KR20170078744A - 경사 드라이버, 스위칭 증폭기 및 스위치 증폭기를 동작시키기 위한 방법 - Google Patents

경사 드라이버, 스위칭 증폭기 및 스위치 증폭기를 동작시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

방법은 스위칭 증폭기(switching amplifier)를 동작시키기 위하여 사용되고, 스위칭 증폭기는 복수의 캐스케이드 요소를 포함한다. 방법은, 부하의 2개의 단자 사이에 캐스케이드 요소를 직렬로 결합하는 단계; 각각 스위치를 포함하는 2개의 가지 회로(leg circuit)를 캐스케이드 요소의 각각에 제공하는 단계; 및 스위칭 증폭기에 의해 생성된 공통 모드(common mode; CM) 전압의 변화가 미리 정해진 범위 내에 있도록, 공간 벡터 변조(space vector modulation; SVM)를 이용하여 스위칭 증폭기에 포함된 모든 스위치를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

경사 드라이버, 스위칭 증폭기 및 스위치 증폭기를 동작시키기 위한 방법{GRADIENT DRIVER, SWITCHING AMPLIFIER, AND METHOD FOR OPERATING SWITCHING AMPLIFIER}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 전문이 본 명세서에 참조로서 편입되는 2014년 10월 28일 출원된 중국 특허 출원 제201410587975.9호의 우선권을 주장한다.
본 개시 내용의 실시예들은 일반적으로 스위칭 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging; MRI) 시스템과 양립하는 경사 드라이버(gradient driver)에 관한 것이다.
MRI 시스템에서, 경사 드라이버는, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향을 따라 자기장 경사를 생성하기 위하여, 대상, 예를 들어 환자 주위로 위치된 경사 코일(gradient coil)을 여기하도록 구성된다. 전형적으로, 경사 드라이버는 IGBT(insulated gate bipolar transistor), 전력 MOSFET(metal oxide semiconductor filed effect transistor) 등과 같은 전력 반도체 소자로 구성된 스위칭 파워 스플라이이다. 경사 드라이버에 의해 전송될 수 있는 전력을 제어하기 위하여, 전력 반도체 소자는 보통 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 방법으로 동작된다.
그러나, PWM 방법은 많은 고주파수 고조파 성분을 생성할 수 있는 급속한 과도 전압(dv/dt) 또는 급속한 과도 전류(di/dt)를 야기할 것이다. 전술한 바와 같이, 고주파수 고조파 성분은 RF(radio frequency) 코일에 의해 감지될 RF 신호를 오염시키고, MR 이미지 품질의 상당한 열화를 야기할 수 있다. 고주파수 고조파 성분은 차동 모드(differential model; DM) 전자기 노이즈와 공통 모드(common mode; CM) 전자기 노이즈로서 정의될 수 있다. 보통, CM 전자기 노이즈의 크기는 DM 전자기 노이즈의 크기보다 더 크다.
따라서, 경사 드라이버에 의해 생성된 CM 전자기 노이즈를 감소시키는 것이 바람직하다.
본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예에 따라, 스위칭 증폭기(switching amplifier)가 제공된다. 스위칭 증폭기는 제어 장치와, 부하의 2개의 단자 사이에 직렬로 결합된 복수(n)의 캐스케이드 요소를 포함한다. 캐스케이드 요소의 각각은 실질적으로 동일하고 각각 스위치로 구성된 2개의 가지 회로(leg circuit)를 포함한다. 제어 장치는 각각의 캐스케이드 요소의 각각의 가지 회로의 각각의 스위치에 결합된다; 제어 장치는, 스위칭 증폭기에 의해 생성된 공통 모드(common mode; CM) 전압이 일정한 값과 같도록, 공간 벡터 변조(space vector modulation; SVM)를 이용하여 모든 스위치를 제어하도록 구성된다.
본 개시 내용의 이러한 특징, 양태 및 이점과, 다른 특징, 양태 및 이점이 유사한 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 나타내는 다음의 첨부된 도면을 참조하여 이어지는 상세한 설명을 읽을 때 더 양호하게 이해될 것이다:
도 1은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 스위칭 증폭기의 회로도이다.
도 2는 2개의 캐스케이드 요소를 갖는 스위칭 증폭기에 대한 도 1의 간략화된 표현이다.
도 3은 도 2의 스위칭 증폭기에 대한 제1 전압 곡선을 도시한다.
도 4는 도 2의 스위칭 증폭기에 대한 제2 전압 곡선을 도시한다.
도 5는 도 2의 스위칭 증폭기에 대한 제3 전압 곡선을 도시한다.
도 6은 도 2의 스위칭 증폭기에 대한 제4 전압 곡선을 도시한다.
도 7은 3개의 캐스케이드 요소를 갖는 스위칭 증폭기에 대한 도 1의 된 표현이다.
도 8은 도 7의 스위칭 증폭기에 대한 제1 전압 곡선을 도시한다.
