KR101965180B1 - 공기조화기 - Google Patents

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KR101965180B1
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Abstract

본 발명은, 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 제1 컨버터와, 릴레이 제어신호를 출력하는 릴레이 제어부와, 릴레이 제어신호를 기초로, 릴레이 구동 전압을 출력하는 릴레이 구동부와, 릴레이 구동 전압을 분압하는 분압부를 구비하고, 분압된 릴레이 구동 전압에 기초하여, 제1 컨버터에 인가되는 입력 교류 전원을 공급 또는 차단하는 릴레이부를 포함한다. 이에 따라, 릴레이부에 인가되는 구동 전압을 분압하여, 릴레이 코일의 발열을 저감할 수 있다.

Description

공기조화기{Air conditioner}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 릴레이부에 인가되는 구동 전압을 분압하여, 릴레이 코일의 발열을 저감할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다.
이러한 공기조화기는 실외기 및 실내기가 냉매배관으로 연결되어, 실외기의 압축기로부터 압축된 냉매가 냉매배관을 통해 실내기의 열교환기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 열 교환된 냉매는 다시 냉매배관을 통해 실외기의 압축기로 유입된다. 그에 따라 실내기는 냉매를 이용한 열교환을 통해 냉온의 공기를 실내로 토출한다.
한편, 공기조화기는, 대기전력 차단 등을 이유로 릴레이 스위치를 실내기 또는 실외기의 전원 입력단에 설치하는 것이 일반적이다. 특히, 릴레이는, 과전압, 과전류에 강하고, 고주파 제어도 가능하며, 비용면에서 유리하다는 이점이 있다.
릴레이는, 릴레이 구동 전압의 인가에 따라 자화(magnetizing) 또는 소자(demagnetizing)되는 릴레이 코일과, 릴레이 코일의 자화 또는 소자에 따라 회로를 개, 폐하는 릴레이 컨택트로 구성된다.
특히, 릴레이 코일의 제어 전압은 5V, 12V, 24V 등으로 표준화 되어 있으며, 제어전압 대비 높은 릴레이 구동 전압으로 제어할 경우, 릴레이 코일의 발열 및 소비전력이 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 릴레이부에 인가되는 구동 전압을 분압하여, 릴레이 코일의 발열을 저감할 수 있는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른, 공기조화기는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 제1 컨버터와, 릴레이 제어신호를 출력하는 릴레이 제어부와, 릴레이 제어신호를 기초로, 릴레이 구동 전압을 출력하는 릴레이 구동부와, 릴레이 구동 전압을 분압하는 분압부를 구비하고, 분압된 릴레이 구동 전압에 기초하여, 제1 컨버터에 인가되는 입력 교류 전원을 공급 또는 차단하는 릴레이부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 릴레이부에 인가되는 구동 전압을 분압함으로써, 릴레이 코일의 발열을 저감할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 공기조화기는, 릴레이부에 인가되는 구동 전압을 분압함으로써, 제어 전압 대비 높은 릴레이 구동 전압으로 제어할 경우, 코일 단의 소비 전력이 상승한다는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 공기조화기는, 저항소자를 이용하여 릴레이부에 인가되는 구동 전압을 분압하므로, 릴레이부의 제품 스펙을 변경하기 않고서도 발열 문제를 해결한다는 장점이 있다.
또한, 종래, 공기조화기의 경우, 발열 문제를 해결하기 위해, 한 단계 높은 제어 전압을 이용하는 릴레이부를 사용하였으나, 본 발명의 공기조화기는, 릴레이부의 제품 스펙을 변경하지 않으므로, 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
또한, 고용량의 릴레이부 제품은 한정적이며, 고비용이고, 사이즈가 크다는 문제점이 있으나, 본 발명의 공기조화기는 릴레이부 스펙을 변경하지 않으므로, 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 공기조화기는, 가변 저항을 더 포함할 수 있고, 릴레이 구동 전압이 증가함에 따라, 가변저항의 저항값을 높게 설정하여, 릴레이 코일의 발열을 간편하게 감소시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는, 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은, 도 1의 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.
도 4는, 도 1의 릴레이부의 내부 회로도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 내부 회로도의 일예이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 내부 회로도의 일예이다.
도 7은, 도 5 내지 도 6의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은, 도 3의 압축기 구동부의 회로도의 일예이다.
도 9는, 도 8의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 10은, 도 8의 컨버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 11은, 본 발명의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 본 발명의 일실시예 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실내기(21), 실내기(21)에 연결되는 실외기(31)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(21)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(21)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(31)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(31)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(21)로 냉매를 공급한다. 실외기(31)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(21)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(31)는, 연결된 실내기(21)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(21)는, 실외기(31)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(21)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(31) 및 실내기(21)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)은 실내기(21)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 2는, 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(21)와 실외기(31)로 구분된다.
실외기(31)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 모터(250)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.
실내기(21)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 실외기(31) 내의 실외팬(105a)은, 모터(250)를 구동하는 실외 팬 구동부(200)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 실외기(31) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(미도시)를 구동하는 압축기 모터 구동부(도 3의 113)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 실외기(31) 내의 실내팬(109a)은, 실내 팬 모터(109b)를 구동하는 실내 팬 구동부(300)에 의해 구동될 수 있다.
도 3은, 도 1의 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 3의 공기조화기(100)는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 토출 온도 감지부(118), 실외 온도 감지부(138), 실내 온도 감지부(158), 메모리(140)를 포함한다. 또한, 공기조화기(100)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300), 절환 밸브(110), 팽창 밸브(106), 표시부(130), 및 입력부(120)를 더 포함할 수 있다.
압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a)에 대한 설명은 도 2를 참조한다.
입력부(120)는, 다수개의 조작 버튼을 구비하여, 입력되는 공기조화기의 운전 목표 온도에 대한 신호를 제어부(170)로 전달한다.
표시부(130)는, 공기조화기(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 실내기(21)의 동작상태를 출력하는 표시수단을 구비하여, 운전상태 및 에러를 표시할 수 있다.
표시부(130)는, 실내기(21)와 실외기(31)의 결선 상태를 표시할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 구비할 수 있고, 발광 다이오드(LED)는 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 정상인 경우 점등하고, 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 이상인 경우 소등할 수 있다.
