KR20190116752A - 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부를 포함하는 입력부, 입력부에 직류 전원이 연결되면, 항상 일정한 극성의 직류 전원을 출력하며, 입력부에 교류 전원이 연결되면, 입력부를 통하여 수신된 교류 전원을 정류하는 브리지 다이오드부, 및, 브리지 다이오드부의 출력단인 dc단에 연결되는 커패시터를 포함함으로써, AC 배전 환경과 DC 배전 환경 겸용으로 사용할 수 있다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{Power converting apparatus and home appliance including the same}
본 발명은 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류/직류 전원 겸용 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
전력 변환 장치는, 입력 전원을 변환하여 변환된 전력을 공급하는 장치이다. 이러한 전력 변환 장치는, 홈 어플라이언스(home appliance) 내에 배치되어, 입력 전원을 홈 어플라이언스를 구동하기 위한 전원으로 변환한다.
예를 들어, 교류 전원을 이용하는 전력 변환 장치는 수신되는 교류 전원을 홈 어플라이언스 구동을 위한 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 이용하는 전력 변환 장치는 수신되는 직류 전원을 홈 어플라이언스 구동을 위하여 다양한 전압 레벨의 구동 전원으로 변환할 수 있다.
도 1은 교류 기반의 전력 공급 시스템 구성도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 교류 기반의 전력 공급 시스템(1)은, 외부로부터의 교류 전원을 수신하고, 교류 전원에 기반하여 동작하는 홈 어플라이언스(30)와, 외부로부터의 수신되는 교류 전원에 기반하여 생성되거나 신재생 에너지에 기반하여 생성된 직류 전원을 저장하는 에너지 저장장치(20)를 포함할 수 있다.
전력 공급 시스템(1)은, 태양 전지를 구비하고, 태양 전지에 기초하여 직류 전원을 생성하여 출력하는 태양광 모듈(40) 등 신재생 에너지 기반의 발전 장치를 포함할 수 있다.
에너지 저장장치(20)는, 적어도 하나의 배터리(21)를 구비할 수 있으며, 충방전 차저(Charger, 22)를 통하여 배터리(21)에 전력을 저장할 수 있다.
또한, 에너지 저장장치(20)는, 배터리(21)를 충전하기 위한 전압 레벨로 변환되도록 DC/DC 컨버터(23)를 구비할 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(20)는, 태양광 모듈(40)에서 생성되거나 배터리(21)에 저장된 전력을 외부로 공급할 수도 있다. 이를 위해, 에너지 저장장치(20)는, DC/AC 인버터(24)를 구비할 수 있다.
한편, 배터리(21)는 외부로부터의 수신되는 교류 전원에 기반하여 저장될 수 있다. 이 경우에, 에너지 저장장치(20)는, DC/AC 인버터(24) 대신 양방향 컨버터(미도시)를 구비할 수 있다.
상용 발전소(11)로부터 가정용 에너지 저장 장치(20), 홈 어플라이언스(30) 등으로 교류 전원이 공급될 수 있다.
홈 어플라이언스(30)는, 직류 전원을 사용하도록 제작된 인버터 등 DC용 부품(32) 사용을 위해 AC/DC 컨버터(31)가 필요하다.
예를 들어, 홈 어플라이언스(30)에서 수신된 교류 전원은 AC/DC 컨버터(31)에서 직류 전원으로 변환되고, 인버터(32)를 통해, 모터(33) 등을 구동하게 된다.
경우에 따라서, 교류 전원을 사용하도록 제작된 히터, 밸브, 도어 스위치 등 AC 용 부품(34)은 AC 전원을 이용하여 동작할 수 있다.
최근에는 교류/직류 변환에 따른 효율성 저하, 전원 변환을 위한 부품 및 제조 비용 증가, 교류 전원에 의한 고주파 노이즈 등의 문제점과 태양광 발전 등 직류 기반의 분산 발전 증가에 따라 직류 기반의 전력 공급에 대한 연구가 증가하고 있다.
도 2는 직류 기반의 전력 공급 시스템 구성도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 직류 기반의 전력 공급 시스템(2)은, 외부로부터의 직류 전원을 수신하고, 직류 전원에 기반하여 동작하는 홈 어플라이언스(60)와, 외부로부터의 수신되는 직류 전원에 기반하여 생성되거나 신재생 에너지에 기반하여 생성된 직류 전원을 저장하는 에너지 저장장치(50)를 포함할 수 있다.
에너지 저장장치(50)는 적어도 하나의 배터리(51)를 구비할 수 있으며, 충방전 차저(52)를 통하여 배터리(51)에 전력을 저장할 수 있다.
또한, 에너지 저장장치(50)는, 배터리(51)를 충전하기 위한 전압 레벨로 변환되도록 DC/DC 컨버터(53)를 구비할 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(50)는, DC/AC 인버터(24) 또는 양방향 컨버터 없이도 태양광 모듈(40)에서 생성되거나 배터리(51)에 저장된 전력을 외부로 공급할 수 있다.
상용 발전소(12)로부터 직류 전원이 공급되는 경우, 홈 어플라이언스(60)는, 교류 전원 수신이 아닌, 직류 전원을 수신하여, 바로, 내부의 구성 유닛들을 구동할 수 있다. 이에 따라, 교류 전원에 의한, 고주파 노이즈 등이 발생하지 않게 되며, 나아가, 컨버터(31) 등이 구비되지 않아도 되므로, 제조 비용이 저감되게 된다. 또한, DC 부품(61, 62)만으로 구성 가능하다.
한편, 태양광 발전을 포함한 신재생 에너지 보급이 활성화되고, 에너지 절감, 에너지 효율 향상을 위한 노력에 증가함에 따라서, DC 배전에 연계한 DC 가전에 대한 요구가 증가하고 있다.
