KR100323349B1 - 직류전원장치및공기조화기 - Google Patents

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아츠유키 히루마
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니시무로 타이죠
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Abstract

본 발명은 직류전원장치 및 공기조화기에 관한 것으로서, 스위칭 소자(6)가 온일 때에 교류전원(2)을 리액터(3)를 통해 단락하여 이 리액터에 강제적으로 통전하는 제 1 다이오드 브리지(4)와, 교류전압의 각 제로 크로스에서 소정의 단기간 스위칭 소자를 온시키는 동시에 이 첫번째 온을 한 후, 소정의 지연기간 후 상기 단기간보다도 짧은 기간 상기 스위칭 소자를 다시 온시키는 제어수단(7)을 구비하고, 제 1, 제 2 다이오드 브리지 및 스위칭 소자를 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하여 조립작업성이 양호하고 전자파 노이즈가 적은 소형경량의 직류전원장치 및 공기조화기를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

직류전원장치 및 공기조화기{DC POWER SUPPLY UNIT AND AIR CONDITIONER}
본 발명은 교류전원에서의 교류를 직류로 변환하는 직류전원장치에 관한 것으로서, 특히 교류입력 측에 리액터를 직렬로 삽입한 직류전원장치에 관한 것이다.
종래, 컨덴서 인풋형의 직류전원장치에서는 그 입력전류가 입력전압 > 커패시터 전압의 구간에서 밖에 흐르지 않고, 또 이 구간에서는 전류를 제한하는 요소가 없기 때문에, 입력전류는 피크값이 크고, 통전폭이 좁은 펄스 형상의 전류가 된다. 이것을 방지하기 위해 종래부터 입력회로에 리액터를 삽입하여 역률(power factor)과 전원고조파를 모두 개선하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 효과를 얻기 위해서는 인덕턴스가 큰 리액터가 필요하고, 또 인덕턴스가 증가하면 오히려 전류위상 지연에 의한 직류전압 저하가 커지고, 최대출력전력이 저하된다.
그래서, 본 출원인은 인덕턴스가 작은 리액터에 의해 입력전류파형의 개선과 출력직류전압의 개선을 꾀하기 위해, 그 리액턴스에 강제통전하여 역률개선과 고조파 저감을 모두 꾀할 수 있는 직류전원장치를 제안하는 동시에 또 이 제어에 의해 발생하는 리액터의 진동음을 억제하기 위한 제어방법도 제안하고 있다.
도 7은 이러한 종류의 종래 공지되지 않은 직류전원장치의 일례를 나타낸 전자회로도이고, 상용전원 등의 교류전원(101)의 한쪽 출력단에 리액터(102)를 직렬로 삽입하고 있다.
리액터(102)의 다른 단에는 단락회로인 제 1 다이오드 브리지회로(103)와, 정류회로인 제 2 다이오드 브리지회로(104)의 한쪽 입력단을 접속하고, 이러한 제 1, 제 2 다이오드 브리지회로(103, 104)의 다른 쪽 입력단에는 교류전원(101)의 다른 쪽 출력단을 접속하고 있다.
제 1 다이오드 브리지회로(103)의 양 출력단에는 예를 들면 MOSFET 등으로 이루어진 스위칭 소자(105)를 접속하고, 이 스위칭소자(105)에 예를 들면, 마이크로 프로세서 등으로 이루어진 제어수단(106)을 접속하고 있다. 또, 도 7 중, 부호 '107'은 배전압 컨덴서, '108'은 평활 컨덴서, '109'는 부하이다.
그리고, 제어수단(106)에서 소정의 역률 개선 펄스를 교류전압의 각 제로 크로스에서 소정의 기간 스위칭 소자(105)에 주는 것에 의해 이 스위칭 소자(105)를 온오프 제어하여 교류전원(101)의 출력측 양단을 리액터(102)와 제 1 다이오드 브리지회로(103)를 통해 단기간 단락하고, 리액터(102)를 강제적으로 통전하여 전원도통각을 확대하도록 이루어져 있다. 이 때문에 리액터(102)의 대형화를 초래하지 않고 역률 개선과 고조파 저감을 모두 꾀할 수 있다.
그러나, 리액터(102)의 강제통전과 차단의 전류급변에 의해 리액터(102)에 소음이 발생하기 때문에 제어수단(106)에서 역률 개선 펄스의 출력 후, 소정의 지연기간을 두고 소정의 소음저감 펄스를 스위칭소자(105)에 주는 것에 의해 상기 리액터(102)의 소음도 저감할 수 있게 되어 있다.
그리고, 교류전원(101)에서의 교류는 상기 역률 개선 펄스에 의해 단락된 제 1 다이오드 브리지회로(103)에 단기간 흐른 후, 이 제 1 다이오드 브리지회로(103)가 개방되면 그 전류가 제 2 다이오드 브리지회로(104)측으로 전환된다. 또, 소음저감 펄스에 의해 다시 단락될 때에는 제 2 다이오드 브리지회로(104)의 역회복전류를 포함하는 불연속 전류가 제 1, 제 2 다이오드 브리지회로(103, 104) 사이를 흐른다.
도 8a 및 도 8b는 이와 같은 제 1 다이오드 브리지회로(103)의 단락시와 재단락시에 제 1, 제 2 다이오드 브리지회로(103, 104) 사이를 흐르는 역회복 전류를 포함하는 불연속 전류를 나타내고 있으며, 상기 도 8a는 제 2 다이오드 브리지회로(104)측에 흐르는 불연속 전류를 나타내고, 상기 도 8b는 제 1 다이오드 브리지회로(103)측에 흐르는 불연속 전류를 나타나고 있다.
또, 도 9a, 도 9b는 스위칭소자(105) 근방에 흐르는 상기 불연속 전류의 확대도이다. 상기한 불연속 전류의 발생은 브리지회로를 파괴할 가능성이 있고, 신뢰성상 바람직하지 않다.
