KR101018460B1 - 다중 출력 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 제어 방법 - Google Patents

다중 출력 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 제어 방법 Download PDF

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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output

Abstract

전력 변환 장치 및 전력 변환 제어 방법은, 신호 생성부에서 전원, 제1 신호 및 제2 신호를 사용하여 PWM 신호를 생성하고, 필터부에서 PWM 신호를 주파수에 따라 필터링하여 하나 이상의 제3 신호를 생성하며, 제어부에서 제3 신호를 기준 신호와 비교하여 전술한 제1 신호를 생성하고 이를 신호 생성부에 입력하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 변환 장치 및 전력 변환 제어 방법을 이용하면, 단일 PWM 신호에 하나 이상의 주파수 성분을 포함하도록 하여 각 주파수별로 필터링하여 피드백에 의해 제어하므로, 다중 출력 신호를 정밀하게 제어할 수 있다.
Figure R1020080108485
PWM, 펄스 폭 변조, 인버터, 컨버터, 전력 변환

Description

다중 출력 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 제어 방법{Power converter having multiple output and method for controlling power conversion using the same}
본 발명은 다중 출력 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 단일 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM)를 이용하여 다중 출력을 정밀하게 제어할 수 있는 다중 출력 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 제어 방법에 관한 것이다.
최근 개발되는 전기 기기 시스템에서는, 단일한 기기 내에서도 구동 회로 및 전원부가 다양한 레벨의 전압 또는 전류를 출력할 것이 요구되는 경향이 있다. 이로 인하여 단일 스위칭 컨버터에서 다양한 레벨의 전원을 공급하여 가격 상승을 억제하는 다중출력 컨버터에 대한 연구가 진행되고 있다.
스위칭 컨버터는 대부분 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM)라는 변조 방식을 이용하는데, 하나의 PWM 신호는 펄스 폭 혹은 주파수 제어를 통하여 하나 혹은 두 개의 출력에 대응하여 피드백 제어가 가능하도록 한다. 그래서 기존의 다중출력의 경우, 하나를 제어하고 다른 쪽은 여분의 컨버터를 사용하거나 혹은 각 다중출력에 가중치를 부여하고 이를 합하여 대략적으로 제어하는 방법이 있다. 이는 보통 포스트 레귤레이션 방식과 크로스 레귤레이션 방식이라고 불린다.
크로스 레귤레이션 방식의 경우 부품수를 최소화하여 가격 및 장치 크기를 감소시킬 수 있으나, 정밀한 출력 제어는 불가능하다. 한편, 포스트 레귤레이션 방식의 경우 후단에 여분의 레귤레이터를 더 추가함으로써, 정밀한 제어는 가능하나, 효율이 적고 가격이 높다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 종래 기술에 따른 전력 변환 장치는, 컨버터(converter)(10)의 출력 전압을 다수의 가중치를 이용하여 제어함으로써 다중 출력을 제어한다. 컨버터(10)의 각 포트(101, 102, 103)를 통하여 상이한 주파수를 갖는 복수 개의 신호가 출력되며, 출력된 각각의 신호의 진폭에 대하여 고유한 가중치(K1, K2, K3)가 인가된다. 각각의 가중치(K1, K2, K3)는 신호의 중요도에 따라 서로 상이할 수 있다.
가중치가 인가된 각각의 신호는 하나로 중첩된 후 보상기(compensator)(11)에 입력된다. 보상기(11)는 입력된 신호를 기준 신호와 비교하여 제어 신호를 출력한다. 보상기(11)에서 출력된 제어 신호는 비교기(12)로 입력되며, 비교기(12)에서는 이를 캐리어 신호(Sc)와 비교하여 PWM 신호(S)를 생성한다. 비교기(12)에서 생성된 PWM 신호(S)가 다시 컨버터(10)에 입력됨으로써, 컨버터(10)가 피드백에 의해 제어된다.
