KR100919209B1 - 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치 및 방법 - Google Patents
3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치 및 방법Info
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Abstract
본 발명은 삼상 풀 브리지 인버터의 전압 변조 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전압 변조 장치는, 3상 별로 마련되고, 각각 3상 교류 전동기의 상 별 권선의 양단에 각각 접속되어, 기준 전압 신호와 반송파 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호와 펄스 폭 변조 신호의 반전 신호를 출력하는 두 개의 변조 회로 부; 및
반송파 주파수의 전압 고조 파를 상쇄시켜 제거하기 위해서, 상기 두 개의 변조 회로 부 중 어느 하나에 반전된 기준 전압 신호를 제공하는 기준 전압 신호 반전 회로 부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 인버터(inverter)로 구동되는 3상 교류전동기의 전압제어에 관한 것으로, 특히 2개의 3상 인버터를 이용하여 3상 전압을 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter) 방식으로 제어하는 3상 교류전동기용 삼상 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)의 전압 변조 장치 및 전압 변조 방법에 관한 것이다.
인버터와 같은 직류/교류 전력변환장치를 이용하여 교류전동기를 구동할 경우, 인버터 출력 교류전압의 최대 값은 인버터의 직류 링크 전압(Direct Current Link Voltage, 이하 약하여 Vdc로 표기함) 이상으로 크게 할 수 없다. 따라서 높은 정격 전압을 갖는 교류전동기를 낮은 출력전압의 인버터로 구동시키는 방법의 하나로서 풀-브리지(full-bridge) 방식이 이용될 수 있다.
일반적으로 사용되는 3상 인버터는 도 1에 도시된 바와 같이 각 상 인버터가 전력용 반도체 스위치(예컨대 IGBT로 약칭되는 Insulated Gate Bipolar Transistor, Thyristor 등) 1쌍으로 구성된 하프 브리지(half-bridge) 전력용 반도체 스위치 3쌍(Qa+,Qa-; Qb+,Qb-; Qc+,Qc-)을 이용하여 3상용 인버터를 구성한다.
이때 3상 교류전동기의 상 별 권선{도1에서 교류전동기 내 3개의 코일(coil) 참조}의 일단은 인버터 브리지 즉, 상기 하프 브리지(half-bridge) 전력용 반도체 스위치 3쌍(Qa+,Qa-; Qb+,Qb-; Qc+,Qc-) 중 어느 하나에 접속되고, 3상 교류전동기의 상별 권선의 타 단은 중성 점 또는 전동기 결선에 따른 가상의 중성 점에 연결된다.
따라서 한 상의 교류전동기의 권선에 인가되는 전압 크기는 Vdc/2가 된다.
한편, 일반적인 3상 교류전동기와 3상 풀-브리지 인버터의 풀-브리지 접속 구성을 보여주는 등가 회로도인 도 2를 참조하여 상기 풀-브리지 방식에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 2의 등가 회로는 종래기술과 본 발명에 따른 3상 풀-브리지 인버터의 변조 회로가 공통으로 적용될 수 있는 3상 교류전동기와 3상 풀-브리지 인버터의 접속 구성에 대한 등가 회로이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 3상 교류전동기는 원내에 3개의 코일(coil)형 3상 권선을 가진 교류전동기로 표시한 부분으로서, 각각의 상기 3상 권선의 양단은 각기 제 1 인버터(도 2에서 교류전동기의 좌측 회로부분이 제 1 인버터)와 제 2 인버터(도 2에서 교류전동기 우측 회로부분이 제 2 인버터)에 접속된다. 도 2에서 상기 제 1 인버터의 각 상 인버터는 전력용 반도체 스위치 1쌍((Qa1+,Qa1-; Qb1+,Qb1-; Qc1+,Qc1-)으로 구성되고, 상기 제 2 인버터의 각 상 인버터도 전력용 반도체 1쌍((Qa2+,Qa2-; Qb2+,Qb2-; Qc2+,Qc2-)으로 구성된다.
