KR20030073195A - 인버터공기조화기의 역률보상제어회로 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터공기조화기의 역률보상제어회로 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터공기조화기의 구동에 따른 역률이 보상되도록 제어하는 인버터공기조화기의 역률보상제어회로 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 인버터공기조화기는 단락소자의 구동에 따른 인버터공기조화기의 제어를 수행하도록 제어한다.

따라서 본 발명에 따른 인버터공기조화기가 구동되는데 있어서 발생되는 역률을 효과적으로 개선할 수 있다. 이에 따라 최적의 조건으로 인버터공기조화기가 구동됨에 따라 사용자는 제품에 대한 만족도를 높일 수 있다.

Description

인버터공기조화기의 역률보상제어회로 및 방법{A power factor correction circuit and method of inverter air conditioner}

본 발명은 인버터공기조화기의 역률보상제어회로 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터공기조화기의 구동에 따른 역률이 보상되도록 제어하는 인버터공기조화기의 역률보상제어회로 및 방법에 관한 것이다.

이하 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 역률개선제어회로에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 역률개선제어회로이다.

도1에서 보는 바와 같이, 교류전원(1)을 직류전원으로 변환하는 컨버터부(8)와, 상기 컨버터부(8)로부터 변환된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터부(9)와, 인버터공기조화기가 구동됨과 동시에 역률이 개선되도록 제어하는 마이크로컴퓨터(11)와, 상기 인버터부(9)가 구동되도록 제어하는 인버터구동회로(12), 상기 인버터부(9)의 제어하에 구동되는 3상인버터모터(7)와, 상기 마이크로컴퓨터(11)의 제어신호와, 상기 컨버터부(7)에서 승압된 DC전압 및 상기 브릿지 다이오드(2)의 정류전압 등을 이용해서 상기 컨버터부(8) 내부의 단락소자(IGBT)의 스위칭 동작을 제어하여, 역률 보상을 제어하는 역률보상회로(10)를 포함하여 구성된다.

상기 컨버터부(8)는 교류전원의 정류를 위한 브릿지다이오드(D1)와, 상기 브릿지다이오드를 통해서 정류된 전압의 리액턴스를 나타내는 리액터(R)와, 역전류방지를 위해서 리액터의 출력단에 연결되고 있는 다이오드(D)와. 상기 브릿지다이오드(D1)를 통해서 정류된 교류전압에 포함된 고주파노이즈와 출력전압을 능동적으로 가변하도록 스위칭동작을 수행하는 단락소자(IGBT)와, 상기 단락소자(IGBT)의 스위칭동작에 의해 발생된 높은 DC전압을 평활하는 평활용캐패시터(C)와, 상기 단락소자(IGBT)에 입력되는 전압에 따른 전류값을 감지하는 션트저항(3)으로 구성된다.

그리고 상기 인버터부(9)는 도시되고 있는 바와 같이, 6개의 스위칭소자(P1,P2,P3,P4,P5,P6)로 구성되고 있고, 상기 스위칭소자(P1,P2,P3,P4,P5,P6)에 입력된 전압에 따른 전류의 이상여부를 감지하는 션트저항(3')이 구성된다. 상기 스위칭소자(P1,P2,P3,P4,P5,P6)는 한 쌍의 스위칭소자씩 직렬연결되어 세 개의 출력라인으로 3상 압축기모터(7)에 3상교류전원을 공급하게 된다.

상기 역률보상회로(10)는 컨버터부(8)의 캐패시터(C)를 통과하여 DC링크 전압을 분배한 전압(Vdc)과 브릿지다이오드(D1)에 의해서 정류된 전압(Vdet)과, 컨버터부(8)의 션트저항(3)의 전류(Idet)가 입력된다. 그리고 상기 DC LINK 전압을 일정하게 되도록 PWM(Plus wide modulation):펄스폭변조로 단락소자(IGBT)의 스위칭동작을 제어하고, 션트(Shunt)저항으로 감지된 전류파형의 형상을 추종할 수 있도록 단락소자(IGBT)를 PWM으로 제어한다. 이때, 전류가 상승되어 규정값 이상으로 과전류가 흐르게되면 일시적으로 PWM출력을 정지하도록 동작된다.

그리고 마이크로컴퓨터(11)는 PWM신호를 인버터구동회로(12)로 출력하여, 상기 인버터구동회로(12)에 의해서 상기 인버터부(9)가 구동된다.