메모리(140)는, 공기조화기(100) 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.
토출 온도 감지부(118)는, 압축기(102)에서의 냉매 토출 온도(Tc)를 감지할 수 있으며, 감지된 냉매 토출 온도(Tc)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
실외 온도 감지부(138)는, 공기조화기(100)의 실외기(31) 주변의 온도인, 실외 온도(To)를 감지할 수 있으며, 감지된 실외 온도(To)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
실내 온도 감지부(158)는, 공기조화기(100)의 실내기(21) 주변의 온도인, 실내 온도(Ti)를 감지할 수 있으며, 감지된 실내 온도(Ti)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.
제어부(170)는, 감지된 냉매 토출 온도(Tc), 감지된 실외 온도(To), 감지된 실내 온도(Ti) 중 적어도 하나, 및 입력된 목표 온도에 기초하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 최종 목표 과열도를 산출하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 압축기(102), 실내팬(109a), 실외팬(105a)의 동작 제어를 위해, 도면에서 도시된 바와 같이, 각각, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에, 목표 온도에 기초하여, 각각 해당하는 속도 지령치 신호를 출력할 수 있다.
그리고 각각의 속도 지령치 신호에 기초하여, 압축기 모터(미도시), 모터(250), 실내 팬 모터(109b)는, 각각, 목표 회전 속도로 동작 될 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에 대한 제어 이외에, 공기조화기(100) 전반의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)의 동작을 제어할 수 있다. 또는, 제어부(170)는, 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)의 동작을 제어할 수 있다.
도 4는, 도 1의 릴레이부의 내부 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 릴레이부(400)는, 릴레이 구동 전압(V2)의 인간에 따라 자화(magnetizing) 또는 소자(demagnetizing)되는 릴레이 코일(410)과, 릴레이 코일(410)의 자화 또는 소자에 따라 회로를 개, 폐하는 릴레이 컨택트(430)를 포함하여 구성된다.
릴레이부(400)는, 릴레이 제어부(470)의 제어에 따라 릴레이 컨택트(430)를 온, 오프하는 동작을 수행할 수 있다. 릴레이 제어부(470)에 대한 설명은 도 5이하에서 상세하게 설명한다.
릴레이 컨택트(430)는 릴레이 코일(410)과 소정 간격으로 이격되어 설치되며, 릴레이 코일(410)의 자기력에 의해 동작한다.
예를 들어, 릴레이 코일(410)에 릴레이 구동 전압(V2)이 인가되는 경우, 릴레이 코일(410)은 자기력을 발생하여, 릴레이 컨택트(430)의 접점 단자를 끌어 당기게 되고, 그에 따라 릴레이 컨택트(430)를 온 시키게 된다.
또한, 릴레이 코일(410)에 릴레이 구동 전압(V2)이 인가되지 않으면, 릴레이 코일(410)은 자기력이 소진되어, 스프링 구조로 된 릴레이 컨택트(430)를 원래 방향으로 복원시키게 되고, 그에 따라 릴레이 컨택트(430)를 오프 시키게 된다.
한편, 릴레이부(400)는, 공기조화기(100)의 용량, 사용 목적 등에 따라, 다르게 설정될 수 있다.
릴레이부(400)의 사양은 제조사에 의해 정해질 수 있다. 예를 들어, 릴레이 코일(410)의 제어 전압(정격 전압)은 12V일 수 있다. 또한, 릴레이 코일(410)이 자화되어, 릴레이 컨택트(430)와 접점을 이루는 픽업 전압(Pick-up voltage)은, 제어 전압의 70%일 수 있다. 또한, 릴레이 코일(410)이 소자되어, 릴레이 컨택트(430)가 오프 되는 드롭 아웃 전압(Dropout voltage)은, 제어 전압의 10%일 수 있다.
이하에서는, 픽업 전압 및 드롭 아웃 전압을 릴레이부(400)의 동작 전압이라 명명할 수도 있다.
그러나, 릴레이 코일(410)의 제어 전압(또는 정격 전압)은 5V, 12V, 24V 등으로 표준화되어 있으나, 릴레이 구동 전압(V2)은 전압 강압부(480)에서 출력되는 것으로, 릴레이 코일(410)의 제어 전압과 일치하지 않는 경우가 있다.
이때, 전압 강압부(480)에서 출력되는 릴레이 구동 전압(V2)을, 릴레이부(400)의 제어 전압에 맞춰 변경하는 것은, 비용면에서 커다란 손실을 가져온다.
또한, 릴레이부(400)의 제어 전압 대비 높은 릴레이 구동 전압으로 제어할 경우, 릴레이 코일(410)의 발열 및 소비전력이 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명은, 이에 대한 해결 방안으로써, 릴레이 구동 전압(V2)을 분압하는 저항 성분을 릴레이 코일(410)에 직렬 연결함으로써, 릴레이 코일(410)에 인가되는 전압의 크기를 감소시키고, 릴레이부(400)의 발열 및 소비전력을 저감시킨다.
도 4에서, 릴레이부(400)는, 릴레이 구동 전압(V2)을 분압하는 분압부(420)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 분압부(420)는, 저항 성분을 포함할 수 있다. 저항 성분은, 예를 들어, 저항 소자 또는 가변 저항일 수 있다. 한편, 이하에서 분압부(420)와 저항 성분은 혼용되어 사용될 수 있다.
분압부(420)는, 저항 소자 또는 가변 저항일 수 있다. 저항 소자 또는 가변 저항은 릴레이 코일(410)에 직렬 접속될 수 있다.
릴레이 코일(410)에 직렬 연결된 저항 성분에 의해, 릴레이 구동 전압(V2)이 분압될 수 있고, 분압된 릴레이 구동 전압이 릴레이 코일(410)에 인가될 수 있다.
릴레이 코일(410)에, 분압된 릴레이 구동 전압이 인가되는 경우, 릴레이 코일(410)은 자기력을 발생하여, 릴레이 컨택트(430)의 접점 단자를 끌어 당기게 되고, 그에 따라 릴레이 컨택트(430)를 온 시킬 수 있다.
