KR101478634B1 - 전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법, 그 방법이 적용되는 에너지 저장 장치, 및 전력 변환 장치 - Google Patents

전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법, 그 방법이 적용되는 에너지 저장 장치, 및 전력 변환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터의 출력을 감소시키지 않으면서도 방열판의 온도를 낮출 수 있고, 방열판 온도를 검출하여 방열판이 소정 온도를 초과하면 스위칭 방식을 달리하여 스위칭소자의 스위칭 손실을 줄임으로써 스위칭소자의 열손실을 줄일 수 있는 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 에너지 저장 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 에너지 저장 장치는, 에너지 저장부; 상기 에너지 저장부로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 비교 삼각파 전압을 이용하여 연속적인 PWM 신호를 출력하는 컨벤셔널 PWM 발생부; 입력되는 기준 정현파 전압이 소정 조건을 만족하면 상기 기준 정현파 전압에 대응하는 상기 인버터 내 해당 스위치가 온 상태를 유지하도록 PWM 신호를 출력하는 불연속 PWM 발생부; 및 상기 인버터에 설치된 방열판의 온도에 따라 상기 컨벤셔널 PWM 발생부 또는 불연속 PWM 발생부 중 어느 하나를 선택하는 셀렉터를 포함하고, 상기 불연속 PWM 발생부는, 기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최대 전류 스위칭 발생부; 기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최고 전류 스위칭 발생부; 및 기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최소 전류 스위칭 발생부 중 어느 하나를 포함한다.

Description

전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법, 그 방법이 적용되는 에너지 저장 장치, 및 전력 변환 장치{SELECTIVE SWITCHING METHOD FOR MAXIMIZING RADIATION OF HEAT OF POWER INNERTER, ENERGY STORAGE SYSTEM AND POWER CONVERSION SYSTEM USING IT}
본 발명은 에너지 저장 장치 또는 전력 변환 장치용 전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법에 관한 것으로, 전력 변환기에서 전력반도체(IGBT)를 냉각시키기 위하여 사용하는 방열판의 온도에 따라 IGBT의 스위칭 방법을 달리함으로써 소정의 설정 온도 이상에서도 출력 파워를 줄이는 대신 출력 파워는 유지하면서도 방열판의 온도를 낮출 수 있는 스위칭 방법, 그 방법이 적용되는 에너지 저장 장치 및 전력 변환 장치에 관한 것이다.
계통과 에너지 저장 장치 사이에 연결된 에너지 저장 장치용 전력 변환기는 계통으로부터 에너지 저장 장치로 에너지를 충전하거나, 역으로 에너지 저장 장치로부터 계통으로 방전하는 역할을 수행한다. 전력회사의 요구에 따라 유효전력 공급, 무효전력 공급 등이 가능해야 하며 유효/무효전력량 제어, 에너지 저장 장치를 이용한 전력계통 신뢰도 향상, 전력 수용 피크시 저장에너지를 이용한 전력 공급 등 다양한 기능을 구현하는 것이 요구된다. 이와 같이 전력 변환기는 계통 상황에 따라 충방전 동작을 연속적으로 수행하는 것이 요구된다.
그런데, 전력 변환기는 폐쇄된 공간에 배치되기 때문에 전력 변환기 내부에서 발생된 열을 외부로 방출하는 것이 용이하지 않아 전력 변환기 내부의 온도가 상승하게 되는바, 이는 전력 변환기를 열화시키거나, 고장나게 하는 원인이 된다. 따라서, 에너지 저장 장치의 정상적인 동작을 위하여 적정한 온도를 유지시켜 줄 필요성이 있으며 팬을 사용하여 온도를 제어하는 것이 일반적이다.
