KR20190096696A - Dc-ac 인버터를 포함하는 전원 장치 및 전원 제어 방법 - Google Patents

Dc-ac 인버터를 포함하는 전원 장치 및 전원 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 제어 방법은 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터의 입력단으로 직류 전원을 입력하는 단계; 및 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 제어부에서 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치 및 전원 제어 방법{Power Supply Apparatus including DC-AC Inverter and Method of Controlling the same}
본 발명은 전원 장치에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치 및 전원 제어 방법에 관한 것이다.
고주파 DC-AC 인버터의 전력 변환 효율 향상 및 출력 필터 설계 크기를 저감시키기 위해, 직렬연결 된 복수개의 DC-AC 인버터가 많이 사용되고 있으며 직렬 연결된 복수개의 DC-AC 인버터는 인버터의 개수를 조정함으로써 부하의 정격에 유연하게 시스템 설계가 가능하다.
하지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 직렬 연결된 인버터에 동일한 출력을 갖도록 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)제어를 수행할 경우, 인버터가 모두 동작 하지 않아도 되는 낮은 부하 영역에서도 모든 DC-AC 인버터가 동작하기 때문에 전력 반도체에서 불필요한 스위칭 손실이 발생할 수 있었다.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따르면, 복수의 DC-AC 인버터 출력을 독립적으로 제어하여 스위칭 손실을 줄이는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터의 전원 제어 방법은 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터의 입력단으로 직류 전원을 입력하는 단계; 및 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 제어부에서 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제어신호는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계는, 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계는, 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 복수의 DC-AC 인버터에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 상기 제어신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 상기 최고점 및 상기 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 가질 수 있다.
또한, 상기 복수의 DC-AC 인버터 각각은 복수의 스위칭 소자; 및 상기 복수의 스위칭 소자와 연결되며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압을 입력 받는 변압기;를 포함하며, 상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제어신호에 기초하여 스위칭될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치는 전원으로부터 직류 전원을 입력 받고 출력단으로 교류 전원을 출력하도록, 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터; 및 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제어신호는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 DC-AC 인버터에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 상기 제어신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 상기 최고점 및 상기 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 가질 수 있다.
또한, 상기 복수의 DC-AC 인버터 각각은 복수의 스위칭 소자; 및 상기 복수의 스위칭 소자와 연결되며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압을 입력 받는 변압기;를 포함하며, 상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제어신호에 기초하여 스위칭될 수 있다.
또한, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단은 리모트 플라즈마 생성기(RPG)의 챔버로 연결되고, 상기 제어부는 상기 챔버에 플라즈마를 생성하도록 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-AC 인버터의 전원 장치 및 제어 방법은 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하여, 경부하 영역에서의 스위칭 손실을 저감하고, 전력 변환 효율을 향상 시킬 수 있다. 또한, DC-AC 인버터의 출력 전압을 정현파 유사 파형으로 변형하여 기존 파형 보다 상대적으로 성분을 크게 가져갈 수 있기 때문에 필터 설계 크기를 저감할 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 제어 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치에 대한 회로도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치에 대한 제어 신호파형에 대한 예시이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치의 출력 파형의 일부분에 대한 전류 도통 경로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치의 변압기 1차 측 전압과 2차 측 전압에 대한 신호파형이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
또한, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치(100)에 대하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치(100)에 대한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 전원 장치(100)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 직류 전원을 입력 받고 출력단으로 교류 전원을 출력할 수 있다.
예를 들어, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 스위칭 모드로 동작할 수 있다. 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 서로 직렬로 연결되며, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력단은 부하(140)와 연결될 수 있다. DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 각각은 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d) 및 변압기(130)를 포함할 수 있다. 변압기(130)는 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)와 연결되어, 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)의 스위칭에 따라 전압을 입력 받을 수 있다.
DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 각각 내 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)는 제어부(150)에서 입력 받은 제어신호에 기초하여 스위칭될 수 있으며, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 전력 트랜지스터(power transistor, TR)로 구성될 수 있다.
