KR101514803B1 - Single-Phase Voltage Source SPWM inverter System used Renewable energy in Grid-Connected Distributed Power System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3[KW] 주택용 태양광발전설비에 이용되는 계통연계형 인버터에 소프트 제어방식을 적용하여 기존 하드 제어방식의 인버터보다 효율증가 및 전고조파 왜율(Total Harmonic Distortion: THD)과 소음을 감소시키며 스위칭 소자간에 합선을 방지하도록 한 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a single-phase voltage-type SPWM inverter system used in a grid-connected distributed power source, and more particularly, to a grid-connected inverters used in a solar power generating system of 3 [KW] Phase voltage-controlled SPWM inverter system used in a renewable energy grid-connected distributed power supply that increases efficiency and reduces total harmonic distortion (THD) and noise compared to an inverter of the conventional type, and prevents a short circuit between the switching elements.
최근 급속한 산업화와 생활환경 개선으로 에너지 소비량은 크게 증가하고 있으며, 전기 에너지의 활용은 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 태양광 발전, 연료 전지, 풍력발전 등의 신재생에너지 전원 시스템과 마이크로 가스 터빈 등의 열병합발전에너지 전원 시스템도 기존의 전력망과 함께 통합 시스템으로서 효율적으로 이용되어지고 있다.Recently, rapid industrialization and improvement of living environment have led to a significant increase in energy consumption, and the utilization of electric energy has become very important. Renewable energy power system such as photovoltaic power generation, fuel cell, wind power generation, and cogeneration power generation system such as micro gas turbine are being efficiently used as an integrated system together with the existing power grid.
신재생에너지 전원 시스템과 열병합발전에너지 전원 시스템을 직접 전기 에너지로 변환하는 고효율 반도체 전력 변환장치의 연구개발은, 산업을 비롯해 새로운 에너지 인터페이스, 전력계통, 전기철도, 자동차, 정보통신, 의료복지, 우주항공, 해양선박, 가전제품 등의 전기 에너지 응용 분야도 활발하게 이루어지고 있다. 특히 공동 주택과 고층빌딩, 공장 등의 그룹 단위로 전력을 생산하여 잉여 전력을 전력회사에 판매하는 소규모 계통연계 분산형 전원 시스템과 폐열로 발전해서 나오는 열에너지를 온수 시스템과 냉ㆍ난방 시스템 등에 이용하는 계통연계 열병합 발전시스템 등의 개발이 이루어지고 있다. 따라서 지구 에너지 자원의 고갈화와 지구환경 문제의 관점에서 이러한 시스템 기술은 매우 중요한 역할을 한다고 할 수 있다.The research and development of high efficiency semiconductor power conversion system that converts renewable energy power system and cogeneration power energy power system directly into electric energy has been carried out in various fields such as industry, new energy interface, power system, electric railway, automobile, Electric energy applications such as aviation, marine vessels, and household appliances are also being actively carried out. Especially, small scale grid-connected distributed power system that generates electricity in group units such as apartment buildings, high-rise buildings, and factories and sells surplus electric power to electric power companies, and a system that uses thermal energy generated by waste heat generation in hot water systems and cooling and heating systems Linked cogeneration power generation systems are being developed. Therefore, this system technology plays a very important role in terms of depletion of global energy resources and global environmental problems.
또한, 가청 주파수대 이상의 주파수에서 동작이 가능한 전력용 반도체 소자(파워 반도체 디바이스)를 가진 고주파 스위칭 전력변환장치의 개발은, 최근 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 제어를 할 파워 디바이스로서 MOSFET(MOS Field Effect Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor), MCT(MOS Controlled Thyristor), HiGT(High Conductivity IGBT)과 MOS계 파워 디바이스를 주체로 하여 기기의 고성능화, 저소음화, 그리고 높은 전력 밀도화에 의한 소형ㆍ경량화, 고효율화, 새로운 고성능의 내실을 위해 필수적이다. 이 외에도, GTO(Gate Turn-Off) 사이리스터의 개량형이라고도 할 수 있는 통합 게이트 정류 사이리스터(Integrated Gate Commutated Thyristor: IGCT), SI 전원 장치로 SIT(Static Induction Transistor)와 SITH 같은 파워 디바이스의 기술은 향상되어지고 있다. 또한, 반도체 전력변환 시스템의 기능면에서 마이크로프로세서 및 주변 기기의 고속화, 저렴화에 의해 제어계의 DDC(Direct Digital Control)화와 고성능화가 이루어져 산업 분야는 물론 전력 시스템 분야, 정보통신 시스템 분야, 우주항공 시스템 분야, 가전 시스템 분야에서 적용되어지고 있다. 그러나 과도 스위칭시에 발생되는 스위칭 전력 손실 및 전자 노이즈에 관한 문제점은 아직 많은 연구가 필요하다.Further, development of a high-frequency switching power converter having a power semiconductor device (power semiconductor device) capable of operating at a frequency higher than the audible frequency band has recently been developed as a MOSFET device (MOS Field Effect Transistor) as a power device for MOS (Metal Oxide Semiconductor) Or high power IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), IEGT (Injection Enhanced Gate Transistor), MCT (MOS Controlled Thyristor), HiGT (High Conductivity IGBT) It is essential for miniaturization and weight reduction by high temperature, high efficiency and new high performance. In addition, integrated gate commutated thyristors (IGCTs), which are the improved type of GTO (Gate Turn-Off) thyristors, and power devices such as SIT (Static Induction Transistor) and SITH ought. In addition, in terms of the function of the semiconductor power conversion system, the high speed and low cost of the microprocessor and the peripheral devices make the DDC (Direct Digital Control) of the control system and the high performance, and the power system, the information communication system, Field, and household appliance system. However, the problem of switching power loss and electromagnetic noise generated in transient switching still needs much research.
그리고 기존의 펄스 변조에 의한 하드 스위칭 반도체 전력변환 시스템은, 스위칭시의 전압과 전류의 중첩에 의해 발생되는 스위칭 전력 손실의 증가와 보조 스너버 회로에서의 손실이나 전자 노이즈의 증가, 냉각 장치의 대형화 및 스위칭시 서지 전압과 전류에 의한 전자파 노이즈 레벨의 증가 등의 문제점이 남아있다. 그리고 반도체 전력변환장치의 고주파화로 의해 전도 노이즈(EMI ; Electro Magnetic Interference) 및 방사성 노이즈(RFI ; Radio Frequency Interference)의 증대, 누설 전류의 증가, 서지 전압과 전류로 인한 전력반도체장치의 정격 능력의 감소, AC 모터 고정자 권선의 전기적 절연 파괴에 대한 문제점도 발생한다.In addition, the conventional hard switching semiconductor power conversion system by pulse modulation has the advantages of an increase in switching power loss caused by superimposition of voltage and current during switching, an increase in loss and electron noise in the auxiliary snubber circuit, And an increase in electromagnetic noise level due to surge voltage and current during switching. In addition, due to the high frequency of the semiconductor power conversion device, an increase in EMI (Electro Magnetic Interference) and Radio Frequency Interference (RFI), an increase in leakage current, a reduction in the rated power capability of a power semiconductor device due to surge voltage and current , There is also a problem with electrical insulation breakdown of the AC motor stator winding.
따라서 반도체 전력변환장치의 온/오프 스위칭 과도상태를 효과적으로 개선하기 위해 소프트 액티브 LC 부분 공진 스너버 회로를 스위칭 과도전환시에서만 적용 가능한 소프트 스위칭 전력변환 회로 기술이 각광받고 있다.Therefore, in order to effectively improve the on / off switching transient state of the semiconductor power conversion device, a soft switching power conversion circuit technology that can be applied only when the soft active LC partial resonance snubber circuit is switched to the switching transient is attracting attention.
즉, 부분 공진 모드를 도입한 파워 반도체 디바이스의 전압 또는 전류를 제로(Zero) 상태에서 완만하게 변화시키는 것으로, 스위칭 과도전환시의 전압·전류의 중복 간섭을 최소화하고 스위칭시 전압 서지 및 전류 서지를 억제한 것이다. 부분 공진 모드에는 주로 단일 펄스 변조를 하는 DC-DC 컨버터 소프트 스위칭 방식과 달리 액티브 보조 공진 스너버 회로 토폴로지로는 공진 DC 링크 스너버 방식과 공진 AC 링크 스너버 방식, 부분 공진 정류 브리지 암 링크 스너버 방식이 있다.That is, by gradually changing the voltage or current of the power semiconductor device incorporating the partial resonance mode in a zero state, it is possible to minimize the overlapping voltage and current at the switching transition, . In the partial resonance mode, unlike the DC-DC converter soft switching system which mainly performs a single pulse modulation, the active auxiliary resonance snubber circuit topology includes a resonant DC link snubber system, a resonant AC link snubber system, a partial resonance rectifier bridge arm link snubber .
따라서 본 발명은 신재생에너지 계통연계형 인버터에 부분 공진 정류 브리지 암 링크 스너버 방식을 적용한 전혀 새로운 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템을 제안한다.
