KR101301879B1 - 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기 - Google Patents

평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기 Download PDF

Info

Publication number
KR101301879B1
KR101301879B1 KR1020120090157A KR20120090157A KR101301879B1 KR 101301879 B1 KR101301879 B1 KR 101301879B1 KR 1020120090157 A KR1020120090157 A KR 1020120090157A KR 20120090157 A KR20120090157 A KR 20120090157A KR 101301879 B1 KR101301879 B1 KR 101301879B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
smoothing filter
current
value
switching element
current value
Prior art date
Application number
KR1020120090157A
Other languages
English (en)
Inventor
김효성
Original Assignee
공주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 공주대학교 산학협력단 filed Critical 공주대학교 산학협력단
Priority to KR1020120090157A priority Critical patent/KR101301879B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101301879B1 publication Critical patent/KR101301879B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer

Abstract

본 발명에 따른 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기는, 직류변환기의 출력단에서 출력되는 직류 전압의 맥류를 평활화하여 직류로 출력하는 평활 필터와; 상기 평활 필터와 직렬로 연결된 스위칭 소자와; 상기 평활 필터의 현재 전류값을 입력받아 기준 전류값과 비교하여 그에 대응하는 제어 신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 대응하여 상기 스위칭 소자를 온/오프 시키기 위한 펄스 신호의 폭을 조절하여 출력하는 펄스 발생부 및 상기 스위칭 소자와 상기 평활 필터 사이에 연결되고, 상기 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작에 의해 상기 평활 필터에서 발생하는 역기전력을 이용하여 전류를 연속성을 유지하는 프리휠링 다이오드를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 직류 배전방식에 있어서, 부하측의 단락사고나 돌입전류 등의 과대한 전류가 흐르려고 하는 경우, 스위칭 소자를 설정된 스위칭 주파수 내에서 듀티비를 낮추어 오프 시간을 늘려줌으로써 사고전류가 기준 설정값을 넘지 않도록 실시간으로 제어할 수 있다.

