KR20180127173A - Isolated switching power supply for three-phase AC - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3상 교류(三相交流)를 직류로 변환하는 절연형 스위칭 전원(電源)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
종래에는 교류를 직류로 변환하는 스위칭 전원으로 절연형 컨버터가 알려져 있다. 다양한 방식이 제시되고 있지만, 단상 및 3상뿐만 아니라 대체로 교류 전압을 정류 회로(整流回路)를 거쳐 정류 평활 컨덴서에 의해 평활화함으로써 AC/DC 변환한 후에 DC/DC 컨버터가 배치된 구성이 일반적이다(특허문헌 1 ~ 7). 역률 개선을 위해, 역률 개선 장치(PFC)와 DC/DC 컨버터를 조합한 2단 구성도 공지되어 있다. 특허문헌 6, 7에는 풍력 발전의 교류 발전기의 3상 교류 출력에 대해 승압 및 역률 개선을 행하도록 구성된 장치가 기재되어 있다.Conventionally, an insulated converter is known as a switching power supply for converting an alternating current into a direct current. Various schemes are proposed, but a configuration in which a DC / DC converter is disposed after AC / DC conversion is generally performed by smoothing not only single-phase and three-phase but also an alternating-current voltage by a rectifying smoothing capacitor through a rectifying
[특허문헌][Patent Literature]
- 특허문헌 1: 일본 특개평 7-31150 호 공보- Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-31150
- 특허문헌 2: 일본 특개평 8-331860 호 공보- Patent Document 2: JP-A-8-331860
- 특허문헌 3: 일본 특개 2002-10632 호 공보- Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-10632
- 특허문헌 4: 일본 특개 2005-218224 호 공보- Patent Document 4: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-218224
- 특허문헌 5: 일본 특개 2007-37297 호 공보- Patent Document 5: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-37297
- 특허문헌 6: 일본 특개 2013-128379 호 공보- Patent Document 6: JP-A-2013-128379
- 특허문헌 7: 일본 특개 2014-23286 호 공보- Patent Document 7: JP-A-2014-23286
기존의 역률 개선 기능을 갖춘 스위칭 전원을 2단 구성으로 할 경우에는 회로가 복잡하게 된다는 문제가 있었다. 또한, 포워드 방식의 컨버터에는 통상 트랜스 이외에도 외장형 초크 코일(choke coil)을 필요로 하였다.There has been a problem that the circuit becomes complicated when the switching power supply having the existing power factor improving function is made to have a two-stage configuration. In addition, the forward converter typically requires an external choke coil in addition to the transformer.
상기와 같은 문제점을 감안하여, 본 발명은 3상 교류가 입력되는 절연형 스위칭 전원에서, 간단한 구성에 의해 효율적인 역률 개선 및 전력 변환이 가능한 절연형 스위칭 전원을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an insulated switching power supply to which three-phase alternating current is inputted.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 구성을 제공한다. 괄호 안의 부호는 후술하는 도면 중의 부호로서, 참조를 위해 부여된다.In order to achieve the above object, the present invention provides the following configuration. The reference numerals in parentheses are used for reference in the following drawings.
본 발명의 스위칭 전원의 일 양태는,According to an aspect of the switching power supply of the present invention,
(a) 3상 교류가 입력되는 제 1, 제 2 및 제 3 입력단(R, S, T),(a) first, second and third input terminals (R, S, T) to which three-phase alternating current is inputted,
(b) 양극 출력단(P) 및 음극 출력단(N),(b) an anode output terminal P and a cathode output terminal N,
(c) 각각 1차 코일(Lr1, Ls1, Lt1)과 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)을 구비하고 각각의 1차 코일의 일단이 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입력단(R, S , T)에 각각 연결된 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt),(c) a primary coil Lr1, Ls1, Lt1 and secondary coils Lr2, Ls2, Lt2, one end of each primary coil being connected to the first, second and third input terminals R, S Second, and third transformers Tr, Ts, Tt connected to the first, second, and third transformers T,
(d) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 각각의 1차 코일(Lr1, Ls1, Lt1)의 타단과 입력측 기준 전위단(E)의 사이의 각 전류 경로를 도통(導通) 또는 차단하도록 하나의 제어 신호(Vg)에 의해 온오프 제어되는 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭 소자(Qr, Qs, Qt),(d) Each current path between the other end of each of the primary coils Lr1, Ls1, Lt1 of the first, second, and third transformers Tr, Ts, Tt and the input- Second, and third switching elements Qr, Qs, and Qt that are on and off controlled by one control signal Vg to turn on or off the switching elements Q1, Q2,
(e) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 각각의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 일단과 상기 음극 출력단(N)의 사이에 연결된 서브 컨덴서(C1),(C1) connected between one end of each of the secondary coils Lr2, Ls2 and Lt2 of the first, second and third transformers Tr, Ts and Tt and the negative output terminal N, ),
(f) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 각각의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 타단과 상기 양극 출력단(P)의 사이에 각각 연결되어, 상기 2차 코일의 타단으로부터 상기 양극 출력단(P)으로 흐르는 전류를 각각 도통시키기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 정류 요소(D1, D2, D3),(f) is connected between the other end of each of the secondary coils (Lr2, Ls2, Lt2) of the first, second and third transformers (Tr, Ts, Tt) and the anode output terminal Second, and third rectifying elements D1, D2, and D3 for conducting currents flowing from the other end of the secondary coil to the anode output terminal P,
(g) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 각각의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 타단과 상기 음극 출력단(N)의 사이에 각각 연결되어, 상기 음극 출력단(N)으로부터 상기 2차 코일의 타단으로 흐르는 전류를 각각 도통시키기 위한 제 4, 제 5 및 제 6 정류 요소(D4, D5, D6), (g) connected between the other end of each of the secondary coils (Lr2, Ls2, Lt2) of the first, second and third transformers Tr, Ts, Tt and the negative output terminal N, Fourth, fifth and sixth rectifying elements D4, D5 and D6 for conducting currents flowing from the negative output terminal N to the other end of the secondary coil,
(h) 상기 양극 출력단(P)과 상기 음극 출력단(N)의 사이에 연결된 평활 컨덴서(C2), 및(h) a smoothing capacitor (C2) connected between the positive output terminal (P) and the negative output terminal (N), and
(i) 상기 입력측 기준 전위단(E)과 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입력 단자(R, S, T)의 각각의 사이에 각각 연결되고, 상기 입력측 기준 전위단(E)으로부터 제 1 제 2 및 제 3 입력 단자(R, S, T)의 각각으로 흐르는 전류를 각각 도통시키는 제 7, 제 8 및 제 9 정류 요소(D7, D8, D9)를 갖는 것을 특징으로 한다.(i) is connected between the input-side reference potential stage (E) and each of the first, second and third input terminals (R, S, T) Seventh, eighth and ninth rectifying elements D7, D8 and D9 for conducting the currents respectively flowing through the first, second and third input terminals R, S and T, respectively.
