KR20220118813A - 전원 공급 장치, 전자 장치, 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 일 측면에 따른 전자 장치는 입력 교류 전압을 정류하는 정류부와 정류된 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 3상 교류 전압을 부하에 출력하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터와 컨버터와 인버터 사이에 위치하는 DC 링크부와 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하도록 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 부하의 속도를 감소시키고, DC 링크부의 링크 전압의 변화가 감지되면 부하의 구동을 정지하도록 부하를 제어한다.

Description

전원 공급 장치, 전자 장치, 및 그 제어 방법{POWER SUPPLY, ELECTRONIC DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
개시된 발명은 인버터를 포함하는 전원 공급 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전원 공급 장치는 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 복수의 스위칭 소자는, 컨버터에 위치하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있으며, 인버터에 위치하여 직류 전압을 3상 전압으로 변환할 수도 있다.
인버터는 외부로부터 공급된 전원을 부하에 적합한 교류 전력으로 변환하는 장치로써, 다양한 전자 장치에 활용된다.
인버터는 다양한 종류의 방식에 따라 전력을 변환한다. 예를 들어, 인버터는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호의 듀비티(Duty ratio) 제어하는 방식으로 전력을 제공할 수 있다.
이 때, 인버터는 DC 링크부를 통해 외부 전원과 인버터 간의 버퍼 역할을 수행할 수 있도록 하며, DC 링크부는 대용량을 갖는 복수의 커패시터를 이용하는 것이 일반적이었다.
위와 같은 경우, PWM 제어 신호를 차단하여도 커패시터가 잔여 전력을 수용하기에 충분하지만, DC 링크부가 소용량을 갖는 단일 커패시터로 구성되는 경우 소자의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면은 소용량 커패시터를 이용하는 인버터에서 PWM 제어 신호가 차단될 경우 커패시터 소자에 과전압이 인가되는 것을 방지할 수 있는 전자 장치 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 전자 장치는 입력 교류 전압을 정류하는 정류부; 상기 정류된 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터; 상기 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 상기 3상 교류 전압을 부하에 출력하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터; 상기 컨버터와 상기 인버터 사이에 위치하는 DC 링크부; 및 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 상기 3상 교류 전압으로 변환하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시키고, 상기 DC 링크부의 링크 전압의 변화가 감지되면 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어한다.
상기 제어부는, 상기 DC 링크부의 링크 전압이 최솟값일 때, 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 외부로부터 공급되는 입력 전압의 위상을 검출하고, 상기 위상에 기초하여 상기 링크 전압의 최솟값을 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 입력 전원의 3상 교류 전압 중 어느 하나의 상을 기준으로 상기 입력 전원의 위상을 검출할 수 있다.
상기 링크 전압은 상기 기준이 되는 상의 전압의 특정 위상에서 최솟값을 가질 수 있다.
상기 제어부는, 상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시킨 후에 상기 기준이 되는 상의 전압의 특정 위상에서 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어할 수 있다.
상기 컨버터는 상기 DC 링크부와 연결되어, 상기 링크 전압을 승압 시킬 수 있다.
상기 컨버터는, 인덕터를 포함하는 PFC(Power Factor Correction) 회로를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시키고, 미리 정해진 시간이 경과된 후 상기 PFC 회로의 구동을 정지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 PFC 회로의 구동이 정지된 후에 상기 DC 링크부의 링크 전압이 최솟값인 것을 감지한 것에 응답하여 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 전자 장치의 제어 방법은 입력 교류 전압을 정류하는 정류부, 상기 정류된 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하는 인버터를 포함하고, 상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하고; 상기 정지 신호에 응답하여 상기 인버터와 연결된 부하의 속도를 감소시키고; 및 상기 컨버터와 상기 인버터 사이에 위치하는 DC 링크부의 링크 전압의 변화를 감지하면, 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 것;을 포함한다.
상기 부하를 제어하는 것은, 상기 DC 링크부의 링크 전압이 최솟값일 때, 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 것을 포함한다.
