KR20180092696A - 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 인버터의 암 쇼트(arm-short) 방지 기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 전력 변환 장치에 있어서, 삼상에 해당하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터; 상기 인버터의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 및 상기 게이트 구동부의 입력단 측의 적어도 한 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되고, 상기 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 상기 게이트 구동부의 구동을 차단하는 쇼트 방지부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 {Power transforming apparatus and air conditioner including the same}
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 인버터의 암 쇼트(arm-short) 방지 기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터를 포함하는 것으로 일반적으로 알려져 있다.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터에 공급된다. 이때, 인버터에서는 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.
한편, 인버터에는 벌레, 수분 등에 의한 이물질 또는 기타 비정상적인 조건에 의하여 암 쇼트(arm-short)가 발생할 수 있다. 만일, 암 쇼트가 발생하여 과전류 발생 시, 제어부 또는 션트 저항과 같은 감지 저항으로부터 구동신호 차단신호를 출력하여 인버터의 구동을 정지시킬 수 있다.
그러나, 마이컴(micom) 등으로 구현되는 제어부의 오동작 발생 시에는 이러한 에러 신호를 감지하지 않는 경우가 발생하여 인버터의 소손으로 이어질 수 있다.
또한, 션트 저항과 같은 감지 저항의 오감지로 인하여 과전류를 감지하지 못하는 상황이 발생할 수 있고, 이러한 경우에도 인버터의 소손으로 이어질 수 있다.
따라서, 이와 같이 제어부의 오동작이나 감지 저항의 오감지 상황이 발생하는 경우에도 암 쇼트로부터 인버터의 소손을 방지할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인버터에 암 쇼트가 발생하는 경우에 인버터의 소손을 방지할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 전력 변환 장치에 있어서, 삼상에 해당하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터; 상기 인버터의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 및 상기 게이트 구동부의 입력단 측의 적어도 한 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되고, 상기 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 상기 게이트 구동부의 구동을 차단하는 쇼트 방지부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 쇼트 방지부는, 상기 적어도 한 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 AND 게이트일 수 있다.
이때, 상기 AND 게이트는, 상기 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 상기 게이트 구동부의 구동신호 차단 단자에 하이(high) 신호를 입력할 수 있다.
또한, 상기 AND 게이트는, 삼상 중 U 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 제1 AND 게이트; 삼상 중 V 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 제2 AND 게이트; 및 삼상 중 W 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 제3 AND 게이트를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 AND 게이트, 제2 AND 게이트 및 제3 AND 게이트는 서로 병렬로 연결되고, 상기 제1 AND 게이트, 제2 AND 게이트 및 제3 AND 게이트의 출력단은 상기 인버터의 하암 측 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부와 연결될 수 있다.
여기서, 상기 게이트 구동부 전단에 위치하여 노이즈를 제거하기 위한 RC 회로를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 쇼트 방지부는, 상기 RC 회로와 상기 게이트 구동부 사이에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 쇼트 방지부는, 상기 인버터의 하암 측 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부와 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 전력 변환 장치에 있어서, 삼상에 해당하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터; 상기 인버터의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 및 상기 게이트 구동부의 입력단 측의 각 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되고, 상기 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 상기 인버터의 하암 측 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부의 구동을 차단하는 쇼트 방지부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 상기와 같은 구성을 가지는 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, 본 발명의 AND 게이트로 구현되는 쇼트 방지부의 구성에 의하면, 암 쇼트가 발생한 경우, 제어부의 폭주로 인한 에러 미검출시에도 쇼트 방지부가 작동하여 게이트 구동부의 구동신호 차단 단자에 하이 신호가 입력된다.
따라서, 구동신호가 차단되고, 에러 신호를 출력하여 암 쇼트로 인한 인버터(또는 인버터 모듈)의 손상을 방지할 수 있다.
이와 같은 하드웨어 구성의 쇼트 방지부에 의하여, 제어부의 폭주로 인한 에러(Fault) 미검출시나 션트 저항의 오감지 상황이 발생하여도 인버터를 보호할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 세부 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 인버터와 게이트 구동부의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 5는 하측 게이트 구동부의 작동을 나타내는 신호도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110), 정류부(110)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터(120), 컨버터(120)를 제어하는 컨버터 제어부(130), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(140), 인버터(140)를 제어하는 인버터 제어부(150)와, 그리고 컨버터(120)와 인버터(140) 사이의 DC-링크(DC-link) 캐패시터(C)를 포함할 수 있다.
