KR20190090542A - Active power filter and air conditioner comprising the same - Google Patents

Active power filter and air conditioner comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20190090542A
KR20190090542A KR1020180009348A KR20180009348A KR20190090542A KR 20190090542 A KR20190090542 A KR 20190090542A KR 1020180009348 A KR1020180009348 A KR 1020180009348A KR 20180009348 A KR20180009348 A KR 20180009348A KR 20190090542 A KR20190090542 A KR 20190090542A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
voltage
active power
power filter
switching element
Prior art date
Application number
KR1020180009348A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
강명규
채승우
오정언
이동근
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020180009348A priority Critical patent/KR20190090542A/en
Publication of KR20190090542A publication Critical patent/KR20190090542A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/025—Motor control arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/33—Thin- or thick-film capacitors 
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/021—Inverters therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

The present invention relates to an active power filter, and an air conditioner including the same and, more specifically, to an active power filter capable of initial charge of a bootstrap capacitor without relay control, and an air conditioner including the same. According to an embodiment of the present invention, the active power filter, which does not comprise a relay, comprises: a direct current (DC) link capacitor storing a three-phase alternating current (AC) power source supplied from a three-phase system in a shape of DC voltage; a power conversion circuit including an upper end switching element and a lower end switching element converting the DC voltage stored in the DC link capacitor; a gate drive circuit including a gate driver supplying gate voltage to the upper end and lower end switching elements and a bootstrap capacitor supplying drive voltage to the gate driver; and a switch control unit controlling switching operation of the upper end and lower end switching elements in accordance with a level of AC voltage supplied from each phase of the three-phase system to charge the bootstrap capacitor.

Description

능동전력필터 및 이를 포함하는 공기조화장치{ACTIVE POWER FILTER AND AIR CONDITIONER COMPRISING THE SAME}ACTIVE POWER FILTER AND AIR CONDITIONER COMPRISING THE SAME}

본 발명은 능동전력필터 및 이를 포함하는 공기조화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 릴레이 제어 없이 부트스트랩 커패시터의 초기 충전이 가능한 능동전력필터 및 이를 포함하는 공기조화장치에 관한 것이다.The present invention relates to an active power filter and an air conditioner including the same, and more particularly, to an active power filter capable of initial charging of a bootstrap capacitor without relay control and an air conditioner including the same.

공기조화장치는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 냉온의 공기를 토출하여 실내 온도를 조절하거나 실내 공기를 정화하는 장치이다. 일반적으로 공기조화장치는 실내에 설치되는 실내기와, 실내기로 냉매를 공급하는 실외기로 구성된다.The air conditioner is a device for adjusting indoor temperature or purifying indoor air by discharging cold air to create a pleasant indoor environment. Generally, the air conditioner is composed of an indoor unit installed in a room and an outdoor unit supplying refrigerant to the indoor unit.

여기서, 실외기는 크게 압축기 및 열교환기 등으로 구성되며, 압축기를 구동하기 위한 모터, 모터를 구동하기 위한 모터 구동 장치를 포함한다.Here, the outdoor unit is mainly composed of a compressor, a heat exchanger, and the like, and includes a motor for driving the compressor and a motor driving device for driving the motor.

모터 구동 장치는 비선형 소자(예를 들어, 다이오드, 전력 스위칭 소자)를 포함하고, 이와 같은 비선형 소자로 인해 모터 구동 장치에서는 계통에서 공급되는 교류 전류의 주파수의 정수배를 갖는 고조파 전류가 발생한다.The motor drive device includes a nonlinear element (for example, a diode, a power switching element), and the nonlinear element generates a harmonic current having an integer multiple of the frequency of the alternating current supplied from the system in the motor drive device.

모터 구동 장치에서 발생하는 고조파 전류는 계통 및 해당 계통에 연결된 다른 부하에 악영향을 미치므로, 고조파 전류를 상쇄하기 위한 능동전력필터(Active Power Filter; APF)가 모터 구동 장치와 연결된다.Since the harmonic current generated in the motor drive device adversely affects the grid and other loads connected to the grid, an active power filter (APF) for canceling the harmonic current is connected to the motor drive device.

전술한 모터 구동 장치와 능동전력필터에는 일본공개번호 2015-139230에 개시된 바와 같이 복수의 전력 스위칭 소자 및 복수의 전력 스위칭 소자를 구동하기 위한 게이트 드라이버가 포함된다. The motor driving device and the active power filter described above include a plurality of power switching elements and a gate driver for driving the plurality of power switching elements as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-139230.

다만, 전술한 전력 스위칭 소자를 구동하기 위해서는 게이트 드라이버에 연결된 부트스트랩 커패시터의 초기 충전이 요구되는데 이에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.However, in order to drive the aforementioned power switching element, an initial charging of the bootstrap capacitor connected to the gate driver is required, which will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 종래 모터 구동 장치의 회로를 도시한 도면이고, 도 2는 종래 능동전력필터의 회로를 도시한 도면이다. 또한, 도 3은 도 2에 도시된 능동전력필터의 초기 충전을 위한 회로를 도시한 도면이다.1 is a view showing a circuit of a conventional motor drive device, Figure 2 is a view showing a circuit of a conventional active power filter. 3 is a diagram illustrating a circuit for initial charging of the active power filter shown in FIG. 2.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 모터 구동 장치(10) 및 능동전력필터(20)는 복수의 전력 스위칭 소자(13, 22) 및 복수의 전력 스위칭 소자(13, 22)에 게이트 전압을 공급하는 게이트 드라이버(미도시)를 포함한다. 여기서 복수의 전력 스위칭 소자(13, 22)는 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자가 각 상에 대하여 쌍을 이루어 구비된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the motor driving apparatus 10 and the active power filter 20 supply gate voltages to the plurality of power switching elements 13 and 22 and the plurality of power switching elements 13 and 22. A gate driver (not shown). Here, the plurality of power switching elements 13 and 22 are provided with a pair of upper switching elements and lower switching elements for each phase.

일반적으로, 상단 스위칭 소자의 턴 온 시 3상 계통(200)에 연결되어 있는 상단 스위칭 소자의 소스(source)단의 전압이 상승한다. 이에 따라, 게이트 드라이버가 상단 스위칭 소자에 하단 스위칭 소자와 동일한 게이트 전압을 인가하더라도 상단 게이트 소자의 게이트-소스간의 전압이 작아져 상단 스위칭 소자가 정상적으로 스위칭 동작을 수행하지 못한다.In general, when the upper switching device is turned on, the voltage at the source terminal of the upper switching device connected to the three-phase system 200 increases. Accordingly, even if the gate driver applies the same gate voltage to the upper switching element as the lower switching element, the voltage between the gate and the source of the upper gate element is reduced, so that the upper switching element does not normally perform the switching operation.

이를 방지하기 위해, 게이트 드라이버에는 부트스트랩 커패시터(미도시)가 연결되고, 게이트 드라이버는 부트스트랩 커패시터에 충전된 전압을 이용하여 상단 스위칭 소자에 게이트 전압을 인가한다.In order to prevent this, a bootstrap capacitor (not shown) is connected to the gate driver, and the gate driver applies a gate voltage to the upper switching element using the voltage charged in the bootstrap capacitor.

전술한 바와 같이 게이트 드라이버는 부트스트랩 커패시터에 충전된 전압을 이용하여 전력 스위칭 소자(13, 22)를 구동하므로, 전력 스위칭 소자(13, 22)의 구동 이전에 부트스트랩 커패시터가 충전되어야 하며 이와 같은 동작을 부트스트랩 커패시터의 초기 충전이라 한다.As described above, since the gate driver drives the power switching elements 13 and 22 using the voltage charged in the bootstrap capacitor, the bootstrap capacitor must be charged before the power switching elements 13 and 22 are driven. The operation is called initial charging of the bootstrap capacitor.

다시 도 1을 참조하면, 모터 구동 장치(10)는 복수의 전력 스위칭 소자(13)의 전단에 DC 링크 커패시터(12)를 포함한다. DC 링크 커패시터(12)에는 정류 회로(11)에 의해 정류된 직류 전압이 저장된다.Referring back to FIG. 1, the motor driving apparatus 10 includes a DC link capacitor 12 in front of the plurality of power switching elements 13. The DC link capacitor 12 stores the DC voltage rectified by the rectifier circuit 11.

모터 구동 장치(10)는 하단 스위칭 소자를 하나씩 턴 온 제어하여 각 상에 연결된 부트스트랩 커패시터를 초기 충전한다. 이 경우 전력 스위칭 소자(13)에는 DC 링크 커패시터(12)에 저장된 일정한 직류 전압이 인가되므로 정상적인 초기 충전이 수행된다.The motor driving device 10 turns on the lower switching elements one by one to initially charge the bootstrap capacitor connected to each phase. In this case, since the constant DC voltage stored in the DC link capacitor 12 is applied to the power switching element 13, normal initial charging is performed.

다시 도 2를 참조하면, 먼저 능동전력필터(20)는 3상 계통(200)으로부터 공급되는 교류 전압을 통해 DC 링크 커패시터(23)를 일정 전압 이상으로 충전한다.Referring back to FIG. 2, first, the active power filter 20 charges the DC link capacitor 23 to a predetermined voltage or more through an AC voltage supplied from the three-phase system 200.

다만, DC 링크 커패시터(23)가 3상 계통(200)의 각 상에 모두 연결되는 경우, 높은 선간전압으로 인한 돌입전류가 발생하므로, 도 2에 도시된 바와 같은 계통 연계형(grid-connected) 능동전력필터(20)의 경우 릴레이(21)를 통해 계통(200)과 연결된다.However, when the DC link capacitor 23 is all connected to each phase of the three-phase system 200, since the inrush current is generated due to the high line voltage, grid-connected as shown in FIG. In the case of the active power filter 20 is connected to the grid 200 via a relay (21).

도 3을 참조하면, 능동전력필터(20)는 계통단에 구비된 릴레이(21) 외에도 DC 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 션트 저항(25) 및 초기충전 릴레이(24)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the active power filter 20 includes a shunt resistor 25 and an initial charge relay 24 for initial charging of the DC link capacitor, in addition to the relay 21 provided at the grid stage.

