KR102246884B1 - 전력 변환 회로 - Google Patents

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싱 힌 예웅
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Abstract

본 발명은, 스위칭 회로(30)와 에너지 저장 회로(50)를 포함하여 전력을 유도성 부하(62)에 공급하기 위한 전력 변환 회로에 관한 것이다. 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, 유도성 부하(62)에는 전력이 공급되고, 에너지 저장 회로(50)는 충전된다. 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때, 유도성 부하(62)는 전원(61)으로부터 분리되고 에너지 저장 회로(50)에 저장된 에너지는 유도성 부하(62)에 방전된다.

Description

전력 변환 회로{POWER CONVERSION CIRCUIT}
본 발명은 유도성 부하를 위한 전력 변환 회로에 관한 것이며, 상세하게는 특히 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터에 적절한 전력 변환 회로에 관한 것이다.
브러시리스 직류(BLDC) 모터는 자석 회전자와 적어도 하나의 권선이 그 위에 감긴 고정자를 갖는다. 전력은 전력 변환 회로를 통해 AC 전원에 의해 모터에 공급될 수 있다. 도 1은, 종래의 전력 변환 회로를 기초로 하여, AC 전원의 전압, 전류 및 전력의 신호를 예시한다. 모터가 AC 전원과 연결되는 순간에, 전류가 BLDC 모터의 고정자의 권선을 통과하며, 에너지가 권선에 의해 생성된 자계로 저장된다. 권선은 유도성 소자이므로, 전류 신호의 위상은 전압 신호의 위상과 비교하여 뒤처진다. 모터가 전원과 연결된 순간에, 모터의 회전자는 정지해 있으며, 역 기전력(EMF: ElectroMotive Force)은 권선에 의해 생성되지 않는다. 전압이 증가함에 따라, 전기가 통한 권선은 생성된 자계의 세기를 증가시키며, 이러한 자계는 회전자의 자계와 상호작용하여 회전자를 구동하여, 권선은 역 EMF(VB)를 생성한다. 종래의 전력 변환 회로에 따르면, 권선은, AC 전압이 역 EMF(VB)보다 큰 전체 시간 기간 동안 충전되며, 권선에 의해 저장된 에너지는 상대적으로 높다. AC 전압이 역 EMF(VB)보다 작은 값으로 감소한 후, AC 전원으로부터 공급된 전력은 정지하며, 권선은 에너지를 방전하기 시작하며, 이러한 방전은 도 1의 음영진 부분으로 도시한 바와 같이 AC 전압이 0을 통과한 이후 어느 순간까지 지속되며, 음의 전력이 그에 따라 생성된다. 음의 전력은 전력의 부분이 전력 네트워크에 다시 흐르게 하여, 전기 에너지를 소비하여, AC 전원의 유효 전력의 감소를 초래한다.
그러므로 음의 전력을 감소시키는 전력 변환 회로에 대한 요구가 있다.
따라서, 그 일 양상으로, 본 발명은, 전력을 유도성 부하에 공급하기 위한 전력 변환 회로로서, AC 전원에 연결하기 위한 제1 및 제2 입력 단자와 DC 전압을 출력하는 제1 및 제2 DC 단자를 포함하여, AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위한 변환기와; 제1 및 제2 제어된 단자를 포함하여, 제1 및 제2 제어된 단자가 서로 연결되는 도통 상태와, 제1 및 제2 제어된 단자가 분리되는 비도통 상태 사이에서 스위칭 가능한 스위칭 회로로서, 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 스위칭 회로의 스위칭을 제어하기 위한 제어 단자를 포함하는 스위칭 회로; 제어 신호를 제공하여 스위칭 회로를 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 스위칭하는 제어 회로; 및 제2 제어된 단자와 제2 DC 단자에 연결되며, 전력을 유도성 부하에 공급하기 위한 제1 및 제2 출력 단자를 포함하는 에너지 저장 회로를 포함하며, 에너지 저장 회로는 스위칭 회로가 도통 상태일 때 에너지를 저장하며, 스위칭 회로가 비도통 상태일 때 에너지를 유도성 부하에 방전하는 전력 변환 회로를 제공한다. 