이러한 인버터(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급된다. 여기서, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(100)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
그러나 모터(200)는 압축기 모터에 제한되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.
한편, 모터 구동장치(100)는, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
모터 구동장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.
컨버터(120)는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터(120)는 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 컨버터(120)는 정류부(110)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(120)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.
정류부(110)는, 단상 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터(120) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(110)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.
이와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
이러한 컨버터(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L1), 이 인덕터(L1)에 연결되는 스위칭 소자(Q1), 이러한 스위칭 소자(Q1)와 병렬로 연결되는 캐패시터(C), 및 스위칭 소자(Q1)와 DC-링크 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
승압 컨버터(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, DC-링크 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.
여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
컨버터 제어부(130)는 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver)와, 이러한 게이트 구동부에 구동 신호를 전달하는 제어부를 포함한 구성일 수 있다.
이러한 스위칭 소자(Q1)는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
이와 같이, 컨버터 제어부(130)는 컨버터(120) 내의 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호(Sc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(D)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 컨버터(120) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(110)를 거친 출력 전압이 컨버터(120)를 거치지 않고 DC-링크 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(110) 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 제어 신호(Sc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
DC 전압 검출부(B)는 DC-링크 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC-링크 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC-링크 캐패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(140)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(200)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(140)는 각각 서로 직렬 연결되는 상암 측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하암 측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상/하암 측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.
컨버터(120)와 마찬가지로, 인버터의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
인버터 제어부(150)는, 인버터(140)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터(140)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(200)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC-링크 캐패시터(C) 양단인 DC-링크 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC-링크 전압(Vdc)은 DC-링크 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
이러한 인버터 제어부(150)와 인버터(140) 사이에는 인버터(140)에 암 쇼트(arm-short)가 발생할 경우에 스위칭 제어신호의 출력을 차단하는 쇼트 방지부(AND 게이트; 160)가 구비될 수 있다. 이러한 쇼트 방지부(160)는 AND 게이트를 이용한 하드웨어 구성에 의하여, 인버터 제어부(150)에 오동작이 발생하거나 암 쇼트를 감지하는 감지 저항(션트 저항)에서 오감지가 발생한 경우에도 암 쇼트에 의한 소손을 원천적으로 방지할 수 있다. 이에 대하여는 자세히 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(140)와 모터(200) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(200)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(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
도 2에도 도시하는 바와 같이, 인버터 제어부(150)는 인버터(140)에 포함되는 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver; 155)와, 이러한 게이트 구동부(155)에 구동 신호를 전달하는 제어부(156)를 포함한 구성일 수 있다.
이때, 쇼트 방지부(160)는 제어부(156)와 게이트 구동부(155) 사이에 연결된다.
즉, 쇼트 방지부(160)는 게이트 구동부(155)의 입력단 측의 적어도 한 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결된다. 이러한 쇼트 방지부(160)는 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 게이트 구동부(155)의 구동을 차단하는 신호를 전달한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 세부 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전력 변환 장치 중의 DC-링크(DC-link) 캐패시터(C)와 인버터(140) 사이의 구성을 확대하여 주로 나타내고 있다.
즉, 도 3에서 도시하는 전력 변환 장치는, 삼상에 해당하는 다수의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 포함하는 인버터(140), 이 인버터(140)의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구동하는 게이트 구동부(155) 및 이 게이트 구동부(155)의 입력단 측의 적어도 한 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 쇼트 방지부(AND 게이트; 160)를 포함하여 구성된다.
이러한 쇼트 방지부(160)는 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 게이트 구동부(155)의 구동을 차단하는 하이(high) 신호를 게이트 구동부(155)의 구동신호 차단 단자(CIN)에 전달할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 쇼트 방지부(160)는, 적어도 한 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 AND 게이트로 구현될 수 있다.
