KR830001639B1 - 인버어터용 선택적 전류(轉流)회로 - Google Patents

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KR830001639B1 KR1019800002111A KR800002111A KR830001639B1 KR 830001639 B1 KR830001639 B1 KR 830001639B1 KR 1019800002111 A KR1019800002111 A KR 1019800002111A KR 800002111 A KR800002111 A KR 800002111A KR 830001639 B1 KR830001639 B1 KR 830001639B1
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Abstract

내용 없음.

Description

인버어터용 선택적 전류(轉流)회로
제1도는 제어회로를 포함한 본 발명의 1실시예를 보여주고 있는 블록 다이어그램.
제2도는 제1도에 예시된 본 발명에 의한 실시예의 여러지점에서의 시간대 파형의 관계를 보여주고 있는 도면.
본 발명은 인버어터에 관한 것이며, 특히 주 다이리스터(thyristor)가 부하의 전압-전류 위상관계와 인버어터의 스위칭 또는 변조패턴에 의하여 차단상태로 전이할 때 전류(轉流) 회로의 동작을 억제하므로써 자체-전류(轉流)되는 인버어터에 구성된 전류(轉流)회로를 선택적으로 작동시키는 것에 관한 것이다.
인버어터는 대개 연료 전지등과 같은 것으로부터 얻을 수 있는 직류 에너지를)공급사업회사나 다른 소비자들이 사용하기에 편리한 교류에너지로 변환시키는 장치로 알려져 있다. 대부분의 인버어터에는 최소한 1쌍의 주 스위칭 소자가 구성되어 있으며, 각 스위칭 소자를 교번 작동시키므로써 직류전원으로부터의 전기에너지가 부하를 통해서 처음에는 한 방향으로 흐르고 다음에 기본 교류파형을 형성시키면서 역방향으로 흐르게 된다.
다양한 형태의 스위칭 장치가 플러스 및 마이너스 입력버스(모선)를 부하에 연결시키는 데에 스위칭 소자로서 인버어터에 적용될 수 있다. 다이리스터와 같은 반도체스위치가 요즈음 인버어터에 자주 사용되고 있는데, 이러한 형태의 장치는 대체로 오직 단일방향성 이어서 이 스위치가 게이트 신호에 의해"턴온" 되어질 때 높은 에너지로 전류 펄스가 1방향으로만 통하게 된다. 어떤 반도체스위치(특히 다이리스터와 같이 큰 전류를 처리할 수 있는 스위치)는 게이트 신호가 제거되자마자 통전상태에서 비통전 상태로 즉시 변화하지 않지만, 다이리스터가 "오프"상태로 전이하게끔 이 스위치를 통하여 흐르는 순시전류가(때로는 역방향의 바이어스 전류와 상관되어) 거의 제로로 감소되어져야 한다.
이와 같이 전류가 제로로 감소되어지는 과정을 소위 "전류(轉流)"라하고, 에너지를 저장하고 방출하는 수많은 회로 구성이 이러한 기능을 위해 제공되어져 왔다. 많은 전류(轉流) 회로가 반도체 스위치의 "턴오프"시간보다 더 긴 주기동안 커패시터 혹은 공진회로와 같은 저장장치로부터 인가되는 반도체 스위치의 전류를 변위시키므로써 작동한다. 이 주기동안에 부하전류는 상술한 저장장치에 의해 공급되어지고, 다이리스터를 통해 흐르는 전류의 크기가 충분한 주기 동안에 제로로 강하되어 다이리스터가 비통전 상태로 전이되게 한다.
일반적으로 인버어터에서, 에너지 소비절약, 가격 절감등의 분명한 이유로 가능한한 효율적으로 직류에너지와 교류에너지 사이의 변환이 이루어져야 하는 것이 바람직하다는 점은 주지되어 있다. 인버어터의 효율을 개선시키는 한가지 방법은 전환전류 펄스의 크기를 소멸될 전류의 순시치에 정확하게 정합시키는 것이다. 필요한 크기의 전류(轉流) 펄스가 부하 전류의 크기와 함께 직접적으로 변하고, 또한 효율을 개선시키는 한가지 방법은 부하의 함수로서 사이클 당 전류(轉流)회로에 저장되는 에너지를 감소시키는 것이다.
