KR101467129B1 - 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

전원 장치는 인버터 및 복수의 외부 공급처로 출력해야 할 전원 전력을 생성하는 전원 장치로서, 제1 1차측 권선과 상기 제1 1차측 권선의 외측에 권회된 복수의 제1 2차측 권선을 가지는 제1 전원 트랜스와, 1개의 상기 제1 2차측 권선에 전기적으로 접속된 제2 1차측 권선과 상기 제2 1차측 권선의 외측에 권회된 복수의 제2 2차측 권선을 가지는 제2 전원 트랜스를 구비하고, 상기 복수의 제2 2차측 권선은 상기 복수의 외부 공급처에 접속되어 있고, 상기 복수의 제1 2차측 권선에서는, 상기 인버터의 상암의 스위칭 소자를 온·오프시키는 상게이트 전원 회로에 접속된 상게이트 권선이, 상기 1개의 제1 2차측 권선으로부터 이간하도록 가장 외측에 권회되어 있다.

Description

전원 장치{POWER SUPPLY DEVICE}
본 발명은 전원 장치에 관한 것이다.
종래부터, 외부 전원으로부터 교류 전력을 받아서, 복수의 전원 전력을 생성하는 전원 장치가 존재한다.
특허 문헌 1에는, DC-DC컨버터에 있어서, 스위칭 트랜스의 입력측의 스위칭 트랜지스터(switching transistor)를 과전류로부터 보호하는 과전류 보호 트랜지스터가 마련되어 있고, 과전류 보호 트랜지스터를 온 시키기 위한 보호 회로 구동 전원을 스위칭 트랜스의 입력측의 제어용 권선(捲線)의 기전력(electromotive force)으로부터 생성하는 것이 기재되어 있다. 이것에 의해, 특허 문헌 1에 의하면, 보호 회로 구동 전원을 출력시키기 위한 권선을 스위칭 트랜스의 출력측에 마련하여 그 출력측 권선으로부터 출력시키는 경우에 비해, 스위칭 트랜스의 권선수가 1개 적어져서, 스위칭 트랜스가 소형화된다.
특허 문헌 1: 일본국 특개 2000-233090호 공보
특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 스위칭 트랜스에 있어서, 모터 드라이버의 상측 트랜지스터에 베이스 전류를 공급하는 상암(upper arm) 전원을 출력하는 권선이, 유저에게 개방된 전원을 출력하는 권선에 인접하게 권회(倦回)되어 있는 것으로 고려된다. 이 때문에, 모터 드라이버의 상측 트랜지스터(상암의 스위칭 소자)의 스위칭 동작에 의해 발생한 노이즈(스위칭 노이즈)가 상암 전원을 출력하는 권선으로부터 유저에게 개방된 전원을 출력하는 권선에 전달되어, 유저에게 개방된 전원의 출력처(외부 공급처)의 기기를 오동작시킬 가능성이 있다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 상암의 스위칭 소자에 의한 스위칭 노이즈의 외부 공급처로의 전달을 억제할 수 있는 전원 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 하나의 측면에 따른 전원 장치는 인버터 및 복수의 외부 공급처로 출력해야 할 전원 전력을 생성하는 전원 장치로서, 제1 1차측 권선과 상기 제1 1차측 권선의 외측에 권회된 복수의 제1 2차측 권선을 가지는 제1 전원 트랜스와, 1개의 상기 제1 2차측 권선에 전기적으로 접속된 제2 1차측 권선과 상기 제2 1차측 권선의 외측에 권회된 복수의 제2 2차측 권선을 가지는 제2 전원 트랜스를 구비하고, 상기 복수의 제2 2차측 권선은 상기 복수의 외부 공급처에 접속되어 있고, 상기 복수의 제1 2차측 권선에서는 상기 인버터의 상암의 스위칭 소자를 온·오프시키는 상게이트(upper gate) 전원 회로에 접속된 상게이트 권선이, 상기 1개의 제1 2차측 권선으로부터 이간(離間)하도록 가장 외측에 권회되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제1 전원 트랜스의 권선 구조에 있어서, 1개의 제1 2차측 권선과 상게이트 권선의 거리를 떨어뜨려 놓을 수 있고, 스위칭 노이즈가 상게이트 권선으로부터 1개의 제1 2차측 권선으로 전달되기 어려워지도록 할 수 있어, 스위칭 노이즈가 1개의 제1 2차측 권선을 통하여 외부 공급처에 전달하기 어려워지도록 할 수 있다. 따라서 상암의 스위칭 소자에 의한 스위칭 노이즈의 외부 공급처로의 전달을 억제할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 전원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 있어서의 전원 트랜스의 권선 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 기본 형태에 따른 전원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 기본 형태에 따른 전원 장치를 적용한 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 기본 형태에 있어서의 전원 트랜스의 권선 구조를 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명에 따른 전원 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태.
