KR102074778B1 - 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 복수의 상암 스위칭 소자와 복수의 하암 스위칭 소자를 구비하는 인버터와, 복수의 상암 스위칭 소자의 게이트 단자에, 각각 게이트 구동 신호를 출력하는 복수의 상암 게이트 구동부와, 입력 전원을 강압하여 강압된 전원을 출력하는 전원 강압부와, 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 복수의 상암 게이트 구동부에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압을 가변하는 전원 변환부를 구비한다. 이에 따라, 인버터의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.

Description

전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{Power converting apparatus and home appliance including the same}
본 발명은 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인버터의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 (electromagnetic interference; EMI) 노이즈를 저감할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
전력변환장치는, 공급되는 전력을 변환하여 출력하는 장치이다.
전력변환장치의 예로, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터가 예시될 수 있다.
한편, 인버터의 턴 온 또는 턴 오프시, 구체적으로는 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프시, 전자파(EMI) 노이즈가 발생하게 된다.
이러한 전자파 노이즈를 저감하기 위해 다양한 연구가 시도되고 있다.
한편, 한국특허공개번호 제2003-0026211호는, 전자파 노이즈의 저감을 위해, 스위칭 주파수 변경에 따라, 주파수 변조 위상 지연을 위한 회로를 별도로 구비한다. 그러나, 이러한 회로로 인하여, 복잡도가 증가하며, 제조 비용 등이 증가하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은, 인버터의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 복수의 상암 스위칭 소자와 복수의 하암 스위칭 소자를 구비하는 인버터와, 복수의 상암 스위칭 소자의 게이트 단자에, 각각 게이트 구동 신호를 출력하는 복수의 상암 게이트 구동부와, 입력 전원을 강압하여 강압된 전원을 출력하는 전원 강압부와, 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 복수의 상암 게이트 구동부에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압을 가변하는 전원 변환부를 구비한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스는, 복수의 상암 스위칭 소자와 복수의 하암 스위칭 소자를 구비하는 인버터와, 복수의 상암 스위칭 소자의 게이트 단자에, 각각 게이트 구동 신호를 출력하는 복수의 상암 게이트 구동부와, 입력 전원을 강압하여 강압된 전원을 출력하는 전원 강압부와, 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 복수의 상암 게이트 구동부에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압을 가변하는 전원 변환부를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 복수의 상암 스위칭 소자와 복수의 하암 스위칭 소자를 구비하는 인버터와, 복수의 상암 스위칭 소자의 게이트 단자에, 각각 게이트 구동 신호를 출력하는 복수의 상암 게이트 구동부와, 입력 전원을 강압하여 강압된 전원을 출력하는 전원 강압부와, 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 복수의 상암 게이트 구동부에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압을 가변하는 전원 변환부를 구비한다. 이에 따라, 인버터의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다. 특히, 인버터 내의 복수의 상암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 복수의 상암 게이트 구동 전압을 가변함으로써, 스위칭 파형의 라이징 타임(rising time) 또는 폴링 타임(falling time)이 다르게 설정됨으로써, 스위칭 파형에서 발생하는 전자파 노이즈가 저감되게 된다.
한편, 전원 변환부는, 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 하암 게이트 구동부에 공급되는 하암 게이트 구동 전압을 가변함으로써, 하암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부는, 게이트 구동 전압 충전 기간 중, 복수의 하암 스위칭 소자 중 제1 하암 스위칭 소자의 턴 온 기간이 길어질수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압을 증가시킴으로써, 복수의 하암 스위칭 소자에 게이트 구동 전압이 안정적으로 충전시킬 수 있으며, 모터 구동시, 인버터 내의 복수의 상암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부는, 모터의 속도가 증가할수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압을 감소시킴으로써, 모터 속도에 대응하여, 인버터의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부는, 인버터의 스위칭 주파수가 증가할수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압을 감소시킴으로써, 인버터의 스위칭 주파수에 대응하여, 인버터의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 복수의 상암 게이트 구동 전압이 최소 동작 전압 방향으로 하강하는 경우, 복수의 상암 게이트 구동 전압을 증가시킴으로써, 복수의 상암 게이트 구동 전압을 안정적으로 출력할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부에서 출력되는 전압 레벨이 목표 전압 레벨 보다 낮아질수록, 스위칭 소자의 턴 온 기간이 증가하도록 함으로써, 피드백 제어에 의해, 전원 변환부가 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 2는 도 1의 전력변환장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 3은 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4a 내지 도 4c는 종래의 전력변환장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 7의 인버터 내부의 한 쌍의 스위칭 소자의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 도 6의 전력변환장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 일예인 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이다.
도 10는 도 9의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 다른 예인 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 12는 도 11의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 또 다른 예인 냉장고를 도시한 사시도이다.
