KR102043216B1 - Power transforming apparatus, Method for controlling the same and Air conditioner including the power transforming apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명의 전력 변환 장치는, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 전원에 대해 역률 개선 동작을 수행하고, 상기 교류 전원과 정류부 사이에 직렬로 연결되는 제1 리액터, 및 상기 정류부의 출력측에 연결되며 두 채널을 구성하는 인터리브드 컨버터(interleaved converter)를 구비하는 역률제어부; 상기 역률제어부에 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터; 및 상기 역률제어부를 제어하여 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동하도록 제어하는 제어부를 포함한다.The power converter of the present invention, the rectifier for rectifying the AC power source; A power factor correcting operation for the power rectified by the rectifier, a first reactor connected in series between the AC power source and the rectifier, and an interleaved converter connected to an output side of the rectifier and configuring two channels A power factor control unit having a; A DC-link capacitor connected in parallel to the power factor controller; And a controller controlling the power factor controller to operate as a single converter or an interleaved converter.
Description
본 발명은 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.The present invention relates to a power converter, a control method thereof, and an air conditioner including the power converter.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전원이 공급된다.Generally, the compressor of an air conditioner uses a motor as a drive source. These motors are supplied with AC power from the power converter.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률제어부 및 인버터를 포함하는 것으로 일반적으로 알려져 있다.Such a power converter is generally known to include a rectifier, a power factor controller and an inverter.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터에 공급된다. 이때, 인버터에서는 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.First, the commercial voltage of the AC output from the commercial power supply is rectified by the rectifier. The rectified voltage is supplied to the inverter. In this case, the inverter generates AC power for driving the motor by using the voltage output from the rectifier.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.In some cases, a DC-DC converter may be provided between the rectifier and the inverter to improve power factor.
이때, 정류부에서 출력된 전압 또는 컨버터에서 출력된 전압은 DC-링크 커패시터에 충전되고, 이렇게 충전된 전압을 이용하여 인버터에서 모터 구동 신호를 생성할 수 있다.At this time, the voltage output from the rectifier or the voltage output from the converter is charged in the DC-link capacitor, it is possible to generate a motor drive signal from the inverter using the charged voltage.
높은 전력 밀도가 필요하다면 능동 PFC 회로를 두 단계로 병렬 삽입하고, 각각 전력의 50%씩 처리하도록 하고, 각 단계의 상이 서로 180도를 이루도록 작동하게 만들 수 있는데, 이러한 컨버터를 인터리브드(interleaved) 컨버터라고 한다.If high power densities are required, active PFC circuits can be inserted in two stages in parallel, each processing 50% of the power, and operating in phases of 180 degrees to each other, interleaved these converters. It is called a converter.
즉, 부하의 소비 전력이 작은 경우에는 단상의 싱글(single) 컨버터를 사용하고 소비 전력이 큰 경우에는 인터리브드 컨버터를 사용할 수 있다.In other words, when the power consumption of the load is small, a single-phase single converter may be used, and when the power consumption is large, an interleaved converter may be used.
그런데, 종래에는 소비되는 전력의 크기에 따라 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터를 선택적으로 사용할 수 없었다.However, conventionally, single converters or interleaved converters cannot be selectively used depending on the amount of power consumed.
한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0112297호에는 부하 레벨에 따라 인터리브드 컨버터 중 동작되는 컨버터의 개수를 가변할 수 있는 전력변환장치가 개시되어 있다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0112297 discloses a power converter that can vary the number of converters operated among the interleaved converters according to the load level.
하지만, 컨버터의 각 스위칭 소자는 일반적으로 온/오프(ON/OFF)가 반복되는 PWM 신호에 의해 고속 스위칭되는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field effect transistor: MOSFET) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor: IGBT)로 구현되는데, 그러한 2개의 스위칭 소자 중 하나만을 항시 오프(OFF) 상태로 제어하는 것은 회로 소자 구성이 매우 복잡하고 제어하기가 어려운 문제점이 있었다.However, each switching element of the converter is typically a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (SFET) that is switched at high speed by a PWM signal that is repeatedly turned ON / OFF. Implemented as an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT), controlling only one of the two switching elements in the OFF state has a problem that the circuit element configuration is very complicated and difficult to control.
본 발명은 역률제어부가 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 선택적으로 작동하도록 제어될 수 있는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a power conversion apparatus in which the power factor controller can be controlled to selectively operate as a single converter or an interleaved converter.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 변환 장치는, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 전원에 대해 역률 개선 동작을 수행하고, 상기 교류 전원과 정류부 사이에 직렬로 연결되는 제1 리액터, 및 상기 정류부의 출력측에 연결되며 두 채널을 구성하는 인터리브드 컨버터(interleaved converter)를 구비하는 역률제어부; 상기 역률제어부에 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터; 및 상기 역률제어부를 제어하여 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동하도록 제어하는 제어부를 포함한다.Power conversion device of the present invention for achieving the above object, the rectifier for rectifying the AC power source; A power factor correcting operation for the power rectified by the rectifier, a first reactor connected in series between the AC power source and the rectifier, and an interleaved converter connected to an output side of the rectifier and configuring two channels A power factor control unit having a; A DC-link capacitor connected in parallel to the power factor controller; And a controller controlling the power factor controller to operate as a single converter or an interleaved converter.
