KR20040020760A

KR20040020760A - 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로

Info

Publication number: KR20040020760A
Application number: KR1020020053024A
Authority: KR
Inventors: 박귀근; 강훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-09

Abstract

본 발명은 인버터공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터공기조화기를 구동제어하기 위한 인버터 시스템에서 고주파 스위칭에 의해서 발생되는 누설전류를 감쇄하기 위한 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로에 구성된 리액터와 다이오드, IGBT소자의 구성을 변경하여, 정류부 이전에 리액터를 구성하고, 정류부에 구성된 4개의 다이오드 대신에 IGBT소자의 내부 다이오드를 사용하여 이를 대신할 수 있도록 한다. 이에 따라 성능향상 및 비용절감 효과를 가져올 수 있다.

Description

인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로{A power factor correction circuit for inverter air conditioner}

본 발명은 인버터공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역률보상회로의 컨버터부에 구성된 회로 구성을 변경하여 집적 설계가 가능한 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로에 관한 것이다.

이하 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로이다.

우선, 상기 회로에 구성된 제어구성의 연결관계에 대해 살펴보면 다음과 같다.

교류전원단(10)은 정류부(20)와 연결된다. 이때, 상기 정류부(20)는 4개의 다이오드로 구성되며, 각각 다음과 같이 구성된다. 2개의 다이오드씩 각각 직렬(D1,D3),(D2,D4)로 구성되고, 직렬로 구성된 2쌍(D1,D3),(D2,D4)의 다이오드가 다시 병렬로 연결된다. 상기 제 1 다이오드(D1)와 제 2 다이오드(D2)는 리액터(L)와 연결된다.

그리고 상기 리액터(L)의 일측은 제 5 다이오드(D5)의 일측과 직렬연결된다. 상기 리액터(L)와 제 5 다이오드(D5) 사이는 스위칭소자(IGBT)의 콜렉터단자와 연결된다. 또한, 제 3 다이오드(D3)의 애노드와 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 스위칭소자(IGBT)의 에미터단자와 연결된다. 상기 스위칭소자(IGBT)의 베이스단자는 스위칭소자 구동회로(30)와 연결된다. 한편, 상기 제 5 다이오드(D5)의 다른 일측은 부하(40)와 연결되고, 제 5 다이오드(D5)와 부하(40) 사이는 캐패시터(C1)가 병렬로 구성된다. 상기 부하(40)는 인버터부(60), 압축기(70) 등이 포함되어 구성된다.

상기와 같이 제어구성이 연결된 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로의 동작제어과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도면에 도시된 바와 같이, 교류전원단(10)으로부터 입력된 교류전원을 정류부(20) 및 평활콘덴서(C1)에 의해 직류로 변환되는 컨버터부(50)가 구성되어 있다. 또한, 상기 컨버터부(50)에는 역률개선을 위해서 스위칭소자(IGBT)와 리액터(L),제 5 다이오드(D5)가 구성된다. 상기 스위칭소자(IGBT)는 스위칭소자 구동회로(30)로부터 출력되는 제어신호에 따라 스위칭제어하여, 최종적으로 입력전류의 위상이 입력전압의 위상과 가까워지도록 제어하여 역률을 개선한다.

역률개선 과정에 대해 좀 더 상세하게 살펴보면, 정류부(20) 출력단에 접속되어 리액터(L)에 양(+)의 전압이 걸리면 전류를 축적하였다가, 음(-)의 전압이 걸리면 축적된 양만큼 전류가 계속 동일한 방향으로 흐르도록 하여 전류의 위상을 지연시킨다. 이때, 상기 리액터(L)에 강제로 전류가 흐르도록 상기 스위칭소자(IGBT)가 턴 온(TURN ON)/턴 오프(TURN OFF) 스위칭동작을 한다. 상기 스위칭소자(IGBT)가 턴 오프(TURN OFF) 동작하면, 리액터(L)에 축적되어 있던 전류가 제 5 다이오드(D5)를 통해서 흐른다.

한편, 상기 스위칭소자(IGBT)가 턴 온(TURN ON)/턴 오프(TURN OFF) 스위칭동작을 실시하면, 상기 부하(40)의 구성 중 하나인 인버터부(60)가 동작제어된다. 상기 인버터부(60)는 다수개의 스위칭소자(도시하지 않음)가 구비되어져 있고, 상기 스위칭소자의 스위칭제어에 따라, 인버터부(60)에 구비된 다수개의 스위칭소자가 교번으로 턴 온(TURN ON)/턴 오프(TURN OFF) 동작을 수행하게 된다. 그리고 인버터부(60)의 스위칭제어신호는 압축기(70)로 전달된다. 이때, 압축기(70)의 운전주파수에 해당하는 가변주파수 및 3상 가변교류전원으로 변환하여 압축기(70)로 공급한다. 그리고 가변주파수 및 3상 가변교류전원을 공급받은 압축기(70)는 구동된다.

