KR20190060400A - 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 컨버터의 출력단에 연결되는 제1 dc 단 커패시터, 컨버터의 출력단에 연결되는 제2 dc 단 커패시터, 제1 dc 단 커패시터에 저장된 전원에 기초하여, 모터를 구동하는 인버터부, 및, 제2 dc 단 커패시터에 저장된 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부를 포함함으로써. 제조 비용 및 소비 전력을 절감할 수 있다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{Power converting apparatus and home appliance including the same}
본 발명은 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 소비 전력 및 제조 비용을 절감할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
전력 변환 장치는, 입력 전원을 변환하여 변환된 전력을 공급하는 장치이다. 이러한 전력 변환 장치는, 홈 어플라이언스 내에 각각 배치되어, 입력 전원을 변환하여, 홈 어플라이언스를 구동하기 위한 전원으로 변환한다.
한편, 홈 어플라이언스의 다양한 기능이 탑재되면서, 다양한 레벨의 구동 전원이 필요하게 되고 있다. 이에 따라, 다출력의 전원을 출력할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
한편, 종래의 홈 어플라이언스에는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 복수의 전력 변환 장치가 사용된다. 예를 들어, 인버터 등의 고전압 부하를 위한 고전압 부하용 컨버터와, 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS) 등의 저전압 부하를 위한 저전압 부하용 컨버터가 별도로 설계된다.
또한, 각각의 전력 변환 장치는 브릿지 다이오드, 스위칭 소자 등을 포함하여, 구조상 많은 공간을 차지하고, 회로 소자의 중복 사용 및 제조 공정의 추가로 제조 원가가 상승 된다는 문제점이 있다.
따라서, 제조 비용을 절감하면서 소비 전력도 절감할 수 있는 효율적인 전력 변환 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 제조 비용을 절감할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 소비 전력을 절감할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 효율적으로 전력을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 컨버터의 출력단에 연결되는 제1 dc 단 커패시터, 컨버터의 출력단에 연결되는 제2 dc 단 커패시터, 제1 dc 단 커패시터에 저장된 전원에 기초하여, 모터를 구동하는 인버터부, 및, 제2 dc 단 커패시터에 저장된 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부를 포함함으로써. 제조 비용 및 소비 전력을 절감할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 컨버터의 출력단에 연결되는 제1 dc 단 커패시터, 컨버터의 출력단에 연결되는 제2 dc 단 커패시터, 제1 dc 단 커패시터에 저장된 전원에 기초하여, 모터를 구동하는 인버터부, 및, 제2 dc 단 커패시터에 저장된 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부를 포함하는 전력 변환 장치를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제조 비용 및 소비 전력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 효율적으로 전력을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공할 수 있다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.
도 4는 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 5는 종래 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 전력 변환 장치는, 홈 어플라이언스 내에 구비되는 전력 변환 장치일 수 있다. 홈 어플라이언스는, 냉장고, 세탁기, 건조기, 에어컨, 제습기, 조리기기, 청소기 등을 포함하는 것으로서, 이하에서는, 다양한 홈 어플라이언스 중 공기조화기를 중심으로 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 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 동작시켜 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 가변 되는 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 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(21)와 실외기(31)로 구분된다.
실외기(31)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진 시키는 실외 팬(105a)과 실외 팬(105a)을 회전시키는 모터(250)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함할 수 있다.
실내기(21)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내 팬(109a)과 실내 팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109)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, 실외기(31) 내의 실외 팬(105a)은, 모터(250)를 구동하는 실외 팬 구동부(200)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 실외기(31) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(미도시)를 구동하는 압축기 모터 구동부(도 3의 113)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 실내기(21) 내의 실내 팬(109a)은, 실내 팬 모터(109b)를 구동하는 실내 팬 구동부(300)에 의해 구동될 수 있다.
이하에서는 실외 팬 구동부(200)를 실외 팬 구동 장치로 명명할 수도 있다. 또한, 실내 팬 구동부(300)를 실내 팬 구동 장치로 명명할 수도 있다.
도 3은 도 1의 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.
도 3을 참조하면, 공기조화기(100)는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 토출 온도 감지부(118), 실외 온도 감지부(138), 실내 온도 감지부(158), 메모리(140)를 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기(100)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300), 절환 밸브(110), 팽창 밸브(106), 표시부(130), 및 입력부(120)를 더 포함할 수 있다.
압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a) 등은 도 2를 참조하여 상술한 것과 같이 동작할 수 있다.
입력부(120)는, 다수개의 조작 버튼을 구비하여, 입력되는 공기조화기의 운전 목표 온도에 대한 신호를 제어부(170)로 전달한다.
