KR20160121643A - 멀티 레벨 인버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 별도의 모듈을 추가하지 않고 바이패스 동작을 구현할 수 있는 멀티 레벨 인버터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 인버터는, 서로 직렬로 연결되는 제1 커패시터 및 제2 커패시터, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 이용하여 멀티 레벨의 출력 전압을 생성하는 복수의 스위치 및 상기 복수의 스위치 각각과 병렬로 배치되는 복수의 다이오드, 상기 출력 전압을 출력하는 제1 출력 단자 및 제2 출력단자 및 미리 정해진 바이패스 모드 중 어느 하나에 따라 상기 복수의 스위치를 온(on) 또는 오프(off) 상태로 스위칭하여 상기 제1 출력 단자 및 상기 제2 출력단자에 의한 상기 출력 전압의 출력을 차단하는 제어부를 포함한다. 본 발명에 따른 멀티 레벨 인버터는 단위 셀 별 바이패스 동작을 제어하는 바이패스 스위치를 추가하지 않고도 바이패스 동작을 구현할 수 있는 장점이 있다.

Description

멀티 레벨 인버터{MULTI LEVEL INVERTER}
본 발명은 멀티 레벨 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 모듈을 추가하지 않고 바이패스 동작을 구현할 수 있는 멀티 레벨 인버터에 관한 것이다.
고압 인버터(medium voltage inverter)는 선간 전압 실효치(RMS value)가 600V 이상인 입력 전원을 사용하는 인버터이다. 고압 인버터의 정격 전력 용량(rating power capacity)은 수 백 kW부터 수 십 MW까지 다양하며, 팬(fan), 펌프(pump), 압축기(compressor) 등의 응용 분야에 주로 사용되고 있다. 고압 인버터 분야에서 주로 출력 상 전압(output phase voltage)이 3레벨 이상의 출력 전압을 발생시키는 직렬형 멀티 레벨 인버터(cascaded multi-level inverter)가 사용되는데, 직렬형 멀티 레벨 인버터의 출력 상 전압은 구성되는 단위 셀의 개수에 따라 인버터 출력 전압 레벨의 크기와 개수가 결정된다.
직렬형 멀티 레벨 인버터(cascaded multilevel inverter)는 복수의 단위 셀들을 직렬 연결하여 각 상(phase)을 구성하며, 인버터의 3상 출력 전압은 각 상을 구성하는 단위 셀들의 출력 전압 합으로 결정된다. 이와 같이 복수의 단위 셀을 포함하는 멀티 레벨 인버터에서 단위 셀 중 어느 하나가 고장(fault) 상태가 되면, 출력을 감소시킨 채로 운전을 하는 바이패스(bypass) 운전이 가능하다. 바이패스 운전 시에는 바이패스 스위치(switch)를 통해 고장이 발생한 단위 셀의 출력 단을 단락(short)시켜 사용하지 않고, 나머지 정상 동작하는 단위 셀들만을 사용함으로써 인버터의 정상 동작이 가능하다.
하지만 단위 셀 별 바이패스 동작을 제어하는 바이패스 스위치가 구비되지 않은 인버터의 경우, 고장이 발생한 단위 셀에서 사용하는 전력 스위치의 역병렬 다이오드에 의한 정류 동작으로 직류 단 전압(DC-link voltage)이 상승한다. 이로 인하여 직류 단 캐패시터의 정격 운전 범위를 초과하여 단위 셀이 소손되고, 인버터의 모든 운전이 불가능해진다는 문제점이 있다.