본 발명은, 전력을 유도성 부하(62)에 공급하기 위한 전력 변환 회로로서, AC 전원(61)에 연결하기 위한 제1 및 제2 입력 단자(21 및 22)와 DC 전압을 출력하는 제1 및 제2 DC 단자(23 및 24)를 포함하여, AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위한 변환기(20)를 포함하며, 제1 및 제2 제어된 단자(31 및 32)를 포함하여, 상기 제1 및 제2 제어된 단자(31 및 32)가 서로 연결되는 도통 상태와, 상기 제1 및 제2 제어된 단자(31 및 32)가 분리되는 비도통 상태 사이에서 스위칭 가능한 스위칭 회로(30)로서, 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 상기 스위칭 회로의 스위칭을 제어하기 위한 제어 단자(33)를 포함하는 스위칭 회로(30), 상기 전력 변환 회로가 상기 유도성 부하(62)에 전력을 공급하는 도중에 상기 스위칭 회로(30)가 항상 교대로 도통 상태 및 비도통 상태에 있도록, 제어 신호를 제공하여 상기 스위칭 회로(30)를 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 스위칭하는 제어 회로(40), 및 상기 제2 제어된 단자(32)와 상기 제2 DC 단자(24)에 연결되며, 전력을 상기 유도성 부하(62)에 공급하기 위한 제1 및 제2 출력 단자(51 및 52)를 포함하는 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)를 포함하며, 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)는, 상기 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, 에너지를 저장하며, 상기 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때, 에너지를 상기 유도성 부하(62)에 방전하는 것을 특징으로 하는, 전력 변환 회로를 제공한다. 본 발명은 또한, 스위칭 회로(30)와 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)를 포함하여 전력을 유도성 부하(62)에 공급하기 위한 전력 변환 회로로서, 상기 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때 상기 유도성 부하(62)에는 전력이 공급되고, 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)는 충전되며, 상기 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때 상기 유도성 부하(62)는 AC 전원(61)으로부터 분리되고 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)에 저장된 에너지는 상기 유도성 부하(62)에 방전되며, 상기 전력 변환 회로는, 상기 전력 변환 회로가 상기 유도성 부하(62)에 전력을 공급하는 도중에 상기 스위칭 회로(30)가 항상 교대로 도통 상태 및 비도통 상태에 있도록, 제어 신호를 제공하여 상기 스위칭 회로(30)를 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 스위칭하는 제어 회로(40)를 추가로 포함하는 전력 변환 회로를 제공한다.
바람직하게도, 제어 회로는 PWM 신호 생성기를 포함한다.
바람직하게도, 필터링 회로가 제1 DC 단자와 제2 DC 단자 사이에 연결된다.
바람직하게도, 필터링 회로는 제1 DC 단자와 제2 DC 단자 사이에 연결된 제1 커패시터를 포함한다.
바람직하게도, 에너지 저장 회로는 제2 제어된 단자와 제2 DC 단자 사이에 연결된 다이오드와, 제2 제어된 단자와 제1 출력 단자 사이나 제2 DC 단자와 제2 출력 단자 사이에 연결된 인덕턴스를 포함한다.
바람직하게도, 에너지 저장 회로는 제1 출력 단자와 제2 출력 단자 사이에 연결된 제2 커패시터를 더 포함한다.
바람직하게도, 제1 및 제2 출력 단자는 각각 제2 제어된 단자와 제2 DC 단자에 연결된다.
바람직하게도, 에너지 저장 회로는 제2 제어된 단자와 제2 DC 단자 사이에 연결된 인덕턴스와, 제2 제어된 단자와 제1 출력 단자 사이나 제2 DC 단자와 제2 출력 단자 사이에 연결된 다이오드를 더 포함한다.
제2 양상에 따르면, 본 발명은 스위칭 회로와 에너지 저장 회로를 포함하여 전력을 유도성 부하에 공급하기 위한 전력 변환 회로를 제공하며; 여기서 스위칭 회로가 도통 상태일 때 유도성 부하에는 전력이 공급되고, 에너지 저장 회로는 충전되며, 스위칭 회로가 비도통 상태일 때 유도성 부하는 전력으로부터 분리되고 에너지 저장 회로에 저장된 에너지는 유도성 부하에 방전된다.
바람직하게도, 스위칭 회로는 에너지 저장 회로와 직렬로 연결된다.
바람직하게도, 유도성 부하는 전기 모터를 포함한다.
바람직하게도, 유도성 부하는 BLDC 모터를 포함하며, 전력 변환 회로는 에너지 저장 회로와 BLDC 모터 사이에 연결된 인버터를 더 포함한다.
바람직하게도, 인버터는 H-브릿지 구동 회로이다.
