KR101518859B1 - Rectifier to perform variable switching operation for improving efficiency - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류 전기를 공급하는 전기 공급원(1)으로부터 교류 전기를 공급받아 정류하여 직류 전기로 출력하는 과정에서 정류하는 중에 발생하는 전력 손실을 줄이기 위한 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 정류회로를 구성하는 스위칭 소자를 바디 다이오드를 갖춘 MOSFET으로 구성하여 MOSFET 및 바디 다이오드 중에 전기 공급원(1)의 공급전력의 변동에 따라 전력 손실이 적은 것을 선택하여 스위칭 동작하게 하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a variable switching operation rectifier for improving efficiency for reducing power loss occurring during rectification in the process of rectifying and supplying AC electricity from an electricity supply source 1 for supplying AC electricity More specifically, the switching element constituting the rectifying circuit is constituted by a MOSFET having a body diode, and a switching operation is performed by selecting a MOSFET and a body diode having a small power loss according to the variation of the power supply of the electric power source 1 To a variable switching operation rectifier for improving efficiency.

Description

효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치{RECTIFIER TO PERFORM VARIABLE SWITCHING OPERATION FOR IMPROVING EFFICIENCY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rectifier switching device,

본 발명은 교류 전기를 공급하는 전기 공급원(1)으로부터 교류 전기를 공급받아 정류하여 직류 전기로 출력하는 과정에서 정류하는 중에 발생하는 전력 손실을 줄이기 위한 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 정류회로를 구성하는 스위칭 소자를 바디 다이오드를 갖춘 MOSFET으로 구성하여 MOSFET 및 바디 다이오드 중에 전기 공급원(1)의 공급전력의 변동에 따라 전력 손실이 적은 것을 선택하여 스위칭 동작하게 하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a variable switching operation rectifier for improving efficiency for reducing power loss occurring during rectification in the process of rectifying and supplying AC electricity from an electricity supply source 1 for supplying AC electricity More specifically, the switching element constituting the rectifying circuit is constituted by a MOSFET having a body diode, and a switching operation is performed by selecting a MOSFET and a body diode having a small power loss according to the variation of the power supply of the electric power source 1 To a variable switching operation rectifier for improving efficiency.

도 1은 종래 자동차에 탑재한 정류기의 회로도로서, 도 1(a)는 다이오드(diode)를 브리지 회로로 구성하여 전파 정류하는 정류기의 회로도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 다이오드를 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor : 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)로 대체하여 전파 정류하는 정류기의 회로도이며, 자동차의 전기 시스템에 소요되는 전기를 충당하기 위해 전기를 생성하는 전기 공급원(1)을 가동시켜 교류 전기를 생성할 시에, 이 교류 전기를 직류 전기로 변성하여 축전지 또는 내부 전기 시스템에 공급한다. 여기서, 전기 공급원(1)은 자동차의 경우 엔진을 가동하는 중이거나 아니면 제동 발전을 위해 탑재한 발전기(alternator)이다.Fig. 1 is a circuit diagram of a rectifier mounted on a vehicle in the prior art. Fig. 1 (a) is a circuit diagram of a rectifier that includes a diode as a bridge circuit, Is a circuit diagram of a rectifier that performs full-wave rectification by replacing a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) with a metal oxide semiconductor field effect transistor. The electric power source 1 for generating electricity When the AC generator is operated to generate AC electricity, the AC generator converts the AC electricity into a DC electricity and supplies it to a battery or an internal electric system. Here, the electric power source 1 is an alternator that is installed for the engine in case of an automobile or for braking power generation.

도 1에는 전기 공급원(1)이 3상 발전기이므로 3상 교류 전기를 전파 정류하기 위한 정류소자(다이오드나 아니면 MOSFET)로 브리지 회로를 구성하려면 6개의 정류소자가 필요하다. 그리고, 플러스극(+)의 출력단(2a)과 그라운드(Ground)에 접지한 마이너스극(-)의 출력단(2b) 사이에는 콘덴서(C1)를 출력단과 병렬로 연결하여 출력단 전압을 일정 범위 내로 유지하는 평활회로 역할을 하게 한다.In Fig. 1, since the electric source 1 is a three-phase generator, six rectifiers are required to constitute a bridge circuit by rectifying elements (diodes or MOSFETs) for full-wave rectification of three-phase alternating current. The capacitor C1 is connected in parallel with the output terminal between the output terminal 2a of the positive electrode (+) and the output terminal 2b of the negative electrode (-) grounded to the ground to maintain the output terminal voltage within a certain range To serve as a smoothing circuit.

도 1(a)처럼 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)로 브리지 회로를 구성한 정류기는 회로구성이 간편하지만, 다이오드의 턴온(turn-on) 시에 전압 강하가 발생하므로 이때의 전압 강하에 의한 손실이 발생한다. 하나의 다이오드를 턴온할 시에 발생하는 전압 강하는 순바이어스 시의 턴온 전압(Vr)으로서 일반적으로 대략 0.7V이므로 출련단(2a, 2b)에서 보면 대략 1.4V의 전압 강하가 발생하므로, 낮은 전압을 사용하는 자동차의 전기 시스템에서 정류기에 의한 손실이 상대적으로 크게 나타나 정류 효율이 낮아진다.A rectifier having a bridge circuit composed of diodes D1, D2, D3, D4, D5 and D6 as shown in FIG. 1 (a) has a simple circuit structure. However, since a voltage drop occurs when the diode is turned on, A loss due to a voltage drop occurs. Since the voltage drop occurring when the one diode is turned on is generally about 0.7 V as the turn-on voltage Vr at the forward bias, a voltage drop of about 1.4 V occurs at the output terminals 2a and 2b, The loss due to the rectifier is relatively large in the electric system of the automobile using the rectifier.

이에 따라, 전력 손실은 다이오드를 통과하는 전류를 I라고 할 때에 2*Vr*I로 계산된다.Thus, the power loss is calculated as 2 * Vr * I, where I is the current through the diode.

도 1(b)의 정류기는 도 1(a)의 정류기에서 발생하는 전력 손실의 문제를 해결하기 위해서 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)를 MOSFET(M1, M2, M3, M4, M5, M6)으로 대체한 정류기로서, MOSFET의 턴온 시에 발생하는 손실은 드레인(drain)과 소스(source) 사이에 나타나는 온 드레인 저항(RDSON, on drain resistance)에 좌우되는 데, 이때의 온 드레인 저항이 매우 낮은 값을 가지므로, 다이오드에 비해 전력 손실을 크게 낮출 수 있다.The rectifier of FIG. 1 (b) includes diodes D1, D2, D3, D4, D5 and D6 as MOSFETs M1, M2, M3 and M4 , M5, and M6). The losses that occur when the MOSFET is turned on depend on the drain resistance (R DSON , on drain resistance) between the drain and the source. Since the on-drain resistance has a very low value, the power loss can be greatly reduced compared to the diode.

MOSFET으로 브리지 회로를 구성한 정류기에서는 각각의 MOSFET을 교류 전기의 파형에 맞춰 턴온 및 턴오프를 반복하게 하여야 하므로, 게이트(gate)에 스위칭 신호를 입력하기 위한 스위칭 회로(3)를 각각의 MOSFET에 하나씩 추가 설치해야 한다. 여기서, 스위칭 회로(3)는 MOSFET에 연결된 상(phase) 전압과 출력단에 연결되는 전압을 상호 비교하여 턴온 및 턴오프를 정하도록 구성된다.In a rectifier in which a bridge circuit is constituted by a MOSFET, each MOSFET must be repeatedly turned on and off in accordance with the AC electric waveform. Therefore, a switching circuit 3 for inputting a switching signal to the gate is connected to each MOSFET Additional installation is required. Here, the switching circuit 3 is configured to compare the phase voltage connected to the MOSFET and the voltage connected to the output terminal to determine turn-on and turn-off.

MOSFET의 턴온 및 턴오프는 스위칭 회로(3)에 의해서 다음과 같이 이루어진다.The turn-on and turn-off of the MOSFET are performed by the switching circuit 3 as follows.

