KR20190072600A - 하이브리드 정류기 - Google Patents

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KR20190072600A
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line current
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마르코 트렘블레이
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이말로그 인크.
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Abstract

라인 전류의 양의 전류 부분 동안 전류를 전도하기 위한 상부 다이오드, 상기 상부 다이오드에 병렬로 연결된 상부 트랜지스터, 상기 라인 전류의 음의 전류 부분 동안 전류를 전도하는 하부 다이오드, 상기 상부 다이오드에 병렬로 연결된 상부 트랜지스터 및 하부 다이오드에 병렬로 연결된 하부 트랜지스터를 포함하는 하이브리드 정류기가 제공된다. 하이브리드 정류기 제어기는 라인 전류의 양의 전류 부분 동안 상부 다이오드가 전류를 전도하고 하부 트랜지스터가 라인 전류가 정현파 기준 전류 미만으로 흐를 때만 전류를 전도하도록 트랜지스터 제어 전략을 구현하기 위해 상부 트랜지스터 및 하부 트랜지스터에 연결된다. 유사하게, 라인 전류의 음의 전류 부분 동안, 하부 다이오드는 전류를 전도하고, 상부 트랜지스터는 라인 전류가 사인파 기준 전류 이상일 때만 전류를 전도한다.

Description

하이브리드 정류기
본 출원은 2016 년 10 월 19 일자로 출원 된 미국 특허 제 62 / 410,026 호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참고로 인용된다.
설명된 실시 예는 전력 전자 공학에 관한 것이다.
정류기는 유틸리티 회사에서 제공하는 전기 공급을 교류 형식(AC)에서 일부 응용 프로그램에서 필요로 하는 직류(DC) 형식으로 변환하는데 사용되는 장치이다. 전자 정류기는 대부분의 AC / DC 전원 공급 장치, 모터 드라이브(가변 주파수 또는 서보), 배터리 충전기 등에 사용된다. 배전 네트워크에서 전력을 공급받는 거의 모든 전자 장치는 정류기를 사용한다. 단순한 것에서 복잡한 것까지 다양한 형태의 정류기가 있으며, 각각의 성능 수준이 다르다.
일반적으로 가장 단순한 정류기는 다수의 다이오드를 사용한다. 이러한 다이오드 정류기는 상당한 수준의 전류 왜곡을 발생시키는 특성을 가지며, IEEE 519와 같은 표준이나 표준을 따르는 일부 애플리케이션에서는 적용될 수 없다.
다이오드 정류기보다 우수한 전류 왜곡 수준을 달성하기 위해 능동 정류기가 개발되었다. 일반적으로, 규정과 표준에 의해 설정된 한계를 훨씬 넘어서 왜곡을 현저히 줄이는 것이 목표였다. 능동형 정류기는 다이오드 정류기보다 복잡하며 능동 스위치 (일반적으로 트랜지스터)를 사용하여 전류의 흐름을 제어한다. 그러나 능동형 정류기는 다이오드 정류기보다 높은 비용과 연관되어 왔는데, 그 이유는 사용되는 트랜지스터가 상대적으로 높은 전류를 전달할 수 있어야 하므로 비용이 많이 든다.
또한, 능동형 정류기는 일반적으로 트랜지스터의 연속적인 스위칭으로 인해 부분 부하에서 낮은 효율을 가지며, 부하가 0이 되더라도 손실을 발생시킨다. 일부 애플리케이션 및 산업 분야에서 알려진 능동형 정류기의 효율은 수용할 수 없을 정도로 낮거나, 적어도 상당한 문제를 나타낸다.
제 1 태양에서, 본 발명의 일부 실시 예는 교류를 정류하기 위한 하이브리드 정류기 회로를 제공한다. 각각의 교류 위상에 대해, 하이브리드 정류기 회로는 교류 전류의 양의 전류가 흐르는 동안 전류를 전도하기 위한 상부 다이오드 및 상기 상부 다이오드에 병렬로 연결된 상부 트랜지스터를 포함한다. 하이브리드 정류기는 교류 전류의 음의 전류가 흐르는 동안 전류를 전도하기 위한 하부 다이오드 및 상기 하부 다이오드에 병렬로 연결된 하부 트랜지스터를 더 포함한다. 하이브리드 정류기 제어기는 상부 트랜지스터 및 하부 트랜지스터를 스위칭하기 위해 상부 트랜지스터 및 하부 트랜지스터에 접속된다. 일부 실시 예에 따르면, 제어는 트랜지스터 스위칭을 최소로 유지하도록 설계 될 수 있다. 교류 전류의 양의 전류가 흐르는 동안, 상부 다이오드를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류보다 낮을 때는 하부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 하부 트랜지스터가 스위칭되고, 상부 다이오드를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류 이상일 때는 하부 트랜지스터가 전류를 전도하지 않도록 하부 트랜지스터는 스위칭된다. 유사한 방법으로, 교류 전류의 음의 전류가 흐르는 동안 하부 다이오드를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류 이상일 때는 상부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 상부 트랜지스터가 스위칭되고, 하부 다이오드를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류 미만일 때는 상부 트랜지스터가 전류를 전도하지 않도록 상부 트랜지스터가 스위칭된다.
일부 실시 예에 따르면, 하이브리드 정류기는 각 상에 대해 상부 트랜지스터, 상부 다이오드, 하부 트랜지스터, 하부 다이오드 및 하이브리드 정류기 제어기를 갖는 3 상 하이브리드 정류기로서 구현 될 수 있다.
제 2 태양에서, 본 발명의 일부 실시 예는 교류를 정류하기 위한 하이브리드 정류기 회로를 제공한다. 하이브리드 정류기 회로는 교류 전류의 양의 전류가 흐르는 동안 전류를 전도시키고 교류 전류의 음의 전류가 흐르는 동안 스위칭하기 위한 상부 트랜지스터를 포함한다. 하이브리드 정류기 회로는 교류 전류의 음의 전류가 흐르는 동안 전류를 전도시키고 교류의 양의 전류가 흐르는 동안 스위칭하기 위한 하부 트랜지스터를 더 포함한다. 상부 트랜지스터를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류보다 낮을 때는 교류의 양의 전류가 흐르는 동안 하부 트랜지스터를 스위칭하고 상기 하부 트랜지스터를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류 이상일 때는 교류의 음의 전류가 흐르는 동안 상부 트랜지스터를 스위칭하기 위해, 하이브리드 정류기 제어기는 상부 및 하부 트랜지스터 각각에 연결된다.
일부 실시 예에 따르면, 하이브리드 정류기의 트랜지스터는 전계효과 트랜지스터(FETs) 일 수 있다.
