KR102214659B1 - 공기조화기 - Google Patents

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KR102214659B1
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엘지전자 주식회사
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    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 실내기와 실외기를 구비하고, 상기 실외기는, 제1 교류 전원 단자, 통신 단자, 제1 뉴트럴 단자를 구비하는 실외기 접속부, 상기 제1 교류 전원 단자에 일단이 연결되는 파워 릴레이(Power Relay), 상기 통신 단자에 일단이 연결되는 스타트 릴레이(Start Relay), 상기 스타트 릴레이(Start Relay)의 타단에 일단이 연결되는 스타트 저항(Start Resistor), 상기 스타트 저항의 일단 및 상기 스타트 릴레이의 타단에 연결되는 전압 강압부, 상기 스타트 저항의 타단 및 상기 파워 릴레이의 타단에 연결되는 컨버터를 구비할 수 있다.

Description

공기조화기{Air conditioner}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 모드에서 소비 전력을 저감할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 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.
공기조화기의 소비 전력을 저감하기 위한 노력이 계속되고 있다. 또한, 대기 모드에서도 소비 전력을 저감할 수 있는 방법들이 제안되고 있다.
예를 들어, 선행 문헌(한국 등록특허공보 제10-1596680호, 등록일자 2016년 02월17일)에 따르면, 대기 모드 시 실내기에서 실외기의 전원 공급을 차단하여, 대기전력을 감소하는 것이 개시된다.
그러나 이에 따르면, 대기 모드시, 부하 전원을 차단하는 것만 개시되고, 제어부에 공급되는 전원에 대한 내용이 개시되지 않는다. 한편, 대기 모드에서, 제어부를 대기 모드로 동작시키는 경우, 제어부에서 소비되는 전력이 발생하게 된다.
본 발명의 목적은, 대기 모드에서 소비되는 전력을 저감할 수 있는 공기조화기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 돌입 전류를 저감하여 대용량 컨버터 적용 시에도 사용할 수 있는 대기 전력 개선 회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 실내기와 실외기를 구비하고, 상기 실외기는, 제1 교류 전원 단자, 통신 단자, 제1 뉴트럴 단자를 구비하는 실외기 접속부, 상기 제1 교류 전원 단자에 일단이 연결되는 파워 릴레이(Power Relay), 상기 통신 단자에 일단이 연결되는 스타트 릴레이(Start Relay), 상기 스타트 릴레이(Start Relay)의 타단에 일단이 연결되는 스타트 저항(Start Resistor), 상기 스타트 저항의 일단 및 상기 스타트 릴레이의 타단에 연결되는 전압 강압부, 상기 스타트 저항의 타단 및 상기 파워 릴레이의 타단에 연결되는 컨버터를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 대기 모드에서 소비되는 전력을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 돌입 전류를 저감할 수 있어 대용량 컨버터 적용 시에도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 회로 구성 및 제어가 간명한 대기 전력 개선 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 실시예에 따른 전력 변환 장치의 일예이다.
도 4는 실내기와 실외기의 전원 연결을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 실내기와 실외기의 전원 연결을 위한 회로도를 예시한다.
도 6 내지 도 8은 도 5의 회로 동작 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.
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 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 3에서는 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(미도시)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(430)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.
도 4는 실내기와 실외기의 전원 연결을 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 실내기(21)는, 실내 회로부(520)에 접속되는 실내 접속부(510)를 구비하며, 실외기(31)는, 실외 회로부(525)에 접속되는 실외 접속부(515)를 구비할 수 있다.
실내 접속부(510)는, 교류 전원 단자(L), 통신 단자(C), 뉴트럴 단자(N)를 구비할 수 있다.
실외 접속부(515)는, 제1 교류 전원 단자(L1), 제2 교류 전원 단자(L2), 제1 뉴트럴 단자(N1), 제2 뉴트럴 단자(N2), 통신 단자(C)를 구비할 수 있다.
실외 접속부(515)의, 제1 교류 전원 단자(L1)와, 제1 뉴트럴 단자(N1), 통신 단자(C)는, 각각 실내 접속부(510)의, 교류 전원 단자(L)와, 뉴트럴 단자(N), 통신 단자(C)에 접속할 수 있다.
