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KR20190066288A - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 Download PDF

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KR20190066288A
KR20190066288A KR1020170165883A KR20170165883A KR20190066288A KR 20190066288 A KR20190066288 A KR 20190066288A KR 1020170165883 A KR1020170165883 A KR 1020170165883A KR 20170165883 A KR20170165883 A KR 20170165883A KR 20190066288 A KR20190066288 A KR 20190066288A
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switching
power
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김필용
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 발전기에 연결되어 발전기로부터 공급되는 입력 전원을 정류하는 정류부, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터, 부스트 컨버터에서 출력되는 전압을 저장하는 dc단 커패시터, dc단 커패시터의 제1단에 연결되는 dc단 전압 검출부, 및, dc단 커패시터의 제2단에 직렬로 연결되는 제1 스위칭 소자와 제1 저항 소자를 포함하고, dc단 전압 검출부에서 검출되는 직류 전압이 제1 기준치 이상인 경우에 상기 제1 스위칭 소자가 온(on)되는 에너지 저감부를 포함함으로써, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 환경에서도, 안정적으로 운전할 수 있다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Motor driving device and air conditioner including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발전기 전원 사용 지역에서도 안정적으로 동작할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
이러한 공기조화기는 열교환기로 구성된 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성된 실외기로 분리되어 제어되며, 압축기 또는 열교환기로 공급되는 전원을 제어함으로써 동작된다. 또한, 공기조화기는 실외기에 적어도 하나의 실내기가 연결될 수 있으며, 요청되는 운전 상태에 따라, 실내기로 냉매를 공급하여, 냉방 또는 난방모드로 운전된다.
공기조화기는 냉매의 흐름에 따라 냉방운전되거나 난방운전되는데, 냉방운전 시, 실외기의 압축기에서 실외기의 열교환기를 거쳐 고온고압의 액체냉매가 실내기로 공급되면 실내기의 열교환기에서 냉매가 팽창되어 기화되면서 주변공기의 온도가 내려가 실내기 팬이 회전동작함에 따라 실내로 냉기가 토출되고, 난방운전 시 실외기의 압축기에서 고온고압의 기체냉매가 실내기로 공급되면, 실내기의 열교환기에서 고온고압의 기체냉매가 액화되어 방출된 에너지에 의해 따뜻해진 공기가 실내기팬의 동작에 따라 실내로 토출된다.
이러한 공기조화기는 압축기의 구동에 의해 냉매가 순환되고, 냉매의 열교환을 통해 냉온의 공기를 토출하는 만큼, 압축기의 안정적인 구동이 중요한 이슈가 될 수 있다.
상용전원이 안정적으로 공급되지 않는 환경에서, 공기조화기는 공급되는 전원의 전압이 낮거나, 발전기 등과 같이 전원의 파형이 불규칙하여 전압 변동이 큰 전원이 공급되는 경우, 압축기가 동작하더라도 연속하여 운전하기 어려운 문제점이 있다. 일반적으로 사용되는 발전기의 경우 저용량의 발전기이고 공급되는 전원 또한 전압 변동이 심한 불안정적인 동작전원이다.
또한, 현재 공기조화기는 수동 소자를 경량화하는 추세로 개발되고 있으며, 이에 따라 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 컨버터가 각광받고 있다.
부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 방식은, 컨버터 스위칭 주파수를 수십에서 수백 kHz로 운전하고, 인버터 측에 고주파를 주입함으로써, 기존 인버터 드라이브 대비 리액터는 1/10배, 고압 커패시터 용량은 1/100로 줄일 수 있는 방식이다.
하지만, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 방식은, 발전기 전원 사용시, 발전기 내부의 리액턴스 성분에 의하여 입력전압이 상승되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 입력전압의 과다 상승을 방지하기 위하여, 공기조화기 자체적인 과전압(DC Link) 안전장치가 추가로 요구되고, 안전장치의 빈번한 동작으로 편의성 저하, 제품 확대에 한계가 있었다.
따라서, 발전기 전원 사용 환경에서도, 안정적으로 운전할 수 있는 공기조화기가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 환경에서도, 안정적으로 운전할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 방식을 전압이 불안정한 지역까지 확대할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 발전기 용량과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 발전기에 연결되어 발전기로부터 공급되는 입력 전원을 정류하는 정류부, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터, 부스트 컨버터에서 출력되는 전압을 저장하는 dc단 커패시터, dc단 커패시터의 제1단에 연결되는 dc단 전압 검출부, 및, dc단 커패시터의 제2단에 직렬로 연결되는 제1 스위칭 소자와 제1 저항 소자를 포함하고, dc단 전압 검출부에서 검출되는 직류 전압이 제1 기준치 이상인 경우에 상기 제1 스위칭 소자가 온(on)되는 에너지 저감부를 포함함으로써, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 환경에서도, 안정적으로 운전할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 환경에서도, 안정적으로 운전할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 방식을 전압이 불안정한 지역까지 확대할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 발전기 용량과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 과전압시 회로 소자들을 안정적으로 보호할 수 있다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 5와 도 6은 발전기 전원 사용시 부스트 컨버터의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작방법의 순서도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 공기조화기는 실내기(1)와 실외기(2)를 포함할 수 있다. 또한, 실내기(1)로 제어명령을 입력하는 리모컨(3)을 포함할 수 있다.