상기 역률제어부는 복수의 리액터를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수의 리액터 중 적어도 하나에 연결된 릴레이를 단속하여 각 리액터로의 통전 여부를 제어하는 것이 바람직하다.Preferably, the power factor control unit includes a plurality of reactors, and the control unit controls a power supply to each reactor by intermitting a relay connected to at least one of the plurality of reactors.
상기 역률제어부는, 상기 정류부에 직렬로 연결되고 서로 병렬 연결되는 제2 리액터와 제3 리액터; 상기 제2 리액터와 제3 리액터에 각각 직렬로 연결되는 제1 다이오드와 제2 다이오드; 상기 제2 리액터와 제1 다이오드 사이에 병렬로 연결되는 제1 스위칭 소자; 상기 제3 리액터와 제2 다이오드 사이에 병렬로 연결되는 제2 스위칭 소자; 상기 제1 리액터에 병렬로 연결되는 제1 릴레이; 및 상기 제2 리액터에 병렬로 연결되는 제2 릴레이를 포함하는 것이 바람직하다.The power factor controller may include: a second reactor and a third reactor connected in series with each other in the rectifier unit and connected in parallel with each other; First and second diodes connected in series to the second reactor and the third reactor, respectively; A first switching element connected in parallel between the second reactor and a first diode; A second switching element connected in parallel between the third reactor and a second diode; A first relay connected in parallel to the first reactor; And a second relay connected in parallel to the second reactor.
상기 제1 다이오드와 제2 다이오드는 각각 패스트 리커버리 다이오드(FRD: Fast Recovery Diode)인 것이 바람직하다.Preferably, the first and second diodes are fast recovery diodes (FRDs).
상기 제어부는 소비 전력이 소정값 미만이면 상기 제1 릴레이를 오프(OFF)하고 상기 제2 릴레이를 온(ON)하여 상기 역률제어부가 싱글 컨버터로 작동하도록 하고, 소비 전력이 소정값 이상이면 상기 제1 릴레이를 온(ON)하고 상기 제2 릴레이를 오프(OFF)하여 상기 역률제어부가 인터리브드 컨버터로 작동하도록 하는 것이 바람직하다.The control unit turns off the first relay when the power consumption is less than a predetermined value and turns on the second relay so that the power factor control unit operates as a single converter. Preferably, the one relay is turned on and the second relay is turned off so that the power factor controller operates as an interleaved converter.
상기 전력 변환 장치는 상기 교류 전원의 전류를 측정하는 전류감지부; 및 상기 DC-링크 커패시터의 전압을 측정하는 전압감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전류감지부의 전류값과 상기 전압감지부의 전압값으로부터 소비 전력을 계산하는 것이 바람직하다.The power converter includes a current sensing unit for measuring the current of the AC power source; And a voltage sensing unit measuring a voltage of the DC-link capacitor, wherein the controller is configured to calculate power consumption from a current value of the current sensing unit and a voltage value of the voltage sensing unit.
상기 정류부, 상기 역률제어부, 및 상기 DC-링크 커패시터는 하나의 PCB(인쇄 회로 기판)에 배치될 수 있다.The rectifier, the power factor controller, and the DC-link capacitor may be disposed on one printed circuit board (PCB).
본 발명의 공기 조화기는 상기한 전력 변환 장치를 포함한다.The air conditioner of the present invention includes the above-described power converter.
본 발명의 전력 변환 장치의 제어방법은, 교류 전원을 정류하는 정류부에 연결되어 역률 개선 동작을 수행하며 선택적으로 싱글 컨버터와 인터리브드 컨버터로 기능하는 역률제어부를 구비하는 전력 변환 장치의 제어방법에 있어서, 전력 변환 장치에 3상 교류 전력을 사용하는 부하를 연결하여 작동시키는 단계; 상기 역률제어부에 구비된 복수의 리액터 중 적어도 하나에 연결된 릴레이를 제어하여 상기 역률제어부가 싱글 컨버터로 작동하도록(싱글 모드) 제어하는 단계; 상기 전력 변환 장치에 구비된 전류감지부와 전압감지부에 의해 전류값과 전압값을 측정하여 소비 전력을 계산하는 단계; 상기 측정된 소비 전력이 소정값 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 소비 전력이 소정값 이상인 경우 상기 릴레이를 제어하여 상기 역률제어부가 인터리브드 컨버터로 작동하도록(인터리브드 모드) 제어하는 단계를 포함한다.The control method of the power converter of the present invention is connected to the rectifier for rectifying AC power to perform a power factor improving operation, and optionally in the control method of the power converter including a power factor controller that functions as a single converter and an interleaved converter. Connecting and operating a load using three-phase AC power to the power conversion device; Controlling the power factor controller to operate as a single converter (single mode) by controlling a relay connected to at least one of the plurality of reactors provided in the power factor controller; Calculating power consumption by measuring a current value and a voltage value by a current sensing unit and a voltage sensing unit included in the power converter; Determining whether the measured power consumption is greater than or equal to a predetermined value; And controlling the relay to control the power factor controller to operate as an interleaved converter (interleaved mode) when the power consumption is greater than or equal to a predetermined value.