3상 전파 정류를 위한 정류기는, 각 상(phase)별로 소스(source)를 연결한 하이 사이드 MOSFET(M1, M2, M3)과 드레인(drain)을 연결한 로우 사이드 MOSFET(M4, M5, M6)이 하나씩 설치되어 총 6개의 MOSFET이 설치되고, 하이 사이드 MOSFET(M1, M2, M3)의 각 드레인을 플러스극(+)의 출력단(2a)에 연결하고 로우 사이드 MOSFET(M4, M5, M6)의 각 소스를 접지극(GND)의 출력단(2b)에 연결하여 브리지 회로를 구성한다.The rectifier for three-phase full-wave rectification includes high-side MOSFETs M1, M2, and M3 connected to sources in each phase, low-side MOSFETs M4, M5, and M6 connecting drains, MOSFETs M1, M2 and M3 are connected to the output terminal 2a of the positive polarity (+) and the drains of the low-side MOSFETs M4, M5 and M6 And each source is connected to the output terminal 2b of the grounding electrode GND to constitute a bridge circuit.

그리고, 하이 사이드 MOSFET(M1, M2, M3)은 각각 상(phase) 전압이 플러스극(+)의 출력단(2a) 전압보다 클 경우만 턴온되고, 플러스극(+)의 출력단(2a) 전압보다 작거나 같으면 턴오프되게 제어된다. 로우 사이드 MOSFET(M4, M5, M6)은 각각 상(phase)전압이 접지(GND) 전압(0V)보다 작은 때에만 턴온되고, 상(phase)전압이 접지(GND) 전압(0V)보다 크거나 같으면 턴오프되게 제어된다. 이와 같은 MOSFET의 제어는 일반적으로 공지된 기술이다.Each of the high-side MOSFETs M1, M2 and M3 is turned on only when the phase voltage is higher than the voltage of the output terminal 2a of the positive polarity and is lower than the voltage of the output terminal 2a of the positive polarity If it is smaller or equal, it is controlled to be turned off. Each of the low side MOSFETs M4, M5 and M6 is turned on only when the phase voltage is lower than the ground voltage GND and the phase voltage is higher than the ground voltage GND If it is the same, it is controlled to be turned off. The control of such a MOSFET is a generally known technique.

이와 같이 MOSFET을 정류 소자로 한 정류기의 전력손실은 드레인-소스 간의 전류를 I라고 하였을 때에 2*RDSON*I2으로 계산된다.Thus, the power loss of a rectifier using a MOSFET as a rectification element is calculated as 2 * R DSON * I 2 when the current between the drain and the source is I.

하지만, MOSFET으로 구성한 정류기도 정류하는 전류가 커지는 만큼 전력 손실이 커지는 데, 전류 증가에 따른 전력손실의 증가율은 통과하는 전류의 자승에 비례하므로, 전류가 어느 정도 커지면 대략 전류에 비례하는 전력손실을 갖는 다이오드로 구성한 정류기의 전력 손실과 비슷해지거나 아니면 더 커질 수도 있다. 이는 다이오드의 경우 전류에 비례하는 전력 손실이 발생하기 때문이다. 더욱이, MOSFET을 사용하는 경우 게이트 신호를 생성하는 스위칭 회로(3)에서의 손실도 발생하므로, MOSFET에서의 전력 손실이 다이오드에서의 전력 손실과 비슷하다면 다이오드로 정류기를 구성하는 것이 좋다.However, the rectifier composed of a MOSFET also has a large power loss as the rectifying current increases. Since the rate of increase of the power loss due to the increase of the current is proportional to the square of the passing current, It may be similar to, or larger than, the power dissipation of a rectifier with a diode. This is because the diode has a power loss proportional to the current. Furthermore, if a MOSFET is used, a loss in the switching circuit 3 that generates a gate signal also occurs. If the power loss in the MOSFET is similar to the power loss in the diode, it is preferable to construct a rectifier with a diode.

또한, 자동차의 발전기에 연결하는 정류기는 자동차의 운전 상태에 따라 발전기에서 생성하는 전기의 전류가 변동한다. 이에 따라, 전력 손실을 줄이기 위해 MOSFET을 사용하더라도 발전기에서 생성하는 전류가 커져서 다이오드보다 전력 손실이 크게 되는 상황이 발생하더라도 종래에는 이러한 상황에 맞춰 전력 손실을 줄이도록 구성되지 아니하여 여전히 효율 저하의 문제를 갖게 되었다.Further, the rectifier connected to the generator of the vehicle varies in the electric current generated by the generator depending on the operating state of the vehicle. Accordingly, even if a MOSFET is used to reduce power loss, even if a current generated by a generator is large and a power loss is larger than that of a diode, conventionally, it is not configured to reduce power loss in accordance with this situation. .

KR 10-2009-0077070 A 2009.07.14.KR 10-2009-0077070 A 2009.07.14.

따라서, 본 발명의 목적은 교류 전기를 공급하는 공급원의 전력 공급 능력에 따라 변동되는 교류 전류의 크기에 연동하여 전력 손실을 최소화하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a variable switching operation rectifier for improving the efficiency in which the power loss is minimized in conjunction with the magnitude of the alternating current which fluctuates according to the power supply capability of the supply source for supplying the alternating current.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 가변 전력의 교류 전기를 미리 정한 범위 내의 전압으로 공급하는 전기 공급원(1)으로부터 교류 전기를 공급받아 정류하여 직류 전기로 출력하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치에 있어서, 바디 다이오드(body diode)를 갖는 MOSFET으로 정류 회로를 구성한 정류기(10); 상기 정류기(10)의 정류 동작을 위한 MOSFET의 턴온 및 턴오프의 타이밍 신호를 생성하여 MOSFET의 게이트에 인가하는 FET 드라이버(20); 전기 공급원(1)의 공급전력을 검출하는 전력 검출수단(40); 전기 공급원(1)으로부터 공급받는 교류 전기의 전압 파형을 검출하는 교류전압 검출기(50); 공급전력이 미리 설정된 임계값 미만이면 검출한 전압 파형에 동기시켜 MOSFET의 정류 동작을 제어하도록 FET 드라이버(20)를 가동시키고, 공급전력이 미리 설정된 임계값 이상이면 FET 드라이버(20)를 정지시켜 MOSFET의 바디 다이오드로 정류하게 하는 컨트롤러(30); 를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a variable rectifying rectifier circuit for rectifying and supplying rectified AC electricity from an electricity supply source (1) A rectifier (10) constituting a rectifying circuit with a MOSFET having a body diode; An FET driver 20 for generating and applying a timing signal for turning on and off of the MOSFET for the rectifying operation of the rectifier 10 to the gate of the MOSFET; Power detection means (40) for detecting the supply power of the electricity supply source (1); An alternating-current voltage detector 50 for detecting a voltage waveform of alternating-current electricity supplied from the electricity supply source 1; When the supplied power is less than a predetermined threshold value, the FET driver 20 is operated so as to control the rectifying operation of the MOSFET in synchronization with the detected voltage waveform. When the supplied power is equal to or higher than a preset threshold value, the FET driver 20 is stopped, A controller 30 for rectifying the rectified voltage to a body diode of the rectifier circuit; And a control unit.

원동기의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기를 상기 전기 공급원(1)으로 하여, 원동기의 회전 속도 변동에 따라 상기 전기 공급원(1)의 회전자 회전 속도가 변동하여 가변의 주파수를 갖는 교류 전기를 공급받고, 상기 전력 검출수단(40)은 상기 컨트롤러(30)에 내장되어 교류 전기의 전압 파형으로부터 주파수를 검출하여 주파수로부터 공급전력을 획득함을 특징으로 한다.A generator for generating electricity by receiving a rotational force of a prime mover is used as the electric power source (1), and the rotational speed of the rotor of the electric power source (1) fluctuates in accordance with the rotational speed fluctuation of the prime mover to supply alternating- And the power detection means 40 is embedded in the controller 30 to detect the frequency from the voltage waveform of the AC electric power to obtain the supply power from the frequency.