인버어터의 효율을 개선시키기 위한 한가지 회로가"인버어터용 보조전류(轉流)회로"로서 1978년 12월 26일에 J. R. 비비리토(Vivirito)씨에 의해 출원된 명세서(미합중국 출원번호 : 793,339, 이 발명은 본 발명의 양수인에게 양도되어 있음)에 발표되었다. 상기 발명에서 설명한 장치에는 부가 전환 에너지가 한쌍의 반대방향으로 충전된 커패시터에 저장되는 임펄스 전환 브리지 인버어터 형태의 보조 전류(轉流)회로가 구성되어 있다. 충전된 커패시터와 직렬로 연결된 스위치는 전환용의 부가적인 저장 에너지를 제공하기 위해서 매 사이클마다 작동하기 보다는 단지 감지된 과전류 상태에 반응해서 동작할 수 있다.
인버어터의 효율을 개선시키기 위한 또 다른 흥미로운 회로가 "보조 전류(轉流) 회로의 제어"로서 1978년 12월 22일에 G. J. 메세르(Messer)씨에 의해 출원된 명세서(미합중국 출원번호 : 972,543, 이 발명도 역시 본 발명의 양수인에게 양도되어 있음)에 설명되어 있다. 제어회로는 부가 커패시턴스로부터 오는 중가된 시간주기에 응답하고 메이크업 펄스의 개시를 연장시키는 인버어터의 보조전류(轉流)회로와 함께 사용하였다. 이로인해 전류(轉流)가 자연적으로 붕괴하게 되어 다이리스터를 통한 전류의 순시치가 낮은 상태에 있을 때 메이크업 펄스가 시작된다.
또 다른 효율개선기술이"다이리스터용 증가된 효율 전류(轉流)회로"로서 1968년 7월 2일자로 B. 모크리츠키(Mokrytzki)씨에게 허여된 미합중국 특허 제 3,391, 328호에 설명되어져 있다.
이 특허에서는, 전기 에너지가 안전하게 전환되어 소비된 전류를 최소화시키고 효율을 증대시키기 위해 필요한 레벨에 접근하는 크기로 전환전류가 한정되어 있다.
이제까지 언급한 모든 설명은 전환전류가 실제로 필요하든 안하든 간에 전환되는 다이리스를 통해 부하 전류를 필연적으로 소멸시키도록 매사이클을 기초로 작용하는 전류(轉流)회로를 이용하고 있다. 따라서, 전류(轉流)회로가 트리거(구동)될때마다. 전원으로부터 공급되는 약간의 에너지는 인버어터내에서 이에너지의 일부를 충전시키고 방전시키므로써 소비되어, 그 과정은 인버어터 효율을 감소시킨다.
본 발명의 목적은 주 다이리스터가 단지 그 게이트신호를 제거하므로써 비통전 상태로 전이될 수 있을 때 전류(轉流)회로를 억제하므로써 전반적인 부하범위에 걸쳐서 더 효과적으로 동작하는 인버어터용 전류(轉流)회로를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 한쌍의 전환 커패시터는 주 다이리스터의 독립적인 스위칭이 일어날 수 없다는 것이 결정되어질때 까지 안정한 전압 레벨인
Figure kpo00001
로 유지된다. 이때 전환 커패시터는 주 다이리스터의 전류를 소멸시키는데 적합한 극성을 지닌 전압레벨로 충전된다. 이때 이 전환 커패시터는 또 다른 전류(轉流)펄스가 필요하다는 것이 결정되어질때까지 안정한 전압레벨인
Figure kpo00002
로 복귀된다.
본 발명의 특징에 의하면, 전류(轉流)메이크 업 펄스의 정상 상태가 역방향으로 되어 주 다이리스터의 "턴 오프"시간동안에 전류펄스를 부하에 제공하기 의해 필요할때만 전환 커패시터가 완전히 충전되는 결과를 가져오면서 메이크업 펄스가 전류(轉流)펄스에 바로 앞서서 일어난다.
본 발명의 다른목적, 특징 및 잇점은 첨부한 도면을 참고로하여 다음 설명을 참조하면 명확히 알 수 있다.