그러나 전술한 종래 기술에 따른 전력 변환 장치는, 다중 출력 신호를 하나 로 중첩하고, 중첩된 신호로부터 PWM 신호를 생성한다. 따라서 상이한 주파수의 다중 출력이 가중치에 의하여 상대적으로 제어될 뿐, 각 주파수별 출력이 정밀하게 제어되지 않는 단점이 있다. 또한, 이를 해결하기 위해서는 각 주파수별 출력에 대해 별도의 PWM 컨버터가 필요하다.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 상이한 주파수의 신호들이 포함된 단일 PWM 신호를 각 주파수에 따라 피드백 함으로써, 다중 출력 신호를 정밀하게 제어하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 제1 신호 및 제2 신호를 사용하여 PWM 신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 PWM 신호를 주파수에 따라 필터링하여 하나 이상의 제3 신호를 생성하는 필터부; 및 상기 각 제3 신호를 기준 신호와 비교하여 상기 제1 신호를 생성하고, 상기 제1 신호를 상기 신호 생성부에 입력하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 변환 제어 방법은, 제1 신호 및 제2 신호를 사용하여 PWM 신호를 생성하는 단계; 상기 PWM 신호를 주파수에 따라 필터링하여, 하나 이상의 제3 신호를 생성하는 단계; 및 상기 하나 이상의 제3 신호를 기준 신호와 비교하여 상기 제1 신호를 생성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 하나의 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 신호에 독립된 복수 개의 주파수 성분을 포함하도록 하여 다중 출력을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 전력 변환 제어 방법을 이용하면, 하나 이상의 주파수 성분이 포함된 PWM 신호를 각 주파수별로 필터링하여 피드백에 의해 제어하므로, 다중 출력 신호를 정밀하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 상기 실시예에 따른 전력 변환 장치는 신호 생성부(20), 필터부(21) 및 제어부(22)를 포함할 수 있다.
신호 생성부(20)에는 전원 신호(Vdc), 제1 신호(S1) 및 제2 신호(S2)가 인가될 수 있다. 신호 생성부(20)는 상기 전원 신호(Vdc), 제1 신호(S2) 및 제2 신호(S2)를 사용하여 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 신호(S)를 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 전원 신호(Vdc)는 직류 전압 신호이며, 제1 신호(S1)는 입력 신호이고, 제2 신호(S2)는 캐리어 신호(carrier signal)일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 신호(S1)는 정현파 파형을 가질 수도 있다. 또한, 제2 신호(S2)는 삼각파(triangle wave) 또는 톱니파(sawtooth wave) 파형을 가질 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 신호(S1)의 주파수는 제2 신호(S2)의 주파수와 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 신호(S1)의 주파수는 제2 신호(S2)의 주파수 이하일 수 있다. 또한, 제1 신호(S1)는 서로 상이한 주파수를 갖는 복수 개의 신호로 이루어질 수도 있다. 예컨대, 상이한 주파수의 신호들이 중첩되어 제1 신호(S1)를 형성할 수 있다.
도 3a는 신호 생성부(20; 도 2)에 의한 PWM 신호의 생성 과정을 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 3a를 참조하면, PWM 신호(S)는 소정의 듀티비를 갖는 복수 개의 사각파로 이루어질 수 있다. 이때, 각 펄스의 듀티비는 제1 신호(S1) 및 제2 신호(S2)를 서로 비교한 결과에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들어, PWM 신호(S)는 제1 신호(S1) 및 제2 신호(S2)를 비교한 결과에 따라 직류 전원에 연결된 스위치를 온/오프 제어함으로써 생성될 수 있다.
예를 들어, 제1 신호(S1)의 크기가 제2 신호(S2)의 크기보다 큰 경우 PWM 신호(S)가 오프 상태가 될 수 있으며, 제1 신호(S1)의 크기가 제2 신호(S2)의 크기보다 작을 경우 PWM 신호(S)가 온 상태가 될 수 있다. 따라서, 제1 신호(S1)와 제2 신호(S2)의 상대적인 변화에 따라 PWM 신호(S)의 듀티비가 결정될 수 있다.
도 3b는 도 3a에 도시된 과정에 의하여 생성된 PWM 신호의 주파수별 크기를 예시적으로 도시한 그래프이다. 도시되는 바와 같이 PWM 신호에는 직류 전원의 주파수를 갖는 신호(31), 제1 신호의 주파수를 갖는 신호(32) 및 제2 신호의 주파수를 갖는 신호(33) 등이 포함되어 있다. 직류 전원의 주파수란 즉, 주파수가 0 인 것을 의미한다. 제2 신호의 주파수와 인접하여 위치하며 작은 진폭을 갖는 주파수 성분들은 고조파(hamony)를 표시한 것이다.