상기 부하를 제어하는 것은, 외부로부터 공급되는 입력 전압의 위상을 검출하고, 상기 위상에 기초하여 상기 링크 전압의 최솟값을 판단하는 것을 포함할 수 있다.
상기 부하를 제어하는 것은, 상기 입력 전원의 3상 교류 전압 중 어느 하나의 상을 기준으로 상기 입력 전압의 위상을 검출하는 것을 포함할 수 있다.
상기 링크 전압은 상기 기준이 되는 상의 전압의 특정 위상에서 최솟값을 가질 수 있다.
상기 부하를 제어하는 것은, 상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시킨 후에 상기 기준이 되는 상의 전압의 특정 위상에서 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 컨버터는, 상기 DC 링크부와 연결되어, 상기 링크 전압을 승압시킬 수 있다.
상기 컨버터는, 인덕터를 포함하는 PFC(Power Factor Correction) 회로를 포함할 수 있다.
상기 부하를 제어하는 것은, 상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시키고, 미리 정해진 시간이 경과된 후 상기 PFC 회로의 구동을 정지하는 것을 포함할 수 있다.
상기 부하를 제어하는 것은, 상기 PFC 회로의 구동이 정지된 후에 상기 DC 링크부의 링크 전압이 최솟값인 것을 감지한 것에 응답하여 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면 소용량 커패시터를 이용하는 인버터에서 PWM 제어 신호가 차단될 경우 커패시터 소자에 과전압이 인가되는 것을 방지할 수 있으며, 인버터의 각 소자의 내구성을 확보할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 인버터를 포함하는 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 인버터를 포함하는 전자 장치의 블록도이다.
도 3은 입력 전원의 3 상 전압 벡터의의 특정 위상 및 그에 따른 전류 흐름을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 인버터의 제어 방법의 순서도이다.
도 5는 링크 전압에 대한 부하의 구동 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 링크 전압과 입력 전원의 위상 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 인버터의 제어 방법의 순서도이다.
도 8은 링크 전압 및 PFC에 대한 부하의 구동 제어를 설명하기 위한 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하에서는 개시된 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 인버터를 포함하는 전자 장치의 블록도이고, 도 2는 다른 실시예에 따른 인버터를 포함하는 전자 장치의 블록도이다.
전자 장치(10)는 전원 공급 장치(100), 외부 전원(110), 정류부(120), 인버터(140), 부하(150), 전류 센서(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
전자 장치(10)는 예를 들어, 세탁기, 냉장고 및 공기 조화기 일 수 있고, 전자 장치(10)는 모터 및 압축기를 포함할 수 있다. 단, 부하(150)는 모터 또는 압축기를 예로 들었지만, 이에 한정되지 않고 임의의 적절한 부하일 수 있다.
인버터(140)는 직류 전압을 받아 3상 교류 전압으로 부하(150)에 출력한다. 직류 전압은 정류부(120)가 외부 전원(110)을 통해 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환된 것을 가리킨다. 예를 들어, 정류부(120)는 가정의 전원 콘센트에서 얻어지는 크기의 교류를 정류하고 평활함으로써 직류 전력을 인버터(140)에 공급할 수 있다.
인버터(140)는 주회로(142)를 포함한다.
주회로(142)는 상부 아암(143) 및 하부 아암(144)을 포함한다. 상부 아암(143)은 3개의 스위칭 소자(143a ~ 143c)를 포함한다. 하부 아암(144)은 3개의 스위칭 소자(144a ~ 144c)를 포함한다. 스위칭 소자(143a ~ 143c 및 144a ~ 144c)는 3상 브리지 연결되어 정류부(120)에서 입력된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 부하(150)에 출력한다. 스위칭 소자(143a ~ 143c 및 144a ~ 144c)는 일반적으로 전력 스위칭 소자 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터)이지만, 이에 한정되지 않고 임의의 적절한 반도체 스위칭 소자일 수 있다. 스위칭 소자(143a ~ 143c 및 144a ~ 144c)에는 플라이휠(flywheel) 다이오드가 역병렬로 연결되어 있다.
