KR101942381B1 - 인버터의 효율 향상 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터의 효율을 개선하는 기술에 관한 것으로, 두 개의 레그쌍을 2상 인터리빙 기법으로 구동하여 인버터의 효율이 향상되고 출력전류의 리플이 줄어들도록 한 것이다.
이를 위해 본 발명은 180도의 위상차로 동작하는 제1레그와 제2레그를 구비하고 입력직류전압과 중간 레벨의 전압을 이용하여, 전반의 각 동작구간마다 제1인덕터 및 제2인덕터가 충전 또는 방전 또는 프리휠링 동작하여 전력계통 전압에 멀티 레벨의 양의 교류전압이 공급되게 하는 제1레그쌍(23) 및 180도의 위상차로 동작하는 제3레그와 제4레그를 구비하고 상기 입력직류전압과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 후반의 각 동작구간마다 상기 제1인덕터 및 제2인덕터가 충전 또는 방전 또는 프리휠링 동작하여 상기 전력계통 전압에 상기 멀티 레벨의 음의 교류전압이 공급되게 하는 제2레그쌍(24)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

인버터의 효율 향상 회로{CIRCUIT FOR EFFICIENCY ENHANCEMENT OF INVERTER}
본 발명은 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터의 효율을 개선하는 기술에 관한 것으로, 특히 2상 인터리빙(Two phase interleaving) 기법과 NPC(Neutral Point Clainped) 구조를 사용하여 높은 효율을 얻고 출력 전류의 리플을 줄일 수 있도록 한 인버터의 효율 향상 회로에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS: Energy Stroge System)의 전체적인 구성은 전력 변환 장치인 PCS(Power Conversion System), 배터리 관리 시스템인 BMS(Battery Management System) 및 ESS를 제어하는 시스템인 EMS(Energy Management System)을 포함한다.
PCS는 다양한 에너지원(Energy Source)으로부터 공급되는 전원을 상용의 교류전원(AC)으로 변환하거나 배터리 셀(Battery Cell)에 저장하는데 적당하도록 변환해 주는 장치이다. 이때, DC 링크(Link) 단의 전압과 배터리 셀간에 양방향으로 에너지 변환이 필요하게 되는데, 이 역할을 하는 전력 변환 장치를 양방향 직류/교류 인버터(이하, '인버터'라 칭함)라고 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 풀 브릿지형(full bridge type) 인버터의 회로도로서 이에 도시한 바와 같이 입력직류전압(Vin)의 양단 간에 서로 병렬로 연결되어 풀 브릿지 회로를 구성하는 제1레그(11) 및 제2레그(12) 및, 상기 제1,2레그(11),(12)의 중간 연결노드와 전력계통 전압(Vg)의 양측 단자 사이에 각기 연결된 인덕터(LA) 및 인덕터(LB)를 구비한 인덕터부(13)를 포함한다.
이와 같은 종래의 인버터 회로는 구조 및 제어가 간단하다는 장점이 있지만, 스위치 내압이 커 신뢰성 측면에서 불리하고, 한 쌍의 레그로 구성된 풀 브릿지 회로의 출력 전류 파형이 정현파와 유사하지 않아 큰 용량의 필터 인덕터(filter inductor)를 필요로 하고, 이로 인하여 인버터의 효율이 저감되는 문제점이 있다.
또한, 각 레그 내의 스위치가 동시에 턴온되어 회로가 파괴되는 슛 스루(shoot-through) 현상을 방지하기 위해 스위치들의 게이트에 공급되는 게이트 신호에 데드 타임(dead time)을 적용해야 하는데, 이는 파형 왜곡 현상인 ZCD(Zero Crossing Distortion)를 유발시켜 전고조파 왜곡(THD : Total Harmonic distortion)이 증가되고, 이에 의해 전력의 품질이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 낮은 출력 전류 리플(Low output current ripple)을 갖는 인버터를 구현하고, 전도손(Conduction loss)을 저감시켜 인버터의 에너지 전달이 안정적이고 효율적으로 이루어지도록 하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 효율 향상 회로는, 직렬 연결된 제1커패시터 및 제2커패시터로 입력직류전압을 분배하여 중간 레벨의 전압을 출력하는 중간전압 출력부; 제1인덕터 및 제2인덕터를 구비하여, 전력계통 전압에 순차적으로 변동되는 멀티 레벨의 양의 교류전압이나 음의 교류전압을 공급하는 인덕터부; 180도의 위상차로 동작하는 제1레그와 제2레그를 구비하고 상기 입력직류전압과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 전반의 각 동작구간마다 상기 제1인덕터 및 제2인덕터가 충전 또는 방전 또는 프리휠링 동작하여 상기 전력계통 전압에 상기 멀티 레벨의 양의 교류전압이 공급되게 하는 제1레그쌍; 180도의 위상차로 동작하는 제3레그와 제4레그를 구비하고 상기 입력직류전압과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 후반의 각 동작구간마다 상기 제1인덕터 및 제2인덕터가 충전 또는 방전 또는 프리휠링 동작하여 상기 전력계통 전압에 상기 멀티 레벨의 음의 교류전압이 공급되게 하는 제2레그쌍; 및 상기 제1레그쌍과 상기 제2레그쌍 중에서 어느 하나가 구동되도록 제어하는 구동제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 두 개의 레그쌍을 2상 인터리빙 기법으로 구동함으로써 인버터의 효율이 향상되고 출력전류의 리플이 줄어드는 효과가 있다.