예를 들어, 선행기술 1(한국 공개특허공보 제10-2011-0097254호(공개일자 2011.08.31)는, 직류 공급원을 이용하는 전력 공급 네트워크 및 이에 기반한 전기 제품을 개시하고 있다.
선행기술 1은, 건물 인입단에 대용량 AC/DC 컨버터(Converter)를 설치하고, 가전제품에 DC 전원을 입력(Input) 함으로써, 인버터 등으로 인한 손실을 줄여 에너지 소모 절감을 도모하고 있다.
하지만, 선행기술 1은, DC 전용의 가전제품에 관한 것으로, 기존 AC 배전 환경에서 사용되기 어렵다.
DC 전용의 가전제품이 AC 배전 환경에서 사용되지 못하는 것은, 전환 비용을 더 증가시키고, 각국 정부가 많은 장점이 있는 DC 배전으로의 전환을 빠르게 진행하는 것을 망설이게 한다.
또한, 개별 사용자들도 AC 배전 환경에서 사용되지 못하는 DC 전용의 가전제품의 구매를 망설이게 된다.
또한, 직류 기반 전력 공급 환경이 아닌 경우에, 가전제품 외부에 별도의 컨버터를 구비해야 하는 문제점이 있었다. 별도의 컨버터를 구비하는 것은 제조비, 서비스 비용을 증가시킨다.
또한, 비숙련 사용자가 전기제품을 설치, 이용하는데에 어려움을 줄 수 있고, 안전사고 발생의 위험성이 있다.
따라서, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스가 요구되고 있다. AC/DC 겸용 홈 어플라이언스는, AC 배전 환경과 DC 배전 환경에서 자유롭게 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스는 DC 배전으로 전환되는 과도기에 고객이 AC 가전을 좀 더 쓸지, DC 가전으로 교체할지에 대한 고민없이 구입 가능하므로, DC 배전 전환을 앞당기는 효과가 있다.
또한, 저비용으로 구현하면서도, DC 전원 이용시 발생할 수 있는 아크를 방지함으로써 안정성을 향상할 수 있는 AC/DC 겸용 홈 어플라이언스가 요구된다.
또한, 비숙련 사용자도 설치 및 사용에 어려움이 없는 AC/DC 겸용 홈 어플라이언스가 요구된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 교류 전원과 직류 전원을 수신할 수 있는 입력부와, 교류 전원을 정류하는 브리지 다이오드부를 포함함으로써, AC 배전 환경과 DC 배전 환경에서 사용할 수 있다. 여기서, 브리지 다이오드부는 직류 전원이 연결된 경우에, 직류 전원의 연결 극성에 무관하게 항상 일정한 극성의 동일한 출력을 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부를 포함하는 입력부, 입력부에 직류 전원이 연결되면, 항상 일정한 극성의 직류 전원을 출력하며, 입력부에 교류 전원이 연결되면, 입력부를 통하여 수신된 교류 전원을 정류하는 브리지 다이오드부, 및, 브리지 다이오드부의 출력단인 dc단에 연결되는 커패시터를 포함함으로써, AC 배전 환경과 DC 배전 환경 겸용으로 사용할 수 있다.
한편, 입력부와 브리지 다이오드부 사이에 노이즈 필터가 배치되어 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
한편, 입력부는, AC 접속부를 통하여 수신되는 교류 전원을 단속하는 릴레이(Relay)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 릴레이는, 교류 전원과 직류 전원이 모두 수신되면, 교류 전원을 차단함으로써, DC 전원을 안정적으로 우선 사용할 수 있다.
한편, 입력부는, 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부와 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부, DC 입력 감지부에서 직류 전원의 입력을 감지하면, AC 접속부와 브리지 다이오드부 사이를 차단하는 릴레이(Relay)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 커패시터에 저장된 전원에 기초하여, 모터를 구동하는 인버터부, dc단에 연결되어, 하나 이상의 부하로 직류 전원을 공급하는 전압 변환부를 더 포함할 수 있다.
한편, 브리지 다이오드부는, AC 접속부를 통하여 수신되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, dc단에 출력할 수 있다.
한편, AC 접속부는, AC 플러그와 연결되고, DC 접속부는, DC 플러그와 연결되며, DC 플러그는 아크 소호 장치를 구비함으로써, 안전성을 더욱 향상할 수 있다.
한편, 브리지 다아오드부는, 애노드(anode)단이 입력부의 제1 단자에 연결되는 제1 다이오드, 캐소드(cathode)단이 입력부의 제1 단자에 연결되는 제2 다이오드, 캐소드단이 제1 다이오드의 캐소드단에 연결되고 애노드단이 입력부의 제2 단자에 연결되는 제3 다이오드, 및 애노드 단이 상기 제2 다이오드의 애노드단에 연결되고 캐소드단이 입력부의 제2 단자에 연결되는 제4 다이오드를 포함할 수 있다.
이 경우에, 제1 단자에 직류 전원의 양(+) 극성이 연결되고, 제2 단자에 직류 전원의 음(-) 극성이 연결되면, 제1 다이오드와 제4 다이오드가 온될 수 있다.
또는, 제1 단자에 직류 전원의 음(-) 극성이 연결되고, 제2 단자에 직류 전원의 양(+) 극성이 연결되면, 제2 다이오드와 제3 다이오드가 온될 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전원이 입력되는 전원 회로를 공용화함으로써, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 홈 어플라이언스에 어느 하나의 전원 플러그를 연결하여 콘센트에 꽂는 간단한 동작만으로 사용할 수 있기 때문에, 사용 편의성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, DC 전원 극성 연결에 따른 안전사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, DC 배전이 보급되지 않는 지역에서는 AC 가전으로 사용 가능하며, 이후에 DC 배전이 보급되더라도 제품을 교체할 필요없이 DC 가전으로 사용 가능하다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 교류 기반의 전력 공급 시스템 구성도의 일 예이다.
