KR20090075526A

KR20090075526A - 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고

Info

Publication number: KR20090075526A
Application number: KR1020080001412A
Authority: KR
Inventors: 서정호; 코지 하마오카; 요시히코 타케다; 박평기; 박성인; 오광교; 배헌엽; 이선구; 유호현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-01-04
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2009-07-08

Abstract

본 발명은 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인버터 구동장치는 외부로부터의 전원을 공급하는 전원공급부와; 상측 스위칭소자 및 하측 스위칭소자를 포함하는 스위칭부와; 전원공급부로부터의 전원을 충전하여, 상측 스위칭소자를 구동하는 상측 스위칭 구동부와; 하측 스위칭소자를 구동하는 하측 스위칭 구동부와; 상측 스위칭 구동부에 구동신호를 인가하고, 상측 스위칭 구동부가 전원을 충전 시, 하측 스위칭소자가 펄스 폭 변조 방식으로 온 또는 오프 하도록 하측 스위칭 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 하측 스위칭소자가 펄스 폭 변조 방식으로 온 되도록 하여, 상측 스위칭 구동부의 충전 시 발생하는 돌입전류를 최소화할 수 있는 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고가 제공된다.

인버터, 부트스트랩, 캐패시터

Description

인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고{INVERTER DRIVING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF, REFRIGERATOR}

본 발명은 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터의 회전제어를 위한 부트스트랩 회로를 포함하는 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로, 인버터는 냉장고, 공조기 등의 가전기기에 포함되는 모터를 구동한다. 인버터는 다수의 스위칭 소자가 포함된 스위칭부를 포함하고, 스위칭 소자를 교번으로 스위칭 시켜 연결된 모터를 구동한다. 인버터는 스위칭 타이밍을 조절하여 모터의 회전을 제어할 수 있게 된다. 예컨대, 스위칭 타이밍이 조밀하면, 보다 많은 양의 스위칭 전류가 모터에 공급되어 보다 빠른 속도로 회전하게 된다. 그리고, 스위치 타이밍이 넓게 분포되면 보다 적은 양의 스위칭 전류가 모터에 공급되어 보다 느린 속도로 회전하게 된다.

스위칭부는 스위칭소자를 구동하기 위한 부트스트랩(bootstrap) 회로를 포함한다. 부트스트랩 회로는 부트스트랩 캐패시터(bootstrap capacitor)를 포함하여, 공급되는 전원을 충전하고, 충전된 전원을 이용하여 스위칭 소자를 구동한다.

