KR102175583B1 - Resonant converter including power network with passive devices - Google Patents

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KR102175583B1 KR1020180170917A KR20180170917A KR102175583B1 KR 102175583 B1 KR102175583 B1 KR 102175583B1 KR 1020180170917 A KR1020180170917 A KR 1020180170917A KR 20180170917 A KR20180170917 A KR 20180170917A KR 102175583 B1 KR102175583 B1 KR 102175583B1
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Abstract

실시예들은 부하 범위가 변동하는 부하를 포함한 부하부; 상기 부하에 전력을 공급하는 전력 공급원을 포함한 전력 변환 시스템에 있어서 상기 전력 공급원과 부하부 사이에 배치된 공진형 컨버터에 관련된다. 상기 공진형 컨버터는, 상기 전력 공급원의 전력을 부하부로 전달하는 전력 네트워크; 상기 전력 공급원과 전력 네트워크 사이에 배치된 인버터부; 및 상기 전력 네트워크와 부하부 사이에 배치된 정류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The embodiments include a load unit including a load whose load range varies; In a power conversion system including a power supply source for supplying power to the load, it relates to a resonant converter disposed between the power supply source and the load unit. The resonant converter may include a power network for transferring power from the power supply source to a load unit; An inverter unit disposed between the power supply source and a power network; And a rectifier disposed between the power network and the load unit.

Description

수동소자로 이루어진 전력 네트워크를 포함한 공진형 컨버터{RESONANT CONVERTER INCLUDING POWER NETWORK WITH PASSIVE DEVICES}Resonant converter including a power network made of passive elements {RESONANT CONVERTER INCLUDING POWER NETWORK WITH PASSIVE DEVICES}

본 발명은 공진형 컨버터에 적용되는 전력 네트워크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공진형 컨버터에 적용하는 경우 공진형 컨버터의 역률 개선 등 최적화에 기여하는, 수동 소자로 이루어진 4-단자 네트워크에 관련된다.The present invention relates to a power network applied to a resonant converter, and more particularly, to a four-terminal network made of passive elements, which contributes to optimization such as improvement of power factor of the resonant converter when applied to a resonant converter.

변압기는 임피던스를 변환하는 가장 대표적인 장치이다. 변압기를 이용하면 코일의 권선 비에 따라 전력 공급원에서 바라보는 부하 임피던스가 아래 식과 같이 변화하게 된다. The transformer is the most representative device for converting impedance. When a transformer is used, the load impedance viewed from the power supply source changes as shown in the following equation according to the coil turns ratio.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018131157786-pat00001
Figure 112018131157786-pat00001

그러나, 상기 식에서 볼 수 있듯이, 변압기를 이용하는 경우 부하 임피던스의 실수 성분(RL)과 허수 성분(XL)이 같은 비율로 변환되기 때문에 임의의 부하 임피던스를 시스템이 요구하는 특정 임피던스로 변환하는 것은 불가능하다.However, as can be seen from the above equation, when a transformer is used, since the real component (R L ) and the imaginary component (X L ) of the load impedance are converted at the same ratio, converting an arbitrary load impedance into a specific impedance required by the system is impossible.

이를 극복하기 위해, 수동 소자로 이루어진 전력 네트워크를 이용하는 시도가 있다. 그러나, 전력 네트워크는 수동 소자들의 다양한 조합으로 모델링 가능한데, 가능한 조합의 개수는 수동 소자의 개수에 따라 기하급수적으로 증가한다. 예를 들어, 2개의 수동 소자로 구성되는 조합 개수는 2개이지만, 4개의 수동 소자로 구성되는 조합 개수는 182개에 이른다. In order to overcome this, there is an attempt to use a power network made of passive elements. However, the power network can be modeled with various combinations of passive elements, and the number of possible combinations increases exponentially with the number of passive elements. For example, the number of combinations composed of two passive elements is two, but the number of combinations composed of four passive elements reaches 182.

따라서, 수동 소자로 이루어진 전력 네트워크를 공진형 컨버터에 대해 적용하는 경우, 단일 최적 주파수에서 주로 구동되고, 넓은 입력 전압 범위를 만족하도록 설계되면 정격 조건에서만 효율이 좋은 공진형 컨버터의 특성에 비추어 볼 때 수많은 조합을 개별적으로 실험하는 것은 실질적으로 불가능한 한계가 있다.Therefore, in the case of applying a power network composed of passive elements to a resonant converter, it is mainly driven at a single optimum frequency, and if it is designed to satisfy a wide input voltage range, in view of the characteristics of a resonant converter that is good only under rated conditions. There is a limit that makes it practically impossible to experiment with numerous combinations individually.

특허공개공보 제10-2018-0058003호Patent Publication No. 10-2018-0058003

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공진형 컨버터에 적용하는 경우 공진형 컨버터의 역률 개선 등 최적화에 기여하는, 수동 소자로 이루어진 4-단자 네트워크를 갖는 공진형 컨버터가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when applied to a resonant converter, a resonant converter having a four-terminal network made of passive elements may be provided that contributes to optimization such as improvement of the power factor of the resonant converter.

본 발명의 일 측면에 따른 전력 공급원 및 부하를 갖는 전력 변환 시스템에 적용되는 공진형 컨버터는 상기 전력 공급원의 전력을 부하로 전달하며, 수동 소자로 이루어진 전력 네트워크; 상기 전력 공급원과 전력 네트워크 사이에 배치된 인버터부; 및 상기 전력 네트워크와 부하 사이에 배치된 정류기를 포함할 수 있다.A resonant converter applied to a power conversion system having a power supply source and a load according to an aspect of the present invention transmits power from the power supply source to a load, and includes a power network comprising a passive element; An inverter unit disposed between the power supply source and a power network; And a rectifier disposed between the power network and the load.

일 실시예에서, 상기 전력 네트워크는 제1 네트워크 임피던스, 제2 네트워크 임피던스, 제3 네트워크 임피던스 및 제4 네트워크 임피던스를 포함할 수 있다.In one embodiment, the power network may include a first network impedance, a second network impedance, a third network impedance, and a fourth network impedance.

일 실시예에서, 각 네트워크 임피던스의 허수 성분은 다음과 같이 각각 표현되며,In one embodiment, the imaginary component of each network impedance is each expressed as follows,

Figure 112018131157786-pat00002
Figure 112018131157786-pat00002

여기서, X11은 제1 네트워크 임피던스의 허수 성분, X22는 제4 네트워크 임피던스의 허수 성분, X12는 제2 네트워크 임피던스의 허수 성분을 나타내고, Xin 및 Rin은 전력 공급원에서 바라본 입력 임피던스의 성분들을 나타내며, RL은 부하 임피던스의 실수 성분을 나타내고, RL,crit은 RL이 변동할 때 Rin이 최대가 되게 하는 RL값을 나타낸다.Here, X 11 is the imaginary component of the first network impedance, X 22 is the imaginary component of the fourth network impedance, X 12 is the imaginary component of the second network impedance, and X in and R in are the input impedance viewed from the power source. Indicate the components, R L represents the real component of the load impedance, and R L,crit represents the value of R L that makes R in the maximum when R L fluctuates.

일 실시예에서, 상기 전력 네트워크는 T형 등가회로로 모델링될 수 있으며, 상기 T형 등가회로는, 상기 전력 네트워크의 입력단과 출력단 사이에 직렬로 배치된 제1 등가 임피던스와 제2 등가 임피던스; 및 상기 제1 등가 임피던스 및 제2 등가 임피던스 사이 노드에서 연장되고, 제1 등가 임피던스 및 제2 등가 임피던스와 병렬 연결된 제3 등가 임피던스로 구성되며, 상기 제1 등가 임피던스의 허수 성분은 X11-X12, 제2 등가 임피던스의 허수 성분은 X22-X12, 제3 등가 임피던스의 허수 성분은 X12로 표현된다. In one embodiment, the power network may be modeled as a T-type equivalent circuit, and the T-type equivalent circuit includes: a first equivalent impedance and a second equivalent impedance arranged in series between an input terminal and an output terminal of the power network; And a third equivalent impedance extending from a node between the first equivalent impedance and the second equivalent impedance and connected in parallel with the first equivalent impedance and the second equivalent impedance, and the imaginary component of the first equivalent impedance is X 11 -X 12 , the imaginary component of the second equivalent impedance is represented by X 22 -X 12 , and the imaginary component of the third equivalent impedance is represented by X 12 .

일 실시예에서, 상기 전력 네트워크는 T형 등가회로의 등가 임피던스들이 아래의 수식을 만족하도록 구성되며,In one embodiment, the power network is configured such that the equivalent impedances of the T-type equivalent circuit satisfy the following equation,

Figure 112018131157786-pat00003
Figure 112018131157786-pat00003

여기서, X1은 제1 등가 임피던스의 허수 성분, X2는 제2 등가 임피던스의 허수 성분, 및 X3은 제3 등가 임피던스의 허수 성분을 나타낸다. Here, X 1 represents the imaginary component of the first equivalent impedance, X 2 represents the imaginary component of the second equivalent impedance, and X 3 represents the imaginary component of the third equivalent impedance.

