KR20210015321A - Power converting device with function for protection circuit and totem-pole pfc - Google Patents

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Abstract

Provided is a power converting device having functions of preventing damage to a circuit and compensating for a totem-pole power factor. According an embodiment of the present invention, the power converting device includes a stabilization switching circuit between a rectifier circuit and a power factor compensating circuit so as to reduce a surge voltage level and a surge current amount without an off operation, such as disconnection, even when a surge voltage or a surge current are introduced. Moreover, in addition to a primary stabilization switching operation performed by the stabilization switching circuit, a microcomputer is configured to perform a secondary stabilization operation according to a change in a switching voltage and a current amount of a totem-pole power factor compensating circuit so that stabilization characteristics of the power converting device can be increased and reliability thereof can be improved.

Description

회로 소손 방지 및 토템 폴 역률 보상 기능을 갖는 전력 변환 장치{POWER CONVERTING DEVICE WITH FUNCTION FOR PROTECTION CIRCUIT AND TOTEM-POLE PFC}Power conversion device with circuit burnout prevention and totem pole power factor compensation function {POWER CONVERTING DEVICE WITH FUNCTION FOR PROTECTION CIRCUIT AND TOTEM-POLE PFC}

본 발명은 회로 소손 방지 및 토템 폴 역률 보상 기능을 갖는 전력 변환 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a power conversion device having a function of preventing circuit burnout and compensating a totem pole power factor.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축 에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 주요 부품으로 사용된다. In general, a compressor is a device that converts mechanical energy into compressed energy of a compressible fluid, and is used as a main component of a refrigeration device, for example, a refrigerator or an air conditioner.

공기 조화기는 압축기로 냉매를 압축시킨 후, 압축된 냉매가 기화하면서 발생되는 열 교환을 통하여 공기를 냉각하는 장치이다. An air conditioner is a device that compresses a refrigerant with a compressor and then cools air through heat exchange generated when the compressed refrigerant vaporizes.

공기 조화기는 압축기, 팬 등에 전동기를 사용하며, 이를 구동하기 위하여 정격전원 단자를 통해 공급된 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 변환된 직류전압을 구동 전압으로 다시 변환하여 압축기 등의 부하에 공급한다. An air conditioner uses an electric motor such as a compressor or a fan, and converts the AC voltage supplied through the rated power terminal to DC voltage to drive it, and converts the converted DC voltage back to the driving voltage and supplies it to the load of the compressor, etc. .

한편, 입력 전원을 압축기에 전달하는 전력 변환 장치는 다수의 전력 스위칭 소자를 구비해서 구성된 컨버터와 인버터 등을 포함한다. 예를 들어, 컨버터에 구성된 적어도 하나의 스위치는 마이컴에서 출력하는 컨버터 제어 신호에 기초해서 스위칭 동작을 수행함으로써, 입력 전원에 대한 정류나 승압을 수행할 수 있다. On the other hand, a power conversion device for transmitting input power to a compressor includes a converter and an inverter configured with a plurality of power switching elements. For example, at least one switch configured in the converter performs a switching operation based on a converter control signal output from the microcomputer, thereby performing rectification or boosting of the input power.

또 다른 예를 들어, 인버터의 경우는 다수의 스위치를 구비하고, 마이컴에서 출력하는 인버터 제어 신호에 기초한 스위치의 동작에 따라 직류 전압을 미리 설정된 전압 크기의 구동 전압으로 변환할 수 있다. For another example, in the case of an inverter, a plurality of switches may be provided, and the DC voltage may be converted into a driving voltage having a preset voltage level according to an operation of the switch based on the inverter control signal output from the microcomputer.

종래의 컨버터나 인버터에서는 과전압이나 과전류, 다시 말해 서지(Surge) 전압이나 서지 전류 등에 따른 스위치 소자의 소손이 자주 발생된다. In conventional converters or inverters, overvoltage or overcurrent, that is, a surge voltage or surge current, often causes burnout of a switch element.

이러한 스위칭 소자의 소손을 방지하기 위하여, 컨버터나 인버터의 전원부에 흐르는 서지 전압이나 서지 전류를 감지하고, 감지된 서지 전압이나 서지 전류를 효과적으로 방전시키는 기술이 대한민국 특허공개공보 제10-2007-0043230A호로 개시되었다. In order to prevent burnout of such a switching element, a technology that detects a surge voltage or surge current flowing in the power supply unit of a converter or inverter and effectively discharges the detected surge voltage or surge current is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0043230A. Started.

도 1은 종래 기술에 따른 전원 장치의 보호 회로를 나타낸 도면이다. 1 is a diagram showing a protection circuit of a power supply device according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 보호회로는 교류 전원 입력단인 라이브단(L)과 뉴트럴 단(N)에 각각 퓨즈(P, Fusem)를 연결함으로써, 서지 전압이나 서지 전류 입력시 퓨즈가 단선되도록 해서 전원부를 보호하였다. As shown in FIG. 1, the protection circuit according to the prior art connects fuses (P, Fusem) to the live terminal (L) and the neutral terminal (N), which are AC power input terminals, respectively, so that a fuse when a surge voltage or a surge current is input. The power supply was protected by breaking the wire.

또한, 종래 기술에 따른 보호회로는 교류 전원 입력단에 바리스터(V, Varister) 및 방전기(G)를 직렬 또는 병렬로 연결하고, 서지 전압이나 서지 전류가 바리스터(V)와 방전기(G)를 통해 바이패스되도록 해서 전원 장치를 보호하였다. In addition, the protection circuit according to the prior art connects a varistor (V, Varister) and a discharger (G) in series or parallel to an AC power input terminal, and a surge voltage or a surge current is bipolarized through the varistor (V) and the discharger (G). The power supply was protected by making it pass.

그러나, 종래 기술에 따른 보호 회로에서 이용되는 퓨즈는 소모성 부품이며, 퓨즈가 단선되면 전원 장치가 동작 불능 상태로 유지되기 때문에 단선된 퓨즈를 교체할 때까지 전원 장치의 이용이 불가한 문제가 있다. However, the fuse used in the protection circuit according to the prior art is a consumable component, and if the fuse is disconnected, the power device is maintained in an inoperative state, and thus the power device cannot be used until the disconnected fuse is replaced.

또한, 교류 전원 입력단(L,N)에 적어도 하나씩의 바리스터(V)와 방전기(G)를 직렬 또는 병렬로 연결해 놓고 서지 전압이나 서지 전류를 감지하는 경우, 바리스터(V)와 방전기(G)에 따른 전압 및 전류 손실이 발생되는 문제가 있다. 구체적으로, 바리스터(V)와 방전기(G)는 교류 전원 입력단(L,N)의 입력 전압과 전류를 계속 공급받아 감지하기 때문에, 바리스터(V)와 방전기(G)에 의해 전압 및 전류 손실이 발생하고, 전원 장치의 효율은 저하될 수밖에 없었다. In addition, when at least one varistor (V) and discharger (G) are connected in series or parallel to the AC power input terminals (L,N) and detect a surge voltage or surge current, the varistor (V) and the discharger (G) There is a problem that voltage and current losses are caused. Specifically, since the varistor (V) and the discharger (G) continuously receive and sense the input voltage and current of the AC power input terminals (L,N), voltage and current losses are reduced by the varistor (V) and the discharger (G). Occurs, and the efficiency of the power supply device was inevitably lowered.

이와 더불어, 교류 전원 입력단(L,N)에 바리스터(V)가 직접적으로 연결된 경우에는 순간적인 과전압 인가시 과전류까지 발생될 수 있으며, 이때는 방전기(G)를 통해 과전류가 방전되는 시간이 지체되어 과전류 차단 효율이 저하되는 문제가 있었다. In addition, when the varistor (V) is directly connected to the AC power input terminals (L,N), an overcurrent may occur when an instantaneous overvoltage is applied. In this case, the time for the overcurrent to be discharged through the discharger (G) is delayed. There was a problem that the blocking efficiency was lowered.