원동기의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기를 상기 전기 공급원(1)으로 하여, 원동기의 회전 속도 변동에 따라 상기 전기 공급원(1)의 회전자 회전 속도가 변동하고, 상기 전력 검출수단(40)은 발전기로 이루어진 전기 공급원(1)에서 회전자의 회전 속도를 검출하여 회전 속도로부터 공급전력을 획득함을 특징으로 한다.A generator for generating electricity by receiving a rotational force of a prime mover is used as the electric power source (1), and the rotational speed of the electric source (1) varies in accordance with fluctuations in the rotational speed of the prime mover. And a power supply source (1) composed of a generator detects the rotational speed of the rotor to obtain a supply power from the rotational speed.

상기 전기 공급원(1)으로부터 공급받는 교류 전기는 3상 교류이고, 상기 정류기(10)는, 각 상(phase) 별로 턴온 시에 플러스극(+)의 출력단에 연결하는 하이 사이드 MOSFET과 턴온 시에 접지극(GND)의 출력단에 연결하는 로우 사이드 MOSFET을 마련하여 6개의 MOSFET으로 구성한 브리지 회로이며, 직류 전기를 출력하는 플러스극(+)의 출력단과 접지극(GND)의 출력단 사이의 직류 전압을 검출하는 직류전압 검출기(60)를 구비하여, 상기 컨트롤러(30)에서, 상기 FET 드라이버(20)를 가동시킴에 있어, 상 전압이 직류 전압보다 클 때에 하이 사이드 MOSFET을 턴온하고 상 전압이 접지 전위보다 낮을 때에 로우 사이드 MOSFET을 턴온하게 제어함을 특징으로 한다.The alternating current supplied from the electricity supply source 1 is a three-phase alternating current. The rectifier 10 includes a high-side MOSFET connected to an output terminal of a plus (+) when turned on for each phase, And a low-side MOSFET connected to the output terminal of the grounding electrode (GND). The bridge circuit is composed of six MOSFETs. The bridge circuit detects the DC voltage between the output terminal of the positive electrode (+) for outputting direct current and the output terminal of the ground electrode The controller 30 controls the FET driver 20 so that the high side MOSFET is turned on when the phase voltage is higher than the DC voltage and the phase voltage is lower than the ground potential And the low-side MOSFET is controlled to be turned on.

본 발명의 일실시예는, 자동차의 엔진을 원동기로 하여 교류 전기를 생성하는 발전기를 상기 전기 공급원(1)으로 하여 자동차에 탑재되는 것이며, 각 상의 전압 신호 파형을 해석하여 낮은 전압에서 높은 전압으로 상승하는 구간에서 미리 설정된 기준전압을 통과하는 시점을 검출하여 주파수를 연산한 후 각 상의 주파수 편차가 발생하는지 진단하고, 각 상의 실효전압을 연산하여 전압 불평형을 진단함을 특징으로 한다.An embodiment of the present invention is a vehicle in which a generator for generating alternating-current electricity using an engine of an automobile as a prime mover is mounted on an automobile as the electricity supply source 1, and a voltage signal waveform of each phase is analyzed, A time point at which a preset reference voltage passes in a rising period is detected to calculate a frequency, and then diagnosis is made as to whether a frequency deviation of each phase occurs, and a voltage unbalance is diagnosed by calculating an effective voltage of each phase.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명은, 가변 전력의 교류 전기를 정류하기 위해 바디 다이오드를 갖는 MOSFET으로 정류 회로를 구성하되, 전력 변화에 따라 바디 다이오드 및 MOSFTET 중에 전력 손실이 적은 어느 하나를 선택하여 스위칭 소자로 사용하므로, 전력 손실을 크게 낮출 수 있다.According to the present invention configured as described above, a rectifier circuit is constituted by a MOSFET having a body diode for rectifying alternating current of variable power, and a rectifier circuit is formed by selecting any one of the body diode and MOSFTET, So that the power loss can be greatly reduced.

또한, 본 발명은 FET드라이버의 구동에 필요한 교류전압 검출기(50)의 전압 파형으로부터 주파수를 얻어 전기 공급원의 공급전력을 획득하므로, 공급전력을 획득하기 위한 전력 검출수단을 컨트롤러에 내장하는 방식으로 용이하게 구현할 수 있다.Further, since the present invention obtains the frequency from the voltage waveform of the AC voltage detector 50 necessary for driving the FET driver and acquires the supply power of the electric power source, the electric power is easily .

도 1은 종래 정류기의 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치의 구성도.
도 3은 MOSFET의 회로기호(a) 및 구조도(b).
도 4는 MOSFET의 전압-전류 특성곡선의 3사분면 그래프.1 is a circuit diagram of a conventional rectifier.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a variable-
3 is a circuit diagram (a) and a structural diagram (b) of a MOSFET.
4 is a graph of a third quadrant of the voltage-current characteristic curve of the MOSFET.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 첨부된 도면들에서 구성 또는 작용에 표기된 참조번호는, 다른 도면에서도 동일한 구성 또는 작용을 표기할 때에 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that, in the drawings, the same reference numerals are used to denote the same or similar components in other drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시한 정류기(10)를 구성하는 MOSFET의 회로기호(a) 및 구조도(b)이고, 도 4는 도 3에 도시한 MOSFET의 전압-전류 특성곡선을 나타내는 그래프에서 3사분면만 도시한 그래프이다.FIG. 2 is a configuration diagram of a variable switching operation rectifier for improving efficiency according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a circuit diagram (a) and a structural view of a MOSFET constituting the rectifier 10 shown in FIG. b). FIG. 4 is a graph showing only the third quadrant in the graph showing the voltage-current characteristic curve of the MOSFET shown in FIG.

도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치는 정류기(10), FET 드라이버(20), 컨트롤러(30), 전력 검출수단(40), 교류전압 검출기(50) 및 직류전압 검출기(60)를 포함하여 구성되어, 전기 공급원(1)으로부터 공급받는 가변 전력의 교류 전기를 직류로 정류하여 출력단(2a, 2b)을 통해 출력한다. 출력단(2a, 2b) 사이에는 도 1에 도시한 종래의 정류기처럼 출력단의 직류 전압을 평활화하는 콘덴서(C1)가 연결되어서, 직류전압 검출기(60)로 검출되는 직류 전압을 일정한 범위 내로 유지할 수 있다.Referring to FIG. 2, the variable rectifying operation rectifier for improving efficiency according to the embodiment of the present invention includes a rectifier 10, an FET driver 20, a controller 30, a power detecting unit 40, an AC voltage detector 50 And a DC voltage detector 60. The AC power of variable power supplied from the electricity supply source 1 is rectified to DC and output through the output terminals 2a and 2b. A capacitor C1 for smoothing the DC voltage of the output terminal is connected between the output terminals 2a and 2b to maintain the DC voltage detected by the DC voltage detector 60 within a predetermined range .

상기 전기 공급원(1)으로부터 공급받는 교류 전기는 상기 전기 공급원(1)의 동작 상태에 따라 미리 정한 범위 내의 전압을 유지하되 전력(Power)이 가변하는 교류 전기이며, 본 발명은 전력이 가변하는 교류 전기를 정류할 때에 전력 소비를 최소화하는 조건으로 정류하여 정류 효율을 높인다.The alternating current supplied from the electricity supply source 1 is an alternating current electricity which maintains a voltage within a predetermined range according to the operation state of the electric supply source 1 but the power is variable. When rectifying electricity, rectification is performed under conditions that minimize power consumption to improve rectification efficiency.

