KR100376531B1

KR100376531B1 - 세미브릿지형단위역률정류장치및방법

Info

Publication number: KR100376531B1
Application number: KR10-1998-0047806A
Authority: KR
Inventors: 임지우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2003-05-17
Also published as: KR20000031661A

Abstract

본 발명은 비용을 절감시킬 뿐만 아니라 스위칭소자의 제어가 용이한 세미브릿지형 단위 역률 정류 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 동시에 두 개의 스위칭소자와 4개의 정류다이오드를 포함하는 세미브릿지형 정류회로에 있어서, 상기 정류회로로 입력되는 입력전원전압의 위상(ωt)과, 피크치(Vs)와, 입력전원전류의 순시치와, 상기 정류회로로부터 출력되는 직류전압(Vd)을 검출하고, 상기 검출된 입력전원전압의 피크치(Vs) 및 그 위상(ωt)과 출력전압의 피드백치(Vd)로부터 상기 두 스위칭소자의 제어신호인 PWM신호의 온/오프 듀티(D)중 비선형항목을 연산하고, 나머지 선형항목인

Description

세미브릿지형 단위 역률 정류 장치 및 방법{A APPARATUS AND METHOD FOR RECTIFING IN SEMIBRIDGE TYPE}

본 발명은 교류전원을 소정 레벨의 직류전압으로 변환하는 정류장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무정전 전원장치, 전기자동차의 고역률 충전장치, 인버터의 직류 충전회로 등에 이용할 수 있는 저가격, 고역률, 고효율의 세미브릿지형 단위 역률 정류 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 교류를 직류로 변환하는 다이오드 정류기에서는 전류고조파가 문제로 되고 있는데, 특히, 고조파전류에 대하여 IEC규격(IEC 555)에서 그 제한치를 권고하고 있기 때문에, 전류 고조파 성분을 줄이기 위한 기술이 매우 중요시되고 있는 상황이다. 더하여, 디지털기술이 널리 이용되고 더 편리하고 간편한 것을 쫓는 현대인들의 성향에 의해 정류장치에 있어서도 크기의 소형화와 함께 효율과 역률을 높이면서 EMI를 낮추는 기술에 관심이 높아지고 있다.

그런데, 대부분의 교류/직류변환 정류기는 직류 대 직류 변환 부스터타입컨버터를 기본으로 하여 구성된 것으로, 도 1a에 이러한 부스터타입정류기의 기본 구성을 도시하엿는데, 부스터타입 정류기는 다음과 같은 단점을 가지고 있다.

첫째로, 부스터타입 정류기에서 전력흐름의 직렬라인에 있는 다이오드(Ds)는 전압강하에 기여하며 이것은 전력손실을 가져올 뿐만 아니라 신뢰성을 떨어뜨린다.

둘째로, 전류흐름상에 반도체소자가 3개 존재하기 때문에 전압강하가 생긴다.

셋째로, 이러한 정류기는 고주파 리플(ripple)과 직류에 대응하기 위해 직류 리액트의 특수한 설계가 필요하다.

이러한 부스터타입 정류기의 단점을 해결하기 위하여, 도 1b에 도시한 것과 같은 풀브릿지(full-bridge) 형 정류기가 사용되고 있는데, 이 방식의 정류기는 네 개의 스위칭소자(S1∼S4)를 펄스폭변조방식에 의해 제어하는 것으로, 직류전압제어, 고역률제어, 고효율, 정현파파형의 입력전류제어등이 가능하지만, 고성능의 마이크로프로세서가 요구되며, 제어가 복잡하고, 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있다.

그리고, 상기 부스터 타입 정류기와 브릿지타입 정류기를 혼합한 방식으로, 세미브릿지형 정류장치가 제안되고 있으나, 상기 풀브릿지형 정류기와 마찬가지로 두 개의 스위칭소자를 제어하는데 어려움이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 단점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 세미브릿지형 정류회로에 있어서 스위칭소자의 제어가 용이한 세미브릿지형 단위 역률 정류 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 정류장치를 도시한 회로도이다.

도 2는 본 발명이 적용된 세미브릿지형 정류 장치를 도시한 블록도이다.

도 3a는 도 2에 도시된 직류전압/입력전류 검출부의 상세 회로도이다.

도 3b는 도 2에 도시된 입력위상검출부의 상세 회로도이다.

도 3c는 도 2에 도시된 전원제어부의 상세 회로도이다.