먼저 제1도를 참조하면, 공공 사업회사나 다른 전력 소비자가 사용할 수 있도록 직류 전기 에너지를 고류전기 에너지로 변환시키는 데에 대표적인 직류/교류 전력 인버어터가 사용되고 있는 본 발명에 의한 1실시예가 되시되어져 있다. 전력 인버어터는 연료전지등과 같은 외부전원(도시되어 있지 않음)으로부터 직류에너지를 받는 네거티브 입력버스(10)와 포지티브 입력버스(12)를 포함하고 있다. 도면에는 마이너스 및 플러스 버스 양단에 접속된 하나의 하프-브리지(half-bridge) 회로가 도시되어 있지만, 여러개의 하프-브리지 회로가 사용될 수 있고 다상의 교류 출력전력은 다수 개의 적당한 위상의 하프-브리지 회로로부터 형성될 수 있다. 다이리스터(14, 16)와 같은 한쌍의 주 반도체 스위치는 전원으로부터 공급되는 직류 전기 에너지를 스위칭 하기 위해 리이드선(18, 20)에 의해 각각 네거티드 입력버스(10) 및 포지티브 입력버스(12)에 연결되어 있다. 인덕터(22)의 한쪽은 리이드선(24)에 의해 다이리스터(16)의 음극에 연결되어져 있는 반면에 인덕터(22)의 다른쪽은 선(28)에 의해 출력 노우드(node)(26)에 연결되어 있다. 마찬가지로, 인덕터(32)의 한쪽은 리이드선(34)에 의해 다이리스터(14)의 양극에 연결되어 있고, 인덕터(32)의 다른쪽은 리이드 선(36)을 통하여 출력 노우드(26)에 연결되었다. 리이드선(37)은 출력 노우드(26)에 연결되어서 부하(40)로 전류가 흐르기 위한 출력통로를 제공한다. 다이오드(38) 및 다이오드(39)는 각기 다이리스터(14), (16)에 대한 분로를 만들어서 인버어터를 통한 단일 방향의 다이리스터 의해 제공되는 것과는 반대방향으로 입력 버스에 흐르는 통로를 제공한다.
앞에서 간략하게 설명하였듯이, 본 발명의 특징은 주 다이리스터가 "턴 오프"할때마다 이 주다이리스터용 전류(轉流)가 충전되어지거가 작동할 필요가 없어짐으로 해서 인버어터의 효율이 개선된다는 것이다. 잘 알려져 있듯이, 많은 반도체 스위치(특히 높은 전류가 흐를수 있는 반도체 스위치)는 그들 게이트 단자에 가해지는 적절한 신호에 반응하여 거의 순간적으로 비통전 상태로 변화하기 위해서는, 양극에서 음극으로 이어지는 통로의 전류는 다이리스터가 비통전 상태로 전이하기 이전에 설정된 시간("턴 오프"시간으로 알려져 있음)동안 제로로 감소되어져야 한다. 전류(轉流)회로는 전류 펄스를 반도체 스위치들에 통한 것 대신에 부하에 제공하여 그것들을 비통전 상태로 전이 시키도록 매사이클을 기초로 하여 충분한 에너지를 저장하는데 사용될 수 있다. 그러나, 전류(轉流)회로가 이 전류(轉流) 펄스를 제공하게 작동되고 나서 다음 작동을 위해 재충전 되어질때마다, 전기 에너지는 소모 되어서 전반적인 인버어터의 효율이 떨어진다.
제1도를 계속 참조하면, 본 발명에 사용된 전류(轉流)회로내에는 전환 커패시터 42, 44가 구성되어 있고, 이들 커패시터 들은 네거티브 입력버스(10)와 포지티브 입력 버스(12) 사이에 결합되어져 있어서 전원전압 Ein은 그 양단에서 균등하게 분할된다.
GTO(46), (48)과 같은 한쌍의 다이리스터가 서로 맞댄 구성으로 결합되어져 있고 한쌍의 전환 커패시터 사이의 노우드(50)으로부터 선(30)에 의해 출력 노우드(26) 사이에 연결되어 있다. GTO(46, 48)는 통전 상태에서 비통전 상태로 변화시키어 적당한 펄스를 그 고유단자에 공급함에 의해 순방향으로 흐르는 전류를 차단하는 능력을 가지고 있지만 주 다이리스터만큼 높은 전류정격을 지니고 있지 않은 특수한 형태의 다이리스터이다. 이들 다이리스터는 "게이트 턴-오프 스위치"혹은 "래칭(letching)스위치"란 이름하에 시판되고 있으며 제너럴 일렉트릭 컴페니, 웨스팅하우스 일렉트릭 쿄오포레이숀 등의 여러소자 제조회사를 통해서 입수 가능하다. 게이트 드라이브(51, 52)는 각기 GTO(46, 48)의 제어단자들에 연결되어서 이들 스위치를 비통전 및 통전상태로 전이시키기 위한 적절한 게이트 신호를 제공한다.
