KR102579780B1 - Power transforming apparatus and air conditioner including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기베어링 적용 모터에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 본 발명에서는 LLC 컨버터에 인가되는 입력 전압 대비 출력 전압의 비를 일정하게 유지하기 위해, 기준 전압 구간을 설정하여 출력 전압을 가변제어를 수행하도록 구현하였다. 또한, 입력 전압과 목표 전압의 차이에 따라 데드 타임(Dead Time)의 가변제어를 수행하도록 구현하였다. 그에 따라, LLC 컨버터의 설계를 용이하게 하고 제어 성능이 향상되며, 나아가 자기베어링 성능을 안정적으로 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a power conversion device that can stably supply power to a magnetic bearing applied motor and an air conditioner including the same. In the present invention, in order to keep the ratio of the output voltage to the input voltage applied to the LLC converter constant, the output voltage is variable controlled by setting a reference voltage section. In addition, variable control of dead time was implemented according to the difference between the input voltage and the target voltage. Accordingly, the design of the LLC converter is facilitated, control performance is improved, and magnetic bearing performance can be stably improved.

Description

전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기{POWER TRANSFORMING APPARATUS AND AIR CONDITIONER INCLUDING THE SAME}Power conversion device and air conditioner including the same {POWER TRANSFORMING APPARATUS AND AIR CONDITIONER INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 자기베어링 적용 모터에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. The present invention relates to a power conversion device and an air conditioner including the same, and more specifically, to a power conversion device that can stably supply power to a magnetic bearing applied motor and an air conditioner including the same.

일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 모터는, 일반적으로 고정자의 내부에 위치한 회전축이 물리적으로 접촉되는 베어링에 의해 지지되는 구조를 갖는다. 최근에는, 고속으로 회전하는 모터의 개발 필요성에 따라, 자기베어링에 의하여 회전축이 물리적인 접촉 없이도 지지되는 고속회전용 모터가 개발되었다. 이와 같이, 자기베어링이 적용된 모터에도 전력 변환 장치를 통해 전력이 공급된다. Generally, the compressor of an air conditioner uses a motor as a driving source. A motor generally has a structure in which a rotating shaft located inside a stator is supported by a bearing that is in physical contact with it. Recently, in response to the need to develop motors that rotate at high speeds, high-speed rotating motors whose rotating shafts are supported without physical contact by magnetic bearings have been developed. Likewise, power is supplied to a motor equipped with magnetic bearings through a power conversion device.

이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 구체적으로, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다. 또, 경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.It is generally known that such a power conversion device mainly consists of a rectifier unit, a power factor control unit, and an inverter-type power conversion unit. Specifically, the AC commercial voltage output from the commercial power supply is rectified by the rectifier. The voltage rectified in this rectifier is supplied to a power conversion unit such as an inverter. At this time, the power converter uses the voltage output from the rectifier to generate alternating current power for driving the motor. Additionally, in some cases, a DC-DC converter may be provided between the rectifier and the inverter to improve the power factor.

한편, 이러한 전력 변환 장치와 공기 조화기는 정전시에도 자기베어링의 역할을 유지하기 위한 전원 공급이 필수적이다. 일반적으로, 정전시에도 자기베어링의 역할을 유지하기 위하여 전력 변환 장치에 무정전전원공급장치(UPS, Uninterruptible power supply)를 사용한다. Meanwhile, these power conversion devices and air conditioners require power supply to maintain the role of magnetic bearings even in the event of a power outage. Generally, an uninterruptible power supply (UPS) is used in power conversion devices to maintain the role of magnetic bearings even during power outages.

무정전전원공급장치(UPS)란, 정전 등으로 전원 공급이 불능이 되었을 때, 순간에 대체 전원을 공급하는 장치를 의미한다. 이러한 무정전전원공급장치(UPS)는 고가이며, 배터리를 내장하고 있기 때문에 유지보수가 필요하다 또한, 사용 온도가 제한적이라는 단점이 있다.An uninterruptible power supply (UPS) refers to a device that instantly supplies alternative power when power supply becomes unavailable due to a power outage. These uninterruptible power supplies (UPS) are expensive, require maintenance because they have a built-in battery, and have the disadvantage of limited operating temperature.

또한, 이러한 전력 변환 장치와 공기 조화기는, 자기베어링의 고장 및 제어 불안시에, 자기베어링 코일을 보호하기 위한 백업베어링이 필요하다. 백업베어링은, 순간적인 과도 상태의 마찰과 속도에 견딜수 있도록 설계 되어 있다. 이러한 백업베어링은, 고속 회전시 정전시이나 고장이 발생하는 경우 소손되거나 수명이 감소할 수 있으며, 심각한 경우 제품 파손까지 야기할 수 있다. 일반적으로 백업베어링의 수명은 약 10~100회 미만이다. 백업베어링 이상 발생시, 제품의 동작이 중단되면, 교체로 인한 유지보수 비용이 많이 발생한다. Additionally, these power conversion devices and air conditioners require backup bearings to protect the magnetic bearing coils in case of magnetic bearing failure or control instability. Backup bearings are designed to withstand momentary transient friction and speed. These backup bearings may be damaged or have their lifespan reduced in the event of a power outage or breakdown during high-speed rotation, and in serious cases, may even cause product damage. Typically, the lifespan of a backup bearing is less than about 10 to 100 cycles. If a backup bearing malfunction occurs and the product stops operating, maintenance costs due to replacement are high.

이러한 전력 변환 장치에는 일반적으로 LLC 컨버터가 사용될 수 있다. LLC 컨버터는 무부하 상태에서도 좁은 변환 주파수 범위와 ZVS를 보장하는 것으로 알려져 있다. 또한, 넓은 출력 제어가 가능하며, 입력전압과 출력전압을 일정하게 유지하여 높은 출력 효율 특성을 갖는다. LLC converters can generally be used in these power conversion devices. LLC converters are known to ensure a narrow conversion frequency range and ZVS even under no-load conditions. In addition, wide output control is possible, and the input and output voltages are kept constant, resulting in high output efficiency.

한편, 자기베어링 적용 모터 및 이를 포함하는 공기조화기에 사용되는 전력 변환 장치의 DC 전압은 계통의 전압 변동으로 인해 넓은 전압 범위를 가진다. 이에, DC 전압과 직접 연결되는 LLC 컨버터를 설계하기가 쉽지 않다.Meanwhile, the DC voltage of the power conversion device used in the magnetic bearing applied motor and the air conditioner including the same has a wide voltage range due to voltage fluctuations in the system. Therefore, it is not easy to design an LLC converter that is directly connected to DC voltage.

LLC 컨버터 설계에 많이 사용되는 방법으로 PFC 와 LLC 컨버터의 조합이 있다. 구체적으로, 앞단의 PFC가 넓게 변동되는 DC 전압을 일정하게 유지하고 뒷단의 LLC 컨버터는 원하는 DC 전압으로 승/강압 하는 방식이다. 그러나, 이러한 설계 방식은 앞단의 PFC에 대한 신뢰성과 LLC 컨버터의 신뢰성이 동시에 보장되어야만 할 뿐만 아니라 부품 가격 증가에 따른 제품 가격도 많이 상승하게 된다.A commonly used method for LLC converter design is a combination of PFC and LLC converter. Specifically, the PFC at the front stage maintains a constant DC voltage that varies widely, and the LLC converter at the rear stage boosts/steps down the DC voltage to the desired level. However, in this design method, not only must the reliability of the front-stage PFC and the reliability of the LLC converter be guaranteed at the same time, but also the product price increases significantly due to the increase in component prices.

한편, 한국 공개특허 2017-0106704(이하, '선행문헌1')에는, 입력단 측의 EMI를 저감시키기 위해, PFC(Power Factor Correction)의 듀티(Duty)를 지속적으로 가변하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 선행문헌1에 의하면 회로의 구현이 복잡하고 가격이 상승하게 된다. 또, 모터 전류를 단속함에 따라 고압의 펄스가 발생되므로 노이즈가 발생할 수 있다.Meanwhile, Korean Patent Publication No. 2017-0106704 (hereinafter referred to as 'Prior Document 1') discloses a method of continuously varying the duty of PFC (Power Factor Correction) in order to reduce EMI on the input terminal side. However, according to Prior Literature 1, the implementation of the circuit is complicated and the price increases. In addition, noise may occur because high-voltage pulses are generated as the motor current is interrupted.

또한, 한국 공개특허 2018-0069639(이하, '선행문헌2')에는, 스위치의 기생 커패시터 성분인 Cgs가 온도변화에 따라 변화하는 특성을 이용한 데드타임 가변 방법을 개시한다. 그러나, 선행문헌2에 의하면, 온도변화에 따른 특성을 이용한다는 점에서 데드타임 가변의 정확도가 높지 않다. In addition, Korean Patent Publication No. 2018-0069639 (hereinafter referred to as 'Prior Document 2') discloses a dead time variable method using the characteristic that Cgs, a parasitic capacitor component of a switch, changes according to temperature changes. However, according to Prior Literature 2, the accuracy of dead time variation is not high in that it uses characteristics according to temperature changes.

또한, 한국 공개특허 2008-7031712(이하, '선행문헌3')에는, 모터가 회전속도에 따라 역기전력 전압이 가변되는 것을 이용하는 방법이다. 선행문헌3에 의하면, 모터를 제어하기 위하여 역기전력 전압 보다 높은 DC 전압이 있을 경우여야한다는 제한이 있다. In addition, Korean Patent Publication No. 2008-7031712 (hereinafter referred to as 'Prior Document 3') is a method that uses the fact that the back electromotive force voltage varies depending on the rotation speed of the motor. According to Prior Document 3, there is a limitation that in order to control the motor, there must be a DC voltage higher than the back electromotive force voltage.