따라서 A,B,C의 3상 중 A상의 권선(도 2의 교류전동기 내 3개의 권선중 최상위의 것)의 경우에, A1 지점 즉, A상 제 1 하프-브리지 연결점이 +Vdc/2에 연결될 때 A2 지점 즉, A상 제 2 하프-브리지 연결점이 -Vdc/2에 연결되도록 전력용 반도체 스위치 Qa1+ 와 Qa2-를 도통하면, 교류전동기 내 A상의 권선에 인가되는 전압은 최대 Vdc까지 될 수 있다. 나머지 두 상 B, C의 경우도 마찬가지로 해당 상의 양 측 하프-브리지의 양 및 음 전력용 반도체를 하나씩 동시 도통함으로써 교류전동기 내 B, C상의 권선에 인가되는 전압도 최대 Vdc까지 될 수 있다.
이와 같이 풀-브리지를 이용한 3상 인버터의 경우, 출력 전압의 최대치를 3상 하프-브리지 인버터에 대비해서 2배까지 증가시킬 수 있다.
그러나 전력용 반도체 스위치의 개수가 2배로 소요되는 단점이 있다. 이러한 단점은 전력용 반도체 스위치의 정격용량이 적용 부하에 비해 부족하여 전력용 반도체 스위치를 병렬로 구성해야 하는 경우에 대비하면, 전력용 반도체 스위치의 수는 병렬로 구성하는 것과 동일하므로 상기 단점이 해소될 수 있다. 또한 출력 전압이 2배로 증가하므로 교류전동기로 흐르는 전류의 크기는 1/2로 감소하여 전류센서의 용량 및 크기를 감축할 수 있고, 교류전동기의 상별 권선의 굵기를 감축할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 점 때문에 풀-브리지 인버터는 주로 대용량 교류 전동기 구동에 활용을 목적으로 연구되어 왔다.
한편, 도 2에 있어서, 3상 교류 전동기 각 상의 권선 양단이 모두 인버터에 접속되어야 하므로, 3상 교류 전동기의 권선은 개방 권선(open winding) 구조를 가져야 한다. 도 2에 있어서, 예컨대 A상 제 1 하프-브리지 연결점(A1)과 제 2 하프-브리지 연결 점(A2)에 인가되는 전압은 크기가 같고 위상이 반대인 경우가 가장 효율적이다. 이렇게 전압을 인가하는 경우 A상 전압은 하프-브리지 연결시에 비해서 2배가 된다. 여기서, A상 제 1 하프-브리지 연결 점(A1)과 제 2 하프-브리지 연결 점(A2)에 인가되는 전압을 크기는 같고 위상이 반대가 되게 하는 방법은 반도체 스위치 Qa1+와 Qa2-의 게이트(gate) 구동신호가 같도록 하고, Qa2+와 Qa1-의 게이트 구동신호가 같도록 게이트 구동신호를 인가하는 것이다.
이러한 게이트 구동신호를 발생시키기 위한 종래기술에 따른 회로 구성은 도 3과 같다. 도 3은 종래기술에 따른 3상 풀-브리지 인버터의 전압 변조 장치의 구성을 보여주는 개략적 회로도로서 특히 3상 교류전동기의 A상 권선에 접속된 4개의 반도체 스위치에 대한 게이트 구동 신호를 발생시키는 개략적 게이트 구동 회로도이고, 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3에 있어서, 기준 전압 신호 발생 원(1)은 실제 인버터에서 발생시키기를 원하는 파형의 기준전압 신호를 만든다.
반송파 신호 발생 원(2)은 펄스 폭 변조 신호를 만들기 위한 삼각파 발생기(삼각파 발생회로)로서 상기 반도체 스위치의 스위칭 주파수가 반송파 신호 발생 원(2)의 반송파 주파수에 의해 결정된다.
펄스 폭 변조 부(3)는 비교기 회로를 포함하고, 상기 비교기 회로는 입력이 기준 전압 신호 발생 원(1) 및 반송파 신호 발생 원(2)의 출력에 접속되어, 기준 전압 신호 발생 원(1)과 반송파 신호 발생 원(2)로부터의 기준전압 신호와 반송파 신호를 비교 출력함으로써 펄스 폭 변조하여 출력한다.
도 3에 도시된 바와 같이 예컨대 3상 교류 전동기의 A상 권선의 경우 연결된 4개의 반도체 스위치 Qa1+, Qa2-, Qa2+, Qa1- 중 Qa1+와 Qa2-의 반도체 스위치에 펄스 폭 변조 부(3)의 펄스 폭 변조 출력신호가 그대로 출력되고, 펄스 폭 변조 부(3)와 반도체 스위치(Qa2+, Qa1-) 사이에 반전 회로 부(4)가 접속되어 Qa2+와 Qa1-의 반도체 스위치에는 반전 회로 부(4)가 펄스 폭 변조 부(3)의 펄스 폭 변조 출력신호를 반전한 신호를 출력한다. 나머지 상 권선의 경우도 해당 상의 반도체 스위치에도 상기와 마찬가지 방법으로 게이트 구동을 위한 출력신호가 출력되며, 다만 B상과 C상의 기준 전압 신호 파형은 A상의 기준 전압 신호 파형과 120도의 위상차를 갖는다는 것이 다를 뿐이다.
