KR20190019287A - 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전력 변환 장치는, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 DC 전압을 승압/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터; 상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 연결되고 PWM(펄스 폭 변조) 신호가 인가되어 스위칭되는 파워 릴레이; 및 상기 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하여 구동하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후에, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임을 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기{Power transforming apparatus, Method for controlling the same and Air conditioner including the power transforming apparatus}
본 발명은 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전원이 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 커패시터에 충전되고, 이렇게 충전된 전압을 이용하여 인버터에서 모터 구동 신호를 생성할 수 있다.
교류 전원과 정류부 사이에는 파워 릴레이(Power Relay)가 연결되어 제어부로부터 인가되는 스위칭 신호에 의해 파워 릴레이의 온/오프(ON/OFF)가 제어된다.
릴레이는 낮은 전압/전류를 인가하여 높은 전압/전류의 통전 여부를 제어하는 일종의 스위칭 소자이다.
일반적으로 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지하기 위해서는 내부에 구비된 코일로 소정의 DC 전력이 지속적으로 공급되어야 한다.
그런데, 파워 릴레이에 온(ON) 타임과 오프(OFF) 타임이 반복되는 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation, 이하 'PWM'이라 칭함) 신호를 인가하여 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다면, 오프(OFF) 타임에 해당하는 만큼 소비전력을 절감할 수 있을 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1068007호에는 소음 저감을 위한 자동차의 전자제어장치(ECU: Electronic Control Unit)의 릴레이(Relay)가 개시되어 있다.
개시된 발명은 자동차에 장착되어 회로를 개폐하는 릴레이에 있어서, 접점 단자를 구비하여 온/오프함으로써 회로를 개폐하는 릴레이 스위치; 여자 전압이 인가되면 여자되어 자기력을 발생함으로써 접점 단자를 제어하여 릴레이 스위치를 온/오프 상태로 제어하는 여자 코일; PWM 신호를 출력하는 PWM 구동 신호부; 및 PWM 신호를 입력받아 스위칭하여 여자 코일로 여자 전압을 전달하는 릴레이 구동 스위치를 포함하는 소음 저감 릴레이를 제공한다.
하지만, 개시된 발명은 구동 스위치 및 여자 코일을 추가하여 스위칭 회로가 복잡하고 비용이 많이 든다. 또한, 소음 저감을 목적으로 하는 회로이므로 지속적인 스위칭 온 상태를 유지해야 하는 전자장치에는 적용하기 어렵다.
본 발명은 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하여 소비전력을 절감하되 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있도록 제어하는 전력 변환 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 변환 장치는, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 DC 전압을 승압/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터; 상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 연결되고 PWM(펄스 폭 변조) 신호가 인가되어 스위칭되는 파워 릴레이; 및 상기 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하여 구동하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후에, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 파워 릴레이는, 전류가 인가되는 코일부와, 상기 코일부에 소정값 이상의 전류가 흐르면 온(ON)되는 스위치부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에서 상기 스위치부가 온(ON)되지 않으면 상기 온(ON) 타임(T1)을 단계적으로 증가시키는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호에서 상기 스위치부가 오프(OFF)되면 상기 오프(OFF) 타임(T2)을 단계적으로 감소시키는 것이 바람직하다.
상기 전력 변환 장치는, 상기 컨버터와 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터; 및 상기 DC-링크 커패시터와 연결되어 3상 교류 전류를 출력하는 인버터를 더 포함할 수 있다.
상기 파워 릴레이와 상기 정류부 사이에 연결되는 노이즈 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 공기 조화기는 상기한 바와 같은 전력 변환 장치를 포함한다.
그리고, 본 발명의 전력 변환 장치의 제어방법은, 교류 전원을 정류하고 변환하여 3상 교류 전원을 공급하는 전력 변환 장치의 제어방법에 있어서, 교류 전원과 정류부 사이에 연결된 파워 릴레이에 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 인가하는 단계; 상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 주파수를 결정하는 단계; 및 상기 주파수 결정 단계에서 결정된 PWM 신호를 상기 파워 릴레이에 인가하여 전력 변환 장치를 작동시키는 단계를 포함한다.
