KR20180046807A - 하이브리드 멀티레벨 고전압 대용량 정류기 및 이를 이용한 무정전전원장치 - Google Patents

하이브리드 멀티레벨 고전압 대용량 정류기 및 이를 이용한 무정전전원장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 멀티레벨 고전압 대용량 정류기 및 이를 이용한 무정전전원장치에 관한 것으로, 고전압 대용량 정류기는 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 주전압을 출력하는 주컨버터; 및 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 보조전압을 출력하는 보조컨버터;를 포함하고, 상기 주전압과 상기 보조전압의 합산전압이 출력전압이 되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 주전압은 고정되고 보조전압은 가변하여 출력전압의 리플을 제거한 직류 고전압을 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 주컨버터가 복수개 연결되어, 상기 주컨버터들이 출력하는 주전압들과 상기 보조컨버터가 출력하는 보조전압의 합산전압이 출력전압이 되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 출력전압을 공급받아 충전되고 정전시 부하에 직류전압을 공급하는 배터리부;를 더 포함하여 무정전전원장치로 사용할 수 있다.

Description

하이브리드 멀티레벨 고전압 대용량 정류기 및 이를 이용한 무정전전원장치{Hybrid Multi-level High Voltage Large Capacity Rectifier And Uninterruptible Power Supply Using The Same}
본 발명은 단순한 구조로 제어가 쉽고 효율이 높은 고전압 대용량 AC/DC 정류기에 관한 것이다.
종래에 DC 배전은 AC 배전에 비하여 안전성, 안정성, 효율 측면에서 바람직하지 못한 방식으로 알려져 왔으나, 최근 전력반도체 기술의 비약적인 발전으로 고압 DC의 제어가 가능해짐에 따라 오히려 전력변환단계가 많아지는 AC 배전에 비하여 DC 배전의 효율이 더 높아지는 추세이다. 특히 배터리와 같은 전력저장소자는 DC의 형태로 전기에너지를 보관하므로 무정전전원장치와 같은 응용에 있어 DC 배전 방식은 매우 큰 이점을 가진다. 그러나 발전기에서 생산되는 전력이 AC이며 대부분의 송전 전력이 AC이므로 대용량 AC/DC변환기가 필요하다.
도 1은 종래의 SCR을 이용한 고전압 고출력 AC/DC 정류기이다. 이 정류기는 DC 전압을 생성하고 이를 직렬로 연결하여 고전압을 발생시키는 구성으로 변압기를 이용하여 원하는 전압보다 상대적으로 높은 AC 전압을 생성하고 SCR로 위상을 제어하여 DC로 변환한후 L,C를 이용하여 출력전압의 맥동을 줄이는 동작을 한다.
다만, 이 방식은 출력전압의 맥동을 줄이는데 한계를 가지고 있으며 L과 C가 커짐에 따라 출력전압의 제어도 느리다는 단점이 있다.
도 2는 Half bridge 구조의 SM(Switching Module)을 이용한 멀티레벨 컨버터이다. 최근에는 Full Bridge 구조의 SM을 사용한다. 이 정류기는 AC 구현 레벨에 따라 SM의 개수가 결정되며 제어응답도 상대적으로 빠르고, 입력 고조파를 크게 줄일 수 있는 장점이 있으나 고가의 전력반도체 소자가 다수 사용되어 비용이 증가하고 이러한 소자가 직렬로 구성되어 도통 손실이 증가함에 따른 효율에 한계가 존재하며 구성이 복잡하여 제어하기 어려운 단점을 가지고 있다.
특허등록공보 10-1000513
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 고조파에 의한 맥동과 비선형부하에 따른 응답 특성을 개선하고 단순한 구조로 제어가 쉽고 저렴한 가격을 갖는 고효율의 AC/DC정류기를 구현하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고전압 대용량 정류기는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 주전압을 출력하는 주컨버터; 및 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 보조전압을 출력하는 보조컨버터;를 포함하고, 상기 주전압과 상기 보조전압의 합산전압이 출력전압이 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주전압은 고정되고 보조전압은 가변하여 출력전압의 리플을 제거한 직류 고전압을 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주컨버터가 복수개 연결되어, 상기 주컨버터들이 출력하는 주전압들과 상기 보조컨버터가 출력하는 보조전압의 합산전압이 출력전압이 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 출력전압을 공급받아 충전되고 정전시 부하에 직류전압을 공급하는 배터리부;를 더 포함하여 무정전 전원장치로 사용할 수 있다.
