KR20180040376A - 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 역률 제어부를 포함하는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부; 상기 정류부에 연결되고, 스위칭 소자를 포함하여 상기 정류부에서 정류된 전압에 대하여 역률 개선 동작을 수행하는 역률 제어부; 및 상기 정류부에서 출력되는 전압을 감지하여 상기 전압 값에 따라 상기 스위칭 소자에 인가되는 전압을 제한하는 소자 보호부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 {Power transforming apparatus and air conditioner including the same}
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 역률 제어부를 포함하는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.
이와 같은 직류-직류 컨버터에 이용되는 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동부(일례로, 드라이버 IC)는 스위칭 소자의 소손을 방지하기 위해 과전류 보호 회로를 포함할 수 있다.
이러한 과전류 보호 회로는 스위칭 소자에 흐르는 전류를 감지하여 순간 과전압에 의하여 돌입전류가 발생하여 스위칭 소자에 일정 전압 이상이 걸리는 것으로 감지되면 스위칭 소자의 구동을 차단하는 방식을 이용한다.
즉, 순간 과전압의 발생 시 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 경우에 보호 회로가 동작하여 스위칭 동작을 차단하게 된다.
그러나, 이러한 상황이 발생하여 스위칭 동작은 차단되어도 이미 스위칭 소자에 과전류가 흐르거나 과전압이 발생한 이후이기 때문에 스위칭 소자가 소손될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 따라서, 스위칭 소자에 과전압이 인가되는 것을 방지하여 스위칭 소자를 효과적으로 보호할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부; 상기 정류부에 연결되고, 스위칭 소자를 포함하여 상기 정류부에서 정류된 전압에 대하여 역률 개선 동작을 수행하는 역률 제어부; 및 상기 정류부에서 출력되는 전압을 감지하여 상기 전압 값에 따라 상기 스위칭 소자에 인가되는 전압을 제한하는 소자 보호부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 소자 보호부는, 전압을 감지하여 감지 신호를 출력하는 전압 감지부; 및 상기 전압 감지부의 감지 신호에 따라 작동하여 상기 스위칭 소자에 인가되는 전압을 제한하는 전압 제한부를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 전압 감지부는, 상기 정류부의 출력 전압을 감지하는 분배저항; 및 상기 분배저항의 레벨에 따라 상기 감지 신호를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 제한부는, 상기 감지 신호에 따라 스위칭 동작하는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터와 연결된 제너 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 교류 전원과 정류부 사이에는 상기 교류 전원으로부터 과전압 인가 시 전압을 제한하는 바리스터를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 바리스터의 제한 전압은 상기 소자 보호부의 제한 전압보다 클 수 있다.
여기서, 상기 역률 제어부는, 상기 정류부에 연결되는 인덕터; 상기 인덕터에 연결되는 상기 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 캐패시터; 및 상기 스위칭 소자와 캐패시터 사이에 연결되는 다이오드를 포함하는 승압 컨버터를 구성할 수 있다.
여기서, 상기 소자 보호부는, 상기 스위칭 소자에 설정된 보호 전압 이상의 전압이 상기 정류부에서 출력되는 경우에 상기 스위칭 소자 양단의 전압을 상기 보호 전압 이하로 제한할 수 있다.
여기서, 상기 역률 제어부에 연결되는 인버터 장치; 및 상기 인버터 장치에 연결되는 모터를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 위와 같은 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, 본 발명에 의하면, 스위칭 소자에 설정된 보호 전압 이상의 전압이 정류부에서 출력되는 경우에 스위칭 소자 양단의 전압을 이러한 보호 전압 이하로 클램핑할 수 있다.
또한, 바리스터에서 충분히 클램핑되지 못한 과전압은 소자 보호부를 통하여 클램핑되어 스위칭 소자를 효과적으로 보호할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 소자 보호부는 독립적으로 또는 단계적으로 과전압의 인가로부터 스위칭 소자를 보호할 수 있다.
더욱이, 이와 같이 스위칭 소자를 보호하면서 스위칭 소자가 사용된 회로의 동작, 예를 들어, 인버터의 동작을 원활히 지속시킬 수 있는 것이다.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3은 전력 변환 장치의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 전력 변환 장치의 또 다른 예를 나타내는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110), 정류부(110)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터(120), 컨버터(120)를 제어하는 컨버터 제어부(130), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(140), 인버터(140)를 제어하는 인버터 제어부(150)와, 그리고 컨버터(120)와 인버터(140) 사이의 DC단 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
이러한 인버터(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급된다. 여기서, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(100)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
그러나 모터(200)는 압축기 모터에 제한되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.