도 2에서 교류전동기를 제외한 회로부분과 도 3의 전압 변조 회로를 합해서 이루어지는 3상 풀-브리지 인버터(이하 인버터로 약함)에 있어서, 인버터의 출력 전압파형은 인버터의 스위칭 동작에 의해서 고조 파를 포함하게 되며, 이러한 고조 파 중 가장 큰 고조 파 성분은 인버터 스위칭 주파수 대역 즉 상기 반송파 신호(삼각파 신호)의 주파수 대역 부근에 크게 집중된다. 따라서 이러한 고조 파로 인한 스위칭 소음이 문제가 될 수 있으며, 이러한 소음 문제는 반송파 신호의 주파수를 가청주파수 이상, 즉 16KHz이상으로 증가시켜 스위칭 소음이 가청 주파수 대역을 벗어나도록 함으로써 해소할 수 있다.
그러나 종래기술에 따른 3상 풀-브리지 인버터의 전압 변조 장치 및 전압 변조 방법에 있어서 스위칭 소자의 스위칭 손실은 반송파 신호의 주파수 증가에 비례하여 증가하며, 반송파 신호의 주파수가 증가할수록 발열이 증가하고 효율이 감소하는 문제점이 발생하였다.
따라서 본 발명은 이러한 종래기술에 따른 문제점을 해소하는 것으로서, 3상 풀-브리지 인버터에 있어서 실제 스위칭 주파수를 증가시키지 않고도 유효 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있는 3상 풀-브리지 인버터의 전압 변조 장치 및 전압 변조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 본 발명의 목적은, 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치에 있어서,
3상 별로 마련되고, 각각 3상 교류 전동기(도 2의 교류 전동기 참조)의 상 별 권선(도 2의 교류 전동기 표시 심볼 내 3개의 권선 참조)의 양단에 각각 접속되어, 기준 전압 신호와 반송파 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호와 펄스 폭 변조 신호의 반전 신호를 출력하는 두 개의 펄스 폭 변조 회로 부(30, 60; 50, 70); 및
반송파 주파수의 전압 고조 파를 상쇄시켜 제거하기 위해서, 상기 두 개의 펄스 폭 변조 회로 부 중 어느 하나에 반전된 기준 전압 신호를 제공하는 기준 전압 신호 반전 회로 부(40)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한 상기 본 발명의 목적은, 상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 방법에 있어서,
기준 전압 신호를 발생하는 기준 전압 신호 발생 단계;
반송파 신호를 발생하는 반송파 신호 발생 단계;
기준 전압 신호를 반전하여 반전 기준 전압 신호를 발생하는 기준 전압 신호 반전 단계;
상기 기준 전압 신호 발생 단계에서 발생된 상기 기준 전압 신호와 상기 반송파 신호 발생 단계에서 발생된 상기 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 1 펄스 폭 변조 신호를 상기 3상 풀 브릿지 인버터 중 3상 교류 전동기의 해당 상 권선의 양단 중 일단에 접속되는 해당 상 반도체 스위치에 출력하는 동시에 상기 제 1 펄스 폭 변조 신호를 반전한 제 1 펄스 폭 변조 반전 출력신호를 출력하는 제 1 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계; 및
상기 기준 전압 신호 반전 단계에서 발생된 상기 반전 기준 전압 신호와 상기 반송파 신호 발생 단계에서 발생된 상기 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 2 펄스 폭 변조 신호를 상기 3상 풀 브릿지 인버터 중 3상 교류 전동기의 해당 상 권선의 양단 중 타 단에 접속되는 해당 상 반도체 스위치에 출력하는 동시에 상기 제 2 펄스 폭 변조 신호를 반전한 제 2 펄스 폭 변조 반전 출력신호를 출력하는 제 2 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따라서 반송파 주파수의 전압 고조 파는 상쇄되어 제거되고 반송파 주파수의 2배되는 고조 파만 남게 되어, 종래기술에 비해 반송파 신호의 주파수를 예컨대 16KHz의 1/2인 8KHz로 낮게 설정하여도 고조 파는 16KHz이상만 나타나므로 스위칭 소음을 제거할 수 있는 동시에, 각 상 권선 양단 전압 발생을 위한 반송파 신호의 위상을 반대로 하여 유효 스위칭 주파수를 2배로 증가시킴으로써 스위칭 손실은 종래기술에 비해 1/2로 감소될 수 있고 스위칭 손실의 감소로 인해 발열량은 감소되면서 효율은 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 3상 교류전동기와 3상 하프-브리지 인버터의 하프-브리지 접속 구성을 보여주는 등가 회로도이고,