본 발명에 따라, 3상 교류가 입력되고 간단한 구성에 의해 효율적인 역률 개선 및 전력 변환이 가능한 한편, 트랜스의 효율을 향상시킬 수 있는 절연형 스위칭 전원이 제공된다.According to the present invention, an isolation type switching power supply is provided which is capable of efficient power factor correction and power conversion by means of a simple constitution in which three-phase alternating current is input, while improving the efficiency of the transformer.
도 1은 본 발명에 따른 스위칭 전원의 실시 형태에 대한 회로 구성 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 2b는 입력되는 3상 교류와 스위칭 동작에 의한 역률 개선 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 회로 구성의 T-모드에 있어서 On-기간의 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 회로 구성의 2차측에 있어서 On-기간의 전위 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 회로 구성의 T-모드에 있어서 Off-기간의 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 회로 구성의 2차측에 있어서 Off-기간의 전위 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram showing an example of a circuit configuration for an embodiment of a switching power supply according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the power factor improving action by the input three-phase alternating current and the switching operation.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a current flow in the On-period in the T-mode of the circuit configuration shown in FIG.
Fig. 4 is a diagram schematically showing the potential relationship in the On-period in the secondary side of the circuit configuration shown in Fig.
5 is a diagram schematically showing a current flow in the Off-period in the T-mode of the circuit configuration shown in FIG.
6 is a diagram schematically showing the potential relationship in the Off-period in the secondary side of the circuit configuration shown in Fig.
이하에, 실시예를 나타낸 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스위칭 전원의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the switching power supply according to the present invention will be described with reference to the drawings showing embodiments.
(1) 회로 구성(1) Circuit configuration
도 1은 본 발명에 따른 절연 스위칭 전원의 실시 형태에 대한 회로 구성의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a circuit configuration for an embodiment of an insulated switching power supply according to the present invention; FIG.
본 발명의 스위칭 전원은 교류 발전기에 의해 출력되는 3상 교류 전원을 입력하고, 부하에 대해 직류 전력을 출력하는 전력 변환 장치이다. 예컨대, 풍력 발전에서는 풍차가 회전하여 교류 발전기의 축이 회전하면, 교류 발전기에서 Y-결선 된 3상의 스테이터 코일로부터 3상 교류 전력이 출력된다.The switching power supply of the present invention is a power conversion device that receives a three-phase AC power output from an AC generator and outputs DC power to a load. For example, in wind power generation, when the windmill rotates and the axis of the alternator rotates, three-phase alternating-current power is output from the three-phase stator coil Y-connected in the alternator.
본 발명의 스위칭 전원은 전력 변환 장치인 동시에 역률 개선 장치로서의 기능도 겸비하고 있다. 역률 개선 장치는 입력 전류의 파형을 입력 전압과 동일한 정현파 파형으로 함과 동시에 위상을 일치시켜 역률을 1로 하는 것을 목적으로 한다.The switching power supply of the present invention is a power conversion device and also has a function as a power factor improving device. The power factor correction device aims at making the waveform of the input current sinusoidal waveform equal to the input voltage and matching the phases to make the
본 발명의 스위칭 전원은 입력측과 출력측을 전기적으로 절연하는 절연형이다. 이를 위해 각 상에 대응하는 3개의 트랜스(Tr, Ts, Tt)를 제공하고 있다. 3개의 트랜스(Tr, Ts, Tt)는 각각 1개의 1차 코일과 1개의 2차 코일을 구비한다. 3개의 트랜스(Tr, Ts, Tt)는 전자기 특성이 동일한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 3상 리액터를 사용하는 것이 바람직하다. 부호 Lr1, Ls1, Lt1은 각 트랜스의 1차 코일을 나타내고, 부호 Lr2, Ls2, Lt2는 각 트랜스의 2차 코일을 나타낸다.The switching power supply of the present invention is of an insulation type that electrically insulates the input side and the output side. To this end, three transformers (Tr, Ts, Tt) corresponding to each phase are provided. The three transformers (Tr, Ts, Tt) each have one primary coil and one secondary coil. It is preferable that the three transformers (Tr, Ts, Tt) have the same electromagnetic characteristics, and it is preferable to use a three-phase reactor. Lr1, Ls1 and Lt1 denote the primary coils of the respective transformers, and Lr2, Ls2 and Lt2 denote the secondary coils of the respective transformers.
각 코일의 권취 시작과 끝을 검은 동그라미로 표시하고 있다. 본원에서 코일에 대해 「일단」과 「타탄」이라고 함은 「권취 개시단」과 「권취 종단」의 조합을 의미하는 경우와 「권취 종단」과 「권취 개시단」의 조합을 의미하는 경우 모두를 포함한다.The start and end of winding of each coil are indicated by black circles. The term "one end" and "tartan" as used herein mean both a case where the combination of the "winding start end" and the "winding end" and a case where the combination of "winding end" and "winding start end" .
입력측인 트랜스의 1차 코일(Lr1, Ls1, Lt1)의 일단(본 예에서는 귄취 개시단)은 3상 교류 전압이 입력되는 3개의 단자인 제 1 입력단(R), 제 2 입력단(S) 및 제 3 입력단(T)에 각각 연결되어 있다. 본원에서는 3상 교류의 각 상을 R-상, S-상, T-상이라 칭한다. 부호 E는 입력측 기준 전위단을 나타낸다.One end (start winding end in this example) of the primary coils Lr1, Ls1 and Lt1 of the transformer on the input side is connected to a first input terminal R, a second input terminal S, And the third input terminal T, respectively. In the present application, each phase of three-phase alternating current is referred to as R-phase, S-phase, and T-phase. And reference symbol E denotes an input-side reference potential stage.
트랜스의 2차측에는 직류 전압이 출력되는 2개의 단자인 양극 출력단(P)과 음극 출력단(N)이 설치되어 있다. 음극 출력단(N)은 2차측 기준 전위단이다. 양극 출력단(P)과 음극 출력단(N)의 사이에 연결된 부하(도시되지 않음)에 출력 전압이 인가되고 출력 전류가 흐른다.The secondary side of the transformer is provided with a positive output terminal (P) and a negative output terminal (N) which are two terminals for outputting a DC voltage. The negative output terminal N is a secondary-side reference potential terminal. An output voltage is applied to a load (not shown) connected between the positive output terminal P and the negative output terminal N, and an output current flows.
각 트랜스의 1차 코일(Lr1, Ls1, Lt1)의 타단(본 예에서는 권취 종단)에는 3개의 스위칭 소자(Qr, Qs Qt)의 각각의 일단이 연결되어 있다. 각 스위칭 소자(Qr, Qs, Qt)의 타단은 입력측 기준 전위단(E)에 연결되어 있다. 각 스위칭 소자(Qr, Qs, Qt)는 제어단을 각각 구비하며, 각 제어단은 1차 코일(Lr1, Ls1, Lt1)의 타단과 입력측 기준 전위단(E)의 사이의 전류 경로를 도통 또는 차단하도록 각각 온-오프 제어된다.One end of each of the three switching elements Qr and Qs Qt is connected to the other end (winding end in this example) of the primary coils Lr1, Ls1 and Lt1 of each transformer. The other end of each switching element Qr, Qs, Qt is connected to the input-side reference potential terminal E. Each of the switching elements Qr, Qs and Qt has a control terminal and each of the control terminals conducts a current path between the other terminal of the primary coils Lr1, Ls1 and Lt1 and the input- Respectively.
