KR101356385B1 - 전력변환장치 및 전력변환장치 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 입력 전류 혹은 전압을 챠핑(chopping)하는 파워반도체 및 상기 파워반도체의 게이트 단으로 연결되며 저항 소자를 거치는 경로를 통해 상기 파워반도체에 대한 온오프(ON/OFF) 제어신호를 수신하는 회로부를 포함하여 전력 변환 처리를 수행하는 전력변환모듈을 적어도 둘 이상 포함하되, 상기 적어도 둘 이상의 전력변환모듈은 입출력단을 공유하고, 인페이즈(in-phase) 모드로 병렬 제어되며, 각각의 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하고, 상기 각각의 전력변환모듈 중 적어도 두 개의 전력변환모듈에서 상기 저항 소자 값은 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치를 제공한다.

Description

전력변환장치 및 전력변환장치 제어 방법{POWER CONVERTING APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR POWER CONVERTER}
본 발명은 전력변환장치를 제어하는 기술에 관한 것이다.
전력변환장치의 표준화에 대한 요구에 따라 하나의 전력변환장치로 모든 전력을 변환 처리하지 않고, 여러 개의 전력변환모듈을 병렬로 사용하여 원하는 만큼의 전력에 대해 변환 처리를 하는 모듈 복합형 전력변환장치들이 다수 개발되고 있다. 물론, 여러 개의 전력변환모듈을 병렬로 연결하여 필요한 전력에 대해 변환 처리를 하는 것이 단지 표준화에 대한 요구 때문만은 아니다. 전력변환이 필요한 부분에서 최적의 설계를 하기 위해, 혹은 이용 가능한 부품들의 제한으로 이러한 모듈 복합형으로 다수의 전력변환모듈을 사용하게 되는 경우도 많다.
다수의 전력변환모듈을 병렬로 연결하여 전력변환장치를 구성하는 경우, 각각의 전력변환모듈들은 서로 위상차를 두고 제어할 수 있다. 이렇게 각각의 전력변환모듈들을 서로 위상차를 두고 제어하게 되면, 인덕터 전류가 완전히 중첩되지 않고 서로 위상차를 가지게 되어 동일한 전력을 처리하는 경우에도 입출력 전류의 리플이 감소하는 효과가 생기게 된다.
이렇게 병렬로 연결되어 있는 전력변환모듈을 서로 위상차를 두고 제어하는 것을 인터리브 모드라고 부르기도 한다.
그런데, 병렬로 연결하는 전력변환모듈의 수가 증가하게 되면, 모든 전력변환모듈에 대해 서로 다른 위상차로 제어하기 어려워진다. 이는 위상 제어의 복잡성에서 기인하기도 하지만 컨트롤의 개수 제한과 같은 소자의 제한에 기인하기도 한다.
이러한 위상차 제어를 어렵게 하는 제한요소들로 인해 일부의 전력변환모듈은 실질적으로 같은 위상으로 제어할 필요가 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 적어도 둘 이상의 전력변환모듈을 실질적으로 같은 위상으로 제어하는 장치 및 방법에 관한 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 입력 전류 혹은 전압을 챠핑(chopping)하는 파워반도체 및 상기 파워반도체의 게이트 단으로 연결되며 저항 소자를 거치는 경로를 통해 상기 파워반도체에 대한 온오프(ON/OFF) 제어신호를 수신하는 회로부를 포함하여 전력 변환 처리를 수행하는 전력변환모듈을 적어도 둘 이상 포함하되, 상기 적어도 둘 이상의 전력변환모듈은 입출력단을 공유하고, 인페이즈(in-phase) 모드로 병렬 제어되며, 각각의 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하고, 상기 각각의 전력변환모듈 중 적어도 두 개의 전력변환모듈에서 상기 저항 소자 값은 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 입력 전류 혹은 전압을 챠핑하여 전력 변환 처리를 수행하는 적어도 둘 이상의 전력변환모듈을 인페이즈(in-phase) 모드로 병렬 제어하는 방법에 있어서, 상기 적어도 둘 이상의 전력변환모듈 중 제1 전력변환모듈의 파워반도체를 온(ON) 혹은 오프(OFF)하는 단계 및 상기 제1 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되는 타임에 발생하는 공진의 첫번째 주기에서 상기 적어도 둘 이상의 전력변환모듈 중 제2 전력변환모듈의 파워반도체를 온(ON) 혹은 오프(OFF)하는 단계를 포함하되, 상기 제1 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하고, 상기 제2 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하며, 상기 제1 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 온(ON) 혹은 오프(OFF)타임과 상기 제2 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 온(ON) 혹은 오프(OFF)타임은 서로 다르게 제어되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치 제어 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 같은 위상으로 제어하는 전력변환장치에서 발생하는 과도한 공진 문제가 개선되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 블럭도이다.
