KR102241038B1 - 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드 또는 부스트 모드 중 적어도 하나로 동작하는 벅 부스트 컨버터와, 벅 부스트 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부를 포함하며, 벅 부스트 컨버터는, 서로 브릿지되는 상단 벅 스위칭 소자와 하단 다이오드 소자와, 부스트 스위칭 소자와, 벅 스위칭 소자와 부스트 스위칭 소자 사이에 접속되는 인덕터를 구비한다. 이에 따라, 승압 및 강압이 가능하게 된다.

Description

전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기{Power converter and air conditioner including the same}
본 발명은 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 승압 및 강압이 가능한 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
공기조화기는 일반적으로 일체형과 분리형으로 나뉜다. 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다.
한편, 공기조화기의 고성능과 고효율에 요구사항이 커짐에 따라, 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 승압 및 강압이 가능한 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드 또는 부스트 모드 중 적어도 하나로 동작하는 벅 부스트 컨버터와, 벅 부스트 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부를 포함하며, 벅 부스트 컨버터는, 서로 브릿지되는 상단 벅 스위칭 소자와 하단 다이오드 소자와, 부스트 스위칭 소자와, 벅 스위칭 소자와 부스트 스위칭 소자 사이에 접속되는 인덕터를 구비한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환장치는, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드 또는 부스트 모드 중 적어도 하나로 동작하는 벅 부스트 컨버터와, 벅 부스트 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부를 포함하며, 벅 부스트 컨버터는, 벅 모드에서 스위칭을 수행하는 벅 스위칭 소자와, 부스트 모드에서 스위칭을 수행하는 부스트 스위칭 소자와, 벅 스위칭 소자와 부스트 스위칭 소자 사이에 접속되는 인덕터와, 교류 전원을 정류하는 다이오드 소자를 구비하며, 부스트 모드에서, 교류 전원, 벅 스위칭 소자, 인덕터, 부스트 스위칭 소자, 및 다이오드 소자를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 인덕터에 에너지를 저장하며, 벅 모드에서, 벅 스위칭 소자, 인덕터, 및 다이오드 소자를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 인덕터에 저장된 에너지를 소비한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 압축기와, 압축기 내의 모터에 구동 전원을 공급하는 전력변환부를 구비하며, 전력변환부는, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드 또는 부스트 모드 중 적어도 하나로 동작하는 벅 부스트 컨버터와, 벅 부스트 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부를 포함하며, 벅 부스트 컨버터는, 서로 브릿지되는 상단 벅 스위칭 소자와 하단 다이오드 소자와, 부스트 스위칭 소자와, 벅 스위칭 소자와 부스트 스위칭 소자 사이에 접속되는 인덕터를 구비한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기는, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드 또는 부스트 모드 중 적어도 하나로 동작하는 벅 부스트 컨버터와, 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부를 포함하며, 벅 부스트 컨버터는, 서로 브릿지되는 상단 벅 스위칭 소자와 하단 다이오드 소자와, 부스트 스위칭 소자와, 벅 스위칭 소자와 부스트 스위칭 소자 사이에 접속되는 인덕터를 구비함으로써, 승압 및 강압이 가능하게 된다.
특히, 브릿지 다이오드 소자(Bridge Diode)와 같은 정류부 없이, 바로, 벅 부스트 컨버터를 통해, 승압 및 강압이 가능하게 된다.
한편, 부스트 모드시의 도통 경로 상의 회로 소자 수의 감소를 통해, 전력 손실을 저감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1의 공기조화기의 개략도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 실외기의 전력변환장치의 내부 블록도이다.
도 4a는 도 3의 전력변환장치 내의 컨버터의 회로도의 일예를 예시한다.
도 4b는 도 3의 전력변환장치 내의 컨버터의 회로도의 다른 예를 예시한다.
도 5는 도 4a의 컨버터 제어부의 내부 블록도를 예시한다.
도 6a 내지 도 6b는 도 4a 내지 도 4b의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 도 4a의 컨버터 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 도 4a의 컨버터의 부스트 모드 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도 9a 내지 도 9b는 도 4b의 컨버터의 벅 모드 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도 10은 dc 단 전압에 따른 도 4a의 컨버터의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도 11은 도 3의 전력변환장치 내의 인버터의 회로도를 예시한다.
도 12는 도 11의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
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 일실시예에 따른 공기조화기의 구성도이고, 도 2는 도 1의 공기조화기의 개략도를 나타내는 도면이다
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 실외기(150), 및 실내기(170)를 포함한다.
실외기(150)는, 연결된 실내기(170)의 요구 또는 외부의 제어명령에 대응하여, 냉방모드 또는 난방모드로 동작되며, 실내기(170)로 냉매를 공급한다.
