KR102135085B1 - 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 공기조화기는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부, 상기 정류부의 출력단에 연결되는 dc단 커패시터, 및, 상기 정류부의 입력단과 상기 정류부의 출력단에 연결되는 서지 보호 회로를 포함하고, 상기 서지 보호 회로는, 상기 정류부의 입력단에 연결되는 제1 다이오드, 상기 정류부의 출력단에 연결되는 제2 다이오드, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드 사이의 제1 노드에 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Power converting apparatus and hair conditioner including the same}
본 발명은, 서지 전압으로 인한 회로 소손을 방지할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 더 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
공기조화기는 전력 변환 장치 등 많은 회로를 포함할 수 있다. 전력 변환 장치는, 입력 전원을 변환하여 변환된 전력을 공급하는 장치로, 공기조화기 내에 배치되어, 입력 전원을 공기조화기를 구동하기 위한 전원으로 변환할 수 있다.
전원이 불안정한 국가, 지역에서는 서지(surge)성 전압이 공기조화기에 인가되는 경우의 발생 확률이 증가한다. 이러한 서지 전압은 회로 소손을 야기할 수 있다.
서지 전압으로부터 회로를 보호하기 위한 방법들 중 하나로 배리스터 등을 이용하는 방법이 사용되고 있다.
예를 들어, 선행 문헌 1(한국 공개특허공보 제10-2018-00553042호, 공개일자 2018년 5월 21일)은 과전압 보호 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것으로, 과전압 보호부는 배리스터(variable resistor: varistor)와 제너 다이오드를 포함하고 있다.
배리스터는, 입력되는 전압에 따라 저항값이 달라지는 반도체 소자로 일정한 전압 이하에서는 부도체로 작용을 하기 때문에 회로에 아무 영향을 주지 않는다. 하지만, 배리스터는 일정량 이상의 전압이 가해지게 되면 도체의 성질을 가지게 된다. 이에 따라, 배리스터는 전기를 다른 곳으로 방출하거나 자신이 흡수하게 됨으로써 소자를 서지로부터 보호하는 역할을 할 수 있다.
하지만, 이러한 배리스터는 소자 내부 물질이 타면서 기능을 발휘하는 물리적 특성상 유한한 수명을 가지고, 서지 전압에 견디는 횟수도 유한하여 어느 정도 사용 후에는 결국 사용 불가 상태가 된다. 또한, 고내압 제너 다이오드는 고비용 소자이고, 크기도 상당하여 보드(board) 설계 측면에서 제약을 줄 수 있는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은, 서지 전압으로 인한 회로 소손을 방지할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 저비용으로 구현된 서지 보호 회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 공기조화기는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부, 상기 정류부의 출력단에 연결되는 dc단 커패시터, 및, 상기 정류부의 입력단과 상기 정류부의 출력단에 연결되는 서지 보호 회로를 포함하고, 상기 서지 보호 회로는, 상기 정류부의 입력단에 연결되는 제1 다이오드, 상기 정류부의 출력단에 연결되는 제2 다이오드, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드 사이의 제1 노드에 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 서지 전압으로부터 내부 회로를 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 서지 전압을 커팅(cutting)하여 전원이 불안정한 지역에서도 공기조화기를 안정적으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 저비용으로 서지 전압 보호 회로를 구현할 수 있다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 회로도의 일예이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 회로도의 일예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 회로도의 일예이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 서지 보호 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 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 명세서에서 기술되는 전력 변환 장치는, 홈 어플라이언스 내에 구비되는 전력 변환 장치일 수 있다. 홈 어플라이언스는, 냉장고, 세탁기, 건조기, 에어컨, 제습기, 조리기기, 청소기 등을 포함하는 것으로서, 이하에서는, 다양한 홈 어플라이언스 중 공기조화기를 중심으로 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 실내기(21), 실내기(21)에 연결되는 실외기(31)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(21)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(21)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(31)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(31)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(21)로 냉매를 공급한다. 실외기(31)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(21)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 가변 되는 것도 가능하다. 또한, 도 1에서는 하나의 실내기(21)와 실외기(31)를 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나의 실외기(31)에 여러 실내기(21)가 냉매배관으로 연결될 수 있다.