이와 같이, PWM 신호에는 하나 이상의 주파수의 신호가 포함되어 있다. 따라서, 제1 신호 및 제2 신호를 이용하여 PWM 신호를 생성할 경우, 생성된 PWM 신호를 주파수에 따라 필터링하면 제1 신호 및 제2 신호에 해당하는 주파수의 신호를 구분하여 얻을 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 제1 신호, 제2 신호 및 PWM 신호의 파형 및 주파수는 예시적인 것이다. 제1 신호 및 제2 신호를 PWM 신호를 생성하기에 적합한 임의의 파형을 가질 수 있으며, PWM 신호의 주파수 대역 또한 도 3b에 도시된 것과 상이할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 전술한 과정에 의하여 신호 생성부(20)에 의하여 생성된 PWM 신호(S)는 필터부(21)로 전달될 수 있다.
필터부(21)는 하나 이상의 주파수를 갖는 PWM 신호(S)를 주파수에 따라 필터링하여, 하나 이상의 제3 신호를 생성할 수 있다. 즉, 각각의 제3 신호의 주파수는 서로 상이할 수 있다. 필터부(21)는 서로 상이한 주파수의 신호를 필터링하는 하나 이상의 필터(211, 212, 213)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 각각의 필터(211, 212, 213)는 서로 상이한 대역을 갖는 대역 통과 필터(band-pass filter)일 수도 있다. 대역 통과 필터를 사용하면, 제1 신호(S1) 또는 제2 신호(S2)의 주파수 대역 중 원하는 주파수 대역의 신호만을 분리해낼 수 있다. 또한, 각 필터(211, 212, 213) 중 하나 이상은 저역 통과 필터(low-pass filter)일 수도 있다.
예를 들어, 분리하고자 하는 복수 개의 주파수 대역 중 가장 낮은 주파수 대역의 신호를 필터링하기 위해 하나의 저역 통과 필터를 사용하고, 나머지 다른 주파수 대역의 신호들의 필터링하기 위하여 복수 개의 대역 통과 필터를 사용할 수도 있다.
필터부(21)에서 각각의 필터(211, 212, 213)에 의하여 생성된 제3 신호는 제어부(22)로 전달될 수 있다. 제어부(22)는 각각의 필터(211, 212, 213)에서 출력된 제3 신호를 소정의 기준 신호와 비교하여, 제3 신호와 기준 신호와의 차이에 대응되는 제어 신호를 출력할 수 있다.
전술한 제어 신호를 생성하기 위하여, 제어부(22)는 각 필터(211, 212, 213)에 연결된 보상기(221, 222, 223)를 포함할 수 있다. 각 보상기(221, 222, 223)는 필터(211, 212, 213)로부터 출력된 제3 신호를 미리 설정된 기준 신호와 비교하여, 기준 신호와 제3 신호의 오차의 증폭값에 해당하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
피드백을 위하여, 제어부(22)에 의하여 생성된 제어 신호는 신호 생성부(20)에 제1 신호(S1)로 입력될 수 있다. 신호 생성부(20)는 제1 신호(S1)를 사용하여 PWM 신호(S)를 생성하는데, 제1 신호(S1)는 PWM 신호(S)를 필터링한 후 기준 신호와 비교하여 생성된 제어 신호이다. 따라서, 최종적으로 생성되는 PWM 신호(S)에 포함된 각 주파수별 신호가 기준 신호에 수렴하도록 피드백될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(22)는 하나 이상의 전압 제어 발진기(224)를 더 포함할 수도 있다. 이는 필터부(21)의 각 필터들(211, 212, 213) 중 대역 통과 필터에 연결된 보상기에 적용될 수 있다. 설명을 위하여, 필터부(21)의 필터들 중 제2 필터(212)가 대역 통과 필터인 것으로 가정한다.
제2 필터(212)는 제2 보상기(222)에 연결되며, 전압 제어 발진기(224)는 보상기(222)에 연결될 수 있다. 전압 제어 발진기(224)는 보상기(222)의 출력 신호에 따라 소정의 주파수를 갖는 교류 신호를 생성할 수 있다. 이때, 전압 제어 발진기(224)에 의하여 생성되는 교류 신호의 주파수는 보상기(222)의 출력 신호에 따라 결정될 수 있다.
