KR20120006930A - Resonant inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 직류를 교류로 변환하는 소프트 스위칭 제어(soft switching 制御)의 공진형 인버터 장치(共振型 inverter 裝置)에 관한 것이다.
The present invention relates to a resonant inverter device of soft switching control for converting direct current into alternating current.
공진형 인버터 장치의 일례로서, V결선 인버터 회로를 구비하는 전력변환장치(電力變換裝置)가 알려져 있다(특허문헌1). 이 전력변환장치는, 제1 및 제2보조스위치와 공진리액터와 공진콘덴서를 설치하고, 제1 및 제2보조스위치를 온/오프 시킴으로써 공진리액터와 공진콘덴서에 의하여 공진을 발생시켜서 주스위치의 턴온(turn on)을 제로전압 스위칭(zero電壓 switching)(소프트 스위칭)함으로써, 주스위치의 스위칭 손실을 저감시킨 것이다.As an example of a resonant inverter device, a power converter including a V-connected inverter circuit is known (Patent Document 1). The power converter includes first and second auxiliary switches, a resonance reactor, and a resonance capacitor, and turns on and off the first and second auxiliary switches to generate resonance by the resonance reactor and the resonance capacitor to turn on the main switch. By zero turn on (soft switching), the switching loss of the main switch is reduced.
이 전력변환장치에는 제1 및 제2보조스위치에 스너버 회로(snubber 回路)가 설치되어 있지 않지만, 실용적으로는 제1 및 제2보조스위치의 컬렉터-에미터 사이에 스너버 회로를 부가하여, 과전압보호 및 고주파 진동의 억제를 도모하는 것이 바람직하다.In this power converter, snubber circuits are not provided in the first and second sub-switches, but practically, a snubber circuit is added between the collector and emitter of the first and second sub-switches. It is desirable to plan for overvoltage protection and suppression of high frequency vibration.
도4는 종래의 스너버 회로를 포함한 공진형 인버터 장치를 나타내는 회로도이다. 도4에 있어서, 직류전원(直流電源)(E)의 양단에는 승압회로(昇壓回路)(1)가 접속되어 있다. 이 승압회로(1)는, 직류전원(E)의 양단에 접속된 승압리액터(L1)와 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 이루어지는 스위치(Qo)의 직렬회로와, 승압리액터(L1)와 스위치(Qo)의 접속점에 애노드가 접속된 다이오드(Dc)로 구성되어, 직류전원(E)의 전압을 승압한다. 스위치(Qo)의 컬렉터-에미터 사이에는 다이오드(Do)와 콘덴서(Co)가 병렬로 접속된다.4 is a circuit diagram showing a resonant inverter device including a conventional snubber circuit. In Fig. 4, a
승압회로(1)의 출력 양단에는, 정측입력라인(正側入力line)(P) 및 부측입력라인(負側入力line)(N)을 통하여 보조회로(補助回路)(2a)가 접속되어 있다. 보조회로(2a)는 다음과 같이 구성된다. 정측입력라인(P)과 부측입력라인(N)의 사이에는, IGBT로 이루어지는 보조스위치(Q1)와 보조콘덴서(Ca)와 보조콘덴서(Cb)의 직렬회로가 접속되어 있다. 보조콘덴서(Ca)와 보조콘덴서(Cb)의 접속점과 정측입력라인(P)의 사이에는, 공진리액터(Lr)와 IGBT로 이루어지는 보조스위치(Q2)의 직렬회로가 접속되어 있다.An
보조스위치(Q1)의 컬렉터-에미터 사이에는 병렬로 다이오드(Da)가 접속됨과 아울러, 스너버 다이오드(D5)와 스너버 콘덴서(C5)와 스너버 콘덴서(C6)의 직렬회로가 접속되어 있다. 스너버 다이오드(D5)와 스너버 콘덴서(C5)의 접속점과 보조콘덴서(Cb)의 일단(一端)에는 저항(R1)이 접속되어 있다. 스너버 콘덴서(C5)와 스너버 콘덴서(C6)의 접속점과 보조콘덴서(Ca)와 보조콘덴서(Cb)의 접속점에는 저항(R2)이 접속되어 있다. 스너버 다이오드(D5), 스너버 콘덴서(C5, C6), 저항(R1, R2)은 보조스위치(Q1)의 스너버 회로를 구성한다.A diode Da is connected in parallel between the collector and emitter of the auxiliary switch Q1, and a series circuit of the snubber diode D5, the snubber capacitor C5, and the snubber capacitor C6 is connected. . The resistor R1 is connected to the connection point of the snubber diode D5 and the snubber capacitor C5 and one end of the auxiliary capacitor Cb. The resistor R2 is connected to the connection point of the snubber capacitor C5 and the snubber capacitor C6 and the connection point of the auxiliary capacitor Ca and the auxiliary capacitor Cb. The snubber diode D5, the snubber capacitors C5 and C6, and the resistors R1 and R2 constitute a snubber circuit of the auxiliary switch Q1.
