KR20180006182A - 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부로부터의 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭부를 구비하는 컨버터와, 정류부와 스위칭부 사이에 배치되어, 입력 교류 전원을 분배하는 전압 분배부와, 전압 분배부로부터의 분배 전압을 검출하는 분배 전압 검출부와, 분배 전압 검출부에서 검출된 분배 전압이 허용 레벨 이상인 경우, 스위칭부의 동작을 정지시키도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 서지(surge) 전압 입력시 내부 회로를 안정적으로 보호할 수 있게 된다.

Description

전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Motor driving device and air conditioner including the same}
본 발명은 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 서지(surge) 전압 입력시 내부 회로를 안정적으로 보호할 수 있는 전력변환장치 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, 서지(surge) 전압 입력시 내부 회로를 안정적으로 보호할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부로부터의 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭부를 구비하는 컨버터와, 정류부와 스위칭부 사이에 배치되어, 입력 교류 전원을 분배하는 전압 분배부와, 전압 분배부로부터의 분배 전압을 검출하는 분배 전압 검출부와, 분배 전압 검출부에서 검출된 분배 전압이 허용 레벨 이상인 경우, 스위칭부의 동작을 정지시키도록 제어하는 제어부를 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 전력변환장치를 포함하고, 전력변환장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부로부터의 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭부를 구비하는 컨버터와, 정류부와 스위칭부 사이에 배치되어, 입력 교류 전원을 분배하는 전압 분배부와, 전압 분배부로부터의 분배 전압을 검출하는 분배 전압 검출부와, 분배 전압 검출부에서 검출된 분배 전압이 허용 레
본 발명의 일실시예에 따르면, 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부로부터의 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭부를 구비하는 컨버터와, 정류부와 스위칭부 사이에 배치되어, 입력 교류 전원을 분배하는 전압 분배부와, 전압 분배부로부터의 분배 전압을 검출하는 분배 전압 검출부와, 분배 전압 검출부에서 검출된 분배 전압이 허용 레벨 이상인 경우, 스위칭부의 동작을 정지시키도록 제어하는 제어부를 포함함으로써, 서지(surge) 전압 입력시 내부 회로를 안정적으로 보호할 수 있게 된다.
특히, 정류부와 스위칭부 사이에 배치되는 전압 분배부에서 검출되는 분배 전압을 이용하여, 서지 전압에 대한 과전압 여부를 판단함으로써, 신속하게, 스위칭부의 스위칭 동작을 정지시킬 수 있게 되어, 특히, 스위칭부 내의 스위칭 소자가 소손되지 않도록 보호할 수 있게 된다.
한편, 스위칭부가, 인터리빙 PFC 회로부를 구비하는 경우, 전압 분배부에서 검출되는 분배 전압을 이용하여, 서지 전압에 대한 과전압 여부를 판단함으로써, 신속하게, 스위칭부의 스위칭 동작을 정지시킬 수 있게 되어, 특히, 인터리빙 PFC 회로부 내의 복수의 스위칭 소자가 소손되지 않도록 보호할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 실외기 내의 전력변환장치의 블록도이다.
도 4는 도 3의 전력변환장치의 회로도의 일예이다.
도 5a 내지 도 5b는 도 4의 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 도 4의 전력변환장치와의 비교 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 도 3의 전력변환장치의 회로도의 다른 예이다.
도 8은 도 4의 컨버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
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)은 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 전력변환장치(도 3의 200)에 의해 구동될 수 있다.
도 3은 도 1의 실외기 내의 전력변환장치의 블록도이고, 도 4는 도 3의 전력변환장치의 회로도의 일예이다.
도면을 참조하면, 전력변환장치(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, 전력변환장치(200)는, dc단 전압 검출부(B), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
전력변환장치(200)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(250)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 전력변환장치(200)는, 모터 구동 장치라고도 할 수 있다.
컨버터(210)는, 입력 교류 전원(210)(Vs)을 직류 전원으로 변환한다. 컨버터(210)는, 정류부(410)와 스위칭부(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.
스위칭부(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 구비할 수 있다.
예를 들어, 스위칭 소자(S1)의 턴 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. 이러한 동작시, 스위칭부(420)는, 부스트 컨버터로 동작할 수 있다.
