KR20200084193A - 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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KR20200084193A
KR20200084193A KR1020190000301A KR20190000301A KR20200084193A KR 20200084193 A KR20200084193 A KR 20200084193A KR 1020190000301 A KR1020190000301 A KR 1020190000301A KR 20190000301 A KR20190000301 A KR 20190000301A KR 20200084193 A KR20200084193 A KR 20200084193A
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Abstract

본 발명은, 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 인덕터를 구비하고, 교류 전원의 노이즈(noise)를 제거하는 필터부, 스위칭 소자를 구비하는 과전압 차단부, 및 필터부와 과전압 차단부에 연결되고, 인덕터에 흐르는 전류의 변화에 기초하여, 스위칭 소자의 동작을 제어하는 차단 신호를 출력하는 차단 신호 생성부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 서지와 같은 과전압의 유입으로 인한 회로 소자들의 손상을 방지할 수 있다. 그 외에 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{OVER VOLTAGE PROTECTION CIRCUIT AND HOME APPLIANCE INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 과전압 유입시 회로의 손상을 방지할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
홈 어플라이언스(home appliance)는 사용자 편의를 위해 사용되는 기기이다. 또한, 가정이나 사무실 등의 소정 공간에서 사용되는 공기조화기, 세탁기, 냉장고 등 홈 어플라이언스들은 각각 사용자의 조작에 따라 고유한 기능과 동작을 수행한다.
일반적으로, 홈 어플라이언스와 같은 전자 기기는, 외부 교류 전원에 연결되어, 교류 전압을 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압을 이용하여 동작한다.
한편, 외부 교류 전원으로부터 전자 기기의 정격 전압보다 높은 과전압이 유입되는 경우, 전자 기기의 소자들이나 시스템의 손상이 야기될 수 있기 때문에, 전자 기기들에 과전압 보호회로가 사용되고 있다.
종래의 과전압 보호회로의 경우, 배리스터(variable resistor; varistor) 등을 구비하여, 서지(surge)와 같은 과전압을 차단 및 안전한 레벨의 전압으로 제한(clamping)함으로써 회로 및 전자 기기를 보호한다.
그러나 과전압 보호회로의 설계치를 벗어나는 과전압이 인가되거나, 반복된 과전압의 유입으로 배리스터와 같은 회로 소자가 기능을 상실하는 경우, 과전압 보호회로는 과전압의 유입으로부터 회로 및 전자 기기를 더 이상 보호하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 서지와 같은 과전압의 유입으로부터 회로 및 전자 기기를 보호할 수 있는 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력변환장치는, 교류 전원의 노이즈(noise)를 제거하는 필터부에 구비된, 인덕터에 흐르는 전류의 변화량에 기초하여 과전압의 유입 여부를 확인할 수 있고, 과전압 유입시, 스위칭 소자를 통해 과전류가 접지로 흐르도록 할 수 있는 회로 구성을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치는, 인덕터를 구비하고, 교류 전원의 노이즈를 제거하는 필터부, 스위칭 소자를 구비하는 과전압 차단부, 및 필터부와 과전압 차단부에 연결되고, 인덕터에 흐르는 전류의 변화에 기초하여, 스위칭 소자의 동작을 제어하는 차단 신호를 출력하는 차단 신호 생성부를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스는, 인덕터를 구비하고, 교류 전원의 노이즈를 제거하는 필터부, 스위칭 소자를 구비하는 과전압 차단부, 및 필터부와 과전압 차단부에 연결되고, 인덕터에 흐르는 전류의 변화에 기초하여, 스위칭 소자의 동작을 제어하는 차단 신호를 출력하는 차단 신호 생성부를 포함하는 전력변환장치를 구비할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 서지와 같은 과전압의 유입으로부터 회로 소자들을 안정적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 내구성이 증가되고, 안정적인 운전이 가능하다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력변환장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 복잡하고 고비용의 회로 소자가 아닌, 저항, 트랜지스터 등 비교적 간단한 회로 소자들을 사용하므로, 그 구현이 용이하고 비용이 저렴하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 과전압 유입에 따른, 전력변환장치의 동작의 설명에 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 과전압 유입에 따른, 전력변환장치의 동작의 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 홈 어플라이언스의 일예인 공기조화기의 구성의 예시를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 홈 어플라이언스의 일예인 공기조화기에 포함되는 실외기와 실내기의 개략도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력변환장치(200)는, 과전압 보호회로(210), 과전압 차단부(220), 필터부(230), 정류부(240), 차단신호 생성부(250) 및/또는 제어부(260)를 포함할 수 있다.