한편, 모터 구동장치(100)는, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
모터 구동장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.
컨버터(120)는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터(120)는 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 컨버터(120)는 정류부(110)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(120)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.
정류부(110)는, 단상 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터(120) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(110)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.
이와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
이러한 컨버터(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L1), 이 인덕터(L1)에 연결되는 스위칭 소자(Q1), 이러한 스위칭 소자(Q1)와 병렬로 연결되는 캐패시터(C), 및 스위칭 소자(Q1)와 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
승압 컨버터(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.
여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
이러한 스위칭 소자(Q1)는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
이와 같이, 컨버터 제어부(130)는 컨버터(120) 내의 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호(Sc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 컨버터(120) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(110)를 거친 출력 전압이 DC단 커패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(110) 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 제어 신호(Sc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
DC 전압 검출부(B)는 DC단 커패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC단 커패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(140)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(200)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(140)는 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하암 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.
컨버터(120)와 마찬가지로, 인버터의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
인버터 제어부(150)는, 인버터(140)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터(140)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(200)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC단 커패시터(C) 양단인 DC단 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC단 전압(Vdc)은 DC단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(140)와 모터(200) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(200)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(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
도 3은 전력 변환 장치의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치는, 교류 전원(10)으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부(110) 및 이 정류부(110)에 연결되고 스위칭 소자(Q1)를 포함하여 정류부(110)에서 정류된 전압에 대하여 역률 개선 동작을 수행하는 역률 제어부(120)를 포함한다.
이때, 정류부(110)와 스위칭 소자(Q1) 사이에는 이 정류부(110)에서 출력되는 전압을 감지하여 이 감지 전압 값에 따라 스위칭 소자(Q1)에 인가되는 전압을 제한(클램핑; clamping)하는 소자 보호부(160)를 포함한다.
여기서, 소자 보호부(160)는, 정류부(110)에서 출력되는 전압을 감지하여 감지 신호를 출력하는 전압 감지부(161) 및 이 전압 감지부의 감지 신호에 따라 작동하여 스위칭 소자(Q1)에 인가되는 전압을 제한(클램핑)하는 전압 제한부(162)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 전압 감지부(161)는, 정류부(110)의 출력 전압을 감지하는 분배저항(R1, R2) 및 이 분배저항(R1, R2)의 레벨에 따라 감지 신호를 출력하는 비교기(163)를 포함할 수 있다.
여기서, 비교기(163)에 연결된 저항(R3, R4)은 분배저항(R1, R2)의 레벨에 따라 비교기(163)에서 하이(high) 신호 또는 로우(low) 신호를 출력하도록 설정될 수 있다.
예를 들어, 정류부(110)의 출력 전압, 즉, 스위칭 소자(Q1)의 콜렉터-에미터(collector-emitter) 단에 걸리는 전압(Vce)의 피크값이 600 V 이상인 경우에 비교기(163)에서 하이(high) 신호가 출력되도록 설정될 수 있다.
또한, 전압 제한부(162)는, 감지 신호에 따라 스위칭 동작하는 트랜지스터(Q2) 및 이 트랜지스터(Q2)와 연결된 제너 다이오드(Dz)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 트랜지스터(Q2)는 NPN 형 트랜지스터가 이용될 수 있다. 또한, 제어 다이오드(Dz)는 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 단에 연결될 수 있다. 즉, 제너 다이오드(Dz)에 걸리는 전압이 항복 전압에 이른 경우에 제너 다이오드(Dz)를 통하여 전압이 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 단에 인가되도록 연결될 수 있다.
예를 들어, 위의 예에서와 같이, 콜렉터-에미터(collector-emitter) 단에 걸리는 전압(Vce)의 피크값이 600 V 이상인 경우에 제너 다이오드가 동작하여 전압을 400 V 이하가 되도록 클램핑할 수 있다. 즉, 제너 항복 전압이 400 V인 제너 다이오드(Dz)가 이용될 수 있다.
이와 같이, 소자 보호부(160)는, 스위칭 소자(Q1)에 설정된 보호 전압 이상의 전압이 정류부(110)에서 출력되는 경우에 스위칭 소자(Q1) 양단의 전압을 이러한 보호 전압 이하로 클램핑할 수 있다.