바람직하게도, 스위칭 회로는 DC 전압과 에너지 저장 회로 사이에 연결된다.
바람직하게도, 에너지 저장 회로는 스위칭 회로와 유도성 부하 사이에 연결된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 유도성 부하를 위한 전력 변환 회로, BLDC 모터에 적절한 전력 변환 회로를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 수반하는 도면의 도면들을 참조하여, 예를 들어서만 이제 기재할 것이다. 도면들에서, 하나보다 많은 도면에서 나타나는 동일한 구조, 소자 또는 부분은 일반적으로 이들이 나타나는 모든 도면에서 동일한 참조번호로 표시한다. 도면들에서 도시한 구성요소와 특성부의 치수는 일반적으로 편의와 표시의 명료성을 위해 선택한 것이며, 반드시 실제 축적대로 도시되어 있지 않다. 도면의 목록은 이하와 같다.
도 1은, 종래의 전력 변환 회로를 기초로 한 AC 전원의 전압, 전류 및 전력의 신호를 예시한다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 회로를 예시한다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 회로를 예시한다.
도 4는, 도 3의 전력 변환 회로를 기초로 한 AC 전원의 전압과 전류의 신호를 예시한다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 회로를 예시한다.
도 6은, 도 5의 전력 변환 회로를 기초로 한 AC 전원의 전압과 전류의 신호를 예시한다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 회로를 예시한다.
도 8은, 도 7의 전력 변환 회로를 기초로 한 AC 전원의 전압과 전류의 신호를 예시한다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 회로를 예시한다.
도 2는, 본 출원의 실시예에 따른 전력 변환 회로(10)를 예시한다. 전력 변환 회로(10)는 유도성 부하(62)에 전력을 공급하도록 되어 있다. 이 실시예에서, 유도성 부하(62)는 바람직하게는 H-브릿지 구동 회로인 인버터에 의해 구동되는 BLDC 모터인 것이 바람직하다. 전력 변환 회로(10)는 AC-DC 변환기(20), 스위칭 회로(30), 제어 회로(40) 및 에너지 저장 회로(50)를 포함한다.
AC-DC 변환기(20)는 AC 전원(61)으로부터의 AC 전압을 DC 전압으로 변환하며, 제1 입력 단자(21), 제2 입력 단자(22), 제1 DC 단자(23) 및 제2 DC 단자(24)를 포함한다. 제1 및 제2 입력 단자(21 및 22)는 AC 전원(61)에 연결된다. 제1 및 제2 DC 단자(23 및 24)는 DC 전압을 출력한다.
스위칭 회로(30)는 제1 제어된 단자(31), 제2 제어된 단자(32), 및 제1 및 제2 제어된 단자(31 및 32)의 도통 또는 분리를 제어하는 제어 단자(33)를 포함한다. 제1 제어된 단자(31)는 제1 DC 단자(23)에 연결된다. 제어 회로(40)는 제어 신호를 제어 단자(33)에 제공하여, 선택적으로 제1 제어된 단자(31)를 제2 제어된 단자(32)와 연결하고/이로부터 분리한다. 스위칭 회로는, 제1 및 제2 제어된 단자가 서로 연결될 때 도통 상태라고 한다.
에너지 저장 회로(50)는 제2 제어된 단자(32)와 제2 DC 단자(24)에 연결되며, 제1 출력 단자(51)와 제2 출력 단자(52)를 포함하며, 이들 출력 단자는 바람직하게는 도 2에 도시하지 않은 인버터를 통해 유도성 부하(62)에 연결된다. 에너지 저장 회로(50)는, 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때 에너지를 저장하며, 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때 에너지를 유도성 부하(62)에 방전하여, BLDC 모터의 동작을 유지한다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 회로를 예시한다. 이 실시예에서, AC-DC 변환기(20)는 바람직하게는 반-브릿지 다이오드 정류기이다. 스위칭 회로(30)는 바람직하게는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)나 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함한다. BJT의 컬렉터와 이미터나 MOSFET의 드레인과 소스는 제1 및 제2 제어된 단자(31 및 32)이며, BJT의 베이스와 MOSFET의 게이트는 제어 단자(33)이다. 제1 제어된 단자(31)는 제1 DC 단자(23)에 연결된다. 제어 회로(40)는 바람직하게는 PWM 신호 생성기와, 단일 칩 마이크로프로세서와 같은 다른 타입의 신호 생성기를 포함한다.
