KR20190101511A - 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 컨버터로부터의 직류 전원을 레벨 다운시켜, 강압된 전압을 출력하는 전압 강압부를 구비하며, 전압 강압부는, 변압기와, 변압기의 2차측에 배치되며, 일반 모드에서, 제1 레벨의 전원을 변압기로 피드백하는 제1 전압 분배부와, 변압기의 2차측에 배치되며, 대기 모드에서, 제1 레벨 보다 낮은 제2 레벨의 전원을 피드백하는 제2 전압 분배부를 포함하며, 일반 모드에서, 제1 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨 보다, 대기 모드에서, 제2 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이 더 작다. 이에 따라, 대기 모드시 제어부에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있게 된다.

Description

전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Power converting apparatus and air conditioner including the same}
본 발명은 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 대기 모드시 제어부에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
한편, 한국 등록특허공보 제10-1596680호에 따르면, 대기 모드 시 실내기에서 실외기의 전원 공급을 차단하여, 대기전력을 감소하는 것이 개시된다.
그러나 이에 따르면, 대기 모드시, 부하 전원을 차단하는 것만 개시되고, 제어부에 공급되는 전원에 대한 내용이 개시되지 않는다. 한편, 대기 모드에서, 제어부를 대기 모드로 동작시키는 경우, 제어부에서 소비되는 전력이 발생하게 된다.
본 발명의 목적은, 대기 모드시 제어부에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 일반 모드시에 비해 대기 모드시 제어부에 공급되는 전원 레벨을 제한할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 전압 강압부를 구비하며, 일반 모드에서, 제1 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨 보다, 대기 모드에서, 제2 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이 더 작다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 변압기의 2차측에 배치되며, 제1 부하로 제1 직류 전원을 공급하기 위해 스위칭을 수행하는 제1 스위칭 소자와, 변압기의 2차측에 배치되며, 제2 부하로 제2 직류 전원을 공급하기 위해 스위칭을 수행하는 제2 스위칭 소자를 더 포함하며, 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자는, 일반 모드에서, 턴 온되며, 대기 모드에서 턴 오프된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 변압기의 1차측에 접속되는 제3 스위칭 소자와, 제1 전압 분배부 또는 제2 전압 분배부와, 제3 스위칭 소자 사이에 접속되는 포토 커플러를 더 포함한다.
한편, 제2 전압 분배부는, 복수의 저항 소자, 및 제4 스위칭 소자를 구비하며, 제4 스위칭 소자는, 일반 모드에서, 턴 오프되며, 대기 모드에서 턴 온된다.
한편, 제어부는, 대기 모드 진입시, 제4 스위칭 소자가 턴 온되도록 제어한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 전력변환장치를 구비하며, 전력변환장치는, 전압 강압부를 구비하며, 일반 모드에서, 제1 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨 보다, 대기 모드에서, 제2 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이 더 작다.
한편, 공기조화기 내의 실외기가 상기 전력 변환장치를 구비할 수 있다.
한편, 공기조화기 내의 실내기가 상기 전력변환장치를 구비할 수 있다.
한편, 공기조화기 내의 제어부는, 대기 모드 진입시, 실외기 부하와 실내기 부하로 공급되는 전원이 차단되도록 제어하고, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이, 일반 모드 보다 작아지도록 제어한다.
한편, 공기조화기 내의 제어부는, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이, 일반 모드 보다 작아진 상태에서, 대기 모드가 종료되는 경우, 제어부의 포트가 초기화되도록 제어한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 전압 강압부를 구비하며, 일반 모드에서, 제1 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨 보다, 대기 모드에서, 제2 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이 더 작다. 이에 따라, 대기 모드시 제어부에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 변압기의 2차측에 배치되며, 제1 부하로 제1 직류 전원을 공급하기 위해 스위칭을 수행하는 제1 스위칭 소자와, 변압기의 2차측에 배치되며, 제2 부하로 제2 직류 전원을 공급하기 위해 스위칭을 수행하는 제2 스위칭 소자를 더 포함하며, 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자는, 일반 모드에서, 턴 온되며, 대기 모드에서 턴 오프된다. 이에 따라, 대기 모드시 부하에 공급되는 전력을 중지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 변압기의 1차측에 접속되는 제3 스위칭 소자와, 제1 전압 분배부 또는 제2 전압 분배부와, 제3 스위칭 소자 사이에 접속되는 포토 커플러를 더 포함한다. 이에 따라, 변압기의 1차측과 2차측을 절연하면서, 제3 스위칭 소자가 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
한편, 제2 전압 분배부는, 복수의 저항 소자, 및 제4 스위칭 소자를 구비하며, 제4 스위칭 소자는, 일반 모드에서, 턴 오프되며, 대기 모드에서 턴 온된다. 이에 따라, 일반 모드시에 비해 대기 모드시 제어부에 공급되는 전원 레벨을 제한할 수 있게 되어, 대기 모드시 제어부에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있게 된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 전력변환장치를 구비하며, 전력변환장치는, 전압 강압부를 구비하며, 일반 모드에서, 제1 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨 보다, 대기 모드에서, 제2 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이 더 작다. 이에 따라, 대기 모드시 제어부에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있게 된다.