제 3 태양에서, 본 발명의 일부 실시 예는 전력 재생을 위한 하이브리드 정류기 회로를 제공한다. 하이브리드 정류기 회로는 교류 전류의 양의 전류가 흐르는 동안 환류 전류를 전도하기 위한 상부 다이오드와 상기 상부 다이오드에 병렬로 연결된 상부 트랜지스터를 포함한다. 하이브리드 정류기 회로는 교류 전류의 음의 전류가 흐르는 동안 환류 전류를 전도하기 위한 하부 다이오드와, 상기 하부 다이오드에 병렬로 연결된 하부 트랜지스터를 더 포함한다. 하이브리드 정류기 제어기는 상부 트랜지스터 및 하부 트랜지스터에 연결된다. 따라서, 교류 전류의 양의 전류가 흐르는 동안, 하부 트랜지스터를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류보다 작을 때는 하부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 하부 트랜지스터가 스위칭되고, 상기 하부 트랜지스터를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류 이상일 때는 상기 하부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상기 하부 트랜지스터가 스위칭되는 것을 특징으로 한다. 교류 전류의 음의 전류가 흐르는 동안, 상부 트랜지스터를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류 이상일 때는 상부 트랜지스터가 전류를 전도시키도록 하부 트랜지스터가 스위칭되고, 상부 트랜지스터를 통과하는 전류가 정현파 기준 전류 미만일 때는 상부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상부 트랜지스터가 스위칭된다.
제 4 태양에서, 본 발명의 일부 실시 예는 고전력 정류기에 병렬로 연결된 하이브리드 정류기를 포함하는 병렬 고전력 정류기의 고조파 필터링용 하이브리드 정류기를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 정류기의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3-상 하이브리드 정류기의 전류 전도 곡선을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 - 정류기 제어기의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 - 정류기 제어기에 의해 사용될 수 있는 DC 버스 전압 리플을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드-덤프를 보호하는 동안의 전압 및 전류 곡선을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 정류기의 다이오드 및 트랜지스터를 통과하는 전류를 나타내는 전압 및 전류 곡선을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 FET를 사용하는 하이브리드 정류기의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 다이오드와 병렬로 연결된 FET들을 사용하는 하이브리드 정류기가 동작하는 동안의 전류 흐름을 도시하는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라, FET들만을 사용하는 (그리고 병렬로 다이오드를 사용하지 않는) 하이브리드 정류기가 동작하는 동안의 전류 흐름을 도시하는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 FET를 사용하는 3상 하이브리드 정류기의 전류 전도 곡선을 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따라 대형 정류기용 고조파 필터로 사용되는 하이브리드 정류기의 회로도이다.
도 12는 전형적인 300A 정류기의 평균 다이오드 순방향 전압 강하를 보여주는 곡선이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 정류기 (100)의 회로도가 도시되어 있다. 일반적으로, 하이브리드 정류기 (100)는 다이오드 정류기의 강점과 능동 정류기의 강점을 조합함으로써 공지된 능동 정류기 및 다이오드 정류기에 의해 나타나는 문제점을 완화시킨다. 하이브리드 정류기 (100)의 개략도는 공지된 능동 정류기와 유사하지만, 하이브리드 정류기의 부품 크기가 능동 정류기의 부품 크기와 다르다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 이와 같이, 하이브리드 정류기는 능동형 정류기에 비해 손실이 적고, 동시에 향상된 효율을 제공한다..
특히, 하이브리드 정류기 (100)와 공지된 능동 정류기 사이의 중요한 차이는 제어 기술에 있다. 능동형 정류기와 달리, 하이브리드 정류기의 위상 제어 회로에 의해 보다 단순한 위상이 다상(multi-phase) 정류기의 각 위상 레그마다 임베드 될 수 있으므로, 능동 정류기에 일반적으로 필요한 절연 신호가 제거된다. 어떤 알려진 위상 전류 및 DC 버스 전압 센서도 그 구현이 동작에 중요하지 않으므로 사용될 수 있다.
하이브리드 정류기 (100)는 3 상 하이브리드 정류기로서 도시되고, 용어 "a", "b"및 "c"는 3 상 각각을 나타내기 위해 사용된다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 하이브리드 정류기 (100)에서 단상에 대응하는 성분 세트 "a", "b" 또는 "c" 중 하나 (또는 2 개)를 포함하는 단상 하이브리드 정류기가 사용될 수 있다.
하이브리드 정류기 (100)는 상부 트랜지스터(112a)와 병렬인 상부 다이오드 (110a)를 포함하고, 상기 상부 트랜지스터(112a)와 상기 상부 다이오드 (110a)는 함께 상부 스위치를 형성한다. 하부 스위치는 도시된 바와 같이 하부 트랜지스터 (116a)와 병렬인 하부 다이오드 (114a)를 포함한다. 트랜지스터들 (112a, 116a)을 갖는 다이오드들 (110a, 114a)은 3 상 하이브리드 정류기 (100)의 하나의 위상에 대응한다. 유사하게, 상기 하이브리드 정류기 (100)는 다른 두 위상에 대응하는 다이오드 (110b, 110c, 114b, 114c) 및 트랜지스터 (112b, 112c, 116b, 116c)를 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "트랜지스터"라는 용어는 예를 들어, 바이폴라(bipolar) 접합 트랜지스터 (BJT), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGBT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 (metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor, MOSFET) 또는 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터 (junction gate field effect transistor, JFET) 중 어느 하나의 유형의 전계 효과 트랜지스터 (FET), 게이트 턴 - 오프 사이리스터 (gate turn-off thyristor, GTO), 및 강제 - 정류된 사이리스터에 한정되는 것은 아니며, 자유롭게 정류 온/오프 될 수 있는 고속 반도체 스위치를 나타내기 위해 사용된다. 당업자는 다른 장치들이 또한 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "상부" 및 "하부"는 정류기 개략도 (예컨대, 상부 정류기 스위치, 상부 다이오드, 상부 트랜지스터, 하부 정류기 스위치, 하부 다이오드, 하부 트랜지스터)의 구성 요소에 사용된다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 용어 "상부" 및 "하부"는 일반적으로 특정 회로 레이아웃 또는 토폴로지가 아니라 정류기로서의 구성 요소의 역할을 지칭한다. 예를 들어, "상부 다이오드"는 부품의 임의의 특정 물리적 레이아웃에 관계없이 교류의 양의 전류 부분 (즉, 반 사이클)을 정류하는데 사용된다.
하이브리드 정류기 제어기 (118a)는 트랜지스터의 상태를 제어하기 위해 상부 트랜지스터 (112a) 및 하부 트랜지스터 (116a) 모두에 연결된다. 도 1에 도시 된 바와 같이, 도 1에 도시 된 실시 예 (IGBT 트랜지스터가 예로서 도시 됨)에서, 하이브리드 - 정류기 제어기 (118a)는 상부 트랜지스터 (112a)의 게이트 및 하부 트랜지스터 (116a)의 게이트에 접속된다. 다른 유형의 트랜지스터들에 대해서는, 하이브리드 정류기 제어기 (118a)가 게이트 대신에 트랜지스터의 베이스에 접속 될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 명세서에 기술 된 바와 같이, 이 회로 토폴로지로, 하이브리드 정류기 제어기 (118a)는 간단한 다이오드 정류기 모드와 보다 복잡한 능동 정류기 모드 사이에서 하이브리드 정류기 (100)를 동작 시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 하이브리드 정류기 (100)는 이러한 모드들 사이에서 스위칭함으로써 이용 될 수 있으며, 따라서 구현이 간단하고 및/또는 능동 정류기보다 저렴한 반면에 간단한 다이오드 정류기의 고조파 왜곡 문제를 개선한다.