본 발명은 LLC 컨버터의 입력 전압 대비 출력 전압의 비를 일정하게 유지하여, 자기베어링 적용 모터에 안정적으로 일정 전압의 전원을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a power conversion device that can stably supply power at a constant voltage to a magnetic bearing applied motor by maintaining a constant ratio of the output voltage to the input voltage of the LLC converter, and an air conditioner including the same. .

또한, 본 발명은 LLC 컨버터의 입력 전압 대비 출력 전압의 비율로 제어함으로써, LLC 컨버터의 설계가 용이한 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a power conversion device that facilitates the design of an LLC converter by controlling the ratio of the output voltage to the input voltage of the LLC converter, and an air conditioner including the same.

또한, 본 발명은 LLC 성능 향상에 유리하고 자기베어링 성능 유지에 보다 효율적인 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a power conversion device that is advantageous in improving LLC performance and is more efficient in maintaining magnetic bearing performance and an air conditioner including the same.

위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치는, 자기베어링 적용 모터에 전원을 공급하는 전력 변환 장치에 있어서, 3상 전원으로부터 교류 전압을 공급받아 직류 전압으로 변환하는 정류부; 및 상기 정류부로부터 직류 전압을 공급받아 컨버터부에 인가하는 인버터부를 포함하고, 상기 컨버터부는 컨버터 제어부에 의해 동작하며, 상기 인버터부로부터 상기 직류 전압을 입력 전압으로 인가받아 출력 전압을 생성하여 자기베어링 제어부에 제공하고, 상기 컨버터 제어부는, 상기 컨버터부에 인가된 상기 입력 전압을 기설정된 정전압과 비교하고, 비교 결과에 근거하여 상기 출력 전압을 가변 제어한다. In order to solve the above problem, the power conversion device according to an embodiment of the present invention is a power conversion device that supplies power to a magnetic bearing applied motor, and receives alternating current voltage from a three-phase power source and converts it into direct current voltage. Rectification unit; and an inverter unit that receives a direct current voltage from the rectifier unit and applies it to a converter unit, wherein the converter unit is operated by a converter control unit, and receives the direct current voltage as an input voltage from the inverter unit to generate an output voltage to be connected to a magnetic bearing control unit. The converter control unit compares the input voltage applied to the converter unit with a preset constant voltage, and variably controls the output voltage based on the comparison result.

실시 예에서, 상기 컨버터 제어부는, 상기 비교 결과, 상기 입력 전압의 크기가 상기 기설정된 정전압의 일정 범위를 벗어난 것에 응답하여, 상기 출력 전압의 크기를 가변 제어하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the converter control unit variably controls the magnitude of the output voltage in response to the magnitude of the input voltage being outside a certain range of the preset constant voltage as a result of the comparison.

일 실시 예에서, 상기 컨버터 제어부는, 상기 입력 전압의 크기가 상기 기설정된 정전압의 일정 범위보다 감소하여 제1 입력 전압 범위에 포함되는 것에 응답하여, 상기 출력 전압의 크기가 상기 제1 입력 전압 범위에 대응되는 비율로 감소하도록 출력 듀티(duty)를 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the converter control unit, in response to the magnitude of the input voltage decreasing beyond a certain range of the preset constant voltage and being included in the first input voltage range, changes the magnitude of the output voltage into the first input voltage range. It is characterized by controlling the output duty to decrease at a rate corresponding to .

일 실시 예에서, 상기 컨버터 제어부는, 상기 입력 전압의 크기가 상기 기설정된 정전압의 일정 범위보다 증가하여 제2 입력 전압 범위에 포함되는 것에 응답하여, 상기 출력 전압의 크기가 상기 제2 입력 전압 범위에 대응되는 비율로 증가하도록 출력 듀티(duty)를 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the converter control unit, in response to the magnitude of the input voltage increasing beyond a certain range of the preset constant voltage and being included in the second input voltage range, increases the magnitude of the output voltage into the second input voltage range. The output duty is controlled to increase at a rate corresponding to .

일 실시 예에서, 상기 컨버터 제어부는, 상기 입력 전압의 맥동 전압이 발생한 것에 응답하여 상기 출력 전압을 가변 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the converter control unit variably controls the output voltage in response to occurrence of a pulsation voltage of the input voltage.

일 실시 예에서, 상기 컨버터 제어부는, 상기 입력 전압과 상기 기설정된 정전압 간의 차이에 기초하여, 상기 출력 전압의 맥동 전압이 감소하도록 가변 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the converter control unit variably controls the pulsation voltage of the output voltage to decrease based on the difference between the input voltage and the preset constant voltage.

일 실시 예에서, 상기 컨버터 제어부는, 상기 기설정된 정전압에 대응되는 기준 출력 전압이 증가한 것에 응답하여 데드타임(Dead Time)을 증가시키고 상기 출력 전압을 감소시키는 가변 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the converter control unit is characterized in that it performs variable control to increase dead time and decrease the output voltage in response to an increase in the reference output voltage corresponding to the preset constant voltage.

일 실시 예에서, 상기 컨버터 제어부는, 상기 기설정된 정전압에 대응되는 기준 출력 전압이 감소한 것에 응답하여 데드타임(Dead Time)을 감소시키고 상기 출력 전압을 증가시키는 가변 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the converter control unit performs variable control to reduce dead time and increase the output voltage in response to a decrease in the reference output voltage corresponding to the preset constant voltage.

일 실시 예에서, 상기 출력 전압의 가변 제어는, 상기 비교 결과에 근거하여 구분되는 복수의 구간들 중에서, 상기 입력 전압이 상기 기설정된 정전압의 일정 범위 보다 작거가 또는 큰 전압 구간에서만 수행되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the variable control of the output voltage is performed only in a voltage section in which the input voltage is less than or greater than a certain range of the preset constant voltage among a plurality of sections divided based on the comparison result. Do it as

일 실시 예에서, 상기 컨버터부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하며, 구동신호에 근거하여 상기 입력 전압을 강압 또는 승압하도록 스위칭하는 스위치부; 상기 강압 또는 승압된 전압의 주파수 특성을 변환하는 공진회로부; 및 복수의 정류 다이오드들을 포함하고, 상기 공진회로부로부터 변압기를 거쳐 유기된 전압을 정류하는 정류부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the converter unit includes a switch unit that includes a plurality of switching elements and switches to step down or boost the input voltage based on a driving signal; a resonance circuit unit that converts the frequency characteristics of the stepped-down or boosted voltage; and a rectifier including a plurality of rectifier diodes and rectifying the voltage induced from the resonance circuit through a transformer.

일 실시 예에서, 상기 공진회로부는, 적어도 하나의 션트 인덕터(Lm), 공진 인덕터(Lr), 및 공진 커패시터(Cr)를 포함하고, 상기 션트 인덕터(Lm)는 상기 스위치부와 병렬 연결되며 상기 공진 인덕터(Lr)와 상기 공진 커패시터(Cr) 간에 공진이 발생하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the resonance circuit unit includes at least one shunt inductor (Lm), a resonance inductor (Lr), and a resonance capacitor (Cr), and the shunt inductor (Lm) is connected in parallel with the switch unit and the Characterized in that resonance occurs between the resonance inductor (Lr) and the resonance capacitor (Cr).

일 실시 예에서, 상기 컨버터는, 상기 정류부를 통해 정류된 전압을 필터링하여 자기베어링 제어부에 인가하는 직류 링크 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the converter further includes a direct current link capacitor that filters the voltage rectified through the rectifier and applies it to the magnetic bearing control unit.

일 실시 예에서, 상기 컨버터의 초기 기동시, 상기 공진회로부의 2차측 출력 전압이 전압 지령보다 높게 증가한 것에 응답하여, 데드 타임(Dead Time)이 증가되고 상기 스위치부의 스위치들은 턴-오프(turn-off)되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the converter is initially started, in response to the secondary output voltage of the resonance circuit unit increasing higher than the voltage command, dead time is increased and the switches of the switch unit are turned off. It is characterized by being off).

또한, 위의 실시 예들 각각은 그러한 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기에도 마찬가지로 적용될 수 있다. Additionally, each of the above embodiments may also be applied to an air conditioner including such a power conversion device.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the power conversion device according to the present invention and the air conditioner including the same will be described as follows.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 의하면, LLC 컨버터의 입력 전압 대비 출력 전압의 비를 일정하게 유지하도록 제어함으로써, LLC 컨버터의 설계가 용이하고 LLC 성능 향상이 증가된다. According to the power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention, the ratio of the output voltage to the input voltage of the LLC converter is controlled to remain constant, thereby facilitating the design of the LLC converter and improving LLC performance.

또한, 본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 의하면, 제품 보증 범위 내에서 일정한 전압을 유지하도록 제어함으로써, 자기베어링 성능 유지에 보다 뛰어나다. In addition, the power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention are superior in maintaining magnetic bearing performance by controlling to maintain a constant voltage within the product warranty range.