본 발명의 중요한 특징은 전류(轉流) 펄스와 메이크 업 펄스의 정상 상태가 역으로 되어 있어서 각 스위칭 사이클에 대한 메이크업 펄스가 전류(轉流) 펄스에 바로 앞서서 발생한다. 이것은 전류(轉流) 펄스가 필요하다는 것이 결정되어질 때까지 전환 커패 시터들이 전환을 위해서 충전되지 않는 다는 것을 의미한다. 이러한 과정동안에 주 다이리스터중 어느 한쪽이 통전상태에 있느냐에 따라서 2개의 커패시터중 하나가 거의
Figure kpo00003
정도의 전압수준에 까지 충전되고 다른 커패시터는 마이너스
Figure kpo00004
전위까지 충전되어 전환을 위한 충분한 에너지를 저장한다. 적당한 커패시터가 적절하게 충전됨과 동시에 GTO 스위치중 해당스위치가 전류(轉流) 펄스를 제공하기 위해 작동되어진다. 제1도를 참조하면서 인버어터의 능동소자를 작동시킬 수 있는 제어회로의 1실시예를 이제 설명한다. 그러나, 정상 상태하에서 흔히 사용하는 전력 인버어터용 제어시스템이 여기서 표시한 것보다 더욱 더 복잡하여 위상각, 전압진폭 등과 같은 많은 출력파형파라미터(parameter)가 변동할 수 있다는 것을 인지하여야 한다. 하지만, 주 다이리스터를 위해 상이한 스위칭 파형을 사용하는 이유와 동기는 일반적으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 알려져 있고 또한 본 발명에 있어서는 아무런 중요성이 없으므로 어느한 스위칭 파형의 잇점과 단점에 관한 설명은 생략하였다. 제어 파형 발생기(60)는 본질적으로 출력하명의 필요로 하는 기본 주파수 및 조파성분(garmonic component)에 관력된 미리 선택된 패턴인 최소한 1개의 스위칭 파형 패턴을 만든다. 제어 파형 발생기 제어파형 발생기(60)의 출력은 게이팅 시이퀀서(gating sequencer(62)에 연결되어진다. 게이팅 시이퀀서(62)는 단순히 제어파형 발생기(60)에 의해 공급되는 주 스위칭 패턴으로부터 다수의 독립된 스위칭 신호를 형성하고, 이들 독립된 각 파형은 인버어터에 사용된 각 다이리스터의 특성에 매칭(matching)된다. 이러한 어떤 파형이 선로(64)를 경유하고 주 다이리스터(16)의 제어단자에 대한 게이트 드라이버(게이트 증폭기)(66)를 통해서 나타나는 한편, 또 다른 파형이 라인(68)고 다이리스터(14)의 제어단자에 대한 게이트 드라이버(증폭기)(70)를 경유해서 나타난다. 게이트 드라이버(게이트 증폭기(66 및 70)의 출력 신호는 주 다이리스터를 구동시키기에 적절하다. 게이팅 시이퀀서도 또한 GTO(46, 48)에 매칭시키고 스위칭 시이퀀스의 적절한 시간에 미들 스위치를 전이하게하는 스위칭 신호파형을 제공한다.
일정한 어느 순간에 부하전류를 방향과 크기를 결정하기 위해서 전류 검출기(80)가 리이드선(37)의 출력 노우드(26)와 부하(40) 사이에 구성되어 있다. 포지티브 전류에 반응해서 전류 검출기(80)는 라인(82)를 경유 포지티브(positive) 레벨비교기(84)에 비례하는 신호를 제공한다. 마찬가지로, 네거티브 전류의 흐름으로 전류 검출기 (80)가 라인(86)을 경유 네거티브(negative)레벨비교기(88)에 비례하는 신호가 나타나게끔 한다. 전류가 흐르는 방향과 다이리스터 스위칭 패턴을 비교하므로써 전환이 필요한가의 여부가 결정되어지는데, 이러한 기능을 수행하는논 리회로를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 추가적인 특징은 전환 커패시터가 전환주기의 종류시에 안정한 전압 레벨로 복귀한다는 것이다. 이것은 전환 커패시터 양단의 전압레벨을 감지한 후 바로 그순간에 적절한 GTO를 스위칭하므로써 성취된다. 입력단이 라인(92)을 경유한 네거티브 입력버스(10), 라인(94)를 경유한 노우드(50), 또한 라인(96)을 경유한 포지티브 입력버스(12) 사이에 연결되어 있는 비교기(90)는 전환 커패시터(42) 양단의 전압을 감지하는 반면에 비교기(98)는 전환 커패시터(44) 양단의 전압을 감지하기 위해 상술한 세 라인에 연결되어져 있다. 상술한 비교기는 각각 해당 커패시터 양단의 순시전압과 전원으로 공급되는 전 입력 전압레벨인 Ein을 비교하여 그 전압이 약
Figure kpo00005
인 미리 선택된 레벨에 도달할때 출력신호를 제공한다.
