KR102349935B1 - Apparatus and Method for Supplying Power to Semiconductor Transformer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 반도체 변압기의 1차측 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a power supply device for supplying power to a primary-side control unit of a semiconductor transformer and an operating method thereof.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다. The content described in this section merely provides background information on the present invention and does not constitute the prior art.
과거 철도차량의 전력 변환 시스템은 변압기, 2차측 AC/DC 컨버터, 2차측 DC/AC 인버터로 구성되었다. 변압기는 전차선을 통해 60Hz, 25kV의 전압을 공급 받고, 이를 1kV~3kV 정도로 낮춰주는 역할을 한다. 변압기의 2차측에 연결된 AC/DC 컨버터는 수 kV 의 AC 전압을 DC 전압으로 변환한다. 이후 DC/AC 인버터는 AC/DC 컨버터로부터 공급 받은 전력을 이용하여 철도차량의 모터를 회전시킨다.In the past, the power conversion system of railway vehicles consisted of a transformer, a secondary side AC/DC converter, and a secondary side DC/AC inverter. The transformer receives a voltage of 60Hz, 25kV through a catenary, and lowers it to about 1kV~3kV. An AC/DC converter connected to the secondary side of the transformer converts an AC voltage of several kV into a DC voltage. Then, the DC/AC inverter rotates the motor of the railway vehicle using the power supplied from the AC/DC converter.
이러한 변압기와 AC/DC 컨버터는 철도차량 내 구성요소들 중 가장 많은 하중을 차지하는 부품이다. 특히, 변압기는 60Hz의 낮은 주파수에서 동작하기 때문에, 임피던스 매칭을 위해 필요한 인덕턴스의 값이 커질 수 밖에 없다. 변압기의 인덕턴스를 높이기 위해서는 변압기 권선을 많이 감거나 철심 코어를 많이 사용해야하므로 무게와 부피가 크며 상대적으로 전력 밀도가 낮아진다는 문제점이 있었다.These transformers and AC/DC converters are the parts that take up the most load among the components in railway vehicles. In particular, since the transformer operates at a low frequency of 60 Hz, the value of inductance required for impedance matching is inevitably increased. In order to increase the inductance of the transformer, a lot of windings of the transformer or a lot of iron core must be used, so there are problems that the weight and volume are large and the power density is relatively low.
변압기의 부피와 무게를 줄이기 위해, 반도체 소자를 이용해 변압기의 동작 주파수를 60 Hz 보다 높이는 변압기에 대한 연구가 진행되었다. 구체적으로, 반도체 소자를 이용해 저주파 고전압의 입력을 고주파 출력으로 변환하고, 고주파 출력을 고주파 변압기를 통해 철도차량에 필요한 전압으로 변환해 주는 장치가 연구되었다. 이를 반도체 변압기(Solid-state transformer) 또는 지능형 변압기(Intelligent transformer)라 한다.In order to reduce the volume and weight of the transformer, research on a transformer that uses a semiconductor device to increase the operating frequency of the transformer to more than 60 Hz has been conducted. Specifically, a device that converts an input of a low frequency and high voltage into a high frequency output using a semiconductor device and converts the high frequency output into a voltage required for a railway vehicle through a high frequency transformer has been studied. This is called a solid-state transformer or an intelligent transformer.
반도체 변압기는 전력전자 기술을 활용하여 기존 상용 주파수 대역의 변압기보다 높은 주파수를 사용할 수 있어 소형화 및 경량화에 유리하고, 순시 전압 통제 등을 통하여 고품질의 전력 공급이 가능하며 직류 전압의 입출력도 가능하다는 장점을 가지고 있다.Semiconductor transformers utilize power electronics technology to use higher frequencies than transformers in the existing commercial frequency band, which is advantageous for miniaturization and weight reduction. has a
도 1은 반도체 변압기를 철도차량에 적용한 모습을 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a state in which a semiconductor transformer is applied to a railway vehicle.