한편, 상기 인버터부(9)에 구비된 파워모듈소자(P1~P6)의 이상에 따라 발생하는 폴트(fault)신호는 상기 마이크로컴퓨터(11)에 구비된 폴트신호 감지포트(f0)에 전달된다. 그리고 상기 마이크로컴퓨터(11)는 상기 파워모듈소자(P1~P6)의 파손 위험시 발생하는 폴트신호를 감지하여 3상 압축기모터(7)가 오프되도록 동작한다.

이와 같이 구성되는 종래 인버터공기조화기의 역률개선제어회로는, 고가의 단락소자(IGBT)를 통한 고속 스위칭으로 역률 개선을 제어하고 있다. 때문에, 고속 스위칭에 적합한 고가의 리액터(R)를 사용할 수 밖에 없었고, 이러한 점은 제조 비용의 상승을 초래하였다.

또한, 종래 인버터 공기조화기의 역률개선제어회로는, 단락소자(IGBT)의 고속 스위칭에 따른 전원 스위칭 노이즈 때문에, 노이즈 필터부의 제조 비용 상승 및 부피, 무게 상승 등을 초래하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 제조비용의 상승을 억제하면서도 역률 개선을 제어할 수 있는 인버터 공기조화기의 역률개선제어회로 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 역률개선제어회로.

도 2는 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률개선제어회로.

도 3은 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률개선회로를 통해서 제어되는 파형도.

도 4a,4b는 본 발명에 따른 입력전압에 따라 구성되는 인버터공기조화기의 역률보상제어회로.

도 5a,5b는 소비된 전력과 도통각에 따른 역률을 나타내는 그래프.

도 6은 소비전력에 따른 dc링크전압의 그래프.

도 7은 단락소자의 구동시간을 산출하기 위한 소비전력에 따른 도통시간 산출그래프.

도 8은 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률보상제어회로의 동작제어 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

40 : 제로크로스 검출회로 50 : 단락소자 구동회로

45 : 폴트신호 감지회로 55 : 인버터구동회로

60 : 마이크로컴퓨터

본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률보상제어회로는 입력되는 전압을 감지하는 전압감지회로와; 입력되는 부하전류를 감지하는 부하전류감지회로와; 공급되는 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 변환하는 컨버터부와; 상기 컨버터부로부터 출력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 3상압축기모터에 공급하는인버터부와; 상기 컨버터부에 입력된 전압에 따른 출력파형의 위상을 감지하는 제로크로스감지회로와; 상기 위상감지에 따라, 전압과 부하전류에 의한 소비전력을 이용하여 컨버터부에 구비되어진 단락소자의 구동시간을 제어하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률보상제어방법은 인버터공기조화기 내로 유입되는 전압과 전류를 감지하는 입력전압/전류감지단계와; 상기 입력된 교류전압을 감지하여, 상기 전압파형이 단락소자가 구동되는 제로크로스위치임을 감지하는 파형감지단계와; 상기 파형감지에 따라, 감지된 전압/전류값을 소비전력으로 산출하는 단계와; 상기 산출에 따라, 소비전력값을 기초로 상기 단락소자의 스위칭동작이 구동되는 시간을 산출하는 단락소자구동시간 산출단계와; 상기 산출된 단락소자의 구동시간동안 단락소자가 스위칭동작하여 위상이 제어되는 위상제어단계와; 상기 단락소자가 구동됨에 따라 발생되는 이상소음이 저감되도록 소음저감제어단계를 포함하여 구성된다.

이하 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률개선제어회로에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률개선제어회로이다.

도면에서 보는 바와 같이, 교류전원을 통해서 입력된 전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부(70)와, 상기 컨버터부(70)로부터 변환된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터부(75)와, 제품 내부로 입력되는 전압의 위상을 검출하기 위한 제로크로스 검출수단(40), 상기 컨버터부에 구비되어진 단락소자 (IGBT)가 구동되도록 제어하는 단락소자 구동회로(50)와, 상기 인버터부(75)의 이상전류를 감지하는 폴트신호감지회로(45)와, 상기 인버터부(75)를 구동하는 인버터 구동회로(55)와, 제품 내부의 여러 부하들의 동작에 따른 부하전류를 감지하는 부하전류감지회로(80)와, 제품 내부로 입력되는 전압을 감지하는 입력전압회로(85)와, 상기 제로크로스 검출수단(40), 상기 부하전류감지회로와 입력전압회로의 감지값에 기초하여소비전력을 산출하고, 상기 소비전력수치를 이용하여 단락소자 구동시간을 결정하여 역률개선을 위한 보상신호를 상기 단락소자구동회로(50)로 출력하는 마이크로컴퓨터(60)를 포함하여 구성된다.