한편, 대역 통과 필터는 일정한 중심 주파수를 기준으로 소정의 주파수 범위 내에서만 높은 투과율을 가지며, 중심 주파수로부터 멀어질수록 투과율이 감소하는 투과 특성을 갖는 필터이다. 따라서, 대역 통과 필터인 제2 필터(212)에 입력되는 신호의 주파수가 변화하는 경우, 제2 필터(212)로부터 출력되는 제3 신호의 크기가 변화하게 된다.
전압 제어 발진기(224)는 대역 통과 필터의 전술한 특징을 이용하여 신호를 피드백할 수 있다. 즉, 제2 필터(212)에서 출력된 제3 신호가 기준 신호보다 작을 경우, 보상기(222)는 제3 신호와 기준 신호의 오차에 해당하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 이때, 제어 신호는 전압 제어 발진기(224)의 출력 신호의 주파수를 제2 필터(212)의 중심 주파수에 가깝게 만들기 위한 신호일 수 있다.
전압 제어 발진기(224)에서 출력된 신호는 다른 주파수의 신호들과 중첩되어 제1 신호(S1)로 신호 생성부(20)에 입력될 수 있다. 신호 생성부(20)는 제1 신호(S1) 및 제2 신호(S2)를 이용하여 PWM 신호(S)를 생성할 수 있다. 이때, PWM 신호(S)의 각 주파수별 신호 중 제2 필터(212)의 주파수 대역에 대응되는 신호의 주파수는, 이전에 비하여 전술한 피드백 과정에 의하여 제2 필터(212)의 중심 주파수에 근접할 수 있다.
결과적으로 제2 필터(212)로부터 출력되는 제3 신호의 크기가 증가할 수 있 다. 따라서, PWM 신호(S) 중 제2 필터(212)의 주파수 대역에 대응되는 신호의 크기가 보상기(222) 및 전압 제어 발진기(224)에 의한 피드백에 의하여 제어될 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부(22)는 보상기(221, 222, 223)에 연결된 하나 이상의 진폭 변조기(225)를 포함할 수도 있다. 제1 신호(S1)의 종류에 따라서는 보상기(223)에 의하여 출력되는 신호가 직류 신호일 수도 있다. 이 경우, 보상기(223)에 연결된 진폭 변조기(225)는 보상기(223)의 출력 신호에 대응되는 진폭을 갖는 교류 신호를 생성할 수 있다.
진폭 변조기(225)에 의해 출력된 교류 신호는 신호 생성부(20)에 제1 신호(S1)로 입력될 수 있으며, 따라서 PWM 신호(S) 중 제3 필터(213)의 주파수 대역에 대응되는 신호의 크기가 피드백에 의하여 제어될 수 있다.
본 명세서의 도면들에 도시된 필터, 보상기, 전압 제어 발진기, 또는 진폭 변조기의 개수는 예시적인 것이다. 도면들에는 3개의 필터 및 보상기를 포함하는 실시예가 도시되었으나, 필터 및 보상기의 개수는 필터링될 각 주파수별 신호의 개수에 따라 상이할 수 있다. 또한, 하나 이상의 보상기에 전압 제어 발진기 또는 진폭 변조기가 연결될 수도 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 이용하면, 하나 이상의 주파수의 신호가 포함된 PWM 신호를 각 주파수별로 필터링하여 피드백에 의해 제어하므로, 다중 출력 신호를 정밀하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
이상에서는 전력 변환 장치가 최종적으로 교류 전력을 출력하는 인버 터(inverter) 형태의 실시예가 설명되었다. 그러나 다른 실시예에서 전력 변환 장치는 직류 전력을 출력하는 컨버터(converter) 형태일 수 있으며, 또는 교류 전력과 직류 전력이 혼합된 전력을 출력하는 형태일 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 직류 전력을 출력하는 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 4에 도시된 실시예에서, 신호 생성부(20), 필터부(21) 및 제어부(22)의 구성 및 기능은 도 2를 참조하여 전술한 실시예와 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는, 전력 변환 장치는 필터부(21)와 제어부(22) 사이에 연결된 정류부(23)를 더 포함할 수 있다. 정류부(23)는 하나 이상의 정류기(231, 232, 233)를 포함할 수 있으며, 각 정류기(231, 232, 233)는 필터부(21)의 각 필터(211, 212, 213)에 연결될 수 있다.
