KR20010088563A - input current confirmation apparatus for inverter type air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 관한 것으로, 특히 입력 전류의 확인을 인버터부의 출력전류에 의해 수행함으로써 장치의 비용을 절감할 수 있도록 한 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an input current checking device of an inverter type air conditioner, and more particularly, to an input current checking device of an inverter type air conditioner, which can reduce the cost of the device by performing the checking of the input current by the output current of the inverter unit. It is about.
인버터(inverter)는 전력변환장치의 일종으로 직류전력을 임의의 주파수를 갖는 교류전력으로 변환시키는 장치이다. 이러한 인버터 방식의 공기조화기에서는 압축기모터의 구동에 인버터로부터 제공되는 교류전압이 사용되는데, 인버터에서 제공되는 교류전압의 주파수의 변화에 따라 압축기모터의 회전수가 조절되므로 공기조화기의 냉/난방능력을 쉽게 증감할 수가 있다.An inverter is a kind of power converter that converts DC power into AC power having an arbitrary frequency. In the inverter type air conditioner, the AC voltage provided from the inverter is used to drive the compressor motor. The rotation speed of the compressor motor is adjusted according to the change of the frequency of the AC voltage provided from the inverter. You can easily increase or decrease.
이러한 종래의 인터버형 공기조화기에서는 압축기모터의 소비 전력을 산출하기 위하여 입력 전류를 확인하는 장치가 필수적으로 구비되어야 하는 바, 도 1은 종래의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 회로도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치는 상용교류전원(AC)의 전원단 전류를 검출하는 전류 트랜스포머(CT), 전류 트랜스포머(CT)에서 검출된 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 저항(R0), 저항(R0)의 양단에 인가된 교류 전압을 전파 정류하는 브릿지 다이오드(BD2) 및 브릿지 다이오드(BD2)에서 전파 정류된 맥류 전압을 평활하는 콘덴서(C2)와 저항(R2)을 포함하여 이루어진 입력전류 감지부(40) 및 입력전류 감지부(40)에서 출력되는 감지전압을 대응되는 값을 갖는 디지털 신호로 변환한 후에 이를 자체에 미리 내장된 전압-전류 변환 테이블에 대입하여 입력 전류를 확인하는 마이크로 컴퓨터(이하, 간단히 '마이컴'이라 한다)(50)로 이루어진다.In the conventional inter-type air conditioner, an apparatus for confirming input current must be provided in order to calculate power consumption of a compressor motor. FIG. 1 is a circuit diagram of an input current checking apparatus of a conventional inverter type air conditioner. . As shown in FIG. 1, the input current checking apparatus of a conventional inverter type air conditioner includes a current transformer CT for detecting a current at a power stage of a commercial AC, and a current signal detected by a current transformer CT. Resistor (R0) for converting the signal into a voltage signal, bridge diode (BD2) for full-wave rectification of the AC voltage applied across the resistor (R0), and capacitor (C2) for smoothing the pulse wave voltage rectified in the bridge diode (BD2). And a sensing voltage output from the input current sensing unit 40 and the input current sensing unit 40 including the resistor R2 to a digital signal having a corresponding value, and then a voltage-current pre-built therein. It consists of a microcomputer (hereinafter referred to simply as a microcomputer) 50 that checks the input current by inserting it into a conversion table.