도 2는 일반적인 3상 교류전동기와 3상 풀-브리지 인버터의 풀-브리지 접속 구성을 보여주는 등가 회로도이며,
도 3은 종래기술에 따른 3상 풀-브리지 인버터의 게이트 구동을 위한 전압 변조 장치의 구성을 보여주는 개략적 회로도이고,
도 4는 본 발명에 따른 3상 풀-브리지 인버터의 게이트 구동을 위한 전압 변조 장치의 구성을 보여주는 개략적 회로도이며,
도 5는 본 발명에 따른 3상 풀-브리지 인버터의 전압 변조 방법을 보여주는 흐름도이다.
*도면의 주요부에 대한 부호의 설명
1: 기준 전압신호 발생원 2: 반송파 신호 발생원
3: 펄스 폭 변조 부 4: 반전 회로 부
10: 기준 전압신호 발생원 20: 반송파 신호 발생원
30: 제 1 비교 출력 부 30a: 제 1 펄스 폭 변조 회로 부
40: 기준 전압신호 반전 회로 부
50: 제 2 비교 출력 부 50a: 제 2 펄스 폭 변조 회로 부
60: 제 1 반전 회로 부
70: 제 2 반전 회로 부 A1: 제 1 인버터 브리지
A2: 제 2 인버터 브리지 Qa1+, Qa1-: 제 1 인버터 브리지 구동 신호
Qa2, Qa2: 제 2 인버터 브리지 구동 신호
한편, 상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 수단의 구성 및 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저,본 발명에 따른 3상 풀-브리지 인버터의 게이트 구동을 위한 전압 변조 장치의 구성을 보여주는 개략적 회로도인 도 4를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치는, 3상 별로 마련되고, 각각 3상 교류 전동기의 상 별 권선의 양단에 각각 접속되어, 기준 전압 신호와 반송파 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호와 펄스 폭 변조 신호의 반전 신호를 출력하는 2개의 펄스 폭 변조 회로 부 즉, 제 1 비교 출력 부(30)와 제 1 반전 회로 부(60)로 구성되는 제 1 펄스 폭 변조 회로 부(30a)와, 제 2 비교 출력 부(50)와 제 2 반전 회로 부(70)로 구성되는 제 2 펄스 폭 변조 회로 부(50a); 및 반송파 주파수의 전압 고조 파를 상쇄시켜 제거하기 위해서, 상기 2개의 펄스 폭 변조 회로 부 즉, 제 1 펄스 폭 변조 회로 부(30a)와 제 2 펄스 폭 변조 회로 부(50a) 중 어느 하나에 반전된 기준 전압 신호를 제공하는 기준 전압 신호 반전 회로 부(40)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치는, 추가적으로 상 별로 마련되어, 기준 전압 신호를 발생시켜 출력하는 기준 전압신호 발생원(10)과; 상 별로 마련되어, 전압 변조를 위한 반송파 신호를 발생시켜 출력하는 반송파 신호 발생원(20)을 포함한다.
상기 2개의 펄스 폭 변조 회로 부 즉, 제 1 펄스 폭 변조 회로 부(30a)와 제 2 펄스 폭 변조 회로 부(50a)는, 각각 상기 기준 전압 신호 또는 반전된 기준 전압 신호와 반송파 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 제 1 비교 출력 부(30)와 제 2 비교 출력 부(50); 및 제 1 비교 출력 부(30)와 제 2 비교 출력 부(50)의 출력에 접속되어, 제 1 비교 출력 부(30)와 제 2 비교 출력 부(50)로부터 출력된 펄스 폭 변조 신호를 반전하여 출력하는 제 1 및 제 2 반전 회로 부(60, 70)를 포함하여 구성된다.
