KR102174638B1 - Power transforming apparatus having noise reduction function, compressor including the same and the method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, (electromagnetic interference; EMI) 노이즈를 저감시킬 수 있는 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 다수의 스위칭 소자를 포함하여 모터를 구동하기 위한 교류 신호를 생성하는 인버터; 상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부; 상기 인버터의 출력 전류를 감지하는 출력 전류 검출부; 및 상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하고, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 저항값을 가변하는 신호를 전달하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device capable of reducing electromagnetic interference (EMI) noise, a compressor including the same, and a control method thereof. The present invention includes an inverter for generating an AC signal for driving a motor including a plurality of switching elements; A gate driver driving the plurality of switching elements; A variable resistance part connected between the gate driver and the switching element; An output current detection unit detecting an output current of the inverter; And a control unit transmitting a control signal to the gate driver and transmitting a signal for varying a resistance value to the variable resistance unit to have a different modulation resistance value according to the output current sensed by the output current detection unit. have.
Description
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 전자기 간섭(EMI: electromagnetic interference) 노이즈를 저감시킬 수 있는 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device capable of reducing electromagnetic interference (EMI) noise, a compressor including the same, and a control method thereof.
일반적으로, 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.In general, compressors use a motor as a driving source. AC power is supplied to such a motor from a power conversion device.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다. It is generally known that such a power conversion device mainly comprises a rectifying unit, a power factor control unit, and an inverter type power conversion unit.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.First, the AC commercial voltage output from the commercial power source is rectified by the rectifying unit. The voltage rectified by this rectifying unit is supplied to a power conversion unit such as an inverter. At this time, the power converter 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 for improving power factor may be provided between the rectifying unit and the inverter.
이와 같은 인버터는 고속으로 스위칭하는 스위칭 소자들을 이용하여 전력을 변환하는데, 이러한 과정에서 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI) 노이즈가 발생할 수 있다.Such an inverter converts power using switching elements that switch at high speed, and electromagnetic interference (EMI) noise may occur during this process.
또한, 전기 기기가 점점 스마트 기능을 포함하도록 진화되면서 고속 스위칭에 의한 EMI 노이즈는 점점 악화되고 대기전력 또한 더불어 악화되는 추세이다. In addition, as electric devices are increasingly evolving to include smart functions, EMI noise due to high-speed switching is getting worse and standby power is also getting worse.
이러한 EMI 노이즈를 감소시키기 위해서 노이즈 필터 코어를 사용하거나 주파수 변조 위상지연을 위한 회로가 이용될 수 있다.In order to reduce such EMI noise, a noise filter core may be used or a circuit for frequency modulation phase delay may be used.
그러나, 노이즈 필터 코어만 사용하는 경우, 이러한 노이즈 저감 성능이 떨어지며, 주파수 변조 위상지연을 위한 회로는 복잡한 회로 구성을 필요로 한다.However, when only the noise filter core is used, such noise reduction performance is deteriorated, and a circuit for frequency modulation phase delay requires a complex circuit configuration.
이러한 노이즈를 줄이기 위해 인덕터 및 커패시터 조합의 필터를 추가로 장착하여 제한하기도 하며, EMC 필름을 사용하거나 및 접지 경로(GND Path)를 제작하기도 한다. 또한, 이러한 수단에 추가로 권선에 인덕터를 장착하기도 한다. In order to reduce this noise, a filter of an inductor and a capacitor is additionally installed to limit it, and an EMC film is used, and a ground path is also manufactured. In addition to these means, an inductor may be mounted on the winding.
이와 같은 방법을 적용하면 노이즈를 줄이는 효과는 향상되지만 전체적인 회로 구동 효율이 저하되며, 부피를 크게 차지하고, 제작 비용 상승의 원인이 될 수 있다.If such a method is applied, the noise reduction effect is improved, but the overall circuit driving efficiency decreases, occupies a large volume, and may cause an increase in manufacturing cost.
