KR20180058490A - 인버터 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 복수의 인버터 각각의 PWM 신호들간의 위상을 조정할 수 있는 인버터 장치에 관한 것으로, 인버터 동작을 제어하는 제어 신호들을 출력하는 주제어부와, 상기 주제어부로부터 상기 제어 신호를 각각 입력받아 전력 변환 동작을 수행하는 복수의 인버터를 포함하고, 상기 복수의 인버터는 서로 직렬 연결되고, 상기 복수의 인버터 각각은 상기 제어 신호가 수신된 시각과 현재 시각 간의 지연 시간과 사전에 설정된 목표 지연 시간 간의 비교에 따라 전력 변환 동작을 제어할 수 있다.

Description

인버터 장치{APPARATUS FOR INVERTER}
본 발명은 인버터 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 산업계에서 전기 장치가 대용량화되는 추세에 따라 고압 대용량 전력 변환 시스템에 적용하기 위한 인버터 장치가 사용되고 있다.
이러한 인버터 장치는 복수의 인버터를 구비하며, 복수의 인버터의 동작을 제어하기 위해, 통합 제어기를 사용하여 복수의 인버터 각각에 제어 신호를 전송할 수 있는데, 이 제어 신호를 기준으로 복수의 인버터 각각의 PWM(Pulse Width Modulation) 캐리어 위상을 제어할 수도 있다.
즉, 복수의 인버터 각각은 전력을 제어하기 위해 PWM 신호를 생성하는데, 제작상 오차 등 다양한 원인으로 인해 시간이 경과함에 따라 PWM 캐리어에 위상차가 발생되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1304055호 대한민국 등록특허공보 제10-1580020호 대한민국 등록특허공보 제10-1624016호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 직렬 연결된 복수의 인버터 각각의 PWM 신호들간의 위상을 조정할 수 있는 인버터 장치가 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치는 인버터 동작을 제어하는 제어 신호들을 출력하는 주제어부와, 상기 주제어부로부터 상기 제어 신호를 각각 입력받아 전력 변환 동작을 수행하는 복수의 인버터를 포함하고, 상기 복수의 인버터는 서로 직렬 연결되고, 상기 복수의 인버터 각각은 상기 제어 신호가 수신된 시각과 현재 시각 간의 지연 시간과 사전에 설정된 목표 지연 시간 간의 비교에 따라 전력 변환 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 인버터 각각의 PWM 신호들의 위상을 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인버터 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 각 인버터의 인버터 제어기의 개략적인 블럭도이다.
도 4 내지 도 8 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 제어 신호의 주기 조정 동작을 나타내는 타이밍 챠트들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치는 주제어부(100)와 복수의 인버터(210,220,230)를 포함할 수 있다.
주제어부(100)는 복수의 인버터(210,220,230) 각각에 인버터 동작을 제어하는 제어 신호들을 출력할 수 있다.
주제어부(100)는 주제어기(110) 및 신호 송신부(120)를 포함할 수 있다.
주제어기(110)는 복수의 인버터(210,220,230) 각각의 인버터 동작을 제어하기 위해 제어 신호들을 생성할 수 있으며, 신호 송신부(120)는 생성된 제어 신호들을 복수의 인버터(210,220,230) 중 해당하는 인버터에 제어 신호를 송신할 수 있다.
복수의 인버터(210,220,230)는 주제어부(100)로부터의 제어 신호들 중 해당하는 제어 신호를 수신할 수 있다.
복수의 인버터(210,220,230)는 제1 내지 제3 인버터(210,220,230)가 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 다양하게 구비될 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제3 인버터(210,220,230)는 서로 직렬 연결될 수 있다.
제1 내지 제3 인버터(210,220,230) 각각은 신호 수신부(211,221,231), 인버터 제어기(212,222,232) 및 스위칭부(213,223,233)를 포함할 수 있다.
각 신호 수신부(211,221,231)는 주제어부(100)의 신호 송신부(120)로부터 해당하는 제어 신호를 수신하고, 수신된 시각을 저장할 수 있다.
예를 들어, 복수의 인버터를 동기화시켜서 동작시키는 경우, 일부의 인버터가 비동기화되면 오차로 인하여 순환 전류가 발생될 수 있다. 또는 복수의 인버터가 직렬로 연결된 경우에는 위상차가 유지되지 않으면 멀티레벨이 아닌 2레벨 출력 전압 특성을 가지게 되므로 계통 또는 부하에 절연파괴나 심각한 고조파를 유기할 수 있다.
이를 위해, 각 인버터 제어기(212,222,232)는 해당하는 제어 신호가 수신된 시각과 현재 시각 간의 시간을 비교하고, 비교 결과에 따른 지연 시간이 사전에 설정된 목표 지연 시간을 비교하여 스위칭부(213,223,233)의 전력 변환 동작을 제어할 수 있다.