도 3을 참조하면, AND 게이트는, 삼상 중 U 상의 상암 측(IN_UH)과 하암 측(IN_UL) 사이에 연결되는 제1 AND 게이트(161), 삼상 중 V 상의 상암 측(IN_VH)과 하암 측(IN_VL) 사이에 연결되는 제2 AND 게이트(162), 그리고 삼상 중 W 상의 상암 측(IN_WH)과 하암 측(IN_WL) 사이에 연결되는 제3 AND 게이트(163)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 AND 게이트(161), 제2 AND 게이트(162) 및 제3 AND 게이트(163)는 서로 병렬로 연결되고, 이러한 제1 AND 게이트(161), 제2 AND 게이트(162) 및 제3 AND 게이트(163)의 출력단은 인버터(140)의 하암 측 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부(제4 구동부; 154)와 연결될 수 있다.
즉, 게이트 구동부(155)는 U 상 상암 측(IN_UH)의 스위칭 소자(Qa)를 구동하는 제1 구동부(151), V 상 상암 측(IN_VH)의 스위칭 소자(Qb)를 구동하는 제2 구동부(152), W 상 상암 측(IN_WH)의 스위칭 소자(Qc)를 구동하는 제3 구동부(151), 그리고 U 상, V 상 및 W 상의 하암 측(IN_UL, IN_VL, IN_WL) 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')를 구동하는 제4 구동부(154)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, AND 게이트(160)는, U 상, V 상 및 W 상 중 적어도 어느 한 상의 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 제4 구동부(154)의 구동신호 차단 단자(CIN)에 하이(high) 신호를 입력하여 구동 신호를 정지시킬 수 있다.
여기서, 게이트 구동부(155) 전단에 위치하여 노이즈를 제거하기 위한 RC 회로(141)가 구비될 수 있다.
이러한 RC 회로(141)는 저항과 캐패시터를 삼상의 각 단에 연결하여 PWM 신호가 아닌 노이즈에 의하여 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')가 작동하는 것을 방지할 수 있다.
이때, 쇼트 방지부(160)는, RC 회로(141)와 게이트 구동부(155) 사이에 연결될 수 있다. 즉, AND 게이트로 구현되는 쇼트 방지부(160)는 인버터(140)의 전단부에 연결될 수 있다.
RC 회로(141)의 입력 측에는 제어부(156)로부터 신호를 전달받는 단자(IN_WH, IN_VH, IN_UH, IN_UL, IN_VL, IN_WL)가 위치할 수 있다. 즉, 제어부(156)로부터 입력되는 제어 신호는 RC 회로(141)를 거친 후에 게이트 구동부(155)에 전달될 수 있다.
도 4는 인버터와 게이트 구동부의 일례를 나타내는 회로도이고, 도 5는 하측 게이트 구동부의 작동을 나타내는 신호도이다. 즉, 도 5는 하암 측의 게이트 구동부(제4 구동부; 154)의 작동을 나타내고 있다.
통상적으로, 제어부(156)를 통하여 하암 측의 제어 신호(Lower arms control input)가 제4 구동부(154)로 입력된다.
보통, 인버터(140)에는 벌레, 수분 등에 의한 이물질 또는 기타 비정상적인 조건에 의하여 암 쇼트가 발생할 수 있다. 만일, 암 쇼트가 발생하여 과전류 발생 시(c1), 제어부(156) 또는 션트 저항과 같은 감지 저항으로부터 게이트 구동부(155)의 구동신호 차단 단자(CIN(CSC))에 하이 신호가 입력된다.
그러면 에러 신호(Fault Out Signal)가 하이(high) 상태에서 로우(low) 상태로 변환하여 에러 상태를 출력한다.
그러면, 출력 전류(Output Current)를 끊어주어(c8), 게이트 구동부(155)의 출력(PWM 출력)을 차단하게 된다.
그러나, 마이컴(micom) 등으로 구현되는 제어부(156)의 오동작 발생 시에는 이러한 에러 신호를 감지하지 않는 경우가 발생하여 인버터(140)의 소손으로 이어질 수 있다.
또한, 션트 저항과 같은 감지 저항의 오감지로 인하여 과전류를 감지하지 못하는 상황이 발생할 수 있고, 이러한 경우에도 인버터(140)의 소손으로 이어질 수 있다.