3개의 스위칭 소자(Qr, Qs Qt)의 각 제어단은 공통되는 하나의 제어 신호(Vg)에 의해 제어된다. 제어 신호(Vg)는 예컨대, 소정의 주파수 및 충격 계수의 펄스 파형을 갖는 PWM 신호이다. 즉, 3개의 스위칭 소자(Qr, Qs, Qt)는 항상 동시에 온-오프되도록 제어된다. 도시된 예에서는, 스위칭 소자(Qr, Qs, Qt)가 n채널형 MOSFET(이하에「FETQr」,「FETQs」,「FETQt」라고 함)이며, 일단이 드레인, 타단이 소스, 제어단이 게이트이다. 이 경우, 제어 신호(Vg)는 전압 신호이다.The respective control terminals of the three switching elements Qr and Qs Qt are controlled by a common control signal Vg. The control signal Vg is, for example, a PWM signal having a pulse waveform of a predetermined frequency and an impact coefficient. That is, the three switching elements Qr, Qs, and Qt are controlled to be always turned on and off simultaneously. In the illustrated example, the switching elements Qr, Qs and Qt are n-channel type MOSFETs (hereinafter referred to as "FET Qr", "FET Qs" and "FET Qt"), one end being the drain, the other end being the source, to be. In this case, the control signal Vg is a voltage signal.
또한, FET 이외의 스위칭 소자(Qr, Qs, Qt), 예컨대 IGBT나 바이폴라 트랜지스터를 이용하여도 좋다.Further, switching elements Qr, Qs, and Qt other than FETs, such as IGBTs and bipolar transistors, may be used.
2차측에서, 각 트랜스의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 일단(본 예에서는 권취 개시단)과 2차측 기준 전위단인 음극 출력단(N)의 사이에는 1개의 컨덴서(이하에「서브 컨덴서」라고 함)(C1)가 연결되어 있다. 또한, 양극 출력단(P)과 음극 출력단(N)의 사이에는 평활 컨덴서(C2)가 연결되어 있다.In the secondary side, one capacitor (hereinafter referred to as a " secondary winding ") is provided between one end (winding start end in this example) of the secondary coils Lr2, Ls2, and Lt2 of each transformer and a negative output end N Quot; capacitor ") C1 are connected. A smoothing capacitor C2 is connected between the positive output terminal P and the negative output terminal N. [
각 트랜스의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 타단(본 예에서는 권취 종단)과 양극 출력단(P)의 사이에는 정류 요소의 일례인 제 1, 제 2 및 제 3 의 다이오드(D1, D2, D3)가 각각 연결되어 있다. 다이오드(D1, D2, D3)의 각 양극(anode)이 각각 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 각 타단에 연결되고, 각 음극(cathode)이 양극 출력단(P)에 연결된다. 각 다이오드(D1, D2, D3)는 순방향 바이어스의 경우 각 트랜스의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 타단으로부터 양극 출력단(P)으로 각각 흐르는 전류를 도통시키고, 역방향 바이어스의 경우는 각각 전류를 차단한다.The first, second and third diodes D1 and D2, which are examples of rectifying elements, are provided between the other end (winding end in this example) of the secondary coils Lr2, Ls2 and Lt2 of each transformer and the anode output terminal P, , And D3 are connected to one another. Each anode of the diodes D1, D2 and D3 is connected to the other end of each of the secondary coils Lr2, Ls2 and Lt2 and each cathode is connected to the anode output terminal P. [ The diodes D1, D2 and D3 conduct currents respectively flowing from the other ends of the secondary coils Lr2, Ls2 and Lt2 of the respective transformers to the anode output terminals P in the case of forward bias, .
다이오드(D1, D2, D3)는 순방향 전압 강하가 작으면서도 고속 동작을 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the diodes D1, D2, and D3 operate at a high speed with a small forward voltage drop.
또한, 각 트랜스의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 타단과 음극 출력단(N)의 사이에는 정류 요소의 일례인 제 4, 제 5 및 제 6 의 다이오드(D4, D5, D6)가 각각 연결되어 있다. 다이오드(D4, D5, D6)의 각 음극이 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 각 타단에 연결되고, 각 양극이 음극 출력단(N)에 연결된다. 각 다이오드(D4, D5, D6)는 순방향 바이어스의 경우 음극 출력단(N)으로부터 각 트랜스의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 타단으로 각각 흐르는 전류를 도통시키고, 역방향 바이어스의 경우는 각각 차단한다.The fourth, fifth and sixth diodes D4, D5 and D6, which are examples of rectifying elements, are connected between the other end of the secondary coils Lr2, Ls2 and Lt2 of each transformer and the negative output terminal N, It is connected. The cathodes of the diodes D4, D5 and D6 are connected to the other ends of the secondary coils Lr2, Ls2 and Lt2, and the respective anodes are connected to the negative output terminal N. [ The diodes D4, D5 and D6 conduct currents respectively flowing from the negative output terminal N to the other ends of the secondary coils Lr2, Ls2 and Lt2 of the respective transformers in case of forward bias, do.
또한, 도 1의 회로에서는 입력측 기준 전위단(E)과, 제 1 입력단(R), 제 2 입력단(S) 및 제 3 입력단(T)의 각각의 사이에 정류 요소의 일례인 제 7, 제 8 제 9 다이오드(D7, D8, D9)가 각각 연결되어 있다. 다이오드(D7, D8, D9)의 각 음극이 입력측 기준 전위단(E)에 연결되고, 각 양극이 제 1, 제 2 및 제 3 입력단(R, S, T)의 각각에 각각 연결되어있다. 각 다이오드(D7, D8, D9)는 순방향 바이어스의 경우 입력측 기준 전위단(E)으로부터 제 1, 제 2 및 제 3 입력 단자(R, S, T)의 각각으로 흐르는 전류를 각각 도통시키고, 역방향 바이어스의 경우는 각각 차단한다.In the circuit of Fig. 1, the input-side reference potential stage E and the seventh and eighth embodiments, which are examples of the rectifying elements, are provided between the first input terminal R, the second input terminal S and the third input terminal T, 8th diode (D7, D8, D9) are connected, respectively. Each cathode of the diodes D7, D8 and D9 is connected to the input-side reference potential terminal E and each anode is connected to each of the first, second and third input terminals R, S and T, respectively. Each of the diodes D7, D8 and D9 conducts currents flowing respectively to the first, second and third input terminals R, S and T from the input-side reference potential terminal E in the case of forward bias, In the case of bias, each is shut off.
또한, 도시되지는 않았으나, 제어 신호(Vg)를 발생하는 제어부를 포함한다. 제어부는 예컨대, 입력 전압과 직류 출력 전압의 크기를 검출하고 검출된 입력 전압과 출력 전압에 기초하여 제어 신호(Vg)의 충격 계수를 결정한 다음, 이에 기초하여 제어 신호(Vg)를 생성한다. 제어부의 주요부로는 PWMIC를 이용하는 것이 바람직하다.Also, although not shown, it includes a control unit for generating a control signal Vg. For example, the control unit detects the magnitude of the input voltage and the DC output voltage, determines the impact coefficient of the control signal Vg based on the detected input voltage and the output voltage, and then generates the control signal Vg based thereon. As a main part of the control unit, it is preferable to use PWMIC.
