KR101339180B1 - Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper - Google Patents

Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper Download PDF

Info

Publication number
KR101339180B1
KR101339180B1 KR1020110129104A KR20110129104A KR101339180B1 KR 101339180 B1 KR101339180 B1 KR 101339180B1 KR 1020110129104 A KR1020110129104 A KR 1020110129104A KR 20110129104 A KR20110129104 A KR 20110129104A KR 101339180 B1 KR101339180 B1 KR 101339180B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
chopper
switch
input voltage
voltage regulator
Prior art date
Application number
KR1020110129104A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130062695A (en
Inventor
이인환
신종수
권봉환
Original Assignee
이인환
권봉환
신종수
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 이인환, 권봉환, 신종수 filed Critical 이인환
Priority to KR1020110129104A priority Critical patent/KR101339180B1/en
Publication of KR20130062695A publication Critical patent/KR20130062695A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101339180B1 publication Critical patent/KR101339180B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • 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
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • 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
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • 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
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

본 발명은 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자동전압조절기는 교류 쵸퍼와 직렬전압보상을 위한 변압기로 구성되며, 자동전압조절기에 사용된 교류 쵸퍼는 커뮤테이션(commutation) 문제가 해결되고 직접적인 교류전력변환이 이루어지기 때문에 따로 에너지를 저장할 소자가 필요없어, 자동전압조절기의 크기와 가격을 줄일 수 있으며, 직렬보상을 위한 변압기 때문에 교류 쵸퍼는 단지 보상을 위해 필요한 전압만 보상하면 되므로, 스위치의 정격을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동전압조절기는 보상전압을 입력전압의 동상 또는 역상으로 만들어 줄 수 있기 때문에 입력전압의 증가 또는 감소에 대해 모두 빠르게 보상해줄 수 있다.The present invention relates to a series voltage compensation based automatic voltage regulator having an AC chopper. The automatic voltage regulator according to the present invention is composed of an AC chopper and a transformer for series voltage compensation, and the AC chopper used in the automatic voltage regulator is a commutator. Since the commutation problem is solved and direct AC power conversion is done, no energy storage device is required, which reduces the size and cost of the automatic voltage regulator, and because of the transformer for series compensation, the AC chopper is just for compensation. Only the necessary voltages need to be compensated, reducing the rating of the switch. In addition, since the automatic voltage regulator according to the present invention can make the compensation voltage in phase or reverse phase of the input voltage, it can quickly compensate for all the increase or decrease of the input voltage.

Description

교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기{Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper}Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper}

본 발명은 교류 쵸퍼와 직렬전압보상을 위한 변압기를 이용하여 입력전압의 강하(voltage sag) 및 상승(voltage swell)에 대해 신속하게 보상하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기에 관한 것이다.The present invention relates to a series voltage compensation based automatic voltage regulator having an AC chopper which quickly compensates for voltage sag and voltage swell of an input voltage using an AC chopper and a transformer for series voltage compensation. .

자동전압조절기(Automatic Voltage Regulator: AVR)는 출력전압을 자동으로 조절하는 장치이다. 컴퓨터, 통신장비, 공정제어 시스템 등과 같은 전원에 민감한 장비에서의 갑작스러운 전원전압의 감소나 증가는 시스템에 심각한 문제를 초래할 수 있다. 이와 같은 전원에 민감한 장비의 사용이 증가함에 따라 전원전압의 강하 및 상승은 중요한 전력 품질 문제로 인식되고 있다. 따라서, 이러한 전력 품질 문제를 해결하기 위한 많은 방법들이 연구되고 있다.Automatic Voltage Regulator (AVR) is a device that automatically regulates the output voltage. Sudden reduction or increase in supply voltage in power sensitive equipment such as computers, communication equipment, process control systems, etc. can cause serious problems for the system. As the use of such power sensitive equipment increases, the drop and rise of the supply voltage is recognized as an important power quality problem. Therefore, many methods for solving this power quality problem have been studied.

종래 전력 품질 문제를 해결하기 위해 직류-링크 커패시터(dc-link capacitor)를 구비한 순간전압 강하 보상기(Dynamic Voltage Restorer: DVR)가 제안되었다. 이러한 DVR은 전압 급강하 및 급상승으로부터 민감한 부하를 보호하기 위한 것이나, 간접 교류-교류 전력 변환을 사용하므로, 직접 교류-교류 전력 변환에 대비하여 많은 전력 반도체 소자 사용, 많은 손실 및 적은 효율과 같은 문제점이 있다. 게다가, DVR은 에너지 저장 소자인 직류-링크 커패시터를 사용하므로, 그 크기가 증가하며 유지보수가 어렵다는 문제점이 있다.In order to solve the conventional power quality problem, a dynamic voltage restorer (DVR) having a DC-link capacitor has been proposed. These DVRs are designed to protect sensitive loads from voltage dips and spikes, but use indirect AC-AC power conversion, which can lead to problems such as the use of more power semiconductor devices, more losses and less efficiency than direct AC-AC power conversion. have. In addition, since the DVR uses a DC-link capacitor which is an energy storage element, its size increases and maintenance is difficult.

이러한 단점을 극복하기 위해, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulated: PWM) 교류 쵸퍼(ac choppers)를 적용한 자동전압조절기가 제안되었으나, 교류 쵸퍼에 사용되는 양방향 스위치는 커뮤테이션(commutation) 문제를 가지고 있어 높은 전압 스파이크와 정격 파워의 제한 등의 문제를 일으킬 수 있다.To overcome this drawback, an automatic voltage regulator with pulse width modulated (PWM) ac choppers has been proposed, but the bidirectional switch used in the AC chopper has high commutation problems. This can cause problems such as voltage spikes and limited power ratings.

상기한 커뮤테이션 문제가 없는 교류 쵸퍼와 직렬 변압기를 이용하여 직렬 전압보상을 하는 자동전압조절기가 제안된 바 있으나, 이러한 자동전압조절기는 전원전압의 감소나 증가 조건에 대해서만 보상이 가능하다는 문제점이 있다.Although an automatic voltage regulator that performs a series voltage compensation using an AC chopper and a series transformer without the commutation problem has been proposed, such a automatic voltage regulator has a problem in that it can be compensated only for the decrease or increase of the supply voltage. .

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 교류 쵸퍼와 직렬전압보상을 위한 변압기를 이용하여 입력전압의 강하 및 상승에 대해 빠르게 보상하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a series voltage compensation based automatic voltage regulator having an AC chopper which quickly compensates for a drop and rise of an input voltage using an AC chopper and a transformer for series voltage compensation. It is to provide.

이를 위하여, 본 발명에 따른 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기는 입력전압을 소정 비율로 교류전력변환하여 출력하는 교류 쵸퍼와, 상기 입력전압을 보상전압으로 직렬 보상하는 변압기와, 상기 보상전압의 위상을 결정하는 바이패스 회로와, 상기 입력전압을 검출하는 전압검출부와, 상기 입력전압의 극성을 검출하는 극성검출부와, 상기 전압검출부에 의해 검출된 입력전압 및 상기 극성검출부를 통해 검출된 입력전압의 극성에 근거하여 상기 교류 쵸퍼의 스위치들을 제어하는 제어부를 포함한다.To this end, the series voltage compensation based automatic voltage regulator having an AC chopper according to the present invention includes an AC chopper for converting and outputting an AC voltage at a predetermined ratio, a transformer for compensating the input voltage with a compensation voltage in series, and A bypass circuit for determining the phase of the compensation voltage, a voltage detector for detecting the input voltage, a polarity detector for detecting the polarity of the input voltage, an input voltage detected by the voltage detector and the polarity detector And a controller for controlling the switches of the AC chopper based on the polarity of the input voltage.

