KR20130129081A - 3 레벨 유닛 인버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 쌍방향 스위치를 사용한 3 레벨 인버터 회로를 적용한 유닛형 인버터에 있어서, 병렬 운전시의 각 유닛의 출력전류의 밸런스를 확실히 취하는 것이다. 직류 전원의 중성극(M)에 접속되는 쌍방향 스위치를 포함한 PWM 펄스 패턴에 의한 전류 밸런스 조정 방법의 확립과 전류 조정 회로의 간소화가 과제이다.
각 3 레벨 인버터 유닛에, 출력전류 검출기를 설치하고, 각각의 출력을 저항을 통하여 접속선으로 접속하며, 저항의 양단 전압을 검출하여 전체 유닛의 출력전류의 평균값과 자기유닛의 전류값간의 편차(증분)를 구하고, 편차량에 따라서 제어해야 할 대상이 되는 IGBT의 온 펄스의 상승을 지연시켜, 각 인버터 유닛의 출력전류를 밸런스시킨다.

Description

3 레벨 유닛 인버터{THREE-LEVEL UNIT INVERTER}
본 발명은, 쌍방향 스위치를 이용한 3 레벨 인버터 회로를 적용한 인버터 유닛을 복수대 병렬접속할 때의 각 인버터 유닛의 출력전류를 밸런스(balance)시키기 위한 제어 기술에 관한 것이다.
도 9에, 특허 문헌 1에 나타난 종래의 기술을 이용한 인버터 유닛 병렬접속 회로를 나타낸다. 2 레벨 인버터 회로를 적용한 유닛 인버터를 3대(UN1~UN3) 병렬접속한 구성이다. 각 유닛의 주(主)회로 구성은, 단상(單相) 인버터의 경우 4개의 IGBT로, 삼상(三相) 인버터의 경우 6개의 IGBT로 구성되지만, 여기에서는 1상분만을 기재하여 설명한다. 또, 각 유닛의 내부 구성은 동일하므로, 유닛(1)에 대하여 설명한다. 각 인버터 유닛은 주(主)제어장치(MC0)로부터의 공통의 온 오프 신호를 로컬 제어회로에 입력하며, 전류 밸런스 제어회로와 게이트 구동회로를 통해 주회로 IGBT(Q1 및 Q2)에 온 오프 신호를 부여한다. 주회로는 직류 전원으로서의 콘덴서(C0)와 IGBT(Q1와 Q2)의 직렬회로가 병렬접속되며, IGBT(Q1와 Q2)의 직렬접속점과 부하(LD)와의 사이에는 리액터(reactor, L1)와 콘덴서(C3)로 이루어지는 교류 필터, 유닛 병렬접속용 리액터(L2) 및 인버터 출력전류 검출용의 전류 검출기(CT)가 접속된다.
이러한 구성에 있어서의 전류 밸런스 제어에 대해 설명한다. 인버터 출력전류 검출용의 전류 검출기(CT)로부터의 검출값(전압)을 전류 앰프(G1)로 증폭하며, 이 전류 앰프(current amplifier, G1)의 출력전압을 전류 검출용 저항(RI)을 통하여 각 유닛 간에 접속선(connecting wire)(A)에 의해 접속한다. 또 각 유닛의 로컬 제어회로의 그라운드 전위(ground potentials, GND)는 접속선(B)에 의해 접속한다. 이와 같이 구성하면, 각 유닛의 전류 검출용 저항(RI)이 동일한 값인 경우, 접속선(A)의 전위는 각 전류 검출기의 출력전압의 평균값이 된다. 즉, 이것은 전체 유닛의 출력전류의 평균값에 비례한 전압이다. 각 유닛 내에 있어서의 저항(RI)의 양단 전압은 전체 유닛의 평균 전류값과 자기(自)유닛의 전류값 간의 전류 편차값에 비례한 전압이 된다. 이 전압을 차동증폭기(differential amplifier, 출력전류 편차 검출 앰프)(G2)로 검출한다. 차동증폭기(G2)의 출력은 직접 IGBT(Q1)의 온 펄스폭을 조정하는 온 지연회로(ON delay circuit, DL1)에, 또 반전기(inverter, IN1)를 통해 IGBT(Q2)의 온 펄스폭을 조정하는 온 지연회로(DL2)에 입력된다.