PWMIC는 예컨대, 결정된 하나의 충격 계수에 대응하는 일정 전압의 직류 신호, 및 일정한 주파수를 갖는 반송 삼각파 신호를 비교 기기에 입력함으로써, 일정한 충격 계수를 갖는 펄스 형태의 제어 신호(Vg)를 출력한다. 본 발명에서는 이러한 제어 신호(Vg)를 "일정한 충격 계수를 갖는" 제어 신호라고 칭한다. 이러한 제어 신호는 일례이다.The PWM IC outputs a pulse-shaped control signal Vg having a constant impact coefficient, for example, by inputting a DC signal having a constant voltage corresponding to the determined one impact coefficient and a carrier triangular wave signal having a constant frequency to the comparator. In the present invention, such a control signal Vg is referred to as a " control signal having a constant impact coefficient ". This control signal is an example.
(2) 동작 설명(2) Description of operation
도 2 내지 도 6을 참조하여 도 1에 도시된 회로 구성의 동작을 설명한다. 또한, 본 회로의 시동시 및 정지시의 과도적 동작은 예외로 하고, 본 회로가 정상 상태에 있는 경우의 동작에 대해서 설명한다.The operation of the circuit configuration shown in Fig. 1 will be described with reference to Figs. 2 to 6. Fig. Except for the transient operation at the time of starting and stopping the circuit, the operation in the case where the circuit is in the normal state will be described.
(2-1) 3상 교류 입력 및 역률 개선 작용(2-1) Three-phase AC input and power factor improvement
먼저, 도 2a 및 2b를 참조하여 3상 교류 입력에 대한 스위칭 동작에 의한 역률 개선 작용을 설명한다.First, referring to FIGS. 2A and 2B, the power factor improving operation by the switching operation for the three-phase AC input will be described.
도 2a는 입력된 3상 교류의 R-상, S-상, T-상에 대한 전압 파형을 나타내고 있다. 최고 전위가 되는 상과 최저 전위가 되는 상은 각각 위상 120°마다 순차적으로 바뀌고 있다. 3상 교류의 주파수는 예컨대, 풍력 발전의 교류 발전기의 경우, 수 Hz ~ 100 Hz 정도이다. 한편, 스위칭 주파수 즉, 도 1의 제어 신호(Vg)의 주파수는 수 kHz ~ 수백 kHz 이며, 3상 교류의 주파수에 비해 충분히 높다.FIG. 2A shows the voltage waveforms for the R-phase, S-phase, and T-phase of the input three-phase alternating current. The phase that becomes the highest potential and the phase that becomes the lowest potential are sequentially changed every 120 degrees of phase. The frequency of the three-phase alternating current is, for example, about several Hz to 100 Hz for an alternator of a wind power generator. On the other hand, the switching frequency, that is, the frequency of the control signal Vg in Fig. 1 is several kHz to several hundreds kHz, which is sufficiently higher than the frequency of the three-phase alternating current.
예컨대, T-상이 최저 전위가 되는 기간("T-모드"라 칭함)에 대해 설명한다. 또한, R-상이 최저 전위가 되는 기간("R-모드"라 칭함) 및 S-상이 최저 전위가 되는 기간("S-모드"라 칭함)은 동일하므로 설명을 생략한다.For example, a period in which the T-phase becomes the lowest potential (referred to as "T-mode") will be described. The period during which the R-phase becomes the lowest potential (referred to as "R-mode") and the period during which the S-phase becomes lowest potential (referred to as "S-mode") are the same and will not be described herein.
T-모드는 그 기간의 전반에는 R-상이 최고 전위가 되고, 후반에는 S-상이 최고 전위가 된다. 도 1에서 FETQr, Qs Qt의 온(On)-기간에는 양전위의 상과 음전위의 상의 상간 전압에 의한 입력 전류가 흐르고, 오프(Off)-기간에는 전류가 흐르지 않는다.In the T-mode, the R-phase becomes the highest potential in the first half of the period, and the S-phase becomes the highest potential in the latter half. In FIG. 1, the input current flows due to the phase-to-phase voltage of the positive and negative electric potentials of the positive electric potential and the electric current does not flow during the off-period during the ON-period of the FETs Qr and Qs Qt.
다음의 동작 설명에서는, 예로서 On-기간에 최고 전위의 R-상 또는 S-상으로부터 최저 전위의 T-상으로, RT 상간 전압 또는 ST 상간 전압에 의해 입력 전류가 흐르는 경우에 대해 설명한다(다른 경우에 대해서도 동작은 동일하므로 설명을 생략한다).In the following description of the operation, as an example, a case where the input current flows by the RT phase voltage or the ST phase voltage from the R-phase or S-phase of the highest electric potential to the T-phase of the lowest electric potential in the On-period The operation is the same for other cases, so the explanation thereof is omitted).
여기에서는, 예컨대 R-상과 T-상 사이의 상간 전압을 "RT 상간 전압" 등으로 칭하고 "vrt"로 나타낸다. 또한, 예컨대 RT 상간 전압(vrt)에 의해 흐르는 입력 전류를 "irt"로 나타낸다.Here, the phase-to-phase voltage between the R-phase and the T-phase is referred to as "RT phase-to-phase voltage" Further, for example, the input current flowing by the RT phase voltage vrt is denoted by "angle ".
도 2b를 참조하여 역률 개선 작용에 대해 설명한다. 도 2b는 예컨대, 도 2a의 시간축(t) 상의 A지점에서 PWM 제어신호(Vg)의 파형, RT 상간 전압(vrt), 및 제 1 입력단(R)과 제 3 입력단(T)의 사이에 흐르는 On-전류(irt)를 모식적으로 나타내고 있다. 스위칭 주파수는 3상 교류의 주파수에 비해 충분히 높기 때문에, 하나의 On-기간의 RT 상간 전압(vrt)은 펄스 형태의 일정한 전압이라고 볼 수 있다. 따라서, On-전류(irt)의 시점의 값은 RT 상간 전압(vrt), 및 제 1 입력단(R)과 제 3 입력단(T)의 사이의 전류 경로상에 있는 인덕턴스(L)에 의해, irt = vrt / Lω (ω는 스위칭 주파수)로 결정된다. 전류(irt)는 On-기간에 선형적으로 증가한다. Off-기간에는 전류(irt)가 0이 된다.The power factor improving operation will be described with reference to FIG. 2B shows a waveform of the PWM control signal Vg at the point A on the time axis t in FIG. 2A, the RT phase-to-phase voltage vrt and the phase difference between the first input terminal R and the third input terminal T On-current (angular) is schematically shown. Since the switching frequency is sufficiently high compared to the frequency of the three-phase alternating current, the RT-phase voltage (vrt) in one On-period can be regarded as a constant voltage in pulse form. Therefore, the value of the on-current (angular) time point is determined by the RT phase-to-phase voltage vrt and the inductance L on the current path between the first input terminal R and the third input terminal T, = vrt / L? (where? is the switching frequency). The current (irt) increases linearly in the On-period. In the Off-period, the current (irt) becomes zero.