본 발명은 단위 셀 별 바이패스 동작을 제어하는 바이패스 스위치를 추가하지 않고도 바이패스 동작을 구현할 수 있는 멀티 레벨 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 단위 셀에 포함된 복수의 스위치 중 이상이 발생한 스위치의 종류에 따라 개별적인 바이패스 동작을 구현할 수 있는 멀티 레벨 인버터를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 멀티 레벨 인버터에 있어서, 서로 직렬로 연결되는 제1 커패시터 및 제2 커패시터, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 이용하여 멀티 레벨의 출력 전압을 생성하는 복수의 스위치 및 상기 복수의 스위치 각각과 병렬로 배치되는 복수의 다이오드, 상기 출력 전압을 출력하는 제1 출력 단자 및 제2 출력단자 및 미리 정해진 바이패스 모드 중 어느 하나에 따라 상기 복수의 스위치를 온(on) 또는 오프(off) 상태로 스위칭하여 상기 제1 출력 단자 및 상기 제2 출력단자에 의한 상기 출력 전압의 출력을 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 멀티 레벨 인버터는 단위 셀 별 바이패스 동작을 제어하는 바이패스 스위치를 추가하지 않고도 바이패스 동작을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 멀티 레벨 인버터는 단위 셀에 포함된 복수의 스위치 중 이상이 발생한 스위치의 종류에 따라 개별적인 바이패스 동작을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 직렬형 멀티 레벨 인버터의 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 단위 셀의 구성도이다.
도 3은 멀티 레벨의 출력 전압을 형성하기 위하여 단위 셀에 포함된 복수의 다이오드를 제어하기 위한 제어 신호의 파형 및 그에 따른 출력 전압의 크기를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1 바이패스 모드에 따른 단위 셀의 바이패스 동작을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제2 바이패스 모드에 따른 단위 셀의 바이패스 동작을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제3 바이패스 모드에 따른 단위 셀의 바이패스 동작을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 단위 셀 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 직렬형 멀티 레벨 인버터의 구성도이다.
도 1에 도시된 직렬형 멀티 레벨 인버터(101)는 2단의 단위 셀(a1, b1, c1, a2, b2, c2)로 구성되어 있으나, 시스템 요구 사양에 따라 단위 셀의 수는 변경이 가능하다. 각 단위 셀(a1, b1, c1, a2, b2, c2)은 독립된 단상 인버터 구조이며, 도 1과 같이 여러 개의 단위 셀(a1, b1, c1, a2, b2, c2)을 직렬로 연결함으로써 고전압을 얻을 수 있다.
인버터(101)는 예컨대 선간 전압 실효치(RMS)가 600V이상인 3상 전원(105)을 통해 3상 교류 전원을 공급받는다. 3상 전원(105)에 의해 공급된 3상 교류 전원은 위상 변이 변압기(Phase Shift Transformer)(103)에 입력된다. 변압기(103)는 입력된 3상 교류 전원을 절연(isolation)시키고, 단위 셀(a1, b1, c1, a2, b2, c2)의 요구에 맞게 전압의 위상(phase) 및 크기(magnitude)를 변환시킨다. 또한 변압기(100)는 입력된 3상 교류 전원의 전 고조파 왜율(Total Harmonic Distortion, THD)을 위상 변이를 통해 향상시킨다. 변압기(103)는 1차 권선(10) 및 서로 다른 위상을 갖는 2차 권선(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 포함한다.
단위 셀들(a1, b1, c1, a2, b2, c2)은 변압기(103)에서 출력되는 출력 전압들을 입력 전원으로 사용하여 각 상에 해당하는 단위 셀들(a1, b1, c1, a2, b2, c2)의 출력 합으로 3상 전동기(102)에 입력될 최종적인 출력 전압을 합성한다. 여기서 3상 전동기(102)는 유도 전동기(induction machine) 또는 동기 전동기(synchronous machine)와 같은 고압의 3상 전동기일 수 있다.
도 1과 같이 구성된 인버터(101)는 3상, 즉 a상, b상, c상 중 어느 하나의 출력 전압을 출력하게 된다. 예컨대 a상 출력 전압은 직렬 연결된 단위 셀(a1)과 단위 셀(a2)의 출력 전압의 합이고, b상의 출력 전압은 단위 셀(b1)과 단위 셀(b2)의 출력 전압의 합이며, c상의 출력 전압은 단위 셀(c1)과 단위 셀(c2)의 출력 전압의 합이다.
이와 같이 합성된 인버터(101)의 출력 전압의 각각의 상 전압(phase voltage)은 크기는 동일하나 120도의 위상 차를 갖는다. 또한 인버터(101)를 구성하는 단위 셀의 개수 변화 및 단위 셀에 대한 서로 다른 제어를 통해 전동기(102)에 인가되는 출력 전압의 전 고조파 왜율과 전압 변화율(dv/dt)를 개선시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 인버터(101)에 포함된 단위 셀들(a1, b1, c1, a2, b2, c2) 중 하나의 단위 셀의 종래 기술에 따른 구성을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 단위 셀은 정류부(201), 평활화부(202), 출력 전압 생성부(203)를 포함한다.
