KR102043061B1 - 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부를 포함하는 입력부, 복수의 다이오드로 구성되고, 상기 입력부에 연결되는 브리지 다이오드부, 브리지 다이오드부의 출력단인 dc단에 연결되는 커패시터, dc단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부, dc단의 전압에 기초하여 구동되는 히터(heater), 및, 커패시터와 히터 사이에 배치되고, dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압에 따라 다른 크기를 가지는 전압을 히터에 공급하는 히터 전원부를 포함함으로써, 홈 어플라이언스 및 히터를 직류, 교류 전원 겸용으로 공용화할 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 교류/직류 전원 겸용 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(home appliance) 내에 배치되어, 입력 전원을 홈 어플라이언스를 구동하기 위한 전원으로 변환한다.
예를 들어, 교류 전원을 이용하는 전력 변환 장치는 수신되는 교류 전원을 홈 어플라이언스 구동을 위한 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 이용하는 전력 변환 장치는 수신되는 직류 전원을 홈 어플라이언스 구동을 위하여 다양한 전압 레벨의 구동 전원으로 변환할 수 있다.
도 1은 교류 기반의 전력 공급 시스템 구성도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 교류 기반의 전력 공급 시스템(1)은, 외부로부터의 교류 전원을 수신하고, 교류 전원에 기반하여 동작하는 홈 어플라이언스(30)와, 외부로부터의 수신되는 교류 전원에 기반하여 생성되거나 신재생 에너지에 기반하여 생성된 직류 전원을 저장하는 에너지 저장장치(20)를 포함할 수 있다.
전력 공급 시스템(1)은, 태양 전지를 구비하고, 태양 전지에 기초하여 직류 전원을 생성하여 출력하는 태양광 모듈(40) 등 신재생 에너지 기반의 발전 장치를 포함할 수 있다.
에너지 저장장치(20)는, 적어도 하나의 배터리(21)를 구비할 수 있으며, 충방전 차저(Charger, 22)를 통하여 배터리(21)에 전력을 저장할 수 있다.
또한, 에너지 저장장치(20)는, 배터리(21)를 충전하기 위한 전압 레벨로 변환되도록 DC/DC 컨버터(23)를 구비할 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(20)는, 태양광 모듈(40)에서 생성되거나 배터리(21)에 저장된 전력을 외부로 공급할 수도 있다. 이를 위해, 에너지 저장장치(20)는, DC/AC 인버터(24)를 구비할 수 있다.
한편, 배터리(21)는 외부로부터의 수신되는 교류 전원에 기반하여 저장될 수 있다. 이 경우에, 에너지 저장장치(20)는, DC/AC 인버터(24) 대신 양방향 컨버터(미도시)를 구비할 수 있다.
상용 발전소(11)로부터 가정용 에너지 저장 장치(20), 홈 어플라이언스(30) 등으로 교류 전원이 공급될 수 있다.
홈 어플라이언스(30)는, 직류 전원을 사용하도록 제작된 인버터 등 DC용 부품(32) 사용을 위해 AC/DC 컨버터(31)가 필요하다.
예를 들어, 홈 어플라이언스(30)에서 수신된 교류 전원은 AC/DC 컨버터(31)에서 직류 전원으로 변환되고, 인버터(32)를 통해, 모터(33) 등을 구동하게 된다.
경우에 따라서, 교류 전원을 사용하도록 제작된 히터, 밸브, 도어 스위치 등 AC 용 부품(34)은 AC 전원을 이용하여 동작할 수 있다.
최근에는 교류/직류 변환에 따른 효율성 저하, 전원 변환을 위한 부품 및 제조 비용 증가, 교류 전원에 의한 고주파 노이즈 등의 문제점과 태양광 발전 등 직류 기반의 분산 발전 증가에 따라 직류 기반의 전력 공급에 대한 연구가 증가하고 있다.
도 2는 직류 기반의 전력 공급 시스템 구성도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 직류 기반의 전력 공급 시스템(2)은, 외부로부터의 직류 전원을 수신하고, 직류 전원에 기반하여 동작하는 홈 어플라이언스(60)와, 외부로부터의 수신되는 직류 전원에 기반하여 생성되거나 신재생 에너지에 기반하여 생성된 직류 전원을 저장하는 에너지 저장장치(50)를 포함할 수 있다.
에너지 저장장치(50)는 적어도 하나의 배터리(51)를 구비할 수 있으며, 충방전 차저(52)를 통하여 배터리(51)에 전력을 저장할 수 있다.
또한, 에너지 저장장치(50)는, 배터리(51)를 충전하기 위한 전압 레벨로 변환되도록 DC/DC 컨버터(53)를 구비할 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(50)는, DC/AC 인버터(24) 또는 양방향 컨버터 없이도 태양광 모듈(40)에서 생성되거나 배터리(51)에 저장된 전력을 외부로 공급할 수 있다.
상용 발전소(12)로부터 직류 전원이 공급되는 경우, 홈 어플라이언스(60)는, 교류 전원 수신이 아닌, 직류 전원을 수신하여, 바로, 내부의 구성 유닛들을 구동할 수 있다. 이에 따라, 교류 전원에 의한, 고주파 노이즈 등이 발생하지 않게 되며, 나아가, 컨버터(31) 등이 구비되지 않아도 되므로, 제조 비용이 저감되게 된다. 또한, DC 부품(61, 62)만으로 구성 가능하다.
한편, 태양광 발전을 포함한 신재생 에너지 보급이 활성화되고, 에너지 절감, 에너지 효율 향상을 위한 노력에 증가함에 따라서, DC 배전에 연계한 DC 가전에 대한 요구가 증가하고 있다.
예를 들어, 선행기술 1(한국 공개특허공보 제10-2011-0097254호(공개일자 2011.08.31)는, 직류 공급원을 이용하는 전력 공급 네트워크 및 이에 기반한 전기 제품을 개시하고 있다.
선행기술 1은, 건물 인입단에 대용량 AC/DC 컨버터(Converter)를 설치하고, 가전제품에 DC 전원을 입력(Input) 함으로써, 인버터 등으로 인한 손실을 줄여 에너지 소모 절감을 도모하고 있다.