한편, 전력 변환기의 스위칭소자가 배치된 방열판은 냉각팬에 의해 냉각되므로 방열판의 온도는 전력 변환기 내 주위 온도보다 대체적으로 낮은 온도를 유지한다. 만일 냉각팬이 고장나거나 주변 환경의 영향으로 주위 온도가 소정의 설정 온도를 초과하면 방열판의 열을 상승시켜 전력 변환기가 정지하게 된다. 이로 인해 전력 변환기의 출력 효율이 저하하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 방열판의 온도에 근거하여 전력 변환기의 출력을 감소시킴으로써 인버터의 고장을 예방할 수 있는 전력 변환기의 온도 제어 장치가 제시되었다. 즉, 방열판의 온도가 소정의 전력 감소 시작 온도보다 높으면 전력 변환기의 출력을 감소시키게 된다. 그런데, 이와 같은 전력 변환기의 온도 제어 장치에 따르면, 전력 변환기의 정격용량대로 사용하지 못하고, 방열판온도가 소정치를 초과하게 되면, 전력 변환기의 정격용량에 비해 출력을 낮춰 동작시켜야 하는 단점이 있다. 예컨대, 도 1은 종래기술의 온도변화에 따른 전력 변환기의 출력 그래프로서, 방열판의 온도가 85도를 넘어서면 그에 비례하여 전력 변환기의 출력을 점차 감소시키게 된다.
등록특허 10-1250866호 태양광발전용 인버터의 온도제어장치 및 방법
본 발명은 인버터의 출력을 감소시키지 않으면서도 방열판의 온도를 낮출 수 있는 전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법 및 그 방법이 적용되는 에너지 저장 장치 또는 전력 변환 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 방열판 온도를 검출하여 방열판이 소정 온도를 초과하면 스위칭 방식을 달리하여 스위칭소자의 스위칭 손실을 줄임으로써 스위칭소자의 열손실을 줄일 수 있는 전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법 및 그 방법이 적용되는 에너지 저장 장치 또는 전력 변환 장치를 제공한다.
본원의 제1 발명에 따른 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 에너지 저장 장치는, 에너지 저장부; 상기 에너지 저장부로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 비교 삼각파 전압을 이용하여 연속적인 PWM 신호를 출력하는 컨벤셔널 PWM 발생부; 입력되는 기준 정현파 전압이 소정 조건을 만족하면 상기 기준 정현파 전압에 대응하는 상기 인버터 내 해당 스위치가 온 상태를 유지하도록 PWM 신호를 출력하는 불연속 PWM 발생부; 및 상기 인버터에 설치된 방열판의 온도에 따라 상기 컨벤셔널 PWM 발생부 또는 불연속 PWM 발생부 중 어느 하나를 선택하는 셀렉터를 포함하고, 상기 불연속 PWM 발생부는, 기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최대 전류 스위칭 발생부; 기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최고 전류 스위칭 발생부; 및 기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최소 전류 스위칭 발생부 중 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 컨벤셔널 PWM 발생부는, 기준 정현파와 비교 삼각파를 비교하여 스위칭 신호를 발생하는 정현파 스위칭 발생부; 또는 기준 정현파에서 변형 영상 성분 전압을 배제시킨 모듈레이션 전압을 비교 삼각파와 비교하여 스위칭 신호를 발생하는 대칭형 스위칭 발생부를 포함한다.
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또한, 상기 방열판의 온도(TPEBB)를 검출하고, 상기 인버터의 입력전력(Pin)을 계산하며(S410), 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 소정 비율 이하이거나, 방열판의 온도(TPEBB)가 제1 온도 이하이면(S420), 상기 셀렉터는 컨벤셔널 PWM 발생부를 선택하고(S430), 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 상기 소정 비율을 초과하고, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 상기 제1 온도를 초과하면, 상기 셀렉터는 상기 불연속 PWM 발생부를 선택한다.
또한, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 제2 온도 이하로 낮아지면, 상기 셀렉터는 상기 컨벤셔널 PWM 발생부를 선택한다.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 인버터의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법은, 인버터의 방열 능력을 극대화하기 위한 스위칭 방법에 있어서, 상기 인버터 내 스위칭소자들이 배열되는 방열판의 온도(TPEBB)를 검출하고, 상기 인버터의 입력전력(Pin)을 계산하는 제1 단계; 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 소정 비율 이하이거나, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 제1 온도 이하이면, 상기 인버터 내 스위칭소자들에 대하여 연속적인 PWM 스위칭 신호를 인가하는 제2 단계; 및 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 상기 소정 비율을 초과하고, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 상기 제1 온도를 초과하면, 상기 인버터 내 스위칭소자들에 대하여 불연속적인 PWM 스위칭 신호를 인가하는 제3 단계를 포함하고, 상기 불연속적인 PWM 스위칭 신호는, 기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최대 전류 스위칭 신호; 기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최고 전류 스위칭 신호; 및 기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최소 전류 스위칭 신호 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3 단계의 수행 중에, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 제2 온도 이하로 낮아지면, 상기 인버터 내 스위칭소자들에 대하여 연속적인 PWM 스위칭 신호를 인가한다.
