KR102455073B1 - 직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치 - Google Patents

Abstract

직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치는, 복수의 다이오드를 포함하고 입력 교류 전압을 정류하는 다이오드 브리지, 상기 다이오드 브리지에 연결되고 두개의 캐패시터를 포함하여 상기 정류된 전압을 근거로 직류 링크 전압을 충전하는 직류 링크부, 상기 복수의 다이오드 중 하나의 레그에 배치되는 두개의 다이오드의 접점인 제1 접점 및 상기 두개의 캐패시터의 접점인 제2 접점에 연결되고, 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이의 전류의 흐름을 제어하는 스위치부, 및, 모터의 회전 속도에 따라 상기 스위치부의 도통 및 차단을 제어하는 마이컴을 포함한다.

Description

직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치{RECTIFIER FOR CONTROLLING DC LINK VOLTAGE}

본 발명은, 다이오드 브릿지와 직류 링크 캐패시터를 포함하는 정류 회로에 있어서, 다이오드 브릿지의 중간 접점과 직류 링크 캐패시터의 중간 접점을 연결하는 스위치부를 추가함으로써, 직류 링크 전압의 전압 레벨을 변경할 수 있는 정류 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 일부분으로 사용된다.

공기 조화기는 압축기로 냉매를 압축시킨 후 압축된 냉매가 기화하면서 발생되는 열 교환을 통하여 공기를 냉각하는 장치이다.

공기조화기는 압축기, 팬 등에 전동기를 사용하며, 이를 구동하기 위하여 전력 변환 장치가 사용된다.

구체적으로 정류부는 입력전원으로부터 제공된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 직류 링크 캐패시터에 충전하고, 인버터는 직류 링크 캐패시터에 충전된 직류 링크 전압을 구동 전압으로 다시 변환하여 모터에 공급한다. 대한민국 공개 특허 공보 2002-0070680에서는, 다양한 크기의 입력 전원에 대응할 수 있는 배전압 정류 회로를 개시하고 있다.

한편 모터는 고정자(로터: rotor)와 회전자(스테이터:stator)로 구성되는 것으로, 회전자에 전류를 흘려 자속을 형성시키면 형성된 자속과 로터 자속의 상호 작용에 의하여 로터가 회전하는 원리를 가진다.

반대로 로터가 회전하는 경우 자속의 변화가 생기고 이러한 자속의 시간 변화량은 스테이터의 코일에 유도 기전력을 생성하게 된다.

즉 모터 회전시 발생하는 유도 기전력은 로터의 회전을 방해하는 방향으로 생기며, 이를 역기전력이라고 한다.

한편 모터의 속도가 증가하는 경우 모터에서 발생하는 역기전력은 모터의 속도에 비례하여 증가하게 된다. 그리고, 고속 구간(모터에서 발생하는 역기전력이 직류 링크 전압보다 커지는 구간)에서는 모터에 전류를 공급되지 않는 것을 방지하기 위하여, 역기전력을 발생시키는 자속과 반대되는 역자속이 발생되도록 전류를 인가하는 약계자 제어를 수행하게 된다.

이와 같이 약계자 제어를 수행하는 경우 역기전력을 낮추게 되고, 역기전력은 직류 링크 전압보다 낮게 유지된다. 따라서 모터에 지속적으로 전류가 공급될 수 있다.

다만 약계자 제어를 수행하는 경우, 역자속 발생을 위한 전류를 인가해야 하므로, 효율이 떨어지게 된다. 따라서 애당초 직류 링크 전압을 크게 하여 약계자 제어에 진입하는 모터의 속도 레벨을 증가시키는 것이 효율 면에서 유리할 수 있다.

다만 저속 구간(모터에서 발생하는 역기전력이 직류 링크 전압보다 작은 구간)에서 필요 이상의 직류 링크 전압이 충전되는 경우에는, 인버터 내부의 스위치에서 스위칭 로스(loss)가 발생하게 된다.

결론적으로, 고속 영역에서는 직류 링크 전압을 크게 하고, 저속 영역에서는 직류 링크 전압을 작게 하는 것이 효율상 유리하다.

정류 회로로 PFC(Power Factor Corrector) 등의 능동형 컨버터가 사용되는 경우에는, 스위칭 제어를 통하여 필요한 만큼 전압을 부스팅 함으로써 직류 링크 전압의 조절이 가능하다.

다만 정류 회로가 다이오드 브릿지 회로로 구성되는 경우에는, 직류 링크 전압의 조절이 불가능 하기 때문에, 저속 구간 및 고속 구간에서 적절한 대응이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 다이오드 브릿지의 중간 접점과 직류 링크 캐패시터의 중간 접점을 연결하는 스위치부를 추가함으로써, 직류 링크 전압의 전압 레벨을 변경할 수 있는 정류 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 스위치부를 두개의 양방향 스위치로 구성함으로써, 직류링크 전압의 전압 레벨을 세 단계로 변경할 수 있는 정류 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명은, 복수의 다이오드 중 하나의 레그에 배치되는 두개의 다이오드의 접점인 제1 접점 및 상기 두개의 캐패시터의 접점인 제2 접점에 연결되는 스위치부를 포함하고, 모터의 회전 속도에 따라 스위치부의 도통 및 차단을 제어한다.

본 발명은, 스위치부가 양방향 스위치 소자로 구성되고, 모터의 회전 속도에 따라 양방향 스위치 소자의 도통 및 차단을 제어한다.

본 발명은 모터의 속도가 증가하는 경우 약계자 제어의 진입 시점을 늦춤으로써, 역자속 발생을 위한 전류 인가에 따른 효율 하락을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한 저속 구간에서는 직류 링크 전압을 낮은 레벨로 유지함으로써, 인버터 내부의 스위치에서 발생할 수 있는 스위칭 로스(loss)를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은, 약계자 제어의 진입 시점을 늦추면서도, 약계자 제어 진입 전의 직류 링크 전압 레벨을 더욱 세분화 함으로써, 인버터 내부의 스위치에서 발생할 수 있는 스위칭 로스(loss)를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치 및 정류 장치를 포함하는 전력 변환 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 모터의 회전 속도에 따라 스위치 소자를 도통 또는 차단함으로써 직류 링크 전압을 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 입력 전압 및 직류 링크 전압을 도시한 그래프이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, 모터의 회전 속도에 따라 스위치 소자를 도통 또는 차단함으로써 직류 링크 전압을 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 높은 전압이 걸리는 캐패시터를 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른, 정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에 개시되는 전원 유지 회로는 공기 조화기에 적용될 수 있다. 다만 이에 한정되지 아니하며, 본 명세서에 개시되는 전원 유지 회로는 냉장고 등 냉매를 압축하기 위한 압축기를 포함하는 모든 기기에 적용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)는 실내기(10), 상기 실내기(10)에 연결되는 적어도 하나의 실외기(20), 실내기(10)와 연결되는 리모컨(미도시), 그리고 실내기(10) 및 실외기(20)를 제어하는 제어기(미도시)를 포함할 수 있다.

제어기(미도시)는 실내기(10) 및 실외기(20)와 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어할 수 있다. 이때, 제어기(미도시)는 복수의 실내기에 연결되어 실내기에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어 등을 수행할 수 있다. 제어기(미도시)는 실내기(10) 또는 실외기(20)에 포함되는 구조일 수 있다.

공기조화기(100)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기, 덕트형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 이하 설명의 편의를 위하여 스탠드형 공기조화기를 예로 설명한다.

실외기(20)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브를 포함할 수 있다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함할 수 있다.

실외기(20)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(10)로 냉매를 공급한다. 실외기(20)는 제어기(미도시) 또는 실내기(10)의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기(10)에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기(20)에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 된다.

실내기(10)는 실외기(20)에 연결되어, 냉매를 공급받아 공조 대상으로 냉온 또는 열온의 공기를 토출한다. 실내기(10)는 실내 열교환기와, 실내기팬, 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브, 다수의 센서를 포함할 수 있다.