한편, 공기조화기 내의 실외기가 상기 전력 변환장치를 구비할 수 있다. 이에 따라, 실외 인입 방식의 경우, 대기 모드시 제어부에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있게 된다.
한편, 공기조화기 내의 실내기가 상기 전력변환장치를 구비할 수 있다. 이에 따라, 실내 인입 방식의 경우, 대기 모드시 제어부에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있게 된다.
한편, 공기조화기 내의 제어부는, 대기 모드 진입시, 실외기 부하와 실내기 부하로 공급되는 전원이 차단되도록 제어하고, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이, 일반 모드 보다 작아지도록 제어한다. 이에 따라, 대기 모드시 부하에 공급되는 전력을 중지할 수 있게 된다.
한편, 공기조화기 내의 제어부는, 제어부로 공급되는 전원의 레벨이, 일반 모드 보다 작아진 상태에서, 대기 모드가 종료되는 경우, 제어부의 포트가 초기화되도록 제어한다. 이에 따라, 대기 모드 종료 후, 일반 모드 동작시, 초기 동작을 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 공기조화기의 실외기와 실내기의 내부 블록도의 일예이다.
도 4는 도 1의 실외기 내의 압축기 구동을 위한 압축기 구동부의 블록도이다.
도 5는 도 4의 압축기 구동부의 회로도의 일예이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전력변환장치의 내부 블록도를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 전력변환장치의 회로도이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 9a 내지 도 10은 도 8a 또는 도 8b의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실내기(31), 실내기(31)에 연결되는 실외기(21)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(31)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31)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(21)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(21)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31)로 냉매를 공급한다. 실외기(21)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21)는, 연결된 실내기(310)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(31)는, 실외기(21)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21) 및 실내기(31)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)는 실내기(31)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.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분된다.
실외기(21)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 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.
실내기(31)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(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.
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는, 압축기 구동을 위한 전력변환장치(도 4의 200)에 의해 구동될 수 있다.
도 3은 도 1의 공기조화기의 실외기와 실내기의 내부 블록도의 일예이다.
실외기(21)는, 통신부(120a), 메모리(140a), 제어부(170a), 전원 공급부(190a), 압축기 구동부(200), 팬 구동부(127a)를 구비할 수 있다.
통신부(120a)는, 실내기(31)와 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들어, 유선의 전력선 통신을 통해, 실내기와 데이터를 교환할 수 있다.
메모리(140a)는, 제어부(170a)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 실외기(21) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(170a)는, 실외기(21) 내의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어한다.
전원 공급부(190a)는, 제어부(170a)의 제어에 의해, 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
압축기 구동부(200)는, 압축기 구동을 위한 회로를 구비하여, 압축기를 구동할 수 있다.
팬 구동부(127a)는, 팬 구동을 위한 회로를 구비하여, 팬을 구동할 수 있다.
실내기(31)는, 입력부(110), 메모리(140b), 제어부(170b), 디스플레이(180), 전원 공급부(190b)를 구비할 수 있다.
입력부(110)는, 실내기(31)에 부착되는 복수의 버튼 또는 터치 스크린을 구비할 수 있다. 복수의 버튼 또는 터치 스크린을 통해, 실내기(31)의 전원을 온 시켜, 동작시키는 것이 가능하다. 그 외, 다양한 입력 동작을 수행하는 것도 가능하다.
통신부(120b)는, 실외기(21)와 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들어, 유선의 전력선 통신을 통해, 실외기(21)와 데이터를 교환할 수 있다.
메모리(140b)는, 제어부(170b)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 실내기(31) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(170b)는, 실내기(31) 내의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어한다.
