KR100397822B1 - Active-Clamped Class-E Inverter System for controlling High Power - Google Patents
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Abstract
본 발명의 고출력 제어용 액티브-클램프트 클래스-E 인버터 시스템은 인버터 내 주스위치 양단전압의 크기에 따라 CE 인버터 혹은 ACCE 인버터로서 동작하도록 하기 위하여 교류전원 인입수단; 상기 교류전원 인입수단을 통해 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류수단; 상기 정류수단에 의해 정류된 전원을 평활하는 초크코일 및 콘덴서로 구성된 평활수단; 상기 평활수단에 의해 평활된 전원을 입력받아 스위칭하여 부하에 전원을 공급하기 위하여 주스위치를 포함하는 인버터 주회로; 상기 부하에 대하여 상기 인버터와 병렬연결되면서 보조스위치를 포함하는 인버터 보조회로; 및 상기 주스위치 양단전압의 크기에 따라 모드를 절환하여 고출력 제어를 할 수 있도록 하는 스위칭 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.An active-clamp Class-E inverter system for high power control of the present invention includes AC power supply means for operating as a CE inverter or an ACCE inverter according to the magnitude of the voltage across the main switch in the inverter; Rectifying means for rectifying the AC power inputted through the AC power inlet means into a DC power source; Smoothing means comprising a choke coil and a condenser for smoothing the power rectified by the rectifying means; An inverter main circuit including a main switch for supplying power to a load by switching the power input smoothed by the smoothing means; An inverter auxiliary circuit connected to the inverter with respect to the load and including an auxiliary switch; And switching control means for switching the mode according to the magnitude of the voltage across the main switch to enable high power control.
Description
본 발명은 액티브-클램프트 클래스-E(Active-Clamped Class-E: ACCE) 인버터의 구동 시 액티브-클램프 회로에 의하여 저감된 전력을 보상하기 위한 고출력 제어용 액티브-클램프트 클래스-E 인버터 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active-clamp class-E inverter system for high power control for compensating power reduced by an active-clamp circuit when an active-clamped class-E (ACCE) inverter is driven, and the present invention. It relates to a control method.
일반적으로, 공진형 인버터는 인가된 교류전원을 직류전력으로 변환한 후, 직류전력을 높은 주파수로 스위칭하여 공진 회로에 공진 현상을 일으킴으로써 출력측에 고주파의 교류전력을 발생시키게 된다. 공진형 인버터는 하나의 스위치만으로도 교류출력을 발생시킬 수 있기 때문에, 이상적인 교류출력을 필요로 하지 않는 유도가열장치에 널리 쓰이고 있다. 유도가열장치는 용해로나 표면 처리등 산업계 전반에서 많이 사용되며 최근에는 조리기나 밥솥 등 가정 용품에까지 그 응용분야가 확대되어 일상 생활에 많은 편리함을 제공하고 있다. 이와 같이 가정 용품 등에 응용되는 유도가열장치는 작은 용량의 전력을 소모하므로 하나의 전력용 반도체 소자를 이용하는 영전압 스위칭 방식의 공진형 인버터가 많이 이용되며, 본 발명의 ACCE 인버터 및 하이브리드 제어를 유도가열장치에 적용하였다.In general, the resonant inverter converts the applied AC power into DC power, and then switches the DC power to a high frequency to cause resonance in the resonant circuit to generate high frequency AC power at the output side. Since a resonant inverter can generate an AC output with only one switch, it is widely used in an induction heating apparatus that does not require an ideal AC output. Induction heating devices are widely used throughout the industry, such as melting furnaces and surface treatment, and in recent years, the application field has been extended to home appliances such as cookers and rice cookers, providing a lot of convenience in daily life. As such, the induction heating apparatus applied to household goods consumes a small amount of power, and thus, a zero voltage switching type resonance inverter using one power semiconductor element is frequently used, and the ACCE inverter and hybrid control of the present invention are induction heating. Applied to the device.
