KR102635055B1 - 스위칭가능 증폭기 - Google Patents

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페드로 페레즈 드 아얄라 룰
파트릭 덴즈
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오미크론 일렉트로닉스 게엠바하
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Abstract

전기 부품을 테스트하기 위한 테스트 장치(10)에 가볍고 견고한 전압 증폭기 및 전류 증폭기를 제공하기 위해, 증폭기(8)는 양의 출력 단자(P) 및 음의 출력 단자(N) 사이의 신호 출력에서 테스트 신호를 출력하도록 설계되며, 증폭기는 제1 하프 브리지(HB1) 및 제2 하프 브리지(HB2)를 포함하고, 스위칭 유닛(7)이 제공되며, 이는 제1 하프 브리지(HB1) 및 제2 하프 브리지(HB2)를 제1 동작 모드(Mi)에서 신호 출력과 병렬로 연결하도록, 그리고 제1 하프 브리지(HB1)와 제2 하프 브리지(HB2)를 제2 동작 모드(Mu)에서 신호 출력과 직렬로 연결하도록 설계된다.

Description

스위칭가능 증폭기
본 발명은 전기 부품을 테스트하기 위한 테스트 장치용 증폭기에 관한 것으로, 상기 증폭기는 양의 출력 단자와 음의 출력 단자 사이의 신호 출력에서 테스트 신호를 출력하도록 설계되고, 상기 증폭기는 제1 하프 브리지와 제2 하프 브리지를 포함한다.
종종, 전기 기계 또는 전자 스위칭 장치의 제어 장치를 테스트하기 위해 테스트 장치가 필요하다. 특히 전기 보호 기술 및 전기 에너지 공급 분야에서, 스위칭 장치 및 그 제어 장치의 기능에 대한 테스트는 중요하며, 종종 의무적이기도 하다. 예를 들어, 전기 고압 그리드에서 마스트에 장착된 스위칭 장치에는 종종 전자기 액추에이터가 장착되고 제어 연결을 통해 제어 장치에 연결된다. 일반적으로 테스트 장치는 스위칭 장치를 시뮬레이션하는 데 사용된다. 이를 위해 스위칭 장치와 제어 연결부를 제어 장치에서 분리하고, 대신 테스트 장치를 어댑터 케이블을 통해 제어 장치에 연결하여, 해당 제어 장치의 기능을 테스트한다. 그런 다음 테스트 장치는 제어 장치를 특정 반응으로 자극하도록 의도된 해당 전기 테스트 신호를 생성한다. 반응은 테스트 장치에 의해 감지되고 평가된다.
테스트 신호는 테스트 전류와 테스트 전압으로 구성된다. 테스트 신호는 높은 테스트 전압(예: 300V 범위)과 낮은 테스트 전류(예: 1A 범위)를 가질 수 있다. 이를 위해 테스트 장치에 전압 증폭기가 제공된다. 상기 전압 증폭기는 높은 테스트 전압과 낮은 테스트 전류를 갖는 테스트 신호를 생성하도록 설계된다. 또는 테스트 신호에 높은 테스트 전류(예: 30A 범위)와 낮은 테스트 전압(예: 25V 범위)이 제공될 수도 있다. 이를 위해, 높은 테스트 전류와 낮은 테스트 전압을 갖는 테스트 신호를 생성하도록 설계되는 전류 증폭기가 다시 제공된다. 높은 테스트 전압과 낮은 테스트 전류 또는 높은 테스트 전류와 낮은 테스트 전압이 출력되기 때문에 상대적으로 낮은 전력 출력이 발생한다.
전류 증폭기와 전압 증폭기가 테스트 장치에 제공되는 경우, 이들 증폭기는 서로 다른, 서로 분리된 토폴로지를 갖는다. (양의 전압 출력 단자 및 음의 전압 출력 단자를 포함하는) 특수 전압 출력이 전압 증폭기용으로 제공되고, (양의 전류 출력 단자 및 음의 전류 출력 단자를 포함하는) 전압 출력으로부터 분리된 특수 전류 출력이 전류 증폭기용으로 제공된다. 높은 테스트 전압과 높은 테스트 전류를 동시에 가지는 테스트 신호가 전류 출력이나 전압 출력에서 출력되지 않기 때문에 전압 출력과 전류 출력 모두에서 상대적으로 낮은 전력이 출력된다. 그럼에도 불구하고, 전류 증폭기와 전압 증폭기는 높은 테스트 전류 또는 높은 테스트 전압을 출력할 수 있도록 충분히 견고하도록 치수가 지정되어야 한다. 테스트 장치에 전압 증폭기와 전류 증폭기가 있는 경우, 테스트 장치는 그에 따라 부피가 클 뿐만 아니라 무거워, 휴대성에 부정적인 영향을 미친다. 이는 스위칭 장치의 제어 장치에 대한 테스트가 일반적으로 현장에서 이루어지기 때문에 높은 수준의 이동성이 요구되기 때문에 불리하다.
본 발명의 목적은 테스트 장치를 위한 가볍고 견고한 전압 증폭기 및 전류 증폭기를 제공하는 것이다.
이 목적은 본 발명에 따라, 증폭기에 스위칭 유닛을 제공함으로써 달성되며, 스위칭 유닛은 제1 동작 모드에서 신호 출력에 병렬로 제1 하프 브리지 및 제2 하프 브리지를 연결하도록 설계되고, 그리고 제2 동작 모드에서 제1 하프 브리지와 제2 하프 브리지를 신호 출력에 직렬로 연결하도록 설계된다.