도 3d는 도 2에 도시된 스위치구동부의 상세 회로도이다.

도 4는 도 2에 도시된 제어부의 상세 구성도이다.

도 5는 본 발명에 의한 세미브릿지형 정류회로에서의 정류 방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도 6은 본 발명에 의한 정류장치의 is>0일때의 전압,전류제어를 설명하기 위한 개략도이다.

도 7은 본 발명에 의한 정류장치의 is<0일때의 전압, 전류제어를 설명하기 위한 개략도이다.

도 8은 본 발명에 의한 정류장치로 입력되는 입력전류와 전압파형을 도시한 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 정류회로부 20 : 직류전압/입력전류검출부

30 : 입력위상검출부 40 : 제어부

50 : 스위치구동부 60 : 전원제어부

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서, 본 발명은 2개의 정류다이오드와 직렬연결된 2쌍의 정류다이오드 및 스위칭소자가 사변형으로 연결된 정류회로에서의 단위 역률 정류 방법에 있어서,

상기 2개의 정류다이오드와 2 쌍의 정류다이오드 및 스위칭소자가 서로 연결된 두 접점으로 교류의 전원을 입력하는 단계;

상기 두 정류다이오드의 접점과, 2쌍의 정류다이오드 및 스위칭소자의 접점 사이에 캐패시터 및 부하를 연결하여 직류전원을 부하로 인가하는 단계;

상기 입력전원의 전압 위상(ωt) 및 피크치(Vs)와, 입력전원의 전류 순시치를 검출하는 단계;

상기 부하의 양단에 가해지는 직류전압의 피드백치(Vd)를 검출하는 단계;

상기 검출된 입력전원전압의 피크치(Vs) 및 위상(ωt)과 직류전압의 피드백치(Vd)로부터, 상기 두 스위칭소자로 가해지는 PWM 제어신호의 온/오프 듀티비 D중 비선형항목 Dn을에 의해 산출하는 단계;

상기 검출된 입력전류(i_s)와 직류전압이 피드백치(Vd)를 비례적분제어하여 상기 두 스위칭소자로 가해지는 PWM 제어신호의 온/오프 듀티비 D중 선형항목를 산출하는 단계;

상기 연산된 비선형항목 Dn과 선형항목 Dc를 합하여 총 듀티(D)를 산출하는 단계; 및

상기 산출된 총 듀티비(D)에 따른 온/오프비율을 갖는 PWM 펄스를 상기 두 스위칭소자의 스위칭제어신호로 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류 장치에 있어서,

교류전원의 일단에 직렬로 연결되는 교류리액터와, 상기 교류리액터를 통해 상기 입력교류전원의 일단에 그 접점이 연결되는 직렬연결된 제1,3다이오드와, 상기 교류전원의 타단에 그 접점이 연결되는 직렬연결된 제2,4다이오드와, 상기 제3,4다이오드에 병렬로 각각 연결되는 제1,2스위치와, 상기 제1,2다이오드의 음극과 제3,4다이오드의 양극사이에 연결되는 평활콘덴서를 포함하는 정류회로부와,

상기 교류전원에서 정류회로부로 가해지는 교류전원의 전류신호를 검출하고, 상기 평활콘덴서의 양단전압을 검출하여 입력교류전류의 순시치와 직류전압피드백치로 출력하는 직류전압/입력전류검출부와,

상기 교류전원에서 정류회로부로 가해지는 교류전원의 전압을 검출하여 입력교류전원전압의 피크치를 출력하고, 상기 입력교류전원을 사각파펄스변환하여 트리거신호로 출력하는 입력위상검출부와,

상기 직류전압/입력전류 검출부와 입력위상검출부로부터 검출된 교류전원의 전압 피크치 및 트리거신호와, 직류전압의 피드백치를 입력받아, 비선형 듀티항목 Dn을을 산출하고, 비례적분제어에 의해 선형 듀티항목 Dc를 각각 산출한 후, 상기 비선형 듀티항목 Dn과 선형듀티항목 Dc를 합한 값(D)의 듀티비를 갖는 PWM펄스를 발생시키는 제어부와,

