KR20200053925A - 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법 - Google Patents

전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, (electromagnetic interference; EMI) 노이즈를 저감시킬 수 있는 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 다수의 스위칭 소자를 포함하여 모터를 구동하기 위한 교류 신호를 생성하는 인버터; 상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부; 상기 인버터의 출력 전류를 감지하는 출력 전류 검출부; 및 상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하고, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 저항값을 가변하는 신호를 전달하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법 {Power transforming apparatus having noise reduction function, compressor including the same and the method for the same}
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 전자기 간섭(EMI: electromagnetic interference) 노이즈를 저감시킬 수 있는 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 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.
이와 같은 인버터는 고속으로 스위칭하는 스위칭 소자들을 이용하여 전력을 변환하는데, 이러한 과정에서 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI) 노이즈가 발생할 수 있다.
또한, 전기 기기가 점점 스마트 기능을 포함하도록 진화되면서 고속 스위칭에 의한 EMI 노이즈는 점점 악화되고 대기전력 또한 더불어 악화되는 추세이다.
이러한 EMI 노이즈를 감소시키기 위해서 노이즈 필터 코어를 사용하거나 주파수 변조 위상지연을 위한 회로가 이용될 수 있다.
그러나, 노이즈 필터 코어만 사용하는 경우, 이러한 노이즈 저감 성능이 떨어지며, 주파수 변조 위상지연을 위한 회로는 복잡한 회로 구성을 필요로 한다.
이러한 노이즈를 줄이기 위해 인덕터 및 커패시터 조합의 필터를 추가로 장착하여 제한하기도 하며, EMC 필름을 사용하거나 및 접지 경로(GND Path)를 제작하기도 한다. 또한, 이러한 수단에 추가로 권선에 인덕터를 장착하기도 한다.
이와 같은 방법을 적용하면 노이즈를 줄이는 효과는 향상되지만 전체적인 회로 구동 효율이 저하되며, 부피를 크게 차지하고, 제작 비용 상승의 원인이 될 수 있다.
따라서, 복잡한 회로 구성 없이도 EMI 노이즈를 저감시키는 성능을 높일 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 추가 비용/회로 변경/회로 구성을 위한 추가 면적 중 적어도 어느 하나를 최소화하면서 효율적으로 EMC 및 EMI 특성을 개선할 수 있는 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 다수의 스위칭 소자를 포함하여 모터를 구동하기 위한 교류 신호를 생성하는 인버터; 상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부; 상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부; 상기 인버터의 출력 전류를 감지하는 출력 전류 검출부; 및 상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하고, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 저항값을 가변하는 신호를 전달하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 가변 저항부는, 상기 제어부에서 전달하는 전압값에 따라 저항값이 조절되는 디지털 가변저항일 수 있다.
또한, 상기 변조 저항값은 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 커질 수 있다.
또한, 상기 변조 저항값은 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 비례하여 커질 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 상기 변조 저항값이 변동하도록 상기 가변 저항부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 변조 저항값이 상기 결정된 변조 저항값을 중심으로 일정 범위 내에서 가변하도록 상기 가변 저항부를 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 위에서 설명한 전력 변환 장치를 포함하는 압축기를 제공할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 다수의 스위칭 소자를 포함하여 모터를 구동하기 위한 교류 신호를 생성하는 인버터, 상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부 및 상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부를 포함하는 전력 변환 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 인버터의 입력 전압 및 출력 전류를 감지하는 단계; 상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하여 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계; 및 상기 출력 전류의 변화에 따라 서로 다른 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계는, 상기 변조 저항값이 상기 출력 전류에 비례하여 커지도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계는, 상기 출력 전류 변화에 따라 상기 가변 저항부의 제어 전압을 결정하는 단계; 상기 결정된 제어 전압을 일정 범위에서 가변시키는 단계; 및 상기 가변된 제어 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 저항값 변조에 의하여 실질적으로 비주기적인 PWM 구동 전압을 가지게 되어 노이즈가 분산될 수 있고, 이에 따라 EMC 및 EMI가 개선될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면 구동 신호를 안정화시킴으로써 EMC 및 EMI를 개선할 수 있는 것이다.
또한, EMC 및 EMI를 개선하면서, 전체적인 회로 구동 효율이 저하되지 않고, 회로의 부피가 증가하지 않으며, 제작 비용이 상승하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 일부를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 가변 저항부의 입력 전압에 따른 전항값을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 가변 저항부를 제어하는 구체적인 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 구동 신호를 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 블럭도이고, 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 캐패시터(C)를 포함할 수 있다.
이러한 인버터(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급될 수 있다. 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, DC-링크 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 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, 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.