정류부(201)는 도 2와 같이 6개의 다이오드로 구성된다. 정류부(201)는 도 1에 도시된 변압기(103)로부터 출력되는 3상 전원을 입력받고, 입력된 3상 전원을 직류로 정류한다.
정류부(201)에 의해 정류된 직류 전원은 서로 직렬로 연결되는 2개의 캐패시터, 즉 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)로 전달된다. 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)는 서로 동일한 캐패시턴스 값을 가지며, 이에 따라 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에는 동일한 크기의 전압(Vdc)이 각각 충전된다.
출력 전압 생성부(203)는 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8)를 포함한다. 출력 전압 생성부(203)를 구성하는 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8)는 각각 대응되는 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)와 병렬로 연결된다. 제어부(205)는 제어 신호를 출력하여 각각의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)를 온(on) 또는 오프(off) 상태로 스위칭한다. 여기서 스위치를 온 상태로 스위칭하는 것은 스위치를 폐쇄(close)하는 것을 의미하고, 스위치를 오프 상태로 스위칭하는 것은 스위치를 개방(open)하는 것을 의미한다. 제어부(205)는 제어 신호를 통해 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)의 온 또는 오프 동작을 제어함으로써 멀티 레벨의 출력 전압을 생성하고, 생성된 출력 전압을 제1 출력 단자(U) 및 제2 출력 단자(V)를 통해 출력한다.
도 2의 제1 출력 단자(U) 및 제2 출력 단자(V)를 통해 출력되는 단위 셀의 출력 전압(VUV)은 제1 출력 단자(U)의 극(pole) 전압(VU) 및 제2 출력 단자(V)의 극 전압(VV)의 차에 의해 [수학식 1]과 같이 결정된다.
[수학식 1]
VUV = VU - VV
이 때 제1 출력 단자(U)의 극(pole) 전압(VU) 및 제2 출력 단자(V)의 극 전압(VV)은 제어부(205)에 의한 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)의 상보적인(complimentary) 온/오프 상태에 의해 [표 1]과 같이 결정된다.
스위치 상태(U상) 극 전압(V U ) 스위치 상태(V상) 극 전압(V V )
S2, S5 턴 온 Vdc S4, S7 턴 온 Vdc
S1, S2 턴 온 0 S3, S4 턴 온 0
S1, S6 턴 온 -Vdc S3, S8 턴 온 -Vdc
도 3은 멀티 레벨의 출력 전압을 형성하기 위하여 단위 셀에 포함된 복수의 다이오드를 제어하기 위한 제어 신호의 파형 및 그에 따른 출력 전압의 크기를 나타낸다. 도 3에 도시된 제어 신호의 파형은 IPD(In-Phase Disposition) 변조 기법에 따른 것이다. 도 3을 참조하면, 단위 셀의 양 극에 대한 지령 전압 Vm1과 Vm2는 주파수와 크기는 동일하고 180도 위상 차를 갖는다. 또한 반송파 Vcr1과 Vcr2는 주파수와 크기가 동일하지만 오프셋(offset) 값이 다르다.
도 3과 같이 지령 전압 및 반송파가 생성될 때, 제어부(205)는 반송파 Vcr1과 지령 전압 Vm1및 Vm2이 교차하는 지점에서 스위치(S1, S5)와 스위치(S3, S7)에 대한 제어 신호를 발생시키고, 반송파 Vcr2과 지령 전압 Vm1 및 Vm2가 교차하는 지점에서 스위치(S2, S6)와 스위치(S4, S8)에 대한 제어 신호를 발생시킨다.
이와 같은 제어 신호의 생성에 의해, 도 2의 단위 셀은 [표 1]과 같은 3레벨(Vdc, 0, -Vdc)의 극 전압을 이용하여 도 3의 하단에 표시된 바와 같이 5레벨(2Vdc, Vdc, 0, -Vdc, -2Vdc)의 출력 전압(VUV)을 생성할 수 있다.
