KR101224589B1 - Multilevel inverter - Google Patents

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KR101224589B1 KR1020110001128A KR20110001128A KR101224589B1 KR 101224589 B1 KR101224589 B1 KR 101224589B1 KR 1020110001128 A KR1020110001128 A KR 1020110001128A KR 20110001128 A KR20110001128 A KR 20110001128A KR 101224589 B1 KR101224589 B1 KR 101224589B1
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김흥근
박민영
노의철
전태원
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경북대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

Abstract

멀티레벨 인버터가 개시된다. 멀티레벨 인버터는 서로 직렬로 연결된 제1 및 제2 커패시터부, 복수의 스위치 및 복수의 다이오드를 이용하여 멀티레벨의 출력 전압을 출력하는 스위치부 및 사인(sine) 함수 형태의 기준파와 삼각파에 기초하여 상기 멀티레벨 인버터의 동작 모드를 설정하고, 각 동작 모드에서 서로 다른 출력 전압이 생성되도록 상기 복수의 스위치에 대한 제어를 수행하여, 상기 멀티레벨의 출력 전압을 출력하는 PWM 제어부를 포함한다.A multilevel inverter is disclosed. The multilevel inverter is based on a reference wave and a triangular wave in the form of a sine function and a switch unit for outputting a multilevel output voltage using a first and a second capacitor unit, a plurality of switches, and a plurality of diodes connected in series with each other. And a PWM controller configured to set an operation mode of the multilevel inverter, perform a control on the plurality of switches to generate different output voltages in each operation mode, and output the output voltage of the multilevel.

Description

멀티레벨 인버터{Multilevel inverter}Multilevel Inverter

본 발명은 멀티-레벨 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 H-브릿지 인버터로 5개 레벨을 갖는 출력 전압을 생성하는 멀티-레벨 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-level inverter, and more particularly to a multi-level inverter for generating an output voltage having five levels with one H-bridge inverter.

최근 산업설비의 대용량화 추세와 고압화에 따라 고압 대용량 인버터 시스템에 대한 수요가 증가하고 있으며, 전력용 반도체 소자의 제한된 정격을 극복할 수 있는 멀티레벨 인버터에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 왔다. Recently, the demand for high-voltage high-capacity inverter system is increasing according to the trend of high-capacity and high-pressure industrial facilities, and research on multi-level inverters that can overcome the limited rating of power semiconductor devices has been continuously conducted.

멀티레벨 인버터(multilevel inverter)는 기존의 2-레벨 인버터에 비해 직렬 연결된 소자를 사용할 때 발생하는 스위치 소자의 차단 전압 불균형 문제가 발생하지 않으며, 동일한 스위칭 주파수에서 출력 전압 파향을 정형파에 가깝게 만들어 고조파 성분을 상당히 감소시킬 수 있고, 전압 변화율을 감소시켜 전자파 간섭현상을 줄일 수 있는 장점이 있다. Multilevel inverters do not have the problem of unbalanced switching voltages of switch elements when using series-connected elements, compared to conventional two-level inverters. Harmonics by making the output voltage wave form closer to the square wave at the same switching frequency. The components can be significantly reduced, and the voltage change rate can be reduced to reduce electromagnetic interference.

멀티레벨 인버터는 크게 플로팅 상태의 분리된 커패시터를 이용하여 출력 레벨을 형성하는 플라잉 커패시터(Flying Capacitor)형, 다이오드 클램프 방식을 적용하여 출력 레벨을 형성하는 다이오드 클램프(Diode Clamped)형, 절연된 풀-브리지 형태를 모듈화하여 결합시킨 H-브리지(H-bridge)형의 세가지로 구분할 수 있다.The multilevel inverter is a flying capacitor type that uses a separate capacitor in a floating state to form an output level, and a diode clamped type that uses an diode clamp method to form an output level. It can be divided into three types of H-bridge type by combining the bridge shape by modularization.

한편, 다이오드 클램프형 멀티레벨인버터는, 고전압의 단일 직류링크에 직렬연결된 다수의 커패시터로부터 얻어지는 여러 단의 탭에 순차적으로 스위칭하는 방식으로 Back-to-Back 연결이 가능하며 현재 고압대용량 인버터 시스템 구성에 일부 실용화되어 적용되고 있다. 그러나, 직류 링크전압 불균형 문제를 해결하기 위한 제어기법이 필요하고, 레벨의 수가 증가함에 따라 시스템 구현이 현실적으로 어렵고, 클램핑 다이오드에는 불균형적인 전압이 인가되고, 주 스위치 소자들의 전류가 불평형이 된다는 등의 문제가 있다.On the other hand, the diode clamp type multi-level inverter is capable of back-to-back connection by sequentially switching to multiple stage taps obtained from a plurality of capacitors connected in series with a single high voltage DC link. Some have been put to practical use. However, a control method is needed to solve the DC link voltage imbalance problem. As the number of levels increases, it is difficult to realize a system, an imbalance voltage is applied to the clamping diode, and the current of the main switch elements becomes unbalanced. there is a problem.

플라잉 커패시터 방식의 멀티레벨인버터는 다이오드의 전압불균형 문제가 발생하지는 않으나, 레벨이 증가할수록 많은 수의 커패시터 뱅크가 필요하고 하나의 입력 정류기를 필요로 하는 시스템에서 내측 커패시터의 초기전압을 확보하기 위한 부가적인 회로가 필요할 뿐 아니라, 커패시터들의 전압유지를 위한 스위칭 제어가 복잡해지고 이로 인한 스위칭 주파수 증가로 스위칭 손실도 증가하는 문제가 있어서 실용화에는 어려움이 있다. Flying-capacitor multilevel inverters do not cause diode voltage imbalance problems, but as the level increases, an additional voltage is required to secure the initial voltage of the internal capacitor in a system requiring a large number of capacitor banks and a single input rectifier. In addition to the need for a conventional circuit, the switching control for maintaining the voltage of the capacitor is complicated, and the switching loss is also increased due to the increased switching frequency, which makes it difficult to put to practical use.