Description

평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기{DC type fault-current-limiter cooperating with smoothing-filtering function}
본 발명은 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기에 관한 것으로, 특히 직류 배전방식에 있어서, 부하측의 단락사고나 돌입전류 등의 과대한 전류가 흐르려고 하는 경우, 스위칭 소자를 설정된 스위칭 주파수 내에서 듀티비를 낮추어 오프 시간을 늘려줌으로써 사고전류가 기준 설정값을 넘지 않도록 실시간으로 제어할 수 있는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기에 관한 것이다.
화석연료고갈에 따른 에너지 고효율화 및 신재생 에너지 증가에 따른 직류발전연계로 인하여 직류배전방식이 전력계통의 중요 이슈 중의 하나로 떠오르고 있다. 직류배전방식은 여러 가지 장점이 있으나, 매 반주기마다 전류가 영이 되는 교류 배전방식과 달리 연속적인 전류가 흐르므로 부하 단락 등의 사고시 고장전류의 차단이 용이하지 않다. 고장전류를 적기에 차단시키지 못하는 경우, 과전류 및 과열로 인한 설비의 손상, 인체의 위험뿐만 아니라, 전기화재로 인한 2차적인 손해를 볼 수 있다. 이러한 문제는 직류배전의 보급을 저해하여 온 주요한 요인 중의 하나이기도 하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 직류 배전방식에 있어서, 부하측의 단락사고나 돌입전류 등의 과대한 전류가 흐르려고 하는 경우, 스위칭 소자를 설정된 스위칭 주파수 내에서 듀티비를 낮추어 오프 시간을 늘려줌으로써 사고전류가 기준 설정값을 넘지 않도록 실시간으로 제어할 수 있는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기는, 직류변환기의 출력단에서 출력되는 직류 전압의 맥류를 평활화하여 직류로 출력하는 평활 필터와; 상기 평활 필터와 직렬로 연결된 스위칭 소자와; 상기 평활 필터의 현재 전류값을 입력받아 기준 전류값과 비교하여 그에 대응하는 제어 신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 대응하여 상기 스위칭 소자를 온/오프 시키기 위한 펄스 신호의 폭을 조절하여 출력하는 펄스 발생부 및 상기 스위칭 소자와 상기 평활 필터 사이에 연결되고, 상기 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작에 의해 상기 평활 필터에서 발생하는 역기전력을 이용하여 전류를 연속성을 유지하는 프리휠링 다이오드를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 프리휠링 다이오드와 직렬로 연결되어 상기 스위칭 소자가 오프시 상기 평활 필터에 흐르는 전류값의 하강 기울기를 조정하는 덤프 저항을 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 덤프 저항은 상기 기준 전류값의 제한 조건에 대응하는 저항값을 설정하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 덤프 저항은 저항값의 설정에 따라 변경하도록 가변 저항을 이용하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 덤프 저항값은
Figure 112012066057203-pat00001
여기서, Lf 는 평활필터의 리액터 용량값, ton 스위칭 소자의 온 시간, Imax 는 최대 기준 전류값, Rdump 저항값, Iref 기준 전류값, VDC 직류전압값, T는 설정된 절대 시간을 이용하여 설정하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 평활 필터에 연결되어 상기 스위칭 소자의 복귀 온(ON) 동작 시 상기 평활 필터의 역전류 방향의 공진을 방지하는 다이오드 블럭(Dblock)을 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 평활 필터는 직류용 리액터(Lf)가 이용되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 스위칭 소자는 MOS FET, IGBT, 바이폴라 트랜지스터, PWTR 의 소자가 이용되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제어부는 상기 평활 필터의 전류값이 기준 전류값보다 크면 상기 스위칭 소자의 듀티비를 낮추어 전류를 제어하고, 상기 평활 필터의 전류값이 기준 전류값보다 작으면 상기 스위칭 소자의 듀티비를 높여 전류를 제어하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제어부는 기준 전류와 상기 평활 필터의 전류값의 차를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기와, 상기 차동 증폭기에서 출력된 전류값을 삼각파와 비교하여 출력하는 비교기 및 상기 출력되는 신호를 광 신호로 변환하여 출력하는 포토 커플러를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 차동 증폭기의 제어 게인(gain) 값을 조절하여 오차, 오프셋 및 노이즈 등의 발생을 제어하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 스위칭 소자의 온/오프 동작의 듀티비에 대응하여 상기 평활 필터의 현재 전류값이 달라지는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 스위칭 소자의 온 동작시 상기 평활 필터의 현재 전류값은,
Figure 112012066057203-pat00002
단, 0 < t < ton
여기서, isen 는 리액터(Lf)에 흐르는 전류, Lf 는 평활필터의 리액터 용량값, VDC 직류전압값, t는 시간을 이용하여 정의되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 스위칭 소자의 오프 동작시 상기 평활 필터의 현재 전류값은,
Figure 112012066057203-pat00003
단, ton < t < T
여기서, isen 는 리액터(Lf)에 흐르는 전류, Lf 는 평활필터의 리액터 용량값, ton 스위칭 소자의 온 시간, Imax 는 최대 기준 전류값, Rdump 저항값을 이용하여 정의되는 점에 그 특징이 있다.
이상의 본 발명에 따르면, 직류 배전방식에 있어서, 부하측의 단락사고나 돌입전류 등의 과대한 전류가 흐르려고 하는 경우, 스위칭 소자를 설정된 스위칭 주파수 내에서 듀티비를 낮추어 오프 시간을 늘려줌으로써 사고전류가 기준 설정값을 넘지 않도록 실시간으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직류형 전류제한장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 상기 도 1의 제어부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 차동 증폭기의 게인에 따른 고장전류의 제한 특성을 도시한 실험 파형 도면.