한편, 도 2와 같은 단위 셀에서 이상이 발생하여 단위 셀의 정상적인 전압 출력이 불가능한 경우, 종래에는 도 2와 같은 바이패스 스위치(204)를 통해 단위 셀의 전압 출력을 차단한다. 즉, 단위 셀의 이상 발생이 검출되면 제어부(205)는 바이패스 신호를 바이패스 스위치(204)에 인가하며, 이에 따라 바이패스 스위치(204)는 제1 출력 단자(U) 및 제2 출력 단자(V)를 단락시킴으로써 단위 셀의 출력 전압은 0V가 된다. 이와 같은 바이패스 스위치(204)의 동작에 의해 단위 셀의 전압 출력은 차단된다. 또한 암 단락(arm short)을 방지하기 위하여 바이패스된 단위 셀의 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8)에 대응되는 각각의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)는 오프된다.
이처럼 종래 기술에 따른 인버터는 단위 셀의 이상 발생 시 단위 셀의 전압 출력을 차단하기 위해 단위 셀 별로 별도의 바이패스 스위치를 구비해야만 한다. 하지만 이와 같이 단위 셀 별로 바이패스 스위치를 구비하게 될 경우 MC(Magnetic Conductor)와 같은 소자로 구성되는 바이패스 스위치의 배치로 인해 단위 셀의 부피가 증가하게 되며, 배치되는 바이패스 스위치의 개수만큼 인버터의 생산 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 도 2와 같은 바이패스 스위치를 구비하지 않고도 단위 셀의 이상 발생 시 바이패스 동작을 구현할 수 있는 멀티 레벨 인버터에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀의 구성도이다. 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀은 도 2에 도시된 바와 같은 정류부(201)를 포함할 수 있으나 설명의 편의를 위해 도 4에서는 정류부의 구성이 생략된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀은 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제1 내지 제8 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8), 제1 내지 제8 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8), 제어부(401)를 포함한다.
도 4에서, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)의 연결점(41)과 제1 출력 단자(U) 사이에는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 배치된다. 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 서로 직렬로 연결된다.
또한 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)의 연결점(42)과 제2 출력 단자(V) 사이에는 제3 스위치(S3) 및 제4스위치(S4)가 배치된다. 제3 스위치(S3) 및 제4스위치(S4)는 서로 직렬로 연결된다.
또한 제5 스위치(S5) 및 제6 스위치(S6)는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결된다. 제5 스위치(S5) 및 제6 스위치(S6)는 서로 직렬로 연결된다.
또한 제7 스위치(S7) 및 제8 스위치(S8)는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결된다. 제7 스위치(S7) 및 제8 스위치(S8)는 서로 직렬로 연결된다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 제5 스위치(S5) 및 제7 스위치(S7)는 직류 단 전압 커패시터의 양(+)의 극과 연결되고, 제6 스위치(S6) 및 제8 스위치(S8)는 직류 단 커패시터의 음(-)의 극과 연결된다.