전원 공급부(190b)는, 제어부(170b)의 제어에 의해, 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
디스플레이(180)는, 실내기(31)의 동작 상태를 표시할 수 있다.
도 4는 도 1의 실외기 내의 압축기 구동을 위한 압축기 구동부의 블록도이고, 도 5는 도 4의 압축기 구동부의 회로의 일예이다.
도면을 참조하면, 압축기 구동을 위한 압축기 구동부(도 4의 200)는, 압축기 모터(250)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(220)와, 인버터(220)를 제어하는 인버터 제어부(230)와, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210), 컨버터(210)를 제어하는 컨버터 제어부(215), 컨버터(210)와 인버터(220) 사이의 dc단 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 한편, 압축기 모터 구동장치(200)는, dc단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
압축기 구동부(200)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 압축기 모터(250)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 압축기 구동부(200)는, 압축기 구동장치라고도 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동부(200)는, 입력 교류 전원의 레벨 또는 위상에 따라, 반 주기를 복수 구간으로 나누어, 복수 구간 중 적어도 일부 구간에 대해, 컨버터(210) 내의 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변한다. 이에 의해, 컨버터 스위칭 소자의 스위칭 및 전도 손실을 저감시킬 수 있으며, 결국, 컨버터 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
컨버터(210)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 컨버터(210)는, 정류부(410)와 부스트 컨버터(420)를 포함하는 개념일 수 있다. 한편, 입력 교류 전원에 기초한 입력 전력은, Pgrid로 명명할 수 있다.
정류부(410)는, 단상 교류 전원(201)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 출력한다.
이를 위해, 정류부(410)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자(Da,Db) 및 하암 다이오드 소자(D'a,D'b)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬(Da&D'a,Db&D'b)로 연결되는 것을 예시한다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.
부스트 컨버터(420)는, 정류부(410)와 인버터(220) 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터(L1)와 다이오드(D1), 인덕터(L1)와 다이오드(D1) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S1)를 구비한다. 이러한 스위칭 소자(S1)의 온에 의해, 인덕터(L1)에 에너지가 저장되다가, 스위칭 소자(S1)의 오프에 의해, 인덕터(L1)에 저장된 에너지가 다이오드(D1)를 거쳐, 출력될 수 있다.
한편, 저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 경우, 부스트 컨버터(420)는, 일정 전압이 승압된, 즉 오프셋된, 전압을 출력할 수도 있다.
컨버터 제어부(215)는, 부스트 컨버터(420) 내의 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(215)는, 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B), dc단 전압 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)와, dc단 전압(Vdc)을 수신할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(410) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(215)에 인가될 수 있다.
한편, 입력 전압 검출부(A)에 의해, 입력 전압의 제로 크로싱 지점도 검출할 수 있게 된다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(410) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(215)에 인가될 수 있다.
dc 전압 검출부(B)는 dc 단 커패시터(C) 양단, 즉 dc 단 전압(Vdc)을 검출한다. 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 dc 단 커패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어부(215), 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있으며, dc 단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc), 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 각각 생성될 수 있다.
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(250)에 출력할 수 있다.
이에 따라, 인버터(220)는, 부하인 모터(250)로, 인버터 전력(Pinv)을 공급할 수 있다. 이때의 인버터 전력(Pinv)은, 부하인 모터(250)에서 필요한 전력으로서, 필요한 목표 전력에 추종할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는, 인버터 전력(Pinv)을 부하에서 필요한 목표 전력과 동일한 개념으로 기술할 수도 있다.
구체적으로, 인버터(220)는, 복수의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결될 수 있다. 그리고, 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력할 수 있다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(250)에 흐르는 출력 전류(io) 및 dc단 커패시터 양단인 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, dc 단 전압(Vdc)은 dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(220)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전력변환장치의 내부 블록도를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 6의 전력변환장치(600)는, 도 3의 전원 공급부(190a 또는 190b) 내에 구비될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 전력변환장치(600)가, 도 3의 실내기(21) 내의 전원 공급부(190a)에 구비되는 경우, 실내 인입 방식이라 명명할 수 있으며, 도 3의 실외기(31) 내의 전원 공급부(190b)에 구비되는 경우, 실외 인입 방식이라 명명할 수 있으며,
도 6의 전력변환장치(600)는, 전원 차단부(610), 필터부(620), 컨버터(630), 전압 강압부(640)를 구비할 수 있다.