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(B)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 DC-링크 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.
또한, 자동차에 이용되는 전력 변환 장치와 같이 직류 전원이 이용되는 경우에는 이러한 정류부(110), 컨버터(120), DC-링크 캐패시터(C) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 또는, 도 1 및 도 2에서 DC-링크 캐패시터(C)는 자동차의 배터리에 해당할 수 있다.
즉, 자동차의 배터리에서 공급되는 직류 전원을 이용하여 인버터(140)에서 압축기 모터(200)를 구동하기 위한 교류 전력을 생성할 수 있다. 이러한 경우에 전력 변환 장치(100)는 인버터(140)가 주를 이룰 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 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하암 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 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.
출력 전류 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.
출력 전류 검출부(E)는 인버터(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
인버터 제어부(150)는 구체적으로 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구동하는 구동부(151)와, 이 구동부(151)에 구동 신호를 전달하는 제어부(152)를 포함할 수 있다.
이때, 구동부(151)와 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 중 적어도 어느 하나 사이에는 가변 저항부(160; 도 3 참조)가 구비될 수 있다. 이 경우, 구동부(151)와 그 외의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 사이에는 게이트 저항(도시되지 않음)이 위치할 수 있다.
또는, 구동부(151)와 각각의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 사이에는 가변 저항부(160)가 구비될 수 있다.
이때, 제어부(152)는 게이트 구동부에 구동 신호(스위칭 제어신호)를 전달함과 동시에, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 가변 저항부(160)에 저항값을 가변하는 신호를 전달할 수 있다.
이러한 가변 저항부(160) 및 그 제어 과정에 의하여 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')의 게이트 단에 인가되는 구동 신호를 변조시킴으로써 해당 구동 신호의 주파수에 대한 에너지가 분산되어 노이즈가 저감될 수 있다. 즉, 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI) 특성이 향상될 수 있다.
이와 같은 구성 및 작용에 대하여 아래에서 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 일부를 나타내는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 스위칭 소자(Qa)의 게이트 단과 이 스위칭 소자(Qa)를 구동하기 위한 구동부(151) 사이에는 가변 저항부(160)가 구비될 수 있다.
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 제어부(152)는 PWM 제어 신호를 구동부(151)에 전달할 수 있으며, 구동부(151)에서는 이 제어 신호에 대응하여 각 상의 스위칭 소자(Qa)를 구동하는 구동 신호를 전달할 수 있다.
도 3에서는 하나의 스위칭 소자(Qa)에 가변 저항부(160)가 연결된 상태를 도시하고 있으나, 그 외의 스위칭 소자, 예를 들면, 도 2에서 도시된 다른 스위칭 소자(Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')에도 가변 저항부(160)가 연결될 수 있다.
또한, 위에서 언급한 바와 같이, 도 2에서 도시된 다른 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc') 중 적어도 어느 하나에 가변 저항부(160)가 연결될 수 있다.
제어부(152)에서는 이러한 제어 신호와 독립적으로 출력 전류 검출부(E; 도 1 참고)에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 가변 저항부(160)에 저항값을 가변하는 신호를 전달할 수 있다.
이때, 가변 저항부(160)는, 제어부(152)에서 전달하는 전압값에 따라 저항값이 조절되는 디지털 가변저항일 수 있다. 이에 따라, 가변 저항부(160)는 제어부(152)로부터 수신하는 전압값에 따라 변하는 변조 저항값을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 가변 저항부의 입력 전압에 따른 전항값을 나타내는 그래프이다.
위에서 설명한 바와 같이, 가변 저항부(160)는 제어부(152)로부터 전달되는 전압값에 따라 저항값이 변화할 수 있다. 이때, 입력 전압은, 예를 들어, 제어부(152)가 5V 전압으로 구동되는 마이컴으로 구현되는 경우, 0V에서 5V 사이의 값을 가질 수 있고, 이에 따라 저항값이 0Ω에서 100Ω 사이의 값을 가질 수 있다.
이때, 실질적으로 0V에서 2.5V의 전압값이 이용될 수 있고, 이때 이용되는 가변 저항부(160)의 저항값은 5Ω 내지 50Ω일 수 있다.
또한, 이러한 변조 저항값은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 커질 수 있다. 즉, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류가 커질수록 큰 값의 변조 저항값을 가질 수 있다.
이때, 이러한 변조 저항값은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 비례하여 커질 수 있다. 예를 들어, 제어부(152)에서는 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 비례하여 가변 저항부(160)를 제어하기 위한 전압값을 출력할 수 있다. 즉, 제어부(152)에서는 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 비례하여 가변 저항부(160)로 출력되는 전압값이 커질 수 있다.