도 14는 도 13의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
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.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(220)는, 전력을 변환하기 위한 장치로서, 모터를 구동하는 인버터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 전력변환장치(220)는, 모터 구동장치로 명명될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 블록도의 일예를 예시하고, 도 2는 도 1의 전력변환장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(220)는, 컨버터(410)와, dc단 커패시터(C)와, 인버터(420)와, 인버터 제어부(430), 전원 강압부(445)를 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(220)는, dc 단 전압 검출부(B), 출력전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다. 또한, 전력변환장치(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(220)는, 커패시터리스(capacitorless)로 명명되는, 소용량의 dc단 커패시터(C)를 사용할 수 있다. 이러한 경우, dc단 커패시터(C)의 양단 전압이 맥동할 수 있다.
한편, 인버터(420)는, 복수의 상암 스위칭 소자와 복수의 하암 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
한편, 인버터(420) 내의 복수의 상암 스위칭 소자가 동시에 턴 온되는 경우, 또는 복수의 하암 스위칭 소자가 동시에 턴 온되는 경우, 복수의 스위칭 소자에, 각각 동일한 라이징 타임(rising time)을 가지는, 스위칭 파형이 발생하게 된다. 이에 따라, 동일한 라이징 타임에 의한, 전자파(EMI) 노이즈가 발생하게 된다.
본 발명에서는, 이러한 점을 해결하기 위한 방안을 제시한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(220)는, 복수의 상암 스위칭 소자와 복수의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)를 구비하는 인버터(420)와, 복수의 상암 스위칭 소자의 게이트 단자에, 각각 게이트 구동 신호를 출력하는 복수의 상암 게이트 구동부(GDa~GDc)와, 입력 전원을 강압하여 강압된 전원을 출력하는 전원 강압부와, 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 복수의 상암 게이트 구동부(GDa~GDc)에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 가변하는 전원 변환부(도 6의 610)를 구비한다. 이에 따라, 인버터(420)의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다. 특히, 인버터(420) 내의 복수의 상암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 가변함으로써, 스위칭 파형의 라이징 타임(rising time) 또는 폴링 타임(falling time)이 다르게 설정됨으로써, 스위칭 파형에서 발생하는 전자파 노이즈가 저감되게 된다.
한편, 전원 변환부(도 6의 610)는, 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 하암 게이트 구동부(GDx)에 공급되는 하암 게이트 구동 전압(V4)을 가변함으로써, 하암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(도 6의 610)는, 게이트 구동 전압 충전 기간 중, 복수의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c) 중 제1 하암 스위칭 소자(S'a)의 턴 온 기간이 길어질수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 증가시킴으로써, 복수의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 게이트 구동 전압이 안정적으로 충전시킬 수 있으며, 모터(230) 구동시, 인버터(420) 내의 복수의 상암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(도 6의 610)는, 모터(230)의 속도가 증가할수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 감소시킴으로써, 모터(230) 속도에 대응하여, 인버터(420)의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(도 6의 610)는, 인버터(420)의 스위칭 주파수가 증가할수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 감소시킴으로써, 인버터(420)의 스위칭 주파수에 대응하여, 인버터(420)의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)이 최소 동작 전압 방향으로 하강하는 경우, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 증가시킴으로써, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 안정적으로 출력할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(도 6의 610)에서 출력되는 전압 레벨이 목표 전압 레벨 보다 낮아질수록, 스위칭 소자의 턴 온 기간이 증가하도록 함으로써, 피드백 제어에 의해, 전원 변환부(610)가 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
이하에서는, 도 1, 및 도 2의 전력변환장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. 이러한 경우의 컨버터(410)는 정류부(rectifier)라 명명할 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
dc단 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 dc단 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, dc단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 가변 주파수의 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 3을 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 상전류(phase current), 즉 출력전류(io)를 검출할 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 도면과 같이, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출하기 위해, 인버터(420)와 모터(230)에 배치될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 도면과 같이, 3개의 저항 소자를 구비할 수 있다. 3개의 저항 소자를 통해, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)인 상 전류(phase current)(ia,ib,ic)를 검출할 수 있다. 검출된 출력전류(ia,ib,ic)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(ia,ib,ic)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다.
한편, 본 명세서에서는, 출력전류로 ia,ib,ic 또는 io를 혼용하여 사용한다.
한편, 도면과 달리, 출력전류 검출부(E)는, 2개의 저항 소자를 구비할 수 있다. 나머지 한 상의 상전류는, 삼상 평형을 이용하여, 연산할 수 있다.
한편, 도면과 달리, 출력전류 검출부(E)는, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되며, 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 구비하여, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출할 수도 있다. 이러한 방식을 1 션트 방식이라 명명할 수 있다.
1 션트 방식에 따르면, 출력전류 검출부(E)는, 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 사용하여, 인버터(420)의 하암 스위칭 소자의 턴 온시, 시분할로, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc)인 상 전류(phase current)를 검출할 수 있다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성될 수 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interidcr Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
전원 강압부(445)는, 입력되는 직류 전원의 레벨을 강압시켜 강압된 직류 전원을 출력한다.