본 발명의 실시예에서 상기 전기 공급원(1)은 도면에 도시한 바와 같이 원동기(1')로부터 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기이다. 구체적인 예를 들면, 자동차에 탑재되어 엔진을 원동기(1')로 한 발전기(alternator)가 있다. 자동차에 탑재되는 발전기는 엔진의 회전력을 받아 구동되어 자동차 내의 전기 시스템에 필요한 전기를 공급하거나 또는 축전지에 전기를 공급하는 발전기로서 저속 회전에서도 발전력이 강한 3상 교류 발전기를 일반적으로 사용한다. 이러한 발전기는 통상의 발전기와 동일하게 회전자(rotor)와 고정자(stator)로 구성되어 원동기인 엔진으로부터 회전력을 받아 회전자를 회전시켜 전기를 생성한다.In the embodiment of the present invention, the electric power source 1 is a generator that generates electricity by receiving rotational force from the prime mover 1 'as shown in the figure. As a specific example, there is an alternator which is mounted on a motor vehicle and has an engine as a prime mover 1 '. A generator mounted on an automobile is driven by the rotational force of the engine to supply electric power to the electric system in the automobile or to supply electric power to the battery. Generally, a three-phase alternator with high generating power is used even at low rotation speed. These generators are composed of a rotor and a stator as in a conventional generator, and generate electricity by receiving a rotational force from a motor, which is a prime mover, and rotating the rotor.

이러한 자동차의 3상 교류 발전기는 엔진의 회전속도에 따라 가변하는 전력의 교류 전기를 생성하게 된다. 즉, 발전기에서 생성하는 전력은 엔진을 저속회전할 때보다는 엔진을 고속회전할 때에 더 크게 된다. The three-phase alternator of such an automobile generates alternating electricity of varying power depending on the rotational speed of the engine. That is, the power generated by the generator becomes larger when the engine is rotated at a high speed than when the engine is rotated at a low speed.

일반적으로 3상 교류 발전기는 회전속도의 변동에 따라 전압도 변동하여 발전하므로, 자동차의 3상 교류 발전기는 엔진의 회전속도가 변동하더라도 일정한 범위의 전압으로 교류 전기를 생성하게 조절하는 레귤레이터(regulator)와 결합된다.Generally, a three-phase alternator is a regulator that regulates the generation of alternating-current electricity with a certain range of voltage even if the rotational speed of the engine fluctuates, Lt; / RTI >

이에 따라, 자동차의 3상 교류 발전기는 엔진의 회전속도의 변동에 따라 가변하는 전력의 3상 교류 전기를 생성하되, 전압은 일정한 범위 내로 조정하므로, 엔진의 회전속도 변동에 따른 전력의 변화가 3상 교류 전기의 주파수 변화로 나타나게 된다. Accordingly, the three-phase alternator of the automobile generates three-phase alternating-current electricity having a variable power in accordance with the variation of the rotational speed of the engine. Since the voltage is adjusted within a predetermined range, Phase alternating current.

이하, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명이 자동차에 탑재되어 상기한 자동차의 3상 교류 발전기로부터 3상 교류 전기를 공급받는 것으로 설명한다. 그리고, 공급받는 전기는 일정한 범위 내로 조정된 전압을 갖고, 전력의 변동에 따라 주파수가 변동하는 것으로 한다. 이러한 주파수의 변동은 전류의 크기 변동에 대응된다.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in which the present invention is mounted on an automobile and supplied with three-phase alternating-current electricity from the three-phase alternating-current generator of the automobile. The supplied electricity has a voltage adjusted within a certain range, and it is assumed that the frequency fluctuates according to the variation of the electric power. This variation of the frequency corresponds to the variation of the magnitude of the current.

상기 정류기(10)는, MOSFET(D1, D2, D3, D4, D5, D6)으로 정류 회로를 구성한 것이다. 상기 MOSFET(D1, D2, D3, D4, D5, D6)은 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로서 구조적으로 바디 다이오드(body diode)을 기생적으로 갖는다.The rectifier 10 comprises a rectifying circuit composed of MOSFETs D1, D2, D3, D4, D5 and D6. The MOSFETs D1, D2, D3, D4, D5, and D6 are metal oxide semiconductor field effect transistors and parasitically have body diodes structurally.

본 발명의 실시예에서는 전기 공급원(1)으로 3상 교류 전기를 공급받으므로, 상기 정류기(10)는 3상 전파 정류를 위해 6개의 MOSFET(D1, D2, D3, D4, D5, D6)으로 브리지 회로(bridge circuit)를 구성한 것이다. The rectifier 10 is provided with six MOSFETs D1, D2, D3, D4, D5 and D6 for three-phase full wave rectification because the three-phase alternating current is supplied to the electricity source 1 in the embodiment of the present invention. Bridge circuit.

상기 정류기(10)는 공지된 기술이므로 도 2를 참조하여 간략하게 설명하면, 턴온 시에 상(phase) 전류를 플러스극(+)의 출력단(2a)에 흐르게 하는 하이 사이드 MOSFET(M1, M2, M3)과 턴온 시에 접지극(GND)의 출력단(2b)으로부터 상(phase)에 흐르게 하는 로우 사이드 MOSFET(M4, M5, M6)이 각 상(phase)별로 마련되어 있다. 이를 위해서, 상(phase)은 하이 사이드 MOSFET의 소스와 로우 사이드 MOSFET의 드레인에 공통으로 연결되고, 하이 사이드 MOSFET들의 드레인은 공통으로 플러스극(+)의 출력단(2a)에 연결되고 로우 사이드 MOSFET들의 소스는 공통으로 접지극(GND)의 출력단(2b)에 연결된다. 그리고, 각각의 MOSFET은 FET 드라이버(20)로부터 게이트 전압을 인가받을 시에 턴온되고 게이트 전압을 인가받지 못하면 턴오프되며, 게이트 전압의 인가에 따라 정류 동작이 이루어진다.Since the rectifier 10 is a well-known technology, it will be briefly described with reference to FIG. 2. That is, the high-side MOSFETs M1, M2, and M3 that flow a phase current to the positive output terminal 2a at the time of the turn- M3 and low-side MOSFETs M4, M5, M6 are provided for each phase to flow from the output terminal 2b of the ground electrode GND at the time of turning on. To this end, the phase is commonly connected to the source of the high-side MOSFET and the drain of the low-side MOSFET, the drain of the high-side MOSFETs is commonly connected to the output terminal 2a of the positive (+ The sources are commonly connected to the output terminal 2b of the ground electrode GND. Each MOSFET is turned on when a gate voltage is applied from the FET driver 20, and turned off when a gate voltage is not applied, and a rectifying operation is performed according to the application of the gate voltage.

또한, 상기 정류기(10)는 3상 교류 전기를 반파 정류하는 회로로 구성할 수도 있고, 만약 단상 교류 전기를 정류하기 위한 것이라면 단상 전파 정류나 아니면 단상 반파 정류를 위한 회로로 변형하여 구성할 수도 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 자명하므로, 이러한 변형에 대해서도 설명을 생략한다.In addition, the rectifier 10 may be constituted by a circuit for half-wave rectification of three-phase alternating-current electricity, or may be constructed by a single-phase full-wave rectification or a circuit for single-phase half-wave rectification if the single- Are obvious in the technical field to which the present invention belongs, and thus description of these modifications will be omitted.

상기와 같이 구성되는 상기 정류기(10)는 상기 전기 공급원(1)의 공급전력의 변동에 따라 각각의 MOSFET의 턴온 및 턴오프 시점을 조절하여 정류하는 동작모드와 MOSFET의 턴온 및 턴오프를 제어하지 아니하고 대신에 바디 다이오드로 정류하는 동작모드 중에 어느 하나의 동작모드로 동작하게 제어된다. 여기서, 동작모드의 선택은 하기의 컨트롤러(30)의 제어에 따라 가동하거나 중지하는 FET 드라이버(20)에 의해서 이루어진다.
The rectifier 10 configured as described above controls the operation mode in which the turn-on and turn-off time of each MOSFET are adjusted and rectified in accordance with the variation of the supply power of the electric supply source 1 and the operation mode in which the MOSFET is turned on and off But is instead controlled to operate in any one of the operation modes of rectifying to the body diode. Here, the selection of the operation mode is performed by the FET driver 20 that operates or stops under the control of the controller 30 described below.