또한, 공기조화기가 설치되는 실내에는 공기조화기 이외에도 다른 홈 어플라이언스가 구비될 수 있다. 예를 들어, 가정집에는 세탁기, 전등(4), 냉장고, 영상표시장치(5). 선풍기와 같은 홈 어플라이언스가 구비되어 공급되는 전원으로 동작한다.
이때 홈 어플라이언스와 공기조화기는 발전소(21, 22, 23)로부터 생성되어 전달되는 전원, 즉 상용전원(20)과 발전기(10)로부터 생성되어 공급되는 전원 중 어느 하나를 공급받아 동작할 수 있다.
발전기(10)는 특정 홈 어플라이언스와 연결될 수 있고, 이 경우에 발전기(10)는 특정 홈 어플라이언스를 위한 전용 발전기로 사용될 수 있다.
또한, 복수의 홈 어플라이언스가 구비되어 전원에 연결되는 경우, 특히 복수의 홈 어플라이언스가 발전기(10)에 연결되는 경우, 소정 홈 어플라이언스를 선택하여 일부 홈 어플라이언스로 전원이 공급되도록 할 수 있도록 하는 스위치(30)가 더 구비될 수 있다. 이때 발전기(10)의 용량은 제한적이므로 연결되는 부하, 즉 홈 어플라이언스의 수가 복수인 경우 모든 홈 어플라이언스로 전원을 공급할 수 없으므로 전원을 공급할 대상을 스위칭하도록 구성될 수 있다.
경우에 따라 스위치(30)는 부하를 선택할 뿐 아니라, 공급되는 상용전원(20)와 발전기(10) 전원 중 어느 하나를 선택하여 홈 어플라이언스로 공급할 수 있다.
이때 발전기(10)는 그 용량에 따라 연결할 수 있는 홈 어플라이언스의 종류 또는 홈 어플라이언스의 수가 변경될 수 있다. 예를 들어, 일반 가정용 발전기(10)는 소용량으로, 약 600 내지 1Kwh 가 많이 사용된다.
한편, 공기조화기는 발전기(10)로부터 공급되는 전원의 전압에 기초하여 제어될 수 있다.
예를 들어, 발전기(10)는 공기조화기가 연결되거나 복수의 홈 어플라이언스가 동시에 연결되어 동작하는 경우 발전기가 과부하가 걸릴 수 있다. 이 경우에, 공기조화기는 발전기(10)에 연결되는 경우 발전기(10)로부터 공급되는 전원의 전압에 대응하여 소비전력을 감소시켜 발전기(10)에 대한 부하를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 공기조화기는, 실내기(1), 실내기(1)에 연결되는 실외기(2)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(1)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 벽걸이형 실내기(1)를 예시한다.
한편, 공기조화기는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(2)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(2)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(1)로 냉매를 공급한다. 실외기(2)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(1)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(2)는, 연결된 실내기(1)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(1)는, 실외기(2)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(1)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(2) 및 실내기(1)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(3)은 실내기(1)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(1)와 실외기(2)로 구분된다.
실외기(2)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진 시키는 실외 팬(105a)과 실외 팬(105a)을 회전시키는 모터(450)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함할 수 있다.
실내기(1)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내 팬(109a)과 실내 팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 실외기(2) 내의 실외 팬(105a)은, 모터(450)를 구동하는 실외 팬 구동부(200)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 실외기(2) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(미도시)를 구동하는 압축기 모터 구동부(도 3의 113)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 실내기(1) 내의 실내 팬(109a)은, 실내 팬 모터(109b)를 구동하는 실내 팬 구동부(300)에 의해 구동될 수 있다.
이하에서는 실외 팬 구동부(200)를 실외 팬 구동 장치로 명명할 수도 있다. 또한, 실내 팬 구동부(300)를 실내 팬 구동 장치로 명명할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.
도 3을 참조하면, 공기조화기(100)는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 토출 온도 감지부(118), 실외 온도 감지부(138), 실내 온도 감지부(158), 메모리(140)를 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기(100)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300), 절환 밸브(110), 팽창 밸브(106), 표시부(130), 및 입력부(120)를 더 포함할 수 있다.
압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a) 등은 도 2를 참조하여 상술한 것과 같이 동작할 수 있다.
입력부(120)는, 다수개의 조작 버튼을 구비하여, 입력되는 공기조화기의 운전 목표 온도에 대한 신호를 제어부(170)로 전달한다.
표시부(130)는, 공기조화기(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 실내기(1)의 동작상태를 출력하는 표시수단을 구비하여, 운전상태 및 에러를 표시할 수 있다.