예컨대, 제 1 DC-AC 인버터(110a)는 제 1 스위칭 소자(120a, S1,M1), 제 2 스위칭 소자(120b, S2,M1), 제 3 스위칭 소자(120c, S3,M1) 및 제 4 스위칭 소자(120d, S4,M1)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 스위칭 소자(120a, S1,M1) 및 제 4 스위칭 소자(120d, S4,M1)의 직렬 연결 구조와 제 2 스위칭 소자(120b, S2,M1) 및 제 3 스위칭 소자(120c, S3,M1)의 직렬 연결 구조는 서로 병렬 연결될 수 있다. 제 1 DC-AC 인버터(110a) 내 변압기(130)는 두 직렬 연결 구조의 중간 노드들에 연결되어 제 1 내지 제 4 스위칭 소자들(S1,M1, S2,M1, S3,M1, S4,M1)로부터 출력전압(VINV1)을 입력 받을 수 있다.
마찬가지로, 제 n DC-AC 인버터(110c)는 제 1 스위칭 소자(120a, S1,MN), 제 2 스위칭 소자(120b, S2,MN), 제 3 스위칭 소자(120c, S3,MN) 및 제 4 스위칭 소자(120d, S4,MN)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 스위칭 소자(120a, S1,MN) 및 제 4 스위칭 소자(120d, S4,MN)의 직렬 연결 구조와 제 2 스위칭 소자(120b, S2,MN) 및 제 3 스위칭 소자(120c, S3,MN)의 직렬 연결 구조는 서로 병렬 연결될 수 있다. 변압기(130)는 두 직렬 연결 구조의 중간 노드들에 연결되어 제 1 내지 제 4 스위칭 소자들(120a, 120b, 120c, 120d)로부터 출력전압(VINVN)을 입력받을 수 있다. 제 n DC-AC 인버터(110c) 내 변압기(130)는 두 직렬 연결 구조의 중간 노드들에 연결되어 제 1 내지 제 4 스위칭 소자들(S1,MN, S2,MN, S3,MN, S4,MN)로부터 출력전압(VINVN)을 입력 받을 수 있다.
복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에 연결되어 있는 복수의 변압기(130)는 서로 직렬로 연결되어, 입력된 1차측 전압신호를 승압 후 2차측 전압신호가 합해진 전압신호(VTR_S)를 부하(140)로 출력할 수 있다.
제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력단에 연결되는 부하(140) 크기에 기초하여 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력을 독립적으로 제어할 수 있다.
보다 상세하게, 제어부(150)는 부하(140) 크기에 따라 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 제어 신호가 순차적으로 변압기 2차 측으로 에너지 전달을 할 수 있도록 제어를 수행할 수 있다. 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력할 수 있다. 이러한 제어신호는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함할 수 있고, 바람직하게는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(PWM) 신호를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력할 수 있다. 보다 자세하게, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터에 모두 동일한 제어신호가 아닌 적어도 하나의 DC-AC 인버터에는 이들과 상이한 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력할 수 있다.
다른 예로, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력할 수 있다.
나아가, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 제어신호를 출력할 수 있다. 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에서 출력되는 전압은 변압기 2차 측 전압을 의미할 수 있다.
예를 들어, 정현파 유사 파형은 정현파와 동일하지는 않으나 기본 펄스 파형에서 정현파와 보다 유사하도록 변조된 파형을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 최고점 및 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 가질 수 있는 파형을 의미할 수 있다. 이 경우, 정현파와 유사한 파형은 기존 파형보다 상대적으로 성분을 크게 가져갈 수 있기 때문에 출력 필터 설계 크기를 저감할 수 있다.
