KR101050308B1 - 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터에 관한 것으로, 송전로(7)에 전력을 공급하고, 직류전압을 인가하기 위한 2개 입력단(2,3), 입력단에 연결된 제1 중간회로(8), 접지단자(14)에 연결된 2개의 직렬연결 커패시터(C1,C2), 초크(L1)에 연결되어 교류전압을 공급하기 위한 2개의 출력단(5,6), 및 직류전압을 교류전압으로 변환하는 브리지구간(10)을 구비하면서, 제1 중간회로(8)와 브리지구간(10) 사이에 하나의 제2 중간회로(9,22)를 배치하고, 상기 중간회로는 직류전압을 승압하고 브리지구간(10)에 양전압과 음전압을 공급하는 작용을 한다.

Description

인버터{INVERTER}

본 발명은 청구항 1의 서문에서 소개한 종류의 인버터에 관한 것이다.

태양전지나 연료전지와 같은 직류전원에서 생긴 전력을 교류 송전로, 특히 50/60 Hz의 송전로에 공급하려면 다양한 종류의 인버터를 사용한다. 대부분, 직류전원과 인버터 사이에 DC-DC 컨버터를 배치하여 직류전원에서 생긴 직류전압을 인버터에 필요한 직류전압으로 변환한다.

여러 이유로, 직류전원의 출력단중 하나를 접지하거나, 직류전원의 전위를 접지전위에 대해 고정하는 것이 필요한데, 한편으로는 이런 접지가 여러 국가에서 규정되었기 때문이고, 다른 한편으로는 접지가 없으면 운전중에 여러가지 문제점이 일어나기 때문이다. 그중 하나는 고주파 누설전류이다. 직류전원과 접지단 사이의 기생용량이 있으면 전위가 변동할 경우 상당한 전류등화가 일어나고, 이런 전류등화는 안전문제를 일으키므로, 센서의 도움을 받아 복잡한 감시장치를 설치해 접ㅂ점을 보호하거나 전자파 친화상태(EMC; electromagnetic compatibility)를 이루어야 하는데, 이런 안전문제는 접지를 통해 확실히 피할 수 있다. 직류전원에서의 전위변동은 박막모듈과 같은 장치의 영구적인 파손을 일으킬 수 있다.

이런 종류의 누설전류는 변압기가 달린 직류전압 컨버터를 사용해 직류전압측을 교류전압측과 갈바닉 분리하면 피할 수 있다. 그러나, 송전로 변압기나 고주파 변압기 어떤 것을 사용하든 변압기가 있으면 효율이 저하하고 중량과 크기에 상당한 부하를 가져오며 제어에 추가비용이 소요되어, 이때문에 변압기 없는 전압컨버터가 선호되고 있다. 그러나, 무변압기 전압컨버터는 원하는 접지를 해야하는데, 이 경우 스위치나 커패시터가 단락되거나 스위칭 비용이 증가하는 등의 문제가 있다.

따라서, 이런 문제점을 해결하기 위한 수많은 실험이 이미 행해진바 있다. 특히, 원치않는 누설전류를 줄이는 회로가 DE 10 2004 037 466A1, DE 102 21 592 A1, DE 10 2004 030 912 B3에 소개되었다. 이 회로에서는 태양전지를 내부전력 반송기의 위상으로 작동시키고 송전로에서 격리했다. 태양전지는 주기적으로 송전로에 연결되면서, 기생용량의 충전을 약간만 반대로 하여, 태양전지의 전위를 송전로의 주파수와 전압크기를 갖는 사인파로 바꾸었다. 2개의 스위칭 사이클 사이에서 태양전지의 미묘한 전압차를 통해 그리고 스위칭 기간의 비대칭성을 통해 고주파 전류가 형성된다. 따라서, 용량성 누설전류를 최소화할 수는 있어도 완전히 없앨 수는 없다.