상기 배터리부는, 출력단에 애노드가 연결된 다이오드; 일단이 상기 다이오드의 캐소드에 연결된 스위치; 및 상기 스위치의 타단과 직렬 연결된 배터리; 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주컨버터는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 변압하는 주변압기; 상기 주변압기로부터의 전압을 정류하는 주정류부; 및 상기 주정류부로부터의 전압의 고주파를 제거하는 주필터부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주변압기는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기; 및 상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기;를 포함하고, 상기 주정류부는, 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 주변압기로부터의 상전압을 공급받고, 상기 주필터부는, 인덕터와 캐패시터가 직렬 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보조컨버터는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 변압하는 보조변압기; 상기 보조변압기로부터의 전압을 정류하는 제1 보조정류부; 상기 제1 보조정류부로부터의 전압의 고주파를 제거하는 제1 보조필터부; 상기 제1 보조필터부로부터의 전압을 PWM(Pulse Width Modulation)신호에 따라 스위칭하면서 교류로 변환하는 스위치부; 상기 스위치부로부터의 전압을 권선비로 변압하는 센터탭변압기; 상기 센터탭변압기로부터의 전압을 정류하는 제2 보조정류부; 및 상기 제2 보조정류부로부터의 전압의 고주파를 제거하는 제2 보조필터부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보조변압기는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기; 및 상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기;를 포함하고, 상기 제1 보조정류부는, 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 보조변압기로부터의 상전압을 공급받고, 상기 제1 보조필터부 및 제2 보조필터부는, 인덕터와 캐패시터가 직렬 연결되며, 상기 스위치부는, 직렬 연결된 두 개의 스위치소자 두 쌍이 병렬로 연결되고, 상기 센터탭변압기는, 일단과 타단이 각각 직렬 연결된 스위치소자 한 쌍의 접점에 연결된 1차 변압기 및 중간에 탭을 가진 2차 변압기로 구성되며, 상기 제2 보조정류부는, 상기 센터탭변압기의 2차 변압기 양단에 각각 애노드가 연결된 다이오드 한 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주변압기는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기; 상기 1차 변압기와 와이와이 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기; 및 상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 3차 변압기;를 포함하고, 상기 주정류부는, 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬 연결되며, 병렬 연결된 세 쌍의 다이오드 두 쌍이 직렬 연결되고, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 주변압기로부터의 상전압을 공급받고, 상기 주필터부는, 인덕터와 캐패시터가 직렬 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보조컨버터는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 변압하는 보조변압기; 상기 보조변압기로부터의 전압을 정류하는 제1 보조정류부; 상기 제1 보조정류부로부터의 전압을 PWM신호에 의해 승압하는 승압부; 상기 승압부로부터의 전압을 PWM신호에 따라 스위칭하면서 교류로 변환하는 스위치부; 상기 스위치부로부터의 전압을 권선비로 변압하는 센터탭변압기; 상기 센터탭변압기로부터의 전압을 정류하는 제2 보조정류부; 및 상기 제2 보조정류부로부터의 전압의 고주파를 제거하는 보조필터부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보조변압기는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기; 및 상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기;를 포함하고, 상기 제1 보조정류부는, 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 보조변압기로부터의 상전압을 공급받고, 상기 승압부는, 일단이 상기 제1 보조정류부와 연결된 인덕터, 일단이 상기 인덕터의 타단과 연결된 스위치소자, 애노드가 상기 인덕터와 스위치소자의 접점에 연결된 다이오드 및 일단이 상기 다이오드의 캐소드와 연결된 캐패시터로 구성되며, 상기 스위치부는, 직렬 연결된 두 개의 스위치소자 두 쌍이 병렬로 연결되고, 상기 센터탭변압기는, 일단과 타단이 각각 직렬 연결된 스위치소자 한 쌍의 접점에 연결된 1차 변압기 및 중간에 탭을 가진 2차 변압기로 구성되며, 상기 제2 보조정류부는, 상기 센터탭변압기의 2차 변압기 양단에 각각 애노드가 연결된 다이오드 한 쌍으로 이루어지고 상기 보조필터는, 인덕터와 캐패시터가 직렬 