KR100990212B1 - 전력변환회로 - Google Patents

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KR100990212B1
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마사키 오카무라
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

스위칭소자(18, 20)의 스위칭을 PWM제어기(60)로 제어하여 코일(14)에 원하는 전류가 흐르도록 한다. 전압센서(42)에 대해서는, 스위칭소자(18, 20)의 중점 전압 Vo와 앞서 결정된 임계전압 △V 간의 차이인 Vo - △V의 값과, 상기 임계전압 △V를 상측라인의 전압 Vc로부터 감산하여 얻어지는 값과 상기 중점 전압 간의 차이인 Vo - (Vc - △V)의 값이 검출된다. 전압센서로부터 얻은 검출 결과들은 플립플롭회로(44, 46) 및 데드타임보상기(48)를 통해 PWM제어기(60)로 입력되고, 데드타임보상은 예컨대 PWM제어신호생성용 지령에 대해 수행된다.

Description

전력변환회로{POWER CONVERSION CIRCUIT}
본 발명은 상측전원라인과 하측전원라인 사이에 직렬로 연결된 두 스위칭소자가 턴 온 및 턴 오프되고, 중점으로부터 출력이 취해지는 전력변환회로에 관한 것이다.
종래, 모터구동용 인버터 및 컨버터에서는, 두 스위칭소자들이 직렬로 연결되어, 그 양단에 입력전압이 인가되고, 중점으로부터 출력이 얻어지는 구성이 채용되어 왔다. 예를 들어, 3상인버터의 경우, 6개의 스위칭소자를 포함하는 3세트(3세트의 스위칭소자그룹은 각각 2개의 스위칭소자로 구성됨)가 입력전압에 제공된다면, 6개의 스위칭소자가 턴 온 및 오프되어, 스위칭소자그룹들의 세트들의 각 중점으로부터 3상전류가 출력된다.
나아가, 이러한 회로에서는, 출력전류를 제어하기 위해 펄스폭변조(PWM)제어가 수행된다. PWM제어에서는, 통상의 삼각파가 공통전압과 비교되어, 스위칭소자들의 온 기간이 결정된다. 그 후, 지령전압을 변경하여 출력들을 사전설정된 것이 되도록 제어하는 것이 가능하다.
하지만, 스위칭소자들을 이용하는 이러한 전력변환회로에서, 상측 및 하측 스위칭소자들이 동시에 턴 온되는 경우에는 전원이 단락될 것이므로, 이러한 상황 이 발생하는 것을 피하기 위하여 주의하여야 한다. 이러한 이유로, 상측 및 하측 스위칭소자들이 스위칭시에 턴 오프되는 데드타임이 제공된다.
데드타임이 제공되는 구성에서는, 상측전원라인과 하측전원라인 사이에 직렬로 연결된 두 스위칭소자들의 중점으로부터 전류가 흐르도록 하는 경우, 상기 전류가 데드타임 기간 동안 하측전원라인에 역병렬로 연결된 다이오드를 통해 흐르게 되고; 이로써 데드타임 기간 동안 출력전압이 감소하는 에러들이 지령전압에 발생하게 된다. 나아가, 데드타임 기간 동안, 전류가 중점을 통과하는 시점에는, 상측전원라인에 역병렬로 연결된 다이오드를 통해 전류가 흐르게 되어, 데드타임 기간 동안 출력전압이 증가하는 에러들이 지령전압에 발생하게 된다. 중점을 통과하는 전류는 거의 제로이기 때문에, 이러한 전류는 지령전압에 대한 출력전압에 영향을 미치지 않을 것이다. 이것을 이용하여 데드타임을 보상하기 위한 기술이 종래 기술에 제안되어 있다.
특허문헌 1(일본특허출원공개공보 제10-285937호)에서는, 데드타임의 끝에서, 출력단자의 전압이 측정되어, 상기 측정된 전압이 임계값을 초과하는지의 여부에 의해 그것에 연결된 부하전류의 방향이 판정되며, 상기 판정 결과를 고려하여 데드타임의 보상이 결정된다.
나아가, 특허문헌 2(일본특허출원공개공보 제2004-248480호)에서는, 부하를 통과하는 전류가 전류센서에 의해 검출되고, 상기 전류의 방향이 판정되어, 상기 판정 결과를 고려하여 데드타임이 보상된다.