전류 경로상의 인덕턴스(L) 및 스위칭 주파수(ω)는 정수이기 때문에, On-기간의 전류(irt)의 시점의 값은 On-기간의 시점에서의 RT 상간 전압(vrt)의 순간 값(瞬時値)에 의해 결정된다. RT 상간 전압(vrt)의 순간 값은 정현파의 궤적 상에 위치하므로, On-기간에 1차 코일에 흐르는 전류(irt)도 또한, 정현파의 궤적을 그리게 된다. 이는 입력 전류가 입력 전압과 같은 위상의 정현파임을 의미한다. 따라서 1차측의 역률 개선이 실현된다.Since the inductance L on the current path and the switching frequency? Are integers, the value at the time point of the current in the On-period is the instantaneous value of the RT-phase voltage vrt at the time of the On- ). Since the instantaneous value of the RT phase voltage vrt is located on the locus of the sinusoidal wave, the current flowing through the primary coil in the On-period also plots the locus of the sinusoidal wave. This means that the input current is sinusoidal with the same phase as the input voltage. Therefore, improvement of the power factor of the primary side is realized.
본 회로에서는 3상 교류의 상간 전압이 인가되는 인덕턴스를 포함한 전류 경로를 일정한 주파수와 충격 계수를 가진 PWM 제어신호를 이용하여 도통·차단함으로써 입력 전압과 위상이 일치된 정현파의 입력 전류를 얻을 수 있다.In this circuit, the current path including the inductance applied with the phase-to-phase voltage of the three-phase AC is conducted and blocked by using the PWM control signal having the constant frequency and the duty factor to obtain the sinusoidal input current whose phase matches the input voltage .
(2-2) On-기간의 1차측 및 2차측의 동작에 대한 상세 설명(2-2) Detailed description of the operation of the primary and secondary sides of the On-period
도 3은 도 1에 도시된 회로 구성에서 T-모드인 시점(예컨대 도 2의 A점 근방)의 On-기간에 대한 전류 흐름(화살표가 있는 점선)을 개략적으로 나타내고 있다.3 schematically shows a current flow (dotted line with an arrow) for the On-period of the time point in the T-mode in the circuit configuration shown in Fig. 1 (for example, in the vicinity of point A in Fig. 2).
[On-기간 : 1차측][On-period: primary side]
트랜스 1차측에서는, On-기간에 제어 신호(Vg)가 On 전압으로 되면, FETQr, FETQs, FETQt가 모두 On으로 되어 전류 경로가 도통한다.On the trans primary side, when the control signal Vg becomes On voltage in the On-period, both the FET Qr, the FET Qs, and the FET Qt are turned On and the current path becomes conductive.
트랜스(Tr)의 1차 코일에는 RT 상간 전압(vrt)에 의해 입력 전류(irt)가 다음의 경로로 흐른다.In the primary coil of the transformer (Tr), the input current (irt) flows to the following path by the RT phase voltage (vrt).
- 입력 전류(irt) : 제 1 입력단(R) → 트랜스(Tr) 1차 코일 → FETQr → 다이오드(D9) → 제 3 입력단(T)- input current (irt): first input terminal (R) -> transformer (Tr) primary coil -> FET Qr -> diode (D9)
트랜스(Ts)의 1차 코일에는 ST 상간 전압(vst)에 의해 입력 전류(ist)가 다음의 경로로 흐른다.The input current ist flows to the next path by the ST-phase voltage vst at the primary coil of the transformer Ts.
- 입력 전류(ist) : 제 2 입력단(S) → 트랜스(Ts) 1차 코일 → FETQs → 다이오드(D9) → 제 3 입력단(T)- Input current (ist): Second input S → Trans (Ts) Primary coil → FET Qs → Diode (D9) → Third input (T)
여기에서, 다이오드(D9)를 흐르고, 제 3 입력단(T)으로부터 입력측으로 돌아가는 전류처럼, 입력측으로 돌아가는 전류를 다음 "환류(還流)"라고 칭한다. 만일 다이오드(D9)가 없는 경우, 환류는 FETQt로부터 트랜스(Tt)의 1차 코일을 통해서 제 3 입력단(T)으로 돌아간다. 환류가 트랜스(Tt)의 1차 코일을 흐르게 되면 전력 손실이 발생한다. 본 회로에서는 다이오드(D9)를 설치함으로써 환류가 트랜스(Tt)의 1차 코일 흐르지 않기 때문에 그로 인한 전력 손실이 발생하지 않는다.Here, the current that flows through the diode D9 and returns to the input side, such as the current returning from the third input terminal T to the input side, is referred to as the next "reflux." If there is no diode D9, the reflux is returned from the FET Qt to the third input T through the primary coil of the transformer Tt. When the reflux flows through the primary coil of the transformer Tt, a power loss occurs. In this circuit, since the diode D9 is provided, the primary winding of the transformer Tt does not flow and the power loss due to the reflux does not occur.
[On-기간 : 2차측][On-period: secondary side]
도 3에서는 설명의 편의상, 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 2차 코일 타단(본 예에서는 권취 종단)을 각각 a점, b점, c점으로 하고, 3개의 트랜스에 공통되는 2차 코일 일단(본 예에서는 권취 개시단)을 d점으로 한다. 또한, 양극 출력단(P)을 f점으로 하고, 음극 출력단(N)을 e점으로 한다. f점은 평활 컨덴서(C2)의 일단이기도 하다. e점은 서브 컨덴서(C1) 및 평활 컨덴서(C2)의 공통단이며, 또한 2차측 기준 전위단이다.In FIG. 3, for convenience of explanation, the other end of the secondary coil of the transformer Tr, Ts, Tt is assumed to be a point, b point, and point c respectively and a secondary coil common to the three transformers (The winding start end in this example) is taken as d point. Further, the anode output terminal P is defined as point f, and the cathode output terminal N is defined as e point. The point f is also one end of the smoothing capacitor C2. The point e is a common end of the sub capacitor C1 and the smoothing capacitor C2, and is also a secondary side reference potential stage.
도 4는 On-기간의 트랜스 2차측의 a점 ~ f점의 전위 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하여 On-기간의 트랜스 2차측의 동작을 설명한다.Fig. 4 is a diagram schematically showing the potential relationship between the points a to f of the trans-secondary side in the On-period. The operation of the trans-secondary side in the On-period will be described with reference to Fig.
정상 상태에서, 서브 컨덴서(C1) 및 평활 컨덴서(C2)는 각각 소정의 양단 전압(VC1, VC2)에서 충전되고 있다.In the steady state, the sub capacitor C1 and the smoothing capacitor C2 are charged at predetermined both-end voltages VC1 and VC2, respectively.