상기 측정된 소비 전력이 소정값 미만으로 떨어졌는지 판단하는 단계; 및 상기 소비 전력이 소정값 미만인 경우 상기 릴레이를 제어하여 상기 역률제어부가 싱글 컨버터로 기능하도록(싱글 모드) 제어하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.Determining whether the measured power consumption drops below a predetermined value; And controlling the relay so that the power factor controller functions as a single converter (single mode) when the power consumption is less than a predetermined value.
상기 역률제어부는, 상기 교류 전원과 정류부 사이에 연결되는 제1 리액터; 상기 정류부에 직렬로 연결되고 서로 병렬 연결되는 제2 리액터와 제3 리액터; 상기 제2 리액터와 제3 리액터에 각각 직렬로 연결되는 제1 다이오드와 제2 다이오드; 상기 제2 리액터와 제1 다이오드 사이에 병렬로 연결되는 제1 스위칭 소자; 상기 제3 리액터와 제2 다이오드 사이에 병렬로 연결되는 제2 스위칭 소자; 상기 제1 리액터에 병렬로 연결되는 제1 릴레이; 및 상기 제2 리액터에 병렬로 연결되는 제2 릴레이를 포함하는 것이 바람직하다.The power factor controller may include a first reactor connected between the AC power supply and the rectifier; A second reactor and a third reactor connected in series with the rectifier and connected in parallel with each other; First and second diodes connected in series to the second reactor and the third reactor, respectively; A first switching element connected in parallel between the second reactor and a first diode; A second switching element connected in parallel between the third reactor and a second diode; A first relay connected in parallel to the first reactor; And a second relay connected in parallel to the second reactor.
상기 싱글 모드에서 상기 제1 릴레이를 오프(OFF)하고 상기 제2 릴레이를 온(ON)하며, 상기 인터리브드 모드에서 상기 제1 릴레이를 온(ON)하고 상기 제2 릴레이를 오프(OFF)하는 것이 바람직하다.Turning off the first relay and turning on the second relay in the single mode, turning on the first relay and turning off the second relay in the interleaved mode. It is preferable.
상기한 본 발명에 의하면, 정류부, 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동할 수 있는 역률제어부, 및 DC-링크 커패시터를 하나의 PCB(인쇄 회로 기판)에 배치할 수 있다.According to the present invention described above, the power factor controller which can operate as a rectifier, a single converter or an interleaved converter, and a DC-link capacitor can be arranged on one printed circuit board (PCB).
또한, 소비 전력의 크기에 따라 역률제어부가 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동하도록 제어함으로써 전력 변환 효율을 높일 수 있다.In addition, power conversion efficiency may be increased by controlling the power factor controller to operate as a single converter or an interleaved converter according to the amount of power consumption.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 제어부와 연결되는 감지부들과 제어부에 의해 제어되는 부품들을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 도 1의 전력 변환 장치에서 싱글 컨버터로 작동하는 경우를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 1의 전력 변환 장치에서 인터리브드 컨버터로 작동하는 경우를 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating sensing units connected to a control unit and components controlled by the control unit.
3 is a flowchart illustrating a control method of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating a case where a single converter operates in the power converter of FIG. 1.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a case of operating as an interleaved converter in the power converter of FIG. 1.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이고, 도 2는 제어부와 연결되는 감지부들과 제어부에 의해 제어되는 부품들을 나타내는 블록도이다.1 is a circuit diagram illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating sensing units connected to a control unit and components controlled by the control unit.
도 1을 참조하면, 전력 변환 장치는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(30), 정류부(30)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 역률제어부(40), 모터(70)를 구동하기 위한 3상 교류 전력을 출력하는 인버터(60), 및 역률제어부(40)와 인버터(60) 사이에 병렬로 연결되는 DC-링크(DC-link) 커패시터(C)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the power converter includes a
정류부(30)는 입력되는 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환하고, 정류된 전력을 역률제어부(40) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(30)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로로 구성될 수 있다.The
역률제어부(40)는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 역률제어부(40)는 정류부(30)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 역률제어부(40)는 승압 컨버터를 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다.The
이와 같이, 역률제어부(40)는 정류부(30)에서 정류된 전압 신호를 승압 및 평활화하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.As such, the
상기 역률제어부(40)는, 정류부(30)에 연결되는 인덕터(L), 이 인덕터에 연결되는 스위칭 소자(IGBT), 및 스위칭 소자와 DC-링크 커패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D)를 포함할 수 있다.The
승압 컨버터는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자가 도통되면 다이오드가 차단되면서 인덕터에 에너지가 저장되며, DC-링크 커패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.Step-up converter is a converter that can obtain an output voltage higher than the input voltage, when the switching element is turned on, the diode is cut off, the energy is stored in the inductor, and the charge stored in the DC-link capacitor (C) is discharged and output to the output terminal. Generate voltage.