도 9는 도 7의 스위칭 증폭기에 대한 제2 전압 곡선을 도시한다.
이러한 실시예들에 대한 간결한 설명을 제공하기 위한 노력으로, 하나 이상의 특정 실시예에서 실제 구현예의 모든 특징들이 설명되지는 않는다. 임의의 이러한 실제 구현예의 개발에 있어서, 임의의 공학 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 개발자의 특정 목표를 성취하기 위하여, 구현예별로 달라질 수 있는 시스템 관련 및 비즈니스 관련 제한 사항의 준수와 같은 다양한 구현예에 특정된 판단이 이루어져야 한다는 것이 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는다면, 본 명세서에 사용되는 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 개시 내용이 속하는 기술 분야에서의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 "제1", "제2" 및 이와 유사한 것과 같은 용어는 어떠한 순서, 양 또는 중요도를 나타내지 않으며, 대신 한 요소를 다른 요소로부터 구별하는데 사용된다. 단수를 나타내는 용어는 양의 제한을 나타내지 않으며, 대신 참조되는 항목의 적어도 하나의 존재를 나타낸다. "또는" 이라는 용어는 포함적인 의미를 가지며, 열거된 항목 중 임의의 항목, 여러 항목 또는 모든 항목을 의미한다. "포함하는", "구비하는" 또는 "갖는"이라는 용어 및 이의 변형은 이전에 열거된 항목 및 이의 균등물과, 추가적인 항목을 포함하는 것으로 의도된다. "연결된(connected)" 및 "결합된(coupled)"이라는 용어는 물리적 또는 기계적 연결 또는 결합에 한정되지 않으며, 직접적이거나 간접적인 것에 관계 없이, 전기적 연결 또는 결합을 포함할 수 있다. "회로(circuit)", "회로망(circuitry)" 및 "컨트롤러(controller)"라는 용어는 능동 및/또는 수동 컴포넌트이고, 설명된 기능을 제공하기 위하여 선택적으로 연결되거나 아니면 함께 결합될 수 있는 복수의 컴포넌트 또는 단일 컴포넌트를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예로서, 도 1은 캐스케이드(cascade) 형태로 구성된 스위칭 증폭기(switching amplifier)(100)이다. 스위칭 증폭기(100)는 부하(200)에 전력을 공급하도록 구성된다. 비한정적인 예로서, 스위칭 증폭기(100)는 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging; MRI) 시스템의 경사 증폭기(gradient amplifier)이고, 부하(200)는 MRI 시스템의 경사 코일(gradient coil)이다.
스위칭 증폭기(100)는 제어 장치(10)와, 동일한 종류의 복수(n)의 캐스케이드 요소(KE1, KE2, ... KEn)를 포함한다. 다른 실시예에서, 제어 장치(10)는 스위칭 증폭기(100) 내에 포함되지 않는다. 상세하게는, 캐스케이드 요소(KE1, KE2, ... KEn)는 부하(200)의 2개의 단자 사이에 직렬 연결된다. 캐스케이드 요소 전압(U1, U2, ... Un)이 해당하는 캐스케이드 요소(KE1, KE2, ... KEn)에 할당되고, 이들의 합은 부하(200)에 걸쳐 스위칭 증폭기(100)의 출력 전압(Uout)을 제공한다; 따라서, Uout = U1 + U2 + ... Un이다.
캐스케이드 요소(KE1, KE2, ... KEn)의 각각은 전원이 연결되는 알려진 방식의 2개의 가지 회로(leg circuit)를 포함한다. 각각의 가지 회로는 전원(4)의 2개의 극 사이에 직렬 연결된 2개의 스위치(S1, S2)와, 2개의 스위치(S1, S2) 사이의 접속점으로서 정의되는 가지 단자를 포함한다. 비한정적인 예로서, 2개의 스위치(S1, S2)는 IGBT(Insulated Gas Bipolar Transistor) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor), 또는 다른 제어 가능한 반도체 소자 등일 수 있다. 비한정적인 예로서, 캐스케이드 요소 전압(U1, U2, ... Un)의 각각은 2개의 대응하는 가지 회로의 2개의 가지 단자 사이의 전압으로서 정의된다. 또한, 커패시턴스(C+, C-)는 스위칭 증폭기(100)의 분산된 컨덕터-접지 간 커패시턴스 또는 커플링 커패시턴스에 대하여 도 1에 예시적으로 도시된다.
캐스케이드 요소의 구조와 기능이 캐스케이드 요소(KE1, KE2 및 KEn)에 대하여 예로서 설명된다. 다른 캐스케이드 요소(KE3 내지 KEn-1)는 캐스케이드 요소(KE1, KE2 및 KEn) 중 하나와 유사하게 구성된다. 캐스케이드 요소(KE1, KE2 및 KEn)를 예로 들면, 캐스케이드 요소(KE1)의 하나의 가지 회로의 가지 단자는 L1로 라벨이 표시되고, 캐스케이드 요소(KE1)의 다른 가지 회로의 가지 단자는 R1로 라벨이 표시된다. 캐스케이드 요소 전압(U1)은 다음의 수식으로 계산된다: U1 = VL1 - VR1. 여기에서 VL1과 VR1은 각각 가지 단자 L1과 R1의 전위이다.
