KR101697855B1 - H-브리지 멀티 레벨 인버터 - Google Patents

H-브리지 멀티 레벨 인버터 Download PDF

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아흐무드 아쉬라프
박종후
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숭실대학교산학협력단
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

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Abstract

본 발명은 H-브리지 멀티 레벨 인버터에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 입력 전원의 양단에 연결되고 입력 전원에서 공급된 제1 직류 전원의 리플을 제거하는 제1 커패시터와, 두 직류단이 제1 커패시터의 양단에 연결되고, 제1 교류단이 부하의 제1단에 연결되는 제1 H-브리지 인버터와, 제1 교류단이 제1 H-브리지 인버터의 제2 교류단과 직렬 연결되고 두 직류단 사이에 제2 직류 전원이 형성되는 제2 H-브리지 인버터와, 양단이 제2 H-브리지 인버터의 두 직류단에 각각 연결되고 제2 직류 전원의 리플을 제거하는 제2 커패시터와, 입력단이 제2 커패시터의 양단에 연결되고 제2 직류 전원을 제3 직류 전원으로 강압하여 출력단으로 출력하는 전압 컨버터와, 양단이 전압 컨버터의 출력단에 연결되고 제3 직류 전원의 리플을 제거하는 제3 커패시터, 및 두 직류단이 제3 커패시터의 양단에 연결되고, 제1 교류단이 제2 H-브리지 인버터의 제2 교류단과 직렬 연결되고, 제2 교류단이 부하의 제2단에 연결되는 제3 H-브리지 인버터를 포함하는 H-브리지 멀티 레벨 인버터를 제공한다.
상기 H-브리지 멀티 레벨 인버터에 따르면, 단일 입력 전원으로부터 고효율을 가지는 멀티 레벨의 교류 출력을 발생시킬 수 있으며 메인 H-브리지 인버터와 연결되는 보조 H-브리지 인버터의 전력 처리량을 감소시킬 수 있어 가격 및 부피를 줄이고 시스템의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

H-브리지 멀티 레벨 인버터{H-bridge multi-level inverter}
본 발명은 H-브리지 멀티 레벨 인버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멀티 레벨의 교류 출력 전압을 발생시킬 수 있는 H-브리지 멀티 레벨 인버터에 관한 것이다.
멀티 레벨 인버터는 출력 전압에 다수의 레벨을 형성하여 출력 전압을 정현파에 가깝게 구현할 수 있다. 이러한 멀티 레벨 인버터는 전압 레벨의 수를 증가시킴에 따라 전고조파 왜율(Total Harmonic Distortion;THD)을 감소시키고 스위치의 손실을 줄임에 따라 고효율의 출력 전압을 얻을 수 있다.
일반적으로 멀티 레벨 인버터는 다이오드-클램프(Diode-clamp), 플라잉-커패시터(Flying-capacitors), H-브리지(H-bridge) 멀티 레벨 인버터로 구분된다. 그 중에서 H-브리지 멀티 레벨 인버터는 다수의 H-브리지 인버터를 직렬로 연결한 구조로서 클램핑 다이오드나 다수의 커패시터가 불필요하고, H-브리지 단위로 그룹화가 가능하므로 확장 및 제어가 용이한 이점이 있다.