예를 들어, 도 2와 같이, 전원 강압부(445)가, 컨버터(410)과 인버터(420) 사이에 배치되는 dc단 커패시터(C)의 양단에 접속되는 경우, dc단 커패시터(C)의 양단 전압인 대략 200 내지 370V 사이의 직류 전원을, 대략 5V 내지 20V 사이의 직류 전원으로 레벨 다운시켜, 출력할 수 있다.
한편, 전원 강압부(445)에서 출력되는 전원은, 인버터 제어부(430)의 동작 전원, 도 5 이하에서 기술하는 게이트 구동부의 동작 전원으로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전원 강압부(445)는, 일정한 전압 레벨을 출력할 수 있다.
그리고, 전원 변환부(도 6의 610)가, 전원 강압부(445)로부터의 전원을 이용하여, 복수의 상암 게이트 구동부(GDa~GDc)에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 가변할 수 있다. 이에 의하면, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 가변함으로써, 스위칭 파형의 라이징 타임(rising time) 또는 폴링 타임(falling time)이 다르게 설정됨으로써, 스위칭 파형에서 발생하는 전자파 노이즈가 저감되게 된다.
도 3은 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 3을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(510), 속도 연산부(520), 전류 지령 생성부(530), 전압 지령 생성부(540), 축변환부(550), 및 스위칭 제어신호 출력부(560)를 포함할 수 있다.
축변환부(510)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)를, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환할 수 있다.
한편, 축변환부(510)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(520)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)에 기초하여, 위치치(
Figure 112017130770550-pat00001
)를 추정하고, 추정된 위치를 미분하여, 속도(
Figure 112017130770550-pat00002
)를 연산할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(530)는, 연산 속도(
Figure 112017130770550-pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(530)는, 연산 속도(
Figure 112017130770550-pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(530)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(540)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(530) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(540)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(540)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(540)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(550)에 입력된다.
축변환부(550)는, 속도 연산부(520)에서 연산된 위치(
Figure 112017130770550-pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(550)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(520)에서 연산된 위치(
Figure 112017130770550-pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(550)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(560)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 4a 내지 도 4c는 종래의 전력변환장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 4a는 종래의 전력변환장치(220x)를 도시한 도면이다.
복수의 상암 스위칭 소자(Sa~Sc)와 하암 스위칭 소자(S'a~S'c)를 구비하는 인버터(420x)와, 복수의 게이트 구동부(GDax,GDcx,GDcx,GDxx) 사이에, 각각 저항 소자(Rx)가 배치될 수 있다. 이때, 각 저항 소자(Rx)의 저항값이 동일할 수 있다.
각 저항 소자(Rx)의 저항값이 동일한 경우, 복수의 게이트 구동부(GDax,GDcx,GDcx,GDxx)에서 출력되는 게이트 구동 신호에 의해, 복수의 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)의 턴 온시, 도 4b와 같이, Pxaa 기간 동안, 스위칭 파형의 라이징 타임(rising time)이 모두 동일하게 된다.
따라서, 도 4b의 (b)와 같이, Pxaa 기간 동안, 복수의 스위칭 소자에서, 소비되는 파워(Pxa)의 레벨이 급격히 증가하게 되며, 도 4b의 (c)와 같이, Pxaa 기간 동안, 전자파 노이즈(Noa)의 레벨이 급격히 증가하게 된다. 즉, Pxaa 기간 동안, 급격한 전자파 노이즈가 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 각 저항 소자(Rx)의 저항값이 동일한 경우, 복수의 게이트 구동부(GDax,GDcx,GDcx,GDxx)에서 출력되는 게이트 구동 신호에 의해, 복수의 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)의 턴 오프시, 도 4b와 같이, Pxab 기간 동안, 스위칭 파형의 폴링 타임(fall time)이 모두 동일하게 된다.
따라서, 도 4b의 (b)와 같이, Pxab 기간 동안, 복수의 스위칭 소자에서, 소비되는 파워(Pxa)의 레벨이 급격히 증가하게 되며, 도 4b의 (c)와 같이, Pxab 기간 동안, 전자파 노이즈(Noa)의 레벨이 급격히 증가하게 된다. 즉, Pxaa 기간 동안, 급격한 전자파 노이즈가 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 도 4b와 유사하게, 도 4c는, 복수의 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)의 턴 온 또는 턴 오프시, 즉, Pxba 기간 또는, Pxbb 기간 동안, 복수의 스위칭 소자에서, 소비되는 파워(Pxb)의 레벨이 급격히 증가하게 되며, 전자파 노이즈(Nob)의 레벨이 급격히 증가하는 문제가 있다.
한편, 도 4c에 비해, 도 4b의 복수의 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)의의 스위칭 속도가 더 빠르나, 이러한 경우, 스위칭 손실, 즉, 소비 전력은 작아지나, 전자파 노이즈의 레벨이 더 커지는 단점이 있다.
한편, 도 4b에 비해, 도 4c의 복수의 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)의의 스위칭 속도가 더 느리나, 이러한 경우, 전자파 노이즈의 레벨이 작아지나, 스위칭 손실, 즉, 소비 전력이 더 더 커지는 단점이 있다.