표시부(130)는, 실내기(1)와 실외기(2)의 결선 상태를 표시할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 구비할 수 있고, 발광 다이오드(LED)는 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 정상인 경우 점등하고, 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 이상인 경우 소등할 수 있다.
메모리(140)는, 공기조화기(100) 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.
토출 온도 감지부(118)는, 압축기(102)에서의 냉매 토출 온도(Tc)를 감지할 수 있으며, 감지된 냉매 토출 온도(Tc)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
실외 온도 감지부(138)는, 공기조화기(100)의 실외기(2) 주변의 온도인, 실외 온도(To)를 감지할 수 있으며, 감지된 실외 온도(To)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
실내 온도 감지부(158)는, 공기조화기(100)의 실내기(1) 주변의 온도인, 실내 온도(Ti)를 감지할 수 있으며, 감지된 실내 온도(Ti)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
제어부(170)는, 감지된 냉매 토출 온도(Tc), 감지된 실외 온도(To), 감지된 실내 온도(Ti) 중 적어도 하나, 및 입력된 목표 온도에 기초하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 최종 목표 과열도를 산출하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 압축기(102), 실내 팬(109a), 실외 팬(105a)의 동작 제어를 위해, 도면에서 도시된 바와 같이, 각각, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에, 목표 온도에 기초하여, 각각 해당하는 속도 지령치 신호를 출력할 수 있다.
그리고 각각의 속도 지령치 신호에 기초하여, 압축기 모터(미도시), 모터(450), 실내 팬 모터(109b)는, 각각, 목표 회전 속도로 동작 될 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에 대한 제어 이외에, 공기조화기(100) 전반의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)의 동작을 제어할 수 있다. 또는, 제어부(170)는, 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 공기조화기는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 메모리(140) 등 각 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
실외기(2) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터를 구동하는 압축기 구동부(113)에 의해 구동될 수 있다. 압축기 구동부(113)는 모터의 구동을 제어하는 모터 구동장치를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치(400)는, 압축기 모터 등 모터(450)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(420), 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430), 인버터(420)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(410), 컨버터(410)를 제어하는 컨버터 제어부(415), 및, 컨버터(410)와 인버터(420) 사이의 dc단 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
또한, 모터 구동장치(400)는, 발전기 전원 사용시, 과다한 전압 상승에 따른 에너지를 소모시켜, 모터 구동장치(400)를 보호하는 에너지 저감부(440)를 더 포함할 수 있다.
한편, 모터 구동장치(400)는, dc단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 4 이하에서는 모터 구동장치(400)가 상용 교류 전원(201)에서 입력되는 전원을 변환하여 모터(450)에 공급하는 모터 구동장치로 사용되는 경우를 예시하였다. 이 경우에, 모터 구동장치(400)는 전력 변환 장치 등으로 명명될 수 있다. 또는, 모터 구동장치(400)는 입력 전원을 변환하여 부하로 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(400)는, 수십 μF 이하의 저용량의 dc단 커패시터(C)를 사용하는 것으로 한다. 예를 들어, 저용량의 dc단 커패시터(C)는, 전해 커패시터가 아닌, 필름 커패시터를 포함할 수 있다.
저용량의 커패시터를 사용하는 경우, dc단 전압의 변화가 커져, 맥동하게되며, 평활 동작이 거의 수행되지 않게 된다.
이러한, 수십 μF 이하의 저용량의 dc단 커패시터(C)를 구비하는 모터 구동 장치를, 커패시터리스(capacitorless) 또는 캡 리스(Cap-less) 기반의 모터 구동장치라 할 수 있다.
본 명세서에서는, 저용량의 dc단 커패시터(C)를 구비하는 모터 구동장치(400)를 중심으로 기술한다.
컨버터(410)는, 입력 교류 전원(401)을 직류 전원으로 변환한다. 컨버터(410)는, 정류부(도 7의 710 참조)와 부스트 컨버터(도 7의 720 참조)를 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들어, 입력 교류 전원(401)은 상용 교류 전원일 수 있다. 컨버터(410)는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 도면에서는 입력 교류 전원을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 입력 교류 전원(401)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
또는, 컨버터(410)는, 개별 발전기 시스템으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 컨버터(410)는, 가정용 소형 발전기, 빌딩의 발전 시스템으로부터 자체 생상된 전원을 공급받을 수 있다. 컨버터(410)는, 발전기로부터 공급받은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 입력 전류 검출부(A)는, 입력 교류 전원(401)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트(Shunt) 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(digcrete signal)로서, 소비전력 연산을 위해, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
다음, 컨버터(410)의 출력단에는, 컨버터(410)에서 전력 변환된 전원을 저장 또는 평활하기 위한, 커패시터(C)가 구비될 수 있다. 이때의 커패시터(C) 양단은, dc단이라 명명할 수 있다. 따라서, 커패시터(C)를 dc단 커패시터라 할 수도 있다.