상기 주파수를 결정하는 단계는, PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에서 상기 파워 릴레이의 스위치가 온(ON)되지 않으면 스위치 온(ON)될 때까지 상기 온(ON) 타임(T1)을 증가시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 주파수를 결정하는 단계는, PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호에서 상기 파워 릴레이의 스위치가 오프(OFF)되면 스위치 오프(OFF)되지 않을 때까지 상기 오프(OFF) 타임(T2)을 단계적으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 주파수를 결정하는 단계에서 결정된 PWM 신호는, 상기 파워 릴레이의 코일부 전류가 소정값 이상으로 유지되도록 하여 상기 파워 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다.
상기한 본 발명에 의하면, 파워 릴레이에 인가되는 DC전원으로서 PWM 신호를 인가함으로써 오프(OFF) 타임에 해당하는 만큼 릴레이 스위칭을 위한 소비전력을 절감할 수 있다.
또한, 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하면서도 코일부 전류가 소정값 밑으로 떨어지지 않도록 온(ON) 타임과 오프(OFF) 타임을 설정함으로써 파워 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다.
그리고, 파워 릴레이 제어 회로에 스위칭 제어를 위한 소자의 추가 없이 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임 조정을 통해 제어하는 것이므로, 기존의 전력 변환 장치를 그대로 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 파워 릴레이에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 릴레이 신호 및 코일 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 전력 변환 장치는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(40), 상기 정류부(40)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터(50), 상기 교류 전원(10)과 상기 정류부(40) 사이에 연결되는 파워 릴레이(20), 및 상기 파워 릴레이(20)에 PWM 신호를 인가하여 구동하는 제어부(200)를 포함할 수 있다.
정류부(40)는 입력되는 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환하고, 정류된 전력을 컨버터(50) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(40)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로로 구성될 수 있다.
컨버터(50)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(50)는 정류부(40)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(50)는 승압 컨버터를 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
이와 같이, 컨버터(50)는 정류부(40)에서 정류된 전압 신호를 승압 및 평활화하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
전력 변환 장치는 상기 컨버터(50)와 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터(C1), 및 상기 DC-링크 커패시터와 연결되어 3상 교류 전류를 출력하는 인버터(60)를 더 포함할 수 있다.
상기 컨버터(50)는, 정류부(40)에 연결되는 인덕터, 이 인덕터에 연결되는 스위칭 소자, 및 스위칭 소자와 DC-링크 커패시터(C1) 사이에 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다.
승압 컨버터(50)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자가 도통되면 다이오드가 차단되면서 인덕터에 에너지가 저장되며, DC-링크 커패시터(C1)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.
또한, 스위칭 소자가 차단되면 스위칭 소자 도통 시 인덕터에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.
여기서, 스위칭 소자는 별도의 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자의 게이트(gate; 또는 베이스) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
컨버터 제어부는 스위칭 소자의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부와, 이러한 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함하는 구성일 수 있다.
이러한 스위칭 소자는, 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 제어부는 컨버터(50) 내의 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부는 입력 전압 검출부와 입력 전류 검출부로부터 각각, 입력 전압과 입력 전류를 수신할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 컨버터(50) 및 컨버터 제어부는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(40)를 거친 출력 전압이 컨버터(50)를 거치지 않고 DC-링크 커패시터(C1)에 충전되거나 인버터(60)를 구동할 수 있다.
인버터(60)는 인버터 제어부에 의해 구동 신호가 인가되어 구동될 수 있다.
이러한 인버터(60)는 3상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(70)에 공급된다. 여기서, 모터(70)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(70)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
그러나 모터(70)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 구동장치는, DC단 전압 검출부와 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. 모터 구동장치는, 계통으로부터 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(70)에 변환된 3상 전력을 공급한다.
DC 전압 검출부는 DC-링크 커패시터(C1)의 맥동하는 전압을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC-링크 커패시터(C1)의 전압은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부에 인가될 수 있으며, DC-링크 커패시터(C1)의 직류 전압에 기초하여 인버터 제어신호가 생성될 수 있다.
인버터(60)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 컨버터(50)의 스위칭 소자(Q1)의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 3상 교류 전원으로 변환하여, 3상 모터(70)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(60)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자 및 하측 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상측 및 하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.
