KR102069068B1 - Power transforming apparatus, Method for controlling the same and Air conditioner including the power transforming apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명의 전력 변환 장치는, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 DC 전압을 승압/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터; 상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 연결되고 PWM(펄스 폭 변조) 신호가 인가되어 스위칭되는 파워 릴레이; 및 상기 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하여 구동하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후에, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임을 결정하는 것을 특징으로 한다.The power converter of the present invention, the rectifier for rectifying the AC power source; A converter for boosting / stepping down or controlling the power factor of the DC voltage rectified by the rectifier; A power relay connected between the AC power source and the rectifier and switched by applying a PWM (pulse width modulation) signal; And a controller configured to apply and drive a PWM signal to the power relay, wherein the controller is configured to control the PWM after the power relay is switched on by an ON time signal of the PWM signal. The ON / OFF time of the PWM signal may be determined to maintain the switch ON state when the signal is an OFF time T2 signal.
Description
본 발명은 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.The present invention relates to a power converter, a control method thereof, and an air conditioner including the power converter.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전원이 공급된다.Generally, the compressor of an air conditioner uses a motor as a drive source. These motors are supplied with AC power from the power converter.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터를 포함하는 것으로 일반적으로 알려져 있다. Such a power conversion device is generally known to include a rectifier, a power factor controller and an inverter.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터에 공급된다. 이때, 인버터에서는 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.First, the commercial voltage of the AC output from the commercial power supply is rectified by the rectifier. The rectified voltage is supplied to the inverter. In this case, the inverter generates AC power for driving the motor by using the voltage output from the rectifier.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.In some cases, a DC-DC converter may be provided between the rectifier and the inverter to improve power factor.
이때, 정류부에서 출력된 전압 또는 컨버터에서 출력된 전압은 DC-링크 커패시터에 충전되고, 이렇게 충전된 전압을 이용하여 인버터에서 모터 구동 신호를 생성할 수 있다.In this case, the voltage output from the rectifier or the voltage output from the converter is charged in the DC-link capacitor, and the motor driving signal may be generated by the inverter using the charged voltage.
교류 전원과 정류부 사이에는 파워 릴레이(Power Relay)가 연결되어 제어부로부터 인가되는 스위칭 신호에 의해 파워 릴레이의 온/오프(ON/OFF)가 제어된다.A power relay is connected between the AC power supply and the rectifier to control the ON / OFF of the power relay by a switching signal applied from the controller.
릴레이는 낮은 전압/전류를 인가하여 높은 전압/전류의 통전 여부를 제어하는 일종의 스위칭 소자이다.The relay is a kind of switching element that controls whether the high voltage / current is energized by applying a low voltage / current.
일반적으로 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지하기 위해서는 내부에 구비된 코일로 소정의 DC 전력이 지속적으로 공급되어야 한다.In general, in order to maintain the switch ON state, a predetermined DC power must be continuously supplied to a coil provided therein.
그런데, 파워 릴레이에 온(ON) 타임과 오프(OFF) 타임이 반복되는 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation, 이하 'PWM'이라 칭함) 신호를 인가하여 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다면, 오프(OFF) 타임에 해당하는 만큼 소비전력을 절감할 수 있을 것이다.However, if a pulse width modulation (PWM) signal, in which the ON time and the OFF time are repeated, is applied to the power relay, the switch ON state can be maintained. Therefore, the power consumption can be reduced as much as the OFF time.
대한민국 등록특허공보 제10-1068007호에는 소음 저감을 위한 자동차의 전자제어장치(ECU: Electronic Control Unit)의 릴레이(Relay)가 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-1068007 discloses a relay of an electronic control unit (ECU) of a vehicle for noise reduction.