도 1을 참조하면, 전차선(100) 및 복수의 반도체 변압기(110, 120, 130)가 도시되어 있다. 복수의 반도체 변압기(110, 120, 130)는 제1 반도체 변압기(110), 제2 반도체 변압기(120) 및 제n 반도체 변압기(130)를 포함한다. 제1 반도체 변압기(110)는 1차측 컨버터(112), 1차측 인버터(114), 변압기(116), 2차측 컨버터(118)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a
전차선(100)은 고전압의 교류 전압을 공급한다. 예를 들면, 전차선(100)은 60 Hz 및 25 kV의 전력을 공급할 수 있다.The
복수의 반도체 변압기(110, 120, 130)는 전차선(100)으로부터 공급되는 25 kV의 높은 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 출력한다. 변환된 직류 전원은 철도차량의 운행에 이용된다.The plurality of
구체적으로, 1차측 컨버터(112)는 전차선(100)의 교류 전원이 전압이 직렬 연결된 반도체 변압기의 수만큼 분담된 상태로 입력되면 직류전원으로 변환한다. 1차측 인버터(114)는 1차측 컨버터(112)에 의해 변환된 직류전원을 고주파 교류전원으로 변환한다. 1차측 컨버터(112)의 고주파 교류 전압이 변압기(116)의 1차측으로 입력되면, 변압기(116)는 전압을 권선비만큼 강압 또는 승압한다. 2차측 컨버터(118)는 변압기(116)의 2차측 고주파 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 후 전원 모선으로 전달한다.Specifically, the primary-
이때, 복수의 반도체 변압기(110, 120, 130)는 입력단이 서로 직렬 연결되어 전차선(100)으로부터 공급되는 교류 전압을 분담하여 입력 받는다. 이는, 복수의 반도체 변압기(110, 120, 130)가 전차선(100)에 의한 전압 스트레스를 줄이기 위한 것이다. 또한, 복수의 반도체 변압기(110, 120, 130)는 출력단이 서로 병렬 연결되어 출력 전력을 분담하여 전원 모선(Train Bus)으로 출력한다. 이는, 복수의 반도체 변압기(110, 120, 130)가 철도차량의 구동에 필요한 전력을 공급하는 데 있어 전력을 1/n로 분담하여 전류 스트레스를 줄이기 위한 것이다.In this case, the plurality of
이때, 복수의 반도체 변압기(110, 120, 130)의 1차측에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치가 필요하다. 구체적으로, 1차측 회로의 구성요소를 제어하는 제어부에 전원을 공급하는 전원공급장치가 필요하다. At this time, a power supply device for supplying power to the primary side of the plurality of
종래 1차측 제어부에 전원을 공급하는 전원공급장치는 1차측 회로 외에서 전원을 공급 받는다. 하지만, 이는 외부 구성요소와 연결되어야 하기 때문에 1차측 회로의 고압 특성 및 절연 조건을 만족하기 어렵고, 제품의 크기가 커진다는 문제점이 있다.The conventional power supply device for supplying power to the primary-side control unit receives power from outside the primary-side circuit. However, since it must be connected to an external component, it is difficult to satisfy the high voltage characteristics and insulation conditions of the primary circuit, and there are problems in that the size of the product increases.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방안들 중 하나로써, 한국 등록공고 제2094832호에 '반도체 변압기의 제어 전원 공급 장치'가 개시되어 있다. 위 문헌에서는 AC/DC 컨버터의 제어를 위한 제어기에 무선으로 외부 전력을 공급하는 구성이 기재되어 있다.As one of the measures to solve this problem, the 'control power supply of a semiconductor transformer' is disclosed in Korean Registration Publication No. 2094832. In the above document, a configuration for wirelessly supplying external power to a controller for controlling an AC/DC converter is described.
본 발명의 실시예들은, 반도체 변압기의 2차측 회로나 외부와 연결되지 않고 반도체 변압기의 1차측 회로로부터 전력을 공급 받아 1차측 제어부에 전력을 공급함으로써, 절연 내력 조건을 향상시키고 크기와 비용을 줄이기 위한 전원공급장치 및 그의 동작 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention are not connected to the secondary circuit or the outside of the semiconductor transformer by receiving power from the primary circuit of the semiconductor transformer and supplying power to the primary control unit, thereby improving the dielectric strength condition and reducing the size and cost An object of the present invention is to provide a power supply device and a method for operating the same.
