KR930006388B1 - 직류 교류 전력 변환장치 - Google Patents

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KR930006388B1 KR1019900012038A KR900012038A KR930006388B1 KR 930006388 B1 KR930006388 B1 KR 930006388B1 KR 1019900012038 A KR1019900012038 A KR 1019900012038A KR 900012038 A KR900012038 A KR 900012038A KR 930006388 B1 KR930006388 B1 KR 930006388B1
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마사또 고야마
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미쯔비시덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

직류 교류 전력 변환장치
제1도는 본 발명의 제1의 실시예를 도시한 블럭도.
제2도는 본 발명의 각 실시예의 인버터회로, 변압기 및 사이클로 컨버터회로를 도시한 블럭도.
제3도는 본 발명의 제1의 실시예의 인버터 스위칭회로를 도시한 블럭도.
제4도는 본 발명의 제1의 실시예의 스위칭신호 발생회로를 도시한 블럭도.
제5도는 본 발명의 각 실시예의 사이클로 컨버터 스위칭회로를 도시한 블럭도.
제6도는 본 발명의 제1의 실시예의 스위칭패턴 설명도.
제7도는 본 발명의 제2의 실시예를 도시한 블럭도.
제8도는 본 발명의 제2의 실시예의 제1의 스위칭신호 발생회로를 도시한 블럭도.
제9a도 ~ c도는 본 발명의 제2의 실시예의 제2의 스위칭신호 발생회로를 도시한 블럭도.
제10도는 본 발명의 제2의 실시예의 스위칭패턴 설명도.
제11도는 본 발명의 제3의 실시예를 도시한 블럭도.
제12도는 본 발명의 제3의 실시예의 사이클로 컨버터회로 및 필터회로를 도시한 블럭도.
제13도 및 제14도는 본 발명의 제3의 실시예의 제1 및 제2의 스위칭신호 발생회로를 도시한 블럭도.
제15도는 본 발명의 제3의 실시예의 사이클로 컨버터 스위칭회로를 도시한 블럭도.
제16도는 본 발명의 제3의 실시예의 스위칭패턴 설명도.
제17도는 종래의 직류 교류 전류변환장치를 도시한 블럭도.
제18도는 종래의 직류 교류 전력 변환장치의 스위칭패턴 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2A : 변압기 4,4A : 필터회로
5 : 전류검출기 6A,6B : 캐리어신호발생기
12 : 직류전원 13,13A : 부하회로
14 : 인버터회로 15,15A : 사이클로 컨버터회로
16,16A : 기준전압신호 발생회로 17A,17A : 인버터스위칭회로
18A : 스위칭신호 발생회로 18B,18C : 제1의 스위칭신호 발생회로
19,19A : 전류극성 판별회로 20,20A : 사이클로 컨버터 스위칭회로
30,30A : 제2의 스위칭신호 발생회로.
본 발명은 예를 들면 무정전 전원장치와 같은 교류 전원장치에서 사용되는 직류 교류 전력 변환장치에 관한 것으로서, 특히 절연용의 변압기를 거쳐서 고주파의 전력을 받는 고주파 중간 링크방식의 전력변환장치에 관한 것이다.
종래의 장치 구성을 제17도에 따라 설명한다. 제17도는, 예를 들면 IEEE PESC'88 Record, p. 658-663, 1988에 기재된 종래의 직류 교류 전력 변환장치의 블럭도이다. 도면에서 (1)은 인버터회로, (2)는 입력측이 인버터회로(1)에 접속된 변압기, (3)은 변압기(2)의 출력측에 접속된 사이클로 컨버터회로, (4)는 사이클로 컨버터회로(3)의 출력측에 접속된 필터회로, (5)는 사이클로 컨버터회로(3)의 출력전류를 검출하는 전류검출기, (6)은 캐리어 신호발생기, (7)은 기준전압신호발생회로, (8)은 절대값회로, (9)는 PWM회로, (10)은 인버터 스위칭회로, (11)은 사이클로 컨버터 스위칭회로이다. 인버터회로(1)은 4개의 반도체 스위칭소자 S1~S4에해 구성되고, 사이클로 컨버터회로(3)은 4개의 반도체 스위칭소자 S5, S6, S5,'S6'에 의해 구성된다. 또, 필터회로(4)는 리액터와 콘덴서로 되는 LC필터회로이다. (12),(13)은 이 직류 교류전력 변환장치에 접속된 직류전원 및 부하회로이다.
다음에 상기한 종래 장치의 동작을 제18도를 참조하면서 설명한다. 먼저, 제18도의 최상단에 도시한 바와 같이 기준전압신호 발생회로(7)에서 출력된 정현파형의 기준전압신호 V*는 절대값회로(8)에 의해서 절대값신호
Figure kpo00001
로 변환된다. 이 절대값신호
Figure kpo00002
는 캐리어신호발생기(6)에서 출력되는 캐리어신호와 함께 PWM회로(9)에 입력된다. 이것에 의해 PWM회로(9)는 2종류의 2진신호 Ta, Tb를 출력한다. 즉, 절대값 신호
Figure kpo00003
와 캐리어신호의 진폭이 일치하는 타이밍에 동기해서 레벨이 변화하는 2진신호 Ta 및 캐리어 신호의 하강에 동기해서 레벨이 변화하는 2진 신호 Tb가 출력된다. 다음에 2진신호 Ta, Tb가 인버터 스위칭회로(10)에 입력되고, 인버터회로(1)을 구성하는 4개의 반도체 스위칭소자 S1~S4의 ON-OFF신호 T1~T4가 출력된다. 즉, ON-OFF신호 T1, T3은 2진신호 Tb, Ta와 동일신호이고, ON-OFF신호 T2, T4는 각각 2진신호 Tb, Ta를 부호 반전한 신호이다. 여기서 ON-OFF신호 T1~T4의 레벨이 하이일 때, 대응하는 반도체 스위칭소자 S1~S4가 ON하고, 로우일때 OFF 하게 된다. 또, 제17도에서 반도체 스위칭소자 S1~S4와 변압기 (2)의 2차전압 V2의 관계는 다음의 식과 같이 된다.
