KR20190053024A - 압축기 구동 장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

압축기 구동 장치 및 이를 구비하는 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 압축기 구동 장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 압축기 모터를 구동하는 인버터와, 압축기에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 출력하는 압력 감지부와, 압력 감지 신호를 기초로, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 압력 감지부는, 압력이 소정 압력 이상인 경우, 턴 오프되는 제1 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자의 일단에 병렬 접속되는 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자를 포함하고, 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자의 상보적 동작에 따라, 상이한 레벨의 압력 감지 신호를 출력한다. 이에 따라, 메인 전원의 차단 없이, 고압으로부터 압축기를 보호할 수 있다.

Description

압축기 구동 장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Compressor driving device and air conditioner including the same}
본 발명은, 압축기 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 압축기에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 기초로 인버터를 제어함으로써, 고압으로부터 압축기를 보호할 수 있는 압축기 구동 장치에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다.
이러한 공기조화기는 실외기 및 실내기가 냉매배관으로 연결되어, 실외기의 압축기로부터 압축된 냉매가 냉매배관을 통해 실내기의 열교환기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 열 교환된 냉매는 다시 냉매배관을 통해 실외기의 압축기로 유입된다. 그에 따라 실내기는 냉매를 이용한 열교환을 통해 냉온의 공기를 실내로 토출한다.
한편, 압축기 구동 장치는, 압축기 구동 장치 내의 모터를 제어하여, 압축기에 응축된 냉매의 압력을 조절하기 위한 장치이다.
이러한 압축기 구동 장치에 있어서, 압축기의 압력이 상승하는 경우가 있다. 예를 들어, 공기조화기의 과부하, 외부 환경(예를 들어, 폭염) 등의 요인으로, 냉매의 열교환 양이 감소되어 냉매의 온도가 표준시 보다 상승하는 경우, 냉매의 응축 압력이 상승할 수 있다.
압축기의 압력이 정상 압력을 초과하는 경우, 팽창 기구를 제어하여, 그 압력을 조절하거나, 압축기 구동 장치 내의 모터의 구동을 정지시키는 방안에 대하여 다양한 연구가 진행되어 왔으나, 종래, 압축기의 압력을 저감시키는 방법은, 전원선에 릴레이를 접속하여, 압축기 고압 감지 시, 메인 전원을 차단함으로써, 인버터 제어부의 강제 전원 차단으로 인한, 제어기의 소손 가능성이 존재한다는 문제점이 있다.
또한, 압력 감지부에서 감지한 신호를 인식하기 위해, 제어기에 새로운 포트 또는 핀을 구현해야 한다는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은, 압축기에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 기초로 인버터를 제어함으로써, 고압으로부터 압축기를 보호할 수 있는 압축기 구동 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 압축기 모터를 구동하는 인버터와, 압축기에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 출력하는 압력 감지부와, 압력 감지 신호를 기초로, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 압력 감지부는, 압력이 소정 압력 이상인 경우, 턴 오프되는 제1 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자의 일단에 병렬 접속되는 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자를 포함하고, 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자의 상보적 동작에 따라, 상이한 레벨의 압력 감지 신호를 출력한다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 압축기 모터를 구동하는 인버터와, 압축기에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 출력하는 압력 감지부와, 압력 감지 신호를 기초로, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 압력 감지부는, 압력이 소정 압력 이상인 경우, 턴 오프되는 제1 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자의 일단에 병렬 접속되는 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자를 포함하고, 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자의 상보적 동작에 따라, 상이한 레벨의 압력 감지 신호를 출력한다.
본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치는, 압축기에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 기초로, 인버터를 제어하므로, 메인 전원의 차단 없이, 고압으로부터 압축기를 보호할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 압축기 구동 장치는, 메인 전원을 차단하지 않으므로, 압축기의 고압 압력 이상인 경우라도, 열교환기의 팬 모터 등의 구동이 가능하고, 따라서, 열교환기에서 냉매와 실내 및 실외 공기의 열교환 효율을 저하시키기 않아, 압축기의 고압 압력 이상으로부터, 정상 상태로의 빠른 복귀가 가능하다.
또한, 압축기 구동 장치는, 인버터 제어부에 인가되는 전원을 강제로 차단하지 않으므로, 인버터 제어부 내, 소자들의 소손을 방지하고, 보다 안정적으로 압축기를 보호할 수 있다.
또한, 압축기 구동 장치는, 릴레이를 구성 요소로 하지 않으므로, 압축기 구동 장치 내의 가용 면적을 증가시키고, 그 집접도를 향상시킬 수 있다.
또한, 압축기 구동 장치는, 릴레이를 구성 요소로 하지 않으므로, 제조 비용이 저감되는 효과도 있다.
또한, 압축기 구동 장치는, 기존 인버터 제어부의 과전류 감지 신호 입력부(포트 또는 핀을 포함한다)에 접속할 수 있으므로, 인버터 제어부의 하드웨어적 변경 없이도 그 구현이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 압축기 구동 장치는, 압력 감지 신호를, 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit: MCU)이 아닌, 비교적 간단한 회로를 이용하여 출력하므로, 그 제조 비용이 저감되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 압축기에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 기초로, 인버터를 제어하므로, 메인 전원의 차단 없이, 고압으로부터 압축기를 보호할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 공기조화기는, 메인 전원을 차단하지 않으므로, 압축기의 고압 압력 이상인 경우라도, 열교환기의 팬 모터 등의 구동이 가능하고, 따라서, 열교환기에서 냉매와 실내 및 실외 공기의 열교환 효율을 저하시키지 않아, 정상 상태로의 빠른 복귀가 가능하다.