도 1은 종래기술에 따른 유도가열을 위한 클래스-E(CE) 인버터 시스템 구성도로서, 각 구성요소들은 다음과 같이 결합된다.1 is a configuration diagram of a class-E (CE) inverter system for induction heating according to the prior art, each component is combined as follows.
회로 각 부에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(10)와, 전원 공급부(10)를 통해 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부(20)와, 정류된 전원의 고조파 감소를 위한 초크코일(Lf) 및 콘덴서(Cf)로 구성된 필터부(30)와, 평활된 전원을 입력받아 스위칭하여 부하를 가열하기 위한 인버터 주회로(40) 및 부하(60)로 구성된다.A power supply unit 10 for supplying power to each circuit unit, a rectifying unit 20 for rectifying AC power input through the power supply unit 10 to a DC power source, and a choke coil for reducing harmonics of the rectified power source ( L f ) and a filter unit 30 including a capacitor C f , and an inverter main circuit 40 and a load 60 for heating the load by switching on and receiving smooth power.
인버터 주회로(40)는 도시되지 않은 SMPS(Switched Mode Power Supply)부로부터 공급되는 스위칭 전원을 베이스로 입력받아 스위칭을 하게 되는 주 스위치(44)와 스위칭에 의해 전달되는 전원을 입력받아 콘덴서(Cr,43)와 공진하여 부하를 가열시키는 위킹코일의 등가 인덕턴스(Leq,61)와 등가 저항(Req,62)를 포함하여 구성된다.The inverter main circuit 40 receives the main switch 44 which is switched by receiving switching power supplied from a switched mode power supply (SMPS) unit (not shown) and the power delivered by the switching capacitor (C). and an equivalent inductance (L eq , 61) and an equivalent resistance (R eq , 62) of the wicking coil which resonates with r , 43 to heat the load.
도 2는 도 1의 종래기술에 따른 유도가열을 위한 CE 인버터 시스템의 동작 파형도로서, 도 1의 인버터 주회로(40)의 동작은 다음과 같다.2 is an operation waveform diagram of a CE inverter system for induction heating according to the related art of FIG. 1, and the operation of the inverter main circuit 40 of FIG. 1 is as follows.
t0-t1구간은 주스위치(44)의 역병렬 다이오드가 도통하기 시작하고, t1-t2구간에서 주스위치는 영전압스위칭(ZVS) 조건하에서 턴-온을 이루며, t2-t3구간에서는 전류의 방향은 반전되고 주스위치를 통해서 흐르게 된다. t3-t4구간은 t3에서 주스위치(44)가 턴-오프에 의해 이루어지고, 이 때 주스위치(44) 턴-오프 시 스위칭 손실은 공진 콘덴서(43)에 의해 거의 발행하지 않는다. t3-t4구간에서 주스위치(44)의 양단 전압은 증가하게 되고, t4-t0구간에서 전류의 반전에 의해 스위치 전압은 감소하게 된다.In the period t 0 -t 1 , the anti-parallel diode of the main switch 44 starts to conduct. In the period t 1 -t 2 , the main switch is turned on under the zero voltage switching (ZVS) condition, and t 2 -t In section 3 , the direction of current is reversed and flows through the main switch. In the period t 3- t 4 , the main switch 44 is turned off at t 3 , and switching losses at the time of turning off the main switch 44 are rarely issued by the resonant capacitor 43. In the period t 3 -t 4 , the voltage at both ends of the main switch 44 increases, and the switch voltage decreases due to the inversion of the current in the period t 4 -t 0 .
그러나, 인버터 주회로(40)는 t3-t4구간에서 피 가열체인 용기를 등가화한 인덕턴스(41)와 공진 콘덴서(43)의 공진 현상에 의해 주스위치(44)에 상당한 전압 스트레스를 인가하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 클램프 방식을 적용하여 주스위치(44)의 전압 스트레스를 감소시키는 액티브-클램프트 클래스-E(ACCE) 인버터에 대한 연구가 이루어지고 있다.However, the inverter main circuit 40 applies a considerable voltage stress to the main switch 44 by the resonance phenomenon of the inductance 41 and the resonant capacitor 43 equalizing the container to be heated in the period t 3- t 4 . Done. In order to solve this problem, a study has been made on an active-clamp class-E (ACCE) inverter that reduces the voltage stress of the main switch 44 by applying a clamp method.