일 실시예에서, 상기 전력 네트워크는, 상기 전력 네트워크의 입력단과 출력단 사이에 직렬로 배치된 제1 커패시터와 제2 커패시터; 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이에 배치된 제1 인덕터; 및 상기 제1 인덕터 및 제2 커패시터 사이 노드에서 연장되고, 상기 제1 인덕터 및 제2 커패시터와 병렬 연결된 제2 인덕터를 포함할 수 있다. In one embodiment, the power network includes: a first capacitor and a second capacitor disposed in series between an input terminal and an output terminal of the power network; A first inductor disposed between the first capacitor and the second capacitor; And a second inductor extending from a node between the first inductor and the second capacitor and connected in parallel with the first inductor and the second capacitor.

일 실시예에서, 상기 전력 변환 시스템은 주파수에 따라 전력 네트워크에 입력되는 입력 전압이 변동하도록 구성된 경우, 상기 전력 네트워크는, 제1 주파수 f0 또는 제2 주파수 f1에서 최적화된 역률 값을 갖도록 설계될 수 있다. In one embodiment, when the power conversion system is configured to vary the input voltage input to the power network according to the frequency, the power network is designed to have an optimized power factor value at the first frequency f 0 or the second frequency f 1 Can be.

일 실시예에서, 상기 공진형 컨버터의 최적화된 역률 값은 0.9 내지 1일 수 있다. In one embodiment, the optimized power factor value of the resonant converter may be 0.9 to 1.

일 실시예에서, 상기 전력 네트워크는 상기 제1 주파수에서 다음의 수학식을 만족하도록 더 구성되고,In one embodiment, the power network is further configured to satisfy the following equation at the first frequency,

Figure 112018131157786-pat00004
Figure 112018131157786-pat00004

여기서, X11_0은 제1 주파수에서 제1 네트워크 임피던스의 허수 성분, X12_0은 제1 주파수에서 제2 네트워크 임피던스의 허수 성분, X22_0은 제1 주파수에서 제4 네트워크 임피던스의 허수 성분, RL_0은 제1 주파수에서 부하 임피던스의 실수 성분을 나타낸다.Where X 11_0 is the imaginary component of the first network impedance at the first frequency, X 12_0 is the imaginary component of the second network impedance at the first frequency, X 22_0 is the imaginary component of the fourth network impedance at the first frequency, and R L_0 is It represents the real component of the load impedance at the first frequency.

일 실시예에서, 상기 전력 네트워크는 상기 제2 주파수에서 다음의 수학식을 만족하도록 더 구성되고,In one embodiment, the power network is further configured to satisfy the following equation at the second frequency,

Figure 112018131157786-pat00005
Figure 112018131157786-pat00005

여기서, X11_1은 제2 주파수에서 제1 네트워크 임피던스의 허수 성분, X12_1는 제2 주파수에서 제2 네트워크 임피던스의 허수 성분, X22_1는 제2 주파수에서 제4 네트워크 임피던스의 허수 성분, RL_1는 제2 주파수에서 부하 임피던스의 실수 성분을 나타낸다. Here, X 11_1 is the imaginary component of the first network impedance at the second frequency, X 12_1 is the imaginary component of the second network impedance at the second frequency, X 22_1 is the imaginary component of the fourth network impedance at the second frequency, and R L_1 is It represents the real component of the load impedance at the second frequency.

일 실시예에서, 상기 전력 네트워크는 상호적(reciprocal)으로 구성될 수 있다. In one embodiment, the power network may be reciprocal.

본 발명의 일 측면에 따른 공진형 컨버터에 포함된, 수동소자로 이루어진 전력 네트워크는 부하 변동 또는 입력 전압 변동 등의 구동 조건이 변동에도 불구하고 공진형 컨버터가 최적화된 역률 또는 역률 변동 허용 범위 내 역률을 유지할 수 있도록 구성된다. In the power network comprising passive elements included in the resonant converter according to an aspect of the present invention, the resonant converter is optimized power factor or power factor within the allowable range of power factor fluctuations despite fluctuations in driving conditions such as load fluctuations or input voltage fluctuations. It is configured to be able to maintain.

일 실시예에서, 전력 네트워크는 시스템의 부하가 변동됨에도 불구하고, 공진형 컨버터가 최적화된 역률 또는 역률 변동 허용 범위 내 역률을 유지할 수 있도록 구성된다. In one embodiment, the power network is configured such that the resonant converter can maintain an optimized power factor or a power factor within a power factor fluctuation tolerance, even though the load of the system fluctuates.

통상적으로 설계자는 공진형 컨버터가 높은 역률을 갖도록 설계하므로, 결국, 구동 조건의 변동에도 불구하고 본 발명에 따른 공진형 컨버터는 높은 역률을 가질 수 있다. 이로 인해, 공진형 컨버터가 적용된 전력 변환 시스템 전체가 높은 효율을 가질 수 있다. In general, a designer designs a resonant converter to have a high power factor, and as a result, the resonant converter according to the present invention may have a high power factor despite variations in driving conditions. For this reason, the entire power conversion system to which the resonant converter is applied can have high efficiency.

특히, 상기 실시예따른 전력 네트워크를 설계함에 있어, 각 조합별 사례연구가 없이도, 공진형 컨버터에 최적화된 수동소자의 조합을 설계할 수 있다. 이로 인해, 사례연구에 소모될 수 있는 시간, 비용 등의 자원을 절약할 수 있다. In particular, in designing the power network according to the above embodiment, it is possible to design a combination of passive elements optimized for a resonant converter without a case study for each combination. As a result, it is possible to save resources such as time and money that may be consumed in case studies.

다른 일 실시예에서, 전력 네트워크는 시스템의 입력 전압이 변동됨에도 불구하고, 공진형 컨버터가 최적화된 역률 또는 역률 변동 허용 범위 내 역률을 유지할 수 있도록 구성된다. In another embodiment, the power network is configured such that the resonant converter is capable of maintaining an optimized power factor or a power factor within a power factor fluctuation tolerance range even though the input voltage of the system fluctuates.

따라서, 이러한 전력 네트워크(130)가 적용된 공진형 컨버터는 보다 넓은 범위에서 입력 전압이 바뀌어도 높은 역률을 가질 수 있어, 정격 조건이 확장되는 효과를 가진다. 결국 상기 공진형 컨버터를 포함한 전력 변환 시스템 전체의 효율이 향상될 수 있다.Accordingly, the resonant converter to which the power network 130 is applied may have a high power factor even if the input voltage is changed over a wider range, and thus the rated condition is extended. Consequently, the overall efficiency of the power conversion system including the resonant converter may be improved.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 변환 네트워크를 포함한 전력 변환 시스템을 개략적으로 모델화한 시스템 구조도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 네트워크가 적용된 결과를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 네트워크의 등가 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 공진형 컨버터를 포함한 전력 변환 시스템1의 개략적인 회로도이다.
도 5a 내지 도 5c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 변동 범위에 따른 부하 임피던스를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 부하 변동에 따른 입력 임피던스의 변동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 도 4의 전력 변환 시스템을 개략적으로 모델화한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 제1 실시에에 따른, 부하의 변동 범위에 따른 역률을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 전력 네트워크의 회로도이다.
도 10a 내지 도 10c는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 주파수에 따른 입력 임피던스 및 전압 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 공진형 컨버터의 입력단의 전압(V1) 파형과 전류(I1) 파형을 설명하기 위한 도면이다.
In order to more clearly describe the technical solutions of the embodiments of the present invention or prior art, the drawings necessary in the description of the embodiments are briefly introduced below. It is to be understood that the following drawings are for the purpose of describing the embodiments of the present specification and not for the purpose of limitation. In addition, some elements to which various modifications such as exaggeration and omission are applied may be shown in the drawings below for clarity of description.
1 is a system structure diagram schematically modeling a power conversion system including a power conversion network according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a result of applying a power network according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams for explaining an equivalent circuit of a power network according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic circuit diagram of a power conversion system 1 including a resonant converter according to a first embodiment of the present invention.
5A to 5C are diagrams for explaining a load impedance according to a variation range according to the first embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a variation of an input impedance according to a variation of a load according to the first embodiment of the present invention.
7 is a diagram schematically modeling the power conversion system of FIG. 4 according to the first embodiment of the present invention.
8A and 8B are diagrams for explaining a power factor according to a variation range of a load according to the first embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram of a power network, according to a second embodiment of the present invention.
10A to 10C are diagrams for explaining an input impedance and a voltage gain according to a frequency according to a second embodiment of the present invention.
11A and 11B are diagrams for explaining a voltage V1 waveform and a current I1 waveform at an input terminal of a resonant converter according to a second embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 확정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것이지, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명 및 첨부 된 특허청구의 범위에서 사용되는 단수 표현은 아래위 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현도 포함하는 것을 의도한다. 또한 본 발명에서 사용한 “및/또는”이라는 용어에 대해서는 하나 또는 복수의 관련되는 열거한 항목들의 임의 또는 모든 가능한 조합들을 포함하는 것으로 이해 하여야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe the determined embodiment, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions used in the scope of the present invention and the appended claims are intended to include plural expressions as well, unless clearly indicated otherwise in the context below. In addition, the term "and/or" used in the present invention should be understood to include any or all possible combinations of one or more related listed items.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second and third are used to describe various parts, components, regions, layers, and/or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in a commonly used dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal meaning unless defined.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 변환 네트워크를 포함한 전력 변환 시스템을 간단히 모델화한 시스템 구조도이다. 1 is a system structure diagram of a simple model of a power conversion system including a power conversion network according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전력 변환 시스템(1)은 전력을 공급하는 전력 공급원(110); 입력 전력을 변환하는 전력 네트워크(130); 및 전력 네트워크(130)를 통해 전력을 공급받는 부하부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the power conversion system 1 includes a power supply source 110 for supplying power; A power network 130 for converting input power; And a load unit 150 receiving power through the power network 130.

