KR102204941B1 - Circuit for output balance and short circuit protection in DC distribution bi-directional converter - Google Patents
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Abstract
양극성 직류 전압을 출력하는 컨버터의 출력단에 연결되어 출력 전류를 제한하는 전류제어 스위치부, 컨버터의 출력단에 연결되어 출력 전압 평형을 유지시키는 전압제어 스위치부 및 전압제어 스위치부와 병렬 연결되어 부하와 연결되는 커패시터부를 포함하며, 전류제어 스위치부는 기본적으로 단락되어 있으며, 컨버터의 양극 출력 전류 중 적어도 하나 이상이 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 해당 전류를 출력하는 단에 대하여 전류제어 스위치부를 통한 PWM 제어를 통해 과전류를 안정화시키고, 전압제어 스위치부는 기본적으로 개방되어 있으며, 컨버터의 양극 출력 전압의 차이가 기 설정된 오차범위 이상인 경우, 출력 양단의 전압 중 보다 큰 전압을 출력하는 단에 대하여 전압제어 스위치부를 통한 PWM 제어를 통해 전압 평형을 회복시키는 것을 특징으로 하는 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로가 개시된다.A current control switch unit connected to the output terminal of the converter that outputs a bipolar DC voltage to limit the output current, a voltage control switch unit connected to the output terminal of the converter to maintain the output voltage balance, and a voltage control switch unit connected in parallel with the load to be connected The current control switch unit is basically short-circuited, and when at least one of the anode output currents of the converter exceeds a preset threshold, the current output terminal is controlled through PWM control through the current control switch unit. The voltage control switch part is basically open to stabilize the overcurrent, and if the difference between the positive output voltage of the converter is more than the preset error range, the PWM through the voltage control switch part is applied to the terminal that outputs the higher voltage among the voltages at both ends of the output. Disclosed is an output balance and short-circuit protection circuit of a bidirectional converter for direct current distribution, characterized in that the voltage balance is restored through control.
Description
본 발명은 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로에 관한 것이다.
The present invention relates to an output balance and short-circuit protection circuit of a converter, and more particularly, to an output balance and short-circuit protection circuit of a bidirectional converter for direct current distribution.
본 발명은 직류 배전용 컨버터 중 양극성 전압을 이용한 수용가 배전방식에서 사용될 수 있는 보호 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a protection circuit that can be used in a consumer distribution method using a bipolar voltage among DC distribution converters.
양극성 배전방식에서는 각각의 출력 전압에 대한 부하의 변동으로 인해, 양극전압과 음극전압이 달라질 수 있으며 이에 대한 전압 보상이 필요하게 된다.In the bipolar distribution method, the anode voltage and the cathode voltage may vary due to a change in the load for each output voltage, and voltage compensation is required for this.
또한 이러한 배전용 컨버터에서는 부하가 단락이 되는 경우, 차단기가 동작할 때까지 많은 전류가 흐르게 되므로 컨버터의 손상을 피하기 어렵다.In addition, in such a power distribution converter, when a load is short-circuited, a large amount of current flows until the breaker operates, so it is difficult to avoid damage to the converter.
이를 막기 위해서는 출력단에 부가적인 보조회로가 추가되어야 하며 이를 적절히 제어하여 출력단락에 대한 과전류를 막아서 시스템 손상을 피하여야 한다.To prevent this, an additional auxiliary circuit should be added to the output stage, and it should be controlled appropriately to prevent overcurrent for the output short to avoid system damage.
또한 과부하 상황에서도 운전이 필요한지를 판단하여 출력전압이 낮아지더라도 전류 제한을 통한 운전이 역시 가능하여야 한다.In addition, it should be possible to operate through current limiting even if the output voltage is lowered by determining whether operation is necessary even in an overload situation.
이를 위한 종래의 제어방식으로는, 불평형 보상회로와 전류제한 또는 전류차단을 위한 회로를 별개로 두고 이를 독립되게 제어함으로써 이루어졌다. 즉, 단일 컨버터로 구성된 출력의 중성점을 기준으로 양극성 전압을 얻는 직류 배전용 전원장치에서는 불평형 보상회로와 전류제한을 위한 두 가지 회로가 각각 필요하였으며, 이러한 회로를 제어하기 위해 독립된 회로와 제어기가 따로 구비되어야 한다.As a conventional control method for this, the unbalance compensation circuit and the circuit for current limiting or current blocking are separated and controlled independently. In other words, in a DC power distribution device that obtains a bipolar voltage based on the neutral point of the output composed of a single converter, two circuits for an unbalance compensation circuit and a current limit are required, respectively, and an independent circuit and a controller are separate to control these circuits. It should be equipped.