에너지 저장 회로(50)는, 제1 출력 단자(51)에 직접 연결되는 제2 제어된 단자(32)와 제2 출력 단자(52)에 직접 연결되는 제2 DC 단자(24) 사이에 연결되는 제2 커패시터(C2)를 포함한다. H-브릿지 구동 회로(63)에서 스위치는 제어기에 의해 제어될 수 있어서, 모터를 정상적으로 구동할 수 있다. 바람직하게도, 제어기는 제어 회로(40)에 병합된다.
도 4를 참조하면, 동작 동안, AC-DC 변환기(20)는 AC 전압을, 제1 및 제2 DC 단자(23 및 24)에 인가되는 DC 전압으로 변환한다. 스위칭 회로(30)는 제어 회로(40)의 제어 하에서 선택적으로 도통 및 비도통된다. 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, DC 전압은 BLDC 모터에 공급되며, BLDC 모터는 회전하기 시작하여, 역 EMF(VB)가 모터 권선에 의해 생성된다. AC 전원(61)의 전압이 (도면의 지점 A에서) 역 EMF(VB)보다 큰 값까지 증가할 때, 전류가 AC 전원(61)에 의해 제공된다. 지점(A) 이전에, 전류는 AC 전원(61)으로부터 통과하지 않는다.
스위칭 회로(30)는 제어 회로(40)의 제어 하에서 도통 또는 비도통된다. AC 전원(61)은, AC 전원(61)의 전압이 역 EMF(VB)보다 큰 지점 A와 지점 B 사이의 기간 동안 유도성 부하(62)에 전력을 공급한다. 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, AC 전원(61)은 AC-DC 변환기(20), 스위칭 회로(30), H-브릿지 구동 회로(63) 및 BLDC 모터(62)와 제1 회로를 형성한다. 한편, AC 전원(61)은 AC-DC 변환기(20), 스위칭 회로(30) 및 에너지 저장 회로(50)와 제2 회로를 형성하여, 에너지가 에너지 저장 회로(50)에 저장된다. 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때, 전류는 AC 전원(61)에 의해 제공되지 않으며, 이는 앞서 기재한 제1 또는 제2 회로를 형성할 수 없기 때문이다. 이 기간 동안, 에너지 저장 회로(50)는 에너지를 H-브릿지 구동 회로(63)와 BLDC 모터(62)에 방전하여, 모터의 동작을 유지한다. 따라서, AC 전원(61)은 일련의 전류 펄스를 제공하며, AC 전압이 0을 통과한 이후 전류 시프트는 발생하지 않는다.
AC 전압이 (도면의 지점 B에서) 역 EMF(VB)와 같은 값까지 감소할 때, 심지어 0까지 감소할 때, 모터의 권선에 저장된 에너지가 있다면, 즉, 전압이 유도성 부하(62)에 존재한다면, 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, 모터에 저장된 에너지는 H-브릿지 구동 회로(63)와 스위칭 회로(30)를 통해 AC 전원(61)에 다시 흐른다. 방전 기간은, 제어 회로(40)의 제어 신호의 듀티 사이클에 대응하는 스위칭 회로(30)의 도통 시간과 스위칭 주파수에 대응한다. 스위칭 회로(30)가 교대로 도통 상태 및 비도통 상태에 있으므로, 모터의 권선을 충전하는 시간의 기간은 감소하여, 권선에 저장된 에너지는 감소하며, 권선의 방전은 신속하게 마무리될 수 있다. 따라서, 전류 시프트는 감소할 수 있으며, 음의 전력이 감소하고, 이점은 모터의 유효 출력을 개선하며, 전력 네트워크의 전기 소비를 감소시키며, 전기 효율은 그에 따라 증가한다. 이 실시예에서, 스위칭 회로(30)의 스위칭 주파수가 더 높을수록 및/또는 제어 신호의 듀티 사이클이 더 작을수록, 음의 전력은 더 작다.