도 2는 두 개의 전력변환모듈이 병렬로 제어되는 전력변환장치의 회로도이다.
도 3은 도 2의 전력변환장치가 인터리브 모드로 제어될 때의 스위칭 시퀀스와 인덕터 및 출력 전류의 파형이다.
도 4는 두 개의 전력변환모듈이 같은 위상으로 제어되는 전력변환장치의 회로도이다.
도 5는 도 4의 전력변환장치가 인페이즈 모드로 제어될 때의 파형을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치의 회로도이다.
도 7은 도 6의 전력변환장치가 인페이즈 모드로 제어될 때의 파형을 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환장치 제어 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 전력변환장치(100)는 공통 회로 소자(120), 제1전력변환모듈(130), 제2전력변환모듈(170), 제n전력변환모듈(180) 등을 포함할 수 있다. 또한, 전력변환장치(100)는 제어기(150)를 더 포함할 수 있는데, 도 1에서는 제어기(150) 하나가 둘 이상의 전력변환모듈을 제어하는 것으로 도시하였으나 각각의 전력변환모듈은 별도의 제어기를 포함하고 있을 수 있으며, 또한 전체 전력변환모듈을 수 개의 군으로 구분하여 군마다 별도의 제어기가 설치될 수도 있다.
전력변환장치(100)로 전력을 공급하는 소스(110)가 연결되어 있을 수 있고, 전력변환장치(100)에서 변환 처리된 전력을 제공받는 로드(140)가 전력변환장치(100)에 연결되어 있을 수 있다.
소스(110)는 에너지를 공급하는 장치로서, 전류 소스일 수 있으며, 또는 전압 소스일 수 있다. 또는 슈퍼 캐패시터처럼 에너지가 사용됨에 따라 전류와 전압이 변경되는 형태의 에너지 소스일 수도 있다.
공통 회로 소자(120)는 제1 내지 제n의 전력변환모듈이 공유하고 있는 회로 소자로서 도 1과 같이 소스(110)와 각각의 전력변환모듈 사이에 위치하여 소스(110)로부터 공급되는 에너지가 각각의 전력변환모듈로 분배되기 전에 공통으로 흘러가는 경로에 위치할 수 있고, 또는 각각의 전력변환모듈과 로드(140) 사이에 위치하여 각각의 전력변환모듈에서 변환 처리된 전력이 합쳐져서 로드(140)로 흘러가는 경로에 위치할 수 있다. 결국, 공통 회로 소자(120)는 각각의 전력변환모듈로 흘러들어가거나 흘러나오는 에너지들이 합쳐져서 흐르는 경로에 위치한 회로 소자를 의미하게 된다.
공통 회로 소자(120)의 대표적인 예로서 입력 센싱 저항이 있다. 저항은 통상 전력이 통과하는 경로에 배치하지 않으나, 입력 센싱 저항과 같이 이 경로로 통과하는 전류의 양을 측정하기 위한 센서로서 배치되는 경우도 있다. 출력 캐패시터 또한 공통 회로 소자의 한 예이다. 다만, 출력 캐패시터는 입력 센싱 저항과 달리 출력단에 배치되는 것이 특징이다. 출력 캐패시터는 각각의 전력변환모듈에서 변환 처리된 전력이 로드(140)로 전달되기 전에 전달되는 전력의 리플(ripple, 변동폭)을 줄이기 위해 설치되는 것으로 이러한 리플 감소 기능 뿐만 아니라 각각의 전력변환모듈에서 변환 처리된 전력이 전술한 출력 캐패시터를 통과하면서 형성하는 전류 혹은 전압의 센서로서의 기능도 할 수 있다. 출력 센싱 저항, 입력 캐패시터, 또는 입출력 인덕터 등도 입력 센싱 저항과 출력 캐패시터와 같이 각각의 전력변환모듈로 흘러들어가거나 흘러나오는 에너지들이 합쳐져서 흐르는 경로에 위치하여 공통 회로 소자(120)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.