다른 예로, 스위칭 소자(S1)의 턴 온에 의해, 직류 전원 변환시의 역률이 개선될 수 있다. 이러한 동작시, 스위칭부(420)는, 역률 개선 회로부, 즉 PFC(power pactor correction) 회로부로 동작할 수 있다. 특히, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 시간 또는 턴 온 듀티 가변에 의해, 직류 전원 변환시의 역률이 개선될 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, 컨버터(210), 특히, 스위칭부(420) 내의 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이를 위해, 컨버터 제어부(215)는, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
한편, 낙뢰 등에 의해, 입력 교류 전원(Vs)에 서지(surge) 전압이 발생하는 경우, 또는 공급되는 입력 교류 전원이 불안정하여, 서지 전압이 발생하는 경우, 컨버터(210), 특히, 스위칭부(420) 내의 스위칭 소자(S1)의 소손 가능성이 상당히 높게 된다.
본 발명에서는, 입력 교류 전원(Vs)에 서지(surge) 전압이 발생하는 경우라도, 스위칭부(420) 내의 스위칭 소자(S1)가 소손되지 않도록 하는 방안을 제시한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(200)는, 정류부(410)와 스위칭부(420) 사이에 배치되며, 입력 교류 전원(Vs)을 분배하는 전압 분배부(415)와, 전압 분배부(415)로부터의 분배 전압을 검출하는 분배 전압 검출부(G)와, 분배 전압 검출부(G)에서 검출된 분배 전압이 허용 레벨 이상인 경우, 스위칭부(420)의 동작을 정지시키도록 제어하는 컨버터 제어부(215)를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이에 의해, 서지(surge) 전압 입력시 내부 회로를 안정적으로 보호할 수 있게 된다.
도면에서는, 정류부(410)와 스위칭부(420) 사이인 p-n 단자 사이에, 전압 분배부(415)가 배치되는 것을 예시한다.
특히, 정류부(410)와 스위칭부(420) 사이에 배치되는 전압 분배부(415)에서 검출되는 분배 전압(Vdv)을 이용하여, 서지 전압에 대한 과전압 여부를 판단함으로써, 신속하게, 스위칭부(420)의 스위칭 동작을 정지시킬 수 있게 되어, 특히, 스위칭부(420) 내의 스위칭 소자가 소손되지 않도록 보호할 수 있게 된다.
전압 분배부(415)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 정류부(410)와 스위칭부(420) 사이에, 직렬 접속되는 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)를 포함할 수 있다.
그리고, 분배 전압 검출부(G)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2) 사이의 노드(Q)의 전압을 검출할 수 있다.
검출되는 노드(Q)의 전압은, 분배 전압(Vdv)으로서, 컨버터 제어부(215)로 입력될 수 있다.
전압 분배부(415)는, 그 외, OP AMP 등의 비교기를 더 구비할 수 있으며, 이에 의해, 분배 전압(Vdv)을, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로 변환할 수 있다.
그리고, 분배 전압(Vdv)으로서, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)는, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(215)에 인가될 수 있다.
한편, 분배 전압 검출부(G)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 검출되는 분배 전압(Vdv)을 일방향 도통시키는 다이오드 소자(Dv)를 구비할 수 있다. 이러한, 다이오드 소자(Dv)에 의해, 서지 전압에 대응하는 분배 전압(Vdv)에도 불구하고, 컨버터 제어부(215)를 안정적으로 보호할 수 있게 된다.
한편, 컨버터 제어부(215)는, 분배 전압 검출부(G)에서 검출된 분배 전압(Vdv)이 허용 레벨 이상인지 여부를 판단하는 과전압 판단부(도 8의 720)와, 과전압 판단부(720)로부터의 신호 기초하여, 스위칭부(420)로 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 선택적으로 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(도 8의 730)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 검출된 분배 전압(Vdv)이, 발생된 서지 전압에 대응하는 경우, 과전압 판단부(도 8의 720)는, 입력되는 분배 전압(Vdv)의 레벨이 허용 레벨 이상으로 판단하여, 과전압 발생 신호를, 스위칭 제어 신호 출력부(도 8의 730)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 스위칭 제어 신호 출력부(도 8의 730)는, 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하지 않거나, 턴 오프를 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다. 결국, 스위칭 소자(S1)가 도통되지 않으므로, 과전압 발생에도 불구하고, 신속하게, 스위칭 소자(S1)의 소손을 방지할 수 있게 된다.
한편, 분배 전압(Vdv)이, 발생된 서지 전압이 아닌 경우, 과전압 판단부(도 8의 720)는, 입력되는 분배 전압(Vdv)의 레벨이 허용 레벨 미만으로 판단하여, 과전압 미발생 신호를, 스위칭 제어 신호 출력부(도 8의 730)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 스위칭 제어 신호 출력부(도 8의 730)는, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있으며, 스위칭부(420) 내의 스위칭 소자(S1)는, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)에 기초하여, 스위칭을 수행할 수 있게 된다.