이와 같이 구성함으로써, 전류 편차가 양(正)일 때(자기 출력전류값이 평균 전류값보다 클 때)에는 상부 아암(upper arm)의 IGBT(Q1)의 온 펄스폭이 짧아지도록, 또한 전류 편차가 음(負)일 때(자기 출력전류값이 평균 전류값보다 작을 때)에는 하부 아암의 IGBT(Q2)의 온 펄스폭이 짧아지도록, 각각 조정한다. 그 결과, 자기유닛의 출력전류가 전체 유닛의 평균 전류값에 가까워지게 된다. 이상의 동작을 각 유닛에서 개별적으로 실시함으로써, 각 유닛의 출력전류를 밸런스시킬 수 있다.
다음에, 특허 문헌 2에 나타난 쌍방향 스위치(bidirectional switches)를 이용한 3상 3 레벨 인버터의 회로 구성예를 도 10에, 그 동작예를 도 11에, 각각 나타낸다. 도 10의 회로에 있어서, 콘덴서(C1 와 C2)의 직렬회로는, 양극(P)과 음극(N)과 중성극(M)을 가진 직류 전원으로서 기재되어 있다. 1상(相)분은 각각 다이오드가 역(逆)병렬접속된 상부 아암 IGBT와 하부 아암 IGBT의 직렬회로와, 상하부 아암 IGBT의 직렬접속점과 직류 전원의 중성극(M)과의 사이에 접속되는 쌍방향 스위치로 구성된다. U상용이 IGBT(Qu1~Qu4)와 다이오드(Du1, Du2), V상용이 IGBT(Qｖ1~Qｖ4)와 다이오드(Dｖ1, Dｖ2), W상용이 IGBT(Qw1~Qw4)와 다이오드(Dw1, Dw2)이다. 여기서, IGBT(Qu3와 Qu4)의 역병렬접속 회로, IGBT(Qｖ3와 Qｖ4)의 역병렬접속 회로, IGBT(Qw3와 Qw4)의 역병렬접속 회로는 각각 쌍방향 스위치를 구성하고 있다. 또, 각 상의 IGBT의 직렬접속점과 교류 출력과의 사이에는 교류 필터와 병렬접속용 리액터가 접속된다. 교류 필터는 U상용이 Lu1와 Cu, V상용이 Lｖ1와 Cｖ, W상용이 Lw1와 Cw이며, 콘덴서는 스타 접속(star connection)되어 있다. 병렬접속용 리액터는, U상용이 Lu2, V상용이 Lｖ2, W상용이 Lw2이다.
이러한 구성에 있어서의 1상분의 회로에서, 3 레벨 인버터의 펄스 패턴을 도 11에 따라 설명한다. 또한, 1상분의 구성은 직류 전원의 양극(P)과 음극(N)과의 사이에 접속되는 IGBT 직렬회로의 양극(P) 측을 Q1, 음극(N) 측을 Q2, 직류 전원의 중성극과 IGBT 직렬회로의 직렬접속점과의 사이에 접속되는 쌍방향 스위치의 직류 전원의 중성극을 향해 전류를 흘리는 IGBT를 Q3, IGBT 직렬회로의 직렬접속점을 향해 전류를 흘리는 IGBT를 Q4로서 설명한다.
이러한 인버터에서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 양의 전압을 출력할 때에는 IGBT(Q4)를 온으로 해두고, IGBT(Q1와 Q3)를 교대로 온 오프 한다. 또한 음의 전압을 출력할 때에는 IGBT(Q3)를 온으로 해두고, IGBT(Q2와 Q4)를 교대로 온 오프한다.
이러한 동작 원리로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 3 레벨 인버터는 IGBT(Q1과 Q3)가 양의 전압을 출력하는 하프브릿지(half bridge) 인버터, IGBT(Q2와 Q4)가 음의 전압을 출력하는 하프브릿지 인버터로서 기능하고 있다.
본 회로에서는 쌍방향 스위치를 구성하고 있는 IGBT(Q3, Q4)의 이미터-콜렉터 사이에 높은 전압(직류 전원의 양극(P)과 중성극(M)과의 사이의 전압, 또는 중성극(M)과 음극(N)과의 사이의 전압)이 걸리기 때문에, 이미터-콜렉터 사이의 내압(耐壓)이 높은 특수한 IGBT(역(逆)저지형 IGBT)가 필요하게 된다. 이 때문에, 이 회로는 최근 실용화된 것이다.
