KR20060020353A - Apparatus and method of controlling linear compressor - Google Patents
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Abstract
리니어 압축기의 제어 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 장치 및 방법은 보다 정확한 영 전류 검출이 가능하도록 하고, 간단한 방법으로 압축기의 흡입-팽창 행정을 구분하기 위한 제어부의 연산량을 감소시키며, 과도한 피스톤 제어를 방지하여 충돌을 예방할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 장치는 리니어 모터와 교류 전원에 전기적으로 연결되어 폐회로를 형성하되, 리니어 모터의 전류 공급을 단속하는 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 양단의 전압을 기준 전압과 비교하여 리니어 모터에 공급되는 모터 전류의 전류 오프 구간에서 영 전류 검출 신호를 발생시키는 비교기와, 스위칭 소자를 온/오프시켜 리니어 모터의 전류 공급을 제어하는 제어부를 포함한다.Disclosed are a control apparatus and a method of a linear compressor. The control apparatus and method of the linear compressor according to the present invention enables more accurate zero current detection, reduces the amount of calculation of the control unit for distinguishing the suction-expansion stroke of the compressor in a simple manner, and prevents excessive piston control to prevent collision. Its purpose is to help prevent it. The control apparatus of the linear compressor according to the present invention for this purpose is a switching element electrically connected to the linear motor and the AC power supply to form a closed circuit, the switching element for interrupting the current supply of the linear motor, the voltage across the switching element of the reference voltage And a comparator for generating a zero current detection signal in a current off section of the motor current supplied to the linear motor, and a controller for controlling the current supply of the linear motor by turning on / off a switching element.
Description
도 1은 종래의 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로를 나타낸 도면.1 is a diagram showing a zero current detection circuit of a conventional linear compressor.
도 2는 도 1에 나타낸 종래의 영 전류 검출 회로의 검출 특성을 나타낸 도면.FIG. 2 is a diagram showing detection characteristics of the conventional zero current detection circuit shown in FIG. 1; FIG.
도 3은 종래의 리니어 압축기의 제어 특성을 나타낸 도면.3 is a view showing control characteristics of a conventional linear compressor.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로를 나타낸 도면.4 illustrates a zero current detection circuit of a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로의 동작 특성을 나타낸 도면.5 is a view showing the operating characteristics of the zero current detection circuit of the linear compressor according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
도 6은 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로의 또 다른 동작 특성을 나타낸 도면.6 is a view showing still another operating characteristic of the zero current detection circuit of the linear compressor according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
도 7은 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로의 제어 방법을 나타낸 도면.7 is a view showing a control method of a zero current detection circuit of a linear compressor according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
102, 104, 106, 118, 410, 414, 416, 418, 420 : 저항102, 104, 106, 118, 410, 414, 416, 418, 420: resistance
112, 114, 412 : 비교기112, 114, 412: comparators
120, 422 : 캐패시터120, 422 capacitors
402 : 리니어 모터402: linear motor
406 : 트라이액(TRIAC)406: triac
408 : 다이오드408: diode
450 : 제어부450: control unit
본 발명은 리니어 압축기(Linear Compressor)의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 리니어 압축기의 모터에 공급되는 전류 제어에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control apparatus and method for a linear compressor, and more particularly, to a control of a current supplied to a motor of a linear compressor.
리니어 압축기는 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 크랭크 샤프트가 없어 마찰 손실이 적으므로, 효율면에서 다른 압축기보다 뛰어나며, 또한 리니어 압축기가 냉장고가 에어컨에서 사용될 경우, 리니어 압축기에 인가되는 스트로크 전압을 가변시킴으로써 압축 비를 가변할 수 있기 때문에 가변 냉력 제어에도 사용될 수 있는 장점이 있다.Linear compressor has no crankshaft which converts rotational motion into linear motion, so it has less frictional loss, which is superior to other compressors in terms of efficiency, and also by changing the stroke voltage applied to the linear compressor when the refrigerator is used in an air conditioner Since the compression ratio can be varied, there is an advantage that can be used for variable cooling force control.