표시부(130)는, 공기조화기(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 실내기(21)의 동작상태를 출력하는 표시수단을 구비하여, 운전상태 및 에러를 표시할 수 있다.
표시부(130)는, 실내기(21)와 실외기(31)의 결선 상태를 표시할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 구비할 수 있고, 발광 다이오드(LED)는 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 정상인 경우 점등하고, 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 이상인 경우 소등할 수 있다.
메모리(140)는, 공기조화기(100) 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.
토출 온도 감지부(118)는, 압축기(102)에서의 냉매 토출 온도(Tc)를 감지할 수 있으며, 감지된 냉매 토출 온도(Tc)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
실외 온도 감지부(138)는, 공기조화기(100)의 실외기(31) 주변의 온도인, 실외 온도(To)를 감지할 수 있으며, 감지된 실외 온도(To)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
실내 온도 감지부(158)는, 공기조화기(100)의 실내기(21) 주변의 온도인, 실내 온도(Ti)를 감지할 수 있으며, 감지된 실내 온도(Ti)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
제어부(170)는, 감지된 냉매 토출 온도(Tc), 감지된 실외 온도(To), 감지된 실내 온도(Ti) 중 적어도 하나, 및 입력된 목표 온도에 기초하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 최종 목표 과열도를 산출하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 압축기(102), 실내 팬(109a), 실외 팬(105a)의 동작 제어를 위해, 도면에서 도시된 바와 같이, 각각, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에, 목표 온도에 기초하여, 각각 해당하는 속도 지령치 신호를 출력할 수 있다.
그리고 각각의 속도 지령치 신호에 기초하여, 압축기 모터(미도시), 모터(250), 실내 팬 모터(109b)는, 각각, 목표 회전 속도로 동작 될 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에 대한 제어 이외에, 공기조화기(100) 전반의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)의 동작을 제어할 수 있다. 또는, 제어부(170)는, 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 공기조화기는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 메모리(140) 등 각 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
전원 공급부는 입력 전원을 각 유닛의 구동에 필요한 전원으로 변환하여 공급할 수 있다. 따라서, 전원 공급부의 적어도 일부 구성은 전력 변환 장치로 명명될 수도 있다.
이하에서 설명되는 전력 변환 장치는 홈 어플라이언스의 전원 공급부에 구비될 수 있다.
도 4는 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 4를 참조하면, 전력 변환 장치는, 입력 전원부(405), 컨버터(410), 전력 변환부(440), DC 출력부(450)를 포함할 수 있다.
입력 전원부(405)에는 전원이 입력된다. 예를 들어, 입력 전원부(405)에는 교류 전원이 입력될 수 있다. 또한, 입력 전원부(405)는, 입력 교류 전원의 노이즈를 제거하는 필터부를 더 포함할 수 있다.
컨버터(410)는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, 변환된 직류 전원을 출력할 수 있다. 이를 위해, 컨버터(410)는, 정류부를 포함하여, 입력 교류 전원을 정류하여 정류된 전원을 출력할 수 있다.
예를 들어, 컨버터(410)는 브릿지 다이오드를 구비할 수 있다. 입력 전원의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)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(410)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.
또한, 전력 변환 장치는, 컨버터(410)에서 변환된 직류 전원을 저장하는 dc 단 커패시터(C), 상기 dc 단 커패시터(C)에 저장된 상기 직류 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부(440)를 포함할 수 있다.
dc 단 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc 단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, dc 단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
전력 변환부(440)는, 상기 dc 단 커패시터(C)에 저장된 상기 직류 전원을 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 전력 변환부(440)는, 강압된 전압을 출력할 수 있다. 전력 변환부(440)는, 고주파 변압기를 사용하는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS) 또는 비절연 강압형의 벅 컨버터(Buck converter) 등의 AC-DC 변환 장치를 포함할 수 있다.
또한, 전력 변환부(440)의 2차측에 연결되는 DC 출력부(450)는, 2차측 정류부를 포함하고, 전력 변환부(440)의 스위칭 트랜스포머의 2차측 출력 전압을 졍류 및 평활하여 부하측에서 필요로하는 정전압을 공급할 수 있다.
DC 출력부(450)가 출력하는 복수의 직류 전압은, 홈 어플라이언스 내의 각 유닛(부하1, 부하2, 부하3, ...)에 공급될 수 있다.
도 5는 종래 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
전력 변환 장치는, 모터, 압축기 등의 고전압 부하로 전력을 공급할 수 있고, 실시예에 따라서는 구동장치로 동작할 수 있다.
