KR101406396B1

KR101406396B1 - 멀티레벨 인버터의 내부 전원공급장치 및 전원공급방법

Info

Publication number: KR101406396B1
Application number: KR1020120157072A
Authority: KR
Inventors: 인동석; 박영민; 김광섭; 김상현; 권병기
Original assignee: 주식회사 포스코아이씨티
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-06-19

Abstract

본 발명은 제1 직류 전압원 및 상기 제1 직류 전압원에 병렬로 연결되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제1 전력 변환부를 포함하는 제1 인버터; 상기 제1 인버터에 직렬로 연결되고, 제2 직류 전압원 및 상기 제2 직류 전압원에 병렬로 연결되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 전력 변환부를 포함하는 제2 인버터; 및 상기 제1 직류 전압원의 전압 및 제2 직류 전압원의 전압을 입력받고, 상기 제1 직류 전압원의 전압 및 제2 직류 전압원의 전압 중 더 높은 전압을 충전하고 있는 전압원으로부터 전력을 공급받아 부하에 출력하는 전원제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하고,
본 발명에 따르면 셀 인버터에 포함된 직류 전압원의 전압을 균등하게 하여 출력전압의 전압벡터를 정확하게 제어하고, 고조파를 억제할 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티레벨 인버터의 내부 전원공급장치 및 전원공급방법{Apparatus for power supply of Multi Level Inverter and Method for the same}

본 발명은 전원공급장치 및 전원공급방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 멀티레벨 인버터의 내부 전원공급장치 및 전원공급방법에 관한 것이다.

멀리레벨 인버터는, 각 상(Phase)마다 복수개의 단상 인버터(이하, '셀 인버터'라 함)를 직렬로 연결하고 각 셀 인버터 내에 저전압 전력용 반도체를 사용하여 고전압을 얻을 수 있는 고전압 대용량 인버터이다.

특히, 최근에는, 계통 안정화를 위하여 전력품질을 개선하고, 공급전압을 일정하기 유지하기 위한 무효전력 보상장치의 적용 요구에 따라, 멀티레벨 인버터가 무효전력 보상 시스템에도 적용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 멀티레벨 인버터에서 직렬로 연결된 복수개의 셀 인버터를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 따른 멀티레벨 인버터의 출력을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이, 셀 인버터는 커패시터와 같은 직류 전압원 및 복수의 스위칭 소자를 포함한다.

각 셀인버터의 출력인 Vc1, Vc2, Vc3, 및 Vc4는 직렬로 연결되어 출력전압인 Van을 나타낸다. 각 셀인버터의 출력은 도 2와 같이 서로 다른 형태로 합성되어 정현파에 가까운 출력파형으로 나타난다.

이와 같이, 각 셀인버터의 출력은 서로 다른 출력을 갖도록 제어되어야 하므로 C1, C2, C3, 및 C4와 같은 직류 전압원에 전압 불균형이 발생하게 된다.

그런데, 직류 전압원에 전압 불균형이 발생하면 출력전압에 원하는 전압벡터를 정확하게 제어할 수 없고, 고조파가 발생할 수 있어 문제된다.

또한, 직류 전압원에 과전압이나 저전압이 발생할 수 있어 문제된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 셀 인버터 내 직류 전압원의 불균형을 감소시키는 멀티레벨 인버터의 내부 전원공급장치 및 전원공급방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치는, 제1 직류 전압원 및 상기 제1 직류 전압원에 병렬로 연결되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제1 인버터; 상기 제1 인버터에 직렬로 연결되고, 제2 직류 전압원 및 상기 제2 직류 전압원에 병렬로 연결되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 인버터; 및 상기 제1 직류 전압원 및 제2 직류 전압원 중 더 높은 전압을 충전하고 있는 전압원으로부터 전력을 공급받아 부하에 출력하는 전원제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원공급방법은, 제1 인버터에 포함된 제1 직류 전압원 및 상기 제1 인버터와 직렬로 연결된 제2 인버터에 포함된 제2 직류 전압원의 충전 전압을 비교하는 단계; 상기 제1 직류 전압원 및 제2 직류 전압원 중 높은 충전 전압을 갖는 전압원을 전원제어부에 연결하는 단계; 및 상기 전원제어부에 연결된 전압원으로부터 공급된 전력을 부하에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 셀 인버터에 포함된 직류 전압원의 전압을 균등하게 하여 출력전압의 전압벡터를 정확하게 제어하고, 고조파를 억제할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 직류 전압원의 고전압 및 저전압 상태를 방지하여 안정적인 제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 하나의 전원공급장치로 복수의 셀 인버터의 내부 부하에 전력을 공급할 수 있어 비용절감의 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 멀티레벨 인버터에서 직렬로 연결된 복수개의 셀 인버터를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 멀티레벨 인버터의 출력을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전원공급장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 전원공급장치에 포함된 전원제어부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전원공급장치에 포함된 선택부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급방법의 일 실시예를 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.