본 발명은 직접적인 교류전력변환을 제공하는 교류 쵸퍼와 직렬전압보상을 위한 변압기를 이용하여 보상전압을 입력전압의 동상 또는 역상으로 만들어 입력전압의 강하 또는 상승을 빠르게 보상할 수 있다.The present invention can quickly compensate for the drop or rise of the input voltage by making the compensation voltage in phase or reverse phase of the input voltage using an AC chopper providing a direct AC power conversion and a transformer for series voltage compensation.

또한, 본 발명은 교류 쵸퍼를 통해 직접적인 교류전력변환이 이루어지므로 에너지를 저장하기 위한 소자를 별도로 구비할 필요가 없으므로, 자동전압조절기의 크기 및 가격을 줄일 수 있다.In addition, since the present invention is a direct AC power conversion through the AC chopper, there is no need to provide a separate element for storing energy, thereby reducing the size and cost of the automatic voltage regulator.

또한, 본 발명은 직렬전압보상을 위한 변압기를 구비하므로, 교류 쵸퍼를 통해 보상전압만 보상하면 되므로, 스위치의 정격을 줄일 수 있다.In addition, since the present invention includes a transformer for series voltage compensation, only the compensation voltage needs to be compensated through the AC chopper, thereby reducing the rating of the switch.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동전압조절기의 구성도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 자동전압조절기의 스위치 구동신호를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동전압조절기의 동작파형을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 자동전압조절기의 동작모드를 도시한다.
도 5는 도 1에 도시된 자동전압조절기에 대한 등가회로를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 자동전압조절기의 실험파형을 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3상 자동전압조절기의 구성도를 도시한다.
1 is a block diagram of an automatic voltage regulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a switch driving signal of the automatic voltage regulator shown in FIG. 1.
3 shows an operating waveform of an automatic voltage regulator according to an embodiment of the present invention.
4 shows an operation mode of the automatic voltage regulator according to the present invention.
FIG. 5 shows an equivalent circuit for the automatic voltage regulator shown in FIG. 1.
6 shows an experimental waveform of an automatic voltage regulator according to the present invention.
7 is a block diagram of a three-phase automatic voltage regulator according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a series voltage compensation based automatic voltage regulator having an AC chopper according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동전압조절기의 구성도를 도시한다. 본 실시예에서는 단상 교류 쵸퍼(ac chopper)를 구비한 자동전압조절기를 예로 들어 설명한다.1 is a block diagram of an automatic voltage regulator according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, an automatic voltage regulator having a single phase ac chopper will be described as an example.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동전압조절기(100)는 교류전력변환을 제공하는 교류 쵸퍼(110)와, 직렬전압보상을 위한 변압기(120)와, 바이패스 회로(bypass circuit)(130), 전압검출부(140), 극성검출부(150), 제어부(160)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the automatic voltage regulator 100 according to the present invention includes an AC chopper 110 that provides AC power conversion, a transformer 120 for series voltage compensation, and a bypass circuit. 130, a voltage detector 140, a polarity detector 150, and a controller 160.

교류 쵸퍼(110)는 스위칭부, 필터, 직류 스너버(dc snubber)로 구성된다.AC chopper 110 is composed of a switching unit, a filter, a DC snubber (dc snubber).

스위칭부는 제1 내지 제4스위치(

Figure 112011096496358-pat00001
,
Figure 112011096496358-pat00002
,
Figure 112011096496358-pat00003
,
Figure 112011096496358-pat00004
)로 구성되며, 이러한 스위치(
Figure 112011096496358-pat00005
,
Figure 112011096496358-pat00006
,
Figure 112011096496358-pat00007
,
Figure 112011096496358-pat00008
)는 전력용 반도체 스위치로 구현된다. 상기 제1 내지 제4스위치(
Figure 112011096496358-pat00009
,
Figure 112011096496358-pat00010
,
Figure 112011096496358-pat00011
,
Figure 112011096496358-pat00012
)의 게이트로 입력되는 구동 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절하여 교류 쵸퍼(110)의 출력전압(
Figure 112011096496358-pat00013
)을 조절한다.The switch includes first to fourth switches (
Figure 112011096496358-pat00001
,
Figure 112011096496358-pat00002
,
Figure 112011096496358-pat00003
,
Figure 112011096496358-pat00004
), These switches (
Figure 112011096496358-pat00005
,
Figure 112011096496358-pat00006
,
Figure 112011096496358-pat00007
,
Figure 112011096496358-pat00008
) Is implemented as a power semiconductor switch. The first to fourth switches (
Figure 112011096496358-pat00009
,
Figure 112011096496358-pat00010
,
Figure 112011096496358-pat00011
,
Figure 112011096496358-pat00012
The output voltage of the AC chopper 110 by adjusting the duty ratio of the driving signal input to the gate of
Figure 112011096496358-pat00013
).

필터는 인덕터(L)과 커패시터(C)로 구성되는 저역통과필터(Low Pass Filter: LPF)로, 교류 쵸퍼(110)의 출력으로부터 고조파(harmonic) 성분을 제거한다.The filter is a low pass filter (LPF) composed of an inductor (L) and a capacitor (C), and removes harmonic components from the output of the AC chopper 110.

직류 스너버는 2개의 스너버 커패시터(

Figure 112011096496358-pat00014
)로 구성되며, 그 중 하나의 스너버 커패시터(
Figure 112011096496358-pat00015
)는 상기 제1스위치(
Figure 112011096496358-pat00016
) 및 제3스위치(
Figure 112011096496358-pat00017
)와 병렬로 연결되며, 다른 하나의 스너버 커패시터(
Figure 112011096496358-pat00018
)는 상기 제2스위치(
Figure 112011096496358-pat00019
) 및 제4스위치(
Figure 112011096496358-pat00020
)와 병렬로 연결된다. 상기 직류 스너버는 상기 필터의 인덕터(L)에 저장되는 에너지를 흡수하여 상기 스위치들(,
Figure 112011096496358-pat00022
,
Figure 112011096496358-pat00023
,
Figure 112011096496358-pat00024
)의 스트레스를 감소시키는 역할을 한다.DC snubbers have two snubber capacitors (
Figure 112011096496358-pat00014
) And one snubber capacitor (
Figure 112011096496358-pat00015
) Is the first switch (
Figure 112011096496358-pat00016
) And the third switch (
Figure 112011096496358-pat00017
) In parallel with the other snubber capacitor (
Figure 112011096496358-pat00018
) Is the second switch (
Figure 112011096496358-pat00019
) And fourth switch (
Figure 112011096496358-pat00020
) In parallel. The DC snubber absorbs the energy stored in the inductor (L) of the filter so that the switches ( ,
Figure 112011096496358-pat00022
,
Figure 112011096496358-pat00023
,
Figure 112011096496358-pat00024
) To reduce stress.

변압기(120)는 상기 교류 쵸퍼(110)의 출력전압(

Figure 112011096496358-pat00025
)을 보상전압(
Figure 112011096496358-pat00026
)으로 변환한다. 상기 변압기(120)는 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00027
)에 보상전압을 직렬보상하여 일정한 출력전압(
Figure 112011096496358-pat00028
)을 유지하게 한다. 그리고, 상기 변압기(120)의 권선비는 입력전압의 최대 변동 범위에 의존한다.Transformer 120 is the output voltage of the AC chopper (110)
Figure 112011096496358-pat00025
) To the compensation voltage (
Figure 112011096496358-pat00026
). The transformer 120 is an input voltage (
Figure 112011096496358-pat00027
) By compensating the compensation voltage in series
Figure 112011096496358-pat00028
To keep). The winding ratio of the transformer 120 depends on the maximum variation range of the input voltage.