그러나, 이와 같은 직류전원장치에서는 제 1, 제 2 다이오드 브리지(103, 104)와 스위칭소자(105)가 별개인 반도체 모듈에 의해 각각 구성되어 있기 때문에, 이들의 합계 외부단자 수는 도 7 중 작은 동그라미 표시로 나타낸 바와 같이, 제 1 다이오드 브리지(103)가 4단자, 제 2 다이오드 브리지(104)가 4단자, 스위칭소자(105)가 3단자이기 때문에 결국 합계가 11단자이고, 이 때문에 외부 단자의 결선을 포함하는 조립의 작업성이 낮은 데다가 신뢰성이 저하된다고 하는 과제가 있다.
또, 이러한 제 1, 제 2 다이오드 브리지(103, 104), 스위칭소자(105)에는 그 각 전기정격에 상응하는 방열수단을 각각 개별적으로 설치하고 있기 때문에 소형경량화가 방해받고 있다.
또, 스위칭 소자(105)의 스위칭에 의한 불연속전류, 재단락에 의한 스파이크형상의 역회복전류가 흐르는 전류경로는 제 2 다이오드 브리지회로(104)의 제 1 다이오드(D1)→제 1 다이오드 브리지회로(103)의 제 5 다이오드(D5)→스위칭소자(105)→제 7 다이오드(D8)이고, 세 개의 반도체 모듈(103, 104, 105)간을 흐르기 때문에 외부로 방사되는 전자파 노이즈도 증대한다는 과제가 있다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 조립작업성이 양호하고 전자파 노이즈가 적은 소형 경량의 직류전원장치를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 직류전원장치의 전자회로도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 직류전원장치의 전자회로도,
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 직류전원장치의 전자회로도,
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 직류전원장치의 전자회로도,
도 5는 종래의 직류전원장치의 전자회로도,
도 6은 본 발명의 직류전원장치를 공기조화기에 이용한 제 5 실시형태의 구성을 나타낸 블럭도,
도 7은 종래 공지되지 않은 직류전원장치의 전자회로도,
도 8a는 종래 공지되지 않은 직류전원장치의 제 2 다이오드 브리지 회로 측에 흐르는 불연속 전류의 파형도,
도 8b는 상기 제 1 다이오드 브리지 회로 측에 흐르는 불연속 전류의 파형도,
도 9a는 도 8a에서 나타낸 불연속 전류가 스위칭소자 근방에서 흐르는 경우의 확대전류 파형도, 및
도 9b는 도 8b에서 나타낸 불연속 전류가 스위칭소자 근방에서 흐르는 경우의 확대전류 파형도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 1A, 1B, 1C: 직류전원장치 2: 교류전원
3: 리액터 4: 제 1 다이오드 브리지(단락회로)
5: 제 2 다이오드 브리지(정류회로) 6: 스위칭소자
7: 제어회로 8, 9: 배전압 컨덴서
10: 평활 컨덴서 12, 13: 반도체 모듈
12a, 13a: 반도체 모듈의 외관용기 14: 메인 휴즈
15, 17: 서브 휴즈 D1∼D8: 제 1∼제 8 다이오드
제 1 태양(態樣)의 직류전원장치는 교류전원으로부터의 교류를 직류로 정류하는 정류회로, 이 정류회로로부터의 직류를 평활하는 컨덴서, 상기 정류회로의 교류입력 측에 직렬로 삽입된 리액터, 스위칭소자가 온일 때에 상기 교류전원을 상기 리액터를 통해 단락하여 이 리액터에 강제적으로 통전하는 단락회로, 상기 교류전원에 접속되어 교류전압의 제로크로스를 검출하는 검출수단, 및 상기 검출수단이 검출한 각 제로크로스로부터 소정의 단기간 상기 스위칭 소자를 온시키는 신호를 출력하고, 또, 이 첫 번째 온을 한 후, 소정의 지연기간 후 상기 단기간보다도 짧은 기간 상기 스위칭소자를 다시 온시키는 신호를 출력하는 제어수단을 구비하고, 상기 정류회로, 단락회로 및 스위칭소자를 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 정류회로, 단락회로 및 스위칭소자를 1개의 외관용기에 정리하여 실장하는 것에 의해 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하기 때문에, 종래 적어도 3개가 필요했던 반도체 모듈의 외관용기를 1개로 감소시켜 장치 전체의 소형 경량화를 꾀할 수 있는 동시에 이 외관용기의 단자 수를 감소시킬 수 있다. 이 때문에 이러한 단자를 외부 부품에 접속하는 접속작업의 작업성을 향상시킬 수 있기 때문에 조립작업성을 향상시킬 수 있다.
또, 이러한 정류회로, 단락회로 및 스위칭소자의 외관용기를 1개의 외관용기로 공통화하기 때문에 이러한 회로를 개별의 각 외관용기를 통하지 않고 근접시켜서 배치하고 접속할 수 있다. 이 때문에 그 접속경로의 길이와 면적을 축소할 수 있기 때문에 이러한 접속경로에 의해 발생하는 부유용량과 인덕턴스를 저감하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또, 정류회로와 단락회로에는 상보적인 불연속전류와, 다시 온시키는(단락) 제어에 의한 정류다이오드의 역회복 전류가 흐르고, 고주파 노이즈를 발생시킬 우려가 있지만, 본 발명은 정류회로와 단락회로를 각 외관용기를 통하지 않고 1개의 외관용기 내에서 근접 배치하여 접속하기 때문에 이러한 전류가 흐르는 전류경로의 길이와 면적을 축소할 수 있다. 이 때문에 이 내부 전류경로에서 외부로 방사되는 고주파 노이즈 발생의 우려를 저감할 수 있다.