또한 공기조화기는, 정상 상태로의 빠른 복귀로 인해, 실내 냉기 유지가 가능하므로, 사용자 쾌적감을 증가시키고, 사용자 불편을 최소화할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 2는, 도 1의 압축기 구동 장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 3은, 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 5는, 도 4의 동작방법 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은, 도 4의 동작방법 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 8은, 도 7의 실외기와 실내기의 개략도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치의 내부 블록도의 일예이고, 도 2는, 도 1의 압축기 구동 장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치(220)는, 과전류 감지부(410), 인버터(420), 압력 감지부(430), 인버터 제어부(440), 메모리(450), 압축기 모터(102b), 압축기(102)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치(220)는, 입력 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터(460)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(미도시), dc 단 커패시터(C), dc 단 전압 검출부(B), 출력전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의, 압축기 구동 장치(220)는, 압축기 모터(102b)를 구동하기 위한 것으로서, 이하에서 압축기 모터(102b), 삼상 동기 모터(102b) 및 모터(102b)는 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 압축기 구동 장치(220)는, 압력 감지부(430)가, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호(Sp)를 인버터 제어부(440)에 출력할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(440)는, 압력 감지 신호를 기초로, 인버터(420)를 제어할 수 있다.
한편, 압축기(102)의 고압 이상이란, 압축기(102)의 압축된 냉매의 압력이 정상적인 압력 범위를 벗어나, 고압측의 임계 값 보다도 높은 고압 상태로 되는 현상을 말하며, 이러한, 압축기의 고압 이상으로 인해 압축기(102) 고압 폭발의 위험이 존재한다.
종래 압축기 구동 장치는, 이러한 압축기 고압 이상으로 인한 문제를 해결하고자, 파워 릴레이를 입력 교류 전원(405)의 전원선과, 컨버터(460) 사이에 배치하여, 압축기 고압 이상 시, 메인 전원을 차단하여 모터(102b)의 동작을 정지하였다.
또는, 종래 압축기 구동 장치는, 인버터 제어부(440)의 기능을 수행하는 컨트롤러 IC에, 압축기(102)의 압력 감지를 위한, 새로운 포트 또는 핀을 추가하거나, 압력 감지 신호를 출력하는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)을 별도로 구비하였다.
본 발명은, 파워 릴레이의 구성 없이도, 압력 감지부(430)를 비교적 간단한 회로로 구성하고, 상기 회로로부터 압력 감지 신호를 출력함으로써, 고압으로부터, 압축기(102)를 안정적으로 보호할 수 있는 방안을 제시한다.
이하에서는, 도 1 및 도 2의 압축기 구동 장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.
리액터(미도시)는, 입력 교류 전원(405)과 컨버터(460) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행할 수 있다. 또한, 리액터(미도시)는 컨버터 등의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(440)에 입력될 수 있다.
컨버터(460)는, 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 dc 단에 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(460)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(460)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(460)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. 이러한 경우의 컨버터(460)는 정류부(rectifier)라 명명할 수도 있다.
컨버터(460)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
dc 단 커패시터(C)는, dc 양단에 접속되며, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc 단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, dc 단 커패시터(c)가 컨버터(460)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다. 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 dc 단 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, dc 단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 dc 단 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(440)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(102b)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결될 수 있다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결 될 수 있다.
인버터 제어부(440)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 인버터(420)에 출력할 수 있다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(102b)에 흐르는 삼상 전류인 출력 전류(io) 및 dc단 커패시터 양단인 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 삼상의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, dc 단 전압(Vdc)은 dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 모터(102b) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(102b)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(420)와 모터(102b) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
한편, 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치(220)는, 전압 강압부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 전압 강압부(미도시)는, 인버터(420)의 스위칭 소자들의 동작을 위한 게이트 구동 전압을, 게이트 구동부(미도시)에 공급할 수 있다.
또한, 전압 강압부(미도시)는, 후술하는 압력 감지부(430)에도 DC 전압을 공급할 수 있다.
전압 강압부(미도시)는, 고주파 변압기를 사용하는 스위치 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS) 또는 비절연 강압형의 벅 컨버터(Buck converter) 등의 AC-DC 변환 장치를 포함할 수 있다.
한편, 모터(102b)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(102b)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interidcr Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
과전류 감지부(410)는, 인버터(420)에 인가되는 전류를 감지할 수 있다. 이를 위해, 과전류 감지부(410)는, dc 단 커패시터(C)와 인버터(420)에 배치되는 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 구비할 수 있다.
보다 상세하게는, 션트 저항 소자(Rs)에 전류가 인가되는 경우, 션트 저항 소자 양단에는 전류 값에 비례한 전압(도2의 V3)이 발생하고, 그 발생된 전압(도2의 V3)이 과전류 감지부(410)에 인가된다. 즉, 과전류 감지부(410)는, 션트 저항 소자(Rs)에 인가되는 전압 값을 기초로, 인버터(420)에 인가되는 전류 값을 감지하게 된다.
따라서, 션트 저항 소자(Rs)를 제외한 나머지 구성을 과전류 감지부(410)라고 명명할 수도 있다.
과전류 감지부(410)는, 인버터(420)에 인가되는 과전류를 감지하고, 과전류 감지 신호(Sc)를 인버터 제어부(440)에 출력할 수 있다. 과전류 감지 신호(Sc)는, 인버터 제어부(440) 내의 과전류 감지 신호 입력부(441)를 통해 입력될 수 있다.
예를 들어, 과전류 감지부(410)는, 제3 전압(V3)을 분압하기 위한 분압 저항을 더 구비할 수 있고, 제3 전압(V3)의 분압 전압 값이, 과전류 감지 신호(Sc)로써, 과전류 감지 신호 입력부(441)를 통해, 인버터 제어부(440)에 출력될 수 있다.
