KR100445465B1 - Method and device for power factor compensation in inverter airconditioner - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역률 개선을 위한 부분 스위칭 제어시간을 부하조건에 따라서 가변적으로 제어해서 제한전류 이상 발생을 억제하기 위한 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인버터 에어컨은, 현재 부하상태에 따라서 부분 스위치 온 시간을 자동적으로 조절한다. 즉, 현재의 운전모드에서 입력전압과 현재 실외온도에 따른 적절한 부분 스위치 온 시간을 설정한다. 상기 부분 스위치 온 시간이 조절되면, 결과적으로 출력 전압이 상승되면서, 현재 부하량에 따라서 무리하게 출력전류가 상승되는 것이 억제되어, 이상전류 상승에 의한 압축기 정지상태를 방지할 수 있는 것이다.The present invention relates to a power factor correction method and apparatus for an inverter air conditioner, and more particularly, to a power factor correction method of an inverter air conditioner for suppressing occurrence of a limit current abnormally by controlling a partial switching control time for power factor improvement according to load conditions. And to an apparatus. The inverter air conditioner according to the present invention automatically adjusts the partial switch-on time according to the current load condition. That is, set the appropriate partial switch-on time according to the input voltage and the current outdoor temperature in the current operation mode. When the partial switch-on time is adjusted, as a result, the output voltage is increased, thereby preventing the output current from being excessively increased according to the current load amount, thereby preventing the compressor stop state due to the abnormal current rise.
Description
본 발명은 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역률 개선을 위한 부분 스위칭 제어시간을 부하조건에 따라서 가변적으로 제어해서 제한전류 이상 발생을 억제하기 위한 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power factor correction method and apparatus for an inverter air conditioner, and more particularly, to a power factor correction method of an inverter air conditioner for suppressing occurrence of a limit current abnormally by controlling a partial switching control time for power factor improvement according to load conditions. And to an apparatus.
에어컨은 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 이를 테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절하고, 또한 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절한다. 이렇게 에어컨과 같은 생활의 편의 제품이 점차적으로 확대, 사용되면서 소비자들은 높은 에너지 사용 효율과, 성능 향상 및 사용에 편리한 제품을 요구하게 되었다.Air conditioners are home appliances for maintaining indoor air in a state most suitable for use and purpose. For example, in summer, the room is cooled to a cool state, in winter, the room is heated to a warm state, and also the humidity of the room, and the air in the room to a comfortable clean state. As life convenience products such as air conditioners are gradually expanded and used, consumers are demanding high energy use efficiency, performance improvement and convenience products.
또한, 가정과 회사에서 그리고 공장에서 가전제품 및 전자기기들의 사용이 확대되면서 많은 나라와 기구에서는 제품의 사용 규격을 여러가지 방면에서 규제시키고 있다. 일 예로, 하모닉 규격(규격번호 EN61000-3-2, Limit for Harmonic current emissions)이 있다. 상기 하모닉(다른 표현으로 '고조파'라고 함) 규격에서 제한하는 것은, 주파수의 왜곡되는 양을 규제하기 위한 것이다. 이것은 고조파 장애가 각종 전력기기의 열화를 촉진하여 수명을 단축시키고 과열 등에 의한 화재의 위험을 가중시킬 뿐 만 아니라, 무효전력의 증가를 가져와서 소비전력을 증가시키기 때문이다. 이러한 점때문에 인버터 에어컨에서는 고조파장애를 낮추기 위해서 역률개선을 위한 다양한 제어를 수행하고 있다.In addition, the increasing use of home appliances and electronic devices in homes, businesses, and factories has led many countries and organizations to regulate the use of their products in various ways. For example, there is a harmonic standard (standard number EN61000-3-2, Limit for Harmonic current emissions). The limitation in the Harmonic (alternatively referred to as 'harmonics') standard is to regulate the amount of distortion of the frequency. This is because harmonic disturbances not only accelerate the deterioration of various power devices, shorten the lifespan and increase the risk of fire due to overheating, but also increase the reactive power and increase the power consumption. For this reason, the inverter air conditioner performs various controls for improving the power factor to reduce harmonic disturbances.
도 1은 종래 능동형 인버터 에어컨의 제어 회로도를 도시하고 있고, 도 2는 종래 역률 개선 제어에 따른 입력전압 파형과 입력전류 파형을 도시하고 있다.1 illustrates a control circuit diagram of a conventional active inverter air conditioner, and FIG. 2 illustrates an input voltage waveform and an input current waveform according to a conventional power factor improvement control.
도시되고 있는 바와 같이, 종래 능동형 인버터 에어컨의 제어회로는, 입력 교류전압(31)을 브릿지 다이오드로 구성되어진 정류회로에 의해서 일차 정류시키는 정류회로(23)를 포함한다. 그리고 상기 정류회로(23)의 출력을 입력하고, 전압과 전류의 위상을 능동적으로 일치시키는 능동필터가 구비되어진다.As shown, the control circuit of the conventional active inverter air conditioner includes a rectifying circuit 23 for primary rectifying the input AC voltage 31 by a rectifying circuit constituted by a bridge diode. An active filter is provided to input the output of the rectifier circuit 23 and to actively match the phase of the voltage and the current.
상기 능동필터는, 상기 정류회로(23)의 출력을 입력하는 리액터(25)와 리액터(25)의 출력단에 연결되고 있는 역전류방지용 다이오드(21), 그리고 출력되는 신호의 전압과 전류의 위상차가 거의 발생되지 않도록 고속 스위칭 제어하는 IGBT 스위치(19)와, 그리고 상기 IGBT 스위치(19)의 스위칭동작을 제어하기 위해서 PWM 제어를 수행하는 PFC제어부(27)를 포함한다. 따라서 상기 능동필터는, 상기 PFC 제어부(27)의 PWM 제어에 의해서 리액터(25)의 전류의 이상이 입력전압의 위상을 추종하도록 IGBT 스위치(19)를 고속 스위칭 제어한다.The active filter includes a reactor 25 for inputting the output of the rectifier circuit 23 and a reverse current prevention diode 21 connected to the output terminal of the reactor 25, and a phase difference between the voltage and the current of the output signal. An IGBT switch 19 for high speed switching control to be hardly generated, and a PFC controller 27 for performing PWM control to control the switching operation of the IGBT switch 19 are included. Therefore, the active filter performs high-speed switching control of the IGBT switch 19 such that the abnormality of the current of the reactor 25 follows the phase of the input voltage by the PWM control of the PFC control unit 27.
