KR20080027076A - 공조기의 직류전원 공급 장치 및 방법 - Google Patents

공조기의 직류전원 공급 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기조화기의 구동제어 장치에 관한 것으로서, 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서, 3상 교류전원의 고조파를 저감시키는 리액터; 상기 3상 교류전원을 정류/승압하고, 제어신호에 따라 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하며, 상기 정류/승압 및 전원변환 동작을 제어하는 압축기 제어모듈; 상기 정류 및 승압된 입력전원을 평활하여 직류전압을 출력하는 평활유닛을 포함하여 구성된다. 따라서, 본 발명은 구동소자와 제어회로를 각각 분리하여 일체화함으로써, 공기조화기 제어장치의 복잡한 구성을 간소화하고 개발비용을 줄여 양산의 용이성을 가져오는 효과가 있다.

Description

공조기의 직류전원 공급 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SUPPLYING AIR CONDIONNER WITH DC POWER SOURCE}
도 1은 종래의 공기조화기의 구동제어 장치를 나타낸 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명에 일실시예에 따른 모듈화된 공기조화기의 구동제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 다른 일실시예에 따른 모듈화된 공기조화기의 구동제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명에 또 다른 일실시예에 따른 공기조화기의 구동제어 장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 도4의 컨버터 회로를 구현하는 일실시예에 따른 회로도이다.
본 발명은 공기조화기의 구동 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제어회로와 구동소자를 각각 분리하여 모듈화함으로써, 구성을 간소화하고 양산의 용이성을 창안한 공기조화기의 구동 제어장치에 관한 것이다.
최근의 공기 조화기는 그 압축기의 구동 전동기로서 3상 전동기를 사용한다. 상기 3상 전동기의 전원 공급 장치는 상용 전원의 교류를 직류로 변환한 후, 상기 변환된 직류를 인버터를 이용하여 교류로 재변환하여 상기 3상 전동기에 인가함으로써 상기 3상 전동기를 구동한다.
이하에서는 종래 기술에 따른 직류 전원 공급 장치를 첨부한 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1(a)에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 직류 전원 공급 장치는, 액티브 필터(111)와 평활 커패시터(C)를 구비하여, 상용 전원으로부터 입력받은 교류전압을 직류전압으로 변환하는 컨버터(110)와; 상기 액티브 필터(111)를 제어하는 액티브 필터 제어부(120)로 구성된다.
상기 컨버터(110)는 상기 변환된 직류전압을 인버터(130)로 출력하고, 상기 인버터(130)는 상기 컨버터(110)로부터 입력된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 압축기 구동용 3상 전동기(140)에 공급한다.
상기 액티브 필터 제어부(120)는 상기 상용 전원으로부터 입력된 교류전압의 영 전압을 검출하여 동기신호를 발생하는 동기신호 발생부(121)와; 상기 동기신호 발생부(121)에서 발생된 동기 신호에 동기하여 상기 액티브 필터(111)의 전력 반도체 소자들(Q1, Q2)을 구동하는 제어 신호를 발생하는 온/오프 제어부(122)로 구성된다.
상기 액티브 필터(111)는 리액터(L)와 전력 반도체 소자들(Q1, Q2)로 구성되어 입력 전류의 파형을 그 위상이 입력 전압의 위상과 거의 같은 정현파가 되로록 정형한다. 따라서, 상기 액티브 필터(111)는 입력 전류를 제어하여 고조파 제거와 역률 개선(PFC)을 실시할 수 있게 된다.
상기 평활 커패시터(C)는 상기 액티브 필터(111)의 출력 전압을 직류 전압이 되도록 평활하고, 상기 평활 된 직류 전압을 상기 인버터(130)에 공급한다.
