KR101905425B1 - 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법 - Google Patents

인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상천이방식을 사용하는 인버터의 출력전압과 출력전류의 위상차를 감지하여 하드스위칭 또는 소프트스위칭을 판단 할 수 있는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 직류 전원(100), 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성되는 풀 브리지 회로를 포함하고, 상기 직류 전원(100)으로부터 전원을 입력받아 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터부(200), 제1 내지 제4 스위칭소자의 스위칭을 제어하는 제어부(300), 상기 제1 스위칭소자의 스위칭 주기를 기준으로 상기 제1 스위칭소자와 제2 스위칭소자의 위상차를 검출하는 검출부, 상기 인버터부(200)의 출력단에 설치되어 제1 스위칭소자의 스위칭 주기의 시작을 기준으로 상기 인버터부(200)에서 출력된 교류 전류가 영점에서 변환되는 시점까지의 위상인 카운트 캡쳐값을 측정하는 측정부(400) 및 상기 검출부에서 검출된 위상차의 절반이 상기 카운트 캡쳐값보다 크면 하드 스위칭으로 판단하고, 작으면 소프트 스위칭으로 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법{Voltage and current phase difference sensing apparatus and voltage and current phase difference sensing method}
본 발명은 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 위상천이방식을 사용하는 인버터의 출력전압과 출력전류의 위상차를 감지하여 하드스위칭 또는 소프트스위칭을 판단 할 수 있는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
인버터는 직류(DC)를 교류(AC)로 바꾸기 위한 전기적 장치에 관한 것으로, 적절한 변환 방법이나 스위칭 소자, 제어 회로를 통해 원하는 전압과 주파수를 얻을 수 있으며, 다양한 분야에 사용되고 있다.
무선전력전송은 이러한 인버터가 사용되는 분야 중 하나로, 종래 무선전력전송에 관해서는 한국공개특허 제2015-0088678호("무선전력전송 시스템", 공개일 2015.08.03., 이하 선행기술 1)에 개시되어 있다.
도 1은 선행기술 1의 송신부(10)의 전력변환부(13)를 도시한 것으로, 도 1을 참고하여 종래 인버터의 전력변환과정을 설명하면, 전력변환부(13)는 직류전압원(12)으로부터 직류전압을 입력받으며, 제1 내지 제4 스위칭 소자(S10, S20, S30, S40) 및 제1 및 제2 노드(N10, N20)를 포함할 수 있고, 제1 및 제4 스위칭 소자(S10, S40)와 제2 및 제3 스위칭 소자(S20, S30)가 반복적으로 턴 온(Turn on) 및 턴 오프(Turn off)되는 스위칭을 통해 매칭부(15)에 전압을 출력한다.
선행기술 1과 같이 풀 브리지를 포함하여 구성되는 인버터에서, 제1 및 제4 스위칭 소자(S10, S40)와 제2 및 제3 스위칭 소자(S20, S30)가 반복적으로 스위칭 될 때, 각각의 스위칭 소자에서 양단전압이 존재하게 되면 하드 스위칭이 발생하게 된다. 하드 스위칭이 발생하면 스위칭 스트레스를 발생시키고, 이는 스위칭 손실로 이루어지기 때문에 인버터의 효율 감소, 스위칭 소손과 같은 문제가 발생한다.
하드 스위칭의 반대되는 개념은 소프트 스위칭으로, 스위칭시 스위치의 양단전압이 0V가 되어, 하드 스위칭 상태 때의 문제가 발생하지 않으며, 이러한 하드 스위칭 및 소프트 스위칭은 인버터의 출력 전압 및 전류의 위상차에 의해 결정된다.