다음은 상기 컨버터부(70)와 인버터부(75)에 대해 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

상기 컨버터부(70)는 교류전류에 대해 리액턴스를 나타내는 리액터(R')와, 브릿지다이오드1(D1)를 통과하도록 한다. 그리고 상기 리액터(R')의 출력단에서 스위칭동작을 수행하는 단락소자(IGBT)와, 상기 리액터(R')를 통과한 전압을 정류하는 브릿지다이오드2(D2)와, 상기 정류된 전압을 평활하는 평활용 캐패시터1,2(C1,C2)와, 상기 단락소자(IGBT)에 입력되는 전압에 따른 전류값을 감지하는 션트저항(25)을 포함하여 구성된다.

특히, 상기 컨버터부(70)의 브릿지다이오드(D1)와 단락소자(IGBT)는, 상기 리액터(R')를 통과하는 전압과 전류의 위상이 조절되어 역률이 개선될 수 있도록 스위칭동작을 수행한다. 즉, 상기 단락소자(IGBT)의 스위칭동작으로, 상기 리액터(R')를 통과하는 전류의 위상을 조절한다.

그리고 상기 인버터부(75)는 도시되고 있는 바와 같이, 6개의 스위칭소자 (P1,P2,P3,P4,P5,P6)로 구성되고 있고, 상기 스위칭소자 (P1,P2,P3,P4,P5,P6)에 입력된 전압에 따른 전류의 이상여부를 감지하는 션트저항(36)으로 구성된다. 상기 스위칭 소자는 한 쌍의 스위칭소자씩 직렬연결되어 세 개의 출력라인으로 3상 압축기모터에 3상교류전원을 공급하게 된다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 회로부의 접속관계를 살펴보기로 한다.

제품 내부로 입력되는 교류전원(10)에 리액터(R')가 연결되고 있다. 그리고 상기 리액터(R')의 출력단에 두개의 브릿지 다이오드1,2(D1,D2)가 연결된다. 그리고 상기 두개의 브릿지 다이오드 중 어느 하나에 역률 개선을 위한 스위칭동작을 수행하는 단락소자(IGBT)가 연결되고 있다. 도시된 실시예에서는 앞단의 브릿지 다이오드1(D1)에 단락소자(IGBT)를 연결하고 있다. 그리고 상기 브릿지다이오드1(D1)의 출력단 2와 단락소자(IGBT)의 에미터 사이에는 션트저항(25)이 구비된다. 그리고 상기 브릿지다이오드2(D2)의 출력단 1,2는 평활용 캐패시터1,2(C1,C2)가 병렬연결된다.

상기 평활용 캐패시터1,2(C1,C2)에서 평활된 전압은 인버터부에 구비되어져 있는 3쌍의 스위칭소자로 공급되도록 연결되어져 있다. 그리고 상기 컨버터부의 캐패시터2(C2)와 인버터부의 스위칭소자4(P4) 사이에는 션트저항(36)이 구비된다. 또한, 3쌍의 스위칭소자중에서 한 쌍의 스위칭소자에 각각 3상압축기모터(35)로 출력라인이 연결된다.

한편, 상기 교류전원(10)의 양단은 제로크로스검출회로(40)와 연결된다. 그리고 상기 인버터부의 단락소자(IGBT)의 베이스단자와 에미터단자는 단락소자구동회로(50)와 연결된다. 또한, 컨버터부의 캐패시터2(C2)와 인버터부(75)의 상기 션트저항(36) 사이에는 폴트신호를 감지하기 위한 폴트신호감지회로(45)가 구비된다.

그리고 제품 내부로 입력되는 부하전류를 감지하는 부하전류감지회로(80)와, 제품 내부로 입력되는 입력전압을 감지하는 입력전압회로(85)가 구비되고, 상기 제로크로스검출회로(40), 폴트신호감지회로(45), 부하전류감지회로(80), 입력전압회로 (85)는 감지신호를 마이크로컴퓨터(60)로 공급하도록 연결되고 있다.

상기 마이크로컴퓨터(60)는 상기 감지된 값에 기초해서 상기 단락소자구동회로(50)에 역률 보상을 위한 신호를 출력한다. 또한, 마이크로컴퓨터(60)는 상기 인버터부(75)가 구동되도록 제어하기 위해서 인버터구동회로(55)와 연결된다.