컨버터(50)와 마찬가지로, 인버터(60)의 스위칭 소자는 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
인버터 제어부는, 인버터(60)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호를 인버터(60)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(70)에 흐르는 출력 전류 및 DC-링크 커패시터(C1) 양단인 DC-링크 전압에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류는, 출력전류 검출부로부터 검출될 수 있으며, DC-링크 전압은 DC-링크 전압 검출부로부터 검출될 수 있다.
인버터 제어부는 인버터(60)에 포함되는 스위칭 소자의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver)와, 이러한 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함하는 구성일 수 있다.
한편, 컨버터(50)의 게이트 구동부에 제어 신호를 인가하는 제어부와 인버터(60)의 게이트 구동부에 제어 신호를 인가하는 제어부는 동일할 수 있다. 즉, 하나의 제어부가 컨버터(50)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부 및 인버터(60)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부를 제어할 수 있다. 또한, 파워 릴레이(20)를 제어하는 제어부(200)가 컨버터(50) 및 인버터(60)의 각 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부도 제어할 수 있다.
출력전류 검출부는, 인버터(60)와 모터(70) 사이에 흐르는 출력전류를 검출할 수 있다. 즉, 모터(70)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부는 각 상의 출력 전류를 모두 검출할 수 있으며, 또는 3상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부는 인버터(60)와 모터(70) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기 파워 릴레이(20)와 정류부(40) 사이에는 노이즈 필터(30)가 연결될 수 있다. 이러한 노이즈 필터(30)는 파워 릴레이(20)와 같은 스위칭 전원회로의 출력단에 설치되어 고주파 대역의 노이즈가 출력 측으로 넘어가지 못하도록 한다. 즉, 낮은 임피던스를 가지도록 필터를 설계하여 고주파 노이즈 신호를 제거하되 저주파 대역의 신호는 정류부(40)로 전달되도록 한다.
이렇게 교류 전원(10)에 연결되는 부하의 입력단에 설치되는 노이즈 필터를 '라인 필터'라고도 한다.
상기 파워 릴레이(20)는 전류가 흐르면 자석이 되는 코일부(22)와 이 코일부(22)에 의해 움직여서 온/오프(ON/OFF)되는 스위치부(24)를 포함할 수 있다.
이 파워 릴레이(20)의 코일부(22)에는 15V의 직류 전압이 인가될 수 있다. 코일부(22)에 교류 전압 신호가 인가되면 코일부(22)에 흐르는 전류가 점점 증가하다가 소정값 이상이 되면 스위치부(24)가 온(ON)된다.
파워 릴레이(20)에 인가되는 직류 전압은 제어부(200)로부터 PWM(펄스 폭 변조) 신호로 인가될 수 있다. PWM 신호는 온(ON) 타임(T1) 신호와 오프(OFF) 타임(T2) 신호가 반복되는 구형파 신호로서, 제어부(200)는 파워 릴레이(20)의 양단에 온(ON) 타임(T1) 전압이 15V인 PWM 신호를 인가하는 것이다.
제어부(200)에서 인가되는 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1)과 오프(OFF) 타임(T2)은 미리 결정된 것이 아니라, 파워 릴레이(20)의 온/오프(ON/OFF)를 감지하면서 전력 변환 장치를 작동하면서 결정되고 변화될 수 있다. 제어부(200)가 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1)과 오프(OFF) 타임(T2)을 제어하는 것에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.
한편, 상기한 정류부(40), 컨버터(50), DC-링크 커패시터(C1) 및 인버터(60)는 결국 3상 교류 전원을 출력하는 것인데, 이들과 별도로 교류 전원(10)으로부터 제2 정류부(140), 제2 커패시터(C2) 및 SMPS(Switched Mode Power Supply; 150)가 병렬로 연결될 수 있다.
그래서, 상기한 정류부(40) 및 DC-링크 커패시터(C1)는 제1 정류부(110) 및 제1 DC-링크 커패시터(C1)라 하여 제2 정류부(140) 및 제2 커패시터(C2)와 구별할 수 있다.
제1 DC-링크 커패시터(C1)의 충전 용량은 제2 커패시터(C2)에 비해 훨씬 커서 제1 DC-링크 커패시터(C1) 양단에 걸리는 제1 DC-링크 전압은 제2 커패시터(C2) 양단에 걸리는 제2 DC-링크 전압보다 방전시 훨씬 오랫동안 방전될 수 있다.