이를 위해, 실외기(150)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(152)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(152b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(154)와, 실외 열교환기(154)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(155a)과 실외팬(155a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(155)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(156)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(160)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(153) 등을 포함한다. 압축기(152)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 실외기(150)는, 냉매의 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력센서(미도시), 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도센서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
실내기(170)는, 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(208)와, 실내측 열교환기(208)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(209a)과 실내팬(209a)을 회전시키는 전동기(209b)로 이루어진 실내 송풍기(209) 등을 포함한다. 실내측 열교환기(208)는 적어도 하나가 설치될 수 있다.
또한, 실내기(170)는, 열교환된 공기를 토출하는 토출구(미도시), 토출구(미도시)를 여닫고 토출되는 공기의 방향을 제어하는 풍향조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 공기 흡입구(미도시)와 공기 토출구(미도시) 중 적어도 하나를 여닫음과 아울러 공기를 안내하는 베인이 설치될 수 있으며, 베인은 공기 흡입구와 공기 토출구를 여닫을 뿐 아니라, 흡입 공기와 토출 공기의 방향을 안내할 수도 있다.
한편, 실내기(170)는, 실내팬(209a)의 회전속도에 따라 흡입되는 공기 및 토출되는 공기를 제어함으로써, 풍량을 조절할 수 있다.
또한, 실내기(170)는, 실내기(170)의 운전상태 및 설정정보가 표시되는 표시부(미도시), 설정 데이터 입력을 위한 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 실내 온도를 감지하는 실내 온도 감지부(미도시), 실내 공간에 존재하는 인체를 감지하는 인체감지부(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 도면에서는 실내기(170)로 스탠드형인 것을 예로 하여 설명하나, 천장형 또는 벽걸이형에도 가능하며, 실외기와 실내기의 구분이 없는 일체형 등 다양한 형태가 가능하다.
한편, 실내기(170)와 실외기(150) 사이는, 냉매배관으로 연결되며, 냉매의 순환에 따라 실내기(170)로부터 냉온의 공기가 실내로 토출된다. 이때, 하나의 실외기(150)에 복수의 실내기(170)가 연결될 수 있으며, 또한, 복수의 실외기에 각각 적어도 하나의 실내기가 연결되는 것도 가능하다.
또한, 실내기(170)와 실외기(150) 사이는, 통신선으로 연결되어 소정의 통신방식에 따라 제어명령을 송수신할 수 있다.
한편, 압축기(152)는, 이하의 전력변환장치(200)를 통해, 공급되는 구동 전원에 의해, 구동될 수 있다. 구체적으로 압축기(152) 내의 모터에. 전력변환장치(200)로부터의 구동 전원이 공급될 수 있다.
도 3은 도 1의 실외기의 전력변환장치의 내부 블록도이고, 도 4a는 도 3의 전력변환장치 내의 컨버터의 회로도의 일예를 예시한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(200)는, 컨버터(410), 컨버터 제어부(415), 커패시터(C), 인버터(420), 및 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
컨버터(410)는, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 특히, 컨버터(410)의 출력단에 배치되는 커패시터(C)에 출력한다.
한편, 커패시터(C) 양단은 직류 전원이 저장되며, 이에 따라, dc단이라 명명할 수 있다. 그리고, 커패시터(C) 양단의 전원은, dc 단 전원이라 명명할 수도 있다.
한편, 커패시터(C) 양단에는, 도 4a와 같은 부하(205)가 접속될 수 있다. 이때의 부하(205)는, 도 3의 인버터(420), 및 모터(250)를 포함하는 개념일 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 컨버터(410)로, 벅 부스트 컨버터(buck boost converter)를 사용하는 것으로 한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른, 벅 부스트 컨버터(410)는, 브릿지 다이오드 소자(bridge diode) 없이, 바로, 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작가능하므로, 브릿지리스 벅 부스트 컨버터(bridgeless buck boost converter)라 명명할 수도 있다.
이에 따라, 벅 부스트 컨버터(410)는, 정류된 전원을 입력받는 것이 아닌, 입력되는 교류 전원을 바로 입력받는다.
도 4a를 참조하면, 벅 부스트 컨버터(410)는, 서로 브릿지되는 상단 벅 스위칭 소자(S1,S2)와 하단 다이오드 소자(D1,D2)와, 부스트 스위칭 소자(S3)와, 벅 스위칭 소자(S1,S2)와 부스트 스위칭 소자(S3) 사이에 접속되는 인덕터(L1)를 구비할 수 있다. 그 외, 부스트 스위칭 소자(S3)와 커패시터(C) 사이에, 역류 방지를 위한 다이오드 소자(D3)를 더 구비할 수 있다.
도 4a의 벅 부스트 컨버터(410)는, 입력되는 교류 전원(Vin)을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드(buck mode) 또는 부스트 모드(boost mode) 중 적어도 하나로 동작가능하다.
