KR101460082B1 - 피크 전압의 발생을 방지할 수 있는 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정류전원의 평활을 위한 평활콘덴서를 제거함으로써 역률을 향상시키는 동시에 평활콘덴서 제거에 의한 피크 전압의 발생을 방지할 수 있는 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터에 관한 것이다.

Description

피크 전압의 발생을 방지할 수 있는 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터{Rectifier for preventing peak-voltage and resonant converter having the rectifier}

본 발명은 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정류전원의 평활을 위한 평활콘덴서를 제거함으로써 역률을 향상시키는 동시에 평활콘덴서 제거에 의한 피크 전압의 발생을 방지할 수 있는 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터에 관한 것이다.

정류회로란 교류를 직류로 변환하는 전기회로로써 계통의 교류를 직류로 변환하여 변환된 직류를 부하로 공급하기 위한 회로이다.

도 1은 일반적인 정류회로를 보여주는 도면으로서, 도 1을 참조하면, 종래의 정류회로(10)는 입력교류를 정류하는 브릿지 다이오드(11) 및 상기 브릿지 다이오드(11)에서 출력된 정류전원을 평활하여 직류전원을 생성하고 생성된 직류전원을 부하에 공급하는 평활 콘덴서(12)를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 평활 콘덴서(12)는 부하의 용량에 따라 변화하고 부하의 용량이 클 경우 용량이 큰 콘덴서가 사용된다.

일반적으로 상기 평활 콘덴서의 용량의 큰 경우 커패시터의 충전전류에 의해 역률(power factor)이 저하되므로 전력변환의 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

도 2는 종래의 역률저하를 방지할 수 있는 공진형 인버터를 보여주는 도면으로서, 도 2를 참조하면, 종래의 역률저하를 방지할 수 있는 공진형 인버터(20)는 입력 교류를 정류하는 브릿지 다이오드(21)의 출력단에 평활 콘덴서가 제거되고 브릿지 다이오드(21)의 정류전원을 필터링하는 필터부(22) 및 필터링된 정류전원을 단속하여 자계(magnetic field)를 생성하고 생성된 자계를 부하(1)에 공급하는 가열부(23)를 포함한다.

또한, 상기 필터부(22)는 필터용 인덕터(22a) 및 필터용 커패시터(22b)를 포함하는 LC필터일 수 있고, 상기 가열부(23)는 공진을 위한 공진용 코일(23a), 상기 공진용 코일(23a)에 병렬로 연결되는 공진용 커패시터(23b) 및 상기 공진용 코일(23a)에 흐르는 전류를 단속하는 스위치(23c)를 포함하여 이루어질 수 있다.

그러나, 종래의 역률저하를 방지할 수 있는 공진형 인버터(20)는 평활 콘덴서를 제거함으로써 역률을 향상시킬 수는 있으나, 상기 필터부(22)로 초기에 전류가 공급될 때 상기 필터부(23)의 충전전류에 의해 상기 브릿지 다이오드(21)의 출력단에 피크전압(V_peak)이 발생하는 문제점이 있다.

도 3은 종래의 역률저하를 방지할 수 있는 공진형 인버터의 브릿지 다이오드 출력단 전압 파형을 시뮬레이션한 도면으로, 피크전압이 약 1420[v]까지 증가하는 것으로 관측되었으며, 이러한 피크전압은 브릿지 다이오드(21), 필터부(22) 및 가열부(23)의 회로소자의 소손시키는 원인이 된다.

도 4는 종래의 피크전압의 발생을 방지할 수 있는 공진형 인버터를 보여주는 도면으로서, 종래의 피크전압의 발생을 방지할 수 있는 공진형 인버터(30)는 도 3에서 보인 종래의 역률저하를 방지할 수 있는 공진형 인버터(20)와 비교하여 브릿지 다이오드(20)의 출력단에 용량이 큰 평활 콘덴서(31)가 삽입된다.

도 5는 종래의 피크전압의 발생을 방지할 수 있는 공진형 인버터의 브릿지 다이오드 출력단 전압 파형을 보여주는 도면으로, 초기 기동시 브릿지 다이오드(21)의 출력단 전압이 도 3의 피크전압에 비해 절반 정도로 줄어드는 것으로 관측되었으나 여전히 피크전압이 발생하는 것을 알 수 있으며, 평활 콘덴서(31)의 충전전류에 의해 역률이 나빠져 전력변환효율이 낮은 문제점이 있다.