바이패스 회로(130)는 상기 교류 쵸퍼(110)의 출력단과 상기 변압기(120)의 1차측단 사이에 위치하며, 트라이액(triac) 또는 사이리스터(thyristor)와 같은 스위치로 구성된다. 상기 바이패스 회로(130)는 양방향으로 전류가 흐를 수 있게 하여, 자동전압조절기(100)에 단락회로(short circuit) 발생시 변압기(120)의 1차측을 단락시켜 변압기(120)의 1차측에서 발생하는 대전류로부터 교류 쵸퍼(110)를 보호하는 역할을 한다.The bypass circuit 130 is positioned between the output terminal of the AC chopper 110 and the primary side of the transformer 120 and is composed of a switch such as a triac or a thyristor. The bypass circuit 130 allows current to flow in both directions, so that when a short circuit occurs in the automatic voltage regulator 100, the primary side of the transformer 120 is shorted to be generated at the primary side of the transformer 120. It serves to protect the AC chopper 110 from large current.

예를 들어, 단락회로가 발생하면, 변압기(120)의 1차측에 대전류가 생성되어 그 대전류가 상기 교류 쵸퍼(110)를 통과해 흐르면, 변압기(120)의 주권선이 개방회로(open circuit)에서 동작할 수 없기 때문에 교류 쵸퍼(110)가 파괴된다. 그 결과, 자동전압조절기(100)는 심각한 피해를 입을 수 있으므로, 대전류에 의한 교류쵸퍼의 피해를 방지하기 위해 바이패스 회로(130)가 사용된다.For example, when a short circuit occurs, a large current is generated at the primary side of the transformer 120, and when the large current flows through the AC chopper 110, the main winding of the transformer 120 is an open circuit. AC chopper 110 is destroyed because it can not operate at. As a result, since the automatic voltage regulator 100 may be seriously damaged, the bypass circuit 130 is used to prevent the AC chopper from being damaged by the large current.

상기 바이패스 회로(130)는 단락회로가 발생했을 때, 변압기(120)의 2차 전류가 상기 바이패스 회로(130)로 흐르게 한다. 따라서, 상기 바이패스 회로(130)의 전류는 제1 및 제2바이패스 스위치(

Figure 112011096496358-pat00029
,
Figure 112011096496358-pat00030
)를 통하여 순환하게 되어 단락회로의 전류로부터 자동전압조절기(100)를 보호할 수 있게 된다. The bypass circuit 130 allows the secondary current of the transformer 120 to flow to the bypass circuit 130 when a short circuit occurs. Therefore, the current of the bypass circuit 130 is the first and second bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00029
,
Figure 112011096496358-pat00030
By circulating through) it is possible to protect the automatic voltage regulator 100 from the current of the short circuit.

또한, 상기 바이패스 회로(130)는 보상전압의 위상을 결정하는 역할을 한다. 상기 바이패스 회로(130)는 입력전압(

Figure 112011096496358-pat00031
)의 변동에 따라 제1바이패스 스위치(
Figure 112011096496358-pat00032
)와 제2바이패스 스위치(
Figure 112011096496358-pat00033
)를 온/오프(on/off) 시킨다. 다시 말해서, 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00034
)의 강하가 감지되면, 제1바이패스 스위치(
Figure 112011096496358-pat00035
)는 켜지고, 제2바이패스 스위치(
Figure 112011096496358-pat00036
)는 꺼진다. 이때, 보상전압(
Figure 112011096496358-pat00037
)은 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00038
)의 위상과 동일하며, 상기 보상전압(
Figure 112011096496358-pat00039
)을 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00040
)에 더해 전압강하를 보상할 수 있다. 한편, 전압상승이 검출되면, 제1바이패스 스위치(
Figure 112011096496358-pat00041
)는 꺼지고, 제2바이패스 스위치(
Figure 112011096496358-pat00042
)는 켜진다. 이때, 보상전압(
Figure 112011096496358-pat00043
)은 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00044
)의 위상과 반대되는 역상으로, 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00045
)으로부터 보상전압(
Figure 112011096496358-pat00046
)을 빼 전압상승을 보상한다.In addition, the bypass circuit 130 serves to determine the phase of the compensation voltage. The bypass circuit 130 is an input voltage (
Figure 112011096496358-pat00031
), The first bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00032
) And the second bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00033
To turn on / off. In other words, the input voltage (
Figure 112011096496358-pat00034
When the drop of the) is detected, the first bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00035
) Is turned on and the second bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00036
) Is turned off. At this time, the compensation voltage (
Figure 112011096496358-pat00037
) Is the input voltage (
Figure 112011096496358-pat00038
Is equal to the phase of the compensation voltage
Figure 112011096496358-pat00039
) Input voltage (
Figure 112011096496358-pat00040
) Can compensate for the voltage drop. On the other hand, if a voltage increase is detected, the first bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00041
) Turns off and the second bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00042
) Is turned on. At this time, the compensation voltage (
Figure 112011096496358-pat00043
) Is the input voltage (
Figure 112011096496358-pat00044
Reversed to the phase of), the input voltage (
Figure 112011096496358-pat00045
Compensation voltage from
Figure 112011096496358-pat00046
) To compensate for the voltage rise.

전압검출부(140)는 자동전압조절기(100)로 입력되는 입력전압(

Figure 112011096496358-pat00047
)을 검출하여 그 검출된 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00048
)을 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 본 발명에서는 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00049
)만 검출하는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 출력전압(
Figure 112011096496358-pat00050
)도 검출하여 출력전압(
Figure 112011096496358-pat00051
)이 일정한 전압으로 유지되는지를 모니터링하도록 구현할 수도 있다.The voltage detector 140 inputs an input voltage inputted to the automatic voltage regulator 100 (
Figure 112011096496358-pat00047
) And the detected input voltage (
Figure 112011096496358-pat00048
) Is converted into a digital signal and output. In the present invention, the input voltage (
Figure 112011096496358-pat00049
For example, detecting only), but output voltage (
Figure 112011096496358-pat00050
) Is also detected and the output voltage (
Figure 112011096496358-pat00051
) Can be implemented to monitor whether the voltage remains constant.

극성검출부(150)는 자동전압조절기(100)으로 입력되는 입력전압(

Figure 112011096496358-pat00052
)의 극성을 검출한다.The polarity detector 150 inputs an input voltage inputted to the automatic voltage regulator 100 (
Figure 112011096496358-pat00052
) Polarity is detected.