본 발명은 단선 등의 오프(Off) 동작 없이 전원 입력단의 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시킴으로써, 회로 소손을 방지하고 토템 폴 역률 보상 기능을 수행할 수 있는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a power conversion device capable of preventing circuit burnout and performing a totem pole power factor compensation function by reducing a surge voltage level and a surge current amount at a power input terminal without an off operation such as a disconnection. .

또한, 본 발명은 서지 전압이나 서지 전류의 유입시에만 바이어스되는 다이오드 특성에 따라 서지 전압이나 서지 전류 유입시에만 안정화 스위칭 회로가 동작해서 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시킬 수 있는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention provides a power conversion device capable of reducing the surge voltage level and the amount of surge current by operating the stabilization switching circuit only when the surge voltage or surge current flows according to the diode characteristics biased only when the surge voltage or surge current is introduced. It aims to do.

또한, 본 발명은 서지 전압이나 서지 전류 유입에 따른 안정화 스위칭 회로의 스위칭 동작 외에도 토템 폴 역률 보상 회로의 스위칭 전압 및 전류량 변화에 따라서도 마이컴에서 안정화 동작을 수행할 수 있도록 한 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention provides a power conversion device capable of performing a stabilization operation in a microcomputer according to a change in the switching voltage and current amount of the totem pole power factor compensation circuit in addition to the switching operation of the stabilization switching circuit according to the inflow of a surge voltage or a surge current. It is aimed at.

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 that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.

본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는 서지 전압이나 서지 전류가 유입되더라도 단선 등의 오프(Off) 동작 없이 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시키기 위해, 정류회로 및 역률 보상 회로의 사이에 안정화 스위칭 회로를 포함하도록 구성된다. 이러한, 안정화 스위칭 회로는 역률 보상 회로로 공급되는 직류 전원에 서지 전압이나 서지 전류가 유입되면 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시키고 안정화 스위칭 신호를 마이컴으로 전송한다. In order to reduce the surge voltage level and the amount of surge current without an off operation such as disconnection even when a surge voltage or a surge current flows in, the power conversion device according to the embodiment of the present invention has a stabilization switching between the rectifier circuit and the power factor compensation circuit. It is configured to contain a circuit. When a surge voltage or a surge current flows into the DC power supply supplied to the power factor compensation circuit, the stabilization switching circuit reduces the surge voltage level and the amount of surge current and transmits a stabilization switching signal to the microcomputer.

본 발명에서의 안정화 스위칭 회로는 정방향 출력단으로 자체 기준 용량에 따른 전압 및 전류 레벨 이상의 서지 전압이나 서지 전류가 유입되면, 정방향 출력단의 직류 전원을 역방향으로 바이어스시키는 제너 다이오드를 포함해서 구성된다. 이에, 안정화 스위칭 회로가 서지 전압이나 서지 전류 유입시에만 동작되도록 한다. The stabilization switching circuit in the present invention includes a Zener diode that reversely biases the DC power supply of the forward output terminal when a surge voltage or surge current above the voltage and current level according to its own reference capacity flows to the forward output terminal. Accordingly, the stabilization switching circuit is operated only when a surge voltage or a surge current is introduced.

또한, 안정화 스위칭 회로는 양단간에 인가되는 전압이 자체 용량에 의해 설정된 전압 이상인 경우, 저항값이 급격히 감소하는 전기적인 특성을 갖는 바리스터를 포함해서 구성된다. 이에, 바리스터를 통해서는 자체적으로 바이어스되는 서지 전압이 감압되면서도 직류 전원의 전류량이 감소되도록 한다. In addition, the stabilization switching circuit includes a varistor having an electrical characteristic in which a resistance value rapidly decreases when a voltage applied between both ends is equal to or greater than a voltage set by its own capacity. Accordingly, the amount of current of the DC power supply is reduced while the surge voltage that is self-biased is reduced through the varistor.

본 발명의 마이컴은 과전류 및 과전압 감지 단자로 안정화 스위칭 신호가 입력되면, 역률 보상 회로 및 인버터 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시켜서 전기 소자들의 소손을 방지한다. 또한, 마이컴은 역률 보상 회로에 구성된 제1 및 제2 보상 스위칭 소자의 턴-온 전압 및 전류가 미리 설정된 기준치 이상이면, 역률 보상 회로 및 인버터 구동을 중단시켜서 전기 소자들의 소손을 방지할 수 있다. In the microcomputer of the present invention, when a stabilizing switching signal is input to the overcurrent and overvoltage detection terminals, the power factor compensation circuit and the inverter are stopped for a preset period to prevent burnout of electrical elements. In addition, when the turn-on voltage and current of the first and second compensation switching elements configured in the power factor compensation circuit are equal to or greater than a preset reference value, the micom may stop driving the power factor compensation circuit and the inverter to prevent burnout of the electrical elements.

본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는 전원 입력단에 서지 전압이나 서지 전류가 유입되더라도 단선 등의 오프 동작 없이 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시켜 회로 소손을 방지하고 토템 폴 역률 보상 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 토템 폴 역률 보상의 전력 변환 효율을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다. The power conversion device according to the embodiment of the present invention prevents circuit burnout and performs a totem pole power factor compensation function by reducing the surge voltage level and the amount of surge current without an off operation such as disconnection even if a surge voltage or a surge current flows into the power input terminal. I can. Therefore, there is an effect of further increasing the power conversion efficiency of the totem pole power factor compensation.

또한, 본 발명에 따른 전력 변환 장치는 서지 전압이나 서지 전류의 유입시에만 바이어스되는 다이오드 특성에 따라서 서지 전압이나 서지 전류 유입시에만 안정화 스위칭 회로가 동작하도록 한다. 이에, 전원 입력단에 연결된 안정화 스위칭 회로의 전기 소자들에 따른 전력 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다. In addition, the power conversion device according to the present invention enables the stabilization switching circuit to operate only when a surge voltage or a surge current is introduced according to a diode characteristic biased only when a surge voltage or a surge current is introduced. Accordingly, there is an effect of minimizing power loss due to electric elements of the stabilization switching circuit connected to the power input terminal.

또한, 본 발명에 따른 전력 변환 장치는 안정화 스위칭 회로의 1차적인 안정화 스위칭 동작 외에도 토템 폴 역률 보상 회로의 스위칭 전압 및 전류량 변화에 따라서도 마이컴에서 2차적으로 안정화 동작을 수행한다. 이에, 전력 변환 장치의 안정화 특성을 높여서 그 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, in addition to the primary stabilization switching operation of the stabilization switching circuit, the power conversion device according to the present invention performs a secondary stabilization operation in the microcomputer according to the change of the switching voltage and current amount of the totem pole power factor compensation circuit. Accordingly, there is an effect of improving the reliability of the power conversion device by increasing the stabilization characteristics.

도 1은 종래 기술에 따른 전원 장치의 보호 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 구체적으로 나타낸 회로 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 안정화 스위칭 회로와 역률 보상 회로를 구체적으로 나타낸 회로 구성도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 안정화 스위칭 회로와 마이컴의 안정화 동작을 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 전원 입력단의 서지 전압 레벨 가변 특성 및 결과를 설명하기 위한 파형도이다. 1 is a diagram showing a protection circuit of a power supply device according to the prior art.
2 is a circuit diagram illustrating in detail a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram showing in detail the stabilization switching circuit and the power factor compensation circuit shown in FIG. 2.
4 is a circuit diagram for specifically explaining the stabilization operation of the stabilization switching circuit and the microcomputer illustrated in FIGS. 2 and 3.
5 is a waveform diagram for explaining a surge voltage level variable characteristic and result of a power input terminal.