하지만, 선행기술 1은, DC 전용의 가전제품에 관한 것으로, 기존 AC 배전 환경에서 사용되기 어렵다.
DC 전용의 가전제품이 AC 배전 환경에서 사용되지 못하는 것은, 전환 비용을 더 증가시키고, 각국 정부가 많은 장점이 있는 DC 배전으로의 전환을 빠르게 진행하는 것을 망설이게 한다.
또한, 개별 사용자들도 AC 배전 환경에서 사용되지 못하는 DC 전용의 가전제품의 구매를 망설이게 된다.
또한, 직류 기반 전력 공급 환경이 아닌 경우에, 가전제품 외부에 별도의 컨버터를 구비해야 하는 문제점이 있었다. 별도의 컨버터를 구비하는 것은 제조비, 서비스 비용을 증가시킨다.
또한, 비숙련 사용자가 전기제품을 설치, 이용하는데에 어려움을 줄 수 있고, 안전사고 발생의 위험성이 있다.
따라서, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스가 요구되고 있다. AC/DC 겸용 홈 어플라이언스는, AC 배전 환경과 DC 배전 환경에서 자유롭게 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스는 DC 배전으로 전환되는 과도기에 고객이 AC 가전을 좀 더 쓸지, DC 가전으로 교체할지에 대한 고민없이 구입 가능하므로, DC 배전 전환을 앞당기는 효과가 있다.
또한, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스를 구현하기 위해서, 히터 등 내부 부품도 전원에 관계없이 공용화될 필요성이 있다.
또한, 저비용으로 구현하면서도, DC 전원 이용시 발생할 수 있는 아크를 방지함으로써 안정성을 향상할 수 있는 AC/DC 겸용 홈 어플라이언스가 요구된다.
또한, 비숙련 사용자도 설치 및 사용에 어려움이 없는 AC/DC 겸용 홈 어플라이언스가 요구된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 조건에 따라 다른 크기를 가지는 전압을 히터에 공급함으로써, 히터를 직류, 교류 전원 겸용으로 공용화할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부를 포함하는 입력부, 복수의 다이오드로 구성되고, 상기 입력부에 연결되는 브리지 다이오드부, 브리지 다이오드부의 출력단인 dc단에 연결되는 커패시터, dc단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부, dc단의 전압에 기초하여 구동되는 히터(heater), 및, 커패시터와 히터 사이에 배치되고 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압에 따라 다른 크기를 가지는 전압을 히터에 공급하는 히터 전원부를 포함함으로써, 홈 어플라이언스 및 히터를 직류, 교류 전원 겸용으로 공용화할 수 있다.
한편, 상기 히터 전원부는, 상기 dc단의 전압을 변환시켜 상기 히터로 출력하는 DC/DC 컨버터와 상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압에 따라, 상기 dc단의 전압이 상기 히터 또는 상기 DC/DC 컨버터로 공급되도록 동작하는 릴레이부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 DC/DC 컨버터는, 입력되는 전압을 강압시켜 출력할 수 있고, 상기 릴레이부는, 상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압이 제1 전압인 경우에, 상기 제1 전압이 상기 히터로 공급되도록 동작하고, 상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압이 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압인 경우에, 상기 제2 전압이 상기 DC/DC 컨버터로 공급되도록 동작할 수 있다. 경우에 따라서, 상기 히터는 상기 제1 전압에서 최대 효율을 가질 수 있다.
또한, 상기 히터는 상기 dc단 전압이 교류 전원을 정류하여 생성된 전압과 크기가 동일할 때 최대 효율을 가질 수 있다.
한편, 상기 릴레이부는, 상기 dc단의 전압이 인가되는 입력 단자, 상기 DC/DC 컨버터와 연결되는 제1 출력 단자, 및, 상기 히터와 연결되는 제2 출력 단자를 포함할 수 있다.
한편, 상기 브리지 다이오드부는, 상기 입력부에서 수신되는 직류 전원의 극성에 따라 상기 복수의 다이오드 중 다른 다이오드가 온(on)될 수 있다.
또한, 상기 브리지 다이오드부는, 상기 AC 접속부를 통하여 수신되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, 상기 dc단에 출력할 수 있다.
한편, 입력부와 브리지 다이오드부 사이에 노이즈 필터가 배치되어 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
한편, AC 접속부는, AC 플러그와 연결되고, DC 접속부는, DC 플러그와 연결되며, DC 플러그는 아크 소호 장치를 구비함으로써, 안전성을 더욱 향상할 수 있다.
한편, 입력부는, 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부와 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부, DC 입력 감지부에서 직류 전원의 입력을 감지하면, AC 접속부와 브리지 다이오드부 사이를 차단하는 릴레이(Relay)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 히터를 입력 전원에 상관없이 사용할 수 있도록 공용화함으로써 제조 비용을 감소시키고, 히터 발열로 인한 안전사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 홈 어플라이언스에 어느 하나의 전원 플러그를 연결하여 콘센트에 꽂는 간단한 동작만으로 사용할 수 있기 때문에, 사용 편의성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, DC 전원 극성 연결에 따른 안전사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, DC 배전이 보급되지 않는 지역에서는 AC 가전으로 사용 가능하며, 이후에 DC 배전이 보급되더라도 제품을 교체할 필요없이 DC 가전으로 사용 가능하다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 교류 기반의 전력 공급 시스템 구성도의 일 예이다.