한편, 컨버터 제어부(415)는, 입력 전압(Vs), 입력 전류(Is), dc단 전압(Vdc)에 기초하여, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 생성하고, 이를 컨버터(410)에 출력할 수 있다.
dc단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있으며, dc단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성될 수 있다.
또한, 검출되는 dc 전압은, 컨버터 제어부(415)에 인가되어, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)가 생성에 사용될 수도 있다.
또한, 검출되는 dc 전압은, 에너지 저감부(440)에 인가되어, 에너지 저감부(440)의 스위칭 동작에 사용될 수도 있다.
인버터(420)는, 모터(450)를 구동할 수 있다. 이를 위해, 인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(450)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 모터(450)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(450) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(450)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia, ib, ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(450) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(450) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다.
한편, 모터(450)는, 삼상 모터일 수 있다. 모터(450)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(450)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기모터(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기모터(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 모터(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
상술한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치(400)는, 부스트 컨버터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치(400)는, 필름 커패시터 등 저용량 커패시터를 사용할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치(400)는, 컨버터 승압 방식과 인버터 캡 리스 방식이 동시 적용된 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 컨버터를 포함할 수 있다.
부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 방식은, 스위칭을 고속으로 수행하게 된다. 예를 들어, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 방식은, 컨버터 스위칭 주파수를 수십에서 수백 kHz로 운전하고, 인버터 측에 고주파를 주입함으로써, 기존 인버터 드라이브 대비 리액터는 1/10배, 고압 커패시터 용량은 1/100로 줄일 수 있다.
하지만, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 방식은, 발전기 전원 사용시, 발전기 내부의 리액턴스 성분에 의하여 입력전압이 상승되는 문제점이 있었다.
도 5와 도 6은 발전기 전원 사용시 부스트 컨버터의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5를 참조하면, 부스트 컨버터는 적어도 하나의 리액터, 스위칭 소자, 필름 커패시터를 포함하게 된다.
또한, 발전기 전원은 그 내부에 발전기 리액터 성분을 필연적으로 가지게 된다.
따라서, 부스트 컨버터에 포함되는 리액터와 발전기 리액터 성분이 합쳐져 전압 승압 효과가 더 크게 나타날 수 있다.
도 6을 참조하면, IGBT 스위칭 소자가 동작할 때마다 발전기 리액터 성분에 의한 입력 전압 승압에 따라 추가적으로 승압 효과가 더 높아지는 것을 확인할 수 있다.
발전기 리액터 성분에 의한 추가 승압은 제어가 힘들기 때문에 많은 문제를 일으킬 수 있다.
예를 들어, 입력 전압의 과다 상승은 회로 소자들의 소손 및, 제품 내 각 유닛들의 고장, 및 오동작을 발생시킬 수 있다. 또한, 발전기가 터질 수도 있다.
한편, 입력 전압의 과다 상승을 방지하기 위하여, 공기조화기는, 자체적인 과전압 안전장치를 추가로 구비할 수 있다. 이 경우에, 과전압 안전장치의 설계사양에 따라 비용이 과다하게 증가될 수 있다.
또한, 과전압 안전장치가 입력 전압이 일정 과전압에 도달하면, 공기조화기 제품 자체를 셧다운(shut-down)시키는 방식일 경우에, 안전장치의 빈번한 동작으로 편의성 저하, 제품 확대에 한계가 있었다.
즉, 발전기 폭발, 공기조화기 손상 전에 전체 공기조화기를 셧다운시키는 등 안정장치가 구동되는 경우에, 잦은 셧다운시 그 자체로도 사용자의 불만이 제기될 수 있고, 사용 편의성이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 발전기 전원 사용시 회생 에너지 저감 방법, 및, 발전기 전원 사용 환경에서도, 공기조화기를 안정적으로 운전할 수 있는 방안을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치(400)는, DC 링크(Link) 전압, 즉, dc단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)이, 과전압 레벨(Level)도달 시 동작하는 회생 저감 회로를 구비하는 에너지 저감부(440)를 포함할 수 있다.
에너지 저감부(440)는, dc단 커패시터(C)에 직렬로 연결되는 제1 스위칭 소자와 제1 저항 소자를 포함할 수 있다.
에너지 저감부(440)는, 상기 dc단 전압 검출부(B)에서 검출되는 직류 전압이 제1 기준치 이상인 경우에, 상기 제1 저항 소자로 전류 패스가 형성되도록 상기 제1 스위칭 소자가 온(on)될 수 있다.
에너지 저감부(440)는, 내부 제1 스위칭 소자의 스위칭 동작을 통하여, DC 링크(Link) 전압의 과다한 상승을 방지하기 위한 것이다.
에너지 저감부(440)는, 회생 저감 회로의 IGBT 스위치 운전을 통하여, 저항 부하측으로 전류를 흘려, 전기 에너지를 열로 소진시킬 수 있다.
한편, 에너지 저감부(440)는, DC 링크(Link) 전압이 소정 기준치 이상이 되면 동작하도록 설정될 수 있다.