도 3은 종래기술에 따른 유도가열을 위한 ACCE 인버터 시스템 구성도로서, 여기서 인버터는 인버터 주회로(40)와 인버터 보조회로(50)로 구성되며, 인버터 주회로(40)의 구성은 도 1의 인버터 주회로(40)와 동일하고, 클램프 콘덴서(51)와 보조 스위치(52)로 구성된 인버터 보조회로(50)가 추가된다.3 is an ACCE inverter system configuration diagram for induction heating according to the prior art, wherein the inverter is composed of an inverter main circuit 40 and an inverter auxiliary circuit 50, the configuration of the inverter main circuit 40 of FIG. The inverter auxiliary circuit 50, which is the same as the inverter main circuit 40 and composed of the clamp capacitor 51 and the auxiliary switch 52, is added.
도 4는 도 3의 종래기술에 따른 유도가열을 위한 ACCE 인버터 시스템의 동작 파형도이다.4 is an operation waveform diagram of an ACCE inverter system for induction heating according to the prior art of FIG.
t0-t1구간에서 주 스위치(44)는 오프 상태이고 전압에 대해 위상이 뒤진 전류가 주 스위치(44)의 역병렬 다이오드를 통하여 흐른다. 이로써 주 스위치(44)의 영전압 턴-온이 보장된다. t1-t2구간에서 이미 보장된 영전압 스위칭 범위에서 주 스위치(44)의 턴-온이 이루어진다. t2-t3구간에서는 부하 전류가 양이 되고 주 스위치(44)로 전류가 흐르면서 등가 인덕터(41)에 에너지를 저장한다. t3-t4구간에서는 주 스위치(44)가 턴-오프 되면서 등가 인덕터(41)에 저장된 에너지가 공진 콘덴서(43)로 전달되며 이로 인하여 주 스위치(44) 전압이 상승하게 된다. t4-t5구간에서 주 스위치(44) 전압이 클램프 레벨이 되면 보조 스위치(52)의 역병렬 다이오드가 턴-온 되고 남은 에너지가 클램프 콘덴서(51)와 공진 콘덴서(43)로 나누어져 전달된다. 이 모드에서 추가된 보조 스위치(52) 역시 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching) 조건하에서 턴-온을 이루게 된다.In the period t 0 -t 1 , the main switch 44 is turned off and a current out of phase with respect to the voltage flows through the antiparallel diode of the main switch 44. This ensures zero voltage turn-on of the main switch 44. In the t 1 -t 2 period , the main switch 44 is turned on in the guaranteed zero voltage switching range. In the period t 2 -t 3 , the load current becomes positive and current flows to the main switch 44 to store energy in the equivalent inductor 41. In the period t 3- t 4 , as the main switch 44 is turned off, energy stored in the equivalent inductor 41 is transferred to the resonance capacitor 43, thereby increasing the voltage of the main switch 44. When the voltage of the main switch 44 becomes the clamp level in the period t 4- t 5 , the anti-parallel diode of the auxiliary switch 52 is turned on and the remaining energy is divided into the clamp capacitor 51 and the resonant capacitor 43 and transmitted. do. The auxiliary switch 52 added in this mode also turns on under Zero Voltage Switching (ZVS) conditions.