도 3 및 도 4는 상기 정류기(10)를 구성하는 MOSFET(M1, M2, M3, M4, M5, M6)의 동작모드를 설명하기 위한 도면으로서, 대전류 용량을 갖는 N채널형 Power MOSFET을 예로 들었으며, 일반적으로 공지된 구조이지만 본 발명의 이해를 위해 간략하게 설명한다.3 and 4 are diagrams for explaining the operation modes of the MOSFETs M1, M2, M3, M4, M5, and M6 constituting the rectifier 10, taking an N-channel type Power MOSFET having a large current capacity as an example And is a generally known structure, but will be briefly described for the understanding of the present invention.

도 3b를 참조하면, MOSFET의 구조는 드레인(110)을 저면에 연결한 N+ 기판(101), N+ 기판(101)의 위에 형성한 N-드리프트층(102), N-드리트프층(102)의 위에 형성된 P-바디 영역(103), P-바디 영역(103)의 위에 형성된 N+ 영역(104), 전압을 인가받을 시에 P-바디 영역(103)에 채널을 형성할 수 있도록 게이트 절연체(105)로 절연되게 형성한 게이트(130), P-바디 영역(103)과 N+ 영역(104)에 공통으로 연결되게 형성한 소스(120)를 포함한다.3B, the structure of the MOSFET includes an N + substrate 101 having a drain 110 connected to the bottom, an N-drift layer 102 formed on the N + substrate 101, an N-drift layer Body region 103 formed on the P-body region 103, an N + region 104 formed on the P-body region 103, and a P-body region 103 formed on the P- A gate 130 formed to be insulated by the gate insulator 105, and a source 120 formed to be connected to the P-body region 103 and the N + region 104 in common.

여기서, 게이트(130)에 전압을 인가하면 P-바디 영역(103)에 N채널이 형성되어 N+ 영역(104), P-바디 영역(103)에 형성된 N채널, N-드리프트층(102) 및 N+ 기판(101)으로 이어지는 전기 통로가 형성되므로 소스(120)와 드레인(110) 사이로 채널 전류(iDSc)가 흐른다.Here, when a voltage is applied to the gate 130, the N channel is formed in the P- body region 103, N-channel, N- drift layer 102 is formed on the N + region (104), P- body region 103 And the N + substrate 101, a channel current (i DSc ) flows between the source (120) and the drain (110).

또한, 구조적으로 보면, P-바디 영역(103), N-드리프트층(102) 및 N+ 기판(101)으로 이어지는 PIN 다이오드와 동일한 구조의 다이오드가 기생하게 되며, 이와 같이 기생되는 다이오드를 바디 다이오드(body diode)라고 한다. 따라서, 바디 다이오드(body diode)를 순바이어스하도록 소스(120)와 드레인(110) 간에 전압을 인가하면 게이트에 턴온 전압을 인가하지 않더라도 다이오드 전류(iDSd)가 흐른다.Structurally, a diode having the same structure as that of the PIN diode leading to the P-body region 103, the N-drift layer 102 and the N + substrate 101 is parasitic, and the parasitic diode is connected to the body diode (body diode). Therefore, when a voltage is applied between the source 120 and the drain 110 to forward-bias the body diode, the diode current i DSd flows even if no turn-on voltage is applied to the gate.

도 3b의 구조를 갖는 MOSFET은 도 3a의 회로 기호로 표시되며, 3개 단자인 드레인(110, Drain), 게이트(130, Gate) 및 소스(120, Source)를 갖추어 게이트(130)에 전압을 인가하면 드레인(110)과 소스(120) 간을 턴온시켜 채널 전류(iDSc)를 흐르게 하고, 소스(120)와 드레인(110) 간의 PN 접합 형태의 바디 다이오드(body diode)가 기생적으로 형성되어 있어서 바디 다이오드(body diode)의 턴온 전압 이상의 양극 전압을 소스(120)와 드레인(110) 간에 인가하면 턴온되어 소스(120)에서 드레인(110) 방향으로 다이오드 전류(iDSd)를 흐르게 한다.The MOSFET having the structure of FIG. 3B is represented by a circuit symbol of FIG. 3A and includes three terminals, that is, a drain 110, a gate 130, and a source 120 to supply a voltage to the gate 130 The body diode of the PN junction type between the source 120 and the drain 110 is parasitically formed between the drain 110 and the source 120 by flowing the channel current i DSc , And is turned on when the anode voltage higher than the turn-on voltage of the body diode is applied between the source 120 and the drain 110 to flow the diode current i DSd from the source 120 toward the drain 110. [

도 4는 소스(120)와 드레인(110) 간의 드레인-소스 전압(VDS)과 드레인 전류(ID)의 상관관계를 보여주는 전압-전류 특성 그래프이며, 본 발명에서는 소스(120)의 전위가 드레인(110)의 전위보다 높을 때에 전류를 흐르게 하는 스위칭 소자로 사용되므로, 전압-전류 그래프의 3사분면만을 도시하였다. 4 is a voltage-current characteristic graph showing the relationship between the drain-source voltage V DS and the drain current I D between the source 120 and the drain 110. In the present invention, the potential of the source 120 is Drain 110 is used as a switching element for allowing a current to flow when it is higher than the potential of the drain 110, only the third quadrant of the voltage-current graph is shown.

도 4를 참조하면, 게이트-소스 전압(VGS)을 인가하는 경우 전압-전류 특성이 비례관례에 가까우므로, 게이트-소스 전압(VGS)을 인가할 시에 MOSFET은 온 드레인 저항(RDSON, on drain resistance)을 갖으며, 이때의 온 드레인 저항(RDSON )은 게이트-소스 전압(VGS)을 크게 할수록 낮아진다. 그리고, 이때의 온 드레인 저항(RDSON)은 정류기의 스위칭 소자로 사용하는 경우 매우 적은 값이 되므로, 채널 전류(iDSc)가 흐를 때의 전력 손실은 2*RDSON*iDSc 2 으로 계산되는 매우 낮은 값을 갖는다.4, the gate-the case of applying the source voltage (V GS) voltage - so-current characteristic is close to proportional to convention, the gate-source voltage (V GS) to at the time of applying the MOSFET on-drain resistance (R DSON , have had on the drain resistance), the drain on resistance at this time (R DSON) is the gate-source voltage is lowered more significantly (V GS). Since the on-drain resistance R DSON at this time is a very small value when used as a switching element of the rectifier, the power loss when the channel current i DSc flows is calculated by 2 * R DSON * i DSc 2 And has a very low value.

게이트-소스 전압(VGS)에 전압을 인가하지 않는 경우, 채널이 형성되지 아니하므로 바디 다이오드(body diode)의 턴온 전압(Vr)에 도달하기 전까지는 전류가 흐르지 아니하고 턴온 전압(Vr) 이상인 경우에 드레인 전류가 흐른다. 즉, 드레인-소스 전압(VDS)이 대략 -0.7V을 갖는 턴온 전압(Vr), 즉 소스의 전위와 드레인의 전위 차이가 턴온 전압(Vr)이 되기 전까지는 차단하였다가 턴온 전압(Vr)이 넘어서는 순간 통전한다. 이때에 흐르는 전류는 바디 다이오드(body diode)를 통한 다이오드 전류(iDSd)이고, 턴온 이후의 저항은 매우 낮으므로, 전력 손실은 턴온 전압(Vr)에 따른 전압 강하로 발생하는 전력 손실로 계산하여 2*Vr*iDSd 로 표시할 수 있다.When no voltage is applied to the gate-source voltage V GS , since no channel is formed, the current does not flow until the turn-on voltage Vr of the body diode is reached and the turn-on voltage Vr is equal to or higher than the turn- A drain current flows. That is, the turn-on voltage Vr having the drain-source voltage V DS of about -0.7 V, that is, the turn-on voltage Vr is cut off until the potential difference between the source and drain becomes the turn-on voltage Vr, The moment goes beyond this. Since the current flowing at this time is the diode current (i DSd ) through the body diode and the resistance after turn-on is very low, the power loss is calculated by the power loss caused by the voltage drop due to the turn-on voltage 2 * Vr * i DSd .

