KR102032869B1 - Power Supply Apparatus including DC-AC Inverter and Method of Controlling the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 제어 방법은 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터의 입력단으로 직류 전원을 입력하는 단계; 및 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 제어부에서 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a power control method including a DC-AC inverter, the method comprising: inputting DC power to input terminals of a plurality of DC-AC inverters in a switching mode connected in series with each other; And a plurality of controls independent of each other from the control unit to the plurality of DC-AC inverters so as to independently control outputs of the plurality of DC-AC inverters based on load sizes connected to output terminals of the plurality of DC-AC inverters. Outputting the signals sequentially.
Description
본 발명은 전원 장치에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치 및 전원 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply device, and more particularly, to a power supply device and a power control method including a DC-AC inverter.
고주파 DC-AC 인버터의 전력 변환 효율 향상 및 출력 필터 설계 크기를 저감시키기 위해, 직렬연결 된 복수개의 DC-AC 인버터가 많이 사용되고 있으며 직렬 연결된 복수개의 DC-AC 인버터는 인버터의 개수를 조정함으로써 부하의 정격에 유연하게 시스템 설계가 가능하다.In order to improve the power conversion efficiency of the high frequency DC-AC inverter and reduce the size of the output filter design, a plurality of series-connected DC-AC inverters are widely used. Flexibility in system design is possible.
하지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 직렬 연결된 인버터에 동일한 출력을 갖도록 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)제어를 수행할 경우, 인버터가 모두 동작 하지 않아도 되는 낮은 부하 영역에서도 모든 DC-AC 인버터가 동작하기 때문에 전력 반도체에서 불필요한 스위칭 손실이 발생할 수 있었다.However, as shown in FIG. 5, in the case of performing pulse width modulation (PWM) control to have the same output in the inverter connected in series, all DC-AC inverters even in a low load region in which all inverters do not need to be operated. Operation could cause unnecessary switching losses in the power semiconductor.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따르면, 복수의 DC-AC 인버터 출력을 독립적으로 제어하여 스위칭 손실을 줄이는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention has been made to meet the above-described needs, and according to the present invention, an object of the present invention is to independently control a plurality of DC-AC inverter outputs to reduce switching losses. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터의 전원 제어 방법은 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터의 입력단으로 직류 전원을 입력하는 단계; 및 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 제어부에서 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a power supply of a DC-AC inverter, the method comprising: inputting DC power to input terminals of a plurality of DC-AC inverters of a switching mode connected in series with each other; And a plurality of controls independent of each other from the control unit to the plurality of DC-AC inverters so as to independently control outputs of the plurality of DC-AC inverters based on load sizes connected to output terminals of the plurality of DC-AC inverters. Outputting the signals sequentially.
이 경우, 상기 제어신호는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함할 수 있다.In this case, the control signal may include a pulse width modulation (PWM) signal generated by phase shifting a basic waveform signal.
또한, 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계는, 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The sequentially outputting of the plurality of control signals may include outputting a control signal having a phase shift different from that of the other DC-AC inverters to at least one DC-AC inverter of the plurality of DC-AC inverters. It may include.
또한, 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계는, 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The sequentially outputting of the plurality of control signals may include outputting a control signal for outputting at least one DC-AC inverter of the plurality of DC-AC inverters to zero.
또한, 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 복수의 DC-AC 인버터에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 상기 제어신호를 출력할 수 있다.Further, in the step of sequentially outputting the plurality of control signals, the control unit may output the control signal so that the voltage output from the plurality of DC-AC inverter is transformed from a pulse waveform to a sinusoidal wave like waveform.
또한, 상기 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 상기 최고점 및 상기 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 가질 수 있다.In addition, the sinusoidal wave like waveform may have a symmetrical peak, the lowest point and at least one intermediate point between the highest point and the lowest point.
