KR102116680B1 - 공기 조화기의 전원장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로 특히, 감전사고 및 낙뢰로 인한 소손를 방지할 수 있는 공기 조화기의 전원장치에 관한 것이다. 본 발명은, 공기 조화기의 전원장치에 있어서, 교류 전원 측의 접지 연결부에 연결되어 전류를 감지하는 감지부; 상기 교류 전원에 연결되어 모터를 구동하기 위한 인버터를 포함하는 전력 변환 장치; 및 상기 감지부에 연결되어 상기 감지부에서 감지되는 전압에 따라 상기 인버터의 구동 여부를 결정하는 인버터 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

공기 조화기의 전원장치 {Power supply apparatus for air conditioner}
본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로 특히, 감전사고 및 낙뢰로 인한 소손를 방지할 수 있는 공기 조화기의 전원장치에 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 인버터를 포함하는 것으로 일반적으로 알려져 있다.
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.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.
공기 조화기를 포함 대부분의 가전기기는 누설전류로 인해 사용자에게 감전사고가 발생할 위험을 줄이기 위해 기기 설치 시에 접지 연결부를 접지선과 연결하도록 설계된다. 특히 공기 조화기의 경우에는 기기 설치 시에 제품 표면(사람의 손이 닿을 수 있는 곳)에 접지를 연결할 수 있다.
그러나, 접지 연결 유무는 공기 조화기의 동작에는 영향을 미치지 않으므로 기기 설치 시에 접지 연결부에 접지선을 연결하지 않는 경우도 발생할 수 있다. 이런 경우에 기기의 이상 동작 중 공기 조화기에 사람의 신체가 닿으면 누설전류로 인하여 감전 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 이러한 상황을 대비한 구성이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 접지선이 연결되지 않아서 발생할 수 있는 감전 사고를 예방할 수 있는 공기 조화기의 전원장치를 제공하고자 한다.
또한, 낙뢰로 인한 서지 전류(surge current)가 인가되는 경우 공기 조화기를 보호할 수 있는 공기 조화기의 전원장치를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 공기 조화기의 전원장치에 있어서, 교류 전원 측의 접지 연결부에 연결되어 전류를 감지하는 감지부; 상기 교류 전원에 연결되어 모터를 구동하기 위한 인버터를 포함하는 전력 변환 장치; 및 상기 감지부에 연결되어 상기 감지부에서 감지되는 전압에 따라 상기 인버터의 구동 여부를 결정하는 인버터 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 인버터 제어부는, 상기 감지부에서 감지하는 입력 전압을 참조 전압과 비교하는 비교기; 상기 인버터에 포함된 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 및 상기 비교기의 출력 전압에 따라 상기 게이트 구동부에 구동 차단 신호를 전달하는 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 감지부에 전류가 흐르지 않을 때에 상기 게이트 구동부에 상기 구동 차단 신호를 전달할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 감지부에서 0 V 또는 오프셋 전압을 감지할 때에 상기 게이트 구동부에 상기 구동 차단 신호를 전달할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 감지부로부터 서지 전압이 감지되는 경우에 상기 게이트 구동부에 상기 구동 차단 신호를 전달할 수 있다.
이때, 상기 서지 전압은 5 kV 이상으로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 게이트 구동부에 상기 구동 차단 신호가 입력되는 경우에 상기 스위칭 소자의 구동을 멈추고 에러 표시를 위한 신호를 출력할 수 있다.
여기서, 상기 감지부는, 전류 변환부(current transformer; CT) 또는 션트 저항을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 인버터 제어부는, 노이즈 필터를 통하여 상기 감지부에 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 공기 조화기의 전원장치에 있어서, 교류 전원 측의 접지 연결부에 연결되어 전류를 감지하는 감지부; 상기 교류 전원에 연결되어 모터를 구동하기 위한 인버터를 포함하는 전력 변환 장치; 및 상기 감지부에 연결되어 상기 감지부에서 상기 접지 연결부에 접지선이 연결되어 있지 않은 경우 또는 누설전류를 감지하는 경우에 상기 인버터의 구동을 멈추는 인버터 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 인버터 제어부는, 상기 감지부에서 감지하는 입력 전압을 참조 전압과 비교하는 비교기; 상기 인버터에 포함된 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 및 상기 비교기의 출력 전압에 따라 상기 게이트 구동부에 구동 차단 신호를 전달하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 인버터 제어부는, 노이즈 필터를 통하여 상기 감지부에 연결될 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
본 발명에서는 접지 연결부가 접지선과 연결되지 않은 상태를 감지하여 공기 조화기의 구동을 막음으로써 감전 사고를 예방할 수 있다.