정류기(231, 232, 233)는 필터(211, 212, 213)에서 출력된 제3 신호를 정류하여 맥류 파형을 갖는 단방향 신호로 변환할 수 있다. 정류된 각 신호는 제어부(22)로 전달될 수 있다. 제어부(22)는 제3 신호를 정류한 신호를 기준 신호와 비교하여 제어 신호를 생성할 수 있으며, 제어부(22)에 의한 피드백 과정은 전술한 실시예와 동일하다.
또한 일 실시예에서는, 정류부(23)와 제어부(22) 사이에 연결된 평활부(24)를 더 포함할 수도 있다. 평활부(24)는 정류부(23)의 각 정류기(231, 232, 233)에 연결된 하나 이상의 저주파 평활회로(241, 242, 243)를 포함할 수 있다. 저주파 평활회로(241, 242, 243)들은 정류기(231, 232, 233)를 통과한 맥류 파형을 평활한 직류로 변환할 수 있다. 이 경우에도 저주파 평활회로(241, 242, 243)에 의해 변환된 직류 신호가 제어부(22)에 전달되며, 제어부(22)는 이를 기준 신호와 비교할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서는 필터부(21)의 모든 필터(211, 212, 213)에 각각 정류기(231, 232, 233) 및 저주파 평활회로(241, 242, 243)가 연결되었다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 하나 이상의 필터(211, 212, 213) 중 일부에만 정류기 및/또는 저주파 평활회로가 연결될 수도 있다. 이 경우, 전술한 바와 같이 교류 전력과 직류 전력이 혼합된 신호를 출력할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 5에 도시된 실시예에서, 신호 생성부(20), 필터부(21) 및 제어부(22)의 구성 및 기능은 도 2를 참조하여 전술한 실시예와 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 전력 변환 장치에서, 신호 생성부(20) 및 필터부(21)는 변압기(Tx)를 통하여 서로 연결될 수 있다. 신호 생성부(20)에 의하여 생성된 PWM 신호(S)는 변압기(Tx)의 1차 권선에 인가될 수 있으며, 변압기(Tx)의 2차 권선을 통하여 각 필터(211, 212, 213)에 전달될 수 있다.
이 경우 각 필터(211, 212, 213)가 동일한 하나의 변압기(Tx)에 연결되어 있으므로, 각각의 필터(211, 212, 213)가 별개의 변압기에 연결되는 경우에 비하여 변압기의 코어 개수가 감소하게 되므로, 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치에서, 신호 생성부(20), 필터부(21) 및 정류부(23)의 구성을 도시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 상기 실시예에 따른 전력 변환 장치에서 신호 생성부(20)는 전원(Vdc)에 연결된 2개의 스위칭 소자(201, 202) 및 각 스위칭 소자(201, 202)를 온/오프시키기 위하여 각 스위칭 소자(201, 202)의 게이트(gate)에 연결된 비교기(203)를 포함할 수 있다. 비교기(203)에는 제1 신호(S1) 및 제2 신호(S2)가 입력될 수 있다.
제1 신호(S1)는 서로 상이한 주파수(f11, f12)를 갖는 2개의 신호가 중첩된 신호일 수 있다. 제1 신호(S1)를 구성하는 주파수의 개수는 예시적인 것으로서, 제1 신호(S1)는 하나의 주파수만을 갖거나, 또는 3개 이상의 주파수의 신호를 중첩하여 생성될 수도 있다. 일 실시예에서, 제1 신호(S1)는 정현파 파형을 가질 수도 있다.
제2 신호(S2)는 PWM 신호를 생성하기 위한 캐리어 신호일 수 있다. 제2 신호(S2)제1 신호(S2)와 상이한 주파수(f2)를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 신호(S2)의 주파수는 제1 신호(S1)의 주파수 이상일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 제2 신 호(S2)는 삼각파 또는 톱니파 파형을 가질 수도 있다.
비교기(203)는 제1 신호(S1)와 제2 신호(S2)를 비교한 결과에 따라 스위칭 소자(201, 202)를 온/오프시킬 수 있다. 각각의 스위칭 소자(201, 202)는 전원(Vdc)에 연결되어 있으므로, 스위칭 소자(201, 202)가 온/오프됨에 따라 전원(Vdc)의 전압에 해당하는 진폭을 갖는 PWM 신호(S)가 생성될 수 있다.