또한, 상기 복수의 DC-AC 인버터 각각은 복수의 스위칭 소자; 및 상기 복수의 스위칭 소자와 연결되며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압을 입력 받는 변압기;를 포함하며, 상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제어신호에 기초하여 스위칭될 수 있다.In addition, each of the plurality of DC-AC inverters comprises a plurality of switching elements; And a transformer connected to the plurality of switching elements and receiving a voltage according to the switching of the plurality of switching elements, wherein the plurality of switching elements may be switched based on the control signal.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치는 전원으로부터 직류 전원을 입력 받고 출력단으로 교류 전원을 출력하도록, 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터; 및 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.On the other hand, a power supply device including a DC-AC inverter according to an embodiment of the present invention includes a plurality of DC-AC inverters of the switching mode connected in series with each other to receive DC power from the power source and output the AC power to the output terminal; And a plurality of control signals independent of each other by the plurality of DC-AC inverters to independently control the outputs of the plurality of DC-AC inverters based on a load size connected to the output terminals of the plurality of DC-AC inverters. It may include a control unit for outputting sequentially.
이 경우, 상기 제어신호는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함할 수 있다.In this case, the control signal may include a pulse width modulation (PWM) signal.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 DC-AC 인버터에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 상기 제어신호를 출력할 수 있다.The control unit may output the control signal such that voltages output from the plurality of DC-AC inverters are transformed from a pulse waveform into a sinusoidal wave like waveform.
또한, 상기 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 상기 최고점 및 상기 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 가질 수 있다.In addition, the sinusoidal wave like waveform may have a symmetrical peak, the lowest point and at least one intermediate point between the highest point and the lowest point.
또한, 상기 복수의 DC-AC 인버터 각각은 복수의 스위칭 소자; 및 상기 복수의 스위칭 소자와 연결되며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압을 입력 받는 변압기;를 포함하며, 상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제어신호에 기초하여 스위칭될 수 있다.In addition, each of the plurality of DC-AC inverters comprises a plurality of switching elements; And a transformer connected to the plurality of switching elements and receiving a voltage according to the switching of the plurality of switching elements, wherein the plurality of switching elements may be switched based on the control signal.
또한, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단은 리모트 플라즈마 생성기(RPG)의 챔버로 연결되고, 상기 제어부는 상기 챔버에 플라즈마를 생성하도록 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력할 수 있다.In addition, output terminals of the plurality of DC-AC inverters may be connected to a chamber of a remote plasma generator (RPG), and the controller may sequentially output the plurality of control signals to generate plasma to the chamber.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-AC 인버터의 전원 장치 및 제어 방법은 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하여, 경부하 영역에서의 스위칭 손실을 저감하고, 전력 변환 효율을 향상 시킬 수 있다. 또한, DC-AC 인버터의 출력 전압을 정현파 유사 파형으로 변형하여 기존 파형 보다 상대적으로 성분을 크게 가져갈 수 있기 때문에 필터 설계 크기를 저감할 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The power supply and control method of the DC-AC inverter according to the embodiment of the present invention made as described above independently controls the output of the plurality of DC-AC inverter, reducing the switching loss in the light load region, The conversion efficiency can be improved. In addition, the size of the filter design can be reduced because the output voltage of the DC-AC inverter can be transformed into a sine wave-like waveform so that the component can be made relatively larger than the existing waveform. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 제어 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치에 대한 회로도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치에 대한 제어 신호파형에 대한 예시이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치의 출력 파형의 일부분에 대한 전류 도통 경로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치의 변압기 1차 측 전압과 2차 측 전압에 대한 신호파형이다. 1 is a flowchart of a power control method including a DC-AC inverter according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a power supply device including a DC-AC inverter according to an embodiment of the present invention.
3 is an illustration of a control signal waveform for a power supply including a DC-AC inverter according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating a current conduction path for a portion of an output waveform of a power supply including a DC-AC inverter according to an embodiment of the present invention.
5 is a signal waveform of a transformer primary side voltage and a secondary side voltage of a power supply including a DC-AC inverter.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and the following embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, the scope of the invention to those skilled in the art It is provided to inform you completely. In addition, for convenience of description, the components may be exaggerated or reduced in size.