도 4는 본 발명에 따른 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기의 스위칭 소자의 온/오프에 따른 동작 등가회로를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기의 시뮬레이션 모델의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 상기 도 5의 덤프저항의 크기와 듀티비의 관계에 따른 결과를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류형 전류제한장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 상기 도 7의 구성에 따른 부하 돌입 전류 발생시 공진 현상이 억제된 파형을 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직류형 전류제한장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 직류형 전류제한장치(100)는, 직류변환기의 출력단에서 출력되는 직류 전압의 맥류를 평활화하여 직류로 출력하는 평활 필터(Lf)(110)와, 상기 평활 필터(Lf)(110)와 직렬로 연결된 스위칭 소자(MOS FET)(120)와, 상기 평활 필터(110)의 현재 전류값을 입력받아 기준 전류값과 비교하여 그에 대응하는 제어 신호를 출력하는 제어부(130)와, 상기 제어부(130)에서 출력되는 제어 신호에 대응하여 상기 스위칭 소자(120)를 온/오프 시키기 위한 펄스 신호의 폭을 조절하여 출력하는 펄스 발생부(140)와, 상기 스위칭 소자(120)와 상기 평활 필터(110) 사이에 연결되고, 상기 스위칭 소자(120)의 온/오프 스위칭 동작에 의해 상기 평활 필터(110)에서 발생하는 역기전력을 이용하여 전류를 연속성을 유지하는 프리휠링 다이오드(Dw)(150)와, 상기 프리휠링 다이오드(150)와 직렬로 연결되어 상기 스위칭 소자(120)가 오프시 상기 평활 필터(110)에 흐르는 전류값의 하강 기울기를 조정하는 덤프 저항(Rdump)(160)을 포함하여 구성된다.
상기 평활 필터(110)는 직류용 리액터(Lf)가 이용되고 DC-DC 컨버터(200)에서 교류전압이 직류 전압으로 변환되어서 출력되는 맥류를 평활화하여 직류로 출력하게 된다.
상기 스위칭 소자(120)는 실리콘 기반 전계효과 트랜지스터 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor:MOSFET), 절연게이트 양극성 트랜지스터 IGBT(Insulated gate bipolar transistor:IGBT), 바이폴라 트랜지스터, 파워 트랜지스터 PWTR(Power Transistor) 등의 소자 중에서 이용될 수 있으며, 언급된 스위칭 소자에 한정되지 않고 다양하게 적용될 수 있다. 이러한, 상기 스위칭 소자(120)의 온/오프 동작의 듀티비에 대응하여 상기 평활 필터(110)의 흐르는 전류값이 달라진다.
상기 제어부(130)는 상기 평활 필터(110)의 전류값이 기준 전류값보다 크면 상기 스위칭 소자(120)의 듀티비를 낮추어 전류를 제어하고, 상기 평활 필터(110)의 전류값이 기준 전류값보다 작으면 상기 스위칭 소자의 듀티비를 높여 전류를 제어하게 된다.
도 2는 상기 도 1의 제어부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(130)는 기준 전류와 상기 평활 필터(110)의 전류값의 차를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기(131)와, 상기 차동 증폭기(131)에서 출력된 전류값을 삼각파와 비교하여 출력하는 비교기(132) 및 상기 출력되는 신호를 광 신호로 변환하여 출력하는 포토 커플러(133)를 포함하여 구성된다.
상기 차동 증폭기(131)의 제어 게인(gain) 값은 R1/R3를 조절하여 오차, 오프셋 및 노이즈 등의 발생을 제어하게 된다.
도 3은 본 발명의 차동 증폭기의 게인에 따른 고장전류의 제한 특성을 도시한 실험 파형 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 차동 증폭기(131)의 게인에 따른 고장전류 제한특성을 분석하기 위한 시뮬레이션 결과를 보인다. (b)의 경우 제어 게인이 작은 경우는 오차가 증가하여 고장전류의 제한이 적절하게 이루어지지 못한다. (a)와 같이 제어 게인을 100 정도로 하는 경우 적절히 고장전류를 제한하는 것을 볼 수 있다. 제어 게인을 너무 높게 하는 경우는 OP앰프의 오프셋이나 노이즈 등의 문제로 인하여 실제로 제어회로를 제작하기가 어려우므로 적정값으로 조절하게 된다.
상기 펄스 발생부(140)는 상기 제어부(130)에서 출력되는 제어 신호에 대해 상기 스위칭 소자를 온/오프하도록 펄스 신호로 변환하여 출력하게 된다. 여기서, 출력되는 펄스 신호의 듀티비에 따라 상기 평활 필터(110)에 흐르는 전류를 제어하게 된다.
상기 프리휠링 다이오드(Dw)(150)는 상기 스위칭 소자(120)와 상기 평활 필터(110) 사이에 연결되어 상기 스위칭 소자(120)의 온/오프 스위칭 동작에 의해 상기 평활 필터(110)에서 역기전력이 발생하면 이를 이용하여 전류가 연속적으로 유지하도록 하게 된다.
상기 덤프 저항(Rdump)(160)은 상기 프리휠링 다이오드와 직렬로 연결되어 상기 스위칭 소자가 오프시 상기 평활 필터에 흐르는 전류값의 하강 기울기를 조정하게 된다. 여기서, 상기 덤프 저항은 상기 기준 전류값의 제한 조건에 대응하는 저항값을 설정하게 되고, 상기 덤프 저항은 저항값의 설정에 따라 변경하도록 가변 저항을 이용할 수 있다. 따라서 상기 덤프 저항을 이용하여 스위칭 소자의 최소 듀티비의 범위를 5 - 10 %로 설정할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기의 스위칭 소자의 온/오프에 따른 동작 등가회로를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기의 동작시 등가회로에서 부하는 단락된 것으로 가정한다. 여기서, 동작등가회로는 2가지 운전모드를 갖으며, 스위칭 소자인 MOSFET가 ON일 때와 MOSFET가 OFF일 때이다.
먼저 MOSFET가 ON일 때 전류 isen(t)는 다음식과 같이 정의된다.
Figure 112012066057203-pat00004
단, 0 < t < ton
여기서, isen는 리액터(Lf)에 흐르는 전류, Lf 는 평활필터의 리액터 용량값, VDC 직류전압, T는 설정된 절대 시간, t는 시간이다.
그리고, 전류 isen(t)는 MOSFET가 ON일 때 계속 증가하여 t=ton에서 Imax이 된다.
따라서, 하기 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112012066057203-pat00005
단, 0 < t < ton