또, 분리형 태양전지를 이용하고, 그 중간점을 접지한 회로가 DE 102 25 020A1에 소개되었다. 태양전지의 모든 부분이 고정전위를 갖고, 용량성 누설전류는 흐르지 않는다. 2개의 직류전원의 출력이 서로 달라, 출력차와 전압을 보상하는 회로가 더 필요하다. 이 회로에서는, 직류전원과 스위치에 높은 전압차가 생겨, 추가 적인 손실이 생기고 4개 이상의 스위치를 고주파로 작동시켜야 한다는 문제가 있다.

그 외에도, 변압기 없이도 태양전지를 접지할 수 있는 회로도 알려졌는데, 여기서는 주로 용량성 누설전류를 방지한다. 그러나, 이런 회로는 스위치가 5개 필요하고 그중 하나나 두개의 스위치는 고주파로 동시에 스위칭되면서 평균 출력전류를 공급해야 한다(DE19642522C1 참조). 이 회로는 "flying inductor"라고도 하는데, 전류를 흐르게 하는데 동시에 작동되는 요소의 수가 많아 효율에 악영향을 준다. 또, 단속적인 전류펄스가 송전로를 압박하므로 용량성 필터가 필요하고, 이 경우 전력인자는 물론 자체 전력 때문에 회로의 효율에도 악영향을 주는 문제가 있다. DE 197 32 218C1에서는 이런 용량성 필터를 피했지만, 스위치가 9개 필요하고, 그중 2개는 고주파로 스위칭되어야 하므로 전체적안 장치의 효율과 내구성에 악영향을 미친다. flying inductor의 단점은 스위치의 전압부하가 송전로의 부하에 좌우되고 단전에 민감하다는 것이다 .

끝으로, US2007/47277A1에 소개된 장치는 2단으로 구성되고 실제 인버터(DC-AC 컨버터) 외에도 DC-DC 컨버터를 갖추고 있다. 또, 2개의 직렬 커패시터들을 송전선로의 중립컨덕터와 관련된 접지단자에 연결한 쌍극전압 중간회로가 있다. 이 경우, 인버터의 접지단자를 직류전원의 음극에 연결할 수 있고, 이렇게 되면 2개의 자기결합권선으로 구성된 특수한 저장초크를 사용할 수 있다.

이 장치의 장점은 직류전원을 비교적 간단히 변압기 없이 접지할 수 있다는 것이고, 반대로 단점은 3개 이상의 스위치를 고주파로 작동시켜야 하고 2단으로 구 성하여 제어하는데 비용이 증가된다는 것이다.

이상의 설명으로 알 수 있듯이, 본 발명의 목적은 직류전원의 전위를 접지전위에 대해 고정하되, 구성이 간단한 수단을 사용함은 물론 부품수도 줄이고 고주파로 스위칭되어야 하는 스위치의 부하도 줄이는데 있다.

본 발명의 이와 같은 과제는, 송전로(7)에 전력을 공급하고, 직류전압을 인가하기 위한 2개 입력단(2,3), 입력단에 연결된 제1 중간회로(8), 접지단자(14)에 연결된 2개의 직렬연결 커패시터(C1,C2), 초크(L1)에 연결되어 교류전압을 공급하기 위한 2개의 출력단(5,6), 및 직류전압을 교류전압으로 변환하는 브리지구간(10)을 구비한 인버터에 있어서:

제1 중간회로(8)와 브리지구간(10) 사이에 하나의 제2 중간회로(9,22)를 배치하고, 상기 중간회로는 직류전압을 승압하고 브리지구간(10)에 양전압과 음전압을 공급하는 작용을 하는 인버터에 의해 달성된다.

본 발명의 인버터에서, 브리지구간(10)이 하프브리지 구성을 갖고 2개의 직렬연결 스위치(S1,S2)를 포함하며, 이들 스위치의 제1 단자(15,16)는 제1 중간회로(8)에 연결되고 제2 단자는 공통 연결점(19)에 놓이며, 상기 연결점(19)은 출력단(5)에 연결되고 2개 커패시터(C1,C2) 사이의 접지단자(14)는 다른 출력단(6)에 연결된다.

