KR20120091965A - 온라인 전기자동차용 급전 인버터의 동작 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

온라인 전기자동차용 급전 인버터의 동작 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

급전 인버터의 동작 제어장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 급전 인버터의 동작 제어장치는, 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부; 복수의 스위치가 직렬로 연결되어 레그를 이루며, 복수의 레그가 병렬로 연결되고, 서로 다른 레그의 스위치 사이의 공통 접점에 기초하여 형성되는 복수의 세그먼트를 통해 고주파 전력을 공급하는 인버터; 및 정류부 및 각각의 스위치를 온/오프하며, 정류부에 의해 정류된 전원에 기초하여 각각의 세그먼트에 인가되는 펄스폭을 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부는 복수의 세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트와의 파형의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(위상차이를 β라고 하면, α는 이전 세그먼트에 중첩되어 인가되는 펄스구간에 해당하는 위상차이이며, α+β=180°)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

온라인 전기자동차용 급전 인버터의 동작 제어장치 및 그 제어방법{Driving Control Apparatus and Method of Feeding Inverter for Online Electric Vehicle}
본 발명의 실시예는 온라인 전기자동차용 급전 인버터의 동작 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 급전 인버터에 의해 도통되는 EMI 규격을 벗어나는 n차 고조파를 제거함으로써 집전 장치의 효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 온라인 전기자동차용 급전 인버터의 동작 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
세계 각국은 환경규제 강화와 석유자원 고갈, 석유의 가격인상 등으로 인해 친환경 자동차 개발에 대한 적극적 지원정책을 구사하고 있으며, 이런 정책적 방향에 부합하여 자동차 업체들은 친환경 자동차 개발에 경쟁적으로 투자를 하고 있다.
이와 같은 상황에서 천연가스, 에탄올 등의 대체에너지와 전기에너지를 사용하는 전기자동차 개발이 대표적인 차세대 자동차 기술로 부상하고 있으나, 현재 개발중인 전기자동차는 주행거리, 무게, 가격, 충전 소요시간, 인프라 구축 등에 한계를 가지고 있다.
이런 배경하에, 현재 개발중인 전기자동차의 한계를 극복하고, 궁극적으로 주행 중에 집전 및 충전이 가능하도록 하는 온라인 전기자동차 시스템에 대한 기술개발이 시도되고 있다.
온라인 전기자동차 시스템은 급전 인버터로부터 급전 선로를 통해 공급된 고주파 교류 전류로부터 발생된 고주파 유도자계를 차량 하부에 장착된 집전모듈이 전압으로 변환한 후, 집전 레귤레이터를 통해 승압을 하여 배터리를 충전한다. 즉, 급전 인버터는 급전 선로에 고주파 전류를 도통시키며, 전력 케이블을 통하는 고주파 전류에 의해 급전 선로 내부의 유도 자계가 발생하고 페라이트 코어를 통해 유도 자계 경로가 만들어지며, 차량 하부에 장착된 집전 모듈에 의해 자계가 다시 전기로 변환된다. 이와 같이 급전 인버터는 전기적, 기계적 접촉이 없이 자기적인 커플링(coupling)에 의해 전력을 전송하여 주는 역할을 하기 때문에, 비접촉 전력전송장치(CPS: Contact-less Power Supply)라고도 한다.
온라인 전기 자동차는 도로 표면과 차량 하부에 장착된 집전 모듈 간의 간격인 지상고가 자동차 안전기준에 의해 12cm 이상이 되도록 규정되어 있으며, 이와 같은 규정 하에서 최대 효율은 60% 이상, 최대 집전 전력은 60kW 이상, 그리고 차량 주위의 자기장 치수인 EMF(Electro-Magnetic Field)는 62.6mG(밀리가우스) 이하(ICNIRP(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) 권고사항)가 되는 것이 바람직하다. 특히, 온라인 전기 자동차 시시템은 급전선을 여러 개의 세그먼트(segment)로 나누고, 각 세그먼트를 차량의 진행에 맞추어 온/오프 제어하며, EMI(Electro Magnetic Interference) 규격을 만족해야 한다.
그런데, 급전선로의 전기적 특성상 EMI 규격을 벗어나는 n차 고조파가 급전 인버터에 의해 도통될 수 있으며, 이러한 n차 고조파는 결과적으로 집전 장치의 집전 효율을 떨어뜨리는 문제점으로 작용할 수 있다.