도 2는 직류 기반의 전력 공급 시스템 구성도의 일 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 일 예인 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 다른 예인 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 또 다른 예인 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
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.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 전력 변환 장치(220)는, 홈 어플라이언스 내에 구비되는 전력 변환 장치일 수 있다. 홈 어플라이언스는, 냉장고, 세탁기, 건조기, 에어컨, 제습기, 조리기기, 청소기, 조명장치, 전기 차량, 드론, TV, 모니터, 이동 단말기, 웨어러블 기기, 서버 등을 포함하는 개념일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 교류 전원과 직류 전원을 수신할 수 있는 입력부(310)와, 교류 전원을 정류하는 브리지 다이오드부(330)를 포함함으로써, AC 배전 환경과 DC 배전 환경에서 사용할 수 있다.
여기서, 브리지 다이오드부(330)는 직류 전원의 연결 극성에 무관하게 동일한 출력을 제공할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 교류 전원이 입력되는 경우에는, 컨버터(converter)로 동작하고, 직류 전원이 입력되는 경우에는 역결선으로 인한 안전사고를 방지하는 안전장치로 동작할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 입력되는 전원을 처리하여 출력하는 전원부(300)를 포함할 수 있다.
기존에는 교류 전원을 사용하는 AC 가전과 직류 전원을 사용하는 DC 가전의 전원부 회로 구성을 전용으로 다르게 설계하였다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원부(300)는, 교류 전원과 직류 전원 겸용으로 설계되는 공용부로, 교류 전원과 직류 전원을 수신할 수 있고, 직류 전원을 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원부(300)는, 외부로부터 전원을 수신하는 입력부(310), 입력부(310)에 직류 전원이 연결되면, 항상 일정한 극성의 직류 전원을 출력하고, 입력부(310)에 교류 전원이 연결되면, 입력부(310)를 통하여 수신된 교류 전원을 정류하는 브리지 다이오드부(330) 및, 상기 브리지 다이오드부(330)의 출력단에 연결되는 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
상기 브리지 다이오드부(330)는, 복수의 다이오드를 포함하고, 상기 입력부(310)를 통하여, 직류 전원이 수신되면, 직류 전원의 극성에 따라 복수의 다이오드 중 다른 다이오드가 온(on)되어, 안전장치로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력부(310)와 브리지 다이오드부(330)를 공용으로 사용하여, AC/DC 겸용의 전원입력이 가능한 시스템을 구성할 수 있다.
이에 따라, DC 배전에 있는 사용자도 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 구비하는 홈 어플라이언스를 사용할 수 있고, AC 배전에 있는 사용자도 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 구비하는 홈 어플라이언스를 사용할 수 있다.
또한, DC 배전이 보급되지 않는 지역에서는 AC 가전으로 사용 가능하며, 이후에 DC 배전이 보급되더라도 홈 어플라이언스 제품을 교체할 필요없이 DC 가전으로 사용 가능하다.
또한, 사용자는 DC 배전이 일부 보급되는 시기에도 안정적으로 DC 가전으로 사용할 수 있을 것이다.
입력부(310)에는 전원이 입력된다. 예를 들어, 입력부(310)에는 외부로부터 교류 전원, 직류 전원 중 적어도 하나가 입력될 수 있다. 여기서, 외부는, 전원 공급이 가능한 발전소, 태양광 모듈, 에너지 저장장치 등을 포함하는 개념일 수 있다.
입력부(310)는, 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부(도 4 등의 311 참조)와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부(도 4 등의 312 참조)를 포함할 수 있다.
상기 AC 접속부(311)는, AC 플러그와 연결되고, 상기 DC 접속부(312)는, DC 플러그와 연결될 수 있다. 사용자는 AC 플러그 및/또는 DC 플러그를 입력부(310)에 연결하여 콘센트에 꽂는 간단한 동작으로 홈 어플라이언스를 설치, 구동할 수 있다.
실시예에 따라서는, 제조사에 의해, 상기 AC 접속부(311)와 DC 접속부(312)에 각각 AC 플러그, DC 플러그가 미리 연결될 수 있다. 바람직하게는 AC 플러그 또는 DC 플러그 중 하나가 상기 AC 접속부(311) 또는 DC 접속부(312) 중 대응하는 접속부에 연결되어 출시될 수 있다.
이 경우에, 사용자는 AC 플러그 및/또는 DC 플러그를 콘센트에 꽂는 간단한 동작으로 홈 어플라이언스를 설치, 구동할 수 있다.
하지만, 직류는 교류와 달리 전류가 일정하게 흘러 전류의 영점이 존재하지 않고, 자연 소호가 불가능하므로, 전기 접점에서 아크(arc)가 발생될 수 있다.
특히, DC 아크방전 대응 장치가 없는 전원 플러그 오픈(Open)시 직류 부하에서 발생되는 역기전력이 플러그에 유도됨으로써 큰 아크가 발생할 수 있다.
따라서, 바람직하게는, DC 플러그가, 아크 소호 장치를 구비할 수 있다. 예를 들어, DC 플러그는, 아크 전압을 크게 증가시키는 역기전력을 제한하는 전기적 방식의 소호 장치, 자기력을 이용하는 자기적 소호 장치, 기계접점을 이용하는 소호 장치 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, DC 플러그와 AC 플러그를 선택적으로 입력 가능하도록 구성할 수 있다. 이 경우에, DC 입력 시의 전원 플러그인 DC 플러그는 최초 연결 시 아크 발생 방지 및 동작중 사용자 실수로 플러그 오픈(Open)시 아크 발생 방지를 위하여, 아크 소호 장치를 구비할 수 있다.