Figure kpo00004
단, Vdc는 직류전원(12)의 직류출력전압이다. 따라서 인버터회로(1)을 구성하는 반도체스위칭소자 S1~S4를 ON-OFF신호 T1~T4에 따라서 ON-OFF하면 V2는 제18도에 도시한 바와 같이 PWM변조된 교류전압으로 된다.
한편, 2진신호 Tb, 기준전압신호 V*및 전류검출기(5)에서 출력되는 사이클로 컨버터회로(3)의 출력전류 icc가 사이클로 컨버터 스위칭회로(11)에 입력되면, 사이클로 컨버터회로(3)을 구성하는 4개의 반도체 스위칭소자 S5, S6, S5,'S6'의 ON-OFF신호 T5, T6, T5,'T6'가 출력된다. 먼저 출력전류 icc의 극성을 icc가 부하회로 (13)에 흘러 들어가는 방향을 정으로 하면 icc의 극성이 정일 때 반도체 스위칭소자 S5또는 S6이 ON-OFF동작하고, 부일 때 S5' 또는 S6' 가 ON-OFF동작한다. 다음에 사이클로 컨버터 회로(3)의 출력전압 Vcc와 변압기 (2)의 2차전압 V2의 관계는 제17도에 의해 다음의 식과 같이 된다.
Figure kpo00005
따라서, ON-OFF신호 T5또는 T5'를 2진신호 Tb 와 동일 신호로 하고, ON-OFF신호 T6또는 T6'를 2진 신호 Tb를 부호 반전한 신호로 하면 Vcc의 극성은 정으로 된다. 반대로 ON-OFF신호 T5또는 T5' 를 2진 신호 Tb를 부호 반전한 신호로 하고, ON-OFF신호 T6또는 T6'를 2진 신호 Tb와 동일신호로 하면 Vcc의 극성은 부로 된다. 이상의 것으로 사이클로 컨버터 스위칭회로(11)에서는 기준전압 신호발생회로(7) 및 전류검출기(5)에서 각각 입력된 기준전압신호 V*및 사이클로 컨버터회로 (3)의 출력전류 icc의 극성판별을 실행하고, 이들의 극성에 따라서 PWM회로 (9)에서 입력된 2진신호 Tb에서 제18도에 도시한 바와 같은 ON-OFF신호 T5, T6, T5', T6' 를 발생한다. 이것에 따라 사이클로 컨버터회로(3)의 출력전압 Vcc로서 제18도의 최하단에 도시한 바와 같은 PWM변도된 정현 파전압이 얻어진다. 또, 이 출력전압 Vcc 필터회로(4)에 입력하면 PWM변조에 의한 고조파성분이 제거된 정현파전압 VL이 부하회로 (13)에 공급된다. 이때 기준전압신호 V*의 주파수에 대하여 캐리어신호의 주파수를 충분히 높게하면 부하회로(13)에 공급되는 부하전압 VL은 PWM변조에 의한 고조파성분이 충분히 제거되며, 또한 진폭 및 위상이 대략 기준 전압신호 V*와 같은 전압으로 된다. 또한 제18도는 부하회로(13)을 지연 역률의 선형부하로 한 경위의 스위칭패턴을 나타내고 있다.
종래의 직류 교류전력 변환장치는 상기한 바와 같이 직류전력을 입력해서 기준전압신호에 따른 교류전류를 출력한다. 이와 같은 직류 교류 전력 변환장치는 변압기를 거쳐서 고주파의 전력을 주고 받게 되므로, 일반적으로 고주파 중간링크식 전력변환장치라 불리운다. 이 고주파 중간링크식의 직류 교류 전력 변환장치를, 예를 들며 무정전 전원장치와 같은 교류전원장치로 사용하면, 절연용의 변압기 및 필터회로의 소형경량화가 실현되는 것이 알려져 있다. 그러나, 종래의 직류 교류 전력 변환장치는 상기한 바와 같이 인버터회로(1)에 PWM변조를 실행하는 구조로 되어 있고, 이 때문에 다상화하는 경우에는 인버터회로(1) 및 사이클로 컨버터회로(3)을 모두 다상화할 필요가 있다는 문제가 있었다. 또, 무정전 전원장치로의 응용을 고려한 경우, 항상 인버터회로(1)과 사이클로 컨버터회로(3)을 쌍으로 해서 제어할 필요가 있으므로 전원용량 변경이나 전지급전에 관하여 시스템 구성의 유연성이 손실된다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 다상화 , 전원용량 변경 및 무정전 전원장치에서는 불가결한 전지급전에 대하여 시스템 구성의 유연성이 우수한 직류 교류전력 변환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면으로 명확하게 될 것이다. 본 출원에서 개시되는 발명중 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면 다음과 같다.