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주변압기는, 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기; 상기 1차 변압기와 와이와이 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기; 및 상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 3차 변압기;를 포함하고, 상기 주정류부는, 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬 연결되며, 병렬 연결된 세 쌍의 다이오드 두 쌍이 직렬 연결되고, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 주변압기로부터의 상전압을 공급받고, 상기 주필터부는, 한 개의 인덕터와 두 개의 캐패시터가 직렬 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고조파에 의한 리플의 최소화 및 빠른 응답 특성을 갖고 단순한 구조에 의해 고장 확률이 적으며, 제어가 간편하고 저렴한 비용으로 제작 가능한 고전압, 고출력, 고효율의 AC/DC 정류기를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 SCR을 이용한 고전압 고출력 AC/DC 정류기
도 2는 종래의 Half Bridge Switch Module을 이용한 멀티레벨 컨버터
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 대용량 정류기
도 4는 도 3의 고전압 대용량 정류기에 주컨버터 n개(n은 1 이상의 자연수)가 추가된 고전압 대용량 정류기
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고전압 대용량 정류기
도 6은 도 5의 고전압 대용량 정류기에 주컨버터 n개(n은 1 이상의 자연수)가 추가된 고전압 대용량 정류기
도 7은 도 6의 고전압 대용량 정류기에 배터리부가 추가된 무정전전원장치
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고전압 대용량 정류기
도 9는 도 8의 고전압 대용량 정류기에 주컨버터 n개(n은 1 이상의 자연수)가 추가된 고전압 대용량 정류기
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 대용량 정류기이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 대용량 정류기는 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 주전압을 출력하는 주컨버터(100)와, 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 보조전압을 출력하는 보조컨버터(200)를 포함한다. 주전압과 보조전압의 합산전압이 출력전압이 된다. 주전압은 고정되고 보조전압은 가변하여 출력전압의 리플을 제거한 직류 고전압을 출력한다.
주컨버터(100)는 주변압기(110)와, 주정류부(120)와, 주필터부(130)를 포함할 수 있다.
주변압기(110)는 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기와, 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기를 포함할 수 있다.
주정류부(120)는 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 주변압기(110)로부터의 상전압을 공급받는 구조일 수 있다. 주변압기(110)로부터의 전압을 정류하는 역할을 수행한다.
주필터부(130)는 주정류부(120)와 일단이 연결된 인덕터와, 일단이 인덕터의 타단과 연결된 캐패시터로 구성될 수 있으며, 캐패시터 전압이 출력전압의 일부가 된다. 주정류부(120)로부터의 전압의 고조파를 제거하는 역할을 한다.
보조컨버터(200)는 보조변압기(210)와, 제1 보조정류부(220)와, 제1 보조필터부(230)와, 스위치부(240)와, 센터탭변압기(250)와, 제2 보조정류부(260)와, 제2 보조필터부(270)를 포함할 수 있다.
보조변압기(210)는 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기와, 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기를 포함할 수 있다.
제1 보조정류부는(220)는 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 보조변압기(210)로부터의 상전압을 공급받는 형태를 가질 수 있다. 보조변압기(210)로부터의 전압을 정류하는 역할을 수행한다.
제1 보조필터부(230)는 일단이 제1 보조정류부(220)와 연결된 인덕터와, 일단이 인덕터의 타단과 연결된 캐패시터로 구성될 수 있다. 제1 보조정류부(220)로부터의 전압의 고조파를 제거하는 역할을 수행한다.
스위치부(240)는 직렬 연결된 두 개의 스위치소자 두 쌍( Q21,Q22,Q23,Q24)이 병렬로 연결될 수 있다. PWM(Pulse Width Modulation)제어신호에 따라 스위칭하면서 제1 보조필터부(230)로부터의 전압을 교류로 변환하는 역할을 수행한다. PWM제어신호는 주컨버터(100)의 출력전압이나 고전압 대용량 정류기의 출력전압을 이용하여 생성될 수 있다. 스위치부(240)의 제어에 의하여 리플이 없는 고전압 대용량 직류전압을 얻을 수 있다.
센터탭변압기(250)는 일단과 타단이 각각 직렬 연결된 스위치소자 한 쌍의 접점에 연결된 1차변압기 및 중간에 탭을 가진 2차 변압기로 구성될 수 있다. 스위치부(240)로부터의 전압을 권선비로 변압하고 절연하는 역할을 수행한다.