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. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다. The above-described objects, features, and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description will be omitted. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar elements.

압축기, 팬(Fan) 등의 다양한 부하를 사용하는 공기 조화기는 정격 전원 입력단으로 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 구동 전압레벨로 가변시켜서 압축기 등의 부하에 공급하는 전력 변환 장치를 포함한다. Air conditioners that use various loads such as compressors and fans convert the AC voltage supplied to the rated power input terminal into DC voltage, and convert the converted DC voltage to the driving voltage level to supply power to the loads such as compressors. It includes a conversion device.

본 발명에서의 전력 변환 장치는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기, 천장형 공기조화기, 및 덕트형 공기 조화기 등 어느 형태의 공기 조화기에도 적용 가능하다. The power conversion device in the present invention can be applied to any type of air conditioner such as a stand type air conditioner, a wall-mounted type air conditioner, a ceiling type air conditioner, and a duct type air conditioner.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 변환 장치를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 구체적으로 나타낸 회로 구성도이다. 2 is a circuit diagram illustrating in detail a power conversion device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 전력 변환 장치는 정류회로(200), 안정화 스위칭 회로(300), 역률 보상 회로(400), DC 링크 캐패시터(CA), 인버터(500), 역률 보상 제어부(450), 및 마이컴(520)을 포함한다. The power conversion device shown in FIG. 2 includes a rectifier circuit 200, a stabilization switching circuit 300, a power factor compensation circuit 400, a DC link capacitor (CA), an inverter 500, a power factor compensation control unit 450, and a microcomputer. Includes 520.

정류회로(200)는 전원 입력단(100)으로부터 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 정류한다. 정류회로(200)는 전원 입력단(100)의 라이브 단과 뉴트럴 단 사이에 직렬 또는 병렬 중 적어도 하나의 조합으로 연결된 다이오드 브리지를 이용해서 교류 전원의 교류 전압을 전파 정류하고, 직류 전압으로 변환해서 역률 보상 회로(400)로 공급한다. The rectifier circuit 200 rectifies the AC power input from the power input terminal 100 into a DC power. The rectifier circuit 200 full-wave rectifies the AC voltage of the AC power source by using a diode bridge connected in at least one combination of series or parallel between the live terminal and the neutral terminal of the power input terminal 100 and converts it into a DC voltage to compensate for power factor. It is supplied to the circuit 400.

정류회로(200)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT) 등의 전력용 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다. 전력용 스위칭 소자가 포함된 경우에는 전력용 스위칭 소자를 이용해서 교류 전압 출력 타이밍 제어, 승압, 역률 개선 등의 동작을 수행할 수 있다. The rectifier circuit 200 may further include a power switching device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT). When the power switching element is included, the AC voltage output timing control, boosting, and power factor improvement can be performed using the power switching element.

안정화 스위칭 회로(300)는 정류회로(200) 및 역률 보상 회로(400) 사이에 구성되어, 정류회로(200)로부터 서지 전압이나 서지 전류 유입시에 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시킨다. 그리고, 서지 전압이나 서지 전류 유입에 따른 안정화 스위칭 신호를 마이컴(520)의 과전압 및 과전류 중 적어도 하나의 감지 단자로 공급한다. The stabilization switching circuit 300 is configured between the rectifier circuit 200 and the power factor compensation circuit 400 to reduce the level of the surge voltage and the amount of surge current when a surge voltage or surge current flows from the rectifier circuit 200. In addition, a stabilizing switching signal according to an inflow of a surge voltage or a surge current is supplied to at least one of the overvoltage and overcurrent detection terminals of the microcomputer 520.

역률 보상 회로(400)는 역률 보상 제어부(450)의 게이트 구동신호에 따라 정류회로(200)로부터 공급되는 직류 전원의 출력 파형 및 타이밍을 변조해서 직류 전원의 역률을 개선하고, 역률이 개선된 직류 전원을 DC 링크 캐패시터(CA), 및 인버터(500)로 공급한다. 역률 보상 회로(400)는 하나의 레그(leg)에 복수의 보상 스위칭 소자가 배치되는 토템 폴 역률 보상 회로(Totem-Pole PFC circuit)로 구성될 수 있다. The power factor correction circuit 400 modulates the output waveform and timing of the DC power supplied from the rectifier circuit 200 according to the gate driving signal of the power factor correction control unit 450 to improve the power factor of the DC power supply and improves the DC power factor. Power is supplied to the DC link capacitor (CA) and the inverter 500. The power factor correction circuit 400 may be configured as a totem-pole PFC circuit in which a plurality of compensation switching elements are disposed in one leg.

본 발명에 따른 안정화 스위칭 회로(300) 및 역률 보상 회로(400)의 세부 구성 및 동작 특성에 대해서는 이후에 참조된 도면을 참조해서 구체적으로 설명하기로 한다. The detailed configuration and operation characteristics of the stabilization switching circuit 300 and the power factor correction circuit 400 according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings referred to later.

DC 링크 캐패시터(CA)는 역률 보상 회로(400)와 인버터 회로(500) 사이에 병렬로 연결된다. 구체적으로, DC 링크 캐패시터(CA)는 역률 보상 회로(400)와 인버터 회로(500) 사이의 라이브 단과 뉴트럴 단에 구성된다. The DC link capacitor CA is connected in parallel between the power factor correction circuit 400 and the inverter circuit 500. Specifically, the DC link capacitor CA is configured in a live stage and a neutral stage between the power factor compensation circuit 400 and the inverter circuit 500.

DC 링크 캐패시터(CA)는 역률 보상 회로(400)에서 출력되는 리플이 포함된 직류 전압을 충전 및 방전시킴으로써, 인버터(500)로 전송되는 직류 전압이 안정화 상태로 전송되도록 한다. 구체적으로, DC 링크 캐패시터(CA)는 역률 보상 회로(400)에서 출력되는 직류 전압을 근거로 DC 링크 전압을 충전하고 충전된 DC 링크 전압을 인버터(500)로 공급한다. 또한, DC 링크 캐패시터(CA)는 인버터(500)의 전환 스위칭 소자들이 스위칭되는 동안 전환 스위칭 소자들의 스위칭 주파수에 의해 발생하는 리플 전압(전압 변동)을 평활화할 수 있다. The DC link capacitor CA charges and discharges the DC voltage including ripple output from the power factor compensation circuit 400 so that the DC voltage transmitted to the inverter 500 is transmitted in a stabilized state. Specifically, the DC link capacitor CA charges the DC link voltage based on the DC voltage output from the power factor compensation circuit 400 and supplies the charged DC link voltage to the inverter 500. In addition, the DC link capacitor CA may smooth a ripple voltage (voltage fluctuation) generated by the switching frequency of the switching switching elements while the switching switching elements of the inverter 500 are switched.

인버터(500)는 인버터 제어부(510)의 스위칭 제어에 따라 DC 링크 캐패시터(CA)로부터의 직류 전압을 스위칭시킴으로써, 리플이 포함된 직류 전압 및 전류를 교류 전압 및 전류로 변환한다. 그리고, 리플이 포함된 교류 전류를 압축기 등의 부하(600)로 전송한다. The inverter 500 converts the DC voltage and current including ripple into AC voltage and current by switching the DC voltage from the DC link capacitor CA according to the switching control of the inverter controller 510. Then, the alternating current including ripple is transmitted to a load 600 such as a compressor.