또, 본 발명의 인버터는 제2 중간회로(9)가 초크(L1)를 흐르는 전류를 반대 방향으로 유지하도록 2개의 환류경로(Freewheeling path)(S3,D5; S4,D6)를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 2개의 환류경로가 2개의 커패시터(C1,C2)의 연결점인 접지단자(14)와 2개 스위치(S1,S2)의 연결점(19)에 연결되고, 환류경로마다 스위치(S3,S4)와 다이오드(D5,D6)가 하나씩 있고 이들이 서로 직렬연결되며, 상기 다이오드(D5,D6)의 도전방향이 서로 반대인 것이 좋다.

또, 본 발명의 인버터에서, 제2 중간회로(9)가 다이오드(D3,D4)와 초크(L3,L2) 하나씩 직렬연결한 제1, 제2 직렬부재들을 포함하고, 제1 직렬부재(D3,L3)는 입력단(11)부터 스위치(S1)의 제1 단자(15)까지 이어졌다가 제3 커패시터(C3)를 통해 제2 직렬부재의 초크(L2)와 다이오드(D4) 사이의 연결점(18)까지 이어지며, 제2 직렬부재(D4,L2)는 다른 입력단(12)부터 스위치(S2)의 제1 단자(16)까지 이어졌다가 제4 커패시터(C4)를 통해 제1 직렬부재의 초크(L3)와 다이오드(D3) 사이의 연결점(17)까지 이어진 것이 바람직하다. 이 경우, 2개의 직렬부재(D3,L3; D4,L2)에 커패시터(C3,C4) 각각이 동일하게 연결되는 것이 바람직할 것이다.

또, 본 발명의 인버터에 있어서, 브리지구간(10)의 스위치가 고주파로 스위칭되고, 환류경로의 스위치(S3,S4)는 송전로 주파수로 스위칭되는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 인버터에서, 2개의 환류경로(S3,D5; S4,D6)가 제2 중간회로(22) 외부에 배치되는 것이 좋다.

또, 본 발명의 인버터는 3상 송전로에 연결되고, 3개의 중간회로(22a~c)가 병렬연결되어 송전로의 각각의 위상과 연결되는 한편 제1 중간회로(8)에도 연결되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 인버터는 1단으로 구성되어, DC-DC 파트와 DC-AC 파트가 하나로 합쳐지고 입력전압을 승압할 수 있어서, 공통의 제어가 가능하다. 또, 고주파 스위치도 겨우 2개이다. 끝으로, 직류전원의 전위를 접지전위에 대해 고정하고, 단속전류 없이 송전로에 전력을 공급할 수 있다. 부품수가 적어 신뢰성이 높고 수명도 길다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1의 본 발명의 단상인버터(1)의 2개 입력단은 양극(2)과 음극(3)으로 직류전압을 걸기 위한 것이고 태양전지나 연료전지 형태의 직류전원(4)의 출력단에 연결되고, 커패시터는 도시되지 않았지만 대개 이런 출력단에 병렬연결된다. 인버터(1)의 다른 2개 출력단(5,6)은 교류전압을 전달하고 단상 송전로(7)나 부하에 연결된다. 출력단, 본 실시예에서는 송전로(7)의 위상(L)에 연결된 출력단(5)의 상류에 초크(L1)가 연결된다.

대부분의 기존의 회로배선과는 대조적으로, 직류전원(4)과 인버터(1) 사이에는 아무런 별도의 DC-DC 컨버터도 없다. 대신, 본 발명에 따른 인버터는 도 1에 도시된 바와 같은 DC-AC 변환기능은 물론 입력전합을 원하는 값으로 승압하기도 하므로, 승압기능을 갖는 DC-DC 컨버터의 특징을 갖는다고 볼 수 있다. 즉, 본 발명의 인버터(1)는 양쪽 기능을 모두 갖는다. 이를 위해, 인버터(1)는 제1 중간회로(8), 제2 중간회로(9) 및 브리지 구간(10)을 갖는다.

