KR20200136250A - 외부전원으로부터 공급되는 과전압을 차단하는 전력 변환 장치 - Google Patents

외부전원으로부터 공급되는 과전압을 차단하는 전력 변환 장치 Download PDF

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KR20200136250A
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Abstract

본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 공급되면 외부전원과 장치간의 연결을 차단하는 전력 변환 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 제1 및 제2 전원라인을 통해 외부전원으로부터 공급되는 교류 전압을 DC 링크 커패시터에 저장되는 직류 전압으로 변환하는 컨버팅부, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 교류 전류로 변환하고, 상기 변환된 교류 전류를 부하에 출력하는 인버팅부, 상기 제1 및 제2 전원라인에 각각 구비되어 구동전압에 따라 상기 외부전원과 상기 컨버팅부를 선택적으로 연결하는 릴레이부 및 상기 제1 및 제2 전원라인 사이에 구비되어 상기 교류 전압의 크기에 따라 상기 릴레이부에 상기 구동전압을 제공하는 과전압 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

외부전원으로부터 공급되는 과전압을 차단하는 전력 변환 장치{POWER CONVERSION APPARATUS CUTTING OFF OVERVOLTAGE SUPPLIED FROM EXTERNAL POWER SOURCE}
본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 공급되면 외부전원과 장치간의 연결을 차단하는 전력 변환 장치에 관한 것이다.
최근 이용되는 수많은 전자기기에는 입력 교류 전압(예컨대, 상용 전압)을 해당 전자기기의 구동에 적절한 전압으로 변환하기 위한 전력 변환 장치가 구비된다.
전력 변환 장치는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 부하 구동에 적합한 교류 전압으로 변환하는 인버터를 포함한다.
이와 같은 전력 변환 장치에 과전압, 즉 매우 큰 교류 전압이 공급되면 컨버터와 인버터의 전력 변환 효율이 급격하게 감소할 뿐만 아니라, 컨버터와 인버터 내에 구비된 반도체 소자에 소손이 발생하는 문제가 있다.
이를 방지하기 위해 대한민국 공개특허공보 10-2014-0029599(이하, 선행문헌)에는 과전압 방지 회로가 제안되어 있으며, 이하 도 1을 참조하여 선행문헌에 개시된 과전압 방지 회로를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 종래 과전압 방지 회로를 도시한 도면이다. 도 1은 선행문헌의 도면(도 3)을 발췌한 것으로서, 공기 조화기를 제어하기 위한 제어 장치의 전반적인 구조를 나타낸다.
도 1을 참조하여 종래 과전압 방지 회로의 동작 방법을 설명한다.
먼저, 정류 유닛(50)이 입력 교류 전원(40)으로부터 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 정류한다. 스위치(120)가 턴 온되면 전압 상태 감지 유닛(200)이 입력 전압을 감지하고, 스위치(120)가 턴 오프되면 전압 상태 감지 유닛(200) 내에 축적된 에너지가 감지 신호로 운전 제어 유닛(300)에 출력된다.
운전 제어 유닛(300)은 감지 신호를 근거로 과전압 여부를 판단하고, 입력 전압의 상태가 과전압으로 판단되면 공기 조화기의 운전을 정지한다.
이와 같이, 종래 과전압 방지 회로는 입력 전압이 과전압인지 여부를 감지 신호를 통해 소프트웨어적으로 판단하고, 입력 전압이 과전압인 경우 공기 조화기의 운전을 정지시킴으로써 부하에 과전압이 유입되는 것을 방지한다.
그러나, 종래 과전압 방지 방법에 의하면 과전압 유입 시 부하를 보호할 수는 있으나, 과전압 방지 회로 내에 구비된 다수의 수동소자와 반도체 소자에 과전압이 유입되는 것을 방지할 수 없다. 이에 따라, 종래 과전압 방지 방법에 의하면 과전압 방지를 위한 회로의 소손이 발생하는 문제가 있다.