제어부(170)는 스위칭 소자(143a ~ 143c 및 144a ~ 144c)의 제어 단자인 게이트에 적절한 제어 전압을 부여함으로써, 주회로(142)가 부하(150)에 출력하는 전력을 제어한다. 제어부(170)는 예를 들면, 부하(150)가 소비하는 전력에 따라 스위칭 소자(143a ~ 143c 및 144a ~ 144c)의 스위칭 타이밍을 제어한다.
제어부(170)는, 전술하는 동작 및 후술하는 동작을 수행하는 프로그램을 저장하는 적어도 하나의 메모리 및 저장된 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
한편, 정류부(120)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전기적 장치이며, 외부 전원(110)을 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 정류부(120)를 통해 출력되는 DC 양단은 DC 링크라고 한다. 이 때, DC 양단은 DC 링크부(130)의 양단에 위치하며, DC 양단에서 측정되는 전압을 링크 전압이라고 한다. 부하(150)에 제공되는 출력 전력은 공진 곡선이 동일한 경우 링크 전압에 따라 달라질 수 있다.
DC 링크부(130)는 외부 전원(110)과 인버터(140) 사이의 버퍼 역할을 수행한다. 구체적으로, DC 링크부(130)는 정류부(120)를 통해 변환된 링크 전압을 유지시켜 인버터(140)까지 공급하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
한편, DC 링크부(130)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 달리, 복수의 커패시터로 구성될 수 있다. 기존에는 DC 링크부(130)를 복수 개로 구성하고, 약 n 밀리 패럿(mF)의 전기 용량을 갖는 대용량의 커패시터로 구성하여 인버터(140)에서 PWM 제어 신호가 정지되는 경우 부하(150) 등 각종 소자에서 방출되는 전력을 수용할 수 있었다.
본 실시예에서는 인버터(140)의 소형화 및 원가 절감을 위해 n 마이크로 패럿(μF)의 전기 용량을 갖는 소용량의 단일 커패시터로 구성한다. 그러나, 이 경우, 단일 커패시터가 부하(150) 등 각종 소자에서 방출되는 전력을 모두 수용할 경우 과도한 회생 전압이 발생하여 소자의 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 개시된 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 PWM 제어 신호를 정지하는 경우 별도의 제어 과정을 수행하며, 이와 관련된 구체적인 내용은 후술한다.
전류 센서(160)는 부하(150) 내부에 흐르는 전류를 측정하기 위해 복수의 권선에 공통으로 연결된다. 전류 센서(160)는 부하(150) 내부에서 흐르는 전류를 측정하고, 제어부(140)로 전달하여 제어부(140)가 부하의 구동 속도를 판단할 수 있도록 한다. 전류 센서(160)는 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선 각각에 흐르는 전류를 감지하기 위하여 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선에 모두 전류 감지 센서를 설치하거나, U상 권선 및 V상 권선 또는 V상 권선 및 W상 권선 등 두 상(phase)에 센서를 설치하여 각각의 권선에 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 또한, 전류 센서(160)는 복수의 센서 설치에 따른 비용을 최소화하고자, 복수의 권선 모두에 공통되는 하나의 전류 센서를 설치하여 복수의 권선에 공통으로 흐르는 전류를 감지하고, 감지된 전류에 기초하여 복수의 권선 각각에 흐르는 전류를 결정하는 방식(이하 'Single shunt 방식')을 사용할 수 도 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 전원 공급 장치(100)는 컨버터인 PFC(Power Factor Correction) 회로(180)을 더 포함할 수 있다. PFC 회로(180)는 인덕터를 포함하여 정류부(120)에서 정류된 전압 또는 링크 전압을 승압 시킬 수 있다.