따라서, 복잡한 회로 구성 없이도 EMI 노이즈를 저감시키는 성능을 높일 수 있는 방안이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a method capable of improving the performance of reducing EMI noise without a complicated circuit configuration.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 추가 비용/회로 변경/회로 구성을 위한 추가 면적 중 적어도 어느 하나를 최소화하면서 효율적으로 EMC 및 EMI 특성을 개선할 수 있는 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.The technical problem to be achieved by the present invention is a power conversion device capable of efficiently improving EMC and EMI characteristics while minimizing at least one of additional cost/circuit change/additional area for circuit configuration, a compressor including the same, and a control thereof I want to provide a way.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 다수의 스위칭 소자를 포함하여 모터를 구동하기 위한 교류 신호를 생성하는 인버터; 상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부; 상기 인버터의 출력 전류를 감지하는 출력 전류 검출부; 및 상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하고, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 저항값을 가변하는 신호를 전달하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.As a first aspect for achieving the above technical problem, the present invention includes an inverter for generating an AC signal for driving a motor including a plurality of switching elements; A gate driver driving the plurality of switching elements; A variable resistance part connected between the gate driver and the switching element; An output current detection unit detecting an output current of the inverter; And a control unit transmitting a control signal to the gate driver and transmitting a signal for varying a resistance value to the variable resistance unit to have a different modulation resistance value according to the output current sensed by the output current detection unit. have.
또한, 상기 가변 저항부는, 상기 제어부에서 전달하는 전압값에 따라 저항값이 조절되는 디지털 가변저항일 수 있다.In addition, the variable resistance unit may be a digital variable resistance whose resistance value is adjusted according to a voltage value transmitted from the control unit.
또한, 상기 변조 저항값은 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 커질 수 있다.In addition, the modulation resistance value may increase according to the output current sensed by the output current detector.
또한, 상기 변조 저항값은 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 비례하여 커질 수 있다.In addition, the modulation resistance value may increase in proportion to the output current sensed by the output current detection unit.
또한, 상기 제어부는, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 상기 변조 저항값이 변동하도록 상기 가변 저항부를 제어할 수 있다.In addition, the control unit may control the variable resistance unit such that the modulation resistance value determined according to the output current sensed by the output current detection unit varies.
또한, 상기 제어부는, 상기 변조 저항값이 상기 결정된 변조 저항값을 중심으로 일정 범위 내에서 가변하도록 상기 가변 저항부를 제어할 수 있다.In addition, the controller may control the variable resistance unit so that the modulation resistance value varies within a predetermined range around the determined modulation resistance value.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 위에서 설명한 전력 변환 장치를 포함하는 압축기를 제공할 수 있다.As a second point of view for achieving the above technical problem, the present invention can provide a compressor including the power conversion device described above.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 다수의 스위칭 소자를 포함하여 모터를 구동하기 위한 교류 신호를 생성하는 인버터, 상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부 및 상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부를 포함하는 전력 변환 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 인버터의 입력 전압 및 출력 전류를 감지하는 단계; 상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하여 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계; 및 상기 출력 전류의 변화에 따라 서로 다른 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.As a third aspect for achieving the above technical problem, the present invention provides an inverter including a plurality of switching elements to generate an AC signal for driving a motor, a gate driver for driving the plurality of switching elements, and the gate driver and the A method of controlling a power conversion device including a variable resistor connected between switching elements, the method comprising: sensing an input voltage and an output current of the inverter; Controlling the switching element by transmitting a control signal to the gate driver; And outputting a control voltage to the variable resistance unit so as to have different modulation resistance values according to a change in the output current.
또한, 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계는, 상기 변조 저항값이 상기 출력 전류에 비례하여 커지도록 제어할 수 있다.In addition, in the step of outputting the control voltage to the variable resistance unit, the modulation resistance value may be controlled to increase in proportion to the output current.
또한, 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계는, 상기 출력 전류 변화에 따라 상기 가변 저항부의 제어 전압을 결정하는 단계; 상기 결정된 제어 전압을 일정 범위에서 가변시키는 단계; 및 상기 가변된 제어 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the outputting of the control voltage to the variable resistor may include determining a control voltage of the variable resistor according to a change in the output current; Varying the determined control voltage within a predetermined range; And outputting the variable control voltage.
본 발명에 의하면, 저항값 변조에 의하여 실질적으로 비주기적인 PWM 구동 전압을 가지게 되어 노이즈가 분산될 수 있고, 이에 따라 EMC 및 EMI가 개선될 수 있다.According to the present invention, noise can be dispersed by having a substantially aperiodic PWM driving voltage by resistance value modulation, and thus EMC and EMI can be improved.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면 구동 신호를 안정화시킴으로써 EMC 및 EMI를 개선할 수 있는 것이다. As described above, according to an embodiment of the present invention, it is possible to improve EMC and EMI by stabilizing the driving signal.
