KR20210103206A - 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR20210103206A
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Abstract

본 발명은 인버터의 초기충전회로에 관한 것으로, 인버터 초기충전회로의 릴레이 고장여부를 판단하기 위해 릴레이 구동회로의 코일 여자전류를 측정할 수 있는 측정저항을 릴레이 구동 코일과 직렬로 연결하고 측정저항에 걸리는 전압에 의해 릴레이 구동회로의 정상여부를 판단하여 인버터의 동작여부를 결정함으로써 인버터 초기충전회로의 고장이나 인버터 전체의 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING RELAY OF INVERTER INITIAL CHARGING CIRCUIT}
본 발명은 전동기 제어용 인버터에 관한 것으로, 특히 인버터의 초기충전회로에 관한 것이다.
인버터는 컨버터와 함께 대표적인 전력변환 장치 중 하나이다. 인버터는 교류전력을 입력받아 직류로 변환한 뒤 전동기 제어를 위해 다시 교류로 변환하여 전동기를 제어한다. 팬, 펌프, 엘리베이터, 이송장치, 생산라인 등 전동기가 사용되는 산업 전반에 다양한 형태로 사용된다.
도 1은 일반적인 인버터의 구조를 나타낸다.
인버터는 정류부(20), 초기충전회로(30), 직류링크캐패시터(40) 및 인버터부(50)로 구성된다.
정류부(20)는 3상 교류전원(10)으로부터 교류전원을 공급받아 직류로 변환한다. 직류로 변환된 전원은 직류링크캐패시터(40)에 저장되고, 직류전원은 다시 인버터부(50)에 의해 교류전원으로 변환되어 전동기(60)에 공급된다.
인버터 동작을 위해 직류링크캐패시터(40)의 초기 충전이 필요한데, 초기 충전 시 정류부(20)가 직류링크캐패시터(40)에 직접 연결되면 돌입전류(Inrush Current)가 발생하여 캐패시터가 고장날 수 있다. 따라서 초기충전회로(30)는 정류부(20)와 직류링크캐패시터(40) 사이에서 돌입전류를 방지하는 역할을 하기 위해 꼭 필요하다.
초기충전회로(30)는 일반적으로 릴레이(32), 초기충전저항(34) 및 릴레이 구동회로(36)로 구성된다. 릴레이 구동회로(36)는 MCU(70)에 의해 제어되어 릴레이(32)의 온/오프를 제어한다.
초기 충전이 시작되면 릴레이(32)는 오프 상태이고 전류는 초기충전저항(34)을 통해 흘러 직류링크캐패시터(40)에 전달된다. 충전이 어느 정도 진행되어 직류링크캐패시터(40)의 전압이 일정 레벨 이상이 되면 릴레이 구동회로(36)는 릴레이(32)를 온 상태로 제어하여 정류부(20)의 출력전압이 직접 직류링크캐패시터(40)에 전달되도록 한다.
그런데 인버터의 동작 중 릴레이 구동회로(36)에 전원불안정, 구동신호이상, 부품 고장, 외부 노이즈 등의 문제가 발생하면 릴레이(32)가 온 상태를 유지하지 못하고 오프 상태로 다시 전환되는 경우가 발생할 수 있다. 릴레이(32)가 오프 상태가 되면 정류부(20)의 출력 전류는 다시 초기충전저항(34)으로 흐르게 되는데, 초기 충전시와 달리 정류부(20)는 상당히 큰 전류를 출력하므로 초기충전저항(34)에 계속 큰 전류가 흐르면 초기충전저항(34)이 소손되거나 인버터 전체가 소손되면서 화재가 발생할 위험도 존재한다.
본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 인버터 초기충전회로의 문제점을 해결하기 위해 연구 노력해왔다. 릴레이 구동회로의 오작동을 감지하여 인버터 동작 중 릴레이가 오프되는 것을 방지함으로써 초기충전저항이나 인버터 제품의 소손을 예방할 수 있는 릴레이 제어장치 및 방법을 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 릴레이 구동회로의 오작동을 감지하여 초기충전회로의 초기충전저항에 큰 전류가 흐르지 않도록 하는 것이다.
릴레이 구동회로의 오작동을 감지하여 초기충전저항에 큰 전류가 흐르지 않도록 예방함으로써 초기충전저항이나 인버터제품의 소손을 방지하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명에 따른 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치는,
인버터 초기충전회로의 릴레이 구동 코일과 직렬연결되는 스위치부; 상기 스위치부와 직렬연결되고 일단이 접지부와 연결되는 측정부;
상기 측정부의 전압을 측정하기 위한 센서부; 및 상기 스위치부의 온/오프를 제어하고, 상기 센서부의 측정 전압에 의해 상기 인버터 초기충전회로의 릴레이의 정상동작을 판단하는 제어부;를 포함한다.
