KR102034651B1 - 공기조화기의 전원 공급장치 - Google Patents

공기조화기의 전원 공급장치 Download PDF

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Abstract

실시 예는, R, S, T 및 N 상 ac 전원이 공급되는 제1 코일부, 상기 제1 코일부와 출력단 사이에 배치된 제2 코일부 및 상기 R, S 및 T 상 ac 전원 중 어느 한 상 ac 전원을 기반으로 상기 제2 코일부에 흐르는 커먼 모드 노이즈를 상쇄시키는 상쇄 전원을 생성하여 접지로 공급하는 노이즈 필터부를 포함하는 공기조화기의 전원 공급장치를 포함할 수 있다.

Description

공기조화기의 전원 공급장치{Power supply of an air conditioner}
실시 예는 공기조화기의 전원 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터를 구동하기 위해 공급되는 3상 ac 전원의 커먼 모드 노이즈를 상쇄하기 용이한 공기조화기의 전원 공급장치에 관한 것이다.
현대에 전기 또는 전자 장치의 소형화, 경량화, 고속화, 저전력화 등의 기술 발전의 경향은 장치를 더욱 정밀하게 만들었으며, 그만큼 장치는 외부의 장해로부터 취약하다. 이에 따라 개발자는 장치를 설계할 때 외부의 전자파 장해에 대한 내성 및 노이즈의 생성을 억제하기 위한 수단을 강구한다.
일 예로서, 모터 등을 제어하기 위해 이용되는 인버터 장치는, 다이오드 브릿지나 스위칭 소자 등에 의해 상용의 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부를 구비하고 있다. 그리고, 인버터 장치는, 변환된 직류전압을, 스위칭 소자로 인해 교류전압으로 변환하는 인버터부를 구비하고 있다.
이와 같은 인버터 장치는, 스위칭 소자의 스위칭 동작으로 인하여, 전원선을 거쳐서 다른 전자기기에 영향을 미치는 전도성 노이즈(conduction noise)를 발생한다. 전자기 간섭(EMI: Electromagnetic Interference) 노이즈의 일종인 전도성 노이즈는 전원선 사이에서 왕복하는 노멀 모드 노이즈(normal mode noise, 또는 디퍼렌셜 모드 노이즈: differential mode noise로도 불리운다)와, 전원선과 접지(어스)와의 사이를 전도하는 커먼 모드 노이즈(common mode noise)로 구성된다.
최근 들어, 노이즈 필터부가 정류부에서 변환된 직류전압을 사용하므로, 액티브 트랜지스터의 내압을 낮추고 와이어에 의해 공급되는 직류전압의 손실을 방지하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
실시 예의 목적은, 모터를 구동하기 위해 공급되는 3상 ac 전원의 커먼 모드 노이즈를 상쇄하기 용이한 공기조화기의 전원 공급장치를 제공함에 있다.
실시 예에 따른 공기조화기의 전원 공급장치는, R, S, T 및 N 상 ac 전원이 공급되는 제1 코일부, 상기 제1 코일부와 출력단 사이에 배치된 제2 코일부 및 상기 R, S 및 T 상 ac 전원 중 어느 한 상 ac 전원을 기반으로 상기 제2 코일부에 흐르는 커먼 모드 노이즈를 상쇄시키는 상쇄 전원을 생성하여 접지로 공급하는 노이즈 필터부를 포함할 수 있다.
상기 제1 코일부는, 상기 R, S, T 및 N 상 ac 전원의 각 상 ac 전원이 공급되는 복수의 제1 코일을 포함하고, 상기 제2 코일부는, 상기 복수의 제1 코일 각각이 연결된 복수의 제2 코일을 포함할 수 있다.
상기 노이즈 필터부는, 상기 한 상 ac 전원을 정류하여 dc 전원을 생성하는 필터 전원생성부, 상기 커먼 모드 노이즈를 검출한 노이즈 전원을 출력하는 검출부 및 상기 노이즈 전원으로 동작하여 상기 dc 전원으로 생성한 상기 상쇄 전원을 출력하는 푸쉬풀 회로부를 포함할 수 있다.