이에 따라, 본 발명에서는, 게이트 구동부에 공급되는 게이트 구동 전압의 레벨을 달리하여, 스위칭 파형의 라이징 타임, 폴링 타임 등이 적어도 일부 달라지도록 하는 방안을 제시한다. 이에 대해서는, 도 6 이하를 참조하여 기술한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 7의 인버터 내부의 한 쌍의 스위칭 소자의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 5a는, 게이트 구동부(GDax,GDxx), 게이트 커패시터(Cga,Cgb), 및 한 쌍의 스위칭 소자(Sa,S'a), 및 저항 소자(Ra)를 도시한 회로도이다.
dc 단(a-b단) 사이에, 한 쌍의 스위칭 소자(Sa,S'a), 및 저항 소자(Ra)가 직렬로 접속될 수 있다. 즉, a단과 c단 사이에, 상암 스위칭 소자(Sa)가 접속되며, c단과 e단 사이에, 하암 스위칭 소자(S'a)가 접속되며, e단과 b단 사이에, 저항 소자(Ra)가 접속될 수 있다. 한편, b단은, 접지단(GND)일 수 있다.
한 쌍의 스위칭 소자(Sa,S'a)들의 게이트 단자에는, 각각 게이트 구동부(GDax,GDxx)의 출력단이 접속될 수 있다.
한편, 각 게이트 구동부(GDax,GDxx)의 입력단, 양단 사이에는, 각 게이트 구동부(GDax,GDxx)의 구동 전압 공급을 위한, 게이트 커패시터(Cga,Cgb)가 각각 접속될 수 있다.
그리고, 게이트 구동 전압(821a,821b)가 각각 게이트 커패시터(Cga,Cgb)에 공급될 수 있다. 게이트 구동 전압(821a,821b)은 대략 15V일 수 있다.
한편, 게이트 커패시터(Cga,Cgb)에, 게이트 구동 전압(821a,821b)을 각각 충전하는 방법은, 도 5b, 도 5c를 참조하여 기술한다.
도 5b는, 하암 스위칭 소자(S'a)에 대응하는 게이트 구동부(820b)의 게이트 커패시터(821b) 충전 방법을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 한 쌍의 스위칭 소자(Sa,S'a)들이 모두 오프(of)된 경우라도, 게이트 구동 전압(821b)에 의해, 게이트 커패시터(Cgb), 및 저항 소자(Ra), 및 접지단(GND)을 흐르는 전류(Ifa)가 형성되며, 이에 의해, 게이트 커패시터(Cgb)에 게이트 구동 전압(821b)이 충전된다.
한편, 하암 스위칭 소자(S'a)에 대응하는 게이트 구동부(820b)의 게이트 커패시터(821b) 충전 방법은, 인버터 제어부(430)에 의해 제어될 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 모터(230) 구동 전에, 인버터(220) 내의 상암 스위칭 소자들(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자들(S'a,S'b,S'c)을 모두 턴 오프시켜, 하암 스위칭 소자들(S'a,S'b,S'c)에 대응하는 게이트 구동부의 양단에 접속되는 게이트 커패시터에, 게이트 구동 전압이 충전되도록 제어할 수 있다.
한편, 상암 스위칭 소자(Sa)는, 접지단에 접속이 안되며, 플로팅(floating)되어 있으므로, 부트 스트랩(bootstrap)의 방식을 이용하여, 게이트 커패시터(Cga)에 게이트 구동 전압(821a)을 충전한다.
도 5c는, 상암 스위칭 소자(Sa)에 대응하는 게이트 구동부(820a)의 게이트 커패시터(821a) 충전 방법을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 한 쌍의 스위칭 소자(Sa,S'a)들 중 상암 스위칭 소자(Sa)는 오프되고, 하암 스위칭 소자(S'a) 온된 경우, 게이트 구동 전압(821a)에 의해, 게이트 커패시터(Cga), 하암 스위칭 소자(S'a), 저항 소자(Ra), 및 접지단(GND)을 흐르는 전류(Ifb)가 형성되며, 이에 의해, 게이트 커패시터(Cga)에 게이트 구동 전압(821b)이 충전된다. 즉, 부트 스트랩(bootstrap) 방식에 의해, 게이트 커패시터(Cga)에 게이트 구동 전압(821a)이 충전되게 된다.
한편, 상암 스위칭 소자(Sa)에 대응하는 게이트 구동부(820a)의 게이트 커패시터(821a) 충전 방법은, 인버터 제어부(430)에 의해 제어될 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 모터(230) 구동 전에, 인버터(220) 내의 상암 스위칭 소자들(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자들(S'a,S'b,S'c) 중 하암 스위칭 소자들(S'a,S'b,S'c)을 모두 턴 온시켜, 상암 스위칭 소자들(Sa,Sb,Sc)에 대응하는 게이트 구동부의 양단에 접속되는 게이트 커패시터에, 게이트 구동 전압이 충전되도록 제어할 수 있다.
