KR20110095380A

KR20110095380A - 컨버터 디바이스 및 컨버터 디바이스를 제어하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20110095380A
Application number: KR1020117014093A
Authority: KR
Inventors: 크리슈토프 헤더리; 투팡 쇼뒤리
Original assignee: 에이비비 리써치 리미티드
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-08-24
Also published as: BRPI0922663A2; CA2746490A1; EP2387820A1; PL2387820T3; US8564990B2; WO2010078999A1; RU2514199C2; CN102257718A; JP2012513180A; JP5356535B2; KR101505706B1; US20110298278A1; RU2011129682A; WO2010078999A4; EP2387820B1; DK2387820T3; ES2397691T3

Abstract

본 발명은 다수의 출력 전압들 또는 다수의 출력 전압 전위들을 해당 출력들 (A₁, A₂, A₃) 에서 발생하기 위한 컨버터 장치에 관한 것으로서, 다수의 입력 전압원들 (2) 중 하나와 각각 연관되고, 각각이 상기 연관된 입력 전압원 (2) 에 의해 발생되는 입력 전압 (U_IN1, U_IN2, U_IN3, U_IN4) 을 변경하여 중간 전압 (U₁, U₂, U₃, U₄) 을 제공하도록 설계되는 다수의 세팅 유닛들 (3) ; 및 상기 중간 전압들 (U₁, U₂, U₃, U₄) 에 의해 정의되는 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 이 각각의 선택 엘리먼트 (41) 에 인가되고, 상기 각각의 선택 엘리먼트 (41) 는 개별 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 로서 출력하기 위해 상기 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 중 하나를 선택하도록 설계되는, 다수의 선택 엘리먼트들 (41) 을 포함한다. 본 발명은 또한 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 컨버터 장치의 동작을 위한 방법 및 상기 방법을 위한 장치에 관한 것으로서, 다수의 세팅 유닛들 (3) 을 제어하여 세팅 유닛들 (3) 이 발생될 출력 전압 전위들 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 을 포함하는 중간 전압 전위들을 발생하도록 하는 단계; 및 선택 엘리먼트들 (41) 을 제어하여 각 경우에 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 중 하나가 선택되어 상응하는 출력(A_1, A₂, A₃)에서 발생되도록 하는 단계를 포함한다.

Description

컨버터 디바이스 및 컨버터 디바이스를 제어하기 위한 방법{CONVERTER DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING A CONVERTER DEVICE}

본 발명은 전압 컨버터들, 특히 다수의 DC 전압원들로부터 AC 전압들을 생성하는 인버터들에 관한 것이다.

하나 이상의 AC 또는 위상 전압들을 발생하기 위한 인버터들과 같은 광범위한 형태의 전압 컨버터들은 장기간 알려져 왔다. 인버터 토폴로지들의 예들은 각각 특정한 특성들을 가지는 ANPC (활성 중성점 클램핑 방식), NPC (중성점 클램핑 방식) 또는 MPC, 캐스케이드형 H-브리지들 등이다. 다수의 인버터 토폴로지들에서, 출력 전압 내에 제공될 전압 쉬프트의 범위 내에서 고전압들이 스위칭 되어야 하는 스위칭 유닛은 인버터의 출력들에서 바람직한 전압 파형들을 발생하기 위해 고주파수에서 존재한다. 이는 종래의 인버터 토폴로지들이 구현하기에 복잡한, 해당하는 설계의 전력 컴포넌트들이 사용될 것을 요구한다.

추가로, 종래의 인버터들 중 일부는 중간점 전압들을 발생하기 위한 중간 회로 캐패시터들을 가지며, 상기 캐패시터들에 의해 다수의 전압 레벨들이 인버터의 동작을 위해 발생할 수도 있다. 상기 캐패시터들은 일반적으로 에이징 (ageing) 에 민감하며, 따라서 상기와 같은 인버터들의 수명을 제한한다.

US 6,104,624 호는 그 각각에 단일 중간 전압 전위만이 인가되는 2개의 선택 엘리먼트들을 가지는, 종래 기술에 따른 일반 타입의 컨버터 장치를 개시하며, 각각의 선택 엘리먼트는 그 후에 개별 출력 전압 전위로서 출력하기 위해 상기 하나의 중간 주파수 전위만을 선택할 수도 있다.