따라서, 게이트 전압을 인가하지 아니하고 MOSFET에 기생하는 바디 다이오드로 드레인 전류를 흐르게 하면, 전류가 적을 때에도 턴온 전압에 의한 전압 강하로 전력 손실이 크게 발생한다.Therefore, when the drain current flows through the body diode that is parasitic to the MOSFET without applying the gate voltage, the power loss due to the voltage drop due to the turn-on voltage is large even when the current is small.

반면에, 게이트 전압을 인가하여 MOSFET을 턴온함으로써 드레인 전류를 흐르게 하면 드레인 전류가 적을 때에는 낮은 온 드레인 저항(RDSON)에 의해 적은 전력 손실이 발생하지만, 전류의 자승에 비례하여 증가한다. 이에 따라, 드레인 전류가 증가하여 바이 다이오드로 전류를 보낼 때의 전력 손실보다 커질 수 있다.On the other hand, when the drain current is made to flow by turning on the MOSFET by applying the gate voltage, a small power loss occurs due to the low on-drain resistance (R DSON ) when the drain current is small, but increases in proportion to the square of the current. Accordingly, the drain current may increase and become larger than the power loss when the current is sent to the bidi diode.

이에, 본 발명은 MOSFET 및 바디 다이오드 중에 드레인 전류의 크기에 따라 전력 손실을 적게 하는 어느 하나를 선택하여 전류를 흐르게 한다.Accordingly, the present invention allows a current to flow by selecting any one of the MOSFET and the body diode that reduces the power loss according to the magnitude of the drain current.

여기서, 드레인 전류의 크기는 전기 공급원(1)으로부터 공급받는 전류이므로 전기 공급원(1)의 공급전력에 따라 결정되는 가변적인 값이며, 본 발명의 실시예에서는 드레인 전류를 측정하지 않더라도 전기 공급원(1)의 공급전력에 대응되는 신호를 검출하여 MOSFET 및 바디 다이오드 중에 어느 하나를 가동시키게 제어한다.
Here, since the magnitude of the drain current is a current supplied from the electricity supply source 1, it is a variable value determined according to the supply power of the electricity supply source 1. In the embodiment of the present invention, even if the drain current is not measured, And controls one of the MOSFET and the body diode to operate.

상기 FET 드라이버(20)는, 컨트롤러(30)의 지령에 따라 제어되어 상기 정류기(10)를 구성하는 MOSFET의 턴온 및 턴오프의 타이밍 신호를 생성하여 MOSFET의 게이트에 인가함으로써 MOSFET의 스위칭 동작에 의해 정류 동작하게 한다. 타이밍 신호는 MOSFET의 턴온 시점을 정하는 전압 신호로서 하기의 컨트롤러(30)에 의해서 MOSFET별로 개별 생성되어 인가된다. 타이밍 신호의 파형에 대해서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 기술이므로 설명을 생략한다.
The FET driver 20 is controlled in accordance with a command from the controller 30 to generate a timing signal for turning on and off the MOSFET constituting the rectifier 10 and applying the generated signal to the gate of the MOSFET, So that the rectifying operation is performed. The timing signal is generated and applied to each MOSFET by the following controller 30 as a voltage signal for determining the turn-on timing of the MOSFET. The waveform of the timing signal is a technique known in the art to which the present invention belongs, and therefore, description thereof will be omitted.

상기 전력 검출수단(40)은 전기 공급원(1)의 공급전력, 즉, 전기 공급원(40)으로부터 공급받을 수 있는 전력을 검출하며, 본 발명의 실시예에서는 전기 공급원(1)으로부터 공급받는 교류 전기의 주파수로부터 공급전력을 획득하고, 이 주파수를 하기의 교류전압 검출기(50)에서 검출한 전압 파형으로부터 검출하므로 하기의 컨트롤러(30)에 내장된다. The power detection means 40 detects the supply power of the electricity supply source 1, that is, the power that can be supplied from the electricity supply source 40, and in the embodiment of the present invention, And this frequency is detected from the voltage waveform detected by the AC voltage detector 50 described later, so that it is incorporated in the controller 30 described below.

상기 전력 검출수단(40)의 다른 실시예로서, 상기 전기 공급원(1)을 발전기로 구성하는 경우 회전자의 회전 속도를 검출하는 검출기로 구성할 수 있으며, 예를 들면 엔코더(encoder)로 구성하는 것이다. 이는 회전자의 회전 속도가 교류 전기의 주파수에 대응되기 때문이다. 또한, 본 발명을 자동차에 설치하는 경우, 회전 속도를 검출하게 구성된 전력 검출수단(40)으로 원동기인 엔진의 회전속도를 검출하게 하여도 된다.
As another embodiment of the power detecting means 40, when the electric power source 1 is constituted by a generator, it may be constituted by a detector for detecting the rotational speed of the rotor. For example, will be. This is because the rotational speed of the rotor corresponds to the frequency of the alternating current. When the present invention is installed in an automobile, the rotational speed of the engine which is a prime mover may be detected by the power detecting means 40 configured to detect the rotational speed.

상기 교류전압 검출기(50)는, 전기 공급원(1)으로부터 공급받는 교류 전기의 전압 파형을 검출한다. 여기서 검출하는 전압 파형은 MOSFET으로 정류 동작시킬 때에 MOSFET의 턴온 및 턴오프를 위한 타이밍 신호를 얻어 MOSFET의 턴온 시점을 전압 파형에 동기시기 위한 것이기도 하지만, 본 발명의 실시예에서는 교류 전기의 주파수로부터 공급전력을 검출하므로 MOSFET 및 바디 다이오드 중에 어느 것으로 정류 동작시킬지를 정하기 위한 것이기도 하다. 본 발명의 실시예에서는 3상 교류 전기를 공급받으므로 각 상(phase) 별로 전압 파형을 검출한다.
The AC voltage detector (50) detects a voltage waveform of AC electricity supplied from the electricity supply source (1). Here, the voltage waveform to be detected may be a timing signal for turning on and off the MOSFET when the rectifying operation is performed by the MOSFET, and the timing of turning on the MOSFET is synchronized with the voltage waveform. However, in the embodiment of the present invention, It is also for determining which of the MOSFET and the body diode should be rectified to detect the supply power. In the embodiment of the present invention, since the three-phase alternating current is supplied, the voltage waveform is detected for each phase.

상기 직류전압 검출기(60)는, 직류 전기를 출력하는 출력단(2a, 2b)의 직류 전압을 검출한다. 출력단(2a, 2b) 중에 하나의 출력단(2a)은 플러스극(+)이고 다른 하나의 출력단(2b)은 접지(GND)되므로, 플러스극(+)의 출력단(2a)의 전위로 직류 전기의 전압을 측정할 수 있다.
The DC voltage detector (60) detects the DC voltage of the output terminals (2a, 2b) for outputting DC electricity. One output terminal 2a of the output terminals 2a and 2b is a positive terminal and the other output terminal 2b is grounded so that the potential of the output terminal 2a of the positive terminal The voltage can be measured.

상기 컨트롤러(30)는, 상기 FET 드라이버(20)를 제어하는 FET 제어수단(31)과 상기 교류전압 검출기(50)로부터 전달받은 교류 전기의 전압 파형을 분석하여 전기 공급원(1)의 고장 여부를 진단하는 고장 진단수단(32)을 포함하며, 본 발명의 실시예에서는 상기 전력 검출수단(40)도 내장한다.The controller 30 analyzes the voltage waveform of the AC electric power transmitted from the FET control means 31 for controlling the FET driver 20 and the AC voltage detector 50 to determine whether the electric power source 1 is faulty (32), and the power detection means (40) is also incorporated in the embodiment of the present invention.

