KR20160149540A - 전력 변환 장치 - Google Patents

Abstract

전력 변환 장치는 전력원으로부터 제공되는 전력을 온오프시키는 파워 디바이스와, 파워 디바이스에 연결되는 리액터와, 리액터에 병렬 연결되는 캐패시터를 포함한다. 리액터는 서로 마주보는 제1 및 제2 자성체와, 제1 및 제2 자성체 각각을 권선하는 제1 코일과, 제1 및 제2 자성체 사이에 배치되는 자속 센서를 포함한다.

Description

전력 변환 장치{POWER CONVERTING APPARATUS}

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다.

전력 변환 장치는 교류 전력을 직류 전력으로 또는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 장치로서, 전기 자동차, 태양광, 에너지 저장 장치, 고전압 직류 송전 시스템 등과 같이 대부분의 전기 전자 관련 산업에 적용되고 있다.

종래의 전력 변환 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 전력원(11), 파워 디바이스(13), 다이오드(15), 리액터(17), 캐패시터(21) 및 전류 센서(19)를 포함한다.

전력원(11)은 수요측에서는 3상 교류 전력이고 수요측에서는 직류 전력일 수 있다.

파워 디바이스(13)는 스위치로서 전력원(11)의 공급을 스위칭한다. 리액터(17)와 캐패시터(21)는 전력원을 LC 변환시킨다.

전류 센서(19)는 파워 디바이스(13)의 온 동작으로 전력원(11)에 의해 리액터(17)에 흐르는 전류를 검출한다. 전류 센서(19)에 의해 검출된 전류를 바탕으로 과전류 여부가 파악되어 과전류시 제어 회로나 시스템 회로가 보호된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 여러가지 타입의 전류 센서가 사용된다. 전류 센서는 부품으로서 전력 변환 장치에 별도로 설치된다.

따라서, 종래에는 부품으로 구성된 전류 센서가 별도로 설치됨에 따라 전력 변환 장치의 사이즈가 증가되고 또한 별도의 전류 센서가 필요하므로 전력 변환 장치의 제품 단가가 증가되는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 별도의 전류 센서가 필요하지 않아 제품 사이즈가 줄고 제품 단가를 낮출 수 있는 전력 변환 장치를 제공한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 전력 변환 장치는, 전력원으로부터 제공되는 전력을 온오프시키는 파워 디바이스; 상기 파워 디바이스에 연결되는 리액터; 및 상기 리액터에 병렬 연결되는 캐패시터를 포함한다. 상기 리액터는 서로 마주보는 제1 및제2 자성체; 상기 제1 및 제2 자성체 각각을 권선하는 제1 코일; 및 상기 제1 및 제2 자성체 사이에 배치되는 자속 센서를 포함한다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 리액터의 제1 및 제2 자성체 사이에 자속 센서를 배치하여 자속 센서에서 검출된 자속을 바탕으로 전류를 파악할 수 있으므로, 종래와 같이 별도의 부품인 전류 센서가 구비될 필요가 없어 제품 사이즈가 줄고 제품 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 전력 변환 장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 종래의 부품 타입의 전류 센서를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 리액터를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 리액터를 상세하게 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 리액터를 도시한 회로 블록도이다.

이하, 본 발명과 관련된 실시예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "파트", "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

도 3은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 도시한 회로도이다.

도 3을 참고하면, 전력 변환 장치는 전력원(51), 파워 디바이스(53), 다이오드(55), 리액터(57) 및 캐패시터(59)를 포함한다.

전력원(51)은 수요측에서는 3상 교류 전력이고 수요측에서는 직류 전력일 수 있다.

파워 디바이스(53)는 스위치 소자로서 전력원(51)의 공급을 스위칭한다. 파워 디바이스(53)은 예컨대, IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor), FET(Field Effect Transistor), 트랜지스터 등일 수 있다.

리액터(57)와 캐패시터(59)는 전력원(51)을 LC 변환시킨다. 리액터(57)는 파워 디바이스(53)과 다이오드(55) 사이의 노드에 연결되고, 캐패시터는 리액터(57)에 병렬 연결될 수 있다.

다이오드(55)는 파워 디바이스(53)의 온 동작시 전력원(51)이 그라운드 접지로 흐르지 않도록 방지하는 한편 파워 디바이스(53)의 오프 동작시 리액터(57) 및 캐패시터(59)를 포함하는 폐회로가 구성되도록 한다.

한편, 본 발명에서는 리액터(57)에 전류 센싱 기능이 추가될 수 있다. 즉, 리액터(57)는 캐패시터(59)와 함께 전력원(51)을 LC 변환시키는 기능과 더불어 리액터(57)에 흐르는 전류를 검출하는 기능을 가질 수 있다.

이하에서 리액터(57)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 리액터를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 리액터를 상세하게 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 리액터를 도시한 회로 블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 리액터(57)는 서로 마주보도록 배치된 제1 및 제2 자성체(71, 77)와 제1 및 제2 자성체(71, 77)에 권선된 제1 코일(미도시)를 포함한다.

제1 및 제2 자성체(71, 77)는 강자성체(ferrite core)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.

제1 자성체(71)는 양 단에서 연장된 제1 및 제2 연장부(73)와 양단 사이의 중심 단에서 연장된 제3 연장부(75)를 포함한다. 이때, 제1 내지 제3 연장부(73, 75)는 동일한 폭을 가질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 연장부(73) 각각의 폭(d1)과 제3 연장부(75)의 폭(d2)은 동일할 수 있다.

