KR20210060952A - 입력 전원에 대한 호환성이 향상된 전력 변환 장치 - Google Patents

입력 전원에 대한 호환성이 향상된 전력 변환 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210060952A
KR20210060952A KR1020190148576A KR20190148576A KR20210060952A KR 20210060952 A KR20210060952 A KR 20210060952A KR 1020190148576 A KR1020190148576 A KR 1020190148576A KR 20190148576 A KR20190148576 A KR 20190148576A KR 20210060952 A KR20210060952 A KR 20210060952A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
circuit
input power
power
input
Prior art date
Application number
KR1020190148576A
Other languages
English (en)
Inventor
홍영호
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020190148576A priority Critical patent/KR20210060952A/ko
Publication of KR20210060952A publication Critical patent/KR20210060952A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/066—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode particular circuits having a special characteristic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

본 발명은 크기가 서로 다른 교류 전압이 입력되거나 직류 전압이 입력되는 경우에 관계 없이 부하에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전력 변환 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 입력 전원과 연결되는 정류 회로, 상기 정류 회로와 병렬로 연결되는 배전압 회로, 상기 정류 회로의 출력단 및 상기 배전압 회로의 출력단에 병렬로 연결되는 DC 링크 커패시터, 상기 정류 회로 및 상기 배전압 회로 중 어느 하나를 상기 입력 전원과 연결하는 스위칭 회로 및 상기 입력 전원에 따라 상기 스위칭 회로를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

입력 전원에 대한 호환성이 향상된 전력 변환 장치{POWER CONVERTING APPARATUS WITH IMPROVED COMPATIBILITY TO INPUT POWER}
본 발명은 크기가 서로 다른 교류 전압이 입력되거나 직류 전압이 입력되는 경우에 관계 없이 부하에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전력 변환 장치에 관한 것이다.
직류 전원의 경우 전압의 최대치가 낮고 전류의 크기와 방향이 바뀌지 않으므로 교류 전원에 비해 전력 손실이 적을 뿐만 아니라 전력 공급의 안정성이 뛰어난 장점이 있다. 이에 따라, 최근에는 세계적으로 직류 배전의 상용화가 시도되고 있으며, 이에 발맞추어 직류 전원을 변환하여 부하에 제공하는 전력 변환 장치가 개발되고 있다.
한편, 현재 사용되고 있는 전력 변환 장치 중, 정류 회로를 포함하는 전력 변환 장치는 특정 크기의 전압을 출력하는 교류 배전 및 직류 배전에서 모두 동작할 수 있는데, 이하에서는 도 1을 참조하여 종래 전력 변환 장치가 240[Vrms]의 교류 전원과 380[V]의 직류 전원에서 동작하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 종래 전원 변환 장치가 교류 전원 또는 직류 전원을 변환하여 부하에 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 전력 변환 장치(100')는 정류 회로(110')를 포함한다. 정류 회로(110')가 240[Vrms]의 상용 교류 전원(10')에 연결되는 경우, 정류 회로는 교류 전원(10')을 정류하여 DC 링크 커패시터(CDC)에 제공하고, 부하(R)는 DC 링크 커패시터(CDC)에 저장된 직류 전압을 공급받아 동작한다.
보다 구체적으로, 일 예에서 정류 회로는 풀 브리지(full-bride) 형태로 연결된 제1 내지 제4 다이오드(Da, Db, Dc, Dd)를 포함한다. 240[Vrms]의 교류 전원(10')에서 양의 전압이 출력되는 경우 제1 및 제4 다이오드(Da, Dd)가 도통되어 240[Vrms]의 교류 전원(10')에서 출력되는 전류를 DC 링크 커패시터(CDC)에 제공하고, DC 링크 커패시터(CDC)는 해당 전류를 직류 전압의 형태로 저장한다.
반면 240[Vrms]의 교류 전원(10')에서 음의 전압이 출력되는 경우 제2 및 제3 다이오드(Db, Dc)가 도통되어 240[Vrms]의 교류 전원(10')에서 출력되는 전류를 DC 링크 커패시터(CDC)에 제공하고, DC 링크 커패시터(CDC)는 해당 전류를 직류 전압의 형태로 저장한다.
이러한 동작에 따라 교류 전원(10')은 전파 정류(full-wave rectification)되고, DC 링크 커패시터(CDC)에는 약 340[V]의 직류 전압이 저장된다.
