KR102290302B1 - 전력변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 3상 ac 전원을 공급하는 전원부, 상기 3상 ac 전원을 dc 전원으로 정류하여, 인버터로 공급하는 브리지 회로부 및 상기 브리지 회로부와 병렬 연결되며, 상기 3상 ac 전원을 구동 dc 전원으로 변환하여 SMPS(Switching Mode Power supply)로 공급하는 전원 생성부를 포함하는 전력변환장치를 제공한다.

Description

전력변환장치{Power converting apparatus}

본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 SMPS(Switching Mode Power supply)로 공급하는 구동 dc 전원을 생성하기 용이한 전력변환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 시스템에어컨(또는, 멀티형 공기 조화기)은 한 대의 실외기에 다수의 실내기를 냉매배관으로 연결하는 냉난방시스템이다.

일반 가정용 스탠드형 공기 조화기나 패키지형 공기조화기와는 개념이 다르며 중앙공조방식과도 차이가 있다.

상기 멀티형 공기 조화기는 중앙공조방식에서 필요한 기계실이나 냉각탑 공조기 등 부대적인 기계설비가 필요없어 공간절약 공기 건축비 등의 저렴하고 간단한 조작만으로 ON/OFF를 할 수 있어 따로 관리자를 둘 필요도 없다.

따라서 공간절약성이 뛰어나며 건축비 절감 및 공기 단축효과가 기존 시스템에 비해 우수해 미래지향적 공조 시스템으로 각광받고 있다. 일반 가정용 공기조화기가 건물 완성 후 설치하는 냉방방식이라면, 멀티형 공기 조화기는 건물 설계시 반영되는 공조시스템이라는 점도 다른 점이다.

도 1은 일반적인 멀티형 공기 조화기의 구성을 나타낸 도이고, 도 2는 일반적인 공기 조화기의 3상 전원 연결 구성을 보인 예시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 멀티형 공기 조화기는 실외기(100) 한 대와 상기 실외기를 공유하는 다수의 실내기(110A ~ 110N)로 구성되며, 난방 운전시 상기 실내측 열교환기에 고온 고압의 냉매가 흐르고, 상기 냉매가 실내측 열교환기를 순환하는 공기에 열을 방출함으로써, 실내측으로 따뜻한 바람이 토출되도록 하며, 냉방운전시 상기 실내측 열교환기에 저온고압의 냉매가 흐르고, 상기 냉매가 실내측 열교환기를 순환하는 공기에 포함된 열을 흡수함으로써, 실내측으로 차가운 바람이 토출되도록 구성되어 있다.

이러한 공기 조화기는 제품 내부로 공급되는 교류 전압의 크기와 실내온도 및 설정온도 등에 따라 결정되는 운전 주파수 즉, 캐리어 주파수에 따라 압축기의 운전을 제어하게 된다.

일반적으로, 공기 조화기는 3상(R,S,T) 4선 380V를 사용하는데, 도 2에 나타낸 바와 같이 실외기에 사용되는 압축기(100A) 및 모터(100B)는 3상의 전원으로 구동되고, SMPS(100C)는 T상와 N상의 220V를 이용하여 구동된다.

그런데, 상기 멀티형 공기 조화기는 설치 시 작업자의 실수로 각 상의 위치를 잘못 연결할 경우, 압축기 또는 압축기 모터가 반대로 움직이거나 손상되고, 아울러 인쇄회로기판(PCB)의 손상이 발생하여 파손될 수 있다.

또한, SMPS(100C)는 3상 4선식 중 T상과 N상을 이용한 단상 전원(220V)을 이용하여 비용적으로 많은 부담을 지게된다.

최근들어, SMPS(100C)에 N상을 이용하지 않고 전장모듈로 전원을 공급할 수 있도록하기 위한 연구가 진행 중에 있다.

본 발명의 목적은, SMPS(Switching Mode Power supply)로 공급하는 구동 dc 전원을 생성하기 용이한 전력변환장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 3상 ac 전원의 중성점 N단을 사용하지 않음으로써 회로 구성이 간단한 전력변환장치를 제공함에 있다.

그러나, 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 전력변환장치는, 3상 ac 전원을 공급하는 전원부, 상기 3상 ac 전원을 dc 전원으로 정류하여, 인버터로 공급하는 브리지 회로부 및 상기 브리지 회로부와 병렬 연결되며, 상기 3상 ac 전원을 구동 dc 전원으로 변환하여 SMPS(Switching Mode Power supply)로 공급하는 전원 생성부를 포함할 수 있다.