이때, 교류전원의 전류변환에 따라 컨버터부에 흐르는 전류의 흐름이 변환되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 1a, 1b는 교류전원단(10)으로부터 (+) 전류가 인가되는 경우, 정류부(20)를 통과한 전류는 리액터(L)로 공급된다. 상기 리액터(L)에 양의 전압이 걸리면, 도면에 도시된 바와 같이 전류가 리액터(L)로 흘러 축적된다. 상기 스위칭소자(IGBT)가 턴 오프(TURN OFF)상태인 경우, 전류가 부하(40)로 전달된다.

한편, 상기 리액터(L)를 통해 전류가 흐르도록 제어하기 위해서 리액터(L) 후단에 (-)단자에 스위칭소자(IGBT)가 구성된다. 상기 스위칭소자(IGBT)의 턴 온(TURN ON) 동작으로 인해서, 원하는 구간에서 전류가 흘러 도면에 도시된 바와 같이 전류의 흐름이 변환되도록 제어할 수 있다.

그러나 상기와 같이 동작제어되는 종래의 역률보상컨버터회로는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래 기술에 따른 역률보상컨버터회로는, 역률보상을 위해서 컨버터부에 많은 제어소자를 구성하였다. 이에 따라 회로를 제조하는데 있어서 비용이 많이 들었고, 회로 내에 구성된 많은 제어소자들로 인해서 회로 집적화의 어려움이 있었다. 또한, IGBT, 다수개의 다이오드 및 리액터와 같이 구비되는 발열소자가 많기 때문에 발생열이 높아서, 손실 또한 매우 높은 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 적은 수의 제어소자를 사용하여 동일한 기능을 수행함과 동시에 제조비용을 절감하는 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로를 제공함에 있다.

도 1a,1b는 종래 기술에 따른 역률보상컨버터회로.

도 2a,2b는 본 발명에 따른 역률보상컨버터회로.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 :교류전원단20 : 스위칭소자구동회로

30 : 부하IGBT1,IGBT2 : 제 1,2 스위칭소자

L : 리액터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로는 입력되는 상용 교류전원에서 특정 주파수만을 통과시키는 리액터와, 상기 리액터에서 출력되는 전원을 입력하고, 소정크기의 디씨 전압을 발생시키는 디씨 전압 발생부와, 상기 디씨 전압 발생부의 출력전압을 인버팅해서 압축기로 공급하는 인버터부를 구비한 인버터 공기조화기에 있어서: 상기 리액터의 다음단에 브릿지 형으로 연결된 네개의 다이오드와; 상기 리액터를 통과하는 전원의 역률을 보상하기 위하여 스위칭 동작을 수행하는 두개의 스위칭소자를 상기 네개의 다이오드 중에 두개의 다이오드에 각각 연결하고, 상기 두개의 스위칭소자는 교번으로 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 2a,2b는 본 발명에 따른 인버터공기조화기의 역률보상컨버터회로이다.

상기 회로에 구성된 제어구성의 연결관계에 대해 우선 살펴보면 다음과 같다.

교류전원단(10)은 리액터(L)의 일측과 연결된다. 이때, 상기 리액터는 규소강판 리액터 및 분말코어 리액터를 사용하였다. 그리고 상기 리액터(L)의 다른 일측은 정류부(20)와 연결된다. 상기 정류부(20)는 4개의 다이오드로 구성되어져 있다. 즉, 제 1 다이오드(D1)와 제 3 다이오드(D3)가 직렬로 연결되고, 제 2 다이오드(D2)와 제 4 다이오드(D4)가 직렬로 연결된다. 그리고 각각 직렬로 연결된 다이오드는 병렬 연결된다. 그리고 상기 제 3 다이오드(D3)의 애노드와 캐소드 사이와 제 4 다이오드(D4)의 애노드와 캐소드 사이는 각각 스위칭소자(IGBT)와 연결된다.

즉, 상기 제 3 다이오드(D3)의 캐소드는 제 1 스위칭소자(IGBT 1)의 콜렉터단자와 연결되고, 제 3 다이오드(D3)의 애노드는 제 1 스위칭소자(IGBT 1)의 에미터단자와 연결된다. 한편, 상기 제 4 다이오드(D4)의 캐소드는 제 2 스위칭소자(IGBT 2)의 콜렉터단자와 연결되고, 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 제 2 스위칭소자(IGBT 2)의 에미터단자와 연결된다.

그리고 상기 제 2 다이오드(D2)의 캐소드와 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 평활캐패시터(C1)와 병렬 연결된다. 또한, 상기 제 2 다이오드(D2)의 캐소드와 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 부하(40)와 연결된다. 상기 부하(40)는 인버터부(60)과 압축기(70) 등으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 제어소자의 동작제어과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도면에 도시된 바와 같이, 교류전원단(10)의 1차측으로부터 (+)전압이 인가되는 경우, 제 1 스위칭소자(IGBT 1)가 턴 온(TURN ON)되면, 상기 제 1 스위칭소자(IGBT 1)를 통과한 전류는 제 2 스위칭소자(IGBT 2)의 내부 다이오드인 제 4 다이오드(D4)의 애노드에 입력된다. 그리고 제 4 다이오드(D4)를 도통한 전류는 전원단으로 복귀된다. 이러한 경로로 전류가 공급될 때, 리액터(L2)에 전류가 축적된다.

