KR20160058436A - 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류된 전원을 직류 전원으로 변환하여, 변환된 직류 전원을 출력하는 복수의 컨버터를 구비하는 인터리브 컨버터와, 인터리브 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부를 포함하며, 인터리브 컨버터 중 제1 컨버터는, 제1 투자율의 제1 스위칭 소자를 구비하며, 인터리브 컨버터 중 제2 컨버터는, 제1 투자율 보다 큰 제2 투자율의 제2 스위칭 소자를 구비한다. 이에 따라, 다양한 부하에서 효율적으로 구동 가능하게 된다.

Description

전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기{Power converter and air conditioner including the same}
본 발명은 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다양한 부하에서 효율적으로 구동 가능한 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
공기조화기는 일반적으로 일체형과 분리형으로 나뉜다. 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다.
한편, 공기조화기의 고성능과 고효율에 요구사항이 커짐에 따라, 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 다양한 부하에서 효율적으로 구동 가능한 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류된 전원을 직류 전원으로 변환하여, 변환된 직류 전원을 출력하는 복수의 컨버터를 구비하는 인터리브 컨버터와, 인터리브 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부를 포함하며, 인터리브 컨버터 중 제1 컨버터는, 제1 투자율의 제1 스위칭 소자를 구비하며, 인터리브 컨버터 중 제2 컨버터는, 제1 투자율 보다 큰 제2 투자율의 제2 스위칭 소자를 구비한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 압축기와, 압축기 내의 모터에 구동 전원을 공급하는 전력변환부를 구비하며, 전력변환부는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부, 정류된 전원을 직류 전원으로 변환하여, 변환된 직류 전원을 출력하는 복수의 컨버터를 구비하는 인터리브 컨버터, 및 인터리브 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부를 포함하며, 인터리브 컨버터 중 제1 컨버터는, 제1 투자율의 제1 스위칭 소자를 구비하며, 인터리브 컨버터 중 제2 컨버터는, 제1 투자율 보다 큰 제2 투자율의 제2 스위칭 소자를 구비한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기는, 인터리브 컨버터를 구비하며, 인터리브 컨버터 중 제1 컨버터는, 제1 투자율의 제1 스위칭 소자를 구비하며, 인터리브 컨버터 중 제2 컨버터는, 제1 투자율 보다 큰 제2 투자율의 제2 스위칭 소자를 구비함으로써, 다양한 부하에 대응하여, 각 스위칭 소자를 동작시킬 수 있게 된다.
저부하시, 자투자율의 인덕터를 가지는 부스트 컨버터를 동작시키며, 고부하시, 고투자율의 인덕터를 가지는 부스트 컨버터를 동작시킴으로써, 전력번환 효율을 개선할 수 있게 된다. 또한, 입력 전류 리플 및 노이즈를 저감을 저감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1의 공기조화기의 개략도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 실외기의 전력변환장치의 내부 블록도이다.
도 4a는 도 3의 전력변환장치 내의 컨버터의 회로도의 일예를 예시한다.
도 4b는 도 3의 전력변환장치 내의 컨버터의 회로도의 다른 예를 예시한다.
도 5는 도 4a 또는 도 4b의 컨버터 제어부의 내부 블록도를 예시한다.
도 6은 전력변환장치의 부하 영역의 일예를 예시하는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 부하에 따른 컨버터 동작의 다양한 예를 예시한다.
도 8a 내지 도 8d는 도 4b의 전력변환장치의 동작을 예시하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 8a 내지 도 8d와 관련한 인덕터 전류와 dc단 전압의 파형을 예시하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10b는 도 4a 또는 도 4b의 제1 컨버터의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 11는 도 3의 전력변환장치 내의 인버터의 회로도를 예시한다.
도 12는 도 11의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
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 구성도이고, 도 2는 도 1의 공기조화기의 개략도를 나타내는 도면이다
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 실외기(150), 및 실내기(170)를 포함한다.
실외기(150)는, 연결된 실내기(170)의 요구 또는 외부의 제어명령에 대응하여, 냉방모드 또는 난방모드로 동작되며, 실내기(170)로 냉매를 공급한다.
이를 위해, 실외기(150)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(152)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(152b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(154)와, 실외 열교환기(154)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(155a)과 실외팬(155a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(155)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(156)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(160)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(153) 등을 포함한다. 압축기(152)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 실외기(150)는, 냉매의 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력센서(미도시), 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도센서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
실내기(170)는, 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(208)와, 실내측 열교환기(208)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(209a)과 실내팬(209a)을 회전시키는 전동기(209b)로 이루어진 실내 송풍기(209) 등을 포함한다. 실내측 열교환기(208)는 적어도 하나가 설치될 수 있다.
또한, 실내기(170)는, 열교환된 공기를 토출하는 토출구(미도시), 토출구(미도시)를 여닫고 토출되는 공기의 방향을 제어하는 풍향조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 공기 흡입구(미도시)와 공기 토출구(미도시) 중 적어도 하나를 여닫음과 아울러 공기를 안내하는 베인이 설치될 수 있으며, 베인은 공기 흡입구와 공기 토출구를 여닫을 뿐 아니라, 흡입 공기와 토출 공기의 방향을 안내할 수도 있다.