한국공개특허 제2015-0088678호("무선전력전송 시스템", 공개일 2015.08.03.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법의 목적은 인버터의 출력전압 및 출력전류의 위상차를 검출하고 이를 이용하여 하드 스위칭 또는 소프트 스위칭의 여부를 검출할 수 있는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치는, 직류 전원(100), 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성되는 풀 브리지 회로를 포함하고, 상기 직류 전원(100)으로부터 전원을 입력받아 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터부(200), 제1 내지 제4 스위칭소자의 스위칭을 제어하는 제어부(300), 상기 제1 스위칭소자의 스위칭 주기를 기준으로 상기 제1 스위칭소자와 제2 스위칭소자의 위상차를 검출하는 검출부, 상기 인버터부(200)의 출력단에 설치되어 제1 스위칭소자의 스위칭 주기의 시작을 기준으로 상기 인버터부(200)에서 출력된 교류 전류가 영점에서 변환되는 시점까지의 위상인 카운트 캡쳐값을 측정하는 측정부(400) 및 상기 검출부에서 검출된 위상차의 절반이 상기 카운트 캡쳐값보다 크면 하드 스위칭으로 판단하고, 작으면 소프트 스위칭으로 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 측정부(400)는 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류 전류가 영점에서 변환되는 것을 측정하는 제로 크로싱 디텍터(Zero-crossing detector) 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 제1 스위칭소자와 제3 스위칭소자가 서로 번갈아 턴 온 및 턴 오프 되도록 제어하고, 상기 제2 스위칭소자와 제4 스위칭소자가 서로 번갈아 턴 온 및 턴 오프 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 제1 스위칭소자의 위상에 대하여 제2 스위칭소자의 위상을 조절해 상기 인버터부(200)의 출력을 조절 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 판단부에서 하드 스위칭이라고 판단했을 때, 스위칭 주파수 변화를 통하여 하드 스위칭을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 방법은 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성되는 풀 브리지 회로를 포함하는 인버터부(200)에 전원을 입력하는 전원입력단계, 상기 제1 내지 제4 스위칭소자가 각각 턴 온 또는 턴 오프 되어 상기 인버터부(200)의 출력단에 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 출력단계, 상기 제1 스위칭소자와 제2 스위칭소자의 위상차를 측정하는 위상차 측정단계, 상기 제1 스위칭소자가 스위칭된 시점부터 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류 전류가 영점에서 변화하는 시점까지의 위상인 카운트 캡쳐값을 측정하는 전류 변화 측정단계 및 상기 위상차의 절반이 상기 카운트 캡쳐값보다 크면 하드 스위칭으로 판단하고, 작으면 소프트 스위칭으로 판단하는 판단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 방법은 상기 판단단계에서 하드 스위칭으로 판단했을 경우 스위칭 주파수를 변화시켜 하드 스위칭을 방지하는 하드스위칭 방지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치 및 방법에 의하면, 인버터부에서 출력되는 교류전압과 교류전류의 위상차를 감지함으로써 하드 스위칭 또는 소프트 스위칭 여부를 알 수 있고, 이에 따라 사용자 또는 제어부가 스위칭여부를 제어할 수 있으므로 스위칭 스트레스 저감, 스위칭 손실 방지 및 인버터 효율을 증대시킬 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 인버터의 회로도.
도 2는 본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치의 회로도.
도 3 및 4는 회로 중 일부 스위칭소자는 턴 온 되고, 나머지 스위칭소자는 턴 오프된 상태의 회로도.
도 5는 본 발명의 스위칭소자에 인가되는 제어신호 및 인버터부에서 출력되는 교류전압의 파형.
도 6은 도 5와 다르게 인가되는 제어신호 및 인버터부에서 출력되는 교류전압의 파형.
도 7은 본 발명의 인버터부에서 출력되는 교류전압과 교류전류의 파형.
도 8은 본 발명의 인버터부에서 출력되는 교류전압과 다른 상태의 교류전류의 파형.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치가 적용된 무선충전회로를 도시한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치는 직류 전원(100), 인버터부(200), 제어부(300), 검출부, 측정부(400) 및 판단부를 포함할 수 있다.
상기 직류 전원(100)은 구성의 이름 그대로 직류 전원을 인가하는 구성으로, 도 2 에 도시된 바와 같이 후술할 인버터부(200)에 직류 전압을 인가한다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 인버터부(200)는 제1 내지 제4 스위칭소자(S1, S2, S3, S4)로 구성되는 풀 브리지 회로를 포함하고, 상기 직류 전원(100)부터 전압을 입력받아 교류 전압과 교류 전류를 출력한다. 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예는 무선전력송신에 사용되는 것이기 때문에, 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류전압은 무선전력송신회로(50)에 연결되어 2차측으로 에너지를 전달할 수 있다.