더욱 상세히, 상기 제 1 비교 출력 부(30)와 제 2 비교 출력 부(50)는, 3상 교류의 상 별로 마련되고, 입력단이 기준 전압신호 발생원(10) 및 상기 반송파 발생원(20)에 접속되고 출력단이 3상 교류 전동기의 상 별 권 선의 일단에 접속되어, 상기 기준 전압 신호와 상기 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 1 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 제 1 비교 출력 부(30); 입력단이 제 1 비교 출력 부(30)의 출력단에 접속되고 출력단이 3상 교류 전동기의 상 별 권 선의 일단에 접속되어, 입력된 상기 제 1 펄스 폭 변조 신호를 반전하여 출력하는 제 1 반전 회로 부(60); 기준 전압신호 발생원(10)과 접속되고, 기준 전압신호 발생원(10)이 출력한 상기 기준 전압신호를 반전시켜서 반전 기준 전압신호를 제공하는 기준 전압신호 반전 회로 부(40); 상 별로 마련되고, 입력단이 기준 전압신호 반전 회로 부(40) 및 반송파 발생원(20)에 접속되며, 출력단이 3상 교류 전동기의 상 별 권 선의 타 단에 접속되어, 반송파 주파수의 전압 고조 파를 상쇄시켜 제거하기 위해서, 기준 전압신호 반전 회로 부(40)로부터의 반전 기준 전압신호와 반송파 발생원(20)으로부터의 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 2 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 제 2 비교 출력 부(50); 및 입력단이 제 2 비교 출력 부(50)의 출력단에 접속되고 출력단이 3상 교류 전동기의 상 별 권 선의 타 단에 접속되어, 입력된 상기 제 2 펄스 폭 변조 신호를 반전하여 출력하는 제 2 반전 회로 부(70)를 포함하여 구성된다.
한편, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 4에 있어서 제 1 비교 출력 부(30)는 기준 전압신호 발생원(10)으로부터의 기준 전압신호와 반송파 발생원(20)으로부터의 반송파 신호를 비교하여 상기 기준 전압신호가 상기 반송파 신호보다 클 때 고 전위 신호(high level signal)를 상기 기준 전압신호가 상기 반송파 신호보다 작을 때 저 전위 신호(low level signal)를 출력한다.
도 4에 있어서 제 2 비교 출력 부(50)는 기준 전압신호 반전 회로 부(40)로부터의 반전 기준 전압신호와 반송파 발생원(20)으로부터의 반송파 신호를 비교하여 상기 반전 기준 전압신호가 상기 반송파 신호보다 클 때 고 전위 신호(high level signal)를 상기 반전 기준 전압신호가 상기 반송파 신호보다 작을 때 저 전위 신호(low level signal)를 출력함으로써 결과적으로 제 1 비교 출력 부(30)의 출력신호의 파형과 제 2 비교 출력 부(50)의 출력신호의 파형은 서로 평균 전압 크기는 같지만 스위칭 시점은 서로 180도 역전된 상태를 보인다.
이것은 제 1 반전 회로 부(60)와 제 2 반전 회로 부(70)의 출력신호의 파형도 마찬가지로서, 제 1 반전 회로 부(60)와 제 2 반전 회로 부(70)의 출력신호의 파형도 서로 평균 전압 크기는 같지만 스위칭 시점은 서로 180도 역전된 상태를 보이게 된다.
따라서 도 2에 있어서 교류 전동기를 중심으로 좌측의 제 1 인버터 브리지를 A1으로 지시하고 우측의 제 2 인버터 브리지를 A2로 지시하기로 할 때, 도 2 중 제 1 인버터 브리지(A1)의 a상 반도체 스위치의 쌍(Qa1+, Qa1-)의 구동(turn on)을 위해 인가되는 구동신호에 포함된 반송파 주파수의 전압 고조 파 신호와 제 2 인버터 브리지(A2)의 a상 반도체 스위치의 쌍((Qa2+, Qa2-)의 구동을 위해 인가되는 구동신호에 포함된 반송파 주파수의 전압 고조 파 신호는 180도 위상 차가 발생하게 된다. 이들 180도 위상 차를 두 반송파 주파수의 전압 고조 파 신호들은 교류 전동기의 A상 권의 양단에 인가되면서 서로 상쇄되어 제거된다.