도 1(b)에 도시한 바와 같이, 상기 종래 기술에 따른 직류 전원 공급 장치는 상기 전력 반도체 소자들(Q1, Q2)을 교대로 반 주기에 일정시간 동안 1회 구동되므로, 상기 상용 전원의 교류 전압에 따른 상기 평활 커패시터로의 입력 전류의 파형은 전류의 피크 값이 크고, 통전 폭이 좁은 펄스 형상이 된다.
종래 공기조화기의 구동 제어장치는 다수의 구성요소가 필요하므로 개발비용이 많이 들며, 구성이 복잡하여 생산비용이 많이 들고, 양산화에 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 컨버터제어회로와 인버터 제어회로를 일체화하여 용이하게 사용할 수 있도록 일체화된 모듈과 평활용 컨덴서를 분리하여 개발비용을 절감하고 양산화가 가능한 공기조화기의 구동 제어회로를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 PFC 컨버터, 인버터, SMPS(Switch Mode Power Supply) 및 제어용 마이컴을 포함하여 일체화된 모듈과 공기조화기를 구동을 위한 평활커패시터, EMI 용 코일 및 커패시터, PTC 및 릴레이 등의 주변소자를 포함하여 일체화된 모듈을 분리함으로써, 개발비용을 절감하고 양산화가 가능한 공기조화기의 구동 제어회로를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기의 구동 제어장는 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서, 3상 교류전원의 고조파를 저감시키는 리액터; 상기 3상 교류전원을 정류/승압하고, 제어신호에 따라 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하며, 상기 정류/승압 및 전원변환 동작을 제어하는 압축기 제어모듈; 상기 정류 및 승압된 입력전원을 평활하여 직류전압을 출력하는 평활유닛을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 공기조화기의 구동 제어장치는 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서, 입력 교류전압의 정류하고, 상기 정류된 전압의 평활하며, 상기 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하고, 고주파 전자파의 차폐하고, 제어신호에 따라 전원을 단속하는 구동소자 모듈; 및 상기 구동소자 모듈로 스위칭 신호를 출력하고, 부하의 변동이나 전원전압의 변동에 따라 상기 스위칭 신호를 제어하며, 상기 구동소자 모듈의 전원을 공급하는 컴프제어 모듈을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 공기조화기의 구동 제어장치는 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서, 단상 교류전원의 고조파를 저감시키는 리액터; 상기 3상 교류전원을 정류/승압하고, 제어신호에 따라 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하며, 상기 정류/승압 및 전원변환 동작을 제어하는 압축기 제어모듈; 상기 정류 및 승압된 입력전원을 평활하여 직류전압을 출력하는 평활유닛; 제어신호에 따라 상기 단상 교류전 원의 공급을 단속하는 스위칭 유닛;을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 공조기의 직류전원 공급 장치 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도2 내지 도5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구동제어 장치는 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서, 3상 교류전원의 고조파를 저감시키는 리액터(210); 상기 3상 교류전원을 정류/승압하고, 제어신호에 따라 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하며, 상기 정류/승압 및 전원변환 동작을 제어하는 압축기 제어모듈(220); 상기 정류 및 승압된 입력전원을 평활하여 직류전압을 출력하는 평활유닛(230);을 포함하여 구성된다.
상기 압축기 제어모듈(220)은 제1 제어신호에 따라 3상 교류전압을 정류하고 상기 평활유닛의 직류전압을 승압하는 컨버터(221); 제2 제어신호에 따라 상기 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터(222); 및 입력전압, 입력전류 및 상기 평활된 전압을 근거로 상기 제1 제어신호 및 제2 제어신호를 출력하는 제어유닛(223);을 포함하여 구성된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 공기조화기의 구동제어 장치는 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서, 입력 교류전압의 정류하고, 상기 정류된 전압의 평활하며, 상기 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하고, 고주파 전자파의 차폐하고, 제어신호에 따라 전원을 단속하는 구동소자 모듈(31); 및 상기 구동소자 모듈로 스위칭 신호를 출력하고, 부하의 변동이나 전원전압의 변동에 따라 상기 스위칭 신호를 제어하며, 상기 구동소자 모듈의 전원을 공급하는 컴프제어 모듈(32);을 포함하여 구성된다.