전력 공급원(110)은 AC 전력을 공급한다. 일 실시예에서, 전력 공급원은, 단상 또는 3상 전력 공급원과 같은, 그 자체로 AC 전력을 공급하도록 구성되거나, 또는 인버터 회로를 활용하여 DC 전압원으로부터 AC 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.The power supply 110 supplies AC power. In one embodiment, the power supply may be configured to supply AC power by itself, such as a single or three phase power supply, or may be configured to supply AC power from a DC voltage source utilizing an inverter circuit.

전력 네트워크(130)는 부하 임피던스(ZL)을 포함한 부하부(150)에 연결된다. 전력 네트워크(130)의 역할은 전력 공급원(110)에서 부하 임피던스(ZL)를 바라볼 때의 임피던스인 입력 임피던스(Zin)를 원하는 값으로 변환하는 것이다. The power network 130 is connected to the load unit 150 including the load impedance Z L. The role of the power network 130 is to convert the input impedance Z in which is the impedance when the load impedance Z L is viewed from the power supply 110 to a desired value.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 네트워크가 적용된 결과를 도시한 도면이다. 2 is a diagram showing a result of applying a power network according to an embodiment of the present invention.

임의의 부하 임피던스(ZL)를 시스템이 요구하는 입력 임피던스(Zin)로 변환된 예시를 나타낸다. 이 때 R은 Z의 실수 성분을 나타내고 X는 Z의 허수 성분을 나타낸다. 부하 임피던스(ZL)를 특정한 입력 임피던스(Zin)로 변환함으로써 시스템이 요구하는 특성을 만족시킬 수 있다. 예를 들어 입력단에서의 역률을 개선하거나 부하에 인가되는 전압을 승압 또는 강압할 수 있다. 변압기를 사용하는 경우, 부하 임피던스(ZL)의 실수 성분(RL)과 허수 성분(XL)이 같은 비율로 변환된다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따르면, 임의의 값으로 부하 임피던스(ZL)를 변환할 수 있다는 특징이 있다.An example of converting an arbitrary load impedance (Z L ) into an input impedance (Z in ) required by the system is shown. In this case, R represents the real component of Z and X represents the imaginary component of Z. By converting the load impedance (Z L ) into a specific input impedance (Z in ), it is possible to satisfy the characteristics required by the system. For example, the power factor at the input terminal can be improved or the voltage applied to the load can be boosted or stepped down. When a transformer is used, the real component (R L ) and the imaginary component (X L ) of the load impedance (Z L ) are converted at the same ratio. However, according to embodiments of the present invention, there is a feature that the load impedance (Z L ) can be converted to an arbitrary value.

상기 전력 네트워크(130)는 복수의 수동 소자를 포함할 수 있다. 3단자 이상을 포함하는 경우, 더 많은 공진 주파수를 갖는 공진형 컨버터로 활용될 수 있고, 또한 4단자 이상을 포함하는 경우, 기동 시간(start up) 및 출력 단자 보호(short circuit protection)에 보다 효과적이다. The power network 130 may include a plurality of passive elements. In the case of including 3 or more terminals, it can be used as a resonant converter with more resonant frequency, and in the case of including 4 or more terminals, it is more effective for start up and short circuit protection. to be.

따라서, 이하 설명의 편의성을 위해, 전력 네트워크(130)는 제1 네트워크 임피던스(Z11), 제2 네트워크 임피던스(Z12), 제3 네트워크 임피던스(Z21), 및 제4 네트워크 임피던스(Z22)를 포함한 4단자 전력 네트워크로 지칭하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 네트워크(130)는 4단자 전력 네트워크로 제한되는 것으로 의도되진 않으며, 2단자 이상의 다양한 수동 소자의 조합을 포함하는 전력 네트워크(130)에 대하여도 적용될 수 있다. Therefore, for convenience of description below, the power network 130 includes a first network impedance (Z 11 ), a second network impedance (Z 12 ), a third network impedance (Z 21 ), and a fourth network impedance (Z 22 ). The embodiments will be described by referring to a 4-terminal power network including ). However, the power network 130 according to the embodiments of the present invention is not intended to be limited to a four-terminal power network, and may also be applied to a power network 130 including a combination of two or more various passive elements. .

임의의 주파수에서 수동 소자로 이루어진 4-단자 네트워크의 입출력 관계는 아래 식으로 일반화하여 나타낼 수 있다. The input/output relationship of a 4-terminal network made of passive elements at an arbitrary frequency can be generalized by the following equation.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018131157786-pat00006
Figure 112018131157786-pat00006

여기서, V1은 전력 네트워크(130)의 입력단의 전압, V2는 전력 네트워크(130)의 출력단의 전압, I1은 전력 네트워크(130)의 입력단의 전류, I2는 전력 네트워크(130)의 출력단의 전류를 나타낸다. 또한, Z11은 R11+jX11, Z12는 R12+jX12, Z21은 R21+jX21, 및 Z22는 R22+jX22로 표현될 수 있다. Here, V 1 is the voltage at the input end of the power network 130, V 2 is the voltage at the output end of the power network 130, I 1 is the current at the input end of the power network 130, and I 2 is the power network 130. Shows the current at the output stage. In addition, Z 11 may be represented as R 11 +jX 11 , Z 12 as R 12 +jX 12 , Z 21 as R 21 +jX 21 , and Z 22 as R 22 +jX 22 .

여기서 전력 네트워크 회로(130)는 수동소자로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 캐패시터, 또는 인덕터 또는 이들의 조합으로만 구성될 수 있다. 즉 전력 네트워크 회로(130)는 무효 성분만을 갖는 무손실 시스템일 수 있다. 전력 네트워크(130)에서 손실이 없다고 가정하면, 아래와 같이 변경된 식으로 표현할 수 있다. 이 경우, 전력 네트워크(130)가 상호적이면(reciprocal) X12=X21이다. Here, the power network circuit 130 may be composed of a passive element, and preferably may be composed only of a capacitor, an inductor, or a combination thereof. That is, the power network circuit 130 may be a lossless system having only reactive components. Assuming that there is no loss in the power network 130, it can be expressed as a modified equation as follows. In this case, if the power network 130 is reciprocal, X 12 =X 21 .

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018131157786-pat00007
Figure 112018131157786-pat00007

여기서, X11, X12, X22 는 4-단자 전력 네트워크(130)를 설계하는 자유도와 관련되며, 각각의 값은 설계자가 의도하는 시스템의 목적에 따라 결정될 수 있다. Here, X 11 , X 12 , and X 22 are related to degrees of freedom for designing the 4-terminal power network 130, and each value may be determined according to the purpose of the system intended by the designer.

입력 임피던스(Zin)와 출력 임피던스(예컨대, 부하 임피던스(ZL))는 각각 아래의 식과 같이 정의된다. 이 때 R은 Z의 실수 성분을 나타내고 X는 Z의 허수 성분을 나타낸다. The input impedance (Z in ) and the output impedance (eg, load impedance (Z L )) are each defined by the following equation. In this case, R represents the real component of Z and X represents the imaginary component of Z.

[수학식 4 및 5][Equations 4 and 5]

Figure 112018131157786-pat00008
Figure 112018131157786-pat00008

전술한 식들에 기초하면, 4-단자 전력 네트워크(130)의 출력 임피던스(ZL)와 입력 임피던스(Zin) 간의 관계는 아래의 식으로 표현될 수 있다. Based on the above equations, the relationship between the output impedance Z L and the input impedance Z in of the 4-terminal power network 130 may be expressed by the following equation.

[수학식 6 및 7][Equations 6 and 7]

Figure 112018131157786-pat00009
Figure 112018131157786-pat00009

도 3a 및 도 3b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 네트워크의 등가 회로를 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3B are diagrams for explaining an equivalent circuit of a power network according to an embodiment of the present invention.