따라서 반송파 주파수 성분의 전압 고조 파 신호는 상쇄되어 제거되고 반송파 주파수의 2배 이상이 되는 주파수 성분의 고조 파 신호만 남게 된다. 그러므로 상기 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치에 의해서 반송파 주파수를 가청주파수인 16KHz의 1/2인 8KHz로 하더라도 고조 파는 16KHz이상만 나타나게 되고, 따라서 종래기술의 방법(반송파 주파수를 가청주파수보다 높이는 방법)보다 1/2의 주파수로 반송파 주파수를 설정하더라도 소음을 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 반송파 주파수가 종래기술에 따른 방법보다 1/2 수준이므로 스위칭 손실이 종래기술에 따른 방법에 비해서 감소되고, 따라서 발열량 감소(스위치 손실은 곧 발열로 나타나므로)와 효율 향상의 효과를 얻을 수 있다.
한편 본 발명에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 기준 전압 신호를 발생하는 기준 전압 신호 발생 단계(ST1);
반송파 신호를 발생하는 반송파 신호 발생 단계(ST2);
기준 전압 신호를 반전하여 반전 기준 전압 신호를 발생하는 기준 전압 신호 반전 단계(ST3);
기준 전압 신호 발생 단계(ST1)에서 발생된 상기 기준 전압 신호와 반송파 신호 발생 단계(ST2)에서 발생된 상기 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 1 펄스 폭 변조 신호를 상기 3상 풀 브릿지 인버터 중 3상 교류 전동기의 해당 상 권선의 양단 중 일단에 접속되는 해당 상 반도체 스위치에 출력하는 동시에 상기 제 1 펄스 폭 변조 신호를 반전한 제 1 펄스 폭 변조 반전 출력신호를 출력하는 제 1 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계(ST4); 및
기준 전압 신호 반전 단계(ST3)에서 발생된 상기 반전 기준 전압 신호와 반송파 신호 발생 단계(ST2)에서 발생된 상기 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 2 펄스 폭 변조 신호를 상기 3상 풀 브릿지 인버터 중 3상 교류 전동기의 해당 상 권선의 양단 중 타 단에 접속되는 해당 상 반도체 스위치에 출력하는 동시에 상기 제 2 펄스 폭 변조 신호를 반전한 제 2 펄스 폭 변조 반전 출력신호를 출력하는 제 2 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계(ST5)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 방법은 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치를 이용하여 상기 단계들을 실현할 수 있다.
즉, 기준 전압 신호 발생 단계(ST1)에서는 기준 전압신호 발생원(10)을 이용하여 기준전압신호를 발생시킬 수 있다. 반송파 신호 발생 단계(ST2)에서는 반송파 신호 발생원(20)에 의해서 반송파를 발생시킬 수 있다. 기준 전압 신호 반전 단계(ST3)에서는 기준 전압신호 반전 회로 부(40)를 이용하여 기준 전압신호 발생원(10)이 출력한 기준전압신호를 반전시킬 수 있다. 또, 제 1 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계(ST4)에서는 제 1 비교 출력 부(30)를 이용하여 기준 전압 신호와 반송파 신호를 비교 출력할 수 있고, 제 1 반전 회로 부(60)를 이용하여 제 1 비교 출력 부(30)의 비교출력을 반전하여 출력할 수 있다. 제 2 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계(ST5)에서는 제 2 비교 출력 부(50)를 이용하여 반전 기준 전압 신호와 반송파 신호를 비교 출력할 수 있고, 제 2 반전 회로 부(70)를 이용하여 제 2 비교 출력 부(50)의 비교출력을 반전하여 출력할 수 있다. 제 1 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계(ST4)에서의 출력과 (ST5)에서의 출력은 교류 전동기의 제 1 인버터 브리지(A1)와 제 2 인버터 브리지(A2)의 상별 반도체 스위치를 구동하는 신호로서 이용된다. 그리고 상술한 바와 같이 반송파 주파수 성분의 고조 파 성분은 상쇄되어 소멸됨으로써 소음을 감소시키고 동시에 스위칭 손실의 감소와 발열 감소 및 효율 향상의 효과를 얻을 수 있다.