개시된 발명은 자동차에 장착되어 회로를 개폐하는 릴레이에 있어서, 접점 단자를 구비하여 온/오프함으로써 회로를 개폐하는 릴레이 스위치; 여자 전압이 인가되면 여자되어 자기력을 발생함으로써 접점 단자를 제어하여 릴레이 스위치를 온/오프 상태로 제어하는 여자 코일; PWM 신호를 출력하는 PWM 구동 신호부; 및 PWM 신호를 입력받아 스위칭하여 여자 코일로 여자 전압을 전달하는 릴레이 구동 스위치를 포함하는 소음 저감 릴레이를 제공한다.Disclosed is a relay mounted on an automobile to open and close a circuit, comprising: a relay switch having a contact terminal on and off to open and close a circuit; An exciting coil configured to control the relay switch to an on / off state by controlling the contact terminal by exciting when an exciting voltage is applied to generate a magnetic force; A PWM driving signal unit for outputting a PWM signal; And a relay driving switch configured to receive and switch the PWM signal to transmit an excitation voltage to the excitation coil.
하지만, 개시된 발명은 구동 스위치 및 여자 코일을 추가하여 스위칭 회로가 복잡하고 비용이 많이 든다. 또한, 소음 저감을 목적으로 하는 회로이므로 지속적인 스위칭 온 상태를 유지해야 하는 전자장치에는 적용하기 어렵다.However, the disclosed invention adds a drive switch and an excitation coil, which makes the switching circuit complex and expensive. In addition, since the circuit is intended for noise reduction, it is difficult to apply to an electronic device that needs to maintain a continuous switching on state.
본 발명은 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하여 소비전력을 절감하되 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있도록 제어하는 전력 변환 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a power conversion device and a control method for controlling the power relay by applying a PWM signal to the power relay to reduce the power consumption to maintain a switched on (ON) state.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 변환 장치는, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 DC 전압을 승압/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터; 상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 연결되고 PWM(펄스 폭 변조) 신호가 인가되어 스위칭되는 파워 릴레이; 및 상기 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하여 구동하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후에, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임을 결정하는 것을 특징으로 한다.Power conversion device of the present invention for achieving the above object, the rectifier for rectifying the AC power source; A converter for boosting / stepping down or controlling the power factor of the DC voltage rectified by the rectifier; A power relay connected between the AC power source and the rectifier and switched by applying a PWM (pulse width modulation) signal; And a controller configured to apply and drive a PWM signal to the power relay, wherein the controller is configured to control the PWM after the power relay is switched on by an ON time signal of the PWM signal. The ON / OFF time of the PWM signal may be determined to maintain the switch ON state when the signal is an OFF time T2 signal.
상기 파워 릴레이는, 전류가 인가되는 코일부와, 상기 코일부에 소정값 이상의 전류가 흐르면 온(ON)되는 스위치부를 포함하는 것이 바람직하다.The power relay preferably includes a coil unit to which current is applied, and a switch unit to be turned on when a current of a predetermined value or more flows in the coil unit.
상기 제어부는 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에서 상기 스위치부가 온(ON)되지 않으면 상기 온(ON) 타임(T1)을 단계적으로 증가시키는 것이 바람직하다.The control unit preferably increases the ON time T1 stepwise when the switch unit is not turned ON in the ON time T1 signal of the PWM signal.
상기 제어부는 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호에서 상기 스위치부가 오프(OFF)되면 상기 오프(OFF) 타임(T2)을 단계적으로 감소시키는 것이 바람직하다.The control unit preferably decreases the OFF time T2 stepwise when the switch unit is turned OFF in the OFF time T2 signal of the PWM signal.
상기 전력 변환 장치는, 상기 컨버터와 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터; 및 상기 DC-링크 커패시터와 연결되어 3상 교류 전류를 출력하는 인버터를 더 포함할 수 있다.The power converter includes a DC-link capacitor connected in parallel with the converter; And an inverter connected to the DC-link capacitor to output a three-phase alternating current.
상기 파워 릴레이와 상기 정류부 사이에 연결되는 노이즈 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the apparatus further includes a noise filter connected between the power relay and the rectifier.
본 발명의 공기 조화기는 상기한 바와 같은 전력 변환 장치를 포함한다.The air conditioner of the present invention includes a power conversion device as described above.