또한, EMC 및 EMI를 개선하면서, 전체적인 회로 구동 효율이 저하되지 않고, 회로의 부피가 증가하지 않으며, 제작 비용이 상승하지 않는다.In addition, while improving EMC and EMI, the overall circuit driving efficiency does not decrease, the volume of the circuit does not increase, and the manufacturing cost does not increase.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 일부를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 가변 저항부의 입력 전압에 따른 전항값을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 가변 저항부를 제어하는 구체적인 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 구동 신호를 나타내는 신호도이다.1 is a block diagram showing a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram showing a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a part of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a previous term according to an input voltage of a variable resistor of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of controlling a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
6 is a flow chart showing a specific process of controlling a variable resistor of the power conversion device according to an embodiment of the present invention.
7 is a signal diagram showing a driving signal of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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. While the present invention allows various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated and shown in the drawings, and will be described in detail below. However, it is not intended to limit the present invention to the particular form disclosed, but rather the present invention encompasses all modifications, equivalents and substitutions consistent with the spirit of the present invention as defined by the claims.
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. When an element such as a layer, region or substrate is referred to as being “on” another component, it will be understood that it may exist directly on another element or there may be intermediate elements between them. .
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.Although terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and/or regions, these elements, components, regions, layers and/or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.1 is a block diagram showing a power conversion device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a circuit diagram showing a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
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 캐패시터(C)를 포함할 수 있다. 1 and 2, the
이러한 인버터(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급될 수 있다. 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.The
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.However, the
한편, 모터 구동장치(100)는, DC-링크 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the
모터 구동장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.The
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.The
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.The
이와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.In this way, the
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 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.The
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, 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.The
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.In addition, when the switching element Q1 is blocked, energy stored in the inductor L1 is added and transferred to the output terminal when the switching element Q1 is turned on.
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.Here, the switching element Q1 may perform a switching operation by a separate pulse width modulation (PWM) signal. That is, the PWM signal transmitted from the
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. The switching element Q1 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 transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.IGBT is a switching device having a structure of a power MOSFET (metal oxide semi-conductor field effect transistor) and a bipolar transistor, and is a device capable of low driving power, high speed switching, high breakdown voltage, and high current density.
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.In this way, the
이를 위해, 컨버터 제어부(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.To this end, the
경우에 따라, 이러한 컨버터(120) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(110)를 거친 출력 전압이 DC-링크 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.In some cases, the
또한, 자동차에 이용되는 전력 변환 장치와 같이 직류 전원이 이용되는 경우에는 이러한 정류부(110), 컨버터(120), DC-링크 캐패시터(C) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 또는, 도 1 및 도 2에서 DC-링크 캐패시터(C)는 자동차의 배터리에 해당할 수 있다.In addition, when DC power is used, such as a power conversion device used in a vehicle, the
즉, 자동차의 배터리에서 공급되는 직류 전원을 이용하여 인버터(140)에서 압축기 모터(200)를 구동하기 위한 교류 전력을 생성할 수 있다. 이러한 경우에 전력 변환 장치(100)는 인버터(140)가 주를 이룰 수 있다.That is, AC power for driving the
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.The input voltage detector A may detect the input voltage Vs from the input
