KR20070083005A - Current source inverter - Google Patents

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KR20070083005A
KR20070083005A KR1020060016182A KR20060016182A KR20070083005A KR 20070083005 A KR20070083005 A KR 20070083005A KR 1020060016182 A KR1020060016182 A KR 1020060016182A KR 20060016182 A KR20060016182 A KR 20060016182A KR 20070083005 A KR20070083005 A KR 20070083005A
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Abstract

A current source inverter is provided to minimize the deterioration of efficiency of the inverter caused by iron loss or copper loss of a DC reactor by switching on/off switches respectively in a zero current state. A current source inverter includes a current source(111), a switching unit(112), and a current converting unit(200). The switching unit(112) switches the current supplied from the current source(111) to output the current to a load. The current converting unit(200) bypasses the current flowing to the switching unit(112) from the current source(111) under the control of an inverter control unit, and maintains the bypass state for a predetermined time. The current source(111) is composed of a general DC reactor. The switching unit(112) is composed of a plurality of diodes and IGBTs(Insulated Gate Bipolar Transistor)(SW1-SW4).

Description

전류원 인버터{Current source Inverter}Current source inverter {Current source Inverter}

도 1은 일반적인 태양광 발전 시스템을 도시한 도면,1 is a view showing a general photovoltaic power generation system,

도 2는 일반적인 전류원 인버터를 도시한 도면,2 shows a typical current source inverter,

도 3은 본 발명에 따른 전류원 인버터를 도시한 도면,3 illustrates a current source inverter according to the present invention;

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 전류원 인버터의 동작을 설명하기 위해 마련된 도면,4A to 4F are views provided to explain the operation of the current source inverter according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 전류원 인버터의 타이밍도.5 is a timing diagram of a current source inverter according to the present invention;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 태양전지 110 : 전류원 인버터100: solar cell 110: current source inverter

111 : 전류원 112 : 스위칭부111: current source 112: switching unit

200 : 전류 전환부 D1 ~ D4 : 다이오드200: current switching unit D1 ~ D4: diode

SW1 ~ SW4 : 스위치 201 : 제1 IGBTSW1 to SW4: Switch 201: First IGBT

202 : 제2 IGBT 203 : 제1 다이오드202: second IGBT 203: first diode

204 : 제2 다이오드 205 : 커패시터204: second diode 205: capacitor

206 : 인덕터206: inductor

본 발명은 직류 리액터의 철손이나 동손으로 인해 불가피하게 발생되는 인버터의 효율 저하를 전력 스위칭 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 소프트 스위칭(soft switching)을 통해 최소한으로 줄이도록 한 전류원 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to a current source inverter designed to minimize the decrease in efficiency of an inverter inevitably caused by iron loss or copper loss of a DC reactor through soft switching of an insulated gate bipolar transistor (IGBT), which is a power switching element. .

일반적으로, 전류원 인버터는 태양광 발전 시스템에서 직류 전력을 교류 전력을 변환시켜 부하에 공급하는 장치인데, 우선 이러한 전류원 인버터가 사용되는 태양광 발전 시스템을 간략히 설명하면 다음과 같다.In general, a current source inverter is a device that converts DC power into AC power in a photovoltaic power generation system and supplies the load to a load. First, a photovoltaic power generation system using such a current source inverter is briefly described as follows.

통상의 태양광 발전 시스템은 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환시켜 직류 전력을 발생하고 그 발생한 직류 전력을 전류원 인버터가 교류 전력으로 변환시켜 부하로 공급하는 시스템이다.Conventional photovoltaic power generation system is a system that converts the light energy of the sun into electrical energy to generate a direct current power, and the generated direct current power is converted into an alternating current power supply to the load.

도 1은 이러한 일반적인 태양광 발전 시스템을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating such a general photovoltaic power generation system.

이에 도시된 바와 같이, 통상의 태양광 발전 시스템은 크게 태양 전지(100), 인버터(110), 부하(120), 전류 센서(130), 전압 센서(140), 전류 제어기(150)로 이루어진다.As shown in the drawing, a typical photovoltaic power generation system generally includes a solar cell 100, an inverter 110, a load 120, a current sensor 130, a voltage sensor 140, and a current controller 150.

이러한 통상의 태양광 발전 시스템은 태양 전지(100)가 태양광의 에너지를 공급받아 직류 전력을 발생하면, 그 발생된 직류 전력을 전류원 인버터(110)가 스위칭 동작을 통해 교류 전력으로 변환하여 부하(120)에 예를 들면, 가정의 각 가전 제품 등으로 공급하는 것이다.In the conventional photovoltaic power generation system, when the solar cell 100 receives solar energy to generate DC power, the generated DC power is converted into AC power by the current source inverter 110 through a switching operation to load 120. ), For example, to supply to home appliances and the like.

이러한 태양광 발전 시스템에서, 특히, 전류원 인버터(110)는 대표적인 대체 에너지원인 태양광을 이용하는 태양전지 또는 연료전지 등으로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한 후, 그 변환된 교류 전력을 부하로 공급하는 전력 변환 장치로 사용된다. In such a photovoltaic power generation system, in particular, the current source inverter 110 converts DC power supplied from a solar cell or a fuel cell using solar power, which is a representative alternative energy source, into AC power, and then converts the converted AC power into a load. It is used as a power converter to supply.

이러한 전류원 인버터(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 직류 리액터인 전류원(111)과 다수의 다이오드(D1 ~ D4) 및 전력 스위칭 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 이루어진다. As shown in FIG. 2, the current source inverter 110 includes a current source 111 that is a direct current reactor, a plurality of diodes D1 to D4, and an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) that is a power switching element.

이렇게 이루어진 전류원 인버터(110)는 도시되지 않은 인버터 제어부에서 출력하는 펄스 폭 변조된 신호에 따라 전력 스위칭 소자인 IGBT 들이 온/오프 되면서 전류원(111)이 공급하는 전류를 시계 방향과 반시계 방향으로 부하(130)에 번갈아 입력하여 교류 전력을 공급하는 것이다. The current source inverter 110 configured as described above loads the current supplied by the current source 111 in a clockwise and counterclockwise direction while the IGBTs, which are power switching elements, are turned on and off according to a pulse width modulated signal output from an inverter controller (not shown). Alternately input 130 to supply AC power.

이러한 전류원 인버터(110)는 인버터 사고시, 단락에 의한 돌입전류의 영향을 받지 않고, 전압원 인버터와는 달리 계통과 연계하기 위해 인버터의 출력 전압을 계통 전압보다 별도로 높게 설정하지 않아도 되는 등의 장점이 있다.The current source inverter 110 is not affected by the inrush current due to a short circuit during an inverter accident, and unlike the voltage source inverter, there is an advantage that the output voltage of the inverter does not need to be set higher than the grid voltage in order to be connected to the grid. .

하지만, 전류원(111)으로 사용되는 직류 리액터의 철손과 동손으로 인해 인버터의 효율이 저하되고, 인버터의 용량이 증가함에 따라 그 저하되는 정도가 비례적으로 더욱 심화된다.However, due to iron loss and copper loss of the DC reactor used as the current source 111, the efficiency of the inverter is lowered, and as the capacity of the inverter increases, the degree of the decrease is further increased proportionally.

따라서, 불가피하게 발생되는 인버터의 효율 저하를 다른 방편을 통해 줄일 수 있어야 한다. Therefore, it is necessary to reduce the efficiency deterioration of the inverter inevitably generated through other means.

본 발명은 바로 이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 직류 리액터 의 철손이나 동손으로 인해 발생되는 인버터의 효율 저하를 다른 방편을 통해 즉, 전력 스위칭 소자인 IGBT의 소프트 스위칭(soft switching)을 통해 줄이도록 하는데 그 목적이 있다. The present invention was developed to solve such a problem, and can reduce the efficiency of the inverter caused by iron loss or copper loss of the DC reactor through other means, that is, through soft switching of the power switching element IGBT. Its purpose is to

이러한 목적에 따른 본 발명은 The present invention according to this object

소정의 전류 전환부를 전류원과 IGBT로 구성된 스위칭부에 연결되도록 설치하여 전류원에서 스위칭부의 IGBT로 흐르는 전류를 바이패스하고 일정 시간 동안 그 상태를 유지하도록 한다.The predetermined current switching unit is installed to be connected to the switching unit including the current source and the IGBT to bypass the current flowing from the current source to the IGBT of the switching unit and maintain the state for a predetermined time.

구체적인 구조는 전류원, 상기 전류원이 공급하는 전류를 스위칭시켜 부하로 출력하는 스위칭부 및, 외부로부터 예를 들면, 인버터 제어부로부터 제어신호를 입력받아 상기 전류원에서 스위칭부로 흐르는 전류를 바이패스하고 일정 시간 동안 그 상태를 유지하는 전류 전환부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.A specific structure includes a current source, a switching unit for switching a current supplied by the current source and outputting the load to a load, and bypassing a current flowing from the current source to the switching unit by receiving a control signal from, for example, an inverter controller from the outside for a predetermined time. Characterized in that it comprises a current switching unit for maintaining the state.

이러한 구조에서 특히, 상기 전류 전환부는,In this structure, in particular, the current switching unit,

컬렉터 단자가 상기 전류원과 스위칭부에 연결된 제1 IGBT, 상기 제1 IGBT와 나란히연결되고 애노드 단자가 상기 전류원과 스위칭부에 연결된 제1 다이오드, 컬렉터 단자가 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자와 연결된 제2 IGBT, 상기 제2 IGBT와 나란히연결된 제2 다이오드, 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자, 제1 IGBT의 이미터 단자, 제2 다이오드 의 애노드 단자 및 제2 IGBT의 컬렉터 단자 사이에 설치된 커패시터 및, 일측이 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자 및 제2 IGBT의 이미터 단자와 연결되고, 타측이 전류원과 스위칭부에 연결된 인덕터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.A first IGBT having a collector terminal connected to the current source and a switching unit, a first diode connected to the first IGBT side by side and an anode terminal connected to the current source and the switching unit, and a second collector connected to a cathode terminal of the first diode A capacitor installed between an IGBT, a second diode connected in parallel with the second IGBT, a cathode terminal of the first diode, an emitter terminal of the first IGBT, an anode terminal of the second diode and a collector terminal of the second IGBT, and one side The inductor is connected to the cathode terminal of the second diode and the emitter terminal of the second IGBT, and the other side includes a current source and an inductor connected to the switching unit.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the present invention.

도 3에 도시된 전류원 인버터는 본 발명에 따른 전류원 인버터를 예로 들어 도시한 것이다. The current source inverter shown in FIG. 3 shows a current source inverter according to the present invention as an example.

본 발명에 따른 전류원 인버터는 전류 전환부(200)를 사용해 스위칭부(112)를 구성하는 스위치들(SW1 ~ SW4)을 소프트 스위칭시켜 즉, 스위칭부(112)를 구성하는 스위치들(SW1 ~ SW4)이 영 전류(zero current) 상태에서 스위칭되도록 소프트 스위칭시켜, 직류 리액터의 동손이나 철손으로 인해 불가피하게 발생하는 인버터의 효율 저하를 최소한으로 줄이고자 한 것이다. The current source inverter according to the present invention soft-switches the switches SW1 to SW4 constituting the switching unit 112 using the current switching unit 200, that is, the switches SW1 to SW4 constituting the switching unit 112. This is to minimize the deterioration of the efficiency of the inverter which is inevitably caused by the copper loss or iron loss of the DC reactor by soft switching so that the switch is switched at zero current.

이러한 본 발명에 따른 전류원 인버터는 전류원(111)와 스위칭부(112)에 연결된 전류 전환부(200)가 전류원에서 IGBT로 흐르는 전류를 바이패스하고 일정 시간 동안 그 상태를 유지하도록 한 구조이다.The current source inverter according to the present invention has a structure in which the current switching unit 200 connected to the current source 111 and the switching unit 112 bypasses the current flowing from the current source to the IGBT and maintains the state for a predetermined time.

구체적으론, 전류원(111), 상기 전류원(111)이 공급하는 전류를 스위칭시켜 부하로 출력하는 스위칭부(112), 외부로부터 예를 들면, 도시되지 않은 인버터 제어부의 제어하에 상기 전류원(111)에서 스위칭부(112)로 흐르는 전류를 바이패스하고 일정 시간 동안 그 바이패스 상태를 유지하는 전류 전환부(200)로 이루어진 구조이다.Specifically, the current source 111, the switching unit 112 for switching the current supplied by the current source 111 to output the load, from the outside, for example, in the current source 111 under the control of an inverter control unit (not shown) The current switching unit 200 bypasses the current flowing through the switching unit 112 and maintains the bypass state for a predetermined time.

여기서, 전류원(111)은 통상의 직류 리액터(reactor)로 구성한다.Here, the current source 111 is composed of a conventional direct current reactor (reactor).

그리고, 스위칭부(112)는 다수의 다이오드와 예컨대, 인버터 제어부(미도시) 의 제어하에 스위칭되는 전력 스위칭 소자인 IGBT 등으로 구성한다.The switching unit 112 includes a plurality of diodes and an IGBT, for example, a power switching element that is switched under the control of an inverter controller (not shown).

예를 들어, 부하로 단상 교류를 공급하기 위한 스위칭부(112)는 도시된 바와 같이 구성할 수 있다.For example, the switching unit 112 for supplying single-phase alternating current to the load may be configured as shown.

즉, 4개의 IGBT(SW1 ~ SW4)와 다이오드(D1 ~ D4)를 구비하며, 4개의 IGBT(SW1 ~ SW4)의 게이트는 도시되지 않은 인버터 제어부에 각기 일대일로 연결되어 그로부터 스위칭을 위한 PWM신호를 입력받는다. That is, four IGBTs (SW1 to SW4) and diodes (D1 to D4) are provided, and the gates of the four IGBTs (SW1 to SW4) are connected one-to-one to an inverter controller (not shown) to provide PWM signals for switching therefrom. Receive input.

그리고, 4개의 다이오드(D1 ~ D4) 중 두 개의 다이오드(D1, D4)는 인접한 각 IGBT(SW1, SW3)의 컬렉터에 직렬로 연결되고, 두 개의 다이오드(D2, D3)는 인접한 각 IGBT(SW2, SW4)의 이미터에 직렬로 연결된 구조로 이루어진다.Two diodes D1 and D4 of the four diodes D1 to D4 are connected in series to the collectors of adjacent IGBTs SW1 and SW3, and the two diodes D2 and D3 are connected to each adjacent IGBT SW2. , Structured in series with the emitter of SW4).

이 때, SW1의 스위치와 SW2의 스위치가 함께 온 혹은 오프되도록 하고, SW3의 스위치와 SW4의 스위치가 함께 온 혹은 오프되도록 한다. At this time, the switch of SW1 and the switch of SW2 are turned on or off together, and the switch of SW3 and the switch of SW4 are turned on or off together.

그래서, 스위치(SW1, SW2)와 스위치(SW3, SW4)가 인버터 제어부의 제어하에 교대로 온/ 오프되어 전류원(111)으로부터 공급되는 전류가 시계 방향과 반시계 방향으로 부하(130)에 공급되도록 하여 교류 전력을 공급할 수 있게 된다. Thus, the switches SW1 and SW2 and the switches SW3 and SW4 are alternately turned on / off under the control of the inverter controller so that the current supplied from the current source 111 is supplied to the load 130 in the clockwise and counterclockwise directions. It is possible to supply AC power.

전류 변환부(200)는 커패시터, 인덕터, 다이오드 및 IGBT 등으로 이루어진 것이다. The current converter 200 is composed of a capacitor, an inductor, a diode, and an IGBT.

예를 들면, 부하로 단상 교류를 공급하기 위한 상기 스위칭부와 연계될 경우, 상기 전류원(111)과 스위칭부(112)가 컬렉터 단자와 연결되고, 도시되지 않은 인버터 제어부가 게이트 단자와 연결된 제1 IGBT(201), 상기 제1IGBT(201)와 나란히연결된 제1 다이오드(203), 상기 인버터 제어부가 게이트 단자와 연결된 제2 IGBT(202), 상기 제2 IGBT(202)와 나란히 연결된 제2 다이오드(204), 상기 제1 다이오드(203), 제1 IGBT(201), 제2 다이오드(204) 및 제2 IGBT(202)를 상호 연결하는 커패시터(205) 및, 상기 제2 다이오드(203) 및 제2 IGBT(202)를 상기 전류원(111)과 연결하는 인덕터(206)로 구성할 수 있다.For example, when associated with the switching unit for supplying single-phase alternating current to the load, the current source 111 and the switching unit 112 is connected to the collector terminal, the inverter control unit (not shown) is connected to the first gate terminal An IGBT 201, a first diode 203 connected in parallel with the first IGBT 201, a second IGBT 202 connected with a gate terminal, and a second diode connected in parallel with the second IGBT 202. 204, the capacitor 205 interconnecting the first diode 203, the first IGBT 201, the second diode 204, and the second IGBT 202, and the second diode 203 and the first. 2 may be configured as an inductor 206 connecting the IGBT 202 to the current source 111.

이렇게 구성된 전류 변환부(200)는 전류원(111)에서 스위칭부(112)로 흐르는 전류를 인버터 제어부(미도시)의 제어하에 바이패스하고 일정 시간 동안 예컨대, 내부에 구비된 소정 커패시터의 충/방전 시간 동안 그 바이패스 상태를 유지한다.The current conversion unit 200 configured as described above bypasses the current flowing from the current source 111 to the switching unit 112 under the control of an inverter controller (not shown), and for example, charge / discharge a predetermined capacitor provided therein for a predetermined time. Maintain that bypass for the time.

예를 들면, 스위치(SW1, SW2)의 오프 시점과 스위치(SW3, SW4)의 온 시점 사이의 시간 구간 동안, 전류원(111)에서 스위칭부(112)로 흐르는 전류를 바이패스하여 내부에 구비된 소정의 커패시터가 그 바이패스된 전류에 따라 방전되고 충전되는 시간 동안 그 바이패스 상태를 즉, 전류원(111)이 공급하는 전류가 스위칭부(112)로 흐르지 않고 전류 변환부(200)로 흐르는 상태를 유지하도록 한다. For example, during the time interval between the off time of the switches SW1 and SW2 and the on time of the switches SW3 and SW4, the current flowing from the current source 111 to the switching unit 112 is bypassed and provided therein. During the time when a predetermined capacitor is discharged and charged according to the bypassed current, that is, the bypass state, that is, the current supplied from the current source 111 flows to the current converting unit 200 without flowing to the switching unit 112. Keep it.

그 결과, 영(zero) 전류 상태에서 스위치(SW1, SW2)와 스위치(SW3, SW4)를 각기 오프시키고 온 시킬 수 있어, 그로 인해 상호 반대 방향으로 동시에 흐르는 전류가 사라지게 되고, 그만큼 전류 손실이 발생되지 않아 직류 리액터의 철손이나 동손으로 인해 불가피하게 발생되는 인버터의 효율 저하를 최소한으로 보상할 수 있게 된다.As a result, the switches SW1 and SW2 and the switches SW3 and SW4 can be turned off and on, respectively in a zero current state, so that the currents flowing in opposite directions simultaneously disappear, thereby causing a current loss. As a result, the inverter's efficiency inevitably caused by iron loss or copper loss of the DC reactor can be compensated to the minimum.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 전류원 인버터의 동작을 설명하기 위해 마련된 도면이다.4A to 4F are views provided to explain the operation of the current source inverter according to the present invention.

우선, 본 발명에 따른 전류원 인버터의 초기 상태는 아래와 같이 정의한다.First, the initial state of the current source inverter according to the present invention is defined as follows.

전류원이 공급하는 전류는 초기에 SW1의 스위치와 SW2의 스위치를 통해 흐르도록 하고, 커패시터(205)는 -KVm으로 충전되도록 한다. 그리고, 커패시터(205)와 인덕터(206)는 커패시터(205)의 용량성 리액턴스와 인덕터(206)의 유도성 리액턴스의 차이가 0이 되는 것을 선택하도록 한다. The current supplied by the current source initially flows through the switch of SW1 and the switch of SW2, and the capacitor 205 is charged to -KVm. The capacitor 205 and the inductor 206 select the difference between the capacitive reactance of the capacitor 205 and the inductive reactance of the inductor 206 to be zero.

여기서, K는 초기 충전 계수로서 대략 1.3 정도의 값을 가진다.Here, K has a value of about 1.3 as the initial charge factor.

이러한 상태에서 도시되지 않은 인버터 제어부의 제어하에 SW1과 SW2의 스위치가 온 됨에 따라, 전류원(111)이 공급하는 전류는, SW1의 스위치를 거쳐 부하(130)로 공급되고, SW2의 스위치를 통해 전류원(111)으로 회귀되며, 이러한 동작은 인버터 제어부의 제어하에 정해진 시간 동안 반복적으로 이루어진다(도 4a).In this state, as the switches of SW1 and SW2 are turned on under the control of an inverter controller (not shown), the current supplied by the current source 111 is supplied to the load 130 via the switch of SW1, and the current source through the switch of SW2. Returning to 111, this operation is repeatedly performed for a predetermined time under the control of the inverter controller (Fig. 4A).

이렇게 SW1과 SW2의 스위치가 온 된 상태에서, 제1 IGBT(201)와 제2 IGBT( 202)가 온 되면, 전류원(111)이 공급하는 전류는 제1 IGBT(201)로 흐르고, 일정 시간이 경과됨에 따라 SW1과 SW2의 스위치는 영(zero) 전류 상태가 된다(도 4b).When the first IGBT 201 and the second IGBT 202 are turned on in the state where the switches of SW1 and SW2 are turned on, the current supplied from the current source 111 flows to the first IGBT 201, and a predetermined time is As time passes, the switches of SW1 and SW2 are in a zero current state (Fig. 4B).

상기와 같이, SW1과 SW2의 스위치가 온 된 시점부터 영 전류 상태가 되는 시점까지의 시간(T1)은 하기의 수학식1에 따라 정해진다.As described above, the time T1 from the time point at which the switches SW1 and SW2 are turned on to the time point in the zero current state is determined by Equation 1 below.

Figure 112006012256848-PAT00001
Figure 112006012256848-PAT00001

Figure 112006012256848-PAT00002
Figure 112006012256848-PAT00002

여기서, KVm은 커패시터의 초기 양단전압이고, VT 는 교류측 양단 전압이다.Here, KVm is the initial voltage across the capacitor, and V T is the voltage across the AC side.

다음, 이렇게 SW1과 SW2의 스위치가 영 전류 상태가 되면, 곧바로 인버터 제어부의 제어하에 SW1과 SW2의 스위치가 오프되고, 전류원(111)이 공급하는 전류는 더 이상 SW1과 SW2의 스위치로 흐르지 않게 되며, 모두 바이패스되어 전류 전환부(200)로 흐르게 된다(도 4c).Next, when the switches of SW1 and SW2 are in the zero current state, the switches of SW1 and SW2 are turned off immediately under the control of the inverter controller, and the current supplied by the current source 111 no longer flows to the switches of SW1 and SW2. , All are bypassed and flow to the current switching unit 200 (FIG. 4C).

다음, 바이패스되어 전류 전환부(200)로 흐르게 된 전류는 커패시터(205)에 충전된 전하가 모두 방전될 때까지 제1 IGBT(201), 커패시터(205), 제2 IGBT(202), 전류원(111)을 순환한다.Next, the current that is bypassed and flows to the current switching unit 200 is the first IGBT 201, the capacitor 205, the second IGBT 202, and the current source until all the charges charged in the capacitor 205 are discharged. Circulate 111.

전류 전환부(200)로 전류원(111)이 공급하는 전류가 모두 흐르는 시점부터 커패시터(205)의 방전이 완료되는 시점까지의 시간(T2)은 수학식2에 따라 정해진다. The time T2 from a time point when all the current supplied by the current source 111 flows to the current switch unit 200 until the discharge of the capacitor 205 is completed is determined according to Equation 2.

Figure 112006012256848-PAT00003
Figure 112006012256848-PAT00003

여기서, Cr은 커패시터의 커패시턴스이고, Vc(t1) : 커패시터의 공진 전압이며, Idc = 전류원(111)이 공급하는 전류이다.Where Cr is the capacitance of the capacitor, Vc (t 1 ) is the resonant voltage of the capacitor, and I dc = Current supplied by the current source 111.

다음, 이러한 순환 동작에 따라 커패시터(205)에 충전된 전하가 모두 방전되어 그의 충전 전압이 0이 되면, 전류원(111)이 공급하는 전류는 제1 IGBT(201)와 제1 다이오드(203)를 통해, 그리고, 제2 IGBT(202)와 제2 다이오드(204)를 통해 두 개의 경로로 흐르게 된다(도 4d).Next, when all the charges charged in the capacitor 205 are discharged and the charge voltage thereof becomes 0 according to the cyclic operation, the current supplied by the current source 111 may cause the first IGBT 201 and the first diode 203 to discharge. And through two paths through the second IGBT 202 and the second diode 204 (FIG. 4D).

이러한 상태에서, 인버터 제어부의 제어하에 제1 IGBT(201)와 제2 IGBT(202)가 오프되면, 전류는 제2 다이오드(Dr2)와, 커패시터(205), 제1 다이오드(Dr1)를 통해 하나의 경로만으로 흐르게 되고, 그에 따라 커패시터(205)는 충전되기 시작한다(도 4e).In this state, when the first IGBT 201 and the second IGBT 202 are turned off under the control of the inverter controller, the current flows through the second diode Dr2, the capacitor 205, and the first diode Dr1. Only flows through, and therefore capacitor 205 begins to charge (FIG. 4E).

상기 커패시터(205)의 충전 시간(T3)은 수학식3에 따라 정해진다.The charging time T 3 of the capacitor 205 is determined according to equation ( 3 ).

Figure 112006012256848-PAT00004
Figure 112006012256848-PAT00004

여기서, Cr은 커패시터의 커패시턴스이고, KVm : 커패시터의 초기 양단 전압이며, Idc : 전류원(111)이 공급하는 전류이다.Where Cr is the capacitance of the capacitor, KVm is the initial voltage across the capacitor, and I dc : This is the current supplied by the current source 111.

다음, 상기한 바에 따라 커패시터(205)가 충전되기 시작하여 그의 충전 전압이 초기상태의 충전 전압(-KVm)과 동일한 값으로 충전되면, 곧바로 SW3의 스위치와 SW4의 스위치가 인버터 제어부의 제어하에 온 된다. Next, as described above, when the capacitor 205 starts to be charged and its charging voltage is charged to the same value as the initial charging voltage (-KVm), the switch of SW3 and the switch of SW4 are turned on under the control of the inverter controller. do.

그 결과, SW3과 SW4의 스위치는 영 전류 상태에서 온 되고(도 4f), 전류원(111)이 공급하는 전류는 일정 시간이 지나면서 전류 전환부(200)로 더 이상 흐르지 않게 되고, 스위칭부의 SW3의 스위치를 통해 부하로 흐른 후 SW4의 스위치를 통해 전류원(111)로 회귀된다.As a result, the switches of SW3 and SW4 are turned on in the zero current state (FIG. 4F), and the current supplied by the current source 111 no longer flows to the current switching unit 200 after a predetermined time, and the switching unit SW3 After flowing to the load through the switch of SW4 is returned to the current source 111 through the switch of SW4.

상기와 같이, SW3과 SW4의 스위치가 온 된 시점부터 영 전류 상태가 되는 시점까지의 시간(T4)은 하기의 수학식4에 따라 정해진다.As described above, the time T4 from the time when the switches of SW3 and SW4 are turned on to the time of the zero current state is determined according to Equation 4 below.

Figure 112006012256848-PAT00005
Figure 112006012256848-PAT00005

여기서, KVm = 커패시터의 초기 양단 전압, V'T = 교류측 양단 전압.Where KVm = initial voltage across the capacitor, V ' T = Voltage across AC side.

Idc = 전류원(111)이 공급하는 전류.I dc = Current supplied by the current source 111.

Figure 112006012256848-PAT00006
Figure 112006012256848-PAT00006

따라서, 전류가 차단되는 전체 시간은 수학식1 ~ 수학식 4에 기재된 각각의 시간을 더한 것이 된다.Therefore, the total time at which the current is cut off is the sum of the respective times described in the equations (1) to (4).

이와 같이, 상기 전류 변환부(200)는 스위치(SW1, SW2)의 오프 시점과 스위치(SW3, SW4)의 온 시점 사이의 시간 구간 동안, 전류원(111)에서 스위칭부(112)로 흐르는 전류를 바이패스하여 내부에 구비된 소정의 커패시터(205)가 그 바이패스된 전류에 따라 방전되고 충전되는 시간 동안 그 바이패스 상태를 즉, 전류원(111)이 공급하는 전류가 스위칭부(112)로 흐르지 않고 전류 변환부(200)로 흐르는 상태를 유지하도록 하여 소프트 스위칭시킨다.As described above, the current converter 200 receives a current flowing from the current source 111 to the switching unit 112 during a time interval between the off time of the switches SW1 and SW2 and the on time of the switches SW3 and SW4. The bypass state, that is, the current supplied from the current source 111 does not flow to the switching unit 112 during the time when the predetermined capacitor 205 provided therein is discharged and charged according to the bypassed current. Soft switching is performed by maintaining the flow to the current conversion unit 200 without.

그 결과, 영(zero) 전류 상태에서 스위치(SW1, SW2)와 스위치(SW3, SW4)가 각기 오프되고 온이 되므로, 상호 반대 방향으로 동시에 흐르는 전류가 사라지게 되고, 그만큼 전류 손실이 발생되지 않아 직류 리액터의 철손이나 동손으로 인해 불가피하게 발생되는 인버터의 효율 저하를 최소한으로 줄일 수 있게 된다.As a result, in the zero current state, the switches SW1 and SW2 and the switches SW3 and SW4 are turned off and on, respectively, so that the currents flowing in opposite directions at the same time disappear, and the current loss does not occur. The reduction in efficiency of the inverter inevitably caused by the iron loss or copper loss of the reactor can be minimized.

도 5는 본 발명에 따른 전류원 인버터의 타이밍도이다.5 is a timing diagram of a current source inverter according to the present invention.

설명의 편의를 위해 도 3과 연계하여 설명하기로 한다.For convenience of explanation, it will be described in connection with FIG. 3.

여기서, S1과 S2는 SW1, SW2의 스위치로 인가되는 신호, S3과 S4는 스위치SW3, SW4로 인가되는 신호, Sr1과 Sr2는 제1 IGBT(201)와 제2 IGBT(202)로 인가되는 신호이다.Here, S1 and S2 are signals applied to the switches of SW1 and SW2, S3 and S4 are signals applied to the switches SW3 and SW4, and Sr1 and Sr2 are signals applied to the first IGBT 201 and the second IGBT 202. to be.

그리고, Ir은 인덕터(206) 전류, Vc는 커패시터(205)의 양단 전압, Idc는 전류원이 공급하는 전류이다.Ir is the inductor 206 current, Vc is the voltage across the capacitor 205, and Idc is the current supplied by the current source.

상기에서 각 스위치로 인가되는 신호는 도시되지 않은 통상의 인버터 제어부로부터 인가된 PWM신호를 나타낸 것이다.The signal applied to each switch in the above represents a PWM signal applied from a conventional inverter control unit (not shown).

상기 도 5의 타이밍도에서 주목해서 볼 부분은, 전류원 인버터를 구성하는 SW1, SW2이 스위치가 오프되는 시점과 SW3, SW4의 스위치가 온되는 시점 사이의 시간 구간 즉, t1시점과 t4시점 사이의 시간 구간이다. In the timing diagram of FIG. 5, a portion to be seen is a time interval between when the switches SW1 and SW2 constituting the current source inverter are turned off and when the switches of SW3 and SW4 are turned on, that is, between a time t1 and a time t4. Time interval.

이 두 시점 사이의 시간 구간(t1 ~ t4) 동안에는 도시된 바와 같이, 전류원이 공급하는 전류(Idc)가 스위칭부로 흐르지 않고, 바이패스되어 전류 차단부로만 흐르는 것을 볼 수 있다.During the time periods t1 to t4 between the two time points, as shown, the current Idc supplied by the current source does not flow to the switching unit, but is bypassed and flows only to the current blocking unit.

그 결과, SW3, SW4의 스위치가 온이 되어 반시계 방향으로 부하에 흐를 때, 시계 방향으로 부하에 흐르는 전류가 있지 않게 되어서, 그만큼 전류 손실이 줄어들게 되고 그에 따라 스위치의 고속 스위칭 동작으로 인한 인버터의 효율 저하를 줄일 수 있게 되는 것이다.As a result, when the switch of SW3, SW4 is turned on and flows to the load in the counterclockwise direction, there is no current flowing to the load in the clockwise direction, so that the current loss is reduced accordingly and thus the inverter's high speed switching operation of the inverter It is possible to reduce the efficiency degradation.