다음은 상기 구성에 따른 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률개선회로의 동작과정을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

입력된 교류전원은 컨버터부에 구비된 리액터(R)를 통해 브릿지다이오드1(D1)에 입력된다. 상기 브릿지다이오드1(D1)를 통해서 정류된 전압은 단락소자(IGBT)로 입력되어, 상기 단락소자(IGBT)는 입력된 전압이 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되도록 제어한다. 상기 단락소자의 턴 온/오프 스위칭동작에 따라 단락소자에 전류가 흐르게 되면, 전류파형에 따른 위상을 제어한다. 그리고 상기 위상제어된 파형을 브릿지다이오드2(D2)를 통해서 정류한다.

한편, 회로내로 입력되는 전압의 위상을 판단하는 제로크로스 감지수단을 통해 제로크로스 위치를 감지함으로서, 어느 시점에서 상기 단락소자(IGBT)를 제어할것인지 판단하도록 제어신호를 마이크로컴퓨터(60)에 출력한다. 상기 신호를 출력받은 마이크로컴퓨터(60)는 단락소자 구동수단으로 제어신호를 출력하여, 컨버터부에 구비된 상기 단락소자(IGBT)의 구동을 제어한다. 즉, 위상이 낮은 지점에서는 단락소자가 도통되게 제어되고, 위상이 높은 지점에서는 단락소자가 오프되도록 제어한다.

이때, 상기 단락소자(IGBT)의 도통시간이 길어질 경우 발생하는 리액터(R)의 전기소음을 저감시키도록 단락소자(IGBT)가 턴오프(turn off)되어, 오프영역에서 일시적으로 스위칭동작을 수행하여 소음을 저감할 수 있도록 한다.

한편, 상기 컨버터부(70)를 통해서 출력된 전압은 인버터부(75)로 입력된다. 그리고 상기 인버터부(75)에 구비되어져 있는 6개의 스위칭소자(P1',P2',P3',P4',P5',P6')가 스위칭동작을 수행하고, 이때의 스위칭 동작으로 3상 압축기모터(35)가 구동되도록 3상 교류전원으로 변환하여 3상 압축기모터(35)에 공급한다. 이때, 션트저항(36)은 상기 스위칭소자 (P1',P2',P3',P4',P5',P6')에 입력되어지는 전압에 따른 전류를 감지하고, 상기 전류가 이상전류인 경우 폴트신호를 폴트신호감지회로(50)을 통해서 마이크로컴퓨터(60)로 전달하여 상기 3상압축기모터(35)가 정상구동이 아님을 판단하도록 한다.

이에 따라 상기 신호를 전달받은 마이크로컴퓨터(60)는 인버터구동회로(55)을 통해서 인버터구동신호를 출력하여 3상 압축기모터(35)의 구동이 정지되도록 제어한다.

도 3은 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률개선회로를 통해서 제어되는 파형도이다.

마이크로컴퓨터(60)는 컨버터부에 구비된 단락소자(IGBT)를 제로크로스 검출회로에 의해서 검출된 파형의 위상이 낮은 영역에서 도통되게 제어하고, 위상이 높아지는 영역에서는 오픈되게 제어한다. 이때 위상의 영역을 판단하기 위하여 제로크로스 검출수단(40)을 통하여 어느시점에서 단락소자(IGBT)를 제어할지를 판단한다.

즉, 전압에 따른 파형이 제로크로스 위치에 도달하면, 상기 신호는 마이크로컴퓨터(60)에 전달된다. 상기 신호를 전달받은 마이크로컴퓨터(60)는 상기 파형에 따른 위상 영역이 높은지 낮은지 판단한다. 그리고 상기 마이크로컴퓨터(60)는 상기 위상영역에 따라 상기 단락소자(IGBT)수단이 구동되도록 제어신호를 출력한다. 그리고 제어신호를 전달받은 상기 단락소자 구동회로(45)는 단락소자의 온/오프 구동을 제어하게 된다.

역률개선회로 내의 전류파형은, a전압파형에 대비하여 도면에서 보는 바와 같이 통상적으로 공기조화기가 구동되어짐에 따라 위상차이가 발생하여 파형c와 같이 나타난다.

따라서 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 단락소자 구동회로(45)를 통해서 파형b에서 보는 것과 같이 위상차이가 발생되는 부분에 대하여 위상차를 보상하도록 제어하여야 한다. 이에 따라 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률개선회로내에 구비되어지는 단락소자(IGBT)를 이용해서 역률이 개선되도록 제어한다.

즉, 도 3과 같이 입력된 교류전원에서 파형의 위상에 따른 제로크로스 지점을 감지하면, 단락소자(IGBT)가 t2시간 동안 스위칭을 온(on)하고, t3시간 동안 수회 스위칭을 통해서 리액터의 이상소음을 저감하고, t4시간동안 스위칭 온(on)하여 전류 위상을 보상한다.

