KR20120074089A - 리플전류 제거 회로 - Google Patents

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KR20120074089A
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김태원
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Abstract

전력 변환 과정에서 발생하는 저주파 리플 전류 및 고주파 리플전류를 동시에 제거할 수 있는 리플전류 제거 회로가 개시된다.
상기 리플전류 제거 회로는, 입력단과 출력단 사이에 연결된 1차 코일과 상기 1차 코일에 유도결합되며, 일단이 출력단에 연결된 2차 코일을 갖는 트랜스포머와, 상기 2차 코일의 타단에 일단이 연결된 캐패시터를 갖는 고주파 리플전류 제거부 및 저주파 리플전류와 동일한 주파수 및 반대 위상을 갖는 보상 전류를 생성하여 상기 입력단으로 입력된 전류에 제공하는 저주파 리플전류 제거부를 포함할 수 있다.

Description

리플전류 제거 회로{CIRCUIT FOR REMOVING RIPPLE CURRENT}
본 발명은 리플전류 제거 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 변환 과정에서 발생하는 저주파 리플 전류 및 고주파 리플전류를 동시에 제거할 수 있는 리플전류 제거 회로에 관한 것이다.
최근 급속한 산업발달로 인한 전력수요의 증가, 지구 온난화로 불거진 환경오염문제와 화석에너지 고갈문제로 친환경 발전방식에 대한 관심이 높아지고 있다. 이와 같은 친환경 발전방식으로는 연료전지, 태양광, 풍력 등에 의한 발전방식이 대표적으로 연구되고 있다.
특히 연료전지는 태양광과 풍력같이 발전조건이 제한적이지 않고 친환경적이며 자체 발전소음이 적어 친환경 발전의 대표적인 기술이라 할 수 있다.
이러한 연료전지의 출력전력은 부하에 적합한 상태로 변환하여 부하나 계통선에 공급하는 과정으로 에너지의 흐름이 이루어진다.
일반적으로, 직류의 저압 대전류 출력특성을 갖는 연료전지의 출력전력을 상용계통에 공급하기 위해서는, 승압형 직류-직류(DC-DC) 컨버터와 단상 또는 3상 직류-교류(DC-AC) 인버터에 의해 교류 전원으로의 변환 과정이 반드시 요구된다.
그런데, 이러한 직류-교류의 전력변환 과정에서, 저주파 리플 전류 및 고주파 리플 전류가 필연적으로 발생된다.
이러한 리플전류는 연료전지의 수명을 단축시키며, 연료전지의 성능을 저하시킨다. 그리고, 이러한 리플은 크기가 클수록 연료 전지의 수명을 크게 단축시키며, 연료전지의 성능을 크게 저하시키며 때로는 과전류로 인한 연료전지 시스템의 비상정지와 같은 오동작을 일으키게 할 수도 있다.
본 발명은 전력 변환 과정에서 발생하는 저주파 리플 전류 및 고주파 리플전류를 동시에 제거할 수 있는 리플전류 제거 회로를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
입력단과 출력단 사이에 연결된 1차 코일과 상기 1차 코일에 유도결합되며, 일단이 출력단에 연결된 2차 코일을 갖는 트랜스포머와, 상기 2차 코일의 타단에 일단이 연결된 캐패시터를 갖는 고주파 리플전류 제거부; 및
저주파 리플전류와 동일한 주파수 및 반대 위상을 갖는 보상 전류를 생성하여 상기 입력단으로 입력된 전류에 제공하는 저주파 리플전류 제거부
를 포함하는 리플전류 제거 회로를 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 저주파 리플전류 제거부는, 직류 링크 전압을 제공하는 전해 콘덴서; 상기 전해 콘덴서의 양단 사이에 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자의 연결노드에 일단이 연결된 인덕터를 포함할 수 있다. 이 실시형태에서 상기 저주파 리플전류 제거부는, 상기 인덕터의 타단으로 상기 보상 전류가 출력될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 보상 전류는, 상기 2차 코일의 타단에 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력 변환 과정에서 발생하는 고주파 리플전류와 저주파 리플전류를 동시에 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리플전류 제거 회로를 연료 전지에 의해 발생한 전력을 변환하는 장치에 적용함으로써, 연료전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 리플 전류 제거 회로를 도시한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 리플 전류 제거 회로를 도시한 회로도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 리플 전류 제거 회로는, 트랜스포머(111)와 캐패시터(112)를 포함하는 고주파 리플전류 제거부(11)와 능동필터(12)로 이루어진 저주파 리플전류 제거부(12)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고주파 리플전류 제거부(11)는 트랜스포머(111)와 캐패시터(112)를 포함할 수 있다.
상기 트랜스포머(111)는 입력단과 출력단 사이에 연결된 1차 코일과, 상기 1차 코일에 유도결합되는 2차 코일을 포함한다. 상기 2차 코일의 일단은 캐패시터(11)에 연결되고 상기 2차 코일의 타단은 출력단에 연결될 수 있다.
상기 캐패시터(112)는 입력전류(Ii)에 고주파 리플전류가 포함된 경우, 트랜스포머(111)에 의해 2차 코일로 유도되는 고주파 리플전류의 성분을 흡수한다.
상기 저주파 리플전류 제거부(12)는 능동필터의 형태로 구현될 수 있다.
전력변환의 과정에서, 단상의 경우 기본 주파수의 2배수인 주파수에서 저주파 리플전류가 발생할 수 있으며, 삼상의 경우 기본 주파수의 6 배수에서 저주파 리플 전류가 발생할 수 있다. 이러한 기본 부파수의 배수의 형태로 나타나는 저주파 리플을 전류를 제거할 수 있도록, 상기 저주파 리플전류 제거부(12)는 능동필터의 동작을 통해 저주파 리플 전류와 반대위상의 보상 전류를 생성할 수 있다.
상기 저주파 리플전류 제거부(12)의 출력은 트랜스포머(111)의 2차 권선과 캐패시터(112)의 연결 노드에 연결될 수 있다. 이 연결노드에서 2차 권선에서 유도된 저주파 리플전류 성분과 저주파 리플전류 제거부(12)의 출력이 상호 상쇄되 될 수 있다.
상기 저주파 리플전류 제거부(12)는 직류 링크 전압을 제공하는 전해 콘덴서(121)와, 상기 전해 콘덴서(121)의 양단 사이에 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자(122, 123) 및 상기 스위칭 소자(122, 123)의 연결노드에 일단이 연결된 인덕터(124)를 포함할 수 있다.
상기 인덕터(124)의 타단이 저주파 리플 전류 제거부(12)의 출력이 되어 상기 트랜스포머(111)의 2차 코일과 캐패시터(112)의 연결노드에 연결된다.
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 작용효과에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 고주파 리플전류의 제거 작용을 설명한다.
입력 전류(Ii)에 고주파 리플전류가 포함된 경우 트랜스포머(111)에 의해 2차 코일측으로 고주파 리플전류에 대응되는 성분이 유도된다. 이 유도된 고주파 리플 전류에 대응되는 성분은 캐패시터(112)에 의해 흡수되면서 출력 전류(Io)에는 고주파 리플전류에 대응되는 성분이 제거될 수 있다.
다음으로, 저주파 리플전류의 제거 작용을 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 저주파 리플전류 제거부(12)는 능동 필터의 회로구성을 갖는다.
단상의 경우 저주파 리플전류의 주파수는 기본 주파수의 두 배이고, 삼상의 경우 저주파 리플전류의 주파수는 기본 주파수의 여섯 배라는 것이 알려져 있다.
따라서, 저주파 리플전류 제거부(12)의 능동 필터는 해당 저주파 리플 전류의 주파수와 동일하며 위상이 반대인 보상 전류를 생성하도록 스위칭 소자(122, 123)의 듀티비가 제어될 수 있다.
이와 같이, 생성된 보상 전류는 트랜스포머(111)의 2차 권선을 통해 입력 전류(Ii)에 합산됨으로써, 저주파 리플전류가 제거된 출력 전류(Io)를 생성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 전력 변환 과정에서 발생하는 고주파 리플전류와 저주파 리플전류를 동시에 제거할 수 있다. 본 발명은, 연료 전지에 의해 발생한 전력을 변환하는 장치에 적용하는 경우, 연료전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11: 고주파 리플전류 제거부 111: 트랜스포머
112: 캐패시터 12: 저주파 리플전류 제거부
121: 전해 콘덴서 122, 123: 스위칭 소자
124: 인덕터

Claims (3)

  1. 입력단과 출력단 사이에 연결된 1차 코일과 상기 1차 코일에 유도결합되며, 일단이 출력단에 연결된 2차 코일을 갖는 트랜스포머와, 상기 2차 코일의 타단에 일단이 연결된 캐패시터를 갖는 고주파 리플전류 제거부; 및
    저주파 리플전류와 동일한 주파수 및 반대 위상을 갖는 보상 전류를 생성하여 상기 입력단으로 입력된 전류에 제공하는 저주파 리플전류 제거부
    를 포함하는 리플전류 제거 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저주파 리플전류 제거부는,
    직류 링크 전압을 제공하는 전해 콘덴서;
    상기 전해 콘덴서의 양단 사이에 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자의 연결노드에 일단이 연결된 인덕터를 포함하며,
    상기 인덕터의 타단으로 상기 보상 전류가 출력되는 것을 특징으로 하는 리플전류 제거 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보상 전류는, 상기 2차 코일의 타단에 제공되는 것을 특징으로 하는 리플전류 제거 회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106059272A (zh) * 2015-04-08 2016-10-26 施耐德电气工业公司 有源过滤系统
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