KR102167329B1 - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 입력 교류 전원을 정류하여, 직류 전원을 출력하는 컨버터, 컨버터로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터 및 컨버터 제어부를 포함하고, 컨버터는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부 및 정류부와 커패시터 사이에 접속되어, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터를 포함하고, 컨버터 제어부는, 부스트 컨버터가 동작 중인 경우, 공기조화기의 소비전력 및 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 부스트 컨버터를 제어하고, 부스트 컨버터가 동작 중이 아닌 경우, 공기조화기의 소비전력 및 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 부스트 컨버터를 제어할 수 있다. 이에 따라, 불안정한 입력 전원이 공급되는 환경에서도, 공기조화기의 안정적인 운전이 가능하며, 공기조화기에 구비된 회로 소자의 손상을 방지할 수 있다. 그 외에 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{AIR CONDITIONER AND METHOD THEREOF}
본 발명은, 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 공급되는 입력 전원에 기초하여 부스트 컨버터를 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해, 실내로 냉온의 공기를 토출하여 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로써, 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
공기조화기는 냉매의 흐름에 따라 냉방운전되거나 난방운전된다. 냉방운전 시, 실외기의 압축기로부터 실외기의 열교환기를 거쳐 고온, 고압의 액체 냉매가 실내기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 냉매가 팽창 및 기화되면서 주변 공기의 온도가 내려가고, 실내기 팬이 회전 동작함에 따라 냉기가 실내로 토출된다. 난방운전 시, 실외기의 압축기로부터 고온, 고압의 기체 냉매가 실내기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 고온, 고압의 기체 냉매가 액화되면서 방출된 에너지에 의해 따뜻해진 공기가 실내기 팬의 동작에 따라 실내로 토출된다.
이러한 공기조화기에서, 압축기의 구동에 의해 냉매가 순환되고, 냉매의 열교환을 통해 냉온의 공기가 토출되는 만큼, 압축기의 안정적인 구동이 중요한 이슈가 될 수 있다.
상용전원이 안정적으로 공급되지 않는 환경, 예를 들면, 낮은 전압의 전원이 공급되거나, 전압 변동이 큰 전원이 공급되는 경우, 공기조화기의 압축기가 동작하더라도, 이후 연속적인 운전이 어려울 뿐만 아니라, 냉난방 효율도 낮아지는 문제점이 있다. 또한, 공기조화기의 동작을 위해 일반적으로 사용되는 발전기의 경우, 저용량의 발전기이고, 공급되는 전원 또한 전압 변동이 심한 불안정적인 동작 전원이므로, 공기조화기의 정상적인 운전이 어려울 수 있다. 이러한 경우들은 공기조화기의 손상을 야기할 수 있고, 또한 발전기의 고장의 원인이 될 수 있다.
본 발명의 목적은, 불안정한 입력 전원이 공급되는 환경에서, 부스트 컨버터의 동작을 제어함으로써 안정적인 운전이 가능한 공기조화기 및 그의 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공기 조화기는, 불안정한 입력 전원에 따른, 공기조화기의 소비전력, dc단 커패시터 양단의 전압 및 비교 기준이 되는 다수의 기준값에 기초하여 부스트 컨버터의 동작을 제어하는 컨버터 제어부를 포함함으로써, 낮은 전압의 전원이 공급되거나, 전압 변동이 큰 전원이 공급되는 경우에도 안정적인 운전이 가능하도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공기 조화기는, 입력 교류 전원을 정류하여, 직류 전원을 출력하는 컨버터, 컨버터로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터 및 컨버터 제어부를 포함하고, 컨버터는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부 및 정류부와 커패시터 사이에 접속되어, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터를 포함하고, 컨버터 제어부는, 부스트 컨버터가 동작 중인 경우, 공기조화기의 소비전력 및 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 부스트 컨버터를 제어하고, 부스트 컨버터가 동작 중이 아닌 경우, 공기조화기의 소비전력 및 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 부스트 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법은, 컨버터에 포함된 부스트 컨버터가 동작 중인 경우, 공기조화기의 소비전력 및 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 동작 중인 부스트 컨버터를 제어하는 동작 및 부스트 컨버터가 동작 중이 아닌 경우, 공기조화기의 소비전력 및 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 동작 중이 아닌 부스트 컨버터를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 공기조화기는, 불안정한 입력 전원이 공급되는 환경에도 불구하고, 운전 가능 범위를 확대할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 공기조화기는, 공기조화기 운전의 잦은 온/오프 방지를 통해 안정적인 운전이 가능하여. 사용자에게 편의성을 제공하고, 보다 쾌적한 환경을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 공기조화기는, 낮은 전압의 전원이 공급되거나, 전압 변동이 큰 전원이 공급됨에 따라 야기될 수 있는 회로 소자의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 공기조화기의 구성의 예시를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 실외기 내의 전력변환장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치에 구비된 컨버터의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공기조화기의 제어방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 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.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 공기조화기의 구성의 예시를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)는, 실내기(31), 실내기(31)에 연결되는 실외기(21)를 포함할 수 있다.