본 발명자들은 정류전원을 직류로 평활하기 위한 평활콘덴서를 제거하여 역률을 향상시킴으로써 전력변환의 효율을 높이는 동시에 평활콘덴서 제거에 따른 피크전압의 발생은 방지할 수 있는 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터를 연구한 결과, 평활콘덴서는 제거하여 역률의 저하를 방지하고 필터부 또는 가열부에서 발생하는 초기충전전류를 환류시켜 피크전압이 발생하지 않게 하는 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 평활 콘덴서를 제거하여 역률을 향상시키는 동시에 평활 콘덴서 제거에 의해 발생할 수 있는 피크전압은 초기충전전류의 환류를 통해 방지할 수 있는 정류 회로 및 그 정류 회로를 포함하는 공진형 인버터를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공진형 인버터의 가열부로 정류전원을 공급하기 위한 공진형 인버터용 정류회로로서, 교류전원을 입력받아 정류하는 브릿지 다이오드부; 상기 브릿지 다이오드부의 정류전원을 필터링하여 노이즈가 제거된 정류전원을 상기 가열부로 공급하는 필터부; 및 상기 필터부에 병렬로 연결되며, 상기 필터부의 입력전압이 불연속이 될 때 발생하는 초기충전전류를 상기 필터부의 입력단으로 환류시킴으로써, 상기 브릿지 다이오드부의 출력단에 상기 초기충전전류에 의한 피크전압이 발생하지 않게 하는 환류다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정류회로.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 필터부:는 일단이 상기 브릿지 다이오드부의 출력단 일단에 연결되는 필터용 인덕터; 및 일단이 상기 필터용 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 상기 브릿지 다이오드부의 출력단 타단에 연결되는 필터용 커패시터;를 포함하고, 상기 환류 다이오드는 캐소드가 상기 필터용 인덕터의 일단에 연결되고, 애노드는 상기 필터용 인덕터에 타단에 연결되어, 상기 필터용 인덕터에 병렬로 연결된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 필터부에는 상기 브릿지 다이오드부의 정류전원이 평활되지 않고 공급된다.

또한, 본 발명은 교류전원을 입력받는 교류전원 입력부; 상기 교류전원 입력부의 교류전원의 노이즈를 제거하기 위한 공통모드초크코일부; 상기 공통모드초크코일부의 전원을 입력받아 정류전원을 출력하는 제 3 항의 정류회로; 및 상기 정류회로의 정류전원을 자계로 변환하여 부하로 공급함으로써 부하가 가열되게 하는 가열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 인버터를 더 제공한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

본 발명의 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터에 의하면 필터부의 필터용 인덕터 양단에 환류 다이오드를 병렬연결하여 초기기동시 필터부에서 발생하는 초기충전전류를 환류시킴으로써 평활 콘덴서를 제거하더라도 브릿지 다이오드부에 피크전압이 발생하지 않게 할 수 있고, 역률을 향상시켜 전력변환효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 정류회로를 보여주는 도면,
도 2는 종래의 역률저하를 방지할 수 있는 공진형 인버터를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 역률저하를 방지할 수 있는 공진형 인버터의 브릿지 다이오드 출력단 전압 파형을 보여주는 도면,
도 4는 종래의 피크전압의 발생을 방지할 수 있는 공진형 인버터를 보여주는 도면,
도 5는 종래의 피크전압의 발생을 방지할 수 있는 공진형 인버터의 브릿지 다이오드 출력단 전압 파형을 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류회로 및 그 정류회로를 포함하는 공진형 인버터의 브릿지 다이오드 출력단 전압 파형을 보여주는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류회로(130)는 교류를 정류하기 위한 회로로써, 본 발명의 공진형 인버터(100)의 구성요소로 포함된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류회로(130)는 별도로 설명하지 않고 본 발명의 공진형 인버터(100)의 설명과 함께 설명하기로 한다.

그러나, 상기 정류회로(130)는 다양한 전력변환회로의 정류회로를 대체 구성하여 활용이 가능하다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진형 인버터(100)는 교류전원 입력부(110), 공통모드초크코일부(120), 정류회로(130) 및 가열부(140)를 포함하여 이루어진다.

상기 교류전원 입력부(110)는 계통으로부터 교류전원을 입력받기 위한 것으로 이상전원 발생시 교류전원의 입력을 차단하는 휴즈 및 교류전원의 고주파를 제거하기 위한 EMI필터를 포함하여 이루어진다.

상기 공통모드초크코일부(120)는 상기 교류전원 입력부(110)에서 입력된 교류전원을 승압 또는 강압하여 출력한다.

상기 정류회로(130)는 브릿지 다이오드부(131), 필터부(132) 및 환류 다이오드(133)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 브릿지 다이오드부(131)는 네 개의 다이오드가 브릿지되어 상기 공통모드초크코일부(120)에서 출력되는 교류전원을 정류하여 출력한다.

또한, 상기 브릿지 다이오드부(131)는 상기 공통모드초크코일부(120)에서 출력되는 교류전원을 전파 또는 반파 정류할 수 있다.

또한, 상기 필터부(132)는 상기 브릿지 다이오드부(131)의 정류전원을 필터링하여 노이즈가 제거된 정류전원을 출력한다.

여기서, 상기 브릿지 다이오드부(131)와 상기 필터부(132) 사이에는 평활을 위한 평활 콘덴서가 구비되지 않는다.

따라서, 평활 콘덴서의 충전전류에 따른 역률저하를 방지할 수 있다.

그러나, 상기 브릿지 다이오드부(131)와 상기 필터부(132) 사이에는 부하의 정격용량보다 작은 용량이 작은 콘덴서가 구비될 수 있다.

