WO2023101282A1 - 고조파 성분 크기를 제어하는 전력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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WO2023101282A1
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안효민
박영재
이정현
이태호
조제형
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삼성전자 주식회사
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Definitions

  • One embodiment of the present disclosure relates to a partial switching method and apparatus for improving energy efficiency of a home appliance through a power factor correction (PFC) circuit.
  • PFC power factor correction
  • Home appliances may seek energy saving through a partial switching operation of an inverter circuit connected to a load or a power factor controller switch or securing an off-switching section, but in this case, harmonic components increase. At this time, an off-switching section with maximum energy efficiency while satisfying harmonic regulation or power factor regulation must be determined.
  • a home appliance for controlling the magnitude of harmonics includes a current sensor for detecting an input current of a grid, and at least one processor, wherein the at least one processor determines from the input current detected by the current sensor A harmonic component is acquired, a size of a non-conducting section of the switch is determined so that the obtained harmonic component is smaller than a predetermined harmonic reference value, and a current command value corresponding to the determined non-conducting section size is generated.
  • a method for controlling the magnitude of harmonics in a home appliance includes detecting an input current of a system by a current sensor of the home appliance, obtaining a harmonic component from the input current detected by the current sensor, The method may include determining a mis-switching section so that the obtained harmonic component is smaller than a predetermined harmonic reference value and maximizing the mis-switching section, and generating a current command value corresponding to the determined mis-switching section.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an electric device including a power factor correction (PFC) circuit.
  • PFC power factor correction
  • FIG. 2 is a circuit diagram and control block diagram of a system including harmonic control according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 illustrates a waveform of a current shape command output reflecting a non-conducting section according to an embodiment of the present disclosure.
  • 4a, 4b, and 4c are PFC circuits according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a circuit diagram and control block diagram of a system including harmonic control according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a control block diagram for generating a current shape command by controlling a third harmonic according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7A and 7B are waveform diagrams illustrating current and harmonic current of a system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a control block diagram for generating a current shape command by controlling a plurality of harmonics according to an embodiment of the present disclosure.
  • 9A and 9B are current waveforms according to harmonic control according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a control block diagram for generating a current shape command by controlling a plurality of harmonics according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of an electric device having an interleaved PFC circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a block diagram of a control device for an electric device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a flowchart of a harmonic control method according to an embodiment of the present disclosure.
  • the magnitude of harmonic components is extracted in real time from a system composed of electrical devices, and the size of the non-conductive section of the power factor correction circuit switch is calculated by controlling it through a controller to satisfy a predetermined standard value. It is possible to minimize the operation loss of the equipment.
  • a home appliance for controlling the magnitude of harmonics includes a current sensor for detecting an input current of a grid, and at least one processor, wherein the at least one processor determines from the input current detected by the current sensor A harmonic component is acquired, a size of a non-conducting section of the switch is determined so that the obtained harmonic component is smaller than a predetermined harmonic reference value, and a current command value corresponding to the determined non-conducting section size is generated.
  • the home appliance for controlling the magnitude of harmonics further includes a rectifier for rectifying the input current of the grid, and a DC link capacitor for smoothing the rectified DC voltage, but the magnitude of the DC voltage across the DC link capacitor is It is characterized in that it is greater than the magnitude of the input voltage of the grid.
  • the home appliance for controlling the magnitude of harmonics further includes a voltage sensor for detecting the magnitude of the DC voltage across the DC link capacitor, and generating a current command value corresponding to the determined mis-switching section is performed by a processor.
  • the result of comparing the DC voltage magnitude detected through the voltage sensor and the DC link voltage command is input to the voltage controller, and the output of the voltage controller, the size of the mis-switching section, and the input current obtained from the current sensor are input to the current controller to obtain from the current controller. and outputting the current command value.
  • At least one processor is characterized in that it generates a PWM switching signal based on the current command value.
  • a home appliance for controlling the magnitude of harmonics further includes a power factor correction (PFC) converter having a plurality of legs in parallel with a DC link capacitor, wherein at least one processor has a plurality of legs At least one of the legs is arbitrarily selected, and a switch included in at least one arbitrarily selected leg is turned on and off with a PWM switching signal.
  • PFC power factor correction
  • a home appliance for controlling the magnitude of harmonics further includes a power factor correction (PFC) converter having a plurality of legs in parallel with a DC link capacitor, wherein at least one processor has a plurality of legs is sequentially selected, and a switch included in at least one selected leg among a plurality of legs is turned on and off with a PWM switching signal.
  • PFC power factor correction
  • At least one processor determines the size of the non-conducting period of the switch, when the harmonic component obtained by the at least one processor is greater than a predetermined harmonic reference value, the size of the non-conducting period is reduced, and the obtained harmonic When the component is smaller than a predetermined harmonic reference value, the size of the non-conductive section is controlled to increase.
  • the obtained harmonic components are third, fifth, ..., N (N is an odd integer greater than or equal to 7) order harmonics
  • at least one processor operates in a non-conductive period of the switch. Determining the magnitude is, by at least one processor, the output of the third harmonic magnitude controller that takes the difference between the third harmonic and the predetermined third harmonic reference value as an input, the fifth harmonic and the predetermined fifth harmonic. Determining the minimum value of the output of the 5th harmonic magnitude controller taking the difference between the reference value as an input and the output of the Nth harmonic magnitude controller taking the difference between the Nth harmonic and the predetermined Nth harmonic reference value as an input and determining the size of the non-conductive section based on the minimum value.
  • the obtained harmonic components are a third-order harmonic component and an Nth order harmonic component (where N is an odd integer greater than or equal to 5) order harmonic components
  • at least one processor determines the size of the non-conductive period of the switch. Determining is, at least one processor, when the magnitude of the N-th harmonic component is smaller than the predetermined N-th harmonic reference value, based only on the value obtained by subtracting the third-order harmonic component from the predetermined third-order harmonic reference value It is characterized in that the size of the non-conductive section is determined.
  • the obtained harmonic components are a third-order harmonic component and an Nth order harmonic component (where N is an odd integer greater than or equal to 5) order harmonic components
  • at least one processor determines the size of the non-conductive period of the switch. Determining is, at least one processor, when the magnitude of the N-th harmonic component is greater than a predetermined N-th harmonic reference value, the value obtained by subtracting the magnitude of the N-th harmonic component from the N-th harmonic reference value as an input It is characterized in that the output value of the controller is subtracted from a predetermined third harmonic reference value, and the size of the non-conductive section is determined based on a value obtained by subtracting the magnitude of the third harmonic component from the subtracted third harmonic reference value.
  • the at least one processor determines the size of the non-conducting section of the switch by controlling the output value obtained by the at least one processor so that the harmonic component obtained is smaller than the predetermined harmonic reference value and the input of the system. It is characterized in that the size of the non-conducting section is determined based on the phase difference between the voltage and the input current.
  • the generation of the current command value corresponding to the size of the determined non-conducting section by the at least one processor is the phase difference between the determined non-switching section and the input voltage and input current of the grid. It is characterized in that a current shape command value corresponding to the current command value is output based on.
  • a home appliance for controlling the magnitude of harmonics further includes an output current sensor for detecting an output current supplied to a load, and the at least one processor determines the size of the non-conducting section of the switch, at least It is characterized in that one processor determines the size of the non-conducting section based on the variation of the output current supplied to the load.
  • At least one processor is characterized in that the size of the non-conductive section of the switch is maximized while the obtained harmonic component is smaller than a predetermined harmonic reference value.
  • a method for controlling the magnitude of harmonics in a home appliance includes detecting an input current of a system by a current sensor of the home appliance, obtaining a harmonic component from the input current detected by the current sensor, The method may include determining a mis-switching section so that the obtained harmonic component is smaller than a predetermined harmonic reference value and maximizing the mis-switching section, and generating a current command value corresponding to the determined mis-switching section.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an electric device including a power factor correction (PFC) circuit.
  • PFC power factor correction
  • a system 100 comprising an electrical appliance according to FIG. 1 is shown.
  • the electric device consists of an AC input power source 10, a rectifier 20, a PFC circuit 30, a DC link capacitor 40, and a load 50.
  • the PFC circuit 30 may include an inductor 31 , a switch 33 and a diode 35 .
  • the inductance of the inductor 31 is increased, the surge current can be reduced in the mis-switching section of the switch 33, but the volume of the system increases.
  • the inductance of the inductor 31 in the PFC circuit 30 is small, a surge current may increase in the mis-switching section of the switch 33, and as a result, the electrical device may not satisfy the harmonic standard. Therefore, active control of the PFC circuit 30 that satisfies harmonic standards while reducing the inductance of the inductor 31 is required.
  • the PFC circuit 30 may include a normal rectifier 20, but is shown separately in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an electric device including harmonic control according to an embodiment of the present disclosure.
  • the electrical device 1000 including harmonic control may be a home appliance or a home appliance, but is not limited thereto.
  • the electric device 1000 according to FIG. 2 may be a power control device.
  • the electric device 1000 according to FIG. 2 can be applied not only to an air conditioner and/or an air conditioner outdoor unit, but also to server power and a slow charger for an electric vehicle.
  • the electric device 1000 according to FIG. 2 can be used to drive a motor of an air conditioner main body or an outdoor unit of an air conditioner.
  • the motor used in the outdoor unit of the air conditioner is a compressor motor that circulates refrigerant in the outdoor unit of the air conditioner.
  • the circuit according to the electric device 1000 may be a circuit used in an air conditioner.
  • the electric device 1000 according to FIG. 2 may include, but is not limited to, an air conditioner, a washing machine, a dryer, a lamp, a TV, a heating device, and a styler.
  • the heating device may include, but is not limited to, a smart kettle, a teapot, a coffee pot, an induction device, a toast, an air fryer, a highlighter, and a rice cooker.
  • the electrical device 1000 may be implemented with more components than those shown, or the electrical device 1000 may be implemented with fewer components.
  • the electric device 1000 may be referred to as a home appliance, home appliance or cooking appliance, or power control device, and these terms may be used interchangeably or interchangeably.
  • the electrical device 1000 may be a home appliance sold independently or may be a device constituting a part of a home appliance.
  • the input power 1100 may be AC power through a power line connected to an outlet.
  • the input power source 1100 may be a receiving device that wirelessly receives AC power from a station (not shown) according to wireless power transmission.
  • the input voltage sensor 1700 senses the voltage of the input power source 1100 and transfers the sensed voltage information to the input of the controller 1500a.
  • the current sensor 1600 senses the current of the input power and transfers the sensed current information to the input of the controller 1500a.
  • the PFC circuit 1200 according to FIG. 2 includes a rectifying circuit.
  • the detailed circuit of the PFC circuit 1200 may be the circuit according to FIG. 1, and additional circuits will be described again with reference to FIGS. 4A to 4C.
  • the harmonic controlled voltage through the PFC circuit 1200 is smoothed by the DC link capacitor 1300 and supplied to the load 1400 .
  • the voltage sensed by the input voltage sensor 1700, the DC link voltage sensed by the DC link voltage sensor 1800, and the current of the input power sensed by the current sensor 1600 are all inputs of the controller 1500a. used
  • the controller 1500a may be a place where control processing by a processor (not shown) of the electric device 1000 is performed.
  • a block diagram of a control device including a processor will be described again with reference to FIG. 12 .
  • the harmonic extractor 1510 extracts harmonic components from current (i grid ) information of the system sensed by the current sensor 1600 .
  • the extraction of harmonic components is performed by a processor or micom, and harmonic components may be extracted using a fast Fourier transform (FFT) or a band pass filter.
  • FFT fast Fourier transform
  • the type of harmonic components to be extracted varies depending on the performance and memory capacity of the processor or microcomputer provided in the electrical device 1000 . In one embodiment, if the performance and memory capacity of the processor or microcomputer are supported, the processor or microcomputer can extract high frequency harmonic components (eg, 5, 7, 9) as well as the third harmonic component from the system current.
  • the processor or a microcomputer When a processor or a microcomputer performs harmonic control by extracting even high-frequency harmonic components, the power factor of the entire system (system) including the electrical device 1000 can be more precisely improved. However, if the performance and memory capacity of the processor or microcomputer are limited, the processor or microcomputer extracts only the third harmonic component or the third harmonic component and the fifth harmonic component that have the greatest effect on THD (totalonic harm distortion). Even if the processor or the microcomputer controls only the magnitudes of the third harmonic component or the third harmonic component and the fifth harmonic component, the harmonic control and/or power factor improvement effect according to the present disclosure can be achieved.
  • the system information estimator 1520 receives voltage information obtained by sensing the voltage of the input power source 1100 from the input voltage sensor 1700 .
  • the harmonic controller 1530 basically outputs current information of the input power 1100 sensed by the current sensor 1600, harmonic components extracted by the harmonic extractor 1510, and input power 1100 from the system information estimator 1520. ), it is possible to determine the phase difference between the input voltage and the input current, and to determine the magnitude of harmonic components.
  • the harmonic controller 1530 determines that the size of the harmonic components does not satisfy the standard if the size of the harmonic component is greater than a predetermined standard value, and the size of the non-conductive section of the switch included in the PFC circuit 1200 ( ⁇ , The control value is output to reduce the switching interval size).
  • the harmonic controller 1530 controls to increase the non-conductive section size ( ⁇ , non-conductive section value or non-switching section size) of the switch included in the PFC circuit 1200 if the size of the harmonic components satisfies the specification.
  • ⁇ non-conductive section value
  • non-switching section size the size of the harmonic components satisfies the specification.
  • a predetermined standard value may be replaced with the same meaning as 'a predetermined reference value'
  • a predetermined harmonic standard value may be replaced with the same meaning as a predetermined harmonic reference value.
  • the 'non-conductive period of the switch' may be used interchangeably with the 'non-switching period' and are regarded as having the same meaning.
  • the harmonic controller 1530 may pre-determine the size of the harmonic standard to be compared with the input harmonic component and store it in the internal memory.
  • IEEE standard 519 (2014) has the following THD restrictions.
  • the above current shape command ref( ⁇ , ⁇ )
  • can be said to be a phase command reflecting the size of the non-conducting section.
  • the DC link voltage sensor 1800 senses the voltage across the DC link capacitor 1300, and the sensed voltage value across the DC link 1300 is calculated with the DC link voltage command (the difference between the DC link voltage command and the voltage value across the DC link). calculated) and input to the voltage controller 1540.
  • the output of the voltage controller 1540 may be referred to as a current magnitude command.
  • the output current magnitude command is input to the current controller 1550 together with the output
  • the current controller 1550 calculates the final current command value by multiplying the current magnitude command by the current phase and the current shape command
  • the generation of the current shape command according to Equation 1 is only an example, and the current command may be generated by another method.
  • the generation of the current shape command according to Equation 1 is only an example, and the current command may be generated by another method.