제 2 태양의 직류전원장치는 반도체 모듈이 교류전원이 입력되는 2개의 교류입력단자, 정류회로로부터 정류 후의 직류를 출력하는 2개의 직류출력단자 및 제어수단의 신호를 입력하는 제어신호 입력단자를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 정류회로, 단락회로 및 스위칭소자의 외관용기를 1개의 외관용기로 공통화하여 필요 최소한의 단자를 추출하는 것에 의해 반도체 모듈로서의 실장 스페이스의 절약과, 이러한 단자와 다른 외부 부품과의 접속 작업의 용이성과, 반도체 모듈로서의 신뢰성의 향상을 모두 꾀할 수 있다.
제 3 태양의 직류전원장치는 정류회로, 단락회로, 스위칭소자, 검출수단 및 제어수단을 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 제어수단도 정류회로, 단락회로 및 스위칭 소자와 모두 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하고 있기 때문에, 제어수단의 외관용기도 공통화할 수 있다. 이 때문에 장치 전체를 더욱 소형경량화를 꾀할 수 있다.
또, 제어수단과 스위칭소자와의 접속부가 외관용기 밖의 외부 접속에서 외관용기 내에서의 내부 접속으로 변하기 때문에, 이 접속부의 신뢰성을 향상시킬 수 있는데다가 제어수단의 외부 접속부분을 감소시킬 수 있기 때문에 조립작업성과 신뢰성을 모두 향상시킬 수 있다.
제 4 태양의 직류전원장치는 반도체 모듈이 제어수단의 제어신호 입력단자를 포토커플러에 의해 전기적으로 절연하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 제어수단의 제어신호 입력단자를 포토커플러에 의해 전기적으로 절연하기 때문에 제어수단이 전자파 노이즈 등에 의해 잘못 동작하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
제 5 태양의 직류전원장치는 반도체 모듈이 스위칭소자 제어용의 전원을 내장하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 1개의 반도체 모듈 내에 스위칭소자 제어용의 전원을 내장하고 있기 때문에 이 스위칭소자를 외부에서 용이하게 제어할 수 있다.
제 6 태양의 직류전원장치의 반도체 모듈은 정류회로, 단락회로 및 스위칭소자를 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하고, 상기 반도체 모듈은 교류전원이 입력되는 2개의 교류입력단자, 상기 정류회로에서 정류 후의 직류를 출력하는 2개의직류출력단자 및 상기 제어수단의 신호를 입력하는 제어신호입력단자와 전원으로부터의 교류를 단락회로에 도입하기 위한 단락회로 입력단자를 갖고, 상기 리액터와 상기 정류회로 사이의 접속부와 상기 단락회로의 사이에 삽입된 휴즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 반도체 모듈의 교류입력단자와 단락입력단에 접속된 외부 시스템과 반도체 모듈의 한쪽에 과전류가 발생한 경우에는 휴즈가 용단(溶斷)하여 다른 쪽으로의 과전류의 유입을 저지하기 때문에 단락회로의 파괴를 방지할 수 있다. 또, 휴즈는 교류입력단자와 단락입력단자의 외부 단자 사이에 삽입되기 때문에 만일 휴즈가 용단한 후는 그 휴즈를 대신하여 다른 휴즈를 용이하고 신속하게 삽입하는 것에 의해 용이하게 복귀시킬 수 있다.
제 7 태양의 직류전원장치는 반도체 모듈이 스위칭소자의 본딩 와이어 등의 내부 도체의 적어도 일부를 휴즈로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 스위칭 소자의 본딩 와이어 등의 내부 도체의 적어도 일부를 휴즈로 형성하기 때문에 이 스위칭 소자와 이것에 접속되어 있는 단락회로의 적어도 한쪽에 과전류가 흐르는 경우에는 이 휴즈가 용단되기 때문에 스위칭 소자와 단락회로의 적어도 한쪽의 과전류 등에 의한 파괴를 방지할 수 있다.
제 8 태양의 직류전원장치는 단락회로 또는 스위칭 소자에 휴즈를 삽입하는 한편, 이 휴즈보다도 정격전류가 큰 제 2 휴즈를 교류전원 측에 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 만일 단락회로 또는 스위칭소자 측의 휴즈가 과전류 등에의해 용단한 경우에도 이 휴즈 보다도 정격전류가 큰 교류전원 측의 휴즈를 통해 계속해서 교류를 정류회로에 공급할 수 있기 때문에 응급적으로 계속 운전할 수 있다.
제 9 태양의 직류전원장치는 교류전원에서의 교류를 다이오드 브리지회로에 의해 직류로 정류하는 정류회로와, 이 정류회로에서의 직류를 평활하는 컨덴서와, 상기 정류회로의 교류입력 측에 직렬로 삽입된 리액터와, 스위칭 소자가 온일 때에 상기 교류전원을 상기 리액터와 다이오드 브리지회로를 통해 단락하여 이 리액터에 강제적으로 통전하는 단락회로와, 상기 교류전원에 접속되어 교류전압의 제로크로스를 검출하는 검출수단, 및 상기 검출수단이 검출한 각 제로크로스에서 소정의 단기간 상기 스위칭소자를 온시키는 신호를 출력하고, 또, 이 첫 번째 온을 한 후 소정의 지연기간 후 상기 단기간보다도 짧은 기간 상기 스위칭소자를 다시 온시키는 신호를 출력하는 제어수단을 구비하고, 상기 정류회로의 다이오드의 일부를 상기 단락회로의 다이오드의 일부로서 공용하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 정류회로의 다이오드의 일부를 단락회로의 다이오드의 일부로서 공용하기 때문에 단락회로의 다이오드 수를 감소시킬 수 있다. 이것에 의해 직류전원장치의 구성의 간소화와 비용저감을 모두 꾀할 수 있다.