또한, 본원의 제3 발명에 따른 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 전력 변환 장치는, 직류 전압을 출력하는 에너지원; 상기 에너지원으로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 비교 삼각파 전압을 이용하여 연속적인 PWM 신호를 출력하는 컨벤셔널 PWM 발생부; 및 입력되는 기준 정현파 전압이 소정 조건을 만족하면 상기 기준 정현파 전압에 대응하는 상기 인버터 내 해당 스위치가 온 상태를 유지하도록 PWM 신호를 출력하는 불연속 PWM 발생부를 포함하고, 셀렉터는 상기 인버터에 설치된 방열판의 온도에 따라 상기 컨벤셔널 PWM 발생부 또는 불연속 PWM 발생부 중 어느 하나를 선택하여 PWM 스위칭 패턴을 달리하는 것을 특징으로 하고, 상기 불연속 PWM 발생부는, 기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최대 전류 스위칭 발생부; 기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최고 전류 스위칭 발생부; 및 기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최소 전류 스위칭 발생부 중 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 방열판의 온도(TPEBB)를 검출하고, 상기 인버터의 입력전력(Pin)을 계산하며(S410), 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 소정 비율 이하이거나, 방열판의 온도(TPEBB)가 제1 온도 이하이면(S420), 상기 셀렉터는 상기 컨벤셔널 PWM 발생부를 선택하고(S430), 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 상기 소정 비율을 초과하고, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 상기 제1 온도를 초과하면, 상기 셀렉터는 상기 불연속 PWM 발생부를 선택한다.
또한, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 제2 온도 이하로 낮아지면, 상기 셀렉터는 상기 컨벤셔널 PWM 발생부를 선택한다.
본 발명의 전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법 및 그 방법이 적용되는 에너지 저장 장치에 따르면, 인버터의 출력을 감소시키지 않으면서도 방열판의 온도를 낮출 수 있고, 방열판 온도를 검출하여 방열판이 소정 온도를 초과하면 스위칭 방식을 달리하여 스위칭소자의 스위칭 손실을 줄임으로써 스위칭소자의 열손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 온도변화에 따른 인버터의 출력 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 온도변화에 따른 인버터의 출력 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장 장치 전체 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 온도 제어 흐름도,
도 5는 공간 벡터 PWM 방식 중 하나인 정현파 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면,
도 6a 및 도 6b는 공간 벡터 PWM 방식 중 하나인 대칭형 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면,
도 7a 및 도 7b는 불연속 PWM 방식 중 하나인 최대 전류 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면,
도 8a 및 도 8b는 불연속 PWM 방식 중 하나인 최고 전류 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면, 및
도 9a 및 도 9b는 불연속 PWM 방식 중 하나인 최소 전류 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면이다.
본 발명의 여러 실시 예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 온도변화에 따른 인버터의 출력 그래프로서, 방열판의 온도가 소정값(85도)를 초과하더라도 인버터의 출력은 감소하지 않고 일정하게 유지된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법이 적용된 에너지 저장 장치 전체 블럭도로서, 에너지 저장부(310), 컨벤셔널 PWM 발생부(320), 불연속 PWM 발생부(330), 스위치(340), 인버터부(350), 셀렉터(360), 및 트랜스(370)를 포함한다.
컨벤셔널 PWM 발생부(320)는 정현파(Sinusoidal) 스위칭 방식 또는 대칭형(Symmetric) 스위칭 방식을 이용하여 연속적인 PWM 스위칭 신호를 발생한다.