하지만, 이러한 H-브리지 멀티 레벨 인버터는 복수의 H-브리지의 개수에 대응하여 복수의 전력 공급원을 필요로 한다. 이를 해결하기 위하여 단일의 전력 공급원에서 변압기 등과 같은 전력 변환 장치를 거쳐 각 단의 H-브리지에 전원을 보조적으로 공급하는 방법이 있지만, 이 경우 전력 변환 장치와 H-브리지가 처리해야 하는 전력량이 상당히 커지게 된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제1230862호(2013.02.07 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 단일 입력 전원으로부터 고효율을 가지는 멀티 레벨의 교류 출력을 발생시킬 수 있으며 메인 H-브리지 인버터와 연결되는 보조 H-브리지 인버터의 전력 처리량을 감소시킬 수 있는 H-브리지 멀티 레벨 인버터를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 제1 및 제2 단이 입력 전원의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 상기 입력 전원에서 공급된 제1 직류 전원의 리플을 제거하는 제1 커패시터와, 제1 및 제2 직류단이 상기 제1 커패시터의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 제1 교류단이 부하의 제1단에 연결되는 제1 H-브리지 인버터와, 제1 교류단이 상기 제1 H-브리지 인버터의 제2 교류단과 직렬 연결되고, 제1 및 제2 직류단 사이에 제2 직류 전원이 형성되는 제2 H-브리지 인버터와, 제1 및 제2 단이 상기 제2 H-브리지 인버터의 제1 및 제2 직류단에 각각 연결되고, 상기 제2 직류 전원의 리플을 제거하는 제2 커패시터와, 제1 및 제2 입력단이 상기 제2 커패시터의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 상기 제2 직류 전원을 제3 직류 전원으로 강압하여 제1 및 제2 출력단 사이로 출력하는 전압 컨버터와, 제1 및 제2 단이 상기 전압 컨버터의 제1 및 제2 출력단에 각각 연결되고, 상기 제3 직류 전원의 리플을 제거하는 제3 커패시터, 및 제1 및 제2 직류단이 상기 제3 커패시터의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 제1 교류단이 상기 제2 H-브리지 인버터의 제2 교류단과 직렬 연결되고, 제2 교류단이 상기 부하의 제2단에 연결되는 제3 H-브리지 인버터를 포함하는 H-브리지 멀티 레벨 인버터를 제공한다.
여기서, 상기 전압 컨버터는, 변압기형 절연형 컨버터 또는 벅 컨버터(Buck converter)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 전압 컨버터는, 제1 단에 제어 신호가 인가되고 제2 단이 상기 제2 커패시터의 제1 단에 연결된 제1 스위치와, 제1 단에 상기 제어 신호가 인가되고 제3 단이 상기 제2 커패시터의 제2 단에 연결된 제2 스위치와, 애노드가 상기 제1 스위치의 제3 단에 연결된 제1 다이오드와, 캐소드가 상기 제2 스위치의 제2 단에 연결된 제2 다이오드와, 애노드가 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되고 캐소드가 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결된 제3 다이오드와, 제1 단이 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결되고 제2 단이 상기 제3 커패시터의 제1 단에 연결된 제1 인덕터, 및 제1 단이 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되고 제2 단이 상기 제3 커패시터의 제2 단에 연결된 제2 인덕터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 H-브리지 인버터는 상기 부하의 동작 주파수와 동일한 스위칭 주파수를 가지는 교류 전압을 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 H-브리지 멀티 레벨 인버터에 따르면, 단일 입력 전원으로부터 고효율을 가지는 멀티 레벨의 교류 출력을 발생시킬 수 있으며 메인 H-브리지 인버터와 연결되는 보조 H-브리지 인버터의 전력 처리량을 감소시킬 수 있어 가격 및 부피를 줄이고 시스템의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 H-브리지 멀티 레벨 인버터의 구성도이다.
도 2는 도 1의 전압 컨버터를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 복수의 H-브리지 인버터에 입력되는 개별 직류 전압을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 복수의 H-브리지 인버터에서 출력되는 개별 교류 전압을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 세 개의 파형이 중첩되어 형성된 최종 출력 파형을 나타낸 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 H-브리지 멀티 레벨 인버터의 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 H-브리지 멀티 레벨 인버터(100)는 제1 커패시터(120), 제1 H-브리지 인버터(130), 제2 H-브리지 인버터(140), 제2 커패시터(150), 전압 컨버터(160), 제3 커패시터(170), 제3 H-브리지 인버터(180)를 포함한다.
제1 커패시터(120)는 제1 및 제2 단이 입력 전원(110)의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 입력 전원(110)에서 공급된 제1 직류 전원(Vs)의 리플을 제거하고 평활화한다. 이때 제1 커패시터(120)의 양단 사이에 걸리는 전압(VAux1)은 제1 직류 전원의 크기와 동일하다.