그런데, 종래의 인버터는 부트스트랩 캐패시터가 충전될 때까지 계속 전원을 인가한다. 이에, 부트스트랩 캐패시터에 돌입 전류가 크게 발생하여, 스트레스를 받게 된다. 결과적으로, 인버터의 수명이 저하된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 인버터에 포함된 부트스트랩 캐패시터에 발생하는 돌입 전류를 최소화하는 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 부트스트랩 캐패시터에 발생하는 돌입 전류를 최소화하여, 인버터에 포함된 부품의 스트레스를 저하하고, 인버터의 수명이 저하되지 않도록 하는 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 인버터 구동장치에 있어서, 외부로부터의 전원을 공급하는 전원공급부와; 상측 스위칭소자 및 하측 스위칭소자를 포함하는 스위칭부와; 상기 전원공급부로부터의 전원을 충전하여, 상기 상측 스위칭소자를 구동하는 상측 스위칭 구동부와; 상기 하측 스위칭소자를 구동하는 하측 스위칭 구동부와; 상기 상측 스위칭 구동부에 구동신호를 인가하고, 상기 상측 스위칭 구동부가 상기 전원을 충전 시, 상기 하측 스위칭소자가 펄스 폭 변조 방식으로 온 또는 오프 하도록 상기 하측 스위칭 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 상측 스위칭 구동부는 캐패시터가 포함된 부트스트랩(bootstrap) 회로를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 상측 스위칭소자 및 하측 스위칭소자를 포함하는 인버터 구동장치의 제어방법에 있어서, 외부로부터 입력된 전원을 변환하는 단계와; 상기 상측 스위칭소자의 구동신호를 인가하는 단계와; 상기 하측 스위칭소자를 펄스 폭 변조 방식으로 구동하여, 변환된 상기 전원을 충전하는 단계와; 충전된 상기 전원을 이용하여 상기 상측 스위칭소자를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동장치의 제어방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 변환된 상기 전원을 충전하는 단계는, 캐패시터가 포함된 부트스트랩(bootstrap) 회로를 이용하여 변환된 상기 전원을 충전하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 냉장고에 있어서, 외부로부터의 전원을 공급하는 전원공급부와; 상측 스위칭소자 및 하측 스위칭소자를 포함하는 스위칭부와; 상기 전원공급부로부터의 전원을 충전하여, 상기 상측 스위칭소자를 구동하는 상측 스위칭 구동부와; 상기 하측 스위칭소자를 구동하는 하측 스위칭 구동부와; 상기 상측 스위칭 구동부에 구동신호를 인가하고, 상기 상측 스위칭 구동부가 상기 전원을 충전 시, 상기 하측 스위칭소자가 펄스 폭 변조 방식으로 온 또는 오프 하도록 상기 하측 스위칭 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 하측 스위칭소자가 펄스 폭 변조 방식으로 온 되 도록 하여, 부트스트랩 캐패시터에 발생하는 돌입전류를 최소화할 수 있는 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고가 제공된다.

또한, 부트스트랩 캐패시터에 발생하는 돌입전류가 최소화되므로, 부품의 스트레스가 줄어들어 수명의 단축을 방지할 수 있는 인버터 구동장치 및 그 제어방법, 냉장고가 제공된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 구동장치의 제어블록도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 구동장치의 회로도이다. 인버터 구동장치는 전원공급부(10)와, 스위칭부(20)와, 스위칭 구동부(30)와, 모터부(40)와, 제어부(50)를 포함한다.

전원공급부(10)는 외부로부터 입력된 AC 전원을 교류전원으로 변환하여 스위칭부에 제공하며, AC 입력부(11)와, 정류부(12)와, 평활부(14)와, 직류전압검출부(15)를 포함한다. 전원공급부(10)는 AC 전원의 입력라인의 잡음이 전원공급장치 내부로 흘러가 내부 부품을 손상시키는 것을 방지하기 위한 EMI(Electro-Magnetic Interface) 필터를 더 포함할 수 있다.

정류부(12)는 AC 입력부(11)를 통해 외부로부터 입력된 AC 전원을 정류한다. 정류부(12)는 교류(AC) 전원을 직류(DC) 전원으로 변환시키기 위한 정류 다이오드로 구현될 수 있다. 평활부(14)는 정류된 직류 전원의 교류성분(맥류성분)을 평활하는 것으로, 캐패시터로 구현될 수 있다. 직류전압검출부(15)는 평활된 직류 전원 의 전압을 검출하며, 직렬로 연결된 복수의 저항(R1, R2)을 포함한다. 직류전압검출부(15)의 복수의 저항(R1, R2)의 중점은 제어부와 연결되어 있으며, 제어부의 제어에 의해 일정한 전압을 갖는 교류가 스위칭부에 출력된다.

스위칭부(20)는 전원공급부(10)로부터 공급된 전원을 교류전원으로 변환하여 모터부(40)에 인가한다. 도 2를 참조하면, 스위칭부(20)는 모터부에 3상(U, V, W)의 교류전원을 인가하기 위한 6개의 스위칭소자를 포함한다. 즉, 플러스 단(+)을 갖는 3개의 상측 스위칭소자(U+, V+, W+)(21)와 마이너스 단(-)을 갖는 3개의 하측 스위칭소자(U-, V-, W-)(23)를 포함한다. 동일한 상을 갖는 상측 스위칭소자 및 하측 스위칭소자(예컨대, U+와 U-)는 상호 직렬로 연결된다. 스위칭소자는 Junction Transistor와 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 장점을 조합한 트랜지스터인 IGBT(Insulated Gate Bi-Polar Transistor)로 구현될 수 있다.