한편, 도 5b의 하암 스위칭 소자에 대응하는 게이트 구동부의 게이트 커패시터 충전 이후에, 도 5c의 하암 스위칭 소자에 대응하는 게이트 구동부의 게이트 커패시터 충전이 수행되는 것이 바람직하다, 그 역의 경우도 가능하다.
한편, 도 4a 내지 도 4b, 및 도 5a 내지 도 5c에 의하면, 전원 강압부(445x)에서 일정한 전압을, 각 게이트 구동부(GDax,GDcx,GDcx,GDxx)에 인가하므로, 도 5c의, 상암 스위칭 소자(Sa)에 대응하는 게이트 구동부(820a)의 게이트 커패시터(821a) 충전시, 하암 스위칭 소자의 턴온 기간에 따라, 게이트 커패시터(821a)에 충전되는 전압이 달라지며, 결국, 상암 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자에 공급되는 상암 게이트 구동 전압이 달라지게 된다.
도 5d는, 게이트 구동부에 공급되는 전압 파형(Vdica)과, 실제, 상암 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자에 공급되는 상암 게이트 구동 전압 파형(Vma)을 예시한다.
즉, 상술한 바와 같이, 하암 스위칭 소자(S'a)의 턴온 기간이 길어질수록, c 단자와 접지단 사이의 전압이 커지므로, 게이트 구동부에 일정한 전압(Vdica)이 인가되는 경우, 상암 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자에 공급되는 상암 게이트 구동 전압(Vma)은 작아지게 된다.
역으로, 하암 스위칭 소자(S'a)의 턴온 기간이 짧아질수록, c 단자와 접지단 사이의 전압이 작아지므로, 게이트 구동부에 일정한 전압(Vdica)이 인가되는 경우, 상암 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자에 공급되는 상암 게이트 구동 전압(Vma)은 커지게 된다.
이러한 경우, 원하지 않는 스위칭 동작이 수행되며, 전자파 노이즈 등이 발생할 가능성이 높게 된다. 본 발명에서는, 원활한 스위칭 동작을 수행하면서, 전자파 노이즈를 저감하는 방안을 제시한다. 이에 대해서는, 도 6 이하를 참조하여 기술한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치를 도시한 도면이고, 도 7 내지 도 8은 도 6의 전력변환장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 도 6의 전력변환장치(220a)는, 복수의 상암 스위칭 소자와 복수의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)를 구비하는 인버터(420)와, 복수의 상암 스위칭 소자의 게이트 단자에, 각각 게이트 구동 신호를 출력하는 복수의 상암 게이트 구동부(GDa~GDc)와, 입력 전원을 강압하여 강압된 전원을 출력하는 전원 강압부(445)와, 전원 강압부(445)로부터의 전원을 이용하여, 복수의 상암 게이트 구동부(GDa~GDc)에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 가변하는 전원 변환부(610)를 구비할 수 있다.
전원 강압부(445)는, 일정 전압을 출력하며, 전원 변환부(610)는, 복수의 상암 게이트 구동부(GDa~GDc)에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 가변하여 출력할 수 있다.
특히, 복수의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)의, 턴 온시, 복수의 상암 게이트 구동부(GDa,GDb,GDc)에서 출력되는 서로 다른 레벨(V1 내지 V3)의 게이트 구동 신호에 따라, 스위칭 파형의 라이징 타임(rising time)이, 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 복수의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)에 흐르는 스위칭 파형에서, 중첩되는 부분이 작아지므로, 전자파 노이즈가 저감되게 된다.
나아가, 복수의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)의, 턴 오프시, 복수의 상암 게이트 구동부(GDa,GDb,GDc)에서 출력되는 서로 다른 레벨(V1 내지 V3)의 게이트 구동 신호에 따라, 스위칭 파형의 폴링 타임(falling time)이, 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 복수의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)에 흐르는 스위칭 파형에서, 중첩되는 부분이 작아지므로, 전자파 노이즈가 저감되게 된다.
이에 따라, 인버터(420)의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다. 특히, 인버터(420) 내의 복수의 상암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 가변함으로써, 스위칭 파형의 라이징 타임(rising time) 또는 폴링 타임(falling time)이 다르게 설정됨으로써, 스위칭 파형에서 발생하는 전자파 노이즈가 저감되게 된다.
한편, 전원 변환부(610)는, 전원 강압부(445)로부터의 전원을 이용하여, 하암 게이트 구동부(GDx)에 공급되는 하암 게이트 구동 전압(V4)을 가변할 수 있다. 이에 따라, 하암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(610)는, 도 7과 같이, 입력 전압을 가변하는 레귤레이터(613)와, 레귤레이터(613)의 출력단에 배치되는 복수의 저항 소자(R1,R2)와, 복수의 저항 소자(R1,R2)와 접지단 사이에 접속되는 스위칭 소자(617)를 구비할 수 있다.
스위칭 소자(617)는, 도 7과 같이, 마이컴(620)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 도 6의 전력변환장치(220a)는, 전원 변환부(610) 제어를 위한 마이컴(620)을 더 구비할 수 있다.