예를 들어, 스위칭 소자(Q1)의 허용 동작 전압이 400 V일 때, 순간 과전압이 인가되어 피크값 600 V 이상의 전압이 인가되는 경우에 소자 보호부(160)가 작동하여 스위칭 소자(Q1) 양단에 걸리는 전압을 이러한 보호 전압(예를 들어, 400 V)로 클램핑할 수 있다.
그 외에 설명되지 않은 구성은 위의 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
도 4는 전력 변환 장치의 또 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 교류 전원(10)과 정류부(110) 사이에는 이 교류 전원(10)으로부터 과전압 인가 시 전압을 제한(클램핑)하는 바리스터(164)를 더 포함할 수 있다.
바리스터(164; Varistor)는 제한형(Limiting Type)의 순간 과전압(Surge) 보호 회로 소자로서, 전압에 대한 전류의 특성이 비선형으로 나타나는 소자이다. 즉, 바리스터(164)의 양단 전압이 설정 값 이상이 되면, 임피던스가 급격하게 저감되며 많은 전류를 흘려 전압을 일정 한도 이하로 제한(클램핑)한다.
이때, 바리스터(164)의 클램핑 전압은 위에서 설명한 소자 보호부(160)의 클램핑 전압보다 클 수 있다. 즉, 소자 보호부(160)의 클램핑 전압은 바리스터(164)의 제한 전압보다 작을 수 있다.
예를 들어, 소자 보호부(160)의 클램핑 전압이 역률 제어부(120)의 후단에 연결될 수 있는 모터(200; 도 1 및 도 2 참조)의 구동을 위하여 인버터(140; 도 1 및 도 2 참조)가 작동할 수 있는 전압인 400 V일 수 있다.
이때, 바리스터(164)의 출력 전압은 이러한 400 V보다 클 수 있다.
예를 들어, 바리스터(164)의 종류에 따라 775 V 내지 1025 V의 전압이 바리스터(164)의 후단으로 인가될 수 있다.
이와 같은 바리스터(164)에서 충분히 클램핑되지 못한 과전압은 소자 보호부(160)를 통하여 클램핑되어 스위칭 소자(Q1)를 보호할 수 있는 것이다.
여기서, 바리스터(164)는 독립적인 것으로 설명하였지만, 소자 보호부(160)의 구성에 포함될 수 있는 것은 물론이다.
그밖에 도 3과 중복되는 설명은 생략한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 전력 변환 장치의 소자 보호부의 작동을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 소자 보호부(160)의 전압 감지부(161)에서는 정류부(110)에 의하여 전파 정류된 전압을 저항 분배(R1, R2)를 이용하여 감지한다. 이러한 감지 전압은 스위칭 소자(Q1)의 Vce (콜렉터-에미터 간 전압)과 동일할 수 있다.
이러한 감지 전압은 비교기(163)로 입력되고, 이와 같이 저항 분배에 의하여 감지된 전압이 일정 전압 이상이면 비교기(163)는 하이(high) 신호를 출력한다.
위에서 예로 든 바와 같이, 피크 전압이 400 V 보다 큰 과전압(예를 들어, 600 V)이 감지되는 경우에 비교기(163)는 하이 신호를 출력한다.
이와 같이, 비교기(163)에서 하이 신호가 출력되면 이 하이 신호가 NPN 트랜지스터(Q2)의 베이스 단에 입력되어 제너 다이오드(Dz)가 동작한다.
따라서, 전압 감지부(161)에 과전압이 감지되는 경우에 제너 다이오드(Dz)가 동작하여, 과전압이 제너 항복 전압으로 클램핑된다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 경우에 400 V 이상의 과전압이 400 V 이하로 클램핑되는 것이다.
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 바리스터(164)의 클램핑 전압은 위에서 설명한 소자 보호부(160)의 클램핑 전압보다 클 수 있다.
대체로 전원이 안정된 지역에서는 노멀 전압(Normal voltage)가 470 V인 471 사양의 바리스터 또는 노멀 전압이 560 V인 561 사양의 바리스터가 사용된다.
노멀 전압이란 1 mA의 전류를 인가할 때의 바리스터 양단에 걸리는 전압으로 정의되며, 외부 전압에 대해 바리스터 소자가 절연체에서 도체로 작동하기 위한 시작점을 의미한다.