스위칭 구동부(30)는 제어부(50)의 구동신호에 의해 스위칭부(20)를 구동하며, 상측 스위칭소자(21)를 구동하는 상측 스위칭 구동부(31)와, 하측 스위칭소자(23)를 구동하는 하측 스위칭 구동부(33)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 3개의 상측 스위칭 구동부(31a, 31b, 31c)는 3개의 상측 스위칭소자(21a, 21b, 21c)에 각각 연결되며, 부트스트랩(bootstrap) 회로로 구현된다. 각 부트스트랩 회로는 부트스트랩 캐패시터(bootstrap capacitor)(a, b, c)를 포함하여, 전원공급부(10)로부터의 전원을 충전한다. 각 상측 스위칭구동부(31a, 31b, 31c)는 각 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)에 충전된 전원을 구동전원 으로 사용한다.

하측 스위칭 구동부(33)는 3개의 하측 스위칭소자(23a, 23b, 23c)를 동시에 구동한다. 하측 스위칭 구동부(33)는 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)의 충전 시, 전류패스가 형성되도록 하측 스위칭소자(23a, 23b, 23c)를 온 시킨다. 예컨대, 하측 스위칭 구동부(33)는 제1부트스트랩 캐패시터(a)의 충전 시, 제1부트스트랩 캐패시터(a)와 연결된 제1하측 스위칭소자(23a)가 온 되도록 구동한다.

제어부(50)는 모터부(40)의 속도를 제어하기 위해 스위칭 구동부(30)를 제어하며, 마이컴, MCU(Micro Controller Unit) 등으로 구현될 수 있다. 제어부(50)는 스위칭 구동부(30)가 스위칭부(20)를 구동하도록 구동신호를 인가하여, 모터부(40)의 속도를 제어한다. 스위칭 구동부(30)는 제어부(50)의 구동신호에 기초하여 스위칭부(20)를 구동하여, 3상의 교류전원이 모터부(40)에 인가되도록 한다.

여기서, 상측 스위칭 구동부(31)는 제어부(50)로부터 구동신호가 인가되면, 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)를 충전하여, 상측 스위칭소자(21)를 구동한다. 제어부(50)는 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)를 충전할 수 있도록 하측 스위칭소자(23a, 23b, 23c) 중 어느 하나에 온 신호를 인가하여, 전류패스가 형성되도록 한다. 이에, 상측 스위칭 구동부(31)는 충전된 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)의 전원을 이용하여 상측 스위칭소자(21a, 21b, 21c) 중 어느 하나를 구동한다.

종래의 경우, 제어부(50)가 제1상측 스위칭소자(21a)를 구동하려면, 제1상측 스위칭소자(21a)에 연결된 부트스트랩 캐패시터(a)의 충전이 완료될 때까지 제1하측 스위칭소자(23a)가 온 되도록 제어하였다. 그러나, 부트스트랩 캐패시터에 충전 이 완료될 때까지 계속 전류가 공급되면, 돌입 전류가 크게 발생한다는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명에 따른 제어부(50)는 하측 스위칭소자(23)가 펄스 폭 변조(PWM : Pulse Width Modulation) 방식으로 온 되도록 한다. 즉, 제어부(50)는 하측 스위칭소자(23)가 소정의 듀티에 기초하여 온/오프를 반복하도록 하측 스위칭 구동부(33)를 제어하여, 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)가 충전되도록 한다. 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)는 하측 스위칭소자(23)가 온 된 시간 동안에만 충전이 되므로, 돌입전류가 크게 발생하지 않는다.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 인버터 구동장치의 제어방법을 도 3의 흐름도를 이용하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 외부로부터 입력된 AC 전원을 교류전원으로 변환하여 스위칭부(20)에 제공한다(S1).