이에 따라, 상기 인버터(60)에서 출력되는 교류 전압은 100~400V 정도임에 반해, 상기 SMPS(150)에서 출력되는 직류 전압은 5~20V 정도이다.
SMPS(150)에서 출력되는 직류 전압은 저압 전력에 의해 구동되는 제어부의 마이컴이나 LED 표시부 등에 공급될 수 있다. 도 1에서 부하2(170)는 DC 15V를 공급받는 LED 표시부일 수 있고, 부하3(180)은 DC 5V를 공급받는 마이컴일 수 있다.
상기한 제어부(200)도 SMPS(150)에서 출력되는 직류 전압을 공급받는데, 보통 5V의 직류 전원이 제어부(200)의 마이컴에 공급될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, SMPS(150)에서 출력되는 직류 전압은 서로 다른 여러가지 직류 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 5V 또는 15V는 물론이고, 12V, 18V 또는 24V와 같이 SMPS(150)에 포함되는 변압기에 따라 다양한 직류 전압이 출력될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 제어부(200)는 SMPS(150)의 출력단으로부터 15V 직류 전압을 공급받아 파워 릴레이(20)에 15V의 PWM 신호를 인가할 수 있다.
제어부(200)는 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 파워 릴레이(20)가 스위치 온(ON)된 이후에 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임을 결정한다.
도 2는 파워 릴레이에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 릴레이 신호 및 코일 전류의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.
제어부(200)에서 PWM 신호를 인가하면(S10), 첫번째 온(ON) 타임(T1) 신호가 가해지는 동안(S20) 코일부(22)에 흐르는 전류가 점점 증가한다(S30). 그러다가 소정 시점에 스위치부(24)가 온(ON)될 수 있다.
제어부(200)는 파워 릴레이(20)의 스위치가 온(ON) 되는지 실시간으로 판단한다(S40).
만약, 첫번째 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 스위치부(24)가 온(ON)되지 않으면, 온(ON)될 때까지 온(ON) 타임(T1)을 증가시킨다(S45). 즉, 온(ON) 타임(T1)을 소정 시간(ΔT)만큼 증가시켜서 스위치부(24)가 온(ON)되는지 여부를 감지하고 온(ON)되지 않으면 다시 T1을 ΔT만큼 증가시켜서 스위치 온(ON) 여부를 감지하는 것을 반복한다.
다음으로, 첫번째 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 스위치부(24)가 온(ON)된 이후에, PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호가 인가되면(S50), 코일부(22)에 흐르는 전류가 점점 감소한다(S60). 그러다가 그 전류가 소정값 이하가 되면 스위치부(24)가 오프(OFF)된다.
제어부(200)는 파워 릴레이(20)의 스위치가 오프(OFF)되는지 실시간으로 판단한다(S70).
스위치부(24)가 오프(OFF)되면 그 오프(OFF) 타임(T2)을 ΔT만큼 감소시켜서 새로운 오프(OFF) 타임(T2)으로 설정한다(S75).
다음에, 위에서 설정된 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호가 다시 인가되고(S20), 코일부(22) 전류가 상승되어(S30) 파워 릴레이(20)의 스위치부(24)가 온(ON)된다(S40).
다음으로, 위에서 설정된 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호가 다시 인가되고(S50), 코일부(22) 전류가 하강되어(S60) 파워 릴레이(20)의 스위치부(24)가 오프(OFF)되는지 여부를 다시 판단한다(S70).
이 설정된 오프(OFF) 타임(T2)에서도 스위치부(24)가 오프(OFF)되면 그 오프(OFF) 타임(T2)을 ΔT만큼 다시 감소시켜서 다음 주기의 PWM 신호를 인가하는 것을 반복한다.
만약, 설정된 오프(OFF) 타임(T2)에서 스위치부(24)가 오프(OFF)되지 않았다면, 즉 스위치부(24)가 온(ON) 상태를 유지했다면, 그 설정된 오프(OFF) 타임(T2)과 위에서 결정한 온(ON) 타임(T1)으로부터 PWM 신호의 주파수를 결정한다(S80).
이후에는, 이렇게 결정된 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임에 따라 PWM 신호를 파워 릴레이(20)에 인가함으로써 안정적으로 릴레이를 온/오프(ON/OFF) 제어할 수 있다(S90).