앞서서 간략하게 설명하였듯이, 본 발명에 의한 선택적인 전류(轉流)회로의 특징은 브리지 회로에 구성된 주 다이리스터의 통전 상태와 부하에 흐르는 전류의 방향 및 크기가 결정되고, 다음에 게이트 신호를 단순히 제거하므로써 주 다이리스터가 "턴-오프"될 수 있는지, 혹은 통전하는 주 다이리스터가 그 비통전 상태로 전이할 때 전환회로가 요구되는 지를 결정하는 데에 이 정보가 사용되어진다는 것이다. 설명 목적상, 간략하게 구성된 논리회로가 이러한 결정을 행하는 절차를 수행하기 위해 제1도에 표시되어 있고, 그 동작을 도시된 인버어터의 동작과 관련지어 설명한다. 그러나, 적절하게 프로그램된 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 그에 해당하는 것을 포함한 수많은 다른 논리회로가 이러한 결정을 행하는 절차를 위해 사용될 수 있다는 점을 인지하여야 한다. 부가적으로 제2도를 참조하면, 본 발명에 의한 선택적인 전류(轉流)기술을 이용하는 인버어터의 동작을 묘사하는 다수의 파형을 볼 수 있다. 제2(a)도에서 볼수 있는 파형(100)은 대표적인 스위칭 파형이고 제어(스위칭) 파형 발생기(60)에 의해 게이팅 시이퀀서(62)에 지시되어진다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려져 있듯이, 게이트 드라이버(66, 70)를 통하는 게이팅 시이퀀서(62)의 펄스는 포지티브 입력버스(12)와 네거티브 입력버스(10)가 교대로 출력노우드(26)를 통해서 부하(40)에 접속되어지게끔 입력버스(12)와 네거티브 입력버스(10)가 교대로 출력노우드(26)를 통해서 부하(40)에 접속되어지게끔 다이리스터(14 및 16)가 교대로 스위칭 파형패턴의 전이점 근처에서 통전하게 한다. 이에 따라 인버어터와 부하사이의 교류가 발생되며, 파형(102)는 존재가능한 조파가 없고 역율이 거의 1인상태를 표시해주는 특이한 파형인, 있을 수 있는, 많은 파형중의 하나를 묘사해주고 있다. 잘 알려져 있듯이, 인버어터 출력단에서의 전압과 전류 파형간의 정밀한 위상관계는 거의 연속적으로 변정할 것이고 1차적으로 부하 임피던스의 리액턴스 성분에 관련되어 진다.