도 2는 직류 기반의 전력 공급 시스템 구성도의 일 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 4는 입력 전압에 따른 히터 특성에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 일 예인 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 다른 예인 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 또 다른 예인 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
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.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도로, 더욱 상세하게는 전원부(300)의 일 예를 도시한 것이다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 전력 변환 장치(220)는, 홈 어플라이언스 내에 구비되는 전력 변환 장치일 수 있다. 홈 어플라이언스는, 냉장고, 세탁기, 건조기, 에어컨, 제습기, 조리기기, 청소기, 조명장치, 전기 차량, 드론, TV, 모니터, 이동 단말기, 웨어러블 기기, 서버 등을 포함하는 개념일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 직류 전원과 교류 전원을 모두 사용할 수 있는 공용화된 전원부(300)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부(311)와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부(312)를 포함하는 입력부(310), 복수의 다이오드로 구성되고, 상기 입력부(310)에 연결되는 브리지 다이오드부(330), 상기 브리지 다이오드부(330)의 출력단인 dc단(n1-n2 단자 사이)에 연결되는 커패시터(C), 상기 dc단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부(S1), 상기 dc단의 전압에 기초하여 구동되는 히터(heater, 265); 및, 상기 커패시터(C)와 상기 히터(265) 사이에 배치되고, 상기 dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압에 따라 다른 크기를 가지는 전압을 상기 히터(265)에 공급하는 히터 전원부(360)를 포함할 수 있다.
히터(265)는 발열체를 구비하여, 전압이 인가됨에 따라 열을 발생시킬 수 있다. 간단하게는 발열체는 저항체로 구성될 수 있다.
이러한 히터(265)는, 다양한 홈 어플라이언스에 구비되어 사용되고 있다.
예를 들어, 히터(265)는 세탁물 처리기기에서는 건조, 삶기, 제습용으로 구비될 수 있다.
또한, 히터(265)는 냉장고에서는, 제상, 얼음을 녹이거나, 홈바(Home Bar) 용으로 구비될 수 있다.
또한, 히터(265)는 공기조화기의 실외기에 설치되어 실외 열교환기의 결빙을 제거할 수 있고, 실내기에 설치되어 난방용으로도 사용 가능하다.
한편, 히터(265)는 인가되는 전압의 크기에 따라 단위 시간당 발생되는 열의 양이 달라진다. 히터(265)의 구성 및 특성은 공급되는 전압, 예를 들어, 상용 전원의 전압에 따라 달라질 수 있다.
입력 전압이 올라가면 동일 발열량(동일 전력량(Wattage))을 구현하기 위해서 저항값도 상승시켜야 한다.
히터(265)가 구비하는 저항체의 저항값을 조절하여, 구동 전압과 소비 전력에 맞게 최대 효율을 가지도록 설계할 수 있다.
예를 들어, AC 220V 전압이 인가될 때 소정 전력량이 되도록 히터(265)의 저항값이 설정되고, DC 380V 전압이 인가될 때 전력이 소정 전력량이 되도록 히터(265)의 저항값이 설정될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 교류 전압은 220V, 직류 전압은 380V가 공급되는 경우를 예로 들어 설명하나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 사용되는 전압값은 국가 또는 단체에 따라 달라질 수 있다.
히터(265)를 릴레이로 구동하는 경우에, 릴레이가 고장이 나면, 쇼트(Short)가 발생하여 전류가 계속 히터(265)로 공급되어 온도가 계속 증가하고, 화재 등의 안전사고 발생 가능성이 있다. 히터(265)는 이러한 위험을 고려하여 설정된 발열 온도 규격 등을 만족해야 한다.
히터(265)는 발열 온도에 대한 안전규격상 입력 전압에 따라 히터(265)의 저항을 매칭(Matching)하여 설계하므로, 입력 전압이 동일해야 공용화가 가능하다.
도 4는 입력 전압에 따른 히터 특성에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 4의 (a)는 입력 전압이 교류 220V일 때, 저항값을 206Ω, 421Ω을 사용하여 제상 동작시켜 측정한 실험 결과를 도시한 것이다.
도 4의 (b)는 입력 전압이 380V일 때, 저항값을 206Ω, 421Ω을 사용하여 제상 동작시켜 측정한 실험 결과를 도시한 것이다.
도 4의 (a)와 (b)를 비교하면, 전력량(Wattage)이 동일 저항에서 3배 증가하는 것을 확인할 수 있다.
히터 표면 온도는 하기 식으로 대략적인 산출 가능한데, 입력 전압이 380V일 때 최대 약 630도 이상의 발열 온도가 산출될 수 있다.
히터 표면 온도 = 175.7 + (167.4 x 히터 전력 밀도)
따라서, 안전을 위해 설정되는 발열 온도 규격(예, 394도) 이하의 온도 규정을 만족시키지 못할 수 있다.
한편, 380V 인가 시 전압 상승에 대한 전력량(Wattage) 조정을 위하여, 히터(265)의 저항값을 상승시켜 설계할 수 있다. 이 때, 홈바용 히터 등 특정 히터의 경우에는, 필요한 저항값이 생산 가능 저항값을 초과하여, 양산이 불가능할 수 있다.
따라서, 입력 전압에 관계없이 사용할 수 있도록 히터의 공용화가 필요하다. 또한, 히터를 공용화할 수 있도록 적절한 전압을 공급할 수 있는 수단이 필요하고, 입력 전압에 상관없이 고정된 저항값에 최대의 효율을 낼 수 있도록 구성된 구동부가 필요하다.
본 발명은, 입력 전압이 동일해야 공용화가 가능하므로, 조건에 따라 다른 크기를 가지는 전압을 히터(265)에 공급함으로써, 히터(265)를 직류, 교류 전원 겸용으로 공용화할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압에 따라 다른 크기를 가지는 전압을 상기 히터(265)에 공급하는 히터 전원부(360)를 포함함으로써, 홈 어플라이언스 및 히터를 직류, 교류 전원 겸용으로 공용화할 수 있다.
예를 들어, 히터 전원부(360)는 DC 310V가 입력되면, 그대로 히터(265)로 공급하고, DC 380V가 입력되면, 전압을 조절하여 히터(265)로 공급할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 히터 전원부(360)는, 상기 dc단의 전압을 변환시켜 상기 히터(265)로 출력하는 DC/DC 컨버터(350)와 상기 dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압에 따라, 상기 dc단의 전압이 상기 히터(265) 또는 상기 DC/DC 컨버터(350)로 공급되도록 동작하는 릴레이부(340)를 포함할 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터(350)는, 입력되는 전압을 강압시켜 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 DC/DC 컨버터(350)는, DC 380V가 입력되면, 310V로 전압을 강압하여 출력할 수 있다.