전술한 전원 장치(100)는 다양한 전자 장치에 응용될 수 있다. 예를 들어, 전원 장치(100)는 반도체 장치 중 리모트 플라즈마 생성기(remote plasma generator, RPG)의 전원 장치로 이용될 수 있다. 이 경우, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력단은 리모트 플라즈마 생성기(RPG)의 챔버로 연결되며, 제어부는 챔버에 플라즈마를 생성하도록 복수의 제어신호를 순차로 출력할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치에 대한 제어 신호파형에 대한 예시이다. 도 3a 및 도 3b에서, VGS1,MN은 제 n DC-AC 인버터(120c) 내 제 1 스위칭 소자(120a)로 입력되는 제어신호를 의미하고, VGS2,MN은 제 2 스위칭 소자(120b)로 입력되는 제어신호를 의미하고, VGS3,MN은 제 3 스위칭 소자(120c)로 입력되는 제어신호를 의미하고, VGS4,MN은 제 4 스위칭 소자(120d)로 입력되는 제어신호를 의미한다. 각 인버터에서 제어신호(VGS1,MN, VGS2,MN, VGS3,MN, VGS4,MN)는 + 펄스 파형은 음영없이 도시하였고, - 펄스 파형은 음영을 주어 도시하였다. 아울러, 부하로 출력되는 합산 출력신호(VTRS)는 편의상 변압기(130)의 승압을 고려하지 않고 변압기(130)의 1차측 전압을 단순 합산한 것으로 도시하였다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 각각의 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)에 제어신호를 상이하게 출력하여 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)를 스위칭할 수 있다. 도 3a는 저전압을 출력하는 예이고, 도 3b는 고전압을 출력하는 예를 보여준다.
도 3a 및 도 3b에서 저전압 또는 고전압을 예시로 설명하였으나, 이는 일 실시예에 지나지 않으며, 당업자는 다양한 실시예로 변형하여 사용할 수 있다.
한편, 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)에서 각각 직렬로 연결된 제 1 스위칭 소자(120a)와 제 4 스위칭 소자(120d) 및 제 2 스위칭 소자(120b)와 제 3 스위칭소자(120c)는 제어신호에 기초하여 스위칭되며, 일정 시간 간격에 따라 플러스 전압 또는 마이너스 전압을 순차적으로 공급받을 수 있다.
도 3a를 참조하면, 제어부(150)는 제 1 DC-AC 인버터(110a)로 위상 천이 없는 제어신호(VGS1,M1, VGS2,M1, VGS3,M1, VGS4,M1)를 인가하고, 제 2 DC-AC 인버터(110b)로 제 1 간격의 위상 천이를 수행한 제어신호(VGS1,M2, VGS2,M2, VGS3,M2, VGS4,M2)를 인가하고, 제 3 DC-AC 인버터(110c)로 제 2 간격의 위상 천이를 수행한 제어신호(VGS1,M3, VGS2,M3, VGS3,M3, VGS4,M3)를 인가할 수 있다.
보다 상세하게, 제 1 DC-AC 인버터(110a)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 제 1 펄스 폭(200)이 생성되고, 제 2 DC-AC 인버터(110b)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 제 2 펄스 폭(210)이 생성되며, 제 3 DC-AC 인버터(110c)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 펄스 폭이 생성되지 않을 수 있다.
제 3 DC-AC 인버터(110c)의 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)에 인가된 제어신호는 위상 천이로 인하여 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)의 전압을 합한 변압기 1차측 전압이 0이 되어 펄스 폭이 생성되지 않을 수 있다.
부하로 출력되는 합산 출력신호(VTRS)는 첫번째 DC-AC 인버터(110a)의 변압기의 전압 펄스 파형 위에 두번째 DC-AC 인버터(110b)의 변압기의 전압 펄스 파형이 합산된 형태로 나타날 수 있다. 이에 따라, 출력신호(VTRS)는 최고점, 최저정 외에 중간점을 더 갖는 정현파 유사 파형을 가질 수 있다.
이와 같이, 전원 장치(100)의 출력 전압이 낮은 경우, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에 모두 동일한 제어신호를 인가할 필요 없이 일부분의 DC-AC 인버터만 제어신호를 인가하여 작동시킬 수 있다. 한편, 본 예시에서는 DC-AC 인버터를 3개만 작동시켜 제어하였으며, 당업자는 경우에 따라 DC-AC 인버터의 동작 개수를 다이나믹하게 변경할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제어부(150)는 제 1 DC-AC 인버터(110a)로 위상 천이 없이 제어신호(VGS1,M1, VGS2,M1, VGS3,M1, VGS4,M1)를 인가하고, 제 2 DC-AC 인버터(110b)로 역시 위상 천이 없이 제어신호(VGS1,M2, VGS2,M2, VGS3,M2, VGS4,M2)를 인가하고, 제 n DC-AC 인버터(110c)로 제 3 간격의 위상 천이를 수행한 제어신호(VGS1,M3, VGS2,M3, VGS3,M3, VGS4,M3)를 인가할 수 있다. 그림에 도시되지 않았지만, 제 3 내지 제 n-1 DC-AC 인버터로는 제 1 및 제 2 DC-AC 인버터들(110a, 110b)와 마찬가지로 위상 천이 없이 제어신호가 인가될 수 있다.