그리고 상기 능동필터에서 역률이 개선된 신호는, 캐패시터로 구성된 DC 전압발생부(13)에 인가된다. 상기 DC 전압발생부(13)는, 압축기의 구동에 필요한 DC 전압을 발생시킨다. 상기 DC 전압발생부(13)로부터 발생된 DC 전압은 인버터부(15)의 제어를 받아서 압축기(17)에 공급되어진다.In addition, the signal whose power factor is improved in the active filter is applied to the DC voltage generator 13 formed of a capacitor. The DC voltage generator 13 generates a DC voltage required for driving the compressor. The DC voltage generated from the DC voltage generator 13 is supplied to the compressor 17 under the control of the inverter unit 15.
이와 같이 구성되어진 종래 능동형 인버터 에어컨의 제어회로는, 상기 IGBT 스위치(19)를 온시켰을 때, 상기 리액터(25)에 정류회로(23)에서 정류된 전압이 걸리고, 리액터 전류는 선형적으로 상승한다. 그리고 다이오드(21)에는 역전압이 걸려 있어서 오프되어 있고, 캐패시터(13)에 충전된 에너지가 압축기(17)로 공급된다.In the control circuit of the conventional active inverter air conditioner configured as described above, when the IGBT switch 19 is turned on, the reactor 25 receives the rectified voltage from the rectifier circuit 23, and the reactor current increases linearly. . The diode 21 is turned off due to a reverse voltage applied, and the energy charged in the capacitor 13 is supplied to the compressor 17.
반대로 상기 PFC 제어부(27:Power Factor Correction)에 의하여 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치(19)가 오프되면, 다이오드(21)가 도통하여, 리액터(25)에는 출력전압에서 입력전압을 뺀 전압이 걸리고, 리액터 전류는 선형적으로 감소한다. 이때 입력단에서 출력단으로 파워가 공급되면서 캐패시터(13)에 충전되고 압축기에도 에너지가 공급된다. 이러한 동작이 반복되면 리액터 전류가 입력전압의 위상을 추종하게 되면서 역률이 개선되어진다. 이때, 상기 PFC 제어부(27)는 도시되지 않은 제어부의 제어를 받아서 PWM 제어를 수행한다.On the contrary, when the Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) switch 19 is turned off by the PFC control unit 27 (Power Factor Correction), the diode 21 conducts, and the reactor 25 has a voltage obtained by subtracting the input voltage from the output voltage. And reactor current decreases linearly. At this time, the power is supplied from the input end to the output end, the capacitor 13 is charged and energy is supplied to the compressor. If this operation is repeated, the power factor is improved as the reactor current follows the phase of the input voltage. At this time, the PFC control unit 27 performs PWM control under the control of a control unit (not shown).
이렇게 해서 상기 능동필터에서 역률이 개선된 전압은 DC 전압발생부(13)에 공급되며, 상기 DC 전압발생부(13)는 압축기의 구동에 필요한 DC 전압을 발생시킨다. 상기 DC 전압발생부(13)로부터 발생된 DC 전압은 인버터부(15)의 제어를 받아서 압축기(17)에 공급되어진다.In this way, the voltage of which the power factor is improved in the active filter is supplied to the DC voltage generator 13, and the DC voltage generator 13 generates a DC voltage necessary for driving the compressor. The DC voltage generated from the DC voltage generator 13 is supplied to the compressor 17 under the control of the inverter unit 15.
도 2는 종래 능동형 인버터 에어컨의 제어 회로에서 상기 IGBT 스위치(19)의 온/오프 스위칭동작으로 입력전압과 전류의 위상차가 거의 발생하지 않는 역률이 개선된 상태를 도시하고 있다. 그러나 이 방식은, 상기 IGBT 스위치(19)가 매우 높은 고속 스위칭제어(약 20KHz)를 수행해야만 하기 때문에, 반도체 소자 및 주변회로의 제조비용이 상승되는 문제점이 있었다. 일 예로, 상기 IGBT 스위치(19)에 연결되고 있는 다이오드(21) 및 리액터(25)는 고속 스위칭에 적합한 소자를 사용해야만 한다. 또한, IGBT 스위치(19)의 스위칭 동작과정에서 다이오드(21)로부터 IGBT 스위치(19) 측으로 흐르는 역전류를 방열시켜주기 위해서는 용량이 큰 방열판의 사용 및 큰 용량의 팬을 사용해야만 하는 문제점이 발생되었다.FIG. 2 illustrates a state in which a power factor at which a phase difference between an input voltage and a current hardly occurs by an on / off switching operation of the IGBT switch 19 in a control circuit of a conventional active inverter air conditioner is improved. However, this method has a problem in that the manufacturing cost of semiconductor devices and peripheral circuits increases because the IGBT switch 19 must perform a very high high speed switching control (about 20 KHz). For example, the diode 21 and the reactor 25 connected to the IGBT switch 19 should use a device suitable for high speed switching. In addition, in order to dissipate the reverse current flowing from the diode 21 to the IGBT switch 19 in the switching operation of the IGBT switch 19, there is a problem that a large capacity heat sink and a large capacity fan must be used. .