캐스케이드 요소(KE2)의 하나의 가지 회로의 가지 단자는 L2로 라벨이 표시되고, 캐스케이드 요소(KE2)의 다른 가지 회로의 가지 단자는 R2로 라벨이 표시된다. 캐스케이드 요소 전압(U2)은 다음의 수식으로 계산된다: U2 = VL2 - VR2. 여기에서 VL2와 VR2는 각각 가지 단자 L2와 R2의 전위이다.
캐스케이드 요소(KEn)의 하나의 가지 회로의 가지 단자는 Ln으로 라벨이 표시되고, 캐스케이드 요소(KEn)의 다른 가지 회로의 가지 단자는 Rn으로 라벨이 표시된다. 캐스케이드 요소 전압(Un)은 다음의 수식으로 계산된다: Un = VLn - VRn 여기에서 VLn과 VRn은 각각 가지 단자 Ln과 Rn의 전위이다.
각각의 드라이버(5)가 스위치(S1, S2)에 할당된다. 드라이버(5)는 모든 캐스케이드 요소(KE1 내지 KEn)에 의해 공유되는 제어 장치(10)에 의해 구동되고, 모든 스위치는, 스위칭 증폭기(100)에 의해 생성된 공통 모드(common mode; CM) 전압의 변화가 미리 정해진 범위 내에 있고 부하(200)에 걸친 전압이 -nVdc 내지 nVdc의 범위 내에 있도록, 공간 벡터 변조(space vector modulation; SVM)에 따라 각각의 드라이버(5)에 의해 제어되고, 여기에서 Vdc는 전원(4)의 전압이다. CM 전압(Ucm)은 부하(200)에 연결된 2개의 가지 단자(L1, Rn)의 전위와 연관된다. 상세하게는, 미리 정해진 범위 및 SVM 방법은 도 2 내지 9에서 설명될 것이다.
CM 전압의 변화가 미리 정해진 범위 내에 있기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI)이 감소된다. 특정 예로서, CM 전압의 변화는 0과 같고, 따라서 CM 전압에 의해 생성된 EMI는 더 감소된다.
제어 장치(10)는 각각의 모듈이 해당하는 캐스케이드 요소에 할당된 다수의 모듈로부터 형성되는 것으로 도시된다. 다른 실시예에서, 제어 장치(10)는 통합된 서브 어셈블리로서 구성된다.
도 2를 더 참조하면, 도 1에 따른 2개의 캐스케이드 요소를 갖는 스위칭 증폭기(300)가 도시된다. 비한정적인 예로서, 스위칭 증폭기(300)는 2개의 캐스케이드 요소(KE1, KE2)를 포함한다. 일 실시예에서, 캐스케이드 요소(KE1, KE2)의 각각의 가지 회로는 전원(4)의 2개의 극 사이에 직렬 연결된 2개의 스위치를 포함한다.
캐스케이드 요소(KE1)는 2개의 가지 회로(A, B)를 포함한다. 가지 회로(A)의 2개의 스위치는 각각 S1a 및 S2a로 라벨이 표시되고, 가지 회로(B)의 2개의 스위치는 각각 S1b 및 S2b로 라벨이 표시된다.
캐스케이드 요소(KE2)는 2개의 가지 회로(C, D)를 포함한다. 가지 회로(C)의 2개의 스위치는 각각 S1c 및 S2c로 라벨이 표시되고, 가지 회로(D)의 2개의 스위치는 각각 S1d 및 S2d로 라벨이 표시된다.
8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, 스위칭 증폭기(300)에 의해 생성된 CM 전압의 변화가 미리 정해진 범위 내에 있고 부하(200)에 걸친 전압이 -2Vdc 내지 2Vdc의 범위 내에 있도록, 아래에서 표시된 바와 같은 표 1에서 설명된 10개의 벡터 중 하나를 이용하여 제어된다.
다음의 표 1은 공간 벡터 변조를 성취하기 위하여 어느 스위치들이 열린 위치와 닫힌 위치에 있는지 설명한다.
벡터 No. 스위칭 상태 Uout Ucm
S1a S2a S1b S2b S1c S2c S1d S2d
1 오프 온 오프 온 오프 온 온 오프 -Vdc V0+0.5Vdc
2 오프 온 오프 온 온 오프 온 오프 0 V0+0.5Vdc
3 오프 온 온 오프 오프 온 온 오프 -2Vdc V0+0.5Vdc
4 오프 온 온 오프 온 오프 온 오프 -Vdc V0+0.5Vdc
5 온 오프 오프 온 오프 온 오프 온 Vdc V0+0.5Vdc
6 온 오프 오프 온 온 오프 오프 온 2Vdc V0+0.5Vdc
7 온 오프 온 오프 오프 온 오프 온 0 V0+0.5Vdc
8 온 오프 온 오프 온 오프 오프 온 Vdc V0+0.5Vdc
9 오프 온 온 오프 온 오프 오프 온 0 V0
10 오프 온 오프 온 온 오프 오프 온 Vdc V0
전압 벡터 표
"온(ON)"이라는 용어는 스위치가 닫혀 있거나 전도성인 것을 의미한다. "오프(오프)"라는 용어는 스위치가 열려 있거나 비전도성인 것을 의미한다.