  • a proportional integral controller may be generally used as the harmonic controller 1530 , the voltage controller 1540 , and the current controller 1550 , but are not limited thereto.
  • the magnitude of the DC voltage across the DC link capacitor 1300 in the operation of the electric device 1000 by the PFC circuit 1200 according to Figure 2 is greater than the magnitude of the input voltage of the system.
  • FIG. 3 illustrates a waveform of a current shape command output reflecting a non-conducting section according to an embodiment of the present disclosure.
  • (310) corresponds to the
  • 4a, 4b, and 4c are PFC circuits according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 4A, 4B, and 4C A more detailed view of the PFC circuit 1200 in FIG. 2 is shown in blocks indicated by dotted lines in FIGS. 4A, 4B, and 4C.
  • the PFC circuits of FIGS. 4A, 4B, and 4C are only examples, and various PFC circuits including a basic bridgeless PFC and a semi-bridgeless PFC may replace the block of the PFC circuit 1200 of FIG. 2 .
  • FIG. 4a shows a totem-pole bridgeless PFC circuit.
  • Block 1200a of FIG. 4A may replace the PFC circuit 1200 of FIG. 2 .
  • a switching element is disposed on one leg and a low-frequency diode is disposed on the other leg. Accordingly, the common mode voltage has zero potential when the AC input voltage is positive (+) and has a DC link voltage when the AC input power is negative (-). Therefore, since the common mode voltage appears as a square wave voltage of 60 Hz, the common mode noise characteristic can be improved by adopting a totem-pole bridgeless PFC circuit.
  • FIG 4B shows an interleaved boost PFC circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • the controller controls the 2-phase inductor current so that the leg with the S1 switching element and the leg with the S2 switching element do not overlap each other so that the two-phase inductor current differs by 180 degrees, the input current and output All current ripples can be reduced.
  • the electric device 1000 employing the interleaved boost PFC circuit can use a miniaturized electromagnetic interference filter, and thus material costs can be reduced.
  • FIG. 4C shows a buck PFC circuit according to one embodiment of the present disclosure. Unlike the boost PFC circuit, the buck PFC circuit is used when the input voltage is higher than the target voltage established by the DC link.
  • the PFC circuit 30 according to FIG. 1 may also replace the PFC circuit 1200 of FIG. 2 as a boost (step-up) PFC circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • a PFC circuit according to harmonic control according to the present disclosure is not limited to those of FIGS. 4A, 4B, and 4C, and various PFC circuits may be used.
  • FIG. 5 is a circuit diagram and control block diagram of a system including harmonic control according to an embodiment of the present disclosure.
  • the electric device 1000 including harmonic control may be a home appliance, but is not limited thereto.
  • the electric device 1000 may be a power control device.
  • the electric device 1000 according to FIG. 2 can be applied not only to an air conditioner and/or an air conditioner outdoor unit, but also to server power and a slow charger for an electric vehicle.
  • the electric device 1000 according to FIG. 5 may include, but is not limited to, an air conditioner, a washing machine, a dryer, a lamp, a TV, a heating device, and a styler.
  • the heating device may include, but is not limited to, a smart kettle, a teapot, a coffee pot, an induction device, a toast, an air fryer, a highlighter, and a rice cooker.
  • the electrical device 1000 may be implemented with more components than those shown, or the electrical device 1000 may be implemented with fewer components.
  • the input power 1100 may be AC power through a power line connected to an outlet. According to an embodiment, the input power 1100 may be AC power supplied from a separate station (not shown) according to wireless power transmission.
  • the block diagram of the controller 1500b according to FIG. 5 is a block diagram in which harmonic extraction and amplitude control are subdivided in detail compared to the block diagram of the controller 1500a according to FIG. 2 . Therefore, since the circuit operation of FIG. 5 can be generally regarded as the same as the circuit operation of FIG. 2, the description of the circuit operation overlapping with that of FIG. 2 will be omitted.
  • the voltage sensed by the input voltage sensor 1700, the DC link voltage sensed by the DC link voltage sensor 1800, and the current of the input power sensed by the current sensor 1600 are all controlled by the controller 1500b. is used as an input for
  • the controller 1500b may be a place where control processing by a processor (not shown) of the electric device 1000 is performed.
  • a block diagram including the processor will be described again with reference to FIG. 12 .
  • the 1-Nth order harmonic extractor 1511 extracts first to Nth order harmonic components from the current information sensed by the current sensor 1600 .
  • N is an odd integer greater than or equal to 3.
  • the harmonic components may be extracted using a fast Fourier transform (FFT) or a band pass filter using a processor or micom.
  • FFT fast Fourier transform
  • the system information estimator 1520 receives voltage information obtained by sensing the voltage of the input power source 1100 from the input voltage sensor 1700 .
  • the controller 1500b according to FIG. 5 basically uses current information of the input power 1100 sensed by the current sensor 1600, harmonic components extracted by the harmonic extractor 1510, and input power from the system information estimator 1520. By receiving the voltage information of (1100), a phase difference between the input voltage and the input current can be determined, and the size of harmonic components can be determined.
  • the 1-Nth harmonic amplitude controller 1531 determines that any one of the harmonic components from the 1st to the Nth order does not satisfy the standard and the harmonic components are greater than the standard value, the PFC circuit 1200 It is controlled to reduce the size ⁇ of the non-conductive section of the switch. For example, even if the 3rd harmonic component satisfies the predetermined standard value, if the 5th harmonic component does not satisfy the predetermined standard value, the 1-Nth order harmonic magnitude controller 1531 controls the PFC circuit 1200 to include Control is performed to reduce the size ⁇ of the non-conductive section of the switch.
  • the 1-Nth order harmonic magnitude controller 1531 includes the PFC circuit 1200 It performs control to reduce the size ⁇ of the non-conductive section of the switch.
  • the 1-Nth order harmonic level controller 1531 determines that the magnitudes of the 1st -Nth order harmonic components satisfy all predetermined standard values, the non-conductive section size ⁇ of the switch included in the PFC circuit 1200 is increased.
  • N 5 is set and the electric device 1000 controls only the 3rd and 5th harmonic components as a control target.
  • the 1-Nth harmonic magnitude controller 1531 does not determine whether the 7th harmonic components satisfy the standard, but determines that the 3rd and 5th harmonic components satisfy the predetermined standard value, the PFC circuit 1200 Increase the magnitude ⁇ of the non-conductive region of the switch that contains
  • the phase information ( ⁇ ) may be phase difference information between the voltage of the input power source 1100 and the input current.
  • the DC link voltage sensor 1800 senses the voltage across the DC link capacitor 1300, and the sensed voltage value across the DC link capacitor 1300 is a DC link voltage command and calculation (DC link capacitor 1300). ) Calculate the difference between the voltage value of both ends and the DC link voltage command) and input to the voltage controller 1540.
  • the output of the voltage controller 1540 is input to the current controller 1550 together with the output
  • the current controller 1550 calculates the final current command value, and outputs a gate signal for controlling the switch of the PFC circuit 1200 from the pulse width modulation (PWM) generator 1560 .
  • PWM pulse width modulation
  • the PFC circuit 1200 outputs a current waveform according to the current shape command
  • the voltage controller 1540, the current controller 1550, and the 1-N order harmonic amplitude controller 1531 may generally use PI controllers (proportional integral controllers), but are not limited thereto.
  • the magnitude of the DC voltage across the DC link capacitor 1300 in the operation of the electric device 1000 by the PFC circuit 1200 according to Figure 5 is greater than the magnitude of the input voltage of the system.
  • FIG. 6 is a control block diagram for generating a current shape command by controlling a third harmonic according to an embodiment of the present disclosure.
  • a third harmonic extractor 1512 is used instead of the harmonic extractor 1510 of FIG. 2 or the 1-N order harmonic extractor 1511 of FIG. 5 .
  • a third harmonic amplitude controller 1532 is used instead of part of the harmonic controller 1530 of FIG. 2 and the 1-Nth harmonic amplitude controller 1531 of FIG. 5.
  • the third harmonic extractor 1512 extracts a third harmonic component from current information of the input power source 1100 sensed by the current sensor 1600 of the electric device 1000.
  • the third harmonic component of the input current extracted by the third harmonic extractor 1512 is compared with the third harmonic magnitude command magnitude, and the compared (subtracted) value is input to the third harmonic magnitude controller 1532. If the third harmonic magnitude controller 1532 determines that the magnitude of the third harmonic component does not satisfy the standard and is greater than a predetermined standard value, the value for reducing the non-conductive section of the switch included in the PFC circuit 1200 ( ⁇ , mis-switching interval size) is output.
  • the third harmonic amplitude controller 1532 determines that the third harmonic component satisfies a predetermined standard value, the non-conductive section size ⁇ of the switch included in the PFC circuit 1200 is increased.
  • the third harmonic controller 1532 may be a PI controller, but is not limited thereto.
  • FIG. 7A and 7B are waveform diagrams illustrating current and harmonic current of a system according to an embodiment of the present disclosure.
  • the current 710 of the system has a sine wave shape having a non-conducting section size ⁇ 750.
  • the extracted third harmonic current magnitude 720 and the extracted fifth harmonic current magnitude 730 which represent harmonic components extracted from the current 710 of the system and the magnitudes thereof, are shown.
  • each of the third harmonic current magnitude 720 and the fifth harmonic current magnitude 730 is greater than a predetermined standard value, as shown in FIGS. is performed
  • the actual system current 710 may be the system current sensed by the current sensor 1600 .
  • 7B is a diagram showing system current and harmonic current for each frequency.
  • the current fundamental wave of the system shows a magnitude of about 6A.
  • the magnitude of the third harmonic component of about 2A at 180 Hz which is the frequency of the third harmonic, is shown. If the size of this current (about 2A) is greater than a predetermined standard value, control to reduce the size ⁇ of the non-conducting section of the switch is performed.
  • FIG. 8 is a control block diagram for generating a current shape command by controlling a plurality of harmonics according to an embodiment of the present disclosure.
  • the third harmonic extractor 1511_3 extracts a third harmonic component from current information of the input power supply 1100 sensed by the current sensor 1600 of the electric device 1000 .
  • the 5th harmonic extractor (1511_5) extracts the 5th harmonic component from the current information
  • the 7th harmonic extractor (1511_7) extracts the 7th harmonic component from the current information
  • the Nth order harmonic extractor (1511_N) extracts the 7th harmonic component from the current information. Extract the Nth harmonic component.
  • N is an odd integer greater than or equal to 9.
  • the third harmonic component of the input current extracted by the third harmonic extractor (1511_3) is compared with the third harmonic magnitude command value, which is a predetermined standard value, and the compared (subtracted) value is the third harmonic magnitude controller (1532 ) is entered into In one embodiment, if the third harmonic amplitude controller 1531_3 determines that the magnitude of the third harmonic component does not satisfy the standard and is greater than a predetermined standard value, the non-conductive section size ( ⁇ 3 , the third harmonic The size of the non-conductive section corresponding to the component) is reduced.
  • the 5th harmonic component of the input current extracted by the 5th harmonic extractor 1511_5 is compared with the 5th harmonic magnitude command value, which is a predetermined standard value, and the compared (subtracted) value is the 5th harmonic magnitude. It is input to the controller 1531_5. If the 5th harmonic amplitude controller (1531_5) determines that the size of the 5th harmonic component does not satisfy the standard and is greater than a predetermined standard value, the size of the non-conductive section ( ⁇ 5 , the value corresponding to the 5th harmonic component) The control is performed to reduce the conduction section size).
  • the 7th harmonic component of the input current extracted by the 7th harmonic extractor 1511_7 is compared with the 7th harmonic magnitude command value, and the compared (subtracted) value is obtained by the 7th harmonic magnitude controller 1531_7. is entered into If the 7th harmonic amplitude controller 1531_7 determines that the size of the 7th harmonic component does not satisfy the standard and is greater than a predetermined standard value, the size of the non-conductive section ( ⁇ 7 , the value corresponding to the 7th harmonic component) It performs control to reduce the conduction section size).
  • the Nth harmonic component of the input current extracted by the Nth harmonic extractor 1511_N is compared with the Nth order harmonic magnitude command value, and the compared (subtracted) value is transmitted to the Nth order harmonic magnitude controller 1531_N. is entered If the N-th harmonic amplitude controller 1531_N determines that the size of the N-th harmonic component does not satisfy the standard and is greater than a predetermined standard value, the size of the non-conductive section ( ⁇ N , the value corresponding to the N-th harmonic component) It performs control to reduce the conduction section size). The size of the non-conductive interval ( ⁇ 3, ⁇ 5, ⁇ 7, ...
  • the electric device 1000 can determine the maximum mis-switching section in the PFC circuit 1200 while satisfying all of the predetermined standard values of a plurality of harmonic components.
  • the 3rd harmonic magnitude controller (1531_3) is the smallest non-conductive in the harmonic control according to FIG. It will output the interval size value ( ⁇ ).
  • the minimum value discriminator 1535 transmits ⁇ 3 output from the third harmonic magnitude controller 1531_3 as an input of the current command unit 1533.
  • the output ⁇ 5 value of the 5th harmonic amplitude controller (1531_5) will be the smallest compared to the output ⁇ of the other controllers, and this value will be transmitted to the input ⁇ of the current commander 1533 by the minimum value discriminator 1535.
  • the harmonic extraction and harmonic size control according to FIG. 8 is an embodiment, and the harmonic extraction extracts up to the 3rd and 5th harmonics, and the electric device 1000 can only operate up to the 3rd and 5th harmonic controllers 1531_3 and 1531_5 .
  • the electrical device 1000 may extract harmonics up to the third, fifth, and seventh harmonics and operate only up to the third, fifth, and seventh harmonic controllers 1531_3, 1531_5, and 1531_7. In this way, the electric device 1000 may select a harmonic extraction range according to the performance and memory capacity of the processor (or microcomputer).
  • the harmonic amplitude controller corresponding to each harmonic component according to FIG. 8 may be a PI controller, but is not limited thereto.
  • 9A and 9B are waveform diagrams showing actual system current and harmonic current according to an embodiment of the present disclosure.
  • the PFC circuit 1200 can be driven by determining the minimum value among the values ⁇ 3 , ⁇ 5 , ⁇ 7 , ... , ⁇ N of the non-conductive section size of the switch output from the final non-conductive section size value ⁇ . .
  • the electric device 1000 according to FIG. 8 determines ⁇ 5 smaller than ⁇ 3 as the size of the final non-conductive section.
  • FIG. 10 is a control block diagram for generating a current shape command by controlling a plurality of harmonics according to an embodiment of the present disclosure.
  • the third harmonic extractor 1512_3 extracts a third harmonic component from current information of the input power source 1100 sensed by the current sensor 1600 of the electric device 1000 .
  • the 5th harmonic extractor 1512_5 extracts the 5th harmonic component from the current information
  • the 7th harmonic extractor 1512_7 extracts the 7th harmonic component from the current information
  • the Nth harmonic extractor 1512_N extracts the 7th harmonic component from the current information. Extract the Nth harmonic component.