제1 동작 모드는 테스트 전류가 높은 테스트 신호를 출력하도록 최적화되어 있으므로, 제1 동작 모드에서 증폭기는 전류 증폭기라고 볼 수 있다. 따라서 제1 동작 모드에서 증폭기는 제1 하프 브리지와 제2 하프 브리지의 병렬 연결을 통해 신호 출력에서 높은 테스트 전류(예: 25~50A 범위)와, 낮거나 무시할 수 있는 테스트 전압(예: 0~25V 범위)을 갖는 테스트 신호를 출력할 수 있다.
제2 동작 모드는 높은 테스트 전압을 갖는 테스트 신호를 출력하도록 최적화되어 있으므로, 제2 동작 모드에서 증폭기는 전압 증폭기로 간주될 수 있다. 따라서 제2 동작 모드에서, 증폭기는 제1 하프 브리지와 제2 하프 브리지의 직렬 연결을 통해 신호 출력에서, 높은 테스트 전압(예: 50V~10kV 범위)과, 낮거나 무시할 수 있는 테스트 전류(예: 0~1A 범위)를 갖는 테스트 신호를 출력할 수 있다.
결과적으로, 제1 동작 모드에서 제2 동작 모드로 또는 그 반대로 스위칭가능한 본 발명에 따른 증폭기에 의해, 동작 모드에 따라 전류 증폭기 및 전압 증폭기 모두가 실현된다. 동작 모드에 따라, 높은 테스트 전압과 낮은 테스트 전류를 가지거나 높은 테스트 전류와 낮은 테스트 전압을 갖는 테스트 신호가 신호 출력에서, 즉 양의 출력 단자와 음의 출력 단자 사이에서, 출력될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 증폭기는 제1 및 제2 동작 모드에서 동일한 신호 출력의 사용을 허용한다. 대조적으로, 분리된 전압 증폭기 및 전류 증폭기를 갖는 종래 기술에 따른 테스트 장치는 분리된 전압 출력 및 전류 출력을 포함한다. 물론, 본 발명에 따른 증폭기에서, 제1 및 제2 동작 모드에 대해 별도의 신호 출력을 제공하는 것도 가능하지만, 이는 추가적인 회로 복잡성을 의미할 것이다. 본 발명에 따르면, 두 동작 모드에 대해 공통 회로 토폴로지가 제공되기 때문에, 전압 증폭기와 전류 증폭기의 분리된 설계의 경우보다 더 적은 수의 부품이 필요하다. 따라서 스위칭가능한 증폭기의 부피와 질량이 더 낮아져 휴대성이 높아진다.
바람직하게는, 상기 제1 하프 브리지는 제1 스위칭 소자와, 상기 제1 스위칭 소자와 직렬로 연결된 제2 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제2 하프 브리지는 제3 스위칭 소자 및 상기 제3 스위칭 소자와 직렬로 연결된 제4 스위칭 소자를 포함한다. 물론, 예를 들어 출력에서 전력 출력을 증가시키기 위해, 추가 스위칭 소자가 제1 및/또는 제2 하프 브리지에 제공될 수도 있다.
바람직하게는, 증폭기는 연결점을 통해 직렬로 연결된 제1 DC 전압원 및 제2 DC 전압원을 포함하고, 여기서 제1 및 제2 하프 브리지는 각각 직렬로 연결된 제1 및 제2 DC 전압원에 병렬로 연결되고, 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 연결점이 제1 중심점을 형성하고, 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자의 연결점이 제2 중심점을 형성하고, 여기서 제1 중심점은 양의 출력 단자에 연결된다.
제1 동작 모드에서 제2 중심점은 양의 출력 단자에 연결되고 음의 출력 단자에서 분리될 수 있으며, 연결점은 음의 출력 단자에 연결되어 제1 하프 브리지 및 제2 하프 브리지를 신호 출력에 평행하게 연결할 수 있다. 따라서 높은 테스트 전류를 갖는 테스트 신호가 신호 출력에서 출력될 수 있다.
더욱이, 필터 인덕터가 신호 출력에 제공될 수 있고, 그 인덕턴스는 바람직하게는 스위칭가능하다. 필터 인덕터는 양의 출력 단자 또는 음의 출력 단자에 직렬로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 필터 인덕터의 인덕턴스는 제1 동작 모드에서 보다 낮은 인덕턴스(예: 10μH)로, 제2 동작 모드에서 보다 높은 인덕턴스(예: 200μH)로 스위칭된다. 이것은 필터 인덕터의 중앙 탭핑을 통해 수행할 수 있다. 결과적으로, 제2 동작 모드에서, 보다 높은 인덕턴스를 통해 테스트 신호의 리플을 작게 유지할 수 있다. 필터 인덕터는 제1 동작 모드에서만 출력되는 신호 출력에 연결될 수 있고, 제2 동작 모드에서 신호 출력으로부터 연결 해제(예를 들어, 브리지)될 수 있다. 제2 동작 모드에서는 테스트 신호의 테스트 전압이 기본적으로 조정되므로, 특히 높은 임피던스 부하가 신호 출력에 연결될 수 있다. 필터 인덕터가 제2 동작 모드에서 신호 출력에 연결되면 테스트 전류가 필터 인덕터에 의해 평활화되기 때문에 제2 동작 모드에서 테스트 신호의 테스트 전류를 더 쉽게 조정할 수 있다. 따라서 높은 구동 출력 전압으로 인해 낮은 임피던스 부하뿐만 아니라 높은 임피던스 부하도 작동할 수 있다. 필터 인덕터는 선택 사항이지만, 제어 거동과 출력 신호의 신호 품질에 유리한 영향을 미친다.