실외기 및 실내기는 제어기(미도시)와 별도의 통신선으로 연결되어 제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.

리모컨(미도시)은 실내기(10)에 연결되어, 실내기(10)로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기(10)의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때, 리모컨(미도시)은 실내기(10)와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신한다. 이를 위해, 리모컨(미도시)은 데이터를 송신 또는 수신할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 사용자는 리모컨(미도시)을 통해 목표 온도를 입력할 수 있다. 이경우, 리모컨(미도시)은 목표 온도에 대한 사용자 입력을 수신하고, 제어기(미도시)로 전송한다.

도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(10)와 실외기(20)로 구분된다.

실외기(20)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 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.

또한 실외기(20)는, 후술하는 전원 유지 회로를 포함할 수 있다.

실내기(10)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(108)와, 실내측 열교환기(108)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.

실내측 열교환기(108)는 적어도 하나가 설치될 수 있다.

압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.

한편, 도 2에서는 실내기(10)와 실외기(20)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.

도 3은 직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치 및 상기 정류 장치를 포함하는 전력 변환 장치를 설명하기 위한 도면이다.

공기 조화기를 구성하는 전력 변환 장치는, 직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치(320), 인버터(330) 및 마이컴(350)을 포함할 수 있다.

직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치(320)는 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 포함하는 정류부를 포함할 수 있다.

정류부는 전원 입력부(310)에 연결되어 외부에서 공급된 입력 교류 전압을 직류 전압으로 정류할 수 있다.

구체적으로 정류부는 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4), 일반적으로 4개의 다이오드로 구성되는 다이오드 브리지일 수 있으며, 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4)에 의해 입력 교류 전압을 전파 정류 하고 직류 전압으로 변환할 수 있다.

다이오드 브리지는 제1 레그(leg)(326)에 배치되고 서로 직렬로 연결되는 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 포함할 수 있다. 또한 다이오드 브리지는 제2 레그(leg)(327)에 배치되고 서로 직렬로 연결되는 제3 다이오드(D3) 및 제2 다이오드(D4)를 포함할 수 있다.

여기서 제2 레그(leg)(327)는 제1 레그(leg)(326)에 병렬로 연결될 수 있다.

직류 링크부는 정류부의 후단에 병렬 연결되고, 정류부에서 정류된 전압을 근거로 직류 링크 전압(Vdc)을 충전하고, 충전된 직류 링크 전압을 인버터(330)에 인가할 수 있다.

여기서 직류 링크부는 서로 직렬로 연결되는 두개의 캐패시터(C1, C2)를 포함할 수 있다. 여기서 두개의 캐패시터(C1, C2) 각각의 캐패시턴스는 서로 동일할 수 있다.

직류 링크부는, 인버터(330) 내의 스위칭 소자들이 스위칭하는 동안, 스위칭 주파수에 대응하여 발생하는 리플 전압(전압 변동)을 평활화할 수 있다.

또한 직류 링크부는, 정류부에서 정류하는 전압, 즉 입력 교류 전압에 따라 변동하는 전압을 평활화할 수 있다.

인버터(330)는 직류 링크 전압을 변환하여 모터(340)에 구동전압을 공급할 수 있다.

구체적으로 인버터(330)는 모터(340)의 전단에 구비되고, 인버터 제어 신호를 근거로 인버터(330) 내부의 스위치 소자를 스위칭 하여 직류 링크 전압을 구동 전압으로 변환할 수 있다.

인버터(330) 내부의 스위치 소자는, 전력용 스위치 소자로써, 예를 들어, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT), MOSFET 등일 수 있다.

한편 인버터(330)는 마이컴(350)에서 출력되는 인버터 제어 신호에 기초하여 인버터(330) 내부의 스위칭 소자를 동작시키기 위한 게이트 구동 신호를 출력하는 게이트 구동부(331)를 포함할 수 있다.

모터(330)는 압축기의 일 구성일 수 있으며, 모터(330) 구동 전압을 인가받아서 회전하게 되면 압축기는 냉매를 압축할 수 있다.

마이컴(350)은 전력 변환 장치 및 공기 조화기의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

또한 마이컴(350)은, 인버터 제어신호를 출력할 수 있다. 여기서 인버터 제어 신호는 인버터 내부의 스위치 소자 들의 스위치의 온/오프 및 스위칭 타이밍을 조절하기 위한 PWM 신호일 수 있다.

한편 직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치(320)는, 정류부와 직류 링크부를 연결하는 스위치부(321)를 포함할 수 있다.

구체적으로 스위치부(321)는 복수의 다이오드 중 하나의 레그(327)에 배치되는 두개의 다이오드(D3, D4)의 접점인 제1 접점(a) 및 직류 링크부에 포함되는 두개의 캐패시터(C1, C2)의 접점인 제2 접점(b)에 연결될 수 있다.

더욱 구체적으로 스위치부(321)의 일단은, 제2 레그(327)에 배치되고 서로 직렬로 연결되는 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)에 연결되고, 스위치부(321)의 타단은 서로 직렬로 연결되는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)에 연결될 수 있다.

또한 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)은 스위치부(321)에 연결되는 것과 함께 입력 전원(310)의 마이너스 단에 연결될 수 있다.

반면에 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)의 접점은 입력 전원(310)의 플러스 단에 연결될 수 있다.

한편 스위치부(321)는 제1 접점(a)과 제2 접점(b) 사이의 전류의 흐름을 제어할 수 있다.

여기서 제1 접점(a)과 제2 접점(b) 사이의 전류의 흐름을 제어한다는 의미는, 제1 접점(a)에서 직접(예를 들어 제1 캐패시터(C1)나 제2 캐패시터(C2)를 통과하는 것 없이) 제2 접점(b)으로 흐르는 전류를 제어하거나, 제2 접점(b)에서 직접(예를 들어 제1 캐패시터(C1)나 제2 캐패시터(C2)를 통과하는 것 없이) 제1 접점(a)으로 흐르는 전류를 제어한다는 의미일 수 있다.

구체적으로 스위치부(321)는 제1 스위치 소자(S1) 및 제1 스위치 소자(S1)에 역병렬로 연결되는 역병렬 다이오드(D5)를 포함할 수 있다.

여기서 제1 스위치 소자(S1)는 도통 되는 경우 제1 방향으로의 전류 통로를 제공할 수 있다.

예를 들어 제1 스위치 소자(S1)는 NPN 트랜지스터일 수 있으며, 이 경우 이미터는 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)과 연결되고, 컬렉터는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)에 연결될 수 있다.

그리고 마이컴(350)에서 출력된 스위칭 온 신호가 트랜지스터의 베이스에 인가되는 경우, 제1 스위치 소자(S1)는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)으로부터 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)으로 흐르는 전류 통로를 제공할 수 있다.

또한 마이컴(350)에서 스위칭 온 신호가 출력되지 않는 경우, 제1 스위치 소자(S1)는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)으로부터 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)으로 흐르는 전류 통로를 차단할 수 있다.

한편 역병렬 다이오드(D5)는 제1 스위치 소자(S1)에 역병렬로 연결되어, 제1 방향으로의 전류의 흐름을 차단하고, 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 전류 통로를 제공할 수 있다.

예를 들어 역병렬 다이오드(D5)는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)으로부터 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)으로 흐르는 전류의 흐름을 차단하고, 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)으로부터 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)으로 흐르는 전류 통로를 제공할 수 있다.

한편 마이컴(350)은, 스위치부(321)의 도통 및 차단을 제어할 수 있다. 구체적으로 마이컴(350)은 모터의 회전 속도에 따라 스위치부(321)에 포함되는 제1 스위치 소자(S1)의 도통 및 차단을 제어할 수 있다.

더욱 구체적으로 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 제어하기 위한 스위치 제어 신호를 출력할 수 있다.

그리고 마이컴(350)이 스위칭 온(on) 신호를 출력하는 경우, 제1 스위치 소자(S1)는 도통될 수 있다. 이 경우 제2 접점(b), 제1 스위치 소자(S1) 및 제1 접점(a)를 따라 흐르는 전류 통로가 형성될 수 있다.