또한, 두 개의 레그쌍에 의해 전기 에너지 흐름이 제1인덕터와 제2인덕터로 분산되어 전달되므로 전도손(Conduction loss)이 줄어드는 효과가 있다.
또한, 레그쌍을 구성하는 스위치들이 선택적으로 동작하면서 전압 스트레스를 분담하므로 인버터 동작의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 듀얼 벅(dual-buck) 구조의 인버터는 통상의 멀티레벨 인버터의 구조에 비하여 전류경로 상에 존재하는 소자의 수가 적어 경로상의 저항값이 줄어들고, 이에 의해 전도손이 저감되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 풀 브릿지형 인버터의 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터의 효율 향상 회로도이다.
도 3은 제1동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 4a 내지 도 4c는 제1동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
도 5는 제2동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 6a 내지 도 6c는 제2동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
도 7은 제3동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 8a 내지 도 8c는 제3동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
도 9는 제4동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 11은 제5동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 12a 내지 도 12c는 제5동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
도 13은 제6동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 14a 내지 도 14c는 제6동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
도 15는 제7동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 16a 내지 도 16c는 제7동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
도 17은 제8동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 18a 내지 도 18c는 제8동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 상기 기술적 과제를 이루기 위한 인버터의 효율 향상 회로도로서 이에 도시한 바와 같이 중간전압 출력부(21), 인덕터부(22), 제1레그쌍(23), 제2레그쌍(24) 및 구동제어부(25)를 포함한다.
중간전압 출력부(21)는 입력직류전압(VIN)을 분배하여 중간 레벨의 전압을 출력한다.
이를 위해 중간전압 출력부(21)는 입력직류전압(VIN)의 정극성 단자와 음극성 단자의 사이에 직렬 연결된 커패시터(C1,C2)를 구비한다.
인덕터부(22)는 전력계통 전압(Vg)에 순차적으로 변동되는 멀티 레벨의 양의 교류전압이나 음의 교류전압을 공급하는 역할을 한다.
이를 위해 인덕터부(22)는 타측 단자가 전력계통 전압(Vg)의 일측에 공통으로 연결된 인덕터(L1,L2)를 구비한다.
제1레그쌍(23)은 180도의 위상차로 동작하는 제1레그와 제2레그를 구비하고 상기 입력직류전압(VIN)과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 제1 내지 제4 동작구간마다 제1 내지 제3 모드별로 충전 또는 프리휠링 동작하여 상기 인덕터로부터 상기 전력계통 전압에 상기 멀티 레벨의 양의 교류전압이 공급되게 한다.
이를 위해 제1레그쌍(23)은 직렬 연결되어 제1레그를 이루는 스위치(S1,S2), 직렬 연결되어 제2레그를 이루는 스위치(S3,S4), 상기 입력직류전압(VIN)의 정극성 단자에 연결된 정극성노드(PN)와 상기 제1레그 및 제2레그의 일측 사이에 연결된 다이오드(D1), 상기 입력직류전압(VIN)의 부극성 단자에 연결된 부극성노드(NN)와 상기 제1레그의 타측 사이에 연결된 다이오드(D2), 상기 부극성노드(NN)와 상기 제2레그의 타측 사이에 연결된 다이오드(D3), 상기 중간전압 출력부(21)의 커패시터(C1)와 커패시터(C2)의 연결점인 중간노드(MN)와 상기 스위치(S1,S2)의 연결노드 사이에 연결된 다이오드(D4), 상기 중간노드(MN)와 상기 스위치(S3,S4)의 연결노드 사이에 연결된 다이오드(D5)를 포함한다.