이와 같이 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 제어부(152)에서 가변 저항부(160)로 출력되는 제어 전압값이 변조될 수 있다. 이때, 이러한 제어 전압값은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 값에서 추가적으로 변동할 수 있다.
즉, 제어부(152)는, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 변조 저항값이 일정 범위 내에서 변동하도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(152)는, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 변조 저항값이 이렇게 결정된 변조 저항값을 중심으로 일정 범위 내에서 가변하도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다.
이러한 일정 범위는 예를 들어 해당 결정된 변조 저항값에서 위아래로 10%일 수 있다. 예를 들어, 변조 저항값이 10Ω으로 결정된 경우, 제어부(152)는 이 10Ω에서 10% 변동한 값인 9Ω 내지 11Ω 사이에서 가변되도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다. 이와 같이 가변되는 주기는 임의적일 수 있다.
이와 같은 제어부(152)의 제어에 의한 가변 저항부(160)의 저항값의 변화를 표로 정리하면 아래의 표 1과 같다.
Figure pat00001
여기서, Iout은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류를 나타내고, Vout은 제어부(152)에서 가변 저항부(160)를 제어하기 위한 출력 전압을 나타낸다. 그리고 Gate on resister는 스위칭 소자에 연결되는 게이트 저항, 즉, 가변 저항부(160)가 가지게 되는 실제 저항값을 나타낸다.
도시하는 바와 같이, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 비례하여 제어부(152)에서 가변 저항부(160)를 제어하기 위한 출력 전압이 커지고, 이에 따라 스위칭 소자에 연결되는 게이트 저항값이 커질 수 있다.
또한, 이러한 게이트 저항값이 일정 범위(예를 들어, 상하 10%) 내에서 변동하도록 제어부(152)에서 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류가 10A인 경우, 제어부(152)에서는 0.5V에서 10% 내에 변동하는 전압값이 가변 저항부(160)로 출력될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 위에서 설명한 전력 변환 장치를 제어하는 과정을 구체적으로 설명한다. 이러한 제어 과정은 제어부(152)에서 이루어질 수 있다.
먼저, 모터(200)가 초기 구동된 이후에, 인버터(140)의 입력 전압(Vdc) 및 출력 전류(io)를 감지하는 단계(S100)가 수행될 수 있다. 즉, 정류부(110) 및/또는 컨버터(130)를 거쳐 인버터(140)로 입력되는 입력 전압(Vdc) 및 출력 전류(io)가 감지될 수 있다.
이후, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(152)에서 해당 모터(200)의 목표 구동 속도에 따라 구동부(151)로 PWM 제어 신호가 출력될 수 있다(S200).
그러면 구동부(151)에서는 인버터(140)의 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 신호가 스위칭 소자로 출력될 수 있다.
이와 같이, PWM 제어 신호에 의하여 구동부(151)에서는 PWM 구동 신호가 출력되어 모터(200)를 목표 속도로 구동할 수 있다.
이때, 스위칭 소자와 구동부(151) 사이의 저항값은 출력 전류(io)의 변화에 따라 변화할 수 있다.
즉, 제어부(152)에서는 스위칭 소자와 구동부(151) 사이의 저항값이 변조되도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다(S300).
이러한 가변 저항부(160)를 제어하는 과정은 아래와 같은 과정을 포함할 수 있다.
즉, 스위칭 소자와 구동부(151) 사이의 저항값은 출력 전류(io)의 변화에 따라 변조되도록 가변 저항부(160)의 제어 전압이 출력될 수 있다(S310).
이러한 가변 저항부(160)의 저항값은 제어 전압에 따라 수시로 또는 일정 주기로 갱신될 수 있다(S320).
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 가변 저항부(160)를 제어하기 위한 제어 전압값이 변조될 수 있다. 이때, 이러한 제어 전압값은 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 값에서 추가적으로 변동할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(152)에서는 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 변조 저항값이 일정 범위 내에서 변동하도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(152)에서는 출력 전류 검출부(E)에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 변조 저항값이 이렇게 결정된 변조 저항값을 중심으로 일정 범위 내에서 가변하도록 가변 저항부(160)를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 가변 저항부를 제어하는 구체적인 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 가변 저항부(160)에 제어 전압을 출력하여 전력 변환 장치(100)의 가변 저항부(160)를 제어하는 과정은 구체적으로 다음과 같은 과정을 포함할 수 있다.
먼저, 출력 전류 변화에 따라 가변 저항부(160)의 제어 전압을 결정할 수 있다(S311).