실시 형태에 따른 전원 장치(100)에 대해서 설명하기 전에, 기본 형태에 따른 전원 장치(1)에 대해서 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다. 도 3은 기본 형태에 따른 전원 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4는 기본 형태에 따른 전원 장치(1)를 적용한 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
전원 장치(1)는 외부 전원(PS)으로부터 교류 전력을 받고, 받은 교류 전력을 이용하여 복수의 전원 전력(예를 들면, 직류 전력)을 생성하여, 생성된 전원 전력을 인버터(INV) 및 복수의 객처(customer-side) 사용 전원 회로(복수의 외부 공급처)(UP1~UP3)에 공급한다. 인버터(INV)는, 예를 들면 범용의 인버터이며, 인버터 장치(AP)에 구비되어 있다. 인버터 장치(AP)에서는, 외부 전원(PS)으로부터 받은 교류 전력을 컨버터(CNV)에서 직류 전력으로 변환하고, 직류 전력을 인버터(INV)에서 교류 전력으로 변환하여, 교류 전력을 모터(IM)에 공급함으로써 모터(IM)를 구동한다. 복수의 객처 사용 전원 회로(UP1~UP3)는, 예를 들면 유저 기기에서 사용되는 전원 회로이다.
구체적으로는, 전원 장치(1)는 전원 트랜스(T1), 입력 회로(2), 복수의 출력 회로(3-1~3-3, 4-1~4-6)를 구비한다.
전원 트랜스(T1)는 입력 회로(2)로부터 직류 전력을 받고, 직류 전력을 예를 들면 복수의 변압비로 변압하여(예를 들면 승압하여), 변압된 복수의 직류 전력을 복수의 출력 회로(3-1~3-3, 4-1~4-6)로 공급한다.
전원 트랜스(T1)는 코어(CR1), 1차측 권선(P1), 복수의 2차측 권선(P3~P5, BP1~BP6) 및 제어 권선(P2)을 가진다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전원 트랜스(T1)에서는, 코어(CR1)의 외측에 1차측 권선(P1)이 권회되어 있고, 1차측 권선(P1)의 외측에 복수의 2차측 권선(P3~P5, BP1~BP6)이 권회되어 있다.
이하에서는, 복수의 2차측 권선(P3~P5, BP1~BP6)을 그 공급처를 나타내는 이름으로, 즉, 객처 전원 권선(P3), 객처 전원 권선(P4), 객처 전원 권선(P5), U상 상게이트 권선(BP1), V상 상게이트 권선(BP2), W상 상게이트 권선(BP3), U상 하게이트 권선(BP4), V상 하게이트 권선(BP5), W상 하게이트 권선(BP6)이라고 칭하기도 한다. 또, U상 상게이트 권선(BP1), V상 상게이트 권선(BP2), W상 상게이트 권선(BP3)을 총괄하여 상게이트 권선(BP1~BP3)이라고 칭하기도 하고, U상 하게이트 권선(BP4), V상 하게이트 권선(BP5), W상 하게이트 권선(BP6)을 총괄하여 하게이트 권선(BP4~BP6)이라고 칭하기도 한다.
도 5는 전원 장치(1)에 있어서의 전원 트랜스(T1)의 권선 구조를 나타내는 도면이다. 도 5에서는, 도면에서의 좌측이 내측(코어(CR1)측)이고, 도면에서의 우측이 외측(코어(CR1)와 반대측)을 나타내고 있고, 그것에 대응하도록, 도 3에서는, 도면에서의 상측이 내측이고, 도면에서의 하측이 외측을 나타내고 있다. 즉, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 1차측 권선(P1)의 외측에는 객처 전원 권선(P3), 객처 전원 권선(P4), 객처 전원 권선(P5), U상 상게이트 권선(BP1), V상 상게이트 권선(BP2), W상 상게이트 권선(BP3), W상 하게이트 권선(BP6), V상 하게이트 권선(BP5), U상 하게이트 권선(BP4)이 순서대로 권회되어 있다.
입력 회로(2)는 외부 전원(PS)으로부터 받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 변환된 직류 전력을 전원 트랜스(T1)에 공급한다. 예를 들면, 입력 회로(2)에서는, 입력 단자(R1, S1)에서 2상(相)(R상, S상)의 교류 전력을 받고, 교류 전력을 브릿지 접속된 복수의 다이오드(D1~D4)에서 정류화하여 직류 전력을 생성하고, 직류 전력을 콘덴서(C1)로 평활화한다. 평활화된 직류 전력은 저항(R2), 콘덴서(C2), 다이오드(D5), 및 트랜지스터(TR)를 통하여 전원 트랜스(T1)의 1차측 권선(P1)으로 전달된다. 또, 트랜지스터(TR)는 저항(R3)을 통하여 제어 권선(P2)으로부터 게이트에서 수신된 전력(전압)에 따라서, 온·오프된다.