또한, 바리스터의 클램핑 전압은 특정 파형의 전류(예를 들어, [8 ㎲ 및 20 ㎲] 동안 흐르는 전류)를 인가하는 경우에 바리스터 소자에 의해 제한되는 전압으로서, 순간 과전류(Surge 전류)에 대해 소자의 저항이 얼마나 빠르게 변화되어 전압이 낮아지는가를 의미한다.
471 사양의 바리스터 또는 561 사양의 바리스터가 사용되는 경우, 클램핑 전압은 각각 775 V 및 920 V가 될 수 있다.
따라서, 이 정도의 전압은 정류부(110)를 통하여 스위칭 소자(Q1) 측으로 인가될 수 있으며, 이러한 전압은 소자 보호부(160)의 동작에 의하여 클램핑 전압, 예를 들어, 인버터(140)의 동작 전압인 400 V로 클램핑될 수 있다.
471 사양보다 낮은 사양의 바리스터는 정상 전압 조건에서도 클램핑이 발생하는 등의 소손이 발생할 수 있는 위험성이 있으므로 사용되지 않을 수 있다.
한편, 전원이 불안정한 특정 지역에서는 471 사양의 바리스터 또는 561 사양의 바리스터가 소손되는 현상이 발생할 수 있으며, 이때는 621 사양의 바리스터가 이용될 수 있다. 621 사양의 바리스터는 1025 V의 클램핑 전압을 갖는다.
따라서, 결국 바리스터(164)의 사양에 따라 대략 775 V 내지 1025 V의 전압이 바리스터(164)의 후단으로 인가될 수 있다.
스위칭 소자(Q1)로서 IGBT가 이용되는 경우, IGBT의 허용 전압 사양은 600 V일 수 있다.
따라서, 바리스터(164) 만을 이용하는 경우, 스위칭 소자(Q1)의 소손 위험이 있으며, 이러한 IGBT의 허용 전압(예를 들어, 600 V) 이상의 인가 전압은 소자 보호부(160)에서 인버터 동작 전압(예를 들어, 400 V)으로 클램핑하여 스위칭 소자(Q1)를 보호할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 소자 보호부(160)는 독립적으로 또는 단계적으로 과전압의 인가로부터 스위칭 소자(Q1)를 보호할 수 있다.
더욱이, 이와 같이 스위칭 소자(Q1)를 보호하면서 스위칭 소자(Q1)가 사용된 회로의 동작, 예를 들어, 인버터의 동작을 원활히 지속시킬 수 있는 것이다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 전력 변환 장치 110: 정류부
120: 컨버터 130: 컨버터 제어부
140: 인버터 150: 인버터 제어부
160: 소자 보호부 161: 전압 감지부
162: 전압 제한부 163: 비교기
164: 바리스터 200: 모터

Claims (10)

  1. 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부;
    상기 정류부에 연결되고, 스위칭 소자를 포함하여 상기 정류부에서 정류된 전압에 대하여 역률 개선 동작을 수행하는 역률 제어부; 및
    상기 정류부에서 출력되는 전압을 감지하여 상기 전압 값에 따라 상기 스위칭 소자에 인가되는 전압을 제한하는 소자 보호부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소자 보호부는,
    전압을 감지하여 감지 신호를 출력하는 전압 감지부; 및
    상기 전압 감지부의 감지 신호에 따라 작동하여 상기 스위칭 소자에 인가되는 전압을 제한하는 전압 제한부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전압 감지부는,
    상기 정류부의 출력 전압을 감지하는 분배저항; 및
    상기 분배저항의 레벨에 따라 상기 감지 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전압 제한부는,
    상기 감지 신호에 따라 스위칭 동작하는 트랜지스터; 및
    상기 트랜지스터와 연결된 제너 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 교류 전원과 정류부 사이에는 상기 교류 전원으로부터 과전압 인가 시 전압을 제한하는 바리스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 바리스터의 제한 전압은 상기 소자 보호부의 제한 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 역률 제어부는,
    상기 정류부에 연결되는 인덕터;
    상기 인덕터에 연결되는 상기 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 캐패시터; 및
    상기 스위칭 소자와 캐패시터 사이에 연결되는 다이오드를 포함하는 승압 컨버터를 구성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소자 보호부는, 상기 스위칭 소자에 설정된 보호 전압 이상의 전압이 상기 정류부에서 출력되는 경우에 상기 스위칭 소자 양단의 전압을 상기 보호 전압 이하로 제한하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 역률 제어부에 연결되는 인버터 장치; 및
    상기 인버터 장치에 연결되는 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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