전술 한 바와 같이, 하이브리드 정류기는 도 1에 도시된 하이브리드 정류기 (110)와 같은 3 상 하이브리드 정류기로서 구현 될 수 있다. 3 상 경우에서, 개별 하이브리드 정류기 제어기 (예를 들어, 하이브리드 정류기 제어기 (118a, 118b 및 118c))가 각 위상에 대해 사용된다. 이 경우, 원한다면 하나의 회로 기판 상에 다수의 제어기가 장착 될 수 있다. 또한 하이브리드 정류기는 멀티 레벨 정류기에도 사용할 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 하나의 하이브리드 - 정류기 제어기가 하나 이상의 위상을 제어하는데 사용될 수 있다.
하이브리드 정류기 제어기 (118a)는 다이오드를 주 정류 소자로 유지하는 트랜지스터에 대한 스위칭 전략을 구현하는데 사용될 수 있다. 이 경우 상부 정류기 스위치와 하단 정류기 스위치는 다이오드를 트랜지스터와 결합하고 다이오드를 주 정류 소자로 사용하여 만들어진다. 이는 트랜지스터가 주요 정류 소자인 공지된 능동 정류기와는 대조적이다.
즉, 본 명세서에 개시된 제어 전략은 공지된 능동형 정류기와 비교하여 구성 요소의 상이한 동작에 의존한다. 하이브리드 정류기에 사용되는 제어 전략에 따르면, 트랜지스터는 위상 전류가 통상적으로 (예를 들어, 원하는 기준 전류와 비교하여) 원하는 것보다 낮을 때 다이오드에서 전류를 지향시키는 데에만 사용된다. 알려진 능동형 정류기의 경우, DC 버스 전압을 다이오드 정류기의 레벨보다 적어도 10 % ~ 30 % 정도 높여야만 하는 반면, 하이브리드 정류기를 사용하면 트랜지스터가 간헐적으로 전환되고 DC 버스 전압은 다이오드 정류기의 레벨에 매우 가까운 더 낮은 평균값으로 유지된다.
본 발명의 일부 실시 예들에서, 하이브리드 정류기는 능동 정류기의 많은 특성들을 유지할 수 있지만, 다이오드 정류기와 유사한 낮은 손실 및 / 또는 보다 낮은 비용을 갖는다. 예를 들어, 하이브리드 정류기는 능동형 "부스트" 정류기보다 낮은 스위칭 및 전도 손실을 가질 수 있으며, 특히 능동형 정류기의 효율이 크게 저하되는 저전력에서 보다 효율적일 수 있다.
또한, 하이브리드 정류기의 트랜지스터는 단일 극성 변조로 인해 데드 타임(deadtime)이나 슛 스루(shoot through)의 영향을 받지 않을 수 있다. 따라서, 보통 느린 턴오프(turn-off) 장치가 사용될 수 있는데, 그 이유는 이들 장치가 보통 낮은 전도 손실을 생성하기 때문이다.
하이브리드 정류기의 또 다른 측면은 스위칭 이벤트 횟수 감소 및 / 또는 저 전류에서 발생하는 스위칭 이벤트로 인해 능동형 정류기에 비해 낮은 EMI 및 리플 전류 방출이다. 또한, 하이브리드 정류기는 안정성을 유지하거나 다이오드 정류기의 DC 전압 리플을 감소시키는데 사용될 수 있는 능동 정류기에 비해 더 작은 DC 버스 커패시턴스를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 하이브리드 정류기는 능동 정류기에서 필요한 것보다 작은 트랜지스터를 사용하여 구성 될 수 있으며, 따라서 능동 정류기와 비교하여 하이브리드 정류기의 비용을 감소시킨다.
하이브리드 정류기는 능동 정류기보다 향상된 효율을 갖도록 구현 될 수 있지만, 다이오드 정류기보다 낮은 전류 왜곡 (고조파)을 갖도록 구현 될 수도 있다. 즉, 트랜지스터 전도 및 스위칭 손실을 최소화하면서 왜곡을 수용 가능한 수준으로 제한하기 위해 제어 전략을 구현할 수 있다.
또한, 하이브리드 정류기는 다이오드 정류기보다 매끄러운 DC 버스 전압을 갖도록 구현 될 수 있다. 예를 들어, 3 상 하이브리드 정류기는 2 % ~ 5 %의 범위에서 DC 버스 전압의 변화를 가질 수 있지만 다이오드 정류기는 약 14 % 일 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 하이브리드 정류기는 부품 스트레스를 감소시키는 효과를 가질 수 있는 다이오드 정류기와 비교하여 유사한 (즉, "낮은") DC 버스 전압으로 동작 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 3 상 다이오드 정류기 전류 (210), 정현파 기준 전류 ( "이상적") (212) 및 하부 트랜지스터 (정류 모드) (214)를 위한 하이브리드 정류기를 통한 전도, 상부 다이오드 (연속 전도 모드) (216), 상부 트랜지스터 (정류 모드) (218) 및 하부 다이오드 (연속 전도 모드) (220)의 곡선이 도시되어 있다. 하이브리드 정류기 제어기 (예를 들어, 하이브리드 정류기 제어기 (118a))에 의해 구현 될 수 있는 제어 전략은 도 2을 참조하여 설명 될 수 있다.
도 2에 도시 된 바와 같이, 다이오드 정류기 (210)를 통한 교류 전류의 양의 전류가 흐르는 동안 라인(line) 전류가 정현파 기준 전류 (212) 보다 낮을 때마다 하부 트랜지스터 (214)를 통한 전도가 이루어지도록, 제어 전략이 결정될 수 있다. 라인 전류 정현파 기준 전류 (212)보다 큰 경우, 전도는 상부 다이오드 (216)를 통해 이루어진다.
유사하게, 음의 전류가 흐르는 경우, 라인 전류가 정현파 기준 전류 (212)를 초과 할 때마다 상부 트랜지스터 (218)를 통한 전도가 있다. 라인 전류가 정현파 기준 전류 (212) 미만일 때, 전도는 하부 다이오드 (220)를 통해 이루어진다.
여기에 개시된 제어 전략은 다음 5 가지 객체들 중 어느 하나 또는 모든 것들을 위해 사용될 수 있다.
첫째, 트랜지스터 스위칭은 최소로 유지 될 수 있으며, 주로 라인 사이클의 영역에서 저 진폭 라인 전류가 흐른다. 이는 도 1의 하부 트랜지스터 (214) 및 상부 트랜지스터 (218)의 전도에서 볼 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 이는 트랜지스터, 다이오드 및 라인 인덕터의 정류 손실을 감소시킬 수 있다.
둘째, 상부 다이오드 (216) 및 하부 다이오드 (220)의 전도와 관련하여, 고전류 전도의 대부분은 일반적으로 트랜지스터보다 낮은 전도 손실을 갖는 다이오드에 의해 수행된다.