보다 상세하게, 제 1 DC-AC 인버터(110a) 및 제 2 DC-AC 인버터(110b)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 각각 제 3 펄스 폭(220)이 생성되고, 제 n DC-AC 인버터(110c)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형은 제 4 펄스 폭(230)이 생성될 수 있다. 제 1 펄스 폭(200) 및 제 3 펄스 폭(220)은 동일할 수 있다.
부하로 출력되는 합산 출력신호(VTRS)는 동일한 파형을 갖는 제 1 내지 제 n-1 인버터들의 펄스 파형에 제 n DC-AC 인버터(110c)의 변압기 1차측 전압 펄스 파형을 합산한 것과 같게 될 수 있다. 이에 따라, 제 n DC-AC 인버터(110c)의 변압기의 전압 펄스 파형을 통해 피크파형이 생성되어, 정현파와 유사한 펄스 파형이 생성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전원 장치의 출력 파형의 일부분에 대한 전류 도통 경로를 설명하기 위한 회로도이며, 도 4를 참조하여, 도 3의 t0 ~ t5까지의 구간에서 각각 발생하는 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)를 설명하도록 한다.
예를 들어 to~t1 사이의 구간을 보면, 제 1 DC-AC 인버터(110a)에서 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)만 턴온 되고 제 3 스위칭 소자(120c) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.
제 2 DC-AC 인버터(110b) 및 제 3 DC-AC 인버터(110c)에서 각각 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되고, 제 4 스위칭 소자(120d)는 마이너스 전압이 인가되어, 제 2 스위칭 소자(120b) 및 제 4 스위칭 소자(120d)만 턴온 되고 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 3 스위칭 소자(120c)는 턴-오프 될 수 있다.
t1~t2 사이의 구간 또한 t0~t1 사이의 구간과 같은 동작으로 복수의 스위치가 구동되며, t2~t3 사이의 구간을 살펴보면 제 1 DC-AC 인버터(110a) 및 제 2 DC-AC 인버터(110b)에서 각각 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)만 턴온 되고 제 3 스위칭 소자(120c) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.
또한, 제 3 DC-AC 인버터(110c)에서 제 4 스위칭 소자(120d)는 마이너스 전압이 인가되고, 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 2 스위칭 소자(120b) 및 제 4 스위칭 소자(120d)만 턴온 되고, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 3 스위칭 소자(120c)는 턴-오프 될 수 있다.
t3~t4 사이의 구간을 살펴보면 제 1 DC-AC 인버터(110a) 및 제 2 DC-AC 인버터(110b)에서 각각 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)만 턴온 되고 제 3 스위칭 소자(120c) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.
제 3 DC-AC 인버터(110c)에서 제 1 스위칭 소자(120a)는 플러스 전압이 인가되고, 제 3 스위칭 소자(120c)는 마이너스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 3 스위칭 소자(120c)만 턴온 되고, 제 2 스위칭 소자(120b) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.
t4~t5 사이의 구간을 살펴보면, 제 1 DC-AC 인버터(110a) 및 제 2 DC-AC 인버터(110b)에서 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)는 플러스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 2 스위칭 소자(120b)만 턴온 되고 제 3 스위칭 소자(120c) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.
제 2 DC-AC 인버터(110b) 및 제 3 DC-AC 인버터(110c)에서 제 1 스위칭 소자(120a)는 플러스 전압이 인가되고 제 3 스위칭 소자(120c)는 마이너스 전압이 인가되어, 제 1 스위칭 소자(120a) 및 제 3 스위칭 소자(120c)만 턴온되고, 제 2 스위칭 소자(120b) 및 제 4 스위칭 소자(120d)는 턴-오프 될 수 있다.
도 1은 DC-AC 인버터를 포함하는 전원 제어 방법에 대한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 입력단으로 직류 전원을 입력할 수 있다(단계 S100).