상기 제어부로부터 출력되는 PWM펄스 신호에 따라서 상기 정류회로부의 제1,2스위치를 동시에 온/오프시키는 스위칭구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 정류장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 단위역률 정류장치를 도시한 블록도로서, 교류전원(vs)의 일단에 리액터(L)를 통해 다이오드(D1)의 캐소드를 연결함과 동시에 병렬연결된 스위치(S1)의 일단과 다이오드(D3)의 애노드를 연결하고 상기 교류전원(Vs)의 타단에 다이오드(D2)의 캐소드를 연결하면서 병렬연결된 스위치(S2)의 일단과 다이오드(D4)의 애노드를 연결하고 상기 다이오드(D1,D2)의 캐소드와 다이오드(D3,D4)의 애노드 사이에 콘덴서(C)를 병렬로 연결하고 상기 콘덴서(C)에 병렬로 부하를 연결하여 구성된 정류회로부(10)와, 상기 정류회로부(10)의 직류전압 출력단에 연결된 부하의 네가티브전압(BN)과 포지티브전압(BP)을 비교하여 정류회로부(10)에서 출력되는 직류전압(Vd)를 검출하고 입력전류(is)를 검출하여 출력하며 전원 온/오프에 따른 시스템오프신호(P0.5)를 발생시키는 직류전압/입력전류검출부(20)와, 상기 정류회로부(10)에서 정류할 교류전원의 전압신호를 검출하여 그 전압의 피크치(Vs)와 그 교류전압의 위상에 동기한 트리거신호(PLL_PULSE)를 발생시키는 입력위상검출부(30)와, 상기 직류전압/입력전류검출부(20)와 입력위상검출부(30)로부터 인가되는 검출값, 입력전류순시치(is)와 직류전압피드백치(Vd)와 트리거신호(PLL_PULSE)로부터 산출된 교류전압의 위상(ωt)과 주어진 직류전압설정치(Vd*)로부터 듀티()를 연산하고 듀티(Dc)를 PID제어에 의해 산출한 후 상기 연산제어에 의한 듀티(Dn)과 선형화제어에 의한 듀티(Dc)를 합산하여 총 듀티(D)를 구하여 산출된 듀티(D)를 갖는 PWM펄스를 출력하며 시스템온/오프신호(P0.5)에 따른 PWM제어를 결정하는 신호(FAULT)를 출력하는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)로부터 시스템온에 대응하는 신호(FAULT)가 인가되는 동안 PWM펄스를 증폭시켜 상기 정류회로부(10)의 스위치(S1,S2)를 온/오프시키는 스위칭구동부(50)와, 상기 정류회로부(10)로부터 출력되는 직류전압을 분압하여 상기 각 블록의 구동전원을 공급하는 전원제어부(60)로 구성된다.

상기에서, 정류회로부(10)에 구비된 스위치(S1,S2)로 본 실시예에서는 IGBT 반도체스위치를 사용하는 것으로 하나, 그외 TR, MOSFET, GTO등을 사용할 수 있으며, 상기 제어부(40)는 검출된 신호를 처리하기 위한 프로그램을 보관하는 롬(ROM)과 직류전압/입력전류검출부(20) 및 입력위상검출부(30)로부터 인가되는 값에 의한 제어연산을 수행하는 마이크로프로세서이다.

본 발명에 의한 세미브릿지형 정류장치 및 방법의 원리를 도 6 및 도 7를 참조하여 설명한다.

먼저, 교류입력전류(is)가 양의 주기일 때는, 정류장치에 구비된 두 스위치(S1,S2)를 동시에 온시키면, 이에 의하여, 도6a에 도시한 바와같이 L-> S1->S2 로 이어지는 다이오드를 통하지 않는 전류패스가 형성되고, 이때 전류크기는 도 6c의 그래프와 같이 상승하여, 리액터(L)에 마그네틱에너지로 저장되고, 이어서 상기 온 상태의 스위치(S1,S2)를 동시에 오프시키면 도 6b에 도시한 바와 같이 L-> D1-> C-> D4 로 이어지는 전류패스가 형성되어 스위치(S1,S2)의 턴온타임동안 상승했던 전류가 감소되면서 직류링크콘덴서(C)로 전달된다.

따라서, 스위치(S1,S2)의 스위칭 듀티(온타임 ton 과 오프타임 toff의 비율)를 조절함에 의해 전류를 증감시킬 수 있다.

이를 수식으로 설명하면, 스위치(S1,S2)를 동시에 온시킬 때 다이오드(D1,D2)에 역전압이 걸리고, 리액터(L)에는 마그네틱에너지가 저장되는데 이는 다음의 수학식 1이 성립된다.