본 발명에 의한 선택적 전류(轉流)회로에 사용된 결정을 행하는 논리회로에는 출력이 게이트 드라이버(51)의 "온"단자에 결합되는, AND게이트(110)와, 또한 출력이 게이트 드라이버(51)의 "오프"단자에 연결되는 AND 게이트(112)가 구성되어 있다. 마찬가지로, AND 게이트의 출력단자는 게이트 드라이버(52)의 "은" 단자에 연결되고, AND계이트 (116)의 출력단자는 게이트 드라이버(52)의 "오프"단자에 연결된다. 게이팅 시이퀀서 발생기인 게이팅 시이켄서 (62)는 GTO(46)와 관련된 제어파형이 "턴-온"포인트를 클록킹(clocking)하기 위해서 라인(118)을 경유 AND게이트(110)에 디지털 신호를 제공한다. 마찬가지로, 게이팅 시이퀀서(62)는 스위칭 패턴 파형에 있어서의 GTO(46)와 관련된 제어파형의 "턴-온"포인트를 클록킹 하기위해서 라인(120)을 경유 AND게이트 (112)의 한 입력단에 디지털 신호를 제공한다. GTO(48)에 대한 스위칭 패턴에 있어서의 "턴-온" 포인트는 AND게이트 (114)의 한 입력단에 대한 라인(112)을 경유해서 클록킹되어지는 반면, "턴-오프"로의 전이는 라인(124)을 경유 AND 게이트(116)의 어느 입력단에 디지할적으로 제공된다. 전환 커패시터 양단전압의 디지털 표시를 받아들이기 위해 게이트(112)의 한 입력단은 라인(126)을 경유 비교기(98)에 연결되어 있고, AND 게이트(116)의 한 입력단은 라인(128)을 경유 비교기(90)에 연결되어 있다. 단안정회로(150)는 게이트 드라이버(51)에 대한 "턴-온"신호에 반응하여 게이트 드라이버(52)에 대한 인에이블(enable) 신호를 제공하고 단안정회로 (151)는 게이트 드라이버(52)에 대한 "턴-온"신호에 반응하여 게이트 드라이버(51)에 대한 인에이블 신호를 제공한다. 단안정회로(150, 151)의 고유 진동주기는 τ여서 이 주기의 트레일링 에지(trailing edge)에서 출력 신호를 제공한다. 주 다이리스터가 통전상태에 있을 때 이 주 다이리스터를 통해 흐르는 전류가 있느나 없느냐가 간단한 디지털 논리 회로로 결정된다. 포지티브 레벨비교기(84)는 부하에 양의 전류가 흐름을 나타내는 디지털 출력 신호를 제공하는데, 이 신호는 지연회로(130)에 의해 주기 τ만큼 지연된 후 라인(132)을 경유 AND게이트(134)의 한 입력단에 제공된다. 본질적으로 다이리스터가 특정한 주기동안에 "턴-온"되어 부하전류가 흐른다는 것을 나타내는 주 다이리스터(16)의 게이팅 신호파형을 수신하기 위해, AND게이트(134)의 다른 입력단은 라인(136)을 경유 게이팅 시이퀀서(62)에 연결되어 있다. 두 상태가 존재할 때, 주다이리스터(16)를 통해 부하전류가 흐르고 AND 게이트(134)는 라인(135)를 경유 AND 게이트(110)의 한단자에 이러한 것을 나타내는 신호를 제공한다. 따라서, AND게이트(110)는 게이팅 시이퀀서(62)로부터 인가되는 스위칭 포인트 신호의 도래와 동시에 게이트 드라이버(51)를 작동시키게끔 동작할 수 있다.
마찬가지로, 다이리스터(41)를 통하여 전류가 흐르느냐 안흐르느냐의 결정이 네거티브 레벨 비교기(88)에서 출력되어 지연회로(140)에서 어떤 주기만큼 지연되는 디지털 신호에 의해 이루어진다. 이 신호가 AND 게이트(142)의 한 입력단에 제공되는 반면 이 AND 게이트의 다른 입력단은 라인(144)을 경우 게이팅 시이퀀서(62)로부터 신호를 받기 때문에 다이리스터(14)가 "온" 상태로 게이팅 되어지느냐를 지시한다. AND게이트(142)의 출력은 라인(146)을 경유 AND게이트(114)의 한 입력단에 제공되기 때문에 본질적으로 부하전류가 주 다이리스터(14)를 통해 흐르는 시기를 지시한다.
앞서 지적하였듯이, 본 발명은 인버어터에 있어서의 전압파형과 부하전류의 파형간의 위상관계가 단순히 게이트 신호를 제기하므로써 스위칭되어질 다이리스터가 비통전 상태로 전이될 정도로 되어지는 때를 감지한다. 제2도를 보면 알 수 있듯이, 시간 t3에서 부하전류 즉 파형(102)는 부의 방향에서 즉 부하(40)에서 출력 노우드(26)쪽으로 흐으고 있다. 이때에 다이리스터(16)은 제2(b)도에 예시되어 있듯이 파형(103)과 상관된 게이팅 신호가 그 제어단자에 인가됨으로 인해서 통전상태에 있게된다. 보조 커패시터인 전환 커패시터(42, 44)의 전압레벨은 +
Figure kpo00006
를 유지하고 이와 동일한 전압레벨을 가리키는 신호가 비교기(90, 98)에 의해 AND 게이트(116, 112)에 인가된다. 시간 t1-τ에서, 상술한 전류의 순시치가 여전히 부의 방향에 있어서 이 전류가 주 다이리스터(16)가 도통 상태에 있을지라도 이 주 다이리스터(16)를 통하여 흐르지 않고 다이오드(39)로 구성되는 통로를 통하여 흐르고 있음을 할 수 있다. AND 게이트(110)와 마찬가지로 AND 게이트(134)가 억제되어 있어서, 디지털 "턴-온" 신호가 게이트 드라이버 (51)에 인가되는 것을 막게되어 이 전류(轉流)는 이러한 특정한 스위칭 포인트 t1에서 작동하지 않을 것이다. (제2(d)도, 제2(e)도 참조).