상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류전압
Figure 112017021540554-pat00001
은 양의 값을 가지는 정전압, 음의 값을 가지는 부전압 또는 0V가 검출될 수 있으며, 이는 상기 제1 내지 제4 스위칭소자(S1, S2, S3, S4)의 스위칭 동작에 따라 달라진다.
도 3은 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제4 스위칭소자(S4)가 턴 온 되고, 상기 제2 스위칭소자(S2)와 제3 스위칭소자(S3)가 턴 오프 된 상태를 도시한 것으로, 상기 인버터부(200)의 출력단에 출력되는 교류전압
Figure 112017021540554-pat00002
은 상측이 플러스이고, 하측이 마이너스인 전압으로 출력된다.
도 4는 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제4 스위칭소자(S4)가 턴 오프 되고, 상기 제2 스위칭소자(S2)와 제3 스위칭소자(S3)가 턴 온 된 상태를 도시한 것으로, 상기 인버터부(200)의 출력단에 출력되는 교류전압
Figure 112017021540554-pat00003
은 상측이 마이너스이고, 하측이 플러스인 부전압으로 출력된다.
위와 같이 상기 제어부(200)는 위상천이방식을 사용하며, 이는 상기 제어부(200)가 풀 브리지 회로에 포함되는 제1 스위칭소자(S1)와 제4 스위칭소자(S4) 또는 제2 스위칭소자(S2)와 제3 스위칭소자(S3)의 출력 위상을 제어함으로써 상기 교류전압
Figure 112017021540554-pat00004
의 출력 및 듀티비(Duty ratio)를 제어한다.
본 발명은 도 3 및 4에 출력되는 교류전압
Figure 112017021540554-pat00005
과 교류전류
Figure 112017021540554-pat00006
의 위상을 비교하여 스위칭상태가 하드스위칭 또는 소프트스위칭인지를 판별한다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제3 스위칭소자(S3)는 동시에 턴 온 또는 턴 오프 되지 않는, 즉 서로 교대로 턴 온 및 턴 오프 되며, 이는 상기 제2 스위칭소자(S2)와 제4 스위칭소자(S4)도 마찬가지이다. 단, 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)는 서로 번갈아가며 턴 온 및 턴 오프 되지는 않고, 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2) 사이에는 소정의 위상차가 있으며, 상기 제어부(300)는 상술한 상기 제1 내지 제4 스위칭소자(S1, S2, S3, S4)의 스위칭제어와 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)의 위상차 또는 제4 스위칭소자(S4)와 제3 스위칭소자(S3)의 위상차를 제어할 수 있다. 이하에서는 위상차를 설명할 때, 편의상 제1 및 제2 스위칭소자(S3)의 위상차에 대해서만 설명한다.
본 발명은 상술한 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)의 위상차를 일정 기준에서 검출하기 위해서 상기 검출부를 포함한다.
상기 검출부는 상기 제1 스위칭소자의 스위칭 주기를 기준으로 상기 제1 스위칭소자와 제2 스위칭소자의 위상차를 검출한다. 도 5에서는 스위칭 주기 중, 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)에 제어신호가 입력되는 시점을 기준으로 위상차를 감지한 것이다. 단, 이때 스위칭 주기의 범위에서 기준이 되는 위상 또는 시점은 한정되지 않는다.
도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(300)는 상기 제1 내지 제4 스위칭소자(S1, S2, S3, S4)와 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 내지 제4 스위칭소자(S1, S2, S3, S4)에 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 송신하여 상기 제1 내지 제4 스위칭소자(S1, S2, S3, S4)를 제어한다.
도 5는 상기 제1 내지 제4 스위칭소자(S1, S2, S3, S4)에 인가되는 PWM 제어신호를 도시한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 스위칭소자에는 일정한 주기의 제어신호가 입력되며, 이때 상기 검출부에서 검출한 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)의 위상차 A는 0.5파이로 가정한다.
도 6은 도 5와는 다르게 인가되는 PWM 제어신호를 도시한 것으로, 이때 상기 검출부에서 검출한 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)의 위상차 A'는 0.75파이로 가정하며, 상기 위상차 A보다 위상차가 커진 상태이다.