상기 전원 생성부는, 상기 3상 ac 전원 입력 시, 구동 전원을 생성하는 인덕터부 및 상기 구동 전원으로 상기 구동 dc 전원을 생성하는 생성부를 포함할 수 있다.

상기 인덕터부는, 상기 3상 ac 전원 중 제1 상 ac 전원이 공급되는 제1 선로에 연결된 제1 인덕터, 상기 3상 ac 전원 중 제2 상 ac 전원이 공급되는 제2 선로에 연결된 제2 인덕터 및 상기 3상 ac 전원 중 제3 상 ac 전원이 공급되는 제3 선로에 연겨된 제3 인덕터를 포함할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 인덕터는, 상기 전원 패스부와 제1 접점에서 연결되며, 상기 제1 접점과 상기 제1 내지 제3 선로 중 적어도 하나 사이에 단락(short)을 방지할 수 있다.

상기 생성부는, 상기 구동 전원을 통과시키는 다이오드, 상기 구동 전원의 돌입 전류를 방지하는 저항 및 상기 구동 전원으로 충전한 충전 전원을 방전하여, 상기 구동 dc 전원을 생성하는 SMPS용 충전 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 다이오드는, 상기 SMPS에서 발생되는 역전압의 유입을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 전력변환장치는, 상기 저항과 병렬 연결된 스위치 소자를 더 포함할 수 있다.

상기 스위치 소자는, 상기 저항으로 상기 구동 전원이 설정된 시간 동안 공급되면 턴온 동작하여, 상기 구동 전원을 상기 충전 커패시터로 공급할 수 있다.

상기 브리지 회로부는, 상단 브리지 다이오드부 및 하단 브리지 다이오드부를 포함하고, 상기 전원 생성부는, 상기 충전 전원의 충전 시, 상기 하단 브리지 다이오드부로 전류 패스를 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 전력변환장치는, 3상 ac 전원을 사용함에 있어 중성점 N상을 적용하지 않는 SMPS를 사용함으로써, 회로 구성을 간단하게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력변환장치는, 3상 ac 전원의 SMPS용 구동 dc 전원을 생성함에 있어, 브리지 회로부와 전류패스를 형성할 수 있는 이점이 있다.

아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.

도 1은 일반적인 멀티형 공기 조화기의 구성을 나타낸 도이다.
도 2는 일반적인 공기 조화기의 3상 전원 연결 구성을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력변환장치의 제어 구성을 나타낸 제어블록도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 전력변환장치를 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 저항 및 스위치 소자의 동작에 따른 출력을 나타낸 파형도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 전력변환장치의 제어 구성을 나타낸 제어블록도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 전력변환장치를 나타낸 회로도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전력변환장치(200)는 전원부(210), 브리지 회로부(230) 및 전원 생성부(250)를 포함할 수 있다.

전원부(210)는 3상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)을 공급할 수 있다.

여기서, 3상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)은 제1 상 ac 전원(Vr), 제2 상 ac 전원(Vs) 및 제3 상 ac 전원(Vt)을 포함할 수 있다. 제1 상 내지 제3 상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)은 120°의 전위차를 가질 수 있다.

제1 상 내지 제3 상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)은 제1 내지 제3 선로(line1, line2, line3)에 연결된 브리지 회로부(230)로 공급된다.

브리지 회로부(230)는 제1 상 내지 제3 상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)이 공급되면 dc 전원(Vdc)으로 정류할 수 있다.

여기서, 브리지 회로부(230)는 상단 브리지 다이오드부(232) 및 하단 브리지 다이오드부(234)를 포함할 수 있다.

상단 브리지 다이오드부(232)는 제1 상 내지 제3 상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)의 양 주기 중 60°씩 도통시킬 수 있다.

여기서, 상단 브리지 다이오드부(232)는 제1 내지 제3 다이오드(D1, D2, D3)를 포함할 수 있다.

또한, 하단 브리지 다이오드부(234)는 제1 상 내지 제3 상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)의 음 주기 중 60°씩 도통시킬 수 있으며, 제4 내지 제6 다이오드(D4, D5, D6)를 포함할 수 있다.