특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 상측 및 하측라인 간의 전압이 변경되는 경우, 출력단에서의 전압파형의 전압값 또한 변경된다. 그러므로, 출력단에서의 전압이 일정값을 갖는 임계값과 비교되는 방법에 의해, 부하전류의 방향이 정확하게 검출될 수 없는 상황들이 있게 된다.
나아가, 상술된 특허문헌 2에서는, 전류센서에서의 오프셋 에러가 있거나 또는 전류 리플(ripple)이 큰 경우, 전류 방향이 정확하게 판정될 수 없게 된다.
본 발명에 따르면, 고전압의 상측라인과 저전압의 하측라인 사이에 직렬로 연결된 두 스위칭소자가 제공되고; 각각의 스위칭소자에 역병렬로 연결된 환류다이오드가 제공되며; 상기 스위칭소자들은 턴 온/오프되고; 직렬로 연결된 상기 스위칭소자들이 동시에 턴 온되지 않도록 데드타임이 설정되며; 상기 두 스위칭소자의 중점으로부터 출력이 얻어지는 전력변환회로가 제공된다. 상기 전력변환회로는, 상기 중점 t의 전압 Vo, 상기 상하측라인 간의 전압 Vc 및 사전설정된 임계전압 △V 가 입력되고; Vo - △V 및 Vo - (Vc - △V)의 값들로 Vo의 상태가 검출되는 전압센서를 포함한다. 상기 전압센서에 의한 판정의 결과들을 토대로, 상기 스위칭소자들의 스위칭을 제어하기 위한 지령의 데드타임이 보상된다.
나아가, 상기 전압센서는 Vo 및 △V가 입력되어 이들 전압들이 비교되는 제1비교기; Vc 및 △V가 입력되어, 이들 전압들 간의 차이가 출력되는 연산증폭기를 이용하는 감산기; 및 상기 감산기의 출력과 Vo가 입력되어 이들 전압들이 비교되는 제2비교기를 포함하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 전압센서는 상기 제1비교기의 비교 결과들을 취득하는 제1플립플롭 및 상기 제2비교기의 비교 결과들을 취득하는 제2플립플롭을 포함하고, 상기 제1플립플롭 및 상기 제2플립플롭의 출력들은 검출 결과들로서 출력되는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 제1플립플롭은 상측전원라인측의 스위칭소자가 턴 온되는 타이밍으로 상기 제1비교기에 의해 수행되는 비교의 결과들을 취득하고; 상기 제2플립플롭은 하측전원라인측의 스위칭소자가 턴 온되는 타이밍으로 상기 제2비교기에 의해 수행되는 비교의 결과들을 취득하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전압센서는 하측전원라인측의 스위칭소자가 턴 온되는 타이밍으로 상기 제1비교기에 의해 수행되는 비교의 결과들을 취득하는 제3플립플롭을 더 포함하고, 제1 내지 제3플립플롭은 검출 결과들로서 출력되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전압 Vo 및 Vc 는 동일한 분압비로 저항-분압시켜 저전압화된 전압들인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전압 Vo에 기인하는 전류상태가 하나의 임계전압 △V를 이용하여 확실하게 검출될 수 있다. 그러므로, 데드타임이 적절하게 보상될 수 있게 된다.