결과적으로 능동형 인버터 에어컨의 원가상승 문제는 제품의 구매력을 낮추기 때문에 제조회사 측에서는 이에 대한 새로운 방안을 모색하게 되었고, 그 중 한가지가 제조원가를 낮추면서도 역률개선효과가 높은 부분 스위칭 제어 방식이다.As a result, the cost increase problem of active inverter air conditioners lowers the purchasing power of the product, and thus, manufacturers have sought a new solution. One of them is the partial switching control method with high power factor improvement while lowering the manufacturing cost.
상기 능동형 인버터 에어컨에서 사용한 방식은, 도 2에 도시된 바와 같이 일정주파수(예를 들면 20KHz)로 계속적으로 IGBT 스위치(19)를 온/오프 스위칭 제어한다.In the active inverter air conditioner, as shown in FIG. 2, the IGBT switch 19 is continuously switched on / off at a constant frequency (for example, 20 KHz).
그러나 상기 부분 스위칭 제어방식은, 도 3에 도시되고 있는 바와 같이, 입력전원의 감지를 통해서 제로 크로싱 시점을 감지하고, 감지된 시점부터 상기 IGBT 스위치(19)를 온 시킨 후, 일정시간(정해진 시간)이 경과하면 IGBT 스위치(19)를 오프시켜서 다음 입력전압의 제로 크로싱 시점까지 IGBT 스위치(19)의 오프 상태를 유지시키는 상태로 제어를 수행한다.However, in the partial switching control scheme, as illustrated in FIG. 3, a zero crossing point is detected through detection of an input power supply, and the IGBT switch 19 is turned on from the detected point in time, and then a predetermined time (determined time is determined). When I) elapses, control is performed by turning off the IGBT switch 19 to maintain the off state of the IGBT switch 19 until the zero crossing point of the next input voltage.
즉, 상기 부분 스위칭 제어방식은, 입력전원의 감지에 따른 제로 크로싱 시점을 주기로 구분했을 때, 각 주기마다 한번의 스위칭동작을 수행하고, 각 스위칭동작은 정해진 시간(주기의 약 14%~15% 정도)동안 온(ON) 동작을 유지하도록 하고 있다.That is, in the partial switching control method, when the zero crossing time according to the detection of the input power is divided into cycles, one switching operation is performed for each cycle, and each switching operation is performed for a predetermined time (about 14% to 15% of the cycle). On) for a while.
또한, 상기 부분 스위칭 제어방법에서는 압축기(17)의 구동과 함께 스위칭소자(19)의 부분 스위칭동작 제어가 이루어졌다.In the partial switching control method, the partial switching operation of the switching element 19 is controlled together with the driving of the compressor 17.
즉, 도 4에 도시되고 있는 바와 같이, 종래의 인버터 에어컨에서는, 압축기의(17)가 구동됨과 동시에 IGBT 스위치(19)의 부분 스위칭 동작이 시작되고 있다(제 100 단계, 제 110 단계). 상기 제 110 단계에서 IGBT 스위치(19)의 부분 스위칭 동작은, 스위칭동작이 시작됨과 동시에 일정시간동안 IGBT 스위치(19)의 온동작이 이루어진 후, 오프되도록 제어하고 있다. 즉, 상기 부분 스위칭동작에 따른 동작시간은 항상 일정하게 이루어지는 것이다.That is, as shown in Fig. 4, in the conventional inverter air conditioner, the compressor 17 is driven and the partial switching operation of the IGBT switch 19 is started (step 100, step 110). In the operation 110, the partial switching operation of the IGBT switch 19 is controlled to be turned off after the switching operation is started and the ON operation of the IGBT switch 19 is performed for a predetermined time. That is, the operation time according to the partial switching operation is always made constant.
그리고 압축기(17)의 구동이 이루어지지 않는 상태에서는 상기 IGBT 스위치(19)의 스위칭동작 제어는 이루어지지 않는다(제 120 단계).In the state where the compressor 17 is not driven, the switching operation of the IGBT switch 19 is not controlled (step 120).
따라서 종래의 인버터 에어컨의 제어방법에서는, 압축기의 운전이 시작되는 조건에서 무조건 역률 보상을 위한 PFC 제어부(27)를 구동시키고, 부하상태와 무관하게 IGBT 스위치(19)의 스위칭 동작시간을 일정하게 제어하고 있다.Therefore, in the conventional control method of the inverter air conditioner, the PFC control unit 27 for driving the power factor correction unconditionally under the condition that the operation of the compressor is started, and the switching operation time of the IGBT switch 19 is constantly controlled regardless of the load state. Doing.
이와 같은 종래 인버터 에어컨의 부분 스위칭제어방법은 다음과 같은 문제점을 발생시켰다.The partial switching control method of the conventional inverter air conditioner has the following problems.
종래, 역률 보상을 위해서 부분 스위칭을 수행하는 제어방법에서, 부하 조건과는 무관하게 항상 일정한 시간동안 IGBT 스위치(19)의 부분 스위칭동작이 이루어지도록 제어하고 있다. 그렇기 때문에 부하가 큰 경우에서는 도 5에 도시되고 있는 바와 같이, 입력전류 파형의 뒷부분이 상승하면서 제한전류 이상상태가 발생되어 압축기가 자동 정지되어 버리는 문제점이 발생되었다.Conventionally, in a control method of performing partial switching for power factor correction, a partial switching operation of the IGBT switch 19 is always performed for a predetermined time regardless of a load condition. Therefore, in the case where the load is large, as shown in FIG. 5, a problem arises in that the limit current abnormal state occurs as the rear portion of the input current waveform rises and the compressor is automatically stopped.