그리고, 스위치(S1,S2)를 동시에 오프시키면 대칭되는 다이오드(D1)와 다이오드(D4)가 도통되어 리액터(L)에 저장된 에너지가 콘덴서(C)로 전달되므로 이때는 다음의 수학식 2와 같이 된다.

그리고, 교류전류is가 0보다 작은 경우에는, 스위치(S1,S2)를 동시에 온시키면 도 7a에 도시한 바와 같이 is>0 인 경우와는 반대방향의 전류패스가 형성되어동일한 원리에 의해 도 7c와 같이 전류가 음의 방향으로 증가하고 이에 수학식1과 같이 된다. 그리고, 다시 스위치(S1,S2)를 동시에 오프시키면 도 7b와 같이 is>0 인 경우와는 반대방향의 전류패스가 형성되면서 동일한 원리에 의해 감소하고 수학식2와 같이 된다.

상기에서 is>0인 경우와 is<0인 경우를 시그넘함수를 사용하여 하나로 나타내면 다음의 수학식 3과 같이 된다.

여기에서, sgn(is)는 is>0이면 1, is<0이면 -1의 값을 나타내는 시그넘함수이다. 그런데, 제어하고자 하는 입력전류편차와 스위칭소자의 온/오프비율인 듀티 D 와의 관계가항목에 의해 선형화될 수 없으며, 이 때문에, 종래의 제어방식인 비례적분제어(PID)로서는 제어가 쉽지않으며 더 빠른 마이크로프로세서가 요구되어 가격이 높아지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명에 의한 정류장치에서는 이 스위칭듀티 D 를 선형화가 불가능한 듀티 Dn 과 선형적인 듀티 Dc 로 분리한다. 즉,과,로 분리하여, 듀티 Dn은 입력교류전압피크치(Vs)와 원하는 직류전압(Vd)와 입력되는 교류전압주파수를 검출하여 연산을 통해 얻고, 듀티 Dc를선형화연산에 의해 각각 구하여 최종적으로 스위칭듀티 D를 구한다. 즉, 본 발명에 의한 정류장치는 제어기에서 비선형적인 Dn을 제어해야하는 부담을 덜어줌으로서 느리고 싼 마이크로프로세서를 사용하고도 풀브릿지방식의 정류장치 이상의 효과를 얻고자 하는 것이다.

상술한 원리에 의하여 도 2에 도시한 본 발명의 세미브릿지형 정류장치는 직류전압/입력전류 검출부(20) 및 입력위상 검출부(30)에서 각각 입력교류 전압피크치(Vs)와 원하는 직류전압(Vd)와 교류전압주파수에 대응하는 위상값을 검출하고, 제어부(40)에서는 상기 검출된 입력교류전압피크치(Vs)와 원하는 직류전압(Vd)와 교류전압주파수에 대응하는 위상값과 소정의 설정치(Vd, Vd*)로부터 듀티 Dn과 Dc을 구한 후 이로부터 듀티 D의 PWM펄스를 발생시키고, 스위치구동부(50)는 상기 PWM펄스신호에 의해 스위치(S1,S2)를 온/오프동작시켜 정류회로부(10)로부터 원하는 소정 레벨을 갖는 직류전압이 발생되도록 하는 것이다.

이러한 세미브릿지형 정류장치의 동작을 도 3에 보인 각 블록의 상세회로도를 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 직류전압/입력전류검출부(20)는 도 3a에 도시한 바와 같이, 정류회로부(10)에서 출력되는 직류전압(약, 310∼414V)(BP-BN)을 다수의 저항분압회로에 의해 감압하여 제어부(40)에서 인식가능한 범위의 전압(예를들어, 3,73V∼5.00V)신호인 출력전압(Vd)로 변환하고, 입력교류전원의 전류를 검출하는 전류센서(CT)로부터 인가되는 입력교류전류(isa)(-50A∼50A)를 전압(예를들어, -3,3V∼3.3V)로 변환한후 다시 2.5V를 오프셋으로 갖는 제어부(40)에서 인식가능한 범위의 전압(예를들어, 0.85V∼4.15V)인 전류값(is)으로 변환한다. 상기 설정범위내의 전압으로 변환된 입력전류(is)와 출력전압(Vd)은 제어부(40)로 인가된다. 또한, 상기 직류전압/입력전류검출부(20)는 외부의 온/오프스위치(미도시)와 연결되어 저항 및 콘덴서에 의해 노이즈를 제거한 후 온/오프신호(PO.5)로 출력한다.

