KR100709902B1 - A Method For Controlling Output Voltage of PWM Inverter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위칭 소자들로 이루어지는 브리지회로와 LC 회로를 포함하여 구성되는 PWM 인버터의 출력 전압 제어방법에 있어서, 브리지회로를 구성하는 스위칭 소자 중 정현파의 일 극성을 구현하기 위한 한 쌍의 스위칭 소자 사이의 노드 전압이 HIGH가 되도록 하는 시간 폭(thi)이 각 샘플링 시점에서 출력 정현파의 디지털 값(VO)에 비례하도록 상기 HIGH가 되는 시간 폭을 VO = k·thi (k는 상수)로 제어하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for controlling an output voltage of a PWM inverter comprising a bridge circuit and an LC circuit comprising switching elements, the pair of switching elements for implementing one polarity of a sine wave among the switching elements constituting the bridge circuit. V O = k · t hi (k is a constant) such that the time width t hi for increasing the node voltage of is proportional to the digital value V O of the output sinusoid at each sampling point. It characterized in that the control.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 상부 스위칭 소자가 ON인 시간을 출력 정현파의 디지털 값에 비례하도록 제어함으로써 인버터를 소형화하면서도 안정된 출력 전압을 얻을 수 있는 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, by controlling the time that the upper switching element is ON to be proportional to the digital value of the output sine wave, it is possible to provide a method for obtaining a stable output voltage while miniaturizing the inverter.

인버터, 공진, 주파수, PWM, 펄스폭, 제어. Inverter, resonance, frequency, PWM, pulse width, control.

Description

ＰＷＭ 인버터의 출력전압 제어방법{A Method For Controlling Output Voltage of PWM Inverter} A Method For Controlling Output Voltage of PWM Inverter

도 1은 일반적인 단상 PWM 인버터의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a typical single phase PWM inverter.

도 2는 이해를 돕기 위해 도 1의 브리지회로 중 정현파의 (+)극성을 얻기 위한 회로부만을 도시한 것이다.FIG. 2 shows only a circuit part for obtaining the positive polarity of the sine wave in the bridge circuit of FIG. 1 for better understanding.

도 3은 도 2에서 Vk 값의 변화에 따른 L1 에 흐르는 전류 IL 의 변화를 도시한 파형도이다.FIG. 3 is a waveform diagram illustrating a change in current I L flowing in L 1 according to a change in V k value in FIG. 2.

본 발명은 PWM 인버터의 출력전압 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부 스위치가 ON인 시간을 출력 정현파의 디지털 값에 비례하도록 제어함으로써 장치를 소형화하면서도 안정적인 출력 전압을 얻을 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling an output voltage of a PWM inverter, and more particularly, to a method for minimizing a device and obtaining a stable output voltage by controlling the time that an upper switch is ON to be proportional to the digital value of an output sine wave. .

인버터는 직류 전원을 안정된 교류 전원으로 변환하여 주는 장치로서, 본 발명은 특히 풀브리지 형태의 직렬 공진형 인버터에 관한 것이다.An inverter converts a direct current power source into a stable alternating current source, and the present invention relates in particular to a series bridge type inverter.

도 1에는 일반적인 단상 PWM 인버터의 회로도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면 인버터에는 DC 바이어스 전압 VDD 가 인가되고, 브리지 회로를 구성하는 4개의 스위칭 소자 Q1 ~ Q4의 ON, OFF에 따라 이웃한 스위칭 소자 간의 전압 VKA 및 VKB 값이 VDD 또는 0V가 된다. 인버터의 출력전압 VO 는 VKA 와 VKB 의 차이며, 이 출력전압은 기준신호와 비교되어 양 전압의 차에 따라 스위칭 소자의 ON, OFF 시간 즉, 펄스폭을 제어하여 출력 교류 전압이 안정화된다. 1 shows a circuit diagram of a typical single phase PWM inverter. Referring to FIG. 1, a DC bias voltage V DD is applied to an inverter, and voltages V KA and V KB between neighboring switching elements are V DD or V according to ON and OFF of four switching elements Q1 to Q4 constituting the bridge circuit. 0V. The output voltage V O of the inverter is the difference between V KA and V KB , and this output voltage is compared with the reference signal, and the output AC voltage is stabilized by controlling ON / OFF time, that is, pulse width, of the switching element according to the difference between the two voltages. do.

