KR20240030097A - Power conversion device and method for controlling power conversion device - Google Patents

Power conversion device and method for controlling power conversion device Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법은, 사용자의 구동 명령에 따른 목표 전력값을 산출하는 단계, 상기 목표 전력값에 대응되는 스위칭 소자의 턴 온 시간을 산출하는 단계, 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정하는 단계, 상기 턴 온 시간과 상기 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정하는 단계 및 상기 최종 턴 온 시간에 기초하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면 전력 변환 장치의 구동 과정에서 발생하는 입력 전압의 급격한 증가에 따른 스위치 전압의 상승이 방지된다. 따라서 스위칭 소자의 손상 가능성이 줄어들어 전력 변환 장치의 안정적인 구동이 보장될 수 있다.A control method of a power conversion device according to an embodiment includes calculating a target power value according to a user's driving command, calculating a turn-on time of a switching element corresponding to the target power value, and calculating a turn-on time of a switching element corresponding to the target power value based on the input voltage value. determining a turn-on time limit, determining a final turn-on time by comparing the turn-on time and the turn-on time limit, and providing a switching signal for driving the switching element based on the final turn-on time. It may include an output step. According to embodiments, an increase in the switch voltage due to a sudden increase in the input voltage that occurs during the driving process of the power conversion device is prevented. Therefore, the possibility of damage to the switching element is reduced, thereby ensuring stable operation of the power conversion device.

Description

전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 제어 방법{POWER CONVERSION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING POWER CONVERSION DEVICE}Power conversion device and control method of the power conversion device {POWER CONVERSION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING POWER CONVERSION DEVICE}

본 명세서는 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 제어 방법에 관한 것이다.This specification relates to a power conversion device and a control method of the power conversion device.

전력 변환 장치는 임의의 전력을 전류, 전압, 주파수 등이 다른 전력으로 변환하는 장치이다. 전력 변환 장치는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터 및 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터를 포함한다.A power conversion device is a device that converts arbitrary power into power with different current, voltage, frequency, etc. The power conversion device includes a converter that converts alternating current power into direct current power and an inverter that converts direct current power into alternating current power.

도 1은 전력 변환 장치의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a power conversion device.

도 1에는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치, 즉 인버터의 회로도가 도시된다. 인버터는 저항(R1), 인덕터(L), 커패시터(C)를 포함하는 공진 회로(R1, L, C) 및 스위칭 신호(예컨대, PWM 신호)에 의해서 스위칭 동작(반복적인 턴 온 및 턴 오프)을 수행하는 스위칭 소자(Q)를 포함할 수 있다.Figure 1 shows a circuit diagram of a power conversion device that converts direct current power into alternating current power, that is, an inverter. The inverter performs a switching operation (repeated turn on and turn off) by a resonant circuit (R1, L, C) including a resistor (R1), an inductor (L), and a capacitor (C) and a switching signal (e.g., a PWM signal). It may include a switching element (Q) that performs.

스위칭 소자(Q)에 스위칭 신호가 입력되면 스위칭 소자(Q)가 미리 정해진 주파수로 반복적으로 턴 온 및 턴 오프된다. 이러한 스위칭 소자(Q)의 스위칭 동작에 의해서 공진 회로(R1, L, C)에 공진 현상이 발생함으로써 직류 전력이 교류 전력으로 변환될 수 있다.When a switching signal is input to the switching element (Q), the switching element (Q) is repeatedly turned on and off at a predetermined frequency. Due to the switching operation of the switching element Q, a resonance phenomenon occurs in the resonance circuits R1, L, and C, so that direct current power can be converted into alternating current power.

공진 회로(R1, L, C)에 공진 현상이 발생할 때 스위칭 소자(Q)의 양단에는 스위치 전압(Vds)이 발생한다. 만약 스위치 전압(Vds)이 스위칭 소자(Q)의 내전압을 초과하게 되면 스위칭 소자(Q)가 손상될 수 있다. 스위치 전압(Vds)의 크기는 공진 회로(R1, L, C)에 입력되는 입력 전압(Vin)의 크기에 비례한다. 일반적으로 전력 변환 장치의 설계 과정에서 스위칭 소자(Q)의 내전압 크기는 입력 전압(Vin)의 크기 변동을 감안하여 결정된다. 그럼에도 불구하고 전력 변환 장치의 구동 과정에서 입력 전압(Vin)의 급격한 증가로 인하여 스위치 전압(Vds)이 내전압보다 커지게 되어 스위칭 소자(Q)가 손상될 가능성이 있다.When a resonance phenomenon occurs in the resonance circuits (R1, L, and C), a switch voltage (Vds) is generated at both ends of the switching element (Q). If the switch voltage (Vds) exceeds the withstand voltage of the switching element (Q), the switching element (Q) may be damaged. The size of the switch voltage (Vds) is proportional to the size of the input voltage (Vin) input to the resonance circuits (R1, L, and C). Generally, in the design process of a power conversion device, the withstand voltage of the switching element (Q) is determined by taking into account the variation in the size of the input voltage (Vin). Nevertheless, due to a rapid increase in the input voltage (Vin) during the operation of the power conversion device, the switch voltage (Vds) becomes greater than the withstand voltage, which may damage the switching element (Q).

도 2는 전력 변환 장치의 구동 시 스위칭 소자의 턴 온 시간, 입력 전압의 크기 및 스위치 전압을 각각 나타내는 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the turn-on time of the switching element, the magnitude of the input voltage, and the switch voltage, respectively, when the power conversion device is driven.

도 1에 도시된 바와 같은 전력 변환 장치가 구동될 때, 스위칭 소자(Q)의 턴 온 시간은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 일정하게 유지될 수 있다. When the power conversion device shown in FIG. 1 is driven, the turn-on time of the switching element Q may be kept constant as shown in (a) of FIG. 2.

그런데 전력 변환 장치의 구동 과정에서 전력 변환 장치에 공급되는 입력 전압(Vin)의 크기가 일시적으로 급격하게 증가하는 현상이 발생할 수 있다. 예컨대 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 전력 변환 장치에 공급되는 입력 전압(Vin)의 크기가 미리 정해진 기준값(A1)을 초과하는 구간(P1)이 발생하게 되면, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 구간(P1)에서 스위치 전압(Vds)의 크기가 미리 정해진 기준값(B1)을 초과하게 된다. 만약 도 2의 (c)에 도시된 기준값(B1)이 스위칭 소자(Q)의 내전압과 동일하다면, 구간(P1)에서 스위칭 소자(Q)가 과열되거나 손상될 가능성이 있다.However, during the operation of the power conversion device, a phenomenon may occur in which the magnitude of the input voltage (Vin) supplied to the power conversion device suddenly and temporarily increases. For example, as shown in (b) of FIG. 2, when a section (P1) occurs in which the magnitude of the input voltage (Vin) supplied to the power conversion device exceeds the predetermined reference value (A1), (c) of FIG. 2 As shown, the magnitude of the switch voltage (Vds) in the section (P1) exceeds the predetermined reference value (B1). If the reference value B1 shown in (c) of FIG. 2 is the same as the withstand voltage of the switching element Q, there is a possibility that the switching element Q may be overheated or damaged in the section P1.

전력 변환 장치의 구동 과정에서 입력 전압(Vin)의 급격한 증가로 인한 스위치 전압(Vds)의 급격한 증가를 방지하기 위해서, 공진 회로(R1, L, C)를 구성하는 인덕터(L)의 인덕턴스를 줄이거나 커패시터(C)의 커패시턴스를 증가시키는 것이 고려될 수 있다. 그러나 인덕터(L)의 인덕턴스가 감소할수록 전력 변환 장치의 가열 성능이 저하되는 문제가 있다. 또한 커패시터(C)의 커패시턴스를 증가시킬 경우 커패시터의 용량 및 사이즈의 증가로 인하여 전력 변환 장치의 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.In order to prevent a sudden increase in the switch voltage (Vds) due to a sudden increase in the input voltage (Vin) during the driving process of the power conversion device, reduce the inductance of the inductor (L) constituting the resonance circuit (R1, L, C). It may be considered to increase the capacitance of capacitor (C). However, as the inductance of the inductor (L) decreases, the heating performance of the power conversion device deteriorates. Additionally, when the capacitance of the capacitor C is increased, the manufacturing cost of the power conversion device increases due to the increase in capacitance and size of the capacitor.