복수의 출력 회로(3-1~3-3, 4-1~4-6)는 복수의 2차측 권선(P3~P5, BP1~BP6)에 대응하여 있다. 출력 회로(3-1~3-3)는 2차측 권선(P3~P5)으로부터 전달된 직류 전력을 복수의 객처 사용 전원 회로(UP1~UP3)에 공급하고, 출력 회로(4-1~4-6)는 2차측 권선(BP1~BP6)으로부터 전달된 직류 전력을 복수의 게이트 전원 회로(GP1~GP6)에 공급한다.
이하에서는, 복수의 게이트 전원 회로(GP1~GP6)를, 그 공급처를 구별하는 이름으로, 즉, U상 상게이트 전원 회로(GP1), V상 상게이트 전원 회로(GP2), W상 상게이트 전원 회로(GP3), U상 하게이트 전원 회로(GP4), V상 하게이트 전원 회로(GP5), W상 하게이트 전원 회로(GP6)라고 칭하기도 한다. 또, U상 상게이트 전원 회로(GP1), V상 상게이트 전원 회로(GP2), W상 상게이트 전원 회로(GP3)를 총괄하여 상게이트 전원 회로(GP1~GP3)라고 칭하기도 하고, U상 하게이트 전원 회로(GP4), V상 하게이트 전원 회로(GP5), W상 하게이트 전원 회로(GP6)를 총괄하여 하게이트 전원 회로(GP4~GP6)라고 칭하기도 한다.
예를 들면, 출력 회로(3-1)는 객처 전원 권선(P3)에 다이오드(D11-1)를 통하여 접속된 콘덴서(C11-1)를 가지고, 객처 전원 권선(P3)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C11-1)에서 유지하면서 객처 사용 전원 회로(UP1)로 출력한다. 출력 회로(3-2)는 객처 전원 권선(P4)에 다이오드(D11-2)를 통하여 접속된 콘덴서(C11-2)를 가지고, 객처 전원 권선(P4)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C11-2)에서 유지하면서 객처 사용 전원 회로(UP2)로 출력한다. 출력 회로(3-3)는 객처 전원 권선(P5)에 다이오드(D11-3)를 통하여 접속된 콘덴서(C11-3)를 가지고, 객처 전원 권선(P5)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C11-3)에서 유지하면서 객처 사용 전원 회로(UP3)로 출력한다. 이것에 의해, 1 또는 복수의 유저 기기는, 객처 사용 전원 회로(UP1)에 의한 전원 전력(예를 들면, 5V의 전압을 포함하는 전력), 객처 사용 전원 회로(UP2)에 의한 전원 전력(예를 들면, 10V의 전압을 포함하는 전력), 및 객처 사용 전원 회로(UP3)에 의한 전원 전력(예를 들면,-10V의 전압을 포함하는 전력)을 이용하여 동작한다.
예를 들면, 출력 회로(4-1)는 U상 상게이트 권선(BP1)에 다이오드(D12-1)를 통하여 접속된 콘덴서(C12-1)를 가지고, U상 상게이트 권선(BP1)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C12-1)에서 유지하면서 U상 상게이트 전원 회로(GP1)로 출력한다. 출력 회로(4-2)는 V상 상게이트 권선(BP2)에 다이오드(D12-2)를 통하여 접속된 콘덴서(C12-2)를 가지고, V상 상게이트 권선(BP2)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C12-2)에서 유지하면서 V상 상게이트 전원 회로(GP2)로 출력한다. 출력 회로(4-3)는 W상 상게이트 권선(BP3)에 다이오드(D12-3)를 통하여 접속된 콘덴서(C12-3)를 가지고, W상 상게이트 권선(BP3)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C12-3)에서 유지하면서 W상 상게이트 전원 회로(GP3)로 출력한다. 이것에 의해, U상 상게이트 전원 회로(GP1), V상 상게이트 전원 회로(GP2), 및 W상 상게이트 전원 회로(GP3)는, 각각 제어 회로(도시하지 않음)에 의한 제어하에, 인버터(INV)의 상암의 스위칭 소자(Uu, Vu, Wu)(도 4 참조)를 온·오프시키는 스위칭 동작을 행한다.
예를 들면, 출력 회로(4-6)는 W상 하게이트 권선(BP6)에 다이오드(D12-6)를 통하여 접속된 콘덴서(C12-6)를 가지고, W상 하게이트 권선(BP6)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C12-6)에서 유지하면서 W상 하게이트 전원 회로(GP6)로 출력한다. 출력 회로(4-5)는 V상 하게이트 권선(BP5)에 다이오드(D12-5)를 통하여 접속된 콘덴서(C12-5)를 가지고, V상 하게이트 권선(BP5)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C12-5)에서 유지하면서 V상 하게이트 전원 회로(GP5)로 출력한다. 출력 회로(4-4)는 U상 하게이트 권선(BP4)에 다이오드(D12-4)를 통하여 접속된 콘덴서(C12-4)를 가지고, U상 하게이트 권선(BP4)으로부터 전달된 직류 전력을 콘덴서(C12-4)에서 유지하면서 U상 하게이트 전원 회로(GP4)로 출력한다. 이것에 의해, W상 하게이트 전원 회로(GP6), V상 하게이트 전원 회로(GP5), 및 U상 하게이트 전원 회로(GP4)는, 각각 제어 회로(도시하지 않음)에 의한 제어하에, 인버터(INV)의 하암의 스위칭 소자(Wd,Vd, Ud)(도 4 참조)를 온·오프시키는 스위칭 동작을 행한다.