그리고, 입력위상검출부(30)는 도3b에 도시한 바와 같이, 제어부(40)에서 전원주파수 및 위상을 산출하기 위한 트리거신호(PLL_PULSE)와 전원전압(vs)의 크기(Vs)를 출력하는데, 먼저, 연산증폭기(OP2)에서는 전압검출기(PT)에 의해 검출된 교류전원전압()(예를들어, 220Vrms, AC -311V∼311V)(Va-Vb)을 보다 낮은 레벨(예를들어, 4,8)로 감압시키고, 연산증폭기(OP3)에서는 상기 감압된 교류전압을 90도 지연시킨다. 따라서, 상기 연산증폭기(OP3)에서 출력되는 교류전압은 -4.8가 된다. 상기 연산증폭기(OP2)에서 출력되는 사인파와 연산증폭기(OP3)에서 출력되는 코사인파는 각각 연산기(U1,U2)에서 제곱된 후, 연산증폭기(OP4)에 의해 더해진다. 즉, 연산증폭기(OP4)로부터 출력되는 전압은로 교류전원전압의 피크값(Vs)에 대응된다. 그리고, 상기 입력위상검출부(30)에 의해 출력되는 교류전압피크치(Vs)는 소정범위의 전압(0∼2.2V)으로 변환출력된다.

또한, 상기 연산증폭기(OP2)로부터 출력되는 교류전압(vs)는 사각파변조기(U3)에 의해 음의 신호는 0V로 양의 신호는 5V로 변환되어 입력전압의 위상각에 대응되는 트리거신호(PLL_PULSE)로 출력된다.

상기와 같이 직류전압/입력전류검출부(20)와 입력위상검출부(30)로부터 검출된 신호(is, Vd, PO.5, Vs, PLL_PULSE)는 제어부(40)로 인가되고, 제어부(40)는 이 신호들과 직류전압의 설정치(Vd*)로부터 원하는 레벨의 직류전압(즉, Vd*)을 얻기위한 PWM신호를 발생시킨다. 이런 제어부(40)의 상세 동작을 도4 및 도5를 참조하여 설명한다.

즉, 제어부(40)는 상기와 같이 검출된 제어를 위한 입력신호들(is, Vd, PO.5, Vs, PLL_PULSE)을 입력받는다. 상기 직류전압/입력전류검출부(20) 및 입력위상검출부(30)의 동작설명에서 설명되었지만 상기 제어부로 입력되는 신호들에 대하여 다시 한번 정리한다. 상기, PLL_PULSE는 입력전원전압의 위상을 알아내기 위한 신호로서 본 발명에 의한 정류장치를 역률1로 제어하기 위한 전류 위상제어의 기준(is*=Is*, 여기에서, is*는 변동하는 교류입력전류의 순시전류설정치이고, Is*는 최대전류설정치이다.)으로 사용된다. 그리고, Vs는 듀티비중 Dn을 연산하기 위해 사용되는 입력전원전압주파수의 피크치이고, is는 제어하기 위한 기준(is*=Is*)과 비교될 피드백치인 입력전류의 순시값이고, Vd는 제어하고자 하는 설정치(Vd*)와 비교될 정류기의 직류전압피드백치이고, P0.5는 본 발명에 의한 정류장치의 전원 온/오프신호이다.

이와 같이, 신호들이 각각 검출되어 입력되고, 정류제어의 기준값이 되는 직류전압설정치(Vd*)가 주어지면, 제어부(40)는 도 5a와 같이 시스템초기화, PLL루틴초기화후에(100,200), 전원이 온상태인 동안, 먼저, 직류전압/입력전류검출부(20)로부터 입력된 직류전압피드백값(Vd)를 저장하고(400), 기준값인 직류전압설정치(Vd*)와 상기 직류전압피드백치(Vd)의 차로부터 전압제어기(PID제어기, 도4)를 동작시켜 교류전원의 순시전류피크설정치(Is*)를 산출하여 저장한다(400). 또한, PLL_PULSE 입력시마다 PLL 인터럽트루틴(도 5b)을 동작시켜, 현재 교류전원의 위상(ωt)을 검출하여 저장하고, 전원주파수를 연산한다(601∼603). 상기와 같이 연산된 ωt는 제어부(10)의 설정된 레지스터에 저장된다.