특히, 전원 공급이 시작된 초기구동상태에서는 시스템이 정상적으로 구동하기까지 소정시간이 소요되어진다. 그러나 시스템이 정상적으로 구동되기까지의 상태와는 무관하게 현재 시스템에 걸린 부하량이 출력전류를 상승시키는 경우가 발생된다. 이것은 입력전압량이 낮은 초기구동상태에서도 상기 IGBT 스위치(19)의 온 동작시간이 일정하게 제어됨으로 인해서, 출력전압이 낮아지게 되고, 이러한 조건에서 부하량에 부합하는 높은 전력을 발생시키기 위해 출력전류가 제한 전류 이상으로 상승되어버리는 것이다.In particular, in the initial driving state when the power supply is started, it takes a predetermined time for the system to operate normally. However, regardless of the state until the system is operating normally, the current load on the system increases the output current. This is because the on operation time of the IGBT switch 19 is constantly controlled even in the initial driving state where the input voltage is low, and thus the output voltage is lowered, and the output current is limited to generate high power in accordance with the load under such conditions. It rises above the current.
따라서 본 발명의 목적은, 부하조건에 따라서 부분 스위칭 온시간을 가변 제어하여 이상전류 상승에 의한 압축기 정지상태를 방지할 수 있는 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for power factor correction of an inverter air conditioner that can variably control a partial switching on time according to a load condition to prevent a compressor stop state due to an abnormal current rise.
도 1은 종래 능동형 인버터 에어컨에서 역률 보상을 위한 제어 구성도,1 is a control block diagram for power factor correction in a conventional active inverter air conditioner,
도 2는 종래 능동형 인버터 에어컨의 역률 보상에 따른 입력전압과 입력전류 파형도,2 is a waveform diagram of input voltage and input current according to power factor compensation of a conventional active inverter air conditioner,
도 3은 종래 인버터 에어컨에서 부분 스위칭 제어방식에 따른 입력전압과 입력전류 파형도,3 is a waveform diagram of input voltage and input current according to a partial switching control method in a conventional inverter air conditioner,
도 4는 종래 부분 스위칭 제어 방식에 따른 제어 흐름도,4 is a control flowchart according to a conventional partial switching control scheme;
도 5는 종래 부분 스위칭 제어 방식에서 이상전류 발생 상태도,5 is a state diagram of an abnormal current generation in the conventional partial switching control method;
도 6은 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 역률 보상을 위한 제어 구성도,6 is a control block diagram for power factor correction in the inverter air conditioner according to the present invention,
도 7은 본 발명의 인버터 에어컨에서 역률 보상을 위한 제어 흐름도.7 is a control flow chart for power factor correction in the inverter air conditioner of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
50 : 전원 52 : 리액터50: power 52: reactor
54 : IGBT 스위치 56 : 정류부54: IGBT switch 56: rectifier
58 : DC전압 발생부 60 : 인버터부58: DC voltage generating unit 60: inverter unit
62 : 압축기 64 : 인버터구동부62 compressor 64 inverter drive unit
66 : DC 링크전압 감지부 68 : IGBT 스위치 제어부66: DC link voltage detection unit 68: IGBT switch control unit
70 : 마이크로컨트롤러 72 : 입력전압위상감지부70: microcontroller 72: input voltage phase detection unit
74 : 입력전압감지부 76 : 실외온도감지부74: input voltage detection unit 76: outdoor temperature detection unit
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률보상방법은, 입력되는 상용 교류전원에서 특정 주파수만을 통과시키는 리액터와; 상기 리액터를 통과하는 전원의 역률을 보상하기 위하여 입력전압의 제로 크로싱 시점마다 설정된 스위치 온 시간동안 한번의 스위칭 동작을 수행하는 역률보상부를 구비한 인버터 에어컨에 있어서: 현재의 시스템 부하량을 검출하는 부하량 검출단계와; 상기 검출된 현재 시스템 부하량을 표준 시스템 부하량에 비교하여, 상대적인 비율을 산출하는 단계와; 상기 산출된 비율을 기설정된 표준 스위치 온 시간에 적용하여, 현재 부하량에 따른 목표 스위치 온 시간을 설정하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 설정된 목표 스위치 온 시간동안 상기 역률보상부의 스위칭 온 시간이 제어되는 것을 특징으로 한다.The power factor correction method of the inverter air conditioner according to the present invention for achieving the above object comprises a reactor for passing only a specific frequency in the commercial AC power input; An inverter air conditioner having a power factor correction unit for performing a switching operation during a switch-on time set at each time of zero crossing of an input voltage to compensate a power factor of a power source passing through the reactor, the load conditioner detecting a current system load amount Steps; Calculating a relative ratio by comparing the detected current system load with a standard system load; Applying the calculated ratio to a preset standard switch-on time, and setting a target switch-on time according to a current load amount, wherein the switching-on time of the power factor correction unit is controlled during the set target switch-on time. It is characterized by.
상기 부하량 검출단계는, 입력전압을 감지하는 단계와; 상기 감지된 입력전압을 표준전압과 비교하여, 그 비율을 산출하는 단계와; 실외온도를 감지하는 단계와; 상기 감지된 실외온도를 표준온도와 비교하여, 그 비율을 산출하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 입력전압비와 실외온도비를 표준 부하량에 적용하여 현재 부하량이 검출되는 것을 특징으로 한다.The detecting amount of load may include detecting an input voltage; Comparing the sensed input voltage with a standard voltage and calculating a ratio thereof; Sensing outdoor temperature; Comprising the step of calculating the ratio by comparing the detected outdoor temperature with the standard temperature, characterized in that the current load amount is detected by applying the input voltage ratio and the outdoor temperature ratio to the standard load amount.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률보상장치는, 시스템의 현재 부하량을 검출하는 부하량 검출수단과; 상기 부하량 검출수단에서 검출된 현재 부하량를 표준 부하량과 비교하고, 그 비교치를 표준 스위치 온 시간에 적용하여 목표 스위치 온 시간을 산출하는 목표 스위치 온 시간 가변 수단과; 입력되는 상용 교류전원에서 특정 주파수만을 통과시키는 리액터와; 상기 리액터를 통과하는 전원의 역률을 보상하기 위하여 입력전압의 제로 크로싱 시점마다 상기 가변수단에서 설정된 목표 스위치 온 시간동안 한번의 스위칭 동작을 수행하는 역률보상부와; 상기 역률보상부에서 출력되는 전원을 입력하고, 소정크기의 디씨 전압을 발생시키는 디씨 전압 발생부와; 상기 디씨 전압 발생부의 출력전압을 인버팅해서 압축기로 공급하는 인버터부를 포함하여 구성된다.In addition, a power factor correction apparatus for an inverter air conditioner according to the present invention for achieving the above object comprises: load amount detecting means for detecting a current load amount of the system; Target switch-on time varying means for comparing the current load amount detected by the load amount detecting means with a standard load amount, and applying the comparison value to the standard switch-on time to calculate a target switch on time; A reactor for passing only a specific frequency in an input commercial AC power source; A power factor correction unit configured to perform one switching operation during a target switch-on time set by the variable means at each zero crossing time of an input voltage to compensate for the power factor of the power passing through the reactor; A DC voltage generator which inputs power output from the power factor correction unit and generates a DC voltage having a predetermined size; And an inverter unit for inverting the output voltage of the DC voltage generation unit and supplying the output voltage to the compressor.