본 명세서의 목적은 입력 전압의 급격한 증가에 따른 스위치 전압의 상승을 방지함으로써 스위칭 소자의 손상 가능성을 줄일 수 있는 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present specification is to provide a power conversion device and a control method of the power conversion device that can reduce the possibility of damage to the switching element by preventing an increase in switch voltage due to a rapid increase in input voltage.

본 명세서의 목적은 가열 성능의 저하나 제조 비용의 증가 없이도 스위칭 소자의 안정적인 동작이 보장되는 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present specification is to provide a power conversion device and a control method of the power conversion device that ensure stable operation of the switching element without reducing heating performance or increasing manufacturing costs.

본 명세서의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 이하에서 기술되는 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 청구범위에 기재된 구성요소들 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.The purpose of the present specification is not limited to the purposes mentioned above, and other purposes and advantages of the present specification that are not mentioned will be more clearly understood by the examples of the present specification described below. Additionally, the objects and advantages of the present specification can be realized by the components and combinations thereof described in the claims.

일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법은, 사용자의 구동 명령에 따른 목표 전력값을 산출하는 단계, 상기 목표 전력값에 대응되는 스위칭 소자의 턴 온 시간을 산출하는 단계, 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정하는 단계, 상기 턴 온 시간과 상기 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정하는 단계 및 상기 최종 턴 온 시간에 기초하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.A control method of a power conversion device according to an embodiment includes calculating a target power value according to a user's driving command, calculating a turn-on time of a switching element corresponding to the target power value, and calculating a turn-on time of a switching element corresponding to the target power value based on the input voltage value. determining a turn-on time limit, determining a final turn-on time by comparing the turn-on time and the turn-on time limit, and providing a switching signal for driving the switching element based on the final turn-on time. It may include an output step.

일 실시예에서, 상기 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 상기 최종 턴 온 시간은 상기 입력 전압값에 비례하여 감소할 수 있다.In one embodiment, if the input voltage value is greater than a predetermined first rated voltage value, the final turn-on time may be reduced in proportion to the input voltage value.

일 실시예에서, 상기 턴 온 시간과 상기 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정하는 단계는 상기 턴 온 시간이 상기 턴 온 시간 제한값보다 작으면 상기 턴 온 시간을 상기 최종 턴 온 시간으로 결정하는 단계 및 상기 턴 온 시간이 상기 턴 온 시간 제한값보다 작지 않으면 상기 턴 온 시간 제한값을 상기 최종 턴 온 시간으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of determining the final turn-on time by comparing the turn-on time and the turn-on time limit value may include determining the turn-on time as the final turn-on time if the turn-on time is less than the turn-on time limit value. and if the turn-on time is not less than the turn-on time limit, determining the turn-on time limit as the final turn-on time.

일 실시예에서, 상기 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정하는 단계는 상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 크지 않으면 미리 정해진 제1 제한값을 상기 턴 온 시간 제한값으로 결정하는 단계 및 상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 크면 상기 제1 제한값 및 상기 입력 전압값에 기초하여 산출되는 제3 제한값을 상기 턴 온 시간 제한값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of determining the turn-on time limit value based on the input voltage value includes determining a predetermined first limit value as the turn-on time limit value if the input voltage value is not greater than the first rated voltage value. and, if the input voltage value is greater than the first rated voltage value, determining a third limit value calculated based on the first limit value and the input voltage value as the turn-on time limit value.

일 실시예에서, 상기 제3 제한값은 하기 [수학식]에 기초하여 산출될 수 있다.In one embodiment, the third limit value can be calculated based on the following [Equation].

[수학식][Equation]

(여기서, TL1은 상기 제1 제한값, TL2는 제2 제한값, TL3은 제3 제한값, VR1은 상기 제1 정격 전압값, VR2는 제2 정격 전압값, x는 상기 입력 전압값, Δx는 보상값이고, TL2>TL1이고, VR2>VR1)(Here, T L1 is the first limit value, T L2 is the second limit value, T L3 is the third limit value, VR1 is the first rated voltage value, VR2 is the second rated voltage value, x is the input voltage value, Δx is the compensation value, T L2 >T L1 , VR2>VR1)

일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법은, 상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 큰 구간에서의 손실 전력값을 산출하는 단계, 상기 손실 전력값에 기초하여 보상 턴 온 시간을 산출하는 단계 및 상기 보상 턴 온 시간을 상기 최종 턴 온 시간에 반영하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method of controlling a power conversion device according to an embodiment includes calculating a power loss value in a section where the input voltage value is greater than the first rated voltage value, and calculating a compensation turn-on time based on the power loss value. The method may further include reflecting the compensation turn-on time to the final turn-on time and outputting a switching signal for driving the switching element.

일 실시예에서, 상기 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 상기 스위칭 소자의 스위치 전압값은 상기 스위칭 소자의 내전압보다 작은 값으로 유지될 수 있다.In one embodiment, when the input voltage value is greater than a predetermined first rated voltage value, the switch voltage value of the switching element may be maintained at a value smaller than the withstand voltage of the switching element.

일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 교류 전압을 정류하여 출력하는 정류 회로, 상기 정류 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하는 평활 회로, 상기 평활 회로로부터 출력되는 전압을 변환하여 교류 전류를 출력하며 스위칭 소자를 포함하는 인버터 및 상기 스위칭 소자의 구동을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.A power conversion device according to an embodiment includes a rectifier circuit that rectifies and outputs an alternating current voltage, a smoothing circuit that smoothes the voltage output from the rectifier circuit, and a switching element that converts the voltage output from the smoothing circuit to output an alternating current. It may include an inverter including an inverter and a controller that controls the operation of the switching element.

일 실시예에서, 상기 제어기는 사용자의 구동 명령에 따른 목표 전력값을 산출하고, 상기 목표 전력값에 대응되는 스위칭 소자의 턴 온 시간을 산출하고, 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정하고, 상기 턴 온 시간과 상기 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정하고, 상기 최종 턴 온 시간에 기초하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력할 수 있다.In one embodiment, the controller calculates a target power value according to a user's driving command, calculates a turn-on time of a switching element corresponding to the target power value, and determines a turn-on time limit value based on the input voltage value. The final turn-on time may be determined by comparing the turn-on time with the turn-on time limit value, and a switching signal for driving the switching element may be output based on the final turn-on time.

일 실시예에서, 상기 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 상기 최종 턴 온 시간은 상기 입력 전압값에 비례하여 감소할 수 있다.In one embodiment, if the input voltage value is greater than a predetermined first rated voltage value, the final turn-on time may be reduced in proportion to the input voltage value.

일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 턴 온 시간이 상기 턴 온 시간 제한값보다 작으면 상기 턴 온 시간을 상기 최종 턴 온 시간으로 결정하고, 상기 턴 온 시간이 상기 턴 온 시간 제한값보다 작지 않으면 상기 턴 온 시간 제한값을 상기 최종 턴 온 시간으로 결정할 수 있다.In one embodiment, the controller determines the turn-on time as the final turn-on time if the turn-on time is less than the turn-on time limit, and determines the turn-on time as the final turn-on time if the turn-on time is not less than the turn-on time limit. The on time limit value can be determined by the final turn on time.