능동전력필터(20)는 3상 계통(200)과 연결된 릴레이(21) 중 어느 하나의 릴레이와 초기충전 릴레이(24)를 온 상태로 제어하여 어느 한 상으로부터 공급되는 교류 전압을 이용하여 DC 링크 커패시터(23)를 초기 충전한다. 이 때, 션트 저항(25)은 DC 링크 커패시터(23)에 흐르는 전류의 크기를 제한하는 역할을 수행한다.The active power filter 20 controls the one of the relay 21 and the initial charge relay 24 of the relay 21 connected to the three-phase system 200 to the ON state by using an AC voltage supplied from one phase. The capacitor 23 is initially charged. At this time, the shunt resistor 25 serves to limit the magnitude of the current flowing through the DC link capacitor 23.

이후, 능동전력필터(20)는 초기충전 릴레이(24)를 오프 상태로 제어하고, 나머지 릴레이(21)를 모두 온 상태로 제어하여 복수의 전력 스위칭 소자(22)의 스위칭 동작을 제어한다.Subsequently, the active power filter 20 controls the initial charging relay 24 to the off state, and controls all the remaining relays 21 to the on state to control the switching operations of the plurality of power switching elements 22.

한편, 능동전력필터(20)는 3상 계통(200) 중 어느 한 상에 연결된 릴레이와 해당 상에 연결된 하단 스위칭 소자를 턴 온 제어함으로써, 해당 상의 부트스트랩 커패시터를 초기 충전한다.Meanwhile, the active power filter 20 initially turns on the bootstrap capacitor of the phase by controlling the turn on of the relay connected to one of the three-phase system 200 and the lower switching element connected to the phase.

이와 같은 방법으로 능동전력필터(20)는 3상 계통(200)과 연결된 각각의 릴레이(21)와, 각 상에 연결된 하단 스위칭 소자를 턴 온 제어함으로써, 3상에 대응하는 부트스트랩 커패시터를 초기 충전한다.In this way, the active power filter 20 controls the relay 21 connected to the three-phase system 200 and the lower switching element connected to each phase to turn on the bootstrap capacitor corresponding to the three phases. To charge.

다만, 최근에는 DC 링크 커패시터로서 커패시턴스(capacitance)가 작은 필름 커패시터(film capacitor)가 이용되고 있으며, DC 링크 커패시터가 필름 커패시터인 경우, DC 링크 커패시터의 초기 충전이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 3상 계통(200)과 연결되는 릴레이(21) 제어 없이도 돌입전류가 발생하지 않는다.However, recently, a film capacitor having a small capacitance is used as a DC link capacitor. When the DC link capacitor is a film capacitor, not only the initial charging of the DC link capacitor is required, but also a three-phase system. The inrush current does not occur even without the control of the relay 21 connected to the 200.

이에 따라, 릴레이(21)를 포함하지 않는 3상 계통 연계 능동전력필터(20)에 대한 연구가 지속되고 있으나, 계통 전압을 고려하지 않고 부트스트랩 커패시터의 초기 충전 동작을 수행하는 경우 능동전력필터(20) 내부의 소자가 소손되는 치명적인 문제점이 있다.Accordingly, although the research on the three-phase grid-connected active power filter 20 that does not include the relay 21 continues, the active power filter (when performing the initial charging operation of the bootstrap capacitor without considering the grid voltage) 20) There is a fatal problem that the internal element is burned out.

본 발명은 3상 계통과 연결되는 릴레이 제어 없이 능동전력필터 내부 부트스트랩 커패시터의 초기 충전을 수행하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to perform the initial charging of the bootstrap capacitor inside the active power filter without the relay control connected to the three-phase system.

또한, 본 발명은 각 상의 교류 전압의 크기 또는 위상에 따라 각 상의 하단 스위칭 소자를 제어하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to control the lower switching element of each phase according to the magnitude or phase of the AC voltage of each phase.

또한, 본 발명은 부트스트랩 커패시터가 충분히 충전된 이후 고조파 전류를 상쇄하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to cancel the harmonic current after the bootstrap capacitor is sufficiently charged.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention, which are not mentioned above, can be understood by the following description, and more clearly by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

본 발명은 3상 계통의 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기에 따라 전력 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어함으로써, 3상 계통과 연결되는 릴레이 제어 없이 능동전력필터 내부 부트스트랩 커패시터의 초기 충전을 수행할 수 있다.The present invention controls the switching operation of the power switching element according to the magnitude of the AC voltage supplied from each phase of the three-phase system, thereby performing initial charging of the bootstrap capacitor inside the active power filter without controlling the relay connected to the three-phase system. Can be.

또한, 본 발명은 교류 전압의 크기가 최소인 어느 한 상을 검출하거나, 교류 전압의 크기가 최소인 위상을 각 상에 대해 검출함으로써, 각 상의 교류 전압의 크기 또는 위상에 따라 각 상의 하단 스위칭 소자를 제어할 수 있다.In addition, the present invention is to detect any phase of the smallest AC voltage, or by detecting a phase of the smallest AC voltage for each phase, the lower switching element of each phase according to the magnitude or phase of the AC voltage of each phase Can be controlled.

또한, 본 발명은 하단 스위칭 소자의 스위칭 제어 횟수가 미리 설정된 횟수 이상이면 보상전류를 생성함으로써, 부트스트랩 커패시터가 충분히 충전된 이후 고조파 전류를 상쇄할 수 있다.In addition, the present invention may cancel the harmonic current after the bootstrap capacitor is sufficiently charged by generating a compensation current when the number of switching control of the lower switching element is greater than or equal to a preset number.

본 발명에 의하면 3상 계통과 연결되는 릴레이 제어 없이 능동전력필터 내부 부트스트랩 커패시터의 초기 충전을 수행함으로써, 3상 계통 연계 인버터에서 릴레이를 제거할 수 있으며, 이에 따라 능동전력필터의 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by performing initial charging of the bootstrap capacitor inside the active power filter without controlling the relay connected to the three-phase system, the relay can be removed from the three-phase grid-linked inverter, thereby reducing the production cost of the active power filter. It can work.

또한, 본 발명에 의하면 각 상의 교류 전압의 크기 또는 위상에 따라 각 상의 하단 스위칭 소자를 제어함으로써, 계통 전류의 증가 또는 DC 링크 커패시터의 전압 상승과 같은 부작용 없이 부트스트랩 커패시터를 초기 충전할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention by controlling the lower switching element of each phase in accordance with the magnitude or phase of the AC voltage of each phase, it is possible to initially charge the bootstrap capacitor without side effects such as the increase of the grid current or the voltage of the DC link capacitor There is.

또한, 본 발명에 의하면 부트스트랩 커패시터가 충분히 충전된 이후 고조파 전류를 상쇄함으로써, 보상 전류를 생성함에 있어서 상단 스위칭 소자의 오제어를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention by canceling the harmonic current after the bootstrap capacitor is sufficiently charged, there is an effect that can prevent the miscontrol of the upper switching element in generating the compensation current.

도 1은 종래 모터 구동 장치의 회로를 도시한 도면.
도 2는 종래 능동전력필터의 회로를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 능동전력필터의 초기 충전을 위한 회로를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전력필터를 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시된 전력 변환 회로를 구동하는 게이트 구동 회로를 도시한 도면.
도 6은 계통으로부터 공급되는 교류 전압, 각 상의 스위칭 신호 및 DC 링크 커패시터 전압의 일 예를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 스위칭 신호에 따라 형성되는 전류 경로를 도시한 도면.
도 8은 계통으로부터 공급되는 교류 전압, 각 상의 스위칭 신호 및 DC 링크 커패시터 전압의 다른 예를 도시한 도면.
도 9는 도 8의 (A) 구간에서 형성되는 전류 경로를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치를 도시한 도면.1 is a view showing a circuit of a conventional motor drive device.
2 is a diagram illustrating a circuit of a conventional active power filter.
3 is a circuit diagram for initial charging of the active power filter shown in FIG.
4 is a diagram illustrating an active power filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a gate driving circuit for driving the power conversion circuit shown in FIG. 4; FIG.
6 illustrates an example of an AC voltage supplied from a grid, a switching signal of each phase, and a DC link capacitor voltage.
FIG. 7 illustrates a current path formed according to the switching signal shown in FIG.
8 shows another example of an alternating voltage supplied from a grid, a switching signal of each phase, and a DC link capacitor voltage.
9 is a view showing a current path formed in the section (A) of FIG.
10 is a view showing an air conditioner according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings, which are not intended to limit the scope of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to denote the same or similar elements.

이하에서는, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전력필터를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, an active power filter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 9.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전력필터를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 전력 변환 회로를 구동하는 게이트 구동 회로를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an active power filter according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating a gate driving circuit driving the power conversion circuit shown in FIG. 4.

도 6은 계통으로부터 공급되는 교류 전압, 각 상의 스위칭 신호 및 DC 링크 커패시터 전압의 일 예를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 스위칭 신호에 따라 형성되는 전류 경로를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an AC voltage supplied from a system, a switching signal of each phase, and a DC link capacitor voltage, and FIG. 7 is a diagram illustrating a current path formed according to the switching signal illustrated in FIG. 6.

도 8은 계통으로부터 공급되는 교류 전압, 각 상의 스위칭 신호 및 DC 링크 커패시터 전압의 다른 예를 도시한 도면이고, 도 9는 도 8의 (A) 구간에서 형성되는 전류 경로를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating another example of an AC voltage supplied from a system, a switching signal of each phase, and a DC link capacitor voltage, and FIG. 9 is a diagram illustrating a current path formed in section (A) of FIG. 8.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전력필터(100)는 DC 링크 커패시터(110), 전력 변환 회로(120), 게이트 구동 회로(130) 및 스위치 제어부(140)를 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 능동전력필터(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.4 and 5, an active power filter 100 according to an embodiment of the present invention may include a DC link capacitor 110, a power conversion circuit 120, a gate driving circuit 130, and a switch controller 140. It may include. The active power filter 100 shown in FIGS. 4 and 5 is according to an embodiment, and the components thereof are not limited to the embodiments shown in FIGS. 4 and 5, and some components may be added as necessary. , Can be changed or deleted.