실시예에 따라서, 입력부(310)는, 상기 AC 접속부(311)를 통하여 수신되는 교류 전원을 단속하는 릴레이(Relay)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 입력부(310)는, 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부와 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부를 더 포함할 수 있고, 상기 DC 입력 감지부에서 상기 직류 전원의 입력을 감지하면, 릴레이(Relay)는, 상기 AC 접속부와 상기 브리지 다이오드부 사이를 차단할 수 있다.
릴레이는, 교류 전원과 직류 전원이 모두 수신되면, 교류 전원을 차단하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, AC, DC 각각의 입력 전원을 감지하여, 동시에 입력되는 경우 AC 라인의 릴레이를 차단하여 DC만 입력되도록 할 수 있다. 이에 따라, 고효율의 직류 전원을 우선적으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 릴레이는, 직류 전원에 이상이 있으면, 교류 전원으로 전환하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, DC 배전의 계통 고장 발생 즉시, AC 전원으로 전환 가능하므로, DC 분산 전원으로 냉장고를 사용하다가, DC 분산 전원 이상시 AC 전원으로 전환하여 음식물 손상을 방지할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 릴레이는, 교류 전원에 이상이 있으면, 직류 전원으로 전환하도록 동작할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 복수의 다이오드로 구성될 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 교류 전원 입력시, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수 있다.
상기 브리지 다이오드부(330)는, AC 접속부(311)를 통하여 수신되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, 상기 dc단에 출력할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 교류 전원이 입력되는 경우에는, 컨버터로 동작하여, 상기 입력부(310)에서 수신되는 교류 전원은 정류하여 정류된 전원을 출력할 수 있다. 정류된 전원은 dc단 커패시터(C)에 저장될 수 있다.
도면에서는, dc단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, dc단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 직류 전원이 수신되는 경우에, 상기 입력부(310)에서 수신되는 직류 전원의 극성에 따라 상기 복수의 다이오드 중 다른 다이오드가 온(on)되어, 항상 일정한 극성의 전원을 출력할 수 있다.
이에 따라, 브리지 다이오드부(330)는, 안전장치로 동작할 수 있고, 극성이 존재하는 DC 전원도 안전하게 사용할 수 있다. 비숙련 사용자가 DC 전원의 극성을 어느 쪽으로 연결하더라도, 브리지 다이오드부(330)가 동일한 출력을 가짐으로써, 안전성과 편의성을 모두 높일 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 직류 전원을 사용하는 DC 가전에서는 삭제 가능하지만, DC의 +단자, -단자 극성 변경으로 인한 화재 등 안전사고를 방지하기 위하여 삭제하지 않고, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스의 공용 전원부(300)를 구성할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, DC 역결선에 대한 안전장치 역할을 할 수 있어, DC 극성이 변경되어도 전력 변환 장치(220)가 안정적으로 정상 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 입력 전원에서 노이즈 성분을 제거하는 노이즈(noise) 필터(도 4 등의 320 참조)를 더 포함할 수 있고, 노이즈 필터(320)는 상기 입력부(310)와 상기 브리지 다이오드부(330) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 전력 변환 장치(220)는, 상기 dc단 커패시터(C)에 저장된 전원에 기초하여, 모터(230)를 구동하는 인버터부(240)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 인버터부(240)는 스위칭소자(IGBT)와 다이오드(FRD)가 결선되어 직류 전원을 3상 교류로 변환하고 모터(230)에 공급하는 IPM(Intelligent Power Module)일 수 있다. 또한, 인버터부(240)는 모터(230)를 구동하는 인버터와 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함할 수 있다.
한편, 전력 변환 장치(220)는, dc단에 연결되어, 하나 이상의 부하(260)로 직류 전원을 공급하는 전압 변환부(250)를 더 포함할 수 있다. 전압 변환부(250)는, 상기 dc단 커패시터(C)에 저장된 직류 전원을 소정 레벨로 변환하여 출력할 수 있다.
전압 변환부(250)는, 상기 dc단 커패시터(C)에 저장된 상기 직류 전원을 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환부(250)는, 스위칭 모드 파워 서플라이(Switched Mode Power Supply; SMPS)를 포함할 수 있다.
경우에 따라서, 전압 변환부(250)는, 강압된 전압을 출력할 수 있다. 전압 변환부(250)는 홈 어플라이언스 내의 각 유닛의 구동에 포함되는 다양한 전압 레벨을 출력할 수 있다.
예를 들어, DC 380V로 인입된 DC 전원은 에너지 저장 장치(ESS), 태양광 발전, 전기 차량(EV), 인버터 가전 등에 사용되고, 영상/전산기기, 가전 내 내부 유닛 등의 24V 이하의 부하들은 전압 변환부(250)로 강압하여 대응할 수 있다.
인버터부(240)와 전압 변환부(250)는, dc단에 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)를 구비하는 홈 어플라이언스는, DC 배전이 보급되지 않는 지역에서는 AC 가전으로 사용 가능하며, 이후에 DC 배전이 보급되더라도 제품을 교체할 필요없이 DC 가전으로 사용 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)를 구비하는 홈 어플라이언스는, AC/DC 겸용의 전원입력이 가능한 전원부(300)를 구성함으로써, DC 배전이 일부 보급되는 시기에, DC 가전으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라. DC 배전의 계통고장시 즉시, AC 전원으로 전환 가능하므로, 과도기적 환경이나, AC와 DC가 혼용되는 환경에서 더욱 유용하다.
또한, DC로 전력을 생산하는 태양광 발전 등 분산 발전 전원을 이용하는 경우에도, 분산 발전 전원을 이용하다가, 필요시 교류 상용 전원을 이용할 수 있어, 안전성 및 효율성을 향상할 수 있다.