본 발명의 다른 실시예들은, 반도체 변압기의 1차측 회로에 포함된 복수의 커패시터들로부터 독립적으로 전력을 공급받음으로써, 1차측 제어부에 안정적으로 전력을 공급해줄 수 있는 전원공급장치 및 그의 동작 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.Another embodiment of the present invention provides a power supply device capable of stably supplying power to a primary-side control unit by independently receiving power from a plurality of capacitors included in a primary-side circuit of a semiconductor transformer, and an operating method thereof It has a purpose to provide.
본 발명의 다른 실시예들은, 반도체 변압기의 1차측 회로에만 연결됨으로써, 저전압이 인가되는 2차측 회로와 절연되어 스파크 방지 등의 안전을 도모하기 위한 전원공급장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.Another embodiment of the present invention is connected only to the primary circuit of the semiconductor transformer, and thus is insulated from the secondary circuit to which a low voltage is applied, thereby providing a power supply for safety such as spark prevention.
본 발명의 일 측면에 의하면, 반도체 변압기의 1차측 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치에 있어서, 반도체 변압기의 1차측 회로에 포함된 1차측 커패시터들로부터 고전압을 입력 받는 입력부; 입력 전압을 강압하는 변압부; 및 강압된 전압에 기초하여 1차측 제어부에 전력을 공급하는 출력부를 포함하는 전원공급장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power supply device for supplying power to a primary-side control unit of a semiconductor transformer, comprising: an input unit receiving a high voltage from primary-side capacitors included in a primary-side circuit of the semiconductor transformer; a transformer for stepping down the input voltage; and an output unit for supplying power to the primary-side control unit based on the step-down voltage.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 반도체 변압기의 1차측 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치의 동작방법에 있어서, 반도체 변압기의 1차측 회로에 포함된 1차측 커패시터들로부터 고전압을 입력 받는 과정; 입력 전압을 강압하는 과정; 및 강압된 전압에 기초하여 1차측 제어부에 전력을 공급하는 과정을 포함하는 전원공급장치의 동작 방법을 제공한다.According to another aspect of this embodiment, there is provided an operating method of a power supply device for supplying power to a primary-side control unit of a semiconductor transformer, the method comprising: receiving a high voltage from primary-side capacitors included in a primary-side circuit of the semiconductor transformer; step-down the input voltage; and supplying power to the primary-side control unit based on the step-down voltage.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반도체 변압기의 2차측 회로나 외부와 연결되지 않고 반도체 변압기의 1차측 회로로부터 전력을 공급 받아 1차측 제어부에 전력을 공급함으로써, 절연 내력 조건을 향상시키고 크기와 비용을 줄일 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, by supplying power to the primary control unit by receiving power from the primary side circuit of the semiconductor transformer without being connected to the secondary side circuit or the outside of the semiconductor transformer, the dielectric strength condition is reduced can be improved and reduced in size and cost.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 반도체 변압기의 1차측 회로에 포함된 복수의 커패시터들로부터 독립적으로 전력을 공급받음으로써, 1차측 제어부에 안정적으로 전력을 공급해줄 수 있다.According to another embodiment of the present invention, by independently receiving power from a plurality of capacitors included in the primary circuit of the semiconductor transformer, it is possible to stably supply power to the primary control unit.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 반도체 변압기의 1차측 회로에만 연결됨으로써, 저전압이 인가되는 2차측 회로와 절연되어 스파크 방지 등의 안전을 도모할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, by being connected only to the primary circuit of the semiconductor transformer, it is insulated from the secondary circuit to which a low voltage is applied, thereby ensuring safety such as spark prevention.
도 1은 반도체 변압기를 철도차량에 적용한 모습을 예시한 도면이다.
도 2는 반도체 변압기의 2차측 회로로부터 전원을 공급받는 종래의 전원 공급장치를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 변압기의 1차측 회로로부터 전원을 공급받는 전원공급장치를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치의 구성요소를 설명하기 위해 예시한 구성도다.1 is a diagram illustrating a state in which a semiconductor transformer is applied to a railway vehicle.