도 1은 전력변환기로서의 역할을 하는 DC/DC 컨버터 및 인버터를 포함하는 모터구동시스템의 구성을 도시한 도면;
도 2는 데드타임을 보상하기 위해 채택된 구성을 도시한 도면;
도 3은 전압센서(42)의 구성을 도시한 도면;
도 4는 비교예에서의 전압 비교를 도시한 도면;
도 5는 비교예에서의 전류 검출의 동작을 설명하기 위한 도면;
도 6은 양의 고전류시의 파형을 도시한 도면;
도 7은 양의 저전류시의 파형 1을 도시한 도면;
도 8은 양의 저전류시의 파형 2를 도시한 도면;
도 9는 전류가 거의 제로일 때의 파형을 도시한 도면;
도 10은 음의 저전류시의 파형 1을 도시한 도면;
도 11은 음의 저전류시의 파형 2를 도시한 도면;
도 12는 음의 고전류시의 파형을 도시한 도면;
도 13은 전류상태가 변경되는 경우의 전류 파형을 도시한 도면;
도 14는 전류 상태들의 판정 결과들을 도시한 도면;
도 15는 데드타임을 보상하는 또 다른 구성을 도시한 도면;
도 16은 전류 상태가 변경되는 경우의 전류 파형을 도시한 도면;
도 17은 전류 상태들의 판정 결과들을 도시한 도면;
도 18은 양의 고전류시의 파형을 도시한 도면;
도 19는 양의 저전류시의 파형 1을 도시한 도면;
도 20은 양의 저전류시의 파형 2를 도시한 도면;
도 21은 전류가 거의 제로일 때의 파형을 도시한 도면;
도 22는 음의 저전류시의 파형 1을 도시한 도면;
도 23은 음의 저전류시의 파형 2를 도시한 도면;
도 24는 음의 고전류시의 파형을 도시한 도면; 및
도 25는 본 발명의 일 실시예로서, 전압 Vc가 변경되는 경우에도 적절한 판정이 이루어지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면들을 기초로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환회로를 포함하는 모터구동시스템의 구성을 도시한 도면이다.
배터리(10)는 예컨대 대략 200 V 정도의 전압을 갖는 니켈수소 또는 리튬이온전지와 같은 2차전지이다. 상기 배터리(10)는 배터리(10)의 전압 변동을 방지하는 캐패시터(12)에 병렬로 연결된다. 상기 배터리의 양극측은 코일(14)의 일 단부에 연결된다. 상기 코일(14)의 타 단부는 두 스위칭소자(18, 20)의 노드에 연결된다.
상하측 스위칭소자(18, 20)는 각각 IGBT(insulated gate bipolar transistor)와 같은 트랜지스터로 구성되고, 본 예시에서는 트랜지스터가 전류를 역방향으로 흐르도록 하는 다이오드에 병렬로 연결된다.
상측 스위칭소자(18)는 상측라인(24)에 연결된 콜렉터 및 하측 스위칭소자(20)의 콜렉터에 연결된 이미터를 구비한다. 나아가, 하측 스위칭소자(20)의 이미터는 배터리(10)의 캐소드측인 하측라인(26)에 연결된다. 또한, 코일(14) 및 상하측 스위칭소자(18, 20)는 배터리(10)의 출력전압을 승압시키는 DC/DC 컨버터(22)를 구성한다.
캐패시터(28)는 상측라인(24)과 하측라인(26) 사이에 배치되고, 상기 캐패시터(28)는 상측라인(24)의 전압 변동을 억제한다.
또한, 직렬로 연결된 두 스위칭소자(30, 32)로 각각 이루어지는 3세트의 스위칭소자그룹은 상측라인(24)과 하측라인(26) 사이에 병렬로 배치되고, 인버터(34)가 이들 스위칭소자들로 구성된다. 그 후, 제1세트의 스위칭소자(30, 32)들의 세트는 U상에 대한 것이고, 제2세트의 스위칭소자(30, 32)들의 세트는 V상에 대한 것이며, 제3세트의 스위칭소자(30, 32)들의 세트는 W상에 대한 것이고, 각 세트의 스위칭소자(30, 32)들의 중점은 모터(36)의 U, V, W상 코일에 연결된다.
나아가, 본 예시에서는, 구성이 유사한 인버터(38)도 상측라인(24)과 하측라인(26) 사이에 연결되고, 모터(40)가 상기 인버터(38)에 연결된다.
이러한 회로에서, 코일(14)을 통해 흐르게 될 전류는 DC/DC 컨버터(22)의 상하측 스위칭소자(18, 20)를 교대로 턴 온시켜 제어되며, 배터리(10)의 전압 이상의 승압된 전압이 상기 코일(14)을 가로지르는 역기전력에 의해 상측라인(24)에서 얻어진다. 승압 정도는 상하측 스위칭소자(18, 20)의 온 기간들의 비율을 조정하여 제어된다.
나아가, 상기 인버터(34)는 입력전압으로서 상측라인(24)과 하측라인(26) 간의 전압을 이용하여 사전설정된 순서대로 순차적으로 스위칭소자(30, 32)들을 턴 온시켜, 3상교류전류를 모터(36)에 공급한다. 또한, 인버터(38)도 유사하게 3상교류전류를 모터(40)에 공급한다. 이에 따라, 두 모터(36, 40)가 인버터(34, 38)의 제어에 응답하여 구동된다.
