KR20170004664A - 역률 보상 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents

역률 보상 장치 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역률 보상 장치 및 이의 동작 방법을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 역률 보상 장치는 교류 전원 입력부; 정류부; 상기 교류 전원 입력부와 상기 정류부 사이에서 병렬로 연결된 저항 및 스위치를 포함하는 돌입 전류 방지부; 상기 정류부와 부하 사이에서 역률을 보상하는 역률 보상 부스트 컨버터로서, 상기 정류부에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터에 직렬 연결되는 전류 센서, 상기 전류 센서에 직렬 연결되는 다이오드, 일단은 상기 다이오드에 연결되고 타단은 접지되는 캐패시터 및 일단은 상기 전류 센서와 상기 다이오드 사이에 연결되고 타단은 접지되는 스위칭 소자를 포함하는 역률 보상 부스트 컨버터; 및 역률 보상 장치의 전체적인 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

역률 보상 장치 및 이의 동작 방법{POWER FACTOR CORRECTION DEVICE AND OPERATIONAL METHOD THEREFOR}
본 발명은 역률 보상 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초기 교류 전원 인가 시의 돌입 전류를 제한할 수 있는 역률 보상 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
역률 보상 장치는 전원 공급 장치의 전력 효율을 향상시키기 위하여 전원의 전압과 전류의 위상을 동일하게 조절하여 입력되는 교류 전원의 역률을 보상하기 위한 절전 회로의 일종으로, 순간적인 전력 누출이 우려되는 트랜스포머, 안정기 등으로 공급되는 전력을 조절하는 장치이다.
도 1은 종래 기술에 따른 역률 보상 장치의 회로 구성을 도시한 도면, 도 2는 도 1의 역률 보상 장치의 입력 전압 및 출력 전압의 파형(a) 및 도 1의 역률 보상 장치에서 발생하는 돌입 전류의 출력 파형(b)을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 역률 보상 장치는, 입력되는 교류 전원의 전류 리플을 억제하기 위해 대용량 캐패시터(Capacitor)(30)를 출력단에 설치한다. 상기와 같이 대용량 캐패시터(30)를 출력단에 설치하는 이유는, 스위칭이 되지 않으면 전원의 전압이 그대로 부하(40)측에 가해지게 되므로, 리플 전압을 줄이기 위해서이다.
이때, 도 1에 도시된 역률 보상 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 전압 인가 초기에 고전류의 돌입 전류가 발생한다(도 2의 A 지점). 구체적으로, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 교류 전원을 인가하는 초기에 약 140[A]의 돌입 전류가 발생한다. 이때, 역률 보상 장치의 인덕터(10), 다이오드(20), 캐패시터(30)에는 동일한 돌입 전류가 발생한다. 상기 돌입 전류는 캐패시터(30)에 저장된 에너지가 적어 발생하게 되며, 이때 발생한 고전류로 인해 시스템에 손상을 입히게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이 돌입 전류 발생으로 인한 시스템 손상 문제를 해결하기 위해, 저항이나 인덕터 또는 써미스터 등을 사용하여 돌입 전류 발생에 따른 시스템 손상을 방지하는 것이 일반적이다.