제 10 태양의 직류전원장치는 공용 다이오드가 정류다이오드 브리지회로의 음극 측에 애노드 측을 공통 접속시킨 2개의 다이오드인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 정류다이오드 브리지회로의 음극 측에 애노드 측을 각각 접속시킨 2개의 다이오드를 단락다이오드 브리지회로의 다이오드의 일부로서 공용하기 때문에 단락회로에서 2개의 다이오드를 삭감할 수 있다.
제 11 태양의 직류전원장치는 스위칭소자의 구동전원장치를 정류회로의 직류출력단에 접속되는 인버터 음극측 드라이브 전원장치와 공용하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 스위칭 소자의 구동전원장치와 인버터 음극측 드라이브 전원장치를 1개의 전원으로 삭감할 수 있다.
제 12 태양의 직류전원장치는 정류회로와 단락회로를 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 정류회로와 단락회로를 1개의 반도체 모듈에 의해 구성하기 때문에 직류전원장치 전체의 소형화와 저 비용화를 모두 꾀할 수 있다.
제 13 태양의 직류전원장치는 교류를 직류로 변환하는 컨버터 장치와, 이 컨버터 장치에서 변환된 직류를 가변전압·가변주파수의 교류로 변환하여 압축기 구동 전동기에 공급하는 인버터 장치를 구비한 공기조화기에 있어서, 상기 컨버터 장치로서 제 1∼12 태양의 어느 하나의 태양에 기재된 직류전원장치를 이용한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제 1∼12 태양의 어느 하나의 태양에 기재된 직류전원장치를 컨버터 장치로서 사용하기 때문에 이러한 제 1∼12 태양의 어느 하나의 태양에 기재한 발명과 거의 같은 작용, 효과를 나타낼 수 있는 데다가, 공기조화기의 압축기 구동용의 전원장치의 소형경량화를 꾀할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도 1∼도 3을 참조하여 설명한다. 또, 이러한도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 직류전원장치(1)의 전자회로도이고, 이 직류전원장치(1)는 상용 전원 등의 교류전원(2)의 한쪽 출력단에 리액터(3)를 직렬로 접속하고 있다. 이 리액터(3)의 다른 쪽 단은 4개의 다이오드로 이루어지고, 도통방향을 갖추고 있는 제 1 다이오드 브리지(4)와, 전파(全波)정류기를 구성하고 있는 제 2 다이오드 브리지(5)의 각각의 한쪽 입력단에 접속되어 있다. 제 1, 제 2 다이오드 브리지(4, 5)의 각각의 다른 쪽 입력단은 교류전원(2)의 다른 쪽 출력단에 접속되어 있다.
제 1 다이오드 브리지(4)의 양 출력단은 예를 들면 바이폴라 트랜지스터, IGBT, MOSFET 등으로 이루어진 스위칭 소자(6)의 컬렉터와 이미터 간에 접속되고, 이 스위칭 소자(6)가 온일 때에 제 1 다이오드 브리지(4)와 리액터(3)를 통해 교류전원(2)의 출력측 양단을 단락하는 단락회로로 구성되어 있다.
스위칭 소자(6)의 게이트는 마이크로 프로세서 등으로 이루어진 제어수단(7)에 접속되어 이 제어수단(7)에 의해 스위칭 소자(6)가 온오프 제어되도록 이루어져 있다.
제어수단(7)의 입력 측에는 예를 들면 포토커플러, 커런트 트랜스 등으로 이루어진 도시하지 않은 제로크로스 검출수단이 설치되고, 이 제로크로스 검출수단의 입력 측은 교류전원(2)의 출력단에 접속되어 있다. 이것에 의해 이 제로크로스 검출수단은 교류전원(2)의 교류전압이 영점, 즉 제로크로스점(OX)을 통과하는 시점을 검출하여 출력된 검출신호를 제어수단(7)에 공급하는 것이다.
제어수단(7)은 이 각 제로크로스점(OX)에서 소정의 온기간, 역률개선 펄스를 스위칭소자(6)에 주고, 또, 이 역률개선 펄스보다도 소정의 지연기간 후, 펄스 폭이 역률개선 펄스보다도 작은 소음저감 펄스를 스위칭 소자(6)에 주는 것이다.
역률개선 펄스는 직류전원장치(1)의 역률개선과 고조파저감의 목적을 위해 전원전압파형(AC)의 각 제로크로스점(OX)에서 소정 기간(예를 들면 수㎜sec)출력된 펄스이다. 소음저감 펄스는 역률개선 펄스에 의해 리액터(3)가 강제적으로 통전되어 통전 전류가 급변하는 것에 의해 발생하는 리액터(3)의 소음을 저감하기 위해 각 역률개선 펄스에 소정의 지연기간 후 추가되는 펄스이다.
그리고, 각 역률개선 펄스에 대한 소음저감 펄스의 지연기간과, 각 소음저감 펄스의 다시 온하는 기간의 각각의 최적값은 리액터(3)의 고유진동수 파장의 거의 1/6 정도이고, 예를 들면 약 20μsec전후의 매우 짧은 시간이다.
또, 제 2 다이오드 브리지(5)의 출력단은 배전압 컨덴서(8, 9)와 평활용 전해컨덴서(10)를 통해 부하(11)에 접속되어 있다. 이것에 의해 교류전원(2)에서의 교류전압이 제 2 다이오드 브리지(5)와 배전압, 평활용 전해컨덴서(8, 9, 10)에 의해 배전압 정류되고 평활되어 직류전압으로서 부하(11)에 공급되도록 이루어져 있다.