도 1은 본 발명에 따라 UPS 장치 없이 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치의 대표 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따라, LLC 컨버터의 가변 제어 방법을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른, LLC 컨버터의 예시 설계 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따라, 구간별 전압 가변 제어를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라, 일정 전압 제어 대비 가변 제어 전압의 게인(gain) 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라, 부하 고정시, 입력 전압의 변동에 따른 운전 파형을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라, 데드타임(DeadTime) 가변에 따른 출력 전압의 가변 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따라, 입력 전압에 맥동 전압의 주입시 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따라, 저부하 및 무부하 조건에서 초기 LLC 컨버터 기동시, 데드타임(DeadTime) 가변 제어를 설명하기 위한 그래프이다. 1 is a representative circuit diagram of a power conversion device using magnetic bearings without a UPS device according to the present invention.
Figure 2 is a schematic block diagram for explaining a variable control method of an LLC converter according to the present invention.
3 is an exemplary design circuit diagram of an LLC converter according to the present invention.
Figure 4 is a graph showing voltage variable control for each section according to the present invention.
Figure 5 is a graph showing the gain change of variable control voltage compared to constant voltage control, according to the present invention.
Figure 6 is a graph showing the operation waveform according to the change in input voltage when the load is fixed, according to the present invention.
Figure 7 is a graph for explaining variable control of output voltage according to dead time variation according to the present invention.
Figure 8 is a graph showing experimental results when pulsating voltage is injected into the input voltage according to the present invention.
FIG. 9 is a graph illustrating variable deadtime control during initial LLC converter startup under low-load and no-load conditions, according to the present invention.

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 실시예를 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.Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted. The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.

도 1은 본 발명에 따른 시스템, 즉 UPS 장치 없이 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치의 예시를 보여준다.Figure 1 shows an example of a system according to the invention, that is, a power conversion device with magnetic bearings without a UPS device.

본 발명에 따른 전력 변환 장치(100)는, 3상 정류부(30), 직류 링크 커패시터(35), 3상 인버터(40), 강압 트랜스(102), 보조 회로부(103), DC/DC 컨버터부(106), 자기베어링 제어부(80), 인버터 제어부(90)를 포함하며, AC 전압을 제공하는 MCCB(10) 및 자기베어링이 적용된 3상 모터(50)와 연결된다. The power conversion device 100 according to the present invention includes a three-phase rectifier unit 30, a DC link capacitor 35, a three-phase inverter 40, a step-down transformer 102, an auxiliary circuit unit 103, and a DC/DC converter unit. It includes (106), a magnetic bearing control unit 80, and an inverter control unit 90, and is connected to an MCCB (10) that provides AC voltage and a three-phase motor (50) with magnetic bearings applied.

본 발명에 따른 전력 변환 장치(100)는, 초기 동작시 MCCB(10)에 입력된 3상 교류 전압이 강압 트랜스(102)를 거쳐 DC/DC 컨버터부(105)에 공급된다.In the power conversion device 100 according to the present invention, during initial operation, the three-phase alternating current voltage input to the MCCB 10 is supplied to the DC/DC converter unit 105 through the step-down transformer 102.

본 발명에서 강압 트랜스(102)는 380V : 220V가 1:2 구조를 취하는 형태로 구현된다. 구체적으로, 강압 트랜스(102)는 3상 전원의 선간전압(R,T상)을 220V로 강압함으로써, 상위 제어기(사이클제어)와 인버터/자기베어링 제어를 위한 AC 전압을 공급하는 역할을 한다. In the present invention, the step-down transformer 102 is implemented in a 1:2 structure of 380V:220V. Specifically, the step-down transformer 102 serves to supply AC voltage for the upper controller (cycle control) and inverter/magnetic bearing control by stepping down the line-to-line voltage (R, T phase) of the three-phase power supply to 220V.

상기 강압 트랜스(102)는, 초기 구동을 위하여, 별도의 탭(Tap)을 분리하여 DC/DC 컨버터부(105)에 제어 전원을 공급한다. 이는, 종래의 전력 변환 장치의 강압 트랜스(60, 도 1)가 UPS 장치(70)에 대해 단일 출력 구조(500VA ~3000VA 정도)로 연결된 구조와는 구별된다. For initial operation, the step-down transformer 102 separates a separate tap and supplies control power to the DC/DC converter unit 105. This is different from the structure in which the step-down transformer 60 (FIG. 1) of a conventional power conversion device is connected to the UPS device 70 in a single output structure (about 500VA to 3000VA).

상기 강압 트랜스(102)는, 이와 같이 별도의 분리 탭(Tap) 구조를 취함으로써, DC/DC 컨버터부(105)의 초기 제어전원용으로 매우 작은 출력비(예, 1:9)를 필요로 한다. The step-down transformer 102 has a separate separate tap structure, so it requires a very small output ratio (e.g., 1:9) for the initial control power of the DC/DC converter unit 105.

따라서, DC/DC 컨버터부(105)의 초기 제어시에는 강압 트랜스(102)로부터 입력받은 AC전원(220V)을 사용하다가, 3상 인버터부(40)의 초기 충전 동작이 완료되면, DC/DC 컨버터부(105)와 3상 인버터부(40)에서의 각 전압의 전위 차이에 따라 인버터측의 직류 커패시터(35)의 DC 전압으로 변경된다.Therefore, during the initial control of the DC/DC converter unit 105, the AC power (220V) input from the step-down transformer 102 is used, and when the initial charging operation of the three-phase inverter unit 40 is completed, the DC/DC Depending on the potential difference between the voltages in the converter unit 105 and the three-phase inverter unit 40, the DC voltage of the DC capacitor 35 on the inverter side is changed.

한편, 비록 도시되지는 않았지만, 다른 예에서는 강압 트랜스(102)가 도 1의 강압 트랜스(60)와 함께 별도의 강압용 외장 트랜스가 하나 더 추가된 구조 형태를 취할 수 있다.Meanwhile, although not shown, in another example, the step-down transformer 102 may have a structure in which a separate external step-down transformer is added along with the step-down transformer 60 of FIG. 1 .

3상 정류부(30)는 리액터(20)를 지난 3상 교류 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환하여 3상 인버터(40)에 공급한다. The three-phase rectifier 30 receives three-phase alternating current power that has passed through the reactor 20, converts it into direct current power, and supplies it to the three-phase inverter (40).

상기 3상 정류부(30)는 상단에 사이리스터(SCR, 실리콘 제어 정류 소자)를 포함하는 반파 위상 제어 정류기의 구조를 취할 수 있다. The three-phase rectifier 30 may have the structure of a half-wave phase control rectifier including a thyristor (SCR, silicon controlled rectifier) at the top.

상기 3상 정류부(30)는 정상 동작시에는, 3상 인버터부(40)의 초기충전과 AC 입력 역률을 제어하는 역할을 한다. 또한, 정전시에는, 회생 역전압을 방지하기 위하여, 모터 회생 전압 제어로부터 3상 AC 입력을 분리하기 위한 차단기 역할을 한다.During normal operation, the three-phase rectifier unit 30 serves to control the initial charging of the three-phase inverter unit 40 and the AC input power factor. Additionally, in the event of a power outage, it serves as a circuit breaker to separate the three-phase AC input from the motor regenerative voltage control to prevent regenerative reverse voltage.

3상 인버터부(40)는 6개의 전력용스위칭 소자(IGBT)와 이를 구동하기 위한 게이트 드라이브 회로를 포함하여 이루어질 수 있다. The three-phase inverter unit 40 may include six power switching devices (IGBTs) and a gate drive circuit for driving them.

IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.IGBT is a switching device with a structure of a power MOSFET (metal oxide semi-conductor field effect transistor) and a bipolar transistor. It is a device that has small driving power, high-speed switching, high breakdown voltage, and high current density.

상기 3상 인버터부(40)는 정상 동작시에는 전압형 인버터로 직류 전압을 교류 전압으로 가변하여 압축기의 3상 모터(50)를 회전시킨다. 또한, 정전시에는, 압축기의 압력차이에 의해 역회전하는 3상 모터(50)의 발전 전압을 승압하기 위해, 3상 PWM 승압 컨버터로서 동작한다. 이 때, 3상 인버터부(40)에 의해 제어되는 전압은 3상 모터(50)의 역기전력 전압보다 커야 한다.During normal operation, the three-phase inverter unit 40 is a voltage-type inverter that changes direct current voltage into alternating current voltage and rotates the three-phase motor 50 of the compressor. In addition, during a power outage, it operates as a three-phase PWM boost converter to boost the generated voltage of the three-phase motor 50, which rotates in reverse due to the pressure difference between the compressors. At this time, the voltage controlled by the three-phase inverter unit 40 must be greater than the back electromotive force voltage of the three-phase motor 50.

DC/DC 컨버터부(105)는, 정상 동작시 전원 라인(108)을 통해 인버터 제어부(90)와 자기베어링 제어부(80)에 DC 전원을 공급한다. The DC/DC converter unit 105 supplies DC power to the inverter control unit 90 and the magnetic bearing control unit 80 through the power line 108 during normal operation.

DC/DC 컨버터부(105)는 정전 검출 기능을 수행한다. 정전 검출시, 상기 DC/DC 컨버터부(105)는 통신 라인(107)을 통해서 인버터 제어부(90)와 자기베어링 제어기(80)에 정전 검출 신호를 제공한다. The DC/DC converter unit 105 performs a power outage detection function. When detecting a power failure, the DC/DC converter unit 105 provides a power failure detection signal to the inverter control unit 90 and the magnetic bearing controller 80 through the communication line 107.

또, DC/DC 컨버터부(105)는 입력 DC 전압 대비 출력 DC 전압의 비(ratio)를 일정하게 제어한다. DC/DC 컨버터부(105)는 컨버터 제어기(미도시)를 포함할 수 있다. Additionally, the DC/DC converter unit 105 constantly controls the ratio of the output DC voltage to the input DC voltage. The DC/DC converter unit 105 may include a converter controller (not shown).