즉, 본 발명의 직류 교류 전력 변환장치는 사이클로 컨버터회로의 출력전류의 극성을 판별하는 전류극성 판별회로, 일정 주파수의 캐리어신호에 동기해서 인버터회로로의 ON-OFF신호를 발생하는 인버터 스위칭신호로, 기준전압신호와 캐리어신호를 입력해서 스위칭신호를 발생하는 스위칭신호 발생회로 및 스위칭신호와 전류극성 판별신호를 입력해서 사이클로 컨버터회로로의 ON-OFF신호를 발생하는 사이클로 컨버터스위칭 회로를 마련한 것이다.
본 발명에서의 인버터 스위칭회로는 충격계수가 50%인 ON-OFF신호를 발생하고, 변압기의 2차전압은 충격 계수가 50%인 장방형파 전압으로 된다. 또, 스위칭신호 발생회로는 PWM변조된 스위칭신호를 출력한다. 또, 사이클로 컨버터 스위칭회로는 PWM변조된 ON-OFF신호를 출력하고, 이것을 받아서 사이클로 컨버터회로는 PWM변조된 정현파 전압을 출력한다.
이하 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.
또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고 그 반복적인 설명은 생략한다.
제1도 내지 제6도는 본 발명의 제1의 실시예를 도시한 것으로서, 제1도는 그 구성도이다. (2A)는 변압기, (6A)는 캐리어 신호발생기, (14)는 인버터회로, (15)는 사이클로 컨버터회로, (16)은 기준전압 신호 발생회로, (17A)는 인버터 스위칭회로, (18A)는 스위칭 신호발생회로, (19)는 전류극성 판별회로, (20)은 사이클로 컨버터 스위칭회로이다. 또한, 필터회로(4), 전류검출기(5), 직류전원(12) 및 부하회로(13)은 종래와 마찬가지이다.
제2도는 인버터회로(14)는, 변압기(2A) 및 사이클로 컨버터회로(15)의 상세한 구성을 도시한 것이다. 인버터회로(14)는 직류전원(12)에 접속된 입력단자(141), (142), 트랜지스터나 MOSFET등의 반도체 스위칭소자 S1~S4, 이것과 역병렬로 접속된 아이오드 D1~D4및 출력단자(143), (144)로 구성되어 있다. 또, 변압기(2A)는 인버터회로(14)의 출력단자(143), (144)에 접속된 1차측의 코일단자(21), (22)와 2차측의 코일단자(23), (24)를 갖고 있다. 사이클로 컨버터회로(15)는 2차측 코일단자(23), (24)와 접속된 입력단자(151), (152), 트랜지스터나 MOSFET 등의 반도체 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8', 이들 스위칭소자와 역병렬로 접속된 다이오드 D5~D8, D5'~D8' 및 필터회로(4)에 접속된 출력단자(153), (154)로 구성되어 있다. 또한, 2개의 반도체 스위칭소자, Sn, Sn'(n=5~8)와 이것에 역병렬로 접속된 다이오드 Dn, Dn'(n=5~8)는 통전방향이 제어가능한 쌍방향성 스위치를 구성하고 있다.
제3도는 인버터스 스위칭회로(17A)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, 캐리어신호발생기(6A)에 접속된 입력단자(171), 입력단자(171)에 입력된 입력신호의 하강에 동기해서 출력신호의 극성이 반전하는 1/2분주기(172), 이것에 접속된 NOT회로 (173) 및 출력단자(174) ~ (177)로 구성되어 있다.
제4도는 스위칭신호발생회로(18A)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, 캐리어신호발생기(6A)에 접속된 입력단자(200), 기준전압신호발생회로(16)에 접속된 입력단자(201), 절대값회로(202), 비교기(203), NOT회로(205),(207),(208),(210), 입력신호의 하강에 동기해서 출력의 극성을 반전하는 1/2분주기 (204), (206), 극성판별회로(209), AND회로(211) ~ (218), OR회로(219) ~ (222) 및 출력단자(223) ~ (226)으로 구성되어 있다.
제5도는 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, 스위칭신호발생회로(18A)의 출력단자(223) ~ (226)에 접속된 입력단자 (230) ~ (233), 전류극성판별회로(19)에 접속된 입력단자(234), NOT회로(235), AND회로(236)~(243) 및 출력단자 (244) ~ (251)로 구성되어 있다.
다음에 상기 구성의 동작을 제6도의 타이밍도를 참조해서 설명한다. 먼저 캐리어신호발생기(6A)에서 제6도의 최상단에서 도시한 우측상승의 톱니파형의 캐리어신호 VP가 출력된다. 다음에 인버터 스위칭회로(17A)에서 다음의 동작에 의해 충격계수 50%의 ON-OFF신호 T1~T4가 출력된다. 즉, 캐리어신호 VP가 입력단자(171)을 거쳐서 입력되면 1/2분주기(172)에서 제6도의 신호 Tb와 동일 파형의 신호 Tx가 출력되고, NOT회로(173)에서 신호 Tx를 부호반전한 신호 Ty가 출력된다. 이 신호 Ty는 제6도의 신호 Td와 동일 파형이다. 이 결과 신호 Tx가 ON-OFF신호 T1, T4로서 출력단자(174), (175)에서 출력되고, 신호 Ty가 ON-OFF신호 T2, T3으로서 출력단자(176), (177)에서 출력된다. ON-OFF신호 T1~T4의 레벨이 하이일 때 인버터회로(14)의 대응하는 반도체 스위칭소자 S1~S4는 ON하고, 로우일 때 OFF 한다고 한다. 또, 제2도에서 반도체 스위칭소자 S1~S4의 ON-OFF와 변압기(2A)의 2차전압 V2의 관계는 다음의 식과 같이 된다.