또한, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.In addition, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention can be modified in various forms, the scope of the present invention is limited to the embodiments described below It doesn't happen.
또한, 이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.In addition, the terms including or having in the following embodiments means that there is a feature or component described in the specification, and does not preclude the possibility of adding one or more other features or components. .
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치(100)에 대하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치(100)에 대한 회로도이다.Hereinafter, a
도 2를 참조하면, 전원 장치(100)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 직류 전원을 입력 받고 출력단으로 교류 전원을 출력할 수 있다. Referring to FIG. 2, the
예를 들어, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 스위칭 모드로 동작할 수 있다. 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 서로 직렬로 연결되며, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력단은 부하(140)와 연결될 수 있다. DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 각각은 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d) 및 변압기(130)를 포함할 수 있다. 변압기(130)는 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)와 연결되어, 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)의 스위칭에 따라 전압을 입력 받을 수 있다. For example, the plurality of DC-
DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 각각 내 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)는 제어부(150)에서 입력 받은 제어신호에 기초하여 스위칭될 수 있으며, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 전력 트랜지스터(power transistor, TR)로 구성될 수 있다. The plurality of
예컨대, 제 1 DC-AC 인버터(110a)는 제 1 스위칭 소자(120a, S1,M1), 제 2 스위칭 소자(120b, S2,M1), 제 3 스위칭 소자(120c, S3,M1) 및 제 4 스위칭 소자(120d, S4,M1)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 스위칭 소자(120a, S1,M1) 및 제 4 스위칭 소자(120d, S4,M1)의 직렬 연결 구조와 제 2 스위칭 소자(120b, S2,M1) 및 제 3 스위칭 소자(120c, S3,M1)의 직렬 연결 구조는 서로 병렬 연결될 수 있다. 제 1 DC-AC 인버터(110a) 내 변압기(130)는 두 직렬 연결 구조의 중간 노드들에 연결되어 제 1 내지 제 4 스위칭 소자들(S1,M1, S2,M1, S3,M1, S4,M1)로부터 출력전압(VINV1)을 입력 받을 수 있다. For example, the first DC-
마찬가지로, 제 n DC-AC 인버터(110c)는 제 1 스위칭 소자(120a, S1,MN), 제 2 스위칭 소자(120b, S2,MN), 제 3 스위칭 소자(120c, S3,MN) 및 제 4 스위칭 소자(120d, S4,MN)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 스위칭 소자(120a, S1,MN) 및 제 4 스위칭 소자(120d, S4,MN)의 직렬 연결 구조와 제 2 스위칭 소자(120b, S2,MN) 및 제 3 스위칭 소자(120c, S3,MN)의 직렬 연결 구조는 서로 병렬 연결될 수 있다. 변압기(130)는 두 직렬 연결 구조의 중간 노드들에 연결되어 제 1 내지 제 4 스위칭 소자들(120a, 120b, 120c, 120d)로부터 출력전압(VINVN)을 입력받을 수 있다. 제 n DC-AC 인버터(110c) 내 변압기(130)는 두 직렬 연결 구조의 중간 노드들에 연결되어 제 1 내지 제 4 스위칭 소자들(S1,MN, S2,MN, S3,MN, S4,MN)로부터 출력전압(VINVN)을 입력 받을 수 있다.Similarly, the n-th DC-
복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에 연결되어 있는 복수의 변압기(130)는 서로 직렬로 연결되어, 입력된 1차측 전압신호를 승압 후 2차측 전압신호가 합해진 전압신호(VTR_S)를 부하(140)로 출력할 수 있다.The plurality of
제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력단에 연결되는 부하(140) 크기에 기초하여 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력을 독립적으로 제어할 수 있다.The