일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 크지 않으면 미리 정해진 제1 제한값을 상기 턴 온 시간 제한값으로 결정하고, 상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 크면 상기 제1 제한값 및 상기 입력 전압값에 기초하여 산출되는 제3 제한값을 상기 턴 온 시간 제한값으로 결정할 수 있다.In one embodiment, the controller determines a predetermined first limit value as the turn-on time limit value if the input voltage value is not greater than the first rated voltage value, and if the input voltage value is greater than the first rated voltage value, the controller determines a predetermined first limit value as the turn-on time limit value. A third limit value calculated based on the first limit value and the input voltage value may be determined as the turn-on time limit value.

일 실시예에서, 상기 제3 제한값은 하기 [수학식]에 기초하여 산출될 수 있다.In one embodiment, the third limit value can be calculated based on the following [Equation].

[수학식][Equation]

(여기서, TL1은 상기 제1 제한값, TL2는 제2 제한값, TL3은 제3 제한값, VR1은 상기 제1 정격 전압값, VR2는 제2 정격 전압값, x는 상기 입력 전압값, Δx는 보상값이고, TL2>TL1이고, VR2>VR1)(Here, T L1 is the first limit value, T L2 is the second limit value, T L3 is the third limit value, VR1 is the first rated voltage value, VR2 is the second rated voltage value, x is the input voltage value, Δx is the compensation value, T L2 >T L1 , VR2>VR1)

일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 큰 구간에서의 손실 전력값을 산출하고, 상기 손실 전력값에 기초하여 보상 턴 온 시간을 산출하고, 상기 보상 턴 온 시간을 상기 최종 턴 온 시간에 반영하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력할 수 있다.In one embodiment, the controller calculates a power loss value in a section where the input voltage value is greater than the first rated voltage value, calculates a compensation turn-on time based on the power loss value, and operates the compensation turn-on time. By reflecting the time in the final turn-on time, a switching signal for driving the switching element can be output.

일 실시예에서, 상기 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 상기 스위칭 소자의 스위치 전압값은 상기 스위칭 소자의 내전압보다 작은 값으로 유지될 수 있다.In one embodiment, when the input voltage value is greater than a predetermined first rated voltage value, the switch voltage value of the switching element may be maintained at a value smaller than the withstand voltage of the switching element.

실시예들에 따르면 전력 변환 장치의 구동 과정에서 발생하는 입력 전압의 급격한 증가에 따른 스위치 전압의 상승이 방지된다. 따라서 스위칭 소자의 손상 가능성이 줄어들어 전력 변환 장치의 안정적인 구동이 보장될 수 있다.According to embodiments, an increase in the switch voltage due to a sudden increase in the input voltage that occurs during the driving process of the power conversion device is prevented. Therefore, the possibility of damage to the switching element is reduced, thereby ensuring stable operation of the power conversion device.

실시예들에 따르면 공진 회로를 구성하는 인덕터의 인덕턴스를 줄이거나 커패시터의 커패시턴스를 증가시키지 않고도 스위치 전압의 상승이 방지된다. 따라서 전력 변환 장치의 가열 성능의 저하나 제조 비용의 증가 없이도 스위칭 소자의 안정적인 동작이 보장될 수 있다.According to embodiments, an increase in the switch voltage is prevented without reducing the inductance of the inductor constituting the resonance circuit or increasing the capacitance of the capacitor. Therefore, stable operation of the switching element can be guaranteed without reducing the heating performance of the power conversion device or increasing manufacturing costs.

도 1은 전력 변환 장치의 회로도이다.
도 2는 전력 변환 장치의 구동 시 스위칭 소자의 턴 온 시간, 입력 전압의 크기 및 스위치 전압을 각각 나타내는 그래프이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구동 시 스위칭 소자의 턴 온 시간, 입력 전압의 크기 및 스위치 전압을 각각 나타내는 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 전력 변환 장치의 구동 시 측정된 입력 전압의 크기 및 스위치 전압의 크기를 각각 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구동 시 측정된 입력 전압의 크기 및 스위치 전압의 크기를 각각 나타내는 그래프이다.1 is a circuit diagram of a power conversion device.
Figure 2 is a graph showing the turn-on time of the switching element, the magnitude of the input voltage, and the switch voltage, respectively, when the power conversion device is driven.
Figure 3 shows the configuration of a power conversion device according to one embodiment.
Figure 4 is a graph showing the turn-on time of the switching element, the magnitude of the input voltage, and the switch voltage when driving the power conversion device according to an embodiment.
Figure 5 is a flowchart showing a control method of a power conversion device according to an embodiment.
Figure 6 is a graph showing the magnitude of the input voltage and the magnitude of the switch voltage measured when driving the power conversion device according to the prior art.
Figure 7 is a graph showing the magnitude of the input voltage and the magnitude of the switch voltage measured when driving the power conversion device according to one embodiment.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서의 실시예들을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 명세서를 설명함에 있어서 본 명세서와 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리킨다.The above-mentioned objectives, features and advantages will be described in detail later with reference to the attached drawings, and thus, those skilled in the art will be able to easily implement the embodiments of the present specification. In describing the present specification, if it is determined that a detailed description of known technology related to the present specification may unnecessarily obscure the gist of the present specification, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. In the drawings, identical reference numerals indicate identical or similar components.

도 3은 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타낸다.Figure 3 shows the configuration of a power conversion device according to one embodiment.

일 실시예에 따른 전력 변환 장치(1)는 정류 회로(11), 평활 회로(12), 인버터(13), 제1 전압 센서(V1), 제2 전압 센서(V2), 제어기(100)를 포함할 수 있다.The power conversion device 1 according to one embodiment includes a rectifier circuit 11, a smoothing circuit 12, an inverter 13, a first voltage sensor (V1), a second voltage sensor (V2), and a controller 100. It can be included.

정류 회로(11)는 전원(20)으로부터 공급되는 전압을 정류하여 출력할 수 있다. 정류 회로(11)는 다수의 다이오드 소자(D1, D2, D3, D4)를 포함할 수 있다.The rectifier circuit 11 can rectify and output the voltage supplied from the power source 20. Rectifier circuit 11 may include multiple diode elements D1, D2, D3, and D4.

평활 회로(12)는 정류 회로(11)로부터 출력되는 전압을 평활화하여 출력할 수 있다. 평활 회로(12)는 제1 인덕터(L1) 및 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 이하에서 제1 커패시터(C1)는 '직류 링크 커패시터'로 지칭될 수 있다.The smoothing circuit 12 can smoothen and output the voltage output from the rectifier circuit 11. The smoothing circuit 12 may include a first inductor (L1) and a first capacitor (C1). Hereinafter, the first capacitor C1 may be referred to as a 'DC link capacitor'.

인버터(13)는 평활 회로(12)로부터 출력되는 전압을 변환하여 교류 전류를 출력할 수 있다. 인버터(13)는 공진 회로(L2, R1, C2) 및 스위칭 소자(Q)를 포함할 수 있다. The inverter 13 can convert the voltage output from the smoothing circuit 12 and output alternating current. The inverter 13 may include a resonance circuit (L2, R1, C2) and a switching element (Q).

스위칭 소자(Q)는 제어기(100)로부터 공급되는 스위칭 신호(SS)에 의해서 반복적으로 턴 온 및 턴 오프될 수 있다. 이하에서 스위칭 소자(Q)의 반복적인 턴 온 및 턴 오프는 스위칭 소자(Q)의 '스위칭 동작'으로 지칭될 수 있다. 예시적으로 스위칭 신호(SS)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있으나, 스위칭 신호(SS)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.The switching element Q may be repeatedly turned on and off by the switching signal SS supplied from the controller 100. Hereinafter, the repetitive turning on and off of the switching element (Q) may be referred to as a 'switching operation' of the switching element (Q). For example, the switching signal (SS) may be a PWM (Pulse Width Modulation) signal, but the type of the switching signal (SS) is not limited thereto.

