KR101505556B1 - High Voltage T-type inverter - Google Patents

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KR101505556B1
KR101505556B1 KR1020130124291A KR20130124291A KR101505556B1 KR 101505556 B1 KR101505556 B1 KR 101505556B1 KR 1020130124291 A KR1020130124291 A KR 1020130124291A KR 20130124291 A KR20130124291 A KR 20130124291A KR 101505556 B1 KR101505556 B1 KR 101505556B1
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KR
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bidirectional switching
switching element
voltage
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switching
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KR1020130124291A
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Inventor
정현삼
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삼성중공업 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Abstract

Disclosed is a high voltage T-type inverter. The high voltage T-type inverter converts DC into AC in the rear end of a DC link terminal to which a top capacitor and a bottom capacitor are serially connected. The high voltage T-type inverter includes first and second top bidirectional switching elements which are serially connected between the uppermost level and an output terminal, first and second bottom bidirectional switching elements which are serially connected between the lowermost level and the output terminal, and first and second neutral point bidirectional switching elements which are serially connected between the output terminal and a neutral point at which the top capacitor and the bottom capacitor meet.

Description

고전압용 T타입 인버터{High Voltage T-type inverter}[0001] The present invention relates to a high voltage T-type inverter,

본 발명은 고전압용 T타입 인버터에 관한 것이다. The present invention relates to a high voltage T-type inverter.

신재생에너지(New Renewable Energy)는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로서, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 한다. New Renewable Energy is the energy that transforms existing fossil fuels or converts renewable energy including sunlight, water, geothermal, bio-organisms, etc., and uses it as a future energy source for sustainable energy supply system. As its characteristics.

유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 인해 그 중요성이 커지고 있으며, 한국에서는 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지의 재생에너지 분야와, 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지의 신에너지 분야가 신재생에너지로 지정되어 있다. The importance of renewable energies in solar energy, photovoltaic power generation, biomass, wind power, small hydro power, geothermal energy, marine energy, waste energy, and fuel cells, Coal liquefied gasification and hydrogen energy are designated as renewable energy.

신재생에너지 발전시스템은 전력변환장치(Power Converter)를 필요로 한다. 전력변환장치는 신재생에너지원의 가변적인 환경 조건(예를 들어, 풍속, 유속 등)에 기인하는 가변 전압, 가변 주파수 특성을 가지는 저품질의 1차 에너지를 전력 계통으로 연계하기 위해 정전압, 정주파수 특성을 가지는 고품질의 2차 에너지로 정제하기 위한 장치이다.Renewable energy generation systems require power converters. The power conversion device is a constant-voltage, constant-frequency (AC / DC) power source in order to link low-quality primary energy having a variable voltage and variable frequency characteristics to a power system due to variable environmental conditions of a renewable energy source (for example, And is a device for purifying high-quality secondary energy having high-quality characteristics.

이러한 전력변환장치는 발전기측 컨버터, 직류링크단, 계통측 컨버터로 이루어져 가변적인 교류를 직류로 변환한 후 다시 계통에 적합한 교류로 변환하게 되는데, 고전압에서 이용 가능한 전력변환장치가 필요한 실정이다. Such a power converter is composed of a generator-side converter, a DC link stage, and a system-side converter, which converts a variable AC into a DC and then converts the AC into an AC suitable for the system.

본 발명은 양방향 스위치 소자를 고전압에서 사용 가능하면서도 스위칭 손실을 줄일 수 있는 고전압용 T타입 인버터를 제공하기 위한 것이다. The present invention provides a high-voltage T-type inverter capable of reducing a switching loss while allowing a bidirectional switch element to be used at a high voltage.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상단 커패시터와 하단 커패시터가 직렬 연결된 직류링크단의 후단에 직류를 교류로 변환하는 고전압용 T타입 인버터로서, 최상단 레벨과 출력 단자 사이에 직렬 연결된 제1 및 제2 상단 양방향 스위칭 소자; 최하단 레벨과 상기 출력 단자 사이에 직렬 연결된 제1 및 제2 하단 앙?항 스위칭 소자; 및 상기 상단 커패시터와 상기 하단 커패시터가 만나는 중성점과 상기 출력 단자 사이에 직렬 연결된 제1 및 제2 중성점 양방향 스위칭 소자를 포함하는 고전압용 T타입 인버터가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high voltage T-type inverter for converting a direct current into an AC at a rear end of a DC link end connected in series with an upper capacitor and a lower capacitor, Bidirectional switching elements; First and second lower-level switching elements connected in series between a lowermost level and the output terminal; And first and second neutral point bidirectional switching elements connected in series between the output terminal and a neutral point at which the upper capacitor and the lower capacitor meet.