구체적으로, PFC(Power Factor Correction) 회로(180)는 부하(150)측에 전달되는 무효 전력을 최소화하여 역률을 개선할 수 있다. 이와 함께, PFC(Power Factor Correction) 회로(180)는 변동 부하 구동을 위한 구성 요소이다.
만약, 인버터(140)가 PFC(Power Factor Correction) 회로(180)와 함께 구성될 경우, DC 링크부(130)는 부하(150)에서 방출되는 전력 이외에도 PFC(Power Factor Correction) 회로(180)에 의한 승압 효과에 영향을 받는다. 따라서, 도 2에 따른 인버터(140)는 도 1에 따른 인버터(140)의 제어 방법과는 별도의 과정이 수행될 수 있다. 이에 대한 설명은 도 7 및 도 8을 참조하여 후술한다.
도 3은 입력 전원의 3 상 전압 벡터의의 특정 위상 및 그에 따른 전류 흐름을 도시한다.
도 3을 참조하면 전자 기기(10, 도 1 참조)는 부하(150, 도 1 참조)에 포함된 복수의 권선에 인가되는 3상 전압의 벡터가 120°의 위상을 갖도록 인버터(140)를 제어할 수 있다. 인버터(140)는 복수의 스위칭 소자를 포함하고 있으며, 제어부(170)는 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 듀티비(Duty ratio)를 제어하여 3상 전압의 벡터가 120°의 위상을 갖도록 할 수 있다.
예를 들어, 복수의 권선에 인가되는 3상 전압의 벡터가 120°인 경우 U상에 인가되어야 하는 전압은 1V이고, V상에 인가되어야 하는 전압은 -0.5V이며, W상에 인가되어야 하는 전압 또한 -0.5V이다. 이 때, 3상 중 U상에 대응하는 스위칭 소자(이하 'U상 스위칭 소자')에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 약 70%일 수 있으며, V상 및 W상에 대응하는 스위칭 소자(이하 각각 'V상 스위칭 소자', 'W상 스위칭 소자')에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 약 40%일 수 있다. 이러한 듀티비는 3상 전압의 전압 벡터의 크기 등 다른 요소에 따라 변경될 수 있으므로, 상기 예시한 듀티비는 단순히 개시된 발명을 설명하기 위한 일 예임을 이해하여야 한다.
즉, 3상 전압의 벡터가 120°인 경우, U상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 V상 스위칭 소자 및 W상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크고, V상 스위칭 소자 및 W상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 거의 동일하게 된다.
전류는 U상 스위칭 소자에 연결된 권선(이하 'U상 권선')을 통하여 V상 스위칭 소자에 연결된 권선(이하 'V상 권선') 및 W상 스위칭 소자에 연결된 권선(이하 'W상 권선')으로 흐르게 된다. 즉, U상 권선, V상 권선 및 W상 권선 모두에 전류가 흐르게 된다.
도 4는 일 실시예에 따른 인버터의 제어 방법의 순서도이고, 도 5는 링크 전압에 대한 부하의 구동 제어를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 링크 전압과 입력 전원의 위상 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 따른 인버터의 제어 방법은 도 5 및 도 6을 함께 참조하여 설명한다. 단, 이는 개시된 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.
제어부(170)는 PWM 제어에 대한 정지 신호를 감지한다(401).
401 단계의 전제 단계로써, 인버터(140)는 제어부(170)로부터 PWM 제어 신호를 수신한다. 인버터(140)는 제어부(170)로부터 출력된 PWM 제어 신호에 따라 입력 전원을 변환하여, 부하(150)에 인가되는 출력 전압을 생성한다. 인버터(140)의 출력 전압은 부하(150)의 구동을 제어하기 위해 입력된 지령 신호와 전류 센서(160)에서 검출된 전류에 기초하여 제어된다. 이때, 인버터(140)는 전압 소스 인버터(Voltage Source Inverter, VSI) 또는 전류 소스 인버터(Current Source Inverter, CSI)일 수 있다.