이때, 인버터 제어부(440)는, 과전류 감지 신호(Sc)를 기초로 스위칭 소자의 온, 오프를 제어할 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(440)는, 제3 전압(V3)의 분압 전압 값이, 기설정된 전압 값 이상인 경우, 인버터 정지 신호(Ss)를 인버터(420)에 출력하여, 인버터(420)의 구동을 정지 시킬 수 있다.
다른 예로, 인버터 제어부(440)는, 제3 전압(V3)의 분압 전압 값이 기설정된 전압 값 미만인 경우, 인버터 동작 신호(So)를 인버터(420)에 출력할 수 있다. 인버터 동작 신호(So)는, 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 입력 전류(is), dc 단 전압(Vdc) 또는, 출력전류(io)기초로 생성되어 출력될 수 있다.
한편, 과전류는, 인버터(420) 및 모터(102b)가 허용할 수 있는 최대 전류를 의미할 수 있고, 기설정된 값은, 인버터(420) 및 모터(102b)의 용량, 정력, 전류, 스위칭 소자들의 내압 등을 고려하여 설정될 수 있다.
압축기(102)는, 냉매를 공급받아 압축할 수 있다. 압축기(102)는, 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 압축기(102)는, 압축기 모터(102b)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 공기조화기(100)의 과부하, 외부 환경(예를 들어, 폭염 등) 등의 요인으로 냉매의 열교환 양이 감소되어, 냉매의 압력이 정상적인 압력 범위를 벗어나, 고압측의 임계 값 보다도 높은 고압 상태로 되는, 고압 이상 상태가 될 수 있다.
본 발명은, 고압 이상 상태를 감지하기 위해, 압력 감지부(430)를 포함할 수 있다.
압력 감지부(430)는, 제1 저항 소자 내지 제4 저항 소자(R1 내지 R4), 제1 스위칭 소자 내지 제3 스위칭 소자(S1 내지 S3), 커패시터 소자(C1), 반전기(cp)를 구비할 수 있다.
제1 스위칭 소자(S1)는, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력이 소정 압력 이상인 경우, 턴 오프 될 수 있다.
예를 들어, 제1 스위칭 소자(S1)는, 고압 압력 스위치일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치(220)는, 냉매의 압력을 감지하는 압력 센서(미도시)를 더 구비할 수 있고, 압력 센서(미도시)가 고압 이상을 감지한 경우, 압력 센서(미도시)는, 고압 신호(Hp)를 제1 스위칭 소자(S1)에 전송할 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(S1)는, 고압 신호(Hp)를 기초로 오픈(open)될 수 있다.
이때, 압력 센서(미도시)는, 냉매 배관에 설치되어, 유동하는 냉매의 압력을 감지할 수 있다. 이를 위해, 압력 센서(미도시)는, 냉매 배관에 용접되거나, 분리 가능하게 나사 결합될 수 있다.
또는, 압력 센서(미도시)는, 압축기(102)의 토출부 사이에 설치되어, 압축기(102) 냉매의 고압을 감지하는 고압 압력 센서(미도시)와 압축기의 흡입되는 냉매의 저압을 감지하는 저압 압력 센서(미도시)를 포함할 수 있고, 압력 센서(미도시)는 토출 압력과 흡입 압력의 편차에 이상이 있는 경우, 이상 감지 신호(Es)를 제1 스위칭 소자(S1)에 전송할 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(S1)는, 이상 감지 신호(Es)를 기초로 오픈(open)될 수 있다.
제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 일단에 병렬 접속될 수 있다.
제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 온, 오프 동작에 의해, 서로 상보적으로 동작할 수 있다. 또한, 제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)의 상보적 동작에 따라 상이한 레벨의 압력 감지 신호가 출력될 수 있다.
제2 스위칭 소자(S2) 및/또는 제3 스위칭 소자(S3)는, 접합형 트랜지스터 소자(예를 들어, 바이폴라 트랜지스터) 또는, 전계효과 트랜지스터(예를 들어, MOS-FET)일 수 있다.
반전기(cp)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단에 접속되어, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압을 반전시킬 수 있다.
보다 상세하게는, 반전기(cp)는, 제1 스위칭 소자(S2)의 게이트(gate) 또는 베이스(base)에 접속될 수 있다. 또한, 반전기(cp)는, 반전된 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압을 기초로, 제2 스위칭 소자(S2)의 온, 오프를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압이 하이(high)인 경우, 반전기(cp)의 출력단 전압은 로우(low)가 되어, 제2 스위칭 소자(S2)는 오프(off)된다. 따라서, 드레인(drain)과 소스(source), 또는 콜렉터(collector)와 이미터(emitter) 사이는 오픈(open)된다.
다른 예로, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압이 로우(low)인 경우, 반전기(cp)의 출력단 전압은 하이(high)가 되어, 제2 스위칭 소자(S2)는 온(on)된다. 따라서, 드레인(drain)과 소스(source), 또는 콜렉터(collector)와 이미터(emitter) 사이는 단락(short)된다.
제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 타단에 접속되어, 입력 전압(Vd)을 분압할 수 있다. 또한, 제2 스위칭 소자(S2)는, 드레인 또는 콜렉터가 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2) 사이에 접속되어, 입력 전압(Vd)의 분압 전압인 제1 전압(V1)을 입력으로 받을 수 있다.
제3 저항 소자(R3)는, 제3 스위칭 소자(S3)의 드레인 또는 콜렉터에 접속될 수 있다. 또한, 제3 저항 소자(R3)는, 인버터 제어부(440) 또는 전압 강압부(미도시)에 접속되어, 인버터 제어부(440) 또는 전압 강압부(미도시)로부터 전원을 공급 받을 수 있다.