여기서, 정현파 스위칭 방식이라 함은 기준 정현파와 비교 삼각파를 비교하여 인버터 내 스위치들의 스위칭 순간을 결정하는 방식을 의미한다. 그리고, 대칭형 스위칭 방식이라 함은 기준 정현파에서 변형 영상 성분 전압을 배제시킨 모듈레이션 전압을 비교 삼각파와 비교한 결과를 통해 인버터 내 스위치들의 스위칭 순간을 결정하는 방식을 의미한다.
불연속 PWM 발생부(330)는 최대 전류 스위칭(Maximum-current Switch-arm On) 방식, 최고 전류 스위칭(Highest-current Switch-arm On) 방식, 최저 전류 스위칭(Lowest-current Switch-arm On) 방식 중 어느 하나를 이용하여 불연속적인 PWM 스위칭 신호를 발생한다.
여기서, 최대 전류 스위칭 방식이라 함은 변형 영상 성분 전압을 통해 기준 정현파를 변조하여 생성된 모듈레이션 전압을 비교 삼각파와 비교한 결과를 통해 인버터 내 스위치들의 스위칭 순간을 결정하는 방식을 의미한다. 즉, 기준 정현파 대신, 변형 영상 성분 전압이 가산되거나 감산된 모듈레이션 전압을 이용한 변형 정현파 스위칭 방식이라 할 수 있다. 변형 영상 성분 전압이라 함은 기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온(On) 상태를 유지할 수 있도록 기준 정현파를 변조하는 전압이다. 즉, 최대 전류 스위칭 방식이라 함은 기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 제어하여, 스위치들의 스위칭수를 줄임으로써 스위칭으로 인한 전력의 손실을 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
최고 전류 스위칭 방식이라 함은 변형 영상 성분 전압을 통해 기준 정현파를 변조하여 생성된 모듈레이션 전압을 비교 삼각파와 비교한 결과를 통해 인버터 내 스위치들의 스위칭 순간을 결정하는 방식을 의미한다. 즉, 최대 전류 스위칭 방식과 마찬가지로, 기준 정현파 대신, 변형 영상 성분 전압이 가산되거나 감산된 모듈레이션 전압을 이용한 변형 정현파 스위칭 방식이라 할 수 있다. 최고 전류 스위칭 방식에서의 변형 영상 성분 전압은 기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 기준 정현파를 변조하는 전압이다. 최고 전류 스위칭 방식은 기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 제어하여, 스위치들의 스위칭수를 줄임으로써 스위칭으로 인한 전력의 손실을 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
최소 전류 스위칭 방식이라 함은 변형 영상 성분 전압을 통해 기준 정현파를 변조하여 생성된 모듈레이션 전압을 비교 삼각파와 비교한 결과를 통해 인버터 내 스위치들의 스위칭 순간을 결정하는 방식을 의미한다. 즉, 최대 전류 스위칭 방식이나 최고 전류 스위칭 방식과 마찬가지로 기준 정현파 대신, 변형 영상 성분 전압이 가산되거나 감산된 모듈레이션 전압을 이용한 변형 정현파 스위칭 방식이라 할 수 있다. 최소 전류 스위칭 방식에서의 변형 영상 성분 전압은 기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 기준 정현파를 변조하는 전압이다. 최소 전류 스위칭 방식은 기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 제어하여, 스위치들의 스위칭수를 줄임으로써 스위칭으로 인한 전력의 손실을 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
인버터부(350)는 에너지 저장부(310)로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환한다.
셀렉터(360)는 인버터부(350)에 설치된 방열판의 온도에 따라 스위치(340)를 동작시킨다. 여기서, 스위치(340)는 하드웨어적일 수도 있고, 소프트웨어적일 수도 있다.
트랜스(370)는 인버터부(350)로부터 출력되는 소정의 교류 전압을 변압하여 상용전원(grid)에 연결한다.
여기서, 방열판의 온도를 측정하는 온도센서가 인버터부(350)의 소정 위치에 배치된다는 것은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 온도 제어 흐름도이다.