한편, 저항 성분의 저항 크기는, 분압된 릴레이 구동 전압 및 릴레이부(400)의 제어 전압을 고려하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 분압된 릴레이 구동 전압은 릴레이부(400)의 제어 전압과 같거나 클 수 있고, 저항 성분(420)의 저항 크기는, 이를 고려하여 설정될 수 있다.
이때, 공기조화기의 메모리(140)는, 릴레이 컨택트(430)를 온 시키기 위해 필요한, 릴레이부 제어 전압의 임계값에 대한 정보를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(140)는, 릴레이부(400) 제어 전류의 임계값, 릴레이 구동 전압(V2), 분압된 릴레이 구동 전압에 대한 정보도 저장할 수 있다.
릴레이 코일(410)에 분압된 릴레이 구동 전압이 인가되지 않으면, 릴레이 코일(410)은 자기력이 소진되어, 스프링 구조로 된 릴레이 컨택트(430)를 원래 방향으로 복원시키게 되고, 그에 따라 릴레이 컨택트(430)를 오프 시킬 수 있다.
한편, 저항 성분(420)은 저항 소자일 수 있다. 저항 소자는, 릴레이 구동 전압이 클수록, 저항값이 큰 소자가 사용될 수 있다.
예를 들어, 릴레이 구동 전압이 제1 레벨 전압(LV1) 일 때, 제1 저항 소자(R1)를 사용한 경우, 릴레이 구동 전압이 제1 레벨 전압(LV1)보다 큰, 제2 레벨 전압(LV2) 일 때, 제1 저항 소자(R1) 보다 큰 제2 저항 소자(R2)가 사용될 수 있다.
즉, 릴레이 구동 전압(V2)이 클수록, 저항 소자의 저항값을 크게 설정할 수 있고, 저항 소자의 저항값이 증가함에 따라, 저항 소자에 인가되는 전압이 커지는 반면, 릴레이 코일(410)에 인가되는, 분압된 릴레이 구동 전압의 크기는 작아질 수 있다.
따라서, 릴레이부 제품의 스펙을 변경하지 않으면서도, 저항 소자 등의 추가로 릴레이부(400)의 발열 문제를 해결할 수 있다.
저항 성분(420)은, 가변 저항일 수 있다. 가변 저항은, 릴레이 구동 전압(V2)에 비례하여, 가변 설정될 수 있다. 즉, 가변 저항은, 릴레이 구동 전압이 클수록, 저항값을 크게 설정할 수 있다.
예를 들어, 릴레이 구동 전압이 제3 레벨 전압(LV3) 일 때, 가변 저항을, 제1 저항 크기로 설정한 경우, 릴레이 구동 전압이, 제3 레벨 전압(LV3)보다 큰 제4 레벨 전압(LV4) 일 때, 가변 저항을, 제1 저항 크기보다 큰 제2 저항 크기로 설정할 수 있다.
한편, 릴레이부(400)는, 전류의 역방향 흐름을 방지하기 위한 다이오드(D)가, 릴레이 코일(410) 및 저항 성분(420)과 병렬로 접속될 수 있다.
보다 상세하게는, 릴레이 코일(410)과 저항 성분(420)이 직렬 접속된 상태에서, 다이오드(D)의 캐소드(cathode)가 저항 성분(420)의 일단에 접속되고, 애노드(anode)가 릴레이 코일(410)의 일단에 접속될 수 있다.
한편, 돌입전류(inrush current)를 방지하기 위한 돌입 전류 방지 저항(미도시)이 릴레이 컨택트(430)에 병렬 접속될 수도 있다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(100)는, 릴레이 제어신호를 출력하는 릴레이 제어부(470), 릴레이 제어신호를 기초로 릴레이 구동 전압을 출력하는 릴레이 구동부(460), 입력 교류 전원(201)을 단속하는 릴레이부(400), 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 컨버터(440), 제2 컨버터(450), 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5는, 릴레이 제어부(470), 릴레이 구동부(460) 및 릴레이부(400)가 실외기(31)에 배치되는 것을 예시한다.
릴레이부(400)는, 입력 교류 전원(201)과 제1 컨버터(440) 사이에 접속될 수 있다. 또한, 릴레이부(400)는, 릴레이 구동 전압을 분압하는 분압부(420)를 구비하고, 분압된 릴레이 구동 전압에 기초하여, 제1 컨버터(440)에 인가되는 입력 교류 전원(201)을 공급 또는 차단할 수 있다.
보다 상세하게는, 릴레이부(400)는, 분압된 릴레이 구동 전압을 기초로 자화 또는 소자 되는 릴레이 코일(410)과, 릴레이 코일에 의해 개폐되어 입력 교류 전원(201)을 공급 또는 차단하는 릴레이 컨택트(430)를 포함할 수 있다.
또한, 분압부(420)는, 릴레이 코일(410)에 직렬 접속될 수 있다. 분압부(420)는, 상술한 바와 같이 저항 소자 또는 가변 저항일 수 있다.
릴레이부(400)는, 릴레이 코일(410) 및 분압부(420)와 병렬 연결되는 다이오드 소자(D)를 더 포함할 수 있다. 다이오드 소자(D)는 릴레이부(400)에 인가되는 역전류를 방지하기 위해 사용된다.
릴레이 구동부(460)는, 후술하는 전압 강압부(480)로부터, 직류의 릴레이 구동 전압(V2)을 공급받을 수 있다. 릴레이 구동부(460)는, 릴레이 구동 전압(V2)을 릴레이부(400)에 출력할 수 있다.
보다 상세하게는, 릴레이 구동부(460)는, 적어도 어느 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 릴레이 제어신호에 대응하여 스위칭 소자를 턴 온/오프할 수 있다. 스위칭 소자의 턴 온/오프 동작에 의해, 릴레이 구동 전압(V2)이 릴레이부(400)에 인가될 수 있다. 스위칭 소자는 트랜지스터 소자일 수 있다.
예를 들어, 릴레이 구동부(460)는, 달링턴 접속되는 두 개의 트랜지스터를 포함하여 구성될 수도 있다.
릴레이 제어부(470)는, 릴레이부(400)를 제어하는 릴레이 제어신호를 출력할 수 있다.
예를 들어 실외기(31)는 실내기 통신부(미도시)와 통신하는 실외기 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 실내기(21)는 사용자의 운전 명령에 대응하여 제어 신호를 실외기(31)에 전송할 수 있다. 이를 위해, 실내기 통신부(미도시) 및 실외기 통신부(미도시)는 적어도 어느 하나의 통신모듈을 포함할 수 있다.