X11, X12, X22가 결정되면 이를 T형 등가 모델, 또는 pi형 등가 모델로 구현할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 네트워크(130)를 T형 등가 모델로 구현할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, T형 등가 회로는 상기 전력 네트워크의 입력단과 출력단 사이에 직렬로 배치된 제1 등가 임피던스(Z1)와 제2 등가 임피던스(Z2); 및 상기 제1 등가 임피던스(Z1) 및 제2 등가 임피던스(Z2) 사이 노드에서 연장되고, 제1 등가 임피던스(Z1) 및 제2 등가 임피던스(Z2)와 병렬 연결된 제3 등가 임피던스(Z3)를 포함한다. 이 경우, 제1, 등가 임피던스, 제2 등가 임피던스 및 제3 등가 임피던스는 제1 네트워크 임피던스, 제2 네트워크 임피던스, 제3 네트워크 임피던스 및 제4 네트워크 임피던스를 이용하여 다음과 같이 각각 표현될 수 있다.When X 11 , X 12 , and X 22 are determined, it can be implemented as a T-type equivalent model or a pi-type equivalent model. In one embodiment, the power network 130 may be implemented as a T-type equivalent model. As shown in FIG. 3A, the T-type equivalent circuit includes: a first equivalent impedance Z 1 and a second equivalent impedance Z 2 arranged in series between the input terminal and the output terminal of the power network; And the first equivalent impedance (Z 1) and the second equivalent impedance (Z 2) extends between nodes, the first equivalent impedance (Z 1) and the second equivalent impedance (Z 2) and the parallel connected third equivalent impedance ( Z 3 ). In this case, the first, equivalent impedance, second equivalent impedance, and third equivalent impedance may be expressed as follows using a first network impedance, a second network impedance, a third network impedance, and a fourth network impedance, respectively.

[수학식 8 내지 10][Equations 8 to 10]

Z1=jX11-jX12 Z 1 =jX 11 -jX 12

Z2=jX22-jX12 Z 2 =jX 22 -jX 12

Z3=jX12 Z 3 =jX 12

일부 실시예에서, 전력 변환 시스템(1)이 절연형으로 구성된 경우, 전력 네트워크(130)는 변압기를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 절연형 네트워크는 n의 비율로 감겨진 변압기를 더 포함할 수 있다. In some embodiments, when the power conversion system 1 is configured in an isolated type, the power network 130 may further include a transformer. For example, as shown in FIG. 3B, the isolated network may further include a transformer wound at a ratio of n.

상기 수학식 6 및 수학식 7에 기초하여 4-단자 네트워크의 설계 자유도 X11, X12, X22를 설계하면, 출력 임피던스를 임의의 입력 임피던스로 변환 할 수 있다. 부하와 관련된 변수는 상수이고, 변수인 설계 자유도는 3개인데, 만족해야하는 식은 Rin 및 Xin에 대한 식 2개이다. 이로 인해, 출력 임피던스를 변환할 수 있는 해는 무수히 많이 존재한다. 따라서 4-단자 전력 네트워크(130)는 높은 자유도를 가지기 때문에, 최적화된 전력 네트워크를 설계하는데 용이하게 활용될 수 있다. When designing degrees of freedom X 11 , X 12 , and X 22 of a 4-terminal network based on Equations 6 and 7 above, the output impedance can be converted into an arbitrary input impedance. The variable related to the load is a constant, and the design degree of freedom is three, and the equations that must be satisfied are two equations for R in and X in . For this reason, there are countless solutions to convert the output impedance. Therefore, since the 4-terminal power network 130 has a high degree of freedom, it can be easily utilized to design an optimized power network.

특히, 전력 네트워크(130) 및 다른 구성요소에 기초한 공진형 컨버터가 전력 변환 시스템(1)에 포함되는 경우, 공진형 컨버터를 구동하는데 최적화된 (예컨대, 공진형 컨버터의 역률을 향상시킬 수 있는) 전력 네트워크(130)를 설계할 수 있다In particular, when a resonant converter based on the power network 130 and other components is included in the power conversion system 1, it is optimized to drive the resonant converter (for example, the power factor of the resonant converter can be improved). The power network 130 can be designed

제1 실시예Embodiment 1

도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 공진형 컨버터를 포함한 전력 변환 시스템(1)의 회로도이다. 4 is a circuit diagram of a power conversion system 1 including a resonant converter, according to a first embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 전력 변환 시스템(1)은 전력 공급원(110), 부하부(150), 및 전력 공급원(110)의 전력을 부하부(150)로 전달하는 공진형 컨버터(RC, Resonant Converter)를 포함한다. 상기 공진형 컨버터는 전력 네트워크(130)를 포함한다. 또한, 일부 실시예에서, 공진형 컨버터는 인버터부(120), 및 정류기 회로(140) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 4, the power conversion system 1 is a resonant converter (RC, Resonant Converter) that transfers power from the power supply source 110, the load unit 150, and the power supply source 110 to the load unit 150. ). The resonant converter includes a power network 130. In addition, in some embodiments, the resonant converter may further include one or more of the inverter unit 120 and the rectifier circuit 140.

일부 실시예에서, 인버터 회로는 능동 소자의 개수 또는 출력 형태에 따라 구분될 수 있다. 인버터 회로는, 예를 들어 4개의 스위치를 통해 DC 전압원으로부터 구형파 전압을 합성하는 풀 브릿지 인버터, 2개의 스위치를 통해 구형파 전압을 합성하는 하프 브릿지 인버터 등을 포함한다. In some embodiments, the inverter circuit may be classified according to the number of active elements or output types. The inverter circuit includes, for example, a full bridge inverter that synthesizes a square wave voltage from a DC voltage source through four switches, a half bridge inverter that synthesizes a square wave voltage through two switches, and the like.

또한, 전력 변환 시스템(1)은 제어기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 제어기는 인버터부(120)의 출력 전압을 제어하는 역할을 한다. 제어기는 전류 지령 생성기, 약자속 제어기, 전류 제어기, 전압 제어기, 스텝 전압 생성기, 보상 전압 생성기, PWM부, 좌표변환기 중 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the power conversion system 1 may further include a controller (not shown). The controller serves to control the output voltage of the inverter unit 120. The controller may include one or more of a current command generator, a weak magnetic flux controller, a current controller, a voltage controller, a step voltage generator, a compensation voltage generator, a PWM unit, and a coordinate converter, but is not limited thereto.

도 5a 내지 도 5c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 변동 범위에 따른 부하 임피던스를 설명하기 위한 도면이다. 부하의 임피던스 성분별 변동 범위는 도 5a 내지 도 5c에서 각 지점(ZL, Zin)을 포함한 영역으로 각각 표현된다.5A to 5C are diagrams for explaining a load impedance according to a variation range according to the first embodiment of the present invention. Variation ranges for each impedance component of the load are represented by regions including respective points Z L and Z in in FIGS. 5A to 5C.

부하부(150)에 포함된 부하 임피던스는 특정 범위에서 변동하는 변동 부하이다. 전력 공급원(110)에서 부하 임피던스를 바라 볼 때, 전력 공급원(110)과 부하 임피던스 사이에 배치된 공진형 컨버터의 구성요소(예컨대, 전력 네트워크(130) 등)에 의해, 부하 임피던스는 공진형 컨버터의 입력 임피던스로 변환된다. The load impedance included in the load unit 150 is a variable load that fluctuates within a specific range. When looking at the load impedance from the power supply source 110, the load impedance is determined by the components of the resonant converter disposed between the power supply source 110 and the load impedance (for example, the power network 130). Is converted to the input impedance of

도 5a는 부하 임피던스의 실수 성분이 상대적으로 넓은 범위에서 변화할 때 입력 임피던스의 실수 성분이 상대적으로 좁은 범위에서 변동하는 예시이고, 도 5b는 부하 임피던스의 실수 성분이 넓은 범위에서 변화할 때 입력 임피던스의 허수 성분이 좁은 범위에서 변동하는 예시이다. 마지막으로 도 7c는 부하 임피던스가 변화하더라도 입력 임피던스는 변화하지 않는 예시이다.5A is an example in which the real component of the input impedance fluctuates within a relatively narrow range when the real component of the load impedance changes over a relatively wide range, and FIG. 5B is an example of the input impedance when the real component of the load impedance changes over a wide range. This is an example in which the imaginary component of is fluctuated in a narrow range. Finally, FIG. 7C is an example in which the input impedance does not change even if the load impedance changes.

전력 시스템이 컨버터 및 부하를 포함하는 경우, 일반적으로 부하 임피던스는 한 점에 고정되어 있지 않고 특정 범위 내에서 변화한다. 특히, 컨버터가 공진형 컨버터인 경우, 하나의 주파수에서 최적화된 공진형 컨버터의 특성 상 부하 임피던스가 변동하면, 공진형 컨버터의 입력단의 역률이 저하되게 되고, 결국 전체 전력 시스템이 비효율적으로 구동하게 되는 문제가 있다. When the power system includes a converter and a load, the load impedance is generally not fixed at one point and varies within a certain range. In particular, when the converter is a resonant converter, if the load impedance fluctuates due to the characteristics of the resonant converter optimized at one frequency, the power factor of the input terminal of the resonant converter decreases, resulting in inefficient driving of the entire power system. there is a problem.

