KR20000050417A

KR20000050417A - 인버터의 역률보정장치

Info

Publication number: KR20000050417A
Application number: KR1019990000281A
Authority: KR
Inventors: 한경해
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2000-08-05
Also published as: KR100351140B1; JP2000209874A; JP4430169B2; CN1264215A; CN1290250C

Abstract

본 발명은 인버터의 역률보정장치에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서는 역률을 개선하기 위해 아날로그 형태의 전용 역률개선 IC를 사용함으로써, 부품수가 많아 주변회로가 매우 복잡하고, 초크코일에 보조권선 등이 필요하게 되어 비용부담이 커지게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 상용교류전원과, 브리지 다이오드와 초크코일(choke coil)로 구성되어 상기 상용교류전원을 정류하는 정류부와, 상기 정류부의 출력을 입력받아 상용교류전원의 제로(Zero)점의 전압(제로전압)을 검출하여 그에 따른 소정의 펄스폭을 가진 펄스폭변조 신호를 출력하는 마이크로컴퓨터와, 상기 마이크로컴퓨터에서 출력되는 펄스폭변조 신호에 의해 온/오프(on/off)되는 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 온/오프에 따른 다이오드를 통한 상기 정류부의 출력 전압을 평활하는 평활용 커패시터와, 상기 평활용 커패시터의 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터와, 상기 인버터의 제어에 따라 구동되는 모터로 구성한 장치를 제공하여 마이크로컴퓨터에 일체화시킴으로써, 회로의 구성을 간략화하여 부품수를 줄이며, 또한 초크코일에 별도의 장치(보조권선 등)를 추가하지 않아도 됨으로써, 원가가 절감되는 효과가 있다.

Description

인버터의 역률보정장치{POWER FACTOR CORRECTION APPARATUS OF INVERTER}

본 발명은 인버터의 역률보정장치에 관한 것으로, 특히 냉장고, 세탁기 등에 사용되는 인버터의 특성에 의해 용량이 큰 평활용 커패시터를 사용함으로써 발생하는 역률(Power Factor)을 개선(Correction)하기 위해 아날로그 형태의 역률개선 집적회로(IC)를 사용함으로써, 부품수 증가 및 비용부담이 커지는 것을 마이크로컴퓨터에 기능회로를 추가하여 간단하게 역률을 보정하도록 하는 인버터의 역률보정장치에 관한 것이다.

현재 가전제품의 에너지 절약, 출력제어 용이성 때문에 급속하게 인버터화가 추진되고 있고, 인버터 구동 모터를 적용한 세탁기 및 냉장고 등이 개발되어 시장에 나오고 있다.

그러나, 인버터는 장치의 특성상 상용전원(국내에는 220V/60㎐)을 먼저 직류(DC)화한 후, 이를 스위칭소자를 상용하여 원하는 전압 및 주파수로 전환시키는데, 상기 직류화 과정에서 용량이 큰 커패시터가 필요로 하게 된다.

도 1은 종래 인버터 장치의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 상용교류전원(100)과; 브리지 다이오드(111)와 초크코일(choke coil, 112)로 구성되어 상기 상용교류전원(100)을 정류하는 정류부(110)와; 상기 정류부(110)의 출력 전압을 평활하는 평활용 커패시터(120)와; 상기 평활용 커패시터(120)의 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터(130)와; 상기 인버터(130)의 제어에 따라 구동되는 모터(140)로 구성되는데, 도 2는 도 1의 인버터 장치의 입력전압 및 전류의 파형도로서, 이에 도시된 바와 같이 전류파형에서 시간 t는 상기 초크코일(112)과 평활용 커패시터(120)의 시정수에 의해 결정되며, 보통 상용전원주기의 1/5 이하이다. 그리고 이상적인 역률제어 시 전류파형은 교류전압과 동일한 위상을 가지며, 또한 상용전원의 전류최대크기보다 작은 피크(peak) 전류를 가져 이와 같이 전류파형과 전압파형을 동일하게 하면 노이즈 저감과 무효전력감소 등의 효과를 가져오게 된다.