또한, 종래 과전압 방지 방법에 의하면 과전압 여부를 소프트웨어적으로 판단하므로, 과전압 방지를 위해 프로세서가 필수적으로 요구되며, 프로세서의 처리 시간으로 인해 서지(surge) 전압이 부하에 유입되는 것을 방지할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 유입되는 것을 하드웨어적으로 방지하는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 공급되면 외부전원과 장치간의 연결을 완전히 차단하는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 외부전원으로부터 공급되는 전압을 분압하는 분배저항에 인가되는 전압을 이용하여 릴레이를 개방함으로써 외부전원과 장치간의 연결을 차단하는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 유입되면 외부전원이 공급되는 전원라인에 구비된 릴레이를 개방시킴으로써, 과전압이 장치로 유입되는 것을 하드웨어적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 유입되면 외부전원이 공급되는 활선(live line) 및 중성선(neutral line)에 각각 구비된 릴레이를 모두 개방시킴으로써, 외부전원과 장치간의 연결을 완전히 차단할 수 있다.
또한, 본 발명은 외부전원이 공급되는 활선 및 중성선 사이에 직렬로 연결되는 복수의 분배저항과, 활선 및 중선선에 구비되어 분배저항에 인가되는 구동전압에 따라 동작하는 릴레이를 포함함으로써, 분배저항에 인가되는 전압을 이용하여 외부전원과 장치간의 연결을 차단할 수 있다.
본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 유입되는 것을 하드웨어적으로 방지함으로써, 과전압 판단 동작 및 외부전원과의 연결을 차단하기 위한 회로 제어 동작을 수행하는 임의의 프로세서가 필요하지 않게 되어 프로세서의 처리 시간 동안의 과전압 유입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 장치 생산 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 공급되면 외부전원과 장치간의 연결을 완전히 차단함으로써, 장치를 구성하는 소자의 소손을 원천적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 외부전원으로부터 공급되는 전압을 분압하는 분배저항에 인가되는 전압을 이용하여 릴레이를 개방함으로써, 과전압 차단을 위한 장치의 구성이 매우 간단하고 용이한 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래 과전압 방지 회로를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치가 외부전원과 부하 사이에 연결된 모습을 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 컨버팅부의 각 예를 도시한 도면.
도 5는 도 2에 도시된 인버팅부의 예를 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 릴레이부 및 과전압 감지부의 각 예를 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 발명에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 외부전원으로부터 과전압이 공급되면 외부전원과 장치간의 연결을 차단하는 전력 변환 장치에 관한 것이다.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치가 외부전원과 부하 사이에 연결된 모습을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 컨버팅부의 각 예를 도시한 도면이고, 도 5는 도 2에 도시된 인버팅부의 예를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 릴레이부 및 과전압 감지부의 각 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(10)는 컨버팅부(11), 인버팅부(12), 릴레이부(13) 및 과전압 감지부(14)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 전력 변환 장치(10)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
컨버팅부(11)는 제1 및 제2 전원라인(N, L)을 통해 외부전원(20)으로부터 공급되는 교류 전압을 DC 링크 커패시터(CDC)에 저장되는 직류 전압으로 변환할 수 있다.
본 발명에서 외부전원(20)은 활선(live line; L)과 중성선(neutral line; N)을 통해 교류 전압을 공급하는 교류 전원일 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전원라인(N, L) 중 어느 한 전원라인은 활선일 수 있고, 다른 한 전원라인은 중성선일 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 전원라인(N)을 중성선으로, 제2 전원라인(L)을 활선으로 설명하도록 한다.
예컨대 외부전원(20)이 220[V], 60[Hz]의 교류 전원일 때, 외부전원(20)은 제1 전원라인(N)을 통해 0[V]의 전압을 공급할 수 있고, 제2 전원라인(L)을 통해 220[V]의 전압을 공급할 수 있다.
컨버팅부(11)는 외부전원(20)으로부터 공급되는 전류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 임의의 AC-DC 전력 변환 회로를 포함할 수 있고, 정류 극성에 따라 반파 정류 회로(half-wave rectifier circuit), 전파 정류 회로(full-wave rectifier circuit)를 포함할 수 있다.
일 예에서, 컨버팅부(11)는 다이오드 브릿지(diode bride) 회로를 이용하여 상기 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환할 수 있다.