공진 회로(L2, R1, C2)는 제2 인덕터(L2), 저항(R1), 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 스위칭 소자(Q)가 스위칭 동작을 수행하면 공진 회로(L2, R1, C2)가 공진 현상을 일으킴으로써 평활 회로(12)로부터 출력되는 전압이 교류 전류로 변환될 수 있다.The resonance circuit (L2, R1, C2) may include a second inductor (L2), a resistor (R1), and a second capacitor (C2). When the switching element Q performs a switching operation, the resonance circuits L2, R1, and C2 cause a resonance phenomenon, so that the voltage output from the smoothing circuit 12 can be converted into an alternating current.

전압 센서(14)는 직류 링크 커패시터(C1)의 양단에 인가되는 전압의 크기, 즉 입력 전압값을 측정할 수 있다. 전압 센서(14)에 의해서 측정되는 입력 전압값은 제어기(100)로 전달될 수 있다.The voltage sensor 14 can measure the magnitude of the voltage applied to both ends of the DC link capacitor C1, that is, the input voltage value. The input voltage value measured by the voltage sensor 14 may be transmitted to the controller 100.

전류 센서(15)는 인버터(13)에 공급되는 전류의 크기, 즉 입력 전류값을 측정할 수 있다. 전류 센서(15)에 의해서 측정되는 입력 전류값은 제어기(100)로 전달될 수 있다.The current sensor 15 can measure the magnitude of the current supplied to the inverter 13, that is, the input current value. The input current value measured by the current sensor 15 may be transmitted to the controller 100.

제어기(100)는 사용자에 의해서 입력되는 구동 명령을 입력받는다. 구동 명령이 입력되면 제어기(100)는 구동 명령에 대응되는 목표 전력값을 산출할 수 있다. 제어기(100)는 산출된 목표 전력값에 대응되는 스위칭 소자(Q)의 구동 주파수 및 턴 온 시간을 각각 산출할 수 있다.The controller 100 receives a driving command input by the user. When a drive command is input, the controller 100 can calculate a target power value corresponding to the drive command. The controller 100 may calculate the driving frequency and turn-on time of the switching element Q corresponding to the calculated target power value, respectively.

일 실시예에서, 제어기(100)는 전압 센서(14)에 의해서 측정되는 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정할 수 있다. 제어기(100)는 입력 전압값이 제1 정격 전압값보다 크지 않으면 미리 정해진 제1 제한값을 턴 온 시간 제한값으로 결정할 수 있다. 제어기(100)는 입력 전압값이 제1 정격 전압값보다 크면 제1 제한값 및 입력 전압값에 기초하여 산출되는 제3 제한값을 턴 온 시간 제한값으로 결정할 수 있다.In one embodiment, the controller 100 may determine the turn-on time limit based on the input voltage value measured by the voltage sensor 14. If the input voltage value is not greater than the first rated voltage value, the controller 100 may determine a predetermined first limit value as the turn-on time limit value. If the input voltage value is greater than the first rated voltage value, the controller 100 may determine the third limit value calculated based on the first limit value and the input voltage value as the turn-on time limit value.

일 실시예에서, 제어기(100)는 목표 전력값에 기초하여 산출된 턴 온 시간 및 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정할 수 있다. 제어기(100)는 턴 온 시간이 턴 온 시간 제한값보다 작으면 턴 온 시간을 최종 턴 온 시간으로 결정할 수 있다. 제어기(100)는 턴 온 시간이 턴 온 시간 제한값보다 작지 않으면 턴 온 시간 제한값을 최종 턴 온 시간으로 결정할 수 있다.In one embodiment, the controller 100 may determine the final turn-on time by comparing the turn-on time and the turn-on time limit value calculated based on the target power value. If the turn-on time is less than the turn-on time limit, the controller 100 may determine the turn-on time as the final turn-on time. The controller 100 may determine the turn-on time limit value as the final turn-on time if the turn-on time is not less than the turn-on time limit value.

일 실시예에서, 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 최종 턴 온 시간은 입력 전압값에 비례하여 감소할 수 있다.In one embodiment, if the input voltage value is greater than the first predetermined rated voltage value, the final turn-on time may be reduced in proportion to the input voltage value.

일 실시예에서, 제어기(100)는 최종 턴 온 시간에 기초하여 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호(SS)를 출력할 수 있다.In one embodiment, the controller 100 may output a switching signal SS for driving the switching element based on the final turn-on time.

일 실시예에서, 제어기(100)는 입력 전압값이 제1 정격 전압값보다 큰 구간에서의 손실 전력값을 산출할 수 있다. 제어기(100)는 손실 전력값에 기초하여 보상 턴 온 시간을 산출할 수 있다. 제어기(100)는 보상 턴 온 시간을 최종 턴 온 시간에 반영하여 스위칭 소자(Q)의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력할 수 있다.In one embodiment, the controller 100 may calculate the power loss value in a section where the input voltage value is greater than the first rated voltage value. The controller 100 may calculate the compensation turn-on time based on the power loss value. The controller 100 may reflect the compensated turn-on time to the final turn-on time and output a switching signal for driving the switching element Q.

일 실시예에서, 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 스위칭 소자(Q)의 스위치 전압값은 스위칭 소자(Q)의 내전압보다 작은 값으로 유지될 수 있다.In one embodiment, when the input voltage value is greater than the predetermined first rated voltage value, the switch voltage value of the switching element (Q) may be maintained at a value smaller than the withstand voltage of the switching element (Q).

도 4는 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구동 시 스위칭 소자의 턴 온 시간, 입력 전압의 크기 및 스위치 전압을 각각 나타내는 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the turn-on time of the switching element, the magnitude of the input voltage, and the switch voltage when driving the power conversion device according to an embodiment.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제어기(100)는 사용자로부터 구동 명령을 입력받을 수 있다. 예를 들어 사용자는 전력 변환 장치의 제어기(100)는 제2 인덕터(L2)의 일측에 배치되는 부하(예컨대, 조리용기 또는 드럼통)의 가열을 위한 구동 명령을 입력할 수 있다. Referring to FIGS. 4 and 5 , the controller 100 may receive a driving command input from the user. For example, the user may input a driving command to the controller 100 of the power conversion device to heat a load (eg, a cooking vessel or drum) disposed on one side of the second inductor L2.

사용자가 구동 명령을 입력하면 제어기(100)는 사용자가 설정한 가열 레벨과 대응되는 목표 전력값을 산출할 수 있다. 실시예에 따라서 제어기(100)는 미리 정해진 값을 목표 전력값으로 설정할 수도 있다.When a user inputs a drive command, the controller 100 can calculate a target power value corresponding to the heating level set by the user. Depending on the embodiment, the controller 100 may set a predetermined value as the target power value.

제어기(100)는 목표 전력값과 대응되는 스위칭 소자(Q)의 턴 온 시간을 산출할 수 있다. 제어기(100)는 제2 인덕터(L2)의 출력 전력값이 목표 전력값과 일치하도록 스위칭 소자(Q)의 동작 주파수 및 턴 온 시간을 산출할 수 있다. 스위칭 소자(Q)는 제어기(100)에 의해서 산출되는 동작 주파수 및 턴 온 시간에 따라서 반복적으로 턴 온 및 턴 오프될 수 있다. 스위칭 소자(Q)의 반복적인 턴 온 및 턴 오프 동작은 '스위칭 동작'으로 지칭될 수 있다.The controller 100 may calculate the turn-on time of the switching element (Q) corresponding to the target power value. The controller 100 may calculate the operating frequency and turn-on time of the switching element (Q) so that the output power value of the second inductor (L2) matches the target power value. The switching element Q may be repeatedly turned on and off according to the operating frequency and turn-on time calculated by the controller 100. The repetitive turn-on and turn-off operations of the switching element Q may be referred to as 'switching operations'.