H-브리지 방식의 멀티레벨 인버터는 기존의 H-브리지 구성의 인버터 출력을 다수 상호 직렬 연결함으로써 멀티레벨 출력전압을 얻는 방식으로, 각각의 H-브리지 인버터가 이미 확립된 기술이며 모듈 방식의 구성이 가능하고 제어가 간단하다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 2-레벨 인버터에 비해 스위칭소자의 개수가 다수 소요되며, 이에 따라, 시스템의 부품 수가 증가하면 할수록 시스템의 신뢰도와 효율이 저하되며 아울러 비용 상승이 유발된다. The H-bridge multilevel inverter is a method of obtaining a multilevel output voltage by connecting a plurality of inverter outputs of a conventional H-bridge configuration in series with each other. It has the advantage of being possible and simple to control. However, the number of switching elements is larger than that of the two-level inverter, and as the number of parts of the system increases, the reliability and efficiency of the system decreases, and the cost increases.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스위치 소자의 개수를 최소화할 수 있는 멀티레벨 인버터를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-level inverter capable of minimizing the number of switch elements.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 멀티레벨 인버터는 서로 직렬로 연결된 제1 및 제2 커패시터부, 복수의 스위치 및 복수의 다이오드를 이용하여 멀티레벨의 출력 전압을 출력하는 스위치부 및 사인(sine) 함수 형태의 기준파와 삼각파에 기초하여 상기 멀티레벨 인버터의 동작 모드를 설정하고, 각 동작 모드에서 서로 다른 출력 전압이 생성되도록 상기 복수의 스위치에 대한 제어를 수행하여, 상기 멀티레벨의 출력 전압을 출력하는 PWM 제어부를 포함한다.Multi-level inverter according to the present invention for achieving the above object is a switch unit and a sine for outputting the multi-level output voltage using the first and second capacitor unit, a plurality of switches and a plurality of diodes connected in series with each other (sine) an operation mode of the multilevel inverter is set based on a reference wave and a triangular wave in the form of a function, and the control of the plurality of switches is performed to generate different output voltages in each operation mode, thereby outputting the multilevel And a PWM control unit for outputting a voltage.

상기 스위치부는, 제1 및 제2 다이오드 및, 제1 내지 제6 스위치를 포함하고, 상기 제1 다이오드의 일단 및 상기 제2 다이오드의 일단은, 상기 제1 커패시터의 일단과 상기 제2 커패시터의 일단이 연결된 연결 노드에 공통적으로 연결되고, 상기 제1 스위치는 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제1 다이오드의 타단 사이에 배치되어 스위칭을 수행하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 커패시터의 타단과 상기 제2 다이오드의 타단 사이에 배치되어 스위칭을 수행하고, 상기 제3 스위치의 일단 및 상기 제4 스위치의 일단은 서로 연결되며, 상기 제3 스위치의 타단 및 상기 제4 스위치의 타단은 상기 제1 다이오드의 타단 및 상기 제2 다이오드의 타단에 각각 연결되고, 상기 제5 스위치의 일단 및 상기 제6 스위치의 일단은 서로 연결되며, 상기 제5 스위치의 타단 및 상기 제6 스위치의 타단은 상기 제3 스위치의 타단 및 상기 제4 스위치의 타단에 각각 연결될 수 있다.The switch unit includes first and second diodes and first to sixth switches, wherein one end of the first diode and one end of the second diode are one end of the first capacitor and one end of the second capacitor. Commonly connected to the connected connection node, wherein the first switch is disposed between the other end of the first capacitor and the other end of the first diode to perform switching, and the second switch is connected to the other end of the second capacitor and the Disposed between the other end of the second diode to perform switching, one end of the third switch and one end of the fourth switch are connected to each other, and the other end of the third switch and the other end of the fourth switch are connected to the first diode. Respectively connected to the other end of the second diode and the other end of the second diode, one end of the fifth switch and one end of the sixth switch are connected to each other, and the other end and the phase of the fifth switch. The other end of the switch 6 may be connected respectively to the other end and the other end of the fourth switch of the third switch.

한편, 상기 PWM 제어부는 아래의 수학식과 같이, 사인 함수 형태인 기준파 전압의 순시 값과 삼각파의 최대 전압값을 이용하여 상기 동작 모드를 설정하기 위한 기준값을 생성할 수 있다.

Figure 112011000879099-pat00001
여기서,
Figure 112011000879099-pat00002
는 기준파 전압의 순시값이며,
Figure 112011000879099-pat00003
는 삼각파의 최대 전압값이다.On the other hand, the PWM control unit may generate a reference value for setting the operation mode by using the instantaneous value of the reference wave voltage in the form of a sine function and the maximum voltage value of the triangular wave as shown in the following equation.
Figure 112011000879099-pat00001
here,
Figure 112011000879099-pat00002
Is the instantaneous value of the reference wave voltage,
Figure 112011000879099-pat00003
Is the maximum voltage value of triangle wave.

이 경우, 상기 PWM 제어부는, 상기 기준파가 0 내지 180°의 위상을 가질 때, 상기 기준파가 상기 삼각파의 최대 전압값보다 크면 상기 동작 모드를 제1 동작 모드로 설정하며, 상기 기준파가 0에서 상기 삼각파의 최대 전압값 사이에 있으면 상기 동작 모드를 제2 동작 모드로 설정하며, 상기 기준파가 180°내지 360°의 위상을 가질 때, 반전된 기준파가 상기 삼각파의 최대 전압값보다 작으면 상기 동작 모드를 제3 동작 모드로 설정하며, 반전된 기준파가 상기 삼각파의 최대 전압값보다 크면 상기 동작 모드를 제4 동작 모드로 각각 설정할 수 있다.In this case, when the reference wave has a phase of 0 to 180 °, the PWM controller sets the operation mode to the first operation mode when the reference wave is greater than the maximum voltage value of the triangular wave, and the reference wave is If the value is between 0 and the maximum voltage value of the triangular wave, the operation mode is set to the second operation mode. When the reference wave has a phase of 180 ° to 360 °, the inverted reference wave is larger than the maximum voltage value of the triangular wave. When the size is small, the operation mode is set as the third operation mode. When the inverted reference wave is larger than the maximum voltage value of the triangular wave, the operation mode may be set as the fourth operation mode.