한편, 정류 회로가 380[V]의 상용 직류 전원(10')에 연결되는 경우, 380[V]의 직류 전원(10')에서 출력되는 직류 전류는 항상 제1 및 제4 다이오드(Da, Dd)를 통해 DC 링크 커패시터(CDC)에 제공되고, DC 링크 커패시터(CDC)는 해당 전류를 직류 전압의 형태로 저장한다. 이에 따라, DC 링크 커패시터(CDC)에는 380[V]의 직류 전압이 저장된다.
상술한 바와 같이, 정류 회로(110')를 포함하는 종래의 전력 변환 장치(100')는 직류 배전이 상용화 된다고 하더라도 여전히 이용될 수 있다. 다만, 전력 변환 장치(100')는 DC 링크 커패시터(CDC)에 저장되는 전압의 크기가 유사한 240[Vrms]의 교류 배전 또는 380[V]의 직류 배전에 호환될 수 있을 뿐, 예컨대 120[Vrms]의 교류 배전과 같이 저전압이 공급되는 배전에서는 DC 링크 커패시터(CDC)에 저장되는 전압(약 170[V])의 크기가 낮아 부하(R)에 충분한 전력을 공급하지 못하는 문제가 있다.
이에 따라, 종래 이용되고 있던 다양한 크기의 교류 배전에서 동작할 수 있을 뿐만 아니라 직류 배전의 상용화에 발맞추어, 입력 전원의 크기에 관계 없이 부하에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전력 변환 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 모든 입력 전원에 대한 호환성을 갖는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 입력 전원이 직류 전원인지 교류 전원인지에 따라 정류 동작 또는 배전압 동작을 수행하여 부하에 전력을 제공하는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 입력되는 교류 전압의 크기에 따라 정류 동작 또는 배전압 동작을 수행하여 부하에 일정한 전력을 제공하는 전력 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 입력 전원에 각각 병렬로 연결되는 정류 회로 및 배전압 회로가, 입력 전원의 타입(직류 또는 교류) 및 크기에 따라 입력 전원에 선택적으로 연결됨으로써, 모든 입력 전원에 대한 호환성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 입력 전원이 교류 전원이면 입력 전원을 정류 회로 또는 배전압 회로에 연결하고, 입력 전원이 직류 전원이면 입력 전원을 정류 회로에 연결함으로써, 입력 전원이 직류 전원인지 교류 전원인지에 따라 정류 동작 또는 배전압 동작을 수행하여 부하에 전력을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 입력되는 교류 전압의 크기가 작으면 입력 전원과 배전압 회로를 연결하고, 입력되는 교류 전압의 크기가 크면 입력 전원과 정류 회로를 연결함으로써, 교류 전압의 크기에 따라 정류 동작 또는 배전압 동작을 수행하여 부하에 일정한 전력을 제공할 수 있다.
본 발명은 모든 입력 전원에 대한 호환성을 가짐으로써, 각기 다른 상용 전원을 이용하는 다양한 국가 및 지역에 관계 없이 이용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 입력 전원이 직류 전원인지 교류 전원인지에 따라 정류 동작 또는 배전압 동작을 수행하여 부하에 전력을 제공함으로써, 직류 배전 상용화에 발맞추어 직류 전압을 부하에 안정적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 교류 전원의 크기에 관계 없이 부하에 균일한 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 입력되는 교류 전압의 크기에 따라 정류 동작 또는 배전압 동작을 수행하여 부하에 일정한 전력을 제공함으로써, 북미(North America)와 같이 지역에 따라 상용 교류 전원의 크기가 다른 국가에서도 범용적으로 이용될 수 있는 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래 전원 변환 장치가 교류 전원 또는 직류 전원을 변환하여 부하에 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 정류 회로의 각 예시를 도시한 회로도.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 배전압 회로의 각 예시를 도시한 회로도.
도 5는 스위칭 회로와 다른 구성요소들의 연결관계를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 전체 회로도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 크기가 서로 다른 교류 전압이 입력되거나 직류 전압이 입력되는 경우에 관계 없이 부하에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전력 변환 장치에 관한 것이다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 정류 회로의 각 예시를 도시한 회로도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 배전압 회로의 각 예시를 도시한 회로도이다.
도 5는 스위칭 회로와 다른 구성요소들의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 전체 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)는 정류 회로(110), 배전압 회로(120), DC 링크 커패시터(CDC), 스위칭 회로(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 전력 변환 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
한편, 후술되는 제어부(150)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나의 물리적인 요소로 구현될 수 있다.