한편, 제어기(100)는 전압 센서(14)에 의해서 측정되는 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(100)는 입력 전압값과 미리 정해진 제1 정격 전압값을 비교하여 턴 온 시간 제한값을 결정할 수 있다. Meanwhile, the controller 100 may determine the turn-on time limit value based on the input voltage value measured by the voltage sensor 14. In one embodiment, the controller 100 may compare the input voltage value and a predetermined first rated voltage value to determine the turn-on time limit value.

제어기(100)는 입력 전압값이 제1 정격 전압값보다 크지 않으면 미리 정해진 제1 제한값을 턴 온 시간 제한값으로 결정할 수 있다. 예를 들어 도 4의 구간(t0~t1) 또는 구간(t2~t3)에서, 입력 전압값은 미리 정해진 제1 정격 전압값(VR1)보다 작거나 제1 정격 전압값(VR1)과 같다. 따라서 구간(t0~t1) 또는 구간(t2~t3)에서, 제어기(100)는 미리 정해진 제1 제한값(예컨대, 19)을 턴 온 시간 제한값으로 결정할 수 있다.If the input voltage value is not greater than the first rated voltage value, the controller 100 may determine a predetermined first limit value as the turn-on time limit value. For example, in the section (t0 to t1) or section (t2 to t3) in FIG. 4, the input voltage value is less than or equal to the first rated voltage value (VR1) determined in advance. Accordingly, in the section (t0 to t1) or the section (t2 to t3), the controller 100 may determine a predetermined first limit value (eg, 19) as the turn-on time limit value.

제어기(100)는 입력 전압값이 제1 정격 전압값보다 크면 제1 제한값 및 입력 전압값에 기초하여 산출되는 제3 제한값을 턴 온 시간 제한값으로 결정할 수 있다. 예를 들어 도 4의 구간(t1~t2)에서, 입력 전압값은 미리 정해진 제1 정격 전압값(VR1)보다 크다. 따라서 구간(t1~t2)에서, 제어기(100)는 제1 제한값 및 입력 전압값에 기초하여 제3 제한값을 산출하고, 산출된 제3 제한값을 턴 온 시간 제한값으로 결정할 수 있다.If the input voltage value is greater than the first rated voltage value, the controller 100 may determine the third limit value calculated based on the first limit value and the input voltage value as the turn-on time limit value. For example, in the section (t1 to t2) of FIG. 4, the input voltage value is greater than the predetermined first rated voltage value (VR1). Therefore, in the section t1 to t2, the controller 100 may calculate a third limit value based on the first limit value and the input voltage value, and determine the calculated third limit value as the turn-on time limit value.

일 실시예에서, 제3 제한값은 하기 [수학식 1]에 기초하여 산출될 수 있다.In one embodiment, the third limit value can be calculated based on [Equation 1] below.

[수학식 1]에서 TL1은 제1 제한값, TL2는 제2 제한값, TL3은 제3 제한값, VR1은 제1 정격 전압값, VR2는 제2 정격 전압값, x는 입력 전압값, Δx는 보상값을 각각 의미한다. 또한 [수학식 1]에서 TL2>TL1이고, VR2>VR1이다.In [Equation 1], T L1 is the first limit value, T L2 is the second limit value, T L3 is the third limit value, VR1 is the first rated voltage value, VR2 is the second rated voltage value, x is the input voltage value, Δx represents the compensation value, respectively. Also, in [Equation 1], T L2 >T L1 and VR2>VR1.

제1 제한값, 제2 제한값, 제1 정격 전압값, 제2 정격 전압값은 실시예에 따라서 각각 다르게 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어 제2 정격 전압값은 제1 정격 전압값보다 15%만큼 큰 값으로 설정될 수 있다. 제1 제한값 및 제2 제한값은 각각 스위칭 소자(Q)의 턴 온 시간을 제한하기 위하여 설정되는 값이다. 즉, 스위칭 소자(Q)의 턴 온 시간은 제1 제한값이나 제2 제한값보다 클 수 없다.The first limit value, the second limit value, the first rated voltage value, and the second rated voltage value are values that can be set differently depending on the embodiment. For example, the second rated voltage value may be set to a value that is 15% greater than the first rated voltage value. The first limit value and the second limit value are values set to limit the turn-on time of the switching element (Q), respectively. That is, the turn-on time of the switching element Q cannot be greater than the first limit value or the second limit value.

또한 Δx는 전압 센서(14)에 의해서 입력 전압값이 측정될 때 발생할 수 있는 딜레이를 보상하기 위한 값으로서, 실시예에 따라서 다르게 설정될 수 있는 값이다. Additionally, Δx is a value for compensating for a delay that may occur when the input voltage value is measured by the voltage sensor 14, and is a value that can be set differently depending on the embodiment.

[수학식 1]에 따르면, 제3 제한값(TL3)은 입력 전압값에 비례하여 점점 작아지는 경향을 나타낸다.According to [Equation 1], the third limit value (T L3 ) tends to gradually decrease in proportion to the input voltage value.

턴 온 시간 제한값이 결정되면, 제어기(100)는 목표 전력값에 기초하여 산출된 턴 온 시간과 입력 전력값에 기초하여 산출된 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정할 수 있다. 제어기(100)는 턴 온 시간이 턴 온 시간 제한값보다 작으면 턴 온 시간을 최종 턴 온 시간으로 결정할 수 있다. 제어기(100)는 턴 온 시간이 턴 온 시간 제한값보다 작지 않으면 턴 온 시간 제한값을 최종 턴 온 시간으로 결정할 수 있다. 다시 말해서, 최종 턴 온 시간의 최대값은 턴 온 시간 제한값으로 제한된다.Once the turn-on time limit value is determined, the controller 100 may determine the final turn-on time by comparing the turn-on time calculated based on the target power value and the turn-on time limit value calculated based on the input power value. If the turn-on time is less than the turn-on time limit, the controller 100 may determine the turn-on time as the final turn-on time. The controller 100 may determine the turn-on time limit value as the final turn-on time if the turn-on time is not less than the turn-on time limit value. In other words, the maximum value of the final turn-on time is limited by the turn-on time limit value.

제어기(100)는 결정된 최종 턴 온 시간에 기초하여 스위칭 소자(Q)의 구동을 위한 스위칭 신호(SS)를 생성하고 출력한다. 이에 따라서 스위칭 소자(Q)는 최종 턴 온 시간에 기초하여 스위칭 동작을 수행한다.The controller 100 generates and outputs a switching signal (SS) for driving the switching element (Q) based on the determined final turn-on time. Accordingly, the switching element Q performs a switching operation based on the final turn-on time.

예컨대 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 입력 전압값이 제1 정격 전압값(VR1)보다 크지 않은 구간인 구간(t0~t1)에서, 턴 온 시간은 턴 온 시간 제한값보다 작으며 일정한 값(TO1)으로 결정될 수 있다. For example, as shown in (a) of FIG. 4, in the section (t0 to t1) where the input voltage value is not greater than the first rated voltage value (VR1), the turn-on time is less than the turn-on time limit value and is constant. It can be determined by the value (TO1).

그러나 입력 전압값이 제1 정격 전압값(VR1)보다 큰 구간인 구간(t1~t2)에서는 턴 온 시간 제한값이 목표 전력값에 기초하여 산출되는 턴 온 시간보다 작은 값으로 결정된다. 또한 구간(t1~t2)에서 턴 온 시간 제한값, 즉 제3 제한값(TL3)은 입력 전압값이 클수록 작아지고 입력 전압값이 작을수록 커진다. 이에 따라서 구간(t1~t2)에서 스위칭 소자(Q)의 최종 턴 온 시간은 TO1보다 작은 값으로 설정된다. However, in the section (t1 to t2) where the input voltage value is greater than the first rated voltage value (VR1), the turn-on time limit value is determined to be a value smaller than the turn-on time calculated based on the target power value. Additionally, in the section (t1 to t2), the turn-on time limit value, that is, the third limit value (T L3 ), decreases as the input voltage value increases and increases as the input voltage value decreases. Accordingly, the final turn-on time of the switching element (Q) in the period (t1 to t2) is set to a value smaller than TO1.