상기 릴레이부(340)는, 상기 dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압이 제1 전압인 경우에, 상기 제1 전압이 상기 히터(265)로 공급되도록 동작하고, 상기 dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압이 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압인 경우에, 상기 제2 전압이 상기 DC/DC 컨버터(350)로 공급되도록 동작할 수 있다.
예를 들어, 상기 dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압이 310V인 경우에, 상기 릴레이부(340)는, 310V가 상기 히터(265)로 공급되도록 동작할 수 있다.
또한, 상기 dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압이 310V인 경우에, 상기 릴레이부(340)는, 380V가 상기 DC/DC 컨버터(350)로 공급되도록 동작할 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터(350)는, DC 380V가 입력되면, 전압을 강압하여 310V가 상기 히터(265)로 공급되도록 동작할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 릴레이부(340)는, 상기 dc단의 전압이 인가되는 입력 단자(A), 상기 DC/DC 컨버터(350)와 연결되는 제1 출력 단자(B), 및, 상기 히터(265)와 연결되는 제2 출력 단자(C)를 포함할 수 있다.
상기 릴레이부(340)는 상대적으로 저전압이 인가되면, 입력 단자(A)와 제2 출력 단자(C)를 연결하여, 전압을 그대로 히터(265)에 공급할 수 있다.
또한, 상기 릴레이부(340)는 상대적으로 저전압이 인가되면, 입력 단자(A)와 제1 출력 단자(B)를 연결하여, 상기 DC/DC 컨버터(350)에서 전압을 강압한 후에 히터(265)에 공급되도록 동작할 수 있다.
한편, 상기 히터(265)는 상대적으로 낮은 전압인 제1 전압에서 최대 효율을 가지도록 저항값이 설계될 수 있다. 예를 들어, 입력 전압이 DC 310V이 경우를 기준으로 필요 저항값을 산출하여 히터(265)의 저항을 구성할 수 있다. 이에 따라, 저항값이 상대적으로 낮은 저항을 사용할 수 있고, 히터(265)의 발열 온도도 낮출 수 있다.
또한, 상기 히터(265)는 상기 dc단 전압이 교류 전원을 정류하여 생성된 전압과 크기가 동일할 때 최대 효율을 가질 수 있다. 예를 들어, AC 220V가 브리지 다이오드부(330)에서 정류되어 생성된 DC 310V를 기준으로 상기 히터(265)의 저항값이 설정될 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 복수의 다이오드로 구성될 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 교류 전원 입력시, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수 있다.
상기 브리지 다이오드부(330)는, AC 접속부(311)를 통하여 수신되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, 상기 dc단에 출력할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 교류 전원이 입력되는 경우에는, 컨버터로 동작하여, 상기 입력부(310)에서 수신되는 교류 전원은 정류하여 정류된 전원을 출력할 수 있다. 정류된 전원은 dc단 커패시터(C)에 저장될 수 있다.
도면에서는, dc단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, dc단 커패시터(C) 양단(n1-n2 단자 사이)은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 직류 전원이 수신되는 경우에, 상기 입력부(310)에서 수신되는 직류 전원의 극성에 따라 상기 복수의 다이오드 중 다른 다이오드가 온(on)되어, 안전장치로 동작할 수 있다.
이에 따라, 극성이 존재하는 DC 전원도 안전하게 사용할 수 있다. 비숙련 사용자가 DC 전원의 극성을 어느 쪽으로 연결하더라도, 브리지 다이오드부(330)가 동일한 출력을 가짐으로써, 안전성과 편의성을 모두 높일 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 직류 전원을 사용하는 DC 가전에서는 삭제 가능하지만, DC의 +단자, -단자 극성 변경으로 인한 화재 등 안전사고를 방지하기 위하여 삭제하지 않고, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스의 공용 전원부(300)를 구성할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, DC 역결선에 대한 안전장치 역할을 할 수 있어, DC 극성이 변경되어도 전력 변환 장치(220)가 안정적으로 정상 동작할 수 있다.
AC 220V가 입력되면 dc단 전압은, DC 310V가 되고, DC 380V가 입력되면 dc단 전압은, DC 310V가 된다.
모터는 입력 전압에 차이가 있는 경우에 속도가 저하되거나 효율을 저하될 뿐이지만 사용 자체는 가능하다. 하지만, 히터는 입력 전압에 따라, 발열량이 달라지고, 이상 시 발열 온도가 급격히 또는 지속적으로 증가하여 화재 등 안전사고가 발생할 수 있다.
따라서, 히터의 공용화에는 더욱 큰 어려움이 따르고, 안전문제 상 각종 규격을 만족할 수 있어야 한다.
본 발명에 따르면, dc단 전압이 310V, 380V 어떤 전압이라도 관계없이 히터(265)를 전압별로 구분하지 않고 히터(265)의 공용화가 가능하다.
한편, dc단 전압 검출부(S1)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc단 전압 검출부(S1)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 홈 어플라이언스의 제어부 및/또는 마이컴(미도시)에 입력될 수 있다.
한편, dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 dc단 전압에 따라, 릴레이부(340)가 동작할 수 있다.
예를 들어, 릴레이부(340) 입력 전압(A)이 DC 380V인 경우, 릴레이부(340)의 출력을 제1 출력 단자(B)로 연결하여 DC/DC 컨버터(350)를 통해 310V로 강압 후에 히터(265)의 구동전압으로 사용할 수 있다.
DC 310V 입력의 경우, 릴레이부(340)의 출력을 제2 출력 단자(C)로 하여 DC 310V를 그대로 히터(265)의 구동전압으로 사용할 수 있다.
이에 따라, 복수의 히터를 사용하지 않고도 히터(265)를 공용화할 수 있고, AC/DC 검용 홈 어플라이언스를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 입력 전원에서 노이즈 성분을 제거하는 노이즈(noise) 필터(320)를 더 포함할 수 있고, 노이즈 필터(320)는 상기 입력부(310)와 상기 브리지 다이오드부(330) 사이에 배치될 수 있다.