방열판의 온도(TPEBB)를 검출하고, 인버터부의 입력전력(Pin)을 계산하며(S410), 인버터부의 입력전력(Pin)이 정격전력의 80% 이하이거나, 방열판의 온도(TPEBB)가 섭씨 85도 이하이면(S420), 셀렉터(360)는 컨벤셔널 PWM 발생부(320)를 선택하여 컨벤셔널 PWM 스위칭 방식을 유지한다(S430). 한편, 인버터부(350)의 입력전력(Pin)이 정격전력의 80% 초과이고, 방열판의 온도(TPEBB)가 섭씨 85도 초과이면, 셀렉터(360)는 불연속 PWM 발생부(330)를 선택하여 불연속 PWM 스위칭 방식으로 전환한다(S440). 이때, 방열판의 온도(TPEBB)가 섭씨 75도 이하로 낮아지면(S450), 셀렉터(360)는 컨벤셔널 PWM 발생부(320)를 선택하여 컨벤셔널 PWM 스위칭 방식으로 전환한다.
한편, 본 발명에 따른 전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법은 방열판의 온도가 소정치를 초과할 수 있는 전력 변환 장치라면 에너지 저장 장치에 국한되지 않고 여하의 전력 변환 장치에도 적용 가능하다.
도 5는 공간 벡터 PWM 방식 중 하나인 정현파 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면으로, (a)는 a상, b상, c상의 기준 정현파와 비교 삼각파를, (b)는 a상 스위치의 온/오프를, (c)는 b상 스위치의 온/오프를, (d)는 c상 스위치의 온/오프를 각각 나타낸다.
도 6a는 공간 벡터 PWM 방식 중 하나인 대칭형 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면으로, (a)는 a상, b상, c상의 기준 정현파를, (b)는 변형 영상 성분 전압을, (c)는 (a)의 기준 정현파에서 (b)의 변형 영상 성분 전압이 감산된 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압을 각각 나타낸다. 또한, 도 6b에서 (a)는 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압과 비교 삼각파를, (b)는 a상 스위치의 온/오프를, (c)는 b상 스위치의 온/오프를, (d)는 c상 스위치의 온/오프를 각각 나타낸다.
도 6a를 참조하면, a상, b상, c상의 기준 정현파에서 변형 영상 성분 전압이 감산됨으로써 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압이 생성된다. 또한, 도 6b를 참조하면, a상, b상, c상의 모듈레이션 전압과 비교 삼각파의 비교를 통해 a상, b상, c상 스위치의 온/오프가 제어된다. 도 6b의 (b), (c), (d)를 참조하면, a상, b상, c상 스위치의 스위칭 신호가 대칭 구조를 가지고 있음을 알 수 있다.
도 7a는 불연속 PWM 방식 중 하나인 최대 전류 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면으로, 도 7a에서 (a)는 a상, b상, c상의 기준 정현파를, (b)는 변형 영상 성분 전압을, (c)는 (a)의 기준 정현파에 (b)의 변형 영상 성분 전압이 가산된 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압을 각각 나타낸다. 또한, 도 7b에서 (a)는 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압과 비교 삼각파를, (b)는 a상 스위치의 온/오프를, (c)는 b상 스위치의 온/오프를, (d)는 c상 스위치의 온/오프를 각각 나타낸다.
먼저, 도 7a를 참조하면, a상, b상, c상의 기준 정현파에 변형 영상 성분 전압이 더해짐으로써 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압이 생성된다. 또한, 도 7b를 참조하면, a상, b상, c상의 모듈레이션 전압과 비교 삼각파의 비교를 통해 a상, b상, c상 스위치의 온/오프가 제어된다. 도 7b의 (b), (c), (d)를 참조하면, a상, b상, c상 스위치가 일정 기간 동안 온 상태를 유지하거나, 오프 상태를 유지하는 것을 알 수 있다.
최대 전류 스위칭 방식에서의 변형 영상 성분 전압은 펄스 폭 변조 변환 스위치 중 기준 정현파 전압 절대값의 크기가 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 기준 정현파를 변조하는 전압이다.