한편, 전원부(300)는 홈 어플라이언스의 제어부(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
홈 어플라이언스의 제어부는, 홈 어플라이언스 전반의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 홈 어플라이언스의 제어부는 전력 변환 장치(220)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 목표치에 기초하여, 해당하는 속도 지령치 신호를 전력 변환 장치(220)로 출력할 수 있다. 그리고 전력 변환 장치(220)는 모터(230)를 구동하고, 속도 지령치 신호에 기초하여, 모터(230)는, 목표 회전 속도로 동작 될 수 있다.
또한, 홈 어플라이언스의 제어부는 전원부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 전원부(300) 내에서 센싱되는 다양한 데이터를 수신할 수 있고, 수신되는 데이터에 기초하여, 스위칭 소자, 릴레이 등의 동작을 제어할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 전력 변환 장치(220)는 소정 마이컴(Micom, 미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 마이컴은 전력 변환 장치의 스위칭 소자, 릴레이, 센서 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 마이컴은 전원부(300) 등에 구비되는 스위칭 소자들의 온/오프를 제어할 수 있다.
마이컴은 홈 어플라이언스에 구비되는 하나 이상의 유닛을 제어하는 제어 신호를 생성하여 각 유닛에 상기 제어 신호를 전송할 수 있다. 또는, 하나 이상의 마이컴이 상기 전력 변환 장치(220)에 구비될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도로, 더욱 상세하게는 전원부(300)의 일 예를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(220)는, 직류 전원과 교류 전원을 모두 사용할 수 있는 공용화된 전원부(300)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 전원부(300)는, 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부(311)와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부(312)를 포함하는 입력부(310), 직류 전원이 수신되면, 연결되는 직류 전원의 극성에 상관없이 일정한 극성의 전원을 출력하여, 안전장치로 동작하며, 교류 전원이 수신되면, 정류 동작하는 브리지 다이오드부(330), 및 상기 브리지 다이오드부(330)의 출력단인 dc단에 연결되는 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
상기 AC 접속부(311)는, AC 플러그(301)와 연결되어, 교류 전원을 수신할 수 있다. 상기 DC 접속부(312)는, DC 플러그(302)와 연결되어, 직류 전원을 수신할 수 있다.
사용자는 AC 플러그(301) 및/또는 DC 플러그(302)를 콘센트에 꽂는 간단한 동작으로 홈 어플라이언스를 어떤 전력 공급 시스템 환경에서도 간편하게 설치하고 구동할 수 있다.
한편, DC 플러그(302)는 아크 방전을 방지할 수 있는 소호 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, DC 플러그(302)는 DC 전원 사용 환경에서, DC 플러그(302) 최초 연결 시 발생할 수 있는 아크 방전을 방지할 수 있다. 또한, DC 플러그(302)는 DC 전원 사용 환경에서 홈 어플라이언스 동작 중 사용자 실수로 플러그 오픈(Open)시 발생할 수 있는 아크 방전을 방지할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, AC 접속부(311)를 통하여 교류 전원이 입력되면, 교류 전원을 정류할 수 있다.
또한, 브리지 다이오드부(330)는, DC 접속부(312)를 통하여 직류 전원이 입력되면, 직류 전원의 연결 극성에 무관하게 동일한 출력을 제공함으로써, 역결선으로 인한 안전사고를 방지하는 안전장치로 동작할 수 있다.
이에 따라, DC 플러그(302) 사용시 극성을 고려할 필요가 없어 비숙련 사용자도 안전하게, 홈 어플라이언스를 설치하고, 사용할 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는, 브리지 형태로 연결되는 복수의 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 브리지 다이오드부(330)는, 4개의 다이오드 또는 6개의 다이오드가 브리지 형태로 사용될 수 있다.
브리지 다이오드부(330)는 DC 극성이 변경되어도 정상 동작하여, 역결선으로 인한 DC의 +단자, -단자 극성 변경에 따라 발생할 수 있는 화재를 방지할 수 있다.
직류 전원 입력시, 브리지 다이오드부(330)의 동작과 관련해서는 도 7과 도 8을 참조하여 상세히 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원부(300)는, 상기 입력부(310)와 상기 브리지 다이오드부(330) 사이에 배치되는 노이즈 필터(320)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 노이즈 필터(320)는 상기 입력부(310)에 접속되어 상기 AC 접속부(311)를 통해 공급되는 AC 전원의 노이즈 성분을 제거하는 EMI 필터(Electromagnetic Interference Filter)일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도로, 더욱 상세하게는 전원부(300)의 일 예를 도시한 것이다.
도 5에서 예시된 전원부(300)는 릴레이(315)를 더 포함하는 점에서, 도 4에서 예시된 전원부(300)와 차이가 있고, 나머지 부분은 동일하다. 따라서, 이하에서는 릴레이(315)를 중심으로 차이점 위주로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입력부(310)는, AC 접속부(311)를 통하여 수신되는 교류 전원을 단속하는 릴레이(315)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 입력부(310)는, 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부(S2)와 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부(S1)를 더 포함할 수 있고, 상기 DC 입력 감지부(S1)에서 상기 직류 전원의 입력을 감지하면, 릴레이(315)는, AC 접속부(311)와 상기 브리지 다이오드부(330) 사이를 차단할 수 있다.
릴레이(315)는, 교류 전원과 직류 전원이 모두 수신되면, 교류 전원을 차단하도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 고효율의 직류 전원을 우선적으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 릴레이(315)는, 직류 전원에 이상이 있으면, 교류 전원으로 전환하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, DC 배전의 계통 고장시 즉시, AC 전원으로 전환 가능하므로, DC 분산 전원 이상시 AC 전원으로 전환함으로써 안정적으로 동작할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 릴레이(315)는, 교류 전원에 이상이 있으면, 직류 전원으로 전환하도록 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, DC 플러그(302)와 AC 플러그(301)의 선택적 입력이 가능하다.