제2 보조정류부(260)는 센터탭변압기(250)의 2차 변압기 양단에 각각 애노드가 연결된 다이오드 한 쌍(D41,D42)으로 구성될 수 있다. 센터탭변압기(250)로부터의 전압을 정류하는 역할을 수행한다.
제2 보조필터부(270)는 일단이 센터탭변압기(250)의 한 쌍의 다이오드의 캐소드와 연결된 인덕터와, 일단이 인덕터의 타단과 연결된 캐패시터로 구성될 수 있으며, 캐패시터 양단 전압이 보조컨버터(200)의 출력전압이 된다. 제2 보조정류부(260)로부터의 전압의 고조파를 제거하는 역할을 수행한다.
도 3에서는 보조전압을 출력하는 보조컨버터(200)가 풀브리지 컨버터이나 이에 한정하지 않고, 벅 컨버터(Buck converter), 부스트 컨버터(Boost converter), 플라이백 컨버터(Flyback converter), 포워드 컨버터(Forward converter), 푸시풀 컨버터(Push pull converter) 및 하프 브리지 컨버터(Half-bridge converter) 등 제어 가능한 모든 종류의 컨버터를 사용할 수 있다.
도 4는 도 3의 고전압 대용량 정류기에 주컨버터(100) n개(n은 1 이상의 자연수)가 추가된 고전압 대용량 정류기이다. 도 4와 같이 주컨버터(100) 복수 개를 연결하여 리플이 없는 더 큰 직류 고전압을 얻을 수 있다.
도 4에서는 보조컨버터(200)가 한 개이나 필요에 따라 보조컨버터(200)도 추가될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고전압 대용량 정류기이다.
도 5를 참조하면, 고전압 대용량 정류기는 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 주전압을 출력하는 주컨버터(300)와, 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 보조전압을 출력하는 보조컨버터(400)를 포함한다. 주전압과 보조전압의 합산전압이 출력전압이 된다. 주전압은 고정되고 보조전압은 가변하여 출력전압의 리플을 제거한 직류 고전압을 출력한다.
주컨버터(300)는 주변압기(310)와, 주정류부(320)와, 주필터부(330)를 포함할 수 있다.
주변압기(310)는 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기와, 1차 변압기와 와이와이 결선되며, 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기와, 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기를 포함할 수 있다. 이러한 3권선 변압기로 계통으로부터의 3상 교류전압의 고조파를 제거할 수 있다.
주정류부(320)는 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬 연결되며, 병렬 연결된 세 쌍의 다이오드 두 쌍이 직렬 연결되고, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 주변압기(310)로부터의 상전압을 공급받는 구조일 수 있다. 주변압기(310)로부터의 전압을 정류하는 역할을 수행한다.
주필터부(330)는 주정류부(320)와 일단이 연결된 인덕터와, 일단이 인덕터의 타단과 연결된 캐패시터로 구성될 수 있으며, 캐패시터 전압이 출력전압의 일부가 된다. 주정류부(320)로부터의 전압의 고조파를 제거하는 역할을 한다.
보조컨버터(400)는 보조변압기(410)와, 제1 보조정류부(420)와, 승압부(430)와, 스위치부(440)와, 센터탭변압기(450)와, 제2 보조정류부(460)와, 보조필터부(470를 포함할 수 있다.
보조변압기(410)는 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기와, 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기를 포함할 수 있다.
제1 보조정류부(420)는 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 보조변압기(410)로부터의 상전압을 공급받는 형태를 가질 수 있다. 보조변압기(410)로부터의 전압을 정류하는 역할을 수행한다.
승압부(430)는 제1 보조정류부(420)와 직렬 연결된 인덕터와, 인덕터와 직렬 연결된 스위치소자와, 애노드가 인덕터와 스위치소자(Q11)의 접점에 연결되는 다이오드와, 다이오드의 캐소드와 연결된 캐패시터로 구성될 수 있다. PWM(Pulse Width Modulation)제어신호에 따라 스위칭하면서 제1 보조정류부(420)로부터의 전압을 승압하는 역할을 수행한다. 또한 역률보상회로(Power Factor Correction Circuit)의 역할도 수행한다. PWM제어신호는 고전압 대용량 정류기의 입력전압과, 출력전압과 스위치소자(Q11)의 전류를 검출하여 생성될 수 있다. 고전압 대용량 정류기의 출력전압은 승압부(430)의 출력전압 값의 기준치가 될 수 있다.