벡터 용어
위에서 표 1에 나타낸 바와 같이, 제1 벡터(1)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 오프, 온, 오프, 온, 오프, 온, 온, 오프인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0 + 0.5Vdc와 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 -Vdc와 동일하도록, 제1 벡터(1)를 이용하여 제어된다.
제2 벡터(2)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 오프, 온, 오프, 온, 온, 오프, 온, 오프인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0 + 0.5Vdc와 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 0 볼트와 동일하도록, 제2 벡터(2)를 이용하여 제어된다.
제3 벡터(3)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 오프, 온, 온, 오프, 오프, 온, 온, 오프인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0 + 0.5Vdc와 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 -2Vdc와 동일하도록, 제3 벡터(3)를 이용하여 제어된다.
제4 벡터(4)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 오프, 온, 온, 오프, 온, 오프, 온, 오프인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0 + 0.5Vdc와 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 -Vdc와 동일하도록, 제4 벡터(4)를 이용하여 제어된다.
제5 벡터(5)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 온, 오프, 오프, 온, 오프, 온, 오프, 온인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0 + 0.5Vdc와 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 Vdc와 동일하도록, 제5 벡터(5)를 이용하여 제어된다.
제6 벡터(6)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 온, 오프, 오프, 온, 온, 오프, 오프, 온인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0 + 0.5Vdc와 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 2Vdc와 동일하도록, 제6 벡터(6)를 이용하여 제어된다.
제7 벡터(7)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 온, 오프, 온, 오프, 오프, 온, 오프, 온인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0 + 0.5Vdc와 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 0 볼트와 동일하도록, 제7 벡터(7)를 이용하여 제어된다.
제8 벡터(8)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 온, 오프, 온, 오프, 온, 오프, 오프, 온인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0 + 0.5Vdc와 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 Vdc와 동일하도록, 제8 벡터(8)를 이용하여 제어된다.
제9 벡터(9)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 오프, 온, 온, 오프, 온, 오프, 오프, 온인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 0과 동일하도록, 제9 벡터(9)를 이용하여 제어된다.
제10 벡터(10)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 각각 오프, 온, 오프, 온, 온, 오프, 오프, 온인 스위칭 상태로서 정의된다. 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압이 V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 Vdc와 동일하도록, 제10 벡터(10)를 이용하여 제어된다.
본 실시예에서, CM 전압은 Saber 또는 PLECS에 의해 계산된다.
특정 예로서, 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압의 변화가 0과 동일하고, 따라서 CM 전압에 의해 생성된 EMI가 매우 감소되도록, 제1 벡터(1), 제2 벡터(2), 제3 벡터(3), 제4 벡터(4), 제5 벡터(5), 제6 벡터(6), 제7 벡터(7) 및 제8 벡터(8) 중 하나를 이용하여 제어된다.
비한정적인 실시예에서, 스위칭 기간(Ts) 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제9 벡터(9)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0 볼트와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제10 벡터(10)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제2 벡터(2)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0과 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제5 벡터(5)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제5 스위칭 간격(T5) 동안, 제어 장치(10)는 제7 벡터(7)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0과 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제6 스위칭 간격(T6) 동안, 제어 장치(10)는 제8 벡터(8)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 스위칭 기간(Ts) 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 -0.5Vdc 내지 0.5Vdc의 미리 정해진 범위 내에 있기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 감소된다.
제1, 제2, 제3 및 제4 모드 중 하나에 있도록 제어된 8개의 스위치
제1 실시예에서, 제어 장치(10)는, CM 전압의 변화가 0과 동일하도록, 전원(4)의 전압에 대한 부하 출력 기준 전압의 비에 따라 제1 모드, 제2 모드, 제3 모드 및 제4 모드 중 하나에 있게 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어하도록 구성된다. 비한정적인 예에서, m = Vref/2Vdc이고, 여기에서 m은 비이며, Vref는 부하 출력 기준 전압이다.
제1 모드
0≤m＜0.5이면, 제어 장치(10)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 제1 모드에 있다고 판단한다. 제1 모드의 스위칭 기간 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제2 벡터(2)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0 볼트와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 하나의 비한정적인 예에서, V0는 0 볼트와 동일하고, Ucm = V0 + 0.5Vdc = 0.5Vdc이다. 다른 비한정적인 예에서, V0는 -0.5Vdc와 동일하고, Ucm = -0.5Vdc + 0.5Vdc = 0 볼트이다.
