KR20030093530A - Converter for converting a three-phase alternating current to a direct current - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3상 교류를 직류로 변환시키는 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 적은 수의 커패시터와 스위치를 이용하여 3상 교류를 직류로 변환시키는 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a converter for converting three-phase alternating current into direct current, and more particularly, to a converter for converting three-phase alternating current into direct current using a small number of capacitors and switches.
도 1은 종래의 3상 교류를 직류로 변환시키는 컨버터의 일 예를 도시한 도면이다. 종래의 컨버터는, 역률개선회로부(10), 컨버팅부(20), 트랜스포머(30), 및 정류회로(40)를 가지고 있다.1 is a view showing an example of a converter for converting a conventional three-phase alternating current to direct current. The conventional converter has a power factor improving circuit section 10, a converting section 20, a transformer 30, and a rectifier circuit 40.
역률개선회로부(10)는, 3상교류전원(Vac)의 각 상(Vac1, Vac2, Vac3)의 출력단에 연결된 세 개의 인덕터(L1, L2, L3), 및 각 인덕터(L1, L2, L3)에 연결되어 있는 6 개의 스위치(S4 내지 S9)로 구성되어 있다. 역률개선회로부(10)의 스위치(S4 내지 S9)들의 공통단자에는 평활콘덴서(C5)의 양단이 연결되어 있다.The power factor improving circuit unit 10 includes three inductors L1, L2, L3, and each inductor L1, L2, L3 connected to the output terminals of the respective phases Vac1, Vac2, Vac3 of the three-phase AC power supply Vac. It consists of six switches (S4 to S9) connected to. Both ends of the smoothing capacitor C5 are connected to the common terminals of the switches S4 to S9 of the power factor improving circuit unit 10.
컨버팅부(20)는, 평활콘덴서(C5)에 대해 병렬로 연결된 2 개의 스위치(S10, S11), 및 이 스위치들(S10, S11)에 대해 병렬로 연결되어 있는 두 개의 커패시터(C6, C7)로 구성되어 있다.The converting unit 20 includes two switches S10 and S11 connected in parallel with the smoothing capacitor C5, and two capacitors C6 and C7 connected in parallel with the switches S10 and S11. Consists of
트랜스포머(30)의 1차코일(Lp)의 일단은 컨버팅부(20) 내의 스위치(S10, S11)들의 사이에 연결되어 있고 타단은 컨버팅부(20) 내의 커패시터들(C6, C7)의 사이에 연결되어 있다. 트랜스포머(30)의 2차코일(Ls)에는 정류회로(40)가 연결되어 있다.One end of the primary coil Lp of the transformer 30 is connected between the switches S10 and S11 in the converting section 20 and the other end is between the capacitors C6 and C7 in the converting section 20. It is connected. The rectifier circuit 40 is connected to the secondary coil Ls of the transformer 30.
역률개선회로부(10)는 3상 교류전원(Vac)의 출력전압을 승압시켜 입력전압보다 높은 전압의 직류전압을 발생시킨다. 승압된 전압은 평활콘덴서(C5)에 의해 평활되고 컨버팅부(20)에 의해 다시 교류로 변환된다. 컨버팅부(20)가 출력하는 교류전압은 트랜스포머(30)에 의해 변압되고 정류회로(40)에 의해 정류되며, 이에 따라 부하(R1)에는 직류전압이 공급된다.The power factor improving circuit unit 10 boosts the output voltage of the three-phase AC power source Vac to generate a DC voltage having a voltage higher than the input voltage. The boosted voltage is smoothed by the smoothing capacitor C5 and converted back to alternating current by the converting unit 20. The AC voltage output by the converting unit 20 is transformed by the transformer 30 and rectified by the rectifier circuit 40. Accordingly, a DC voltage is supplied to the load R1.