한편, 발명의 설명을 위해 도 4에서는 게이트 구동 회로(130)를 생략 도시하였으며, 게이트 구동 회로(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 도 4에 도시된 전력 변환 회로(120)와 연결될 수 있다.Meanwhile, the gate driving circuit 130 is omitted in FIG. 4 for explanation of the invention, and the gate driving circuit 130 may be connected to the power conversion circuit 120 shown in FIG. 4 as shown in FIG. 5. .

본 발명의 능동전력필터(Active Power Filter; APF, 100)는 릴레이를 포함하지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 능동전력필터(100)는 도 2에 도시된 종래 능동전력필터(20)와는 달리, 3상 계통(200)과의 연결을 위한 릴레이를 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 능동전력필터(100)는 3상 계통(200)과 직접 연결될 수 있다.The active power filter APF 100 of the present invention may not include a relay. More specifically, unlike the conventional active power filter 20 shown in Figure 2, the active power filter 100 of the present invention may not include a relay for connection with the three-phase system 200. Accordingly, the active power filter 100 of the present invention can be directly connected to the three-phase system 200.

DC 링크 커패시터(110)는 3상 계통(200)으로부터 공급되는 3상 교류 전원을 직류 전압의 형태로 저장할 수 있다. 보다 구체적으로, DC 링크 커패시터(110)는 3상 계통(200)에서 출력되는 교류 전류를 제공받아 직류 전압을 저장할 수 있다.The DC link capacitor 110 may store the three-phase AC power supplied from the three-phase system 200 in the form of a DC voltage. More specifically, the DC link capacitor 110 may receive an alternating current output from the three-phase system 200 to store a DC voltage.

DC 링크 커패시터(110)는 약 1000uF 이상의 커패시턴스(capacitance)를 갖는 전해 커패시터(electrolytic capacitor)일 수 있고, 약 10pF 내지 47uF의 커패시턴스를 갖는 필름 커패시터(film capacitor)일 수도 있다.The DC link capacitor 110 may be an electrolytic capacitor having a capacitance of about 1000 uF or more, or may be a film capacitor having a capacitance of about 10 pF to 47 uF.

다만, 본 발명의 능동전력필터(100)는 3상 계통(200)과의 연결을 위한 릴레이를 포함하지 않으므로, DC 링크 커패시터(110)의 충전 시 발생하는 돌입전류를 방지하기 위해 DC 링크 커패시터(110)는 필름 커패시터임이 바람직하다.However, since the active power filter 100 of the present invention does not include a relay for the connection with the three-phase system 200, the DC link capacitor (to prevent the inrush current generated when the DC link capacitor 110 is charged) 110 is preferably a film capacitor.

전력 변환 회로(120)는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 변환하는 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST) 및 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 포함할 수 있다. The power conversion circuit 120 includes upper switching elements S R , S S , S T and lower switching elements S R ′, S S ′, S T ′ for converting the DC voltage stored in the DC link capacitor 110. It may include.

보다 구체적으로, 전력 변환 회로(120)는 각 상에 대해 쌍을 이루는 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')를 포함할 수 있다. 다시 말해, 도 4에 도시된 바와 같이 전력 변환 회로(120)는 R상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SR'), S상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자(SS, SS') 및 T상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자(ST, ST')를 포함할 수 있다.More specifically, the power conversion circuit 120 may include top and bottom switching elements S R , S S , S T , S R ', S S ', and S T 'paired for each phase. . In other words, as shown in FIG. 4, the power conversion circuit 120 includes the upper and lower switching elements S R and S R ′ for the R phase and the upper and lower switching elements S S and S S for the S phase. ') And top and bottom switching elements (S T , S T ') for phase T.

전력 변환 회로(120)에 포함되는 복수의 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 전력 스위칭 소자일 수 있다.The plurality of switching elements S R , S S , S T , S R ', S S ', and S T 'included in the power conversion circuit 120 are MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) and IGBTs (Insulated Gate). Power switching elements such as Bipolar Transistors).

각 상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')는 스위치 제어부(140)에서 제공되는 스위칭 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되어 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 교류 전류로 변환할 수 있다.The upper and lower switching elements S R , S S , S T , S R ', S S ', and S T 'for each phase are turned on or turned off according to a switching signal provided from the switch controller 140. The DC voltage stored in the DC link capacitor 110 may be converted into an AC current.

보다 구체적으로, R상에 대한 스위칭 소자(SR, SR')는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 R상에 대한 교류 전류로 변환할 수 있고, S상에 대한 스위칭 소자(SS, SS') 및 T상에 대한 스위칭 소자(ST, ST')는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 각각 S상 및 T상에 대한 교류 전류로 변환할 수 있다.More specifically, the switching elements S R and S R ′ for the R phase may convert the DC voltage stored in the DC link capacitor 110 into an alternating current for the R phase, and the switching element S for the S phase. The switching elements S T and S T ′ for the S , S S ′) and T phases may convert the DC voltages stored in the DC link capacitor 110 into alternating currents for the S and T phases, respectively.

스위치 제어부(140)는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 제어를 통해 각 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')의 턴 온 또는 턴 오프를 제어할 수 있는데, PWM 제어는 당해 기술분야에서 널리 알려진 방법이므로 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.The switch controller 140 turns on or off each switching element S R , S S , S T , S R ', S S ', S T 'through pulse width modulation (PWM) control. The PWM control is a method well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

다시 도 5를 참조하면, 게이트 구동 회로(130)는 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')에 게이트 전압을 공급하는 게이트 드라이버(gate driver, HGD, LGD)를 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 5, the gate driving circuit 130 may include gate drivers for supplying gate voltages to upper and lower switching elements S R , S S , S T , S R ', S S ', and S T '. gate driver, HGD, LGD).

게이트 구동 회로(130)는 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)에 게이트 전압을 공급하는 상단 게이트 드라이버(High Gate Drvier; HGD) 및 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')에 게이트 전압을 공급하는 하단 게이트 드라이버(Low Gate Driver; LGD)를 포함할 수 있다.The gate driving circuit 130 includes a top gate driver (HGD) and a bottom switching element (S R ′, S S ′, S) for supplying a gate voltage to the top switching elements S R , S S , and S T. A lower gate driver LGD for supplying a gate voltage to T ′) may be included.

게이트 구동 회로(130)는 직류 전압원(SDC)을 더 포함할 수 있고, 상단 및 하단 게이트 드라이버(HGD, LGD)는 직류 전압원(SDC)으로부터 전원을 공급받아 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')에 게이트 전압을 공급할 수 있다.The gate driving circuit 130 may further include a direct current voltage source S DC , and the upper and lower gate drivers HGD and LGD receive power from the direct current voltage source S DC and the upper and lower switching elements S R. , S S , S T , S R ', S S ', S T ') can supply the gate voltage.

보다 구체적으로, 게이트 드라이버(HGD, LGD)는 스위치 제어부(140)의 PWM 제어에 따라, 직류 전압원(SDC)으로부터 공급되는 전원을 이용하여 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')에 게이트 전압을 공급할 수 있다.More specifically, the gate drivers HGD and LGD may use the power supplied from the DC voltage source S DC to control the upper and lower switching elements S R , S S , and S T under the PWM control of the switch controller 140. , S R ′, S S ′, S T ′).

게이트 드라이버(HGD, LGD)는 전력 스위칭 소자에 게이트 전압을 공급하는 다양한 제품을 통해 구현될 수 있으며, PWM 제어에 따라 게이트 전압을 인가하는 방법은 당해 기술분야에서 이용되는 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.The gate drivers HGD and LGD may be implemented through various products for supplying a gate voltage to the power switching device, and the method of applying the gate voltage under PWM control may be performed by various methods used in the art. have.

게이트 구동 회로(130)에 포함되는 직류 전압원(SDC)은 전술한 DC 링크 커패시터(110)로부터 전압을 공급받아 충전되는 커패시터일 수도 있고, 일정 크기 이상의 직류 전압을 공급하는 독립 전압원일 수도 있다.The DC voltage source S DC included in the gate driving circuit 130 may be a capacitor that is charged by receiving the voltage from the above-described DC link capacitor 110 or may be an independent voltage source that supplies a DC voltage of a predetermined size or more.

다시 도 5를 참조하면, 게이트 구동 회로(130)는 전술한 게이트 드라이버(HGD, LGD)에 구동전압을 공급하는 부트스트랩(bootstrap) 커패시터(CBS)를 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 5, the gate driving circuit 130 may include a bootstrap capacitor C BS for supplying a driving voltage to the gate drivers HGD and LGD described above.

일반적으로, 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)의 턴 온 시 3상 계통(200)에 연결되어 있는 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)의 소스(source)단의 전압이 상승할 수 있다. 이에 따라, 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)에 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')와 동일한 게이트 전압이 인가되더라도 상단 게이트 소자(SR, SS, ST)의 게이트-소스간의 전압(Vgs)이 작아져 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)가 정상적으로 스위칭 동작을 수행하지 못할 수 있다.In general, the top switching device (S R, S S, S T) is turned on when the source (source) terminal of the upper switching element (S R, S S, S T) that is connected to the three-phase grid 200 of The voltage may rise. Accordingly, even if the same gate voltage as the lower switching elements S R ′, S S ′, S T ′ is applied to the upper switching elements S R , S S , S T , the upper gate elements S R , S S , Since the voltage V gs between the gate and the source of S T is small, the upper switching elements S R , S S , and S T may not normally perform the switching operation.

전술한 문제점을 방지하기 위하여, 게이트 구동 회로(130)는 상단 게이트 드라이버(HGD)의 고전위 단자와 저전위 단자 사이에 구비되어 구동전압을 저장하는 부트스트랩 커패시터(CBS)를 포함할 수 있다. In order to prevent the aforementioned problem, the gate driving circuit 130 may include a bootstrap capacitor C BS provided between the high potential terminal and the low potential terminal of the upper gate driver HGD to store the driving voltage. .

부트스트랩 커패시터(CBS)는 후술하는 스위치 제어부(140)의 제어에 따라 생성되는 부트스트랩 전류(IBS)를 공급받아 충전될 수 있고, 충전된 전압을 이용하여 상단 게이트 드라이버(HGD)에 구동전압을 공급할 수 있다.The bootstrap capacitor C BS may be charged by receiving a bootstrap current I BS generated under the control of the switch controller 140 to be described later, and may be driven by the upper gate driver HGD using the charged voltage. Voltage can be supplied.