제1전력변환모듈(130) 내지 제n전력변환모듈(180)은 각 전력변환모듈로 들어오는 에너지를 로드(140)가 원하는 형태로 변환하는 장치로서 DC-DC 컨버터가 대표적인 예이다. 예를 들어, 소스(110)가 42V 배터리이고, 로드(140)가 6V 전원을 사용하는 오디오 장치일 경우, 소스(110)와 로드(140) 사이에 전압이 맞지 않아 바로 연결할 수 없고, 전력변환모듈을 사용하여 42V를 6V로 낮추어서 공급해야 한다. 이러한 예 이외에도, 소스(110)가 연료전지에 의한 발전 에너지이고 로드(140)가 배터리일 경우 마찬가지로 연료전지에서 발전되는 전압과 배터리의 전압이 다르기 때문에 에너지의 전압을 변경하는 전력변환모듈이 필요하며, 전류 소스를 전압 소스로 변경하거나 그 역으로 전압 소스를 전류 소스로 변경하거나, 불안정한 소스원에서 안정적인 전압을 공급하기 위해 전력변환모듈을 사용하게 된다.
전력변환모듈은 선형 레귤레이터와 같이 전력을 스위칭할 수 있는 파워 반도체를 사용하지 않는 경우도 있으나 대용량 전력변환모듈의 경우에는 파워 반도체를 내부에 설치하고 이를 ON/OFF 함으로써 전력을 변환하고 있다. 이렇게 파워 반도체를 이용하여 전력을 챠핑(chopping)함으로써 원하는 전력을 만들어 내는 기술을 전력전자기술이라고 한다.
제어기(150)는 전력변환모듈로 제어신호를 제공하여 전력변환모듈의 파워반도체를 온오프(ON/OFF)하는 기능을 한다. 파워반도체를 이용하여 전력을 챠핑함으로써 원하는 전력을 만들어 내는 전력변환모듈들은 파워반도체의 온(ON) 혹은 오프(OFF) 타임에 따라 전류 혹은 전압의 변환율이 다르게 결정된다. 예를 들어, 벅(buck) 컨버터 타입의 전력변환모듈의 경우, 파워반도체의 온 타임에 따라 아래 수식과 같이 출력 전압이 결정된다.
[수식 1]
출력 전압 = 입력 전압 x 온 타임
도 2는 두 개의 전력변환모듈이 병렬로 제어되는 전력변환장치의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 소스(110)로서 전압 소스가 연결되어 있으며, 공통회로소자(120)로서 입력 센싱 저항(120a), 출력 캐패시터(120b)가 사용되고 있다. 또한, 전력변환장치(100)는 두 개의 전력변환모듈(130, 170)을 포함하고 있는데, 각각의 전력변환모듈은 두 개의 FET(Field Effect Transistor)로 구성된 싱크로너스 벅(synchronous buck) 타입의 전력변환모듈이다.
제어기(150)는 두 개의 전력변환모듈(130, 170)을 인터리브 모드(interleaved mode)로 제어할 수 있다. 인터리브 모드는 두 개의 전력변환모듈에 위상차를 두고 제어 신호(파워반도체 온오프 신호)를 제공함으로써 인덕터 전류가 완전히 중첩되지 않고 서로 위상차를 가지게 되어 동일한 전력을 처리하는 경우에도 입출력 전류의 리플이 감소하도록 제어하는 기술이다.
도 3은 도 2의 전력변환장치가 인터리브 모드로 제어될 때의 스위칭 시퀀스와 인덕터 및 출력 전류의 파형이다.