과전압 보호회로(210)는, 예를 들면, 외부 교류 전원(Vs)에 연결될 수 있다.
과전압 보호회로(210)는, 예를 들면, 일정 크기 이상의 전압이 유입되는 경우, 유입되는 과전압을 차단할 수 있는 소자를 구비할 수 있다. 과전압 보호회로(210)는, 예를 들면, 일정 크기 이상의 전류가 유입되는 경우 유입되는 과전류를 차단할 수 있는 소자를 구비할 수도 있다. 여기서, 일정 크기의 전압 또는 전류는, 예를 들면, 전력변환장치에 구비된 소자들의 정격 전류, 정격 전압 등을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.
과전압 보호회로(210)는, 예를 들면, 제너 다이오드(Zener diode), TVS 다이오드(Transient-voltage-suppression diode), 애벌란시 다이오드(Avalanche diode), 배리스터(Variable resistor; varistor) 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, TVS 다이오드를 구비하는 경우, 과전압 보호회로(210)는, 항복 전압(breakdown voltage) 이상의 과전압이 유입되면, 과전압을 클램핑(clamping)시켜, TVS 다이오드 양단에 인가되는 전압 값을 일정 값 이상이 되지 않도록 유지시킬 수 있다.
과전압 차단부(220)는, 예를 들면, 과전압 보호회로(210)에 접속될 수 있다. 예를 들면, 과전압 차단부(220)는, 과전압 보호회로(210)의 출력단에 접속될 수 있다.
과전압 차단부(220)는, 예를 들면, 적어도 하나의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들면, 구비된 스위칭 소자가 턴-온 되는 경우, 전류는 스위칭 소자를 통해 접지단으로 흐를 수 있다.
적어도 하나의 스위칭 소자는, 예를 들면, 트랜지스터(transistor) 소자일 수 있다. 스위칭 소자는, 예를 들면, 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor; BJT) 또는 전계 효과 트랜지스터(Field Effective Transistor; FET)일 수 있다.
과전압 차단부(220)는, 예를 들면, 과전류가 도통됨에 따른 스위칭 소자의 손상을 방지하기 위한 저항 소자를 구비할 수 있다.
필터부(230)는, 예를 들면, 외부 교류 전원(Vs)에서 입력되는 교류 전원과 함께 들어오는 노이즈를 제거할 수 있다. 필터부(230)는, 예를 들면, 과전압 차단부(220)의 출력단과 정류부(240) 사이에 접속될 수 있다.
필터부(230)는, 예를 들면, 적어도 하나의 인덕터 소자를 구비할 수 있다. 필터부(230)는, 예를 들면, 커패시터 소자, 저항 소자 등을 더 구비할 수도 있다. 본 발명의 필터부(230)는 상기 구성으로 제한되지 않고, 입력되는 교류 전원을 필터링 할 수 있는 구성을 더 포함할 수 있다.
정류부(240)는, 예를 들면, 입력된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 정류부(240)는, 예를 들면, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 외부 교류 전원(Vs)이 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 구비될 수 있고, 외부 교류 전원(Vs)이 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 구비될 수 있다.
한편, 정류부(240)는, 예를 들면, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터(Half-Bridge converter)를 포함할 수 있다. 정류부(240)는, 예를 들면, 외부 교류 전원(Vs)이 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드를 포함할 수도 있다
차단 신호 생성부(250)는, 예를 들면, 과전압 차단부(220)에 구비된 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작을 제어하는, 차단 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자가 전계 효과 트랜지스터인 경우, 차단 신호 생성부(250)는 트랜지스터 소자의 게이트 단으로 차단 신호를 출력할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자가 양극성 접합 트랜지스터인 경우, 스위칭 소자의 베이스 단으로 차단 신호를 출력할 수 있다. 한편, 차단 신호는, 예를 들면, PWM 형태의 베이스 입력 전류 또는 게이트 입력 전압일 수 있다.
차단 신호 생성부(250)는, 예를 들면, 필터부(230)에 구비된 인덕터 소자에 흐르는 전류에 기초하여, 차단 신호를 생성할 수 있다. 차단 신호 생성부(250)는, 예를 들면, 필터부(230)에 구비된 인덕터 소자의 양단에 인가되는 전압을 증폭하는 증폭기(amplifier)를 구비할 수 있다.