보다 상세하게, 제어부(150)는 부하(140) 크기에 따라 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 제어 신호가 순차적으로 변압기 2차 측으로 에너지 전달을 할 수 있도록 제어를 수행할 수 있다. 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력할 수 있다. 이러한 제어신호는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함할 수 있고, 바람직하게는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(PWM) 신호를 포함할 수 있다.In more detail, the
예를 들어, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력할 수 있다. 보다 자세하게, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터에 모두 동일한 제어신호가 아닌 적어도 하나의 DC-AC 인버터에는 이들과 상이한 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력할 수 있다.For example, the
다른 예로, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력할 수 있다.As another example, the
나아가, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 제어신호를 출력할 수 있다. 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에서 출력되는 전압은 변압기 2차 측 전압을 의미할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 정현파 유사 파형은 정현파와 동일하지는 않으나 기본 펄스 파형에서 정현파와 보다 유사하도록 변조된 파형을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 최고점 및 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 가질 수 있는 파형을 의미할 수 있다. 이 경우, 정현파와 유사한 파형은 기존 파형보다 상대적으로 성분을 크게 가져갈 수 있기 때문에 출력 필터 설계 크기를 저감할 수 있다.For example, the sine wave-like waveform may refer to a waveform that is not the same as the sine wave but is modulated to be more similar to the sine wave in the basic pulse waveform. More specifically, the sine wave-like waveform may refer to a waveform capable of symmetrically having at least one midpoint between the highest point, the lowest point, and the highest point and the lowest point. In this case, the waveform similar to the sine wave can bring the components larger than the existing waveform, thereby reducing the size of the output filter design.
전술한 전원 장치(100)는 다양한 전자 장치에 응용될 수 있다. 예를 들어, 전원 장치(100)는 반도체 장치 중 리모트 플라즈마 생성기(remote plasma generator, RPG)의 전원 장치로 이용될 수 있다. 이 경우, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력단은 리모트 플라즈마 생성기(RPG)의 챔버로 연결되며, 제어부는 챔버에 플라즈마를 생성하도록 복수의 제어신호를 순차로 출력할 수 있다.The
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치에 대한 제어 신호파형에 대한 예시이다. 도 3a 및 도 3b에서, VGS1,MN은 제 n DC-AC 인버터(120c) 내 제 1 스위칭 소자(120a)로 입력되는 제어신호를 의미하고, VGS2,MN은 제 2 스위칭 소자(120b)로 입력되는 제어신호를 의미하고, VGS3,MN은 제 3 스위칭 소자(120c)로 입력되는 제어신호를 의미하고, VGS4,MN은 제 4 스위칭 소자(120d)로 입력되는 제어신호를 의미한다. 각 인버터에서 제어신호(VGS1,MN, VGS2,MN, VGS3,MN, VGS4,MN)는 + 펄스 파형은 음영없이 도시하였고, - 펄스 파형은 음영을 주어 도시하였다. 아울러, 부하로 출력되는 합산 출력신호(VTRS)는 편의상 변압기(130)의 승압을 고려하지 않고 변압기(130)의 1차측 전압을 단순 합산한 것으로 도시하였다.3A and 3B are examples of control signal waveforms for a power supply including a DC-AC inverter according to an embodiment of the present invention. 3A and 3B, V GS1 and MN denote control signals input to the
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 각각의 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)에 제어신호를 상이하게 출력하여 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)를 스위칭할 수 있다. 도 3a는 저전압을 출력하는 예이고, 도 3b는 고전압을 출력하는 예를 보여준다. 3A and 3B, the
도 3a 및 도 3b에서 저전압 또는 고전압을 예시로 설명하였으나, 이는 일 실시예에 지나지 않으며, 당업자는 다양한 실시예로 변형하여 사용할 수 있다.Although a low voltage or a high voltage has been described as an example in FIGS. 3A and 3B, this is only an example, and those skilled in the art may use various embodiments.