브리지 회로부(230)는 제1 상 내지 제3 상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)을 정류한 dc 전원(Vdc)을 인버터(240)로 공급할 수 있다.

브리지 회로부(230)에서 출력된 dc 전원(Vdc)는 평활 커패시터(Cp)에 의해 평활되어, 인버터(미도시)로 공급될 수 있다.

전원 생성부(250)는 인덕터부(260) 및 생성부(270)를 포함할 수 있다.

인덕터부(260)는 제1 내지 제3 선로(line1, line2, line3) 각각에 연결된 제1 내지 제3 인덕터(L1, L2, L3)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 인덕터(L1)의 일측은 제1 선로(line1)에 연결되고, 제2 인덕터(L2)의 일측은 제2 선로(line2)에 연결되고, 제3 인덕터(L3)의 일측은 제3 선로(line3)에 연결될 수 있다.

또한, 제1 내지 제3 인덕터(L1, L2, L3) 각각의 타측은 제1 접점(np1)에서 연결될 수 있다.

제1 내지 제3 인덕터(L1, L2, L3) 각각은 제1 상 내지 제3 상 전원(Vr, Vs, Vt)의 단락(short)을 방지할 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 인덕터(L1, L2, L3)는 제1 접점(np1)과 제1 내지 제3 선로(line1, line2, line3) 중 적어도 하나의 선로 사이에 단락(short)을 방지할 수 있다.

또한, 제1 내지 제3 인덕터(L1, L2, L3) 각각은 임피던스 값에 따라 제1 상 내지 제3 상 ac 전원(Vr, Vs, Vt)으로 생성한 구동 전원(Vd)를 제1 접점(np1)으로 출력할 수 있다.

즉, 제1 상 ac 전원(Vr)이 입력되는 경우, 제1 인덕터(L1)는 임피던스 값에 따른 제1 전류(IL1)를 출력할 수 있다.

이때, 제1 상 ac 전원(Vr)의 전원레벨이 최대값에서 제로값을 가지는 경우, 제1 인덕터(L1)은 임피던스 값에 따른 제1 전류(IL1)를 출력할 수 있다.

제2 상 ac 전원(Vs)이 입력되는 경우, 제2 인덕터(L2)는 임피던스 값에 따라 제2 상 ac 전원(Vs)의 전원레벨이 최대값에서 제로값을 가질때 제2 전류(IL2)를 출력할 수 있다.

제3 상 ac 전원(Vt)이 입력되는 경우, 제3 인덕터(L3)는 임피던스 값에 따라 제3 상 ac 전원(Vt)의 전원레벨이 최대값에서 제로값을 가질때 제3 전류(IL3)를 출력할 수 있다.

이와 같이, 제1 내지 제3 인덕터(L1, L2, L3)에서 제1 내지 제3 전류(IL1, IL2, IL3)이 제1 접점(np1)에서 합성되어 구동 전원(Vd)을 출력할 수 있다.

구동 전원(Vd)은 제1 내지 제3 인덕터(L1, L2, L3) 각각에서 출력된 전원일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

생성부(270)는 다이오드(D), 저항(R), 스위치 소자(SW) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있다.

다이오드(D)는 제1 내지 제3 인덕터(L1, L2, L3)가 연결된 제1 접점(np1)에 연결될 수 있다. 여기서, 다이오드(D)는 제1 접점(np1)에서 출력되는 구동 전원(Vd)을 통과시킬 수 있다.

또한, 다이오드(D)는 저항(R) 및 스위치 소자(SW) 중 적어도 하나를 통하여 SMPS에서 발생되는 역전압의 유입을 방지할 수 있다.

저항(R) 및 스위치 소자(SW)는 서로 병렬 연결될 수 있다.

먼저, 저항(R)은 구동 전원(Vd)의 돌입 전류를 방지할 수 있으며, 스위치 소자(SW)는 저항(R)으로 구동 전원(Vd)이 설정된 시간 동안 공급되면 턴온 동작하여 구동 전원(Vd)을 충전 커패시터(C)로 공급할 수 있다.

저항(R) 및 스위치 소자(SW)는 하나의 릴레이로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

충전 커패시터(C)의 일측은 저항(R) 및 스위치 소자(SW)가 연결된 제2 접점(np2)에 연결되고, 타측은 브리지 회로부(230)의 하단 브리지 다이오드부(234)에 연결될 수 있다.