또한, 회생 제동은 인버터(34, 38)의 제어를 통해 제너레이터로서의 기능을 하는 모터(36, 40)를 구비하여 수행될 수 있고, 이에 따라 전력이 캐패시터(28)에 회수될 수 있게 된다.
이러한 시스템은 예컨대 하이브리드차량의 구동시스템에 사용될 수 있다. 이 경우, 주로 제너레이터로서의 기능을 하는 모터(40)의 출력축은 내측기어에 연결되고, 그 주위에 배치된 유성기어는 엔진의 출력축에 연결되며, 상기 유성기어의 외부에 있는 외측기어는 출력축 및 모터(36)의 타이어구동축에 연결된다. 이에 따라, 모터(36, 40)의 구동 및 엔진의 구동이 제어되고, 원하는 구동력과 발전의 출력이 제어될 수 있게 된다. 또한, 하이브리드차량시스템의 경우에는, 예컨대 300 V 정도의 전압이 배터리(10)로 사용되며, 상측라인(24)의 전압은 대략 300 V 내지 600 V 정도의 범위에서 출력토크에 대응하는 적절한 전압으로 설정될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 DC/DC 컨버터(22)의 상하측 스위칭소자(18, 20) 상의 데드타임을 보상하는 기구를 보여준다. 또한, 인버터(34, 38)도 이와 유사하게 데드타임을 보상할 수 있다. 즉, 인버터(34, 38)를 고려하면, 복수 세트의 상하측 두 스위칭소자(30, 32)가 제공되어, 상기 스위칭소자가 턴 온 및 오프되고, 상기 데드타임은 직렬로 연결된 스위칭소자들이 동시에 턴 온되지 못하도록 설정된다.
상하측 스위칭소자(18, 20)의 게이트들은 PWM제어기(60)에 연결되고, 상기 상하측 스위칭소자(18, 20)는 PWM제어기(60)로부터 도출되는 PWM제어신호들에 의해 턴 온 및 오프된다. 전압센서(42)는 코일(14)이 연결되는 상측 스위칭소자(18, 20)의 노드(C점)에 연결되고, 노드(C)에서의 전압이 상기 전압센서(42)에 의해 측정된 다. 이 경우, 전압센서(42)는 후술하는 바와 같이 노드(C)에서의 전압을 판정하고, 상기 판정 결과들을 토대로 신호(A, B)를 출력한다. 또한, 본 예시에서는, 노드(C)로부터 코일(14)로 흐르는 전류를 IL이라 하고, 그 방향이 양의 방향으로 설정된다.
상기 신호(A, B)는 플립플롭(44, 46)의 데이터입력단(D)으로 입력된다. 상하측 스위칭소자(18, 20)의 게이트들에 공급될 PWM제어신호들은 플립플롭(44, 46)의 클럭입력단들로 공급되고, 상기 플립플롭(44, 46)은 두 PWM제어신호들의 상승에 의해 입력단(D)으로 공급되는 각각의 신호(A, B)를 검색한다.
플립플롭(44, 46)의 Q 출력(F1, F2)은 데드타임보상기(48)에 공급된다. 상기 데드타임보상기(48)는 그 내부로 입력될 신호(F1, F2)의 상태들에 응답하여 상기 노드(C)에서의 전류방향을 판정하기 위한 테이블을 참고하여, 상기 판정 결과들에 대응하는 데드타임을 보상하기 위한 제어신호를 생성한다.
상기 PWM제어기(60)는 데드타임보상기(48)로부터 공급되는 신호에 응답하여 데드타임의 전류방향으로부터의 삼각파와 비교하는 지령전압을 보정하고, 상하측 스위칭소자(18, 20)의 듀티비를 변경하여, 데드타임을 보상한다. 또한, 상기 동작의 상세는 후술하기로 한다.