본 발명의 실시예는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 급전 인버터에 의해 도통되는 EMI 규격을 벗어나는 n차 고조파를 제거함으로써 집전 장치의 효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 온라인 전기자동차용 급전 인버터의 동작 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 급전 인버터의 동작 제어장치는, 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부; 복수의 스위치가 직렬로 연결되어 레그를 이루며, 복수의 레그가 병렬로 연결되고, 서로 다른 레그의 스위치 사이의 공통 접점에 기초하여 형성되는 복수의 세그먼트를 통해 고주파 전력을 공급하는 인버터; 및 정류부 및 각각의 스위치를 온/오프하며, 정류부에 의해 정류된 전원에 기초하여 각각의 세그먼트에 인가되는 펄스폭을 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부는 복수의 세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 인접한 세그먼트에 인가되는 펄스와 이전 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 급전 인버터의 동작 제어장치는, 정류부에 의해 정류된 전원을 DC/DC 변환하여 인버터로 공급하는 DC/DC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부는, 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 정류부를 오프 제어하며, 정류부의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면 제1 세그먼트를 오프 제어하고 제2 세그먼트를 온 제어한 후에 정류부를 온 제어하는 것이 바람직하다.
또는, 제어부는, 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 정류부를 오프 제어하고 DC/DC 컨버터를 오프 제어하며, DC/DC 컨버터의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면 제1 세그먼트를 오프 제어하고 제2 세그먼트를 온 제어한 후에 상기 DC/DC 컨버터를 온 제어하고 정류부를 온 제어할 수도 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 인버터의 동작 제어방법은, 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부; 복수의 스위치가 직렬로 연결되어 레그를 이루며, 복수의 레그가 병렬로 연결되고, 서로 다른 레그의 스위치 사이의 공통 접점에 기초하여 형성되는 복수의 세그먼트를 통해 고주파 전력을 공급하는 인버터; 및 정류부 및 각각의 스위치를 온/오프하며, 정류부에 의해 정류된 전원에 기초하여 각각의 세그먼트에 인가되는 펄스폭을 제어하는 제어부를 포함하는 급전 인버터의 동작 제어방법에 있어서, 복수의 세그먼트 중 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 제1 세그먼트 스위칭 신호를 수신하는 단계; 정류부를 오프 제어하는 단계; 정류부의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면, 제1 세그먼트를 오프 제어하는 단계; 및 제2 세그먼트를 온 제어하고, 정류부를 온 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 급전 인버터의 동작 제어방법은, 제2 세그먼트의 턴온과 동시에 제1 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 제1 세그먼트에 인가되는 펄스와 제2 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩 구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 급전 인버터의 동작 제어방법은, 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부; 정류부에 의해 정류된 전원을 DC/DC 변환하여 인버터로 공급하는 DC/DC 컨버터; 복수의 스위치가 직렬로 연결되어 레그를 이루며, 복수의 레그가 병렬로 연결되고, 서로 다른 레그의 스위치 사이의 공통 접점에 기초하여 형성되는 복수의 세그먼트를 통해 고주파 전력을 공급하는 인버터; 및 정류부, DC/DC 컨버터 및 각각의 스위치를 온/오프하며, 정류부에 의해 정류된 전원에 기초하여 각각의 세그먼트에 인가되는 펄스폭을 제어하는 제어부를 포함하는 급전 인버터의 동작 제어방법에 있어서, 복수의 세그먼트 중 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 제1 세그먼트 스위칭 신호를 수신하는 단계; 정류부를 오프 제어하는 단계; DC/DC 컨버터를 오프 제어하는 단계; DC/DC 컨버터의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면, 제1 세그먼트를 오프 제어하는 단계; 및 제2 세그먼트를 온 제어하고, DC/DC 컨버터를 온 제어한 후, 정류부를 온 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 급전 인버터의 동작 제어방법은, 제2 세그먼트의 턴온과 동시에 상기 제1 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 상기 제1 세그먼트에 인가되는 펄스와 상기 제2 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩 구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 세그먼트에서 인접한 다른 세그먼트로 절체하여 스위칭하는 경우에 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트에 인가되는 펄스의 와의 파형의 차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 인접한 세그먼트에 인가되는 펄스와 이전 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩 구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어함으로써 그에 따라 EMI 규격을 벗어나는 특정 n차 고조파를 제거하는 효과를 가져 올 수 있도록 하여 집전 장치의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 이용되는 공진형 인버터의 회로도의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 절체 동작하는 경우의 각 세그먼트에 인가되는 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어장치는 정류부(120) 및 인버터(130)를 포함할 수 있다.
정류부(120)는 교류전력에서 직류전력을 얻기 위해 정류작용에 중점을 두고 만들어진 전기적인 회로소자 또는 장치로서, 한 방향으로만 전류를 통과시키는 기능을 가지며, 3상 교류 전원(110)으로부터 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위하여 정류한다. 즉, 정류부(120)는 주기적으로 양과 음 두 가지 방향으로 변화하는 교류 전류를 한 가지 방향만 갖는 직류전류로 변환시키는 소자나 장치로서, 순방향 저항은 작고 역방향 저항은 충분히 커서 한쪽 방향으로만 전류를 통과시키는 정류 작용이 가능하며, 가해지는 전압의 방향에 따라 전류가 순조로이 잘 흐르는 순방향과 전류가 거의 흐르지 않는 역방향이 구별된다. 이와 같은 정류부(120)는 다이오드와 같은 소자 하나로 구성될 수도 있지만, 효과적인 정류를 위해서 보통 회로 상에 여러 개의 소자를 특정하게 배열하여 사용한다. 대부분의 전원장치에서는 실리콘 다이오드가 사용되며 제어 정류기 응용 부분에서는 사이리스터(Thyristor)가 광범위하게 사용된다. 사이리스터는 실리콘 제어정류기(SCR: Silicon Controlled Rectifier)라고 부르기도 하며, 실리콘 제어정류기의 한 종류로 보기도 한다. 사이리스터는 양극(anode)?음극(cathode)?게이트(gate)의 3단자로 구성되어 있으며, 게이트에 신호가 인가되면 지속적인 게이트 전류의 공급 없이도 주회로에 역전류가 인가되거나 전류가 유지전류(holding currrent) 이하로 떨어질 때까지 통전 상태를 유지한다.
여기서, 3상 교류 전원(110)은 3상 교류 발전기에 의해서 발생되는, 전압이 같고 전류의 주파수와 진폭이 각각 같으면서 서로 120°의 위상차이를 가지는 교류 전원으로서, 단상교류 전원에 비해서 같은 양의 전력을 보내는 데 필요한 도선의 무게가 작고 선로에서 소비되는 줄(Jule) 열이 적을 뿐만 아니라 전동기의 경우에서도 단상에 비해 3상 교류를 이용한 전동기가 훨씬 우수하기 때문에 널리 이용되고 있다.
인버터(130)는 복수의 스위치가 직렬로 연결되어 레그(leg)를 이루며, 복수의 레그가 병렬로 연결되고, 서로 다른 레그의 스위치 사이의 공통 접점에 기초하여 형성되는 복수의 세그먼트를 통해 차량 하부에 장착되는 집전 모듈에 고주파 전력을 공급한다. 온라인 전기자동차에서는 많은 인버터가 소요되므로, 가능한 하나의 인버터로 다수의 세그먼트를 담당하는 것이 바람직하다. 하나의 인버터로 다수의 세그먼트 중 하나에 전력을 보내기 위하여 절체 스위치가 필요하다. 이때, 절체 스위치의 역할을 하는 기계적 스위치는 동작 시간이 길고 동작 회수(수명)의 제한이 있기 때문에, 본 발명의 실시예에서는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 반도체 스위치를 이용하며, 이와 같은 반도체 스위치 복수 개를 직렬로 연결한 레그를 병렬로 연결하여 다중 레그 인버터를 구성한다. 이에 대한 회로도의 예는 이후에 기술되는 도 3을 참조하여 설명한다.
제어부(140)는 정류부(120) 및 인버터(130)의 각각의 스위치를 온/오프하며, 정류부(120)에 의해 정류된 전원에 기초하여 인버터(130)의 각각의 세그먼트에 인가되는 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 신호를 제어한다. 이때, 제어부(140)는 인버터(130)의 복수의 세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 인접한 세그먼트에 인가되는 펄스와 이전 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩 구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 이때, 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이를 β하고 하면, α+β=180°가 된다.
이를 위하여 제어부(140)는, 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 정류부(120)를 오프 제어하며, 정류부의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면 제1 세그먼트를 오프 제어하고 제2 세그먼트를 온 제어한 후에 정류부(120)를 온 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어장치를 나타낸 도면이다. 여기서, 3상 교류 전원(210), 정류부(220) 및 인버터(240)의 구성 및 기능은 도 1의 3상 교류 전원(110), 정류부(120) 및 인버터(130)의 구성 및 기능과 유사하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
DC/DC 컨버터(230)는 정류부(220)에 의해 정류된 전원을 DC/DC 변환하여 인버터(240)로 공급할 수 있다. DC/DC 컨버터(230)는 어떤 전압의 직류전원에서 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 전자회로 장치를 말하며, DC/DC 컨버터(230)의 일종인 버크 컨버터(Buck Converter)의 전류 제어를 이용하여 프리차지 릴레이(free charge relay) 기능과 메인 릴레이(main relay) 기능을 구현할 수 있다.
제어부(250)는 정류부(220), DC/DC 컨버터(230) 및 인버터(240)의 각각의 스위치를 온/오프하며, 정류부(220)에 의해 정류된 전원에 기초하여 인버터(240)의 각각의 세그먼트에 인가되는 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 신호를 제어한다. 이때, 제어부(250)는 인버터(240)의 복수의 세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 인접한 세그먼트에 인가되는 펄스와 이전 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩 구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 이때, 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이를 β하고 하면, α+β=180°가 된다.
이를 위하여 제어부(250)는, 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 정류부(220)를 오프 제어하고, DC/DC 컨버터(230)를 오프 제어하며, DC/DC 컨버터(230)의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면 제1 세그먼트를 오프 제어하고 제2 세그먼트를 온 제어한 후에 DC/DC 컨버터를 온 제어하고 정류부(120)를 온 제어할 수 있다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 이용되는 공진형 인버터의 회로도의 예를 나타낸 도면이다.
공진형 인버터는, DC(Direct Current) 입력전압(VDC)의 포지티브(positive) 단자에 일단이 연결된 복수의 제1 스위치(S11, S21, S31), DC 입력전압(VDC)의 네거티브(negative) 단자에 일단이 연결된 복수의 제2 스위치(S12, S22, S32), 각각의 제1 스위치(S11, S21, S31)의 타단과 각각의 제2 스위치(S12, S22, S32)의 타단이 일대일로 연결되어 형성된 복수의 접점들(A1, A2 및 A3) 중 서로 다른 접점들 사이에 형성된 복수의 세그먼트(Load1 및 Load2)를 통해 차량 하부에 설치되는 집전 모듈에 전력을 공급한다. 여기서, DC 입력전압 VDC는 도 1의 경우에는 정류부(120)를 통해 출력되는 전압을 의미하며, 도 2의 경우에는 DC/DC 컨버터(230)를 통해 출력되는 전압을 의미한다.
본 발명의 실시예에서는 공진형 인버터의 일대일로 연결된 제1 스위치(S11) 및 제2 스위치(S12)를 레그 1이라고 명명하며, 일대일로 연결된 제1 스위치(S21) 및 제2 스위치(S22)를 레그 2라고 명명하고, 일대일로 연결된 제1 스위치(S31) 및 제2 스위치(S32)를 레그 3이라고 명명한다. 각각의 세그먼트는 이웃하는 레그들 사이에 형성될 수 있다. 여기서, 도면에는 공진형 인버터가 3개의 레그를 구비하는 것으로 도시하였으나, 레그의 갯수는 이에 한정된 것이 아니며, 다양한 수의 레그를 구비할 수 있다. 또한, 세그먼트는 레그 1과 레그 2 사이, 그리고 레그 2와 레그 3 사이에 형성된 것으로 도시하였으나, 세그먼트의 형성은 이에 한정되는 것은 아니며, 레그 1과 레그 2 사이, 그리고 레그 1과 레그 3 사이에 형성되는 등의 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
도 4는 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 절체 동작하는 경우의 각 세그먼트에 인가되는 파형을 나타낸 도면이다.
일반적으로, 제어부(140, 250)는 복수의 제1 스위치(S11, S21, S31) 중 적어도 하나의 제1 스위치를 턴온하는 경우, 턴온된 제1 스위치에 직접 연결되어 있으며 동일한 레그 내에 있는 제2 스위치(S21, S22 또는 S32)는 오프 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 3에서 레그 1의 제1 스위치(S11)를 턴온하는 경우, 턴온된 제1 스위치(S11)에 연결되어 있으며 동일한 레그 1 내에 있는 제2 스위치(S12)는 오프상태로 유지하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 제어부(140, 250)는 복수의 제2 스위치(S12, S22, S32) 중 적어도 하나의 제2 스위치를 턴온하는 경우, 턴온된 제2 스위치에 직접 연결되어 있으며 동일한 레그 내에 있는 제1 스위치를 오프상태로 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 3에서 레그 1의 제2 스위치(S12)를 턴온하는 경우, 턴온된 제2 스위치에 연결되어 있으며 동일한 레그 1 내에 있는 제1 스위치(S11)는 오프 상태로 유지하는 것이 바람직하다.
온라인 전기자동차가 위치한 세그먼트에 공급되는 전력을 정상가압이라 정의하고, 그 세그먼트에 인접한 세그먼트에 공급되는 전력을 예비가압이라고 정의하여 구분한다.
먼저, 세그먼트에 전력을 공급하기 위하여 제어부(140, 250)가 수행하는 제어동작을 설명한다.
세그먼트에 전력을 공급하기 위하여, 제어부(140, 250)가 해당 세그먼트의 일단에 연결된 제1 스위치를 턴온하는 경우, 해당 세그먼트의 타단에 연결된 제2 스위치를 턴온된 제1 스위치보다 소정시간 앞선 시간에 턴온하거나 소정시간 뒤진 시간에 턴온할 수 있다. 마찬가지로, 해당 세그먼트의 일단에 연결된 제2 스위치를 턴온하는 경우에는 해당 세그먼트의 타단에 연결된 제1 스위치를 턴온된 제2 스위치보다 소정시간 앞선 시간에 턴온하거나 소정시간 뒤진 시간에 턴온할 수 있다. 이 경우, 해당 세그먼트의 양쪽의 레그에 인가되는 파형은 위상차를 갖게 되는데, 정상가압에서는 각각의 파형의 위상차가 180도에 근접하도록 각각의 스위치를 제어하고, 예비가압에서는 각각의 파형의 위상차가 0도에 근접하도록 각각의 스위치를 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 온라인 전기자동차가 제1 세그먼트에 위치한 경우를 가정한다면, 레그 1 및 레그 2에 인가되는 각각의 파형은 위상차가 180도에 근접하도록 각각의 제1 스위치(S11, S21) 및 각각의 제2 스위치(S12, S22)를 제어하며, 제1 세그먼트에 인접한 제2 세그먼트에 대해서는 레그 2 및 레그 3에 각각 인가되는 파형의 위상차가 0도에 근접하도록 각각의 제1 스위치(S21, S31) 및 각각의 제2 스위치(S22, S32)를 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2 세그먼트에는 온라인 전기자동차가 위치하지 않기 때문에 전력이 온라인 전기자동차로 전송되지 않는다. 즉, 둘 이상의 서로 인접한 세그먼트에 전력을 공급하면, 정상가압에서는 세그먼트를 통해 온라인 전기자동차에 전력이 전송되지만, 온라인 전기자동차가 위치하지 않은 세그먼트에서는 전력이 전송되지 않는다.
복수의 세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 절체 스위칭 동작하는 경우, 제어부(140, 250)는 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트와의 파형의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(위상차이를 β라고 하면, α는 이전 세그먼트에 중첩되어 인가되는 펄스구간에 해당하는 위상차이이며, α+β=180°)가 되도록 제어한다. 예를 들어, 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 절체 스위칭 동작하는 경우, 제1 세그먼트에서는 제1 스위치 S21 및 제2 스위치 S12가 온되며, 제2 세그먼트에서는 제1 스위치 S21과 제2 스위치 S32가 턴온될 수 있는데, 이때 제2 세그먼트의 턴온과 동시에 제1 세그먼트에 인가되는 파형과 제2 세그먼트에 인가되는 파형이 중첩될 수 있는 구간의 위상차이 α에 대하여 일정한 시간 후에 (180-α)°의 위상차이가 되도록 제어한다.
이를 위하여, 도 1과 같은 구조의 급전 인버터의 경우, 제어부(140)는 제1 세그먼트에서 제2 세그먼트로 절체 스위칭 동작하는 경우에 정류부(120)를 먼저 오프 제어하며, 정류부(120)의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면 제1 세그먼트를 오프 제어하고, 다음에 제2 세그먼트를 온 제어한 후에 정류부(120)를 다시 온 제어할 수 있다.
또한, 도 2와 같은 구조의 급전 인버터의 경우, 제어부(150)는 제1 세그먼트에서 제2 세그먼트로 절체 스위칭 동작하는 경우에 정류부(220)를 오프 제어하고, DC/DC 컨버터(230)를 오프 제어하며, DC/DC 컨버터의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면 제1 세그먼트를 오프 제어하고, 다음에 제2 세그먼트를 온 제어한 후에 DC/DC 컨버터(230)를 온 제어하고 정류부(220)를 다시 온 제어할 수 있다.
이때, 정류부(120)의 출력 전압에 대한 설정값 또는 DC/DC 컨버터(230)의 출력 전압에 대한 설정값을 조절함으로써 제1 세그먼트와 제2 세그먼트 사이의 파형에 대한 위상차를 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1과 같은 구조의 급전 인버터의 경우, 온라인 전기자동차가 제1 세그먼트에 위치한 경우에는 정상적으로 제1 세그먼트에 대한 스위칭 신호를 수신한다(S510). 이에 대한 스위칭 제어는 전술한 바와 같으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 세그먼트에서 제2 세그먼트로 절체 스위칭 동작하는 경우, 제어부(140)는 먼저 정류부(120)를 오프 제어하며(S520), 정류부(120)의 출력전압이 하강하여 설정된 값 이하가 되면(S530) 제1 세그먼트를 오프 제어하고(S540), 다음에 제2 세그먼트를 온 제어하고, 정류부(120)를 온 제어함으로써 제2 세그먼트에 대한 정상가압으로 절체 스위칭 동작하게 된다(S550). 이때, 제2 세그먼트의 온 제어는 제2 세그먼트의 턴온과 동시에 제1 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트의 위상차이를 β하고 하면, α는 제1 세그먼트에 중첩되는 펄스구간에 해당하는 위상이며,α+β=180°이다. 정류부(120)의 출력 전압에 대해 설정된 값에 따라 제1 세그먼트에 대한 제2 세그먼트의 위상차이는 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 급전 인버터의 구동 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2와 같은 구조의 급전 인버터의 경우, 온라인 전기자동차가 제1 세그먼트에 위치한 경우에는 정상적으로 제1 세그먼트에 대한 스위칭 신호를 수신한다(S610). 이에 대한 스위칭 제어는 전술한 바와 같으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 세그먼트에서 제2 세그먼트로 절체 스위칭 동작하는 경우, 제어부(250)는 먼저 정류부(220)를 오프 제어하며(S620), DC/DC 컨버터(230)를 오프 제어한다(S630). 이후, DC/DC 컨버터(230)의 출력전압이 하강하여 설정된 값 이하가 되면(S640) 제1 세그먼트를 오프 제어하고(S650), 다음에 제2 세그먼트를 온 제어하고, DC/DC 컨버터(230)를 온 제어한다(S660). 다음에 정류부(120)를 온 제어함으로써 제2 세그먼트에 대한 정상가압으로 절체 스위칭 동작하게 된다(S670). 이때, 제2 세그먼트의 온 제어는 제2 세그먼트의 턴온과 동시에 제1 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트의 위상차이를 β하고 하면, α는 제1 세그먼트에 중첩되는 펄스구간에 해당하는 위상이며,α+β=180°이다. 정류부(120)의 출력 전압에 대해 설정된 값에 따라 제1 세그먼트에 대한 제2 세그먼트의 위상차이는 달라질 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부;
    복수의 스위치가 직렬로 연결되어 레그를 이루며, 복수의 상기 레그가 병렬로 연결되고, 서로 다른 상기 레그의 상기 스위치 사이의 공통 접점에 기초하여 형성되는 복수의 세그먼트를 통해 고주파 전력을 공급하는 인버터; 및
    상기 정류부 및 각각의 상기 스위치를 온/오프하며, 상기 정류부에 의해 정류된 전원에 기초하여 각각의 상기 세그먼트에 인가되는 펄스폭을 제어하는 제어부
    를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 복수의 세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트에서 인접한 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 상기 인접한 세그먼트의 턴온과 동시에 이전 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 상기 인접한 세그먼트에 인가되는 펄스와 상기 이전 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩 구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 급전 인버터의 동작 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정류부에 의해 정류된 전원을 DC/DC 변환하여 상기 인버터로 공급하는 DC/DC 컨버터