각 인버터 제어기(212,222,232)는 상기 지연 시간과 상기 목표 지연 시간의 비교에 따라 PWM(pulse width modulation) 신호의 주기를 조정하여 스위칭부(213,223,233)의 전력 변환 동작을 제어할 수 있다.
각 스위칭부(213,223,233)는 해당하는 인버터 제어기(212,222,232)로부터의 PWM 신호에 따라 입력 전력을 적절한 전력으로 변환하여 부하에 출력할 수 있다. 예를 들어, 각 스위칭부(213,223,233)는 해당하는 인버터 제어기(212,222,232)로부터의 PWM 신호에 따라 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인버터 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인버터 장치는 복수의 인버터 유닛(A1,A2,A3)을 포함할 수 있고, 복수의 인버터 유닛(A1,A2,A3) 각각은 서로 직렬 연결된 복수의 인버터(210,220,230)를 포함할 수 있다.
복수의 인버터 유닛(A1,A2,A3)는 캐스케이드(cascade) 에이치 브릿지(H-bridge)를 구성할 수 있다.
주제어부 및 인버터 각각의 구성은 도 1과 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 각 인버터의 인버터 제어기의 개략적인 블럭도이다.
도 1 및 도 2와 함께, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 각 인버터의 인버터 제어기는 제1 인버터(210)의 인버터 제어기(212)를 예를 들어 설명하도록 하며, 제2 및 제3 인버터(220,230)의 각 인버터 제어기(222,232)의 구성 또한 이와 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
인버터 제어기(212)는 제1 연산부(212a), 제2 연산부(212b), PWM 신호 생성부(212c), 인터럽트 서비스 루틴(interrupt service routine;ISR) 수행부(212d), 타이머(212e), 제3 연산부(212f) 및 필터(212g)를 포함할 수 있다.
제1 연산부(212a)는 PWM 신호의 목표 위상 시간(tPhase _ ref)과 피드백받은 지연 시간(tRx _ elapse)을 비교하여 위상차 신호(tPhase _ err)를 출력할 수 있고, 제2 연산부(212b)는 위상차 신호(tPhase _ err)의 크기를 K비율로 저감시켜 PWM 캐리어 신호의 주기를 조정할 수 있다.
PWM 신호 생성부(212c)는 제2 연산부(212b)로부터 PWM 캐리어 신호의 조정된 주기(tPWM _ prd _ new)에 따른 PWM 신호를 생성할 수 있고, 인터럽트 서비스 루틴(interrupt service routine;ISR) 수행부(212d)는 조정된 주기를 갖는 PWM 신호에 따라 발생된 인터럽트 서비스를 수행할 수 있다.
타이머(212e)는 신호 송신 주기가 일정한 제어 신호가 수신된 시각(tRx _ stamp)과 현재 시각(tRx _ tmr _ now)을 출력할 수 있으며, 제3 연산부(212f)는 제어 신호가 수신된 시각(tRx _ stamp)과 현재 시각(tRx _ tmr _ now)을 비교하여 상기 지연 시간(tRx _ elapse)을 출력하고, 필터(212g)는 상기 지연 시간(tRx _ elapse)의 노이즈를 필터링하여 제1 연산부(212a)에 전달할 수 있다.
도 4 내지 도 8 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 제어 신호의 주기 조정 동작을 나타내는 타이밍 챠트들이다.
먼저, 도 1 내지 도 3과 함께, 도 4를 참조하면, 각 인버터(210,220,230)의 신호 수신부(211,221,231)는 일정 주기(tTx _ period)로 송신되는 제어 신호가 수신된 시각(tRx _ stamp)을 저장할 수 있다(식별부호 ①,①').
한편, 제어 신호에 상관없이 PWM 캐리어 신호의 최저점 또는 최고점에서 인터럽트가 발생되며, 인버터 제어기(212,222,232)는 PWM 신호의 주기를 조정하기 위한 해당 인터럽트 서비스 루틴을 수행할 수 있다(식별부호 ②,②').
인버터 제어기(212,222,232)는 상기 제어 신호가 수신된 시각(tRx _ stamp)과 타이머(212e)의 현재 시각(tRx _ tmr _ now)을 비교한 지연 시간(tRx _ elapse)과 목표 위상 시간(tPhase _ ref)을 비교하여(식별부호 ③,③'), 그 비교 결과인 위상차 신호(tPhase _ err)의 크기가 줄어드는 방향으로 PMW 캐리어 신호의 주기(tPWM _ prd _ old->tPWM _ prd _ new)를 조정할 수 있다(식별부호 ④,④'). 타이머(212e)의 현재 시각(tRx _ tmr _ now)은 해당 인터럽트 서비스 루틴이 수행된 시각일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제어 신호가 수신된 시각(tRx _ stamp)보다 PWM 캐리어 신호의 위상이 앞서는 경우, PWM 캐리어 신호의 주기가 줄어드는 것을 볼 수 있으며(식별부호①,②,③,④ -> 식별부호①',②',③',④'), 도 6을 참조하면, 상기 제어 신호가 수신된 시각(tRx _ stamp)보다 PWM 캐리어 신호의 위상이 늦는 경우, PWM 캐리어 신호의 주기가 늘어나는 것을 볼 수 있다(식별부호①,②,③,④ -> 식별부호①',②',③',④').