제1 중간회로(8)는 2개의 입력단(2,3)에 연결되고 2개의 직렬연결 커패시터(C1,C2)를 갖는데, 이들 커패시터의 한쪽 단자(11,12)는 각각의 입력단(2,3)에 연결되고 다른쪽 단자는 서로 연결된다. 커패시터의 연결점은 동시에 접지단자(14)를 구성하므로, 이 단자는 접지전위를 가져야 한다. 중간회로(8)는 결국 쌍극 중간전압회로로서, 양극전원 C1에서 윗쪽 단자(11)를 통해, 그리고 음극전원 C2에서 아랫쪽 단자(12)를 통해 브리지구간(10)에 전기를 공급하는 역할을 한다. 접지단자(14)를 접지하고 용량이 비교적 높은 커패시터(C1,C2)를 사용하면, 기생용량이 있고 분산전류는 거의 없어도 직류전원(4)의 전위를 비교적 일정하게 유지할 수 있다.

제2 중간회로(9)는 제1 직렬부재와 제2 직렬부재를 갖는데, 제1 직렬부재는 단자(11)에 연결된 제1 다이오드(D3)와 이곳에 직렬연결된 제1 저장초크(L3)로 구성되고, 제2 직렬부재는 단자(12)에 연결된 제2 다이오드(D4)와 이곳에 직렬연결된 제2 저장초크(L2)로 구성된다. 저장초크(L3)의 나머지 단자는 제1 입력단(15)에 연결되고, 저장초크(L2)의 나머지 단자는 브리지구간(10)의 제2 입력단(16)에 연결된다. 또, 제2 중간회로(9)는 커패시터(C4,C3)를 갖는데, 커패시터(C4)는 한쪽은 제1 직렬부재의 다이오드(D3)와 저장초크(L3) 사이의 연결점(17)에 연결되고 다른 쪽은 입력단(16)에 연결되며, 커패시터(C3)는 한쪽은 제2 직렬부재의 다이오드(D4)와 저장초크(L2) 사이의 연결점(18)에 연결되고 다른 쪽은 브리지구간(10)의 입력단(15) 에 연결된다.

브리지구간(10)의 2개의 직렬연결 스위치(S1,S2)는 각각 입력단(15,16)중의 하나에 연결되는 제1 단자와 제2 단자를 갖는다. 제2 단자끼리는 공통 연결점(19)에서 서로 연결되는데, 공통 연결점은 2개 스위치(S1,S2) 사이에 위치하면서 초크(L1)를 통해 인버터(1)의 출력단(5)에 연결되므로, 결국은 송전로(7)의 위상(L)에 연결되는 셈이다. 송전로(7)의 컨덕터(N)은 인버터(1)의 출력단(6)에 연결되어 결국 2개 커패시터(C1,C2) 사이의 접지단자(14)까지 배선(20)을 통해 연결되므로, 접지전위를 갖는다.

본 실시예에서, 제2 중간회로(9)에는 환류경로가 2개 더 있는데, 각각 스위치(S3,S4)의 어느 하나와 다이오드(D5,D6)의 어느 하나를 직렬연결해 형성된다. S3와 D5로 구성된 환류경로는 2개 연결점(14,19) 사이에 있는데, 다이오드(D5)는 연결점(19) 방향을 향한다. 제2 환류경로(S4,D6) 역시 2개 연결점(14,19) 사이에 있지만, 다이오드(D6)는 반대방향인 연결점(14) 방향을 향한다.

끝으로, 다이오드(D1,D2)는 브리지구간내의 스위치(S1,S2) 각각에 병렬연결되는데, 이때 다이오드(D1)는 입력단(15) 방향을 향하고, 다이오드(D2)는 반대방향인 스위치(S1,S2) 사이의 연결점(19)을 향한다.