여기서, 제1레그쌍(22)에 존재하는 다이오드(D1-D5)는 프리휠링 모드로 동작할 때 스위치(S1-S4)에 존재하는 기생 다이오드로 전류가 흐르지 않도록 하는 역할을 한다. 제1레그쌍(22)을 이루는 제1레그와 제2레그는 180도의 위상차를 가지고 인덕터(L1,L2)에 전기 에너지를 전달하는 역할을 하기 때문에 출력전류 리플의 크기를 줄일 수 있게 된다. 이를 위해, 스위치(S1)의 게이트에 공급되는 게이트구동신호와 스위치(S3)의 게이트에 공급되는 게이트구동신호의 위상차가 180도를 갖도록 한다. 마찬가지로, 스위치(S2)의 게이트에 공급되는 게이트구동신호와 스위치(S4)의 게이트에 공급되는 게이트구동신호의 위상차가 180도를 갖도록 한다. 상기 게이트구동신호로 펄스폭변조신호(PWM)가 사용될 수 있다. 제1레그쌍(23)에 의하여 전기 에너지 흐름이 인덕터(L1)와 인덕터(L2)로 분산되어 전달되므로 전도손(Conduction loss)이 줄어든다. 제1레그쌍(23)이 NPC(Neutral Point Clainped) 구조로 되어 있어 여러 레벨의 출력전압을 생성할 수 있고, 이에 의해 리플의 크기를 줄일 수 있게 된다. 스위치(S1-S4)가 선택적으로 스위칭 동작하면서 전압 스트레스를 분담하므로 동작의 신뢰성이 향상된다.
제2레그쌍(24)은 180도의 위상차로 동작하는 제3레그와 제4레그를 구비하고 상기 입력직류전압(VIN)과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 제5 내지 제8 동작구간마다 제1 내지 제3 모드별로 충전 또는 프리휠링 동작하여 상기 인덕터로부터 상기 전력계통 전압에 상기 멀티 레벨의 음의 교류전압이 공급되게 한다.
이를 위해 제2레그쌍(24)은 직렬 연결되어 제3레그를 이루는 스위치(S5,S6), 직렬 연결되어 제3레그를 이루는 스위치(S7,S8), 상기 제3레그의 일측과 상기 정극성노드(PN)의 사이에 연결된 다이오드(D6), 상기 제4레그의 일측과 상기 정극성노드(PN)의 사이에 연결된 다이오드(D7), 상기 제3레그 및 제4레그의 타측 공통 연결노드와 상기 부극성노드(NN)의 사이에 연결된 다이오드(D8), 상기 스위치(S5,S6)의 연결노드와 중간노드(MN)의 사이에 연결된 다이오드(D9), 상기 스위치(S7,S8)의 연결노드와 중간노드(MN)의 사이에 연결된 다이오드(D10)를 포함한다.
여기서, 제2레그쌍(24)에 존재하는 다이오드(D6-D10)는 프리휠링 모드로 동작할 때 스위치(S5-S8)에 존재하는 기생 다이오드로 전류가 흐르지 않도록 하는 역할을 한다. 제2레그쌍(24)을 이루는 제3레그와 제4레그는 180도의 위상차를 가지고 인덕터(L1,L2)에 전기 에너지를 전달하는 역할을 하기 때문에 출력전류 리플의 크기를 줄일 수 있게 된다. 이를 위해, 스위치(S5)의 게이트에 공급되는 게이트구동신호와 스위치(S7)의 게이트에 공급되는 게이트구동신호의 위상차가 180도를 갖도록 한다. 마찬가지로, 스위치(S6)의 게이트에 공급되는 게이트구동신호와 스위치(S8)의 게이트에 공급되는 게이트구동신호의 위상차가 180도를 갖도록 한다. 상기 게이트구동신호로 펄스폭변조신호(PWM)가 사용될 수 있다. 제2레그쌍(24)에 의하여 전기 에너지 흐름이 인덕터(L1)와 인덕터(L2)로 분산되어 전달되므로 전도손(Conduction loss)이 줄어든다. 제2레그쌍(24)이 NPC(Neutral Point Clainped) 구조로 되어 있어 여러 레벨의 출력전압을 생성할 수 있고, 이에 의해 리플의 크기를 줄일 수 있게 된다. 스위치(S5-S8)가 선택적으로 스위칭 동작하면서 전압 스트레스를 분담하므로 동작의 신뢰성이 향상된다.
구동제어부(25)는 상기 제1레그쌍(23)과 제2레그쌍(24) 중에서 어느 하나가 선택적으로 구동되도록 제어하는 역할을 한다.
이를 위해 구동제어부(25)는 상기 정극성노드(PN)와 상기 부극성노드(NN)의 사이에 직렬 연결된 스위치(S9,S10)를 구비하되, 상기 스위치(S9,S10)의 연결노드는 상기 전력계통 전압(Vg)의 타측에 연결된다.
제1레그쌍(23)은 180도의 위상차로 동작하는 제1레그와 제2레그를 구비하고 상기 입력직류전압과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 제1 내지 제4 동작구간에서 각각 제1 내지 제3 동작모드로 동작하여 상기 전력계통 전압(Vg)에 순차적으로 변동되는 멀티 레벨의 양(+)의 교류전압이 공급되게 한다.
도 3은 제1동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이고, 도 5는 제2동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이고, 도 7은 제3동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이고, 도 9는 제4동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 4a 내지 도 4c는 제1동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍(23)의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이고, 도 6a 내지 도 6c는 제2동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍(23)의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이고, 도 8a 내지 도 8c는 제3동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍(23)의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이고, 도 10a 내지 도 10c는 제4동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제1레그쌍(23)의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
먼저, 도 3 및 도 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 제1동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드(Mode 1- Mode 3)에 대하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 스위치(S1-S10)는 특별하게 한정되지 않으며, 본 실시예에서는 모스 트랜지스터(MOS Transistor)로 구현된 것을 예로 하여 설명한다.