이와 같이, 종래의 3상AC/DC 컨버터는, 역률개선을 위한 승압동작과 DC-DC컨버팅 동작으로 구성된 2 단계의 변환을 행한다. 이를 위하여 종래의 3상AC/DC 컨버터는 많은 수의 스위치(S4 내지 S11)와 커패시터(C5, C6, C7)가 필요하고 또한 3상전원(Vac)의 입력 전류를 축적하기 위한 인덕터(L1 내지 L3)가 필요하게 된다.As described above, the conventional three-phase AC / DC converter performs two stages of conversion, which is composed of a boost operation for improving the power factor and a DC-DC converting operation. To this end, the conventional three-phase AC / DC converter requires a large number of switches (S4 to S11) and capacitors (C5, C6, C7) and inductors (L1 to to accumulate the input current of the three-phase power supply (Vac)). L3) is required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 3상 교류전압을 고압의 직류로 변환하지 않고 직접 3상 교류전압을 직류로 변환이 가능한 3상AC/DC 컨버터를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, a three-phase AC / DC converter capable of directly converting three-phase AC voltage to direct current without converting a three-phase AC voltage to a high-pressure direct current To provide.
본 발명의 다른 목적은, 적은 수의 스위치와 콘덴서를 사용함으로써 다수의 콘덴서와 인덕터가 불필요하며, 또한 효율이 좋은 3상AC/DC 컨버터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a three-phase AC / DC converter, which eliminates the need for a large number of capacitors and inductors by using a small number of switches and capacitors, and is highly efficient.
도 1은 종래의 3상AC/DC 컨버터의 회로도,1 is a circuit diagram of a conventional three-phase AC / DC converter,
도 2는 본 발명에 따른 3상AC/DC 컨버터의 회로도,2 is a circuit diagram of a three-phase AC / DC converter according to the present invention;
도 3은 도 2의 3상전원의 각 상의 전압 파형을 도시한 도면,3 is a diagram showing voltage waveforms of each phase of the three-phase power supply of FIG. 2;
도 4는 도 3의 A구간 내의 세부적인 주기들에서의 각 스위치의 전압과 전류의 파형을 도시한 도면,4 shows waveforms of voltage and current of each switch at detailed periods in section A of FIG. 3;
도 5A 내지 도 5D는 도 3의 A구간에서의 각 스위치의 스위칭 상태 변화에 따른 도 2의 등가회로를 각 주기별로 도시한 도면,5A through 5D are diagrams illustrating equivalent circuits of FIG. 2 according to changes in switching states of respective switches in section A of FIG.
도 6A 내지 도 6C는 도 3의 스위치의 다양한 실시예를 도시한 도면, 그리고6A-6C illustrate various embodiments of the switch of FIG. 3, and
도 7은 본 발명에 따른 컨버터 내의 스위치를 제어하기 위한 신호를 출력하는 제어회로의 회로도이다.7 is a circuit diagram of a control circuit for outputting a signal for controlling a switch in a converter according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
S1, S2, S3 : 스위치C1, C2, C3 : 커패시터S1, S2, S3: Switch C1, C2, C3: Capacitor
30 : 트랜스포머40 : 정류회로30: transformer 40: rectifier circuit
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3상AC/DC 컨버터는, 3상교류전원의 각 상의 출력단에 각각의 일단이 연결된 세 개의 스위치; 상기 3상교류전원의 각 상의 출력단에 상기 세 개의 스위치와 병렬로 각각의 일단이 연결된 세 개의 커패시터; 일단이 상기 스위치들의 타단에 공통으로 연결되고 타단이 상기 커패시터들의 타단에 공통으로 연결된 1차코일, 및 상기 1차코일에 커플링되어 있는 2차코일을 구비한 트랜스포머; 및 상기 트랜스포머의 상기 2차코일의 출력전압을 정류하는 정류회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.Three-phase AC / DC converter according to the present invention for achieving the above object, three switches each end is connected to the output terminal of each phase of the three-phase AC power supply; Three capacitors each of which has one end connected in parallel with the three switches to an output terminal of each phase of the three-phase AC power source; A transformer having a primary coil one end connected in common to the other end of the switches and the other end connected in common to the other end of the capacitors, and a secondary coil coupled to the primary coil; And a rectifier circuit for rectifying the output voltage of the secondary coil of the transformer.