사용자의 운전 명령이 전원 오프 명령인 경우, 실내기(21)는 실외기(31)에 전원 오프 명령에 대응하는 제어 신호를 전송할 수 있다. 실외기(31)는, 전원 오프 명령에 대응하는 제어 신호를 수신받을 수 있다.
릴레이 제어부(470)는, 전원 오프 명령에 대응하는 제어 신호를 기초로 릴레이 제어신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 전원 오프 명령에 대응하는 릴레이 제어신호는 로우('low', '0') 신호일 수 있다.
릴레이 구동부(460)는 적어도 어느 하나의 스위칭 소자를 구비할 수 있고, 릴레이 제어부(470)의 로우('low', '0')신호에 대응하여, 스위칭 소자를 턴 오프할 수 있다.
스위칭 소자의 턴 오프 동작에 의해, 릴레이 구동 전압(V2)이 릴레이부(400)에 인가될 수 없고, 릴레이 코일(410)은, 소자되어, 릴레이 컨택트(430)의 접점 단자를 끌어당길 수 없다. 따라서, 릴레이 컨택트(430)는 오프된다.
이에 따라, 릴레이부(400)는, 전원선에 상용 교류 전원이 연결되었으나, 실외기가 동작하지 않는, 대기 상태인 경우, 제1 컨버터(440), 인버터(220), 모터(250) 등의 부하에 대기 전원이 공급되지 않아 소비 전력이 저감된다.
사용자의 운전 명령이 전원 온 명령인 경우, 실내기(21)는 실외기(31)에 전원 온 명령에 대응하는 제어 신호를 전송할 수 있다. 실외기(31)는, 전원 온 명령에 대응하는 제어 신호를 수신받을 수 있다.
릴레이 제어부(470)는, 전원 온 명령에 대응하는 제어 신호를 기초로 릴레이 제어신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 전원 온 명령에 대응하는 릴레이 제어신호는 하이('high', '1') 신호일 수 있다.
릴레이 구동부(460)는, 릴레이 제어신호를 기초로, 릴레이 구동 전압을 출력할 수 있다.
예를 들어, 릴레이 구동부(460)는 적어도 어느 하나의 스위칭 소자를 구비할 수 있고, 릴레이 제어부(470)의 하이('high', '1')에 대응하여, 스위칭 소자를 턴 온 할 수 있다.
스위칭 소자의 턴 온 동작에 의해, 릴레이 구동 전압(V2)이 릴레이부(400)에 인가될 수 있다.
릴레이부(400)는, 릴레이 코일(410)에 직렬 접속되어, 릴레이 구동 전압(V2)을 분압하는, 분압부(420)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 분압부(420)에 의해 분압된 전압이, 릴레이 코일(410)에 인가될 수 있다.
릴레이 코일(410)에, 동작 전압 이상의 분압된 릴레이 구동 전압이 인가되는 경우, 릴레이 코일(410)은 자화되어 릴레이 컨택트(430)의 접점단자를 끌어당길 수 있다. 따라서, 릴레이 컨택트(430)는 온 된다.
릴레이 컨택트(430)가 온 되는 경우, 공기조화기(100)는 대기 모드를 해제하고, 사용자의 운전 지령에 대응하여 다양한 기능을 수행하게 된다.
이와 같이, 릴레이부(400)에 인가되는 릴레이 구동 전압(V2)을 분압함으로써, 릴레이부(400)의 정격 전압보다, 높은 릴레이 구동 전압(V2)으로 릴레이부(400)를 제어하였을 경우, 발생 되는 릴레이 코일(410)의 발열 문제를 해결할 수 있다. 또한, 릴레이 코일(410)의 소비 전력을 저감할 수도 있다.
한편, 분압부(420)는 저항 소자, 가변 저항 등일 수 있다. 저항 성분(420)이 저항 소자인 경우, 저항 소자는 릴레이 구동 전압(V2)이 클수록, 저항값이 큰 소자로 설계될 수 있다.
또한, 저항 성분(420)이 가변 저항인 경우, 가변 저항은, 릴레이 구동 전압(V2)에 비례하여, 가변 설정될 수 있다. 즉, 가변 저항은, 릴레이 구동 전압(V2)이 클수록, 저항값을 크게 설정할 수 있다. 이에 대해서는, 도 6에서 보다 상세하게 설명한다.
이에 따라, 제품의 스펙을 변경하지 않으면서도, 저항 소자의 교체 또는 가변 저항의 설정에 따라, 릴레이 코일(410)의 발열을 간편하게 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 이하에서 릴레이 제어부(470)는, 도 3의 제어부(170)일 수 있다. 또한, 릴레이 제어부(470)는, 도 8의 컨버터 제어부(215)일 수 있다. 또한, 릴레이 제어부(370)는, 도 8 내지 도 9의 인버터 제어부(230)일 수 있다.
즉, 도 3의 제어부(170)는 공기조화기(100)의 전반적인 동작뿐만 아니라, 릴레이부(400) 제어, 컨버터(210) 제어, 인버터(220) 제어의 기능도 수행할 수 있다.
제1 컨버터(440)는, 입력 교류 전원(201)을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 도면에서는, 상용 교류 전원(201)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(201)의 종류에 따라 제1 컨버터(440)의 내부 구조도 달라진다.
제1 평활 커패시터(C1)는, 제1 컨버터(440)의 출력단에 접속되어, 제1 컨버터(440)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 한편, 제1 평활 커패시터(C1)를 전압 강압용 커패시터에(C2)에 대응하여 dc단 커패시터라 명명할 수도 있다.
이하에서는 제1 컨버터(440)의 출력단을 dc단 또는 dc 링크단이라고 한다. dc 단에 평활된 직류 전압은 인버터(220)에 인가된다.
제1 컨버터(440)는, 정류부만을 구비하거나, 정류부와 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
정류부는, 단상 교류 전원(201)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 출력할 수 있다.
이를 위해, 정류부는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자 및 하암 다이오드 소자(D'a,D'b)가한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.
정류부가, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수도 있다.
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(250)에 출력할 수 있다.