그리고, 본 발명의 전력 변환 장치의 제어방법은, 교류 전원을 정류하고 변환하여 3상 교류 전원을 공급하는 전력 변환 장치의 제어방법에 있어서, 교류 전원과 정류부 사이에 연결된 파워 릴레이에 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 인가하는 단계; 상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 주파수를 결정하는 단계; 및 상기 주파수 결정 단계에서 결정된 PWM 신호를 상기 파워 릴레이에 인가하여 전력 변환 장치를 작동시키는 단계를 포함한다.The control method of the power converter of the present invention is a control method of a power converter that rectifies and converts AC power to supply three-phase AC power, wherein a PWM (pulse width) is connected to a power relay connected between the AC power and the rectifier. Applying a modulation) signal; After the power relay is switched on by the ON time T1 signal of the PWM signal, the switch ON state is maintained when the PWM signal is an OFF time T2 signal. Determining a frequency of the PWM signal; And operating the power converter by applying the PWM signal determined in the frequency determining step to the power relay.
상기 주파수를 결정하는 단계는, PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에서 상기 파워 릴레이의 스위치가 온(ON)되지 않으면 스위치 온(ON)될 때까지 상기 온(ON) 타임(T1)을 증가시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The determining of the frequency may include the ON time T1 until the switch is turned ON if the power relay is not turned ON in the ON time T1 signal of the PWM signal. It is preferable to include the step of increasing.
상기 주파수를 결정하는 단계는, PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호에서 상기 파워 릴레이의 스위치가 오프(OFF)되면 스위치 오프(OFF)되지 않을 때까지 상기 오프(OFF) 타임(T2)을 단계적으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The determining of the frequency may include: turning off the power relay in the OFF time T2 signal of the PWM signal until the OFF time T2 is not switched off. It is preferable to further include the step of reducing step.
상기 주파수를 결정하는 단계에서 결정된 PWM 신호는, 상기 파워 릴레이의 코일부 전류가 소정값 이상으로 유지되도록 하여 상기 파워 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다.The PWM signal determined in the determining of the frequency may maintain the switch-on state of the power relay by maintaining the coil unit current of the power relay above a predetermined value.
상기한 본 발명에 의하면, 파워 릴레이에 인가되는 DC전원으로서 PWM 신호를 인가함으로써 오프(OFF) 타임에 해당하는 만큼 릴레이 스위칭을 위한 소비전력을 절감할 수 있다.According to the present invention described above, by applying a PWM signal as the DC power applied to the power relay, the power consumption for switching the relay can be reduced as much as the OFF time.
또한, 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하면서도 코일부 전류가 소정값 밑으로 떨어지지 않도록 온(ON) 타임과 오프(OFF) 타임을 설정함으로써 파워 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다.In addition, the ON state and the OFF time may be set so that the coil current does not fall below a predetermined value while applying a PWM signal to the power relay, thereby maintaining the ON state of the power relay.
그리고, 파워 릴레이 제어 회로에 스위칭 제어를 위한 소자의 추가 없이 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임 조정을 통해 제어하는 것이므로, 기존의 전력 변환 장치를 그대로 이용할 수 있다.In addition, since the control is performed by adjusting the ON / OFF time of the PWM signal without adding an element for switching control to the power relay control circuit, the existing power converter can be used as it is.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 파워 릴레이에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 릴레이 신호 및 코일 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.1 is a circuit diagram illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph illustrating changes in a PWM signal applied to a power relay, a relay signal, and a coil current.
3 is a flowchart illustrating a control method of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 전력 변환 장치는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(40), 상기 정류부(40)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터(50), 상기 교류 전원(10)과 상기 정류부(40) 사이에 연결되는 파워 릴레이(20), 및 상기 파워 릴레이(20)에 PWM 신호를 인가하여 구동하는 제어부(200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the power converter includes a
정류부(40)는 입력되는 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환하고, 정류된 전력을 컨버터(50) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(40)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로로 구성될 수 있다.The
컨버터(50)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(50)는 정류부(40)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(50)는 승압 컨버터를 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다.The
이와 같이, 컨버터(50)는 정류부(40)에서 정류된 전압 신호를 승압 및 평활화하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.As described above, the
전력 변환 장치는 상기 컨버터(50)와 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터(C1), 및 상기 DC-링크 커패시터와 연결되어 3상 교류 전류를 출력하는 인버터(60)를 더 포함할 수 있다.The power converter may further include a DC-link capacitor C1 connected in parallel with the
상기 컨버터(50)는, 정류부(40)에 연결되는 인덕터, 이 인덕터에 연결되는 스위칭 소자, 및 스위칭 소자와 DC-링크 커패시터(C1) 사이에 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다.The
승압 컨버터(50)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자가 도통되면 다이오드가 차단되면서 인덕터에 에너지가 저장되며, DC-링크 커패시터(C1)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.The
또한, 스위칭 소자가 차단되면 스위칭 소자 도통 시 인덕터에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.In addition, when the switching element is cut off, the energy stored in the inductor is added to the output terminal when the switching element is turned on.