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.The input voltage detection unit A may include a resistance element, an OP AMP, or the like for voltage detection. The detected input voltage Vs is a discrete signal in the form of a pulse, and may be applied to the
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.Next, the input current detection unit D may detect the input current Is from the input
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. The input current detector D may include a current sensor, a current transformer (CT), a shunt resistor, or the like for current detection. The detected input voltage Is is a discrete signal in the form of a pulse and may be applied to the
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. The DC voltage detector B detects the pulsating voltage Vdc of the DC-link capacitor C. To detect such power, a resistance element, an OP AMP, or the like may be used. The detected voltage Vdc of the DC-link capacitor C may be applied to the
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다. Meanwhile, unlike the drawings, the detected DC voltage may be applied to the
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 상암 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하암 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.Specifically, the
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. Like the
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.The
출력 전류 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.The output current detection unit E may detect an output current io flowing between the
출력 전류 검출부(E)는 인버터(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.The output current detection unit E may be located between the
인버터 제어부(150)는 구체적으로 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구동하는 구동부(151)와, 이 구동부(151)에 구동 신호를 전달하는 제어부(152)를 포함할 수 있다.Specifically, the
이때, 구동부(151)와 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 중 적어도 어느 하나 사이에는 가변 저항부(160; 도 3 참조)가 구비될 수 있다. 이 경우, 구동부(151)와 그 외의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 사이에는 게이트 저항(도시되지 않음)이 위치할 수 있다.In this case, a variable resistor unit 160 (refer to FIG. 3) may be provided between the driving
또는, 구동부(151)와 각각의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 사이에는 가변 저항부(160)가 구비될 수 있다. Alternatively, a
이때, 제어부(152)는 게이트 구동부에 구동 신호(스위칭 제어신호)를 전달함과 동시에, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 가변 저항부(160)에 저항값을 가변하는 신호를 전달할 수 있다.At this time, the
이러한 가변 저항부(160) 및 그 제어 과정에 의하여 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')의 게이트 단에 인가되는 구동 신호를 변조시킴으로써 해당 구동 신호의 주파수에 대한 에너지가 분산되어 노이즈가 저감될 수 있다. 즉, 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI) 특성이 향상될 수 있다.By modulating the driving signal applied to the gate terminals of the switching elements Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc' by the
이와 같은 구성 및 작용에 대하여 아래에서 자세히 설명한다.This configuration and operation will be described in detail below.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 일부를 나타내는 블럭도이다.3 is a block diagram showing a part of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 스위칭 소자(Qa)의 게이트 단과 이 스위칭 소자(Qa)를 구동하기 위한 구동부(151) 사이에는 가변 저항부(160)가 구비될 수 있다.Referring to FIG. 3, a
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 제어부(152)는 PWM 제어 신호를 구동부(151)에 전달할 수 있으며, 구동부(151)에서는 이 제어 신호에 대응하여 각 상의 스위칭 소자(Qa)를 구동하는 구동 신호를 전달할 수 있다.At this time, as described above, the
도 3에서는 하나의 스위칭 소자(Qa)에 가변 저항부(160)가 연결된 상태를 도시하고 있으나, 그 외의 스위칭 소자, 예를 들면, 도 2에서 도시된 다른 스위칭 소자(Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')에도 가변 저항부(160)가 연결될 수 있다.3 shows a state in which the
또한, 위에서 언급한 바와 같이, 도 2에서 도시된 다른 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 중 적어도 어느 하나에 가변 저항부(160)가 연결될 수 있다.In addition, as mentioned above, the
제어부(152)에서는 이러한 제어 신호와 독립적으로 출력 전류 검출부(E; 도 1 참고)에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 가변 저항부(160)에 저항값을 가변하는 신호를 전달할 수 있다.The
이때, 가변 저항부(160)는, 제어부(152)에서 전달하는 전압값에 따라 저항값이 조절되는 디지털 가변저항일 수 있다. 이에 따라, 가변 저항부(160)는 제어부(152)로부터 수신하는 전압값에 따라 변하는 변조 저항값을 가질 수 있다.In this case, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 가변 저항부의 입력 전압에 따른 전항값을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a previous term according to an input voltage of a variable resistor of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
위에서 설명한 바와 같이, 가변 저항부(160)는 제어부(152)로부터 전달되는 전압값에 따라 저항값이 변화할 수 있다. 이때, 입력 전압은, 예를 들어, 제어부(152)가 5V 전압으로 구동되는 마이컴으로 구현되는 경우, 0V에서 5V 사이의 값을 가질 수 있고, 이에 따라 저항값이 0Ω에서 100Ω 사이의 값을 가질 수 있다.As described above, the
이때, 실질적으로 0V에서 2.5V의 전압값이 이용될 수 있고, 이때 이용되는 가변 저항부(160)의 저항값은 5Ω 내지 50Ω일 수 있다.In this case, a voltage value of substantially 0V to 2.5V may be used, and the resistance value of the
또한, 이러한 변조 저항값은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 커질 수 있다. 즉, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류가 커질수록 큰 값의 변조 저항값을 가질 수 있다.In addition, the modulation resistance value may increase according to the output current sensed by the output current detection unit E. That is, as the output current sensed by the output current detector E increases, the modulation resistance value may have a larger value.