한편, 실내기(170)는, 실내팬(209a)의 회전속도에 따라 흡입되는 공기 및 토출되는 공기를 제어함으로써, 풍량을 조절할 수 있다.
또한, 실내기(170)는, 실내기(170)의 운전상태 및 설정정보가 표시되는 표시부(미도시), 설정 데이터 입력을 위한 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 실내 온도를 감지하는 실내 온도 감지부(미도시), 실내 공간에 존재하는 인체를 감지하는 인체감지부(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 도면에서는 실내기(170)로 스탠드형인 것을 예로 하여 설명하나, 천장형 또는 벽걸이형에도 가능하며, 실외기와 실내기의 구분이 없는 일체형 등 다양한 형태가 가능하다.
한편, 실내기(170)와 실외기(150) 사이는, 냉매배관으로 연결되며, 냉매의 순환에 따라 실내기(170)로부터 냉온의 공기가 실내로 토출된다. 이때, 하나의 실외기(150)에 복수의 실내기(170)가 연결될 수 있으며, 또한, 복수의 실외기에 각각 적어도 하나의 실내기가 연결되는 것도 가능하다.
또한, 실내기(170)와 실외기(150) 사이는, 통신선으로 연결되어 소정의 통신방식에 따라 제어명령을 송수신할 수 있다.
한편, 압축기(152)는, 이하의 전력변환장치(200)를 통해, 공급되는 구동 전원에 의해, 구동될 수 있다. 구체적으로 압축기(152) 내의 모터에. 전력변환장치(200)로부터의 구동 전원이 공급될 수 있다.
도 3은 도 1의 실외기의 전력변환장치의 내부 블록도이고, 도 4a는 도 3의 전력변환장치 내의 컨버터의 회로도의 일예를 예시한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(200)는, 필터부(403), 정류부(405), 컨버터(410), 컨버터 제어부(415), 커패시터(C), 인버터(420), 및 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
필터부(403)는, 입력 교류 전원(201)과 정류부(405) 사이에 배치될 수 있으며, 입력 교류 전원(201) 또는 전력변환장치(200)에서 발생하는 고조파 전류 등을 필터링할 수 있다. 이를 위해, 필터부(403)는, 유도성 소자인 인덕터, 용량성 소자인 커패시터 등을 구비할 수 있다. 예를 들어, 필터부(403)는, 인덕터, 커패시터, 인덕터가 배치되는 LCL 필터를 구비할 수 있다.
정류부(405)는, 필터부(403)를 통과한 입력 교류 전원(201)을 입력받아, 정류한다. 도 4는, 단상 교류 전원에 대한 정류부(405)로서, 4개의 다이오드(Da,Db,Dc,Dd)가 브릿지 형태로 사용되는 것을 예시하나, 다양한 예가 가능하다.
컨버터(410)는, 정류부(405)로부터의 정류된 전원을 직류 전원으로 변환하여, 출력한다. 특히, 컨버터(410)의 출력단에 배치되는 커패시터(C)에 출력한다.
본 발명의 실시예에서는, 컨버터(410)로, 복수의 컨버터(410a,410b,...)를 구비하는 인터리브 컨버터(interleave converter)를 사용하는 것으로 한다. 인터리브 컨버터로, 인터리브 부스트 컨버터, 인터리브 벅 부스트 컨버터, 인터리브 벅 컨버터 등이 가능하나, 이하에서는 인터리브 부스트 컨버터를 중심으로 기술한다.
인터리브 부스트 컨버터(410) 내의 복수의 부스트 컨버터(410a,410b,...)는, 서로 병렬 접속되어, 인터리빙(Interleaving) 동작을 수행한다. 복수의 부스트 컨버터가 서로 병렬 접속되어, 인터리빙(Interleaving)에 의한 전압 제어를 수행함으로써, 전류 분배에 의한 전압 제어가 가능해진다. 이에 따라, 인터리브 부스트 컨버터(410) 내의 회로 소자 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 입력 전류의 리플을 저감할 수 있게 된다.
한편, 인터리브 부스트 컨버터에서, 사용되는 스위칭 소자로, 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field effect transistor;MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor;IGBT) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 저부하 영역에서, 보다 효율이 좋은 저투자율의 제1 인덕터와 제1 스위칭 소자를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)를 동작시키며, 고부하 영역에서, 보다 효율이 좋은 고투자율의 제2 인덕터와 제2 스위칭 소자를 구비하는 제2 부스트 컨버터(410b)를 동작시킬 수 있다.
확장하여, 본 발명의 실시예에서는, 다양한 부하에 대응하여, 투자율이 다른 복수의 부스트 컨버터 중 적어도 일부를 구동시키는 것으로 한다. 이에 의해, 고부하시에도 안정적으로 전력변환장치를 구동시킬 수 있게 된다. 또한, 입력 전류 리플 및 노이즈를 저감시킬 수 있게 된다.
도 4a는, 복수의 부스트 컨버터(410) 중 서로 다른 투자율을 가지는 제1 부스트 컨버터(410a)와 제2 부스트 컨버터(410b)를 예시한다.
제1 부스트 컨버터(410a)는, 커패시터(C)에 일단이 접속되는 제1 다이오드(D1), 제1 다이오드(D1)와 정류부(405) 사이에 접속되는 제1 인덕터(L1), 제1 인덕터(L1)와 제1 다이오드(D1)에 병렬 접속되는 제1 부스트 스위칭 소자(S1)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 인덕터(L1)는, 제1 투자율을 가질 수 있다.