이렇게 종래의 양극성 전압을 출력하는 직류 배전용 컨버터에서는 부하 불평형 보상과 단락 전류 제한을 위해서 독립된 회로 구조가 사용되거나 배전용 컨버터 시스템이 특수한 구조를 가져야 하나, 이러한 방식은 특수한 기기가 추가되어 복잡해 지는 등 비용 및 구성 면에서 단점이 있으므로, 이를 개선할 필요가 있다.
In such a conventional DC power distribution converter that outputs a bipolar voltage, an independent circuit structure should be used to compensate for load unbalance and limit short-circuit current, or the power distribution converter system should have a special structure, but this method is complicated by the addition of special devices. Since there are disadvantages in terms of cost and configuration, there is a need to improve them.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로는 부하에 과전류가 흐르는 것을 제한하거나 차단하여 회로를 보호하는 것을 목적으로 한다.The output balance and short-circuit protection circuit of the bidirectional converter for direct current distribution according to an embodiment of the present invention is to protect the circuit by limiting or blocking the flow of overcurrent to the load.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로는 부하의 상태에 무관하게 안정적인 전압을 출력하도록 전압 평형을 유지시키는 것을 목적으로 한다.
In addition, the output balance and short-circuit protection circuit of the bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention aims to maintain the voltage balance so as to output a stable voltage regardless of the state of the load.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로는The output balance and short-circuit protection circuit of the bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention
양극성 직류 전압을 출력하는 컨버터의 출력단에 연결되어 출력 전류를 제한하는 전류제어 스위치부; 상기 전류제어 스위치부와 직렬 연결되어 출력 전압 평형을 유지시키는 전압제어 스위치부; 상기 전압제어 스위치부와 중성점이 서로 연결되어 부하와 연결되는 커패시터부; 상기 전류제어 스위치부와 커패시터부 사이에 연결되어 급속한 전류 변경을 방지하는 전류 제한용 인덕터 및 상기 컨버터의 출력 중성점과 상기 전압제어 스위치부의 직렬 스위치 연결점 사이에 연결되어 출력 전압 평형을 유지시키는 출력 전압 평형용 인덕터를 포함하며, 상기 전류제어 스위치부는, 상기 컨버터의 양극 출력 전류 중 적어도 하나 이상의 기 설정된 임계치를 초과하는 전류를 출력하는 단에 대하여 상기 전류제어 스위치부를 통한 PWM 제어를 통해 과전류를 안정화시키고, 상기 전압제어 스위치부는, 상기 컨버터의 양극 출력 전압의 차이가 기 설정된 오차범위 이상인 경우, 출력 양단의 전압 중 보다 큰 전압을 출력하는 단에 대하여 상기 전압제어 스위치부를 통한 PWM 제어를 통해 전압 평형을 회복시킬 수 있다.A current control switch unit connected to an output terminal of the converter outputting a bipolar DC voltage to limit an output current; A voltage control switch unit connected in series with the current control switch unit to maintain output voltage balance; A capacitor unit connected to a load by connecting the voltage control switch unit and a neutral point to each other; A current limiting inductor connected between the current control switch part and the capacitor part to prevent rapid current change, and an output voltage balance connected between the output neutral point of the converter and a series switch connection point of the voltage control switch part to maintain output voltage balance. And an inductor, wherein the current control switch unit stabilizes the overcurrent through PWM control through the current control switch unit with respect to a terminal outputting a current exceeding at least one preset threshold among anode output currents of the converter, The voltage control switch unit recovers voltage balance through PWM control through the voltage control switch unit for an end outputting a higher voltage among voltages across the output when the difference between the anode output voltage of the converter is more than a preset error range. I can make it.
상기 커패시터부는 양극성 직류 전압을 연결된 각 부하에 출력하는 제1 커패시터 및 제 2 커패시터를 포함하고, 상기 전류제어 스위치부는 상기 제1 커패시터와 전류 제한용 인덕터를 거쳐 직렬 연결된 제1 전류 스위치와 상기 제2 커패시터와 전류 제한용 인덕터를 거쳐 직렬 연결된 제2 전류 스위치를 포함하며, 상기 전압제어 스위치부는 상기 제1 커패시터와 양의 극성 단자에 있는 전류 제한용 인덕터를 거쳐 병렬 연결된 제1 전압 스위치와 상기 제2 커패시터와 음의 극성 단자에 있는 전류 제한용 인덕터를 거쳐 병렬 연결된 제2 전압 스위치를 포함하되, 상기 컨버터의 양극 출력 전류 중 적어도 하나 이상의 기 설정된 임계치를 초과하는 전류를 출력하는 단에 대하여 직렬 연결된 상기 전류 스위치를 통한 PWM 제어를 통해 과전류를 안정화시키고, 상기 컨버터의 양극 출력 전압의 차이가 기 설정된 오차범위 이상인 경우, 출력 양단의 전압 중 보다 큰 전압을 출력하는 단에 대하여 병렬 연결된 상기 전압 스위치를 통한 PWM 제어를 통해 전압 평형을 회복시킬 수 있다.The capacitor unit includes a first capacitor and a second capacitor for outputting a bipolar DC voltage to each connected load, and the current control switch unit includes a first current switch and the second capacitor connected in series through the first capacitor and a current limiting inductor. And a second current switch connected in series through a capacitor and a current limiting inductor, and the voltage control switch unit includes a first voltage switch and the second connected in parallel through the first capacitor and a current limiting inductor at a positive polarity terminal. A second voltage switch connected in parallel via a capacitor and a current limiting inductor at a negative polarity terminal, wherein at least one of the positive output currents of the converter is connected in series to a terminal outputting a current exceeding a preset threshold. When the overcurrent is stabilized through PWM control through a current switch, and the difference between the anode output voltage of the converter is more than a preset error range, the voltage switch connected in parallel to the terminal outputting the higher voltage among the voltages at both ends of the output is used. Voltage balance can be restored through PWM control.