이 구성에서는, 인버터(INV) 상암의 스위칭 소자(Uu, Vu, Wu)의 스위칭 동작에 의해 스위칭 노이즈가 발생하고, 발생한 스위칭 노이즈가 여러가지 경로로 다른 기기에 영향을 주는 일이 있다.
예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 노이즈가 상게이트 전원 회로(GP1~GP3), 출력 회로(4-1~4-3), 상게이트 권선(BP1~BP3)에 전달(전파)된다. 이때, 전원 트랜스(T1)에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상게이트 권선(BP1~BP3)이 객처 전원 권선(P3~P5)에 인접해 권회되어 있기 때문에, 상게이트 권선(BP1~BP3)에 전달된 스위칭 노이즈가, 객처 전원 권선(P3~P5)으로 한층 더 전달(전파)되기 쉽다. 이것에 의해, 스위칭 노이즈가 출력 회로(3-1~3-3)를 통하여 객처 사용 전원 회로(UP1~UP3)에 전달(전파)되기 쉽기 때문에, 객처 사용 전원 회로(UP1~UP3)에 의한 전원 전력을 이용하여 동작시킨 1 또는 복수의 유저 기기를 오동작시킬 가능성이 있다.
이것에 대해서, 수동 필터(커먼 모드 리액터나 1차 필터)에 의해 대책(對策)하는 것이 고려된다. 그러나 수동 필터로 대책했을 경우, 전원 장치가 대형화되어 버려, 한정된 스페이스 내에 전원 장치를 설치하는 것이 곤란해진다.
이에, 본 실시 형태에서는, 전원 장치(100)에 있어서, 전원 트랜스를 2중화하여 1단(段)째인 전원 트랜스에 있어서의 객처 전원 권선수를 줄임과 아울러 상게이트 권선을 객처 전원 권선으로부터 이간(離間)하도록 가장 외측에 권회함으로써, 상게이트 권선으로부터 객처 전원 권선으로 스위칭 노이즈가 전달되기 어려워지도록 한다.
구체적으로는, 전원 장치(100)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 전원 트랜스(T1) 및 출력 회로(3-1~3-3)를 대신하여, 전원 트랜스(제1 전원 트랜스)(T101), 전원 트랜스(제2 전원 트랜스)(T102), 중계 회로(105), 및 출력 회로(103-1~103-4)를 구비한다. 도 1은 전원 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
전원 트랜스(T101)는 입력 회로(2)로부터 직류 전력을 받고, 직류 전력을 예를 들면 복수의 변압비로 변압하여(예를 들면 승압하여), 변압된 복수의 직류 전력을 중계 회로(105) 및 복수의 출력 회로(4-1~4-6)로 공급한다.
전원 트랜스(T101)는 코어(CR1), 1차측 권선(제1 1차측 권선)(P1'), 복수의 2차측 권선(복수의 제1 2차측 권선)(P3', BP1~BP6) 및 제어 권선(P2)을 가진다. 전원 트랜스(T101)에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 코어(CR1)의 외측에 1차측 권선(P1')이 권회되어 있고, 1차측 권선(P1')의 외측에 복수의 2차측 권선(P3', BP1~BP6)이 권회되어 있다.
도 2는 전원 장치(100)에 있어서의 전원 트랜스(T101)의 권선 구조를 나타내는 도면이다. 도 2에서는 도면에서의 좌측이 내측(코어(CR1)측)이고, 도면에서의 우측이 외측(코어(CR1)와 반대측)을 나타내고 있고, 거기에 대응하도록, 도 1에서는, 도면에서의 상측이 내측이고, 도면에서의 하측이 외측을 나타내고 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 1차측 권선(P1')의 외측에는 객처 전원 권선(P3'), 소정의 복수의 권선, W상 하게이트 권선(BP6), V상 하게이트 권선(BP5), U상 하게이트 권선(BP4), U상 상게이트 권선(BP1), V상 상게이트 권선(BP2), W상 상게이트 권선(BP3)이 순서대로 권회되어 있다.
1차측 권선(P1')에서는, 복수층 중 감기시작(winding start)하는 층이 가장 내측이 되도록 복수층이 권회되어 있다. 도 2에 파선의 동그라미로 도시된 개소(箇所)가 감기시작하는 개소이다.