전술한 바와 같이, 4-단자 전력 네트워크(130)는 높은 자유도를 가진다. 따라서, 전력 변환 시스템(1)에 포함된 전력 네트워크(130)가 특정 범위에서 변화하는 부하를 시스템이 요구하는 범위의 입력 임피던스로 변환하도록 설계되는 경우, 공진형 컨버터에 연결된 부하 임피던스의 변동에 따른 역률 저하의 문제를 해결할 수 있다. As described above, the four-terminal power network 130 has a high degree of freedom. Therefore, when the power network 130 included in the power conversion system 1 is designed to convert a load varying in a specific range into an input impedance in a range required by the system, the load impedance connected to the resonant converter is varied. It can solve the problem of power factor drop.

일 실시예에서, 부하 임피던스의 변동에 따른 역률 저하 문제를 해결하기 위해, 전력 네트워크(130)는 공진형 컨버터에 적용될 경우 공진형 컨버터에 최적화된 역률(또는 설계자에 의해 의도된 역률)을 갖도록 설계될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 전력 네트워크(130)는 최적화된 역률을 기준으로 역률 변동 허용 범위 내의 역률을 갖도록 설계될 수도 있다. 예를 들어, 역률 변동 허용 범위가 10%인 경우, 전력 네트워크(130)는 공진형 컨버터가 0.9 내지 1 사이의 역률 값을 갖도록 설계될 수 있다.In one embodiment, in order to solve the problem of lowering the power factor due to fluctuations in load impedance, the power network 130 is designed to have a power factor (or power factor intended by the designer) optimized for the resonant converter when applied to a resonant converter. Can be. In addition, in some embodiments, the power network 130 may be designed to have a power factor within an allowable range of power factor fluctuations based on the optimized power factor. For example, when the power factor variation allowable range is 10%, the power network 130 may be designed such that the resonant converter has a power factor value between 0.9 and 1.

통상적으로 역률이 1인 경우를 최적 값으로 설정하기 때문에, 대부분의 경우 전력 네트워크(130)는 공진형 컨버터의 역률이 1 또는 1에 가까운 수치의 (예컨대, 0.85 이상) 역률을 갖도록 설계될 수 있다. Since the power factor is usually set to an optimal value, in most cases, the power network 130 may be designed to have a power factor of 1 or a value close to 1 (eg, 0.85 or more) of the resonant converter. .

그러나, 최적화된 역률 값, 역률의 변동 허용 범위는 시스템의 특성에 의존하며, 이에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 따라서, 전술한 부하 변동에 대한 최적화 수치들(예컨대, 1 또는 1에 가까운 역률 값)은 단지 예시적으로 서술된 것이다. 전력 네트워크(130)의 설계는 이에 제한되지 않으며, 특정 경우에는 (예컨대, 스위칭 특성을 높이기 위해) 전력 네트워크(130)는 의도적으로 1 보다 낮은 값의 역률 값을 갖도록 설계될 수도 있음이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.However, the optimized power factor value and the permissible range of power factor fluctuations depend on the characteristics of the system and may be variously determined accordingly. Accordingly, the above-described optimization values for load fluctuations (eg, 1 or a power factor value close to 1) are merely illustrative. The design of the power network 130 is not limited thereto, and in certain cases (e.g., to increase switching characteristics), the power network 130 may be intentionally designed to have a power factor value lower than 1 Will be clear to you.

도 6은, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 부하 변동에 따른 입력 임피던스의 변동을 설명하기 위한 도면이다. 6 is a diagram for explaining a variation of an input impedance according to a variation of a load according to the first embodiment of the present invention.

부하 임피던스가 범위를 가지고 변동하는 경우, 입력 임피던스의 변동은 도 6에 도시된 바와 같이 나타난다. 여기서, RL은 부하 임피던스(ZL)의 실수 성분을 나타낸다. When the load impedance fluctuates with a range, the fluctuation of the input impedance appears as shown in FIG. 6. Here, R L represents the real component of the load impedance (Z L ).

도 6에 도시된 바와 같이, RL에 따른 Rin의 그래프 형태를 분석하면, 상기 그래프 형태는 하나의 극대점을 가진다. Rin이 최대가 되게 하는 RL 값(이하, “L,crit”로 지칭함)은 아래의 식으로 표현된다. As shown in FIG. 6, when analyzing the graph form of R in according to R L , the graph form has one maximum point. The R L value (hereinafter referred to as “ L,crit ”) that makes R in the maximum is expressed by the following equation.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112018131157786-pat00010
Figure 112018131157786-pat00010

RL이 변동하는 영역에 따라 입력 임피던스가 변동되는 형태도 달라진다. 예를 들어 RL,crit를 경계로하여 RL이 RL,crit보다 훨씬 작은 경우 (영역 A1), RL이 증가함에 따라 Rin이 선형적으로 증가하고 Xin은 일정하게 유지되는 특성이 있다. 또한, RL,crit를 경계로 하여 RL이 RL,crit보다 훨씬 큰 경우 (영역 A3) RL이 증가함에 따라 Rin이 선형적으로 감소하며 Xin은 일정하게 유지되는 특성이 있다. 한편, RL이 RL,crit 근방에 있는 경우 (영역 A2) RL이 변할 때 Rin이 거의 변하지 않는 특성이 있다.Depending on the region where R L fluctuates, the form in which the input impedance fluctuates. For example, the R L, characteristics when subject to crit the border R L is R L, much smaller than crit (area A1), as R L is increased R in a linearly increasing, and is held constant X in have. In addition, R in is a characteristic that is linearly reduced, and X in is kept constant, as R L, and the crit the border R L is R L, much greater if (area A3) R L is increased crit. On the other hand, when R L is in the vicinity of R L,crit (area A2), there is a characteristic that R in hardly changes when R L changes.

일 실시예에서, A1, A3은 Xin 값이 대략 10%로 유지되는 범위를 나타내고, A2는 Rin의 값이 대략 10% 내로 유지되는 범위를 나타낸다. 예를 들어, A1 내지 A3을 m 값을 기준으로 표현하는 경우, A1 영역은 m<0.2, A2 영역은 1/1.5(=0.67)<m<1.5, A3 영역은 5<m 으로 표현될 수도 있다. In one embodiment, A1 and A3 represent a range in which the Xin value is maintained at approximately 10%, and A2 represents a range in which the value of Rin is maintained within approximately 10%. For example, when A1 to A3 are expressed based on the m value, the area A1 may be expressed as m<0.2, the area A2 may be expressed as 1/1.5 (=0.67)<m<1.5, and the area A3 may be expressed as 5<m. .

그러나, 이러한 수치는 단지 예시적인 것이다. 전술한 바와 같이 시스템 특성에 따라 입력 임피던스의 변동, 최적화된 역률 값 들이 상이하므로, 시스템 특성에 따라서 영역 A1, A2, A3를 나타내는 범위는 상이할 수 있다. However, these figures are merely exemplary. As described above, since fluctuations in input impedance and optimized power factor values are different according to system characteristics, ranges representing areas A1, A2, and A3 may be different according to system characteristics.

도 5에 나타난 부하 변동 범위에 대한 정보를 획득한 경우, 공진형 컨버터의 입력 임피던스가 어떻게 변동할지 예상할 수 있으므로, 이를 공진형 컨버터 설계에 적용할 수 있다. When information on the load fluctuation range shown in FIG. 5 is obtained, it is possible to predict how the input impedance of the resonant converter will fluctuate, so this can be applied to the design of the resonant converter.

RL,crit와 RL의 비율은 m이라는 변수로 정의하면, m의 값을 선정하여 부하의 변동에 따른 입력 임피던스의 변동을 조절할 수 있다. 이때 m에 따른 X11, X12, X22 값은 아래 식과 같이 유일하게 결정된다.If the ratio of R L,crit and R L is defined as a variable called m, you can select the value of m to control the fluctuation of the input impedance according to the fluctuation of the load. At this time, the values of X 11 , X 12 , and X 22 according to m are uniquely determined as shown in the following equation.

[수학식 12 내지 14][Equations 12 to 14]

Figure 112018131157786-pat00011
Figure 112018131157786-pat00011

공진형 컨버터를 포함한 전력 변환 시스템(1)이 최적화되기 위해서는 예컨대 10% 내지 100% 인 변동 범위를 갖는, 가변 부하를 포함하는 경우에도 공진형 컨버터가 높은 역률을 가져야 한다. 즉, 전력 네트워크(130)를 통해 변환되는 입력 임피던스는 전력 변환 시스템(1)의 역률을 1 또는 1에 가깝게 유지할 수 있는 값을 가진다. 이하, 공진형 컨버터의 입력단에서의 역률을 1에 (또는 1에 가깝게) 유지하도록 4-단자 전력 네트워크를 설계하는 과정에 대해 상세하게 서술한다. In order for the power conversion system 1 including the resonant converter to be optimized, the resonant converter must have a high power factor even when including a variable load having a fluctuation range of 10% to 100%, for example. That is, the input impedance converted through the power network 130 has a value capable of maintaining the power factor of the power conversion system 1 close to 1 or 1. Hereinafter, a process of designing a four-terminal power network to maintain the power factor at the input terminal of the resonant converter at (or close to 1) will be described in detail.