도 6에 도시된 전원(Vdc)과 스위칭 소자(101, 102)의 연결 형태는 하프 브리지(half-bridge)형 PWM 전압원의 구성을 예시적으로 도시한 것이다. 그러나, PWM 신호를 출력할 수 있는 PWM 전압원 또는 PWM 전류원의 다양한 형태가 공지되어 있으며, 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서 신호 생성부의 구성은 도시된 전원과 스위칭 소자의 연결 형태로 제한되지 않는다.
예를 들어, 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 신호 생성부에서는, 4개의 스위칭 소자가 전원에 풀 브리지(full-bridge) 형태로 연결될 수도 있으며, 또는 하나의 스위칭 소자 및 다이오드를 이용하여 벅 컨버터 형태로 연결될 수도 있다. 또한, 하나 이상의 스위칭 소자 및 인덕터를 전원에 연결함으로써 입력 필터 인덕터, 부스트(boost) 계열, 또는 푸쉬풀(push-pull) 계열 등 다양한 형태의 PWM 전류원을 구성할 수도 있다.
전술한 구성에 의하여 신호 생성부(20)에서는 PWM 신호가 출력될 수 있다. 이때, 출력되는 PWM 신호는 하나 이상의 서로 상이한 주파수의 신호를 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6에 도시된 전력 변환 장치에서 신호 생성부에 의하 여 출력되는 PWM 신호의 주파수별 크기를 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 7a는 제1 신호의 진폭을 0으로 한 경우, 신호 생성부에서 생성되는 PWM 신호의 주파수별 신호 크기를 도시한다. 제1 신호의 진폭이 0이므로, 도시되는 바와 같이, 제2 신호의 주파수(f2)에 해당하는 신호만이 출력되었다.
한편, 도 7b는 제1 신호 중 하나의 주파수(f11)에 해당하는 신호를 제2 신호와 함께 비교기에 인가함으로써 생성된 PWM 신호의 주파수별 신호 크기를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 제2 신호의 주파수(f2)에 해당하는 신호뿐만 아니라 제1 신호의 주파수(f11)에 해당하는 신호도 출력되었다.
반대로, 도 7c는 제1 신호 중 다른 하나의 주파수(f12)에 해당하는 신호를 제2 신호와 함께 비교기에 인가함으로 생성된 PWM 신호의 주파수별 신호 크기를 도시한다. 제2 신호의 주파수(f2)에 해당하는 신호뿐만 아니라 제1 신호의 주파수(f12)에 해당하는 신호도 출력되었다.
도 7d는 제1 신호가 2개의 주파수(f11, f12)의 신호를 중첩한 신호인 경우, 제1 신호 및 제2 신호를 이용하여 생성된 PWM 신호의 주파수별 신호 크기를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 제2 주파수(f2)에 해당하는 신호뿐만 아니라, 제1 신호에 포함된 각 신호의 주파수(f11, f12)에 해당하는 신호가 출력되었다.
즉, 도 7a 및 도 7d로부터, 하나 이상의 주파수의 신호를 포함하는 제1 신호 및 제2 신호를 이용하여 PWM 신호를 생성할 경우, 생성된 PWM 신호를 주파수에 따라 필터링하면, 제1 신호를 구성하는 각 신호의 주파수 및 제2 신호의 주파수에 해당하는 신호들을 분리할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 필터부(21)는 2개의 스위칭 소자(101, 102)의 사이에 연결될 수 있다. 필터부(21)에는 신호 생성부(20)에 의해 생성된 PWM 신호(S)가 전달될 수 있다.
도시되는 바와 같이, 필터부(21)는 2개의 필터(211, 212)로 이루어질 수 있다. 예컨대, 각각의 필터(211, 212)는 인덕터(L1, L2) 및 커패시터(C11, C21)로 이루어진 대역 통과 필터일 수도 있다.
도 6에서 각 필터(211, 212)는 하나의 인덕터 및 하나의 커패시터로 구성되나, 각 필터(211, 212)는 복수 개의 인덕터 및/또는 복수 개의 커패시터를 포함하거나, 다른 적합한 구성으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 각 필터(211, 212)는 2개의 인덕터 및 하나의 커패시터로 이루어진 대역 통과 필터일 수도 있다. 이 경우 필터(211, 212)의 전달이득의 변동이 심하지 않은 이점이 있다.
