 Vbr 전압이 SMPS 스위칭부(3400)에 입력되면 SMPS 스위칭부(3400)는 정상적으로 구동될 수 있다.

일 예로, 정상 결선시, Vbr 전압은 약 3.77V가 되므로, SMPS 스위칭부(3400)는 온되고, 전류 차단 스위치도 온되어 입력 전압을 정상적으로 인입할 수 있다.

정상 결선시, AC 220V의 정상 전압이 입력되면, 입력된 전원은 SMPS 정류부(3100)를 거쳐 DC 310V로 인가되고, 다시 전압 감지부(3300)를 거쳐 약 3.77V의 Vbr 전압이 되며, 약 3.77V의 Vbr 전압이 SMPS 스위칭부(3400)에 입력되면 SMPS 스위칭부(3400)는 정상적으로 구동될 수 있다.

그리고, SMPS 스위칭부(3400)는 전원부(3600)에 연결되어 전원을 공급받을 수 있다.

여기서, 전원부(3600)는, SMPS 스위칭부(3400)의 전원 공급 단자 Vcc에 출력단이 연결되는 다이오드(3610), 다이오드(3610)의 입력단에 직렬로 연결되는 저항(3620), 저항(3620)에 일측이 연결되는 코일(3630), 그리고 코일(3630)의 타측에 일측이 연결되고 다이오드(3610)의 출력단에 타측이 연결되는 캐패시터(3640)를 포함할 수 있다.

이때, 전원부(3600)의 코일(3630)과 캐패시터(3640) 사이의 노드는, SMPS 캐패시터(3200)에 연결될 수 있다.

그리고, 전원부(3600)의 코일(3630)은, SMPS 출력부(3500)의 트랜스포머의 2차측 코일(3520)과 마주하도록 배치될 수 있다.

다음, 전원 공급 장치는 SMPS 정류(3100)부로 교류를 제공하는 전력 공급부(3700)를 포함할 수 있다.

여기서, 전력 공급부(3700)는 퓨즈를 포함할 수 있다.

그리고, 전류 차단 스위치(3600)는 전력 공급부(3700)와 SMPS 정류부(3100) 사이에 배치될 수 있다.

전류 차단 스위치(3600)는 SMPS 정류부(3100)에 연결되어 SMPS 스위칭부(3400)가 오프되면 SMPS 정류부(3100)로 입력되는 전류를 차단하고, SMPS 스위칭부(3400)가 온이면 SMPS 정류부(3100)로 입력되는 전류를 허용할 수 있다.

따라서, 릴레이 스위치인 전류 차단 스위치(3600)는, 약 9V 이상의 전압에서 구동되므로, SMPS 스위칭부(3400)가 오프되면, 릴레이 스위치의 구동 전압이 인가되지 않아 오프(off)되어 과전류의 유입을 차단함으로써, 회로 소손을 방지할 수 있다.

여기서, 트랜스포머는 SMPS 스위칭부(3400)가 온(on)되면 1차측 코일(3510)에 전류를 충전하고 1차측 코일(3510)에 충전된 전류를 2차측 코일(3520)로 전송할 수 있으며, SMPS 스위칭부가 오프(off)되면 전류 출력 동작을 수행하지 않을 수 있다.

그리고, 정류부는 트랜스포머에 연결되어 2차측 코일(3520)로 전송된 전류를 정류하고, 평활 전압 생성부는 정류부에 연결되어 정류부로부터 정류된 전류를 평활하여 평활된 전압을 출력할 수 있다.

일 예로, 정류부는 트랜스포머의 2차측 코일(3520)에 입력단이 연결되는 다이오드(3530)를 포함할 수 있다.

그리고, 평활 전압 생성부는 다이오드(3530)의 출력단에 일측이 연결되고 트랜스포머의 2차측 코일(3520)에 타측이 연결되는 캐패시터(3540)를 포함할 수 있다.

여기서, 캐패시터(3540)는 트랜스포머의 2차측 코일(3520)에 대해 병렬 연결될 수 있다.

이어, SMPS 스위칭부(3400)가 오프되면, SMPS 출력부(3500)는 전류 출력 동작을 수행하지 않으므로, 릴레이 스위치인 전류 차단 스위치(3600)가 오프되어 입력되는 과전류를 차단할 수 있다.

그 이유는, 릴레이 스위치인 전류 차단 스위치(3600)의 경우, 구동 전압 약 9V 이상이므로, 과전압에 의해 SMPS 스위칭부(3400)가 오프될 경우, 전류 차단 스위치(3600)도 오프되어, 과전류의 유입을 차단할 수 있기 때문이다.

도 5은 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 과전압 차단 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전원 공급 장치는, 교류 전원이 입력되면, 교류 전원을 정류하고 평활하여 직류 전원으로 만들고 직류 전원의 전압을 확인한다.(S10)

여기서, 전원 공급 장치는, 전압 감지부를 통해, SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지할 수 있다.