전원 플러그(505)가 접속부(615)에 접속되는, 실외 인입 결선 방식의 경우, 제2 교류 전원 단자(L2)와 제2 뉴트럴 단자(N2)를 통하여, 교류 전원이 인가되며, 실외 회로부(525)에 교류 전원이 공급되게 된다.
또한, 제1 교류 전원 단자(L1)와, 제1 뉴트럴 단자(N1)에 접속되는, 교류 전원 단자(L)와, 뉴트럴 단자(N)를 통해, 실내 회로부(520)에 교류 전원이 공급되게 된다.
이에 따라, 전원 플러그(505)가 계통에 접속된 상태이나, 전원 버튼이 동작하지 않는, 대기 모드(standby mode)의 경우에, 실내 회로부(520), 및 실외 회로부(525)에 공급되는 교류 전원에 의한 전력 소비가 발생하게 된다.
본 발명에서는, 이러한 대기 모드 상태에서의 소비 전력을 저감하는 방안을 제시한다. 특히, 실외 인입 결선 방식을 사용하여, 대기 모드 상태에서의 소비 전력을 저감하는 방안을 제시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 실내기와 실외기의 전원 연결을 위한 회로도를 예시하고, 도 6 내지 도 8은 도 5의 회로 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 실외기(31)는, 제1 교류 전원 단자(L1), 통신 단자(C), 제1 뉴트럴 단자(N1)를 구비하는 실외기 접속부(515)를 포함할 수 있다.
실내기(21)는, 상기 실외기 접속부(515)의 제1 교류 전원 단자(L1), 통신 단자(C), 제1 뉴트럴 단자(N1)에 각각 연결되는, 교류 전원 단자(L), 통신 단자(C), 뉴트럴 단자(N)를 구비하는 실내기 접속부(510)를 포함할 수 있다.
상기 실외기 접속부(515)는, 교류 전원이 인가되는 제2 교류 전원 단자(L2)와 제2 뉴트럴 단자(N2)를 더 포함하고, 제2 교류 전원 단자(L2)와 제2 뉴트럴 단자(N2)는 각각 교류 전원 단자(L1)와 제1 뉴트럴 단자(N1)에 연결되어 교류 전원을 공급할 수 있다.
한편, 실내기(21)에서 공기조화기(100)의 작동을 멈추거나 또는 일정 시간이 지나면 실외기(31)는 대기 모드로 진입할 수 있다. 실외 인입 전원인가 방식의 공기조화기(100)의 경우, 대기 모드에서 실내기(21) 측의 동작 신호를 수신하기 위하여, 실외 회로부(525) 중 적어도 일부가 항상 전력을 소비하고 있다.
대기 모드에서 실외기(31)는 제1 교류 전원 단자(L1)를 통한 패스를 차단하고, 통신 단자(C)를 통한 패스로 최소한의 전력을 소모함으로써 대기 전력을 저감할 수 있다.
도 4와 도 5를 참조하면, 실외기(31)는 상기 제1 교류 전원 단자(L1)에 일단이 연결되는 파워 릴레이(Power Relay, 610), 상기 통신 단자(C)에 일단이 연결되는 스타트 릴레이(Start Relay, 620), 및, 상기 스타트 릴레이(620)의 타단에 일단이 연결되는 스타트 저항(Start Resistor, 630)을 포함할 수 있다.
파워 릴레이(610)는 상기 제1 교류 전원 단자(L1)에 연결되는 패스를 차단하거나 도통시킬 수 있다. 또한, 스타트 릴레이(620)는, 상기 통신 단자(C)에 연결되는 패스를 차단하거나 도통시킬 수 있다. 스타트 저항(630)은 스타트 릴레이(620)에 따라 전원 인입 초기 기동시 회로 내 커패시터의 충전을 위한 패스를 형성할 수 있다. 따라서, 스타트 저항(630)은 충전 저항으로도 명명될 수 있다. 또한, 스타트 저항(630)은 돌입 전류를 저감할 수도 있다.
본 발명에 따른 공기조화기(100)는 전반적인 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있고, 제어부는 전력 변환 장치(400), 릴레이(610, 620) 등의 동작을 제어할 수 있다. 경우에 따라서, 릴레이(610, 620) 등의 동작 제어는 컨버터 제어부(415)에서 수행될 수도 있다.