본 발명의 특징에 의하면, 전환 커패시터가 전환에 요구되어질때까지 이커패시터는 안정한 전압레벨인+
Figure kpo00007
을 유지한다. 제어파형 발생기(60)로부터의 스위칭 파형에 의해 가르켜지듯이 어떤 스위칭 포인트에서, 통전하는 다이리스터가 비통전상태로 전이하기 위해 전환펄스의 도움이 필요하게 되면, 이 보조 커패시터가 적절하게 스위칭 포인트 이전에 메이크 업 펄스에 의해 충전되므로서 필요한 전판 펄스를 제공한다. 제1도, 제2도를 좀더 참조하면서, 보조전류(轉流)신호의 작동을 필요로 하는 어느 한 전이시간 즉 tb에서의 전환 커패시터의 상태를 이제 설명한다. 제2(a)도를 보면 알 수 있듯이, tb바로이전에 전류가 양이되고 즉 출력노우드(26)로부터 부하(40)쪽으로 흐르게 되며, 이 전류는 통전상태에 있는 다이리스터(16)로 구성되는 통로를 통해 공급되어 진다. 포지티브 레벨 비교기(84)로부터 출력되는 양의 전류를 가리키는 디지털 신호와 다이리스터(16)에 대한 게이팅 신호가 AND 게이트(134)를 동작가능한 상태로 만들고, 이에따라 AND 게이트(110)의 한 입력단에 상술한 AND 게이트(134)의 출력신호가 제공된다. AND 게이트(110)의 다른 입력단자는 AND 게이트(110)와 게이트 드라이버(51) 제2(d)도에 표시된 파형(105)참조를 동작 가능하게 하는 게이팅 시이퀀서(62)로부터 전이 신호를 공급받는다. 이에 따라 GTO(46)가 즉시 "턴-온"된다. 초기에 +
Figure kpo00008
의 전압레벨을 유지하는 전환 커패시터(44)[제2(g)도에 표시된 파형(108)참조]는 통전하는 다이리스터(16) 및 GTO(46)를 통해서 방전하게 되어 -
Figure kpo00009
의 전압레벨에 까지 이르게 된다. 마찬가지로, 초기에 +
Figure kpo00010
의 전압레벨 [제2(f)도에 표시된 파형(107)참조]을 유지하는 전환 커패시터(42)가 -
Figure kpo00011
의 전압레벨까지 충전하므로, 시간 tb에 이르게되면 이들 커패시터가 충분한 에너지를 저장하게되어 주 다이리스터(16)를 통해서 흐르는 부하 전류가 전환하하게 된다. 동시에, 비교기(90, 92)로부터 출력되는 디지털 신호는 전환 커패시터(42, 44)의 충전전압이 +
Figure kpo00012
의 안정한 전압레벨에서 전류(轉流)레벨로 전하므로서 변화된다. 시간 tb에서 전환 커패시터(42, 44)가 적절하게 전환을 위해 충전하게 되고, 고전 진동주기가 τ이고 트레일링 에지에 출력을 공급하는 단안정회로는 GTO(48)를 통전상태에 트리거(구동)시키기 위해 게이트 드라이버(52)의"온"단자에 신호를 제공한다. 이때 전류(轉流)펄스(109)(제2(h)도참조)가 주 다이리스터를 통한 전류를 부하로 변위시키면서 출력노우드(26)쪽으로 흐른다. 이 인에이블 신호가 게이트 시이퀀서(62)에 의해서 주 다이리스터(16)의 게이트 단자에서 제거되어지으로 해서, 주 다이리스터(16)은 비통전 상태로 변화한다.