즉, 본 발명은 t0시점에서 제1 IGBT와 제2 IGBT로 Sr1과 Sr2의 신호가 각기 인가되면, 전류원이 공급하는 전류(Idc)가 스위칭부와 전류 전환부로 나뉘어 흐르다가, 소정 시간이 경과된 t1 시점시엔 스위칭부로 더이상 흐르지 않고, 전류 전환부로 모두 흐르게 됨에 따라 영 전류 상태가 되고, 그 때 SW1, SW2를 오프시킨다.That is, in the present invention, when the signals of Sr1 and Sr2 are applied to the first IGBT and the second IGBT at time t0, the current Idc supplied by the current source is divided into the switching unit and the current switching unit, and then a predetermined time elapses. At the time t1, the flow is no longer flown to the switching section, and the current flows to the current switching section, whereby the current is in the zero current state.

그리고, 전류원이 공급하는 전류(Idc)가 스위칭부와 전류 전환부로 흐름에 따라 커패시터의 양단 전압이 방전되고 다시 충전 전압이 되는 시점(t)에 SW3, SW4의 스위치를 온 시킨다.As the current Idc supplied by the current source flows to the switching unit and the current switching unit, the switches of the SW3 and the SW4 are turned on at the time t when the voltage at both ends of the capacitor is discharged and becomes the charging voltage again.

이 때, 상기한 바와 같이, 시계 방향으로 부하에 흐르는 전류가 있지 않으므로, 그만큼 전류 손실이 줄어들게 되고 그로 인해 직류 리액터의 코어에 의한 철손이나 동손으로 인한 인버터의 효율 저하를 어느 정도 줄일 수 있게 되는 것이다.At this time, as described above, since there is no current flowing to the load in the clockwise direction, the current loss is reduced by that amount, thereby reducing the efficiency of the inverter due to iron loss or copper loss by the core of the DC reactor to some extent. .

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전류원 인버터는 전력 스위칭 소자인 IGBT에 대한 소프트 스위칭(soft switching)을 통해 전력 스위칭 소자인 IGBT의 고속 스위칭 동작으로 인해 인버터의 효율이 저하되는 것을 최소한으로 줄일 수 있고, 그로 인해 소자의 수명을 늘일 수 있으며, 아울러 전류원으로 사용되는 직류 리액터의 코어에 의한 철손이나 동손으로 인한 인버터의 효율 저하를 어느 정도 보상할 수 있는 효과가 있다.As described above in detail, the current source inverter according to the present invention minimizes the reduction in efficiency of the inverter due to the high-speed switching operation of the power switching element IGBT through soft switching for the power switching element IGBT. Therefore, it is possible to extend the life of the device, and also to compensate to some extent the efficiency reduction of the inverter due to iron loss or copper loss by the core of the DC reactor used as the current source.

Claims (3)

전류원; Current source; 상기 전류원이 공급하는 전류를 스위칭시켜 부하로 출력하는 스위칭부; 및A switching unit for switching the current supplied by the current source to output the load; And 외부로부터 제어신호를 입력받아 상기 전류원에서 스위칭부로 흐르는 전류를 바이패스하고 일정 시간 동안 그 상태를 유지하여 상기 스위칭부를 소프트 스위칭시키는 전류 전환부를 포함하여 이루어진 전류원 인버터.And a current switching unit configured to receive a control signal from an external source and bypass the current flowing from the current source to the switching unit and maintain the state for a predetermined time to soft switch the switching unit. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 전환부는,The method of claim 1, wherein the current switching unit, 컬렉터 단자가 상기 전류원과 스위칭부에 연결된 제1 IGBT;A first IGBT having a collector terminal connected to the current source and a switching unit; 상기 제1 IGBT와 나란히 연결되고 애노드 단자가 상기 전류원과 스위칭부에 연결된 제1 다이오드;A first diode connected in parallel with the first IGBT and an anode terminal connected to the current source and the switching unit; 컬렉터 단자가 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자와 연결된 제2 IGBT;A second IGBT, the collector terminal of which is connected to the cathode terminal of the first diode; 상기 제2 IGBT와 나란히 연결된 제2 다이오드; A second diode connected in parallel with the second IGBT; 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자, 제1 IGBT의 이미터 단자, 제2 다이오드 의 애노드 단자 및 제2 IGBT의 컬렉터 단자 사이에 설치된 커패시터; 및A capacitor provided between the cathode terminal of the first diode, the emitter terminal of the first IGBT, the anode terminal of the second diode and the collector terminal of the second IGBT; And 일측이 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자 및 제2 IGBT의 이미터 단자와 연결되고, 타측이 상기 전류원과 스위칭부에 연결된 인덕터를 포함하여 이루어진 전류원 인버터.And an inductor connected at one side to the cathode terminal of the second diode and the emitter terminal of the second IGBT, and the other side connected to the current source and the switching unit. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 커패시터와 인턱터는 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스의 차이가 0인 것을 특징으로 하는 전류원 인버터.The capacitor and the inductor current source inverter, characterized in that the difference between the capacitive reactance and the inductive reactance is zero.
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