상술한 바와 같이 인버터(140)는 PWM(Pulse Width Modulation) 인버터로, 펄스 폭 변조 방식에 의해 구동된다. 이에 따르면, 인버터(140)의 스위칭 소자가 PWM 제어 신호에 따라 온/오프로 스위칭되고, 제어부(170)에 의해 PWM 제어 신호의 온/오프 펄스 폭이 변조됨으로써 인버터(140)로부터 출력되는 출력 전압의 크기와 주파수가 제어된다. 인버터(140)는 PWM 제어 신호에 따라 생성된 출력 전압을 부하(150)에 공급한다.
전류 센서(160)는 구동 중인 부하(150)의 전류를 검출한다. 제어부(170)는 전류 센서(160)에 의해 실시간으로 검출된 전류에 기초하여 전류 고조파 왜곡률을 획득하고, 획득된 전류 고조파 왜곡률에 기초하여 펄스 폭 변조 방식을 결정함으로써, 제어부(170)는 인버터(140)의 스위칭 주파수와 부하(150)의 출력 전압의 변동에 따라 적응적으로 펄스 폭 변조방식을 변경할 수 있다. 전류 센서(160)는 션트(shunt) 저항 또는 계기용 변류기(Current Transformer) 등으로 구현될 수 있다.
이 때, 제어부(170)는 주신호(도 5 참조)에 응답하여, 부하(150)의 구동을 정지할 수 있다. 이 때, 제어부(170)는 PWM 제어에 대한 정지 신호에 기초하여 부하(150)에 공급되는 전력을 차단할 수 있다. 이 경우, 인버터(140)에서 별도의 시퀀스 없이 PWM 신호가 차단되면, DC 링크부(130)는 부하(150)에서 발생하는 역기전력에 의한 회생 전압이 발생한다.
따라서, 제어부(170)는 부하(150)의 속도를 제어하여(402), DC 링크부(130)의 회생 전압을 최소화할 수 있도록 한다. 예를 들어, 부하의 속도는 부하가 모터인 경우, 모터의 분당 회전수일 수 있으며, 부하(150)에 공급되는 전력과 비례한다. 따라서, 부하(150)에서 발생하는 역기전력의 크기는 부하의 속도와 비례할 수 있다. 도 5를 참조하면, 제어부(170)는 주신호가 오프되는 것에 응답하여 부하(150)의 속도를 일정 수준까지 감소시킬 수 있다. 부하(150)의 속도가 감소함에 따라 부하(150)에서 발생하는 역기전력의 크기는 감소하며, DC 링크부(130)는 PWM 제어가 순간적으로 정지되는 경우보다 작은 회생 전압이 인가될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(170)는 부하(150)의 속도를 일정 수준으로 감소시킨 후 부하(150)의 구동을 완전히 정지시킨다. 이 때, 제어부(170)는 부하(150)의 구동을 완전히 정지시키는 시점을 DC 링크부(130)의 링크 전압이 최솟값인 시점과 일치시킴으로써 DC 링크부(130)에 가해지는 회생 전압을 최소화할 수 있다. 이 경우, 제어부(170)는 링크 전압의 크기를 검출(403)하여 링크 전압이 최솟값이 되는 시점에서 부하(150)의 구동을 정지시킬 수 있다.
한편, 제어부(170)는 링크 전압이 최솟값이 되는 시점을 입력 전원의 위상을 기초로 판단할 수 있다. 제어부(170)는 링크 전압이 최솟값이 되는 시점을 판단하기 위해 입력 전원의 위상을 검출한다(404).