정류 회로(110)는 입력 전원(10)과 연결되어 입력 전원(10)을 정류하거나 입력 전원(10)을 통과시킬 수 있다. 본 발명에서 입력 전원(10)은 도 2에 도시된 것과 같이 교류 전원 또는 직류 전원일 수 있다. 예컨대, 입력 전원(10)은 120[Vrms]의 교류 전원일 수도 있고, 240[Vrms]의 교류 전원일 수도 있으며, 380[V]의 직류 전원일 수도 있다.
입력 전원(10)이 교류 전압을 출력하는 경우 정류 회로(110)는 교류 전압을 정류할 수 있고, 입력 전원(10)이 직류 전압을 출력하는 경우 정류 회로(110)는 직류 전압을 통과시킬 수 있다.
정류 회로(110)는 상술한 동작을 위해 하프 브리지(half-bridge) 또는 풀 브리지(full-bridge) 형태로 연결된 복수의 반도체 소자를 포함할 수 있다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 정류 회로(110)는 단일의 다이오드(D1)를 포함하는 하프 브리지 정류 회로(110)로 구현될 수 있다. 입력 전원(10)이 교류 전원인 경우 다이오드(D1)는 양의 값을 갖는 교류 전압만을 통과시킴으로써 교류 전원을 반파 정류(half-wave rectification)할 수 있다. 한편, 입력 전원(10)이 직류 전원인 경우 다이오드(D1)는 항상 직류 전압을 통과시킬 수 있다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 정류 회로(110)는 두 레그(leg)에 두 개씩 각각 연결된 제1 내지 제4 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 포함하는 풀 브리지 정류 회로(110)로 구현될 수 있다. 입력 전원(10)이 교류 전원인 경우 제1 및 제4 다이오드(D1, D4)는 양의 값을 갖는 교류 전압만을 통과시키고, 제2 및 제3 다이오드(D2, D3)는 음의 값을 갖는 교류 전압을 반전시켜 통과시킴으로써, 교류 전원을 전파 정류(full-wave rectification)할 수 있다. 한편, 입력 전원(10)이 직류 전원인 경우 제1 및 제4 다이오드(D1, D4)는 항상 직류 전압을 통과시킬 수 있다.
DC 링크 커패시터(CDC)는 정류 회로(110)의 출력단에 연결되므로, DC 링크 커패시터(CDC)에는 정류 회로(110)에 의해 정류되거나 정류 회로(110)를 통과한 직류 전압이 저장될 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b에서는 정류 회로(110)가 다이오드만을 포함하는 것으로 설명하였으나, 각 도면에 도시된 다이오드는 전력 스위칭 소자로 대체될 수 있다. 이 때, 각 전력 스위칭 소자는 입력 전원(10)의 위상에 따라 제어부(150)에 의해 온오프될 수 있고, 전력 스위칭 소자의 제어 방법은 당해 기술분야에서 이용되는 다양한 방법에 따를 수 있다.
배전압 회로(dual voltage circuit, 120)는 입력 전원(10)과 연결되면서, 앞서 설명한 정류 회로(110)와 병렬로 연결될 수 있다. 다시 말해, 도 2에 도시된 바와 같이 배전압 회로(120)는 정류 회로(110)의 입력단 노드에 병렬로 연결됨으로써 입력 전원(10)과 연결될 수 있다.
이러한 배전압 회로(120)는 입력 전원(10)에 대한 배전압 동작(voltage doubling operation)을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 배전압 회로(120)는 교류 전압의 위상에 따라 교류 전압을 정류하고, 이를 복수의 커패시터에 저장함으로써, 입력되는 교류 전압의 크기를 증가시켜 출력단으로 제공할 수 있다.
배전압 회로(120)의 출력단에 인가되는 전압의 크기는 배전압 회로(120)에 포함된 커패시터의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예컨대 배전압 회로(120)에 교류 전압을 저장하는 커패시터가 두 개 포함되는 경우, 배전압 회로(120)의 출력단에 인가되는 전압의 크기는, 배전압 회로(120)에 입력되는 교류 전압의 크기에 두 배일 수 있다. 또한, 예컨대 배전압 회로(120)에 교류 전압을 저장하는 커패시터가 n개 포함되는 경우, 배전압 회로(120)의 출력단에 인가되는 전압의 크기는, 배전압 회로(120)에 입력되는 교류 전압의 크기에 n배일 수 있다.
배전압 회로(120)는 입력되는 교류 전압을 n배로 증폭 출력하기 위한 다양한 회로 구성을 가질 수 있다. 다만 이하에서는 설명의 편의를 위해 배전압 회로(120)가, 입력되는 교류 전압의 크기를 두 배로 증가시키기 위해 두 개의 커패시터를 포함하는 것으로 가정하도록 한다.