S1, S4가 ON일 때 : V2= Vdc
S2, S3이 ON일 때 : V2= -Vdc
따라서 2차전압 V2는 제6도에 도시한 바와 같이 충격계수가 50%인 장방형파 전압으로 된다.
한편, 기준전압신호 발생회로(16)에서 사이클로 컨버터회로(15)가 출력해야 할 기준전압신호 Vcc*가 출력되고, 캐리어신호 VP와 함께 스위칭신호 발생회로(18A)에 입력된다. 스위칭신호 발생회로(18A)는 이것을 받아서 다음과 같이 PWM 변조된 스위칭신호 T5P~T8P를 출력한다. 먼저 입력단자 (201)을 거쳐서 입력된 기준전압신호 Vcc*는 절대값회로(202)에 의해 절대값신호 |Vcc*|로 변환된다. 이 절대값신호 |Vcc*|는 입력단자(200)을 거쳐서 입력된 캐리어신호 Vp와 함께 비교기(203)에 입력되고, 비교기(203)은 제6도에 도시한 신호 Tp를 출력한다. 신호 Tp는 1/2분주기(204)에 입력되어 신호 Ta로 변환된다. 또, 신호 Tp가 NOT회로(205)에 의해 부호반전된 후 1/2분주기(206)에 입력되면 제6도에 도시한 신호 Tb가 출력된다. 또, 신호 Ta를 NOT회로(207)에 입력하면 신호 Tc가 출력되고, 신호 Tb를 NOT회로(208)에 입력하면 신호 Td가 출력된다. 여기서 신호 Ta~Td와 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전압 Vcc의 관계에 대해서 설명한다. 출력전압 Vcc의 극성을 정으로 하고자 하는 경우에는 다음 식에 따라서 스위칭신호 T5p~T8p를 결정한다.
T5p= Ta, T6p= Td, T7p= Tc, T8p= Tb ............................(4)
이 스위칭신호 T5p~T8p에 따라서 쌍방향성 스위치를 구성하는 반도체 스위칭소자 Sn, Sn'(n=5~8)중 어느 하나의 ON-OFF신호 Tn 또는 Tn'(n=5~8)가 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)에서 출력된다. 반도체 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8'의 ON-OFF와 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전압 Vcc의 관계는 다음식으로 나타낸다.
S5, S8(또는 S5',S8')이 ON일 때 : Vcc=V2
S6, S7(또는 S6',S7')이 ON일 때 : Vcc=-V2(5)
S5, S6(또는 S5',S6')이 ON일 때 : Vcc=0
S7, S8(또는 S7',S8')이 ON일 때 : Vcc=0
따라서 (4)식 및 (5)식에서 제6도의 신호 Ta, Tb가 모두 하이레벨일 때 Vcc=V2, 신호 Tc, Td가 모두 하이레벨일 때 Vcc=-V2, 신호 Ta, Td 또는 Tb, Tc가 하이레벨일 때 Vcc=0으로 되므로 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전압 Vcc는 제6도의 최하단에 도시한 바와 같이 PWM 변조되며, 또한 극성이 정의 전압으로 된다. 반대로 Vcc의 극성을 부로 하고자 하는 경우는 다음 식에 따라서 스위칭신호 T5p~T8p를 결정하면 된다.
T5p=Tc, T6p= Tb, T7p= Ta, T8p= Td ……………………(6)
다음에 제4도의 동작을 계속해서 설명한다. 극성 판별회로 (209)에서 기준전압신호 Vcc*의 극성신호 Vsgn이 출력된다. 또, NOT회로(210)에서 극성신호 Vsgn을 부호반전한 신호가 출력된다. 이들의 신호 및 신호 Ta~Td는 AND회로(211) ~(218)을 거쳐서 OR회로(219)~(218)을 거쳐서 OR회로(219)~(222)에 입력되고, 기준전압신호 Vcc*의 극성이 정일 때는 AND회로 (211), (214), (216), (217)에서 각각 신호 Ta, Tc, Td, Tb가 출력되므로 출력단자 (223)~(226)에서 (4)식에 대응한 스위칭신호 T5p~T8p가 출력된다. 마찬가지로 해서 기준전압신호 Vcc*의 극성이 부일 때는 (6)식에 대응한 스위칭신호 T5p~T8p가 출력된다. 다음에 전류검출기(5)에서 출력된 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전류 icc가 전류극성 판별회로(19)에 입력되고, 이 회로(19)에서 출력전류 icc의 극성신호 isgn이 출력된다. 극성신호 isgn은 스위칭신호 발생회로(18A)에서 출력된 스위칭신호 T5p~ T8p와 함께 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)에 입력되고, 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)은 다음 식에 따라서 출력단자(244)~(251)에서 사이클로 컨버터회로(15)의 각 반도체 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8'의 ON-OFF 신호 T5~T8, T5'~T8'를 출력한다. icc의 극성이 정일때 T5= T5p, T6= T6p, T7= T7p, T8= T8p, T5'~ T8'는 모두 로우레벨 (S5'~S8'는 모두 OFF) icc의 극성이 부일 때 T5' = T5p, T6' = T6p, T7' = T7p, T8' = T8p, T5~T8은 모두 로우레벨 (S5~S8은 모두 OFF)
이상의 동작에 의해서 기준전압신호 발생회로(16)에서 출력된 교류의 기준전압신호 Vcc*를 PWM 변조한 파형의 전압 Vcc가 사이클로 컨버터회로(15)에서 출력된다. 또, 사이클로 컨버터회로(15)의 출력측에 접속된 필터회로(4)에 의해서 출력전압 Vcc의 고조파 성분이 제거된 후 부하회로(13)에 공급된다.