또한, 스위칭 소자(IGBT)가 차단되면 스위칭 소자 도통 시 인덕터(L)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.In addition, when the switching element IGBT is cut off, energy stored in the inductor L is added to the output terminal when the switching element is turned on.
여기서, 스위칭 소자는 별도의 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스 폭 변조) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자의 게이트(gate; 또는 베이스) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. Here, the switching element may perform a switching operation by a separate pulse width modulation (PWM) signal. That is, the PWM signal transmitted from the converter control unit is connected to a gate (gate) or base end of the switching element, and the switching operation can be performed by this PWM signal.
컨버터 제어부는 스위칭 소자의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부와, 이러한 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함하는 구성일 수 있다.The converter controller may include a gate driver for transmitting a PWM signal to a gate terminal of the switching element, and a controller for transmitting a control signal to the gate driver.
이러한 스위칭 소자는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.Such a switching element may use a power transistor, for example, an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT).
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.The IGBT is a switching device having a structure of a power MOSFET (metal oxide semi-conductor field effect transistor) and a bipolar transistor, and has a small driving power, high speed switching, high breakdown voltage, and high current density.
이와 같이, 컨버터 제어부는 역률제어부(40) 내의 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호를 출력할 수 있다.As such, the converter controller may control the turn-on timing of the switching element in the
이를 위해, 컨버터 제어부는 입력 전압 검출부와 입력 전류 검출부로부터 각각, 입력 전압과 입력 전류를 수신할 수 있다.To this end, the converter controller may receive an input voltage and an input current from the input voltage detector and the input current detector, respectively.
입력 전류 검출부는 정류부(30) 전단에 위치되어 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류를 검출할 수 있다.The input current detector may be positioned in front of the
입력 전류 검출부는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전류는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호의 생성을 위해 컨버터 제어부에 인가될 수 있다.The input current detector may include a current sensor, a current transformer (CT), a shunt resistor, and the like for current detection. The detected input current, as a discrete signal in the form of a pulse, may be applied to the converter controller to generate a converter control signal.
입력 전압 검출부는 정류부(30) 전단에 위치되어 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압을 검출할 수 있다.The input voltage detector may be positioned in front of the
입력 전압 검출부는 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호의 생성을 위해, 컨버터 제어부에 인가될 수 있다.The input voltage detector may include a resistor, an OP AMP, and the like for voltage detection. The detected input voltage, as a discrete signal in the form of a pulse, may be applied to the converter controller to generate a converter control signal.
인버터(60)는 인버터 제어부에 의해 구동 신호가 인가되어 구동될 수 있다.The
이러한 인버터(60)는 3상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(70)에 공급된다. 여기서, 모터(70)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(70)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.The
그러나 모터(70)는 압축기 모터에 한정되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.However, the
한편, 모터 구동장치는, DC 전압 검출부와 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. 모터 구동장치는, 계통으로부터 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(70)에 변환된 3상 전력을 공급한다.The motor driving apparatus may further include a DC voltage detector and an output current detector. The motor drive device receives AC power from a system, converts power, and supplies the converted three-phase electric power to the
DC 전압 검출부는 DC-링크 커패시터(C)의 맥동하는 전압을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC-링크 커패시터(C)의 전압은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부에 인가될 수 있으며, DC-링크 커패시터(C)의 직류 전압에 기초하여 인버터 제어신호가 생성될 수 있다.The DC voltage detector detects a pulsating voltage of the DC-link capacitor C. For such power supply detection, a resistive element, OP AMP, or the like can be used. The detected voltage of the DC-link capacitor C may be applied to the inverter controller as a discrete signal in the form of a pulse, and an inverter control signal is generated based on the DC voltage of the DC-link capacitor C. Can be.