도 3의 D_sw1, D_sw2, D_sw3 및 D_sw4를 참조하면, 제1 전력변환모듈의 파워반도체 온오프 시퀀스와 제2 전력변환모듈의 파워반도체 온오프 시퀀스에 일정한 위상차가 있는 것을 확인할 수 있다(D_sw1은 제1 전력변환모듈의 SW1_1의 온오프 시퀀스이고, D_sw2는 제1 전력변환모듈의 SW1_2의 온오프 시퀀스이며, D_sw3은 제1 전력변환모듈의 SW2_1의 온오프 시퀀스이고, D_sw4는 제1 전력변환모듈의 SW2_2의 온오프 시퀀스이다).
이와 같이 제1 전력변환모듈과 제2 전력변환모듈의 파워반도체들이 일정한 위상차를 가지고 온오프하게 되면(인터리브 모드로 제어되면), 도 3에 도시된 전류 파형과 같이 인덕터 전류가 교번하면서 증가와 감소를 나타내고 출력 전류는 이들의 합으로서 낮은 리플을 가지게 된다.
둘 이상의 전력변환모듈이 병렬로 연결되어 있는 전력변환장치의 경우, 인터리브 모드로 제어하는 것이 리플 전류 측면에서 유리할 수 있다. 하지만, 병렬로 연결하는 전력변환모듈의 수가 증가하게 되면, 모든 전력변환모듈에 대해 서로 다른 위상차로 제어하기 어려워진다. 이는 위상 제어의 복잡성에서 기인하기도 하지만 컨트롤의 개수 제한과 같은 소자의 제한에 기인하기도 한다.
이러한 위상차 제어를 어렵게 하는 제한요소들로 인해 일부의 전력변환모듈은 실질적으로 같은 위상으로 제어할 필요가 있다.
도 4는 두 개의 전력변환모듈이 같은 위상으로 제어되는 전력변환장치의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 소스(110)로서 전압원이 연결되어 있고, 로드(140)로서 저항 소자가 연결되어 있다. 전력변환장치는 입력단의 공통 회로 소자(120a)로서 입력 캐패시터를 포함하고 있으며, 출력단의 공통 회로 소자(120b)로서 출력 캐패시터를 포함하고 있다.
도 4를 다시 참조하면, 제1 전력변환모듈(130)은 FET로 된 파워반도체(410) 및 출력 다이오드, 20uH 인덕터를 포함하고 있고, 제2 전력변환모듈(170)은 FET로 된 파워반도체(420) 및 출력 다이오드, 20uH 인덕터를 포함하고 있다. 전력변환모듈에서 각각의 소자 사이에는 기생 인덕턴스가 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1 전력변환모듈(130)에서 파워반도체(410)와 20uH 인덕터 사이에는 70nH의 기생 인덕턴스가 존재한다. 또한, 제1 전력변환모듈(130)에서 파워반도체(410)와 출력 다이오드 사이에는 70nH의 기생 인덕턴스가 존재한다. 제2 전력변환모듈(170)도 마찬가지로 소자 사이에 기생 인덕턴스가 존재한다.
일반적으로 기생 인덕턴스는 회로를 구성하는 경로(패턴)에 의해 발생하게 되는데, 이는 패러데이 법칙에 의해 폐경로를 구성하는 면적이 넓을수록 기생 인덕턴스가 커지는 경향을 보인다.
도 4를 다시 참조하면, 파워반도체(410, 420)의 소스단과 그라운드 사이에도 기생 인덕턴스가 존재한다.
제1 전력변환모듈(130)과 제2 전력변환모듈(170)은 인페이즈 모드로 제어된다. 도 4를 보면, 제1 전력변환모듈(130)의 파워반도체(410)와 제2 전력변환모듈(170)의 파워반도체(420)의 게이트 단으로 동일한 제어 신호(H1)가 제공되고 있다.
인페이즈(in-phase) 모드는 인터리브 모드와 대비되는 것으로 복수의 전력변환모듈이 같은 위상으로 제어되는 것을 의미한다. 단일 제어 신호로 둘 이상의 전력변환모듈을 제어할 수 있다는 장점이 있다.