트랜스(Tr)의 1차 코일에 입력 전류(irt)가 흐름으로써 2차 코일에 기전력(Vr)이 생긴다(본 명세서에서 「기전력」및 「역방향 기전력」은 전압의 의미로 사용됨). 기전력(Vr)은 d점 쪽이 고전위, a점 쪽이 저전위의 방향이다. 다이오드(D1)는 이러한 기전력(Vr)에 대해 역방향 바이어스가 되기 때문에 전류가 흐르지 않는다. 한편, 다이오드(D4)는 순방향 바이어스가 되어 도통한다.An electromotive force Vr is generated in the secondary coil as the input current flows to the primary coil of the transformer Tr (in this specification, "electromotive force" and "reverse electromotive force" are used in the meaning of voltage). The electromotive force (Vr) is the direction of the high potential at the point d and the direction of the low potential at the point a. Since the diode D1 becomes a reverse bias with respect to this electromotive force Vr, no current flows. On the other hand, the diode D4 becomes a forward bias and conducts.
여기에서, 도 4에 도시된 On-기간의 전위 관계도를 참조한다. 트랜스(Tr)의 2차 코일 a점은, 다이오드(D4)가 도통하기 때문에, 2차측 기준 전위단 e점과 같은 전위가 된다. 트랜스(Tr)의 기전력(Vr)이 서브 컨덴서(C1)의 양단 전압(VC1)을 초과하면 서브 컨덴서(C1)를 충전하는 방향으로 On-기간의 전류(iron)가 다음의 경로로 흐른다.Here, the potential relation diagram of the On-period shown in Fig. 4 will be referred to. The secondary coil a point of the transformer Tr becomes the same potential as the secondary side reference potential point e because the diode D4 conducts. When the electromotive force Vr of the transformer Tr exceeds the both-end voltage VC1 of the sub-condenser C1, the on-period current iron flows in the direction to charge the sub-capacitor C1 to the next path.
- 전류(iron) : 트랜스(Tr) 2차 코일 d점 → 서브 컨덴서(C1) → 다이오드(D4) → 트랜스(Tr) 2차 코일 a점- iron: Trans (Tr) Secondary coil d point → Sub-capacitor (C1) → Diode (D4) → Trans (Tr) Secondary coil a point
또한, 기전력(Vr)이 서브 컨덴서(C1)의 일단인 d점 전위를 초과하지 않을 경우에 전류(iron)는 흐르지 않는다(도 4의 Vr' 참조).Further, when the electromotive force Vr does not exceed the d-point potential which is one end of the sub-capacitor C1, the current iron does not flow (see Vr 'in Fig. 4).
트랜스(Ts)의 1차 코일에 입력 전류(ist)가 흐름으로써 2차 코일에 기전력(Vs)이 생긴다. 기전력(Vs)은 d점 쪽이 고전위, b점 쪽이 저전위의 방향이다. 다이오드(D2)는 이러한 기전력(Vs)에 대해 역방향 바이어스가 되기 때문에 전류가 흐르지 않는다. 한편, 다이오드(D5)는 도통한다.The input current (ist) flows to the primary coil of the transformer (Ts) to generate the electromotive force (Vs) in the secondary coil. The electromotive force (Vs) is the direction of the high potential at point d and the direction of low potential at point b. The diode D2 is reverse biased with respect to the electromotive force Vs, so that no current flows. On the other hand, the diode D5 conducts.
여기에서, 도 4에 도시된 On-기간의 전위 관계도를 참조한다. 트랜스(Ts)의 2차 코일 b점은, 다이오드(D5)가 도통하면 2차측 기준 전위단 e점과 같은 전위가 된다. 트랜스(Ts)의 기전력(Vs)이 서브 컨덴서(C1)의 양단 전압(VC1)을 초과하면 서브 컨덴서(C1)를 충전하는 방향으로 On-기간의 전류(ison)가 다음의 경로로 흐른다.Here, the potential relation diagram of the On-period shown in Fig. 4 will be referred to. The secondary coil b point of the transformer Ts becomes the same potential as the secondary side reference potential point e when the diode D5 conducts. When the electromotive force Vs of the transformer Ts exceeds the both-end voltage VC1 of the sub-condenser C1, the On-period current ison flows in the direction to charge the sub-condenser C1 to the next path.
- 전류(ison) : 트랜스(Ts) 2차 코일 d점 → 서브 컨덴서(C1) → 다이오드(D5) → 트랜스(Ts) 2차 코일 b점- Current (ison): Trans (Ts) Secondary coil d point → Sub-capacitor (C1) → Diode (D5) → Trans (Ts) Secondary coil b point
또한, 기전력(Vs)이 서브 컨덴서(C1)의 일단인 d점 전위를 초과하지 않을 경우에 전류(ison)는 흐르지 않는다(도 4의 Vs' 참조).Further, when the electromotive force Vs does not exceed the d-point potential at one end of the sub-capacitor C1, the current ison does not flow (see Vs' in Fig. 4).
또한 트랜스(Tt)는 그 2차 코일에 전류가 흐르지 않기 때문에, 2차 코일에 기전력이 발생하지 않는다. 트랜스(Tt)의 2차 코일에는 전류가 흐르지 않는다.Further, since no current flows through the secondary coil of the transformer Tt, no electromotive force is generated in the secondary coil. No current flows in the secondary coil of the transformer (Tt).
부하로의 공급 전류는 평활 콘덴서(C2)로부터의 방전 전류 뿐이다.The supply current to the load is only the discharge current from the smoothing capacitor C2.
본 회로의 On-기간의 동작을 정리하면 다음과 같다. 1차 코일에 입력 전류가 흐르는 트랜스에서는, 2차 코일에 기전력이 발생하고, 발생한 기전력이 서브 컨덴서의 전압을 초과하면 서브 컨덴서를 충전하는 방향으로 전류가 흐른다. 한편, 1차 코일에 전류가 흐르지 않는 트랜스에서는, 2차 코일에 전류가 흐르지 않는다.The operation of the On-period of this circuit is summarized as follows. In the transformer in which the input current flows in the primary coil, an electromotive force is generated in the secondary coil. When the generated electromotive force exceeds the voltage of the sub-capacitor, a current flows in the direction of charging the sub-capacitor. On the other hand, in a transformer in which no current flows in the primary coil, no current flows in the secondary coil.
통상의 포워드 방식에서는 On-기간에 외장형 초크 코일(choke coil)에 자기 에너지가 축적되고, 통상의 플라이백 방식인 경우에는 On-기간에 트랜스에 자기 에너지가 축적된다. 이에 반해, 본 회로에서는 On-기간에 2차측에 흐르는 전류(iron 및 ison)에 의해 서브 컨덴서(C1)에 에너지가 축적된다. 그 결과, 본 회로에서는 외장형 초크 코일이 불필요하다.In the normal forward mode, magnetic energy is accumulated in an external choke coil in the On-period, and magnetic energy is accumulated in the transformer in the On-period in the case of the ordinary flyback method. On the other hand, in this circuit, energy is accumulated in the sub-capacitor C1 by the current (iron and ison) flowing in the secondary side in the On-period. As a result, an external choke coil is unnecessary in this circuit.
(2-3) Off-기간의 1차측 및 2차측의 동작에 대한 상세 설명(2-3) Detailed description of the operation of the primary and secondary sides of the Off-period
도 5는 도 1의 회로 구성에서 T-모드의 Off-기간에 대한 전류 흐름(화살표가 있는 점선)을 개략적으로 도시하고 있다.Fig. 5 schematically shows the current flow (dotted line with arrows) for the Off-period of the T-mode in the circuit configuration of Fig.