실내기(31)는, 예를 들면, 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100)는, 예를 들면, 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기(31) 및 실외기(21)의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21)는, 예를 들면, 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 포함할 수 있다. 또한, 실외기(21)는, 예를 들면, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함할 수 있다.
실외기(21)는, 예를 들면, 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31)로 냉매를 공급할 수 있다. 실외기(21)는, 예를 들면, 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기(31)에 대응하여 냉/난방 용량이 가변됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21)는, 연결된 실내기(310)로 압축된 냉매를 공급할 수 있다.
실내기(31)는, 예를 들면, 실외기(21)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출할 수 있다. 실내기(31)는, 예를 들면, 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
이때, 실외기(21) 및 실내기(31)는, 예를 들면, 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수도 있다.
리모컨(미도시)는, 예를 들면, 실내기(31)에 연결되어, 실내기(31)로 사용자의 제어명령을 전달하고, 실내기(31)의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기(31)와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 실외기와 실내기의 개략도이다. 도 1에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분될 수 있다.
실외기(21)는, 예를 들면, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기(102b)를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외측 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함할 수 있다.
실내기(31)는, 예를 들면, 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(108)와, 실내측 열교환기(108)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함할 수 있다.
실내측 열교환기(108)는, 예를 들면, 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는, 예를 들면, 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100)는, 예를 들면, 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 실외기 내의 전력변환장치의 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치에 구비된 컨버터의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전력변환장치(200)는, 예를 들면, 압축기를 구동하기 위한 전력변환장치(200)로서, 모터(250)를 구동할 수 있다. 한편, 모터(250) 구동에 의해, 압축기(102)가 구동될 수 있다.
전력변환장치(200)는, 예를 들면, 모터(250)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(220), 인버터(220)를 제어하는 인버터 제어부(230), 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210), 컨버터(210)를 제어하는 컨버터 제어부(215), 및 컨버터(210)와 인버터(220) 사이에 접속되는 dc단 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 한편, 전력변환장치(200)는, 예를 들면, dc단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도면에서는 컨버터 제어부(215)와 인버터 제어부(230)를 구분하여 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 구성(예: 제어부)에 포함될 수도 있다. 한편, 컨버터 제어부(215)와 인버터 제어부(230)는, 예를 들면, 상호 연결되어 데이터를 송수신할 수도 있다.
전력변환장치(200)는, 예를 들면, 입력 교류 전원(201)을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(250)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 전력변환장치(200)는, 예를 들면, 압축기 구동장치라고도 할 수 있다. 이하에서는 압축기 구동장치와 전력변환장치를 혼용하여 사용한다.
컨버터(210)는, 예를 들면, 입력된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 교류 전원은, 예를 들면, 단상 교류 전원 또는 삼상 교류 전원일 수 있다. 컨버터(210)는, 예를 들면, 정류부(도 4의 410)와, 부스트 컨버터(도 4의 415)를 구비할 수 있다. 한편, 컨버터(210)는, 예를 들면, 인터리브 부스트 컨버터(미도시)를 구비할 수도 있다. 한편, 컨버터(210)는, 예를 들면, 리액터(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.