제1동작 구간의 제1동작모드(Mode 1)에서는 도 4a에서와 같이 스위치(S2),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D3),(D4)가 각기 도통된다.
이에 따라, 중간노드(MN)가 다이오드(D4), 스위치(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 그리고, 부극성노드(NN)는 다이오드(D3) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)가 커패시터(C2)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류는 다이오드(D3)를 통해 프리휠링(freewheeling)된다.
제1동작 구간의 제2동작모드(Mode 2)에서는 도 4b에서와 같이 스위치(S9)가 그의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D2),(D3)가 각기 도통된다.
이에 따라, 부극성노드(NN)가 다이오드(D2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 또한, 부극성노드(NN)가 다이오드(D3) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 다이오드(D2)를 통해 프리휠링되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류는 다이오드(D3)를 통해 프리휠링된다.
제1동작 구간의 제3동작모드(Mode 3)에서는 도 4c에서와 같이 스위치(S4),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D2),(D5)가 각기 도통된다.
이에 따라, 부극성노드(NN)가 다이오드(D2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 또한, 중간노드(MN)가 다이오드(D5), 스위치(S4) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 다이오드(D2)를 통해 프리휠링되고, 인덕터(L2)는 커패시터(C2)의 전압으로 충전된다.
상기와 같은 동작에 의해 제1동작구간에서 전력계통 전압(Vg)이 0V < Vg < 0.25Vin으로 생성된다.
도 5 및 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 제2동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드(Mode 1- Mode 3)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제2동작 구간의 제1동작모드(Mode 1)에서는 도 6a에서와 같이 스위치(S2),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D3),(D4)가 각기 도통된다.
이에 따라, 중간노드(MN)가 다이오드(D4), 스위치(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 그리고, 부극성노드(NN)가 다이오드(D3) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이에 의해, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)가 커패시터(C2)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류는 다이오드(D3)를 통해 프리휠링된다.
제2동작 구간의 제2동작모드(Mode 2)에서는 도 6b에서와 같이 스위치(S2),(S4), (S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D4),(D5)가 각기 도통된다.
이에 따라, 중간노드(MN)가 다이오드(D4), 스위치(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 또한, 중간노드(MN)가 다이오드(D5), 스위치(S4) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)가 커패시터(C2)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2)도 커패시터(C2)의 전압으로 충전된다.
제2동작 구간의 제3동작모드(Mode 3)에서는 도 6c에서와 같이 스위치(S4),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D2),(D5)가 도통된다.
이에 따라, 부극성노드(NN)가 다이오드(D2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 또한, 중간노드(MN)가 다이오드(D5), 스위치(S4) 및 인덕터(L2)를 통해서도 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 다이오드(D2)를 통해 프리휠링되고, 인덕터(L2)는 커패시터(C2)의 전압으로 충전된다.
상기와 같은 동작에 의해 제2동작구간에서 전력계통 전압(Vg)이 0.25Vin < Vg < 0.5Vin으로 생성된다.
도 7 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 제3동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드(Mode 1- Mode 3)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제3동작 구간의 제1동작모드(Mode 1)에서는 도 8a에서와 같이 스위치(S1),(S2), (S4),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D1),(D5)가 각기 도통된다.
이에 따라, 정극성노드(PN)가 다이오드(D1), 스위치(S1),(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 그리고, 중간노드(MN)가 다이오드(D5), 스위치(S4) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 입력직류전압(VIN)의 부극성 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)는 입력직류전압(VIN)으로 충전되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류는 커패시터(C2)를 통해 방전된다.
제3동작 구간의 제2동작모드(Mode 2)에서는 도 8b에서와 같이 스위치(S2),(S4), (S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D4),(D5)가 각기 도통된다.
이에 따라, 중간노드(MN)가 다이오드(D4), 스위치(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 또한, 중간노드(MN)가 다이오드(D5), 스위치(S4) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 커패시터(C2)를 통해 방전되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류도 커패시터(C2)를 통해 방전된다.
제3동작 구간의 제3동작모드(Mode 3)에서는 도 8c에서와 같이 스위치(S2),(S3), (S4),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D1),(D4)가 도통된다.
이에 따라, 중간노드(MN)가 다이오드(D4), 스위치(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 또한, 정극성노드(PN)가 다이오드(D1), 스위치(S3),(S4) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 커패시터(C2)를 통해 방전되고, 인덕터(L2)는 입력직류전압(VIN)으로 충전된다.
상기와 같은 동작에 의해 제3동작구간에서 전력계통 전압(Vg)이 0.5Vin < Vg < 0.75Vin으로 생성된다.
