KR100898259B1 - 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터 - Google Patents

전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터 Download PDF

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KR100898259B1 KR1020070041070A KR20070041070A KR100898259B1 KR 100898259 B1 KR100898259 B1 KR 100898259B1 KR 1020070041070 A KR1020070041070 A KR 1020070041070A KR 20070041070 A KR20070041070 A KR 20070041070A KR 100898259 B1 KR100898259 B1 KR 100898259B1
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Abstract

본 발명은 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터에 관한 것으로, 제 1 내지 제 5 커패시터, 제 1 내지 제 8 MOSFET 스위치, DC/DC 컨버터, 마이크로 컨트롤 유니트 등으로 구성하여, 커패시터 전하 펌프 방식으로 출력 전압을 연속적으로 높이고 낮추어 정현파에 매우 가까운 교류전력을 얻을 수 있다. 또한, 고조파의 발생을 최소화하고 변압기가 필요 없는 장점이 있다.
인버터, 커패시터, 전하 펌프, 펄스폭변조, 다중전위

Description

전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터{Power Inverter Using a Charge Pump Technique}
도 1은 종래의 펄스폭 변조의 출력 파형도
도 2는 종래의 기술에서 독립된 분리 전원을 사용하는 다중전위 인버터의 회로도
도 3은 다중전위 인버터의 출력 전압 파형도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터의 회로도
도 5는 본 발명에서 제안된 직류에서 교류를 생성하는 인버터의 전 과정을 나타낸 동작 순서도
도 6은 본 발명에 의한 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터의 출력 교류 파형을 나타낸 파형도
[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ]
101 : DC/DC 컨버터 102 : 마이크로 컨트롤 유니트
본 발명은 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터에 관한 것으로, 특히 연료전지 혹은 태양광 발전으로 얻어지는 직류전원에서 가정용 혹은 산업용 전기기기를 구동하기 위한 상용 교류전원을 얻는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터에 관한 것이다.
이런 전력 변환 인버터를 위해 가장 널리 사용되는 방법은 펄스폭변조 방식이다(Rashid M.H.(2001) Power Electronics Handbook. Academic Press, 539-562 : 참고문헌 1).
상기 참고문헌 1에 개시된 인버터는 MOSFET 혹은 IGBT의 스위치와 필터로 구성되어 있으며, 스위치의 온오프 주기를 조절하여 평균적으로 정현파를 만들고 필터로 포함된 고조파를 제거한다.
도 1에 입력 직류 전원을 온오프 하여 얻게 되는 펄스폭변조의 전압 파형이 나타나 있다. 이 방식은 회로가 매우 간단하지만 도 1에서 알 수 있듯이 전압 파형에 많은 고조파를 포함하고 있어 다량의 전자기파를 발생한다.
다음으로 많은 연구가 되고 있는 것으로, 도 2에 나타나 있는 다중전위 인버터이다(Thomas, G. H.(1994) Power Inverter for Generating Voltage Regulated Sine Wave Replica. US Patent No. 5,373,433: 참고문헌 2, Calais, M. et al.(1999) Multilevel Converters for Single-phase Grid Connected Photovoltaic Systems: an Overview. Solar Energy, 66, 325-335: 참고문헌 3). 상기 참고문헌 2 및 3에 개시된 다중전위 인버터는 여러 독립된 전원과 전력 반도체 스위치로 구성되어 있으며, 스위치를 순차적으로 켜고 끔에 따라 도 3에 나타나 있는 것과 같은 정현파를 근사하는 계단형태의 파형을 얻을 수 있다. 전원의 숫자와 스위치의 숫자가 많으면 많을수록 정현파에 더 가까운 파형을 얻을 수 있다. 외부 배선과 회로가 복잡하고 각 단위 전원의 부하가 다르다는 등의 단점이 있다. 이 유형에 속하는 다양한 형태의 인버터가 제안되어 있다(참고문헌 2 및 3).
상기 다중전위 인버터의 배선이 복잡하고 각 단위 전원의 부하가 다르다는 단점을 극복하는 변압기를 사용하는 인버터도 연구되어지고 있다(Park, S.J. et al.(2005) A Novel Switching Strategy for Improving Modularity and Manufacturability of Cascaded-transformer-based Multilevel Inverters. Electric Power Systems Research, 74, 409-416: 참고문헌 4).
하지만, 상기 참고문헌 4에 개시된 인버터는 변압기를 사용하기 때문에 접지 분리가 이루어지는 장점이 있으나, 변압기 손실과 부피와 무게가 커지는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 연료전지 또는 태양광 발전으로 얻은 직류전원으로부터 전하 펌프 방식으로 고조파가 적은 교류 전원을 얻을 수 있는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 기존의 펄스폭변조 방식의 인버터가 갖는 많은 고조파를 발생하는 단점과 다중전위 방식의 인버터가 갖는 외부 배선과 회로가 복잡해지는 단점들을 보완한 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 3 목적은 커패시터 전하 펌프 방식의 고조파의 발생을 최소화하는 변압기가 없는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 4 목적은 전하 펌프 방식으로 출력 전압을 연속적으로 높이고 낮추어 정현파에 매우 가까운 교류전력을 얻을 수 있는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터는, 제 1 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 1 노드를 통해 입력된 입력전압(Vin)을 유지하는 제 1 커패시터와; 상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 접속되며 제 1 제어신호에 의해 스위칭하는 제 1 MOSFET 스위치와; 상기 제 2 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 1 MOSFET 스위치의 온(On) 동작 시 상기 입력전압을 충전하는 제 2 커패시터와; 상기 제 2 노드와 제 3 노드 사이에 접속되며 제 2 제어신호에 의해 스위칭하는 제 2 MOSFET 스위치와; 상기 제 3 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 2 MOSFET 스위치의 온(On) 동작 시 상기 제 2 커패시터에 충전된 전하를 수신 받아 충전하는 제 3 커패시터와; 상기 제 1 노드와 제 8 노드 사이에 접속되며 상기 제 8 노드의 전압이 '입력전압(Vin)/n'가 유지되도록 전하를 펌핑하는 DC/DC 컨버터와; 상기 제 8 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 DC/DC 컨버터가 동작하는데 필요한 상기 제 8 노드의 전압(V2)을 충전하는 제 5 커패시터와; 상기 제 8 노드와 제 9 노드 사이에 접속되며 제 3 제어신호에 의해 스위칭하는 제 3 MOSFET 스위치와; 상기 제 9 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 3 MOSFET 스위치의 온(On) 동작 시 상기 제 8 노드의 전압(V2)으로 충전하는 제 4 커패시터와; 상기 제 3 노드와 상기 제 9 노드 사이에 접속되며 제 4 제어신호에 의해 스위칭 되어 상기 제 3 노드의 전압(V1)을 상기 제 9 노드로 방전하는 제 4 MOSFET 스위치와; 상기 제 3 노드와 제 1 출력단자 사이에 접속되며 제 5 제어신호에 의해 스위칭하는 제 1 풀업 스위치와; 상기 제 1 출력단자와 접지단자 사이에 접속되며 제 6 제어신호에 의해 스위칭하는 제 1 풀다운 스위치와; 상기 제 3 노드와 제 2 출력단자 사이에 접속되며 제 7 제어신호에 의해 스위칭하는 제 2 풀업 스위치와; 상기 제 2 출력단자와 접지단자 사이에 접속되며 제 8 제어신호에 의해 스위칭하는 제 2 풀다운 스위치로 구성된 풀-브리지(Full-Bridge) 스위치; 및 상기 제 1 내지 제 8 제어신호를 발생하여 상기 제 2 출력단자를 통해 교류전압을 발생시키도록 제어하는 마이크로 컨트롤 유니트;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컨트롤 유니트는 상기 제 3 노드의 전압(V1)이 출력 정현파 전압(
Figure 112007031841075-pat00001
)보다 낮으면, 상기 제 1 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 2 커패시터를 상기 입력전압(Vin)값으로 충전한 후 상기 제 1 MOSFET 스위치를 오프(Off)하고, 상기 제 2 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 2 커패시터에 충전된 전하로 상기 제 3 커패시터를 충전한 후 상기 제 2 MOSFET 스위치를 오프(Off)하여, 상기 제 3 노드의 전압(V1)을 충전시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 노드의 전압(V1) 값은
Figure 112007031841075-pat00002
(여기서, 위 첨자 k는 상기 충전 조작 횟수이다.)의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컨트롤 유니트는 상기 제 3 노드의 전압(V1)이 출력 정현파 전압(
Figure 112009001351519-pat00003
) 보다 높으면, 상기 제 3 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 4 커패시터를 전압이 낮은 제 5 커패시터로 방전해서 상기 제 8 노드의 전압(V2)과 같도록 한 후 상기 제 3 MOSFET 스위치를 오프(Off)하고, 상기 제 4 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 3 커패시터에 충전된 전하를 상기 제 9 노드로 방전하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 노드의 전압(V1) 값은
Figure 112007031841075-pat00004
(여기서, 윗첨자 k는 상기 충전 조작 횟수이다.)의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컨트롤 유니트는 출력 정현파 전압(
Figure 112007031841075-pat00005
)에서
Figure 112007031841075-pat00006
가 양수이면, 상기 제 5 MOSFET 스위치와 상기 제 8 MOSFET 스위치를 오프(Off)하고, 상기 제 6 MOSFET 스위치와 상기 제 7 MOSFET 스위치를 온(On)하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컨트롤 유니트는 상기 출력 정현파 전압(
Figure 112007031841075-pat00007
)에서
Figure 112007031841075-pat00008
가 음수이면, 상기 제 5 MOSFET 스위치와 상기 제 8 MOSFET 스위치를 온(On)하고, 상기 제 6 MOSFET 스위치와 상기 제 7 MOSFET 스위치를 오프(Off)하는 것을 특징으로 한다.
상기 V1전압이 상기 출력 정현파 전압(
Figure 112007031841075-pat00009
)보다 크면,
Figure 112007031841075-pat00010
가 될 때까지 방전 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기 V1전압이 상기 출력 정현파 전압(
Figure 112009001351519-pat00011
)보다 작으면,
Figure 112009001351519-pat00012
가 될 때까지 충전과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 4 MOSFET 스위치는 N형 MOSFET 스위치로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 풀업 스위치와 상기 제 1 및 제 2 풀다운 스위치는 N형 MOSFET 스위치로 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서 전하 펌프 방식으로 출력 전압을 연속적으로 높이고 낮추어 정현파에 매우 가까운 교류전력을 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시 예
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터의 회로도이다.
상기 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터는 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 노드(Nd1)와 접지단자(Vss) 사이에 접속되며 상기 제 1 노드(Nd1)를 통해 입력된 입력전압(Vin)을 유지하는 제 1 커패시터(C1)와, 상기 제 1 노드(Nd1)와 제 2 노드(Nd2) 사이에 접속되며 제 1 제어신호(S1)에 의해 스위칭하는 제 1 MOSFET 스위치(M1)와, 상기 제 2 노드(Nd2)와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 1 MOSFET 스위치(M2)의 온(On) 동작 시 상기 입력전압(Vin)을 충전하는 제 2 커패시터(C2)와, 상기 제 2 노드(Nd2)와 제 3 노드(Nd3) 사이에 접속되며 제 2 제어신호(S2)에 의해 스위칭하는 제 2 MOSFET 스위치(M2)와, 상기 제 3 노드(Nd3)와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 2 MOSFET 스위치(M2)의 온(On) 동작 시 상기 제 2 커패시터(C2)에 충전된 전하를 수신 받아 충전하는 제 3 커패시터(C3)와, 상기 제 1 노드(Nd1)와 제 8 노드(Nd8) 사이에 접속되며 상기 제 8 노드(Nd8)의 전압이 '입력전압(Vin)/n'가 유지되도록 전하를 펌핑하는 DC/DC 컨버터(101)와, 상기 제 8 노드(Nd8)와 접지단자 사이에 접속되며 상기 DC/DC 컨버터(101)가 동작하는데 필요한 상기 제 8 노드(Nd8)의 전압(V2)을 충전하는 제 5 커패시터(C5)와, 상기 제 8 노드(Nd8)와 제 9 노드(Nd9) 사이에 접속되며 제 3 제어신호(S3)에 의해 스위칭하는 제 3 MOSFET 스위치(M3)와, 상기 제 9 노드(Nd9)와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 3 MOSFET 스위치(M3)의 온(On) 동작 시 상기 제 8 노드의 전압(V2)으로 충전하는 제 4 커패시터(C4)와, 상기 제 3 노드(Nd3)와 상기 제 9 노드(Nd9) 사이에 접속되며 제 4 제어신호(S4)에 의해 스위칭 되어 상기 제 3 노드(Nd3)의 전압(V1)을 상기 제 9 노드(Nd9)로 방전하는 제 4 MOSFET 스위치(M4)와, 상기 제 3 노드(Nd3)와 제 1 출력단자(Nd5) 사이에 접속되며 제 5 제어신호(S5)에 의해 스위칭하는 제 1 풀업 스위치(M5)와, 상기 제 1 출력단자(Nd5)와 접지단자 사이에 접속되며 제 6 제어신호(S6)에 의해 스위칭하는 제 1 풀다운 스위치(M6)와, 상기 제 3 노드(Nd3)와 제 2 출력단자(Nd6) 사이에 접속되며 제 7 제어신호(S7)에 의해 스위칭하는 제 2 풀업 스위치(M7)와, 상기 제 2 출력단자(Nd6)와 접지단자 사이에 접속되며 제 8 제어신호(S8)에 의해 스위칭하는 제 2 풀다운 스위치(M8)로 구성된 풀-브리지(Full-Bridge) 스위치(M5,M6,M7,M8)와, 상기 제 1 내지 제 8 제어신호(S1-S8)를 발생하여 상기 제 2 출력단자(Nd6)를 통해 교류전압을 발생시키도록 제어하는 마이크로 컨트롤 유니트(102)를 포함하여 구성한다.
여기서, 커패시터 C1은 충분히 크게 하여 입력전압 Vin의 전압을 유지하게 한다. 그리고 커패시터 C5에 연결된 DC/DC 컨버터(101)는 셋-업(Step-up) 컨버터로 전압을 n배하는 것으로 전하를 계속 펌프 하여 V2=Vin/n 가 유지되도록 한다.
그리고 상기 제 1 내지 제 4 MOSFET 스위치(M1-M4)는 N형 MOSFET 스위치로 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 풀업 스위치(M5, M7)와 상기 제 1 및 제 2 풀다운 스위치(M6, M8)는 N형 MOSFET 스위치로 구성된 것이 바람직하다.
먼저, V1의 전압을 높이는 충전 과정을 설명한다. MOSFET 스위치 S1을 온(On)하여 커패시터 C2를 Vin값으로 충전한 후 상기 MOSFET 스위치 S1을 오프(Off) 한다. 그런 후 MOSFET 스위치 S2를 온(On)하여 상기 커패시터 C2에 충전된 전하로 커패시터 C3를 충전한 후 상기 MOSFET 스위치 S2를 오프(Off)한다. 이 한 번의 조작으로 V1값의 변화를 나타내는 식은 다음과 같다.
Figure 112007031841075-pat00013
여기서 위첨자 k는 위의 충전 조작 횟수를 의미한다. 상기 수학식 1은 스위치에 의한 손실, 커패시터 충ㆍ방전에 의한 손실, 그리고 부하로 흘러가는 전압 강하가 없다는 가정 아래에서 만족 된다. 이에 대한 내용은 다음의 참고문헌 5에 더 자세히 설명되어 있다.
참고문헌5:
www.analog.com/UploadedFiles/Associate_Docs/73386632Power_sect4.PDF
다음으로, V1의 전압을 낮추는 방전 과정을 설명한다. MOSFET 스위치 S3을 온(On)하여 커패시터 C4의 전압을 V2와 같도록 한다. 그런 후 상기 MOSFET 스위치 S3을 오프(Off)하고 MOSFET 스위치 S4를 온(On)하여 상기 커패시터 C3의 전하를 빼앗는다. 이 조작으로 V1값의 변화를 나타내는 식은 다음과 같다.
Figure 112007031841075-pat00014
여기서 위첨자 k는 위의 방전 조작 횟수를 의미한다. 이 식은 스위치에 의한 손실, 커패시터 충ㆍ방전에 의한 손실, 그리고 부하로 흘러가는 전압 강하가 없다는 가정 아래에서 만족된다.
이상의 커패시터를 스위치 하여 전하를 펌프 하는 기술은 이미 저전력 회로에는 다양하게 사용되고 있다(참고문헌 2). 이 기술은 인덕터를 사용하지 않기 때문에 EMI 방사가 없으며, 90% 이상의 효율이 얻어지는 등의 장점을 가지고 있다.
상기 수학식 1과 수학식 2로 나타나는 충방전 과정을 이용하여 정현파를 만든다. V1의 전압이 출력 정현파 전압
Figure 112009001351519-pat00015
보다 낮으면 충전과정을 수행하여 V1의 전압을 높이고, V1의 전압이 높으면 방전 과정을 수행한다. 여기서 V는 출력 교류전압의 최대값이고, w는 각주파수로 60Hz 교류인 경우
Figure 112009001351519-pat00016
이고, t는 초 단위의 시간이다.
완전한 교류전압을 얻기 위하여
Figure 112007031841075-pat00017
가 양수이면 MOSFET 스위치 S5와 S8은 오프(Off), MOSFET 스위치 S7과 S6은 온(On)한다. 반면에
Figure 112007031841075-pat00018
가 음수이면 반대로 MOSFET 스위치 S5와 S8은 온(On), MOSFET 스위치 S7과 S6은 오 프(Off) 한다. 따라서 이것은 교류 한 사이클에 한 번씩 온/오프를 반복하게 된다.
도 5는 본 발명에서 제안된 직류에서 교류를 생성하는 인버터의 전 과정을 나타낸 동작 순서도이다.
먼저, 상기 마이크로 컨트롤 유니트(102)는 시스템을 초기화(단계 S10) 한 후 상기 제 3 노드(Nd3)의 전압(V1)이 출력 정현파 전압(
Figure 112009001351519-pat00019
)보다 낮으면, 상기 제 1 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 2 커패시터를 상기 입력전압(Vin)값으로 충전한 후 상기 제 1 MOSFET 스위치를 오프(Off)하고, 상기 제 2 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 2 커패시터에 충전된 전하로 상기 제 3 커패시터를 충전한 후 상기 제 2 MOSFET 스위치를 오프(Off)하여, 상기 제 3 노드의 전압(V1)을 충전시키도록 한다.
그리고, 상기 제 3 노드의 전압(V1)이 출력 정현파 전압(
Figure 112009001351519-pat00020
) 보다 높으면, 상기 제 3 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 4 커패시터를 전압이 낮은 제 5 커패시터로 방전하여 상기 제 8 노드의 전압(V2)과 같도록 한 후 상기 제 3 MOSFET 스위치를 오프(Off)하고, 상기 제 4 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 3 커패시터에 충전된 전하를 상기 제 9 노드로 방전하도록 한다.
그 다음, 출력 정현파 전압(
Figure 112007031841075-pat00021
)에서
Figure 112007031841075-pat00022
가 양수이면(단계 S20의 예), 상기 제 5 MOSFET 스위치(M5)와 상기 제 8 MOSFET 스위치(M8)를 오프(Off)하고, 상기 제 6 MOSFET 스위치(M6)와 상기 제 7 MOSFET 스위치(M7)를 온(On)한다(단계 S40).
반면에, 상기 출력 정현파 전압(
Figure 112007031841075-pat00023
)에서
Figure 112007031841075-pat00024
가 음수이면(단계 S20의 아니오), 상기 제 5 MOSFET 스위치(M5)와 상기 제 8 MOSFET 스위치(M8)를 온(On)하고, 상기 제 6 MOSFET 스위치(M6)와 상기 제 7 MOSFET 스위치(M7)를 오프(Off)한다(단계 S30).
그 다음, 상기 V1전압이 상기 출력 정현파 전압(
Figure 112009001351519-pat00025
)보다 크면(단계 S50의 예),
Figure 112009001351519-pat00026
가 될 때까지 방전 과정을 반복하고(단계 S70), 상기 V1전압이 상기 출력 정현파 전압(
Figure 112009001351519-pat00027
)보다 작으면(단계 S50의 아니오),
Figure 112009001351519-pat00028
가 될 때까지 충전과정을 반복한다(단계 S60).
그 다음, 다음 샘플링 시간까지 기다린 후 상기 단계(S10)로 돌아가서 상기 동작을 반복한다(단계 S80).
도 6은 본 발명에 의한 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터의 출력 교류 파형을 나타낸 파형도이다.
상기 출력 교류 파형은 다음 조건에서 모사하였다.
C2 = C4 = C3/10
Sampling Time = 0.1m sec
Vin = 280V
V2 = 28V
부하 = 저항
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터에 의하면, 연료전지 또는 태양광 발전으로 얻은 직류전원으로부터 전하 펌프 방식으로 고조파가 적은 교류 전원을 얻을 수 있다.
또한, 기존의 펄스폭변조 방식의 인버터가 갖는 많은 고조파를 발생하는 단점과 다중전위 방식의 인버터가 갖는 회로가 복잡해지는 단점들을 보완할 수 있다.
또한, 커패시터 전하 펌프 방식의 고조파의 발생을 최소화하는 변압기가 없는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터를 제공할 수 있다.
또한, 전하 펌프 방식으로 출력 전압을 연속적으로 높이고 낮추어 정현파에 매우 가까운 교류전력을 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터에 있어서,
    제 1 노드와 접지단자(Vss) 사이에 접속되며 상기 제 1 노드를 통해 입력된 입력전압(Vin)을 유지하는 제 1 커패시터와;
    상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 접속되며 제 1 제어신호에 의해 스위칭하는 제 1 MOSFET 스위치와;
    상기 제 2 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 1 MOSFET 스위치의 온(On) 동작 시 상기 입력전압을 충전하는 제 2 커패시터와;
    상기 제 2 노드와 제 3 노드 사이에 접속되며 제 2 제어신호에 의해 스위칭하는 제 2 MOSFET 스위치와;
    상기 제 3 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 2 MOSFET 스위치의 온(On) 동작 시 상기 제 2 커패시터에 충전된 전하를 수신 받아 충전하는 제 3 커패시터와;
    상기 제 1 노드와 제 8 노드 사이에 접속되며 상기 제 8 노드의 전압이 '입력전압(Vin)/n'가 유지되도록 전하를 펌핑하는 DC/DC 컨버터와;
    상기 제 8 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 DC/DC 컨버터가 동작하는데 필요한 상기 제 8 노드의 전압(V2)을 충전하는 제 5 커패시터와;
    상기 제 8 노드와 제 9 노드 사이에 접속되며 제 3 제어신호에 의해 스위칭하는 제 3 MOSFET 스위치와;
    상기 제 9 노드와 접지단자 사이에 접속되며 상기 제 3 MOSFET 스위치의 온(On) 동작 시 상기 제 8 노드의 전압(V2)을 충전하는 제 4 커패시터와;
    상기 제 3 노드와 상기 제 9 노드 사이에 접속되며 제 4 제어신호에 의해 스위칭 되어 상기 제 3 노드의 전압(V1)을 상기 제 9 노드로 방전하는 제 4 MOSFET 스위치와;
    상기 제 3 노드와 제 1 출력단자 사이에 접속되며 제 5 제어신호에 의해 스위칭하는 제 1 풀업 스위치, 상기 제 1 출력단자와 접지단자 사이에 접속되며 제 6 제어신호에 의해 스위칭하는 제 1 풀다운 스위치, 상기 제 3 노드와 제 2 출력단자 사이에 접속되며 제 7 제어신호에 의해 스위칭하는 제 2 풀업 스위치, 상기 제 2 출력단자와 접지단자 사이에 접속되며 제 8 제어신호에 의해 스위칭하는 제 2 풀다운 스위치로 구성된 풀-브리지(Full-Bridge) 스위치; 및