  • N is an odd integer greater than or equal to 9.
  • the 3rd harmonic magnitude command corresponding to the predetermined standard value is 3A
  • the 5th harmonic magnitude command corresponding to the predetermined standard value is 1A
  • the 7th harmonic magnitude command corresponding to the predetermined standard value is 0.3A.
  • the harmonic control according to FIG. 10 applies only the 3rd harmonic.
  • the controller operates only the third harmonic controller 1532_3 and controls the magnitude of the third harmonic so as to follow the third harmonic magnitude command 3A. print out
  • the electrical device 1000 reduces the size of the 3rd harmonic through the output of the 5th harmonic controller rather than directly controlling the 5th harmonic.
  • a method of controlling the magnitude of the 5th harmonic wave is taken. This is because, after all, the magnitude of the third harmonic and the magnitude of the fifth harmonic are related to each other. For example, by lowering the 3rd harmonic command from 3A to 2.7A, it is possible to achieve an effect of reducing the overall 5th harmonic level as well.
  • the 3rd harmonic command is lowered to 2.7A, and the 5th harmonic is also reduced by the operation of the 3rd harmonic controller (1532_3), and the 7th harmonic is reduced to a predetermined standard value of 0.3. Let's assume that it goes beyond A and becomes 0.5A.
  • the output of the 7th harmonic controller 1532_7 subtracts the 3rd harmonic magnitude command value. That is, the processor 2200 of the electric device 1000 adopts a method of controlling the size of the 7th harmonic by controlling the size of the 3rd harmonic, similarly to the control of the size of the 5th order harmonic.
  • the third harmonic controller 1532_3 follows the reduced third harmonic magnitude command so that the seventh harmonic becomes a predetermined standard value of 0.3A. do.
  • the N-th harmonic component of the input current extracted by the N-order harmonic extractor 1532_N is compared with the N-th harmonic magnitude command size, which is a predetermined standard value, and the compared (subtracted) value is the N-order harmonic controller It is entered in (1532_N).
  • the output of the N-order harmonic controller 1532_N subtracts the third-order harmonic magnitude command value.
  • the output of the N-order harmonic controller 1532_N, the 7th-order harmonic controller ( 1532_7) and the output of the 5th harmonic controller 1532_5 both subtract the 3rd harmonic magnitude command value.
  • the subtracted third harmonic magnitude command value is compared with the third harmonic magnitude by the third harmonic extractor (1512_3), and becomes a PI controller input by the final third harmonic controller (1532_3), and the third harmonic controller (1532_3) Outputs the non-conductive section size value.
  • the output of the N-order harmonic controller 1532_N, the output of the 7th-order harmonic controller 1532_7, and the output of the 5th-order harmonic controller 1532_5 are added and compared with the 3rd-order harmonic magnitude command size, and compared.
  • the (subtracted) value is compared with the third harmonic component of the input current by the third harmonic extractor 1512_3 and inputted to the third harmonic controller 1532_3.
  • the third harmonic controller 1532_3 reduces or increases the non-conductive section size ⁇ according to the above comparison result.
  • the 3rd harmonic controller (1532_3) transmits ⁇ , the size of the non-conducting section, as an input to the current commanding device 1533, and the current commanding device 1533 transmits the shape of the current based on ⁇ , the size of the non-conducting section and the phase information ⁇ of the grid.
  • is output.
  • the harmonic extraction and harmonic size control according to FIG. 10 is an embodiment, and the harmonic extraction extracts up to the 3rd and 5th harmonics and operates up to the 3rd harmonic controller 1532_3 and the 5th harmonic controller 1532_5,
  • the electric device 1000 such as an embodiment in which harmonics are extracted up to the 3rd, 5th, and 7th harmonics and operated up to the 3rd harmonic controller (1532_3) and the 5th and 7th harmonic controllers (1532_5, 1532_7), the processor (or microcomputer) Depending on the performance and memory capacity of the controller, various controller operations can be selected.
  • the third harmonic controller 1532_3 according to FIG. 10 and the harmonic magnitude controller corresponding to each harmonic component may be a PI controller, but are not limited thereto.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of an electric device having an interleaved PFC circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • converters including the electric device 1000 including the PFC circuit have low efficiency at low load. Therefore, energy efficiency can be increased by adjusting the number of phases used in the electric device 1000 including the PFC circuit or the converter by adopting a multi-phase interleaved method.
  • the control operation performed by the harmonic controller 1530_1 in FIG. 11 is similar to the operation performed by the system information estimator 1520, the harmonic extractor 1510, and the harmonic controller 1530 in FIG. 2 .
  • the PFC parameter 1570 for loss measurement is the main parameters for phase shedding control, and includes, but is not limited to, the output voltage, output current, switching frequency, input voltage, and input current of the system.
  • the lookup table 1580 block determines the number of switching legs through input PFC parameter 1570 information for loss measurement.
  • Table 2 shows an example lookup table 1580.
  • Table 2 when loss information according to switching frequency versus system current (input current) is measured, the number of operating legs can be determined according to the measured loss information. Loss information according to the size of the system current and the number of operating legs will be determined by the PFC parameter 1570 for measuring loss, but the system current will usually be determined by the amount of load used by the electric device 1000, and the loss compared to the system current is relative will determine the number of legs that come out small. The greater the number of legs, the smaller the loss is likely to be, but the manufacturer may limit the number of legs in consideration of the manufacturing cost of the electric device 1000 .
  • a processor (not shown) selects a leg to be operated through a selector 1590.
  • Leg selection by the selector 1590 may be performed randomly or sequentially. If the processor does not select legs randomly or sequentially during phase shedding control, since a lifespan deviation may occur for each leg, the selector 1590 may select legs randomly or sequentially.
  • the PWM generator 1560 generates a PWM signal by receiving the switching-on duty of the leg switch (the conduction duty of the switch minus the non-conducting period) and the leg selected by the selector 1590 as inputs of the PFC controller 1550_1, Through this, the gate signal is transmitted to the switch of the leg.
  • FIG. 12 is a block diagram of a control device for an electric device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the electric device 1000 may include a control device 2000 that performs gate control of the PFC circuit 1200 and overall control of the controllers 1500a and 1500b together with the circuit diagram according to the system according to FIGS. 2 and 5 .
  • the control device 2000 includes a driving unit 2100, a processor 2200, a communication interface 2300, a sensor unit 2400, and an output interface 2500. , a user input interface 2600, and a memory 2700.
  • a driving unit 2100 includes a driving unit 2100, a processor 2200, a communication interface 2300, a sensor unit 2400, and an output interface 2500.
  • a user input interface 2600 includes a user input interface 2600, and a memory 2700.
  • Each component of the control device 2000 is not essential, and each component may be added or subtracted according to the design idea of the manufacturer.
  • the driving unit 2100 may receive power from an external power source and supply current to a load according to a driving control signal of the processor 2200 .
  • the driver 2100 may include an EMI (Electro Magnetic Interference) filter 2111, a rectifier circuit 2112, an inverter circuit 2113, and a PFC circuit 1200, but is not limited thereto.
  • EMI Electro Magnetic Interference
  • the EMI filter 2111 can block high-frequency noise included in AC power supplied from an external power source (ES: External Source) and pass AC voltage and AC current of a predetermined frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz). there is.
  • ES External Source
  • a fuse and a relay for blocking overcurrent may be provided between the EMI filter 2111 and the external power source ES.
  • AC power from which high-frequency noise is blocked by the EMI filter 2111 is supplied to the rectifier circuit 2112.
  • the rectifier circuit 2112 may convert AC power into DC power.
  • the rectifier circuit 2112 converts an AC voltage whose magnitude and polarity (positive voltage or negative voltage) change over time to a DC voltage whose magnitude and polarity are constant, and converts an AC voltage whose magnitude and polarity (positive voltage or negative voltage) change over time, and It is possible to convert alternating current of varying magnitude (current of negative or negative current) into direct current having constant magnitude.
  • the rectifier circuit 2112 may include a bridge diode.
  • rectifier circuit 2112 may include four diodes. The bridge diode can convert an AC voltage whose polarity changes over time into a positive voltage whose polarity is constant, and an AC current whose direction changes over time into a positive current whose direction is constant.
  • the inverter circuit 2113 may include a switching circuit that supplies or cuts off current to a load (not shown).
  • the switching circuit may include a first switch and a second switch.
  • the first switch and the second switch may be connected in series between a plus line and a minus line output from the rectifier circuit 2112 .
  • the first switch and the second switch may be turned on or off according to the driving control signal of the processor 2200 .
  • the inverter circuit 2113 can control the current supplied to the load.
  • the magnitude and direction of the current flowing to the load may change according to turning on/off of the first switch and the second switch included in the inverter circuit 2113 .
  • AC current may be supplied to the load.
  • AC current in the form of a sine wave is supplied to the load according to the switching operations of the first switch and the second switch.
  • the longer the switching period of the first switch and the second switch eg, the smaller the switching frequency of the first switch and the second switch
  • the greater the current supplied to the load, and the strength of the magnetic field output to the load may be large.
  • the inverter circuit 2113 may not be required in the electric device 1000 for supplying DC to the load since it may be required when supplying AC to the load. Also, according to an embodiment, the inverter circuit 2113 of the electric device 1000 may be replaced with the PFC circuit 1200 and used.
  • the processor 2200 controls overall operations of the electric device 1000 .
  • the processor 2200 executes the programs stored in the memory 2700, so that the wireless power transmission unit 2100, the communication interface 2300, the sensor unit 2400, the output interface 2500, the user input interface 2600, the memory ( 2700) can be controlled.
  • control device 2000 may be equipped with an artificial intelligence (AI) processor.
  • AI artificial intelligence
  • the artificial intelligence (AI) processor may be manufactured in the form of a dedicated hardware chip for artificial intelligence (AI), or manufactured as part of an existing general-purpose processor (eg CPU or application processor) or graphics-only processor (eg GPU). It may also be mounted on the heating device 2000.
  • the processor 2200 may perform a controller operation of a harmonic extractor, a harmonic controller, a current controller, and a voltage controller included in the controllers 1500a and 1500b of the electric device 1000.
  • the controllers of the harmonic controller, current controller, and voltage controller may be PI controllers, but are not limited thereto.
  • Information about standard values of harmonic components of the electrical device 1000 may be stored in the memory 2700 of the control device 2000 .
  • the processor 2200 may include a communication interface 2300 to operate on an Internet of Things (IoT) network or a home network, if necessary.
  • IoT Internet of Things
  • the communication interface 2300 may include a short-distance communication unit 2310 and a long-distance communication unit 2320.
  • the short-range wireless communication interface (2310) includes a Bluetooth communication unit, a Bluetooth Low Energy (BLE) communication unit, a Near Field Communication interface (WLAN) communication unit, a Zigbee communication unit, and an infrared (IrDA) communication unit.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • WLAN Near Field Communication interface
  • Zigbee communication unit Zigbee communication unit
  • IrDA infrared
  • WFD Infrared Data Association
  • WFD Wi-Fi Direct
  • UWB Ultra Wideband
  • the remote communication unit 2320 transmits and receives a radio signal with at least one of a base station, an external terminal, and a server on a mobile communication network.
  • the radio signal may include a voice call signal, a video call signal, or various types of data according to text/multimedia message transmission/reception.
  • the remote communication unit 2320 may include a 3G module, 4G module, 5G module, LTE module, NB-IoT module, LTE-M module, etc., but is not limited thereto.
  • the communication interface 2300 through the communication interface 2300, it is possible to communicate with a server outside the electric device 1000 or other electric devices and transmit/receive data.
  • the sensor unit 2400 may include a current sensor 1600, an input voltage sensor 1700, and a DC link voltage sensor 1800.
  • the current sensor 1600 may sense the input current of the electric device 1000 .
  • the current sensor 1600 may be disposed at various locations in the circuit of the electric device 1000 to obtain current (mainly alternating current) information.
  • the input voltage sensor 1700 is used to sense voltage information of the input power supply 1100 of the electric device 1000.
  • the DC link voltage sensor 1800 may be used as an input of the voltage controller 1540 by sensing the DC link voltage.
  • the output interface 2500 is for outputting an audio signal or a video signal, and may include a display unit 2510 and a sound output unit 2520.
  • the control device 2000 may display information related to the electric device 1000 through the display unit 2510 .
  • the control device 2000 displays the power factor information of the electrical device 1000 or each harmonic component value (eg, % or A (ampere) of each harmonic component compared to the input current) on the display unit 2510. can do.
  • the display unit 2510 may be used as an input device as well as an output device.
  • the display unit 2510 includes a liquid crystal display, a thin film transistor-liquid crystal display, a light-emitting diode (LED), an organic light-emitting diode, At least one of a flexible display, a 3D display, and an electrophoretic display may be included. Also, depending on the implementation form of the heating device 2000, the heating device 2000 may include two or more display units 2510.
  • the audio output unit 2520 may output audio data received from the communication interface 2300 or stored in the memory 2700 . Also, the sound output unit 2520 may output sound signals related to functions performed by the station 2000 .
  • the sound output unit 2000 may include a speaker, a buzzer, and the like.
  • the output interface 2500 may output at least one of power factor information and harmonic component information through the display unit 2510 .
  • the output interface 2500 may display a current power level, an operating mode (eg, low noise mode, normal mode, high output mode, etc.), a power factor control state, a current power factor, and the like.
  • the user input interface 2600 is for receiving an input from a user.
  • the user input interface 2600 includes a key pad, a dome switch, a touch pad (contact capacitance method, pressure resistive film method, infrared sensing method, surface ultrasonic conduction method, integral tension measurement method) , piezo effect method, etc.), a jog wheel, and a jog switch, but may be at least one, but is not limited thereto.
  • the user input interface 2600 may include a voice recognition module.
  • the controller 2000 may receive a voice signal, which is an analog signal, through a microphone, and convert the voice part into computer-readable text using an Automatic Speech Recognition (ASR) model.
  • ASR Automatic Speech Recognition
  • the station 2000 may obtain the user's utterance intention by interpreting the converted text using a natural language understanding (NLU) model.
  • NLU natural language understanding
  • the ASR model or NLU model may be an artificial intelligence model.
  • the artificial intelligence model can be processed by an artificial intelligence processor designed with a hardware structure specialized for the processing of artificial intelligence models. AI models can be created through learning.
  • An artificial intelligence model may be composed of a plurality of neural network layers. Each of the plurality of neural network layers has a plurality of weight values, and a neural network operation is performed through an operation between an operation result of a previous layer and a plurality of weight values.
  • Linguistic understanding is a technology that recognizes and applies/processes human language/text, and includes natural language processing, machine translation, dialog system, question answering, and voice recognition. /Includes Speech Recognition/Synthesis, etc.