이때, 실외기(31)는, 연결된 실내기(21)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(21)는, 실외기(31)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(21)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(31) 및 실내기(21)는 유선 또는 무선으로 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(21)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 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(21)와 실외기(31)로 구분된다.
실외기(31)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진 시키는 실외 팬(105a)과 실외 팬(105a)을 회전시키는 모터(250)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함할 수 있다.
실내기(21)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내 팬(109a)과 실내 팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 실외기(31) 내의 실외 팬(105a)은, 모터(도 3의 250 참조)를 구동하는 실외 팬 구동부(미도시)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 실외기(31) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(미도시)를 구동하는 압축기 모터 구동부(미도시)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 실내기(21) 내의 실내 팬(109a)은, 실내 팬 모터(109b)를 구동하는 실내 팬 구동부(미도시)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 공기조화기는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a) 등 각 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
전원 공급부는 입력 전원을 각 유닛의 구동에 필요한 전원으로 변환하여 공급할 수 있다. 따라서, 전원 공급부의 적어도 일부 구성은 전력 변환 장치로 명명될 수도 있다.
또한, 전력 변환 장치는 전력을 변환하여 각종 모터를 구동하는 모터 구동 장치로 실시될 수 있다.
이하에서 설명되는 전력 변환 장치는 홈 어플라이언스의 전원 공급부, 모터 구동부, 팬 구동부 등에 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 회로도의 일예이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(400)는, 입력 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터(410), 컨버터 제어부(415), 상기 dc단에 접속되는 커패시터(C), 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 커패시터(C)로부터의 직류 전원을 교류 변환하는 인버터(420), 및 상기 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다. 전력 변환 장치(400)는, 입력 전압 검출부(A), dc단 전압 검출부(B), 입력 전류 검출부(D), 및 출력전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 3 이하에서는 전력 변환 장치(400)가 상용 교류 전원(201)에서 입력되는 전원을 변환하여 모터(250)에 공급하는 모터 구동 장치로 사용되는 경우를 예시하였다. 이 경우에, 전력 변환 장치(400)는 모터 구동 장치, 모터 구동부 등으로 명명될 수 있다. 또는, 전력 변환 장치(400)는 입력 전원을 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 도 3에서는 전력 변환 장치(400)가 모터 구동 장치로 실시되는 예를 중심으로 기술하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
컨버터(410)는, 상용 교류 전원(201)을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 이를 위해, 컨버터(410)는, 정류부(도 4의 510)를 구비할 수 있다. 그외, 리액터(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.
컨버터(410)의 출력단에는, 평활 커패시터(C)가 접속된다. 커패시터(C)는, 컨버터(410)에서 출력되는 전원을 저장할 수 있다. 컨버터(410)에서 출력되는, 전원은 dc 전원이므로, dc단 커패시터라 명명할 수 있다.
상기 인버터(420)는, 상기 변환된 교류 전원을 모터(250)로 출력할 수 있다.
도 3을 참조하면, 입력 전압 검출부(A)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 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, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있다.
한편, 입력 전압 검출부(A)에 의해, 입력 전압의 제로 크로싱 지점도 검출할 수 있게 된다.
입력 전류 검출부(D)는, 상용 교류 전원(201)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(D)로, CT(current trnasformer), 션트(Shunt) 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(digcrete signal)로서, 소비전력 연산을 위해, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
다음, 컨버터(410)의 출력단에는, 컨버터(410)에서 전력 변환된 전원을 저장 또는 평활하기 위한, 커패시터(C)가 구비될 수 있다. 이때의 커패시터(C) 양단은, dc단이라 명명할 수 있다. 따라서, 커패시터(C)를 dc단 커패시터라 할 수도 있다.
한편, 컨버터 제어부(415)는, 입력 전압(Vs), 입력 전류(Is), dc단 전압(Vdc)에 기초하여, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 생성하고, 이를 컨버터(410)에 출력할 수 있다.
dc단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 모터(250)를 구동할 수 있다. 이를 위해, 인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 동기 모터(250)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 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, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(250)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 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)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(250)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(420)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(250) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
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 생성된다.