구체적으로, 인버터(500)는 역률 보상 회로(400)의 직류 전원 출력단, 즉, 직류 전원이 입력되는 라이브 단과 뉴트럴 단 간의 극성 변화에 따라 교류 전원 방향을 정방향 또는 역방향으로 변환할 수 있는 양방향 회로 구조로 구성될 수 있다. 이러한, 인버터(500)의 입력단에는 라이브 단과 뉴트럴 단의 극성(+,-)을 변환시켜 직류 전압을 입력받는 트랜스 회로(또는, 전환 스위칭 회로) 등이 더 구성될 수 있다. Specifically, the inverter 500 is a bi-directional circuit structure capable of converting the AC power direction into a forward or reverse direction according to a polarity change between the DC power output terminal of the power factor compensation circuit 400, that is, a live terminal and a neutral terminal to which DC power is input. It can be composed of. The input terminal of the inverter 500 may further include a transformer circuit (or a switching switching circuit) for receiving a DC voltage by converting the polarities (+,-) of the live terminal and the neutral terminal.

도 2에 도시된 바와 같이, 인버터(500)의 라이브 단과 뉴트럴 단 사이로는 제1 및 제4 스위칭 소자(S1,S4)가 직렬 연결되며, 제1 및 제4 스위칭 소자(S1,S4)와는 병렬 구조로 제2 및 제5 스위칭 소자(S1,S4)가 직렬로 연결된다. 또한, 제2 및 제5 스위칭 소자(S1,S5)와는 병렬 구조로 제3 및 제6 스위칭 소자(S3,S6)가 직렬로 연결된다. 또 다른 예로, 인버터(500)의 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6)는 그 직/병렬 조합 구조에 따라 다양한 구조의 브리지 회로 형태로 구성될 수도 있다. As shown in FIG. 2, the first and fourth switching elements S1 and S4 are connected in series between the live and neutral terminals of the inverter 500, and parallel to the first and fourth switching elements S1 and S4. In a structure, the second and fifth switching elements S1 and S4 are connected in series. In addition, the third and sixth switching elements S3 and S6 are connected in series in a parallel structure with the second and fifth switching elements S1 and S5. As another example, the first to sixth switching elements S1 to S6 of the inverter 500 may be configured in the form of a bridge circuit having various structures according to the series/parallel combination structure.

인버터(500) 입력단의 라이브 단과 뉴트럴 단 극성(+,-) 변화와 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6) 각각의 온/오프 스위칭 제어 모드에 의해, 인버터(500)에서 출력되는 교류 전류량과 전류 흐름 방향은 정방향 또는 역방향으로 변환될 수 있다. The amount of AC current output from the inverter 500 by the live and neutral polarity (+,-) changes of the input terminal of the inverter 500 and the ON/OFF switching control mode of each of the first to sixth switching elements S1 to S6 The direction of overcurrent flow can be converted to a forward or reverse direction.

인버터(500)의 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6) 각각은 GaN 트랜지스터, SiC MOSFET, Si-MOSFET 중 어느 하나로 모두 동일하게 구성될 수 있다. 이와 달리, 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6) 각각은 적어도 두 개씩의 단위로 서로 동일하거나 다르게 구성될 수도 있다. 도 2로는 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6)가 SiC MOSFET로 모두 동일하게 구성된 예를 도시하였다. 반면, 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6)가 GaN 트랜지스터로 모두 동일하게 구성될 수도 있다. Each of the first to sixth switching elements S1 to S6 of the inverter 500 may be configured in the same manner as any one of a GaN transistor, a SiC MOSFET, and a Si-MOSFET. Alternatively, each of the first to sixth switching elements S1 to S6 may be configured identically or differently in units of at least two. 2 shows an example in which all of the first to sixth switching elements S1 to S6 are made of SiC MOSFETs in the same manner. On the other hand, the first to sixth switching elements S1 to S6 may be configured identically to all of the GaN transistors.

인버터 제어부(510)는 마이컴(520)으로부터 입력되는 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6)에 대한 듀티 비 제어신호에 응답해서, 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6) 각각의 턴-온 및 턴-오프 동작을 교번적으로 제어하기 위한 PWM 신호들을 생성한다. 그리고, 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6) 각각의 PWM 신호를 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6)로 각각 공급하여, 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6)가 온/오프 스위칭 제어 모드로 동작되도록 제어한다. In response to the duty ratio control signal for the first to sixth switching elements S1 to S6 input from the microcomputer 520, the inverter control unit 510 turns each of the first to sixth switching elements S1 to S6. -Generate PWM signals to alternately control the on and turn-off operation. In addition, by supplying the PWM signals of each of the first to sixth switching elements (S1 to S6) to the first to sixth switching elements (S1 to S6), respectively, the first to sixth switching elements (S1 to S6) are turned on. Controls to operate in the on/off switching control mode.

마이컴(520)은 역률 보상 회로(400)와 인버터(500) 등 전력 변환 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. The micom 520 may control the overall operation of the power conversion device such as the power factor compensation circuit 400 and the inverter 500.

구체적으로, 마이컴(520)은 역률 보상 회로(400)에 구성된 보상 스위치들의 온-오프 스위칭 듀티 비를 포함하는 게이트 제어신호를 생성하고, 게이트 제어신호를 역률 보상 제어부(450)로 공급한다. Specifically, the micom 520 generates a gate control signal including an on-off switching duty ratio of the compensation switches configured in the power factor compensation circuit 400 and supplies the gate control signal to the power factor compensation control unit 450.

또한, 마이컴(520)은 인버터(500)에 구성된 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6)에 대한 듀티 비 제어신호를 생성해서 인버터 제어부(510)로 공급한다. In addition, the micom 520 generates a duty ratio control signal for the first to sixth switching elements S1 to S6 configured in the inverter 500 and supplies them to the inverter control unit 510.

마이컴(520)은 안정화 스위칭 회로(300)로부터 안정화 스위칭 신호가 입력되면 역률 보상 회로(400) 및 인버터(400) 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시킬 수도 있다. 또한, 마이컴(520)은 역률 보상 회로(400)의 보상 스위칭 전압 및 전류량 변화에 따라 역률 보상 회로(400) 및 인버터(500) 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시킬 수도 있다. The micom 520 may stop driving the power factor compensation circuit 400 and the inverter 400 for a preset period when a stabilization switching signal is input from the stabilization switching circuit 300. In addition, the micom 520 may stop driving the power factor compensation circuit 400 and the inverter 500 for a predetermined period according to changes in the compensation switching voltage and current amount of the power factor compensation circuit 400.

도 3은 도 2에 도시된 안정화 스위칭 회로와 역률 보상 회로를 구체적으로 나타낸 회로 구성도이다. 3 is a circuit diagram showing in detail the stabilization switching circuit and the power factor compensation circuit shown in FIG. 2.

도 3을 참조하면, 안정화 스위칭 회로(300)는 정류회로(200)의 직류 전원이 출력되는 라이브 단(+)과 뉴트럴 단(-) 사이에 직렬로 연결된 제너 다이오드(ZD) 및 제1 저항 소자(R1)를 포함한다. 아울러, 제너 다이오드(ZD) 및 제1 저항 소자(R1)와는 병렬 구조로 라이브 단(+)과 뉴트럴 단(-) 사이에 직렬로 연결된 바리스터(V, Varister) 및 제1 안정화 스위칭 소자(VS1)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the stabilization switching circuit 300 includes a Zener diode (ZD) and a first resistance element connected in series between the live terminal (+) and the neutral terminal (-) from which the DC power of the rectifier circuit 200 is output. (R1) is included. In addition, a varistor (V, Varister) and a first stabilized switching element (VS1) connected in series between the live terminal (+) and the neutral terminal (-) in a parallel structure with the Zener diode (ZD) and the first resistance element (R1) Includes.