도 1은 종래의 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 세 개의 저항(102, 104, 106)은 두 개의 기준 전압(108, 110)을 만들어내고, 이 두 기준 전압(108, 110)은 두 개의 비교기(112, 114)에 각각 입력된다. 각각의 비교기(112, 114)에는 모터에 공급되는 전류 즉 모터 전류(116)가 입력된다. 이 두 비교기(112, 114)의 출력이 저항(118)과 캐패시터(120)에 의해 더해져서 영 전류 검출 신호(120)가 된다.1 is a diagram showing a zero current detection circuit of a conventional linear compressor. As shown in FIG. 1, three
도 2는 도 1에 나타낸 종래의 영 전류 검출 회로의 검출 특성을 나타낸 도면이다. 도 1의 회로에서, 두 개의 비교기(112, 114)를 구성하는 OPAMP는 오픈 콜렉터(Open Collector) 타입이어서, 두 비교기(112, 114)의 출력 가운데 적어도 어느 하나가 로우 레벨이면 영 전류 검출 신호(120)는 로우 레벨이 된다. 따라서, 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 모터 전류(116)에 의한 전압(202)이 기준 전압(108, 110) 사이의 값을 가지면 영 전류 검출 신호(120)는 하이 레벨이 된다. 반대로, 모터 전류(116)에 의한 전압(202)이 기준 전압(108)보다 크거나, 기준 전압(110)보다 작은 경우에는 영 전류 검출 신호(120)가 로우 레벨이 된다. 즉, 모터 전류(116)에 의한 전압(202)이 기준 전압(108, 110) 범위 내의 값을 갖는 동안에만 영 전류 검출 신호(120)는 하이 레벨이 된다.FIG. 2 is a diagram showing detection characteristics of the conventional zero current detection circuit shown in FIG. In the circuit of FIG. 1, the OPAMP constituting the two
그러나 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 모터 전류(116)에 의한 전압(202)이 너무 작아서 전 구간에 걸쳐 기준 전압(108, 110) 사이의 값을 갖게 되면 영 전류 검출 신호(120)는 전 구간에 걸쳐 하이 레벨로 고정되어, 영 전류 검출이 불가능해진다. 이 때문에 기준 전압(108, 110) 사이의 갭이 너무 크거나 너무 작으면 정확한 영점 전류의 검출이 곤란해진다.However, as shown in FIG. 2B, when the
또한 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 모터 전류(202)의 한 주기 동안에 영 전류 검출 신호의 하이 레벨이 두 곳에서 나타나는데, 그 중 하나는 흡입 행정이고, 나머지 하나는 팽창 행정을 나타낸다. 따라서 리니어 압축기의 제어부(예를 들면 마이크로 프로세서)에서는 전압 및 전류 신호의 극성을 통해 리니어 압축기의 흡입-팽창 행정을 구분하는데, 이로 인하여 제어부의 연산량이 증가하게 된다.Also, as shown in Fig. 2A, during one period of the
도 3은 종래의 리니어 압축기의 제어 특성을 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 전압 파형(302a, 302b, 302c)의 일정 시점에서 트리거 신호(304a, 304b, 304c)를 발생시킴으로써 모터 전류(306a, 306b, 306c)의 크기가 결정된다. 도 3의 (A)는 모터 전류(306a)가 비 연속적이지만, (B) 또는 (C)와 같이 리니어 압축기의 부하가 증가하여 트리거 신호(304b)를 증가시키면 모터 전류(306b)도 증가하여 연속 전류가 되며, (C)의 상태에서는 트리거 신호(304c)와 모터 전류(306c)의 위상이 일치하지 않게 된다. (C)에서 시간 t는 모터 구동에 영향을 미치지 못하는 불필요한 트리거 구간이다. 이와 같은 (C)의 상태에서 부하가 감소하여 트리거 신호(304c)를 감소시킬 때 불필요한 트리거 구간에 의한 피스톤 위치의 과도한 제어로 인하여 실린더와 피스톤의 충돌 가능성이 매우 높아진다.3 is a view showing the control characteristics of a conventional linear compressor. As shown in Fig. 3, the magnitudes of the
즉, 도 1에 나타낸 종래의 영 전류 검출 회로는 모터 전류(116)에 의한 전압(202)이 너무 작은 경우 영 전류 검출이 곤란하고, 한 주기 동안의 흡입-팽창 행정을 구분하기 위한 제어부의 연산량이 많으며, 연속 전류에 따른 과도한 제어로 인하여 피스톤의 충돌 가능성이 매우 높은 문제가 있다. That is, in the conventional zero current detection circuit shown in FIG. 1, it is difficult to detect zero current when the
본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 장치 및 방법은 보다 정확한 영 전류 검출이 가능하도록 하고, 간단한 방법으로 압축기의 흡입-팽창 행정을 구분하기 위한 제어부의 연산량을 감소시키며, 과도한 피스톤 제어를 방지하여 충돌을 예방할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.The control apparatus and method of the linear compressor according to the present invention enables more accurate zero current detection, reduces the amount of calculation of the control unit for distinguishing the suction-expansion stroke of the compressor in a simple manner, and prevents excessive piston control to prevent collision. Its purpose is to help prevent it.