또한, AC 접속부(311)를 통하여 수신되는 교류 전원을 단속하는 릴레이(315)를 통하여, AC 전원과 DC 전원의 중복 입력을 방지할 수 있다.
오사용 또는 백업용으로 DC 플러그(302)와 AC 플러그(301) 모두 연결되는 경우에 대한 안전장치로 상기 릴레이(315)가 구비될 수 있다.
AC 접속부(311)의 출력단에서 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부(S2)와 DC 접속부(312)의 출력단에서 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부(S1)를 통하여 입력 전원을 감지할 수 있다.
상기 AC 입력 감지부(S2)와 DC 입력 감지부(S1)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다.
만약, 교류 전원과 직류 전원이 중복으로 입력되었을 경우 릴레이(315)를 오픈(A-B Open)하여 효율이 높은 직류 전원만 입력 가능하도록 동작할 수 있다.
또한, 교류 전원과 직류 전원이 중복 입력되지 않는 노멀(Normal) 상태에는 릴레이(315)는 온(ON) 상태(A-B Short)를 유지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 전력 변환 장치의 내부 회로도의 일예를 도시한 것이다. 한편, 인버터 제어부는 직류 전원이 연결되는 경우에도 동일, 유사하게 동작할 수 있다.
한편, 도 6에서는 전력 변환 장치(220)가 교류 전원에서 입력되는 전원을 변환하여 모터(230)에 공급하는 모터 구동 장치로 사용되는 경우를 예시하였다. 이 경우에, 전력 변환 장치(220)는 모터 구동 장치, 모터 구동부 등으로 명명될 수 있다.
또한, 전력 변환 장치(220)가 직류 전원에서 입력되는 전원을 그대로 모터(230)에 공급하여, 모터(230)를 구동할 수 있다.
또는, 전력 변환 장치(220)는 입력 전원을 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 도 6에서는 전력 변환 장치(220)가 모터 구동 장치로 실시되는 예를 중심으로 기술하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
모터 구동장치(220)는, 입력부(310), 인버터(420), 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
입력부(310)는, AC 접속부(311)와 DC 접속부(312)를 포함할 수 있다. 입력부(310)는, AC 전원이 연결된 경우에, AC 접속부(311)를 통하여 AC 전원을 수신할 수 있다. 또한. 입력부(310)는, DC 전원이 연결된 경우에, DC 접속부(312)를 통하여 DC 전원을 수신할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, dc단 전압 검출부(S3), dc단 커패시터(C), 출력전류 검출부(S4)를 포함할 수 있다.
이하에서는, AC 전원이 입력되는 경우를 예로 들어, 모터 구동장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.
AC 접속부(311)는 교류 전원을 수신하고, 브리지 다이오드부(330)로 출력할 수 있다. 브리지 다이오드부(330)는 교류 전원을 정류하여 dc단(n1-n2 단자 사이)에 출력할 수 있다.
dc단 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장할 수 있다. dc단 전압 검출부(S3)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc단 전압 검출부(S3)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va, vb, vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(S4)에서 검출되는 출력전류(idc)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(S4)에서 검출되는 출력전류(idc)을 기초로 생성되어 출력된다.
출력전류 검출부(S4)는, 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(idc)를 검출할 수 있다.
출력전류 검출부(S4)는, 도면과 같이, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출하기 위해, 인버터(420)와 모터(230)에 배치될 수 있다.
검출된 출력전류(idc)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(idc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성될 수 있다.
한편, 상술한 모터 구동장치(220)는, 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 홈 어플라이언스 중 세탁물 처리기기, 공기조화기, 냉장고, 정수기, 청소기, 차량(vehicle), 로봇(robot), 드론(drone) 등에 적용 가능하다. 도 10 내지 도 12에서는 모터 구동장치(220)의 적용 가능한 홈 어플라이언스의 다양한 예를 후술할 것이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 더욱 상세하게는 직류 전원이 입력되는 경우의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지 다이오드부(330)의 상세한 동작예를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지 다아오드부(330)는, 애노드(anode)단이 입력부(310)의 제1 단자에 연결되는 제1 다이오드(D1), 캐소드(cathode)단이 상기 입력부(310)의 제1 단자에 연결되는 제2 다이오드(D2), 캐소드단이 상기 제1 다이오드(D1)의 캐소드단에 연결되고 애노드단이 상기 입력부(310)의 제2 단자에 연결되는 제3 다이오드(D3), 및 애노드 단이 상기 제2 다이오드(D2)의 애노드단에 연결되고 캐소드단이 상기 입력부(310)의 제2 단자에 연결되는 제4 다이오드(D4)를 포함할 수 있다.
직류 전원 입력시, 입력부(310)의 DC 접속부(312)가 직류 전원을 수신하여 출력하므로, 도 7과 도 8에서는 입력부(310) 중 DC 접속부(312)를 간략히 도시하였다.
도 7과 같이, 상기 제1 단자에 상기 직류 전원의 양(+) 극성이 연결되고, 상기 제2 단자에 상기 직류 전원의 음(-) 극성이 연결되면, 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제4 다이오드(D4)가 온될 수 있다. 또한, 상기 제2 다이오드(D2)와 상기 제3 다이오드(D3)는 전류를 차단할 수 있다.
이에 따라, dc단 제1 노드(n1)에는 양(+) 극성이 연결되고, 상기 제1 다이오드(d1)에서 제1 노드(n1)를 향하는 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
또한, dc단 제2 노드(n2)에는 음(-) 극성이 연결되고, 제2 노드(n2)에서 제4 다이오드(d4)를 향하는 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
반대로, 도 8과 같이, 상기 제1 단자에 상기 직류 전원의 음(-) 극성이 연결되고, 상기 제2 단자에 상기 직류 전원의 양(+) 극성이 연결되면, 상기 제2 다이오드(D2)와 상기 제3 다이오드(D3)가 온될 수 있다.