또한, 안정화 스위칭 회로(300)는 제1 저항 소자(R1)와는 병렬 구조로 제너 다이오드(ZD)의 역방향 출력단과 제1 안정화 스위칭 소자(VS1)의 게이트 전극에 전기적으로 연결된 제2 저항 소자(R2)를 포함한다. 아울러, 제1 안정화 스위칭 소자(VS1)의 게이트 전극과 제2 저항 소자(R2)의 출력단을 공유하도록 게이트 전극이 제2 저항 소자(R2)의 출력단에 접속되어, 소스 전극으로 입력되는 기준 전압레벨(Vref)에 따른 안정화 스위칭 신호를 드레인 전극을 통해 마이컴(520)으로 공급하는 제2 안정화 스위칭 소자(VS2)를 더 포함한다. In addition, the stabilization switching circuit 300 has a second resistance element R2 electrically connected to the reverse output terminal of the Zener diode ZD and the gate electrode of the first stabilized switching element VS1 in a parallel structure with the first resistance element R1. ). In addition, the gate electrode is connected to the output terminal of the second resistance element R2 so as to share the gate electrode of the first stabilized switching element VS1 and the output terminal of the second resistance element R2, the reference voltage level input to the source electrode. It further includes a second stabilizing switching element VS2 for supplying the stabilization switching signal according to (Vref) to the microcomputer 520 through the drain electrode.

역률 보상 회로(400)로 직류 전원이 출력되는 라이브 단(+)에는 적어도 하나의 리액터(L)가 직렬로 구성되어 바리스터(V)와는 병렬 구조를 이룰 수 있다. 이는, 서지 전압 및 서지 전류 발생에 따른 바리스터(V)의 전류 도통시 라이브 단(+)의 서지 전류나 전압이 바리스터(V)로 바이어스되도록 하기 위함이다. 이러한, 리액터(L)는 역률 보상 회로(400)의 입력 라이브 단(+)에 구성될 수도 있다. At least one reactor (L) is configured in series in a live terminal (+) from which DC power is output to the power factor compensation circuit 400 to form a parallel structure with the varistor (V). This is to cause the surge current or voltage of the live terminal (+) to be biased to the varistor (V) when the varistor (V) conducts current due to the generation of the surge voltage and the surge current. Such, the reactor (L) may be configured in the input live terminal (+) of the power factor correction circuit 400.

제너 다이오드(ZD)는 정류회로(200)의 직류 전원이 출력되는 라이브 단(+)과는 병렬 구조로 정방향 출력단이 라이브 단(+)과 전기적으로 접속되고, 정방향 입력단은 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)의 분배 노드에 접속된다. The Zener diode (ZD) has a parallel structure with the live terminal (+) from which the DC power of the rectifier circuit 200 is output, and the positive output terminal is electrically connected to the live terminal (+), and the forward input terminal is a first resistance element (R1). ) And a distribution node of the second resistance element R2.

제너 다이오드(ZD)는 라이브 단(+)에 자체의 기준 용량에 따른 전압 및 전류 레벨 이상의 서지 전압이나 서지 전류가 유입되면 항복(breakdown) 현상에 의해 역 방향으로 바이어스 된다. 이를 위해, 제너 다이오드(ZD)는 서지 전압 및 서지 전류량 레벨에 따라 미리 설정된 기준 용량으로 적용되어야 함이 바람직하다. Zener diode (ZD) is biased in the reverse direction due to a breakdown phenomenon when a surge voltage or surge current that exceeds the voltage and current level according to its reference capacity is introduced into the live terminal (+). To this end, it is preferable that the Zener diode ZD is applied with a preset reference capacity according to the level of the surge voltage and the amount of surge current.

제1 안정화 스위칭 소자(VS1)의 크기는 제2 저항 소자(R2)의 분배 전압에 의해 턴-온되도록 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2) 용량에 따라 미리 설정됨이 바람직하다. 이에 따라, 제너 다이오드(ZD)가 서지 전압이나 서지 전류에 의해 역방향으로 라이브 단(+) 직류 전원을 바이어스 시키면, 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)의 분배 전압이 제1 안정화 스위칭 소자(VS1)의 게이트 전극으로 인가되어 안정화 스위칭 소자(VS1)가 턴-온된다. The size of the first stabilized switching element VS1 is preferably set in advance according to the capacity of the first resistance element R1 and the second resistance element R2 so that it is turned on by the divided voltage of the second resistance element R2. Do. Accordingly, when the Zener diode ZD biases the live terminal (+) DC power in the reverse direction by the surge voltage or the surge current, the divided voltage of the first resistance element R1 and the second resistance element R2 is first The stabilization switching element VS1 is turned on by being applied to the gate electrode of the stabilizing switching element VS1.

제1 안정화 스위칭 소자(VS1)의 턴-온 동작시, 리액터(L) 구성에 의해 바리스터(V)는 라이브 단(+)의 서지 전류나 서지 전압을 바이어스 시키면서 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시킨다. During the turn-on operation of the first stabilized switching element VS1, the varistor V biases the surge current or surge voltage of the live terminal (+) by the configuration of the reactor L, while reducing the surge voltage level and the amount of surge current. .

바리스터(V)는 양단간에 인가되는 전압이 자체 용량에 의해 설정된 전압 이상인 경우 저항값이 급격히 감소하는 전기적인 특성을 갖고 있기 때문에, 자체적으로 바이어스되는 서지 전압을 감압시키면서 전류량을 감소시키게 된다. Since the varistor V has an electrical characteristic in which the resistance value rapidly decreases when the voltage applied between both ends is higher than the voltage set by its own capacity, the amount of current is reduced while reducing the self-biased surge voltage.

제2 안정화 스위칭 소자(VS2)는 제1 안정화 스위칭 소자(VS1)와 동일한 타이밍에 턴-온 및 턴-오프된다. 이를 위해, 제2 안정화 스위칭 소자(VS2)의 크기는 제1 안정화 스위칭 소자(VS1)와 동일하게, 제2 저항 소자(R2)의 분배 전압에 의해 턴-온되도록 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2) 용량에 따라 미리 설정됨이 바람직하다. The second stabilized switching element VS2 is turned on and off at the same timing as the first stabilized switching element VS1. To this end, the size of the second stabilized switching element VS2 is the same as that of the first stabilized switching element VS1, and the first resistance element R1 and the second resistance element R1 are turned on by the divided voltage of the second resistance element R2. It is preferable to set in advance according to the capacity of the second resistance element R2.

제2 안정화 스위칭 소자(VS2)는 턴-온 동작시, 기준 전압레벨(Vref)에 따른 안정화 스위칭 신호를 생성해서 마이컴(520)의 과전류 및 과전압 감지 단자로 공급한다. During the turn-on operation, the second stabilization switching element VS2 generates a stabilization switching signal according to the reference voltage level Vref and supplies it to the overcurrent and overvoltage detection terminals of the microcomputer 520.

이에, 마이컴(520)은 제2 안정화 스위칭 소자(VS2)로부터의 안정화 스위칭 신호가 과전류 및 과전압 감지 단자로 입력되면 역률 보상 회로(400) 및 인버터(400) 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시킬 수 있다. Accordingly, the micom 520 may stop driving the power factor compensation circuit 400 and the inverter 400 for a preset period when the stabilization switching signal from the second stabilization switching element VS2 is input to the overcurrent and overvoltage detection terminal. .

역률 보상 회로(400)는 하나의 레그(leg)에 복수의 보상 스위칭 소자(SW1.SW2)가 배치되는 토템 폴 역률 보상 회로로 구성될 수 있다. The power factor correction circuit 400 may be configured as a totem pole power factor correction circuit in which a plurality of compensation switching elements SW1 and SW2 are disposed in one leg.

역률 보상 회로(400)는 안정화 스위칭 회로(300)의 직류 전원이 출력되는 라이브 단(+)과 뉴트럴 단(-) 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1.SW2), 및 라이브 단(+)과 뉴트럴 단(-) 사이에 직/병렬 조합으로 연결된 복수의 다이오드 브리지 회로(410)를 포함한다. The power factor compensation circuit 400 includes first and second compensation switching elements SW1.SW2 connected in series between a live terminal (+) and a neutral terminal (-) from which DC power of the stabilization switching circuit 300 is output, and It includes a plurality of diode bridge circuits 410 connected in series/parallel combination between the live terminal (+) and the neutral terminal (-).