도 6을 참조하여 링크 전압의 크기와 입력 전원의 위상 간의 관계를 상세히 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 링크 전압은 입력 전원의 3상 교류 전압 중 어느 하나의 상의 주기를 기준으로 최솟값에서 최댓값으로 변화한다. 이 때, 제어부(170)는 기준이 되는 상 전압의 특정 위상에서 링크 전압이 최솟값을 갖는 특성을 이용하여 해당하는 위상인 시점에서 부하(150)의 구동을 정지할 수 있다. 예를 들어, 특정 위상은 부하(150)의 속도를 감소시킨 후에 기준이 되는 상의 전압이 최대인 위상일 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(170)는 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 부하(150)의 속도를 감소시킨 후에 기준이 되는 상 전압의 특정 위상에서 구동이 완전히 정지하도록 부하(150)를 제어한다. 이 경우는, 제어부(170)가 링크 전압의 크기를 검출할 필요없이 실시간으로 검출되는 입력 전원의 위상 정보를 이용하므로, PWM 제어에 대한 정지 신호를 감지한 이후 부하(150)의 구동을 완전히 정지하는 시점을 단축할 수 있다.
제어부(170)는 403 단계 및 404 단계 중 적어도 하나에 기초하여 부하(150)의 구동 정지 시점을 결정한 뒤에 부하(150)의 구동을 정지한다(405).
한편, 도 4에 따른 인버터의 제어 방법은 컨버터 즉, PFC(Power Factor Correction) 회로(180)가 없는 인터버(140)에서 제어 과정을 나타낸다. 만약, 인버터(140)에 PFC 회로(180)가 추가된 경우(도 2 참조) 회로 자체에 포함되어 있는 인덕터의 자기 에너지로 인하여 DC 링크부(130)에 가해지는 회생 전압이 상대적으로 커지게 된다.
따라서, PFC 회로(180)가 있는 경우에는 별도의 제어 과정이 추가되며, 이는 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7은 일 실시예에 따른 인버터의 제어 방법의 순서도이고, 도 8은 링크 전압 및 PFC에 대한 부하의 구동 제어를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 따른 인버터의 제어 방법은 도 8을 참조하여 설명한다. 단, 이는 개시된 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.
제어부(170)는 PWM 제어에 대한 정지 신호를 감지한다(701).
701 단계의 전제 단계로써, 인버터(140)는 제어부(170)로부터 PWM 제어 신호를 수신한다. 인버터(140)는 제어부(170)로부터 출력된 PWM 제어 신호에 따라 입력 전원을 변환하여, 부하(150)에 인가되는 출력 전압을 생성한다. 인버터(140)의 출력 전압은 부하(150)의 구동을 제어하기 위해 입력된 지령 신호와 전류 센서(160)에서 검출된 전류에 기초하여 제어된다. 이때, 인버터(140)는 전압 소스 인버터(Voltage Source Inverter, VSI) 또는 전류 소스 인버터(Current Source Inverter, CSI)일 수 있다.
상술한 바와 같이 인버터(140)는 PWM(Pulse Width Modulation) 인버터로, 펄스 폭 변조 방식에 의해 구동된다. 이에 따르면, 인버터(140)의 스위칭 소자가 PWM 제어 신호에 따라 온/오프로 스위칭되고, 제어부(170)에 의해 PWM 제어 신호의 온/오프 펄스 폭이 변조됨으로써 인버터(140)로부터 출력되는 출력 전압의 크기와 주파수가 제어된다. 인버터(140)는 PWM 제어 신호에 따라 생성된 출력 전압을 부하(150)에 공급한다.
전류 센서(160)는 구동 중인 부하(150)의 전류를 검출한다. 제어부(170)는 전류 센서(160)에 의해 실시간으로 검출된 전류에 기초하여 전류 고조파 왜곡률을 획득하고, 획득된 전류 고조파 왜곡률에 기초하여 펄스 폭 변조 방식을 결정함으로써, 제어부(170)는 인버터(140)의 스위칭 주파수와 부하(150)의 출력 전압의 변동에 따라 적응적으로 펄스 폭 변조방식을 변경할 수 있다. 전류 센서(160)는 션트(shunt) 저항 또는 계기용 변류기(Current Transformer) 등으로 구현될 수 있다.