하지만, 상술한 소자들은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
먼저, 저항은 회로 동작 시 계속해서 전류를 흘리므로 손실로 인한 발열이 심하여 전체 시스템의 에너지 효율을 저하시키고, 다음으로 인덕터는 전원 주파수(50 내지 60Hz)의 전압이 인가되므로 상대적으로 비싸고 큰 사이즈가 필요하다. 그리고, 써미스터는 손실로 인한 발열이 심하고, 온도가 충분히 증가한 상태에서 재시동 시 정확한 전류 제한 기능을 할 수 없는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2011-0046310호(2011.05.04 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 교류 전원 입력부와 정류부 사이에 저항과 스위치가 서로 병렬로 연결된 돌입 전류 방지부를 설치하여 초기 교류 전원 인가 시에 돌입 전류를 제한하는 역률 보상 장치 및 이의 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 역률 보상 장치는 교류 전원 입력부; 정류부; 상기 교류 전원 입력부와 상기 정류부 사이에서 병렬로 연결된 저항 및 스위치를 포함하는 돌입 전류 방지부; 상기 정류부와 부하 사이에서 역률을 보상하는 역률 보상 부스트 컨버터로서, 상기 정류부에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터에 직렬 연결되는 전류 센서, 상기 전류 센서에 직렬 연결되는 다이오드, 일단은 상기 다이오드에 연결되고 타단은 접지되는 캐패시터 및 일단은 상기 전류 센서와 상기 다이오드 사이에 연결되고 타단은 접지되는 스위칭 소자를 포함하는 역률 보상 부스트 컨버터; 및 역률 보상 장치의 전체적인 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 턴 오프하여 돌입 전류 방지 모드를 구동한다.
상기 제어부는, 출력 전압이 기 설정된 전압 이상이 되면 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 턴 온하여 정상 모드를 구동한다.
상기 제어부는, 돌입 전류 방지 모드에서 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 일시적으로 턴 온한 후, 상기 전류 센서의 전류 값이 기 설정된 전류 값보다 작은 경우 상기 정상 모드를 구동한다.
상기 제어부는, 상기 전류 센서의 전류 값이 상기 기 설정된 전류 값 이상인 경우, 상기 역률 보상 부스트 컨버터의 스위칭 소자의 고장으로 판단한다.
상기 제어부는, 상기 역률 보상 부스트 컨버터의 스위칭 소자를 턴 오프한 후, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 일시적으로 턴 온하여 상기 전류 센서의 전류 값을 측정하고, 그 측정된 전류 값이 기 설정된 전류 값 이상인 경우, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치의 고장으로 판단한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 교류 전원 입력부; 정류부; 상기 교류 전원 입력부와 상기 정류부 사이에서 병렬로 연결된 저항 및 스위치를 포함하는 돌입 전류 방지부; 및 상기 정류부와 부하 사이에서 역률을 보상하는 역률 보상 부스트 컨버터로서, 상기 정류부에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터에 직렬 연결되는 전류 센서, 상기 전류 센서에 직렬 연결되는 다이오드, 일단은 상기 다이오드에 연결되고 타단은 접지되는 캐패시터, 일단은 상기 전류 센서와 상기 다이오드 사이에 연결되고 타단은 접지되는 스위칭 소자를 포함하는 역률 보상 부스트 컨버터;를 포함하는 역률 보상 장치의 동작 방법은, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 턴 오프하고 상기 역률 보상 부스트 컨버터를 턴 온하여 돌입 전류 방지 모드를 구동하는 단계; 출력 전압이 기 설정된 전압 이상인지 판단하는 단계; 및 상기 출력 전압이 상기 기 설정된 전압 이상인 경우, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 턴 온하여 정상 모드를 구동하는 단계;를 포함한다.
상기 방법은 상기 정상 모드를 구동하는 단계 이전에, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 일시적으로 턴 온한 후 상기 전류 센서의 전류 값이 기 설정된 전류 값보다 작은지 판단하는 단계;를 더 포함하고, 상기 전류 센서의 전류 값이 기 설정된 전류 값보다 작은 경우 상기 정상 모드를 구동한다.