도 8a는 불연속 PWM 방식 중 하나인 최고 전류 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면으로, 도 8a에서 (a)는 a상, b상, c상의 기준 정현파를, (b)는 변형 영상 성분 전압을, (c)는 (a)의 기준 정현파에 (b)의 변형 영상 성분 전압이 가산된 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압을 각각 나타낸다. 또한, 도 8b에서 (a)는 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압과 비교 삼각파를, (b)는 a상 스위치의 온/오프를, (c)는 b상 스위치의 온/오프를, (d)는 c상 스위치의 온/오프를 각각 나타낸다.
먼저, 도 8a를 참조하면, a상, b상, c상의 기준 정현파에 변형 영상 성분 전압이 가산됨으로써 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압이 생성된다. 또한, 도 8b를 참조하면, a상, b상, c상의 모듈레이션 전압과 비교 삼각파의 비교를 통해 a상, b상, c상 스위치의 온/오프가 제어된다. 도 8b의 (b), (c), (d)를 참조하면, a상, b상, c상 스위치가 일정 기간 동안 온 상태를 유지하거나, 오프 상태를 유지하는 것을 알 수 있다.
최고 전류 스위칭 방식에서의 변형 영상 성분 전압은 펄스 폭 변조 변환 스위치 중 기준 정현파 전압의 크기가 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 기준 정현파를 변조하는 전압이다.
도 9a는 불연속 PWM 방식 중 하나인 최소 전류 스위칭 방식에 의한 스위칭 특성을 도시한 도면으로, 도 9a에서 (a)는 a상, b상, c상의 기준 정현파를, (b)는 변형 영상 성분 전압을, (c)는 (a)의 기준 정현파에서 (b)의 변형 영상 성분 전압이 감산된 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압을 각각 나타낸다. 또한, 도 9b에서 (a)는 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압과 비교 삼각파를, (b)는 a상 스위치의 온/오프를, (c)는 b상 스위치의 온/오프를, (d)는 c상 스위치의 온/오프를 각각 나타낸다.
먼저, 도 9a를 참조하면, a상, b상, c상의 기준 정현파에서 변형 영상 성분 전압이 감산됨으로써 a상, b상, c상의 모듈레이션 전압이 생성된다. 또한, 도 9b를 참조하면, a상, b상, c상의 모듈레이션 전압과 비교 삼각파의 비교를 통해 a상, b상, c상 스위치의 온/오프가 제어된다. 도 9b의 (b), (c), (d)를 참조하면, a상, b상, c상 스위치가 일정 기간 동안 온 상태를 유지하거나, 오프 상태를 유지하는 것을 알 수 있다.
최저 전류 스위칭 방식에서의 변형 영상 성분 전압은 펄스 폭 변조 변환 스위치 중 기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 기준 정현파를 변조하는 전압이다.
310: 에너지 저장부
320: 컨벤셔널 PWM 발생부
330: 불연속 PWM 발생부
340: 스위치
350: 인버터부
360: 셀렉터
370: 트랜스

Claims (10)

  1. 에너지 저장부; 상기 에너지 저장부로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 비교 삼각파 전압을 이용하여 연속적인 PWM 신호를 출력하는 컨벤셔널 PWM 발생부; 입력되는 기준 정현파 전압이 소정 조건을 만족하면 상기 기준 정현파 전압에 대응하는 상기 인버터 내 해당 스위치가 온 상태를 유지하도록 PWM 신호를 출력하는 불연속 PWM 발생부; 및 상기 인버터에 설치된 방열판의 온도에 따라 상기 컨벤셔널 PWM 발생부 또는 불연속 PWM 발생부 중 어느 하나를 선택하는 셀렉터를 포함하고,
    상기 불연속 PWM 발생부는,
    기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최대 전류 스위칭 발생부;
    기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최고 전류 스위칭 발생부; 및
    기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최소 전류 스위칭 발생부
    중 어느 하나를 포함하는 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨벤셔널 PWM 발생부는,
    기준 정현파 전압과 비교 삼각파 전압을 비교하여 스위칭 신호를 발생하는 정현파 스위칭 발생부; 또는
    기준 정현파 전압에서 변형 영상 성분 전압을 배제시킨 모듈레이션 전압을 비교 삼각파 전압과 비교하여 스위칭 신호를 발생하는 대칭형 스위칭 발생부
    를 포함하는 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 에너지 저장 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 방열판의 온도(TPEBB)를 검출하고, 상기 인버터의 입력전력(Pin)을 계산하며(S410), 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 소정 비율 이하이거나, 방열판의 온도(TPEBB)가 제1 온도 이하이면(S420), 상기 셀렉터는 컨벤셔널 PWM 발생부를 선택하고(S430), 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 상기 소정 비율을 초과하고, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 상기 제1 온도를 초과하면, 상기 셀렉터는 상기 불연속 PWM 발생부를 선택하는 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 에너지 저장 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열판의 온도(TPEBB)가 제2 온도 이하로 낮아지면, 상기 셀렉터는 상기 컨벤셔널 PWM 발생부를 선택하는 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 에너지 저장 장치.