도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(Q)의 최종 턴 온 시간이 TO1보다 작은 값으로 설정됨으로써, 구간(t1~t2)에서 스위치 전압값은 미리 정해진 기준값(B2), 예컨대 스위칭 소자(Q)의 내전압보다 작은 값으로 유지될 수 있다. 이러한 제어에 의하면, 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값(VR1)보다 크면 스위칭 소자(Q)의 스위치 전압값은 스위칭 소자(Q)의 내전압보다 작은 값으로 유지될 수 있다. 참고로 제1 정격 전압값(VR1)의 크기는 기준값(B2), 예컨대 스위칭 소자(Q)의 내전압의 크기에 따라서 다르게 설정될 수 있다.As shown in (c) of FIG. 4, the final turn-on time of the switching element (Q) is set to a value smaller than TO1, so that the switch voltage value in the period (t1 to t2) is a predetermined reference value (B2), e.g. It can be maintained at a value smaller than the withstand voltage of the switching element (Q). According to this control, when the input voltage value is greater than the predetermined first rated voltage value VR1, the switch voltage value of the switching element (Q) can be maintained at a value smaller than the withstand voltage of the switching element (Q). For reference, the size of the first rated voltage value VR1 may be set differently depending on the reference value B2, for example, the size of the withstand voltage of the switching element Q.

구간(t1~t2)에서 스위치 전압값이 기준값(B2) 이하로 유지됨으로써 스위칭 소자(Q)의 손상 가능성이 낮아질 수 있다. 그러나 구간(t1~t2)에서 스위치 전압값이 기준값(B2) 이하로 유지되면 전력 손실이 발생하므로 제2 인덕터(L2)의 출력 전력값이 목표 전력값과 일치하지 않을 수 있다. By maintaining the switch voltage value below the reference value (B2) in the section (t1 to t2), the possibility of damage to the switching element (Q) can be reduced. However, if the switch voltage value remains below the reference value (B2) in the section (t1 to t2), power loss occurs, so the output power value of the second inductor (L2) may not match the target power value.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 제어기(100)는 입력 전압값이 제1 정격 전압값(VR1)보다 큰 구간, 즉 구간(t1~t2)에서의 손실 전력값을 산출할 수 있다. 예컨대 제어기(100)는 구간(t1~t2)에서 산출되는 스위칭 소자(Q)의 턴 온 시간에 기초하여 스위칭 소자(Q)가 스위칭 동작을 수행할 때 제2 인덕터(L2)의 예상 출력 전력값을 산출하고, 예상 출력 전력값에서 구간(t1~t2)에서 산출되는 제2 인덕터(L2)의 실제 출력 전력값을 차감하여 손실 전력값을 산출할 수 있다.To solve this problem, the controller 100 may calculate the power loss value in the section where the input voltage value is greater than the first rated voltage value VR1, that is, the section t1 to t2. For example, the controller 100 calculates the expected output power value of the second inductor L2 when the switching element Q performs a switching operation based on the turn-on time of the switching element Q calculated in the period t1 to t2. The loss power value can be calculated by calculating and subtracting the actual output power value of the second inductor (L2) calculated in the section (t1 to t2) from the expected output power value.

제어기(100)는 손실 전력값에 기초하여 보상 턴 온 시간을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(100)는 손실 전력값 및 손실 전력값과 대응되는 보상 턴 온 시간이 기록된 테이블을 참조하여 손실 전력값과 대응되는 보상 턴 온 시간을 결정할 수 있다. The controller 100 may calculate the compensation turn-on time based on the power loss value. In one embodiment, the controller 100 may determine the compensation turn-on time corresponding to the loss power value by referring to a table in which the loss power value and the compensation turn-on time corresponding to the loss power value are recorded.

제어기(100)는 보상 턴 온 시간을 최종 턴 온 시간에 반영하여 스위칭 소자(Q)의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라서 입력 전압값이 제1 정격 전압값(VR1)보다 크지 않은 구간인 구간(t2~t3)에서 스위칭 소자(Q)의 최종 턴 온 시간은 최종 턴 온 시간(TO1)에 보상 턴 온 시간이 더해진 TO2로 설정될 수 있다. 이처럼 구간(t2~t3)에서 최종 턴 온 시간이 입력 전압값에 기초하여 산출되는 최종 턴 온 시간(TO1)보다 큰 값(TO2)으로 설정되면, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 구간(t2~t3)에서 스위치 전압값이 보다 완만하게 감소하게 되면서 구간(t2~t3)에서 제2 인덕터(L2)가 손실 전력값만큼의 전력을 추가적으로 출력하게 된다. 이처럼 손실 전력값이 고려됨으로써 구간(t0~t3)에서 스위칭 소자(Q)의 스위치 전압이 기준값(B2)보다 작게 유지되면서도 제2 인덕터(L2)의 전력 손실이 최소화될 수 있다.The controller 100 may reflect the compensated turn-on time to the final turn-on time and output a switching signal for driving the switching element Q. Accordingly, in the section (t2 to t3) where the input voltage value is not greater than the first rated voltage value (VR1), the final turn-on time of the switching element (Q) is the final turn-on time (TO1) plus the compensation turn-on time. Can be set to TO2 added. In this way, if the final turn-on time in the section (t2 to t3) is set to a value (TO2) greater than the final turn-on time (TO1) calculated based on the input voltage value, the section as shown in (c) of FIG. 4 As the switch voltage value decreases more gently in (t2 to t3), the second inductor (L2) additionally outputs power equal to the loss power value in the section (t2 to t3). By considering the power loss value in this way, the switch voltage of the switching element (Q) in the period (t0 to t3) can be maintained lower than the reference value (B2) while the power loss of the second inductor (L2) can be minimized.

도 5는 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 5 is a flowchart showing a control method of a power conversion device according to an embodiment.

사용자가 구동 명령을 입력하면, 제어기(100)는 사용자의 구동 명령에 따른 목표 전력값을 산출할 수 있다(502). When the user inputs a drive command, the controller 100 can calculate a target power value according to the user's drive command (502).

제어기(100)는 목표 전력값에 대응되는 스위칭 소자의 턴 온 시간을 산출할 수 있다(504).The controller 100 may calculate the turn-on time of the switching element corresponding to the target power value (504).

제어기(100)는 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정할 수 있다(506). Controller 100 may determine a turn-on time limit based on the input voltage value (506).

일 실시예에서, 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정하는 단계(506)는 입력 전압값이 제1 정격 전압값보다 크지 않으면 미리 정해진 제1 제한값을 턴 온 시간 제한값으로 결정하는 단계 및 입력 전압값이 제1 정격 전압값보다 크면 제1 제한값 및 입력 전압값에 기초하여 산출되는 제3 제한값을 턴 온 시간 제한값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, determining the turn-on time limit value based on the input voltage value (506) includes determining a predetermined first limit value as the turn-on time limit value if the input voltage value is not greater than the first rated voltage value, and If the input voltage value is greater than the first rated voltage value, the step of determining a third limit value calculated based on the first limit value and the input voltage value as the turn-on time limit value may be included.

일 실시예에서, 제3 제한값은 [수학식 1]에 기초하여 산출될 수 있다.In one embodiment, the third limit value may be calculated based on [Equation 1].

제어기(100)는 턴 온 시간과 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정할 수 있다(508).The controller 100 may determine the final turn-on time by comparing the turn-on time and the turn-on time limit (508).