또한 마이컴(350) 이 스위칭 온(on) 신호를 출력하지 않는 경우, 제1 스위치 소자(S1)는 차단될 수 있다. 이 경우 제2 접점(b), 스위치 소자(S1) 및 제1 접점(a)를 따라 흐르는 전류 통로가 차단될 수 있다.

한편 도시하지는 않았으나, 직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치는 직류 링크 전압(Vdc)를 감지하는 센싱부 및 모터의 회전 속도, 모터 전압 및 모터 전류 중 적어도 하나를 감지하는 제2 센싱부를 포함할 수 있다.

한편 용어 “스위치 소자가 도통된다”는 “스위치 소자가 스위칭 온 된다”라는 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.

또한 용어 “스위치 소자가 차단된다”는 “스위치 소자가 스위칭 오프 된다”라는 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.

한편 마이컴(350)은 모터의 회전 속도에 따라 스위치부의 도통 및 차단을 제어할 수 있다.

구체적으로 모터의 회전 속도는 다양한 방식으로 획득될 수 있다. 예를 들어 모터의 위치 정보를 획득하고 이를 이용하여 모터의 회전 속도를 계산하는 방법이 사용될 수도 있으며, 센스리스 제어에 있어서는 인버터의 출력 전류에 기초하여 모터의 속도를 추정하는 방식도 이용될 수 있다.

한편 마이컴(350)은 모터의 속도 및 지령 속도에 기초하여 전류 지령치를 생성하고, 전류 지령치와 검출 전류에 기초하여 전압 지령치를 생성할 수 있다.

이 경우 마이컴(350)은 모터의 역기전력에 기초하여 스위치부의 도통 및 차단을 제어할 수 있다.

구체적으로 모터의 역기전력은 모터의 회전 속도에 비례하여 변경되며 전압 지령치와 동일할 수 있다. 이 경우 마이컴(350)은 전압 지령치에 기초하여 제1 스위치 소자(S1)의 도통 및 차단을 제어할 수 있다.

한편 마이컴(350)은 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 낮은 상태를 유지하도록 제1 스위치 소자(S1)를 제어할 수 있다.

구체적으로, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 커지게 되는 경우에는 모터의 제어가 불가능하게 된다.

따라서 마이컴(350)은 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하는 경우에도, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 낮은 상태를 유지하도록 제1 스위치 소자(S1)를 제어할 수 있다.

예를 들어 저속 구간에서는 모터의 역기전력이 작은 상태이기 때문에, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 차단된 상태로 유지할 수 있다.

다만 고속 구간에서도 제1 스위치 소자(S1)가 차단된 상태를 유지하는 경우에는, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 커질 수 있다. 이 경우 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 도통함으로써 직류 링크 전압을 상승시킬 수 있다. 이 경우 상승한 직류 링크 전압이 모터의 역기전력보다 크기 때문에, 역기전력이 직류링크 전압보다 낮은 상태가 그대로 유지될 수 있다.

한편 마이컴(350)은 인버터 제어 신호의 듀티에 기초하여 스위치부의 도통 및 차단을 제어할 수 있다.

구체적으로 마이컴(350)은 직류 링크 전압(구체적으로는 직류 링크 전압의 평균 값)과 전압 지령치의 차에 기초하여 인버터 제어 신호의 듀티, 즉 PWM 신호의 듀티를 결정할 수 있다.

이 경우 마이컴(350)은 인버터 제어 신호의 듀티와 기 설정된 값을 비교하여 제1 스위치 소자(S1)의 도통 및 차단을 결정할 수 있다.

구체적으로 마이컴(350)은 듀티가 기 설정된 값보다 작으면 제1 스위치 소자(S1)를 차단하고, 듀티가 기 설정된 값보다 커지면 제1 스위치 소자(S1)를 도통할 수 있다.

예를 들어 기 설정된 값이 90%이고, 직류 링크 전압과 전압 지령치의 차가 커서 듀티가 70%로 결정되는 경우, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 차단할 수 있다.

다른 예를 들어 기 설정된 값이 90%이고, 직류 링크 전압과 전압 지령치의 차가 작아서 듀티가 95%로 결정되는 경우, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 도통할 수 있다.

한편 모터의 회전 속도에 따른 정류 장치의 동작에 대해서 도 4를 참고하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 모터의 회전 속도에 따라 스위치 소자를 도통 또는 차단함으로써 직류 링크 전압을 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a에서는 저속 구간에서의 제1 스위치 소자의 상태 및 전류의 흐름을 도시하였다.

여기서 저속 구간이란, 제1 스위치 소자(S1)가 차단된 상태에서 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 작은 구간을 의미할 수 있다.

모터가 저속 구간에서 회전함에 따라 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 작은 경우, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)가 차단되도록 스위치 소자(S1)를 제어할 수 있다.

이 경우 음(-)의 입력 전압이 입력되면, 제5 다이오드(D5), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 전류의 경로(420)가 형성되며, 이에 따라 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다.

또한 양(+)의 입력 전압이 입력되면, 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제4 다이오드(D4)를 통과하는 경로(410)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다.

입력 전압이 110V이고, 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 용량이 동일하다고 가정하여 설명한다.

먼저 음(-)의 입력 전압이 입력되는 경우 제5 다이오드(D5), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 전류의 경로(420)가 형성되는 바, 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다. 이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 제2 캐패시터(C2)는 최대 154V로 충전될 수 있다.

다음으로 양(+)의 입력 전압이 입력되는 경우 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제4 다이오드(D4)를 통과하는 경로(410)가 형성될 수 있다. 다만 제2 캐패시터(C2)에는 전압이 남아 있는 상태이기 때문에, 양(+)의 입력 전압이 입력되는 경우에는 제1 캐패시터(C1)만 최대 72V로 충전될 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 함께 참고하여 설명하면, 도 5a에서는 입력 전압의 그래프(510)를 도시하였으며, 도 5b에서는 직류 링크 전압(Vc1)의 그래프(520)를 도시하였다.

직류 링크 전압(Vc1)은 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압과 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합으로써, 다이오드 브리지로부터 공급되는 전압에 의하여 상승할 수 있으며, 모터의 구동을 위하여 인버터로 인가되는 전압에 의하여 하강할 수 있다.

또한 제2 캐패시터(C2)는 최대 154V로 충전되고 제1 캐패시터(C1)는 최대 72V로 충전되는 바, 직류 링크 전압(Vc1)의 최대값(a1)은 226V가 될 수 있다.

한편 직류 링크 전압(Vc1)은 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 평균값일 수 있다.

다시 도 4a로 돌아와서, 마이컴(350)은 직류 링크 전압(Vc1)을 센싱하고 전압 지령치(모터의 역기전력)를 획득하고, 직류 링크 전압(Vc1) 및 전압 지령치(모터의 역기전력)의 차에 기초하여 인버터 제어 신호의 듀티, 즉 PWM 신호의 듀티를 결정할 수 있다.

그리고 마이컴(350)은 결정된 PWM 신호의 듀티에 따라 인버터 제어 신호를 출력할 수 있다.

한편 마이컴(350)은, 제1 스위치 소자(S1)가 차단된 상태에서 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 낮은 상태를 유지하도록 제1 스위치 소자(S1)를 도통할 수 있다.

구체적으로 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc1)보다 낮아야, 전류가 모터로 공급될 수 있다. 따라서 마이컴(350)은 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc1)보다 커지기 전에 제1 스위치 소자(S1)를 도통할 수 있다.

이 경우 마이컴(350)은 인버터 제어 신호의 듀티에 기초하여 제1 스위치 소자(S1)의 도통 및 차단을 결정할 수 있다.

구체적으로 인버터 제어 신호의 듀티는 직류 링크 전압(Vc1)과 모터의 역기전력의 차(-)에 따라 결정될 수 있다.

