KR101906920B1 - 3상 ac-dc 변환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 일 실시예는 간단히 정류부 양단에 인가되는 전압의 파형을 검출함으로써 자가 고장 진단이 가능하고, 내부회로의 단락 없이 안정적으로 동작할 수 있어 단락사고로부터 시스템을 보호할 수 있는 효과가 있는 3상 AC-DC 변환장치를 제공한다.

Description

3상 AC-DC 변환장치{Three-Phase AC-DC Converter}
본 발명에 따른 일 실시예는 3상 AC-DC 변환장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명에 따른 일 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
사이리스터(thyristor)는 3개 이상의 PN 접합(PN junction)을 갖는 반도체 소자를 총칭한다. 일반적으로는, 제어단자인 게이트(gate)에 신호가 인가되면 양극(anode)과 음극(cathode) 사이가 도통되어 전류가 흐르는 3단자 반도체 소자인 실리콘제어정류기(silicon-controlled rectifier; SCR)를 말한다.
SCR의 양극과 음극 두 단자 사이에 일정치 전위차가 발생하도록 전압을 인가하고, 게이트 신호를 인가하여 도통시킨다. 게이트 신호가 인가되어 한 번 도통이 되면, 게이트 신호가 인가되지 않더라도 전류는 계속 흐른다. 도통을 중지시키기 위해서는 SCR에 흐르는 전류를 유지전류(holding current) 이하로 감소시켜 도통을 중지시킬 수 있다.
고전압 직류(high-voltage direct current; HVDC) 송전과 같은 고전력에서 전동기 제어, 초음파 등 고주파 응용에 이르기까지 다양하며, LASCR(light activated thyristor), RCT(reverse conducting thyristor), GATT(gate assisted turn-off thyristor), GTO(gate turn-off thyristor) 등 외형 및 특성에 따라 다양한 형태로 구분된다.
SCR의 고내압 및 대용량화에 적합한 특성 때문에 SCR은 대전력 DC-AC 변환장치(inverter) 또는 AC-DC 변환장치(converter)에 많이 사용된다. 적어도 3개 이상의 SCR을 이용하여 3상(three-phase) DC-AC 변환장치 및 AC-DC 변환장치에 적용되는 회로를 구성할 수 있다.
도 1은 종래의 SCR을 이용한 3상 AC-DC 변환장치의 회로도이다.
3상 AC-DC 변환장치는 인덕터부 및 정류부를 포함한다. 정류부는 상부 정류 그룹(110)과 하부 정류 그룹(120)을 포함한다. 상부 정류 그룹은 제 1 SCR(112), 제 2 SCR(114) 및 제 3 SCR(116)을 포함하고, 하부 정류 그룹은 제 4 SCR(122), 제 5 SCR(124) 및 제 6 SCR(126)을 포함한다. 제 1 SCR(112) 및 제 4 SCR(122)은 제 A 상 교류 전력을 공급하는 제 A 교류 전원부와 연결되고, 제 2 SCR(114) 및 제 5 SCR(124)은 제 B 상 교류 전력을 공급하는 제 B 교류 전원부와 연결되며 제 3 SCR(116) 및 제 6 SCR(126)은 제 C 상 교류 전력을 공급하는 제 C 교류 전원부와 연결된다.
도 1에 도시한 3상 AC-DC 변환장치는 부하 측으로 공급되는 전기 에너지만을 사용하고 회생 에너지를 사용할 수 없다는 단점을 갖는다. 교류 측에서 직류 측으로 에너지를 전달함과 동시에 직류 측에서 교류 측으로 에너지를 회수하기 위해서는 도 1에 도시한 변환장치가 아닌 다른 형태의 변환장치가 필요하다.
이러한 단점을 극복하기 위하여, 3상의 각 상에 대응하는 SCR 마다 반대방향으로 하나의 SCR을 추가하여 병렬 연결하는 방법이 제안되었다.
도 2는 종래의 SCR을 이용한 3상 양방향(bidirectional) AC-DC 변환장치의 회로도이다.