따라서, 교류전원(2)에서 교류전압이 출력되면 이 교류전압은 리액터(3)를 통해 제 2 다이오드 브리지(5)와 배전압, 평활용 전해컨덴서(8, 9, 10)로 이루어진 배전압 정류회로에 공급되어 직류전압으로서 부하(11)에 공급되고, 또, 이 교류전압이 제로크로스점(OX)을 통과하면 이 제로크로스점(OX)통과가 제로 크로스 검출수단(8)에 의해 검출되고, 이 제로크로스 검출수단(8)에서 출력된 검출신호에 의해 제어수단(7)이 구동된다.
이것에 의해 제어수단(7)은 교류전압의 제로크로스점 통과 후에 역률개선 펄스와 소음저감 펄스를 소정 기간 발생하여 스위칭소자(6)에 준다.
스위칭소자(6)는 역률개선 펄스와 소음저감 펄스에 대응하여 온상태로 구동한다. 이 때문에 제 1 다이오드 브리지(4)와 리액터(3)를 통해 교류전원(2)의 양단(兩端)이 단락한다. 이것에 의해 역률개선 펄스에 응답하여 스위칭소자(6)가 리액터(3)를 통해 교류전원(2)이 단락하고, 입력전압 < 커패시터 전압의 구간에 있어서도 리액터(3)가 통전되어 전기 에너지를 축적시킬 수 있고, 교류전원(2)의 전기 도통각이 확대된다. 이 때문에 직류전원장치의 전원 역률을 개선하는 동시에 고조파를 저감할 수 있다.
또, 소음저감 펄스에 응답하여 스위칭소자(6)가 온동작한 경우에는 역률개선 펄스에 의해 리액터(3)가 단락된 후에 리액터(3)의 단락이 해방되고 단락전류가 오프되는 전류급변에 의한 소음을 저감할 수 있다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 다이오드 브리지(4, 5)와 스위칭소자(6)의 3개 회로를 1개의 반도체 외관용기(12a)에 정리하여 실장하는 것에 의해 1개의 반도체 모듈(12)로서 일체로 구성되어 있다.
따라서, 종래 적어도 3개 필요했던 외관용기(12a)를 1개로 감소시켜 장치 전체의 소형경량화를 꾀할 수 있다.
또, 이러한 제 1, 제 2 다이오드 브리지(4, 5)와 스위칭 소자(6)의 외관용기를 1개의 외관용기(12a)로 공통화하기 때문에, 이러한 반도체 회로를 별개의 각 외관용기를 통하지 않고 근접시켜 배치하고 접속할 수 있다. 이 때문에 그 접속경로의 길이와 면적을 축소할 수 있어서 이러한 접속경로에 의해 발생하는 부유용량과 인덕턴스를 저감하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또, 제 1, 제 2 다이오드 브리지(4, 5)에는 상보적인 불연속 전류와 다시 온하는(단락) 제어에 의한 제 2 다이오드 브리지(5)의 역회복 전류가 흐르고, 고주파 노이즈를 발생시킬 우려가 있지만, 이 실시형태에서는 제 1, 제 2 다이오드 브리지(4, 5)를 각 외관용기를 통하지 않고 근접 배치하여 외관용기(12a)내에서 접속하기 때문에 이러한 전류가 흐르는 전류경로에서 외부로 방사되는 고주파 노이즈발생의 우려를 저감할 수 있다.
그리고, 제 1, 제 2 다이오드 브리지(4, 5)와 스위칭 소자(6)의 외관용기를 1개의 외관용기(12a)로 공통화하기 때문에, 이 외관용기(12a)의 외부 단자를 도 1 중 작은 동그라미 표시로 나타낸 바와 같이 2개의 교류입력단자(ACin), 2개의 직류출력단자(DCout), 2개의 제어신호 입출력단자(cont)의 합계 6개로 감소시킬 수 있다.
따라서, 이러한 6개의 외부 단자와, 교류전원(2)과 리액터(3) 등의 외부 부품과의 접속부분을 감소시킬 수 있기 때문에 이러한 접속작업을 포함하는 조립작업의 작업성과 신뢰성을 모두 향상시킬 수 있다.
또, 제어수단(7)의 입력 측에 포토커플러 등을 통해 도시하지 않은 교류전원 제로크로스 검출기 등의 외부 부품을 접속하는 것에 의해 제어수단(7)과 검출기 등의 외부 부품을 전기적으로 절연할 수 있기 때문에, 전자파 노이즈에 의해 제어수단(7)이 잘못 동작하는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 직류전원장치(1A)의 전자회로도이다. 이것은 제 1, 제 2 다이오드 브리지(4, 5)와 스위칭소자(6)와 함께 도시하지 않은 구동용 전원을 구비하고 있는 제어수단(7)도 1개의 외관용기(13a)에 정리하여 실장하고 1개의 반도체 모듈(13)에 일체로 구성하는 한편, 메인 휴즈(14)와 서브 휴즈(15)를 설치한 점에 특징이 있다.
메인 휴즈(14)는 교류전원(2)의 한쪽 출력단에 직렬로 삽입되고, 서브 휴즈(15)는 리액터(3)의 일단과, 외관용기(13a)의 단락회로 입력단자(16)와의 사이에 직렬로 삽입된다. 메인 휴즈(14)의 전류정격값은 서브 휴즈(14)보다도 큰 것이 사용되고 있다. 단락회로 입력단자(16)는 리액터(3)를 통해 오로지 제 1 다이오드 브리지(4)의 한쪽에 교류를 입력시키기 위한 외부 단자이다.
따라서, 이 직류전원장치(1A)에 의하면 1개의 공통 외관용기(13a)내에서 제어수단(7)을 제 1, 제 2 다이오드 브리지(4, 5)와 스위칭소자(6)에 근접 배치하여 접속할 수 있기 때문에, 이 공통외관용기(13a)의 소형화를 한층 꾀할 수 있는데다가 이러한 외관용기(13a)내의 내부 접속부의 길이와 면적을 축소시킬 수 있다. 이 때문에 내부 접속부에 의해 발생하는 부유용량과 인덕턴스를 저감하여 신뢰성을 향상시킬 수 있고 고주파 노이즈를 저감시킬 수 있다.