도 4에 도시된 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제1 내지 제8 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8), 제1 내지 제8 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)의 기능 및 제어부(401)의 제어 신호에 따른 출력 전압의 생성 과정은 도 2에 도시된 종래 단위 셀과 동일하다. 다만 도 2에 도시된 종래 단위 셀과는 달리, 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀은 바이패스 스위치를 구비하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(401)는 미리 정해진 바이패스 모드 중 어느 하나에 따라 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8) 각각과 병렬로 배치되는 제1 내지 제8 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)를 온 또는 오프 상태로 스위칭함으로써 제1 출력 단자(U) 및 제2 출력단자(V)에 의한 출력 전압의 출력을 차단할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 바이패스 모드에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1 바이패스 모드에 따른 단위 셀의 바이패스 동작을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 바이패스 모드에서, 제어부(401)는 도 5와 같이 제5 다이오드(D5)에 대응되는 제5 스위치(S5) 및 제7 다이오드(D7)에 대응되는 제7 스위치(S7)만을 온 상태로 스위칭하고, 나머지 다이오드(D1 내지 D4, D6, D8)에 대응되는 스위치(S1 내지 S4, S6, S8)를 오프 상태로 스위칭한다. 이에 따라 전류는 양(+)의 방향일 때 화살표(실선)와 같은 방향으로 흐르고, 음(-)의 방향일 때 화살표(점선)와 같은 방향으로 흐르게 되어 단위 셀의 전압 출력이 차단된다. 이와 같은 제1 바이패스 모드는 제5 다이오드(D5), 제7 다이오드(D7), 제5 스위치(S5), 제7 스위치(S7)가 정상적으로 동작할 때 실행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제2 바이패스 모드에 따른 단위 셀의 바이패스 동작을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 바이패스 모드에서, 제어부(401)는 도 6과 같이 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 제3 다이오드(D3), 제4 다이오드(D4)에 대응되는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4)만을 온 상태로 스위칭하고, 나머지 다이오드(D5 내지 D8)에 대응되는 스위치(S5 내지 S8)를 오프 상태로 스위칭한다. 이에 따라 전류는 양(+)의 방향일 때 화살표(실선)와 같은 방향으로 흐르고, 음(-)의 방향일 때 화살표(점선)와 같은 방향으로 흐르게 되어 단위 셀의 전압 출력이 차단된다. 이와 같은 제2 바이패스 모드는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 제3 다이오드(D3), 제4 다이오드(D4), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4)가 정상적으로 동작할 때 실행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제3 바이패스 모드에 따른 단위 셀의 바이패스 동작을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제3 바이패스 모드에서, 제어부(401)는 도 7과 같이 제6 다이오드(D6)에 대응되는 제6 스위치(S6) 및 제8 다이오드(D8)에 대응되는 제8 스위치(S8)만을 온 상태로 스위칭하고, 나머지 다이오드(D1 내지 D5, D7)를 오프 상태로 스위칭한다. 이에 따라 전류는 양(+)의 방향일 때 화살표(실선)와 같은 방향으로 흐르고, 음(-)의 방향일 때 화살표(점선)와 같은 방향으로 흐르게 되어 단위 셀의 전압 출력이 차단된다. 이와 같은 제3 바이패스 모드는 제6 다이오드(D6), 제8 다이오드(D8), 제6 스위치(S6), 제8 스위치(S8)가 정상적으로 동작할 때 실행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(401)는 제1 내지 제8 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8) 및 제1 내지 제8 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8) 중 적어도 하나의 이상 발생 여부를 검출할 수 있다. 만약 제1 내지 제8 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8) 및 제1 내지 제8 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8) 중 적어도 하나에 이상이 발생된 것을 검출하면, 제어부(401)는 이상이 발생한 다이오드 또는 스위치의 종류에 따라서 단위 셀에 적용될 바이패스 모드를 결정하고, 결정된 바이패스 모드에 따라 미리 정해진 스위치를 온 상태로 스위칭하고 나머지 스위치는 오프 상태로 스위칭함으로써 제1 출력 단자(U) 및 제2 출력단자(V)에 의한 출력 전압의 크기를 0V로 만든다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 제3 다이오드(D3), 제4 다이오드(D4), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4) 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 제어부(401)는 제1 바이패스 모드 또는 제3 바이패스 모드에 따라 미리 정해진 스위치만을 온 상태로 스위칭하여 제1 출력 단자(U) 및 제2 출력단자(V)에 의한 전압 출력을 차단한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 제5 다이오드(D5), 제7 다이오드(D7), 제5 스위치(S5), 제7 스위치(S7) 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 제어부(401)는 제2 바이패스 모드 또는 제3 바이패스 모드에 따라 미리 정해진 스위치만을 온 상태로 스위칭하여 제1 출력 단자(U) 및 제2 출력단자(V)에 의한 전압 출력을 차단한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 제6 다이오드(D6), 제8 다이오드(D8), 제6 스위치(S6), 제8 스위치(S8) 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 제어부(401)는 제1 바이패스 모드 또는 제2 바이패스 모드에 따라 미리 정해진 스위치만을 온 상태로 스위칭하여 제1 출력 단자(U) 및 제2 출력단자(V)에 의한 전압 출력을 차단한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 단위 셀 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 제어부(401)는 먼저 인버터의 단위 셀에 포함된 복수의 다이오드 또는 복수의 다이오드 각각에 대응되는 스위치의 이상 여부를 검출한다(802). 만약 복수의 다이오드 및 복수의 다이오드 각각에 대응되는 스위치 중 적어도 하나의 이상 발생이 검출되면, 제어부(401)는 이상이 발생한 다이오드 또는 스위치의 종류에 따라 적용될 바이패스 모드를 결정한다(804).