3상 양방향 AC-DC 변환장치는 인덕터부, 정류부 및 제어부(230)를 포함한다. 정류부는 상부 정류 그룹(210)과 하부 정류 그룹(220)을 포함한다. 상부 정류 그룹은 제 1 SCR 쌍(212), 제 2 SCR 쌍(214) 및 제 3 SCR 쌍(216)을 포함하고, 하부 정류 그룹은 제 4 SCR 쌍(222), 제 5 SCR 쌍(224) 및 제 6 SCR 쌍(226)을 포함한다.
제어부(230)는 위상고정루프(phase-locked loop; PLL, 232)와 게이트 구동 제어부(234)를 포함한다. 위상고정루프(232)는 3상 교류 전원과 정류부 사이에 연결되어 3상 교류 전원으로부터 공급되는 3상 전력 중 어느 하나 이상의 결상 상태나 3상 전원 중 어느 하나 이상의 진폭이 다른 불평형 상태를 판단하며, 각 SCR이 정확한 위상에서 게이트를 구동하도록 하는 역할을 한다. 게이트 구동 제어부(234)는 각 SCR의 게이트 단자와 연결되어 각 SCR을 구동하는 게이트 구동신호를 생성하여 해당 SCR에 전달하는 역할을 한다.
3상 양방향 AC-DC 변환장치의 역병렬로 연결된 각각의 SCR 쌍에 포함된 두 개의 SCR, 예컨대 제 1 SCR 쌍(212)의 FSCR1과 RSCR4는 SCR 구동 제어신호가 인가되는 시점에 따라 동시에 도통될 수 있다. 동시에 도통되면, 제 1 SCR 쌍(212)의 FSCR1과 RSCR4 사이에 단락(short-circuit)이 발생할 수 있으며, 이 경우 전체 회로 및 시스템의 고장을 일으킬 수 있다.
따라서 정류부에 포함된 SCR의 단락을 방지할 수 있으면서도 고내전압 및 대전력 특성이 우수한 3상 AC-DC 변환장치가 필요하다.
본 발명에 따른 일 실시예는 자가 고장 진단이 가능하며, 내부회로의 단락 없이 안정적으로 동작할 수 있는 3상 AC-DC 변환장치를 제공하는 데에 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 3상 AC-DC 변환장치에 있어서, 제 A 인덕터, 제 B 인턱터 및 제 C 인덕터를 포함하는 인덕터부; 복수의 역병렬로 연결된 실리콘제어정류소자(silicon-controlled rectifier; SCR) 쌍을 포함하고 상기 인덕터부를 거쳐 3상 교류 전원과 전기적으로 연결되어, 상기 3상 교류 전원으로부터 제 A 상 교류 전력, 제 B 상 교류 전력 및 제 C 상 교류 전력을 각각 입력받아 직류 전력으로 정류하는 정류부; 및 상기 복수의 역병렬로 연결된 SCR 쌍 중 어느 한 쌍에 포함된 두 개의 SCR이 동시에 도통될 가능성이 존재하는 특정 시점 이전에 도통 방지 신호를 생성하여 상기 복수의 역병렬로 연결된 SCR 쌍 중 어느 한 쌍에 포함된 두 개의 SCR이 동시에 도통되는 것을 미연에 방지하기 위한 영전압 검출부(zero-voltage detection unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부회로의 단락을 미연에 방지할 수 있는 3상 AC-DC 변환장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 일 실시예의 다른 측면에 의하면, 간단히 SCR 양단의 전압을 검출함으로써 단락사고로부터 시스템을 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 3상 AC-DC 변환장치의 회로도이다.
도 2는 종래의 3상 양방향(bidirectional) AC-DC 변환장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 AC-DC 변환장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 검출부가 적용된 3상 AC-DC 변환장치의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 검출부의 상세 회로도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 일 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서 제 1, 제 2, ⅰ), ⅱ), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 AC-DC 변환장치를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 AC-DC 변환장치의 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3상 AC-DC 변환장치는 인덕터부, 정류부 및 제어부(330)를 포함한다.
통상적으로 3상 AC-DC 변환장치 외부에 존재하는 3상 교류 전원은 제 A 상 교류 전원부, 제 B 상 교류 전원부 및 제 C 상 교류 전원부를 포함하며 각각의 교류 전원부는 인덕터를 거쳐 정류부로 전력을 공급한다. 각 상의 전력은 정현파(sinusoidal wave)의 형태를 갖는다.