따라서, 제3 저항 소자(R3)에는 제2 전압(V2)이 인가될 수 있다. 한편, 제1 저항 소자 내지 제3 저항 소자(R1 내지 R3)는, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 레벨 크기를 고려하여 설계될 수 있다.
예를 들어, 제1 전압(V1)의 레벨의 크기가 제2 전압(V2)의 레벨 크기 보다 클 수 있고, 제1 저항 소자 내지 제3 저항 소자(R1 내지 R3)는 이를 고려하여 설계될 수 있다.
한편, 제2 스위칭 소자(S2) 및/또는 제3 스위칭 소자(S3)가 pnp형 바이폴라 트랜지스터 또는 PMOS-FET인 경우, 제1 저항 소자 내지 제3 저항 소자(R1 내지 R3)가, 압력 감지 신호(Sp)의 방향을 고려하여 접속될 수 있음은 물론이다.
제4 저항 소자(R4)는, 제3 스위칭 소자(S3)의 게이트 또는 베이스와, 접지단 사이에 접속될 수 있다.
제4 저항 소자(R4)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 스위칭으로 인한, 노이즈 전류(예를 들어, 피크 전류)를 접지단을 통해 흐르게 함으로써, 제3 스위칭 소자(S3)에 노이즈 전류가 인입되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 제3 스위칭 소자(S3)는, 노이즈 신호 입력으로 인한 불필요한 오작동을 방지할 수 있다.
커패시터 소자(C1)는, 제3 스위칭 소자(S3)의 소스 또는 이미터에 접속될 수 있다. 커패시터 소자(C1)는, 제2 전압(V2)의 고조파 성분을 제거하거나, 제2 전압의 입력 시간을 지연시킬 수 있다.
압력 감지부(430)는, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호(Sp)를 인버터 제어부(440)에 출력할 수 있다.
예를 들어, 압력 감지부(430)가 압축기(102)의 고압 이상 상태를 감지한 경우, 제1 감지 신호(Sp1)를 인버터 제어부(440)에 출력할 수 있다. 이때, 제1 감지 신호(Sp1)는, 제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)의 상보적 동작에 따른 제1 전압(V1)일 수 있다.
다른 예로, 압력 감지부(430)가 압축기(102)의 정상 압력 상태를 감지한 경우, 제2 감지 신호(Sp2)를 인버터 제어부(440)에 출력할 수 있다. 이때, 제2 감지 신호(Sp2)는, 제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위치 소자(S3)의 상보적 동작에 따른 제2 전압(V2)일 수 있다.
특히, 압력 감지부(430)는, 압력 감지 신호(Sp)를, 과전류 감지 신호 입력부(441)를 통해, 인버터 제어부(440)에 출력할 수 있다.
인버터 제어부(440)는, 압력 감지 신호(Sp)를 기초로, 인버터(420)의 동작을 제어할 수 있다. 보다 상세하게는, 인버터 제어부(440)는, 압력 감지 신호의 레벨과 기준 신호의 레벨을 비교하여, 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하고, 스위칭 제어 신호(Sic)를 기초로 인버터(420)를 제어할 수 있다.
또는, 본 발명에 따른 압축기 구동 장치(220) 내의 인버터 제어부(440)는, 게이트 구동부(미도시)를 구비할 수 있다. 이때, 인버터 제어부(440)는 스위칭 제어 신호(Sic)를 게이트 구동부(미도시)에 출력할 수 있고, 게이트 구동부(미도시)는, 인버터 제어 신호(Sic)를 기초로, 스위칭 신호를 출력할 수 있다.
스위칭 신호는 압력 감지 신호의 레벨을 기초로 인버터 제어부(440)가 연산한, 인버터 정지 신호(Ss) 또는 인버터 동작 신호(So)일 수 있다.
한편, 인버터 제어부(443)는, 인버터(420)를 제어하기 위한, 마이컴(micom)을 구비할 수 있고, 마이컴(micom)은, 인버터(420)에 인가되는 과전류를 차단하기 위한 OCP(Over Current Protection: OCP) 단자(또는 핀, 포트) 또는, OVP 단자(Over Voltage Protection: OVP)를 구비하는 것이 보통이다.
본 발명은, 압력 감지 신호(Sp)가, 기존의 OCP 단자 또는 OVP 단자를 통해 인버터 제어부(440)에 인가되고, 인버터 제어부(440)는, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨을 통해 인버터의 동작을 제어하므로, 인버터 제어부(440)의 하드웨어적 변경 없이도 그 구현이 가능하다는 장점이 있다.
메모리(450)는, 기준 신호의 레벨에 대한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 기준 신호의 레벨에 대한 정보는 기준 전압의 크기로써, 메모리(450)에 저장될 수 있다. 기준 전압은, 인버터(420) 및 모터(102b)의 용량, 정격 전류, 스위칭 소자들의 내압, 압축기(102)에 압축된 냉매의 압력 등을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.
메모리(450)는, 압력에 대한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(450)는, 냉매의 정상적인 압력 범위, 저압측의 임계 값, 고압측의 임계 값 등에 대한 정보를 저장할 수 있다.
한편, 이하에서 고압 이상 상태는, 냉매의 압력이 정상적인 압력 범위를 벗어나 고압측 임계 값 이상일 때를 의미하며, 고압측 임계 값의 크기는, 압축기(102)의 설계, 인버터(420) 및 모터(102b)의 용량 등을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치(220)는, 표시부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 표시부(미도시)는, 고압 이상 상태를 소정의 표시 수단에 표시할 수 있다.
도 3은, 도 2의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 인버터 제어부(440)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure pat00001
)와 연산된 속도(
Figure pat00002
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
비교부(370)는, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨과 기준 신호(Vref)의 레벨을 비교할 수 있다. 비교부(370)는, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨과, 기준 신호의 레벨을 비교하여 고압 감지 신호(Hps)를 스위칭 제어 신호 출력부(360)에 출력할 수 있다.