입력부(310)는, 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부(311)와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부(312)를 포함할 수 있다.
상기 AC 접속부(311)는, AC 플러그(301)와 연결되고, 상기 DC 접속부(312)는, DC 플러그(302)와 연결될 수 있다. 사용자는 AC 플러그 및/또는 DC 플러그(302)를 입력부(310)에 연결하여 콘센트에 꽂는 간단한 동작으로 홈 어플라이언스를 설치, 구동할 수 있다.
실시예에 따라서는, 제조사에 의해, 상기 AC 접속부(311)와 DC 접속부(312)에 각각 AC 플러그(301), DC 플러그(302)가 미리 연결될 수 있다. 바람직하게는 AC 플러그(301) 또는 DC 플러그(302) 중 하나가 상기 AC 접속부(311) 또는 DC 접속부(312) 중 대응하는 접속부에 연결되어 출시될 수 있다.
이 경우에, 사용자는 AC 플러그(301) 및/또는 DC 플러그(302)를 콘센트에 꽂는 간단한 동작으로 홈 어플라이언스를 설치, 구동할 수 있다.
하지만, 직류는 교류와 달리 전류가 일정하게 흘러 전류의 영점이 존재하지 않고, 자연 소호가 불가능하므로, 전기 접점에서 아크(arc)가 발생될 수 있다.
특히, DC 아크방전 대응 장치가 없는 전원 플러그 오픈(Open)시 직류 부하에서 발생되는 역기전력이 플러그에 유도됨으로써 큰 아크가 발생할 수 있다.
따라서, 바람직하게는, DC 플러그가, 아크 소호 장치를 구비할 수 있다. 예를 들어, DC 플러그는, 아크 전압을 크게 증가시키는 역기전력을 제한하는 전기적 방식의 소호 장치, 자기력을 이용하는 자기적 소호 장치, 기계접점을 이용하는 소호 장치 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, DC 플러그와 AC 플러그를 선택적으로 입력 가능하도록 구성할 수 있다. 이 경우에, DC 입력 시의 전원 플러그인 DC 플러그는 최초 연결 시 아크 발생 방지 및 동작중 사용자 실수로 플러그 오픈(Open)시 아크 발생 방지를 위하여, 아크 소호 장치를 구비할 수 있다.
한편, 전원부(300)는 홈 어플라이언스의 제어부(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
홈 어플라이언스의 제어부는, 홈 어플라이언스 전반의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 홈 어플라이언스의 제어부는 전력 변환 장치(220)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 목표치에 기초하여, 해당하는 속도 지령치 신호를 전력 변환 장치(220)로 출력할 수 있다. 그리고 전력 변환 장치(220)는 모터를 구동하고, 속도 지령치 신호에 기초하여, 모터는, 목표 회전 속도로 동작 될 수 있다.
또한, 홈 어플라이언스의 제어부는 전원부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 전원부(300) 내에서 센싱되는 다양한 데이터를 수신할 수 있고, 수신되는 데이터에 기초하여, 스위칭 소자, 릴레이 등의 동작을 제어할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 전력 변환 장치(220)는 소정 마이컴(Micom, 미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 마이컴은 전력 변환 장치의 스위칭 소자, 릴레이, 센서 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 마이컴은 전원부 등에 구비되는 스위칭 소자들의 온/오프를 제어할 수 있다.
예를 들어, 홈 어플라이언스의 제어부 및/또는 마이컴은 릴레이부(340) 및 DC/DC 컨버터(350)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 마이컴은 홈 어플라이언스에 구비되는 하나 이상의 유닛을 제어하는 제어 신호를 생성하여 각 유닛에 상기 제어 신호를 전송할 수 있다. 또는, 하나 이상의 마이컴이 상기 전력 변환 장치(220)에 구비될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도로, 더욱 상세하게는 전원부(300)의 일 예를 도시한 것이다.
도 5에서 예시된 전원부(300)는 릴레이(315)를 더 포함하는 점에서, 도 3에서 예시된 전원부(300)와 차이가 있고, 나머지 부분은 동일하다. 따라서, 이하에서는 릴레이(315)를 중심으로 차이점 위주로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입력부(310)는, AC 접속부(311)를 통하여 수신되는 교류 전원을 단속하는 릴레이(315)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 입력부(310)는, 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부(S3)와 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부(S2)를 더 포함할 수 있다. 상기 AC 입력 감지부(S3)와 DC 입력 감지부(S2)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다
상기 DC 입력 감지부(S2)에서 상기 직류 전원의 입력을 감지하면, 릴레이(315)는, AC 접속부(311)와 상기 브리지 다이오드부(330) 사이를 차단할 수 있다.
릴레이(315)는, 교류 전원과 직류 전원이 모두 수신되면, 교류 전원을 차단하도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 고효율의 직류 전원을 우선적으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 릴레이(315)는, 직류 전원에 이상이 있으면, 교류 전원으로 전환하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, DC 배전의 계통 고장시 즉시, AC 전원으로 전환 가능하므로, DC 분산 전원 이상시 AC 전원으로 전환함으로써 안정적으로 동작할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 릴레이(315)는, 교류 전원에 이상이 있으면, 직류 전원으로 전환하도록 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, DC 플러그(302)와 AC 플러그(301)의 선택적 입력이 가능하다.
또한, AC 접속부(311)를 통하여 수신되는 교류 전원을 단속하는 릴레이(315)를 통하여, AC 전원과 DC 전원의 중복 입력을 방지할 수 있다.
오사용 또는 백업용으로 DC 플러그(302)와 AC 플러그(301) 모두 연결되는 경우에 대한 안전장치로 상기 릴레이(315)가 구비될 수 있다.
AC 접속부(311)의 출력단에서 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부(S2)와 DC 접속부(312)의 출력단에서 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부(S1)를 통하여 입력 전원을 감지할 수 있다.