인덕터부는 제 A 인덕터, 제 B 인덕터 및 제 C 인덕터를 포함한다. 제 A 인덕터는 제 A 상 교류 전원부로부터 교류 전력을 공급받아 정류부로 전달한다. 마찬가지로, 제 B 인덕터 및 제 C 인덕터는 각각 제 B 상 교류 전원부 및 제 C 상 교류 전원부로부터 교류 전력을 공급받아 정류부로 전달한다.
정류부는 복수의 역병렬로 연결된 실리콘제어정류소자(silicon-controlled rectifier; SCR) 쌍을 포함하고 인덕터부를 거쳐 3상 교류 전원과 전기적으로 연결된다. 정류부는 3상 교류 전원으로부터 제 A 상 교류 전력, 제 B 상 교류 전력 및 제 C 상 교류 전력을 각각 입력받아 직류 전력으로 정류한다. 제 A 교류 전력, 제 B 상 교류 전력 및 제 C 상 교류 전력에서 선택된 두 교류 전력은 ±120°의 위상차를 갖는다. 정류부는 상부 정류 그룹(310)과 하부 정류 그룹(320)을 포함한다. 상부 정류 그룹(310)은 제 1 SCR 쌍(312), 제 2 SCR 쌍(314) 및 제 3 SCR 쌍(316)을 포함하며, 하부 정류 그룹(320)은 제 4 SCR 쌍(322), 제 5 SCR 쌍(324) 및 제 6 SCR 쌍(326)을 포함한다.
제 1 SCR 쌍(312) 및 제 4 SCR 쌍(322)은 제 A 상 교류 전원부로부터 제 A 인덕터를 거쳐 교류 전력을 공급받고, 제 2 SCR 쌍(314) 및 제 5 SCR 쌍(324)은 제 B 교류 전원부로부터 제 B 인덕터를 거쳐 교류 전력을 공급받으며, 제 3 SCR 쌍(316) 및 제 6 SCR 쌍(326)은 제 C 교류 전원부로부터 제 C 인덕터를 거쳐 교류 전력을 공급받는다.
정류부에 흐르는 전류에 의한 정류 동작으로 정류부를 구분하면, FSCR1, FSCR2, FSCR3, FSCR4, FSCR5, FSCR5을 포함하는 제 1 정류 그룹과 RSCR1, RSCR2, RSCR3, RSCR4, RSCR5, RSCR5을 포함하는 제 2 정류 그룹으로 구분할 수 있다.
각각의 SCR 쌍은 두 개의 역병렬로 연결된 SCR을 포함하여, 양방향으로 전류를 도통시킬 수 있다. 개별 SCR에 순방향으로 일정치 이상의 전압을 인가하고, 짧은 펄스 형태의 게이트 구동신호를 인가하면, SCR은 도통(turn-on)되고 전류를 흘린다. SCR의 PNPN접합 구조의 특성 때문에, 게이트 구동신호를 더 이상 인가하지 않더라도, SCR은 도통 상태를 유지한다. 따라서 SCR의 도통을 중지하기 위해서는, SCR의 양단에 인가되는 전압을 0 V에 가까운 값으로 줄여, 보다 정확하게는 SCR의 양단에 인가되는 전압을 역방향으로 인가하여 SCR에 흐르는 전류를 해당 SCR의 유지전류(holding current) 이하로 감소시켜야 한다.
예를 들어, 교류 측에서 직류 측으로 에너지가 전달되는 경우에는, VAoP에 대해 일 방향으로 배치된 SCR인 FSCR1이 도통되고, 일 방향의 반대 방향으로 배치된 SCR인 RSCR4는 차단된다. 노드 Ao와 노드 P 사이의 전위차인 VAoP가 음수가 되면, FSCR1은 차단된다.
즉, 교류 측으로부터 직류 측으로 에너지가 전달되고 있는 동안 정류부에 공급되는 전류가 일정치 이하일 때, FSCR1의 게이트 신호 입력단자에 인가되는 게이트 구동신호를 차단하면, FSCR1은 교류 측 전압의 크기 또는 위상에 의해 자동으로 차단된다.