상기 최상단 레벨의 전압이 상기 제1 상단 양방향 스위칭 소자와 상기 제2 상단 양방향 스위칭 소자에 분배될 수 있다.The voltage of the uppermost level may be distributed to the first upper bidirectional switching device and the second upper bidirectional switching device.

상기 최하단 레벨의 전압이 상기 제1 하단 양방향 스위칭 소자와 상기 제2 하단 양방향 스위칭 소자에 분배될 수 있다.And the voltage of the lowest level may be distributed to the first lower-end bidirectional switching device and the second lower-end bidirectional switching device.

상기 제1 상단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 상단 양방향 스위칭 소자, 상기 제1 하단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 하단 양방향 스위칭 소자, 상기 제1 중성점 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 중성점 양방향 스위칭 소자는 각각 공통 이미터 구조를 가질 수 있다. Wherein the first upper bidirectional switching element and the second upper bidirectional switching element, the first lower-end bidirectional switching element, the second lower-end bidirectional switching element, the first neutral-point bidirectional switching element and the second neutral- Emitter structure.

스위칭 상태 변경 시, 상기 제1 상단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 상단 양방향 스위칭 소자 중 하나와 상기 제1 하단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 하단 양방향 스위칭 소자 중 하나는 제로 전류 스위칭 동작할 수 있다. When the switching state changes, one of the first upper bidirectional switching element and the second upper bidirectional switching element and one of the first lower-end bidirectional switching element and the second lower-end bidirectional switching element can perform a zero current switching operation.

상기 제1 상단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 상단 양방향 스위칭 소자, 상기 제1 하단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 하단 양방향 스위칭 소자, 상기 제1 중성점 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 중성점 양방향 스위칭 소자는 전력 반도체 소자(IGBT)일 수 있다. Wherein the first upper bidirectional switching element and the second upper bidirectional switching element, the first lower-end bidirectional switching element and the second lower-end bidirectional switching element, the first neutral-point bidirectional switching element and the second neutral- Device (IGBT).

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 양방향 스위치 소자를 이용하여 고전압에서 사용 가능하면서도 스위칭 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to use the bidirectional switch element at a high voltage and reduce the switching loss.

도 1은 계통측 컨버터로 이용되고 있는 기본적인 T타입 인버터의 회로도,
도 2는 NPP 인버터의 회로도,
도 3은 NPP 인버터의 스위칭 상태를 나타낸 표,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압용 T타입 인버터의 회로도. 1 is a circuit diagram of a basic T-type inverter used as a system side converter,
2 is a circuit diagram of an NPP inverter,
3 is a table showing switching states of NPP inverters,
4 is a circuit diagram of a high voltage type T-type inverter according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1에는 계통측 컨버터로 이용되고 있는 기본적인 T타입 인버터의 회로도가 도시되어 있다. Fig. 1 shows a circuit diagram of a basic T-type inverter used as a system side converter.

도 1을 참조하면, 기본 T타입 인버터(100)는 3레벨 인버터로서, 각 상(phase)마다 4개의 전력 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)를 포함하고 있다. Referring to FIG. 1, a basic T-type inverter 100 is a three-level inverter including four power switching elements S1, S2, S3, and S4 for each phase.