도 4를 참조하면, 정류부(410)는, 예를 들면, 입력된 삼상 교류 전원(210a, 210b, 210c)을 정류하여 출력할 수 있다. 도면에서는 삼상 교류 전원이 예시로 도시되고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 정류부(410)는 단상 교류 전원을 정류하여 출력할 수도 있다. 정류부(410)는, 예를 들면, 삼상 브릿지 다이오드를 구비할 수 있다. 예를 들면, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자(Da, Db, Dc) 및 하암 다이오드 소자(D'a, D'b, D'c)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상, 하암 다이오드 소자가 서로 병렬(Da&D'a, Db&D'b, Dc&D'c)로 연결되는 것을 예시한다.
부스트 컨버터(420)는, 예를 들면, 정류부(410)에서 출력된 전원을 승압하여 출력할 수 있다. 부스트 컨버터(420)는, 예를 들면, 정류부(410)와 인버터(220) 사이에 접속될 수 있고, 서로 직렬 접속되는 인덕터(L)와 다이오드(D), 인덕터(L)와 다이오드(D) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S)를 구비할 수 있다. 이러한 스위칭 소자(S)의 턴-온에 의해, 인덕터(L)에 에너지가 저장되다가, 스위칭 소자(S)의 턴-오프에 의해, 인덕터(L)에 저장된 에너지가 다이오드(D)를 거쳐, 출력될 수 있다. 한편, 부스트 컨버터(420)는, 예를 들면, 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류의 검출을 위한, 인덕터 전류 검출부(F)를 인덕터(L) 전단 또는 후단에 구비할 수 있다.
dc단 커패시터(C)는, 예를 들면, 컨버터(210)의 출력단인 dc단에 접속될 수 있고, 컨버터(210)에서 출력되는 전원을 저장할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 예를 들면, 입력 교류 전원(201)로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 입력 전압 검출부(A)는, 예를 들면, 정류부(410)의 전단에 접속될 수 있다. 입력 전압 검출부(A)는, 예를 들면, 입력 전압(Vs)의 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 예를 들면, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어부(215)에 입력될 수 있다.
dc단 전압 검출부(B)는, 예를 들면, dc단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위해, dc 단 전압 검출부(B)는, 예를 들면, 변압기(voltage transformer, VT), 저항 소자 등을 구비할 수 있다. dc 단 전압(Vdc)은, 예를 들면, 컨버터 제어부(215) 및/또는 인버터 제어부(230)에 입력될 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는, 예를 들면, 입력 교류 전원(201)로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 입력 전압 검출부(A)는, 예를 들면, 정류부(410)의 전단에 접속될 수 있다. 입력 전류 검출부(D)는, 예를 들면, 입력 전류(Is)의 검출을 위해, 전류센서, 변류기(current transformer; CT), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전류(Is)는, 예를 들면, 컨버터 제어부(215)에 입력될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 예를 들면, 인버터(220)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 인버터(220)에서 출력되는 출력 전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 출력전류 검출부(E)는, 예를 들면, 모터(250)에 인가되는 전류를 검출할 수 있다. 출력전류 검출부(E)는, 예를 들면, 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, 예를 들면, 출력 전류(io)의 검출을 위해, 변류기(CT), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 출력 전류(io)는, 예를 들면, 인버터 제어부(230)에 입력될 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 스위칭 소자를 구비하는 컨버터(210)를 제어할 수 있다. 컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 컨버터(210)에 구비된, 부스트 컨버터(415)를 제어할 수 있다. 컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 검출되는 입력 전류(Is), 입력 전압(Vs), dc단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc), 컨버터(210) 내부의 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL) 등에 기초하여, 부스트 컨버터(415)에 구비된 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 생성하여 출력할 수 있다.