제2 동작 모드에서, 음의 출력 단자는 바람직하게는 연결점으로부터 분리되고 제2 중심점에 연결된다. 이렇게 1차 하프 브릿지와 2차 하프 브릿지가 직렬로 연결되어 신호 출력에서 고전압의 테스트 신호가 출력된다.
제2 동작 모드에서, 제2 중심점은 스위칭 유닛에 의해 작동되는 제1 스위치에 의해 음의 출력 단자에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 증폭기는 전기 부품, 바람직하게는 전기 스위치기어 조립체의 스위칭 장치의 제어 장치를 테스트하기 위한 테스트 장치에 사용될 수 있다. 이를 위해 테스트를 가능하게 하기 위해 테스트 신호를 전기 부품에 인가할 수 있다. 테스트 장치는 전기 부품을 테스트하기 위해 입력 신호를 수신할 수도 있다. 그러나 전기 부품의 기능은 테스트 장치와 독립적으로 테스트될 수도 있다.
예를 들어, 에너지 미터를 테스트하기 위한 테스트 장치가 제공될 수 있다. 에너지 미터는 소비 에너지를 정확하게 결정할 수 있도록 일정 기간 동안 전류와 전압을 측정한다. 에너지 미터는 일반적으로 롤 카운터가 있거나, 예를 들어 1,000펄스/kWh의, LED를 통해 카운팅 펄스를 전달한다. 에너지 미터의 정확도는 테스트 장치를 사용하여 평가할 수 있다. 이것은 테스트 장치의 증폭기가 미리 정해진 시간에 걸쳐 전류 및/또는 전압, 예를 들어 전류 및/또는 전압 변환기의 아날로그 2차 변수를, 시뮬레이션하기 위해 테스트 신호를 출력한다는 점에서 달성될 수 있다. 이러한 전류 및/또는 전압, 즉 테스트 신호는 한편으로는 에너지 미터에 공급되지만 다른 한편으로는 직접 기록되고, 실제로 출력되는 에너지가 이로부터 계산된다. 전류 및/또는 전압의 기록에 더하여 또는 그 대신에, 테스트 장치의 에너지 출력도 직접 기록할 수 있다. 에너지 미터는 또한 전류 및/또는 전압으로부터 에너지를 결정하며, 이에 따라 실제로 출력되는 에너지, 즉 기록되거나 계산된 에너지가, 에너지 미터에 의해 결정된 에너지와 비교된다. 결과적으로 에너지 미터의 정확도를 결정할 수 있다. 결정 자체는 에너지 출력을 결정된 에너지와 비교하는 비교 장치를 통해 이루어질 수 있다. 비교 장치는 테스트 장치 자체에 제공되거나 독립 구성 요소 또는 독립 실행형 장치로 제공될 수 있다. 물론 사용자가 비교를 수행할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 증폭기를 포함하는 테스트 장치는 전기 시스템의 작동 수단(컨버터, 보호 계전기)의 2차 신호를 테스트할 수 있다. 이를 위해, 테스트 장치의 증폭기에서 테스트 신호를 출력하고 이 신호를 1차 신호로 사용한다. 1차 신호는 조작 수단의 1차측에 인가되고, 또한 2차 신호가 조작 수단의 2차측에서 결정된다. 2차 신호는 올바른 극성, 올바른 레벨 등에 대해 테스트될 수 있으며, 그 결과 예를 들어 2차측 배선을 테스트할 수 있다. 2차 신호의 분석은 테스트 장치 자체에 제공되는, 또는, 독립 구성요소 또는 장치로 제공되는, 분석 장치에 의해 수행될 수 있다. 물론 사용자가 분석을 수행할 수도 있다.
본 발명은 도 1 내지 도 5c를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명된다. 도 1 내지 도 5c는 예시로서 본 발명의 유리한 실시예를 개략적이고 비제한적인 방식으로 도시한다. 도면에서:
도 1a는 제어 유닛을 갖는 전기 스위치기어를 도시하고,
도 1b는 제어 유닛에 연결된 테스트 장치를 보여주며,
도 2는 증폭기의 실시예를 도시하고,
도 3a는 제1 동작 모드의 증폭기를 보여주며,
도 3b는 제2 동작 모드의 증폭기를 보여주고,
도 3c는 출력에 필터 인덕터 Lx가 있는 제2 동작 모드의 증폭기를 보여주며,
도 4a는 50%의 듀티 사이클에서 제1 동작 모드의 테스트 신호를 보여주고,
도 4b는 40%의 듀티 사이클에서 제1 동작 모드의 테스트 신호를 보여주며,
도 5a는 50%의 듀티 사이클에서 제2 동작 모드의 테스트 신호를 보여주고,
도 5b는 40%의 듀티 사이클에서 제2 동작 모드의 테스트 신호를 보여주며,
도 5c는 60%의 듀티 사이클에서 제2 동작 모드의 테스트 신호를 보여준다.