상기 방법은 상기 전류 센서의 전류 값이 상기 기 설정된 전류 값 이상인 경우, 상기 역률 보상 부스트 컨버터의 스위칭 소자의 고장으로 판단하는 단계;를 더 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 교류 전원 입력부; 정류부; 상기 교류 전원 입력부와 상기 정류부 사이에서 병렬로 연결된 저항 및 스위치를 포함하는 돌입 전류 방지부; 및 상기 정류부와 부하 사이에서 역률을 보상하는 역률 보상 부스트 컨버터로서, 상기 정류부에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터에 직렬 연결되는 전류 센서, 상기 전류 센서에 직렬 연결되는 다이오드, 일단은 상기 다이오드에 연결되고 타단은 접지되는 캐패시터, 일단은 상기 전류 센서와 상기 다이오드 사이에 연결되고 타단은 접지되는 스위칭 소자를 포함하는 역률 보상 부스트 컨버터;를 포함하는 역률 보상 장치의 동작 방법은, 상기 역률 보상 부스트 컨버터의 스위칭 소자를 턴 오프하는 단계; 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 일시적으로 턴 온하여 상기 전류 센서의 전류 값을 측정하는 단계; 및 그 측정된 전류 값이 기 설정된 전류 값 이상인 경우, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치의 고장으로 판단하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 교류 전원 입력부와 정류부 사이에 저항과 스위치가 서로 병렬로 연결된 돌입 전류 방지부를 설치하여 초기 교류 전원 인가 시에 돌입 전류를 제한할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 돌입 전류 방지부에서 다이오드 제거를 통한 설계 비용을 감소시킬 수 있으며, 초기 교류 전원의 입력시 상기 전류는 전파의 형태로 캐패시터를 충전하므로, 보다 빠르고 안정적으로 상기 캐패시터를 충전할 수 있다.
또한, 역률 보상 부스트 컨버터 회로에 전류 센서를 구비하여, 상기 돌입 전류 방지부에 포함된 스위치를 이용해 상기 역률 보상 부스트 컨버터 회로 내에 위치한 스위칭 소자의 고장 여부를 판단함으로써, 상기 스위칭 소자의 고장으로 인한 회로의 단락 상태 여부를 확인할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 역률 보상 장치의 회로 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 역률 보상 장치의 입력 전압 및 출력 전압의 파형(a) 및 도 1의 역률 보상 장치에서 발생하는 돌입 전류의 출력 파형(b)을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역률 보상 장치의 회로 구성을 도시한 도면,
도 4는 도 3의 역률 보상 장치의 입력 전압 및 출력 전압의 파형(a) 및 도 3의 역률 보상 장치에서 발생하는 돌입 전류의 출력 파형(b)을 도시한 도면,
도 5는 도 3의 역률 보상 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역률 보상 장치의 회로 구성을 도시한 도면, 도 4는 도 3의 역률 보상 장치의 입력 전압 및 출력 전압의 파형(a) 및 도 3의 역률 보상 장치에서 발생하는 돌입 전류의 출력 파형(b)을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 역률 보상 장치는, 교류 전원을 공급하기 위한 교류 전원 입력부(100), 상기 교류 전원 입력부(100)의 일단에 연결되는 돌입 전류 방지부(200), 상기 돌입 전류 방지부(200)의 일단에 연결되어 상기 교류 전원 입력부(100)로부터 공급되는 전류를 정류하기 위한 정류부(300), 상기 정류부(300)의 일단에 연결되어 정류된 교류 전원의 역률을 보상하기 위한 역률 보상(Power Factor Correction : PFC) 부스트 컨버터(400), 부하(500) 및 제어부(600)를 포함한다.
돌입 전류 방지부(200)는 상기 교류 전원 입력부(100)와 정류부(300)의 사이에 설치되어 초기 교류 전원 인가시 발생하는 돌입 전류를 제한한다. 여기서, 상기 돌입 전류는 전원을 인가할 때 순간적으로 흐르는 과도 전류를 말한다. 이때, 상기 돌입 전류 방지부(200)는 저항(210)과 스위치(230)를 포함할 수 있으며, 상기 저항(210)과 스위치(230)는 병렬로 교류 전원 입력부(100) 및 정류부(300)에 연결될 수 있다. 한편, 상기 저항(210)은 돌입 전류의 크기를 고려하여 산정될 수 있으며, 상기 스위치(230)는 제어부(600)로부터 신호를 받아 동작할 수 있다. 이때, 상기 스위치(230)에 전송되는 신호는 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 신호일 수 있다.
정류부(300)는 반파 정류기 또는 전파 정류기 중 어느 하나일 수 있지만, 본 실시 예를 설명함에 있어서 상기 정류부(300)는 입력되는 교류 신호의 모든 주기를 직류로 사용하도록 만드는 전파 정류기이다.