Claims (4)
- 전기자동차용 3상 교류 전동기의 3상 권선 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치에 있어서,3상 별로 마련되고, 각각 3상 교류 전동기의 상 별 권선의 양단에 각각 접속되어, 기준 전압 신호와 반송파 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호와 펄스 폭 변조 신호의 반전 신호를 출력하는 두 개의 펄스 폭 변조 회로 부; 및반송파 주파수의 전압 고조 파를 상쇄시켜 제거하기 위해서, 상기 두 개의 펄스 폭 변조 회로 부 중 어느 하나에 반전된 기준 전압 신호를 제공하는 기준 전압 신호 반전 회로 부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 펄스 폭 변조 회로 부는,상기 기준 전압 신호 또는 반전된 기준 전압 신호와 반송파 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 비교 출력 부; 및상기 비교 출력 부에 접속되어, 상기 비교 출력 부로부터 출력된 펄스 폭 변조 신호를 반전하여 출력하는 반전 회로 부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치.
- 전기자동차용 3상 교류 전동기의 3상 권선 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치에 있어서,3상 별로 마련되어, 기준 전압 신호를 발생시켜 출력하는 기준 전압신호 발생원;3상 별로 마련되어, 전압 변조를 위한 반송파 신호를 발생시켜 출력하는 반송파 신호 발생원;3상 별로 마련되고, 입력단이 상기 기준 전압신호 발생원 및 상기 반송파 신호 발생원에 접속되고 출력단이 3상 교류 전동기의 상 별 권 선의 일단에 접속되어, 상기 기준 전압 신호와 상기 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 1 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 제 1 비교 출력 부;입력단이 상기 제 1 비교 출력 부의 출력단에 접속되고 출력단이 3상 교류 전동기의 상 별 권 선의 일단에 접속되어, 입력된 상기 제 1 펄스 폭 변조 신호를 반전하여 출력하는 제 1 반전 회로 부;상기 기준 전압신호 발생원과 접속되고, 상기 기준 전압신호 발생원이 출력한 상기 기준 전압신호를 반전시켜서 반전 기준 전압신호를 제공하는 기준 전압신호 반전 회로 부;3상 별로 마련되고, 입력단이 상기 기준 전압신호 반전 회로 부 및 상기 반송파 신호 발생원에 접속되며, 출력단이 3상 교류 전동기의 상 별 권 선의 타 단에 접속되어, 반송파 주파수의 전압 고조 파를 상쇄시켜 제거하기 위해서, 상기 기준 전압신호 반전 회로 부로부터의 반전 기준 전압신호와 상기 반송파 발생원으로부터의 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 2 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 제 2 비교 출력 부; 및입력단이 상기 제 2 비교 출력 부의 출력단에 접속되고 출력단이 3상 교류 전동기의 상 별 권 선의 타 단에 접속되어, 입력된 상기 제 2 펄스 폭 변조 신호를 반전하여 출력하는 제 2 반전 회로 부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 장치.
- 전기자동차용 3상 교류 전동기의 3상 권선 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 방법에 있어서,기준 전압 신호를 발생하는 기준 전압 신호 발생 단계;반송파 신호를 발생하는 반송파 신호 발생 단계;기준 전압 신호를 반전하여 반전 기준 전압 신호를 발생하는 기준 전압 신호 반전 단계;상기 기준 전압 신호 발생 단계에서 발생된 상기 기준 전압 신호와 상기 반송파 신호 발생 단계에서 발생된 상기 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 1 펄스 폭 변조 신호를 상기 3상 풀 브릿지 인버터 중 3상 교류 전동기의 해당 상 권선의 양단 중 일단에 접속되는 해당 상 반도체 스위치에 출력하는 동시에 상기 제 1 펄스 폭 변조 신호를 반전한 제 1 펄스 폭 변조 반전 출력신호를 출력하는 제 1 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계; 및상기 기준 전압 신호 반전 단계에서 발생된 상기 반전 기준 전압 신호와 상기 반송파 신호 발생 단계에서 발생된 상기 반송파 신호를 비교함으로써 펄스 폭 변조하여, 제 2 펄스 폭 변조 신호를 상기 3상 풀 브릿지 인버터 중 3상 교류 전동기의 해당 상 권선의 양단 중 타 단에 접속되는 해당 상 반도체 스위치에 출력하는 동시에 상기 제 2 펄스 폭 변조 신호를 반전한 제 2 펄스 폭 변조 반전 출력신호를 출력하는 제 2 펄스 폭 변조 출력 및 반전 출력 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 풀 브릿지 인버터의 전압 변조 방법.
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