상기 컨버터의 양극 전류 중 적어도 하나가 단락 전류값 이상인 경우 상기 전류제어 스위치부 및 상기 전압제어 스위치부가 모두 개방될 수 있다.When at least one of the anode currents of the converter is greater than or equal to the short-circuit current value, both the current control switch unit and the voltage control switch unit may be opened.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 방법은,The output balance and short circuit protection method of the bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention,
직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 방법에 있어서, 컨버터의 양단 출력 중 일단의 제1 출력 전류와 타단의 제2 출력 전류 중 적어도 하나 이상이 기 설정된 임계 전류 값을 넘는 경우 해당 단에 직렬 연결된 전류제어 스위치를 PWM 제어하여 과전류를 안정화 시키는 단계; 및 상기 일단의 제1 출력 전압과 상기 타단의 제2 출력 전압을 비교한 값이 기 설정된 오차범위를 넘는 경우, 상기 제1 출력 전압과 제 2 출력 전압 중 큰 값에 대하여 해당 단에 병렬 연결된 스위치를 PWM 제어하여 전압 평형을 회복시키는 단계를 포함할 수 있다.In the output balance and short-circuit protection method of a bidirectional converter for direct current distribution, if at least one of the first output current of one end and the second output current of the other end of the output of both ends of the converter exceeds a preset threshold current value, it is serially connected to the corresponding end. PWM controlling the connected current control switch to stabilize overcurrent; And when a value obtained by comparing the first output voltage of one end and the second output voltage of the other end exceeds a preset error range, a switch connected in parallel to the corresponding end for the larger value of the first output voltage and the second output voltage. It may include the step of restoring the voltage balance by controlling the PWM.
상기 과전류를 안정화 시키는 단계는 상기 제1 출력 전류 또는 제2 출력 전류 중 적어도 하나가 단락 전류값 이상인 경우, 상기 전류제어 스위치 및 전압제어 스위치를 차단시키는 단계를 포함할 수 있다.
Stabilizing the overcurrent may include shutting off the current control switch and the voltage control switch when at least one of the first output current and the second output current is greater than or equal to a short-circuit current value.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로는 부하에 과전류가 흐르는 것을 제한하거나 차단하여 회로를 보호할 수 있다.The output balance and short-circuit protection circuit of the bidirectional converter for direct current distribution according to an embodiment of the present invention may protect the circuit by limiting or blocking overcurrent from flowing through the load.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로는 부하의 상태에 무관하게 안정적인 전압을 출력하도록 전압 평형을 유지시킬 수 있다.
In addition, the output balance and short-circuit protection circuit of the bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention can maintain voltage balance so as to output a stable voltage regardless of the state of the load.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로를 통한 과전류시 동작파형을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로를 통한 전압 불평형시 동작파형을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing an output balance and short-circuit protection circuit of a bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart illustrating a method of balancing output and short circuit protection of a bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an operation waveform in case of overcurrent through an output balance and a short-circuit protection circuit of a bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation waveform when an output balance and a voltage is unbalanced through a short-circuit protection circuit of the bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them are not limited to the accompanying drawings and the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms different from each other. It is intended to be complete, and is merely provided to completely inform the scope of the invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로(100)를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing an output balance and short-
도시된 바와 같이 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로(100)는 전류제어 스위치부(110), 전압제어 스위치부(120), 커패시터부(130) 및 전류 제한용 인덕터(L01, L02), 전압 평형용 인덕터(L03)를 포함할 수 있다.As shown, the output balance and short-
상기 전류제어 스위치부는 기본적으로 켜져(단락) 있으며, 상기 컨버터의 양극 출력 전류 중 적어도 하나 이상이 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 해당 전류를 출력하는 단에 대하여 상기 전류제어 스위치부를 통한 PWM 제어를 통해 과전류를 안정화시킬 수 있다.The current control switch unit is turned on by default (short circuit), and when at least one of the anode output currents of the converter exceeds a preset threshold, overcurrent through PWM control through the current control switch unit is applied to the end outputting the corresponding current. Can be stabilized.