Therefore, the present invention proposes a single-phase voltage type SPWM inverter system which is used in a completely new and renewable energy system connected distributed power source applying a partial resonance rectifier bridge arm link snubber to a renewable energy system connected inverter.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 특히 하나 이상의 주 스위치를 단속하기 위해 정현파 펄스 폭 변조 방식에 의한 소프트 변조가 이루어지도록 하는 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로를 갖는 단상 전압형 SPWM 인버터와 상기 단상 전압형 SPWM 인버터의 보조 스위치와 주 스위치를 온/오프 제어하기 위한 IGBT 게이트 펄스 신호 생성 회로를 구성함으로써, 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로의 보조 스위치 상호간에 합선을 방지시켜 공진 에너지 회생율이 최대화되어 전체적인 인버터의 효율을 증가시키고, 인버터에 사용된 모든 스위칭 소자들이 소프트 스위칭 조건에서 턴-온/턴-오프 되므로 스위칭 손실을 최소화할 뿐만 아니라, 공진 에너지를 완전히 입력으로 회생시켜 모든 소자에 대한 전도 손실을 저감시킬 수 있도록 한 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a single-phase voltage type SPWM inverter having a soft active assistant resonance snubber circuit for performing soft modulation by a sinusoidal pulse width modulation And an IGBT gate pulse signal generating circuit for controlling the on / off control of the auxiliary switch and the main switch of the single-phase voltage type SPWM inverter are constituted so as to prevent a short circuit between the auxiliary switches of the soft active auxiliary resonance snubber circuit, Is maximized to increase the efficiency of the inverter as a whole and all the switching elements used in the inverter are turned on and off in the soft switching condition to minimize the switching loss and to regenerate the resonance energy to the full input The conduction loss can be reduced And to provide a single-phase voltage type SPWM inverter system which is used in a distributed new power source connected with a renewable energy system.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 있어서, 상기 인버터의 브리지 암(100a,100b)에 접속 연결되되, 스위치가 포함된 외부 회로의 조건에 관계없이 ZCS(Zero Current Switch) 및 ZVS(Zero Voltage Switch) 스위칭 제어 신호에 의해 하나 이상의 보조 스위치(210,220)가 턴-온(Turn-on) 및 턴-오프(Turn-off)되는 소자를 갖는 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)와, 상기 인버터 및 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로에 직류 전원 전압의 중점 전위를 만들기 위한 대용량 전해 콘덴서(300)와, 상기 인버터에 구비된 하나 이상의 주 스위치(110,120)를 단속하기 위한 게이트 펄스 신호를 상기 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로를 통해 정현파 펄스 폭 변조(SPWM) 방식에 의한 소프트 변조가 이루어지도록 하는 단상 전압형 SPWM 인버터(100)를 포함하며,; 상기 단상 전압형 SPWM 인버터의 보조 스위치와 주 스위치를 온/오프 제어하기 위한 호스트-피씨(Host-PC,510)와 상기 호스트-피씨의 명령으로부터 IGBT 게이트 펄스를 생성하는 마이크로 컨트롤러 보드(520)와, 상기 마이크로 컨트롤러 보드로부터 +5[V], 0[V]의 게이트 신호를 받는 게이트 신호 입력 단자(541) 및 상기 게이트 신호 입력 단자에 입력된 신호를 +15[V], -10[V]의 게이트 신호가 출력되도록 하는 게이트 신호 출력 단자(542)와 +15[V] 및 +5[V]의 직류 전원을 공급받아 한 쌍의 게이트 드라이브 회로를 구동하기 위한 IGBT 드라이브 모듈(GPS-15104-1515, 543) 및 74 시리즈 IC광 커플러(546)를 절연하고 증폭하기 위한 포토커플러(TLP250, 544-535)를 통해 상기 한 쌍의 게이트 드라이브 회로의 충전 전류를 제한하는 IGBT 드라이브 회로(555)와 상기 IGBT 드라이브 회로에서 연산처리된 게이트 펄스 신호를 단속하는 IGBT 게이트 단자(565)와 상기 IGBT 드라이브 회로와 IGBT 게이트 단자 사이에 위치하여 상기 한 쌍의 게이트 드라이브 회로를 보호하기 위한 게이트 저항(545)이 삽입되는 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(530)를 갖는 IGBT 게이트 펄스 신호 생성 회로(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a single-phase voltage type SPWM inverter system for use in a renewable energy system connected distributed power source, the inverter system being connected to and connected to bridge arms (100a, 100b) Turn-on and turn-off of one or more
바람직하게는, 상기 게이트 저항(545)은, CM300DY-12H의 표준 게이트 저항으로 2.1Ω~21Ω 까지의 범위에서 값을 선정하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 IGBT 드라이브 회로(555)에는 2개의 IC{(74LS245, 546), (74LS365, 547)}를 구성하되, 상기 IC(74LS365, 547) 내부에는 전원 회로인 상기 IGBT 드라이브 회로의 이상 및 IGBT 소자가 소손되는 경우, 그 영향이 마이크로 컨트롤러 보드(520)에까지 도달하지 않도록 하기 위한 버퍼 회로(561)를 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the
상기와 같은 본 발명의 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템은 하나 이상의 주 스위치를 단속하기 위한 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로를 갖는 단상 전압형 SPWM 인버터와 상기 단상 전압형 SPWM 인버터의 보조 스위치와 주 스위치를 온/오프 제어하기 위한 IGBT 게이트 펄스 신호 생성 회로를 구성함으로써, The single-phase voltage type SPWM inverter system used in the renewable energy system connected distributed power source of the present invention includes a single-phase voltage type SPWM inverter having a soft active auxiliary resonance snubber circuit for interrupting at least one main switch, By configuring the IGBT gate pulse signal generation circuit for on / off control of the auxiliary switch and the main switch of the SPWM inverter,
(1) 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로의 보조 스위치 상호간에 합선을 방지시켜 주 스위치를 효율적으로 단속하여 공진 에너지 회생율이 최대화되어 인버터의 전체 효율을 증가시킬 수 있다.(1) A soft active auxiliary resonance snubber circuit can prevent the short circuit between the auxiliary switches, effectively interrupting the main switch, thereby maximizing the resonance energy regeneration rate and increasing the overall efficiency of the inverter.
(2) SPWM 인버터에 사용된 모든 스위칭 소자들이 소프트 스위칭 조건에서 턴-온(Turn-on) 및 턴-오프(Turn-off)하여 스위칭 손실을 최소화할 수 있다. (2) All switching elements used in SPWM inverters can turn-on and turn-off under soft switching conditions to minimize switching losses.
(3) 공진 에너지를 완전히 입력으로 회생시켜 전도손실을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
(3) The resonance energy is fully regenerated by the input, thereby reducing the conduction loss.
도 1은 종래의 단상 하프 브리지 PWM 인버터 회로를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터에 대한 (a) 단상 하프 브리지 전압형 SPWM 인버터 타입 및 (b) 단상 풀 브리지 전압형 SPWM 인버터 타입에 대한 전체 회로를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터에 대한 4가지 정상 모드의 상태를 나타낸 도면
도 4의 (a)는 종래의 단상 하프 브리지 PWM 인버터에 적용된 시퀸스 스위칭 패턴 방식 동작 모드 천이도, 도 4의 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터에 대한 시퀸스 스위칭 패턴 방식 동작 모드 천이도를 상기 종래기술(a)과 대비하여 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터에 대한 SPWM 제어 방식에 따른 신호파와 반송파를 비교한 동작 파형을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 IGBT 게이트 펄스 신호 생성 회로를 나타낸 도면
도 7은 상기 도 6에 대한 한 쌍의 게이트 드라이브 회로를 보다 상세하게 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 우선 사인파 변조를 주지 않는 경우의 게이트 펄스 신호 생성 그래프를 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 IGBT 게이트 펄스 신호의 High, Low 역전 현상 타임 차트를 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 인버터 출력 단자와 전원 분할용 커패시터의 중간점 사이의 전압 파형인 인버터 출력전압 실험 결과를 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 필터 인덕터 전류 실험 결과를 나타낸 도면
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 필터 커패시터 전압 실험 결과를 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 저항부하의 전압 및 전류 실험 결과를 나타낸 도면
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 ARCS의 공진 인덕터 L1의 전류 변화를 저항부하 전압과 동시에 측정한 실험 결과를 나타낸 도면
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 ARCP의 공진 커패시터 C3의 전압 변화를 저항부하 전류와 동시에 측정한 실험 결과를 나타낸 도면
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 계통 연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템의 효율을 측정한 결과표를 나타낸 도면1 shows a conventional single-phase half-bridge PWM inverter circuit
FIG. 2 is a schematic diagram of a single-phase half-bridge voltage type SPWM inverter type and a single-phase full bridge voltage type SPWM inverter type for a single-phase voltage type SPWM inverter used in a renewable energy system connected distributed power source according to an embodiment of the present invention. Fig. 3 is a diagram showing the entire circuit for
3 is a diagram showing four normal mode states of a single-phase voltage type SPWM inverter used in a renewable energy system interconnected distributed power source according to an embodiment of the present invention;
Fig. 4 (a) is a sequence switching pattern operation mode transition diagram applied to a conventional single-phase half-bridge PWM inverter. Fig. 4 (b) The sequence switching pattern system operation mode transitivity for the voltage type SPWM inverter is shown in comparison with the above-mentioned prior art (a)
5 is a graph showing an operation waveform in which a signal wave and a carrier wave are compared with each other according to a SPWM control method for a single-phase voltage type SPWM inverter used in a distributed power source of a renewable energy system according to an embodiment of the present invention
6 is a view showing an IGBT gate pulse signal generating circuit for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system linked distributed power source according to an embodiment of the present invention
7 is a more detailed illustration of a pair of gate drive circuits for the FIG. 6
8 is a graph showing a gate pulse signal generation graph in the case where the first-order sinusoidal wave modulation is not given to the single-phase voltage type SPWM inverter system used in the renewable energy system interconnected distributed power source according to the preferred embodiment of the present invention
9 is a time chart illustrating a high and low inversion of an IGBT gate pulse signal for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a distributed power source of a renewable energy system according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the results of the inverter output voltage test, which is the voltage waveform between the inverter output terminal and the midpoint between the inverter output terminal and the power dividing capacitor for the single-phase voltage type SPWM inverter system used in the renewable energy system connected distributed power supply according to the embodiment of the present invention Shown drawing
11 is a graph showing the results of a filter inductor current test for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system linked distributed power supply according to an embodiment of the present invention
12 is a graph showing a result of a filter capacitor voltage test for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power source according to an embodiment of the present invention
13 is a graph showing the results of voltage and current tests of a resistance load for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a distributed power source of a renewable energy system according to an embodiment of the present invention
14 is a graph showing an experiment result of simultaneously measuring the current change of the resonance inductor L 1 of the ARCS for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system linked distributed power source according to an embodiment of the present invention,
15 is a graph showing an experimental result of simultaneously measuring the voltage change of the resonance capacitor C3 of the ARCP with respect to the single-phase voltage type SPWM inverter system used in the renewable energy system linked distributed power supply according to the embodiment of the present invention,
16 is a table showing a result of measuring the efficiency of a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a grid-connected distributed power source for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power source according to an embodiment of the present invention
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, it is to be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known configurations and functions will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be blurred.