상기 부하량 검출수단은, 입력전압비와 실외온도비를 표준부하량에 적용하여 산출하는 것을 특징으로 한다.The load amount detecting means is calculated by applying the input voltage ratio and the outdoor temperature ratio to the standard load amount.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치에 대해서 자세하게 설명한다.Hereinafter, a power factor correction method and apparatus for an inverter air conditioner according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 도 6에 도시되고 있는 바와 같은 제어 회로를 구비하고 있다.The present invention includes a control circuit as shown in FIG.
즉, 도시되고 있는 바와 같이, 전원단(50)에 리액터(52)가 연결되고 있다. 그리고 상기 리액터(52)의 후단에 정류회로(56)와 IGBT 스위치(54)가 병렬 연결된다. 상기 IGBT 스위치(54)는, 후술되는 IGBT 스위치(Switch)제어부(68)의 제어에 의해서 온/오프 스위칭된다. 그리고 상기 정류회로(56)의 다음단에는 DC 링크 전압발생부(58)가 연결되어지고, 상기 DC 링크 전압발생부(58)에서 발생된 고압의 DC 링크 전압이 인버터부(60)를 통해서 압축기(62)에 전달되도록 구성되어진다.That is, as shown in the drawing, the reactor 52 is connected to the power supply terminal 50. The rectifier circuit 56 and the IGBT switch 54 are connected in parallel to the rear end of the reactor 52. The IGBT switch 54 is switched on / off under the control of an IGBT switch controller 68 to be described later. Next, the DC link voltage generator 58 is connected to the next stage of the rectifier circuit 56, and the high-voltage DC link voltage generated by the DC link voltage generator 58 is compressed through the inverter unit 60. And to be delivered to 62.
상기와 같은 구성으로 전원단의 전압이 고압의 DC 링크전압으로 압축기(62)에 공급되기 위해서는 상기 스위칭소자(54) 및 인버터부(60)의 제어가 필요하다. 상기 제어를 위해서 본 발명에서는 마이크로컨트롤러(70)의 제어하에 인버터부(60)를 구동하는 인버터구동부(64)를 포함하고 있다. 그리고 상기 마이크로컨트롤러(70)의 제어하에 상기 IGBT 스위치(54)의 온/오프 동작을 제어하는 IGBT 스위치 제어부(68)를 포함하고 있다.In order to supply the voltage of the power supply terminal to the compressor 62 with the high-voltage DC link voltage as described above, the control of the switching element 54 and the inverter unit 60 is required. For the above control, the present invention includes an inverter driver 64 for driving the inverter unit 60 under the control of the microcontroller 70. And an IGBT switch controller 68 for controlling the on / off operation of the IGBT switch 54 under the control of the microcontroller 70.
또한, 본 발명에서는 상기 DC 링크 전압발생부(58)의 발생전압을 감지하는 디씨 링크(DC LINK) 전압감지부(66)가 구비되며, 제품 내부로 입력되는 입력전압의 위상을 감지하기 위한 입력전압 위상감지부(72)가 구비되어진다. 상기 디씨 링크 전압감지부(66)에서 감지된 DC 전압의 크기와 상기 입력전압 위상감지부(72)에서 감지된 입력전압의 위상은 마이크로컨트롤러(70)에 입력되어진다.In addition, the present invention is provided with a DC LINK voltage detector 66 for detecting the generated voltage of the DC link voltage generator 58, an input for detecting the phase of the input voltage input into the product The voltage phase detection unit 72 is provided. The magnitude of the DC voltage sensed by the DC link voltage detector 66 and the phase of the input voltage sensed by the input voltage phase detector 72 are input to the microcontroller 70.
따라서 상기 구성으로부터 마이크로컨트롤러(70)는, 입력전압의 위상을 인지 가능하고, 또한 발생되는 DC 전압의 크기를 인지할 수 있다. 이렇게 인지된 DC 전압의 크기가 항상 일정하도록 마이크로컨트롤러(70)는 상기 IGBT 스위치(54)의 부분 스위칭동작을 제어하게 된다.Therefore, from the above configuration, the microcontroller 70 can recognize the phase of the input voltage and can also recognize the magnitude of the generated DC voltage. The microcontroller 70 controls the partial switching operation of the IGBT switch 54 so that the perceived DC voltage is always constant.
또한, 입력전압감지부(74)가 본 발명에 더 포함된다. 상기 입력전압감지부(74)는, 제품 내부로 입력되는 전압의 크기를 감지하고, 감지된 전압의 크기를 마이크로컨트롤러(70)에 제공하는 구성이다. 그리고 부호 76은, 실외온도를 감지하기 위한 실외온도감지부이다.In addition, the input voltage detection unit 74 is further included in the present invention. The input voltage detector 74 is configured to detect the magnitude of the voltage input into the product and provide the detected voltage to the microcontroller 70. Reference numeral 76 denotes an outdoor temperature sensing unit for sensing outdoor temperature.