인버터(220)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(220) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(230)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(250)에 출력되게 된다.
한편, 인버터 제어부(230)에 대한 설명은 도 9이하에서 상세하게 설명한다.
제2 컨버터(450)는, 입력 교류 전원(201)을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 도면에서는, 상용 교류 전원(201)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(201)의 종류에 따라 제2 컨버터(450)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 제2 컨버터(450)는, 릴레이부(400)의 전단에 제1 컨버터(440)와 병렬로 접속될 수 있다. 릴레이부(400)가 제1 컨버터(440)에 인가되는 전압만을 차단하므로, 대기 모드 해제시, 제2 컨버터(450)를 통해 전압 강압부(480)에 인가된 전원이, 레벨 변환되어 릴레이부(400)에 유입될 수 있다.
제2 평활 커패시터(C2)는, 제2 컨버터(450)의 출력단에 접속되어, 제2 컨버터(450)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 제2 평활 커패시터(C2)단에 평활된 직류 전압은 전압 강압부(480)에 인가된다. 제2 평활 커패시터(C2)를 dc단 커패시터(C1)와 대비하여, 전압 강압용 커패시터(C2)라 명명할 수도 있다.
전압 강압부(480)는, 평활된 직류 전압을 인가 받아, 실외기(31)를 구성하는 회로, 유닛 등을 구동하기 위한 직류 전압을 출력할 수 있다.
보다 상세하게는, 전압 강압부(480)는, 전압 강압용 커패시터(C2) 양단에 접속하여, 레벨 변화된 직류 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 레벨 변화된 직류 전압은, 15V, 18V, 20V 등일 수 있다.
전압 강압부(480)는, 릴레이 제어부에 제1 직류 전압(V1)을 공급할 수 있다. 제1 직류 전압(V1)은 커패시터에 저장되어 릴레이 제어부(470)에 공급될 수도 있다.
전압 강압부(480)는, 릴레이 구동부(460)에 제2 직류 전압(V2)을 공급할 수 있다. 제2 직류 전압(V2)은 커패시터에 저장되어 릴레이 구동부(460)에 공급될 수도 있다. 특히, 제2 직류 전압(V2)은 릴레이 구동 전압(V2)이라 명명할 수 있다. 한편, 제2 직류 전압(V2)은 제1 직류 전압(V1)보다 큰 것이 바람직하다.
전압 강압부(480)는, 고주파 변압기를 사용하는 스위치 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS) 또는 비절연 강압형의 벅 컨버터(Buck converter) 등의 AC-DC 변환 장치를 포함할 수 있다.
한편, 릴레이 구동부(460)는, 적어도 어느 하나의 스위칭 소자를 구비하고, 릴레이 제어신호에 기초하여, 스위칭 소자를 온, 오프 하여, 릴레이 구동 전압(V2)을 릴레이부(400)에 출력할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 내부 회로도의 일예이다.
도 6과 차이점은, 분압부(420)와 분압 전압 검출부(F)다. 이하 도 5와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
분압부(420)는, 가변 저항일 수 있다. 이때, 릴레이 제어부(470)는, 릴레이 구동 전압(V2)이 클수록, 가변 저항의 저항값이 커지도록 제어하는 저항 제어 신호(R*)를 릴레이부(400)에 출력할 수 있다. 가변 저항은, 저항 제어 신호(R*)를 기초로 가변 설정될 수 있다.
한편, 메모리(140)는, 릴레이부(400)를 온 시키기 위해 필요한, 동작 전압의 임계값에 대한 정보를 저장할 수 있고, 릴레이 제어부(470)는, 임계값에 대한 정보를 기초로 저항 제어 신호(R*)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 가변 저항은, 동작 전압의 최소값을 고려하여 적절한 저항값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(100)는, 릴레이 코일(410)의 분압 전압을 검출하는 분압 전압 검출부(F)를 더 포함할 수 있다.
분압 전압 검출부(F)는 분압부(420)에 의해 분압되어 릴레이 코일(410)에 인가되는 분압 전압을 검출할 수 있다. 또한, 분압 전압에 대한 정보(Vdiv)는 릴레이 제어부에 전송될 수 있다.
릴레이 제어부(470)는, 분압 전압을 기초로 릴레이 코일(410)의 소비 전력을 연산할 수 있다. 또한, 동작 전압의 임계값에 대한 정보를 고려하여, 릴레이 코일(410)을 최소 전력으로 구동시키기 위한, 가변 저항의 저항값을 연산할 수 있다.
릴레이 제어부(470)는, 상기 가변 저항의 저항값에 대한 정보를 기초로, 저항 제어 신호(R*)를 릴레이부(400)에 출력할 수 있다. 따라서, 저항 제어 신호(R*)에는 가변 저항의 저항값에 대한 정보가 포함될 수 있다.
한편, 가변 저항은, 저항 제어 신호(R*)를 기초로 가변 설정될 수 있다. 이에 따라, 릴레이 코일(410)의 소비 전력을 고려하면서도, 최적의 가변 저항값으로 릴레이부(400)를 구동시킬 수 있다.
또한, 릴레이부(400)의 발열은 주로 릴레이 코일(410)에서 발생되는 것이 일반적이고, 릴레이부(400)의 발열은 릴레이 코일(410)의 소비 전력과 관련이 있으므로, 릴레이 사양을 변경하지 않으면서도, 가변저항의 설정만으로, 발열 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다.
도 7은 도 5 내지 도 6의 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)에 있어서, 릴레이부(400)는, 공기조화기(100)의 전압 강압부(480)가 출력하는 릴레이 구동 전압(V2)에 맞춰, 선택되어지는 것이 일반적이다.
그러나, 공기조화기(100)의 전압 강압부(480)가 출력하는 릴레이 구동 전압(V2)과, 릴레이부(400)의 제어 전압(정격 전압)이 일치하는 경우는 드물고, 릴레이부(400) 제품의 스펙에 따라 전압 강압부(480)의 출력을 조정하는 일은 시간과 비용이 많이 든다.
또한, 제어 전압 대비 높은 릴레이 구동 전압으로 제어할 경우, 릴레이 코일(410)의 발열 및 소비 전력이 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명은, 이에 대한 해결 방안으로 릴레이 코일(410)에 저항 성분을 직렬 연결하여, 릴레이 코일(410)의 발열 및 소비 전력을 저감한다.