보조스위치(Q2)의 컬렉터-에미터 사이에는 병렬로 다이오드(Db)가 접속됨과 아울러, 스너버 콘덴서(C7)와 스너버 콘덴서(C8)의 직렬회로가 접속되어 있다. 스너버 콘덴서(C7)에는 병렬로 스너버 다이오드(D6)가 접속되어 있다. 스너버 콘덴서(C7)와 스너버 콘덴서(C8)의 접속점과 보조스위치(Q1)의 컬렉터에는 저항(R3)이 접속되어 있다. 스너버 다이오드(D6), 스너버 콘덴서(C7, C8), 저항(R3)은 보조스위치(Q2)의 스너버 회로를 구성한다.A diode Db is connected in parallel between the collector and emitter of the auxiliary switch Q2, and a series circuit of the snubber capacitor C7 and the snubber capacitor C8 is connected. The snubber diode D6 is connected to the snubber capacitor C7 in parallel. The resistor R3 is connected to the connection point of the snubber capacitor C7 and the snubber capacitor C8 and the collector of the auxiliary switch Q1. The snubber diode D6, the snubber capacitors C7 and C8, and the resistor R3 constitute a snubber circuit of the auxiliary switch Q2.
정측입력라인(P)과 부측입력라인(N)의 사이에는 인버터 회로(3)가 접속되어 있다. 인버터 회로(3)에 있어서, 정측입력라인(P)과 부측입력라인(N)의 사이에는, 주스위치(S1)와 주스위치(S2)의 직렬회로(하프브리지 회로(half bridge 回路))가 접속됨과 아울러, 주스위치(S3)와 주스위치(S4)의 직렬회로(하프브리지 회로)가 접속되어 있다. IGBT로 이루어지는 주스위치(S1∼S4)의 컬렉터-에미터 사이에는 다이오드(D1∼D4) 및 공진콘덴서(C1∼C4)가 접속되어 있다.The
주스위치(S1)와 주스위치(S2)의 접속점은 리액터(Lw)를 통하여 교류출력단자(交流出力端子)(W1)에 접속되어 있고, 주스위치(S3)와 주스위치(S4)의 접속점은 리액터(Lu)를 통하여 교류출력단자(U1)에 접속되어 있고, 보조콘덴서(Ca)와 보조콘덴서(Cb)의 접속점은 교류출력단자(V1)에 접속되어 있다. 여기에서 필터회로(filter回路)(4)는 리액터(Lu, Lw) 및 콘덴서(C11, C12)로 구성되어, 고주파 성분을 제거하여 정현파 성분을 출력하는 필터이다. 제어회로(100)는 스위치(Qo)와 보조스위치(Q1, Q2)와 주스위치(S1∼S4)의 각각을 온/오프 제어하여 주스위치(S1∼S4)를 제로전압 스위칭시킴과 아울러, 교류출력단자(U1, V1, W1)에 정현파 형상의 3상 교류전압을 출력한다.The connection point of the main switch S1 and the main switch S2 is connected to the AC output terminal W1 through the reactor Lw, and the connection point of the main switch S3 and the main switch S4 is It is connected to the AC output terminal U1 via the reactor Lu, and the connection point of the auxiliary capacitor Ca and the auxiliary capacitor Cb is connected to the AC output terminal V1. The
다음에 동작을 설명한다. 우선 도4에 나타나 있는 구성에 대하여 스너버 회로가 없는 경우의 동작을 도5에 나타나 있는 파형도를 참조하면서 설명한다.Next, the operation will be described. First, the operation shown in FIG. 4 will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG.
도5에 있어서, G(Q1)은 보조스위치(Q1)의 게이트 신호, G(Q2)는 보조스위치(Q2)의 게이트 신호, G(S3)는 주스위치(S3)의 게이트 신호, G(S4)는 주스위치(S4)의 게이트 신호, I(Lr)은 공진리액터(Lr)에 흐르는 전류, V(S3)는 주스위치(S3)의 컬렉터-에미터 사이 전압, I(S3)는 주스위치(S3)에 흐르는 컬렉터 전류, V(S4)는 주스위치(S4)의 컬렉터-에미터 사이 전압, V(Q2)는 보조스위치(Q2)의 컬렉터-에미터 사이 전압이다.In Fig. 5, G (Q1) is the gate signal of the auxiliary switch Q1, G (Q2) is the gate signal of the auxiliary switch Q2, G (S3) is the gate signal of the main switch S3, and G (S4). ) Is the gate signal of the main switch S4, I (Lr) is the current flowing through the resonance reactor Lr, V (S3) is the voltage between the collector-emitter of the main switch S3, and I (S3) is the main switch. The collector current flowing through S3, V (S4), is the collector-emitter voltage of the main switch S4, and V (Q2) is the collector-emitter voltage of the auxiliary switch Q2.