복수의 2차측 권선(P3', BP1~BP6)에서는, 객처 전원 권선(P3')의 수가 1개로 줄여져 있고, 1개의 객처 전원 권선(P3')이 가장 내측에 권회되어 있음과 아울러, 상게이트 권선(BP1~BP3)이 가장 외측에 권회되어 있다. 또, 복수의 2차측 권선(P3', BP1~BP6)에서는, 하게이트 권선(BP4~BP6)이, 상게이트 권선(BP1~BP3)과 1개의 객처 전원 권선(P3')의 사이에서, 상게이트 권선(BP1~BP3)과 축방향 높이가 대략 동일해지도록 권회되어 있다.
전원 트랜스(T102)는 전원 트랜스(T101)로부터 중계 회로(105)를 통하여 직류 전력을 받고, 직류 전력을 예를 들면 복수의 변압비로 변압하여(예를 들면 승압하여) 변압된 복수의 직류 전력을 복수의 출력 회로(103-1~103-4)로 공급한다.
전원 트랜스(T102)는 코어(CR102), 1차측 권선(P11), 복수의 2차측 권선(P13~P16) 및 제어 권선(P12)을 가진다. 1차측 권선(P11)은 중계 회로(105)를 통하여 객처 전원 권선(P3')과 전기적으로 접속되어 있다. 전원 트랜스(T102)에서는, 코어(CR102)의 외측에 1차측 권선(P11)이 권회되어 있고, 1차측 권선(P11)의 외측에 복수의 2차측 권선(P13~P16)이 권회되어 있다.
중계 회로(105)는 1개의 객처 전원 권선(P3')으로부터 전달된 직류 전력을 전원 트랜스(T102)로 공급한다. 예를 들면, 중계 회로(105)에서는, 객처 전원 권선(P3')으로부터 다이오드(D11)를 통하여 전달된 직류 전력이 콘덴서(C11)에서 유지되고, 콘덴서(C11)로부터 다이오드(D13)를 통하여 전달된 직류 전력이 콘덴서(C13)에서 유지된다. 콘덴서(C13)에서 유지된 직류 전력은 저항(R11), 콘덴서(C14), 다이오드(D14), 및 트랜지스터(TR11)를 통하여 전원 트랜스(T102)의 1차측 권선(P11)으로 전달된다. 또, 트랜지스터(TR11)는 저항(R12)을 통하여 제어 권선(P12)으로부터 게이트에서 수신된 전력(전압)에 따라서, 온·오프된다.
복수의 출력 회로(103-1~103-4)는 복수의 2차측 권선(P13~P16)에 대응하여 있다. 출력 회로(103-1~103-4)는 2차측 권선(P13~P16)으로부터 전달된 직류 전력을 복수의 객처 사용 전원 회로(UP11~UP14)로 공급한다. 이것에 의해, 1 또는 복수의 유저 기기는 객처 사용 전원 회로(UP11)에 의한 전원 전력(예를 들면, 5V의 전압을 포함하는 전력), 객처 사용 전원 회로(UP12)에 의한 전원 전력(예를 들면, 10V의 전압을 포함하는 전력), 객처 사용 전원 회로(UP13)에 의한 전원 전력(예를 들면, 15V의 전압을 포함하는 전력), 및 객처 사용 전원 회로(UP14)에 의한 전원 전력(예를 들면,-15V의 전압을 포함하는 전력)을 이용하여 동작한다.
기본 형태에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 1개의 큰 전원 트랜스(T1)에서, 각 상(相)의 IGBT의 게이트 전원(BP1~BP6)이나 객처가 사용하는 전원 등을 공급한다.
그에 대하여, 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 전원 트랜스를 1단째 전원 트랜스(T101)와 2단째 전원 트랜스(T102)의 2개로 나눔으로써, 객처가 사용하는 각 전원을 분리할 수 있다. 이것에 의해, 이하의 효과가 얻어진다.
i) 전원 트랜스를 2중화함으로써, 1단째 전원 트랜스(T101)의 권선이 줄어듬으로써, 전원 트랜스(T101)의 권 스페이스(winding space)가 넓어진다. 이것에 의해, 노이즈 저감 효과가 있는 권선 구조가 가능해진다.
ii) 객처가 사용하는 각 전원을 분리함으로써, 1단째 전원 트랜스(T101)의 절연(絶緣) 거리가 줄어들어, 한층 더 스페이스가 넓어진다. 즉, 객처 전원은 유저가 다루기 때문에, 절연 거리(강화 절연)가 많이 필요하고, 객처 전원의 권수가 줄어듬으로써 절연 거리가 줄어들게 된다.
iii) 노이즈 경로를 객처 전원 권선(P3')으로 일원화할 수 있고, 그 경로에 전원 트랜스(T101, T102)를 2중으로 삽입함으로써, 노이즈 저감을 도모할 수 있다.
iｖ) 근년, 고기능으로 되어 가고 있는 범용 인버터에 있어서, 객처가 필요로 하는 전원이 증가하고 있어, 전원 트랜스를 2중화함으로써, 노이즈를 증가하는 일 없이 필요한 전원을 자유롭게 늘리는 것이 가능하다.