중성점(NP)을 0V로 가정할 때, 하나의 레그(leg)를 중심으로 그 동작을 설명하면, 스위칭 소자 S1이 턴온되면 Vdc/2가 출력되고, 스위칭 소자 S2가 턴온되면 -Vdc/2가 출력되며, 양방향 스위칭 소자 S2, S3이 턴온되면 0이 출력된다. When the switching element S1 is turned on, Vdc / 2 is output. When the switching element S2 is turned on, -Vdc / 2 is turned off when the switching element S1 is turned on, assuming that the neutral point NP is 0V. And when the bi-directional switching elements S2 and S3 are turned on, 0 is output.

즉, 중성단 전압을 출력할 경우에는 양방향 스위칭 소자 S2, S3를 통해 도통되며, 최상단 혹은 최하단을 사용할 때는 스위칭 소자 S1 혹은 S2만이 도통되게 된다. That is, when outputting a neutral terminal voltage, it is conducted through bidirectional switching elements S2 and S3, and when the uppermost terminal or the lowermost terminal is used, only the switching element S1 or S2 is turned on.

이 경우 최상단 혹은 최하단을 사용하고자 할 때에 하나의 스위칭 소자만이 도통되므로, 최상단 혹은 최하단에 걸릴 수 있는 전압의 크기는 스위칭 소자를 구성하는 트랜지스터 및 다이오드의 용량에 제한을 받게 되어, 고전압에서는 사용이 어려운 문제점이 있다. In this case, since only one switching element is turned on when the uppermost or lowermost end is to be used, the magnitude of the voltage that can be applied to the uppermost or lowermost end is limited by the capacitance of the transistor and the diode constituting the switching element. There is a difficult problem.

이를 해결하기 위해 변형된 T타입 인버터가 NPP(Neutral Point Piloted) 인버터이다. To solve this problem, a modified T-type inverter is a NPP (Neutral Point Piloted) inverter.

도 2에는 NPP 인버터의 회로도가 도시되어 있고, 도 3에는 NPP 인버터의 스위칭 상태가 표로 도시되어 있다. FIG. 2 shows a circuit diagram of an NPP inverter, and FIG. 3 shows a switching state of NPP inverters in a table.

도 2를 참조하면, NPP 인버터 역시 3레벨 인터버로서, 각 상마다 6개의 전력 스위칭 소자(S11, S12, S13, S14, S15, S16)를 포함하고 있다. Referring to FIG. 2, the NPP inverter is also a three-level inverter, and includes six power switching elements S11, S12, S13, S14, S15 and S16 for each phase.

중성점(NP)을 0V로 가정할 때, 하나의 레그를 중심으로 그 동작을 설명하면, 스위칭 소자 S11 및 S12가 턴온되면 Vdc/2가 출력되고, 스위칭 소자 S13 및 S14가 턴온되면 -Vdc/2가 출력되며, 양방향 스위칭 소자 S15 및 S16이 턴온되면 0이 출력된다. When the switching elements S11 and S12 are turned on, Vdc / 2 is output. When the switching elements S13 and S14 are turned on, -Vdc / 2 When the bidirectional switching elements S15 and S16 are turned on, 0 is output.

즉, 도 3에서 State "+"인 경우가 Vdc/2가 출력되는 경우로서 스위칭 소자 S11, S12, S15가 턴온됨을 나타내고 있고, State "0"인 경우가 0이 출력되는 경우로서 스위칭 소자 S15, S16이 턴온됨을 나타내고 있으며, State "-"인 경우가 -Vdc/2가 출력되는 경우로서 스위칭 소자 S13, S14, S16이 턴온됨을 나타내고 있다. 도 3에서 0은 턴오프를, 1은 턴온을 의미한다. 3 shows that the switching elements S11, S12 and S15 are turned on when Vdc / 2 is outputted, and when the state of "0" is 0, the switching elements S15, S16 indicates that the switching elements S13, S14, and S16 are turned on, and the state "-" indicates that the switching elements S13, S14, and S16 are turned on when -Vdc / 2 is output. In Fig. 3, 0 means turn-off and 1 means turn-on.