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 장치는 리니어 모터와 교류 전원에 전기적으로 연결되어 폐회로를 형성하되, 리니어 모터의 전류 공급을 단속하는 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 양단의 전압을 기준 전압과 비교하여 리니어 모터에 공급되는 모터 전류의 전류 오프 구간에서 영 전류 검출 신호를 발생시키는 비교기와, 스위칭 소자를 온/오프시켜 리니어 모터의 전류 공급을 제어하는 제어부를 포함한다.The control apparatus of the linear compressor according to the present invention for this purpose is a switching element electrically connected to the linear motor and the AC power supply to form a closed circuit, the switching element for interrupting the current supply of the linear motor, the voltage across the switching element of the reference voltage And a comparator for generating a zero current detection signal in a current off section of the motor current supplied to the linear motor, and a controller for controlling the current supply of the linear motor by turning on / off a switching element.
이와 같은 본 발명에 따른 리니어 압축기에 있어서, 그 제어 방법은 스위칭 소자를 온/오프시켜 리니어 모터의 전류 공급을 제어하고, 리니어 모터에 공급되는 전류를 증가시키고자 할 때 리니어 모터에 공급되는 모터 전류의 전류 오프 구간이 미리 정해진 최소 값 이상 확보되도록 스위칭 소자의 턴 오프 구간을 제어한다.In the linear compressor according to the present invention, the control method controls the current supply of the linear motor by turning on / off the switching element, and the motor current supplied to the linear motor when the current supplied to the linear motor is to be increased. The turn-off period of the switching element is controlled to ensure that the current-off period of more than a predetermined minimum value.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시예를 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로의 동작 특성을 나타낸 도면이다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 리니어 모터(402)와 교류 전원(404) 사이에는 트라이액((TRIAC, 406)이 전기적으로 연결되어 폐회로를 구성한다.When described with reference to Figures 4 to 7 a preferred embodiment of the present invention made as described above. 4 is a view showing a zero current detection circuit of a linear compressor according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view showing the operating characteristics of the zero current detection circuit of a linear compressor according to an embodiment of the present invention shown in FIG. to be. As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the triac (TRIAC, 406) is electrically connected between the
트라이액(406)의 게이트(G)는 리니어 압축기를 제어하는 제어부(450)에 의해 제어되며, 이 트라이액(406)의 턴 온 구간이 트리거 구간, 즉 리니어 모터(402)의 통전 구간이 된다. 다이오드(408)는 리니어 모터(402)에 인가되는 전압 즉 노드 (424)의 전압의 + 성분만이 저항(410)을 통해 비교기(412)의 비반전 입력단(+)에 입력되도록 한다. 단, 제어부(450)에서 출력되는 게이트 신호에 의해 트라이액(406)이 턴 온되면 노드(424)의 전압은 0이 되고, 트라이액(406)이 턴 오프되면 비교기(412)의 비반전 입력단(+)에는 교류 전원의 상전압이 입력된다. 즉 비교기(412)의 반전 입력단(-)에 입력되는 기준 전압은 1V 미만으로 오프셋을 준 것이고, 비교기(412)의 비반전 입력단(+)의 입력 신호는 0~5V의 크기를 갖도록 하여 입력이 1V 이상이면 하이 레벨의 신호가 출력되도록 하고, 1V 미만이면 로우 레벨의 신호가 출력되도록 한다.The gate G of the
