KR20120064018A - 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치 - Google Patents

전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압용 공진형 HF DC/DC 컨버터의 전력소자 직렬 접속시 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로; 및 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로로부터 출력된 직류전압을 전달받아 구동되는 직류부하장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치를 구현한 바, 소자제어부에 의하여 스위칭소자를 능동적으로 조절하여 스너버 회로를 제거함으로써 스너버회로의 공진현상의 발생으로 인한 시스템의 불안정한 요소를 제거하고, 전압변환에 있어 부정확한 분압에 의한 1200V 이상의 고전압의 가압으로 발생하거나 고속용 스위칭 소자의 턴온/턴오프사이의 과도기간에 발생하는 전압불균형에 의한 전력변환장치내의 소자의 절연파괴를 방지하며, 스위칭소자의 스위칭주파수를 상승시켜 변압기의 경량화 및 소형화하여 초경량 보조전원장치 및 비접촉 전원장치에 활용이 가능한 장점이 있다. 또한, 전력변환장치에서 공급되는 직류전원을 직류부하장치에서 직접 사용함으로써, 직류부하장치에 인버터를 사용하지 않아도 되는 관계로 인버터의 무게가 절감되어 열차의 무게를 경량화 할 수 있는 장점이 있다.

Description

전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치{The Switching IGBT Driving Control Circuit for Suppling Equal Sharing Voltage to Power Elements and apparatus using the same}
본 발명은 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치에 있어서, 특히 고전압 대용량의 직류 전원을 고속으로 스위칭함에 있어 전력변환장치내의 스위칭 소자의 절연파괴를 방지하는 대용량 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 구동 제어회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고전압용 공진형 HF DC/DC 전력변환장치의 스위칭소자들을 고전압 직류전원에 직렬로 접속시킨 경우 발생하는 전압의 불균형에 의한 스위칭소자들의 절연파괴를 방지하기 위하여 스너버회로가 없는 한쌍의 동일 저항 및 한 쌍의 다이오드를 포함하여 안정적인 전압분배가 가능한 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치에 관한 것이다.
전력소자들 중에서 SCR(Silicon Controlled Rectifier)이나 GTO(Gate Turn-off Thyristor) 등의 소자들을 직렬로 구동 시키는 기술은 전력변환장치의 효율을 높일 수 있고, 전력변환장치의 크기를 줄일 수 있는 이점이 있기 때문에 고전압직류 송전 등 고전압 소스의 변환장치로 널리 쓰이고 있다.
그러나, 이와 같이 전력소자를 직렬 구동시키기 위해서는 전력소자에 인가되는 과전압을 줄여야하기 때문에 전력소자간의 전압이 평형을 이루기 위하여 수동 전압 평형 방법을 사용하여 왔고, 이러한 수동전압 평형 방법은 소자에 주어지는 서지전압을 흡수하기 위한 스너버(snubber) 회로가 필요하였다. 하지만 이러한 스너버 회로에서는 전력의 많은 손실을 유발시키므로 직렬로 연결된 소자에서 전압의 평형을 위해 과도 상태를 스위칭하는 속도를 저하시킨다. 또한 IGBT소자는 스위칭 속도가 빠르므로 기존의 수동제어 회로로서는 전압평형이 불가능하여 직렬구동이 어려운 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래 발명(특허등록 10-0287532)은 도 1에 도시된 바와 같이,
전력전달이 이루어지는 반도체 정류소자에서 소자에 주어지는 서지전압을 흡수하기 위한 스너버회로와 전압 피드백 루프를 포함하는 전력소자 전압 검출부(1);와 상기 전압 검출부(1)에서 검출한 피드백전압과 전력소자에 인가하도록 설정된 기준전압을 비교하여 전력소자에 인가된 전압의 과전압 여부를 판단하는 과전압제어부(2);가 있으며 상기 과전압제어부(2)는 전압리미터값의 범위내에서 기준전압보다 부족하거나 큰 경우에는 기준전압을 추종할 수 있도록 전류제어신호발생부(3)에 구동신호를 전송하며, 상기 전류제어신호발생부(3)는 사익 과전압제어부(2)의 신호가 전달되면 게이트 전류의 발생시켜 구동게이트를 조절한다. 그리고 설정된 전압리미터값보다 큰 전압이 발생한 경우에는 상기 과전압제어부(2)는 전력변환장치의 전력소자의 보호를 위해 전압리미터(4)에 신호를 전달하며, 상기 전압리미터(4)는 상기 과전압제어부(2)의 신호가 전달되면, 전압리미터값에 의하여 게이트 드라이버(5)를 구동시켜 전압리미터값 이하의 전압이 공급되도록 구동게이트를 제어하여 과전압에 따른 전환변환장치내 소자의 절연파괴를 방지한다.
하지만, 이는 전력변환소자에 인가되는 기준전압을 초과하면 1차적으로 스너버 회로를 통해 흡수하고 그 이상의 과전압에 대해서는 게이트 드라이브(5)를 통해 출력전압을 조절하여 전력변환장치내의 소자에 인가되는 과전압을 제한하는 방식으로써, 개별 소자만을 고려한 경우에는 과전압 요소를 일시적으로 피할 수 있으나, 시스템 전체적인 운영면에 있어서는 원하는 출력이 제한될 수 있으며 과전압을 회피하고자 소자들간에 출력을 게이트 드라이브(5)에서 능동적으로 조절하게 되면 전체적인 스너버 회로에 공진현상을 발생시켜 시스템의 불안정적인 요소가 상승하게 된다. 또한, 스너버 회로를 구성하기 때문에 여전히 과전압에 대한 손실이 발생하는 문제점이 있다.
도 2 내지 도 4는 종래의 다른 실시예로써 도 2는 종래의 공진형 DC/DC 전력변환장치 회로를 도시한 것이고, 도 3은 상기 공진형 DC/DC 전력변환장치내 소자제어부에서 각 스위칭소자에 전달하는 구동신호를 도시한 것이며, 도 4는 도 3에 도시된 바에 따른 소자제어부의 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭소자의 턴온시 순간적으로 턴온신호의 불일치가 발생하는 경우의 전류의 흐름을 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 공진형 DC/DC 전력변환장치 회로는 스너버 회로를 사용하지 않고 고전압의 직류전압을 저전압의 직류전압으로 안정적으로 공급하기 위한 공진형 DC/DC 컨버터 회로의 구성도로서, 전원부(20), 제1 구동소자(21), 제2 구동소자(22), 제1 커패시터(23), 제2 커패시터(24), 제1 스위칭소자(25), 제2 스위칭소자(26), 제3 스위칭소자(27), 제4 스위칭소자(28), 제1 차 코일(29), 소자제어부(30)로 구성된다.
먼저, 상기 소자제어부(30)에서 상기 제2 구동소자(22)를 턴온하고 상기 제1 구동소자(21)를 턴오프하면 고전압의 직류전원은 상기 제1 커패시터(23)에 충전되고 상기 제1 구동소자(21)를 턴온하고 상기 제2 구동소자(22)를 턴오프하면 전압은 상기 제2 커패시터(24)에 충전하여 고전압을 1차적으로 분압한 후, 상기 제1 스위칭소자(25), 제2 스위칭소자(26)가 턴온되고 제3 스위칭소자(27), 제4 스위칭소자(28)가 턴오프되면 충전된 제1 커패시터(23)로부터 제1 차 코일(29)에 +극성의 전압이 충전되어 제2 차 코일에 +극성의 전압이 변압되며, 상기 제3 스위칭소자(27), 제4 스위칭소자(28)가 턴온되고 제1 스위칭소자(25), 제2 스위칭소자(26)가 턴오프되면 충전된 제2 커패시터(24)로부터 1차 코일(29)에 -극성의 전압이 충전되어 제2 차 코일에 -극성의 전압이 변압되어 전달된다.
이러한 상기의 공진형 DC/DC 컨버터는 고속 스위칭이 가능한 전력변환장치내 소자로써 1200V급 이상의 것인 경우 손실이 급격이 증가하여 전력변환 효율이 떨어져 방열판의 크기가 증가함으로 인한 전력변환장치의 크기 때문에 통상 1200V급으로 한정하여 왔다. 그러나 상기 제1 커패시터(23)와 제2 커패시터(24)에 1차적으로 분압함에 있어서 정확한 균등분압이 발생되지 않는 경우가 발생하여 순간적으로 1200V이상의 가선전압이 이입되어 전력변환장치내의 소자의 절연파괴가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 차 코일(29)에 +극성의 전압의 공급을 위하여 -극성에서 +극성으로 바뀌는 과도기간에 상기 소자제어부(30)에 의해 제3 스위칭소자(27)과 제4 스위칭소자(28)는 턴오프되고, 순간적으로 제1 스위칭소자보다 제2 스위칭소자(26)가 먼저 턴온된 경우 상기 제1 스위칭소자(25)내 저항에 걸린 전압은 제1 커패시터(23)의 전압(VDCC1)뿐 아니라 제1 차 코일(29)에 걸린 전압(VTR_L)을 합한 값(VHBS1)이 인가된다. 그리고 제1 스위칭소자(25)가 턴온되는 순간 높은 전압(VHBS1)이 제1 스위칭소자(25)내 IGBT를 통과하여 소자의 절연파괴가 발생하는 문제점이 있다. 이는 제1 차 코일(29)에 +극성에서 -극성으로 바뀌는 과도기간에 제3 , 제4 스위칭소자(27, 28)의 경우도 동일하다.
그리고, 낮은 스위칭 주파수로 구동하는 경우 변압기의 경우 크기가 커서 소형화 및 경량화가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 제반 문제점을 해결하고자 발명한 것으로, 장치의 토폴로지 변화를 통해 전력변환장치내 각 소자간에 걸리는 전압을 원천적으로 개선한 것으로써 스너버 회로 없이 소자제어부에 의하여 스너버 회로에 의한 손실을 제거하였으며, 고압의 직류전원을 2분압하고 각 스위칭소자에 걸리는 전압을 감소시켜 전력변환장치내 소자의 절연파괴를 방지하였으며, 나아가 공진형 DC/DC 컨버터의 스위칭 주파수를 상승시켜 공진형 변압기의 크기를 획기적으로 줄일 수 있어 변압기의 소형화 경량화가 가능하도록 저전압 고속스위칭 소자(TR, IGBT, MosFET)를 고전압 고주파수용 회로에 안정적으로 적용할 수 있도록 된, 전력소자의 균등분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로를 제공함에 목적이 있다.
또한, 전력변환장치에서 공급되는 직류전원을 직류부하장치에서 직접 사용함으로써, 직류부하장치에 인버터를 사용하지 않아도 되는 관계로 인버터의 무게가 절감되어 열차의 무게를 경량화 하는데 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 고전압용 공진형 HF DC/DC 컨버터의 전력소자 직렬 접속시 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로; 및 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로로부터 출력된 직류전압을 전달받아 구동되는 직류부하장치;를 포함한다.
또한, 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로는 고압직류전원 양단에 제1 분압부 및 제2 분압부가 직렬로 연결되어 고압직류전원을 2분압하는 전원부; 고압직류전원의 +측과 변압부 제1 차 코일의 일측 단자사이에 직렬로 연결된 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자와 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자의 절연파괴를 방지하기 위하여 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자간 연결부위와 제1 차 코일의 타측 단자에 연결된 제1다이오드, 이와 대칭의 구조로 제1 차 코일의 일측단자와 고압직류전원의 -측사이에 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자와 교대로 스위칭하는 제3 스위칭소자 및 제4 스위칭소자와 제2 다이오드가 연결된 스위칭부; 제1 차 코일로부터 필요한 저전압을 유도하는 제2 차 코일을 포함하는 변압부; 변압부의 제2 차 코일에 직렬로 연결된 정류브릿지회로와 커패시터를 포함하는 부하용전원공급부; 및 각 스위칭소자의 컨트롤단에 제1 스위칭소자, 제2 스위칭소자, 제3 스위칭소자 및 제4 스위칭소자의 스위칭을 제어하도록 연결된 소자제어부;를 포함한다.
또한, 스위칭부 내의 제1 스위칭소자, 제2 스위칭소자, 제3 스위칭소자 및 제4 스위칭소자는 TR, IGBT 또는 MOSFET이다.
또한, 교류부하장치에 교류전압을 공급하도록 부하용전원공급부에 연결되는 인버터; 및 필터;를 더 포함한다.
또한, 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로로부터 출력된 교류전압을 전달받아 구동되는 교류부하장치;를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 소자제어부에 의하여 스위칭소자를 능동적으로 조절하여 스너버 회로를 제거함으로써 스너버회로의 공진현상의 발생으로 인한 시스템의 불안정한 요소를 제거하고, 전압변환에 있어 부정확한 분압에 의한 1200V 이상의 고전압의 가압으로 발생하거나 고속용 스위칭 소자의 턴온/턴오프사이의 과도기간에 발생하는 전압불균형에 의한 전력변환장치내의 소자의 절연파괴를 방지하며, 스위칭소자의 스위칭주파수를 상승시켜 변압기의 경량화 및 소형화하여 초경량 보조전원장치 및 비접촉 전원장치에 활용이 가능한 장점이 있다.
또한, 전력변환장치에서 공급되는 직류전원을 직류부하장치에서 직접 사용함으로써, 직류부하장치에 인버터를 사용하지 않아도 되는 관계로 인버터의 무게가 절감되어 열차의 무게를 경량화 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 능동형 IGBT 소자 직렬 구동회로도이다.
도 2는 종래의 공진형 DC/DC 전력변환 회로도이다.
도 3은 종래 공진형 DC/DC 전력변환 회로의 소자제어부에서 각 스위칭소자에 전달하는 제어신호의 주기이다.
도 4는 종래 공진형 DC/DC 전력변환회로에서의 스위칭시 전류 및 전압 관계를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치에 대한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로에 대한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로에서의 시 전류 및 전압 관계를 설명하는 도면이다.
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치의 일실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
본 발명의 핵심은 종래의 스위칭회로의 문제점인 대용량 고전압의 전력을 변환하는 경우에 커패시터에 충전하는 전압의 불균형과 소자제어부의 제어신호에 의해 턴온/턴오프되어 공급되는 전압의 극성이 바뀌는 과도기간에 발생할 수 있는 전압 불균형으로 인하여 스위칭소자의 절연파괴를 방지하고, 스너버 회로의 공진현상에 의한 시스템의 불안정적인 요소를 제거하며 스위칭 주파수를 상승시킨 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로라는 점이다.
또한, 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로에서 출력되는 직류전원을 직류부하장치에서 별도의 전압 변환 과정 없이 직접 사용한다는 점에서 직류부하장치에 인버터가 사용되지 않으므로 이에 따른 직류부하장치의 무게 경량화가 가능하다는 점이다.
대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로는 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭소자의 턴온/턴오프를 지시하는 제어구동신호를 출력하는 소자제어부(50)와 소자제어부(50)로부터 스위칭소자의 턴온/턴오프의 신호를 입력받아 변압부(52)의 제1 차 코일측에 +/- 극성의 전압을 전달하는 스위칭부(51)와 스위칭부(51)로부터 전달되는 전압을 제1 차 코일에 인가받아 유도기전력에 의해 원하는 전압으로 변압하는 제2 차 코일을 포함하는 변압부(52)와 변압부(52)의 제2 차 코일의 양단으로부터 변압된 필요한 전압 신호를 브릿지 정류회로에 의해 정류하여 정류커패시터에 충전한 후 기기내에 필요한 전압을 공급하는 부하용전원공급부(53)를 포함하고 있다.
본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이, 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100), 직류부하장치(200) 및 교류부하장치(300)를 포함한다.
대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100)는 고전압용 공진형 HF DC/DC 컨버터의 전력소자 직력 접속시 전력소자의 균등 분압을 위한 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 전원부(110), 스위칭부(120), 변압부(130), 부하용전원공급부(140), 소자제어부(150)를 포함한다. 이와 같은, 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100)는 직류부하장치(200)에 직류전원을 공급하기 위한 회로이며, 교류부하장치(300)에 교류전원을 공급하기 위해 앞서 설명한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100)에 인버터(160) 및 필터(170)가 추가적으로 구성된다.
전원부(110)는 고압직류전원(111)으로부터 균등하게 분압하기 위하여 고압직류전원의 양단에 병렬로 연결된 동일 크기의 저항과 커패시터를 포함하는 분압부(112, 113)가 직렬로 연결되어 2분압된 직류전원을 각각의 커패시터에 충전한다.
전원부(110)내의 동일 크기의 한 쌍의 저항은 2400V의 고전압 직류전원에 1200V정격의 저전압용 전력스위칭소자를 사용함에 있어 발생할 수 있는 분압의 불균형으로 1200V 이상의 가선전압이 스위칭소자에 가압되어 스위칭소자가 절연파괴되는 것을 방지하도록 정확한 2분압을 수행한다.
스위칭부(120)는 전원부(110)의 고압직류전원의 +측과 변압부(130)의 제1 차 코일(131)의 어느 한 단자에 직렬로 연결된 제1 스위칭소자(121), 제2 스위칭소자(122)와 제2 스위칭소자(122)의 절연파괴를 방지하기 위하여 제1, 제2 스위칭소자(121, 122)사이와 제1 차 코일(131)의 어느 한 단자에 병렬로 연결되어 제2 스위칭소자(122)측을 향하는 제1 다이오드(127) 그리고 이와 대조의 구조로 제1, 제2 스위칭소자(121, 122)와 교대로 구동되는 고압직류전원의 -측과 제1 차 코일의 반대측 단자에 직렬로 연결된 제3 스위칭소자(123)와 제4 스위칭소자(124)와 제3 스위칭소자(123)의 절연파괴를 방지하기 위하여 제3, 제4 스위칭소자(123, 124)사이와 제1 차 코일(131)의 반대측 단자에 병렬로 연결되어 제1 차 코일(131)측을 향하는 제2 다이오드(128)를 포함하여 구성되며, 각 스위칭소자는 TR, IGBT 또는 MOSFET로 구현하는 것이 바람직하다.
변압부(130)는 전원부(110)로부터 소자제어부(150)의 제어신호에 의하여 구동된 스위칭부(120)의 조절에 의하여 균등하게 분압된 +/-극성의 전압을 제2 스위칭소자(122)와 제2 다이오드(128)에 직렬로 연결된 제1 차 코일(131)에 인가받은 후 유도기전력에 의해 제2 차 코일(132)에 사용자가 요구하는 저전압직류전원으로 변압하여 부하용전원공급부(140)에 전달한다.
부하용전원공급부(140)는 변압부(130)의 제2 차 코일로부터 전달된 저전압의 +/-극성의 전압을 기기내의 필요한 직류전원으로 공급하기 위하여 정류하는 제2 차 코일에 직렬로 연결된 정류브릿지회로(141)에 의해 +극성 전압의 형태로 정류하여 정류브릿지회로(141)에 병렬로 연결된 커패시터에 충전한 후 부하측으로 필요한 직류전원을 공급한다.
소자제어부(150)는 전원부(110)로부터 변압부(130)의 제1차 코일에 +/-극성의 전압을 공급하도록 스위칭부(120)내의 4개의 스위칭소자 내 트랜지스터의 베이스에 턴온/턴오프의 제어신호를 출력한다.
소자제어부(150)에 의하여 스위칭소자를 능동적으로 조절하게 되어 전체적으로 스너버 회로를 제거함으로써 스너버 회로에서의 공진현상의 발생을 제거하여 시스템의 불안정한 요소를 제거하였다.
저전압 직류전원을 공급하기 위하여 변압부(130)의 제1 차 코일에 +극성 전압을 발생시키고자 하는 경우 소자제어부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이 제3 스위칭소자(123) 및 제4 스위칭소자(124)를 턴오프하고 제1 스위칭소자(121)와 제2 스위칭소자(122)에 턴온을 인가함에 있어 순간적으로 턴온신호의 불일치가 발생하여 제1 스위칭소자(121)에 앞서 제2 스위칭소자(122)에 턴온을 인가하는 경우 도 8에 도시된 바와 같이 제2 스위칭소자(122)와 제1 차 코일(121)사이에 연결된 제1 다이오드(127)에 의해 제1 차 코일(131)의 전류가 루프를 형성하여 제1스위칭소자(121)내의 저항에는 제1 분압부(112)내 커패시터의 전압(VDCC1)만이 인가되어 종래의 공진형 DC/DC 전력변환 회로와 달리 제1 스위칭소자(121)가 연결되는 순간 제1 스위칭소자(121)와 제2 스위칭소자(122)의 절연파괴가 발생되지 않는다.
또한, 제1 차 코일(121)에 -극성 전압을 발생시키고자 하는 경우 소자제어부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 스위칭소자(121) 및 제2 스위칭소자(122)를 턴오프하고 제3 스위칭소자(123)와 제4 스위칭소자(124)에 턴온을 인가함에 있어 순간적으로 턴온신호의 불일치가 발생하여 제4 스위칭소자(124)보다 먼저 제3 스위칭소자(123)에 턴온을 인가하는 경우 제4 스위칭소자(124)와 제1 차 코일(131)사이에 연결된 제2 다이오드(128)에 의해 제1 차 코일(131)의 전류가 루프를 형성하여 제4 스위칭소자(124)내의 저항에는 제2 분압부(113)내 커패시터의 전압(VDCC1)만이 인가되어 종래의 공진형 DC/DC 전력변환 회로와 달리 제4 스위칭소자(124)가 연결되는 순간 제3 스위칭소자(123)와 제4 스위칭소자(124)의 절연파괴 또한 발생되지 않는다.
