KR101455390B1 - 역률 보상 회로 - Google Patents

Abstract

전력 라인 급전 전원 장치에서 발생하는 왜곡 및 고조파를 줄이기 위한 입력 전류를 갖는 역률 보상 회로가 개시되어 있다. 이 역률 보상 회로는 제어 스위치 전류 및 가상 단락 회로를 제공하기 위한 (IGBT와 같은) 제어 스위치와, 부하로부터의 전력 수요로서 동작하고, 부하 전류를 제공하기 위한 부하와, 상기 회로 내 전류를 측정하기 위한 하나 이상의 저항기를 포함한다.

전력 라인 급전 전원 장치, 역률 보상 회로, 제어 스위치, 부하, 저항기

Description

역률 보상 회로{A POWER FACTOR CORRECTION CIRCUIT}

본 발명은 전력 라인 급전 전원 장치에서 발생하는 왜곡 및 고조파를 줄이기 위한 역률 보상 회로에 관한 것이다.

역률 보상(PFC) 회로는 전력 라인상의 고조파를 줄이는 데 사용하고, 특히 부가되는 부하를 포함하는 회로를 실질적으로 완전한 저항 부하처럼 보이게 한다. 역률 보상 회로의 목적은 AC 전압 및 전류가 실질적으로 동일한 위상이라는 점을 보장하는 데 있다. 이는 효율을 개선하는 동시에 유해한 고조파의 발생을 제거한다. 예를 들어 IEC 61000-3-2 Class A는 위상당 16A에 이르는 입력 전류를 인가한다. 10A 내지 16A 사이의 입력 전류가 있는 역률 보상은 구현하는 데 많은 비용이 든다. 일본특허 제3535902호의 종래기술은 제어 스위치의 출력 전압 및 전류를 비교하는데, 이는 제어 회로의 곱셈기에 스위칭 신호를 생성할 것을 요구한다. 곱셈기를 구비한 회로는 더욱 복잡해지고 잡음에 민감해진다.

또 다른 종래기술인 일본특허 제2675509호는 변류기를 사용하여 인덕터로부터 방전되는 전류를 검출하는 전류 센서를 구현한다. 이 종래기술의 전류 감지 회로는 변류기를 사용하고 있는데, 이는 전류 감지 저항기를 사용하는 전류 검출보다 더 복잡해진다.

본 발명의 목적은 전력 보상 회로를 개선하는 데 있다.

전력 라인 급전 전원 장치에서 발생하는 왜곡 및 고조파를 줄이기 위한 입력 전류를 갖는 역률 보상 회로가 개시되어 있다.

이 역률 보상 회로는 제어 스위치 전류 및 가상 단락 회로를 제공하기 위한 (IGBT와 같은) 제어 스위치와,

부하로부터의 전력 수요로서 동작하고, 부하 전류를 제공하기 위한 부하와,

상기 회로 내 전류를 측정하기 위한 하나 이상의 저항기

를 포함한다.

이 역률 보상 회로는 0A 내지 16A의 입력 전류를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 역률 보상 회로를 개선한다.

상술한 본 발명의 개요뿐만 아니라 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 이하의 상세한 설명은 첨부 도면을 참조하여 읽을 때 더 이해된다. 본 발명을 설명하기 위하여 바람직한 실시예를 도면에 도시한다. 그러나 본 발명은 도시한 명확한 장치 및 수단에 한정하지 않는다는 점을 이해해야 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예의 역률 보상 회로의 개략도를 도시한다. 본 발명의 역률 보상 회로는 제어 스위치(IGBT), 부하 및 복수의 저항기를 포함한다. 제어 스위치 전류(I_GBT)는 제로 크로싱(zero crossing) 신호에 의해 턴 온한다. 가상 단락 회로는 브리지 다이오드(D1)의 포지티브 및 네거티브 단자 사이에 마련된다. 리액터는 그 라인 전류가 너무 빠르게 상승하는 것을 방지하는 데 사용하여, 입력 전류는 교류(AC) 입력 전압에 따라 점진적으로 증가한다. 제어 스위치 전류(I_GBT) 및 부하 전류는 저항기를 사용하여 측정한다. 저항기(R1)는 전압에 대한 제어 스위치 전류(I_GBT)에 관련되는 반면 저항기(R2)는 전압에 대한 부하 전류에 관련된다.

제어 스위치 전류(I_GBT)가 부하 전류 값의 1.5 내지 3배 사이이고, 저항기 R1 및 R2 양단의 전압에 대응하는 값이 동일한 경우, 제어 스위치 전류(I_GBT)는 턴 오프된다. 그러면 리액터를 통해 흐르는 전류는 즉시 변할 수 없다. 그러므로 리액터를 통해 흐르는 전류는 전력 다이오드(D1)를 통해 저장 커패시터(C1)로 흐른다. 이 동작은 입력 라인 전류의 연속 전도(continuous conduction)를 제공하는데, 이는 역률 및 전류 고조파를 개선하여 기준을 충족한다. R1에 대한 R2의 비율이 너무 높은 경우, 역률은 1에 접근할 수도 있지만 전류 고조파는 기준을 충족하지 못할 수도 있다. 도 2에 도시한 바와 같이 노치(notch)가 전류 파형에 나타날 수도 있다. R1에 대한 R2의 비율이 너무 낮은 경우, 역률은 90% 이하가 되고 전류 고조파는 기준을 충족하지 못할 수도 있다.