제어부(160)는 상기 전압검출부(140)를 통해 검출된 입력전압(

Figure 112011096496358-pat00053
)에 따라 상기 교류 쵸퍼(110)의 제1 내지 제4스위치(
Figure 112011096496358-pat00054
,
Figure 112011096496358-pat00055
,
Figure 112011096496358-pat00056
,
Figure 112011096496358-pat00057
)의 구동신호 듀티비를 제어한다. 또한, 상기 제어부(160)는 상기 극성검출부(150)에 의해 검출된 입력전압(
Figure 112011096496358-pat00058
)의 극성에 따라 상기 교류 쵸퍼(110)의 제1 내지 제4스위치(
Figure 112011096496358-pat00059
,
Figure 112011096496358-pat00060
,
Figure 112011096496358-pat00061
,
Figure 112011096496358-pat00062
)의 스위칭 패턴을 제어한다.The controller 160 controls the input voltage detected through the voltage detector 140.
Figure 112011096496358-pat00053
According to the first to fourth switches of the AC chopper 110 (
Figure 112011096496358-pat00054
,
Figure 112011096496358-pat00055
,
Figure 112011096496358-pat00056
,
Figure 112011096496358-pat00057
Control the driving signal duty ratio. In addition, the controller 160 controls the input voltage detected by the polarity detector 150.
Figure 112011096496358-pat00058
According to the polarity of the first to fourth switches of the AC chopper 110 (
Figure 112011096496358-pat00059
,
Figure 112011096496358-pat00060
,
Figure 112011096496358-pat00061
,
Figure 112011096496358-pat00062
Control the switching pattern.

상기 제어부(160)는 바이패스 회로(130)의 제1바이패스 스위치(

Figure 112011096496358-pat00063
) 및 제2바이패스 스위치(
Figure 112011096496358-pat00064
)의 턴온/턴오프(turn-on/turn-off)을 제어하여 보상전압(
Figure 112011096496358-pat00065
)의 위상을 결정한다.The controller 160 may include a first bypass switch of the bypass circuit 130.
Figure 112011096496358-pat00063
) And second bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00064
Control the turn-on / turn-off of
Figure 112011096496358-pat00065
) Is determined.

상기한 구성요소들로 구성된 자동전압조절기(100)는 구동신호의 듀티비를 조절하여 출력전압을 조절하며, 상기 입력전압의 극성에 따라 스위칭 패턴을 결정한다. 상기 자동전압조절기(100)의 스위치 구동에 따른 상기 자동전압조절기(100)의 동작모드를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.The automatic voltage regulator 100 composed of the above components regulates the output voltage by adjusting the duty ratio of the driving signal, and determines the switching pattern according to the polarity of the input voltage. An operation mode of the automatic voltage regulator 100 according to the switch driving of the automatic voltage regulator 100 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

도 2는 도 1에 도시된 자동전압조절기의 스위치 구동신호를 도시한다.FIG. 2 shows a switch driving signal of the automatic voltage regulator shown in FIG. 1.

도 2에서

Figure 112011096496358-pat00066
는 안전한 통신을 위한 데드타임(dead time)이고,
Figure 112011096496358-pat00067
는 스위칭 기간이고, D는 제1스위치 구동신호와 제2스위치 구동신호의 듀티비이다. 스위치 구동신호의 스위칭 패턴은 표 1과 같다.2,
Figure 112011096496358-pat00066
Is the dead time for secure communication,
Figure 112011096496358-pat00067
Is a switching period, and D is a duty ratio of the first switch driving signal and the second switch driving signal. The switching pattern of the switch driving signal is shown in Table 1.

Figure 112011096496358-pat00068
Figure 112011096496358-pat00068

입력전압이 양의 값을 갖는 구간(

Figure 112011096496358-pat00069
>0) 동안 제2스위치(
Figure 112011096496358-pat00070
)와 제4스위치(
Figure 112011096496358-pat00071
)는 도통되고, 제1스위치(
Figure 112011096496358-pat00072
)와 제3스위치(
Figure 112011096496358-pat00073
)는 소정 듀티비에 의해 상보적으로 동작한다. 이때, 전류 스파이크를 방지하기 위해 제1스위치(
Figure 112011096496358-pat00074
)와 제3스위치(
Figure 112011096496358-pat00075
) 동작시 데드타임이 존재한다. 한편, 입력전압이 음의 값을 가지는 구간(
Figure 112011096496358-pat00076
0) 동안, 제1스위치(
Figure 112011096496358-pat00077
)와 제3스위치(
Figure 112011096496358-pat00078
)는 도통되고, 제2스위치(
Figure 112011096496358-pat00079
)와 제4스위치(
Figure 112011096496358-pat00080
)는 소정 듀티비에 의해 상보적으로 동작한다. 이때, 전류 스파이크를 방지하기 위해 제2스위치(
Figure 112011096496358-pat00081
)와 제4스위치(
Figure 112011096496358-pat00082
) 동작시 데드타임이 존재한다.Period in which the input voltage has a positive value
Figure 112011096496358-pat00069
The second switch (> 0)
Figure 112011096496358-pat00070
) And the fourth switch (
Figure 112011096496358-pat00071
) Is turned on and the first switch (
Figure 112011096496358-pat00072
) And the third switch (
Figure 112011096496358-pat00073
) Is complementary by a certain duty ratio. In this case, the first switch (
Figure 112011096496358-pat00074
) And the third switch (
Figure 112011096496358-pat00075
) Dead time exists during operation. On the other hand, the section in which the input voltage has a negative value (
Figure 112011096496358-pat00076
0), the first switch (
Figure 112011096496358-pat00077
) And the third switch (
Figure 112011096496358-pat00078
) Is turned on and the second switch (
Figure 112011096496358-pat00079
) And the fourth switch (
Figure 112011096496358-pat00080
) Is complementary by a certain duty ratio. At this time, in order to prevent current spikes, the second switch (
Figure 112011096496358-pat00081
) And the fourth switch (
Figure 112011096496358-pat00082
) Dead time exists during operation.

모든 스위치(

Figure 112011096496358-pat00083
,
Figure 112011096496358-pat00084
,
Figure 112011096496358-pat00085
,
Figure 112011096496358-pat00086
)가 켜지면 단락회로(short circuit)가 발생하고, 모든 스위치(
Figure 112011096496358-pat00087
,
Figure 112011096496358-pat00088
,
Figure 112011096496358-pat00089
,
Figure 112011096496358-pat00090
)가 꺼지면 전압 스파이크가 스위치들(
Figure 112011096496358-pat00091
,
Figure 112011096496358-pat00092
,
Figure 112011096496358-pat00093
,
Figure 112011096496358-pat00094
)에 피해를 입혀 커뮤테이션(commutation)(전류의 방향 변경) 문제가 발생한다. 상기 스위치들(
Figure 112011096496358-pat00095
,
Figure 112011096496358-pat00096
,
Figure 112011096496358-pat00097
,
Figure 112011096496358-pat00098
)의 전류 스파이크에 의한 피해를 방지하기 위해 데드타임이 필요하고, 전압 스파이크를 방지하기 위해 인덕터 전류가 흐를 수 있는 전류 경로가 필요하다. 이러한 커뮤테이션 문제를 해결하기 위해 스위칭 패턴은 입력전압의 극성에 의해 결정된다.All switches (
Figure 112011096496358-pat00083
,
Figure 112011096496358-pat00084
,
Figure 112011096496358-pat00085
,
Figure 112011096496358-pat00086
) Is on, a short circuit occurs, and all switches (
Figure 112011096496358-pat00087
,
Figure 112011096496358-pat00088
,
Figure 112011096496358-pat00089
,
Figure 112011096496358-pat00090
) Turns off the voltage spikes
Figure 112011096496358-pat00091
,
Figure 112011096496358-pat00092
,
Figure 112011096496358-pat00093
,
Figure 112011096496358-pat00094
), Causing commutation (change of direction of current). The switches (
Figure 112011096496358-pat00095
,
Figure 112011096496358-pat00096
,
Figure 112011096496358-pat00097
,
Figure 112011096496358-pat00098
Dead time is required to prevent damage caused by current spikes, and a current path through which the inductor current can flow is required to prevent voltage spikes. To solve this commutation problem, the switching pattern is determined by the polarity of the input voltage.