제1 모드의 스위칭 기간 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제5 벡터(5)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제1 모드의 스위칭 기간 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제7 벡터(7)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0 볼트와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제1 모드의 스위칭 기간 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제8 벡터(8)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 제1 모드 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 0과 동일하기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 매우 감소된다.
제2 모드
0.5≤m≤1.0이면, 제어 장치(10)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 제2 모드에 있다고 판단한다. 제2 모드의 스위칭 기간 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제5 벡터(5)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제2 모드의 스위칭 기간 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제6 벡터(6)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 2Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제2 모드의 스위칭 기간 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제8 벡터(8)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제2 모드의 스위칭 기간 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제6 벡터(6)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 2Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 제2 모드 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 0과 동일하기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 매우 감소된다.
제3 모드
-0.5＜m≤0이면, 제어 장치(10)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 제3 모드에 있다고 판단한다. 제3 모드의 스위칭 기간 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제7 벡터(7)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0 볼트와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제3 모드의 스위칭 기간 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제1 벡터(1)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제3 모드의 스위칭 기간 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제2 벡터(2)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0 볼트와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제3 모드의 스위칭 기간 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제4 벡터(4)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 제3 모드 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 0과 동일하기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 매우 감소된다.
제4 모드
-1.0≤m≤-0.5이면, 제어 장치(10)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 제4 모드에 있다고 판단한다. 제4 모드의 스위칭 기간 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제4 벡터(4)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제4 모드의 스위칭 기간 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제3 벡터(3)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -2Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제4 모드의 스위칭 기간 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제1 벡터(1)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제4 모드의 스위칭 기간 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제3 벡터(3)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -2Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 제4 모드 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 0과 동일하기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 매우 감소된다.
제1 및 제2 모드 중 하나에 있도록 제어된 8개의 스위치
제2 실시예에서, 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압의 변화가 0과 동일하도록, 전원(4)의 전압에 대한 부하 출력 기준 전압의 비에 따라 제1 모드 및 제2 모드 중 하나에 있도록 구성된다. 비한정적인 예에서, m = Vref/2Vdc이고, 여기에서 m은 비이며, Vref는 부하 출력 기준 전압이고, Vdc는 전원(4)의 전압이다.
-1＜m≤0이면, 제어 장치(10)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 제1 모드에 있다고 판단한다. 제1 모드의 스위칭 기간 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제1 벡터(1)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제1 모드의 스위칭 기간 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제7 벡터(7)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0 볼트와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제1 모드의 스위칭 기간 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제4 벡터(4)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제1 모드의 스위칭 기간 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제3 벡터(3)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -2Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 제1 모드 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 0과 동일하기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 매우 감소된다.
0≤m≤1.0이면, 제어 장치(10)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 제2 모드에 있다고 판단한다. 제2 모드의 스위칭 기간 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제5 벡터(5)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제2 모드의 스위칭 기간 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제2 벡터(2)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 0 볼트와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제2 모드의 스위칭 기간 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제8 벡터(8)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
제2 모드의 스위칭 기간 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제6 벡터(6)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 2Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 제2 모드 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 0과 동일하기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 매우 감소된다.
원하는 모드에 있도록 제어된 8개의 스위치
제3 실시예에서, 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)는, CM 전압의 변화가 0과 동일하도록, 전원(4)의 전압에 대한 부하 출력 기준 전압의 비에 따라 원하는 모드에 있도록 제어된다. 원하는 모드에서 활용되는 부하 출력 기준 전압은 제1 모드, 제2 모드, 제3 모드 및 제4 모드 중 하나에서 활용되는 부하 출력 기준 전압과는 상이하다. 비한정적인 예에서, m = Vref/2Vdc이고, 여기에서 m은 비이며, Vref는 원하는 모드에서 활용되는 부하 출력 기준 전압이고, Vdc는 전원(4)의 전압이다.
원하는 모드
-1＜m≤1이면, 제어 장치(10)는 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)가 원하는 모드에 있다고 판단한다. 원하는 모드의 스위칭 기간 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제1 벡터(1)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
원하는 모드의 스위칭 기간 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제3 벡터(3)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -2Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
원하는 모드의 스위칭 기간 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제4 벡터(4)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
원하는 모드의 스위칭 기간 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제8 벡터(8)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
원하는 모드의 스위칭 기간 내의 제5 스위칭 간격(T5) 동안, 제어 장치(10)는 제6 벡터(6)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 2Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다.
원하는 모드의 스위칭 기간 내의 제6 스위칭 간격(T6) 동안, 제어 장치(10)는 제5 벡터(5)를 이용하여 8개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d)를 제어한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(300)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 V0 + 0.5Vdc와 동일하다. 원하는 모드 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 0과 동일하기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 매우 감소된다.
도 7을 참조하면, 도 1에 따른 3개의 캐스케이드 요소를 갖는 스위칭 증폭기(400)가 도시된다. 비한정적인 예로서, 스위칭 증폭기(400)는 3개의 캐스케이드 요소(KE1, KE2, KE3)를 포함한다.