도 4a의 벅 부스트 컨버터(410)는, 부스트 모드(boost mode)에서, 입력되는 교류 전원(Vin)의 양의 반주기 동안, 교류 전원(Vin), 벅 스위칭 소자(S1), 인덕터(L1), 부스트 스위칭 소자(S3), 및 다이오드 소자(D2)를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 인덕터(L1)에 에너지를 저장한다.
도 4a의 벅 부스트 컨버터(410)는, 부스트 모드(boost mode)에서, 입력되는 교류 전원(Vin)의 음의 반주기 동안, 교류 전원(Vin), 벅 스위칭 소자(S2), 인덕터(L1), 부스트 스위칭 소자(S3), 및 다이오드 소자(D1)를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 인덕터(L1)에 에너지를 저장한다.
도 4a의 벅 부스트 컨버터(410)는, 벅 모드(buck mode)에서, 입력되는 교류 전원(Vin)의 양의 반주기 동안, 벅 스위칭 소자(S2), 인덕터(L1), 다이오드 소자(D3), 커패시터(C), 및 다이오드 소자(D2)를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 인덕터(L1)에 저장된 에너지를 소비한다.
도 4a의 벅 부스트 컨버터(410)는, 벅 모드(buck mode)에서, 입력되는 교류 전원(Vin)의 음의 반주기 동안, 벅 스위칭 소자(S1), 인덕터(L1), 다이오드 소자(D3), 커패시터(C), 및 다이오드 소자(D1)를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 인덕터(L1)에 저장된 에너지를 소비한다.
한편, 컨버터 제어부(415)는, 커패시터(C)의 양단의 dc단 전압(Vdc) 또는 dc단 전압 지령치에 기초하여, 벅 부스트 컨버터(410) 내의 벅 스위칭 소자(S1,S2)와 부스트 스위칭 소자(S3)를 제어할 수 있다.
즉, 컨버터 제어부(415)는, 벅 부스트 컨버터(410) 내의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 인버터(420)에 출력할 수 있다. 이때의 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)는, 후술하는 도 7에서의, 제1 벅 스위칭 제어 신호(SS1), 제2 벅 스위칭 제어 신호(SS2), 부스트 스위칭 제어 신호(SS3)를 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들어, 컨버터 제어부(415)는, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 보다 큰 경우, 부스트 모드로 동작하도록 부스트 스위칭 소자(S3)를 스위칭(switching)하도록 제어하며, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 보다 작은 경우, 벅 모드로 동작하도록 벅 스위칭 소자(S1,S2)를 스위칭(switching)하도록 제어할 수 있다. 이때의 스위칭은, 펄스폭 가변(PWM) 기반의 스위칭일 수 있다.
한편, 컨버터 제어부(415)는, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 피크치 보다 큰 경우, 부스트 모드로 동작하도록, 벅 스위칭 소자(S1,S2)는 온(on) 시키고, 부스트 스위칭 소자(S3)는 스위칭(switching) 하도록 제어할 수 있다.
한편, 인덕터(L1)는, 벅 모드와 부스트 모드에서 공통으로 사용된다. 이에 따라, 제조 비용을 저감할 수 있게 된다.
한편, 벅 스위칭 소자(S1,S2)는, 벅 모드에서, 인덕터(L1)에 대한 환류 전류 경로를 제공할 수 있다.
한편, 벅 부스트 컨버터(410)의 부스트 모드 동작은 도 8a 내지 도 8b를 참조하여 후술하며, 벅 부스트 컨버터(410)의 벅 모드 동작은 도 9a 내지 도 9b를 참조하여 후술한다.
한편, 전력변환장치(200)는, 입력되는 교류 전원의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부(A), 벅 부스트 컨버터(410)의 출력단 전압, 즉 dc 단 커패시터(C)의 전압을 검출하는 출력 전압 검출부(B), 및 벅 부스트 컨버터(410) 내의 인덕터(L1)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)는 CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출되는 입력 전류(Is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어부(415)에 입력될 수 있다.
출력 전압 검출부(B), 즉 dc 단 전압 검출부(B)는, 벅 부스트 컨버터(410)의 출력단 전압을 검출할 수 있다. 특히, 커패시터(C) 양단의 전압(Vdc)을 검출할 수 있다.
커패시터(C)는, 컨버터(410)와 인버터(420) 사이에 배치되며, 벅 부스트 컨버터터의 출력 직류 전원을 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
인버터(420)와 모터(205)를 포함하여, 부하(load)라 명명한다면, 전력변환장치의 커패시터(C) 양단에는 도면과 같이, 부하(205)가 접속되는 것으로 도시할 수 있다. 이에 따라, dc단 전압(Vdc)은, 부하(205) 전압에 대응할 수 있다. 검출되는 출력 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어부(415)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(250)에 출력할 수 있다. 이때의 모터(250)는, 압축기 내의 모터일 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(도 11의 E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다.