보조 회로부(103)는, 초기에는 AC/DC 정류를 수행하여 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원을 공급한다. The auxiliary circuit unit 103 initially performs AC/DC rectification to supply power to the magnetic bearing control unit 80 and the inverter control unit 90.

상기 보조 회로부(103)는, 초기 충전 후 정상 동작시에는 출력 전압이 상승하며, DC 릴레이부(106)가 오프(off) 된 것에 응답하여, 전원 공급이 차단된다. The output voltage of the auxiliary circuit unit 103 increases during normal operation after initial charging, and the power supply is cut off in response to the DC relay unit 106 being turned off.

상기 보조 회로부(103)는, DC/DC 컨버터부(105)의 고장 검출시 DC 릴레이부(106)가 온(on)으로 변경된 것에 응답하여, 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원을 공급한다. 즉, DC/DC 컨버터부(105)의 고장시 모드 전환이 가능하다. The auxiliary circuit unit 103 responds to the DC relay unit 106 being changed to on when a failure of the DC/DC converter unit 105 is detected, and to the magnetic bearing control unit 80 and the inverter control unit 90. Supply power. In other words, mode switching is possible when the DC/DC converter unit 105 fails.

DC 릴레이부(106)의 온/오프 제어는 DC/DC 컨버터부(105)의 컨버터 제어기에 의해 수행될 수 있다. On/off control of the DC relay unit 106 may be performed by the converter controller of the DC/DC converter unit 105.

상기 보조 회로부(103)는 상기 초기 충전과 상기 모드 전환시 출력전압의 차이에 의해 발생하는 돌입전류를 제한(또는, 제거)하기 위해, NTC 또는 고정저항기를 포함할 수 있다. 그에 따라 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 과도 상태 없이 안정적인 전원 공급이 가능하다. The auxiliary circuit unit 103 may include an NTC or a fixed resistor to limit (or eliminate) the inrush current generated by the difference between the output voltage during the initial charging and the mode change. Accordingly, it is possible to supply stable power to the magnetic bearing control unit 80 and the inverter control unit 90 without transient conditions.

자기베어링 제어부(80)는, 3상 모터(50)에 적용된 자기베어링에 전류를 인가하여 3상 모터(50)의 샤프트(Shaft)를 부상시키는 역할을 한다. The magnetic bearing control unit 80 serves to levitate the shaft of the three-phase motor 50 by applying current to the magnetic bearing applied to the three-phase motor 50.

또, 비록 자세히 도시되지는 않았지만, 자기베어링(AMB) 제어부(80)는 컨트롤 보드, 전류 엠프, 및 전원공급장치(SMPS)를 포함할 수 있다. Additionally, although not shown in detail, the magnetic bearing (AMB) control unit 80 may include a control board, a current amplifier, and a power supply (SMPS).

인버터 제어부(90)는, 정상 동작시에는 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR, 실리콘 제어 정류 소자)와 인버터부(40)의 IGBT를 구동하기 위한 PWM을 출력한다. 그에 따라, 3상 모터(50)를 원하는 속도로 가변제어하는 속도 제어를 수행한다. During normal operation, the inverter control unit 90 outputs PWM for driving the thyristor (SCR, silicon controlled rectifier element) of the three-phase rectifier unit 30 and the IGBT of the inverter unit 40. Accordingly, speed control is performed to variably control the three-phase motor 50 at a desired speed.

또한, 인버터 제어부(90)는, 3상 모터(50)에 초기 충전을 위한 초기 충전 회로(101)의 제어를 수행한다. 또한, 인버터 제어부(90)는, 정전 시에 DC/DC 컨버터부(105)로부터 정전 검출 신호가 입력된 것에 응답하여, 인버터부(40)가 승압 컨버터로 동작하도록 제어한다. Additionally, the inverter control unit 90 controls the initial charging circuit 101 for initial charging of the three-phase motor 50. Additionally, the inverter control unit 90 controls the inverter unit 40 to operate as a boost converter in response to a power failure detection signal being input from the DC/DC converter unit 105 during a power outage.

한편, 본 발명에서 상기 DC/DC 컨버터부(105)는 이하에서는 컨버터(200, 도 2)와 컨버터 제어부(230)로 구별하여 지칭될 수 있다. 또한, 상기 컨버터(200)는 LLC 컨버터 또는 LLC 회로로 혼용하여 명명될 수 있음을 미리 밝혀둔다.Meanwhile, in the present invention, the DC/DC converter unit 105 may hereinafter be referred to separately as a converter 200 (FIG. 2) and a converter control unit 230. In addition, it should be noted in advance that the converter 200 may be interchangeably referred to as an LLC converter or LLC circuit.

LLC 컨버터는 출력 효율은 높지만, 부하, 입력 전압 및 출력 전압의 비에 따라 제어 주파수가 변동된다. 이에, 최대 효율 지점에서 컨버터를 동작시키기 위해 입력 전압과 출력 전압의 비가 최대한 일정하게 유지되도록 설계되어야한다. LLC converters have high output efficiency, but the control frequency varies depending on the ratio of load, input voltage, and output voltage. Accordingly, in order to operate the converter at its maximum efficiency point, the ratio of input voltage to output voltage must be designed to remain as constant as possible.

본 발명에서는, LLC 컨버터의 입력에 넓은 범위의 DC 전압이 입력될 때 입력 전압과 출력 전압의 비의 변화가 최소화되면서, 설계가 용이한 가변 제어 방법을 구현하였다.In the present invention, a variable control method that is easy to design while minimizing the change in the ratio of the input voltage to the output voltage when a wide range of DC voltage is input to the input of the LLC converter was implemented.

이하, 도 2는 본 발명에 따라 LLC 컨버터의 가변 제어 방법을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다. Hereinafter, Figure 2 is a schematic block diagram for explaining the variable control method of the LLC converter according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 변환 장치는, 3상 전원(10)과 연결되어 전압을 공급받고, 이를 변환하여, 자기베어링이 적용된 모터(50)에 제공한다. 상기 전력 변환 장치는, 정류부(210), 컨버터(220), 컨버터 제어부(230), 인버터(240), 인버터 제어부(250), 자기베어링 제어부(360)를 포함하여 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 2, the power conversion device according to the present invention is connected to a three-phase power source 10 to receive voltage, converts it, and provides it to a motor 50 to which a magnetic bearing is applied. The power conversion device may include a rectifier 210, a converter 220, a converter control unit 230, an inverter 240, an inverter control unit 250, and a magnetic bearing control unit 360.

한편, 도 2에서는 회로도의 단순한 표현을 위해, 정류부(210)와 인버터(240) 사이에 컨버터(220)가 직접 연결된 것처럼 도시되었으나, 정류부(210)를 통해 정류된 전원은 인버터(240)에 제공되거나 또는 컨버터(220)에 제공될 수 있다. 또는, 정류부(210)를 통해 정류된 전원은 인버터(240)를 거친 다음에 컨버터(220)에 제공될 수 있다. Meanwhile, in FIG. 2, for simple representation of the circuit diagram, the converter 220 is shown as being directly connected between the rectifier 210 and the inverter 240, but the power rectified through the rectifier 210 is provided to the inverter 240. or may be provided to the converter 220. Alternatively, the power rectified through the rectifier 210 may pass through the inverter 240 and then be provided to the converter 220.

또한, 컨버터(220)는 전술한 바와 같이(도 1을 참조하여 설명) 인버터(240)로부터 전원을 공급받아, 자기베어링 수행을 위해 자기베어링 제어부(260)에 전압을 공급할 수 있다.Additionally, the converter 220 can receive power from the inverter 240 as described above (described with reference to FIG. 1) and supply voltage to the magnetic bearing control unit 260 to perform magnetic bearing.

상기 정류부(210)는 3상 전원(10)으로부터 교류 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환하여 컨버터(220) 또는 인버터(240)에 공급한다. The rectifier 210 receives alternating current power from the three-phase power source 10, converts it into direct current power, and supplies it to the converter 220 or inverter 240.

컨버터(220)는 컨버터 제어부(230)에 의해 제어되며, 정류부(210)로부터 정류된 DC 전압 또는 인버터(240)로부터 공급된 DC 전압을 승압/강압하거나 또는 역률을 제어한다. The converter 220 is controlled by the converter control unit 230 and boosts/steps down the DC voltage rectified from the rectifier 210 or the DC voltage supplied from the inverter 240 or controls the power factor.

구체적으로, 컨버터(220)는 인터버(240)로부터 DC 전압을 입력 전압으로 공급받는다. 그리고, 상기 컨버터(220)는 입력 전압을 승압/강압하고 입력 전압 및 출력 전압의 비가 일정 비율이 되도록 가변 제어하여, 자기베어링 제어부(260)에 DC 전압을 공급한다. Specifically, the converter 220 receives DC voltage as an input voltage from the inverter 240. Then, the converter 220 boosts/steps down the input voltage and variably controls the ratio of the input voltage and output voltage to be a constant ratio, thereby supplying a DC voltage to the magnetic bearing control unit 260.

상기 컨버터 제어부(230)는, 인버터(240)로부터 공급되는 DC 전압을, 전압의 크기에 따라 3구간으로 구분하여, 상기 컨버터(220)를 가변 제어하도록 동작할 수 있다. The converter control unit 230 may operate to variably control the converter 220 by dividing the DC voltage supplied from the inverter 240 into three sections according to the magnitude of the voltage.