파워반도체를 이용하여 입력 전류 혹은 전압을 챠핑하는 방식으로 전력을 변환 처리하는 방식에서는 스위칭시 기생 LC(인덕턴스, 캐패시턴스)에 의한 공진 피크가 발생할 수 있다.
도 5는 도 4의 전력변환장치가 인페이즈 모드로 제어될 때의 파형을 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 제1 전력변환모듈의 파워반도체(410)의 드레인 단과 소스 단 사이의 전압(Vds1)에서 링잉(ringing, 공진 파형)이 발생하고 있는 것을 확인할 수 있다. 제2 전력변환모듈의 파워반도체(420)의 드레인 단과 소스 단 사이의 전압(Vds2)에서도 제1 전력변환모듈에서와 같은 원리로 링잉이 발생하고 있다.
또한, 파워반도체(410, 420)와 그라운드 사이에 존재하는 기생 인덕턴스에서의 전압(Vgx)에서도 링잉이 관측된다(출력 전압(Vo)에서도 링잉이 관측됨).
도 5와 같이 링잉이 발생하는 경우, 회로상에서 여러 가지 문제가 발생할 수 있다. 먼저 Vds1의 경우, 피크 전압이 상승하여 파워반도체(410)의 내전압을 초과하여 파워반도체(410)가 파괴되는 문제가 발생할 수 있다. 또는 이러한 문제를 해결하기 위해 내전압이 높은 값비싼 파워반도체(410)를 사용해야하는 문제가 발생할 수 있다.
이와 다른 문제로 파워반도체(410)의 제어가 불안정해질 수도 있다. 이는 파워반도체(410)의 소스단과 그라운드 사이의 전압에서 높은 링잉이 발생함으로써 파워반도체(410)의 게이트 단에 연결된 제어 신호의 전압도 심하게 변동할 수 있기 때문이다.
이러한 기생 LC에 의한 링잉의 문제는 복수의 전력변환장치가 인페이즈 모드로 제어될 때 더 심각해진다. 인페이즈 모드에서 이러한 문제가 더 심각해 지는 이유는 같은 시점에서 스위칭이 이루어져 링잉의 파형이 중첩되기 때문이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치의 회로도이다.
전술한 인페이즈 모드에서의 과도한 링잉의 문제를 해결하기 위해 본 발명은 각각의 전력변환모듈의 스위칭 타임을 미세하게 조정하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 전력변환장치가 인페이즈 모드로 제어되더라도 각각의 전력변환모듈의 스위칭 타임을 다르게 하는 것이다.
도 6을 참조하면, 소스(110)로서 전압원이 연결되어 있고, 로드(140)로서 저항 소자가 연결되어 있다. 전력변환장치는 입력단의 공통 회로 소자(120a)로서 입력 캐패시터를 포함하고 있으며, 출력단의 공통 회로 소자(120b)로서 출력 캐패시터를 포함하고 있다.
도 6을 다시 참조하면, 제1 전력변환모듈(130)은 FET로 된 파워반도체(410) 및 출력 다이오드, 20uH 인덕터를 포함하고 있고, 제2 전력변환모듈(170)은 FET로 된 파워반도체(420) 및 출력 다이오드, 20uH 인덕터를 포함하고 있다. 파워반도체(410, 420)의 소스단과 그라운드 사이에도 기생 인덕턴스(650)가 존재한다.
전력변환장치는 제어기(150)으로부터 제어신호를 수신하는데, 이러한 제어 신호는 저항 소자(Ra, Rb, R14, R15)를 거치는 경로를 통해 파워반도체(410, 420)의 소스단으로 전달된다. 파워반도체(410, 420)는 이러한 제어 신호에 따라 온오프(ON/OFF)된다. 전력변환장치는 동일한 제어기(150)로부터 두 개의 전력변환모듈을 동시에 제어하는 인페이즈 모드로 병렬 제어된다.
여기서, 제1 전력변환모듈의 저항 소자(Ra, Rb)와 제2 전력변환모듈의 저항 소자(R14, R15)는 서로 다른 소자 값을 가진다. 예를 들어, Ra가 100옴이고, 이에 대응되는 R14는 120옴으로 설정될 수 있다. 또한, Rb는 1K옴이고 이에 대응되는 R15는 1.2K옴으로 설정될 수 있다.