다음, 도 4b는 도 3의 전력변환장치 내의 컨버터의 회로도의 다른 예를 예시한다.
도면을 참조하면, 도 4b의 전력변환장치는, 브릿지 다이오드 소자(Da,Db,Dc,Dd)를 구비하는 정류부(405)와, 캐스캐이드(cascade) 형태의 벅 부스트 컨버터(410a)를 예시한다.
벅 부스트 컨버터(410a)는, 역병렬 다이오드가 부착되는 벅 스위칭 소자(Sa), 벅 모드용 다이오드 소자(De), 인덕터(La), 부스트 스위칭 소자(Sb), 역류 방지용 다이오드 소자(Dr)을 구비할 수 있다.
도 4b의 전력변환장치에 따르면, 부스트 모드 동작시, 부스트 스위칭 소자(Sb)의 온(on)에 따라, 입력 전원(Vin)이, 다이오드 소자(Da), 벅 스위칭 소자(Sa), 인덕터(La), 부스트 스위칭 소자(Sb), 다이오드 소자(Dd)를 통해 도통하며, 인덕터(La)에 에너지가 저장된다. 그리고, 부스트 스위칭 소자(Sb)의 오프(off)에 따라, 다이오드 소자(Da), 벅 스위칭 소자(Sa), 인덕터(La), 역류 방지용 다이오드 소자(Dr)를 통해, 부하(205)로, 저장된 에너지가 전달된다.
이러한, 도 4b의 전력변환장치에 따르면, 부스트 모드 동작시, 2개의 다이오드 소자를 거쳐야 하므로, 도 4a의 1개의 다이오드 소자를 거치는 경우에 비해, 다이오드 소자로 인한 전력 소비가 더 발생하게 된다. 따라서, 전력 변환 효율이, 도 4b에 비해, 도 4a가, 더 우수하게 된다.
결국, 도 4a의 브릿지리스 벅 부스트 컨버터(410)에 의하면, 부스트 모드시의 도통 경로 상의 회로 소자 수의 감소를 통해, 전력 손실을 저감할 수 있게 된다.
도 5는 도 4a의 컨버터 제어부의 내부 블록도를 예시한다.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(415)는, 전류 지령 생성부(510), 전압 지령 생성부(520), 및 스위칭 제어신호 출력부(530)를 포함할 수 있다.
전류 지령 생성부(510)는, 출력 전압 검출부(B), 즉 dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)과 dc 단 전압 지령치(V*dc)에 기초하여 PI 제어기 등을 통해 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성할 수 있다.
전압 지령 생성부(520)는 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 인덕터(리액터) 전류(iL)에 기초하여 PI 제어기 등을 통해 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다.
그리고, 스위칭 제어신호 출력부(530)는, d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여 벅 부스트 컨버터(410) 내의 스위칭 소자를 구동하기 위한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 출력할 수 있다. 특히, 제1 벅 스위칭 제어 신호(SS1), 제2 벅 스위칭 제어 신호(SS2), 부스트 스위칭 제어 신호(SS3)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 스위칭 제어신호 출력부(530)는, 벅 스위칭 소자(S1,S2)에 대한 스위칭 제어 신호 생성(SS1,SS2)을 위한 강압 신호 생성부(531)와, 부스트 스위칭 소자(S3)에 대한 스위칭 제어 신호 생성(SS3)을 위한 승압 신호 생성부(533)를 구비할 수 있다.
그 외 추가로, 스위칭 제어신호 출력부(530)는, 제1 벅 스위칭 제어 신호(SS1) 출력을 위한 제1 환류 경로 합성부(537)와, 제2 벅 스위칭 제어 신호(SS2) 출력을 위한 제2 환류 경로 합성부(539)를 더 구비할 수 있다.
제1 환류 경로 합성부(537)와, 제2 환류 경로 합성부(539)는, 강압 동작 시 입력 전압(Vin)의 양/음의 반주기에 따라 환류 전류 경로를, 강압 신호 생성부(531)로부터의 강압 신호와 합성하여, 각각 제1 벅 스위칭 제어 신호(SS1)와, 제2 벅 스위칭 제어 신호(SS2)를 생성하여 출력한다.
도 6a 내지 도 6b는 도 4a 내지 도 4b의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 6a는, 본 발명의 실시예에 따른 브릿지리스 벅 부스트 컨버터(410)를 구비하는 전력변환장치(200)의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이며, 도 6b는, 도 4b의 브릿지 다이오드 소자(Da,Db,Dc,Dd)를 구비하는 정류부(405)와 캐스캐이드(cascade) 벅 부스트 컨버터(410a)를 구비하는 전력변환장치의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면
먼저, 도 6a를 참조하면, 부스트 모드 동작시, 부스트 스위칭 소자(S3)의 온(on)에 따라, 입력 전원(Vin)이, 제1 벅 스위칭 소자(S1), 인덕터(L1), 부스트 스위칭 소자(S3), 다이오드 소자(D2)를 통해 도통하며, 인덕터(L1)에 에너지가 저장된다. 그리고, 부스트 스위칭 소자(S3)의 오프(off)에 따라, 제1 벅 스위칭 소자(S1), 인덕터(L1), 역류 방지용 다이오드 소자(D3)를 통해, 부하(205)로, 저장된 에너지가 전달된다.