이에 따라, dc단 제1 노드(n1)에는 양(+) 극성이 연결되고, 상기 제3 다이오드(d3)에서 제1 노드(n1)를 향하는 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
또한, dc단 제2 노드(n2)에는 음(-) 극성이 연결되고, 제2 노드(n2)에서 제2 다이오드(d2)를 향하는 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
본 발명에 따르면, 도 7, 도 8과 같이 DC 전원의 극성이 반대로 연결되더라도 dc단 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2)에는 일정한 극성이 연결되므로, 극성을 반대로 연결하는 오결선을 방지할 수 있다.
또한, 오결선으로 인한 화재를 방지하고, 비숙련 사용자도 안전하게 홈 어플라이언스를 설치하여 사용할 수 있다.
도 9는 AC 배전과 DC 배전에서의 전압을 도시한 것이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 교류 접압/전류는 자체적으로 영점이 존재하므로, 자연 소호가 가능하다, 따라서 아크는 자연적으로 없어질 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, 직류 접압/전류는 영점이 존재하지 않으므로, 자연 소호가 불가능하고, 큰 에너지 아크가 발생할 수 있다, 또한, 발생한 아크가 유지될 수도 있다.
DC 배전의 경우에, 아크는 자연적으로 없어질 수 있다. 따라서, DC 배전에서만 사용되는 부품인 DC 플러그(302)가 아크 방전을 방지할 수 있는 소호 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, DC 플러그(302)는 DC 전원 사용 환경에서, DC 플러그(302) 최초 연결 시 발생할 수 있는 아크 방전을 방지할 수 있다. 또한, DC 플러그(302)는 DC 전원 사용 환경에서 홈 어플라이언스 동작 중 사용자 실수로 플러그 오픈(Open)시 발생할 수 있는 아크 방전을 방지할 수 있다.
도 10은 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 세탁물 처리기기(100a)는, 제어부(210)의 제어 동작에 의해, 구동부(220)가 제어되며, 구동부(220)는 모터(230)를 구동하게 된다. 이에 따라, 세탁조(122)에 모터(230)에 의해 회전하게 된다.
제어부(210)는, 조작키(1017)로부터 동작 신호를 입력받아 동작을 한다. 이에 따라, 세탁, 헹굼, 탈수 행정이 수행될 수 있다.
또한, 제어부(210)는, 디스플레이(18)를 제어하여, 세탁 코스, 세탁 시간, 탈수 시간, 헹굼 시간 등, 또는 현재 동작 상태 등을 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 구동부(220)를 제어하여, 구동부(220)는, 모터(230)를 동작시키도록 제어한다. 이때, 모터(230) 내부 또는 외부에는, 모터의 회전자 위치를 감지하기 위한, 위치 감지부가 구비되지 않는다. 즉, 구동부(220)는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해 모터(230)를 제어한다.
구동부(220)는, 모터(230)를 구동시키기 위한 것으로, 인버터(미도시), 및 인버터 제어부(미도시), 모터(230)에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력전류 검출부(도 6의 S4)와, 모터(230)에 인가되는 출력 전압(vo)을 검출하는 출력전압 검출부(미도시)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 구동부(220) 내의 인버터 제어부(도 6의 430)는, 출력 전류(idc) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 모터(230)의 회전자 위치를 추정한다. 그리고, 추정된 회전자 위치에 기초하여, 모터(230)가 회전하도록 제어한다.
구체적으로, 인버터 제어부(도 6의 430)가, 출력 전류(idc) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어 신호(도 6의 Sic)를 생성하여, 인버터(미도시)로 출력하면, 인버터(미도시)는 고속 스위칭 동작을 하여, 소정 주파수의 교류 전원을 모터(230)에 공급한다. 그리고, 모터(230)는, 소정 주파수의 교류 전원에 의해, 회전하게 된다.
한편, 구동부(220)는, 도 3 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 대응할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc) 등에 기초하여, 포량을 감지할 수 있다. 예를 들어, 세탁조(122)가 회전하는 동안에, 모터(230)의 전류값(idc)에 기초하여 포량을 감지할 수 있다.
특히, 제어부(210)는, 포량 감지시, 모터 정렬 구간에서 측정된 모터의 고정자 저항과 인덕턴스 값을 이용하여, 포량을 정확히 감지할 수 있게 된다.
한편, 제어부(210)는, 세탁조(122)의 편심량, 즉 세탁조(122)의 언밸런스(unbalance; UB)를 감지할 수도 있다. 이러한 편심량 감지는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc)의 리플 성분 또는 세탁조(122)의 회전 속도 변화량에 기초하여, 수행될 수 있다.
특히, 제어부(210)는, 포량 감지시, 모터 정렬 구간에서 측정된 모터의 고정자 저항과 인덕턴스 값을 이용하여, 편심량을 정확히 감지할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 일 예인 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 11을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100b)는, 크게 실내기(31b)와 실외기(21b)로 구분된다.
실외기(21b)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102bb)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104b)와, 실외 열교환기(104b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105ab)과 실외팬(105ab)을 회전시키는 전동기(105bb)로 이루어진 실외 송풍기(105b)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106b)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110b)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103b) 등을 포함한다.
실내기(31b)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109b)와, 실내측 열교환기(109b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109ab)과 실내팬(109ab)을 회전시키는 전동기(109bb)로 이루어진 실내 송풍기(109b) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109b)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102b)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100b)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 11의 실외기(21b) 내의 압축기(102b)는, 압축기 모터(230b)를 구동하는, 도 3 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 의해 구동될 수 있다.