이때, 이러한 변조 저항값은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 비례하여 커질 수 있다. 예를 들어, 제어부(152)에서는 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 비례하여 가변 저항부(160)를 제어하기 위한 전압값을 출력할 수 있다. 즉, 제어부(152)에서는 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 비례하여 가변 저항부(160)로 출력되는 전압값이 커질 수 있다.In this case, the modulation resistance value may increase in proportion to the output current sensed by the output current detection unit E. For example, the
이와 같이 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 제어부(152)에서 가변 저항부(160)로 출력되는 제어 전압값이 변조될 수 있다. 이때, 이러한 제어 전압값은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 값에서 추가적으로 변동할 수 있다.In this way, a control voltage value output from the
즉, 제어부(152)는, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 변조 저항값이 일정 범위 내에서 변동하도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다. That is, the
구체적으로, 제어부(152)는, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 변조 저항값이 이렇게 결정된 변조 저항값을 중심으로 일정 범위 내에서 가변하도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다.Specifically, the
이러한 일정 범위는 예를 들어 해당 결정된 변조 저항값에서 위아래로 10%일 수 있다. 예를 들어, 변조 저항값이 10Ω으로 결정된 경우, 제어부(152)는 이 10Ω에서 10% 변동한 값인 9Ω 내지 11Ω 사이에서 가변되도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다. 이와 같이 가변되는 주기는 임의적일 수 있다.This certain range may be, for example, 10% above and below the determined modulation resistance value. For example, when the modulation resistance value is determined to be 10 Ω, the
이와 같은 제어부(152)의 제어에 의한 가변 저항부(160)의 저항값의 변화를 표로 정리하면 아래의 표 1과 같다.The change in the resistance value of the
여기서, Iout은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류를 나타내고, Vout은 제어부(152)에서 가변 저항부(160)를 제어하기 위한 출력 전압을 나타낸다. 그리고 Gate on resister는 스위칭 소자에 연결되는 게이트 저항, 즉, 가변 저항부(160)가 가지게 되는 실제 저항값을 나타낸다.Here, Iout denotes the output current sensed by the output current detection unit E, and Vout denotes an output voltage for controlling the
도시하는 바와 같이, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 비례하여 제어부(152)에서 가변 저항부(160)를 제어하기 위한 출력 전압이 커지고, 이에 따라 스위칭 소자에 연결되는 게이트 저항값이 커질 수 있다.As shown, the output voltage for controlling the
또한, 이러한 게이트 저항값이 일정 범위(예를 들어, 상하 10%) 내에서 변동하도록 제어부(152)에서 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류가 10A인 경우, 제어부(152)에서는 0.5V에서 10% 내에 변동하는 전압값이 가변 저항부(160)로 출력될 수 있다.In addition, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of controlling a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 위에서 설명한 전력 변환 장치를 제어하는 과정을 구체적으로 설명한다. 이러한 제어 과정은 제어부(152)에서 이루어질 수 있다.Hereinafter, a process of controlling the power conversion device described above will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5. This control process may be performed by the
먼저, 모터(200)가 초기 구동된 이후에, 인버터(140)의 입력 전압(Vdc) 및 출력 전류(io)를 감지하는 단계(S100)가 수행될 수 있다. 즉, 정류부(110) 및/또는 컨버터(130)를 거쳐 인버터(140)로 입력되는 입력 전압(Vdc) 및 출력 전류(io)가 감지될 수 있다.First, after the
이후, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(152)에서 해당 모터(200)의 목표 구동 속도에 따라 구동부(151)로 PWM 제어 신호가 출력될 수 있다(S200).Thereafter, according to an embodiment of the present invention, a PWM control signal may be output from the
그러면 구동부(151)에서는 인버터(140)의 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 신호가 스위칭 소자로 출력될 수 있다.Then, the driving
이와 같이, PWM 제어 신호에 의하여 구동부(151)에서는 PWM 구동 신호가 출력되어 모터(200)를 목표 속도로 구동할 수 있다.In this way, the driving
이때, 스위칭 소자와 구동부(151) 사이의 저항값은 출력 전류(io)의 변화에 따라 변화할 수 있다.In this case, a resistance value between the switching element and the