셋째, 제어 장치가 상대적으로 간단하기 때문에 (예를 들어 능동형 정류기와 비교하여) 회로 패키징 (예 : 정류기 스위치와 관련 하이브리드 정류기 제어기 포함)을 용이하게 할 수 있으므로 트랜지스터와 다이오드의 각 쌍 (즉, 단상용 상부 정류기 스위치와 하단 정류기 스위치)은 독립적으로 작동한다.
넷째, 하이브리드 정류기에 의해 생성된 고조파 레벨은 예를 들어 IEEE 519와 같은 특정 레귤레이션과 관련하여 관리 될 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 특정 레귤레이션에 의해 규정된 것보다 더 양호한 고조파 레벨을 달성하는 것은 불필요하다.
다섯째, DC 버스 전압 리플은 다이오드 정류기보다 상당히 낮은 능동형 정류기와 일치하여 유지 될 수 있다. 이것의 효과는 부하를 통한 전류 왜곡의 감소이다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 제어 전략은 라인 인덕터 (예를 들어, 라인 인덕터 (120a, 120b, 120c)) 및 트랜지스터 펄스를 사용하여 전체 전류 왜곡 요구 (TDD-1)를 허용 가능한 레벨로 유지할 수 있다.
단순화된 제어 전략에서 하이브리드 정류기 제어기는 라인과 정밀한 동기화를 필요로 하지 않으므로 능동 정류기에 비해 훨씬 견고해진다. 이 경우, 전류 기준은 단순히 선간 전압에서 추출된다.
어떤 경우에는, 미리 프로그램된 제어 전략이 사용될 수 있다. 이는 간단한 피드백으로 조정할 수 있는 트랜지스터 스위칭 패턴을 사용하여 수행 할 수 있다. 예를 들어, 정류기의 부하에 맞게 선간 전류를 피드백한다. 대안적으로, 라인 전압에 대한 DC 전압은 DC 전압 리플을 감소시키면서 부스팅 모드 (즉, 능동 정류기)에 들어가는 것을 피하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 보다 정교한 제어 전략이 사용될 수 있는데, 이는 라인 전압 극성을 사용하여 실시간으로 트랜지스터 스위칭 명령을 생성하고 라인 전류 진폭을 기준과 비교한다. 이 경우, 라인 전류 진폭이 기준보다 낮으면 트랜지스터 스위칭이 발생한다. 본질적으로 트랜지스터는 다이오드 정류기가 있는 정현파 기준보다 낮을 때 전류를 유지한다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 하이브리드 - 정류기 제어기는 트랜지스터 펄스 폭을 제어하기 위해 PID (또는 유사한) 제어기 및 기본 로직으로 구현 될 수있다. 더 복잡한 하이브리드 정류기 제어기는 벡터 제어(vector control), 데드 비트(dead-beat) 제어 또는 스위칭 손실과 고조파 생성 간의 절충을 최적화하는 데 사용되는 기타 고급 방법을 기반으로 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 각 위상에 대해 독립적인 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있는 단순한 하이브리드 - 정류기 제어기 (300)의 개략도가 도시되어있다. 제어기는 전압 비교기 (310) 및 인버터 (312)를 사용하여 양의 반-주기동안 양전류 제어기 (314)를 통한 하부 트랜지스터의 동작 및 음의 반-주기 동안 음전류 제어기 (316)를 통한 상부 트랜지스터만을 작동 가능하게 한다.
하이브리드 정류장 제어기 (300)는 양전류 제어기 (314)의 세부 사항 만이 도시되어 있지만, 양전류 제어기 (314) 및 음전류 제어기 (316)를 모두 포함한다. 음전류 제어기 (316)의 유사한 구성 요소는 도 3에 도시되지 않았다.
정현파 기준 전류 (320)는 다이오드 전류 (318)가 정현파 기준 전류 (320) 이하일 때 활성화된다. 정현파 기준 전류 (320)는 도 2에 도시된 바와 같이, 라인 전압과 동상이 되도록 생성 될 수 있다. 펄스 폭 변조기 (322)는 다이오드 전류 (318)가 정현파 기준 전류 (320) 이하일 때 전류를 유지하기 위해 펄스 폭 변조 (PWM)를 증가 시키는데 사용된다. (도 2의 다이오드 전류 (210) 및 정현파 기준 전류 (212) 참조). 다이오드 전류 (318)가 정현파 기준 전류 (320)를 초과하면, 트랜지스터를 정지시키기 위해 PWM을 제로로 감소시킨다.
간단한 PI 또는 PID 오차 증폭기 (324)가 제어기에 사용될 수 있다. 일부 어플리케이션에서는 부하에 맞게 사전 프로그래밍된 스위칭 패턴을 사용할 수 있다. 다른 일반적인 오류 증폭기 토폴로지도 이 애플리케이션에 적합 할 수 있다.
트랜지스터 스위칭은 예를 들어 PID (324)의 출력에 따라 펄스 폭을 변조함으로써 펄스폭 변조기 (322)를 사용하여 달성 될 수 있지만, 다른 트랜지스터 스위칭 방식이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 히스테리시스 제어기는 트랜지스터 스위칭을 제어하는데 사용될 수 있다.
정현파 기준 전류 (320)의 진폭은 부하를 만족 시키는데 필요한 AC 전류를 생성하도록 조정될 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 이는 다음의 기술 중 임의의 것을 사용하여 달성 될 수 있다.
먼저, 선 또는 부하 전류를 측정하여 동등한 정현파 선 전류를 도출 할 수 있다.
둘째, DC 버스 전압은 라인 전압에 대해 사용될 수 있다. 이 경우에, 정현파 기준 전류 (320)의 진폭은 DC 버스 전압이 피크 라인-라인 전압 (√2 VLL)보다 낮을 때 증가하고, 상기 값보다 클 때 감소한다.
세 번째로, DC 버스 전압 리플은 정현파 기준 전류 (320)의 진폭을 조정하는데 사용될 수 있다. 정현파 기준 전류 (320)의 최적 진폭은 도 4에 도시 된 바와 같이 리플이 비교적 작아 질 때 얻어 질 수 있다.
넷째, 사전 계산된 스위칭 패턴은 메모리에 저장되고 다이오드 전류 (318) 또는 DC 버스 전압으로 단순하게 스케일링 될 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 트랜지스터에 대한 과전류 및 과온도 보호와 DC 버스 전압으로부터 활성화된 스위칭 디스에이블 레벨(switching disable level)과 같은 일부 기본적인 보호가 하이브리드 정류기에 포함될 수 있다.
트랜지스터에 대한 과전류 및 과온도 보호 기능은 정류 모드를 감소시키고 결국 정지시킨다. 다이오드가 여전히 동작 할 수 있기 때문에 고조파 왜곡이 증가할 수 있다. 그러나 정류기는 여전히 작동하므로 높은 이용가능성을 제공한다.