한편, 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)에서 각각 직렬로 연결된 제 1 스위칭 소자(120a)와 제 4 스위칭 소자(120d) 및 제 2 스위칭 소자(120b)와 제 3 스위칭소자(120c)는 제어신호에 기초하여 스위칭되며, 일정 시간 간격에 따라 플러스 전압 또는 마이너스 전압을 순차적으로 공급받을 수 있다.Meanwhile, the
도 3a를 참조하면, 제어부(150)는 제 1 DC-AC 인버터(110a)로 위상 천이 없는 제어신호(VGS1,M1, VGS2,M1, VGS3,M1, VGS4,M1)를 인가하고, 제 2 DC-AC 인버터(110b)로 제 1 간격의 위상 천이를 수행한 제어신호(VGS1,M2, VGS2,M2, VGS3,M2, VGS4,M2)를 인가하고, 제 3 DC-AC 인버터(110c)로 제 2 간격의 위상 천이를 수행한 제어신호(VGS1,M3, VGS2,M3, VGS3,M3, VGS4,M3)를 인가할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the
보다 상세하게, 제 1 DC-AC 인버터(110a)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 제 1 펄스 폭(200)이 생성되고, 제 2 DC-AC 인버터(110b)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 제 2 펄스 폭(210)이 생성되며, 제 3 DC-AC 인버터(110c)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 펄스 폭이 생성되지 않을 수 있다. More specifically, the transformer primary side voltage pulse waveform of the first DC-
제 3 DC-AC 인버터(110c)의 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)에 인가된 제어신호는 위상 천이로 인하여 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)의 전압을 합한 변압기 1차측 전압이 0이 되어 펄스 폭이 생성되지 않을 수 있다. The control signals applied to the plurality of switching
부하로 출력되는 합산 출력신호(VTRS)는 첫번째 DC-AC 인버터(110a)의 변압기의 전압 펄스 파형 위에 두번째 DC-AC 인버터(110b)의 변압기의 전압 펄스 파형이 합산된 형태로 나타날 수 있다. 이에 따라, 출력신호(VTRS)는 최고점, 최저정 외에 중간점을 더 갖는 정현파 유사 파형을 가질 수 있다.The summation output signal V TRS output to the load may appear in the form of the voltage pulse waveform of the transformer of the second DC-
이와 같이, 전원 장치(100)의 출력 전압이 낮은 경우, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에 모두 동일한 제어신호를 인가할 필요 없이 일부분의 DC-AC 인버터만 제어신호를 인가하여 작동시킬 수 있다. 한편, 본 예시에서는 DC-AC 인버터를 3개만 작동시켜 제어하였으며, 당업자는 경우에 따라 DC-AC 인버터의 동작 개수를 다이나믹하게 변경할 수 있다.As such, when the output voltage of the
도 3b를 참조하면, 제어부(150)는 제 1 DC-AC 인버터(110a)로 위상 천이 없이 제어신호(VGS1,M1, VGS2,M1, VGS3,M1, VGS4,M1)를 인가하고, 제 2 DC-AC 인버터(110b)로 역시 위상 천이 없이 제어신호(VGS1,M2, VGS2,M2, VGS3,M2, VGS4,M2)를 인가하고, 제 n DC-AC 인버터(110c)로 제 3 간격의 위상 천이를 수행한 제어신호(VGS1,M3, VGS2,M3, VGS3,M3, VGS4,M3)를 인가할 수 있다. 그림에 도시되지 않았지만, 제 3 내지 제 n-1 DC-AC 인버터로는 제 1 및 제 2 DC-AC 인버터들(110a, 110b)와 마찬가지로 위상 천이 없이 제어신호가 인가될 수 있다.Referring to FIG. 3B, the
보다 상세하게, 제 1 DC-AC 인버터(110a) 및 제 2 DC-AC 인버터(110b)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 각각 제 3 펄스 폭(220)이 생성되고, 제 n DC-AC 인버터(110c)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 제 4 펄스 폭(230)이 생성될 수 있다. 제 1 펄스 폭(200) 및 제 3 펄스 폭(220)은 동일할 수 있다. In more detail, the transformer primary voltage pulse waveforms of the first DC-
부하로 출력되는 합산 출력신호(VTRS)는 동일한 파형을 갖는 제 1 내지 제 n-1 인버터들의 펄스 파형에 제 n DC-AC 인버터(110c)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형을 합산한 것과 같게 될 수 있다. 이에 따라, 제 n DC-AC 인버터(110c)의 변압기의 전압 펄스 파형을 통해 피크파형이 생성되어, 정현파와 유사한 펄스 파형이 생성될 수 있다.The sum output signal V TRS output to the load may be equal to the sum of the pulse waveforms of the transformer primary side voltage of the n-th DC-