상기 dc 전원은, 상기 한 상 ac 전원의 양 반주기에 대응하는 반파 정류된 전원일 수 있다.
상기 검출부는, 상기 제2 코일부 중 적어도 하나의 제2 코일에 유기결합되어 상기 커먼 모드 노이즈를 검출한 상기 노이즈 전원을 출력하는 검출 코일을 포함할 수 있다.
상기 푸쉬풀 회로부는, 상기 노이즈 전원에 따라 스위칭 동작하여 상기 dc 전원을 출력하는 푸쉬풀부 및 상기 푸쉬풀부에서 출력된 상기 dc 전원을 상기 상쇄 전원으로 변환하여 상기 검출부로 출력하는 Y-커패시터를 포함할 수 있다.
상기 상쇄 전원은, 상기 검출부를 통과하여 상기 접지로 흐를 수 있다.
실시 예에 따른 공기조화기의 전원 공급장치는, 독립적으로 3상 ac 전원 중 한 상 ac 전원을 입력받아 반파 정류하여 생성한 dc 전원에 의해 커먼 모드 노이즈를 상쇄하도록 하는 노이즈 필터부를 포함함으로써, 노이즈 필터부의 제조 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한, 실시 예에 따른 공기조화기의 전원 공급장치는, 3상 ac 전원을 공급하는 전원선들의 오결선에 따른 노이즈 필터부의 파손을 방지하도록 함으로써, 내성이 높아지는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 공기조화기의 전원 공급장치를 나타낸 제어 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 코일부 및 노이즈 필터부를 나타낸 회로도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 나타낸 노이즈 필터부의 동작을 나타낸 동작도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시 예의 공기조화기의 전원 공급장치에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 공기조화기의 전원 공급장치를 나타낸 제어 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전원 공급장치(100)는 코일부(110), 정류부(120), 인버터부(130) 및 노이즈 필터부(140)를 포함할 수 있다.
코일부(110)는 R, S, T 및 N 상 ac 전원(vr, vs, vt, vn)이 입력되는 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL)에 연결된 제1, 2 코일부(112, 114) 및 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL)들 사이에 각각 연결된 복수의 커패시터(미도시)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 복수의 커패시터는 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL)들 사이에 흐르는 노멀모드 노이즈를 감쇄시킬 수 있다.
제1 코일부(112)는 R, S, T 및 N 상 ac 전원(vr, vs, vt, vn)이 입력되는 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL) 각각에 연결되는 제1 내지 제4 코일(L11. L12, L13, L14)를 포함할 수 있다.
제2 코일부(114)는 제1 내지 제4 코일(L11. L12, L13, L14)과 연결되는 제5 내지 제8 코일(L21, L22, L23, L24)을 포함할 수 있다.
정류부(120)는 제2 코일부(114)로부터 출력되는 R, S, T 및 N 상 ac 전원(vr, vs, vt, vn)을 정류한 dc 전원(dc)를 출력할 수 있다.
이때, 정류부(120)는 브리지 다이오드를 포함할 수 있으며, 상기 브리지 다이오드를 통하여 출력되는 전파 전원을 dc 전원(dc)으로 평활하는 평활 커패시터(cs)를 포함할 수 있다.
인버터부(130)는 dc 전원(dc)을 ac 전원(vc)으로 변환하여 모터(M)를 구동시킬 수 있다.
노이즈 필터부(140)는 코일부(110)에 연결되며, 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL)과 접지 사이에 흐르는 커먼모드 노이즈(common mode noise)를 제거하거나 또는 감쇠시킬 수 있다.