바람직하게도, 필터링 회로가 제1 DC 단자(23)와 제2 DC 단자(24) 사이에 연결되어, 제1 및 제2 DC 단자(23 및 24)로부터 출력된 DC 전압을 필터링한다. 이 실시예에서, 필터링 회로는 제1 커패시터(C1)를 포함한다. 필터링 회로가 대안적으로, LC 회로의 인덕턴스가 AC-DC 변환기(20)와 제1 커패시터(C1) 사이에 연결되는 LC 회로를 포함할 수 있거나 인덕턴스만을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
지점 A와 지점 B 상의 시간 기간 동안, 모터의 회전 속도는, 제어 회로(40)의 제어 신호의 듀티 사이클에 대응하는 스위칭 회로(30)의 도통 시간을 조정함으로써 제어할 수 있다. 듀티 사이클이 더 높을수록 - 이 점은 스위칭 회로(30)가 더 오랜 도통 시간을 가짐을 의미함 - 더 많은 에너지가 BLDC 모터의 권선에 저장되며 음의 전력은 더 커진다.
대안적으로 스위칭 회로(30)가 제2 DC 단자(24)와 에너지 저장 회로(50) 사이에 연결될 수 있음을 이해해야 한다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 회로(10b)를 예시한다. 전력 변환 회로(10b)는 상기 실시예에서 전력 변환 회로(10)와 유사하다. 이들 사이의 차이점은 전력 변환 회로(10b)의 에너지 저장 회로(50b)가 다이오드(D)와 인덕턴스(L)를 포함한다는 점이다. 다이오드(D)의 양극은 제2 DC 단자(24)에 연결되고, 다이오드(D)의 음극은 제2 제어된 단자(32)에 연결된다. 인덕턴스(L)는 제2 제어된 단자(32)와 제1 출력 단자(51) 사이에 연결된다. 제2 출력 단자(52)는 제2 DC 단자(24)에 직접 연결된다.
도 6을 참조하면, 동작 동안, 전압이 BLDC 모터(62)에 인가되며, BLDC 모터는 회전하며, 역 EMF(VB)가 권선에 의해 발생한다. AC 전압이 (도면의 지점 A에서) 역 EMF(VB)보다 큰 값까지 증가할 때, 전류가 AC 전원(61)에 의해 제공된다. AC 전원(61)의 전압이 역 EMF(VB)보다 큰 지점 A와 지점 B 사이의 기간 동안, 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, AC 전원(61)은, AC-DC 변환기(20), 스위칭 회로(30), 에너지 저장 회로(50b)의 인덕턴스(L), H-브릿지 구동 회로(63) 및 BLDC 모터(62)와 회로를 형성하며, 에너지가 인덕턴스(L)에 저장된다. 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때, 전류는 AC 전원(61)에 의해 제공되지 않으며, 이는 앞서 언급한 충전 회로를 형성할 수 없기 때문이다. 이 기간 동안, 에너지 저장 회로(50b)는 다이오드(D)를 통해 방전 회로를 형성하여 에너지를 H-브릿지 구동 회로(63)와 BLDC 모터(62)에 방전하여 모터의 동작을 유지한다. 따라서, AC 전원(61)은 도 6에 도시한 바와 같은 일련의 전류 펄스를 제공한다.
AC 전압이 (도면의 지점 B에서) 역 EMF(VB)와 같은 값까지 감소할 때, 모터의 권선에 저장된 에너지는, 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, H-브릿지 구동 회로와 스위칭 회로(30)를 통해 AC 전원(61)으로 다시 흐른다. 스위칭 회로(30)가 교대로 도통 상태와 비도통 상태에 있으므로, 모터의 권선을 충전하는 시간 기간은 감소하며, 권선에 저장한 에너지는 그에 따라 감소하며, 권선의 방전은 신속하게 마무리할 수 있다. 따라서, 음의 전력이 감소하며, 이점은 모터의 유효 출력을 개선하며, 전력 네트워크의 전기 소비를 감소시키며, 전기 효율이 그에 따라 증가한다. 또한, 인덕턴스(L)는 전류 고조파 및 전자기 간섭을 감소시킬 수 있다.
대안적으로 인덕턴스(L)는 제2 DC 단자(24)와 제2 출력 단자(52) 사이에 연결될 수 있으며, 스위칭 회로(30)는 대안적으로 제2 DC 단자(24)와 에너지 저장 회로(50b) 사이에 연결될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 회로(10c)를 예시한다. 전력 변환 회로(10c)는 전력 변환 회로(10)와 유사하다. 이들 사이의 차이점은, 전력 변환 회로(10c)의 에너지 저장 회로(50c)가 다이오드(D), 인덕턴스(L) 및 제2 커패시터(C2)를 포함한다는 점이다. 다이오드(D)의 양극은 제2 DC 단자(24)에 연결되며, 다이오드(D)의 음극은 제2 제어된 단자(32)에 연결된다. 인덕턴스(L)는 제2 DC 단자(24)와 제2 출력 단자(52) 사이에 연결된다. 제2 커패시터(C2)의 애노드는 제1 출력 단자(51)에 연결되고, 제2 커패시터(C2)의 캐소드는 제2 출력 단자(52)에 연결된다. 제1 출력 단자(51)는 제2 제어된 단자(32)에 직접 연결된다.