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전원 장치의 출력 파형의 일부분에 대한 전류 도통 경로를 설명하기 위한 회로도이며, 도 4를 참조하여, 도 3의 t0 ~ t5까지의 구간에서 각각 발생하는 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)를 설명하도록 한다.FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a current conduction path for a portion of an output waveform of a power supply apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a plurality of circuits each generated in a section from t0 to t5 of FIG. The
예를 들어 to~t1 사이의 구간을 보면, 제 1 DC-AC 인버터(110a)에서 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)만 턴온 되고 제 3 스위칭 소자(120c) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.For example, looking at the interval between to and t1, in the first DC-
제 2 DC-AC 인버터(110b) 및 제 3 DC-AC 인버터(110c)에서 각각 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되고, 제 4 스위칭 소자(120d)는 마이너스 전압이 인가되어, 제 2 스위칭 소자(120b) 및 제 4 스위칭 소자(120d)만 턴온 되고 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 3 스위칭 소자(120c)는 턴-오프 될 수 있다.In the second DC-
t1~t2 사이의 구간 또한 t0~t1 사이의 구간과 같은 동작으로 복수의 스위치가 구동되며, t2~t3 사이의 구간을 살펴보면 제 1 DC-AC 인버터(110a) 및 제 2 DC-AC 인버터(110b)에서 각각 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)만 턴온 되고 제 3 스위칭 소자(120c) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.The sections between t1 and t2 are also driven in the same operation as the sections between t0 and t1, and when looking at the sections between t2 and t3, the first DC-
또한, 제 3 DC-AC 인버터(110c)에서 제 4 스위칭 소자(120d)는 마이너스 전압이 인가되고, 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 2 스위칭 소자(120b) 및 제 4 스위칭 소자(120d)만 턴온 되고, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 3 스위칭 소자(120c)는 턴-오프 될 수 있다.In addition, in the third DC-
t3~t4 사이의 구간을 살펴보면 제 1 DC-AC 인버터(110a) 및 제 2 DC-AC 인버터(110b)에서 각각 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)만 턴온 되고 제 3 스위칭 소자(120c) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.Referring to the section between t3 and t4, a positive voltage is applied to the
제 3 DC-AC 인버터(110c)에서 제 1 스위칭 소자(120a)는 플러스 전압이 인가되고, 제 3 스위칭 소자(120c)는 마이너스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 3 스위칭 소자(120c)만 턴온 되고, 제 2 스위칭 소자(120b) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.In the third DC-
t4~t5 사이의 구간을 살펴보면, 제 1 DC-AC 인버터(110a) 및 제 2 DC-AC 인버터(110b)에서 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)만 턴온 되고 제 3 스위칭 소자(120c) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.Looking at the interval between t4 ~ t5, in the first DC-
제 2 DC-AC 인버터(110b) 및 제 3 DC-AC 인버터(110c)에서 제 1 스위칭 소자(120a)는 플러스 전압이 인가되고 제 3 스위칭 소자(120c)는 마이너스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 3 스위칭 소자(120c)만 턴온되고, 제 2 스위칭 소자(120b) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.In the second DC-
도 1은 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 제어 방법에 대한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a power control method including a DC-AC inverter.