스위치부(440)는 직렬 연결된 두 개의 스위치소자 두 쌍(Q21,Q22,Q23,Q24)이 병렬로 연결될 수 있다. PWM(Pulse Width Modulation)제어신호에 따라 스위칭하면서 승압부(430)로부터의 전압을 교류로 변환하는 역할을 수행한다. PWM제어신호는 주컨버터(300)의 출력전압이나 고전압 대용량 정류기의 출력전압을 이용하여 생성될 수 있다. 스위치부(440)의 제어에 의하여 리플이 없는 고전압 대용량 직류전압을 얻을 수 있다.
센터탭변압기(450)는 일단과 타단이 각각 직렬 연결된 스위치소자 한 쌍의 접점에 연결된 1차 변압기 및 중간에 탭을 가진 2차 변압기로 구성될 수 있다. 스위치부(440)로부터의 전압을 권선비로 변압하고 절연하는 역할을 수행한다.
제2 보조정류부(460)는 센터탭변압기(450)의 2차 변압기 양단에 각각 애노드가 연결된 다이오드 한 쌍(D41,D42)으로 구성될 수 있다. 센터탭변압기(450)로부터의 전압을 정류하는 역할을 수행한다.
보조필터부(470)는 일단이 센터탭변압기(450)의 한 쌍의 다이오드의 캐소트와 연결된 인덕터와, 일단이 인덕터의 타단과 연결된 캐패시터로 구성될 수 있으며, 캐패시터 양단 전압이 보조컨버터(400)의 출력전압이 된다. 제2 보조정류부(460)로부터의 전압의 고조파를 제거하는 역할을 수행한다.
도 5의 보조컨버터(400)는 부스트 컨버터와 풀 브리지 컨버터가 결합된 형태의 컨버터이나 이에 한정되지 않고 제어 가능한 어떠한 컨버터도 사용할 수 있을 것이다.
도 6은 도 5의 고전압 대용량 정류기에 주컨버터(300) n개(n은 1 이상의 자연수)가 추가된 고전압 대용량 정류기이다. 도 6과 같이 주컨버터(300) 복수 개를 연결하여 리플이 없는 더 큰 직류 고전압을 얻을 수 있다.
도 6에서는 보조컨버터(400)가 한 개이나 필요에 따라 보조컨버터9400)도 추가될 수 있다.
두 7은 도 6의 고전압 대용량 정류기에 배터리부(500)가 추가된 무정전전원장치이다.
도 7을 참조하면, 도 6의 고전압 대용량 정류기의 출력단에 배터리부(500)가 추가될 수 있다.
배터리부(500)는 출력단에 애노드가 연결된 다이오드(510)와, 일단이 다이오드(510)의 캐소드에 연결된 스위치(520)와, 스위치(520)의 타단과 직렬 연결된 배터리(530)를 포함할 수 있다.
배터리(530)는 충전시 스위치(520)가 연결되고 다이오드(510)를 통해 정류된 전류에 의하여 계통으로부터의 전압이 충전될 수 있다. 충전된 배터리(530)는 정전시 부하로 방전되어 정전 시에도 전력을 공급할 수 있다.
도 7은 도 6의 고전압 대용량 정류기에 연결되어 무정전전원장치의 기능을 수행하나 이에 한정되지 않으며, 도 3, 도 4, 도 5, 도 8, 도 9의 고전압 대용량 정류기에도 배터리부(500)가 연결되어 무정전전원장치로 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고전압 대용량 정류기이다.
도 8을 참조하면, 또 다른 일 실시예에 따른 고전압 대용량 정류기는 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 주전압을 출력하는 주컨버터(600)와, 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 보조전압을 출력하는 보조컨버터(700)를 포함한다. 주전압과 보조전압의 합산전압이 출력전압이 된다. 주전압은 고정되고 보조전압은 가변하여 출력전압의 리플을 제거한 직류 고전압을 출력한다.
주컨버터(600)는 주변압기(610)와, 주정류부(620)와, 주필터부(630)를 포함할 수 있다.
주변압기(610)는 계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기와, 1차 변압기와 와이와이 결선되며, 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기와, 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기를 포함할 수 있다. 이러한 3권선 변압기로 계통으로부터의 3상 교류전압의 고조파를 제거할 수 있다.