도 3은 종래 역률개선을 위한 역률보정장치를 적용한 인버터 장치의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 상기 도 1에서 설명한 상용교류전원(100)과; 브리지 다이오드(111)와; 평활용 커패시터(120)와; 인버터(130)와; 모터(140)로 구성된 인버터 장치에 초크코일(220), 저항(R1∼R11), 다이오드(D1,D2), 커패시터(C1∼C3), 아날로그 역률개선 집적회로(IC, 210) 및 스위칭 소자(Q1)로 구성되어 듀티를 가변하여 스위칭 함으로써, 전체적인 입력전류와 전압의 파형을 동일하게 하는 역률개선부(200)를 더 포함하여 구성한 것으로, 이와 같이 구성된 종래 장치의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이 브리지 다이오드(111)의 출력전압 파형이 사인파의 형태를 가지고, 이 파형과 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류가 사인파 형태로 도 5a에서와 같이 비교된다. 즉 도 4에 도시된 역률개선 IC(210)의 비교기(216)의 두 입력신호(MO, CS)에 의해 상기 스위칭 소자(Q1)의 게이트 파형이 도 5b와 같이 나타나며, 이는 사인파의 낮은 부분에서는 듀티가 커지고, 사인파가 높은 곳에서는 듀티가 낮도록 스위칭하여 전체적인 입력전류 및 입력전압 파형과 동일하도록 한다.

상기에서와 같이 종래의 기술에 있어서는 역률을 개선하기 위해 아날로그 형태의 전용 역률개선 IC를 사용함으로써, 부품수가 많아 주변회로가 매우 복잡하고, 초크코일에 보조권선 등이 필요하게 되어 비용부담이 커지게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 마이크로컴퓨터를 이용하여 역률개선 IC가 하던 기능을 하도록 함으로써, 부품수 및 비용부담을 절감하도록 하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 인버터 장치의 구성을 보인 예시도.

도 2는 도 1의 인버터 장치의 입력전압 및 전류의 파형도.

도 3은 종래 역률개선을 위한 역률보정장치를 적용한 인버터 장치의 구성을 보인 예시도.

도 4는 도 3에서 아날로그 역률개선 IC의 구성을 보인 예시도.

도 5는 도 3에서 아날로그 역률개선 IC의 동작 파형도.

도 6은 본 발명 인버터의 역률보정장치의 구성을 보인 예시도.

도 7은 도 6에서 마이크로컴퓨터의 입출력 파형을 보인 예시도.

도 8은 도 6에서 마이크로컴퓨터의 구성을 간략하게 보인 예시도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