인버터(220)는, 예를 들면, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해, 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 모터(250)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(220)는, 복수의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 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 연결될 수 있다. 그리고, 각 스위칭 소자(Sa, S'a, Sb, S'b, Sc, S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 예를 들면, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력할 수 있다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는, 예를 들면, 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(250)에 흐르는 출력 전류(io) 및/또는 dc단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 예를 들면, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, dc 단 전압(Vdc)은 dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
한편, 인버터 제어부(230)는, 예를 들면, 인버터 전력을 산출할 수 있다. 여기서, 인버터 전력은, 예를 들면, 모터(250)에서 필요한 전력을 의미할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 부스트 컨버터(415)가 동작 중인지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들면, 컨버터 제어부(215)는, 정류부(410)에서 출력된 전원이 부스트 컨버터(415)를 통해 승압되어 출력되도록 스위칭 소자(S)가 턴-온/오프되는지 확인할 수 있다. 이때, 정류부(410)에서 출력된 전원이 부스트 컨버터(415)를 통해 승압되어 출력되는 경우, 부스트 컨버터(415)가 동작하는 것으로 이해할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 검출되는 입력 전류(Is), 입력 전압(Vs), dc단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc), 컨버터(210) 내부의 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL) 등에 기초하여, 공기조화기(100)의 소비전력을 산출할 수 있다.
한편, 컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 공기조화기(100)의 소비전력을 기 설정된 기준 전력값과 비교할 수 있고, 비교 결과에 기초하여 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 이때, 기 설정된 기준 전력값은, 예를 들면, 사용자의 설정에 의해 변경 가능한 값일 수 있다.
예를 들면, 컨버터 제어부(215)는, 공기조화기(100)의 소비전력이 기 설정된 기준 전력값(예: 1200W)을 초과하는 경우, 부스트 컨버터(415)가 동작하도록 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
예를 들면, 컨버터 제어부(215)는, 공기조화기(100)의 소비전력이 기 설정된 기준 전력값(예: 1000W) 미만인 경우, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지되도록 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압을 산출할 수 있다. 이를 위해, 컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 입력 전압(Vs) 및 인버터(220)의 인버터 전력을 이용한 회귀식을 연산할 수 있고, 연산된 회귀식에 기초하여, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압을 산출할 수 있다.
한편, 컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압과 기 설정된 기준 전압값과 비교할 수 있고, 비교 결과에 기초하여 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 이때, 기 설정된 기준 전압값은, 예를 들면, 사용자의 설정에 의해 변경 가능한 값일 수 있다. 한편, 컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, dc단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc)과 기 설정된 기준 전압값을 비교할 수 있고, 비교 결과에 기초하여 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수도 있다.
예를 들면, 컨버터 제어부(215)는, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압에서 공기조화기의 보호를 위한 전압(예: 140V)(이하, 보호 전압)을 뺀 값이 기 설정된 기준 전압값(예: 40V)을 초과하는 경우, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지되도록 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 이때, 공기조화기의 보호를 위한 보호 전압은, 예를 들면, 공기조화기(100)에 구비된 회로 소자의 손상을 방지하기 위한 전압을 의미할 수 있고, 사용자의 설정에 의해 변경 가능한 값일 수 있다