DC 버스 전압 보호 레벨은 DC 버스 전압이 수용 가능한 값으로 되돌아 올 때까지 트랜지스터 스위칭을 정지시키기 위해 예상되는 DC 전압보다 몇 퍼센트 높게 정의 될 수 있다. DC 버스를 디스에이블하는 능력은 부하의 갑작스러운 제거(로드 덤프)에 사용될 수 있는데, 트랜지스터 스위칭은 DC 버스 전압을 위험한 레벨로 올릴 수 있다.
트랜지스터 스위칭의 생성된 로드 덤프 보호는 도 5에 도시된다. 도 5에서 510은 직류 버스 전압, 512는 교류 전압, 514는 트랜지스터 전류, 516은 다이오드 전류, 518은 AC 라인 전류, 520은 부하 전류를 나타낸다.
부하 덤프 보호는 고전압 버스 전압을 검출하고 트랜지스터 스위칭을 모두 멈추게 하여도 도 5에 도시 된 바와 같이 원하는 값으로 복귀 할 때까지 간단한 전압 비교기에 의존한다. 로드 덤프 보호는 하이브리드 정류기 회로의 에너지 회수 (회생) 애플리케이션과 결합될 수도 있습니다. 로드 덤프 보호 및 에너지 리턴은 DC 버스가 설정 레벨 이상으로 상승 할 때 활성화된다. 첫 번째 레벨은 트랜지스터를 정지시키고, 두 번째 레벨, 더 높은 레벨은 에너지 리턴 스위칭 패턴을 트리거한다.
도 6을 참조하면, 3 상 하이브리드 정류기 애플리케이션에서 하나의 레그(leg)의 동작 예가 도시된다. 다른 전압이나 전류도 비슷한 방식으로 작동합니다.
트레이스 (610)는 220VLN / 380VLL 소스에 대한 DC 버스 전압을 나타낸다. 도 6은 DC 버스 전압이 Vdc = √2 VLL = 1.41 * 380 VLL = 535 Vdc에 매우 가깝다는 것을 보여준다. 트레이스 (612)는 220VLN의 라인 전압을 도시한다. 트레이스 (614)는 하부 트랜지스터를 통과하는 전류를 도시하고, 트레이스 (616)는 상부 트랜지스터를 통과하는 전류를 도시한다. 트레이스 (618)는 614 및 616에 도시된 트랜지스터를 통과하는 전류보다 상당히 높은 상부 다이오드 전류를 도시한다. 트레이스 (620)는 이상적인 전류에 중첩된 AC 라인 전류를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 하이브리드 정류기 (700)는 전류 조정 스위치뿐만 아니라 동기 정류기를 모두 달성하기 위해 상부 트랜지스터 (712a, 712b, 712c) 및 하부 트랜지스터 (716a, 716b, 716c)와 같은 FET들을 사용하여 구축될 수 있다. 이 유형의 트랜지스터는 다이오드 대신 역으로, 또는 다이오드와 병렬로 전도 할 수 있으며 트랜지스터로 스위칭 할 수 있다.
FET를 사용하여 제작된 하이브리드 정류기. FET 트랜지스터는 동기 정류기로서, 특히 저전력에서 다이오드 대신 역으로 전도하는데 사용될 수 있거나 대안적으로 다이오드와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 이는 다이오드 (예를 들어, 도 7에 도시 된 다이오드 (712a, 712b, 712c, 714a, 714b, 714))를 제거함으로써 구성 요소의 수를 감소시키는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 전체 전도 손실은 도 7에 도시 된 하이브리드 정류기 (700)의 경우와 같이, 다이오드와 병렬로 트랜지스터를 동작시킬 때 감소 될 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, FET를 사용하여 제작된 하이브리드 정류기는 다른 정류기와 비교하여 반도체의 수를 감소시킨다. 또한 보다 단순한 제어 전략과 함께 사용하면 정류기 모듈은 비용을 절감하기 위해 FET의 특성을 이용하는 생산이 가능하다. 본 명세서에 개시된 하이브리드 정류기의 경우에, FET는 전술 한 제어 전략에 따라 정류기 및 스위치 모두로서 사용된다.
다이오드와 병렬 연결된 FET의 경우를 도 8에 나타내었다. 도 8에서, (800)은 다이오드 (810)만을 통한 전류 (802)의 정류를 도시하고, (830)은 다이오드 (810)를 통한 전류 (802)와 상부 트랜지스터 (812)을 통한 전류 (804)로부터 병렬 정류를 나타내고, (860)은 상부 트랜지스터 (812)가 전류 (806)의 흐름을 유지하도록 스위칭되었음을 나타낸다. 도 8은 교류 전류의 양의 전류 부분을 도시한다.
다이오드를 사용하지 않는 FET 하이브리드 정류기의 경우가 도 9에 도시되어있다. 도 9에서 (900)은 상부 트랜지스터 (912)를 통한 전류 (902)의 정류를 도시하고, (950)은 하부 트랜지스터 (916)를 통한 전류 (906)의 흐름을 유지하도록 상부 트랜지스터 (912)가 스위칭 되었음을 나타낸다. 도 9는 교류 전류의 양의 전류 부분을 도시한다.
도 10을 참조하면, 3 상 정류기 전류 (1010), 정현파 기준 전류 ("이상적") (1012), 및 FET 하이브리드 정류기에 대한 전도 곡선을 나타내는 도면이 도시되어 있다. 상기 전도 곡선은 하부 FET가 스위칭되는 동안(정류 모드) 상부 FET를 통해 전도되는 것, 상부 FET가 스위칭되는 동안(정류 모드) 상부 FET(연속 전도 모드) 1016, 하부 FET를 통해 전도되는 것, 하부 FET (연속 전도 모드) (1020)를 통해 전도되는 것이다. 도 10에 기초하여 하이브리드 정류기 제어기 (예를 들어, 하이브리드 정류기 제어기 (118a))에 의해 구현될 수 있는 제어 전략이 도시된다. 도 10에 대한 제어 전략은 도 2에 기초한 제어 전략과 유사한 방식으로 구현될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 교류 전류의 양의 전류 부분 동안, 상부 FET는 전류를 정류하고, 하부 FET는 라인 전류가 정현파 기준 전류 (1012) 미만이 될 때마다 스위칭되도록 제어 전략이 결정될 수 있다. 라인 전류가 정현파 기준 전류 (1012)보다 큰 경우, 전도는 상부 FET (1016)를 통해 이루어진다. 유사한 전략이 상술한 방법에 따라 교류의 음의 전류 부분까지 확장된다.
하이브리드 정류기는 무정전 전원 공급 장치 (UPS), 대형 DC 전원 공급 장치 (예 : 플라스마 토치, 용접기, 레이더 송신기, 전기 화학 장치 등), HVDC 전력 분배 라인 및 배터리 충전기 및 견인 장치 등 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있다.
