KR19980032718U - 공진형 직류링크 인버터 스택 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 고기능 무정전 전원장치 및 인버터 장치에 있어서, 직류링크에 일정한 주기의 공진 주파수를 발생시키기 위한 다수의 공진용 콘덴서 및 직류 전원 평활용 콘덴서와 평활된 직류전원을 스위칭하여 교류 출력을 발생시키기 위한 인버터 장치의 결선 구조에 관한 것이다.
종래의 인버터 장치에서 IGBT모듈을 적용하여 고속 스위칭을 구현하는데는 성공하였으나, IGBT모듈의 고속 스위칭에 의해 필연적으로 발생되는 스위칭 손실의 증가로 인하여 방열장치(Heat Sink)의 용량을 크게 하지 않으면 안되었다.
또한, 평활용 콘덴서가 인버터 스택과 별도로 구성되어 있기 때문에 케이블에 의한 연결이 불가피하고, 이 케이블에 의해서 라인 인덕턴스가 증가하여 스너버 회로의 용량이 증가하게 되는 단점이 초래되었다.
본 고안은 IGBT모듈을 인버터 장치에 적용함에 있어, IGBT를 근접배치하고 IGBT의 플러스 전극 및 마이너스 전극을 각각 플러스 전극판과 마이너스 전극판에 연결함과 동시에 공진부에 다수의 공진 콘덴서를 플러스 전극판과 마이너스 전극판에 연결하고, 공진부의 공진 리액터와 평활용 콘덴서를 부착할 수 있게하여 인덕턴스 성분을 최소화하고 또한 인버터 스택의 구조를 단순화 한다.