  6. 인버터의 방열 능력을 극대화하기 위한 스위칭 방법에 있어서, 상기 인버터 내 스위칭소자들이 배열되는 방열판의 온도(TPEBB)를 검출하고, 상기 인버터의 입력전력(Pin)을 계산하는 제1 단계; 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 소정 비율 이하이거나, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 제1 온도 이하이면, 상기 인버터 내 스위칭소자들에 대하여 연속적인 PWM 스위칭 신호를 인가하는 제2 단계; 및 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 상기 소정 비율을 초과하고, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 상기 제1 온도를 초과하면, 상기 인버터 내 스위칭소자들에 대하여 불연속적인 PWM 스위칭 신호를 인가하는 제3 단계를 포함하고,
    상기 불연속적인 PWM 스위칭 신호는,
    기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최대 전류 스위칭 신호;
    기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최고 전류 스위칭 신호; 및
    기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최소 전류 스위칭 신호중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인버터의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 단계의 수행 중에, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 제2 온도 이하로 낮아지면, 상기 인버터 내 스위칭소자들에 대하여 연속적인 PWM 스위칭 신호를 인가하는 인버터의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법.
  8. 직류 전압을 출력하는 에너지원; 상기 에너지원으로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 비교 삼각파 전압을 이용하여 연속적인 PWM 신호를 출력하는 컨벤셔널 PWM 발생부; 및 입력되는 기준 정현파 전압이 소정 조건을 만족하면 상기 기준 정현파 전압에 대응하는 상기 인버터 내 해당 스위치가 온 상태를 유지하도록 PWM 신호를 출력하는 불연속 PWM 발생부를 포함하고, 셀렉터는 상기 인버터에 설치된 방열판의 온도에 따라 상기 컨벤셔널 PWM 발생부 또는 불연속 PWM 발생부 중 어느 하나를 선택하여 PWM 스위칭 패턴을 달리하는 것을 특징으로 하고,
    상기 불연속 PWM 발생부는,
    기준 정현파 전압의 절대값이 최대인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최대 전류 스위칭 발생부;
    기준 정현파 전압이 최고인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최고 전류 스위칭 발생부; 및
    기준 정현파 전압이 최저인 스위치가 온 상태를 유지할 수 있도록 스위칭 신호를 발생하는 최소 전류 스위칭 발생부
    중 어느 하나를 포함하는 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 전력 변환 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방열판의 온도(TPEBB)를 검출하고, 상기 인버터의 입력전력(Pin)을 계산하며(S410), 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 소정 비율 이하이거나, 방열판의 온도(TPEBB)가 제1 온도 이하이면(S420), 상기 셀렉터는 상기 컨벤셔널 PWM 발생부를 선택하고(S430), 상기 인버터의 입력전력(Pin)이 정격전력의 상기 소정 비율을 초과하고, 상기 방열판의 온도(TPEBB)가 상기 제1 온도를 초과하면, 상기 셀렉터는 상기 불연속 PWM 발생부를 선택하는 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 전력 변환 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방열판의 온도(TPEBB)가 제2 온도 이하로 낮아지면, 상기 셀렉터는 상기 컨벤셔널 PWM 발생부를 선택하는 인버터의 방열 능력을 극대화할 수 있는 전력 변환 장치.
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