또, 제어수단(7)은 구동용 전원을 구비하고 있기 때문에 이 제어수단(7)에 교류전원 제로크로스 검출기 등의 외부 부품을 접속하여 용이하게 외부 제어할 수있다.
그리고, 만약 스위칭소자(6)가 파괴되어도 서브 휴즈(15)가 용단되기 때문에 단락회로인 제 1 다이오드 브리지(4)의 파괴를 방지할 수 있다. 또, 서브 휴즈(15)가 용단되어도 메인 휴즈(14)의 정격전류가 서브 휴즈(15)보다도 크기 때문에 교류전원(2)에서의 교류를 메인 휴즈(14)를 통해 정류회로의 제 2 다이오드 브리지(5)에 계속해서 공급하여 운전시킬 수 있다.
또, 만일 교류전원(2)에서 과전류가 출력된 경우에는 메인 휴즈(14)가 용단하여 과전류를 방지할 수 있기 때문에, 리액터(3) 이후의 각 회로부품 등의 파괴를 미연에 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 직류전원장치(1B)의 전자회로도이다. 이것은 상기 제 2 실시형태에 있어서 스위칭소자(6)의 예를 들면 이미터 측에 접속된 내부 도체의 예를 들면, 본딩 와이어를 휴즈(17)로 형성한 점에 특징이 있다.
이러한 실시형태에 의하면 만일 스위칭소자(6)가 파괴되어 이미터 측에 과전류가 흐르는 경우에도 휴즈(17)가 용단하는 것에 의해 제 1 다이오드 브리지(4)의 파괴를 방지할 수 있다.
따라서, 도 2에서 나타낸 서브 휴즈(15)와, 이것에 접속된 단락회로 입력단자(16)를 삭제할 수 있기 때문에 조립작업성의 한층 향상을 꾀할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 직류전원장치(1C)의 전자회로도이다. 이 직류전원장치(1C)는 도 5에서 나타낸 종래의 직류전원장치(1D)에 있어서정류회로(5)의 제 3, 제 4 다이오드(D3, D4)를 단락회로(4)의 제 7, 제 8 다이오드(D7, D8)로서도 공용하는 것에 의해 이 제 7, 제 8 다이오드(D7, D8)를 삭감한 점에 주된 특징이 있다.
즉, 도 5에 나타낸 바와 같이 종래의 직류전원장치(1D)는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)에 의해 브리지회로를 형성하는 것에 의해 정류회로(5)를 형성하는 한편, 4개의 다이오드(D5, D6, D7, D8)에 의해 단락회로(4)의 브리지회로를 형성하고 있다.
또, 단락회로(4)는 스위칭소자(6)인 IGBT(6a)를 그 구동전원장치이면서, 제어수단(7)인 게이트 드라이버 전원장치(7a)에 의해 온오프 제어하도록 이루어져 있다.
이것에 대해 도 4에서 나타낸 본 발명의 직류전원장치(1C)는 정류회로(5)의 출력단의 음극 측에 애노드 측을 각각 접속하고 있는 제 3, 제 4 다이오드(D3, D4)를 단락회로(4)의 제 7, 제 8 다이오드(D7, D8)로서도 공용하는 것에 의해 도 5에서 나타낸 제 7, 제 8 단락다이오드(D7, D8)를 삭제하는 동시에 게이트 드라이버 전원장치(7a)의 입력 측과, IGBT(6a)의 소스 측을 정류출력의 음극 측에 전기적으로 접속하고 있다.
따라서, 이 직류전원장치(1C)에서는 게이트 드라이버 전원장치(7a)에 의해 IGBT(6a)가 온되고, 그 때 전원(2)의 전압이 제 1, 제 5 다이오드(D1, D5)의 애노드측, 즉 도 4 중 A점이 양극일 때에는 전원(2)에서의 전류가 리액터(3)를 통전하고 나서 제 1과 제 5 다이오드(D1, D5)로 분류되고, 제 1 다이오드(D1)에 분류된전류는 평활컨덴서(10)에서 평활된다. 한편, 제 5 다이오드(D5)로 분류된 전류는 또 IGBT(6a)→제 4 다이오드(D4)→전원(2)의 경로로 흐른다. 이 때문에 전원(2)의 출력측 양단이 리액터(3)를 통해 단락되고, 리액터(3)가 강제적으로 통전되며, 리액터(3)에 에너지가 효과적으로 축적되기 때문에 역률개선과 고조파 저감을 모두 꾀할 수 있다.
한편, IGBT(6a)가 온될 때에 전원(2)의 전압이 제 1, 제 5 다이오드(D1, D5)의 애노드측, 즉 도 4 중 A점이 음극이고, B점이 양극일 때에는 전원(2)에서의 전류가 제 2 와 제 6 다이오드(D2, D6)로 분류되고, 제 2 다이오드(D2)로 분류된 전류는 평활컨덴서(10)→제 3 다이오드(D3)의 경로로 흐른다. 한편, 제 6 다이오드(D6)로 분류된 전류는 또 IGBT(6a)→제 3 다이오드(D3)→리액터(3)→전원(2)의 경로로 흐르고, 리액터(3)를 통해 전원(2)의 출력측 양단이 단락된다.
그리고, IGBT(6a)가 오프로 제어되고, 그 때 A점이 양극이면, 리액터(3)를 통한 전원(2)에서의 전류가 제 1 다이오드(D1)→평활컨덴서(10)→제 4 공용 다이오드(D4)의 경로로 전류가 흐른다.