노이즈 필터부(140)는 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL) 중 어느 하나에 연결되어, R, S, T 및 N 상 ac 전원(vr, vs, vt, vn) 중 한 상 ac 전원을 dc 전원으로 생성하는 필터 전원생성부(142), 및 커먼모드 노이즈를 검출한 노이즈 전원을 출력하는 검출부(144) 및 상기 노이즈 전원으로 동작하여 상기 dc 전원으로 생성한 상쇄 전원을 출력하는 푸쉬풀 회로부(146)를 포함할 수 있으며, 노이즈 필터부(140)에 대한 자세한 설명은 도 2에서 후술하기로 한다.
여기서, 커먼모드 노이즈(common mode noise)는 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL)을 따라 접지를 향해 한 방향으로 흐르기 때문에 전류에 의해 생성된 EMI(electromagnetic interference) 신호가 공기 중으로 방사되거나 예기치 못한 경로 누전되며, 이렇게 누전되어 타 기기로 전달된 노이즈는 그 크기가 아주 작을지라도 타 기기에 치명적인 영향을 줄 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 코일부 및 노이즈 필터부를 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 코일부(110)는 제1, 2 코일부(112, 114) 및 복수의 커패시터(미도시)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 복수의 커패시터는 R, S, T 및 N 상 ac 전원(vr, vs, vt, vn)이 입력되는 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL) 사이 및 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL)와 접지 사이를 서로 연결할 수 있다.
제1 코일부(112)는 R, S, T 및 N 상 ac 전원(vr, vs, vt, vn)이 입력되는 제1 내지 제4 전원선(RL, SL, TL, NL) 각각에 연결되는 제1 내지 제4 코일(L11. L12, L13, L14)를 포함할 수 있다.
제2 코일부(114)는 제1 내지 제4 코일(L11. L12, L13, L14) 각각에 연결되는 제5 내지 제8 코일(L21, L22, L23, L24)을 포함할 수 있다.
노이즈 필터부(140)는 필터 전원생성부(142), 검출부(144) 및 푸쉬풀 회로부(146)를 포함할 수 있다.
필터 전원생성부(142)는 제1 내지 제4 코일(L11. L12, L13, L14) 중 제3, 4 코일(L13, L14)과 연결되어, T 및 N 상 ac 전원(vt, vn)을 공급받을 수 있다.
여기서, N 상 ac 전원(vn)은 그라운드 전원으로써, 필터 전원생성부(142)에 공급되는 전원은 T-N 상 상간전원이며, 실시 예에서는 T 상 ac 전원(vt)이 공급되는 것으로 설명한다.
필터 전원생성부(142)는 T 상 ac 전원(vt)으로 스위칭 동작하며, T 상 ac 전원(vt)을 반파 정류한 반파 dc 전원(Vdc1)을 출력하는 스위치부(142_1), T상 ac 전원(vt)을 충전하며 반파 dc 전원(Vdc1)을 배전압한 dc 전원(Vdc2)를 출력하는 배전압 회로부(142_2)를 포함할 수 있다.
스위치부(142_1)는 T 상 ac 전원(vt)의 양(+) 주기 전원을 통과시키는 제1 다이오드(D1), 제1 다이오드(D1)과 병렬연결되며 T 상 ac 전원(vt)으로 제1 스위치 신호(sw1)를 생성하는 저항(R) 및 제1 다이오드(D1)과 저항(R)과 연결되며, 반파 dc 전원(Vdc1)을 출력하는 제1 트랜지스터(TR1)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 트랜지스터(TR1)은 이미터 단자가 제1 다이오드(D1)와 연결되며, 게이트 단자가 저항(R1)과 연결되며, 컬렉터 단자로 반파 dc 전원(Vdc1)을 출력할 수 있다.
실시 예에서, 저항(R)은 적어도 하나의 저항이 서로 직렬 연결될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
배전압 회로부(142_2)는 제1 다이오드(D1)와 제1 트랜지스터(TR1) 사이에 연결되는 제1 커패시터(C1), 제2 다이오드(D2), 제3 다이오드(D3) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 커패시터(C1)는 제1 다이오드(D1)를 통과한 반파 dc 전원(Vdc1)을 충전하며, 다음으로 제1 다이오드(D1)을 통과하는 반파 dc 전원(Vdc1)에 충전된 전원을 방전할 수 있다.
제2 다이오드(D2)는 제1 커패시터(C1)와 연결되며, 제2 커패시터(C2)에 반파 dc 전원(Vdc)로 공급할 수 있다.
제3 다이오드(D3)는 제4 코일(14)와 연결되며, 제2 다이오드(D2)와 연결되며, 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결될 수 있다.
검출부(144)는 제2 코일부(114)에 포함된 제5 내지 제8 코일(L21, L22, L23, L24) 중 적어도 하나와 유기결합되어 커먼 모드 노이즈를 검출한 노이즈 전원(VN)을 출력하는 검출 코일(Lm)을 포함할 수 있다.
즉, 검출 코일(Lm)은 제2 코일부(114)를 통과하는 커먼모드 노이즈에 대응하는 노이즈 전원(VN)을 접지 또는 그라운드 및 푸쉬풀 회로부(146)으로 공급할 수 있다.
푸쉬풀 회로부(146)는 푸쉬풀부(146_1) 및 Y-커패시터(146_2)를 포함할 수 있다.
여기서, 푸쉬풀부(146_1)는 노이즈 전원(VN)에 의해 스위칭 동작하여 dc 전원(Vdc2)를 출력하는 제2, 3 트랜지스터(TR2, TR3)를 포함할 수 있다.
즉, 제2, 3 트랜지스터(TR2, TR3)는 노이즈 전원(VN)을 기반으로 상보적으로 스위칭 온 및 오프 동작하여, dc 전원(Vdc2)을 Y-커패시터(146_2)로 출력할 수 있다.
여기서, 푸쉬풀부(146_1)는 일반적으로 상용되는 회로이므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
또한, dc 전원(Vdc2)은 반파 정류된 직류 전원으로써, 양(+)의 반주기 및 그라운드 반주기를 포함할 수 있다.
Y-커패시터(146_2)는 푸쉬풀부(146_1)에서 출력된 dc 전원(Vdc2)으로 상쇄 전원(VF)으로 변환하여 검출부(144)로 출력하여, 노이즈 전원(VN)을 감쇄시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 2에 나타낸 노이즈 필터부의 동작을 나타낸 동작도이다.
도 3은 T 상 ac 전원(vt)의 양(+) 반주기가 노이즈 필터부(140)로 공급되는 경우의 전류 패스를 나타낸 회로 동작도이다.
즉, 노이즈 필터부(140)에 포함된 필터 전원생성부(142)는 T 상 ac 전원(vt)의 양(+) 반주기가 공급되는 경우, 제1 트랜지스터(TR1)가 스위칭 온 동작하여, T 상 ac 전원(vt)의 양(+) 반주기 및 제1 커패시터(C1)에서 방전된 전원을 합쳐서 출력하며, 제2 커패시터(C2)에서 충전된 전원과 배전압된 dc 전원(Vdc2)을 푸쉬풀 회로부(146)로 출력할 수 있다.
이때, 검출부(144)에 포함된 검출 코일(Lm)은 제2 코일부(114)에서 유기되는 노이즈 전원(VN)을 푸쉬풀 회로부(146)로 공급할 수 있다.
즉, 푸쉬풀부(146_1)는 노이즈 전원(VN)에 의해 제2, 3 트랜지스터(TR2, TR3) 중 하나가 스위칭 온 동작하고 다른 하나가 스위칭 오프로 동작하여, dc 전원(Vdc2)을 Y-커패시터(146_2)로 출력할 수 있다.
이때, Y-커패시터(146_2)는 dc 전원(Vdc2)을 감쇄 전원(VF)로 변환하여 검출 코일(Lm)로 출력함으로써, 노이즈 전원(VN)을 감쇄시킬 수 있다.