<전원공급장치>

도 3은 본 발명에 따른 전원공급장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 전원공급장치(100)는 제1 인버터(200), 제2 인버터(300), 셀 제어기(400), 및 전원제어부(500)를 포함한다.

제1 인버터(200)는 제1 전력 변환부(210), 제1 직류 전압원(220), 및 제1 게이트 드라이버(230)를 포함한다.

제1 전력 변환부(210)는 복수의 스위칭 소자를 포함하여, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.

일 실시예에 있어 상기 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 일 실시예에 있어서 상기 복수의 스위칭 소자는 H-Bridge 인버터의 형태로 배치될 수 있다.

제1 직류 전압원(220)은 상기 제1 전력 변환부(210)에 병렬로 연결되며, 일 실시예에 있어서 상기 제1 직류 전압원(220)은 병렬로 연결된 복수의 커패시터를 포함할 수 있다.

제1 직류 전압원(220)은 복수의 커패시터를 포함하여 형성될 수 있고, 커패시터에는 정전용량에 비례하는 전력이 충전될 수 있다. 이때, 커패시터 양단에서 측정되는 전압을 충전 전압이라 한다.

제1 게이트 드라이버(230)는 상기 제1 전력 변환부(210)에 포함된 스위칭 소자를 구동한다. 제1 게이트 드라이버(230)는 셀 제어기(400)로부터 구동 신호를 수신하여 제1 전력 변환부(210)에 포함된 스위칭 소자가 소정의 순서에 따라 교차 구동되도록 제어신호를 출력한다.

제1 게이트 드라이버(230)는 제1 전력 변환부(210)에 포함된 스위칭 소자로부터 과전압, 저전압을 검출할 수 있고, 온도를 측정하여 이상동작 유무를 검출할 수 있다.

제2 인버터(300)는 제2 전력 변환부(310), 제2 직류 전압원(320), 및 제2 게이트 드라이버(330)를 포함한다.

제2 인버터(300)는 상기 제1 인버터(200)와 직렬로 연결되며, 상기 제1 인버터(200) 및 제2 인버터(300)는 다단으로 직렬 연결된 멀티레벨 인버터의 일부일 수 있다.

제2 전력 변환부(310)는 복수의 스위칭 소자를 포함하여, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.

제2 직류 전압원(320)은 상기 제2 전력 변환부(310)에 병렬로 연결되며, 일 실시예에 있어서 상기 제2 직류 전압원(320)은 병렬로 연결된 복수의 커패시터를 포함할 수 있다.

제2 직류 전압원(320)은 복수의 커패시터를 포함하여 형성될 수 있고, 커패시터에는 정전용량에 비례하는 전력이 충전될 수 있다. 이때, 커패시터 양단에서 측정되는 전압을 충전 전압이라 한다.

제2 게이트 드라이버(330)는 상기 제2 전력 변환부(310)에 포함된 스위칭 소자를 구동한다. 제2 게이트 드라이버(330)는 셀 제어기(400)로부터 구동 신호를 수신하여 제2 전력 변환부(310)에 포함된 스위칭 소자가 소정의 순서에 따라 교차 구동되도록 제어신호를 출력한다.

제2 게이트 드라이버(330)는 제2 전력 변환부(310)에 포함된 스위칭 소자로부터 과전압, 저전압을 검출할 수 있고, 온도를 측정하여 이상동작 유무를 검출할 수 있다.

셀 제어기(400)는 주제어기(미도시)와 연결되어 전압 지령값을 입력받아, 상기 제1 인버터(200)를 구동하는 제1 게이트 드라이버(230) 및 상기 제2 인버터(300)를 구동하는 제2 게이트 드라이버(330)에 구동신호를 인가한다.

일 실시예에 있어서, 셀 제어기(400)는 제1 게이트 드라이버(230) 및 제2 게이트 드라이버(330)로부터 스위칭 소자의 온도, 고전압, 및 저전압 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다.