여기서, 스위칭 소자는 별도의 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자의 게이트(gate; 또는 베이스) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. Here, the switching device may perform a switching operation by a separate PWM signal. That is, the PWM signal transmitted from the converter control unit is connected to a gate (gate) or base end of the switching element, thereby performing a switching operation by this PWM signal.
컨버터 제어부는 스위칭 소자의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부와, 이러한 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함하는 구성일 수 있다.The converter controller may be configured to include a gate driver for transmitting a PWM signal to a gate terminal of the switching element, and a controller for transmitting a control signal to the gate driver.
이러한 스위칭 소자는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.Such a switching element may use a power transistor, for example, an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT).
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.The IGBT is a switching device having a structure of a power MOSFET (metal oxide semi-conductor field effect transistor) and a bipolar transistor, and has a small driving power, and is capable of high speed switching, high breakdown voltage, and high current density.
이와 같이, 컨버터 제어부는 컨버터(50) 내의 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호를 출력할 수 있다.As such, the converter controller may control the turn-on timing of the switching element in the
이를 위해, 컨버터 제어부는 입력 전압 검출부와 입력 전류 검출부로부터 각각, 입력 전압과 입력 전류를 수신할 수 있다.To this end, the converter controller may receive an input voltage and an input current from the input voltage detector and the input current detector, respectively.
경우에 따라, 이러한 컨버터(50) 및 컨버터 제어부는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(40)를 거친 출력 전압이 컨버터(50)를 거치지 않고 DC-링크 커패시터(C1)에 충전되거나 인버터(60)를 구동할 수 있다.In some cases, the
인버터(60)는 인버터 제어부에 의해 구동 신호가 인가되어 구동될 수 있다.The
이러한 인버터(60)는 3상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(70)에 공급된다. 여기서, 모터(70)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(70)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.The
그러나 모터(70)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.However, the
한편, 모터 구동장치는, DC단 전압 검출부와 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. 모터 구동장치는, 계통으로부터 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(70)에 변환된 3상 전력을 공급한다.The motor driving apparatus may further include a DC stage voltage detector and an output current detector. The motor drive device receives AC power from a system, converts power, and supplies the converted three-phase electric power to the
DC 전압 검출부는 DC-링크 커패시터(C1)의 맥동하는 전압을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC-링크 커패시터(C1)의 전압은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부에 인가될 수 있으며, DC-링크 커패시터(C1)의 직류 전압에 기초하여 인버터 제어신호가 생성될 수 있다.The DC voltage detector detects a pulsating voltage of the DC-link capacitor C1. For such power supply detection, a resistive element, OP AMP, or the like can be used. The detected voltage of the DC-link capacitor C1 may be applied to the inverter controller as a discrete signal in the form of a pulse, and an inverter control signal is generated based on the DC voltage of the DC-link capacitor C1. Can be.