한편, 제2 부스트 컨버터(410b)는, 커패시터(C)에 일단이 접속되는 제2 다이오드(D2), 제2 다이오드(D2)와 정류부(405) 사이에 접속되는 제2 인덕터(L2), 제2 인덕터(L2)와 제2 다이오드(D2)에 병렬 접속되는 제2 부스트 스위칭 소자(S2)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 인덕터(L2)는, 제1 투자율 보다 높은 제2 투자율을 가질 수 있다.
인덕터의 인덕턴스는, 투자율에 비례하므로, 더 높은 투자율을 가지는 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스가, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스 보다 크게 된다.
저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)는, 저부하 영역에서 전력 변환 효율이 좋으나, 고부하 영역에서는 효율이 낮아지는 단점이 있다.
고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제2 부스트 컨버터(410b)는, 고부하 영역에서 전력 변환 효율이 좋으나, 저부하 영역에서는 효율이 낮아지는 단점이 있다.
즉, 저부하 영역에서는, 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제2 부스트 컨버터(410b)가 동작하는 경우 보다, 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)가 동작하는 경우에, 동작 효율이 더 높으며, 고부하 영역에서는, 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)가 동작하는 경우보다, 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제2 부스트 컨버터(410b)가 동작하는 경우에, 동작 효율이 더 높게 된다.
한편, 전력변환장치가, 부하 변동이 큰, 공기조화기의 압축기 등에 사용되는 경우, 어느 하나의 부스트 컨버터만을 선택하여 사용하는 경우, 저부하 영역이나 고부하 영역을 모두 충족시키는 동작을 수행하기가 힘들 수 있다.
본 발명에서는, 이러한 점을 이용하여, 부하에 따라, 서로 다른 투자율을 가지는 부스트 컨버터를 선택적으로 동작시킨다.
예를 들어, 컨버터 제어부(415)는, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하의 레벨에 따라, 인터리브 컨버터(410) 중 제1 컨버터(410a)가 동작하는 제1 구간과, 제2 컨버터(410b)가 동작하는 제2 구간으로, 구분하여 동작시킬 수 있다.
구체적으로, 컨버터 제어부(415)는, 커패시터(C) 양단의 전압에 대응하는 부하에 따라, 저부하 영역(도 6의 Ae1), 고부하 영역(도 6의 Ae2)로 구분하고, 저부하 영역(도 6의 Ae1)에서는, 터리브 컨버터(410) 중 제1 컨버터(410a)가 동작하도록 제어하고, 고부하 영역(도 6의 Ae2)에서는, 인터리브 컨버터(410) 중 제2 컨버터(410b)가 동작하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 부하 영역 내인 경우, 제1 컨버터(410a)의 동작 효율이 제2 컨버터(410b)의 동작 효율 보다 더 높으며, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 부하 영역 보다 더 큰 제2 부하 영역 내인 경우, 제1 컨버터(410a)의 동작 효율이 제2 컨버터(410b)의 동작 효율 보다 더 높으므로, 전반적인 부하 영역에 걸쳐, 전력변환장치의 변환 효율이 향상되게 된다.
다른 예로, 컨버터 제어부(415)는, 커패시터(C) 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 레벨 이하인 경우, 제1 컨버터(410a)가 동작하도록 제어하며, 커패시터(C) 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 레벨 보다 큰 제2 레벨 이상인 경우, 제1 및 제2 제2 컨버터(410a,410b)가 함께 동작하도록 제어할 수 있다.
이때, 컨버터 제어부(415)는, 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류, 및 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)에 흐르는 인덕터 전류(iL1,iL2)에 기초하여, 제1 및 제2 컨버터(410b)에 인가되는 스위칭 제어 신호(Scc1,Scc2))의 듀티비(duty ratio)를 설정할 수 있다.
한편, 제1 부스트 컨버터(410a)와 제2 부스트 컨버터(410b)는, 서로 병렬 접속되며, 부스트 모드(boost mode)로 동작할 수 있다. 부스트 모드 동작에 대해서는 도 10a 내지 도 10b를 참조하여 후술한다.
또한, 전력변환장치(200)는, 정류부(405)의 출력단 전압을 검출하는 입력 전류 검출부(A), 인터리브 부스트 컨버터(410)의 출력단 전압, 즉 dc 단 커패시터(C)의 전압을 검출하는 출력 전압 검출부(B), 및 인터리브 부스트 컨버터(410) 내의 인덕터(L1,L2)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(F1,F2)를 더 포함할 수 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 정류부(405)의 출력단 전압을 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 입력 전류(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어부(415)에 입력될 수 있다.
출력 전압 검출부(B), 즉 dc 단 전압 검출부(B)는, 인터리브 부스트 컨버터(410)의 출력단 전압을 검출할 수 있다. 특히, 커패시터(C) 양단의 전압(Vdc)을 검출할 수 있다.