이 경우, 상기 PWM 제어부는, 상기 제1 동작 모드에서, 상기 기준파에서 상기 삼각파의 최대 전압값을 뺀 값이 상기 삼각파보다 크면 상기 제1 및 제2 스위치를 동시에 턴온시키며 상기 삼각파의 최대 전압값을 뺀 값이 상기 삼각파보다 작으면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴오프시키며, 상기 제2 동작 모드에서, 상기 기준파가 상기 삼각파보다 크면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴온시키며 상기 기준파가 상기 삼각파보다 작으면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴오프시키며, 상기 제3 동작 모드에서, 상기 반전된 기준파가 상기 삼각파보다 크면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴온시키며 상기 반전된 기준파가 상기 삼각파보다 작으면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴오프시키며, 상기 제4 동작 모드에서, 상기 반전된 기준파에서 상기 삼각파의 최대 전압값을 뺀 값이 상기 삼각파보다 크면 상기 제1 및 제2 스위치를 동시에 턴온시키며 상기 삼각파의 최대 전압값을 뺀 값이 상기 삼각파보다 작으면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴오프시킬 수 있다.In this case, the PWM controller, in the first operation mode, when the value obtained by subtracting the maximum voltage value of the triangular wave from the reference wave is larger than the triangular wave, the PWM controller simultaneously turns on the first and second switches and the maximum voltage value of the triangular wave. If the value is less than the triangular wave, the first and second switches are turned off alternately. In the second operation mode, if the reference wave is larger than the triangular wave, the first and second switches are alternately Turn on the first and second switches alternately when the reference wave is smaller than the triangular wave, and in the third operation mode, when the inverted reference wave is larger than the triangular wave, the first and second switches Is alternately turned on and if the inverted reference wave is smaller than the triangular wave, the first and second switches are alternately turned off, and in the fourth operation mode, the inversion When the value obtained by subtracting the maximum voltage value of the triangular wave from the reference wave is larger than the triangle wave, the first and second switches are turned on simultaneously. When the value obtained by subtracting the maximum voltage value of the triangular wave is smaller than the triangle wave, the first and second switches are turned on. Can be turned off alternately.

한편, 상기 PWM 제어부는, 상기 기준파가 0 내지 180°의 위상을 가질 때, 상기 H-브릿지 인버터에 포함된 제3 및 제6 스위치를 턴온시키며, 상기 기준파가 180°내지 360°의 위상을 가질 때, 상기 H-브릿지 인버터에 포함된 제4 및 제5 스위치를 턴온시킬 수 있다.The PWM controller turns on third and sixth switches included in the H-bridge inverter when the reference wave has a phase of 0 to 180 °, and the reference wave has a phase of 180 ° to 360 °. When having a, it is possible to turn on the fourth and fifth switches included in the H-bridge inverter.

상술한 본 발명의 실시 예에 따르면, 기존의 멀티레벨 인버터에 비해 스위치 소자의 개수를 감소시킴으로써 신뢰성을 향상시키고 제작비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 하나의 삼각파를 이용하여 스위치를 제어하는 PWM 제어신호를 생성할 수 있어, 제어회로의 구성도 용이해진다.According to the embodiment of the present invention described above, by reducing the number of switch elements compared to the existing multi-level inverter it is possible to improve the reliability and reduce the manufacturing cost. In addition, the PWM control signal for controlling the switch can be generated using one triangle wave, so that the configuration of the control circuit can be facilitated.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 전원부(110) 및 스위치부(120)의 구성을 구체적으로 나타내는 회로 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 멀티레벌 인버터를 구동하기 위한 PWM 제어부(130)의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터가 출력전압을 생성하는 예를 설명하기 위한 도면,
도 8a 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면 그리고,
도 11 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터를 서로 다른 방식으로 연결한 상태를 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram showing a configuration of a multilevel inverter according to an embodiment of the present invention;
2 is a circuit block diagram illustrating in detail the configuration of the power supply unit 110 and the switch unit 120 of FIG. 1 according to an embodiment of the present disclosure;
3 is a view for explaining the operation of the PWM control unit 130 for driving a multi-lever inverter according to an embodiment of the present invention,
4 to 7 are views for explaining an example of generating an output voltage of the multi-level inverter according to an embodiment of the present invention;
8A to 10 are diagrams showing simulation results of a multilevel inverter according to an embodiment of the present invention;
11 to 15 are diagrams illustrating a state in which a multilevel inverter is connected in different ways according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1을 참고하면, 본 멀티레벨 인터터는 전원부(110), 스위치부(120), PWM 제어부(130) 및 출력부(140)를 포함한다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a multilevel inverter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the multi-level interconnector includes a power supply unit 110, a switch unit 120, a PWM control unit 130, and an output unit 140.

전원부(110)는 스위치부(120)에 대한 직류 전원을 공급한다. 구현 시에 전원부(110)는 3상 교류 전원을 입력받아 입력된 교류 전원에 대해서 변압, 정류 및 평활을 수행하여 스위치부(120)에 직류 전원을 공급하는 형태로 구현될 수 있으며, 하나의 직류 전원을 이용하여 스위치부(120)에 직류 전원을 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. The power supply unit 110 supplies DC power to the switch unit 120. In the implementation, the power supply unit 110 may be implemented in a form of supplying DC power to the switch unit 120 by transforming, rectifying, and smoothing the input AC power by receiving a three-phase AC power. It may also be implemented in the form of supplying DC power to the switch unit 120 using a power source.

스위치부(120)는 복수의 스위치 소자를 포함하며, 복수의 스위치 소자의 스위칭 동작에 따라 5개 레벨을 갖는 출력전압을 생성한다. 이를 위해, 복수의 스우치 소자, 다이오드 및 H-브릿지(H-Bridge) 인버터를 포함할 수 있다.The switch unit 120 includes a plurality of switch elements, and generates an output voltage having five levels in accordance with the switching operation of the plurality of switch elements. To this end, it may include a plurality of Souch elements, diodes and H-Bridge (H-Bridge) inverter.

PWM 제어부(130)는 스위치부(120)를 구성하는 복수의 스위치 소자에 대한 스위칭 동작을 제어하여, 5개 레벨을 갖는 출력 전압을 생성할 수 있다. 구체적으로, 사인 형태를 갖는 기준파와 삼각파를 비교하여 멀티레벨 인버터의 동작 모드를 설정하고, 동작 모드에 따라 서로 다른 2개의 출력 전압이 생성되도록 복수의 스위치에 대한 PWM 제어를 수행할 수 있다. The PWM controller 130 may control the switching operation of the plurality of switch elements constituting the switch unit 120 to generate an output voltage having five levels. In detail, an operation mode of a multilevel inverter may be set by comparing a reference wave having a sinusoidal shape with a triangular wave, and PWM control of a plurality of switches may be performed to generate two different output voltages according to the operation mode.

출력부(140)는 스위치부의 스위칭 동작에 의해 생성된 5개 레벨을 갖는 전압을 외부 부하로 전달한다.The output unit 140 transmits a voltage having five levels generated by the switching operation of the switch unit to an external load.