[Off-기간 : 1차측][Off-period: primary side]
트랜스 1차측에서는, 제어 신호(Vg)가 Off로 되면, FETQr, FETQs, FETQt가 모두 Off로 되어 스위치가 열린다. 각 트랜스의 1차 코일의 각 전류 경로는 차단되고, 전류는 0이 된다. 이에 의해 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 1차 코일 및 2차 코일에 각각 역방향 기전력이 발생한다.On the transformer primary side, when the control signal Vg is turned off, both the FET Qr, the FET Qs and the FET Qt are turned off and the switch is opened. Each current path of the primary coil of each transformer is cut off, and the current becomes zero. As a result, a reverse electromotive force is generated in each of the primary coil and the secondary coil of the transformer Tr, Ts, Tt.
[Off-기간 : 2차측][Off-period: secondary side]
도 6은 Off-기간의 트랜스 2차측의 a점 ~ f점의 전위 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하여 Off-기간의 2차측의 동작을 설명한다.Fig. 6 is a diagram schematically showing the potential relationship between the points a to f in the trans-secondary side in the Off-period. The operation of the secondary side in the Off- period will be described with reference to FIG.
트랜스(Tr)의 2차 코일에 발생하는 역방향 기전력(Vr)은 d점 쪽이 저전위, a 점 쪽이 고전위의 방향이다. 다이오드(D4)는 이러한 역방향 기전력(Vr)에 대해서 역방향 바이어스가 되기 때문에 전류는 흐르지 않는다.The reverse direction electromotive force (Vr) generated in the secondary coil of the transformer Tr is a low potential at the point d and a high potential at the point a. Since the diode D4 is reverse biased with respect to this reverse electromotive force Vr, no current flows.
여기서, 도 6에 도시된 Off-기간의 전위 관계도를 참조한다. 역방향 기전력(Vr)에 의해, 트랜스(Tr)의 2차 코일 a점 전위가 d점 전위에 대해 상승하고, 평활 컨덴서(C2)의 일단(제 1 출력단[P])인 f점 전위를 초과하면, 이러한 역방향 기전력(Vr)에 의해 다이오드(D1)가 순방향 바이어스가 되어 전류(iroff)가 다음 경로로 흐른다.Here, the potential relationship diagram of the Off- period shown in Fig. 6 will be referred to. When the secondary coil a point potential of the transformer Tr rises with respect to the d point potential by the backward electromotive force Vr and exceeds the f point potential which is one end (first output end [P]) of the smoothing capacitor C2 The diode D1 is forward biased by the reverse electromotive force Vr, and the current iroff flows to the next path.
- 전류(iroff) : 트랜스(Tr) 2차 코일 a점 → 다이오드(D1) → 부하(또는 평활 컨덴서[C2]) → 서브 컨덴서(C1) → 트랜스(Tr) 2차 코일 d점- Current (iroff): Trans (Tr) Secondary coil a point → Diode (D1) → Load (or smoothing capacitor [C2]) → Sub-capacitor (C1) → Trans (Tr) Secondary coil d point
트랜스(Ts)의 2차 코일에 발생하는 역방향 기전력(Vs)은 d점 쪽이 저전위, b점 쪽이 고전위의 방향이다. 다이오드(D5)는 이러한 역방향 기전력(Vs)에 대해서 역방향 바이어스가 되기 때문에 전류는 흐르지 않는다.The reverse direction electromotive force (Vs) generated in the secondary coil of the transformer (Ts) is a low potential at the point d and a high potential at the point b. Since the diode D5 is reverse biased with respect to such a reverse electromotive force Vs, no current flows.
여기서, 도 6에 도시된 Off-기간의 전위 관계 도표를 참조한다. 역방향 기전력(Vs)에 의해 트랜스(Ts)의 2차 코일 b점 전위가 d점 전위에 대해 상승하고, 평활 컨덴서(C2)의 일단(제 1 출력단[P])인 f점 전위를 초과하면 이러한 역방향 기전력(Vs)에 의해 다이오드(D2)가 순방향 바이어스가 되어 전류(isoff)가 다음 경로로 흐른다.Here, the potential relation diagram of the Off-period shown in Fig. 6 will be referred to. When the secondary coil b point potential of the transformer Ts rises with respect to the d point potential by the backward electromotive force Vs and exceeds the f point potential which is one end (first output end [P]) of the smoothing capacitor C2, The diode D2 becomes forward biased by the reverse electromotive force Vs and the current isoff flows to the next path.
- 전류(isoff) : 트랜스(Ts) 2차 코일 b점 → 다이오드(D2) → 부하(또는 평활 컨덴서[C2]) → 서브 컨덴서(C1) → 트랜스(Ts) 2차 코일 d점- Transformer (Ts) Secondary coil b point → Diode (D2) → Load (or smoothing capacitor [C2]) → Sub-capacitor (C1) → Trans (Ts) Secondary coil d point
Off-기간의 전류(iroff, isoff)는 서브 컨덴서(C1)를 방전하는 방향으로 흐른다. Off-기간의 전류(roff, isoff)는 플라이백 방식의 플라이백 전류에 해당한다. 통상의 플라이백 방식에서는 트랜스에 축적된 자기 에너지가 방출되는데, 본 회로의 경우에는 서브 컨덴서(C1)에 축적된 에너지가 방출된다.The current (iroff, isoff) in the Off-period flows in the direction of discharging the sub-capacitor C1. The off-period current (roff, isoff) corresponds to the flyback current of the flyback method. In the conventional flyback method, the magnetic energy stored in the transformer is released. In the case of this circuit, the energy accumulated in the sub-condenser C1 is released.
트랜스(Tt)는 On-기간에 1차 코일에 전류가 흐르지 않기 때문에, Off-기간에 역방향 기전력은 발생하지 않고, Off-기간에도 전류는 흐르지 않는다.Since no current flows through the primary coil in the On-period of the transformer (Tt), no backward electromotive force occurs in the Off-period and no current flows in the Off-period.
본 회로의 Off-기간의 동작을 정리하면 다음과 같다. On-기간에 1차 코일에 입력 전류가 흐른 트랜스에서는, Off-기간에 2차 코일에 역방향 기전력이 발생한다. 발생한 기전력은 서브 컨덴서의 전압에 가산된다. 가산된 전압이 평활 컨덴서의 전압을 초과하면 부하에 전류가 흐른다. 한편, On-기간에 1차 코일에 전류가 흐르지 않는 트랜스에서는, Off-기간에도 전류가 흐르지 않는다.The operation of the off-period of this circuit is summarized as follows. In the transformer in which the input current flows into the primary coil in the On-period, a reverse-direction electromotive force occurs in the secondary coil in the Off-period. The generated electromotive force is added to the voltage of the sub-capacitor. When the added voltage exceeds the voltage of the smoothing capacitor, current flows to the load. On the other hand, in a transformer in which no current flows in the primary coil in the On-period, no current flows in the Off-period.