제1 H-브리지 인버터(130)는 제1 및 제2 직류단이 제1 커패시터(120)의 제1 및 제2 단에 각각 연결되어 있다. 제1 H-브리지 인버터(130)는 제1 및 제2 직류단으로 입력되는 제1 직류 전원(VMain)을 내부 스위치들의 동작을 이용하여 교류 전원으로 변환하여 제1 및 제2 교류단 사이로 출력한다. 다수의 스위치로 구성된 H-브리지 인버터의 구조는 기 공지된 것이므로 그 동작 원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 H-브리지 인버터(130)와 제2 H-브리지 인버터(140)는 교류단 끼리 직렬 연결된다. 제1 H-브리지 인버터(130)는 제1 교류단이 부하(10)의 제1 단에 연결되고, 제2 교류단이 제2 H-브리지 인버터(140)의 제1 교류단에 직렬 연결되어 있다. 이와 같이 복수의 H-브리지 인버터의 교류 출력을 서로 직렬 연결하는 구조는 기 공지된 것이며 이러한 구조를 통하여 다수의 레벨을 가지는 교류 출력 전압을 부하(10)에 제공할 수 있다.
제1 H-브리지 인버터(130)는 멀티 레벨 인버터(100)에서 메인이 되는 H-브리지에 해당되는 것으로서, 제1 H-브리지 인버터(130)에서 출력되는 교류 전압은 부하(10)의 동작 주파수와 동일한 스위칭 주파수를 가진다.
일반적으로 교류 부하(10)의 동작 주파수는 60Hz이다. 제1 H-브리지 인버터(130)는 60Hz의 교류 전압을 출력하도록 구현하면 되므로 고속 스위칭이 필요 없고 이에 따라 스위칭 손실이 낮은 특성을 가진다.
물론, 부하(10)에 멀티 레벨의 교류 출력을 공급하기 위하여, 제1 H-브리지 인버터(130)의 다음 단에 있는 보조 H-브리지 인버터 즉, 제2 및 제3 H-브리지 인버터(180)는 그보다 높은 고속 스위칭(ex, 10~20kHz)을 수행한다. 여기서, 제1 내지 제3 H-브리지 인버터(130,140,180)로 갈수록 각각의 제1 및 제2 교류단 사이에 출력되는 교류 전압의 스위칭 주파수가 높아지도록 구현한다.
제2 H-브리지 인버터(140)는 제1 교류단이 제1 H-브리지 인버터(130)의 제2 교류단과 직렬 연결되고 제2 교류단은 제3 H-브리지 인버터(180)의 제1 교류단과 직렬 연결되며, 제1 및 제2 직류단 사이에는 제2 직류 전원(VAux1)이 형성된다. 이러한 제2 직류 전원(VAux1)의 전압은 제2 커패시터(150)에서 평활화된다.
제2 커패시터(150)는 제1 및 제2 단이 제2 H-브리지 인버터(140)의 제1 및 제2 직류단에 각각 연결되어 제2 직류 전원(VAux1)의 리플을 제거하여 다음 단의 전압 컨버터(160)으로 제공한다. 전압 컨버터(160)는 DC-DC 컨버터로 구현될 수 있다.
전압 컨버터(160)는 제1 및 제2 입력단이 제2 커패시터(150)의 제1 및 제2 단에 각각 연결되어 있으며, 제2 커패시터(150)의 양단에 걸린 제2 직류 전원(VAux1)을 제3 직류 전원(VAux2)으로 강압하여 제1 및 제2 출력단 사이로 출력한다.
전압 컨버터(160)는 제3 H-브리지 인버터(180)에 직류 전압을 공급하는 보조 전원 역할을 한다. 이러한 전압 컨버터(160)는 전압을 강압할 수 있는 기존의 변압기 타입 절연형 컨버터 또는 벅 컨버터(Buck converter), 변형된 절연형 벅 컨버터 등으로 구성될 수 있다. 변형된 벅 컨버터의 구성은 적어도 2개의 인덕터를 포함하는 무변압기 절연형 벅 컨버터로서 그 구성은 추후 상세히 설명할 것이다.