도 8을 참조하면, 동작 동안, 전압이 BLDC 모터에 인가되며, BLDC 모터는 회전하여 역 EMF(VB)가 권선에 의해 생성된다. AC 전원(61)의 전압이 (도면의 지점 A에서) 역 EMF(VB)보다 큰 값까지 증가할 때, 전류가 AC 전원(61)에 의해 제공된다. AC 전원(61)의 전압이 역 EMF(VB)보다 큰 지점 A와 지점 B 사이의 기간 동안, 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, AC 전원(61)은 AC-DC 변환기(20), 스위칭 회로(30), 에너지 저장 회로(50b)의 인덕턴스(L), H-브릿지 구동 회로(63) 및 BLDC 모터(62)와 제1 회로를 형성하고, AC-DC 변환기(20), 스위칭 회로(30), 에너지 절약 회로(50c)의 인덕턴스(L) 및 제2 커패시터(C2)와 제2 회로를 형성하며, 에너지는 그에 따라 인덕턴스(L)와 제2 커패시터(C2)에 저장된다. 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때, 전류가 AC 전원(61)에 의해 제공되지 않으며, 이는 앞서 언급한 제1 및 제2 회로를 형성할 수 없기 때문이다. 이 기간 동안, 인덕턴스(L2)는 다이오드(D)를 통해 방전 회로를 형성하여 에너지를 H-브릿지 구동 회로와 BLDC 모터에 방전한다. 한편, 제2 커패시터(C2)는 에너지를 H-브릿지 구동 회로와 BLDC 모터에 방전한다. 모터의 동작은 그러므로 유지된다. 따라서, AC 전원(61)은 도 8에 도시한 바와 같은 일련의 전류 펄스를 제공한다.
AC 전압이 (도면의 지점 B에서) 역 EMF(VB)와 같은 값까지 감소할 때, 모터의 권선에 저장된 에너지는, 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, H-브릿지 구동 회로(63)와 스위칭 회로(30)를 통해 AC 전원(61)으로 다시 흐른다. 스위칭 회로(30)가 교대로 도통 상태 및 비도통 상태에 있으므로, 모터의 권선을 충전하는 시간 기간은 감소하며, 권선에 저장한 에너지는 감소하여, 권선의 방전은 신속하게 마무리할 수 있다. 따라서, 음의 전력은 감소하며, 이점은 모터의 유효 출력을 개선하며, 전력 네트워크의 전기 소비를 감소시키며, 전기 효율이 그에 따라 증가한다. 또한, 인덕턴스(L)와 제2 커패시터(C2)는 전류 고조파와 전자기 간섭을 감소시킬 수 있으며, BLDC 모터에 공급된 전압을 안정화시킬 수 있고, 그에 따라 모터의 속도를 안정화시킬 수 있다.
대안적으로 인덕턴스(L)는 제2 제어된 단자(32)와 제1 출력 단자(51) 사이에 연결될 수 있으며, 스위칭 회로(30)는 대안적으로 제2 DC 단자(24)와 에너지 저장 회로(50c) 사이에 연결될 수 있음을 이해해야 한다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 회로(10d)를 예시한다. 전력 변환 회로(10d)는 전력 변환 회로(10c)와 유사하다. 이들 사이의 차이점은, 전력 변환 회로(10d)의 에너지 절약 회로(50d)에서 인덕턴스(L)가 제2 제어된 단자(32)와 제2 DC 단자(24) 사이에 연결되며, 다이오드(D)의 양극이 제1 출력 단자(51)에 연결되며, 다이오드(D)의 음극이 제2 제어된 단자(32)에 연결되며, 에너지 저장 회로(50d)의 제2 커패시터(C2)의 애노드가 제2 출력 단자(52)에 연결되고, 제2 커패시터(C2)의 캐소드가 제1 출력 단자(51)에 연결된다는 점이다.