이때, 부하전류에 따라 전압과 전류파형의 위상차가 발생하는 부분이 각각 다르기 때문에, 상기 부하전류감지회로(80)에서 감지되는 부하전류에 따라 t2시간을 제어하여, 불필요하게 단락소자(IGBT)의 스위칭이 on되는 시간이 발생되지 않도록 한다.

도 4a,4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입력전압에 따라 구성되는 인버터공기조화기의 역률보상제어회로이다.

본 발명에 따른 인버터공기조화기로 입력되는 전압이 220V일 경우, 도 4a에서 보는 바와 같이 역률보상제어회로를 나타낼 수 있다.

상기 회로는 교류전원이 입력되고, 리액턴스를 나타내는 리액터(R-1)와, 리액터(R-1)를 통과한 교류전압이 입력되는 브릿지다이오드(D-a)와, 상기 브릿지다이오드(D-a)를 통해서 정류된 교류전압에 포함된 고주파노이즈와 출력전압을 능동적으로 가변하도록 스위칭동작을 수행하는 단락소자(IGBT)와, 상기 단락소자(IGBT)에서 스위칭된 전압을 정류하는 브릿지다이오드(D-b)와, 상기 정류된 전압을 평활하는 평활용캐패시터1,2(C-a,C-b)와, 상기 단락소자(IGBT)에 입력되는 전압에 따른 전류값을 감지하는 션트저항(25a)과, 인버터공기조화기가 구동되도록 제어하는 인버터구동회로(55a)와, 입력된 교류전원의 위상을 감지하여 역률이 보상되도록 제어하는 마이크로컴퓨터(60a)로 구성된다.

또한, 입력전압의 제로크로스위치를 감지하는 제로크로스 감지회로(40a)와, 위상이 제어되도록 단락소자의 구동을 제어하는 단락소자구동회로(50a)와, 입력전압을 감지하는 입력전압 감지회로(85a)와, 부하전류를 감지하는 부하전류감지회로(80a)를 포함하여 구성된다.

제품 내부로 입력되는 전압을 입력전압회로(85a)로부터 감지하고, 부하전류 감지회로(80a)를 통해서 부하전류를 감지한다. 상기 감지값은 마이크로컴퓨터(60a)에 입력되고, 상기 수치를 전달받은 마이크로컴퓨터(60a)는 상기 측정값으로 소비전력을 산출한다.

한편, 제품 내부로 전원이 입력되면, 상기 제로크로스 검출회로(40a)는 입력된 전압에 따라 제로크로스 위치를 감지한다. 상기 제로크로스 위치를 감지함으로서 단락소자(IGBT)를 제어할 수 있다.

이와 동시에 입력된 교류전원은 브릿지다이오드(D-a)를 거쳐, 단락소자(IGBT)에 입력된다. 이때, 상기 제로크로스 검출수단(40a)에서 전압파형이 위상제어하기 위한 제로크로스 위치임을 검출하면, 상기 단락소자(IGBT)가 구동하도록 마이크로컴퓨터(60a)가 단락소자구동회로(50a)로 제어신호를 출력한다. 이에 따라 단락소자(IGBT)의 구동이 온되면, 전압은 브릿지다이오드(D-b)에 유입되고, 상기 유입된 전압을 정류한다. 상기 정류된 전압은 캐패시터(C-a,C-b)을 통과하여 인버터구동회로(55a)로 연결된다. 상기 인버터구동회로(55a)는 마이크로컴퓨터(60a)의 제어에 의해 구동되고, 상기 인버터구동회로(55a)의 구동에따라 압축기가 동작한다.

이때, 실험값을 통해서 상기 회로 내에 구비되어져 있는 리액터의 용량은 15mH~20mH의 조건에서 최적의 역률조건을 가진다.

그러나 인버터공기조화기로 입력되는 전압이 110V일 경우, 도 4b에서 보는 바와 같이 역률보상제어회로를 나타낼 수 있다.