또한, 상기 전압제어 스위치부는 기본적으로 꺼져(개방)되어 있으며, 상기 컨버터의 양극 출력 전압의 차이가 기 설정된 오차범위 이상인 경우, 출력 양단의 전압 중 보다 큰 전압을 출력하는 단에 대하여 상기 전압제어 스위치부를 통한 PWM 제어를 통해 전압 평형을 회복시킬 수 있다.In addition, the voltage control switch unit is turned off (opened) by default, and when the difference between the positive output voltage of the converter is greater than or equal to a preset error range, the voltage control switch for the terminal outputting the greater voltage among the voltages across the output Voltage balance can be restored through PWM control through negative.
자세하게는, 상기 전류제어 스위치부(110)는 상기 컨버터의 출력 일단에 연결된 제1 커패시터(131)와 전류제한 인덕터(L01)을 거쳐 직렬 연결된 제1 전류 스위치(S111)와, 출력 타단에 연결된 제2 커패시터(132)와 전류제한 인덕터(L02) 를 거쳐 직렬 연결된 제2 전류 스위치(S112)를 포함할 수 있다.In detail, the current
상기 전류제어 스위치부(110)는 기본적으로 단락되어 있으며, 상기 양 출력단 중 적어도 어느 한 단 이상에서 기 설정된 임계치를 넘는 전류가 발생한 경우, 해당 단에 직렬 연결된 상기 제1 전류 스위치(S111) 또는 제2 전류스위치(S112)를 통한 PWM 제어를 통해 과전류를 제한할 수 있다.The current
상기 전압제어 스위치부(120)는 상기 제1 커패시터와 전류제한 인덕터 L01 을 거쳐 병렬 연결된 제1 전압 스위치(S121)와 상기 제2 커패시터와 전류제한 인덕터(L02)을 거쳐 병렬 연결된 제2 전압 스위치(S122)를 포함할 수 있다.The voltage
상기 전압제어 스위치부(120)는 기본적으로 개방되어 있으며, 상기 양 출력단의 전압 차이가 기 설정된 오차범위 이상인 경우, 해당 단에 병렬 연결된 상기 제1 전압스위치(S121) 또는 제2 전압스위치(S122)를 통한 PWM 제어를 통해 전압 평형을 회복시킬 수 있다.The voltage
또한, 적어도 어느 한 단 이상에서 단락 전류값 이상의 전류가 발생한 경우에는 상기 제1 전류 스위치(S111), 제2 전류 스위치(S112), 제1 전압스위치(S121) 및 제2 전압스위치(S122)를 모두 개방시킴으로써, 입력전원으로부터의 전력공급을 차단하여 컨버터의 출력단 및 부하에 과도한 전류가 흘러 고장을 일으키는 것을 방지할 수 있다.In addition, when a current greater than or equal to the short-circuit current value occurs in at least one terminal, the first current switch (S111), the second current switch (S112), the first voltage switch (S121), and the second voltage switch (S122) are By opening them all, it is possible to cut off the power supply from the input power source and prevent excessive current from flowing into the output terminal and load of the converter, causing a failure.
상기 커패시터부(130)는 상기 컨버터의 양 출력단과 부하 사이에 연결되는 제1 커패시터(131) 및 제2 커패시터(132)를 포함할 수 있다.The
상기 제1 전류 스위치(S111), 제2 전류스위치(S112), 제1 전압스위치(S121) 및 제2 전압스위치(S122)는 MOSFET, IGBT, BJT 등 트랜지스터를 포함할 수 있다.The first current switch S111, the second current switch S112, the first voltage switch S121, and the second voltage switch S122 may include transistors such as MOSFET, IGBT, and BJT.