도 1을 참조하면, 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 입력단으로 직류 전원을 입력할 수 있다(단계 S100).Referring to FIG. 1, DC power may be input to input terminals of a plurality of DC-
보다 상세하게, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)가 스위칭되는 스위칭 모드일 경우, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 입력단을 통하여 직류 전원을 공급 받을 수 있다.In more detail, when the plurality of switching
복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 직류 전원을 입력 받고, 제어부(150)를 통해 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)에 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력할 수 있다. (단계 S110)The plurality of DC-
보다 상세하게, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력단에 연결되는 부하(140) 크기에 기초하여 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력을 독립적으로 제어할 수 있다.More specifically, the
제어신호는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(PWM) 신호를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력하는 것도 가능하다.The control signal may include a pulse width modulation (PWM) signal generated by phase shifting the basic waveform signal. The
제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 제어신호를 출력할 수 있다.The
이어서, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 각각에 포함된 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)는 제어신호에 기초하여 스위칭 될 수 있다(단계 S120).Subsequently, the plurality of switching
복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)는 제어신호에 기초하여 스위치가 턴온 또는 턴-오프 되는 스위칭에 따라 플러스 전압 또는 마이너스 전압을 공급받을 수 있다. DC-AC 인버터는 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)의 전압을 각각 합하여 변압기 1차측 전압을 생성할 수 있다.The plurality of switching
이어서, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 출력단으로 교류 전원이 출력될 수 있다(단계 S130).Subsequently, AC power may be output to the output terminals of the plurality of DC-
보다 상세하게, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 출력단에 연결된 부하(140)에 교류 전원을 출력할 수 있다.In more detail, AC power may be output to the
전술한 본 발명에 따른 전원 장치 및 그 제어방법에 따르면, 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하여, 경부하 영역에서의 스위칭 손실을 저감하고, 전력 변환 효율을 향상 시킬 수 있다. 또한, DC-AC 인버터의 출력 전압을 정현파 유사 파형으로 변형하여 기존파형 보다 상대적으로 성분을 크게 가져갈 수 있기 때문에 필터 설계 크기를 저감할 수 있다.According to the power supply apparatus and the control method according to the present invention described above, by controlling the output of the plurality of DC-AC inverter independently, it is possible to reduce the switching loss in the light load region, and improve the power conversion efficiency. In addition, since the output voltage of the DC-AC inverter can be transformed into a sinusoidal wave-like waveform, the component can be made relatively larger than the existing waveform, thereby reducing the filter design size.
본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the detailed description and the accompanying drawings of the present invention, specific embodiments have been described, but the present invention is not limited to the disclosed embodiments and does not depart from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art. Various substitutions, modifications and variations are possible within the scope. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be construed as including not only the claims below but also equivalents thereof.
110a, 110b, 110c: 복수의 DC-AC 인버터
120a, 120b, 120c, 120d: 복수의 스위칭 소자
130: 변압기
140: 부하
150: 제어부110a, 110b, 110c: multiple DC-AC inverters
120a, 120b, 120c, 120d: plurality of switching elements
130: transformer
140: load
150: control unit
Claims (13)
상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 제어부에서 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단은 리모트 플라즈마 생성기(RPG)의 챔버로 연결되고,
상기 제어부는 상기 챔버에 플라즈마를 생성하도록 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하고,
상기 제어신호는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함하고,
상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계는, 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 부하에서 요구되는 출력 전압이 소정 크기보다 낮은 경우 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력하는,
DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.Inputting a DC power source into input terminals of a plurality of DC-AC inverters of a switching mode connected in series with each other; And
A plurality of control signals independent of each other from the control unit to the plurality of DC-AC inverters so as to independently control the outputs of the plurality of DC-AC inverters based on the load magnitudes connected to the output terminals of the plurality of DC-AC inverters Outputting sequentially;
Output terminals of the plurality of DC-AC inverters are connected to a chamber of a remote plasma generator (RPG),
The control unit sequentially outputs the plurality of control signals to generate plasma in the chamber,
The control signal includes a pulse width modulation (PWM) signal generated by phase shifting a basic waveform signal,
The outputting of the plurality of control signals sequentially includes outputting a control signal having a phase shift different from that of the other DC-AC inverters to at least one DC-AC inverter of the plurality of DC-AC inverters. And outputting a control signal for outputting at least one DC-AC inverter of the plurality of DC-AC inverters to zero when the output voltage required by the load is lower than a predetermined magnitude.