본 발명의 목적은 특히 다수의 개별 전압원들과 함께 동작될 수 있는 인버터를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 상기와 같은 인버터의 동작을 위한 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제 1항에 청구된 것과 같은 컨버터 장치 및 다른 독립 청구항들에서 청구된 것과 같은 컨버터 배열 및 상기 컨버터 장치의 동작을 위한 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 추가의 유리한 개선점들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.

제 1 양태에 따라, 해당 출력들에서 다수의 출력 전압들 또는 다수의 출력 전압 전위들을 발생하기 위한 컨버터 장치가 제공된다. 상기 컨버터 장치는,

다수의 입력 전압원들 중 하나와 각각 연관되고, 각각이 상기 연관된 입력 전압원에 의해 발생되는 입력 전압을 변경하여 중간 전압을 제공하도록 설계되는, 다수의 세팅 유닛들; 및

중간 전압들에 의해 정의되는 중간 전압 전위들이 각각의 선택 엘리먼트에 인가되고, 상기 각각의 선택 엘리먼트는 개별 출력 전압 전위로서 출력하기 위해 상기 중간 전압 전위들 중 하나를 선택하도록 설계되는, 다수의 선택 엘리먼트들을 포함한다.

컨버터 장치의 본질은 가변 중간 전압들을 발생하기 위해 세팅 유닛들을 다수의 입력 전압원들과 연관시키는 것이다. 세팅 유닛에 의해 발생되는 적절한 중간 전압 전위는 각각의 출력 전압 전위가 발생되도록 하기 위해 선택 엘리먼트들의 도움으로 선택되며, 입력 전압 전위는 발생될 출력 전압 전위로서 발생된다. 따라서 상기와 같은 컨버터 장치에서, 각각의 출력들에서의 전압 파형들은 세팅 유닛들에 의해 발생된 중간 전압 전위의 파형들로부터 섹션별로 구성됨으로써 형성될 수도 있다. 이 경우에 선택 엘리먼트들은 단지 세팅 유닛들 중 하나의 유닛에 의해 발생된 중간 전압 전위를 출력들 중 하나로 전달하는 기능을 갖는다. 바람직한 중간 전압 전위를 발생하는 실제 기능은 각각의 입력 전압원에 대하여 실행된다. 그 낮은 전압들로 인해, 컨버터 장치에서 사용되는 컴포넌트들의 전력 및 설계에 대한 요구조건들은 덜 엄격하다.

추가로, 세팅 유닛들의 전압 출력들은 서로 직렬로 접속되어 중간 전압들이 부가될 수 있으며, 개별 중간 전압 전위는 선택 엘리먼트들 중 개별 엘리먼트에 의한 선택을 위해 전압 출력들의 일부 또는 각각에서 발생된다.

추가 양태에 따라, 전술된 컨버터 장치 및 제어 유닛을 포함하는 컨버터 배열이 제공된다. 제어 유닛은 다수의 세팅 유닛들을 제어하여 세팅 유닛들이 발생될 출력 전압 전위들을 포함하는 중간 전압 전위들을 발생하도록 설계되며, 제어 유닛은 또한 각각의 경우에 중간 전압 전위들 중 하나를 선택하고, 이를 해당 출력에서 발생하도록 설계된다.

일 실시형태에 따라, 제어 유닛은 선택 엘리먼트들을 제어하여 세팅 유닛들에 의해 발생된 최저 중간 전압 전위가 최저 출력 전압 전위를 발생하도록 선택되고, 세팅 유닛들에 의해 발생된 최고 중간 전압 전위가 최고 출력 전압 전위를 발생하도록 선택되도록 설계된다.

추가로, 제어 유닛은 세팅 유닛들을 제어하여 중간 전압들이 직렬로 접속될 때, 부가된 중간 전압들이 발생될 최고 출력 전압 전위 및 발생될 최저 출력 전압 전위 사이의 전압에 상응하는 전압을 발생하도록 설계된다.

특히, 제어 유닛은 세팅 유닛들을 제어하여 출력 전압 전위들의 평균이 평균 중간 전압 전위들 중 하나의 선택에 의해 발생하도록 설계된다.

제어 유닛이 세팅 유닛들을 제어하여 평균 중간 전압 전위가 세팅 유닛들 중 하나의 선택된 전압 출력에서 발생되도록 설계하는 것이 가능하다.