도 3을 참조하면, 컨버팅부(11)는 두 개의 상암 다이오드(D1, D2) 및 두 개의 하암 다이오드(D3, D4)를 포함하는 다이오드 브릿지 회로를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 다이오드 브릿지 회로는 제1 및 제2 전원라인(N, L)에 각각 연결된 제1 및 제2 레그(leg)를 포함할 수 있다. 이 때 제1 레그에는 제1 상암 다이오드(D1) 및 제1 하암 다이오드(D3)가 구비될 수 있고, 제2 레그에는 제2 상암 다이오드(D2) 및 제2 하암 다이오드(D4)가 구비될 수 있다.
제1 전원라인(N)의 전압이 제2 전원라인(L)의 전압보다 클 때, 제1 상암 다이오드(D1) 및 제2 하암 다이오드(D4)가 도통되어 전류 경로를 형성할 수 있다. 반면에, 제2 전원라인(L)의 전압이 제1 전원라인(N)의 전압보다 클 때, 제2 상암 다이오드(D2) 및 제1 하암 다이오드(D3)가 도통되어 전류 경로를 형성할 수 있다.
전술한 도통 동작에 따라 외부전원(20)에서 공급되는 교류 전압은 전파 정류되어 DC 링크 커패시터(CDC)에 직류 전압으로 저장될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 도 3에 도시된 각 다이오드는 전력 스위칭 소자로 대체되어 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다. 다시 말해, 1 및 제2 상암 다이오드(D1, D2)는 제1 및 제2 상암 전력 스위칭 소자로 대체될 수 있고, 제1 및 제2 하암 다이오드(D3, D4)는 제1 및 제2 하암 전력 스위칭 소자로 대체될 수 있다.
이 경우, 스위칭 제어부(미도시)는 외부전원(20)으로부터 공급되는 교류 전압의 위상에 따라 컨버팅부(11) 내 전력 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 전원라인(N)의 전압이 제2 전원라인(L)의 전압보다 크게 되는 순간 스위칭 제어부는 제1 상암 전력 스위칭 소자 및 제2 하암 전력 스위칭 소자를 턴 온 제어하여 전류 경로를 형성할 수 있다. 반면에, 제2 전원라인(L)의 전압이 제1 전원라인(N)의 전압보다 크게 되는 순간 스위칭 제어부는 제2 상암 전력 스위칭 소자 및 제1 하암 전력 스위칭 소자를 턴 온 제어하여 전류 경로를 형성할 수 있다.
전술한 도통 동작에 따라 외부전원(20)에서 공급되는 교류 전압은 전파 정류되어 DC 링크 커패시터(CDC)에 직류 전압으로 저장될 수 있다.
다른 예에서, 컨버팅부(11)는 승압 회로를 이용하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다.
도 4를 참조하면, 승압 회로는, 제1 및 제2 전원라인(N, L)에 구비되고 DC 링크 커패시터(CDC)의 일단과 연결되어 전류의 방향을 제한하는 두 개의 전류 제한 다이오드(Da, Db)를 포함할 수 있다. 또한, 승압 회로는, DC 링크 커패시터(CDC)의 타단과 연결되는 다이오드 브릿지 회로와 다이오드 브릿지 회로를 통해 형성된 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 전류 차단 스위칭 소자(Scc)를 포함할 수 있다.
스위칭 제어부는 전류 차단 스위칭 소자(Scc)를 제어하여 외부전원(20)에서 공급되는 교류 전압을 승압 및 정류할 수 있고, 승압 및 정류된 교류 전압은 DC 링크 커패시터(CDC)에 직류 전압으로 저장될 수 있다.
다이오드 브릿지 회로와 병렬로 연결된 전류 차단 스위칭 소자(Scc)의 제어를 통한 승압 방법은 당해 기술분야에서 알려진 일반적인 방법을 따르므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
인버팅부(12)는 DC 링크 커패시터(CDC)에 저장된 직류 전압을 교류 전류로 변환하고, 변환된 교류 전류를 부하(30)에 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 인버팅부(12)는 DC 링크 커패시터(CDC)의 출력단과 연결되어 DC 링크 커패시터(CDC)에 저장된 직류 전압(이하, DC 링크 전압(VDC))을 제공받을 수 있다. 인버팅부(12)의 출력단은 부하(30)(예컨대, 전동기)와 연결될 수 있고, 인버팅부(12)는 DC 링크 전압(VDC)을 교류 전류(예컨대, 3상 교류 전류)로 변환하여 부하(30)에 출력할 수 있다.