본 발명에 따른 자동전압조절기(100)는 입력전압(

Figure 112011096496358-pat00099
)의 반주기 동안 두 개의 스위치는 도통되고, 나머지 두 개의 스위치만 소정 듀티비에 의해 스위칭 동작하기 때문에 4개의 스위치를 모두 스위칭하는 방식에 대비하여 스위칭 손실을 줄일 수 있다.Automatic voltage regulator 100 according to the present invention is the input voltage (
Figure 112011096496358-pat00099
Since the two switches are turned on during the half cycle of), and only the other two switches are operated by a predetermined duty ratio, the switching loss can be reduced compared to the method of switching all four switches.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동전압조절기의 동작파형을 도시하며, 도 4는 본 발명에 따른 자동전압조절기의 동작모드를 도시한다.Figure 3 shows the operating waveform of the automatic voltage regulator according to an embodiment of the present invention, Figure 4 shows the operating mode of the automatic voltage regulator according to the present invention.

전압 하강 조건에서 보상전압은 도 3(a)에 도시된 바와 같이 입력전압과 동일한 위상을 갖는다. 전압 상승 조건에서 보상전압은 도 3(b)에 도시된 바와 같이 입력전압과 반대되는 위상을 갖는다.In the voltage drop condition, the compensation voltage has the same phase as the input voltage as shown in FIG. In the voltage rising condition, the compensation voltage has a phase opposite to that of the input voltage as shown in FIG.

본 발명에 따른 자동전압조절기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 스위칭 기간 동안 4가지 동작모드를 갖는다. 본 명세서에서는 전압 하강 조건에서 각 동작모드를 설명한다. 전압 하강 조건에서 제1바이패스 스위치(

Figure 112011096496358-pat00100
)는 턴온(turn-on)되고, 제2바이패스 스위치(
Figure 112011096496358-pat00101
)는 턴오프(turn-off)된다.The automatic voltage regulator 100 according to the present invention has four operation modes during the switching period as shown in FIG. In this specification, each operation mode will be described under a voltage drop condition. In the voltage drop condition, the first bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00100
) Is turned on and the second bypass switch (
Figure 112011096496358-pat00101
) Is turned off.

제1동작모드[

Figure 112011096496358-pat00102
,
Figure 112011096496358-pat00103
]는 제1스위치와 제2스위치가 온되는 구간이다. 이때, 인턱터 전류
Figure 112011096496358-pat00104
는 인덕터 전류
Figure 112011096496358-pat00105
가 0을 초과하는 동안(
Figure 112011096496358-pat00106
>0) 도 4(a)에 도시된 바와 같이 제2스위치와 마주한 다이오드와 제1스위치(
Figure 112011096496358-pat00107
)를 거쳐 도통한다. 상기 인덕터 전류
Figure 112011096496358-pat00108
는 인덕터 전류
Figure 112011096496358-pat00109
가 0 미만인 동안 도 4(b)와 같이 제1스위치와 마주한 다이오드와 제2스위치(
Figure 112011096496358-pat00110
)를 도통한다. 따라서, 인덕터 전류(
Figure 112011096496358-pat00111
)는 출력으로 에너지를 제공하도록 입력측과 출력측을 도통한다.First operation mode [
Figure 112011096496358-pat00102
,
Figure 112011096496358-pat00103
] Is the section in which the first switch and the second switch is turned on. At this time, the inductor current
Figure 112011096496358-pat00104
Inductor current
Figure 112011096496358-pat00105
Is greater than 0 (
Figure 112011096496358-pat00106
> 0) As shown in FIG. 4 (a), the diode and the first switch facing the second switch (
Figure 112011096496358-pat00107
Through) The inductor current
Figure 112011096496358-pat00108
Inductor current
Figure 112011096496358-pat00109
Is less than 0, the diode and the second switch facing the first switch as shown in FIG.
Figure 112011096496358-pat00110
Turn on). Therefore, the inductor current (
Figure 112011096496358-pat00111
) Conducts input and output sides to provide energy to the output.

인덕터 전압(

Figure 112011096496358-pat00112
)은 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Inductor voltage (
Figure 112011096496358-pat00112
) May be expressed as in Equation 1 below.

Figure 112011096496358-pat00113
Figure 112011096496358-pat00113

입력전압이 교류 쵸퍼의 출력전압보다 크기 때문에, 제1동작모드에서 인덕터를 통과하는 전류는 증가되고, 인덕터의 에너지는 충전된다.Since the input voltage is larger than the output voltage of the AC chopper, the current through the inductor is increased in the first operation mode, and the energy of the inductor is charged.

제2동작모드[

Figure 112011096496358-pat00114
,
Figure 112011096496358-pat00115
]는 스위치들의 데드 타임으로 정의되고, 안전한 커뮤테이션을 위해 중요하다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이 입력전압이 0을 초과하면, 이 모드는 제1스위치와 제3스위치의 데드타임으로 정의된다. 제2스위치와 제4스위치는 안전한 커뮤테이션을 위해 턴온된다. 인덕터 전류가 0을 초과하면 인덕터 전류는 도 4(c)와 같이 제3스위치와 마주하는 다이오드와 제4스위치를 사용하여 출력측을 통해 바이패스된다. 인덕터 전류가 0미만인 경우, 인덕터 전류는 도 4(d)와 같이 제1스위치 맞은편 다이오드와 제2스위치를 통해 출력측을 통해 바이패스된다. 입력전압이 0미만이면 이 모드는 도 2(b)에 도시된 바와 같이 제2스위치 및 제4스위치의 데드타임으로 정의된다. 제1스위치와 제3스위치는 안전한 커뮤테이션을 위해 턴온된다. 인덕터 전류가 0을 초과하면 인덕터 전류는 도 4(e)와 같이 제3스위치와 제4스위치의 맞은편 다이오드를 사용하여 출력측을 통해 바이패스된다. 인덕터 전류가 0미만이면 인덕터 전류는 도 4(f)와 같이 제2스위치와 마주한 다이오드와 제1스위치를 사용하여 출력측을 통해 바이패스된다. 그러므로, 인덕터 전류를 위한 전류 경로는 이 모드에서 모든 전류 방향으로 항상 존재한다.Second operation mode [
Figure 112011096496358-pat00114
,
Figure 112011096496358-pat00115
] Is defined as the dead time of the switches and is important for safe commutation. As shown in FIG. 2A, when the input voltage exceeds 0, this mode is defined as the dead time of the first switch and the third switch. The second and fourth switches are turned on for safe commutation. When the inductor current exceeds 0, the inductor current is bypassed through the output side using a diode and a fourth switch facing the third switch as shown in FIG. When the inductor current is less than zero, the inductor current is bypassed through the output side through the diode and the second switch opposite the first switch as shown in FIG. If the input voltage is less than 0, this mode is defined as the dead time of the second switch and the fourth switch as shown in FIG. The first and third switches are turned on for safe commutation. If the inductor current exceeds 0, the inductor current is bypassed through the output side using diodes opposite the third and fourth switches as shown in FIG. If the inductor current is less than 0, the inductor current is bypassed through the output side using the diode and the first switch facing the second switch as shown in FIG. 4 (f). Therefore, the current path for the inductor current is always present in all current directions in this mode.