또, IGBT(6a)가 오프일 때에 B점이 양극일 때는 전원(2)에서의 전류는 제 2 다이오드(D2)→평활컨덴서(10)→제 3 다이오드(D3)→리액터(3)의 경로로 흐른다.
따라서, 제 3, 제 4 정류 다이오드(D3, D4)를 제 7, 제 8 단락다이오드(D7, D8)로서 공용하고 있기 때문에 이러한 제 7, 제 8 다이오드(D7, D8)를 삭감하는 것에 의해 6개의 다이오드(D1∼D6)로 삭감할 수 있다. 이 때문에 직류전원장치(1C)의 구성의 간단화와 비용삭감을 모두 꾀할 수 있다.
또, 이 직류전원장치(1C)는 IGBT(6a)의 소스를 정류출력의 음극 측에 접속하기 때문에 이 IGBT(6a)의 구동전원으로서 도시하지 않은 인버터회로의 게이트 드라이버전원(7a)을 그대로 공용할 수 있다. 따라서, 2개의 전원장치를 1개로 삭감할 수 있고, 구성의 간단화와 비용삭감을 모두 꾀할 수 있다.
도 6은 상기한 각 직류전원장치(1∼1C)의 어느 하나를 적용한 공기조화기의 제 5 실시형태의 구성을 나타낸 블럭도이다. 이 실시형태는 교류를 직류로 변환하는 컨버터 장치로서의 직류전원장치와, 이 직류전원장치에서 출력된 직류를 가변전압, 가변주파수의 교류로 변환하여 압축기구동 전동기에 공급하는 인버터 장치를 구비하고 있다. 여기에 사용한 직류전원장치는 도 1에 예시한 것으로서 도 1의 부하저항(11) 대신에 인버터 장치(30)를 통해 압축기구동 전동기(33)가 접속되어 있다.
이 공기조화기는 실내기와 실외기로 이루어지고, 실내기를 교류전원에 접속하는 구성으로 되어 있다. 그리고 실내기에 있어서는 교류전원(2)에서 노이즈 필터(22)를 통해 실내제어부(23)에 동작전력을 공급하도록 이루어져 있다. 실내제어부(23)에는 리모콘장치(24)에서의 지령을 수신하는 수신부(25), 실내온도를 검출하는 온도센서(26), 도시생략의 실내 열교환기를 통해 바람을 실내에 순환시키는 실내팬(28), 분출공기의 방향을 바꾸는 루버(louver)(29)가 접속되어 있다. 한편, 실외기에 있어서도 노이즈 필터(31)를 통해 교류전원(2)에서 실외제어부(25) 및 압축기구동 전동기(33)에 동작전력을 공급하도록 이루어져 있다. 이 경우, 노이즈필터(31)의 부하 측에 전류값 검출기(32)가 설치되고, 이 검출신호가 실외제어부(35)에 입력된다. 또, 제어수단(7)은 노이즈 필터(31)의 부하측 교류전압을 감시하여 제로크로스점을 검출하는 제로크로스 검출기를 내장하고 있다. 실외제어부(35)에는 실외 열교환기의 온도를 검출하는 온도 센서(36), 운전모드에 따라서 냉매의 순환방향을 바꾸는 사방밸브(37), 도시생략의 실외 열교환기에 바람을 보내는 실외팬(38)이 접속되어 있다. 또, 실외제어부(35)는 실내제어부(23)와 송수신하여 인버터 장치(30)를 제어하는 동시에 제어수단(7)을 온·오프 전환하는 릴레이(34)를 조작하는 구성으로 이루어져 있다.
상기한 바와 같이, 구성된 공기조화기의 실시형태의 개략 동작에 대해 이하에 설명한다.
우선, 리모콘장치(24)에서 운전개시, 운전모드, 실내설정온도, 실내팬의 풍속, 풍향 등의 지령이 수신부(25)를 통해 실내제어부(23)에 가해진다. 이것에 따라서 실내제어부(23)는 운전상태 등을 표시기(27)에 표시하고, 실내팬(28) 및 루버(29)의 구동제어를 실행하는 동시에 설정온도와 실내온도와의 편차에 따라서 압축기구동 전동기(33)를 구동하는 전원주파수(이하 압축기 주파수라고 한다)를 연산하고, 운전모드 신호와 병행하여 압축기 주파수 신호를 실외제어부(35)에 송신한다. 실외제어부(35)는 운전모드 신호에 따라서 사방밸브(37)를 여자(勵磁)(또는 비여자)상태로 하고, 압축기 주파수에 따라서 인버터 장치(20)를 제어하고, 실외팬(38)을 구동하는 동시에 실외 열교환기에 설치한 온도센서(36)의 검출신호 등에 의해 사방밸브(17)를 제어하여 성에제거 운전 등을 실행한다. 또, 실외제어부(35)는 전류값 검출기(32)에 의한 전류 검출값이 미리 설정된 설정값을 초과하면 제어수단(7)의 입력라인에 설치한 강제단락 통전 릴레이(34)를 온상태로 하고, 직류전원장치를 구성하는 리액터(Lin)에 대한 강제단락 통전 제어를 실행시킨다. 제어수단(7)의 강제통전 제어에 의해 전원고조파의 저감 및 역률의 향상을 꾀하는 동시에 전류값 검출기(32)에 의한 전류 검출값이 설정값을 초과할 때, 리액터(Lin)에 대한 강제통전의 위상구간을 조정하여 규정된 제한값 내에서 보다 많은 전력을 압축기 구동 전동기(33)에 공급하는 제어를 실행한다. 상기 실시예와 같이 공기조화기에 본 발명의 직류전원장치를 이용한 경우에는 공기조화기의 압축기 구동용의 전원장치의 소형 경량화가 꾀해진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 정류회로, 단락회로 및 스위칭소자를 1개의 외관용기에 정리하여 실장하는 것에 의해 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성되어 있기 때문에, 종래 적어도 3개 필요했던 반도체 모듈의 외관용기를 1개로 감소시켜 장치 전체의 소형경량화를 꾀할 수 있는 동시에 이 외관용기의 단자 수를 감소시킬 수 있다. 이로 인해 이러한 단자를 외부 부품에 접속하는 접속작업의 작업성을 향상시킬 수 있기 때문에 조립작업성을 향상시킬 수 있다.