도 1은 전기 공급 네트워크(1)의 일부(여기서, 3상 오버헤드 라인)를 도시하며, 그 라인(3)은 마스트(2) 사이에서 통상적인 방식으로 인장된다. 스위칭 장치(5) 및 관련 제어 장치(6)로 구성된 스위치기어(4)는 안전 장치로서 마스트에 제공된다. 스위칭 장치(5)는 예를 들어 공지된 방식으로, 코일을 포함하는 자기 액츄에이터 형태의 회로 차단기 또는 리클로저이다. 스위칭 장치(5)는 제어 장치(6)에 의해 트리거되는 스위칭 작용에 의해 라인(3) 중 적어도 하나를 분리하거나 연결할 수 있다.
이를 위해, 스위칭 장치(5)는 제어 연결부(12)를 통해 제어 장치(6)에 연결된다. 이를 위해, 제어 연결부(12)는 일반적으로 제어 입력 변수 및 제어 출력 변수를 전송하기 위한 다수의 제어 라인을 포함한다. 스위칭 동작은 일반적으로 제어 출력 변수에 의해 트리거된다.
스위치기어(4)를 테스트하기 위해, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제어 연결부(12)는 스위칭 장치(5)와 제어 장치(6) 사이에서 분리된다. 테스트 전에, 예를 들어 초기 시동 중에, 스위칭 장치(5)가 제어 장치(6)에 전혀 연결되지 않은 것도 가능하며, 이는 제어 연결부(12)의 분리가 생략될 수 있음을 의미한다. 이는, 제어 장치(6)가 종종 설치 전에 매개변수화되고 그 후 테스트 장치(10)를 사용하여 "현장으로" 가져와 설치되기 전에 기능에 대해 테스트되기 때문에, 매우 자주 발생한다. 테스트를 위해 제어 장치(6)는 스위치기어(4)의 제어 장치(6)의 올바른 기능 및 매개변수화를 테스트하기 위해, 스위칭 장치(5)를 시뮬레이션하는 테스트 장치(10)에 어댑터 케이블(11)을 통해 연결된다. 어댑터 케이블(11)의 한쪽은 제어 장치(6)의 신호 입력에 연결되고 다른 쪽은 테스트 장치(10)의 신호 출력(9)에 연결된다. 따라서 테스트 장치(10)는 스위칭 장치(5)를 모방하거나 시뮬레이션하는 역할을 한다. 전류 및/또는 전압 변환기의 아날로그 2차 변수는 테스트 장치(10)에 의해 시뮬레이션될 수 있고 제어 장치(6)의 정확한 기능(예를 들어, 3상)을 검출하기 위해 제어 유닛(6)에 공급될 수 있다. 결함 유형 및 결함 특성에 따라, 제어 장치(6)는 라인(3)들 중 적어도 하나를 분리시키기 위해, 미리 결정된 시간 후에, 예를 들어, 이진 접촉에 의해, 신호를 테스트 장치(10)에 전송한다. 이 경우에, 장치(10)는 스위칭 장치(5)를 시뮬레이션한다. 제어 장치(6)에 공급되는 2차 변수의 생성은 본 발명에 따른 증폭기를 포함하는 테스트 장치(10)에 의해 일어날 수 있다. 따라서 테스트 신호는 2차 변수 역할을 한다.
본 발명에 따른 증폭기(8)를 포함하는 테스트 장치(10)는 물론 오버레드 라인 형태의 전기 공급 네트워크(1)에서의 응용예로 제한되지 않고, 오히려 스위칭 장치(5) 및 관련 제어 장치(6)를 갖는 스위치기어(4) 형태의 안전 장치를 갖는 전기 에너지전송 또는 분배를 위한 임의의 시스템에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 증폭기(8)는 또한 전기 스위치기어의 전기 부품을 테스트하기 위한 테스트 장치(10)에서 사용될 수 있고, 여기서, 테스트 신호는 전기 부품에 인가된다.
전기 부품을 테스트하기 위한 테스트 장치(10)용 증폭기(8) - 바람직하게는 전기 스위치기어(4)의 스위칭 장치(5)의 제어 장치(6) - 는 양의 출력 단자(P)와 음의 출력 단자(N) 사이의 신호 출력에서 테스트 신호를 출력하도록 설계된다. 본 발명에 따르면, 스위칭 유닛(7)이 증폭기(8)에 제공되고, 스위칭 유닛은 증폭기(8)를 제1 동작 모드 Mi 및 제2 동작 모드 Mu로 선택적으로 스위칭하도록 설계된다.
테스트 신호는 테스트 전류(ia)와 테스트 전압(ua)으로 구성된다. 제1 동작 모드 Mi에서, 테스트 신호의 테스트 전류 ia는 바람직하게는 조절되며; 제2 동작 모드 Mu에서, 테스트 신호의 테스트 전압 ua는 바람직하게 조절된다. 도 3은 증폭기(8)의 바람직한 실시예를 도시한다. 이 경우, 바람직하게는 제1 스위칭 소자(S1) 및 제1 스위칭 소자(S1)와 직렬로 연결된 제2 스위칭 소자(S2)를 포함하는, 제1 하프 브리지(HB1)와, 바람직하게는 제3 스위칭 소자(S3) 및 제3 스위칭 소자(S3)와 직렬로 연결된 제4 스위칭 소자(S4)를 포함하는, 제2 하프 브리지(HB2)가 제공된다.