마이컴(620)은, 전원 변환부(610)의 출력 전압에 기초하여, 스위칭 소자(617)에 스위칭 제어 신호(Dsa)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 마이컴(620)은, 도 7과 같이, 전원 변환부(610)의 출력 전압(Dsa)을 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부(622), AD 변환부(622)로부터의 디저털 신호를 소정 듀티의 아날로그 신호(DSa)로 변환하는 DA 변환부(624)를 구비할 수 있다.
마이컴(620)은, 전원 변환부(610)에서 출력되는 전압 레벨이 목표 전압 레벨 보다 낮아질수록, 스위칭 소자(617)의 턴 온 기간이 증가하도록 제어할 수 있다.
특히, 마이컴(620)은, 전원 변환부(610)에서 출력되는 전압 레벨이 목표 전압 레벨 보다 낮아질수록, 스위칭 소자(617)의 턴 온 기간이 증가시키기 위한, 스위칭 제어 신호(Dsa)를 스위칭 소자(617)에 출력할 수 있다.
이와 같이, 한편, 전원 변환부(610)에서 출력되는 전압 레벨이 목표 전압 레벨 보다 낮아질수록, 스위칭 소자의 턴 온 기간이 증가하도록 함으로써, 피드백 제어에 의해, 전원 변환부(610)가 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(610)는, 게이트 구동 전압 충전 기간 중, 복수의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c) 중 제1 하암 스위칭 소자(S'a)의 턴 온 기간이 길어질수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 증가시킴으로써, 복수의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 게이트 구동 전압이 안정적으로 충전시킬 수 있으며, 모터(230) 구동시, 인버터(420) 내의 복수의 상암 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(610)는, 모터(230)의 속도가 증가할수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 감소시킬 수 있다.
또한, 전원 변환부(610)는, 모터(230)의 속도가 증가할수록, 하암 게이트 구동 전압(V4)을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 모터(230) 속도에 대응하여, 인버터(420)의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(610)는, 인버터(420)의 스위칭 주파수가 증가할수록, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 감소시킬 수 있다.
또한, 전원 변환부(610)는, 인버터(420)의 스위칭 주파수가 증가할수록, 하암 게이트 구동 전압(V4)을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 인버터(420)의 스위칭 주파수에 대응하여, 인버터(420)의 턴 온 또는 턴 오프시 발생하는 전자파 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 전원 변환부(610)는, 도 8과 같이, 최소 동작 전압 보다 큰 전압을, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)으로 출력할 수 있다.
도 8에서는, 게이트 구동 전압 파형(Vdic)이, 최대 동작 전압(Vupa)과 최소 동작 전압(Vdna) 사이에서 가변되는 것을 예시한다.
게이트 구동 전압 파형(Vdic)의 레벨 가변은, 상술한 바와 같이, 전자파 노이즈 저감을 위해 수행될 수 있다.
한편, 전원 변환부(610)는, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)이 최소 동작 전압 방향으로 하강하는 경우, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 증가시킬 수 있다.
특히, 마이컴(620)은, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)이 최소 동작 전압 방향으로 하강하는 경우, 복수의 상암 게이트 구동 전압(V1~V3)을 증가시키도록 제어할 수 있다.
또한, 전원 변환부(610)는, 하암 게이트 구동 전압(V4)이 최소 동작 전압 방향으로 하강하는 경우, 하암 게이트 구동 전압(V4)을 증가시킬 수 있다.
특히, 마이컴(620)은, 하암 게이트 구동 전압(V4)이 최소 동작 전압 방향으로 하강하는 경우, 하암 게이트 구동 전압(V4)을 증가시키도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 전원 변환부(610)는, 게이트 구동 전압(V1~V4)을 안정적으로 출력할 수 있게 된다.
한편, 상술한 전력변환장치(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. 이하에서는 전력변환장치(220)의 적용 가능한 홈 어플라이언스의 다양한 예를 예시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기(100a)는, 포가 전면 방향으로 세탁조 내로 삽입되는 프론트 로드(front load) 방식의 세탁물 처리기기이다. 이러한 프론트 방식의 세탁물 처리기기는, 포가 삽입되어 세탁, 헹굼 탈수 등을 수행하는 세탁기 또는 습포가 삽입되어 건조를 수행하는 건조기 등을 포함하는 개념으로서, 이하에서는 세탁기를 중심으로 기술한다.
도 9의 세탁물 처리기기(100a)는, 세탁조식 세탁물 처리기기로서, 세탁물 처리기기(100a)의 외관을 형성하는 캐비닛(110)과, 캐비닛(110) 내부에 배치되며 캐비닛(110)에 의해 지지되는 터브(120)와, 터브(120) 내부에 배치되며 포가 세탁되는 세탁조(122)과, 세탁조(122)을 구동시키는 모터(130)와, 캐비닛 본체(111) 외측에 배치되며 캐비닛(110) 내부로 세탁수를 공급하는 세탁수 공급장치(미도시)와, 터브(120) 하측에 형성되어 세탁수를 외부로 배출하는 배수장치(미도시)를 포함한다.