출력 전류 검출부는, 인버터(60)와 모터(70) 사이에 흐르는 출력전류를 검출할 수 있다. 즉, 모터(70)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부는 각 상의 출력 전류를 모두 검출할 수 있으며, 또는 3상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The output current detector may detect an output current flowing between the
출력 전류 검출부는 인버터(60)와 모터(70) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.The output current detector may be located between the
인버터(60)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 역률제어부(40)의 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 3상 교류 전원으로 변환하여, 3상 모터(70)에 출력할 수 있다.The
구체적으로, 인버터(60)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자 및 하측 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상측 및 하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.Specifically, the
역률제어부(40)와 마찬가지로, 인버터(60)의 스위칭 소자는 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다. Like the
인버터 제어부는, 인버터(60)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호를 인버터(60)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(70)에 흐르는 출력 전류 및 DC-링크 커패시터(C) 양단인 DC-링크 전압에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류는, 출력전류 검출부로부터 검출될 수 있으며, DC-링크 전압은 DC-링크 전압 검출부로부터 검출될 수 있다.The inverter controller may output an inverter control signal to the
인버터 제어부는 인버터(60)에 포함되는 스위칭 소자의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver)와, 이러한 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함하는 구성일 수 있다.The inverter controller may be configured to include a gate driver for transmitting a PWM signal to the gate terminal of the switching element included in the
한편, 역률제어부(40)의 게이트 구동부에 제어 신호를 인가하는 제어부와 인버터(60)의 게이트 구동부에 제어 신호를 인가하는 제어부는 동일할 수 있다. 즉, 하나의 제어부(100, 도 2 참조)가 역률제어부(40)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부 및 인버터(60)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부를 제어할 수 있다. 또한, 이 제어부(100)가 역률제어부(40)에 구비되는 릴레이도 제어할 수 있다.The controller for applying the control signal to the gate driver of the
상기 역률제어부(40)는 선택적으로 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동할 수 있도록, 교류 전원(10)과 정류부(30) 사이에 직렬로 연결되는 제1 리액터(L1)와, 정류부(30)의 출력측에 연결되며 두 채널을 구성하는 인터리브드 컨버터를 포함할 수 있다.The
역률제어부(40)는 복수의 리액터를 포함하고, 제어부(100)는 복수의 리액터 중 적어도 하나에 연결된 릴레이를 단속하여 각 리액터로의 통전 여부를 제어할 수 있다. 그럼으로써, 역률제어부가 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동하도록 선택할 수 있다.The
싱글 컨버터는, 교류 전원(10)과 정류부(30) 사이에 직렬로 연결되는 리액터(L1), 정류부(30)에 병렬로 연결되는 스위칭 소자(IGBT1), 및 스위칭 소자와 DC-링크 커패시터(C) 사이에 직렬로 연결되는 다이오드(D)를 포함할 수 있다.The single converter includes a reactor L1 connected in series between the
인터리브드 컨버터는, 정류부(30)에 연결되고 서로 병렬로 연결되는 2개의 리액터(L2, L3), 2개의 리액터에 각각 직렬로 연결되는 2개의 다이오드(D1, D2), 및 리액터와 다이오드 사이에 각각 병렬로 연결되는 2개의 스위칭 소자(IBGT1, IGBT2)를 포함할 수 있다.The interleaved converter includes two reactors L2 and L3 connected to the
인터리브드 컨버터는 리액터, 스위칭 소자, 및 다이오드로 구성되는 채널을 2개 구비하는 것이다. 두 채널은 서로 180도의 위상 차이를 갖고 교번적으로 작동된다.An interleaved converter has two channels composed of a reactor, a switching element, and a diode. The two channels operate alternately with a 180 degree phase difference from each other.
상기 교류 전원(10)과 정류부(30) 사이에 직렬로 연결되는 리액터(L1)를 제1 리액터(L1)라 하고, 정류부(30)에 연결되고 서로 병렬로 연결되는 2개의 리액터(L2, L3)를 제2 리액터(L2) 및 제3 리액터(L3)라 할 수 있다.A reactor L1 connected in series between the
그러면, 제1 다이오드(D1)는 제2 리액터(L2)에 직렬로 연결되고, 제1 스위칭 소자(IGBT1)는 제2 리액터(L2)와 제1 다이오드(D1) 사이에 병렬로 연결되는 것으로 볼 수 있다.Then, it is assumed that the first diode D1 is connected in series to the second reactor L2, and the first switching element IGBT1 is connected in parallel between the second reactor L2 and the first diode D1. Can be.
또한, 제2 다이오드(D1)는 제3 리액터(L3)에 직렬로 연결되고, 제2 스위칭 소자(IGBT2)는 제3 리액터(L3)와 제2 다이오드(D2) 사이에 병렬로 연결되는 것으로 볼 수 있다.In addition, it is assumed that the second diode D1 is connected in series to the third reactor L3, and the second switching element IGBT2 is connected in parallel between the third reactor L3 and the second diode D2. Can be.
여기서, 제1 릴레이(RY1)는 제1 리액터(L1)에 병렬로 연결되고, 제2 릴레이(RY2)는 제2 리액터(L2)에 병렬로 연결될 수 있다.Here, the first relay RY1 may be connected in parallel to the first reactor L1, and the second relay RY2 may be connected in parallel to the second reactor L2.
상기 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)는 패스트 리커버리 다이오드(FRD: Fast Recovery Diode)인 것이 바람직하다.The first diode D1 and the second diode D2 are preferably fast recovery diodes (FRDs).
패스트 리커버리 다이오드(FRD)는 PN형 접합 정류 소자로, 역방향 회복 시간(TRR: Time of Reverse Recovery)이 짧고, 고주파 전원의 정류에 적합한 다이오드이다.The fast recovery diode (FRD) is a PN type junction rectifier, and has a short time of reverse recovery (T RR ) and is suitable for rectifying high frequency power supplies.
일반 다이오드를 사용하는 경우 고주파에서 스위칭 손실이 크지만, 패스트 리커버리 다이오드(FRD)를 사용하면 고주파에서의 스위칭 손실을 줄일 수 있다.While switching losses are high at high frequencies with conventional diodes, fast recovery diodes (FRDs) can reduce switching losses at high frequencies.