보다 상세하게는, 비교부(370)는, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨이 기준 신호(Vref)의 레벨 보다 큰 경우, 고압 감지 신호(Hps)를 스위칭 제어 신호 출력부(360)에 출력할 수 있다.
또는, 비교부(370)는, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨이 기준 신호(Vref)의 레벨 보다 작은 경우, 고압 감지 신호(Hps)를 출력하지 않을 수 있다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 고압 감지 신호(Hps)를 기초로, 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
보다 상세하게는, 스위칭 제어 신호 출력부(360)가 고압 감지 신호(Hps)를 입력 받은 경우, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 우선하여 인버터 정지 신호(Ss)를 생성하여 인버터(420)에 출력할 수 있다.
또는, 스위칭 제어 신호 출력부(360)가 고압 감지 신호(Hps)를 입력 받지 못한 경우, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 동작 신호(So)를 생성하여 출력할 수 있다.
한편, 비교부(370)는, 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨과 기준 신호(Vref)의 레벨을 비교하여, 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨이 기준 신호(Vref)의 레벨 보다 큰 경우, 과전류 차단 신호를 스위칭 제어 신호 출력부(360)에 출력할 수 있다.
또는, 비교부(370)는, 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨이 기준 신호(Vref)의 레벨보다 작은 경우, 과전류 차단 신호를 출력하지 않을 수 있다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 과전류 차단 신호를 기초로, 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
과전류는, 인버터(420) 및 모터(102b)가 허용할 수 있는 최대 임계 전류 값을 의미할 수 있고, 이때, 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨과, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨은 동일 할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 압축기 구동 장치(220)는, 기존의 OCP 단자를 이용하여, 압축기(102)의 압력을 감지하고, 고압으로부터 압축기(102)를 보호할 수 있게 된다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치의 동작방법을 도시한 순서도이고, 도 5 내지 도 6은, 도 4의 동작방법 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 장치(220) 내의 압력 감지부(430)는, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력을 감지할 수 있다(S410).
이를 위해, 압력 감지부(430)는, 냉매의 압력을 감지하는 압력 센서(미도시)를 구비할 수 있고, 압력 센서(미도시)는, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력을 감지할 수 있다.
압력 센서(미도시)는, 감지된 냉매의 압력을 기초로, 압력 신호(Ps)를 제1 스위칭 소자(S1)에 출력할 수 있다. 압력 센서(미도시)는, 압축기(102)가 고압 이상 상태인 경우, 고압 신호(Hp)를 제1 스위칭 소자(S1)에 출력할 수 있다. 또는, 압력 센서(미도시)는, 압축기(102)가 정상 압력 상태인 경우, 정상 압력 신호(Np)를 제1 스위칭 소자(S1)에 출력할 수 있다.
압력 감지부(430)는, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력을 기초로 제1 스위칭 소자(S1)의 온, 오프를 제어할 수 있다(S430).
예를 들어, 도 5a에서, 압축기(102)가 고압 이상 상태인 경우, 압력 센서(미도시)는, 고압 신호(Hp)를 출력할 수 있고, 제1 스위칭 소자(S1)는, 고압 신호(Hp)를 기초로 오픈(open)될 수 있다.
다른 예로, 도 5b에서, 압축기(102)가 정상 압력 상태인 경우, 압력 센서(미도시)는, 정상 압력 신호(Np)를 출력할 수 있고, 제1 스위칭 소자(S1)는, 정상 압력 신호(Np)를 기초로 단락(short) 상태를 유지할 수 있다.
제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 온, 오프 동작에 따라 서로 상보적으로 동작할 수 있고(S470), 압력 감지부(430)는, 제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)의 상보적 동작에 따라, 상이한 레벨의 압력 감지 신호를 출력할 수 있다(S470).
도 5a에서, 압축기(102)가 고압 이상 상태인 경우, 제1 스위칭 소자(S1)는 고압 신호(Hp)를 기초로, 오픈(open)될 수 있다. 이때 입력 전원(Vd, 예를 들어, 5V)은, 제1 스위칭 소자(S1)의 입력단에 인가될 수 있다. 도면에서는 Path 1을 예시한다.
한편, 제1 스위칭 소자(S1)가 오픈(open)되는 경우, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압은 로우(low, 예를 들어, 0V)가 될 수 있다. 이때, 반전기(cp)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압을 반전시켜, 하이(high, 예를 들어, 5V) 신호를 제2 스위칭 소자(S2)의 게이트 또는 베이스에 출력할 수 있다. 도면에서는, Path 2를 예시한다.
제2 스위칭 소자(S2)는, 반전기(cp)에서 출력된 하이 신호를 기초로 온(on)될 수 있다. 따라서 드레인(drain)과 소스(source), 또는 콜렉터(collector)와 이미터(emitter) 사이는 단락(short)될 수 있다.
또한, 제1 스위칭 소자(S1)가 오픈(open)되는 경우, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압은 로우(low, 예를 들어, 0V)이므로, 제3 스위칭 소자(S3)의 게이트 또는 베이스에는 로우 신호가 인가될 수 있다.
제3 스위칭 소자(S3)는, 제1 스위칭 소자(S1)에서 출력된 로우 신호를 기초로 오프(off)될 수 있다. 따라서, 드레인(drain)과 소스(source), 또는 콜렉터(collector)와 이미터(emitter) 사이는 개방(open)될 수 있다.
즉, 제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 온, 오프 동작에 따라 서로 상보적으로 동작하게 된다.
한편, 입력 전원(Vd)은, 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)를 경유하여 접지단으로 인가될 수 있다. 도면에서는 Path 3을 예시한다.