또한, 하이브리드 정류기는 회생 브레이크 및 에너지 회수 기능이 있는 변속 드라이브 및 기타 AC / DC / AC 컨버터와 함께 사용할 수 있다. 이를 위해, 하이브리드 정류기는 저전압, 중전압 및 고전압 정류기로서 적합 할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 모터 제동과 같은 회생 부하에 의해 DC 버스가 충전 될 때 스위칭 전략을 사용하여 라인에 에너지를 반환 할 수 있다. 다이오드 정류기 애플리케이션의 경우 현재 동적 제동 저항에서 에너지를 소모하는 대신 라인의 에너지를 반환한다. 이것은 이전에 설명한 간단한 제어 전략과 유사한 제어 전략을 사용하는 하이브리드 정류기로 수행 할 수 있다. 이러한 방식으로, 다이오드 정류기를 사용하는 현재의 실행과는 달리, 효율적인 재생을 통해 재생이 가능하다. 예를 들어, 모터 드라이브에서 제동 에너지를 발산하기 위해 제동 저항기가 필요하지 않다. 재생성에서, 트랜지스터는 능동 정류기에서와 같이 대부분의 작업을 수행할 수 있다. 트랜지스터는 또한 정류 모드에서 다이오드의 역방향으로 동작한다.
모터 - 가변 드라이브와 같은 많은 어플리케이션에서, 모터의 운동 에너지의 일부를 소산시킴으로써 모터를 감속시킬 필요가 있을 수 있다. 간단한 모터 구동에 관한 일반적인 기술은 레지스터 뱅크에서 운동 에너지를 소멸시키는 것과 관련이 있다. 이는 낭비되는 에너지 손실을 나타낸다. 보다 복잡하고 값 비싼 액티브 정류기 드라이브는 손실을 줄이면서 에너지를 라인으로 되돌릴 수 있다. 여기에 기술된 하이브리드 정류기 (제어 전략 포함)의 사용으로, 재생 중에 DC 전압이 수 퍼센트 증가하여 다이오드의 작동을 차단한다. 이러한 일이 발생하면 트랜지스터는 정류의 보완 전략으로 정류된다. 즉, 상부 트랜지스터는 양의 라인 전압 동안 또는 다른 적절한 제어 구조를 사용하여 전도된다.
본질적으로, 하이브리드 정류기를 작동시키는 재생 모드는 이전에 설명된 정류 전략의 반대 (보완)인 것으로 간주 될 수 있다. 재생 모드는 DC 버스 전압이 충분히 높은 레벨 일 때 활성화 될 수 있다. 재생 모드에서, 하부 트랜지스터는 교류의 양의 전류 부분 동안 정류되고, 상부 트랜지스터는 교류의 음의 전류 부분 동안 정류한다.
재생 모드 동안 상이한 변조 기술이 사용될 수 있다. 일부 어플리케이션의 경우 사전 프로그래밍된 펄스 시퀀싱 기술로 충분하다. 일반적으로, 재생 전류는 상대적으로 낮고 비교적 짧은 시간 동안 발생하여 고조파 왜곡이 중요한 문제가 되지 않는다. 이는 간단한 제어 전략을 수용 할 수 있게 한다. 일반적으로, 회생 전류는 회로를 위해 선택된 트랜지스터의 용량으로 제한되어야 한다. 완전 재생이 요구되거나 선호되는 경우 정류기에서 완전 정격 트랜지스터를 사용할 수 있다
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 하이브리드 정류기 회로는 예를 들어, 병렬 고조파 필터에 대한 대안으로서 하이브리드 필터로서 사용될 수 있다.
능동 고조파 필터는 고조파 발생 부하와 병렬로 라인 인덕터 및 DC 커패시터 뱅크를 포함하는 완전한 능동 정류기 회로를 사용하여 종종 생성된다. 전류 센서는 고조파 생성 부하에 회로에 추가되어 고조파 생성 부하에서 고조파 성분을 제거하기 위해 역 고조파 전류가 주입 될 수 있도록 고조파 함유량을 측정합니다. 이 기법의 다양한 버전은 잘 알려져 있으며, 모두 부스트된 독립 DC 버스 전압과 이 하이브리드 정류기보다 복잡한 제어 전략이 필요하다.
도 11을 참조하면, 하이브리드 정류기 회로 (1110)가 도시되어있다. 하이브리드 정류기 회로 (1110)는 하이브리드 정류기 (1110)로부터 더 큰 정류기 (1112)의 저주파수, 고전력 정류기 성분들을 분리하기 위해 하이브리드 필터로서 사용될 수있다. 일부의 경우, 하이브리드 정류기에 대해 이전에 기술된 제어 전략은 필요한 필터링을 제공 할 수 있다. 능동 고조파 필터와는 달리, 하이브리드 정류기 (1110)는 다이오드 정류기에 재생 능력을 부가 할 수 있다. 그러한 구성은 기존의 정류기에 추가 장착하거나 고전력 정류기 부품이 트랜지스터로부터의 고주파 전류 펄스를 처리하기에는 너무 느린 경우에 적합 할 수 있다.
도 11에 도시 된 바와 같이, 하이브리드 정류기 (1110)는 주 정류기 (1112)의 DC 버스를 사용하는 병렬 고조파 필터로서 사용될 수 있다. 이 경우, 하이브리드 정류기 (1110) 및 그 라인 인덕터는 기존의 고전력 정류기 (1112)와 병렬로 연결되어 하이브리드 정류기 (1110)의 간단한 제어 전략의 사용을 통해 고조파를 최소화 할 수 있다.
또한, 전술 한 바와 같은 간단한 제어 전략 중 일부는 고전력 정류기 (1112)에 의해 생성된 고조파를 측정하기 위한 보충 전류 센서를 필요로 하지 않는다
전술 한 바와 같이, 유사한 능동 정류기보다 비용을 낮추기 위해 하이브리드 정류기가 사용될 수 있다. 이것은 트랜지스터의 전류 용량이 덜 비싼 다이오드의 전류 용량보다 훨씬 낮은 경우에 볼 수 있다. 이 경우, 전술한 제어 전략은 정류를 위해 대부분의 전류 전도를 다이오드에 보내고 스위칭 손실을 상대적으로 낮게 유지하므로 바람직하다. 이 경우 전체 정류기 비용은 능동 정류기와 다이오드 정류기 사이의 비용으로 줄일 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 정류기 회로의 각 위상은 인쇄 회로 기판 ("PCB")상의 개별 부품으로 조립되거나 지능형 전력 모듈에 조립되거나 집적 회로로 제조 될 수 있다. 중간 전압 및 고전압 정류기는 트랜지스터가 이 전력 레벨에서 매우 비싸기 때문에 이 기능의 이점을 얻을 수 있습니다.
일반적으로 말하자면, 임의의 특정 하이브리드 정류기에 대해, 구성 요소 선택 (예를 들어, 트랜지스터 및 / 또는 다이오드)은 비용 및 효율면에서 최적화 될 수 있다. 효율의 주요 이득은 대부분의 전류 전도가 다이오드를 통해 전달되기 때문에 트랜지스터를 통해 전도 손실이 감소하기 때문이다. 트랜지스터가 대부분 낮은 전류로 스위칭되고 낮은 DC 버스 전압에서 동작하기 때문에 효율성에서의 또 다른 이득은 트랜지스터 스위칭 손실의 감소를 기반한 것으로 볼 수 있다. 스위칭 손실은 DC 버스 전압의 제곱과 관련이 있다. 따라서 DC 버스 전압을 15 % ~ 20 % 줄이면 스위칭 손실의 30 %를 줄일 수 있다.