적은 수의 스위치와 콘덴서를 사용하여 컨버터를 구성하므로 회로의 구조가 간단하게 되고, 또한 3상 전압을 고압의 직류로 변환하는 과정을 거치지 않게 된다.By using a small number of switches and capacitors to configure the converter, the circuit structure is simplified, and the process of converting three-phase voltage into high-voltage direct current is not required.
이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 실시예에 대한 설명에서, 도 1에 도시된 종래의 컨버터와 동일한 구성요소(3상교류전원, 트랜스포머, 정류회로)에 대해서는 동일한 참조부호를 부여한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In the description of this embodiment, the same reference numerals are given to the same components (three-phase AC power supply, transformer, rectifier circuit) as the conventional converter shown in FIG.
도 2는 본 발명에 따른 3상AC/DC 컨버터의 회로도이다. 본 발명에 따른 3상AC/DC 컨버터는, 세 개의 스위치(S1, S2, S3), 세 개의 커패시터(C1, C2, C3), 트랜스포머(30), 및 정류회로(40)로 구성되어 있다.2 is a circuit diagram of a three-phase AC / DC converter according to the present invention. The three-phase AC / DC converter according to the present invention is composed of three switches S1, S2, S3, three capacitors C1, C2, C3, a transformer 30, and a rectifier circuit 40.
각 스위치(S1, S2, S3)의 일단은 3상교류전원(Vac)의 각 상(Vac1, Vac2, Vac3)의 출력단에 연결되어 있고, 각 커패시터(C1, C2, C3)의 일단도 3상교류전원(Vac)의 각 상(Vac1, Vac2, Vac3)의 출력단에 연결되어 있다. 커패시터(C1, C2, C3)들과 스위치(S1, S2, S3)들은 상호 병렬로 배치되어 있다.One end of each switch (S1, S2, S3) is connected to the output terminal of each phase (Vac1, Vac2, Vac3) of the three-phase AC power supply (Vac), and one end of each capacitor (C1, C2, C3) is three-phase It is connected to the output terminal of each phase Vac1, Vac2, Vac3 of AC power supply Vac. The capacitors C1, C2, C3 and the switches S1, S2, S3 are arranged in parallel with each other.
트랜스포머(30)는 상호 커플링되어 있는 1차코일(Lp)과 2차코일(Ls)을 구비한다. 1차코일(Lp)의 일단은 스위치(S1, S2, S3)들의 타단에 공통으로 연결되고, 1차코일(Lp)의 타단은 커패시터(C1, C2, C3)들의 타단에 공통으로 연결되어 있다. 1차코일(Lp)에 인가된 교류전압은 1차코일(Lp)과 2차코일(Ls)의 권선비에 따라 변압되고, 변압된 교류전압이 2차코일(Ls)에서 출력된다.The transformer 30 has a primary coil Lp and a secondary coil Ls coupled to each other. One end of the primary coil Lp is commonly connected to the other end of the switches S1, S2 and S3, and the other end of the primary coil Lp is commonly connected to the other end of the capacitors C1, C2 and C3. . The AC voltage applied to the primary coil Lp is transformed according to the turns ratio of the primary coil Lp and the secondary coil Ls, and the transformed AC voltage is output from the secondary coil Ls.
정류회로(40)는 한 쌍의 다이오드(D1, D2), 인덕터(L4), 및 커패시터(C4)로 구성되어 있다. 한 쌍의 다이오드(D1, D2)로 구성된 브리지회로에 의해 교류가 직류로 변환되며, 변환된 직류전류는 인덕터(L4)에 축적된다. 커패시터(C4)는 인덕터(L4)의 출력 전압을 평활시키며, 커패시터(C4)의 양단에서 출력되는 직류 전압(Vout)은 부하(R1)에 인가된다.The rectifier circuit 40 is composed of a pair of diodes D1 and D2, an inductor L4, and a capacitor C4. AC is converted into direct current by a bridge circuit composed of a pair of diodes D1 and D2, and the converted direct current is accumulated in the inductor L4. The capacitor C4 smoothes the output voltage of the inductor L4, and the DC voltage Vout output from both ends of the capacitor C4 is applied to the load R1.
도 3은 도 2에 도시된 3상교류전원(Vac)의 각 상의 출력전압(Vac1, Vac2, Vac3)의 파형을 도시한 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing waveforms of output voltages Vac1, Vac2, and Vac3 of each phase of the three-phase AC power supply Vac shown in FIG.
각 출력전압(Vac1, Vac2, Vac3)은 위상차가 120도씩인 정현파 전압이다. Vac1는 그 위상이 0도이고, Vac2는 Vac1보다 위상이 120도 뒤지며(lag), Vac3는 Vac2보다 위상이 120도 뒤진다(또는 Vac1보다 위상이 120도 앞선다(lead).Each output voltage Vac1, Vac2, Vac3 is a sinusoidal voltage having a phase difference of 120 degrees. Vac1 is zero degrees in phase, Vac2 is lag 120 degrees behind Vac1, and Vac3 is 120 degrees behind Vac2 (or leads 120 degrees out of Vac1).
설명의 편의를 위하여 도 3에서는 각 출력전압(Vac1, Vac2, Vac3)이 출력되는 한 주기를 각각 30도의 위상폭을 갖는 12개의 구간(A구간 내지 L구간)으로 구획하였다. 각 구간은 후술되는 바와 같이 여러 개의 서브구간으로 나뉘며, 각 서브구간은 5 개의 주기로 나뉜다.For convenience of description, in FIG. 3, one period in which the output voltages Vac1, Vac2, and Vac3 are output is divided into 12 sections (sections A to L) each having a phase width of 30 degrees. Each section is divided into several subsections as described below, and each subsection is divided into five periods.
도 4는 A구간에서의 각 스위치(S1, S2, S3)의 스위칭 동작 제어에 의한 회로 내의 각 부분의 출력을 도시한 것이다. A구간은 여러 개의 서브구간으로 나뉘며, 각 서브구간은 5 개의 주기로 구성되어 있다. 도 4에는 A구간에 존재하는 여러 개의 서브구간들 중에서 2 개의 서브구간만이 도시되어 있다. 이러한 서브구간의 수는 하나의 구간 내에 수 개일 존재하도록 할 수도 있고 수백 개 존재하도록 할 수도 있다.4 shows the output of each part in the circuit by the switching operation control of each switch S1, S2, S3 in section A. FIG. Section A is divided into several subsections, and each subsection consists of five periods. 4 shows only two subsections among several subsections existing in section A. FIG. The number of such subdivisions may be many or may exist several hundred in one interval.
도 5A는 도 2에 도시된 회로의 A구간에서의 등가회로의 일 부분을 도시한 도면으로서 전원(Vac)에서부터 트랜스포머(30)의 1차코일(Lp) 부분까지를 나타낸 것이고, 도 5B 내지 도 5D는 A구간에서의 각 스위치(S1, S2, S3)의 스위칭 상태에 따른 도 5A의 등가회로를 나타낸 것이다.FIG. 5A is a view showing a part of an equivalent circuit in section A of the circuit shown in FIG. 2 and shows a power supply Vac to a part of the primary coil Lp of the transformer 30. FIGS. 5D shows the equivalent circuit of FIG. 5A according to the switching state of each switch S1, S2, S3 in section A. FIG.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, A구간에서는 Vac1의 전압은 양의 값이고, Vac2의 전압은 음의 값이며, Vac3의 전압은 양의 값이다. 따라서, 도 2의 회로는 도 5A에 도시된 바와 같이 극성이 배열된 세 개의 독립된 직류 전원(V1, V2, V3)을 갖는 등가회로로 나타낼 수 있다.As can be seen in FIG. 3, in section A, the voltage of Vac1 is positive, the voltage of Vac2 is negative, and the voltage of Vac3 is positive. Thus, the circuit of FIG. 2 can be represented as an equivalent circuit having three independent DC power supplies V1, V2, V3 arranged in polarity as shown in FIG. 5A.
주기 1에서는, S2 가 ON 되고, S1 과 S3 가 OFF 된다. 따라서, 도 5A의 회로는 등가적으로 도 5B에 도시된 바와 같은 회로가 된다. 따라서, V1 과 V2 에 의해 1차코일(Lp)에 음의 방향의 전류가 흐르게 되고(이하에서는, 1차코일(Lp)에 도트가 찍힌 부분으로 전류가 입력되는 방향을 양의 방향으로, 그리고 도트가 찍힌 부분으로부터 전류가 출력되는 방향을 음의 방향으로 칭한다.), 전원(V1, V2)에 의해 1차코일(Lp)에 공급되는 전류는 2차코일(Ls)과 정류회로(40)를 거쳐 부하(R1)에 공급된다.In period 1, S2 is turned on, and S1 and S3 are turned off. Thus, the circuit of FIG. 5A is equivalent to the circuit shown in FIG. 5B. Therefore, a negative current flows through the primary coil Lp through V1 and V2 (hereinafter, the direction in which the current is input to the portion where the dot is stamped on the primary coil Lp in the positive direction, and The direction in which the current is output from the portion where the dot is printed is referred to as the negative direction.) And the current supplied to the primary coil Lp by the power supplies V1 and V2 is the secondary coil Ls and the rectifier circuit 40. It is supplied to the load R1 via.
주기 2에서는 S1, S2, S3 가 모두 OFF 된다. 따라서 주기 2에서는 도 5A와 같이 상태가 되고, 정류회로(40)측의 인덕터(L4)가 부하(R1)에 전력을 공급하게 된다.In period 2, all of S1, S2, and S3 are turned off. Therefore, in period 2, the state is as shown in Fig. 5A, and the inductor L4 on the rectifier circuit 40 side supplies power to the load R1.
주기 3에서는, S1 이 ON 되고, S2 와 S3 가 OFF 된다. 따라서, 도 5A의 회로는 등가적으로 도 5C에 도시된 바와 같은 회로가 된다. 따라서, V1 과 V2 에 의해 1차코일(Lp)에 양의 방향의 전류가 흐르게 되고, 전원(V1, V2)에 의해 1차코일(Lp)에 공급되는 전류는 2차코일(Ls)과 정류회로(40)를 거쳐 부하(R1)에 공급된다.In period 3, S1 is turned on, and S2 and S3 are turned off. Thus, the circuit of FIG. 5A is equivalent to the circuit shown in FIG. 5C. Accordingly, the positive current flows through the primary coil Lp through V1 and V2, and the current supplied to the primary coil Lp by the power supplies V1 and V2 is rectified with the secondary coil Ls. It is supplied to the load R1 via the circuit 40.
주기 4에서는, S3 가 ON 되고, S1 과 S2 가 OFF 된다. 따라서, 도 5A의 회로는 등가적으로 도 5D에 도시된 바와 같은 회로가 된다. 따라서, V2 와 V3 에 의해 1차코일(Lp)에 양의 방향의 전류가 흐르게 되고, 전원(V2, V3)에 의해 1차코일(Lp)에 공급되는 전류는 2차코일(Ls)과 정류회로(40)를 거쳐 부하(R1)에 공급된다.In period 4, S3 is turned on, and S1 and S2 are turned off. Thus, the circuit of FIG. 5A is equivalent to the circuit shown in FIG. 5D. Therefore, a positive current flows in the primary coil Lp through V2 and V3, and the current supplied to the primary coil Lp by the power sources V2 and V3 is rectified with the secondary coil Ls. It is supplied to the load R1 via the circuit 40.
주기 5에서는 S1, S2, S3 가 모두 OFF 된다. 따라서 주기 5에서는 도 5A와 같이 상태가 되고, 정류회로(40)측의 인덕터(L4)가 부하(R1)에 전력을 공급하게 된다.In period 5, all of S1, S2, and S3 are turned off. Therefore, in period 5, the state is as shown in Fig. 5A, and the inductor L4 on the rectifier circuit 40 side supplies power to the load R1.
이와 같은 과정에 따라, 주기 1에서는 1차코일(Lp)에 음의 방향으로 전압이 인가되고, 주기 3과 주기 4에서는 1차코일(Lp)에 양의 방향으로 전압이 인가된다. 그리고, 주기 2와 주기 5에서는 1차코일(Lp)에 전압이 인가되지 않는다.In this manner, in period 1, voltage is applied to the primary coil Lp in a negative direction, and in periods 3 and 4, voltage is applied to the primary coil Lp in a positive direction. In cycles 2 and 5, no voltage is applied to the primary coil Lp.
이와 같이 1차코일(Lp)에 인가되는 교류 전압이 2차코일(Ls)에 의해 변압되고, 변압된 전압은 다이오드(D1, D2)에 의해 정류되고 커패시터(C4)에 의해 평활된 후 직류로 출력된다.As described above, the AC voltage applied to the primary coil Lp is transformed by the secondary coil Ls, and the transformed voltage is rectified by the diodes D1 and D2, smoothed by the capacitor C4, and then applied to the direct current. Is output.
이와 같은 주기 1 내지 주기 5의 과정이 A구간 내에서 서브구간의 회수만큼 반복된다. 도 4에는 각 서브구간 내의 각 주기에서 각 스위치(S1, S2, S3)에 흐르는 전류와 전압의 크기가 도시되어 있다. 도 4에서, 스위치(S1, S2, S3)의 전압은 각각 Vs1, Vs2, Vs3로 표기되어 있고, 스위치(S1, S2, S3)의 전류는 각각 Is1, Is2, Is3로 표기되어 있다.The process of period 1 to period 5 is repeated by the number of sub-sections in section A. 4 shows the magnitudes of the currents and voltages flowing through the switches S1, S2, and S3 in each period within each subdivision. In Fig. 4, the voltages of the switches S1, S2 and S3 are denoted as Vs1, Vs2 and Vs3, respectively, and the currents of the switches S1, S2 and S3 are denoted as Is1, Is2 and Is3, respectively.
B구간에서의 스위치(S1, S2, S3)의 스위칭 동작의 제어는, 전술한 A구간에서의 스위칭 제어방식과 다소 상이하다. 도 3에 도시된 바와 같이, B구간에서는 Vac2의 전압은 마이너스이고 Vac1과 Vac3의 전압은 플러스이며, 다만 Vac1의 전압이 Vac2의 전압에 비해 그 크기가 크다는 점이 A구간에서와 상이하다. 따라서, B구간에서는 A구간에서의 스위치(S1, S2, S3)의 제어방식과 유사한 방식으로 제어하되, B구간에서의 스위치(S1, S2, S3)의 ON/OFF 상태와 타이밍은 상기와 같은 차이점에 따라 A구간에서와는 다소 상이하게 되도록 변경된다. 즉, B구간에서는 S1의 펄스폭과 S2의 펄스폭이 역전된다.The control of the switching operation of the switches S1, S2, S3 in section B is somewhat different from the switching control method in section A described above. As shown in FIG. 3, in section B, the voltage of Vac2 is negative and the voltages of Vac1 and Vac3 are positive, except that the voltage of Vac1 is larger than the voltage of Vac2 in section A. Therefore, in section B, control is performed in a manner similar to the control method of switches S1, S2, and S3 in section A, but the ON / OFF states and timings of the switches S1, S2, and S3 in section B are as described above. Depending on the difference, it is changed to be slightly different from section A. That is, in section B, the pulse width of S1 and the pulse width of S2 are reversed.
동일한 원리에 따라, 다른 구간(C구간 내지 L구간)에서도 A구간에서의 스위칭 제어방식과 유사한 방식으로 제어하되 각 상의 전압(Vac1, Vac2, Vac3)의 극성과 크기에 따라 각 주기에서의 스위치(S1, S2, S3)의 상태와 타이밍을 변화시켜 제어한다. 이에 따라, 컨버터의 전 주기에서의 스위치(S1, S2, S3)의 제어가 수행된다.According to the same principle, in other sections (section C to section L), control is performed in a similar manner to the switching control method in section A. The state and timing of S1, S2, S3) are changed and controlled. Accordingly, control of the switches S1, S2, S3 in the entire period of the converter is performed.
도 6A 내지 도 6C는 상기와 같은 3상AC/DC 컨버터에 사용되는 스위치(S1, S, S3)의 구체적인 예를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 컨버터에 사용되는 스위치(S1, S2, S3)는 전류의 방향에 관계없이 스위칭이 가능한 양방향 스위치이어야 한다.6A to 6C are diagrams showing specific examples of the switches S1, S, S3 used in the three-phase AC / DC converter as described above. The switches S1, S2 and S3 used in the converter according to the present invention should be bidirectional switches capable of switching regardless of the direction of the current.
도 6A은 소스가 상호 연결된 두 개의 MOSFET를 이용하여 양방향 스위치를 구성한 예를 도시하고 있다. 제어전압은 두 MOSFET의 게이트에 인가된다.6A shows an example of configuring a bidirectional switch using two MOSFETs whose sources are interconnected. The control voltage is applied to the gates of the two MOSFETs.
도 6B는 두 개의 MOSFET와 두 개의 다이오드를 이용하여 양방향 스위치를 구성한 예를 도시하고 있다. 각 MOSFET는 드레인으로부터 소스로 흐르는 전류를 제어하는 스위치의 역할을 하며, 제어전압은 각 MOSFET의 게이트에 인가된다.6B shows an example of configuring a bidirectional switch using two MOSFETs and two diodes. Each MOSFET acts as a switch that controls the current flowing from drain to source, and a control voltage is applied to the gate of each MOSFET.
도 6C는 4 개의 다이오드를 이용한 브리지회로와 이 브리지회로의 중앙부위에 연결된 MOSFET를 이용하여 양방향 스위치를 구성한 예를 도시하고 있다. MOSFET의 게이트에 인가되는 제어전압에 의해 MOSFET가 ON/OFF가 되며, 이에 따라 전체 스위치가 ON/OFF 제어된다.6C shows an example in which a bidirectional switch is configured by using a bridge circuit using four diodes and a MOSFET connected to the center portion of the bridge circuit. The MOSFET is turned ON / OFF by the control voltage applied to the gate of the MOSFET, and thus the entire switch is turned ON / OFF.
도 7은 본 발명에 따른 컨버터의 각 스위치(S1, S2, S3)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어신호를 발생시키는 회로의 구성을 도시한 도면이다. 컨버터 제어회로는, 비교기(170), 세 개의 파형발생기(110a, 110b, 110c), 세 개의 승산기(120a, 120b, 120c), 오실레이터(130), 플립플롭(140), 및 PWM 게이트 신호 발생기(150)로 구성되어 있다.7 is a diagram showing the configuration of a circuit for generating a control signal for controlling the switching operation of each switch S1, S2, S3 of the converter according to the present invention. The converter control circuit includes a comparator 170, three waveform generators 110a, 110b, 110c, three multipliers 120a, 120b, 120c, an oscillator 130, a flip-flop 140, and a PWM gate signal generator ( 150).