도 6의 Off-기간의 전위 관계에서 알 수 있듯이, iroff 또는 isoff가 흐를 때의 a점 전위 또는 b점 전위는 e점 전위에 대해서, 서브 컨덴서(C1)의 양단 전압(VC1)과 역방향 기전력(Vr 또는 Vs)을 가산한 것이다.As can be seen from the potential relationship in the Off-period of FIG. 6, the a-point potential or the b-point potential when iroff or isoff flows is determined by the both-end voltage VC1 of the sub- Vr or Vs).
또한 Off-기간에 트랜스(Tr, Ts)의 2차 코일에 발생하는 역방향 기전력은 On-기간에 서브 컨덴서(C1)에 충전된 전압(VC1)에 의해 억제되기 때문에, 서브 컨덴서(C1)가 없는 경우에 비해 작아진다. 그 결과, 트랜스(Tr, Ts)의 1차측에 발생하는 역방향 기전력도 작아지기 때문에 1차측의 FETQr, FETQs에 요구되는 내압(耐壓)이 완화된다.In addition, since the backward electromotive force generated in the secondary coil of the transformer Tr, Ts in the Off-period is suppressed by the voltage VC1 charged in the sub-capacitor C1 in the On-period, . As a result, since the reverse direction electromotive force generated in the primary side of the transformers Tr and Ts also becomes smaller, the withstand voltage required for the FET Qr and FET Qs on the primary side is relaxed.
상기와 같이 본 회로에서는 통상의 포워드 방식의 외장형 초크 코일이 불필요하다. 또한, 통상의 플라이백 방식에 비해 서브 컨덴서(C1)와 다이오드(D4, D5, D6, D7, D8, D9)가 추가되지만 이들은 비용적으로도 공간적으로도 초크 코일보다 유리하다.As described above, the conventional forward type external choke coil is unnecessary in this circuit. Although the sub-condenser C1 and the diodes D4, D5, D6, D7, D8, and D9 are added to the conventional flyback method, they are advantageous over the choke coil in terms of cost and space.
또한, 본 회로에서는 1차측에 환류용 다이오드를 설치함으로써 환류가 트랜스의 1차 코일을 흐르지 않고 다이오드를 흘러 입력단으로 돌아가기 때문에 트랜스의 전력 손실이 감소된다.Further, in this circuit, since the reflux diode is provided on the primary side, the reflux flows through the diode without flowing through the primary coil of the transformer and returns to the input terminal, thereby reducing the power loss of the transformer.
R, S, T 입력단
E 입력측 기준 전위단
P 양극 출력단
N 음극 출력단 (출력측 기준 전위)
Tr, Ts, Tt 트랜스
Lr1, Ls1, Lt1 차 코일
Lr2, Ls2, Lt2 2차 코일
Qr, Qs, Qt 스위칭 소자(FET)
D1, D2, D3 정류 요소(출력 다이오드)
D4, D5, D6 정류 요소
D7, D8, D9 정류 요소
C1 서브 컨덴서
C2 평활 컨덴서R, S, T inputs
E input side reference potential terminal
P positive output
N Negative output terminal (output side reference potential)
Tr, Ts, Tt Trance
Lr1, Ls1, Lt1 primary coils
Lr2, Ls2, and Lt2 secondary coils
Qr, Qs, Qt switching element (FET)
D1, D2, D3 rectifying element (output diode)
D4, D5, D6 rectifying element
D7, D8, D9 Rectifying Elements
C1 sub condenser
C2 smoothing capacitor
Claims (1)
(b) 양극 출력단(P) 및 음극 출력단(N),
(c) 각각 1차 코일(Lr1, Ls1, Lt1)과 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)을 구비하고 각각의 1차 코일의 일단이 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입력단(R, S , T)에 각각 연결된 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt),
(d) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 각각의 1차 코일(Lr1, Ls1, Lt1)의 타단과 입력측 기준 전위단(E)의 사이의 각 전류 경로를 도통(導通) 또는 차단하도록 하나의 제어 신호(Vg)에 의해 온오프 제어되는 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭 소자(Qr, Qs, Qt),
(e) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 각각의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 일단과 상기 음극 출력단(N)의 사이에 연결된 서브 컨덴서(C1),
(f) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 각각의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 타단과 상기 양극 출력단(P)의 사이에 각각 연결되어, 상기 2차 코일의 타단으로부터 상기 양극 출력단(P)으로 흐르는 전류를 각각 도통시키기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 정류 요소(D1, D2, D3),
(g) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 트랜스(Tr, Ts, Tt)의 각각의 2차 코일(Lr2, Ls2, Lt2)의 타단과 상기 음극 출력단(N)의 사이에 각각 연결되어, 상기 음극 출력단(N)으로부터 상기 2차 코일의 타단으로 흐르는 전류를 각각 도통시키기 위한 제 4, 제 5 및 제 6 정류 요소(D4, D5, D6),
(h) 상기 양극 출력단(P)과 상기 음극 출력단(N)의 사이에 연결된 평활 컨덴서(C2), 및
(i) 상기 입력측 기준 전위단(E)과 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입력 단자(R, S, T)의 각각의 사이에 각각 연결되고, 상기 입력측 기준 전위단(E)으로부터 제 1 제 2 및 제 3 입력 단자(R, S, T)의 각각으로 흐르는 전류를 각각 도통시키는 제 7, 제 8 및 제 9 정류 요소(D7, D8, D9)를 갖는 것을 특징으로 하는
스위칭 전원.(a) first, second and third input terminals (R, S, T) to which three-phase alternating current is inputted,
(b) an anode output terminal P and a cathode output terminal N,
(c) a primary coil Lr1, Ls1, Lt1 and secondary coils Lr2, Ls2, Lt2, one end of each primary coil being connected to the first, second and third input terminals R, S Second, and third transformers Tr, Ts, Tt connected to the first, second, and third transformers T,
(d) Each current path between the other end of each of the primary coils Lr1, Ls1, Lt1 of the first, second, and third transformers Tr, Ts, Tt and the input- Second, and third switching elements Qr, Qs, and Qt that are on and off controlled by one control signal Vg to turn on or off the switching elements Q1, Q2,
(C1) connected between one end of each of the secondary coils Lr2, Ls2 and Lt2 of the first, second and third transformers Tr, Ts and Tt and the negative output terminal N, ),
(f) is connected between the other end of each of the secondary coils (Lr2, Ls2, Lt2) of the first, second and third transformers (Tr, Ts, Tt) and the anode output terminal Second, and third rectifying elements D1, D2, and D3 for conducting currents flowing from the other end of the secondary coil to the anode output terminal P,
(g) connected between the other end of each of the secondary coils (Lr2, Ls2, Lt2) of the first, second and third transformers Tr, Ts, Tt and the negative output terminal N, Fourth, fifth and sixth rectifying elements D4, D5 and D6 for conducting currents flowing from the negative output terminal N to the other end of the secondary coil,
(h) a smoothing capacitor (C2) connected between the positive output terminal (P) and the negative output terminal (N), and
(i) is connected between the input-side reference potential stage (E) and each of the first, second and third input terminals (R, S, T) Seventh, eighth and ninth rectifying elements D7, D8, and D9 that conduct currents respectively flowing through the first, second, and third input terminals R, S, and T, respectively.
Switching power.
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