역률 보상 부스트 컨버터(400)는 교류 전원 입력부(100)로부터 공급되는 교류 전원의 역률을 보상하기 위한 회로이다. 이때, 상기 역률 보상 부스트 컨버터(400)는 상기 정류부(300)에 직렬 연결되는 인덕터(410), 상기 인덕터(410)에 직렬 연결되는 다이오드(430), 일단은 상기 다이오드(430)에 연결되고 타단은 접지되는 캐패시터(450) 및 일단은 상기 인덕터(410)와 상기 다이오드(430) 사이에 연결되고 타단은 접지되는 스위칭 소자(470)를 포함할 수 있다. 인덕터(410)는, 교류 전원 입력부(100)에서 입력되는 전압에 대응하는 전류가 흐른다. 인턱터(410)는 전류의 변화를 안정화시켜 전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도하여 캐패시터(450)에 전압을 제공한다. 인덕터(410)에 흐르는 전류는 스위칭 소자(470)에 의해 제어된다. 캐패시터(450)는 상기 스위칭 소자(470)가 턴 오프되면 인덕터(410)에 흐르는 전류에 의해 충전되어 출력 전압을 생성한다. 구체적으로, 스위칭 소자(470)가 턴 온 되면, 다이오드(430)가 차단되며, 인덕터(410) 전류는 스위칭 소자(470)를 통해 흐른다. 스위칭 소자(470)에 흐르는 전류가 기준에 도달하면, 스위칭 소자(470)는 턴 오프되고, 다이오드(430)가 인덕터(410) 전류에 의해 도통되어, 인덕터(410) 전류는 다이오드(430)를 통해 흐른다. 인덕터(410) 전류는 캐패시터(450)를 충전시키고, 출력단을 통해 부하(500)에 공급된다. 이때, 캐패시터(450)에 충전된 전압은 출력 전압(Vo)이 된다.
상기 스위칭 소자(470)는, 예컨대, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있으며, 상기 스위칭 소자(470)의 제2단인 드레인단은 인덕터(410)와 다이오드(430)의 사이에 연결되고 제1단인 소스단은 접지단에 연결되며, 제3단인 게이트단은 제어부(600)에 연결되어 상기 제어부(600)의 제어에 따라 스위칭 동작된다. 상기 다이오드(430)는 애노드가 인덕터(410)의 일단에 연결되고 캐소드가 캐패시터(450)의 일단에 연결된다.
본 실시 예를 설명함에 있어서, 상기 역률 보상 부스트 컨버터(400)는 인덕터(410)와 스위칭 소자(470) 사이에 전류 센서(490)를 구비한다.
상기 전류 센서(490)는 전류의 검출을 위한 소자로써, 역률 보상 부스트 컨버터(400) 내의 스위칭 소자(470)의 스위칭 동작 및 스위칭 소자(470)의 고장 여부를 판단하는데 사용할 수 있다. 전류 센서(490)는 인덕터(410)와 스위칭 소자(470) 사이에 위치하므로 단락 전류가 발생하더라도 상기 인덕터(410)로 인해 전류의 급격한 변화가 억제되므로 저가의 전류 센서(490)를 이용하여 단락 전류의 검출을 가능하게 할 수 있다.
제어부(600)는 입력 전압 및 출력 전압을 측정하여 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)를 제어한다. 또한, 제어부(600)는 전류 센서(490)에서 측정된 전류 값에 기초하여 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)를 제어한다. 또한, 제어부(600)는 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230) 및 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)의 고장 여부를 진단한다.