인버터(60)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 컨버터(50)의 스위칭 소자(Q1)의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 3상 교류 전원으로 변환하여, 3상 모터(70)에 출력할 수 있다.The
구체적으로, 인버터(60)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자 및 하측 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상측 및 하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.Specifically, the
컨버터(50)와 마찬가지로, 인버터(60)의 스위칭 소자는 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다. Like the
인버터 제어부는, 인버터(60)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호를 인버터(60)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(70)에 흐르는 출력 전류 및 DC-링크 커패시터(C1) 양단인 DC-링크 전압에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류는, 출력전류 검출부로부터 검출될 수 있으며, DC-링크 전압은 DC-링크 전압 검출부로부터 검출될 수 있다.The inverter controller may output an inverter control signal to the
인버터 제어부는 인버터(60)에 포함되는 스위칭 소자의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver)와, 이러한 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함하는 구성일 수 있다.The inverter controller may be configured to include a gate driver for transmitting a PWM signal to a gate terminal of a switching element included in the
한편, 컨버터(50)의 게이트 구동부에 제어 신호를 인가하는 제어부와 인버터(60)의 게이트 구동부에 제어 신호를 인가하는 제어부는 동일할 수 있다. 즉, 하나의 제어부가 컨버터(50)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부 및 인버터(60)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부를 제어할 수 있다. 또한, 파워 릴레이(20)를 제어하는 제어부(200)가 컨버터(50) 및 인버터(60)의 각 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부도 제어할 수 있다.The controller for applying the control signal to the gate driver of the
출력전류 검출부는, 인버터(60)와 모터(70) 사이에 흐르는 출력전류를 검출할 수 있다. 즉, 모터(70)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부는 각 상의 출력 전류를 모두 검출할 수 있으며, 또는 3상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The output current detector may detect an output current flowing between the
출력전류 검출부는 인버터(60)와 모터(70) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.The output current detector may be located between the
한편, 상기 파워 릴레이(20)와 정류부(40) 사이에는 노이즈 필터(30)가 연결될 수 있다. 이러한 노이즈 필터(30)는 파워 릴레이(20)와 같은 스위칭 전원회로의 출력단에 설치되어 고주파 대역의 노이즈가 출력 측으로 넘어가지 못하도록 한다. 즉, 낮은 임피던스를 가지도록 필터를 설계하여 고주파 노이즈 신호를 제거하되 저주파 대역의 신호는 정류부(40)로 전달되도록 한다.Meanwhile, a
이렇게 교류 전원(10)에 연결되는 부하의 입력단에 설치되는 노이즈 필터를 '라인 필터'라고도 한다.The noise filter installed at the input terminal of the load connected to the
상기 파워 릴레이(20)는 전류가 흐르면 자석이 되는 코일부(22)와 이 코일부(22)에 의해 움직여서 온/오프(ON/OFF)되는 스위치부(24)를 포함할 수 있다.The
이 파워 릴레이(20)의 코일부(22)에는 15V의 직류 전압이 인가될 수 있다. 코일부(22)에 교류 전압 신호가 인가되면 코일부(22)에 흐르는 전류가 점점 증가하다가 소정값 이상이 되면 스위치부(24)가 온(ON)된다.A DC voltage of 15V may be applied to the coil unit 22 of the
파워 릴레이(20)에 인가되는 직류 전압은 제어부(200)로부터 PWM(펄스 폭 변조) 신호로 인가될 수 있다. PWM 신호는 온(ON) 타임(T1) 신호와 오프(OFF) 타임(T2) 신호가 반복되는 구형파 신호로서, 제어부(200)는 파워 릴레이(20)의 양단에 온(ON) 타임(T1) 전압이 15V인 PWM 신호를 인가하는 것이다.The DC voltage applied to the
제어부(200)에서 인가되는 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1)과 오프(OFF) 타임(T2)은 미리 결정된 것이 아니라, 파워 릴레이(20)의 온/오프(ON/OFF)를 감지하면서 전력 변환 장치를 작동하면서 결정되고 변화될 수 있다. 제어부(200)가 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1)과 오프(OFF) 타임(T2)을 제어하는 것에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.The ON time T1 and the OFF time T2 of the PWM signal applied from the
한편, 상기한 정류부(40), 컨버터(50), DC-링크 커패시터(C1) 및 인버터(60)는 결국 3상 교류 전원을 출력하는 것인데, 이들과 별도로 교류 전원(10)으로부터 제2 정류부(140), 제2 커패시터(C2) 및 SMPS(Switched Mode Power Supply; 150)가 병렬로 연결될 수 있다.Meanwhile, the
그래서, 상기한 정류부(40) 및 DC-링크 커패시터(C1)는 제1 정류부(110) 및 제1 DC-링크 커패시터(C1)라 하여 제2 정류부(140) 및 제2 커패시터(C2)와 구별할 수 있다.Thus, the
제1 DC-링크 커패시터(C1)의 충전 용량은 제2 커패시터(C2)에 비해 훨씬 커서 제1 DC-링크 커패시터(C1) 양단에 걸리는 제1 DC-링크 전압은 제2 커패시터(C2) 양단에 걸리는 제2 DC-링크 전압보다 방전시 훨씬 오랫동안 방전될 수 있다.The charge capacity of the first DC-link capacitor C1 is much greater than that of the second capacitor C2, so that the first DC-link voltage across the first DC-link capacitor C1 is connected across the second capacitor C2. It can be discharged for much longer on discharge than the second DC-link voltage being applied.