예를 들어, DC 링크(Link) 전압이 450V 이상이면, 공기조화기(100)가 정지하도록 설정될 수 있고, 이 경우에, 450V보다 낮은 420V가 에너지 저감부(440)의 동작 기준치로 설정될 수 있다.
즉, 420V 내지 450V 영역에서 발전기 회생 에너지 저감 회로가 동작하도록 수 있도록 제어될 수 있다.
dc단 전압 검출부(B)에서 감지되는 직류 전압(Vdc)이, 기설정된 기준치 이상이되면, 에너지 저감부(440)는 내부 제1 저항 소자로 전류가 흐르도록 내부 제1 스위칭 소자를 턴 온할 수 있다.
제1 저항 소자로 전류 패스가 형성되면, 컨버터(410)와 인버터(420)사이의 과전압이 제1 저항 소자를 통과하면서, 필요 이상의 과전압이 열에너지 형태로 방출될 수 있다. 이에 따라, 모터 구동장치(400)의 내부 전압을 일정 전압 레벨로 유지시킬 수 있다.
한편, 상기 dc단 전압 검출부(B)는 지속적으로 직류 전압(Vdc)을 감지할 수 있다. 또한, 상기 dc단 전압 검출부(B)에서 검출되는 직류 전압(Vdc) 값은 에너지 저감부(440)의 마이컴(도 7의 750 참조)으로 전달될 수 있다.
마이컴(750)은, 상기 dc단 전압 검출부(B)에서 검출되는 직류 전압(Vdc)이 기준치보다 작아지면, 제1 스위칭 소자를 턴 오프시켜, 더 이상 제1 저항 소자로 전류가 흐르지 않도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 지역에서도 안정적으로 공기조화기가 동작할 수 있다.
또한, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 지역에서도 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 컨버터를 사용할 수 있고, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 컨버터 사용을 통한 공기조화기 제품 경쟁력 확보가 가능하다.
또한, 발전기 용량에 따른 발전기 내부 리액터 차이에 무관하게 안정적으로 공기조화기가 동작할 수 있다.
이하에서는 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 모터 구동장치를 더욱 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 간략한 내부 블록도로, 도 4에서 예시된 모터 구동장치 중 컨버터와 에너지 저감부 등을 상세히 예시하고, 인버터/ 컨버터의 도시를 생략한 것이다. 이하에서는 도 4에서 설명한 것과 동일하거나 유사한 부분은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치는, 발전기에 연결되어 상기 발전기로부터 공급되는 입력 전원을 정류하는 정류부(S710), 상기 정류부(S710)로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터(S720), 상기 부스트 컨버터(S720)에서 출력되는 전압을 저장하는 dc단 커패시터(C), 상기 dc단 커패시터(C)의 제1단(n1)에 연결되는 dc단 전압 검출부(730), 및, 상기 dc단 커패시터(C)의 제2단(n2)에 직렬로 연결되는 제1 스위칭 소자(S1)와 제1 저항 소자(R1)를 포함하는 에너지 저감부(440)를 포함할 수 있다.
정류부(710)와 부스트 컨버터(720)는, 발전기로부터의 입력 교류 전원(401)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(410)일 수 있다.
정류부(710)는, 발전기로부터의 교류 전원(401)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 출력할 수 있다.
이를 위해, 정류부(710)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자 및 하암 다이오드 소자가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬로 연결되는 것을 예시한다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.
부스트 컨버터(720)는, 정류부(710)와 인버터(420) 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터(L)와 다이오드(D), 인덕터(L)와 다이오드(D) 사이에 접속되는 스위칭 소자(SW)를 구비할 수 있다.
상기 스위칭 소자(SW)의 턴 온에 따라 상기 인덕터(L)에 에너지가 저장되고, 상기 스위칭 소자(SW)의 턴 오프에 따라 상기 인덕터(L)에 저장된 에너지가 상기 다이오드(D)를 거쳐 출력될 수 있다.
인덕터(L) 및 다이오드 소자(D)와, 스위칭 소자(SW)를 통해, 입력 전원을 부스팅(승압)하여, 직류 전원의 레벨을 증가시킬 수 있다.
이러한 스위칭 소자(SW)의 온(on)에 의해, 인덕터(L)에 에너지가 저장되다가, 스위칭 소자(SW)의 오프(off)에 의해, 인덕터(L)에 저장된 에너지가 다이오드(D)를 거쳐, 출력될 수 있다.
특히, 저용량의 dc단 커패시터(C)를 사용하는 모터 구동장치(400)에 있어, 부스트 컨버터(420)로부터, 일정 전압이 승압된, 즉 오프셋된, 전압이 출력될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 부스트 컨버터(720)는, 상기 스위칭 소자(SW)에 연결되는 저항 소자(R5)를 더 포함할 수 있다. 컨버터 제어부(415)는 상기 저항 소자(R5)에서 검출되는 전압값 및/또는 dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 전압값에 기초하여 상기 부스트 컨버터(720)의 동작을 제어할 수 있다.