여기서, isen는 리액터(Lf)에 흐르는 전류, Lf 는 평활 필터의 리액터, VDC 직류전압, t는 시간, imax 는 설정된 최대 기준 전류값이다.
그리고, 상기 수학식 2에서 isen(0) = Imin = Iref 로 볼 수 있으므로 Imax 는 하기 수학식 3과 같이 정리할 수 있다.
Figure 112012066057203-pat00006
단, 0 < t < ton
여기서, Lf 는 평활필터의 리액터 용량값, VDC 직류전압값, ton 스위칭 소자의 온 시간, Imax 는 최대 기준 전류값, Iref 기준 전류값이다.
그리고, 하기 수학식 4는 MOSFET가 OFF일 때 전류 isen(t)는 지속적으로 감소하며 다음식과 같이 정의된다.
Figure 112012066057203-pat00007
단, ton < t < T
여기서, isen 는 리액터(Lf)에 흐르는 전류, Lf 는 평활필터 리액터 용량값, ton 스위칭 소자의 온 시간, Imax 는 최대 기준 전류값, Rdump 저항값
따라서, 전류 isen(t)는 MOSFET가 OFF 일 때 계속 감소하여 t = T 에서 Imin = Iref 가 된다.
즉, 하기 수학식 5으로 정리된다.
Figure 112012066057203-pat00008
Lf 는 평활필터 리액터 용량값, ton 스위칭 소자의 온 시간, Imax 는 최대 기준 전류값, Rdump 저항값, Iref 기준 전류값, T는 설정된 절대 시간
상기 수학식 5를 다시 Rdump에 대해 정리하면 다음과 같다.
Figure 112012066057203-pat00009
Lf 는 평활필터 리액터 용량값, ton 스위칭 소자의 온 시간, Rdump 저항값, Iref 기준 전류값, VDC 직류전압값, T는 설정된 절대 시간이다.
상기 수학식 6을 이용하면 T, Lf, Vdc, 및 Iref가 주어졌을 때, ton의 제한조건에 따른 Rdump의 값을 설계할 수 있다. 또는 T, Lf, Vdc, 및 ton의 값이 주어졌을 때, Iref의 제한조건에 따른 Rdump의 값을 설정할 수 있다.
예를 들어, MOSFET의 스위칭주파수 f=1/T=100[kHz], Lf=3[mH], Vdc=300[V], Iref=3[A]로 주어지고 ton의 제한조건을 ton>1[us]로 설정한다면 Rdump>10.9[Ω]이어야 한다. 또한, f=1/T=100[kHz], Lf=3[mH], Vdc=300[V], ton=1[us]로 주어지고 Iref>300[A]의 제한조건을 설정한다면 Rdump<0.11[Ω]이어야 한다.
한편, 본 발명의 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기의 동작 설명을 하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기의 시뮬레이션 모델의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 상기 도 5의 덤프저항의 크기와 듀티비의 관계에 따른 결과를 도시한 도면이다.
상기 도 5의 덤프저항(Rdump)(160)의 값의 타당성을 검토하기 위한 시뮬레이션 모델의 회로의 구성으로, 전원전압이 300Vdc이고 부하저항 Rload는 300Ω으로서 정상조건에서 1A의 부하전류가 흐른다. SW가 ON 되면 부하측에 단락사고가 발생되어 평활필터 Lf=3[mH]에는 단락전류가 흐르게 된다. 이때, 본 발명의 직류용 전류제한기는 사고전류를 3A 이내로 제한하도록 한다. 즉, 제어회로에서 Iref는 3A로 설정된다.
그리고, 도 6은 부하단락 사고시 덤프저항(Rdump)의 값에 따른 MOSFET스위치의 듀티비의 관계를 시뮬레이션한 결과를 보여주고 있다. 덤프저항(Rdump)의 값이 증가하면 MOSFET스위치의 최소 듀티비도 증가하는 것을 볼 수 있다. 실제로 MOSFET스위치의 듀티비는 적어도 5%이상이 유지되어야 하므로 Rdump=5Ω 로 설계하는 것이 바람직하다.
또한, 도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류형 전류제한장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 직류형 전류제한장치(700)는, 직류변환기의 출력단에서 출력되는 직류 전압의 맥류를 평활화하여 직류로 출력하는 평활 필터(Lf)(710)와, 상기 평활 필터(Lf)(710)와 직렬로 연결된 스위칭 소자(MOS FET)(720)와, 상기 평활 필터(710)의 현재 전류값을 입력받아 기준 전류값과 비교하여 그에 대응하는 제어 신호를 출력하는 제어부(730)와, 상기 제어부(730)에서 출력되는 제어 신호에 대응하여 상기 스위칭 소자(720)를 온/오프 시키기 위한 펄스 신호의 폭을 조절하여 출력하는 펄스 발생부(740)와, 상기 스위칭 소자(720)와 상기 평활 필터(710) 사이에 연결되고, 상기 스위칭 소자(720)의 온/오프 스위칭 동작에 의해 상기 평활 필터(710)에서 발생하는 역기전력을 이용하여 전류를 연속성을 유지하는 프리휠링 다이오드(Dw)(750)와, 상기 프리휠링 다이오드(750)와 직렬로 연결되어 상기 스위칭 소자(720)가 오프시 상기 평활 필터(710)에 흐르는 전류값의 하강 기울기를 조정하는 덤프 저항(Rdump)(760) 및 상기 평활 필터(710)에 연결되어 상기 스위칭 소자의 복귀 온(ON) 동작 시 상기 평활 필터의 역전류 방향의 공진을 방지하는 다이오드 블럭(Dblock)(770)을 포함하여 구성된다.
여기서, 도 7의 구성은 상기 도 1의 제 1 실시 예의 구성을 참조하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 제 1 실시 예에서 고장전류 제한기의 복귀동작시 부하측 커패시터 Cdc와 평활용 필터인덕터 LF간의 공진현상이 발생하여 부하전류에 진동이 발생하게 된다. 이는 부하측 커패시터 양단에 전압의 리플을 발생시킬 수도 있다.
즉, 고장전류 제한기의 복귀동작시 부하측커패시터 Cdc와 평활용 필터인덕터 LF간의 공진현상은 Lf, Cd, 및 MOSFET스위치로 구성되는 회로를 통하여 형성된다. 이때, 프리휘일 다이오드 Dw가 포함되는 회로는 덤프저항 Rdump가 댐핑기능을 하므로 공진회로에 기여하지 않는다.
따라서 상기 다이오드 블럭(Dblock)(770)을 구성하여 복귀동작시 Lf에 흐르는 역전류 방향의 공진을 억제하게 된다.
도 8은 상기 도 7의 구성에 따른 부하 돌입 전류 발생시 공진 현상이 억제된 파형을 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 부하돌입전류 사고가 발생하였을 때 고장전류제한기는 초기고장전류를 잘 제한하여 동작되고 있으며, 고장전류제한기의 동작이 종료되어 정상상태로 복귀하는 경우에도 부하측커패시터 Cdc와 평활용 필터인덕터 LF간의 공진현상이 억제되어 부하전류에 진동이 발생하지 않음을 볼 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110, 710 --- 평활 필터
120, 720 --- 스위칭 소자
130, 730 --- 제어부
140, 740 --- 펄스 발생부
150, 750 --- 프리휠링 다이오드
160, 760 --- 덤프 저항
770 --- 다이오드 블럭