전원 차단부(610)는, 입력 교류 전원(201)의 전원 차단을 위한 동작을 수행할 수 있으며, 예를 들어, 퓨즈(fuse)를 구비할 수 있다.
필터부(620)는, 입력 교류 전원(201)의 노이즈를 제거한다.
컨버터(630)는, 입력 교류 전원(201)을 직류 전원으로 변환할 수 있다.
예를 들어, 도 7과 같이, 컨버터(630)는, 복수의 다이오드를 구비하는 정류부를 구비할 수 있다. 예를 들어, 정류부(630)는, 브릿지 다이오드를 구비할 수 있다. 즉, 도 7과 같이, 상측 다이오드 2개, 하측 다이오드 2개가 서로 브릿지로 접속될 수 있다.
한편, 컨버터(630)와, 전압 강압부(640) 사이에, 정류된 전원을 평활하기 위한 커패시터(C)가 배치될 수 있다.
전압 강압부(640)는, 컨버터(630)로부터의 직류 전원을 레벨 다운시켜, 강압된 전압을 출력할 수 있다. 특히, 전압 강압부(640)는, 복수의 직류 전원(Vdc1, Vdc2,Vdc3)을 출력할 수 있다.
복수의 직류 전원(Vdc1, Vdc2,Vdc3)은, 일반 모드 동작시, 각각, 실내기(31) 또는 실외기(21) 내의 각 유닛에 공급될 수 있다. 예를 들어, Vdc1, Vdc2은, 각각 디스플레이, 통신부 등에 공급될 수 있으며, Vdc3은 제어부(170a 또는 170b)에 공급될 수 있다.
한편, 대기 모드 동작시, 전압 강압부(640)는, 복수의 직류 전원(Vdc1, Vdc2,Vdc3) 중 제1 및 제2 직류 전원(Vdc1,Vdc2)의 출력을 중지시키고, 제어부(170a 또는 170b)에 공급되는 제3 직류 전원(Vdc3)만 출력되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 대기 모드에서의 소비 전력을 저감하면서, 제어부(170a 또는 170b)를 대기 모드 상태로 동작시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는, 대기 모드에서 동작하는 제어부(170a 또는 170b)에서 소비되는 전력을 더 저감하는 방안을 제시한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 전압 강압부(640)는, 도 7에 도시되는 변압기(T1), 변압기(T1)의 2차측에 배치되며, 일반 모드에서, 제1 레벨의 전원을 변압기(T1)로 피드백하는 제1 전압 분배부(680)와, 변압기(T1)의 2차측에 배치되며, 대기 모드에서, 제1 레벨 보다 낮은 제2 레벨의 전원을 피드백하는 제2 전압 분배부(688)를 포함한다. 이에 대해서는, 도 7에 대한 설명에서 상세히 기술한다.
도 7은 도 6의 전력변환장치의 회로도이다.
도면을 참조하면, 전력변환장치(600)는, 전원 차단부(610), 필터부(620), 컨버터(630), 전압 강압부(640)를 구비할 수 있다. 이하에서는 전압 강압부(640)에 대해 상세히 기술한다.
전압 강압부(640)는, 변압기(T1), 제1 전압 분배부(680), 제2 전압 분배부(688), 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2), 제3 스위칭 소자(S3) 등을 구비할 수 있다.
전압 강압부(640)는, 스위치 모드 파워 서플라이(SMPS)를 구비할 수 있으며, 이에 따라, 변압기(T1)와, 변압기(T1)의 1차측의 일단과 접지단 사이에 배치되는 제3 스위칭 소자(S3)를 구비할 수 있다.
제3 스위칭 소자(S3)의 스위칭 동작에 따라, 변압기(T1)의 1차측에 에너지가, 2차측으로 전달된다.
한편, 변압기(T1)의 2차측에는, 복수의 코일(La,Lb,Lc)가 배치되며, 이에 따라, 복수의 코일(La,Lb,Lc)의 권선비에 따라, 각각 해당하는 직류 전원을 출력할 수 있다.
예를 들어, 제1 코일(La)에 접속되는 제1 다이오드(Da), 제1 다이오드(Da)에 접속되는 제1 스위칭 소자(S1)의 스위칭 동작을 통해, 제1 부하(LD1)에, 제1 직류 전원(Vdc1)이 출력될 수 있다. 이때의 제1 직류 전원(Vdc1)은 대략 15V일 수 있다.