상기의 전원 트랜스 2중화에 의해 생긴 스페이스를 이용하여, 도 2와 같은 노이즈 저감 효과가 있는 권선 구조로 한다.
우선, 1차 권선(P1')의 근처에 객처 전원 권선(P3')을 감음으로써, 가장 큰 노이즈 발생원인 상게이트 권선(BP1~BP3)을 객처 전원 권선(P3')으로부터 제일 멀리할 수 있다. 이때, 아무리 객처 사용 전원이 증가하더라도, 본 방식에서는 1개의 객처 전원 권선(P3')에 의해 객처 전력을 공급할 수 있기 때문에, 객처 전원 권선(P3')을 모두 1차 권선(P1)의 근처에 배치할 수 있다.
단, 객처 전원 권선(P3')을 모두 1차 권선(P1)의 근처에 배치했을 경우, 제어 전원의 스위칭 노이즈의 발생원(도 5에 파선의 동그라미로 도시된 개소)에 가까워지기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 1단째 전원 트랜스(T101)에 있어서의 1차측 권선(P1')의 감기 시작을 스위칭 소자에 의해 전압 변동하는 권선과 일치시켜, 최내측에 배치한다. 이것에 의해, 객처 전원 권선(P3')으로부터 제어 전원의 스위칭 노이즈의 발생원(도 5에 파선의 동그라미로 도시된 개소)을 멀리할 수 있다. 1단째 전원 트랜스(T101)에 있어서의 1차측 권선(P1') 내의 층수(層數)가 증가하면, 증가하는 만큼 효과가 크다. 또한, 도 2에서는, 1단째 전원 트랜스(T101)에 있어서의 1차측 권선(P1') 내의 층수가 4층인 경우를 예시하고 있다.
다음으로, 노이즈 발생원인 상게이트 권선(BP1~BP3)을 최외측에 감아, 객처 전원 권선(P3')으로부터 멀리한다.
이때, 아무리 객처 사용 전원이 증가하더라도, 본 방식에서는 1단째 전원 트랜스(T101)에 있어서의 권선수를 늘릴 필요가 없고, 권선의 두꺼워짐에 의한 1차측 권선(P1')과의 결합의 저하(전압 강하)를 억제할 수 있어, 상게이트 권선(BP1~BP3)을 용이하게 최외측 층에 배치할 수 있다.
또, 노이즈 발생원인 상게이트 권선(BP1~BP3)과 인버터의 GND측(N측)에 접속된 하게이트 권선(BP4~BP6)의 축방향의 높이가 동일해지도록(지름 방향을 따라서 일렬로) 감음으로써, GND측(N측)의 하게이트 권선에 의한 전파 경로의 쉴드(도 2에 2점 쇄선으로 도시된 개소)를 만들 수 있어, 노이즈 전파를 효과적으로 억제할 수 있다.
기본 형태에서는, 도 3에 도시된 바와 같이 권선수가 너무 많아서, 도 5에 도시된 바와 같이 상게이트 권선(BP1~BP3)과 하게이트 권선(BP4~BP6)의 축방향의 높이가 동일해지도록 감는 것이 곤란하므로, 각층의 높이 위치를 교대로 하여 감는 방법을 채용하고 있다. 이 방법에서는, 예를 들면 상게이트 권선(BP3)과 객처 전원 권선(P3~P5)의 사이에 쉴드하는 것이 존재하지 않고, 도 5에 일점 쇄선의 화살표로 도시된 바와 같이, 상게이트 권선(BP3)으로부터 객처 전원 권선(P3~P5)으로 용이하게 노이즈가 전파되어 버린다. 또, 만일, 상게이트 권선(BP1~BP3)과 하게이트 권선(BP4~BP6)을 바꿔 넣었다고 하더라도, 하게이트 권선(BP4~BP6)에 의한 쉴드 효과가 낮아지기 쉽고, 상게이트 권선(BP1~BP3)으로부터 객처 전원 권선(P3~P5)으로 용이하게 노이즈가 전파되어 버린다. 또, 권수가 많은 경우는 동일한 층에 다른 권선을 배치하는 방법도 있지만, 마찬가지의 쉴드 효과의 저하나 객처 전원 권선(P3')과의 거리가 가까워져 버려서, 노이즈 저감 효과를 잃어 버리는 경향이 있다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 전원 트랜스(T101, T102)를 2중화하여 1단째 전원 트랜스(T101)에 있어서의 스페이스를 확보함으로써, 1단째 전원 트랜스(T101)에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 하게이트 권선(BP4~BP6)이 상게이트 권선(BP1~BP3)으로부터 객처 전원 권선(P3')으로의 노이즈 전파를 효과적으로 쉴드할 수 있는 권선 구조를 취하는 것이 가능하다.
다음으로, 기본 형태와 본 실시 형태를 비교한다.