이 때, 제어부(170)는 주신호(도 8 참조)에 응답하여, 부하(150)의 구동을 정지할 수 있다. 이 때, 제어부(170)는 PWM 제어에 대한 정지 신호에 기초하여 부하(150)에 공급되는 전력을 차단할 수 있다. 이 경우, 인버터(140)에서 별도의 시퀀스 없이 PWM 신호가 차단되면, DC 링크부(130)는 부하(150)에서 발생하는 역기전력에 의한 회생 전압이 발생한다.
따라서, 제어부(170)는 부하(150)의 속도를 제어하여(602), DC 링크부(130)의 회생 전압을 최소화할 수 있도록 한다. 도 8을 참조하면, 제어부(170)는 주신호가 오프(T1)되는 것에 응답하여 부하(150)의 속도를 일정 수준까지 감소시킬 수 있다. 부하(150)의 속도가 감소함에 따라 부하(150)에서 발생하는 역기전력의 크기는 감소하며, DC 링크부(130)는 PWM 제어가 순간적으로 정지되는 경우보다 작은 회생 전압이 인가될 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(170)는 부하(150)의 속도를 일정 수준으로 감소시킨 후 부하(150)의 구동을 완전히 정지시킨다. 이 때, 부하(150)의 속도가 감소하는 구간은 T1 부터 T2 까지이다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 인버터(140)는 PFC 회로(180)를 포함하므로, 부하(150)의 구동이 완전히 정지하기 전에 PFC 회로(180)의 구동을 제어할 필요가 있다.
따라서, 제어부(170)는 부하(143)의 속도가 일정 수준으로 감소한 이후에 PFC 회로(180)를 오프시킨다(603). 제어부(170)는 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하고, 미리 정해진 시간이 경과된 후 PFC 회로(180)의 구동을 정지할 수 있다. 도 8에서는 T2 시점에서 PFC 회로(180)의 구동이 정지된다.
한편, 제어부(170)는 PFC 회로(180)의 구동이 정지된 이후, 부하(150)의 구동을 완전히 정지시키기 위하여, 부하(150)의 구동 정지 시점을 결정할 수 있다.
이 때, 제어부(170)는 부하(150)의 구동을 완전히 정지시키는 시점을 DC 링크부(130)의 링크 전압이 최솟값인 시점과 일치시킴으로써 DC 링크부(130)에 가해지는 회생 전압을 최소화할 수 있다. 이 경우, 제어부(170)는 링크 전압의 크기를 검출(605)하여 링크 전압이 최솟값이 되는 시점에서 부하(150)의 구동을 정지시킬 수 있다.
한편, 제어부(170)는 링크 전압이 최솟값이 되는 시점을 입력 전원의 위상을 기초로 판단할 수 있다. 제어부(170)는 링크 전압이 최솟값이 되는 시점을 판단하기 위해 입력 전원의 위상을 검출한다(605). 이 경우, 링크 전압이 최솟값이 되는 시점을 판단하기 위한 링크 전압의 크기와 입력 전원의 위상 간의 관계는 도 6에 따른 과정이 참조될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어부(170)는 부하(150)의 속도가 일정 수준으로 감소되고, PFC 회로(180)의 구동이 정지된 시점으로부터 미리 정해진 시간이 경과되면, 부하(150)의 구동이 완전히 정지되도록 한다(T3).
일 실시예에 따른 제어부(170)는 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 부하(150)의 속도를 감소시킨 후에 기준이 되는 상 전압의 특정 위상에서 구동이 완전히 정지하도록 부하(150)를 제어한다. 이 경우는, 제어부(170)가 링크 전압의 크기를 검출할 필요없이 실시간으로 검출되는 입력 전원의 위상 정보를 이용하므로, PWM 제어에 대한 정지 신호를 감지한 이후 부하(150)의 구동을 완전히 정지하는 시점을 단축할 수 있다.