스위치(S1,S2)는 16kHz 이상, 100kHz 정도의 주파수로 온/오프되는 반면, 스위치(S3,S4)는 50Hz나 60Hz의 주파수로만 온/오프된다. 본 실시예에서, 송전로(7)에 공급되는 전류의 양극 반파(half wave) 동안, 스위치(S3)는 도전상태로 되고 스위치(S4)는 비도전상태로 되지만, 음극 반파 동안에는 그 반대로 스위치(S4)는 도 전상태로 되고 스위치(S3)는 비도전상태로 된다.

일반적으로, 본 발명의 기본개념은 2개의 중간회로(8,9)를 서로 연결하는데 있다. 제1 중간회로(8)는 입력측에서 직류전원(4)에 연결되고, 용량성 전압분배기로 구성되며, 그 연결점(14)은 접지된다. 그 결과, 직류전원(4)의 전위가 접지전위에 대해 고정되고, 바람직하게는 대칭적으로 C1과 C2가 같도록 한다. 반면에, 뒤에 자세히 설명하겠지만, 제2 중간회로(9)는 한쪽에서는 접지전위에 대해 양이나 음의 필요 전압을 브리지구간(10)에 공급하고, 다른 한쪽에서는 2개의 스위치(S1,S2)를 동시에 켜는 속도로 출력전압을 정하여 제1 중간회로(8)의 출력전압을 송전로나 부하에 필요한 값으로 승압하는 기능을 한다. 본 실시예에서, 제2 중간회로(9)는 초크(L1)를 흐르는 전류 경로를 제공하는 기능도 한다. 이런 모든 기능을 달성하기 위한 집적회로 어레이는 적은 수의 스위치만 필요하고, 이런 스위치의 전압부하는 작으며, 송전로(7)에 연속적으로 전류를 공급할 수 있다. 또, 한쪽의 D3, L3, C4, D4와 다른 쪽의 D4, L2, C3, D6 요소들은 완전히 대칭으로 구성되므로, 양극 반파와 음극 반파의 진행중에 전류가 흐르기 위한 이상적인 상태가 이루어진다. 따라서, 일반적으로, 고주파로 연결되며 비교적 낮은 부하를 받는 스위치(S1,S2)만을 갖춘 인버터(1)를 얻을 수 있다.

인버터(1)의 기능에 대해 도 2~5를 참조하여 자세히 설명하되, 양극 반파, 즉 양의 출력전압을 연결점(17)에 걸어주고 초크(L1)를 통해 송전로(7)에 양전류를 공급한 경우를 예로 들어 설명한다.

먼저 스위치(S1~4)는 모두 열려있다고 하자. 잠깐의 평형상태 뒤에, 각각의 전류경로(D3,C4,L2,D4; D3,L3,C3,D4)를 통해 C1=C2인 2개의 커패시터가 하프 발전전압으로 충전되고 커패시터 C4, C4가 풀 발전전압으로 충전되자마자 개방상태가 고정된다. 이제, 초크(L2,L3)에는 전류가 흐르지 않고 커패시터(C4)는 좌측에 양극을, 커패시터(C3)는 우측에 양극을 갖는다(도 4 참조).