기간(t2)에 있어서, 보조스위치(Q1)가 오프 상태에서, 보조스위치(Q2)가 온 되면, 공진콘덴서(C3)의 전하가 방전되어 C3 → Lr → Q2 → Cb → D4 → C3의 경로로 공진리액터(Lr)에 전류(I(Lr))이 흐른다. 이 때에 전류(I(Lr))는, 공진리액터(Lr)와 공진콘덴서(C3)의 공진에 의하여 정현파 형상의 전류가 된다.In the period t2, when the auxiliary switch Q2 is turned on while the auxiliary switch Q1 is turned off, the charge of the resonant capacitor C3 is discharged to the path of C3? Lr? Q2? Cb? D4? C3. The current I (Lr) flows through the resonance reactor Lr. At this time, the current I (Lr) becomes a sinusoidal current due to the resonance of the resonance reactor Lr and the resonance capacitor C3.
기간(t3)에 있어서, 공진콘덴서(C3)의 전하의 방전이 완료됨으로써 공진콘덴서(C3)의 전압(V(S3))이 제로전압이 되어, 전류(I(Lr))가 제로로 되었을 때에 주스위치(S3)를 온 시킨다. 이에 따라 주스위치(S3)의 제로전압 스위칭을 실현할 수 있다.In the period t3, when the discharge of the charge of the resonant capacitor C3 is completed, the voltage V (S3) of the resonant capacitor C3 becomes zero voltage and the current I (Lr) becomes zero. Turn on the main switch (S3). Accordingly, zero voltage switching of the main switch S3 can be realized.
또한 Cb → Db → Lr → S3 → C4 → Cb의 경로로 부(負)의 전류(I(Lr))가 흐르기 시작한다. 전류(I(Lr))와 전류(I(S3))는, 공진리액터(Lr)와 공진콘덴서(C4)의 공진에 의하여 정현파 형상의 전류가 된다.In addition, the negative current I (Lr) starts to flow in the path of Cb → Db → Lr → S3 → C4 → Cb. The current I (Lr) and the current I (S3) become sinusoidal currents by the resonance of the resonance reactor Lr and the resonance capacitor C4.
기간(t4)에 있어서, 공진전류에 의하여 공진콘덴서(C4)가 충전되어 V(S4)의 전압이 상승하여 간다. 기간(t4)에 있어서, 보조스위치(Q2)를 오프 하지만, 다이오드(Db)를 통하여 공진전류는 흐른다.In the period t4, the resonant capacitor C4 is charged by the resonant current to increase the voltage of V (S4). In the period t4, the auxiliary switch Q2 is turned off, but the resonant current flows through the diode Db.
그리고 공진이 종료된 후에 기간(t5)에 있어서, 공진리액터(Lr)의 전류(I(Lr))가 상승하여 제로가 되면, 기간(t6)의 시작 시에 보조스위치(Q2)의 다이오드(Db)가 역회복(逆回復 : reverse recovery)된다. 이 역회복의 에너지가 공진리액터(Lr)에 축적되지만, 에너지 방출 경로가 없기 때문에 보조스위치(Q2)에 서지전압(serge電壓)이 발생한다. 그 후에 보조스위치(Q2)의 기생용량과 공진리액터(Lr)의 공진에 의하여 공진리액터(Lr)의 전류(I(Lr)) 및 보조스위치(Q2)의 전압(V(Q2))에 고주파 진동이 발생한다. 보조스위치(Q2)의 오프로의 절환이 기간(t6) 이후로 벗어나는 경우에, 공진리액터(Lr)에 에너지가 축적되기 때문에 상기의 현상과 동일한 현상이 발생한다.If the current I (Lr) of the resonance reactor Lr rises to zero in the period t5 after the resonance is completed, the diode Db of the auxiliary switch Q2 at the start of the period t6. ) Is reverse recovery. The energy of this reverse recovery is accumulated in the resonance reactor Lr, but since there is no energy discharge path, a surge voltage is generated in the auxiliary switch Q2. After that, the parasitic capacitance of the auxiliary switch Q2 and the resonance of the resonance reactor Lr cause high frequency vibrations to the current I (Lr) of the resonance reactor Lr and the voltage V (Q2) of the auxiliary switch Q2. This happens. In the case where the switching of the auxiliary switch Q2 to off turns out after the period t6, the same phenomenon as the above phenomenon occurs because energy is accumulated in the resonance reactor Lr.
다음에 도6에 나타나 있는 보조회로 및 도7에 나타나 있는 동작파형도를 참조하면서, 스너버 회로를 설치한 도4에 나타나 있는 종래의 공진형 인버터 장치의 동작을 설명한다.Next, the operation of the conventional resonant inverter device shown in FIG. 4 with the snubber circuit will be described with reference to the auxiliary circuit shown in FIG. 6 and the operation waveform diagram shown in FIG.
스너버 회로가 있는 경우에는, 공진리액터(Lr)에 축적된 에너지는 스너버 다이오드(D5, D6), 스너버 콘덴서(C5, C6, C7, C8)를 통하여 흐른다. 스너버 콘덴서(C5, C6, C7, C8)의 전압은 저항(R1, R2, R3)을 통하여 보조콘덴서(Ca, Cb)로 클램프(clamp) 된다. 이 때문에 도7의 기간(t6)에 있어서, 공진리액터(Lr)의 전류(I(Lr)) 및 보조스위치(Q2)의 전압(V(Q2))에 고주파 진동이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
When there is a snubber circuit, the energy accumulated in the resonance reactor Lr flows through the snubber diodes D5 and D6 and snubber capacitors C5, C6, C7 and C8. The voltages of the snubber capacitors C5, C6, C7 and C8 are clamped to the auxiliary capacitors Ca and Cb through the resistors R1, R2 and R3. For this reason, in the period t6 of FIG. 7, it is possible to suppress the occurrence of high frequency vibration in the current I (Lr) of the resonance reactor Lr and the voltage V (Q2) of the auxiliary switch Q2. .
그러나 도4에 나타나 있는 공진형 인버터 장치는, 스너버 회로를 설치하고 있기 때문에 다이오드, 콘덴서, 저항으로 구성되는 부품이 증가되어 있다. 이 때문에 비용이 증가함과 아울러 장치가 대형화 되고 또한 스너버 회로에 의하여 손실을 발생시키는 문제가 있었다.However, in the resonant inverter device shown in Fig. 4, since the snubber circuit is provided, the parts composed of diodes, capacitors and resistors are increasing. For this reason, there is a problem that the cost increases, the device becomes large, and a loss occurs due to the snubber circuit.
본 발명은, 손실과 비용을 저감시키고 또한 소형화 할 수 있는 공진형 인버터 장치를 제공하는 것에 있다.
An object of the present invention is to provide a resonant inverter device that can reduce losses and costs and can be miniaturized.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 정측입력라인(正側入力lime)과 부측입력라인(負側入力line)의 사이로부터 공급되는 직류전원(直流電源)의 직류전압을 교류전압으로 변환하여 출력하는 공진형 인버터 장치(共振型 inverter 裝置)로서, 상기 정측입력라인과 상기 부측입력라인의 사이에 접속되고, 제1보조스위치와 제1보조콘덴서와 제2보조콘덴서로 이루어지는 제1직렬회로(第一直列回路)와, 상기 정측입력라인과 상기 부측입력라인의 사이에 접속되고, 제2보조스위치와 제1다이오드로 이루어지는 제2직렬회로(第二直列回路)와, 상기 제1보조콘덴서와 상기 제2보조콘덴서의 접속점과 상기 제2보조스위치와 상기 제1다이오드의 접속점과의 사이에 접속된 공진리액터(共振reactor)와, 상기 정측입력라인과 상기 부측입력라인의 사이에 접속되고, 공진콘덴서가 병렬로 접속된 주스위치(主switch)를 2개 직렬로 접속하여 이루어지는 하프브리지 회로(half bridge 回路)를 복수 개 병렬로 접속하여 이루어지는 인버터 회로(inverter 回路)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, this invention converts the DC voltage of the DC power supply supplied between the positive input line and the negative input line into an AC voltage, and outputs it. A resonant inverter device, comprising: a first series circuit connected between the positive input line and the negative input line, the first auxiliary circuit comprising a first auxiliary switch, a first auxiliary capacitor, and a second auxiliary capacitor; A second series circuit comprising a second auxiliary switch and a first diode connected between the first input line, the positive input line and the negative input line, and the first auxiliary capacitor. A resonance reactor connected between the connection point of the second auxiliary capacitor and the connection point of the second auxiliary switch and the first diode, and connected between the front input line and the negative input line, Cone It characterized in that it comprises a main switch (switch 主) formed by a series connection of two half-bridge circuit the inverter circuit (inverter 回路) obtained by connecting the (half bridge 回路) a plurality of parallel-connected parallel to the shelf.
본 발명에 의하면, 제1보조스위치가 턴온 된 후의 제2보조스위치의 전압은, 제1다이오드에 순방향전류가 흐름으로써 제1보조콘덴서와 제2보조콘덴서의 전압으로 클램프 된다. 이에 따라 제2보조스위치의 턴오프 후의 고주파 진동을 억제할 수 있다. 따라서 종래의 스너버 회로를 삭감할 수 있어, 손실 및 비용을 삭감할 수 있고 또한 소형화 할 수 있는 공진형 인버터 장치를 제공할 수 있다.
According to the present invention, the voltage of the second auxiliary switch after the first auxiliary switch is turned on is clamped to the voltages of the first auxiliary capacitor and the second auxiliary capacitor by the forward current flowing through the first diode. Thereby, the high frequency vibration after turning off of a 2nd auxiliary switch can be suppressed. Therefore, the conventional snubber circuit can be reduced, and the loss and cost can be reduced, and the resonance type inverter device which can be miniaturized can be provided.
도1은 본 발명의 실시예1의 공진형 인버터 장치를 나타내는 회로도이다.
도2는 실시예1의 공진형 인버터 장치에 설치된 보조회로를 나타내는 도면이다.
도3은 실시예1의 공진형 인버터 장치의 각 부의 동작파형도이다.
도4는 종래의 스너버 회로를 포함한 공진형 인버터 장치를 나타내는 회로도이다.
도5는 종래의 스너버 회로를 포함하지 않는 공진형 인버터 장치의 동작파형도이다.
도6은 도4에 나타나 있는 종래의 공진형 인버터 장치에 설치된 보조회로를 나타내는 도면이다.
도7은 도4에 나타나 있는 종래의 공진형 인버터 장치의 각 부의 동작파형도이다.1 is a circuit diagram showing a resonant inverter device of
FIG. 2 is a diagram showing an auxiliary circuit provided in the resonant inverter device of
3 is an operational waveform diagram of each part of the resonant inverter device of
4 is a circuit diagram showing a resonant inverter device including a conventional snubber circuit.
5 is an operation waveform diagram of a resonant inverter device that does not include a conventional snubber circuit.
FIG. 6 is a view showing an auxiliary circuit provided in the conventional resonant inverter device shown in FIG.
7 is an operation waveform diagram of each part of the conventional resonant inverter device shown in FIG.
이하, 본 발명의 공진형 인버터 장치(共振型 inverter 裝置)의 실시의 형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of the resonance type inverter device of this invention is described in detail, referring drawings.
(실시예1)Example 1
도1은 본 발명의 실시예1의 공진형 인버터 장치를 나타내는 회로도이다. 도1에 나타나 있는 공진형 인버터 장치는, 도4에 나타나 있는 공진형 인버터 장치에 대하여 보조회로(補助回路)(2)만이 다르고, 그 이외의 구성은 도4에 나타나 있는 구성으로 동일하기 때문에, 여기에서는 보조회로(2)의 구성을 주로 하여 설명한다.1 is a circuit diagram showing a resonant inverter device of
승압회로(昇壓回路)(1)와 인버터 회로(inverter 回路)(3)(인버터 회로)를 접속시키는 정측입력라인(正側入力line)(P) 및 부측입력라인(負側入力line)(N)의 사이에 보조회로(2)가 접속되어 있다. 보조회로(2)는, 보조스위치(Q1)(제1보조스위치), 보조스위치(Q2)(제2보조스위치), 공진리액터(Lr), 보조콘덴서(Ca)(제1보조콘덴서), 보조콘덴서(Cb)(제2보조콘덴서), 다이오드(Ds)(제1다이오드)로 구성되어 있다.Positive input line P and negative input line P connecting the
정측입력라인(P)과 부측입력라인(N)의 사이에는, IGBT로 이루어지는 보조스위치(Q1)와 보조콘덴서(Ca)와 보조콘덴서(Cb)로 이루어지는 제1직렬회로가 접속되어 있다. 보조스위치(Q1)는 정측입력라인(P)과 보조콘덴서(Ca)를 분리하기 위한 스위치이다. 보조콘덴서(Ca)와 보조콘덴서(Cb)는 전해콘덴서로 이루어지며 대용량이다.Between the positive input line P and the negative input line N, an auxiliary switch Q1 made of IGBT, an auxiliary capacitor Ca, and a first series circuit composed of an auxiliary capacitor Cb are connected. The auxiliary switch Q1 is a switch for separating the front input line P and the auxiliary capacitor Ca. Auxiliary capacitor (Ca) and auxiliary capacitor (Cb) is composed of an electrolytic capacitor and has a large capacity.
또한 정측입력라인(P)과 부측입력라인(N)의 사이에는, IGBT로 이루어지고 또한 공진용 스위치로서의 보조스위치(Q2)와 다이오드(Ds)로 이루어지는 제2직렬회로가 접속되어 있다. 보조콘덴서(Ca)와 보조콘덴서(Cb)의 접속점과 보조스위치(Q2)와 다이오드(Ds)의 접속점과의 사이에는 공진리액터(Lr)가 접속되어 있다. 보조스위치(Q1)의 컬렉터-에미터 사이에는 병렬로 다이오드(Da)가 접속되어 있고, 보조스위치(Q2)의 컬렉터-에미터 사이에는 병렬로 다이오드(Db)가 접속되어 있다.In addition, between the positive side input line P and the negative side input line N, a second series circuit composed of an IGBT and an auxiliary switch Q2 serving as a resonance switch and a diode Ds is connected. The resonance reactor Lr is connected between the connection point of the auxiliary capacitor Ca and the auxiliary capacitor Cb, and the connection point of the auxiliary switch Q2 and the diode Ds. The diode Da is connected in parallel between the collector-emitter of the auxiliary switch Q1, and the diode Db is connected in parallel between the collector-emitter of the auxiliary switch Q2.
인버터 회로(3)는, 정측입력라인(P)과 부측입력라인(N)의 사이로부터 공급되는 승압회로(1)에 의하여 승압된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 필터회로(filter回路)(4)에 출력한다. 정측입력라인(P)과 부측입력라인(N)의 사이에는, 주스위치(S1)(제1주스위치)와 주스위치(S2)(제2주스위치)로 이루어지는 제3직렬회로와, 주스위치(S3)(제3주스위치)와 주스위치(S4)(제4주스위치)로 이루어지는 제4직렬회로가 접속되어 있다.The
주스위치(S1∼S4)의 컬렉터-에미터 사이에는 각각 병렬로 공진콘덴서(C1∼C4) 및 다이오드(D1∼D4)가 접속되어 있다. 공진콘덴서(C1∼C4)는 주스위치(S1∼S4)의 기생용량이더라도 좋고, 다이오드(D1∼D4)는 주스위치(S1∼S4)의 기생다이오드이더라도 좋다.Resonant capacitors C1 to C4 and diodes D1 to D4 are connected in parallel between the collector and emitter of the main switches S1 to S4, respectively. The resonant capacitors C1 to C4 may be parasitic capacitances of the main switches S1 to S4, and the diodes D1 to D4 may be parasitic diodes of the main switches S1 to S4.
제어회로(10)는, 공진콘덴서(C1∼C4)의 전압을, 주스위치(S1∼S4)의 턴온 시에 제로전압(zero電壓)이 되도록 보조스위치(Q1, Q2)를 온/오프 제어하여 주스위치(S1∼S4)를 제로전압 스위칭(zero電壓 switching)시킨다.The
다음에 이렇게 구성된 실시예1의 공진형 인버터 장치의 동작을 도2에 나타나 있는 보조회로 및 도3에 나타나 있는 동작파형도를 참조하면서 설명한다. 또 도2에 나타나 있는 인버터 회로는 1암(주스위치(S3, S4)의 직렬접속)의 하프브리지 회로(half bridge 回路)이며, 각 출력전류를 전류원(電流源)(Io)으로 나타내고 있다. 또한 도3에 있어서의 동작파형의 각 부의 명칭은 도5에 나타나 있는 동작파형의 각 부의 명칭과 동일하기 때문에, 여기에서는 이들에 대한 설명은 생략한다.Next, the operation of the resonant inverter device of
우선 기간(t2)에 있어서, 보조스위치(Q1)가 오프 상태에서, 보조스위치(Q2)가 온 되면, 공진콘덴서(C3)의 전하가 방전되어 C3 → Q2 → Lr → Cb → D4 → C3의 경로로 공진리액터(Lr)에 전류(I(Lr))가 흐른다. 이 때에 전류(I(Lr))는, 공진리액터(Lr)와 공진콘덴서(C3)의 공진에 의하여 정현파 형상의 전류가 된다.In the first period t2, when the auxiliary switch Q1 is turned off while the auxiliary switch Q1 is turned off, the charge of the resonant capacitor C3 is discharged, and the path of C3? Q2? Lr? Cb? D4? C3 The current I (Lr) flows through the resonance reactor Lr. At this time, the current I (Lr) becomes a sinusoidal current due to the resonance of the resonance reactor Lr and the resonance capacitor C3.
기간(t3)에 있어서, 공진콘덴서(C3)의 전하의 방전이 완료됨으로써 공진콘덴서(C3)의 전압(V(S3))이 제로전압이 되어, 전류(I(Lr))가 제로로 되었을 때에 주스위치(S3)를 온 시킨다. 이에 따라 주스위치(S3)의 제로전압 스위칭을 실현할 수 있다.In the period t3, when the discharge of the charge of the resonant capacitor C3 is completed, the voltage V (S3) of the resonant capacitor C3 becomes zero voltage and the current I (Lr) becomes zero. Turn on the main switch (S3). Accordingly, zero voltage switching of the main switch S3 can be realized.
또한 Cb → Lr → Q2 → S3 → C4 → Cb의 경로로 부(負)의 전류(I(Lr))가 흐르기 시작한다. 전류(I(Lr))와 전류(I(S3))는, 공진리액터(Lr)와 공진콘덴서(C4)의 공진에 의하여 정현파 형상의 전류가 된다.In addition, the negative current I (Lr) starts to flow in the path of Cb → Lr → Q2 → S3 → C4 → Cb. The current I (Lr) and the current I (S3) become sinusoidal currents by the resonance of the resonance reactor Lr and the resonance capacitor C4.
기간(t4)에 있어서, 공진전류에 의하여 공진콘덴서(C4)가 충전되어 V(S4)의 전압이 상승되어 간다. 기간(t4)에 있어서, 보조스위치(Q2)를 오프 하지만 다이오드(Db)를 통하여 공진전류는 흐른다.In the period t4, the resonant capacitor C4 is charged by the resonant current, and the voltage of V (S4) is increased. In the period t4, the auxiliary switch Q2 is turned off but the resonant current flows through the diode Db.
그리고 기간(t4)의 최후에서 공진이 종료되었을 때에 즉 기간(t5)의 시작 시에 보조스위치(Q1)가 턴온 된다. 공진리액터(Lr)의 전류(I(Lr))가 상승하여 제로가 되면, 기간(t6)의 시작 시에 보조스위치(Q2)의 다이오드(Db)가 역회복(逆回復 : reverse recovery)된다. 역회복에 의하여 공진리액터(Lr)에 축적된 에너지는 Lr → Cb → Ds → Lr의 경로로 보조콘덴서(Cb)에 회생된다. 이 기간에 보조스위치(Q2)의 전압(V(Q2))은 보조콘덴서(Ca, Cb)의 합성된 전압으로 클램프(clamp) 된다. 즉 승압회로(1)의 출력전압으로 클램프 된다.The auxiliary switch Q1 is turned on at the end of the period t4, i.e., at the beginning of the period t5. When the current I (Lr) of the resonance reactor Lr rises to zero, the diode Db of the auxiliary switch Q2 reverse recovery at the beginning of the period t6. The energy accumulated in the resonance reactor Lr by the reverse recovery is regenerated to the auxiliary capacitor Cb in the path of Lr → Cb → Ds → Lr. In this period, the voltage V (Q2) of the auxiliary switch Q2 is clamped to the combined voltage of the auxiliary capacitors Ca and Cb. That is, the output voltage of the
공진리액터(Lr)에 축적된 에너지가 보조콘덴서(Cb)에 회생됨으로써 기간(t6)에 있어서, 공진리액터(Lr)의 전류(I(Lr))와 보조스위치(Q2)의 전압(V(Q2))의 고주파 진동을 억제할 수 있다. 보조스위치(Q2)의 턴오프로의 절환이 기간(t6) 이후로 벗어나서, 공진리액터(Lr)에 에너지가 축적되는 경우에도 상기한 동작과 동일한 동작이 된다.The energy accumulated in the resonator reactor Lr is regenerated in the auxiliary capacitor Cb so that in the period t6, the current I (Lr) of the resonator reactor Lr and the voltage V (Q2) of the auxiliary switch Q2. High frequency vibration of)) can be suppressed. The switching to the turn-off of the auxiliary switch Q2 is off after the period t6, so that even when energy is accumulated in the resonance reactor Lr, the same operation as described above is performed.
이와 같이 실시예1의 공진형 인버터 장치에 의하면, 보조스위치(Q1)가 턴온 된 후의 보조스위치(Q2)의 전압은, 다이오드(Ds)에 순방향전류가 공진리액터(Lr) → 보조콘덴서(Cb) → 다이오드(Ds) → 공진리액터(Lr)의 경로로 흐름으로써, 보조콘덴서(Ca)와 보조콘덴서(Cb)의 전압으로 클램프 된다. 이에 따라 보조스위치(Q2)의 턴오프 후의 고주파 진동을 억제할 수 있다. 따라서 종래의 스너버 회로를 삭감할 수 있다.As described above, according to the resonant inverter device of the first embodiment, the voltage of the auxiliary switch Q2 after the auxiliary switch Q1 is turned on is such that the forward current of the diode Ds is resonant reactor Lr → auxiliary capacitor Cb. ¡Æ the diode Ds is driven by the resonant reactor Lr and clamped to the voltages of the auxiliary capacitor Ca and the auxiliary capacitor Cb. Thereby, the high frequency vibration after turning off auxiliary switch Q2 can be suppressed. Therefore, the conventional snubber circuit can be reduced.
또한 종래의 스너버 회로에서는 보조스위치(Q1, Q2)의 각각에 대하여 다이오드, 콘덴서, 저항을 설치하여야만 하였지만, 실시예1에서는 다이오드(Ds)만을 추가하는 것이기 때문에, 손실 및 비용을 대폭적으로 저감시킬 수 있고 또한 장치를 소형화 할 수 있다.In the conventional snubber circuit, a diode, a capacitor, and a resistor must be provided for each of the auxiliary switches Q1 and Q2. However, in Example 1, only the diode Ds is added, so that the loss and the cost can be greatly reduced. Can also downsize the device.