t5-t6구간에서는 이전 모드에서 보장된 영전압 스위칭 범위에서 보조 스위치(52)의 턴-온이 이루어진다. t6-t7구간에서 등가 인덕터(41)에 저장된 에너지가 영이 되고 이때부터 공진 콘덴서(43)와 클램프 콘덴서(51)에 저장된 에너지가 등가 인덕터(41)로 전달된다. t7-t0구간에서는 보조 스위치(52)가 턴-오프 되면 클램프 콘덴서(51)는 방전을 중단하게 되며 에너지 방출 경로가 없어져서 클램프 콘덴서(51)에는 (K-1)Vs로 충전되어 유지된다. 그리고, 공진 콘덴서(43)에 남은 에너지가 계속 방전하여 주 스위치 전압이 영으로 감소한다.In the period t 5 -t 6 , the auxiliary switch 52 is turned on in the zero voltage switching range guaranteed in the previous mode. Energy stored in the equivalent inductor 41 becomes zero in the period t 6 -t 7 , and energy stored in the resonant capacitor 43 and the clamp capacitor 51 is transferred to the equivalent inductor 41 from this time. In the t 7 -t 0 section, when the auxiliary switch 52 is turned off, the clamp capacitor 51 stops discharging, and the clamp capacitor 51 is charged and maintained at (K-1) V s because the energy discharge path is lost. do. The energy remaining in the resonant capacitor 43 continues to discharge, and the main switch voltage decreases to zero.
이와 같이 동작하는 종래의 ACCE 인버터 시스템은 주 스위치(44)의 클램프 특성을 이루기 위해 인버터 보조회로를 추가하지만, 이러한 인버터 보조회로(50)는 전체 공진 전압의 클램핑 역할을 동시에 수행하게 되므로 동일한 전력회로 및 제어를 수행하는 경우 종래의 CE 인버터 시스템보다 출력 전력이 훨씬 더 낮게 되는 단점을 내포하고 있다. 즉, 공진 에너지의 감소로 전체 시스템의 출력 전력이 감소된다. 따라서 도 3과 같이 종래의 ACCE 인버터를 이용하여 동일한 출력을 얻기 위해서는 상대적으로 훨씬 더 큰 주스위치(44) 및 보조스위치(52)의 전압 및 전류 스트레스를 요구하게 된다.In the conventional ACCE inverter system operating as described above, the inverter auxiliary circuit is added to achieve the clamp characteristics of the main switch 44. However, the inverter auxiliary circuit 50 performs the same role as clamping of the entire resonance voltage. And when performing control, the output power is much lower than that of conventional CE inverter systems. In other words, the reduction of the resonance energy reduces the output power of the entire system. Therefore, to obtain the same output using a conventional ACCE inverter as shown in Figure 3 requires a relatively larger voltage and current stress of the main switch 44 and the auxiliary switch 52.
뿐만 아니라, 이러한 전압 및 전류 스트레스는 ACCE 인버터 시스템의 도통 손실을 증가시키게 되며 이로 인해 인버터 시스템의 전체 손실이 증가하게 되는 문제점을 가지고 있다. 또한 부가적으로 인버터 시스템에서 고가의 스위치들이 요구되어 결국 사용된 스위치들의 이용률을 감소시키게 되는 심각한 문제점을 가지고 있다.In addition, such voltage and current stresses increase the conduction loss of the ACCE inverter system, which increases the total loss of the inverter system. In addition, there is a serious problem in that expensive switches are required in the inverter system, thereby reducing the utilization rate of the used switches.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 인버터 주회로 내 주스위치 양단전압의 크기에 따라 CE 인버터 혹은 ACCE 인버터로서 동작하게 하는 고출력 제어용 액티브-클램프트 클래스-E 인버터 시스템을 제공함에 목적이 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an active-clamp Class-E inverter system for high power control that operates as a CE inverter or an ACCE inverter according to the magnitude of the voltage across the main switch in the inverter main circuit.