승압기능을 위해, 2개 스위치(S1,S2)를 동시에 t3 시간동안 위상 A로 켠다(도 2, 5 참조). 스위치(S1,S2)를 닫으면 한쪽의 C4, L3와 다른 쪽의 C3, L2가 병렬연결되거나 단락된다. 그 결과, C4로부터 L3, S1, S2를 거쳐 C4까지의 전류경로를 통해 커패시터(C4)는 방전되지만 초크(L3)는 충전된다. 또, C3, S1, S2, L2, C3의 전류경로에서 커패시터(C3)는 방전되지만 초크(L2)는 충전된다. 그 결과, 도 5와 같이 전류(S1,S2)가 점점 증가한다. 끝으로, 초크(L1)를 통해 송전로(7)를 향해 흐르고 이미 이전 위상으로 L1에서 생성되었던 전류가 L1, 7, 20, 14, S3, D5, 19, L1의 경로를 통해 계속 흐르는데, 이는 양극 반파 동안 스위치(S3)가 계속 닫혀있기 때문이다. 도 5에서 볼 수 있듯이, t3의 시간동안 S3에는 전류가 흐르지만 D3와 D4에는 전류가 흐르지 않는다. L1이 빠지면 S3와 D5는 필요 없을 것이다. 그러나, 초크(L1)는 송전로(7)에 공급될 전류를 평활하하는데 일익을 담당하고 전류가 지나치게 상승하는 것을 방지한다는 장점이 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 위상 A에서 스위치(S1,S2)를 통과하는 전류는 점점 상승한다. 다이오드(D3,D4)의 잠금기능에 의해 제2 중간회로(9)에 흐르는 전력이 역전되는 것이 방지된다.

다음 위상 B에서, 스위치(S1)는 t1의 첫번째 부분에서 계속 도전상태이고(도 3, 5 참조), 스위치(S2)는 계속 개방상태이다. 그 결과, L3-C4와 L2-C3의 각각의 단락이 해소되어 송전로(7)에 전력이 공급되는데, 그 경로는 C1에서 시작하여 D3, L3, S1, 19, L1을 거쳐 7에 이르고 다시 20, 14를 거쳐 C1에 이른다. 그와 동시에, 초크(L2,L3)가 자체 저장에너지를 커패시터(C3,C4)에 공급하면, 이들 커패시터는 커패시터(C1,C2)에 의해 이미 충전되어 있던 상태에서 C1 하나보다 높은 전압을 연결점(19)에서 생성한다. 2개의 고주파 스위치(S1,S2)만으로, 전압원에서 송전로까지 아무런 변압기도 없이 송전로 전압의 최대값보다 낮거나 높은 출력전압을 공급할 수 있는 인버터를 구성할 수 있다.

도 5에 의하면, 초크(L1)를흐르는 전류는 스위치(S1)를 통과하지만, D3와 D4를 통과하는 전류는 점점 낮아지는데, 이는 L3에서 C3 및 L2에서 C4까지의 역방향 충전 때문이다. 또, D4를 흐르는 전류가 D3에 비해 상대적으로 낮은데, 이는 L1을 통과한 송전로나 부하의 전류가 D4를 통과하지 않기 때문이다.

시간간격 t1의 두번째 부분(도 5에서 위상 C)에서 스위치 S1은 닫히고 S2는 위상 B에서 열려 제1 중간회로(8)에서 D3, S1, L1을 거쳐 송전로(7)에 전력이 공급된다. 다이오드 D3에 계속 전류가 흐르므로, 이 전류는 비교적 일정하고 C1에서부터 D3, L3, S1, 19, L1, 7, 20을 거쳐 다시 C1으로 돌아간다.

다음 단계는 시간간격 t*에서 일어나는데( 도 4와 도 5의 위상 D 참조), 스위치 S1이 열리고 S2는 계속 열려있다. 그 결과, S1, L1을 통한 급전사이클이 중단된다. 그러나, 초크(L1)에 저장된 전력은 급전경로 S3-D5를통해 분산되므로 위상 A처럼 활성화되어 전류가 L1에서부터 7, 20, S3, D5, 19를 거쳐 L1으로 돌아갈 수 있다. 도 5를 보면 위상 C의 끝에서 거의 변하지 않는 S3 통과전류에 의해 이런 흐 름이 잘 나타나 있다. 한편, 이전 위상에서 도전되었다가 방전을 하는 충전초크(L3)에 의해 커패시터(C3)가 더 충전되기 때문에 위상 D에서 점점 감소하는 전류는 이제 다이오드 D3와 D4에 흐른다.

위상 D가 끝나면 위상 A~D의 사이클이 또 시작한다(도 5 참조).