신호 출력은 부하 Z에 연결되며, 바람직하게는 제1 동작 모드 Mi에서 저 임피던스 부하 Z에 연결되고 제2 동작 모드 Mu에서 고 임피던스 부하 Z에 연결된다. 추가 전기 부품, 예를 들어 도 1에 따른 전기 스위치기어(4)의 스위칭 장치(5)의 제어 장치(6)가 부하(L)로 간주될 수 있다. 제1 동작 모드 Mi에서, 제1 하프 브리지(HB1) 및 제2 하프 브리지(HB2)는 신호 출력에 병렬로 연결된다. 제2 동작 모드 Mu에서, 제1 하프 브리지(HB1) 및 제2 하프 브리지(HB2)는 신호 출력과 직렬로 연결된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 증폭기(8)에는 제1 DC 전압(Uq1)을 갖는 제1 DC 전압원(UQ1), 및 연결점(V)을 통해 직렬로 연결되고 제2 DC 전압(Uq2)을 갖는 제2 DC 전압원(UQ2)이 제공된다. 제1 하프 브리지(HB1)와 제2 하프 브리지(HB2)도 직렬 연결된 제1 및 제2 DC 전압원(UQ1, UQ2)에 각각 병렬로 연결되며, 여기서 제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2)의 연결점은 제1 중심점(M1)을 형성하고, 제3 스위칭 소자(S3)와 제4 스위칭 소자(S4)의 연결점이 제2 중심점(M2)을 형성한다. 또한, 제1 중심점(M1)은 양의 출력 단자(P)에 연결되며, 이는 직접 또는 추가 요소를 통해 수행될 수 있다. 특히, 라인 필터 인덕터(L')가 추가 요소로서 제공될 수 있다. 이것은 선택적인 라인 필터 인덕터 L'가 제1 중심점 M1과 양의 출력 연결 P 사이에 제공되기 때문에 도 2(및 도 3a, b, c)의 경우에 해당한다. 선택적 라인 필터 인덕터 L'가 또한 제2 중심점 M2와 음의 출력 단자 N 사이에서 도 2(및 도 3a, b, c)에 제공된다. 또한 라인 필터 인덕터 L'가 각각 선택적 라인 필터 커패시터 C를 통해 접지 전위에 연결된다. 라인 필터 인덕터(L')가 생략되고 그럼에도 불구하고 라인 필터 커패시터(C)가 제공된다면, 제1 및 제2 중심점(M1, M2)은 각각 라인 필터 커패시터(C)를 통해 접지 전위에 연결된다.
또한, 필터 인덕터(L)가 신호 출력에 제공되며, 이 인덕터의 인덕턴스는 제2 스위치(R2)에 의해 스위칭되거나 브리지될 수 있다. 바람직하게는, 제1 동작 모드(M1)에서, 필터 인덕터(L)가 제2 스위치(R2)에 의해 브리지된다. 그러나 선택적인 제3 스위치(R3)도 제공되며, 이는 제2 동작 모드 Mu에서 필터 인덕터(L)를 다시 연결하는 역할을 한다. 물론, 제2 동작 모드의 필터 인덕터(L)는 제2 스위치(R2)와 별도로 설계된 추가 스위치(미도시)에 의해 스위치 온될 수도 있다.
필터 인덕터(L)가 제2 동작 모드(Mu)에서 연결되면, 저임피던스 부하(Z)도 신호 출력에 연결될 수 있다. 증폭기(8)가 1A의 테스트 전류 ia를 갖는 테스트 신호를 출력할 수 있다고 가정하면, 제2 동작 모드 Mu에서, 전압 소스 UQ1 및 UQ2는 이 부하를 구동하기 위해 충분히 높은 DC 전압 Uq1, Uq2를 제공하기 때문에, 예를 들어, 300 오옴의 부하 Z가 신호 출력에서 제공될 수 있다.
또한, 도 2에서, 양의 출력 단자 P와 음의 출력 단자 N 사이에 선택적인 필터 커패시터 Cx가 제공된다. 도시된 실시예에서, 제2 스위치 R2는 또한 제2 동작 모드 Mu에서, 필터 커패시터 Cx를 양의 출력 연결 P와 음의 출력 연결 N 사이에서 스위칭시키고, 제1 동작 모드 Mi에서 필터 커패시터 Cx를 브리지하는 역할을 한다.
제1 스위치(R1) 및/또는 제2 스위치(R2) 및/또는 제3 스위치(R3) 및/또는 추가 스위치는 스위칭 유닛(7)에 의해 제어될 수 있다. 따라서 필터 인덕터(Lx)는 제1 중심점(M1)과 양의 출력 단자 P 사이에 위치한다(도면 참조).
필터 인덕터(Lx)가 제2 중심점(M2)과 음의 출력 단자(N) 사이에 배치되는 것도 생각할 수 있다. 필터 인덕터(Lx)가 각각의 경우에 제1 중심점(M1)과 양의 출력 단자 P사이에, 그리고 제2 중심점 M2와 음의 출력 연결 N 사이에 제공될 수도 있다. 제1 동작 모드 Mi에서, 제2 중심점 M2는 음의 출력 단자 N에서 분리되고 연결점 V는 음의 출력 단자 N에 연결되어, 신호 출력과 병렬로 제1 하프 브리지(HB1)와 제2 하프 브리지(HB2)를 연결하고, 신호 출력에서 높은 테스트 전류(ia)를 갖는 테스트 신호를 출력한다.