커패시터(C)는, 인버터(420)와 부하(205) 사이에 배치되며, 인터리브 컨버터터의 출력 직류 전원을 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다. 한편, 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
인버터(420)와 모터(205)를 포함하여, 부하라 명명한다면, 전력변환장치의 커패시터(C) 양단에는 도면과 같이, 부하(205)가 접속되는 것으로 도시할 수 있다. 이에 따라, dc단 전압(Vdc)은, 부하(205) 전압에 대응할 수 있다. 검출되는 출력 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어부(415)에 입력될 수 있다.
제1 전류 검출부(F1)는, 제1 부스트 컨버터(410a) 내의 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류(iL1)를 검출하며, 제2 전류 검출부(F2)는, 제2 부스트 컨버터(410b) 내의 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류(iL2)를 검출할 수 있다. 이를 위해, 제1 및 제2 전류 검출부(F1,F2)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 인덕터 전류(iL1,iL2)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어부(415)에 입력될 수 있다.
한편, 컨버터 제어부(415)는, 제1 부스트 컨버터(410a)를 제어하는 제1 컨버터 제어부(415)와, 제2 부스트 컨버터(410b)를 제어하는 제2 컨버터 제어부(415b)를 구비할 수 있다.
제1 컨버터 제어부(415)는, 출력 전압 검출부(B)에서 감지된 dc 단 전압(Vdc)과, 제1 전류 검출부(F1)에서 검출되는 제1 인덕터 전류(IL1)에 기초하여, 부하량을 연산할 수 있다. 그리고, 연산된 부하량이 저부하 영역에 대응하면, 제1 부스트 컨버터(410a) 내의 MOSFET 스위칭 소자(S1)의 턴 온/턴 오프 타이밍을 제어할 수 있다.
한편, 제1 컨버터 제어부(415)는, 연산된 부하량이 고부하 영역에 대응하면, 제2 컨버터 제어부(415b)로 연산된 부하량을 전달할 수 있다. 이에 따라, 제2 컨버터 제어부(415b)는, 제2 부스트 컨버터(410b) 내의 IGBT 스위칭 소자(S2)의 턴 온/턴 오프 타이밍을 제어할 수 있다.
한편, 제1 컨버터 제어부(415)는, 연산된 부하량이 중간 부하 영역에 대응하면, 제1 부스트 컨버터(410a) 내의 MOSFET 스위칭 소자(S1)의 턴 온/턴 오프 타이밍을 제어하며, 제2 컨버터 제어부(415b)로 연산된 부하량을 전달할 수 있다. 이에 따라, 제2 컨버터 제어부(415b)는, 제2 부스트 컨버터(410b) 내의 IGBT 스위칭 소자(S2)의 턴 온/턴 오프 타이밍을 제어할 수 있다.
한편, 상술한 바와 달리, 제2 컨버터 제어부(415b)도, 출력 전압 검출부(B)에서 감지된 dc 단 전압(Vdc)과, 제2 전류 검출부(F2)에서 검출되는 제2 인덕터 전류(IL2)에 기초하여, 부하량을 연산할 수 있다. 그리고, 연산된 부하량이 고부하 영역에 대응하면, 제2 부스트 컨버터(410b) 내의 IGBT 스위칭 소자(S2)의 턴 온/턴 오프 타이밍을 제어할 수 있다.
인버터(420)는, 복수의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(250)에 출력할 수 있다. 이때의 모터(250)는, 압축기 내의 모터일 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(도 11의 E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다.
다음, 도 4b는 도 3의 전력변환장치 내의 컨버터의 회로도의 다른 예를 예시한다.
도면을 참조하면, 도 4b의 전력변환장치 내의 인터리브 컨버터(410)는, 도 4a의 전력변환장치 내의 인터리브 컨버터(410)와 유사하나, 제1 투자율을 가지는 제1 인덕터(L1)을 구비하는 복수의 제1 부스트 컨버터(410a)와, 복수의 제2 부스트 컨버터(410b)를 구비하는 점에 그 차이가 있다.
도면에서는, 인터리브 컨버터(410)가 제1 내지 제4 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d)를 구비하는 것을 예시한다.
이 중 제1 내지 제2 부스트 컨버터(410a410b)는, 제1 투자율을 가지는 제1 인덕터(L1)을 구비하며, 제3 내지 제4 부스트 컨버터(410c,410d)는, 제1 투자율을 가지는 제2 인덕터(L1)를 구비할 수 있다.
한편, 각 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d)는 각각의 인덕터(L1,L1,L2,L2) 외에, 추가로, 각 다이오드 소자(D1,D2,D3,D4)와 각 스위칭 소자(S1,S2,S3,S4)를 구비할 수 있다.
한편, 전류 검출부(F1,F2,F3,F4)는, 각 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d)의 각각의 인덕터(L1,L1,L2,L2)에 흐르는 인덕터 전류(iLa,iLb,iLc,iLd)를 검출한다.
컨버터 제어부(415)는, 전류 검출부(F1,F2,F3,F4)를 통해 검출된, 인덕터 전류(iLa,iLb,iLc,iLd)에 기초하여, 각 스위칭 소자(S1,S2,S3,S4) 구동을 위한, 스위칭 제어신호(Scc1,Scc2,Scc3,Scc4)를 출력할 수 있다.