한편, 인버터형 공기조화기의 전력 계통을 살펴보면, 상용교류전원(AC)은 브릿지 다이오드(BD1)에서 전파 정류된 후에 스위칭모드 파워서플라이(Switching Mode Power Supply; SMPS)(10)에서 미리 정해진 크기를 갖는 직류 전압으로 변환되어 인버터부(20)에 제공된다. 그리고, 인버터부(20)에서는 SMPS(10)에서 제공되는 직류 전압을 마이컴(50)의 제어에 따라 소정의 주파수 및 펄스폭을 갖는 교류 전압으로 변환하여 압축기모터(30)를 구동하게 된다. 인버터부(20)는 압축기모터(30)의 3상(U상, V상, W상) 전원을 발생시키는 3쌍의 전력 스위칭 소자 및 마이컴(50)의 제어에 따라 스위칭 소자를 구동하는 구동회로(22),(24)를 포함하여 이루어지는데, 전력 스위칭 소자는 예를 들어 절연 게이트 쌍극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transtor; IGBT)(Tuu, Tvu, Twu, Tul, Tvl, Twl)로 구현될 수 있다.On the other hand, when looking at the power system of the inverter type air conditioner, the AC is after the full-wave rectified in the bridge diode (BD1) and the predetermined size in the switching mode power supply (SMPS) (SPS) (10). It is converted into a direct current voltage having and provided to the inverter unit 20. In addition, the inverter unit 20 converts the DC voltage provided from the SMPS 10 into an AC voltage having a predetermined frequency and pulse width under the control of the microcomputer 50 to drive the compressor motor 30. The inverter unit 20 includes three pairs of power switching elements for generating three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) power of the compressor motor 30 and a driving circuit for driving the switching elements under the control of the microcomputer 50. (22), (24), the power switching element can be implemented with, for example, an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) (Tuu, Tvu, Twu, Tul, Tvl, Twl). have.
그리고, 이러한 인버터부(20)는 원칩화되어 지능형 전력 모듈(Intelligent Power Module; IPM)이라는 별칭으로 통용되는데, 통상적으로 과전류 유입시에 IGBT를 보호하는 보호회로(26)가 구비되어 있다. 즉, 션트 저항(Rs)에 의해 하위측 IGBT(Tul, Tvl, Twl)의 공통 에미터 단자에 흐르는 전류의 일부가 전압으로 변환되어 출력되는데, 보호회로(26)는 이러한 감지 전압을 미리 정해진 과전류 판단용 기준치와 비교하여 과전류가 유입되고 있다고 판단되면 그 즉시 하위측 IGBT(Tul, Tvl, Twl)를 강제로 턴오프시키게 된다. 미설명 부호 C1 및 R1은 상기 감지 전압을필터링하기 위한 시정수용 콘덴서 및 저항이다.In addition, the inverter unit 20 is one-chip and commonly used as an intelligent power module (IPM), which is generally provided with a protection circuit 26 to protect the IGBT when an overcurrent flows. That is, part of the current flowing through the common emitter terminal of the lower IGBT (Tul, Tvl, Twl) is converted into a voltage by the shunt resistor Rs, and the protection circuit 26 converts the sensed voltage into a predetermined overcurrent. If it is determined that the overcurrent is flowing compared to the criterion for determination, the lower IGBT (Tul, Tvl, Twl) is immediately forcibly turned off. Reference numerals C1 and R1 are time constant capacitors and resistors for filtering the sense voltage.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 따르면, 입력 전류를 직접 감지하는 방식이기 때문에 전류 트랜스포머와 이에 수반되는 여러 회로소자가 요구되어 제조 비용이 상승하고, 이외에도 회로기판 상에서 많은 면적을 차지하기 때문에 사이즈가 커지는 문제점이 있다.However, according to the input current checking apparatus of the conventional inverter type air conditioner as described above, since the input current is directly sensed, a current transformer and various circuit elements accompanying the same are required, thereby increasing the manufacturing cost. Since it occupies a large area on the substrate, there is a problem that the size increases.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 입력 전류의 확인을 인버터부의 출력전류에 의해 수행함으로써 장치의 비용을 절감하고, 회로의 크기를 감소시킬 수 있도록 한 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the input of the inverter type air conditioner to reduce the cost of the device, the circuit size can be reduced by checking the input current by the output current of the inverter unit The purpose is to provide a current confirmation device.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인버터부의 전력 스위칭 소자를 단속 제어하여 압축기모터의 운전주파수를 가변시킬 수 있도록 된 인버터형 공기조화기의 입력전류 확인장치에 있어서, 상기 전력 스위칭 소자로부터 상기 압축기모터로 출력되는 전류를 대응되는 크기의 전압으로 출력하는 전류 감지 수단 및 입력전류 대 상기 출력전압 변환식이 탑재되며, 상기 전류 감지 수단으로부터 제공된 상기 출력 전압을 상기 변환식에 대입하여 상기 입력 전류를 확인하는 마이컴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is in the input current confirmation device of the inverter type air conditioner to be able to vary the operating frequency of the compressor motor by intermittently controlling the power switching element of the inverter unit, the compressor from the power switching element A current sensing means for outputting a current output to a motor with a voltage having a corresponding magnitude and an input current to the output voltage conversion equation are mounted, and the output voltage supplied from the current detection means is substituted into the conversion equation to check the input current. It is characterized by including a microcomputer.
전술한 구성에서, 상기 전류 감지 수단은 상기 전력 스위칭 소자의 출력전류의 일부를 분로하는 션트 저항 및 상기 션트 저항 양단의 전압을 상기 변환식과 관련하여 미리 정해진 증폭도로 증폭하는 연산 증폭기를 포함하여 이루어질 수 있다.In the above-described configuration, the current sensing means may comprise a shunt resistor for shunting a part of the output current of the power switching element and an operational amplifier for amplifying the voltage across the shunt resistor with a predetermined amplification in relation to the conversion equation. have.
도 1은 종래의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 회로도,1 is a circuit diagram of an input current checking device of a conventional inverter type air conditioner,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 회로도,2 is a circuit diagram of an input current checking device of an inverter type air conditioner according to a preferred embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명에서 입력전류 대 직류출력전압의 관계를 보인 그래프이다.3 is a graph showing the relationship between the input current and the DC output voltage in the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
10: SMPS, 20: 인버터부,10: SMPS, 20: inverter section,
22, 24: 구동회로, 26: 보호회로,22, 24: drive circuit, 26: protection circuit,
30: 압축기모터, 40: 입력전류 감지부,30: compressor motor, 40: input current detection unit,
50, 50' 마이컴, 60: 직류출력 감지부,50, 50 'microcomputer, 60: DC output detector,
BD1, BD2: 브릿지 다이오드, R0 - R5: 저항,BD1, BD2: bridge diode, R0-R5: resistor,
Rs: 션트 저항, L: 코일,Rs: Shunt Resistance, L: Coil,
C1 - C3: 콘덴서, OPA: 증폭기,C1-C3: condenser, OPA: amplifier,
Tuu, Tvu, Twu: 상측 IGBT, Tul, Tvl, Twl: 하측 IGBTTuu, Tvu, Twu: Upper IGBT, Tul, Tvl, Twl: Lower IGBT
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, an input current checking device of an inverter type air conditioner according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 회로도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에서 전력 계통에서 상용교류전원(AC)은 브릿지 다이오드(BD1)에서 전파 정류된 후에 SMPS(10)에서 미리 정해진 크기를 갖는 직류 전압으로 변환되어 인버터부(20)에 제공된다. 그리고, 인버터부(20)에서는 SMPS(10)에서 제공되는 직류 전압을 마이컴(50')의 제어에 따라 소정의 주파수 및 펄스폭을 갖는 교류 전압으로 변환하여 압축기모터(30)를 구동하게 된다. 인버터부(20)는 압축기모터(30)의 3상(U, V, W) 전원을 발생시키는 3쌍의 전력 스위칭 소자 및 마이컴(50')의 제어에 따라 전력 스위칭 소자를 구동하는 구동회로(22),(24)를 포함하여 이루어지는데, 전력 스위칭 소자는 IGBT(Tuu, Tvu, Twu, Tul, Tvl, Twl)로 구현될 수 있다. 도 2에서 미설명 부호 26은 보호회로를, Rs는 션트 저항을, C1 및 R1은 시정수용 콘덴서 및 저항을 각각 나타낸다. 이상은 도 1에 도시한 구성과 같다.2 is a circuit diagram of an input current checking device of an inverter type air conditioner according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in the input current checking apparatus of the inverter type air conditioner of the present invention, the commercial AC power in the power system is pre-determined in the SMPS 10 after full-wave rectification at the bridge diode BD1. Converted to a DC voltage having a provided to the inverter unit 20. In addition, the inverter unit 20 converts the DC voltage provided from the SMPS 10 into an AC voltage having a predetermined frequency and pulse width under the control of the microcomputer 50 'to drive the compressor motor 30. The inverter unit 20 includes three pairs of power switching elements for generating three-phase (U, V, W) power of the compressor motor 30 and a driving circuit for driving the power switching elements under the control of the microcomputer 50 '( 22) and 24, wherein the power switching element may be implemented with IGBTs (Tuu, Tvu, Twu, Tul, Tvl, Twl). In FIG. 2, reference numeral 26 denotes a protection circuit, Rs denotes a shunt resistor, and C1 and R1 denote a time constant capacitor and a resistor, respectively. The above is the same as the structure shown in FIG.
한편, 본 발명에서는 도 1에 도시한 종래의 입력전류 감지부(40)가 제거되는 대신에 인버터부(20)의 출력전류를 감지하는 직류출력 감지부(60)가 구비된다. 이러한 직류출력 감지부(60)는 션트 저항(Rs)에 인가되는 감지 전압, 즉 하위측 IGBT(Tul, TvL, Twl)로부터 압축기모터(30)의 각 상(u, v, w)에 흐르는 전류의 일부를 분로시켜 얻어지는 감지 전압을 미리 정해진 증폭도로 증폭하는 연산 증폭기(OPA)와 연산 증폭기(OPA)의 반전(-) 단자에 연결된 증폭도 결정 저항(R3, R4)를 포함하여 이루어진다. 미설명 부호 R5 및 C3는 연산 증폭기(OPA)의 비반전(+) 단자에 연결된 로우패스필터용 저항 및 콘덴서를 나타낸다.On the other hand, in the present invention, instead of removing the conventional input current detection unit 40 shown in Figure 1 is provided with a DC output detection unit 60 for detecting the output current of the inverter unit 20. The DC output detection unit 60 is a sense voltage applied to the shunt resistor Rs, that is, a current flowing in each phase (u, v, w) of the compressor motor 30 from the lower IGBTs (Tul, TvL, and Twl). And amplification degree determination resistors R3 and R4 connected to the inverting (-) terminals of the operational amplifier OPA and amplifying the sensed voltage obtained by shunting a part of the amplifier. Reference numerals R5 and C3 denote resistors and capacitors for the low pass filter connected to the non-inverting (+) terminals of the operational amplifier (OPA).
그리고, 연산 증폭기(OPA)의 출력은 그 아날로그-디지털 변환 단자(AD)를 통해 마이컴(50')에 제공되는데, 마이컴(50')에는 연산 증폭기(OPA)의 출력전압을 입력전류 변환하는 변환식이 미리 내장되어 있다. 따라서, 마이컴(50')은 연산 증폭기(OPA)로부터 출력전압이 입력되면, 이를 상기 변환식에 대입하여 그 입력전류를 확인할 수 있게 된다. 그리고, 이러한 변환식은 선형 함수로 정의될 수 있다.The output of the operational amplifier OPA is provided to the microcomputer 50 'through its analog-to-digital conversion terminal AD, and the microcomputer 50' converts the output voltage of the operational amplifier OPA into an input current. This is prebuilt. Therefore, when the output voltage is input from the operational amplifier OPA, the microcomputer 50 'can check the input current by substituting it into the conversion equation. In addition, the conversion equation may be defined as a linear function.
이하에는 본 발명의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치의 작용에 대해서 설명한다.Hereinafter, the operation of the input current checking device of the inverter type air conditioner of the present invention will be described.
일반적으로 인버터 회로에서는 아래의 수학식이 성립한다.In general, the following equation holds for the inverter circuit.
전술한 수학식 1 내지 3에서Pin은 입력전력이고,Vs는 입력전압이고,Is는입력전류이며,cosΦ는 입력역률을 나타낸다. 또한Pdc,Vdc 및 Idc는 각각 브릿지다이오드(BD1)에서 정류된 DC 링크전력, DC 링크전압 및 DC 링크전류를 나타내며,Pout,Vout및Iout는 각각 출력전력, 출력전압 및 출력전류를 나타내고,cosΘ는 출력역률을 나타낸다.In Equations 1 to 3, Pin is an input power, Vs is an input voltage, Is is an input current, and cos Φ represents an input power factor. In addition, Pdc , Vdc and Idc represent DC link power, DC link voltage and DC link current rectified in the bridge diode BD1, respectively, Pout , Vout and Iout represent output power, output voltage and output current, respectively, and cosΘ is Indicates the power factor.
한편, 전술한 각각의 전력식 사이에는 다음의 수학식 4의 관계가 존재한다.On the other hand, there is a relationship of the following equation (4) between each of the power equations described above.
는 출력역률을 나타낸다.Denotes the power factor.
한편 전술한 각각의 전력식 사이에는 다음의 수학식 4의 관계가 존재한다.On the other hand, there is a relationship of the following equation (4) between each of the power equations described above.
그리고, 수학식 4에 의해 아래의 수학식 5가 유도된다.Then, Equation 5 below is derived by Equation 4.
가 성립한다. 결과적으로, 수학식 5에서cosΦ를 상수로 두면, 입력전류(Is)와 출력전류(Idc) 사이에는 선형 관계가 성립한다.Is established. As a result, if cos Φ is a constant in Equation 5, a linear relationship is established between the input current Is and the output current Idc .
다시 도 2로 돌아가서 저항(R3)을 2[KΩ]으로 정하고, 저항(R4)을 47[KΩ]으로 정했을 때, 연산 증폭기(OPA)의 증폭도는 아래의 수학식 6에 의해 24.5가 됨을 알 수 있다.Returning to FIG. 2 again, when the resistor R3 is set to 2 [KΩ] and the resistor R4 is set to 47 [KΩ], it can be seen that the amplification degree of the operational amplifier OPA becomes 24.5 by Equation 6 below. have.
아래의 표 1은 압축기모터(30)의 운전 주파수를 증가시켜가면서 입력전류(Is), 션트 저항(Rs)의 출력전압 및 연산 증폭기(OPA)의 출력전압(Vo)을조사한 결과를 보인 표이고, 도 3은 본 발명에서 입력전류 대 직류출력전압의 관계를 보인 그래프이다.Table 1 below shows the results of examining the input voltage ( Is ), the output voltage of the shunt resistor (Rs) and the output voltage ( VO ) of the operational amplifier (OPA) while increasing the operating frequency of the compressor motor (30). 3 is a graph showing the relationship between the input current and the DC output voltage in the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, 입력전류(Is)와 연산 증폭기(OPA)의 출력전압(Vo)의 관계가 거의 선형임을 알 수가 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 간단한 장치에 의해 입력전류를 거의 정확하게 확인할 수가 있게 된다.As shown in FIG. 3, it can be seen that the relationship between the input current Is and the output voltage Vo of the operational amplifier OPA is almost linear. Therefore, according to the present invention, the input current can be confirmed almost accurately by a simple device.
본 발명의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치는 전술한 실시에에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The input current confirming apparatus of the inverter type air conditioner of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 인버터형 공기조화기의 입력 전류 확인 장치에 따르면, 입력 전류의 확인을 간단한 회로에 의해 수행함으로써 제조 비용을 감소시키고, 회로의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the input current checking apparatus of the inverter type air conditioner of the present invention as described above, by performing a check of the input current by a simple circuit, there is an effect that can reduce the manufacturing cost, the size of the circuit.
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| Publication number | Publication date |
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| KR100429561B1 (en) | 2004-05-04 |
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