한편, 상기 스타트 저항(630)의 일단 및 상기 스타트 릴레이(620)의 타단에는 연결되는 전압 강압부(650)가 연결될 수 있다. 전압 강압부(650)는 고주파 변압기를 사용하는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS) 또는 비절연 강압형의 벅 컨버터(Buck converter) 등의 AC-DC 변환 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스타트 저항(630)의 타단 및 상기 파워 릴레이(610)의 타단에는 컨버터(670)가 연결될 수 있다.
이러한 전압 강압부(650)와 컨버터(670)는 내부에 dc단 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
종래에는 스타트 저항(630)과 스타트 릴레이(620)가 상기 제1 교류 전원 단자(L1)와 상기 통신 단자(C) 사이에 연결되는 경우가 있었다.
이러한 스타트 저항(630), SMPS 회로 등 전압 강압부(650), 및 컨버터(670) 회로의 직,병렬 연결 회로 구성으로 인해 전원 인입 시점의 dc단 커패시터(C) 충전 시 임피던스 분배에 의한 상기 스타트 저항(630) 양단에 전압 인가되고, dc단(DC Link) 전압의 포화(Saturation) 값이 해당량만큼 강하될 수 있다.
따라서 파워 릴레이(610) 동작 시 강하된 전압만큼 더 충전이 발생하기 때문에 대량의 돌입 전류가 발생하게 되고 전원 라인에 위치한 부품들의 신뢰성에 악영향 발생할 수 있었다.
하지만, 본 발명은 스타트 저항(630)과 스타트 릴레이(620)의 위치 등 회로 구성을 변경하여 스타트 저항(630)에 인가되는 전압을 최소화할 수 있다.
도 5를 참조하면, SMPS 등 전압 강압부(650)와 컨버터(670) 사이에 스타트 저항(630)이 배치될 수 있다.
그리고, 파워 릴레이(610) 동작 이후에 스타트 저항(630)을 통한 SMPS 등 전압 강압부(650)로의 전원 인가를 막기 위해 스타트 릴레이(620)가 동작할 수 있다. 예를 들어, 스타트 릴레이(620)의 오프(off) 접점을 이용하여 SMPS 등 전압 강압부(650)로의 전원 공급이 스타트 저항(630)을 통과하지 않도록 구현할 수 있다.
한편, 상기 실외기(31)는, 상기 스타트 릴레이(620)와 상기 전압 강압부(650) 사이에 배치되는 제1 정류부(640)를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 실외기(31)는, 상기 스타트 저항(630)과 상기 컨버터(670) 사이에 배치되는 제2 정류부(660)를 더 구비할 수 있다.
상기 제1 정류부(640)와 상기 제2 정류부(660)는 복수의 다이오드를 포함하여 브리지 다이오드로 구성될 수 있다.
실시예에 따라서, 도 5의 실시예와 달리, 상기 제1 정류부(640)와 상기 제2 정류부(660)는 공용화될 수 있다. 예를 들어, 상기 실외기(31)는, 공용 브리지 다이오드를 포함하고, 공용 브리지 다이오드의 출력단에 상기 전압 강압부(650)와 상기 컨버터(670)가 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 상기 실외기(31)는, 상기 스타트 릴레이(620)와 상기 전압 강압부(650) 사이에 배치되는 퓨즈(Fuse, 635)를 더 구비할 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 실외기(31)는, 상기 퓨즈(635)에 직렬로 연결되는 부특성 서미스터(Negative Temperature Coefficient: NTC) 저항(미도시)을 더 구비함으로써, 돌입 전류로부터 더욱 안전한 회로를 구성할 수 있다.
또한, 상기 실외기(31)는, 상기 파워 릴레이(610)의 전단에 배치되는 퓨즈(605)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 대기 모드에서, 상기 스타트 릴레이(620)는, 상기 통신 단자(C)를 통한 교류 전원이 상기 전압 강압부(650), 상기 스타트 저항(630), 및, 상기 컨버터(670)로 전달되도록 동작할 수 있다.
상기 전압 강압부(650)에 동작 전원을 공급하기 위하여, 상기 파워 릴레이(610)가 온(on)될 수 있다. 상기 전압 강압부(650)와 상기 컨버터(670)의 초기 충전 후, 상기 파워 릴레이(610)가 온(on)될 수 있다. 이 때, 상기 스타트 릴레이(620)는, 상기 제1 교류 전원 단자(L1)를 통한 교류 전원이 상기 전압 강압부(650), 및, 상기 컨버터(670)로 전달되도록 동작할 수 있다. 이에 따라 파워 릴레이(610) 동작 이후에 전압 강압부(650)로의 전원 공급이 스타트 저항(630)을 통과하지 않도록 구현할 수 있다.