만약, 교류 전원과 직류 전원이 중복으로 입력되었을 경우 릴레이(315)를 오픈(E-F Open)하여 효율이 높은 직류 전원만 입력 가능하도록 동작할 수 있다.
또한, 교류 전원과 직류 전원이 중복 입력되지 않는 노멀(Normal) 상태에는 릴레이(315)는 온(ON) 상태(E-F Short)를 유지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이고, 도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
히터(265)는 구동 릴에이(Realy) 고장으로 인한 쇼트(Short) 발생 시에 발열포화온도 제한의 규격으로 인해 구동전압이 다른 경우 저항을 달리하여 별도의 히터(265)를 제작해야 하므로 공용화가 어렵다.
하지만, 본 발명은 dc단 전압이 310V, 380V 어떤 전압이라도 관계없이, 히터(265)를 전압별로 구분하지 않고 공용화할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 교류 전원과 직류 전원을 수신할 수 있는 입력부(310)와, 교류 전원을 정류하는 브리지 다이오드부(330)를 포함함으로써, AC 배전 환경과 DC 배전 환경에서 사용할 수 있다.
여기서, 브리지 다이오드부(330)는 직류 전원의 연결 극성에 무관하게 동일한 출력을 제공할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 교류 전원이 입력되는 경우에는, 컨버터(converter)로 동작하고, 직류 전원이 입력되는 경우에는 역결선으로 인한 안전사고를 방지하는 안전장치로 동작할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 입력되는 전원을 처리하여 출력하는 전원부(300)를 포함할 수 있다.
기존에는 교류 전원을 사용하는 AC 가전과 직류 전원을 사용하는 DC 가전의 전원부 회로 구성을 전용으로 다르게 설계하였다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원부(300)는, 교류 전원과 직류 전원 겸용으로 설계되는 공용부로, 교류 전원과 직류 전원을 수신할 수 있고, 직류 전원을 출력할 수 있다.
특히, 히터 전원부(360)는, 히터(265)로 공급되는 전압을 일정하게 출력함으로써, 입력 전압과 무관한 히터(265)의 공용화가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, DC 310V는 그대로 히터(265) 구동전압으로 사용하고, DC 380V 입력시 릴레이부(340)를 통해 310V로 강압하는 DC/DC 컨버터(350)를 통과하도록 함으로써, 히터(265) 구동전압을 DC 310V로 일원화할 수 있다.
이에 따라, 히터(265)를 구동전압 별로 별도 제작하지 않고 공용화가 가능하므로 AC/DC 겸용 홈 어플라이언스의 개발이 가능하다.
도 7은 직류 전원이 입력되는 경우를 예시한다.
직류 전원 입력시, 입력부(310)의 DC 접속부(312)가 직류 전원을 수신하여 출력하므로, 도 7에서는 입력부(310) 중 DC 접속부(312)를 간략히 도시하였다.
도 6과 도 7을 참조하면, DC 전원이 입력되면, 브리지 다이오드부(330)는 역결선을 방지하는 역할만 수행하므로, dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 dc단 커패시터(c)의 양단 전압은 DC 전원에 대응하는 전압과 동일할 것이다. 예를 들어, DC 380V 입력시, dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 dc단 커패시터(c)의 양단 전압은 380V일 수 있다.
도 6과 도 7을 참조하면, dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압이 380V이면, 릴레이부(340)는 출력을 DC/DC 컨버터(350)로 연결시킬 수 있다.
DC/DC 컨버터(350)는 380V을 310V로 강압하여, 히터(265)에 공급할 수 있다.
히터(265)는 310V를 구동전압으로 사용하여 발열할 수 있다. 이에 따라, 히터(265)는 일정한 입력 전압으로 소정 발열 온도로 안전하게 구동될 수 있고, 히터(265)를 발열 온도 규격을 만족하면서 공용화할 수 있다.
더욱 바람직하게는 히터(265)의 저항값은 DC/DC 컨버터(350)의 출력 전압을 기준으로 설계될 수 있다.
도 8은 교류 전원이 입력되는 경우를 예시한다.
교류 전원 입력시, 입력부(310)의 AC 접속부(311)가 교류 전원을 수신하여 출력하므로, 도 7에서는 입력부(310) 중 AC 접속부(311)를 간략히 도시하였다.
도 6과 도 8을 참조하면, AC 전원이 입력되면, 브리지 다이오드부(330)는 AC 전원을 정류하고, 정류된 전원은 dc단 커패시터(c)에 저장될 수 있다. 예를 들어, AC 220V 입력시, dc단 커패시터(c)에는 DC 310V가 저장될 수 있다.
따라서, dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 dc단 커패시터(c)의 양단 전압은 DC 310V가 될 것이다. 예를 들어, AC 220V 입력시, dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 dc단 커패시터(c)의 양단 전압은 310V일 수 있다.
도 6과 도 8을 참조하면, dc단 전압 검출부(S1)에서 검출되는 전압이 310V이면, 릴레이부(340)는 출력을 히터(265)로 연결시킬 수 있다.
히터(265)는 310V를 구동전압으로 사용하여 발열할 수 있다. 이에 따라, 히터(265)는 일정한 입력 전압으로 소정 발열 온도로 안전하게 구동될 수 있고, 히터(265)를 발열 온도 규격을 만족하면서 공용화할 수 있다.
한편, dc단에는 히터 전원부(360)와 병렬로 인버터부(240), 전압 변환부(미도시) 등이 연결될 수 있다.
전력 변환 장치(220)는, 상기 dc단 커패시터(C)에 저장된 전원에 기초하여, 모터(230)를 구동하는 인버터부(240)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 인버터부(240)는 스위칭소자(IGBT)와 다이오드(FRD)가 결선되어 직류 전원을 3상 교류로 변환하고 모터(230)에 공급하는 IPM(Intelligent Power Module)일 수 있다. 또한, 인버터부(240)는 모터(230)를 구동하는 인버터(미도시)와 인버터를 제어하는 인버터 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
한편, 도 6에서는 전력 변환 장치(220)가 전원을 모터(230)에 공급하는 모터 구동 장치로 사용되는 경우를 예시하였다. 이 경우에, 전력 변환 장치(220)는 모터 구동 장치, 모터 구동부 등으로 명명될 수 있다. 또는, 전력 변환 장치(220)는 입력 전원을 변환하여 부하로 공급할 수 있다.