먼저, 상기 전력 검출수단(40)은, 상기 교류전압 검출기(50)로부터 전달받은 교류 전기의 전압 파형으로부터 주파수를 검출하되, 3상 교류 전기를 공급받으므로 각 상(phase)별로 주파수를 검출한다. 본 발명의 실시예에서는, 공급전력을 교류 전기의 주파수로부터 획득하므로, 상기 전력 검출수단(40)은 전압 파형으로부터 주파수를 검출하여 주파수에 대응되는 공급전력을 획득한 후 미리 설정된 임계값과 비교한다. 이때, 주파수의 검출은 미리 설정한 기준전압과 검출한 전압 파형을 비교하여 전압이 상승하는 구간에서 미리 설정한 기준전압을 통과하는 시점을 검출하고, 검출한 시점의 간격으로부터 주파수를 연산하여 얻는 방식으로 이루어진다.First, the power detection means 40 detects the frequency from the voltage waveform of the AC electric power transmitted from the AC voltage detector 50, and receives the three-phase AC electric power, so that the frequency is detected for each phase . In the embodiment of the present invention, since the supply power is obtained from the frequency of the AC electric power, the power detection means 40 detects the frequency from the voltage waveform, acquires the supply power corresponding to the frequency, and compares it with a predetermined threshold value . At this time, the frequency is detected by comparing the preset reference voltage with the detected voltage waveform, detecting a time point when the voltage passes through a predetermined reference voltage in a section where the voltage rises, and calculating the frequency from the interval between the detected points Lt; / RTI >

다음으로, 상기 FET 제어수단(31)은 공급전력이 미리 설정된 임계값 미만으로 판단되면 정류기(10)에서 MOSFET으로 정류 동작하도록 상기 FET 드라이버(20)를 가동시키고, 공급전력이 미리 설정된 임계값 이상으로 판단되면 상기 FET 드라이버(20)를 정지시켜 정류기(10)에서 바디 다이오드로 정류 동작하게 한다. Next, the FET control means 31 activates the FET driver 20 to rectify the supplied power from the rectifier 10 to the MOSFET when the supplied power is judged to be less than a predetermined threshold value, and if the supplied power exceeds a preset threshold value The FET driver 20 is stopped and rectified by the body diode in the rectifier 10.

상기 FET 드라이버(20)를 가동시키는 것은 MOSFET의 게이트에 인가하는 타이밍 신호를 상기 교류전압 검출기(50)에서 검출한 전압 파형에 동기시켜 정류기(10)의 MOSFET을 턴온 하거나 턴오프함으로써, 정류 동작하게 하는 것이다. The operation of the FET driver 20 is performed by rectifying the timing signal applied to the gate of the MOSFET by turning on or off the MOSFET of the rectifier 10 in synchronization with the voltage waveform detected by the AC voltage detector 50 .

본 발명의 실시예에서는 출력단(2a, 2b)의 전압을 교류 전기의 상(phase) 전압과 비교하여 MOSFET의 턴온 시점을 정한다. 구체적으로 설명하면, 교류 전기의 각 상(phase)에 연결된 하이 사이드 MOSFET(M1, M2, M3)은 상(phase) 전압이 플러스극(+)의 출력단(2a) 전압보다 클 때에만 턴온하여 상(phase) 전류가 출력단(2a)으로 흐르게 하고, 로우 사이드 MOSFET(M4, M5, M6)은 상(phase) 전압이 0V보다 낮을 때, 즉, 접지극(GND) 전위보다 낮을 때에 턴온하여 접지극(GND)의 출력단(2b)으로부터 상(phase)을 향해 전류를 흐르게 한다.In the embodiment of the present invention, the voltage of the output terminals 2a and 2b is compared with the phase voltage of the alternating current to determine the turning-on point of the MOSFET. Specifically, the high-side MOSFETs M1, M2, and M3 connected to the respective phases of the alternating current are turned on only when the phase voltage is higher than the voltage of the output terminal 2a of the positive polarity, and the low side MOSFETs M4, M5 and M6 are turned on when the phase voltage is lower than 0 V, that is, lower than the ground electrode (GND) potential, so that the phase current flows to the output terminal 2a, The current flows from the output terminal 2b of the transistor Q1 to the phase.

상기 FET 드라이버(20)를 정지시키는 것은 MOSFET의 게이트에 전압을 인가하지 아니하여 MOSFET을 턴오프 상태로 있게 하는 것이다. 이에 따라, 상기 정류기(10)는 도 1(a)에 도시한 정류기처럼 바디 다이오드로 브리지 회로를 구성한 것이 되어, 다이오드에 의한 정류 동작을 하게 된다. Stopping the FET driver 20 is to not apply a voltage to the gate of the MOSFET to leave the MOSFET turned off. Accordingly, the rectifier 10, like the rectifier shown in FIG. 1 (a), is constituted by a bridge circuit composed of a body diode, and rectified by the diode.

상기 고장 진단수단(32)은, 교류 전기의 전압 파형으로 얻는 각 상의 주파수를 상호 비교하여 주파수 편차가 주파수에 대해 미리 설정한 허용오차 범위를 벗어나는지 판단하고, 각 상의 실효전압도 연산하여 전압에 대해 미리 설정한 허용오차 범위를 벗어나는지 판단한다. 판단한 결과 미리 설정한 허용오차 범위를 벗어나면, 고장으로 진단한다. 물론, 고장으로 진단하게 되면 스피커 또는 알람램프로 구성할 수 있는 알람수단(미도시)이나 아니면 통신수단(미도시)을 이용하여 고장 사실을 관리자에게 알린다.The failure diagnosis means 32 compares the frequencies of the respective phases obtained by the AC voltage waveform to determine whether or not the frequency deviation deviates from a predetermined tolerance range for the frequency and also calculates the effective voltage of each phase, Is out of the tolerance range set in advance. If the result of the judgment exceeds the preset tolerance range, it is diagnosed as a failure. Of course, if it is diagnosed as a failure, the alarm is notified to the manager by an alarm means (not shown) or a communication means (not shown), which can be configured as a speaker or an alarm lamp.

한편, 상기한 본 발명의 실시예에서는, 주파수로부터 공급전력을 획득하므로, 발전기의 동작 특성에 따른 주파수와 공급전력 간의 상관 관계식 또는 상관 관계를 나타내는 데이터 테이블이 있어야 주파수로부터 공급전력을 획득할 수 있지만, 미리 설정된 임계값을 주파수로 정한 후 주파수끼리 직접 비교하는 것도 가능하다.
On the other hand, in the embodiment of the present invention, since the supply power is obtained from the frequency, it is necessary to have a data table indicating a correlation relation or a correlation between the frequency and the supply power according to the operation characteristics of the generator, , It is also possible to directly compare frequencies after defining a predetermined threshold value as a frequency.

상기에서 설명한 본 발명의 실시예는 전기 공급원(1)의 공급전력을 주파수로부터 획득하였으나, 공급전력을 전류로부터 획득할 수도 있다. 즉, 발전기의 회전자 속도가 증가할수록 전력이 커져 전류가 증가하므로, 공급전력을 전류로 검출하여 판단할 수 있는 것이다.Although the embodiment of the present invention described above acquires the supply power of the electricity supply 1 from the frequency, it may also obtain the supply power from the current. That is, as the rotor speed of the generator increases, the electric power increases and the electric current increases, so that the electric power can be detected by detecting the electric current.

이를 위해, 상기 전력 검출수단(40)을 전기 공급원으로부터 공급받는 교류 전기의 전류를 검출하는 전류검출기로 구성하고, 검출한 전류값으로부터 공급전력을 획득한다. To this end, the power detection means 40 is constituted by a current detector for detecting the current of the alternating current supplied from the electricity supply source, and the supply power is obtained from the detected current value.

그리고, 컨트롤러(30)는 전류값으로부터 획득한 공급전력이 미리 설정된 임계값보다 낮으면 MOSFET으로 정류 동작하게 하고 미리 설정된 임계값 이상이면 바디 다이오드로 정류 동작하도록, 전류값에 따라 FET 드라이버(20)의 동작 및 정지를 제어한다.When the supply power obtained from the current value is lower than a predetermined threshold value, the controller 30 causes the MOSFET driver 20 to perform rectification operation. When the supply power is higher than a predetermined threshold value, the controller 30 operates the FET driver 20 according to the current value, And controls the operation and stop of the motor.