상기 측정부는 상기 릴레이 구동 코일에 흐르는 전류를 측정하기 위한 측정저항으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 센서부에 의해 측정한 상기 측정부의 전압이 기설정된 전압 이하인 경우 상기 릴레이가 정상동작 하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 릴레이가 정상동작 하지 않는 것으로 판단되면 상기 인버터의 인버터부를 제어하는 PWM 신호를 차단할 수 있다.
바람직하게는 상기 스위치부는 트랜지스터, 모스펫(MOSFET) 또는 포토커플러로 구성되는 것이 좋다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치는,
인버터 초기충전회로의 릴레이 구동코일과 직렬연결되고 MCU에 의해 온/오프가 제어되는 스위치부; 및 상기 스위치부와 직렬연결되고 일단이 접지와 연결되는 측정저항;을 포함하되, 상기 측정저항의 양단에 걸리는 전압에 의해 상기 인버터의 PWM 신호가 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 측정저항의 양단에 걸리는 전압 신호가 상기 인버터의 IGBT 게이트 드라이버 IC 또는 게이트 신호 버퍼에 직접 인가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 방법은,
초기충전회로의 릴레이를 오프하는 단계; 직류링크캐패시터의 전압이 기설정된 전압 이상이 될때까지 충전하는 단계; 초기충전회로의 릴레이를 온하는 단계; 상기 릴레이를 온/오프 상태로 전환하기 위한 스위치와 직렬연결된 측정저항의 전압을 측정하는 단계; 및 상기 측정한 전압이 기설정된 값 이하이면 인버터의 PWM 신호를 차단하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 릴레이 구동을 위한 코일에 흐르는 전류를 측정하여 릴레이 구동회로의 문제를 감지할 수 있는 효과가 있다.
릴레이 구동회로의 문제를 알아냄으로써 초기충전저항에 큰 전류가 흐르는 것을 막아 초기충전저항의 소손이나 인버터의 소손을 방지할 수 있는 효과도 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 종래기술의 인버터 전체의 구조도이다.
도 2는 종래기술의 초기충전회로 릴레이 구동회로의 좀 더 자세한 구조도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 릴레이 제어장치가 포함된 인버터 전체의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 릴레이 제어장치의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 릴레이 제어장치의 보다 자세한 구조도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 릴레이 제어장치의 구조도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 릴레이 제어방법의 흐름도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다.
도 1은 종래기술의 인버터 전체 구조도이다.
일반적으로 인버터는 3상 교류전원(10)을 정류부(20)에서 직류로 변환하여 직류링크캐패시터(40)에 충전하고, 이를 인버터부(50)에서 다시 교류로 변환하여 전동기(60)에 공급한다.
직류링크캐패시터(40)의 돌입전류 방지를 위해 초기충전회로(30)가 존재하는데, 초기충전회로(30)는 릴레이(32), 초기충전저항(34) 및 릴레이 구동회로(36)로 구성된다.
도 2는 릴레이 구동회로(36)의 보다 자세한 구조도이다.
릴레이 구동회로(36)는 MCU(70)에 의해 제어된다. MCU(70)에서 릴레이 온 신호를 전송하면 스위치(37)가 연결되고, 릴레이 코일 전원이 릴레이(32)의 코일에 흐름으로써 릴레이(32)가 연결되는 것이다.
즉, 초기상태에서는 릴레이(32)의 연결이 해제된 상태에서 초기충전저항(34)을 통해 돌입전류가 방지되어 직류링크캐패시터(40)의 초기충전이 진행되고, 초기충전이 끝나면 릴레이(32)가 연결되어 초기충전저항(34)을 거치지 않은 정류부(20)의 출력전압이 직류링크캐패시터(40)에 충전된다.
그런데 릴레이 구동회로(36)의 이상이 발생하면 릴레이 구동회로(36)의 스위치(37)가 연결된 상태를 유지하지 못하게 되고 따라서 릴레이(32)가 오프 상태로 바뀌면서 정류부(20)의 출력이 초기충전저항(34)으로 흐르게 된다. 정류부(20)의 큰 출력전류는 원래 초기충전저항(34)이 아니라 릴레이(32)를 통해 흐르도록 설계되어 있기 때문에 초기충전저항(34)으로 흐르는 큰 전류는 초기충전저항(34)의 고장을 일으킬 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 릴레이 제어장치(100)를 보여준다.