Claims (14)

  1. 직류변환기의 출력단에서 출력되는 직류 전압의 맥류를 평활화하여 직류로 출력하는 평활 필터와;
    상기 평활 필터와 직렬로 연결된 스위칭 소자와;
    상기 평활 필터의 현재 전류값을 입력받아 기준 전류값과 비교하여 그에 대응하는 제어 신호를 출력하는 제어부와;
    상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 대응하여 상기 스위칭 소자를 온/오프 시키기 위한 펄스 신호의 폭을 조절하여 출력하는 펄스 발생부 및
    상기 스위칭 소자와 상기 평활 필터 사이에 연결되고, 상기 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작에 의해 상기 평활 필터에서 발생하는 역기전력을 이용하여 전류를 연속성을 유지하는 프리휠링 다이오드를 포함하고,
    상기 프리휠링 다이오드와 직렬로 연결되어 상기 스위칭 소자가 오프시 상기 평활 필터에 흐르는 전류값의 하강 기울기를 조정하는 덤프 저항을 더 포함하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 덤프 저항은 상기 기준 전류값의 제한 조건에 대응하는 저항값을 설정하는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 덤프 저항은 저항값의 설정에 따라 변경하도록 가변 저항을 이용하는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 덤프 저항값은
    Figure 112013071988056-pat00010