예를 들어 모터의 역기전력이 작은 경우, 직류 링크 전압(Vc1)과 모터의 역기전력의 차가 크기 때문에 인버터 제어 신호의 듀티는 작을 수 있다.

다만 모터의 속도가 증가함에 따라 역기전력이 점점 커지게 되면, 직류 링크 전압(Vc1)과 모터의 역기전력의 차가 점점 작아지기 때문에, 인버터 제어 신호의 듀티는 점점 커질 수 있다.

그리고 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc1)과 동일해지는 시점은 듀티가 100%인 시점일 수 있다.

따라서 마이컴(350)은 모터의 역기전력이 상승함에 따라 듀티 역시 상승하는 경우, 듀티가 100%가 되기 전에 스위치 소자를 도통 함으로써 직류 링크 전압을 높힐 수 있다.

한편 듀티가 100%가 되는 시점에 스위치 소자를 도통하는 것 보다는, 오차 등을 고려하여 일정한 마진을 둠으로써 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로 마이컴(350)은, 듀티가 기 설정된 값보다 작으면 스위치 소자(S1)를 차단하고, 듀티가 기 설정된 값보다 커지면 스위치 소자(S1)를 도통할 수 있다.

예를 들어 마이컴(350)은 기 설정된 값을 90%로 설정할 수 있다. 그리고 직류 링크 전압과 전압 지령치의 차가 커서 듀티가 70%로 결정되는 경우, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 차단할 수 있다. 또한 직류 링크 전압과 전압 지령치의 차가 작아서 듀티가 95%로 결정되는 경우, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 도통할 수 있다.

도 4b에서는 고속 구간에서의 스위치 소자의 상태 및 전류의 흐름을 도시하였다.

여기서 고속 구간이란, 제1 스위치 소자(S1)가 스위치 온(on)된 상태를 유지하는 구간을 의미할 수 있다.

또한 고속 구간이란, 제1 스위치 소자(S1)를 스위치 오프(off)한다고 가정하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 커지는 구간을 의미할 수 있다.

음(-)의 입력 전압이 입력되면, 제5 다이오드(D5), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 전류의 경로(440)가 형성되며, 이에 따라 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다.

또한 양(+)의 입력 전압이 입력되면, 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1) 및 제1 스위치 소자(S1)를 통과하는 경로(430)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1)가 충전될 수 있다.

한편 음(-)의 입력 전압이 입력되는 경우 제5 다이오드(D5), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 전류의 경로(440)가 형성되는 바, 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다. 이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 제2 캐패시터(C2)는 최대 154V로 충전될 수 있다.

다음으로 양(+)의 입력 전압이 입력되는 경우 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1) 및 1 스위치 소자(S1)를 통과하는 경로(430)가 형성되는 바, 제1 캐패시터(C1)가 충전될 수 있다. 이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 제1 캐패시터(C1)는 최대 154V로 충전될 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 함께 참고하여 설명하면, 도 5a에서는 입력 전압의 그래프(510)를 도시하였으며, 도 5b에서는 직류 링크 전압(Vc2)의 그래프(530)를 도시하였다.

직류 링크 전압(Vc2)은 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압과 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합으로써, 다이오드 브리지로부터 공급되는 전압에 의하여 상승할 수 있으며, 모터의 구동을 위하여 인버터로 인가되는 전압에 의하여 하강할 수 있다.

또한 제1 캐패시터(C1)는 최대 154V로, 제2 캐패시터(C2) 역시 최대 154V로 충전되는 바, 직류 링크 전압(Vc2)의 최대값(a2)은 308V가 될 수 있다.

그리고, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 평균값 역시 상승할 수 있다.

즉 본 발명에서는 제1 스위치 소자(S1)를 도통함으로써, 직류 링크 전압 역시 상승할 수 있다.

한편 제1 스위치 소자(S1)가 온(on)되어 있는 상태에서 모터의 속도가 더욱 상승함에 따라 모터의 역기전력이 더욱 상승하는 경우의 동작에 대해서 설명한다.

현재는 제1 스위치 소자(S1)가 온(on)됨으로써 직류 링크 전압(Vc2)이 상승해 있는 상태이다. 다만 모터의 속도가 더욱 상승함으로써 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc2)보다 커질 수 있다.

그리고 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc2)보다 커지면, 마이컴(350)은 약계자 제어를 시작함으로써, 모터의 역기전력을 낮출 수 있다.

종래 기술에 따르면, 역기전력이 상승하는 경우 역기전력이 직류 링크 전압보다 높아지지 않도록 약계자 제어로 진입하였다. 다만 본 발명은 역기전력이 상승하는 경우 직류 링크 전압을 상승시킴으로써 약계자 제어로 진입하는 모터의 속도를 증가시켰다.

예를 들어 기존에는 40Hz의 회전 속도에서 약계자 제어로 진입하였다면, 본 발명에서는 70Hz의 회전 속도에서 약계자 제어로 진입하게 된다.

즉 본 발명은, 모터의 속도가 증가하는 경우 약계자 제어의 진입 시점을 늦춤으로써, 역자속 발생을 위한 전류 인가에 따른 효율 하락을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 저속 구간에서는 직류 링크 전압을 낮은 레벨로 유지함으로써, 인버터 내부의 스위치에서 발생할 수 있는 스위칭 로스(loss)를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 스위치 소자의 온, 오프 타이밍을 결정하기 위한 별도의 계산 없이, 인버터 제어 신호의 듀티에 기초하여 스위치 소자의 온, 오프를 결정하기 때문에, 마이컴의 과부하를 방지하고 딜레이를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 역기전력이 직류 링크 전압보다 커지는 시점, 즉 듀티가 100프로가 되는 시점에 스위치 소자를 도통하는 것이 아니라, 듀티가 기 설정된 값(예를 들어 90프로)에 도달하는 시점에 스위치 소자를 도통하게 된다. 즉 오차 등을 고려하여 일정한 마진을 두고 직류 링크 전압을 상승시키기 때문에, 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 제1 스위치 소자(S1)가 온(on)되어 있는 상태에서 모터의 속도가 다시 하강함에 따라 모터의 역기전력이 다시 낮아지는 경우의 동작에 대해서 설명한다.

현재는 제1 스위치 소자(S1)가 온(on)됨으로써 직류 링크 전압(Vc2)이 상승해 있는 상태이다. 그리고 모터의 속도가 다시 하강함으로써 모터의 역기전력이 스위치 소자(S1)가 오프(off)된 상태에서의 직류 링크 전압(Vc1)보다 작아질 수 있다.

그리고 모터의 역기전력이 스위치 소자(S1)가 오프(off)된 상태에서의 직류 링크 전압(Vc1)보다 작아지면, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)가 오프 되도록 제어할 수 있다. 이 경우 직류 링크 전압(Vc1)은 다시 낮아지게 되고, 이에 따라 인버터 내 스위치 소자에서의 스위칭 로스(loss)를 최소화 할 수 있다.

한편 제1 스위치 소자(S1)의 도통을 결정하는 기 설정된 값은 스위치 소자의 차단을 결정하는 제2 기 설정된 값보다 클 수 있다.

예를 들어 스위치 소자(S1)가 차단된 상태에서 듀티가 90프로보다 커지면, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 도통할 수 있다. 또한 제1 스위치 소자(S1)가 도통된 상태에서 듀티가 88프로보다 작아지면, 마이컴(350)은 제1 스위치 소자(S1)를 차단할 수 있다.

즉 본 발명은 듀티가 기 설정된 값과 유사한 크기로 횡보하는 경우 제1 스위치 소자(S1)가 도통 및 차단을 반복하는 것을 방지하기 위하여, 제2 기 설정된 값과 기 설정된 값을 다르게 설정할 수 있다.

도 6 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, 모터의 회전 속도에 따라 스위치 소자를 도통 또는 차단함으로써 직류 링크 전압을 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

스위치부(321)는 제1 접점(a)과 제2 접점(b) 사이의 전류의 흐름을 제어할 수 있다.