이 때 최상단의 경우 스위칭 소자 S11 및 S12가 동시에 스위칭되어 최상단 직류단 전압 전체가 하나의 스위칭 소자에 인가되지 않고, 두 스위칭 소자에 분배되어 1/2씩 인가된다. 또한, 최하단의 경우에도 스위칭 소자 S13 및 S14가 동시에 스위칭되어 최하단 직류단 전압 전체가 하나의 스위칭 소자에 인가되지 않고, 두 스위칭 소자에 분배되어 1/2씩 인가된다. At this time, the switching elements S11 and S12 are simultaneously switched at the uppermost stage, so that the uppermost DC voltage is not applied to one switching element, but is distributed to the two switching elements and applied in a half. Also, even in the case of the lowermost stage, the switching elements S13 and S14 are switched at the same time, so that the lowermost DC short-circuit voltage is not applied to one switching element, but is distributed to the two switching elements and applied in half.

이로 인해 NPP 인버터(200)의 경우 스위칭 소자의 용량의 2배에 해당하는 전압 제어가 가능하게 된다. Therefore, the voltage control corresponding to twice the capacity of the switching element in the NPP inverter 200 becomes possible.

따라서, NPP 인버터(200)를 이용하면 도 1에 도시된 기존 T타입 인버터에 비해 2배 이상의 고전압에 대해서도 전력 변환이 가능하게 된다. Accordingly, when NPP inverter 200 is used, power conversion can be performed for a high voltage more than twice as high as that of the conventional T-type inverter shown in FIG.

하지만, NPP 인버터의 경우에도 최상단 혹은 최하단의 전압을 사용하고자 할 때에 두 개의 스위칭 소자를 동시에 온/오프해야 하기 때문에 그 제어가 어려우며, 스위칭 소자의 수가 2배이어서 같은 동작 상황이라면 T타입 인버터보다 2배의 스위칭 손실이 발생하게 되는 문제점이 있다. However, even in case of the NPP inverter, it is difficult to control the two switches at the same time when the uppermost or lowermost voltage is to be used, so that the number of switching elements is doubled. There is a problem in that a switching loss of the power source occurs.

예를 들어, State "+"에서는 스위칭 소자 S11, S12가 동시에 턴온되어 있다. 이 때 스위칭 상태가 State "0"으로 바뀌게 되면, 스위칭 소자 S11, S12는 동시에 턴오프되어야 하고, 스위칭 손실이 스위칭 소자 S11, S12에서 동시에 발생하게 되기 때문이다. For example, in the state "+ ", the switching elements S11 and S12 are simultaneously turned on. At this time, when the switching state is changed to the state "0 ", the switching elements S11 and S12 must be turned off at the same time, and the switching loss occurs simultaneously in the switching elements S11 and S12.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압용 T타입 인버터의 회로도이다. 3 is a circuit diagram of a high-voltage T-type inverter according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 고전압용 T타입 인버터(300)는 3상으로 이루어져 있으며, 3레벨인 경우가 예시되어 있다. Referring to FIG. 3, the high-voltage T-type inverter 300 has three phases and three levels are exemplified.

여기서, 고전압용 T타입 인버터(300)는 상단 커패시터(C1)와 하단 커패시터(C2)가 직렬 연결된 직류링크단의 후단에서 직류를 교류로 변환하는 전력 변환 장치이다. Here, the high-voltage T-type inverter 300 is a power conversion device for converting direct current into alternating current at the rear end of the DC link stage in which the upper capacitor C1 and the lower capacitor C2 are connected in series.

임의의 레그를 기준으로 살펴보면, 고전압용 T타입 인버터(300)는 각 상마다 6개의 스위칭 소자(S21, S22, S23, S24, S25, S26)를 포함한다. 여기서, 각 스위칭 소자는 전력 반도체 소자(IGBT, Insulated Gate Bipolar mode Transistor)일 수 있다. Referring to an arbitrary leg, the high-voltage T-type inverter 300 includes six switching elements S21, S22, S23, S24, S25, and S26 for each phase. Here, each switching device may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar mode Transistor).