상기 회로는 교류전원이 입력되고, 리액턴스를 나타내는 리액터(R-2)와, 리액터(R-1)를 통과한 교류전압이 입력되는 브릿지다이오드(D-a')와, 상기 브릿지다이오드(D-a)를 통해서 정류된 교류전압에 포함된 고주파노이즈와 출력전압을 능동적으로 가변하도록 스위칭동작을 수행하는 단락소자(IGBT)와, 상기 단락소자(IGBT)를 통해서 발생된 dc전압을 정류하는 브릿지다이오드(D-b')와, 상기 정류된 전압을 평활하는 평활용캐패시터(C-a',C-b',C-c')와, 상기 단락소자(IGBT)에 입력되는 전압에 따른 전류값을 감지하는 션트저항(25b)과, 인버터공기조화기가 구동되도록 제어하는 인버터구동회로(55b)와, 입력된 교류전원의 위상을 감지하여 역률이 보상되도록 제어하는 마이크로컴퓨터(60b)로 구성된다.

또한, 입력전압의 제로크로스위치를 감지하는 제로크로스 감지회로(40b)와, 위상이 제어되도록 단락소자의 구동을 제어하는 단락소자구동회로(50b)와, 입력전압을 감지하는 입력전압 감지회로(85b)와, 부하전류를 감지하는 부하전류감지회로(80b)를 포함하여 구성된다.

역률보상제어회로로 입력된 전압을 입력전압회로로부터 감지하고, 부하전루 감지회로를 통해서 부하전류를 감지한다. 상기 감지값은 마이크로컴퓨터(60b)에 입력되고, 상기 수치를 전달받은 마이크로컴퓨터(60b)는 상기 측정값으로 소비전력을 산출한다.

한편, 역률보상제어회로 내로 전원이 입력되면, 상기 제로크로스 검출회로(40b)는 입력된 전압에 따라 제로크로스 위치를 감지한다. 상기 제로크로스 위치를 감지함으로서 단락소자(IGBT)를 제어할 수 있다.

이와 동시에 입력된 교류전원은 브릿지다이오드(D-a')를 거쳐, 단락소자에 입력된다. 이때, 상기 제로크로스 검출수단(40b)에서 전압파형이 위상제어하기 위한 제로크로스 위치임을 검출하면, 상기 단락소자가 구동하도록 마이크로컴퓨터(60b)가 단락소자구동회로(50b)로 제어신호를 출력한다. 이에 따라 단락소자의 구동이 온되면, 전압은 브릿지다이오드(D-b')에 유입되고, 상기 유입된 전압을 정류한다. 상기 정류된 전압은 캐패시터(C-a',C-b',C-c')을 통과하여 인버터구동회로(55b)로 연결된다. 상기 인버터구동회로는 마이크로컴퓨터(60b)의 제어에 의해 구동되고, 상기 인버터구동회(55b)로의 구동에 따라 압축기가 동작한다.

이때, 실험값을 통해서 상기 회로 내에 구비되어져 있는 리액터의 용량은 5mH~8mH에서 최적의 역률조건이다.

상기 도 5a,5b에서 소비전력과 도통각에 따른 역률에 대해 살펴보면 다음과 같다.

부하전류감지회로를 통해서 부하의 전류를 감지하고, 입력전압회로를 통해서 전압이 측정되면, 상기 신호를 전달받은 마이크로컴퓨터는 소비전력을 산출한다. 이에 따라 소비전력에 따른 역률을 검출할 수 있다.

마이크로컴퓨터에서 산출된 소비전력이 1800W급이라면, 도 5a에서 보는 바와 같이, 상기 소비전력에 따른 최적의 역률을 맞추기 위해서는 리액터의 용량이 18mH이고, 상기 용량에서 98.4%의 역률을 확보하는 것이 가능하고, 그때의 스위칭동작을 수행하는 단락소자의 단락시간은 2.944msec에서 최적의 상태가 됨을 알 수 있다.

또한, 마이크로컴퓨터에서 산출된 소비전력이 3000W급이고, 상기 소비전력에 따른 최적의 역률을 맞추기 위해서는 리액터의 용량이 16mH이고, 도 5b에서 보는 바와 같이, 상기 용량에서 98%이상 역률을 확보하는 것이 가능하다. 그리고 그때의 스위칭동작을 수행하는 단락소자의 단락시간은 2.816msec에서 최적의 상태가 됨을 알 수 있다.

따라서 도 5a,5b에 도시된 소비전력에 따른 도통시간의 관계는 소비전력이 커질수록 일정시간동안 양(+)의 상관관계를 얻는다.

도 6은 소비전력에 따른 DC링크전압의 그래프이다.

종래에는 통상의 수동필터 방식(L-C)에서는 DC 링크전압이 떨어지는 문제점이 있는데 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 구동을 제어하는 경우, 입력전압이 230V인 경우 약 DC300V의 전압을 만들 수 있고, 이를 가지고 압축기의 구동에 따른 인가전압을 상승시킬 수 있어 종래의 경우보다 모터의 능력범위를 넓힐 수 있는 장점이 있다.