인버팅부(12)는 DC 링크 전압(VDC)을 교류 전류로 변환하기 위한 다양한 회로 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인버팅부(12)는 복수의 전력 스위칭 소자를 이용하여 DC 링크 전압(VDC)을 교류 전류로 변환할 수 있다.
도 5를 참조하면, 인버팅부(12)는 DC 링크 전압(VDC)을 3상 교류 전류로 변환하기 위해, 각 상에 대응하는 상암 및 하암 전력 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc 및 Sa', Sb', Sc')를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 인버팅부(12)는 a상의 상암 및 하암 전력 스위칭 소자(Sa, Sa'), b상의 상암 및 하암 전력 스위칭 소자(Sb, Sb'), c상의 상암 및 하암 전력 스위칭 소자(Sc, Sc')를 포함할 수 있다.
a상의 상암 및 하암 전력 스위칭 소자(Sa, Sa')는 서로 상보적으로 스위칭하여 a상 교류 전류를 생성할 수 있다. 마찬가지로 b상 및 c상의 상암 및 하암 전력 스위칭 소자(Sb, Sc 및 Sb', Sc') 또한 서로 상보적으로 스위칭하여 각각 b상 및 c상 교류 전류를 생성할 수 있다.
스위칭 제어부는 인버팅부(12)를 구성하는 복수의 전력 스위칭 소자(Sa, Sa', Sb, Sb', Sc, Sc')의 스위칭 동작을 제어하여 부하(30)에 출력되는 교류 전류의 크기 및 주파수를 제어할 수 있다. 전력 변환을 위해 전력 스위칭 소자(Sa, Sa', Sb, Sb', Sc, Sc')를 제어하는 방법은 당해 기술분야에서 알려진 일반적인 방법을 따르므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
릴레이부(13)는 제1 및 제2 전원라인(N, L)에 각각 구비되어 구동전압에 따라 외부전원(20)과 컨버팅부(11)를 선택적으로 연결할 수 있다. 이를 위해, 릴레이부(13)는 제1 및 제2 전원라인(N, L) 상에서 외부전원(20)과 컨버팅부(11) 사이에 구비될 수 있다.
릴레이부(13)는 구동전압에 따라 생성되는 자기장에 의해 그 접점이 개폐될 수 있다. 다시 말해, 릴레이부(13)는 구동전압에 따라 닫힘 상태로 동작하거나 개방 상태로 동작할 수 있다. 릴레이부(13)가 닫힘 상태로 동작할 때 외부전원(20)과 컨버팅부(11)는 연결될 수 있고, 릴레이부(13)가 개방 상태로 동작할 때 외부전원(20)과 컨버팅부(11)의 연결은 차단될 수 있다.
릴레이부(13)는 구동전압이 동작전압 미만이면 닫힘 상태로 동작할 수 있고, 구동전압이 동작전압 이상이면 개방 상태로 동작할 수 있다. 여기서 동작전압은 릴레이의 고유 특성으로서 접점의 개폐를 결정하는 크기로 설정될 수 있다. 예컨대, 동작전압이 30[V]로 설정된 릴레이에 20[V]의 구동전압이 인가되면 릴레이는 닫힘 상태로 동작할 수 있는 반면, 40[V]의 구동전압이 인가되면 릴레이는 열림 상태로 동작할 수 있다.
