KR20140056446A - 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 고전압 배터리에서 공급된 직류 전압을 스위칭하여 전달하는 스위치부와, 일차측 제1 권선으로 입력된 상기 스위칭된 전압을 제1 이차측 권선 및 제2 이차측 권선으로 변압하여 출력하는 트랜스포머와, 상기 제1 이차측 권선에서 출력된 전압을 정류 및 평활화하여 제1 부하에 제1 전압을 공급하는 제1 정류부와, 상기 제2 이차측 권선에서 출력된 전압을 정류 및 평활화하여 제2 부하에 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 공급하는 제2 정류부와, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 전압 값을 검출하는 전압 검출부, 및 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하에 각각 정전압이 공급되도록, 상기 검출된 제1 전압과 기 설정된 기준전압을 비교하여 연산된 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 상기 스위치부에 전달하는 제어부를 포함하는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치를 제공한다.
상기 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치에 따르면, 넓은 입력 전압 범위에 무관하게 고전압 배터리의 공급 전압으로부터 고전압 전력과 저전압 전력을 동시에 생성하여 넓은 입력 전압 범위를 보장하는 정전압 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 고전압과 저전압 모듈의 공용화를 통해 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치{Constant voltage apparatus for electric compressor inverter}

본 발명은 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고전압과 저전압을 동시에 생성할 수 있는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치에 관한 것이다.

최근 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등과 같은 다양한 차량이 개발되고 있다. 현재 차량에서 사용하고 있는 전압은 표준화되어 있지 않으며 회사별 또는 차량별로 각기 다른 전압을 사용하고 있다. 따라서, 차량에 따라 개발되는 압축기의 모터 및 인버터는 차량의 사용 전압에 맞추어 매번 새로이 설계 변경해야 한다.

일반적으로 차량의 고전압 배터리의 공급 전압은 차량의 동작 상태(ex, 출발, 제동), 배터리의 충전량 등에 따라 상당히 변동이 크고 유동적이다. 인버터용 정전압 장치는 공급 전압의 유동과 무관하게 모터에 항상 정전압을 제공하여야 하므로, 모든 유동 전압 범위 내에서 안전하게 동작하게끔 설계되어야 한다.

이를 만족하기 위해서는 모터와 정전압 장치가 보장해야 하는 입력 전압의 범위가 넓어져야 한다. 그러나, 모터와 인버터 설계 입장에서 그 개발 비용 및 기간, 그리고 모터와 인버터의 신뢰성을 따져볼 때 이는 불합리한 면이 있다.

따라서, 넓은 유동 전압 범위를 보장할 수 있는 보다 강인한 정전압 장치의 개발이 요구된다. 본 발명의 배경이 되는 기술은 국내공개특허 제2011-0137674호에 개시되어 있다.

본 발명은 넓은 입력 전압 범위에 대해 고전압과 저전압을 동시에 생성할 수 있는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 고전압 배터리에서 공급된 직류 전압을 스위칭하여 전달하는 스위치부와, 일차측 제1 권선으로 입력된 상기 스위칭된 전압을 제1 이차측 권선 및 제2 이차측 권선으로 변압하여 출력하는 트랜스포머와, 상기 제1 이차측 권선에서 출력된 전압을 정류 및 평활화하여 제1 부하에 제1 전압을 공급하는 제1 정류부와, 상기 제2 이차측 권선에서 출력된 전압을 정류 및 평활화하여 제2 부하에 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 공급하는 제2 정류부와, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 전압 값을 검출하는 전압 검출부, 및 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하에 각각 정전압이 공급되도록, 상기 검출된 제1 전압과 기 설정된 기준전압을 비교하여 연산된 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 상기 스위치부에 전달하는 제어부를 포함하는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치를 제공한다.

여기서, 상기 제2 이차측 권선은 상기 제1 이차측 권선보다 적은 권선을 가질 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 전압에 대비한 상기 제1 기준전압의 비율을 현재의 듀티 값에 곱하여 획득되는 갱신된 듀티 값을 이용하여 상기 스위치부를 PWM 제어할 수 있다.

또한, 상기 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치는 상기 제2 정류부와 상기 제2 부하 사이에 구비되며, 상기 제2 정류부에서 공급된 제2 전압을 복수의 전압들로 변환하여 제공하는 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하는 상기 전동압축기용 인버터에 포함되며, 상기 정전압 장치는, 상기 전동압축기용 인버터와 물리적으로 분리되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치에 따르면, 넓은 입력 전압 범위에 무관하게 고전압 배터리의 공급 전압으로부터 고전압 전력과 저전압 전력을 동시에 생성하여 넓은 입력 전압 범위를 보장하는 정전압 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 고전압과 저전압 모듈의 공용화를 통해 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치의 구성도이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치의 구성도이다.

상기 정전압 장치(100)는 전동압축기용 인버터(200)에 연결되어 있다. 상기 전동압축기용 인버터(200)는 제1 부하(210) 및 제2 부하(220)를 포함한다. 즉, 정전압 장치(100)는 고전압 배터리(10)로부터 직류 전압을 공급받아 이를 변환하여 각각의 부하(210,220)에 정전압을 제공한다.