도 4는 T 상 ac 전원(vt)의 음(-) 반주기가 노이즈 필터부(140)로 공급되는 경우의 전류 패스를 나타낸 회로 동작도이다.
즉, 노이즈 필터부(140)에 포함된 필터 전원생성부(142)는 T 상 ac 전원(vt)의 음(-) 반주기가 공급되는 경우, 제1 트랜지스터(TR1)가 스위칭 오프 동작하여 그라운드 전원을 푸쉬풀 회로부(146)로 출력할 수 있다.
이때, 검출부(144)에 포함된 검출 코일(Lm)은 제2 코일부(114)에서 유기되는 노이즈 전원(VN)을 푸쉬풀 회로부(146)로 공급할 수 있다.
즉, 푸쉬풀부(146_1)는 노이즈 전원(VN)에 의해 제2, 3 트랜지스터(TR2, TR3) 중 하나가 스위칭 온 동작하고 다른 하나가 스위칭 오프로 동작하여, dc 전원(Vdc2), 즉 상기 그라운드 전원을 Y-커패시터(146_2)로 출력할 수 있다.
이때, Y-커패시터(146_2)는 dc 전원(Vdc2)을 감쇄 전원(VF)로 변환하여 검출 코일(Lm)로 출력함으로써, 노이즈 전원(VN)을 감쇄시킬 수 있다.
이상에서, 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실시 예의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 실시 예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 실시 예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 실시 예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 실시 예들은 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 실시 예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 실시 예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. R, S, T 및 N 상 ac 전원이 공급되는 제1 내지 제4 전원선;
    상기 제1 내지 제4 전원선에 각각 연결되는 제1 내지 제4 코일을 포함하는 제1 코일부;
    상기 제1 코일부와 출력단 사이에 배치되고, 상기 제1 내지 제4 코일에 각각 연결되는 제5 내지 제8 코일을 포함하는 제2 코일부;
    상기 제5 내지 제8 코일로부터 출력되는 R, S, T 및 N 상 ac 전원을 정류하는 정류부; 및
    상기 R, S 및 T 상 ac 전원 중 어느 한 상 ac 전원을 기반으로 상기 제2 코일부에 흐르는 커먼 모드 노이즈를 상쇄시키는 상쇄 전원을 생성하여 접지로 공급하는 노이즈 필터부를 포함하고,
    상기 노이즈 필터부는,
    상기 R, S 및 T 상 중 어느 하나의 상에 대응하는 전원선 및 상기 N 상에 대응하는 전원선과 연결되고, 상기 어느 하나의 상과 상기 N 상 간의 상 전압을 정류하여 dc 전원을 생성하는 필터 전원생성부;
    상기 제5 내지 제8 코일과 유기결합하는 검출 코일을 포함하고, 상기 제1 내지 제4 전원선을 흐르는 상기 커먼 모드 노이즈를 검출한 노이즈 전원을 출력하는 검출부; 및
    상기 필터 전원생성부에 연결되고, 상기 노이즈 전원으로 동작하여 상기 dc 전원으로 생성한 상기 상쇄 전원을 출력하는 푸쉬풀 회로부를 포함하는 공기조화기의 전원 공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 코일부는,
    상기 R, S, T 및 N 상 ac 전원의 각 상 ac 전원이 공급되는 복수의 제1 코일을 포함하는
    공기조화기의 전원 공급장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 dc 전원은,
    상기 한 상 ac 전원의 양 반주기에 대응하는 반파 정류된 전원인 공기조화기의 전원 공급장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 푸쉬풀 회로부는,
    상기 노이즈 전원에 따라 스위칭 동작하여 상기 dc 전원을 출력하는 푸쉬풀부; 및
    상기 푸쉬풀부에서 출력된 상기 dc 전원을 상기 상쇄 전원으로 변환하여 상기 검출부로 출력하는 Y-커패시터를 포함하는 공기조화기의 전원 공급장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상쇄 전원은,
    상기 검출부를 통과하여 상기 접지로 흐르는 공기조화기의 전원 공급장치.
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