제어부(100)는 제1 스위칭 소자(IGBT1) 및 제2 스위칭 소자(IGBT2)에 PWM 신호를 인가함은 물론, 상기 제1 릴레이(RY1) 및 제2 릴레이(RY2)의 온/오프(ON/OFF)를 제어한다.The
제어부(100)가 제1 릴레이(RY1)를 열어서(Open) 오프(OFF)하고 제2 릴레이(RY2)를 닫아서(Close) 온(OFF)하면, 역률제어부(40)는 단상(single phase)의 싱글 컨버터로 작동한다.When the
반대로, 제어부(100)가 제1 릴레이(RY1)를 닫아서(Close) 온(OFF)하고 제2 릴레이(RY2)를 열어서(Open) 오프(OFF)하면, 역률제어부(40)는 2채널(two channel)의 인터리브드 컨버터로 작동한다.On the contrary, when the
이렇게 제어부(100)가 역률제어부(40)의 각 릴레이를 제어하는 것은 소비전력의 크기를 기준으로 달라질 수 있다.The control of the relays of the
즉, 소비 전력이 소정값 미만이면 싱글 컨버터로 작동하도록 제어하고 소비 전력이 소정값 이상이면 인터리브드 컨버터로 작동하도록 제어할 수 있다.That is, when the power consumption is less than a predetermined value, it can be controlled to operate as a single converter, and when the power consumption is more than a predetermined value, it can be controlled to operate as an interleaved converter.
사용하는 컨버터의 종류를 구분하는 기준이 되는 소비 전력은 예를 들어 3kW로 설정될 수 있다. 즉, 소비 전력이 3kW 이상이면 제어부(100)는 역률제어부(40)가 인터리브드 컨버터로 작동하도록 각 릴레이를 제어한다.The power consumption which is a standard for classifying the type of converter to be used may be set to 3 kW, for example. That is, when the power consumption is 3 kW or more, the
이를 위해, 전력 변환 장치는 교류 전원의 전류를 측정하는 전류감지부(20)와 DC-링크 커패시터의 전압을 측정하는 전압감지부(50)를 포함할 수 있다.To this end, the power converter may include a
전류감지부(20)는 상기한 입력 전류 검출부에 해당될 수 있다.The
전압감지부(50)는 상기한 DC 전압 검출부에 해당될 수 있다.The voltage detector 50 may correspond to the DC voltage detector.
제어부(100)는 전류감지부(20)의 전류값과 전압감지부(50)의 전압값을 곱하여 소비 전력을 실시간으로 계산할 수 있다. 그래서, 소비전력이 3kW 이상이 되면 역률제어부(40)가 인터리브드 컨버터로 작동하도록 각 릴레이를 제어할 수 있다.The
본 발명에 의하면, 정류부, 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동할 수 있는 역률제어부, 및 DC-링크 커패시터를 하나의 PCB(인쇄 회로 기판)에 배치할 수 있다.According to the present invention, it is possible to arrange a power factor controller which can operate as a rectifier, a single converter or an interleaved converter, and a DC-link capacitor on a single printed circuit board (PCB).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이고, 도 4는 도 1의 전력 변환 장치에서 싱글 컨버터로 작동하는 경우를 나타내는 회로도이며, 도 5는 도 1의 전력 변환 장치에서 인터리브드 컨버터로 작동하는 경우를 나타내는 회로도이다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling a power converter according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a case of operating as a single converter in the power converter of FIG. 1, and FIG. 5 is a diagram of FIG. 1. A circuit diagram showing a case of operating as an interleaved converter in a power converter.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 전력 변환 장치의 제어방법을 설명한다.A control method of the power converter will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
전력 변환 장치에 작동 명령을 인가하면 작동되기 시작한다(S10). 이는 공기 조화기에 교류 전원을 연결하고 작동 스위치를 온(ON)하는 것을 말한다.When the operation command is applied to the power converter, it starts to operate (S10). This refers to connecting AC power to the air conditioner and turning on the operation switch.
그러면, 제어부(100)는 제1 릴레이(RY1)를 열어서(Open) 오프(OFF)하고 제2 릴레이(RY2)를 닫아서(Close) 온(ON)한다. 이에 따라 역률제어부(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 싱글 컨버터로 작동한다. 도 4에서 점선으로 표시된 회로 소자로는 전류가 흐르지 않는 것을 나타낸 것이다.Then, the
전력 변환 장치가 작동되기 시작한 이후에는 전류감지부와 전압감지부에 의해 전류값과 전압값을 측정하여 소비 전력을 실시간으로 계산하여, 소비 전력이 소정값(예를 들어 3kW) 이상인지 여부를 판단한다(S30).After the power converter starts to operate, current and voltage values are measured by the current sensing unit and the voltage sensing unit to calculate power consumption in real time to determine whether the power consumption is greater than or equal to a predetermined value (for example, 3 kW). (S30).