Power control method of DC-AC inverter.
상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 복수의 DC-AC 인버터에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 상기 제어신호를 출력하는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.The method of claim 1,
In the step of sequentially outputting the plurality of control signals, the control unit outputs the control signal so that the voltage output from the plurality of DC-AC inverter is transformed from a pulse waveform to a sinusoidal wave like waveform, the power supply of the DC-AC inverter Control method.
상기 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 상기 최고점 및 상기 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 갖는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.The method of claim 5,
And the sinusoidal wave like waveform has symmetrical peaks, troughs and at least one midpoint between the peaks and the troughs.
상기 복수의 DC-AC 인버터 각각은
복수의 스위칭 소자; 및
상기 복수의 스위칭 소자와 연결되며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압을 입력 받는 변압기;를 포함하며,
상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제어신호에 기초하여 스위칭되는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.The method of claim 1,
Each of the plurality of DC-AC inverters
A plurality of switching elements; And
And a transformer connected to the plurality of switching elements and receiving a voltage according to the switching of the plurality of switching elements.
And the plurality of switching elements are switched based on the control signal.
상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단은 리모트 플라즈마 생성기(RPG)의 챔버로 연결되고,
상기 제어부는 상기 챔버에 플라즈마를 생성하도록 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하고,
상기 제어신호는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력하고, 상기 부하에서 요구되는 출력 전압이 소정 크기보다 낮은 경우 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력하는,
DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.A plurality of DC-AC inverters connected in series with each other so as to receive DC power from a power source and output AC power to an output terminal; And
The plurality of DC-AC inverters sequentially control a plurality of control signals independent of each other to independently control the outputs of the plurality of DC-AC inverters based on a load size connected to the output terminals of the plurality of DC-AC inverters. And a control unit for outputting the
Output terminals of the plurality of DC-AC inverters are connected to a chamber of a remote plasma generator (RPG),
The control unit sequentially outputs the plurality of control signals to generate plasma in the chamber,
The control signal includes a pulse width modulation (PWM) signal generated by phase shifting a basic waveform signal,
The control unit may output a control signal having a phase shift different from that of the other DC-AC inverters to at least one DC-AC inverter of the plurality of DC-AC inverters, and the output voltage required by the load may be lower than a predetermined magnitude. In the case of outputting a control signal such that the output of at least one DC-AC inverter of the plurality of DC-AC inverter is 0,
Power supply comprising a DC-AC inverter.
상기 제어부는 상기 복수의 DC-AC 인버터에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 상기 제어신호를 출력하는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.The method of claim 8,
The controller includes a DC-AC inverter for outputting the control signal so that the voltage output from the plurality of DC-AC inverter is transformed from a pulse waveform to a sinusoidal wave like waveform.
상기 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 상기 최고점 및 상기 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 갖는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.The method of claim 10,
And the sinusoidal wave like waveform has a highest point, a lowest point, and at least one midpoint between the highest point and the lowest point symmetrically.
상기 복수의 DC-AC 인버터 각각은
복수의 스위칭 소자; 및
상기 복수의 스위칭 소자와 연결되며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압을 입력 받는 변압기;를 포함하며,
상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제어신호에 기초하여 스위칭되는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.The method of claim 8,
Each of the plurality of DC-AC inverters
A plurality of switching elements; And
And a transformer connected to the plurality of switching elements and receiving a voltage according to the switching of the plurality of switching elements.
And the plurality of switching elements are switched based on the control signal.
Priority Applications (1)
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KR1020180016436A KR102032869B1 (en) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | Power Supply Apparatus including DC-AC Inverter and Method of Controlling the same |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020180016436A KR102032869B1 (en) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | Power Supply Apparatus including DC-AC Inverter and Method of Controlling the same |
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KR102032869B1 true KR102032869B1 (en) | 2019-10-17 |
Family
ID=67807384
Family Applications (1)
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2018
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