중성점(NP)을 기준으로 할 때 최상단 레벨과 출력 단자(N21) 사이에는 상단 양방향 스위칭 소자 S21 및 S22가 직렬 연결되어 있고, 최하단 레벨과 출력 단자(N21) 사이에는 하단 양방향 스위칭 소자 S23 및 S24이 직렬 연결되어 있다. 여기서, 상단 양방향 스위칭 소자 S21 및 S22와, 하단 양방향 스위칭 소자 S23 및 S24는 공통 이미터 구조를 가지고 있을 수 있다. The upper bidirectional switching devices S21 and S22 are connected in series between the uppermost level and the output terminal N21 and the lower bidirectional switching devices S23 and S24 are connected between the lowermost level and the output terminal N21, It is connected in series. Here, the upper bidirectional switching devices S21 and S22 and the lower bidirectional switching devices S23 and S24 may have a common emitter structure.

상단 양방향 스위칭 소자 중 하부에 위치하는 S22와 하단 양방향 스위칭 소자 중 상부에 위치하는 S23이 만나는 노드, 즉 출력 단자(N21)와 중성점(NP) 사이에는 중성점 양방향 스위칭 소자 S25 및 S26이 직렬 연결되어 있다. 여기서, 중성점(NP)은 직류링크단의 상단 커패시터(C1)와 하단 커패시터(C2)가 만나는 노드이며, 양방향 스위칭 소자 S25 및 S26은 공통 이미터 구조를 가지고 있을 수 있다. The neutral point bidirectional switching elements S25 and S26 are connected in series between the node S22 located at the lower one of the upper bidirectional switching elements and the node S23 located at the upper one of the lower bidirectional switching elements, that is, between the output node N21 and the neutral point NP . Here, the neutral point NP is a node where the upper capacitor C1 and the lower capacitor C2 of the DC link end meet, and the bidirectional switching devices S25 and S26 may have a common emitter structure.

본 실시예에 따른 고전압용 T타입 인버터(300)에서는 상단 양방향 스위칭 소자 S21 및 S22가 턴온되면 최상단 레벨에 해당하는 Vdc/2가 출력되고, 하단 양방향 스위칭 소자 S23 및 S24가 턴온되면 최하단 레벨에 해당하는 -Vdc/2가 출력되며, 양방향 스위칭 소자 S25 및 S26이 턴온되면 0가 출력된다. When the upper bidirectional switching devices S21 and S22 are turned on, Vdc / 2 corresponding to the uppermost level is outputted and when the lower bidirectional switching devices S23 and S24 are turned on, -Vdc / 2 is output. When the bidirectional switching elements S25 and S26 are turned on, 0 is output.

여기서, 상단 양방향 스위칭 소자 S21 및 S22가 턴온된 경우 Vdc/2 크기의 전압은 제1 상단 양방향 스위칭 소자 S21과 제2 상단 양방향 스위칭 소자 S22에 분배될 수 있다. 예를 들어, 제1 상단 양방향 스위칭 소자 S21에는 V1이 분배되고, 제2 상단 양방향 스위칭 소자 S22에는 V2가 분배될 수 있다. 이 경우 V1과 V2의 합이 Vdc/2가 될 것이다. Here, when the upper bidirectional switching devices S21 and S22 are turned on, a voltage of Vdc / 2 size can be distributed to the first upper bidirectional switching device S21 and the second upper bidirectional switching device S22. For example, V1 may be distributed to the first upper bidirectional switching element S21, and V2 may be distributed to the second upper bidirectional switching element S22. In this case, the sum of V1 and V2 will be Vdc / 2.

도 1에 도시된 기존 T타입 인버터의 경우에는 상단 스위칭 소자 S1에 분배된 V1이 Vdc/2가 되는 것과 비교하면, 동일한 스위칭 소자를 사용한 경우 최상단 레벨에 대해서 상단 다이오드 D1에 걸릴 수 있는 전압 한계치인 V2 만큼 높은 전압에 대해서도 전력 변환이 가능한 효과가 있다. In the case of the conventional T-type inverter shown in FIG. 1, as compared with the case where V1 distributed to the upper switching element S1 is Vdc / 2, when the same switching element is used, the voltage limit There is an effect that power conversion can be performed even for a voltage as high as V2.