다음, 도 6b를 참조하면, 부스트 모드 동작시, 부스트 스위칭 소자(Sb)의 온(on)에 따라, 입력 전원(Vin)이, 다이오드 소자(Da), 벅 스위칭 소자(Sa), 인덕터(La), 부스트 스위칭 소자(Sb), 다이오드 소자(Dd)를 통해 도통하며, 인덕터(La)에 에너지가 저장된다. 그리고, 부스트 스위칭 소자(Sb)의 오프(off)에 따라, 다이오드 소자(Da), 벅 스위칭 소자(Sa), 인덕터(La), 역류 방지용 다이오드 소자(Dr)를 통해, 부하(205)로, 저장된 에너지가 전달된다.
이러한, 도 6b의 전력변환장치에 따르면, 부스트 모드 동작시, 2개의 다이오드 소자(Da,Dr 또는 Dr,Dd)를 거쳐야 하므로, 도 6a의 1개의 다이오드 소자(D3 또는 D2)를 거치는 경우에 비해, 다이오드 소자로 인한 전력 소비가 더 발생하게 된다. 따라서, 전력 변환 효율이, 도 6b에 비해, 도 6a가, 더 우수하게 된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 브릿지리스 벅 부스트 컨버터(410)에 의하면, 부스트 모드시의 도통 경로 상의 회로 소자 수의 감소를 통해, 전력 손실을 저감할 수 있게 된다.
도 7은 도 4a의 컨버터 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 도 7(a)는, 입력 교류 전압(Vin)의 파형을 예시하고, 도 7(b)는, 입력 교류 전압의 절대치(Vin)와, 제1 dc단 전압(Vdc1)을 예시한다. 제1 dc단 전압(Vdc1)은, 검출되는 dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)에 해당할 수 있다.
컨버터 제어부(415)는, 입력되는 교류 전원(Vin)의 양의 반주기 동안, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 보다 큰 경우, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제1 스위칭 소자(S1)가 온되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 스위칭하도록 제어하며, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 보다 작은 경우, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제1 스위칭 소자(S1)가 스위칭되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 오프되도록 제어하며, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제2 스위칭 소자(S2)는, 온 되도록 제어한다.
이에 따라, 입력되는 교류 전원(Vin)의 양의 반주기 중, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 보다 큰 Ta,Tc 구간 동안, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제1 스위칭 소자(S1)가 온되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 PWM 스위칭을 수행한다. 이때, 제2 스위칭 소자(S2)는 계속 온된다.
한편, 입력되는 교류 전원(Vin)의 양의 반주기 중, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 보다 작은 Tb 구간 동안, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제1 스위칭 소자(S1)가 PWM 스위칭되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 오프(Off)되도록 제어하며, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제2 스위칭 소자(S2)는, 온(on) 된다.
한편, 컨버터 제어부(415)는, 입력되는 교류 전원(Vin)의 음의 반주기 동안, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제1 스위칭 소자(S1)는, 온 되도록 제어하며, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 크기보다 큰 경우, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제2 스위칭 소자(S2)가 온되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 스위칭하도록 제어하며, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 크기보다 작은 경우, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제2 스위칭 소자(S2)가 스위칭되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 오프되도록 제어한다.
이에 따라, 입력되는 교류 전원(Vin)의 음의 반주기 중, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 크기보다 큰 Tc,Te 구간 동안, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제2 스위칭 소자(S2)가 온되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 PWM 스위칭을 수행한다. 이때, 제1 스위칭 소자(S1)는 계속 온된다.
한편, 입력되는 교류 전원(Vin)의 음의 반주기 중, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 크기 보다 작은 Td 구간 동안, 벅 스위칭 소자(S1,S2) 중 제2 스위칭 소자(S2)가 PWM 스위칭되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 오프(Off)된다. 이때, 제1 스위칭 소자(S1)는 계속 온된다.
즉, 도 7(c), 도 7(d), 도 7(e)와 같은, 제1 벅 스위칭 제어 신호(SS1), 제2 벅 스위칭 제어 신호(SS2), 부스트 스위칭 제어 신호(SS3)가, 컨버터 제어부(415)에서 출력될 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 도 4a의 컨버터의 부스트 모드 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도 8a는, 부스트 모드(boost mode)에서, 입력되는 교류 전원(Vin)의 양의 반주기 동안의 벅 부스트 컨버터(410)의 동작을 예시한다.