또한, 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)는 입력 전원(Vd)를 분압할 수 있다. 입력 전원(Vd)의 분압 전압인 제1 전압(V1, 예를 들어, 2V)은, 제2 스위칭 소자(S2)를 경유하여, 인버터 제어부(440), 특히, 과전류 감지 신호 입력부(441)에 인가될 수 있다. 도면에서는 Path 4를 예시한다.
한편, 제3 스위칭 소자(S3)가 오프(off)된 상태이므로, 제1 전압(V1)은 제3 스위칭 소자(S3)를 경유하여, 제3 저항 소자(R3)에 인가될 수 없다. 도면에서는 Path 5를 예시한다.
도 5b에서, 압축기(102)가 정상 압력 상태인 경우, 제1 스위칭 소자(S1)는 정상 압력 신호(Np)를 기초로, 쇼트(short)될 수 있다. 이때 입력 전원(Vd, 예들 들어, 5V)은, 제1 스위칭 소자(S1)를 경유하여, 반전기(cp)에 인가될 수 있다. 도면에서는 Path 6을 예시한다.
한편, 제1 스위칭 소자(S1)가 쇼트(short)되는 경우, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압은 하이(high, 예를 들어, 5V)가 될 수 있다. 이때, 반전기(cp)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압을 반전시켜, 로우(low, 예를 들어, 0V) 신호를 제2 스위칭 소자(S2)의 게이트 또는 베이스에 출력할 수 있다. 도면에서는 Path 6을 예시한다.
제2 스위칭 소자(S2)는, 반전기(cp)에서 출력된 로우 신호를 기초로 오프(off)될 수 있다. 따라서 드레인(drain)과 소스(source), 또는 콜렉터(collector)와 이미터(emitter) 사이는 개방(open)될 수 있다.
또한, 제1 스위칭 소자(S1)가 쇼트(short)되는 경우, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압은 하이(high, 예를 들어, 5V)이므로, 제3 스위칭 소자(S3)의 게이트 또는 베이스에는 하이 신호가 인가될 수 있다. 도면에서는, Path 9를 예시한다.
제3 스위칭 소자(S3)는, 제1 스위칭 소자(S1)에서 출력된 하이 신호를 기초로 온(on)될 수 있다. 따라서, 드레인(drain)과 소스(source), 또는 콜렉터(collector)와 이미터(emitter) 사이는 단락(short)될 수 있다.
즉, 제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)는, 제1 스위칭 소자(S1)의 온, 오프 동작에 따라 서로 상보적으로 동작하게 된다.
한편, 입력 전원(Vd)은, 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)를 경유하여 접지단으로 인가될 수 있다. 도면에서는 Path 7을 예시한다.
반면, 입력 전원(Vd)의 분압 전압인 제1 전압(V1, 예를 들어, 2V)은, 제2 스위칭 소자(S2)가 오프(off)된 상태이므로, 제2 스위칭 소자(S2)를 경유하여, 과전류 감지 신호 입력부(441)에 인가될 수 없다. 도면에서는, Path 8을 예시한다.
제3 저항 소자(R3)는, 인버터 제어부(440) 또는 전압 강압부(미도시)에 접속되어, 인버터 제어부(440) 또는 전압 강압부(미도시)로부터 전원을 공급 받을 수 있고, 따라서, 제3 저항 소자(R3)에는, 제2 전압(v2)이 인가될 수 있다.
제2 전압(V2)은 제1 전압(V1) 보다 레벨이 작게 설정될 수 있다. 이를 위해, 제1 저항 소자 내지 제3 저항 소자(R1 내지 R3)의 저항 값이 가변될 수 있다. 예를 들어, 제1 전압(V1)이 2V인 경우, 제2 전압(V2)은 0.5V로 설정될 수 있다.
제3 스위칭 소자(S3)가 온(on)되는 경우, 제2 전압(V2)은, 제3 스위칭 소자(S3)를 경유하여, 인버터 제어부(440), 특히, 과전류 감지 신호 입력부(441)에 인가될 수 있다. 도면에서는 Path 10을 예시한다.
상술한 바와 같이, 압력 감지부(430)는, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력이, 소정 압력 이상인 경우, 입력 전압(Vd)의 분압 전압인 제1 전압(V1)을 제1 스위칭 소자(S1)를 통해, 인버터 제어부(440)에 출력할 수 있다.
또한, 압력 감지부(430)는, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력이 소정 압력 미만인 경우, 제1 전압(V1)보다 레벨이 작은 제2 전압(V2)을 인버터 제어부(440)에 출력할 수 있다.
보다 상세하게는, 압축기(102)가 고압 이상 상태인 경우, 압력 감지부(430)는, 제1 전압(V1)을 제1 압력 감지 신호(Sp1)로써, 과전류 감지 신호 입력부(441)에 출력할 수 있다.
또한, 압축기(102)가 정상 압력 상태인 경우, 압력 감지부(430)는, 제2 전압(V2)을 제2 압력 감지 신호(Sp2)로써, 과전류 감지 신호 입력부(441)에 출력할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 압축기 구동 장치(220)는, 압력 감지 신호(Sp)를 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)이 아닌, 비교적 간단한 회로를 이용하여 출력하므로, 제조 원가가 절감된다.
인버터 제어부(440)는, 압력 감지 신호(Sp)를 기초로 인버터(420)를 제어할 수 있다.
인버터 제어부(440), 특히 비교부(370)는, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨과 기준 신호(Vref, 예를 들어 1V)의 레벨을 비교할 수 있다.