도 1은 종래기술에 따른 유도가열을 위한 CE 인버터 시스템 구성도,1 is a configuration diagram of a CE inverter system for induction heating according to the prior art;
도 2는 도 1의 종래기술에 따른 유도가열을 위한 CE 인버터 시스템 동작 파형도,Figure 2 is a waveform diagram of the CE inverter system for induction heating according to the prior art of Figure 1,
도 3은 종래기술에 따른 유도가열을 위한 ACCE 인버터 시스템 구성도,3 is an ACCE inverter system configuration for induction heating according to the prior art,
도 4는 도 3의 종래기술에 따른 유도가열을 위한 ACCE 인버터 시스템 동작 파형도,4 is an operation waveform diagram of the ACCE inverter system for induction heating according to the prior art of FIG.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고출력 제어용 ACCE 인버터 시스템 구성도,5 is a configuration diagram of the ACCE inverter system for high power control according to the first embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 고출력 제어용 ACCE 인버터 시스템의 동작 모드,6 is an operating mode of the ACCE inverter system for high power control according to the present invention;
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 고출력 제어용 ACCE 인버터 시스템 구성도.7 is a block diagram of a high power control ACCE inverter system according to a second embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 입력전원 20: 정류기10: input power 20: rectifier
30: LC 필터 40: 인버터 주회로30: LC filter 40: inverter main circuit
50: 인버터 보조회로 60: 부하50: inverter auxiliary circuit 60: load
100: 스위칭 제어부 110: 펄스 발생기100: switching control unit 110: pulse generator
120: 부하전류검출부 130: 주스위치 전압검출부120: load current detector 130: main switch voltage detector
140: 주스위치 제어신호결정부 150: 게이트 구동회로140: main switch control signal determination unit 150: gate driving circuit
160: 영전압 검출부160: zero voltage detection unit
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고출력 제어용 액티브-클램프트 클래스-E 인버터 시스템은 교류전원 인입수단; 상기 교류전원 인입수단을 통해 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류수단; 상기 정류수단에 의해 정류된 전원을 평활하는 초크코일 및 콘덴서로 구성된 평활수단; 상기 평활수단에 의해 평활된 전원을 입력받아 스위칭하여 부하에 전원을 공급하기 위하여 주스위치를 포함하는 인버터; 상기 부하에 대하여 상기 인버터와 병렬연결되면서 보조스위치를 포함하는 인버터 보조회로; 및 상기 주스위치 양단전압의 크기에 따라 모드를 절환하여 고출력 제어를 할 수 있도록 하는 스위칭 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the high-power control active-clamp class-E inverter system of the present invention comprises: AC power supply means; Rectifying means for rectifying the AC power inputted through the AC power inlet means into a DC power source; Smoothing means comprising a choke coil and a condenser for smoothing the power rectified by the rectifying means; An inverter including a main switch for supplying power to the load by switching the power input smoothed by the smoothing means; An inverter auxiliary circuit connected to the inverter with respect to the load and including an auxiliary switch; And switching control means for switching the mode according to the magnitude of the voltage across the main switch to enable high power control.
바람직하게는, 본 발명의 상기 스위칭 제어수단은, 상기 주스위치 양단전압이 기준전압보다 작으면 상기 보조스위치를 동작시키기 위한 제어신호를 상기 보조스위치에 인가하지 않고, 상기 주스위치 양단전압이 기준전압보다 크면 상기 보조스위치를 동작시키기 위한 제어신호를 상기 보조스위치에 인가하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the switching control means of the present invention, if the voltage across the main switch is less than the reference voltage does not apply a control signal for operating the auxiliary switch to the auxiliary switch, the voltage across the main switch is a reference voltage If greater than that, it is characterized in that for applying the control signal for operating the auxiliary switch to the auxiliary switch.