이에 따라, 더욱 정확하고 효율적으로 상기 부스트 컨버터(720)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 상기 dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압(Vdc)이 제1 기준치 이상인 경우에, 상기 제1 스위칭 소자(S1)가 온(on)되어, 에너지 저감부(440)가 동작할 수 있다.
즉, dc단 전압 검출부(730)에서 제1 기준치 이상의 과전압이 감지되면, 에너지 저감부(440)는 내부 제1 저항 소자(R1)로 전류가 흐르도록 내부 제1 스위칭 소자(S1)를 턴 온할 수 있다.
제1 저항 소자(R1)로 전류 패스가 형성되면, 부스트 컨버터(720)와 인버터(420)사이의 과전압이 제1 저항 소자(R1)를 통과하면서, 필요 이상의 과전압이 열에너지 형태로 방출될 수 있다. 이에 따라, 모터 구동장치(400)의 내부 전압을 일정 전압 레벨로 유지시킬 수 있다.
한편, 상기 에너지 저감부(440)는, dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 상기 제1 기준치보다 작아질 때까지 상기 제1 스위칭 소자(S1)의 온 상태를 유지할 수 있다.
한편, 상기 dc단 전압 검출부(730)는 지속적으로 직류 전압(Vdc)을 감지할 수 있다. 상기 dc단 전압 검출부(730)는 상기 직류 전압을 모니터링하고, 상기 에너지 저감부(440)는, dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 상기 제1 기준치 이상이면, 상기 제1 스위칭 소자(S1)의 온 상태를 유지할 수 있다.
또한, 상기 에너지 저감부(440)는, dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 상기 제1 기준치보다 작아지면, 상기 제1 스위칭 소자(S1)를 오프시켜, 더 이상 제1 저항 소자(R1)로 전류가 흐르지 않게 할 수 있다.
상기 에너지 저감부(440)는, 상기 스위칭 소자(S1)의 스위칭 동작을 제어하는 마이컴(750)을 더 포함할 수 있다.
마이컴(750)은, 에너지 저감부(440)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압(Vdc) 값은 에너지 저감부(440)의 마이컴(750)으로 전달될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 dc단 전압 검출부(730)는, 직렬로 연결되는 제2 저항 소자(R2), 제3 저항 소자(R3), 및, 제4 저항 소자(R4)를 포함하고, 상기 제4 저항 소자(R4)의 양단 전압을 검출할 수 있다. 즉, 상기 제3 저항 소자(R3)와 상기 제4 저항 소자(R4)의 사이 노드(ns)의 전압을 검출할 수 있다.
또한, 상기 제4 저항 소자(R4)의 양단 전압 및 상기 제2 내지 제4 저항 소자(R2, R3, R4)들의 저항값과 비(ratio)를 이용하면, 간단히 dc단 전압을 산출할 수 있다.
실시예에 따라서, 도 7에서 예시된 직렬로 연결되는 제2 저항 소자(R2), 제3 저항 소자(R3), 및, 제4 저항 소자(R4)를 포함하는 dc단 전압 검출부(730)와 다른 회로 구성으로 전압을 검출할 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, DC 링크(Link) 측의 양단 전압에 대해서 저항 분배를 통하여 마이컴(750) 측에서 감지하도록 설계할 수 있다.
마이컴(750)은, 상기 dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압(Vdc)이 제1 기준치 이상이 되면, 제1 스위칭 소자(S1)를 턴 온시켜, 제1 저항 소자(R1)로 전류가 흐르는 패스를 형성할 수 있다.
또한, 마이컴(750)은, 상기 dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압(Vdc)이 제1 기준치보다 작아지면, 제1 스위칭 소자(S1)를 턴 오프시켜, 더 이상 제1 저항 소자(R1)로 전류가 흐르지 않도록 제어할 수 있다.
한편, 에너지 저감부(440)는, 상기 제1 스위칭 소자(S1)를 턴 온/오프하는 드라이브 IC(760)를 더 포함할 수 있다.
드라이브 IC(760)는, 마이컴(750)의 제어에 따라, 상기 제1 스위칭 소자(S1)를 턴 온하거나 턴 오프할 수 있다.
실시예에 따라서, 도 7과 같이, 에너지 저감부(440)는 포토 커플러(755)를 더 포함할 수 있다.
마이컴(750)과 드라이브 IC(760)가 직접 연결되지 않고, 마이컴(750)의 제어에 따라 포토 커플러(755)가 온/오프되고, 포토 커플러(755)의 온/오프 상태에 대응하여, 드라이브 IC(760)가 제1 스위칭 소자(S1)를 온/오프함으로써, 오동작을 방지하고, 노이즈(noise)의 영향을 저감할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(400)는, 상기 dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 목표 값 미만인 경우에, 상기 부스트 컨버터(720)를 동작하도록 제어하고, 상기 dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 목표 값 이상인 경우에, 상기 부스트 컨버터(720)를 동작 정지하도록 제어하는 컨버터 제어부(415)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(400)는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 dc단 커패시터(C) 양단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(450)로 출력하는 인버터(420)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 인버터(420)는 상기 dc단 커패시터(C) 양단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 압축기(455)의 모터(450)로 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(400)는, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 더 포함할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 제1 스위칭 소자(S1)가 온되면 상기 인버터(420)가 동작을 정지하도록 제어하고, 상기 제1 스위칭 소자(S1)가 오프되면 상기 인버터(420)가 정상 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 상기 제1 기준치보다 낮은 제2 기준치 이상인 경우에, 상기 부스트 컨버터(720)의 스위칭 소자(SW)가 오프(off)될 수 있다.
