KR20180079744A - 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 인버터를 구동하는 구동부를 보호할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력 전압이 저장되는 DC단 캐패시터; 상기 DC단 캐패시터에 저장된 전압을 이용하여 교류 신호로 변환하는 인버터; 상기 인버터를 구동하는 구동부; 상기 구동부에 전원을 인가하는 구동 전원부; 및 상기 구동 전원부의 전압을 감지하여 상기 구동 전원부의 전압이 일정 크기 이상이면 상기 구동 전원부의 전원이 상기 구동부에 인가되는 것을 차단하는 구동부 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, 인버터를 구동하는 구동부를 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.
인버터는 다수의 스위칭 소자를 포함하고, 이러한 다수의 스위칭 소자를 구동하는 구동부에 의하여 구동될 수 있다.
이때, 이러한 구동부는 별도의 구동 전압부에 의하여 전원을 인가받는다. 그런데, 이러한 구동 전압부에서 인가되는 전원은 서지 전압 및 기타 비정상 조건에 의하여 노이즈가 발생할 수 있으며, 이러한 노이즈는 구동부의 동작 전압을 초과할 수 있다.
따라서, 이러한 조건에 의하여 구동부가 손상될 위험이 있으며, 이러한 구동부를 효과적으로 보호할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인버터를 구동하는 구동부를 과전압으로부터 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 출력 전압이 저장되는 DC단 캐패시터; 상기 DC단 캐패시터에 저장된 전압을 이용하여 교류 신호로 변환하는 인버터; 상기 인버터를 구동하는 구동부; 상기 구동부에 전원을 인가하는 구동 전원부; 및 상기 구동 전원부의 전압을 감지하여 상기 구동 전원부의 전압이 일정 크기 이상이면 상기 구동 전원부의 전원이 상기 구동부에 인가되는 것을 차단하는 구동부 보호부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 구동 전원부는, 출력 캐패시터를 포함하고, 상기 구동부 보호부는, 상기 출력 캐패시터를 상기 구동부와 선택적으로 연결할 수 있다.
이때, 상기 구동 전원부는, 상기 출력 캐패시터에 병렬로 연결되는 제너 다이오드; 및 노이즈 제거용 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 구동부 보호부는, 상기 구동 전원부의 양단 전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 전압 감지부에 의하여 감지된 전압을 설정 전압과 비교하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 구동 전원부의 전원을 선택적으로 연결하는 연결제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 연결제어부는, 상기 비교기의 출력이 베이스 단에 연결되고, 에미터 단이 상기 구동 전원부에 연결되며, 콜렉터 단이 상기 구동부에 연결되는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 인버터는, 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자 및 하측 스위칭 소자를 포함하고, 상기 구동부는 상기 하측 스위칭 소자를 구동하기 위한 것일 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 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 상기 DC단 캐패시터; 및 상기 스위칭 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 또는 서지 전압에 기인한 노이즈가 인가되는 경우, 설정 전압, 예를 들어 20 V 이상의 전압은 인버터를 구동하는 구동부에 인가되지 않고 차단될 수 있다. 따라서 구동부를 과전압으로부터 보호할 수 있다.
또한, 서지 전압 발생시 전원의 불안정에 의하여 구동 전원부의 전압이 흔들리어 일정 전압 이상이 되더라도 구동부의 소손을 방지할 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 본 발명의 제2 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 5는 과전압 인가시 구동 전원부의 파형을 나타내는 파형도이다.
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 3에서는 전력 변환 장치에서 DC단 캐패시터(C) 이후의 구성을 주로 나타내고 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치는, DC단 캐패시터(C)와, 이 DC단 캐패시터(C)에 저장된 DC 전압을 이용하여 교류 전원으로 변환하는 인버터(140)를 포함한다.
또한, 인버터를 구동하는 구동부(151), 이 구동부(151)에 전원을 인가하는 구동 전원부(Vcc), 그리고 이 구동 전원부(Vcc)의 전압을 감지하여 구동 전원부(Vcc)의 전압이 일정 크기 이상이면 구동 전원부(Vcc)의 전원이 구동부(151)에 인가되는 것을 차단하는 구동부 보호부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 구동 전원부(Vcc)는, 출력 캐패시터(C1)를 포함하고, 구동부 보호부(160)는, 이러한 출력 캐패시터(C1)를 구동부(151)와 선택적으로 연결할 수 있다.
여기서, 구동부 보호부(160)는, 구동 전원부(Vcc)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 구동 전원부(Vcc)의 전원을 선택적으로 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.
이때, 연결제어부(164)는, 이러한 비교기(162)의 출력이 베이스 단에 연결되고, 에미터 단이 구동 전원부(Vcc)에 연결되며, 콜렉터 단이 구동부(151)에 연결되는 트랜지스터(Q2)를 포함할 수 있다. 이와 같은 연결관계로 비교기(162), 구동 전원부(Vcc) 및 구동부(151)를 포함하는 주변부에 연결되는 트랜지스터(Q2)는 PNP형 트랜지스터 일 수 있다.
여기에, 도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, DC단 캐패시터(C)에 직류 전원을 공급하는 정류부(110)가 구성될 수 있다.
또한, 이러한 정류부(110)와 DC단 캐패시터(C)에 위치하여 역률 제어 기능을 수행하는 역률 제어부(120)가 더 구성될 수 있으나, 도 3에서는 도시를 생략한다.
위에서 언급한 바와 같이, 역률 제어부(120)는 승압 컨버터(boost converter)를 구성할 수 있다.
위에서 설명한 도 1 및 도 2를 참조하면, 이러한 역률 제어부(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L), 이 인덕터(L1)에 연결되고 DC단 캐패시터(C)와 병렬로 연결되는 제2스위칭 소자(Q1), 그리고 제2스위칭 소자(Q1)와 DC단 캐패시터(C) 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.
여기서, 인버터(140)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')를 포함한다.
이때, 위에서 설명한 구동부(151)는 이들 중에서 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')를 구동하기 위한 것일 수 있다.
보통, 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc)는 각각 개별적인 구동부(도시되지 않음)를 이용하여 구동할 수 있으므로, 위에서 설명한 구동부 보호부(160)는 이러한 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')를 구동하기 위한 구동부(151)를 보호는 것이 유리할 수 있다.
이러한 구동부 보호부(160)의 작동에 의하여, 구동부(151)로 전원을 인가하는 구동 전원부(Vcc)의 과전압을 판단하여, 과전압 발생시 구동 전원부(Vcc)에서 구동부(151)로 인가되는 전압을 차단함으로써, 과전압에 의하여 인버터를 구동하는 구동부(151)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 도 3에서 도시하는 구성에 더하여, 일정 레벨 이상의 전압을 클램핑(clamping) 하기 위한 제너 다이오드(Dz) 및 노이즈 제거용 캐패시터(C2)가 더 추가 구성된다.
즉, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 전력 변환 장치는, 인버터를 구동하는 구동부(151), 이 구동부(151)에 전원을 인가하는 구동 전원부(Vcc), 그리고 이 구동 전원부(Vcc)의 전압을 감지하여 구동 전원부(Vcc)의 전압이 일정 크기 이상이면 구동 전원부(Vcc)의 전원이 구동부(151)에 인가되는 것을 차단하는 구동부 보호부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 구동 전원부(Vcc)는, 출력 캐패시터(C1)를 포함하고, 구동부 보호부(160)는, 이러한 출력 캐패시터(C1)를 구동부(151)와 선택적으로 연결할 수 있다.
또한, 구동부 보호부(160)는, 구동 전원부(Vcc)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 구동 전원부(Vcc)의 전원을 선택적으로 연결하는 연결제어부(164)를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성은 도 3의 실시예와 동일할 수 있으며, 그 외 공통된 구성의 중복된 설명은 생략한다.
한편, 구동 전원부(Vcc)에는 제너 다이오드(Dz)가 병렬로 연결된다. 즉, 구동 전원부(Vcc)의 전단에 제너 다이오드(Dz)가 연결된다. 도시하는 바와 같이, 제너 다이오드(Dz)는 DC단 캐패시터(C)와 구동 전원부(Vcc) 사이에서 병렬로 연결된다.
이러한 제너 다이오드(Dz)는 구동부(151)로 전달되는 전압 중 일정 크기 이상의 전압을 클램핑한다. 즉, 제너 다이오드(Dz)는 구동부 보호부(160)와 함께 작동하여 구동부(151)를 보호할 수 있다.
그리고 노이즈 제거용 캐패시터(C2)는 구동 전원부(Vcc)의 후단에 연결된다. 이러한 캐패시터(C2)는 구동 전원부(Vcc)에 의한 노이즈가 구동부(151)로 인가되는 것을 방지할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 제너 다이오드(Dz)는 구동부(151)로 인가되는 일정 크기 이상의 전압을 일차적으로 클램핑할 수 있다. 그러나, 이러한 제너 다이오드(Dz)는 수 내지 수십 마이크로 초(㎲) 정도의 지속시간을 가지는 짧은 시간 동안의 과전압은 클램핑하지 못할 수 있다.
따라서, 이러한 제너 다이오드(Dz)와 함께, 위에서 설명한 구동부 보호부(160)의 작동에 의하여, 과전압 발생시 구동 전원부(Vcc)에서 구동부(151)로 인가되는 전압을 차단함으로써, 과전압에 의하여 인버터를 구동하는 구동부(151)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 작동을 자세히 설명한다.
위에서 설명한 바와 같이, 구동부 보호부(160)는 구동 전원부(Vcc)를 통하여 구동부(151)에 인가되는 전압이 일정 크기 이상이면 구동 전원부(Vcc)의 전원이 구동부(151)에 인가되는 것을 차단할 수 있다.
이러한 차단 전압은 일례로 20 V 이상일 수 있다. 보통 구동 전원부(Vcc)의 전원은 15 V 전원을 이용할 수 있으며, 따라서, 이보다 대략 30% 정도 큰 전압인 20 V 이상의 전압이 인가되면 구동부 보호부(160)가 작동할 수 있다.
이하, 차단 전압이 20 V인 경우를 예로 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 구동부(151)의 구동 전압에 따라 이 차단 전압 값은 달라질 수 있다. 일례로, 구동부(151)의 구동 전압의 30% 이상 큰 전압을 차단 전압으로 설정할 수 있다. 이는 구동 전원부(Vcc)의 전압은 일정 범위 내에서 변동할 수 있으며, 이러한 변동 전압에서도 구동부(151)는 정상적으로 동작할 수 있기 때문이다.
먼저, 구동 전원부(Vcc)의 전압은 구동부 보호부(160)의 전압 감지부(161)를 이루는 분배 저항(R1, R2)으로 감지한다.
즉, 전압 감지부(161)에서 감지된 구동 전원부(Vcc)의 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 하이(high) 신호를 출력한다.
즉, 구동 전원부(Vcc)의 양단 전압이 20 V 이상인 경우에 비교기(162)는 하이(high) 신호를 출력한다.
이때, 비교기(162)에서 출력된 하이(high) 신호가 연결제어부(164)에 구비된 트랜지스터(Q2)의 베이스 단에 입력되어 트랜지스터(Q2)를 오프(Off) 시켜서 구동 전원부(Vcc)의 전원을 차단한다(도 3 및 도 4에서는 PNP형 트랜지스터를 이용하는 예를 나타내고 있다.).
따라서, 구동부(151)를 과전압으로부터 보호할 수 있다.
한편, 구동 전원부(Vcc)의 양단 전압이 설정 전압, 즉, 20 V 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 로우(low) 신호를 출력한다.
즉, 구동 전원부(Vcc)의 양단 전압이 20 V 이하인 경우에 비교기(162)는 로우(low) 신호를 출력한다.
이때, 비교기(162)에서 출력된 로우(low) 신호가 연결제어부(164)에 구비된 트랜지스터(Q2)의 베이스 단에 입력되어 트랜지스터(Q2)를 온(On) 시켜서 구동 전원부(Vcc)의 전원을 구동부(151)에 공급한다.
도 5는 과전압 인가시 구동 전원부의 파형을 나타내는 파형도이다.
도 5를 참조하면, 서지(surge) 전압에 의하여 구동 전원부(Vcc)의 전압이 크게 요동하는 것을 볼 수 있다. 이러한 서지 전압의 주기(지속시간)는 일례로 2 ㎲와 같이 매우 짧을 수 있다.
따라서, 만일, 도 4를 참조하여 설명한 제2 실시예에서 제너 다이오드(Dz)만 구비된 경우라면 이러한 서지 전압은 차단되지 못하고 구동부(151)에 인가되어 구동부(151)에 손상이 가해질 수 있다.
또한, 서지 전압에 의한 영향으로 구동 전원부(Vcc)에 노이즈가 인가될 수 있으며, 이러한 노이즈는 구동부(151)의 동작 전압인 15 V보다 큰 전압(예를 들어, 20 V 이상)을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 서지 전압 또는 서지 전압에 기인한 노이즈가 인가되는 경우, 설정 전압, 예를 들어 20 V 이상의 전압은 구동부(151)에 인가되지 않고 차단될 수 있다. 예를 들면, 도 5의 B 선 이상의 전압은 차단될 수 있다.
보통 15 V이 동작 전압으로 설정된 경우, 제조사 측에서 보장하는 구동부(151)가 견딜 수 있는 전압은 대략 18 내지 20 V 정도이다.
따라서, 서지 전압 발생시 전원의 불안정에 의하여 구동 전원부(Vcc)의 전압이 흔들리어 일정 전압(일례로 20 V 이상) 이상이 되더라도 구동부(151)의 소손을 방지할 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: 구동부 보호부 161: 전압 감지부
162: 비교기 164: 연결제어부
200: 모터

Claims (9)

  1. 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부;
    상기 정류부의 출력 전압이 저장되는 DC단 캐패시터;
    상기 DC단 캐패시터에 저장된 전압을 이용하여 교류 신호로 변환하는 인버터;
    상기 인버터를 구동하는 구동부;
    상기 구동부에 전원을 인가하는 구동 전원부; 및
    상기 구동 전원부의 전압을 감지하여 상기 구동 전원부의 전압이 일정 크기 이상이면 상기 구동 전원부의 전원이 상기 구동부에 인가되는 것을 차단하는 구동부 보호부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 전원부는, 출력 캐패시터를 포함하고, 상기 구동부 보호부는, 상기 출력 캐패시터를 상기 구동부와 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동 전원부는,
    상기 출력 캐패시터에 병렬로 연결되는 제너 다이오드; 및
    노이즈 제거용 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동부 보호부는,
    상기 구동 전원부의 양단 전압을 감지하는 전압 감지부;
    상기 전압 감지부에 의하여 감지된 전압을 설정 전압과 비교하는 비교기; 및
    상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 구동 전원부의 전원을 선택적으로 연결하는 연결제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연결제어부는,
    상기 비교기의 출력이 베이스 단에 연결되고, 에미터 단이 상기 구동 전원부에 연결되며, 콜렉터 단이 상기 구동부에 연결되는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 인버터는, 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자 및 하측 스위칭 소자를 포함하고, 상기 구동부는 상기 하측 스위칭 소자를 구동하기 위한 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 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.
  8. 제7항에 있어서, 상기 역률 제어부는,
    상기 정류부에 연결되는 인덕터;
    상기 인덕터에 연결되는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 상기 DC단 캐패시터; 및
    상기 스위칭 소자와 DC단 캐패시터 사이에 연결되는 다이오드를 포함하는 승압 컨버터를 구성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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