KR20180107464A - 인버터의 전원 제어장치 - Google Patents

Abstract

인버터의 전원 제어장치가 개시된다. 본 발명의 장치는, 저장부와 변압기를 연결하는 제1스위치, 변압기의 출력에 따라, 제1스위치를 능동제어하는 제1제어부, 제1스위치 및 제1제어부의 연결을 온 또 오프상태로 변환하는 제2스위치, 및 수전원장치가 인버터의 동작상태에 따라 동작하지 않는 경우, 제2스위치에 오프신호를 전송하는 제2제어부를 포함한다.

Description

인버터의 전원 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING POWER SUPPLY IN INVERTER}

본 발명은 인버터의 전원 제어장치에 대한 것이다.

일반적으로, 인버터는 상용 교류전원을 입력으로 하여 이를 직류전원으로 변환한 후, 다시 전동기에 적합한 크기와 주파수의 교류전원으로 변환하여 전동기에 공급하는 전력변환장치이다. 이러한 인버터는 전동기를 효율적으로 제어함으로써 전동기의 소모전력을 감소시켜 에너지 효율을 높인다.

이러한 인버터의 제어기 및 기타 주변기기에 전력을 공급하기 위해 스위치 모드 전원공급기(switched mode power supply, SMPS)가 사용된다. SMPS는 반도체 스위치소자의 온오프 시간비율을 제어하여 출력을 안정화하는 직류 안정화 전원장치를 보통 일컫는다.

보통, SMPS는 인버터의 구동 여부에 관계없이 인버터의 각 구성요소에 지속적으로 전원을 공급하게 된다.

일반적으로 주전원용으로 사용하는 주 SMPS가 전원을 공급하지 않는다면 주제어기에 전원을 전달하지 못하여 주제어기의 오프로 이어지게 되어 인버터의 손상을 초래하므로 주제어기에 전원을 공급하는 주 SMPS는 항상 도통되어 있어야 한다.

그러나 팬 등과 같이 대기시에 전원공급이 필요하지 않은 구성요소는 인버터가 동작하지 않는 경우에는 전원공급이 차단되어도 무방하다. 종래의 경우 인버터가 동작하지 않는 경우에도 이러한 구성요소에 전원이 지속적으로 공급되므로, 지속적인 인버터의 손실로 이어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 구동에 필요하지 않은 스위칭소자를 오프하여, 인버터 손실을 줄이는 인버터의 전원 제어장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 인버터에서, 저장부에 저장된 직류전압의 크기를 변압기가 변환하여 수전원장치로 출력하는 스위치모드 전원장치(SMPS)를 제어하는 본 발명의 일실시예의 장치는, 상기 저장부와 상기 변압기를 연결하는 제1스위치; 상기 변압기의 출력에 따라, 상기 제1스위치를 능동제어하는 제1제어부; 상기 제1스위치 및 상기 제1제어부의 연결을 온 또는 오프상태로 변환하는 제2스위치; 및 상기 수전원장치의 동작상태에 따라 상기 제2스위치에 오프신호를 전송하는 제2제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제2제어부는, 상기 인버터의 동작상태에 따라 상기 수전원장치가 동작하지 않는 경우, 상기 제2스위치에 오프신호를 전송할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제2제어부는, 상기 수전원장치로부터 수신한 상태신호에 따라, 상기 수전원장치가 동작하지 않는 경우 상기 제2스위치에 오프신호를 전송할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 수전원장치는, 팬, 게이트 드라이브, 통신장치 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제2스위치는, 전계효과 트랜지스터(FET)일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제2스위치의 용량은, 상기 제1스위치의 용량보다 적을 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 저장부는, 적어도 하나 이상의 커패시터, 배터리, 및 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부 중 어느 하나일 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 수전원장치에 전원이 인가되지 않아도 되는 경우 SMPS로부터 수전원장치에 전원이 인가되지 않도록 하여, 스위칭손실 및 더미손실과 같은 대기전력을 절감할 수 있으며, 또한 스위칭소음을 억제할 수 있다.

도 1은 종래의 SMPS의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 전원 제어장치를 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. '포함한다' 또는 '가진다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 종래 스위치모드 전원공급기(SPMS)의 구성을 설명하고 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 SMPS의 구성도이다.