인버터 제어부(440), 특히 비교부(370)는, 압력 감지 신호의 레벨이 기준 신호(Vref)의 레벨 보다 큰 경우, 고압 감지 신호(Hps)를 스위칭 제어 신호 출력부(360)에 출력할 수 있다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 고압 감지 신호(Hps)를 기초로, 스위칭 정지 신호(Ss)를 인버터(420)에 출력할 수 있다. 인버터(420)는, 스위칭 정지 신호(Ss)를 기초로, 그 구동을 정지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 압축기 구동 장치(220)는, 압축기(102)의 고압 감지시, 메인 전원을 강제로 차단하지 않으므로, 인버터 제어부(440) 내, 소자들의 소손을 방지하고, 보다 안정적으로 압축기(102)를 보호할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 압축기 구동 장치(220)는, 메인 전원을 차단하기 위한, 릴레이를 그 구성요소로 하지 않으므로, 압축기 구동 장치(220) 내의 가용 면적을 증가시키고, 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 릴레이 구성의 삭제로 인해, 제조 비용이 저감된다.
인버터 제어부(440), 특히 비교부(370)는, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨이 기준 신호(Vref)의 레벨 보다 작은 경우, 고압 감지 신호(Hps)를 출력하지 않을 수 있다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)가 고압 감지 신호(Hps)를 입력 받지 못한 경우, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터 스위칭 동작 신호(So)를 생성하여 출력할 수 있다. 인버터(420)는, 스위칭 동작 신호(So)를 기초로 구동될 수 있다.
한편, 인버터 제어부(440)는, 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨과 기준 신호(Vref, 예를 들어 1V)의 레벨을 비교하여, 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨이 기준 신호(Vef)의 레벨 보다 큰 경우, 인버터 정지 신호(Ss)를 인버터(420)에 출력할 수 있다.
한편, 종래, 인버터 제어부(440)는, 과전류 감지 신호(Sc)가 인가되는 OCP 단자 또는 OVP 단자를 구비하는 것이 일반적이고, 본 발명은, 압력 감지부(430)가 상기 OCP 단자 또는 상기 OVP 단자에 접속되어, 압력 감지 신호(Sp)를 출력하므로, 인버터 제어부(440)의 하드웨어적 변경 없이도 그 구현이 가능하다는 장점이 있다.
즉, 기준 신호(Vref)의 레벨이 동일한 상태에서, 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨과, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨이 동일할 수 있다.
예를 들어, 기준 신호(Vref)의 레벨이 1V로 동일한 상태에서, 인버터(420)의 과전류 감지시, 과전류 감지부(410)가 출력하는 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨이 2V인 경우, 압축기(102)의 고압 감지시, 압력 감지부(430)가 출력하는 제1 압력 감지 신호(Sp1) 역시 2V일 수 있다.
다른 예로, 기준 신호(Vref)의 레벨이 1V로 동일한 상태에서, 인버터(420)의 정상 전류 감지시, 과전류 감지부(410)가 출력하는 과전류 감지 신호(Sc)의 레벨이 0.5V인경우, 압축기(102)의 정상 압력 감지시, 압력 감지부(430)가 출력하는 제 압력 감지 신호(Sp2) 역시 0.5V일 수 있다.
이때, 인버터 제어부(440)는 하드웨어적 변경 없이도, 과전류 감지 신호(Sc) 또는 압력 감지 신호(Sp)와, 기준 신호(Vref)의 레벨을 비교하여, 인버터(420)의 동작을 제어할 수 있게 된다.
한편, 제1 스위칭 소자 내지 제3 스위칭 소자(S1 내지 S3)의 온, 오프 동작, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨 변화, 인버터(420) 동작의 예시는 도 6에서와 같다.
압축기(102)의 압력이, 정상 압력 상태인 제1 기간(p1)동안, 제1 스위칭 소자(S1)는, 쇼트(short) 상태를 유지할 수 있다(Normally Closed: NC).
이때, 제2 스위칭 소자(S2) 및 제3 스위칭 소자(S3)는, 상보적으로 동작할 수 있다.
보다 상세하게는, 제1 기간(p1)동안, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압은 하이(high)가 되고, 반전기(cp)의 출력단 전압은 로우(low)가 되어, 제2 스위칭 소자(S2)는 턴 오프(off) 될 수 있다.
또한, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압이 하이(high)이므로, 제3 스위칭 소자(S3)는 턴 온(on) 될 수 있다.
제3 스위칭 소자(S3)가 턴 온(on)되는 경우, 제1 전압(V1) 보다 레벨이 작은 제2 전압(V2)이, 압력 감지 신호(Sp)로써, 제3 스위칭 소자(S3)를 경유하여, 인버터 제어부(440), 특히, 과전류 감지 신호 입력부(441)에 인가될 수 있다.
인버터 제어부(440)는, 제2 전압(V2)의 레벨이 기준 신호(Vref)의 레벨 보다 작으므로, 스위칭 동작 신호(So)를 생성하여 인버터(420)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 스위칭 동작 신호(So)를 기초로 동작할 수 있다.
한편, 압축기(102)의 압력이, 고압 이상 상태인 제2 기간(p2)동안, 제1 스위칭 소자(S1)는, 오픈(open) 상태를 유지할 수 있다.
제2 기간(p2)동안, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압은 로우(low)가 되고, 반전기(cp)의 출력단 전압은 하이(high)가 되어, 제2 스위칭 소자(S2)는 턴 온(on) 될 수 있다.
또한, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단 전압이 로우(low)이므로, 제3 스위칭 소자(S3)는 턴 오프(off)될 수 있다.
제3 스위칭 소자(S3)가 턴 오프(off)되는 경우, 제2 전압(V2) 보다 레벨이 큰 제1 전압(V1)이, 압력 감지 신호(Sp)로써, 제2 스위칭 소자(S2)를 경유하여, 인버터 제어부(440), 특히, 과전류 감지 신호 입력부(441)에 인가될 수 있다.