마이컴(520)은 역률 보상 회로(400)에 구성된 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)의 온-오프 스위칭 듀티 비를 포함하는 게이트 제어신호를 생성하고, 게이트 제어신호를 역률 보상 제어부(450)로 공급한다. The micom 520 generates a gate control signal including an on-off switching duty ratio of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 configured in the power factor compensation circuit 400, and converts the gate control signal to a power factor compensation control unit. Supplied to 450.

이에, 역률 보상 제어부(450)는 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)의 온-오프 스위칭 듀티 비에 따라 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2) 각각의 온-오프 및 스위칭 타이밍을 조절하기 위한 PWM 신호, 즉 게이트 구동신호를 각각 생성한다. 그리고, 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)가 서로 상보적으로 교번해서 동작하도록 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2) 각각에 게이트 구동신호를 공급한다. Accordingly, the power factor compensation control unit 450 turns on and off each of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 according to the on-off switching duty ratio of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2. A PWM signal for adjusting the switching timing, that is, a gate driving signal, is respectively generated. In addition, a gate driving signal is supplied to each of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 so that the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 alternately and complementarily operate with each other.

제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)는 역률 보상 제어부(450)의 게이트 구동신호에 의해 서로 상보되도록 교번해서 턴-온 및 턴-오프 동작을 반복(교번적으로 반복)함으로써, 직류 전원의 출력 파형 및 타이밍을 변조하는 방식으로 직류 전원의 역률을 개선시킨다. The first and second compensation switching elements SW1 and SW2 alternately repeat (alternately repeat) turn-on and turn-off operations to complement each other by the gate driving signal of the power factor compensation control unit 450 It improves the power factor of DC power by modulating the output waveform and timing of the power supply.

제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)의 턴-온 전압(VP) 및 전류는 마이컴(520)의 과전류/과전압 감지 단자로 공급되어, 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)의 턴-온 전압(VP) 및 전류량 변화에 따라 마이컴(520)의 동작이 중단되도록 할 수 있다. The turn-on voltage VP and current of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 are supplied to the overcurrent/overvoltage detection terminal of the microcomputer 520, and the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 The operation of the microcomputer 520 may be stopped according to a change in the turn-on voltage VP and current amount of ).

또한, 마이컴(520)은 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)의 턴-온 전압(VP) 및 전류가 미리 설정된 기준치 이상일 때, 역률 보상 회로(400) 및 인버터(500) 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시키도록 프로그래밍 된다. In addition, the micom 520 drives the power factor compensation circuit 400 and the inverter 500 when the turn-on voltage VP and the current of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 are equal to or greater than a preset reference value. It is programmed to stop for a preset period.

전술한 바와 같이, 안정화 스위칭 회로(300)의 회로 구성과 동작에 의해서는 서지 전압이나 서지 전류가 유입되더라도 단선 등의 오프(Off) 동작 없이 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시킬 수 있다. 그리고, 서지 전압이나 서지 전류 유입시, 마이컴(520)의 동작이나 역률 보상 회로(400) 및 인버터(500) 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시킬 수도 있다. As described above, according to the circuit configuration and operation of the stabilization switching circuit 300, even if a surge voltage or a surge current is introduced, the surge voltage level and the amount of surge current can be reduced without an off operation such as a disconnection. In addition, when a surge voltage or a surge current is introduced, the operation of the microcomputer 520 or the driving of the power factor compensation circuit 400 and the inverter 500 may be stopped for a predetermined period.

이와 더불어, 역률 보상 회로(400)를 통해서는 역률을 보상하되, 역률 보상 회로(400)에 구성된 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)의 턴-온 전압(VP) 및 전류량 변화에 따라 마이컴(520)의 동작이 중단되도록 해서 안정화 동작 특성을 높일 수 있다. In addition, the power factor is compensated through the power factor compensation circuit 400, but the turn-on voltage (VP) and current amount of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 configured in the power factor compensation circuit 400 are changed. Accordingly, the operation of the micom 520 may be stopped, thereby enhancing the stabilization operation characteristic.

도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 안정화 스위칭 회로와 마이컴의 안정화 동작을 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다. 그리고, 도 5는 전원 입력단의 서지 전압 레벨 가변 특성 및 결과를 설명하기 위한 파형도이다. 4 is a circuit diagram for specifically explaining the stabilization operation of the stabilization switching circuit and the microcomputer illustrated in FIGS. 2 and 3. Further, FIG. 5 is a waveform diagram for explaining characteristics and results of varying the surge voltage level of the power input terminal.

먼저, 도 4를 참조하면, 제너 다이오드(ZD)는 라이브 단(+)에 자체 기준 용량에 따른 전압 및 전류 레벨 이상의 서지 전압이나 서지 전류가 유입되면, 라이브 단(+)의 직류 전원을 역 방향(A' 화살표 방향)으로 바이어스시키게 된다. 이에 따라, 서지 전압이나 서지 전류가 유입되면, 제1 저항 소자(R1) 및 제2 저항 소자(R2)의 분배 전압이 제1 안정화 스위칭 소자(VS1)의 게이트 전극으로 인가되어 안정화 스위칭 소자(VS1)가 턴-온된다. First, referring to FIG. 4, when a surge voltage or surge current above the voltage and current level according to its own reference capacity flows into the live terminal (+), the Zener diode (ZD) reverses the DC power of the live terminal (+). (A' arrow direction) is biased. Accordingly, when a surge voltage or a surge current is introduced, the divided voltage of the first resistance element R1 and the second resistance element R2 is applied to the gate electrode of the first stabilized switching element VS1, and thus the stabilization switching element VS1 ) Is turned on.

제1 안정화 스위칭 소자(VS1)의 턴-온 동작시, 바리스터(V)는 라이브 단(+)의 서지 전류나 서지 전압을 바이어스(B' 화살표 방향) 시키면서 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시킨다. During the turn-on operation of the first stabilized switching element VS1, the varistor V reduces the surge voltage level and the amount of surge current while biasing the surge current or surge voltage of the live terminal (+) (in the direction of arrow B').

도 5를 참조하면, 바리스터(V)는 양단간에 인가되는 전압이 자체 용량에 의해 설정된 전압 이상인 경우, 저항값이 급격히 감소하는 전기적인 특성을 갖고 있기 때문에 자체적으로 바이어스되는 서지 전압을 감압(V' 전압 크기만큼 감압)시키면서 직류 전원(LV)의 전류량을 감소시키게 된다. Referring to FIG. 5, when the voltage applied between both ends of the varistor V is greater than or equal to the voltage set by its own capacity, since the varistor V has an electrical characteristic in which the resistance value rapidly decreases, the self-biased surge voltage is reduced (V' The voltage is reduced by the amount of voltage) and the amount of current of the DC power supply LV is reduced.

이때, 제2 안정화 스위칭 소자(VS2)는 제1 안정화 스위칭 소자(VS1)와 동일한 타이밍에 턴-온되므로, 서지 전압이나 서지 전류 유입시 기준 전압레벨(Vref)에 따른 안정화 스위칭 신호를 생성해서 마이컴(520)의 과전류 및 과전압 감지 단자로 전송한다. At this time, since the second stabilization switching element VS2 is turned on at the same timing as the first stabilization switching element VS1, the microcomputer generates a stabilization switching signal according to the reference voltage level Vref when a surge voltage or surge current flows in. It transmits to the overcurrent and overvoltage detection terminal of 520.