즉, 스위칭 소자에 의해 얻어진 구형파가 L과 C를 거치면서 정현파로 변환되어 출력되며, 전압 피드백에 의해 안정된 출력 교류 전압이 얻어진다.That is, the square wave obtained by the switching element is converted into a sine wave through L and C, and is output, and a stable output AC voltage is obtained by voltage feedback.

그러나, 상기 회로에서 L1 , L2 , C1 , C2 , C 3, C4 , C5 로 구성되는 LC 공진 회로에 의해 특유의 공진 주파수가 존재하게 되며 이러한 공진 주파수와 차이가 많은 주파수를 출력하려면 제어가 매우 불안정해진다. However, in the circuit, a unique resonant frequency exists by the LC resonant circuit composed of L 1 , L 2 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , and C 5 , and a frequency having a large difference from the resonant frequency The control is very unstable to output.

따라서, 출력 전압의 주파수와 LC 공진 주파수가 비슷하도록 각 L과 C의 값을 정할 필요가 있다. Therefore, it is necessary to determine the values of L and C so that the frequency of the output voltage and the LC resonant frequency are similar.

그러나, 종래 방식에 의해 통상적인 인버터의 출력 주파수인 50 ~ 60Hz를 구현하기 위해서는 L의 값이 상당히 커야 하므로 인덕터의 크기가 커져 인버터의 크기가 커지고 제조 단가가 높아지는 문제점이 있다. However, in order to implement the output frequency of the conventional inverter 50 ~ 60Hz by the conventional method, the value of L must be considerably large, so that the size of the inductor increases, the size of the inverter increases, and the manufacturing cost increases.

따라서, 종래 인버터의 출력 전압을 제어하는 방법을 불합리한 점을 극복하 고 장치의 소형화를 만족하면서도 안정적인 제어가 가능한 방법에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.Accordingly, there is an increasing demand for a method capable of controlling the output voltage of a conventional inverter without sacrificing and satisfying the miniaturization of the device while enabling stable control.

본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상부 스위치가 ON인 시간을 출력 정현파의 디지털 값에 비례하도록 제어함으로써 인버터를 소형화하면서도 안정된 출력 전압을 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method capable of obtaining a stable output voltage while minimizing an inverter by controlling the time that the upper switch is ON to be proportional to the digital value of the output sine wave. It is.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 스위칭 소자들로 이루어지는 브리지회로와 LC 회로를 포함하여 구성되는 PWM 인버터의 출력 전압 제어방법에 있어서, 브리지회로를 구성하는 스위칭 소자 중 정현파의 일 극성을 구현하기 위한 한 쌍의 스위칭 소자 사이의 노드 전압이 HIGH가 되도록 하는 시간 폭(thi)이 각 샘플링 시점에서의 출력 정현파의 디지털 값(VO)에 비례하도록 상기 HIGH가 되는 시간 폭을 VO = k·thi (k는 상수)로 제어하는 것을 특징으로 하는 PWM 인버터의 출력 전압 제어방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, in the output voltage control method of the PWM inverter comprising a bridge circuit and an LC circuit consisting of switching elements, a sine wave of the switching elements constituting the bridge circuit The time at which the time width t hi for the node voltage between a pair of switching elements to realize one polarity of HIGH becomes proportional to the digital value V O of the output sinusoid at each sampling time point. Provided is a method for controlling the output voltage of a PWM inverter, characterized in that the width is controlled by V 0 = k · t hi (k is a constant).