비교기(170)에는 컨버터의 부하(R1)에 걸리는 전압인 출력전압(Vout)과 소정의 기준전압(Vref)이 입력된다. 비교기(170)는 이 두 전압(Vout, Vref)의 차를 증폭하여 승산기(120a, 120b, 120c)에 입력한다.The comparator 170 receives an output voltage Vout, which is a voltage applied to the load R1 of the converter, and a predetermined reference voltage Vref. The comparator 170 amplifies the difference between the two voltages Vout and Vref and inputs them to the multipliers 120a, 120b, and 120c.
파형발생기(110a, 110b, 110c)는 3상 전원(Vac)의 각 상(Vac1, Vac2, Vac3)에 동기된 신호를 발생시킨다. 파형발생기(110a, 110b, 110c)의 출력은 승산기(120a, 120b, 120c)에 입력된다.The waveform generators 110a, 110b, and 110c generate signals synchronized with the respective phases Vac1, Vac2, and Vac3 of the three-phase power source Vac. The outputs of the waveform generators 110a, 110b, 110c are input to the multipliers 120a, 120b, 120c.
승산기(120a, 120b, 120c)는 파형발생기(110a, 110b, 110c)의 출력과 비교기(170)의 출력을 승산한 값을 출력한다. 승산기(120a, 120b, 120c)의 출력은 PWM 게이트 신호 발생기(150)에 입력된다. PWM 게이트 신호 발생기(150)에는 오실레이터(130)의 출력, 및 플립플롭(140)을 거친 오실레이터(130)의 출력이 입력된다. PWM 게이트 신호 발생기(150)는 오실레이터(130)와 플립플롭(140)의 출력을 PWM 변조시켜, 도 4에 도시된 바와 같은 제어신호 및 전술한 바와 같이 각 구간별로 조금씩 상이한 스위칭 제어신호를 출력하며, 이러한 스위칭 제어신호의 출력을 위해 승산기(120a, 120b, 120c)의 출력을 이용한다.The multipliers 120a, 120b, and 120c output a value obtained by multiplying the output of the waveform generators 110a, 110b, and 110c by the output of the comparator 170. The outputs of multipliers 120a, 120b, 120c are input to PWM gate signal generator 150. The output of the oscillator 130 and the output of the oscillator 130 via the flip-flop 140 are input to the PWM gate signal generator 150. The PWM gate signal generator 150 PWM modulates the outputs of the oscillator 130 and the flip-flop 140, and outputs a control signal as shown in FIG. 4 and a switching control signal slightly different for each section as described above. In order to output the switching control signal, the outputs of the multipliers 120a, 120b, and 120c are used.
본 발명에 따르면, 적은 수의 스위치와 콘덴서를 사용하여 컨버터를 구성하므로, 다수의 커패시터와 인덕터가 불필요하게 되고 회로의 구조가 간단하게 된다.According to the present invention, since the converter is configured using a small number of switches and capacitors, a large number of capacitors and inductors are unnecessary and the structure of the circuit is simplified.
또한, 3상 전압을 고압의 직류로 변환하는 과정을 거치지 않으므로, 3상 교류전압이 직접 직류로 변환되고, 역률이 좋아지게 된다.In addition, since the three-phase voltage is not converted to a high-voltage direct current, the three-phase AC voltage is directly converted to direct current, and the power factor is improved.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변형 실시는 본원발명의 특허청구범위에 속할 것이다.Although the above has been illustrated and described with respect to the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the above-described specific embodiment, and those skilled in the art, various modifications that do not depart from the gist of the present invention. Of course, such modifications will fall within the claims of the present invention.
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