    여기서, Lf 는 평활 필터의 리액터 용량값, ton 스위칭 소자의 온 시간, Rdump 저항값, Iref 기준 전류값, VDC 직류전압값, T는 설정된 절대 시간
    을 이용하여 설정하는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 평활 필터에 연결되어 상기 스위칭 소자의 복귀 온(ON) 동작 시 상기 평활 필터의 역전류 방향의 공진을 방지하는 다이오드 블럭(Dblock)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 평활 필터는 직류용 리액터(Lf)가 이용되는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 실리콘 기반 전계효과 트랜지스터 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor:MOSFET), 절연게이트 양극성 트랜지스터 IGBT(Insulated gate bipolar transistor:IGBT), 바이폴라 트랜지스터 또는 파워 트랜지스터(PWTR)가 이용되는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 평활 필터의 전류값이 기준 전류값보다 크면 상기 스위칭 소자의 듀티비를 낮추어 전류를 제어하고, 상기 평활 필터의 전류값이 기준 전류값보다 작으면 상기 스위칭 소자의 듀티비를 높여 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 기준 전류와 상기 평활 필터의 전류값의 차를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기와, 상기 차동 증폭기에서 출력된 전류값을 삼각파와 비교하여 출력하는 비교기 및 상기 출력되는 신호를 광 신호로 변환하여 출력하는 포토 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 차동 증폭기의 제어 게인(gain) 값을 조절하여 오차, 오프셋 및 노이즈 등의 발생을 제어하는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 온/오프 동작의 듀티비에 대응하여 상기 평활 필터에 흐르는 현재 전류값이 달라지는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 온 동작시 상기 평활 필터의 현재 전류값은,
    Figure 112013071988056-pat00011
    단, 0 < t < ton
    여기서, isen 는 리액터(Lf)에 흐르는 전류, Lf 는 평활 필터의 리액터 용량값, VDC 직류전압값, t는 시간
    을 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 오프 동작시 상기 평활 필터의 현재 전류값은,
    Figure 112013071988056-pat00012
    단, ton < t < T
    여기서, isen 는 리액터(Lf)에 흐르는 전류, Lf 는 평활 필터의 리액터 용량값, ton 스위칭 소자의 온 시간, Imax 는 최대 기준 전류값, Rdump 저항값, T는 설정된 절대 시간을 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기.
KR1020120090157A 2012-08-17 2012-08-17 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기 KR101301879B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120090157A KR101301879B1 (ko) 2012-08-17 2012-08-17 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120090157A KR101301879B1 (ko) 2012-08-17 2012-08-17 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101301879B1 true KR101301879B1 (ko) 2013-08-29