음극 반파 동안 송전로에 음전류가 공급되면, 인버터(1)는 도 2~5에서 설명한 기능을 한다. 구체적으로, 스위치 S4가 닫히고 S3는 열려 초크(L1)을 통해 반대쪽 방향으로 흐르는 전류 경로가 형성된다. 한편, 스위치 S2는 위상 B, C에서 닫힌 상태를 유지하고 S1은 열려있다. 그 결과, C2로부터 D4, L2, S2, L1, 7을 거쳐 C2로 돌아가는 전기회로가 위상 B 동안 활성화된다. 반면에 위상 A, B에서, L1에서 시작해 S2, L2, D4, C2, 20, 7을 거쳐 L1으로 돌아가는 경로가 활성화된다.

음극 반파 동안 높은 스위칭 주파수와 승압율을 결정하는 듀티사이클로 커패시터 C3, C4가 승압된다. 이론적으로, C3, C4의 전압은 양과 음의 반쪽파형 양쪽에서 계속 증가한다. 전력을 송전로(7)에 공급해 커패시터(C3,C4)로부터 계속 전력이 인출되므로, C3와 C4의 전압은 일정 값 이상으로 상승하지 못한다. 그래도, 초크(L3)는 양의 반쪽파형 동안 더 강력하게 충전되고 C2는 음극 반파 동안 더 강하게 충전된다.

일반적으로, 일반 DC-DC 컨버터가 아닌 2개의 고주파 스위치(S1,S2)만으로 넓은 범위에 걸쳐 가변적인 출력전압을 공급할 수 있는 인버터(1)를 얻을 수 있다. L2, L3와 C3, C4의 충전을 반대로 함으로써, 그리고 S1과 S2가 닫혔을 때 초크 L2, L3에 저장된 전력을 S1이나 S2를 개방하여 커패시터 C1, C4에 공급해 입력전압보다 높은 중간회로 전압으로 커패시터를 충전하기 때문에 승압기능이 구현된다.

도 6에 도시된 인버터(21)는 도 1의 인버터와 비슷하여, 제1 중간회로(8)는 직류전원(4)에 연결되고 브리지구간(10)은 송전로(7)에 연결된다. 또, 제2 중간회로(22)를 제1 중간회로(8)와 브리지구간(10) 사이에 배치한다. 도 1과는 달리, 2개의 경로 S3-D5와 S4-D6가 제2 중간회로(22)에 병합되지만 중간회로의 외부에 별도로 배치된다. 이를 위해, 2개의 커패시터(C1,C2) 사이의 연결점에서부터 S3-D5와 S4-D6로 구성된 병렬회로의 입력까지 배선(23)이 이어진다(도 1 참조). 이런 병렬연결은 제2 중간회로(22)와 브리지구간(10) 사이에 배치되고 출력단은 브리지구간(10)의 스위치 S1과 S2 사이의 연결점(19)에 연결된다(도 1 참조). 앞에서 설명한 기능에 차이는 없다.

도 5에 도시된 시간간격 t3, t1 및 t* 동안에 PWM 제어에 사용되는 일반 방법에 의해 스위치 S1, S2의 제어신호가 생성되는데, 그 목적은 인버터(1)의 출력전류를 가능한 사인파에 가깝게 하기 위해서이다. 이를 위해, 삼각파나 톱니파 형태의 기준신호를 표적값의 신호와 비교하고 출력전압의 극성마다 별도로 기준신호를 생성할 수 있다.

도 7은 3상 인버터(24)의 개략적 회로도이다. 이 회로도는 송전로(7)의 위상마다 별도로 제2 중간회로(22a~c)를 배치하고 각각에 대해 외부 경로를 제공하여 이루어진다. 그러나, 도 1과 같이 구성된 제2 중간회로(9)를 3개 사용하기도 한다. 또, 도 1과 같이 구성된 브리지구간(10a~c)을 제2 중간회로(22a~c) 각각에 연결하고, 브리지구간이 송전로의 3상 각각에 전류를 공급하도록 한다.