100 : 상용교류전원 110 : 정류부

111 : 브리지 다이오드 112 : 초크코일

120 : 평활용 커패시터 130 : 인버터

140 : 모터 210 : 아날로그 역률개선 IC

217 : 뮤트(Mute) 218 : OP 앰프

300 : 마이크로컴퓨터 211,216,219,310 : 비교기

320 : 인터럽트 타이머 330 : 스택포인터

340 : 롬(ROM) 350,360 : 상,하위 레지스터

370 : 오프타이머 380 : 온타이머

390 : 알에스 플립플롭 R20∼R23 : 저항

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 인버터의 역률보정장치의 구성은, 상용교류전원과; 브리지 다이오드와 초크코일(choke coil)로 구성되어 상기 상용교류전원을 정류하는 정류부와; 상기 정류부의 출력을 입력받아 상용교류전원의 제로(Zero)점의 전압(제로전압)을 검출하여 그에 따른 소정의 펄스폭을 가진 펄스폭변조 신호를 출력하는 마이크로컴퓨터와; 상기 마이크로컴퓨터에서 출력되는 펄스폭변조 신호에 의해 온/오프(on/off)되는 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자의 온/오프에 따른 다이오드를 통한 상기 정류부의 출력 전압을 평활하는 평활용 커패시터와; 상기 평활용 커패시터의 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터와; 상기 인버터의 제어에 따라 구동되는 모터로 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 마이크로컴퓨터는 입력되는 교류전압의 제로점을 검출하는 비교기와; 기준클럭에 동기하여 일정 주기별로 인터럽트 신호를 출력하는 인터럽트 타이머와; 상기 비교기의 출력과 인터럽트 타이머의 출력에 의해 어드레스를 지정해주는 스택포인터와; 상기 스택포인터에서 지정한 어드레스의 데이터를 출력하는 롬과; 상기 롬으로부터 출력되는 데이터 중 상위 값을 입력받아 펄스폭변조 오프타임을 결정하는 상위 레지스터와; 상기 롬으로부터 출력되는 데이터 중 하위 값을 입력받아 펄스폭변조 온타임을 결정하는 하위 레지스터와; 기준클럭에 동기하여 상기 상위 레지스터에서 결정한 펄스폭변조 오프타임 값을 출력하는 오프타이머와; 기준클럭에 동기하여 상기 하위 레지스터에서 결정한 펄스폭변조 온타임 값을 출력하는 온타이머와; 상기 온타이머 또는 오프타이머에서 출력되는 값에 따른 펄스폭변조 파형을 출력하는 알에스(RS) 플립플롭으로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명 인버터의 역률보정장치의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 상용교류전원(100)과; 브리지 다이오드(111)와 초크코일(choke coil, 112)로 구성되어 상기 상용교류전원(100)을 정류하는 정류부와; 상기 정류부의 출력을 입력받아 상용교류전원의 제로(Zero)점의 전압(제로전압)을 검출하여 그에 따른 소정의 펄스폭을 가진 펄스폭변조 신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(300)와; 상기 마이크로컴퓨터(300)에서 출력되는 펄스폭변조 신호에 의해 온/오프(on/off)되는 스위칭 소자(Q2)와; 상기 스위칭 소자(Q2)의 온/오프에 따른 다이오드(D10)를 통한 상기 정류부의 출력 전압을 평활하는 평활용 커패시터(120)와; 상기 평활용 커패시터(120)의 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터(130)와; 상기 인버터(130)의 제어에 따라 구동되는 모터(140)로 구성한다.

도 8은 도 6에서 마이크로컴퓨터의 구성을 간략하게 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력되는 교류전압의 제로점을 검출하는 비교기(310)와; 기준클럭에 동기하여 일정 주기별로 인터럽트 신호를 출력하는 인터럽트 타이머(320)와; 상기 비교기(310)의 출력과 인터럽트 타이머(320)의 출력에 의해 어드레스를 지정해주는 스택포인터(330)와; 상기 스택포인터(330)에서 지정한 어드레스의 데이터를 출력하는 롬(340)과; 상기 롬(340)으로부터 출력되는 데이터 중 상위 값을 입력받아 펄스폭변조 오프타임을 결정하는 상위 레지스터(350)와; 상기 롬(340)으로부터 출력되는 데이터 중 하위 값을 입력받아 펄스폭변조 온타임을 결정하는 하위 레지스터(360)와; 기준클럭에 동기하여 상기 상위 레지스터(350)에서 결정한 펄스폭변조 오프타임 값을 출력하는 오프타이머(370)와; 기준클럭에 동기하여 상기 하위 레지스터(360)에서 결정한 펄스폭변조 온타임 값을 출력하는 온타이머(380)와; 상기 온타이머(380) 또는 오프타이머(370)에서 출력되는 값에 따른 펄스폭변조 파형을 출력하는 알에스(RS) 플립플롭(390)으로 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명에 따른 일실시예의 동작 과정 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 7a에 도시한 바와 같은 브리지 다이오드(111)의 출력전압이 마이크로컴퓨터(300)로 입력되면 이 마이크로컴퓨터(300) 내의 비교기(310)에서 입력받아 도 7b에 도시한 바와 같은 제로전압을 검출하여 스택포인터(330)로 출력하고, 이때 인터럽트 타이머(320)는 기준클럭에 동기하여 소정의 주기별로 인터럽트 신호를 상기 스택포인터(330)로 출력하며, 상기 스택포인터(330)는 상기 비교기(310)의 출력을 클리어 신호(CLR)로 입력받고, 인터럽트 타이머(320)의 출력을 클럭신호(CLK)로 입력받아 어드레스를 지정하면 이를 롬(340)에서 입력받아 해당하는 어드레스의 펄스폭변조 데이터를 출력하는데, 이 펄스폭변조 데이터는 상위 값과 하위 값으로 나뉘어 각각 상위 및 하위 레지스터(350)(360)로 입력된다.