바람직하게는, 상기 스위칭 제어수단은, 상기 인버터의 주파수 및 펄스를 제어하는 펄스발생기; 상기 부하에 흐르는 전류를 피드백하여 영전류 검출기에서 영전류와 비교함으로써 상기 주스위치의 제어신호 인가용 펄스를 만들기 위한 부하전류 검출부; 상기 주스위치의 양단전압을 피드백시켜 상기 기준전압과 비교하고, 상기 보조스위치를 제어하기 위한 펄스를 발생시키는 주스위치 전압검출부; 상기 펄스발생기의 출력과 상기 부하전류검출부의 출력을 논리결합하여 주스위치의 제어신호의 인가여부를 결정하는 주스위치 제어신호결정부; 및 상기 주스위치 제어신호결정부와 상기 주스위치 전압검출부에서 출력되는 로직레벨의 신호를 스위치 구동용 신호로 변환하여 출력하는 게이트 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the switching control means, the pulse generator for controlling the frequency and pulse of the inverter; A load current detector for feeding back a current flowing through the load and comparing the zero current in a zero current detector to generate a pulse for applying a control signal of the main switch; A main switch voltage detector for feeding back voltages of the main switch to be compared with the reference voltage and generating a pulse for controlling the auxiliary switch; A main switch control signal determining unit configured to logically combine an output of the pulse generator and an output of the load current detection unit to determine whether to apply a control signal of the main switch; And a gate driver converting a logic level signal output from the main switch control signal determination unit and the main switch voltage detection unit into a switch driving signal and outputting the signal.
바람직하게는, 본 발명의 상기 스위칭 제어수단은, 상기 인버터의 주파수 및 펄스를 제어하는 펄스발생기; 상기 주스위치의 양단전압을 피드백시켜 상기 기준전압과 비교하고, 상기 보조스위치를 제어하기 위한 펄스를 발생시키는 주스위치 전압검출부; 상기 주스위치 전압검출부에 피드백된 주스위치의 양단전압을 이용하여 영전압 검출을 수행하는 영전압검출부; 상기 펄스발생기의 출력과 상기 부하전류검출부의 출력을 논리결합하여 주스위치의 제어신호의 인가여부를 결정하는 주스위치 제어신호결정부; 및 상기 주스위치 제어신호결정부와 상기 주스위치 전압검출부에서 출력되는 로직레벨의 신호를 스위치 구동용 신호로 변환하여 출력하는 게이트 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the switching control means of the present invention, the pulse generator for controlling the frequency and pulse of the inverter; A main switch voltage detector for feeding back voltages of the main switch to be compared with the reference voltage and generating a pulse for controlling the auxiliary switch; A zero voltage detector configured to perform zero voltage detection using voltages at both ends of the main switch fed back to the main switch voltage detector; A main switch control signal determining unit configured to logically combine an output of the pulse generator and an output of the load current detection unit to determine whether to apply a control signal of the main switch; And a gate driver converting a logic level signal output from the main switch control signal determination unit and the main switch voltage detection unit into a switch driving signal and outputting the signal.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can more easily implement the present invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고출력 제어용 ACCE 인버터 시스템 구성도로서, 전원 공급부(10), 전원 공급부(10)를 통해 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부(20), 정류된 전원을 평활하는 초크코일(Lf) 및 콘덴서(Cf)로 구성된 평활부(30), 평활된 전원을 입력받아 스위칭하여 부하에 전원을 공급하는 인버터 주회로(40), 인버터 보조회로(50) 및 주 스위치에 걸리는 전압의 크기에 따라 모드를 절환하여 고출력 제어를 할 수 있도록 하는 스위칭 제어부(100)로 구성된다.5 is a block diagram of a high power control ACCE inverter system according to a first embodiment of the present invention, the rectifier 20 for rectifying the AC power input through the power supply unit 10, the power supply unit 10 to the DC power, rectification Smoothing unit 30 composed of choke coil (L f ) and condenser (C f ) smoothing the power supply, the inverter main circuit 40 for supplying power to the switch by switching the smoothed power supply, the inverter auxiliary circuit ( 50) and a switching control unit 100 for switching the mode according to the magnitude of the voltage applied to the main switch to enable high output control.