2 is a diagram illustrating a conventional power supply device receiving power from a secondary circuit of a semiconductor transformer.
3 is a diagram illustrating a power supply device receiving power from a primary-side circuit of a semiconductor transformer according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram illustrating the components of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '~부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not limited by the term. Throughout the specification, when a part 'includes' or 'includes' a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. . In addition, terms such as '~ unit' and 'module' described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.
도 2는 반도체 변압기의 2차측 회로로부터 전원을 공급받는 종래의 전원 공급장치를 예시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a conventional power supply device receiving power from a secondary circuit of a semiconductor transformer.
도 2를 참조하면, 1차측 회로(200), 1차측 스위칭부(202), 1차측 커패시터들(204), 변압기(210), 2차측 회로(220), 2차측 스위칭부(222), 2차측 커패시터들(224), 제어부(230) 및 전원공급장치(240)가 도시되어 있다. 하나의 반도체 변압기는 1차측 회로(200) 및 2차측 회로(220)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the
도 1에서 반도체 변압기의 1차측 컨버터 및 1차측 인버터는 도 2에서 1차측 스위칭부(202) 및 1차측 커패시터들(204)로 구성될 수 있다. 또한, 2차측 인버터는 2차측 스위칭부(222) 및 2차측 커패시터들(224)로 구성될 수 있다.The primary-side converter and the primary-side inverter of the semiconductor transformer in FIG. 1 may include a primary-
1차측 스위칭부(202)는 전차선으로부터 높은 교류 전압을 입력 받아 1차측 커패시터들(204)에 직류 형태로 에너지를 저장하고, 1차측 커패시터들(204)에 저장된 직류 에너지를 다시 교류 형태로 변환하여 변압기(210)로 전달하는 구성요소다.The primary
제1 스위칭부(202)는 전차선에 직렬로 연결되어 전차선의 전압을 반도체 변압기의 수만큼 분할하여 인가 받고, 제2 스위칭부(222)는 변압기(210)에 연결되어 변압기(210)의 2차측 전압을 인가 받는다. 구체적으로, 제1 스위칭부(202)는 제어부(230)로부터 전달되는 스위칭 신호에 따라 전차선으로부터 인가되는 전압을 스위칭하고, 제2 스위칭부(222)는 제어부(230)로부터 전달되는 스위칭 신호에 따라 변압기(210)로부터 인가되는 전압을 스위칭한다.The
제1 스위칭부(202)와 제2 스위칭부(222)를 구성하는 각각의 스위치들은 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnistor) 스위치 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치일 수 있다. 여기서, 각각의 스위치들이 MOSFET 스위치로 구성되는 경우에는 MOSFET 스위치의 소스(source)와 드레인(drain) 사이에 다이오드(diode)가 전기적으로 연결될 수 있다.Each of the switches constituting the
1차측 스위칭부(202)와 2차측 스위칭부(222)는 스위치 및 다이오드가 여러 개 사용되어 풀 브릿지(full bridge) 또는 하프 브릿지(half bridge) 구조를 이룰 수 있다. 구체적으로, 통상의 풀 브릿지(full bridge) 또는 하프 브릿지(half bridge) 구조에서의 각 다이오드를 병렬 다이오드가 포함된 스위치 또는 병렬 연결된 별개의 다이오드와 스위치로 대치하는 방식으로 회로를 구성하는 것을 의미한다.The primary
1차측 커패시터들(204)은 1차측 회로(200)의 입력 전압을 저장하는 구성요소로써, 에너지를 고전압 상태로 저장하는 구성요소다. 반면, 2차측 커패시터들(224)은 에너지를 상대적으로 저전압 상태로 저장하는 구성요소다. 예를 들어, 1차측 커패시터들(204) 각각에는 1250 V의 전압이 충전될 수 있고, 2차측 커패시터들(224) 각각에는 15 V의 전압이 충전될 수 있다.The primary-
변압기(210)는 1차측 회로(200)로부터 입력 받은 교류 전압을 강압 또는 승압하여 2차측 회로(220)로 출력하는 구성요소다. The
변압기(210)는 1차측 또는 2차측에 인덕터를 더 포함할 수 있다.The