제2 자성체(77)는 양단 각각에서 연장된 제1 및 제2 연장부(79)와 양단 사이의 중심 단에서 연장된 제3 연장부(81)를 포함한다. 이때, 제1 및 제2 연장부(79) 각각의 폭(d3)과 제3 연장부(81)의 폭(d4)은 상이하다. 즉, 제3 연장부(81)의 폭(d4)는 제1 및 제2 연장부(79) 각각의 폭(d3)보다 작다.

이와 같이, 제3 연장부(81)의 폭(d4)는 제1 및 제2 연장부(79) 각각의 폭(d3)보다 작게 됨으로써, 제1 자성체(71)의 제1 및 제2 연장부(73) 각각의 끝단과 제2 자성체(77)의 제1 및 제2 연장부(79) 각각의 끝단이 각각 서로 접촉될 때, 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)의 끝단과 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81)의 끝단은 서로 접촉되지 않고 이격될 수 있다. 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)의 끝단과 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81)의 끝단 사이에 이격 공간(S)이 형성될 수 있다.

본 발명에서는 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81)를 짧게 만들어 이격 공간(S)을 형성하는 것을 설명하고 있지만, 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81) 대신 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)를 짧게 만들어 이격 공간(S)을 형성할 수도 있다.

또는 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)의 폭(d2)이 제1 자성체(71)의 제1 및 제2 연장부(73) 각각의 폭(d1)보다 작으며 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81)의 폭(d4)이 제2 자성체(77)의 제1 및 제2 연장부(79) 각각의 폭(d3)보다 작게 만들어, 이격 공간(S)을 형성할 수도 있다.

제1 및 제2 자성체(71, 77)는 자속이 보다 효율적으로 생성되도록 도와주는 역할을 한다.

즉, 제1 및 제2 자성체(71, 77)에 감겨진 제1 코일에 전류가 흐르게 되면, 제1 코일에 흐르는 전류에 의해 자속(flux)이 발생되고, 이러한 자속은 제1 및 제2 자성체(71, 77)에 의해 보다 더 효율적으로 발생될 수 있다.

제1 코일은 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)와 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81)의 외측면을 둘러싸도록 권선될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.

한편, 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)와 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81) 사이의 이격 공간(S)에 자속 센서(83)가 배치될 수 있다. 자속 센서(83)는 제1 코일에 흐르는 전류에 의해 발생된 자속을 검출할 수 있다.

자속 센서(83)는 도 5에 도시한 바와 같이, 코일(85, 이하 제2 코일이라 함)로 구성될 수 있다. 제2 코일(85)은 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)와 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81) 사이의 이격 공간(S)에서 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)의 끝단면 또는 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81)의 끝단면에 평행하게 배치될 수 있다.

제2 코일(85)은 일측으로부터 인입되어 나사선 방향을 따라 권선되어 타측으로 인출될 수 있다.

따라서, 제2 코일(85)은 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)로부터 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81)로 진행되는 자속 방향에 대해 직교하여 권선될 수 있다. 이와 같이 제2 코일(85)이 자속 방향에 대해 직교하여 권선됨으로써, 제1 자성체(71)의 제3 연장부(75)로부터 제2 자성체(77)의 제3 연장부(81)로 진행되는 자속의 검출 정밀도가 향상될 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 리액터(57)의 자속 센서(83)가 증폭부(87)에 연결되어, 자속 센서(83)에서 검출된 자속이 증폭될 수 있다. 자속 센서(83) 및 증폭부(87)에 의해 검출된 자속은 해당 전류로 변환될 수 있다. 이를 위해, 리액터(57)에 구비된 자속 센서(83)에서 검출된 자속과 그에 따른 전류 관계가 실험을 통해 최적화되어 전력 변환 장치에 설정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 리액터(57)의 제1 및 제2 자성체(71, 77) 사이에 자속 센서(83)를 배치하여 자속 센서(83)에서 검출된 자속을 바탕으로 전류를 파악할 수 있으므로, 종래와 같이 별도의 부품인 전류 센서가 구비될 필요가 없어 제품 사이즈가 줄고 제품 단가를 낮출 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

상기와 같이 기재된 실시예들은 설명된 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (8)

1. 전력원으로부터 제공되는 전력을 온오프시키는 파워 디바이스;
   상기 파워 디바이스에 연결되는 리액터; 및
   상기 리액터에 병렬 연결되는 캐패시터를 포함하고,
   상기 리액터는,
   서로 마주보는 제1 및제2 자성체;
   상기 제1 및 제2 자성체 각각을 권선하는 제1 코일; 및
   상기 제1 및 제2 자성체 사이에 배치되는 자속 센서를 포함하는 전력 변환 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 자성체 각각은,
   양단에서 연장된 제1 및 제2 연장부; 및
   상기 양단 사이의 중심 영역에서 연장된 제3 연장부를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 자성체 중 어느 하나의 자성체의 상기 제3 연장부의 폭은 상기 제1 및 제2 연장부 각각의 폭보다 작은 전력 변환 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 자성체의 상기 제3 연장부와 상기 제2 자성체의 상기 제3 연장부 사이에 이격 공간이 형성되는 전력 변환 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 자속 센서는 상기 이격 공간에 배치되는 전력 변환 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 자속 센서는 제2 코일을 포함하는 전력 변환 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 코일은 상기 제1 자성체의 상기 제3 연장부로부터 상기 제2 자성체의 상기 제3 연장부로 진행되는 자속 방향에 대해 직교하여 권선되는 전력 변환 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제2 코일은 일측으로부터 인입되어 나사선 방향을 따라 권선되어 타측으로 인출되는 전력 변환 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 자속 센서에 연결되어 자속을 증폭시키는 증폭부를 더 포함하는 전력 변환 장치.

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