도 7은, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 도 4의 전력 변환 시스템을 개략적으로 모델화한 도면이다. 전력 전달이 대부분 기본 파 성분에 의해서 이루어지는 경우, 도 4의 전력 변환 시스템(1)은 컨버터 및 전력 네트워크(130)를 이용하여 도 7과 같이 단순하게 모델화 될 수 있다. 여기서 V1은 인버터가 합성하는 전압의 기본 파 성분이다. RL은 정류 회로를 기본 파 가정에 따라 간단하게 모델링한 유효 저항 성분으로서, 출력 전압/출력 전력 조건에 따라 그 값이 결정한다.7 is a diagram schematically modeling the power conversion system of FIG. 4 according to the first embodiment of the present invention. When the power transmission is mostly performed by the fundamental wave component, the power conversion system 1 of FIG. 4 can be simply modeled as shown in FIG. 7 using a converter and power network 130. Here, V 1 is the fundamental wave component of the voltage synthesized by the inverter. R L is an effective resistance component simply modeled according to the fundamental wave assumption of a rectifier circuit, and its value is determined according to the output voltage/output power condition.

이때, 입력 임피던스의 허수 성분(Xin)은 0이 되도록 설계하여 전력 변환 시스템(1)의 역률을 1 또는 1에 가깝게 유지한다. 입력 임피던스의 실수 성분(Rin)은 입력 전압/출력 전력 조건에 따라 결정된다. 입력 임피던스의 성분은 다음의 식들로 표현될 수 있다.At this time, the imaginary component (X in ) of the input impedance is designed to be 0, and the power factor of the power conversion system 1 is maintained close to 1 or 1. The real component (R in ) of the input impedance is determined according to the input voltage/output power condition. The component of the input impedance can be expressed by the following equations.

[수학식 15 및 16][Equations 15 and 16]

Figure 112018131157786-pat00012
Figure 112018131157786-pat00012

여기서 Po는 출력 전력이며, Vin은 전력 공급원(110)에 적용된 전압의 크기이다. 일 실시예에서, 전력 변환 시스템(1)이 DC 전압원 및 인버터를 포함하는 경우, Vin은 DC 전압원의 DC 전압 크기를 나타낸다. Here, P o is the output power, and V in is the magnitude of the voltage applied to the power supply 110. In one embodiment, when the power conversion system 1 includes a DC voltage source and an inverter, V in represents the DC voltage magnitude of the DC voltage source.

도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 제1 실시에에 따른, 부하의 변동 범위에 따른 역률을 설명하기 위한 도면이다. 8A and 8B are diagrams for explaining a power factor according to a variation range of a load according to the first embodiment of the present invention.

일 실시에에서, 부하의 변동 영역이 도 6에 도시된 영역(A1)에 존재하는 경우 (즉, m<<1), 제1 실시예에 따른 전력 네트워크(130)가 적용된 공진형 컨버터는 (예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이 0.85 이상의) 1 또는 1에 가깝게 유지되는 역률 값을 가진다. In one embodiment, when the variable region of the load exists in the region A1 shown in FIG. 6 (i.e., m<<1), the resonant converter to which the power network 130 according to the first embodiment is applied is ( For example, as shown in FIG. 8, it has a power factor value of 0.85 or higher) or maintained close to 1.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 네트워크(130)가 적용된 공진형 컨버터를 이용하는 경우, 부하가 변동함에도 불구하고 높은 역률을 가질 수 있고, 그 결과 전체 시스템이 높은 효율을 가질 수 있다. As described above, when using the resonant converter to which the power network 130 according to the first embodiment of the present invention is applied, it can have a high power factor even though the load varies, and as a result, the entire system can have high efficiency. .

특히, 제1 실시예에 따른 전력 네트워크(130)를 설계함에 있어, 각 조합별 사례연구가 없이도, 공진형 컨버터에 최적화된 수동소자의 조합을 설계할 수 있다. 이로 인해, 사례연구에 소모될 수 있는 시간, 비용 등의 자원을 절약할 수 있다. In particular, in designing the power network 130 according to the first embodiment, a combination of passive elements optimized for a resonant converter can be designed without a case study for each combination. As a result, it is possible to save resources such as time and money that may be consumed in case studies.

제2 실시예Embodiment 2

일반적으로 컨버터는 넓은 입력 전압 범위에서 구동되는 것이 선호된다. 그러나 공진형 컨버터의 경우 넓은 입력 전압 범위를 만족하도록 설계되면, 정격 조건에서는 효율이 좋지만 그 외의 구동 조건에서 비효율적으로 구동되는 특징이 있다. In general, converters are preferred to be driven over a wide input voltage range. However, in the case of a resonant converter, if it is designed to satisfy a wide input voltage range, the efficiency is good under the rated condition, but it is inefficiently driven under other driving conditions.

본 예시에서는 공진형 컨버터는 출력 임피던스가 두 개의 구동 주파수(f0, f1)에 대해 최적화된 역률(또는 설계자에 의해 의도된 역률)을 갖도록 설계된다. 일 실시예에서, 공진형 컨버터의 역률이 1이 되도록 입력 임피던스(Zin)을 변환하는 전력 네트워크(130)를 설계하는 과정을 상세하게 서술한다. In this example, the resonant converter is designed so that the output impedance has an optimized power factor (or a power factor intended by the designer) for two driving frequencies f 0 and f 1 . In one embodiment, a process of designing the power network 130 for converting the input impedance Z in so that the power factor of the resonant converter becomes 1 will be described in detail.

주파수(f0)에서 최적화된, 출력 임피던스(ZL_0)로부터 변환된 입력 임피던스(Zin_0)는 다음과 같이 표현된다. The input impedance (Z in_0 ), optimized at the frequency (f 0 ), converted from the output impedance (Z L_0 ), is expressed as follows.

[수학식 17 및 18][Equations 17 and 18]

Figure 112018131157786-pat00013
Figure 112018131157786-pat00013

여기서, X11_0은 주파수(f0)에서 제1 네트워크 임피던스의 허수 성분, X12_0은 주파수(f0)에서 제2 네트워크 임피던스의 허수 성분, X22_0은 주파수(f0)에서 제4 네트워크 임피던스의 허수 성분, RL_0은 주파수(f0)에서 부하 임피던스의 실수 성분을 나타낸다. Here, X 11_0 is the imaginary component of the first network impedance at the frequency (f 0 ), X 12_0 is the imaginary component of the second network impedance at the frequency (f 0 ), and X 22_0 is the fourth network impedance at the frequency (f 0 ). The imaginary component, R L_0 , represents the real component of the load impedance at the frequency (f 0 ).

주파수(f1)에서 최적화된, 출력 임피던스(ZL_1)로부터 변환된 입력 임피던스(Zin_1)는 다음과 같이 표현된다. The frequency (f 1) an input impedance (Z in_1) converted from the output impedance (Z L_1) optimization is expressed as follows.

[수학식 19 및 20][Equations 19 and 20]

Figure 112018131157786-pat00014
Figure 112018131157786-pat00014

여기서, X11_1은 주파수(f1)에서 제1 네트워크 임피던스의 허수 성분, X12_1는 주파수(f1)에서 제2 네트워크 임피던스의 허수 성분, X22_1는 주파수(f1)에서 제4 네트워크 임피던스의 허수 성분, RL_1은 주파수(f1)에서 부하 임피던스의 실수 성분을 나타낸다. Here, X 11_1 is the imaginary component of the first network impedance at the frequency (f 1 ), X 12_1 is the imaginary component of the second network impedance at the frequency (f 1 ), and X 22_1 is the fourth network impedance at the frequency (f 1 ). The imaginary component, R L_1 , represents the real component of the load impedance at the frequency (f 1 ).

일 실시예에서, 각 주파수(f0, f1)에 최적화되기 위해 변환된 입력 임피던스의 허수 성분은 각각 0이 되도록 결정된다. In one embodiment, the imaginary component of the transformed input impedance to be optimized for each frequency (f 0 , f 1 ) is determined to be each zero.

공진형 컨버터의 전력 네트워크(130)가 상기 수학식 17 내지 20을 만족하도록 구성된 경우, 공진형 컨버터는 두 개의 구동 주파수에 대해 최적화되고, 결국 높은 시스템 효율을 가진다. When the power network 130 of the resonant converter is configured to satisfy Equations 17 to 20, the resonant converter is optimized for two driving frequencies and, as a result, has high system efficiency.