기본 형태에서는, 제어 전원에 대해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 필요로 하는 권선(전원의 종류)이 많기(예를 들면, IGBT 구동용의 6권선이나 24V, ±0V, 5V, 3.3V 등) 때문에, 두껍게 감긴 형태(thickly wound form)나 다 감지 못하는 경우가 발생하기 쉽다. 이 때문에, 전원 트랜스(T1)에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 스페이스를 유효하게 사용하기 위해서, 축방향의 높이가 동일해지도록(지름 방향을 따라서 일렬로) 감는 것이 곤란하다.
그에 대하여, 본 실시 형태에서는, 전원 트랜스를 2중화함으로써, 도 1에 도시된 바와 같이, 객처 전원 권선(P3')의 수를 1개로 줄일 수 있고, 1개당 전원 트랜스의 권선이 부담하는 권선수를 줄일 수 있다. 이것에 의해, 1단째 전원 트랜스(T101)에 있어서, 스페이스를 확보할 수 있고, 상게이트 권선(BP1~BP3)과 하게이트 권선(BP4~BP6)의 축방향의 높이가 동일해지도록(지름 방향을 따라서 일렬로) 감는 것이 용이하다.
기본 형태에서는, 노이즈 발생원인 상게이트 권선(BP1~BP3)을 최외측층에 감는 것이 곤란하다는 이유로서, 필요로 하는 권선이 많고 두껍게 감긴 형태에 의한 1차측 권선과의 결합이 저하(전압이 강하)하기 쉽기 때문에, 인버터에 있어서 중요한 U／V／W상 상게이트 권선을 최외측 층으로 용이하게 배치할 수 없는 것을 들 수 있다.
그에 대하여, 본 실시 형태에서는, 전원 트랜스를 2중화함으로써, 도 1에 도시된 바와 같이, 객처 전원 권선(P3')의 수를 1개로 줄일 수 있고, 1개당 전원 트랜스의 권선이 부담하는 권선수를 줄일 수 있다. 이것에 의해, 두껍게 감긴 형태에 의한 1차측 권선과의 결합의 저하를 억제할 수 있다.
기본 형태에서는, 유저 기기의 동작에 이용되는 객처 사용 전원 회로에 접속되는 객처 전원 권선을 가장 내측의 층(1차 권선의 근처)에 감는 것이 곤란한 이유로서, 객처 사용 전원 회로에 접속되는 전원의 수(24V나 5V, ±0V 등)가 많아, 모두를 내측의 층에 감는 것이 어렵다는 것을 들 수 있다.
그에 대하여, 본 실시 형태에서는, 전원 트랜스를 2중화하여, 2단째 전원 트랜스(T102)에서 복수의 객처 사용 전원 회로에 접속되는 전원(24V나 5V, ±0V 등)을 만들기 때문에, 1단째 전원 트랜스(T101)에서 객처 전원 권선(P3')의 모두를 가장 내측의 층(1차 권선의 근처)에 감는 것이 용이하다.
기본 형태에서는, 전원 트랜스(T1)에 있어서, 도 5에 파선의 동그라미로 도시된 바와 같이, 1차측 권선(P1)의 감기시작 개소가 객처 전원 권선(P3~P5)에 인접해 있기 때문에, 도 3에 파선으로 도시된 바와 같이, 제어 전원의 스위칭 노이즈가 객처 전원 권선(P3~P5)을 통하여 객처 사용 전원 회로(UP1~UP3)에 전파할 가능성이 있다.
그에 대하여, 본 실시 형태에서는, 도 2에 파선의 동그라미로 도시된 바와 같이, 1차측 권선(P1')의 감기시작 개소가 객처 전원 권선(P3')으로부터 떨어져 있기 때문에, 제어 전원의 스위칭 노이즈가 객처 전원 권선(P3')으로 전파되기 어렵다.
이상과 같이, 실시 형태에서는, 전원 장치(100)에 있어서, 전원 트랜스(T101, T102)를 2중화하므로, 1단째 전원 트랜스(T101)의 복수의 2차측 권선(P3', BP1~BP6)에 있어서의 객처 전원 권선(P3')의 수를 1개로 줄일 수 있다. 또, 1단째 전원 트랜스(T101)의 복수의 2차측 권선(P3', BP1~BP6)에 있어서, 상게이트 권선(BP1~BP3)이 객처 전원 권선(P3')으로부터 이간하도록 가장 외측에 권회되어 있다. 이것에 의해, 1단째 전원 트랜스(T101)의 권선 구조에 있어서, 객처 전원 권선(P3')과 상게이트 권선(BP1~BP3)의 거리를 용이하게 떨어뜨려 놓을 수 있어, 인버터(INV)의 스위칭 노이즈가 상게이트 권선(BP1~BP3)으로부터 객처 전원 권선(P3')으로 전달되기 어려워지도록 할 수 있어, 스위칭 노이즈가 객처 전원 권선(P3')을 통하여 객처 사용 전원 회로(UP11~UP14)로 전달되기 어려워지도록 할 수 있다. 따라서 인버터(INV) 상암의 스위칭 소자(Uu, Vu, Wu)에 의한 스위칭 노이즈의 객처 사용 전원 회로(UP11~UP14)로의 전달을 억제할 수 있어, 객처 사용 전원 회로(UP11~UP14)를 이용하여 동작시키는 1 또는 복수의 유저 기기의 오동작을 저감 할 수 있다.