일 예에서 도 4a를 참조하면, 배전압 회로(120)는 음의 크기의 입력 전압을 제1 커패시터(Cd1)에 제공하는 제1 배전압 다이오드(Dd1), 양의 크기의 입력 전압에서 제1 커패시터(Cd1)에 저장된 전압만큼 승압된 전압을 제2 커패시터(Cd2)에 제공하는 제2 배전압 다이오드(Dd2)를 포함할 수 있다. 이 때, 제2 커패시터(Cd2)는 배전압 회로(120)의 출력단에 연결된 DC 링크 커패시터(CDC)와 병렬 연결될 수 있다.
입력 전압의 크기가 음의 값을 가질 때, 입력 전압에서 출력되는 전류는 제1 배전압 다이오드(Dd1) 및 제1 커패시터(Cd1)에 순차적으로 흐를 수 있다. 이에 따라, 제1 커패시터(Cd1)에는 입력 전압의 크기에 대응하는 전압(Em)이 저장될 수 있다. 반면, 입력 전압의 크기가 양의 값을 가질 때, 입력 전압에서 출력되는 전류는 제1 커패시터(Cd1), 제2 배전압 다이오드(Dd2) 및 제2 커패시터(Cd2)에 순차적으로 흐를 수 있다. 이에 따라, 제2 커패시터(Cd2)에는 입력 전압의 크기에 대응하는 전압(Em)과 제1 커패시터(Cd1)에 저장된 전압(Em)을 합산한 전압(2Em)이 저장될 수 있다.
배전압 회로(120)는 제2 커패시터(Cd2)를 통해 출력단에 전압을 제공하므로, 배전압 회로(120)는 입력 전압의 크기가 양의 값을 가지는 구간에서만 DC 링크 커패시터(CDC)에 전압을 제공할 수 있다. 이에 따라, DC 링크 커패시터(CDC)에는 입력 전압의 크기의 두 배에 대응하는 전압(2Em)이 저장될 수 있다.
다른 예에서 도 4b를 참조하면, 배전압 회로(120)는 양의 크기의 입력 전압을 제1 커패시터(Cd1)에 제공하는 제1 배전압 다이오드(Dd1), 음의 크기의 입력 전압을 반전시켜 제2 커패시터(Cd2)에 제공하는 제2 배전압 다이오드(Dd2)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 커패시터(Cd1)의 포지티브 노드(+)와 제2 커패시터(Cd2)의 네거티브 노드(-)는 DC 링크 커패시터(CDC)의 포지티브 노드(+) 및 네거티브 노드(-)에 각각 연결될 수 있다.
입력 전압의 크기가 양의 값을 가질 때, 입력 전압에서 출력되는 전류는 제1 배전압 다이오드(Dd1) 및 제1 커패시터(Cd1)에 순차적으로 흐를 수 있다. 이에 따라, 제1 커패시터(Cd1)는 입력 전압의 크기에 대응하는 전압(Em)이 저장될 수 있다. 반면, 입력 전압의 크기가 음의 값을 가질 때, 입력 전압에서 출력되는 전류는 제2 커패시터(Cd2) 및 제2 배전압 다이오드(Dd2)에 순차적으로 흐를 수 있다. 이에 따라, 제2 커패시터(Cd2)에는 입력 전압의 크기에 대응하는 전압(Em)이 저장될 수 있다.
배전압 회로(120)는 제1 커패시터(Cd1) 및 제2 커패시터(Cd2)를 통해 출력단에 전압을 제공하므로, 배전압 회로(120)는 입력 전압의 크기가 양인지 음인지에 관계 없이, 입력 전압의 모든 위상에서 DC 링크 커패시터(CDC)에 전압을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 배전압 회로(120)는 제1 커패시터(Cd1)의 포지티브 노드(+)와 제2 커패시터(Cd2)의 네거티브 노드(-) 사이에 인가되는 전압을 출력단에 제공하는데, 제1 커패시터(Cd1)의 포지티브 노드(+)는 DC 링크 커패시터(CDC)의 포지티브 노드(+)와 연결되고 제2 커패시터(Cd2)의 네거티브 노드(-)는 DC 링크 커패시터(CDC)의 네거티브 노드(-)와 연결되므로 DC 링크 커패시터(CDC)에는 입력 전압의 크기의 두 배에 대응하는 전압(2Em)이 저장될 수 있다.