제3 커패시터(170)는 제1 및 제2 단이 전압 컨버터(160)의 제1 및 제2 출력단에 각각 연결되어 있으며, 전압 컨버터(160)에서 출력된 제3 직류 전원(VAux2)의 리플을 제거한다.
제3 H-브리지 인버터(180)는 제1 및 제2 직류단이 제3 커패시터(170)의 제1 및 제2 단에 각각 연결되어 있다. 제3 H-브리지 인버터(180)는 제1 및 제2 직류단으로 입력되는 제3 직류 전원(VAux2)을 내부 스위치들의 동작을 이용하여 교류 전원으로 변환하여 제1 및 제2 교류단 사이로 출력한다.
이러한 제3 H-브리지 인버터(180)는 제1 교류단이 제2 H-브리지 인버터(140)의 제2 교류단과 직렬 연결되고, 제2 교류단이 부하(10)의 제2 단에 연결된다. 이에 따라, 제1 H-브리지 인버터(130)의 제1 교류단과 제3 H-브리지 인버터(190)의 제2 교류단 사이에는 계단식의 멀티 레벨의 교류 전압 파형이 출력되고 이러한 교류 전압 파형은 부하(10)에 교류 전력으로 공급된다.
이러한 도 1의 구성에 따르면, 각 단에서 비대칭 전압(Vmain, Vaux1, Vaux2)를 만들고, 이를 각 단의 H-브리지 인버터를 통하여 합성함에 따라 계단식의 전압 파형을 가지는 교류 출력을 생성하여 부하(10)에 공급한다. 비대칭 전압이란 일반적으로 서로의 배수 형태를 가진다.
도 1의 구성에서, 제1 H-브리지 인버터(130)는 부하(10)의 동작 주파수(ex, 60Hz)와 동일한 스위칭 주파수의 교류 전압을 출력하도록 구현하고, 제2 H-브리지 인버터(140) 및 제3 H-브리지 인버터(180)는 고속 스위칭을 수행하여 높은 주파수의 교류 전압을 출력하도록 구현한다. 물론 제3 H-브리지 인버터(180)에서 출력되는 교류 전압은 제2 H-브리지 인버터(140)보다 높은 주파수를 가진다. 본 발명의 실시예서는 이들 세 개의 출력 파형이 중첩되어 출력됨에 따라 다단의 레벨을 가지는 교류 전력이 부하(10)에 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 복수의 H-브리지 인버터를 통하여 최종적으로 출력되는 교류 출력이란 모터 제어를 위한 교류 전류 출력 또는 계통연계형 신재생에너지 발전 전력을 포함하는 개념이다. 이상과 같은 본 발명의 실시예에서 복수의 H-브리지 인버터는 교류단이 상호 직렬 연결된 구조를 가지며, 사용되는 H-브리지 인버터 단위는 도 1과 같이 3단이 기본 구성이며 이보다 확장될 수도 있다.
도 1과 같은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 레벨 인버터에서 전체적인 전력의 흐름은 화살표를 참조하면 알 수 있다. 본 발명의 실시예는 전력의 흐름이 입력 전원(110)에서 제1 H-브리지 인버터(130), 제2 H-브리지 인버터(140), 전압 컨버터(160), 제3 H-브리지 인버터(180)의 경로로 발생하는 것을 알 수 있다.
기존의 멀티 레벨 인버터는 보조 전원이 단일 입력 전원(메인 전원)으로부터 직접 전압을 제공받아 이를 보조 H-브리지 인버터에 제공하였다면, 본 발명의 실시예는 입력 전원에서 제공된 전력이 제1 H-브리지 인버터(130)를 통해 중간 단에 있는 제2 H-브리지 인버터(140)를 경유하여 다시 보조 전원 즉, 전압 컨버터(160)로 제공된다.