제어 유닛은 선택 유닛들 중 하나의 전압 출력을 세팅 유닛들과 연관된 입력 전압원들의 바람직한 부하 분배의 함수로서, 특히 해당하는 세팅 유닛들 사이의 부하 분배에 상응하는 개별 세팅 유닛들의 중간 전압들의 비를 사용하여 선택하도록 설계될 수도 있다.

일 실시형태에 따라, 제어 유닛은 최고 및 최저 출력 전압 전위 사이의 전압 차이를 사용가능한 세팅 유닛들의 개수로 나누어 세팅 유닛들 중 하나의 전압 출력을 선택하도록 설계되며, 발생될 출력 전압 전위에 가까운 세팅 유닛의 전압 출력은 평균 출력 전압 전위들 중 하나를 발생하도록 선택될 수도 있다.

특히, 제어 유닛은 세팅 유닛들을 제어하여 평균 중간 전압 전위가 하나 이상의 세팅 유닛들의 제 1 그룹 및 세팅 유닛들의 제 2 그룹에서 생성되도록 설계될 수 있고, 선택된 전압 출력 및 최고 중간 전압 전위의 전압 출력 사이에 배열되는 하나 이상의 세팅 유닛들의 제 1 그룹은 각각 제 1 그룹 내의 세팅 유닛들의 개수에 의해 나누어지는 발생될 출력 전압 전위와 발생될 최고 출력 전압 전위 사이의 전압 차이에 상응하는 중간 전압을 발생하고, 선택된 전압 출력 및 최저 중간 전압 전위의 전압 출력 사이에 배열되는 세팅 유닛들의 제 2 그룹은 각각 제 2 그룹 내의 세팅 유닛들의 개수에 의해 나누어지는 발생될 출력 전압 전위와 발생될 최고 출력 전압 전위 사이의 전압 차이에 상응하는 중간 전압을 발생할 수도 있다.

일 실시형태에 따라, 제어 유닛은 상기 출력 전압들을 발생하기 위해 상기 세팅 유닛들의 중간 전압들을 순환적으로 또는 연속해서 변경시키도록 설계되며, 따라서 중간 전압들은 계속해서 또는 연속하는 시간 윈도우들 내에서 발생될 수도 있다.

추가의 양태에 따라, 전술된 컨버터 장치의 동작을 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은,

다수의 세팅 유닛들을 제어하여 세팅 유닛들이 발생될 출력 전압 전위들을 포함하는 중간 전압 전위들을 발생하도록 하는 단계; 및

선택 엘리먼트들을 제어하여 각 경우에 중간 전압 전위들 중 하나가 선택되어 상응하는 출력에서 발생되도록 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시형태들은 첨부된 도면들을 참조하여 하기의 본문에서 더 상세히 설명될 수도 있다.
도 1은 출력 전압 전위들이 발생하는, 4개의 DC 전압원들 및 3개의 출력들을 가진 인버터의 개략적인 도면을 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 인버터에 대한 세팅 유닛의 하나의 가능한 실시형태의 개략적인 도면을 도시한다.
도 3은 개별 위상 전압의 생성에 기여하는 것으로서 개별 세팅 유닛들의 중간 전압 전위들 및 3개의 출력 전압들의 파형을 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 컨버터 장치의 일 예로서 멀티-레벨 3-위상 인버터 (1) 의 개략적인 도면을 도시한다.

인버터 (1) 에는 다수의 입력 전압원들 (2) 이 제공된다. 예를 들어, 입력 전압원들 (2) 은 태양 전지들, 연료 전지들, 발전기들, 배터리들 등의 형태로 DC 전압원들을 가질 수도 있다. 설명되는 예시적인 실시형태에서, 4개의 입력 전압원들 (2) 이 사용된다. 그러나, 임의의 다른 바람직한 수의 입력 전압원들을 사용하는 것 또한 가능하다. 입력 전압원들 (2) 은 각각 하나의 입력 전압 U_IN1 내지 U_IN4 을 발생한다.

입력 전압원들 (2) 은 각각 직렬로 및/또는 병렬로 접속되는 다수의 개별 전압원들을 포함할 수도 있다. 특히, 입력 전압원들 (2) 은 다수의 개별 전압원들과 병렬로 접속된 다수의 직렬 회로들을 포함할 수도 있다. 상기 직렬 회로들은 결합 해제 (decoupling) 를 위해 적절한 인덕턴스들에 의해 서로 접속될 수도 있다. 상기 인덕턴스들은 개별 컴포넌트들의 형태이거나, 순수한 부유 인덕턴스 (stray inductance) 의 형태일 수 있고, 즉 적절한 길이의 라인들에서 기인한다.

입력 전압원들 (2) 의 각각은 개별적으로 발생된 입력 전압 U_IN1 내지 U_IN4 으로부터 상응하는 가변 중간 전압 U₁ 내지 U₄ 을 생성하는, 연관된 세팅 유닛 (3) 에 접속된다. 즉, 세팅 유닛 (3) 은 발생된 입력 전압 U_IN1 내지 U_IN4 으로부터 제어 유닛 (5) 에 의해 요구되는 것과 같이 0 및 U_INn (n=1..4) 사이의 범위에서 중간 전압을 발생할 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 인버터 내에서 사용될 수 있는 것과 같은 세팅 유닛 (3) 의 하나의 가능한 개선점을 도시한다. 도 2는 풀-하이 (pull-high) 트랜지스터 (31) 로서 제 1 전력 스위치 및 풀-로우 (pull-low) 트랜지스터 (32) 로서 제 2 전력 스위치를 가지는 간단한 인버터 회로를 도시하며, 상기 트랜지스터들은 개별적으로 제어될 수도 있다. 펄스-폭 변조의 도움으로 트랜지스터들 (31, 32) 을 교대로 스위치 온 및 스위치 오프함으로써 인가된 입력 전압 U_IN 으로부터 적절한 전압이 중간 전압 U_Z(U₁-U₄) 으로서 생성될 수도 있다. 캐패시터 (33) 는 발생한 중간 전압 U_Z 을 평활하기 위해 제공될 수도 있다.

도시된 인버터에서, 세팅 유닛들 (3) 에 의해 발생된 중간 전압들 U₁ 내지 U₄ 은 직렬로 접속된다. 중간 전압들 U₁ 내지 U₄ 을 직렬로 접속하는 것은 선택 유닛 (4) 의 상응하는 중간점 선들 6₀ - 6₄ 을 통해 발생되는 중간 전위들 V₀ 내지 V₄ 을 가진 전압 분배기를 발생한다.

선택 유닛 (4)는 인버터 (1) 의 개별 A₁, A₂, A₃ 출력들에서 출력 전압들 U_out1, U_out2, U_out3 및 출력 전압 전위들 V_out1, V_out2, V_out3 을 발생한다. 선택 유닛 (4) 은 인버터 (1) 의 각각의 출력을 위한 개별 선택 엘리먼트 (41) 를 가지며, 상기 선택 엘리먼트 (41) 는 그 입력 측에서 중간 전위들 V₀ 내지 V₄ 에 접속되고, 각각의 선택 엘리먼트 (41) 에 대하여 제어 유닛 (5) 에 의해 발생된 제어 신호의 함수로 상기 중간 전위들 V₀ 내지 V₄ 중 하나를 선택하며, 적절한 출력 A₁, A₂, A₃ 에서 상기 전위들 중 하나를 출력 전위 V_out1, V_out2, V_out3 또는 출력 전압 U_out1, U_out2, U_out3 으로서 출력한다. 설명되는 예시적인 실시형태에서, 인버터는 출력 전압들 U_out1, U_out2, U_out3 및 출력 전위들 V_out1, V_out2, V_out3 을 발생하기 위해 3개의 출력들을 가지며, 상기 출력들은 각각 연관된 선택 엘리먼트 (41) 를 갖는다.

도시된 인버터 (1) 를 동작시키는 방법은 본질적으로 중간 전압들 U₁ 내지 U₄ 을 발생하기 위해 세팅 유닛들 (3) 을 제어하는데 기인하며, 따라서 중간 전위들 V₀ 내지 V₄ 및 중간 전압들 U₁ 내지 U₄ 은 항상 바람직한 미리 결정된 출력 전압 전위들 V_out1, V_out2, V_out3 및 바람직한 미리 결정된 출력 전압들 U_out1, U_out2, U_out3 을 발생한다. 즉, 중간 전위들 V₀ 내지 V₄ 중 적어도 하나는 발생될 상응하는 출력 전압 U_out1, U_out2, U_out3 에 상응한다. 이는 선택 엘리먼트들 (41) 이 인버터 (1) 의 개별적으로 연관된 출력들로 인가하기 위해 적절한 출력 전압 전위 V_out1, V_out2, V_out3 및 적절한 출력 전압들 U_out1, U_out2, U_out3 을 선택하도록 한다.

선택 엘리먼트들 (41) 에 의해 중간 전압들이 선택되고, 세팅 유닛들 (3) 은 순환적으로 또는 주기적으로 세팅되며, 따라서 시간에 걸쳐 바람직한 파형의 출력 전압들 U_out1, U_out2, U_out3 및 출력 전압 전위들 V_out1, V_out2, V_out3 을 발생한다.

결국, 제어 유닛 (5) 에 의한 세팅 유닛들 (3) 의 제어는 세팅 유닛들 (3) 이 각각 제어 유닛 (5) 에 의해 제어되는 특정 전압 파형을 한 섹션씩 발생하게 하며, 따라서 선택 엘리먼트들 (41) 은 각각 특정 기간 동안 중간 전압 라인들 6₀ - 6₄ 중 하나에 접속되고, 그 후에 추가의 중간 전압 라인 6₀ - 6₄ 으로 스위칭된다.

제어 유닛 (5) 은 세팅 유닛들 (3) 및 선택 유닛 (4) 의 선택 엘리먼트들 (41) 을 제어하여 출력 전압들 U_OUT1 내지 U_OUT3 의 특정한 미리 정의된 출력 전압 파형 및 출력 전압 전위들 V_out1, V_out2, V_out3 의 전위 파형이 생성되도록 한다.

출력 전압들 U_OUT1 내지 U_OUT3 의 생성을 위한 하나의 방법에 따라, 세팅 유닛들 (3) 에 의해 세팅될 중간 전압들 U₁ 내지 U₄ 은 각 시간 (사이클) 에서 결정된다. 상기 목적을 위해, 예를 들어, 하기의 방법이 사용될 수도 있다:

먼저, 바람직한 출력 전압 전위들 V_out1, V_out2, V_out3 에 대한 요구조건이 최저 출력 전위를 V_LOW 로, 중간 출력 전위를 V_MID 로, 및 최고 출력 전위를 V_HIGH 로 결정하기 위해 사용된다. 그 후에 최저 출력 전위 V_LOW 는 중간 전위선 6₀ 에 의해 발생되고, 최고 출력 전위 V_HIGH 는 중간 전위선 6₄ 에 의해 발생된다 (세팅 유닛들 (3) 의 중간 전압들 U_Z 이 양의 값인 (positive) 경우). 따라서 적절한 스위칭 엘리먼트들 (41) 은 그 출력을 최저 출력 전위 V_LOW 가 출력되도록 지정된 중간 전위선 6₀ 과 접속하고, 그 출력을 최고 출력 전위 V_HIGH 가 출력되도록 지정된 중간 전위선 6₄ 과 접속한다. 중간 출력 전위 V_MID 는 중간 전위선들 6₁, 6₂ 및 6₃ 중 하나에 의해 발생될 수도 있다.

입력 전압원들 (2) 로부터 인출될 전력을 가능하면 동일하게 분배하기 위해, 본 발명은 하기의 규칙에 따라 결정된 중간 전위선의 선택이 최저 전위에서 중간 전위선과 최고 전위에서 중간 전위선 사이에 있는 중간 전위선들로부터 선택되도록 한다. 중간 전위선 6_X 는 인버터 (1) 의 나머지 출력에 대한 중간 전압 값을 생성하기 위한 것이고, 1≤X≤N-1이며, 상기 N은 입력 전압원들의 수이고, 본 경우에 N=4이다. 본 경우에:

X = Floor (1 + r (N-1)),

상기 r = (V_MID - V_LOW) (V_HIGH - V_LOW)이다. U₁ ... U_X = (V_MID - V_LOW)X 와 U_X ₊₁ ... U_N _-1 = (V_HIGH - U_MID) / (N - X)는 중간 전압들로 적절히 세팅된다. 중간 전위선 6_X 은 출력 A₁, A₂, A₃ 와 연관되고 중간 출력 전위가 출력되도록 지정된 선택 엘리먼트 (41) 에 의해 출력 A₁, A₂, A₃ 으로의 접속에 상응하여 선택된다.

상기 방법은 개별 중간 전압을 세팅하는 사이클을 설명하는 세팅 유닛들 (3) 의 세팅 주파수에 기반하여 주기적으로 실행된다. 세팅 주파수는 바람직한 출력 전압들 및 출력 전압 전위들의 바람직한 파장 및 정확성에 의해 좌우된다.

도 3은 120°오프셋된 3 위상 전압들로서 발생될 3개의 출력 전압들 U_out1, U_out2, U_out3 을 도시한다. 출력 전압들 U_out1, U_out2, U_out3 은 전술된 방법을 사용하여 제어 유닛 (5) 에 의해 제어되는 것과 같이, 개별 세팅 유닛들 (3) 에 의해 생성되는 개별 중간 전압들 U₁ 내지 U₄ 의 파형들로부터 생성된다.

전술된 방법을 사용할 때, 부하는 개별 입력 전압원들 (2) 사이에 가능하면 적절히 분배된다. 게다가, 선택 엘리먼트들 (41) 은 일반적으로 개별 출력 A₁, A₂, A₃ 및 연관된 최고, 중간 및 최저 출력 전위들 V_HIGH, V_MID, V_LOW 사이의 관계를 변경해야할 때만 스위칭되기 때문에, 선택 엘리먼트들 (41) 의 스위칭 주파수는 낮다.

전술된 방법은 중간 전압들 U₁ - U₄ 과 같이 가능하면 낮은 전압들을 달성하기 위해 제어 유닛 (5) 이 인버터 (1) 를 제어하기 위해 사용할 수 있는 특정 전략에 해당한다. 중간 전압들 U₁ - U₄ 모두가 직렬로 접속되어 세팅 유닛들 (3) 의 각각을 통해 동일한 전류가 흐르기 때문에, 입력 전압원들 (2) 각각의 전력은 가능하면 낮게 유지될 수 있고, 추가로 부하는 개별 입력 전압원들 (2) 사이에서 가능하면 균일하게 분배될 수도 있다.

추가로, 최저 중간 전위를 갖는 중간 전위선과 최고 중간 전위를 갖는 전위선을 인버터의 출력들에 적용할 필요는 없다. 다른 전략들은 예컨대, 최고 및 최저 출력 전위에 대하여 서로 가까운 중간 전위선들 6₀ - 6₄ 의 선택에 의해 중간 전압들 U₁ 내지 U₄ 이 가능하면 높게 생성되도록 할 수도 있다. 선택적으로, 매우 구체적인 절대값들을 세팅 회로들 (3) 및 입력 전압원들 (2) 을 위한 바람직한 동작점들을 표시하는 중간 전압들과 같은 중간 전압들 U₁ 내지 U₄ 로서 사용하는 것이 가능하다.

특히, 개별 입력 전압원들 (2) 은 상기 전압원들이 변경되거나 서비스되도록 지정되거나 결함으로 인해 고장날 때, 출력 측에서 세팅 유닛들을 단락시킴으로써 (중간 전압 0V) 스위치 오프될 수도 있다. 이는 예컨대, 관련된 중간 전압을 0V 에 고정되도록 미리 세팅하고 관련된 중간 전압을 생략할 때 전술된 방법을 실행함으로써 제어 유닛 (5) 이 그 제어 전략에서 이를 고려하면 인버터 (1) 의 운용도에 불리한 영향을 미친다. 따라서 하나 이상의 입력 전압원들이 고장나거나 스위치 오프되는 경우에도 어떤 특별한 조치들을 취하지 않고 계속해서 인버터 (1) 를 동작시킬 수도 있다. 상기와 같은 목적을 위해 필요한 것은 개별 입력 전압원들 (2) 및 세팅 유닛들 (3) 의 입력측으로부터 피드백선을 제공하는 것이며, 상기 피드백선은 입력 전압원 (2) 의 순간 상태 및 제어 유닛 (5) 의 입력 전압 U_IN1 내지 U_IN4 의 순간 값의 표시를 발생한다.

그러나, 세팅 유닛들 (3) 각각은 최대 가능한 최대 출력 전압의 작은 부분만을 표시하는 하나의 입력 전압원 (2) 에 접속되기 때문에, 세팅 유닛들 (3) 의 설계를 위한 요구조건들은 종래의 DC 인버터의 경우에서보다 상당히 덜 엄격하다.

전술된 방법은 특히 입력 전압원을 동일한 정도로 로딩하는데 적합하다. 중간 전압들 모두가 직렬로 접속되기 때문에, 입력 전압원들 (2) 을 통해 동일한 전류가 흐른다. 따라서 각각의 입력 전압원 (2) 이 발생해야하는 전체 전력의 일부는 발생되는 중간 전압에 따라 결정되며, 즉, 관련된 세팅 유닛에 의해 발생된 중간 전압에 비례한다. 전술된 방법의 경우에 흔히 있는 일이지만, 만약 바람직한 출력 전압이 다수의 입력 전압원들의 상호 작용에 의해 발생되면, 현재까지, 상기 방식으로 입력 전압원들 (2) 에 의해 발생된 전압을 동등하게 분배하고 균일한 부하 분배를 달성하기 위해 관련된 세팅 유닛들 (3) 은 각각 동일한 전압을 출력하도록 준비된다. 그러나, 제어 유닛 (5) 은 또한 전력을 모니터하고, 따라서 예컨대 다양한 입력 전압원들 (2) 사이에 전력의 일부분을 서로 다른 크기들로 분할하기 위해 사용될 수도 있다. 이는 정의된 부하 분배를 달성할 수 있게 한다. 예컨대, 이는 세팅 유닛들 (3) 중 제 1 유닛 및 제 2 유닛이 출력 전압 및 출력 전압 전위의 발생을 위해 동일하게 준비되는 경우에도 세팅 유닛들 (3) 중 제 1 유닛이 세팅 유닛들 (3) 중 제 2 유닛보다 더 높은 중간 전압을 발생하게 할 수도 있다. 제 1 및 제 2 세팅 유닛들 (3) 에 의해 발생된 중간 전압들의 비율은 연관된 입력 전압원들 (2) 에 의해 발생된 전력 및 부하들의 미리 결정된 비율에 상응한다. 이는 전력이 상기 동작점 또는 상기 시간 (사이클)에서 상이하게 분배되도록 한다.

1 인버터
2 입력 전압원
3 세팅 유닛
4 선택 유닛
5 제어 유닛
6 중간 전위선
31 풀-하이 트랜지스터
32 풀-로우 트랜지스터
33 캐패시터
41 선택 엘리먼트
U₁, U₂, U₃, U₄ 중간 전압
V₀, V₁, V₂, V₃, V₄ 중간 전압 전위
U_IN1, U_IN2, U_IN3, U_IN4 입력 전압
V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3 출력 전압 전위
A₁, A₂, A₃ 출력