또는, 상기 컨버터 제어부(230)는, 인버터(240)로부터 공급되는 DC 전압을, 정전압 범위를 기준 구간으로 하고, 그 보다 적은 입력 전압 구간과 그 보다 큰 입력 전압 구간으로 구분하여, 구간별로 출력 전압을 가변 제어하도록 동작할 수 있다. Alternatively, the converter control unit 230 uses the constant voltage range as a reference section for the DC voltage supplied from the inverter 240, divides it into a smaller input voltage section and a larger input voltage section, and outputs the output voltage for each section. It can be operated to variably control.

구체적으로, 예를 들어 입력 전압의 정전압은 540Vdc 일 수 있다. 그리고, 정전압 540Vdc의 ±15% 범위가 제2구간으로 설정될 수 있다. 이러한 경우, 정전압 구간인 제2구간은 아래의 수학식1에 의해 290V 정전압 구간이 될 수 있다.Specifically, for example, the constant voltage of the input voltage may be 540Vdc. And, the ±15% range of the constant voltage 540Vdc can be set as the second section. In this case, the second section, which is the constant voltage section, can be a 290V constant voltage section according to Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

여기서, 전압 게인(Gain)을 더욱 감소시키려면 정전압 범위(290V)를 더욱 축소시키면 된다.Here, to further reduce the voltage gain, the constant voltage range (290V) can be further reduced.

한편, 제1구간은 상기 제2구간 대비 DC 입력 전압이 낮은 전압 범위 구간으로 설정된다. 그리고, 제3구간은 상기 제2구간 대비 DC 입력 전압이 높은 전압 범위 구간으로 설정될 수 있다. Meanwhile, the first section is set as a voltage range section where the DC input voltage is lower than the second section. Additionally, the third section may be set as a voltage range section in which the DC input voltage is higher than the second section.

예를 들어, 제2구간이 540Vdc ±15% (정전압 범위 290V)로 설정되었다고 가정하자. For example, let's assume that the second section is set to 540Vdc ±15% (constant voltage range 290V).

그러면, 제1구간은 약 376 Vdc를 입력 전압으로 하고 아래의 수학식2에 의해 240 Vdc 출력 전압으로 제어될 수 있다. 여기에서, 제1구간에서의 입력 전압 대비 출력 전압의 비는 '비율 a'로 명명될 수 있다. 비율 a는 1-정전압 구간의 최소치로서 0.85 일 수 있다.Then, the first section can be controlled with an input voltage of about 376 Vdc and an output voltage of 240 Vdc by Equation 2 below. Here, the ratio of the output voltage to the input voltage in the first section may be referred to as 'ratio a'. The ratio a is the minimum value of the 1-constant voltage section and may be 0.85.

[수학식 2][Equation 2]

제3구간은 약 750 Vdc를 입력 전압으로 하고 아래의 수학식3에 의해 352Vdc 출력 전압으로 제어될 수 있다. 여기에서, 상기 제3구간에서의 입력 전압 대비 출력 전압의 비는 '비율 b'로 명명될 수 있다. 비율 b는 1+정전압 구간의 최대치로서, 여기에서 비율 b는 예를 들어 1.15일 수 있다.The third section uses approximately 750 Vdc as an input voltage and can be controlled to an output voltage of 352 Vdc using Equation 3 below. Here, the ratio of the output voltage to the input voltage in the third section may be referred to as 'ratio b'. The ratio b is the maximum value of the 1+ constant voltage section, where the ratio b may be, for example, 1.15.

한편, 전술한 3구간의 구분은, 입력 전압의 가변 정도 또는 부하의 크기 등에 따라 보다 많은 구간으로 구분되거나 보다 적은 구간으로 구분될 수 있을 것이다.Meanwhile, the above-mentioned three sections may be divided into more sections or fewer sections depending on the degree of variation of the input voltage or the size of the load.

이와 같이, 컨버터 제어부(230)는 자기베어링 제어부(260)에 일정 전압을 공급하기 위해, 입력 전압이 변동되더라도 입력 전압 대비 출력 전압이 일정 비율을 갖도록 출력 전압을 제어할 수 있다.In this way, in order to supply a constant voltage to the magnetic bearing control unit 260, the converter control unit 230 can control the output voltage so that the output voltage has a constant ratio to the input voltage even if the input voltage changes.

실시 예에서, 데드타임(Dead Time)이 증가하여 출력 듀티(Duty)가 감소한 경우, 상기 컨버터 제어부(230)는 컨버터(220)의 출력 전압이 감소되도록 제어한다.반면, 데드타임(Dead Time)이 감소하여 출력 듀티(Duty)가 증가한 경우, 상기 컨버터 제어부(230)는 컨버터(220)의 출력 전압을 증가하도록 제어한다.In an embodiment, when dead time increases and output duty decreases, the converter control unit 230 controls the output voltage of the converter 220 to decrease. On the other hand, dead time (Dead Time) When this decreases and the output duty increases, the converter control unit 230 controls the output voltage of the converter 220 to increase.

또한, 컨버터 제어부(230)는 예를 들어 부하 증가에 따라 인버터(240) 또는 컨버터(230)의 DC 전압의 전압 맥동(voltage ripple)이 발생하면, 출력 전압의 가변 제어를 수행한다. 여기에서, 전압 맥동은, 예를 들어 인버터(240)의 출력 전압을 통해 충전되는 직류 링크 커패시터(C)를 통해 흐르는 고주파 전류의 최대 실효치에 따라 달라질 수 있다. Additionally, the converter control unit 230 performs variable control of the output voltage when, for example, a voltage ripple occurs in the DC voltage of the inverter 240 or the converter 230 due to an increase in load. Here, the voltage pulsation may vary depending on, for example, the maximum effective value of the high-frequency current flowing through the DC link capacitor C, which is charged through the output voltage of the inverter 240.

구체적으로, 컨버터 제어부(230)는 인버터(240) 또는 컨버터(230)의 DC 전압과 목표 전압 간의 차이에 기초하여, 전압 맥동이 연동되도록 데드타임(Dead Time)을 가변할 수 있다. 또는, 컨버터 제어부(230)는 인버터(240)의 DC 전압과 목표 전압 간의 차이에 기초하여, 컨버터(220)의 출력 전압의 맥동이 감소되도록 가변 제어할 수 있다.Specifically, the converter control unit 230 may vary the dead time to synchronize the voltage pulsation based on the difference between the DC voltage of the inverter 240 or the converter 230 and the target voltage. Alternatively, the converter control unit 230 may variably control the pulsation of the output voltage of the converter 220 to reduce based on the difference between the DC voltage of the inverter 240 and the target voltage.

실시 예에서, 인버터(240) 또는 컨버터(230)의 DC 전압의 전압 맥동 발생시, 상기 컨버터 제어부(230)는 컨버터(220)의 출력 전압에 대해 전압 맥동을 발생시킨다. In an embodiment, when a voltage pulsation occurs in the DC voltage of the inverter 240 or the converter 230, the converter control unit 230 generates a voltage pulsation with respect to the output voltage of the converter 220.

구체적으로, 컨버터(220)의 기준 출력 전압(예, 정전압 범위(290Vdc))이 증가한 경우, 상기 컨버터 제어부(230)는 데드타임(Dead Time)을 증가시키고 컨버터(220)의 출력 전압을 감소시키는 가변 제어를 수행할 수 있다. Specifically, when the reference output voltage (e.g., constant voltage range (290Vdc)) of the converter 220 increases, the converter control unit 230 increases the dead time and reduces the output voltage of the converter 220. Variable control can be performed.

반면, 컨버터(220)의 기준 출력 전압(예, 정전압 범위(290Vdc))이 감소한 경우, 상기 컨버터 제어부(230)는 데드타임(Dead Time)을 감소시키고 컨버터(220)의 출력 전압을 증가시키는 가변 제어를 수행할 수 있다.On the other hand, when the reference output voltage (e.g., constant voltage range (290Vdc)) of the converter 220 decreases, the converter control unit 230 operates a variable control unit to reduce the dead time and increase the output voltage of the converter 220. Control can be performed.

한편, 도 2의 회로에는 비록 도시되지는 않았지만, 인버터(240)의 DC 전압의 전압 맥동 발생을 감지하기 위한 센서가 추가될 수 있다. Meanwhile, although not shown, a sensor for detecting the occurrence of voltage pulsation in the DC voltage of the inverter 240 may be added to the circuit of FIG. 2.

이와 같이, 본 발명에서는 LLC 컨버터의 입력 전압 대비 출력 전압의 비를 일정하게 유지하도록 컨버터의 출력 전압을 제어함으로써, LLC 컨버터의 설계는 용이해지고 성능은 더욱 향상된다.As such, in the present invention, by controlling the output voltage of the converter to keep the ratio of the output voltage to the input voltage of the LLC converter constant, the design of the LLC converter becomes easier and the performance is further improved.

이하, 도 3은 본 발명에 따른, LLC 컨버터의 예시 설계 회로도를 보여주고 있다. LLC 컨버터는, 입력 전압을 스위칭하기 위한 스위치부(310), 스위치부(310)의 MOSFET 다이오드를 통해 스위칭된 전압을 공진하는 공진부(320), 공진된 전압을 정류하는 정류부(330), 및 커패시터(340)를 포함하여 이루어진다. Below, Figure 3 shows an example design circuit diagram of an LLC converter according to the present invention. The LLC converter includes a switch unit 310 for switching the input voltage, a resonance unit 320 for resonating the voltage switched through the MOSFET diode of the switch unit 310, a rectifier unit 330 for rectifying the resonated voltage, and It includes a capacitor 340.