릴레이 제어장치(100)는 초기충전회로(230)의 릴레이(232)를 제어하고, 릴레이(232)의 이상 발생 시 인버터부(250)를 제어하기 위한 PWM 신호를 차단한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 릴레이 제어장치(100)의 구조도이다.
릴레이 제어 장치(100)는 스위치부(110), 전압측정부(120), 센서부(140) 및 제어부(130)를 포함한다.
스위치부(110)는 제어부(130)에 의해 온/오프가 제어된다. 스위치부(110)는 릴레이(232)를 구동하기 위한 코일과 직렬연결 되어 있으므로 스위치부(110)가 오프 상태이면 릴레이(232) 구동을 위한 코일에도 전류가 흐르지 않아 릴레이(232)도 오프 상태가 된다.
측정부(120)에는 릴레이(232) 구동용 코일에 흐르는 전류가 스위치부(110)를 거쳐 흐른다.
센서부(140)는 측정부(120)에 흐르는 전류를 센싱하여 제어부(130)에 전달한다.
제어부(130)는 측정부(120)에 흐르는 전류에 의해 릴레이(232)의 정상동작 여부를 판단하고, 릴레이(232)가 비정상적으로 오프 된 경우 초기충전저항(234)에 큰 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 인버터부(250)에 전달되는 PWM 신호를 차단한다.
도 5는 릴레이 제어 장치(100)의 좀 더 자세한 구조를 나타낸다.
릴레이(232)에는 병렬로 다이오드(140)가 연결된다. 다이오드(140)에는 릴레이(232)가 온 상태인 경우에는 전류가 흐르지 않다가, 릴레이(232)가 Off상태가 되면 릴레이(232) 구동용 코일에 저장된 에너지를 소모하기 위해 전류가 흐르게 된다.
스위치부(110)는 제어부(130)에 의해 온/오프 되어 릴레이(232) 구동용 코일에 흐르는 전류를 제어한다. 스위치부(110)는 트랜지스터, 모스펫(MOSFET), 포토커플러(Photo Coupler) 등의 스위칭 소자로 구성될 수 있다.
스위치부(110)의 입력 부분에 연결되는 제1저항(112)은 입력 전압을 전류로 변환하여 스위치부(110)의 동작을 안정시키는 역할을 한다. 스위치부(110)에 트랜지스터가 사용되는 경우 입력부에 전압을 직접 입력하면 동작이 불안정해 지므로 입력저항으로 제1저항(112)을 추가하여 전류 제어를 하기 위함이다.
스위치부(110)의 입력과 접지 사이를 연결하는 제2저항(114)은 누설전류를 흡수하여 스위치부(110)의 오동작을 방지한다. 제1저항(112)을 통해 흐르는 노이즈나 누설전류가 스위치부(110)로 전달되지 않고 제2저항(114)으로 흐르게 함으로써 스위치부(110)의 오동작을 막을 수 있다.
측정부(120)는 릴레이(232) 구동용 코일에 흐르는 전류가 스위치부(110)를 통해 흐르는 것을 측정한다. 측정부(120)는 저항으로 구성될 수 있다.
스위치부(110)가 온 상태이면 릴레이(232) 구동을 위한 코일에는 일정 크기 이상의 전류가 흐르게 된다. 이 전류는 스위치부(110)를 거쳐 측정부(120)에서 측정되는데 제어부(130)는 이를 측정하여 미리 설정된 값 이하이면 릴레이(232) 구동용 회로가 이상인 것으로 판단하는 것이다. 측정부(120)가 저항으로 구성된 경우 저항 양단의 전압을 측정하면 릴레이(232) 구동 회로의 이상을 알 수 있다. 릴레이(232)가 온 상태를 유지하려면 릴레이(232) 구동용 코일에 일정 이상의 전류가 흘러야 하므로 측정용 저항에 걸리는 전압도 일정 전압 이상이어야 한다. 따라서 미리 설정된 값 이하로 측정부(120)에 걸리는 전압이 측정된다면 릴레이(232) 구동 회로의 이상 발생으로 판단한다. 제어부(130)는 이를 위해 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
릴레이(232)의 구동을 위한 회로의 이상이 감지되면 제어부(130)는 인버터부(250)를 제어하기 위한 PWM 신호를 차단함으로써 인버터의 동작을 정지시키고 정류부(220)의 출력이 초기충전저항(234)을 통해 흐르는 것을 막을 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이 제어 장치(300)의 구조도이다.