세탁조(122)에는 세탁수가 통과되도록 복수개의 통공(122A)이 형성되며, 세탁조(122)의 회전시 세탁물이 일정 높이로 들어 올려진 후, 중력에 의해 낙하되도록 세탁조(112)의 내 측면에 리프터(124)가 배치될 수 있다.
캐비닛(110)은, 캐비닛 본체(111)와, 캐비닛 본체(111)의 전면에 배치되어 결합하는 캐비닛 커버(112)와, 캐비닛 커버(112) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)와 결합하는 컨트롤패널(115)과, 컨트롤패널(115) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)와 결합하는 탑플레이트(116)를 포함한다.
캐비닛 커버(112)는 포의 출입이 가능하도록 형성되는 포 출입홀(114)과, 포 출입홀(114)의 개폐가 가능하도록 좌우로 회동 가능하게 배치되는 도어(113)를 포함한다.
컨트롤패널(115)은 세탁물 처리기기(100a)의 운전상태를 조작하는 조작키들(117)과, 조작키들(117)의 일측에 배치되며 세탁물 처리기기(100a)의 운전상태를 표시하는 디스플레이장치(118)를 포함한다.
컨트롤패널(115) 내의 조작키들(117) 및 디스플레이 장치(118)는 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되며, 제어부(미도시)는 세탁물 처리기기(100a)의 각 구성요소등을 전기적으로 제어한다. 제어부(미도시)의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 세탁조(122)에는 오토 밸런스(미도시)가 구비될 수 있다. 오토 밸런스(미도시)는 세탁조(122) 내에 수용된 세탁물의 편심량에 따라 발생하는 진동을 저감하기 위한 것으로, 액체밸런스, 볼밸런스 등으로 구현될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 세탁물 처리기기(100a)는, 세탁조(122)의 진동량 또는 캐비닛(110)의 진동량을 측정하는 진동 센서를 더 구비할 수 있다.
도 10는 도 9의 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(도 2의 E)와, 모터(230)에 인가되는 출력 전압(vo)을 검출하는 출력전압 검출부(도 2의 F)를 구비할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 인버터(미도시)에 입력되는 직류 전원을 공급하는, 컨버터 등을 더 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들어, 구동부(220) 내의 인버터 제어부(도 2의 430)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 제어부(도 2의 430)가, 출력 전류(idc) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어 신호(도 2의 Sic)를 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 1의 전력변환장치(220)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.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 다른 예인 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기(100b)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 실내기(31b), 실내기(31b)에 연결되는 실외기(21b)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(31b)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31b)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100b)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21b)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21b)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31b)로 냉매를 공급한다. 실외기(21b)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31b)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21b)는, 연결된 실내기(310b)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(31b)는, 실외기(21b)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31b)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21b) 및 실내기(31b)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)은 실내기(31b)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 12는 도 11의 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(250b)를 구동하는, 도 1과 같은, 전력변환장치에 의해 구동될 수 있다.
또는, 실내팬(109ab) 또는 실외팬(105ab)은, 각각 실내팬 모터(109bb), 실외 팬 모터(150bb)를 구동하는, 도 1과 같은, 전력변환장치에 의해 구동될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 또 다른 예인 냉장고를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명과 관련한 냉장고(100c)는, 도시되지는 않았지만 냉동실 및 냉장실로 구획된 내부공간을 가지는 케이스(110c)와, 냉동실을 차폐하는 냉동실 도어(120c)와 냉장실을 차폐하는 냉장실 도어(140c)에 의해 개략적인 외관이 형성된다.
그리고, 냉동실 도어(120c)와 냉장실 도어(140c)의 전면에는 전방으로 돌출형성되는 도어핸들(121c)이 더 구비되어, 사용자가 용이하게 파지하고 냉동실 도어(120c)와 냉장실 도어(140c)를 회동시킬 수 있도록 한다.
한편, 냉장실 도어(140c)의 전면에는 사용자가 냉장실 도어(140c)를 개방하지 않고서도 내부에 수용된 음료와 같은 저장물을 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 홈바(180c)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 냉동실 도어(120c)의 전면에는 사용자가 냉동실 도어(120c)를 개방하지 않고 얼음 또는 식수를 용이하게 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 디스펜서(160c)가 구비될 수 있고, 이러한 디스펜서(160c)의 상측에는, 냉장고(100c)의 구동운전을 제어하고 운전중인 냉장고(100c)의 상태를 화면에 도시하는 컨트롤패널(210c)이 더 구비될 수 있다.
한편, 도면에서는, 디스펜서(160c)가 냉동실 도어(120c)의 전면에 배치되는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 냉장실 도어(140c)의 전면에 배치되는 것도 가능하다.
한편, 냉동실(미도시)의 내측 상부에는 냉동실 내의 냉기를 이용하여 급수된 물을 제빙하는 제빙기(190c)와, 제빙기에서 제빙된 얼음이 이빙되어 담겨지도록 냉동실(미도시) 내측에 장착된 아이스 뱅크(195c)가 더 구비될 수 있다. 또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 아이스 뱅크(195c)에 담겨진 얼음이 디스펜서(160c)로 낙하되도록 안내하는 아이스 슈트(미도시)가 더 구비될 수 있다.