한편, 제 1 스위칭소자(IGBT 1)가 턴 오프(TURN OFF) 상태이면, 리액터(L)에 축적된 전류가 상기 제 1 다이오드(D1)를 통과하여 흐른다. 상기 제 1다이오드(D1)를 도통한 전류는 평활캐패시터(C1)와 부하(40)에 전달된다. 상기 부하(40)는 인버터부(60)와 압축기(70) 등으로 구성된다.

즉, 제 1 다이오드(D1)를 통과한 전류가 평활캐패시터(C1)를 통과한 후, 인버터부(60)에 전달된다. 상기 인버터부(60)는 다수개의 스위칭소자(도시하지 않음)가 구성되어져 있고, 상기 두 개의 스위칭소자(IGBT 1, IGBT 2)의 스위칭제어에 따라 전달된 제어신호에 의해, 인버터부(60)에 구비된 다수개의 스위칭소자가 교번으로 턴 온(TURN ON)/턴 오프(TURN OFF) 동작을 수행하게 된다. 인버터부(60)의 스위칭제어신호는 압축기(70)로 전달된다. 이때, 압축기(70)의 운전주파수에 해당하는 가변주파수 및 3상 가변교류전원으로 변환하여 압축기(70)로 공급한다.

그리고 가변주파수 및 3상 가변교류전원을 공급받은 압축기(70)는 구동되어 냉매를 열교환기로 공급한다. 이에 따라 열교환된 공기를 실내로 토출하여 공조과정을 수행한다.

한편, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 교류전원단(10)의 1차측으로부터 (-)전압이 인가되는 경우, 제 2 스위칭소자(IGBT 2)가 턴 온(TURN ON)되고, 상기 제 2 스위칭소자(IGBT 2)를 통과한 전류는 제 1 스위칭소자(IGBT 1)의 내부 다이오드인 제 3 다이오드(D3)의 애노드에 입력된다. 그리고 제 3 다이오드(D3)를 도통한 전류는 리액터(L)를 통과하여 전류를 축적한다.

그러나, 제 2 스위칭소자(IGBT 2)가 턴 오프(TURN OFF)되면, 리액터(L)에 축적된 전류가 상기 제 1 다이오드(D1)를 통과하여 흐른다. 상기 제 1 다이오드(D1)를 도통한 전류는 평활캐패시터(C1)와 부하(40)에 전달된다. 상기 부하는 인버터부(60)와 압축기(70) 등으로 구성된다.

즉, 제 1 다이오드(D1)를 통과한 전류가 평활캐패시터(C1)를 통과한 후, 인버터부(60)에 전달된다. 상기 인버터부(60)는 다수개의 스위칭소자(도시하지 않음)가 구성되어져 있고, 상기 스위칭소자(IGBT)의 스위칭제어에 따라 전달된 제어신호에 의해, 인버터부(60)에 구비된 다수개의 스위칭소자가 교번으로 턴 온(TURN ON)/턴 오프(TURN OFF) 동작을 수행하게 된다. 그리고 이에 따른 인버터의 스위칭제어신호는 압축기(70)로 전달된다. 이때, 압축기(70)의 운전주파수에 해당하는 가변주파수 및 3상 가변교류전원으로 변환하여 압축기(70)로 공급한다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 컨버터부에 구성된 제어소자의 회로 구성을 변경하여, 비용절감 및 성능향상을 이룰 수 있도록 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 한다.

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 역률보상컨버터회로는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

종래 기술에 따른 역률보상컨버터회로는, 역률보상을 위해서 컨버터부에 많은 제어소자를 구성하였으나, 본 발명에서는 컨버터부에 구성된 제어소자의 구성을 변경하여, 회로 내에 구비되는 소자의 수를 줄였다. 이에 따라 회로를 제조하는데 있어서 비용이 절감되었다. 또한, 상기와 같이 적은 수의 제어소자를 회로 내에 구성함으로 인해서 회로의 집적화가 가능해 지게 되었다.

그리고 본 발명에서는 리액터를 규소강판 리액터 및 분말 코어 리액터를 사용하여, 발열소자가 작아지게 되었다. 이로 인해서 발열에 따른 회로 내 오류 동작 및 손실을 줄일 수 있다.

Claims

입력되는 상용 교류전원에서 특정 주파수만을 통과시키는 리액터와, 상기 리액터에서 출력되는 전원을 입력하고, 소정크기의 디씨 전압을 발생시키는 디씨 전압 발생부와, 상기 디씨 전압 발생부의 출력전압을 인버팅해서 압축기로 공급하는 인버터부를 구비한 인버터 공기조화기에 있어서:

상기 리액터의 다음단에 브릿지 형으로 연결된 네개의 다이오드와;

상기 리액터를 통과하는 전원의 역률을 보상하기 위하여 스위칭 동작을 수행하는 두개의 스위칭소자를 상기 네개의 다이오드 중에 두개의 다이오드에 각각 연결하고,

상기 두개의 스위칭소자는 교번으로 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 역률보상컨버터회로.