Description

공진형 직류링크 인버터 스택
본 고안은 고기능 무정전 전원장치 및 인버터 장치에 있어서, 직류링크에 일정한 주기의 공진 주파수를 발생시키기 위한 다수의 공진용 콘덴서 및 직류 전원 평활용 콘덴서와 평활된 직류전원을 스위칭하여 교류 출력을 발생시키기 위한 인버터 장치의 결선 구조에 관한 것이다.
일반적으로 인버터 장치나 무정전 전원장치 등에 사용되고 있는 인버터 스택은 크게 나누어 스위칭 소자와 방열장치로 구성되어 있다.
스위칭 소자는 반도체 소자로서 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor)가 많이 사용되어 왔으나, 최근에는 고속 스위칭이 가능한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 확산되고 있다.
이와같이 IGBT를 이용해서 수십kHz로 스위칭하는 인버터 장치를 구성함에 있어서, 케이블에 의한 전력회로의 구성이 요구되기 때문에, 회로의 인덕턴스를 증가시킬 뿐만 아니라 인버터 스택의 대형화가 초래된다.
즉, 전력회로 구성에 의한 인덕턴스의 영향은 IGBT의 내부 인덕턴스와 함께 IGBT의 턴오프시 높은 스파크 전압을 유발함과 동시에 IGBT의 스위칭 손실을 크게 함으로서 IGBT파괴의 원인이 되고, 스너버 용량의 증가와 방열장치의 용량 증가를 수반한다.
종래의 인버터 장치에서 IGBT모듈을 적용하여 고속 스위칭을 구현하는데는 성공하였으나, IGBT모듈의 고속 스위칭에 의해 필연적으로 발생되는 스위칭 손실의 증가로 인하여 방열장치(Heat Sink)의 용량을 크게 하지 않으면 안되었다.
또한, 평활용 콘덴서가 인버터 스택과 별도로 구성되어 있기 때문에 케이블에 의한 연결이 불가피하고, 이 케이블에 의해서 라인 인덕턴스가 증가하여 스너버 회로의 용량이 증가하게 되는 단점이 초래되었다.
본 고안은 IGBT모듈을 인버터 장치에 적용함에 있어, IGBT를 근접배치하고 IGBT의 플러스 전극 및 마이너스 전극을 각각 플러스 전극판과 마이너스 전극판에 연결함과 동시에 공진부에 다수의 공진 콘덴서를 플러스 전극판과 마이너스 전극판에 연결하고, 공진부의 공진 리액터와 평활용 콘덴서를 부착할 수 있게하여 인덕턴스 성분을 최소화하고 또한 인버터 스택의 구조를 단순화 한다.
즉, 스위칭 반도체 소자들의 플러스 전극과 마이너스 전극판에 다수의 공진 콘덴서를 연결할 수 있도록 인버터 스택을 설계하여 용량의 증감시에 공진용 콘덴서의 수량 선정을 쉽게 하고, 직류 평활용 콘덴서와 공진용 리액터를 연결하기 쉽도록 설계하였다.
또한 본 고안은 회로의 인덕턴스 성분을 최소화하기 위해서 플러스 전극판과 마이너스 전극판의 간격이 근접되도록 설계하여 스너버 회로의 용량을 줄일 수 있도록 하였으며, 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching)에 의한 IGBT의 스위칭 손실을 줄임으로써 방열 장치의 용량도 작게 설게하였다.
제 1 도는 본 고안이 적용된 단상 인버터의 전력 회로도
제 2 도는 본 고안에 따른 IGBT 외형도
제 3 도는 본 고안에 따른 IGBT의 등가 회로도
제 4 도는 본 고안의 인버터 스택 구조를 나타낸 분리 사시도
도면 제 1 도는 본 고안이 적용되는 단상 인버터의 전력 회로도를 나타낸다.
도면 제 1 도에서, 정류부(1)는 3상 교류 입력을 정류하여 직류로 변환하는 부분으로서 다수의 스위칭 소자로 구성된다.
이 정류부(1)에는 평활용 콘덴서(2: Cd1∼CdN)가 연결되어 상기 정류부(1)의 정류 전원의 리플을 억제한다.
상기 평활용 콘덴서(2)에는 공진 리액터(3:Lr)와 공진 콘덴서(4:Cr1∼CrN)로 구성된 LC공진회로가 연결되고, 이 LC공진회로는 영전압 스위칭을 위한 공진을 수행하여 수십 kHz의 공진 주파수를 발생시킨다.
상기 LC공진회로에는 IGBT1(5a) 및 IGBT2(5b)로 구성된 인버터부(5)가 연결되며, 이 인버터부(5)는 제어부(7)의 선택적 게이트 신호에 의해서 IGBT(Q1,Q2,Q3, Q4)가 순차적으로 온/오프됨으로써 정류부의 직류 출력을 트랜스포머(6a) 및 출력 콘덴서(6b)로 이루어진 출력부(6)를 통하여 단상 부하에 인가하게 된다.
상기의 인버터부(5)는 2조의 IGBT(Q1,Q2)(Q3,Q4)와 다이오드(D1,D2)(D3,D4)가 직병렬로 구성되고 이 것을 모듈화하여 사용자의 필요에 따라 적절하게 적용할 수 있도록 되어 있다.
도면 제 2 도는 이러한 IGBT모듈의 외형도를 나타내며, 제 3 도는 이 것의 등가회로이다.
도면 제 2 도 및 제 3 도에서 보는 바와같이 IGBT는, 2조의 IGBT(Q1,Q2)와 다이오드(D1,D2)가 직병렬로 구성되어 있고, IGBT의 플러스 전극_단자(C1)은 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 다이오드(D1)의 캐소우드에 연결되고, 마이너스 전극_단자(E2)는 트랜지스터(Q2)의 에미터와 다이오드(D2)의 애노우드에 연결되고, 출력전극_단자(E1,C2)는 트랜지스터(Q1)의 에미터와 다이오드(D1)의 애노우드, 트랜지스터(Q2)의 콜렉터와 다이오드(D2)의 캐소우드에 연결되어 있고, 제어전극은 게이트(G1,G2)와 에미터(E1,E2)로 구성되어 있다.
도면 제 4 도에 상기 IGBT모듈을 적용한 본 고안의 공진형 직류링크 인버터 스택 구조를 나타내었다.
제 4 도에서 보는 바와같이, 방열판(41)에 상기 인버터부(5)의 IGBT1(42: 제 1 도에서는 5a) 및 IGBT2(43: 제 1 도에서는 5b)를 근접 배치하고, 상기 IGBT1,2 (42,43)의 플러스 단자(42a,43a: 제 2 도 및 제 3 도에서는 C1)와 공진용 콘덴서(4=Cr: 제 1 도에서는 Cr1∼CrN)의 한쪽 단자를 연결하고 또 공진용 리액터(3=Lr)의 출력단자(44)를 연결하는 플러스 전극판(45)을 가지며, 상기 인버터부(5)의 IGBT1,2(42,43)의 마이너스단자(42c,43c: 제 2 도 및 제 3 도에서는 E2)와 다수의 공진 콘덴서(Cr)의 다른 한쪽 단자를 연결함과 함께 평활용 콘덴서(2=Cd: Cd1∼CdN)의 마이너스 단자(46)를 연결하는 마이너스 전극판(47)을 가지며, 상기 플러스 전극판(45)과 마이너스 전극판(47)을 전기적으로 절연시키는 절연판(48)과, 상기 플러스 전극판(45)과 다수의 공진 콘덴서(4=Cr1∼CrN)의 한쪽 단자를 연결하는 공통부스바(49a)와, 상기 IGBT1,2(42,43)의 마이너스단자(42c,43c: 제 2 도 및 제 3 도에서는 E2)에 연결되는 공통 부스바(49b)와 출력단자(42b,43b : 제 2 도 및 제 3 도에서는 E1,C2)에 연결되는 출력 연결 부스바(50)를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와같이 구성된 본 고안의 공진형 직류링크 인버터 스택 구조에 의하면, 하나의 플러스 전극판(45)을 통해서 다수의 IGBT 플러스 전극(42a,43a)과 다수의 공진 콘덴서(4=Cr1∼CrN)의 한쪽 단자를 직접 접속한다.
또한, 하나의 마이너스 전극판(47)을 통해서 다수의 IGBT 마이너스 전극(42c,43c)과 다수의 공진 콘덴서(4=Cr1∼CrN)의 다른 한쪽 단자를 직접 접속한다.
그러므로 회로를 단순화하고 케이블 사용을 배제하여 케이블 사용에 따른 인덕턴스 성분의 증가를 방지할 수 있다.
또한, 마이너스 전극판(47)을 이용해서 공진용 콘덴서(Cr)를 연결함과 함께 평활용 콘덴서(Cd)를 연결하므로 용량 증감 및 단상/3상 변화에 따른 공진용 콘덴서의 수량 선정과 적용이 용이한 것은 물론, 부가적으로 접속되는 평활용 콘덴서(Cd) 및 공진 리액터(Lr)의 접속을 용이하게 한다.
또한, 출력 연결 부스바(50)를 이용해서 IGBT의 출력단자(42b,43b)를 연결하므로 회로 구성을 더욱 단순화 시킨다.
그리고, 상기의 인덕턴스 성분을 최소화하기 때문에, IGBT 스위칭 손실을 줄일 수 있어서 스너버 용량을 줄이고, 방열판(41)의 용량도 줄일 수 있게 한다.
한편, 본 고안에서 제시한 공진형 직류링크 인버터 스택은 단상 인버터를 예로 들어 실시한 것으로서, 3상 인버터 구동시에는 인버터부(5)의 IGBT를 3상으로 구성한다.
즉, 인버터부(5)에 제 3 의 IGBT3를 병렬로 추가 접속하고, 이 제 3 의 IGBT3의 플러스 전극과 마이너스 전극을, 상기 플러스 전극판(45)과 마이너스 전극판(47)에 홀을 가공하여 연결하면 3상 전원에 대한 실시예도 간단히 구현된다.
본 고안은 인덕턴스 성분을 최소화할 수 있도록 하나의 플러스 전극판과 마이너스 전극판을 통해서 다수의 IGBT 플러스 전극 및 마이너스 전극을 직접 접속하므로 인덕턴스 증가에 따른 제반 문제점을 해결할 수 있고, 회로의 단순화가 가능하다.
또한, 용량 증감 및 단상과 3상 변환에 따른 공진용 콘덴서(Cr)의 수량을 선정하기 쉽고, 부가적으로 접속되는 평활용 콘덴서(Cd) 및 공진용 리액터(Lr)의 접속을 용이하게 할 수 있다.