도 7은 단락소자의 구동시간을 산출하기 위한 소비전력에 따른 도통시간 산출그래프이다.

부하전류를 감지하는 부하전류감지회로(80)와, 입력전압 감지수단(85)을 감지하여, 상기 신호는 마이크로컴퓨터(60)에 입력된다. 상기 마이크로컴퓨터(60)는 상기 측정된 전압과 전류에 의해서 소비전력을 검출하면, 상기 소비전력에 따른 단락소자(IGBT)의 구동시간을 산출한다.

상기 구동소자(IGBT)가 스위칭동작을 수행하도록 구동시간을 산출하는 산출식을 살펴보면 다음과 같다.

[수학식]

단락소자 구동시간 = 0.000605*x+1.7995024

(x = 부하전류*입력전압)

상기 수학식에서 보는 바와 같이, 소비전력이 증가할 수록 도통시간이 증가함을 알 수 있다. 또한, 도면에서도 상기와 같은 결과를 나타낸다.

상기와 같은 수학식은 마이크로컴퓨터(60)에 기설정되어져 있고, 입력전압 감지회로(85)과 부하전류감지회로(80)를 통해서 각각 입력전압과 부하전류를 감지하고, 상기 감지한 수치를 통해서 소비전력이 결정된다.

그리고 마이크로컴퓨터(60)에 기설정된 단락소자 구동시간 수학식을 통해서 소비전력에 따른 단락소자의 도통시간을 결정할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률보상제어회로의 동작제어 흐름도이다.

인버터공기조화기 내로 전압이 입력되면, 부하전류감지회로(80)가 부하전류를 감지하고, 입력전압 감지회로(85)가 입력전압을 감지한다(제 200 단계).

교류전원으로 입력된 전압을 감지하여, 제로크로스 검출회로(40)를 통해서 상기 전압파형이 제로크로스에 위치되는 지점의 위상을 감지한다(제 210 단계). 상기 감지한 신호는 마이크로컴퓨터(60)에 전달된다. 이때. 입력된 교류전원은 브릿지다이오드(D1)를 거쳐 단락소자(IGBT)에 전달된다. 그리고 상기 단락소자(IGBT)로 입력된 전류가 허용범위 인지 션트저항(25)이 감지하여 단락소자의 파손을 방지한다.

한편, 상기 제로크로스 검출회로(40)를 통해서 위상제어 위치를 감지하면, 상기 신호는 마이크로컴퓨터(60)에 입력되고, 상기 신호를 전달받은 마이크로컴퓨터(60)는 단락소자의 구동을 제어하여 위상이 제어되도록 제어한다. 이때, 단락소자의 구동을 위한 구동시간을 산출하기 위해서 소비전력값이 필요하다.

따라서 상기 제 200 단계에서 측정한 전압과 전류값으로 소비전력을 계산한다(제 220 단계). 이에 따라 마이크로컴퓨터(60)는 소비전력을 이용해 기설정된 수학식에 따라 단락소자(IBGT)의 구동시간을 산출한다(제 230 단계).

즉, 부하전류와 입력전압을 감지하여 상기 소비전력을 측정하는 것과, 상기 소비전력을 통해서 단락소자의 구동시간을 산출하는 과정은 마이크로컴퓨터(60)에 기설정되어져 있다.

이에 따라, 상기 제 230 단계로부터 단락소자(IGBT)의 구동시간이 산출되어지고, 마이크로컴퓨터(60)는 상기 단락소자의 구동시간동안 단락소자(IGBT)가 구동되도록 제어한다(제 240 단계).

상기와 같은 제어과정을 통해서 단락소자(IGBT)를 구동시킴으로서, 전압파형a에 따른 파형c의 역률보상으로 파형 b로 보상제어된다.

상기와 같이 단락소자(IGBT)가 구동되고, 상기 단락소자의 도통시간이 길어지면, 리액터(R)의 소음이 증가된다. 이때, 상기 리액터(R)의 소음을 저감시키기 위해서 소음저감신호를 발생한다(제 250 단계).

그리고 상기 단락소자(IGBT)에 흐르는 전류를 션트저항(25)를 통해 감지하여, 상기 단락소자(IGBT)에 과전류가 흐르는지 여부를 판단한다(제 260 단계). 상기 판단에 따라 단락소자(IGBT)에 정상적인 전류가 흐른다고 판단하면, 인버터부(75)로 공급되어 파워소자(P1,P2,P3,P4,P5,P6)의 스위칭동작으로 인해서 3상인버터모터의 구동을 제어한다(제 270 단계).