구체적으로 도 6을 참고하면, 스위치부(321)는 양방향 스위치를 구성하는 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)를 포함할 수 있다.

여기서 제3 스위치 소자(S3)는 제2 스위치 소자(S2)에 역병렬로 연결될 수 있다.

여기서 제2 스위치 소자(S2)는 도통 되는 경우 제1 방향으로의 전류 통로를 제공할 수 있다.

예를 들어 제2 스위치 소자(S2)는 NPN 트랜지스터일 수 있으며, 이 경우 이미터는 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)과 연결되고, 컬렉터는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)에 연결될 수 있다.

그리고 마이컴(350)에서 출력된 제1 스위칭 온 신호가 트랜지스터의 베이스에 인가되는 경우, 제2 스위치 소자(S2)는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)으로부터 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)으로 흐르는 전류 통로를 제공할 수 있다.

또한 마이컴(350)에서 스위칭 온 신호가 출력되지 않는 경우, 제2 스위치 소자(S2)는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)으로부터 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)으로 흐르는 전류 통로를 차단할 수 있다.

한편 제3 스위치 소자(S3)는 도통 되는 경우 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 전류 통로를 제공할 수 있다.

예를 들어 제3 스위치 소자(S3)는 NPN 트랜지스터일 수 있으며, 이 경우 컬렉터는 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)과 연결되고, 이미터는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)에 연결될 수 있다.

그리고 마이컴(350)에서 출력된 제2 스위칭 온 신호가 트랜지스터의 베이스에 인가되는 경우, 제3 스위치 소자(S3)는 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)으로부터 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)으로 흐르는 전류 통로를 제공할 수 있다.

또한 마이컴(350)에서 스위칭 온 신호가 출력되지 않는 경우, 제3 스위치 소자(S3)는 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 접점(a)으로부터 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 접점(b)으로 흐르는 전류 통로를 차단할 수 있다.

한편 마이컴(350)은, 스위치부(321)의 도통 및 차단을 제어할 수 있다. 구체적으로 마이컴(350)은 스위치부(321)에 포함되는 제2 스위치 소자(S2)의 도통 및 차단을 제어하고, 제3 스위치 소자(S3)의 도통 및 차단을 제어할 수 있다.

더욱 구체적으로 도 6c에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(350)이 제2 스위치 소자(S2)에 스위칭 온(on) 신호를 출력하지 않고 제3 스위치 소자(S3)에 스위칭 온(on) 신호를 출력하지 않는 경우, 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)는 차단될 수 있다.

이 경우 제2 접점(b), 제2 스위치 소자(S2) 및 제1 접점(a)를 따라 흐르는 전류 통로와, 제1 접점(a), 제3 스위치 소자(S3) 및 제2 접점(b)를 따라 흐르는 전류 통로가 모두 차단될 수 있다.

또한 도 6b에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(350)이 제2 스위치 소자(S2)에 스위칭 온(on) 신호를 출력하고 제3 스위치 소자(S3)에 스위칭 온(on) 신호를 출력하지 않는 경우, 제2 스위치 소자(S2)는 도통되고 제2 스위치 소자(S3)는 차단될 수 있다.

이 경우 제2 접점(b), 제2 스위치 소자(S2) 및 제1 접점(a)를 따라 흐르는 전류 통로가 형성될 수 있다. 또한 제1 접점(a), 제3 스위치 소자(S3) 및 제2 접점(b)를 따라 흐르는 전류 통로가 차단될 수 있다.

또한 도 6a에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(350)이 제1 스위치 소자(S2)에 스위칭 온(on) 신호를 출력하고 제2 스위치 소자(S3)에 스위칭 온(on) 신호를 출력하는 경우, 제1 스위치 소자(S2) 및 제2 스위치 소자(S3)는 모두 도통될 수 있다.

이 경우 제2 접점(b), 제2 스위치 소자(S2) 및 제1 접점(a)를 따라 흐르는 전류 통로와 제1 접점(a), 제3 스위치 소자(S3) 및 제2 접점(b)를 따라 흐르는 전류 통로가 형성될 수 있다.

다음은 모터의 속도에 따른 정류 장치의 동작을 설명한다.

도 6c에서는 저속 구간에서의 스위치 소자의 상태 및 전류의 흐름을 도시하였다.

여기서 저속 구간이란, 제1 스위치 소자(S1) 및 제2 스위치 소자(S2)가 차단된 상태에서 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 작은 구간을 의미할 수 있다.

모터가 저속 구간에서 회전함에 따라 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 작은 경우, 마이컴(350)은 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)가 차단되도록 제어할 수 있다.

이 경우 음(-)의 입력 전압이 입력되면, 제3 다이오드(D3), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 경로(660)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다.

입력 전압이 110V이고, 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 용량이 동일하다고 가정하여 설명한다.

먼저 음(-)의 입력 전압이 입력되는 경우 제3 다이오드(D3), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 경로(660)가 형성되는 바, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다.

이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 전압 분배 법칙에 의하여 제1 캐패시터(C1)는 최대 72V로 충전되고 제2 캐패시터(C2)는 최대 72V로 충전될 수 있다.

다음으로 양(+)의 입력 전압이 입력되는 경우 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제4 다이오드(D4)를 통과하는 경로(650)가 형성되는 바, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다.

이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 전압 분배 법칙에 의하여 제1 캐패시터(C1)는 최대 72V로 충전되고 제2 캐패시터(C2)는 최대 72V로 충전될 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 함께 참고하여 설명하면, 도 7a에서는 입력 전압의 그래프(710)를 도시하였으며, 도 7b에서는 직류 링크 전압(Vc5)의 그래프(740)를 도시하였다.

직류 링크 전압(Vc5)은 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압과 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합으로써, 다이오드 브리지로부터 공급되는 전압에 의하여 상승할 수 있으며, 모터의 구동을 위하여 인버터로 인가되는 전압에 의하여 하강할 수 있다.

또한 제1 캐패시터(C2)는 최대 72V로 충전되고 제2 캐패시터(C2) 역시 최대 72V로 충전되는 바, 직류 링크 전압(Vc5)의 최대값(a5)은 154V가 될 수 있다.

한편 직류 링크 전압(Vc5)은 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 평균값일 수 있다.

다시 도 6c로 돌아와서, 마이컴(350)은 직류 링크 전압(Vc5)을 센싱하고 전압 지령치(모터의 역기전력)를 획득하고, 직류 링크 전압(Vc5) 및 전압 지령치(모터의 역기전력)의 차에 기초하여 인버터 제어 신호의 듀티, 즉 PWM 신호의 듀티를 결정할 수 있다.

그리고 마이컴(350)은 결정된 PWM 신호의 듀티에 따라 인버터 제어 신호를 출력할 수 있다.

한편 마이컴(350)은, 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)가 차단된 상태에서 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 작은 상태를 유지하도록 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3) 중 어느 하나의 스위치 소자를 도통할 수 있다.

구체적으로 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc5)보다 낮아야, 전류가 모터로 공급될 수 있다. 따라서 마이컴(350)은 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc5)보다 커지기 전에 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3) 중 어느 하나의 스위치 소자를 도통할 수 있다.

이하에서는, 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3) 중 제2 스위치 소자(S2)를 도통하는 것으로 가정하여 설명한다.

마이컴(350)은 인버터 제어 신호의 듀티에 기초하여 제2 스위치 소자(S2)의 도통 및 차단을 결정할 수 있다.

즉 인버터 제어 신호의 듀티는 직류 링크 전압(Vc5)과 모터의 역기전력의 차(-)에 따라 결정될 수 있다.

예를 들어 모터의 역기전력이 작은 경우, 직류 링크 전압(Vc5)과 모터의 역기전력의 차가 크기 때문에 인버터 제어 신호의 듀티는 작을 수 있다.

다른 예를 들어 모터의 역기전력이 점점 커지게 되면, 직류 링크 전압(Vc5)과 모터의 역기전력의 차가 점점 작아지기 때문에, 인버터 제어 신호의 듀티는 점점 커질 수 있다.