이는 최하단 레벨에 대해서도 마찬가지이며, 이 경우 제2 하단 양방향 스위칭 소자 S24에 걸릴 수 있는 전압 한계치인 -V2 만큼 낮은 전압에 대해서도 전력 변환이 가능하게 된다. This also applies to the lowermost level. In this case, the power conversion is possible even for a voltage as low as -V2, which is the voltage limit value that can be caught by the second lower-end bidirectional switching device S24.

즉, 인버터 전체에 대해서는 양방향 스위칭 소자를 구성하는 스위칭 소자가 추가적으로 견딜 수 있는 전압의 합계, 즉 2V2 만큼 높은 전압에 대해서도 전력 변환이 가능하게 되어 발전기측에서 생산된 전압이 고전압인 경우에도 처리가 가능하게 된다. In other words, power conversion can be performed even for the voltage of 2V2, which is the sum of the voltages that the switching elements constituting the bidirectional switching element can additionally withstand, that is, the voltage generated by the generator side can be processed even at a high voltage .

또한, 도 2에 도시된 NPP 인버터(200)에서 최상단 레벨 혹은 최하단 레벨의 전압을 출력할 때 동시에 턴온 및 턴오프되는 2개의 스위칭 소자를 사용하는 것과 비교할 때, 최상단 레벨 혹은 최하단 레벨에서는 양방향 스위칭 소자를 사용하고 있어 스위칭 손실이 줄어드는 효과도 있다. In comparison with the use of two switching elements turned on and off at the same time when outputting the voltage at the uppermost level or the lowest level in the NPP inverter 200 shown in Fig. 2, at the uppermost level or the lowest level, And the switching loss is reduced.

이는 양방향 스위칭 소자의 경우 스위칭 상태가 변경될 때 어느 하나의 스위칭 소자는 제로 전류 스위칭(ZCS, Zero Current Switching)이 가능하여 다른 하나의 스위칭 소자에서만 스위칭 손실이 발생하기 때문이며, 이로 인해 도 2에 도시된 NPP 인버터(200)에서와 같이 2개의 스위칭 소자가 동시에 턴온 혹은 턴오프되지 않아 스위칭 손실이 반절이 된다. This is because, when the switching state of the bidirectional switching device is changed, one of the switching devices can perform ZCS (Zero Current Switching), and switching loss occurs only in the other switching device. The switching loss is halved because the two switching elements are not turned on or off at the same time as in the NPP inverter 200. [

예를 들어, 전류의 방향이 양(+)인 경우 제1 상단 양방향 스위칭 소자 S21가 전체 스위칭 상태를 결정한다. 이 경우 스위칭 상태가 "+"에서 "0"으로 변경되는 경우 제2 상단 양방향 스위칭 소자 S22는 제로 전류 스위칭이 가능하고 제1 상단 양방향 스위칭 소자 S21에서만 스위칭 손실이 발생하여 전체 스위칭 손실이 NPP 인버터(200)에 비해 1/2이 되는 것이다. For example, when the direction of the current is positive, the first upper bidirectional switching device S21 determines the entire switching state. In this case, when the switching state changes from "+" to "0 ", the second upper bidirectional switching device S22 is enabled to perform zero current switching and a switching loss occurs only in the first upper bidirectional switching device S21, 200).

또한, NPP 인버터(200)에서는 2개의 스위칭 소자를 동시에 스위칭해야 하기 때문에 그 제어가 복잡하고 어려운 반면, 본 실시예에 따를 경우 간단한 제어만으로도 스위칭이 가능한 효과가 있다. In addition, the NPP inverter 200 requires two switching elements to be switched at the same time, so that the control is complicated and difficult. On the other hand, according to the present embodiment, switching can be effected by simple control only.