반대로, 직류 측에서 교류 측으로 에너지가 전달될 때 RSCR4의 게이트 신호 입력단자에 인가되는 구동신호를 인가하여 전체 정류부를 정상적으로 동작시킨다.
그러나 SCR이 정류 동작에 실패하거나 SCR 양단에 인가되는 전압값이 0 V보다 큰 경우, SCR은 완전히 차단되지 않을 수 있다. SCR이 완전히 차단되지 않은 경우, 한 쌍의 SCR 쌍에 포함된 두 개의 SCR 모두 순간적으로 도통되는 현상이 발생할 수 있다.
각 쌍에 포함된 두 개의 SCR이 도통되어 SCR 쌍에 포함된 두 개의 SCR이 폐회로를 형성하면 형성되면, SCR은 단락되며 이는 전체 회로에 큰 손상을 일으키게 된다.
이러한 현상을 미연에 방지하기 위해, 본 발명에 따른 일 실시예의 3상 AC-DC 변환장치의 제어부(330)는 종래의 구성요소에 영전압 검출부(zero-voltage detector)를 추가로 포함한다.
영전압 검출부(336)는 제 1 상부 SCR 쌍(312)과 제 1 하부 SCR 쌍(322) 사이의 노드 Ao, 제 2 상부 SCR 쌍(314)과 상기 제 2 하부 SCR 쌍(324) 사이의 노드 Bo 및 제 3 하부 SCR 쌍(316)과 제 3 하부 SCR 쌍(326) 사이의 노드 Co와 각각 전기적으로 연결된다.
영전압 검출부(336)는 노드 Ao, 노드 Bo 및 노드 Co에서의 전압 VAo, VBo, VCo를 검출하여 각 노드와 연결된 SCR 쌍이 도통되고 있는지 아닌지를 확인할 수 있다.
SCR이 도통되면 SCR에 의한 전압 강하(voltage drop)가 이상적으로는 0 V이다. 따라서 한 쌍에 포함된 하나의 SCR이 도통되어 전압 강하가 0 V가 되면, 이를 감지하여 그 한 쌍에 포함된 나머지 하나의 SCR이 도통되지 않도록 게이트 구동 제어부(334)를 제어한다.
예들 들어, 제 1 상부 SCR 쌍(312)의 FSCR1 소자가 도통되어 있는 동안에는 RSCR4 소자는 도통되지 않아야 한다. 따라서 제어부(330)는 제 1 상부 SCR 쌍(312)의 FSCR1 소자가 도통되어 있는 동안에는 게이트 구동 제어부(334)가 RSCR4 소자에 게이트 구동 제어신호를 보내지 않도록 명령한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 검출부가 적용된 3상 AC-DC 변환장치의 회로도이다.
영전압 검출부(336)는 적어도 3개의 저항(resistor), 다수의 비교기(comparator), 3개의 AND 논리 게이트(이하 'AND 게이트') 및 1개의 OR 논리 게이트(이하 'OR 게이트')를 포함한다.
노드 Ao와 노드 P, 노드 Bo와 노드 P 및 노드 Co와 노드 P 사이의 전위차를 검출하여 비교하기 위해서 첫 번째 비교기의 두 입력단자는 노드 Ao 및 노드 P와 연결되고, 두 번째 비교기의 두 입력단자는 노드 Bo 및 노드 P와 연결되며 나머지 비교기의 두 입력단자는 노드 Co 및 노드 P와 각각 연결된다.
도 4에 도시한 본 발명의 일 실시예의 영전압 검출부(336)는 상부 정류 그룹(310)의 양단 사이의 전위차 즉, 각 노드와 노드 P 사이의 전위차를 검출하기 위해 상부 정류 그룹(310) 및 하부 정류 그룹(320) 사이의 세 노드 및 노드 P에 전기적으로 연결된다. 그러나 상부 정류 그룹(310) 및 하부 정류 그룹(320) 사이의 세 노드 및 노드 N을 영전압 검출부(336)와 전기적으로 연결하더라도 동일한 효과와 목적을 달성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 검출부의 상세 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 검출부(336)는 상부 정류 그룹(310) 및 하부 정류 그룹(320) 사이의 노드에서의 전압을 비교기에 입력 가능한 수준의 전압으로 떨어뜨리는 전압 분배부(410), 3상 교류 전원부로부터의 잡음(noise)를 차단하는 역할을 하는 완충부(420), 두 전압값을 비교하는 비교부(430), 세 가지 다른 신호에 따른 결과를 종합적으로 판단하는 판단부(440) 및 흔들림이 있는 전압값을 일정한 값으로 평활시키는 평활부(450)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3상 AC-DC 변환장치는 대전력으로 구동되기 때문에 높은 크기의 전압값을 일정 수준 이하로 감소시킬 필요가 있다.