한편, 컨버터 제어부(415)는, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하에 따라, 제1 내지 제4 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d) 중 적어도 하나가 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 컨버터 제어부(415)는, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하가 제1 부하 영역 이내인 경우, 제1 내지 제4 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d) 중 제1 부스트 컨버터(410a)만 동작하도록 제어하고, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하가 제1 부하 영역 보다 큰 제2 부하 영역 이내인 경우, 제1 내지 제4 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d) 중 제1 및 제2 부스트 컨버터(410a,410b)만 동작하도록 제어하고, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하가 제2 부하 영역 보다 큰 제3 부하 영역 이내인 경우, 제1 내지 제4 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d) 중 제1 내지 제3 부스트 컨버터(410a,410b,410c)만 동작하도록 제어하고, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하가 제3 부하 영역 보다 큰 제4 부하 영역 이내인 경우, 제1 내지 제4 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d) 모두가 동작하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 컨버터 제어부(415)는, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하가 제1 부하 영역 이내인 경우, 제1 내지 제4 부스트 컨버터(410a410b,410c,410d) 중 제1 및 제2 부스트 컨버터(410a,410b) 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하고, 커패시터(C)의 양단에 대응하는 부하가 제1 부하 영역 보다 큰 제2 부하 영역 이내인 경우, 제1 및 제2 부스트 컨버터(410a,410b)와 추가로 제3 및 제4 부스트 컨버터(410c,410d) 중 적어도 하나가 동작하도록 제어할 수 있다.
이에 의해, 부하에 따른 전력변환 동작 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 입력 전류 리플 및 노이즈를 저감시킬 수 있게 된다.
도 5는 도 4a 또는 도 4b의 컨버터 제어부의 내부 블록도를 예시한다.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(415)는, 전류 지령 생성부(510), 전압 지령 생성부(520), 및 스위칭 제어신호 출력부(530)를 포함할 수 있다.
전류 지령 생성부(510)는, 출력 전압 검출부(B), 즉 dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)과 dc 단 전압 지령치(V*dc)에 기초하여 PI 제어기 등을 통해 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성할 수 있다.
전압 지령 생성부(520)는 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 인덕터(리액터) 전류에 기초하여 PI 제어기 등을 통해 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다.
특히, 전압 지령 생성부(520)는, 검출되는 입력 전류(Is)에 기초하여 부하의 크기를 판단하고, 상변환 제어를 수행하는 상변환 제어부(522)와, 실제 인덕터에 흐르는 전류가 전류 지령치를 추종하도록 제어하는 전류 제어부(526)를 구비할 수 있다. 그 외, 상변환 제어된 전류 성분과 인덕터에 흐르는 전류를 합산하는 가산(524)를 더 구비할 수 있다.
전류 제어부(526)는, 상변환 제어된 전류, 인덕터에 흐르는 전류, 및 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성하고 이를 출력할 수 있다. 즉, d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)는, 전류 제어부(526)에 입력되어 신호 처리될 수 있다.
그리고, 스위칭 제어신호 출력부(530)는 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여 인터리브 부스트 컨버터(410) 내의 스위칭 소자를 구동하기 위한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 출력한다.
이때의 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)는, 인터리브 부스트 컨버터(410) 중 어느 부스트 컨버터를 동작시킬 지에 대한 것으로서, 상술한 바와 같이, 제1 내지 제4 부스트 컨버터(410a,410b,410c,410d) 중 적어도 하나를 동작시킬 수 있다.
도 6은 전력변환장치의 부하 영역의 일예를 예시하는 도면이다.
컨버터 제어부(415)는, dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 커패시터 양단의 부하량을 연산할 수 있다. 이때의 부하량은 전력을 의미할 수 있다.
또는, 컨버터 제어부(415)는, 입력 전류 검출부(A)에서 검출되는 입력 전류(Is)에 기초하여, 커패시터 양단의 부하량을 연산할 수 있다. 이때의 부하량은 전력을 의미할 수 있다.
컨버터 제어부(415)는, 연산되는 부하량의 레벨이 제1 전력 레벨(Pa) 이하인 경우, 저부하로 판단하고, 연산되는 부하량의 레벨이 제1 전력 레벨(Pa) 이상인 경우, 고부하로 판단할 수 있다.
이에 따라, 각각의 저부하 영역(Ae1), 고부하 영역(Ae2)으로 구분될 수 있다. 한편, 이때의 제1 전력 레벨(Pa)은, 전력변환장치(200) 내의 메모리(미도시)에 저장가능하다.
한편, 제1 전력 레벨(Pa)은, 동작 조건 등에 따라, 가변 가능하다. 예를 들어, 일정 기간 동안 사용되는 최대 부하량이 소정치 이하인 경우, 제1 전력 레벨(Pa)은, 낮아질 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 부하에 따른 컨버터 동작의 다양한 예를 예시한다.
먼저, 도 7a는, 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)의 동작에 따른 전력변환시의 변환 효율 곡선(U1a)과, 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제2 부스트 컨버터(410b)의 동작에 따른 전력변환시의 변환 효율 곡선(U1b)을 예시한다.