도 7의 스위칭 증폭기(400)와 도 2의 스위칭 증폭기(300) 사이의 차이는 스위칭 증폭기(400)가 캐스케이드 요소(KE3)를 더 포함한다는 것이다. 캐스케이드 요소(KE3)는 2개의 가지 회로(E, F)를 포함한다.
가지 회로(E)의 2개의 스위치는 각각 S1e 및 S2e로 라벨이 표시되고, 가지 회로(F)의 2개의 스위치는 각각 S1f 및 S2f로 라벨이 표시된다.
도 2에 유사하게, 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, 스위칭 증폭기(400)에 의해 생성된 CM 전압의 변화가 미리 정해진 범위 내에 있고 부하(200)에 걸친 전압이 -3Vdc 내지 3Vdc의 범위 내에 있도록, 아래에서 표시된 바와 같은 표 2에서 설명된 20개의 벡터 중 하나를 이용하여 제어된다.
다음의 표 2는 공간 벡터 변조를 성취하기 위하여 어느 스위치들이 열린 위치와 닫힌 위치에 있는지 설명한다.
No. 스위칭 상태 Ucm
S1a S2a S1b S2b S1c S2c S1d S2d S1e S2e S1f S2f
1 온 오프 오프 온 오프 온 온 오프 오프 온 오프 온 2Vdc/3+V0
2 온 오프 온 오프 오프 온 온 오프 온 오프 오프 온 Vdc/3+V0
3 오프 온 오프 온 온 오프 오프 온 오프 온 온 오프 2Vdc/3+V0
4 오프 온 온 오프 온 오프 오프 온 온 오프 온 오프 Vdc/3+V0
5 온 오프 오프 온 오프 온 오프 온 오프 온 오프 온 Vdc/2+V0
6 온 오프 오프 온 오프 온 온 오프 온 오프 오프 온 Vdc/2+V0
7 온 오프 온 오프 온 오프 오프 온 오프 온 오프 온 Vdc/2+V0
8 온 오프 온 오프 온 오프 온 오프 온 오프 오프 온 Vdc/2+V0
9 오프 온 오프 온 온 오프 오프 온 온 오프 온 오프 Vdc/2+V0
10 온 오프 오프 온 온 오프 오프 온 오프 온 오프 온 Vdc/3+V0
11 온 오프 온 오프 온 오프 오프 온 온 오프 오프 온 2Vdc/3+V0
12 온 오프 오프 온 온 오프 오프 온 온 오프 오프 온 Vdc/2+V0
13 온 오프 온 오프 오프 온 온 오프 오프 온 오프 온 Vdc/2+V0
14 오프 온 오프 온 오프 온 오프 온 오프 온 온 오프 Vdc/2+V0
15 오프 온 오프 온 오프 온 온 오프 온 오프 온 오프 Vdc/2+V0
16 오프 온 온 오프 온 오프 오프 온 오프 온 온 오프 Vdc/2+V0
17 오프 온 온 오프 온 오프 온 오프 온 오프 온 오프 Vdc/2+V0
18 오프 온 오프 온 오프 온 온 오프 오프 온 온 오프 Vdc/3+V0
19 오프 온 온 오프 오프 온 온 오프 온 오프 온 오프 2Vdc/3+V0
20 오프 온 온 오프 오프 온 온 오프 오프 온 온 오프 Vdc/2+V0
전압 벡터 표
벡터 용어
표 1과 유사하게, 위에서 표 2에 나타낸 바와 같이, 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 2Vdc/3 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 0과 동일하도록, 제1 벡터(1) 및 제3 벡터(3) 중 하나를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 Vdc/3 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 0과 동일하도록, 제2 벡터(2) 및 제4 벡터(4) 중 하나를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 Vdc/2 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 Vdc와 동일하도록, 제5 벡터(5), 제6 벡터(6), 제7 벡터(7), 제8 벡터(8) 및 제9 벡터(9) 중 하나를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 Vdc/3 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 2Vdc와 동일하도록, 제10 벡터(10)를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 2Vdc/3 + V0과 동일하고 부하에 걸친 전압(Uout)이 2Vdc와 동일하도록, 제11 벡터(11)를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 Vdc/2 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 3Vdc와 동일하도록, 제12 벡터(12)를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 Vdc/2 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 -Vdc와 동일하도록, 제13 벡터(13), 제14 벡터(14), 제15 벡터(15), 제16 벡터(16) 및 제17 벡터(17) 중 하나를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 Vdc/3 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 -2Vdc와 동일하도록, 제18 벡터(18)를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 2Vdc/3 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 -2Vdc와 동일하도록, 제19 벡터(19)를 이용하여 제어된다.
12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, CM 전압이 Vdc/2 + V0과 동일하고 부하(200)에 걸친 전압(Uout)이 -3Vdc와 동일하도록, 제20 벡터(20)를 이용하여 제어된다.