또한, 본 실시예에서는 스위칭 소자가 전력 반도체 소자(IGBT)인 경우를 가정하여 설명하였지만, 이외에도 스위칭 가능한 반도체 소자(BJT, MOSFET 등)가 사용될 수도 있을 것이다. In the present embodiment, the case where the switching device is a power semiconductor device (IGBT) is assumed, but a switchable semiconductor device (BJT, MOSFET, etc.) may be used.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

100: 기본 T타입 인버터 200: NPP 인버터
300: 고전압용 T타입 인버터
S1, S2, S11, S12, S13, S14, S21, S22: 스위칭 소자
S3, S4, S15, S16, S21, S22, S23, S24, S25, S26: 양방향 스위칭 소자100: Basic T type inverter 200: NPP inverter
300: T-type inverter for high voltage
S1, S2, S11, S12, S13, S14, S21, S22:
S3, S4, S15, S16, S21, S22, S23, S24, S25, S26:

Claims (6)

상단 커패시터와 하단 커패시터가 직렬 연결된 직류링크단의 후단에 직류를 교류로 변환하는 고전압용 T타입 인버터로서,
최상단 레벨과 출력 단자 사이에 직렬 연결된 제1 및 제2 상단 양방향 스위칭 소자;
최하단 레벨과 상기 출력 단자 사이에 직렬 연결된 제1 및 제2 하단 양방향 스위칭 소자; 및
상기 상단 커패시터와 상기 하단 커패시터가 만나는 중성점과 상기 출력 단자 사이에 직렬 연결된 제1 및 제2 중성점 양방향 스위칭 소자를 포함하되,
상기 최상단 레벨의 전압 범위는 상기 제1 상단 양방향 스위칭 소자가 견딜 수 있는 전압 및 상기 제2 상단 양방향 스위칭 소자가 견딜 수 있는 전압의 합계까지이고,
상기 최하단 레벨의 전압 범위는 상기 제1 하단 양방향 스위칭 소자가 견딜 수 있는 전압 및 상기 제2 하단 양방향 스위칭 소자가 견딜 수 있는 전압의 합계까지이며,
상기 제1 상단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 상단 양방향 스위칭 소자, 상기 제1 하단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 하단 양방향 스위칭 소자, 상기 제1 중성점 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 중성점 양방향 스위칭 소자는 각각 공통 이미터 구조를 가지는 고전압용 T타입 인버터.A high-voltage T-type inverter for converting a direct current into an AC at a rear end of a DC link end connected in series with an upper capacitor and a lower capacitor,
First and second upper bidirectional switching elements connected in series between a top level and an output terminal;
First and second lower-stage bidirectional switching elements connected in series between a lowermost level and the output terminal; And
And first and second neutral point bidirectional switching elements connected in series between the output terminal and a neutral point where the upper capacitor and the lower capacitor meet,
Wherein the voltage range of the uppermost level is up to a sum of a voltage the first upper bidirectional switching device can withstand and a voltage the second upper bidirectional switching device can withstand,
The voltage range of the lowermost level is up to the sum of the voltage that the first lower-end bidirectional switching device can withstand and the voltage that the second lower-order bidirectional switching device can withstand,
Wherein the first upper bidirectional switching element and the second upper bidirectional switching element, the first lower-end bidirectional switching element, the second lower-end bidirectional switching element, the first neutral-point bidirectional switching element and the second neutral- T type inverter for high voltage with emitter structure. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
스위칭 상태 변경 시,
상기 제1 상단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 상단 양방향 스위칭 소자 중 하나와 상기 제1 하단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 하단 양방향 스위칭 소자 중 하나는 제로 전류 스위칭 동작하는 고전압용 T타입 인버터. The method according to claim 1,
Upon switching state change,
One of the first upper bidirectional switching element and the second upper bidirectional switching element and one of the first lower-end bidirectional switching element and the second lower-end bidirectional switching element performs a zero-current switching operation. 제1항에 있어서,
상기 제1 상단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 상단 양방향 스위칭 소자, 상기 제1 하단 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 하단 양방향 스위칭 소자, 상기 제1 중성점 양방향 스위칭 소자 및 상기 제2 중성점 양방향 스위칭 소자는 전력 반도체 소자(IGBT)인 고전압용 T타입 인버터. The method according to claim 1,
Wherein the first upper bidirectional switching element and the second upper bidirectional switching element, the first lower-end bidirectional switching element and the second lower-end bidirectional switching element, the first neutral-point bidirectional switching element and the second neutral- T type inverter for high voltage device (IGBT).
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