전력 변환 장치는, 모터, 압축기 등의 고전압 부하로 연결되는 고압부와 5V, 15V 등의 저전압 부하로 연결되는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)부를 포함할 수 있다.
이와 같이, 고압부와 SMPS 전원분리 회로의 경우, AC 부에서 별도로 분기되어 DC로 전환될 수 있다.
도 5를 참조하면, 모터(535) 등의 고전압 부하로 연결되는 전원 패스와 5V, 15V 등의 저전압 부하로 전원을 공급하는 DC 출력부(550)로의 전원 패스가 AC 입력 전원(505)에서 분기될 수 있다.
도 5를 참조하면, 전력 변환 장치는, 돌입 전류(inrush current)를 방지하기 위한, 릴레이부(510)를 포함할 수 있다. 릴레이부(510)는, 저항 소자 또는 다이오드 소자를 구비할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전력 변환 장치는, 리액터(L1), 리액터(L1)를 거친 상용 교류 전원(505)을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터(520), 평활 커패시터(C1a), 복수의 스위칭 소자를 구비하는 인버터와 인버터 제어부를 포함하는 인버터부(530), 및, 인버터부(530)로부터 변환된 전원을 공급받는 모터(535)를 포함할 수 있다.
또한, 전력 변환 장치는, 상용 교류 전원(505)을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터(525), 평활 커패시터(C1b), 평활 커패시터(C1b)에 저장된 직류 전원을 강압하는 등 변환하는 전력 변환부(540), 5V, 15V 등의 저전압 부하로 전원을 공급하는 DC 출력부(550)를 포함할 수 있다.
도 5에서 예시된 전력 변환 장치는, 동일한 기능을 수행하는 브릿지 다이오드(520, 525)가 이중으로 적용된다.
즉, 종래의 전력 변환 장치는 2개의 컨버터(520, 525)를 각각 구비하므로, 제조 원가의 상승은 물론, 제조 공정의 추가로 인한 비효율의 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은, 중복되는 브릿지 다이오드들을 공용 브릿지 다이오드로 구성하고, 고전압부와 SMPS부에 전원을 효율적으로 공급할 수 있는 방안을 제안한다.
이하에서 설명되는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 공기조화기 등 홈 어플라이언스에 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전원(605)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(610)를 포함할 수 있다.
입력 교류 전원(605)은, 단상 교류 전원이거나 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(605)의 종류에 따라 컨버터(610)의 내부 구조도 달라질 수 있다.
컨버터(610)는 복수개의 브릿지 다이오드 소자를 포함할 수 있다.
컨버터(610)는, 정류부만을 구비하거나, 정류부와 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
정류부는, 교류 전원(605)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 출력할 수 있다. 이를 위해, 정류부는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자 및 하암 다이오드 소자가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.
한편, 정류부가, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 정류부가, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(610)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(610)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.
컨버터(610)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 컨버터(610)의 입력단에 연결되는 리액터(L2)를 더 포함할 수 있다.
리액터(L2)는, 상용 교류 전원(605)과 컨버터(610) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L2)는 컨버터(610)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다. 리액터(L2)도 공용으로 구비됨으로써, 고전압부 뿐만 아니라 SMPS부의 효율 및 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 컨버터(610)의 출력단에 연결되는 제1 dc 단 커패시터(C2a)와 제2 dc 단 커패시터(C2b)를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 공용 컨버터(610)를 이용하여 전원을 공급하게 된다.
도 5와 같이, 고압부와 SMPS 전원분리 회로의 경우, 전단의 AC 부에서 별도로 분기되어 DC로 전환될 수 있다.
이 경우에, 동일한 기능을 하는 브릿지 다이오드가 중복 적용되므로, 재료비 상승의 요인이 된다. 또한, 운전 시 2개의 브릿지 다이오드 동작으로 인한 다이오드 Vf 전압에 따른 효율 감소 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 변환 장치의 고압부와 SMPS부를 후단의 DC 부에서 분기하고, 브릿지 다이오드를 공용으로 사용할 수 있다.
제1 dc 단 커패시터(C2a)와 제2 dc 단 커패시터(C2b)는 평활 커패시터로서, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 제1 dc 단 커패시터(C2a)에 저장된 전원에 기초하여, 모터(635)를 구동하는 인버터부(630)를 더 포함할 수 있다.
인버터부(630)는 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하는 인버터(미도시)와 인버터를 제어하는 인버터 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
인버터는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 동기 모터(635)에 출력할 수 있다.
인버터는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(635)에 출력되게 된다.
인버터 제어부는, 인버터의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 펄스폭 변조 방식(PWM)의 인버터 스위칭 제어신호를 인버터에 출력할 수 있다.