전압 분배부(410)는 제 A 상 교류 전원부, 제 B 상 교류 전원부 및 제 C 상 교류 전원부로부터 공급되는 전압을 낮추기 위해 RA1, RA2, RB1, RB2, RC1 및 RC2의 6개의 저항을 포함한다. 저항 RA1 및 저항 RA2는 노드 Ao와 전기적으로 연결되고, 저항 RB1 및 저항 RB2는 노드 Bo와 전기적으로 연결되며 저항 RC1 및 저항 RC2는 노드 Co와 전기적으로 연결되어 노드 Ao와 노드 P 사이의 전위차, 노드 Bo와 노드 P 사이의 전위차 및 노드 Co와 노드 P 사이의 전위차와 동일한 전압이 각각 저항 RA1 및 저항 RA2의 양단, 저항 RB1 및 저항 RB2의 양단 및 저항 RC1 및 저항 RC2의 양단에 인가된다.
예를 들어, 저항 RA1과 저항 RA2 각각에 인가되는 전압은 노드 Ao와 노드 P 사이의 전위차를 저항 RA1과 저항 RA2의 저항값의 비로 나눈 만큼의 값들이 각각 인가된다. 즉, 각 저항값의 비율이 저항 RA1과 저항 RA2에서의 전압 강하비를 나타내기 때문에 비교기에 입력 가능한 수준으로 전압을 낮추기 위해서는 저항 RA1, 저항 RB1 및 저항 RC1의 저항값을 저항 RA2, 저항 RB2 및 저항 RC2의 저항값 보다 더욱 크게 설정할 필요가 있다.
즉, 저항 RA1과 저항 RA2 저항값 비율이 1:10이면 저항 RA1과 저항 RA2에 인가되는 전압의 비율도 1:100이 된다. 가령, 노드 Ao과 노드 P 사이의 전위차가 10100 V라고 가정하면, 저항 RA1과 저항 RA2에 인가되는 전압값은 각각 100 V와 10000 V가 된다. 이러한 방법으로 완충부로 인가되는 전압값을 낮출 수 있다.
완충부(420)는 세 개의 연산증폭기(422, 424, 426; operational amplifier)를 이용한 전압 팔로워(voltage follower)를 포함한다. 연산증폭기들(422, 424, 426)의 -입력단자들은 각각 노드 P에 연결되고, +입력단자들은 전압 분배부의 두 저항 사이에 위치한 노드와 각각 연결된다. 또한 -입력단자들은 연산증폭기들(422, 424, 426) 각각의 출력단자들에 연결된다.
이렇게 구성함으로써, 각각의 연산증폭기는 입력되는 전압을 그대로 출력단자로 전달한다. 그러나 연산증폭기의 입력 임피던스(impedance)는 거의 무한대에 가깝기 때문에, 전압 분배부(410)를 거쳐 입력되는 신호에 포함된 잡음을 제거하여 더욱 깨끗한 신호를 출력할 수 있다.
제 1 연산증폭기(412)는 제 A 상 교류 전원부에 의해 공급되는 전력에 기인한 노드 Ao와 노드 P 사이의 전위차, 즉, 제 1 SCR 쌍(312) 양단의 전압 강하값을 전압 분배부(410)를 거쳐 입력받도록 구성된다. 제 2 연산증폭기(424)와 제 3 연산증폭기(426)는 각각 제 B 상 교류 전원부 및 제 C 상 교류 전원부에 의해 공급되는 전력에 기인한 제 2 SCR 쌍(314) 양단의 전압 강하값 및 제 3 SCR 쌍 (316) 양단의 전압 강하값에 비례하는 전압값을 입력받도록 구성된다.