인버터 제어부(440)는, 제1 전압(V1)의 레벨이 기준 신호(Vref)의 레벨 보다 크므로, 스위칭 정지 신호(Ss)를 생성하여 인버터(420)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 인버터 정지 신호(Ss)를 기초로, 그 동작을 정지할 수 있다.
한편, 압축기(102)의 압력이, 정상 압력 상태인 제3 기간(p3)동안, 제1 스위칭 소자 내지 제3 스위칭 소자(S1 내지 S3)의 온, 오프 동작, 압력 감지 신호(Sp)의 레벨 변화, 인버터(420) 동작은 제1 기간(p1)의 그것과 동일하다. 즉, 인버터 제어부(440)는, 스위칭 동작 신호(So)를 인버터(420)에 출력하여, 인버터(420)를 구동 시킬 수 있다.
도 7은, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 실내기(21), 실내기(21)에 연결되는 실외기(31)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(21)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(21)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(31)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(31)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작 시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(21)로 냉매를 공급한다. 실외기(31)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(21)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(31)는, 연결된 실내기(21)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(21)는, 실외기(31)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(21)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(31) 및 실내기(21)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)은 실내기(21)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 8은, 도 7의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(21)와 실외기(31)로 구분된다.
실외기(31)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.
실내기(21)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(108)와, 실내측 열교환기(108)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(108)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 압축기 구동 장치(220)는, 냉매의 압력을 감지하는 압력 센서(미도시)를 더 구비할 수 있고, 압력 센서(미도시)는, 냉매 배관에 용접되거나, 분리 가능하게 나사 결합될 수 있다.
도 7의 실외기(31) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(102b)를 구동하는, 도 2와 같은, 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다.
본 발명의 압축기 구동 장치(220)는, 압축기(102)에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 기초로, 인버터(420)를 제어하므로, 메인 전원의 차단 없이, 고압으로부터 압축기(102)를 보호할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 공기조화기(100)는, 메인 전원을 차단하지 않으므로, 압축기(102)의 고압 압력 이상인 경우라도, 실외측 열교환기(104)의 전동기(105b) 등의 구동이 가능하고, 따라서, 실외측 열교환기(104)에서 냉매와, 공기(실내 및 실외)의 열교환 효율을 저하시키지 않아, 정상 상태로의 빠른 복구가 가능하다.
또한, 공기조화기(100)는, 정상 상태로의 빠른 복구로 인해, 실내 냉기 유지가 가능하므로, 사용자 쾌적감을 증가시키고, 사용자 불편을 최소화할 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
21: 실내기
31: 실외기
100: 공기조화기
102b: 모터
102: 압축기
220: 압축기 구동 장치
410: 과전류 감지부
420: 인버터
430: 압력 감지부
440: 인버터 제어부
441: 과전류 감지 신호 입력부

Claims (12)

  1. 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 압축기 모터를 구동하는 인버터;
    압축기에 응축된 냉매의 압력을 감지하고, 압력 감지 신호를 출력하는 압력 감지부; 및
    상기 압력 감지 신호를 기초로, 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는,
    상기 압력이 소정 압력 이상인 경우, 턴 오프되는 제1 스위칭 소자와, 상기 제1 스위칭 소자의 일단에 병렬 접속되는 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자의 상보적 동작에 따라, 상이한 레벨의 압력 감지 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 감지부는,
    상기 제1 스위칭 소자의 출력단 전압을 반전시키는 반전기를 더 포함하고,
    상기 반전기는,
    출력단이 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 또는 베이스에 접속되고, 입력단이 상기 제3 스위칭 소장의 게이트 또는 베이스에 접속되는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력 감지부는,
    상기 제1 스위칭 소자의 타단에 접속되어 입력 전압을 분압하는 제1 저항 소자 및 제2 저항 소자와, 상기 제3 스위칭 소자의 드레인 또는 콜렉터에 접속되는 제3 저항 소자를 더 포함하고, 상기 제2 스위칭 소자의 드레인 또는 콜렉터는, 상기 제1 저항 소자 및 제2 저항 소자 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력 감지부는,
    상기 제3 스위칭 소자의 게이트 또는 베이스와, 접지단 사이에 접속되는 저항 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력 감지부는,
    상기 압력이 상기 소정 압력 이상인 경우, 입력 전압의 분압 전압인 제1 전압을, 상기 제1 스위칭 소자를 통해 상기 인버터 제어부에 출력하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압력 감지부는,
    상기 압력이 상기 소정 압력 미만인 경우, 상기 제1 전압 보다 레벨이 작은 제2 전압을 상기 인버터 제어부에 출력하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 압력 감지 신호의 레벨과 기준 신호의 레벨을 비교하여, 고압 감지 신호를 출력하는 비교부와, 상기 고압 감지 신호를 기초로, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비교부는,
    상기 압력 감지 신호의 레벨이, 상기 기준 신호의 레벨 보다 큰 경우, 고압 감지 신호를 출력하고,
    상기 스위칭 제어 신호 출력부는,
    상기 고압 감지 신호를 기초로, 스위칭 정지 신호를, 상기 인버터에 출력하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압력 감지부는,
    상기 제3 스위칭 소자의 소스 또는 이미터에 접속되는, 커패시터 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인버터에 인가되는 과전류를 감지하고, 과전류 감지 신호를 출력하는 과전류 감지부를 더 포함하고,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 과전류 감지 신호가 입력되는, 과전류 감지 신호 입력부를 구비하고, 상기 과전류 감지 신호를 기초로, 상기 스위칭 소자의 온, 오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압력 감지부는,
    상기 과전류 감지 신호 입력부에 접속되는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 압축기 구동 장치를 구비하는 공기조화기.
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