먼저, 도 8a(a)와 같이, 제1 벅 스위칭 소자(S1), 및 부스트 스위칭 소자(S3)의 온(on)에 따라, 교류 전원(Vin), 제1 벅 스위칭 소자(S1), 인덕터(L1), 부스트 스위칭 소자(S3), 및 다이오드 소자(D2)를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 인덕터(L1)에 에너지가 저장된다. 이때, 제2 벅 스위칭 소자(S2)는 온 상태일 수 있다.
다음, 도 8a(b)과 같이, 제1 벅 스위칭 소자(S1)가 온되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 오프됨에 따라, 교류 전원(Vin), 제1 벅 스위칭 소자(S1), 인덕터(L1), 역류 방지용 다이오드(D3), 커패시터(C), 부하(205), 및 다이오드 소자(D2)가, 도통하며, 교류 전원(Vin) 및 인덕터(L1)에 저장된 에너지가, 커패시터(C), 및 부하(205)에 공급된다. 이때, 제2 벅 스위칭 소자(S2)는 온 상태일 수 있다.
도 8b는, 부스트 모드(boost mode)에서, 입력되는 교류 전원(Vin)의 음의 반주기 동안의 벅 부스트 컨버터(410)의 동작을 예시한다.
먼저, 도 8b(a)와 같이, 제2 벅 스위칭 소자(S2), 및 부스트 스위칭 소자(S3)의 온(on)에 따라, 교류 전원(Vin), 제2 벅 스위칭 소자(S2), 인덕터(L1), 부스트 스위칭 소자(S3), 및 다이오드 소자(D1)를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 인덕터(L1)에 에너지가 저장된다. 이때, 제1 벅 스위칭 소자(S1)는 온 상태일 수 있다.
다음, 도 8b(b)과 같이, 제2 벅 스위칭 소자(S2)가 온되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 오프됨에 따라, 교류 전원(Vin), 제2 벅 스위칭 소자(S2), 인덕터(L1), 역류 방지용 다이오드(D3), 커패시터(C), 부하(205), 및 다이오드 소자(D1)가, 도통하며, 교류 전원(Vin) 및 인덕터(L1)에 저장된 에너지가, 커패시터(C), 및 부하(205)에 공급된다. 이때, 제1 벅 스위칭 소자(S1)는 온 상태일 수 있다.
도 9a 내지 도 9b는 도 4b의 컨버터의 벅 모드 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도 9a는, 벅 모드(buck mode)에서, 입력되는 교류 전원(Vin)의 양의 반주기 동안의 벅 부스트 컨버터(410)의 동작을 예시한다.
먼저, 도 9a(a)와 같이, 제1 벅 스위칭 소자(S1)가 온되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 오프됨에 따라, 교류 전원(Vin), 제1 벅 스위칭 소자(S1), 인덕터(L1), 역류 방지용 다이오드(D3), 커패시터(C), 부하(205), 및 다이오드 소자(D2)가, 도통하며, 교류 전원(Vin)이 커패시터(C), 및 부하(205)에 공급된다. 한편, 인덕터(L1)에 교류 전원(Vin)의 일부의 에너지가 저장된다.이때, 제2 벅 스위칭 소자(S2)는 온 상태일 수 있다.
다음, 도 9a(b)과 같이, 제1 벅 스위칭 소자(S1)가 오프(off)되고, 제2 벅 스위칭 소자(S2), 및 부스트 스위칭 소자(S3)의 온(on)에 따라, 제2 벅 스위칭 소자(S2), 인덕터(L1), 역류 방지용 다이오드(D3), 커패시터(C), 부하(205), 및 다이오드 소자(D2)가, 도통하며, 인덕터(L1)에 저장된 에너지가, 커패시터(C), 및 부하(205)에 공급된다.
도 9b는 벅 모드(buck mode)에서, 입력되는 교류 전원(Vin)의 음의 반주기 동안의 벅 부스트 컨버터(410)의 동작을 예시한다.
먼저, 도 9b(a)와 같이, 제2 벅 스위칭 소자(S2)가 온되고, 부스트 스위칭 소자(S3)가 오프됨에 따라, 교류 전원(Vin), 제2 벅 스위칭 소자(S2), 인덕터(L1), 역류 방지용 다이오드(D3), 커패시터(C), 부하(205), 및 다이오드 소자(D1)가, 도통하며, 교류 전원(Vin)이 커패시터(C), 및 부하(205)에 공급된다. 한편, 인덕터(L1)에 교류 전원(Vin)의 일부의 에너지가 저장된다.이때, 제1 벅 스위칭 소자(S1)는 온 상태일 수 있다.
