KR20180069264A - 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, DC단 캐패시터를 보호할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부; 상기 정류부의 DC 출력 전압이 저장되는 DC단 캐패시터; 및 상기 DC단 캐패시터에 저장된 DC 전압을 이용하여 교류 전원으로 변환하는 인버터; 및 상기 DC단 캐패시터와 선택적으로 연결되어 상기 DC단 캐패시터를 보호하는 캐패시터 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, DC단 캐패시터를 보호할 수 있는 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.
이러한 정류부 또는 컨버터와 인버터 사이에는 직류(DC) 전압을 충전하는 DC단 캐패시터가 설치된다.
전력 변환 장치의 동작 중에, 회로 테스트, 전원 과전압 인가, 서지 전압 인가 또는 압축기 탈조에 의한 회생 전류 등의 이상 조건이 발생할 수 있으며, 이러한 이상 조건에 의하여 DC단 캐패시터에 인가되는 전압이 상승할 수 있다.
이와 같이, DC단 캐패시터에 과전압이 인가되는 경우에는 DC단 캐패시터 내부의 전해액이 끓을 수 있고, DC단 캐패시터의 상단이 부풀어 오르면서 소손이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 DC단 캐패시터를 효과적으로 보호할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전력 변환 장치에 구비되는 DC단 캐패시터를 안전하게 보호할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
또한, 하드웨어 구성에 의하여 과전압으로부터 실시간으로 반응하여 DC단 캐패시터를 안전하게 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 정류부의 DC 출력 전압이 저장되는 DC단 캐패시터; 및 상기 DC단 캐패시터에 저장된 DC 전압을 이용하여 교류 전원으로 변환하는 인버터; 및 상기 DC단 캐패시터와 선택적으로 연결되어 상기 DC단 캐패시터를 보호하는 캐패시터 보호부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 캐패시터 보호부는, 상기 DC단 캐패시터와 선택적으로 직렬 연결되는 보조 캐패시터를 포함할 수 있다.
이때, 상기 캐패시터 보호부는, 상기 캐패시터의 양단 전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 전압 감지부에 의하여 감지된 전압을 설정 전압과 비교하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 DC단 캐패시터와 상기 보조 캐패시터를 직렬로 연결하는 연결제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결제어부는, 상기 비교기의 출력이 베이스 단에 연결되고, 콜렉터 단이 상기 DC단 캐패시터와 연결되는 제1스위칭 소자; 및 상기 DC단 캐패시터와 상기 제1스위칭 소자의 콜렉터 단 사이에 연결되는 상기 보조 캐패시터를 포함할 수 있다.
이때, 상기 설정 전압은 450V 내지 500V일 수 있다.
여기서, 상기 정류부와 DC단 캐패시터 사이에는, 상기 정류부에서 출력된 전원에 대하여 역률 개선 동작을 수행하는 역률 제어부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 역률 제어부는, 상기 정류부에 연결되는 인덕터; 상기 인덕터에 연결되는 제2스위칭 소자; 상기 제2스위칭 소자와 병렬로 연결되는 상기 DC단 캐패시터; 및 상기 제2스위칭 소자와 DC단 캐패시터 사이에 연결되는 다이오드를 포함하는 승압 컨버터를 구성할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 위에서 설명한 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
본 발명에 의하면, 서지 전압 발생 및 기타 이상 조건에 의하여 DC 링크의 전압이 상승하더라도 DC단 캐패시터를 과전압으로부터 보호할 수 있다.