제3모드[

Figure 112011096496358-pat00116
,
Figure 112011096496358-pat00117
]에서는 도 2에 도시된 바와 같이 제3스위치와 제4스위치가 턴온된다. 이 모드는 제1모드와 상호보완적이다. 인덕터 전류는 인덕터 전류가 0을 초과하는 구간에서 도 4(g)와 같이 제4스위치와 제3스위치 맞은편 다이오드를 통해 도통된다. 인덕터 전류는 0 미만인 구간에서 도 4(h)와 같이 제4스위치 맞은편 다이오드와 제3스위치를 통해 도통된다. 따라서, 제3모드에서 인덕터 전류는 제3스위치와 제4스위치를 통해 자유롭게 흐른다. 인덕터 전압(
Figure 112011096496358-pat00118
)은 아래 수학식 2와 같다.3rd mode [
Figure 112011096496358-pat00116
,
Figure 112011096496358-pat00117
], The third switch and the fourth switch is turned on as shown in FIG. This mode is complementary to the first mode. The inductor current is conducted through the diode opposite the fourth switch and the third switch as shown in FIG. 4 (g) in the period where the inductor current exceeds zero. The inductor current is conducted through the diode opposite the fourth switch and the third switch as shown in FIG. Therefore, in the third mode, the inductor current flows freely through the third switch and the fourth switch. Inductor voltage (
Figure 112011096496358-pat00118
) Is shown in Equation 2 below.

Figure 112011096496358-pat00119
Figure 112011096496358-pat00119

그러므로, 인덕터를 거치는 전류는 감소하고, 인덕터에 저장된 에너지는 방전된다.Therefore, the current through the inductor decreases, and the energy stored in the inductor is discharged.

제4모드[

Figure 112011096496358-pat00120
,
Figure 112011096496358-pat00121
]의 동작은 제2모드의 동작과 유사하여 그 설명은 생략한다.4th mode [
Figure 112011096496358-pat00120
,
Figure 112011096496358-pat00121
] Operation is similar to that of the second mode, and description thereof will be omitted.

스위칭 패턴에서 단락회로는 데드타임에 의해 발생되지 않는다. 반면, 인덕터 전류를 위한 전류 통로는 항상 모든 전류 방향으로 존재한다. 그러므로, 커뮤테이션 문제는 이러한 스위칭 패턴을 통해 해결된다.Short circuits in the switching pattern are not caused by dead time. On the other hand, the current path for the inductor current always exists in all current directions. Therefore, the commutation problem is solved through this switching pattern.

전압 상승 조건 하에서 동작 모드는 제1바이패스 스위치가 턴오프되고, 제2바이패스 스위치가 턴온되는 것을 제외하고 전압 강하 조건하의 동작모드와 유사하여 이 조건에 대한 설명도 생략한다.The operation mode under the voltage rising condition is similar to the operation mode under the voltage drop condition except that the first bypass switch is turned off and the second bypass switch is turned on, and thus the description of this condition is omitted.

이하, 본 발명에 따른 자동전압조절기의 기술적 분석을 위해, 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 자동전압조절기에 대한 등가회로를 참조하여 설명한다. 여기서, 데드타임은 분석을 위해 무시하고, 수학식 3과 같은 조건을 만족한다는 가정한다.Hereinafter, for the technical analysis of the automatic voltage regulator according to the present invention, it will be described with reference to the equivalent circuit for the automatic voltage regulator according to the embodiment of the present invention shown in FIG. Here, it is assumed that the dead time is ignored for analysis and satisfies the condition as shown in Equation (3).

Figure 112011096496358-pat00122
Figure 112011096496358-pat00122

여기서,

Figure 112011096496358-pat00123
는 각주파수이다. 수학식 3에 따르면 수학식 4와 같은 가정이 가능하다.here,
Figure 112011096496358-pat00123
Is the angular frequency. According to Equation 3, the same assumption as in Equation 4 is possible.

Figure 112011096496358-pat00124
Figure 112011096496358-pat00124

이 조건들은 실용적인 필터 디자인을 충족시킨다. 쵸퍼에 의해 변조된 평균 전압(

Figure 112011096496358-pat00125
)은 수학식 5로부터 구할 수 있다.These conditions meet the practical filter design. Average voltage modulated by the chopper (
Figure 112011096496358-pat00125
) Can be obtained from equation (5).

Figure 112011096496358-pat00126
Figure 112011096496358-pat00126

따라서, 스위칭 구간(

Figure 112011096496358-pat00127
) 동안 일반화된 방정식은 수학식 6 및 7를 통해 구할 수 있다.Therefore, the switching interval (
Figure 112011096496358-pat00127
The generalized equations can be obtained from equations (6) and (7).

Figure 112011096496358-pat00128
Figure 112011096496358-pat00128

Figure 112011096496358-pat00129
Figure 112011096496358-pat00129

여기서,

Figure 112011096496358-pat00130
은 변압기권선비
Figure 112011096496358-pat00131
이다. 전압하강 조건하에 수학식 6 및 수학식 7은 하기 수학식 8 및 수학식 9와 같이 변환된다.here,
Figure 112011096496358-pat00130
Silver transformer winding ratio
Figure 112011096496358-pat00131
to be. Equations 6 and 7 are converted as shown in Equations 8 and 9 under the voltage drop condition.

Figure 112011096496358-pat00132
Figure 112011096496358-pat00132

Figure 112011096496358-pat00133
Figure 112011096496358-pat00133

수학식 9를 수학식 8에 반영하면, 하기와 같은 미분 방정식은 수학식 10과 같다.Reflecting Equation 9 in Equation 8, the differential equation as shown in Equation 10 is as follows.

Figure 112011096496358-pat00134
Figure 112011096496358-pat00134

Figure 112011096496358-pat00135
Figure 112011096496358-pat00135

수학식 10으로부터 전달함수는 수학식 11과 같다.The transfer function from Equation 10 is equal to Equation 11.

Figure 112011096496358-pat00136
Figure 112011096496358-pat00136

그러므로, 전체 전압 이득은 수학식 12와 같이 정의할 수 있다.Therefore, the total voltage gain can be defined as in Equation 12.

Figure 112011096496358-pat00137
Figure 112011096496358-pat00137

수학식 3을 사용하여 전체 전압 이득은 다음 수학식 13과 같이 간단화된다.Using Equation 3, the total voltage gain is simplified as in Equation 13.

Figure 112011096496358-pat00138
Figure 112011096496358-pat00138

수학식 4를 사용하여, 전압하강조건에서 이상적인 전체 전압 이득은 수학식 14와 같이 간단화할 수 있다. Using Equation 4, the ideal total voltage gain under voltage drop condition can be simplified as shown in Equation 14.

Figure 112011096496358-pat00139
Figure 112011096496358-pat00139

유사하게, 전압상승조건에서 전체 전압 이득은 수학식 15와 같다.Similarly, the total voltage gain in the voltage rising condition is expressed by Equation 15.

Figure 112011096496358-pat00140
Figure 112011096496358-pat00140

수학식 3을 사용하면, 전체 전압 이득을 수학식 16과 같이 간단화된다.Using equation (3), the total voltage gain is simplified as in equation (16).

Figure 112011096496358-pat00141
Figure 112011096496358-pat00141

수학식 4를 사용하면, 전압상승조건에서 이상적 전체 전압 이득은 수학식 17과 같이 단순화된다.Using Equation 4, the ideal overall voltage gain under voltage rise condition is simplified to Equation 17.

Figure 112011096496358-pat00142
Figure 112011096496358-pat00142

변압기의 권선비는 입력전압의 최대 변동 범위에 의존하며, 요구되는 권선비는 보상전압의 백분율에 근거한다. 보상전압의 백분율은 수학식 18과 같이 정의된다.The turns ratio of the transformer depends on the maximum fluctuation range of the input voltage and the required turns ratio is based on the percentage of the compensation voltage. The percentage of compensation voltage is defined as in Equation 18.