상술한 구조에 의해 배전압 회로(120)는 입력 전압의 크기를 두 배로 증가시켜 출력할 수 있다. 다만, 배전압 회로(120)가 입력 전압의 크기를 n배로 증폭 출력하기 위한 다양한 회로 구성으로 구현될 수 있음은 전술한 바와 같다.
다시 도 2를 참조하면, 스위칭 회로(140)는 정류 회로(110) 및 배전압 회로(120) 중 어느 하나를 입력 전원(10)과 연결할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위칭 회로(140)는 정류 회로(110)와 입력 전원(10)을 연결하거나, 배전압 회로(120)와 입력 전원(10)을 연결할 수 있다.
이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 스위칭 회로(140)는 정류 회로(110)와 입력 전원(10) 사이에 구비되어 정류 회로(110)와 입력 전원(10)을 연결하는 제1 스위칭부(140a)와, 배전압 회로(120)와 입력 전원(10) 사이에 구비되어 배전압 회로(120)와 입력 전원(10)을 연결하는 제2 스위칭부(140b)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭부(140a)는 정류 회로(110)와 입력 전원(10)을 선택적으로 연결하기 위해 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 또한, 제2 스위칭부(140b)는 배전압 회로(120)와 입력 전원(10)을 선택적으로 연결하기 위해 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 스위칭 회로(140)의 구체적인 구성과 제어부(150)가 스위칭 회로(140)를 제어하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 제1 스위칭부(140a)는 입력 전원(10)의 포지티브 노드(+)와 정류 회로(110)의 포지티브 노드(+)를 연결하는 제1-1 스위치(S1-1) 및 입력 전원(10)의 네거티브 노드(-)와 정류 회로(110)의 네거티브 노드(-)를 연결하는 제1-2 스위치(S1-2)를 포함할 수 있다.
제1-1 및 제1-2 스위치(S1-1, S1-2)가 온 상태일 때 입력 전원(10)과 정류 회로(110)는 전기적으로 연결될 수 있고, 제1-1 및 제1-2 스위치(S1-1, S1-2)가 오프 상태일 때 입력 전원(10)과 정류 회로(110)는 전기적으로 분리될 수 있다.
한편, 제2 스위칭부(140b)는 입력 전원(10)의 포지티브 노드(+)와 배전압 회로(120)를 연결하는 제2-1 스위치(S2-1) 및 입력 전원(10)의 네거티브 노드(-)와 배전압 회로(120)를 연결하는 제2-2 스위치(S2-2)를 포함할 수 있다.
제2-1 및 제2-2 스위치(S2-1, S2-2)가 온 상태일 때 입력 전원(10)과 배전압 회로(120)는 전기적으로 연결될 수 있고, 제2-1 및 제2-2 스위치(S2-1, S2-2)가 오프 상태일 때 입력 전원(10)과 배전압 회로(120)는 전기적으로 분리될 수 있다.
전술한 스위치(S1-1, S1-2, S2-1, S2-2)는 제어 신호에 따라 동작하는 임의의 회로소자로 구현될 수 있다. 예컨대, 스위치(S1-1, S1-2, S2-1, S2-2)는 릴레이(relay)로 구현될 수도 있고, IGBT, MOSFET과 같은 전력 스위칭 소자로 구현될 수 있다.
제어부(150)는 입력 전원(10)에 따라 스위칭 회로(140)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(150)는 입력 전원(10)이 직류 전원인지 교류 전원인지에 따라 스위칭 회로(140)를 제어할 수 있으며, 입력 전원(10)이 교류 전원일 때 입력 전원(10)의 크기에 따라 스위칭 회로(140)를 제어할 수도 있다.
제어부(150)는 스위칭 회로(140)에 포함된 적어도 하나의 스위치에 스위칭 제어 신호(Ssw)를 제공하여 스위칭 회로(140)가 정류 회로(110) 및 배전압 회로(120) 중 어느 하나를 입력 전원(10)과 연결하도록 제어할 수 있다.
도 6에 도시된 것과 같이 스위칭 회로(140)가 네 개의 스위치(S1-1, S1-2, S2-1, S2-2)를 포함하는 경우, 제어부(150)는 각 스위치(S1-1, S1-2, S2-1, S2-2)에 대한 스위칭 제어 신호(Ssw)를 생성할 수 있고, 이를 각 스위치(S1-1, S1-2, S2-1, S2-2)에 제공함으로써 스위치를 온오프시킬 수 있다.