그리고, 제어부(50)로부터 상측 스위칭소자(21)의 구동신호가 인가되면, 하측 스위칭 구동부(33)가 하측 스위칭소자(23)를 펄스 폭 변조 방식으로 구동하도록 제어한다(S3).

그리고, 하측 스위칭소자(23)가 온 되어 있는 시간동안만 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)에 전원이 인가되어, 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)가 조금씩 충전된다(S5).

그리고, 부트스트랩 캐패시터(a, b, c)가 완충되면, 상측 스위칭 구동부(31)가 충전된 전원을 구동전원으로 하여 상측 스위칭소자(21)를 구동한다(S7).

이를 통해, 하측 스위칭소자가 펄스 폭 변조 방식으로 온 되도록 하여, 부트스트랩 캐패시터에 발생하는 돌입전류를 최소화할 수 있다. 또한, 부트스트랩 캐패시터에 발생하는 돌입전류가 최소화되므로, 부품의 스트레스가 줄어들어 수명의 단축을 방지할 수 있다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 구동장치의 제어블록도이며,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 구동장치의 회로도이며,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 구동장치의 제어과정을 나타낸 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전원공급부 20 : 스위칭부

21 : 상측 스위칭소자 23 : 하측 스위칭소자

30 : 스위칭 구동부 31 : 상측 스위칭 구동부

33 : 하측 스위칭 구동부 40 : 모터부

50 : 제어부

Claims

인버터 구동장치에 있어서,

외부로부터의 전원을 공급하는 전원공급부와;

상측 스위칭소자 및 하측 스위칭소자를 포함하는 스위칭부와;

상기 전원공급부로부터의 전원을 충전하여, 상기 상측 스위칭소자를 구동하는 상측 스위칭 구동부와;

상기 하측 스위칭소자를 구동하는 하측 스위칭 구동부와;

상기 상측 스위칭 구동부에 구동신호를 인가하고, 상기 상측 스위칭 구동부가 상기 전원을 충전 시, 상기 하측 스위칭소자가 펄스 폭 변조 방식으로 온 또는 오프 하도록 상기 하측 스위칭 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동장치.
제1항에 있어서,

상기 상측 스위칭 구동부는 캐패시터가 포함된 부트스트랩(bootstrap) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동장치.
상측 스위칭소자 및 하측 스위칭소자를 포함하는 인버터 구동장치의 제어방법에 있어서,

외부로부터 입력된 전원을 변환하는 단계와;

상기 상측 스위칭소자의 구동신호를 인가하는 단계와;

상기 하측 스위칭소자를 펄스 폭 변조 방식으로 구동하여, 변환된 상기 전원을 충전하는 단계와;

충전된 상기 전원을 이용하여 상기 상측 스위칭소자를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동장치의 제어방법.
제3항에 있어서,

변환된 상기 전원을 충전하는 단계는,

캐패시터가 포함된 부트스트랩(bootstrap) 회로를 이용하여 변환된 상기 전원을 충전하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동장치의 제어방법.
냉장고에 있어서,

외부로부터의 전원을 공급하는 전원공급부와;

상측 스위칭소자 및 하측 스위칭소자를 포함하는 스위칭부와;

상기 전원공급부로부터의 전원을 충전하여, 상기 상측 스위칭소자를 구동하는 상측 스위칭 구동부와;

상기 하측 스위칭소자를 구동하는 하측 스위칭 구동부와;

상기 상측 스위칭 구동부에 구동신호를 인가하고, 상기 상측 스위칭 구동부가 상기 전원을 충전 시, 상기 하측 스위칭소자가 펄스 폭 변조 방식으로 온 또는 오프 하도록 상기 하측 스위칭 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으 로 하는 냉장고.