전도 손실은 선택된 구성 요소의 크기와 관련 될 수 있다. 예를 들어, 능동 정류기가 아닌 특정 애플리케이션에서 하이브리드 정류기를 사용하면 도 6에서 볼 수있는 바와 같이 트랜지스터의 전도 손실을 다이오드의 15 %로 감소시킬 수 있다.
많은 경우에 전도 손실은 전류와 장치의 전압 강하에 비례한다. 대부분의 능동형 정류기 설계에서, 다이오드와 트랜지스터는 유사한 전압 강하를 갖도록 크기가 정해져 있다. 이것은 유사하게 설계된 파라미터의 경우 하이브리드 정류기의 트랜지스터 크기가 다이오드 크기의 약 15 %라는 것을 의미한다. 이를 염두에 두고, 트랜지스터가 다이오드보다 비용이 많이 든다는 사실을 고려하여 더 작은 트랜지스터를 사용하면 비용을 줄일 수 있다.
손실은 전도성 손실을 줄이기 위해 더 큰 다이오드를 사용함으로써 최적화 될 수 있으며, 정류기의 전체 비용에 미치는 영향은 능동 정류기에서 가능한 것보다 훨씬 적다.
예를 들어, 다이오드 크기를 두 배로 늘리는 것은 동작 전류를 절반으로 줄이는 것과 같다. 일반적인 전력 다이오드의 경우 전압 강하가 1.65V에서 1.25V로 낮아질 수 있기 때문에 비교적 적은 비용 증가로 도통 손실의 25 %를 절약 할 수 있다. 이 관계는 도 12의 150A 및 300A 전류 레벨 곡선으로 표시된다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 트랜지스터가 능동 정류기 (예를 들어, 정류기)에 비해 하이브리드 정류기를 통해 비교적 짧은주기 및 낮은 진폭 (예를 들어, 15 %)으로 전류를 전도한다는 사실 때문에, 트랜지스터 비용 절감이 달성 될 수있다.(예를 들어, > 90 %). 따라서, 하이브리드 정류기의 트랜지스터는 더 작아지고, 따라서 보다 저렴해질 수 있다. 이것은 트랜지스터가 일반적으로 다이오드보다 비싸다는 것을 고려할 때 중요 할 수 있다. 또한 대형 시스템의 경우 소형 트랜지스터는 게이트 드라이버 전류와 관련 보조 전원을 줄여 단순화된 게이트 드라이버 기술을 사용할 수 있도록 해준다. 대형 시스템에서는 필요한 전원을 얻기 위해 트랜지스터를 병렬로 연결하는 작업을 단순화하거나 제거 할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 각 위상에 대한 간단한 제어 전략은 지능형 전력 모듈 (IPM)의 각 트랜지스터와 통합 될 수 있다. 일반적인 능동형 정류기에서, 모든 위상에 대한 제어는 스위칭 명령을 전송하기 위해 많은 센서 및 신호 절연을 필요로 하는 모든 트랜지스터 스위칭을 조정하는 중앙 프로세서에 의해 수행된다. 그러나 하이브리드 정류기 제어기를 사용하면 각 위상이 독립적 일 수 있으며 관련 로직은 능동 정류기에 비해 적은 통합 센서가 필요한 간단한 모듈로 구현할 수 있다. 이를 통해 복잡한 신호 분리 및 중앙 컨트롤러의 필요성을 없앨 수 있습니다.
본 발명은 단지 예시적으로 설명되었다. 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이, 이들 예시적인 실시 예에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (15)

  1. 라인 전류를 정류하는 하이브리드 정류기 회로에 있어서,
    상기 라인 전류의 양의 전류 부분 동안 전류를 전도하기 위한 상부 다이오드;
    상기 상부 다이오드에 병렬로 연결된 상부 트랜지스터;
    상기 라인 전류의 음의 전류 부분 동안 전류를 전도하기 위한 하부 다이오드;
    상기 하부 다이오드에 병렬로 연결된 하부 트랜지스터; 및
    상기 상부 트랜지스터 및 상기 하부 트랜지스터를 스위칭하기 위해 상기 상부 트랜지스터 및 상기 하부 트랜지스터에 연결된 하이브리드 - 정류기 제어기를 포함하고,
    라인 전류의 양의 전류 부분 동안 :
    라인 전류가 정현파 기준 전류보다 낮을 때 하부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 하부 트랜지스터를 스위칭하고,
    상기 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류 이상일 때 상기 하부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상기 하부 트랜지스터를 스위칭하는 하고,
    라인 전류의 음의 전류 부분 동안 :
    라인 전류가 정현파 기준 전류 이상일 때 상부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 상부 트랜지스터를 스위칭하고,
    라인 전류가 정현파 기준 전류 미만일 때 상부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상부 트랜지스터를 스위칭하는 하이브리드 정류기 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 라인 전류는 3 상 라인 전류이고, 상기 상부 정류기 스위치 및 하부 정류기 스위치는 상기 3 상 라인 전류의 제 1 위상과 관련되고, 상기 하이브리드 - 정류기 제어기는 적어도 하나의 하이브리드 - 정류기 제어기를 포함하며, 상기 하이브리드 정류기는,
    제 2 상부 트랜지스터와 병렬인 제 2 상부 다이오드 및 제 2 하부 트랜지스터와 제 2 하부 다이오드를 포함하는 제 2 하부 정류기 스위치를 포함하는 제 2 상부 정류기 스위치, 및
    상기 제2 상부 및 하부 정류기 스위치는 상기 3상의 전류 중 제2 위상에 관련되고,
    제 3 상부 트랜지스터와 병렬인 제 3 상부 다이오드 및 제 3 하부 트랜지스터와제 3 하부 다이오드를 포함하는 제 3 하부 정류기 스위치를 포함하는 제 3 상부 정류기 스위치를 포함하고,
    상기 제 3 상부 및 하부 정류기 스위치는 상기 3상의 전류 중 제3 위상에 관련되고,
    상기 적어도 하나의 하이브리드 - 정류기 제어기는,
    라인 전류의 제 2 위상의 양의 전류 부분 동안 :
    제 2 라인 전류가 상부 기준값보다 낮을 때 상기 제 2 하부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 상기 제 2 하부 트랜지스터를 스위칭하고,
    상기 제 2 라인 전류가 정현파 기준 전류 이상일 때 상기 제 2 하부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상기 제 2 하부 트랜지스터를 스위칭하는 하며,
    라인 전류의 제 2 위상의 음의 전류 부분 동안 :
    상기 제 2 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류 이상일 때 상기 제 2 상부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상기 제 2 상부 트랜지스터를 스위칭하고,
    상기 제 2 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류보다 낮을 때 상기 제 2 상부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상기 제 2 상부 트랜지스터를 스위칭하며;
    라인 전류의 제 3 위상의 양의 전류 부분 동안 :
    제 3 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류보다 낮을 때 상기 제 3 하부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 상기 제 3 하부 트랜지스터를 스위칭하고,
    상기 제 3 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류 이상일 때 상기 제 3 하부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상기 제 3 하부 트랜지스터를 스위칭하며; 과
    라인 전류의 제 3 위상의 음의 전류 부분 동안 :
    상기 제 3 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류 이상일 때 상기 제 3 상부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 상기 제 3 상부 트랜지스터를 스위칭하고,
    상기 제 3 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류보다 낮을 때 상기 제 3 상부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상기 제 3 상부 트랜지스터를 스위칭하는,
    하이브리드 정류기 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하이브리드 정류기 제어기는 상기 제 2 상부 트랜지스터 및 상기 제 2 하부 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 하이브리드 정류기 제어기 및 상기 제 3 상부 트랜지스터 및 상기 제3 하부 트랜지스터를 제어하기위한 제 3 하이브리드 정류기 제어기를 포함하는 하이브리드 정류기 회로.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 트랜지스터 각각은 전계 효과 트랜지스터 (FET)를 포함하는 하이브리드 정류기 회로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정현파 기준 전류의 진폭은 부하에 기초하여 조정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 정류기 회로.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정현파 기준 전류의 진폭은 DC 버스 전압과 피크 라인 - 라인 전압의 비교에 기초하여 조정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 정류기 회로.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 트랜지스터와 상기 하부 트랜지스터 중 적어도 하나의 스위칭을 제어하는 펄스 폭 변조기가 제공되는 하이브리드 정류기 회로.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 히스테리시스 제어기는 상기 상부 트랜지스터 및 상기 하부 트랜지스터 중 적어도 하나의 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 정류기 회로.