일 예에서, 제어부(150)는 제1-1 및 제1-2 스위치(S1-1, S1-2)에 하이(high) 값의 스위칭 제어 신호(Ssw)를 제공할 수 있고, 제2-1 및 제2-2 스위치(S2-1, S2-2)에 로우(low) 값의 스위칭 제어 신호(Ssw)를 제공할 수 있다. 이에 따라, 제1-1 및 제1-2 스위치(S1-1, S1-2)는 턴 온되어 정류 회로(110)와 입력 전원(10)을 연결할 수 있고, 제2-1 및 제2-2 스위치(S2-1, S2-2)는 턴 오프되어 배전압 회로(120)와 입력 전원(10)을 분리할 수 있다.
다른 예에서, 제어부(150)는 제2-1 및 제2-2 스위치(S2-1, S2-2)에 하이 값의 스위칭 제어 신호(Ssw)를 제공할 수 있고, 제1-1 및 제1-2 스위치(S1-1, S1-2)에 로우 값의 스위칭 제어 신호(Ssw)를 제공할 수 있다. 이에 따라, 제2-1 및 제2-2 스위치(S2-1, S2-2)는 턴 온되어 배전압 회로(120)와 입력 전원(10)을 연결할 수 있고, 제1-1 및 제1-2 스위치(S1-1, S1-2)는 턴 오프되어 정류 회로(110)와 입력 전원(10)을 분리할 수 있다.
한편, 전력 변환 장치(100)는 입력 전원(10)의 출력단에 연결되어 입력 전원(10)의 전압을 측정하는 전압 센서(160)를 더 포함할 수 있다. 전압 센서(160)는 측정값(Vin)을 제어부(150)에 제공할 수 있고, 제어부(150)는 측정값(Vin)에 따라 스위칭 회로(140)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(150)는 전압 센서(160)로부터 제공된 측정값(Vin)에 기초하여 입력 전원(10)이 교류 전원인지 직류 전원인지 판단할 수 있다. 판단 결과, 입력 전원(10)이 직류 전원인 경우 제어부(150)는 스위칭 회로(140)가 정류 회로(110)와 입력 전원(10)을 연결하도록 제어할 수 있다.
도 6을 예로 들어 설명하면, 직류 전압이 배전압 회로(120)에 공급되는 경우 직류 전압은 그 극성에 따라 제1 커패시터(Cd1) 및 제2 커패시터(Cd2) 중 어느 하나에만 저장될 수 있다. 이 때, DC 링크 커패시터(CDC)는 제1 커패시터(Cd1)의 포지티브 노드(+)와 제2 커패시터(Cd2)의 네거티브 노드(-) 사이에 연결되므로, 제1 및 제2 커패시터(Cd1, Cd2)와 DC 링크 커패시터(CDC) 사이에는 전압 불균형이 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 제어부(150)는 입력 전원(10)이 직류 전원일 때, 직류 전압이 배전압 회로(120)로 공급되는 것을 방지하기 위해 스위칭 회로(140)가 정류 회로(110)와 입력 전원(10)을 선택적으로 연결하도록 제어할 수 있다. 제어부(150)가 스위칭 회로(140)를 제어하는 방법 및 직류 전압이 정류 회로(110)를 통과하는 과정에 대해서는 전술한 바 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 입력 전원(10)이 직류 전원인지 교류 전원인지에 따라 정류 동작 또는 배전압 동작을 수행하여 부하(20)에 전력을 제공함으로써, 직류 배전 상용화에 발맞추어 직류 전압을 부하(20)에 안정적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 교류 전원의 크기에 관계 없이 부하(20)에 균일한 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.
한편, 입력 전원(10)이 교류 전원일 때, 제어부(150)는 전압 센서(160)로부터 제공된 측정값(Vin)에 기초하여 입력 전원(10)의 크기를 식별하고, 식별된 크기에 기초하여 스위칭 회로(140)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 입력 전원(10)은 제1 크기의 교류 전압이거나 제1 크기의 두 배인 제2 크기의 교류 전압일 수 있다. 예컨대, 입력 전원(10)은 120[Vrms]의 교류 전압이거나 240[Vrms]의 교류 전압일 수 있다.
제어부(150)는 입력 전원(10)이 상대적으로 작은 제1 크기의 교류 전압을 출력하는 경우 스위칭 회로(140)가 배전압 회로(120)를 입력 전원(10)과 연결하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 120[Vrms]의 교류 전압과 배전압 회로(120)가 연결되도록 스위칭 회로(140)를 제어할 수 있다. 이에 따라 배전압 회로(120) 내 제1 커패시터(Cd1) 및 제2 커패시터(Cd2)에는 각각 약 170[V]의 전압이 저장될 수 있고, DC 링크 커패시터(CDC)에는 약 340[V]의 전압이 제공될 수 있다.