본 실시예에서, CM 전압은 Saber 또는 PLECS에 의해 계산된다.
특정 예로서, 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)는, 스위칭 증폭기(400)에 의해 생성된 CM 전압의 변화가 0과 동일하고, 따라서 CM 전압에 의해 생성된 EMI가 매우 감소되도록, 제5 벡터(5), 제6 벡터(6), 제7 벡터(7), 제8 벡터(8), 제9 벡터(9), 제12 벡터(12), 제13 벡터(13), 제14 벡터(14), 제15 벡터(15), 제16 벡터(16), 제17 벡터(17) 및 제20 벡터(20) 중 하나를 이용하여 제어된다.
일 실시예에서, 스위칭 기간(Ts) 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제1 벡터(1)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 0과 동일하고, CM 전압(Ucm)은 2Vdc/3 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제6 벡터(6)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제2 벡터(2)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 0과 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/3 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제8 벡터(8)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제5 스위칭 간격(T5) 동안, 제어 장치(10)는 제2 벡터(2)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 0과 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/3 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제6 스위칭 간격(T6) 동안, 제어 장치(10)는 제6 벡터(6)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다. 스위칭 기간(Ts) 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 -Vdc/6 내지 Vdc/6의 미리 정해진 범위 내에 있기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 감소된다.
다른 실시예에서, 스위칭 기간(Ts) 내의 제1 스위칭 간격(T1) 동안, 제어 장치(10)는 제20 벡터(20)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 -3Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제2 스위칭 간격(T2) 동안, 제어 장치(10)는 제15 벡터(15)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제3 스위칭 간격(T3) 동안, 제어 장치(10)는 제9 벡터(9)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제4 스위칭 간격(T4) 동안, 제어 장치(10)는 제12 벡터(12)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 3Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제5 스위칭 간격(T5) 동안, 제어 장치(10)는 제7 벡터(7)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다.
스위칭 기간(Ts) 내의 제6 스위칭 간격(T6) 동안, 제어 장치(10)는 제13 벡터(13)를 이용하여 12개의 스위치(S1a, S2a, S1b, S2b, S1c, S2c, S1d, S2d, S1e, S2e, S1f, S2f)를 제어한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭기(400)의 출력 전압(Uout)은 -Vdc와 동일하고, CM 전압(Ucm)은 Vdc/2 + V0과 동일하다. 스위칭 기간(Ts) 동안 CM 전압(Ucm)의 변화가 0과 동일하기 때문에, CM 전압에 의해 생성된 EMI는 매우 감소된다.
본 개시 내용이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만 다양한 변화가 이루어질 수 있고 균등물들이 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않으면서 이의 요소들에 대하여 대체될 수 있다는 것이 당해 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 또한, 특정의 상황 또는 재료를 본 개시 내용의 교시 내용에 맞추기 위하여, 이의 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서, 많은 수정이 이루이질 수 있다. 따라서, 본 개시 내용이 본 개시 내용을 실시하기 위하여 고려되는 최선의 형태로서 개시된 특정 실시예에 한정되지 않고 본 개시 내용이 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 모든 실시예들을 포함할 것이라는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 스위칭 증폭기(switching amplifier)에 있어서,
    부하의 2개의 단자 사이에 직렬로 결합되고, 각각이 실질적으로 동일한 복수(n)의 캐스케이드 요소;
    각각 스위치로 구성된 2개의 가지 회로(leg circuit)를 포함하는 각각의 상기 캐스케이드 요소; 및
    각각의 상기 캐스케이드 요소의 각각의 상기 가지 회로의 각각의 상기 스위치에 결합된 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 스위칭 증폭기에 의해 생성된 공통 모드(common mode; CM) 전압의 변화가 미리 정해진 범위 내에 있도록, 공간 벡터 변조(space vector modulation; SVM)를 이용하여 모든 상기 스위치를 제어하도록 구성되는 것인, 스위칭 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    모든 상기 스위치는 상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록 상기 SVM을 이용하여 제어되는 것인, 스위칭 증폭기.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 캐스케이드 요소에 포함된 상기 2개의 가지 회로는 전원에 결합되고, 모든 상기 스위치는 상기 부하에 걸친 전압이 -nVdc 내지 nVdc의 범위 내에 있도록 SVM을 이용하여 제어되며, Vdc는 상기 전원의 전압인 것인, 스위칭 증폭기.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 가지 회로는 전원의 2개의 극 사이에 직렬로 연결된 2개의 스위치를 포함하는 것인, 스위칭 증폭기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 2개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 상기 스위칭 증폭기의 8개의 스위치는 상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록 8개의 벡터 중 하나를 이용하여 제어되는 것인, 스위칭 증폭기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 2개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 상기 스위칭 증폭기의 8개의 스위치는, 상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록, 상기 전원의 전압에 대한 부하 출력 기준 전압의 비에 따라 원하는 모드에 있도록 제어되거나, 제1 모드 및 제2 모드 중 하나에 있도록 제어되거나, 제1 모드, 제2 모드, 제3 모드 및 제4 모드 중 하나에 있도록 제어되는 것인, 스위칭 증폭기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 2개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 스위칭 기간 내의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 스위칭 간격 동안, 상기 스위칭 증폭기의 8개의 스위치는 각각 제9 벡터, 제10 벡터, 제2 벡터, 제5 벡터, 제7 벡터 및 제8 벡터를 이용하여 제어되는 것인, 스위칭 증폭기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 3개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 상기 스위칭 증폭기의 12개의 스위치는 상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록 12개의 벡터 중 하나를 이용하여 제어되는 것인, 스위칭 증폭기.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 3개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 스위칭 기간 내의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 스위칭 간격 동안, 상기 스위칭 증폭기의 12개의 스위치는 각각 제1 벡터, 제6 벡터, 제2 벡터, 제8 벡터, 제2 벡터 및 제6 벡터를 이용하여 제어되는 것인, 스위칭 증폭기.