이하, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 역률 보상 장치의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 역률 보상 장치의 제어부(600)는 초기 동작시 돌입 전류 방지 모드를 설정한다. 즉, 역률 보상 장치는 돌입 전류 방지 부의 스위치(230)를 오프(Off) 상태로 제어한 상태에서 초기 교류 전원을 인가하고, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)를 구동시킨다. 따라서, 교류 전원 입력부(100)의 (+)단자, 저항(210), 정류부(300)의 (+)단자, 인덕터(410), 전류 센서(490), 다이오드(430), 캐패시터(450), 정류부(300)의 (-)단자, 교류 전원 입력부(100)의 (-)단자로 루프가 구성된다(①). 이때, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)는 스위칭 동작을 수행하여 전류 센서(490)를 통과한 전류를 다이오드(430)로 보내거나 또는 다이오드(430)를 통과하지 않고 해당 스위칭 소자(470)를 통과하도록 함으로써 입력 전압을 보상하는 부스트 동작을 수행한다. 교류 전원 입력부(100)로부터 공급되는 교류 전원은 전파 정류기를 통과하므로, 전파(All wave rectification)의 형태로 종래 기술에서보다 상대적으로 빠르고 안정적인 형태로 캐패시터(450)를 충전할 수 있다. 이와 같이 초기 동작시, 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)를 오프 상태로 만들어 입력 전압이 돌입 전류 방지부(200)의 저항(210)을 통과하도록 함으로써 돌입 전류를 방지한다.
이후, 일정 시간이 지나 출력 전압(Vo)이 일정한 값 이상이 되면, 예를 들어, 출력 전압(Vo)이 입력 전압(Vin) 이상이 되면, 제어부(600)는 돌입 전류 방지 모드를 해제하고 정상 모드를 구동한다. 즉, 제어부(600)는 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)를 턴 온한다. 따라서, 교류 전원 입력부(100)의 (+)단자, 스위치(230), 정류부(300)의 (+)단자, 인덕터(410), 전류 센서(490), 다이오드(430), 캐패시터(450), 정류부(300)의 (-)단자, 교류 전원 입력부(100)의 (-)단자로 루프가 구성된다(②). 이때, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)는 스위칭 동작을 수행하여 전류 센서(490)를 통과한 전류를 다이오드(430)로 보내거나 또는 다이오드(430)를 통과하지 않고 해당 스위칭 소자(470)를 통과하도록 함으로써 입력 전압을 보상하는 부스트 동작을 수행한다.
도 4는 도 3의 역률 보상 장치의 입력 전압 및 출력 전압의 파형(a) 및 도 3의 역률 보상 장치에서 발생하는 돌입 전류의 출력 파형(b)을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 역률 보상 장치는 전압 인가 초기, 즉 D 지점에서 돌입 전류가 발생한다. 구체적으로, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 초기 상태에서는 D 부분과 같이 약 30[A] 정도의 돌입 전류가 발생한다. 그러나 이러한 본 실시예에 따른 역률 보상 장치는, 종래 기술의 역률 보상 장치에 비하면 돌입 전류가 상당히 제한된다. 즉, 종래 기술의 역률 보상 장치는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 초기 동작시 약 140[A] 정도의 돌입 전류가 발생하지만, 본 실시예에 따른 역률 보상 장치는 초기 동작시 약 30[A] 정도의 돌입 전류가 발생한다.
즉, 본 실시 예에 따르면, 돌입 전류 방지부(200)를 교류 전원 입력부(100)와 정류부(300)의 사이에 위치시키고, 역률 보상 장치의 초기 동작시 상기 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)를 오프시켜 돌입 전류 방지부(200)의 저항(210)을 통해 전류가 흐르도록 하여 종래 기술에서보다 돌입 전류의 크기를 낮출 수 있다. 또한, 돌입 전류 방지부(200)에 포함되는 다이오드(430)를 제거함으로써 설계 단계에서 발생하는 비용을 감소시킬 수 있다.
한편, 역률 보상 장치는 돌입 전류 방지 모드에서 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)의 고장 여부를 판단하는 진단 모드를 구동할 수 있다. 정상 상태에 진입한 것으로 판단하여 제어부(600)가 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)를 턴 온하였으나, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)가 고장나 있는 경우 역시 큰 돌입 전류가 방지하여 시스템 전체에 장애가 발생할 수 있다. 따라서, 역률 보상 장치는 돌입 전류 방지 모드에서 진단 모드를 구동하여 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)의 고장 유무를 판단하여 고장이 없을 때 정상 모드를 구동한다.