그리고 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc5)과 동일해지는 시점은 듀티가 100%인 시점일 수 있다. 따라서 마이컴(350)은 모터의 역기전력이 상승함에 따라 듀티 역시 상승하는 경우, 듀티가 100%가 되기 전에 제2 스위치 소자(S2)를 도통 함으로써 직류 링크 전압을 높힐 수 있다.

한편 듀티가 100%가 되는 시점에 스위치 소자를 도통하는 것 보다는, 오차 등을 고려하여 일정한 마진을 둠으로써 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로 마이컴(350)은, 듀티가 기 설정된 값보다 작으면 제2 스위치 소자(S2)를 차단하고, 듀티가 기 설정된 값보다 커지면 제2 스위치 소자(S2)를 도통할 수 있다.

도 6b에서는 제1 고속 구간에서의 스위치 소자의 상태 및 전류의 흐름을 도시하였다.

여기서 제1 고속 구간이란, 제1 스위치 소자(S2) 및 제2 스위치 소자(S3) 중 어느 하나의 스위치(S2)가 온(on)된 상태를 유지하고, 다른 스위치(S3)가 오프(off)된 상태를 유지하는 구간을 의미할 수 있다.

또한 제1 고속 구간이란, 제1 스위치 소자(S1) 및 제2 스위치 소자(S2)를 스위치 오프(off)한다고 가정하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 커지는 구간을 의미할 수 있다.

양(+)의 입력 전압이 입력되면, 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1) 및 제2 스위치(S2)를 통과하는 전류의 경로(630)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1)가 충전될 수 있다.

또한 음(-)의 입력 전압이 입력되면, 제3 다이오드(D3), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 경로(640)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다.

입력 전압이 110V이고, 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 용량이 동일하다고 가정하여 설명한다.

먼저 양(+)의 입력 전압이 입력되는 경우 1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1) 및 제2 스위치(S2)를 통과하는 전류의 경로(630)가 형성되는 바, 제1 캐패시터(C1)가 충전될 수 있다. 이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 제1 캐패시터(C1)는 최대 154V로 충전될 수 있다.

다음으로 음(-)의 입력 전압이 입력되는 경우 제3 다이오드(D3), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 경로(640)가 형성될 수 있다. 다만 제1 캐패시터(C1)에는 전압이 남아 있는 상태이기 때문에, 음(-)의 입력 전압이 입력되는 경우에는 제2 캐패시터(C2)만 최대 72V로 충전될 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 함께 참고하여 설명하면, 도 7a에서는 입력 전압의 그래프(510)를 도시하였으며, 도 7b에서는 직류 링크 전압(Vc4)의 그래프(730)를 도시하였다.

직류 링크 전압(Vc4)은 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압과 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합으로써, 다이오드 브리지로부터 공급되는 전압에 의하여 상승할 수 있으며, 모터의 구동을 위하여 인버터로 인가되는 전압에 의하여 하강할 수 있다.

또한 제1 캐패시터(C1)는 최대 154V로 충전되고 제2 캐패시터(C2)는 최대 72V로 충전되는 바, 직류 링크 전압(Vc4)의 최대값(a4)은 226V가 될 수 있다.

한편 직류 링크 전압(Vc1)은 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 평균값일 수 있다.

그리고 직류 링크 전압(Vc4)의 최대값(a4)이 상승하는 것과 함께 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 평균값 역시 상승할 수 있다.

즉 본 발명에서는 두개의 스위치 소자(S2, S3) 중 어느 하나의 스위치 소자를 도통함으로써, 직류 링크 전압을 1차적으로 한 단계 상승시킬 수 있다.

한편 마이컴(350)은, 제2 스위치 소자(S2) 및 상기 제3 스위치 소자(S3) 중 어느 하나의 스위치 소자(S2)가 도통된 상태에서 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력의 크기가 상승하는 경우, 모터의 역기전력의 크기가 직류 링크 전압보다 작은 상태를 유지하도록 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)를 도통할 수 있다.

구체적으로 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc4)보다 낮아야, 전류가 모터로 공급될 수 있다. 따라서 마이컴(350)은 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc4)보다 커지기 전에 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)를 도통할 수 있다.

한편 마이컴(350)은 인버터 제어 신호의 듀티에 기초하여 제3 스위치 소자(S3)의 도통 및 차단을 결정할 수 있다.

구체적으로 인버터 제어 신호의 듀티는 직류 링크 전압(Vc4)과 모터의 역기전력의 차(-)에 따라 결정될 수 있다.

예를 들어 모터의 역기전력이 점점 커지게 되면, 직류 링크 전압(Vc4)과 모터의 역기전력의 차가 점점 작아지기 때문에, 인버터 제어 신호의 듀티는 점점 커질 수 있다.

그리고 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc4)과 동일해지는 시점은 듀티가 100%인 시점일 수 있다. 따라서 마이컴(350)은 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하고, 모터의 역기전력이 상승함에 따라 듀티 역시 상승하는 경우, 듀티가 100%가 되기 전에 제3 스위치 소자(S3)를 추가적으로 도통함으로써 직류 링크 전압을 높힐 수 있다.

한편 듀티가 100%가 되는 시점에 스위치 소자를 도통하는 것 보다는, 오차 등을 고려하여 일정한 마진을 둠으로써 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.

따라서 마이컴(350)은, 듀티가 기 설정된 값보다 작으면 제3 스위치 소자(S3)를 차단하고, 듀티가 기 설정된 값보다 커지면 제3 스위치 소자(S3)를 도통할 수 있다.

도 6a에서는 제2 고속 구간에서의 스위치 소자의 상태 및 전류의 흐름을 도시하였다.

여기서 제2 고속 구간이란, 제1 스위치 소자(S2) 및 제2 스위치 소자(S3)가 온(on)된 상태를 유지하는 구간을 의미할 수 있다.

또한 제1 고속 구간이란, 제1 스위치 소자(S1) 및 제2 스위치 소자(S2) 중 어느 하나의 스위치 소자를 스위치 오프(off)한다고 가정하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 커지는 구간을 의미할 수 있다.

음(-)의 입력 전압이 입력되면, 제3 스위치 소자(S3), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 전류의 경로(620)가 형성되며, 이에 따라 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다.

또한 양(+)의 입력 전압이 입력되면, 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1) 및 제1 스위치 소자(S2)를 통과하는 경로(610)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1)가 충전될 수 있다.

한편 음(-)의 입력 전압이 입력되는 경우 제3 스위치 소자(S3), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 전류의 경로(620)가 형성되는 바, 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다. 이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 제2 캐패시터(C2)는 최대 154V로 충전될 수 있다.

다음으로 양(+)의 입력 전압이 입력되는 경우 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1) 및 제2 스위치 소자(S2)를 통과하는 경로(610)가 형성되는 바, 제1 캐패시터(C1)가 충전될 수 있다. 이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 제1 캐패시터(C1)는 최대 154V로 충전될 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 함께 참고하여 설명하면, 도 7a에서는 입력 전압의 그래프(710)를 도시하였으며, 도 7b에서는 직류 링크 전압(Vc3)의 그래프(720)를 도시하였다.

직류 링크 전압(Vc3)은 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압과 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합으로써, 다이오드 브리지로부터 공급되는 전압에 의하여 상승할 수 있으며, 모터의 구동을 위하여 인버터로 인가되는 전압에 의하여 하강할 수 있다.

또한 제1 캐패시터(C1)는 최대 154V로 제2 캐패시터(C2) 역시 최대 154V로 충전되는 바, 직류 링크 전압(Vc3)의 최대값(a3)은 308V가 될 수 있다.

이 경우, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 평균값 역시 상승할 수 있다.

즉 본 발명에서는 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)를 도통함으로써, 직류 링크 전압을 한 단계 더 상승시킬 수 있다.