도 7은, 릴레이 구동 전압 및 저항 성분(420)의 저항값에 따른 릴레이 코일(410)의 소비 전력을 나타내는 표이다.
릴레이 코일(410)의 제어 전압 및 저항값은 릴레이부(400)의 제조사에 의해 이미 정해진 값일 수 있다.
예를 들어, 도 6에서 릴레이 코일(410)의 제어 전압은 12V이고, 릴레이 코일(410)의 저항값은 160옴일 수 있다.
또한, 릴레이 컨택트(430)와 접점을 이루는 픽업 전압은, 제어 전압의 70%이고, 릴레이 코일(410)이 소자되어 릴레이 컨택트(430)가 오프 되는 드롭 아웃 전압은 제어 전압의 10%일 수 있다.
도 7에서, 릴레이 구동 전압(V2)이 15V인 경우, 저항 성분(420)이 직렬연결 되지 않은 상태라면, 릴레이 구동 전압(V2) 15V는, 모두 릴레이 코일(410)에 인가될 수 있다. 이때, 릴레이 코일(410)의 소비 전력은 1.41W일 수 있다.
반면, 릴레이 코일(410)에 40.2옴의 저항 성분(420)을 직렬 연결한 경우, 릴레이 구동 전압(V2) 15V가, 저항 성분(420)에 의해 분압될 수 있다. 따라서, 전압 분배 원칙에 따라 저항 성분(420)에 3.01V가 인가되고, 릴레이 코일(410)에 11.99V가 인가될 수 있다. 이때, 릴레이 코일(410)의 소비 전력은 0.90W일 수 있다.
또한, 릴레이 코일(410)에 60옴의 저항 성분(420)을 직렬 연결한 경우, 저항 성분(420)에 4.09V가 인가되고, 릴레이 코일(410)에 10.91V가 인가될 수 있다. 이때, 릴레이 코일(410)의 소비 전력은 0.74W일 수 있다.
릴레이 구동 전압(V2)이 20V인 경우, 저항 성분(420)이 직렬 연결 되지 않은 상태라면, 릴레이 구동 전압(V2) 20V는, 모두 릴레이 코일(410)에 인가될 수 있다. 이때, 릴레이 코일(410)의 소비 전력은 2.50W일 수 있다.
반면, 릴레이 코일(410)에 107옴의 저항 성분(420)을 직렬 연결한 경우, 릴레이 구동 전압(V2) 20V가 저항 성분(420)에 의해 분압될 수 있다. 따라서, 전압 분배 원칙에 따라 저항 성분(420)에 3.01V가 인가되고, 릴레이 코일(410)에 11.99W가 인가될 수 있다. 이때, 릴레이 코일(410)의 소비 전력은 0.90W일 수 있다.
또한, 릴레이 코일(410)에 133옴의 저항 성분(420)을 직렬 연결한 경우, 저항 성분(420)에 4.08V가 인가되고, 릴레이 코일(410)에 10.92V가 인가될 수 있다. 이때, 릴레이 코일(410)의 소비 전력은 0.75W일 수 있다.
릴레이 구동 전압(V2)이 15V인 경우와 20V인 경우를 비교하면, 저항 성분(420)이 없는 경우, 소비 전력은 각각 1.41W와 2.50W가 된다. 즉, 릴레이부(400)를 제어 전압인 12V 대비 높은 릴레이 구동 전압(V2)으로 제어할 경우, 릴레이 코일(410)의 소비 전력이 상승한다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 릴레이 코일(410)의 발열도 증가한다.
그러나, 도 5 내지 도 6에서와 같이, 릴레이 코일(410)에 분압부(420)를 직렬로 연결하여, 릴레이 코일(410)의 소비 전력을 동일한 수준으로 설정가능하다.
이에 따라, 릴레이부(400) 제품의 스펙 또는, 전압 강압부(480)의 출력을 변경하지 않고서도 릴레이 코일(410)의 발열 문제를 해결할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 분압부(420)는, 저항 소자, 가변 저항 등일 수 있다.
분압부(420)가 저항 소자인 경우, 릴레이 구동 전압(V2)이 클수록, 저항값이 커지도록 설계될 수 있다. 또한, 저항 소자는, 릴레이 컨택트(430)를 온 시키기 위한 동작 전압의 임계값을 고려하여 설계될 수 있다.
도 7에서, 릴레이 구동 전압(V2)이 15V인 경우보다 20V인 경우에 분압부(420)의 저항 소자의 저항값이 크다는 것을 알 수 있다.
한편, 릴레이부(400)의 최소 동작 전압은 드롭 아웃 전압(예를 들어, 제어 전압의 10%)을 고려할 때, 10.8V인 것을 알 수 있다. 따라서, 저항 소자는 최소 동작 전압을 고려하여, 릴레이 구동 전압(V2)이 15V일 때, 60옴, 릴레이 구동 전압(V2)이 20V일 때, 133옴의 저항 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
저항 성분(420)이 가변 저항인 경우, 가변 저항은, 릴레이 구동 전압(V2)이 클수록 저항값이 커지도록 가변 설정될 수 있다.
보다 상세하게는, 릴레이 제어부(470)는, 릴레이 구동 전압(V2)이 클수록, 가변 저항값이 커지도록 제어하는 저항 제어 신호(R*)를 릴레이부(400)에 출력할 수 있다. 가변 저항은 저항 제어 신호(R*)를 기초로 가변 설정될 수 있다.
한편, 메모리(140)는, 릴레이부(400)를 동작 시키기 위해 필요한, 동작 전압의 임계값에 대한 정보를 저장할 수 있고, 릴레이 제어부(470)는, 임계값에 대한 정보를 기초로 저항 제어 신호(R*)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 가변 저항은, 동작 전압의 최소값을 고려하여 적절한 저항값으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 7에서, 메모리(140)는, 동작 전압의 최소값인 10.8V를 저장할 수 있고, 릴레이 제어부(470)는, 릴레이 구동 전압(V2)이 15V인 경우보다 20V인 경우, 가변 저항값이 커지도록 제어하는 저항 제어 신호(R*)를 릴레이부(400)에 출력할 수 있다.