상기 스타트 릴레이(620)는, 2접점 릴레이일 수 있다. 상기 스타트 릴레이(620)는, 제1 접점에서 제2 접접으로 연결 접점을 변경하여, 접점 연결 상태에 따라 다른 경로로 패스를 형성하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 스타트 릴레이(620)는, 오프 상태에서 기준 접점이 제1 접점에 연결되어 상기 통신 단자(C)를 통하는 패스를 형성할 수 있다. 또는, 상기 스타트 릴레이(620)는, 온 상태에서 기준 접점이 제2 접점에 연결되어 상기 제1 교류 전원 단자(L1)를 통하는 패스를 형성할 수 있다.
대기 모드 전환 후 통신 단자(C)를 통하여 인입되는 전원으로 초기 충전 회로를 형성하고, 초기 충전 회로를 통한 dc 단(DC Link) 충전과 SMPS(650)가 동작할 수 있다.
이 경우에 스타트 저항(630)이 초기 충전 회로의 충전 패스에 포함되면 스타트 저항(630)으로 인한 전압 강하분만큼 악영향을 줄 수 있다.
특히, 컨버터(670)의 dc단 커패시터(C)에 대용량 커패시터를 적용한 경우에는, dc단 전압 레벨이 낮아져서 전압 강하분만큼 더 충전시키게 된다. dc단 커패시터(C)의 충전량이 많아지면 파워 릴레이(610) 온(on) 시점에서 돌입 전류가 더 크게 발생하여 회로 소손 가능성이 증가하는 문제가 있었다.
하지만, 본 발명에 따르면, 파워 릴레이(610) 온(on) 시 스타트 저항(630)을 통과하지 않는 패스를 형성함으로써, 돌입 전류를 개선할 수 있다. 또한, 돌입 전류가 개선되므로 안정적으로 대용량 커패시터, 대용량 컨버터를 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명은, 스타트 릴레이(620)의 2접점을 이용하여, 대기(off) 모드 시 스타트 릴레이(620)와 스타트 저항(630)을 통한 도통이 가능하게 하고, SMPS(650) 동작 후 파워 릴레이(610) 동작(On) 시 스타트 저항(630) 후단과 컨버터(670) 회로 사이의 노드(node)에 연결하여 스타트 저항(630)을 통하지 않으면서 SMPS(650)에 전원 공급되도록 할 수 있다. 이에 따라, 회로 구성 및 제어가 간명한 대기 전력 개선 회로를 구현할 수 있다.
도 6은 실외기(31)의 SMPS(650) 전원 오프(off) 상태를 도시한 것으로, 노멀 클로즈 타입(Normal close Type)의 스타트 릴레이(620)로 SMPS(650), 컨버터(670)와 통신 단자(C)를 연결할 수 있다.
도 6을 참조하면, 스타트 릴레이(620)는, 상기 통신 단자(C)를 통한 교류 전원이 상기 SMPS(650), 상기 스타트 저항(630), 및, 상기 컨버터(670)로 전달되도록 동작할 수 있다.
이에 따라, 상기 통신 단자(C)와 상기 SMPS(650)를 연결하는 패스(611), 및, 상기 통신 단자(C)와 상기 컨버터(670)를 연결하는 패스(612)가 형성될 수 있고, SMPS(650), 및, 컨버터(670)는 초기 충전을 수행할 수 있다.
도 7은 실외기(31)의 SMPS(650) 전원 온(on) 상태를 도시한 것으로, 파워 릴레이(610)가 동작하여, 상기 컨버터(670)와 제1 교류 전원 단자(L1)를 연결하는 패스(712)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 스타트 릴레이(620)는, 상기 제1 교류 전원 단자(L1)를 통한 교류 전원이 상기 SMPS(650), 및, 상기 컨버터(670)로 전달되도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 스타트 릴레이(620)는, 파워 릴레이(610) 동작 이후에 SMPS(650)로 상기 제1 교류 전원 단자(L1)를 통한 교류 전원이 공급되는 패스(711)를 형성하도록 제2 접점측으로 연결 접점을 변경할 수 있다.