다음으로, 전압센서(42)의 구성을 도 3을 기초로 하여 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 상하측 스위칭소자(18, 20)의 중점인 노드(C)에서의 전압(Vo)은 저항분압기(50)로 인가된다. 상기 저항분압기(50)는 직렬로 연결된 저항(50a, 50b)으로 이루어지고, 상기 저항분압기(50)는 그 일 단부가 접지에 연결되고, 타 단부는 노 드(C)에 연결되며, 상기 저항(50a, 50b)의 저항비에 대응하는 출력이 중점으로부터 얻어진다. 상기 저항분압기(50)의 분압비는 IC의 최대전압(예컨대, +155V, 12V 등) 이하의 적당한 값으로 설정되어, 도 3에 도시된 회로(로직 회로를 구성하는 IC)가 최대입력전압에서 동작하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 저항분압기(50)의 출력은 사전설정된 저항을 통해 제1비교기(52)의 양의 입력단으로 입력된다.
다른 한편으로, 상측라인(24)의 전압(Vc)(상측 스위칭소자(18)의 콜렉터의 전압)은 저항분압기(54)에 인가된다. 상기 저항분압기(54)는 직렬로 연결된 저항(54a, 54b)으로 이루어지고, 상기 저항분압기(54)는 그 일 단부가 접지에 연결되고, 타 단부는 노드(C)에 연결되며, 상기 저항(50a, 50b)의 저항비에 대응하는 출력이 중점으로부터 얻어진다. 이 경우, 저항분압기(54)의 분압비는 상기 저항분압기(50)와 동일하다. 상기 저항분압기(54)의 출력은 저항을 통해 감산기(56)로 입력된다.
또한, 저항분압기(50)의 출력은 분압된 Vo이고, 저항분압기(54)의 출력은 분압된 Vc이지만, 그 분압비는 동일하며, 그 전압들을 단지 Vo 및 Vc로 명명한 것뿐이다.
상기 감산기(56)는 연산증폭기(56a)를 구비하고, 그 출력단은 저항을 통해 제1비교기(52)의 음의 입력단에 연결된다. 그 후, 상기 저항분압기(54)의 출력은 저항을 통해 연산증폭기(56a)의 양의 입력단에 입력되고, 사전설정된 임계전압 △V는 저항을 통해 음의 입력단으로 입력되고, 상이한 저항을 통해 접지에 연결된다. 그러면, 상기 연산증폭기(56a)의 출력이 감산기(56)의 출력이다. 기술된 바와 같 이, 연산증폭기(56a)의 양의 입력단에서의 입력은 저항분압기(54)의 출력 Vc이고, 음의 입력단에서의 입력은 임계전압 △V이며, 상기 연산증폭기(56a)는 증폭률 1배의 반전증폭기이고, 상기 감산기(56)의 출력은 Vc - △V이다.
이 경우, 상기 임계전압 △V는 Vc의 최대전압의 대략 1/10 내지 1/30 정도의 전압값이고, 그 전압이 저항분압기(50, 54)와 동일한 분압비로 저감되는 전압이 된다. 하지만, 상기 전압값이 이 값으로 제한되는 것은 아니며, 상기 전압값은 출력전압이 거의 제로 전압이면서, 전압센서(42)의 잡음과 에러가 있는 상태에서는 출력전압이 거의 Vc인 것을 검출할 수 있는 값으로 설정될 수도 있다.
상기 감산기(56)의 출력 Vc - △V(=Y, 이하 Y라 함)은 제1비교기(52)의 음의 입력단으로 입력되고, 상기 제1비교기(52)의 출력단은 로직 전압 5V로 승압된다. 그러므로, 상기 제1비교기(52)는 Vo - (Vc - △V)의 비교를 행하고, 그 결과가 양이면 상기 제1비교기(52)가 5V의 H 레벨("1")을 출력하고, 그 결과가 음이면 0V의 L 레벨("0")을 출력한다. 상기 제1비교기(52)의 출력은 도 2에 도시된 B이다.
나아가, 저항분압기(50)의 출력 Vo은 저항을 통해 제2비교기(58)의 양의 입력단으로 입력된다. 임계전압 △V는 저항을 통해 제2비교기(58)의 음의 입력단으로 입력된다. 따라서 제2비교기(58)의 출력단은 로직 전압 5V로 승압된다. 그러므로, 상기 제2비교기(58)는 Vo - △V의 비교를 행하고, 그 결과가 양이면 상기 제2비교기(58)가 5V의 H 레벨("1")을 출력하고, 그 결과가 음이면 0V의 L 레벨("0")을 출력한다. 상기 제2비교기(58)의 출력은 도 2에 도시된 A이다.