그리고, PLL인터럽트루틴(도5b)에 의해 ωt 가 산출된 후 주 루틴(도 5a)으로 리턴되면(600), 전류제어 인터럽트루틴(도 5c)를 허용하는데, 이 전류제어 인터럽트루틴(도 5c)은 일정 기준 시간(100μsec) 경과 시마다 동작하여(701), 입력전류(is=Is)를 디지털데이타로 변환하여(702), 절대치연산기(도 4)에 의해 그 절대치()를 연산한다(703). 그 다음, 상기 PLL인터럽트루틴(도5b)에 의해 연산되어 저장된 현재 교류전원의 위상(ωt)를 읽어들이고(704), 앞서 PID전압제어기에 의해 연산된 순시전류피크설정치(Is*)와 상기 교류전압의 위상(ωt)으로부터 교류순시전류설정치(is*=Is*)를 산출하고, 그 절대치()를 연산한다(705). 그리고 나서 제어의 기준으로 산출된 교류순시전류설정치의 절대치()와 직류전압/입력전류검출부(20)로부터 입력된 교류순시전류피드백치의 절대치()의 차를 PID전류제어기(도4)에 입력하여 제어값인 듀티(D)의 일부값인 Dc를 구한다(706). 그 다음 입력된 교류전압최대치(Vs)와 직류전압피드백값(Vd)과트리거신호(PLL_PULSE)에 의해 검출된 교류전원의 위상(ωt)으로부터 듀티(Dn=)를 산출한다(707). 그리고, 상기 연산에 의해 구해진 듀티(Dn)와 PID제어기에 의해 구해진 듀티(Dc)를 가산하여 최종 듀티(D)를 구하고, 이 듀티에 의한 PWM펄스를 출력한다(708). 이것으로 제어부(30)의 제어값 설정이 이루어지는데, 이와 같은 동작은 전원이 오프되기전까지 계속적으로 반복되어 정류회로부(10)에서 원하는 직류전압을 출력하도록 제어한다.

제어부(40)는 상기 제어치인 듀티(D)를 갖는 PWM펄스와 함께 전원온/오프에 따른 신호(FAULT)를 스위치구동부(50)로 출력한다.

이에 의하여, 스위치구동부(50)는 도3d에 도시한 바와 같이, 제어부(40)로부터 출력된 PWM펄스와 PWM펄스제어의 온/오프를 결정하는 신호(FAULT)를 논리곱하여 각각 버퍼(U6,U7),(U8,U9)를 통해 포토커플러인 드라이버(U10,U11)에 인가한다. 이 포토커플러(U10,U11)는 각각 상기 정류회로부(10)의 두 스위치(S1,S2)를 구동시키기 위한 게이트신호(G1,S1),(G2,S2)를 인가한다. 즉, 신호(FAULT)가 온 신호인 동안 PWM펄스가 마크신호일 때는 두 스위치(S1,S2)가 동시에 턴 온되고, PWM펄스가 스페이스신호일 때는 두 스위치(S1,S2)가 동시에 턴 오프된다. 따라서, 본 발명에 의한 정류장치는 도8에 보인 바와 같이, 입력전류와 입력전압을 단위 역률로 제어한다.

그리고, 상기 도2의 구성수단중 전원부(60)는 본 발명에 의한 정류장치의 구동전원을 공급하는데, 도3c에 도시한 바와같이, 상기 정류회로부(10)로부터 출력되는 직류전압(BP-BN)을 분압하여, 상기와 같이 각 블록에서 필요한 구동전원, 즉, Vcc(18V), Vcc1(18V), Vcc(10V), -Vcc(-10V), 5V를 만들어 인가한다.

상술한 바와 같은 본 발명은 정류회로에서 스위칭소자를 두 개로 줄이면서, 두 스위칭소자의 스위칭제어에 있어, 비선형적인 제어항목과 선형적인 제어항목으로 분리하여 각각 연산제어와 PID제어를 적용하므로서 제어기의 부담을 줄여 단가를 절감시킬 수 있으며, 정류제어시 교류입력전압의 변동분과 교류입력전류의 변동을 감안하고 단위역률로 제어함으로서 고효율, 고역율의 정류장치를 구현할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims

2개의 정류다이오드와 직렬연결된 2쌍의 정류다이오드 및 스위칭소자가 사변형으로 연결된 정류회로에서의 단위 역률 정류 방법에 있어서,

상기 2개의 정류다이오드와 2 쌍의 정류다이오드 및 스위칭소자가 서로 연결된 두 접점으로 교류의 전원을 입력하는 단계;