주정류부(620)는 직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬 연결되며, 병렬 연결된 세 쌍의 다이오드 두 쌍이 직렬 연결되고, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 주변압기(610)로부터의 상전압을 공급받는 구조일 수 있다. 주변압기(610)로부터의 전압을 정류하는 역할을 수행한다.
주필터부(630)는 주정류부(620)와 일단이 연결된 인덕터와, 일단이 인덕터의 타단과 연결된 캐패시터(C11)와, 일단이 캐패시터(C11)의 타단과 연결된 캐패시터(C12)로 구성될 수 있으며, C11과 C12의 전압의 합이 출력전압의 일부가 된다. 주정류부(620)로부터의 전압의 고조파를 제거하는 역할을 한다.
보조컨버터(700)는 도 6, 도 7의 보조컨버터(400)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
도 9는 도 8의 고전압 대용량 정류기에 주컨버터(600) n개(n은 1 이상의 자연수)가 추가된 고전압 대용량 정류기이다. 도 9와 같이 주컨버터(600) 복수 개를 연결하여 리플이 없는 더 큰 직류 고전압을 얻을 수 있다.
도 9에서는 보조컨버터(700)가 한 개이나 필요에 따라 보조컨버터(700)도 추가될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 고전압 대용량 정류기는 고조파에 의한 리플의 최소화 및 빠른 응답 특성을 갖고 단순한 구조에 의해 고장 확률이 적으며, 제어가 간편하고 저렴한 비용으로 제작가능 한 고전압, 대용량, 고효율의 AC/DC 정류기를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고전압 대용량 정류기는 배터리를 출력으로 하는 회로에 쉽게 응용할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 주컨버터 110 : 주변압기
120 : 주정류부 130 : 주필터부
200 : 보조컨버터 210 : 보조변압기
220 : 제1 보조정류부 230 : 제1 보조필터부
240 : 스위치부 250 : 센터탭변압기
260 : 제2 보조정류부 270 : 제2 보조필터부
300 : 주컨버터 310 : 주변압기
320 : 주정류부 330 : 주필터부
400 : 보조컨버터 410 : 보조변압기
420 : 제1 보조정류부 430 : 승압부
440 : 스위치부 450 : 센터탭변압기
460 : 제2 보조정류부 470 : 보조필터부
500 : 배터리부 510 : 다이오드
520 : 스위치 530 : 배터리
600 : 주컨버터 610 : 주변압기
620 : 주정류부 630 : 주필터부
700 : 보조컨버터 710 : 보조변압기
720 : 제1 보조정류부 730 : 승압부
740 : 스위치부 750 : 센터탭변압기
760 : 제2 보조정류부 770 :제2 필터부

Claims (13)

  1. 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 주전압을 출력하는 주컨버터; 및 계통으로부터의 3상 교류전압을 직류로 변환하여 보조전압을 출력하는 보조컨버터;를 포함하고,
    상기 주전압과 상기 보조전압의 합산전압이 출력전압이 되는 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주전압은 고정되고 보조전압은 가변하여 출력전압의 리플을 제거한 직류 고전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주컨버터가 복수개 연결되어, 상기 주컨버터들이 출력하는 주전압들과 상기 보조컨버터가 출력하는 보조전압의 합산전압이 출력전압이 되는 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력전압을 공급받아 충전되고 정전시 부하에 직류전압을 공급하는 배터리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리부는,
    출력단에 애노드가 연결된 다이오드;
    일단이 상기 다이오드의 캐소드에 연결된 스위치; 및
    상기 스위치의 타단과 직렬 연결된 배터리;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주컨버터는,
    계통으로부터의 3상 교류전압을 변압하는 주변압기;
    상기 주변압기로부터의 전압을 정류하는 주정류부; 및
    상기 주정류부로부터의 전압의 고주파를 제거하는 주필터부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주변압기는,
    계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기; 및
    상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기;를 포함하고,
    상기 주정류부는,
    직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 주변압기로부터의 상전압을 공급받고,
    상기 주필터부는,
    인덕터와 캐패시터가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조컨버터는,
    계통으로부터의 3상 교류전압을 변압하는 보조변압기;
    상기 보조변압기로부터의 전압을 정류하는 제1 보조정류부;
    상기 제1 보조정류부로부터의 전압의 고주파를 제거하는 제1 보조필터부;
    상기 제1 보조필터부로부터의 전압을 PWM(Pulse Width Modulation)신호에 따라 스위칭하면서 교류로 변환하는 스위치부;