비교부(430)는 6개의 전압 비교기(431, 432, 433, 434, 435, 436) 및 3개의 AND 게이트(437, 438, 439)를 포함한다. 비교부(430)는 비교부(430)로 입력되는 전압값을 미리 설정한 값과 비교하여, 비교 결과에 따라 논리 HIGH 또는 논리 LOW 값을 출력한다.
예를 들어, 비교부(430)에 포함되는 제 1 비교기(431)는 제 1 비교기(431)의 -입력단자로 입력되는 전압값과 Vref,A값을 비교하여, Vref,A값이 입력 전압값보다 크면 논리 HIGH 값을 출력한다. 제 2 비교기(432)는 제 2 비교기(432)의 -입력단자로 Vref,A값이 입력되기 때문에 +입력단자로 입력되는 입력 전압값이 -Vref,A값보다 크면 논리 HIGH 값을 출력한다. 즉, 제 1 비교기(431)와 제 2 비교기(432)의 출력값이 모두 논리 HIGH 값인 경우, 제 1 AND 게이트(437)는 논리 HIGH 값을 출력하고, 제 1 비교기(431)와 제 2 비교기(432)의 출력값 중 어느 하나라도 논리 LOW 값을 출력하면 제 1 AND 게이트(437)의 출력값은 논리 LOW 값이 된다.
예를 들어, Vref,A 값이 0.1 V라고 가정하면, 제 1 비교기(431)의 -입력단자 및 제 2 비교기(432)의 +입력단자로 입력되는 입력 전압값이 0.1 V와 - 0.1 V 사이의 값이면, 제 1 AND 게이트(437)로부터의 출력값이 논리 HIGH 값이 된다.
제 2 AND 게이트(438)로 출력값을 전달하는 제 3 비교기(433) 및 제 4 비교기(434)도 제 1 비교기(431) 및 제 2 비교기(432)와 동일한 방법으로 동작한다. 즉, Vref,B 값이 0.1 V로 설정되어 있다고 가정하면, 제 3 비교기(433)의 -입력단자 및 제 4 비교기(434)의 +입력단자로 입력되는 입력 전압값이 0.1 V와 - 0.1 V 사이의 값이면, 제 2 AND 게이트(438)로부터의 출력값이 논리 HIGH 값이 된다.
제 3 AND 게이트(439)로 출력값을 전달하는 제 5 비교기(435) 및 제 6 비교기(436) 또한 제 1 비교기(431) 및 제 2 비교기(432)와 동일한 방법으로 동작한다. 예컨대, Vref,B 값이 0.2 V로 설정되어 있고, 제 5 비교기(435)의 -입력단자 및 제 6 비교기(436)의 +입력단자로 입력되는 입력 전압값이 0.2 V와 - 0.2 V 사이의 값이면, 제 3 AND 게이트(439)로부터의 출력값이 논리 HIGH 값이 된다.
다시 말하면, 비교부(420)는 완충부(410)에서 출력되는 출력 전압값이 미리 설정된 두 기준 전압 사이에 존재하는 값인지를 판단하기 위해 비교기 두 개를 이용하며, 두 비교기를 통과한 결과를 동시에 만족하는지를 판단하기 위하여 두 비교기로 부터의 출력값을 AND 게이트의 두 입력값으로 수신한다.
하나의 OR 게이트를 포함하는 판단부(440)는 제 1 AND 게이트(437), 제 2 AND 게이트(438) 및 제 3 AND 게이트(439)와 전기적으로 연결되어 제 1 AND 게이트(437), 제 2 AND 게이트(438) 및 제 3 AND 게이트(439) 각각으로부터의 출력값을 수신한다. 판단부(440)는 수신한 세 개의 출력값 중 어느 한 출력값이라도 논리 HIGH 값이면, 논리 HIGH 값을 출력한다. 즉, 제 1 SCR 쌍(312), 제 2 SCR 쌍(314) 및 제 3 SCR 쌍(316)에 포함된 어느 하나의 SCR이라도 도통되면, 판단부(448)는 논리 HIGH 값을 출력하도록 구성된다.