또한 이러한 전류 감지 회로를 이용하여, 낙뢰로 인한 서지 전류(surge current)가 인가되는 경우나 특정 누설전류 이상의 크기의 전류가 감지될 경우에도 공기 조화기의 구동을 멈추어 공기 조화기를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 조화기의 전원장치를 나타내는 전체 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 조화기의 전원장치를 나타내는 도식적인 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110), 정류부(110)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터(120), 컨버터(120)를 제어하는 컨버터 제어부(130), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(140), 인버터(140)를 제어하는 인버터 제어부(150)와, 그리고 컨버터(120)와 인버터(140) 사이의 DC-링크(DC-link) 캐패시터(C)를 포함할 수 있다.
이러한 인버터(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급된다. 여기서, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(100)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
그러나 모터(200)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, 모터 구동장치(100)는, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
모터 구동장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.
컨버터(120)는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터(120)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(120)는 정류부(110)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(120)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.
정류부(110)는, 단상 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터(120) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(110)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.
이와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
이러한 컨버터(120)는, 정류부(110)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 DC-링크 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
승압 컨버터(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, DC-링크 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 신호가 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
컨버터 제어부(130)는 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver)와, 이러한 게이트 구동부에 구동 신호를 전달하는 제어부를 포함한 구성일 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 transistor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
이와 같이, 컨버터 제어부(130)는 컨버터(120) 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(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(D)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 컨버터(120) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(110)를 거친 출력 전압이 컨버터(120)를 거치지 않고 DC-링크 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(110) 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(130)에 인가될 수 있다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(110) 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(130)에 인가될 수 있다.
DC 전압 검출부(B)는 DC-링크 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC-링크 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC-링크 캐패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(140)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(200)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(140)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.
컨버터(120)와 마찬가지로, 인버터의 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(150)는, 인버터(140)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터(140)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(200)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC-링크 캐패시터(C) 양단인 DC-링크 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC-링크 전압(Vdc)은 DC-링크 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
인버터 제어부(150)는 인버터(140)에 포함되는 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver; 151; 도 4 참조)와, 이러한 게이트 구동부(151)에 구동 신호를 전달하는 제어부(152; 도 4 참조)를 포함한 구성일 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(140)와 모터(200) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(200)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 인버터(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류 변환부(current transformer; CT), 션트 저항(shunt register) 등이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 조화기의 전원장치를 나타내는 전체 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 조화기의 전원장치는, 교류 전원(10) 측의 접지 연결부(G)에 연결되어 전류를 감지하는 감지부(160), 교류 전원(10)에 연결되어 모터(200)를 구동하기 위한 인버터(140)를 포함하는 전력 변환 장치(100) 그리고 감지부(160)에 연결되어 감지부(160)에서 감지되는 전압에 따라 인버터(140)의 구동 여부를 결정하는 인버터 제어부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 교류 전원(10)은 R 상, S 상, T 상 및 N 상을 포함하는 삼상 전원일 수 있다. 또는 이들로부터 두 상이 선택되는 단상 전원일 수도 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 감지부(160)는 이러한 교류 전원(10) 중 접지 연결부(G)에 전기적으로 연결된다. 또한, 이러한 감지부(160)는 노이즈 필터(20)를 통하여 인버터 제어부(150)에 연결될 수 있다.
노이즈 필터(20)는 인덕터(LN) 및 캐패시터(CN)를 포함하는 회로를 구성하여, 교류 전원(10)으로부터 인가될 수 있는 고주파 노이즈 및 저주파 노이즈를 제거할 수 있다.