2차측 스위칭부(222)는 변압기(210)로부터 교류 전압을 입력 받고, 2차측 커패시터들(224)을 통해 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 구성요소다. 즉, 2차측 커패시터들(224)에는 직류 전압이 저전압 상태로 저장된다.The secondary-
최종적으로, 2차측 회로(220)는 변환된 직류 전압을 구동 모터로 전달한다.Finally, the
제어부(230)는 1차측 스위칭부(202)에 포함된 스위치들을 제어하는 구성요소다. 또한, 제어부(230)는 반도체 변압기 내 노드들의 전압 또는 전류를 센싱 제어부를 더 포함할 수도 있다.The
제어부(230)는 IGBT 드라이버 유닛(Insulated Gate Bipolar Transistor Driver Unit; IDU), 게이트 드라이버 유닛(Gate Driver Unit; IDU) 및 센싱 유닛 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
전원공급장치(240)는 제어부(230)에 전력을 공급하는 구성요소다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 전원공급장치(240)는 제어부(230)에 전원을 공급하기 위해 1차측 회로(200)가 아닌 2차측 회로(220)로부터 전원을 공급 받는다. 그렇지 않으면, 전원공급장치(240)는 반도체 변압기의 외부로부터 전원을 공급 받는다. As shown in FIG. 2 , the
이는, 1차측 회로(200)에는 고전압이 인가되기 때문이다. 1차측 회로(200)의 입력이 철도차량의 급전전압인 교류전압 25 kV이기 때문에 1차측 회로(200)의 소자들의 절연 내압은 70 kV 이상이 되어야 한다. 즉, 전원공급장치(240)는 1차측 회로(200)의 고전압을 입력 받는 경우, 고전압을 견딜 수 있는 절연 내력을 갖추어야 하고, 이에 따라 크기 및 비용도 증가하는 문제점이 발생한다. 구체적으로, 전차선의 전압을 제어하기 위한 별도의 컨버터가 필요하며, 이 경우에도 별도의 컨버터를 위한 제어전원이 필요하므로, 추가적으로 소전력용 전압 분배회로를 구성해주어야 하는 복잡성이 발생한다.This is because a high voltage is applied to the
따라서, 전원공급장치(240)는 1차측 회로(200)에 인가되는 전압에 비해 상대적으로 저전압을 입력 받아 제어부(230)에 전원을 공급하는 것이 일반적이다. Accordingly, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 변압기의 1차측 회로로부터 전원을 공급받는 전원공급장치를 예시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a power supply device receiving power from a primary-side circuit of a semiconductor transformer according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 1차측 회로(200), 1차측 스위칭부(202), 1차측 커패시터들(204), 변압기(210), 2차측 회로(220), 2차측 스위칭부(222), 2차측 커패시터들(224), 제어부(230) 및 전원공급장치(300)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 3 , the
1차측 회로(200), 1차측 스위칭부(202), 1차측 커패시터들(204), 변압기(210), 2차측 회로(220), 2차측 스위칭부(222), 2차측 커패시터들(224) 및 제어부(230)에 관한 설명은 도 2에 설명한 것과 같다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(300)는 1차측 커패시터들(204)로부터 전력을 입력 받아 제어부(230)에 전력을 공급한다. 제어부(230)가 사용하는 전압은 저압이고, 1차측 커패시터들(204)의 충전 전압은 상당한 고압이기 때문에 전원공급장치(300)는 고압을 저압으로 낮추어 주는 DC/DC 컨버터 또는 SMPS(Switching Mode Power Supply)일 수 있다.On the other hand, the
구체적으로, 전원공급장치(300)는 반도체 변압기의 1차측 회로(200)에 포함된 1차측 커패시터들(204)로부터 고전압을 입력 받는다.Specifically, the
본 발명의 일 실시예에 의하면, 1차측 커패시터들(204)은 1차측 상단부 커패시터들 및 1차측 하단부 커패시터들을 포함한다. 도 2에서 1차측 상단부 커패시터들은 노드 A와 노드 C 사이에 위치한 커패시터들을 의미하고, 1차측 하단부 커패시터들은 노드 C와 노드 E 사이에 위치한 커패시터들을 의미할 수 있다. 이때, 전원공급장치(300)는 1차측 상단부 커패시터들 및 1차측 하단부 커패시터들 중 어느 하나로부터 고전압을 입력 받을 수 있다.According to one embodiment of the present invention,
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 1차측 커패시터들(204)은 직렬로 연결된 적어도 두 개의 커패시터들을 포함하고, 전원공급장치(300)는 적어도 두 개의 커패시터들로부터 각각 독립적으로 고전압을 입력 받을 수 있다. 예를 들면, 도 2에서 전원공급장치(300)는 노드 A, 노드 B 및 노드 C에 연결된 커패시터들로부터 전원을 공급받을 수 있다. 전원공급장치(300)는 직렬 연결된 커패시터의 세 노드로부터 입력을 받는다. 즉, 전원공급장치(300)는 직렬 연결된 두 개의 커패시터로부터 전압밸런스를 균등하게 입력 받음으로써, 제어부(230)에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the primary-