도 9 및 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 제4동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드(Mode 1- Mode 3)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제4동작 구간의 제1동작모드(Mode 1)에서는 도 10a에서와 같이 스위치(S1),(S2), (S4),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D1),(D5)가 각기 도통된다.
이에 따라, 정극성노드(PN)가 다이오드(D1), 스위치(S1),(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 그리고, 중간노드(MN)가 다이오드(D5), 스위치(S4) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 입력직류전압(VIN)의 부극성 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)는 입력직류전압(VIN)으로 충전되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류는 커패시터(C2)를 통해 방전된다.
제4동작 구간의 제2동작모드(Mode 2)에서는 도 10b에서와 같이 스위치(S1),(S2), (S3),(S4),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D1)가 도통된다.
이에 따라, 정극성노드(PN)가 다이오드(D1), 스위치(S1),(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 또한, 정극성노드(PN)가 다이오드(D1), 스위치(S3),(S4) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)가 입력직류전압(VIN)으로 충전되고, 인덕터(L2)도 입력직류전압(VIN)으로 충전된다.
제4동작 구간의 제3동작모드(Mode 3)에서는 도 10c에서와 같이 스위치(S2),(S3), (S4),(S9)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D1),(D4)가 도통된다.
이에 따라, 중간노드(MN)가 다이오드(D4), 스위치(S2) 및 인덕터(L1)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 또한, 정극성노드(PN)가 다이오드(D1), 스위치(S3),(S4) 및 인덕터(L2)를 통해 전력계통 전압(Vg)의 일측에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S9)를 통해 커패시터(C2)의 타측 단자에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 커패시터(C2)를 통해 방전되고, 인덕터(L2)는 입력직류전압(VIN)으로 충전된다.
상기와 같은 동작에 의해 제4동작구간에서 전력계통 전압(Vg)이 0.75Vin < Vg < Vin으로 생성된다.
한편, 제2레그쌍(24)은 180도의 위상차로 동작하는 제3레그와 제4레그를 구비하고 상기 입력직류전압과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 제5 내지 제8 동작구간에서 각각 제1 내지 제3 동작모드로 동작하여 상기 전력계통 전압(Vg)에 순차적으로 변동되는 멀티 레벨의 음(-)의 교류전압이 공급되게 한다.
도 11은 제5동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이고, 도 13는 제6동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이고, 도 15은 제7동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이고, 도 17는 제8동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드의 파형도이다.
도 12a 내지 도 12c는 제5동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제2레그쌍(24)의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이고, 도 14a 내지 도 14c는 제6동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제2레그쌍(24)의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이고, 도 16a 내지 도 16c는 제7동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제2레그쌍(24)의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이고, 도 18a 내지 도 18c는 제8동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드에서 제2레그쌍(24)의 스위칭 동작에 따른 충방전 경로를 나타낸 회로도이다.
먼저, 도 11 및 도 12a 내지 도 12c를 참조하여 제5동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드(Mode 1- Mode 3)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제5동작 구간의 제1동작모드(Mode 1)에서는 도 12a에서와 같이 스위치(S5)가 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D7),(D9)가 각기 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1) 및 다이오드(D7)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다. 그리고, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2) 및 다이오드(D9)를 통해서는 중간노드(MN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류가 다이오드(D7)를 통해 프리휠링되고, 인덕터(L2)는 커패시터(C1)의 전압으로 충전된다.
여기서, 커패시터(C1),(C2)의 전압은 각각 0.5Vin이어야 하므로, 이들의 용량은 서로 같은 크기를 갖는다. 또한, 커패시터(C1),(C2)는 이전의 동작 영역에서 한 스위칭 주기동안 평균적으로 0.5Vin이 유지되도록 이들의 용량을 충분히 크게 설계하였다. 이에 따라, 제1레그쌍(23)과 제2레그쌍(24)의 각 레그에 멀티 레벨의 전압이 공급된다. 즉, 제1레그쌍(23)의 제1,2레그에 Vin, 0.5Vin이 공급되고, 제2레그쌍(24)의 제3,4레그에 -0.5Vin, -Vin이 공급된다.
제5동작 구간의 제2동작모드(Mode 2)에서는 도 12b에서와 같이 스위치(S10)가 그의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D6),(D7)가 각기 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1) 및 다이오드(D7)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다. 또한, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2) 및 다이오드(D6)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 다이오드(D7)을 통해 프리휠링되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류는 다이오드(D6)를 통해 프리휠링된다.
제5동작 구간의 제3동작모드(Mode 3)에서는 도 12c에서와 같이 스위치(S7),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D6),(D10)가 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7) 및 다이오드(D10)를 통해 중간노드(MN)에 연결된다. 또한, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2) 및 다이오드(D6)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)는 커패시터(C1)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류는 다이오드(D6)를 통해 프리휠링된다.
상기와 같은 동작에 의해 제5동작구간에서 전력계통 전압(Vg)이 -0.25Vin < Vg < 0V으로 생성된다.