1차적으로, 마이컴(520)은 과전류 및 과전압 감지 단자로 기준 전압레벨(Vref)에 따른 안정화 스위칭 신호가 입력되면, 역률 보상 회로(400) 및 인버터(500) 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시켜서 전기 소자들의 소손을 방지할 수 있다. Firstly, when a stabilization switching signal according to the reference voltage level (Vref) is input to the overcurrent and overvoltage detection terminal, the micom 520 stops driving the power factor compensation circuit 400 and the inverter 500 for a predetermined period to thereby generate electricity. It is possible to prevent burnout of elements.

마이컴(520)은 역률 보상 회로(400)에 구성된 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)의 턴-온 전압(VP) 및 전류를 과전류 및 과전압 감지 단자로 수신한다(D' 화살표 방향). 이에, 2차적으로, 제1 및 제2 보상 스위칭 소자(SW1,SW2)의 턴-온 전압(VP) 및 전류가 미리 설정된 기준치 이상일 때, 역률 보상 회로(400) 및 인버터(500) 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시켜서 전기 소자들의 소손을 방지할 수 있다. The micom 520 receives the turn-on voltage VP and the current of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 configured in the power factor compensation circuit 400 to the overcurrent and overvoltage detection terminals (in the direction of the arrow D' ). Accordingly, secondary, when the turn-on voltage VP and current of the first and second compensation switching elements SW1 and SW2 are equal to or greater than a preset reference value, the power factor compensation circuit 400 and the inverter 500 are driven in advance. By stopping for a set period of time, it is possible to prevent burnout of electrical elements.

이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 전력 변환 장치는 안정화 스위칭 회로(300)의 회로 구성과 동작에 의해, 서지 전압이나 서지 전류가 유입되더라도 단선 등의 오프(Off) 동작 없이 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시켜 회로 소손을 방지할 수 있다. As described above, according to the circuit configuration and operation of the stabilization switching circuit 300, the power conversion device of the present invention provides a surge voltage level and surge without an off operation such as disconnection even when a surge voltage or a surge current flows in. Circuit damage can be prevented by reducing the amount of current.

또한, 본 발명에 따른 전력 변환 장치는 안정화 스위칭 회로(300)에 구성된 제너 다이오드(ZD)의 역방향 바이어스 특성을 이용해서, 서지 전압이나 서지 전류 유입시에만 안정화 스위칭 회로가 동작하도록 한다. 이에, 전원 입력단에 연결된 안정화 스위칭 회로의 전기 소자들에 따른 전력 손실을 최소화할 수 있다. In addition, the power conversion device according to the present invention uses the reverse bias characteristic of the Zener diode ZD configured in the stabilization switching circuit 300 so that the stabilization switching circuit operates only when a surge voltage or a surge current flows in. Accordingly, it is possible to minimize power loss due to electric elements of the stabilization switching circuit connected to the power input terminal.

이와 더불어, 본 발명에 따른 전력 변환 장치는 안정화 스위칭 회로(300)의 1차적인 안정화 스위칭 동작 외에도 역률 보상 회로(400)의 스위칭 전압 및 전류량 변화에 따라서도 마이컴(520)에서 2차적으로 안정화 동작을 수행할 수 있도록 함으로써, 안정화 특성을 높이고 그 신뢰도를 향상시킬 수 있다. In addition, in addition to the primary stabilization switching operation of the stabilization switching circuit 300, the power conversion device according to the present invention also performs a secondary stabilization operation in the micom 520 according to the change in the switching voltage and current amount of the power factor compensation circuit 400. By making it possible to perform, it is possible to increase the stabilization property and improve its reliability.

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.The above-described present invention is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs. Is not limited by

100: 전원 입력단
200: 정류 회로
300: 안정화 스위칭 회로
400: 역률 보상회로
450: 역률 보상 제어부
500: 인버터
510: 인버터 제어부
520: 마이컴
600: 부하
CA: DC 링크 캐패시터100: power input terminal
200: rectifier circuit
300: stabilized switching circuit
400: power factor compensation circuit
450: power factor compensation control unit
500: inverter
510: inverter control unit
520: micom
600: load
CA: DC link capacitor

Claims (12)