상기 구동소자 모듈(31)은 상기 정류된 전압을 평활하는 평활 커패시터; 고주파 전자파를 차폐하는 EMI 코일 및 EMI 커패시터; 및 제어신호에 따라 전원을 단속하는 PTC와 릴레이;를 포함하여 일체화되는 것을 특징으로 한다.
상기 컴프제어 모듈(32)은 입력 교류전압을 정류 및 승압하는 컨버터 및 상기 컨버터를 스위칭하는 제1 스위칭 회로(33); 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터 및 상기 인버터를 스위칭하는 제2 스위칭 회로(34); 부하의 변동이나 전원전압의 변동에 따라 상기 제1,제2 스위칭 회로를 제어하는 제어유닛(35); 및 상기 컨버터, 인버터 및 제어유닛에 전원을 공급하는 SMPS(36);를 포함하여 일체화되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동소자 모듈(31) 및 컴프제어 모듈(32)은 상호 분리되어 일체화되거나 하나로 일체화는 것을 특징으로 한다. 상기 분리된 모듈은 동일 평면상에 상호 배치되고 결합되어 신호 또는 전원을 수수하거나, 층상으로 상호 배치되고 결합되어 신호 또는 전원을 수수하는 것을 특징으로 한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 공기조화기의 구동제어 장치는 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서, 단상 교류전원의 고조파를 저감시키는 리액터(410); 상기 3상 교류전원을 정류/승압하고, 제어신호에 따라 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하며, 상기 정류/승압 및 전원변환 동작을 제어하는 압축기 제어모듈(430); 상기 정류 및 승압된 입력전원을 평활하여 직류전압을 출력하는 평활유닛(440); 및 제어신호에 따라 상기 단상 교류전원의 공급을 단속하는 스위칭 유닛(420);을 포함하여 구성된다.
상기 압축기 제어모듈(430)은 입력 교류전압을 정류 및 승압하는 컨버터(431); 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터(432); 제어신호에 따라 상기 컨버터를 스위칭하는 제1 컨터롤러(434); 제어신호에 따라 상기 인버터를 스위칭하는 제2 컨터롤러(435); 상기 제1,2 컨터롤러로 스위칭 제어신호를 출력하는 마이컴(436) 및 상기 컨버터, 인버터 및 마이컴에 전원을 공급하는 SMPS(437);를 포함하여 일체화된 것을 특징으로 한다.
상기 컨버터(431)는 제1다이오드(51)와 직렬연결된 제1 IGBT(52) 구성된 입력전원 일측단자 입력부; 제2다이오드(53)와 직렬연결된 제2 IGBT(54)로 구성된 입력전원 타측단자 입력부; 및 상기 일측단자 입력부와 병렬연결된 상기 타측단자 입력부의 하측 병렬마디에 연결된 션트 저항(55)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 도면을 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위는 상기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해지는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형들이 가능하다는 것은 당업자에 자명할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 컨버터제어회로와 인버터 제어회로를 일체화하여 용이하게 사용할 수 있도록 일체화된 모듈과 평활용 컨덴서를 분리하거나, PFC 컨버터, 인버터, SMPS(Switch Mode Power Supply) 및 제어용 마이 컴을 포함하여 일체화된 모듈과 공기조화기를 구동을 위한 평활커패시터, EMI 용 코일 및 커패시터, PTC 및 릴레이 등의 주변소자를 포함하여 일체화된 모듈을 분리함으로써, 개발비용을 절감하고 양산화를 용이하게 하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서,
    3상 교류전원의 고조파를 저감시키는 리액터;
    상기 3상 교류전원을 정류/승압하고, 제어신호에 따라 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하며, 상기 정류/승압 및 전원변환 동작을 제어하는 압축기 제어모듈;
    상기 정류 및 승압된 입력전원을 평활하여 직류전압을 출력하는 평활유닛;을 포함하는 공기조화기의 구동제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압축기 제어모듈은
    제1 제어신호에 따라 3상 교류전압을 정류하고 상기 평활유닛의 직류전압을 승압하는 컨버터;
    제2 제어신호에 따라 상기 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 및
    입력전압, 입력전류 및 상기 평활된 전압을 근거로 상기 제1 제어신호 및 제2 제어신호를 출력하는 제어유닛;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 구동제어 장치.