상기 두 정류다이오드의 접점과, 2쌍의 정류다이오드 및 스위칭소자의 접점 사이에 캐패시터 및 부하를 연결하여 직류전원을 부하로 인가하는 단계;

상기 입력전원의 전압 위상(ωt) 및 피크치(Vs)와, 입력전원의 전류 순시치를 검출하는 단계;

상기 부하의 양단에 가해지는 직류전압의 피드백치(Vd)를 검출하는 단계;

상기 검출된 입력전원전압의 피크치(Vs) 및 위상(ωt)과 직류전압의 피드백치(Vd)로부터, 상기 두 스위칭소자로 가해지는 PWM 제어신호의 온/오프 듀티비 D중 비선형항목 Dn을에 의해 산출하는 단계;

상기 검출된 입력전류(i_s)와 직류전압이 피드백치(Vd)를 비례적분제어하여 상기 두 스위칭소자로 가해지는 PWM 제어신호의 온/오프 듀티비 D중 선형항목를 산출하는 단계;

상기 연산된 비선형항목 Dn과 선형항목 Dc를 합하여 총 듀티(D)를 산출하는단계; 및

상기 산출된 총 듀티비(D)에 따른 온/오프비율을 갖는 PWM 펄스를 상기 두 스위칭소자의 스위칭제어신호로 인가하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미브릿지형 단위 역률 정류 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 PWM펄스의 온/오프 듀티비중 선형항목 Dc를 산출하는 단계는

상기 검출된 직류전압의 피드백값(Vd)과 목표로하는 직류전압설정치(Vd*)와의 차를 0로 하기 위한 입력전원전류의 목표피크치(Is*)를 구하는 단계;

상기 입력전원전류의 목표피크치(Is*)에 상기 검출된 입력전원전압의 위상(ωt)을 결합한 입력전원전류의 목표순시치i_s*를와 같이 산출하는 단계; 및

상기 검출된 목표순시치i_S*를에 대입하여, 상기 입력교류전원에서 검출된 전류순시치(is)와의 차를 0으로 하는 선형항목 Dc를 구하는 단계

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세미브릿지형 단위 역률 정류 방법.
교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류 장치에 있어서,

교류전원의 일단에 직렬로 연결되는 교류리액터(L)와, 상기 교류리액터를 통해 상기 입력교류전원의 일단에 그 접점이 연결되는 직렬연결된 두 다이오드(D1,D3)와, 상기 교류전원의 타단에 그 접점이 연결되는 직렬연결된 두 다이오드(D2,D4)와, 상기 다이오드(D3,D4)에 병렬로 각각 연결되는 스위치(S1,S2)와, 상기 다이오드(D1,D2)의 음극과, 상기 다이오드(D3,D4)의 양극사이에 연결되는 평활콘덴서(C)로 이루어진 정류회로부(10)와,

상기 교류전원에서 정류회로부(10)로 가해지는 교류전원의 전류신호를 검출하고, 상기 평활콘덴서(C)의 양단전압을 검출하여 입력교류전류의 순시치(is)와 직류전압피드백치(Vd)로 출력하는 직류전압/입력전류검출부(20)와,

상기 교류전원에서 정류회로부(10)로 가해지는 교류전원의 전압을 검출하여 입력교류전원전압의 피크치(Vs)를 출력하고, 상기 입력교류전원을 사각파펄스변환하여 트리거신호(PLL_PULSE)로 출력하는 입력위상검출부(30)와,

상기 직류전압/입력전류 검출부(20)와 입력위상검출부(30)로부터 검출된 교류전원의 전압 피크치(Vs) 및 트리거신호(PLL_PULSE)와, 직류전압의 피드백치(Vd)를 입력받아, 비선형 듀티항목 Dn을을 산출하고, 비례적분제어에 의해 선형 듀티항목 Dc를 각각 산출한 후, 상기 비선형 듀티항목 Dn과 선형듀티항목 Dc를 합한 값(D)의 듀티비를 갖는 PWM펄스를 발생시키는 제어부(40)와,

상기 제어부(40)로부터 출력되는 PWM펄스 신호에 따라서 상기 정류회로부(10)의 두 스위치(S1,S2)를 동시에 온/오프시키는 스위칭구동부(50)를포함하는 것을 특징으로 하는 세미브릿지형 단위 역률 정류 장치.