한편, 모터(250)는, 삼상 모터일 수 있다. 모터(250)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(250)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기모터(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기모터(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 모터(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
전원이 불안정한 국가, 지역에서는 서지(surge)성 전압이 공기조화기에 인가될 수 있고, 서지 전압의 인가에 따라 회로가 소손 되는 경우가 많다. 이는 서지 보호 회로의 배리스터(Varistor)의 물리적 한계로 인한 것이다. 배리스터의 유한한 수명, 보호 횟수 이후에 인가되는 서지 전압으로 회로가 소손되는 경우가 많으므로, 배리스터를 보완하거나 대체하여 서지 전압을 견디는 보호 회로가 필요하다.
이를 위해 본 발명은 회로적으로 서지 전압 커팅(Surge Voltage Cutting) 회로를 제안한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 회로도의 일예이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(400)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터(410), 및, 상기 컨버터(410)의 출력 전원을 평활화하고 저장하는 dc단 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
dc단 커패시터(C)의 양단에는 IPM(Intelligent Power Module) 등 부하(530)가 연결되어, dc단 커패시터(C)에 저장된 전원이 부하(530)로 공급될 수 있다.
상기 컨버터(410)는 입력 교류 전원(201)을 정류하는 정류부(510)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 컨버터(410)는 상기 정류부(510)와 상기 dc단 커패시터(C) 사이에 배치되어, 상기 정류부(510)로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터 등을 더 포함할 수 있다.
상기 정류부(510)는, 복수의 다이오드로 구성되는 브리지 다이오드(Bridge Diode)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 정류부(510)는, 브리지 다이오드를 사용하지 않고, 중간탭 변압기와 2개의 다이오드를 사용하여 전파 정류 회로를 구현할 수도 있다. 그러나, 전원전압이 중간탭을 이용한 경우보다 반으로 줄어들고, 도통되지 않은 다이오드에 역방향으로 걸리는 전압의 크기도 역시 반으로 줄어든다는 이점이 있으므로, 4개의 다이오드들로 구성된 브리지 다이오드를 이용하여 정류부(510)를 구현하는 방법이 더 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정류부(510)의 출력단, 특히 브리지 다이오드(Bridge Diode)의 입력단과 출력단에 서지 보호 회로(520)가 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 공기조화기는, 입력 교류 전원(201)을 정류하는 정류부(510), 상기 정류부(510)의 출력단에 연결되는 dc단 커패시터(C), 및, 상기 정류부(510)의 입력단과 상기 정류부(510)의 출력단에 연결되는 서지 보호 회로(520)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 공기조화기는, 2개의 다이오드(Diode)와 하나의 커패시터(capacitor)를 포함하여 유입되는 기준 전압 이상의 서지성 에너지는 그라운드(Ground)로 흘려보내도록 구성된 서지 보호 회로(520)를 포함할 수 있다.
서지 보호 회로(520)는, 상기 정류부(510)의 입력단에 연결되는 제1 다이오드(D1), 상기 정류부(510)의 출력단에 연결되는 제2 다이오드(D2), 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 제1 노드(n1)에 연결되는 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
서지 보호 회로(520)는, dc단과 입력 교류 전원(201) 사이에 배치될 수 있다. 도 4와 같은 서지 보호 회로(520)는 일정 전압 레벨로 전압을 제한하는 클램핑 회로로 동작할 수 있다. 이에 따라, 컨버터(410)의 교류 전원에 원치 않는 서지전압(Surge Voltage)을 dc단 전압 레벨 이하로 제한할 수 있다.
상기 제1 다이오드(D1)는, 애노드(anode)가 상기 정류부(510)와 상기 입력 교류 전원(201) 사이의 제2 노드(n2)에 연결되고, 캐소드(cathode)가 상기 제1 노드(n1)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 다이오드(D1)는, 제2 노드(n2)의 전압이 제1 노드(n1)의 전압보다 클 때에 도통되고, 제2 노드(n2)의 전압이 제1 노드(n1)의 전압보다 작을 때에는 상기 입력 교류 전원(201) 측으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 역전류 방지 다이오드로 동작할 수 있다.
또한, 상기 제2 다이오드(D2)는, 애노드(anode)가 상기 정류부(510)와 상기 dc단 커패시터(C) 사이의 제3 노드(n3)에 연결되고, 캐소드(cathode)가 상기 제1 노드(n1)에 연결될 수 있다.