다음, 도 9b(b)과 같이, 제2 벅 스위칭 소자(S2)가 오프(off)되고, 제1 벅 스위칭 소자(S1), 및 부스트 스위칭 소자(S3)의 온(on)에 따라, 제1 벅 스위칭 소자(S1), 인덕터(L1), 역류 방지용 다이오드(D3), 커패시터(C), 부하(205), 및 다이오드 소자(D1)가, 도통하며, 인덕터(L1)에 저장된 에너지가, 커패시터(C), 및 부하(205)에 공급된다.
도 10은 dc 단 전압에 따른 도 4a의 컨버터의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 커패시터(Vdc) 양단의 전압인 dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)는, 다양한 레벨을 가질 수 있다.
컨버터 제어부(415)는, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 보다 큰 경우, 부스트 모드로 동작하도록 부스트 스위칭 소자(S3)를 스위칭하도록 제어하며, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 전압 보다 작은 경우, 벅 모드로 동작하도록 벅 스위칭 소자를 스위칭하도록 제어한다.
한편, 컨버터 제어부(415)는, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 피크치 보다 큰 경우, 부스트 모드로 동작하도록, 벅 스위칭 소자는 온 시키고, 부스트 스위칭 소자(S3)는 스위칭하도록 제어한다.
컨버터 제어부(415)의 동작 설명을 위해, 도면에서는, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, Vdc1 인 경우와, Vdc1 보다 큰 전압인 Vdc2 인 경우로 구분하여 예시한다.
dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, Vdc1 인 경우는, 도 7와 동일하므로, 그 설명을 생략한다. 즉, 도 7의 (b) 내지 (e)는, 도 10의 (a) 내지 (d)에 대응한다.
한편, 도 10의 (e)와 같이, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치(V*dc)가, Vdc2 인 경우, dc단 전압(Vdc) 또는 dc 단 전압 지령치가, 입력되는 교류 전원(Vin)의 피크치 보다 높으므로, 컨버터 제어부(415)는, 연속적으로 부스트 모드로 동작하도록, 벅 스위칭 소자(S1,S2)는 온 시키고, 부스트 스위칭 소자(S3)는 PWM 스위칭하도록 제어한다. 도면에서는 Tx 구간 동안 부스트 스위칭 소자(S3)가 PWM 스위칭하는 것을 예시한다.
결국, 컨버터 제어부(415)는, 도 10의 (f) 내지 (h)와 같은, 제1 벅 스위칭 제어 신호(SS1), 제2 벅 스위칭 제어 신호(SS2), 부스트 스위칭 제어 신호(SS3)를 출력할 수 있다.
도 11은 도 3의 전력변환장치 내의 인버터의 회로도를 예시한다.
인버터(420)는, 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 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다.
인버터(420)는, 모터(250) 동작 모드에서, 커패시터(C) 양단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(250)를 구동한다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420) 내의 스위칭 소자의 동작을 제어하는 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(도 11의 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(도 11의 E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다.
출력전류 검출부(도 11의 E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 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 소자(S'a,S'b,S'c)에 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, 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 하여 기술한다.
도 12는 도 11의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 12를 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 위치 추정부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
위치 추정부(320)는, 축변환부(310)에서 축변환된 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치(
Figure 112014110313985-pat00001
)를 추정할 수 있다. 또한, 위치 추정부(320)는, 회전자 위치(
Figure 112014110313985-pat00002
)에 기초하여, 속도(
Figure 112014110313985-pat00003
)를 추정할 수도 있다.
결국, 위치 추정부(320)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure 112014110313985-pat00004
)와 연산된 속도(
Figure 112014110313985-pat00005
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112014110313985-pat00006
)와 목표 속도(ω)에 기초하여, 속도 지령치(ω* r)를 연산하며, 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112014110313985-pat00007
)와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 위치 추정부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112014110313985-pat00008
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 위치 추정부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112014110313985-pat00009
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(350)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
본 발명의 실시에에 따른 전력변환장치, 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.