특히, 정류부(410)와 스위칭부(420) 사이에 배치되는 전압 분배부(415)에서 검출되는 분배 전압(Vdv)을 이용하여, 서지 전압에 대한 과전압 여부를 판단함으로써, 신속하게, 스위칭부(420)의 스위칭 동작을 정지시킬 수 있게 되어, 특히, 스위칭부(420) 내의 스위칭 소자가 소손되지 않도록 보호할 수 있게 된다.
다음, 컨버터(210)의 출력단인 a-b 단자 사이인, dc단 또는 dc 링크단에, dc 커패시터(C)가 배치될 수 있다.
dc 전압 검출부(B)는 dc 단 커패시터(C)의 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 5a 내지 도 5b는 도 4의 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 5a는, 입력 교류 전원(Vs1)에 서지 전압이 발생하지 않는 경우를 예시한다.
다음, 도 5b는 입력 교류 전원(Vs2)에 서지 전압이 발생하지 않는 경우를 예시한다.
특히, 도 5b의 Tx 시점에, 순간적인 서지 전압이 발생하는 것을 예시한다.
이러한 경우, 분배 전압 검출부(G)는, 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2) 사이의 노드(Q)의 전압인 분배 전압을 검출하고, 검출되는 분배 전압은, 컨버터 제어부(215)로 입력된다.
컨버터 제어부(215)는, 분배 전압 검출부(G)에서 검출된 분배 전압(Vdv)이 허용 레벨 이상인 경우, 스위칭부(420)의 동작을 정지시키도록 제어할 수 있다.
이에 따라, Tx 시점 이후, 직류 전원 변환이 중단되게 된다. 따라서, 스위칭부(420)의 소손을 신속하게 방지할 수 있게 된다.
한편, 분배 전압 검출부(G)의 검출 전압이 보다 낮아지도록 하기 위해, 전압 분배부(415) 내의 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2) 중 제1 저항 소자(R1)의 저항값이 더 큰 것이 바람직하다.
제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)의 저항값은 설계 사양에 따라, 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)의 저항값을 조정하여, 허용 레벨이, 0.5V가 되도록 할 수 있다.
이에 의하면, 컨버터 제어부(215)는, 분배 전압 검출부(G)에서 검출된 분배 전압(Vdv)이 0.5V 이상인 경우, 스위칭부(420)의 동작을 정지시키도록 제어할 수 있다.
도 6은 도 4의 전력변환장치와의 비교 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 도 6의 전력변환장치(600)는, 서지 전압 감지를 위해, 정류부(410)와 스위칭부(620) 사이가 아닌, 스위칭부(620) 내에 전압 검출부(Ga)를 구비하는 것으로, 도 4의 전력변환장치(200)와 차이가 있다.
구체적으로, 전압 검출부(Ga)는, 스위칭 소자(S1)과 저항 소자(Ra) 사이의 노드인 Qa 노드의 전압을 검출하며, 검출되는 전압이, 컨버터 제어부(615)로 입력된다.
이에 의하면, 서지 전압 발생시, 이미 스위칭 소자(S1)은 턴 온된 상태이므로, 도통에 의한 소손 가능성이 상당히 높아지게 된다. 따라서, 안정적으로 회로 소자들을 보호할 수 없게 된다.
한편, 도 6과 달리, 정류부(410)의 입력단 또는 정류부(410)의 출력단에, 퓨즈를 배치하는 경우, 서지 전압 발생에 의해, 퓨즈가 끊어지므로, 회로 소자들을 안정적으로 보호할 수 있는 장점이 있으나, 퓨즈를 교체하여야, 회로가 동작하는 번거로움이 발생한다.
이러한 점에 비해, 본 발명의 방식에 따르면, 서지 전압 발생시, 신속하게 스위칭 소자(S1)를 오프시킴으로써, 회로 소자를 안정적으로 보호할 수 있으며, 그 이후 서지 전압이 발생하지 않고 정상적인 입력 교류 전원이 입력되는 경우, 대응하여, 스위칭 소자(S1)를 스위칭시킬 수 있게 된다.
도 7은 도 3의 전력변환장치의 회로도의 다른 예이다.
도 7의 전력변환장치(200b)는, 도 4의 전력변환장치(200)과 유사하나, 스위칭부(420)가 인터리빙 PFC(power factor correction) 회로부(420a,420b)를 구비하는 것에 그 차이가 있다.
즉, p-n 단자에, 서로 병렬 접속되는, 인터리빙 PFC(power factor correction) 회로부(420a,420b)가 배치될 수 있다.
제1 PFC 회로부(420a)는, 도면과 같이, 정류부(410)와 인버터(220) 사이인, p-n 단자 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터(L1)와 다이오드(D1), 인덕터(L1)와 다이오드(D1) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S1)를 구비할 수 있다.