PWM 신호(S)는 필터부(21)의 각 필터(211, 212)에 의하여 필터링되어, 주파수에 따라 복수 개의 제3 신호로 분리될 수 있다. 분리된 각각의 제3 신호는 정류부(23)로 전달되어 각각의 정류기(231, 232)에 인가될 수 있다. 정류기(231, 232)는 복수 개의 다이오드(D11, D12, D21, D22) 및 커패시터(C12, C22)로 구성될 수 있다. 각 정류기(231, 232)는 제3 신호를 정류하여 단방향 신호로 변환할 수 있다.
도 6에 도시된 신호 생성부(20), 필터(211, 212) 및 정류기(231, 232)의 소자 구성 및 소자 연결 방식은 예시적인 것으로서, 공지된 상이한 형태로 구성된 필터 또는 정류기가 사용될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 3a는 PWM 신호의 생성 과정을 예시적으로 도시한 개략도이다.
도 3b는 PWM 신호의 주파수별 크기를 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 일부를 도시한 회로도이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6에 도시된 전력 변환 장치의 신호 생성부에서 출력되는 PWM 신호의 주파수별 크기를 예시적으로 도시한 그래프이다.

Claims (17)

  1. 제1 신호 및 제2 신호를 사용하여 PWM 신호를 생성하는 신호 생성부;
    상기 PWM 신호를 주파수에 따라 필터링하여 하나 이상의 제3 신호를 생성하는 필터부; 및
    상기 각 제3 신호를 기준 신호와 비교하여 상기 제1 신호를 생성하고, 상기 제1 신호를 상기 신호 생성부에 입력하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 필터부에 연결되며 상기 각 제3 신호와 기준 신호를 비교하여 제어 신호를 생성하는 하나 이상의 보상기를 포함하고,
    상기 제1 신호는 상기 하나 이상의 보상기에서 출력된 제어 신호가 중첩된 신호인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 생성부는,
    전원에 연결되는 하나 이상의 스위칭 소자; 및
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 비교하여 출력 신호를 생성하는 비교기를 포함하되,
    상기 스위칭 소자는 상기 비교기의 출력 신호에 의하여 온/오프되어 상기 PWM 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 보상기 중 하나 이상과 상기 비교기 사이에 연결된 전압 제어 발진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 보상기 중 하나 이상과 상기 비교기 사이에 연결된 진폭 변조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 필터부는 하나 이상의 대역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 필터부는 하나 이상의 저역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 필터부와 상기 제어부 사이에 연결되며, 상기 각 제3 신호를 정류하는 정류부를 더 포함하되,
    상기 제어부는 상기 정류부에 의해 정류된 신호를 기준 신호와 비교하여 상기 제1 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 정류부와 상기 제어부 사이에 연결되는 저주파 평활회로를 더 포함하되,
    상기 제어부는 상기 저주파 평활회로를 통과한 신호를 기준 신호와 비교하여 상기 제1 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 생성부와 상기 필터부 사이에 연결되며, 상기 신호 생성부에서 생성된 상기 PWM 신호를 상기 필터부에 전달하는 변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 신호의 주파수는 상기 제1 신호의 주파수 이상인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  12. 제1 신호 및 제2 신호를 사용하여 PWM 신호를 생성하는 단계;
    상기 PWM 신호를 주파수에 따라 필터링하여, 하나 이상의 제3 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 제3 신호를 기준 신호와 비교하여 상기 제1 신호를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 신호를 생성하는 단계는,
    상기 각 제3 신호를 기준 신호와 비교하여 하나 이상의 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 제어 신호를 중첩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제어 신호를 중첩하는 단계 전에,
    상기 하나 이상의 제어 신호 중 하나 이상을 상기 제어 신호의 크기에 대응되는 주파수를 갖는 교류 신호로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 제어 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제어 신호를 중첩하는 단계 전에,
    상기 하나 이상의 제어 신호 중 하나 이상을 상기 제어 신호의 크기에 대응되는 진폭을 갖는 교류 신호로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 제어 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 신호를 생성하는 단계 전에,
    상기 하나 이상의 제3 신호 각각을 직류 신호로 변환하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 신호를 생성하는 단계는, 변환된 상기 직류 신호를 기준 신호와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 제어 방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 신호의 주파수는 상기 제1 신호의 주파수 이상인 것을 특징으로 하는 전력 변환 제어 방법.
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