접지부(410)는 상기 제1 인버터(200) 및 제2 인버터(300)를 직렬 연결하는 라인에 형성되어 접지전압을 형성한다. 이로서, 제1 인버터(200) 및 제2 인버터(300)는 하나의 접지전압을 공통으로 사용할 수 있다.

전원제어부(500)는 상기 제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320) 중 더 높은 전압을 충전하고 있는 전압원으로부터 전력을 공급받아 부하에 출력한다. 이하 전원제어부(500)를 보다 상세하게 설명하기 위해 도 4를 참조한다.

도 4는 본 발명에 따른 전원공급장치에 포함된 전원제어부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 4에서 알 수 있듯이, 전원제어부(500)는 제1 제어부(510), 제1 스위칭부(520), 제2 제어부(530), 제2 스위칭부(540), 출력부(550), 및 선택부(560)를 포함한다.

제1 제어부(510)는 제1 직류 전압원(220)과 출력부(550) 사이에 연결된 제1 스위칭부(520)의 게이트 단자에 연결되어, 제1 직류 전압원(220)에 충전된 전력이 출력부(550)로 전달되는 듀티비를 제어한다.

제1 제어부(510)는 일 실시예에 있어서, PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 상기 제1 스위칭부(520)의 스위칭 주기를 변조하는 방법으로 제1 직류 전압원(220)의 출력을 제어한다.

제1 제어부(510)는 출력부(550)에 출력되는 출력 전압과 출력하고자 하는 목표 기준 전압을 비교하여 제1 스위칭부(520)의 스위칭 듀티비(Duty Ratio)를 조절함으로써, 상기 출력 전압이 상기 목표 기준 전압을 추종할 수 있도록 제어한다.

제1 스위칭부(520)는 상기 제1 직류 전압원(220) 및 출력부(550) 사이에 연결되어 상기 제1 직류 전압원(220)의 출력을 스위칭한다.

제1 스위칭부(520)가 온되면 제1 직류 전압원(220)에 충전된 전력을 출력부(550)에 전달되고, 제1 스위칭부(520)가 오프되면 제1 직류 전압원(220)에 충전된 전력이 출력부(550)에 전달되지 않는다. 또한, 제1 스위칭부(520)의 온/오프 주기를 조절하면 제1 직류 전압원(220)에서 출력되는 전력의 양을 제어할 수 있다.

일 실시예에 있어서 제1 스위칭부(520)는 MOS-FET 등의 스위칭 소자를 사용할 수 있다.

제2 제어부(530)는 제2 직류 전압원(320)과 출력부(550) 사이에 연결된 제2 스위칭부(540)의 게이트 단자에 연결되어, 제2 직류 전압원(320)에 충전된 전력이 출력부(550)로 전달되는 듀티비를 제어한다.

제2 제어부(530)는 일 실시예에 있어서, PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 상기 제2 스위칭부(540)의 스위칭 주기를 변조하는 방법으로 제2 직류 전압원(320)의 출력을 제어한다.

제2 제어부(530)는 출력부(550)에 출력되는 출력 전압과 출력하고자 하는 목표 기준 전압을 비교하여 제2 스위칭부(540)의 스위칭 듀티비(Duty Ratio)를 조절함으로써, 상기 출력 전압이 상기 목표 기준 전압을 추종할 수 있도록 제어한다.

제2 스위칭부(540)는 상기 제2 직류 전압원(320) 및 상기 출력부(550) 사이에 연결되어 상기 제2 직류 전압원(320)의 출력을 스위칭한다.

제2 스위칭부(540)가 온되면 제2 직류 전압원(320)에 충전된 전력을 출력부(550)에 전달되고, 제2 스위칭부(540)가 오프되면 제2 직류 전압원(320)에 충전된 전력이 출력부(550)에 전달되지 않는다. 또한, 제2 스위칭부(540)의 온/오프 주기를 조절하면 제2 직류 전압원(320)에서 출력되는 전력의 양을 제어할 수 있다.

일 실시예에 있어서 제2 스위칭부(540)는 MOS-FET 등의 스위칭 소자를 사용할 수 있다.

출력부(550)는 상기 제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320) 중 적어도 어느 하나의 전압원으로부터 전력을 공급받아 부하에 출력한다.