전원공급장치(300)는 1차측 커패시터들(204)로부터 입력 받은 전압을 강압하고, 강압된 전압에 기초하여 제어부(230)에 전력을 공급한다. 이때, 전원공급장치(300)의 입력은 1차측 커패시터들(204)의 고전압이고, 출력은 제어부(230)에 입력되는 저전압이다. 전원공급장치(300)는 입력과 출력 사이의 전압차를 견디기 위해 높은 절연 특성을 가져야 한다.The
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전원공급장치(300)는 내부에 변압기를 포함하며, 변압기는 테프론 튜브(teflon tube)로 감싸진 에나멜(enamel) 선이 와인딩(winding)된 고주파 변압기일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 테프론 튜브로 감싸진 에나멜 선을 와인딩한 고주파 변압기는 단순히 코일을 와인딩한 변압기에 비해 변압기의 1차측과 2차측 사이 절연 내력을 높일 수 있다.To this end, according to an embodiment of the present invention, the
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 전원공급장치(300)는 입력단이 1차측 커패시터들에 연결되고, 출력단이 1차측 제어부에 연결됨으로써, 저압부인 2차측 회로 및 외부와 연결되지 않고 전기적으로 분리되고 1차측 회로(200) 자체의 절연 내력 조건과 동일한 절연 내력을 가질 뿐만 아니라 안전에 필요한 절연 내력을 현저히 낮출 수 있다. 구체적으로, 전원공급장치(300)는 1차측 회로(200)에만 연결이 되고, 2차측 회로(220) 또는 외부에 연결이 되지 않는다. 전원공급장치(300)는 오로지 1차측 회로(200)에만 연결되므로, 전압 차이에 따른 스파크가 발생하는 것을 방지하여 안전을 도모할 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the present invention, the
또한, 전원공급장치(300)는 2차측 회로(220)나 외부로부터 전원을 공급받지 않기 때문에 별도의 소전력용 전압 분배회로와 같이 복잡한 구성요소를 필요로 하지 않으므로, 전원공급장치, 즉 반도체 변압기의 크기 및 제작비용을 줄일 수 있다. In addition, since the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치의 구성요소를 설명하기 위해 예시한 구성도다.4 is a configuration diagram illustrating the components of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 입력부(400), 변압부(410) 및 출력부(420, 430)가 도시되어 있다. 출력부(420, 430)는 제1 출력부(420) 및 제2 출력부(430)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , an
입력부(400)는 반도체 변압기의 1차측 회로에 포함된 1차측 커패시터들로부터 고전압을 입력 받는다. 입력부(400)는 세 개의 노드를 가지며, 1차측 상단부 커패시터들 또는 1차측 하단부 커패시터들 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 입력부(400)의 노드 A, 노드 B 및 노드 C는 1차측 커패시터들(204)의 노드 A, 노드 B 및 노드 C에 각각 연결될 수 있다.The
변압부(410)는 입력 전압을 강압한다. 변압부(410)는 소정의 권선비(즉, 1:N, 여기서 N은 자연수)를 가지는데, 해당 권선비에 따라 1차측 권선과 2차측 권선 사이의 인가되는 전압을 변압한다. 예를 들어, 변압부(410)의 권선비가 1:N이면, 1차측에서 2차측으로 바라본 등가 전압은 1/N 배가 된다. 이는 변압부(410)에 인가되는 전압이 권선비에 비례하기 때문이다.The
본 발명의 일 실시예에 의하면, 절연 내력을 높이기 위해 변압부(410)는 테프론 튜브로 감싸진 에나멜 선이 와인딩된 고주파 변압기일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in order to increase the dielectric strength, the
변압부(410)는 적어도 두 개의 고주파 변압기를 포함할 수 있다. 변압부(410)는 입력부(400)로부터 고전압을 입력 받고, 저전압으로 강압하여 제1 출력부(420) 및 제2 출력부(430)로 전달한다. 이때, 변압부(410)는 제1 출력부(420)에 연결된 2차측 출력 전압과 제2 출력부(430)에 연결된 2츠착 출력 전압의 크기를 다르게 전달할 수 있다.The
제1 출력부(420) 또는 제2 출력부(430)는 강압된 전압에 기초하여 1차측 제어부에 전력을 공급한다. 제1 출력부(420)의 출력 전압/전류는 제2 출력부(430)의 출력 전압/전류와 같을 수도 있고, 다를 수도 있다.The
전원공급장치(300)는 제1 출력부(420) 및 제2 출력부(430)를 통해 입력 전압을 두 개 이상의 출력으로 전달할 수 있다.The