또, 실시 형태에서는, 1단째 전원 트랜스(T101)의 복수의 2차측 권선(P3', BP1~BP6)에 있어서, 1개의 객처 전원 권선(P3')이 가장 내측에 권회되어 있다. 이것에 의해, 객처 전원 권선(P3')과 상게이트 권선(BP1~BP3)의 거리를 효과적으로 떨어뜨려 놓을 수 있다.
또, 실시 형태에서는, 1단째 전원 트랜스(T101)의 복수의 2차측 권선(P3', BP1~BP6)에 있어서, 하게이트 권선(BP4~BP6)이 상게이트 권선(BP1~BP3)과 1개의 객처 전원 권선(P3')의 사이에서, 상게이트 권선(BP1~BP3)과 축방향 높이가 대략 동일해지도록 권회되어 있다. 이것에 의해, 하게이트 권선(BP4~BP6)을, 상게이트 권선(BP1~BP3)으로부터 1개의 객처 전원 권선(P3')으로의 노이즈의 전파를 억제하는 쉴드로서 기능시킬 수 있어, 상게이트 권선(BP1~BP3)으로부터 1개의 객처 전원 권선(P3')으로의 노이즈의 전파를 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 실시 형태에서는, 1단째 전원 트랜스(T101)의 1차측 권선(P1')에 있어서, 복수층 중 감기시작하는 층이 가장 내측이 되도록 복수층이 권회되어 있다. 이것에 의해, 제어 전원의 스위칭 노이즈의 발생원(도 2에 파선의 동그라미로 도시된 개소)을 1개의 객처 전원 권선(P3')으로부터 멀리할 수 있어, 제어 전원의 스위칭 노이즈가 1차측 권선(P1')으로부터 객처 전원 권선(P3')으로 전달되기 어려워지도록 할 수 있고, 제어 전원의 스위칭 노이즈가 객처 전원 권선(P3')을 통하여 객처 사용 전원 회로(UP11~UP14)로 전달되기 어려워지도록 할 수 있다. 따라서 입력 회로(2)의 트랜지스터(TR)에 의한 스위칭 노이즈의 객처 사용 전원 회로(UP11~UP14)로의 전달을 억제할 수 있어, 객처 사용 전원 회로(UP11~UP14)를 이용하여 동작시키는 1 또는 복수의 유저 기기의 오동작을 저감할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 따른 전원 장치는 인버터의 게이트 전원의 공급에 유용하다.
1: 전원 장치
2: 입력 회로
3-1~3-3: 출력 회로
4-1~4-6: 출력 회로
100: 전원 장치
103-1~103-4: 출력 회로
105: 중계 회로
BP1~BP3: 상게이트 권선
BP4~BP6: 하게이트 권선
GP1~GP3: 상게이트 전원 회로
GP4~GP6: 하게이트 전원 회로
P1, P1': 1차측 권선
P2: 제어 권선
P3~P5, P3', BP1~BP6: 2차측 권선
T1, T101, T102: 전원 트랜스
UP1~UP3, UP11~UP14: 객처 사용 전원 회로

Claims (4)

  1. 인버터 및 복수의 외부 공급처로 출력해야 할 전원 전력을 생성하는 전원 장치로서,
    제1 1차측 권선과 상기 제1 1차측 권선의 외측에 권회된 복수의 제1 2차측 권선(捲線)을 가지는 제1 전원 트랜스와,
    1개의 상기 제1 2차측 권선에 전기적으로 접속된 제2 1차측 권선과 상기 제2 1차측 권선의 외측에 권회(倦回)된 복수의 제2 2차측 권선을 가지는 제2 전원 트랜스를 구비하고,
    상기 복수의 제2 2차측 권선은 상기 복수의 외부 공급처에 접속되어 있고,
    상기 복수의 제1 2차측 권선에서는, 상기 인버터의 상암(upper arm)의 스위칭 소자를 온·오프시키는 상게이트 전원 회로에 접속된 상게이트 권선이, 상기 1개의 제1 2차측 권선으로부터 이간(離間)하도록 가장 외측에 권회되어 있으며,
    상기 복수의 제1 2차측 권선에서는, 상기 1개의 제1 2차측 권선이 가장 내측에 권회되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 1차측 권선에서는, 복수층 중 감기시작하는 층이 가장 내측으로 되도록 상기 복수층이 권회되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 제1 2차측 권선에서는, 상기 인버터의 하암(lower arm)의 스위칭 소자를 온·오프시키는 하게이트 전원 회로에 접속된 하게이트 권선이, 상기 상게이트 권선과 상기 1개의 제1 2차측 권선의 사이에서, 상기 상게이트 권선과 축방향 높이가 동일해지도록 권회되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  4. 삭제
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