다음, 전원 공급 장치는, 직류 전원의 전압이 약 310V 이상인지를 확인한다.(S20)

이어, 전원 공급 장치는, SMPS 스위칭부를 통해, 감지된 전압이 기준 전압보다 더 큰 과전압이면 OVP(Over Voltage Protection) 기능을 활성화하여 SMPS 스위칭부를 오프(off)시킨다.(S30)

그리고, 전원 공급 장치는, SMPS 스위칭부가 오프되면, 릴레이 스위치인 전류 차단 스위치가 오픈(open)되어 입력되는 과전류를 차단할 수 있다.(S40)

하지만, 전원 공급 장치는, SMPS 스위칭부를 통해, 감지된 전압이 기준 전압보다 더 작은 정상 전압이면 OVP(Over Voltage Protection) 기능을 비활성화하여 SMPS 스위칭부를 온(on)시킬 수 있다.(S50)

그리고, 전원 공급 장치는, SMPS 스위칭부가 온되면, 릴레이 스위치인 전류 차단 스위치가 클로즈(close)되어 전류를 유입시킬 수 있다.(S60)

이와 같이, 본 발명은, 감지된 전압이 과전압이면 오프(off)되도록 OVP(Over Voltage Protection) 기능을 활성화하는 SMPS 스위칭부와, SMPS 정류부 입력단에 배치되어 SMPS 스위칭부의 동작에 따라 과전류의 입력을 차단하는 전류 차단 스위치를 이용하여, 3상 전원의 오결선 상태뿐만 아니라 정상 결선 상태에서도 과전압의 유입을 감지하고 차단함으로써, 부품 소손을 방지할 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.

3100: SMPS 정류부
3200: SMPS 캐패시터
3300: 전압 감지부
3400: SMPS 스위칭부
3500: SMPS 출력부
3600: 전류 차단 스위치

Claims

3상 전원을 공급하는 전력 공급부, SMPS(Switched Mode Power Supply) 정류부 및 SMPS 출력부를 포함하는 전원 공급 장치에 있어서,
상기 SMPS 정류부와 상기 SMPS 출력부 사이에 연결되어 전압을 충전 또는 방전하는 SMPS 캐패시터;
상기 SMPS 캐패시터에 연결되어 상기 SMPS 캐패시터의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 감지부;
상기 전압 감지부와 상기 SMPS 출력부에 연결되어 상기 전압 감지부로부터 감지된 전압이 기준 전압보다 더 큰 과전압이면 오프(off)되어 상기 SMPS 출력부로 전류 전송을 차단하고, 상기 전압 감지부로부터 감지된 전압이 상기 기준 전압보다 더 작거나 동일한 전압이면 온(on)되어 상기 SMPS 출력부로 전류를 전송하는 SMPS 스위칭부; 그리고,
상기 SMPS 정류부에 연결되고, 구동 전압이 상기 기준 전압보다 크게 설정되어, 상기 SMPS 스위칭부가 오프되면 상기 SMPS 정류부로 입력되는 전류를 차단하고, 상기 SMPS 스위칭부가 온이면 상기 SMPS 정류부로 입력되는 전류를 허용하는 전류 차단 스위치를 포함하여 구성되어,
상기 3상 전원의 오결시 및 정상 결선 상태에서 과전압의 유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제1 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 전압 감지부는,
상기 제1 저항과 제2 저항 사이의 노드에 일측이 연결되고 상기 SMPS 스위칭부에 타측이 연결되는 출력 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제3 항에 있어서, 상기 출력 배선을 통해 상기 SMPS 스위칭부로 출력되는 출력 전압(Vbr)은,
Vbr = X * {R2/(R1+R2)} (여기서, X는 분배 저항에 인가되는 전압값, R1은 제1 저항값, R2는 제2 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제1 항에 있어서,
상기 SMPS 스위칭부로 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제5 항에 있어서, 상기 전원부는,
상기 SMPS 스위칭부의 전원 공급 단자에 출력단이 연결되는 다이오드;
상기 다이오드의 입력단에 직렬로 연결되는 저항;
상기 저항에 일측이 연결되는 코일; 그리고,
상기 코일의 타측에 일측이 연결되고, 상기 다이오드의 출력단에 타측이 연결되는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제1 항에 있어서,
상기 전류 차단 스위치는,
상기 전력 공급부와 상기 SMPS 정류부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제1 항에 있어서, 상기 전류 차단 스위치는,
릴레이 스위치인 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제1 항에 있어서, 상기 SMPS 출력부는,
상기 SMPS 스위칭부가 온(on)되면 입력되는 전류를 충전하고 상기 충전된 전류를 정류 및 평활하여 출력하며,
상기 SMPS 스위칭부가 오프(off)되면 전류 출력 동작을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 전원 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.