출력부(550)에서 전력을 공급하는 부하는 전원공급장치의 내부 부하일 수 있으며, 상기 내부 부하는 제1 인버터(200) 및 제2 인버터(300)를 냉각시키는 냉각팬, 상기 제1 인버터(200)에 구동 신호를 인가하는 제1 게이트 드라이버(230), 상기 제2 인버터(300)에 구동신호를 인가하는 제2 게이트 드라이버(330), 주제어기와 연결되어 전압 지령값을 받는 셀 제어기(400) 중 적어도 하나의 부하일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

출력부(550)는 일 실시예에 있어서, 전력을 입력받는 1차 코일 및 상기 부하에 출력을 제공하는 2차 코일을 포함하는 변압기를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 1차 코일은 제1 직류 전압원(220)에 연결된 제1 코일 및 제2 직류 전압원(320)에 연결된 제2 코일을 포함할 수 있다.

제1 직류 전압원(220)의 출력은 제1 코일을 통해 2차 코일에 에너지를 전달하고, 이때 전압은 제1 코일 및 2차 코일의 권선비에 따라 조절될 수 있다. 제2 직류 전압원(320)의 출력은 제2 코일을 통해 2차 코일에 에너지를 전달하고, 이때 전압은 제2 코일 및 2차 코일의 권선비에 따라 조절될 수 있다.

선택부(560)는 상기 제1 직류 전압원(220)의 제1 직류 전압 및 상기 제2 직류 전압원(320)의 제2 직류 전압을 상호 비교하여 더 높은 충전 전압을 갖는 전압원의 전력이 출력되도록 한다. 이를 보다 상세하게 설명하기 위해 도 5를 참조한다.

도 5는 본 발명에 따른 전원공급장치에 포함된 선택부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 5에서 알 수 있듯이, 일 실시예에 있어서 선택부(560)는 전압을 강하시키는 전압 분배기(561), 강하된 전압을 비교하는 비교기(563), 및 강하된 전압 중 높은 전압을 선택하는 신호 선택기(565)를 포함한다.

전압 분배기(561)는 상기 제1 직류 전압원(220)의 제1 직류 전압(Vdc1)을 1/n으로 강하시킨 제3 직류 전압(Vdc1/n)을 출력한다. 전압 분배기(561)는 상기 제2 직류 전압원(320)의 제2 직류 전압(Vdc2)을 1/n으로 강하시킨 제4 직류 전압(Vdc2/n)을 출력한다.

전압 분배기(561)는 일 실시예에 있어서, 직렬로 연결된 복수의 저항을 통해 사전에 설정된 만큼 제1 직류 전압(Vdc1) 및 제2 직류 전압(Vdc2)을 강하하여 비교기(563)에 인가한다.

전압 분배기(561)는 충전 전압인 제1 직류 전압(Vdc1) 및 제2 직류 전압(Vdc2)을 강하시켜 낮은 전압으로 변환시켜 비교기(563)에 인가시키므로 비교기(563)는 상대적으로 낮은 전압에 사용될 수 있는 부품을 사용할 수 있다. 이에 따라, 비교기(563)의 비용 및 부피를 줄일 수 있다.

비교기(563)는 일 실시예에 있어서, 상기 제3 직류 전압(Vdc1/n) 및 제4 직류 전압(Vdc2/n)을 비교하여, 제4 직류 전압(Vdc2/n) 보다 제3 직류 전압(Vdc1/n)이 큰 경우 하이(High)값을 출력하고, 제3 직류 전압(Vdc1/n) 보다 제4 직류 전압(Vdc2/n)이 큰 경우 로우(Low)값을 출력한다.

신호 선택기(565)는 일 실시예에 있어서, 상기 하이(High)값이 입력되면 상기 제1 직류 전압원(220)에 연결된 제1 스위칭부(520)를 턴 온하는 제1 제어부(510)를 동작시키고, 상기 로우(Low)값이 입력되면 상기 제2 직류 전압원(320)에 연결된 제2 스위칭부(540)를 턴 온하는 제2 제어부(530)를 동작시킨다.

이에 따라, 선택부(560)는 제1 직류 전압(Vdc1) 및 제2 직류 전압(Vdc2) 중 높은 충전 전압을 출력부(550)에 공급함으로서 직류 전압원의 충전 전압 불균형을 해결할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전원공급장치(100)는, 계통에 병렬로 접속되어 계통의 무효전력을 보상하는 STATCOM(Static Synchronous Compensator)의 일부를 구성할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 전원공급장치(100)를 이용하여 STATCOM을 구성함으로써, 계통의 무효전력을 보상함으로써 전력계통을 안정화시킬 수 있다.

<전원공급방법>

이하 본 발명에 따른 전원공급방법에 대해 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급방법의 일 실시예를 나타내는 순서도이다.