이에 따라, 상기 인버터(60)에서 출력되는 교류 전압은 100~400V 정도임에 반해, 상기 SMPS(150)에서 출력되는 직류 전압은 5~20V 정도이다.Accordingly, the AC voltage output from the
SMPS(150)에서 출력되는 직류 전압은 저압 전력에 의해 구동되는 제어부의 마이컴이나 LED 표시부 등에 공급될 수 있다. 도 1에서 부하2(170)는 DC 15V를 공급받는 LED 표시부일 수 있고, 부하3(180)은 DC 5V를 공급받는 마이컴일 수 있다.The DC voltage output from the
상기한 제어부(200)도 SMPS(150)에서 출력되는 직류 전압을 공급받는데, 보통 5V의 직류 전원이 제어부(200)의 마이컴에 공급될 수 있다.The
도 1에 도시된 바와 같이, SMPS(150)에서 출력되는 직류 전압은 서로 다른 여러가지 직류 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 5V 또는 15V는 물론이고, 12V, 18V 또는 24V와 같이 SMPS(150)에 포함되는 변압기에 따라 다양한 직류 전압이 출력될 수 있다.As shown in FIG. 1, the DC voltage output from the
본 발명의 바람직한 실시예에서 제어부(200)는 SMPS(150)의 출력단으로부터 15V 직류 전압을 공급받아 파워 릴레이(20)에 15V의 PWM 신호를 인가할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the
제어부(200)는 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 파워 릴레이(20)가 스위치 온(ON)된 이후에 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임을 결정한다.The
도 2는 파워 릴레이에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 릴레이 신호 및 코일 전류의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.2 is a graph illustrating changes in a PWM signal applied to a power relay, a relay signal, and a coil current according to the present invention, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a control method of the power converter according to an embodiment of the present invention.
제어부(200)에서 PWM 신호를 인가하면(S10), 첫번째 온(ON) 타임(T1) 신호가 가해지는 동안(S20) 코일부(22)에 흐르는 전류가 점점 증가한다(S30). 그러다가 소정 시점에 스위치부(24)가 온(ON)될 수 있다.When the PWM signal is applied by the controller 200 (S10), while the first ON time T1 signal is applied (S20), the current flowing through the coil unit 22 gradually increases (S30). Then, the
제어부(200)는 파워 릴레이(20)의 스위치가 온(ON) 되는지 실시간으로 판단한다(S40).The
만약, 첫번째 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 스위치부(24)가 온(ON)되지 않으면, 온(ON)될 때까지 온(ON) 타임(T1)을 증가시킨다(S45). 즉, 온(ON) 타임(T1)을 소정 시간(ΔT)만큼 증가시켜서 스위치부(24)가 온(ON)되는지 여부를 감지하고 온(ON)되지 않으면 다시 T1을 ΔT만큼 증가시켜서 스위치 온(ON) 여부를 감지하는 것을 반복한다.If the
다음으로, 첫번째 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 스위치부(24)가 온(ON)된 이후에, PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호가 인가되면(S50), 코일부(22)에 흐르는 전류가 점점 감소한다(S60). 그러다가 그 전류가 소정값 이하가 되면 스위치부(24)가 오프(OFF)된다.Next, after the
제어부(200)는 파워 릴레이(20)의 스위치가 오프(OFF)되는지 실시간으로 판단한다(S70).The
스위치부(24)가 오프(OFF)되면 그 오프(OFF) 타임(T2)을 ΔT만큼 감소시켜서 새로운 오프(OFF) 타임(T2)으로 설정한다(S75).When the
다음에, 위에서 설정된 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호가 다시 인가되고(S20), 코일부(22) 전류가 상승되어(S30) 파워 릴레이(20)의 스위치부(24)가 온(ON)된다(S40).Next, the ON time T1 signal of the PWM signal set above is applied again (S20), the coil unit 22 current is increased (S30), and the