본 발명의 특징은 전환후에 보조 커패시터가 그 안정한 전압레벨인 +
Figure kpo00013
로 돌아가게되어 앞서 설명했던 대로 다음에 필요한 전환 바로 이전에 그 전위로부터 적절하게 충전될 수 있다는 것이다. 시간 tb에서 방금 설명했던 전환과 관력지워볼 때 주 다이리스터(14)가"온"된후 GTO(48)가 통전상태에 머물게 되면 전환 커패시터(42)의 안정레벨인 +
Figure kpo00014
이하로 이 전환 커패시터(42)를 방전시키는 통로가 형성될수 있다는 것이다. 따라서, 본 발명의 제어회로가 GTO(48)를 안정한 전위레벨에서 통전상태로 전이시키므로써 전환 커패시터(42)가 그 안정 레벨이하로 방전되지 않게한다. 전환 커패시터(42, 44) 양단의 전압레벨이 약 bb+τ의 시간에서 안정전압레벨인 +
Figure kpo00015
에 도달하므로서, AND 게이트(116)는 GTO(48)를 그 비통전 상태로 스위칭하게끔 라인(124)을 경유한 입력신호를 받는다. 그러나, 전환 커패시터(42)가 그 안정한 전압레벨인 +
Figure kpo00016
로 복귀하지 않게되면, 비교기(99)는 동일한 레벨을 가리키지 않을 것이고 이 AND 게이트(116)는 전환 커패시터(42)의 전압레벨이 그 안정 레벨에 도달할때까지 동작하지 않는다. 그후에, 전환 커패시터(42)가 그 안정레벨에 도달하므로써, AND 게이트(116)는 동작 가능하게 되고 게이트 드라이버(52)는 GTO(48)에 "오프" 펄스를 송출한다.
추가적으로 본 발명의 원리 및 개념과 관련하여 사용할 수 있는 많은 스위칭 패턴이 있고 게다가 선택적으로 생략할 수 있는 작동의 수는 전압과 전류 파형간의 정밀한 위상 관계에 의해 결정된다는 것을 인지하여야 한다. 예를들어, 제2도에 파형(100)으로 도시된 특정한 스위칭 패턴은 사이클 당 여섯 번의 전이가 있는 180°Hz 스위칭 패턴이다. 각각의 전이가 전류(轉流)회로의 작동을 포함한다고 하면, 인버어터내에서 순환하는 전환과 관련된 12개의 펄스와, 6개의 메이크업(보충) 펄스와 6개의 전환펄스가 있게되어, 인버어터의 전반적인 효율을 저감시킨다. 표시된 스위칭 및 전류파형에 관한한, 본 발명의 개념과 기술을 이용하는 12개의 펄스중 8개를 제거시키는 것이 가능하다. 제2도의 위상관계가 역률이 거의 1인 경우에 작성되었다는 사실을 감안하면, 부하전류의 사이클당 보류되는 정확한 펄스수는 부하와 스위칭 패턴에 의해 결정되어지는 역률에 의해 결정될 것이다.
본 발명을 이제까지 바람직한 실시예와 관련지워 표시하고 설명하였지만, 이 기술분야에서 숙련된자가 본 발명의 기술사상 및 영역을 벗어남이 없이 다양하게 변화 시키고 어떤부위를 생략하거나 더욱 더 상세하게 구성할 수 있다는 사실을 인지하여야 한다.

Claims (1)

  1. 출력노우드에서 교류 전기 에너지로 변환시키기 위하여 직류전원으로부터 전기 에너지를 공급받는 한쌍의 입력버스를 가지고 있는 인버어터에 있어서, 각각이 각 입력버스를 상기 출력노우드에 교대로 연결하기 위하여 제어파형에 반응하고, 거기에 최소한의 전류가 흐르지 않으면 비통전 상태로 전이할 수 없는 주 스위치 수단과 ; 상기 스위치 수단이 비통전 상태로 전이할 수 있도록 전기 에너지를 저장하고, 필요하다면, 상기 출력노우드에 에너지 펄스를 제공하기 위한 전환 수단과 ; 상기 주 스위치 수단을 통해 흐르는 전류를 감지하고 상기 반도체 스위치 수단이 거기에 흐르는 최소한의 전류보다 더 많이 가질때만 상기 전환수단을 작동시키기 위한 수단 ; 으로 구성하고 있는 특징을 지닌 인버어터용 선택적 전류(轉流)회로.
KR1019800002111A 1979-05-30 1980-05-28 인버어터용 선택적 전류(轉流)회로 KR830001639B1 (ko)

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