보다 상세하게, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)가 스위칭되는 스위칭 모드일 경우, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 입력단을 통하여 직류 전원을 공급 받을 수 있다.
복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)는 직류 전원을 입력 받고, 제어부(150)를 통해 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)에 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력할 수 있다. (단계 S110)
보다 상세하게, 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력단에 연결되는 부하(140) 크기에 기초하여 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)의 출력을 독립적으로 제어할 수 있다.
제어신호는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(PWM) 신호를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력하는 것도 가능하다.
제어부(150)는 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c)에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 제어신호를 출력할 수 있다.
이어서, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 각각에 포함된 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)는 제어신호에 기초하여 스위칭 될 수 있다(단계 S120).
복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)는 제어신호에 기초하여 스위치가 턴온 또는 턴-오프 되는 스위칭에 따라 플러스 전압 또는 마이너스 전압을 공급받을 수 있다. DC-AC 인버터는 복수의 스위칭 소자(120a, 120b, 120c, 120d)의 전압을 각각 합하여 변압기 1차측 전압을 생성할 수 있다.
이어서, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 출력단으로 교류 전원이 출력될 수 있다(단계 S130).
보다 상세하게, 복수의 DC-AC 인버터(110a, 110b, 110c) 출력단에 연결된 부하(140)에 교류 전원을 출력할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 전원 장치 및 그 제어방법에 따르면, 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하여, 경부하 영역에서의 스위칭 손실을 저감하고, 전력 변환 효율을 향상 시킬 수 있다. 또한, DC-AC 인버터의 출력 전압을 정현파 유사 파형으로 변형하여 기존파형 보다 상대적으로 성분을 크게 가져갈 수 있기 때문에 필터 설계 크기를 저감할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110a, 110b, 110c: 복수의 DC-AC 인버터
120a, 120b, 120c, 120d: 복수의 스위칭 소자
130: 변압기
140: 부하
150: 제어부

Claims (13)

  1. 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터의 입력단으로 직류 전원을 입력하는 단계; 및
    상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 제어부에서 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계;를 포함하는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어신호는 기본 파형 신호를 위상 천이하여 생성하는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함하는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계는, 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터에 나머지 DC-AC 인버터들과 다른 위상 천이를 갖는 제어신호를 출력하는 단계를 포함하는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계는, 상기 복수의 DC-AC 인버터 중 적어도 하나의 DC-AC 인버터의 출력이 0이 되도록 하는 제어신호를 출력하는 단계를 포함하는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 복수의 DC-AC 인버터에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 상기 제어신호를 출력하는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 상기 최고점 및 상기 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 갖는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 DC-AC 인버터 각각은
    복수의 스위칭 소자; 및
    상기 복수의 스위칭 소자와 연결되며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압을 입력 받는 변압기;를 포함하며,
    상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제어신호에 기초하여 스위칭되는, DC-AC 인버터의 전원 제어 방법.
  8. 전원으로부터 직류 전원을 입력 받고 출력단으로 교류 전원을 출력하도록, 서로 직렬로 연결된 스위칭 모드의 복수의 DC-AC 인버터; 및
    상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단에 연결되는 부하 크기에 기초하여, 상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력을 독립적으로 제어하도록, 상기 복수의 DC-AC 인버터로 서로 독립적인 복수의 제어신호를 순차로 출력하는 제어부;를 포함하는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어신호는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 포함하는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 DC-AC 인버터에서 출력되는 전압이 펄스 파형에서 정현파 유사 파형으로 변형되도록 상기 제어신호를 출력하는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정현파 유사 파형은 최고점, 최저점 및 상기 최고점 및 상기 최저점 사이의 적어도 하나의 중간지점을 대칭적으로 갖는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 DC-AC 인버터 각각은
    복수의 스위칭 소자; 및
    상기 복수의 스위칭 소자와 연결되며, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압을 입력 받는 변압기;를 포함하며,
    상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제어신호에 기초하여 스위칭되는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 DC-AC 인버터의 출력단은 리모트 플라즈마 생성기(RPG)의 챔버로 연결되고,
    상기 제어부는 상기 챔버에 플라즈마를 생성하도록 상기 복수의 제어신호를 순차로 출력하는, DC-AC 인버터를 포함하는 전원 장치.
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