인버터의 SMPS에서는, 변압기(110)의 수전원장치(200)에서 중요 전원을 선정하고, 그 출력을 제어부(140)가 피드백받아 SMPS의 스위치(130)의 출력을 제어한다.

이를 통하여 출력전원을 유지하고, 필요한 전원을 생성한다.

이때 제어부(140)는 저항과 앰프(amp)로 구성되므로, 수전원장치(200)의 온/오프에 따라 스위치(130)를 제어하는 것은 아니므로, 수전원장치(200)가 팬(fan)과 같이 인버터가 구동하지 않는 경우에 오프상태가 유지되는 경우, 인버터가 구동되지 않는 상황에서도 지속적으로 스위치(130)의 스위칭을 통해 온으로 유지하게 되므로, 소음이 발생하고 인버터의 손실이 발생하게 된다. 또한, 무부하시 제어기 성능확보를 위하여 더미(dummy) 저항을 사용하는 경우 더미저항에 의한 손실 역시 지속적으로 발생하는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 전원 제어장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 장치는, SMPS(1)로부터 수전원장치(2)로 전원공급시 제어하기 위한 것으로서, SMPS(1)는 커패시터를 포함하는 커패시터 뱅크(10), 전자기 유도현상을 이용하여 직류전압의 크기를 변화하여 출력하는 변압기(20), 제1스위치(30), 제2스위치(40), SMPS 제어부(50) 및 주제어부(60)를 포함할 수 있다.

커패시터 뱅크(10)는 단수의 커패시터 또는 직렬로 연결된 복수의 커패시터를 포함하는 것으로서, 커패시터에 병렬로 연결되는 저항을 더 포함할 수 있다. 이러한 단수 또는 복수의 커패시터는 직류전압을 저장할 수 있다. 다만, 본 발명의 일실시예에서는 직류전압을 저장하는 구성요소로서 커패시터를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 직류전압을 저장하는 다양한 구성요소로 대체될 수 있을 것이다. 예를 들어 커패시터 뱅크(10)는 배터리로 대체되거나, 또는 교류전원을 수신하여 직류전압으로 변환하는 정류부로 대체될 수도 있을 것이다.

수전원장치(2)는 인버터에서 지속적으로 전원이 요구되지 않는 디바이스, 예를 들어 팬일 수 있다. 수전원장치(2)가 팬인 경우, 큰 직류전압이 요구되므로 커패시터 뱅크(10)에서 제공되는 용량이 커지게 되며, 이에 따라 소음 등 손실이 발생하게 된다. 또한, SMPS(1)로부터 수전원장치(2)로 전원을 인가하는 제1스위치(30)의 용량도 커지게 되므로, 스위칭 손실이 발생하게 된다.

주제어부(60)는 팬이 구동되지 않는 상황, 즉, 인버터의 내부 온도가 팬이 구동되지 않아도 될 정도로 낮거나, 또는 인버터가 정지하여 팬이 구동되지 않는 경우, 제2스위치(40)에 오프신호를 전송할 수 있다. 또는, 팬을 구동하여야 하는 상황에서는 제2스위치(40)에 온신호를 전송할 수 있다.

또는, 주제어부(60)는 수전원장치(2)로부터 상태신호를 수신할 수도 있다. 즉, 수전원장치(2)로부터 수전원장치(2)의 현재 상태신호를 수신하면, 주제어부(60)는 수전원장치(2)의 상태신호를 기반으로 수전원장치(2)로의 전원이 필요하지 않은 상태인 것을 결정하고, 제2스위치(40)에 오프신호를 전송할 수 있다.

주제어부(60)의 온 또는 오프신호에 의해 제2스위치(40)는 온 또는 오프상태로 전환될 수 있다. 제2스위치(40)는 예를 들어 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 반도체 트랜지스터가 사용될 수 있을 것이다. 또한, 제2스위치(40)의 용량은 제1스위치(30)보다 적게 설계될 수 있다.

즉, 주제어부(60)는 인버터의 전체적인 동작을 제어하는 것으로서, 수전원장치(2)에 전원이 인가되지 않아도 되는 경우 제2스위치(40)에 오프신호를 전송할 수 있을 것이다.

