KR20070120427A - 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법 및 장치 - Google Patents

고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법 및 장치 Download PDF

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KR20070120427A
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Abstract

과제
공진 회로를 구성하는 고주파 유도가열 장치에 급전하는데 알맞은 고주파 전원의 가격을 저감할 수 있는 직류 전류 검출 방법 및 장치를 제공한다.
해결 수단
고주파 전원 장치(HFP1)에는, 콘덴서(C11 내지 C1n)로 이루어지는 평활 콘덴서 회로, IGBT(Q11 내지 Q14) 등으로 이루어지는 고주파 전력 변환 회로, 제어 회로(11), 교류 전류 검출기(12), 전류 연산기(14), 교류 전압 검출기(15), 교류 전류 검출기(16)를 구비하고, 이 전류 연산기(14)에서는, 상기 고주파 전력 변환 회로의 출력 전압(Vo)에 의거하여, 교류 전류 검출기(12)에 의해 검출한 상기 고주파 전력 변환 회로의 출력 전류(Io)와 교류 전류 검출기(16)에 의해 검출한 상기 평활 콘덴서 회로의 전류(Ic)로부터 해당 고주파 전원에 직류 전력을 공급하는 직류 전원으로부터 전류(Idc)와 등가의 전류(Idc*)를 얻도록 한다.

Description

고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법 및 장치{DC CURRENT DETECTION METHOD AND APPARATUS FOR HIGH-FREQUENCY POWER SOURCE APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제 1의 실시예를 도시하는 고주파 전원의 회로 구성도
도 2는 도 1의 동작을 설명하는 파형도
도 3은 도 1의 부분 상세 회로 구성도
도 4는 본 발명의 제 2의 실시예를 도시하는 고주파 전원의 회로 구성도
도 5는 도 4의 동작을 설명하는 파형도
도 6은 도 4의 부분 상세 회로 구성도
도 7은 본 발명의 제 3의 실시예를 도시하는 고주파 전원의 회로 구성도
도 8은 도 7의 부분 상세 회로 구성도
도 9는 본 발명의 제 4의 실시예를 도시하는 고주파 전원의 회로 구성도
도 10은 종래예를 도시하는 고주파 전원의 회로 구성도
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
11 : 제어 회로 12 : 교류 전류 검출기
13 : 직류 전류 검출기 14 : 전류 연산기
15 : 교류 전압 검출기 16 : 교류 전류 검출기
17, 18 : 전류 연산기 19 : 교류 전류 검출기
C11 내지 C1n, Cr1, Cr11, Cr12 : 콘덴서 Lr1, Lr11 : 리액터
Q11 내지 Q14 : IGBT
기술 분야
본 발명은, 직류 전원으로부터 공급되는 직류 전력을 고주파 전력 변환 회로에 의해 고주파 전력으로 변환하여 고주파 부하에 공급하도록 한 고주파 전원 장치에 있어서의 직류 입력 전류 검출 방법 및 장치, 특히 이와 같은 고주파 전원 장치가 복수조 마련되고, 이들 복수조의 고주파 전원 장치에 공통의 하나의 직류 전원으로부터 전력을 공급하는 것에 있어서 최적의 직류 입력 전류 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.
배경 기술
도 10은 이런 종류의 고주파 전원 장치의 종래예를 도시하는 회로 구성도이다.
이 도 10에서, HFP1 내지 HFPk는 동일 구성의 k개의 고주파 전원 장치이고, 상용 교류 전원(ACP)으로부터 공급되는 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치를 구비한 직류 전원(DCP)에 공통으로 병렬 접속되어 있다. 각 고주파 전원 장치의 상세한 구성은, 대표로서 고주파 전원 장치(HFP1)에 관해서만 나타낸다. 고주파 전원 장치(HFP1 내지 HFPk)는, 각각 평활 콘덴서 회로(FC)와, 고주파 전력 변환 회로(INV)와 이 전력 변환 회로(INV)를 제어하는 제어 회로(11) 및 고주파 전력 변환 회로(INV)로부터 고주파 전력이 공급되는 부하(L)를 구비한다.
평활 콘덴서 회로(FC)는, n(n=1, 2, 3, …)개의 콘덴서(C11 내지 C1n)를 병렬 접속하여 구성되고, 고주파 전력 변환 회로(INV)의 직류 입력에 병렬로 접속된다.
고주파 전력 변환 회로(INV)는, IGBT(Q11 내지 Q14)와 각각 역병렬(逆竝列)로 접속된 다이오드(D11 내지 D14)에 의해 구성한 스위칭 회로를 단상 풀브리지 접속하여 구성된다.
제어 회로(11)는, 고주파 전력 변환 회로(INV)로부터 출력되는 교류 출력전압을 교류 출력 전류에 대해 선행위상 상태를 유지하면서 부하(L)에 공급되는 전력이 외부에서 설정된 소망하는 전력이 되도록 고주파 전력 변환 회로(INV)를 제어한다. 고주파 전력 변환 회로(INV)의 교류 출력에 접속된 부하(L)는, 콘덴서(Cr1)와 리액터(Lr1)의 공진 회로로 구성되는 고주파 유도 가열 장치가 최적이다.
또한, 고주파 전원 장치(HFP1 내지 HFPk)에는, 각각 부하(L)에 공급하는 전류(Io)를 검출하기 위해, 교류 변류기(ACCT)로 이루어지는 교류 전류 검출기(12)와, 직류 전원(DCP)으로부터, 고주파 전원 장치(HFP1)에 공급되는 직류 전류(Idc)(=Ii-Ic)를 검출하기 위해, 직류 변류기(DCCT)로 이루어지는 직류 전류 검 출기(13)가 마련된다. 그리고, 직류 전원(DCP)의 전압을 검출하기 위해 직류 전압 검출기(20)가 마련된다.
이와 같은 고주파 전원 장치의 구성은, 특허문헌1 등에 의해 이미 잘 알려져 있는 것이다.
이들 k조(組)의 고주파 전원 장치(HFP1 내지 HFPk)는, 공통의 직류 전원(DCP)에 병렬로 접속되고, 공통의 직류 전압 검출기(20)에 의해 직류 전원(DCP)으로부터 가해지는 직류 전압(Vdc)을 검출하고, 각 고주파 전원 장치에 개별로 마련된 직류 전류 검출기(13)에 의해 직류 전원(DCP)으로부터 공급되는 직류 전류(Idc) 개별로 검출하고, 이들의 검출한 직류 전압(Vdc) 및 직류 전류(Idc)에 의거하여 각각의 제어 회로(11)에 의해, 개개로 고주파 전력 변환 회로(INV)를 제어함에 의해, 각 고주파 전원 장치마다 부하(L)에의 공급 전력을 소망하는 전력으로 조정할 수 있다.
특허문헌1 : 일본 특개평11-54249호 공보
상기한 바와 같은 종래의 고주파 전원 장치의 회로 구성에 의하면, 복수조의 고주파 전원 장치가 개개로 부하에의 공급 전력을 조정하기 위해서는, 각각에 직류 변류기(DCCT)로 이루어지는 직류 전류 검출기(13)를 마련하여, 각각에 공급되는 직류 전류(Idc)를 개별로 검출할 필요가 있다. 그러나, 이 직류 변류기(DCCT)를 사용한 직류 전류 검출기(13)는, 교류 변류기(ACCT)를 사용한 교류 전류 검출기에 비하면 매우 가격이 고가이다. 이 때문에, 특히 사용하는 고주파 전원 장치의 조(組) 수가 많아진 경우는, 직류 전류 검출기의 사용 개수가 많아지기 때문에 장치의 가격이 높아지고, 이 직류 전류 검출기가 이런 종류의 고주파 전원 장치의 가격의 저하를 저해하는 큰 요인으로 되어 있다.
본 발명의 과제는, 상기 문제점을 해소하여 고주파 전원 장치의 가격을 저감할 수 있는 직류 전류 검출 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
이와 같은 과제를 해결하기 위해, 제 1의 발명은, 직류 전원과, 이 직류 전원의 출력에 병렬로 접속된 평활 콘덴서 회로와, 상기 직류 전원으로부터 상기 평활 콘덴서 회로를 통하여 공급되는 직류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하는 고주파 전력 변환 회로와, 이 고주파 전력 변환 회로로부터 고주파 전력이 공급되는 고주파 부하와, 상기 고주파 전력 변환 회로로부터 상기 고주파 부하에 공급하는 고주파 전력이 소망하는 전력이 되도록 상기 고주파 전력 변환 회로를 제어하는 제어 회로에 의해 구성된 고주파 전원 장치에 있어서,
상기 고주파 전력 변환 회로의 출력 전압의 극성 및 출력 전류와 상기 평활 콘덴서 회로에 흐르는 전류로부터 연산에 의해 상기 직류 전원으로부터 상기 고주파 전원에 공급되는 직류 전류를 구하는 것을 특징으로 한다.
제 2의 발명은, 제 1의 발명의 고주파 전원 장치의 직류 전류의 검출 방법에 있어서, 상기 고주파 전력 변환 회로의 교류 전압 검출기의 출력으로부터 출력 전압의 극성을 검출하는 것을 특징으로 한다.
제 3의 발명은, 제 1의 발명의 고주파 전원 장치의 직류 전류의 검출 방법에 있어서, 상기 고주파 전력 변환 회로의 스위칭 소자의 스위칭 주기로부터 이 고주파 전력 변환 회로의 출력 전압의 극성을 검출하는 것을 특징으로 한다.
제 4의 발명은, 상기 제 1 내지 제 3의 발명중 어느 하나의 발명의 고주파 전원 장치의 직류 전류의 검출 방법에 있어서, 상기 평활 콘덴서 회로를 복수개의 콘덴서를 병렬 접속하여 구성하고, 이 평활 콘덴서 회로중의 1개의 콘덴서에 흐르는 전류를 검출하고, 이 검출한 전류에 의거하여 연산에 의해 상기 직류 전원으로부터 상기 고주파 전원에 공급되는 직류 전류를 구하는 것을 특징으로 한다.
제 5의 발명은, 상기 제 1 내지 제 4의 발명중 어느 하나의 발명의 고주파 전원 장치의 직류 전류의 검출 방법에 있어서,
상기 고주파 전력 변환 회로의 검출된 출력 전압의 극성이, 정(正)인 기간은 상기 고주파 전력 변환 회로의 출력 전류와 동상(同相)의 전류를, 그리고 부(負)인 기간은 상기 출력 전류의 역상(逆相)의 전류를 연산으로 구하고, 이 연산에 의해 구한 전류로부터 상기 평활 콘덴서 회로에 흐르는 교류 전류를 감산하여 상기 직류 전원으로부터 상기 고주파 전원에 공급되는 직류 전류를 구하는 것을 특징으로 한다.
제 6의 발명은, 제 1의 발명 내지 제 5의 발명중 어느 하나의 발명의 고주파 전원 장치의 직류 전류의 검출 방법에 있어서, 상기 고주파 전원 장치를 복수조 마련하고, 이들 복수조의 고주파 전원 장치의 직류 전원을 각 조에 공통으로 한 것을 특징으로 한다.
제 7의 발명은, 직류 전원과, 이 직류 전원의 출력에 병렬로 접속된 평활 콘 덴서 회로와, 상기 직류 전원으로부터 상기 평활 콘덴서 회로를 통하여 공급되는 직류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하는 고주파 전력 변환 회로와, 이 고주파 전력 변환 회로로부터 고주파 전력이 공급되는 고주파 부하와, 상기 고주파 전력 변환 회로로부터 상기 고주파 부하에 공급하는 고주파 전력이 소망하는 전력이 되도록 상기 고주파 전력 변환 회로를 제어하는 제어 회로에 의해 구성된 고주파 전원 장치에 있어서,
상기 고주파 전력 변환 회로로부터 출력되는 교류 출력전류를 검출하는 제 1의 교류 전류 검출기와, 상기 평활 콘덴서 회로에 흐르는 콘덴서 전류를 검출하는 제 2의 교류 전류 검출기와, 상기 고주파 전력 변환 회로의 출력 전압의 극성을 검출하는 극성 검출 수단과, 이 극성 검출 수단이 정극성을 나타내고 있을 때는 상기 제 1의 교류 전류 검출기에 의해 검출된 교류 출력 전류와 동상의 전류를, 그리고 부극성을 나타내고 있을 때는 상기 제 1의 교류 전류 검출기에 의해 검출된 교류 출력 전류와 역상의 전류를 구하는 전류 연산 수단과, 이 전류 연산 수단에 의해 구하여진 전류로부터 상기 제 2의 교류 전류 검출기에 의해 검출된 콘덴서 전류를 감산하는 감산 수단에 의해 구성된 직류 전류 검출 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
제 8의 발명은, 제 7의 발명의 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 장치에 있어서, 상기 고주파 전원 장치를 복수조 마련하고, 이들 복수조의 고주파 전원 장치의 직류 전원을 각 조에 공통으로 한 것을 특징으로 한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 1은 본 발명의 제 1의 실시예를 도시하는 고주파 전원 장치의 회로 구성도이고, 이 도면에서, 도 10에 도시한 종래예 구성과 동일 기능을 갖는 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.
즉, k(k=1, 2, 3 …)조의 고주파 전원 장치(HFP1 내지 HFPk)는, 각각, 고주파 전원 장치(HFP1)의 블록내에 도시하는 바와 같이, 복수개의 콘덴서(C11 내지 C1n)를 병렬 접속하여 이루어지는 평활 콘덴서 회로(FC), IGBT(Q11 내지 Q14) 등으로 이루어지는 고주파 전력 변환 회로(INV), 제어 회로(11), 교류 변류기(ACCT)로 이루어지는 교류 전류 검출기(CT)(12) 외에, 후술하는 전류 연산기(14)와, 고주파 전력 변환 회로(INV)의 교류 출력 전압(Vo)을 검출하는 전압 변성기(PT)로 이루어지는 교류 전압 검출기(15)와, 평활 콘덴서 회로(FC)에 흐르는 전류(Ic)를 검출하는 교류 변류기(ACCT)를 이용한 교류 전류 검출기(16)를 구비하고 있다.
도 2는 이 고주파 전원 장치(HFP1)의 직류 전류 검출 방법의 동작을 설명하는 파형 도이다.
도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 고주파 전원 장치(HFP1)를 구성하는 제어 회로(11)에 의해, 고주파 전력 변환 회로(INV)의 교류 출력 전압(Vo)을 출력 전류(Io)에 대해 선행위상 상태로 하고 있을 때에는, 이 고주파 전력 변환 회로(INV)에의 입력 전류(Ii)는 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같은 파형으로 되고, 이때의 상기 평활 콘덴서 회로(FC)의 전류(Ic)는 도 2의 (d)에 도시하는 바와 같은 파형으로 된다.
도 2에 도시하는 파형도로부터도 분명한 바와 같이, 고주파 전원 장치(HFP1)의 출력 주파수가 수십㎑ 이상일 때는, 고주파 전력 변환 회로(INV)의 입력 전류(Ii)에는 교류 전류 성분과 직류 성분이 포함되고, 교류 성분은 평활 콘덴서 회로(FC)로부터 전류(Ic)로서 공급되고, 직류 전류 성분은 직류 전원(DCP)으로부터 전류(Idc)로서 공급된다.
도 3은 도 1에 도시한 전류 연산기(14)의 상세 회로 구성도이다. 이 도 3에서, 14a는 교류 전류 검출기(12)에서 검출된 고주파 전력 변환 회로(INV)의 교류 출력 전류(Io)의 극성을 반전하는 반전 증폭기, 14b는 전환 스위치, 14c는 교류 전압 검출기(15)에서 검출된 고주파 전력 변환 회로(INV)의 출력 전압(Vo)의 극성을 검지하기 위한 콤퍼레이터, 14d는 감산기이다.
이 전류 연산기(14)에서의 콤퍼레이터(14c)는, 출력 전압(Vo)의 극성을 검지하고, 정극성일 때는 전환 스위치(14b)의 접점을 상기 Io측의 a에 접속하고, 부극성일 때는 전환 스위치(14b)의 접점을 반전 증폭기(14a)측의 b에 전환 접속하기 위한 전환 신호를 발한다. 이로써, 출력 전류(Io)가, 전환 스위치(14b)의 출력(c)으로부터, 출력 전압(Vo)이 정극성일 때는 동상으로, 그리고 부극성일 때는, 반전 증폭기(14a)에 의해 반전하여 역상으로 취출되도록 되기 때문에, 이 변환 스위치(14b)의 출력(c)으로부터 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같은 파형의 출력 전류(Io)로부터 구한 연산 입력 전류(Iis)를 얻을 수 있다.
이 연산 입력 전류(Iis)의 파형은, 도 2의 (b)에 도시하는 입력 전류(Ii)의 파형과 같게 된다. 즉, 전류 연산기(14)는, 출력 전류(Io)에 관해, 출력 전압(Vo) 이 정극성인 경우는 동상의 값을 구하고, 출력 전압(Vo)이 부극성인 경우는 역상의 값을 구하는 연산 처리를 행함에 의해 입력 전류(Ii)와 등가의 연산 입력 전류(Iis)를 구할 수 있다.
그리고, 감산기(14d)에 의해 이 연산에 의해 구한 연산 입력 전류(Iis)로부터 교류 전류 검출기(16)에 의해 검출한 평활 콘덴서 회로(FC)의 콘덴서 전류(Ic)를 감산함에 의해, 도 2의 (e)에 도시하는 바와 같은 실제의 직류 전류(Idc)와 등가의 직류 전류(Idc*)가 구하여지고, 실제의 직류 전류(Idc) 대신에 제어에 이용할 수 있다.
따라서, 도 1에 도시한 제 1의 실시예의 고주파 전원 장치의 회로 구성에서는, 직류 전원(DCP)으로부터 공급되는 직류 전류(Idc)를 검출하는 직류 변류기(DCCT) 등을 이용한 직류 전류 검출기(13)(도 10 참조)에 대신하여 마련한 전류 연산기(14)와 교류 전압 검출기(15 및 16)에 의해, 등가적으로 직류 전류(Idc)를 검출할 수 있다.
이와 같이 하여 검출한 각 고주파 전원 장치에 공급되는 실제의 직류 전류(Idc)와 등가의 직류 전류(Idc*)를 직류 전압 검출기(20)로 검출한 직류 전압(Vdc)과 함께 제어 회로(11)에 가하고, 여기서 각 고주파 전원 장치에 접속된 부하(L)에의 공급 전력을 연산에 의해 구하고, 이 전력이 소망하는 값이 되도록 고주파 전력 변환 회로(INV)를 제어함에 의해, 부하(L)에의 공급 전력을 조정할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 제 2의 실시예를 도시하는 고주파 전원 장치의 회로 구성 도이고, 이 도면에서, 도 1에 도시한 실시예의 구성과 동일 기능을 갖는 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.
도 4에 도시한 제 2의 실시예에서의 고주파 전원 장치(HFP1)에는, 각각 도 1에 도시한 전류 연산기(14)에 대신하여, 후술하는 전류 연산기(17)를 마련하고 있다. 그리고 이 전류 연산기(17)에는, 도 1에서의 교류 전압 검출기(15)의 검출 전압 대신에, 제어 회로(11)로부터 고주파 전력 변환 회로(INV)의 스위칭 회로에 주어지는 게이트 신호가 가하여진다.
다른 고주파 전원 장치(HFP2 내지 HFPk)는, 블록만으로 도시되어 있지만, 이 고주파 전원 장치(HFP1)와 마찬가지로 구성되어 있다.
도 5는 이 제 2의 실시예에서의 고주파 전원 장치(HFP1)의 직류 전류 검출 방법의 동작을 설명하는 파형도이다.
도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 고주파 전원 장치(HFP1)를 구성하는 제어 회로(11)에 의해, 고주파 전력 변환 회로(INV)의 교류 출력 전압(Vo)을 출력 전류(Io)에 대해 선행위상 상태로 하여 운전하고 있을 때는, 고주파 전력 변환 회로(INV)를 구성하는 스위칭 회로의 IGBT((Q11) 내지 (Q14))에의 게이트 신호는, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 거의 출력 전압(Vo)의 제로 크로스점 부근에서 각 IGBT를 온, 오프시키는 타이밍에서 변화하는 구형파(矩形波)형으로 된다.
도 6은 도 4에 도시한 전류 연산기(17)의 상세 회로 구성도이다. 이 도면에서, 17a는 교류 전류 검출기(12)에서 검출된 고주파 전력 변환 회로(INV)의 출력 전류(Io)의 극성을 반전하는 반전 증폭기, 17b는 전환 스위치, 17c는 IGBT(Q11(Q14) 및 Q12(Q13))에의 게이트 신호에 의해 동작하는 플립플롭 회로, 17d는 감산기이다.
이 전류 연산기(17)에서는, 플립플롭 회로(17c)는, 상기 Q11(Q14)에의 게이트 신호가 온으로 되면 전환 스위치(17b)의 접점을 Io측의 a에 접속하기 위한 전환 신호를 발하고, Q12(Q13)에의 게이트 신호가 온으로 되면 전환 스위치(17b)의 접점을 반전 증폭기(17a)측의 b에 접속하기 위한 전환 신호를 발하도록 동작하고, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이 게이트 신호(Q11 및 Q12)에 동기한 전환 신호(CS)를 발생한다. 이 전환 신호(CS)의 변화는, 출력 전압(Vo)의 극성의 변화와 동기한다. 따라서, 이 플립플롭 회로(17c)는, 제 1의 실시예에서의 콤퍼레이터(14c)와 마찬가지로, 고주파 전력 변환 회로(INV)의 출력 전압(Vo)의 극성을 판별하는 기능을 갖는다.
이 플립플롭 회로(17c)로부터의 전환 신호(CS)에 따라 전환 동작을 하는 전환 스위치(17b)의 출력(c)으로부터는, 출력 전압(Vo)도 정인 기간은, 출력 전류(Io)와 동상의 출력이, 부인 기간은, 반전 증폭기(17a)에 의해 반전됨에 의해 출력 전류(Io)와 역상의 상의 출력이 취출되고, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같은 파형의 연산 입력 전류(Iis)를 얻을 수 있다. 이 연산 입력 전류(Iis)의 파형은, 입력 전류(Ii)의 파형(도 2의 (b) 참조)과 같은 파형으로 된다. 그리고, 감산기(17d)에 의해 연산 입력 전류(Iis)로부터 교류 전류 검출기(16)에 의해 검출한 평활 콘 덴서 회로(FC)의 전류(Ic)를 감산함에 의해, 제 1의 실시예의 경우와 마찬가지로 직류 전원으로부터 고주파 전력 변환 회로(INV)에 공급되는 전류(Idc)와 등가의 전류(Idc*)(도 2의 (e) 참조)를 구할 수 있다.
따라서, 이 제 2의 실시예의 고주파 전원 장치에서는, 직류 전원으로부터의 직류 전류를 검출하는 직류 전류 검출기(13)(도 10 참조)에 대신하여, 전류 연산기(17)와 교류 전류 검출기(16)를 마련함에 의해, 등가적으로 고주파 전력 변환 회로에 공급되는 직류 전류를 검출할 수 있다. 이 제 2의 실시예에 의하면, 도 1에 도시한 제 1의 실시예에서의 교류 전압 검출기(15)도 생략할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 제 3의 실시예를 도시하는 고주파 전원 장치의 회로 구성도이고, 이 도면에서, 도 1에 도시한 제 1의 실시예와 동일 기능을 갖는 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.
도 7에 도시한 제 3의 실시예에서의 고주파 전원 장치(HFP1)는, 도 1에 도시한 전류 연산기(14), 교류 전류 검출기(16)에 대신하여, 후술하는 전류 연산기(18)와 평활 콘덴서 회로(FC)중의 하나의 콘덴서(C11)의 전류(Ic1)를 검출하는 교류 전류 변성기(ACCT) 등으로 이루어지는 교류 전류 검출기(CT)(19)를 구비한다. 그리고, 전류 연산기(18)에는, 도 1에서의 교류 전압 검출기(15)의 검출 전압 대신에, 제어 회로(11)로부터 고주파 전력 변환 회로(INV)의 스위칭 회로에 주어지는 게이트 신호가 가하여진다.
또한, 고주파 전원 장치(HFP1) 이외의 고주파 전원 장치(HFP2 내지 HFPk)도 이 고주파 전원 장치(HFP1)와 동일하게 구성되어 있다.
도 8에 이 제 3의 실시예에서 사용한 전류 연산기(18)의 상세 회로 구성도를 도시한다. 이 도 8에서, 18a는 교류 전류 검출기(12)에서 검출된 고주파 전력 변환 회로(INV)의 교류 출력 전류(Io)의 극성을 반전하는 반전 증폭기, 18b는 전환 스위치, 18c는 IGBT(Q11(Q14) 및 Q12(Q13))에의 게이트 신호에 의해 동작하는 플립플롭 회로, 18d는 평활 콘덴서 회로(FC)의 콘덴서(C11)의 전류(Ic1)를 n배로 하여 상기 평활 콘덴서 회로의 전체의 전류(Ic)와 거의 동등하게 되도록 하는 증폭기, 18e는 감산기이다.
이 전류 연산기(18)에서는, 플립플롭 회로(18c)는, 제 2의 실시예에서의 플립플롭 회로(17c)와 마찬가지로 IGBT(Q11(Q14))에의 게이트 신호가 온으로 되면 전환 스위치(18b)의 접점을 상기 Io측에 접속하기 위한 전환 신호를 발하고, IGBT(Q12(Q13))에의 게이트 신호가 온으로 되면 전환 스위치(18b)의 접점을 반전 증폭기(18a)측에 접속하기 위한 전환 신호를 발하도록 동작한다. 전환 스위치(18b)가 이 플립플롭 회로(18c)로부터 전환 신호를 받아서 전환 동작을 행함에 의해, 그 출력단으로부터, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같은 파형의 연산 입력 전류(Iis)가 취출된다. 이 연산 전류(Iis)는, 상기한 실시예의 경우와 마찬가지로, 도 2의 (b)에 도시하는 고주파 전력 변환 회로(INV)의 입력 전류(Ii)의 파형으로 된다.
1개의 콘덴서(C11)의 전류(Ic1)는, n개의 콘덴서(C11 내지 C1n)를 병렬 접속된 콘덴서가 모두 같은 용량으로 선택되어 있는 경우는, 평활 콘덴서 회로(FC)의 전체의 전류(Ic)의 1/n로 되기 때문에, 증폭기(18d)에 의해 n배로 증폭함에 의해, 등가적으로 평활 콘덴서 회로(FC)의 전체의 전류(Ic)를 구할 수 있다.
감산기(18e)에 상기한 연산 입력 전류(Iis)와 상기한 증폭기(18d)에 의해 구하여진 등가적인 평활 콘덴서 회로(FC)의 전체의 콘덴서 전류(Ic)를 가하고, 여기서 Iis로부터 Ic를 감산하는 연산을 행함에 의해, 직류 전원(DCP)으로부터 공급되는 전류(Idc)와 등가의 전류(Idc*)를 얻을 수 있다.
따라서, 도 7에 도시한 제 3의 실시예의 고주파 전원 장치의 회로 구성에서는, 직류 전원(DCP)으로부터 공급되는 직류 전류(Idc)를 검출하는 직류 변성기(DCCT)를 이용한 직류 전류 검출기(13)(도 10 참조)에 대신하여, 전류 연산기(18)와 교류 전류 검출기(19)를 마련함에 의해, 등가적으로 상기한 직류 전류(Idc)를 검출할 수 있다.
이 제 3의 실시예에서는, n개의 콘덴서를 병렬 접속하여 구성된 평활 콘덴서 회로의 1개의 콘덴서에 흐르는 전류를 검출하여, 평활 콘덴서 회로(FC) 전체에 흐르는 전류를 구하도록 하고 있기 때문에, 여기에 사용하는 전류 검출기(19)는, 도 1 및 도 4에 도시한 제 1 및 제 2의 실시예에서 사용한 교류 전류 검출기(16)보다도 검출하는 전류가 1/n로 저하된다. 이 때문에, 이 제 3의 실시예에 의하면, 교류 전류 검출기(19)로서 소형 소용량의 것을 사용할 수 있고, 그만큼, 장치의 가격을 저감할 수 있다.
또한, 이 제 3의 실시예에서는, 제 2의 실시예의 교류 전류 검출기(16)에 대 신하여 교류 전류 검출기(19)를 마련한 경우를 나타냈지만, 제 1의 실시예의 교류 전류 검출기(16)에 대신하여 교류 전류 검출기(19)를 마련하도록 하여도 좋다. 즉, 제 1의 실시예의 경우와 마찬가지로 교류 전압 검출기(15)를 마련하고, 그 검출 전압을, 고주파 전력 변환 장치(INV)의 스위칭 회로에의 게이트 신호에 대신하여 전류 연산기(18)에 가하여 전류 연산을 행하는 것도 가능하다.
도 9는 본 발명의 제 4의 실시예를 도시하는 고주파 전원 장치의 회로 구성도이다. 이 도면에서, 도 4에 도시한 실시예 구성과 동일 기능을 갖는 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.
도 9에 도시한 제 4의 실시예에서의 고주파 전원 장치(HFP1)는, 콘덴서(C11 내지 C1n)로 이루어지는 평활 콘덴서 회로와, IGBT(Q11, Q12) 등으로 이루어지는 단상 하프 브리지 형식의 고주파 전력 변환 회로(INV)와, 제어 회로(11a)와, 콘덴서(Cr11, Cr12)와 리액터(Lr11)로 이루어지는 공진 회로로 구성되는 부하(L)의 전류(Io)를 검출하는 교류 전류 검출기(12)와, 상기 평활 콘덴서 회로의 전류(Ic)를 검출하는 교류 전류 검출기(16)와, 전류 연산기(17)로 구성된다.
다른 고주파 전원 장치(HFP2 내지 HFPk)도 이 고주파 전원 장치(HFP1)와 마찬가지로 구성되어 있다.
고주파 전원 장치(HFP1)에서의 제어 회로(11a)는, 주지의 기술에 의해, 단상 하프 브리지 형식의 고주파 전력 변환 회로의 출력 전압을 출력 전류에 대해 선행위상 상태로 유지하면서 고주파 전력 변환 회로를 소망하는 출력 상태로 제어하는 동작을 행하고, 또한, 이때의 전류 연산기(17)는, 앞서 설명한 제 2의 실시예에서의 도 6에 도시하는 전류 연산기(17)와 같이 동작하고, 교류 전류 검출기(12)에서 검출한 고주파 전력 변환기(INV)의 교류 출력 전류(Io) 및 교류 전류 검출기(16)에 의해 검출한 평활 콘덴서 회로(FC)의 전류(Ic)에 의거하여, 직류 전원(DCP)으로부터 고주파 전원 장치(HFP1)에 공급되는 직류 전류(Idc)와 등가의 직류 전류(Idc*)를 연산에 의해 구할 수 있다.
본 발명은, 고주파 유도 가열 장치와 같은 고주파 부하에 급전하기 위한 고주파 전원 장치에서는, 그 출력 주파수가 수십㎑ 이상이고, 고주파 전력 변환 회로에의 입력 전류의 교류 전류 성분은, 후술하는 바와 같이, 상기 평활 콘덴서 회로로부터 공급되고, 직류 전류 성분은 직류 전원으로부터 공급되도록 되는 것에 착안하여 이루어진 것이다. 즉, 고주파 전력 변환 회로의 교류 출력 전압이 부인 기간만 고주파 전력 변환 회로의 출력 전류를 반전시키는 연산을 행함에 의해, 고주파 전력 변환기의 입력 전류를 구하고, 이 연산에 의해 구한 입력 전류로부터 평활 콘덴서 회로에 흐르는 전류를 감산하여 이 고주파 전원 장치에 공급되는 직류 전류를 구할 수 있는 것이다. 이로써, 직류 전원으로부터의 직류 전류를 검출하기 위해 비교적 고가인 직류 전류 검출기에 대신하여, 상기 평활 콘덴서 회로에의 전류를 검출한 비교적 염가의 교류 전류 검출기를 이용하여, 등가적으로 직류 전원으로부터 고주파 전력 변환 회로에 공급되는 직류 전류를 검출할 수 있게 되기 때문에, 고주파 전원 장치의 가격 저감을 꾀할 수 있다.

Claims (8)

  1. 직류 전원과, 이 직류 전원의 출력에 병렬로 접속된 평활 콘덴서 회로와, 상기 직류 전원으로부터 상기 평활 콘덴서 회로를 통하여 공급되는 직류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하는 고주파 전력 변환 회로와, 이 고주파 전력 변환 회로로부터 고주파 전력이 공급되는 고주파 부하와, 상기 고주파 전력 변환 회로로부터 상기 고주파 부하에 공급하는 고주파 전력이 소망하는 전력이 되도록 상기 고주파 전력 변환 회로를 제어하는 제어 회로에 의해 구성된 고주파 전원 장치에 있어서,
    상기 고주파 전력 변환 회로의 출력 전압의 극성 및 출력 전류와 상기 평활 콘덴서 회로에 흐르는 전류로부터 연산에 의해 상기 직류 전원으로부터 상기 고주파 전원에 공급되는 직류 전류를 구하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 전력 변환 회로의 교류 전압 검출기의 출력으로부터 출력 전압의 극성을 검출하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 전력 변환 회로의 스위칭 소자의 스위칭 주기로부터 이 고주파 전력 변환 회로의 출력 전압의 극성을 검출하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평활 콘덴서 회로를 복수개의 콘덴서를 병렬 접속하여 구성하고, 이 평활 콘덴서 회로 중 1개의 콘덴서에 흐르는 전류를 검출하고, 이 검출한 전류에 의거하여 연산에 의해 상기 직류 전원으로부터 상기 고주파 전원에 공급되는 직류 전류를 구하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전력 변환 회로의 검출된 출력 전압의 극성이, 정인 기간은 상기 고주파 전력 변환 회로의 출력 전류와 동상의 전류를, 그리고 부인 기간은 상기 출력 전류의 역상의 전류를 연산으로 구하고, 이 연산에 의해 구한 전류로부터 상기 평활 콘덴서 회로에 흐르는 교류 전류를 감산하여 상기 직류 전원으로부터 상기 고주파 전원에 공급되는 직류 전류를 구하는 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전원 장치를 복수조 마련하고, 이들 복수조의 고주파 전원 장치의 직류 전원을 각 조에 공통으로 한 것 을 특징으로 하는 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 방법.
  7. 직류 전원과, 이 직류 전원의 출력에 병렬로 접속된 평활 콘덴서 회로와, 상기 직류 전원으로부터 상기 평활 콘덴서 회로를 통하여 공급되는 직류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하는 고주파 전력 변환 회로와, 이 고주파 전력 변환 회로로부터 고주파 전력이 공급되는 고주파 부하와, 상기 고주파 전력 변환 회로로부터 상기 고주파 부하에 공급하는 고주파 전력이 소망하는 전력이 되도록 상기 고주파 전력 변환 회로를 제어하는 제어 회로에 의해 구성된 고주파 전원 장치에 있어서,
    상기 고주파 전력 변환 회로로부터 출력되는 교류 출력전류를 검출하는 제 1의 교류 전류 검출기와, 상기 평활 콘덴서 회로에 흐르는 콘덴서 전류를 검출하는 제 2의 교류 전류 검출기와, 상기 고주파 전력 변환 회로의 출력 전압의 극성을 검출하는 극성 검출 수단과, 이 극성 검출 수단이 정극성을 나타내고 있을 때는 상기 제 1의 교류 전류 검출기에 의해 검출된 교류 출력 전류와 동상의 전류를, 그리고 부극성을 나타내고 있을 때는 상기 제 1의 교류 전류 검출기에 의해 검출된 교류 출력 전류와 역상의 전류를 구하는 전류 연산 수단과, 이 전류 연산 수단에 의해 구하여진 전류로부터 상기 제 2의 교류 전류 검출기에 의해 검출된 콘덴서 전류를 감산하는 감산 수단에 의해 구성된 직류 전류 검출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 고주파 전원 장치를 복수조 마련하고, 이들 복수조의 고주파 전원 장치 의 직류 전원을 각 조에 공통으로 한 것을 특징으로 하는 고주파 전원 장치의 직류 전류 검출 장치.
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