제어부(260)는, 예를 들면, 차단 신호 생성부(250)에 연결될 수 있다. 제어부(260)는, 예를 들면, 차단 신호 생성부(250)에 구비된 증폭기의 출력에 기초하여, 과전압 유입 여부를 판단할 수 있다.
제어부(260)는, 예를 들면, 전력변환장치의 각 구성에 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들면, 제어부(260)는, 차단 신호의 출력 여부를 결정하는 제어 신호를 차단 신호 생성부(250)에 출력할 수 있고, 차단 신호 생성부(250)는, 제어 신호에 따라 차단 신호를 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치의 내부 회로도의 일예이다. 도 1에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력변환장치(200)는, 과전압 보호회로(210), 과전압 차단부(220), 필터부(230), 정류부(240), 차단신호 생성부(250) 및/또는 제어부(260)를 포함할 수 있다.
과전압 차단부(220)는, 예를 들면, 스위칭 소자(SW)를 구비할 수 있다. 스위칭 소자(SW)는, 예를 들면, 양극성 접합 트랜지스터(BJT) 또는 전계 효과 트랜지스터(FET)일 수 있다. 도면에서는 스위칭 소자(SW)가 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor; MOSFET)로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 스위칭 소자(SW)가 턴-온 되는 경우, 과전압 보호회로(210)에서 출력되는 전류는 스위칭 소자(SW)를 통해 접지단으로 흐를 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자(SW)가 턴-오프 되는 경우, 과전압 보호회로(210)에서 출력되는 전류는 필터부(230)로 전달될 수 있다.
과전압 차단부(220)는, 예를 들면, 스위칭 소자(SW)의 손상을 방지하기 위한, 스위칭 소자(SW)와 접지단 사이에 접속되는 저항 소자(R)를 구비할 수 있다.
필터부(230)는, 예를 들면, 과전압 차단부(220)의 출력단과 정류부(240) 사이에 접속되어, 외부 교류 전원(Vs)에서 입력되는 교류 전원과 함께 들어오는 노이즈를 제거할 수 있다.
필터부(230)는, 예를 들면, 적어도 하나의 인덕터 소자(L1, L2)를 구비할 수 있다. 본 발명의 필터부(230)는 상기 구성으로 제한되지 않고, 입력되는 교류 전원을 필터링할 수 있는 구성을 더 포함할 수 있다.
차단 신호 생성부(250)는, 예를 들면, 인덕터 소자(L1) 양단의 전압차를 증폭하는 차동 증폭기(differential amplifier)(OP)를 구비할 수 있다. 차동 증폭기(OP)의 입력단은 인덕터 소자(L1)의 양단에 접속될 수 있다. 한편, 과전압 차단부(220)에 구비된 적어도 하나의 스위칭 소자(SW)는, 차동 증폭기(OP)에서 출력되는 전압에 따라 동작할 수 있다.
차동 증폭기(OP)는, 예를 들면, 일정 값의 기준 전압을 전원 전압으로 입력 받을 수 있다. 이 경우, 차동 증폭기(OP)가 출력할 수 있는 전압의 최대 값은 기준 전압 값일 수 있다. 본 발명에서는 5V의 직류 전압이 차동 증폭기(OP)에 기준 전압으로 입력되는 것으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(260)는, 예를 들면, 차단 신호 생성부(250)에 구비된 차동 증폭기(OP)의 출력에 기초하여, 과전압 유입 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 차동 증폭기(OP)로부터 5V의 전압이 출력되는 경우, 제어부(260)는 과전압이 유입된 것으로 판단할 수 있다.
과전압 차단부(220)에 구비된 스위칭 소자(SW)는, 예를 들면, 차단 신호 생성부(250)에서 출력되는 신호에 따라 동작할 수 있다. 예를 들면, 차동 증폭기(OP)의 출력단은 스위칭 소자(SW)의 게이트 단에 접속될 수 있다. 이 경우, 차동 증폭기(OP)로부터 문턱 전압(threshold voltage) 이상의 전압이 출력되는 경우, 스위칭 소자(SW)가 턴-온 되어, 과전압 보호회로(210)에서 출력되는 전류는 접지단으로 흐를 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 과전압 유입에 따른, 전력변환장치의 동작의 설명에 참조되는 도면이다.