상단 게이트 드라이버(HGD)는 직류 전압원(SDC) 및 구동전압을 이용하여 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)에 게이트 전압을 공급할 수 있고, 하단 게이트 드라이버(LGD)는 직류 전압원(SDC)에 저장된 직류 전압을 이용하여 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')에 게이트 전압을 공급할 수 있다.The upper gate driver HGD may supply a gate voltage to the upper switching elements S R , S S , and S T using a DC voltage source S DC and a driving voltage, and the lower gate driver LGD may supply a DC voltage source ( The gate voltage may be supplied to the lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ using the DC voltage stored in S DC ).

보다 구체적으로, 상단 게이트 드라이버(HGD)는 직류 전압원(SDC)으로부터 전원을 공급받고, 부트스트랩 커패시터(CBS)로부터 공급되는 구동전압을 이용하여, 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)에 게이트 전압을 공급할 수 있다. 이 경우, 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)의 소스단의 전압이 상승하더라도 상단 스위칭 소자(SR, SS, ST)의 게이트-소스간의 전압(Vgs)이 유지될 수 있다.More specifically, the upper gate driver HGD receives power from the DC voltage source S DC and uses the driving voltage supplied from the bootstrap capacitor C BS to control the upper switching elements S R , S S , and S. The gate voltage can be supplied to T ). In this case, the top switching device (S R, S S, S T) voltage is increased even if the gate of the upper switching element (S R, S S, S T) of the source terminal of the - to be the voltage (V gs) between the source remains Can be.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')의 소스단은 접지되므로, 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')에 게이트 전압을 공급하기 위한 별도의 구동전압 및 구동전압을 저장하기 위한 별도의 부트스트랩 커패시터는 필요하지 않을 수 있다.On the other hand, the gate for the switching element at the bottom, as (S R ', S S' , S T ') , because the source terminal of the ground, the bottom switching device (S R', S S ' , S T') shown in Figure 5 A separate drive voltage for supplying the voltage and a separate bootstrap capacitor for storing the drive voltage may not be needed.

이에 따라, 하단 게이트 드라이버(LGD)의 고전위 단자는, 하단 게이트 드라이버(LGD) 내부에서 직류 전압원(SDC)의 포지티브 단자와 접속되고, 저전위 단자는 접지됨으로써, 하단 게이트 드라이버(LGD)는 직류 전압원(SDC)에 저장된 직류 전압만을 이용하여 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')에 게이트 전압을 공급할 수 있다.Accordingly, the high potential terminal of the lower gate driver LGD is connected to the positive terminal of the DC voltage source S DC in the lower gate driver LGD, and the low potential terminal is grounded, so that the lower gate driver LGD is grounded. The gate voltage may be supplied to the lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ using only the DC voltage stored in the DC voltage source S DC .

이상에서 설명한 부트스트랩 커패시터(CBS)는 당해 기술분야에서 이용되는 다양한 구조에 따라 게이트 드라이버(HGD, LGD)에 연결될 수 있으며, 게이트 드라이버(HGD, LGD)의 구동을 위한 부트스트랩 커패시터(CBS)의 초기 충전에 관한 일반적인 내용은 당해 기술분야에서 널리 알려져 있으므로, 여기서는 더 이상의 자세한 설명을 생략하도록 한다.The bootstrap capacitor C BS described above may be connected to the gate drivers HGD and LGD according to various structures used in the art, and the bootstrap capacitor C BS for driving the gate drivers HGD and LGD. General information regarding the initial charging of) is well known in the art, so further detailed description is omitted here.

한편, 도 5에서는 발명의 설명을 위해 게이트 구동 회로(130)가 어느 하나의 상단 및 하단 스위칭 소자에 연결된 것으로 도시하였으나, 게이트 구동 회로(130)는 각 상(R상, S상, T상)에 대응하는 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')에 각각 연결될 수 있다.Meanwhile, in FIG. 5, the gate driving circuit 130 is connected to one of the upper and lower switching elements for the purpose of explanation. However, the gate driving circuit 130 may be provided in each phase (R phase, S phase, and T phase). It may be connected to the upper and lower switching elements (S R , S S , S T , S R ', S S ', S T 'corresponding to, respectively.

전술한 바와 같이, 부트스트랩 커패시터(CBS)는 부트스트랩 전류(IBS)에 의해 충전될 수 있다. 게이트 구동 회로(130)는 부트스트랩 커패시터(CBS)에 부트스트랩 전류(IBS)를 공급하기 위해, 직류 전압원(SDC)으로부터 부트스트랩 커패시터(CBS)로 흐르는 전류(IBS)의 경로를 형성하는 부트스트랩 저항(RBS) 및 부트스트랩 다이오드(DBS)를 포함할 수 있다.As described above, the bootstrap capacitor C BS may be charged by the bootstrap current I BS . Path of the gate drive circuit 130 includes a bootstrap capacitor (C BS) a bootstrap capacitor (C BS) current (I BS) flowing in from the DC voltage source (S DC) to supply a bootstrap current (I BS) to It may include a bootstrap resistor (R BS ) and a bootstrap diode (D BS ) to form a.

부트스트랩 저항(RBS)은 직류 전압원(SDC)과 부트스트랩 커패시터(CBS)간의 전압차에 따른 전류의 경로를 형성할 수 있고 전류의 크기를 제한할 수 있다. 부트스트랩 다이오드(DBS)는 부트스트랩 전류(IBS)가 직류 전압원(SDC)으로부터 부트스트랩 커패시터(CBS) 방향으로 흐르도록 전류의 경로를 제한할 수 있다.The bootstrap resistor R BS may form a path of the current according to the voltage difference between the DC voltage source S DC and the bootstrap capacitor C BS and may limit the magnitude of the current. The bootstrap diode D BS may restrict the path of the current such that the bootstrap current I BS flows from the DC voltage source S DC toward the bootstrap capacitor C BS .

스위치 제어부(140)는 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')의 스위칭 동작을 제어하여 부트스트랩 커패시터(CBS)를 충전할 수 있다.The switch controller 140 may charge the bootstrap capacitor C BS by controlling the switching operation of the upper and lower switching elements S R , S S , S T , S R ', S S ', and S T '. have.

보다 구체적으로, 스위치 제어부(140)는 전술한 게이트 드라이버(HGD, LGD)에 PWM 제어를 위한 스위칭 신호를 제공할 수 있고, 게이트 드라이버(HGD, LGD)는 스위칭 신호에 따라 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')에 게이트 전압을 인가함으로써, 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')를 턴 온시킬 수 있다.More specifically, the switch controller 140 may provide a switching signal for PWM control to the above-described gate driver (HGD, LGD), the gate driver (HGD, LGD) according to the switching signal (top and bottom switching elements ( By applying gate voltages to S R , S S , S T , S R ', S S ', S T ', the upper and lower switching elements S R , S S , S T , S R ', S S ' , S T ') can be turned on.

스위치 제어부(140)의 제어에 따라 임의의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')가 턴 온되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 부트스트랩 전류(IBS)의 경로가 형성되며, 부트스트랩 전류(IBS)는 부트스트랩 커패시터(CBS)를 충전시킬 수 있다.When any of the lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ is turned on under the control of the switch controller 140, the path of the bootstrap current I BS is turned off as shown in FIG. 5. And a bootstrap current I BS may charge the bootstrap capacitor C BS .

일 예에서, 스위치 제어부(140)는 상단 게이트 드라이버(HGD)에 연결된 세 개의 부트스트랩 커패시터(CBS)를 동시에 충전하기 위하여 세 개의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 일정 시간 동안 모두 턴 온시킬 수 있다.In one example, the switch controller 140 may include three lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ for simultaneously charging three bootstrap capacitors C BS connected to the upper gate driver HGD. Can be turned on for a certain time.

도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6에 도시된 (A)영역에서 스위치 제어부(140)는 각 상에 구비된 하단 게이트 드라이버(LGD)에 하이(high) 스위칭 신호를 인가함으로써, R상, S상 및 T상의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 모두 턴 온시킬 수 있다.6 and 7, in the region (A) illustrated in FIG. 6, the switch controller 140 applies a high switching signal to the lower gate driver LGD provided in each phase, thereby providing R phase, The lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ of the S and T phases may all be turned on.

도 6의 (A)영역에서는 R상 및 T상의 교류 전압의 크기가 S상의 교류 전압의 크기보다 크므로, 도 7의 (A)에 도시된 바와 같이 S상의 하단 스위칭 소자(SS')의 다이오드가 도통되어 폐회로를 형성할 수 있다.In Figure 6 the (A) region in the R phase and larger than the size of the alternating voltage is an AC voltage on the S size on the T, of the bottom of the switching element on the S (S S ') as shown in (A) of Figure 7 The diode may be conductive to form a closed circuit.

이에 따라, R상에서 공급되는 전류는 R상의 하단 스위칭 소자(SR') 및 S상의 하단 스위칭 소자(SS')에 구비된 다이오드를 거쳐 S상의 계통으로 유입될 수 있다. 또한, T상에서 공급되는 전류는 T상의 하단 스위칭 소자(ST') 및 S상의 하단 스위칭 소자(SS')에 구비된 다이오드를 거쳐 S상의 계통으로 유입될 수 있다. 이에 따라, S상의 계통 전류가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.Accordingly, the current supplied from the R phase may be introduced into the S phase system through a diode provided in the lower switching element S R ′ of the R phase and the lower switching element S S ′ of the S phase. In addition, the current supplied from the T phase may be introduced into the S phase system through a diode provided in the lower switching element S T ′ of the T phase and the lower switching element S S ′ of the S phase. Accordingly, a problem may arise in that the system current of the S phase is increased.

한편, 도 6에 도시된 (B)영역에서 스위치 제어부(140)는 각 상에 구비된 하단 게이트 드라이버에 로우(low) 스위칭 신호를 인가함으로써, R상, S상 및 T상의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 모두 턴 오프시킬 수 있다.Meanwhile, in the region (B) illustrated in FIG. 6, the switch controller 140 applies a low switching signal to the lower gate driver provided in each phase, thereby lowering the lower switching elements S, R, and S phases. R ', S S ', S T ') can all be turned off.