다음으로, 위에서 설정된 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호가 다시 인가되고(S50), 코일부(22) 전류가 하강되어(S60) 파워 릴레이(20)의 스위치부(24)가 오프(OFF)되는지 여부를 다시 판단한다(S70).Next, the OFF time T2 signal of the PWM signal set above is applied again (S50), the current of the coil unit 22 is lowered (S60), and the
이 설정된 오프(OFF) 타임(T2)에서도 스위치부(24)가 오프(OFF)되면 그 오프(OFF) 타임(T2)을 ΔT만큼 다시 감소시켜서 다음 주기의 PWM 신호를 인가하는 것을 반복한다.If the
만약, 설정된 오프(OFF) 타임(T2)에서 스위치부(24)가 오프(OFF)되지 않았다면, 즉 스위치부(24)가 온(ON) 상태를 유지했다면, 그 설정된 오프(OFF) 타임(T2)과 위에서 결정한 온(ON) 타임(T1)으로부터 PWM 신호의 주파수를 결정한다(S80).If the
이후에는, 이렇게 결정된 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임에 따라 PWM 신호를 파워 릴레이(20)에 인가함으로써 안정적으로 릴레이를 온/오프(ON/OFF) 제어할 수 있다(S90).Subsequently, by applying the PWM signal to the
한편, 도 2에서 첫번째 온(ON) 타임(T1)에서 릴레이가 온(ON)된 이후에 ΔT만큼 경과된 시점에 오프(OFF) 타임(T2)이 시작되는 것으로 표시되어 있다.Meanwhile, in FIG. 2, the OFF time T2 is started at a time elapsed by ΔT after the relay is turned ON at the first ON time T1.
위에서는 온(ON) 타임(T1)은 스위치가 온(ON)될 때까지 증가되고, 오프(OFF) 타임(T2)은 스위치가 오프(OFF)되지 않을 때까지 감소시켜 설정하는 것으로 설명하였다.In the above description, the ON time T1 is increased until the switch is ON, and the OFF time T2 is set by decreasing the switch until the switch is not OFF.
이와 달리, 오프(OFF) 타임(T2)에서 코일부(22) 전류가 감소되더라도 소정값 미만으로 떨어지지 않도록, 스위치가 온(ON)된 이후에 온(ON) 타임(T1)을 미리 더 증가시킬 수 있다. 다시 말해서, 온(ON) 타임(T1)을 미리 더 증가시켜서 오프(OFF) 타임(T2)을 감소시키지 않더라도 오프(OFF) 타임(T2)에서 코일부(22) 전류가 소정값 미만으로 떨어지지 않아 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다.Alternatively, the ON time T1 may be further increased in advance after the switch is turned on so that the current of the coil unit 22 decreases at the OFF time T2 so as not to fall below a predetermined value. Can be. In other words, even if the ON time T1 is further increased in advance so that the OFF time T2 is not reduced, the current of the coil unit 22 does not fall below the predetermined value at the OFF time T2. The switch can be kept ON.
본 발명에 의하면, 파워 릴레이에 인가되는 DC전원으로서 PWM 신호를 인가함으로써 오프(OFF) 타임에 해당하는 만큼 릴레이 스위칭을 위한 소비전력을 절감할 수 있다.According to the present invention, by applying a PWM signal as the DC power applied to the power relay, the power consumption for switching the relay can be reduced as much as the OFF time.
또한, 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하면서도 코일부 전류가 소정값 밑으로 떨어지지 않도록 온(ON) 타임과 오프(OFF) 타임을 설정함으로써 파워 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다.In addition, the ON state and the OFF time may be set so that the coil current does not fall below a predetermined value while applying a PWM signal to the power relay, thereby maintaining the ON state of the power relay.