도 1은 본 발명의 인버터의 기본적 스위치 기능을 보여주는 회로도;

도 2~4는 도 1의 인버터의 작동상태를 3가지 스위칭 상태로 보여주는 회로도;

도 5는 도 1의 인버터의 동작중에 발생하는 전류상태를 보여주는 그래프;

도 6은 도 1의 인버터의 변형례의 회로도;

도 7은 도 6의 인버터와 비슷하되 3상 구조를 갖는 인버터의 회로도.

Claims (9)

1. 송전로(7)에 전력을 공급하고, 직류전압을 인가하기 위한 2개 입력단(2,3), 입력단에 연결된 제1 중간회로(8), 접지단자(14)에 연결된 2개의 직렬연결 커패시터(C1,C2), 초크(L1)에 연결되어 교류전압을 공급하기 위한 2개의 출력단(5,6), 및 직류전압을 교류전압으로 변환하는 브리지구간(10)을 구비한 인버터에 있어서:

   제1 중간회로(8)와 브리지구간(10) 사이에 하나의 제2 중간회로(9,22)를 배치하고, 상기 제2 중간회로는 직류전압을 승압하고 브리지구간(10)에 양전압과 음전압을 공급하며;

   상기 제2 중간회로(9)는 초크(L1)를 흐르는 전류를 반대 방향으로 유지하도록 2개의 환류경로(S3,D5; S4,D6)를 갖고;

   브리지구간(10)의 스위치(S1,S2)가 16kHz 이상의 주파수로 스위칭되고, 환류경로의 스위치(S3,S4)는 송전로 주파수로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 인버터.
2. 제1항에 있어서, 상기 브리지구간(10)이 하프브리지 구성을 갖고 2개의 직렬연결 스위치(S1,S2)를 포함하며, 이들 스위치의 제1 단자(15,16)는 제2 중간회로(9,22)에 연결되고 제2 단자는 공통 연결점(19)에 놓이며, 상기 연결점(19)은 출력단(5)에 연결되고 2개 커패시터(C1,C2) 사이의 접지단자(14)는 다른 출력단(6)에 연결되는 것을 특징으로 하는 인버터.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 2개의 환류경로가 2개의 커패시터(C1,C2)의 연결점인 접지단자(14)와 2개 스위치(S1,S2)의 연결점(19)에 연결되고, 환류경로마다 스위치(S3,S4)와 다이오드(D5,D6)가 하나씩 있고 이들이 서로 직렬연결되며, 상기 다이오드(D5,D6)의 도전방향이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 인버터.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 중간회로(9)가 다이오드(D3,D4)와 초크(L3,L2) 하나씩 직렬연결한 제1, 제2 직렬부재들을 포함하고, 제1 직렬부재(D3,L3)는 입력단(11)부터 스위치(S1)의 제1 단자(15)까지 이어졌다가 제3 커패시터(C3)를 통해 제2 직렬부재의 초크(L2)와 다이오드(D4) 사이의 연결점(18)까지 이어지며, 제2 직렬부재(D4,L2)는 다른 입력단(12)부터 스위치(S2)의 제1 단자(16)까지 이어졌다가 제4 커패시터(C4)를 통해 제1 직렬부재의 초크(L3)와 다이오드(D3) 사이의 연결점(17)까지 이어진 것을 특징으로 하는 인버터.
6. 제5항에 있어서, 상기 2개의 직렬부재(D3,L3; D4,L2)에 커패시터(C3,C4) 각각이 동일하게 연결된 것을 특징으로 하는 인버터.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 2개의 환류경로(S3,D5; S4,D6)가 제2 중간회로(22) 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 인버터.
9. 제1항에 있어서, 상기 인버터가 3상 송전로에 연결되고, 3개의 중간회로(22a~c)가 병렬연결되어 송전로의 각각의 위상과 연결되는 한편 제1 중간회로(8)에도 연결되는 것을 특징으로 하는 인버터.

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