  • the memory 2700 may store programs for processing and control of the processor 2200, and may store input/output data (eg, power factor information of the electric device 1000, information on harmonic components, etc.) there is.
  • the memory 2700 may store an artificial intelligence model.
  • the memory 2700 may include a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, SD or XD memory, etc.), and RAM.
  • RAM Random Access Memory
  • SRAM Static Random Access Memory
  • ROM Read-Only Memory
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
  • PROM Programmable Read-Only Memory
  • magnetic memory magnetic disk , an optical disk, and at least one type of storage medium.
  • the control device 2000 may operate a web storage or cloud server that performs a storage function on the Internet.
  • FIG. 13 is a flowchart of a harmonic control method according to an embodiment of the present disclosure.
  • step S1310 the input current of the system is detected by the current sensor 1600 of the electric device 1000.
  • the processor 2200 obtains harmonic components from the input current detected by the current sensor 1600.
  • the processor 2200 may use a band pass filter or fast Fourier transform (FFT).
  • Harmonic components obtained to control the size of harmonics may vary depending on the performance of the processor 2200 of the electric device 1000, the capacity of the memory 2700, or user settings. That is, when the speed of the entire system to which the electric device 1000 belongs is increased or the capacity of the processor 2200 or the memory 2700 is limited, the electric device 1000 extracts only the 3rd harmonic component to generate the third harmonic component. You can only control the size. Alternatively, the magnitudes of only two harmonic components may be controlled by extracting the third and fifth harmonics, or the magnitudes of more harmonic components may be controlled.
  • FFT fast Fourier transform
  • step S1330 the processor 2200 uses the controller so that the harmonic component obtained earlier is smaller than a predetermined harmonic reference value (predetermined standard value) and the mis-switching period (non-conduction period of the switch) in the PFC circuit 1200 is maximized.
  • a predetermined harmonic reference value predetermined standard value
  • the mis-switching period non-conduction period of the switch
  • step S1340 the processor 2200 generates a current command value corresponding to the determined mis-switching section.
  • the current command value may be a current shape command value and may have a form such as the 330 waveform of FIG. 3 .
  • step S1350 the processor 2200 may generate a gate signal for controlling the switch of the PFC circuit 1200 through the PWM generator 1560 when the current command value is determined.
  • the method according to an embodiment of the present disclosure may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • Computer readable media may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the present disclosure, or may be known and usable to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.
  • Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Also, computer readable media may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transport mechanism, and includes any information delivery media. In addition, some embodiments of the present disclosure may be implemented as a computer program or computer program product including instructions executable by a computer, such as a computer program executed by a computer.
  • the device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-temporary storage medium' only means that it is a tangible device and does not contain signals (e.g., electromagnetic waves), and this term refers to the case where data is stored semi-permanently in the storage medium and temporary It does not discriminate if it is saved as .
  • a 'non-temporary storage medium' may include a buffer in which data is temporarily stored.
  • the method according to various embodiments disclosed in this document may be provided by being included in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • a computer program product is distributed in the form of a device-readable storage medium (eg compact disc read only memory (CD-ROM)), or through an application store or between two user devices (eg smartphones). It can be distributed (e.g., downloaded or uploaded) directly or online.
  • a computer program product eg, a downloadable app
  • a device-readable storage medium such as a memory of a manufacturer's server, an application store server, or a relay server. It can be temporarily stored or created temporarily.

Landscapes

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 크기를 제어하는 가전장치는 계통의 입력 전류를 검출하는 전류 센서, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 적어도 하나의 프로세서는, 전류 센서에 의해 검출된 입력 전류로부터 고조파 성분을 획득하고, 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작아지도록 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하고, 결정된 미도통 구간 크기에 대응되는 전류 지령값을 생성한다.

Description

고조파 성분 크기를 제어하는 전력 제어 방법 및 장치
본 개시의 일 실시예에들은 역률 보상(power factor correction, PFC) 회로를 통해 가전장치의 에너지 효율 향상을 위한 부분 스위칭 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
가전기기를 포함하여 모든 전기기기는 전력 손실을 줄이고 전력 효율을 최적으로 하는 것이 전력 사용 측면에서 유리하다. 전기기기가 최적의 전력 효율로 동작하는 것은 에너지 절약 측면에서도 중요하다. 각 국가는 가전기기별로 에너지 소비 효율 등급을 표시하도록 법제화하고 있어 각 제조사는 가전기기가 고효율 제품이 되도록 연구 개발에 심혈을 기울이고 있다. 소비자는 가전기기 상에 표시된 에너지 소비 효율 등급을 구매의 중요한 요소로 삼고 있다.
가전기기는 부하로 연결되는 인버터 회로 내지는 역률 제어기 스위치의 부분 스위칭 동작 혹은 오프-스위칭 구간 확보를 통해 에너지 절약을 꾀할 수 있으나, 이 경우 고조파 성분이 증가하게 된다. 이 때 고조파 규제 혹은 역률(power factor) 규제를 만족하면서 최대한 에너지 효율이 높은 오프-스위칭 구간이 결정되어야 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 크기를 제어하는 가전장치는 계통의 입력 전류를 검출하는 전류 센서, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 적어도 하나의 프로세서는, 전류 센서에 의해 검출된 입력 전류로부터 고조파 성분을 획득하고, 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작아지도록 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하고, 결정된 미도통 구간 크기에 대응되는 전류 지령값을 생성한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 가전장치에서 고조파 크기를 제어하는 방법은, 가전장치의 전류 센서에 의해 계통의 입력 전류를 검출하는 단계, 전류 센서로부터 검출된 입력 전류로부터 고조파 성분을 획득하는 단계, 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작아지도록 미스위칭 구간이 최대가 되도록 미스위칭 구간을 결정하는 단계, 및 결정된 미스위칭 구간에 대응되는 전류 지령값을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 PFC(power factor correction) 회로를 포함한 전기기기의 회로도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 제어를 포함하는 계통의 회로도와 제어 블럭도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 미도통 구간을 반영한 전류 모양 지령 출력의 파형을 도시한다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 본 개시의 일 실시예에 따른 PFC 회로이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 제어를 포함하는 계통의 회로도와 제어 블럭도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라 3차 고조파를 제어하여 전류 모양 지령을 생성하는 제어 블록도이다.
도 7a와 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따라 계통의 전류와 고조파 전류를 도시한 파형도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 고조파를 제어하여 전류 모양 지령을 생성하는 제어 블록도이다.
도 9a와 도 9b는 본 개시의 일 실시예에 따라 고조파 제어에 따른 전류 파형이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 고조파를 제어하여 전류 모양 지령을 생성하는 제어 블록도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 인터리브드 PFC 회로를 구비한 전기기기의 회로도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 전기기기의 제어장치의 블록도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 제어 방법의 흐름도이다.
본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시의 일 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시의 일 실시예에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 본 개시의 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 본 개시에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 일 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시의 일 실시예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 본 개시 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 전기기기로 구성되는 계통에서 고조파 성분 크기를 실시간으로 추출하여 이를 소정의 규격값을 만족하도록 제어기를 통해 제어하여 역률 보상 회로 스위치의 미도통 구간 크기를 계산하여 전기기기의 운전 손실을 최소화할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 크기를 제어하는 가전장치는 계통의 입력 전류를 검출하는 전류 센서, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 적어도 하나의 프로세서는, 전류 센서에 의해 검출된 입력 전류로부터 고조파 성분을 획득하고, 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작아지도록 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하고, 결정된 미도통 구간 크기에 대응되는 전류 지령값을 생성한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 크기를 제어하는 가전장치는 계통의 입력 전류를 정류하는 정류부, 및 정류된 DC 전압을 평활화하는 DC 링크 커패시터를 더 포함하되, DC 링크 커패시터 양단의 DC 전압 크기는 계통의 입력 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 크기를 제어하는 가전장치는 DC 링크 커패시터 양단의 DC 전압 크기를 검출하는 전압 센서를 더 포함하되, 결정된 미스위칭 구간에 대응되는 전류 지령값을 생성하는 것은, 프로세서가 전압 센서를 통해 검출된 DC 전압 크기와 DC 링크 전압 지령을 비교한 결과를 전압제어기에 입력하고 전압제어기 출력과 미스위칭 구간 크기 및 전류 센서로부터 획득된 입력 전류를 전류제어기에 입력하여 전류제어기로부터 전류 지령값을 출력하는 것을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따라 적어도 하나의 프로세서는 전류 지령값에 기초하여 PWM 스위칭 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 크기를 제어하는 가전장치는 DC 링크 커패시터와 병렬로 복수의 레그(leg)를 갖는 PFC(power factor correction) 컨버터를 더 포함하되, 적어도 하나의 프로세서는 복수의 레그 중 적어도 하나를 임의로 선택하고, PWM 스위칭 신호로 임의로 선택된 적어도 하나의 레그에 포함된 스위치를 온오프하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 크기를 제어하는 가전장치는 DC 링크 커패시터와 병렬로 복수의 레그(leg)를 갖는 PFC(power factor correction) 컨버터를 더 포함하되, 적어도 하나의 프로세서는 복수의 레그를 순차적으로 선택하고, PWM 스위칭 신호로 복수의 레그 중 선택된 적어도 하나의 레그에 포함된 스위치를 온오프하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따라 적어도 하나의 프로세서가 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은, 적어도 하나의 프로세서가 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 크면 미도통 구간 크기를 줄이고, 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작으면 미도통 구간 크기를 늘리도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 획득된 고조파 성분은 제 3, 5, ... , N(N은 7보다 크거나 같은 홀수인 정수)차 고조파이고, 적어도 하나의 프로세서가 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은, 적어도 하나의 프로세서는, 제 3 차 고조파와 소정의 제 3 차 고조파 기준값의 차이를 입력으로 하는 제 3 차 고조파 크기 제어기의 출력, 제 5 차 고조파와 소정의 제 5 차 고조파 기준값의 차이를 입력으로하는 제 5 차 고조파 크기 제어기의 출력, ... 및 제 N 차 고조파와 소정의 제 N 차 고조파 기준값의 차이를 입력으로하는 제 N 차 고조파 크기 제어기의 출력 중 최소값을 판별하고, 최소값에 기초하여 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 획득된 고조파 성분은 제 3 차 고조파 성분 및 제 N (N은 5보다 크거나 같은 홀수인 정수)차 고조파 성분이고, 적어도 하나의 프로세서가 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은, 적어도 하나의 프로세서가, 제 N 차 고조파 성분의 크기가 소정의 제 N 차 고조파 기준값보다 작을 때는 제 3 차 고조파 성분을 소정의 제 3 차 고조파 기준값에서 차감한 값만을 기초로 하여 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 획득된 고조파 성분은 제 3 차 고조파 성분 및 제 N (N은 5보다 크거나 같은 홀수인 정수)차 고조파 성분이고, 적어도 하나의 프로세서가 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은, 적어도 하나의 프로세서가, 제 N 차 고조파 성분의 크기가 소정의 제 N 차 고조파 기준값보다 클 때는 제 N 차 고조파 기준값에서 제 N 차 고조파 성분의 크기를 차감한 값을 입력으로 하는 제어기의 출력값을 소정의 제 3 차 고조파 기준값에서 차감하고, 차감된 제 3 차 고조파 기준값에서 제 3 차 고조파 성분의 크기를 차감한 값에 기초하여 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 적어도 하나의 프로세서가 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은, 적어도 하나의 프로세서가, 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작도록 제어한 출력값과 계통의 입력 전압과 입력 전류의 위상차에 기초하여 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 적어도 하나의 프로세서가 결정된 미도통 구간 크기에 대응되는 전류 지령값을 생성하는 것은, 적어도 하나의 프로세서가, 결정된 미스위칭 구간과 계통의 입력 전압과 입력 전류의 위상차에 기초하여 전류 지령값에 대응되는 전류 모양 지령값을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 크기를 제어하는 가전장치는 부하에 공급되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 센서를 더 포함하고, 적어도 하나의 프로세서가 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은, 적어도 하나의 프로세서가, 부하에 공급되는 출력 전류의 변동에 기초하여 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 적어도 하나의 프로세서는 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작으면서도 스위치의 미도통 구간 크기가 최대가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 가전장치에서 고조파 크기를 제어하는 방법은, 가전장치의 전류 센서에 의해 계통의 입력 전류를 검출하는 단계, 전류 센서로부터 검출된 입력 전류로부터 고조파 성분을 획득하는 단계, 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작아지도록 미스위칭 구간이 최대가 되도록 미스위칭 구간을 결정하는 단계, 및 결정된 미스위칭 구간에 대응되는 전류 지령값을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 PFC(power factor correction) 회로를 포함한 전기기기의 회로도이다.
도 1에 따른 전기기기를 포함하는 계통(100)을 도시한다. 전기기기는 교류 입력 전원(10)과 정류부(20), PFC 회로(30), DC 링크 커패시터(40) 및 부하(50)로 이루어진다. PFC 회로(30)는 인덕터(31)와 스위치(33) 및 다이오드(35)를 포함할 수 있다. PFC 회로(30)에서 인덕터(31)의 인덕턴스를 크게 하면 스위치(33)의 미스위칭 구간에서 서지(surge) 전류를 작게 할 수는 있으나, 시스템의 부피가 커진다. 반면에 PFC 회로(30)에서 인덕터(31)의 인덕턴스를 작게 하면 스위치(33)의 미스위칭 구간에서 서지(surge) 전류가 커질 수 있고 그 결과 전기기기가 고조파 규격을 만족하지 못할 수 있다. 따라서, 인덕터(31)의 인덕턴스를 작게 하면서도 고조파 규격을 만족하는 능동적인 PFC 회로(30) 제어가 필요하다.
일 실시예에 따라 PFC 회로(30)는 보통 정류부(20)를 포함할 수 있으나, 도 1에서는 별도로 도시되고 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 제어를 포함하는 전기기기의 회로도이다.
도 2에 따르면, 고조파 제어를 포함하는 전기기기(1000)는 가전기기 혹은 가전장치일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 개시의 일실시예에 따라 도 2에 따른 전기기기(1000)는 전력 제어 장치일 수 있다. 본 개시의 일실시예에 따라 도 2에 따른 전기기기(1000)는 에어컨 및/또는 에어컨 실외기에 적용될 수 있을 뿐 아니라 서버파워, 전기자동차 완속 충전기에도 적용될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라 도 2에 따른 전기기기(1000)가 에어컨 본체 또는 에어컨 실외기의 모터 구동을 위해 사용될 수 있으며, 이 때 에어컨 실외기에서 사용되는 모터는 에어컨 실외기에서 냉매를 순환시키는 압축기 모터일 수 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따라, 전기기기(1000)에 따른 회로는 에어컨에 사용되는 회로일 수 있다.