본 발명에서는 부하조건을 판단하기 위한 기초정보로서 실외온도를 이용한다. 초기상태에서는 시스템이 정지상태였다가 구동되는 것이므로 부하조건을 판단하기 위한 기초정보로서 시스템의 동작조건으로부터 얻을 수가 없다. 따라서 본 발명에서는 실외온도를 이용해서 부하조건을 판단한다.In the present invention, the outdoor temperature is used as basic information for determining the load condition. In the initial state, since the system is stopped and driven, it cannot be obtained from the operating conditions of the system as basic information for determining the load condition. Therefore, in the present invention, the load condition is determined using the outdoor temperature.
일 예로, 난방운전에서는 실외온도가 낮을수록 부하는 큰 상태가 된다. 이것은 실외온도가 낮을수록 일정온도에 도달하기 위해서는 압축기의 많은 힘을 요구하기 때문이다. 반대로 냉방운전에서는 실외온도가 높을수록 부하는 큰 상태가 되고, 실외온도가 낮을수록 부하는 작은 상태가 된다. 따라서 이러한 일반적인 상태에 근거에서 실외온도를 이용한 부하조건을 판단하는 것이 가능하다.For example, in the heating operation, the lower the outdoor temperature, the greater the load. This is because the lower the outdoor temperature, the more power the compressor needs to reach a certain temperature. On the contrary, in the cooling operation, the load is larger when the outdoor temperature is higher, and the load is smaller when the outdoor temperature is lower. Therefore, it is possible to determine the load condition using the outdoor temperature on the basis of this general state.
또한, 본 발명에서는 부하조건을 판단하기 위한 기초정보로서 입력전압을 이용한다. 입력전압이 낮은상태에서는 압축기의 구동을 위해서 필요로 하는 크기의 DC 전압을 발생하기 위해서는 부하가 많이 걸리게 된다. 따라서 입력전압이 낮을수록 부하조건은 크게 된다.In the present invention, the input voltage is used as the basic information for determining the load condition. In the state where the input voltage is low, a large load is required to generate a DC voltage of a magnitude required for driving the compressor. Therefore, the lower the input voltage, the larger the load condition.
이와 같이 본 발명에서는 입력전압과 실외온도를 이용해서 부하조건을 판단하는 것이다.As described above, in the present invention, the load condition is determined using the input voltage and the outdoor temperature.
다음은 본 발명의 인버터 에어컨에서 입력전압과 실외온도를 이용하여 부하조건을 판단하고, 그에 따른 제어를 수행하는 과정에 대해서 보다 상세하게 살펴보기로 한다. 또한, 발명에서는 냉방운전 경우의 실시예를 설명하기로 한다.Next, the process of determining the load condition using the input voltage and the outdoor temperature in the inverter air conditioner of the present invention and performing the control according to the present invention will be described in detail. In addition, the embodiment of the cooling operation will be described in the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 부분 스위칭제어를 위하여 IGBT 스위치(19)의 동작시간을 결정하기 위한 제어 구성도이다.7 is a control block diagram for determining an operation time of the IGBT switch 19 for the partial switching control in the inverter air conditioner according to the present invention.
마이크로컨트롤러(70)의 제어하에 구동이 시작되면, 제품 내부로 전원이 입력되면서 전원부(50)의 전원이 리액터(52) 측으로 전달된다. 상기 리액터(52)를 통과한 전원은 정류회로(56)에 공급되어 1차 정류된다. 상기 정류회로(56)에서 정류된 신호는 DC 링크 전압발생부(58)에 인가되어진다. 그리고 상기 DC 링크 전압발생부(58)에서 높은 DC 전압이 발생되어서 인버터부(60)를 통해서 압축기(62)에 공급되어진다.When the driving is started under the control of the microcontroller 70, the power of the power supply unit 50 is transmitted to the reactor 52 while the power is input into the product. The power passing through the reactor 52 is supplied to the rectifier circuit 56 and primary rectified. The signal rectified by the rectifier circuit 56 is applied to the DC link voltage generator 58. In addition, a high DC voltage is generated in the DC link voltage generator 58 and supplied to the compressor 62 through the inverter unit 60.
한편, 마이크로컨트롤러(70)는, 상기와 같은 과정으로 제품의 구동이 시작되었을 때, 역률 보상제어를 위한 부분 스위치 온 조건이 되었을 경우, 즉시 결정된 스위치 온 동작시간이 적용될 수 있도록 스위치 오프 조건에서 항상 부하상태 변경에 따른 목표 스위치 온 동작시간을 설정한다.On the other hand, the microcontroller 70 is always in a switch-off condition so that when the product is started in the above process, when the partial switch-on condition for the power factor correction control is reached, the determined switch-on operation time can be applied immediately. Set target switch-on operation time according to load status change.
상기 역률 보상제어를 위한 부분 스위치 온 조건은, 여러가지 경우가 있을 수 있지만, 일 예로 출력 파워가 일정레벨 이상으로 상승되었을 때, 즉 스위칭동작 제어에 의해서 충분한 역률 보상이 이루어질 수 있다고 판단될 때, 부분 스위치 온 조건으로 판단한다.The partial switch-on condition for the power factor correction control may be various, but for example, when the output power is raised above a certain level, that is, when it is determined that sufficient power factor compensation can be achieved by switching operation control, Judging by the switch on condition.
따라서 마이크로컨트롤러(70)는, 기결정된 판단조건에 따라서 역률 보상 제어를 위한 부분 스위치 온 조건인지를 판단한다(제 200 단계).Accordingly, the microcontroller 70 determines whether the partial switch-on condition for power factor correction control is performed according to the predetermined determination condition (step 200).