Claims (1)

  1. 인버터부(5)의 IGBT1 및 IGBT2를 근접 배치하고, 상기 IGBT1,2의 플러스 단자(42a,43a)와 공진용 콘덴서(Cr)의 한쪽 단자를 연결하고 또 공진용 리액터(Lr)의 출력단자(44)를 연결하는 플러스 전극판(45)을 가지며, 상기 인버터부(5)의 IGBT1,2의 마이너스단자(42c,43c)와 다수의 공진 콘덴서(Cr)의 다른 한쪽 단자를 연결함과 함께 평활용 콘덴서(Cd)의 마이너스 단자(46)를 연결하는 마이너스 전극판(47)을 가지며, 상기 플러스 전극판(45)과 마이너스 전극판(47)을 전기적으로 절연시키는 절연판(48)과, 상기 IGBT1,2(42,43)의 출력단자(42c,43c)에 연결되는 출력연결 부스바(50)를 가지는 것을 특징으로하는 공진형 직류링크 인버터 스택.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100363834B1 (ko) * 2000-03-29 2002-12-11 조준상 대전력용 회로부품의 특성을 향상시키기 위한 방열장치
KR100485102B1 (ko) * 2002-09-17 2005-04-20 주식회사 플라스포 일체형 다층 버스 플레이트를 갖는 인버터 스택 장치

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KR100363834B1 (ko) * 2000-03-29 2002-12-11 조준상 대전력용 회로부품의 특성을 향상시키기 위한 방열장치
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