전원 입력단으로부터 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류 회로;
역률 보상 제어부의 게이트 구동신호에 따라 상기 정류 회로에서 정류된 직류 전원의 역률을 개선하는 역률 보상 회로;
상기 정류회로 및 역률 보상 회로의 사이에 구성되어 상기 정류회로를 통해 서지 전압이나 서지 전류 유입시에 서지 전압 레벨과 서지 전류량을 감소시키고 안정화 스위칭 신호를 출력하는 안정화 스위칭 회로; 및
상기 역률 보상 회로 및 인버터 구동을 제어하며 상기 안정화 스위칭 신호가 입력되면 상기 역률 보상 회로 및 인버터 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시키는 마이컴을 포함하는,
전력 변환 장치.
A rectifier circuit for rectifying AC power input from the power input terminal to DC power;
A power factor compensation circuit for improving a power factor of the DC power rectified by the rectifier circuit according to the gate driving signal of the power factor compensation control unit;
A stabilization switching circuit configured between the rectifier circuit and the power factor compensation circuit to reduce a surge voltage level and a surge current amount and output a stabilization switching signal when a surge voltage or a surge current flows through the rectifier circuit; And
Controlling the driving of the power factor compensation circuit and the inverter and comprising a microcomputer for stopping driving the power factor compensation circuit and the inverter for a predetermined period when the stabilization switching signal is input,
Power conversion device.
 제 1 항에 있어서,
상기 역률 보상 회로와 상기 인버터 사이에 병렬로 연결되어 상기 역률 보상 회로에서 출력되는 리플이 포함된 직류 전압을 충전하고 상기 인버터로 방전시키는 DC 링크 캐패시터를 더 포함하고,
상기 인버터는 인버터 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 DC 링크 캐패시터로부터의 직류 전압을 스위칭시킴으로써 직류 전압 및 전류를 교류 전압 및 전류로 변환하고 부하로 전송하는,
전력 변환 장치.
The method of claim 1,
Further comprising a DC link capacitor connected in parallel between the power factor correction circuit and the inverter to charge a DC voltage including ripple output from the power factor correction circuit and discharge to the inverter,
The inverter converts the DC voltage and current into AC voltage and current by switching the DC voltage from the DC link capacitor according to the switching control of the inverter control unit and transmits it to the load,
Power conversion device.
 제 2 항에 있어서,
상기 인버터는
양극성의 제1 내지 제6 스위칭 소자를 포함하는 양방향 회로 구조로 구성되어, 상기 역률 보상 회로의 직류 전원이 입력되는 라이브 단과 뉴트럴 단 간의 극성 변화에 따라 교류 전원 방향을 정방향 또는 역방향으로 변환하는,
전력 변환 장치.
The method of claim 2,
The inverter is
Consisting of a bi-directional circuit structure including bipolar first to sixth switching elements, converting the AC power direction into a forward or reverse direction according to a polarity change between a live end and a neutral end to which the DC power of the power factor compensation circuit is input,
Power conversion device.
 제 3 항에 있어서,
상기 마이컴은 상기 인버터에 구성된 제1 내지 제6 스위칭 소자에 대한 듀티 비 제어신호를 생성해서 인버터 제어부로 공급하고,
상기 인버터 제어부는 상기 제1 내지 제6 스위칭 소자에 대한 듀티 비 제어신호에 응답해서, 상기 제1 내지 제6 스위칭 소자 각각의 턴-온 및 턴-오프 동작을 교번적으로 제어하기 위한 PWM 신호들을 생성한 후, 상기 각각의 PWM 신호를 상기 제1 내지 제6 스위칭 소자로 각각 공급해서 상기 제1 내지 제6 스위칭 소자가 온-오프 스위칭 제어 모드로 동작되도록 제어하는,
전력 변환 장치.
The method of claim 3,
The micom generates a duty ratio control signal for the first to sixth switching elements configured in the inverter and supplies it to the inverter control unit,
The inverter control unit generates PWM signals for alternately controlling turn-on and turn-off operations of each of the first to sixth switching elements in response to a duty ratio control signal for the first to sixth switching elements. After generating, supplying each of the PWM signals to the first to sixth switching elements, respectively, to control the first to sixth switching elements to operate in an on-off switching control mode,
Power conversion device.
 제 1 항에 있어서,
상기 안정화 스위칭 회로는
상기 정류회로의 직류 전원이 출력되는 라이브 단과 뉴트럴 단 사이에 서로 직렬로 연결된 제너 다이오드 및 제1 저항 소자;
상기 제너 다이오드 및 상기 제1 저항 소자와는 병렬 구조로 상기 라이브 단과 뉴트럴 단 사이에 서로 직렬로 연결된 바리스터 및 제1 안정화 스위칭 소자;
상기 제1 저항 소자와는 병렬 구조로 상기 제너 다이오드의 역방향 출력단과 제1 안정화 스위칭 소자의 게이트 전극에 전기적으로 연결된 제2 저항 소자; 및
상기 제1 안정화 스위칭 소자의 게이트 전극과 같이 상기 제2 저항 소자의 출력단을 공유하도록 게이트 전극이 상기 제2 저항 소자의 출력단에 접속되어 소스 전극으로 입력되는 기준 전압레벨에 따른 안정화 스위칭 신호를 드레인 전극을 통해 상기 마이컴으로 공급하는 제2 안정화 스위칭 소자를 포함하는,
전력 변환 장치.
The method of claim 1,
The stabilization switching circuit is
A Zener diode and a first resistance element connected in series between a live terminal and a neutral terminal from which the DC power of the rectifier circuit is output;
A varistor and a first stabilized switching element connected in series between the live terminal and the neutral terminal in a parallel structure with the Zener diode and the first resistance element;
A second resistance element electrically connected to a reverse output terminal of the Zener diode and a gate electrode of the first stabilization switching element in a parallel structure with the first resistance element; And
A gate electrode is connected to the output terminal of the second resistance element to share the output terminal of the second resistance element like the gate electrode of the first stabilized switching element, and a stabilized switching signal according to the reference voltage level input to the source electrode is transmitted to the drain electrode. Including a second stabilization switching element supplied to the microcomputer through,
Power conversion device.
 제 5 항에 있어서,
상기 안정화 스위칭 회로는
상기 바리스터와는 병렬 구조로 상기 역률 보상 회로로 직류 전원이 출력되는 라이브 단에 구성된 적어도 하나의 리액터를 더 포함하는,
전력 변환 장치.
The method of claim 5,
The stabilization switching circuit is
The varistor further comprises at least one reactor configured in a live stage in which DC power is output to the power factor compensation circuit in a parallel structure,
Power conversion device.
 제 5 항에 있어서,
상기 제너 다이오드는 상기 라이브 단에 자체 기준 용량에 따른 전압 및 전류 레벨 이상의 서지 전압이나 서지 전류가 유입되면 역방향으로 바이어스되도록 상기 서지 전압 및 서지 전류량 레벨에 따른 기준 용량으로 적용되며,
상기 제1 안정화 스위칭 소자는 상기 제2 저항 소자의 분배 전압에 의해 턴-온되도록 상기 제1 및 제2 저항 소자 용량에 따라 크기가 미리 설정 및 적용되고,
상기 제2 안정화 스위칭 소자는 상기 제1 안정화 스위칭 소자와 동일한 크기로 설정 및 적용된,
전력 변환 장치.
The method of claim 5,
The Zener diode is applied as a reference capacity according to the level of the surge voltage and the amount of surge current so as to be biased in a reverse direction when a surge voltage or a surge current above the voltage and current level according to its own reference capacity flows into the live stage,
The first stabilization switching element is preset and applied in size according to the capacity of the first and second resistance elements to be turned on by the divided voltage of the second resistance element,
The second stabilized switching element is set and applied to the same size as the first stabilized switching element,
Power conversion device.
 제 5 항에 있어서,
상기 마이컴은
미리 설정된 과전류 및 과전압 감지 단자로 상기 기준 전압레벨에 따른 안정화 스위칭 신호가 입력되면, 상기 역률 보상 회로 및 상기 인버터 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시키도록 프로그래밍 된,
전력 변환 장치.
The method of claim 5,
The micom is
Programmed to stop driving the power factor compensation circuit and the inverter for a preset period when a stabilization switching signal according to the reference voltage level is input to a preset overcurrent and overvoltage detection terminal,
Power conversion device.
 제 1 항에 있어서,
상기 역률 보상 회로는
상기 안정화 스위칭 회로의 직류 전원이 출력되는 라이브 단과 뉴트럴 단 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 보상 스위칭 소자; 및
상기 라이브 단과 상기 뉴트럴 단 사이에 직렬 및 병렬 중 적어도 하나의 조합으로 연결된 복수의 다이오드 브리지 회로를 포함하는,
전력 변환 장치.
The method of claim 1,
The power factor compensation circuit is
First and second compensation switching elements connected in series between a live terminal and a neutral terminal from which DC power of the stabilization switching circuit is output; And
Including a plurality of diode bridge circuits connected in a combination of at least one of series and parallel between the live stage and the neutral stage,
Power conversion device.
 제 9 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자는
상기 역률 보상 제어부의 게이트 구동신호에 의해 서로 상보되도록 교번해서 턴-온 및 턴-오프 동작을 반복함으로써, 직류 전원의 출력 파형 및 타이밍을 변조시키며, 상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자의 턴-온 전압 및 전류는 상기 마이컴의 과전류/과전압 감지 단자로 공급되도록 구성된,
전력 변환 장치.
The method of claim 9,
The first and second compensation switching elements
By alternately repeating turn-on and turn-off operations so as to complement each other by the gate driving signal of the power factor compensation controller, the output waveform and timing of the DC power supply are modulated, and the first and second compensation switching elements are turned- On voltage and current are configured to be supplied to the overcurrent/overvoltage detection terminal of the micom,
Power conversion device.
 제 10 항에 있어서,
상기 마이컴은 상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자의 온-오프 스위칭 듀티 비를 포함하는 게이트 제어신호를 생성하고,
상기 역률 보상 제어부는 상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자의 온-오프 스위칭 듀티 비에 따라 상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자 각각의 온-오프 및 스위칭 타이밍을 조절하기 위한 게이트 구동신호를 각각 생성한 후, 상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자가 서로 상보적으로 교번해서 동작하도록 상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자 각각에 상기 게이트 구동신호를 공급하는,
전력 변환 장치.
The method of claim 10,
The micom generates a gate control signal including an on-off switching duty ratio of the first and second compensation switching elements,
The power factor compensation control unit generates a gate driving signal for adjusting on-off and switching timing of each of the first and second compensation switching elements according to the on-off switching duty ratio of the first and second compensation switching elements. After that, supplying the gate driving signal to each of the first and second compensation switching elements so that the first and second compensation switching elements alternately and complementarily operate with each other,
Power conversion device.
 제 10 항에 있어서,
상기 마이컴은 상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자의 턴-온 전압 및 전류를 과전류 및 과전압 감지 단자로 수신하고, 상기 제1 및 제2 보상 스위칭 소자의 턴-온 전압 및 전류가 미리 설정된 기준치 이상일 때, 상기 역률 보상 회로 및 상기 인버터 구동을 미리 설정된 기간동안 중단시시키는,
전력 변환 장치. The method of claim 10,
The micom receives the turn-on voltage and current of the first and second compensation switching elements through an overcurrent and overvoltage detection terminal, and the turn-on voltage and current of the first and second compensation switching elements are equal to or greater than a preset reference value. When, stopping the driving of the power factor compensation circuit and the inverter for a preset period,
Power conversion device.
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