릴레이를 이용하는 경우나, 컨버터 제어부에서 소프트웨어를 이용하여 전압을 차단하는 경우는 감지하는 시간이 지체되어 DC단 캐패시터를 과전압으로부터 안전하게 보호하지 못할 수 있으나, 본 발명에 의하면, 비교기와 같은 하드웨어는 실시간으로 과전압에 대하여 반응하여 작동할 수 있으므로 캐패시터를 과전압으로부터 안전하게 보호할 수 있는 것이다.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4는 DC단 캐패시터가 손상된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전력 변환 장치를 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 캐패시터(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 캐패시터(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 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC단 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC단 캐패시터(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 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하측 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 캐패시터(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 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 도 2에서 도시한 전력 변환 장치와 유사하나, 교류 전원(10) 측에 과전압을 차단하기 위한 파워 릴레이(111)가 추가된 차이점이 있다.
DC단 캐패시터(C)는 컨버터 제어부(130) 또는 인버터 제어부(150)에서 감지되며, 이러한 DC단의 전압이 450V 이상으로 감지되면 파워 릴레이(111)를 오프(off) 시켜서 과전압을 차단할 수 있다.
그러나 파워 릴레이(111)는 정류부(110)보다 전단에 위치하고 있어, 파워 릴레이(111)를 오프 시켜서 과전압을 차단하더라도 DC단 캐패시터(C)의 전압은 대략 600V까지 상승할 수 있다.
이와 같이 상승한 과전압은 DC단 캐패시터(C)를 손상시킬 수 있다.
도 4는 DC단 캐패시터가 손상된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, DC단 캐패시터(C)가 이상 조건에 의하여 소손된 상태를 도시하고 있다.
전력 변환 장치의 동작 중에, 회로 테스트, 전원 과전압 인가, 서지 전압 인가 또는 압축기 탈조에 의한 회생 전류 등의 이상 조건이 발생할 수 있으며, 이러한 이상 조건에 의하여 DC단 캐패시터(C)에 인가되는 전압이 상승할 수 있다.
이와 같이, DC단 캐패시터(C)에 과전압이 인가되는 경우에는 DC단 캐패시터(C) 내부의 전해액이 끓을 수 있고, 도 4에서 도시한 바와 같이, DC단 캐패시터(C)의 상단(A)이 부풀어 오르면서 소손이 발생할 수 있다.
실제로, 주로 사용되는 DC단 캐패시터(C)의 전압 한계치는 450V 정도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다. 도 5를 참조하면, 위에서 설명한 바와 같은 DC단 캐패시터(C1)의 소손을 방지할 수 있는 전력 변환 장치를 나타낸다.
도 5에서는 전력 변환 장치에서 DC단 캐패시터(C1) 이후의 구성을 주로 나타내고 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치는, DC단 캐패시터(C1)와, 이 DC단 캐패시터(C1)에 저장된 DC 전압을 이용하여 교류 전원으로 변환하는 인버터(140) 및 DC단 캐패시터(C1)와 선택적으로 연결되어 이 DC단 캐패시터(C1)를 보호하는 캐패시터 보호부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
캐패시터 보호부(160)는 DC단 캐패시터(C1)와 선택적으로 직렬 연결되는 보조 캐패시터(C2)를 포함할 수 있다.
이러한, 캐패시터 보호부(160)는, DC단 캐패시터(C1)의 양단 전압을 감지하는 전압 감지부(161), 이 전압 감지부(161)에 의하여 감지된 전압을 설정 전압과 비교하는 비교기(162) 및 이 비교기(162)의 출력 신호에 따라 DC단 캐패시터(C1)와 보조 캐패시터(C2)를 직렬로 연결하는 연결제어부(164)를 포함할 수 있다.
여기서, 전압 감지부(161)는 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)를 포함하는 분배 저항을 이용할 수 있다.
비교기(162)는 OP Amp(163)와, 과전압 판단을 위한 전압을 설정하는 제3저항(R3)과 제4저항(R4)을 포함할 수 있다. 전압 감지부(161)의 출력 전압은 비교기(162)로 인가된다.
또한, 연결제어부(164)는, 비교기(162)의 출력이 베이스 단에 연결되고, 콜렉터 단이 DC단 캐패시터(C1)와 연결되는 제1스위칭 소자(Q2)를 포함할 수 있다.