Figure 112011096496358-pat00143
Figure 112011096496358-pat00143

여기서,

Figure 112011096496358-pat00144
Figure 112011096496358-pat00145
은 최소 허용입력전압과 공칭 전압(nominal voltage)을 각각 나타낸다. 권선수를 설계하는 방정식은 수학식 19와 같이 정의된다.here,
Figure 112011096496358-pat00144
and
Figure 112011096496358-pat00145
Denotes the minimum allowable input voltage and the nominal voltage, respectively. The equation for designing the number of turns is defined as in Equation 19.

Figure 112011096496358-pat00146
Figure 112011096496358-pat00146

인덕터 전류의 리플(ripple)은 수학식 20으로부터 유도될 수 있다.The ripple of the inductor current can be derived from equation (20).

Figure 112011096496358-pat00147
Figure 112011096496358-pat00147

여기서,

Figure 112011096496358-pat00148
는 스위칭 주파수이다. 그러므로, 인덕터는 스위칭 주파수, 리플 전류와 듀티비에 의해 결정된다. 커패시터의 리플은 식 21로부터 유도될 수 있다.here,
Figure 112011096496358-pat00148
Is the switching frequency. Therefore, the inductor is determined by the switching frequency, ripple current and duty ratio. The ripple of the capacitor can be derived from equation (21).

Figure 112011096496358-pat00149
Figure 112011096496358-pat00149

그러므로, 커패시터는 스위칭 주파수, 리플 전압, 리플 전류에 의해 결정된다.Therefore, the capacitor is determined by the switching frequency, the ripple voltage, and the ripple current.

도 5는 본 발명에 따른 자동전압절기의 실험파형을 도시한다.5 shows an experimental waveform of an automatic voltage season according to the present invention.

여기서, 실험에 사용된 자동전압절기(100)는 정격 3

Figure 112011096496358-pat00150
로 설계되었으며, 입력전압과 출력전압의 공칭전압은
Figure 112011096496358-pat00151
,
Figure 112011096496358-pat00152
의 교류 전압이다. 스위칭 주파수는
Figure 112011096496358-pat00153
이고, 데드타임은
Figure 112011096496358-pat00154
이며, 부하는 순수한 저항 부하이다. 자동전압절기(100)의 다른 파라미터는
Figure 112011096496358-pat00155
,
Figure 112011096496358-pat00156
,
Figure 112011096496358-pat00157
,
Figure 112011096496358-pat00158
,
Figure 112011096496358-pat00159
이다.Here, the automatic voltage season 100 used in the experiment is rated 3
Figure 112011096496358-pat00150
The nominal voltage of input voltage and output voltage is
Figure 112011096496358-pat00151
,
Figure 112011096496358-pat00152
AC voltage. Switching frequency
Figure 112011096496358-pat00153
And dead time
Figure 112011096496358-pat00154
And the load is a pure resistive load. Other parameters of the automatic voltage season 100
Figure 112011096496358-pat00155
,
Figure 112011096496358-pat00156
,
Figure 112011096496358-pat00157
,
Figure 112011096496358-pat00158
,
Figure 112011096496358-pat00159
to be.

입력 전압이 25% 하강 또는 상승할 때, 입력전압 및 출력전압의 파형은 도 5(a)와 도 5(b)와 각각 같다. 출력 전압은 반주기내 요구되는

Figure 112011096496358-pat00160
로 보상된다. 실험에서와 같이, 본 발명에 따른 자동전압절기(100)는 입력전압의 하강 및 상승에 대해 빠르게 보상할 수 있다.When the input voltage drops or rises by 25%, the waveforms of the input voltage and the output voltage are the same as those of Figs. 5 (a) and 5 (b), respectively. Output voltage is required in half cycle
Figure 112011096496358-pat00160
To be compensated. As in the experiment, the automatic voltage season 100 according to the present invention can quickly compensate for the falling and rising of the input voltage.

본 명세서에서는 단상 교류 쵸퍼를 이용하여 단상 교류 전압을 제어하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명에서 제안된 자동전압조절기(100)를 3상 교류 전압 제어에 적용하여 활용 가능하다.In the present specification, a case of controlling the single-phase AC voltage using the single-phase AC chopper has been described as an example. However, the automatic voltage regulator 100 proposed in the present invention may be applied to the three-phase AC voltage control.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 3상 교류 전압 제어를 위한 3상용 자동전압조절기는 3상 선간전압(입력전압)의 각 상 선간전압을 입력받고 그 입력받은 각 상 선간전압의 전압변동에 따라 상기 각 상 선간전압을 보상하는 3개의 자동전압조절기(100)로 구성된다. 그리고, 자동전압조절기(100)의 변압기(120)로부터 출력되는 각 상의 선간전압에 대한 보상전압의 위상은 각 상의 입력전압의 위상에 따라 조정한다. 다시 말해서, 3개의 자동전압조절기(100)는 각각 자동전압조절기(100)의 입력단(A, B)으로 입력되는 3상 입력전압(R, S, T)의 각 상 입력전압에 대해 개별적으로 전압조정하여 3상의 출력전압(U, V, W)을 자동전압조절기(100)의 출력단(C, D)를 통해 각각 출력한다.For example, as shown in Figure 7, the three-phase automatic voltage regulator for controlling the three-phase AC voltage receives the input voltage between each phase of the three-phase line voltage (input voltage) and the voltage of each input line voltage It consists of three automatic voltage regulators 100 to compensate for the voltage between each phase according to the change. Then, the phase of the compensation voltage for the line voltage between each phase output from the transformer 120 of the automatic voltage regulator 100 is adjusted according to the phase of the input voltage of each phase. In other words, the three automatic voltage regulators 100 are voltages for respective phase input voltages of the three-phase input voltages R, S, and T input to the input terminals A and B of the automatic voltage regulator 100, respectively. The three-phase output voltages U, V, and W are output through the output terminals C, D of the automatic voltage regulator 100, respectively.

상기와 같이 설명된 본 발명은 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The present invention as described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, the embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made It may be.

100: 자동전압조절기
110: 교류 쵸퍼
120: 변압기
130: 바이패스 회로
140: 전압검출부
150: 위상검출부
160: 제어부
100: automatic voltage regulator
110: AC chopper
120: transformer
130: bypass circuit
140: voltage detector
150: phase detection unit
160:

Claims (10)