대신에, 제1 동작 모드 Mi에서, 제1 중심점 M1이 양의 출력 단자 P로부터 연결 해제되는 것이 가능할 수도 있으며, 여기서 연결점 V는 양의 출력 단자 P에 연결되어, 제1 하프 브리지(HB1)와 제2 하프 브리지(HB2)를 신호 출력과 병렬로 연결하고, 신호 출력에서 높은 테스트 전류(ia)를 갖는 테스트 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 필터 인덕터(Lx)가 제2 중심점(M2)과 음의 출력 연결부(N) 사이에 제공되는 것이 유리하다.
음의 출력 단자 N으로부터 연결점 V로 및 그 반대로 제2 줌심점 M2의 연결을 스위칭(또는 선택적으로, 제1 중심점 M1을 음의 출력 단자 N으로부터 연결점 V로 또는 그 반대로)하는 것은, 바람직하게는 예를 들어 스위칭 유닛(7)에 의해, 제어되는 제1 스위치(R1)에 의해 수행되며, 여기서 도시된 실시예에서, 연결점(V)은 접지 전위에 연결되고 제1 스위치(R1)는 음의 출력 단자 N을 제2 중심점으로부터 분리하여, 이를 접지 전위에 연결한다.
제2 동작 모드 Mu에서, 제2 중심점(M2)은 음의 출력 단자(N)에 연결되고 연결점 V로부터 분리되어(여기서는 제1 스위치(R1)을 통해서도 발생함), 제1 하프 브리지 및 제2 하프 브리지를 직렬로 연결하고, 신호 출력에서 고-테스트 전압 ua를 갖는 테스트 신호를 출력할 수 있다.
물론, 두 가지 기능(음의 출력 연결(N)을 제2 중심점(M2)으로부터 분리하고, 제2 중심점(M2)을 접지 전위로 스위칭하는 기능)을 구현하는 제1 스위치(R1)의 이 실시예는 물론 마찬가지로 복수의 기능(필터 인덕터 Lx의 연결/브리징 및 제1 및 제2 중심점 M1, M2의 연결)을 구현하는 제2 스위치 R2의 실시예는 각각의 경우에 바람직한 실시예이다. 대신, 예를 들어 필터 인덕터 Lx를 연결(또는 스위칭)하기 위한 스위치, 제1 및 제2 중심점(M1, M2)을 연결하기 위한 스위치, 필터 커패시터(Cx)를 연결하기 위한 스위치, 음의 출력 단자로부터 제2 중심점(M2)을 분리하기 위한 스위치, 제2 중심점(M2)을 접지로 스위칭하기 위한 스위치, 또는 이들의 임의의 조합과 같이, 각각의 경우에 하나의 스위치가 각각의 기능을 위해 제공될 수 있다.
도 3a는 제1 동작 모드 Mi에서 도 2의 증폭기(8)의 배선을 도시한다. 제1 스위치 R1(도시되지 않음)은 음의 출력 단자 N을 연결점 V에 연결하고(즉, 여기서 음의 출력 단자 N과 연결점 V를 모두 접지로 전환함), 출력 단자 N을 제2 중심점 M2로부터 분리한다.
제1 동작 모드(Mi)에서, 제2 스위치(R2)(도시되지 않음)는 하프 브리지(HB1, HB2)를 병렬로 스위칭하고, 마찬가지로 여기에서 필터 커패시터(Cx)를 브리지하고, 제1 중심점(M1)을 제2 중심점(M2)에 연결한다(각각의 경우 코일 L'을 통해). 제2 스위치(R2)는 필터 인덕터(Lx)가 제1 중심점(M1)과 양의 출력 단자(P) 사이에서 스위칭되는 위치에 놓인다. 제3 스위치(R3)는 필터 인덕터(Lx)를 브리지하지 않기 위해 개방된다. 하프 브리지 HB1, HB2의 병렬 연결에 따라, 테스트 신호의 테스트 전류 ia가 신호 출력에서 제1 동작 모드 Mi로 두 배가 될 수 있다. 예를 들어, 하프 브리지(HB1, HB2)에 사용되는 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)(예: 트랜지스터로 설계됨)가 각각 15A를 견딜 수 있는 경우, 가령, 30A 영역의, 높은 테스트 전류(ia)를 갖는 테스트 신호의 출력이 2개의 하프 브리지(HB1, HB2)의 병렬 연결을 통해 가능하다. 2개의 하프 브리지(HB1, HB2)에 병렬로 추가 하프 브리지가 연결되면 더 높은 테스트 전류(ia)를 갖는 테스트 신호가 생성될 수 있다.
제1 하프 브리지(HB1)의 제1 스위칭 소자(S1) 및 제2 스위칭 소자(S2)는 각각 교대로 스위칭되고, 마찬가지로, 제2 하프 브리지(HB2)의 제3 스위칭 소자(S3) 및 제4 스위칭 소자(S4)는 각각의 경우에 교대로 스위칭된다. 제1 스위칭 소자(S1)가 활성화되면, 제2 스위칭 소자(S2)는 비활성화되고, 그 반대도 마찬가지이다. 유사하게, 제3 스위칭 소자(S3)는 제4 스위칭 소자(S4)가 비활성화될 때 활성화되고, 그 반대도 마찬가지이다. 듀티 사이클은 하프 브리지(HB1, HB2)의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)의 제어 신호의 비율, 즉 여기서 제1 하프 브리지(BH1)의 제2 스위칭 소자(S2)에 대한 제1 스위칭 소자(S1)의 제어 신호의 비와, 제2 하프 브리지(HB2)의 제4 스위칭 소자(S4)에 대한 제3 스위칭 소자(S3)의 제어 신호의 비를 기술하는 것으로 알려져 있다. 바람직하게는, 제1 하프 브리지(HB1) 및 제2 하프 브리지(HB2)는 동일한 듀티 사이클로 제어된다. 제어 신호는 펄스 생성 유닛에 의해 생성된다. 스위칭 유닛(7)은 바람직하게는 펄스 생성 유닛의 통합 구성요소이다.