도 5 및 6의 하측에는 각각의 상황에 따라 달리 출력되는 상기 인버터부(200)의 교류전압의 파형이 도시되어 있다. 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 교류전압
Figure 112017021540554-pat00007
의 형태는 구형파이나, 실제적으로 측정되는 교류전압의 파형은 유사구형파이다. 유사구형파는 서로 다른 주기를 가지는 다수의 사인파가 합쳐져 형성되는데, 본 발명에서는 교류전압
Figure 112017021540554-pat00008
의 기본파의 파형과 사인파로 출력되는 교류전류
Figure 112017021540554-pat00009
의 위상을 비교한다.
상기 교류전압
Figure 112017021540554-pat00010
의 기본파의 파형은 도 5 및 6에 도시된 구형파 폭의 중간과 동일한 위상에서 피크값을 가지는 사인파 형태로 유추해 볼 수 있는데, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 상기 제어부(300)에서 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)의 위상차를 제어하면 교류전압
Figure 112017021540554-pat00011
의 듀티비(Duty ratio)가 달라져 교류전압
Figure 112017021540554-pat00012
의 기본파의 위상이 달라진다. 따라서 이를 측정할 수 있는 방법이 필요하며, 이에 관해서는 후술한다.
상기 측정부(400)는 상기 인버터부(200)의 출력단에 설치되어 제1 스위칭소자의 스위칭 주기의 시작을 기준으로 상기 인버터부(200)에서 출력된 교류 전류가 영점에서 변환되는 시점까지의 위상인 카운트 캡쳐값을 측정한다. 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류전류는 상술한 바와 같이 사인파 형태인데, 이 사인파의 위상이 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류전압의 위상보다 앞서거나 또는 늦어질 수 있다. 따라서 이를 판별하기 위해 상기 제1 스위칭소자(S1)의 스위칭 주기의 시작을 기준으로 교류 전류의 파형의 진폭이 영점에서 변화하는 시점까지의 위상을 측정하며, 상기 위상값을 카운트 캡쳐값이라 한다. 단, 상기 카운트 캡쳐값을 측정하는 기준은 스위칭 주기의 시작점에 한정하지 않으며 다양한 기준점이 있을 수 있다.
상기 측정부(400)는 영점에서 변화하는 시점까지의 위상을 측정하기 위해 일반적으로 사용되는 제로 크로싱 디텍터(Zero-crossing detector) 회로를 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 비교기 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 판단부는 상기 검출부에서 검출된 위상차의 절반이 상기 카운트 캡쳐값보다 크면 하드스위칭으로 판단하고, 작으면 소프트 스위칭으로 판단한다. 이하 도면을 참고하여 이에 관하여 상세히 설명한다.
도 7 및 8은 도 5에 도시된 교류전압
Figure 112017021540554-pat00013
과, 상기 교류전압
Figure 112017021540554-pat00014
가 출력될 때 출력될 수 있는 두 종류의 교류전류
Figure 112017021540554-pat00015
를 도시한 것이다.
먼저 도 7을 설명하면, 스위칭주기의 시작점을 기준으로 도 5에 도시된 위상차 A의 절반만큼 우측으로 이동시킨 위상 B와 상기 측정부(400)에서 측정된 교류전류가 영점에서 변화하는 시점, 즉 교류 전류가 음에서 양의 값으로 변화하는 시점인 위상 C가 함께 도시되어 있다. 상기 위상 B는 도 7의 교류전류
Figure 112017021540554-pat00016
의 기본파가 영점에서 변화하는 시점이며, 위상 B와 위상 C를 비교했을 때 위상 B가 앞선다. 이때 전압위상 B는 전류위상 C보다 앞서서 상기 제1 스위칭소자(S1) 또는 제3 스위칭소자(S3)가 영전압인 상태에서 턴 온 되므로, 상기 판단부에서는 도 7과 같은 상태를 소프트스위칭이라 판단한다.
도 8은 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류 전류가 도 7과 다른 상태를 도시한 것이다. 도 8에서 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류 전류가 영점에서 변화하는 시점인 위상 C는 위상 B보다 앞선다. 이때 전압위상 B는 전류위상 C보다 늦어서 상기 제1 스위칭소자(S1) 또는 제3 스위칭소자(S3)가 영전압이 아닌 상태에서 턴 온 되므로, 상기 판단부에서는 도 8과 같은 상태를 하드스위칭이라 판단한다.