Claims

다수의 출력 전압들 또는 다수의 출력 전압 전위들을 해당 출력들 (A₁, A₂, A₃) 에서 발생하기 위한 컨버터 장치로서,
다수의 입력 전압원들 (2) 중 하나와 각각 연관되고, 각각이 상기 연관된 입력 전압원 (2) 에 의해 발생되는 입력 전압 (U_IN1, U_IN2, U_IN3, U_IN4) 을 변경하여 중간 전압 (U₁, U₂, U₃, U₄) 을 제공하도록 설계되는, 다수의 세팅 유닛들 (3) ; 및
상기 중간 전압들 (U₁, U₂, U₃, U₄) 에 의해 정의되는 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 이 각각의 선택 엘리먼트 (41) 에 인가되고, 상기 각각의 선택 엘리먼트 (41) 는 개별 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 로서 출력하기 위해 상기 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 중 하나를 선택하도록 설계되는, 다수의 선택 엘리먼트들 (41) 을 포함하며;
상기 세팅 유닛들 (3) 의 전압 출력들은 상기 중간 전압들 (U₁, U₂, U₃, U₄) 이 부가되도록 서로 직렬로 접속되고, 상기 선택 엘리먼트들 (41) 중 개별 엘리먼트에 의한 선택을 위해 상기 전압 출력들 중 일부 또는 각각에서 상기 개별 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 이 발생되는, 컨버터 장치.
제 1 항에 기재된 컨버터 장치, 및 다수의 세팅 유닛들 (3) 을 제어하여 상기 세팅 유닛들 (3) 이 발생될 출력 전압 전위들 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 을 포함하는 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 을 발생하도록 설계되는 제어 유닛 (5) 을 포함하는 컨버터 배열 (1) 로서,
상기 제어 유닛 (5) 은 각각의 경우에 상기 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 중 하나를 선택하고, 이를 해당 출력 (A₁, A₂, A₃) 에서 발생하도록 추가로 설계되는, 컨버터 배열 (1).
제 2 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (5) 은, 상기 선택 엘리먼트들 (41) 을 제어하여 상기 세팅 유닛들 (3) 에 의해 발생된 최저 중간 전압 전위 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 가 최저 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 를 발생하도록 선택되고, 상기 세팅 유닛들 (3) 에 의해 발생된 최고 중간 전압 전위 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 가 최고 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 를 발생하도록 선택되도록 설계되는, 컨버터 배열 (1).
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (5) 은, 상기 세팅 유닛들 (3) 을 제어하여 중간 전압들 (U₁, U₂, U₃, U₄) 이 직렬로 접속될 때, 상기 부가된 중간 전압들 (U₁, U₂, U₃, U₄) 이 발생될 최고 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 와 발생될 최저 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 사이의 전압에 상응하는 전압을 발생하도록 설계되는, 컨버터 배열 (1).
제 4 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (5) 은, 세팅 유닛들 (3) 을 제어하여 상기 출력 전압 전위들 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 의 평균이 평균 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 중 하나의 선택에 의해 발생되도록 설계되는, 컨버터 배열 (1).
제 5 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (5) 은, 상기 세팅 유닛들 (3) 을 제어하여 상기 평균 중간 전압 전위 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 가 상기 세팅 유닛들 (3) 중 하나의 선택된 전압 출력에서 발생되도록 설계되는, 컨버터 배열 (1).
제 6 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (5) 은 상기 세팅 유닛들 (3) 중 하나의 전압 출력을, 상기 세팅 유닛들 (3) 과 연관된 상기 입력 전압원들 (2) 의 원하는 부하 분배의 함수로서, 특히 해당하는 세팅 유닛들 (3) 의 상기 원하는 부하 분배에 상응하는 개별 세팅 유닛들 (3) 의 중간 전압들 (U₁, U₂, U₃, U₄) 의 비를 사용하여 선택하도록 설계되는, 컨버터 배열 (1).
제 6 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (5) 은, 상기 최고 출력 전압 전위와 상기 최저 출력 전압 전위 사이의 전압 차이 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 를 사용가능한 세팅 유닛들 (3) 의 개수로 나누어 상기 세팅 유닛들 (3) 중 하나의 전압 출력을 선택하도록 설계되며, 발생될 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 에 더 가까운 세팅 유닛의 전압 출력은 평균 출력 전압 전위들 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 중 하나를 발생하도록 선택되는, 컨버터 배열 (1).
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (5) 은, 상기 세팅 유닛들 (3) 을 제어하여 상기 평균 중간 전압 전위 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 가 하기와 같이 하나 이상의 세팅 유닛들 (3) 의 제 1 그룹 및 세팅 유닛들 (3) 의 제 2 그룹에서 생성되도록 설계되며,
- 선택된 전압 출력과, 상기 최고 중간 전압 전위 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 의 전압 출력 사이에 배열되는 하나 이상의 세팅 유닛들 (3) 의 제 1 그룹은 각각 상기 제 1 그룹 내의 세팅 유닛들 (3) 의 개수에 의해 나누어지는 발생될 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 와 발생될 최고 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 사이의 전압 차이에 상응하는 중간 전압 (U₁, U₂, U₃, U₄) 을 발생하고,
- 선택된 전압 출력과, 상기 최저 중간 전압 전위 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 의 전압 출력 사이에 배열되는 세팅 유닛들 (3) 의 제 2 그룹은 각각 상기 제 2 그룹 내의 세팅 유닛들 (3) 의 개수에 의해 나누어지는 발생될 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 와 발생될 최저 출력 전압 전위 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 사이의 전압 차이에 상응하는 중간 전압을 발생하는, 컨버터 배열 (1).
제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (5) 은, 상기 출력 전압들을 발생하기 위해 상기 세팅 유닛들 (3) 의 중간 전압들 (U₁, U₂, U₃, U₄) 을 순환적으로 또는 연속해서 변경시키도록 설계되어, 상기 중간 전압들 (U₁, U₂, U₃, U₄) 은 계속해서 또는 연속하는 시간 윈도우들 내에서 발생되는, 컨버터 배열 (1).
제 1 항에 기재된 컨버터 장치의 동작을 위한 방법으로서,
다수의 세팅 유닛들 (3) 을 제어하여 세팅 유닛들 (3) 이 발생될 출력 전압 전위들 (V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 을 포함하는 중간 전압 전위들을 발생하도록 하는 단계; 및
선택 엘리먼트들 (41) 을 제어하여 각 경우에 중간 전압 전위들 (V₀, V₁, V₂, V₃, V₄) 중 하나가 선택되어 상응하는 출력 (A_1, A₂, A₃) 에서 발생되도록 하는 단계를 포함하는, 컨버터 장치 동작 방법.