  10. 복수(n)의 캐스케이드 요소를 포함하는 스위칭 증폭기(switching amplifier)를 동작시키는 방법에 있어서,
    부하의 2개의 단자 사이에 상기 캐스케이드 요소를 직렬로 결합하는 단계;
    각각 스위치를 포함하는 2개의 가지 회로(leg circuit)를 상기 캐스케이드 요소의 각각에 제공하는 단계; 및
    상기 스위칭 증폭기에 의해 생성된 공통 모드(common mode; CM) 전압의 변화가 미리 정해진 범위 내에 있도록, 공간 벡터 변조(space vector modulation; SVM)를 이용하여 상기 스위칭 증폭기에 포함된 모든 상기 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는, 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록 상기 SVM을 이용하여 모든 상기 스위치를 제어하는 단계를 더 포함하는, 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    각각의 상기 캐스케이드 요소의 상기 2개의 가지 회로를 전원에 결합하는 단계; 및
    상기 부하에 걸친 전압이 -nVdc 내지 nVdc의 범위 내에 있도록 상기 SVM을 이용하여 모든 상기 스위치를 제어하는 단계
    를 더 포함하고,
    Vdc는 상기 전원의 전압인 것인, 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    전원의 2개의 극 사이에 직렬로 결합된 2개의 스위치를 각각의 상기 가지 회로에 제공하는 단계를 더 포함하는 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 2개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 모든 상기 스위치를 제어하는 단계는,
    상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록 8개의 벡터 중 하나를 이용하여 상기 스위칭 증폭기의 8개의 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 것인, 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 2개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 모든 상기 스위치를 제어하는 단계는,
    상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록, 상기 전원의 전압에 대한 부하 출력 기준 전압의 비에 따라 제1 모드, 제2 모드, 제3 모드 및 제4 모드 중 하나에 있거나, 제1 모드 및 제2 모드 중 하나에 있거나, 원하는 모드에 있도록 상기 스위칭 증폭기의 8개의 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 것인, 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 2개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 모든 상기 스위치를 제어하는 단계는,
    스위칭 기간 내의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 스위칭 간격 동안, 각각 제9 벡터, 제10 벡터, 제2 벡터, 제5 벡터, 제7 벡터 및 제8 벡터를 이용하여 상기 스위칭 증폭기의 8개의 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 것인, 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 3개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 모든 상기 스위치를 제어하는 단계는,
    상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록 12개의 벡터 중 하나를 이용하여 상기 스위칭 증폭기의 12개의 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 것인, 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는 3개의 캐스케이드 요소를 포함하고, 모든 상기 스위치를 제어하는 단계는,
    스위칭 기간 내의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 스위칭 간격 동안, 각각 제1 벡터, 제6 벡터, 제2 벡터, 제8 벡터, 제2 벡터 및 제6 벡터를 이용하여 상기 스위칭 증폭기의 12개의 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 것인, 스위칭 증폭기를 동작시키는 방법.
  19. 경사 증폭기(gradient amplifier)에 있어서,
    경사 코일(gradient coil)의 2개의 단자 사이에 직렬로 결합되고, 각각이 실질적으로 동일한 복수(n)의 캐스케이드 요소;
    각각 스위치로 구성된 2개의 가지 회로(leg circuit)를 포함하는 각각의 상기 캐스케이드 요소; 및
    각각의 상기 캐스케이드 요소의 각각의 상기 가지 회로의 각각의 상기 스위치에 결합된 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 경사 증폭기에 의해 생성된 공통 모드(common mode; CM) 전압의 변화가 미리 정해진 범위 내에 있도록, 공간 벡터 변조(space vector modulation; SVM)를 이용하여 모든 상기 스위치를 제어하도록 구성되는 것인, 경사 증폭기.
  20. 제19항에 있어서,
    모든 상기 스위치는 상기 CM 전압의 변화가 0과 동일하도록 상기 SVM을 이용하여 제어되는 것인, 경사 증폭기.
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