이때, 저항 제어 신호(R*)에는 릴레이부(400)의 최소 동작 전압인 10.8V를 고려하여, 저항값 133옴에 대한 정보가 포함되어 있을 수 있다. 또한, 가변 저항은, 저항 제어 신호(R*)를 기초로 133옴으로 가변 설정될 수 있다.
도 8은, 도 3의 압축기 구동부의 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 압축기 구동부(113)는, 압축기 모터(250)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(220)와, 인버터(220)를 제어하는 인버터 제어부(230)와, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210), 컨버터(210)를 제어하는 컨버터 제어부(215), 컨버터(210)와 인버터(220) 사이의 dc단 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
한편, 압축기 구동부(113)는, dc단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
압축기 구동부(113)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(250)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 압축기 구동부(113)는, 전력변환장치라고도 할 수 있다.
컨버터(210)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 컨버터(210)는, 정류부(미도시)만을 구비하거나, 정류부와 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
정류부(미도시)는, 단상 교류 전원(201)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 출력할 수 있다.
이를 위해, 정류부(미도시)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자 및 하암 다이오드 소자(D'a,D'b)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.
한편, 컨버터(210)가 스위칭 소자를 구비하는 경우, 예를 들어, 부스트 컨버터를 구비할 수 있다. 즉, 정류부(미도시)와 인버터(220) 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터와 다이오드, 인덕터와 다이오드 사이에 접속되는 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, 컨버터가 스위칭 소자를 구비하는 경우, 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 스위칭 제어 신호(Soc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(215)는, 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(D)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(미도시) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어 신호(Soc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(215)에 인가될 수 있다.
한편, 입력 전압 검출부(A)에 의해, 입력 전압의 제로 크로싱 지점도 검출할 수 있게 된다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(미도시) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(215)에 인가될 수 있다.
dc 전압 검출부(B)는 dc 단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)을 검출한다. 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 dc 단 커패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있으며, dc 단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성될 수 있다.
또한, 검출되는 dc 전압은, 컨버터 제어부(215)에 인가되어, 컨버터 스위칭 제어신호(Soc)가 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(250)에 출력할 수 있다.
이에 따라, 인버터(220)는, 부하인 모터(250)로, 인버터 전력을 공급할 수 있다. 이때의 인버터 전력은, 부하인 모터(250)에서 필요한 전력으로서, 필요한 목표 전력에 추종할 수 있다.
구체적으로, 인버터(220)는, 복수의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결될 수 있다. 그리고, 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력할 수 있다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(250)에 흐르는 삼상 전류인 출력 전류(io) 및 dc단 커패시터 양단인 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 삼상의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, dc 단 전압(Vdc)은 dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(220)와 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(220)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
한편, 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 도 8의 컨버터(210)는, 도 5 내지 도 6의 제1 컨버터(440)에 대응될 수 있다.
도 9는, 도 8의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 인버터 제어부(230)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure 112017080644813-pat00001
)와 연산된 속도(
Figure 112017080644813-pat00002
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112017080644813-pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112017080644813-pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112017080644813-pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112017080644813-pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 10은, 도 8의 컨버터 제어부의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도면을 참조하면, 컨버터 제어부(215)는, 전류 지령 생성부(910), 전압 지령 생성부(920), 및 스위칭 제어신호 출력부(930)를 포함할 수 있다.
전류 지령 생성부(910)는, 출력 전압 검출부(B), 즉 dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)과 dc 단 전압 지령치(V*dc)에 기초하여, PI 제어기 등을 통해 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성할 수 있다.
전압 지령 생성부(920)는 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)와, 입력 전류 검출부(A)에서 검출되는 입력 전류(is)에 기초하여 PI 제어기 등을 통해 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다.
스위칭 제어신호 출력부(930)는 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여, 도 7의 컨버터(210) 내의 스위칭 소자를 구동하기 위한 컨버터 스위칭 제어신호(Soc)를 컨버터(210)에 출력할 수 있다.
도 11은 본 발명의 설명에 참조되는 도면이다.
보다 상세하게는, 도 10은, 입력 교류 전원(201)이 실내기(21)를 통해 인입되어, 실외기(31)와 연결된 전력선을 통해, 실외기에 교류 전원이 공급되는, 실내 인입 결선 방식의 전원 연결을 예시하는 도면이다.
이하, 도 5와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
실내 인입 방식에 있어서, 릴레이부(400)는, 실내기(21)의 입력 교류 전원(201)과 정류부(1010) 사이에 접속될 수 있다.
즉, 실내 인입 방식에 있어 릴레이부(400)는, 실내기(21)에 접속되어 실외기(31)로 인가되는 교류 전원을 단속할 수 있다.
릴레이부(400)는, 릴레이 구동 전압을 분압하는 저항 성분(420)을 구비하고, 분압된 릴레이 구동 전압(V3)에 기초하여, 정류부(1010)에 인가되는 교류 전원(201)을 단속할 수 있다.
이때, 릴레이 구동 전압(V3)은 실내기(21)내의 전압 강압부(1030)에 의해 공급 받을 수 있다.
릴레이부(400)는, 실외기(31)로 인입되는 돌입 전류(inrush current)를 방지하기 위한 저항 소자(430a)(돌입 전류 방지 저항 소자)를 더 포함할 수 있다. 저항 소자(430a)는, 릴레이 컨택트(430)에 병렬 접속될 수 있다.
한편, 돌입 전류를 방지하기 위한 저항 소자(430a)의 저항값은 분압부(420)의 저항값보다 크게 설정되는 것이 바람직하다.
도 11에서, 릴레이 제어부(470)는, 돌입 전류가 실외기(31)에 유입되는 것을 방지하기 위해, 초기 동작시, 릴레이 컨택트(430)를 오프 시켜, 입력 교류 전원이 실외기(31)에 인가되도록 할 수 있다.
소정 시간 이후, 릴레이 제어부(470)는, 릴레이 컨택트(430)가 온 시켜 입력 교류 전원(201)이 릴레이 컨택트(430)를 통해, 실외기(31)로 인가되도록 할 수 있다.
정류부(1010)는, 단상 교류 전원(201)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 전압 강압용 커패시터에 출력할 수 있다.
이를 위해, 정류부는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자 및 하암 다이오드 소자(D'a,D'b)가한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.