제1 동작 모드(Mi)에서, 제1 하프 브리지(HB1) 및 제2 하프 브리지(HB2)는 바람직하게는 180°만큼 오프셋된 방식으로 작동되며, 그 결과 하프 브리지(HB1, HB2)에 의해 제공되는 하프 브리지 출력 전류(i1, i2)의 경우, 각각의 경우에 (삼각형) 리플 전류가 나타나며, 이는 서로에 대해 180° 시프트된다. 테스트 신호의 테스트 전류 ia는 하프 브리지 출력 전류 i1, i2의 합에서 비롯된다. 이 경우 50%의 듀티 사이클에서, 두 개의 하프 브리지 출력 전류 i1, i2의 리플 전류가 상쇄된다. 50%가 아닌 듀티 사이클에서, 하프 브리지 출력 전류 i1, i2의 리플 전류는 완전히 상쇄되지 않고 부분적으로 상쇄된다. 도 3a에서, 테스트 신호의 테스트 전류 ia는 제1 동작 모드 Mi에서 조절된다.
상부 그래프에서, 도 4a는 제1 동작 모드 Mi에 대해, 예로서 50%의 듀티 사이클을 갖고 서로에 대해 180°로 시프트된 제1 스위칭 소자 S1 및 제3 스위칭 소자 S3의 제어 신호를 도시한다. 도시된 제어 신호의 약간의 오프셋의 유일한 목적은 도면에서 겹치는 제어 신호들을 서로 광학적으로 구별할 수 있다는 것이다. 제어 신호에 대해 스위칭 기간 T가 제공된다. 따라서, 제1 중심점(M1)에서의 결과적인 전압 신호(u1) 및 제2 중심점(M3)에서의 결과적인 전압 신호(u2)는 중간 그래프에 도시된다. 차례로, 전압 신호 u1, u2는 제1 중심점 M1에 연결된 라인 필터 인덕터 L'의 제1 하프 브리지 출력 전류 i1과, 제2 중심점 M2에 연결된 라인 필터 인덕터 L'의 제2 하프 브리지 출력 전류 i2를 생성한다. 그 결과 테스트 신호의 테스트 전류 ia가 하프 브리지 출력 전류 i1, i2의 전체 전류로 나타나며, 여기서 도 5a에 도시된 경우 테스트 신호에는 리플 전류가 발생하지 않는다.
도 4b는 40%의 듀티 사이클(다시 한번 서로에 대해 180° 시프트됨)을 갖는 제1 스위칭 소자(S1) 및 제2 스위칭 소자(S3)에 대한 제어 신호를 도시한다. 여기서 테스트 전류 ia의 리플 전류는 더 이상 0이 아니지만 제어 신호의 주파수에 비해 2배의 주파수를 가지며 리플 전류의 진폭도 감쇠된다.
도 3b는 제2 동작 모드 Mu에서 도 2의 증폭기(8)의 배선을 도시한다. 제1 스위치(R1)(미도시)는 음의 출력 단자(N)를 제2 중심점(M2)에 연결하고 음의 출력 단자(N)를 연결점(V)(즉, 여기에서 접지)으로부터 분리한다. 또한, 이 경우, 제2 동작 모드(Mu)에서, 필터 커패시터(Cx)는 양의 출력 단자(P)와 음의 출력 단자(N) 사이에 연결되는데, 이는 제2 스위치(R2)가 필터 커패시터(Cx)를 브리지하지 않기 때문이다. 그러나 이 경우 제2 스위치(R2)는 필터 인덕터(Lx)를 브리지한다. 도 3b에서, 테스트 신호의 테스트 전압 ua는 제2 동작 모드 Mu에서 조절된다.
도 3c는 또한 제2 동작 모드(Mu)를 도시하지만, 제3 스위치(R3)가 개방되고 필터 인덕터(Lx)가 브리지되지 않는 것을 보장한다는 점에서 도 4b에 따른 제2 동작 모드(Mu)와 다르다. 도 3c에서, 테스트 신호의 테스트 전류 ia는 제2 동작 모드 Mu에서 조절된다. 따라서 제2 동작 모드 Mu에서, 낮은 임피던스와 높은 임피던스 부하 Z에서 높은 신호 품질과 강력한 제어 거동을 나타내는 테스트 전류를 출력할 수 있다.
물론, 제1 동작 모드(Mi)에서 테스트 전압을 조절하는 것이 가능하지만 도면에는 도시되지 않았다. 다음 표는 어떤 도면이 어떤 동작 모드 Mi, Mu 및 어떤 제어 유형(테스트 전류 ia 제어, 테스트 전압 ua 제어)을 나타내는지 간략하게 설명한다.