다시 도 8을 참조하면, 동작 동안, 전압이 BLDC 모터에 인가되며, BLDC 모터는 회전하며, 역 EMF(VB)가 권선에 의해 발생한다. AC 전원(61)의 전압이 (도면의 지점 A에서) 역 EMF(VB)보다 큰 값까지 증가할 때, 전류가 AC 전원(61)에 의해 제공된다. 지점 A 이전에, 전류는 AC 전원(61)으로부터 통과하지 않는다. AC 전원(61)의 전압이 역 EMF(VB)보다 큰 지점 A와 지점 B 사이의 기간 동안, 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, AC 전원(61)은 AC-DC 변환기(20), 스위칭 회로(30), 및 에너지 저장 회로(50d)의 인덕턴스(L)와 회로를 형성하여 인덕턴스(L)를 충전한다. 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때, 인덕턴스(L)는 제2 커패시터(C2) 및 다이오드(D)와 회로를 형성하여 방전한다. 완전히 충전된 후, 제2 커패시터(C2)는 음의 전압을 H-브릿지 구동 회로에 제공한다. 스위칭 회로(30)가 다시 도통 상태가 될 때, AC 전원(61)은 인덕턴스(L)를 충전하며, 제2 커패시터(C2)는 H-브릿지 구동 회로 및 BLDC 모터와 방전 회로를 형성하여 모터의 동작을 유지한다. 앞선 기재와 유사하게 스위칭 회로(30)가 다시 비도통 상태일 때, 인덕턴스(L)는 제2 커패시터(C2)와 다이오드를 통해 에너지를 방전하며, 제2 커패시터(C2)는 완전히 충전된 후 음의 전압을 제공한다.
에너지 저장 회로(50c)와 비교하여, 이 실시예의 에너지 저장 회로(50d)는 제1 및 제2 출력 단자(51 및 52)에 의해 출력된 전압의 극성을, 그 소자의 위치와 극성을 변화킴으로써 변화시켜서, 전력 변환 회로(50d)는 반전된 극성의 전압을 필요로 하는 모터에 적절하다.
유사하게, 스위칭 회로(30)는 교대로 도통 상태 및 비도통 상태에 있으므로, 모터의 권선을 충전하는 시간의 기간은 감소하며, 권선에 저장된 에너지는 그에 따라 감소하며 권선의 방전은 신속하게 마무리할 수 있다. 따라서, 음의 전력은 감소하며, 이점은 모터의 유효 출력을 개선하여 전력 네트워크의 전기 소비를 감소시키며 그에 따라 전기 효율은 증가한다.
대안적으로, 다이오드(D)는 제2 출력 단자(52)와 제2 DC 단자(24) 사이에 연결될 수 있으며, 다이오드(D)의 양극은 제2 DC 단자(24)에 연결될 수 있고 다이오드(D)의 음극은 제2 출력 단자(52)에 연결될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 대안적으로, 스위칭 회로(30)는 제2 DC 단자(24)와 에너지 저장 회로(50d) 사이에 연결될 수 있다.
본 출원서의 상세한 설명과 청구범위에서, 용어, "포함한다" 및 "갖는다" 및 그 파생어는 각각 포괄적인 의미로 사용되어, 언급한 항목의 존재를 명시하지만 추가 항목의 존재를 배제하지는 않는다.
명료성을 위해 별도의 실시예의 환경으로 기재한 본 발명의 특정한 특성은 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공할 수 있음을 이해해야 한다. 역으로, 간결성을 위해 단일 실시예의 환경으로 기재한 본 발명의 여러 특성은 또한 별도로 또는 임의의 적절한 하위-조합으로 제공될 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 바람직한 실시예를 참조하여 기재될지라도, 여러 변경이 가능함을 당업자는 이해해야 한다. 그러므로 본 발명의 적용범위는 다음의 청구범위를 참조하여 결정할 것이다.