교류 출력에는, IGBT(Q1)가 온 되면 직류 전원의 양극(P)의 전위가, 쌍방향 스위치가 온 되면 중성점의 전위가, IGBT(Q2)가 온 되면 음극(N)의 전위가, 각각 출력되어, 3 레벨의 전압 파형이 얻어진다.
일본 특개 2006－296110호 공보 일본 특개 2008－193779호 공보
본 발명이 해결하는 제1의 과제는, 3 레벨 인버터 회로를 적용한 유닛형 인버터에 있어서, 병렬 운전시의 각 유닛의 출력전류의 밸런스를 확실히 취하는 것이다. 특히 3 레벨 인버터에서는 종래의 인버터에 없는 직류 전원의 중성극(M)에 접속되는 IGBT(Q3, Q4)로 구성된 쌍방향 스위치가 추가되어 있기 때문에, 이 IGBT를 포함한 PWM 펄스 패턴에 의한 전류 밸런스 조정 방법의 확립과 전류 조정 회로의 간소화이다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1의 양태에 있어서는, 양극과 음극과 중성극을 구비한 직류 전원으로부터 교류 전압을 생성하는 인버터 장치로서, 상기 직류 전원의 양극과 음극과의 사이에 접속되는 각각 다이오드를 역병렬로 접속한 IGBT를 직렬접속한 상하부 아암과, 상기 직류 전원의 중성극과 상기 상하부 아암의 직렬접속점과의 사이에 접속되는 IGBT를 역병렬접속한 쌍방향 스위치로 이루어지는 3 레벨 변환 회로를 적용한 인버터 유닛을 복수대 구비하고, 상기 각 인버터 유닛의 교류 출력 단자끼리를 병렬접속하며, 공통의 제어장치로부터 상기 각 유닛 내의 IGBT에 펄스 신호를 주는 유닛 인버터 장치에 있어서, 상기 각 유닛 내부에, 각각의 유닛의 교류 출력전류를 검출하는 전류 검출기와, 각 유닛의 출력전류와 전체 유닛의 출력전류의 평균값간의 차분을 검출하는 출력전류 편차 검출 회로와, 출력전류의 극성에 따라 전류 편차의 절대값을 구하는 전류 편차 절대값 회로와, 펄스 신호의 상승(rising up edge)을 지연시키는 온(on) 신호 지연회로를 가지며, 자기(自)유닛의 출력전류의 절대값이 전체 유닛의 출력전류의 절대값의 평균값보다 크고 또한 출력전류의 극성이 양(正)일 때에는, 상부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 상기 쌍방향 스위치를 구성하는 IGBT 중 하부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시키고, 자기유닛의 출력전류의 절대값이 전체 유닛의 출력전류의 절대값의 평균값보다 크고 또한 출력전류의 극성이 음(負)일 때에는, 하부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 상기 쌍방향 스위치를 구성하는 IGBT 중 상부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시킨다.
본 발명의 제2의 양태에 있어서는, 양극과 음극과 중성극을 구비한 직류 전원으로부터 교류 전압을 생성하는 인버터 장치로서, 상기 직류 전원의 양극과 음극과의 사이에 접속되는 각각 다이오드를 역병렬로 접속한 IGBT를 직렬접속한 상하부 아암과, 상기 직류 전원의 중성극과 상기 상하부 아암의 직렬접속점과의 사이에 접속되는 IGBT를 역병렬접속한 쌍방향 스위치로 이루어지는 3 레벨 변환 회로를 적용한 인버터 유닛을 복수대 구비하고, 상기 각 인버터 유닛의 교류 출력 단자끼리를 병렬접속하며, 공통의 제어장치로부터 상기 각 유닛 내의 IGBT에 펄스 신호를 주는 유닛 인버터 장치에 있어서, 상기 각 유닛 내부에, 각각의 유닛의 교류 출력전류를 검출하는 전류 검출기와, 각 유닛의 출력전류와 전체 유닛의 출력전류의 평균값간의 차분을 검출하는 출력전류 편차 검출 회로와, 펄스 신호의 상승을 지연시키는 온 신호 지연회로를 가지며, 자기유닛의 출력전류가 전체 유닛의 출력전류의 평균값보다 클 때에는, 상부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 상기 쌍방향 스위치를 구성하는 IGBT 중 하부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시키고, 자기유닛의 출력전류가 출력전류의 평균값보다 작을 때에는, 하부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 상기 쌍방향 스위치를 구성하는 IGBT 중 상부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호의 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시킨다.
본 발명에서는, 각 유닛에, 전류 검출기와, 출력전류 편차 검출 회로와 전류 편차 절대값 회로와, 온 신호 지연회로를 가지며, 자기유닛의 출력전류의 절대값이 전체 유닛의 평균값보다 크고 또한 극성이 양일 때에는, 상부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 쌍방향 스위치의 IGBT 중 하부 아암의 IGBT와 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호상승을 전류 편차의 절대값에 따라서 지연시키고, 자기유닛의 전류의 절대값이 평균보다 크고 또한 출력전류의 극성이 음일 때에는, 하부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 쌍방향 스위치의 IGBT 중 상부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호의 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시키도록 하고 있다.
이 결과, 각 유닛의 출력전류를 간단한 제어회로로 확실히 밸런스시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 발명의 제1의 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 2는, 제1의 실시예의 동작을 설명하는 동작 파형도이다.
도 3은, 온 지연회로의 구성예를 나타낸다.
도 4는, 본 발명의 제2의 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 5는, 제2의 실시예의 동작을 설명하는 동작 파형도이다.
도 6은, 본 발명의 효과를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은, 본 발명의 효과를 설명하기 위한 동작도 A이다.
도 8은, 본 발명의 효과를 설명하기 위한 동작도 B이다.
도 9는, 종래예를 나타내는 회로도이다.
도 10은, 본 발명이 대상으로 하는 3 레벨 인버터의 회로도이다.
도 11은, 3 레벨 인버터의 동작 설명도이다.
본 발명의 요점은, 3 레벨 유닛 인버터 장치에 있어서, 각 인버터 유닛에, 출력전류 검출기를 설치하고, 각각의 출력을 저항을 통하여 접속선으로 접속하며, 저항의 양단 전압을 검출해서 전체 유닛의 출력전류의 평균값과 자기유닛의 전류값간의 편차를 구하고, 편차량에 따라서 제어해야 할 대상이 되는 IGBT의 온 펄스의 상승을 지연시켜, 각 인버터 유닛의 출력전류를 밸런스시키도록 하고 있는 점이다.
[실시예 1]
도 1에, 본 발명의 제1의 실시예를 나타낸다. 쌍방향 스위치를 이용한 3 레벨 인버터 회로를 적용한 인버터 유닛을 3대(UN1~UN3) 병렬접속한 구성이다. 각 유닛의 주회로 구성은 1상분을 나타내고 있으며, 단상 인버터의 경우 1상분의 회로를 2 회로분, 삼상 인버터의 경우 1상분의 회로를 3 회로분 이용하여 구성된다. 또, 각 유닛의 내부 구성은 동일하므로, 유닛(1)(UN1)에 대하여 설명한다. 각 인버터 유닛은 주제어장치(MC)로부터의 공통의 온 오프 신호를 각 유닛의 로컬 제어회로에 입력하며, 전류 밸런스 제어회로와 게이트 구동회로를 통해 주회로 IGBT(Q1~Q4)에 온 오프 신호를 부여한다. 주회로는 직류 전원으로서의 콘덴서(C1 와 C2)의 직렬회로와 IGBT(Q1와 Q2)의 직렬회로가 병렬접속되며, IGBT(Q1와 Q2)의 직렬접속점과 콘덴서(C1와 C2)의 직렬접속점과의 사이에 IGBT(Q3와 Q4)를 역병렬접속한 쌍방향 스위치가, 또한 IGBT(Q1와 Q2)의 직렬접속점과 부하(LD)와의 사이에 리액터(L1)와 콘덴서(C3)로 이루어지는 교류 필터, 유닛 병렬접속용 리액터(L2) 및 인버터 출력전류 검출용의 전류 검출기(CT)가, 각각 접속된다.
이러한 구성에 있어서의 전류 밸런스 제어에 대해 설명한다. 인버터 출력전류 검출용의 전류 검출기(CT)로부터의 검출값(전압)을 전류 앰프(G1)로 증폭하여, 이 전류 앰프(G1)의 출력전압을 전류 검출용 저항(RI)을 통하여 각 유닛 사이를 접속선(A)으로 접속한다. 또한 각 유닛의 로컬 제어회로의 그라운드 전위(GND)는 접속선(B)으로 접속한다. 이와 같이 구성하면, 각 유닛의 전류 검출용 저항(RI)이 동일한 값인 경우, 접속선(A)의 전위는 각 유닛의 전류 검출기의 출력전압의 평균값이 된다. 즉, 이것은 전체 유닛의 출력전류의 평균값에 비례한 전압이다.
도 2에 전류 밸런스 제어의 동작 파형을 나타낸다. 각 유닛 내에 있어서의 저항(RI)의 양단 전압은 전체 유닛의 평균 전류값과 자기유닛의 전류값간의 전류 편차값에 비례한 전압이 된다. 이 전압을 차동증폭기(출력전류 편차 검출 앰프)(G2)로 검출한다. 극성 판별용 콤퍼레이터(comparators)(CP1과 CP2), 곱셈기(multiplier)(ML1와 ML2), 하한값을 제로로 설정한 리미터(LM1와 LM2)를 이용하여, 전체 유닛의 평균 전류((Io)AVE)에 대한 자기유닛의 증분(增分)을 구하고, 온 지연회로(DL1~DL4)에 입력한다. 즉, 출력전류가 양인 기간에 자기유닛 전류(절대값)가 평균 전류(절대값)보다 큰 경우에는 콤퍼레이터(CP1)의 출력이 하이레벨(H)이 되고, 곱셈기(ML1)의 출력에는 증분이 출력되어, 하한값 제로(lower limit of zero) 리미터 회로(LM1)를 통해 IGBT(Q1)용의 온 지연회로(DL1)와 IGBT(Q4)용의 온 지연회로(DL4)에 입력된다.
출력전류가 음인 기간에 자기유닛 전류(절대값)가 평균 전류(절대값)보다 큰 경우에는 콤퍼레이터(CP2)의 출력이 하이레벨(H)이 되고, 곱셈기(ML2)의 출력에는 증분이 출력되어, 하한값을 제로로 설정한 리미터 회로(LM2)를 통해 IGBT(Q2)용의 온 지연회로(DL2)와 IGBT(Q3)용의 온 지연회로(DL3)에 입력된다. 여기서, 차동증폭기(G2)의 출력은 반전기(IN1)에 의해 반전되어 있으므로, 출력전류가 음인 기간에 증분이 양의 값으로서 출력된다.
또한, 자기유닛 전류(절대값)가 평균 전류(절대값)보다 작은 경우에는 하한값 제로가 출력된다. 이와 같은 제어 동작의 결과, 각 온 지연회로(DL1~DL4)에서는 전류 증분에 비례한 시간 온 펄스의 상승을 지연시킨다. 즉, 전류가 양인 기간에서는 IGBT(Q1와 Q4)의 온 펄스의 상승을 전류 증분에 비례한 시간 지연시키며, 전류가 음인 기간에서는 IGBT(Q2와 Q3)의 온 펄스의 상승을 전류 증분에 비례한 시간 지연시킨다.
온 지연회로의 구성예를 도 3에 나타낸다. 주제어장치로부터의 온 신호의 상승을 지연시키는 저항(Rx), 콘덴서(Cx) 및 다이오드(Dx)로 이루어지는 지연회로의 콘덴서(Cx)의 전압과 전류 증분에 상당하는 전압을 콤퍼레이터(CP3)에 의해 비교하고, 콤퍼레이터(CP3)의 출력과 온 오프 신호의 곱을 앤드게이트(AND)로 구하여, 이 출력을 게이트 구동회로에 입력하는 구성이다. 전류의 증분에 따른 시간만큼, 온 오프 신호의 온 펄스의 상승을 지연시킬 수 있다.
이상의 제어에 의해, 자기유닛의 출력전류(절대값)가 평균(절대값)보다 큰 경우에는, 온 펄스의 온 시간을 단축시켜 자기유닛의 출력전류가 감소한다. 또, 자기유닛의 출력전류(절대값)가 평균(절대값)보다 작은 경우에는, 펄스 조정은 행해지지 않고 자기유닛의 출력전류는 그대로 유지한다.
이 결과, 각 유닛의 출력전류는 작은 것에 맞추도록 조정되어, 언발란스가 보정된다.
[실시예 2]
도 4에, 본 발명의 제2의 실시예를 나타낸다. 시스템 구성 및 주회로의 구성은 실시예 1과 같다. 실시예 2는 실시예 1의 로컬 제어회로를 간소화한 개량판의 시스템이다. 실시예 1의 전류 밸런스 제어회로로부터 콤퍼레이터(CP1, CP2), 곱셈기(ML1, ML2), 하한값 제로 리미터(LM1, LM2)를 삭제한 구성이다.
이러한 구성에 있어서의 전류 밸런스 제어에 대해 설명한다. 인버터 출력전류 검출용의 전류 검출기(CT)로부터의 검출값(전압)을 전류 앰프(G1)로 증폭하고, 이 전류 앰프(G1)의 출력전압을 전류 검출용 저항(RI)을 통하여 각 유닛 사이를 접속선(A)으로 접속한다. 또한 각 유닛의 로컬 제어회로의 그라운드 전위(GND)는 접속선(B)으로 접속한다. 이와 같이 구성하면, 각 유닛의 전류 검출용 저항(RI)이 동일한 값인 경우, 접속선(A)의 전위는 각 유닛의 전류 검출기의 출력전압의 평균값이 된다. 즉, 이것은 전체 유닛의 출력전류의 평균값에 비례한 전압이다.
도 5에, 전류 밸런스 제어의 동작 파형을 나타낸다. 각 유닛 내에 있어서의 저항(RI)의 양단 전압은 전체 유닛의 평균 전류값과 자기유닛의 전류값간의 전류 편차값에 비례한 전압이 된다. 이 전압을 차동증폭기(출력전류 편차 검출 앰프)(G2)로 검출한다. 실시예 1과는 달리 전류 편차 검출 회로에 절대값을 검출하는 기구가 포함되어 있지 않으며, 극성에 관계없이 전류의 차분(差分)을 검출하는 회로로 되어 있다. 전류 편차를 검출하는 차동증폭기(G2)에 의해 검출된 출력전류의 편차에 근거하여 주제어회로(MC)로부터의 온 신호의 상승을 지연시킴으로써 전류의 언발란스를 보정하는 구성이다.
전류 밸런스 제어의 동작은 하기와 같이 된다. 출력전류의 편차를 IGBT(Q1 및 Q4)의 온 펄스의 상승을 지연시키는 온 지연회로(DL1과 DL4)에 입력하고, 이 출력전류의 편차값에 비례하여 IGBT(Q1 및 Q4)용의 온 펄스의 상승을 지연시킨다. 또, 출력전류 편차인 차동증폭기(G2)의 출력의 극성을 반전기(IN1)에 의해 반전시킨 값을 IGBT(Q2 및 Q3)의 온 펄스의 상승을 지연시키는 온 지연회로(DL2와 DL3)에 입력하고, 이 출력전류의 편차값에 비례하여 IGBT(Q2 및 Q3)용의 온 펄스의 상승을 지연시킨다.
이상의 제어에 의한 효과를 이하에 설명한다. 실시예 2에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 자기유닛의 출력전류의 절대값이 전체 유닛의 평균값(절대값)보다 큰 경우에, 온 펄스의 상승 시간을 늦추어 온 펄스폭을 단축함으로써 전류를 감소시키도록 하고 있다. 실시예 2의 동작에서는, 자기유닛의 출력전류의 절대값이 전체 유닛의 출력전류의 평균값보다 작은 경우에도 PWM 펄스의 폭을 조정하고 있지만, 이 펄스 조정은 출력전류의 증감에 영향을 주고 있지 않다. 따라서, 결과적으로 실시예 1과 동일한 출력전류의 보정 효과가 얻어진다. 즉, 각 유닛 출력전류의 절대값이 전체 유닛의 출력전류의 평균값보다 큰 경우에만, 전류를 감소하도록 조정하는 보정 효과가 얻어진다.
그 이유를 도 6~도 8을 이용하여 설명한다. 도 6은 출력전압이 양이며, 출력전류가 양인 기간의 IGBT(Q1~Q4)의 온 오프와 전류의 경로를 나타내고 있다. 도 6(a)가 IGBT(Q1)가 온 되어 있을 때의 경로이며 직류 전원의 양극(P)으로부터 출력 리액터에 전류를 흘린다. 도 6(b)는 IGBT(Q1)를 오프하며, IGBT(Q4)를 온 시켰을 때의 전류 경로이며, 직류 전원의 중성극(M)으로부터 출력 리액터에 전류를 흘린다. 도 6(c)는 IGBT(Q3와 Q4)를 온 시켰을 때의 전류 경로인데, 전류는 IGBT(Q3)의 온 오프에 관계없이 IGBT(Q4)를 흐른다.
도 7과 도 8에, 출력전압이 양(Vo＞0), 출력전류가 양(Io＞0)일 때의 동작 파형예를 나타낸다. 도 7은 자기유닛의 출력전류(절대값)가 전체 유닛의 평균 전류(절대값)보다 큰 경우의 동작 파형이다. 자기유닛의 출력전류가 평균 전류보다 큰 경우에는 IGBT(Q1와 Q4)의 온 펄스의 상승을 지연시킨다. 여기서, Vo＞0일 때에는 IGBT(Q4)는 온 상태가 계속되고 있기 때문에(상승 엣지가 존재하지 않기 때문에), 실제로는 IGBT(Q1)의 온 펄스의 상승만이 지연된다. 이 온 펄스의 상승의 지연에 의해 IGBT(Q1)의 온 시간이 단축되기 때문에 유닛의 출력전류는 감소한다.
도 8은 자기유닛의 출력전류(절대값)가 전체 유닛의 평균 전류(절대값)보다 작은 경우의 동작 파형이다. 자기유닛 전류가 평균 전류보다 작은 경우에는 IGBT(Q2와 Q3)의 온 펄스의 상승을 지연시킨다. 여기서, Vo＞0일 때에는 IGBT(Q2)는 오프 상태가 계속되고 있기 때문에(상승 엣지가 존재하지 않기 때문에), 실제로는 IGBT(Q3)의 온 펄스의 상승만이 지연된다. 그러나, Io＞0일 때 IGBT(Q3)에는 전류가 흐르지 않기(역병렬로 접속한 IGBT(Q4)가 전류를 흘리고 있다) 때문에, IGBT(Q3)의 온 시간이 단축되어도 출력전류에는 영향을 주지 않는다.
이와 같이 전류의 절대값을 검출하는 회로를 생략한 실시예 2에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로, 출력전류의 절대값이 큰 유닛의 전류를 감소시키도록 기능하고, 그 결과 유닛 사이의 출력전류의 언발란스를 보정할 수 있다. 따라서, 실시예 1보다 간소화한 회로에 의해 같은 효과가 얻어지는 메리트가 있다.
또한, 상기 실시예에는 쌍방향 스위치로서 IGBT를 역병렬접속한 구성예를 나타내었지만, IGBT와 다이오드를 조합한 구성의 경우에도 적용 가능하다. 또 온 펄스폭을 단축하여 전류의 증분을 감소시키는 구성을 나타냈지만, 오프 펄스의 시간이나 비율을 길게 하는 구성이나 전류가 적은 유닛의 전류를 증가시키는 구성에 의해서도 실현 가능하다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 유닛을 병렬접속하여 대용량의 변환기를 구성하는 기술이며, 무정전 전원(無停電電源)장치, 순저보상(瞬低補償)장치 등에의 적용이 가능하다.