상기 스위치부(310)는, LLC 컨버터에 입력된 입력 전압을 제로 크로싱(zero crossing)에 가깝도록 스위칭하며, MOSFET에서 소모되는 전력을 낮추도록 동작 구현될 수 있다. The switch unit 310 switches the input voltage input to the LLC converter close to zero crossing and can be implemented to reduce power consumed in the MOSFET.

본 발명에서, 상기 스위치부(310)는 양방향 전력 전달이 복수의 스위치들로 구성된다. 구체적으로, 상기 스위치부(310)를 구성하는 스위치들은 IGBT, MOSFET 등의 반도체 스위치로 구현되는 4개의 스위치가 풀브리지 구조로 연결된 PWM 회로 일 수 있다. In the present invention, the switch unit 310 is composed of a plurality of switches for bidirectional power transmission. Specifically, the switches constituting the switch unit 310 may be a PWM circuit in which four switches implemented with semiconductor switches such as IGBT and MOSFET are connected in a full bridge structure.

상기 스위치부(310)와 직렬 접속된 공진부(320)를 통해, 스위치부(310)에서 전달된 전압의 주파수 특성이 변환된다.Through the resonator unit 320 connected in series with the switch unit 310, the frequency characteristics of the voltage transmitted from the switch unit 310 are converted.

이를 위해, 상기 공진부(320)는 복수의 인덕터(Lr, Lm)와 하나의 커패시터(Cr)를 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 LLC 컨버터는 LLC 공진 회로가 적용되었다. 도 3에서, 복수의 인덕터(Lr, Lm) 중 하나는 션트 인덕터(Lm)에 해당한다. For this purpose, the resonator 320 includes a plurality of inductors (Lr, Lm) and one capacitor (Cr). That is, the LLC converter according to the present invention uses an LLC resonance circuit. In Figure 3, one of the plurality of inductors (Lr, Lm) corresponds to the shunt inductor (Lm).

상기 션트 인덕터(Lm)는 입력 전압 또는 부하의 변동에 대하여 안정된 출력 전압을 출력하게 한다. 상기 션트 인덕터(Lm)는 트랜스의 자화인덕턴스(Magnetizing inductance)를 이용하게 되어 회로 설계면에서는 마치 LC 직렬 공진회로처럼 보여진다. The shunt inductor (Lm) outputs a stable output voltage with respect to changes in input voltage or load. The shunt inductor (Lm) uses the magnetizing inductance of the transformer, so it looks like an LC series resonance circuit in terms of circuit design.

또한, 본 발명에 따른 LLC 컨버터에서는, 대칭적 자화 전류와 스위치의 충분한 데드타임(Dead Time)을 통해 ZVS 스위칭(동작)이 가능하다. 그에 따라 스위칭 손실도 감소된다.Additionally, in the LLC converter according to the present invention, ZVS switching (operation) is possible through symmetrical magnetization current and sufficient dead time of the switch. Switching losses are also reduced accordingly.

상기 공진부(320)에서 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)는 병렬 연결되며, 공진 인덕터(Lr)와 션트 인덕터(Lm)는 직렬 연결된다. 상기 공진부(320)는 LLC 공진 탱크단으로 명명될 수 있고, 전류원으로 동작할 수 있다. In the resonance unit 320, the resonance inductor (Lr) and the resonance capacitor (Cr) are connected in parallel, and the resonance inductor (Lr) and the shunt inductor (Lm) are connected in series. The resonance unit 320 may be referred to as an LLC resonance tank stage and may operate as a current source.

공진부(320)에서, 션트 인덕터(Lm)는 LLC 공진 회로에 병렬로 연결되며, 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr) 간에만 공진이 발생한다. In the resonance unit 320, the shunt inductor (Lm) is connected in parallel to the LLC resonance circuit, and resonance occurs only between the resonance inductor (Lr) and the resonance capacitor (Cr).

공진부(320)에서 전달된 전압은 변압기(공진부(320) 및 정류부(330) 사이)를 통해 일차측 전압이 소정 레벨의 이차측 전압으로 변환된다. 상기 변압기는 소정 권선비(Np:Ns의 권선비)로 전압 레벨을 변환시킨다. The voltage transmitted from the resonator 320 is converted into a secondary voltage of a predetermined level through a transformer (between the resonator 320 and the rectifier 330). The transformer converts the voltage level with a predetermined turns ratio (turns ratio of Np:Ns).

정류부(330)는 변압기의 이차측(Ns)에 유기된 전압을 정류한다. 이를 위해, 상기 정류부(330)는 4개의 정류 다이오드로 이루어질 수 있다. 상기 정류 다이오드는 단방향으로만 전압을 전달한다. The rectifier 330 rectifies the voltage induced in the secondary side (Ns) of the transformer. For this purpose, the rectifier 330 may be composed of four rectifier diodes. The rectifier diode transmits voltage in only one direction.

또한, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 스위치부(310)의 스위칭 동작을 제어하여서 부하 전류의 크기와 형태를 제어하는 게이트 구동 회로(미도시)가 추가로 포함될 수 있다. 이러한 경우, 상기 스위치부(310)는 게이트 구동 회로의 구동신호에 기초하여, 구성된 대각선 방향의 스위치 소자들을 동시에 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)될 수 있다.In addition, although not shown, a gate driving circuit (not shown) that controls the switching operation of the switch unit 310 to control the size and shape of the load current may be additionally included. In this case, the switch unit 310 may simultaneously turn on or off the switch elements in the diagonal direction based on the driving signal of the gate driving circuit.

커패시터(340)는 정류부(330)를 통해 정류된 전압을 필터링하여 부하측(미도시)에 인가한다. 본 발명에서는, 컨버터(220)와 연결된 자기베어링 제어부(80)가 부하의 한 예가 될 수 있을 것이다. 즉, 커패시터(340)의 출력 전압은 자기베어링의 공급 전압으로써 제공된다. The capacitor 340 filters the voltage rectified through the rectifier 330 and applies it to the load (not shown). In the present invention, the magnetic bearing control unit 80 connected to the converter 220 may be an example of a load. That is, the output voltage of the capacitor 340 is provided as the supply voltage of the magnetic bearing.

도 4는 LLC 컨버터에 입력된 정전압을 기준으로 구간별로 출력 전압을 가변 제어하는 것을 보여주는 그래프이다. 또한, 도 5는 LLC 컨버터에서, 일정 전압 제어 대비 가변 제어 전압의 게인(gain) 변화를 보여주는 그래프이다.Figure 4 is a graph showing variable control of the output voltage for each section based on the constant voltage input to the LLC converter. Additionally, Figure 5 is a graph showing the gain change of variable control voltage compared to constant voltage control in the LLC converter.

도 4에서, 제2구간(412)은 정전압 범위의 구간이다. 제1구간(411)은 정전압 보다 DC 입력 전압이 낮은 전압구간이다. 그리고, 제3구간(413)은 정전압 보다 DC 입력 전압이 높은 전압구간이다. In Figure 4, the second section 412 is a section in the constant voltage range. The first section 411 is a voltage section where the DC input voltage is lower than the constant voltage. And, the third section 413 is a voltage section where the DC input voltage is higher than the constant voltage.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1구간(411)에서는 정전압 범위보다 감소된 DC 입력 전압에 대응되도록 출력 전압도 감소시킨 것을 확인할 수 있다. 또한, 제3구간(413)에서는 정전압 범위보다 증가한 DC 입력 전압에 대응되도록 출력 전압도 증가시킨 것을 확인할 수 있다. 그에 따라 가변 출력 전압(410)으로 나타내진다.As shown in FIG. 4, it can be seen that in the first section 411, the output voltage is also reduced to correspond to the DC input voltage reduced from the constant voltage range. Additionally, in the third section 413, it can be seen that the output voltage has also increased to correspond to the DC input voltage that has increased beyond the constant voltage range. Accordingly, it is represented as a variable output voltage 410.

예를 들어, 입력 전압의 정전압은 540Vdc 인 경우 ±15% 범위가 제2구간(412)으로 설정될 수 있다. 이때, 출력 전압은 290V 정전압으로 일정하게 유지될 수 있다. 한편, 제1구간(411) 상기 정전압 대비 DC 입력 전압이 낮은 전압 범위, 예를 들어 376 Vdc를 입력 전압으로 설정되고, 이때 출력 전압은 그에 상응하도록 240 Vdc로 가변 제어될 수 있다(전술한 수학식2 참조). 그리고, 제3구간(413)은 상기 정전압 대비 DC 입력 전압이 높은 전압 범위, 예를 들어 750 Vdc 를 입력 전압으로 설정하고, 이때 출력 전압은 그에 상응하도록 증가시켜 352 Vdc로 가변 제어될 수 있다(전술한 수학식3 참조). For example, if the constant voltage of the input voltage is 540Vdc, the ±15% range may be set as the second section 412. At this time, the output voltage can be maintained constant at 290V constant voltage. Meanwhile, in the first section 411, a voltage range in which the DC input voltage is low compared to the constant voltage, for example, 376 Vdc is set as the input voltage, and at this time, the output voltage can be variably controlled to 240 Vdc to correspond (the above math) (see Equation 2). In addition, the third section 413 sets the input voltage to a voltage range in which the DC input voltage is high compared to the constant voltage, for example, 750 Vdc, and at this time, the output voltage is increased correspondingly and can be variably controlled to 352 Vdc ( (see Equation 3 above).