제어부(170)는 604 단계 및 605 단계 중 적어도 하나에 기초하여 부하(150)의 구동 정지 시점을 결정한 뒤에 부하(150)의 구동을 정지한다(606).
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
기기로 읽을 수 있는 기록매체는, 비일시적(non-transitory) 기록매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적 기록매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 기록매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로, '비일시적 기록매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 입력 교류 전압을 정류하는 정류부;
    상기 정류된 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
    상기 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 상기 3상 교류 전압을 부하에 출력하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터;
    상기 컨버터와 상기 인버터 사이에 위치하는 DC 링크부; 및
    PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 상기 3상 교류 전압으로 변환하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시키고, 상기 DC 링크부의 링크 전압의 변화가 감지되면 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 전자 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 DC 링크부의 링크 전압이 최솟값일 때, 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 전자 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    외부로부터 공급되는 입력 전압의 위상을 검출하고, 상기 위상에 기초하여 상기 링크 전압의 최솟값을 판단하는 전자 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입력 전원의 3상 교류 전압 중 어느 하나의 상을 기준으로 상기 입력 전원의 위상을 검출하는 전자 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 링크 전압은 상기 기준이 되는 상의 전압의 특정 위상에서 최솟값을 갖는 전자 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시킨 후에 상기 기준이 되는 상의 전압의 특정 위상에서 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 전자 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터는 상기 DC 링크부와 연결되어, 상기 링크 전압을 승압 시키는 전자 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    인덕터를 포함하는 PFC(Power Factor Correction) 회로를 포함하는 전자 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시키고, 미리 정해진 시간이 경과된 후 상기 PFC 회로의 구동을 정지하는 전자 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 PFC 회로의 구동이 정지된 후에 상기 DC 링크부의 링크 전압이 최솟값인 것을 감지한 것에 응답하여 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 전자 장치.
  11. 입력 교류 전압을 정류하는 정류부, 상기 정류된 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하는 인버터를 포함하는 전자 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하고;
    상기 정지 신호에 응답하여 상기 인버터와 연결된 부하의 속도를 감소시키고; 및
    상기 컨버터와 상기 인버터 사이에 위치하는 DC 링크부의 링크 전압의 변화를 감지하면, 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 것;을 포함하는 전자 장치의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 부하를 제어하는 것은,
    상기 DC 링크부의 링크 전압이 최솟값일 때, 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 것을 포함하는 전자 장치의 제어 방법.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 부하를 제어하는 것은,
    외부로부터 공급되는 입력 전압의 위상을 검출하고, 상기 위상에 기초하여 상기 링크 전압의 최솟값을 판단하는 것을 포함하는 전자 장치의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 부하를 제어하는 것은,
    상기 입력 전원의 3상 교류 전압 중 어느 하나의 상을 기준으로 상기 입력 전압의 위상을 검출하는 것을 포함하는 전자 장치의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 링크 전압은 상기 기준이 되는 상의 전압의 특정 위상에서 최솟값을 갖는 전자 장치의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 부하를 제어하는 것은,
    상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시킨 후에 상기 기준이 되는 상의 전압의 특정 위상에서 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 것을 포함하는 전자 장치의 제어 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 컨버터는, 상기 DC 링크부와 연결되어, 상기 링크 전압을 승압시키는 전자 장치의 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    인덕터를 포함하는 PFC(Power Factor Correction) 회로를 포함하는 전자 장치의 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 부하를 제어하는 것은,
    상기 PWM 제어 신호에 대한 정지 신호를 감지하면, 상기 부하의 속도를 감소시키고, 미리 정해진 시간이 경과된 후 상기 PFC 회로의 구동을 정지하는 것을 포함하는 전자 장치의 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 부하를 제어하는 것은,
    상기 PFC 회로의 구동이 정지된 후에 상기 DC 링크부의 링크 전압이 최솟값인 것을 감지한 것에 응답하여 상기 부하의 구동을 정지하도록 상기 부하를 제어하는 것을 포함하는 전자 장치의 제어 방법.
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