이상과 같이, 도 1은 보조적으로 사용된 두 개의 H-브리지 인버터(140,180) 중에서 중간 단의 H-브리지 인버터(140)가 보조 전원에 해당하는 전압 컨버터(160)의 전단에 전력을 공급해주기 때문에, 메인 H-브리지 인버터와 연결되는 보조 H-브리지 인버터의 전력 처리량을 감소시킬 수 있다.
이와 같은 구조에서 제1 H-브리지 인버터(130)는 부하(10)에 공급되는 전체 교류 출력 중에서 약 90%의 전력을 생산할 수 있고 나머지 제2 및 제3 H-브리지 인버터(180)는 각각 5% 씩의 전력을 생산할 수 있다. 즉, 부하(10)에 공급되는 대부분의 전력이 제1 H-브리지 인버터(130)를 통해서 생산될 수 있다.
도 2는 도 1의 전압 컨버터를 상세히 나타낸 구성도이다. 도 2에 도시된 전압 컨버터(160)는 변형된 벅 컨버터 형태를 가진다. 그 기본적은 동작은 기존의 벅 컨버터와 동일하다.
이하에서는 전압 컨버터(160)는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 제3 다이오드(D3), 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2)를 포함한다.
이러한 제1 전압 컨버터(160)는 기존의 벅 컨버터와 유사한 형태를 가지는데, 기존의 벅 컨버터는 절연 기능이 없지만 본 실시예에 따른 전압 컨버터는 그라운드 라인 상에 인덕터를 포함하고 있어 절연 기능을 가진다. 또한 전압 컨버터는 양방향 스위치로 구성될 수 있다.
제1 스위치(S1)는 트랜지스터 등으로 구성되며 제1 단(게이트 단)에 제어 신호가 인가되며, 제2 단이 제2 커패시터(150)의 제1 단에 연결되고, 제3 단이 제1 다이오드(D1)의 애노드에 연결되어 있다.
제2 스위치(S2)는 트랜지스터 등으로 구성되며 제1 단(게이트 단)에 제어 신호가 인가되며, 제3 단이 제2 커패시터(110)의 제2 단에 연결되고, 제2 단이 제2 다이오드(D2)의 캐소드에 연결되어 있다.
제1 다이오드(D1)는 애노드가 제1 스위치(S1)의 제3 단에 연결되고, 캐소드가 제1 인덕터(L1)의 제1 단에 연결되어 있다. 제2 다이오드(D2)는 캐소드가 제2 스위치(S2)의 제2 단에 연결되고, 애노드가 제2 인덕터(L2)의 제1 단에 연결되어 있다. 그리고 제3 다이오드(D3)는 애노드가 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결되고 캐소드가 제1 다이오드(D1)의 캐소드에 연결된다.
제1 인덕터(L1)는 제1 단이 제1 다이오드(D1)의 캐소드에 연결되고 제2 단이 제2 커패시터(150)의 제1 단에 연결된다. 제2 인덕터(L2)는 제1 단이 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결되고 제2 단이 제2 커패시터(150)의 제2 단에 연결된다. 이러한 제2 인덕터(L2)는 제3 H-브리지 인버터(180)의 그라운드를 입력 전원(110)의 그라운드와 분리하여 절연을 확보한다.
이와 같은 구조에서, 각 스위치가 턴 온 시에는 제1 스위치(S1)->제1 다이오드(D1)->제1 인덕터(L1)->제3 커패시터(170)->제2 인덕터(L2)->제2 다이오드(D2)->제2 스위치(S2) 방향으로 전류 흐름이 발생한다. 턴 오프 시에는 제3 다이오드(D3)에 의해 방향이 형성되면서 제1 인덕터(L1)->제2 커패시터(170)->제2 인덕터(L2)->제3 다이오드(D3)->제1 인덕터(L1) 방향으로 전류 흐름이 발생한다. 전압 컨버터는 커패시터를 포함하는 의미일 수 있다.