한편, 교류 전기의 전류값으로 공급전력을 판별하는 경우, 동일한 공급전력에 대해 MOSFET으로 정류 동작할 때에 흐르는 전류와 바디 바이오드로 정류 동작할 때에 흐르는 전류가 일치하지 아니하므로, 상기 미리 설정된 전류값은 MOSFET에서 바디 다이오드로 전환하는 시점을 결정하기 위한 값과 바디 다이오드에서 MOSFET으로 전환하는 시점을 결정하기 위한 값을 서로 다른 값으로 정하여야 할 것이다.
On the other hand, when the supply power is discriminated by the current value of the alternating current, since the current flowing when the rectifying operation is performed to the MOSFET with respect to the same supply power does not coincide with the current flowing when the body biodeading operation is performed, The value for determining the time point at which the MOSFET is switched to the body diode and the value for determining the time point at which the body diode is switched to the MOSFET should be set to different values.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, . ≪ / RTI > Accordingly, such modifications are deemed to be within the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the following claims.

D1,D2,D3,D4,D5,D6 : 다이오드(diode)
M1,M2,M3,M4,M5,M6 : MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor : 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)
1 : 전기 공급원 2a,2b : 출력단
10 : 정류기 20 : FET 드라이버
30 : 컨트롤러
31 : FET 제어수단 32 : 고장 진단수단
40 : 전력 검출수단
50 : 교류전압 검출기 60 : 직류전압 검출기D1, D2, D3, D4, D5, D6:
M1, M2, M3, M4, M5, M6: metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)
1: electricity source 2a, 2b: output terminal
10: rectifier 20: FET driver
30: Controller
31: FET control means 32: fault diagnosis means
40: power detection means
50: AC voltage detector 60: DC voltage detector

Claims (5)

가변 전력의 교류 전기를 미리 정한 범위 내의 전압으로 공급하는 전기 공급원(1)으로부터 교류 전기를 공급받아 정류하여 직류 전기로 출력하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치에 있어서,
바디 다이오드(body diode)를 갖는 MOSFET으로 정류 회로를 구성한 정류기(10);
상기 정류기(10)의 정류 동작을 위한 MOSFET의 턴온 및 턴오프의 타이밍 신호를 생성하여 MOSFET의 게이트에 인가하는 FET 드라이버(20);
전기 공급원(1)의 공급전력을 검출하는 전력 검출수단(40);
전기 공급원(1)으로부터 공급받는 교류 전기의 전압 파형을 검출하는 교류전압 검출기(50);
공급전력이 미리 설정된 임계값 미만이면 검출한 전압 파형에 동기시켜 MOSFET의 정류 동작을 제어하도록 FET 드라이버(20)를 가동시키고, 공급전력이 미리 설정된 임계값 이상이면 FET 드라이버(20)를 정지시켜 MOSFET의 바디 다이오드로 정류하게 하는 컨트롤러(30);
를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치.1. A variable switching operation rectifier for improving the efficiency of rectifying and outputting AC electricity from an electricity supply source (1) supplying AC power of variable power to a voltage within a predetermined range,
A rectifier (10) constituting a rectifying circuit with a MOSFET having a body diode;
An FET driver 20 for generating and applying a timing signal for turning on and off of the MOSFET for the rectifying operation of the rectifier 10 to the gate of the MOSFET;
Power detection means (40) for detecting the supply power of the electricity supply source (1);
An alternating-current voltage detector 50 for detecting a voltage waveform of alternating-current electricity supplied from the electricity supply source 1;
When the supplied power is less than a predetermined threshold value, the FET driver 20 is operated so as to control the rectifying operation of the MOSFET in synchronization with the detected voltage waveform. When the supplied power is equal to or higher than a preset threshold value, the FET driver 20 is stopped, A controller 30 for rectifying the rectified voltage to a body diode of the rectifier circuit;
Wherein the variable rectifying operation rectifying device includes: 제 1항에 있어서,
원동기의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기를 상기 전기 공급원(1)으로 하여, 원동기의 회전 속도 변동에 따라 상기 전기 공급원(1)의 회전자 회전 속도가 변동하여 가변의 주파수를 갖는 교류 전기를 공급받고,
상기 전력 검출수단(40)은 상기 컨트롤러(30)에 내장되어 교류 전기의 전압 파형으로부터 주파수를 검출하여 주파수로부터 공급전력을 획득함을 특징으로 하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치.The method according to claim 1,
A generator for generating electricity by receiving a rotational force of a prime mover is used as the electric power source (1), and the rotational speed of the rotor of the electric power source (1) fluctuates in accordance with the rotational speed fluctuation of the prime mover to supply alternating- under,
Wherein the power detection means (40) is built in the controller (30) and detects the frequency from the voltage waveform of the AC electric power to obtain the supply power from the frequency. 제 1항에 있어서,
원동기의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기를 상기 전기 공급원(1)으로 하여, 원동기의 회전 속도 변동에 따라 상기 전기 공급원(1)의 회전자 회전 속도가 변동하고,
상기 전력 검출수단(40)은 발전기로 이루어진 전기 공급원(1)에서 회전자의 회전 속도를 검출하여 회전 속도로부터 공급전력을 획득함을 특징으로 하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치.The method according to claim 1,
A generator for generating electricity by receiving a rotational force of a prime mover is used as the electric source (1), and the rotational speed of the electric source (1) varies in accordance with fluctuation of the rotational speed of the prime mover,
Wherein the power detection means (40) detects the rotational speed of the rotor in an electric power source (1) composed of a generator to obtain a supply power from the rotational speed. 제 1항 내지 제 3항 중에 어느 하나의 항에 있어서,
상기 전기 공급원(1)으로부터 공급받는 교류 전기는 3상 교류이고,
상기 정류기(10)는, 각 상(phase) 별로 턴온 시에 플러스극(+)의 출력단에 연결하는 하이 사이드 MOSFET과 턴온 시에 접지극(GND)의 출력단에 연결하는 로우 사이드 MOSFET을 마련하여 6개의 MOSFET으로 구성한 브리지 회로이며,
직류 전기를 출력하는 플러스극(+)의 출력단과 접지극(GND)의 출력단 사이의 직류 전압을 검출하는 직류전압 검출기(60)를 구비하여,
상기 컨트롤러(30)에서, 상기 FET 드라이버(20)를 가동시킴에 있어, 상 전압이 직류 전압보다 클 때에 하이 사이드 MOSFET을 턴온하고 상 전압이 접지 전위보다 낮을 때에 로우 사이드 MOSFET을 턴온하게 제어함을 특징으로 하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The alternating current supplied from the electricity supply source 1 is three-phase alternating current,
The rectifier 10 includes a high-side MOSFET connected to the output terminal of the positive electrode (+) when turned on for each phase and a low-side MOSFET connected to the output terminal of the ground electrode (GND) A bridge circuit composed of MOSFETs,
And a DC voltage detector (60) for detecting a DC voltage between an output terminal of a positive electrode (+) for outputting direct current and an output terminal of a ground electrode (GND)
When the FET driver 20 is operated in the controller 30, the high-side MOSFET is turned on when the phase voltage is higher than the direct-current voltage, and the low-side MOSFET is turned on when the phase voltage is lower than the ground potential Variable switching operation rectifier for improved efficiency. 제 4항에 있어서,
자동차의 엔진을 원동기로 하여 교류 전기를 생성하는 발전기를 상기 전기 공급원(1)으로 하여 자동차에 탑재되는 것이며,
각 상의 전압 신호 파형을 해석하여 전압이 상승하는 구간에서 미리 설정된 기준전압을 통과하는 시점을 검출하고, 검출한 시점의 간격으로부터 주파수를 연산한 후 각 상의 주파수 편차가 발생하는지 진단하고, 각 상의 실효전압을 연산하여 전압 불평형을 진단함을 특징으로 하는 효율 향상을 위한 가변 스위칭 동작 정류 장치.5. The method of claim 4,
A generator for generating alternating-current electricity using an engine of an automobile as a prime mover is mounted on an automobile as the electricity supply source (1)
It analyzes the voltage signal waveform of each phase, detects the point where the voltage passes through the preset reference voltage in the interval of rising voltage, calculates the frequency from the interval of the detected point, diagnoses whether the frequency deviation of each phase occurs, And the voltage unbalance is diagnosed by calculating the voltage.
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