상기 제 200 단계의 판단결과, 부분 스위치 오프 조건일 때, 마이크로컨트롤러(70)는 IGBT 스위치 제어부(68)에 스위치 오프상태에 따른 제어신호를 인가한다(제 210 단계). 상기 IGBT 스위치 제어부(68)는, 이 경우에 역률 보상 제어를 위한 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작을 수행하지 않는다.As a result of the determination in step 200, when the partial switch-off condition, the microcontroller 70 applies a control signal according to the switch-off state to the IGBT switch control unit 68 (step 210). In this case, the IGBT switch controller 68 does not perform the switching operation of the IGBT switch 54 for power factor correction control.
그리고 입력전압감지부(74)에서는 제품 내부로 입력되는 전압의 크기를 감지하고, 감지된 값을 마이크로컨트롤러(70)에 인가한다(제 220 단계).In addition, the input voltage detector 74 detects the magnitude of the voltage input into the product and applies the detected value to the microcontroller 70 (step 220).
상기 마이크로컨트롤러(70)는 상기 제 220 단계에서 감지된 입력전압값을 이용해서 입력전압비를 산출한다(제 230 단계). 상기 입력전압비는, 표준전압과 비교에 의한 현재 입력전압의 비율이다. 입력전압이 낮을수록 압축기의 구동을 위한 DC 전압을 만들어내는데 더 많은 부하가 걸린다. 따라서 상기 제 230 단계는, 표준전압에서의 부하상태를 기준으로 했을 때, 현재 입력되는 전압의 크기에 따른 부하상태를 판단하는 과정이다.The microcontroller 70 calculates an input voltage ratio using the input voltage value sensed in step 220 (step 230). The input voltage ratio is a ratio of the current input voltage compared with the standard voltage. The lower the input voltage, the more load is required to produce the DC voltage for driving the compressor. Accordingly, step 230 is a process of determining the load state according to the magnitude of the voltage currently input, based on the load state at the standard voltage.
또한, 실외온도감지부(76)에서는 현재의 실외온도를 감지해서 마이크로컨트롤러(70)에 제공한다(제 240 단계).In addition, the outdoor temperature sensing unit 76 detects the current outdoor temperature and provides the present temperature to the microcontroller 70 (step 240).
상기 마이크로컨트롤러(70)는, 상기 제 240 단계에서 감지된 실외온도를 이용해서 실외온도비를 산출한다(제 250 단계). 상기 실외온도비는, 표준온도와 비교에 의한 현재 실외온도의 비율이다. 냉방운전에서는 실외온도가 낮을수록 부하가 작은상태를 나타내고, 실외온도가 높을수록 부하가 큰 상태를 나타낸다. 따라서 상기 제 250 단계는 냉방운전모드에서 표준온도에서의 부하상태를 기준으로 했을 때, 현재 실외온도에 따른 부하상태를 판단하는 과정이다.The microcontroller 70 calculates an outdoor temperature ratio using the outdoor temperature detected in step 240 (operation 250). The outdoor temperature ratio is a ratio of the current outdoor temperature compared to the standard temperature. In the cooling operation, the lower the outdoor temperature is, the smaller the load is, and the higher the outdoor temperature is, the larger the load is. Therefore, step 250 is a process of determining the load state according to the current outdoor temperature when the load state at the standard temperature is based on the cooling operation mode.
상기까지의 과정을 통해서 입력전압비(제 230 단계)와, 실외온도비(제 250 단계)를 산출하였다. 상기 입력전압비와 실외온도비는 정격전압과 각 운전모드에서의 표준온도를 기준으로 해서 산출된 값이다.Through the above process, the input voltage ratio (230 steps) and the outdoor temperature ratio (250 steps) were calculated. The input voltage ratio and the outdoor temperature ratio are values calculated based on the rated voltage and the standard temperature in each operation mode.
따라서 마이크로컨트롤러(70)는 상기 값을 표준 스위치 온 동작시간에 적용해서, 현재 부하상태에서의 목표 스위치 온 동작시간을 산출한다(제 260 단계). 상기 제 260 단계의 표준 스위치 온 동작시간은, 제품의 정격전압에서 그리고 각 운전모드의 표준온도에서 결정되고 있는 IGBT 스위치의 온 동작시간이다. 따라서 상기 표준 스위치 온 동작시간에 상기 입력전압비와 실외온도비를 적용하면 현재 부하상태에서의 목표 스위치 온 동작시간이 산출되어진다Therefore, the microcontroller 70 calculates the target switch-on operation time under the current load by applying the value to the standard switch-on operation time (step 260). The standard switch-on operation time of step 260 is the on operation time of the IGBT switch determined at the rated voltage of the product and at the standard temperature of each operation mode. Therefore, when the input voltage ratio and the outdoor temperature ratio are applied to the standard switch-on operation time, the target switch-on operation time under the current load is calculated.
상기와 같은 과정으로 마이크로컨트롤러(70)는 현재 부하상태에 따른 목표 스위치 온 동작시간을 설정한다. 상기 목표 스위치 온 동작시간을 산출하는 과정은, 제 200 단계에서 스위치 온 동작조건에 만족될 때까지 반복해서 이루어진다.In the above process, the microcontroller 70 sets the target switch-on operation time according to the current load state. The calculation of the target switch-on operation time is repeatedly performed until the switch-on operation condition is satisfied in step 200.
그리고 상기 제 200 단계에서 스위치 온 동작조건이 만족되면, 마이크로컨트로러(70)는 상기 제 260 단계에서 산출한 목표 스위치 온 동작시간을 이용해서 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작을 제어한다.When the switch-on operation condition is satisfied in operation 200, the microcontroller 70 controls the switching operation of the IGBT switch 54 using the target switch-on operation time calculated in operation 260.