한편, 전력 변환 장치(220)는, dc단에 연결되어, 하나 이상의 부하로 직류 전원을 공급하는 전압 변환부를 더 포함할 수 있다. 전압 변환부는, 상기 dc단 커패시터(C)에 저장된 직류 전원을 소정 레벨로 변환하여 출력할 수 있다.
전압 변환부는, 상기 dc단 커패시터(C)에 저장된 상기 직류 전원을 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환부는, 스위칭 모드 파워 서플라이(Switched Mode Power Supply; SMPS)를 포함할 수 있다.
경우에 따라서, 전압 변환부는, 강압된 전압을 출력할 수 있다. 전압 변환부는 홈 어플라이언스 내의 각 유닛의 구동에 포함되는 다양한 전압 레벨을 출력할 수 있다.
예를 들어, DC 380V로 인입된 DC 전원은 에너지 저장 장치(ESS), 태양광 발전, 전기 차량(EV), 인버터 가전 등에 사용되고, 영상/전산기기, 가전 내 내부 유닛 등의 24V 이하의 부하들은 전압 변환부로 강압하여 대응할 수 있다.
한편, 상술한 전력 변환 장치(220)는, 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 홈 어플라이언스 중 세탁물 처리기기, 공기조화기, 냉장고, 정수기, 청소기, 차량(vehicle), 로봇(robot), 드론(drone) 등에 적용 가능하다. 도 9 내지 도 11에서는 전력 변환 장치(220)의 적용 가능한 홈 어플라이언스의 다양한 예를 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 일 예인 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 세탁물 처리기기(100a)는, 제어부(210)의 제어 동작에 의해, 구동부(220)가 제어되며, 구동부(220)는 모터(230)를 구동하게 된다. 이에 따라, 세탁조(122)에 모터(230)에 의해 회전하게 된다.
제어부(210)는, 조작키(1017)로부터 동작 신호를 입력받아 동작을 한다. 이에 따라, 세탁, 헹굼, 탈수 행정이 수행될 수 있다.
또한, 제어부(210)는, 디스플레이(18)를 제어하여, 세탁 코스, 세탁 시간, 탈수 시간, 헹굼 시간 등, 또는 현재 동작 상태 등을 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 구동부(220)를 제어하여, 구동부(220)는, 모터(230)를 동작시키도록 제어한다. 이때, 모터(230) 내부 또는 외부에는, 모터의 회전자 위치를 감지하기 위한, 위치 감지부가 구비되지 않는다. 즉, 구동부(220)는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해 모터(230)를 제어한다.
구동부(220)는, 모터(230)를 구동시키기 위한 것으로, 인버터(미도시), 및 인버터 제어부(미도시), 모터(230)에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력전류 검출부(미도시)와, 모터(230)에 인가되는 출력 전압(vo)을 검출하는 출력전압 검출부(미도시)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 구동부(220) 내의 인버터 제어부(미도시)는, 출력 전류(idc) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 모터(230)의 회전자 위치를 추정한다. 그리고, 추정된 회전자 위치에 기초하여, 모터(230)가 회전하도록 제어한다.
구체적으로, 인버터 제어부가, 출력 전류(idc) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어 신호를 생성하여, 인버터(미도시)로 출력하면, 인버터(미도시)는 고속 스위칭 동작을 하여, 소정 주파수의 교류 전원을 모터(230)에 공급한다. 그리고, 모터(230)는, 소정 주파수의 교류 전원에 의해, 회전하게 된다.
한편, 구동부(220)는, 도 6 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 대응할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc) 등에 기초하여, 포량을 감지할 수 있다. 예를 들어, 세탁조(122)가 회전하는 동안에, 모터(230)의 전류값(idc)에 기초하여 포량을 감지할 수 있다.
특히, 제어부(210)는, 포량 감지시, 모터 정렬 구간에서 측정된 모터의 고정자 저항과 인덕턴스 값을 이용하여, 포량을 정확히 감지할 수 있게 된다.
한편, 제어부(210)는, 세탁조(122)의 편심량, 즉 세탁조(122)의 언밸런스(unbalance; UB)를 감지할 수도 있다. 이러한 편심량 감지는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc)의 리플 성분 또는 세탁조(122)의 회전 속도 변화량에 기초하여, 수행될 수 있다.
특히, 제어부(210)는, 포량 감지시, 모터 정렬 구간에서 측정된 모터의 고정자 저항과 인덕턴스 값을 이용하여, 편심량을 정확히 감지할 수 있게 된다.
또한, 세탁물 처리기기(100a)는 건조, 삶기, 제습용으로 히터를 구비할 수 있다. 이 경우에, 히터는 도 3 내지 도 6 등과 같은, 전력 변환 장cl에 의해 구동될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 다른 예인 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100b)는, 크게 실내기(31b)와 실외기(21b)로 구분된다.
실외기(21b)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102bb)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104b)와, 실외 열교환기(104b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105ab)과 실외팬(105ab)을 회전시키는 전동기(105bb)로 이루어진 실외 송풍기(105b)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106b)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110b)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103b) 등을 포함한다.
실내기(31b)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109b)와, 실내측 열교환기(109b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109ab)과 실내팬(109ab)을 회전시키는 전동기(109bb)로 이루어진 실내 송풍기(109b) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109b)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102b)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100b)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 11의 실외기(21b) 내의 압축기(102b)는, 압축기 모터(230b)를 구동하는, 도 6 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 의해 구동될 수 있다.
또는, 실내팬(109ab) 또는 실외팬(105ab)은, 각각 실내팬 모터(109bb), 실외 팬 모터(150bb)를 구동하는, 도 6 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 의해 구동될 수 있다.