그러나, 상기 단락소자에서 흐르는 전류를 감지하여 과전류가 흐른다고 판단되면, 마이크로컴퓨터(60)는 단락소자를 제어하여 일시정지하도록 제어신호를 출력한다(제 280 단계).

그리고 제 280 단계에서 다시 단락소자로 정상 전류가 흐르고 상기 단락소자가 구동되면, 상기 제 270 단계와 마찬가지로 인버터부(75)에 전압이 공급되고, 파워소자(P1,P2,P3,P4,P5,P6)의 스위칭 동작으로 인해서 3상인버터모터가 구동한다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 인버터공기조화기 내로 유입되는 부하전류와 입력전압에 따른 소비전력을 측정하고, 상기 소비전력으로 단락소자의 구동시간을 산출하여 단락소자가 구동됨과 동시에 위상제어함으로서 역률이 보상되도록 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있다.

본 발명에서 리액터는 저가의 철심리액터를 사용하는 것을 특징으로 한다.그리고 종래에는 단락소자의 고속스위칭을 통한 역률보상방법에서 본 발명은 단락소자의 저속스위칭을 통한 역률보상방법을 사용한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

따라서 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률개선제어회로는 저가의 철심리액터를 사용하고, 단락소자의 구동을 저속스위칭함으로서 제어회로가 염가로 구성되고, 상기 구성을 통해서 제품의 제조비용이 저감되는 효과를 가져 온다.

또한, 본 발명에 따른 인버터공기조화기가 구동되는데 있어서 발생되는 역률을 효과적으로 개선할 수 있다. 이에 따라 최적의 조건으로 인버터공기조화기가 구동됨에 따라 사용자는 제품에 대한 만족도를 높일 수 있다.

Claims (7)

1. 입력되는 전압을 감지하는 전압감지회로와;

   입력되는 부하전류를 감지하는 부하전류감지회로와;

   공급되는 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 변환하는 컨버터부와;

   상기 컨버터부로부터 출력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 3상압축기모터에 공급하는 인버터부와;

   상기 컨버터부에 입력된 전압에 따른 출력파형의 위상을 감지하는 제로크로스감지회로와;

   상기 위상감지에 따라, 전압과 부하전류에 의한 소비전력을 이용하여 컨버터부에 구비되어진 단락소자의 구동시간을 제어하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성되는 인버터공기조화기의 역률보상제어회로.
2. 인버터공기조화기 내로 유입되는 전압과 전류를 감지하는 입력전압/전류감지단계와;

   상기 입력된 교류전압을 감지하여, 상기 전압파형이 단락소자가 구동되는 제로크로스위치임을 감지하는 파형감지단계와;

   상기 파형감지에 따라, 감지된 전압/전류값을 소비전력으로 산출하는 단계와;

   상기 산출에 따라, 소비전력값을 기초로 상기 단락소자의 스위칭동작이 구동되는 시간을 산출하는 단락소자구동시간 산출단계와;

   상기 산출된 단락소자의 구동시간동안 단락소자가 스위칭동작하여 위상이 제어되는 위상제어단계와;

   상기 단락소자가 구동됨에 따라 발생되는 이상소음이 저감되도록 소음저감제어단계를 포함하여 구성되는 인버터공기조화기의 역률보상제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   입력되는 전압의 위상에 따라, 위상이 높으면 단락소자가 오프되고, 위상이 낮으면 단락소자가 온되도록 제어하는 것을 포함하여 구성되는 인버터공기조화기의 역률보상제어방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 단락소자의 스위칭동작에 있어서,

   리액터의 소음을 저감하기 위해 스위칭하는 동작제어와, 역률을 보상하기 위해 스위칭하는 동작제어로 이루어진 인버터공기조화기의 역률보상제어방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 단락소자의 구동에 따라, 단락소자 내로 과전류가 흐르는지 여부를 판단하는 단계와;

   상기 판단에 따라, 단락소자의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 구성되는인버터공기조화기의 역률보상제어방법.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 소비전력은 부하전류값과 입력전압값을 산출하여 계산되도록 마이크로컴퓨터에 기설정되는 것을 특징으로 하는 인버터공기조화기의 역률보상제어방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 소비전력이 산출됨에 따라, 단락소자가 구동되도록 소비전력을 이용하여 단락조사구동시간을 산술하도록 마이크로컴퓨터에 기설정되어 있는 인버터공기조화기의 역률보상제어방법.