즉, IGBT 스위치 제어부(68)는, 상기 마이크로컨트롤러(70)의 제어를 받고, 상기 IGBT 스위치(54)의 온 동작시간을 상기 제 260 단계에서 결정된 시간동안 수행한다. 그리고 상기 결정된 시간이 경과하면 IGBT 스위치(54)를 오프 상태로 제어한다(제 270 단계).That is, the IGBT switch controller 68 is controlled by the microcontroller 70 and performs the on operation time of the IGBT switch 54 for the time determined in step 260. When the determined time elapses, the IGBT switch 54 is controlled to the off state (step 270).
물론, 상기 IGBT 스위치(54)의 스위칭동작 제어는, 제품 내부로 입력되는 전압의 위상이 제로 크로싱 시점마다 반복해서 이루어진다.Of course, the switching operation control of the IGBT switch 54 is repeatedly performed for each phase of zero crossing of the voltage input into the product.
즉, 입력전압 위상 감지부(72)는, 제품 내부로 입력되는 전압의 위상을 감지해서 마이크로컨트롤러(70)에 제공한다.That is, the input voltage phase detection unit 72 detects the phase of the voltage input into the product and provides it to the microcontroller 70.
상기 마이크로컨트롤러(70)는, 입력되는 전압의 위상이 제로 크로싱 시점일 때, IGBT 스위치 제어부(68)에 스위칭소자(54)의 온동작을 명령한다. 이때의 신호에 의해서 스위칭제어부(68)는 스위칭소자(54)를 온동작시킨다.The microcontroller 70 instructs the IGBT switch controller 68 to turn on the switching element 54 when the phase of the input voltage is zero crossing time. At this time, the switching controller 68 turns on the switching element 54.
상기 스위칭소자(54)가 온동작되는 동안, 상기 리액터(52)를 통과하는 전류의 위상은 도 3에 도시되고 있는 바와 같이 전압 파형의 위상에 가깝게 조절된다. 따라서 상기 스위칭소자(54)의 온동작은, 입력전압의 위상이 제로 크로싱 시점에서 반복해서 이루어지며, 상기 온동작시간은 앞서 설명된 도 7의 제 260 단계에서 설정된 시간동안 이루어진다.While the switching element 54 is on, the phase of the current passing through the reactor 52 is adjusted close to the phase of the voltage waveform as shown in FIG. Therefore, the on operation of the switching device 54 is repeated at the time of zero crossing of the input voltage phase, and the on operation time is performed for the time set in step 260 of FIG.
따라서 마이크로컨트롤러(70)는, 스위칭소자(54)가 온 동작된 후, 내장된 타이머를 이용해서 설정된 목표 스위치 온 동작시간을 감소시킨다. 그리고 설정된 시간이 경과되면, 상기 IGBT 스위치 제어부(68)에 상기 스위칭소자(54)의 오프동작을 명령한다.Therefore, the microcontroller 70 reduces the set target switch-on operation time by using the built-in timer after the switching element 54 is turned on. When the set time has elapsed, the IGBT switch controller 68 commands the off operation of the switching element 54.
상기와 같이, 스위칭소자(54)가 온 동작되고, 오프동작되는 것은, 입력되는 전압의 위상이 제로 크로싱 시점마다 반복해서 이루어진다.As described above, the switching element 54 is turned on and off, and the phase of the input voltage is repeatedly performed at each zero crossing time point.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터 에어컨은, 현재 부하상태에 따라서 부분 스위치 온 시간을 자동적으로 조절한다. 따라서 현재의 운전모드에서 입력전압과 현재 실외온도에 따른 적절한 부분 스위치 온 시간을 설정한다. 상기 부분 스위치 온 시간이 조절되면, 결과적으로 출력 전압이 상승되어진다. 따라서 현재 부하량에 따라서 무리하게 출력전류가 상승되는 것이 억제되어, 이상전류 상승에 의한 압축기 정지상태를 방지할 수 있는 것이다.As described above, the inverter air conditioner according to the present invention automatically adjusts the partial switch-on time according to the current load state. Therefore, in the current operation mode, set the appropriate partial switch-on time according to the input voltage and the current outdoor temperature. When the partial switch on time is adjusted, the output voltage rises as a result. Therefore, the excessive increase in output current is suppressed in accordance with the current load amount, thereby preventing the compressor from being stopped due to an abnormal current rise.
위에서 설명한 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 역률보상방법 및 장치는, 부하조건에 따라서 IGBT 스위치의 부분 스위칭 온 시간을 자동 변경하므로서, 이상전류 상승을 억제할 수 있다. 따라서 이상전류 발생으로 인한 압축기의 정지를 방지하는 것이 가능하게 된다. 이러한 점으로부터 본 발명은 압축기 정지동작에 따른 에러발생을 방지해서, 제품의 서비스 발생량을 감소시키는 것이 가능하게 된다. 그리고 제품에 대한 성능향상과, 제품의 사용 만족도 증가효과를 더불어 얻게 된다.The power factor correction method and apparatus of the inverter air conditioner according to the present invention described above can suppress an abnormal current rise by automatically changing the partial switching on time of the IGBT switch according to the load condition. Therefore, it is possible to prevent the compressor from stopping due to abnormal current generation. From this point of view, the present invention makes it possible to prevent an error from occurring due to the compressor stop operation and to reduce the service generation amount of the product. In addition, it improves the performance of the product and increases the user satisfaction.
또한, 본 발명에서는 입력전압의 위상이 제로 크로싱 시점마다 IGBT 스위치의 온 동작이 한번씩 이루어지도록 하는 부분 스위칭 제어 방식을 채용하고 있기 때문에, 상기 IGBT 스위치를 비롯한 주변의 여러 소자들이 저가의 소자를 이용하는 것이 가능하여, 제조 단가를 낮추는 것이 가능하다.In addition, since the present invention employs a partial switching control method in which the ON operation of the IGBT switch is performed once every time the phase of the input voltage is zero crossing, it is preferable to use a low-cost device for the peripheral devices including the IGBT switch. It is possible to reduce the manufacturing cost.
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| KR20040003697A (en) | 2004-01-13 |
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