이에 따라, dc단 커패시터(C)에 전원이 저장되면서 제2 다이오드(D2)가 도통되어 제1 노드(n1)의 전압이 dc단인 제3 노드(n3)의 전압과 같아질 수 있다.
또한, 상기 제2 다이오드(D2)는, 서지 보호 회로(520)에서 제3 노드(n3)로 전류가 흐르는 것을 방지하는 역전류 방지 다이오드로 동작할 수 있다.
상기 커패시터(C1)의 일단에는 그라운드(GND)가 연결될 수 있다.
한편, 평상시에는 제1 노드(n1)의 전압이 dc단 전압과 같고, 제2 노드(n2)의 전압보다 높다.
하지만, 서지 전압이 발생하면, 제1 노드(n1)의 전압이 급증하면서, 제1 다이오드(D1)가 도통된다.
이 때, 서지 전압에 의한 에너지는 상기 커패시터(C1)의 일단에 연결된 그라운드로 방전, 소모될 수 있다.
이에 따라, 서지 전압은 정류부(510), dc단 커패시터(C), 부하(530)에 영향을 주지않고, 회로 소자들을 서지 전압으로부터 보호될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 입력 교류 전원(201)에 의해 유입되는 노이즈(noise)를 필터링하는 노이즈 필터(505)를 더 포함할 수 있다.
상기 노이즈 필터(505)는 입력된 교류 전압에 포함된 노이즈를 제거하고, 력 교류 전원(201)의 주파수는 통상 50㎐ ∼ 60㎐를 가지므로, 상기 노이즈 필터(505)는 이보다 낮거나 높은 주파수를 제거할 수 있다.
상기 노이즈 필터(505)는 입력되는 전기 신호의 노이즈성분을 제거하기 위하여, 커패시터 및 인덕터를 조합하여 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 회로도의 일예이다. 도 5를 참조하여 설명한 실시예에서 저항(R1)이 추가된 것만 차이가 있다. 따라서, 상기 차이점을 제외하고는 도 5와 도 6의 실시예는 동일한 원리로 동작할 수 있다. 이하에서는 상기 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 공기조화기는, 2개의 다이오드(D1, D2), 하나의 저항(R1) 및 하나의 커패시터(C1)를 포함하여 유입되는 기준 전압 이상의 서지성 에너지는 그라운드(Ground)로 흘려보내도록 구성된 서지 보호 회로(520)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 공기조화기는, 입력 교류 전원(201)을 정류하는 정류부(510), 상기 정류부(510)의 출력단에 연결되는 dc단 커패시터(C), 및, 상기 정류부(510)의 입력단과 상기 정류부(510)의 출력단에 연결되는 서지 보호 회로(520)를 포함할 수 있다.
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서지 보호 회로(520)는, 상기 정류부(510)의 입력단에 연결되는 제1 다이오드(D1), 상기 정류부(510)의 출력단에 연결되는 제2 다이오드(D2), 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 제1 노드(n1)에 연결되는 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
도 6을 참조화면, 상기 서지 보호 회로(520)는, 상기 제1 노드(n1)와 상기 제1 다이오드(D1) 사이에 배치되는 저항(R1)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 다이오드(D1)는, 애노드(anode)가 상기 정류부(510)와 상기 입력 교류 전원(201) 사이의 제2 노드(n2)에 연결되고, 캐소드(cathode)가 상기 저항(R1)에 연결될 수 있다.
도 5를 참조하여 설명한 것과 같이, 2개의 다이오드(D1, D2)는 역전류 방지 다이오드로 동작할 수 있다.
또한, 하나의 저항(R1) 및 하나의 커패시터(C1)는 로우 패스 필터(Low pass Filter)로 동작할 수 있다.
로우 패스 필터(Low pass Filter)는 설계된 주파수(f) 이상의 전력을 통과시키는 설계를 통해 서지성 전압 발생시 커패시터(C1)의 일단에 연결된 접지로 에너지가 흐르도록 할 수 있다.
평상시, 상기 제2 다이오드(D2)를 통해 상기 제1 노드(n1)는 dc단 전압 레벨(DC_Link level)을 유지하고 있다.
따라서, 정상적인 전원이 인가되고 있을 때에는 항상 상기 제1 노드(n1)의 전압 레벨은 상기 제2 노드(n2)의 전압 레벨보다 높다.