한편, 본 발명의 충전 장치의 동작방법은 충전 장치에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
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 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (15)

  1. 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드 또는 부스트 모드 중 적어도 하나로 동작하는 벅 부스트 컨버터;
    상기 벅 부스트 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부;를 포함하며,
    상기 벅 부스트 컨버터는,
    서로 브릿지되는 상단 벅 스위칭 소자와 하단 다이오드 소자;
    부스트 스위칭 소자; 및
    상기 벅 스위칭 소자와 상기 부스트 스위칭 소자 사이에 접속되는 인덕터;를 구비하며,
    상기 벅 스위칭 소자는,
    상기 벅 모드에서, 상기 인덕터에 대한 환류 전류 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벅 부스트 컨버터는,
    상기 부스트 모드에서, 상기 교류 전원, 상기 벅 스위칭 소자, 상기 인덕터, 상기 부스트 스위칭 소자, 및 상기 다이오드 소자를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 상기 인덕터에 에너지를 저장하며,
    상기 벅 모드에서, 상기 벅 스위칭 소자, 상기 인덕터, 및 상기 다이오드 소자를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 상기 인덕터에 저장된 에너지를 소비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벅 부스트 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터의 양단의 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치에 기초하여, 상기 벅 스위칭 소자와 상기 부스트 스위칭 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 전압 보다 큰 경우, 상기 부스트 모드로 동작하도록 상기 부스트 스위칭 소자를 스위칭하도록 제어하며,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 전압 보다 작은 경우, 상기 벅 모드로 동작하도록 상기 벅 스위칭 소자를 스위칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 입력되는 교류 전원의 양의 반주기 동안,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 전압 보다 큰 경우, 상기 벅 스위칭 소자 중 제1 스위칭 소자가 온되고, 상기 부스트 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어하며,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 전압 보다 작은 경우, 상기 벅 스위칭 소자 중 상기 제1 스위칭 소자가 스위칭되고, 상기 부스트 스위칭 소자가 오프되도록 제어하며,
    상기 벅 스위칭 소자 중 제2 스위칭 소자는, 온 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 입력되는 교류 전원의 음의 반주기 동안,
    상기 벅 스위칭 소자 중 제1 스위칭 소자는, 온 되도록 제어하며,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 전압 보다 큰 경우, 상기 벅 스위칭 소자 중 제2 스위칭 소자가 온되고, 상기 부스트 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어하며,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 전압 보다 작은 경우, 상기 벅 스위칭 소자 중 상기 제2 스위칭 소자가 스위칭되고, 상기 부스트 스위칭 소자가 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 피크치 보다 큰 경우, 상기 부스트 모드로 동작하도록, 상기 벅 스위칭 소자는 온 시키고, 상기 부스트 스위칭 소자는 스위칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터는, 상기 벅 모드와 상기 부스트 모드에서 공통으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 벅 부스트 컨버터의 출력 전압인 dc 단 전압에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치, 및 상기 인덕터에 흐르는 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호 출력부는,
    상기 벅 스위칭 소자에 대한 스위칭 제어 신호 생성을 위한 강압 신호 생성부; 및
    상기 부스트 스위칭 소자에 대한 스위칭 제어 신호 생성을 위한 승압 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  12. 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드 또는 부스트 모드 중 적어도 하나로 동작하는 벅 부스트 컨버터;
    상기 벅 부스트 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부;를 포함하며,
    상기 벅 부스트 컨버터는,
    상기 벅 모드에서 스위칭을 수행하는 벅 스위칭 소자와,
    상기 부스트 모드에서 스위칭을 수행하는 부스트 스위칭 소자와,
    상기 벅 스위칭 소자와 상기 부스트 스위칭 소자 사이에 접속되는 인덕터와,
    상기 교류 전원을 정류하는 다이오드 소자를 구비하며,
    상기 부스트 모드에서, 상기 교류 전원, 상기 벅 스위칭 소자, 상기 인덕터, 상기 부스트 스위칭 소자, 및 상기 다이오드 소자를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 상기 인덕터에 에너지를 저장하며,
    상기 벅 모드에서, 상기 벅 스위칭 소자, 상기 인덕터, 및 상기 다이오드 소자를 통해 흐르는 전류에 기초하여, 상기 인덕터에 저장된 에너지를 소비하며,
    상기 벅 스위칭 소자는,
    상기 벅 모드에서, 상기 인덕터에 대한 환류 전류 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  13. 압축기;
    상기 압축기 내의 모터에 구동 전원을 공급하는 전력변환부;를 구비하며,
    상기 전력변환부는,
    입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 벅 모드 또는 부스트 모드 중 적어도 하나로 동작하는 벅 부스트 컨버터;
    상기 벅 부스트 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부;를 포함하며,
    상기 벅 부스트 컨버터는,
    서로 브릿지되는 상단 벅 스위칭 소자와 하단 다이오드 소자;
    부스트 스위칭 소자; 및
    상기 벅 스위칭 소자와 상기 부스트 스위칭 소자 사이에 접속되는 인덕터;를 구비하며,
    상기 벅 스위칭 소자는,
    상기 벅 모드에서, 상기 인덕터에 대한 환류 전류 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 벅 부스트 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터의 양단의 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치에 기초하여, 상기 벅 스위칭 소자와 상기 부스트 스위칭 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 전압 보다 큰 경우, 상기 전력변환부가 상기 부스트 모드로 동작하도록 상기 부스트 스위칭 소자를 스위칭하도록 제어하며,
    상기 dc단 전압 또는 dc 단 전압 지령치가, 상기 입력되는 교류 전원의 전압 보다 작은 경우, 상기 전력변환부가 상기 벅 모드로 동작하도록 상기 벅 스위칭 소자를 스위칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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