KR102375522B1 - 전력 공급 장치 및 이를 포함하는 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 장치는, 복수의 스위치 쌍을 구비하는 인버터, 상기 인버터의 입력단에 연결되는 링크 커패시터부, 상기 인버터에서 발생되는 노이즈를 저감하도록 구성되는 스너버(snubber) 회로부 및 상기 스너버 회로부와, 상기 링크 커패시터부 사이를 연결시키는 바이패스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 공급 장치 및 이를 포함하는 공기조화기{POWER SUPPLY APPARATUS AND AIR CONDITIONER INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전력 공급 장치에 관한 것으로 특히, 전기 소음 저감을 위한 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기를 포함하는 가전 기기는 전력 공급 장치를 필요로 한다. 특히, 스위칭 전원회로(SMPS)를 구비하는 가전 기기는 스위칭 신호에 의한 전기 잡음 수준을 저감하기 위해 스너버(snubber) 회로를 구비할 수 있다.

한편, 이와 같은 스너버(snubber) 회로와 관련하여, 한국공개특허 10-1986-0008621, GTO 사이리스터의 스너버회로에서는 스너버회로가 사이리스터, 다이오드와 복합적으로 연결된 구성을 나타낸다.

구체적으로, 사이리스터의 게이트와 저항을 연결하여 스너버 회로에 걸린 전압이 낮으면 사이리스터가 오프(off)되어 스너버 회로가 동작하지 않게 된다. 따라서, 과전압을 포함한 위험 상태에 능동적으로 동작하도록 설계되어 있다.

한편, 모터를 구동하기 위해서는 대략 310V의 극전압이 필요하다. 이와 같은 크기의 극전압이 모터에 인가되면, 모터 내에 존재하는 기생 커패시터에 의해, EMI 노이즈가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 기술적 과제는, 모터 구동 중에 발생하는 EMI 노이즈를 제거할 수 있는 전력 변환 장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 기술적 과제는, 모터에서 발생된 노이즈가 외부로 유출되지 않도록 우회 회로를 구비하는 전력 변환 장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 구동장치는, 복수의 스위치 쌍을 구비하는 인버터; 상기 인버터의 입력단에 연결되는 링크 커패시터부; 상기 인버터에서 발생되는 노이즈를 저감하도록 구성되는 스너버(snubber) 회로부; 및 상기 스너버 회로부와, 상기 링크 커패시터부 사이를 연결시키는 바이패스부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상암 스위치와 하암 스위치로 구성되고, 상기 스너버 회로는, 상기 상암 스위치와 상기 하암 스위치의 접점에 연결되는 커패시터와, 상기 커패시터에 직렬 연결되는 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 인버터부는, 제1 스위치 쌍과, 제2 스위치 쌍 및 제3 스위치 쌍을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 스위치 쌍을 이용하여 3상 모터에 전원을 공급하도록 구동하고, 상기 스너버 회로는, 상기 3상 모터와 상기 인버터부의 접점에 연결되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 스너버 회로의 임피던스는, 상기 3상 모터의 임피던스보다 더 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 링크 커패시터부는, 서로 직렬 연결된 제2 커패시터와 제3 커패시터로 구성되고, 상기 바이패스부는, 상기 제2 커패시터와 제3 커패시터의 접점과, 상기 스너버 회로에 포함된 저항 사이에 연결되는 우회 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 인버터부에서 발생되는 EMI 노이즈는, 상기 스너버 회로와, 상기 바이패스부를 순차적으로 통과하여, 상기 직류 커패시터부로 복귀하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, EMI 잡음이 심한 경우 스위칭 신호의 상승 시간을 완만하게 하여 EMI 잡음을 저감하고, EMI 잡음이 약한 경우 스위칭 신호의 상승 시간을 빠르게 하여 열 손실을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 모터에서 발행되는 EMI 노이즈가 외부로 유출되지 않는 효과가 도출된다.

도 1은 종래의 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 스위칭 동작을 시간 영역에서 나타내는 그래프이다.
도 4는 스위칭 동작을 주파수 영역에서 나타내는 그래프이다.
도 5는 모터 내부 등가회로와, 스너버 회로에서 전류가 흐르는 경로를 나타내는 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

도 1에서는 종래 전력 변환 장치를 나타낸다.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래 전력 변환 장치에서 발생된 EMI 노이즈(Ia)는 모터의 극점과 그라운드 사이에 연결된 커패시터(Cp)를 통해 전력 변환 장치의 외부로 유출된다.

도 2에서는 본 발명에서 제안되는 전력 변환 장치가 도시된다.

전력 변환 장치는, 링크 커패시터부(C1, C2, C3)와, 인버터부(S1, S2, S3)를 포함할 수 있다.

링크 커패시터부는, 직렬로 연결되는 제2 커패시터(C2)와 제3 커패시터(C3)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 커패시터(C1)는, 제2 및 제3 커패시터에 의해 형성되는 회로와 병렬로 연결될 수 있다. 아울러, 제1 커패시터(C1)는 인버터부의 입력단에 연결될 수 있다.

인버터부는 제1 스위치 쌍(S1), 제2 스위치 쌍(S2), 제3 스위치 쌍(S3)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 스위치 쌍은 각각 한 상을 구현할 수 있다. 이때, 인버터부는 제1 내지 제3 스위치 쌍을 이용하여 3상 모터에 전원을 공급하도록 구동할 수 있다.

또한, 각 스위치 쌍은 상암 스위치와 하암 스위치로 구성된다.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 전력 변환 장치는, 스너버 회로부(201), 및 바이패스부(202)를 포함할 수 있다.

스너버 회로부(201)는, 인버터에서 발생되는 노이즈를 저감하도록 구성된다.