여기서, 전력 변환 장치(100)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
이때, 도 1 및 도 2의 컨버터(120)는 생략될 수도 있다. 즉, 정류부(110)를 통하여 전파 정류된 전원이 DC-링크 캐패시터(C)에 인가될 수 있으며, 인버터(140)는 도 2에서 도시하는 바와 같은 다수의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 이용하여 교류 신호를 생성하여 모터(200)를 구동할 수 있다.
또한, 위에서 언급한 바와 같이, 인버터 제어부(150)는 인버터(140)에 포함되는 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver; 151; 도 4 참조)와, 이러한 게이트 구동부(151)에 구동 신호를 전달하는 제어부(152; 도 4 참조)를 포함할 수 있다. 이러한 인버터 제어부(150)의 구성에 대해서는 자세히 후술한다.
그 외에 전력 변환 장치(100)에 대한 사항은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
여기서, 감지부(160)는 접지 연결부(G)에 접지선이 연결되어 있지 않은 경우 또는 서지 전류(surge current)와 같은 누설전류를 감지할 수 있다.
교류 전원(10)의 우측은 공기 조화기의 내부 연결 구성을 나타내고 있으며, 이러한 구성은 공장에서 제작시에 연결이 구성된다. 그러나 교류 전원(10)의 좌측은 공기 조화기의 설치 시에 현장에서 연결되는 부분을 나타낸다.
이때, 인버터 제어부(150)에서는, 이와 같이 현장에서 접지 연결부(G)에 접지선을 연결하지 않은 경우 또는 실수로 접지 연결부(G)에 접지선(또는 접지부)이 연결되어 있지 않은 경우 또는 서지 전류(surge current)와 같은 누설전류를 감지하는 경우에 인버터(140)의 구동을 멈추고 에러 메시지를 표시할 수 있다.
공기 조화기를 포함 대부분의 가전기기는 누설전류로 인해 사용자에게 감전사고가 발생할 위험을 줄이기 위해 기기 설치 시에 접지 연결부(G)를 접지선과 연결하도록 설계된다. 특히 공기 조화기의 경우에는 기기 설치 시에 제품 표면(사람의 손이 닿을 수 있는 곳)에 접지를 연결할 수 있다.
그러나, 접지 연결 유무는 공기 조화기의 동작에는 영향을 미치지 않으므로 기기 설치 시에 접지 연결부(G)에 접지선을 연결하지 않는 경우도 발생할 수 있다. 이런 경우에 기기의 이상 동작 중 공기 조화기에 사람의 신체가 닿으면 누설전류로 인하여 감전 사고로 이어질 수 있다.
본 발명에서는 이러한 사고를 방지하고자 접지 연결부(G)에 미세전류를 감지할 수 있는 감지부(160)와, 이를 이용한 인버터 제어부(150)를 통하여 전류 감지 회로를 구성함으로써, 접지 연결부(G)가 접지선과 연결되지 않은 상태를 감지하여 공기 조화기의 구동을 막음으로써 감전 사고를 예방할 수 있다.
또한 이러한 전류 감지 회로를 이용하여, 낙뢰로 인한 서지 전류(surge current)가 인가되는 경우나 특정 누설전류 이상의 크기의 전류가 감지될 경우에도 공기 조화기의 구동을 멈추어 공기 조화기를 보호할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 접지 연결부(G)에 연결되는 감지부(160)에서는 항시 전류를 감지한다.
이때, 접지 연결부(G)에 접지선이 연결되지 않은 경우, 즉, 기기 구동중 누설전류가 접지로 나가는 부분에 감지되는 전류가 "0 A"일 경우에 접지선이 접지 연결부(G)에 연결되지 않았다고 판단하여 에러 메시지를 표시하고 기기 구동을 멈출 수 있다. 따라서, 접지 연결부(G)에 접지선이 연결이 되지 않아 누설전류로 인해 감전사고가 발생하는 상황을 방지할 수 있다.