R상, S상 및 T상의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 모두 턴 오프되면, 도 7의 (A) 경로를 통해 흐르던 잔류 전류는 DC 링크 커패시터(110)로 공급될 수 있다.When the lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ of the R phase, S phase, and T phase are all turned off, the residual current flowing through the path of FIG. 7A is transferred to the DC link capacitor 110. Can be supplied.

보다 구체적으로, 도 6의 (B)영역에서는 R상 및 T상의 교류 전압의 크기가 S상의 교류 전압의 크기보다 크므로, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 S상의 상단 및 하단 스위칭 소자(SS, SS')의 다이오드는 도통될 수 있다.More specifically, in the region (B) of FIG. 6, since the magnitude of the AC voltage of the R phase and the T phase is greater than the magnitude of the AC voltage of the S phase, the upper and lower switching elements of the S phase as shown in FIG. 7B. The diode of (S S , S S ') may be conductive.

이에 따라, S상의 상단 및 하단 스위칭 소자(SS, SS')의 다이오드를 통해 S상의 상단 및 하단 스위칭 소자(SS, SS')와 DC 링크 커패시터(110)는 폐회로를 형성할 수 있고, 잔류 전류가 DC 링크 커패시터(110)에 공급됨으로써, DC 링크 커패시터(110)의 전압이 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.Accordingly, the upper and lower switching elements S and S S of the S phase and the DC link capacitor 110 may form a closed circuit through the diodes of the upper and lower switching elements S and S S of the S phase. And, since the residual current is supplied to the DC link capacitor 110, a problem that the voltage of the DC link capacitor 110 rises may occur.

다시 말해, 각 상의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')가 모드 턴 온되면, 교류 전압의 크기가 가장 낮은 어느 한 상의 계통 전류가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다. 이후, 각 상의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')가 모두 턴 오프되면, 교류 전압의 크기가 가장 낮은 어느 한 상의 스위칭 소자와 DC 링크 커패시터(110)가 폐회로를 형성함에 따라 DC 링크 커패시터(110)의 전압이 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.In other words, when the lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ of each phase are turned on, a problem may arise in that the grid current of one phase having the lowest AC voltage is increased. Thereafter, when the lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ of each phase are all turned off, the switching element and the DC link capacitor 110 of one phase having the lowest AC voltage form a closed circuit. Accordingly, the voltage of the DC link capacitor 110 may increase.

다른 예에서, 스위치 제어부(140)는 상단 게이트 드라이버(HGD)에 연결된 세 개의 부트스트랩 커패시터(CBS)를 순차적으로 충전하기 위하여 세 개의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 순차적으로 턴 온시킬 수 있다.In another example, the switch controller 140 may include three lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ to sequentially charge three bootstrap capacitors C BS connected to the upper gate driver HGD. ) Can be turned on sequentially.

도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8에 도시된 (A)영역에서 스위치 제어부(140)는 R상에 구비된 하단 게이트 드라이버(LGD)에 하이 스위칭 신호를 인가함으로써, R상의 하단 스위칭 소자(SR')를 먼저 턴 온시킬 수 있다.8 and 9, in the region (A) illustrated in FIG. 8, the switch controller 140 applies a high switching signal to the lower gate driver LGD provided on R, thereby lowering the lower switching element of R ( S R ') can be turned on first.

한편, 도 9에 도시된 (A1)은 도 8에 도시된 (A)영역 중에서 하이(high) 스위칭 신호가 인가되는 영역을 의미하며, (A2)는 도 8에 도시된 (A)영역 중에서 로우(low) 스위칭 신호가 인가되는 영역을 의미한다.On the other hand, (A1) shown in FIG. 9 refers to a region to which a high switching signal is applied among the (A) regions shown in FIG. 8, and (A2) is low among (A) regions shown in FIG. 8. (low) means a region to which a switching signal is applied.

도 8의 (A)영역에서는 R상 및 T상의 교류 전압의 크기가 S상의 교류 전압의 크기보다 크므로, 도 9의 (A1)에 도시된 바와 같이 S상의 하단 스위칭 소자(SS')의 다이오드가 도통되어 폐회로를 형성할 수 있다.In the region (A) of FIG. 8, since the magnitude of the AC voltage of the R phase and the T phase is larger than that of the S phase, the lower switching element S S ′ of the S phase, as shown in FIG. The diode may be conductive to form a closed circuit.

이에 따라, R상에서 공급되는 전류는 R상의 하단 스위칭 소자(SR') 및 S상의 하단 스위칭 소자(SS')에 구비된 다이오드를 거쳐 S상의 계통으로 유입될 수 있다. 이에 따라, S상의 계통 전류가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.Accordingly, the current supplied from the R phase may be introduced into the S phase system through a diode provided in the lower switching element S R ′ of the R phase and the lower switching element S S ′ of the S phase. Accordingly, a problem may arise in that the system current of the S phase is increased.

도 8에 도시된 (A)영역 내에서 R상의 하단 스위칭 소자(SR')가 턴 오프되는 경우, 도 9의 (A) 경로를 통해 흐르던 잔류 전류는 DC 링크 커패시터(110)로 공급될 수 있다.When the lower switching element S R ′ of R phase in the region (A) shown in FIG. 8 is turned off, the residual current flowing through the path (A) of FIG. 9 may be supplied to the DC link capacitor 110. have.

보다 구체적으로, 도 8의 (A) 영역에서는 R상 및 T상의 교류 전압의 크기가 S상의 교류 전압의 크기보다 크므로, 도 9의 (A2)에 도시된 바와 같이 S상의 상단 및 하단 스위칭 소자(SS, SS')의 다이오드는 도통될 수 있다.More specifically, in the region (A) of FIG. 8, since the magnitude of the AC voltage of the R phase and the T phase is larger than that of the S phase of the S phase, the upper and lower switching elements of the S phase as shown in (A2) of FIG. 9. The diode of (S S , S S ') may be conductive.

이에 따라, S상의 상단 및 하단 스위칭 소자(SS, SS')의 다이오드를 통해 S상의 상단 및 하단 스위칭 소자(SS, SS')와 DC 링크 커패시터(110)는 폐회로를 형성할 수 있고, 잔류 전류가 DC 링크 커패시터(110)에 공급됨으로써, DC 링크 커패시터(110)의 전압이 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.Accordingly, the upper and lower switching elements S and S S of the S phase and the DC link capacitor 110 may form a closed circuit through the diodes of the upper and lower switching elements S and S S of the S phase. And, since the residual current is supplied to the DC link capacitor 110, a problem that the voltage of the DC link capacitor 110 rises may occur.

다시 말해, 어느 한 상의 하단 스위칭 소자가 턴 온되면, 해당 상의 교류 전압의 크기보다 낮은 다른 상의 계통 전류가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')가 모두 턴 오프되면, 교류 전압의 크기가 가장 낮은 어느 한 상의 스위칭 소자와 DC 링크 커패시터(110)가 폐회로를 형성함에 따라 DC 링크 커패시터(110)의 전압이 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.In other words, when the lower switching element of one phase is turned on, a problem may arise in that the grid current of the other phase lower than the magnitude of the AC voltage of the corresponding phase increases. In addition, as described above, when the lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ are all turned off, the switching element and the DC link capacitor 110 of one phase having the smallest AC voltage have a closed circuit. As a result, the voltage of the DC link capacitor 110 may increase.

전술한 문제점을 방지하기 위하여, 스위치 제어부(140)는 3상 계통(200)의 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기에 따라 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')의 스위칭 동작을 제어하여 부트스트랩 커패시터(CBS)를 충전할 수 있다.In order to prevent the above-described problem, the switch control unit 140 according to the magnitude of the AC voltage supplied from each phase of the three-phase system 200, the upper and lower switching elements (S R , S S , S T , S R ' , S S ′, S T ′) may be controlled to charge the bootstrap capacitor C BS .

보다 구체적으로, 스위치 제어부(140)는 3상 계통(200)의 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기가 가장 낮은 상의 상단 및 하단 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.More specifically, the switch controller 140 may control the switching operation of the upper and lower switching elements of the phase in which the magnitude of the AC voltage supplied from each phase of the three-phase system 200 is the lowest.

이를 위해, 스위치 제어부(140)는 3상 계통(200)의 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기를 각각 검출할 수 있다. 각 상에 대한 교류 전압의 크기는 계통단에 구비된 전압 센서(미도시)에 의해 검출될 수 있으며, 전압 센서는 검출된 교류 전압의 크기를 스위치 제어부(140)로 제공할 수 있다.To this end, the switch control unit 140 may detect the magnitude of the AC voltage supplied from each phase of the three-phase system 200, respectively. The magnitude of the AC voltage for each phase may be detected by a voltage sensor (not shown) provided in the grid stage, and the voltage sensor may provide the magnitude of the detected AC voltage to the switch controller 140.

스위치 제어부(140)는 검출된 교류 전압의 크기가 최소인 어느 한 상에 대응하는 하단 스위칭 소자를 턴 온 제어하여 부트스트랩 커패시터(CBS)를 충전할 수 있다.The switch controller 140 may charge the bootstrap capacitor C BS by turning on the lower switching element corresponding to one of the phases having the minimum detected AC voltage.

각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기는 도 8에 도시된 바와 같을 수 있다. 도 8의 (B)구간에서는 S상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기가 최소이므로, 스위치 제어부(140)는 S상의 하단 스위칭 소자(SS')를 턴 온 제어할 수 있다.The magnitude of the alternating voltage supplied from each phase may be as shown in FIG. 8. In the section (B) of FIG. 8, since the magnitude of the AC voltage supplied from the S phase is minimum, the switch controller 140 may turn on the lower switching element S S ′ of the S phase.

이 경우, R상 및 T상의 교류 전압의 크기는 S상의 교류 전압의 크기보다 크므로, R상 및 T상의 하단 스위칭 소자(SR', ST')에 구비된 다이오드는 모두 도통되지 않을 수 있다. 다시 말해, S상의 하단 스위칭 소자(SS')가 턴 온되었을 때 계통(200)과 스위칭 소자간에 폐회로가 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라, 계통(200)에 흐르는 전류는 전력 변환 회로(120) 내부로 유입되지 않을 수 있다.In this case, since the magnitude of the AC voltage of the R phase and the T phase is larger than that of the S phase, the diodes provided in the lower switching elements S R 'and S T ' of the R phase and the T phase may not be conducted. have. In other words, when the lower switching element S S ′ of the S phase is turned on, a closed circuit may not be formed between the system 200 and the switching element. Accordingly, the current flowing in the system 200 may not flow into the power conversion circuit 120.