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 급전 인버터의 동작 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 상기 정류부를 오프 제어하며, 상기 정류부의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면 상기 제1 세그먼트를 오프 제어하고 상기 제2 세그먼트를 온 제어한 후에 상기 정류부를 온 제어하는 것을 특징으로 하는 급전 인버터의 동작 제어장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
    제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 상기 정류부를 오프 제어하고 상기 DC/DC 컨버터를 오프 제어하며, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면 상기 제1 세그먼트를 오프 제어하고 상기 제2 세그먼트를 온 제어한 후에 상기 DC/DC 컨버터를 온 제어하고 상기 정류부를 온 제어하는 것을 특징으로 하는 급전 인버터의 동작 제어장치.
  5. 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부; 복수의 스위치가 직렬로 연결되어 레그를 이루며, 복수의 상기 레그가 병렬로 연결되고, 서로 다른 상기 레그의 상기 스위치 사이의 공통 접점에 기초하여 형성되는 복수의 세그먼트를 통해 고주파 전력을 공급하는 인버터; 및 상기 정류부 및 각각의 상기 스위치를 온/오프하며, 상기 정류부에 의해 정류된 전원에 기초하여 각각의 상기 세그먼트에 인가되는 펄스폭을 제어하는 제어부를 포함하는 급전 인버터의 동작 제어방법에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트 중 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 상기 제1 세그먼트 스위칭 신호를 수신하는 단계;
    상기 정류부를 오프 제어하는 단계;
    상기 정류부의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면, 상기 제1 세그먼트를 오프 제어하는 단계; 및
    상기 제2 세그먼트를 온 제어하고, 상기 정류부를 온 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 급전 인버터의 동작 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 세그먼트의 턴온과 동시에 상기 제1 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 상기 제1 세그먼트에 인가되는 펄스와 상기 제2 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩 구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 급전 인버터 제어방법.
  7. 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에 의해 정류된 전원을 DC/DC 변환하여 상기 인버터로 공급하는 DC/DC 컨버터; 복수의 스위치가 직렬로 연결되어 레그를 이루며, 복수의 상기 레그가 병렬로 연결되고, 서로 다른 상기 레그의 상기 스위치 사이의 공통 접점에 기초하여 형성되는 복수의 세그먼트를 통해 고주파 전력을 공급하는 인버터; 및 상기 정류부, 상기 DC/DC 컨버터 및 각각의 상기 스위치를 온/오프하며, 상기 정류부에 의해 정류된 전원에 기초하여 각각의 상기 세그먼트에 인가되는 펄스폭을 제어하는 제어부를 포함하는 급전 인버터의 동작 제어방법에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트 중 제1 세그먼트에서 인접한 제2 세그먼트로 스위칭되도록 제어하는 경우, 상기 제1 세그먼트 스위칭 신호를 수신하는 단계;
    상기 정류부를 오프 제어하는 단계;
    상기 DC/DC 컨버터를 오프 제어하는 단계;
    상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압이 설정된 값 이하가 되면, 상기 제1 세그먼트를 오프 제어하는 단계; 및
    상기 제2 세그먼트를 온 제어하고, 상기 DC/DC 컨버터를 온 제어한 후, 상기 정류부를 온 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 급전 인버터의 동작 제어방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 세그먼트의 턴온과 동시에 상기 제1 세그먼트에 인가되는 파형과의 위상차이가 일정한 시간 후에 (180-α)°(α는 상기 제1 세그먼트에 인가되는 펄스와 상기 제2 세그먼트에 인가되는 펄스의 중첩 구간에 해당하는 위상)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 급전 인버터 제어방법.
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