도면을 보면, 저부하 영역(Px 이하)에서는, 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제2 부스트 컨버터(410b)가 동작하는 경우 보다, 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)가 동작하는 경우에, 동작 효율이 더 높으며, 고부하 영역(Px 초과)에서는, 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)가 동작하는 경우보다, 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제2 부스트 컨버터(410b)가 동작하는 경우에, 동작 효율이 더 높게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 도 4a에 도시된 부스트 컨버터(410) 중, 저부하 영역에서, 보다 효율이 좋은 저투자율의 제1 인덕터와 제1 스위칭 소자를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)를 동작시키며, 고부하 영역에서, 보다 효율이 좋은 고투자율의 제2 인덕터와 제2 스위칭 소자를 구비하는 제2 부스트 컨버터(410b)를 동작시킬 수 있다. 이에 따라, 전력변환시의 변환 효율이 향상될 수 있게 된다.
다음, 도 7b는, 도 4b에 도시된 부스트 컨버터(410)에 대해 1상 구동과 2상 구동을 수행하는 경우, 변환 효율 곡선을 예시한다.
U1a는 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)만 동작시의 변환 효율 곡선을 나타내며, U1b는 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제3 부스트 컨버터(410c)만 동작시의 변환 효율 곡선을 나타낸다.
다음, U2a는 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 및 제2 부스트 컨버터(410a,410b)가 함께 동작시의 변환 효율 곡선을 나타내며, U2b는 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제3 및 제4 부스트 컨버터(410c,410d)만 동작시의 변환 효율 곡선을 나타낸다.
도면을 살펴보면, 저부하 영역에서는 1상 구동시, 고부하 영역에서는 2상 구동이 변환 효율이 더 향상되게 된다. 또한, 저부하 영역에서는, 저투자율의 부스트 컨버터 동작시의 변환 효율이 더 좋으며, 고부하 영역에서는, 고투자율의 부스트 컨버터의 동작시의 변환 효율이 더 좋을 것을 알 수 있다.
한편, 1상 구동과 2상 구동의 기준은, 설계 기준마다 다르나, 도면과 같이, U1a와 U2b의 교차점인 Py 전력을 기준으로 하는 것도 가능하다.
다음, 도 7c는, 1상 구동, 2상 구동, 및 4상 구동을 수행하는 경우, 변환 효율 곡선을 예시한다. 도 7c의 4상 구동은, 모두 저투자율의 부스트 컨버터만 동작시키거나, 모두 고투자율의 부스트 컨버터만 동작시키는 경우를 예시한다.
U1a는 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 부스트 컨버터(410a)만 동작시의 변환 효율 곡선을 나타내며, U1b는 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제3 부스트 컨버터(410c)만 동작시의 변환 효율 곡선을 나타낸다.
다음, U2a는 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 제1 및 제2 부스트 컨버터(410a,410b)가 함께 동작시의 변환 효율 곡선을 나타내며, U2b는 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 제3 및 제4 부스트 컨버터(410c,410d)만 동작시의 변환 효율 곡선을 나타낸다.
다음, U4a는 저투자율의 제1 인덕터(L1)를 구비하는 4개의 부스트 컨버터가 동작하는 경우의 변환 효율 곡선을 나타내며, U4b는 고투자율의 제2 인덕터(L2)를 구비하는 4개의 부스트 컨버터가 동작하는 경우의 변환 효율 곡선을 나타낸다.
도면을 살펴보면, 부하가 커질수록, 1상 구동 보다는 2상 구동이, 그리고 4상 구동이 변환 효율이 더 향상되게 된다. 또한, 저부하 영역에서는, 저투자율의 부스트 컨버터 동작시의 변환 효율이 더 좋으며, 고부하 영역에서는, 고투자율의 부스트 컨버터의 동작시의 변환 효율이 더 좋을 것을 알 수 있다.
한편, 1상 구동과 2상 구동의 기준은, 설계 기준마다 다르나, 도면과 같이, U1a와 U2b의 교차점인 Pl 전력을 기준으로 할 수 있으며, 2상 구동과 4상 구동의 기준은, 설계 기준마다 다르나, 도면과 같이, U4a와 U2a의 교차점인 Pm 전력을 기준으로 할 수도 있다.
도 8a 내지 도 8d는 도 4b의 전력변환장치의 동작을 예시하는 도면이다.
먼저, 도 8a는 저부하 영역에서, 4개의 부스트 컨버터(410a,410b,410c,410d) 중 저투자율의 인덕터(L1)을 가지는 제1 부스트 컨버터(410a)만이 동작하는 경우를 예시한다.
다음, 도 8b는 도 8a의 저부하 보다 큰 부하 영역에서, 4개의 부스트 컨버터(410a,410b,410c,410d) 중 저투자율의 인덕터(L1)을 가지는 제1 및 제2 부스트 컨버터(410a,410b)만이 동작하는 경우를 예시한다.
다음, 도 8c는 도 8b의 부하 보다 큰 부하 영역에서, 4개의 부스트 컨버터(410a,410b,410c,410d) 중 저투자율의 인덕터(L1)을 가지는 제1 및 제2 부스트 컨버터(410a,410b)와, 고투자율의 인덕터(L2)을 가지는 제3 부스트 컨버터(410c)가 동작하는 경우를 예시한다.
다음, 도 8d는 부하가 가장 큰 영역에서, 4개의 부스트 컨버터(410a,410b,410c,410d) 중 저투자율의 인덕터(L1)을 가지는 제1 및 제2 부스트 컨버터(410a,410b)와, 고투자율의 인덕터(L2)을 가지는 제3 및 제4 부스트 컨버터(410c,410d)가 동작하는 경우를 예시한다.