여기서, 상기 식은 상기 한 쌍의 스위칭 소자 사이의 노드와 출력단 간에 직렬 연결된 인덕터에 흐르는 전류의 증가량(①)이 전류의 감소량(②)와 동일하다는 하기 식Here, the equation is the following equation that the increase amount (①) of the current flowing in the inductor connected in series between the node and the output terminal between the pair of switching elements is equal to the decrease amount (②) of the current

Figure 112005050503282-pat00001
에서 도출된다.
Figure 112005050503282-pat00001
Derived from

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 이해를 돕기 위해 도 1의 브리지회로 중 정현파의 (+)극성을 얻기 위한 회로부만을 도시한 것이고, 도 3은 도 2에서 Vk 값의 변화에 따른 L1 에 흐르는 전류 IL 의 변화를 도시한 파형도이다.FIG. 2 illustrates only a circuit part for obtaining a positive polarity of a sine wave in the bridge circuit of FIG. 1 for better understanding, and FIG. 3 shows a change in current I L flowing in L 1 according to a change in V k value in FIG. 2. Is a waveform diagram illustrating

도 2에서 스위칭 소자 Q1 과 Q2 의 동작에 따라 Vk의 전압은 VDD 또는 0V가 되고 이에 대응되는 인덕터 L1에 흐르는 전류의 변화는 도 3과 같다.2 shows the switching elements Q 1 and Q 2 . According to the operation, the voltage of V k becomes V DD or 0 V and the change of the current flowing in the inductor L 1 corresponding thereto is shown in FIG. 3.

도 3에서 Q1이 ON되고 Q2가 OFF일 때 VK는 VDD전압이 나타나고 L1에 흐르는 전류는 증가하며 Q1이 OFF되고 Q2가 ON일 때는 VK는 0V가 되어 L1에 흐르는 전류는 감소한다.In Figure 3 the V K becomes 0V L 1 when the when Q 1 is turned ON and Q 2 is OFF V K appears the V DD voltage increase current flowing in L 1 and Q 1 is turned OFF, and Q 2 is ON The current flowing decreases.

이 때의 전류 증가량과 감소량은 동일하여 평형 상태가 이루어지며 이를 수식으로 나타내면 하기 수학식1과 같다.At this time, the current increase amount and the decrease amount are equal to each other, and an equilibrium state is formed.

Figure 112005050503282-pat00002
Figure 112005050503282-pat00002

수학식 1에서 thi 는 Q1이 ON되고 Q2가 OFF가 되어 VK가 VDD V가 되는 시간 범위를 의미하고 tlo는 Q1이 ONFF고 Q2가 ON가 되어 VK가 0V가 되는 시간 범위를 나타낸다.In equation 1 t hi is Q 1 is turned ON and Q 2 is an OFF V K is meant the time span in which the V DD V and t lo is Q 1 is a ONFF and Q 2 is ON V K is 0V is It represents the time range which becomes.

식 ①은 전류의 증가분이고 식 ②는 전류의 감소분이다. 이 두 값은 동일한 값이므로 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Equation ① is the increase in current and Equation ② is the decrease in current. Since these two values are the same value, they can be expressed as in Equation 2 below.

Figure 112005050503282-pat00003
Figure 112005050503282-pat00003

식 ④에서

Figure 112005050503282-pat00004
은 Q1, Q2의 스위칭 주파수를 나타내므로 전원전압 VDD와 스위칭 주기가 비례하도록 하면,In equation ④
Figure 112005050503282-pat00004
Since Q 1 and Q 2 represent the switching frequency, if the power supply voltage V DD is proportional to the switching period,

즉, k(Thi + tlo) = VDD 가 되도록 하면,In other words, let k (T hi + t lo ) = V DD ,

VO = k·thi ---- ⑤ 이 되고, 임의로 설정된 thi의 값에 의해서 출력 전압이 얻어진다. 즉, Thi의 값이 샘플링 시점에서의 출력 정현파의 디지털 값을 상수 k로 나눈 값이 되도록 Thi를 변화시키면 그에 대응하는 출력 파형을 얻을 수 있다. V O = k · t hi ---- ⑤, and the output voltage is obtained by the value of t hi , which is arbitrarily set. That is, the value of T hi number by changing the T hi such that the value obtained by dividing the digital values of the sine-wave output at the sampling time k by a constant gain the output waveforms corresponding thereto.