즉, 제어부(152)에서는 스위칭 소자와 구동부(151) 사이의 저항값이 변조되도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다(S300).That is, the
이러한 가변 저항부(160)를 제어하는 과정은 아래와 같은 과정을 포함할 수 있다.The process of controlling the
즉, 스위칭 소자와 구동부(151) 사이의 저항값은 출력 전류(io)의 변화에 따라 변조되도록 가변 저항부(160)의 제어 전압이 출력될 수 있다(S310).That is, the control voltage of the
이러한 가변 저항부(160)의 저항값은 제어 전압에 따라 수시로 또는 일정 주기로 갱신될 수 있다(S320).The resistance value of the
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 가변 저항부(160)를 제어하기 위한 제어 전압값이 변조될 수 있다. 이때, 이러한 제어 전압값은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 값에서 추가적으로 변동할 수 있다.In this case, as described above, a control voltage value for controlling the
즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(152)에서는 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 변조 저항값이 일정 범위 내에서 변동하도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, the
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(152)에서는 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 변조 저항값이 이렇게 결정된 변조 저항값을 중심으로 일정 범위 내에서 가변하도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다.Specifically, according to an embodiment of the present invention, in the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 가변 저항부를 제어하는 구체적인 과정을 나타내는 순서도이다. 6 is a flow chart showing a specific process of controlling a variable resistor of the power conversion device according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 가변 저항부(160)에 제어 전압을 출력하여 전력 변환 장치(100)의 가변 저항부(160)를 제어하는 과정은 구체적으로 다음과 같은 과정을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, a process of controlling the
먼저, 출력 전류 변화에 따라 가변 저항부(160)의 제어 전압을 결정할 수 있다(S311).First, a control voltage of the
이후, 이와 같이 결정된 제어 전압을 일정 범위에서 가변시킬 수 있다(S312).Thereafter, the determined control voltage may be varied within a predetermined range (S312).
그러면, 이와 같이 가변된 제어 전압을 가변 저항부(160)로 출력할 수 있다(S313).Then, the variable control voltage may be output to the variable resistor unit 160 (S313).
이와 같은 과정에 의하여 가변 저항부(160)를 제어함으로써 스위칭 소자를 구동할 때에 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI) 특성이 향상될 수 있다.By controlling the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 구동 신호를 나타내는 신호도이다.7 is a signal diagram showing a driving signal of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 효과를 설명한다.Hereinafter, an effect according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.
위에서 설명한 바와 같은 인버터(140) 또는 컨버터(120)는 전력을 변화시켜주기 위해 스위칭 소자를 사용하게 된다.The
이와 같은 스위칭 소자의 온/오프(On/Off) 동작은 노이즈를 발생시키는 원인이 되며, 이는 곧 전자기파 적합성(Electromagnetic compatibility; EMC)에 악영향을 주게 된다.Such an on/off operation of the switching element causes noise to be generated, which in turn adversely affects electromagnetic compatibility (EMC).
이러한 노이즈를 줄이기 위해 인덕터 및 커패시터 조합의 필터를 추가로 장착하여 제한하기도 하며, EMC 필름을 사용하거나 및 접지 경로(GND Path)를 제작하기도 한다. 또한, 이러한 수단에 추가로 권선에 인덕터를 장착하기도 한다. In order to reduce this noise, a filter of an inductor and a capacitor is additionally installed to limit it, and an EMC film is used, and a ground path is also manufactured. In addition to these means, an inductor may be mounted on the winding.
이와 같은 방법을 적용하면 노이즈를 줄이는 효과는 향상되지만 전체적인 회로 구동 효율이 저하되며, 부피를 크게 차지하고, 제작 비용 상승의 원인이 될 수 있다.If such a method is applied, the noise reduction effect is improved, but the overall circuit driving efficiency decreases, occupies a large volume, and may cause an increase in manufacturing cost.