상기 제어부(300)는 상기 판단부에서 판단된 현재 스위칭상태를 별도의 디스플레이에 출력되어 사용자에게 알리거나 상기 판단부에서 스위칭상태를 하드스위칭이라고 판단했을 경우, 상기 제어부(300)는 스위칭 주파수를 변화하여, 하드스위칭을 방지할 수 있다.
이하 본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 방법에 관하여 상세히 설명한다. 이하 설명되는 구성 중, 상기 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치에서 설명한 구성과 동일한 명칭을 가지는 구성은 동일한 구성으로 간주한다.
본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 방법은 전원입력단계, 출력단계, 위상차 측정단계, 전류변화 측정단계 및 판단단계를 포함할 수 있다.
상기 전원입력단계는 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성되는 풀 브리지 회로를 포함하는 인버터부(200)에 전원을 입력하는 단계이다. 상기 전원입력단계에서 입력되는 전원은 직류 전원으로, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 인버터부(200)에 직렬로 연결된다.
상기 출력단계는 상기 제1 내지 제4 스위칭소자가 각각 턴 온 또는 턴 오프 되어 상기 인버터부(200)의 출력단에 교류 전압 및 교류 전류를 출력한다. 상기 제1 스위칭소자와 제3 스위칭소자는 서로 교대로 턴 온 및 턴 오프 되고, 상기 제2 스위칭소자와 제4 스위칭소자는 서로 교대로 턴 온 및 턴 오프 되면서 상기 인버터부(200)의 출력단에 교류전압 및 교류전류를 출력한다. 도 3은 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제4스위칭소자(S4)가 턴 온 되고, 도 4는 상기 제2 스위칭소자(S2)와 제3 스위칭소자(S3)가 턴 오프 된 상태이고, 도 4는 도 3의 상태와는 반대로 턴 온 및 턴 오프 된 상태를 도시한 것으로, 도 3의 상태에서는 상기 인버터부(200)가 정전압을 출력하고 도 4의 상태에서는 상기 인버터부(200)가 부전압을 출력한다.
상기 위상차 측정단계는 상기 제1 스위칭소자와 제2 스위칭소자의 위상차를 측정하는 단계이다. 본 발명에서 상기 제어부(300)는 위상천이 방식을 이용하여 교류전압의 출력, 위상 및 듀티비를 제어한다. 상기 제어부(300)에서 사용하는 위상천이 방식은 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)의 위상차를 조절하는 것이기 때문에 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2) 상에는 위상차가 있으며, 이에 관하여는 도 5에 도시되어 있다. 상술한 바와 같이 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)의 위상차는 상기 제어부(200)에서 제어할 수 있으며, 상기 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)의 위상차는 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류 전압과 교류 전류 중 어느 쪽의 위상이 앞서는가를 판별하기 위해 사용될 수 있다. 상기 위상차 측정단계는 상술한 검출부에서 수행하며, 스위칭주기의 특정 위상을 기준으로 측정할 수 있다.
상기 전류변화 측정단계는 상기 제1 스위칭소자의 스위칭주기를 기준으로 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류 전류가 영점에서 변화하는 시점까지의 위상인 카운트 캡쳐값을 측정한다. 상기 교류 전류는 도 6에 도시된 바와 같이 사인파 형태를 이루며, 상기 제1 스위칭소자의 스위칭주기 시작 이후로 영점에서 변화한다. 상기 교류 전류는 도 6에 도시된 바와 같이 일반적으로 음에서 양의 값으로 영점에서 변화한다. 상기 교류 전류가 영점에서 변화하는 시점은 상기 측정부(400)에서 수행할 수 있으며, 상기 측정부(400)는 제로 크로싱 디텍터(Zero-Crossing Detector) 회로로 구현될 수 있으나 비교기 등과 같은 다양한 형태로 구현 가능하다.
상기 판단단계는 스위칭 주기를 기준으로 상기 위상차의 절반이 상기 카운트 캡쳐값보다 크면 하드 스위칭으로 판단하고, 작으면 소프트 스위칭으로 판단한다. 도 6에는 도 5에 표시된 제1 스위칭소자와 제2 스위칭소자의 위상차 A의 절반인 카운트 캡쳐값만큼 스위칭주기의 시작부터 우측으로 이동시킨 위상 B와, 상기 전류변화 측정단계에서 측정된 교류 전류가 영점에서 변화하는 시점인 위상 C가 표시되어 있다. 도 6은 위상 B가 위상 C보다 앞서므로, 상기 판단단계에서는 이를 소프트스위칭으로 판단한다.