한편, S상의 하단 스위칭 소자(SS')가 턴 온되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 구동 회로(130)와 S상의 하단 스위칭 소자(SS')는 폐회로를 형성하며, 게이트 구동 회로(130)의 직류 전압원(SDC)에서 생성되는 부트스트랩 전류(IBS)는 부트스트랩 저항(RBS) 및 다이오드(DBS)를 통해 부트스트랩 커패시터(CBS)에 흐름으로써, 부트스트랩 커패시터(CBS)에 구동전압을 충전시킬 수 있다.Meanwhile, when the lower switching element S S ′ of the S phase is turned on, as shown in FIG. 5, the gate driving circuit 130 and the lower switching element S S ′ of the S phase form a closed circuit, and the gate driving is performed. Bootstrap current I BS generated by the DC voltage source S DC of the circuit 130 flows through the bootstrap resistor R BS and the diode D BS to the bootstrap capacitor C BS , thereby The driving voltage may be charged in the capacitor C BS .

이 경우, 전력 변환 회로(120) 내부에 전류 흐름이 발생하지 않으므로, S상의 하단 스위칭 소자(SS')가 턴 오프되더라도 DC 링크 커패시터(110)로 전류가 공급되지 않으며 이에 따라 DC 링크 커패시터(110)의 전압은 유지될 수 있다.In this case, since no current flow occurs in the power conversion circuit 120, even when the lower switching element S S ′ of the S phase is turned off, no current is supplied to the DC link capacitor 110. The voltage of 110 can be maintained.

스위치 제어부(140)는 3상 계통(200)의 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기가 최소인 위상을 각 상에 대해 검출하고, 검출된 위상에 따라 각 상에 대응하는 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 턴 온 제어하여 부트스트랩 커패시터(CBS)를 충전할 수 있다.The switch controller 140 detects a phase having a minimum magnitude of the AC voltage supplied from each phase of the three-phase system 200 for each phase, and according to the detected phase, a lower switching element S R corresponding to each phase. ', S S ', S T ') may be turned on to charge the bootstrap capacitor C BS .

보다 구체적으로, 스위치 제어부(140)는 위상고정루프(Phase Locked Loop; PLL)를 이용하여 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 위상을 검출할 수 있다. 스위치 제어부(140)는 각 상에 대하여 검출된 교류 전압의 크기 및 위상을 통해, 교류 전압의 크기가 최소인 어느 한 상의 위상을 각 상에 대해 검출할 수 있다.More specifically, the switch controller 140 may detect a phase of an AC voltage supplied from each phase by using a phase locked loop (PLL). The switch controller 140 may detect, for each phase, a phase of one phase having a minimum magnitude of the AC voltage through the magnitude and phase of the AC voltage detected for each phase.

예를 들어, 계통(200)에서 공급되는 3상 교류 전압의 주파수가 50Hz인 경우, 교류 전압의 한 주기는 20ms일 수 있다. 이 때, 3상 교류 전압 중 어느 한 상의 교류 전압이 최소인 구간은 6.67ms이며, 어느 한 상의 교류 전압이 최소인 위상은 120o일 수 있다.For example, when the frequency of the three-phase AC voltage supplied from the system 200 is 50 Hz, one cycle of the AC voltage may be 20 ms. At this time, the three-phase alternating voltage on the AC voltage is any one of at least a section of 6.67ms is, any one of an AC voltage to a minimum phase on can be 120 o.

스위치 제어부(140)는 교류 전압이 최소인 6.67ms 동안에 120o의 범위를 갖는 각 상의 위상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 스위치 제어부(140)는 R상, S상 및 T상의 교류 전압이 최소인 위상을 각각 0o 내지 120o, 120o 내지 240o, 240o 내지 360o로 검출할 수 있다.The switch controller 140 may detect the phase of each phase having a range of 120 ° during 6.67 ms with the minimum AC voltage. For example, the switch controller 140 may detect phases having the minimum AC voltages of the R phase, the S phase, and the T phase as 0 o to 120 o , 120 o to 240 o , and 240 o to 360 o , respectively.

교류 전압의 크기가 최소인 위상이 각 상에 대해 검출되면, 스위치 제어부(140)는 검출된 위상에 따라 각 상의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 턴 온 제어할 수 있다.When the phase with the smallest AC voltage is detected for each phase, the switch controller 140 may turn on the lower switching elements S R ′, S S ′, and S T ′ of each phase according to the detected phase. Can be.

상술한 예에서, 스위치 제어부(140)는 0o 내지 120o의 위상 구간에서는 R상의 하단 스위칭 소자(SR')을 턴 온 제어할 수 있고, 120o 내지 240o의 위상 구간에서는 S상의 하단 스위칭 소자(SS')를 턴 온 제어할 수 있으며, 240o 내지 360o의 위상 구간에서는 T상의 하단 스위칭 소자(ST')를 턴 온 제어할 수 있다.In the above-described example, the switch controller 140 may turn on the lower switching element S R ′ of the R phase in a phase section of 0 o to 120 o , and a lower end of the S phase in a phase section of 120 o to 240 o . The switching element S S ′ may be turned on and controlled, and the lower switching element S T ′ of the T phase may be turned on in a phase section of 240 ° to 360 ° .

또한, 스위치 제어부(140)는 각 상에 대해 검출된 위상의 범위 내에서 제어위상범위를 설정하고, 설정된 제어위상범위에 따라 각 상에 대응하는 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 턴 온 제어하여 부트스트랩 커패시터(CBS)를 충전할 수 있다.In addition, the switch control unit 140 sets the control phase range within the range of the detected phase for each phase, and according to the set control phase range, the lower switching elements S R ', S S ', S corresponding to each phase. T ') may be turned on to charge the bootstrap capacitor C BS .

위상 검출을 위해 위상고정루프(PLL)를 이용하는 경우, 위상 검출에 약간의 오차가 발생할 수 있다. 이와 같은 오차에 의한 스위칭 소자의 오제어를 방지하기 위해, 스위치 제어부(140)는 각 상에 대한 교류 전압의 크기가 최소인 위상 범위 이내에서 제어위상범위를 설정할 수 있다.When the phase locked loop PLL is used for phase detection, some errors may occur in phase detection. In order to prevent erroneous control of the switching element due to such an error, the switch controller 140 may set the control phase range within a phase range in which the magnitude of the AC voltage for each phase is minimum.

제어위상범위는 각 상에 대한 교류 전압의 크기가 최소인 위상 범위 이내에서 일정 마진(margin)을 두고 설정될 수 있다. 예를 들어, R상의 교류 전압이 최소인 위상이 0o 내지 120o범위일 때, 제어위상범위는 해당 범위의 최소 위상에 +20o, 해당 범위의 최대 위상에 -20o의 마진을 두고 설정된 20o 내지 100o로 설정될 수 있다.The control phase range may be set with a certain margin within the phase range where the magnitude of the AC voltage for each phase is minimum. For example, if the phase with the minimum AC voltage on R ranges from 0 o to 120 o , the control phase range is set with a margin of +20 o at the minimum phase of the range and -20 o at the maximum phase of the range. It can be set from 20 o to 100 o .

각 상에 대해 제어위상범위가 설정되면, 스위치 제어부(140)는 제어위상범위에 따라 각 상의 하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 턴 온 제어할 수 있다.When the control phase range is set for each phase, the switch controller 140 may turn on the lower switching elements S R ', S S ', and S T 'of each phase according to the control phase range.

상술한 예와 같이, R상, S상 및 T상의 교류 전압이 최소인 위상은 각각 0o 내지 120o, 120o 내지 240o, 240o 내지 360o이고, 제어위상범위가

Figure pat00001
20o의 마진을 두고 설정될 수 있다.As in the above example, the phases in which the AC voltages of the R phase, the S phase, and the T phase are the minimum are 0 o to 120 o , 120 o to 240 o , 240 o to 360 o , respectively, and the control phase range is
Figure pat00001
Can be set with a margin of 20 o .

이 경우, 스위치 제어부(140)는 20o 내지 100o의 위상 구간에서는 R상의 하단 스위칭 소자(SR')을 턴 온 제어할 수 있고, 140o 내지 220o의 위상 구간에서는 S상의 하단 스위칭 소자(SS')를 턴 온 제어할 수 있으며, 260o 내지 340o의 위상 구간에서는 T상의 하단 스위칭 소자(ST')를 턴 온 제어할 수 있다.In this case, the switch controller 140 may turn on and control the lower switching element S R ′ of the R phase in the phase section of 20 o to 100 o , and the lower switching element of the S phase of the phase section of 140 o to 220 o . (S S ') can be turned on, and in the phase section of 260 o to 340 o , the lower switching element S T ' of the T phase can be turned on.

하단 스위칭 소자(SR', SS', ST')를 턴 온 제어함에 따라 부트스트랩 커패시터(CBS)가 충전될 수 있음은 전술한 바와 같으며 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.As described above, the bootstrap capacitor C BS may be charged by turning on the lower switching devices S R ′, S S ′, and S T ′, and the detailed description thereof will be omitted.

상술한 바와 같이, 본 발명은 각 상의 교류 전압의 크기 또는 위상에 따라 각 상의 하단 스위칭 소자를 제어함으로써, 계통 전류의 증가 또는 DC 링크 커패시터의 전압 상승과 같은 부작용 없이 부트스트랩 커패시터를 초기 충전할 수 있다.As described above, the present invention controls the bottom switching element of each phase according to the magnitude or phase of the AC voltage of each phase, thereby allowing the initial charge of the bootstrap capacitor without side effects such as an increase in grid current or a voltage rise in the DC link capacitor. have.

한편, 스위치 제어부(140)는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 크기가 미리 설정된 범위 이내이면 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.On the other hand, the switch control unit 140, the upper and lower switching elements (S R , S S , S T , S R ', S S ', S if the magnitude of the DC voltage stored in the DC link capacitor 110 is within a preset range) T ') switching operation can be controlled.