도 3의 도면부호 (a)는 필터부(230)에 구비된 인덕터 소자(L1)에 흐르는 전류를 나타내는 그래프이고, 도면부호 (b)는 차동 증폭기(OP)에서 출력되는 전압을 나타내는 그래프이고, 도면부호 (c)는 스위칭 소자(SW)에 입력되는 게이트 전압을 나타내는 그래프이다.
도 3의 도면부호 (a)를 참조하면, 인덕터 소자(L1)에 과전압 유입에 따른 과전류가 t1 시점부터 t1' 시점까지, 그리고 t2 시점부터 t2' 시점까지 흐르는 것을 확인할 수 있다.
도 3의 도면부호 (b)를 참조하면, 차동 증폭기(OP)는, 인덕터 소자(L1)에 과전류가 흐르는 t1 시점부터 t1' 시점까지, 그리고 t2 시점부터 t2' 시점까지, 인덕터 소자(L1)의 양단에 인가되는 전압을 증폭하여, 최대 출력 값인 5V의 전압을 출력하는 것을 확인할 수 있다.
도 3의 도면부호 (c)를 참조하면, t1 시점부터 t1' 시점까지, 그리고 t2 시점부터 t2' 시점까지, 스위칭 소자(SW)의 게이트 단으로 문턱 전압(
Figure pat00001
) 이상의 전압인 5V의 전압이 입력되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, t1 시점부터 t1' 시점까지, 그리고 t2 시점부터 t2' 시점까지, 스위칭 소자(SW)가 턴-온 되므로, 과전압 보호회로(210)에서 출력되는 전류는 접지단으로 흐를 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 과전압 보호회로(210)의 출력단으로부터 과전류가 출력되는 경우, 출력된 과전류는 과전압 차단부(220)를 통해 접지단으로 흐를 수 있다.
따라서, 과전압 보호회로(210)의 설계치를 벗어나는 과전압이 인가되거나, 반복된 과전압의 유입으로 과전압 보호회로(210)에 구비된 배리스터와 같은 회로 소자가 기능을 상실한 경우에도, 과전압의 유입으로부터 회로 소자들을 안정적으로 보호할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력변환장치의 내부 회로도의 일예이다. 도 1 및 2에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력변환장치(200)는, 과전압 보호회로(210), 과전압 차단부(220), 필터부(230), 정류부(240), 차단신호 생성부(250) 및/또는 제어부(260)를 포함할 수 있다.
과전압 차단부(220)는, 예를 들면, 스위칭 소자(SW)를 구비할 수 있다. 도면에서는 스위칭 소자(SW)가 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
과전압 차단부(220)는, 예를 들면, 스위칭 소자(SW)의 손상을 방지하기 위한, 스위칭 소자(SW)와 접지단 사이에 접속되는 저항 소자(R)를 구비할 수 있다.
차단 신호 생성부(250)는, 예를 들면, 필터부(230)에 구비된 인덕터 소자(L1) 양단의 전압차를 증폭하는 차동 증폭기(OP)를 구비할 수 있다. 차동 증폭기(OP)의 입력단은 인덕터 소자(L1)의 양단에 접속될 수 있다. 차동 증폭기(OP)에는, 예를 들면, 기준 전압이 전원 전압으로 입력될 수 있다. 이 경우, 차동 증폭기(OP)가 출력할 수 있는 전압의 최대 값은 기준 전압일 수 있다. 본 발명에서는 5V의 직류 전압이 차동 증폭기(OP)에 기준 전압으로 입력되는 것으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(260)는, 예를 들면, 차단 신호 생성부(250)에 구비된 차동 증폭기(OP)의 출력에 기초하여, 과전압 유입 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 차동 증폭기(OP)로부터 5V의 전압이 출력되는 경우, 제어부(260)는 과전압이 유입된 것으로 판단할 수 있다.
차단 신호 생성부(250)는, 예를 들면, 논리 연산을 수행하는 연산부(G)를 더 포함할 수 있다. 연산부(G)는, 예를 들면, 두 개의 입력 단자를 통해서 입력되는, 차동 증폭기(OP)의 출력 전압 및 제어부(260)에서 출력되는 제어 신호에 기초하여, 논리 연산을 수행할 수 있다.