모터(635)는, 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 모터(230)의 종류로는 BLDC(Brushless DC electric motor), synRM(Synchronous reluctance motor) 등 다양한 형태가 가능하다. 보다 바람직하게는 모터(635)는 BLDC 모터일 수 있다.
BLDC 모터의 경우, 소형화가 쉽고, 내구성이 강하며, 속도 제어나 토크 제어가 뛰어나다는 장점이 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 제2 dc 단 커패시터(C2b)에 저장된 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부(640)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 전력 변환부(640)의 출력단에 연결되어, 하나 이상의 부하로 직류 전원을 공급하는 DC 출력부(650)를 더 포함할 수 있다.
전력 변환부(640)는, 상기 제2 dc 단 커패시터(C2b)에 저장된 직류 전원을 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 전력 변환부(640)는, 5V, 15V 등 부하들이 필요로 하는 복수의 레벨로 강압된 전압들을 출력할 수 있다. 전력 변환부(640)는, 고주파 변압기를 사용하는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS) 또는 비절연 강압형의 벅 컨버터(Buck converter) 등의 AC-DC 변환 장치를 포함할 수 있다.
또한, 전력 변환부(640)의 2차측에 연결되는 DC 출력부(650)는, 2차측 정류부를 포함하고, 전력 변환부(640)의 스위칭 트랜스포머의 2차측 출력 전압을 졍류 및 평활하여 부하측에서 필요로하는 정전압을 공급할 수 있다.
DC 출력부(650)는 홈 어플라이언스에 구비되는 복수의 부하(미도시)에 적합한 각각의 구동 전원을 출력한다. 즉, DC 출력부(650)는 복수의 부하에서 요구되는 다양한 크기의 전압을 안정되게 생성하여 출력한다. 예를 들어, DC 출력부(650)는 5V, 8V, 12V, 15V, 22V의 직류전압을 출력할 수 있다.
DC 출력부(650)가 출력하는 복수의 직류 전압은, 마이컴(Micom, 미도시) 등 홈 어플라이언스 내의 각 유닛에 공급될 수 있다.
마이컴은 홈 어플라이언스에 구비되는 복수의 유닛을 제어하는 제어 신호를 생성하여 각 유닛에 상기 제어 신호를 전송할 수 있다. 또한, 마이컴은 전력 변환 장치의 각 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다. 예를 들어, 마이컴은 릴레이부(620)의 제1,2 릴레이 스위치들의 온/오프를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 대기 모드에서는 상기 제2 dc 단 커패시터(C2b)과 상기 전력 변환부(640)로만 전원이 공급될 수 있다.
즉, 대기 모드에서는, 상기 제2 dc 단 커패시터(C2b)과 상기 전력 변환부(640), DC 출력부(650)를 포함하는 SMPS부에만 전원을 공급하고, 상기 제1 dc 단 커패시터(C2a)과 상기 인버터부(630)를 포함하는 고전압부(또는 메인 파워부로 명명 가능)에는 전원을 공급하지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 컨버터(610)의 출력단과 상기 제1 dc 단 커패시터(C2a)의 사이에 배치되는 릴레이부(620)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 브릿지 다이오드(610)를 거친 DC 부에서 전원이 분기되도록 구성할 수 있다.
예를 들어, 브릿지 다이오드(610)를 거친 DC 부에서 메인 파워부와 SMPS부로 분기되어 구성될 수 있다.
또한, 돌입전류 보호를 위한 릴레이 회로는 DC 메인 파워부로 배치되도록 설계할 수 있다.
제1 dc 단 커패시터(C2a)는 인버터부(630) 등 고전압부에 공급되는 고전압을 저장해야 하므로, 고용량 커패시터로 구성될 수 있다. 커패시터의 용량이 커질수록 돌입 전류가 급격히 증가할 수 있다.
따라서, 돌입 전류를 방지하는 릴레이부(620)는 제1 dc 단 커패시터(C2a)측에 배치되어 고용량 커패시터에 의해 발생하는 돌입 전류를 방지할 수 있다. 릴레이부(620)는 소정 시간 전원이 인가되는 것을 지연시킴으로서, 순간적으로 과전압 또는 돌입전류가 입력되는 것을 방지하여, 그에 따른 오동작 및 손상을 방지할 수 있다.
상기 릴레이부(620)는, 대기 모드에서는 상기 제1 dc 단 커패시터(C2a)과 상기 인버터부(630)로 전원이 공급되는 것을 차단하도록 동작하고, 동작 모드에서는 상기 제1 dc 단 커패시터(C2a)과 상기 인버터부(630)로 전원이 공급되도록 동작할 수 있다.