즉, 에너지 저감부(440)의 동작 조건인 제1 기준치 외에 더 낮은 제2 기준치가 상기 부스트 컨버터(720)의 스위칭 소자(SW)가 오프(off) 조건으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1 기준치가 420V로 설정된 경우에, 제2 기준치는 380V로 설정될 수 있다. 이 경우에, dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 380V가 되면 부스트 컨버터(720)가 정지하여 더 이상 승압하지 않는다.
이후에 발생하는 승압은 발전기의 리액터 성분에 의한 것으로, 에너지 저감부(440)의 동작으로 제거될 수 있다.
즉, 복수의 기준치가 설정되고, 일정 수준에서 부스트 컨버터(720)를 제어하고, 의도치 않은 과전압에 대해서만 에너지 저감부(440)가 동작함으로써 더욱 안정성을 높일 수 있다.
상술한 것과 같이, 발전기 전원 사용시, 발전기 내부 리액터의 영향으로, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 인버터 리액터 용량이 증가(발전기 리액터 + 컨버터 리액터)하고, 발전기측 리액터에 저장된 에너지가 인버터 측으로 전달되면서 부스트 컨버터의 승압 효과가 증대될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 제품 운전 중 dc단 전압 검출부(730)에서 실시간으로 전압 상태 모니터링을 수행할 수 있다.
감지되는 전압이 목표값보다 작은 경우에, 부스트 컨버터(720)가 동작하여 승압 동작을 수행하고, 목표값 도달 시, 부스트 컨버터(720)의 동작을 정지할 수 있다.
이 때, 발전기 내 리액터 성분이 클 경우 부스트 컨버터(720)의 동작을 정지하여도, 승압이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, dc단 전압 검출부(730)에서 감지되는 전압이 제1 기준치 이상이 되면, 에너지 저감부(440) 측의 제1 스위칭 소자(S1)를 동작시켜, 제1 스위칭 소자(S1)의 출력단측 제1 저항(R1)에서 회생 에너지 열로 전환시킴으로써, 전압을 낮출 수 있다.
이후에, 모니터링되는 전압이 제1 기준치 밑으로 떨어지면, 제1 스위칭 소자(S1)의 동작을 멈추고 정상 인버터 제어를 진행할 수 있다.
이에 따라, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 지역에서도 안정적으로 공기조화기가 동작할 수 있다.
또한, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 지역에서도 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 컨버터를 사용할 수 있고, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 컨버터 사용을 통한 공기조화기 제품 경쟁력 확보가 가능하다.
또한, 발전기 용량에 따른 발전기 내부 리액터 차이에 무관하게 안정적으로 공기조화기가 동작할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치는, 상기 입력 교류 전원(401)과 상기 정류부(710) 사이에 배치되는 노이즈 필터(701)를 더 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 노이즈 필터(701)는 상기 입력 교류 전원(401)과 상기 정류부(710)의 ac단에 접속되며, ac단의 노이즈 신호를 필터링할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작방법의 순서도이다.
dc단 전압 검출부(730)는 지속적으로 dc단의 직류 전압(Vdc)을 감지하고, 에너지 저감부(440) 등으로 전달할 수 있다.
상기 dc단 전압 검출부(730)는 상기 직류 전압을 모니터링하고, 상기 에너지 저감부(440)는, dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압에 따라 동작할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 dc단 전압 검출부(730)에서 감지되는 직류 전압이 상기 제1 기준치 이상이면(S810), 상기 제1 스위칭 소자(S1)을 온(on)시켜(S820), 제1 저항 소자(R1)로 전류가 흐르게 제어할 수 있다.
또한, 상기 에너지 저감부(440)는, dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 상기 제1 기준치보다 작아지면(S830), 상기 제1 스위칭 소자(S1)를 오프(off)시켜(S840), 더 이상 제1 저항 소자(R1)로 전류가 흐르지 않게 할 수 있다.
또한, 상기 dc단 전압 검출부(730)는 상기 직류 전압을 모니터링하고, 상기 에너지 저감부(440)는, dc단 전압 검출부(730)에서 검출되는 직류 전압이 상기 제1 기준치 이상이면, 상기 제1 스위칭 소자(S1)의 온 상태를 유지할 수 있다.
이후에, 모니터링되는 전압이 제1 기준치 밑으로 떨어지면(S830), 제1 스위칭 소자(S1)의 동작을 멈추고(S840), 정상 인버터 제어를 진행할 수 있다(S850).