다음에 제7도 내지 제10도에 따라 본 발명의 제2의 실시예를 설명한다. 제7도는 이 제2의 실시예의 블럭 구성을 도시한 것으로서, (6B)는 캐리어 신호발생기, (17B)는 인버터 스위칭회로, (18B), (30)은 제1 및 제2의 스위칭 신호발생회로이고, 다른 구성은 제1의 실시예와 같다.
제8도는 스위칭신호 발생회로(18B)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, 캐리어 신호발생기(6B)에 접속된 입력단자 (300), 기준전압신호 발생회로(16)에 접속된 입력단자(301), 절대값회로(302), 비교기(303), NOT회로(304), (307), (308), (310), 입력신호의 하강에 동기해서 출력신호의 극성이 반전하는 1/2분주기(305),(306), 극성판별회로(309), AND회로(311)~(318), OR회로(319)~(322) 및 출력단자 (323)~(327)로 구성되어 있다.
제9a도는 제1의 스위칭신호 발생회로(30)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, (330)~(334)는 스위칭신호 발생회로(18B)의 출력단자(323)~(327)에 접속된 입력단자, (335)는 전류극성 판별회로(19)에 접속된 입력단자, (336)은 전류전환모드 선택회로, (337)~(340)은 신호선택회로, (341)~(344)는 출력단자이다.
제9b도는 전류전환모드 선택회로(336)의 상세한 구성을 도시한 블럭도로서, 전류전환모드 선택회로(336)은 XOR회로(배타적 OR회로)(350)~(353)으로 구성되어 있다. 제9c도는 신호선택회로(337)~(340)중 1개의 선택회로(337)의 상세한 구성을 도시한 블럭도로서, 신호선택회로(337)은 시프트레지스터(354), OR회로(355), (359), NOT회로(356) 및 AND회로 (357), (358)로 구성되어 있다. 그런데 인버터 스위칭회로(17B)는 제3도에 도시한 인버터스위칭회로(17A)의 입력신호의 하강에 동기해서 출력신호의 극성이 반전하는 1/2분주기(172)를 입력신호의 상승에 동기해서 출력신호의 극성이 반전하는 1/2분주기로 바꾸어 놓은 구성을 하고 있다. 그래서 제3도를 인버터 스위칭회로(17B)의 상세한 구성을 도시한 블럭도로 간주하는 것으로 한다. 단, 1/2분주기(172)는 입력신호의 상승에 동기해서 출력신호의 극성이 반전하는 분주기로 한다.
다음에 상기한 제2의 실시예의 동작을 제10도를 참조하면서 설명한다. 먼저 캐리어신호발생기(6B)에서 제10도의 최상단에 도시한 바와 같은 우측하강의 톱니파형의 캐리어신호 Vp가 출력된다. 다음에 이 캐리어 신호 Vp를 입력단자(171)을 거쳐서 인버터스위칭회로(17B)에 입력하면 1/2분주기(172) 및 NOT회로(173)에서 각각 제10도에 도시한 바와 같은 신호 Tx 및 Ty가 출력된다. 그래서 이들 신호에서 얻어지는 ON-OFF신호 T1~T4에 따라 인버터회로(14)의 4개의 반도체 스위칭소자 S1~S4를 ON-OFF동작시키면, (3)식의 관계에서 변압기(2A)의 2차전압 V2는 제10도에 도시한 바와 같은 충격계수가 50%인 장방형파 전압으로 된다. 이상의 동작은 제 1의 실시예의 동작과 동일하므로 상세한 동작설명은 생략한다.
이어서 기준전압신호 발생회로(16)에서 사이클로 컨버터회로(15)의 출력해야 할 전압의 기준전압신호 Vcc*가 출력되어, 캐리어신호 발생기(6B)에서 출력된 캐리어신호 Vp와 함께 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)에 입력되고, 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)에 서 다음의 동작에 의해 제1의 스위칭신호 T5q~ T8q로 출력된다. 먼저 입력단자(301)을 거쳐서 입력된 기준전압신호 Vcc*는 절대값회로(302)에 입력되어 절대값신호 |Vcc*|가 출력된다. 이어서 이 절대값신호 |Vcc*|는 입력단자(300)을 거쳐서 입력된 캐리어신호 Vp와 함께 비교기(303)에 입력되고, 비교기(303)에서 제10도에 도시한 바와 같은 신호 Tp가 출력된다. 또, 이 신호 Tp를 NOT회로(304)에 입력해서 부호반전을 실행한 후 1/2분주기(305)에 입력하면 제10도에 도시한 바와 같은 신호 Ta가 출력된다. 또, 신호 Tp를 1/2분주기(306)에 입력하면 제10도에 도시한 바와 같은 신호 Tb가 출력된다. 또, 신호 Ta 및 Tb를 각각 NOT회로(307), (308)에 입력하면 신호 Tc 및 Td가 출력된다. 이어서 입력단자(301)을 거쳐서 입력된 기준전압 Vcc*는 극성판별회로(309)에 입력되어 극성신호 Vsgn이 출력된다.