도 5는 DC 입력 전압이 일정 전압(예, 290 Vdc)으로 제어되는 경우(502)와 출력 가변 제어되는 경우(501)를 비교한 것이다. 출력 가변 제어되는 경우(501)는 전술한 제1구간(a") 및 제3구간(c")에서만 이루어졌다. 예를 들어, 제1구간(a")에서는 출력 전압이 비율 a로 가변 제어될 수 있다. 제3구간(c")에서는 출력 전압이 비율 b로 가변 제어될 수 있다. 출력 가변 제어되는 경우(501)를 포함한 그래프가 전압 Gain의 차가 더욱 감소되는 것을 확인할 수 있다. Figure 5 compares the case 502 in which the DC input voltage is controlled to a constant voltage (eg, 290 Vdc) and the case 501 in which the output is variable controlled. The case where output variable control was performed (501) occurred only in the above-described first section (a") and third section (c"). For example, in the first section (a"), the output voltage may be variably controlled at a ratio a. In the third section (c"), the output voltage may be variably controlled at a ratio b. It can be seen from the graph including the case of variable output control (501) that the difference in voltage gain is further reduced.

이하, 도 6은 부하 고정시, 입력 전압의 변동에 따른 운전 파형을 보여주는 그래프이다. 여기서, 부하는 예를 들어 40 옴(Ω)으로 가정하였다. 제2구간(602a, 602b)에서는 DC 입력 전압(602)과 DC 출력 전압(601)이 가변 제어를 하지 않아도, 각각 [200V/div]와 [50V/div]로 일정하게 유지된다. 그리고, 부하 전력도 [1kW/div]로 일정하게 유지된다.Hereinafter, Figure 6 is a graph showing the operation waveform according to the change in input voltage when the load is fixed. Here, the load was assumed to be 40 ohms (Ω), for example. In the second sections 602a and 602b, the DC input voltage 602 and DC output voltage 601 are maintained constant at [200V/div] and [50V/div], respectively, without variable control. And, the load power is also kept constant at [1kW/div].

한편, 제1구간(601a, 601b)은 DC 입력 전압(602)이 입력 정전압([200V/div]) 대비 약 76V 감소된 경우이다. 이때에는, DC 출력 전압(601)을 가변 제어하여 출력 정전압([50V/div]) 대비 약 31V 감소시킬 수 있다. 이때, 부하 전력은 [1kW/div]로 유지된다.Meanwhile, in the first section (601a, 601b), the DC input voltage 602 is reduced by about 76V compared to the input constant voltage ([200V/div]). At this time, the DC output voltage 601 can be variably controlled to reduce the output constant voltage ([50V/div]) by about 31V. At this time, the load power is maintained at [1kW/div].

그리고, 제3구간(603)은 DC 입력 전압(602)이 입력 정전압([200V/div]) 대비 약 114V 감소된 경우이다. 이때에는, DC 출력 전압(601)을 가변 제어하여 출력 정전압([50V/div]) 대비 약 31V 감소시킬 수 있다. 이때에는, 부하 전력이 [2.5kW/div]로 상승하게 된다.And, the third section 603 is when the DC input voltage 602 is reduced by about 114V compared to the input constant voltage ([200V/div]). At this time, the DC output voltage 601 can be variably controlled to reduce the output constant voltage ([50V/div]) by about 31V. At this time, the load power rises to [2.5kW/div].

도 7은 데드타임(DeadTime) 가변에 따른 출력 전압의 가변 제어를 보여주는 그래프이다. 그리고, 도 9는 저부하 및 무부하 조건에서 초기 LLC 컨버터 기동시, 데드타임(DeadTime) 가변 제어를 설명하기 위한 그래프이다. Figure 7 is a graph showing variable control of output voltage according to dead time variation. And, FIG. 9 is a graph for explaining deadtime variable control during initial LLC converter startup under low load and no load conditions.

먼저, 도 7을 설명하면, 바이너리 카운트(Binary Count)가 0일 때에는 Low 스위치가 동작하고(턴-온), 1일 때에는 High 스위치가 동작할 수 있다(턴-온).First, referring to FIG. 7, when the binary count is 0, the Low switch operates (turn-on), and when the binary count is 1, the High switch operates (turn-on).

정전압 대비 입력 전압이 낮은 경우(710), 데드 타임(Dead Time)을 감소시키고(화살표), 출력 전압은 증가시킨다. 반면 정전압 대비 입력 전압이 높은 경우(720), 데드 타임(Dead Time)을 증가시키고(화살표), 출력 전압은 감소시킨다. 여기서, 데드타임은 다음의 수학식 4를 통해 산출된다.If the input voltage is low compared to the constant voltage (710), dead time is reduced (arrow) and the output voltage is increased. On the other hand, when the input voltage is high compared to the constant voltage (720), the dead time is increased (arrow) and the output voltage is decreased. Here, dead time is calculated through Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

데드 타임(Dead Time) = (DC 출력 전압 - 전압지령) * K * Dead Time 기준치Dead Time = (DC output voltage - voltage command) * K * Dead Time standard value

여기에서, 비례 상수 K는 적절한 값으로 설정될 수 있다. Here, the proportionality constant K can be set to an appropriate value.

도 9를 설명하면, 저부하 및 무부하 조건에서 초기 LLC 컨버터 기동시, 기준이되는 정전압 대비 실제 DC 입력 전압이 증가함에 따라, 데드 타임(Dead Time)이 출력 듀티 보다 증가하게 된다. 이에, 모든 스위치는 턴-오프(turn off)된다.9 , when the LLC converter is initially started under low-load and no-load conditions, as the actual DC input voltage increases compared to the reference constant voltage, dead time increases than the output duty. Accordingly, all switches are turned off.

도 9에서, 위쪽 그래프에 따르면, LLC 컨버터의 초기 기동시, 2차측 출력 전압(902)이 전압 지령(901) 보다 높게 증가되고, 그에 따라 스위치가 Off되어 예를 들어 IGBT의 하단 스위치 VGE(903)가 구동 전과 같이 감소된 것을 확인할 수 있다.In FIG. 9, according to the upper graph, when the LLC converter is initially started, the secondary output voltage 902 increases higher than the voltage command 901, and the switch is turned off accordingly, for example, the bottom switch VGE (903) of the IGBT. ) can be confirmed to have decreased as before operation.

그리고, 도 9에서 아래쪽 그래프에 따르면, 구간(910)은 전압 지령(904)과 2차측 출력 전압(905)의 차이에 의한 전압 알고리즘을 반영한 것이다. 전압 지령(904)이 2차측 출력 전압(905) 대비 크게 올라서, 데드 타임(Dead Time) 값이 커지기 때문에 모든 스위치가 자동으로 턴-오프(turn-off)된다. And, according to the lower graph in FIG. 9, the section 910 reflects the voltage algorithm based on the difference between the voltage command 904 and the secondary output voltage 905. The voltage command 904 increases significantly compared to the secondary output voltage 905, and the dead time value increases, so all switches are automatically turned off.

이때, 데드 타임(Dead Time) 계산식(위의 수학식 4)의 비례상수 K와 스위칭 주파수에 따라 스위치가 오프(off)되는 전압차가 다르게 결정될 수 있다.At this time, the voltage difference at which the switch turns off may be determined differently depending on the proportionality constant K of the dead time calculation equation (Equation 4 above) and the switching frequency.

한편, 도 8은 입력 전압에 맥동 전압을 주입하고, 보상 제어를 수행한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8에서, 공진 전류(811)가 [20A/div] 일때, LLC 공진 회로의 2차측 출력 전압(812)은 [2.5V/div]일 수 있다. Meanwhile, Figure 8 is a graph showing the results of an experiment in which a pulsating voltage was injected into the input voltage and compensation control was performed. In FIG. 8, when the resonance current 811 is [20A/div], the secondary output voltage 812 of the LLC resonance circuit may be [2.5V/div].

이러한 조건에서, DC 입력 전압의 전압 맥동을 90V 주입하면, 제1시점(801)에, 보상 제어에 진입하게 된다. 그리고, 보상 제어에 따라 전압 맥동이 기설정된 범위로 감소된 제2시점(802)에 보상 제어가 해제될 수 있다.Under these conditions, when 90V of voltage pulsation of the DC input voltage is injected, compensation control is entered at the first point in time (801). Then, the compensation control may be released at a second time point 802 when the voltage pulsation is reduced to a preset range according to the compensation control.

이와 같은 보상 제어를 통해, 예를 들어 제1시점(801) 전에는 맥동 전압이 49 V 였다면, 제2시점(802) 후 또는 제1시점(801) 및 제2시점(802) 사이의 임의의 시점에서는 맥동 전압이 26V으로 감소된 것을 실험 결과로 확인할 수 있다. 이와 같은 가변 제어를 통해, 맥동 전압이 47 % 감소한 것을 확인할 수 있다. Through such compensation control, for example, if the pulsation voltage was 49 V before the first time point 801, after the second time point 802 or at any time between the first time point 801 and the second time point 802. It can be confirmed from the experimental results that the pulsation voltage has been reduced to 26V. Through this variable control, it can be seen that the pulsation voltage has been reduced by 47%.

이와 같이 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.As such, according to at least one of the embodiments of the present invention, the effect of the power conversion device according to the present invention and the air conditioner including the same will be described as follows.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the power conversion device according to the present invention and the air conditioner including the same will be described as follows.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 의하면, LLC 컨버터의 입력 전압 대비 출력 전압의 비를 일정하게 유지하도록 제어함으로써, LLC 컨버터의 설계가 용이하고 LLC 성능 향상이 증가된다. According to the power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention, the ratio of the output voltage to the input voltage of the LLC converter is controlled to remain constant, thereby facilitating the design of the LLC converter and improving LLC performance.