제1 동작 모드 Mi 제2 동작 모드 Mu
테스트 전류 ia의 제어 도 3a 도 3c
테스트 전압 ua의 제어 (도시되지 않음) 도 3b
도 5a는 제2 동작 모드(Mu)에서 제1 스위칭 소자(S1) 및 제2 스위칭 소자(S2)에 대한 제어 신호를 도시한다. 표시된 제어 신호의 약간의 오프셋의 기능은 도면의 제어 신호들을 서로 광학적으로 구별할 수 있도록 하는 것이다. 도 5a는 50%의 듀티 사이클을 보여주며, 이는 제어 신호가 서로 동상임을 의미한다. 제1 및 제2 중심점(M1, M2)에서의 하프 브리지 출력 전압(u1, u2)은 제어 신호와 동일한 형태를 가지므로 라인 필터 인덕터(L')에 흐르는 코일 전류의 전류 리플이 보상된다. 전압 신호 ua는 하프 브리지 전압 u1 u2 사이의 차이로 인해 발생하며, 그 결과, 도시된 경우, 전압 리플이 발생하지 않지만 0의 테스트 전압 ua가 설정된다.
도 5b는 40%의 듀티 사이클을 나타내는 반면, 도 5c에서는 60%의 듀티 사이클을 나타낸다. 이것은 제어 신호의 주파수의 두 배인 테스트 전압 ua(하프 브리지 전압 u1, u2 간의 차이로부터 다시)를 초래한다. 이러한 방식으로, 전체적으로, 라인 필터 인덕터 L' 절반을 통해 흐르는 코일 전류의 전류 리플은 서로 상쇄되며, 그 결과 제어 신호의 두 배 주파수만큼 필터 커패시터 Cx의 테스트 전압 ua가 절반이 된다.

Claims (8)

  1. 전기 부품을 테스트하기 위한 테스트 장치(10)용 증폭기(8)로서, 상기 증폭기(8)는 양의 출력 단자(P)와 음의 출력 단자(N) 사이의 신호 출력에서 테스트 신호를 출력하도록 설계되며,
    상기 증폭기(8)는 제1 스위칭 소자(S1)와, 제1 중심점(M1)을 통해 제1 스위칭 소자(S1)와 직렬로 연결된 제2 스위칭 소자(S2)를 구비한 제1 하프 브리지(HB1)와, 제3 스위칭 소자(S3)와, 제2 중심점(M2)을 통해 제3 스위칭 요소(S3)와 직렬로 연결된 제4 스위칭 요소(S4)를 구비한 제2 하프 브리지(HB2)를 포함하고,
    제1 동작 모드(Mi)에서, 제1 하프 브리지(HB1)의 제1 중심점(M1) 및 제2 하프 브리지(HB2)의 제2 중심점(M2) 각각을 신호 출력의 출력 단자(P, M) 중 하나에 연결하도록, 그리고, 제2 동작 모드(Mu)에서, 제1 하프 브리지(HB1)의 제1 중심점(M1) 및 제2 하프 브리지(HB2)의 제2 중심점(M2)을 신호 출력의 출력 단자(P, N) 중 하나에 연결하도록, 설계된 스위칭 유닛(7)이 제공되며,
    제1 동작 모드(Mi)에서, 제2 하프 브리지(HB2)를 제어하기 위한 제어 신호에 대해 180도 위상 편이된 제어 신호로 제1 하프 브리지(HB1)를 제어하도록, 그리고 제2 동작 모드(Mu)에서, 동상 제어 신호로 제1 하프 브리지(HB1) 및 제2 하프 브리지(HB2)를 제어하도록 상기 증폭기(8)가 추가로 설계되는, 증폭기(8).
  2. 제1항에 있어서, 상기 증폭기(8)는 연결점(V)을 통해 직렬로 연결된 제1 DC 전압원(UQ1) 및 제2 DC 전압원(UQ2)을 포함하고, 제1 하프 브리지(HB1)와 제2 하프 브리지(HB2)는 직렬 연결된 제1 및 제2 DC 전압 소스(UQ1, UQ2)에 각각 병렬로 연결되는, 증폭기(8).
  3. 제2항에 있어서, 제1 동작 모드(Mi)에서, 제1 중심점(M1)은 양의 출력 단자(P)에 연결되고, 제2 중심점(M2)은 양의 출력 단자(P)에 연결되고 음의 출력 단자(N)에서 분리되며, 연결점(V)은 음의 출력 단자(N)에 연결되는, 증폭기(8).
  4. 제2항에 있어서, 제2 동작 모드(Mu)에서, 제1 중심점(M1)은 양의 출력 단자(P)에 연결되고, 연결점(V)은 제2 중심점(M2)으로부터 분리되고 음의 출력 단자(N)에 연결되는, 증폭기(8).
  5. 제4항에 있어서, 제2 동작 모드(Mu)에서, 제2 중심점(M2)은 스위칭 유닛(7)에 의해 작동되는 제1 스위치(R1)에 의해 음의 출력 단자(N)에 연결되는, 증폭기(8).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 동작 모드(Mu)에서, 양의 출력 단자(P)와 음의 출력 단자(N) 사이에서 스위칭 가능한 필터 커패시터(Cx)가 제공되는, 증폭기(8).
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 인덕터(Lx)가 신호 출력에 제공되고, 스위칭 유닛(7)에 의해 스위칭 및/또는 브리지될 수 있는 인덕터를 갖는, 증폭기(8).
  8. 전기 부품을 테스트하기 위한 테스트 장치(10)에 있어서, 상기 전기 부품의 예는 전기 스위치기어(4)의 스위칭 장치(5)의 제어 장치(6)이며, 상기 테스트 장치는 전기 부품을 테스트하기 위한 테스트 신호를 출력하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 증폭기(8)를 포함하는, 테스트 장치(8).
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