또한, 도 2에 따른 전기기기(1000)는 공기 조화기, 세탁기, 건조기, 전등, TV, 가열장치, 및 스타일러(styler) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가열장치는 스마트 주전자(smart kettle), 차주전자(teapot), 커피포트(coffee pot), 인덕션 장치, 토스트, 에어프라이어, 하이라이트, 밥솥 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 따른 전기기기(1000)에서 도시된 구성요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 더 많은 구성요소에 의해 전기기기(1000)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서 전기기기(1000)가 구현될 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐서 전기기기(1000)는 가전 장치, 가전기기 또는 조리기기 혹은 전력 제어 장치로 지칭될 수 있으며, 이들 용어는 서로 교환되거나 대체되어 사용될 수 있다. 또한 본 명세서 전반에 걸쳐서 전기기기(1000)는 독립되어 판매되는 가전 장치일 수도 있고 가전 장치의 일부 제품을 구성하는 장치일 수도 있다.
이하에서는 전기기기(1000)의 각 구성에 대해서 살펴보기로 한다.
일 실시예에 따라, 입력 전원(1100)은 아웃렛(power outlet)에 연결되는 전원선을 통한 교류 전원일 수 있다. 일 실시예에 따라, 입력 전원(1100)은 무선 전력 전송에 따라 스테이션(도시되지 않음)으로부터 무선으로 교류 전원을 수신하는 수신 장치일 수 있다.
입력 전압 센서(1700)는 입력 전원(1100)의 전압을 센싱하여 센싱된 전압 정보를 제어기(1500a)의 입력으로 전달한다. 전류 센서(1600)는 입력 전원의 전류를 센싱하고, 센싱된 전류 정보를 제어기(1500a)의 입력으로 전달한다.
일 실시예에 따라, 도 2에 따른 PFC 회로(1200)는 정류회로를 포함한다. PFC 회로(1200)의 상세 회로는 도 1에 따른 회로일 수 있으며 추가적인 회로는 도 4a 내지 도 4c에서 다시 설명하도록 한다.
PFC 회로(1200)를 통해 고조파 제어된 전압은 DC 링크 커패시터(1300)에 의해 평활화되어 부하(1400)에 공급된다. 입력 전압 센서(1700)에 의해 센싱된 전압과 DC 링크 전압 센서(1800)에 의해 센싱된 DC 링크 전압, 그리고 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 입력 전원의 전류는 모두 제어기(1500a)의 입력으로 사용된다.
일 실시예에서, 제어기(1500a)는 전기기기(1000)가 구비한 프로세서(도시되지 않음)에 의한 제어 프로세싱이 이루어지는 곳일 수 있다. 프로세서를 포함하는 제어장치의 블록도는 도 12에서 다시 설명하도록 한다.
이하에서는 제어기(1500a)의 동작을 상세히 살펴보기로 한다.
고조파 추출기(1510)는 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 계통의 전류(igrid) 정보로부터 고조파 성분들을 추출한다. 고조파 성분의 추출은 프로세서 혹은 마이컴(micom)이 담당하며, 고속 푸리에 변환(FFT, fast Fourier transform) 혹은 대역통과필터(band pass filter)를 사용하여 고조파 성분들이 추출될 수 있다. 추출되는 고조파 성분들의 종류는 전기기기(1000)가 구비한 프로세서 혹은 마이컴의 성능과 메모리 용량에 따라 달라진다. 일 실시예에서, 프로세서 혹은 마이컴의 성능과 메모리 용량이 뒷받침된다면, 프로세서 혹은 마이컴은 계통 전류로부터 제 3 고조파 성분 뿐 아니라 높은 주파수의 고조파 성분(예컨대, 5, 7, 9)까지 추출할 수 있다. 프로세서 혹은 마이컴이 높은 주파수의 고조파 성분까지 추출하여 고조파 제어를 수행하면 전기기기(1000)가 포함된 전체 계통(시스템)의 역률(power factor)이 더 정밀하게 개선될 수 있다. 하지만, 만일 프로세서 혹은 마이컴의 성능과 메모리 용량이 한정적이라면 프로세서 혹은 마이컴은 THD(total harmonic distortion)에 가장 큰 영향을 주는 제 3 고조파 성분 또는 제 3 고조파 성분과 제 5 고조파 성분만 추출한다. 프로세서 혹은 마이컴이 제 3 고조파 성분 또는 제 3 고조파 성분과 제 5 고조파 성분의 크기만을 제어하여도 본 개시에 따른 고조파 제어 및/또는 역률 개선 효과를 거둘 수 있다.
계통 정보 추정기(1520)는 입력 전압 센서(1700)로부터 입력 전원(1100)의 전압을 센싱한 전압 정보를 수신한다. 고조파 제어기(1530)는 기본적으로 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 입력 전원(1100)의 전류 정보, 고조파 추출기(1510)에 의해 추출된 고조파 성분, 및 계통 정보 추정기(1520)로부터 입력 전원(1100)의 전압 정보를 수신하여 입력 전압과 입력 전류 간의 위상 차를 판단할 수 있고, 고조파 성분들의 크기를 판단할 수 있다.
고조파 제어기(1530)는 만일 고조파 성분의 크기가 소정의 규격값보다 더 커서 고조파 성분들의 크기가 규격을 만족하지 않는다고 판단하며, PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간 크기(δ, 미스위칭 구간 크기)를 줄이도록 제어값을 출력한다.
반대로 고조파 제어기(1530)는 만일 고조파 성분들의 크기가 규격을 만족하면, PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간 크기(δ, 미도통 구간 값 혹은 미스위칭 구간 크기)를 증가시키도록 제어값을 출력한다. 참고로, 본 명세서 전반에 걸쳐서 소정의 규격값은 '소정의 기준값'과 동일한 의미로 대체되어 사용될 수 있고, 소정의 고조파 규격값은 소정의 고조파 기준값과 동일한 의미로 대체되어 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐서 '스위치의 미도통 구간'은 '미스위칭 구간'과 서로 대체되어 사용될 수 있으며 동일한 의미로 간주된다.
고조파 성분의 규격은 국가별로 그리고 전력 레벨 별로 그 기준이 다르다. 따라서 개별 국가와 전력 레벨에 따라 고조파 제어기(1530)는 입력되는 고조파 성분과 비교하는 고조파 규격의 크기를 미리 정해서 내부 메모리에 저장할 수 있다. 예를 들어 IEEE standard 519 (2014)에서는 다음과 같은 THD 제한을 두고 있다.
Bus voltage V at PCC* Individual Harmonics(%) Total harmonic distortion
THD (%)
V ≤ 1.0 kV 5.0 8.0
1.0 kV < V ≤ 69kV 3.0 5.0
69kV < V ≤ 161kV 1.5 2.5
161kV < V 1.0 1.5a **
* PCC: Point of common coupling
** 고전압 시스템은 THD 2.0%까지 허용
일 실시예에서, 고조파 제어기(1530)는 스위치 미도통 구간 크기(δ)와 입력 전원(1100)의 전압 정보를 통해 결정된 전압의 위상정보(θ)에 기초하여 전류 모양 지령 ref(θ, δ) = |sinα|를 출력한다. 위 전류 모양 지령 ref(θ, δ) = |sinα|은 미도통 구간 크기를 반영한 위상 지령이라고 할 수 있다. DC 링크 전압 센서(1800)는 DC 링크 커패시터(1300) 양단의 전압을 센싱하고 센싱된 DC 링크(1300) 양단 전압값은 DC 링크 전압 지령과 연산(DC 링크 전압 지령과 DC 링크 양단 전압값의 차이 산출)되어 전압제어기(1540)에 입력된다. 전압제어기(1540)의 출력은 전류 크기 지령이라고 할 수 있다. 출력된 전류 크기 지령은 고조파 제어기(1530)의 출력 |sinα|, 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 전류 정보와 함께 전류제어기(1550)에 입력된다. 전류제어기(1550)는 전류 크기 지령에 전류 위상 및 전류 모양 지령인 |sinα|를 곱한 최종 전류 지령값을 산출하고, PWM(pulse width modulation) 생성기(1560)는 PFC 회로(1200)의 스위치 제어를 위한 게이트 신호를 출력하게 된다. 일 실시예에서, 제어기(1500a)의 동작에 따라 PFC 회로(1200)는 아래 수학식 1에 따른 전류 모양 지령 |sinα|에 의한 전류 파형을 출력한다.
Figure PCTKR2022018311-appb-img-000001
Figure PCTKR2022018311-appb-img-000002
Figure PCTKR2022018311-appb-img-000003
수학식 1에 따른 전류 모양 지령 생성은 일 실시예일 뿐 다른 방식에 의해 전류 지령을 생성할 수 있다.
수학식 1에 따른 전류 모양 지령 생성은 일 실시예일 뿐 다른 방식에 의해 전류 지령을 생성할 수 있다.
도 2에서 고조파 제어기(1530), 전압 제어기(1540), 및 전류 제어기(1550)는 일반적으로 PI 제어기(proportional integral controller)를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 도 2에 따른 PFC 회로(1200)에 의한 전기기기(1000)의 동작에서 DC 링크 커패시터(1300) 양단의 DC 전압 크기는 계통의 입력 전압의 크기보다 크다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 미도통 구간을 반영한 전류 모양 지령 출력의 파형을 도시한다.
도 3을 참조하면, 연속적인 사인(sin)파형의 전류 파형 |sinθ|(310)는 미도통 구간 크기 δ가 결정되면 도 3에 도시된 바와 같은 |sinα|(330) 모양의 전류 모양 지령에 따른 전류 파형을 가지게 된다. 전류 파형을 고려할 때 |sinα|(330)는 |sinθ|(310)보다 고조파 성분이 증가할 것이다. 만일 |sinα|(330)의 고조파 성분이 소정의 고조파 규격값보다 커지면 전기기기(1000)의 제어에 의해 미도통 구간 크기 δ가 작아지고, |sinα|(330) 파형은 |sinθ|(310) 파형에 더 접근하게 된다. 반대로 |sinα|(330)의 고조파 성분이 소정의 고조파 규격값보다 작아지면, 스위치의 미도통 구간 크기 δ가 더 커지도록 |sinα|(330)의 전류 파형이 결정될 것이다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 본 개시의 일 실시예에 따른 PFC 회로이다.
도 2에서의 PFC 회로(1200)를 좀더 상세히 도시하면 도 4a, 도 4b, 및 도 4c의 점선에 의한 블록과 같다. 도 4a, 도 4b, 및 도 4c의 PFC 회로는 일 실시예일 뿐, 기본 브릿지리스(bridgeless) PFC, 세미 브릿지리스 PFC를 비롯하여 다양한 PFC 회로가 도 2의 PFC 회로(1200) 블록을 대체할 수 있다.
도 4a는 토템-폴 브릿지리스 (totem-pole bridgeless) PFC 회로를 보여준다. 도 4a의 블록(1200a)은 도 2의 PFC 회로(1200)를 대체할 수 있다. 도 4a에서 보는 바와 같이 토템-폴 브릿지리스 PFC 회로는 한쪽 레그에는 스위칭 소자를, 다른 한 쪽 레그에는 저주파수 다이오드가 배치된다. 이로써, 공통 모드 전압은 교류 입력 전압이 양(+)일 때는 영전위를 갖고, 교류 입력 전원이 음(-)일 때는 DC 링크 전압을 갖게 된다. 따라서, 공통 모드 전압이 60Hz의 사각파 전압으로 나타나므로 토템-폴 브릿지리스 (totem-pole bridgeless) PFC 회로를 채택하면 공통 모드 노이즈 특성이 개선될 수 있다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 인터리브드 부스트(interleaved boost) PFC 회로를 보여준다.
인터리브드 부스트(interleaved boost) PFC 회로에서는 S1 스위칭 소자가 있는 레그와 S2 스위칭 소자가 있는 레그를 서로 중첩되지 않게 제어기가 2 페이즈(phase) 인덕터 전류를 180도 차이가 나도록 제어하면, 입력 전류 및 출력 전류 리플(ripple)을 모두 감소시킬 수 있다. 그 결과 인터리브드 부스트(interleaved boost) PFC 회로를 채용한 전기기기(1000)는 소형화된 전자기 간섭 필터 사용이 가능하며 따라서 재료 비용이 줄어들 수 있다.
도 4c는 본 개시의 일 실시예에 따른 벅(buck) PFC 회로를 보여준다. 벅(buck) PFC 회로는 부스트(boost) PFC 회로와 달리 입력 전압이 DC 링크에 의해 확립되는 목표 전압보다 높을 때 사용된다.
도 1에 따른 PFC 회로(30)도 본 개시의 일 실시예에 따라 부스트(승압) PFC 회로로서 도 2의 PFC 회로(1200)를 대체할 수 있다.
본 개시에 따른 고조파 제어에 따른 PFC 회로는 도 4a, 4b, 및 4c에 한정되지 않고 다양한 PFC 회로가 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 제어를 포함하는 계통의 회로도와 제어 블럭도이다.
도 5에 따르면, 도 2에서와 마찬가지로 고조파 제어를 포함하는 전기기기(1000)는 가전기기일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 개시의 일실시예에 따라 전기기기(1000)는 전력 제어 장치일 수 있다. 본 개시의 일실시예에 따라 도 2에 따른 전기기기(1000)는 에어컨 및/또는 에어컨 실외기에 적용될 수 있을 뿐 아니라 서버파워, 전기자동차 완속 충전기에도 적용될 수 있다. 또한, 도 5에 따른 전기기기(1000)는 공기 조화기, 세탁기, 건조기, 전등, TV, 가열장치, 및 스타일러(styler) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가열장치는 스마트 주전자(smart kettle), 차주전자(teapot), 커피포트(coffee pot), 인덕션 장치, 토스트, 에어프라이어, 하이라이트, 밥솥 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5에 따른 전기기기(1000)에서 도시된 구성요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 전기기기(1000)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 전기기기(1000)가 구현될 수 있다.
이하에서는 도 5에 따른 전기기기(1000)의 각 구성에 대해서 살펴보기로 한다.
일 실시예에 따라, 입력 전원(1100)은 아웃렛(power outlet)에 연결되는 전원선을 통한 교류 전원일 수 있다. 일 실시예에 따라, 입력 전원(1100)은 무선 전력 전송에 따라 별도의 스테이션(도시되지 않음)으로부터 공급받은 교류 전원일 수 있다.
도 5에 따른 제어기(1500b)의 블록도는 도 2에 따른 제어기(1500a)의 블록도와 비교하여 고조파 추출과 크기 제어를 상세하게 세분화한 블록도이다. 따라서, 도 5의 회로 동작은 전반적으로 도 2의 회로 동작과 동일하다고 볼 수 있으므로 도 2와 중복되는 회로 동작에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에서 입력 전압 센서(1700)에 의해 센싱된 전압과 DC 링크 전압 센서(1800)에 의해 센싱된 DC 링크 전압, 그리고 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 입력 전원의 전류는 모두 제어기(1500b)의 입력으로 사용된다.