이때, 제1 부하(210)로는 제1 전압 즉, 고전압의 전력을, 제2 부하(220)로는 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압 즉, 저전압 전력을 정전압으로 제공한다. 여기서, 제1 부하(210) 및 제2 부하(220)는 모터에 해당될 수 있는데, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로 고전압 배터리(10)는 차량의 운행 상태, 배터리 충전량 등에 따라 공급 전압의 유동이 크므로 전압 변동 범위가 넓은 편이다. 또한, 차량별, 제조 회사별 사용 전압의 범위가 다르므로 이와 무관한 넓은 입력전압 범위를 보장하는 정전압 장치의 개발이 요구된다. 정전압 장치는 이러한 넓은 전압 변동 범위에 강인하도록 설계될 필요가 있다.

이를 위해, 상기 정전압 장치(100)는 스위치부(110), 트랜스포머(120), 제1 정류부(130), 제2 정류부(140), 전압 검출부(150), 제어부(160), 레귤레이터(170)를 포함한다.

상기 스위치부(110)는 고전압 배터리(10)에서 공급된 직류 전압을 온/오프 스위칭하여 전달한다. 이러한 스위치부(110)는 공지된 다양한 전력용 스위치 소자(ex, 파워 트랜지스터, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(field effect transistor))가 사용될 수 있다.

상기 트랜스포머(120)는 한 개의 일차측 권선과, 두 개의 이차측 권선들을 포함한다. 이러한 트랜스포머(120)는 일차측 권선으로 입력된 상기 스위칭된 전압을 제1 이차측 권선 및 제2 이차측 권선으로 변압하여 출력한다.

예를 들어, 제1 이차측 권선은 제1 일차측 권선에 입력된 전압을 승압하여 전달한다. 이는 상기 제1 부하(210)로 공급될 고전압의 전력을 생성하기 위함이다. 또한, 상기 제2 이차측 권선은 상기 제1 일차측 권선에 입력된 전압을 감압하여 전달한다. 이는 상기 제2 부하(220)로 공급될 저전압의 전력을 생성하기 위함이다.

여기서, 제1 권선과 제1 이차측 권선은 권선비가 서로 동일할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 감압과 승압을 위하여, 상기 제2 이차측 권선은 상기 제1 이차측 권선보다 적은 권선을 갖는다. 예를 들어, 제2 이차측 권선은 제1 이차측 권선 대비 1/20배의 권선비를 가진다. 만약, 제1 이차측 권선과 제2 이차측 권선에 동일한 파워의 전력이 입력되는 경우, 제2 이차측 권선의 출력 전력은 제1 이차측 권선의 출력 전력보다 1/20배 만큼 낮게 출력된다.

이러한 본 실시예의 경우, 두 개의 이차측 권선을 병용하여 상기 고전압 배터리(10)의 공급 전압으로부터 고전압과 저전압을 동시에 생성할 수 있다. 이는 단순히 제2 이차측 권선을 추가적으로 활용하여 저전압을 생성하므로, 고전압을 저전압으로 변환하기 위한 저전압 전원회로, 컨버터 등을 전혀 필요로 하지 않으며 별도의 저전압 배터리를 배치할 필요도 없다. 따라서, 고전압의 정전압 출력을 하면서 저전압의 전원 회로를 손쉽게 얻을 수 있다.

상기 제1 정류부(130)는 상기 제1 이차측 권선에서 출력된 전압을 직류 전압으로 정류한 다음 평활화하여 제1 부하(210)에 고전압(ex, 300V)의 전력을 공급한다. 평활화 과정의 경우 직류로 변환된 에너지에 포함된 노이즈를 감소시키는 역할을 한다

상기 제2 정류부(140)는 상기 제2 이차측 권선에서 출력된 전압을 직류 전압으로 정류한 다음 평활화하여 저전압(ex, 15V)을 공급한다. 물론, 15V의 저전압은 이후 레귤레이터(170) 단을 통해 5V, 3V, 1.8V 등의 전력으로 조절된 다음 제2 부하(220)로 전달된다. 물론, 레귤레이터(170)에서 변환되는 전력 값은 반드시 상술한 값으로 한정되지 않는다. 이상과 같이, 상기 레귤레이터(170)는 상기 제2 정류부(140)와 상기 제2 부하(220) 사이에 구비되어, 상기 제2 정류부(140)에서 공급된 저전압을 필요한 복수의 전압들로 변환하여 제공할 수 있다.

상기 전압 검출부(150)는 상기 고전압과 상기 저전압의 전압 값을 검출하는 부분이다. 이러한 전압 검출부(150)는 상기 고전압이 기 설정된 제1 기준전압으로 출력되고 있는지, 혹은 상기 저전압이 기 설정된 제2 기준전압으로 출력되고 있는지를 감시하기 위한 용도로 사용된다.

만약, 전압 검출부(150)에서 감지된 고전압 값이 제1 기준전압과 상이한 경우에는, 제1 정류부(130)에서 출력되는 고전압 값이 제1 기준전압과 일치하도록 조절해 주어야 한다. 이를 통해, 제1 부하(210)에 일정한 크기의 고전압 전력의 공급이 가능해진다.

즉, 상기 제어부(160)는 상기 전압 검출부(150)에서 검출된 고전압과 기 설정된 제1 기준전압을 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 연산하고, 이 연산된 PWM 제어 신호를 상기 스위치부(110)에 전달한다. 이에 따라, 상기 제1 부하(210) 및 상기 제2 부하(220)에 각각 원하는 고전압 및 저전압의 정전압이 공급된다.

여기서, 상기 제어부(160)는, 상기 고전압에 대비한 상기 제1 기준전압의 비율을 현재의 듀티 값에 곱함에 따라 갱신된 듀티 값을 획득하고, 이 갱신된 듀티 값을 이용하여 상기 스위치부(110)를 PWM 제어한다.

그 실시예는 다음과 같다. 그 예로서, 제1 정류부(130)에서 출력되는 고전압은 300V(제1 기준전압)이어야 하고, 제2 정류부(140)에서 출력되는 저전압은 15V(제1 기준전압)이어야 한다고 가정한다.

현재 제1 정류부(130)에 출력된 고전압이 400V이면 이를 300V로 줄이기 위한 비율은 3/4이다. 현재 스위치부(110)의 듀티 값에 3/4를 반영하여 듀티를 갱신하면, 상기 제1 정류부(130)에는 제1 기준전압과 일치하는 300V의 고전압이 출력될 수 있다.

물론, 현재의 고전압 출력이 제1 기준전압의 4/3 배인 400V로 출력되고 있다면, 현재 저전압 출력 역시 제2 기준전압의 4/3 배인 20V로 출력되고 있음을 의미한다. 이는 저전압 경로와 고전압 경로 모두 하나의 공통되는 단일 고전압 배터리(10)와 단일 스위치부(110)를 통해 공급받은 전력을 공유하여 사용하고 있기 때문이다. 따라서, 스위치부(110)의 현재 듀티 값에 상기 고전압에 대비한 상기 제1 기준전압의 비율만 반영하면, 고전압 출력 값이 제1 기준전압에 맞춰짐과 동시에 저전압 출력 값 또한 제2 기준전압에 자동으로 맞춰지게 된다.

도 1의 경우, 상기 정전압 장치(100)는 전동압축기용 인버터(200)와 물리적으로 분리되어 있는 구조인데, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 정전압 장치(100)는 전동압축기용 인버터(200) 내에 포함되는 형태로 구성될 수도 있다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 넓은 입력 전압 범위에 무관하게 저전압 전력과 고전압 전력을 동시에 생성하여 넓은 전압 범위를 보장하는 정전압 장치를 제공한다. 또한, 고전압과 저전압 모듈의 공용화를 통해 원가를 절감할 수 있으며 모터와 인버터 모델을 단순화할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 고전압 배터리 100: 정전압 장치
110: 스위치부 120: 트랜스포머
130: 제1 정류부 140: 제2 정류부
150: 전압 검출부 160: 제어부
170: 레귤레이터 200: 전동압축기용 인버터
210: 제1 부하 220: 제2 부하

Claims (5)

1. 고전압 배터리에서 공급된 직류 전압을 스위칭하여 전달하는 스위치부;
   일차측 제1 권선으로 입력된 상기 스위칭된 전압을 제1 이차측 권선 및 제2 이차측 권선으로 변압하여 출력하는 트랜스포머;
   상기 제1 이차측 권선에서 출력된 전압을 정류 및 평활화하여 제1 부하에 제1 전압을 공급하는 제1 정류부;
   상기 제2 이차측 권선에서 출력된 전압을 정류 및 평활화하여 제2 부하에 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 공급하는 제2 정류부;
   상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 전압 값을 검출하는 전압 검출부; 및
   상기 제1 부하 및 상기 제2 부하에 각각 정전압이 공급되도록, 상기 검출된 제1 전압과 기 설정된 기준전압을 비교하여 연산된 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 상기 스위치부에 전달하는 제어부를 포함하는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 이차측 권선은 상기 제1 이차측 권선보다 적은 권선을 갖는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제1 전압에 대비한 상기 제1 기준전압의 비율을 현재의 듀티 값에 곱하여 획득되는 갱신된 듀티 값을 이용하여 상기 스위치부를 PWM 제어하는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2 정류부와 상기 제2 부하 사이에 구비되며, 상기 제2 정류부에서 공급된 제2 전압을 복수의 전압들로 변환하여 제공하는 레귤레이터를 더 포함하는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 부하 및 상기 제2 부하는 상기 전동압축기용 인버터에 포함되며,
   상기 정전압 장치는,
   상기 전동압축기용 인버터와 물리적으로 분리되어 있는 전동압축기용 인버터를 위한 정전압 장치.

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