또, AND회로(311)~(218), OR회로(319)~(322) 및 NOT회로(310)에 의해서 다음 식에 따라 제1의 스위칭신호 T5q~T8q가 얻어진다. Vcc*의 극성이 정(Vsgn의 레벨이 하이)일 때 :
V5q= Ta, V6q= Td, V7q= Tc, V8q= Tb (8)
Vcc*의 극성이 부(Vsgn의 레벨이 로우)일 때 :
V5q= Tc, V6q= Tb, V7q= Ta, V8q= Tb
그리고 이들 제1의 스위칭소자 T5q~T8q및 극성신호 Vsgn은 각각 출현단자(323)~(327)에서 출력된다.
그런데, 다음에 동작을 설명하는 제2의 스위칭신호 발생회로(30)을 생략해서 제1의 스위칭신호 T5q~T8q를 각각 스위칭신호 T5q~T8q로서 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)에 입력하면, 예를 들면 Vcc*의 극성이 정일 때 제10도의 최하단에 도시한 바와 같은 PWM 변조되며, 또한 극성이 정인 전압이 사이클로 컨버터회로(15)에서 출력되는 것은 상술한 제1의 실시예의 동작에서 명백하다. 다음에 스위칭신호 발생회로(30)의 동작을 설명하기 전에 사이클로 컨버터회로(15)를 구성하는 8개의 반도체 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8'의 전류전환 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전압 Vcc 및 출력전류 icc의 극성이 모두 정의 경우에 대해서 설명한다. 이때는 출력전류 icc의 극성이 정이므로 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)에 의해서 사이클로 컨버터회로(15)를 구성하는 8개의 반도체 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8'중 4개의 스위칭소자 S5~S8이 ON-OFF동작을 실행한다. 또, 출력전압 Vcc의 극성이 정, 즉 기준전압신호 Vcc*의 극성이 정이므로(8)식의 관게에서 제10도에서 신호 Ta, Tb, Tc, Td에 따라 각각 스위칭소자 S5, S8, S7, S6이 ON-OFF동작을 실행한다. 다음에 이들의 스위칭소자 사이에서는 제10도중의 1~4로 나타낸 타이밍에 전류전환이 실행된다. 즉, 1의 타이밍에서는 S5에서 S7로, 2의 타이밍에서는 S6에서 S8로, 3의 타이밍에서는 S7에서 S5로 및 4의 타이밍에서는 S8에서 S6으로 각각 전류전환이 실행된다. 여기서 1의 타이밍에서의 S5에서 S7로의 전류전환을 조사하면, 제10도에서 전류전환시의 변압기(2A)의 2차전압 V2의 극성은 부이므로 제2도에서 S5는 역바이어스되므로 전원전류전환이 가능한 것을 알 수 있다. 마찬가지로 다른 2~4의 타이밍에서도 전원전류전환이 가능한 것을 알 수 있다.
다음에 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전압 Vcc의 극성은 정, 출력전류 icc의 극성이 부인 경우에 대해서 설명한다. 이때는 출력전류 icc의 극성이 부이므로 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)에 의해서 사이클로 컨버터회로(15)를 구성하는 8개의 반도체스위칭소자 S5~S8, S5'~S8'중 4개의 스위칭소자 S5'~S8'가 ON-OFF동작을 실행한다. 또, 출력전압 Vcc의 극성은 정, 즉 기준전압신호 Vcc*의 극성이 정이므로 (8)식의 관계에서 제10도에서 신호 Ta, Tb, Tc, Td에 따라 각각 스위칭소자 S5', S8', S7', S6'가 ON-OFF동작을 실행한다. 다음에 이들의 스위칭소자 사이에서는 제 10도중의 1~4로 나타낸 타이밍에 전류전환이 실행된다.
즉, 1의 타이밍에서는 S5'에서 S7'로, 2의 타이밍에서는 S6'에서 S8'로, 3의 타이밍에서는 S7'에서 S5'로, 4의 타이밍에서는 S8'에서 S6'로 , 각각 전류전환이 실행된다. 여기서 1의 타이밍에서의 S5'에서 S7'로의 전류전환을 조사하면, 제10도에서 전류전환시의 변압기(2A)의 2차전압 V2의 극성은 부이므로 제2도에서 S5'는 순바이어스 되어 전원전류전환이 불가능한 것을 알 수 있다. 마찬가지로 다른 2~4의 타이밍에서도 전원전류전환이 불가능한 것을 알 수 있다. 즉, 이 경우는 강제전류전환에 의해서 각 스위칭소자의 전류전환을 실행할 필요가 있다. 마찬가지로 해서 출력전압 Vcc의 극성이 부인 경우에 대해서 조사하면, 결과로서 출력전압 Vcc와 출력전류 icc의 극성이 같은 경우는 4개의 스위칭소자 S5~S8(또는 S5'~S8')의 전원전류전환이 가능하고, 극성이 다른 경우는 전원전류전환이 불가능한 것을 알 수 있다. 그런데, 전원전류전환을 사용하는 경우에는 스위칭신호의 오프타이밍(제10도에서는 신호 Ta~Td가 하이에서 로우로 변화하는 타이밍)을 적어도 전류전환 시간만큼 지연시키면 된다.