도 6 및 도 7은 릴레이부(13)와 과전압 감지부(14)를 설명하기 위한 도면으로서, 컨버팅부(11)를 도 4에 도시된 승압 회로를 포함하도록 도시하였으나, 이는 예시적인 것이며 컨버팅부(11)가 도면에 도시된 회로에 제한되는 것은 아니다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 릴레이부(13)는 제1 전원라인(N)에 구비되어 제1 전원라인(N)을 통해 공급되는 교류 전압을 컨버팅부(11)에 선택적으로 제공하는 제1 릴레이(13a)와, 제2 전원라인(L)에 구비되어 제2 전원라인(L)을 통해 공급되는 교류 전압을 컨버팅부(11)에 선택적으로 제공하는 제2 릴레이(13b)를 포함할 수 있다.
제1 릴레이(13a)와 제2 릴레이(13b)는 외부전원(20)의 두 출력단에 각각 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 릴레이(13a)와 제2 릴레이(13b)가 모두 닫힘 상태로 동작하는 경우에 전력 변환 장치(10)가 동작할 수 있다.
한편, 제1 릴레이(13a) 및 제2 릴레이(13b) 중 어느 하나만 개방 상태로 동작하면 전력 변환 장치(10)가 정상적으로 동작하지 않으나, 외부전원(20)에서 과전압이 인가되는 경우 어느 한 전원라인과 접지라인(미도시) 사이에 발생하는 전위차는 전력 변환 장치(10)에 악영향을 미칠 수 있다.
이를 방지하기 위해, 릴레이부(13)에 포함된 각 릴레이는 동일한 동작 상태로 동작할 수 있다. 다시 말해, 제1 릴레이(13a) 및 제2 릴레이(13b)는 모두 개방 상태로 동작하거나 모두 닫힘 상태로 동작할 수 있다. 이를 위해, 제1 릴레이(13a)와 제2 릴레이(13b)는 동일한 동작전압을 갖고, 동일한 구동전압에 따라 동작할 수 있는데 이에 대해서는 과전압 감지부(14)를 설명하면서 후술하도록 한다.
과전압 감지부(14)는 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 구비되어 외부전원(20)으로부터 공급되는 교류 전압의 크기에 따라 릴레이부(13)에 구동전압을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 과전압 감지부(14)는 제1 전원라인(N) 상의 노드와 제2 전원라인(L) 상의 노드 사이에 구비될 수 있다. 이에 따라, 과전압 감지부(14)에는 외부전원(20)에서 공급되는 교류 전압의 크기에 따른 전위차가 인가될 수 있고, 과전압 감지부(14)는 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이의 전위차에 따라 구동전압을 출력할 수 있다.
과전압 감지부(14)는 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이의 전위차에 비례한 구동전압을 릴레이부(13)에 포함된 각 릴레이에 제공할 수 있다. 이를 위해, 과전압 감지부(14)는 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이의 전위차를 분압하는 둘 이상의 분배저항을 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 과전압 방지부는 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 직렬로 연결되는 둘 이상의 분배저항을 포함할 수 있다. 이 때, 릴레이부(13)에 포함된 각 릴레이는 둘 이상의 분배저항에 인가되는 구동전압에 따라 동작할 수 있다. 이를 위해, 각 릴레이는 분배저항의 양단과 연결되어 구동전압을 제공받을 수 있다.
도 6을 예로 들어 설명하면, 과전압 감지부(14)가 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 직렬로 연결되는 제1 분배저항(14a) 및 제2 분배저항(14b)을 포함할 때, 제1 릴레이(13a)는 제1 분배저항(14a)의 양단과 연결되어 구동전압을 제공받을 수 있고, 제2 릴레이(13b)는 제2 분배저항(14b)의 양단과 연결되어 구동전압을 제공받을 수 있다.
제1 및 제2 분배저항(14a, 14b)에는, 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이의 전위차가 각 분배저항의 저항값에 따라 분압된 전압이 인가될 수 있다. 이 때, 각 릴레이는 각 분배저항에 인가되는 전압을 구동전압으로서 제공받을 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 외부전원(20)에서 과전압이 인가되는 것을 차단하기 위해 릴레이부(13)에 포함된 각 릴레이는 동일한 동작 상태로 동작할 필요가 있다. 각 릴레이의 동작 상태는 과전압 방지부에서 제공되는 구동전압과 동작전압의 상대적인 크기에 따라 결정되므로, 구동전압의 크기는 동작전압의 크기에 따라 결정될 수 있고, 구동전압의 크기는 분배저항의 저항값에 의해 결정되므로 분배저항의 저항값은 동작전압의 크기에 따라 결정될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6에 도시된 제1 릴레이(13a)의 동작전압이 150[V]이고, 제2 릴레이(13b)의 동작전압이 200[V]일 때, 각 릴레이의 동작전압의 비가 3:4이므로 제1 분배저항(14a)의 저항값과 제2 분배저항(14b)의 저항값의 비 또한 3:4로 결정(예컨대, 300[kΩ]: 400[kΩ])될 수 있다.