릴레이 제어 장치(300)는 특별한 제어부 없이 스위치(310)와 측정저항(320)만으로 구성될 수 있다. MCU(420)에 의해 릴레이(410) 온 명령이 스위치(310)에 전달되면, 스위치(310)는 온 상태가 되어 측정저항(320)에 전류가 흐르게 된다. 릴레이(410)와 스위치(310)가 모두 정상상태라면 측정저항(320)에 일정한 전압이 걸릴 것이고 정상상태가 아니라면 기준전압 이하의 전압이 발생하므로 이를 제어신호로 사용할 수 있다. 따라서 측정저항(320)의 전압 신호를 인버터부(430)의 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 게이트 드라이버 IC에 인가하거나 게이트 신호 버퍼에 직접 인가함으로써 PWM 신호를 차단할 수 있다.
측정저항(320)의 전압을 제어신호로 사용함으로써 제어부나 센서부의 추가 없이 초기충전회로의 이상을 판단할 수 있고 비용을 절감할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 릴레이 제어 방법의 흐름도이다.
이상에서 설명한 릴레이 제어 장치에 의해 초기충전회로의 이상을 감지하고 릴레이와 인버터를 제어하는 방법은 다음과 같다.
우선 초기충전을 위해 릴레이를 오프상태로 하고(S10) 초기 충전을 시작한다(S20).
직류링크캐패시터의 충전전압이 저전압 해제(LV Clear) 레벨까지 도달했는지 판단하여(S30) 저전압 해제 레벨에 이를때까지 충전을 계속한다.
초기 충전이 완료되면 초기충전저항으로 전류가 흐르지 않도록 릴레이를 연결한다(S40).
릴레이가 연결된 후 릴레이 제어 장치의 측정용 저항의 전압을 측정한다(S50).
릴레이가 정상적으로 연결된 경우 측정저항에 일정한 전압이 걸리게 되므로 측정한 전압이 정상범위인지 판단한다(S60).
측정저항에 걸리는 전압이 정상이면 인버터 동작을 계속하게 되고, 측정저항에 걸리는 전압이 정상범위를 벗어난다면 릴레이가 정상동작을 하지 않는 것으로 판단하여 인버터부의 제어신호인 PWM 신호를 차단한다(S70).
이와 같이 본 발명의 릴레이 제어 장치와 릴레이 제어 방법을 이용하면 초기충전회로의 오동작을 막아 초기충전저항이나 인버터의 고장이나 소손을 막을 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (8)

  1. 인버터 초기충전회로의 릴레이 구동 코일과 직렬연결되는 스위치부;,
    상기 스위치부와 직렬연결되고 일단이 접지부와 연결되는 측정부;
    상기 측정부의 전압을 측정하기 위한 센서부; 및
    상기 스위치부의 온/오프를 제어하고, 상기 센서부의 측정 전압에 의해 상기 인버터 초기충전회로의 릴레이의 정상동작을 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 릴레이 구동 코일에 흐르는 전류를 측정하기 위한 측정저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서부에 의해 측정한 상기 측정부의 전압이 기설정된 전압 이하인 경우 상기 릴레이가 정상동작 하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 릴레이가 정상동작 하지 않는 것으로 판단되면 상기 인버터의 인버터부를 제어하는 PWM 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는 트랜지스터, 모스펫(MOSFET) 또는 포토커플러로 구성되는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치.
  6. 인버터 초기충전회로의 릴레이 구동코일과 직렬연결되고 MCU에 의해 온/오프가 제어되는 스위치부; 및
    상기 스위치부와 직렬연결되고 일단이 접지와 연결되는 측정저항;을 포함하되,
    상기 측정저항의 양단에 걸리는 전압에 의해 상기 인버터의 PWM 신호가 제어되는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측정저항의 양단에 걸리는 전압 신호가 상기 인버터의 IGBT 게이트 드라이버 IC 또는 게이트 신호 버퍼에 직접 인가되는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 장치.
  8. 하나이상의 프로세서를 포함하는 릴레이 제어 장치에 의해 수행되는 인버터 초기충전회로의 릴레이 제어 방법에 있어서:
    초기충전회로의 릴레이를 오프하는 단계;
    직류링크캐패시터의 전압이 기설정된 전압 이상이 될때까지 충전하는 단계;
    초기충전회로의 릴레이를 온하는 단계;
    상기 릴레이를 온/오프 상태로 전환하기 위한 스위치와 직렬연결된 측정저항의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 측정한 전압이 기설정된 값 이하이면 인버터의 PWM 신호를 차단하는 단계;를 포함하는, 인버터 초기충전회로의 릴레이 고장판단 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230126427A (ko) * 2022-02-23 2023-08-30 목포대학교산학협력단 Dc 계통 전력 제어 장치

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