    상기 제 1 내지 제 8 제어신호를 발생하여 상기 제 1 및 2 출력단자를 통해 교류전압을 발생시키도록 제어하는 마이크로 컨트롤 유니트;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 컨트롤 유니트는:
    상기 제 3 노드의 전압(V1)이 출력 정현파 전압(
    Figure 112007031841075-pat00029
    )보다 낮으면,
    상기 제 1 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 2 커패시터를 상기 입력전압(Vin)값으로 충전한 후 상기 제 1 MOSFET 스위치를 오프(Off)하고,
    상기 제 2 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 2 커패시터에 충전된 전하로 상기 제 3 커패시터를 충전한 후 상기 제 2 MOSFET 스위치를 오프(Off)하여,
    상기 제 3 노드의 전압(V1)을 충전시키는 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 노드의 전압(V1) 값은:
    Figure 112007031841075-pat00030
    (여기서, 윗첨자 k는 상기 충전 조작 횟수이다.)
    의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 마이크로 컨트롤 유니트는:
    상기 제 3 노드의 전압(V1)이 출력 정현파 전압(
    Figure 112007031841075-pat00031
    ) 보다 높으면,
    상기 제 3 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 4 커패시터를 상기 제 8 노드의 전압(V2)과 같도록 한 후 상기 제 3 MOSFET 스위치를 오프(Off)하고,
    상기 제 4 MOSFET 스위치를 온(On)하여 상기 제 3 커패시터에 충전된 전하를 상기 제 9 노드로 방전하는 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버 터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 노드의 전압(V1) 값은:
    Figure 112007031841075-pat00032
    (여기서, 윗첨자 k는 상기 충전 조작 횟수이다.)
    의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 컨트롤 유니트는:
    출력 정현파 전압(
    Figure 112007031841075-pat00033
    )에서
    Figure 112007031841075-pat00034
    가 양수이면,
    상기 제 5 MOSFET 스위치와 상기 제 8 MOSFET 스위치를 오프(Off)하고,
    상기 제 6 MOSFET 스위치와 상기 제 7 MOSFET 스위치를 온(On)하는 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 마이크로 컨트롤 유니트는:
    상기 출력 정현파 전압(
    Figure 112007031841075-pat00035
    )에서
    Figure 112007031841075-pat00036
    가 음수이면,
    상기 제 5 MOSFET 스위치와 상기 제 8 MOSFET 스위치를 온(On)하고,
    상기 제 6 MOSFET 스위치와 상기 제 7 MOSFET 스위치를 오프(Off)하는 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 V1전압이 상기 출력 정현파 전압(
    Figure 112007031841075-pat00037
    )보다 크면,
    Figure 112007031841075-pat00038
    가 될 때까지 방전 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 V1전압이 상기 출력 정현파 전압(
    Figure 112009001351519-pat00039
    )보다 작으면,
    Figure 112009001351519-pat00040
    가 될 때까지 충전과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 MOSFET 스위치는 N형 MOSFET 스위치로 구성된 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 풀업 스위치와 상기 제 1 및 제 2 풀다운 스위치는 N형 MOSFET 스위치로 구성된 것을 특징으로 하는 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터.
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