이에 따라, 파워 릴레이(610) 동작 이후에 SMPS(650)로의 전원 공급이 스타트 저항(630)을 통과하지 않도록 구현할 수 있다.
도 8은 스타트 저항(630) 및 SMPS(650)와 컨버터(670)의 저항 성분을 간략히 도시한 것이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 같이, 스타트 저항(630)이 SMPS(650)와 컨버터(670) 사이에 배치되고, 릴레이(610, 620)가 동작하면, SMPS(650)에는 스타트 저항(630)으로 인한 전압 강하가 없는 제1 전압(V1)이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 제1 전압(V1)은 220V일 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 스타트 저항(630)이 SMPS(650)와 컨버터(670)의 전단에 배치되면, SMPS(650)에는 스타트 저항(630)으로 인한 전압 강하가 있는 제2 전압(V2)이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 제2 전압(V2)은 160V일 수 있다. 이와 같이, 약 1/3 수준의 전압 강하된 전압으로는 충전이 원활하지 않을 수 있다. 또한, dc단 전압 레벨이 낮아져서 전압 강하분만큼 더 충전시키게 된다. dc단 커패시터(C)의 충전량이 많아지면 파워 릴레이(610) 온(on) 시점에서 돌입 전류가 더 크게 발생하여 회로 소손이 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명에 따르면, 도 8의 (a)와 같이, 파워 릴레이(610) 동작 이후에 SMPS(650)로의 전원 공급이 스타트 저항(630)을 통과하지 않도록 구현하여, 스타트 저항(630)으로 인한 전압 강하를 방지하고 돌입 전류를 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 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, 670
컨버터 제어부 : 415
인버터 : 420
인버터 제어부 : 430
파워 릴레이 : 610
스타트 릴레이 : 620
스타트 저항 : 630
전압 강압부 : 650

Claims (10)

  1. 실내기와 실외기를 구비하는 공기조화기에서,
    상기 실외기는,
    제1 교류 전원 단자, 통신 단자, 제1 뉴트럴 단자를 구비하는 실외기 접속부;
    상기 제1 교류 전원 단자에 일단이 연결되는 파워 릴레이(Power Relay);
    상기 통신 단자에 일단이 연결되는 스타트 릴레이(Start Relay);
    상기 스타트 릴레이(Start Relay)의 타단에 일단이 연결되는 스타트 저항(Start Resistor);
    상기 스타트 저항의 일단 및 상기 스타트 릴레이의 타단에 연결되는 전압 강압부;
    상기 스타트 저항의 타단 및 상기 파워 릴레이의 타단에 연결되는 컨버터;
    상기 스타트 릴레이와 상기 전압 강압부 사이에 배치되는 제1 정류부; 및,
    상기 스타트 저항과 상기 컨버터 사이에 배치되는 제2 정류부;를 구비하고,
    상기 스타트 저항은 상기 전압 강압부와 상기 컨버터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    대기 모드에서, 상기 스타트 릴레이는, 상기 통신 단자를 통한 교류 전원이 상기 전압 강압부, 상기 스타트 저항, 및, 상기 컨버터로 전달되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파워 릴레이가 온(on)되면, 상기 스타트 릴레이는, 상기 제1 교류 전원 단자를 통한 교류 전원이 상기 전압 강압부, 및, 상기 컨버터로 전달되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스타트 릴레이는, 2접점 릴레이인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실외기는,
    상기 스타트 릴레이와 상기 전압 강압부 사이에 배치되는 퓨즈(Fuse);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실외기는,
    상기 퓨즈(Fuse)에 직렬로 연결되는 부특성 서미스터(Negative Temperature Coefficient: NTC) 저항;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실내기는,
    상기 실외기 접속부의 제1 교류 전원 단자, 통신 단자, 제1 뉴트럴 단자에 각각 연결되는, 교류 전원 단자, 통신 단자, 뉴트럴 단자를 구비하는 실내기 접속부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 실외기 접속부는, 교류 전원이 인가되는 제2 교류 전원 단자와 제2 뉴트럴 단자를 더 포함하고,
    제2 교류 전원 단자와 제2 뉴트럴 단자는 각각 상기 제1 교류 전원 단자와 제1 뉴트럴 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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