컨트롤패널(210c)은, 다수개의 버튼으로 구성되는 입력부(220c), 및 제어 화면 및 작동 상태 등을 디스플레이하는 표시부(230c)를 포함할 수 있다.
표시부(230c)는, 제어 화면, 작동 상태 및 고내(庫內) 온도 등의 정보를 표시한다. 예를 들어, 표시부(230c)는 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각얼음), 냉동실의 설정 온도, 냉장실의 설정 온도를 표시할 수 있다.
이러한 표시부(230c)는, 액정 디스플레이(LCD), 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 등 다양하게 구현될 수 있다. 또한, 표시부(230c)는 입력부(220c)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
입력부(220c)는, 다수개의 조작 버튼을 구비할 수 있다. 예를 들어, 입력부(220c)는, 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각 얼음 등)를 설정하기 위한 디스펜서 설정버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉동실 온도설정 버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉장실 온도 설정 버튼(미도시) 등을 포함할 수 있다. 한편, 입력부(220c)는 표시부(230c)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 도면에 도시된 더블도어형(Double Door Type)에 한정되지 않으며, 원 도어형(One Door Type), 슬라이딩 도어형(Sliding Door Type), 커튼 도어형(Curtain Door Type) 등 그 형태를 불문한다.
도 14는 도 13의 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 1과 같은, 전력변환장치에 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 1과 같은, 전력변환장치에 의해 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치 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.
한편, 본 발명의 모터 구동방법 또는 홈 어플라이언스의 동작방법은, 전력변환장치 또는 홈 어플라이언스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
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 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 복수의 상암 스위칭 소자와 복수의 하암 스위칭 소자를 구비하는 인버터;
    상기 복수의 상암 스위칭 소자의 게이트 단자에, 각각 게이트 구동 신호를 출력하는 복수의 상암 게이트 구동부;
    입력 전원을 강압하여 강압된 전원을 출력하는 전원 강압부;
    상기 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 상기 복수의 상암 게이트 구동부에 공급되는 복수의 상암 게이트 구동 전압을 가변하는 전원 변환부;를 구비하고,
    상기 인버터는, 모터로 교류 전원을 출력하며,
    상기 복수의 상암 스위칭 소자와 상기 복수의 하암 스위칭 소자에는 각각 게이트 구동 전압 저장을 위한 게이트 커패시터가 각각 접속되며,
    상기 모터의 구동 전의 게이트 구동 전압 충전 기간 동안, 상기 게이트 커패시터 각각에, 게이트 구동 전압이 충전되며,
    상기 전원 변환부는,
    상기 게이트 구동 전압 충전 기간 중, 상기 복수의 하암 스위칭 소자 중 제1 하암 스위칭 소자의 턴 온 기간이 길어질수록, 상기 복수의 상암 게이트 구동 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하암 스위칭 소자의 게이트 단자에, 각각 게이트 구동 신호를 출력하는 하암 게이트 구동부;를 더 포함하며,
    상기 전원 변환부는,
    상기 전원 강압부로부터의 전원을 이용하여, 상기 하암 게이트 구동부에 공급되는 하암 게이트 구동 전압을 가변하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인버터는, 모터로 교류 전원을 출력하며,
    상기 전원 변환부는,
    상기 모터의 속도가 증가할수록, 상기 복수의 상암 게이트 구동 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 인버터는, 모터로 교류 전원을 출력하며,
    상기 전원 변환부는,
    상기 모터의 속도가 증가할수록, 상기 하암 게이트 구동 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는,
    상기 인버터의 스위칭 주파수가 증가할수록, 상기 복수의 상암 게이트 구동 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전원 변환부는,
    상기 인버터의 스위칭 주파수가 증가할수록, 상기 하암 게이트 구동 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는,
    최소 동작 전압 보다 큰 전압을, 상기 복수의 상암 게이트 구동 전압으로 출력하며,
    상기 복수의 상암 게이트 구동 전압이 상기 최소 동작 전압 방향으로 하강하는 경우, 상기 복수의 상암 게이트 구동 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는,
    입력 전압을 가변하는 레귤레이터;
    상기 레귤레이터의 출력단에 배치되는 복수의 저항 소자;
    상기 복수의 저항 소자와 접지단 사이에 접속되는 스위칭 소자;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전원 변환부에서 출력되는 전압 레벨이 목표 전압 레벨 보다 낮아질수록, 상기 스위칭 소자의 턴 온 기간이 증가하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전원 변환부의 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자에 스위칭 제어 신호를 출력하는 마이컴;을 더 구비하고,
    상기 마이컴은,
    상기 전원 변환부에서 출력되는 전압 레벨이 목표 전압 레벨 보다 낮아질수록, 상기 스위칭 소자의 턴 온 기간이 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  12. 제1항 내지 제2항, 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항의 전력변환장치를 구비하는 홈 어플라이언스.
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