도 6에서 알 수 있듯이, 우선, 제1 인버터(200)에 포함된 제1 직류 전압원(220) 및 상기 제1 인버터(200)와 직렬로 연결된 제2 인버터(300)에 포함된 제2 직류 전압원(320)의 충전 전압을 비교한다(S1100).

일 실시예에 있어서, 제1 인버터(200)는 복수의 커패시터가 병렬로 연결된 제1 직류 전압원(220)을 포함할 수 있고, 제2 인버터(300)는 복수의 커패시터가 병렬로 연결된 제2 직류 전압원(320)을 포함할 수 있다.

제1 직류 전압원(220)에는 제1 직류 전압(Vdc1)이 충전되어 있고, 제2 직류 전압원(320)에는 제2 직류 전압(Vdc2)이 충전되어 있다. 상기 제1 직류 전압(Vdc1) 및 제2 직류 전압(Vdc2) 전압 불균형 때문에 서로 상이한 전압을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 상기 비교하는 단계는, 제1 직류 전압원(220)의 제1 직류 전압(Vdc1)을 1/n으로 낮춘 제3 직류 전압(Vdc1/n) 및 상기 제2 직류 전압원(320)의 제2 직류 전압(Vdc2)을 1/n으로 낮춘 제4 직류 전압(Vdc2/n)을 비교할 수 있다.

제1 직류 전압(Vdc1) 및 제2 직류 전압(Vdc2)을 전압 강하하여 비교하면 비교적 낮은 전압에 사용될 수 있는 부품을 사용할 수 있어, 전원공급장치의 소형화 및 경량화가 가능해진다.

다음, 상기 제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320) 중 높은 충전 전압을 갖는 전압원을 전원제어부(500)에 연결한다(S1200).

일 실시예에 있어서, 상기 제3 직류 전압(Vdc1/n)이 큰 경우 제1 직류 전압원(220)에 연결된 제1 스위칭부(520)를 턴 온하는 제1 제어부(510)를 동작시키고, 상기 제4 직류 전압(Vdc2/n)이 큰 경우 상기 제2 직류 전압원(320)에 연결된 제2 스위칭부(540)를 턴 온하는 제2 제어부(530)를 동작시킨다.

다음, 상기 전원제어부(500)에 연결된 전압원으로부터 공급된 전력을 부하에 공급한다(S1300).

일 실시예에 있어서, 상기 부하에 공급하는 단계는, 상기 제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320) 중 높은 충전 전압을 갖는 전압원에 연결된 스위칭 소자의 게이트 단자에 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 인가하여 출력을 제어할 수 있다.

제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320) 중 높은 충전 전압을 갖는 전압원의 출력을 입력받아 전원공급장치(100)의 내부 부하에 공급하면, 제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320)의 충전 전압 불균형을 해소할 수 있다.

다음, 상기 부하에 전력을 공급함으로 인해 상기 충전 전압이 변동된 경우, 상기 제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320)의 충전 전압을 비교하여 더 높은 충전 전압을 갖는 전압원을 상기 전원제어부(500)에 연결한다.

제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320)의 충전 전압을 계속 사용하게 되면 충전 전압이 역전되어 다시 불균형을 유발할 수 있으므로, 제1 직류 전압원(220) 및 제2 직류 전압원(320)의 충전 전압을 비교하여 지속적으로 높은 충전 전압을 갖는 직류 전압원의 전력을 소모할 수 있도록 한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 전원공급장치 200 제1 인버터
210 제1 전력 변환부 220 제1 직류 전압원
230 제1 게이트 드라이버 300 제2 인버터
310 제2 전력 변환부 320 제2 직류 전압원
330 제2 게이트 드라이버 400 셀 제어기
410 접지부 500 전원제어부
510 제1 제어부 520 제1 스위칭부
530 제2 제어부 540 제2 스위칭부
550 출력부 560 선택부
561 전압 분배기 563 비교기
565 신호 선택기