상기 상위 레지스터(350)는 상위 값을 입력받아 이를 오프타이머(370)로 출력하고, 상기 하위 레지스터(360)는 하위 값을 입력받아 온타이머(380)로 출력하며, 상기 오프타이머(370)와 온타이머(380)는 입력되는 상위 값과 하위 값에 따라 각각 펄스폭변조 오프타임과 펄스폭변조 온타임을 결정한 후, 각각 기준클럭에 동기하여 알에스 플립플롭(390)으로 출력하면, 알에스 플립플롭(390)은 도 7c에 도시한 오프타이머(370) 또는 온타이머(380)의 로드출력(펄스폭변조 파형)을 스위칭 소자(Q2)의 게이트로 출력하여 각각의 캐리(carry) 출력이 있을 때까지 스위칭 소자(Q2)를 구동시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 인버터의 역률보정장치는 아날로그 형태의 역률개선 IC를 원칩(one chip)화가 쉬운 디지털 소자를 사용하여 마이크로컴퓨터에 일체화시킴으로써, 회로의 구성을 간략화하여 부품수를 줄이며, 또한 초크코일에 별도의 장치(보조권선 등)를 추가하지 않아도 됨으로써, 원가가 절감되는 효과가 있다.

Claims

상용교류전원과; 브리지 다이오드와 초크코일(choke coil)로 구성되어 상기 상용교류전원을 정류하는 정류부와; 상기 정류부의 출력을 입력받아 상용교류전원의 제로(Zero)점의 전압(제로전압)을 검출하여 그에 따른 소정의 펄스폭을 가진 펄스폭변조 신호를 출력하는 마이크로컴퓨터와; 상기 마이크로컴퓨터에서 출력되는 펄스폭변조 신호에 의해 온/오프(on/off)되는 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자의 온/오프에 따른 다이오드를 통한 상기 정류부의 출력 전압을 평활하는 평활용 커패시터와; 상기 평활용 커패시터의 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 가변 주파수 및 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터와; 상기 인버터의 제어에 따라 구동되는 모터로 구성한 것을 특징으로 하는 인버터의 역률보정장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로컴퓨터는 입력되는 교류전압의 제로점을 검출하는 비교기와; 기준클럭에 동기하여 일정 주기별로 인터럽트 신호를 출력하는 인터럽트 타이머와; 상기 비교기의 출력과 인터럽트 타이머의 출력에 의해 어드레스를 지정해주는 스택포인터와; 상기 스택포인터에서 지정한 어드레스의 데이터를 출력하는 롬과; 상기 롬으로부터 출력되는 데이터 중 상위 값을 입력받아 펄스폭변조 오프타임을 결정하는 상위 레지스터와; 상기 롬으로부터 출력되는 데이터 중 하위 값을 입력받아 펄스폭변조 온타임을 결정하는 하위 레지스터와; 기준클럭에 동기하여 상기 상위 레지스터에서 결정한 펄스폭변조 오프타임 값을 출력하는 오프타이머와; 기준클럭에 동기하여 상기 하위 레지스터에서 결정한 펄스폭변조 온타임 값을 출력하는 온타이머와; 상기 온타이머 또는 오프타이머에서 출력되는 값에 따른 펄스폭변조 파형을 출력하는 알에스(RS) 플립플롭으로 구성한 것을 특징으로 하는 인버터의 역률보정장치.