도 13 및 도 14a 내지 도 14c를 참조하여 제6동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드(Mode 1- Mode 3)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제6동작 구간의 제1동작모드(Mode 1)에서는 도 14a에서와 같이 스위치(S5),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D7),(D9)가 각기 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1) 및 다이오드(D7)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다. 그리고, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2), 스위치(S5) 및 다이오드(D9)를 통해서는 중간노드(MN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 다이오드(D7)를 통해 프리휠링되고, 인덕터(L2)는 커패시터(C1)의 전압으로 충전된다.
제6동작 구간의 제2동작모드(Mode 2)에서는 도 14b에서와 같이 스위치(S5),(S7), (S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D9),(D10)가 각기 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7) 및 다이오드(D10)를 통해 중간노드(MN)에 연결된다. 또한, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2), 스위치(S5) 및 다이오드(D9)를 통해 중간노드(MN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)는 커패시터(C1)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2)도 커패시터(C1)의 전압으로 충전된다.
제6동작 구간의 제3동작모드(Mode 3)에서는 도 14c에서와 같이 스위치(S7),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D6),(D10)가 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7) 및 다이오드(D10)를 통해 중간노드(MN)에 연결된다. 또한, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2) 및 다이오드(D6)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)은 패시터(C1)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2)에 흐르는 전류는 다이오드(D6)를 통해 프리휠링된다.
상기와 같은 동작에 의해 제6동작구간에서 전력계통 전압(Vg)이 -0.5Vin < Vg < - 0.25Vin으로 생성된다.
도 15 및 도 16a 내지 도 16c를 참조하여 제7동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드(Mode 1- Mode 3)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제7동작 구간의 제1동작모드(Mode 1)에서는 도 16a에서와 같이 스위치(S5),(S6), (S7),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D8),(D10)가 각기 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7) 및 다이오드(D10)를 통해 중간노드(MN)에 연결된다. 그리고, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 스위치(S5),(S6) 및 다이오드(D8)를 통해서는 부극성노드(NN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)는 커패시터(C1)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2)는 입력직류전압(VIN)으로 충전된다.
제7동작 구간의 제2동작모드(Mode 2)에서는 도16b에서와 같이 스위치(S5),(S7),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D9),(D10)가 각기 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7) 및 다이오드(D10)를 통해 중간노드(MN)에 연결된다. 또한, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2), 스위치(S5) 및 다이오드(D9)를 통해 중간노드(MN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)가 커패시터(C1)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2) 또한 커패시터(C1)의 전압으로 충전된다.
제7동작 구간의 제3동작모드(Mode 3)에서는 도 16c에서와 같이 스위치(S5),(S7),(S8),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D8),(D9)가 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7),(S8) 및 다이오드(D8)를 통해 부극성노드(MN)에 연결된다. 또한, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2), 스위치(S5) 및 다이오드(D9)를 통해서는 중간노드(MN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다. 따라서, 인덕터(L1)는 입력직류전압(VIN)으로 충전되고, 인덕터(L2)는 커패시터(C1)의 전압으로 충전된다.
삭제
상기와 같은 동작에 의해 제7동작구간에서 전력계통 전압(Vg)이 -0.75Vin < Vg < - 0.5Vin으로 생성된다.
도 17 및 도 18a 내지 도 18c를 참조하여 제7동작 구간의 제1 내지 제3 동작모드(Mode 1- Mode 3)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제8동작 구간의 제1동작모드(Mode 1)에서는 도 18a에서와 같이 스위치(S5),(S6), (S7),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D8),(D10)가 각기 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7) 및 다이오드(D10)를 통해 중간노드(MN)에 연결된다. 그리고, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2), 스위치(S5),(S6) 및 다이오드(D8)를 통해서는 부극성노드(NN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)는 커패시터(C1)의 전압으로 충전되고, 인덕터(L2)는 입력직류전압(VIN)으로 충전된다.
제8동작 구간의 제2동작모드(Mode 2)에서는 도 18b에서와 같이 스위치(S5),(S6), (S7),(S8),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D8)가 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7),(S8) 및 다이오드(D8)를 통해 부극성노드(NN)에 연결된다. 또한, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2), 스위치(S5),(S6) 및 다이오드(D8)를 통해 부극성노드(NN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)가 입력직류전압(VIN)으로 충전되고, 인덕터(L2) 또한 입력직류전압(VIN)으로 충전된다.
제8동작 구간의 제3동작모드(Mode 3)에서는 도 18c에서와 같이 스위치(S5),(S7), (S8),(S10)가 그들의 게이트에 공급되는 '하이'의 게이트구동신호에 의해 각기 턴온되고, 이에 의해 다이오드(D8),(D9)가 도통된다.