또한, 본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 의하면, 제품 보증 범위 내에서 일정한 전압을 유지하도록 제어함으로써, 자기베어링 성능 유지에 보다 뛰어나다. In addition, the power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention are superior in maintaining magnetic bearing performance by controlling to maintain a constant voltage within the product warranty range.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the detailed description that follows. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention may be clearly understood by those skilled in the art, the detailed description and specific embodiments such as preferred embodiments of the present invention should be understood as being given only as examples.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects, etc. described in the embodiments above are included in at least one embodiment of the present invention and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified and implemented in other embodiments by a person with ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the present invention.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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.In addition, although the above description has been made focusing on the examples, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art will understand the above examples without departing from the essential characteristics of the present embodiment. You will be able to see that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the examples can be modified and implemented. And these variations and differences in application should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Claims (16)

자기베어링 적용 모터에 전원을 공급하는 전력 변환 장치에 있어서,
3상 전원으로부터 교류 전압을 공급받아 직류 전압으로 변환하는 정류부; 및
상기 정류부로부터 직류 전압을 공급받아 컨버터부에 인가하는 인버터부를 포함하고,
상기 컨버터부는 컨버터 제어부에 의해 동작하며, 상기 인버터부로부터 상기 직류 전압을 입력 전압으로 인가받아 출력 전압을 생성하여 자기베어링 제어부에 제공하고,
상기 컨버터 제어부는,
상기 컨버터부에 인가된 상기 입력 전압을 기설정된 정전압과 비교하고, 비교 결과에 근거하여 상기 출력 전압을 가변 제어하되,
상기 입력 전압이 상기 정전압 보다 낮은 전압구간에서는 상기 출력 전압을 제1 비율로 감소시키고, 상기 입력 전압이 상기 정전압 보다 높은 전압구간에서는 상기 출력 전압을 제2 비율로 증가시키고, 이때 상기 제1 비율과 상기 제2 비율은 서로 다른 값인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.In a power conversion device that supplies power to a magnetic bearing applied motor,
A rectifier that receives alternating current voltage from a three-phase power source and converts it into direct current voltage; and
An inverter unit that receives direct current voltage from the rectifier unit and applies it to the converter unit,
The converter unit is operated by a converter control unit, receives the direct current voltage as an input voltage from the inverter unit, generates an output voltage, and provides the output voltage to the magnetic bearing control unit,
The converter control unit,
The input voltage applied to the converter is compared with a preset constant voltage, and the output voltage is variably controlled based on the comparison result,
In a voltage section where the input voltage is lower than the constant voltage, the output voltage is reduced at a first rate, and in a voltage section where the input voltage is higher than the constant voltage, the output voltage is increased at a second rate. In this case, the first rate and A power conversion device, characterized in that the second ratios are different values. 제1 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
상기 비교 결과, 상기 입력 전압의 크기가 상기 기설정된 정전압의 일정 범위를 벗어난 것에 응답하여, 상기 출력 전압의 크기를 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to claim 1,
The converter control unit,
As a result of the comparison, the power conversion device is characterized in that the magnitude of the output voltage is variably controlled in response to the magnitude of the input voltage being outside a certain range of the preset constant voltage. 제2 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
상기 입력 전압의 크기가 상기 기설정된 정전압의 일정 범위보다 감소하여 제1 입력 전압 범위에 포함되는 것에 응답하여, 상기 출력 전압의 크기가 상기 제1 입력 전압 범위에 대응되는 비율로 감소하도록 출력 듀티(duty)를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to clause 2,
The converter control unit,
In response to the magnitude of the input voltage decreasing beyond a certain range of the preset constant voltage and being included in the first input voltage range, the output duty is set so that the magnitude of the output voltage decreases at a rate corresponding to the first input voltage range. A power conversion device characterized in that it controls duty. 제2 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
상기 입력 전압의 크기가 상기 기설정된 정전압의 일정 범위보다 증가하여 제2 입력 전압 범위에 포함되는 것에 응답하여,
상기 출력 전압의 크기가 상기 제2 입력 전압 범위에 대응되는 비율로 증가하도록 출력 듀티(duty)를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to clause 2,
The converter control unit,
In response to the magnitude of the input voltage increasing beyond a certain range of the preset constant voltage to be included in a second input voltage range,
A power conversion device characterized in that the output duty is controlled so that the magnitude of the output voltage increases at a rate corresponding to the second input voltage range. 제2 항에 있어서,
상기 기설정된 정전압의 일정 범위는, 상기 기설정된 정전압의 ±15% 범위에 해당하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to clause 2,
A power conversion device, characterized in that the certain range of the preset constant voltage corresponds to a range of ±15% of the preset constant voltage. 제1 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
상기 입력 전압의 맥동 전압이 발생한 것에 응답하여 상기 출력 전압을 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to claim 1,
The converter control unit,
A power conversion device characterized in that the output voltage is variably controlled in response to the occurrence of a pulsation voltage of the input voltage. 제6 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
상기 입력 전압과 상기 기설정된 정전압 간의 차이에 기초하여, 상기 출력 전압의 맥동 전압이 감소하도록 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to clause 6,
The converter control unit,
A power conversion device characterized in that variably controlling the pulsation voltage of the output voltage to decrease based on the difference between the input voltage and the preset constant voltage. 제7 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
상기 기설정된 정전압에 대응되는 기준 출력 전압이 증가한 것에 응답하여 데드타임(Dead Time)을 증가시키고 상기 출력 전압을 감소시키는 가변 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to clause 7,
The converter control unit,
A power conversion device characterized in that it performs variable control to increase dead time and decrease the output voltage in response to an increase in the reference output voltage corresponding to the preset constant voltage. 제7 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
상기 기설정된 정전압에 대응되는 기준 출력 전압이 감소한 것에 응답하여 데드타임(Dead Time)을 감소시키고 상기 출력 전압을 증가시키는 가변 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to clause 7,
The converter control unit,
A power conversion device characterized in that it performs variable control to reduce dead time and increase the output voltage in response to a decrease in the reference output voltage corresponding to the preset constant voltage. 제1 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
데드 타임(Dead Time)이 증가하여 출력 듀티(Duty)가 감소한 경우 상기 컨버터의 출력 전압이 대응되게 감소하도록 제어하고,
데드 타임(Dead Time)이 감가하여 출력 듀티(Duty)가 증가 경우 상기 컨버터의 출력 전압이 대응되게 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to claim 1,
The converter control unit,
When dead time increases and output duty decreases, the output voltage of the converter is controlled to decrease correspondingly,
A power conversion device characterized in that when dead time decreases and output duty increases, the output voltage of the converter is controlled to increase correspondingly. 제1 항에 있어서,
상기 출력 전압의 가변 제어는,
상기 비교 결과에 근거하여 구분되는 복수의 구간들 중에서, 상기 입력 전압이 상기 기설정된 정전압의 일정 범위 보다 작거가 또는 큰 전압 구간에서만 수행되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치. According to claim 1,
The variable control of the output voltage is,
Among the plurality of sections divided based on the comparison result, the power conversion device is performed only in a voltage section where the input voltage is less than or greater than a certain range of the preset constant voltage. 제1 항에 있어서,
상기 컨버터부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하며, 구동신호에 근거하여 상기 입력 전압을 강압 또는 승압하도록 스위칭하는 스위치부;
상기 강압 또는 승압된 전압의 주파수 특성을 변환하는 공진회로부; 및
복수의 정류 다이오드들을 포함하고, 상기 공진회로부로부터 변압기를 거쳐 유기된 전압을 정류하는 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치. According to claim 1,
The converter unit,
a switch unit including a plurality of switching elements and switching to step down or step up the input voltage based on a driving signal;
a resonance circuit unit that converts the frequency characteristics of the stepped-down or boosted voltage; and
A power conversion device comprising a plurality of rectifier diodes and a rectifier for rectifying the voltage induced from the resonance circuit through a transformer. 제12 항에 있어서,
상기 공진회로부는,
적어도 하나의 션트 인덕터(Lm), 공진 인덕터(Lr), 및 공진 커패시터(Cr)를 포함하고, 상기 션트 인덕터(Lm)는 상기 스위치부와 병렬 연결되며 상기 공진 인덕터(Lr)와 상기 공진 커패시터(Cr) 간에 공진이 발생하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치. According to claim 12,
The resonance circuit part,
It includes at least one shunt inductor (Lm), a resonance inductor (Lr), and a resonance capacitor (Cr), wherein the shunt inductor (Lm) is connected in parallel with the switch unit and the resonance inductor (Lr) and the resonance capacitor ( Cr) A power conversion device characterized in that resonance occurs between the devices. 제13 항에 있어서,
상기 컨버터는,
상기 정류부를 통해 정류된 전압을 필터링하여 자기베어링 제어부에 인가하는 직류 링크 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치. According to claim 13,
The converter is,
A power conversion device further comprising a direct current link capacitor that filters the voltage rectified through the rectifier and applies it to a magnetic bearing control unit. 제 13 항에 있어서,
상기 컨버터의 초기 기동시, 상기 공진회로부의 2차측 출력 전압이 전압 지령보다 높게 증가한 것에 응답하여, 데드 타임(Dead Time)이 증가되고 상기 스위치부의 스위치들은 턴-오프(turn-off)되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.According to claim 13,
At initial startup of the converter, in response to the secondary output voltage of the resonance circuit unit increasing higher than the voltage command, dead time is increased and the switches of the switch unit are turned off. A power conversion device. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.An air conditioner comprising the power conversion device of any one of claims 1 to 15.
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