또한, 상기 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로(100)는 제1 커패시터와 직렬 연결되어 급속한 전류 변경을 방지하는 제1 전류 제한용 인덕터(L01), 상기 제2 커패시터와 직렬 연결되어 급속한 전류 변경을 방지하는 제2 전류 제한용 인덕터(L01) 및 상기 컨버터의 출력 중성점과 상기 제1 전압 스위치 및 제2 전압 스위치 사이에 연결되어 출력 전압 평형을 유지시키는 출력 전압 평형용 인덕터(L03)를 더 포함할 수 있다.In addition, the output balance and short-
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로는 상기 컨버터의 출력 부분에 연결되어(기존 컨버터의 출력단이 Co1, Co2인 경우) 이로부터 부하가 연결되는 형태로 구성될 수 있다. The output balance and short-circuit protection circuit of the bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention described above is connected to the output portion of the converter (when the output terminals of the existing converter are C o1 and C o2 ), and the load is connected therefrom. It can be configured in the form of.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flow chart showing a method for output balancing and short-circuit protection of a bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 상기 순서도에 대해 도 1에 도시된 직류 배전용 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로를 기준으로 그 방법을 설명하고 있다. 그러나 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 직류 배전용 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로가 도 1에 한정되는 것은 아니므로 아래의 방법 순서도 또한 단지 이해되기 쉽게 도 1을 참조하여 설명하는 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.In the following, the flow chart will be described with reference to the output balance and short-circuit protection circuit of the DC power distribution converter shown in FIG. 1. However, as described above, since the output balance and short-circuit protection circuit of the DC power distribution converter according to the present invention is not limited to FIG. 1, the method sequence below is also only explained with reference to FIG. 1 for easy understanding. It is not.
S210 단계에서, 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 양단에 대한 전류(Io1, Io2) 및 전압(Vo1, Vo2)을 측정한다. In step S210, the current (I o1 , I o2 ) and voltage (V o1 , V o2 ) of the output ends of the DC distribution bidirectional converter are measured.
S220 단계에서, 상기 측정된 전류(Io1, Io2)를 바탕으로 각 전류의 크기가 기 설정된 임계치를 초과하는지 여부를 판단한다. 판단 결과, 측정된 전류 중 적어도 하나 이상이 기 설정된 임계치를 초과하는 경우, 해당 전류가 흐르는 단에 연결된 전류제한 스위치를 통한 PWM 제어를 통해 해당 과전류를 안정화시키게 된다. 상기 스위치에 대한 PWM 제어는 마이크로 컨트롤러, PWM 컨트롤러 등을 통해 이루어질 수 있다.In step S220, it is determined whether the magnitude of each current exceeds a preset threshold based on the measured currents I o1 and I o2 . As a result of the determination, when at least one of the measured currents exceeds a preset threshold, the overcurrent is stabilized through PWM control through a current limit switch connected to a terminal through which the corresponding current flows. PWM control for the switch may be performed through a microcontroller, a PWM controller, or the like.
자세하게 도 1을 참고하여 설명한다. 측정된 전류 Io1, Io2 중 Io1가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우, Io1출력단과 직렬 연결된 제1 전류스위치(S111)을 통한 PWM 제어를 통해 해당 과전류를 안정화시킬 수 있다. 또한, Io2가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우에는 Io2출력단과 직렬 연결된 제2 전류스위치(S112)를 통한 PWM 제어를 통해 해당 과전류를 안정화시킬 수 있다.It will be described in detail with reference to FIG. 1. If the measured current I o1, I o2 o1 of I exceeds a predetermined threshold value, the over-current can be stabilized by the PWM control through the first current switch (S111) connected in series with the output terminal I o1. Also, when I o2 exceeds a preset threshold, the overcurrent may be stabilized through PWM control through the second current switch S112 connected in series with the Io2 output terminal.
S230 단계에서, 상기 측정된 전류 중 적어도 하나 이상이 상기 임계치를 초과하는 경우 해당 전류가 단락 전류값 이상인지를 판단한다. 상기 단락 전류값은 사용자에 의해 기 설정될 수 있으며, 또는 단락 전류 측정 장치 등에 의해서 계산될 수도 있다.In step S230, when at least one of the measured currents exceeds the threshold, it is determined whether the corresponding current is greater than or equal to the short-circuit current value. The short-circuit current value may be preset by a user or may be calculated by a short-circuit current measuring device or the like.
판단 결과, 임계치를 초과하는 전류가 단락 전류값 이상인 경우, 모든 스위치부를 개방시킴으로써 상기 컨버터 및 부하에 과전류가 흐르는 것을 방지하여 보호할 수 있다.As a result of the determination, when the current exceeding the threshold value is greater than or equal to the short-circuit current value, the overcurrent can be prevented and protected from flowing through the converter and the load by opening all switch units.
자세하게 도 1을 참고하여 설명한다. 측정된 전류 Io1, Io2 중 Io1이 기 설정된 임계치를 초과하고 단락 전류값 이상인 경우, 또는 Io2이 기 설정된 임계치를 초과하고 단락 전류값 이상인 경우, 모든 스위치(S111, S112, S121, S122)를 개방시킴으로써 컨버터의 출력단 및 부하에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.It will be described in detail with reference to FIG. 1. The measured current I o1, I o2 case of I o1 or greater than the predetermined threshold and the short-circuit current value, or I o2 is a group when more than a predetermined threshold value and less than the short circuit current value, all of the switches (S111, S112, S121, S122 ) Can be prevented from flowing through the output terminal and load of the converter.