만약, 소비 전력이 소정값(3kW) 이상이 되면, 제어부(100)는 제1 릴레이(RY1)를 닫아서(Close) 온(ON)하고 제2 릴레이(RY2)를 열어서(Open) 오프(OFF)한다. 이에 따라 역률제어부(40)는 도 5에 도시된 바와 같이 인터리브드 컨버터로 작동한다. 도 5에서 점선으로 표시된 제1 리액터(L1)로는 전류가 흐르지 않는 것을 나타낸다.If the power consumption exceeds a predetermined value (3 kW), the
그리고, 제어부(100)는 계속해서 소비 전력을 계산하여 소비 전력이 소정값 미만으로 떨어지는지를 실시간으로 감시한다(S50).Then, the
만약, 소비 전력이 소정값 미만으로 떨어진다면 제1 릴레이(RY1) 및 제2 릴레이(RY2)의 온/오프(ON/OFF) 상태를 반대로 스위칭하여 역률제어부(40)가 싱글 컨버터로 작동하도록 제어한다.If the power consumption falls below a predetermined value, the
소비 전력이 소정값 이상으로 유지된다면 역률제어부(40)가 인터리브드 컨버터로 작동하는 것을 유지할 것이다.If the power consumption is maintained above a predetermined value, the
본 발명에 의하면, 소비 전력의 크기에 따라 역률제어부가 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동하도록 제어함으로써 전력 변환 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, power conversion efficiency can be improved by controlling the power factor controller to operate as a single converter or an interleaved converter according to the amount of power consumption.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to such specific embodiments, and those of ordinary skill in the art are appropriately within the scope described in the claims of the present invention. Changes will be possible.
10: 교류 전원 20: 전류감지부
30: 정류부 40: 역률제어부
50: 전압감지부 60: 인버터
70: 모터 100: 제어부10: AC power source 20: current sensing unit
30: rectifier 40: power factor controller
50: voltage detection unit 60: inverter
70: motor 100: control unit
Claims (12)
상기 정류부에서 정류된 전원에 대해 역률 개선 동작을 수행하고, 상기 교류 전원과 정류부 사이에 직렬로 연결되는 제1 리액터, 및 상기 정류부의 출력측에 연결되며 서로 병렬 연결된 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자에 각각 연결되어 에너지를 저장하는 제2 리액터 및 제3 리액터, 그리고 상기 제1 리액터에 병렬로 연결되는 제1 릴레이 및 상기 제2 리액터에 병렬로 연결되는 제2 릴레이를 포함하는 두 채널의 승압 컨버터를 구성하는 인터리브드 컨버터(interleaved converter)를 구비하는 역률제어부;
상기 역률제어부에 병렬로 연결되는 DC-링크 커패시터; 및
상기 역률제어부를 제어하여 싱글 컨버터 또는 인터리브드 컨버터로 작동하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.Rectifier for rectifying AC power;
A power factor correcting operation is performed on the power rectified by the rectifier, a first reactor connected in series between the AC power source and the rectifier, and a first switching element and a second switching element connected to the output side of the rectifier and connected in parallel with each other. A second reactor and a third reactor connected to the first switching element and the second switching element to store energy, and a first relay connected to the first reactor and connected in parallel to the first reactor and the second reactor. A power factor controller having an interleaved converter constituting a boost converter of two channels including a second relay;
A DC-link capacitor connected in parallel to the power factor controller; And
And a controller for controlling the power factor controller to operate as a single converter or an interleaved converter.
상기 역률제어부는 복수의 리액터를 포함하고,
상기 제어부는 상기 복수의 리액터 중 적어도 하나에 연결된 릴레이를 단속하여 각 리액터로의 통전 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 1,
The power factor controller includes a plurality of reactors,
The control unit controls the power supply to each reactor by controlling the relay connected to at least one of the plurality of reactors.
상기 두 채널의 승압 컨버터는,
상기 정류부에 직렬로 연결되고 서로 병렬 연결되는 상기 제2 리액터와 제3 리액터;
상기 제2 리액터와 제3 리액터에 각각 직렬로 연결되는 제1 다이오드와 제2 다이오드;
상기 제2 리액터와 제1 다이오드 사이에 병렬로 연결되는 상기 제1 스위칭 소자; 및
상기 제3 리액터와 제2 다이오드 사이에 병렬로 연결되는 상기 제2 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 1,
The boost converter of the two channels,
The second reactor and the third reactor connected in series with the rectifying unit and connected in parallel with each other;
First and second diodes connected in series to the second reactor and the third reactor, respectively;
The first switching element connected in parallel between the second reactor and a first diode; And
And the second switching element connected in parallel between the third reactor and the second diode.
상기 제1 다이오드와 제2 다이오드는 각각 패스트 리커버리 다이오드(FRD: Fast Recovery Diode)인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 3,
The first diode and the second diode is a power recovery device, characterized in that each of a fast recovery diode (FRD).