역률 보상 장치의 제어부(600)는, 돌입 전류 방지 모드에서 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)에 순간적으로 짧은 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 신호를 인가하여 해당 스위치(230)를 짧게 턴 온시킨다. 만약, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)가 고장나 회로가 단락 상태(short circuit)가 되면, 회로는 교류 전원 입력부(100)의 (+)단자, 스위치(230), 정류부(300)의 (+)단자, 인덕터(410), 전류 센서(490), 스위칭 소자(470), 정류부(300)의 (-)단자, 교류 전원 입력부(100)의 (-)단자로 폐루프가 구성되어 과전류가 발생하게 된다.
따라서, 제어부(600)는 본 실시 예에 따른 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)에 순간적으로 짧은 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 신호를 인가한 후, 전류 센서(490)의 전류 값을 얻어, 기 설정된 전류 값과 비교하여 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(600)는 상기 전류 센서(490)의 전류 값과 기 설정된 전류 값을 비교하여 상기 전류 센서(490)의 전류 값이 기 설정된 전류 값 이상이 되면, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)가 고장난 것으로 판단할 수 있다. 상기 제어부(600)가 상술한 바와 같이 판단하는 이유는, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)가 고장나게 되면, 단락 상태가 되므로 상술한 바와 같이 역률 보상 장치는 그 스위칭 소자(470)를 경유하는 폐루프가 구성되어 과전류가 발생하기 때문이다.
즉, 상기 제어부(600)는 스위칭 소자(470)의 단락 상태를 감지하면, 컨버터의 동작을 수행할 수 없음을 판단하고 회로의 보호를 위해 오프 상태로 대기할 수 있다. 또한, 상기 제어부(600)는 상술한 바와 같은 이상을 감지하면, LED(미도시) 등 육안으로 식별할 수 있는 소자를 통해 점멸등의 표시를 하여 고장임을 알릴 수 있다.
또한, 상기 제어부(600)는 상기 전류 센서(490)의 전류값과 기 설정된 과전류 값을 비교하여 상기 전류 센서(490)의 전류값이 기 설정된 전류 값보다 작으면, 정상 상태로 판단하여 돌입 전류 방지 모드에서 정상 모드로 동작을 수행한다. 즉, 제어부(600)는 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)를 턴 온한다.
도 5는 도 3의 역률 보상 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 역률 보상 장치는 초기 구동시 돌입 전류 방지 모드를 설정한다. 즉, 역률 보상 장치는 돌입 전류 방지부의 스위치(230)를 턴 오프하여 입력 전압의 전류가 돌입 전류 방지부의 저항(210)을 통과하도록 하고, 역률 보상 부스트 컨버터(400)를 턴 온한다(S510). 따라서, 역률 보상 장치의 교류 전원 입력부(100)의 (+)단자, 저항(210), 정류부(300)의 (+)단자, 인덕터(410), 전류 센서(490), 다이오드(430), 캐패시터(450), 정류부(300)의 (-)단자, 교류 전원 입력부(100)의 (-)단자로 루프가 구성된다. 이때, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)는 스위칭 동작을 수행하여 전류 센서(490)를 통과한 전류를 다이오드(430)로 보내거나 또는 다이오드(430)를 통과하지 않고 해당 스위칭 소자(470)를 통과하도록 함으로써 입력 전압을 보상하는 부스트 동작을 수행한다.
돌입 전류 방지 모드에서 입력 전압의 전류는 돌입 전류 방지부의 저항(210)을 통과하므로 돌입 전류가 제한되면서 캐패시터(450)에 전압이 충전된다. 역률 보상 장치는, 출력 전압을 측정하여 출력 전압(Vo)이 기 설정된 전압(Vset) 이상이 되는지 확인한다(S530). 출력 전압(Vo)이 기 설정된 전압(Vset) 이상이 되는 경우, 역률 보상 장치는 정상 모드로 진입하기 전에 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)의 고장 여부를 진단하기 위해 진단 모드를 수행한다.