또한, 공기조화기(100b)는 히터를 구비할 수 있다. 히터는 공기조화기(100b)의 실외기에 설치되어 실외 열교환기의 결빙을 제거할 수 있고, 실내기에 설치되어 난방용으로도 사용 가능하다. 이 경우에, 히터는 도 3 내지 도 6 등과 같은, 전력 변환 장치에 의해 구동될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 또 다른 예인 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다. .
도면을 참조하여 설명하면, 냉장고(100c)는, 압축기(112c)와, 압축기(112c)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(116c)와, 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 공급받아 증발시키되, 냉동실(미도시)에 배치되는 냉동실 증발기(124c)와, 냉동실 증발기(124c)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉동실 팽창밸브(134c)를 포함할 수 있다.
한편, 도면에서는, 하나의 증발기를 사용하는 것으로 예시하나, 냉장실과 냉동실에 각각의 증발기를 사용하는 것도 가능하다.
즉, 냉장고(100c)는, 냉장실(미도시)에 배치되는 냉장실 증발기(미도시), 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 냉장실 증발기(미도시) 또는 냉동실 증발기(124c)에 공급하는 3방향 밸브(미도시)와, 냉장실 증발기(미도시)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉장실 팽창밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는 증발기(124c)를 통과한 냉매가 액체와 기체로 분리되는 기액 분리기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는, 냉동실 증발기(124c)를 통과한 냉기를 흡입하여 각각 냉장실(미도시) 및 냉동실(미도시)로 불어주는 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 더 포함할 수 있다.
또한, 압축기(112c)를 구동하는 압축기 구동부(113c)와, 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 구동하는 냉장실 팬 구동부(미도시) 및 냉동실 팬 구동부(145c)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도면에 따르면, 냉장실 및 냉동실에 공통의 증발기(124c)가 사용되므로, 이러한 경우에, 냉장실 및 냉동실 사이에 댐퍼(미도시)가 설치되될 수 있으며, 팬(미도시)은 하나의 증발기에서 생성된 냉기를 냉동실과 냉장실로 공급되도록 강제 송풍시킬 수 있다.
도 14의 압축기(112c)는, 압축기 모터를 구동하는, 도 6 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 의해 구동될 수 있다.
또는, 냉장실 팬(미도시) 또는 냉동실 팬(144c)은, 각각 냉장실 팬 모터(미도시), 냉동실 팬 모터(미도시)를 구동하는, 도 6 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 의해 구동될 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는 제상, 얼음을 녹이거나, 홈바(Home Bar) 용으로 히터를 구비할 수 있다. 이 경우에, 히터는 도 3 내지 도 6 등과 같은, 전력 변환 장치에 의해 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전원부에 AC 또는 DC 전원을 자동으로 인입시켜 부하를 구동할 수 있다. 또한, 전원이 입력되는 전원 회로를 공용화함으로써, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 히터를 입력 전원에 상관없이 사용할 수 있도록 공용화함으로써 제조 비용을 감소시키고, 히터 발열로 인한 안전사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 홈 어플라이언스에 어느 하나의 전원 플러그를 연결하여 콘센트에 꽂는 간단한 동작만으로 사용할 수 있기 때문에, 사용 편의성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, DC 전원 극성 연결에 따른 안전사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, DC 배전이 보급되지 않는 지역에서는 AC 가전으로 사용 가능하며, 이후에 DC 배전이 보급되더라도 제품을 교체할 필요없이 DC 가전으로 사용 가능하다.
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.
전력 변환 장치 : 220
전원부 : 300
입력부 : 310
노이즈 필터 : 320
브리지 다이오드부 : 320
릴레이부 : 340
DC/DC 컨버터 : 350
히터 전원부 : 360
히터 : 265

Claims (14)

  1. 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부를 포함하는 입력부;
    복수의 다이오드로 구성되고, 상기 입력부에 연결되는 브리지 다이오드부;
    상기 브리지 다이오드부의 출력단인 dc단에 연결되는 커패시터;
    상기 dc단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부;
    상기 dc단의 전압에 기초하여 구동되는 히터(heater); 및,
    상기 커패시터와 상기 히터 사이에 배치되고, 상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압에 따라 다른 크기를 가지는 전압을 상기 히터에 공급하는 히터 전원부;를 포함하고,
    상기 히터는,
    상기 교류 전원의 수신 시 상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압에서 최대 효율을 가지는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터 전원부는,
    상기 dc단의 전압을 변환시켜 상기 히터로 출력하는 DC/DC 컨버터와
    상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압에 따라, 상기 dc단의 전압이 상기 히터 또는 상기 DC/DC 컨버터로 공급되도록 동작하는 릴레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    입력되는 전압을 강압시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 릴레이부는,
    상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압이 제1 전압인 경우에, 상기 제1 전압이 상기 히터로 공급되도록 동작하고,
    상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 전압이 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압인 경우에, 상기 제2 전압이 상기 DC/DC 컨버터로 공급되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히터는 상기 제1 전압에서 최대 효율을 가지는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 릴레이부는,
    상기 dc단의 전압이 인가되는 입력 단자,
    상기 DC/DC 컨버터와 연결되는 제1 출력 단자, 및,
    상기 히터와 연결되는 제2 출력 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 브리지 다이오드부는,
    상기 입력부에서 수신되는 직류 전원의 극성에 따라 상기 복수의 다이오드 중 다른 다이오드가 온(on)되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 브리지 다이오드부는,
    상기 AC 접속부를 통하여 수신되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, 상기 dc단에 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 입력부와 상기 브리지 다이오드부 사이에 배치되는 노이즈 필터;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 AC 접속부는, AC 플러그와 연결되고, 상기 DC 접속부는, DC 플러그와 연결되며,
    상기 DC 플러그는 아크 소호 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부와 상기 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 DC 입력 감지부에서 상기 직류 전원의 입력을 감지하면, 상기 AC 접속부와 상기 브리지 다이오드부 사이를 차단하는 릴레이(Relay);를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 상기 dc단 전압이 교류 전원을 정류하여 생성된 전압과 크기가 동일할 때 최대 효율을 가지는 것을 특징으로 하는 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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