이 때, 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 350[V] 미만의 전압이 인가되는 경우 각 분배저항에 인가되는 구동전압은 동작전압 미만이므로 제1 및 제2 릴레이(13a, 13b)는 모두 닫힘 상태로 동작할 수 있다. 반면, 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 350[V] 이상의 전압이 인가되는 경우 제1 분배저항(14a)에 인가되는 전압은 150[V] 이상이 되고 제2 분배저항(14b)에 인가되는 전압은 200[V] 이상이 되어, 구동전압이 동작전압 이상이 되므로 제1 및 제2 릴레이(13a, 13b)는 모두 개방 상태로 동작할 수 있다.
전술한 바와 달리, 릴레이부(13)에 포함된 각 릴레이의 동작전압이 동일한 경우, 과전압 감지부(14)는 외부전원(20)으로부터 공급되는 교류 전압의 크기에 따라 릴레이부(13)에 포함된 각 릴레이에 동일한 구동전압을 제공할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 과전압 방지부는, 동일한 저항값을 갖고 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 분배저항(14a, 14b)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 분배저항(14a, 14b)은 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이의 전위차를 균등하게 분압하게 되고, 제1 및 제2 분배저항(14a, 14b)에 인가되는 구동전압은 동일할 수 있다. 이에 따라, 각 분배저항에 인가되는 구동전압에 따라 동작하는 제1 및 제2 릴레이(13a, 13b)는 동일한 동작 상태로 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 외부전원(20)으로부터 과전압이 공급되면 외부전원(20)과 장치간의 연결을 완전히 차단함으로써, 장치를 구성하는 소자의 소손을 원천적으로 방지할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 동일한 저항값을 갖는 두 분배저항을 통해 외부전원(20)으로부터 공급되는 교류 전압을 분압하는 경우, 내압이 큰 분배저항을 사용해야 하므로 장치 구성을 위한 비용이 상승하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 분배저항을 두 개로 구성하는 경우 장치 사용 시간이 증가함에 따라 저항 성능의 불균형이 발생할 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 릴레이(13a, 13b)가 서로 다른 동작 상태로 동작하는 문제가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이 과전압 감지부(14)는, 동일한 저항값을 갖고 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 직렬로 연결되는 제1 내지 제3 분배저항(14a~14c)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 릴레이(13a)는 제1 내지 제3 분배저항(14a~14c) 중 어느 한 분배저항의 양단과 연결되어 구동전압을 제공받을 수 있고, 제2 릴레이(13b)는 제1 내지 제3 분배저항(14a~14c) 중 제1 릴레이(13a)가 연결되지 않은 다른 한 분배저항의 양단과 연결되어 구동전압을 제공받을 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 내지 제3 분배저항(14a~14c)은 제1 전원라인(N)의 노드에서 제2 전원라인(L)의 노드까지 순차적으로 직렬 연결될 수 있다. 이 때, 제1 릴레이(13a)는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 분배저항(14a)의 양단과 연결되어 구동전압을 제공받을 수 있고, 제2 릴레이(13b)는 제3 분배저항의 양단과 연결되어 구동전압을 제공받을 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 릴레이(13a, 13b)의 동작 전압이 150[V]일 때, 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 450[V] 미만의 전압이 인가되는 경우 제1 내지 제3 분배저항(14a~14c)에 인가되는 구동전압은 150[V] 미만이므로 제1 및 제2 릴레이(13a, 13b)는 모두 닫힘 상태로 동작할 수 있다. 