SMPS 제어부(50)는 수전원장치(2)로 입력되는 변압기(20)의 출력을 피드백받아, 제1스위치(30)를 능동제어할 수 있다. 제1스위치(30)는 커패시터 뱅크(10)와 변압기(20)를 스위칭하는 것으로서, 제2스위치(40)보다 그 용량이 클 수 있다.

SMPS 제어부(50)는 예를 들어 저항과 증폭기로 구성되는 것으로서, 수전원장치(2)의 입력을 피드백받아 제1스위치(30)를 능동제어하는 것이다. 본 발명의 일실시예에서 SMPS 제어부(50)는 제1스위치(30)의 온 또는 오프상태를 제어하는 것은 아니며, 변압기(20)의 출력에 따라 크기를 제1스위치(30)에 인가되는 신호의 크기를 제어하는 것을 '능동제어'라고 하기로 한다. 주제어부(60)에 의해 제2스위치(40)가 온 또는 오프됨으로써 수전원장치(2)에 전원의 공급을 제어할 수 있으며, 따라서 실제 필요한 상황에서만 SMPS(1)의 동작을 유지할 수 있다.

즉, 도 2와 같이, 제2스위치(40)는 SMPS 제어부(30)와 제1스위치(30)의 연결을 온 또는 오프상태로 할 수 있으며, 주제어부(60)는 수전원장치(2)에 전원이 인가되지 않아도 되는 경우를 결정하여, 제1스위치(30)와 SMPS 제어부(50)의 연결상태를 오프상태로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 수전원장치(2)가 팬인 경우를 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 수전원장치(2)가 게이트 드라이브인 경우에 SMPS(1)는 게이트 드라이브 전원으로서 동작할 수 있으며, 수전원장치(2)가 통신장치인 경우 SMPS(1)는 통신전원으로 동작할 수 있다. 이 경우에도, 주 제어부(60)는 게이트 드라이브 또는 통신장치인 수전원장치(2)의 동작여부를 결정할 수 있으므로, 수전원장치(2)가 오프상태인 경우 제2스위치(40)에 오프신호를 전송하여 SMPS(1)로부터 수전원장치(2)에 전원이 인가되지 않도록 제어할 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 수전원장치에 전원이 인가되지 않아도 되는 경우 SMPS로부터 수전원장치에 전원이 인가되지 않도록 하여, 스위칭손실 및 더미손실과 같은 대기전력을 절감할 수 있으며, 또한 스위칭소음을 억제할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: SMPS 2: 수전원장치
10: 커패시터 뱅크 20: 변압기
30, 40: 스위치 50, 60: 제어부

Claims (7)

1. 인버터에서, 저장부에 저장된 직류전압의 크기를 변압기가 변환하여 수전원장치로 출력하는 스위치모드 전원장치(SMPS)를 제어하는 장치에 있어서,
   상기 저장부와 상기 변압기를 연결하는 제1스위치;
   상기 변압기의 출력에 따라, 상기 제1스위치를 능동제어하는 제1제어부;
   상기 제1스위치 및 상기 제1제어부의 연결을 온 또는 오프상태로 변환하는 제2스위치; 및
   상기 수전원장치의 동작상태에 따라 상기 제2스위치에 오프신호를 전송하는 제2제어부를 포함하는 SMPS 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제2제어부는,
   상기 인버터의 동작상태에 따라 상기 수전원장치가 동작하지 않는 경우, 상기 제2스위치에 오프신호를 전송하는 SMPS 제어장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제2제어부는,
   상기 수전원장치로부터 수신한 상태신호에 따라, 상기 수전원장치가 동작하지 않는 경우 상기 제2스위치에 오프신호를 전송하는 SMPS 제어장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 수전원장치는,
   팬, 게이트 드라이브, 통신장치 중 어느 하나인 SMPS 제어장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 제2스위치는, 전계효과 트랜지스터(FET)인 SMPS 제어장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 제2스위치의 용량은, 상기 제1스위치의 용량보다 적은 것을 특징으로 하는 SMPS 제어장치.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 저장부는,
   적어도 하나 이상의 커패시터, 배터리, 및 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부 중 어느 하나인 SMPS 제어장치.
   

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