다시 말해, 스위치 제어부(140)는 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')의 스위칭 동작을 제어하기 이전에, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 크기를 미리 설정된 범위와 비교할 수 있다.In other words, the switch controller 140 controls the DC link capacitor 110 before controlling the switching operation of the upper and lower switching elements S R , S S , S T , S R ', S S ', and S T '. The magnitude of the DC voltage stored in) can be compared with the preset range.

이를 위해, DC 링크 커패시터(110)의 포지티브 단자에는 전압 센서(미도시)가 구비될 수 있고, 스위치 제어부(140)는 전압 센서로부터 제공된 직류 전압의 크기가 미리 설정된 범위 이내이면, 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.To this end, the positive terminal of the DC link capacitor 110 may be provided with a voltage sensor (not shown), the switch control unit 140, if the magnitude of the DC voltage provided from the voltage sensor is within a preset range, the upper and lower switching The switching operation of the elements S R , S S , S T , S R ', S S ', and S T 'may be controlled.

여기서 미리 설정된 범위는 전력 변환 회로(120)가 정상적으로 전력 변환 동작을 수행하도록 하는 DC 링크 커패시터(110)의 최소 전압 이상으로 설정될 수 있다.The preset range may be set to a minimum voltage of the DC link capacitor 110 to allow the power conversion circuit 120 to normally perform a power conversion operation.

이에 따라, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 크기가 미리 설정된 범위 밖이면, DC 링크 커패시터(110) 또는 DC 링크 커패시터(110)의 초기 충전 과정에 이상이 발생하였다고 판단하여, 상단 및 하단 스위칭 소자(SR, SS, ST, SR', SS', ST')의 스위칭 동작을 제어하지 않을 수 있다.Accordingly, when the magnitude of the DC voltage stored in the DC link capacitor 110 is outside the preset range, it is determined that an abnormality occurs in the initial charging process of the DC link capacitor 110 or the DC link capacitor 110, and the top and bottom The switching operation of the switching elements S R , S S , S T , S R ', S S ', and S T 'may not be controlled.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 3상 계통과 연결되는 릴레이 제어 없이 능동전력필터 내부 부트스트랩 커패시터의 초기 충전을 수행함으로써, 3상 계통 연계 인버터에서 릴레이를 제거할 수 있으며, 이에 따라 능동전력필터의 생산비용을 절감할 수 있다.As described above, according to the present invention, by performing initial charging of the bootstrap capacitor inside the active power filter without controlling the relay connected to the three-phase system, the relay can be removed from the three-phase grid-connected inverter, and thus the active power filter Can reduce the production cost.

이하에서는 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, an air conditioner according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 10.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치를 도시한 도면이다.10 is a view showing an air conditioner according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치(1)는 압축기, 인버터, 컨버터 및 능동전력필터(100)를 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 공기조화장치(1)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 10에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.Referring to FIG. 10, an air conditioner 1 according to an embodiment of the present invention may include a compressor, an inverter, a converter, and an active power filter 100. The air conditioner 1 shown in FIG. 10 is according to one embodiment, and its components are not limited to the embodiment shown in FIG. 10, and some components may be added, changed, or deleted as necessary. have.

한편, 도 10에 도시된 능동전력필터(100)는 도 4 내지 도 10을 참조하여 설명한 능동전력필터(100)와 동일하므로, 능동전력필터(100)에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.Meanwhile, since the active power filter 100 illustrated in FIG. 10 is the same as the active power filter 100 described with reference to FIGS. 4 to 10, a detailed description of the active power filter 100 will be omitted.

본 발명에서 공기조화장치(1)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치, 냉난방장치 중 적어도 하나일 수 있다.In the present invention, the air conditioner 1 may be at least one of a ventilation device, an air cleaning device, a humidification device, and an air conditioning device.

공기조화장치(1)를 구성하는 실외기(미도시)는 냉매를 공급받아 압축하고, 냉매와 실외공기를 열교환하는데, 이를 위해 실외기는 냉매를 압축하는 압축기를 포함할 수 있다.The outdoor unit (not shown) constituting the air conditioner 1 receives and compresses a refrigerant and heat-exchanges the refrigerant and outdoor air. For this purpose, the outdoor unit may include a compressor for compressing the refrigerant.

압축기는 모터(300)에 의해 구동되며, 공기조화장치(1)에는 도 10에 도시된 바와 같이 압축기 내의 모터(300)를 구동하기 위한 컨버터 및 인버터가 구비되는 모터 구동 회로(500)가 포함될 수 있다.The compressor is driven by the motor 300, and the air conditioner 1 may include a motor driving circuit 500 including a converter and an inverter for driving the motor 300 in the compressor as shown in FIG. 10. have.

인버터는 직류 전압을 3상 교류 전류로 변환하고, 3상 교류 전류를 이용하여 압축기 내의 모터를 구동할 수 있다.The inverter converts a DC voltage into a three-phase alternating current and drives the motor in the compressor by using the three-phase alternating current.

보다 구체적으로, 인버터는 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 복수의 전력 스위칭 소자를 이용하여 3상 교류 전류로 변환하여 모터에 제공할 수 있다.More specifically, the inverter may convert the DC voltage stored in the DC link capacitor into a three-phase alternating current using a plurality of power switching elements and provide the same to the motor.

컨버터는 인버터에 직류 전압을 공급할 수 있다.The converter can supply a DC voltage to the inverter.

보다 구체적으로, 컨버터는 계통(200)에서 공급되는 3상 교류 전원을 직류 전압으로 변환하여 인버터에 제공할 수 있다. 컨버터는 당해 기술 분야에서 이용되는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 복수의 다이오드를 포함할 수 있다.More specifically, the converter may convert the three-phase AC power supplied from the system 200 into a DC voltage and provide the same to the inverter. The converter may be configured in various forms used in the art, and may include, for example, a plurality of diodes as shown in FIG. 10.

컨버터가 복수의 다이오드를 포함하는 경우, 컨버터는 3상 계통(200)으로부터 공급되는 3상 교류 전원을 복수의 다이오드를 이용하여 정류하고, 정류된 전원을 인버터 내의 DC 링크 커패시터에 제공할 수 있다.When the converter includes a plurality of diodes, the converter may rectify three-phase AC power supplied from the three-phase system 200 using the plurality of diodes, and provide the rectified power to a DC link capacitor in the inverter.

능동전력필터(100)는 모터(300)의 구동으로 인해 발생하는 고조파 전류를 상쇄할 수 있다.The active power filter 100 may cancel the harmonic current generated by the driving of the motor 300.

전술한 바와 같이 인버터와 컨버터는 복수의 비선형 소자(다이오드, 전력 스위칭 소자 등)를 포함하고, 이와 같은 비선형 소자에서는 계통(200)에서 공급되는 교류 전류의 주파수의 정수배를 갖는 고조파 전류가 발생할 수 있다.As described above, the inverter and the converter include a plurality of nonlinear elements (diodes, power switching elements, etc.), and in such nonlinear elements, harmonic currents having an integer multiple of the frequency of the alternating current supplied from the system 200 may be generated. .

비선형 소자로 인해 발생하는 고조파 전류는 계통(200) 및 계통(200)에 연결된 다른 부하에 악영향을 미치므로, 능동전력필터(100)는 고조파 전류와 크기는 동일하고 위상이 반대인 보상전류를 계통단에 출력함으로써 계통단에 흐르는 고조파 전류를 상쇄할 수 있다.Since the harmonic currents generated by the nonlinear elements adversely affect the grid 200 and other loads connected to the grid 200, the active power filter 100 generates a compensation current having the same magnitude and opposite phase as the harmonic current. By outputting to the stage, the harmonic current flowing through the system stage can be canceled.

능동전력필터(100)는 보상전류를 생성하기 위해, DC 링크 커패시터(110), 전력 변환 회로(120), 게이트 구동 회로(130) 및 스위치 제어부(140)를 포함할 수 있다. 각각의 에 대해서는 도 4 내지 도 10을 참조하여 설명한 바 있으므로 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.The active power filter 100 may include a DC link capacitor 110, a power conversion circuit 120, a gate driving circuit 130, and a switch controller 140 to generate a compensation current. Since each has been described with reference to FIGS. 4 to 10, a detailed description thereof will be omitted below.

한편, 공기조화장치(1)에 포함되는 능동전력필터(100)는 내부 부트스트랩 커패시터(CBS)의 초기 충전을 위한 스위칭 제어 횟수가 미리 설정된 횟수 이상이면 고조파 전류를 상쇄할 수 있다.On the other hand, the active power filter 100 included in the air conditioner 1 may cancel the harmonic current when the number of switching control for initial charging of the internal bootstrap capacitor C BS is greater than or equal to a preset number.

여기서 내부 부트스트랩 커패시터(CBS)는 도 5에 도시된 바와 같이 게이트 구동 회로(130)에 포함되는 커패시터로서, 부트스트랩 커패시터(CBS)의 초기 충전에 대해서는 전술한 바 있으므로 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.Herein, the internal bootstrap capacitor C BS is a capacitor included in the gate driving circuit 130 as shown in FIG. 5, and since the initial charging of the bootstrap capacitor C BS has been described above, a detailed description thereof will be omitted. Do it.

능동전력필터(100)는 전력 변환 회로(120)를 구성하는 하단 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하여 부트스트랩 커패시터(CBS)를 충전할 수 있다. 이 때, 각 상의 부트스트랩 커패시터(CBS)는, 해당 상의 하단 스위칭 소자가 미리 설정됫 횟수만큼 턴 온되는 경우 목표 전압 이상으로 충전될 수 있다.The active power filter 100 may charge the bootstrap capacitor C BS by controlling the switching operation of the lower switching element of the power conversion circuit 120. In this case, the bootstrap capacitor C BS of each phase may be charged above the target voltage when the lower switching element of the phase is turned on a predetermined number of times.

능동전력필터(100)는 각 상의 하단 스위칭 소자가 턴 온된 횟수를 카운팅하고, 카운팅된 횟수가 미리 설정된 횟수 이상이면 고조파 전류를 상쇄하기 위한 보상전류를 생성할 수 있다.The active power filter 100 may count the number of times the lower switching element of each phase is turned on, and generate a compensation current for canceling the harmonic current when the counted number is more than a preset number.