먼저 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터의 기술적 해결수단은, 종래의 단상 하프 브리지 PWM 인버터(100)의 동작 기능을 개선시키기 위한 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)가 브리지 암에 접속 연결되고, 이들 회로에 직류 전원 전압의 중점 전위를 만들기 위한 대용량 전해 콘덴서(300)로 구성되어진다.2 to 5, the technical solution of the single-phase voltage type SPWM inverter used in the renewable energy grid interconnected distributed power supply according to the embodiment of the present invention is the operation of the conventional single phase half bridge PWM inverter 100 A soft active auxiliary
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터에 대한 (a) 단상 하프 브리지 전압형 SPWM 인버터 타입 및 (b) 단상 풀 브리지 전압형 SPWM 인버터 타입에 대한 전체 회로를 나타낸다.FIG. 2 is a schematic diagram of a single-phase half-bridge voltage type SPWM inverter type and a single-phase full bridge voltage type SPWM inverter type for a single-phase voltage type SPWM inverter used in a renewable energy system connected distributed power source according to an embodiment of the present invention. Lt; / RTI >
도 2의 (a)를 참조하여, 상기 단상 하프 브리지 PWM 인버터(100)는, 전술한 도면의 간단한 설명에서 보는 바와 같이 도 1에 나타낸 종래의 기술로서, 펄스 폭 변조 방식을 갖는 단상 하프 브리지 인버터이다. 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 생성하는 방법에는 공간 벡터 이론을 이용하는 방법과 각 상마다 반송파와 신호파를 비교하여 그 대소 관계에 따라 게이트 신호를 출력하는 방법이 있다. 이중에서 공간 벡터 이론을 이용하는 방법은 다상 교류를 일괄 제어 할 수 있는 특징은 있지만, 단상에서는 사용할 수 없는 단점이 있는 반면 반송파와 신호파를 비교하는 방법은 각 상 브리지 암마다 독립적으로 스위칭 게이트 신호를 생성하기 때문에 단상 교류에도 사용할 수 있다. 이러한 이유로 본 발명에서는 PWM 인버터 시스템은 신호파를 60Hz의 정현파로, 반송파는 16kHz의 톱니파를 이용하여 게이트 신호를 만들어 사용하였다. 이렇게 사인파와 톱니파를 비교한 방식은 전압 지령 신호와 톱니파의 반송파 신호와 비교하여 얻은 스위칭 신호를 이용하여 소자의 온/오프를 수행하여 그 평균치가 전압지령 신호 진폭에 비례한 고주파의 구형파 출력 전압이 얻어진다. 따라서 전압지령 신호를 정현파로 변화시키면 최대 출력전압을 얻을 수 있어 단상 및 삼상 PWM 인버터에 사용할 수 있다.Referring to FIG. 2 (a), the single-phase half-
이러한 단상 하프 브리지 PWM 인버터 회로를 갖는 전력변환기의 주 스위치 동작은 하나 이상의 주 스위치(110,120) S1, S2를 포함하여 구성되며, 이들 주 스위치의 동작은 표 1과 같은 키르히호프의 전압/전류 법칙(KVL,KCL)과 같은 일반 회로망 법칙의 지배를 받는다. The main switch operation of the power converter having such a single-phase half-bridge PWM inverter circuit is constituted by one or more
다음은, 상기 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)는, 고주파수 스위칭이 가능한 소프트 스위칭 수단으로, 스위치가 포함된 외부 회로의 조건에 관계없이 스위치의 제어 신호에 의하여 턴-온(Turn-on) 및 턴-오프(Turn-off)되는 소자를 갖는 게이트 턴-오프 사이리스터(Gate Turn-off thyristor, GTO thyristor), 바이폴라 트랜지스터((Bipolar Junction Transistor, BJT), 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET), 고전력 스위칭용 반도체(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 등에 해당하는 것으로, 전술한 바와 같이 종래의 단상 하프 브리지 PWM 인버터(100)의 문제점을 개선하기 위해 상기 단상 하프 브리지 PWM 인버터(100)의 주 스위치(110,120) S1, S2를 동작시키는 게이트 펄스 신호를 PWM 방식이 아니라, 정현파 펄스 폭 변조(Sinusoidal Pulse-Width-Modulation, SPWM) 방식으로 변조가 이루어질 수 있도록 하기 위하여 보조 스위치(210,220) S3 및 S4와 공진 인덕터 L1 및 L2, 공진 커패시터 C1~C4, 4개의 보조 다이오드 D3~D6을 각각 구비한다.Next, the soft active assist
여기서 도 2의 (b) 단상 풀 브리지 전압형 SPWM 인버터 타입에 대한 전체 회로에 대한 설명은 전술한 도 2의 (a) 단상 하프 브리지 전압형 SPWM 인버터 타입과 유사하며, 차이점은 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로가 복수개로 구성되어 있을 뿐이므로, 이들 회로를 구성하는 소자들에 대해서는 더 이상 설명하지 않는다.Here, the description of the entire circuit for the single-phase full-bridge voltage type SPWM inverter type in FIG. 2 (b) is similar to the single-phase half bridge voltage type SPWM inverter type in FIG. 2 (a) Since only a plurality of nugger circuits are constituted, the elements constituting these circuits are not described further.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터에 대한 4가지 정상 모드의 상태를 나타낸다.FIG. 3 shows four normal mode states of a single-phase voltage type SPWM inverter used in a renewable energy system interconnected distributed power source according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 정류(轉流)시 동작모드 천이 방법은 정류(轉流)개시 상태에 따라 다르다. 즉, 각 상의 주 스위치의 정상 모드에서 도통 상태는 상전류의 방향과 스위칭 패턴에 따라 4가지 정상 모드의 상태(State A, B, C, D)로 존재한다. 이때 정류(轉流)패턴은 D2→S1, S1→D2, D1→S2, S2→D1 으로 이루어지는 4가지가 있다는 것을 알 수 있다. 그리고 부하전류(Ix) 극성 및 주 스위치(110,120)의 도통 상태에 따라 각 회로 상태에서 보조 스위치(210,220)의 동작이 결정됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, the commutation mode transition method at the commutation differs depending on the commutation commencement state. That is, in the normal mode of the main switch of each phase, the conduction state exists in four normal modes (State A, B, C, D) according to the direction of the phase current and the switching pattern. At this time, it can be seen that there are four commutation patterns consisting of D 2 → S 1 , S 1 → D 2 , D 1 → S 2 , and S 2 → D 1 . The operation of the
본 발명의 실시 예에 따른 상기 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)의 회로 상태 패턴(혹은 각 모드별 동작 상태)을 표 2와 같이 나타내었다.Table 2 shows the circuit state patterns (or operating states for each mode) of the soft active assisted
상기 표 2와 도 2 및 도 3을 참조하여, 회로 상태 패턴에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Referring to Table 2, FIG. 2 and FIG. 3, the circuit state pattern will be described in detail as follows.
먼저, 보조 스위치(210,220) S3, S4가 ZCS(Zero Current Switch) 턴-오프(Turn-off)된 상태에서 부하전류 Ix가 다이오드 D2에 흐르며 공진 커패시터 C4 및 C1은 직류 입력 전압 Vs에 의해 충전된다.First, when the
다음에, 보조 스위치(220) S4가 ZCS 턴-온(Turn-on)되면, 부하 전류는 공진 커패시터 C2, C1, C3에 정류(轉流)되며, 공진 커패시터 C2는 방전, 공진 커패시터 C1은 제로 전압(Zero Voltage)에서 충전된다. 동시에 공진 커패시터 C3 및 공진 인덕터 L2 및 공진 커패시터 C1, C2와 공진 인덕터 L2사이에 공진 현상에 의해 정현파의 전류가 흐른다. Next, when the auxiliary switch 220 S 4 is turned on by ZCS, the load current is commutated to the resonance capacitors C 2 , C 1 , C 3 , and the resonance capacitor C 2 is discharged, The resonant capacitor C 1 is charged at a zero voltage. At the same time, a sinusoidal current flows between the resonance capacitor C 3 and the resonance inductor L 2, and between the resonance capacitors C 1 and C 2 and the resonance inductor L 2 by a resonance phenomenon.
또한, 보조 스위치(220) S4가 ZVS(Zero Voltage Switch) 턴-오프(Turn-off)되면, 다이오드 D4가 도통하고 공진 인덕터 L2의 전류는 다이오드 D4를 통해 공진 커패시터 C4에 정류한다. 이때 공진 인덕터 L2의 에너지는 L2-D4-C4 루프(Loop)로 공진 전류가 흘러 공진 커패시터 C4가 제로 전압(Zero Voltage)에서 충전된다.When the auxiliary switch 220 S 4 is turned off (ZVS), the diode D 4 conducts and the current of the resonant inductor L 2 is rectified to the resonant capacitor C 4 through the diode D 4 do. At this time, the resonance inductor L 2 is energized by the resonance current flowing in the L 2 -D 4 -C 4 loop and the resonance capacitor C 4 is charged at the zero voltage.
또한, 보조 스위치(210) S3가 ZCS(Zero Current Switch) 턴-온(Turn-on)되면, 공진 초기 전류를 줄 필요가 없기 때문에 직접 부분 공진 모드에 들어 부하 전류는 공진 커패시터 C1, C2, C4에 정류(轉流)한다. 만약 이전 모드 공진 커패시터 C4의 충전 전압이 직류 입력 전압 Vs값 이하인 경우에는 공진 커패시터 C1, C2와 공진 인덕터 L1사이에서만 공진 현상이 일어나 정현파의 전류가 흐른다. 공진 전류는 L1-S3-C1 및 L1-S3-전원 E-C2 루프(Loop)에서 흐른다. If the auxiliary switch 210 S 3 is ZCS (Zero Current Switch) turned on, since the resonance initial current does not need to be reduced, the direct current resonance mode is entered and the load current flows through the resonance capacitors C 1 and C 2 , and C 4 , respectively. If the charging voltage of the previous mode resonance capacitor C 4 is lower than the DC input voltage Vs, a resonance phenomenon occurs only between the resonance capacitors C 1 and C 2 and the resonance inductor L 1 , and a sinusoidal current flows. The resonant current flows in the L 1 -S 3 -C 1 and L 1 -S 3 -circuit EC 2 loops.
또한, 보조 스위치(210) S3가 ZVS(Zero Voltage Switch) 턴-오프(Turn-off)되면, 보조 다이오드 D3가 도통하고 공진 인덕터 L1의 전류는 보조 다이오드 D3을 통해 공진 커패시터 C3에 정류한다. 이때 공진 인덕터 L1의 에너지는 L1-D3-C3 루프(Loop)로 공진 전류가 흘러 공진 커패시터 C3는 제로 전압(Zero Voltage)에서 충전한다. When the auxiliary switch 210 S 3 is turned off by ZVS (Zero Voltage Switch), the auxiliary diode D 3 conducts and the current of the resonant inductor L 1 flows through the auxiliary diode D 3 to the resonant capacitor C 3 Respectively. At this time, the energy of the resonance inductor L 1 flows in the L 1 -D 3 -C 3 loop (resonance current), and the resonance capacitor C 3 charges at the zero voltage.
한편, 공진 커패시터 C4의 양단 전압이 직류 입력 전압 Vs값 이하가 되면, 공진 인덕터 L1과 공진 커패시터 C1, C2에 의해 부분 공진이 된다.On the other hand, when the both-end voltage of the resonance capacitor C 4 becomes equal to or less than the DC input voltage Vs, it is partially resonated by the resonance inductor L 1 and the resonance capacitors C 1 and C 2 .
이때, 공진 커패시터 C4, C1은 각각 제로 전압까지 방전되면, 공진 커패시터 C2는 전원 전압까지 충전된다. 그리고 공진 인덕터 L1의 공진 전류가 거의 피크(Peak) 도달 시점에서 공진 커패시터 C4, C1은 제로 전압이 되며 다이오드 D1은 도통한다.At this time, when the resonance capacitors C 4 and C 1 are respectively discharged to the zero voltage, the resonance capacitor C 2 is charged up to the power supply voltage. At the time when the resonance current of the resonance inductor L 1 reaches almost the peak, the resonance capacitors C 4 and C 1 become the zero voltage and the diode D 1 conducts.
그리고 공진 인덕터 L1의 전류는, 상기 보조 스위치(210) S3을 통해 L1-S3-D1 루프(Loop)에서 단락되어 순환 전류가 흘려 상기 보조 스위치(210) S3을 턴-오프(Turn-off)할 때까지 환류한다. The current of the resonance inductor L 1 is short-circuited in the L 1 -S 3 -D 1 loop through the auxiliary switch 210 S 3 to circulate the auxiliary switch 210 S 3 , And reflux until it turns off.
또한, 공진 인덕터 L2의 전류는, 상기 보조 스위치(220) S4를 통해 L2-S4-D2 루프(Loop)에서 단락되어 순환 전류가 흘려 상기 보조 스위치(220) S4를 턴-오프(Turn-off)할 때까지 환류한다. Further, the current in resonant inductor L 2 is short-circuited at the L 2 -S 4 -D 2 loop (Loop) through the auxiliary switch (220) S 4 turns on the said auxiliary switch (220) S 4 flow circulates current- Reflux until turn-off.