도 9a 내지 도 9d는 도 8a 내지 도 8d와 관련한 인덕터 전류와 dc단 전압의 파형을 예시하는 도면이다.
도 9a는 도 8a에 대응하는 인덕터 전류(iL1)와, dc단 전압(Vdc1)을 예시한다. 즉, 저투자율의 인덕터(L1)을 가지는 제1 부스트 컨버터(410a)만이 동작하였을 때의 인덕터 전류(iL2)와, dc단 전압(Vdc2)을 예시한다.
한편, 도 9b는 고투자율의 인덕터(L2)을 가지는 제3 부스트 컨버터(410c)만이 동작하였을 때의 인덕터 전류(iL2)와, dc단 전압(Vdc2)을 예시한다.
도 9a와 도 9b를 비교하면, 도 9b의 dc단 전압(Vdc2)이 노이즈가 더 저감되는 것을 알 수 있다. 한편, 전력 변환 효율은, 도 7a 등에서 기술한 바와 같이, 대략 도 9a의 경우가, 대략 0.2% 정도 더 높게 나온다.
도 9c는 도 7c의 4상 구동시에 대응하며, 특히, 저투자율의 인덕터(L1)을 가지는 제1 부스트 컨버터(410a) 4개를 동시에 구동하였을 때의 인덕터 전류(iL1)와, dc단 전압(Vdc3)을 예시한다.
다음, 도 9d는 도 7c의 4상 구동시에 대응하며, 특히, 고투자율의 인덕터(L2)을 가지는 제3 부스트 컨버터(410c) 4개를 동시에 구동하였을 때의 인덕터 전류(iL2)와, dc단 전압(Vdc4)을 예시한다.
도 9c와 도 9d를 비교하면, 도 9d의 dc단 전압(Vdc4)이 노이즈가 더 저감되는 것을 알 수 있다. 한편, 전력 변환 효율은, 도 7c 등에서 기술한 바와 같이, 대략 도 9d의 경우가, 대략 0.1% 정도 더 높게 나온다.
결국, 이종 투자율의 인덕터를 사용하여, 부하 별로, 구동함으로써, 다양한 부하에서 전력변환장치를 효율적으로 구동 가능하게 된다. 특히, 부하 변동이 심한, 압축기 등을 효율적으로 구동할 수 있게 된다.
도 10a 내지 도 10b는 도 4a 또는 도 4b의 제1 컨버터의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 10a와 도 10b는, 제1 부스트 컨버터(410a)가 부스트 모드로 동작하는 것을 예시한다.
도 10a는, 제1 부스트 컨버터(410a) 내의 제1 부스트 스위칭 소자(S1)가 턴 온 하는 경우, 제1 인덕터(L1), 제1 부스트 스위칭 소자(S1)에 의해 폐루프가 형성되어, 전류(Ia)가 흐르는 것을 예시한다. 이에 의해, 제1 인덕터(L1)에 전류(Ia)에 기초한 에너지가 축적된다. 이때, 제1 다이오드(D1)는 도통하지 않게 된다.
도 10b는, 제1 부스트 컨버터(410a) 내의 제1 부스트 스위칭 소자(S1)가 턴 오프하는 경우, 제1 다이오드(D1)가 도통하여, 제1 인덕터(L1), 및 제1 다이오드(D1)를 통해 전류(Ib)가 흐르는 것을 예시한다. 전류(Ib)는, 도 10a에서 제1 인덕터(L1)에 축적된 에너지와, 입력 교류 전원(201)에 기초한 전류가 합산된 것일 수 있다.
즉, 제1 부스트 컨버터(410a) 내의 제1 부스트 스위칭 소자(S1)는 턴 온/오프 동작, 즉 PWM 동작한다.
제2 컨버터의 동작은 도 10a 내지 도 10b와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
도 11는 도 3의 전력변환장치 내의 인버터의 회로도를 예시한다.
인버터(420)는, 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 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다.
인버터(420)는, 모터(250) 동작 모드에서, 커패시터(C) 양단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(250)를 구동한다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420) 내의 스위칭 소자의 동작을 제어하는 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(도 11의 E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(도 11의 E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다.
출력전류 검출부(도 11의 E)는, 인버터(420)와 삼상 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(420)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(250) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 하여 기술한다.
도 12는 도 11의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 12를 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 위치 추정부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
위치 추정부(320)는, 축변환부(310)에서 축변환된 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치(
Figure pat00001
)를 추정할 수 있다. 또한, 위치 추정부(320)는, 회전자 위치(
Figure pat00002
)에 기초하여, 속도(
Figure pat00003
)를 추정할 수도 있다.
결국, 위치 추정부(320)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure pat00004
)와 연산된 속도(
Figure pat00005
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00006
)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(330)는, 연산 속도(
Figure pat00007
)와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(335)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(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)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(340)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(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 위치 추정부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00008
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 위치 추정부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00009
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(350)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)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(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
본 발명의 실시에에 따른 전력변환장치, 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 충전 장치의 동작방법은 충전 장치에 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.