일 실시예에서 제어기(1500b)는 전기기기(1000)가 구비한 프로세서(도시되지 않음)에 의한 제어 프로세싱이 이루어지는 곳일 수 있다. 프로세서를 포함하는 블록도는 도 12에서 다시 설명하도록 한다.
이하에서는 제어기(1500b)의 동작을 상세히 살펴보기로 한다.
1-N차 고조파 추출기(1511)는 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 전류 정보로부터 1 내지 N차 고조파 성분들을 추출한다. 여기서 N은 3 이상의 홀수인 정수이다. 고조파 성분들은 프로세서 혹은 마이컴(micom)을 이용하여 고속 푸리에 변환(FFT, fast Fourier transform) 혹은 대역통과필터(band pass filter)를 사용하여 추출할 수 있다.
계통 정보 추정기(1520)는 입력 전압 센서(1700)로부터 입력 전원(1100)의 전압을 센싱한 전압 정보를 수신한다. 도 5에 따른 제어기(1500b)는 기본적으로 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 입력 전원(1100)의 전류 정보, 고조파 추출기(1510)에 의해 추출된 고조파 성분 및 계통 정보 추정기(1520)로부터 입력 전원(1100)의 전압 정보를 수신하여 입력 전압과 입력 전류 간의 위상 차를 판단할 수 있고, 고조파 성분들의 크기를 판단할 수 있다.
1-N차 고조파 크기 제어기(1531)는 만일 1차 내지 N차까지 고조파 성분들의 크기 중 어느 하나라도 규격을 만족하지 않고 규격값보다 고조파 성분들의 크기가 더 크다고 판단되면, PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간 크기 δ를 줄이도록 제어한다. 예를 들어 제 3 차 고조파 성분이 소정의 규격값을 만족한다고 하더라도 제 5 차 고조파 성분이 소정의 규격값을 만족하지 않는다면 1-N차 고조파 크기 제어기(1531)는 PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간 크기 δ를 줄이는 제어를 수행한다. 마찬가지로, 제 3, 5 차 고조파 성분이 소정의 규격값을 만족한다고 하더라도 제 7 차 고조파 성분이 소정의 규격값을 만족하지 않는다면 1-N차 고조파 크기 제어기(1531)는 PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간 크기 δ를 줄이는 제어를 수행한다.
반대로 1-N차 고조파 크기 제어기(1531)는 만일 1-N차 고조파 성분들의 크기가 소정의 규격값들을 모두 만족한다고 판단되면, PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간 크기 δ를 증가시킨다. 예를 들어, 일 실시예에서, N = 5 로 설정되어 전기기기(1000)는 제 3, 5 차 고조파 성분만을 제어 대상으로 삼는다고 가정하자. 1-N차 고조파 크기 제어기(1531)는 제 7 차 고조파 성분이 규격을 만족하는지 여부를 판단하지 않고 제 3, 5 차 고조파 성분이 소정의 규격값을 만족하는 것으로 판단하면 PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간 크기 δ를 증가시킨다.
일 실시예에서, 전류 지령기(1533)는 1-N차 고조파 크기 제어기(1531)의 출력인 미도통 구간 크기(δ)와 입력 전원(1100)의 전압 정보를 통해 결정된 위상정보(θ) 입력에 기초하여 전류 모양 지령 ref(θ, δ) = |sinα|를 출력한다. 여기서 위상정보(θ)는 입력 전원(1100)의 전압과 입력 전류의 위상차 정보일 수 있다. 일 실시예에서, DC 링크 전압 센서(1800)는 DC 링크 커패시터(1300) 양단의 전압을 센싱하고 센싱된 DC 링크 커패시터(1300) 양단의 전압값은 DC 링크 전압 지령과 연산(DC 링크 커패시터(1300) 양단의 전압값과 DC 링크 전압 지령 간의 차이값 산출)되어 전압제어기(1540)에 입력된다. 전압제어기(1540)의 출력은 고조파 제어기(1530)의 출력 |sinα|과 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 전류 정보와 함께 전류제어기(1550)에 입력된다. 전류제어기(1550)는 최종 전류 지령값을 산출하고, PWM(pulse width modulation) 생성기(1560)에서 PFC 회로(1200)의 스위치 제어를 위한 게이트 신호를 출력하게 된다. 제어기(1500b)의 동작에 따라 PFC 회로(1200)는 위에서 살펴본 수학식 1에 따른 전류 모양 지령 |sinα|에 의한 전류 파형을 출력한다.
도 5에서 전압제어기(1540), 전류제어기(1550), 1-N차 고조파 크기 제어기(1531)는 일반적으로 PI 제어기(proportional integral controller)를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 도 5에 따른 PFC 회로(1200)에 의한 전기기기(1000)의 동작에서 DC 링크 커패시터(1300) 양단의 DC 전압 크기는 계통의 입력 전압의 크기보다 크다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라 제 3 고조파를 제어하여 전류 모양 지령을 생성하는 제어 블록도이다.
일 실시예에서, 도 6에 따른 제어 블록도에서는 도 2의 고조파 추출기(1510) 또는 도 5의 1-N차 고조파 추출기(1511) 대신 3차 고조파 추출기(1512)가 사용된다. 또한, 도 6에 따른 제어 블록도에서 도 2의 고조파 제어기(1530)의 일부와 도 5의 1-N차 고조파 크기 제어기(1531) 대신 3차 고조파 크기 제어기(1532)가 사용된다.
일 실시예에 따라, 3차 고조파 추출기(1512)는 전기기기(1000)의 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 입력 전원(1100)의 전류 정보로부터 제 3 차 고조파 성분을 추출한다. 3차 고조파 추출기(1512)에 의해 추출된 입력 전류의 제 3 차 고조파 성분은 제 3 차 고조파 크기 지령 크기와 비교되고, 비교(차감)된 값은 3차 고조파 크기 제어기(1532)에 입력된다. 3차 고조파 크기 제어기(1532)는 만일 제 3 차 고조파 성분의 크기가 규격을 만족하지 않고 소정의 규격값보다 더 크다고 판단되면, PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간을 줄이는 값(δ, 미스위칭 구간 크기)을 출력한다.
반대로 3차 고조파 크기 제어기(1532)는 만일 제 3차 고조파 성분의 크기가 소정의 규격값을 만족한다고 판단하면, PFC 회로(1200)가 포함하는 스위치의 미도통 구간 크기 δ 를 증가시킨다.
일 실시예에서, 전류 지령기(1533)는 3차 고조파 크기 제어기(1532)의 출력값인 미도통 구간 크기(δ)와 입력 전원(1100)의 전압 정보를 통해 결정된 위상정보(θ) 입력에 기초하여 전류 모양 지령 ref(θ, δ) = |sinα|를 출력한다. 출력된 전류 모양 지령에 따라 전기기기(1000)는 PWM 생성기(1560)에 의해 생성된 게이트 신호에 의해 PFC 회로(1200)의 스위치 소자를 제어한다.
3차 고조파 제어기(1532)는 PI 제어기일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7a와 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따라 계통의 전류와 고조파 전류를 도시한 파형도이다.
도 7a에 따르면, 계통의 전류(710)는 미도통 구간 크기 δ(750)를 가지는 사인파 형태를 가진다. 도 7a를 참조하면, 계통의 전류(710)에서 고조파 성분을 추출하여 그 크기를 표시한 것인 추출한 3차 고조파 전류 크기(720) 및 추출한 5차 고조파 전류 크기(730)가 도시된다. 각각의 3차 고조파 전류 크기(720) 및 5차 고조파 전류 크기(730)가 소정의 규격값보다 큰 경우 도 2와 도 5에서 본 바와 같이 제어기(1500b)를 통해 미도통 구간 크기 δ를 줄이는 제어가 수행된다. 실제 계통의 전류(710)는 전류 센서(1600)에 의해 센싱되는 계통의 전류일 수 있다.
도 7b는 계통의 전류와 고조파 전류를 주파수 별로 표시한 도면이다.
도 7b에 따르면 계통의 전류 기본파는 약 6A 정도의 크기를 보여주고 있다.
도 7b에 따르면 3 차 고조파의 주파수인 180Hz에서 약 2A 정도 크기의 제 3 차 고조파 성분의 크기가 도시되고 있다. 만일 이 전류 크기(약 2A)가 소정의 규격값보다 크면 스위치의 미도통 구간 크기 δ를 줄이는 제어가 수행된다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 고조파를 제어하여 전류 모양 지령을 생성하는 제어 블록도이다.
도 8에 따르면, 3차 고조파 추출기(1511_3)는 전기기기(1000)의 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 입력 전원(1100)의 전류 정보로부터 제 3 차 고조파 성분을 추출한다. 5차 고조파 추출기(1511_5)는 전류 정보로부터 제 5 차 고조파 성분을 추출하고 7차 고조파 추출기(1511_7)는 전류 정보로부터 제 7 차 고조파 성분을 추출하고, N차 고조파 추출기(1511_N)는 전류 정보로부터 제 N 차 고조파 성분을 추출한다. 여기서 N은 9 이상의 홀수의 정수이다.
3차 고조파 추출기(1511_3)에 의해 추출된 입력 전류의 제 3 차 고조파 성분은 소정의 규격값인 제 3 차 고조파 크기 지령값과 비교되고, 비교(차감)된 값은 3차 고조파 크기 제어기(1532)에 입력된다. 일 실시예에서, 3차 고조파 크기 제어기(1531_3)는 만일 제 3 차 고조파 성분의 크기가 규격을 만족하지 않고 소정의 규격값보다 더 크다고 판단하면, 미도통 구간 크기(δ3, 제 3 차 고조파 성분에 대응되는 미도통 구간 크기)를 줄이는 제어를 수행한다. 유사하게, 5차 고조파 추출기(1511_5)에 의해 추출된 입력 전류의 제 5 차 고조파 성분은 소정의 규격값인 제 5 차 고조파 크기 지령값과 비교되고, 비교(차감)된 값은 5차 고조파 크기 제어기(1531_5)에 입력된다. 5차 고조파 크기 제어기(1531_5)는 만일 제 5 차 고조파 성분의 크기가 규격을 만족하지 않고 소정의 규격값보다 더 크다고 판단하면, 미도통 구간 크기(δ5, 제 5 차 고조파 성분에 대응되는 미도통 구간 크기)를 줄이도록 제어를 수행한다. 마찬가지 방법으로, 7차 고조파 추출기(1511_7)에 의해 추출된 입력 전류의 제 7 차 고조파 성분은 제 7 차 고조파 크기 지령값과 비교되고, 비교(차감)된 값은 7차 고조파 크기 제어기(1531_7)에 입력된다. 7차 고조파 크기 제어기(1531_7)는 만일 제 7 차 고조파 성분의 크기가 규격을 만족하지 않고 소정의 규격값보다 더 크다고 판단하면, 미도통 구간 크기(δ7, 제 7 차 고조파 성분에 대응되는 미도통 구간 크기)를 줄이는 제어를 수행한다. 마지막으로, N차 고조파 추출기(1511_N)에 의해 추출된 입력 전류의 제 N 차 고조파 성분은 제 N 차 고조파 크기 지령값과 비교되고, 비교(차감)된 값은 N차 고조파 크기 제어기(1531_N)에 입력된다. N차 고조파 크기 제어기(1531_N)는 만일 제 N 차 고조파 성분의 크기가 규격을 만족하지 않고 소정의 규격값보다 더 크다고 판단하면, 미도통 구간 크기(δN, 제 N 차 고조파 성분에 대응되는 미도통 구간 크기)를 줄이는 제어를 수행한다. 각각의 고조파 성분에 대응되는 미도통 구간 크기(δ3, δ5, δ7, ... ,δN)는 최소값 판별기(1535)에 입력되고, 최소값 판별기(1535)는 δ3, δ5, δ7, ... ,δN 중 최소값을 선택하여 전류 지령기(1533)의 입력으로 전송한다. 전류 지령기(1533)는 선택된 최소값에 기초하여 전류 모양 지령 |sinα|를 출력하게 된다. 이러한 방법에 의해 복수의 고조파 성분들이 소정의 규격값을 모두 만족하면서도 전기기기(1000)는 PFC 회로(1200)에서 최대의 미스위칭 구간을 결정할 수 있다.
예를 들어, 소정의 규격값인 제 3 차 고조파 크기 지령이 3A, 소정의 규격값인 제 5 차 고조파의 크기 지령이 1A, 소정의 규격값인 제 7 차 고조파의 크기 지령이 0.3A 라고 가정하자. 만일 제 5 차 고조파의 크기가 0.8A, 제 7 차 고조파의 크기가 0.2A 이고 제 3 차 고조파의 크기가 4A이면 도 8에 따른 고조파 제어에서 3차 고조파 크기 제어기(1531_3)가 가장 작은 미도통 구간 크기 값(δ)을 출력할 것이다. 최소값 판별기(1535)는 3차 고조파 크기 제어기(1531_3)에서 출력된 δ3을 전류지령기(1533)의 입력으로 전송한다.
만일 3차 고조파 제어기(1531_3)에 의해 제 3 차 고조파 크기가 2.5A가 되었고 이 때 제 5 차 고조파의 크기가 1.2A가 되었다고 가정하자. 이 경우 5차 고조파 크기 제어기(1531_5)의 출력 δ5 값이 다른 제어기의 출력 δ에 비해 가장 작을 것이며 이 값은 최소값 판별기(1535)에 의해 전류지령기(1533)의 입력 δ으로 전송될 것이다.
도 8에 따른 고조파 추출과 고조파 크기 제어는 일 실시예이며, 고조파 추출은 제 3, 5 차 고조파까지 추출하고 전기기기(1000)는 3, 5차 고조파 제어기(1531_3, 1531_5)까지만 동작시킬 수 있다. 일 실시에에서, 전기기기(1000)는 고조파 추출을 제 3, 5, 7 차 고조파까지만 추출하고 3, 5, 7차 고조파 제어기(1531_3, 1531_5, 1531_7)까지만 운용할 수 있다. 이와 같이, 전기기기(1000)는 프로세서(혹은 마이컴)의 성능과 메모리 용량에 따라 고조파 추출 범위를 선택할 수 있다.
도 8에 따른 각 고조파 성분에 대응되는 고조파 크기 제어기는 PI 제어기일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 9a와 도 9b는 본 개시의 일 실시예에 따라 실제 계통 전류와 고조파 전류를 나타내는 파형도이다.
도 7a에서와 달리 도 9a에 따르면, 미도통 구간이 커지면서 전반적으로 고조파 성분의 크기가 커졌음을 알 수 있다. 그리고, 5 고조파 전류 크기(930)를 통해 알 수 있듯이 제 5 차 고조파 성분의 크기가 증가하였다.