이와 같이 설계된 전력 네트워크(130)가 공진형 컨버터에 적용되는 경우, 상기 공진형 컨버터는 보다 넓은 범위에서 입력 전압이 바뀌어도 효율적으로 구동할 수 있다. When the power network 130 designed as described above is applied to a resonant converter, the resonant converter can be efficiently driven even when an input voltage is changed over a wider range.

상기 실시예에서, 부하 임피던스의 변동에 따른 역률 저하 문제를 해결하기 위해, 전력 네트워크(130)는 공진형 컨버터에 적용될 경우 공진형 컨버터에 최적화된 역률(또는 설계자에 의해 의도된 역률)을 갖도록 설계되었으나, 일부 실시예에서, 전력 네트워크(130)는 최적화된 역률을 기준으로 역률 변동 허용 범위 내의 역률을 갖도록 설계될 수도 있다. 예를 들어, 역률 변동 허용 범위가 10%인 경우, 전력 네트워크(130)는 공진형 컨버터가 0.9 내지 1 사이의 역률 값을 갖도록 설계될 수 있다. In the above embodiment, in order to solve the problem of lowering the power factor due to the fluctuation of the load impedance, the power network 130 is designed to have a power factor optimized for the resonant converter (or the power factor intended by the designer) when applied to the resonant converter. However, in some embodiments, the power network 130 may be designed to have a power factor within an allowable range of power factor fluctuations based on the optimized power factor. For example, when the power factor variation allowable range is 10%, the power network 130 may be designed such that the resonant converter has a power factor value between 0.9 and 1.

그러나, 최적화된 역률 값, 역률의 변동 허용 범위는 시스템의 특성에 의존하며, 이에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 따라서, 전술한 각 주파수(f0, f1)에 대한 최적화 수치들(예컨대, 1의 역률)은 단지 예시적으로 서술된 것이다. 전력 네트워크(130)의 설계는 이에 제한되지 않으며, 특정 경우에는 (예컨대, 스위칭 특성을 높이기 위해) 전력 네트워크(130)는 의도적으로 1 보다 낮은 값의 역률 값을 갖도록 설계될 수도 있음이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.However, the optimized power factor value and the permissible range of power factor fluctuations depend on the characteristics of the system and may be variously determined accordingly. Therefore, the optimization values (eg, power factor of 1 ) for each frequency (f 0 , f 1 ) described above are merely illustrative. The design of the power network 130 is not limited thereto, and in certain cases (e.g., to increase switching characteristics), the power network 130 may be intentionally designed to have a power factor value lower than 1 Will be clear to you.

도 9는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 전력 네트워크의 회로도이다. 9 is a circuit diagram of a power network, according to a second embodiment of the present invention.

일 실시예에서, 상기 수학식 17 내지 20을 만족하는 전력 네트워크(130)는 2개의 커패시터 및 2개의 인덕터로 구성될 수 있다. In an embodiment, the power network 130 satisfying Equations 17 to 20 may include two capacitors and two inductors.

도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 전력 네트워크(130)는 전력 네트워크(130)의 입력단과 출력단 사이에 직렬로 배치된 제1 커패시터와 제2 커패시터; 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이에 배치된 제1 인덕터; 및 상기 제1 인덕터 및 제2 커패시터 사이 노드에서 연장되고, 상기 제1 인덕터 및 제2 커패시터와 병렬 연결된 제2 인덕터를 포함한다. Referring to FIG. 9, a power network 130 according to a second embodiment includes: a first capacitor and a second capacitor disposed in series between an input terminal and an output terminal of the power network 130; A first inductor disposed between the first capacitor and the second capacitor; And a second inductor extending from a node between the first inductor and the second capacitor and connected in parallel with the first inductor and the second capacitor.

도 10a 내지 도 10c는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 주파수에 따른 입력 임피던스 및 전압 이득을 설명하기 위한 도면이다. 10A to 10C are diagrams for explaining an input impedance and a voltage gain according to a frequency according to a second embodiment of the present invention.

일 실시예에서, 공진형 컨버터는, 최적화되는 두 주파수(f0, f1)가 각각 100kHz, 180kHz로 설정되고, 두 주파수에서 전압 이득이 2배 차이 및 Rin_0과 Rin_1이 서로 4배 차이 나도록 설정된다. 공진형 컨버터는 두 주파수 모두에서 Xin_0과 Xin_1은 0이 되도록 구성되고, 결국, 공진형 컨버터의 입력 단에서의 역률이 1이 되도록 더 구성된다.In one embodiment, in the resonant converter, two optimized frequencies (f 0 , f 1 ) are set to 100 kHz and 180 kHz, respectively, and the voltage gain is 2 times difference and R in_0 and R in_1 are 4 times different from each other at the two frequencies. It is set to come out. The resonant converter is configured such that X in_0 and X in_1 are 0 at both frequencies, and as a result, the power factor at the input end of the resonant converter is further configured to be 1.

이와 같이 구성된 경우, 전력 변환 시스템(1)의 전력 공급원(110)에서 바라본, 공진형 컨버터의 입력 임피던스(Zin)의 실수 성분(Rin) 및 허수 성분(Xin)은 주파수에 따라 도 10a 및 도 10b 에 도시된 바와 같이 각각 나타난다. 또한, 공진형 컨버터의 전압 이득은 주파수에 따라 도 10c에 도시된 바와 같이 나타난다. 도 10c와 같은 전압 이득 결과를 갖는 경우, 공진형 컨버터는, 입력 전압이 2배 차이 나더라도, 주파수를 변경하여 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있음을 의미한다.When configured as described above, the real component (R in ) and the imaginary component (X in ) of the input impedance (Z in ) of the resonant converter as viewed from the power supply source 110 of the power conversion system 1 are shown in FIG. And as shown in Fig. 10B, respectively. In addition, the voltage gain of the resonant converter appears as shown in FIG. 10C according to the frequency. When the voltage gain result as shown in FIG. 10C is obtained, it means that the resonant converter can maintain the output voltage constant by changing the frequency even if the input voltage is a difference of two times.

도 11a 및 도 11b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 공진형 컨버터의 입력단의 전압(V1) 파형과 전류(I1) 파형을 설명하기 위한 도면이다. 11A and 11B are diagrams for explaining a voltage (V 1 ) waveform and a current (I 1 ) waveform at an input terminal of a resonant converter according to a second embodiment of the present invention.

상기 실시예에서, 공진형 컨버터는 입력 전압이 2배 차이 나더라도, 주파수를 변경하여 출력 전압을 일정하게 유지하도록 구성된다. 일 예에서, 제1 입력 전압이 150V, 제2 입력 전압이 300V로 적용되는 경우, 입력 전압이 150V에서 300V로 2배 바뀔 때 주파수를 100kHz에서 180kHz로 변경하여도 출력 전압은 일정하게 유지된다. 이 경우, 공진형 컨버터의 출력 전압을 일정하게 유지하는 상황에서, 입력 단의 전압(V1)과 전류(I1) 파형은 도 11a 및 도 11b와 같이 나타난다. In the above embodiment, the resonant converter is configured to change the frequency to keep the output voltage constant, even if the input voltage differs by 2 times. In one example, when the first input voltage is 150V and the second input voltage is 300V, when the input voltage is doubled from 150V to 300V, the output voltage remains constant even if the frequency is changed from 100kHz to 180kHz. In this case, in a situation in which the output voltage of the resonant converter is kept constant, waveforms of the voltage V 1 and the current I 1 of the input terminal appear as shown in FIGS. 11A and 11B.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 두 주파수에서 공진형 컨버터의 입력단 역률이 1에 가깝게 유지되는 것을 확인 할 수 있다. 이는 공진형 컨버터의 입력 전압이 두 배 바뀌더라도 공진형 컨버터가 효율적으로 구동되는 것을 의미한다.Referring to FIGS. 11A and 11B, it can be seen that the power factor of the input end of the resonant converter is maintained close to 1 at two frequencies. This means that even if the input voltage of the resonant converter is doubled, the resonant converter is driven efficiently.