또한, 낙뢰(Surge) 발생시 높은 전압인가로 인해, 누설전류가 높아질 수 있으며, 이때, 감지부(160)에서 이러한 누설전류를 감지하여 누설전류가 일정 레벨(Level) 이상이 될 경우 공기 조화기 기기의 구동을 멈추어 낙뢰로부터 제품 소손을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 조화기의 전원장치를 나타내는 도식적인 회로도이다.
도 4에서는 인버터 제어부(150)의 세부 구성을 주로 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 인버터 제어부(150)는, 감지부(160)에서 감지하는 입력 전압을 참조 전압과 비교하는 비교기(153), 인버터에 포함된 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부(152) 및 비교기(153)의 출력 전압에 따라 게이트 구동부(152)에 구동 차단 신호를 전달하는 제어부(151)를 포함할 수 있다.
여기서 비교기(153)는, 일례로, 감지부(160)에 포함된 CT 또는 션트 저항의 출력으로 받는 전압인 Vin이 참조 전압(Vref)보다 클 경우에 하이(high) 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
이러한 비교기(153)는 OP 앰프(154)와 설정 저항을 포함할 수 있다.
제어부(151)는 게이트 구동부(152)를 통하여 인버터 및 모터를 제어하게 되며, Vin이 0 V인 경우(즉, 감지부(160)를 통하여 전류가 흐르지 않는 경우) 또는 일정 오프셋 전압이 감지되는 경우에 인버터를 구동하는 PWM 신호를 출력하는 대신에 에러 메시지를 표시하도록 할 수 있다.
이러한 동작을 위하여, 제어부(151)에서는 게이트 구동부(152)의 구동 차단을 위한 단자인 Cin 단으로 하이(high) 신호를 보내어 게이트 구동부(152)가 동작하지 않도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 게이트 구동부(152)의 Cin 단으로 하이(high) 신호가 입력되면 인버터의 구동을 멈추고 에러 메시지 표시 신호인 Fault 신호를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(151)는, 감지부(160)로부터 서지 전압이 감지되는 경우에도 게이트 구동부(152)의 Cin 단으로 에 구동 차단 신호를 전달할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 이러한 본 발명의 동작을 부연하여 설명한다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 접지 연결부(G)에 접지선 연결 여부를 확인할 수 있고, 또한, 낙뢰(Surge)로부터 기기를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
먼저, 접지 연결의 유무를 확인하는 과정을 설명한다.
접지 연결부(G)에 접지가 연결되지 않았을 경우에는 감지부(160)를 구성하는 CT 또는 션트(Shunt) 저항에 전류가 흐르지 않을 것이며 이때 감지부(160)의 출력 전압인 Vin이 0 V(또는 오프셋이 존재하여 2.5 V일 경우도 있음)가 감지될 수 있다.
이러한 감지부(160)의 출력 전압은 제어부(151)에서 감지하여 게이트 구동부(152)의 Cin 단으로 인가되어 에러 메시지(또는 에러 표시)를 표시하고 공기 조화기의 운전이 이루어지지 않도록 할 수 있다.
한편, 낙뢰(Surge)로부터 제품 보호하는 과정을 설명한다.
비교기(153)를 통해 감지부(160)의 출력 전압인 Vin이 특정 참조 레벨(Level; Vref)이 되면, 비교기(153) 출력이 하이(High)가 된다. 이러한 하이 신호는 게이트 구동부(152)의 Cin 단으로 인가되어 에러 메시지(또는 에러 표시)를 표시하고 공기 조화기의 운전이 이루어지지 않도록 할 수 있다. 따라서, 공기 조화기의 소손을 방지할 수 있다.
특히, 서지(Surge) 전압에 따라 누설전류의 크기가 다를 수 있으므로 이를 이용하여 원하는 서지 레벨(Surge Level) 이상일 경우 기기의 구동을 멈추도록 회로 구성이 가능하다.
서지(Surge) 시험의 규격을 보면 1 kV 또는 2 kV 까지는 에러 발생 없이 구동이 가능하여야 하며, 4 kV까지는 기기 소손 없이 에러 신호 발생 후 재기동에 성공하여야 한다. 그러나 6 kV 이상에서는 기기 소손도 허용하며, 화재 발생 등 안전상 문제만 없으면 허용이 된다.