만일 제 3 차 고조파 성분의 크기가 소정의 규격값을 만족하더라도 제 5 차 고조파 성분의 크기가 소정의 규격값을 만족하지 못하면 앞선 도 8에서 보는 바와 같이 전기기기(1000)는 각 차수별 고조파 크기 제어기에서 출력하는 스위치의 미도통 구간 크기 값들 δ3, δ5, δ7, ... ,δN 중 최소값을 최종 미도통 구간 크기 값(δ)으로 결정하여 PFC 회로(1200)를 구동할 수 있다.
예를 들어, 도 9b에서 제 3 차 고조파는 2A, 제 5 차 고조파는 0.5A가 소정의 규격값이라고 가정하자. 도 9b에서 제 3 차 고조파의 크기는 소정의 규격값을 만족하지만, 제 5 차 고조파의 크기가 소정의 규격값을 만족하지 못하므로 δ5 < δ3 관계가 성립할 것이다. 따라서, 도 8에 따른 전기기기(1000)는 δ3 보다 작은 δ5를 최종 미도통 구간 크기로 결정할 것이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 고조파를 제어하여 전류 모양 지령을 생성하는 제어 블록도이다.
도 10에 따르면, 3차 고조파 추출기(1512_3)는 전기기기(1000)의 전류 센서(1600)에 의해 센싱된 입력 전원(1100)의 전류 정보로부터 제 3 차 고조파 성분을 추출한다. 5차 고조파 추출기(1512_5)는 전류 정보로부터 제 5 차 고조파 성분을 추출하고 7차 고조파 추출기(1512_7)는 전류 정보로부터 제 7 차 고조파 성분을 추출하고, N차 고조파 추출기(1512_N)는 전류 정보로부터 제 N 차 고조파 성분을 추출한다. 여기서 N은 9 이상의 홀수의 정수이다.
도 10에 따른 고조파 제어는 아래와 같다.
먼저, 소정의 규격값에 대응되는 제 3 차 고조파 크기 지령이 3A, 소정의 규격값인 제 5 차 고조파의 크기 지령이 1A, 소정의 규격값인 제 7 차 고조파의 크기 지령이 0.3A 라고 가정하자. 만일 제 5 차 고조파의 크기가 0.8A, 제 7 차 고조파의 크기가 0.2A 이고 제 3 차 고조파의 크기가 4A이면 도 10에 따른 고조파 제어는 제 3 차 고조파만을 대상으로 한다. 도 10에서 제어기는 3차 고조파 제어기(1532_3)만을 가동시키고 제 3 차 고조파 크기 지령인 3A를 추종하도록 제 3 차 고조파 크기가 제어되고 이에 따라 3차 고조파 제어기(1532_3)는 미도통 구간 크기 δ를 출력한다.
만일 3차 고조파 제어기(1532_3)에 의해 제 3 차 고조파 크기가 2.5A가 되었고 이 때 제 5 차 고조파의 크기가 1.2A가 되었다고 가정하자. 제 5 차 고조파 크기를 줄여야 하나, 도 10에 따른 일실시예에 따르면 전기기기(1000)는 이 때 제 5 차 고조파를 직접 제어하기 보다는 5차 고조파 제어기의 출력을 통해 제 3 차 고조파 크기를 줄이는 방법으로 제 5 차 고조파 크기를 제어하는 방식을 취한다. 왜냐하면, 결국 제 3 차 고조파의 크기와 제 5 차 고조파의 크기는 서로 연관되어 있기 때문이다. 예를 들어, 제 3 차 고조파 지령을 3A에서 2.7A로 낮춤으로써, 전반적인 제 5 고조파 크기도 저감시키는 효과를 거둘 수 있다.
이 상태에서 제 3 차 고조파 지령이 2.7A로 낮추어져서 3차 고조파 제어기(1532_3)의 동작에 의해 제 5 차 고조파의 크기도 함께 저감된 상태에서 제 7 차 고조파의 크기가 소정의 규격값인 0.3A를 넘어서 0.5A가 되었다고 가정하자.
이 때 7차 고조파 제어기(1532_7)의 출력은 제 3 차 고조파 크기 지령값을 차감시킨다. 즉, 전기기기(1000)의 프로세서(2200)는 앞선 제 5 차 고조파 크기 제어와 마찬가지로 제 3 차 고조파 크기를 제어함으로써 7차 고조파 크기를 제어하는 방식을 취한다. 프로세서(2200)의 제어에 의해 제 3 차 고조파 크기 지령을 작게 함으로써 제 7 차 고조파가 소정의 규격값인 0.3A가 되도록 3차 고조파 제어기(1532_3)는 저감된 제 3 차 고조파 크기 지령을 추종하게 된다.
동일하게, N차 고조파 추출기(1532_N)에 의해 추출된 입력 전류의 제 N 차 고조파 성분은 소정의 규격값인 제 N 차 고조파 크기 지령 크기와 비교되고, 비교(차감)된 값은 N차 고조파 제어기(1532_N)에 입력된다. N차 고조파 제어기(1532_N)의 출력은 제 3 차 고조파 크기 지령값을 차감시킨다.
만일, 일 실시예에서, 제 N 차 고조파 크기, 제 7 차 고조파 크기, 제 5 차 고조파 크기가 모두 소정의 규격값을 만족시키지 않는다면, N차 고조파 제어기(1532_N)의 출력, 7차 고조파 제어기(1532_7)의 출력, 5차 고조파 제어기(1532_5) 출력은 모두 제 3 차 고조파 크기 지령값을 차감한다. 차감된 제 3 차 고조파 크기 지령값이 3차 고조파 추출기(1512_3)에 의한 제 3 차 고조파 크기와 비교되어 최종 3차 고조파 제어기(1532_3)에 의한 PI 제어기 입력이 되고 3차 고조파 제어기(1532_3)는 미도통 구간 크기 값을 출력한다.
도 10에서 보는 바와 같이 N차 고조파 제어기(1532_N)의 출력, 7차 고조파 제어기(1532_7)의 출력, 5차 고조파 제어기(1532_5)의 출력이 더해져서 제 3 차 고조파 크기 지령 크기와 비교되고, 비교(차감)된 값이 3차 고조파 추출기(1512_3)에 의해 입력 전류의 제 3 차 고조파 성분과 비교되어 3차 고조파 제어기(1532_3)에 입력된다. 3차 고조파 제어기(1532_3)는 위 비교 결과에 따라 미도통 구간 크기(δ)를 줄이거나 늘린다.
3차 고조파 제어기(1532_3)는 미도통 구간 크기인 δ를 전류 지령기(1533)의 입력으로 전송하고 전류 지령기(1533)는 미도통 구간 크기 값인 δ와 계통의 위상 정보 θ에 기초하여 전류 모양 지령 |sinα|를 출력하게 된다. 이러한 방법에 의해 전기기기(1000)는 PFC 회로(1200)에서 최대의 미스위칭 구간을 확보할 수 있게 되며 역률 보상에 의해 전기기기(1000)의 손실을 줄일 수 있게 된다.
도 10에 따른 고조파 추출과 고조파 크기 제어는 일 실시예이며, 고조파 추출은 제 3, 5 차 고조파까지 추출하고 제 3차 고조파 제어기(1532_3) 및 5차 고조파 제어기(1532_5)까지 운용하는 실시예, 고조파 추출을 제 3, 5, 7 차 고조파까지 추출하고 3차 고조파 제어기(1532_3) 및 5, 7차 고조파 제어기(1532_5, 1532_7)까지 운용하는 실시예 등 전기기기(1000)는 프로세서(혹은 마이컴)의 성능과 메모리 용량에 따라 다양한 제어기 동작을 선택할 수 있다.
도 10에 따른 3차 고조파 제어기(1532_3) 및 각 고조파 성분에 대응되는 고조파 크기 제어기는 PI 제어기일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 인터리브드 PFC 회로를 구비한 전기기기의 회로도이다.
일반적으로 PFC 회로를 포함한 전기기기(1000)를 비롯하여 컨버터는 저부하에서 낮은 효율을 갖는다. 따라서, PFC 회로를 포함한 전기기기(1000)나 컨버터를 다상 인터리브드 방식을 채용하여 사용하는 상(phase)의 개수를 조절하면 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 11을 참조하면, 인터리브드 PFC 회로(1200_1)를 구비하여 다수의 스위칭 레그(leg)가 있는 경우에는 전기기기(1000)의 에너지 효율 향상을 위해 특정 부하 영역 - 보통은 저부하 영역 - 에서 모든 레그가 아닌 특정 레그만 스위칭 동작을 수행하는 페이즈 쉐딩(phase shedding) 제어 기법을 적용할 수 있다.
도 11에서 고조파 제어기(1530_1)가 수행하는 제어 동작은 도 2 에서 계통 정보 추정기(1520)와 고조파 추출기(1510) 및 고조파 제어기(1530)가 수행하는 동작과 유사하다.
손실 측정을 위한 PFC 파라미터(1570)는 페이즈 쉐딩 제어를 위한 주요 파라미터들로서, 계통의 출력 전압, 출력 전류, 스위칭 주파수, 입력 전압 및 입력 전류를 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 룩업 테이블(1580) 블록은 입력된 손실 측정을 위한 PFC 파라미터(1570) 정보를 통해 스위칭 레그의 개수를 결정한다.
동작 레그 개수
1 EA 2 EA 3 EA ... N EA
계통 전류 1 A 계통 전류 크기와 동작 레그 개수에 따른 손실 정보
2 A
3 A
4 A
5 A
...
X A
표 2는 예시적인 룩업 테이블(1580)을 보여준다. 표 2에서 계통 전류(입력 전류) 대비 스위칭 주파수에 따른 손실 정보가 측정되면 측정된 손실 정보에 따라 동작 레그 수를 결정할 수 있다. 계통 전류 크기와 동작 레그 개수에 따른 손실 정보는 손실 측정을 위한 PFC 파라미터(1570)에 의해 결정되겠지만, 계통 전류는 보통 전기기기(1000)가 사용하는 부하량에 의해 결정될 것이고, 계통 전류 대비 손실이 상대적으로 작게 나오는 레그 수가 결정될 것이다. 레그 수가 많을수록 손실은 작아질 가능성이 높으나, 제조사는 전기기기(1000)의 제조 원가를 고려하여 레그 수를 제한할 수도 있다. 일 실시예에서, 룩업 테이블(1580)을 통해 결정된 레그 수에 따라 프로세서(도시되지 않음)는 동작시킬 레그를 선택기(1590)를 통해 선택한다. 선택기(1590)에 의한 레그 선택은 임의(random)로 이루어질 수도 있고 순차적으로 이루어질 수도 있다. 프로세서가 페이즈 쉐딩 제어 시 무작위나 순차적으로 레그를 선택하지 않으면 레그 별로 수명 편차가 발생할 수 있으므로 선택기(1590)는 레그를 임의로 혹은 순차적으로 선택할 수 있다.
PWM 생성기(1560)는 PFC 제어기(1550_1)의 출력인 레그 스위치의 스위칭-온 듀티(미도통 구간을 뺀 스위치의 도통 듀티)와 선택기(1590)에 의해 선택된 레그를 입력으로 받아 PWM 신호를 생성하고 이를 통해 레그의 스위치에 게이트 신호를 전달한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 전기기기의 제어장치의 블록도이다.
전기기기(1000)는 도 2 및 도 5에 따른 계통에 따른 회로도와 더불어 PFC 회로(1200)의 게이트 제어, 제어기(1500a, 1500b)의 전반적인 제어를 수행하는 제어장치(2000)를 포함할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 제어장치(2000)는, 구동부(2100), 프로세서(2200), 통신 인터페이스(2300), 센서부(2400), 출력 인터페이스(2500), 사용자 입력 인터페이스(2600), 메모리(2700)를 포함할 수 있다. 제어장치(2000)의 각 구성요소들은 모두 필수적인 것은 아니며, 제조사의 설계 사상에 따라 각 구성요소들은 가감될 수 있다.
이하 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
구동부(2100)는 외부 전원으로부터 전력을 공급받고, 프로세서(2200)의 구동 제어 신호에 따라 부하에 전류를 공급할 수 있다. 구동부(2100)는 EMI (Electro Magnetic Interference) 필터(2111), 정류 회로(2112), 인버터 회로(2113), PFC 회로(1200)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
EMI 필터(2111)는 외부 전원(ES: External Source)으로부터 공급되는 교류 전력에 포함된 고주파 잡음을 차단하고, 미리 정해진 주파수(예를 들어, 50Hz 또는 60Hz)의 교류 전압과 교류 전류를 통과시킬 수 있다. EMI 필터(2111)와 외부 전원(ES) 사이에는 과전류를 차단하기 위한 퓨즈(Fuse)와 릴레이(Relay)가 마련될 수 있다. EMI 필터(2111)에 의하여 고주파 잡음이 차단된 교류 전력은 정류 회로(2112)에 공급된다.
정류 회로(2112)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 정류 회로(2112)는 시간에 따라 크기와 극성(양의 전압 또는 음의 전압)이 변화하는 교류 전압을 크기와 극성이 일정한 직류 전압으로 변환하고, 시간에 따라 크기와 방향(양의 전류 또는 음의 전류)이 변화하는 교류 전류를 크기가 일정한 직류 전류로 변환할 수 있다. 정류 회로(2112)는 브리지 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정류 회로(2112)는 4개의 다이오드를 포함할 수 있다. 브리지 다이오드는 시간에 따라 극성이 변화하는 교류 전압을 극성이 일정한 양의 전압으로 변환하고, 시간에 따라 방향이 변화하는 교류 전류를 방향이 일정한 양의 전류로 변환할 수 있다.
인버터 회로(2113)는 부하(도시되지 않음)에 전류를 공급하거나 차단하는 스위칭 회로를 포함할 수 있다. 스위칭 회로는 제 1 스위치와 제 2 스위치를 포함할 수 있다. 제 1 스위치와 제 2 스위치는 정류 회로(2112)로부터 출력되는 플러스 라인과 마이너스 라인 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 제 1 스위치와 제 2 스위치는 프로세서(2200)의 구동 제어 신호에 따라 턴 온되거나 턴 오프될 수 있다.
인버터 회로(2113)는 부하에 공급되는 전류를 제어할 수 있다. 예를 들어, 인버터 회로(2113)에 포함된 제 1 스위치와 제 2 스위치의 턴 온/턴 오프에 따라 부하에 흐르는 전류의 크기 및 방향이 변화할 수 있다. 이 경우, 부하에는 교류 전류가 공급될 수 있다. 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 스위칭 동작에 따라 부하에 사인파 형태의 교류 전류가 공급된다. 또한, 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 스위칭 주기가 길수록(예컨대, 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 스위칭 주파수가 작을수록) 부하에 공급되는 전류가 커질 수 있으며, 부하에 출력하는 자기장의 세기(가열 장치(2000)의 출력)가 커질 수 있다. 도 12에서 인버터 회로(2113)는 부하에 교류를 공급할 때 필요할 수 있으므로 부하에 직류를 공급하는 전기기기(1000)에서는 인버터 회로(2113)가 필요하지 않을 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라 전기기기(1000)의 인버터 회로(2113)는 PFC 회로(1200)로 대체되어 사용될 수 있다.