하지만, 서지 전압이 인가되는 경우, 순간적으로 상기 제2 노드(n2)의 전압 레벨은 상기 제1 노드(n1)의 전압 레벨보다 높게 된다.
이 경우 저항(R1)에 의한 전압 강하(V1)를 포함한 커팅 레벨(Cutting level) 이상의 전압은 커팅(Cutting)될 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 다이오드(D1)를 통해 커팅된 만큼의 에너지가 커패시터(C1)로 전달된다.
커패시터(C1)로 전달된 에너지는 커패시터(C1)의 일단에 연결된 접지(GND)로 흘러 소모될 수 있다.
또한, 에너지의 주파수가 로우 패스 필터(Low pass Filter)를 구성하는 저항(R1)과 커패시터(C1)에 의해 설정된 컷오프 주파수(Cutoff Frequency) 이상이 되어 접지단(GND)으로 해당 에너지는 방전될 수 있다.
이에 따라, 배리스터의 유한성에 비해 무한하게 서지 전압을 제한하며 회로를 보호할 수 있다.
또한, 비교적 간단한 회로 구성을 통하여 비싼 고전압용 제너 다이오드를 대체할 수 있다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 서지 보호 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 입력 전압(Input voltage)에 서지 전압(611, 612)이 합쳐져 인가되는 상황을 예시한다. 순간적으로 굉장히 높은 레벨을 가지는 서지 전압(611, 612)이 인가되면서, 입력 전압의 어떤 구간에서도 정상적인 ds단 전압 레벨(DC_link level)보아 매우 높은 전압이 인가되게 된다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 7과 같이, 커팅 레벨(Cutting level) 이상의 전압은 커팅(Cutting)될 수 있다.
도 7을 참조하면, 서지 전압(611, 612)이 커팅 레벨(Cutting level)보다 큰 경우에는 커팅된 전압(621, 622)은 커팅 레벨(Cutting level)로 제한된다.
이때, 커팅 레벨(Cutting level)은 저항(R1)에 의한 전압 강하(V1)를 포함하므로 저항(R1)의 변경으로 조정될 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 서지 전압으로부터 내부 회로를 보호할 수 있고, 서지 전압을 일정 레벨 이하로 커팅(cutting)하여 전원이 불안정한 지역에서도 공기조화기를 안정적으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 공기조화기는 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.
컨버터 : 410
컨버터 제어부 : 415
인버터 : 420
인버터 제어부 : 430
정류부 : 510
서지 보호 회로 : 520

Claims (9)

  1. 입력 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부의 출력단에 연결되는 dc단 커패시터; 및,
    2개의 다이오드(Diode)와 하나의 커패시터(capacitor)를 포함하고, 상기 정류부의 입력단과 상기 정류부의 출력단에 연결되는 서지 보호 회로;를 포함하고,
    상기 서지 보호 회로는, 상기 정류부의 입력단에 연결되는 제1 다이오드, 상기 정류부의 출력단에 연결되는 제2 다이오드, 일단은 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드 사이의 제1 노드에 연결되고, 타단은 그라운드(GND)에 연결되는 커패시터를 포함하고,
    서지 전압이 발생하면, 상기 정류부의 입력단에 연결되는 제1 다이오드가 도통되고, 상기 서지 전압에 의한 에너지는 상기 커패시터의 타단에 연결된 그라운드로 방전되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서지 보호 회로는, 상기 제1 노드와 상기 제1 다이오드 사이에 배치되는 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 다이오드는, 애노드(anode)가 상기 정류부와 상기 입력 교류 전원 사이의 제2 노드에 연결되고, 캐소드(cathode)가 상기 저항에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이오드는, 애노드(anode)가 상기 정류부와 상기 입력 교류 전원 사이의 제2 노드에 연결되고, 캐소드(cathode)가 상기 제1 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 다이오드는, 애노드(anode)가 상기 정류부와 상기 dc단 커패시터 사이의 제3 노드에 연결되고, 캐소드(cathode)가 상기 제1 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정류부는, 브리지 다이오드(Bridge Diode)인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입력 교류 전원에 의해 유입되는 노이즈(noise)를 필터링하는 노이즈 필터를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 어플라이언스.
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