  3. 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서,
    입력 교류전압의 정류하고, 상기 정류된 전압의 평활하며, 상기 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하고, 고주파 전자파의 차폐하고, 제어신호에 따라 전원을 단속하는 구동소자 모듈; 및
    상기 구동소자 모듈로 스위칭 신호를 출력하고, 부하의 변동이나 전원전압의 변동에 따라 상기 스위칭 신호를 제어하며, 상기 구동소자 모듈의 전원을 공급하는 컴프제어 모듈;을 포함하여 구성되는 공기조화기의 구동 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구동소자 모듈은
    상기 정류된 전압을 평활하는 평활 커패시터;
    고주파 전자파를 차폐하는 EMI 코일 및 EMI 커패시터; 및
    제어신호에 따라 전원을 단속하는 PTC와 릴레이;를 포함하여 일체화되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 구동 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 컴프제어 모듈은
    입력 교류전압을 정류 및 승압하는 컨버터;
    평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터;
    상기 컨버터를 스위칭하는 제1 스위칭 회로;
    상기 인버터를 스위칭하는 제2 스위칭 회로;
    부하의 변동이나 전원전압의 변동에 따라 상기 제1,제2 스위칭 회로를 제어하는 제어유닛; 및
    상기 컨버터, 인버터 및 제어유닛에 전원을 공급하는 SMPS;를 포함하여 일체화되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 구동 제어장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 컴프제어 모듈 및 구동소자 모듈은 상호 분리되어 일체화되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 구동 제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분리된 모듈은
    동일 평면상에 상호 배치되고 결합되어 신호 또는 전원을 수수하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 구동 제어장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 상호 분리된 모듈은
    층상으로 상호 배치되고 결합되어 신호 또는 전원을 수수하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 구동 제어장치.
  9. 압축기와 압축기 구동용 모터를 포함하는 공기조화기의 제어장치에 있어서,
    단상 교류전원의 고조파를 저감시키는 리액터;
    상기 3상 교류전원을 정류/승압하고, 제어신호에 따라 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하며, 상기 정류/승압 및 전원변환 동작을 제어하는 압축기 제어모듈;
    상기 정류 및 승압된 입력전원을 평활하여 직류전압을 출력하는 평활유닛;
    제어신호에 따라 상기 단상 교류전원의 공급을 단속하는 스위칭 유닛;을 포함하는 공기조화기의 구동 제어장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 압축기 제어모듈은
    입력 교류전압을 정류 및 승압하는 컨버터;
    평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터;
    제어신호에 따라 상기 컨버터를 스위칭하는 제1 컨터롤러;
    제어신호에 따라 상기 인버터를 스위칭하는 제2 컨터롤러;
    상기 제1,2 컨터롤러로 스위칭 제어신호를 출력하는 마이컴 및
    상기 컨버터, 인버터 및 마이컴에 전원을 공급하는 SMPS;를 포함하여 일체화된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 구동 제어장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 컨버터는
    제1다이오드와 직렬연결된 제1 IGBT 구성된 입력전원 일측단자 입력부;
    제2다이오드와 직렬연결된 제2 IGBT로 구성된 입력전원 타측단자 입력부; 및
    상기 일측단자 입력부와 병렬연결된 상기 타측단자 입력부의 하측 병렬마디에 연결된 션트 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 구동 제어장치.
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