그리고 공진 커패시터 Cr 값이 클수록, 공진 전류의 피크 값(Peak value)은 증가하며, 부분 공진 동작 기능을 수행하는 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)의 도통 손실 저감 및 스위칭 전력 반도체 소자에 가해지는 피크 스트레스(Peak Stress)를 억제하기 위해 최대한 공진 커패시터 Cr의 값을 최소화하는 것이 필요하다.As the resonance capacitor Cr value increases, the peak value of the resonance current increases, and the conduction loss of the soft active auxiliary
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 구성은, 도 1의 종래 단상 하프 브리지 PWM 인버터(100)의 브리지 암(100a,100b)에 특별히 고안된 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)가 추가로 연결되고, 상기 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)의 전단에는 Ca 및 Cb를 이용하여 상기 단상 하프 브리지 PWM 인버터(100)에 직류 전원 전압의 중점 전위를 만들기 위하여 대용량 전해 콘덴서(300)가 추가로 연결되어 있다. 이러한 회로 구성을 통해 주 스위치(110,120)의 S1 및 S2를 단속하는 게이트 펄스 신호를 종래와 같이 펄스 폭 변조(PWM) 방식이 아니라 정현파 펄스폭 변조(SPWM) 방식에 의한 소프트 변조가 이루어지도록 회로를 구성함으로써, 공진 에너지 회생율이 최대화되어 전체적인 인버터의 효율을 증가시키고, 모든 스위칭 소자들이 소프트 스위칭 조건에서 턴-온(Trun-on)/턴-오프(Turn-off)가 가능하여 스위칭 손실을 최소화할 뿐만 아니라, 공진 에너지를 완전히 입력으로 회생시켜 모든 소자에 대한 전도 손실을 저감시킬 수 있도록 한 것에 그 특징이 있다고 할 것이다.As described above, the single-phase voltage type SPWM inverter configuration used in the renewable energy system linked distributed power supply according to the embodiment of the present invention is particularly applicable to the
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터의 동작 주파수는 16[kHz]로, 출력 주파수는 60[Hz]로 설정하였다.Meanwhile, the operating frequency and the output frequency of the single-phase voltage type SPWM inverter used in the distributed power source of the renewable energy system according to the embodiment of the present invention are set to 16 [kHz] and 60 [Hz], respectively.
여기서 도 2에 도시된 본 발명의 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터에 대하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the single-phase voltage type SPWM inverter used in the renewable energy grid-connected distributed power supply of the present invention shown in FIG. 2 will be described in more detail.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 {단상 하프/풀 브리지 전압형 SPWM 인버터(도 2의 (a), (b)) 참조}에 사용되는 저역 통과 필터(130) Lf, Cf를 설계하면 다음과 같다. First, if the low-
저역 통과 필터를 설계하는데 있어 지표로서 우선 %임피던스를 들 수 있다. %임피던스와 필터 인덕터에서의 전압 강하분의 출력 상전압에 대한 비율은 다음과 같다.As an index in designing a low-pass filter, there is a priority% impedance. The ratio of the% impedance and the voltage drop in the filter inductor to the output phase voltage is:
여기서, %Z : 백분율 임피던스 Where% Z is the percentage impedance
Lf : 필터 인덕터 L f : Filter inductor
상기 출력 상전압의 실효값(
이들을 상기 식 (1)에 대입하면, 필터 인덕터(Lf)는 531[μH]이며, 필터의 차단 주파수는 샘플링 주파수의 0.1배 추정하여 차단 주파수(
상기 식 (2)에서 설정한 Lf=531[μH], 
또한 도 2 및 도 4를 참조하면, 도 4의 (a)는 종래의 단상 하프 브리지 PWM 인버터에 적용된 시퀸스 스위칭 패턴 방식에 대한 동작 모드 천이도를 나타내고, 도 4의 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계용 단상 전압형 SPWM 인버터에 적용된 시퀸스 스위칭 패턴 방식에 대한 동작 모드 천이도를 나타낸다.Referring to FIGS. 2 and 4, FIG. 4A shows an operation mode transition diagram for a sequence switching pattern scheme applied to a conventional single-phase half-bridge PWM inverter, and FIG. Figure 1 shows the operation mode transitions for the sequence switching pattern scheme applied to the single-phase voltage-type SPWM inverter for interconnecting renewable energy systems.
먼저 도 4의 (a)를 참조하여, 종래 기술에서 제시된 스위칭 시퀀스에 의해 주 스위치(110,120) S1, S2를 턴-오프(Turn-off) 동작과 동시에 액티브 보조 공진 암 링크(Auxiliary Resonant Commutated Pole : ARCP)에 연결된 보조 스위치(220) S4의 턴-온(turn-on) 동작 모드 천이를 나타낸다.First, referring to FIG. 4A, the switching sequence shown in the prior art switches the
다음은 도 2와 도 4의 (b)를 참조하면, 본 발명에서 제시한 스위칭 시퀸스에 의해 주 스위치(110) S1의 턴-오프(Turn-off) 동작에서의 시간 δt1A 경과 후, 액티브 보조 공진 암 링크(Auxiliary Resonant Commutated Pole : ARCP)의 보조 스위치(220) S4의 턴-온(Turn-on)할 시퀀스 경우의 동작 모드 천이의 변화를 나타낸다. The following is shown in (b) of Figure 4 and Figure 2, the turns of S 1 the
상기 회로 구성은 각 모드의 회로 방정식과 모드 전환의 흐름은 거의 변하지 않는다. 단, 스위칭 시퀀스를 변경하여 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로의 동작이 전부 생략되거나 일부 생략되기도 한다.The circuit configuration is substantially the same as the circuit equation of each mode and the flow of mode switching. However, the operation of the soft active assistant resonance snubber circuit may be omitted or partially omitted by changing the switching sequence.
상기 주 스위치(110) S1이 턴-오프(Turn-off)에서 보조 스위치(220) S4의 턴-온(Turn-on)할 시간 δt1A가 t보다 큰 값으로 설계하여 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)를 작동시키지 않고 공진 캐패시터 C1, C2의 충ㆍ방전 동작을 완료하게 할 수 있다. 이와 함께 주 스위치(120) S2에 흐르고 있던 전류는 자연적으로 주 스위치(110) S1의 역방향 다이오드 D1에 흘려 방전 동작을 완료해 버리면 보조 스위치(210) S3가 턴-온(Turn-on) 신호를 인가하고 그 선택 신호를 턴-오프(Turn-off)시켜도 회로 상태는 전혀 변화하지 않는다. 즉, 주 스위치(110) S1은 이미 역방향 다이오드에 전류가 흐르고 있기 때문에 보조 스위치(210)가 턴-온(Turn-on) 신호를 인가하여도 변화하지 않는다.The said main switch (110) S 1 turn-off turn of the (Turn-off) the secondary switch (220) S 4 at -one (Turn-on) that is designed as a time δt a value that is greater than 1A is t be soft active secondary resonator Discharge operation of the resonant capacitors C 1 and C 2 can be completed without operating the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터에 대한 SPWM 제어 방식에 따른 신호파와 반송파를 비교한 동작 파형을 나타낸다.5 is a waveform diagram illustrating a comparison between a signal wave and a carrier wave according to the SPWM control method for a single-phase voltage type SPWM inverter used in a renewable energy system connected distributed power supply according to an embodiment of the present invention.
일반적으로, PWM 신호를 생성하는 방법에는 공간 벡터 이론을 이용하는 방법과 각 상마다 반송파와 신호파를 비교하여 그 대소 관계에 따라 게이트 신호를 출력하는 방법이 있다. 이중에서 공간 벡터 이론을 이용하는 방법은 다상 교류를 일괄 제어할 수 있는 특징이 있지만, 단상에는 사용할 수 없다. 그러나 상기 반송파와 신호파를 비교할 경우 각 상 브리지 암마다 독립적으로 스위칭 게이트 신호를 생성 할 경우에는 단상 교류에도 사용할 수 있다. Generally, a method of generating a PWM signal includes a method using a space vector theory and a method of comparing a carrier wave and a signal wave for each phase and outputting a gate signal according to the magnitude and the magnitude. Among them, the method using the space vector theory has a feature of collectively controlling the multiphase alternating current, but it can not be used for the single phase. However, when the carrier wave and the signal wave are compared, when the switching gate signal is generated independently for each phase bridge arm, it can be used for single-phase alternating current.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템은 신호파를 60Hz의 정현파(혹은 사인파)로, 반송파는 16kHz의 톱니파를 이용하여 주 스위치(110,120) S1, S2를 단속하는 게이트 신호를 특별히 만들어 사용하였다는 점에서 그 특징이 있다. Therefore, in the single-phase voltage type SPWM inverter system according to the embodiment of the present invention, a signal wave is a sinusoidal wave (or sinusoidal wave) of 60 Hz and a carrier wave is a gate signal of interrupting the
이러한 상기 정현파(혹은 사인파)와 반송파(혹은 톱니파)를 비교한 방식은 전압 지령 신호와 반송파인 톱니파 신호와 비교하여 얻은 스위칭 신호를 이용하여 소자의 턴-온(Turn-on) 및 턴-오프(Turn-off)를 수행하여 그 평균치가 전압지령 신호 진폭에 비례한 고주파의 구형파 출력 전압이 얻어지도록 한다. The method of comparing the sinusoidal wave (or sinusoidal wave) and the carrier wave (or sawtooth wave) uses a switching signal obtained by comparing a voltage command signal and a sawtooth wave signal as a carrier wave to turn- Turn-off) to obtain a square-wave output voltage of a high frequency whose average value is proportional to the amplitude of the voltage command signal.
따라서 상기 전압지령 신호를 정현파로 변화시키면 최대 출력전압을 얻을 수 있어 단상 전압형 SPWM 인버터에 사용할 수 있게 된다. Therefore, when the voltage command signal is changed to a sinusoidal wave, the maximum output voltage can be obtained, and thus it can be used in a single-phase voltage type SPWM inverter.
단상인 경우에, 신호파와 반송파의 관계를 식으로 나타내면 다음과 같다. In the case of a single phase, the relationship between the signal wave and the carrier wave can be expressed as follows.