그리고, 파워 릴레이 제어 회로에 스위칭 제어를 위한 소자의 추가 없이 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임 조정을 통해 제어하는 것이므로, 기존의 전력 변환 장치를 그대로 이용할 수 있다.In addition, since the control is performed by adjusting the ON / OFF time of the PWM signal without adding an element for switching control to the power relay control circuit, the existing power converter can be used as it is.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited only to this specific embodiment, and those skilled in the art are appropriately within the scope of the claims of the present invention. Changes will be possible.
10: 교류 전원 20: 파워 릴레이
30: 제1 노이즈 필터 40: 제1 정류부
50: 컨버터 60: 인버터
70: 3상 모터 130: 제2 노이즈 필터
140: 제2 정류부 150: SMPS
170: 부하2 180: 부하3
200: 제어부10: AC power source 20: power relay
30: first noise filter 40: first rectifier
50: converter 60: inverter
70: three-phase motor 130: second noise filter
140: second rectifier 150: SMPS
170: load 2 180: load 3
200: control unit
Claims (11)
상기 정류부에서 정류된 DC 전압을 승압/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터;
상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 연결되고 PWM(펄스 폭 변조) 신호가 인가되어 스위칭되고, 전류가 인가되는 코일부 및 상기 코일부에 소정값 이상의 전류가 흐르면 온(ON)되는 스위치부를 포함하는 파워 릴레이; 및
상기 파워 릴레이의 코일부에 직접 연결되어 상기 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하여 구동하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 파워 릴레이의 스위치부가 온(ON) 되는지 실시간으로 판단하여, 상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후에, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 상기 코일부 전류가 소정값 미만으로 떨어지지 않아 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임을 결정하고,
상기 제어부는 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에서 상기 스위치부가 온(ON)되지 않으면 상기 온(ON) 타임(T1)을 일정 크기만큼 증가시키고,
상기 제어부는 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호에서 상기 스위치부가 오프(OFF)되면 상기 오프(OFF) 타임(T2)을 상기 일정 크기만큼 단계적으로 감소시키고,
설정된 오프(OFF) 타임(T2)에서 상기 스위치부가 오프(OFF)되지 않았다면 이때 설정된 오프(OFF) 타임(T2)과 상기 온(ON) 타임(T1)으로부터 PWM 신호의 주파수를 결정하고,
상기 결정된 주파수를 가지는 PWM 신호를 상기 파워 릴레이에 인가하여 구동하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.Rectifier for rectifying AC power;
A converter for boosting / stepping down or controlling the power factor of the DC voltage rectified by the rectifier;
A power connected between the AC power source and the rectifier, and a PWM (pulse width modulation) signal is applied and switched, and a coil unit to which a current is applied and a switch unit to be turned on when a current of a predetermined value or more flows in the coil unit. relay; And
A control unit directly connected to the coil part of the power relay to drive the PWM by applying a PWM signal to the power relay,
The controller determines in real time whether the switch unit of the power relay is ON, and after the power relay is switched on by the ON time signal T1 of the PWM signal, the PWM signal The ON / OFF time of the PWM signal is determined so that the coil part current does not fall below a predetermined value when the OFF time T2 signal of the signal is maintained, so that the switch ON state is maintained.
The control unit increases the ON time T1 by a predetermined amount when the switch unit is not ON in the ON time T1 signal of the PWM signal,
The control unit decreases the OFF time T2 stepwise by the predetermined magnitude when the switch unit is OFF in the OFF time T2 signal of the PWM signal,
If the switch unit is not turned OFF at the set OFF time T2, the frequency of the PWM signal is determined from the set OFF time T2 and the ON time T1 at this time.
And applying the PWM signal having the determined frequency to the power relay for driving.
상기 컨버터와 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터; 및
상기 DC-링크 커패시터와 연결되어 3상 교류 전류를 출력하는 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 1,
A DC-link capacitor connected in parallel with the converter; And
And an inverter connected to the DC-link capacitor to output a three-phase alternating current.
상기 파워 릴레이와 상기 정류부 사이에 연결되는 노이즈 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 5,
And a noise filter connected between the power relay and the rectifier.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |