KR20160036469A - 스너버 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 스너버 회로는, 직류 전원의 양극과 음극의 사이에 병렬로 접속되는 반도체 브리지 회로에 있어서, 상기 반도체 브리지 회로와 상기 직류 전원의 사이에 접속되고, 상기 반도체 브리지 회로를 구성하는 각 반도체 소자의 턴-온 시의 급격한 전류변화를 억제하는 전류변화 억제 수단; 상기 각 반도체 소자와 각각 병렬로 배치되며, 상기 각 반도체 소자의 턴-오프 때의 급격한 전압변화를 억제하는 전압변화 억제 수단; 상기 반도체 소자의 턴-온 시에 상기 전류변화 억제 수단에 축적된 에너지를 상기 반도체 소자의 턴-오프 시에 상기 전압변화 억제 수단에 소정 시간 동안 회수하는 회수 수단; 및 상기 반도체 소자의 턴-오프 시에 상기 전압변화 억제 수단에 축적된 에너지를 상기 반도체 소자의 턴-온 시에 상기 반도체 브리지 회로의 교류 측에 방출하는 방출 수단을 포함한다.

Description

스너버 회로{SNUBBER CIRCUIT}
본 발명은 스너버 회로에 관한 것이다.
종래의 반도체 브리지 회로는 입력되는 전압이나 전류의 급격한 상승에 의해 반도체 스위칭 소자가 파괴되는 것을 방지하기 위하여, 스너버 회로를 이용한 소프트 스위칭 동작이 수행되도록 구성되었다(특허문헌1 및 특허문헌2).
도 5는 특허문헌 1에 개시된 스너버 회로를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 특허문헌 1의 스너버 회로는 리액터(3a, 3b), 콘덴서(14a, 14b), 콘덴서(6), 다이오드(7a, 7b) 및 chopper 회로(18a, 18b)를 구비한다.
반도체 브리지 회로(20)는 GTO(Gate Turn-Off thyristor)(1a, 1b) 및 다이오드(2a, 2b)를 구비한다.
GTO(1a) 또는 GTO(1b)의 턴-온 동작 시에, 리액터(3a) 및 리액터(3b)는 반도체 브리지 회로(20)의 출력 단자(C)의 급격한 전류변화(di/dt)를 억제한다.
이에 따라, 반도체 브리지 회로(20)는 ZCS(Zero Current Switching) 동작을 수행한다.
또한, GTO(1a) 또는 GTO(1b)의 턴-오프 동작 시에, 콘덴서(14a), 콘덴서(14b) 및 콘덴서(6)는 반도체 브리지 회로(20)의 출력 단자(C)의 급격한 전압변화(dv/dt)를 억제한다.
이에 따라, 반도체 브리지 회로(20)는 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 수행한다.
상술한 ZCS 및 ZVS 동작 중에, 콘덴서(14a, 14b)에서 흡수된 에너지는 보조 스위치(15a, 15b)를 구비한 chopper 회로(18a, 18b)를 이용해서 직류 전원(12a, 12b)에 회생된다.
도 6은 특허문헌 2에 개시된 스너버 회로를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 특허문헌 2의 스너버 회로는 리액터(210a, 210b), 콘덴서(240a, 240b), 콘덴서(30), 다이오드(230a, 230b) 및 저항(220)을 구비한다.
반도체 브리지 회로(40)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(410a, 410b) 및 다이오드(420a, 420b)를 구비한다.
IGBT(410a) 또는 IGBT(410b)의 턴-온 동작에서, 리액터(210a) 및 리액터(210b)는 반도체 브리지 회로(40)의 교류 출력 단자(40e)의 급격한 전류변화(di/dt)를 억제한다.
이에 따라, 반도체 브리지 회로(40)는 ZCS 동작이 수행된다.
또한, IGBT(410a) 또는 IGBT(410b)의 턴-오프 때에 있어서, 콘덴서(240a), 콘덴서(240b) 및 콘덴서(30)는 반도체 브리지 회로(40)의 교류 출력 단자(40e)의 급격한 전압변화(dv/dt)를 억제한다.
이에 따라, 반도체 브리지 회로(40)는 ZVS 동작이 수행된다.
상기 일련의 ZCS 및 ZVS 동작 중에서 콘덴서(240a, 240b)로 흡수된 에너지는 저항(220)을 개재해서 직류 전원(110)에 회생된다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 스너버 회로에서는 스너버 회로의 콘덴서에 축적된 에너지를 직류 전원에 회생하기 위하여, 외부로부터의 제어 명령에 의해 제어되는 보조 스위치가 필요하다.
따라서, 스너버 회로의 회로 구성 및 시스템 구성이 복잡한 동시에 고비용이 발생되는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 스너버 회로에서는 스너버 회로의 콘덴서에 축적된 에너지를 직류 전원에 회생하기 위하여 저항을 사용하기 때문에, 그 저항에 의해 손실이 발생되는 문제가 있다.
[특허문헌 1] 일본공개특허공보 1993-103481 [특허문헌 2] 일본공개특허공보 2004-80880
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래에 비해 간소한 구성을 구비하면서 손실을 최소화하는 스너버 회로를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 스너버 회로는, 직류 전원의 양극과 음극의 사이에 병렬로 접속되는 반도체 브리지 회로에 있어서, 상기 반도체 브리지 회로와 상기 직류 전원의 사이에 접속되고, 상기 반도체 브리지 회로를 구성하는 각 반도체 소자의 턴-온 시의 급격한 전류변화를 억제하는 전류변화 억제 수단; 상기 각 반도체 소자와 각각 병렬로 배치되며, 상기 각 반도체 소자의 턴-오프 때의 급격한 전압변화를 억제하는 전압변화 억제 수단; 상기 반도체 소자의 턴-온 시에 상기 전류변화 억제 수단에 축적된 에너지를 상기 반도체 소자의 턴-오프 시에 상기 전압변화 억제 수단에 소정 시간 동안 회수하는 회수 수단; 및 상기 반도체 소자의 턴-오프 시에 상기 전압변화 억제 수단에 축적된 에너지를 상기 반도체 소자의 턴-온 시에 상기 반도체 브리지 회로의 교류 측에 방출하는 방출수단을 포함한다.
상기 전류변화 억제 수단은 상기 직류 전원의 양극과 상기 반도체 브리지 회로의 양극 사이에 접속된 제1 리액터를 포함하고, 상기 전압변화 억제 수단은 상기 반도체 브리지 회로의 양극에 그 일단이 접속된 제1 콘덴서, 상기 반도체 브리지 회로의 음극에 그 일단이 접속된 제2 콘덴서 및 상기 반도체 브리지 회로의 교류 출력 단자에 일단이 접속된 제3 콘덴서를 포함하고, 상기 회수 수단은 상기 제1 콘덴서의 타단과 상기 제2 콘덴서의 타단 사이에 접속된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드의 직렬접속점에 상기 제3 콘덴서의 타단이 접속된 다이오드 직렬 회로를 포함하고, 상기 방출수단은 상기 제1 콘덴서 및 상기 다이오드 직렬 회로의 접속점과 상기 반도체 브리지 회로의 음극의 사이에 접속된 제3 다이오드 및 제3 리액터를 구비한 제1 LD 직렬 회로, 상기 제2 콘덴서 및 상기 다이오드 직렬 회로의 접속점과 상기 반도체 브리지 회로의 양극의 사이에 접속된 제4 다이오드 및 제4 리액터를 구비한 제2 LD직렬 회로를 포함할 수 있다.
상기 전류변화 억제 수단은 상기 직류 전원의 양극과 상기 반도체 브리지 회로의 양극의 사이에 접속된 제1 리액터 및 상기 직류 전원의 음극과 상기 반도체 브리지 회로의 음극의 사이에 접속된 제2 리액터를 포함하고, 상기 전압변화 억제 수단은 상기 반도체 브리지 회로의 양극에 그 일단이 접속된 제1 콘덴서, 상기 반도체 브리지 회로의 음극에 그 일단이 접속된 제2 콘덴서 및 상기 반도체 브리지 회로의 교류 출력 단자에 일단이 접속된 제3 콘덴서를 포함하고, 상기 회수 수단은 상기 제1 콘덴서의 타단과 상기 제2 콘덴서의 타단의 사이에 접속된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드의 직렬접속점에 상기 제3 콘덴서의 타단이 접속된 다이오드 직렬 회로를 포함하고, 상기 방출수단은 상기 제1 콘덴서와 상기 다이오드 직렬 회로의 접속 점과 상기 직류 전원의 음극의 사이에 접속된 제3 다이오드 및 제3 리액터를 구비한 제1 LD직렬 회로 및 상기 제2 콘덴서와 상기 다이오드 직렬 회로의 접속 점과 상기 직류 전원의 양극의 사이에 접속된 제4 다이오드 및 제4 리액터를 구비한 제2 LD직렬 회로를 포함할 수 있다.
상기 제3 리액터 및 상기 제4 리액터는 1개의 철심에 2개의 권선을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1 리액터 및 상기 제2 리액터는 상기 직류 전원과 상기 스너버 회로 사이의 배전선에 존재하는 인덕턴스 성분일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 종래에 비해 간소한 구성을 구비하면서 손실을 최소화하는 스너버 회로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스너버 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스너버 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스너버 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스너버 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 스너버 회로를 도시한 도면이다.
도 6은 종래의 다른 스너버 회로를 도시한 도면이다.
이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 스너버 회로를 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시예)
이하에서 제1 실시예에 따른 스너버 회로(2)에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스너버 회로(2)의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스너버 회로(2)는 직류 전원(11) 및 반도체 브리지 회로(4)의 사이에 병렬로 접속되어 있다.
스너버 회로(2)는 반도체 브리지 회로(4)의 전압 또는 전류의 급격한 상승을 방지하는 것으로, 반도체 브리지 회로(4)의 소프트 스위칭 동작을 구현한다.
반도체 브리지 회로(4)는 반도체 스위치(4a) 및 반도체 스위치(4b)를 구비한다. 반도체 스위치(4a)는 반도체 스위치(4b)에 직렬로 접속된다.
반도체 스위치(4a)와 반도체 스위치(4b)의 직렬접속점에는 반도체 브리지 회로(4)의 출력 단자인 교류 출력 단자(4c)가 접속된다.
교류 출력 단자(4c)에는 모터 등의 부하가 접속된다.
반도체 브리지 회로(4)는 반도체 스위치(4a) 또는 반도체 스위치(4b)를 턴-오프 또는 턴-온 하는 것으로, 반도체 스위치(4a) 및 반도체 스위치(4b)의 온 상태와 오프 상태를 변경한다.
이에 따라, 반도체 브리지 회로(4)는 교류 출력 단자(4c)에 접속된 모터 등의 유도성 부하에 직류 전원(11)의 전력을 공급하여 구동시킨다.
직류 전원(11)은 예를 들면 콘덴서이다.
턴-온 동작 시에, 반도체 브리지 회로(4)는 스너버 회로(2)의 리액터(21a)에 의해 제로 전류 스위칭(ZCS: Zero Current Switching)이 수행된다.
한편, 턴-오프 동작 시에, 반도체 브리지 회로(4)는 스너버 회로(2)의 콘덴서(26)에 의해 제로 전압 스위칭(ZVS:Zero Voltage Switching)이 수행된다.
반도체 스위치(4a)는 스위치 소자(42a) 및 다이오드(41a)를 구비하고 있다.
스위치 소자(42a)는 예를 들면 bipolar transistor, MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)등이다.
스위치 소자(42a)는 다이오드(41a)에 대하여 병렬로 접속되어 있다.
반도체 스위치(4b)는 스위치 소자(42b) 및 다이오드(41b)를 구비한다.
스위치 소자(42b)는 예를 들면 bipolar transistor, MOSFET, IGBT 등으로 구성될 수 있다. 스위치 소자(42b)는 다이오드(41b)에 대해 병렬로 접속된다.
반도체 브리지 회로(4)의 양극단자(4d)는 다이오드(41a)의 캐소드에 접속된다. 반도체 브리지 회로(4)의 음극단자(4e)는 다이오드(41b)의 애노드에 접속된다.
스너버 회로(2)는 리액터(21a), 콘덴서(22a), 콘덴서(22b), 다이오드 직렬접속 회로(23), 콘덴서(26), LD 직렬 회로(10) 및 LD 직렬 회로(20)를 구비한다.
리액터(21a)는 직류 전원 양극단자(1a)와 반도체 브리지 회로(4)의 양극단자(4d)의 사이에 접속된다. 즉, 리액터(21a)는 일단이 직류 전원 양극단자(1a)에 접속되고, 타단이 양극단자(4d)에 접속된다.
콘덴서(22a)는 일단이 반도체 브리지 회로(4)의 양극단자(4d) 및 리액터(21a)의 타단에 접속되고, 타단이 다이오드 직렬접속 회로(23)의 일단에 접속된다.
콘덴서(22b)는 일단이 반도체 브리지 회로(4)의 음극단자(4e)에 접속된다.
콘덴서(22b)는 타단이 다이오드 직렬접속 회로(23)의 타단에 접속된다.
다이오드 직렬접속 회로(23)는 다이오드(23a) 및 다이오드(23b)를 구비한다.
다이오드(23a)는 다이오드(23b)와 직렬로 접속된다. 즉, 다이오드(23a)는 캐소드가 다이오드(23b)의 애노드에 접속된다.
다이오드(23a)는 애노드가 콘덴서(22a)의 타단에 접속된다. 다이오드(23b)는 캐소드가 콘덴서(22b)의 타단에 접속된다.
콘덴서(26)는 다이오드(23a) 및 다이오드(23b)의 직렬접속점과, 반도체 브리지 회로(4)의 교류 출력 단자(4c)의 사이에 접속된다.
콘덴서(26)는 자체에 축적된 전하를 방전 함으로써, 교류 출력 단자(4c)의 출력 전압의 급격한 전압변화(dv/dt)를 억제한다.
LD 직렬 회로(10)는 다이오드(24a) 및 리액터(25a)를 구비한다. 다이오드(24a)는 리액터(25a)에 대하여 직렬로 접속되어 있다. 다이오드(24a)는 애노드가 다이오드(23b)의 캐소드에 접속되고, 캐소드가 리액터(25a)의 일단에 접속되어 있다.
리액터(25a)는 타단이 리액터(21a)의 타단에 접속되어 있다.
리액터(25a)는 콘덴서(22b)에 축적된 전하를 LD 직렬 회로(10)를 개재해서 교류 출력 단자(4c)에 회생할 때에, 그 회생시의 전류의 급격한 전류변화(di/dt)를 억제한다.
LD 직렬 회로(20)는 다이오드(24b) 및 리액터(25b)를 구비하고 있다.
다이오드(24b)는 리액터(25b)에 대해 직렬로 접속되어 있다. 다이오드(24b)는 캐소드가 다이오드(23a)의 애노드에 접속되어 있다. 다이오드(24a)는 애노드가 리액터(25b)의 일단에 접속되어 있다. 리액터(25b)는 타단이 음극단자(4e)에 접속되어 있다.
리액터(25b)는 콘덴서(22a)에 축적된 전하를 LD 직렬 회로(20)를 개재해서 교류 출력 단자(4c)에 회생할 때에, 그 회생시의 전류의 급격한 전류변화(di/dt)를 억제한다.
다음으로, 본 실시예의 스너버 회로(2)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 본 실시예의 스너버 회로(2)에 있어서, 반도체 스위치(4a)가 온-상태이고 반도체 스위치(4b)가 오프-상태로부터, 반도체 스위치(4a)가 턴-오프되는 동작에 대하여 설명한다.
반도체 스위치(4a)가 온-상태, 그리고 반도체 스위치(4b)가 오프-상태일 경우, 직류 전원(11)으로부터의 전류(이하, 출력 전류)는 직류 전원(11), 직류 전원 양극단자(1a), 리액터(21a), 반도체 스위치(4a) 및 교류 출력 단자(4c)의 경로로 흐른다.
그리고 출력 전류는 교류 출력 단자(4c)로부터 모터 등의 부하에 출력된다.
이때, 리액터(21a)에 출력 전류가 흐르기 때문에, 리액터(21a)에 에너지가 축적된다.
이 때, 반도체 스위치(4a)가 온-상태이기 때문에, 콘덴서(26)에는 전력이 충전되어 있게 된다.
반도체 스위치(4a)가 온-상태, 그리고 반도체 스위치(4b)가 오프-상태에서 반도체 스위치(4a)를 턴-오프 한다.
출력 전류는 턴-오프의 과도기에서, 직류 전원(11), 직류 전원 양극단자(1a), 리액터(21a), 콘덴서(22a), 다이오드(23a), 콘덴서(26) 및 교류 출력 단자(4c)의 경로로 전류(轉流) 한다.
이에 따라, 리액터(21a)에 축적된 에너지는 콘덴서(22a, 22b)에 축적된다.
따라서, 콘덴서(22a) 및 콘덴서(22b)의 전압은 축적된 에너지에 의해 상승한다.
교류 출력 단자(4c)는 반도체 스위치(4a)를 턴-오프 함으로써 전압이 저하된다.
그 때, 콘덴서(26)에 축적된 전력이 방출된다. 따라서, 교류 출력 단자(4c)의 전위는 콘덴서(26)의 방전에 의해, 전압변화(dv/dt)가 억제되면서 반도체 브리지 회로(4)의 양극측 전위에서 음극측 전위까지 떨어진다.
다시 말해, 반도체 스위치(4a)의 턴-오프 동작에 있어서, 콘덴서(26)의 방전에 따라, 교류 출력 단자(4c)의 전위의 급격한 전압변화(dv/dt)를 억제하는 ZVS에 의한 소프트 스위칭이 구현된다.
또한, 교류 출력 단자(4c)의 전위가 반도체 브리지 회로(4)의 양극측 전위에서 음극측 전위로 떨어질 때까지, 콘덴서(26)에서 교류 출력 단자(4c)로 흐르고 있었던 출력 전류는 다이오드(23b), 콘덴서(22b), 반도체 스위치(4b), 교류 출력 단자(4c)로 전류한다.
최종적으로는 출력 전류는 직류 전원(11), 직류 전원 음극단자(1b), 반도체 스위치(4b), 교류 출력 단자(4c)의 경로로 흐르고, 반도체 스위치(4a)의 턴-오프 동작에 수반하는 전류 동작은 완료된다.
다음으로, 본 실시예의 스너버 회로(2)에서, 반도체 스위치(4a) 및 반도체 스위치(4b)가 오프-상태로부터, 반도체 스위치(4a)가 턴-온 하는 동작에 대해 설명한다.
반도체 스위치(4a)를 오프-상태로부터 다시 턴-온 하면, 교류 출력 단자(4c)로부터의 출력 전류는 상술한 직류 전원(11), 직류 전원 음극단자(1b), 반도체 스위치(4b), 교류 출력 단자(4c)의 경로뿐만 아니라, 이하의 3개의 경로에도 흐른다.
첫 번째 경로는 리액터(25b), 다이오드(24b), 콘덴서(22a), 반도체 스위치(4a)의 제1 경로이다.
두 번째 경로는 콘덴서(22b), 다이오드(24a), 리액터(25a), 반도체 스위치(4a)의 제2 경로다.
세 번째 경로는 직류 전원(11), 직류 전원 양극단자(1a), 리액터(21a), 반도체 스위치(4a)의 제3 경로다.
제1 경로는 반도체 스위치(4a)의 턴-오프 동작 시에, 콘덴서(22a)에 축적된 에너지를 교류 출력 단자(4c) 측으로 회생하기 위한 경로이다.
제2 경로는 반도체 스위치(4a)의 턴-오프 동작 시에, 콘덴서(22b)에 축적된 에너지를 교류 출력 단자(4c) 측으로 회생하기 위한 경로다.
이 때, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 전류는 리액터(21a), 리액터(25a) 및 리액터(25b) 중 어느 하나를 경유한다. 이로 인해, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 전류는 전류변화(di/dt)의 급격한 변화가 억제되면서 완만하게 상승한다. 한편, 반도체 스위치(4b)에 흐르고 있었던 출력 전류는 감소된다.
반도체 스위치(4b)의 전류가 0이 되고, 오프-상태가 된 후에, 콘덴서(26)는 반도체 스위치(4a)를 개재해서 흐르는 전류에 의해 충전된다.
이로 인해, 교류 출력 단자(4c)의 전위는 반도체 브리지 회로(4)의 음극측 전위로부터 양극측 전위까지 급격한 전압변화(dv/dt)가 억제되면서 상승해 간다.
다시 말해, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 동작에 있어서, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 동작에서의 턴-온 전류의 급격한 전류변화(dv/dt)의 변화를 억제하는, ZCS에 의한 소프트 스위칭이 구현된다.
그리고, 최종적으로 모든 출력 전류는 직류 전원(11), 리액터(21a), 반도체 스위치(4a), 교류 출력 단자(4c)의 경로로 흐르고, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 동작에 수반하는 전류 동작은 완료된다.
이와 같이, 전번의 턴-오프 시에 콘덴서(22a)와 콘덴서(22b)에 축적되어, 콘덴서 전압을 상승시킨 리액터(21a)의 전류 에너지는 금번의 턴-온 동작 과정 중에서 출력 전류의 전류에 따라 출력측에 방출된다.이로 인해, 스너버 회로(2)에 있어서의 전기에너지의 손실을 발생시키지 않고 리액터(21a)의 전류 에너지를 출력측에 회생 할 수 있다.
또한, 반도체 스위치(4a)의 턴-온에 의해 생기는 반도체 스위치(4b)의 다이오드(41b)에서의 역회복 동작에 있어서도, 전류변화(di/dt) 억제와 전압변화(dv/dt) 억제가 구현되어 있기 때문에 소프트 스위칭을 실현된다.
한편, 출력 전류가 반대 방향인 반도체 스위치(4b)의 턴-온 및 턴-오프 동작에 있어서도, 회로의 대칭성에 의해 동일한 효과가 얻어지기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 스너버 회로(2)는 전류변화(di/dt) 억제 수단인 리액터(21a)를 반도체 브리지 회로(4)와 직류 전원(11) 사이에 구비한다. 또한, 급격한 전압변화(dv/dt) 억제 수단인 콘덴서(22a, 22b, 26)를 반도체 스위치와 병렬로 구비한다.
이에 따라, 전류변화(di/dt) 억제 수단에 있어서 축적된 에너지를 상기 반도체 브리지 회로(4)의 턴-오프 시에 급격한 전압변화(dv/dt) 억제 수단에 소정 시간 동안 회수 할 수 있다.
또한 급격한 전압변화(dv/dt) 억제 수단에 축적된 에너지를 반도체 브리지 회로(4)의 턴-온 시에 반도체 브리지 회로(4)의 교류측에 저항 요소나 반도체 소자(스위치)를 이용하지 않고 방출 할 수 있다.
따라서, 종래 방식에 비교해서 전기에너지 손실을 방지하고, 부품수를 줄임으로써, 장치의 소형화, 저가격화 및 저손실화에 기여한다. 또한 소프트 스위칭 동작에 의해, 스너버 회로(2)에서 방출되는 EMI노이즈가 적어지기 때문에, 하드 스위칭 방식인 일반적인 방식과 비교해서 EMI대책이 용이해진다.
(제2 실시예)
이하, 제2 실시예의 스너버 회로(2A)에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 제2 실시예의 스너버 회로(2A)의 구성 예를 도시한 도면이다. 한편, 제1 실시예와 같은 구성에는 같은 부호가 부여되어 그 설명을 생략한다.
본 실시예의 스너버 회로(2A)는 제1 실시예의 구성에, 리액터(21b)를 추가로 구비한다.
또, 본 실시예의 스너버 회로(2A)는 제1 실시예의 구성의 리액터(25a) 및 리액터(25b)의 접속 위치를 직류 전원(11)의 직류 전원 양극단자(1a)와 직류 전원 음극단자(1b)로 변경한 구성이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스너버 회로(2A)는 직류 전원(11) 및 반도체 브리지 회로(4)의 사이에 병렬로 접속되어 있다.
스너버 회로(2A)는 반도체 브리지 회로(4)의 전압이나 전류의 급격한 상승을 방지하는 것으로, 반도체 브리지 회로(4)의 소프트 스위칭 동작을 실현한다.
스너버 회로(2A)는 리액터(21a), 리액터(21b), 콘덴서(22a), 콘덴서(22b), 다이오드 직렬접속 회로(23), 콘덴서(26), LD 직렬 회로(10) 및 LD 직렬 회로(20)를 구비하고 있다.
리액터(21a)는 직류 전원 양극단자(1a)와 반도체 브리지 회로(4)의 양극단자(4d)의 사이에 접속되어 있다. 또한, 리액터(21a)는 콘덴서(22a)의 일단과 LD 직렬 회로(10)과의 사이에 접속되어 있다.
리액터(21b)는 직류 전원 음극단자(1b)와 반도체 브리지 회로(4)의 음극단자(4e)와의 사이에 접속되어 있다. 다시 말해, 리액터(21b)는 일단이 LD 직렬 회로(20)에 접속되어 있다. 리액터(21b)는 타단이 콘덴서(22b)의 일단에 접속되어 있다.
LD 직렬 회로(10)은 다이오드(24a) 및 리액터(25a)를 구비하고 있다. 다이오드(24a)는 리액터(25a)와 직렬로 접속되어 있다. 다이오드(24a)는 애노드가 다이오드(23b)의 캐소드에 접속되어 있다. 다이오드(24a)는 캐소드가 리액터(25a)의 일단에 접속되어 있다. 리액터(25a)는 타단이 리액터(21a)의 일단에 접속되어 있다.
LD 직렬 회로(20)는 다이오드(24b) 및 리액터(25b)를 구비하고 있다. 다이오드(24b)는 리액터(25b)와 직렬로 접속되어 있다. 다이오드(24b)는 캐소드가 다이오드(23a)의 애노드에 접속되어 있다. 다이오드(24a)는 애노드가 리액터(25b)의 일단에 접속되어 있다. 리액터(25a)는 타단이 리액터(21b)의 일단에 접속되어 있다.
다음으로, 본 실시예의 스너버 회로(2A)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 본 실시예의 스너버 회로(2A)의, 반도체 스위치(4a)가 온-상태, 그리고 반도체 스위치(4b)가 오프-상태로부터, 반도체 스위치(4a)가 턴-오프 하는 동작에 대하여 설명한다.
반도체 스위치(4a)가 온-상태, 그리고 반도체 스위치(4b)가 오프-상태일 경우, 출력 전류는 직류 전원(11), 직류 전원 양극단자(1a), 리액터(21a), 반도체 스위치(4a), 교류 출력 단자(4c)의 경로로 흐르고 있다. 그리고, 출력 전류는 교류 출력 단자(4c)로부터 모터 등의 부하에 공급된다.
이 때, 리액터(21a)에 출력 전류가 흐르기 때문에, 리액터(21a)에 에너지가 축적된다. 또한, 반도체 스위치(4a)가 온-상태이기 때문에, 콘덴서(26)에는 전력이 충전되어 있게 된다.
반도체 스위치(4a)가 온-상태, 그리고 반도체 스위치(4b)가 오프-상태로부터 반도체 스위치(4a)를 턴-오프 한다.
출력 전류는 턴-오프의 과도기에서, 직류 전원(11), 직류 전원 양극단자(1a), 리액터(21a), 콘덴서(22a), 다이오드(23a), 콘덴서(26), 교류 출력 단자(4c)의 경로로 전류한다.
이에 따라, 리액터(21a)에 축적된 에너지는 콘덴서(22a) 및 콘덴서(22b)에 축적된다. 따라서, 콘덴서(22a) 및 콘덴서(22b)의 전압은 축적된 에너지에 의해 상승한다.
교류 출력 단자(4c)는 반도체 스위치(4a)를 턴-오프 함으로써 전압이 저하된다. 그 때, 콘덴서(26)에 축적된 전력이 방출된다.
따라서, 교류 출력 단자(4c)의 전위는 콘덴서(26)의 방전에 의해, 급격한 전압변화(dv/dt)가 억제되면서 반도체 브리지 회로(4)의 양극측 전위로부터 음극측 전위까지 떨어진다. 즉, 반도체 스위치(4a)의 턴-오프 동작에 있어서, 콘덴서(26)의 방전에 따라, 교류 출력 단자(4c)의 전위의 급격한 전압변화(dv/dt)를 억제하는 ZVS에 의한 소프트 스위칭이 실현된다.
또한, 교류 출력 단자(4c)의 전위가 반도체 브리지 회로(4)의 양극측 전위로부터 음극측 전위까지 떨어질 때까지, 콘덴서(26)로부터 교류 출력 단자(4c)에 흐르고 있었던 출력 전류는 다이오드(23b), 콘덴서(22b), 반도체 스위치(4b), 교류 출력 단자(4c)로 전류 한다.
그리고 최종적으로 출력 전류는 직류 전원(11), 직류 전원 음극단자(1b), 리액터(21b), 반도체 스위치(4b), 교류 출력 단자(4c)의 경로로 흐르고, 반도체 스위치(4a)의 턴-오프 동작에 수반하는 전류 동작은 완료된다.
다음으로, 본 실시예의 스너버 회로(2A)의, 반도체 스위치(4a) 및 반도체 스위치(4b)가 오프-상태로부터, 반도체 스위치(4a)가 턴-온 하는 동작에 대하여 설명한다.
반도체 스위치(4a) 및 반도체 스위치(4b)가 오프-상태로부터 반도체 스위치(4a)를 턴-온 하면, 출력 전류는 상술한 직류 전원(11), 직류 전원 음극단자(1b), 리액터(21b), 반도체 스위치(4b), 교류 출력 단자(4c)의 경로뿐만 아니라, 이하 3개의 경로에도 흐른다.
첫 번째 경로는 리액터(25b), 다이오드(24b), 콘덴서(22a), 반도체 스위치(4a)의 제1 경로이다.
두 번째 경로는 콘덴서(22b), 다이오드(24a), 리액터(25a), 반도체 스위치(4a)의 제2 경로이다.
세 번째 경로는 직류 전원(11), 직류 전원 양극단자(1a), 리액터(21a), 반도체 스위치(4a)의 제3 경로이다.
제1 경로는 반도체 스위치(4a)의 턴-오프 동작시에, 콘덴서(22a)에 축적된 에너지를 교류 출력 단자(4c) 측으로 회생 하기 위한 경로이다.
제2 경로는 반도체 스위치(4a)의 턴-오프 동작시에 있어서, 콘덴서(22b)에 축적된 에너지를 교류 출력 단자(4c) 측으로 회생 하기 위한 경로이다.
이 때, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 전류는 리액터(21a), 리액터(21b), 리액터(25a) 및 리액터(25b) 중 어느 하나를 경유한다. 이로 인해, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 전류의 급격한 전류변화(di/dt)가 억제되면서 상승한다. 한편, 반도체 스위치(4b)에 흐르고 있었던 출력 전류는 감소해 간다.
반도체 스위치(4b)의 전류가 0이 되어 오프-상태가 된 후, 콘덴서(26)는 반도체 스위치(4a)를 개재해서 흐르는 전류에 의해 충전된다.
이로 인해, 교류 출력 단자(4c)의 전위는 반도체 브리지 회로(4)의 음극측 전위로부터 양극측 전위까지 급격한 전압변화(dv/dt)가 억제되면서 상승해 간다.
다시 말해, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 동작에 있어서, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 동작에서의 턴-온 전류의 전류변화(dv/dt)를 억제하는 ZCS에 의한 소프트 스위칭이 실현된다.
그리고 최종적으로 모든 출력 전류는 직류 전원(11), 리액터(21a), 반도체 스위치(4a), 교류 출력 단자(4c)의 경로에서 흐르고, 반도체 스위치(4a)의 턴-온 동작에 수반하는 전류 동작은 완료된다.
이와 같이, 전회의 턴-오프 시에 콘덴서(22a)와 콘덴서(22b)에 축적되어, 콘덴서 전압을 상승시킨 리액터(21)의 전류 에너지는 이번의 턴-온 동작의 과정 중에서 출력 전류의 전류에 따라 출력측에 방출된다.
이로 인해, 스너버 회로(2A)의 손실을 발생시키지 않고 리액터(21)의 전류 에너지를 출력측에 회생 할 수 있다.
또한, 반도체 스위치(4a)의 턴-온에 의해 생기는 반도체 스위치(4b)의 다이오드(41b)에서의 역회복 동작에 있어서도, 상기 전류변화(di/dt)의 억제와 전압변화(dv/dt)의 억제가 되어 있기 때문에 소프트 스위칭이 구현된다.
한편, 출력 전류가 반대 방향인 반도체 스위치(4b)의 턴-온 및 턴-오프 동작에 있어서도, 회로의 대칭성으로 동일한 효과가 얻어지기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 스너버 회로(2A)는 전류변화(di/dt)억제 수단인 리액터(21a, 21b)를 반도체 브리지 회로(4)와 직류 전원(11)의 사이에 구비한다. 또한, 급격한 전압변화(dv/dt)의 억제 수단인 콘덴서(22a, 22b, 26)를 반도체 스위치와 병렬로 구비한다.
이에 따라, 제1 실시예와 동일 또는 유사한 효과를 발휘할 수 있다.
(제3 실시예)
이하, 제3 실시예의 스너버 회로(2B)에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 3은 제3 실시예의 스너버 회로(2B)의 구성 예를 나타내는 도면이다. 제1 실시예와 같은 구성에는 같은 부호가 부여되어 그 설명을 생략한다.
본 실시예의 스너버 회로(2B)는 제1 실시예의 리액터(25a) 및 리액터(25b)를 2개의 권선(리액터(27a) 및 리액터(27b))을 구비하는 1개의 리액터(27)로 변경한 구성이다. 한편, 제1 실시예와 같은 구성에는 같은 부호가 부여되어 그 설명을 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스너버 회로(2B)는 직류 전원(11) 및 반도체 브리지 회로(4)의 사이에 병렬로 접속되어 있다.
스너버 회로(2B)는 반도체 브리지 회로(4)의 전압이나 전류의 급격한 상승을 방지하는 것으로, 반도체 브리지 회로(4)의 소프트 스위칭 동작을 실현한다.
스너버 회로(2B)는 리액터(21a), 콘덴서(22a), 콘덴서(22b), 다이오드 직렬접속 회로(23), 콘덴서(26), 리액터(27), 다이오드(24a) 및 다이오드(24b)를 구비하고 있다.
리액터(27)는 리액터(27a) 및 리액터(27b)를 포함하여 구성된다. 리액터(27)는 리액터(27a) 및 리액터(27b)의 철심을 공통화한 리액터다.
다이오드(24a)는 리액터(25a)와 직렬로 접속되어 있다. 다이오드(24a)는 애노드가 다이오드(23b)의 캐소드에 접속되어 있다. 다이오드(24a)는 캐소드가 리액터(27a)의 일단에 접속되어 있다. 리액터(27a)는 타단이 리액터(21a)의 타단에 접속되어 있다.
리액터(27a)는 콘덴서(22b)에 축적된 전하를 다이오드(24a) 및 리액터(27a)를 개재해서 교류 출력 단자(4c)에 회생할 때에, 그 회생시의 전류의 급격한 전류변화(di/dt)를 억제한다.
다이오드(24b)는 리액터(27b)와 직렬로 접속되어 있다. 다이오드(24b)는 캐소드가 다이오드(23a)의 애노드에 접속되어 있다. 다이오드(24a)는 애노드가 리액터(27b)의 일단에 접속되어 있다.
리액터(27b)는 타단이 음극단자(4e)에 접속되어 있다. 리액터(27b)는 콘덴서(22a)에 축적된 전하를 다이오드(24b) 및 리액터(27b)을 개재해서 교류 출력 단자(4c)에 회생할 때에, 그 회생시의 전류의 급격한 전류변화(di/dt)를 억제한다.
한편, 본 실시예의 스너버 회로(2B)의 동작에 대해서는 제1 실시예와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 스너버 회로(2B)는 전류변화(di/dt)억제 수단인 리액터(21a)를 반도체 브리지 회로(4)과 직류 전원(11)과의 사이에 구비한다.
또한, 급격한 전압변화(dv/dt)억제 수단인 콘덴서(22a, 22b, 26)을 반도체 스위치와 병렬로 구비한다. 이에 따라, 제1 실시예와 동일 또는 유사한 효과를 발휘한다.
또한, 본 실시예의 스너버 회로(2B)는 제1 실시예의 구성에, 리액터(25a) 및 리액터(25b)를 2개의 권선(리액터(27a) 및 리액터(27b))을 구비하는 1개의 리액터(27)로 변경한 구성이다. 따라서, 본 실시예의 스너버 회로(2B)는 제1 실시예와 비교하여 회로의 소형화 및 비용절감이 가능하다.
(제4 실시예)
이하, 제4 실시예의 스너버 회로(2C)에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다. 도 4는 제4 실시예의 스너버 회로(2C)의 구성 예를 도시한 도면이다. 제1 실시예와 같은 구성에는 같은 부호가 부여되어 그 설명을 생략한다.
본 실시예의 스너버 회로(2C)는 제1 실시예의 구성의 리액터(21a)가 생략된 구성이다.
단, 본 실시예의 스너버 회로(2C)는 실제의 스너버 회로를 제작할 경우에 있어서, 배선(배전선)에 존재하는 부유 인덕턴스 성분(28a, 28b)를 구성 요소로서 사용한다.
이러한 부유 인덕턴스 성분(28a, 28b)의 조정을 위해서는 반도체 브리지 회로(4)와 스너버 회로(2C)는 서로 근접하여 배치될 수 있다. 또한, 스너버 회로(2C)와 직류 전원(11)의 거리는 멀어지도록 배선될 수 있다.
스너버 회로(2C)는 부유 인덕턴스 성분(28a), 부유 인덕턴스 성분(28b), 콘덴서(22a), 콘덴서(22b), 다이오드 직렬접속 회로(23), 콘덴서(26), LD 직렬 회로(10) 및 LD 직렬 회로(20)을 구비하고 있다.
부유 인덕턴스 성분(28a)는 직류 전원 양극단자(1a)와 반도체 브리지 회로(4)의 양극단자(4d)의 사이에 접속되어 있다. 즉, 부유 인덕턴스 성분(28a)는 일단이 직류 전원 양극단자(1a)에 접속되어 있다. 부유 인덕턴스 성분(28a)는 타단이 양극단자(4d)에 접속되어 있다.
부유 인덕턴스 성분(28b)은 직류 전원 음극단자(1b)와 반도체 브리지 회로(4)의 음극단자(4e)의 사이에 접속되어 있다. 즉, 부유 인덕턴스 성분(28b)의 일단이 직류 전원 음극단자(1b)에 접속되어 있다.
부유 인덕턴스 성분(28b)은 타단이 음극단자(4e)에 접속되어 있다. 콘덴서(22a)는 일단이 반도체 브리지 회로(4)의 양극단자(4d) 및 부유 인덕턴스 성분(28a)의 타단에 접속되어 있다.