또한, 상기 필터부(132)는 일단이 상기 브릿지 다이오드부(131)의 출력단 일단에 연결되는 필터용 인덕터(132a) 및 일단이 상기 필터용 인덕터(132a)의 타단에 연결되고 타단은 상기 브릿지 다이오드부(131)의 출력단 타단에 연결되는 필터용 커패시터(132b)를 포함하는 LC필터로 구성될 수 있다.

그러나 상기 필터부(132)는 LLC필터 등 다양한 공지된 필터로 구성될 수 있다.

또한, 상기 환류 다이오드(133)는 상기 필터부(132)에 병렬로 연결되어 상기 필터부(132)의 전류가 불연속이 될 때, 상기 필터부(132)의 충전전류를 환류시켜 피크전압이 발생하지 않게 한다.

한편, 상기 필터부(132)의 초기충전전류는 상기 브릿지 다이오드부(131)로 교류전압 입력 시 상기 브릿지 다이오드부(131)와 상기 필터용 인덕터(132a)를 거쳐 상기 필터용 커패시터(132b)를 충전시키기 위한 전류이며, 상기 필터용 인덕터(132a)의 양단 전압은 상기 브릿지 다이오드부(131)의 전압과 상기 필터용 커패시터(132b)의 충전전압의 차가 되는데, 입력되는 교류전압 이상기 필터용 커패시터(132b)의 충전전압보다 작은 경우 상기 브릿지 다이오드부(131)에 의해 인덕터(132a)에 흐르던 충전 전류는 불연속이 되며 상기 브릿지 다이오드부(131)의 출력단에는 높은 피크전압이 발생한다.

이때, 상기 환류 다이오드(133)는 충전전류를 환류시켜 피크전압의 발생을 방지하는 것이다.

또한, 상기 환류 다이오드(133)는 캐소드가 상기 필터용 인덕터(132a)의 일단에 연결되고 타단은 상기 필터용 인덕터(132a)의 타단에 연결되어, 상기 필터용 인덕터(132a)에 병렬로 삽입된다.

따라서, 평활용 콘덴서가 구비되지 않더라도 피크전압의 발생을 방지할 수 있다.

상기 가열부(140)는 상기 정류회로(130)에서 출력되는 정류전원을 자계로 변환하여 부하로 공급함으로써 부하에 와전류가 발생하고, 부하는 와전류에 의한 저항으로 가열된다.

또한, 상기 가열부(140)는 서로 병렬로 연결되는 공진용 커패시터(141) 및 공진용 코일(142)과, 상기 공진용 코일(142)에 흐르는 전류를 단속하는 스위치(143)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 스위치(143)는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류회로 및 공진형 인버터의 브릿지 다이오드(131) 출력단 전압 파형(V_dcl)을 보여주는 것으로 도 7을 참조하면 초기기동시 피크전압이 발생하지 않고 지령치(a)에 수렴되어 안정된 출력이 이루어지고 있는 것을 확인하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100:공진형 인버터 110:교류전원 입력부
120:공통모드초크코일부 130:정류회로
131:브릿지 다이오드부 132:필터부
132a:필터용 인덕터 132b:필터용 커패시터
133:환류 다이오드 140:가열부
141:공진용 커패시터 142:공진용 코일
143:스위치

Claims (4)

1. 정류전원을 자계로 변환하는 공진형 인버터의 가열부로 정류전원을 공급하기 위한 공진형 인버터용 정류회로로서,
   교류전원을 입력받아 정류하는 브릿지 다이오드부;
   상기 브릿지 다이오드부의 정류전원을 필터링하여 노이즈가 제거된 정류전원을 상기 가열부로 공급하는 필터부; 및
   상기 필터부에 병렬로 연결되며, 상기 필터부의 입력전압이 불연속이 될 때 발생하는 초기충전전류를 상기 필터부의 입력단으로 환류시킴으로써, 상기 브릿지 다이오드부의 출력단에 상기 초기충전전류에 의한 피크전압이 발생하지 않게 하는 환류다이오드;를 포함하고,
   상기 필터부:는
   일단이 상기 브릿지 다이오드부의 출력단 일단에 연결되는 필터용 인덕터; 및
   일단이 상기 필터용 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 상기 브릿지 다이오드부의 출력단 타단에 연결되는 필터용 커패시터;를 포함하고,
   상기 환류 다이오드는 캐소드가 상기 필터용 인덕터의 일단에 연결되고, 애노드는 상기 필터용 인덕터에 타단에 연결되어, 상기 필터용 인덕터에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 정류회로.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터부에는 상기 브릿지 다이오드부의 정류전원이 평활되지 않고 공급되는 것을 특징으로 하는 정류회로.
   
4. 교류전원을 입력받는 교류전원 입력부;
   상기 교류전원 입력부의 교류전원의 노이즈를 제거하는 공통모드초크코일부;
   상기 공통모드초크코일부의 전원을 입력받아 정류전원을 출력하는 제 3 항의 정류회로; 및
   상기 정류회로의 정류전원을 자계로 변환하여 부하로 공급함으로써 부하가 가열되게 하는 가열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 인버터.

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