Claims (15)

  1. 전력을 유도성 부하(62)에 공급하기 위한 전력 변환 회로로서,
    AC 전원(61)에 연결하기 위한 제1 및 제2 입력 단자(21 및 22)와 DC 전압을 출력하는 제1 및 제2 DC 단자(23 및 24)를 포함하여, AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위한 변환기(20)를 포함하며;
    제1 및 제2 제어된 단자(31 및 32)를 포함하여, 상기 제1 및 제2 제어된 단자(31 및 32)가 서로 연결되는 도통 상태와, 상기 제1 및 제2 제어된 단자(31 및 32)가 분리되는 비도통 상태 사이에서 스위칭 가능한 스위칭 회로(30)로서, 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 상기 스위칭 회로의 스위칭을 제어하기 위한 제어 단자(33)를 포함하는 스위칭 회로(30);
    상기 전력 변환 회로가 상기 유도성 부하(62)에 전력을 공급하는 도중에 상기 스위칭 회로(30)가 항상 교대로 도통 상태 및 비도통 상태에 있도록, 제어 신호를 제공하여 상기 스위칭 회로(30)를 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 스위칭하는 제어 회로(40); 및
    상기 제2 제어된 단자(32)와 상기 제2 DC 단자(24)에 연결되며, 전력을 상기 유도성 부하(62)에 공급하기 위한 제1 및 제2 출력 단자(51 및 52)를 포함하는 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)를 포함하며, 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)는, 상기 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때, 에너지를 저장하며, 상기 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때, 에너지를 상기 유도성 부하(62)에 방전하는 것을 특징으로 하는, 전력 변환 회로.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어 회로(40)는 PWM 신호 생성기를 포함하는, 전력 변환 회로.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 DC 단자(23)와 상기 제2 DC 단자(24) 사이에 연결되는 필터링 회로를 더 포함하는, 전력 변환 회로.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 필터링 회로는 상기 제1 DC 단자(23)와 상기 제2 DC 단자(24) 사이에 연결된 제1 커패시터(C1)를 포함하는, 전력 변환 회로.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 에너지 저장 회로(50b, 50c)는 상기 제2 제어된 단자(32)와 상기 제2 DC 단자(24) 사이에 연결된 다이오드(D)와, 상기 제2 제어된 단자(32)와 상기 제1 출력 단자(51) 사이나 상기 제2 DC 단자(24)와 상기 제2 출력 단자(52) 사이에 연결된 인덕턴스(L)를 포함하는, 전력 변환 회로.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 에너지 저장 회로(50c)는 상기 제1 출력 단자(51)와 상기 제2 출력 단자(52) 사이에 연결된 제2 커패시터(C2)를 더 포함하는, 전력 변환 회로.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 출력 단자(51 및 52)는 각각 상기 제2 제어된 단자(32)와 상기 제2 DC 단자(24)에 연결되는, 전력 변환 회로.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 에너지 저장 회로(50d)는 상기 제2 제어된 단자(32)와 상기 제2 DC 단자(24) 사이에 연결된 인덕턴스(L)와, 상기 제2 제어된 단자(32)와 상기 제1 출력 단자(51) 사이나 상기 제2 DC 단자(24)와 상기 제2 출력 단자(52) 사이에 연결된 다이오드(D)를 더 포함하는, 전력 변환 회로.
  9. 스위칭 회로(30)와 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)를 포함하여 전력을 유도성 부하(62)에 공급하기 위한 전력 변환 회로로서,
    상기 스위칭 회로(30)가 도통 상태일 때 상기 유도성 부하(62)에는 전력이 공급되고, 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)는 충전되며, 상기 스위칭 회로(30)가 비도통 상태일 때 상기 유도성 부하(62)는 AC 전원(61)으로부터 분리되고 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)에 저장된 에너지는 상기 유도성 부하(62)에 방전되며,
    상기 전력 변환 회로는, 상기 전력 변환 회로가 상기 유도성 부하(62)에 전력을 공급하는 도중에 상기 스위칭 회로(30)가 항상 교대로 도통 상태 및 비도통 상태에 있도록, 제어 신호를 제공하여 상기 스위칭 회로(30)를 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 스위칭하는 제어 회로(40)를 추가로 포함하는 전력 변환 회로.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 스위칭 회로(30)는 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)와 직렬로 연결되는, 전력 변환 회로.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 유도성 부하(62)는 전기 모터를 포함하는, 전력 변환 회로.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 유도성 부하(62)는 BLDC 모터를 포함하며, 상기 전력 변환 회로는 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)와 상기 BLDC 모터 사이에 연결된 인버터(63)를 더 포함하는, 전력 변환 회로.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 인버터(63)는 H-브릿지 구동 회로인, 전력 변환 회로.
  14. 청구항 9에 있어서, 상기 스위칭 회로(30)는 DC 전압과 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d) 사이에 연결되는, 전력 변환 회로.
  15. 청구항 9에 있어서, 상기 에너지 저장 회로(50, 50b, 50c 및 50d)는 상기 스위칭 회로(30)와 상기 유도성 부하(62) 사이에 연결되는, 전력 변환 회로.
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