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 (15)

  1. 입력 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류된 전원을 직류 전원으로 변환하여, 변환된 직류 전원을 출력하는 복수의 컨버터를 구비하는 인터리브 컨버터; 및
    상기 인터리브 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부;를 포함하며,
    상기 인터리브 컨버터 중 제1 컨버터는, 제1 투자율을 가지는 제1 인덕터와 제1 스위칭 소자를 구비하며, 상기 인터리브 컨버터 중 제2 컨버터는, 상기 제1 투자율 보다 큰 제2 투자율을 가지는 제2 인덕터와 제2 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하의 레벨에 따라, 상기 인터리브 컨버터 중 제1 컨버터가 동작하는 제1 구간과, 상기 제2 컨버터가 함께 동작하는 제2 구간으로, 구분하여 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 레벨 이하인 경우, 상기 제1 컨버터가 동작하도록 제어하며,
    상기 커패시터 양단에 대응하는 부하의 레벨이 상기 제1 레벨 보다 큰 제2 레벨 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 제2 컨버터가 함께 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 인터리브 컨버터는, 복수의 제1 컨버터와 복수의 제2 컨버터를 구비하며,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 부하 영역 내인 경우, 상기 복수의 제1 컨버터 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하며,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하가 상기 제1 부하 영역 보다 큰 제2 부하 영역 내인 경우, 상기 복수의 제1 컨버터와, 상기 복수의 제2 컨버터 중 적어도 하나가 함께 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 부하 영역 내인 경우, 상기 제1 컨버터의 동작 효율이 상기 제2 컨버터의 동작 효율 보다 더 높으며,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하의 레벨이 상기 제1 부하 영역 보다 더 큰 제2 부하 영역 내인 경우, 상기 제1 컨버터의 동작 효율이 상기 제2 컨버터의 동작 효율 보다 더 높은 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류, 및 상기 제1 인덕터 및 제2 인덕터에 흐르는 인덕터 전류에 기초하여, 상기 제1 및 제2 컨버터에 인가되는 스위칭 제어 신호의 듀티비를 설정하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부;
    상기 제1 인덕터 및 제2 인덕터에 흐르는 인덕터 전류를 검출하는 인덕터 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 제1 인덕터 및 제2 인덕터에 흐르는 인덕터 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여 상기 제1 및 제2 컨버터에 인가되는 제1 및 제2 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 인터리브 컨버터 중 상기 제1 컨버터는,
    상기 정류부에 접속되는 상기 제1 인덕터;
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 제1 다이오드;
    상기 제1 인덕터와 상기 제1 다이오드 사이에서, 병렬 접속되는 상기 제1 스위칭 소자;를 포함하고,
    상기 인터리브 컨버터 중 상기 제2 컨버터는,
    상기 정류부에 접속되는 상기 제2 인덕터;
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 제2 다이오드;
    상기 제2 인덕터와 상기 제2 다이오드 사이에서, 병렬 접속되는 상기 제2 스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;
    상기 커패시터와 모터 사이에 접속되며, 상기 컨버터의 출력 전원을 교류 전원을 변환하여 출력하는 인버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  10. 압축기;
    상기 압축기 내의 모터에 구동 전원을 공급하는 전력변환부;를 구비하며,
    상기 전력변환부는,
    입력 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류된 전원을 직류 전원으로 변환하여, 변환된 직류 전원을 출력하는 복수의 컨버터를 구비하는 인터리브 컨버터; 및
    상기 인터리브 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부;를 포함하며,
    상기 인터리브 컨버터 중 제1 컨버터는, 제1 투자율을 가지는 제1 인덕터와 제1 스위칭 소자를 구비하며, 상기 인터리브 컨버터 중 제2 컨버터는, 상기 제1 투자율 보다 큰 제2 투자율을 가지는 제2 인덕터와 제2 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하의 레벨에 따라, 상기 인터리브 컨버터 중 제1 컨버터가 동작하는 제1 구간과, 상기 제2 컨버터가 동작하는 제2 구간으로, 구분하여 동작시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 레벨 이하인 경우, 상기 제1 컨버터가 동작하도록 제어하며,
    상기 커패시터 양단에 대응하는 부하의 레벨이 상기 제1 레벨 보다 큰 제2 레벨 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 제2 컨버터가 함께 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 인터리브 컨버터는, 복수의 제1 컨버터와 복수의 제2 컨버터를 구비하며,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 부하 영역 내인 경우, 상기 복수의 제1 컨버터 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하며,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하가 상기 제1 부하 영역 보다 큰 제2 부하 영역 내인 경우, 상기 복수의 제1 컨버터와, 상기 복수의 제2 컨버터 중 적어도 하나가 함께 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 인터리브 컨버터의 출력단에 접속되는 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하의 레벨이 제1 부하 영역 내인 경우, 상기 제1 컨버터의 동작 효율이 상기 제2 컨버터의 동작 효율 보다 더 높으며,
    상기 커패시터의 양단에 대응하는 부하의 레벨이 상기 제1 부하 영역 보다 더 큰 제2 부하 영역 내인 경우, 상기 제1 컨버터의 동작 효율이 상기 제2 컨버터의 동작 효율 보다 더 높은 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부;
    상기 제1 인덕터 및 제2 인덕터에 흐르는 인덕터 전류를 검출하는 인덕터 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 제1 인덕터 및 제2 인덕터에 흐르는 인덕터 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여 상기 제1 및 제2 컨버터에 인가되는 제1 및 제2 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190135810A (ko) * 2018-05-29 2019-12-09 엘지전자 주식회사 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스

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