여기서, 스위칭제어부(100)는 ACCE 인버터의 주파수 및 펄스를 제어하는 펄스 발생기(110), 부하단의 전류를 피드백하여 영전류 검출기에서 영전류와 비교함으로써 주 스위치(44)의 제어신호 인가용 펄스를 만들기 위한 부하전류 검출부(120), 주 스위치의 양단간에 걸리는 전압을 피드백하여 일정전압과 비교하여 보조스위치를 제어하기 위한 펄스를 발생시키는 주스위치 전압검출부(130), 펄스발생기의 출력과 부하전류검출부의 출력을 논리결합하여 주스위치의 제어신호를 결정하는 주스위치 제어신호결정부(140) 및 주스위치 제어신호결정부(140)와 주스위치 전압검출부에서 출력되는 로직레벨의 신호를 스위치 구동용 신호로 변환하여 출력하는 게이트 구동회로(150)로 구성된다.Here, the switching control unit 100 feedbacks the pulse generator 110 for controlling the frequency and pulse of the ACCE inverter, the current of the load terminal and compares the zero current in the zero current detector with the pulse for applying the control signal of the main switch 44. The load current detection unit 120 for making a circuit, the main switch voltage detection unit 130 for generating a pulse for controlling the auxiliary switch by comparing the voltage applied between the both ends of the main switch to a predetermined voltage, the output and load current of the pulse generator The switch of the logic level output from the main switch control signal determiner 140 and the main switch control signal determiner 140 and the main switch voltage detector to logically couple the output of the detector to determine the control signal of the main switch The gate driving circuit 150 converts and outputs the signal.
ACCE 인버터의 주파수 및 펄스를 제어하는 펄스 발생기(110)는 ACCE 인버터의 영전압 스위칭을 이루기 위해 일정한 턴-오프 시간을 유지하기 위한 멀티바이브레이터를 이용하고, 펄스 발생기(110)는 기본적인 ACCE 인버터의 제어와 동일한 개념을 갖는다.The pulse generator 110 that controls the frequency and pulse of the ACCE inverter uses a multivibrator to maintain a constant turn-off time to achieve zero voltage switching of the ACCE inverter, and the pulse generator 110 controls the basic ACCE inverter. Has the same concept as
도 6은 본 발명에 따른 고출력 제어용 ACCE 인버터 시스템의 동작 모드로서, 도 6(a)는 주스위치 양단전압이 기준전압보다 낮은 경우이고, 도 6(b)는 주스위치 양단전압이 기준전압보다 높은 경우이다.6 is an operation mode of a high power control ACCE inverter system according to the present invention, Figure 6 (a) is a case where the voltage across the main switch is lower than the reference voltage, Figure 6 (b) is a voltage across the main switch higher than the reference voltage If it is.
본 발명에 따른 ACCE 인버터의 제어 모드는 크게 두 가지로 나누어지는 바, 부하전류검출부(120)를 통하여 부하전류를 피드백시켜 서로 다른 공진주파수(인버터 보조회로(50)의 클램프 콘덴서(Cb)를 포함하여 동작하거나 포함하지 않고 동작)에서 동작하는 모드(도 6(a))와, 주스위치(44)의 전압을 피드백하여 일정한 전압으로 클램프 할 수 있도록 인버터 보조회로(50)의 보조 스위치(52)를 제어하는 동작모드(도 6(b))이다.The control mode of the ACCE inverter according to the present invention is largely divided into two bars. The load current is fed back through the load current detection unit 120 to provide different resonance frequencies (clamp capacitors C b of the inverter auxiliary circuit 50). 6 (a) and the auxiliary switch 52 of the inverter auxiliary circuit 50 so that the voltage of the main switch 44 can be fed back and clamped to a constant voltage. Is an operation mode (Fig. 6 (b)).