S240 단계에서, 측정된 컨버터 양단의 출력 전압 차이가 기 설정된 오차범위를 초과하는지 여부를 판단한다. 상기 설정된 범위는 사용자에 의해 설정될 수 있으며, 전압 평형을 유지하는데 필요한 전압차를 계산하는 장치 등에 의해서 계산될 수도 있다.In step S240, it is determined whether the measured output voltage difference between both ends of the converter exceeds a preset error range. The set range may be set by a user, or may be calculated by a device for calculating a voltage difference required to maintain voltage balance.
판단 결과 상기 양단의 출력 전압의 차이가 기 설정된 오차범위 이내인 경우 전압제어 스위치 개방을 유지시킴으로써, 출력단 커패시터 및 부하로의 전력 공급이 원활히 이루어질 수 있도록 할 수 있다.As a result of the determination, when the difference between the output voltages at both ends is within a preset error range, the voltage control switch is kept open, so that the power supply to the output capacitor and the load can be smoothly performed.
자세하게 도 1을 참고하여 설명한다. 양단의 출력 전압(Vo1, Vo2)의 차이가 기 설정된 오차범위 이내인 경우 전압제어 스위치(S121, S122)의 개방 상태를 유지시킨 후, 다시 S210 단계부터 수행할 수 있다. 또한, 상기 차이가 기 설정된 오차범위를 초과하는 경우 S250 단계로 진행하여 전압제어 스위치를 통한 전압 평형 회복을 수행할 수 있다.It will be described in detail with reference to FIG. 1. When the difference between the output voltages V o1 and V o2 at both ends is within a preset error range, after maintaining the open state of the voltage control switches S121 and S122, the operation may be performed again from step S210. In addition, when the difference exceeds a preset error range, the process proceeds to step S250 to perform voltage balance recovery through a voltage control switch.
S250 단계에서, 양단의 출력 전압의 차이가 기 설정된 오차범위를 초과하는 경우, 컨버터 양단의 출력 전압 중 일단의 출력 전압이 타단의 출력 전압보다 큰 지 여부를 판단한다.In step S250, when the difference between the output voltages at both ends exceeds a preset error range, it is determined whether the output voltage at one end of the output voltages at both ends of the converter is greater than the output voltage at the other end.
상기 판단 결과 일단의 출력 전압이 타단의 출력 전압보다 큰 경우 상기 일단의 출력 커패시터에 병렬 연결된 스위치를 통한 PWM 제어를 통해 해당 전압 평형을 유지시키며, 타단의 출력 전압이 큰 경우 상기 타단의 출력 커패시터에 병렬 연결된 스위치를 통한 PWM 제어를 통해 해당 전압 평형을 유지시킬 수 있다.As a result of the determination, if the output voltage of one end is greater than the output voltage of the other end, the corresponding voltage balance is maintained through PWM control through a switch connected in parallel to the output capacitor of the end, and if the output voltage of the other end is large, the output capacitor of the other end is The corresponding voltage balance can be maintained through PWM control through a parallel connected switch.
자세하게 도 1을 참고하여 설명한다. 상기 판단 결과 Vo1이 Vo2보다 큰 경우, Vo1 출력단의 커패시터와 병렬 연결된 전압제어 스위치(S121)를 통한 PWM 제어를 통해 출력 평형을 회복시킬 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 판단 결과 Vo2가 Vo1보다 큰 경우, Vo2 출력단의 커패시터와 병렬 연결된 전압제어 스위치(S122)를 통한 PWM 제어를 통해 출력 평형을 회복시킬 수 있다.It will be described in detail with reference to FIG. 1. It is determined that V o1 V may be greater than o2, restore the equilibrium output by the PWM control through the capacitor connected in parallel with the voltage-controlled switch (S121) the output terminal V o1. Similarly, when V o2 is greater than V o1 as a result of the determination, output balance may be restored through PWM control through the voltage control switch S122 connected in parallel with the capacitor of the V o2 output terminal.
이와 같은 출력 평형의 회복을 마친 후, 다시 S210 단계로부터의 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 방법을 개시할 수 있다.After completing the recovery of the output balance, the output balance and short-circuit protection method of the DC power distribution bidirectional converter from step S210 may be started again.
위와 같은 방법을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로 및 이를 통한 출력전압 보상과 출력전류 제한 및 보호를 수행할 수 있다.Through the above method, the output balance and short-circuit protection circuit of the bidirectional converter for DC distribution according to an embodiment of the present invention, and output voltage compensation and output current limitation and protection through the same can be performed.