평활부(450)는 하나의 트랜지스터, 두 개의 저항, 하나의 캐패시터 및 비교기를 포함하여 판단부(440)의 출력값을 평활화하여 C_state 값을 출력한다. 즉, 평활부(450)는 가장 일반적인 저주파통과 필터의 역할을 한다.
예컨대, 판단부(440)로부터 수신한 신호의 주파수가 대략 1/RC 값보다 크면, 평활부(450)는 이 신호를 차단하고, 판단부(440)로부터 수신되는 신호의 주파수가 대략 1/RC 값보다 작으면, 평활부(450)는 이 신호를 통과시킨다. 즉, 일정 주파수 이상의 신호가 평활부(450)로 입력되는 경우, 평활부(450)가 출력하는 C_state 값은 논리 LOW 값이 되고, 일정 주파수 이하의 신호가 평활부(450)로 입력되는 경우, 평활부(450)가 출력하는 C_state 값은 논리 HIGH 값이 된다.
요약하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 AC-DC 변환장치의 제어부(330)는 정류부로 전달되거나, 정류부에서 흘러 나오는 전류의 크기를 확인하여 정류부를 동작시킨다. 이 때, 영전압 검출부(336)가 정류부의 각 SCR 쌍이 도통하는지를 C_state 값을 이용하여 판단함으로써, 정류부에 포함된 하나의 SCR이라도 도통되고 있으면, 반대쪽으로 연결되어 있는 정류 그룹이 동작하지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상의 설명은 본 발명에 따른 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명에 따른 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 일 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명에 따른 일 실시예의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 상부 정류 그룹 120: 하부 정류 그룹
112, 114, 116, 122, 124, 126: SCR
210, 310: 상부 정류 그룹
220, 320: 하부 정류 그룹
212, 214, 216, 222, 224, 226, 312, 314, 316, 322, 324, 326: SCR 쌍
230, 330: 제어부
232, 332: 위상고정루프(phase-locked loop; PLL)
234, 334: 게이트 구동 제어부
410: 전압 분배부 420: 완충부
430: 비교부 440: 판단부
450: 평활부

Claims (14)

  1. 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 3상 AC-DC 변환장치에 있어서,
    제 A 인덕터, 제 B 인턱터 및 제 C 인덕터를 포함하는 인덕터부;
    복수의 역병렬로 연결된 실리콘제어정류소자(silicon-controlled rectifier; SCR) 쌍을 포함하고 상기 인덕터부를 거쳐 3상 교류 전원과 전기적으로 연결되어, 상기 3상 교류 전원으로부터 제 A 상 교류 전력, 제 B 상 교류 전력 및 제 C 상 교류 전력을 각각 입력받아 직류 전력으로 정류하는 정류부; 및
    상기 복수의 역병렬로 연결된 SCR 쌍 중 어느 한 쌍에 포함된 두 개의 SCR이 동시에 도통될 가능성이 존재하는 특정 시점 이전에 도통 방지 신호를 생성하여 상기 복수의 역병렬로 연결된 SCR 쌍 중 어느 한 쌍에 포함된 두 개의 SCR이 동시에 도통되는 것을 미연에 방지하기 위한 영전압 검출부(zero-voltage detection unit)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류부는,
    상부 정류 그룹 및 하부 정류 그룹을 포함하고, 상기 상부 정류 그룹과 상기 하부 정류 그룹 각각은 세 쌍의 역병렬로 연결된 SCR을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 A 교류 전력, 상기 제 B 상 교류 전력 및 상기 제 C 상 교류 전력에서 선택된 두 교류 전력은, ±120°의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 A 인덕터는 상기 상부 정류 그룹에 포함되는 제 1 상부 SCR 쌍 및 상기 하부 정류 그룹에 포함되는 제 1 하부 SCR 쌍과 전기적으로 연결되고,
    상기 제 B 인덕터는 상기 상부 정류 그룹에 포함되는 제 2 상부 SCR 쌍 및 상기 하부 정류 그룹에 포함되는 제 2 하부 SCR 쌍과 전기적으로 연결되고,
    상기 제 C 인덕터는 상기 상부 정류 그룹에 포함되는 제 3 상부 SCR 쌍 및 상기 하부 정류 그룹에 포함되는 제 3 하부 SCR 쌍과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영전압 검출부는,