충전 커패시터(C)는 제2 접점(np2)으로 통해 입력되는 구동 전원(Vd)으로 충전 전원(Vc)를 충전할 수 있다.

또한, 충전 커패시터(C)는 충전 전원(Vc)을 제2 접점(np)로 방전할 수 있다.

제2 접점(np)은 SMPS에 연결되며, 구동 전원(Vd) 및 충전 전원(Vc)으로 합성한 구동 dc 전원(Vd)을 SMPS로 공급할 수 있다.

상기 SMPS는 구동 dc 전원(Vd)를 승압 또는 감압하는 dc/dc 컨버터를 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

도 5는 도 3에 나타낸 저항 및 스위치 소자의 동작에 따른 출력을 나타낸 파형도이다.

도 5를 참조하면, 생성부(270)에 포함된 저항(R)은 다이오드(D)를 통과한 구동 전원(Vd)의 돌입 전류를 방지할 수 있다.

생성부(270)에 포함된 스위치 소자(SW)가 턴오프 상태이 경우, 저항(R)은 구동 전원(Vd)의 돌입 전류를 방지하며, 구동 전원(Vd)이 점차적으로 상승하도록 할 수 있다.

이때, 스위치 소자(SW)는 저항(R)에 의해 구동 전원(Vd)이 제1 전원레벨(V1)로 상승하는 경우에 턴온 상태로 변경될 수 있다.

또한, 스위치 소자(SW)는 저항(R)에 의해 구동 전원(Vd)이 제1 전원레벨(V1)에 도달하는 기 설정된 시간이 경과된 후 턴온 상태로 변경될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

스위치 소자(SW)가 턴온 상태로 변경되는 경우, 구동 전원(Vd)는 제2 전원레벨(V2)를 가지며 충전 커패시터(C)를 충전하거나, SMPS로 공급되는 제2 접점(np2)로 출력할 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 3상 ac 전원을 공급하는 전원부;
   상기 3상 ac 전원을 dc 전원으로 정류하여, 인버터로 공급하는 브리지 회로부; 및
   상기 브리지 회로부와 병렬 연결되며, 상기 3상 ac 전원을 구동 dc 전원으로 변환하여 SMPS(Switching Mode Power supply)로 공급하는 전원 생성부를 포함하고,
   상기 전원 생성부는,
   상기 3상 ac 전원 입력 시, 구동 전원을 생성하는 인덕터부; 및
   상기 구동 전원으로 상기 구동 dc 전원을 생성하는 생성부를 포함하고,
   상기 인덕터부는,
   상기 3상 ac 전원 중 제1 상 ac 전원이 공급되는 제1 선로에 연결된 제1 인덕터;
   상기 3상 ac 전원 중 제2 상 ac 전원이 공급되는 제2 선로에 연결된 제2 인덕터; 및
   상기 3상 ac 전원 중 제3 상 ac 전원이 공급되는 제3 선로에 연결된 제3 인덕터를 포함하고,
   상기 제1 내지 제3 인덕터는,
   상기 생성부와 제1 접점에서 연결되며, 상기 제1 접점과 상기 제1 내지 제3 선로 중 적어도 하나 사이에 단락(short)을 방지하는,
   전력변환장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 생성부는,
   상기 구동 전원을 통과시키는 다이오드;
   상기 구동 전원의 돌입 전류를 방지하는 저항; 및
   상기 구동 전원으로 충전한 충전 전원을 방전하여, 상기 구동 dc 전원을 생성하는 SMPS용 충전 커패시터를 포함하는,
   전력변환장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 다이오드는,
   상기 SMPS에서 발생되는 역전압의 유입을 방지하는,
   전력변환장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 저항과 병렬 연결된 스위치 소자를 더 포함하는,
   전력변환장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 스위치 소자는,
   상기 저항으로 상기 구동 전원이 설정된 시간 동안 공급되면 턴온 동작하여, 상기 구동 전원을 상기 충전 커패시터로 공급하는,
   전력변환장치.
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 브리지 회로부는,
   상단 브리지 다이오드부 및 하단 브리지 다이오드부를 포함하고,
   상기 전원 생성부는,
   상기 충전 전원의 충전 시, 상기 하단 브리지 다이오드부로 전류 패스를 형성하는,
   전력변환장치.

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