상술한 바와 같이, 본 발명은 의하면 부트스트랩 커패시터가 충분히 충전된 이후 고조파 전류를 상쇄함으로써, 보상 전류를 생성함에 있어서 상단 스위칭 소자의 오제어를 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, by canceling the harmonic current after the bootstrap capacitor is sufficiently charged, it is possible to prevent erroneous control of the upper switching element in generating the compensation current.

능동전력필터(100)는 계통단에 흐르는 전류로부터 고조파 전류를 추출하고, 추출된 고조파 전류에 기초하여 복수의 전력 스위칭 소자를 제어하여 보상 전류를 생성할 수 있다.The active power filter 100 may extract a harmonic current from the current flowing through the grid, and generate a compensation current by controlling the plurality of power switching elements based on the extracted harmonic current.

보상 전류를 생성하는 방법은 당해 기술분야에서 이용되는 다양한 방법에 의해 수행될 수 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.Since the method of generating the compensating current may be performed by various methods used in the art, a detailed description thereof will be omitted.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, But the present invention is not limited thereto.

Claims (12)

릴레이를 포함하지 않는 능동전력필터에 있어서,
3상 계통으로부터 공급되는 3상 교류 전원을 직류 전압의 형태로 저장하는 DC 링크 커패시터;
상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 변환하는 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환 회로;
상기 상단 및 하단 스위칭 소자에 게이트 전압을 공급하는 게이트 드라이버와 상기 게이트 드라이버에 구동전압을 공급하는 부트스트랩 커패시터를 포함하는 게이트 구동 회로; 및
상기 3상 계통의 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기에 따라 상기 상단 및 하단 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하여 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하는 스위치 제어부를 포함하는
능동전력필터.
In an active power filter that does not include a relay,
A DC link capacitor for storing three-phase AC power supplied from the three-phase system in the form of DC voltage;
A power conversion circuit including an upper switching element and a lower switching element for converting a DC voltage stored in the DC link capacitor;
A gate driver circuit including a gate driver for supplying gate voltages to the upper and lower switching devices, and a bootstrap capacitor for supplying a driving voltage to the gate driver; And
And a switch controller configured to charge the bootstrap capacitor by controlling switching operations of the upper and lower switching elements according to the magnitude of the AC voltage supplied from each phase of the three-phase system.
Active power filter.
제1항에 있어서,
상기 DC 링크 커패시터는
필름 커패시터(film capacitor)인 능동전력필터.
The method of claim 1,
The DC link capacitor
Active power filter that is a film capacitor.
제1항에 있어서,
상기 상단 스위칭 소자 및 상기 하단 스위칭 소자는
상기 3상 계통의 각 상에 대해 세 쌍으로 구성되는 능동전력필터.
The method of claim 1,
The upper switching element and the lower switching element
Active power filter consisting of three pairs for each phase of the three-phase system.
제1항에 있어서,
상기 부트스트랩 커패시터는
상기 상단 스위칭 소자에 게이트 전압을 공급하는 게이트 드라이버에 상기 구동전압을 공급하는 능동전력필터.
The method of claim 1,
The bootstrap capacitor
An active power filter for supplying the driving voltage to a gate driver for supplying a gate voltage to the upper switching element.
제1항에 있어서,
상기 게이트 구동 회로는
상기 부트스트랩 커패시터에 전원을 공급하는 직류 전압원과,
상기 직류 전압원으로부터 상기 부트스트랩 커패시터로 흐르는 전류의 경로를 형성하는 부트스트랩 저항 및 부트스트랩 다이오드를 포함하는 능동전력필터.
The method of claim 1,
The gate driving circuit
A DC voltage source for supplying power to the bootstrap capacitor;
An active power filter comprising a bootstrap resistor and a bootstrap diode forming a path of current flowing from the DC voltage source to the bootstrap capacitor.
제5항에 있어서,
상기 게이트 드라이버는
상기 직류 전압원 및 상기 구동전압을 이용하여 상기 상단 스위칭 소자에 게이트 전압을 공급하고, 상기 직류 전압원에 저장된 직류 전압을 이용하여 상기 하단 스위칭 소자에 게이트 전압을 인가하는 능동전력필터.
The method of claim 5,
The gate driver
And supplying a gate voltage to the upper switching element using the DC voltage source and the driving voltage, and applying a gate voltage to the lower switching element using the DC voltage stored in the DC voltage source.
제1항에 있어서,
상기 스위치 제어부는
상기 3상 계통의 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기를 각각 검출하고, 상기 검출된 교류 전압의 크기가 최소인 어느 한 상에 대응하는 하단 스위칭 소자를 턴 온 제어하여 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하는 능동전력필터.
The method of claim 1,
The switch control unit
Detecting a magnitude of an alternating voltage supplied from each phase of the three-phase system, and charging the bootstrap capacitor by turning on a lower switching element corresponding to one phase having a minimum magnitude of the detected alternating voltage; Active power filter.
제1항에 있어서,
상기 스위치 제어부는
상기 3상 계통의 각 상으로부터 공급되는 교류 전압의 크기를 각각 검출하고, 상기 검출된 교류 전압의 크기가 최소인 위상을 각 상에 대해 검출하고, 상기 검출된 위상에 따라 각 상에 대응하는 하단 스위칭 소자를 턴 온 제어하여 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하는 능동전력필터.
The method of claim 1,
The switch control unit
Detecting a magnitude of an AC voltage supplied from each phase of the three-phase system, detecting a phase having a minimum magnitude of the detected AC voltage for each phase, and a lower end corresponding to each phase according to the detected phase An active power filter for charging the bootstrap capacitor by turning on a switching device.
제8항에 있어서,
상기 스위치 제어부는
상기 각 상에 대해 검출된 위상의 범위 내에서 제어위상범위를 설정하고, 상기 설정된 제어위상범위에 따라 상기 각 상에 대응하는 하단 스위칭 소자를 턴 온 제어하여 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하는 능동전력필터.
9. The method of claim 8,
The switch control unit
An active power filter configured to set a control phase range within a range of detected phases for each phase, and to turn on a lower switching element corresponding to each phase according to the set control phase range to charge the bootstrap capacitor; .
제1항에 있어서,
상기 스위치 제어부는
상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 크기가 미리 설정된 범위 이내이면 상기 상단 및 하단 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 능동전력필터.
The method of claim 1,
The switch control unit
And controlling the switching operation of the upper and lower switching elements when the magnitude of the DC voltage stored in the DC link capacitor is within a preset range.
압축기;
직류 전압을 3상 교류 전류로 변환하고, 상기 3상 교류 전류를 이용하여 상기 압축기 내의 모터를 구동하는 인버터;
상기 인버터에 상기 직류 전압을 공급하는 컨버터; 및
상기 모터의 구동으로 인해 발생하는 고조파 전류를 상쇄하는 능동전력필터를 포함하는
공기조화장치.
compressor;
An inverter that converts a DC voltage into a three-phase alternating current and drives a motor in the compressor using the three-phase alternating current;
A converter for supplying the DC voltage to the inverter; And
It includes an active power filter to cancel the harmonic current generated by the drive of the motor
Air conditioning system.
제11항에 있어서,
상기 능동전력필터는
내부 부트스트랩 커패시터의 초기 충전을 위한 스위칭 제어 횟수가 미리 설정된 횟수 이상이면 상기 고조파 전류를 상쇄하는 공기조화장치.12. The method of claim 11,
The active power filter
The air conditioner for canceling the harmonic current when the number of switching control for the initial charge of the internal bootstrap capacitor is more than a predetermined number.
KR1020180009348A 2018-01-25 2018-01-25 Active power filter and air conditioner comprising the same KR20190090542A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180009348A KR20190090542A (en) 2018-01-25 2018-01-25 Active power filter and air conditioner comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180009348A KR20190090542A (en) 2018-01-25 2018-01-25 Active power filter and air conditioner comprising the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190090542A true KR20190090542A (en) 2019-08-02

Family

ID=67614012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180009348A KR20190090542A (en) 2018-01-25 2018-01-25 Active power filter and air conditioner comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20190090542A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210065617A (en) * 2019-11-27 2021-06-04 신태성 Controller for active power filter
JPWO2021240642A1 (en) * 2020-05-26 2021-12-02

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210065617A (en) * 2019-11-27 2021-06-04 신태성 Controller for active power filter
JPWO2021240642A1 (en) * 2020-05-26 2021-12-02
WO2021240642A1 (en) * 2020-05-26 2021-12-02 三菱電機株式会社 Harmonic suppression device and air conditioning system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109168326B (en) Power supply device
JP6394421B2 (en) Drive device for semiconductor switching element
JP6597508B2 (en) Power converter
CN103036466B (en) Switching power supply device, and inverter, converter, air conditioner, solar power controller, and automobile employing same
AU2015389306B2 (en) Step-up device and converter device
JP5206198B2 (en) Driving circuit for power conversion circuit
JPWO2015056571A1 (en) Power conversion device and power conversion method
US10333406B2 (en) Electric power converter providing outputs by adjusting first rectified output voltage by chopper circuit and adjusting second rectified output voltage by DC-DC converter
JP2014147189A (en) Drive circuit of power converter
US20150256083A1 (en) Inverter device and air conditioner
US9780690B2 (en) Resonant decoupled auxiliary supply for a switched-mode power supply controller
JP6477923B2 (en) Control circuit
JP5349698B2 (en) Auxiliary power supply for vehicle
KR101911263B1 (en) Power transforming apparatus and air conditioner including the same
KR20190072893A (en) Air conditioner having function of protecting compressor
KR20190090542A (en) Active power filter and air conditioner comprising the same
JP2016123202A (en) Power conversion device and control method for power conversion device
KR20210028363A (en) Power transforming apparatus having thermal protection function
US20190305681A1 (en) Dc/dc converter having failure detection based on voltage sensor values
JP2017123740A (en) Switching power supply
US11404953B2 (en) Drive circuit for power semiconductor element and power semiconductor module employing the same
US11990826B2 (en) Power electronics device and method for supplying electrical voltage to a driver circuit of a power semiconductor switch
CN108028612B (en) Inverter device for electric vehicle
US11368147B2 (en) Gate drive circuit
CN106849630A (en) SPM and its control method, air-conditioner

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
E601 Decision to refuse application
E801 Decision on dismissal of amendment