일 실시예에서, 턴 온 시간과 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정하는 단계(508)는 턴 온 시간이 턴 온 시간 제한값보다 작으면 턴 온 시간을 최종 턴 온 시간으로 결정하는 단계 및 턴 온 시간이 턴 온 시간 제한값보다 작지 않으면 턴 온 시간 제한값을 최종 턴 온 시간으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, step 508 of determining the final turn-on time by comparing the turn-on time and the turn-on time limit includes determining the turn-on time as the final turn-on time if the turn-on time is less than the turn-on time limit. If the step and turn-on time are not less than the turn-on time limit, the step may include determining the turn-on time limit as the final turn-on time.

제어기(100)는 최종 턴 온 시간에 기초하여 스위칭 소자(Q)의 구동을 위한 스위칭 신호(SS)를 출력할 수 있다(510). 일 실시예에서, 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 최종 턴 온 시간은 입력 전압값에 비례하여 감소할 수 있다.The controller 100 may output a switching signal SS for driving the switching element Q based on the final turn-on time (510). In one embodiment, if the input voltage value is greater than the first predetermined rated voltage value, the final turn-on time may be reduced in proportion to the input voltage value.

일 실시예에서, 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 스위칭 소자(Q)의 스위치 전압값은 스위칭 소자(Q)의 내전압보다 작은 값으로 유지될 수 있다.In one embodiment, when the input voltage value is greater than the predetermined first rated voltage value, the switch voltage value of the switching element (Q) may be maintained at a value smaller than the withstand voltage of the switching element (Q).

도시되지는 않았으나, 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법은, 입력 전압값이 제1 정격 전압값보다 큰 구간에서의 손실 전력값을 산출하는 단계, 손실 전력값에 기초하여 보상 턴 온 시간을 산출하는 단계 및 보상 턴 온 시간을 최종 턴 온 시간에 반영하여 스위칭 소자(Q)의 구동을 위한 스위칭 신호(SS)를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.Although not shown, the control method of the power conversion device according to an embodiment includes calculating a power loss value in a section where the input voltage value is greater than the first rated voltage value, and calculating a compensation turn-on time based on the loss power value. It may further include calculating and reflecting the compensation turn-on time to the final turn-on time to output a switching signal (SS) for driving the switching element (Q).

도 6은 종래 기술에 따른 전력 변환 장치의 구동 시 측정된 입력 전압의 크기 및 스위치 전압의 크기를 각각 나타내는 그래프이고, 도 7은 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구동 시 측정된 입력 전압의 크기 및 스위치 전압의 크기를 각각 나타내는 그래프이다. 도 6 및 도 7의 실시예에서 스위칭 소자의 내전압은 1200V로 동일하다.FIG. 6 is a graph showing the magnitude of the input voltage and the magnitude of the switch voltage measured when driving the power conversion device according to the prior art, respectively, and FIG. 7 is the magnitude of the input voltage measured when driving the power conversion device according to one embodiment. and graphs showing the magnitude of the switch voltage, respectively. In the embodiments of Figures 6 and 7, the withstand voltage of the switching element is the same at 1200V.

도 6의 그래프 및 도 7의 그래프는 각각 제1 정격 전압값(VR1)보다 15% 큰 전압값에 1kHz의 노이즈를 더한 전압(도 6의 (a) 및 도 7의 (a) 참조)을 입력 전압으로 공급할 때 전력 변환 장치에 포함되는 스위칭 소자의 스위치 전압값(도 6의 (b) 및 도 7의 (b) 참조)을 나타내는 그래프이다.The graph of FIG. 6 and the graph of FIG. 7 respectively input a voltage (see (a) of FIG. 6 and (a) of FIG. 7) obtained by adding noise of 1 kHz to a voltage value that is 15% greater than the first rated voltage value (VR1). This is a graph showing the switch voltage value of the switching element included in the power conversion device when supplying voltage (see Figure 6 (b) and Figure 7 (b)).

도 6을 참조하면, 제1 정격 전압값(VR1)보다 15% 큰 전압값에 1kHz의 노이즈를 더한 전압이 입력 전압으로 공급될 때, 종래 기술에 따른 전력 변환 장치의 스위칭 소자의 스위치 전압값의 피크치는 1267V를 나타낸다. Referring to FIG. 6, when a voltage that is 15% greater than the first rated voltage value (VR1) plus noise of 1 kHz is supplied as the input voltage, the switch voltage value of the switching element of the power conversion device according to the prior art is The peak value represents 1267V.

그러나 도 7을 참조하면, 제1 정격 전압값(VR1)보다 15% 큰 전압값에 1kHz의 노이즈를 더한 전압이 입력 전압으로 공급될 때, 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 스위칭 소자의 스위치 전압값의 피크치는 1150V를 나타낸다. However, referring to FIG. 7, when a voltage that is 15% greater than the first rated voltage value (VR1) plus noise of 1 kHz is supplied as the input voltage, the switch voltage of the switching element of the power conversion device according to one embodiment The peak value represents 1150V.

즉, 동일한 내전압을 갖는 스위칭 소자가 사용될 때, 종래 기술에 따르면 제1 정격 전압값보다 15% 높은 입력 전압이 공급되면 스위칭 소자의 스위치 전압이 내전압보다 커지면서 스위칭 소자가 손상될 가능성이 높다. 그러나 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법이 적용되면 제1 정격 전압값보다 15% 높은 입력 전압이 공급되더라도 스위칭 소자의 스위치 전압이 내전압보다 작은 값으로 유지되므로 스위칭 소자가 손상될 가능성이 낮다.That is, when a switching element having the same withstand voltage is used, according to the prior art, if an input voltage 15% higher than the first rated voltage value is supplied, the switch voltage of the switching element becomes greater than the withstand voltage, and there is a high possibility that the switching element will be damaged. However, when the control method of the power conversion device according to one embodiment is applied, even if an input voltage 15% higher than the first rated voltage value is supplied, the switch voltage of the switching element is maintained at a value lower than the withstand voltage, so there is a low possibility that the switching element will be damaged. .

이상과 같이 본 명세서에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 명세서가 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있을 것이다. 아울러 앞서 본 명세서의 실시예를 설명하면서 본 명세서의 구성에 따른 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 한다.As described above, the present specification has been described with reference to the illustrative drawings, but the present specification is not limited to the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications may be made by those skilled in the art. In addition, even if the effects of the configuration of the present specification were not explicitly described and explained in the above description of the embodiments of the present specification, the predictable effects of the configuration should also be recognized.

Claims (12)

사용자의 구동 명령에 따른 목표 전력값을 산출하는 단계;
상기 목표 전력값에 대응되는 스위칭 소자의 턴 온 시간을 산출하는 단계;
입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정하는 단계;
상기 턴 온 시간과 상기 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정하는 단계; 및
상기 최종 턴 온 시간에 기초하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 상기 최종 턴 온 시간은 상기 입력 전압값에 비례하여 감소하는
전력 변환 장치의 제어 방법.
Calculating a target power value according to a user's drive command;
calculating a turn-on time of a switching element corresponding to the target power value;
determining a turn-on time limit based on the input voltage value;
determining a final turn-on time by comparing the turn-on time and the turn-on time limit value; and
And outputting a switching signal for driving the switching element based on the final turn-on time,
If the input voltage value is greater than a predetermined first rated voltage value, the final turn-on time decreases in proportion to the input voltage value.
Control method of power conversion device.
 제1항에 있어서,
상기 턴 온 시간과 상기 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정하는 단계는
상기 턴 온 시간이 상기 턴 온 시간 제한값보다 작으면 상기 턴 온 시간을 상기 최종 턴 온 시간으로 결정하는 단계; 및
상기 턴 온 시간이 상기 턴 온 시간 제한값보다 작지 않으면 상기 턴 온 시간 제한값을 상기 최종 턴 온 시간으로 결정하는 단계를 포함하는
전력 변환 장치의 제어 방법.
According to paragraph 1,
The step of determining the final turn-on time by comparing the turn-on time and the turn-on time limit value
determining the turn-on time as the final turn-on time if the turn-on time is less than the turn-on time limit; and
If the turn-on time is not less than the turn-on time limit, determining the turn-on time limit as the final turn-on time.
Control method of power conversion device.
 제1항에 있어서,
상기 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정하는 단계는
상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 크지 않으면 미리 정해진 제1 제한값을 상기 턴 온 시간 제한값으로 결정하는 단계; 및
상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 크면 상기 제1 제한값 및 상기 입력 전압값에 기초하여 산출되는 제3 제한값을 상기 턴 온 시간 제한값으로 결정하는 단계를 포함하는
전력 변환 장치의 제어 방법.
According to paragraph 1,
The step of determining the turn-on time limit value based on the input voltage value is
determining a predetermined first limit value as the turn-on time limit value if the input voltage value is not greater than the first rated voltage value; and
When the input voltage value is greater than the first rated voltage value, determining a third limit value calculated based on the first limit value and the input voltage value as the turn-on time limit value.
Control method of power conversion device.
 제3항에 있어서,
상기 제3 제한값은 하기 [수학식]에 기초하여 산출되는
전력 변환 장치의 제어 방법.