상술된 바와 같이, 도 3에 도시된 전압센서(42)에 따르면, 단 하나의 임계전 압 △V만이 제공되지만, 이 값을 이용하여 순간 상태에 대응하는 전류방향이 판정될 수 있다.
도 13은 전류파형을 보여준다. 본 예시에서는, 상하측 스위칭소자(18, 20)의 중점으로부터 코일(14)로 흐르는 전류를 IL이라고 하고, 상기 전류 IL의 중심인 기본파성분을 전류 IB라고 하며, 0 A에 대하여, 전류 IL이 양의 고전류 상태에서 음의 고전류 상태로 점진적으로 변경되는 통상적인 상태가 도시되어 있다. 상기 기본파성분 IB는 데드타임시 전류방향에 대응한다. 결과적으로, 데드타임 보상시, 지령전압은 양의 고전류시에 증가되고, 상기 지령전압은 음의 고전류시에 감소된다.
도 6은 양의 고전류시의 파형을 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온된 후에 상승되고, 상기 상측 스위칭소자(18)가 턴 오프될 때 즉시 감소된다. 그러므로, F1이 0이 되고, F2도 0이 된다.
도 7은 양의 저전류시의 파형 1을 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온되기 직전에 상승되어, 상기 상측 스위칭소자(18)가 턴 온될 때 거의 Vc가 되며, 상측 스위칭소자(18)가 턴 오프될 때 즉시 감소된다. 그러므로, F1이 1이 되고, F2는 0이 된다.
도 8은 양의 저전류시의 파형 2를 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온되기 전에 상승되고, 상기 상측 스위칭소자(18)가 턴 오프될 때 즉시 감소된다. 그러므로, F1이 1이 되고, F2는 0이 된다.
도 9는 거의 제로 전류시의 파형을 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온되기 전에 그리고 하측 스위칭소자(20)가 턴 오프된 직후에 상승되 고, 상측 스위칭소자(18)가 턴 오프될 때 즉시 감소된다. 그러므로, F1이 1이 되고, F2는 0이 된다.
도 10은 음의 저전류시의 파형 1을 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온되기 전에 그리고 하측 스위칭소자(20)가 턴 오프된 직후에 상승되고, 상측 스위칭소자(18)가 턴 오프된 후에 그리고 하측 스위칭소자(20)가 턴 온되기 전에 감소된다. 그러므로, F1이 1이 되고, F2는 0이 된다.
도 11은 음의 저전류시의 파형 2를 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온되기 전에 그리고 하측 스위칭소자(20)가 턴 오프된 직후에 상승되고, 상측 스위칭소자(18)가 턴 오프된 후에 그리고 하측 스위칭소자(20)가 턴 온되기 직전에 감소된다. 그러므로, F1이 1이 되고, F2는 0이 된다.
도 12는 음의 고전류시의 파형을 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온되기 전에 그리고 하측 스위칭소자(20)가 턴 오프된 직후에 상승되고, 상기 하측 스위칭소자(20)가 턴 온된 후에 감소된다. 그러므로, F1이 1이 되고, F2도 1이 된다.
도 14에 도시되어 기술된 바와 같이, 도 6에 도시된 양의 고전류시에는 F1이 0이 되고, F2가 0이 되고, 도 7 내지 도 11에 도시된 양의 저전류 또는 음의 전류시에는 F1이 1이 되고, F2는 0이 되며; 도 12에 도시된 음의 고전류시에는 F1이 1이 되고, F2도 1이 된다. 또한, F1 = 0 및 F2 = 1은 무효 조합이 된다.
그 후, 이러한 F1 및 F2가 데드타임보상기(48)에 공급되므로, 상기 데드타임보상기(48)는 하기 제어신호들, 즉 양의 고전류시 제어전압을 소정량의 전압만큼 증가시키기 위한 제어신호 및 음의 고전류시 제어전압을 소정량의 전압만큼 감소시키기 위한 제어신호를 PWM제어기(60)로 전송한다.
기술된 바와 같이, 본 실시예에서는, 하나의 임계전압 △V를 이용하면서, 그 순간의 전압 Vo의 크기에 응답하여 양의 전류 또는 음의 전류인지의 여부를 식별함으로써, 데드타임이 적절하게 보상될 수 있다.