한편, 도 2에서 첫번째 온(ON) 타임(T1)에서 릴레이가 온(ON)된 이후에 ΔT만큼 경과된 시점에 오프(OFF) 타임(T2)이 시작되는 것으로 표시되어 있다.
위에서는 온(ON) 타임(T1)은 스위치가 온(ON)될 때까지 증가되고, 오프(OFF) 타임(T2)은 스위치가 오프(OFF)되지 않을 때까지 감소시켜 설정하는 것으로 설명하였다.
이와 달리, 오프(OFF) 타임(T2)에서 코일부(22) 전류가 감소되더라도 소정값 미만으로 떨어지지 않도록, 스위치가 온(ON)된 이후에 온(ON) 타임(T1)을 미리 더 증가시킬 수 있다. 다시 말해서, 온(ON) 타임(T1)을 미리 더 증가시켜서 오프(OFF) 타임(T2)을 감소시키지 않더라도 오프(OFF) 타임(T2)에서 코일부(22) 전류가 소정값 미만으로 떨어지지 않아 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 파워 릴레이에 인가되는 DC전원으로서 PWM 신호를 인가함으로써 오프(OFF) 타임에 해당하는 만큼 릴레이 스위칭을 위한 소비전력을 절감할 수 있다.
또한, 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하면서도 코일부 전류가 소정값 밑으로 떨어지지 않도록 온(ON) 타임과 오프(OFF) 타임을 설정함으로써 파워 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지할 수 있다.
그리고, 파워 릴레이 제어 회로에 스위칭 제어를 위한 소자의 추가 없이 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임 조정을 통해 제어하는 것이므로, 기존의 전력 변환 장치를 그대로 이용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
10: 교류 전원 20: 파워 릴레이
30: 제1 노이즈 필터 40: 제1 정류부
50: 컨버터 60: 인버터
70: 3상 모터 130: 제2 노이즈 필터
140: 제2 정류부 150: SMPS
170: 부하2 180: 부하3
200: 제어부

Claims (11)

  1. 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부에서 정류된 DC 전압을 승압/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터;
    상기 교류 전원과 상기 정류부 사이에 연결되고 PWM(펄스 폭 변조) 신호가 인가되어 스위칭되는 파워 릴레이; 및
    상기 파워 릴레이에 PWM 신호를 인가하여 구동하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후에, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 온/오프(ON/OFF) 타임을 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파워 릴레이는, 전류가 인가되는 코일부와, 상기 코일부에 소정값 이상의 전류가 흐르면 온(ON)되는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에서 상기 스위치부가 온(ON)되지 않으면 상기 온(ON) 타임(T1)을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호에서 상기 스위치부가 오프(OFF)되면 상기 오프(OFF) 타임(T2)을 단계적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨버터와 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터; 및
    상기 DC-링크 커패시터와 연결되어 3상 교류 전류를 출력하는 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파워 릴레이와 상기 정류부 사이에 연결되는 노이즈 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  8. 교류 전원을 정류하고 변환하여 3상 교류 전원을 공급하는 전력 변환 장치의 제어방법에 있어서,
    교류 전원과 정류부 사이에 연결된 파워 릴레이에 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 인가하는 단계;
    상기 PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에 의해 상기 파워 릴레이가 스위치 온(ON)된 이후, 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호일 때 스위치 온(ON) 상태를 유지하도록 PWM 신호의 주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 주파수 결정 단계에서 결정된 PWM 신호를 상기 파워 릴레이에 인가하여 전력 변환 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주파수를 결정하는 단계는,
    PWM 신호의 온(ON) 타임(T1) 신호에서 상기 파워 릴레이의 스위치가 온(ON)되지 않으면 스위치 온(ON)될 때까지 상기 온(ON) 타임(T1)을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주파수를 결정하는 단계는,
    PWM 신호의 오프(OFF) 타임(T2) 신호에서 상기 파워 릴레이의 스위치가 오프(OFF)되면 스위치 오프(OFF)되지 않을 때까지 상기 오프(OFF) 타임(T2)을 단계적으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 주파수를 결정하는 단계에서 결정된 PWM 신호는, 상기 파워 릴레이의 코일부 전류가 소정값 이상으로 유지되도록 하여 상기 파워 릴레이의 스위치 온(ON) 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어방법.
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