먼저 도 6(a)는 부하전류제어에 의한 동작모드로서, 상세히 설명하면 다음과 같다. 부하전류 검출부(120)는 부하전류를 피드백하여 영전류 검출기에서 영전류와 비교하여 피드백된 부하전류가 영보다 클 경우 주스위치(44)에 제어신호를 인가할 수 있는 펄스를 발생한다. 이러한 펄스는 영전압 스위칭을 이루기 위해 주스위치 제어신호를 결정하는 주스위치 제어신호결정부(140)에 인가되며 펄스발생기(110)의 출력신호와 논리결합되어 최종적인 주스위치 제어신호가 결정된다. 따라서 ACCE 인버터 시스템은 서로 다른 공진 주파수를 갖고 동작이 이루어지지만 부하전류 제어루프에 의해 주스위치(44)가 펄스폭변조되어 영전압 스위칭을 안정적으로 이루게 된다.First, Figure 6 (a) is an operation mode by the load current control, it will be described in detail as follows. The load current detection unit 120 feeds back the load current and generates a pulse capable of applying a control signal to the main switch 44 when the load current fed back is greater than zero by comparing with the zero current in the zero current detector. The pulse is applied to the main switch control signal determination unit 140 that determines the main switch control signal to achieve zero voltage switching, and is logically coupled with the output signal of the pulse generator 110 to determine the final main switch control signal. Therefore, although the ACCE inverter system operates with different resonance frequencies, the main switch 44 is pulse-width modulated by the load current control loop to achieve zero voltage switching in a stable manner.
한편, 도 6(b)는 주스위치(44)의 전압제어 동작모드이다. 상기에서 언급한 바와 같이 주스위치(44)의 양단전압이 기준전압보다 작은 경우 인버터보조회로(50)의 보조스위치(52)를 동작시키기 위한 펄스는 발생하지 않고, ACCE 인버터 시스템은 도 6(a)처럼 CE 인버터 시스템과 동일하게 동작을 이루게 된다. 반면 주스위치 전압검출부(130)에서의 비교 결과 주스위치(44)의 양단전압이 기준전압과 크게 되면 보조스위치(52)를 구동시키기 위한 펄스를 발생되어, ACCE 인버터 시스템과 같이 동작하게 된다. 이 때 주 스위치(44)의 전압은 보조스위치(52)의 턴-온에 의해 거의 일정한 전압으로 클램프 된다.6 (b) shows the voltage control operation mode of the main switch 44. As mentioned above, when the voltage at both ends of the main switch 44 is smaller than the reference voltage, a pulse for operating the auxiliary switch 52 of the inverter auxiliary circuit 50 does not occur, and the ACCE inverter system is shown in FIG. It works the same as the CE inverter system. On the other hand, when the comparison result of the main switch voltage detection unit 130, the voltage of both ends of the main switch 44 is greater than the reference voltage generates a pulse for driving the auxiliary switch 52, it operates like an ACCE inverter system. At this time, the voltage of the main switch 44 is clamped to a substantially constant voltage by the turn-on of the auxiliary switch 52.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 고출력 제어용 ACCE 인버터 시스템 구성도이다.7 is a configuration diagram of an ACCE inverter system for high power control according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예의 기본적인 회로 구성 및 동작은 도 5의 제1 실시예와 동일하며, 여기서 차이나는 부분은 주 스위치의 영전압 스위칭을 보장하기 위해 부하전류를 검출하는 대신 영전압검출부(160)는 주스위치 전압검출부의 피드백전압을 이용하여 영전압 검출을 수행한다는 것이다.The basic circuit configuration and operation of the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment of FIG. 5, where the difference is the zero voltage detector 160 instead of detecting the load current to ensure zero voltage switching of the main switch. ) Denotes zero voltage detection using the feedback voltage of the main switch voltage detector.
본 발명은 ACCE 인버터 시스템에 하이브리드 제어방법을 사용함으로써 ACCE 인버터 시스템의 고출력을 기대할 수 있으며, 주 스위치의 전압 스트레스를 감소시킬 수 있고, 보조 스위치의 스위칭 감소로 인하여 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 동일 출력을 낼 경우 주 및 보조 스위치의 전달 전력 감소로 인해 주 스위치 및 보조 스위치의 이용률을 극대화 할 수 있다.The present invention can expect the high output of the ACCE inverter system by using the hybrid control method in the ACCE inverter system, can reduce the voltage stress of the main switch, and can reduce the switching loss due to the reduced switching of the auxiliary switch. In addition, the same output can maximize the utilization of the primary and secondary switches due to the reduced transfer power of the primary and secondary switches.
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