즉, 트라이액(406)이 턴 온되어 모터 전류가 흐르면 비교기(412)의 출력은 로우 레벨로 고정되고, 트라이액(406)이 턴 오프되어 모터 전류가 흐르지 않으면 다이오드(408)의 애노드 즉 노드(424)에는 교류 전원의 상전류가 그대로 나타난다. 따라서 다이오드(408)의 캐소드 쪽에는 상전류의 +성분만이 나타나며, 이 +성분이 1V 이상의 레벨을 갖는 구형파 형태로 비교기(412)의 비반전 입력단(+)에 입력된다. 비교기(412)에서는 1V 이상의 레벨을 갖는 구형파 형태의 입력에 의해 하이 레벨의 영 전류 검출 신호(426)를 출력하게 된다.That is, when the
도 6은 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로의 또 다른 동작 특성을 나타낸 도면이다. 도 6에서 파형 602는 종래의 영 전류 검출 신호이고, 파형 604는 본 발명의 실시예에 따른 영 전류 검출 신호이다. 도 5를 통해 본 발명의 실시예에서는 영 전류 검출 신호(하이 레벨)가 모터 전류의 한 주기 동안 한 번만 나타나는 것을 보였는데, 도 6에서 이를 종래의 영 전 류 검출 신호와 비교하면 본 발명의 영 전류 검출 신호가 종래보다 1/2로 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 곧 영 전류 검출 신호(604)의 하이 레벨 구간이 리니어 압축기의 흡입 또는 팽창 행정의 어느 하나를 대표하는 것이므로, 한 주기 동안에 압축기의 흡입-팽창 행정을 구분하기 위한 제어부(450)의 연산량이 크게 감소한다.FIG. 6 is a view showing still another operating characteristic of the zero current detection circuit of the linear compressor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 4. In FIG. 6,
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따르면 영 전류 검출 신호(604)가 모터 전류(608)의 전류 오프 구간(toff)에 따라 발생하기 때문에 모터 전류(608)의 크기가 작더라도 충분히 검출해 낼 수 있다.In addition, according to the exemplary embodiment of the present invention, since the zero
또한, 이 전류 오프 구간(toff)을 미리 설정된 최소 크기 이상으로 제어하면, 도 1에 나타낸 영 전류 검출 회로의 문제점 가운데 하나로서 과도한 트리거 신호에 의해 모터 전류가 연속적으로 되어 피스톤과 실린더의 충돌 가능성이 높았던 문제가 해소될 수 있는데, 이를 도 7을 통해 설명하면 다음과 같다. 도 7은 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 영 전류 검출 회로의 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 리니어 압축기의 부하가 감소하면(702) 리니어 모터에 공급되는 전압과 전류를 감소시킨다(704). 반대로 부하가 증가하면(702) 먼저 전류 오프 신호 폭(toff)에 여유가 있는지를 확인하고(706), 여유가 있으면 전압과 전류를 증가시킨다(708). 만약 전류 오프 신호 폭(toff)에 여유가 없으면 제어부(450)는 트라이액(406)의 온/오프 간격 조정을 통해 미리 설정된 최소 전류 오프 신호 폭이 유지되도록 한다(710).In addition, if the current off period t off is controlled to be greater than or equal to a predetermined minimum size, one of the problems of the zero current detection circuit shown in FIG. This high problem can be solved, which will be described with reference to FIG. 7 is a view showing a control method of a zero current detection circuit of a linear compressor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the load on the linear compressor decreases (702), the voltage and current supplied to the linear motor are reduced (704). On the contrary, when the load increases (702), it is first checked whether there is room in the current off signal width t off (706), and when there is room, the voltage and current are increased (708). If there is no margin in the current off signal width t off , the
본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 장치 및 방법은 보다 정확한 영 전류 검출이 가능하도록 하고, 압축기의 흡입-팽창 행정을 구분하기 위한 제어부의 연산량을 감소시키며, 과도한 피스톤 제어를 방지하여 충돌을 예방할 수 있도록 한다. The control apparatus and method of the linear compressor according to the present invention enable more accurate zero current detection, reduce the amount of calculation of the control unit for distinguishing the suction-expansion stroke of the compressor, and prevent collision by preventing excessive piston control. do.
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