이후, 이와 같이 결정된 제어 전압을 일정 범위에서 가변시킬 수 있다(S312).
그러면, 이와 같이 가변된 제어 전압을 가변 저항부(160)로 출력할 수 있다(S313).
이와 같은 과정에 의하여 가변 저항부(160)를 제어함으로써 스위칭 소자를 구동할 때에 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI) 특성이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 구동 신호를 나타내는 신호도이다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 효과를 설명한다.
위에서 설명한 바와 같은 인버터(140) 또는 컨버터(120)는 전력을 변화시켜주기 위해 스위칭 소자를 사용하게 된다.
이와 같은 스위칭 소자의 온/오프(On/Off) 동작은 노이즈를 발생시키는 원인이 되며, 이는 곧 전자기파 적합성(Electromagnetic compatibility; EMC)에 악영향을 주게 된다.
이러한 노이즈를 줄이기 위해 인덕터 및 커패시터 조합의 필터를 추가로 장착하여 제한하기도 하며, EMC 필름을 사용하거나 및 접지 경로(GND Path)를 제작하기도 한다. 또한, 이러한 수단에 추가로 권선에 인덕터를 장착하기도 한다.
이와 같은 방법을 적용하면 노이즈를 줄이는 효과는 향상되지만 전체적인 회로 구동 효율이 저하되며, 부피를 크게 차지하고, 제작 비용 상승의 원인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이, 스위칭 소자 동작 시 신호의 진폭이 커지는 상승시간(Rise Time)의 기울기를 위에서 설명한 가변 저항부(160)를 제어함으로써 게이트 저항을 조절함으로써 구동 신호를 안정화시킬 수 있다.
도 7에서, 점선은 구동 신호의 크기가 고정된 저항값을 가질 때(No modulation), 즉, 주기적인 PWM 구동 전압을 가지는 경우의 구동 신호를 나타낸다. 이러한 경우에는 도시하는 바와 같이 노이즈가 집중되는 것을 알 수 있고, 이는 EMC 및 EMI에 악영향을 줄 수 있다.
도 7에서 쇄선은 구동 신호의 크기가 변조된 저항값을 가질 때(Modulated), 즉, 저항값 변조에 의하여 실질적으로 비주기적인 PWM 구동 전압을 가지는 경우의 구동 신호를 나타낸다.
이러한 경우에, 도시하는 바와 같이, 노이즈가 분산되는 것을 알 수 있고, 이에 따라 EMC 및 EMI가 개선될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면 구동 신호를 안정화시킴으로써 EMC 및 EMI를 개선할 수 있는 것이다.
또한, EMC 및 EMI를 개선하면서, 전체적인 회로 구동 효율이 저하되지 않고, 회로의 부피가 증가하지 않으며, 제작 비용이 상승하지 않는다.
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
131: 컨버터 구동부 150: 인버터 제어부
151: 구동부 152: 제어부
160: 가변 저항부

Claims (10)

  1. 다수의 스위칭 소자를 포함하여 모터를 구동하기 위한 교류 신호를 생성하는 인버터;
    상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부;
    상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부;
    상기 인버터의 출력 전류를 감지하는 출력 전류 검출부; 및
    상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하고, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 다른 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 저항값을 가변하는 신호를 전달하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가변 저항부는, 상기 제어부에서 전달하는 전압값에 따라 저항값이 조절되는 디지털 가변저항인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변조 저항값은 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 커지는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 변조 저항값은 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 비례하여 커지는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 출력 전류 검출부에서 감지된 출력 전류에 따라 결정된 상기 변조 저항값이 변동하도록 상기 가변 저항부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 변조 저항값이 상기 결정된 변조 저항값을 중심으로 일정 범위 내에서 가변하도록 상기 가변 저항부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  8. 다수의 스위칭 소자를 포함하여 모터를 구동하기 위한 교류 신호를 생성하는 인버터, 상기 다수의 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부 및 상기 게이트 구동부와 상기 스위칭 소자 사이에 연결되는 가변 저항부를 포함하는 전력 변환 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 인버터의 입력 전압 및 출력 전류를 감지하는 단계;
    상기 게이트 구동부에 제어 신호를 전달하여 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계;
    상기 출력 전류의 변화에 따라 서로 다른 변조 저항값을 가지도록 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계는, 상기 변조 저항값이 상기 출력 전류에 비례하여 커지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 가변 저항부에 제어 전압을 출력하는 단계는,
    상기 출력 전류 변화에 따라 상기 가변 저항부의 제어 전압을 결정하는 단계;
    상기 결정된 제어 전압을 일정 범위에서 가변시키는 단계; 및
    상기 가변된 제어 전압을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.

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