한편, 제어부(150)는 입력 전원(10)이 상대적으로 큰 제2 크기의 교류 전압을 출력하는 경우 스위칭 회로(140)가 정류 회로(110)를 입력 전원(10)과 연결하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 240[Vrms]의 교류 전압과 정류 회로(110)가 연결되도록 스위칭 회로(140)를 제어할 수 있따. 이에 따라 정류 회로(110)의 출력단에는 약 340[V]가 인가될 수 있고, DC 링크 커패시터(CDC)에는 약 340[V]의 전압이 제공될 수 있다.
즉, 입력 전원(10)이 교류 전원일 때, 본원 발명의 제어부(150)는 입력 전원(10)의 크기에 따라 정류 회로(110) 및 배전압 회로(120) 중 적어도 하나를 이용하여 DC 링크 커패시터(CDC)에 전압을 공급함으로써, 항상 일정한 전압이 DC 링크 커패시터(CDC)에 공급되도록 제어할 수 있고 부하(20)가 일정한 전력을 공급받도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 입력되는 교류 전압의 크기에 따라 정류 동작 또는 배전압 동작을 수행하여 부하(20)에 일정한 전력을 제공함으로써, 북미(North America)와 같이 지역에 따라 상용 교류 전원의 크기가 다른 국가에서도 범용적으로 이용될 수 있는 장점이 있다.
결국, 본 발명은 모든 입력 전원(10)에 대한 호환성을 가짐으로써, 각기 다른 상용 전원을 이용하는 다양한 국가 및 지역에 관계 없이 이용될 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (13)

  1. 입력 전원과 연결되는 정류 회로;
    상기 정류 회로와 병렬로 연결되는 배전압 회로;
    상기 정류 회로의 출력단 및 상기 배전압 회로의 출력단에 병렬로 연결되는 DC 링크 커패시터;
    상기 정류 회로 및 상기 배전압 회로 중 어느 하나를 상기 입력 전원과 연결하는 스위칭 회로; 및
    상기 입력 전원에 따라 상기 스위칭 회로를 제어하는 제어부를 포함하는
    전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정류 회로는
    하프 브리지(half-bridge) 또는 풀 브리지(full-bridge) 형태로 연결된 복수의 반도체 소자를 포함하는
    전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정류 회로는 다이오드 및 전력 스위칭 소자 중 적어도 하나를 포함하는
    전력 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정류 회로는
    상기 입력 전원이 교류 전압을 출력하는 경우 상기 교류 전압을 정류하여 상기 DC 링크 커패시터에 제공하는
    전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정류 회로는
    상기 입력 전원이 직류 전압을 출력하는 경우 상기 직류 전압을 통과시켜 상기 DC 링크 커패시터에 제공하는
    전력 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배전압 회로는
    음의 크기의 상기 입력 전압을 제1 커패시터에 제공하는 제1 배전압 다이오드와,
    양의 크기의 상기 입력 전압에서 상기 제1 커패시터에 저장된 전압만큼 승압된 전압을 제2 커패시터에 제공하는 제2 배전압 다이오드를 포함하고,
    상기 제2 커패시터는 상기 DC 링크 커패시터에 병렬로 연결되는
    전력 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배전압 회로는
    양의 크기의 상기 입력 전압을 제1 커패시터에 제공하는 제1 배전압 다이오드와,
    음의 크기의 상기 입력 전압을 반전시켜 상기 제2 커패시터에 제공하는 제2 배전압 다이오드를 포함하고,
    상기 제1 커패시터의 포지티브 노드와 상기 제2 커패시터의 네거티브 노드는 상기 DC 링크 커패시터의 포지티브 노드 및 네거티브 노드에 각각 연결되는
    전력 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는
    상기 정류 회로와 상기 입력 전원을 연결하는 제1 스위칭부와,
    상기 배전압 회로와 상기 입력 전원을 연결하는 제2 스위칭부를 포함하는
    전력 변환 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부는
    상기 입력 전원의 포지티브 노드와 상기 정류 회로의 포지티브 노드를 연결하는 제1-1 스위치와,
    상기 입력 전원의 네거티브 노드와 상기 정류 회로의 네거티브 노드를 연결하는 제1-2 스위치를 포함하는
    전력 변환 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 스위칭부는
    상기 입력 전원의 포지티브 노드와 상기 배전압 회로를 연결하는 제2-1 스위치와,
    상기 입력 전원의 네거티브 노드와 상기 배전압 회로를 연결하는 제2-2 스위치를 포함하는
    전력 변환 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 스위칭 회로에 포함된 적어도 하나의 스위치에 스위칭 제어 신호를 제공하여 상기 스위칭 회로가 상기 정류 회로 및 상기 배전압 회로 중 어느 하나를 상기 입력 전원과 연결하도록 제어하는
    전력 변환 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전원의 출력단에 연결되어 상기 입력 전원의 전압을 측정하는 전압 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전압 센서에 의해 측정된 전압에 따라 상기 스위칭 회로를 제어하는