만약 제5 다이오드(D5), 제7 다이오드(D7), 제5 스위치(S5), 제7 스위치(S7)를 제외한 나머지 다이오드(D1 내지 D4, D6, D8) 및 스위치(S1 내지 S4, S6, S8) 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 제어부(401)는 제1 바이패스 모드를 적용하여 단위 셀의 전압 출력을 차단한다(806).
만약 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 제3 다이오드(D3), 제4 다이오드(D4), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4)를 제외한 나머지 다이오드(D5 내지 D8) 및 스위치(S5 내지 S8) 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 제어부(401)는 제2 바이패스 모드를 적용하여 단위 셀의 전압 출력을 차단한다(808).
만약 제6 다이오드(D6), 제8 다이오드(D8), 제6 스위치(S6), 제8 스위치(S8) 를 제외한 나머지 다이오드(D1 내지 D5, D7) 및 스위치(S1 내지 S5, S7) 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 제어부(401)는 제3 바이패스 모드를 적용하여 단위 셀의 전압 출력을 차단한다(810).
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (6)

  1. 서로 직렬로 연결되는 제1 커패시터 및 제2 커패시터;
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 이용하여 멀티 레벨의 출력 전압을 생성하는 복수의 스위치 및 상기 복수의 스위치 각각과 병렬로 배치되는 복수의 다이오드;
    상기 출력 전압을 출력하는 제1 출력 단자 및 제2 출력단자; 및
    미리 정해진 바이패스 모드 중 어느 하나에 따라 상기 복수의 스위치를 온(on) 또는 오프(off) 상태로 스위칭하여 상기 제1 출력 단자 및 상기 제2 출력단자에 의한 상기 출력 전압의 출력을 차단하는 제어부를
    포함하는 멀티 레벨 인버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 연결점과 상기 제1 출력 단자 사이에서 직렬로 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치;
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 연결점과 상기 제2 출력 단자 사이에서 직렬로 연결되는 제3 스위치및 제4 스위치;
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되며 서로 직렬로 연결되는 제5 스위치및 제6 스위치; 및
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되며 서로 직렬로 연결되는 제7 스위치및 제8 스위치를
    포함하는 멀티 레벨 인버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미리 정해진 바이패스 모드는
    상기 제 제5 스위치 및 제7 스위치만을 온 상태로 스위칭하고 나머지 스위치를 오프 상태로 스위칭하는 제1 바이패스 모드;
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치를 온 상태로 스위칭하고 나머지 스위치를 오프 상태로 스위칭하는 제2 바이패스 모드; 및
    상기 제6 스위치 및 상기 제8 스위치만을 온 상태로 스위칭하고 나머지 스위치를 오프 상태로 스위칭하는 제3 바이패스 모드를
    포함하는 멀티 레벨 인버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 다이오드, 상기 제2 다이오드, 상기 제3 다이오드, 상기 제4 다이오드, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 상기 제1 바이패스 모드 또는 상기 제3 바이패스 모드에 따라 상기 출력 전압의 출력을 차단하는
    멀티 레벨 인버터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제5 다이오드, 상기 제7 다이오드, 상기 제5 스위치, 상기 제7 스위치 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 상기 제1 바이패스 모드 또는 상기 제2 바이패스 모드에 따라 상기 출력 전압의 출력을 차단하는
    멀티 레벨 인버터.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제6 다이오드, 상기 제8 다이오드, 상기 제6 스위치, 상기 제8 스위치 중 적어도 하나에 이상이 발생한 경우, 상기 제1 바이패스 모드 또는 상기 제2 바이패스 모드에 따라 상기 출력 전압의 출력을 차단하는
    멀티 레벨 인버터.
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