도 7은 도 6과 달리 위상 C가 위상 B보다 앞서므로, 상기 판단단계에서는 도 7의 상태를 하드스위칭으로 판단한다.
본 발명에 의한 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 방법은 상기 판단단계에서 하드스위칭이라고 판단했을 경우 상기 제어부(300)에서 스위칭 주파수를 변화시켜 하드 스위칭을 방지하는 하드스위칭 방지단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 송신부 12 : 직류전압원
13 : 전력변환부
S10 : 제1 스위칭 소자 S20 : 제2 스위칭 소자
S30 : 제3 스위칭 소자 S40 : 제4 스위칭 소자
N10 : 제1 노드 N20 : 제2 노드
S1 : 제1 스위칭소자 S2 : 제2 스위칭소자
S3 : 제3 스위칭소자 S4 : 제4 스위칭소자
50 : 무선전력송신회로
100 : 직류 전원
200 : 인버터부
300 : 제어부
400 : 측정부

Claims (7)

  1. 직류 전원(100);
    제1 및 제3 스위칭소자가 직렬로 연결된 제1레그와 제2 및 제4 스위칭소자가 직렬로 연결된 제2레그를 포함하여 구성되는 풀 브리지 회로를 포함하고, 상기 직류 전원(100)으로부터 전원을 입력받아 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터부(200);
    상기 제1 내지 제4 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어부(300);
    상기 제1 스위칭소자의 스위칭 주기를 기준으로 상기 제1 스위칭소자와 제2 스위칭소자의 위상차를 검출하는 검출부;
    상기 인버터부(200)의 출력단에 설치되어 제1 스위칭소자의 스위칭 주기를 기준으로 상기 인버터부(200)에서 출력된 교류 전류가 영점에서 변환되는 시점까지의 위상인 카운트 캡쳐값을 측정하는 측정부(400); 및
    상기 검출부에서 검출된 위상차의 절반이 상기 카운트 캡쳐값보다 크면 하드 스위칭으로 판단하고, 작으면 소프트 스위칭으로 판단하는 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정부(400)는
    상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류 전류가 영점에서 변환되는 것을 측정하는 제로 크로싱 디텍터(Zero-crossing detector) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부(300)는
    상기 제1 스위칭소자와 제3 스위칭소자가 서로 번갈아 턴 온 및 턴 오프 되도록 제어하고,
    상기 제2 스위칭소자와 제4 스위칭소자가 서로 번갈아 턴 온 및 턴 오프 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부(300)는
    상기 제1 스위칭소자의 위상에 대하여 제2 스위칭소자의 위상을 조절해 상기 인버터부(200)의 출력을 조절 가능한 것을 특징으로 하는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부(300)는
    상기 판단부에서 하드 스위칭이라고 판단했을 때, 스위칭 주파수 변화를 통하여 하드 스위칭을 방지하는 것을 특징으로 하는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 장치.
  6. 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성되는 풀 브리지 회로를 포함하는 인버터부(200)에 전원을 입력하는 전원입력단계;
    상기 제1 내지 제4 스위칭소자가 각각 턴 온 또는 턴 오프 되어 상기 인버터부(200)의 출력단에 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 출력단계;
    상기 제1 스위칭소자와 제2 스위칭소자의 위상차를 측정하는 위상차 측정단계;
    상기 제1 스위칭소자의 스위칭주기를 기준으로 상기 인버터부(200)에서 출력되는 교류 전류가 영점에서 변화하는 시점까지의 위상인 카운트 캡쳐값을 측정하는 전류 변화 측정단계; 및
    스위칭 주기를 기준으로 상기 위상차의 절반이 상기 카운트 캡쳐값보다 크면 하드 스위칭으로 판단하고, 작으면 소프트 스위칭으로 판단하는 판단단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 인버터의 전압과 전류의 위상차 감지 방법은
    상기 판단단계에서 하드 스위칭으로 판단했을 경우 스위칭 주파수를 변화시켜 하드 스위칭을 방지하는 하드스위칭 방지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 전압과 전류의 위상차 감지 방법.
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