이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 네트워크(130)가 적용된 공진형 컨버터를 이용하는 경우, 상기 공진형 컨버터는 두 개의 구동 주파수에서 최적화되어 구동한다. 따라서, 보다 넓은 범위에서 입력 전압이 바뀌어도 높은 역률을 가질 수 있어, 정격 조건이 확장되는 효과를 가진다. 결국 전체 시스템의 효율이 향상될 수 있다. As described above, when using the resonant converter to which the power network 130 according to the second embodiment of the present invention is applied, the resonant converter is optimized and driven at two driving frequencies. Therefore, even if the input voltage is changed in a wider range, it can have a high power factor, thereby having the effect of extending the rated condition. Eventually, the efficiency of the entire system can be improved.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.The present invention described above has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and variations of the embodiments are possible therefrom. However, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (12)

전력 공급원 및 부하를 갖는 전력 변환 시스템에 적용되는 공진형 컨버터로서,
상기 공진형 컨버터는,
상기 전력 공급원의 전력을 부하로 전달하며, 수동 소자로 이루어진 전력 네트워크;
상기 전력 공급원과 전력 네트워크 사이에 배치된 인버터부; 및
상기 전력 네트워크와 부하 사이에 배치된 정류기를 포함하되,
상기 전력 네트워크는 4 단자 네트워크로서, 상기 4 단자 네트워크의 입출력 관계는 다음의 수학식으로 표현되고,
[수학식]
Figure 112020030543359-pat00037

여기서, V1은 전력 네트워크의 입력단의 전압, V2는 전력 네트워크의 출력단의 전압, I1은 전력 네트워크의 입력단의 전류, I2는 전력 네트워크의 출력단의 전류를 나타내고, Z11은 제1 네트워크 임피던스 (Z11=R11+jX11), 제2 네트워크 임피던스 (Z12=R12+jX12) , 제3 네트워크 임피던스 (Z21=R21+jX21) 및 제4 네트워크 임피던스 (Z22=R22+jX22)로 표현되며,
상기 제1 네트워크의 임피던스의 허수 성분(X11), 상기 제2 네트워크의 임피던스의 허수 성분(X12), 상기 제4 네트워크의 임피던스의 허수 성분(X22,)은 다음과 같이 각각 표현되며,
Figure 112020030543359-pat00038

여기서, Xin 및 Rin은 전력 공급원에서 바라본 입력 임피던스의 성분들을 나타내며, RL은 부하 임피던스의 실수 성분을 나타내고, RL,crit은 RL이 변동할 때 Rin이 최대가 되게 하는 RL값을 나타내는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
As a resonant converter applied to a power conversion system having a power supply and a load,
The resonant converter,
A power network configured to transmit power from the power supply source to a load and comprising a passive element;
An inverter unit disposed between the power supply source and a power network; And
Comprising a rectifier disposed between the power network and a load,
The power network is a four-terminal network, and the input/output relationship of the four-terminal network is expressed by the following equation,
[Equation]
Figure 112020030543359-pat00037

Here, V1 is the voltage at the input end of the power network, V2 is the voltage at the output end of the power network, I1 is the current at the input end of the power network, I2 is the current at the output end of the power network, and Z11 is the first network impedance (Z11 = R11 +jX11), a second network impedance (Z12=R12+jX12), a third network impedance (Z21=R21+jX21), and a fourth network impedance (Z22=R22+jX22),
The imaginary component (X11) of the impedance of the first network, the imaginary component (X12) of the impedance of the second network, and the imaginary component (X22,) of the impedance of the fourth network are expressed as follows,
Figure 112020030543359-pat00038

Here, Xin and Rin represent the components of the input impedance viewed from the power supply source, RL represents the real component of the load impedance, and RL,crit represent the RL value that causes Rin to become the maximum when RL fluctuates. Resonant converter.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전력 네트워크는 T형 등가회로로 모델링될 수 있으며, 상기 T형 등가회로는,
상기 전력 네트워크의 입력단과 출력단 사이에 직렬로 배치된 제1 등가 임피던스와 제2 등가 임피던스; 및
상기 제1 등가 임피던스 및 제2 등가 임피던스 사이 노드에서 연장되고, 제1 등가 임피던스 및 제2 등가 임피던스와 병렬 연결된 제3 등가 임피던스로 구성되며,
상기 제1 등가 임피던스의 허수 성분은 X11-X12, 제2 등가 임피던스의 허수 성분은 X22-X12, 제3 등가 임피던스의 허수 성분은 X12로 표현될 수 있는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
The method of claim 1,
The power network may be modeled as a T-type equivalent circuit, and the T-type equivalent circuit,
A first equivalent impedance and a second equivalent impedance arranged in series between the input terminal and the output terminal of the power network; And
A third equivalent impedance extending from a node between the first equivalent impedance and the second equivalent impedance and connected in parallel with the first equivalent impedance and the second equivalent impedance,
Resonant type, characterized in that the imaginary component of the first equivalent impedance is X 11 -X 12 , the imaginary component of the second equivalent impedance is X 22 -X 12 , and the imaginary component of the third equivalent impedance is X 12 Converter.
제4항에 있어서,
상기 전력 네트워크는 T형 등가회로의 등가 임피던스들이 아래의 수식을 만족하도록 구성되며,
Figure 112018131157786-pat00016

여기서, X1은 제1 등가 임피던스의 허수 성분, X2는 제2 등가 임피던스의 허수 성분, 및 X3은 제3 등가 임피던스의 허수 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
The method of claim 4,
The power network is configured such that the equivalent impedances of the T-type equivalent circuit satisfy the following equation,
Figure 112018131157786-pat00016

Here, X 1 represents an imaginary component of the first equivalent impedance, X 2 represents an imaginary component of the second equivalent impedance, and X 3 represents an imaginary component of the third equivalent impedance.
제1항에 있어서, 상기 전력 네트워크는,
상기 전력 네트워크의 입력단과 출력단 사이에 직렬로 배치된 제1 커패시터와 제2 커패시터;
상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이에 배치된 제1 인덕터; 및
상기 제1 인덕터 및 제2 커패시터 사이 노드에서 연장되고, 상기 제1 인덕터 및 제2 커패시터와 병렬 연결된 제2 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
The method of claim 1, wherein the power network,
A first capacitor and a second capacitor arranged in series between the input terminal and the output terminal of the power network;
A first inductor disposed between the first capacitor and the second capacitor; And
And a second inductor extending from a node between the first inductor and the second capacitor and connected in parallel with the first inductor and the second capacitor.
제6항에 있어서,
상기 전력 변환 시스템에서 주파수가 가변하는 경우,
상기 제1, 제2 및 제4 네트워크 임피던스(Z11, Z12, Z22)가 제1 주파수 f0 또는 제2 주파수 f1에서 다음의 수학식을 만족하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
[수학식]
Figure 112020030543359-pat00039

[수학식]
Figure 112020030543359-pat00040

공진형 컨버터.
The method of claim 6,
When the frequency is variable in the power conversion system,
The first, second and fourth network impedances (Z11, Z12, Z22) are designed to satisfy the following equation at a first frequency f0 or a second frequency f1,
[Equation]
Figure 112020030543359-pat00039

[Equation]
Figure 112020030543359-pat00040

Resonant converter.
제7항에 있어서,
부하 임피던스가 변동하는 경우에 상기 공진형 컨버터의 역률 값이 미리 설정한 값을 유지하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
The method of claim 7,
A resonant converter, characterized in that when the load impedance fluctuates, the power factor value of the resonant converter maintains a preset value.
제7항에 있어서,
상기 전력 네트워크는 상기 제1 주파수에서 다음의 수학식을 만족하도록 더 구성되고,
Figure 112018131157786-pat00017

여기서, X11_0은 제1 주파수에서 제1 네트워크 임피던스의 허수 성분, X12_0은 제1 주파수에서 제2 네트워크 임피던스의 허수 성분, X22_0은 제1 주파수에서 제4 네트워크 임피던스의 허수 성분, RL_0은 제1 주파수에서 부하 임피던스의 실수 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
The method of claim 7,
The power network is further configured to satisfy the following equation at the first frequency,
Figure 112018131157786-pat00017

Where X 11_0 is the imaginary component of the first network impedance at the first frequency, X 12_0 is the imaginary component of the second network impedance at the first frequency, X 22_0 is the imaginary component of the fourth network impedance at the first frequency, and R L_0 is Resonant converter, characterized in that it represents a real component of the load impedance at the first frequency.
제7항에 있어서,
상기 전력 네트워크는 상기 제2 주파수에서 다음의 수학식을 만족하도록 더 구성되고,
Figure 112018131157786-pat00018

여기서, X11_1은 제2 주파수에서 제1 네트워크 임피던스의 허수 성분, X12_ 1는 제2 주파수에서 제2 네트워크 임피던스의 허수 성분, X22_ 1는 제2 주파수에서 제4 네트워크 임피던스의 허수 성분, RL_1는 제2 주파수에서 부하 임피던스의 실수 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
.
The method of claim 7,
The power network is further configured to satisfy the following equation at the second frequency,
Figure 112018131157786-pat00018

Here, X 11_1 is the imaginary component of the first network impedance at the second frequency, X 12_ 1 is the imaginary component of the second network impedance at the second frequency, X 22_ 1 is the imaginary component of the fourth network impedance at the second frequency, R L_1 is a resonant converter, characterized in that the real component of the load impedance at the second frequency.
.
제1항에 있어서,
상기 전력 네트워크는 상호적(reciprocal)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
The method of claim 1,
The power network is a resonant converter, characterized in that configured in a reciprocal (reciprocal).
제8항에 있어서,
입력 전압이 변동하는 경우에 상기 공진형 컨버터의 역률 값이 0.9 내지 1을 유지하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.

The method of claim 8,
Resonant converter, characterized in that the power factor value of the resonant converter maintains 0.9 to 1 when the input voltage fluctuates.

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