반면, 제1 및 제2 전원라인(N, L) 사이에 450[V] 이상의 전압이 인가되는 경우 제1 내지 제3 분배저항(14a~14c)에 인가되는 구동전압은 150[V] 이상이 되므로 제1 및 제2 릴레이(13a, 13b)는 모두 개방 상태로 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 외부전원(20)으로부터 과전압이 유입되는 것을 하드웨어적으로 방지함으로써, 과전압 판단 동작 및 외부전원(20)과의 연결을 차단하기 위한 회로 제어 동작을 수행하는 임의의 프로세서가 필요하지 않게 되어 프로세서의 처리 시간 동안의 과전압 유입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 장치 생산 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 외부전원(20)으로부터 공급되는 전압을 분압하는 분배저항에 인가되는 전압을 이용하여 릴레이를 개방함으로써, 과전압 차단을 위한 장치의 구성이 매우 간단하고 용이한 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2 전원라인을 통해 외부전원으로부터 공급되는 교류 전압을 DC 링크 커패시터에 저장되는 직류 전압으로 변환하는 컨버팅부;
    상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 교류 전류로 변환하고, 상기 변환된 교류 전류를 부하에 출력하는 인버팅부;
    상기 제1 및 제2 전원라인에 각각 구비되어 구동전압에 따라 상기 외부전원과 상기 컨버팅부를 선택적으로 연결하는 릴레이부; 및
    상기 제1 및 제2 전원라인 사이에 구비되어 상기 교류 전압의 크기에 따라 상기 릴레이부에 상기 구동전압을 제공하는 과전압 감지부를 포함하는
    전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버팅부는 다이오드 브릿지(diode bride) 회로를 이용하여 상기 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환하는 전력 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨버팅부는 승압 회로를 이용하여 상기 교류 전압을 상기 직류 전압으로 변환하는 전력 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인버팅부는 복수의 전력 스위칭 소자를 이용하여 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 교류 전류로 변환하는 전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이부는 상기 구동전압이 동작전압 미만이면 닫힘 상태로 동작하고, 상기 구동전압이 상기 동작전압 이상이면 개방 상태로 동작하는 전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이부는
    상기 제1 전원라인에 구비되어 상기 제1 전원라인을 통해 공급되는 상기 교류 전압을 상기 컨버팅부에 선택적으로 제공하는 제1 릴레이와,
    상기 제2 전원라인에 구비되어 상기 제2 전원라인을 통해 공급되는 상기 교류 전압을 상기 컨버팅부에 선택적으로 제공하는 제2 릴레이를 포함하는
    전력 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 과전압 감지부는 상기 외부전원으로부터 공급되는 상기 교류 전압의 크기에 따라 상기 릴레이부에 포함된 각 릴레이에 동일한 구동전압을 제공하는 전력 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 과전압 감지부는 제1 및 제2 전원라인 사이에 직렬로 연결되는 둘 이상의 분배저항을 포함하고,
    상기 릴레이부에 포함된 각 릴레이는 상기 둘 이상의 분배저항에 인가되는 구동전압에 따라 상기 외부전원과 상기 컨버팅부를 선택적으로 연결하는 전력 변환 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 과전압 감지부는, 동일한 저항값을 갖고 상기 제1 및 제2 전원라인 사이에 직렬로 연결되는 제1 분배저항 및 제2 분배저항을 포함하고,
    상기 제1 릴레이는 상기 제1 분배저항의 양단과 연결되어 상기 구동전압을 제공받고, 상기 제2 릴레이는 상기 제2 분배저항의 양단과 연결되어 상기 구동전압을 제공받는 전력 변환 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 과전압 감지부는, 동일한 저항값을 갖고 상기 제1 및 제2 전원라인 사이에 직렬로 연결되는 제1 내지 제3 분배저항을 포함하고,
    상기 제1 릴레이는 상기 제1 내지 제3 분배저항 중 어느 한 분배저항의 양단과 연결되어 상기 구동전압을 제공받고, 상기 제2 릴레이는 상기 제1 내지 제3 분배저항 중 상기 제1 릴레이가 연결되지 않은 다른 한 분배저항의 양단과 연결되어 상기 구동전압을 제공받는 전력 변환 장치.
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