이에 따라, 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L1), 스위치(S7),(S8) 및 다이오드(D8)를 부극성노드(NN)에 연결된다. 또한 전력계통 전압(Vg)의 일측이 인덕터(L2), 스위치(S5) 및 다이오드(D9)를 통해서는 중간노드(MN)에 연결된다. 이때, 전력계통 전압(Vg)의 타측은 스위치(S10)를 통해 정극성노드(PN)에 연결된다.
따라서, 인덕터(L1)는 입력직류전압(VIN)으로 충전되고, 인덕터(L2)는 커패시터(C1)의 전압으로 충전된다.
상기와 같은 동작에 의해 제8동작구간에서 전력계통 전압(Vg)이 -Vin < Vg < - 0.75Vin으로 생성된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
21 : 중간전압 출력부 22 : 인덕터부
23 : 제1레그쌍 24 : 제2레그쌍
25 : 구동제어부

Claims (12)

  1. 직렬 연결된 제1커패시터 및 제2커패시터로 입력직류전압을 분배하여 중간 레벨의 전압을 출력하는 중간전압 출력부;
    제1인덕터 및 제2인덕터를 구비하여, 전력계통 전압에 순차적으로 변동되는 멀티 레벨의 양의 교류전압이나 음의 교류전압을 공급하는 인덕터부;
    180도의 위상차로 동작하는 제1레그와 제2레그를 구비하고 상기 입력직류전압과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 전반의 각 동작구간마다 상기 제1인덕터 및 제2인덕터가 충전 또는 방전 또는 프리휠링 동작하여 상기 전력계통 전압에 상기 멀티 레벨의 양의 교류전압이 공급되게 하는 제1레그쌍;
    180도의 위상차로 동작하는 제3레그와 제4레그를 구비하고 상기 입력직류전압과 상기 중간 레벨의 전압을 이용하여, 후반의 각 동작구간마다 상기 제1인덕터 및 제2인덕터가 충전 또는 방전 또는 프리휠링 동작하여 상기 전력계통 전압에 상기 멀티 레벨의 음의 교류전압이 공급되게 하는 제2레그쌍; 및
    상기 제1레그쌍과 상기 제2레그쌍 중에서 어느 하나가 구동되도록 제어하는 구동제어부를 포함하되,
    상기 제1레그쌍은
    직렬 연결되어 상기 제1레그를 이루는 제1스위치 및 제2스위치;
    직렬 연결되어 상기 제2레그를 이루는 제3스위치 및 제4스위치;
    상기 입력직류전압의 정극성 단자와 상기 제1레그 및 제2레그의 일측 사이에 연결된 제1다이오드;
    상기 입력직류전압의 부극성 단자와 상기 제1레그의 타측 사이에 연결된 제2다이오드;
    상기 입력직류전압의 부극성 단자와 상기 제2레그의 타측 사이에 연결된 제3다이오드;
    상기 제1커패시터와 제2커패시터의 연결노드와, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 연결노드 사이에 연결된 제4다이오드;
    상기 제1커패시터와 제2커패시터의 연결노드와, 상기 제3스위치 및 제4스위치의 연결노드 사이에 연결된 제5다이오드를 포함하고,
    상기 제2레그쌍은
    직렬 연결되어 상기 제3레그를 이루는 제5스위치 및 제6스위치;
    직렬 연결되어 상기 제4그를 이루는 제7스위치 및 제8스위치;
    상기 제3레그의 일측과 상기 입력직류전압의 정극성 단자의 사이에 연결된 제6다이오드;
    상기 제4레그의 일측과 상기 입력직류전압의 정극성 단자의 사이에 연결된 제7다이오드;
    상기 제3레그 및 제4레그의 타측 공통 연결노드와 상기 입력직류전압의 부극성 단자의 사이에 연결된 제8다이오드;
    상기 제5스위치 및 제6스위치의 연결노드와 상기 제1커패시터 및 제2커패시터의 연결노드의 사이에 연결된 제9다이오드; 및
    상기 제7스위치 및 제8스위치의 연결노드와, 상기 제1커패시터와 제2커패시터의 연결노드의 사이에 연결된 제10다이오드를 포함하고,
    상기 프리휠링 동작 시 상기 제2다이오드, 상기 제3다이오드, 상기 제6다이오드 및 상기 제7다이오드 중 어느 하나의 다이오드만을 통해 프리휠링 동작하고, 상기 제2스위치와 상기 제5스위치, 상기 제4스위치와 상기 제7스위치가 각가 180도의 위상차를 가지고 스위칭 동작하는 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1레그쌍은
    상기 전반의 각 동작구간 중 제1동작 구간의 제1모드에서 상기 제1인덕터가 상기 제1커패시터의 전압으로 충전되고 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되며, 제2모드에서 상기 제1인덕터 및 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되고, 제3모드에서 상기 제1인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되고 상기 제2인덕터는 상기 제2커패시터의 전압으로 충전되게 동작하여 상기 전력계통 전압이 0V보다 높고 0.25배의 입력직류전압보다 낮게 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1레그쌍은