구체적으로, 역률 보상 장치는 돌입 전류 방지부의 스위치(230)에 순간적으로 짧은 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 신호를 인가하여 해당 스위치(230)를 일시적으로 턴 온 한다(S550). 그리고, 역률 보상 장치는 전류 센서(490)의 전류 값(I_sen)을 얻어, 기 설정된 전류 값(I_set)과 비교한다(S570). 만약, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)가 고장나 회로가 단락 상태(short circuit)가 되면, 역률 보상 장치는 교류 전원 입력부(100)의 (+)단자, 스위치(230), 정류부(300)의 (+)단자, 인덕터(410), 전류 센서(490), 스위칭 소자(470), 정류부(300)의 (-)단자, 교류 전원 입력부(100)의 (-)단자로 폐루프가 구성되어 과전류가 발생하게 된다.
역률 보상 장치는, 전류 센서(490)의 전류 값(I_sen)이 기 설정된 전류 값(I_set) 이상이 되면, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)의 고장으로 판단하여 고장 모드로 진입한다(S580). 즉, 역률 보상 장치는 동작을 중지한다. 그러나, 전류 센서(490)의 전류 값(I_sen)이 기 설정된 전류 값(I_set) 보다 작으면, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)가 정상인 것으로 판단하고, 역률 보상 장치는 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)를 턴 온하여 정상 모드로 동작한다(S590).
이상의 실시예에서는, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)의 고장 여부를 판단하는 것을 설명하였다. 이외에도 본 발명의 역류 보상 장치는, 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)의 고장 여부도 판단할 수 있다. 이 경우, 역률 보상 장치는 초기 구동시 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)를 턴 오프한 상태에서 해당 스위칭 소자(470)로 짧은 PWM 신호를 인가하여 일시적으로 턴 온시킨 후, 전류 센서(490)의 전류 값과 기 설정된 전류 값을 비교하여 전류 센서(490)의 전류 값이 기 설정된 전류 값 이상인 경우 돌입 전류 방지부의 스위치(230)가 고장난 것으로 판단한다. 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230)가 고장난 상태인 경우, 역률 보상 부스트 컨버터(400)의 스위칭 소자(470)를 턴 오프한 상태에서 해당 스위칭 소자(470)로 짧은 PWM 신호를 인가하여 일시적으로 턴 온시키면, 앞서 설명한 바와 같이 역률 보상 장치는 교류 전원 입력부(100)의 (+)단자, 스위치(230), 정류부(300)의 (+)단자, 인덕터(410), 전류 센서(490), 스위칭 소자(470), 정류부(300)의 (-)단자, 교류 전원 입력부(100)의 (-)단자로 폐루프가 구성되어 과전류가 발생하게 된다. 이러한 과전류를 측정함으로써 돌입 전류 방지부(200)의 스위치(230) 고장 여부를 판단할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 교류 전원 입력부
200 : 돌입 전류 방지부
210 : 저항
230 : 스위치
300 : 정류부
400 : 역률 보상 부스트 컨버터
410 : 인덕터
430 : 다이오드
450 : 커패시터
470 : 스위칭 소자
490 : 전류 센서
500 : 부하
600 : 제어부

Claims (10)

  1. 교류 전원 입력부;
    정류부;
    상기 교류 전원 입력부와 상기 정류부 사이에서 병렬로 연결된 저항 및 스위치를 포함하는 돌입 전류 방지부;
    상기 정류부와 부하 사이에서 역률을 보상하는 역률 보상 부스트 컨버터로서, 상기 정류부에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터에 직렬 연결되는 전류 센서, 상기 전류 센서에 직렬 연결되는 다이오드, 일단은 상기 다이오드에 연결되고 타단은 접지되는 캐패시터 및 일단은 상기 전류 센서와 상기 다이오드 사이에 연결되고 타단은 접지되는 스위칭 소자를 포함하는 역률 보상 부스트 컨버터; 및
    역률 보상 장치의 전체적인 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 역률 보상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 턴 오프하여 돌입 전류 방지 모드를 구동하는 역률 보상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    출력 전압이 기 설정된 전압 이상이 되면 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 턴 온하여 정상 모드를 구동하는 역률 보상 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    돌입 전류 방지 모드에서 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 일시적으로 턴 온한 후, 상기 전류 센서의 전류 값이 기 설정된 전류 값보다 작은 경우 상기 정상 모드를 구동하는 역률 보상 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류 센서의 전류 값이 상기 기 설정된 전류 값 이상인 경우, 상기 역률 보상 부스트 컨버터의 스위칭 소자의 고장으로 판단하는 역률 보상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 역률 보상 부스트 컨버터의 스위칭 소자를 턴 오프한 후, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 일시적으로 턴 온하여 상기 전류 센서의 전류 값을 측정하고, 그 측정된 전류 값이 기 설정된 전류 값 이상인 경우, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치의 고장으로 판단하는 역률 보상 장치.