인버터(160)는 부하용전원공급부(140)로부터 출력되는 직류전압을 교류부하장치(300)에 공급하도록 부하용전원공급부(140)에 연결되는 것으로, 인버터(160)에서 변환된 교류전압은 필터(170)를 통해 교류부하장치(300)에 공급된다. 여기서, 교류부하장치(300)는 직류부하장치(200)로 구성이 되지 않는 팬(Fan)이 포함된다.
직류부하장치(200)는 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100)로부터 출력된 직류전압을 전달받아 구동되는 것으로, 열차에서 사용되는 대부분의 부하장치가 포함된다. 직류부하장치(200)는 열차에서 사용되는 조명부하, 냉방장치, 난방장치 및 공기압축기가 포함된다. 이와 같은, 직류부하장치(200)는 부하용전원공급부(140)에서 출력되는 직류전원을 바로 사용하기 때문에 별도의 인버터 및 필터가 필요하지 않다.
본 명세서에는 본 발명에 따른 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 특허청구범위 및 첨부도면의 범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있으며, 이것 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
1000 : 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치
100 : 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로
110 : 전원부 111 : 고압직류전원
112 : 제1 분압부 113 : 제2 분압부
120 : 스위칭부 121 : 제1 스위칭소자
122 : 제2 스위칭소자 123 : 제3 스위칭소자
124 : 제4 스위칭소자 127 : 제1 다이오드
128 : 제2 다이오드 130 : 변압부
131 : 제1 차 코일 132 ; 제2 차 코일
140 : 부하용전원공급부 141 : 정류브릿지회로
142 : 정류커패시터 150 : 소자제어부
160 : 인버터 170 : 필터
200 : 직류부하장치 300 : 교류부하장치

Claims (5)

  1. 고전압용 공진형 HF DC/DC 컨버터의 전력소자 직렬 접속시 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100); 및
    상기 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100)로부터 출력된 직류전압을 전달받아 구동되는 직류부하장치(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치.
  2. 제1항에 있어서
    상기 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100)는,
    고압직류전원(111) 양단에 제1 분압부(112) 및 제2 분압부(113)가 직렬로 연결되어 상기 고압직류전원(111)을 2분압하는 전원부(110);
    상기 고압직류전원(111)의 +측과 변압부(130) 제1 차 코일(131)의 일측 단자사이에 직렬로 연결된 제1 스위칭소자(121) 및 제2 스위칭소자(122)와 상기 제1 스위칭소자(121) 및 상기 제2 스위칭소자(122)의 절연파괴를 방지하기 위하여 상기 제1 스위칭소자(121) 및 상기 제2 스위칭소자(122)간 연결부위와 상기 제1 차 코일(131)의 타측 단자에 연결된 제1다이오드(127), 이와 대칭의 구조로 상기 제1 차 코일(131)의 일측단자와 상기 고압직류전원(111)의 -측사이에 상기 제1 스위칭소자(121) 및 제2 스위칭소자(122)와 교대로 스위칭하는 제3 스위칭소자(123) 및 제4 스위칭소자(124)와 제2 다이오드(128)가 연결된 스위칭부(120);
    상기 제1 차 코일(131)로부터 필요한 저전압을 유도하는 제2 차 코일(132)을 포함하는 변압부(130);
    상기 변압부(130)의 상기 제2 차 코일(132)에 직렬로 연결된 정류브릿지회로(141)와 커패시터를 포함하는 부하용전원공급부(140); 및
    각 스위칭소자의 컨트롤단에 상기 제1 스위칭소자(121), 상기 제2 스위칭소자(122), 상기 제3 스위칭소자(123) 및 상기 제4 스위칭소자(124)의 스위칭을 제어하도록 연결된 소자제어부(150);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부(120) 내의 상기 제1 스위칭소자(121), 상기 제2 스위칭소자(122), 상기 제3 스위칭소자(123) 및 상기 제4 스위칭소자(124)는 TR, IGBT 또는 MOSFET인 것을 특징으로 하는 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치.
  4. 제2항에 있어서,
    교류부하장치(300)에 교류전압을 공급하도록 상기 부하용전원공급부(140)에 연결되는 인버터(160); 및 필터(170);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치.
  5. 제1항에 있어서
    상기 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로(100)로부터 출력된 교류전압을 전달받아 구동되는 교류부하장치(300);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력소자의 균등 분압을 위한 대용량 전원 스위칭 소자 구동 제어회로 및 이를 이용하는 직류부하장치.
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