예를 들면, 컨버터 제어부(215)는, dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압(Vdc)에서 보호 전압(예: 140V)을 뺀 값이 기 설정된 기준 전압값(예: 20V) 미만인 경우, 부스트 컨버터(415)가 동작하도록 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력변환장치(200)는, 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다. 메모리는, 예를 들면, 공기조화기(100)의 소비전력에 대한 데이터, 소비전력에 대한 기준 전력값, 입력 전압(Vs) 및 인버터 전력을 이용한 회귀식에 대한 데이터, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압에 대한 데이터, dc단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc), 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압에 대한 기준 전압값 등을 저장할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공기조화기(100)는, 입력 전류(Is), 입력 전압(Vs), dc단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc), 소비전력, 인버터 전력 등에 기초하여, 부스트 컨버터(415)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 통해, 불안정한 입력 전원이 공급되는 환경에도 불구하고, 공기조화기(100)의 운전 가능 범위가 확대될 수 있고, 공기조화기 운전의 잦은 온/오프를 방지함으로써 안정적인 운전이 가능하며, 낮은 전압의 전원이 공급되거나, 전압 변동이 큰 전원이 공급되는 경우에도 회로 소자의 손상을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공기조화기의 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 1 내지 4에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)에 구비된 컨버터 제어부(215)는, S510 동작에서, 부스트 컨버터(415)가 동작 중인지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들면, 컨버터 제어부(215)는, 정류부(410)에서 출력된 전원이 부스트 컨버터(415)를 통해 승압되어 출력되고 있는지 확인할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, S520 동작에서, 부스트 컨버터(415)가 동작 중인 경우, 공기조화기(100)의 소비전력과 기 설정된 제1 기준 전력값(예: 1000W)을 비교할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, S530 동작에서, 공기조화기(100)의 소비전력이 기 설정된 제1 기준 전력값인 1000W보다 작은 경우, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압을 산출할 수 있다. 이를 위해, 컨버터 제어부(215)는, 예를 들면, 입력 전압(Vs) 및 인버터(220)의 인버터 전력을 이용한 회귀식을 연산할 수 있고, 연산된 회귀식에 기초하여, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압을 산출할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, S540 동작에서, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압과 보호 전압(예: 140V)을 뺀 값을, 기 설정된 제1 기준 전압값(예: 40V)과 비교할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, S550 동작에서, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지된 경우의 dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압과 보호 전압인 140V를 뺀 값이 기 설정된 제1 기준 전압값인 40V를 초과하는 경우, 부스트 컨버터(415)의 동작이 정지되도록 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
한편, 컨버터 제어부(215)는, S560 동작에서, 부스트 컨버터(415)가 동작 중이 아닌 경우, 공기조화기(100)의 소비전력과 기 설정된 제2 기준 전력값(예: 1200W)을 비교할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, S570 동작에서, 공기조화기(100)의 소비전력이 기 설정된 제2 기준 전력값인 1200W 이하인 경우, dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압(Vdc)과 보호 전압(예: 140V)을 뺀 값을 기 설정된 제2 기준 전압값(예: 20V)과 비교할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, S580 동작에서, 공기조화기(100)의 소비전력이 기 설정된 제2 기준 전력값인 1200W를 초과하는 경우, 또는, 공기조화기(100)의 소비전력이 기 설정된 제2 기준 전력값인 1200W 이하이지만, dc단 커패시터(C)에 저장되는 전압(Vdc)과 보호 전압(예: 140V)을 뺀 값이 기 설정된 제2 기준 전압값인 20V보다 작은 경우, 부스트 컨버터(415)가 동작하도록 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100) 및 그의 제어방법에서, 제1 기준 전력값(예: 1000W) 보다 제2 기준 전력값(예: 1200W)을 크게 설정하는 경우, 부스트 컨버터(415)에 대한 컨버터 제어부(215)의 잦은 제어 동작을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100) 및 그의 제어방법에서, 제1 기준 전압값(예: 40V)을 제2 기준 전압값(예: 20V)보다 크게 설정하는 경우, 부스트 컨버터(415)에 대한 컨버터 제어부(215)의 잦은 제어 동작을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공기조화기(100)의 제어방법을 통해, 입력 전류(Is), 입력 전압(Vs), dc단 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc), 소비전력, 인버터 전력 등에 기초하여, 부스트 컨버터(415)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 통해, 불안정한 입력 전원이 공급되는 환경에도 불구하고, 공기조화기(100)의 운전 가능 범위가 확대될 수 있고, 공기조화기 운전의 잦은 온/오프를 방지함으로써 안정적인 운전이 가능하며, 낮은 전압의 전원이 공급되거나, 전압 변동이 큰 전원이 공급되는 경우에도 회로 소자의 손상을 방지할 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 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 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 공기조화기에 있어서,