도 15는 데드타임을 보상하기 위한 또 다른 구성을 보여준다. 본 예시에서는, 제3플립플롭(62)이 제공된다. 제3플립플롭(62)에서는, 전압센서(42)의 출력 B가 제2플립플롭(46)에서와 같이 입력단(D)에 입력된다. 나아가, 상측 스위칭소자(18)의 게이트로 공급될 제어신호가 제3플립플롭(62)의 클럭입력단자로 공급된다.
도 16은 전류파형을 보여준다. 도 16은 도 13과 유사하며, 대응하는 상태들은 대응하는 부호들을 이용하여 명명되었다.
도 18은 양의 고전류시의 파형을 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온될 때 임계값 Y에 도달하지 못하므로, F1, F2 및 F3에 대한 값들이 F1 = 0, F2 = 0 및 F3 = 0이 된다.
도 19는 양의 저전류시의 파형 1을 보여준다. 전압 Vo가 상측 스위칭소자(18)가 턴 온될 때 임계값 Y에 도달하지 못하므로, F1, F2 및 F3에 대한 값들이 F3 = 0이 되고, 따라서 F1, F2 및 F3에 대한 값들이 F1 = 0, F2 = 0 및 F3 = 0이 된다.
도 20은 양의 저전류시의 파형 2를 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소 자(18)가 턴 온될 때 임계값 Y에 도달하지 못하므로, F1, F2 및 F3에 대한 값들이 F1 = 1, F2 = 0 및 F3 = 0이 된다.
도 21은 거의 제로 전류시의 파형을 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온될 때 임계값 Y에 도달하므로, F1, F2 및 F3에 대한 값들이 F1 = 1, F2 = 0 및 F3 = 1이 된다.
도 22는 음의 저전류시의 파형 1을 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온될 때 임계값 Y에 도달하므로, F1, F2 및 F3에 대한 값들이 F1 = 1, F2 = 0 및 F3 = 1이 된다.
도 23은 음의 저전류시의 파형 2를 보여준다. 전압 Vo는 상측 스위칭소자(18)가 턴 온될 때 임계값 Y에 도달하므로, F1, F2 및 F3에 대한 값들이 F1 = 1, F2 = 0 및 F3 = 1이 된다. 그 후, 음의 전류가 더욱 커지는 도 24에서도, F3이 1이 된다.
그러므로, 도 17에 도시된 바와 같이, F1, F2 및 F3은 도 18에 도시된 양의 고전류시에 F1 = 0, F2 = 0 및 F3 = 0이 되고; 도 19 및 도 20에 도시된 양의 저전류시에 F1 = 1, F2 = 0 및 F3 = 0이 되며; 도 22 및 도 23에 도시된 음의 저전류시에 F1 = 1, F2 = 0 및 F3 = 1이 되고; 도 24에 도시된 음의 고전류시에 F1 = 1, F2 = 1 및 F3 = 1이 된다. 또한, 전류가 0에 근접하면 F3이 1 또는 0이 된다.
기술된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 4가지 상태의 전류가 판정될 수 있다. 그러므로, 제어전압이 양의 저전류시에 적은 소정량의 전압만큼 증가되고, 상기 제어전압이 음의 저전류시에 적은 소정량의 전압만큼 감소되도록 제어를 행할 수 있게 된다. 나아가, 예컨대 동일한 상태가 소정 기간(예컨대, 연속 5회 검출)에 계속되지 않는 한 제어전압의 변경이 금지되는 것과 같은 처리를 추가하는 것도 바람직하다.
이 경우, 도 4에는, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 출력단에서의 전압의 최대값보다 약간 낮은 전압 VTH 및 상기 최대값의 1/2의 전압이 임계값들로 채택되는 일례가 도시되어 있다. 출력단에서의 전압이 사전설정된 전압이고, 상기 출력단에서의 전압이 크게 변경되면, 도 4의 좌측에 도시된 바와 같이, VTH 및 V1이 임계값들로 채택되는 경우에도, 상기 출력단에서의 전압이 임계값들을 지나는지를 검출할 수 있게 된다. 다른 한편으로, 입력전압이 낮아져 출력단에서의 전압의 변화가 작게 되면, 도 4의 우측에 도시된 바와 같이, VTH 및 V1이 임계값들로 채택되는 경우에도, 상기 출력단에서의 전압이 임계값들을 지나는지를 검출할 수 없게 된다.