역률 개선 외에, 본 발명의 역률 보상 회로는 전류 고조파를 개선하여 IEC 61000-3-2 Class A 제한 또는 이하로 충족시킨다. 전류가 너무 빠르게 상승하는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 노치가 전류 파형에 나타날 수도 있다. 이 노치로 인하여 전류 고조파는 IEC 61000-3-2 Class A 제한을 초과할 수 있다. 매끄러운 전류 파형을 얻기 위해서는 전류 상승률이 더 낮아져야 한다. 이 문제를 극복하는 한 방법은 리액터의 인덕턴스를 높이는 것이다. 그러나 이는 리액터의 용량을 증가시킨다. 이 문제를 극복하는 또 다른 대안은 복수의 펄스 스위칭을 구현하는 것이다. 스위칭 펄스의 듀티 사이클을 조정함으로써, 전류 상승률을 제어할 수 있어 전류 파형은 매끄럽게 된다. 도 3은 매끄러운 전류 파형의 예를 도시한다.

본 발명은 에어컨에 적용할 수 있다. 기존의 2 또는 2.5마력(HP) 에어컨 유닛은 인덕턴스가 23mH이고 정격 전류가 12A인 리액터를 사용하고 있다. 인덕턴스가 23mH이고 정격 전류가 16A인 리액터는 4HP 외장형 에어컨 유닛에 맞추기에는 너무 크다. 본 발명은 인덕턴스가 18mH이고 정격 전류가 15A인 리액터를 사용하여 요구되는 인덕턴스를 20% 낮춘다.

또한, 상술한 에어컨 유닛 중 몇몇이 마이크로컨트롤러가 제어하는 역률 보상을 구비하더라도, 이용하는 스위칭 방법은 단일 펄스이고, 펄스 폭은 룩업 테이블로 결정한다. 본 발명의 역률 회로는 부하 전류를 추적할 수 있고, 부하 전류에 따라 시간에 맞게 스위칭을 결정할 수 있다. 본 발명의 스위칭 패턴은 종래의 에어컨 유닛에서의 단일 펄스가 아니라 복수의 펄스이다.

본 발명의 역률 보상 회로는 교류(AC)에서의 리액터뿐만 아니라 직류(DC)에서의 리액터에도 적용한다. 도 4는 본 발명의 한 실시예의 직류(DC) 라인에서의 리액터를 구비한 역률 보상 회로의 개략도를 도시한다. 그러나 AC 라인에 연결되는 리액터와 비교하여 DC 라인에 리액터를 배치하는 것이 그 연결된 리액터를 쉽게 포화시킬 수 있다.

본 발명은 그 특정 실시예에 관하여 기술하지만, 본 기술분야의 숙련자에게는 다른 변형 및 수정 그리고 다른 이용이 명백해진다. 그러므로 본 발명은 본 명세서의 특정 내용에 한정하는 것이 아니라 첨부한 청구범위에 의해서만 한정해야 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예의 역률 보상 회로의 개략도를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 한 실시예의 노치가 있는 입력 라인 전류 고조파 파형의 그래프를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 한 실시예의 매끄러운 파형이 있는 입력 라인 전류 고조파 그래프를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 한 실시예의 직류(DC) 라인에 리액터가 있는 역률 보상 회로의 개략도를 나타낸다.

Claims (9)

1. 전원 장치에서 발생되는 왜곡 및 고조파를 감소시키기 위해 입력 전류를 처리하기 위한 역률 보상 회로(power factor correction circuit)로서,

   제어 스위치 전류 및 가상 단락(virtual short circuit)을 발생시키는 제어 스위치;

   상기 제어 스위치 전류를 측정하기 위한 제1 저항기; 및

   출력 전류를 측정하기 위한 제2 저항기

   를 포함하고,

   상기 역률 보상 회로는 상기 전원 장치로부터 상기 입력 전류를 수용하며, 왜곡 및 고조파가 감소된 상기 출력 전류를 설정하고,

   상기 제1 저항기와 상기 제2 저항기 사이의 전류 부하의 비율이 1.5와 3 사이에 있는 경우, 상기 입력 전류의 연속 전도가 발생하는 역률 보상 회로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가상 단락은 브리지 다이오드의 포지티브 단자와 네거티브 단자 사이에 있는 역률 보상 회로.
3. 제1항에 있어서,

   상기 입력 전류는 0A 내지 16A인 역률 보상 회로.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어 스위치 전류와 상기 출력 전류 사이에서 스위칭 신호가 결정되는 역률 보상 회로.
5. 제4항에 있어서,

   상기 스위칭 신호는 복수의 펄스를 포함하는 역률 보상 회로.
6. 제1항에 있어서,

   입력 전압을 점진적으로 증가시키는 리액터를 더 포함하는 역률 보상 회로.
7. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 입력 전류는 교류이며, 상기 제어 스위치는, 입력 교류 전압이 제로 크로싱에 있는 경우에 턴 온되는 역률 보상 회로.
8. 제1항에 있어서,

   상기 입력 전류는 교류인 역률 보상 회로.
9. 제1항에 있어서,

   상기 출력 전류는 직류인 역률 보상 회로.

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