따라서, 본 발명과 같이, 스위칭 소자 동작 시 신호의 진폭이 커지는 상승시간(Rise Time)의 기울기를 위에서 설명한 가변 저항부(160)를 제어함으로써 게이트 저항을 조절함으로써 구동 신호를 안정화시킬 수 있다.Accordingly, as in the present invention, the driving signal can be stabilized by controlling the gate resistance by controlling the slope of the rise time at which the amplitude of the signal increases during operation of the switching element by controlling the
도 7에서, 점선은 구동 신호의 크기가 고정된 저항값을 가질 때(No modulation), 즉, 주기적인 PWM 구동 전압을 가지는 경우의 구동 신호를 나타낸다. 이러한 경우에는 도시하는 바와 같이 노이즈가 집중되는 것을 알 수 있고, 이는 EMC 및 EMI에 악영향을 줄 수 있다.In FIG. 7, a dotted line represents a driving signal when the magnitude of the driving signal has a fixed resistance value (No modulation), that is, a periodic PWM driving voltage. In this case, it can be seen that noise is concentrated as shown, which may adversely affect EMC and EMI.
도 7에서 쇄선은 구동 신호의 크기가 변조된 저항값을 가질 때(Modulated), 즉, 저항값 변조에 의하여 실질적으로 비주기적인 PWM 구동 전압을 가지는 경우의 구동 신호를 나타낸다.In FIG. 7, a dashed line represents a driving signal when the magnitude of the driving signal has a modulated resistance value, that is, when a substantially aperiodic PWM driving voltage is obtained by modulation of the resistance value.
이러한 경우에, 도시하는 바와 같이, 노이즈가 분산되는 것을 알 수 있고, 이에 따라 EMC 및 EMI가 개선될 수 있다.In this case, as shown, it can be seen that noise is dispersed, and accordingly, EMC and EMI can be improved.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면 구동 신호를 안정화시킴으로써 EMC 및 EMI를 개선할 수 있는 것이다. As described above, according to an embodiment of the present invention, it is possible to improve EMC and EMI by stabilizing the driving signal.
또한, EMC 및 EMI를 개선하면서, 전체적인 회로 구동 효율이 저하되지 않고, 회로의 부피가 증가하지 않으며, 제작 비용이 상승하지 않는다.In addition, while improving EMC and EMI, the overall circuit driving efficiency does not decrease, the volume of the circuit does not increase, and the manufacturing cost does not increase.
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.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are only presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is apparent to those of ordinary skill in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention may be implemented.
100: 전력 변환 장치 110: 정류부
120: 컨버터 130: 컨버터 제어부
131: 컨버터 구동부 150: 인버터 제어부
151: 구동부 152: 제어부
160: 가변 저항부100: power conversion device 110: rectifier
120: converter 130: converter control unit
131: converter driving unit 150: inverter control unit
151: drive unit 152: control unit
160: variable resistance unit
Claims (10)
상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부;
상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부;
상기 인버터의 출력 전류를 감지하는 출력 전류 검출부; 및
상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하고, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류의 크기에 따라 비례하여 연속적으로 변화하도록 결정된 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 저항값을 가변하는 제어 전압값을 전달하는 제어부를 포함하여 구성되고,
상기 가변 저항부는, 상기 제어부에서 전달하는 전압값에 따라 저항값이 조절되는 디지털 가변저항이고,
상기 가변 저항부는 상기 각각의 스위치 소자의 게이트 단에 연결되고,
상기 제어부는, 상기 변조 저항값이 상기 결정된 변조 저항값을 중심으로 일정 범위 내에서 가변하도록 상기 가변 저항부를 제어하고,
상기 일정 범위는, 상기 결정된 변조 저항값에서 위아래 일정 비율로 결정되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.An inverter including a plurality of switching elements to generate an AC signal for driving the motor;
A gate driver driving the plurality of switching elements;
A variable resistance part connected between the gate driver and the switching element;
An output current detection unit detecting an output current of the inverter; And
A control voltage value for varying a resistance value to the variable resistance unit so that a control signal is transmitted to the gate driver and a modulation resistance value determined to be continuously changed in proportion to the magnitude of the output current sensed by the output current detection unit It is configured to include a control unit to transmit,
The variable resistance unit is a digital variable resistance whose resistance value is adjusted according to a voltage value transmitted from the control unit,
The variable resistance part is connected to the gate terminal of each of the switch elements,
The control unit controls the variable resistance unit so that the modulation resistance value varies within a predetermined range based on the determined modulation resistance value,
The predetermined range is determined by a predetermined ratio above and below the determined modulation resistance value.
A compressor comprising the power conversion device of any one of claims 1 and 6.
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- 2018-11-09 KR KR1020180137437A patent/KR102174638B1/en active IP Right Grant
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