이하에서, 첨부된 도 2 내지 도 7을 참고하여, 본 멀티레벨 인버터의 구성 및 구현동작에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and implementation of the present multilevel inverter will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 7.

도 2는 도 1의 전원부(110) 및 스위치부(120)의 구성을 구체적으로 나타내는 회로 블록도이다.FIG. 2 is a circuit block diagram illustrating in detail the configurations of the power supply unit 110 and the switch unit 120 of FIG. 1.

도 2를 참고하면, 전원부(110)는 하나의 직류 전원(205)(VDC) 및 이에 병렬로 연결된 제1 및 제2 커패시터(210, 215)를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 커패시터(210, 215)는 DC 링크단으로서 서로 직렬로 연결되어 직류 전원(VDC)을 전압 분배한다. 따라서, 직류 전원의 직류 전원 전압이 VDC인 경우, 제1 커패시터(210)와 제2 커패시터(215)는 직류 전원을 각각 전압 VDC/2로 분배한다. Referring to FIG. 2, the power supply unit 110 includes one DC power supply 205 (V DC ) and first and second capacitors 210 and 215 connected in parallel thereto. Here, the first and second capacitors 210 and 215 are connected in series to each other as a DC link terminal to divide the DC power supply voltage V DC . Therefore, when the DC power supply voltage of the DC power supply is V DC , the first capacitor 210 and the second capacitor 215 respectively distribute the DC power to the voltage V DC / 2.

스위치부(120)는 전원부(110)로부터 직류 전원을 공급받으며, 제1 및 제2 다이오드(225, 235), 제1 내지 제6 스위치(220, 230, 240, 245, 250, 255)를 포함한다. 여기서, 제3 내지 제6 스위치(240, 245, 250, 255)는 H-브릿지 인버터를 구현하는 스위치들이다.The switch unit 120 receives DC power from the power supply unit 110 and includes first and second diodes 225 and 235 and first to sixth switches 220, 230, 240, 245, 250, and 255. do. Here, the third to sixth switches 240, 245, 250, and 255 are switches implementing the H-bridge inverter.

구체적인 스위치부(120)의 회로 연결 구성을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the circuit connection configuration of the specific switch unit 120 as follows.

제1 다이오드(225)의 일단 및 제2 다이오드(235)의 일단은 제1 커패시터(210)의 일단과 제2 커패시터(215)의 일단이 연결된 연결 노드에 공통적으로 연결된다. 또한, 제1 스위치(220)는 제1 커패시터(210)의 타단과 제1 다이오드(225)의 타단 사이에 배치되어 스위칭 동작을 수행하며, 제2 스위치(230)는 제2 커패시터(215)의 타단과 제2 다이오드(235)의 타단 사이에 배치되어 스위칭 동작을 수행한다. One end of the first diode 225 and one end of the second diode 235 are commonly connected to a connection node to which one end of the first capacitor 210 and one end of the second capacitor 215 are connected. In addition, the first switch 220 is disposed between the other end of the first capacitor 210 and the other end of the first diode 225 to perform a switching operation, the second switch 230 of the second capacitor 215 It is disposed between the other end and the other end of the second diode 235 to perform a switching operation.

또한, 제3 스위치(240)의 일단 및 제4 스위치(250)의 일단은 서로 연결되며, 제3 스위치(240)의 타단 및 제4 스위치(250)의 타단은 제1 다이오드(225)의 타단 및 제2 다이오드(235)의 타단에 각각 연결된다. 그리고, 제5 스위치(245)의 일단 및 제6 스위치(255)의 일단은 서로 연결되며, 제5 스위치(245)의 타간 및 제6 스위치(255)의 타단은 제3 스위치(240)의 타단 및 제4 스위치(250)의 타단에 각각 연결된다.In addition, one end of the third switch 240 and one end of the fourth switch 250 are connected to each other, the other end of the third switch 240 and the other end of the fourth switch 250 is the other end of the first diode 225. And the other ends of the second diodes 235, respectively. One end of the fifth switch 245 and one end of the sixth switch 255 are connected to each other, and the other end of the fifth switch 245 and the other end of the sixth switch 255 are the other ends of the third switch 240. And the other end of the fourth switch 250, respectively.

여기서, 제1 및 제2 스위치(220, 230)는 제1 및 제2 커패시터(210, 215)로부터 VDC/2를 최대전압으로 인가받으며, H-브릿지 인버터는 VDC를 최대 전압으로 인가받는다.Here, the first and second switches 220 and 230 receive V DC / 2 at the maximum voltage from the first and second capacitors 210 and 215, and the H-bridge inverter receives V DC at the maximum voltage. .

한편, 제1 및 제2 커패시터(210, 215)의 중성점은 직렬로 연결된 환류 다이오드(225, 235)의 중간점에 연결된다.Meanwhile, the neutral points of the first and second capacitors 210 and 215 are connected to the midpoints of the reflux diodes 225 and 235 connected in series.

이하에서는, 상술한 스위치부(120)를 제어하는 PWM 제어부(130)의 동작을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the PWM control unit 130 for controlling the above-described switch unit 120 will be described in detail with the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 멀티레벌 인버터를 구동하기 위한 PWM 제어부(130)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining the operation of the PWM control unit 130 for driving a multi-lever inverter according to an embodiment of the present invention.

먼저, 본 멀티레벨 인버터에서 각 전압 레벨에 따른 동작 모드의 범위를 정하기 위하여 기준파(vref)의 순시 크기와 삼각파 진폭을 이용하여 순시 전압 변조 지수(ma)를 아래의 수학식 1과 같이 정의한다.First, in order to determine the range of the operation mode according to each voltage level in the multi-level inverter, the instantaneous voltage modulation index ma is defined using the instantaneous magnitude of the reference wave vref and the triangular wave amplitude as shown in Equation 1 below. .

Figure 112011000879099-pat00004
Figure 112011000879099-pat00004

여기서,

Figure 112011000879099-pat00005
는 기준파 전압의 순시값이며,
Figure 112011000879099-pat00006
는 삼각파의 최대 전압값이다.here,
Figure 112011000879099-pat00005
Is the instantaneous value of the reference wave voltage,
Figure 112011000879099-pat00006
Is the maximum voltage value of triangle wave.