이렇게 게이트 단에 연결되어 있는 저항 소자의 값이 다를 경우, 동일한 제어 신호를 수신하더라도 각각의 파워반도체는 온오프 타임이 달라진다. 저항 값이 클 수록 더 늦게 온(ON)되고 더 늦게 오프(OFF)될 수 있다.
도 7은 도 6의 전력변환장치가 인페이즈 모드로 제어될 때의 파형을 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 제2 전력변환모듈의 파워반도체(420)의 드레인 단과 소스 단 사이의 전압(Vds2)에서의 링잉(ringing, 공진 파형)이 제1 전력변환모듈의 파워반도체(410)의 드레인 단과 소스 단 사이의 전압(Vds1)에서의 링잉(ringing, 공진 파형)보다 늦게 나타나고 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 실제로 제2 전력변환모듈의 파워반도체(420)가 제1 전력변환모듈의 파워반도체(410)보다 늦게 구동되고 있다는 것을 표시한다.
계속해서 도 7과 도 5를 비교하면서 참조하면, 도 7에서의 Vds1, Vds2, Vgx 및 Vo의 피크 전압이 도 5에서의 피크 전압보다 낮아진 것을 확인할 수 있다. 도 5에서는 Vds1이 최대 100V까지 올라갔는데, 도 7에서는 Vds1이 최대 90V로 낮아졌다. 특히 Vgx의 경우 도 5에서는 최저 -20V이하까지 내려갔으나 도 7에서는 최저 -10V까지만 내려갔다.
도 6과 같은 회로구성을 통해 인페이즈 모드 제어에서의 문제가 완화된 것을 확인할 수 있다.
게이트 단으로 연결되는 저항 소자 값은 제1 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되는 타임에 발생하는 공진의 1/4주기 내지 3/4주기 후에 제2 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되도록 제어될 수 있다. 이것은 제1 전력변환모듈에서의 공진 파형과 제2 전력변환모듈에서의 공진 파형이 서로 상이한 형태가 되어 서로 상쇄되도록 하기 위함이다. 게이트 단으로 연결되는 저항 소자 값이 제1 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되는 타임에 발생하는 공진의 N(N은 자연수)주기에서의 1/4주기 내지 3/4주기 내에서 제2 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되도록 제어될 수도 있다.
저항 소자를 포함하는 회로부(630, 640)는 도 6에 도시된 것과 같이 두 개의 저항이 하나는 다이오드와 병렬로 연결되고 하나는 다이오드와 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 온될 때와 오프될 때의 저항 소자 값을 다르게 설정하기 위한 구성으로서, 도 6을 참조하면 Rb와 R15는 오프신호가 전달될 때에는 다이오드에 의해 경로가 차단되어 작동하지 않고 온 신호가 전달될 때에만 작동한다.
도 6을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에서는 파워반도체(410, 420)의 온오프 타임을 다르게 조정하기 위해 저항 소자 값을 다르게 설정하였으나 본 발명은 이로 제한되는 것은 아니다. 파워반도체(410, 420)의 온오프 타임을 다르게 조정하기 위해 파워반도체의 게이트 단과 소스 단에 캐패시터를 연결하고 이 캐패시터의 소자 값을 다르게 설정함으로써 동일한 목적을 달성할 수도 있다. 또한, 별도의 시간 지연 회로를 어느 한 파워반도체의 회로부에 더 포함시켜 각각의 파워반도체(410, 420)의 온오프 타임을 다르게 조정할 수도 있다.
또한, 전술한 바와 같이 저항 소자 값을 다르게 설정하거나 캐패시터 소자 값을 다르게 설정하는 것이 아니고 어느 한 쪽의 파워반도체 게이트 단에만 저항 소자를 포함시키거나 캐패시터 소자를 포함시킬 수도 있다. 또한, 어느 한쪽의 파워반도체 게이트 단에만 칩형태의 인덕터 소자를 포함시켜 시간 지연 효과를 창출할 수도 있다.