한편, 상기 릴레이부(620)는, 직렬 연결되는 저항(도 7의 621 참조)과 제1 릴레이(도 7의 622 참조), 및 상기 저항(621), 제1 릴레이(622)에 병렬 연결되는 제2 릴레이(도 7의 623 참조)를 포함할 수 있다.
한편, 대기 모드에서는 상기 제1 릴레이(622)와 상기 제2 릴레이(623)가 오프(off)될 수 있다.
도 7을 참조하면, 압축기, 팬, 모터 등 고전압 부하가 구동되지 않는 대기 모드에서는 상기 제1 릴레이(622)와 상기 제2 릴레이(623)가 모두 오프(off)될 수 있다.
이에 따라, 대기 모드에서는, 상기 제2 dc 단 커패시터(C2b)과 상기 전력 변환부(640), DC 출력부(650)를 포함하는 SMPS부에만 전원을 공급하고, 상기 제1 dc 단 커패시터(C2a)과 상기 인버터부(630)를 포함하는 고전압부에는 전원을 공급하지 않을 수 있다.
동작 모드에서는 상기 제1 릴레이(622)와 상기 제2 릴레이(623)가 순차적으로 온(on)될 수 있다.
도 8을 참조하면, 압축기, 팬, 모터 등 고전압 부하가 구동되는 동작 모드 중 초기 시작 구간에서는, 상기 제1 릴레이(622)는 온(on), 상기 제2 릴레이(623)는 오프(off)될 수 있다. 저항(621)은 상기 제1 dc 단 커패시터(C2a)의 충전 시간을 조절할 수 있다. 이에 따라, 전원 패스(path)에 저항(621)으로 돌입 전류를 저감할 수 있다.
한편, 상기 제1 dc 단 커패시터(C2a)의 충전이 완료되면, 상기 제1 릴레이(622)는 오프(off), 상기 제2 릴레이(623)는 온(on)될 수 있다. 즉, 동작 모드의 동작 구간에서는 메인 릴레이(Main Relay)인 상기 제2 릴레이(623)가 온(on)될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중복된 회로 소자의 감소 및 제조 공정의 단순화를 꾀할 수 있고, 직류 전압의 변환을 효율적으로 수행할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 6 내지 도 9에서 기술한 전력 변환 장치는, 도 1의 공기조화기 외에 다양한 홈 어플라이언스에 적용이 가능하다. 예를 들어, 세탁물 처리기기(세탁기, 건조기 등), 냉장고, 정수기, 로봇 청소기 등 다양한 분야에서 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 브릿지 다이오드 1개를 통한 전력 변환 장치 회로 구성이 가능하다, 또한, 파워부 릴레이 온오프는 AC부에서 DC부로 이동하여 적용될 수 있다.
따라서, 브릿지 다이오드 1개 삭제를 통하여 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 운전 시 브릿지 다이오드 1개 동작에 따른 소비 전력 저감이 가능하다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제조 비용 및 소비 전력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 효율적으로 전력을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 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 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
컨버터 : 610
릴레이부 : 620
인버터부 : 630
전력 변환부 : 640
DC 출력부 : 650

Claims (11)

  1. 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터;
    상기 컨버터의 출력단에 연결되는 제1 dc 단 커패시터;
    상기 컨버터의 출력단에 연결되는 제2 dc 단 커패시터;
    상기 제1 dc 단 커패시터에 저장된 전원에 기초하여, 모터를 구동하는 인버터부; 및,
    상기 제2 dc 단 커패시터에 저장된 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부;를 포함하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터의 입력단에 연결되는 리액터;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환부의 출력단에 연결되어, 하나 이상의 부하로 직류 전원을 공급하는 DC 출력부;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는 복수개의 브릿지 다이오드 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    대기 모드에서는 상기 제2 dc 단 커패시터과 상기 전력 변환부로 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터의 출력단과 상기 제1 dc 단 커패시터의 사이에 배치되는 릴레이부;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 릴레이부는, 대기 모드에서는 상기 제1 dc 단 커패시터과 상기 인버터부로 전원이 공급되는 것을 차단하도록 동작하고, 동작 모드에서는 상기 제1 dc 단 커패시터과 상기 인버터부로 전원이 공급되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 릴레이부는, 직렬 연결되는 저항과 제1 릴레이, 및 상기 저항과 상기 제1 릴레이에 병렬 연결되는 제2 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    대기 모드에서는 상기 제1 릴레이와 상기 제2 릴레이가 오프(off)되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    동작 모드에서는 상기 제1 릴레이와 상기 제2 릴레이가 순차적으로 온(on)되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 어플라이언스.



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