    전력 변환 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전원은 제1 크기의 교류 전압, 상기 제1 크기의 두 배인 제2 크기의 교류 전압 및 직류 전압 중 어느 하나를 출력하고,
    상기 제어부는 상기 입력 전원이 제1 크기의 교류 전압을 출력하는 경우 상기 스위칭 회로가 상기 배전압 회로를 상기 입력 전원과 연결하도록 제어하고,
    상기 제어부는 상기 입력 전원이 제2 크기의 교류 전압 또는 상기 직류 전압을 출력하는 경우 상기 스위칭 회로가 상기 정류 회로를 상기 입력 전원과 연결하도록 제어하는
    전력 변환 장치.
KR1020190148576A 2019-11-19 2019-11-19 입력 전원에 대한 호환성이 향상된 전력 변환 장치 KR20210060952A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190148576A KR20210060952A (ko) 2019-11-19 2019-11-19 입력 전원에 대한 호환성이 향상된 전력 변환 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190148576A KR20210060952A (ko) 2019-11-19 2019-11-19 입력 전원에 대한 호환성이 향상된 전력 변환 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210060952A true KR20210060952A (ko) 2021-05-27

Family

ID=76135632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190148576A KR20210060952A (ko) 2019-11-19 2019-11-19 입력 전원에 대한 호환성이 향상된 전력 변환 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210060952A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024039126A1 (ko) * 2022-08-17 2024-02-22 삼성전자주식회사 유도가열장치 및 유도가열장치의 제어방법
WO2024039013A1 (ko) * 2022-08-17 2024-02-22 삼성전자주식회사 유도가열장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024039126A1 (ko) * 2022-08-17 2024-02-22 삼성전자주식회사 유도가열장치 및 유도가열장치의 제어방법
WO2024039013A1 (ko) * 2022-08-17 2024-02-22 삼성전자주식회사 유도가열장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2892136B1 (en) Universal AC to DC converter
US7751212B2 (en) Methods and apparatus for three-phase rectifier with lower voltage switches
EP3035513A2 (en) Switching power supply and method for controlling voltage of bulk capacitor in the same
US9166496B2 (en) Load control device
US20140001856A1 (en) Multilevel power converter
US20060013024A1 (en) Rectifier circuit having a power factor correction
TW201304381A (zh) 電源電路及電源電路的控制方法
TW201422055A (zh) 具有無損放電電路的矽控整流器調光電路及其方法
US10794938B2 (en) Voltage detecting circuit
KR20210060952A (ko) 입력 전원에 대한 호환성이 향상된 전력 변환 장치
US10256630B2 (en) Controller device for power electronics circuit
JP2017147824A (ja) 電力変換装置
US10615637B2 (en) Uninterruptable power supply apparatus with shared electronic components
US11451161B2 (en) Power switcher, power rectifier, and power converter including cascode-connected transistors
JP2008187874A (ja) 三相交流電源の欠相検出装置
KR102409677B1 (ko) 단일 인덕터를 이용해서 부스팅 및 액티브 디커플링 동작을 수행하는 부스트 컨버터
CN102752901A (zh) 一种两线调光器及其控制方法
KR102384581B1 (ko) 디커플링 동작을 수행하는 부스트 컨버터
US20150117069A1 (en) Power supply apparatus and method of controlling the same
CN112187070A (zh) 一种晶闸管并联交替导通整流电路可控硅整流器/晶闸管
US20020075708A1 (en) Power supply having rectifier and shunt circuit
KR20200136250A (ko) 외부전원으로부터 공급되는 과전압을 차단하는 전력 변환 장치
KR102413856B1 (ko) 전력 변환 장치
EP3890446A1 (en) Led driving circuit
JP4359750B2 (ja) ３相交流―直流電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination