KR20190004524A - 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 교류 전원이 인가되어 역률 제어부로 작동하는 컨버터; 상기 컨버터의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터; 상기 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 위치하는 파워 릴레이 및 상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항을 포함하는 돌입전류 방지부; 상기 돌입전류 방지부와 상기 컨버터 사이에 연결되는 팬 모터; 및 상기 돌입전류 방지부를 제어하여, 상기 충전 저항을 통하여 전류가 흐르는 제1경로 및 상기 파워 릴레이 및 팬 모터를 연결하여 전류가 흐르는 제2경로 사이에서 전류의 흐름을 전환하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 {Power transforming apparatus having function of restraining inrush current and air conditioner including the same}
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 돌입전류 방지기능을 가지는 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 인버터를 포함하는 것으로 일반적으로 알려져 있다.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터에 공급된다. 이때, 인버터에서는 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.
이때, 정류부에서 출력된 전압 또는 컨버터에서 출력된 전압은 DC-링크 캐패시터에 충전되고, 이렇게 충전된 전압을 이용하여 인버터에서 모터 구동 신호를 생성할 수 있다.
그런데 이러한 전력 변환 장치의 구동 초기에는 돌입 전류가 발생할 수 있으며, 이러한 돌입 전류가 전력 변환 장치에 그대로 인가되지 않도록 별도의 큰 용량의 충전 저항을 통하여 통과하도록 구성된다.
이때, 돌입 전류를 방지하기 위하여 큰 용량의 충전 저항 및 다수의 릴레이가 이용되어 공간 부족 및 제어 요소가 증가하며, 이에 따라 추기 비용 발생을 야기하는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 큰 용량의 충전 저항 및 다수의 릴레이가 이용되어 공간 부족 및 제어 요소가 증가의 문제를 해결할 수 있으며, 공기 조화기의 구동 초기에 돌입전류가 인가되는 것을 방지할 수 있는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 교류 전원이 인가되어 역률 제어부로 작동하는 컨버터; 상기 컨버터의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터; 상기 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 위치하는 파워 릴레이 및 상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항을 포함하는 돌입전류 방지부; 상기 돌입전류 방지부와 상기 컨버터 사이에 연결되는 팬 모터; 및 상기 돌입전류 방지부를 제어하여, 상기 충전 저항을 통하여 전류가 흐르는 제1경로 및 상기 파워 릴레이 및 팬 모터를 연결하여 전류가 흐르는 제2경로 사이에서 전류의 흐름을 전환하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1경로를 통하여 전류가 흐를 때, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달하면 상기 충전 저항 및 상기 파워 릴레이를 통하여 전류가 흐르는 전류의 흐름을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 돌입전류 방지부는, 일측이 상기 파워 릴레이와 연결되고 타측이 상기 충전 저항 및 팬 모터 사이에서 전환되도록 하는 스타트 릴레이를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 스타트 릴레이는, 세 개 이상의 접점을 가지는 다접점 릴레이일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압의 목표치 도달 여부에 따라 상기 파워 릴레이 및 상기 스타트 릴레이를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 제1경로로 전류를 제어하고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 제2경로로 전류를 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 교류 전원이 인가되어 역률 제어부로 작동하는 컨버터; 상기 컨버터의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터; 상기 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 연결되는 팬 모터; 상기 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 위치하는 파워 릴레이, 상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항 및 일측이 상기 파워 릴레이와 연결되고 타측이 상기 충전 저항 및 팬 모터 사이에서 전환되도록 하는 스타트 릴레이를 포함하는 돌입전류 방지부; 및 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압에 따라 상기 돌입전류 방지부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 충전 저항을 통하여 전류가 흐르는 제1경로 및 상기 파워 릴레이 및 팬 모터를 연결하여 전류가 흐르는 제2경로 사이에서 전류의 흐름을 전환할 수 있다.
또한, 상기 제1경로를 통하여 전류가 흐를 때, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달하면 상기 충전 저항 및 상기 파워 릴레이를 통하여 전류가 흐르는 전류의 흐름을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 스타트 릴레이는, 세 개 이상의 접점을 가지는 다접점 릴레이일 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 제1경로로 전류를 제어하고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 제2경로로 전류를 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 상기와 같은 특징을 가지는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, 공기 조화기의 운전 시작 초기에 제1 내지 제4모드의 동작에 의하여 돌입전류 없이 안정적으로 DC-링크 전압이 충전되어 전력 변환 장치가 동작할 수 있게 된다.
또한, 스타트 릴레이로 다접점 릴레이를 이용하고 이를 제어함으로써, 회로를 단순화시키고 이에 따라 제어 요소의 수를 줄일 수 있다.
더욱이, 회로 구성에 필요한 공간이 감소할 수 있고, 이에 따라 회로 기판의 공간 활용률이 향상될 수 있고 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치의 돌입전류 방지부의 세부를 나타내는 회로도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치의 작동을 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치의 작동을 나타내는 순서도이다.
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 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치를 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 DC-링크(DC-link) 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, 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전력을 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 전압 신호를 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), 및 스위칭 소자(Q1)와 DC-링크 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, DC-링크 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 게이트(gate; 또는 베이스) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
컨버터 제어부(130)는 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver; 131)와, 이러한 게이트 구동부(131)에 제어 신호를 전달하는 제어부(152)를 포함한 구성일 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 transistor)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(D)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 컨버터(120)를 거치지 않고 DC-링크 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 DC-링크 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC-링크 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC-링크 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, 컨버터(120)의 스위칭 소자(Q1)의 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, 인버터(140)의 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 DC-링크 캐패시터(C) 양단인 DC-링크 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC-링크 전압(Vdc)은 DC-링크 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
인버터 제어부(150)는 인버터(140)에 포함되는 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver; 151)와, 이러한 게이트 구동부(151)에 제어 신호를 전달하는 제어부(152)를 포함한 구성일 수 있다.
한편, 도시하는 바와 같이, 컨버터(120)의 게이트 구동부(131)에 제어 신호를 제어하는 제어부(152)와 인버터(140)의 게이트 구동부(151)에 제어 신호를 제어하는 제어부(152)는 동일할 수 있다. 즉, 하나의 제어부(152)가 컨버터(120)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부(131) 및 인버터(140)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부(151)를 제어할 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.
한편, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 교류 전원(Vs)과 컨버터(120) 또는 정류부(110) 사이에는 전력 변환 장치(100)의 최초 구동 시 DC-링크 캐패시터 또는 전력 변환 장치(100)를 돌입전류로부터 보호하는 돌입전류 방지부(160)가 구비될 수 있다.
이러한 돌입전류 방지부(160)에는 용량이 큰 충전 저항(R1; 도 3 참조)이 구비되어, 전력 변환 장치에 최초 전원 인가 시 유입되는 돌입 전류로부터 전력 변환 장치를 보호할 수 있다.
즉, 돌입전류 방지부(160)는 DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 충전 저항(Rc)을 통하여 전류가 흐르도록 전류의 흐름을 제어하여, 동작 초기에 돌입전류가 전력 변환 장치로 직접 인가되지 않도록 할 수 있다. 이러한 돌입전류 방지부(160)에 대해서는 자세히 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치의 돌입전류 방지부의 세부를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전력 변환 장치 중에서 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터(120), 이러한 컨버터(120)에서 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터(140) 및 이 컨버터(120) 및 인버터(140) 사이에 구비되는 DC-링크 캐패시터(C)가 간략히 도시되어 있고, 교류 전원(10)과 컨버터(120) 사이에 돌입전류 방지부(160) 및 팬 모터(210)가 구비된다.
이와 같이, 돌입전류 방지부(160)는 교류 전원(10)과 컨버터(120) 사이에 위치하는 파워 릴레이(162) 및 이 파워 릴레이(162)와 병렬로 연결되는 충전 저항(R1)을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 충전 저항(R1)에는 스타트 릴레이(161)가 연결될 수 있다.
이때, 돌입전류 방지부(160)와 컨버터(120) 사이에는 모터(210)가 구비된다.
또한, 제어부(MICOM; 150)는 돌입전류 방지부(160)를 제어하여, 충전 저항(R1)을 통하여 전류가 흐르는 제1경로 및 파워 릴레이(162) 및 팬 모터(210)를 연결하여 전류가 흐르는 제2경로 사이에서 전류의 흐름을 전환할 수 있다.
이때, 제어부(150)는 마이컴(MICOM)과 같은 집적 회로를 이용하여 제작될 수 있다.
여기서, 제1경로를 통하여 전류가 흐를 때, 즉, 충전 저항(R1)을 통하여 전류가 흐를 때, 제어부(150)는, DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 전압이 목표치에 도달하면 충전 저항(R1) 및 파워 릴레이(162)를 통하여 전류가 흐르는 전류의 흐름을 제어할 수 있다.
즉, 충전 저항(R1)을 통하여 전류가 흐를 때, DC-링크 전압이 목표치에 도달하면 충전 저항(R1) 및 파워 릴레이(162) 모두를 통하여 전류가 흐를 수 있다.
여기서, 돌입전류 방지부(160)의 스타트 릴레이(161)는, 일측이 파워 릴레이(162)와 연결되고 타측이 충전 저항(R1) 및 팬 모터(210) 사이에서 전환되도록 연결될 수 있다.
즉, 스타트 릴레이(161)는 세 개의 접점을 가지는 릴레이가 이용될 수 있어, 일측 단자는 파워 릴레이(162)의 컨버터(120) 측 단과 연결되고 타측 단자는 충전 저항(R1) 및 팬 모터(210) 사이에 연결될 수 있다.
이와 같이, 타측 단자는 A 접점과 B 접점을 포함하여, A 접점은 충전 저항(R1)에 연결되고 B 접점은 팬 모터(210)에 연결될 수 있다.
이러한 세 개의 접점을 가지는 스타트 릴레이(161)는 래치 릴레이가 이용될 수도 있다.
이러한 래치 릴레이는 제어부(150)의 제어에 따라 스위치가 제1접점(A)에 위치할 수 있고, 반대로 스위치가 제2접점(B)에 위치할 수 있다. 또한, 이러한 스위치의 상태는 전류가 흐르지 않을 때에도 유지될 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)의 제어에 의하여 래치 릴레이 내부에 포함된 일측 제1인덕터에 전류가 흘렀을 때 제1접점(A)에 위치할 수 있고, 반대로 제2인덕터에 전류가 흘렀을 때 제2접점(B)에 위치할 수 있다.
구체적으로, 래치 릴레이는 보자력이 큰 철심을 사용하여 접점의 동작이 여자 전류를 끊은 후에도 자력이 유지되도록 한 릴레이로서 역방향 여자 전류로 접점이 복귀하며 펄스로 제어하기에 적합한 릴레이이다.
이때, 스타트 릴레이(161)는, 세 개 이상의 접점을 가지는 다접점 릴레이일 수도 있다.
또한, 제어부(150)는, DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압의 목표치 도달 여부에 따라 파워 릴레이(162) 및 스타트 릴레이(161)를 제어할 수 있다.
이와 같이, 제어부(150)는, DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 제1경로로 전류를 제어하고, DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 제2경로로 전류를 제어할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치의 작동을 나타내는 회로도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치의 작동을 나타내는 순서도이다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치의 작동을 설명한다.
먼저, 전력 변환 장치가 동작하지 않을 때, 즉, 이 전력 변환 장치가 포함되는 공기 조화기가 동작하지 않을 때(이하, 제1모드이라 한다.)는 돌입전류 방지부(160)는 도 3과 동일한 상태이다.
즉, 파워 릴레이(162)는 열린(open) 상태이고, 스타트 릴레이(161)는 B 접점에 위치한 상태이다. 이때, 컨버터(120) 및 팬 모터(210)는 교류 전원(10)과 연결되지 않은 상태이므로, 컨버터(120) 및 팬 모터(210)는 동작하지 않는다.
사용자가 리모컨 등으로 공기 조화기를 정지시킨 경우 또는 정지상태에 있는 경우에 돌입전류 방지부(160)는 이와 같이 제1모드 상태에 있게 된다.
이후, 사용자가 리모컨 등으로 공기 조화기를 작동시키면(S10), 예를 들어, 리모컨 온(On) 신호에 의하여 돌입전류 방지부(160)는 도 4와 같은 상태가 된다.
즉, 이러한 리모컨 온 신호에 의하여 스타트 릴레이(161)는 제1모드의 B 접점에서 A 접점으로 전환된다(S20). 따라서, 교류 전원(10)은 충전 저항(R1)을 통하여 컨버터(120)로 전달된다. 이에 따라, 충전 저항(R1)에 의하여 감압되고 전류가 제한된 상태에서 전력이 컨버터(120)를 통하여 DC-링크 캐패시터(C)에 서서히 충전될 수 있다.
이때, 파워 릴레이(162)는 열린(open) 상태를 유지한다. 이를 제2모드라 칭한다.
다음, DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 이르면(S30), 예를 들어, 50V 이상이 되면, 돌입전류 방지부(160)는 도 5와 같은 상태가 된다.
즉, DC-링크 전압이 목표치에 이르면 파워 릴레이(162)가 닫히게 된다(S40). 이때, 스타트 릴레이(161)는 A 접점인 상태를 유지한다. 이를 제3모드라 한다.
이 경우, 교류 전원(10)은 충전 저항(R1) 및 파워 릴레이(162)를 통하여 컨버터(120)로 전달된다. 즉, 충전 저항(R1)을 통하여 감압되고 제한된 전류가 컨버터(120)를 통하여 DC-링크 캐패시터(C)에 서서히 충전됨과 동시에, 파워 릴레이(162)를 통한 정상적인 전력이 컨버터(120)를 통하여 DC-링크 캐패시터(C)에 전달된다.
이후, DC-링크 캐패시터(C)에 충전되는 DC-링크 전압이 충분히 크게 되면, 예를 들어, 최대치에 이르게 되면, 돌입전류 방지부(160)는 도 6과 같은 상태가 된다.
즉, DC-링크 전압이 충분히 크게 되면, 스타트 릴레이(161)는 B 접점으로 전환된다(S50). 이때, 파워 릴레이(162)는 닫힌 상태를 유지한다. 이를 제4모드라 한다.
이와 같이, 파워 릴레이(162)를 통한 정상적인 전력이 컨버터(120)를 통하여 DC-링크 캐패시터(C)에 전달된다.
또한, 이러한 파워 릴레이(162)를 통한 전력은 스타트 릴레이(161)는 B 접점을 통하여 팬 모터(210)로 연결된다. 이에 따라, 팬 모터(210)가 동작을 시작한다(S60).
그리고 전력 변환 장치는 정상적으로 동작하게 된다. 즉, DC-링크 전압에 의하여 인버터(140)가 동작하여, 압축기 모터(200)가 동작하게 된다. 이에 따라 공기 조화기는 안정적으로 운전을 시작한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 돌입전류 방지부(160) 및 그 제어에 따라, 공기 조화기의 운전 시작 초기에 위에서 설명한 제1 내지 제4모드에 의하여 돌입전류 없이 안정적으로 DC-링크 전압이 충전되어 전력 변환 장치가 동작할 수 있게 된다.
또한, 스타트 릴레이로 다접점 릴레이를 이용하고 이를 제어함으로써, 회로를 단순화시키고 이에 따라 제어 요소의 수를 줄일 수 있다.
더욱이, 회로 구성에 필요한 공간이 감소할 수 있고, 이에 따라 회로 기판의 공간 활용률이 향상될 수 있고 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
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
131, 151: 게이트 구동부 152: 제어부
160: 돌입전류 방지부 161: 스타트 릴레이
162: 파워 릴레이 200: 모터
210: 팬 모터

Claims (12)

  1. 교류 전원이 인가되어 역률 제어부로 작동하는 컨버터;
    상기 컨버터의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터;
    상기 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 위치하는 파워 릴레이 및 상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항을 포함하는 돌입전류 방지부;
    상기 돌입전류 방지부와 상기 컨버터 사이에 연결되는 팬 모터; 및
    상기 돌입전류 방지부를 제어하여, 상기 충전 저항을 통하여 전류가 흐르는 제1경로 및 상기 파워 릴레이 및 팬 모터를 연결하여 전류가 흐르는 제2경로 사이에서 전류의 흐름을 전환하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1경로를 통하여 전류가 흐를 때, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달하면 상기 충전 저항 및 상기 파워 릴레이를 통하여 전류가 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 돌입전류 방지부는,
    일측이 상기 파워 릴레이와 연결되고 타측이 상기 충전 저항 및 팬 모터 사이에서 전환되도록 하는 스타트 릴레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스타트 릴레이는, 세 개 이상의 접점을 가지는 다접점 릴레이인 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압의 목표치 도달 여부에 따라 상기 파워 릴레이 및 상기 스타트 릴레이를 제어하는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 제1경로로 전류를 제어하고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 제2경로로 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  7. 교류 전원이 인가되어 역률 제어부로 작동하는 컨버터;
    상기 컨버터의 출력 전압이 충전되는 DC-링크 캐패시터;
    상기 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 연결되는 팬 모터;
    상기 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 위치하는 파워 릴레이, 상기 파워 릴레이와 병렬로 연결되는 충전 저항 및 일측이 상기 파워 릴레이와 연결되고 타측이 상기 충전 저항 및 팬 모터 사이에서 전환되도록 하는 스타트 릴레이를 포함하는 돌입전류 방지부; 및
    상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압에 따라 상기 돌입전류 방지부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 충전 저항을 통하여 전류가 흐르는 제1경로 및 상기 파워 릴레이 및 팬 모터를 연결하여 전류가 흐르는 제2경로 사이에서 전류의 흐름을 전환하는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1경로를 통하여 전류가 흐를 때, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달하면 상기 충전 저항 및 상기 파워 릴레이를 통하여 전류가 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 스타트 릴레이는, 세 개 이상의 접점을 가지는 다접점 릴레이인 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전되는 DC-링크 전압이 목표치에 도달할 때까지 상기 제1경로로 전류를 제어하고, 상기 DC-링크 전압이 목표치에 도달한 후에 상기 제2경로로 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.

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