전술한 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 전술한 과정들을 변경하여 실행하거나 전술한 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.Although it is described that the above-described processes are sequentially executed, this is merely illustrative of the technical idea of an embodiment of the present invention. In other words, a person of ordinary skill in the art to which an embodiment of the present invention pertains may change and execute the above-described processes without departing from the essential characteristics of an embodiment of the present invention, or perform one or more of the above-described processes. Since it is possible to apply various modifications and variations by executing in parallel, it is not limited to a time-series order.
한편, 전술한 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등의 비일시적인(non-transitory) 매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the above-described processes can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. That is, the computer-readable recording medium includes non-transitory media such as ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage device. In addition, the computer-readable recording medium is distributed in a network-connected computer system so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
또한, 본 발명의 구성 요소들은 메모리, 프로세서, 논리 회로, 룩-업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구조를 사용할 수 있다. 이러한 직접 회로 구조는 하나 이상의 마이크로 프로세서 또는 다른 제어 장치의 제어를 통해 본 명세서에 기술 된 각각의 기능을 실행한다. 또한, 본 발명의 구성 요소들은 특정 논리 기능을 수행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하고 하나 이상의 마이크로 프로세서 또는 다른 제어 장치에 의해 실행되는 프로그램 또는 코드의 일부에 의해 구체적으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 요소들은 각각의 기능을 수행하는 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로 프로세서 등을 포함하거나 이에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 요소들은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 명령어들을 하나 이상의 메모리에 저장할 수 있다.In addition, the components of the present invention may use an integrated circuit structure such as a memory, a processor, a logic circuit, a look-up table, and the like. This integrated circuit structure implements each of the functions described herein through the control of one or more microprocessors or other control devices. In addition, the components of the present invention may be specifically implemented by a part of a program or code including one or more executable instructions for performing a specific logical function and executed by one or more microprocessors or other control devices. In addition, the components of the present invention may include or be implemented by a central processing unit (CPU), a microprocessor, etc. that perform respective functions. In addition, the components of the present invention may store instructions executed by one or more processors in one or more memories.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and a person skilled in the art to which this embodiment belongs may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.