도 6은 제어기(150)로부터 동일한 제어신호가 출력되고 이러한 제어신호가 분기되어 각각의 파워반도체로 제공되는 것으로 도시하였으나, 제어기(150)에서 두 개의 제어신호가 출력될 수도 있다. 이러한 두 개의 제어신호는 미세한 시간 차이를 가지고 있어 두 파워반도체의 온오프 타임이 미세하게 차이나도록 할 수 있다.
제어기(150)는 아날로그 회로로 구성된 집적 회로 반도체일 수도 있지만, 디지털 컨트롤러일 수도 있다. 디지털 콘트롤러인 경우, 인페이지 모드를 제어하는 함수 부분이 기록되고 이러한 함수의 서브 함수로서 시간 지연함수가 기록되어 있어 이러한 함수에 대한 전기적 신호처리에 의해 어느 한 제어 신호에 시간 지연이 포함되어 있는 두 개의 제어 신호가 생성되고, 이렇게 생성된 제어 신호가 제1 전력변환모듈 파워반도체(410)의 게이트 단과 제2 전력변환모듈 파워반도체(420)의 게이트 단으로 전달되도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환장치 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 입력 전류 혹은 전압을 챠핑하여 전력 변환 처리를 수행하는 적어도 둘 이상의 전력변환모듈을 인페이즈(in-phase) 모드로 병렬 제어하는 방법으로서 본 발명의 다른 실시예는, 적어도 둘 이상의 전력변환모듈 중 제1 전력변환모듈의 파워반도체를 온(ON) 혹은 오프(OFF)하는 단계; 및
제1 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되는 타임에 발생하는 공진의 첫번째 주기에서 적어도 둘 이상의 전력변환모듈 중 제2 전력변환모듈의 파워반도체를 온(ON) 혹은 오프(OFF)하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 제1 전력변환모듈에서 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하고, 제2 전력변환모듈에서 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하며, 제1 전력변환모듈에서 파워반도체의 온(ON) 혹은 오프(OFF)타임과 제2 전력변환모듈에서 파워반도체의 온(ON) 혹은 오프(OFF)타임은 서로 다르게 제어될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 입력 전류 혹은 전압을 챠핑(chopping)하는 파워반도체; 및
    상기 파워반도체의 게이트 단으로 연결되며 저항 소자를 거치는 경로를 통해 상기 파워반도체에 대한 온오프(ON/OFF) 제어신호를 수신하는 회로부를 포함하여 전력 변환 처리를 수행하는 전력변환모듈을 적어도 둘 이상 포함하되,
    상기 적어도 둘 이상의 전력변환모듈은 입출력단을 공유하고, 인페이즈(in-phase) 모드로 병렬 제어되며, 각각의 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하고, 상기 각각의 전력변환모듈 중 적어도 두 개의 전력변환모듈에서 상기 저항 소자 값은 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 전력변환모듈 중 적어도 두 개의 전력변환모듈에서 상기 저항 소자 값이 서로 달라 상기 적어도 두 개의 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 온(ON) 혹은 오프(OFF)타임이 서로 다르게 결정되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 전력변환모듈 중 제1 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되는 타임에 발생하는 공진의 1/4주기 내지 3/4주기 후에 상기 적어도 두 개의 전력변환모듈 중 제2 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 입력 전류 혹은 전압을 챠핑하여 전력 변환 처리를 수행하는 적어도 둘 이상의 전력변환모듈을 인페이즈(in-phase) 모드로 병렬 제어하는 방법에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 전력변환모듈 중 제1 전력변환모듈의 파워반도체를 온(ON) 혹은 오프(OFF)하는 단계; 및
    상기 제1 전력변환모듈이 온(ON) 혹은 오프(OFF)되는 타임에 발생하는 공진의 첫번째 주기에서 상기 적어도 둘 이상의 전력변환모듈 중 제2 전력변환모듈의 파워반도체를 온(ON) 혹은 오프(OFF)하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하고, 상기 제2 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 소스단과 그라운드 사이에는 기생 인덕턴스가 존재하며, 상기 제1 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 온(ON) 혹은 오프(OFF)타임과 상기 제2 전력변환모듈에서 상기 파워반도체의 온(ON) 혹은 오프(OFF)타임은 서로 다르게 제어되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치 제어 방법.
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