또, 이러한 정류회로, 단락회로 및 스위칭소자의 외관용기를 1개의 외관용기로 공통화하기 때문에 이러한 회로를 별개의 각 외관용기를 통하지 않고 근접시켜 배치하고 접속할 수 있다. 이 때문에 그 접속경로의 길이와 면적을 축소할 수 있어서 이러한 접속경로에 의해 발생하는 부유용량과 인덕턴스를 저감하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또, 정류회로와 단락회로에는 상보적인 불연속전류와, 다시 온하는(단락) 제어에 의한 정류다이오드의 역회복전류가 흐르고, 고주파 노이즈를 발생시킬 우려가 있지만, 본 발명은 정류회로와 단락회로를 각 외관용기를 통하지 않고 1개의 외관용기 내에서 근접 배치하여 접속하기 때문에 이러한 전류가 흐르는 전류경로의 길이와 면적을 축소할 수 있다. 이 때문에 이 내부 전류경로에서 외부로 방사되는 고주파 노이즈 발생의 우려를 저감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 교류전원으로부터의 교류를 직류로 정류하는 정류회로, 이 정류회로로부터의 직류를 평활하는 컨덴서, 상기 정류회로의 교류입력측에 직렬로 삽입된 리액터, 스위칭소자가 온일 때에 상기 교류전원을 상기 리액터를 통해 단락하여 이 리액터에 강제적으로 통전하는 단락회로, 상기 교류전원에 접속되어 교류전압의 제로크로스를 검출하는 검출수단, 및 상기 검출수단이 검출한 각 제로크로스로부터 소정의 단기간 상기 스위칭 소자를 온시키는 신호를 출력하고, 또, 이 첫 번째 온을 한 후, 소정의 지연기간 후 상기 단기간보다도 짧은 기간 상기 스위칭소자를 다시 온시키는 신호를 출력하는 제어수단을 구비하고, 상기 정류회로, 단락회로 및 스위칭소자를 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하고, 상기 반도체 모듈은 교류전원이 입력되는 2개의 교류입력단자와, 상기 정류회로에서 정류 후의 직류를 출력하는 2개의 직류출력단자 및 상기 제어수단의 신호를 입력하는 제어신호입력단자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  2. 교류전원으로부터의 교류를 직류로 정류하는 정류회로, 이 정류회로로부터의 직류를 평활하는 컨덴서, 상기 정류회로의 교류입력측에 직렬로 삽입된 리액터, 스위칭소자가 온일 때에 상기 교류전원을 상기 리액터를 통해 단락하여 이 리액터에 강제적으로 통전하는 단락회로, 상기 교류전원에 접속되어 교류전압의 제로크로스를 검출하는 검출수단, 및 상기 검출수단이 검출한 각 제로크로스로부터 소정의 단기간 상기 스위칭소자를 온시키는 신호를 출력하고, 또, 이 첫 번째 온을 한 후, 소정의 지연기간 후 상기 단기간보다도 짧은 기간 상기 스위칭소자를 다시 온시키는 신호를 출력하는 제어수단을 구비하고, 상기 정류회로, 단락회로, 스위칭소자, 검출수단 및 제어수단을 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류전원장치
  3. 제 2 항에 있어서,
    반도체 모듈은 제어수단의 제어신호 입력단자를 포토커플러에 의해 전기적으로 절연하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    반도체 모듈은 스위칭소자 제어용의 전원을 내장하고 있는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  5. 교류전원으로부터의 교류를 다이오드 브리지회로에 의해 직류로 정류하는 정류회로, 상기 정류회로로부터의 직류를 평활하는 컨덴서, 상기 정류회로의 교류입력 측에 직렬로 삽입된 리액터, 스위칭소자가 온일 때에 상기 교류전원을 상기 리액터와 다이오드 브리지회로를 통해 단락하여 상기 리액터에 강제적으로 통전하는 단락회로, 상기 교류전원에 접속되어 교류전압의 제로크로스를 검출하는 검출수단, 및 상기 검출수단이 검출한 각 제로크로스로부터 소정의 단기간 상기 스위칭 소자를 온시키는 신호를 출력하고, 또, 이 첫 번째 온을 한 후, 소정의 지연기간 후 상기 단기간보다도 짧은 기간 상기 스위칭소자를 다시 온시키는 신호를 출력하는 제어수단을 구비하고, 상기 정류회로의 다이오드의 일부를 상기 단락회로의 다이오드의 일부로서 공용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    공용 다이오드가 정류 다이오드 브리지회로의 음극 측에 애노드 측을 공통접속시킨 2개의 다이오드인 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    스위칭소자의 구동전원장치를 정류회로의 직류출력단에 접속된 인버터 음극측 드라이브 전원장치와 공용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    정류회로와 단락회로를 1개의 반도체 모듈로서 일체로 구성하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  9. 교류를 직류로 변환하는 컨버터 장치와, 상기 컨버터 장치에서 변환된 직류를 가변전압·가변주파수의 교류로 변환하여 압축기 구동전동기에 공급하는 인버터 장치를 구비한 공기조화기에 있어서, 상기 컨버터 장치로서 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 기재한 직류전원장치를 이용한 것을 특징으로 하는 공기조화기.
KR1019980024009A 1997-06-27 1998-06-19 직류전원장치및공기조화기 KR100323349B1 (ko)

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