여기서, M : 변조율(신호파의 진폭/반송파의 진폭)Where M: modulation rate (amplitude of signal wave / amplitude of carrier wave)
t : 시간t: time
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power source according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
먼저, 본 발명의 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템의 기술적 해결 구성은, 전술한 도 2 내지 도 5의 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터의 기술적 구성을 모두 포함한다.First, the technical solution of the single-phase voltage type SPWM inverter system used in the renewable energy system connected distributed power source of the present invention is a single-phase voltage type SPWM inverter used in the renewable energy system connected distributed power source of FIG. 2 to FIG. All of which are included in the technical configuration.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 IGBT 게이트 펄스 신호 생성 회로(500)를 나타낸다.6 shows an IGBT gate pulse
상기 게이트 펄스 신호 생성 회로(500)의 구성은, 호스트-피씨(Host-PC,510)와 마이크로 컨트롤러 보드(520), 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(Gate Drive Circuit, 530)로 이루어진다.The gate pulse
여기서 상기 호스트-피씨(510)는 Windows XP Professional을 사용하는 노트북이고, 상기 마이크로 컨트롤러 보드(520)는 RISC CPU Board(SH7045F)를 각각 이용하여 RS-485C 크로스 케이블로 상호 연결하였다.The
그리고 상기 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(530,531/532)는 후술되는 도 7에서 보는 바와 같이, 전기의 흐름을 단속하는 고속 스위칭 소자인 IGBT(Insulated Gate bipolar Transistor) 드라이브 모듈(GPS-15104-1515,543) 및 포토커플러(TLP250,544) 등을 이용하여 하나의 게이트 드라이브 회로에 대해 전체 4개의 IGBT 모듈을 각각 구동시킬 수 있다. 이때 게이트 펄스 신호 생성 프로그램은 C언어로 작성하고 컴파일 한 후 마이크로 컨트롤러 보드(520)의 RAM(미도시)에 전송한다. 상기 프로그램의 컴파일은 Cygnus GNU Pro Toolkit을 이용하여 프로그램의 RAM에 전송하고 상기 마이크로 컨트롤러 보드(520)의 동작 및 정지 등의 제어는 SH-2 Visual Monitor에서 실행된다. 또한, 상기 마이크로 컨트롤러 보드의 출력 단자에서 +5[V], 0[V]의 게이트 펄스 신호를 추출할 수 있으며, 이를 그대로 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(531,532)에 각각 입력하는 것이 가능하다. 7, the pair of
또한 도 7을 참조하면, 상기 도 6에 대한 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(530,531/532)를 보다 상세하게 나타낸 도면이다.Referring to FIG. 7, the
도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 마이크로 컨트롤러 보드(520)에서 발생시킨 +5[V], 0[V]의 게이트 신호는 게이트 신호 입력 단자(541)에 입력되어 게이트 신호 출력 단자(542)에서 +15[V], -10[V]의 게이트 신호가 출력되도록 구성되어 있다. 6 and 7, the gate signals of +5 [V] and 0 [V] generated by the
또한, +15[V] 및 +5[V]의 직류 전원을 공급하여 IGBT 드라이브 모듈 (GPS-15104-1515, 543) 및 74 시리즈 IC광 커플러(546)의 구동 전원으로 이용한다. DC power of +15 [V] and +5 [V] is supplied to be used as driving power for the IGBT drive modules (GPS-15104-1515, 543) and 74 series IC
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(530, 531/532)의 전원 제어 회로 및 구동 회로의 절연은, 포토커플러(TLP250, 544)를 이용한다. 상기 TLP250은 절연 기능뿐만 아니라 증폭 기능도 갖고 있을 뿐만 아니라 간단한 회로 구성으로 드라이브 회로를 실현할 수 있기 때문에 IGBT의 게이트 드라이브 회로용으로 최적이라 할 수 있다. On the other hand, photo-couplers (TLPs 250 and 544) are used for insulation of the power supply control circuit and the drive circuit of the pair of
그리고 상기 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(530)의 충전 전류를 제한하기 위한 IGBT 드라이브 회로(555)와 상기 IGBT 드라이브 회로에서 연산처리된 게이트 펄스 신호, 즉 주 스위치(110,120) S1, S2를 온/오프하기 위한 신호를 단속하는 IGBT 게이트 단자(565) 사이에는 게이트 저항(545)이 삽입되어 있다.The
상기 게이트 저항(545) 값은 클수록 스위칭 손실이 증가하기 때문에 가능한 작게 설정하는 것이 바람직하지만 게이트 저항 값을 너무 작게 하면 스위칭 시간이 짧아 스위칭 손실은 감소하지만 스위칭 시 di/dt가 높아 서지 전압이 높아지는 문제점도 있어 적절한 저항 값을 선정해야 한다. It is desirable to set the gate resistance as small as possible because the switching loss increases as the value of the
여기서 본 발명의 실시 예에서 사용된 게이트 저항(545)은 CM300DY-12H의 표준 게이트 저항으로 2.1Ω~21Ω 정도까지의 범위에서 값을 선정할 수 있어 본 발명의 실시 예에서는 IGBT소자의 특성을 고려하여 7.8[Ω]로 설정하였다. Here, the
한편, 본 발명의 실시 예에서는 상기 IGBT 드라이브 회로(555)에는 2개의 IC{(74LS245, 546), (74LS365, 547)}가 구성되어 있다. 상기 IC(74LS365, 547) 내부에는 버퍼 회로(561)를 구성하여 전원 회로의 이상 및 IGBT 소자가 소손되는 경우, 그 영향이 마이크로 컨트롤러 보드(520)에까지 도달하지 않도록 하고 있다. On the other hand, in the embodiment of the present invention, two ICs (74LS245, 546), (74LS365, 547) are formed in the
또한, 상기 버퍼 회로(561)는, 상기 IGBT 드라이브 회로(555)의 동작여부와 밀접한 관계는 없지만, 회로 보호를 위해 설치해 두는 것이 바람직하다. 또한, 상기 IGBT 게이트 단자(565)에는 2개의 제너 다이오드(560)가 삽입되어 있다. 이들 역시 회로 보호에 사용되는 것이지만, 간혹 제너 다이오드는 노이즈의 발생원이 되어있는 경우가 많아 제어 회로 오동작의 원인이 될 수 있으므로 주의해야 한다.The
본 발명에 실시 예에 따른 상기 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(530, 531/532)는, 입력 신호가 반전되어 출력되는 특성을 갖는다. The pair of
따라서 올바른 IGBT 게이트 펄스 신호를 출력하기 위해서는 입력되는 신호 H(High)를 하강시켜 L(Low)로 선택하는 것처럼 미리 반전시켜 둘 필요가 있다. Therefore, in order to output the correct IGBT gate pulse signal, it is necessary to invert the inputted signal H (High) as if it is selected as L (Low).
다시 말해서, IGBT를 선택하는 경우에는, 게이트 신호 입력 단자(541)에 L(Low)을 입력함으로써, 상기 포토커플러(TLP250, 544)의 3번 핀의 전위가 0이 되어 1차측 포토 다이오드(미도시)가 온(on) 된다. In other words, when selecting the IGBT, by inputting L (Low) to the gate
이 결과, 6번 핀과 8번 핀은 연속성을 갖으며, 5번 핀과 6번 핀이 절연 상태가 되어 게이트 신호 출력 단자(542)의 G 단자에 +15[V]가 인가된다. 그리고 E 단자는 항상 0[V]이므로 VGE = +15[V]가 되어 IGBT는 온(On) 상태가 된다.As a result, pins 6 and 8 have continuity, and pins 5 and 6 are in an insulated state, and +15 [V] is applied to the G terminal of the gate
IGBT를 해제하는 경우에는, 게이트 신호 입력 단자(541)에 H(High)를 입력함으로써, 상기 포토커플러(TLP250, 544)의 3번 핀의 전위 +5[V]가 2번 핀 보다 전위가 높아지기 때문에 1차측 포토 다이오드는 오프(Off) 상태가 된다. In the case of releasing the IGBT, H (High) is inputted to the gate
이 결과, 5번 핀과 6번 핀은 연속성을 갖으며, 6번 핀과 8번 핀이 절연 상태가 되어 게이트 신호 출력 단자(542)의 G 단자에 10[V]가 인가된다. 즉 VGE = -10[V]이기 때문에 IGBT는 오프(Off) 상태가 된다.As a result, pins 5 and 6 have continuity, and pins 6 and 8 are in an insulated state, and 10 [V] is applied to the G terminal of the gate
다시 도 2와 도 4 및 도 6을 참조하여, 마이크로컴퓨터의 최대 전송 단위(Maximum Transmission Unit, MTU) 기능을 사용하여 IGBT 게이트 신호를 생성하도록 한다.Referring again to FIG. 2, FIG. 4 and FIG. 6, an IGBT gate signal is generated using a maximum transmission unit (MTU) function of the microcomputer.
즉, 회로 상단에 위치한 주 스위치(110,120) S1, S2 중에서 어느 하나를 턴-오프(Turn-off) 하고 있는 시간인 δt1A 경과 후 회로 하단에 위치한 보조 스위치(210,220) S3, S4 중에서 어느 하나를 턴-온(Turn-on)시켜 δt1B 경과 후에 다른 주 스위치 하나를 턴-온(Turn-on)하고, 시간 δt2 경과 후에는 보조 스위치 어느 하나를 해제하는 경과 시간에만 다음 조건을 충족하도록 타이머 제너럴 레지스터(Timer General Register, TGR)를 정해 주면 된다.That is, the
㉠ 시간 0 : 주 스위치S1의 오프(Off)시간㉠ Time 0: Off time of main switch S 1
㉡ 시간 δt1A : 보조 스위치S4의 온(On)시간Time δt 1A : On time of auxiliary switch S 4
㉢ 시간 δt1A + δt1B : 다른 주 스위치S2의 온(On)시간Time δt 1A + δt 1B : On time of the other main switch S 2
㉣ 시간 δt1A + δt1B + δt2 : 보조 스위치S4의 오프(Off)시간Time δt 1A + δt 1B + δt 2 : Off time of auxiliary switch S 4
표 3은 각 PWM(SPWM) 출력 레지스터와 출력 단자의 관계를 나타낸 것으로, 1개의 PWM(SPWM) 신호를 생성하기 위하여 A와 B 또는 C와 D를 쌍으로 사용되어야 하며, 출력 단자는 A 또는 C 이다. 즉 마이크로컴퓨터 보드 1개로 생성 가능한 신호는 8개까지 되어 단상 풀 브리지 인버터의 동작까지 가능하다. Table 3 shows the relationship between each PWM (SPWM) output register and output terminal. A and B or C and D should be used as a pair to generate one PWM (SPWM) signal. Output terminals are A or C to be. In other words, up to eight signals can be generated by one microcomputer board, enabling operation of a single-phase full-bridge inverter.
한편, 본 발명의 실시 예를 통해 12개의 신호를 필요로 하는 3상 인버터를 실현하기 위해서는, 또 하나의 SH-2 마이크로컴퓨터 보드를 설치하고 각 동기화 동작시키기 위한 외부 회로를 사용해야 할 것이다.On the other hand, in order to realize a three-phase inverter requiring 12 signals through the embodiment of the present invention, another SH-2 microcomputer board must be installed and an external circuit for synchronizing each SH-2 microcomputer board must be used.
도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 우선 사인파 변조를 주지 않는 경우의 게이트 펄스 신호 생성 그래프를 나타낸다.Referring to FIG. 8, there is shown a graph of generating a gate pulse signal in a case where a first sinusoidal wave modulation is not given to a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power source according to a preferred embodiment of the present invention.