    입력 교류 전원을 정류하여, 직류 전원을 출력하는 컨버터;
    상기 컨버터로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터;
    복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터; 및
    컨버터 제어부를 포함하고,
    상기 컨버터는,
    상기 입력 교류 전원을 정류하는 정류부; 및
    상기 정류부와 상기 커패시터 사이에 접속되어, 상기 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터를 포함하고,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 부스트 컨버터가 동작 중인 경우, 상기 공기조화기의 소비전력 및 상기 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 상기 커패시터 양단의 전압에 기초하여, 상기 부스트 컨버터를 제어하고,
    상기 부스트 컨버터가 동작 중이 아닌 경우, 상기 공기조화기의 소비전력 및 상기 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 상기 부스트 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 부스트 컨버터가 동작 중인 경우, 상기 소비전력이 제1 기준 전력 미만인지 확인하고,
    상기 소비전력이 제1 기준 전력 미만인 경우, 상기 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 상기 커패시터 양단의 전압 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 산출된 커패시터 양단의 전압에서 상기 공기조화기의 보호를 위해 기 설정된 보호 전압을 뺀 값이 제1 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 부스트 컨버터의 동작이 정지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 입력 교류 전원의 전압과, 상기 인버터의 인버터 전력을 이용한 회귀식에 기초하여, 상기 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 상기 커패시터 양단의 전압 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 부스트 컨버터가 동작 중이 아닌 경우, 상기 소비전력이 제2 기준 전력을 초과하는지 확인하고,
    상기 소비전력이 상기 제2 기준 전력을 초과하는 경우, 상기 부스트 컨버터가 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 소비전력이 상기 제2 기준 전력 이하인 경우, 상기 커패시터 양단의 전압에서 상기 공기조화기의 보호를 위해 기 설정된 보호 전압을 뺀 값이 제2 기준 전압 미만인지 확인하고,
    상기 커패시터 양단의 전압에서 상기 보호 전압을 뺀 값이 상기 제2 기준 전압 미만인 경우, 상기 부스트 컨버터가 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    컨버터에 포함된, 부스트 컨버터가 동작 중인 경우, 상기 공기조화기의 소비전력 및 상기 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 상기 동작 중인 부스트 컨버터를 제어하는 동작; 및
    상기 부스트 컨버터가 동작 중이 아닌 경우, 상기 공기조화기의 소비전력 및 상기 커패시터 양단의 전압 값에 기초하여, 상기 동작 중이 아닌 부스트 컨버터를 제어하는 동작을 포함하고,
    상기 컨버터는, 입력 교류 전원을 정류하여, 직류 전원을 출력하고,
    상기 커패시터는, 상기 컨버터로부터의 맥동 전압을 저장하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동작 중인 부스트 컨버터를 제어하는 동작은,
    상기 공기조화기의 소비전력이 제1 기준 전력 미만인지 확인하는 동작; 및
    상기 소비전력이 제1 기준 전력 미만인 경우, 상기 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 상기 커패시터 양단의 전압 값을 산출하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 동작 중인 부스트 컨버터를 제어하는 동작은,
    상기 커패시터 양단의 전압에서 상기 공기조화기의 보호를 위해 기 설정된 보호 전압을 뺀 값이 제1 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 부스트 컨버터의 동작이 정지되도록 제어하는 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 커패시터 양단의 전압 값을 산출하는 동작은,
    입력 교류 전원의 전압과, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터의 인버터 전력을 이용한 회귀식에 기초하여, 상기 부스트 컨버터의 동작이 정지된 경우의 상기 커패시터 양단의 전압 값을 산출하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 동작 중이 아닌 부스트 컨버터를 제어하는 동작은,
    상기 부스트 컨버터가 동작 중이 아닌 경우, 상기 소비전력이 제2 기준 전력을 초과하는지 확인하는 동작; 및
    상기 소비전력이 상기 제2 기준 전력을 초과하는 경우, 상기 부스트 컨버터가 동작하도록 제어하는 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 동작 중이 아닌 부스트 컨버터를 제어하는 동작은,
    상기 소비전력이 상기 제2 기준 전력 이하인 경우, 상기 커패시터 양단의 전압과 상기 공기조화기의 보호를 위해 기 설정된 보호 전압의 차이가 제2 기준 전압 미만인지 확인하는 동작; 및
    상기 커패시터 양단의 전압에서 상기 보호 전압을 뺀 값이 상기 제2 기준 전압 미만인 경우, 상기 부스트 컨버터가 동작하도록 제어하는 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
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