나아가, 도 5에는, 특허문헌 2에 개시된 바와 같이, 출력단에서의 전류가 검출되는 일례가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, PWM제어시, 삼각파가 지령전압과 비교되어, 상기 삼각파가 지령전압을 초과하면 하측 스위칭소자가 턴 오프된다. 다른 한편으로는, 이 기간 동안 상측 스위칭소자가 턴 온되더라도, 상측 스위칭소자의 턴 온은 데드타임에 있어서 하측 스위칭소자의 턴 오프에 대해 지체되고, 상기 상측 스위칭소자의 턴 오프는 데드타임에 있어서 하측 스위칭소자의 턴 온에 대해 가속화된다. 그러므로, 상측 스위칭소자와 하측 스위칭소자 양자 모두에 턴 오프의 기간들이 생기게 된다.
그 후, 전류 IL이 삼각파의 최저점에서 변환된 A/D인 경우, 그 순간의 전류 IL은 기본파성분 IB에 대응하므로, 결과적으로 상기 기본파성분 IB가 검출될 것이다.
하지만, 데드타임을 보상하는 데 필요한 전류는 스위칭시의 전류값이다. 전류 리플이 큰 경우, 스위칭시의 전류는 IL = IB가 아니므로, 전류방향이 정확하게 검출될 수 없게 된다.
다른 한편으로, 본 실시예에 따르면, 도 25에 도시된 바와 같이, (Vc - △V) 및 △V의 두 전압이 전압 Vo와 비교될 전압으로 사용된다. 그러므로, 전압 Vc가 변경되는 경우에도 전압 비교가 적절하게 행해질 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 고전압의 상측라인과 저전압의 하측라인 사이에 직렬로 연결된 두 스위칭소자가 제공되고; 상기 각각의 스위칭소자에 역병렬로 연결된 환류다이오드가 제공되며; 상기 스위칭소자들은 턴 온/오프되고; 직렬로 연결된 상기 스위칭소자들이 동시에 턴 온되지 않도록 데드타임이 설정되며; 상기 두 스위칭소자의 중점으로부터 출력이 취해지는 전력변환회로에 있어서,
    상기 중점 t의 전압 Vo, 상기 상하측라인 간의 전압 Vc 및 사전설정된 임계전압 △V 가 입력되고; Vo - △V 및 Vo - (Vc - △V)의 값들로 Vo의 상태가 판정되는 전압센서를 포함하여 이루어지고,
    상기 전압센서에 의한 판정의 결과들을 토대로, 상기 스위칭소자들의 스위칭을 제어하기 위한 지령의 데드타임이 보상되는 것을 특징으로 하는 전력변환회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압센서는,
    Vo 및 △V 가 입력되어 비교되는 제1비교기;
    Vc 및 △V 가 입력되어, 이들 전압들 간의 차이가 출력되는 연산증폭기를 이용하는 감산기; 및
    상기 감산기의 출력과 Vo 가 입력되어 비교되는 제2비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압센서는,
    상기 제1비교기에 의해 수행되는 비교의 결과들을 취득하는 제1플립플롭; 및
    상기 제2비교기에 의해 수행되는 비교의 결과들을 취득하는 제2플립플롭을 포함하고,
    상기 제1플립플롭 및 상기 제2플립플롭은 검출 결과들로서 출력되는 출력들을 생성하는 것을 특징으로 하는 전력변환회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1플립플롭은 상측전원라인측의 상기 스위칭소자가 턴 온되는 타이밍으로 상기 제1비교기에 의해 수행되는 비교의 결과들을 취득하고,
    상기 제2플립플롭은 하측전원라인측의 상기 스위칭소자가 턴 온되는 타이밍으로 상기 제2비교기에 의해 수행되는 비교의 결과들을 취득하는 것을 특징으로 하는 전력변환회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압센서는,
    하측전원라인측의 상기 스위칭소자가 턴 온되는 타이밍으로 상기 제1비교기에 의해 수행되는 비교의 결과들을 취득하는 제3플립플롭을 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3플립플롭은 검출 결과들로서 출력되는 출력들을 생성하는 것을 특징으로 하는 전력변환회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 Vo 및 Vc 는 동일한 분압비로 저항-분압시켜 저전압화된 전압들인 것을 특징으로 하는 전력변환회로.
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