    상기 스위치부로부터의 전압을 권선비로 변압하는 센터탭변압기;
    상기 센터탭변압기로부터의 전압을 정류하는 제2 보조정류부; 및
    상기 제2 보조정류부로부터의 전압의 고주파를 제거하는 제2 보조필터부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보조변압기는,
    계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기; 및
    상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기;를 포함하고,
    상기 제1 보조정류부는,
    직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 보조변압기로부터의 상전압을 공급받고,
    상기 제1 보조필터부 및 제2 보조필터부는,
    인덕터와 캐패시터가 직렬 연결되며,
    상기 스위치부는,
    직렬 연결된 두 개의 스위치소자 두 쌍이 병렬로 연결되고,
    상기 센터탭변압기는,
    일단과 타단이 각각 직렬 연결된 스위치소자 한 쌍의 접점에 연결된 1차 변압기 및 중간에 탭을 가진 2차 변압기로 구성되며,
    상기 제2 보조정류부는,
    상기 센터탭변압기의 2차 변압기 양단에 각각 애노드가 연결된 다이오드 한 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  10. 제6항에 있어서,
    상기 주변압기는,
    계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기;
    상기 1차 변압기와 와이와이 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기; 및 상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 3차 변압기;를 포함하고,
    상기 주정류부는,
    직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬 연결되며, 병렬 연결된 세 쌍의 다이오드 두 쌍이 직렬 연결되고, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 주변압기로부터의 상전압을 공급받고,
    상기 주필터부는,
    인덕터와 캐패시터가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조컨버터는,
    계통으로부터의 3상 교류전압을 변압하는 보조변압기;
    상기 보조변압기로부터의 전압을 정류하는 제1 보조정류부;
    상기 제1 보조정류부로부터의 전압을 PWM신호에 의해 승압하는 승압부;
    상기 승압부로부터의 전압을 PWM신호에 따라 스위칭하면서 교류로 변환하는 스위치부;
    상기 스위치부로부터의 전압을 권선비로 변압하는 센터탭변압기;
    상기 센터탭변압기로부터의 전압을 정류하는 제2 보조정류부; 및
    상기 제2 보조정류부로부터의 전압의 고주파를 제거하는 보조필터부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보조변압기는,
    계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기; 및
    상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기;를 포함하고,
    상기 제1 보조정류부는,
    직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬로 연결되며, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 보조변압기로부터의 상전압을 공급받고,
    상기 승압부는,
    일단이 상기 제1 보조정류부와 연결된 인덕터, 일단이 상기 인덕터의 타단과 연결된 스위치소자, 애노드가 상기 인덕터와 스위치소자의 접점에 연결된 다이오드 및 일단이 상기 다이오드의 캐소드와 연결된 캐패시터로 구성되며,
    상기 스위치부는,
    직렬 연결된 두 개의 스위치소자 두 쌍이 병렬로 연결되고,
    상기 센터탭변압기는,
    일단과 타단이 각각 직렬 연결된 스위치소자 한 쌍의 접점에 연결된 1차 변압기 및 중간에 탭을 가진 2차 변압기로 구성되며,
    상기 제2 보조정류부는,
    상기 센터탭변압기의 2차 변압기 양단에 각각 애노드가 연결된 다이오드 한 쌍으로 이루어지고
    상기 보조필터는,
    인덕터와 캐패시터가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
  13. 제6항에 있어서,
    상기 주변압기는,
    계통으로부터의 3상 교류전압을 공급받는 1차 변압기;
    상기 1차 변압기와 와이와이 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 2차 변압기; 및 상기 1차 변압기와 와이델타 결선되며, 상기 1차 변압기로부터의 전압을 권선비에 따라 변압하는 3차 변압기;를 포함하고,
    상기 주정류부는,
    직렬로 연결된 두 개의 다이오드 세 쌍이 병렬 연결되며, 병렬 연결된 세 쌍의 다이오드 두 쌍이 직렬 연결되고, 직렬 연결된 두 개의 다이오드의 접점 각각에 상기 주변압기로부터의 상전압을 공급받고,
    상기 주필터부는,
    한 개의 인덕터와 두 개의 캐패시터가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 고전압 대용량 정류기
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