제2 PFC 회로부(420b)는, 도면과 같이, 정류부(410)와 인버터(220) 사이인 p-n 단자 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터(L2)와 다이오드(D2), 인덕터(L2)와 다이오드(D2) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S2)를 구비할 수 있다.
도 7의 컨버터 제어부(215)는, 분배 전압 검출부(G)로부터 검출되는 분배 전압에 기초하여, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc1,Scc2)를 각각 제1 PFC 회로부(420a)와, 제2 PFC 회로부(420b)에 출력할 수 있다.
특히, 컨버터 제어부(215)는, 분배 전압 검출부(G)에서 검출된 분배 전압이 허용 레벨 이상인 경우, 제1 PFC 회로부(420a)와, 제2 PFC 회로부(420b)의 동작을 정지시키도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 한편, 스위칭부(420)가, 인터리빙 PFC 회로부를 구비하는 경우, 전압 분배부(415)에서 검출되는 분배 전압(Vdv)을 이용하여, 서지 전압에 대한 과전압 여부를 판단함으로써, 신속하게, 스위칭부(420)의 스위칭 동작을 정지시킬 수 있게 되어, 특히, 인터리빙 PFC 회로부 내의 복수의 스위칭 소자(S1,S2)가 소손되지 않도록 보호할 수 있게 된다.
도 8은 도 4의 컨버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(215)는, 분배 전압 검출부(G)에서 검출된 분배 전압(Vdv)이 허용 레벨 이상인지 여부를 판단하는 과전압 판단부(720)와, 과전압 판단부(720)로부터의 신호 기초하여, 스위칭부(420)로 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 선택적으로 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(730)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 검출된 분배 전압(Vdv)이, 발생된 서지 전압에 대응하는 경우, 과전압 판단부(720)는, 입력되는 분배 전압(Vdv)의 레벨이 허용 레벨 이상으로 판단하여, 과전압 발생 신호를, 스위칭 제어 신호 출력부(730)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 스위칭 제어 신호 출력부(730)는, 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하지 않거나, 턴 오프를 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다. 결국, 스위칭 소자(S1)가 도통되지 않으므로, 과전압 발생에도 불구하고, 신속하게, 스위칭 소자(S1)의 소손을 방지할 수 있게 된다.
한편, 분배 전압(Vdv)이, 발생된 서지 전압이 아닌 경우, 과전압 판단부(720)는, 입력되는 분배 전압(Vdv)의 레벨이 허용 레벨 미만으로 판단하여, 과전압 미발생 신호를, 스위칭 제어 신호 출력부(730)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 스위칭 제어 신호 출력부(730)는, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있으며, 스위칭부(420) 내의 스위칭 소자(S1)는, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)에 기초하여, 스위칭을 수행할 수 있게 된다.
본 발명에 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 전력변환장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 전력변환장치 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 (9)

  1. 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 상기 정류부로부터의 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭부를 구비하는 컨버터;
    상기 정류부와 상기 스위칭부 사이에 배치되어, 상기 입력 교류 전원을 분배하는 전압 분배부;
    상기 전압 분배부로부터의 분배 전압을 검출하는 분배 전압 검출부;
    상기 분배 전압 검출부에서 검출된 상기 분배 전압이 허용 레벨 이상인 경우, 상기 스위칭부의 동작을 정지시키도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 분배부는,
    상기 정류부와 상기 스위칭부 사이에, 직렬 접속되는 제1 저항 소자 및 제2 저항 소자;를 포함하며,
    상기 분배 전압 검출부는, 상기 제1 저항 소자 및 상기 제2 저항 소자 사이의 노드의 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 저항 소자 및 제2 저항 소자 중 상기 제1 저항 소자의 저항값이 더 큰 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분배 전압 검출부는,
    검출되는 상기 분배 전압을 일방향 도통시키는 다이오드 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    서로 접속되는 인덕터와 다이오드 소자;
    상기 인덕터와 상기 다이오드 소자 사이에, 접속되는 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    인터리빙 PFC(power factor correction) 회로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 분배 전압 검출부에서 검출된 상기 분배 전압이 허용 레벨 이상인지 여부를 판단하는 과전압 판단부;
    상기 과전압 판단부로부터의 신호 기초하여, 상기 스위칭부로 컨버터 스위칭 제어 신호를 선택적으로 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터;
    복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 변환하여 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터;
    상기 인버터와 상기 모터 사이에 흐르는 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;
    상기 출력 전류 검출부로부터의 출력전류에 기초하여 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 상기 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전력변환장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
KR1020160086998A 2016-07-08 2016-07-08 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기 KR101895486B1 (ko)

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