또는, 실내팬(109ab) 또는 실외팬(105ab)은, 각각 실내팬 모터(109bb), 실외 팬 모터(150bb)를 구동하는, 도 3 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 의해 구동될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 또 다른 예인 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 12를 참조하여 설명하면, 냉장고(100c)는, 압축기(112c)와, 압축기(112c)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(116c)와, 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 공급받아 증발시키되, 냉동실(미도시)에 배치되는 냉동실 증발기(124c)와, 냉동실 증발기(124c)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉동실 팽창밸브(134c)를 포함할 수 있다.
한편, 도면에서는, 하나의 증발기를 사용하는 것으로 예시하나, 냉장실과 냉동실에 각각의 증발기를 사용하는 것도 가능하다.
즉, 냉장고(100c)는, 냉장실(미도시)에 배치되는 냉장실 증발기(미도시), 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 냉장실 증발기(미도시) 또는 냉동실 증발기(124c)에 공급하는 3방향 밸브(미도시)와, 냉장실 증발기(미도시)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉장실 팽창밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는 증발기(124c)를 통과한 냉매가 액체와 기체로 분리되는 기액 분리기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는, 냉동실 증발기(124c)를 통과한 냉기를 흡입하여 각각 냉장실(미도시) 및 냉동실(미도시)로 불어주는 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 더 포함할 수 있다.
또한, 압축기(112c)를 구동하는 압축기 구동부(113c)와, 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 구동하는 냉장실 팬 구동부(미도시) 및 냉동실 팬 구동부(145c)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도면에 따르면, 냉장실 및 냉동실에 공통의 증발기(124c)가 사용되므로, 이러한 경우에, 냉장실 및 냉동실 사이에 댐퍼(미도시)가 설치되될 수 있으며, 팬(미도시)은 하나의 증발기에서 생성된 냉기를 냉동실과 냉장실로 공급되도록 강제 송풍시킬 수 있다.
도 12의 압축기(112c)는, 압축기 모터를 구동하는, 도 3 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 의해 구동될 수 있다.
또는, 냉장실 팬(미도시) 또는 냉동실 팬(144c)은, 각각 냉장실 팬 모터(미도시), 냉동실 팬 모터(미도시)를 구동하는, 도 3 등과 같은, 전력 변환 장치(모터 구동장치)에 의해 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, AC/DC 겸용 홈 어플라이언스를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전원부에 AC 또는 DC 전원을 자동으로 인입시켜 부하를 구동할 수 있다. 또한, 전원이 입력되는 전원 회로를 공용화함으로써, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 홈 어플라이언스에 어느 하나의 전원 플러그를 연결하여 콘센트에 꽂는 간단한 동작만으로 사용할 수 있기 때문에, 사용 편의성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, DC 전원 극성 연결에 따른 안전사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, DC 배전이 보급되지 않는 지역에서는 AC 가전으로 사용 가능하며, 이후에 DC 배전이 보급되더라도 제품을 교체할 필요없이 DC 가전으로 사용 가능하다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
전력 변환 장치 : 220
전원부 : 300
입력부 : 310
AC 접속부 : 311
DC 접속부 : 312
릴레이 : 315
노이즈 필터 : 320
브리지 다이오드부 : 330
인버터부 : 240
전압 변환부 : 250

Claims (14)

  1. 외부로부터 교류 전원을 수신하는 AC 접속부와 직류 전원을 수신하는 DC 접속부를 포함하는 입력부;
    상기 입력부에 직류 전원이 연결되면 항상 일정한 극성의 직류 전원을 출력하며, 상기 입력부에 교류 전원이 연결되면 상기 입력부를 통하여 수신된 교류 전원을 정류하는 브리지 다이오드부; 및,
    상기 브리지 다이오드부의 출력단인 dc단에 연결되는 커패시터;를 포함하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력부와 상기 브리지 다이오드부 사이에 배치되는 노이즈 필터;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 AC 접속부를 통하여 수신되는 교류 전원을 단속하는 릴레이(Relay);를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 릴레이는,
    상기 교류 전원과 상기 직류 전원이 모두 수신되면, 상기 교류 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 교류 전원의 입력을 감지하는 AC 입력 감지부와 상기 직류 전원의 입력을 감지하는 DC 입력 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 DC 입력 감지부에서 상기 직류 전원의 입력을 감지하면, 상기 AC 접속부와 상기 브리지 다이오드부 사이를 차단하는 릴레이(Relay);를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터에 저장된 전원에 기초하여, 모터를 구동하는 인버터부;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 dc단에 연결되어, 하나 이상의 부하로 직류 전원을 공급하는 전압 변환부;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 브리지 다이오드부는,
    상기 AC 접속부를 통하여 수신되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, 상기 dc단에 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 AC 접속부는, AC 플러그와 연결되고, 상기 DC 접속부는, DC 플러그와 연결되며,
    상기 DC 플러그는 아크 소호 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 브리지 다아오드부는,
    애노드(anode)단이 상기 입력부의 제1 단자에 연결되는 제1 다이오드, 캐소드(cathode)단이 상기 입력부의 제1 단자에 연결되는 제2 다이오드, 캐소드단이 상기 제1 다이오드의 캐소드단에 연결되고 애노드단이 상기 입력부의 제2 단자에 연결되는 제3 다이오드, 및 애노드 단이 상기 제2 다이오드의 애노드단에 연결되고 캐소드단이 상기 입력부의 제2 단자에 연결되는 제4 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단자에 상기 직류 전원의 양(+) 극성이 연결되고, 상기 제2 단자에 상기 직류 전원의 음(-) 극성이 연결되면, 상기 제1 다이오드와 상기 제4 다이오드가 온되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단자에 상기 직류 전원의 음(-) 극성이 연결되고, 상기 제2 단자에 상기 직류 전원의 양(+) 극성이 연결되면, 상기 제2 다이오드와 상기 제3 다이오드가 온되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 어플라이언스.
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