스위치의 턴 온 시에는 인덕터 전류가 증가하고 턴 오프 시에는 스위치가 다시 턴 온될 때까지 인덕터 전류가 감소하는데, 스위치를 주기적으로 온오프 시키면 L과 C에 의해 전압이 평활화되어 직류 전압 형태로 출력될 수 있다. 이러한 원리는 기존의 벅 컨버터의 동작 모드와 거의 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 레벨 인버터의 성능을 시뮬레이션한 결과를 설명한다. 시뮬레이션에서 입력 전원(110)은 Vs=225V을 사용하였다.
도 3은 도 1에 도시된 복수의 H-브리지 인버터에 입력되는 개별 직류 전압을 나타낸 도면이다. 도 3의 경우 비대칭 전압에 3배수를 사용한 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 제1 H-브리지 인버터(130)에 입력되는 직류 전원(Vmain_DC)은 입력 전원(110)과 동일한 225V, 제2 H-브리지 인버터(140)에 입력되는 직류 전원(Vaux1_DC)은 Vmain_DC의 1/3인 75V, 그리고 제3 H-브리지 인버터(180)에 입력되는 직류 전원(Vaux2_DC)은 Vaux1_DC의 1/3인 25V로 관측된 것을 알 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 복수의 H-브리지 인버터에서 출력되는 개별 교류 전압을 나타낸 도면이다. 제1 내지 제3 H-브리지 인버터(130,140,180)의 교류 출력은 각각 Vmain_AC, Vaux1_AC, Vaux2_AC로 나타나 있다. 제1 H-브리지 인버터(130)의 교류 출력(Vmain_AC)은 60Hz의 스위칭 주파수 특성을 나타낸다면, 제2 및 제3 H-브리지 인버터(140,180)의 교류 출력(Vaux1_AC, Vaux2_AC)은 그보다 높은 주파수 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 물론 제1 내지 제3 H-브리지 인버터(130,140,180)로 갈수록 출력되는 교류 전압의 주파수가 높아지는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 세 개의 파형이 중첩되어 형성된 최종 출력 파형을 나타낸 도면이다. 도 5의 최종 출력 파형은 실제로 부하에 걸리는 파형으로서, 도 1의 회로 구성을 통해서는 총 21개의 레벨을 가지는 교류 전압 형태를 출력할 수 있다. 그리고 최종 출력의 주파수는 부하의 동작 주파수와 동일한 60Hz 성분을 가지고 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 H-브리지 멀티 레벨 인버터에 따르면, 단일 입력 전원으로부터 고효율을 가지는 멀티 레벨의 교류 출력을 발생시킬 수 있으며 메인 H-브리지 인버터와 연결되는 보조 H-브리지 인버터의 전력 처리량을 감소시킬 수 있어 가격 및 부피를 줄이고 시스템의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 멀티 레벨 인버터 110: 입력 전원
120: 제1 커패시터 130: 제1 H-브리지 인버터
140: 제2 H-브리지 인버터 150: 제2 커패시터
160: 전압 컨버터 170: 제3 커패시터
180: 제3 H-브리지 인버터

Claims (4)

  1. 제1 및 제2 단이 입력 전원의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 상기 입력 전원에서 공급된 제1 직류 전원의 리플을 제거하는 제1 커패시터;
    제1 및 제2 직류단이 상기 제1 커패시터의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 제1 교류단이 부하의 제1단에 연결되는 제1 H-브리지 인버터;
    제1 교류단이 상기 제1 H-브리지 인버터의 제2 교류단과 직렬 연결되고, 제1 및 제2 직류단 사이에 제2 직류 전원이 형성되는 제2 H-브리지 인버터;
    제1 및 제2 단이 상기 제2 H-브리지 인버터의 제1 및 제2 직류단에 각각 연결되고, 상기 제2 직류 전원의 리플을 제거하는 제2 커패시터;
    제1 및 제2 입력단이 상기 제2 커패시터의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 상기 제2 직류 전원을 제3 직류 전원으로 강압하여 제1 및 제2 출력단 사이로 출력하는 전압 컨버터;
    제1 및 제2 단이 상기 전압 컨버터의 제1 및 제2 출력단에 각각 연결되고, 상기 제3 직류 전원의 리플을 제거하는 제3 커패시터; 및
    제1 및 제2 직류단이 상기 제3 커패시터의 제1 및 제2 단에 각각 연결되고, 제1 교류단이 상기 제2 H-브리지 인버터의 제2 교류단과 직렬 연결되고, 제2 교류단이 상기 부하의 제2단에 연결되는 제3 H-브리지 인버터를 포함하며,