다음에 제2의 스위칭신호 발생회로(30)의 동작에 대해서 설명한다. 먼저 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)에서 출력된 극성신호 Vsgn 및 전류극성 판별회로(19)에서 출력된 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전류 icc의 극성신호 isgn이 각각 입력단자(334), (335)를 거쳐서 입력되며, 또 전류전환모드 선택회로(336)에 입력된다. 전류전환모드 선택회로(336)은 제9b도와 같이 XOR회로(350)~(353)으로 구성되어 있으므로, 이 전류전환모드 선택회로(336)에서 극성신호 Vsgn 및 isgn의 레벨이 같을 때(즉, 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전압 Vcc와 출력전류 icc의 극성이 같을 때)는 하이레벨의 신호 Y5~Y8이, 극성신호 Vsgn 및 isgn의 레벨이 다를 때는 로우레벨의 신호 Y5~Y8이 출력된다. 이어서 스위칭신호 발생회로(18B)에서 출력된 스위칭신호 T5q~T8q가 각각 입력단자(330)~(333)을 거쳐서 입력되며, 또 상기 신호 Y5~Y8과 함께 신호선택회로(337)~(340)에 입력된다. 다음에 신호선택회로(337)의 동작을 제9c도에 따라 설명한다. 먼저, 입력단자 (330)에서 입력된 스위칭신호 T5q를 시프트 레지스터회로(354) 및 OR회로(355)에 입력하면, OR회로(355)에서 스위칭신호 T5q의 하강타이밍만이 전류전환시간이상 지연된 신호 T5q'가 출력된다. 또 NOT회로(356), AND회로(357), (358) 및 OR회로(359)에 의해서 상기 2개의 신호 T5q및 T5q'중 어느 것을 제2의 스위칭신호 T5p로서 출력하는가의 선택이 전류전환 모드선택회로(336)에서 출력된 신호 Y5에 따라 실행된다. 마찬가지의 동작에 의해서 신호 선택회로(338)~(340)에서 제2의 스위칭신호 T6p~T8p가 출력된다. 이와 같이 해서 상술한 바와 같은 전류전환모드에 따른 제2의 스위칭신호 T5q~T8q출력단자(341)~(344)에서 출력된다.
이어서 이들 스위칭신호 T5p~T8p를 전류극성 판별회로(19)에서 출력된 극성신호 isgn과 함께 사이클로컨버터 스위칭회로(20)에 입력하면 사이클로 컨버터회로(15)를 구성하는 8개의 반도체 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8' 각각의 ON-OFF 신호 T5~T8, T5'~T8'가 출력된다. 또, 이들 ON-OFF 신호 T5~T8, T5'~T8'에 따라서 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8'가 ON-OFF 동작을 실행한다.
이상의 동작에 의해서 기준전압신호 발생회로(16)에서 출력된 교류의 기준전압신호 Vcc*를 PWM변조한 파형의 전압 Vcc가 사이클로 컨버터회로(15)에서 출력된다. 또, 사이클로 컨버터회로(15)의 출력측에 접속된 필터회로(4)에 의해서 이 출력전압 Vcc의 고조파성분이 제거된후 부하회로(13)에 공급된다. 이 제2의 실시예에서는 제1의 실시예의 효과를 갖는 것과 동시에 제2의 스위칭신호 발생회로(30)에 의해서 사이클로 컨버터회로(15)를 구성하는 반도체 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8' 의 전원교류전환이 가능한가 아닌가의 판정을 실행하고, 그 결과에 따라 제2의 스위칭신호를 출력하고 있어 이 스위칭소자 S5~S8, S5'~S8'의 전원전류전환이 가능하게 되고, 종래의 강제전류전환방식에 비해서 OFF시의 스위칭손실을 저감할 수 있어 효율이 높은 직류 교류 전력변환장치가 얻어진다. 또한 상기한 제2의 실시예에서는 캐리어발생기(6B)가 우측 하강의 톱니형의 캐리어신호를 출력하는 경우에 대해서 설명하였지만 제1의 실시예에서 설명한 바와 같은 우측 상승의 톱니형의 캐리어신호나 3각 파형의 캐리어신호를 발생하는 것이라도 좋다. 단, 캐리어신호의 파형에 의해서 사이클로 컨버터회로(15)를 구성하는 8개의 반도체 스위칭소자중 어느 소자가 전원 전류전환이 가능한가는 다르므로 캐리어신호에 의해서 제2의 스위칭신호 발생회로(30)에 포함되는 전류전환모드 선택회로(336)의 구성을 변경할 필요가 있는 것은 물론이다.
또, 제1의 실시예에서는 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)은 출력전류 icc의 극성에 의해서 ON-OFF신호 Tn 또는 Tn'(n=5~8)의 선택을 실행하는 구성으로 했지만, 전류검출기(5) 및 전류극성판별회로(19)를 생략해서 출력전류 icc의 극성에 의하지 않고 ON-OFF신호 Tn 또는 Tn'를 동일 신호로 하는 구성으로 해도 된다.