상기 제어부는 소비 전력이 소정값 미만이면 상기 제1 릴레이를 오프(OFF)하고 상기 제2 릴레이를 온(ON)하여 상기 역률제어부가 싱글 컨버터로 작동하도록 하고, 소비 전력이 소정값 이상이면 상기 제1 릴레이를 온(ON)하고 상기 제2 릴레이를 오프(OFF)하여 상기 역률제어부가 인터리브드 컨버터로 작동하도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 3,
The control unit turns off the first relay when the power consumption is less than a predetermined value and turns on the second relay so that the power factor control unit operates as a single converter. 1. The power conversion device of claim 1, wherein the power factor controller operates as an interleaved converter by turning on a relay and turning off the second relay.
상기 교류 전원의 전류를 측정하는 전류감지부; 및
상기 DC-링크 커패시터의 전압을 측정하는 전압감지부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 전류감지부의 전류값과 상기 전압감지부의 전압값으로부터 소비 전력을 계산하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 5,
A current sensing unit measuring a current of the AC power supply; And
Further comprising a voltage sensing unit for measuring the voltage of the DC-link capacitor,
And the control unit calculates power consumption from a current value of the current sensing unit and a voltage value of the voltage sensing unit.
상기 정류부, 상기 역률제어부, 및 상기 DC-링크 커패시터는 하나의 PCB(인쇄 회로 기판)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 1,
And the rectifier, the power factor controller, and the DC-link capacitor are arranged on a single printed circuit board (PCB).
전력 변환 장치에 3상 교류 전력을 사용하는 부하를 연결하여 작동시키는 단계;
상기 역률제어부에 구비된 복수의 리액터 중 적어도 하나에 연결된 릴레이를 제어하여 상기 역률제어부가 싱글 컨버터로 작동하도록(싱글 모드) 제어하는 단계;
상기 전력 변환 장치에 구비된 전류감지부와 전압감지부에 의해 전류값과 전압값을 측정하여 소비 전력을 계산하는 단계;
상기 측정된 소비 전력이 소정값 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 소비 전력이 소정값 이상인 경우 상기 릴레이를 제어하여 상기 역률제어부가 인터리브드 컨버터로 작동하도록(인터리브드 모드) 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어방법.A power factor control unit connected to a rectifier for rectifying AC power to perform a power factor improving operation, and selectively functioning as a single converter and an interleaved converter, wherein the power factor controller is connected in series between the AC power source and the rectifier; A reactor and a first and second switching element connected in parallel with each other, a second reactor and a third reactor connected to the first switching element and a second switching element respectively to store energy, and in parallel to the first reactor A control method of a power conversion apparatus including an interleaved converter constituting a boost converter of two channels including a first relay connected to and a second relay connected in parallel to the second reactor.
Connecting and operating a load using three-phase AC power to the power conversion device;
Controlling the power factor controller to operate as a single converter (single mode) by controlling a relay connected to at least one of the plurality of reactors provided in the power factor controller;
Calculating power consumption by measuring a current value and a voltage value by a current sensing unit and a voltage sensing unit included in the power converter;
Determining whether the measured power consumption is greater than or equal to a predetermined value; And
And controlling the relay to control the relay to operate as an interleaved converter (interleaved mode) when the power consumption is greater than or equal to a predetermined value.
상기 측정된 소비 전력이 소정값 미만으로 떨어졌는지 판단하는 단계; 및
상기 소비 전력이 소정값 미만인 경우 상기 릴레이를 제어하여 상기 역률제어부가 싱글 컨버터로 기능하도록(싱글 모드) 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어방법.The method of claim 9,
Determining whether the measured power consumption drops below a predetermined value; And
And controlling the relay to control the relay to function as a single converter when the power consumption is less than a predetermined value (single mode).
상기 역률제어부는,
상기 교류 전원과 정류부 사이에 연결되는 제1 리액터;
상기 정류부에 직렬로 연결되고 서로 병렬 연결되는 상기 제2 리액터와 제3 리액터;
상기 제2 리액터와 제3 리액터에 각각 직렬로 연결되는 제1 다이오드와 제2 다이오드;
상기 제2 리액터와 제1 다이오드 사이에 병렬로 연결되는 상기 제1 스위칭 소자; 및
상기 제3 리액터와 제2 다이오드 사이에 병렬로 연결되는 상기 제2 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어방법.The method of claim 10,
The power factor control unit,
A first reactor connected between the AC power source and the rectifier;
The second reactor and the third reactor connected in series with the rectifying unit and connected in parallel with each other;
First and second diodes connected in series to the second reactor and the third reactor, respectively;
The first switching element connected in parallel between the second reactor and a first diode; And
And the second switching element connected in parallel between the third reactor and the second diode.
상기 싱글 모드에서 상기 제1 릴레이를 오프(OFF)하고 상기 제2 릴레이를 온(ON)하며,
상기 인터리브드 모드에서 상기 제1 릴레이를 온(ON)하고 상기 제2 릴레이를 오프(OFF)하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어방법.
The method of claim 11,
Turn off the first relay and turn on the second relay in the single mode;
And controlling the first relay on and off of the second relay in the interleaved mode.
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