연산부(G)는, 예를 들면, 논리 곱 연산을 수행할 수 있는 AND 게이트일 수 있다. 예를 들면, 두 개의 입력 단자에 모두 하이 레벨의 신호가 입력되면, 연산부(G)는 하이 레벨의 신호를 출력할 수 있고, 두 개의 입력 단자 중 적어도 어느 하나에 로우 레벨의 신호가 입력되면, 연산부(G)는 로우 레벨의 신호를 출력할 수 있다. 예를 들면, 두 개의 입력 단자에 각각 하이 레벨 신호인 5V의 전압이 입력되는 경우, 연산부(G)는 5V의 전압을 출력할 수 있다.
한편, 연산부(G)에 입력되는 신호의 하이 레벨 또는 로우 레벨의 기준은, 연산부(G)의 특성에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 연산부(G)의 특성에 따라, 3.5V 이상의 전압이 하이 레벨의 신호일 수도 있고, 2.5V 이상의 전압이 하이 레벨의 신호일 수도 있다.
한편, 제어부(260)에서 출력되는 제어 신호는, 예를 들면, 사용자의 설정에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 사용자는 제어부(260)로부터 하이 레벨의 제어 신호가 출력되도록 설정하여 과전압 차단부(220)가 동작하도록 설정할 수 있고, 제어부(260)로부터 로우 레벨의 제어 신호가 출력되도록 설정하여 과전압 차단부(220)가 동작하지 않도록 설정할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 과전압 유입에 따른, 전력변환장치의 동작의 설명에 참조되는 도면이다.
도 5의 도면부호 (a)는 필터부(230)에 구비된 인덕터 소자(L1)에 흐르는 전류를 나타내는 그래프이고, 도면부호 (b)는 차동 증폭기(OP)에서 출력되는 전압을 나타내는 그래프이고, 도면부호 (c)는 제어부(260)에서 출력되는 제어 신호를 나타내는 그래프이고, 도면부호 (d)는 스위칭 소자(SW)에 입력되는 게이트 전압을 나타내는 그래프이다.
도 5의 도면부호 (a)를 참조하면, 인덕터 소자(L1)에 과전압 유입에 따른 과전류가 t1 시점부터 t1' 시점까지, 그리고 t2 시점부터 t2' 시점까지 흐르는 것을 확인할 수 있다.
도 5의 도면부호 (b)를 참조하면, 차동 증폭기(OP)는, 인덕터 소자(L1)에 과전류가 흐르는 t1 시점부터 t1' 시점까지, 그리고 t2 시점부터 t2' 시점까지, 인덕터 소자(L1)의 양단에 인가되는 전압을 증폭하여, 최대 출력 값인 5V의 전압을 출력하는 것을 확인할 수 있다.
도 5의 도면부호 (c)를 참조하면, 제어부(260)는, t3 시점 이전까지는 로우 레벨의 제어 신호인 0V의 전압을 출력하고, t3 시점부터 하이 레벨의 제어 신호인 5V의 전압을 출력하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 제어부(260)는, 인덕터 소자(L1)에 과전류가 흐르는 t1 시점부터 t1' 시점까지는 로우 레벨의 제어 신호를 출력하고, t2 시점부터 t2' 시점까지는 하이 레벨의 제어 신호를 출력한다.
도 5의 도면부호 (d)를 참조하면, 제어부(260)에서 로우 레벨의 제어 신호가 출력되는 t1 시점부터 t1' 시점까지는, 연산부(G)에서 수행된 연산 결과에 따라, 스위칭 소자(SW)의 게이트 단으로 문턱 전압(
Figure pat00002
) 미만의 전압인 0V의 전압이 입력되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, t1 시점부터 t1' 시점까지 스위칭 소자(SW)가 턴-오프 되므로, 과전압 보호회로(210)에서 출력되는 전류는 필터부(230)로 전달될 수 있다.