구체적으로, 스너버 회로부(201)는 상암 스위치와 상기 하암 스위치의 접점에 연결되는 커패시터와, 상기 커패시터에 직렬 연결되는 저항을 포함할 수 있다.

즉, 스너버 회로부(201)는 3상 모터와 인버터부의 접점에 연결될 수 있다.

특히, 스너버 회로(201)의 임피던스는, 3상 모터의 임피던스보다 더 작게 형성될 수 있다. 예를 들어, 스너버 회로(201)는 3개의 1nF인 커패시터와, 3개의 10Ω인 저항으로 구성될 수 있다.

한편, 바이패스부는, 제2 커패시터(C2)와 제3 커패시터(C3)의 접점과, 상기 스너버 회로(201)에 포함된 저항 사이에 연결되는 우회 커패시터를 포함할 수 있다. 일 예에서, 우회 커패시터의 용량 값은, 3.3nF일 수 있다.

도 2를 참조하면, 인버터부에서 발생되는 EMI 노이즈(Ib)는, 스너버 회로q부(201)와, 바이패스부(202)를 순차적으로 통과하여, 직류 커패시터부로 복귀할 수 있다.

한편, 도 3에서는 스위칭 형태의 전원 신호의 시간 영역 표현을 나타낸다. 이와 관련하여, 스위칭 주기(Switching cycle) T는 캐리어 주파수 fc의 역수에 해당할 수 있다. 또한, 상승 시간(rise time) tr은 전압의 시간에 따른 변화율 dV/dt에 해당할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상승 시간을 늘리면 전압 스펙트럼의 주파수에 따른 감쇄가 증가하여 EMI 잡음을 저감할 수 있다.

또한, 도 4에서는 스위칭 형태의 전원 신호의 주파수 영역 표현을 나타낸다. 예를 들어, 상승 시간 tr이 50ns이면 이에 대응하는 주파수 f2가 결정된다. 이에 따라 상승 시간 tr이 증가함에 따라, 즉 스위칭 신호가 완만해짐에 따라 스위치 전압 스펙트럼에서 해당 주파수 f2가 감소하게 된다. 따라서, 해당 주파수 f2가 감소함에 따라 f2 주파수 이상에서는 -40dB/dec로 스위치 전압 스펙트럼의 대역폭(BANDWIDTH)이 감소하게 되어 EMI 잡음을 저감할 수 있다.

도 5에서는 모터 내부 등가회로와, 스너버 회로의 연결 관계가 나타난다.

모터 내부의 등가회로의 각 열은 모두 동일한 임피던스로 구성되며, 스너버 회로도 마찬가지이다.

즉, 스너퍼 회로로 진입하는 진입 전류(Iin)와, 진출하는 전류(Iout)가 거치는 임피던스가 동일하도록 형성된다.

따라서, 모터의 등가회로 극점과, 스너버 회로의 극점이 서로 연결되지 않더라도, 동일한 전위를 갖게 된다. 이러한 원리로, 모터의 전압을 제어할 수 있다.

한편, 스위치 노이즈의 전류 크기가 대략 3A인 점을 고려하여, 스너버 회로에 흐르는 전류(ic(t))가 1A 이하가 되도록 스너버 회로를 설계한다.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, EMI 잡음이 심한 경우 스위칭 신호의 상승 시간을 완만하게 하여 EMI 잡음을 저감하고, EMI 잡음이 약한 경우 스위칭 신호의 상승 시간을 빠르게 하여 열 손실을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 모터에서 발행되는 EMI 노이즈가 외부로 유출되지 않는 효과가 도출된다.

Claims (8)

1. 복수의 스위치 쌍을 구비하는 인버터부;
   상기 인버터의 입력단에 연결되는 링크 커패시터부;
   상기 인버터에서 발생되는 노이즈를 저감하도록 구성되는 스너버(snubber) 회로부; 및
   상기 스너버 회로부와, 상기 링크 커패시터부 사이를 연결시키는 바이패스부;를 포함하고,
   상기 스위치 쌍은 상암 스위치와 하암 스위치로 구성되고,
   상기 스너버 회로부는,
   상기 상암 스위치와 상기 하암 스위치의 접점에 연결되는 커패시터와,
   상기 커패시터에 직렬 연결되는 저항을 포함하며,
   상기 상암 스위치와 상기 하암 스위치의 접점에 연결되는 커패시터는 1nF이고, 상기 커패시터에 직렬 연결되는 저항은 10Ω이며,
   상기 링크 커패시터부는, 제1 커패시터, 제2 커패시터 및 제3 커패시터를 포함하되,
   상기 제1 커패시터는,
   직렬로 연결된 상기 제2 커패시터 및 상기 제3 커패시터와 병렬로 연결되고,
   상기 바이패스부는,
   상기 제2 커패시터 및 상기 제3 커패시터의 접점과, 상기 스너버 회로부에 포함된 저항 사이에 연결되는 우회 커패시터를 포함하되,
   상기 우회 커패시터는,
   3.3㎋인 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 인버터부는,
   제1 스위치 쌍과, 제2 스위치 쌍 및 제3 스위치 쌍을 포함하고,
   상기 제1 내지 제3 스위치 쌍을 이용하여 3상 모터에 전원을 공급하도록 구동하고,
   상기 스너버 회로부는, 상기 3상 모터와 상기 인버터부의 접점에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 스너버 회로부의 임피던스는, 상기 3상 모터의 임피던스보다 더 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 인버터부에서 발생되는 EMI 노이즈는, 상기 스너버 회로부와, 상기 바이패스부를 순차적으로 통과하여, 상기 링크 커패시터부로 복귀하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
7. 삭제
8. 제1 항, 제3 항, 제4 항 및 제6 항 중 어느 한 항의 전력 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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