[수학식]

(여기서, TL1은 상기 제1 제한값, TL2는 제2 제한값, TL3은 제3 제한값, VR1은 상기 제1 정격 전압값, VR2는 제2 정격 전압값, x는 상기 입력 전압값, Δx는 보상값이고, TL2>TL1이고, VR2>VR1)
According to paragraph 3,
The third limit value is calculated based on the following [Equation]
Control method of power conversion device.

[Equation]

(Here, T L1 is the first limit value, T L2 is the second limit value, T L3 is the third limit value, VR1 is the first rated voltage value, VR2 is the second rated voltage value, x is the input voltage value, Δx is the compensation value, T L2 >T L1 , VR2>VR1)
 제1항에 있어서,
상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 큰 구간에서의 손실 전력값을 산출하는 단계;
상기 손실 전력값에 기초하여 보상 턴 온 시간을 산출하는 단계; 및
상기 보상 턴 온 시간을 상기 최종 턴 온 시간에 반영하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는
전력 변환 장치의 제어 방법.
According to paragraph 1,
calculating a power loss value in a section where the input voltage value is greater than the first rated voltage value;
calculating a compensated turn-on time based on the power loss value; and
Further comprising reflecting the compensation turn-on time to the final turn-on time and outputting a switching signal for driving the switching element.
Control method of power conversion device.
 제1항에 있어서,
상기 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 상기 스위칭 소자의 스위치 전압값은 상기 스위칭 소자의 내전압보다 작은 값으로 유지되는
전력 변환 장치의 제어 방법.
According to paragraph 1,
When the input voltage value is greater than the predetermined first rated voltage value, the switch voltage value of the switching element is maintained at a value smaller than the withstand voltage of the switching element.
Control method of power conversion device.
 교류 전압을 정류하여 출력하는 정류 회로;
상기 정류 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하는 평활 회로;
상기 평활 회로로부터 출력되는 전압을 변환하여 교류 전류를 출력하며 스위칭 소자를 포함하는 인버터; 및
상기 스위칭 소자의 구동을 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는
사용자의 구동 명령에 따른 목표 전력값을 산출하고, 상기 목표 전력값에 대응되는 스위칭 소자의 턴 온 시간을 산출하고, 입력 전압값에 기초하여 턴 온 시간 제한값을 결정하고, 상기 턴 온 시간과 상기 턴 온 시간 제한값을 비교하여 최종 턴 온 시간을 결정하고, 상기 최종 턴 온 시간에 기초하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력하고,
상기 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 상기 최종 턴 온 시간은 상기 입력 전압값에 비례하여 감소하는
전력 변환 장치.
A rectifier circuit that rectifies and outputs alternating voltage;
a smoothing circuit that smoothes the voltage output from the rectifier circuit;
an inverter that converts the voltage output from the smoothing circuit to output alternating current and includes a switching element; and
It includes a controller that controls the operation of the switching element,
The controller is
Calculating a target power value according to a user's driving command, calculating a turn-on time of a switching element corresponding to the target power value, determining a turn-on time limit based on the input voltage value, and determining the turn-on time and the Determine the final turn-on time by comparing turn-on time limits, and output a switching signal for driving the switching element based on the final turn-on time,
If the input voltage value is greater than a predetermined first rated voltage value, the final turn-on time decreases in proportion to the input voltage value.
Power conversion device.
 제7항에 있어서,
상기 제어기는
상기 턴 온 시간이 상기 턴 온 시간 제한값보다 작으면 상기 턴 온 시간을 상기 최종 턴 온 시간으로 결정하고, 상기 턴 온 시간이 상기 턴 온 시간 제한값보다 작지 않으면 상기 턴 온 시간 제한값을 상기 최종 턴 온 시간으로 결정하는
전력 변환 장치.
In clause 7,
The controller is
If the turn-on time is less than the turn-on time limit value, the turn-on time is determined as the final turn-on time, and if the turn-on time is not less than the turn-on time limit value, the turn-on time limit value is determined as the final turn-on time. decided by time
Power conversion device.
 제7항에 있어서,
상기 제어기는
상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 크지 않으면 미리 정해진 제1 제한값을 상기 턴 온 시간 제한값으로 결정하고, 상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 크면 상기 제1 제한값 및 상기 입력 전압값에 기초하여 산출되는 제3 제한값을 상기 턴 온 시간 제한값으로 결정하는
전력 변환 장치.
In clause 7,
The controller is
If the input voltage value is not greater than the first rated voltage value, a predetermined first limit value is determined as the turn-on time limit value, and if the input voltage value is greater than the first rated voltage value, the first limit value and the input voltage value are determined. Determining a third limit value calculated based on the value as the turn-on time limit value
Power conversion device.
 제9항에 있어서,
상기 제3 제한값은 하기 [수학식]에 기초하여 산출되는
전력 변환 장치.

[수학식]

(여기서, TL1은 상기 제1 제한값, TL2는 제2 제한값, TL3은 제3 제한값, VR1은 상기 제1 정격 전압값, VR2는 제2 정격 전압값, x는 상기 입력 전압값, Δx는 보상값이고, TL2>TL1이고, VR2>VR1)
According to clause 9,
The third limit value is calculated based on the following [Equation]
Power conversion device.

[Equation]

(Here, T L1 is the first limit value, T L2 is the second limit value, T L3 is the third limit value, VR1 is the first rated voltage value, VR2 is the second rated voltage value, x is the input voltage value, Δx is the compensation value, T L2 >T L1 , VR2>VR1)
 제7항에 있어서,
상기 제어기는
상기 입력 전압값이 상기 제1 정격 전압값보다 큰 구간에서의 손실 전력값을 산출하고, 상기 손실 전력값에 기초하여 보상 턴 온 시간을 산출하고, 상기 보상 턴 온 시간을 상기 최종 턴 온 시간에 반영하여 상기 스위칭 소자의 구동을 위한 스위칭 신호를 출력하는
전력 변환 장치.
In clause 7,
The controller is
Calculate the power loss value in the section where the input voltage value is greater than the first rated voltage value, calculate the compensation turn-on time based on the power loss value, and calculate the compensation turn-on time to the final turn-on time. Reflecting and outputting a switching signal for driving the switching element
Power conversion device.
 제7항에 있어서,
상기 입력 전압값이 미리 정해진 제1 정격 전압값보다 크면 상기 스위칭 소자의 스위치 전압값은 상기 스위칭 소자의 내전압보다 작은 값으로 유지되는
전력 변환 장치.
In clause 7,
When the input voltage value is greater than the predetermined first rated voltage value, the switch voltage value of the switching element is maintained at a value smaller than the withstand voltage of the switching element.
Power conversion device.
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