Family

ID=49221509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120090157A KR101301879B1 (ko) 2012-08-17 2012-08-17 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101301879B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110581542A (zh) * 2019-09-12 2019-12-17 中国科学院空间应用工程与技术中心 自激振荡双向限流电路及方法
KR20220069703A (ko) 2020-11-20 2022-05-27 한국전력공사 고저항 단락 사고 감지를 위한 직류 계통 보호 협조 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000134940A (ja) * 1998-10-27 2000-05-12 Matsushita Electric Works Ltd 電流制御回路
JP2002112535A (ja) * 2000-10-02 2002-04-12 Sharp Corp スイッチング電源装置
KR200440878Y1 (ko) 2006-12-29 2008-07-07 엘에스산전 주식회사 전자접촉기의 고장 표시장치
KR20110059789A (ko) * 2008-09-23 2011-06-03 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 자동 리셋 기능을 가진 전원 장치, 예컨대 ｌｅｄ 구동기용 전류 제한 제어

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000134940A (ja) * 1998-10-27 2000-05-12 Matsushita Electric Works Ltd 電流制御回路
JP2002112535A (ja) * 2000-10-02 2002-04-12 Sharp Corp スイッチング電源装置
KR200440878Y1 (ko) 2006-12-29 2008-07-07 엘에스산전 주식회사 전자접촉기의 고장 표시장치
KR20110059789A (ko) * 2008-09-23 2011-06-03 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 자동 리셋 기능을 가진 전원 장치, 예컨대 ｌｅｄ 구동기용 전류 제한 제어

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110581542A (zh) * 2019-09-12 2019-12-17 中国科学院空间应用工程与技术中心 自激振荡双向限流电路及方法
KR20220069703A (ko) 2020-11-20 2022-05-27 한국전력공사 고저항 단락 사고 감지를 위한 직류 계통 보호 협조 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10211719B2 (en) Power converter
JP4210868B2 (ja) スイッチング電源装置
KR100806774B1 (ko) Ａｃ/ｄｃ 변환기 및 이를 이용한 ａｃ/ｄｃ 변환 방법
KR101393235B1 (ko) 고장 감내형 ｐｗｍ 스위칭에 의한 전력변환장치 및 그 제어방법
TW201005461A (en) Voltage regulator and control method thereof
US9467059B2 (en) Activation apparatus and method for activating a direct voltage converter
KR20140143908A (ko) 저전압 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 듀티 제어 방법
KR20130060039A (ko) 교류-직류 컨버터
CN111064356B (zh) 可提升功率因素的电源供应电路
US9343973B2 (en) Power conversion apparatus
US20150084608A1 (en) Voltage detection method and circuit and associated switching power supply
CN112054658A (zh) 一种开关电源电路的控制方法、控制电路及开关电源
JP5893089B2 (ja) 直流変換装置の制御方法
KR101301879B1 (ko) 평활필터 기능을 갖는 직류용 고장전류제한기
US10804813B2 (en) Power inverter for reducing total harmonic distortion via duty cycle control
US10615681B2 (en) Switching power supply circuit
KR101804773B1 (ko) 리플 제거 기능을 구비한 교류-직류 컨버터 회로
JP6078681B1 (ja) インバータ装置及び制御方法
CN106411138B (zh) 一种动态调整电路、系统、方法及开关电源
US6768275B2 (en) Discharge lamp lighting circuit
US11637492B2 (en) Buck matrix-type rectifier with boost switch, and operation thereof during one-phase loss
JP2015126638A (ja) スイッチング電源装置
CN216414174U (zh) 启动保护电路、供电装置及医疗设备
CN214337787U (zh) 一种开关电源电路的控制电路及开关电源
KR101854630B1 (ko) 앰프용 스위칭 모드 파워 서플라이를 위한 단락 보호 기법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160225

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170822

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180820

Year of fee payment: 6