한편, 제어부(260)에서 하이 레벨의 제어 신호가 출력되는 t2 시점부터 t2' 시점까지는, 연산부(G)에서 수행된 연산 결과에 따라, 스위칭 소자(SW)의 게이트 단으로 문턱 전압(
Figure pat00003
) 이상의 전압인 5V의 전압이 입력되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, t2 시점부터 t2' 시점까지 스위칭 소자(SW)가 턴-온 되므로, 과전압 보호회로(210)에서 출력되는 전류는 접지단으로 흐를 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 과전압 보호회로(210)의 출력단으로부터 과전류가 출력되는 경우, 출력된 과전류는 과전압 차단부(220)를 통해 접지단으로 흐를 수 있다. 따라서, 과전압 보호회로(210)의 설계치를 벗어나는 과전압이 인가되거나, 반복된 과전압의 유입으로 과전압 보호회로(210)에 구비된 배리스터와 같은 회로 소자가 기능을 상실한 경우에도, 과전압의 유입으로부터 회로 소자들을 안정적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 전력변환장치(200)가 연산부(G)를 구비하는 경우, 사용자는 제어부(260)로부터 하이 레벨 및 로우 레벨의 제어 신호 중 어느 하나가 출력되도록 설정할 수 있다. 따라서, 과전압 차단부(220)의 동작 여부를 사용자가 설정할 수 있어, 사용자의 편의성이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 홈 어플라이언스의 일예인 공기조화기의 구성의 예시를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)는, 실내기(31), 실내기(31)에 연결되는 실외기(21)를 포함할 수 있다.
실내기(31)는, 예를 들면, 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100)는, 예를 들면, 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기(31) 및 실외기(21)의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21)는, 예를 들면, 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 포함할 수 있다. 또한, 실외기(21)는, 예를 들면, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함할 수 있다.
실외기(21)는, 예를 들면, 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31)로 냉매를 공급할 수 있다. 실외기(21)는, 예를 들면, 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기(31)에 대응하여 냉/난방 용량이 가변됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21)는, 연결된 실내기(31)로 압축된 냉매를 공급할 수 있다.
실내기(31)는, 예를 들면, 실외기(21)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출할 수 있다. 실내기(31)는, 예를 들면, 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
이때, 실외기(21) 및 실내기(31)는, 예를 들면, 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수도 있다.
리모컨(미도시)는, 예를 들면, 실내기(31)에 연결되어, 실내기(31)로 사용자의 제어명령을 전달하고, 실내기(31)의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기(31)와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 홈 어플라이언스의 일예인 공기조화기에 포함되는 실외기와 실내기의 개략도이다. 도 6에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 7를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분될 수 있다.
실외기(21)는, 예를 들면, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기(102b)를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외측 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 포함할 수 있다.
실내기(31)는, 예를 들면, 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(108)와, 실내측 열교환기(108)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함할 수 있다.
실내측 열교환기(108)는, 예를 들면, 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는, 예를 들면, 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100)는, 예를 들면, 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
200: 전력변환장치
210: 과전압 보호회로
220: 과전압 차단부
230: 필터부
240: 정류부
250: 차단 신호 생성부
260: 제어부
Vs: 외부 교류 전원

Claims (10)

  1. 인덕터를 구비하고, 교류 전원의 노이즈(noise)를 제거하는 필터부;
    스위칭 소자를 구비하는 과전압 차단부; 및
    상기 필터부 및 상기 과전압 차단부에 연결되고, 상기 인덕터에 흐르는 전류의 변화에 기초하여, 상기 스위칭 소자의 동작을 제어하는 차단 신호를 출력하는 차단 신호 생성부를 포함하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단 신호 생성부는,
    상기 인덕터에 흐르는 전류의 변화에 따라 상기 인덕터의 양단에 인가되는 전압을 증폭하여 출력하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차단 신호 생성부는, 상기 증폭기의 출력 전압을 상기 차단 신호로 출력하고,
    상기 스위칭 소자는, 상기 증폭기의 출력 전압에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 차단 신호 생성부에 연결되는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 증폭기의 출력 전압에 기초하여, 상기 교류 전원의 과전압 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차단 신호 생성부는,
    상기 제어부에서 출력되는 제어 신호와 상기 증폭기의 출력 전압에 대한 논리 연산을 수행하는 연산부를 더 포함하고,
    상기 연산부에서 수행된 논리 연산의 결과를 상기 차단 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, 상기 연산부에서 수행된 논리 연산의 결과에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 과전압 차단부는, 상기 스위칭 소자와 접지단 사이에 접속되는 저항 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor; BJT) 또는 전계 효과 트랜지스터(Field Effective Transistor; FET)인 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 제1항에 있어서,
    제너 다이오드(Zener diode), TVS 다이오드(Transient-voltage-suppression diode), 애벌란시 다이오드(Avalanche diode) 및 배리스터(Variable resistor; varistor) 중 적어도 하나를 구비하는 과전압 보호회로를 더 포함하고,
    상기 과전압 차단부는, 상기 과전압 보호회로의 출력단에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전력변환장치를 구비하는 홈 어플라이언스.
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