한편 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)가 온(on)되어 있는 상태에서 모터의 속도가 더욱 상승함에 따라 모터의 역기전력이 더욱 상승하는 경우의 동작에 대해서 설명한다.

현재는 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)가 온(on)됨으로써 직류 링크 전압(Vc3)이 두 단계 상승해 있는 상태이다. 다만 모터의 속도가 더욱 상승함으로써 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc3)보다 커질 수 있다.

그리고 모터의 역기전력이 직류 링크 전압(Vc3)보다 커지면, 마이컴(350)은 약계자 제어에 진입함으로써, 모터의 역기전력을 낮출 수 있다

도 4 내지 도 5의 실시 예에 따르면, 직류 링크 전압을 한단계 상승시킴으로써, 저속 구간에서는 스위칭 로스(loss)를 최소화 하고 고속 구간에서는 약계자 진입 시점을 늦췄다. 예를 들어 기존에는 40Hz의 회전 속도에서 약계자 제어로 진입하였다면, 도 4 내지 도 5의 실시 예에서는 70Hz의 회전 속도에서 약계자 제어로 진입하게 된다.

그리고 도 6 내지 도 7의 실시 예에 따르면, 직류 링크 전압을 두 단계 상승시킬 수 있다. 예를 들어 기존에는 40Hz의 회전 속도에서 약계자 제어로 진입하였다면, 본 발명에서는 40Hz의 회전 속도에서 직류 링크 전압을 한 단계 상승시키고, 55Hz의 회전 속도에서 직류 링크 전압을 한 단계 더 상승시킨 후 70Hz에서 약계자 제어로 진입하게 된다.

즉 도 6 내지 도 7의 실시 예에 따르면, 약계자 제어의 진입 시점을 늦추면서도, 약계자 제어 진입 전의 직류 링크 전압 레벨을 더욱 세분화 함으로써, 인버터 내부의 스위치에서 발생할 수 있는 스위칭 로스(loss)를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

한편 도 6b에서 도시하는 바와 같이, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2) 중 제1 캐패시터(C1)만을 도통 하게 되면, 제1 캐패시터(C1)에는 제2 캐패시터(C2)보다 높은 전압이 걸리게 되고 이에 따라 제1 캐패시터(C1)에는 열화가 발생하게 된다.

이를 방지하기 위하여, 높은 전압이 걸리는 캐패시터를 변경해야 할 필요가 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 높은 전압이 걸리는 캐패시터를 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

마이컴(530)은 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3) 중 어느 하나의 스위치 소자가 도통되는 경우, 도통되는 어느 하나의 스위치 소자를 변경할 수 있다.

구체적으로 도 8a에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(530)은 먼저 제2 스위치 소자(S2)에 스위치 온 신호를 출력하고, 제3 스위치 소자(S3)에 스위치 온 신호를 출력하지 않을 수 있다.

이 경우 양(+)의 입력 전압이 입력되면, 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1) 및 제2 스위치(S2)를 통과하는 전류의 경로(630)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1)가 충전될 수 있다. 이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 제1 캐패시터(C1)는 최대 154V로 충전될 수 있다.

또한 음(-)의 입력 전압이 입력되면, 제3 다이오드(D3), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 경로(640)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다. 다만 제1 캐패시터(C1)에는 전압이 남아 있는 상태이기 때문에, 음(-)의 입력 전압이 입력되는 경우에는 제2 캐패시터(C2)만 최대 72V로 충전될 수 있다.

그리고 직류 링크 전압은 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합으로써, 226V일 수 있다.

한편 마이컴(530)은 도통되는 어느 하나의 스위치 소자를 제2 스위치 소자(S2)에서 제3 스위치 소자(S3)로 변경할 수 있다.

구체적으로 도 8b에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(530)은 제3 스위치 소자(S3)에 스위치 온 신호를 출력하고, 제2 스위치 소자(S2)에 스위치 온 신호를 출력하지 않을 수 있다.

이 경우 음(-)의 입력 전압이 입력되면, 제3 스위치 소자(S3), 제2 캐패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통과하는 전류의 경로(840)가 형성되며, 이에 따라 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다. 이 경우 입력 전압의 실효값이 110V이고 110V의 1.414배는 154V인 바, 제2 캐패시터(C1)는 최대 154V로 충전될 수 있다.

또한 양(+)의 입력 전압이 입력되면, 제1 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2) 및 제4 다이오드(D4)를 통과하는 전류 경로(830)가 형성되며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)가 충전될 수 있다. 다만 제2 캐패시터(C2)에는 전압이 남아 있는 상태이기 때문에, 양(+)의 입력 전압이 입력되는 경우에는 제1 캐패시터(C1)만 최대 72V로 충전될 수 있다.

그리고 직류 링크 전압은 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합으로써, 226V일 수 있다.

이와 같은 방식으로, 제2 스위치 소자(S2)와 제3 스위치 소자(S3) 중 어느 하나의 스위치 소자가 도통되는 경우, 도통되는 어느 하나의 스위치 소자는 주기적으로 변경될 수 있다.

예를 들어 제2 스위치 소자(S2)가 도통되고 제3 스위치 소자(S3)가 차단된 상태가 5분 동안 지속된 경우, 마이컴(350)은 도통되는 스위치 소자를 제2 스위치 소자(S2)로부터 제3 스위치 소자(S3)로 변경할 수 있다. 그리고 나서 제3 스위치 소자(S3)가 도통되고 제2 스위치 소자(S2)가 차단된 상태가 5분 동안 지속된 경우, 마이컴(350)은 도통되는 스위치 소자를 제3 스위치 소자(S3)로부터 제2 스위치 소자(S2)로 변경할 수 있다.

직류 링크 전압은 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압 및 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합이기 때문에, 제2 스위치 소자(S2)가 도통되고 제3 스위치 소자(S3)가 도통되지 않는 경우의 직류 링크 전압과, 제3 스위치 소자(S3)가 도통되고 제2 스위치 소자(S2)가 도통되지 않는 경우의 직류 링크 전압이 동일하다.

즉 본 발명은 직류 링크 전압의 레벨은 동일하게 유지하면서 도통되는 스위치 소자를 변경함에 따라, 하나의 캐패시터에만 높은 전압이 걸려 열화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른, 정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법은, 다이오드 브리지가 입력 교류 전압을 정류하는 단계(S910), 직류 링크부가 정류된 전압을 근거로 직류 링크 전압을 충전하는 단계(S930), 및, 다이오드 브리지에 포함되는 복수의 다이오드 중 하나의 레그에 배치되는 두개의 다이오드의 접점인 제1 접점 및 직류 링크부에 포함되는 두개의 캐패시터의 접점인 제2 접점에 연결되는 스위치부의 도통 및 차단을 모터의 회전 속도에 따라 제어하는 단계(S950)를 포함할 수 있다.

여기서 스위치부의 도통 및 차단을 모터의 회전 속도에 따라 제어하는 단계는, 스위치 소자가 차단된 상태에서 상기 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 낮은 상태를 유지하도록 스위치 소자를 도통하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 낮은 상태를 유지하도록 스위치 소자를 도통하는 단계는, 모터의 역기전력 및 직류 링크 전압의 차에 따라 인버터 제어 신호의 듀티를 결정하는 단계, 및, 듀티의 크기가 기 설정된 값보다 커지면 스위치를 도통하는 단계를 포함할 수 있다.

한편 스위치부가 양방향 스위치를 구성하는 제1 스위치 소자 및 제2 스위치 소자를 포함하는 경우, 스위치부의 도통 및 차단을 모터의 회전 속도에 따라 제어하는 단계는, 제1 스위치 소자 및 제2 스위치 소자가 차단된 상태에서 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 모터의 역기전력이 직류 링크 전압보다 작은 상태를 유지하도록 제1 스위치 소자 및 제2 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자를 도통하는 단계, 및, 제1 스위치 소자 및 제2 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자가 도통된 상태에서 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 모터의 역기전력의 크기가 상승하는 경우, 모터의 역기전력의 크기가 직류 링크 전압보다 작은 상태를 유지하도록 제1 스위치 소자 및 제2 스위치 소자를 도통하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우 본 발명의 실시 예에 따른 정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법은, 도통되는 어느 하나의 스위치 소자를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편 본 발명은 입력 전압이 변경되는 경우에 응용되어 사용될 수 있다. 이와 관련해서는 도 4를 다시 참고하여 설명한다.