    상기 제 1 상부 SCR 쌍과 상기 제 1 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Ao, 상기 제 2 상부 SCR 쌍과 상기 제 2 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Bo 및 상기 제 3 하부 SCR 쌍과 상기 제 3 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Co 각각은 전압 분배부의 일단에 연결되고, 상기 전압 분배부의 타단에 연결되어, 상기 노드 Ao, 상기 노드 Bo 및 상기 노드 Co로부터의 전기적 잡음(electrical noise)를 감소시키는 완충부를 포함하되,
    상기 완충부는 세 개의 연산증폭기를 포함하며, 상기 세 개의 연산증폭기들의 -입력단자들은 각각 노드 P 및 상기 연산증폭기들 출력단자들 각각에 연결되며, 상기 세 개의 연산증폭기들의 +입력단자들은 상기 전압 분배부 내의 두 저항 사이에 위치한 노드와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 영전압 검출부는,
    상기 제 1 상부 SCR 쌍과 상기 제 1 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Ao, 상기 제 2 상부 SCR 쌍과 상기 제 2 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Bo 및 상기 제 3 하부 SCR 쌍과 상기 제 3 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Co와 각각 전기적으로 연결되어, 상기 노드 Ao, 상기 노드 Bo 및 상기 노드 Co에서의 전압값인 VAo, VBo 및 VCo를 미리 설정한 참조 전압값인 Vref,A, Vref,B 및 Vref,C와 비교하여 결과값을 출력하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비교부는,
    상기 VAo 값, 상기 VBo 값 및 VCo 값의 범위를 판단하기 위해 각각 두 개의 비교기와 하나의 AND 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 전압 분배부는,
    상기 제 1 상부 SCR 쌍과 상기 제 1 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Ao, 상기 제 2 상부 SCR 쌍과 상기 제 2 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Bo 및 상기 제 3 하부 SCR 쌍과 상기 제 3 하부 SCR 쌍 사이의 노드 Co와 각각 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압 분배부는,
    상기 노드 Ao와 직렬로 연결된 두 개의 저항인 RA1과 RA2, 상기 노드 Bo와 직렬로 연결된 두 개의 저항인 RB1과 RB2 및 상기 노드 Co와 직렬로 연결된 두 개의 저항인 RC1 및 RC2을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 완충부는,
    제 1 +입력단자와 제 1 -입력단자를 갖는 제 1 연산증폭기, 제 2 +입력단자와 제 2 -입력단자를 갖는 제 2 연산증폭기 및 제 3 +입력단자와 제 3 -입력단자를 갖는 제 3 연산증폭기를 포함하되, 상기 제 1 +입력단자, 상기 제 2 +입력단자 및 상기 제 3 +입력단자는 각각 상기 RA1과 상기 RA2 사이의 노드, 상기 RB1과 상기 RB2 사이의 노드 및 상기 RC1과 상기 RC2 사이의 노드와 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 -입력단자, 상기 제 2 -입력단자 및 상기 제 3 -입력단자는 각각 상기 제 1 연산증폭기의 제 1 출력단자, 상기 제 2 연산증폭기의 제 2 출력단자 및 상기 제 3 연산증폭기의 제 3 출력단자와 연결되어 분배된 전압만큼의 값을 상기 제 1 출력단자, 상기 제 2 출력단자 및 상기 제 3 출력단자로 그대로 출력하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 영전압 검출부는,
    상기 비교부로부터의 세 출력값을 수신하여 상기 세 출력값 중 어느 하나라도 논리 HIGH 값을 출력하면 논리 HIGH 값을 출력하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 비교부에 포함된 세 개의 AND 게이트와 전기적으로 연결된 하나의 OR 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 영전압 검출부는,
    하나의 스위치, 두 개의 저항, 하나의 캐패시터 및 하나의 비교기를 포함하는 평활부를 포함하되, 상기 평활부는 상기 판단부로부터의 수신한 출력값을 평활하고, 평활된 출력값을 기준전압과 비교하여 비교한 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 3상 AC-DC 변환장치.
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