  9. 라인 전류를 정류하는 하이브리드 정류기 회로에 있어서,
    상기 라인 전류의 양의 전류 부분 동안 전류를 전도하고 상기 라인 전류의 음의 전류 부분 동안 스위칭하는 상부 트랜지스터;
    상기 라인 전류의 상기 음의 전류 부분 동안 전류를 전도하고 상기 라인 전류의 양의 전류 부분 동안 스위칭하는 하부 트랜지스터; 및
    상기 라인 전류가 정현파 기준 전류보다 낮을 때 상기 라인 전류의 양의 부분 동안 상기 상부 및 하부 트랜지스터를 스위칭하고, 상기 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류 이상일 때 상기 라인 전류의 음의 부분 동안 상기 하부 및 상부 트랜지스터를 스위칭하기 위해, 상기 상부 트랜지스터 및 상기 하부 트랜지스터에 연결된 하이브리드 정류기 제어기를 포함하는 하이브리드 정류기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 트랜지스터 각각은 전계 효과 트랜지스터 (FET)를 포함하는 하이브리드 정류기.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 라인 전류는 3 상 라인 전류이며, 상기 상부 및 하부 트랜지스터는 상기 3 상 라인 전류의 제 1 위상에 속하고, 상기 하이브리드 정류기 제어기는 적어도 하나의 하이브리드 정류기 제어기를 포함하며, 상기 하이브리드 정류기는,
    제 2 상부 트랜지스터 및 제 2 하부 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 2 상부 및 하부 트랜지스터는 상기 3 상 라인 전류의 제 2 위상에 속하고;
    제 3 상부 트랜지스터 및 제 3 하부 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 3 상부 및 하부 트랜지스터는 상기 3 상 라인 전류의 제 3 위상에 속하며;
    상기 적어도 하나의 하이브리드 - 하이브리드 정류기 제어기는,
    상기 3 상 라인 전류의 제 2 위상이 정현파 기준 전류보다 낮을 때 상기 제 3 위상 라인 전류의 제 2 위상의 양의 부분 동안 상기 제 2 상부 및 하부 트랜지스터를 더 스위칭하고, 상기 3 상 라인 전류의 제 2 위상이 정현파 기준 전류 이상일 때 3 상 라인 전류의 제 2 위상의 음의 부분 동안 제 2 하부 및 상부 트랜지스터를 스위칭하고,
    상기 3 상 라인 전류의 제 3 위상이 정현파 기준 전류보다 낮을 때 3 상 라인 전류의 제 3 위상의 양의 부분 동안 상기 제3 상부 및 하부 트랜지스터를 스위칭하고, 상기 3 상 라인 전류의 제 3 위상이 정현파 기준 전류 이상일 때 상기 3 상 라인 전류의 제 3 위상의 음의 부분 동안 상기 제 3 하부 및 상부 트랜지스터를 스위칭하는 하이브리드 정류기.
  12. 제 9 항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하이브리드 정류기 제어기는 상기 제 2 상부 트랜지스터 및 제 2 하부 트랜지스터를 제어하기 위한 제 2 하이브리드 정류기 제어기와, 상기 제 3 상부 트랜지스터 및 제 3 하부 트랜지스터를 제어하기 위한 제 3 하이브리드 정류기 제어기를 포함하는 하이브리드 정류기.
  13. 전력 재생을 위한 하이브리드 정류기 회로에 있어서,
    상기 라인 전류의 양의 전류 부분 동안 전류를 전도하기 위한 상부 다이오드;
    상기 상부 다이오드에 병렬로 연결된 상부 트랜지스터;
    상기 라인 전류의 음의 전류 부분 동안 전류를 전도하기 위한 하부 다이오드;
    상기 하부 다이오드에 병렬로 연결된 하부 트랜지스터; 및
    DC 버스 전압을 측정하기 위해 상기 상부 트랜지스터 및 상기 하부 트랜지스터에 연결되고, 상기 DC 버스 전압이 재생 트리거 레벨을 초과 할 때 상기 상부 트랜지스터와 상기 하부 트랜지스터를 스위칭하는 하이브리드 정류기 제어기를 포함하고, 상기 하이브리드 정류기 제어기는,
    상기 라인 전류의 양의 전류 부분 동안 :
    라인 전류가 정현파 기준 전류보다 낮을 때 하부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 하부 트랜지스터를 스위칭하고,
    상기 라인 전류가 상기 정현파 기준 전류 이상일 때 상기 하부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상기 하부 트랜지스터를 스위칭하며; 및
    상기 라인 전류의 음의 전류 부분 동안 :
    라인 전류가 정현파 기준 전류 이상일 때 상부 트랜지스터가 전류를 전도하도록 상부 트랜지스터를 스위칭하고,
    라인 전류가 정현파 기준 전류 미만일 때 상부 트랜지스터가 전류를 전도시키지 않도록 상부 트랜지스터를 스위칭하는,
    하이브리드 정류기 회로.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 DC 버스 전압 보호가 더 포함되고, 상기 하이브리드 정류기 제어기는 상기 DC 버스 전압이 상기 DC 버스 전압 보호 레벨을 초과 할 때 상기 상부 트랜지스터 및 상기 하부 트랜지스터를 오프 스위칭하는 하이브리드 정류기 회로.
  15. 병렬 고전력 정류기의 고조파 필터링용 하이브리드 정류기에 있어서,
    상기 고전력 정류기에 병렬로 연결된 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 정류기 회로.
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