높은 레벨의 입력 전압, 예를 들어 210V의 교류 전압이 입력되는 경우, 마이컴(350)은 직류 링크 전압을 센싱하여 현재 입력 전압이 210V의 교류 전압인 것으로 결정할 수 있다.

그리고 현재 입력 전압이 210V의 교류 전압인 경우, 도 4a에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(350)은 스위치 소자(S1)를 차단할 수 있다.

또한 낮은 레벨의 입력 전압, 예를 들어 110V의 교류 전압이 입력되는 경우, 마이컴(350)은 직류 링크 전압을 센싱하여 현재 입력 전압이 110V의 교류 전압인 것으로 결정할 수 있다.

그리고 현재 입력 전압이 110V의 교류 전압인 경우, 도 4b에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(350)은 스위치 소자(S1)를 도통할 수 있다.

입력 전압이 변경되는 경우의 또 다른 실시 예와 관련해서 도 6을 다시 참고하여 설명한다.

높은 레벨의 입력 전압, 예를 들어 210V의 교류 전압이 입력되는 경우, 마이컴(350)은 직류 링크 전압을 센싱하여 현재 입력 전압이 210V의 교류 전압인 것으로 결정할 수 있다.

그리고 현재 입력 전압이 210V의 교류 전압인 경우, 도 6c에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(350)은 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)를 차단할 수 있다.

또한 낮은 레벨의 입력 전압, 예를 들어 110V의 교류 전압이 입력되는 경우, 마이컴(350)은 직류 링크 전압을 센싱하여 현재 입력 전압이 220V의 교류 전압인 것으로 결정할 수 있다.

그리고 현재 입력 전압이 220V의 교류 전압인 경우, 도 6a에서 도시하는 바와 같이, 마이컴(350)은 제2 스위치 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)를 도통할 수 있다.

즉 본 발명에 따르면, 직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치는, 110V, 220V 겸용으로 사용될 수 있는 장점이 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

320: 정류 장치 321: 스위치부

Claims (14)

1. 복수의 다이오드를 포함하고 입력 교류 전압을 정류하는 다이오드 브리지;
   상기 다이오드 브리지에 연결되고 두개의 캐패시터를 포함하여 상기 정류된 전압을 근거로 직류 링크 전압을 충전하는 직류 링크부;
   상기 복수의 다이오드 중 하나의 레그에 배치되는 두개의 다이오드의 접점인 제1 접점 및 상기 두개의 캐패시터의 접점인 제2 접점에 연결되고, 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이의 전류의 흐름을 제어하는 스위치부; 및
   모터의 회전 속도에 따라 상기 스위치부의 도통 및 차단을 제어하는 마이컴;을 포함하고,
   상기 스위치부는,
   제1 스위치 소자 및 상기 제1 스위치 소자에 역병렬로 연결되는 다이오드를 포함할 수 있으며,
   상기 마이컴은,
   상기 제1 스위치 소자가 차단된 상태에서 상기 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 상기 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 상기 모터의 역기전력이 상기 직류 링크 전압보다 낮은 상태를 유지하도록 상기 제1 스위치 소자를 도통하는
   직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 스위치 소자는,
   도통되는 경우 제1 방향으로의 전류 통로를 제공하고,
   상기 역병렬로 연결되는 다이오드는,
   상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 전류 통로를 제공하는
   직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 마이컴은,
   상기 모터의 역기전력 및 상기 직류 링크 전압의 차에 따라 인버터 제어 신호의 듀티를 결정하고,
   상기 듀티의 크기가 기 설정된 값보다 커지면 상기 제1 스위치 소자를 도통하는
   직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 스위치부는,
   양방향 스위치를 구성하는 제2 스위치 소자 및 제3 스위치 소자를 포함하고,
   상기 제2 스위치 소자는,
   도통되는 경우 제1 방향으로의 전류 통로를 제공하고,
   상기 제3 스위치 소자는,
   도통되는 경우 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 전류 통로를 제공하는
   직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 마이컴은,
   상기 제2 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자가 차단된 상태에서 상기 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 상기 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 상기 모터의 역기전력이 상기 직류 링크 전압보다 작은 상태를 유지하도록 상기 제2 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자를 도통하고,
   상기 제2 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자가 도통된 상태에서 상기 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 상기 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 상기 모터의 역기전력이 상기 직류 링크 전압보다 작은 상태를 유지하도록 상기 제2 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자를 도통하는
   직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 마이컴은,
   상기 도통되는 어느 하나의 스위치 소자를 변경하는
   직류 링크 전압의 조절이 가능한 정류 장치.
8. 다이오드 브리지가 입력 교류 전압을 정류하는 단계;
   직류 링크부가 상기 정류된 전압을 근거로 직류 링크 전압을 충전하는 단계; 및
   상기 다이오드 브리지에 포함되는 복수의 다이오드 중 하나의 레그에 배치되는 두개의 다이오드의 접점인 제1 접점 및 상기 직류 링크부에 포함되는 두개의 캐패시터의 접점인 제2 접점에 연결되는 스위치부의 도통 및 차단을 모터의 회전 속도에 따라 제어하는 단계;를 포함하고,
   상기 스위치부는 제1 스위치 소자 및 상기 제1 스위치 소자에 역병렬로 연결되는 다이오드를 포함할 수 있으며,
   상기 스위치부의 도통 및 차단을 모터의 회전 속도에 따라 제어하는 단계는,
   상기 제1 스위치 소자가 차단된 상태에서 상기 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 상기 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 상기 모터의 역기전력이 상기 직류 링크 전압보다 낮은 상태를 유지하도록 상기 제1 스위치 소자를 도통하는 단계를 포함하는
   정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1 스위치 소자는,
   도통되는 경우 제1 방향으로의 전류 통로를 제공하고,
   상기 역병렬로 연결되는 다이오드는,
   상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 전류 통로를 제공하는
   정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법.
10. 삭제
11. 제 8항에 있어서,
    상기 모터의 역기전력이 상기 직류 링크 전압보다 낮은 상태를 유지하도록 상기 제1 스위치 소자를 도통하는 단계는,
    상기 모터의 역기전력 및 상기 직류 링크 전압의 차에 따라 인버터 제어 신호의 듀티를 결정하는 단계; 및
    상기 듀티의 크기가 기 설정된 값보다 커지면 상기 제1 스위치 소자를 도통하는 단계;를 포함하는
    정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법.
12. 제 8항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    양방향 스위치를 구성하는 제2 스위치 소자 및 제3 스위치 소자를 포함하고,
    상기 제2 스위치 소자는,
    도통되는 경우 제1 방향으로의 전류 통로를 제공하고,
    상기 제3 스위치 소자는,
    도통되는 경우 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 전류 통로를 제공하는
    정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 스위치부의 도통 및 차단을 모터의 회전 속도에 따라 제어하는 단계는,
    상기 제2 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자가 차단된 상태에서 상기 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 상기 모터의 역기전력이 상승하는 경우, 상기 모터의 역기전력이 상기 직류 링크 전압보다 작은 상태를 유지하도록 상기 제2 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자를 도통하는 단계; 및
    상기 제2 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자가 도통된 상태에서 상기 모터의 회전 속도가 상승함에 따라 상기 모터의 역기전력의 크기가 상승하는 경우, 상기 모터의 역기전력의 크기가 상기 직류 링크 전압보다 작은 상태를 유지하도록 상기 제2 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자를 도통하는 단계;를 포함하는
    정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 도통되는 어느 하나의 스위치 소자를 변경하는 단계를 더 포함하는
    정류 장치의 직류 링크 전압 조절 방법.

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