이러한 출력전압 보상 및 출력전류 제한은 도 2에 도시된 바와 같이 한 주기씩 반복하여 실행될 수 있다. 즉, 매주기마다 반복되는 전류 및 전압에 대한 출력값 측정을 토대로 이에 대한 판단 및 PWM 제어를 통한 전압 평형 회복, 과전류 보호 등의 과정을 거친 후 다시 반복되어 실행될 수 있다.This output voltage compensation and output current limitation may be performed repeatedly by one cycle as shown in FIG. 2. That is, it may be repeatedly executed after a process of determining the output values for current and voltage repeated every cycle, recovering voltage balance through PWM control, and overcurrent protection.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로를 통한 과전류시 동작파형을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating an output balance of the DC power distribution converter according to an embodiment of the present invention and an operation waveform during overcurrent through a short circuit protection circuit.
도시된 바와 같이 t1에서 일단의 출력 전류Io1에서의 과전류가 발생한 경우, 상기 일단과 직렬 연결된 제1 전류제어 스위치(S111)를 통한 PWM 제어를 통해 과전류를 제한하는 것을 관찰할 수 있다.As illustrated, when an overcurrent occurs at a set of output current I o1 at t1, it can be observed that the overcurrent is limited through PWM control through a first current control switch S111 connected in series with the end.
또한, 이를 통해 전류가 안정적이게 되자, 다음 주기인 t2에서 제1 전류제어 스위치(S111)와 제2 전류제어 스위치 전류제어(S112)가 동작하지 않다가, 다시 t3에서 타단의 출력 전류 Io2에서의 과전류가 발생하자, 제2 전류제어 스위치(S112)를 통한 PWM 제어를 통해 다시 과전류를 제한하는 것을 관찰할 수 있다.Also, when the current becomes stable through this, the first current control switch (S111) and the second current control switch current control (S112) do not operate at the next cycle t2, and then at t3 the output current I o2 of the other end When overcurrent occurs, it can be observed that the overcurrent is again limited through PWM control through the second current control switch S112.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전용 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로를 통한 전압 불평형시 동작파형을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an operation waveform when an output balance of a DC power distribution converter according to an embodiment of the present invention is balanced and a voltage is unbalanced through a short-circuit protection circuit.
도시된 바와 같이 t1에서 일단의 출력 전압 Vo1에서의 전압 불평형이 발생, 즉, Vo1의 전압이 낮아져서 기 설정된 기준값 보다 오차가 커진 경우, 제2 전압제어 스위치(S122)를 통한 PWM 제어를 통해 출력 전압 평형을 회복시키는 것을 관찰할 수 있다.As shown in the figure, when a voltage unbalance occurs at a set of output voltage V o1 at t1, that is, when the voltage of V o1 decreases and the error becomes larger than a preset reference value, the second voltage control switch S122 is used to control the voltage. It can be observed that the output voltage balance is restored.
또한, 이렇게 전압 평형이 이루어지면, 다음 주기인 t2에서 제1 전압제어 스위치(S121)와 제2 전압제어 스위치(S122)가 동작하지 않다가, 다시 t3에서 타단의 출력 전압 Vo2에서의 전압 불평형이 발생, 즉, V02가 기 설정된 전압보다 오차가 커진 경우, 제1 전압제어 스위치(S121)를 통한 PWM 제어를 통해 다시 출력 전압 평형을 회복시키는 것을 관찰할 수 있다.In addition, when the voltage is balanced in this way, the first voltage control switch (S121) and the second voltage control switch (S122) do not operate at the next cycle t2, and then at t3, the voltage unbalance at the output voltage V o2 at the other end. When this occurs, that is, when the error of V 02 is greater than the preset voltage, it can be observed that the output voltage balance is restored again through PWM control through the first voltage control switch S121.
위와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings as above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.