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인버터 장치는 서로 직렬 연결된 복수의 인버터(210,220,230)를 구비할 수 있으며, 도 7을 참조하면, 서로 직렬 연결된 복수의 인버터(210,220,230)는 서로 PWM 캐리어 신호가 동기화되어 운전될 수 있으며, 도 8을 참조하면, 서로 직렬 연결된 복수의 인버터(210,220,230) 각각의 PWM 캐리어 신호는 위상차가 유지되어 운전될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수의 인버터 각각의 PWM 신호들의 위상을 정밀하게 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 주제어부
110: 주제어기
120: 신호 송신부
210,220,230: 제1 내지 제3 인버터
211,221,231: 신호 수신부
212,222,232: 인버터 제어기
213,223,233: 스위칭부

Claims (9)

  1. 인버터 동작을 제어하는 제어 신호들을 출력하는 주제어부; 및
    상기 주제어부로부터 상기 제어 신호를 각각 입력받아 전력 변환 동작을 수행하는 복수의 인버터를 포함하고,
    상기 복수의 인버터는 서로 직렬 연결되고, 상기 복수의 인버터 각각은 상기 제어 신호가 수신된 시각과 현재 시각 간의 지연 시간과 사전에 설정된 목표 지연 시간 간의 비교에 따라 전력 변환 동작을 제어하는 인버터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 직렬 연결된 복수의 인버터를 갖는 인버터 유닛을 복수개 포함하고,
    복수의 인버터 유닛은 캐스케이드(cascade) 에이치-브리지(H-bridge)를 구성하는 인버터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 인버터 각각은 상기 지연 시간과 상기 목표 지연 시간 간의 비교에 따라 전력 변환 동작을 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 주기를 조정하는 인버터 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 인버터 각각은 상기 PWM 신호의 주기를 조정하여, 상기 복수의 인버터 각각의 상기 PWM 신호의 위상을 동기화시키는 인버터 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 인버터 각각은 상기 PWM 신호의 주기를 조정하여, 상기 복수의 인버터 각각의 상기 PWM 신호 간의 위상차를 유지시키는 인버터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 현재 시각은 상기 복수의 인버터 각각의 PWM 캐리어 신호의 주기에 따른 인터럽트 서비스 루틴 수행시 타이머에 저장된 시각인 인버터 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 인버터 각각은
    상기 주제어부로부터 해당하는 제어 신호를 수신하는 신호 수신부;
    수신된 제어 신호에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하여 전력 변환을 제어하는 인버터 제어기; 및
    상기 인버터 제어기의 상기 PWM 신호에 따라 전력 변환 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부
    를 포함하는 인버터 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인버터 제어기는 상기 통신부에 상기 제어 신호를 수신된 시각과 상기 현재 시각을 비교하고, 비교 결과에 따른 계산된 지연 시간과 상기 목표 지연 시간 간의 비교에 따라 상기 PWM 신호의 위상을 조정하는 인버터 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 인버터 제어기는
    PWM 신호의 목표 위상 시간과 피드백받은 지연 시간을 비교하여 위상차 신호를 출력하는 제1 연산부;
    상기 위상차 신호의 크기를 사전에 설정된 비율로 저감시켜 PWM 캐리어 신호의 주기를 조정하는 제2 연산부;
    상기 제2 연산부로부터의 PWM 캐리어 신호의 조정된 주기에 따른 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부;
    조정된 주기를 갖는 PWM 신호에 따라 발생된 인터럽트 서비스를 수행하는 인터럽트 서비스 루틴(interrupt service routine;ISR) 수행부;
    신호 송신 주기가 일정한 제어 신호가 수신된 시각과 상기 인터럽트 서비스 루틴 수행부의 인터럽트 서비스가 수행된 시각을 출력하는 타이머;
    상기 제어 신호가 수신된 시각과 상기 인터럽트 서비스가 수행된 시각을 비교하여 상기 지연 시간을 출력하는 제3 연산부; 및
    상기 지연 시간의 노이즈를 필터링하여 상기 제1 연산부에 전달하는 필터
    를 포함하는 인버터 장치.
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