한편, 제2 코일(Lb)에 접속되는 제2 다이오드(Db), 제2 다이오드(Db)에 접속되는 제2 스위칭 소자(S2)의 스위칭 동작을 통해, 제2 부하(LD2)에, 제2 직류 전원(Vdc2)이 출력될 수 있다. 이때의 제2 직류 전원(Vdc2)은 대략 10V일 수 있다.
한편, 제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2)는, 일반 모드에서, 턴 온되며, 대기 모드에서 턴 오프된다. 이에 따라, 대기 모드시 부하(LD1,LD2)에 공급되는 전력을 중지할 수 있게 된다.
한편, 제1 부하(LD1) 또는 제2 부하(LD2)는 통신부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 통신부는, 일반 모드에서 동작하나, 대기 모드에서는 동작하지 않을 수 있다. 따라서, 대기 전력을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제3 코일(Lc)에 접속되는 제3 다이오드(Dc)를 통해, 제어부(170)에 제3 직류 전원(Vdc3)이 출력될 수 있다. 이때의 제3 직류 전원(Vdc3)은, 일반 모드 시와 대기 모드시에 레벨이 달라질 수 있다. 예를 들어, 일반 모드시, 대략 5V의 전원을 출력하고, 대기 모드시, 대략 3V의 전원을 출력할 수 있다.
이를 위해, 전력변환장치(600)는, 변압기(T1)의 2차측에 배치되며, 일반 모드에서, 제1 레벨의 전원을 변압기(T1)로 피드백하는 제1 전압 분배부(680)와, 변압기(T1)의 2차측에 배치되며, 대기 모드에서, 제1 레벨 보다 낮은 제2 레벨의 전원을 피드백하는 제2 전압 분배부(688)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 전압 분배부(680)는, 제3 다이오드(Dc)와 제어부(170) 사이에 접속되며, 서로 직렬 접속되는 저항 소자들(Raa,Rab)와, 저항 소자(Rab)에 병렬 접속되는 제너 다이오드(ZDa)를 구비할 수 있다.
제1 전압 분배부(680)는, 일반 모드시 동작하며, 저항 소자들(Raa,Rab)에 의해 분배된 제1 레벨의 전압을 포토 커플러의 입력단(m-n단)에 출력할 수 있다.
한편, 제2 전압 분배부(685)는, 제3 다이오드(Dc)와 제어부(170) 사이에 접속되며, 제1 전압 분배부(680)의 저항 소자에 접속되는 제4 스위칭 소자(S4), 제4 스위칭 소자(S4)와 접지단 사이에 접속되는 저항 소자(Rb)와, 저항 소자(Rb)에 병렬 접속되는 제너 다이오드(ZDb)를 구비할 수 있다.
제2 전압 분배부(685)는, 대기 모드시 동작하며, 저항 소자들(Raa,Rb)에 의해 분배된 전압을 포토 커플러(690)의 입력단(m-n단)에 출력할 수 있다.
특히, 제2 전압 분배부(685) 내의 제4 스위칭 소자(S4)는, 일반 모드시 오프되고, 대기 모드시 온되며, 이에 따라, 대기 모드시, 저항 소자들(Raa,Rb)에 의해 분배된 제2 레벨의 전압을 포토 커플러(690)의 입력단(m-n단)에 출력할 수 있다.
대기 모드시, 제1 레벨의 전압 보다 낮은 제2 레벨의 전압을 가지도록, 제2 전압 분배부(685) 내의 저항 소자(Rb)의 저항값이 설정되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제4 스위칭 소자(S4)는, 일반 모드에서, 턴 오프되며, 대기 모드에서 턴 온됨에 따라, 일반 모드시, 제어부(170)로 공급되는 전원(Vdc3)의 레벨은 대략 5V 이며, 대기 모드시, 제어부(170)로 공급되는 전원(Vdc3)의 레벨이 대략 3V 로 낮아질 수 있게 된다. 따라서, 대기 모드시 제어부(170)에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있게 된다.
포토 커플러(690)는, 제1 전압 분배부(680) 또는 제2 전압 분배부(685)와, 제3 스위칭 소자(S3) 사이에 접속된다.
한편, 포토 커플러(690)는, 일반 모드시, 제1 전압 분배부(680)로부터의 제1 레벨의 전원을 변압기(T1)로 피드백하며, 대기 모드에서, 제1 레벨 보다 낮은 제2 레벨의 전원을 변압기(T1)로 피드백할 수 있다.