발전기 전원 사용 인버터 에어컨의 회생 에너지 저감 방법
2. Boost Cap-less 인버터 과전압에 의한 안전 장치 동작 저감 방법
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는 정상 운전 상태에서, 부스트 컨버터(720)의 스위칭 소자(SW)가 온(on) 상태일 때의 전류 흐름을 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 정상 운전시 전류 흐름은, 정류부(710), 부스트 컨버터(720)의 인덕터(L), 스위칭 소자(SW) 순서로 형성되고, 부스트 컨버터(720)의 인덕터(L) 측에 유도 전류가 충전될 수 있다.
도 10은 정상 운전 상태에서, 부스트 컨버터(720)의 스위칭 소자(SW)가 오프(off) 상태일 때의 전류 흐름을 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 정상 운전시 전류 흐름은, 정류부(710), 부스트 컨버터(720)의 다이오드(L) 및 필름 커패시터(C) 순서로 형성되고, 부스트 컨버터(720)의 인덕터(L) 측에 저장된 전압이 필름 커패시터(C) 측으로 저장될 수 있다.
도 9와 도 10과 같이, 부스터 컨버터(720)의 스위칭 소자(SW) 온/오프를 통하여 부스트 컨버터(720)의 인덕터(L) 측에 충전된 에너지가 전압을 상승시키는 효과를 가져온다(부스트 컨버터 효과).
하지만, 입력 전원이 발전기인 경우에, 발전기의 리액터 성분의 영향을 받을 수 있다.
예를 들어, 발전기 리액터로 인하여 부스터 컨버터(720)의 스위칭 소자(SW) 온/오프시 승압되는 전압이 급격히 상승할 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 저감부(440)가 동작하여 과다한 과전압을 열에너지로 소모, 저감시킬 수 있다.
도 11을 탐조하면, 필름 커패시터(C) 측 전압이 급격히 상승하면, 에너지 저감부(440)측의 제1 스위칭 소자(S1)를 동작시킬 수 있다.
이에 따라, 제1 스위칭 소자(S1)에 직렬로 연결된 저항을 통하여 전기 에너지를 열에너지로 전환함으로써, 필름 커패시터(C) 측의 전압을 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전압이 불안정한 발전기 전원 사용 환경에서도, 안정적으로 운전할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 부스트 캡 리스(Boost Cap-less) 방식을 전압이 불안정한 지역까지 확대할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 발전기 용량과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 과전압시 회로 소자들을 안정적으로 보호할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
컨버터 : 410
컨버터 제어부 : 415
인버터 : 420
인버터 제어부 : 430
에너지 저감부 : 440

Claims (12)

  1. 발전기에 연결되어 상기 발전기로부터 공급되는 입력 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터;
    상기 부스트 컨버터에서 출력되는 전압을 저장하는 dc단 커패시터;
    상기 dc단 커패시터의 제1단에 연결되는 dc단 전압 검출부; 및,
    상기 dc단 커패시터의 제2단에 직렬로 연결되는 제1 스위칭 소자와 제1 저항 소자를 포함하고, 상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 직류 전압이 제1 기준치 이상인 경우에 상기 제1 스위칭 소자가 온(on)되는 에너지 저감부;를 포함하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저감부는, 상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 상기 직류 전압이 상기 제1 기준치보다 작아질 때까지 상기 제1 스위칭 소자의 온 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저감부는, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 마이컴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 dc단 전압 검출부는, 직렬로 연결되는 제2 저항 소자, 제3 저항 소자, 및, 제4 저항 소자를 포함하고, 상기 제4 저항 소자의 양단 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 직류 전압이 목표 값 미만인 경우에, 상기 부스트 컨버터를 동작하도록 제어하고, 상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 직류 전압이 목표 값 이상인 경우에, 상기 부스트 컨버터를 동작 정지하도록 제어하는 컨버터 제어부;를 더 포함하는 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터는,
    서로 직렬 접속되는 인덕터와 다이오드, 및, 상기 인덕터와 상기 다이오드 사이에 접속되는 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 턴 온에 따라 상기 인덕터에 에너지가 저장되고, 상기 스위칭 소자의 턴 오프에 따라 상기 인덕터에 저장된 에너지가 상기 다이오드를 거쳐 출력되는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터는,
    상기 스위칭 소자에 연결되는 저항 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 dc단 전압 검출부에서 검출되는 직류 전압이 상기 제1 기준치보다 낮은 제2 기준치 이상인 경우에, 상기 스위칭 소자가 오프(off)되는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    복수의 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 dc단 커패시터 양단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터로 출력하는 인버터;를 더 포함하는 모터 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자가 온되면 상기 인버터가 동작을 정지하도록 제어하고, 상기 제1 스위칭 소자가 오프되면 상기 인버터가 정상 동작을 수행하도록 제어하는 인버터 제어부;를 더 포함하는 모터 구동장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 모터 구동장치를 구비하는 공기조화기.



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