    상기 전압 컨버터는,
    제1 단에 제어 신호가 인가되고 제2 단이 상기 제2 커패시터의 제1 단에 연결된 제1 스위치;
    제1 단에 상기 제어 신호가 인가되고 제3 단이 상기 제2 커패시터의 제2 단에 연결된 제2 스위치;
    애노드가 상기 제1 스위치의 제3 단에 연결된 제1 다이오드;
    캐소드가 상기 제2 스위치의 제2 단에 연결된 제2 다이오드;
    애노드가 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되고 캐소드가 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결된 제3 다이오드;
    제1 단이 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결되고 제2 단이 상기 제3 커패시터의 제1 단에 연결된 제1 인덕터; 및
    제1 단이 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되고 제2 단이 상기 제3 커패시터의 제2 단에 연결된 제2 인덕터를 포함하는 H-브리지 멀티 레벨 인버터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 H-브리지 인버터는 상기 부하의 동작 주파수와 동일한 스위칭 주파수를 가지는 교류 전압을 출력하는 H-브리지 멀티 레벨 인버터.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102032869B1 (ko) * 2018-02-09 2019-10-17 주식회사 뉴파워 프라즈마 Dc-ac 인버터를 포함하는 전원 장치 및 전원 제어 방법
KR102144616B1 (ko) * 2018-08-23 2020-08-13 숭실대학교산학협력단 결합 인덕터를 갖는 절연형 컨버터
US11271475B2 (en) 2019-06-13 2022-03-08 Intel Corporation On-package high-bandwidth resonant switched capacitor voltage regulator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014171272A (ja) 2011-06-30 2014-09-18 Sanyo Electric Co Ltd インバータおよびそれを搭載した電力変換装置
JP2014525730A (ja) 2011-08-31 2014-09-29 オプティストリング テクノロジーズ エービー 太陽光発電システム用ｄｃ−ａｃインバータ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8866342B2 (en) * 2008-03-19 2014-10-21 Mitsubishi Electric Corporation Power converting apparatus
JP4878645B2 (ja) * 2010-01-29 2012-02-15 三菱電機株式会社 電力変換装置
EP2367275B2 (en) * 2010-03-18 2020-12-23 MARICI Holdings The Netherlands B.V. Non-isolated DC - DC converter for solar power plant
KR20130105002A (ko) * 2012-03-16 2013-09-25 한국전기연구원 멀티레벨 인버터를 이용한 고효율 멀티 스트링 방식의 태양광발전용 전력변환장치
JP5987423B2 (ja) * 2012-04-05 2016-09-07 ダイキン工業株式会社 電力変換装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014171272A (ja) 2011-06-30 2014-09-18 Sanyo Electric Co Ltd インバータおよびそれを搭載した電力変換装置
JP2014525730A (ja) 2011-08-31 2014-09-29 オプティストリング テクノロジーズ エービー 太陽光発電システム用ｄｃ−ａｃインバータ

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Pereda et al. "High-Frequency Link: A Solution for Using Only One DC Source in Asymmetric Cascaded Multilevel Inverters". IEEE. (발표일 : 2011.)
J.R. Rodriguez et al. "Single DC-Sourced 9-level DC/AC Topology as Transformerless Power Interface for Renewable Sources". Eergies 2015,8,pp.1273-1290. (발표일 : 2015.02.)

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