이러한 포토 커플러(690)에 의하면, 변압기(T1)의 1차측과 2차측이 절연되면서, 전압 피드백을 수행할 수 있어, 안정적으로 제3 스위칭 소자(S)가 동작할 수 있게 된다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 동작방법을 도시한 순서도이고, 도 9a 내지 도 10은 도 8a 또는 도 8b의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 8a를 참조하면, 전력변환장치(600)가 대기 모드로 진입하는 경우(S810), 실외기 부하 전원 차단(820), 실내기 부하 전원 차단(825)이 수행될 수 있다.
예를 들어, 공기조화기(100) 내에 교류 전원(201)의 공급이 중단되는 경우, 또는 전원 오프 버튼이 동작하는 경우, 대기 모드로 진입할 수 있다.
이에 따라, 공기조화기(100) 내의 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)는, 대기 모드로 진입하도록 제어하며, 실외기 부하 전원 차단(820), 실내기 부하 전원 차단(825)이 수행되도록 제어할 수 있다.
특히, 전력변환장치(600) 내의 제1 및 제2 스위칭 소자(S1,S2)가 턴 오프되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 부하(LD1)와 제2 부하(LD2)에 공급되는 전력이 중지되게 된다.
다음, 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)는, 대기 모드 제어 스위치를 온하도록 제어할 수 있다(S830). 여기서, 대기 모드 제어 스위치는, 제2 전압 분배부(685) 내의 제4 스위칭 소자(S4)일 수 있다.
즉, 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)는, 대기 모드 진입시, 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)의 동작을 위해, 제4 스위칭 소자(S4)의 턴 온을 위한 스위칭 제어 신호(Ss4)를 제4 스위칭 소자(S4)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 전력변환장치(600) 내의 제2 전압 분배부(685)가 동작하게 된다.
제2 전압 분배부(685)의 동작에 따라, 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)로 공급되는 전원의 레벨은, 일반 모드시, 제1 전압 분배부(680)의 동작에 따라, 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)로 공급되는 전원의 레벨 보다 작게 된다.
결국, 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)는, 최소 전력 모드로 운전하게 된다(S840).
다음, 대기 모드 제어 스위치, 즉 제2 전압 분배부(685) 내의 제4 스위칭 소자(S4)가 계속 온되며(S845), 따라서, 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)로 공급되는 전원의 레벨이 감소된다(S850). 예를 들어, 일반 모드의 대략 5V에서, 대략 3V로 감소될 수 있다.
그리고, 실외기 제어부(170b) 또는 실내기 제어부(170a)는, 대기 모드에서 공급되는 직류 전원에 기초하여, 대기 모드로 동작한다(S855).
이에 따라, 대기 모드에서, 다른 부하를 제외하고, 제어부만 동작함으로써, 대기 모드 시의 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.
또한, 대기 모드에서, 제어부에 공급되는 전원의 레벨을 더 낮춤으로써, 최소 전력 모드로 제어부가 동작하게 되어, 소비 전력을 더욱 저감할 수 있게 된다.
도 8b는 대기 모드 종료와 관련된 도면이다.
도면을 참조하면, 대기 모드에서, 제어부(170)에 공급되는 동작 전원이 감소하는 상태에서(S870), 대기 모드 종료인 경우(S875), 제어부(170)는 제어부(170)의 포트가 초기화되도록 제어할 수 있다(S880). 이에 따라, 대기 모드 종료 후, 일반 모드 동작시, 초기 동작을 수행할 수 있게 된다.
한편, 도 9a는, 일반 모드시의 전력변환장치(600)의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 일반 모드시, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1,S2)는 턴 온, 제4 스위칭 소자(S4)는 턴 오프된다.
이에 따라, 제1 및 제2 부하(LD1,LD2)에 각각 제1 및 제2 전원(VDc1,VDc2)이 출력되며, 제1 전압 분배부(680)의 동작으로, 제어부(170)에 제1 레벨의 전원이 출력된다. 여기서 제1 레벨은 대략 5V일 수 있다.
도면에서는, 제1 전압 분배부(680)의 동작에 따른 제1 전류 패쓰(Ipath1)를 예시한다.
한편, 도 9b는, 대기 모드시의 전력변환장치(600)의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 대기 모드시, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1,S2)는 턴 오프, 제4 스위칭 소자(S4)는 턴 온된다.