입력전압을 소정 비율로 교류전력변환하여 출력하는 교류 쵸퍼와;
상기 입력전압을 보상전압으로 직렬 보상하는 변압기와,
상기 보상전압의 위상을 결정하는 바이패스 회로와,
상기 입력전압을 검출하는 전압검출부와,
상기 입력전압의 극성을 검출하는 극성검출부와,
상기 전압검출부에 의해 검출된 입력전압 및 상기 극성검출부를 통해 검출된 입력전압의 극성에 근거하여 상기 교류 쵸퍼의 스위치들을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
An AC chopper for converting an input voltage into an AC power at a predetermined ratio and outputting the same;
A transformer for compensating the input voltage in series with a compensation voltage;
A bypass circuit for determining a phase of the compensation voltage;
A voltage detector detecting the input voltage;
A polarity detector for detecting the polarity of the input voltage;
And a controller for controlling the switches of the AC chopper based on the input voltage detected by the voltage detector and the polarity of the input voltage detected by the polarity detector. Voltage regulator.
제1항에 있어서, 상기 교류 쵸퍼는,
교류 쵸퍼의 출력전압을 조절하는 제1 내지 제4스위치로 구성되는 스위칭부와,
상기 교류 쵸퍼의 출력전압으로부터 고조파 성분을 제거하는 필터와,
상기 필터의 인덕터에 저장되는 에너지를 흡수하는 직류 스너버를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
The method according to claim 1, wherein the AC chopper,
A switching unit comprising first to fourth switches for adjusting the output voltage of the AC chopper;
A filter for removing harmonic components from the output voltage of the AC chopper;
And a direct current snubber absorbing energy stored in the inductor of the filter.
제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제4스위치는,
전력용 반도체 스위치로 구현되는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
The method of claim 2, wherein the first to fourth switches,
A series voltage compensation based automatic voltage regulator having an AC chopper, characterized by being implemented as a power semiconductor switch.
제2항에 있어서, 상기 필터는,
인덕터와 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
3. The filter according to claim 2,
A series voltage compensation based automatic voltage regulator having an alternating current chopper comprising an inductor and a capacitor.
제2항에 있어서, 상기 직류 스너버는,
2개의 스너버 커패시터로 구성되며, 그 중 하나의 스너버 커패시터는 상기 제1스위치 및 제3스위치와 병렬로 연결되며, 다른 하나의 스너버 커패시터는 상기 제2스위치 및 제4스위치와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
The method of claim 2, wherein the DC snubber,
It consists of two snubber capacitors, one of which snubber capacitor is connected in parallel with the first switch and the third switch, the other snubber capacitor is connected in parallel with the second switch and the fourth switch Series voltage compensation based automatic voltage regulator having an AC chopper.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 입력전압의 강하를 감지하면, 상기 바이패스 회로의 제1바이패스 스위치를 턴온시키고, 제2바이패스 스위치를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
The apparatus of claim 1,
And detecting a drop in the input voltage, turning on the first bypass switch of the bypass circuit and turning off the second bypass switch.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 입력전압의 상승을 감지하면, 상기 바이패스 회로의 제1바이패스 스위치를 턴오프시키고, 제2바이패스 스위치를 턴온시키는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
The apparatus of claim 1,
And detecting an increase in the input voltage, turning off the first bypass switch of the bypass circuit and turning on the second bypass switch.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 교류 쵸퍼의 제1 내지 제4스위치 중 어느 두 개의 스위치를 도통하고, 나머지 두 개의 스위치를 소정 듀티비로 동작시키는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
The apparatus of claim 1,
A series voltage compensation based automatic voltage regulator having an AC chopper, wherein any two switches of the first to fourth switches of the AC chopper are turned on, and the remaining two switches are operated at a predetermined duty ratio.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 스위치들에 대한 스위치 구동신호의 스위칭 패턴 변경시 스위치의 데드타임 경과 후 스위칭 패턴을 변경하는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
The apparatus of claim 1,
And a switching voltage change pattern after the dead time of the switch when the switching pattern of the switch driving signal for the switches is changed.
제1항에 있어서,
3상 입력전압의 각 상의 입력전압에 대해 전압조정을 수행하도록 상기 각 상의 입력전압을 보상하는 청구항 1의 자동전압조절기를 각각 구비하여 3상 자동전압조절기를 구현하는 것을 특징으로 하는 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기.
The method of claim 1,
An AC chopper, characterized in that each of the automatic voltage regulator of claim 1 to compensate the input voltage of each phase to implement the voltage adjustment for the input voltage of each phase of the three-phase input voltage to implement a three-phase automatic voltage regulator A series voltage compensation based automatic voltage regulator.
KR1020110129104A 2011-12-05 2011-12-05 Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper KR101339180B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110129104A KR101339180B1 (en) 2011-12-05 2011-12-05 Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110129104A KR101339180B1 (en) 2011-12-05 2011-12-05 Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130062695A KR20130062695A (en) 2013-06-13
KR101339180B1 true KR101339180B1 (en) 2013-12-10

Family

ID=48860337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110129104A KR101339180B1 (en) 2011-12-05 2011-12-05 Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101339180B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105322806A (en) * 2014-07-15 2016-02-10 龚秋声 Phase-inverted chopping-control alternating current voltage adjustment circuit

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104506026B (en) * 2015-01-04 2018-06-05 华为技术有限公司 A kind of active filter and communication system
KR101898117B1 (en) * 2017-05-26 2018-09-12 박시우 Automatic voltage regulator having ac switch
CN110061508B (en) * 2019-04-24 2023-10-10 广西云涌科技有限公司 Bypass stepless voltage regulating device
KR102648184B1 (en) * 2023-09-25 2024-03-18 한화시스템(주) Apparatus and method for compensating voltage for maintaining naval vessel power quality

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000014198A (en) 1998-06-25 2000-01-14 Nishishiba Electric Co Ltd Automatic voltage regulator of synchronous generator or brushless synchronous generator
JP2002165454A (en) 2000-11-27 2002-06-07 Kawamura Electric Inc Ac voltage regulator
JP2002247855A (en) 2001-02-15 2002-08-30 Kawamura Electric Inc Alternating-current voltage regulator
KR20090004035A (en) * 2007-07-06 2009-01-12 주식회사 파워트론 Ac voltage sag compensation circuit and control method there of

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000014198A (en) 1998-06-25 2000-01-14 Nishishiba Electric Co Ltd Automatic voltage regulator of synchronous generator or brushless synchronous generator
JP2002165454A (en) 2000-11-27 2002-06-07 Kawamura Electric Inc Ac voltage regulator
JP2002247855A (en) 2001-02-15 2002-08-30 Kawamura Electric Inc Alternating-current voltage regulator
KR20090004035A (en) * 2007-07-06 2009-01-12 주식회사 파워트론 Ac voltage sag compensation circuit and control method there of

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105322806A (en) * 2014-07-15 2016-02-10 龚秋声 Phase-inverted chopping-control alternating current voltage adjustment circuit
CN105322806B (en) * 2014-07-15 2017-12-15 龚秋声 Control AC voltage adjusting circuit is cut in paraphase

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130062695A (en) 2013-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10491098B2 (en) Soft switching solid state transformers and converters
EP3021474B1 (en) Bidirectional dc-to-dc converter
US8446745B1 (en) Power transfer devices, methods, and systems with crowbar switch shunting energy-transfer reactance
US9099934B2 (en) Three phase active rectifier system
US9608524B2 (en) DC power supply equipment
US11108338B2 (en) Dual submodule for a modular multilevel converter and modular multilevel converter including the same
US20180337610A1 (en) PWM Controlled Resonant Converter
US10110110B2 (en) Power conversion device
JP5565527B2 (en) Power converter
WO2015161138A1 (en) Modular dc-dc converter
EP2254223B1 (en) Improved self powered supply for power converter switch driver
US11606043B2 (en) Balanced capacitor power converter
US20120113693A1 (en) Power converter circuit
KR101339180B1 (en) Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper
KR101725087B1 (en) Power control device for sub-module of mmc converter
US20220140749A1 (en) Isolated inverters
Choi et al. Dynamic voltage restorer using PWM ac-ac converter
US20050269882A1 (en) Uninterruptible power supply
US11731523B2 (en) Vehicle-side charging device
CN111416528B (en) Power converter and method of controlling a power converter
CN207543061U (en) A kind of DC switchgear and photovoltaic generating system
KR102041290B1 (en) Apparatus for compensating momentary power failure having auto voltage control function
JP2007159190A (en) Power converter for distributed power unit

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: 20161004

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171121

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181127

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191104

Year of fee payment: 7