100 : 직류 배전용 컨버터 출력 평형 및 단락 보호 회로
110 : 전류제어 스위치부 120 : 전압제어 스위치부
130 : 커패시터부
S111 : 제1 전류제어 스위치 S112 : 제2 전류제어 스위치
S121 : 제1 전압제어 스위치 S122 : 제2 전압제어 스위치
131 : 제1 커패시터 132 : 제2 커패시터100: DC power distribution converter output balance and short circuit protection circuit
110: current control switch unit 120: voltage control switch unit
130: capacitor part
S111: first current control switch S112: second current control switch
S121: first voltage control switch S122: second voltage control switch
131: first capacitor 132: second capacitor
Claims (3)
상기 전류제어 스위치부와 직렬 연결되어 출력 전압 평형을 유지시키는 전압제어 스위치부;
상기 전압제어 스위치부와 중성점이 서로 연결되어 부하와 연결되는 커패시터부;
상기 전류제어 스위치부와 커패시터부 사이에 연결되어 급속한 전류 변경을 방지하는 전류 제한용 인덕터 및
상기 컨버터의 출력 중성점과 상기 전압제어 스위치부의 직렬 스위치 연결점 사이에 연결되어 출력 전압 평형을 유지시키는 출력 전압 평형용 인덕터를 포함하며,
상기 전류제어 스위치부는, 상기 컨버터의 양극 출력 전류 중 적어도 하나 이상의 기 설정된 임계치를 초과하는 전류를 출력하는 단에 대하여 상기 전류제어 스위치부를 통한 PWM 제어를 통해 과전류를 안정화시키고,
상기 전압제어 스위치부는, 상기 컨버터의 양극 출력 전압의 차이가 기 설정된 오차범위 이상인 경우, 출력 양단의 전압 중 보다 큰 전압을 출력하는 단에 대하여 상기 전압제어 스위치부를 통한 PWM 제어를 통해 전압 평형을 회복시키는 것을 특징으로 하는 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로.
A current control switch unit connected to an output terminal of the converter outputting a bipolar DC voltage to limit an output current;
A voltage control switch unit connected in series with the current control switch unit to maintain output voltage balance;
A capacitor unit connected to a load by connecting the voltage control switch unit and a neutral point to each other;
A current limiting inductor connected between the current control switch unit and the capacitor unit to prevent rapid current change, and
An inductor for output voltage balance is connected between the output neutral point of the converter and a series switch connection point of the voltage control switch unit to maintain output voltage balance,
The current control switch unit stabilizes the overcurrent through PWM control through the current control switch unit with respect to an end outputting a current exceeding at least one preset threshold among anode output currents of the converter,
The voltage control switch unit recovers voltage balance through PWM control through the voltage control switch unit for an end outputting a higher voltage among voltages across the output when the difference between the anode output voltage of the converter is more than a preset error range. Output balance and short-circuit protection circuit of a bidirectional converter for DC distribution, characterized in that to.
상기 커패시터부는 양극성 직류 전압을 연결된 각 부하에 출력하는 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하고,
상기 전류제어 스위치부는
상기 제1 커패시터와 전류 제한용 인덕터를 거쳐 직렬 연결된 제1 전류 스위치와 상기 제2 커패시터와 전류 제한용 인덕터를 거쳐 직렬 연결된 제2 전류 스위치를 포함하며,
상기 전압제어 스위치부는
상기 제1 커패시터와 양의 극성단자에 있는 전류 제한용 인덕터를 거쳐 병렬 연결된 제1 전압 스위치와 상기 제2 커패시터와 음의 극성 단자에 있는 전류 제한용 인덕터를 거쳐 병렬 연결된 제2 전압 스위치를 포함하되,
상기 컨버터의 양극 출력 전류 중 적어도 하나 이상의 기 설정된 임계치를 초과하는 전류를 출력하는 단에 대하여 직렬 연결된 상기 전류 스위치를 통한 PWM 제어를 통해 과전류를 안정화시키고,
상기 컨버터의 양극 출력 전압의 차이가 기 설정된 오차범위 이상인 경우, 출력 양단의 전압 중 보다 큰 전압을 출력하는 단에 대하여 병렬 연결된 상기 전압 스위치를 통한 PWM 제어를 통해 전압 평형을 회복시키는 것을 특징으로 하는 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로.
The method of claim 1,
The capacitor unit includes a first capacitor and a second capacitor for outputting a positive DC voltage to each connected load,
The current control switch unit
A first current switch connected in series through the first capacitor and a current limiting inductor, and a second current switch connected in series through the second capacitor and a current limiting inductor,
The voltage control switch unit
A first voltage switch connected in parallel via a current limiting inductor at the first capacitor and a positive polarity terminal, and a second voltage switch connected in parallel via a current limiting inductor at the second capacitor and a negative polarity terminal, ,
Stabilizing the overcurrent through PWM control through the current switch connected in series with respect to the terminal outputting a current exceeding at least one preset threshold among the anode output currents of the converter,
When the difference between the output voltage of the anode of the converter is more than a preset error range, voltage balance is restored through PWM control through the voltage switch connected in parallel with respect to an end outputting a higher voltage among voltages across the output. Output balance and short circuit protection circuit of bidirectional converter for DC distribution.
상기 컨버터의 양극 전류 중 적어도 하나가 단락 전류값 이상인 경우, 상기 전류제어 스위치부 및 전압제어 스위치부를 차단시키는 것을 특징으로 하는 직류 배전용 양방향 컨버터의 출력 평형 및 단락 보호 회로.The method of claim 1,
When at least one of the anode currents of the converter is greater than or equal to the short-circuit current value, the current control switch unit and the voltage control switch unit are blocked.
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