Figure 112011000879099-pat00007
를 이용하여 본 멀티레벨 인버터의 동작은 4가지의 전압레벨 동작 모드로 나눌 수 있으며, 각 모드는 서로 다른 2가지의 전압레벨을 출력한다. 아래의 표는 각 동작 모드의 범위와 출력 전압(VOUT)을 나타낸다.
Figure 112011000879099-pat00007
The multi-level inverter can be divided into four voltage level operation modes, and each mode outputs two different voltage levels. The table below shows the range of each operation mode and the output voltage (V OUT ).

동작 모드Operation mode 출력 전압(VOUT)Output voltage (V OUT ) 동작 모드 1 (0.5≤ma<1)Operating Mode 1 (0.5≤m a <1) VDC 또는 VDC/2V DC or V DC / 2 동작 모드 2 (0≤ma<0.5)Operation Mode 2 (0≤m a <0.5) VDC/2 또는 0V DC / 2 or 0 동작 모드 3 (-0.5≤ma<0)Operation Mode 3 (-0.5≤m a <0) 0 또는 -VDC/20 or -V DC / 2 동작 모드 4 (-1≤ma<-0.5)Operation Mode 4 (-1≤m a <-0.5) -VDC/2 또는 -VDC -V DC / 2 or -V DC

PWM 제어부(130)는 앞서 정의한 동작 모드에 따라 스위치부(120)를 구성하는 복수의 스위치들에 대한 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호를 생성한다. 이를 위해, PWM 제어부(130)는 인 함수 형태를 가지는 기준파(Vref)와 삼각파(Vcarrier)를 이용할 수 있다.The PWM controller 130 generates a control signal for controlling a switching operation of the plurality of switches constituting the switch unit 120 according to the operation mode defined above. To this end, the PWM controller 130 may use a reference wave (V ref ) and a triangular wave (V carrier ) having a phosphorus function.

구체적으로, 동작 모드 2(0≤ma<0.5)인 경우, 즉 기준파가 0과 삼각파의 최대값인 Vc 사이에 존재하는 경우 기준파와 삼각파를 비교하여, Vref > Vcarrier 일 때에는 제1 스위치(220)(T1)과 제2 스위치(230)(T2)를 교번적으로 턴온시키고, Vref < Vcarrier 일 때에는 제1 스위치(220)(T1)과 제2 스위치(230)(T2)를 교번적으로 턴오프시킨다. Specifically, in operation mode 2 (0 ≦ m a <0.5), that is, when the reference wave exists between 0 and Vc which is the maximum value of the triangle wave, the reference wave and the triangle wave are compared, and V ref > V carrier , The first switch 220 (T 1 ) and the second switch 230 (T2) are alternately turned on, and V ref < V carrier In this case, the first switch 220 (T 1 ) and the second switch 230 (T2) are alternately turned off.

동작 모드 1(0.5≤ma<1)인 경우, 즉 기준파가 삼각파의 최대값(Vc)보다 큰 경우 기준파에서 삼각파의 최대값만큼을 빼주고, 이를 삼각파와 비교하여, 스위치 제어신호를 생성한다. 즉, Vref - VC > Vcarrier 이면, 제1 스위치(220)(T1)과 제2 스위치(230)(T2)를 동시에 턴온시키고, Vref - VC < Vcarrier 이면, 제1 스위치(220)(T1)과 제2 스위치(230)(T2)를 교번적으로 턴오프시킨다.Operating Mode 1 (0.5≤maIn the case of <1, that is, the reference wave is the maximum value of the triangular wave (VcIf larger than), subtract the maximum value of the triangular wave from the reference wave, compare it with the triangular wave, and generate a switch control signal. That is, Vref -VC > Vcarrier The first switch 220 (T)One) And the second switch 230 (T2) are turned on at the same time, Vref -VC <Vcarrier The first switch 220 (T)One) And the second switch 230 (T2) are alternately turned off.

한편, 동작 모드 3(-0.5≤ma<0) 및 동작 모드 4(-1≤ma<-0.5)에서는 기준파가 음의 값을 가지는 경우이므로, PWM 제어부(130)는 기준파를 180°반전시켜(-Vref) 삼각파와 비교한다. On the other hand, in the operation mode 3 (-0.5≤m a <0) and the operation mode 4 (-1≤m a <-0.5), since the reference wave has a negative value, the PWM controller 130 sets the reference wave to 180. Reverse it (-V ref ) and compare it with a triangle wave.

구체적으로, 동작 모드 3(-0.5≤ma<0)인 경우, 즉 반전된 기준파(-Vref)가 0과 삼각파의 최대값인 Vc 사이에 존재하는 경우 반전된 기준파와 삼각파를 비교하여, -Vref > Vcarrier 일 때에는 제1 스위치(220)(T1)과 제2 스위치(230)(T2)를 교번적으로 턴온시키고, -Vref < Vcarrier 일 때에는 제1 스위치(220)(T1)과 제2 스위치(230)(T2)를 교번적으로 턴오프시킨다. Specifically, in operation mode 3 (-0.5≤m a <0), that is, when the inverted reference wave (-V ref ) exists between 0 and Vc, the maximum value of the triangle wave, the inverted reference wave and the triangle wave are compared. , -V ref > V carrier , The first switch 220 (T 1 ) and the second switch 230 (T2) are alternately turned on, and -V ref < V carrier In this case, the first switch 220 (T 1 ) and the second switch 230 (T2) are alternately turned off.

또한, 동작 모드 4(-1≤ma<-0.5)인 경우, 즉 반전된 기준파가 삼각파의 최대값(Vc)보다 큰 경우 기준파에서 삼각파의 최대값만큼을 빼주고, 이를 삼각파와 비교하여, 스위치 제어신호를 생성한다. 즉, -Vref - VC > Vcarrier 이면, 제1 스위치(220)(T1)과 제2 스위치(230)(T2)를 동시에 턴온시키고, -Vref - VC < Vcarrier 이면, 제1 스위치(220)(T1)과 제2 스위치(230)(T2)를 교번적으로 턴오프시킨다. In addition, in operation mode 4 (-1 ≦ m a <−0.5), that is, when the inverted reference wave is larger than the maximum value of the triangular wave (V c ), the maximum value of the triangular wave is subtracted from the reference wave and compared with the triangular wave. To generate a switch control signal. That is, -V ref -V C > V carrier In this case, the first switch 220 (T 1 ) and the second switch 230 (T2) are turned on at the same time, and -V ref -V C < V carrier In this case, the first switch 220 (T 1 ) and the second switch 230 (T2) are alternately turned off.

한편, PWM 제어부(130)는 H-브릿지 인버터에 포함된 제3 내지 제6 스위치(240, 245, 250, 255)에 대한 제어 신호도 생성한다. 구체적으로, PWM 제어부(130)는 기준파가 양의 값을 가질 때, 즉 기준파가 0 내지 180°의 위상을 가질 때, 제3 및 제6 스위치(240, 255)를 턴온시키며, 제4 및 제5 스위치(245, 250)를 턴오프시킨다. 그리고, PWM 제어부(130)는 기준파가 음의 값을 가질 때, 즉 기준파가 180 내지 360°의 위상을 가질 때, 제4 및 제5 스위치(245, 250)를 턴온시키며, 제3 및 제6 스위치(240, 255)를 턴오프시킨다.Meanwhile, the PWM controller 130 also generates control signals for the third to sixth switches 240, 245, 250, and 255 included in the H-bridge inverter. In detail, the PWM controller 130 turns on the third and sixth switches 240 and 255 when the reference wave has a positive value, that is, when the reference wave has a phase of 0 to 180 °. And turn off the fifth switches 245 and 250. The PWM controller 130 turns on the fourth and fifth switches 245 and 250 when the reference wave has a negative value, that is, when the reference wave has a phase of 180 to 360 °. The sixth switches 240 and 255 are turned off.

여기서, 제1 및 제2 스위치(220, 230)의 스위칭 주파수는 삼각파 신호의 주파수와 동일하며, 제3 내지 제6 스위치(240, 245, 250, 255)는 기준파 신호의 한 사이클 동안 한번 스위칭 동작을 수행한다.Here, the switching frequency of the first and second switches 220 and 230 is the same as the frequency of the triangular wave signal, and the third to sixth switches 240, 245, 250 and 255 are switched once during one cycle of the reference wave signal. Perform the action.

상술한 PWM 제어부(130)에서 생성된 PWM 제어 신호는 복수의 스위치(220, 230, 240, 245, 250, 260)의 스위칭 동작을 제어하며, 그에 따라, 본 멀티레벨 인버터는 표 2와 같은 서로 다른 5개의 출력레벨을 생성할 수 있다.The PWM control signal generated by the PWM control unit 130 controls the switching operations of the plurality of switches 220, 230, 240, 245, 250, and 260, and accordingly, the multi-level inverters Five other output levels can be created.

출력 전압
(VOUT)
Output voltage
(V OUT )
스위치 상태Switch status
제1 스위치First switch 제2 스위치Second switch 제3 스위치Third switch 제4 스위치Fourth switch 제5 스위치Fifth switch 제6 스위치Sixth switch VDC V DC ONON ONON ONON OFFOFF OFFOFF ONON VDC/2
V DC / 2
OFFOFF ONON ONON OFFOFF OFFOFF ONON
ONON OFFOFF ONON OFFOFF OFFOFF ONON 0
0
OFFOFF OFFOFF ONON OFFOFF OFFOFF ONON
OFFOFF OFFOFF OFFOFF ONON ONON OFFOFF -VDC/2
-V DC / 2
OFFOFF ONON OFFOFF ONON ONON OFFOFF
ONON OFFOFF OFFOFF ONON ONON OFFOFF -VDC -V DC ONON ONON OFFOFF ONON ONON OFFOFF

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터가 출력전압을 생성하는 예를 설명하기 위한 도면이다.4 to 7 are diagrams for describing an example in which the multilevel inverter generates an output voltage according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 4는 제2 스위치(230), 제3 스위치(240) 및 제6 스위치(260)를 턴온시키는 PWM 제어신호에 따라, VDC/2의 출력전압을 생성하는 예를 나타내며, 도 5는 제1 스위치(220), 제3 스위치(240) 및 제6 스위치(260)를 턴온시키는 PWM 제어신호에 따라, VDC/2의 출력전압을 생성하는 예를 나타낸다. 또한, 도 6은 제1 스위치(220), 제2 스위치(230), 제3 스위치(240) 및 제6 스위치(260)를 턴온시키는 PWM 제어신호에 따라, VDC의 출력전압을 생성하는 예를 나타내며, 도 7은 제3 스위치(240) 및 제6 스위치(260)를 턴온시키는 PWM 제어신호에 따라, 0의 출력전압을 생성하는 예를 나타낸다. Specifically, FIG. 4 illustrates an example of generating an output voltage of V DC / 2 according to a PWM control signal for turning on the second switch 230, the third switch 240, and the sixth switch 260. 5 illustrates an example of generating an output voltage of V DC / 2 according to a PWM control signal for turning on the first switch 220, the third switch 240, and the sixth switch 260. 6 illustrates an example of generating an output voltage of V DC according to a PWM control signal for turning on the first switch 220, the second switch 230, the third switch 240, and the sixth switch 260. 7 illustrates an example in which an output voltage of 0 is generated according to a PWM control signal for turning on the third switch 240 and the sixth switch 260.

도 4 내지 도 7를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 멀티레벨 인버터는 DC 링크단 커패시터의 전압 균형을 유지하기 위해 스위치의 턴온 동작을 제어하는 것을 알 수 있다. 즉, 동작 모드 1에는 도 4 내지 도 6과 같은 3가지 스위칭 상태를 가지고, 동작 모드 2에는 도 4 내지 도 5 및 도 7과 같은 3가지의 스위칭 상태를 가질 수 있다. 도 4 및 도 5에서는 DC 링크단 스위치(제1 및 제2 스위치)만 턴온일 때, 출력전압은 모두 VDC/2가 되지만 사용하는 커패시터가 다르다. 따라서 본 발명에서 PWM 제어부(130)는 DC링크 커패시터의 전압 균형을 위해 도 4, 도 5의 상태를 번갈아가며 사용하도록 PWM 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 동작 모드 2에서는 DC링크 스위치(제1 및 제2 스위치)를 교대로 턴 온 하고, 동작 모드 1에서는 교대로 턴 오프 한다.4 to 7, it can be seen that the multilevel inverter according to an embodiment of the present invention controls the turn-on operation of the switch to maintain the voltage balance of the DC link terminal capacitor. That is, the operation mode 1 may have three switching states as shown in FIGS. 4 to 6, and the operation mode 2 may have three switching states as shown in FIGS. 4 to 5 and 7. 4 and 5, when only the DC link stage switches (first and second switches) are turned on, the output voltages are all V DC / 2, but the capacitors used are different. Therefore, in the present invention, the PWM controller 130 may generate a PWM control signal to alternately use the states of FIGS. 4 and 5 to balance the voltage of the DC link capacitor. That is, in operation mode 2, the DC link switches (first and second switches) are alternately turned on, and in operation mode 1, they are turned off alternately.

이하의 표 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터와 기존의 단상 다이오드 클램핑 방식의 멀티레벨 인버터에 필요한 스위칭 소자의 수와 도통 소자의 수, 그리고 매 스위칭 주기마다 스위칭 되는 소자의 수를 비교한 것이다. Table 3 below shows the number of switching elements, the number of conduction elements, and the number of switching elements in each switching cycle required for the multilevel inverter and the conventional single-phase diode clamping multilevel inverter according to an embodiment of the present invention. It is a comparison.

능동 소자Active element 수동 소자Passive elements 각 모드별 도통 소자Conducting element for each mode 모드 변환시 스위칭 소자Switching element in mode conversion 다이오드 클램핑 방식Diode clamping method 88 44 44 22 본 멀티레벨 인버터This multilevel inverter 66 22 44 1One

이에 따르면, 도통 손실은 동일 하지만 본 멀티레벨 인버터가 단상 다이오드 클램핑 방식의 5레벨 인버터에 비하여 스위칭 소자가 적게 사용되어 스위칭 손실이 작음을 확인할 수 있다.According to this, although the conduction loss is the same, it can be confirmed that the switching loss is small because the multi-level inverter uses less switching elements than the 5-level inverter of the single-phase diode clamping method.

도 8a 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 8a는 PWM 제어부(130)에서 사용하는 기준파의 한 주기 파형을 나타낸 도면이고, 도 8b는 본 멀티레벨 인버터의 출력전압의 한 주기 파형을 나타낸 도면이다. 도 9는 동작 모드 1 및 동작 모드 2에서 본 멀티레벨 인버터의 출력전압을 나타낸 것이다. 한편, 도 10은 동작 모드 1 및 동작 모드 2에서 삼각파, 기준파 및 인버터 출력전압을 확대한 그래프이다. 이들을 참조하면, 하나의 삼각파만을 사용하여, 서로 다른 출력전압을 생성함을 확인할 수 있다. 8A to 10 are diagrams showing simulation results of a multilevel inverter according to an embodiment of the present invention. 8A is a diagram showing one periodic waveform of the reference wave used by the PWM control unit 130, and FIG. 8B is a diagram showing one periodic waveform of the output voltage of the present multilevel inverter. 9 shows the output voltage of the multilevel inverter seen in operation mode 1 and operation mode 2. FIG. 10 is an enlarged graph of triangular waves, reference waves, and inverter output voltages in operation mode 1 and operation mode 2. Referring to these, it can be seen that only one triangle wave is used to generate different output voltages.

도 11 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티레벨 인버터를 서로 다른 방식으로 연결한 상태를 나타낸 도면이다.11 to 15 are diagrams illustrating a state in which a multilevel inverter is connected in different ways according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 멀티레벨 인버터를 서로 캐스케이드(cascade) 연결한 회로도이며, 이를 통해, 멀티레벨의 레벨수를 확장시킬 수 있는 것을 알 수 있다.FIG. 11 is a circuit diagram of cascading the multilevel inverters to each other, and it can be seen that the number of levels of the multilevel can be extended through this.

도 12 및 도 13은 본 멀티레벨 인버터를 3상으로 연결한 회로도이다. 이들을 참조하면, 멀티레벨 인버터를 Y결선 또는 △결선으로 설치하여, 3상 5레벨 멀티레벨 인버터로서 동작할 수 있도록 구현할 수 있다.12 and 13 are circuit diagrams connecting the present multilevel inverter in three phases. Referring to these, the multi-level inverter can be installed in a Y connection or a DELTA connection to implement a three-phase five-level multi-level inverter.

도 14 및 도 15는 캐스케이드 접속된 멀티레벨 인터버를 3상으로 연결한 회로도이다. 이를 통해, 도 12 및 도 13에 도시된 3상 5레벨 멀티레벨 인버터보다 레벨수를 확장하여, Y결선 또는 △결선의 3상에 출력전압을 인가할 수 있게 된다.14 and 15 are circuit diagrams connecting cascade-connected multilevel interconnectors in three phases. Through this, the number of levels can be extended than that of the three-phase five-level multilevel inverter shown in FIGS. 12 and 13, and an output voltage can be applied to three phases of a Y connection or a Δ connection.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. Although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

110 : 전원부 120 : 스위치부
130 : PWM 제어부 140 : 출력부
110: power supply unit 120: switch unit
130: PWM control unit 140: output unit

Claims (6)

멀티레벨 인버터에 있어서,
서로 직렬로 연결된 제1 및 제2 커패시터부;
복수의 스위치 및 복수의 다이오드를 이용하여 멀티레벨의 출력 전압을 출력하는 스위치부; 및
사인(sine) 함수 형태의 기준파와 삼각파에 기초하여 기초하여 동작 모드를 설정하기 위한 기준값을 산출하고 상기 산출된 기준값이 속하는 레벨에 따라 상기 멀티레벨 인버터의 동작 모드를 서로 다르게 정의하고, 각 동작 모드에서 서로 다른 출력 전압이 생성되도록 상기 복수의 스위치에 대한 제어를 수행하여, 상기 멀티레벨의 출력 전압을 출력하는 PWM 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
In a multilevel inverter,
First and second capacitor units connected in series with each other;
A switch unit for outputting a multilevel output voltage using a plurality of switches and a plurality of diodes; And
A reference value for setting an operation mode is calculated based on a reference wave and a triangle wave in the form of a sine function, and the operation mode of the multilevel inverter is defined differently according to the level to which the calculated reference value belongs, and each operation mode And a PWM control unit configured to control the plurality of switches so that different output voltages are generated at the same time, and output the output voltages of the multilevels.
제1항에 있어서,
상기 스위치부는,
제1 및 제2 다이오드;
제1 내지 제6 스위치;를 포함하고,
상기 제1 다이오드의 일단 및 상기 제2 다이오드의 일단은, 상기 제1 커패시터의 일단과 상기 제2 커패시터의 일단이 연결된 연결 노드에 공통적으로 연결되고,
상기 제1 스위치는 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제1 다이오드의 타단 사이에 배치되어 스위칭을 수행하고,
상기 제2 스위치는 상기 제2 커패시터의 타단과 상기 제2 다이오드의 타단 사이에 배치되어 스위칭을 수행하고,
상기 제3 스위치의 일단 및 상기 제4 스위치의 일단은 서로 연결되며, 상기 제3 스위치의 타단 및 상기 제4 스위치의 타단은 상기 제1 다이오드의 타단 및 상기 제2 다이오드의 타단에 각각 연결되고,
상기 제5 스위치의 일단 및 상기 제6 스위치의 일단은 서로 연결되며, 상기 제5 스위치의 타단 및 상기 제6 스위치의 타단은 상기 제3 스위치의 타단 및 상기 제4 스위치의 타단에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
The method of claim 1,
Wherein,
First and second diodes;
Including first to sixth switches;
One end of the first diode and one end of the second diode are commonly connected to a connection node to which one end of the first capacitor and one end of the second capacitor are connected.
The first switch is disposed between the other end of the first capacitor and the other end of the first diode to perform switching,
The second switch is disposed between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode to perform switching;
One end of the third switch and one end of the fourth switch are connected to each other, the other end of the third switch and the other end of the fourth switch are respectively connected to the other end of the first diode and the other end of the second diode,
One end of the fifth switch and one end of the sixth switch are connected to each other, and the other end of the fifth switch and the other end of the sixth switch are connected to the other end of the third switch and the other end of the fourth switch, respectively. Multi-level inverter characterized by.
제1항에 있어서,
상기 PWM 제어부는,
아래의 수학식과 같이, 사인 함수 형태인 기준파 전압의 순시 값과 삼각파의 최대 전압값을 이용하여 동작 모드를 설정하기 위한 기준값을 생성하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터:
Figure 112011000879099-pat00008

여기서,
Figure 112011000879099-pat00009
는 기준파 전압의 순시값이며,
Figure 112011000879099-pat00010
는 삼각파의 최대 전압값이다.
The method of claim 1,
The PWM control unit,
A multilevel inverter, characterized in that for generating a reference value for setting the operation mode by using the instantaneous value of the reference wave voltage and the maximum voltage value of the triangular wave in the form of a sine function:
Figure 112011000879099-pat00008

here,
Figure 112011000879099-pat00009
Is the instantaneous value of the reference wave voltage,
Figure 112011000879099-pat00010
Is the maximum voltage value of triangle wave.
제3항에 있어서,
상기 PWM 제어부는,
상기 기준파가 양의 값을 가질 때, 상기 기준파가 상기 삼각파의 최대 전압값보다 크면 상기 동작 모드를 제1 동작 모드로 설정하며, 상기 기준파가 0에서 상기 삼각파의 최대 전압값 사이에 존재하면 상기 동작 모드를 제2 동작 모드로 설정하며,
상기 기준파가 음의 값을 가질 때, 반전된 기준파가 상기 삼각파의 최대 전압값보다 작으면 상기 동작 모드를 제3 동작 모드로 설정하며, 반전된 기준파가 상기 삼각파의 최대 전압값보다 크면 상기 동작 모드를 제4 동작 모드로 각각 설정하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
The method of claim 3,
The PWM control unit,
When the reference wave has a positive value, if the reference wave is greater than the maximum voltage value of the triangular wave, the operation mode is set to a first operating mode, and the reference wave exists between 0 and the maximum voltage value of the triangular wave. Set the operation mode to the second operation mode,
When the reference wave has a negative value, if the inverted reference wave is less than the maximum voltage value of the triangle wave, the operation mode is set to a third operation mode, and if the inverted reference wave is greater than the maximum voltage value of the triangle wave And setting the operation mode to a fourth operation mode, respectively.
제4항에 있어서,
상기 PWM 제어부는,
상기 제1 동작 모드에서, 상기 기준파에서 상기 삼각파의 최대 전압값을 뺀 값이 상기 삼각파보다 크면 상기 제1 및 제2 스위치를 동시에 턴온시키며 상기 삼각파의 최대 전압값을 뺀 값이 상기 삼각파보다 작으면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴오프시키며,
상기 제2 동작 모드에서, 상기 기준파가 상기 삼각파보다 크면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴온시키며 상기 기준파가 상기 삼각파보다 작으면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴오프시키며,
상기 제3 동작 모드에서, 상기 반전된 기준파가 상기 삼각파보다 크면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴온시키며 상기 반전된 기준파가 상기 삼각파보다 작으면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴오프시키며,
상기 제4 동작 모드에서, 상기 반전된 기준파에서 상기 삼각파의 최대 전압값을 뺀 값이 상기 삼각파보다 크면 상기 제1 및 제2 스위치를 동시에 턴온시키며 상기 삼각파의 최대 전압값을 뺀 값이 상기 삼각파보다 작으면 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
5. The method of claim 4,
The PWM control unit,
In the first operation mode, when the value obtained by subtracting the maximum voltage value of the triangular wave from the reference wave is greater than the triangular wave, the first and second switches are simultaneously turned on and the value obtained by subtracting the maximum voltage value of the triangular wave is smaller than the triangular wave. To alternately turn off the first and second switches,
In the second operation mode, the first and second switches are alternately turned on when the reference wave is larger than the triangle wave, and the first and second switches are alternately turned off when the reference wave is smaller than the triangle wave. And
In the third operation mode, when the inverted reference wave is larger than the triangular wave, the first and second switches are alternately turned on, and when the inverted reference wave is smaller than the triangular wave, the first and second switches are alternated. Turn off the enemy,
In the fourth operation mode, when the value obtained by subtracting the maximum voltage value of the triangular wave from the inverted reference wave is greater than the triangular wave, the first and second switches are simultaneously turned on and the value obtained by subtracting the maximum voltage value of the triangular wave is the triangular wave. If smaller, the first and second switches are alternately turned off.
제4항에 있어서,
상기 PWM 제어부는,
상기 기준파가 양의 값을 가질 때, 상기 제3 및 제6 스위치를 턴온시키며,
상기 기준파가 음의 값을 가질 때, 상기 제4 및 제5 스위치를 턴온시키는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
5. The method of claim 4,
The PWM control unit,
When the reference wave has a positive value, the third and sixth switches are turned on,
And turning on the fourth and fifth switches when the reference wave has a negative value.
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IEEE 논문(제목: A new proposal for ground leakage current reduction in transformerless grid-connected converter for photovoltaic plants) 논문발표 2009년 11월 *
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