상기의 사항을 도 1의 전체 회로로 확대 적용하면, Q1과 Q2에 의해 출력 전압을 제어할 때 Q3를 ON으로 Q4를 OFF로 하여 VKB를 0V로 출력하고, 역으로 Q3과 Q4에 의해 출력 전압을 제어할 때 Q1를 OFF으로 Q2를 ON으로 하여 VKA를 0V로 출력함으로써 출력단은 AC 정현파의 (+) 및 (-) 극성을 구현할 수 있다. To enlarge applied to the entire circuit of the above information is also 1, Q 1 and to control the output voltage by Q 2 and outputs a V KB to the Q 3 a to Q 4 in OFF ON to 0V, to the station Q 3 and Q 4 by outputting the V KA to the Q 2 to Q 1 from OFF to control the output voltage to 0V to oN by the output stage of the AC sine wave (+) and (-) polarity can be implemented ().

상기와 같은 본 발명에 따르면, 상부 스위치가 ON인 시간을 출력 정현파의 디지털 값에 비례하도록 제어함으로써 인버터를 소형화하면서도 안정된 출력 전압을 얻을 수 있는 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, by controlling the time that the upper switch is ON to be proportional to the digital value of the output sine wave, it is possible to provide a method that can obtain a stable output voltage while miniaturizing the inverter.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

Claims (2)

스위칭 소자들로 이루어지는 브리지회로와 LC 공진회로를 포함하여 구성되는 PWM 인버터의 출력 전압 제어방법에 있어서,In the output voltage control method of a PWM inverter comprising a bridge circuit and an LC resonant circuit consisting of switching elements, 브리지회로를 구성하는 스위칭 소자 중 정현파의 일 극성을 구현하기 위한 한 쌍의 스위칭 소자 사이의 노드 전압이 HIGH가 되도록 하는 시간 폭(thi)이 각 샘플링 시점에서 출력 정현파의 디지털 값(VO)에 비례하도록 상기 HIGH가 되는 시간 폭을 Among the switching elements constituting the bridge circuit, a time width (t hi ) for the node voltage between a pair of switching elements for implementing one polarity of the sine wave to be HIGH is the digital value of the output sine wave at each sampling point (V O ). The time width at which the HIGH becomes proportional to VO = k·thi (k는 상수)V O = k · t hi (k is a constant) 로 제어하는 것을 특징으로 하는 PWM 인버터의 출력 전압 제어방법.Output voltage control method of a PWM inverter, characterized in that controlled by. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 식은 상기 한 쌍의 스위칭 소자 사이의 노드와 출력단 간에 직렬 연결된 인덕터에 흐르는 전류의 증가량(①)이 전류의 감소량(②)와 동일하다는 하기 식Equation (1) is an increase amount (1) of a current flowing through an inductor connected between a node and an output terminal between the pair of switching elements equal to the decrease amount (2) of a current.
Figure 112007000044920-pat00005
Figure 112007000044920-pat00005
 (여기서, VDD 는 전원 전압, tlo는 한 쌍의 스위칭 소자 사이의 노드 전압이 LOW가 되도록 하는 시간 폭임)Where V DD is the supply voltage and t lo is the time span for the node voltage between the pair of switching elements to be LOW. 에서 도출되는 것을 특징으로 하는 PWM 인버터의 출력 전압 제어방법.Output voltage control method of a PWM inverter, characterized in that derived from.
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