Claims

제1 직류 전압원 및 상기 제1 직류 전압원에 병렬로 연결되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제1 전력 변환부를 포함하는 제1 인버터;
상기 제1 인버터에 직렬로 연결되고, 제2 직류 전압원 및 상기 제2 직류 전압원에 병렬로 연결되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 전력 변환부를 포함하는 제2 인버터; 및
상기 제1 직류 전압원의 전압 및 제2 직류 전압원의 전압을 입력받고, 상기 제1 직류 전압원의 전압 및 제2 직류 전압원의 전압 중 더 높은 전압을 충전하고 있는 전압원으로부터 전력을 공급받아 부하에 출력하는 전원제어부를 포함하고,
상기 전원제어부는,
상기 제1 직류 전압원의 제1 직류 전압 및 상기 제2 직류 전압원의 제2 직류 전압을 상호 비교하여 더 높은 충전 전압을 갖는 전압원의 전력이 출력되도록 하는 선택부;
상기 제1 직류 전압원의 제1 직류 전압이 출력되는 경우 제1 직류 전원을 제어하여 부하에 출력하도록 하는 제1 제어부; 및
상기 제2 직류 전압원의 제2 직류 전압이 출력되는 경우 제2 직류 전원을 제어하여 부하에 출력하도록 하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
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제1항에 있어서,
상기 선택부는,
상기 제1 직류 전압원의 제1 직류 전압을 1/n으로 낮춘 제3 직류 전압 및 상기 제2 직류 전압원의 제2 직류 전압을 1/n으로 낮춘 제4 직류 전압을 출력하는 전압 분배기;
상기 제3 직류 전압 및 제4 직류 전압을 비교하여, 상기 제3 직류 전압이 큰 경우 하이(High)값을 출력하고, 상기 제4 직류 전압이 큰 경우 로우(Low)값을 출력하는 비교기; 및
상기 하이(High)값이 입력되면 상기 제1 직류 전압원에 연결된 제1 스위칭부를 턴 온하는 제1 제어부를 동작시키고, 상기 로우(Low)값이 입력되면 상기 제2 직류 전압원에 연결된 제2 스위칭부를 턴 온하는 제2 제어부를 동작시키는 신호 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 제어부는,
상기 제1 직류 전압원에 연결된 제1 스위칭부의 게이트 단자에 제1 PWM 신호를 인가하여 상기 제1 스위칭부의 스위칭 주기를 변조하는 방법으로 상기 제1 직류 전압원의 출력을 제어하고,
상기 제2 제어부는,
상기 제2 직류 전압원에 연결된 제2 스위칭부의 게이트 단자에 제2 PWM 신호를 인가하여 상기 제2 스위칭부의 스위칭 주기를 변조하는 방법으로 상기 제2 직류 전압원의 출력을 제어하고,
상기 제1 PWM 신호는 출력부에 출력되는 제1 출력 전압과 출력하고자 하는 목표 기준 전압을 비교하여 상기 제1 출력 전압이 상기 목표 기준 전압을 추종하도록 변조된 상기 제1 스위칭부의 스위칭 듀티비(Duty Ratio)이고,
상기 제2 PWM 신호는 상기 출력부에 출력되는 제2 출력 전압과 상기 목표 기준 전압을 비교하여 상기 제2 출력 전압이 상기 목표 기준 전압을 추종하도록 변조된 상기 제2 스위칭부의 스위칭 듀티비(Duty Ratio)인 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,
상기 전원제어부는,
상기 제1 직류 전압원 및 제2 직류 전압원 중 적어도 어느 하나의 전압원으로부터 전력을 공급받아, 상기 제1 인버터 및 제2 인버터를 냉각시키는 냉각팬, 상기 제1 인버터에 구동 신호를 인가하는 제1 게이트 드라이버, 상기 제2 인버터에 구동신호를 인가하는 제2 게이트 드라이버, 주제어기와 연결되어 전압 지령값을 받는 셀제어기 중 적어도 하나의 상기 부하에 전력 제공하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,
상기 전원제어부는,
1차 코일 및 상기 부하에 출력을 제공하는 2차 코일을 포함하는 변압기를 포함하는 출력부를 포함하고,
상기 1차 코일은 제1 직류 전압원에 연결된 제1 코일 및 제2 직류 전압원에 연결된 제2 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 인버터 및 제2 인버터를 연결하는 라인에 형성되어 접지전압을 형성하는 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 인버터는,
상기 제1 전력변환부에 포함된 스위칭 소자를 구동하는 제1 게이트 드라이버를 포함하고,
상기 제2 인버터는,
상기 제2 전력변환부에 포함된 스위칭 소자를 구동하는 제2 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,
주제어기와 연결되어 전압 지령값을 입력받아, 상기 제1 인버터를 구동하는 제1 게이트 드라이버 및 상기 제2 인버터를 구동하는 제2 게이트 드라이버에 구동신호를 인가하는 셀제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 전력 변환부 및 제2 전력 변환부는 H-Bridge 형태로 배치된 상기 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.