스위칭 1 샘플링주기 fs 사이에는 (1)상단에 위치한 주 스위치(110) S1이 오프(Off)이면 하단에 위치한 주 스위치(120) S2는 온(On)의 경우와, (2)하단에 위치한 주 스위치(120) S2가 오프(Off)이면 상단에 위치한 주 스위치(110) S1은 온(On)되는 경우가 모두 있으므로, 이것을 고려하여 각 TGR를 설정하면 u상(혹은 a상) 경우의 스위칭 시퀀스는 도 8과 같이 된다. 각 채널의 동작은 독립적이지만 모든 게이트 펄스 신호를 동기화하기 위해 각 채널의 타이머 카운터(Timer Counter, TCNT)는 동기 동작으로 설정하고 각 스위치의 출력 단자는 표 3과 같이 설정하면 된다. v상(혹은 b상)의 경우도 마찬가지로, 채널 3, 4를 사용하여 마찬가지로 위상을 π만큼 지연하도록 TGR을 설정하면 된다.When the main switch 110 S 1 located at the upper end is off, the main switch 120 S 2 located at the lower end is in the ON state and the
일반적으로, 프로그램상에서 TGR 설정 방법이 있지만 기준을 카운터 리셋시로 PWM(SPWM) 신호의 폭에 따라 카운터의 카운트를 10 진수 또는 16 진수로 제공한다. 도 8에서 회로 상단에 위치한 주 스위치 S1u이 턴-온(turn on) 신호를 주면 TGR0D 값은 δt1A + δt1B에 상응하는 카운트를 설정한다. 카운터의 카운트 업 주파수는 28.63[MHz]이므로 1카운트 이하 이거나 약 34.9[ns]가 된다. 또한 샘플링 주파수를 16[kHz]로 하면 1샘플링 주기는 1784 카운트로 되기 때문에 TGR 값은 이것을 넘지 않도록 설정한다.Generally, there is a TGR setting method in the program, but the counter provides a count of the counter in decimal or hexadecimal according to the width of the PWM (SPWM) signal when the counter is reset. When the main switch S 1u located at the top of the circuit in FIG. 8 gives a turn-on signal, the TGR0D value sets a count corresponding to? T 1A +? T 1B . Since the count-up frequency of the counter is 28.63 [MHz], it is less than or equal to 1 count or becomes about 34.9 [ns]. Also, if the sampling frequency is set to 16 [kHz], one sampling period becomes 1784 counts, so that the TGR value is set so as not to exceed this value.
도 8에서 알 수 있듯이, 기본적으로 회로 상단에 위치한 주 스위치(110) S1u 오프(Off), 보조 스위치(220) S4u 온(On), 주 스위치(120) S2u 온(On), 보조 스위치(220) S4u 오프(Off)의 타이밍을 신호파와 반송파를 비교한 결과에 따라 변화시킨다. As shown in Figure 8, the default state switches (110) S 1u off in the upper circuit (Off), the auxiliary switch (220) S 4u on (On), main switch (120) S 2u-on (On), secondary The timing of the switch 220 S 4u Off is changed according to the result of comparing the signal wave and the carrier wave.
본 발명의 실시 예에 따른 액티브 보조 공진 암 링크(Auxliary Resonant Commutated Pole, ARCP)의 보조 스위치(220) S4u 동작 시간은 일정하기 있기 때문에 주 스위치(110) S1u 오프(Off)의 타이밍을 변화시키고, 나머지 시간은 주 스위치(110) S1u 취소를 기준으로 평행 이동하면 된다. 즉 상단에 위치한 주 스위치(110) S1u 오프(Off)를 위한 레지스터 TGR0C 값을 data_u [x]하면 다음과 같다.The
㉠ data_u [x] + δt1A : S4u 온(TGR1B) ㉠ data_u [x] + δt 1A : S 4u on (TGR1B)
㉡ data_u [x]+ δt1A + δt1B : S2u 온(TGR0B) ㉡ data_u [x] + δt 1A + δt 1B : S 2u on (TGR0B)
㉢ data_u [x]+ δt1A + δt1B + δt2 : S4u 오프(TGR1A)? Data_u [x] +? T 1A +? T 1B +? T2 : S 4u off (TGR1A)
v상(혹은 b상)의 경우도 마찬가지로 S2v 오프 레지스터 TGR3A를 기준으로 하고 S3v 온, S1v 온(On), S3v 오프(Off)의 타이밍을 신호파(혹은 정현파)와 반송파(혹은 톱니파)를 비교한 결과에 따라 평행 이동시키면 된다.v a (or b-phase) of the case likewise S 2v off register based on the TGR3A and S 3v on, S 1v on (On), the timing of signal waves of the S 3v off (Off) (or sinusoidal wave) and the carrier (or Sawtooth wave) according to the comparison result.
또한, 사인파 변조를 위한 변수 data_u [x] 및 data_v x를 구하기 위해서는, 전술한 도 5의 (a) 및 (c)와 같이 정현파와 톱니파를 비교하여 각 샘플링 시간마다 실시한다. 그러나 상기 반송파(톱니파)는 0에서 1784까지 증가하고 재설정하는 업 카운터(fs=16kHz의 경우)를 이용해 신호파의 주파수를 60Hz로 0부터 1784까지 변화하는(fs=16kHz 변조 비율 1의 경우)사인파를 사용한다. In order to obtain the variables data_u [x] and data_v x for sinusoidal modulation, the sinusoidal wave and the saw tooth wave are compared with each other as shown in FIGS. 5A and 5C for each sampling time. However, the carrier (sawtooth) increases the frequency of the signal wave from 60 Hz to 1784 (in the case of fs = 16 kHz modulation ratio 1) using an up counter (for fs = 16 kHz) Lt; / RTI >
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 중에서는 변조 속도와 샘플링 주파수, 사인파 주파수를 입력하는 것만으로 이러한 식을 자동으로 생성하고 비교 계산 후 신호파 1주기 분의 배열 data_u [x]와 data_v [x]의 값이 구할 수 있다. Of the programs according to the embodiment of the present invention, these formulas are automatically generated only by inputting the modulation rate, the sampling frequency, and the sine wave frequency, and the arrays data_u [x] and data_v [x] Can be obtained.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 컴퓨터 제어 프로그램의 구성은, 먼저 상수 및 함수를 정의한 다음 핀 출력을 설정하고, 최대 전송 단위(MTU) 기능의 각종 설정 등으로 이어 while(1) 함수를 사용하여 main 함수를 무한 루프 시키도록 되어있다. 따라서 각 샘플링 주기마다 if문 등을 사용하여 값을 변화시킬 수 없으므로 컴페어 매치 타이머(Compare Match Timer, CMT)를 사용한다. 이 기능은 설정 한 주기마다 인터럽트를 발생시키고 값을 변화 시킬 수 있다. In the configuration of the microcomputer control program according to the embodiment of the present invention, first, a constant and a function are defined, then a pin output is set, various settings of a maximum transmission unit (MTU) The main function is intended to loop infinitely. Therefore, the compare match timer (CMT) is used because the value can not be changed by using an if statement or the like for each sampling period. This function can generate an interrupt and change the value every set period.
다시 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)의 동작 시간은, 회로 파라미터 설계에 의해 최대 얼마인지를 추정하고 있지만, 부하 전류의 크기 등에 따라 항상 변화한다. Referring again to Fig. 2, the maximum operating time of the soft active assisted
또한, 정현파 펄스 폭 변조(SPWM)에 의해 게이트 펄스 신호의 폭이 변동한다. 즉, 상기 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)의 동작 시간보다 게이트 펄스 신호 폭이 짧을 경우에는 하드 스위칭으로 동작하며, 게이트 펄스 신호의 H(High), L(Low)가 역전되는 경우도 생긴다. In addition, the width of the gate pulse signal varies due to the sinusoidal pulse width modulation (SPWM). In other words, when the gate pulse signal width is shorter than the operation time of the soft active assistant
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 IGBT 게이트 펄스 신호의 High, Low 역전 현상 타임 차트를 나타낸다.Referring to FIG. 9, there is shown a time chart of high and low inversion of an IGBT gate pulse signal for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power source according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 9의 (a)에서 펄스가 얇은 경우의 스위칭 시퀀스에서 알 수 있듯이, 전술한 도 2의 상단에 위치한 보조 스위치(210) S3와 하단에 위치한 보조 스위치(220) S4가 동시에 온(On)이 되는 기간이 존재한다. 이 시점에서 이미 전원이 합선 되어 있기 때문에 전원 회로가 소손 될 우려가 있다. 이 경우의 상기 상단에 위치한 보조 스위치 S3 오프(Off)의 타이밍 TGR2A는 샘플링 주기보다 큰 값을 가진다. 그런데 카운터 TCNT는 그 이전의 상단 주 스위치(110) S1 오프(OFF)의 타이밍 TGR0A에서 0으로 재설정되기 때문에 결과적으로 상단의 보조 스위치 S3는 해제하지 않고 온(ON) 상태가 된다. First, in Fig.'S 9 (a) as seen in the switching sequence when the pulse is thin, in the auxiliary switch (210) S 3 and at the bottom at the top of Figure 2 the above-described auxiliary switch (220) S 4 are simultaneously turned on (On). At this point, the power supply circuit may be damaged because the power supply is already short-circuited. In this case, the timing TGR2A of the auxiliary switch S 3 off (Off) located at the upper end has a value larger than the sampling period. However, the counter TCNT is a as a result the auxiliary switch S 3 is at the top without lifting-on (ON) state since the reset to zero at the timing of TGR0A before the top of the main switch (110) 1 S-off (OFF).
한편, 도 9의 (b)와 같이 같은 게이트 펄스 신호가 실제로 출력되는 경우가 있다. 즉, 상기 TGR2A 값이 TGR0A보다 작을 샘플링 주기가 될 때까지 상단의 보조스위치 S3는 온(ON) 상태가 지속적으로 된다. On the other hand, the same gate pulse signal may actually be output as shown in Fig. 9 (b). That is, the upper auxiliary switch S 3 remains on until the TGR 2A value becomes smaller than the TGR 0A.
이러한 문제를 해결하려면, 액티브 보조 공진 암 링크(Auxliary Resonant Commutated Pole, ARCP)의 동작 설정 시간 δt1A, δt1B, δt2를 너무 높게 설정하거나 과도하게 변조 비율을 두지 않거나 펄스가 가늘지 않도록 강제로 TGR 값을 고정하는 방법이 있다. To solve this problem, it is necessary to set the operation setting time δt 1A , δt 1B , δt 2 of the active auxiliary resonant arm (ARCP) to too high, to set the modulation ratio too high, or to force the TGR There is a way to fix the value.
따라서 본 발명의 실시 예에서 사용한 프로그램은 ARCP 동작 설정시간δt1A, δt1B, δt2를 맞추어 4.5[μs]정도, 변조 비율을 0.5로 하고, 펄스가 가늘지 않도록 처리해 게이트 펄스 신호의 High, Low 역전 현상이 발생하지 않도록 하였다.Therefore, the program used in the embodiment of the present invention processes the ARP operation set time δt 1A , δt 1B , δt 2 to about 4.5 μs and the modulation ratio to 0.5 to process the pulse so that the pulse is not narrow, So that the phenomenon did not occur.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 인버터 출력 단자와 전원 분할용 커패시터의 중간점 사이의 전압 파형인 인버터 출력전압 실험 결과를 나타낸다.10, the voltage waveform between the inverter output terminal and the intermediate point of the power dividing capacitor for the single-phase voltage type SPWM inverter system used in the renewable energy system linked distributed power supply according to the embodiment of the present invention, The experimental results are shown.
도 10에서 알 수 있듯이, 인버터 출력 단자와 전원 분할용 커패시터 중간점 사이의 전압은 양의 피크값과 음의 피크값이 각각 인버터의 직류 전원전압의 절반인 +100[V], -100[V]이다. 10, the voltage between the inverter output terminal and the midpoint between the power dividing capacitors is +100 V and -100 V, where the positive peak value and the negative peak value are half of the DC power supply voltage of the inverter, respectively ]to be.
그러나 도 10의 (a)에서 보는 바와 같이, 하드 스위칭시 전압 피크값은 스위칭 서지 전압의 영향 때문에 다른 소프트 스위칭 방식에 비해 크게 +128[V], -126[V]가 된다. 또한 인버터 출력 전압의 각 펄스는 SPWM 변조에 의해 펄스폭이 시시각각 변화한다. However, as shown in FIG. 10 (a), the voltage peak value during hard switching is +128 [V] and -126 [V] compared to other soft switching methods due to the influence of the switching surge voltage. In addition, each pulse of inverter output voltage changes pulse width momentarily by SPWM modulation.
또한, 주 스위치가 오프(Off)에서 다른 주 스위치가 온(ON)이 될 때까지의 시간은 종래의 시퀸스 스위칭 패턴인 경우에 하드 스위칭 방식의 데드 타임은 1.5[μs]이고, 소프트 스위칭 방식의 데드타임은 2.0[μs]인데 반해, 본 발명의 실시 예에 따른 시퀸스 스위칭 패턴인 경우에는 소프트 스위칭 방식이 4.0[μs](δt1A + δt2)이기 때문에 동일한 변조 비율과 시간에서는 하드 스위칭 방식의 펄스폭이 가장 고밀도이다.Also, the time from when the main switch is turned off to when the other main switch is turned on is 1.5 [microsecond] in the case of the conventional sequence switching pattern, and the time from the soft switching In the case of the sequence switching pattern according to the embodiment of the present invention, since the soft switching scheme is 4.0 [micro] s (隆 t 1A + 隆 t 2 ), the dead time is 2.0 [micro] The pulse width is the highest density.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 필터 인덕터 전류 실험 결과를 나타낸다. 11 shows a filter inductor current test result for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power source according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 11의 (a)에서 알 수 있듯이, 필터 인덕터에 흐르는 전류 파형은 인버터 출력의 PWM 파형에 따라 진동하면서 정현파로 변화하며, 각각의 파형을 비교할 때 도 11의 (b)에서 보는 바와 같이, 종래 스위칭 시퀀스에서 동작시킨 경우에 최고값 부근에서 파형이 부족한 것을 확인할 수 있다. 이것은 도 11의 (c)에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 시퀀스에 비해 펄스 밀도가 높고, 좁은 펄스가 나타나기 쉽다.11 (a), the waveform of the current flowing through the filter inductor changes as a sinusoidal wave while vibrating according to the PWM waveform of the inverter output. As shown in FIG. 11 (b) It can be confirmed that the waveform is insufficient in the vicinity of the maximum value when the conventional switching sequence is operated. As shown in FIG. 11 (c), the pulse density is high and the narrow pulse is more likely to appear than the switching sequence according to the embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 필터 커패시터 전압 실험 결과를 나타낸다.12 shows filter capacitor voltage test results for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power supply according to an embodiment of the present invention.
도 12에서 알 수 있듯이, 필터 커패시터에 걸리는 전압 파형은 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 시퀀스에 비해 종래 스위칭 시퀀스에서 동작시킨 경우에 최고값 부근에서 파형이 부족한 것을 확인할 수 있다.As can be seen from FIG. 12, the voltage waveform applied to the filter capacitor can be confirmed to be insufficient in waveform near the maximum value when the conventional switching sequence is operated in comparison with the switching sequence according to the embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 저항 부하의 전압 및 전류 실험 결과를 나타낸다.Referring to FIG. 13, there are shown voltage and current test results of a resistive load for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power source according to an embodiment of the present invention.
도 13에서 약간의 측정 오차는 있지만, 전압과 전류는 동위상이고, 전압의 실효값(Vrms)과 전류의 실효값 (Irms)에 부하 저항(Rload)을 곱한 것과 같은 것을 확인할 수 있다.Although there are some measurement errors in Fig. 13, it can be seen that the voltage and the current are in phase and that the effective value (Vrms) of the voltage and the effective value (Irms) of the current are multiplied by the load resistance (Rload).
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 ARCP의 공진 인덕터 L1의 전류 변화를 저항부하 전압과 동시에 측정한 실험 결과를 나타낸다.Referring to FIG. 14, in the single-phase voltage type SPWM inverter system used in the distributed power source of the renewable energy system according to the embodiment of the present invention, the current change of the resonance inductor L 1 of the ARCP is measured simultaneously with the resistance load voltage .
도 14에서 저항부하 전압 피크에 맞추어 공진 인덕터 L1의 전류 피크값이 변화하며, 상기 저항부하 전압이 양의 피크일 때 L1의 전류는 확대되며, 상기 저항부하 전압이 음의 피크일 때뿐만 아니라, 상기 L1의 전류가 최대값을 가지는 것을 확인할 수 있다. 14, the current peak value of the resonant inductor L 1 changes in accordance with the resistive load voltage peak, and when the resistive load voltage is a positive peak, the current of L 1 expands, and only when the resistive load voltage is a negative peak However, it can be confirmed that the current of L 1 has a maximum value.
그리고 상기 L1의 피크 전류가 최소화되는 부분은 저항부하 전압이 제로 크로스 점의 부분에 해당된다. 그러나 시뮬레이션에서는 항상 L1의 전류는 양수에 있었지만, 실험 결과에 의한 파형은 음수로도 되어있다. 이것은 보조 스위치의 복구 특성에 따라 역방향으로 전류가 흐르기 때문이다.The portion where the peak current of L 1 is minimized corresponds to the portion of the zero cross point of the resistive load voltage. However, in the simulation, the current of L 1 was always positive, but the waveform due to the experiment is also negative. This is because the current flows in the reverse direction depending on the recovery characteristics of the auxiliary switch.
결과적으로, 종래의 스위칭 시퀀스와 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 시퀀스를 비교하면 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 시퀀스에서 ARCP를 동작시키면 공진 인덕터 L1의 전류가 전체적으로 작게 억제되어있는 것을 알 수 있다. As a result, comparing the conventional switching sequence and the switching sequence according to the embodiment of the present invention, it can be seen that when the ARCP is operated in the switching sequence according to the embodiment of the present invention, the current of the resonance inductor L 1 is suppressed as a whole .
상기 저항부하 전압이 양의 피크인 경우에는 25.0[A]가 20.4[A]로 약 80[%]가 되고 있지만, 상기 저항부하 전압이 제로 크로스 점에서는 ARCP 동작이 억제 효과가 크고, 상기 극대값이 약 1/4이 되어 제로 크로스 점에서 종래의 스위칭 패턴 방식에서 나온 12[A]정도가 거의 제로로 억제된다. 그리고 상기 L1의 전류의 실효값은 종래의 스위칭 패턴 방식으로 할 경우 3.83[A]였으나 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 패턴 방식으로 할 경우에는 2.23[A]로 감소되어 지는 것을 알 수 있다.25.0 [A] is about 80 [%] at 20.4 [A] when the resistance load voltage is a positive peak, but the ARCP operation is more effective at suppressing the resistance load voltage at the zero cross point, About 1/4, so that about 12 [A] from the conventional switching pattern system at the zero cross point is suppressed to almost zero. The effective value of the current of L 1 is 3.83 [A] in case of the conventional switching pattern method, but it is reduced to 2.23 [A] in case of the switching pattern method according to the embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 ARCP의 공진 커패시터 C3의 전압 변화를 저항부하 전류와 동시에 측정한 실험 결과를 나타낸다.15, the voltage change of the resonance capacitor C 3 of the ARCP for the single-phase voltage type SPWM inverter system used in the distributed power source of the renewable energy system according to the embodiment of the present invention is measured simultaneously with the resistance load current .
도 15에서 상기 저항부하 전류의 피크에 맞추어 공진 커패시터 C3의 충전 전압이 변화하는 것을 알 수 있다. 상기 C3의 전압이 음(-)이 되는 부분은 보조 다이오드 D3의 복구 특성에 의한 것이며, 상기 C3의 충전 피크 전압에 대해 종래의 스위칭 패턴 방식과 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 패턴 방식을 비교하면 최대값은 종래의 스위칭 패턴 방식이 148[V]인데 반해, 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 패턴 방식은 116[V]로 약 78[%]가 감소된다. In FIG. 15, it can be seen that the charging voltage of the resonance capacitor C 3 changes in accordance with the peak of the resistive load current. Of the C 3 voltage negative (-) portion of the auxiliary diode D 3 will by the recovery characteristics of the switching pattern scheme in accordance with an embodiment of the C 3 conventional switching pattern method for charging a peak voltage of the present invention , The maximum value of the conventional switching pattern method is 148 [V], whereas the switching pattern method according to the embodiment of the present invention is reduced by about 78% by 116 [V].
또한, 상기 저항부하 전류가 음(-)인 반파의 영역은 종래의 스위칭 패턴 방식이 약 90[V]의 최대값을 가지는 것에 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 패턴 방식은 약 20[V]에서 일정한 값을 가진다. In addition, the half-wave region in which the resistance load current is negative has a maximum value of about 90 [V] in the conventional switching pattern system, whereas the switching pattern system according to the embodiment of the present invention has about 20 [V ].
한편, 전술한 도 14에 나타낸 공진 인덕터 L1의 전류를 고려하면, ARCP의 공진 동작은 거의 일어나지 않으며, 상기 공진 커패시터 C3의 충전 전압의 실효값은 종래의 스위칭 패턴 방식인 경우에 69.5[V]인데 반해, 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 패턴 방식은 46.7[V]가 되어 약 67[%]로 감소된다. 또한 상기 C3의 양단 전압은 C3 자신의 충ㆍ방전뿐만 아니라 다른 커패시터 전압 및 스위치 상태에 따라 변화하기 때문에 L1의 전류가 제로라 할지라도 C3의 전압이 항상 제로 상태가 되지는 않는다. On the other hand, considering the current of the resonance inductor L 1 shown in FIG. 14, the resonance operation of the ARCP hardly occurs, and the effective value of the charging voltage of the resonance capacitor C 3 is 69.5 [V ], The switching pattern scheme according to the embodiment of the present invention is 46.7 [V], which is reduced to about 67 [%]. In addition, both-end voltage of the C 3 is C 3 but is their charging and discharging as well as not, even in the L 1 current is zero the voltage on the C 3 is always zero state because it changes according to the other capacitor voltage and the switch status.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 계통 연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템의 효율을 측정한 결과를 나타낸다.16, the efficiency of a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a grid-connected distributed power supply for a single-phase voltage type SPWM inverter system used in a distributed power source of a renewable energy system according to an embodiment of the present invention .
도 16의 결과에서 보는 바와 같이, 종래의 스위칭 시퀸스 패턴 방식인 소프트 스위칭 방식이 하드 스위칭 방식보다 효율면에서 떨어지는 결과가 나타났는데, 그 이유로는 ARCP 회로 전체의 손실이 하드 스위칭 방식의 경우의 손실에 중첩되기 때문이다. 그리고 보조 스위치도 주 스위치와 같은 대용량의 2in1 모듈을 사용하고 있어 손실이 더 많이 발생되며 회로 구성 시 배선 길이의 증대와 접점의 증대 등 전도 손실도 무시할 수 없다. 다만, 소프트 스위칭 동작은 스위칭 시 서지 전압과 서지 전류를 억제 할 수 있으므로, 장치의 발생 소음은 상기 하드 스위칭 방식에 비해 감소 할 것으로 생각된다. 16, the soft switching scheme, which is a conventional switching sequence pattern scheme, is less efficient than the hard switching scheme. The reason for this is that the loss of the entire ARCP circuit is lost in the case of the hard switching scheme Because it overlaps. Also, the auxiliary switch uses a large-capacity 2in1 module such as the main switch, which causes more loss, and conduction loss such as an increase in the wiring length and an increase in the contact point in the circuit configuration can not be ignored. However, since the soft switching operation can suppress the surge voltage and the surge current at the time of switching, the generated noise of the device is considered to be reduced as compared with the hard switching method.
이러한 점을 고려하더라도 본 발명의 실시 예에 따른 소프트 스위칭 패턴 시퀀스 방식은 효율이 우수하다고 할 수 있으며, 효율을 더 높이기 위해서는 ARCP의 불필요한 동작을 더욱 억제하여 보조 스위치에 발생되는 스위칭 손실을 줄이거나 ARCP를 구성하는 각 소자 손실이 적은 것을 사용하여 δt1A, δt1B, δt2의 값을 용량에 맞추어 최적 설계하는 등의 방법을 사용하면 가능할 것이다.Even in consideration of this point, the soft switching pattern sequence scheme according to the embodiment of the present invention is excellent in efficiency. In order to further increase the efficiency, the unnecessary operation of the ARCP is further suppressed, thereby reducing the switching loss occurring in the auxiliary switch, according to the values of δt 1A, 1B δt, δt 2, using the low-loss elements each constituting a dose it may be possible by using a method such as the optimum design.
이하, 도 2 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템에 대한 작용효과를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation and effect of the single-phase voltage type SPWM inverter system used in the renewable energy system connected distributed power source according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 to FIG.
본 발명의 실시 예에 따른 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템은, 하나 이상의 주 스위치를 단속하기 위해 정현파 펄스 폭 변조 방식에 의한 소프트 변조가 이루어지도록 하는 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로를 갖는 단상 전압형 SPWM 인버터와 상기 단상 전압형 SPWM 인버터의 보조 스위치와 주 스위치를 온/오프 제어하기 위한 IGBT 게이트 펄스 신호 생성 회로를 구성함으로써, 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로의 보조 스위치 상호간에 합선을 방지시켜 주 스위치를 효율적으로 단속하여 공진 에너지 회생율이 최대화되어 인버터의 전체 효율을 증가시키고, 인버터 사용된 모든 스위칭 소자들이 소프트 스위칭 조건에서 턴-온/턴-오프 되므로 스위칭 손실을 최소화할 뿐만 아니라, 공진 에너지를 완전히 입력으로 회생시켜 모든 소자에 대한 전도 손실을 저감시킬 수 있도록 한 것에 특징이 있다.The single-phase voltage type SPWM inverter system used in the distributed power source of the renewable energy system according to the embodiment of the present invention includes a soft active assistant resonance circuit for soft modulation by sinusoidal pulse width modulation Phase voltage type SPWM inverter having a snubber circuit and an auxiliary switch of the single-phase voltage type SPWM inverter and an IGBT gate pulse signal generating circuit for controlling on / off of the main switch are constituted so that the auxiliary switch of the soft active auxiliary resonance snubber circuit By preventing the short-circuit between each other, the main switch is effectively interrupted, thereby maximizing the resonance energy regeneration rate, thereby increasing the overall efficiency of the inverter. In addition, since all the switching elements used in the inverter are turned on / off in the soft switching condition, In addition to minimizing the resonance energy, Was regenerated to the power is characterized in one so as to reduce the conduction loss for all devices.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
100 : 단상 하프 브리지 PWM 인버터 100a,100b : 브리지 암
110,120 : 주 스위치 130 : 저역 통과 필터
200 : 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로
210,220 : 보조 스위치 L1,L2 : 공진 인덕터
C1,C2,C3,C4 : 공진 커패시터 D3~D6 : 보조 다이오드
300 : 대용량 전해 콘덴서
500 : IGBT 게이트 펄스 신호 생성 회로 510 : 호스트-피씨(Host-PC)
520 : 마이크로 컨트롤러 보드
530: 한 쌍의 게이트 드라이브 회로 541 : 게이트 신호 입력 단자
542 : 게이트 신호 출력 단자
543 : IGBT 드라이브 모듈(GPS-15104-1515)
544 : 포토커플러(TLP250) 545 : 게이트 저항
546 :74 시리즈 IC광 커플러 555 : IGBT 드라이브 회로
561 : 버퍼 회로 565 : IGBT 게이트 단자100: Single phase half
110, 120: main switch 130: low-pass filter
200: Soft active auxiliary resonance snubber circuit
210, 220: Auxiliary switches L 1 , L 2 : Resonant inductor
C 1 , C 2 , C 3 , C 4 : resonant capacitors D 3 to D 6 : auxiliary diode
300: Large capacity electrolytic capacitor
500: IGBT gate pulse signal generating circuit 510: Host-PC
520: Microcontroller board
530: a pair of gate drive circuits 541: a gate signal input terminal
542: gate signal output terminal
543: IGBT drive module (GPS-15104-1515)
544: Photocoupler (TLP250) 545: Gate resistance
546: 74 Series IC optocoupler 555: IGBT drive circuit
561: Buffer circuit 565: IGBT gate terminal
Claims (6)
상기 인버터의 브리지 암(100a,100b)에 접속 연결되되, 스위치가 포함된 외부 회로의 조건에 관계없이 ZCS(Zero Current Switch) 및 ZVS(Zero Voltage Switch) 스위칭 제어 신호에 의해 하나 이상의 보조 스위치(210,220)가 턴-온(Turn-on) 및 턴-오프(Turn-off)되는 소자를 갖는 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로(200)와, 상기 인버터 및 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로에 직류 전원 전압의 중점 전위를 만들기 위한 대용량 전해 콘덴서(300)와, 상기 인버터에 구비된 하나 이상의 주 스위치(110,120)를 단속하기 위한 게이트 펄스 신호를 상기 소프트 액티브 보조 공진 스너버 회로를 통해 정현파 펄스 폭 변조(SPWM) 방식에 의한 소프트 변조가 이루어지도록 하는 단상 전압형 SPWM 인버터(100)를 포함하며,;
상기 단상 전압형 SPWM 인버터의 보조 스위치와 주 스위치를 온/오프 제어하기 위한 호스트-피씨(Host-PC,510)와 상기 호스트-피씨의 명령으로부터 IGBT 게이트 펄스를 생성하는 마이크로 컨트롤러 보드(520)와,
상기 마이크로 컨트롤러 보드로부터 +5[V], 0[V]의 게이트 신호를 받는 게이트 신호 입력 단자(541) 및 상기 게이트 신호 입력 단자에 입력된 신호를 +15[V], -10[V]의 게이트 신호가 출력되도록 하는 게이트 신호 출력 단자(542)와 +15[V] 및 +5[V]의 직류 전원을 공급받아 한 쌍의 게이트 드라이브 회로를 구동하기 위한 IGBT 드라이브 모듈(GPS-15104-1515, 543) 및 74 시리즈 IC광 커플러(546)를 절연하고 증폭하기 위한 포토커플러(TLP250, 544-535)를 통해 상기 한 쌍의 게이트 드라이브 회로의 충전 전류를 제한하는 IGBT 드라이브 회로(555)와, 상기 IGBT 드라이브 회로에서 연산처리된 게이트 펄스 신호를 단속하는 IGBT 게이트 단자(565)와 상기 IGBT 드라이브 회로와 IGBT 게이트 단자 사이에 위치하여 상기 한 쌍의 게이트 드라이브 회로를 보호하기 위한 게이트 저항(545)이 삽입되는 한 쌍의 게이트 드라이브 회로(530)를 갖는 IGBT 게이트 펄스 신호 생성 회로(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템.
In a single-phase voltage type SPWM inverter system used for a distributed power source for a renewable energy system,
(ZCS) and a ZVS (Zero Voltage Switch) switching control signal, regardless of the condition of an external circuit including the switch, and is connected to the bridge arms 100a and 100b of the inverter. A soft active assistant resonant snubber circuit 200 having elements that are turned on and turned off and a DC voltage source 220 that is connected to the inverter and the soft active auxiliary resonant snubber circuit. (SPWM) through the soft active assistant resonance snubber circuit for interrupting the at least one main switch (110, 120) provided in the inverter, and a large capacity electrolytic capacitor (300) Way voltage-type SPWM inverter (100) for performing soft modulation by a method;
A host-PC 510 for on / off controlling the auxiliary switch and the main switch of the single-phase voltage type SPWM inverter, a microcontroller board 520 for generating IGBT gate pulses from the command of the host PC, ,
A gate signal input terminal 541 for receiving a gate signal of +5 V and 0 V from the microcontroller board and a gate signal input terminal 541 for inputting a signal inputted to the gate signal input terminal of +15 [V] and -10 [V] A gate signal output terminal 542 for outputting a gate signal and an IGBT drive module (GPS-15104-1515) for driving a pair of gate drive circuits by receiving DC power of +15 [V] and +5 [V] An IGBT drive circuit 555 for limiting the charge current of the pair of gate drive circuits via photocouplers (TLP 250, 544-535) for isolating and amplifying the 74 series IC optocouplers 546, 543, An IGBT gate terminal 565 for interrupting a gate pulse signal calculated and processed in the IGBT drive circuit and a gate resistor 545 for protecting the pair of gate drive circuits located between the IGBT drive circuit and the IGBT gate terminal As long as it is inserted Phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy system connected distributed power supply, characterized by comprising an IGBT gate pulse signal generation circuit (500) having a pair of gate drive circuits (530).
상기 게이트 저항(545)은, CM300DY-12H의 표준 게이트 저항으로 2.1Ω~21Ω 까지의 범위에서 값을 선정하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템.
The method according to claim 1,
The gate resistor (545) is a standard gate resistance of CM300DY-12H, and a value is selected in a range from 2.1? To 21 ?. The single-phase voltage type SPWM inverter system used in a renewable energy grid connected distributed power source.
상기 IGBT 드라이브 회로(555)에는 2개의 IC{(74LS245, 546), (74LS365, 547)}를 구성하되, 상기 IC(74LS365, 547) 내부에는 전원 회로인 상기 IGBT 드라이브 회로의 이상 및 IGBT 소자가 소손되는 경우, 그 영향이 마이크로 컨트롤러 보드(520)에까지 도달하지 않도록 하기 위한 버퍼 회로(561)가 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 계통연계 분산 전원에 사용되는 단상 전압형 SPWM 인버터 시스템.The method according to claim 1,
In the IGBT drive circuit 555, two ICs (74LS245, 546, and 74LS365 and 547) are formed. Inside the ICs 74LS365 and 547, an abnormality of the IGBT drive circuit, And a buffer circuit (561) is provided to prevent the influence thereof from reaching the microcontroller board (520) when the power is burned out. The single-phase voltage type SPWM inverter system according to claim 1,
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113629836A (en) * | 2021-07-16 | 2021-11-09 | 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司 | High-power charging system and method for electric ship |
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2014
- 2014-07-09 KR KR1020140085848A patent/KR101514803B1/en active IP Right Grant
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