이에 따라, 제1 및 제2 부하(LD1,LD2)에 전원 공급이 중단되며며, 제2 전압 분배부(685)의 동작으로, 제어부(170)에 제2 레벨의 전원이 출력된다. 여기서 제2 레벨은 대략 3V일 수 있다.
도면에서는, 제2 전압 분배부(685)의 동작에 따른 제2 전류 패쓰(Ipath2)를 예시한다.
도 10은 전력변환장치(600) 내의 각 신호에 대한 파형도를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, Tk 이전은 일반 모드를 나타내며, Tk 이후부터 대기 모드가 수행된다.
일반 모드시, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1,S2)는 턴 온, 제4 스위칭 소자(S4)는 턴 오프되며, 제어부(170)에 공급되는 전원(Vdc3)의 레벨은 Lv1이며, 포토 커플러(690)에 입력되는 전원(Vmn)의 레벨은 Lv3 일 수 있다.
대기 모드시, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1,S2)는 턴 오프, 제4 스위칭 소자(S4)는 턴 온되며, 제어부(170)에 공급되는 전원(Vdc3)의 레벨은 Lv1 보다 작은 Lv2이며, 포토 커플러(690)에 입력되는 전원(Vmn)의 레벨은 Lv3 보다 작은 Lv4일 수 있다.
이에 따라, 대기 모드시 제어부(170)에서 소비되는 전력을 상당히 저감할 수 있게 된다.
한편, 도 6 내지 도 10에서 기술한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(600)는, 도 1의 공기조화기(100) 외에 다양한 홈 어플라이언스에 적용이 가능하다. 예를 들어, 세탁물 처리기기(세탁기, 건조기 등), 냉장고, 정수기, 로봇 청소기 등 다양한 분야에서 적용가능하다.
본 발명에 따른 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기는 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.
한편, 본 발명의 전력변환장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 전력변환장치 또는 공기조화기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터;
    상기 컨버터로부터의 직류 전원을 레벨 다운시켜, 강압된 전압을 출력하는 전압 강압부;를 구비하며,
    상기 전압 강압부는,
    변압기;
    상기 변압기의 2차측에 배치되며, 일반 모드에서, 제1 레벨의 전원을 상기 변압기로 피드백하는 제1 전압 분배부;
    상기 변압기의 2차측에 배치되며, 대기 모드에서, 상기 제1 레벨 보다 낮은 제2 레벨의 전원을 피드백하는 제2 전압 분배부;를 포함하며,
    상기 일반 모드에서, 상기 제1 전압 분배부의 동작에 기초하여, 제어부로 공급되는 전원의 레벨 보다, 상기 대기 모드에서, 상기 제2 전압 분배부의 동작에 기초하여, 상기 제어부로 공급되는 전원의 레벨이 더 작은 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변압기의 2차측에 배치되며, 제1 부하로 제1 직류 전원을 공급하기 위해 스위칭을 수행하는 제1 스위칭 소자;
    상기 변압기의 2차측에 배치되며, 제2 부하로 제2 직류 전원을 공급하기 위해 스위칭을 수행하는 제2 스위칭 소자;를 더 포함하며,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자는, 상기 일반 모드에서, 턴 온되며, 상기 대기 모드에서 턴 오프되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변압기의 1차측에 접속되는 제3 스위칭 소자; 및
    상기 제1 전압 분배부 또는 상기 제2 전압 분배부와, 상기 제3 스위칭 소자 사이에 접속되는 포토 커플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압 분배부는 복수의 저항 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압 분배부는, 복수의 저항 소자, 및 제4 스위칭 소자를 구비하며,
    상기 제4 스위칭 소자는, 상기 일반 모드에서, 턴 오프되며, 상기 대기 모드에서 턴 온되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 대기 모드 진입시, 상기 제4 스위칭 소자가 턴 온되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    복수의 다이오드를 구비하는 정류부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부하 또는 제2 부하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전력변환장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  10. 제9항에 있어서,
    실외기 또는 실외기는 상기 전력변환장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 공기조화기 내의 제어부는,
    대기 모드 진입시, 실외기 부하와 실내기 부하로 공급되는 전원이 차단되도록 제어하고, 상기 제어부로 공급되는 전원의 레벨이, 일반 모드 보다 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공기조화기 내의 제어부는,
    상기 제어부로 공급되는 전원의 레벨이, 상기 일반 모드 보다 작아진 상태에서, 상기 대기 모드가 종료되는 경우, 상기 제어부의 포트가 초기화되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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