KR20150074755A - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압에 대한 위상을 보상하고, 위상 보상된 입력 전압에 기초하여, 부스트 컨버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 컨버터 제어부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 부스트 컨버터로부터의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터를 포함한다. 이에 따라, 저용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동 장치에서 입력 전류 왜곡을 저감할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Motor driving device and air conditioner including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 저용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동 장치에서 입력 전류 왜곡을 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
본 발명의 목적은, 저용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동 장치에서 입력 전류 왜곡을 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압에 대한 위상을 보상하고, 위상 보상된 입력 전압에 기초하여, 부스트 컨버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 컨버터 제어부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 부스트 컨버터로부터의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기와, 압축기 내의 모터를 구동하기 위한 압축기 모터 구동 장치를 포함하고, 압축기 모터 구동 장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압에 대한 위상을 보상하고, 위상 보상된 입력 전압에 기초하여, 부스트 컨버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 컨버터 제어부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 부스트 컨버터로부터의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압에 대한 위상을 보상하고, 위상 보상된 입력 전압에 기초하여, 부스트 컨버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 컨버터 제어부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 부스트 컨버터로부터의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터를 포함함으로써, 저용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동 장치에서 입력 전류 왜곡을 저감할 수 있게 된다.
또한, 역률 개선 및 입력 전류 리플이 감소되게 된다.
또한, 부스트 컨버터에 의해 승압된 전압을 인버터가 사용함으로써, 모터 구동시의 토크 리플이 저감되게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 실외기 내의 압축기 모터 구동장치의 블록도이다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 회로도의 일예이다.
도 5는 도 4의 컨버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 6 내지 도 8은 도 4의 모터 구동 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실내기(31), 실내기(31)에 연결되는 실외기(21)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(31)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31)로 냉매를 공급한다. 실외기(21)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21)는, 연결된 실내기(310)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(31)는, 실외기(21)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21) 및 실내기(31)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)는 실내기(31)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분된다.
실외기(21)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.
실내기(31)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는 압축기 모터 구동장치(도 3의 200)에 의해 구동될 수 있다.
도 3은 도 1의 실외기 내의 압축기 모터 구동장치의 블록도이고, 도 4는 도 3의 모터 구동장치의 회로도의 일예이다.
도면을 참조하면, 압축기 모터 구동장치(200)는, 압축기 모터(250)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(220)와, 인버터(220)를 제어하는 인버터 제어부(230)와, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210), 컨버터(210)를 제어하는 컨버터 제어부(215), 컨버터(210)와 인버터(220) 사이의 dc단 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 한편, 압축기 모터 구동장치(200)는, dc단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
모터 구동장치(200)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(250)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 모터 구동장치(200)는, 전력변환장치라고도 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 수십 μF 이하의 저용량의 dc단 커패시터(C)를 사용하는 것으로 한다. 예를 들어, 저용량의 dc단 커패시터(C)는, 전해 커패시터가 아닌, 필름 커패시터를 포함할 수 있다.
저용량의 커패시터를 사용하는 경우, dc단 전압의 변화가 커져, 맥동하게되며, 평활 동작이 거의 수행되지 않게 된다.
이러한, 수십 μF 이하의 저용량의 dc단 커패시터(C)를 구비하는 모터 구동 장치를, 커패시터리스(capacitorless) 기반의 모터 구동장치라 할 수 있다.
본 명세서에서는, 저용량의 dc단 커패시터(C)를 구비하는 모터 구동 장치(200)를 중심으로 기술한다.
컨버터(210)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 컨버터(210)는, 정류부(410)와 부스트 컨버터(420)를 포함하는 개념일 수 있다.
정류부(410)는, 단상 교류 전원(201)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 출력한다.
이를 위해, 정류부(410)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자(Da,Db) 및 하암 다이오드 소자(D'a,D'b)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬(Da&D'a,Db&D'b)로 연결되는 것을 예시한다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.
부스트 컨버터(420)는, 정류부(410)와 인버터(220) 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터(L1)와 다이오드(D1), 인덕터(L1)와 다이오드(D1) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S1)를 구비한다. 이러한 스위칭 소자(S1)의 온에 의해, 인덕터(L1)에 에너지가 저장되다가, 스위칭 소자(S1)의 오프에 의해, 인덕터(L1)에 저장된 에너지가 다이오드(D1)를 거쳐, 출력될 수 있다.
특히, 저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 모터 구동장치(200)에 있어, 부스트 컨버터(420)로부터, 일정 전압이 승압된, 즉 오프셋된, 전압이 출력될 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, 부스트 컨버터(420) 내의 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(215)는, 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(410) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(215)에 인가될 수 있다.
한편, 입력 전압 검출부(A)에 의해, 입력 전압의 제로 크로싱 지점도 검출할 수 있게 된다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(410) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(215)에 인가될 수 있다.
dc 전압 검출부(B)는 dc 단 커패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 dc 단 커패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있으며, dc 단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 검출되는 dc 전압은, 컨버터 제어부(215)에 인가되어, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)가 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(250)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(220)는, 복수의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결될 수 있다. 그리고, 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력할 수 있다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(250)에 흐르는 출력 전류(io) 및 dc단 커패시터 양단인 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, dc 단 전압(Vdc)은 dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(220)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 축변환부(미도시), 속도 연산부(미도시), 전류 지령 생성부(미도시), 전압 지령 생성부(미도시), 축변환부(미도시), 및 스위칭 제어신호 출력부(미도시)를 포함할 수 있다.
축변환부(미도시)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(미도시)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(미도시)는, 위치 감지부(미도시)로부터 입력되는 회전자의 위치 신호(H)에 기초하여, 속도(
Figure pat00001
)를 연산할 수 있다. 즉, 위치 신호에 기반하여, 시간에 대해, 나누면, 속도를 연산할 수 있게 된다.
한편, 위치 감지부(미도시)는, 모터(250)의 회전자 위치를 감지할 수 있다. 이를 위해, 위치 감지부(미도시)는 홀 센서를 포함할 수 있다.
한편, 속도 연산부(미도시)는, 입력되는 회전자의 위치 신호(H)에 기초하여 연산된 위치(
Figure pat00002
)와 연산된 속도(
Figure pat00003
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(미도시)는, 연산 속도(
Figure pat00004
)와 목표 속도(ω)에 기초하여, 속도 지령치(ω* r)를 연산하며, 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(미도시)는, 연산 속도(
Figure pat00005
)와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(535)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(미도시)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(미도시)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(미도시) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(미도시)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(544)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(미도시)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(548)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(미도시)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(미도시)에 입력된다.
축변환부(미도시)는, 속도 연산부(미도시)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(미도시)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(미도시)에서 연산된 위치(
Figure pat00007
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(미도시)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(미도시)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 5는 도 4의 컨버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(215)는, 위상 보상부(710), 입력 전류 지령 생성부(720), 전류류 제어부(730), 및 전향 보상부(740), 변동 전압 제어부(750)를 구비할 수 있다.
위상 보상부(710)는, 입력 전압의 위상에 대한 위상 보상을 수행한다. 구체적으로, 입력 전압의 위상에 대해 지상 보상을 수행한다.
예를 들어, 위상 보상부(710)는, 입력 전압(Vs)에 비해, 위상 지연되는 입력 전류(IS)를 고려하여, 입력 전압(Vs)의 위상을 기 설정된 소정치만큼 지연(delay)시킬 수 있다. 이에 따라, 소정치에 대응하는, 지상 보상 위상값(Sdc)을, 출력할 수 있다.
다른 예로, 위상 보상부(710)는, 입력 전류 검출부(D)에서 검출되는 입력 전류(Is)의 제로 크로싱 지점과, 입력 전압 검출부(A)에서 검출되는 입력 전압(Vs)의 제로 크로싱 지점을 비교하거, 그 차이에 대응하여, 보상할 위상값을 연산하고, 연산된 지연 보상 위상값(Sdc)을 출력할 수 있다.
가산기(705)는, 입력 전압 검출부(A)에서 검출되는 입력 전압(Vs)과, 위상 보상부(710) 지연 보상 위상값(Sdc)을 가산할 수 있다. 즉, 입력 전압(Vs)의 위상에, 지연 보상 위상값(Sdc)을 가산할 수 있다. 그리고, 위상 보상된 입력 전압값(V's)을 입력 전류 지령 생성부(720)로 출력할 수 있다.
입력 전류 지령 생성부(720)는, 위상 보상된, 특히 지상 보상이 수행된 입력 전압값(V's)을 수신하고, 수신된 위상 보상된 입력 전압(V's)에 기초하여, 입력 전류 지령치(I*s)를 생성할 수 있다.
한편, 감산기(725)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류 검출부(D)에서 검출되는 입력 전류(Is)와의 차이를 연산하고, 그 차이를 전류 제어부(730)에 인가한다.
전류 제어부(730)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류 검출부(D)에서 검출되는 입력 전류(Is)에 기초하여, 제1 듀티(duty)에 대응하는 제1 스위칭 제어 신호(Sp1)를 생성한다.
구체적으로, 전류 제어부(730)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류(Is)의 차이에 기초하여, 제1 듀티(duty)에 대응하는 제1 스위칭 제어 신호를 생성한다.
한편, 전향 보상부(740)는, 부스트 컨버터(420)의 입력전압(Vs) 및 dc 단 전압(Vdc)으로 이루어진 왜란을 제거하기 위해, 전향 보상(feed-forward compensation)을 수행한다. 이에 따라, 전향 보상부(740)는, 왜란 제거를 고려한, 제2 듀티에 대응하는 제2 스위칭 제어 신호(Sp2)를 생성할 수 있다.
한편, 변동 전압 제어부(750)는, 커패시터(C) 양단인, dc 단 전압(Vdc)의 맥동 전압을 제어하며, 제어된 맥동 전압에 기초하여, 제3 듀티에 대응하는 제3 스위칭 제어 신호(Spa)를 생성할 수 있다.
예를 들어, 변동 전압 제어부(750)는, dc 단 전압(Vdc)의 맥동 전압 중 직류 성분을 제외한 교류 성분에 기초하여, 제3 듀티에 대응하는 제3 스위칭 제어 신호(Spa)를 생성할 수 있다.
이에 의하면, 입력 전류 지령 생성부(720) 또는 전향 보상부(740)는, dc 단 전압(Vdc)의 맥동 전압 중 직류 성분만을 담당하여, 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있게 되어, 그 부담이 경감되게 된다.
가산기(735)는, 제1 스위칭 제어 신호(Sp1), 제2 스위칭 제어 신호(Sp2), 제3 스위칭 제어 신호(Spa)를 가산하여, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 즉, 가산기(735)는, 제1 듀티 내지 제3 듀티를 고려한, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 위상 보상부(710)를 사용하면, 부스트 컨버터(420)의 사용에도 불구하고, 승압이 부족한 전압 영역에 대해서도, 입력 전류의 전류 왜곡을 저감할 수 있게 된다. 이에 대해서는, 도 6 이하를 참조하여 상세히 기술한다.
도 6 내지 도 8은 도 4의 모터 구동 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 6은, 부스트 컨버터(410) 내의 스위칭 소자(S1)를 구동하기 위한 듀티비를 도시한 도면이다. 가로축은 시간축이며, 세로축은 듀티비의 레벨을 나타낼 수 있다.
저용량의 dc 단 커패시터(C)로 인한 dc 단 전압 이용률 저하를 해결하기 위해, 부스트 컨버터(410)를 사용하는 경우, 스위칭 소자(S1)를 구동하기 위해, 도 6의 제1 듀티비 곡선(Cu1)이, 컨버터 제어부(215)에서, 생성될 수 있다.
자세히 살펴보면, 부스트 컨버터(410)에도 불구하고, 승압이 부족한 전압 영역으로 인하여, 입력 전류 왜곡이 발생하며, 그에 따라, 제1 듀티비 곡선(Cu1)과 같이, 듀티비가 낮은 부분에서, 오차가 발생하게 된다. 도면에서는, 이러한 오차로 인해, 좌측으로 일부 왜곡된 제1 듀티비 곡선(Cu1)을 예시한다.
본 발명의 실시에에서는, 이러한 점을 해결하기 위해, 입력 전압에 대한 위상 보상을 수행한다. 예를 들어, 입력 전압(Vs)의 위상을 기 설정된 소정치만큼 지연(delay)시킬 수 있다.
이와 같이, 위상 보상된 입력 전압에 대응하여, 전류 지령치를 생성하고, 전류 지령치에 기초하여, 부스트 컨버터(410) 제어를 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 생성함으로써, 제2 듀티비 곡선(Cu2)과 같이, 듀티비가 낮은 부분에서도, 오차가 개선되게 된다. 따라서, 입력 전류의 왜곡을 저감할 수 있게 된다.
또한, 변동 전압 제어부(750)를 사용하여, dc 단 전압의 맥동 전압을 고려한, 컨버터 스위칭 제어 신호를 생성함으로써, dc 단 전압의 맥동 전압 보상을 수행할 수 있게 된다. 따라서, 역률이 개선되며, 입력 전류에 대한 전류 리플이 저감하게 된다.
다음, 도 7은, 입력 전압 보상 및 변동 전압 제어가 수행되지 않은 경우, 각각의 입력 전류, 입력 전압, 및 dc 단 전압의 그래프를 예시한다.
도면을 참조하면, 도 7은, 입력 전류 검출부(D), 입력 전압 검출부(A), dc 단 전압 검출부(B)에서 각각 검출된 입력 전류(Is1), 입력 전압(Vs1), 및 dc 단 전압(Vdc1)의 그래프를 예시한다.
dc 단 전압(Vdc1)은, 입력 전압(Vs1) 대비하여, 주파수가 2배이며, 저용량의 커패시터(C)로 인해, 맥동하는 것을 알 수 있다.
한편, 입력 전류(Is1)는, 특정 구간(TP1)에서, 특히, dc 단 전압(Vdc1)이 낮은 영역에서, 입력 전류에 대한 왜곡이 발생하는 것을 알 수 있다. 이러한 입력 전류 왜곡으로 인해, 결국, 역률이 저하되게 된다.
다음, 도 8은, 입력 전압 보상 및 변동 전압 제어가 수행된 경우의, 각각의 입력 전류, 입력 전압, 및 dc 단 전압의 그래프를 예시한다.
도면을 참조하면, 도 8은, 입력 전류 검출부(D), 입력 전압 검출부(A), dc 단 전압 검출부(B)에서 각각 검출된 입력 전류(Is2), 입력 전압(Vs2), 및 dc 단 전압(Vdc2)의 그래프를 예시한다.
도면과 같이, 검출된 입력 전류(Is2)는, 도 7에 비해, 입력 전류 왜곡이 저감되는 것을 알 수 있다. 특히, 도 7의 특정 구간(TP1)에 대응하는 특정 구간(TP1)에서, 입력 전류에 대한 왜곡이 저감되는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 입력 전압 보상 및 변동 전압 제어가 수행되는 경우, 듀티비가 낮은 부분에서도, 듀티 오차가 개선되며, 따라서, 입력 전류의 왜곡을 저감할 수 있게 되고, 또한, dc 단 전압의 맥동 전압 보상을 수행할 수 있게 되므로, 역률이 개선되며, 입력 전류에 대한 전류 리플이 저감하게 된다.
본 발명에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 공기조화기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (13)

  1. 입력 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터;
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압에 대한 위상을 보상하고, 상기 위상 보상된 입력 전압에 기초하여, 상기 부스트 컨버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 컨버터 제어부; 및
    복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 부스트 컨버터로부터의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 입력 전압의 위상에 대해 지상 보상을 수행하고, 지상 보상된 입력 전압에 기초하여, 상기 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터와 상기 인버터 사이에, 배치되며, 상기 부스트 컨버터로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커패시터는, 필름 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터 양단의 맥동 전압을 제어하며, 상기 제어된 맥동 전압에 기초하여, 상기 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터는,
    상기 정류부와 상기 인버터 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터와 다이오드; 및
    상기 인덕터와 다이오드 사이에 접속되는 스위칭 소자;를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입력 교류 전원으로부터의 상기 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부;
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부;
    상기 부스트 컨버터와 상기 인버터 사이의 dc 단 전압을 검출하는 dc 단 전압 검출부;를 도 포함하고,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 검출된 입력 전압에 대한 위상 보상을 수행하는 위상 보상부;
    상기 위상 보상된 입력 전압에 기초하여, 입력 전류 지령치를 생성하는 입력 전류 지령 생성부;
    상기 입력 전류 지령치와 상기 검출된 입력 전류에 기초하여, 제1 스위칭 제어 신호를 생성하는 전류 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 dc 단 전압에 기초하여 전향 보상을 수행하여, 제2 스위칭 제어 신호를 생성하는 전향 보상부;
    상기 dc 단 전압의 맥동 전압을 제어하며, 상기 제어된 맥동 전압에 기초하여, 제3 스위칭 제어 신호를 생성하는 변동 전압 제어부;를 더 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 스위칭 제어 신호에 기초하여, 상기 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터와 상기 인버터 사이의 dc 단 전압을 검출하는 dc 단 전압 검출부;
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
    상기 검출되는 dc 단 전압 및 상기 검출되는 출력 전류에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축된 냉매를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기; 및
    상기 압축기 내의 모터를 구동하기 위한 압축기 모터 구동 장치;를 포함하고,
    상기 압축기 모터 구동 장치는,
    입력 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터; 및
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압에 대한 위상을 보상하고, 상기 위상 보상된 입력 전압에 기초하여, 상기 부스트 컨버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 컨버터 제어부; 및
    복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 부스트 컨버터로부터의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  11. 제10에 있어서,
    상기 압축기 모터 구동 장치는,
    상기 부스트 컨버터와 상기 인버터 사이에, 배치되며, 상기 부스트 컨버터로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 압축기 모터 구동 장치는,
    상기 입력 교류 전원으로부터의 상기 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부;
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부;
    상기 부스트 컨버터와 상기 인버터 사이의 dc 단 전압을 검출하는 dc 단 전압 검출부;를 도 포함하고,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 검출된 입력 전압에 대한 위상 보상을 수행하는 위상 보상부;
    상기 위상 보상된 입력 전압에 기초하여, 입력 전류 지령치를 생성하는 입력 전류 지령 생성부;
    상기 입력 전류 지령치와 상기 검출된 입력 전류에 기초하여, 제1 스위칭 제어 신호를 생성하는 전류 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 dc 단 전압에 기초하여 전향 보상을 수행하여, 제2 스위칭 제어 신호를 생성하는 전향 보상부;
    상기 dc 단 전압의 맥동 전압을 제어하며, 상기 제어된 맥동 전압에 기초하여, 제3 스위칭 제어 신호를 생성하는 변동 전압 제어부;를 더 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 스위칭 제어 신호에 기초하여, 상기 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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