프로세서(2200)는, 전기기기(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(2200)는 메모리(2700)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 무선 전력 송신부(2100), 통신 인터페이스(2300), 센서부(2400), 출력 인터페이스(2500), 사용자 입력 인터페이스(2600), 메모리(2700)를 제어할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 제어장치(2000)는, 인공 지능(AI) 프로세서를 탑재할 수도 있다. 인공 지능(AI) 프로세서는, 인공 지능(AI)을 위한 전용 하드웨어 칩 형태로 제작될 수도 있고, 기존의 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor) 또는 그래픽 전용 프로세서(예: GPU)의 일부로 제작되어 가열 장치(2000)에 탑재될 수도 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 프로세서(2200)는 전기기기(1000)의 제어기(1500a, 1500b)가 포함하는 고조파 추출기, 고조파 제어기, 전류제어기, 전압제어기의 제어기 동작을 수행할 수 있다. 여기서 고조파 제어기, 전류제어기, 전압제어기의 제어기는 PI 제어기일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전기기기(1000)의 고조파 성분 규격값에 대한 정보는 제어장치(2000)의 메모리(2700)에 저장되어 있을 수 있다.
프로세서(2200)는 필요에 따라 IoT(Internet of Things) 네트워크 상에서 동작하거나 홈 네트워크에서 동작하도록 통신 인터페이스(2300)를 포함할 수 있다.
통신 인터페이스(2300)는, 근거리 통신부(2310), 원거리통신부(2320)를 포함할 수 있다. 근거리 통신부(2310, short-range wireless communication interface)는, 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication interface), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(Ultra Wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 원거리통신부(2320)는, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다. 원거리통신부(2320)는, 3G 모듈, 4G 모듈, 5G 모듈, LTE 모듈, NB-IoT 모듈, LTE-M 모듈 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 통신 인터페이스(2300)를 통해 전기기기(1000) 외부의 서버나 다른 전기기기와 통신을 하고 데이터를 송수신할 수 있다.
센서부(2400)는 전류 센서(1600), 입력 전압 센서(1700), 및 DC 링크 전압 센서(1800)를 포함할 수 있다. 전류 센서(1600)는 전기기기(1000)의 입력 전류를 센싱할 수 있다. 전류 센서(1600)는 전기기기(1000) 회로의 다양한 위치에 배치되어, 전류(주로 교류 전류) 정보를 획득할 수 있다. 입력 전압 센서(1700)는 전기기기(1000)의 입력 전원(1100) 전압 정보를 센싱하는데 사용된다. DC 링크 전압 센서(1800)는 DC 링크 전압을 센싱하여 전압 제어기(1540) 입력으로 사용될 수 있다.
출력 인터페이스(2500)는, 오디오 신호 또는 비디오 신호의 출력을 위한 것으로, 디스플레이부(2510)와 음향 출력부(2520) 등이 포함될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 제어장치(2000)는 디스플레이부(2510)를 통해서 전기기기(1000)와 관련된 정보를 표시해 줄 수 있다. 예를 들어, 제어장치(2000)는, 전기기기(1000)의 역률 정보나 각 고조파 성분값(예를 들어 입력 전류 대비 각 고조파 성분의 % 혹은 A(ampere))를 디스플레이부(2510)에 표시할 수 있다.
디스플레이부(2510)와 터치패드가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(2510)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 디스플레이부(2510)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 발광 다이오드(LED, light-emitting diode), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 가열 장치(2000)의 구현 형태에 따라 가열 장치(2000)는 디스플레이부(2510)를 2개 이상 포함할 수도 있다.
음향 출력부(2520)는 통신 인터페이스(2300)로부터 수신되거나 메모리(2700)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 음향 출력부(2520)는 스테이션(2000)에서 수행되는 기능과 관련된 음향 신호를 출력할 수 있다. 음향 출력부(2000)는 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 출력 인터페이스(2500)는 역률 정보, 고조파 성분 정보 중 적어도 하나를 디스플레이부(2510)를 통해 출력할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 의하면, 출력 인터페이스(2500)는 현재 파워 레벨, 동작 모드(예컨대, 저소음 모드, 일반 모드, 고출력 모드 등), 역률 제어 상태, 현재 역률 등을 표시할 수도 있다.
사용자 입력 인터페이스(2600)는, 사용자로부터의 입력을 수신하기 위한 것이다. 사용자 입력 인터페이스(2600)는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식 등), 조그 휠, 조그 스위치 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
사용자 입력 인터페이스(2600)는 음성 인식 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(2000)는 마이크로폰을 통해 아날로그 신호인 음성 신호를 수신하고, ASR(Automatic Speech Recognition) 모델을 이용하여 음성 부분을 컴퓨터로 판독 가능한 텍스트로 변환할 수 있다. 스테이션(2000)은 자연어 이해(Natural Language Understanding, NLU) 모델을 이용하여 변환된 텍스트를 해석하여, 사용자의 발화 의도를 획득할 수 있다. 여기서 ASR 모델 또는 NLU 모델은 인공지능 모델일 수 있다. 인공지능 모델은 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조로 설계된 인공지능 전용 프로세서에 의해 처리될 수 있다. 인공지능 모델은 학습을 통해 만들어 질 수 있다. 여기서, 학습을 통해 만들어진다는 것은, 기본 인공지능 모델이 학습 알고리즘에 의하여 다수의 학습 데이터들을 이용하여 학습됨으로써, 원하는 특성(또는, 목적)을 수행하도록 설정된 기 정의된 동작 규칙 또는 인공지능 모델이 만들어짐을 의미한다. 인공지능 모델은, 복수의 신경망 레이어들로 구성될 수 있다. 복수의 신경망 레이어들 각각은 복수의 가중치들(weight values)을 갖고 있으며, 이전(previous) 레이어의 연산 결과와 복수의 가중치들 간의 연산을 통해 신경망 연산을 수행한다.
언어적 이해는 인간의 언어/문자를 인식하고 응용/처리하는 기술로서, 자연어 처리(Natural Language Processing), 기계 번역(Machine Translation), 대화 시스템(Dialog System), 질의 응답(Question Answering), 음성 인식/합성(Speech Recognition/Synthesis) 등을 포함한다.
메모리(2700)는, 프로세서(2200)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예컨대, 전기기기(1000)의 역률 정보, 고조파 성분에 관한 정보 등)을 저장할 수도 있다. 메모리(2700)는 인공지능 모델을 저장할 수도 있다.
메모리(2700)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 제어장치(2000)는 인터넷(internet)상에서 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 또는 클라우드 서버를 운영할 수도 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 고조파 제어 방법의 흐름도이다.
S1310단계에서, 전기기기(1000)의 전류 센서(1600)에 의해 계통의 입력 전류를 검출한다.
S1320 단계에서, 프로세서(2200)는 전류 센서(1600)로부터 검출된 입력 전류로부터 고조파 성분을 획득한다. 각 차수별 고조파 성분을 획득하기 위해 프로세서(2200)는 대역통과필터(band pass filter) 혹은 고속 푸리에 변환(FFT, fast Fourier transform)을 사용할 수 있다. 고조파 크기를 제어하기 위해서 획득하는 고조파 성분은 전기기기(1000)의 프로세서(2200) 성능이나 메모리(2700) 용량 혹은 사용자의 셋팅에 따라 달라질 수 있다. 즉, 전기기기(1000)가 속한 시스템 전체의 속도를 빨리 하거나 프로세서(2200)나 메모리(2700) 용량이 한정될 경우 전기기기(1000)는 제 3 차 고조파 성분 만 추출하여 제 3 차 고조파 성분의 크기만 제어할 수 있다. 또는, 제 3, 5 차 고조파를 추출하여 두가지 고조파 성분의 크기 만을 제어할 수도 있고 또는 더 많은 고조파 성분의 크기를 제어할 수도 있다.
S1330 단계에서, 프로세서(2200)는 앞에서 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값(소정의 규격값)보다 작고 PFC 회로(1200)에서 미스위칭 구간(스위치의 미도통 구간)이 최대가 되도록 제어기를 통해 미스위칭 구간(크기)을 결정한다. 미스위칭 구간 크기(미도통 구간 크기)를 결정하는 실시예는 앞에서 상세히 설명하였으므로 여기서는 중복된 설명을 생략한다.
S1340 단계에서, 프로세서(2200)는 결정된 미스위칭 구간에 대응되는 전류 지령값을 생성한다. 전류 지령값은 전류 모양 지령값일 수 있고, 도 3의 330 파형과 같은 형태를 가질 수 있다.
S1350 단계에서, 프로세서(2200)는 전류 지령값이 결정되면 PWM 생성기(1560)를 통해 PFC 회로(1200)의 스위치를 제어하기 위한 게이트 신호를 생성할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
본 개시의 일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.　 또한, 본 개시의 일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품 (computer program product)으로도 구현될 수 있다.
기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적 저장매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로, '비일시적 저장매체'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 스토어를 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.

Claims (15)

  1. 계통의 입력 전류를 검출하는 전류 센서; 및
    적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 전류 센서에 의해 검출된 입력 전류로부터 고조파 성분을 획득하고,
    상기 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작아지도록 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하고,
    상기 결정된 미도통 구간 크기에 대응되는 전류 지령값을 생성하는, 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계통의 입력 전류를 정류하는 정류부; 및
    상기 정류된 DC 전압을 평활화하는 DC 링크 커패시터를 더 포함하되,
    상기 DC 링크 커패시터 양단의 DC 전압 크기는 상기 계통의 입력 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 DC 링크 커패시터 양단의 상기 DC 전압 크기를 검출하는 전압 센서를 더 포함하되,
    상기 결정된 미스위칭 구간에 대응되는 상기 전류 지령값을 생성하는 것은,
    상기 프로세서가 상기 전압 센서를 통해 검출된 상기 DC 전압 크기와 DC 링크 전압 지령을 비교한 결과를 전압제어기에 입력하고 상기 전압제어기 출력과 상기 미스위칭 구간 크기 및 상기 전류 센서로부터 획득된 입력 전류를 전류제어기에 입력하여 상기 전류제어기로부터 상기 전류 지령값을 출력하는 것을 포함하는, 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 전류 지령값에 기초하여 PWM 스위칭 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 DC 링크 커패시터와 병렬로 복수의 레그(leg)를 갖는 PFC(power factor correction) 컨버터를 더 포함하되,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 복수의 레그 중 적어도 하나를 임의로 선택하고, 상기 PWM 스위칭 신호로 상기 임의로 선택된 적어도 하나의 레그에 포함된 스위치를 온오프하는 것을 특징으로 하는 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 DC 링크 커패시터와 병렬로 복수의 레그(leg)를 갖는 PFC(power factor correction) 컨버터를 더 포함하되,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 복수의 레그를 순차적으로 선택하고, 상기 PWM 스위칭 신호로 상기 복수의 레그 중 선택된 적어도 하나의 레그에 포함된 스위치를 온오프하는 것을 특징으로 하는 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은,
    상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 획득된 고조파 성분이 상기 소정의 고조파 기준값보다 크면 상기 미도통 구간 크기를 줄이고, 상기 획득된 고조파 성분이 상기 소정의 고조파 기준값보다 작으면 상기 미도통 구간 크기를 늘리도록 제어하는, 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 획득된 고조파 성분은 제 3, 5, ... , N(N은 7보다 크거나 같은 홀수인 정수)차 고조파이고,
    상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은,
    상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 제 3 차 고조파와 소정의 제 3 차 고조파 기준값의 차이를 입력으로 하는 제 3 차 고조파 크기 제어기의 출력, 상기 제 5 차 고조파와 소정의 제 5 차 고조파 기준값의 차이를 입력으로하는 제 5 차 고조파 크기 제어기의 출력, ... 및 상기 제 N 차 고조파와 소정의 제 N 차 고조파 기준값의 차이를 입력으로하는 제 N 차 고조파 크기 제어기의 출력 중 최소값을 판별하고, 상기 최소값에 기초하여 상기 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는, 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 획득된 고조파 성분은 제 3 차 고조파 성분 및 제 N (N은 5보다 크거나 같은 홀수인 정수)차 고조파 성분이고,
    상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은,
    상기 적어도 하나의 프로세서가,
    상기 제 N 차 고조파 성분의 크기가 소정의 제 N 차 고조파 기준값보다 작을 때는 상기 제 3 차 고조파 성분을 소정의 제 3 차 고조파 기준값에서 차감한 값만을 기초로 하여 상기 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 획득된 고조파 성분은 제 3 차 고조파 성분 및 제 N (N은 5보다 크거나 같은 홀수인 정수)차 고조파 성분이고,
    상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은,
    상기 적어도 하나의 프로세서가,
    상기 제 N 차 고조파 성분의 크기가 소정의 제 N 차 고조파 기준값보다 클 때는 상기 제 N 차 고조파 기준값에서 상기 제 N 차 고조파 성분의 크기를 차감한 값을 입력으로 하는 제어기의 출력값을 소정의 제 3 차 고조파 기준값에서 차감하고,
    상기 차감된 제 3 차 고조파 기준값에서 상기 제 3 차 고조파 성분의 크기를 차감한 값에 기초하여 상기 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는, 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은,
    상기 적어도 하나의 프로세서가,
    상기 획득된 고조파 성분이 상기 소정의 고조파 기준값보다 작도록 제어한 출력값과 상기 계통의 입력 전압과 상기 입력 전류의 위상차에 기초하여 상기 미도통 구간 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 결정된 미도통 구간 크기에 대응되는 상기 전류 지령값을 생성하는 것은,
    상기 적어도 하나의 프로세서가,
    상기 결정된 미스위칭 구간과 상기 계통의 입력 전압과 상기 입력 전류의 위상차에 기초하여 상기 전류 지령값에 대응되는 전류 모양 지령값을 출력하는, 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    부하에 공급되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 센서를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 것은,
    상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 부하에 공급되는 상기 출력 전류의 변동에 기초하여 상기 미도통 구간 크기를 결정하는, 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작으면서도 상기 스위치의 미도통 구간 크기가 최대가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고조파 크기를 제어하는 가전장치.
  15. 가전장치의 전류 센서에 의해 계통의 입력 전류를 검출하는 단계;
    상기 전류 센서로부터 검출된 입력 전류로부터 고조파 성분을 획득하는 단계;
    상기 획득된 고조파 성분이 소정의 고조파 기준값보다 작아지도록 스위치의 미도통 구간 크기를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 미도통 구간 크기에 대응되는 전류 지령값을 생성하는 단계를 포함하는, 가전장치에서 고조파 크기를 제어하는 방법.
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