위와 같은 본 발명의 전원장치 이용시 6 kV 이상 높은 전압의 서지(Surge)가 인가되더라도 제품구동을 멈추어 기기 소손까지 이어지지 않도록 할 수 있다.
또한, 저항 조정을 통해 참조 레벨(Level; Vref) 값을 변경하여 원하는 레벨(예를 들어, 5 kV)에서 제품 구동을 멈추어 기기의 이상 동작 및 소손을 방지하도록 보호할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 5 kV 이상의 서지 전압에서 구동 차단 기능이 동작하도록 비교기(153)의 저항이 설정된 경우를 가정한다.
이때, 누설전류가 50 mA 발생한 경우를 가정한다. 이는, 내부 누설전류 기준인 1.8 kV에서 10 mA 미만을 고려하여 5 kV시 50 mA로 가정한 것이다.
이와 같이, 누설전류가 50 mA 일 때 감지부(160)의 출력전압은 2.5 V가 된다.
이때, 5 kV 이상의 서지 전압 인가시 감지부(160)의 출력 전압인 2.5 V가 비교기(153)로 입력되어 하이(High) 신호가 출력된다.
이렇게 출력된 전압은 게이트 구동부(152)의 구동 차단을 위한 단자인 Cin 단으로 인가되어 인버터의 동작이 멈추고 전체 기기의 운전이 멈추게 된다.
또한, 누설전류가 0 mA일 경우 감지부(160)에서 0 V(또는 오프셋 전압 2.5 V)가 출력되어 접지선이 연결되지 않은 것으로 판단하고 기기 운전을 멈추가 된다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 전력 변환 장치 110: 정류부
120: 컨버터 130: 컨버터 제어부
140: 인버터 150: 인버터 제어부
151: 제어부 152: 게이트 구동부
153: 비교기 154: OP 앰프
200: 모터

Claims (12)

  1. 공기 조화기의 전원장치에 있어서,
    교류 전원 측의 접지 연결부에 연결되어 전류를 감지하여 전압으로 출력하여 상기 접지 연결부가 접지선에 연결된 상태를 감지하고, 상기 접지 연결부와 연결되는 전류 변환부(current transformer; CT) 또는 션트(Shunt) 저항을 구비하는 감지부;
    상기 교류 전원에 연결되어 모터를 구동하기 위한 인버터를 포함하는 전력 변환 장치; 및
    상기 감지부에 연결되어 상기 감지부에서 출력되는 전압에 따라 상기 인버터의 구동 여부를 결정하는 인버터 제어부를 포함하여 구성되고,
    상기 감지부의 출력 전압이 0 V이거나 일정한 레벨의 오프셋 전압일 때, 상기 인버터 제어부는 에러 메시지 또는 에러를 표시하고 상기 인버터의 구동을 멈추도록 제어하고,
    상기 인버터 제어부는, 상기 교류 전원과 전력 변환 장치 사이에 연결되는 노이즈 필터를 통하여 상기 감지부에 연결되고,
    상기 인버터 제어부는, 상기 감지부에서 감지하는 입력 전압을 참조 전압과 비교하는 비교기; 상기 인버터에 포함된 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 및 상기 비교기의 출력 전압에 따라 상기 게이트 구동부에 구동 차단 신호를 전달하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 게이트 구동부의 구동 차단을 위한 단자로 신호를 보내어 상기 게이트 구동부가 동작하지 않도록 제어하고,
    상기 제어부는 상기 감지부로부터 서지 전압이 감지되는 경우에도 게이트 구동부에 구동 차단을 위한 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원장치.
  2. 삭제
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  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 감지부에서 0 V 또는 오프셋 전압을 출력할 때에 상기 게이트 구동부에 상기 구동 차단 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 서지 전압은 5 kV 이상으로 설정된 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 게이트 구동부에 상기 구동 차단 신호가 입력되는 경우에 상기 스위칭 소자의 구동을 멈추고 에러 표시를 위한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원장치.
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