정류부가, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수도 있다.
실내기(21)내의 전압 강압부(1030)는, 평활된 직류 전압을 인가받아, 실내기(21)를 구성하는 회로, 유닛 등을 구동하기 위한 직류 전압을 출력할 수 있다.
보다 상세하게는, 실내기(21)내의 전압 강압부(1030)는, 전압 강압용 커패시터 양단에 접속하여, 레벨 변화된 직류 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 레벨 변화된 직류 전압은, 15V, 18V, 20V 등일 수 있다.
실내기(21) 내의 전압 강압부(1030)는, 릴레이 제어부(470)에 제3 직류 전압(V3)을 공급할 수 있다.
실내기(21) 내의 전압 강압부(1030)는, 릴레이 구동부(460)에 제4 직류 전압(V4)을 공급할 수 있다. 특히, 제4 직류 전압(V4)을 릴레이 구동 전압(V4)이라 명명할 수 있다. 제4 직류 전압(V4)은 제3 직류 전압(V3)보다 큰 것이 바람직하다.
실내기(21) 내의 전압 강압부(1030)는, 고주파 변압기를 사용하는 스위치 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS) 또는 비절연 강압형의 벅 컨버터(Buck converter)등의 AC-DC 변환 장치를 포함할 수 있다.
한편, 공기조화기(100)는, 입력 교류 전원(201)과 릴레이부(400) 사이에 퓨즈(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
퓨즈(미도시)는, 릴레이부(400) 전단에 배치되어, 실내기(21) 및 실외기(31)에 과전류가 인가되는 것을 방지할 수 있다.
실내기(21)는, 제1 교류 전원 단자(L1) 및 제1 뉴트럴 단자(N1)를 더 포함할 수 있고 실외기(31)는, 제1 교류 전원 단자(L1) 및 제1 뉴트럴 단자(N1) 각각에 접속하는 제2 교류 전원 단자(L2) 및 제2 뉴트럴 단자(N2)를 더 포함할 수 있다.
입력 교류 전원(201)은, 전원선을 통해 실외기(31)로 인가될 수 있다. 인가된 교류 전원은 제2 컨버터(450)를 통해 전압 강압부(480)에 인가될 수 있다. 전압 강압부는, 레벨 변화된 직류 전압을 출력할 수 있다.
전압 강압부(480)는, 레벨 변화된 직류 전압을 실외기 제어부(1070)에 출력할 수 있다. 실외기 제어부(1070)의 실외기(31)의 전반적이 동작을 제어할 수 있다.
또한, 전압 강압부(480)는, 레벨 변화된 직류 전압을 실외기 부하부(1050)에 출력할 수 있다. 실외기 부하부(1050)는, 실외기(31)에 포함된, 실외팬(105a)을 구동하기 위한, 팬 구동부(200), 모터, 팬 등을 포함할 수 있고, 전압 강압부(480)에서 공급받는 직류 전압에 의해 구동될 수 있다.
한편, 도 5에서와 같이, 릴레이부(400), 릴레이 구동부(460) 및 릴레이 제어부(470)가 제2 교류 전원 단자 및 제2 뉴트럴 단자와 제1 컨버터(440) 사이에 접속되는 것도 가능하다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
21: 실내기
31: 실외기
100: 공기조화기
220: 인버터
400: 릴레이부
410: 릴레이 코일
420: 저항 성분
430: 릴레이 컨택트
440: 제1 컨버터
450: 제2 컨버터
460: 릴레이 구동부
470: 릴레이 제어부
480: 전압강압부

Claims (10)

  1. 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 제1 컨버터;
    릴레이 제어신호를 출력하는 릴레이 제어부;
    상기 릴레이 제어신호를 기초로, 릴레이 구동 전압을 출력하는 릴레이 구동부;
    상기 릴레이 구동 전압을 분압하는 분압부를 구비하고, 상기 분압된 릴레이 구동 전압에 기초하여, 상기 제1 컨버터에 인가되는 상기 입력 교류 전원을 공급 또는 차단하는 릴레이부; 및
    분압 전압 검출부;를 포함하고,
    상기 릴레이부는,
    상기 분압된 릴레이 구동 전압을 기초로 자화 또는 소자 되는 릴레이 코일과, 상기 릴레이 코일에 의해 개폐되어 상기 입력 교류 전원을 공급 또는 차단하는 릴레이 컨택트를 포함하고,
    상기 분압부는,
    상기 릴레이 코일에 직렬 접속되는 가변 저항이고,
    상기 분압 전압 검출부는,
    상기 분압부에 의해 분압되어 상기 릴레이 코일에 인가되는 분압 전압을 검출하여 상기 릴레이 제어부에 전송하고,
    상기 릴레이 제어부는,
    상기 분압 전압을 기초로, 상기 릴레이 코일의 소비 전력을 연산하고, 상기 릴레이 컨택트를 온 시키기 위한 동작 전압의 임계값에 대한 정보를 고려하여, 상기 릴레이 코일을 최소 전력으로 구동시키기 위한 상기 가변 저항의 저항값을 연산하고, 연산된 상기 가변 저항의 저항값에 대한 정보를 기초로, 저항 제어 신호를 출력하고,
    상기 가변 저항은,
    상기 저항 제어 신호를 기초로 가변 설정되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이부는,
    상기 릴레이 코일 및 상기 가변 저항과 병렬 연결되는 다이오드 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이 제어부는,
    상기 릴레이 구동 전압이 클수록, 상기 가변 저항의 저항값이 커지도록 제어하는, 상기 저항 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 제2 컨버터;
    상기 제2 컨버터의 출력단에 접속하는 전압 강압용 커패시터;
    상기 전압 강압용 커패시터의 양단에 접속하며, 레벨 변화된 직류 전압을 출력하는 전압 강압부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압 강압부는,
    상기 릴레이 제어부에, 상기 직류 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 릴레이 구동부는,
    적어도 어느 하나의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 릴레이 제어신호에 기초하여, 상기 스위칭 소자를 온, 오프하여, 상기 전압 강압부의 상기 직류 전압을, 상기 릴레이부에 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컨버터의 출력단인 dc단에 접속되는, dc단 커패시터; 및
    상기 dc단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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