    상기 전반의 각 동작구간 중 제2동작 구간의 제1모드에서 상기 제1인덕터가 상기 제2커패시터의 전압으로 충전되고 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되며, 제2모드에서 상기 제1인덕터 및 상기 제2인덕터가 상기 제2커패시터의 전압으로 충전되고, 제3모드에서 상기 제1인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되고 상기 제2인덕터는 상기 제2커패시터의 전압으로 충전되게 동작하여 상기 전력계통 전압이 0.25배의 입력직류전압보다 높고 0.5배의 입력직류전압보다 낮게 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1레그쌍은
    상기 전반의 각 동작구간 중 제3동작 구간의 제1모드에서 상기 제1인덕터가 상기 입력직류전압으로 충전되고 상기 제2인덕터에 흐르는 전류는 상기 제2커패시터를 통해 방전되며, 제2모드에서 상기 제1인덕터 및 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 상기 제2커패시터를 통해 방전되고, 제3모드에서 상기 제1인덕터에 흐르는 전류는 상기 제2커패시터를 통해 방전되고 상기 제2인덕터는 상기 입력직류전압으로 충전되게 동작하여 상기 전력계통 전압이 0.5배의 입력직류전압보다 높고 0.75배의 입력직류전압보다 낮게 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1레그쌍은
    상기 전반의 각 동작구간 중 제4동작 구간의 제1모드에서 상기 제1인덕터가 상기 입력직류전압으로 충전되고 상기 제2인덕터에 흐르는 전류는 상기 제2커패시터를 통해 방전되며, 제2모드에서 상기 제1인덕터 및 상기 제2인덕터가 상기 입력직류전압으로 충전되고, 제3모드에서 상기 제1인덕터에 흐르는 전류는 상기 제2커패시터를 통해 방전되고 상기 제2인덕터는 상기 입력직류전압으로 충전되게 동작하여 상기 전력계통 전압이 0.75배의 입력직류전압보다 높고 상기 입력직류전압보다 낮게 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2레그쌍은
    상기 후반부의 각 동작구간 중 제5동작 구간의 제1모드에서 상기 제1인덕터가 상기 제1커패시터의 전압으로 충전되고 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되며, 제2모드에서 상기 제1인덕터 및 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되고, 제3모드에서 상기 제1인덕터는 상기 제1커패시터의 전압으로 충전되고, 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되게 동작하여 상기 전력계통 전압이 0V보다 낮고 -0.25배의 입력직류전압보다 높게 생성되게 하는 것을 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2레그쌍은
    상기 후반부의 각 동작구간 중 제6동작 구간의 제1모드에서 상기 제1인덕터가 상기 입력직류전압으로 충전되고 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되며, 제2모드에서 상기 제1인덕터 및 상기 제2인덕터가 상기 제1커패시터의 전압으로 충전되고, 제3모드에서 상기 제1인덕터에 흐르는 전류가 프리휠링되고 상기 제2인덕터는 상기 제1커패시터의 전압으로 충전되게 동작하여 상기 전력계통 전압이 0.25배의 입력직류전압보다 낮고 0.5배의 입력직류전압보다 높게 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2레그쌍은
    상기 후반부의 각 동작구간 중 제7동작 구간의 제1모드에서 상기 제1인덕터가 상기 입력직류전압으로 충전되고 상기 제2인덕터에 흐르는 전류는 상기 제1커패시터를 통해 방전되며, 제2모드에서 상기 제1인덕터 및 상기 제2인덕터에 흐르는 전류가 상기 제1커패시터를 통해 방전되고, 제3모드에서 상기 제1인덕터에 흐르는 전류는 상기 제1커패시터를 통해 방전되고 상기 제2인덕터는 상기 입력직류전압으로 충전되게 동작하여 상기 전력계통 전압이 0.5배의 입력직류전압보다 낮고 0.75배의 입력직류전압보다 높게 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2레그쌍은
    상기 후반부의 각 동작구간 중 제8동작 구간의 제1모드에서 상기 제1인덕터가 상기 입력직류전압으로 충전되고 상기 제2인덕터에 흐르는 전류는 상기 제1커패시터를 통해 방전되며, 제2모드에서 상기 제1인덕터 및 상기 제2인덕터가 상기 입력직류전압으로 충전되고, 제3모드에서 상기 제1인덕터에 흐르는 전류는 상기 제1커패시터를 통해 방전되고 상기 제2인덕터는 상기 입력직류전압으로 충전되게 동작하여 상기 전력계통 전압이 0.75배의 입력직류전압보다 낮고 상기 입력직류전압보다 높게 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서, 상기 구동제어부는
    상기 입력직류전압의 정극성 단자와 부극성 단자의 사이에 직렬 연결된 제9스위치 및 제10스위치를 구비하되, 상기 제9스위치 및 상기 제10스위치의 연결노드가 상기 전력계통전압의 타측에 연결된 것을 특징으로 하는 인버터의 효율 향상 회로.
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