또 본 발명은, 실시예1의 공진형 인버터 장치에 한정되는 것은 아니다. 실시예1의 공진형 인버터 장치에서는 인버터 회로를 V결선 구성으로 하여 설명하였지만, 단상 브리지 구성이나 3상 브리지 구성으로 하더라도 동일하게 적용할 수 있다.
The present invention is not limited to the resonance type inverter device of the first embodiment. In the resonant inverter device of the first embodiment, the inverter circuit has been described in the V-wiring configuration, but the same applies to the single-phase bridge configuration or the three-phase bridge configuration.
본 발명은, 직류-교류 전력변환장치 또는 계통연계 인버터 장치에 적용할 수 있다.
The present invention can be applied to a DC-AC power converter or a grid-connected inverter device.
E : 직류전원
L1 : 승압리액터
Qo : 스위치
Q1, Q2 : 보조스위치
S1∼S4 : 주스위치
Lr : 공진리액터
Da, Db, Dc, Ds, Do∼D4 : 다이오드
Ca, Cb : 보조콘덴서
Co∼C4 : 공진콘덴서
C11, C12 : 콘덴서
Lu, Lw : 리액터
1 : 승압회로
2, 2a : 보조회로
3 : 인버터 회로
4 : 필터회로
10, 100 : 제어회로E: DC power
L1: Boost reactor
Qo: Switch
Q1, Q2: Auxiliary switch
S1 to S4: Main switch
Lr: Resonant Reactor
Da, Db, Dc, Ds, Do-D4: Diode
Ca, Cb: auxiliary capacitor
Co to C4: Resonant Capacitor
C11, C12: condenser
Lu, Lw: Reactor
1: boost circuit
2, 2a: auxiliary circuit
3: inverter circuit
4: filter circuit
10, 100: control circuit
Claims (3)
상기 정측입력라인과 상기 부측입력라인의 사이에 접속되고, 제1보조스위치와 제1보조콘덴서와 제2보조콘덴서로 이루어지는 제1직렬회로(第一直列回路)와,
상기 정측입력라인과 상기 부측입력라인의 사이에 접속되고, 제2보조스위치와 제1다이오드로 이루어지는 제2직렬회로(第二直列回路)와,
상기 제1보조콘덴서와 상기 제2보조콘덴서의 접속점과 상기 제2보조스위치와 상기 제1다이오드의 접속점과의 사이에 접속된 공진리액터(共振reactor)와,
상기 정측입력라인과 상기 부측입력라인의 사이에 접속되고, 공진콘덴서가 병렬로 접속된 주스위치(主switch)를 2개 직렬로 접속하여 이루어지는 하프브리지 회로(half bridge 回路)를 복수 개 병렬로 접속하여 이루어지는 인버터 회로(inverter 回路)를
구비하는 것을 특징으로 하는 공진형 인버터 장치.
Resonant inverter device for converting DC voltage of DC power supplied from positive side input line and negative side input line into AC voltage and outputting it )as,
A first series circuit connected between the positive input line and the negative input line, the first auxiliary circuit comprising a first auxiliary switch, a first auxiliary capacitor, and a second auxiliary capacitor;
A second series circuit connected between the positive input line and the negative input line, the second serial circuit comprising a second auxiliary switch and a first diode;
A resonance reactor connected between a connection point of the first auxiliary capacitor and the second auxiliary capacitor and a connection point of the second auxiliary switch and the first diode,
A plurality of half bridge circuits connected in parallel are connected between the main input line and the sub input line and connected in series with two main switches connected in parallel with a resonant capacitor. The inverter circuit
Resonant inverter device characterized in that it comprises.
상기 제1보조스위치가 턴온(turn on) 된 후의 상기 제2보조스위치의 전압은, 상기 제1다이오드에 순방향전류가 흐름으로써, 상기 제1보조콘덴서와 상기 제2보조콘덴서의 전압으로 클램프(clamp) 되는 것을 특징으로 하는 공진형 인버터 장치.
The method of claim 1,
After the first auxiliary switch is turned on, the voltage of the second auxiliary switch is clamped to the voltages of the first auxiliary capacitor and the second auxiliary capacitor by a forward current flowing through the first diode. Resonant inverter device characterized in that.
상기 하프브리지 회로를 2개 병렬로 접속하여 이루어지는 상기 인버터 회로는 3상 교류의 U상과 W상을 출력하고, 상기 제1보조콘덴서와 상기 제2보조콘덴서의 접속점은 3상 교류의 V상을 출력하는 것을 특징으로 하는 공진형 인버터 장치.The method according to claim 1 or 2,
The inverter circuit formed by connecting two half-bridge circuits in parallel outputs a U phase and a W phase of a three-phase alternating current, and a connection point of the first auxiliary capacitor and the second auxiliary capacitor is a V phase of a three-phase alternating current. Resonant inverter device characterized in that the output.
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