Q1, Q2, Qu1, Qu2, Qｖ1, Qｖ2, Qw1, Qw2...IGBT
Q3, Q4, Qu3, Qu4, Qｖ3, Qｖ4, Qw3, Qw4...IGBT
Du1, Du2, Dｖ1, Dｖ2, Dw1, Dw2, Dx...다이오드
L1, L2, Lu1, Lu2, Lｖ1, Lｖ2, Lw1, Lw2...리액터
C1~C3, Cu, Cｖ, Cw, Cx...콘덴서
LD...부하
UN1~UN3...유닛
LC, LC0...로컬 제어회로
MC, MC0...주제어장치
DL1~DL4...온 지연회로
GDU1~GDU4...게이트 구동회로
RI, Rx...저항
CP1~CP3...콤퍼레이터
G1, G2...증폭기
ML1, ML2...곱셈기
LM1, LM2...리미터
AND...논리곱게이트
IN1...반전기

Claims (2)

  1. 양극과 음극과 중성극을 구비한 직류 전원으로부터 교류 전압을 생성하는 인버터 장치로서, 상기 직류 전원의 양극과 음극과의 사이에 접속되는 각각 다이오드를 역병렬로 접속한 IGBT를 직렬접속한 상하부 아암과, 상기 직류 전원의 중성극과 상기 상하부 아암의 직렬접속점과의 사이에 접속되는 IGBT를 역병렬접속한 쌍방향 스위치로 이루어지는 3 레벨 변환 회로를 적용한 인버터 유닛을 복수대 구비하고, 상기 각 인버터 유닛의 교류 출력 단자끼리를 병렬접속하며, 공통의 주(主)제어장치로부터 상기 각 유닛 내의 IGBT에 펄스 신호를 주는 유닛 인버터 장치에 있어서,
    상기 각 유닛 내부에, 각각의 유닛의 교류 출력전류를 검출하는 전류 검출기와, 각 유닛의 출력전류와 전체 유닛의 출력전류의 평균값간의 차분을 검출하는 출력전류 편차 검출 회로와, 출력전류의 극성에 따라 전류 편차의 절대값을 구하는 전류 편차 절대값 회로와, 펄스 신호의 상승(rising up edge)을 지연시키는 온(on) 신호 지연회로를 가지며,
    자기(自)유닛의 출력전류의 절대값이 전체 유닛의 출력전류의 절대값의 평균값보다 크고 또한 출력전류의 극성이 양(正)일 때에는, 상부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 상기 쌍방향 스위치를 구성하는 IGBT 중 하부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시키고, 자기유닛의 출력전류의 절대값이 전체 유닛의 출력전류의 절대값의 평균값보다 크고 또한 출력전류의 극성이 음(負)일 때에는, 하부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 상기 쌍방향 스위치를 구성하는 IGBT 중 상부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호의 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시키는 것을 특징으로 하는 3 레벨 유닛 인버터 장치.
  2. 양극과 음극과 중성극을 구비한 직류 전원으로부터 교류 전압을 생성하는 인버터 장치로서, 상기 직류 전원의 양극과 음극과의 사이에 접속되는 각각 다이오드를 역병렬로 접속한 IGBT를 직렬접속한 상하부 아암과, 상기 직류 전원의 중성극과 상기 상하부 아암의 직렬접속점과의 사이에 접속되는 IGBT를 역병렬접속한 쌍방향 스위치로 이루어지는 3 레벨 변환 회로를 적용한 인버터 유닛을 복수대 구비하고, 상기 각 인버터 유닛의 교류 출력 단자끼리를 병렬접속하며, 공통의 제어장치로부터 상기 각 유닛 내의 IGBT에 펄스 신호를 주는 유닛 인버터 장치에 있어서,
    상기 각 유닛 내부에, 각각의 유닛의 교류 출력전류를 검출하는 전류 검출기와, 각 유닛의 출력전류와 전체 유닛의 출력전류의 평균값간의 차분을 검출하는 출력전류 편차 검출 회로와, 펄스 신호의 상승을 지연시키는 온 신호 지연회로를 가지며,
    자기유닛의 전류가 전체 유닛의 출력전류의 평균값보다 클 때에는, 상부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 상기 쌍방향 스위치를 구성하는 IGBT 중 하부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시키고, 자기유닛의 전류가 출력전류의 평균값보다 작을 때에는, 하부 아암의 IGBT용 펄스 신호와 상기 쌍방향 스위치를 구성하는 IGBT 중 상부 아암의 IGBT와 서로 배타적 동작을 하는 IGBT용의 펄스 신호의 상승을 전류 편차의 절대값에 따라 지연시키는 것을 특징으로 하는 3 레벨 유닛 인버터 장치.
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