그러나, 위에서 설명한 바와 같은, 본 발명의 AND 게이트로 구현되는 쇼트 방지부(160)의 구성에 의하면, 암 쇼트가 발생한 경우, 제어부(156)의 폭주로 인한 에러(Fault) 미검출시에도 쇼트 방지부(160)가 작동하여 게이트 구동부(155)의 구동신호 차단 단자(CIN(CSC))에 하이 신호가 입력된다.
따라서, 구동신호가 차단되고, 에러 신호를 출력하여 암 쇼트로 인한 인버터(140, 또는 인버터 모듈)의 손상을 방지할 수 있다.
이와 같은 하드웨어 구성의 쇼트 방지부(160)에 의하여, 제어부(156)의 폭주로 인한 에러(Fault) 미검출시나 션트 저항의 오감지 상황이 발생하여도 인버터(140)를 보호할 수 있는 것이다.
아래의 표 1은 암 쇼트가 발생하는 조건 및 이로 인한 작동을 나타내고 있다.
INPUT OUTPUT CIN 비 고
IN_UH IN_UL IN_ VH IN_ VL IN_ WH IN_ WL AND GATE1 AND GATE2 AND GATE3
H H - - - - H H PWM 차단, Error 발생, IPM 보호
- - H H - - H H PWM 차단, Error 발생, IPM 보호
- - - - H H H H PWM 차단, Error 발생, IPM 보호
표 1을 참조하면, 본 발명에 의하면, 각 상의 상암 측과 하암 측이 모두 하이(H) 신호일 경우, 암 쇼트가 발생한 경우로 판단하여 비고와 같은 작동을 수행할 수 있다.
즉, 일례로, 입력 측(INPUT)에서, U 상의 상암 측(IN_UH)과 하암 측(IN_UL)이 모두 하이(H) 신호인 경우, 출력 측(OUTPUT)인 AND 게이트(160)의 제1 AND 게이트(161)가 작동하여 게이트 구동부(제4 구동부; 154)의 CIN 단에 하이 신호(H)가 입력된다.
따라서, 게이트 구동부(154)의 PWM 신호는 차단되고, 에러 발생을 알리며, 이로 인하여 인버터 모듈(IPM)은 보호될 수 있는 것이다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 전력 변환 장치 110: 정류부
120: 컨버터 130: 컨버터 제어부
140: 인버터 150: 인버터 제어부
155: 게이트 구동부 156: 제어부
160: 쇼트 방지부 161: 제1 AND 게이트
162: 제2 AND 게이트 163: 제3 AND 게이트
200: 모터

Claims (10)

  1. 삼상에 해당하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터;
    상기 인버터의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 및
    상기 게이트 구동부의 입력단 측의 적어도 한 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되고, 상기 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 상기 게이트 구동부의 구동을 차단하는 쇼트 방지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쇼트 방지부는, 상기 적어도 한 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 AND 게이트인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 AND 게이트는, 상기 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 상기 게이트 구동부의 구동신호 차단 단자에 하이(high) 신호를 입력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 AND 게이트는,
    삼상 중 U 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 제1 AND 게이트;
    삼상 중 V 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 제2 AND 게이트; 및
    삼상 중 W 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되는 제3 AND 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 AND 게이트, 제2 AND 게이트 및 제3 AND 게이트는 서로 병렬로 연결되고, 상기 제1 AND 게이트, 제2 AND 게이트 및 제3 AND 게이트의 출력단은 상기 인버터의 하암 측 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 게이트 구동부 전단에 위치하여 노이즈를 제거하기 위한 RC 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 쇼트 방지부는, 상기 RC 회로와 상기 게이트 구동부 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 쇼트 방지부는, 상기 인버터의 하암 측 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 삼상에 해당하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터;
    상기 인버터의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 및
    상기 게이트 구동부의 입력단 측의 각 상의 상암 측과 하암 측 사이에 연결되고, 상기 상암 측과 하암 측에 동시에 하이(high) 신호가 입력될 때 상기 인버터의 하암 측 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부의 구동을 차단하는 쇼트 방지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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