콘덴서(22a)는 타단이 다이오드 직렬접속 회로(23)의 일단에 접속되어 있다.
콘덴서(22b)는 일단이 반도체 브리지 회로(4)의 음극단자(4e) 및 부유 인덕턴스 성분(28b)의 타단에 접속되어 있다. 콘덴서(22b)는 타단이 다이오드 직렬접속 회로(23)의 타단에 접속되어 있다.
리액터(25a)는 타단이 부유 인덕턴스 성분(28a)의 타단에 접속되어 있다. 리액터(25b)는 타단이 부유 인덕턴스 성분(28b)의 타단에 접속되어 있다.
한편, 본 실시예의 스너버 회로(2C)의 동작에 대해서는 제1 실시예와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 스너버 회로(2C)는 전류변화(di/dt)억제 수단으로서 배선에 존재하는 부유 인덕턴스 성분(28a, 28b)를 구성 요소로서 사용하고 있다. 또한, 급격한 전압변화(dv/dt)억제 수단인 콘덴서(22a, 22b, 26)을 반도체 스위치와 병렬로 구비한다.
이에 따라, 제1 실시예와 동일 유사한 효과를 발휘한다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
2: 스너버 회로
4, 20: 반도체 브리지 회로
4a, 4b: 반도체 스위치
10, 20: LD 직렬 회로
11: 직류 전원
21a: 리액터
22a, 22b, 26: 콘덴서
23: 다이오드 직렬접속 회로

Claims (5)

  1. 직류 전원의 양극과 음극의 사이에 병렬로 접속되는 반도체 브리지 회로에 있어서,
    상기 반도체 브리지 회로와 상기 직류 전원의 사이에 접속되고, 상기 반도체 브리지 회로를 구성하는 각 반도체 소자의 턴-온 시의 급격한 전류변화를 억제하는 전류변화 억제 수단;
    상기 각 반도체 소자와 각각 병렬로 배치되며, 상기 각 반도체 소자의 턴-오프 때의 급격한 전압변화를 억제하는 전압변화 억제 수단;
    상기 반도체 소자의 턴-온 시에 상기 전류변화 억제 수단에 축적된 에너지를 상기 반도체 소자의 턴-오프 시에 상기 전압변화 억제 수단에 소정 시간 동안 회수하는 회수 수단; 및
    상기 반도체 소자의 턴-오프 시에 상기 전압변화 억제 수단에 축적된 에너지를 상기 반도체 소자의 턴-온 시에 상기 반도체 브리지 회로의 교류 측에 방출하는 방출 수단을 포함하는
    스너버 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전류변화 억제 수단은 상기 직류 전원의 양극과 상기 반도체 브리지 회로의 양극 사이에 접속된 제1 리액터를 포함하고,
    상기 전압변화 억제 수단은 상기 반도체 브리지 회로의 양극에 그 일단이 접속된 제1 콘덴서, 상기 반도체 브리지 회로의 음극에 그 일단이 접속된 제2 콘덴서 및 상기 반도체 브리지 회로의 교류 출력 단자에 일단이 접속된 제3 콘덴서를 포함하고,
    상기 회수 수단은 상기 제1 콘덴서의 타단과 상기 제2 콘덴서의 타단 사이에 접속된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드의 직렬접속점에 상기 제3 콘덴서의 타단이 접속된 다이오드 직렬 회로를 포함하고,
    상기 방출 수단은 상기 제1 콘덴서 및 상기 다이오드 직렬 회로의 접속점과 상기 반도체 브리지 회로의 음극의 사이에 접속된 제3 다이오드 및 제3 리액터를 구비한 제1 LD 직렬 회로, 상기 제2 콘덴서 및 상기 다이오드 직렬 회로의 접속점과 상기 반도체 브리지 회로의 양극의 사이에 접속된 제4 다이오드 및 제4 리액터를 구비한 제2 LD 직렬 회로를 포함하는
    스너버 회로.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전류변화 억제 수단은 상기 직류 전원의 양극과 상기 반도체 브리지 회로의 양극의 사이에 접속된 제1 리액터 및 상기 직류 전원의 음극과 상기 반도체 브리지 회로의 음극의 사이에 접속된 제2 리액터를 포함하고,
    상기 전압변화 억제 수단은 상기 반도체 브리지 회로의 양극에 그 일단이 접속된 제1 콘덴서, 상기 반도체 브리지 회로의 음극에 그 일단이 접속된 제2 콘덴서 및 상기 반도체 브리지 회로의 교류 출력 단자에 일단이 접속된 제3 콘덴서를 포함하고,
    상기 회수 수단은 상기 제1 콘덴서의 타단과 상기 제2 콘덴서의 타단의 사이에 접속된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드의 직렬접속점에 상기 제3 콘덴서의 타단이 접속된 다이오드 직렬 회로를 포함하고,
    상기 방출 수단은 상기 제1 콘덴서와 상기 다이오드 직렬 회로의 접속 점과 상기 직류 전원의 음극의 사이에 접속된 제3 다이오드 및 제3 리액터를 구비한 제1 LD직렬 회로 및 상기 제2 콘덴서와 상기 다이오드 직렬 회로의 접속 점과 상기 직류 전원의 양극의 사이에 접속된 제4 다이오드 및 제4 리액터를 구비한 제2 LD직렬 회로를 포함하는
    스너버 회로.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 제3 리액터 및 상기 제4 리액터는 1개의 철심에 2개의 권선을 구비하여 구성된
    스너버 회로.
  5. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 제1 리액터 및 상기 제2 리액터는 상기 직류 전원과 상기 스너버 회로 사이의 배전선에 존재하는 인덕턴스 성분인
    스너버 회로.
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