  7. 교류 전원 입력부; 정류부; 상기 교류 전원 입력부와 상기 정류부 사이에서 병렬로 연결된 저항 및 스위치를 포함하는 돌입 전류 방지부; 및 상기 정류부와 부하 사이에서 역률을 보상하는 역률 보상 부스트 컨버터로서, 상기 정류부에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터에 직렬 연결되는 전류 센서, 상기 전류 센서에 직렬 연결되는 다이오드, 일단은 상기 다이오드에 연결되고 타단은 접지되는 캐패시터, 일단은 상기 전류 센서와 상기 다이오드 사이에 연결되고 타단은 접지되는 스위칭 소자를 포함하는 역률 보상 부스트 컨버터;를 포함하는 역률 보상 장치의 동작 방법으로서,
    상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 턴 오프하고 상기 역률 보상 부스트 컨버터를 턴 온하여 돌입 전류 방지 모드를 구동하는 단계;
    출력 전압이 기 설정된 전압 이상인지 판단하는 단계; 및
    상기 출력 전압이 상기 기 설정된 전압 이상인 경우, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 턴 온하여 정상 모드를 구동하는 단계;를 포함하는 동작 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정상 모드를 구동하는 단계 이전에,
    상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 일시적으로 턴 온한 후 상기 전류 센서의 전류 값이 기 설정된 전류 값보다 작은지 판단하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 전류 센서의 전류 값이 기 설정된 전류 값보다 작은 경우 상기 정상 모드를 구동하는 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전류 센서의 전류 값이 상기 기 설정된 전류 값 이상인 경우, 상기 역률 보상 부스트 컨버터의 스위칭 소자의 고장으로 판단하는 단계;를 더 포함하는 동작 방법.
  10. 교류 전원 입력부; 정류부; 상기 교류 전원 입력부와 상기 정류부 사이에서 병렬로 연결된 저항 및 스위치를 포함하는 돌입 전류 방지부; 및 상기 정류부와 부하 사이에서 역률을 보상하는 역률 보상 부스트 컨버터로서, 상기 정류부에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터에 직렬 연결되는 전류 센서, 상기 전류 센서에 직렬 연결되는 다이오드, 일단은 상기 다이오드에 연결되고 타단은 접지되는 캐패시터, 일단은 상기 전류 센서와 상기 다이오드 사이에 연결되고 타단은 접지되는 스위칭 소자를 포함하는 역률 보상 부스트 컨버터;를 포함하는 역률 보상 장치의 동작 방법으로서,
    상기 역률 보상 부스트 컨버터의 스위칭 소자를 턴 오프하는 단계;
    상기 돌입 전류 방지부의 스위치를 일시적으로 턴 온하여 상기 전류 센서의 전류 값을 측정하는 단계; 및
    그 측정된 전류 값이 기 설정된 전류 값 이상인 경우, 상기 돌입 전류 방지부의 스위치의 고장으로 판단하는 단계;를 포함하는 동작 방법.
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