위에서 언급한 보조 캐패시터(C2)는 DC단 캐패시터(C1)와 제1스위칭 소자(Q2)의 콜렉터 단 사이에 연결될 수 있다.
이러한 보조 캐패시터(C2)의 타측 단은 접지에 연결될 수 있고, 제1스위칭 소자(Q2)의 에미터 단 또한 접지에 연결될 수 있다.
이때, 연결제어부(164)가 동작하는 설정 전압, 즉, DC단 캐패시터(C1) 양단에 인가되는 전압 설정은 450V 내지 500V일 수 있다. 도 5에서는, 일 실시예로서, 전압 설정이 500V인 경우의 설정을 나타내고 있다. 즉, 도 5에서 도시된 제1 저항 내지 제4 저항(R1 ~ R4)의 값은 전압 설정이 500V인 경우에 따라 설정된 수치를 나타내고 있다.
여기에, 도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, DC단 캐패시터(C1)에 직류 전원을 공급하는 정류부(110; 도 2 및 도 3 참고)가 구성될 수 있다.
또한, 이러한 정류부(110)와 DC단 캐패시터(C1)에 위치하여 역률 제어 기능을 수행하는 역률 제어부(120)가 더 구성될 수 있으나, 도 5에서는 도시를 생략한다.
위에서 언급한 바와 같이, 역률 제어부(120)는 승압 컨버터(boost converter)를 구성할 수 있다.
위에서 설명한 도 2 및 도 3을 참조하면, 이러한 역률 제어부(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L), 이 인덕터(L1)에 연결되고 DC단 캐패시터(C 또는 C1)와 병렬로 연결되는 제2스위칭 소자(Q1), 그리고 제2스위칭 소자(Q1)와 DC단 캐패시터(C 또는 C1) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함하는 승압 컨버터를 구성할 수 있다.
한편, DC단 캐패시터(C1)에는 모터(200)를 구동하기 위한 인버터(140)가 구성된다.
위에서 언급한 바와 같이, 인버터(140)에는 삼상 모터(200)를 구동하기 위한 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')가 구비될 수 있다. 이와 같이, 인버터(140)는 삼상 유도 모터(200)를 구동하기 위하여 삼상 전력 신호를 생성한다.
이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 전력 변환 장치의 작동을 자세히 설명한다.
위에서 설명한 바와 같이, DC단 캐패시터(C1)를 보호하기 위한 전압 설정, 즉, 캐패시터 보호부(160)의 연결제어부(164)가 작동하기 위한 조건은 450V 내지 500V일 수 있다.
이하에서는 DC단 캐패시터(C1)를 보호하기 위한 전압이 500V인 경우를 예로 설명한다.
DC단 캐패시터(C1) 양단에 인가되는 전압은 캐패시터 보호부(160)의 전압 감지부(161)를 이루는 분배 저항(R1, R2)으로 감지한다.
먼저, DC단 캐패시터(C1) 양단에 인가되는 전압이 설정 전압, 즉, 500V 이하인 경우에는 이 인가 전압이 분배 저항(R1, R2)으로 감지되어 비교기(162)로 입력된다.
이때, 전압 감지부(161)에서 감지한 전압, 즉, 저항 분배로 인하여 감지된 전압이 일정 전압 이하이면 비교기(162)는 하이(high) 신호를 출력한다.
즉, DC단 캐패시터(C1) 양단에 인가되는 전압이 500V 이하인 경우에 비교기(162)는 하이(high) 신호를 출력한다.
이때, 비교기(162)에서 출력된 하이(high) 신호가 연결제어부(164)에 구비된 제1스위칭 소자(Q2)의 베이스 단(게이트 단)에 입력되어, 제1스위칭 소자(Q2)는 켜져서(On 상태) DC단 캐패시터(C1) 만이 동작하게 된다.
한편, DC단 캐패시터(C1) 양단에 인가되는 전압이 설정 전압, 즉, 500V 이상인 경우에는 이 인가 전압이 분배 저항(R1, R2)으로 감지되어 비교기(162)로 입력된다.
이때, 전압 감지부(161)에서 감지한 전압, 즉, 저항 분배로 인하여 감지된 전압이 일정 전압 이상이면 비교기(162)는 로우(low) 신호를 출력한다.
즉, DC단 캐패시터(C1) 양단에 인가되는 전압이 500V 이상인 경우에 비교기(162)는 로우(low) 신호를 출력한다.
이때, 비교기(162)에서 출력된 로우(low) 신호가 연결제어부(164)에 구비된 제1스위칭 소자(Q2)의 베이스 단(게이트 단)에 입력되어, 제1스위칭 소자(Q2)를 오프(off) 시킨다.
그러면, DC단 캐패시터(C1)와 보조 캐패시터(C2)가 직렬로 연결되어 큰 용량으로 동작하게 되어, 고전압으로부터 DC단 캐패시터(C1)를 보호할 수 있다.
따라서, 서지 전압 발생 및 기타 이상 조건에 의하여 DC 링크의 전압이 상승하더라도 DC단 캐패시터(C1)를 과전압으로부터 보호할 수 있다.
실제로, 제품 한계가 460V인 캐패시터의 경우, 620V의 전압을 인가하여 1분 유지시에도 캐패시터를 안전하게 보호할 수 있음을 확인할 수 있었다.
위에서 언급한 바와 같이, 릴레이를 이용하는 경우나, 컨버터 제어부에서 소프트웨어를 이용하여 전압을 차단하는 경우는 감지하는 시간이 지체되어 DC단 캐패시터(C1)를 과전압으로부터 안전하게 보호하지 못할 수 있으나, 본 발명에 의하면, 비교기와 같은 하드웨어는 실시간으로 과전압에 대하여 반응하여 작동할 수 있으므로 캐패시터(C1)를 과전압으로부터 안전하게 보호할 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: 캐패시터 보호부 161: 전압 감지부
162: 비교기 164: 연결제어부
200: 모터

Claims (8)

  1. 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부;
    상기 정류부의 DC 출력 전압이 저장되는 DC단 캐패시터; 및
    상기 DC단 캐패시터에 저장된 DC 전압을 이용하여 교류 전원으로 변환하는 인버터; 및
    상기 DC단 캐패시터와 선택적으로 연결되어 상기 DC단 캐패시터를 보호하는 캐패시터 보호부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캐패시터 보호부는, 상기 DC단 캐패시터와 선택적으로 직렬 연결되는 보조 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 캐패시터 보호부는,
    상기 캐패시터의 양단 전압을 감지하는 전압 감지부;
    상기 전압 감지부에 의하여 감지된 전압을 설정 전압과 비교하는 비교기; 및
    상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 DC단 캐패시터와 상기 보조 캐패시터를 직렬로 연결하는 연결제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연결제어부는,
    상기 비교기의 출력이 베이스 단에 연결되고, 콜렉터 단이 상기 DC단 캐패시터와 연결되는 제1스위칭 소자; 및
    상기 DC단 캐패시터와 상기 제1스위칭 소자의 콜렉터 단 사이에 연결되는 상기 보조 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 설정 전압은 450V 내지 500V인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 정류부와 DC단 캐패시터 사이에는, 상기 정류부에서 출력된 전원에 대하여 역률 개선 동작을 수행하는 역률 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 역률 제어부는,
    상기 정류부에 연결되는 인덕터;
    상기 인덕터에 연결되는 제2스위칭 소자;
    상기 제2스위칭 소자와 병렬로 연결되는 상기 DC단 캐패시터; 및
    상기 제2스위칭 소자와 DC단 캐패시터 사이에 연결되는 다이오드를 포함하는 승압 컨버터를 구성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
KR1020160171293A 2016-12-15 2016-12-15 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 KR101873764B1 (ko)

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