200: 1차측 회로 210: 변압기
220: 2차측 회로 230: 제어부
300: 전원공급장치200: primary side circuit 210: transformer
220: secondary circuit 230: control unit
300: power supply
Claims (10)
반도체 변압기의 1차측 회로에 포함된 1차측 커패시터들로부터 고전압을 입력 받는 입력부;
입력 전압을 강압하는 변압부; 및
강압된 전압에 기초하여 1차측 제어부에 전력을 공급하는 출력부
를 포함하되,
상기 1차측 커패시터들은 1차측 상단부 커패시터들 및 1차측 하단부 커패시터들을 포함하고,
상기 입력부는 상기 1차측 상단부 커패시터들 및 상기 1차측 하단부 커패시터들 중 어느 하나로부터 고전압을 입력 받고,
상기 변압부는 테프론 튜브로 감싸진 에나멜 선이 와인딩된 고주파 변압기이고,
상기 출력부는 상기 1차측 제어부에 연결되고,
상기 1차측 제어부는 상기 1차측 회로에 포함된 스위치들을 제어하는 것인 전원공급장치.In the power supply device for supplying power to the primary side control unit of the semiconductor transformer,
an input unit receiving a high voltage from primary side capacitors included in the primary side circuit of the semiconductor transformer;
a transformer for stepping down the input voltage; and
An output unit for supplying power to the primary side control unit based on the step-down voltage
including,
The primary side capacitors include primary side upper end capacitors and primary side lower end capacitors,
The input unit receives a high voltage from any one of the primary side upper end capacitors and the primary side lower end capacitors,
The transformer is a high-frequency transformer in which an enamel wire wrapped with a Teflon tube is wound,
The output unit is connected to the primary control unit,
The primary-side control unit is a power supply that controls the switches included in the primary-side circuit.
상기 1차측 커패시터들은 직렬로 연결된 적어도 두 개의 커패시터들을 포함하고,
상기 입력부는,
상기 적어도 두 개의 커패시터들로부터 각각 독립적으로 고전압을 입력 받는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.According to claim 1,
The primary side capacitors include at least two capacitors connected in series,
The input unit,
The power supply device, characterized in that each independently receives a high voltage from the at least two capacitors.
반도체 변압기의 1차측 회로에 포함된 1차측 커패시터들로부터 고전압을 입력 받는 과정;
입력 전압을 강압하는 과정; 및
강압된 전압에 기초하여 1차측 제어부에 전력을 공급하는 과정
을 포함하되,
상기 1차측 커패시터들은 1차측 상단부 커패시터들 및 1차측 하단부 커패시터들을 포함하고,
상기 입력 받는 과정은 상기 1차측 상단부 커패시터들 및 상기 1차측 하단부 커패시터들 중 어느 하나로부터 고전압을 입력 받는 과정이고,
상기 강압하는 과정은 테프론 튜브로 감싸진 에나멜 선이 와인딩된 고주파 변압기를 이용하여 상기 입력 전압을 강압하는 과정이고,
상기 전원공급장치는 상기 1차측 제어부에 연결되고,
상기 1차측 제어부는 상기 1차측 회로에 포함된 스위치들을 제어하는 것인 전원공급장치의 동작 방법.In the operating method of a power supply device for supplying power to the primary side control unit of a semiconductor transformer,
receiving a high voltage from primary capacitors included in a primary circuit of a semiconductor transformer;
step-down the input voltage; and
The process of supplying power to the primary control unit based on the step-down voltage
including,
The primary side capacitors include primary side upper end capacitors and primary side lower end capacitors,
The input receiving process is a process of receiving a high voltage from any one of the primary side upper end capacitors and the primary side lower end capacitors,
The step of step-down is a step of step-down the input voltage using a high-frequency transformer wound with an enamel wire wrapped in a Teflon tube,
The power supply is connected to the primary control unit,
The primary-side control unit is an operating method of the power supply to control the switches included in the primary-side circuit.
상기 1차측 커패시터들은 직렬로 연결된 적어도 두 개의 커패시터들을 포함하고,
상기 입력 받는 과정은,
상기 적어도 두 개의 커패시터들로부터 각각 독립적으로 고전압을 입력 받는 과정인 전원공급장치의 동작 방법.7. The method of claim 6,
The primary side capacitors include at least two capacitors connected in series,
The input process is
A method of operating a power supply, wherein each of the at least two capacitors independently receives a high voltage.
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