또, 제1 및 제2의 실시예에 의한 직류 교류 전력변환장치를 무정전 전원등에 응용하는 경우는, 예를 들면 부하회로(13)에 공급되는 교류부하전압의 기준값을 명령으로서 부여하고, 실제의 교류부하전압을 검출하여 기준값과의 편차를 증폭한 전압이 기준전압신호 Vcc*로서 부여된다. 따라서 이와 같은 경우 기준전압신호 발생회로(16)은 부하회로(13)에 공급되는 교류부하전압의 기준신호발생기, 실제의 교류부하전압을 검출하기 위한 전압검출기 및 이들 기준부하전압과 실제의 부하전압의 편차를 증폭해서 기준전압신호 Vcc*를 발생하는 증폭기로 구성되는 것은 물론이다.
다음에 제11도 내지 제16도에 따라 본 발명의 제3의 실시예를 설명한다. 이 실시예는 다상의 교류출력을 얻는 경우의 1예로서 3상의 교류전압을 출력시킬 때의 실시예이다.
제11도는 이 제3의 실시예의 블럭구성을 도시한 것으로서, (4A)는 필터회로, (15A)는 사이클로 컨버터회로, (16A)는 기준전압신호 발생회로, (18C)는 제1의 스위칭신호 발생회로, (19A)는 전류극성 판별회로, (20A)는 사이클로 컨버터 스위칭회로, (30A)는 제2의 스위칭신호 발생회로, (13A)는 이 직류 교류 전력변환장치에 접속된 3상의 부하회로이고, 다른 구성은 상기 실시예와 마찬가지이다.
제12도는 사이클로 컨버터회로(15A) 및 필터회로(4A)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, 사이클로 컨버터회로(15A)는 변압기(2A)의 2차측 코일단자(23), (24)와 각각 접속된 입력단자(400), (401), 트랜지스터나 MOSFET등의 반도체 스위칭소자 S5~S10, S5'~S10', 이들의 스위칭소자와 익병렬로 접속된 다이오드 D5~D10, D5'~D10' 및 필터회로(4A)에 접속된 출력단자(402)~(404)로 구성되어 있다. 또한, 2개의 반도체 스위칭소자 Sn, Sn'(n=5~10)와 이것에 익병렬로 접속된 다이오드 Dn, Dn'(n=5~10)는 통전방향이 제어 가능한 쌍방향성 스위치를 구성하고 있다. 또, 필터회로(4A)는 사이클로 컨버터회로(15A)의 출력단자(402)~(404)와 각각 접속된 입력단자(405)~(407), 리액터 LF, 컨버터 CF및 출력단자 (408)~(410)으로 구성되어 있다.
제13도는 제1의 스위칭신호 발생회로 (18C)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, 기준전압신호 발생회로(16A)와 접속된 입력단자(420)~(422), 캐리어신호 발생기(6B)에 접속된 입력단자 (423), 비교기(424)~(426), 입력신호의 상승에 등기해서 출력의 극성이 반전하는 1/2 분주기 (427)~(429), NOT회로(430)~(432), 극성판별회로(433)~(435) 및 출력단자 (436)~(444)로 구성되어 있다.
제14도는 제2의 스위칭신호 발생회로(30A)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, 제1의 스위칭신호 발생회로(18C)의 출력단자 (436)~(441)에 접속된 입력단자(450)~(455), 마찬가지로 출력단자(422)~(444)에 접속된 입력단자(456), (458), (460), 전류극성판별회로(19A)에 접속된 입력단자 (457), (459), (461), XOR회로(462)~(464), 신호선택회로 (465)~(470) 및 출력단자 (471)~(476)으로 구성되어 있다.
제15도는 사이클로 컨버터 스위칭회로(20A)의 상세한 구성을 도시한 것으로서, 제2의 스위칭신호 발생회로(30A)의 출력단자 (471)~(476)에 접속된 입력단자 (480)~(485), 전류극성판별회로(19A)에 접속된 입력단자(486)~(488), NOT회로(489)~(494), AND회로(495)~(506) 및 출력단자 (507)~(518)로 구성되어 있다.
다음에 제3의 실시예의 동작을 제16도를 참조하면서 설명한다. 먼저 캐리어신호 발생기 (6B)에서 제16도의 최상단에 도시한 우측 하강의 톱니형의 캐리어신호 VP가 출력된다. 이 캐리어신호 VP는 인버터 스위칭회로(17B)에 입력되고, 인버터 스위칭회로(17B)는 ON-OFF신호 T1~T4를 출력한다. 이것에 따라서 인버터회로(14)는 4개의 반도체 스위칭소자 S1~S4가 ON-OFF되어 변압기 (2A)의 2차전압 V2는 제16도에 도시한 충격계수가 50%인 장방형파전압으로 된다. 이상의 동작은 제2의 실시예와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다. 이어서 기준전압신호 발생회로(16A)에서 3상 (u상, v상, w상)의 교류 기준전압신호 Vccu*, Vccv*, Vccw*가 출력되어 캐리어신호 VP와 함께 제1의 스위칭신호 발생회로(18C)에 입력된다.
다음에 u상의 전압을 제어하기 위한 사이클로 컨버터회로(15A)에 포함되는 4개의 반도체 스위칭소자 S5,S6, S5', S6'의 ON-OFF동작을 제16도를 참조하면서 설명한다. 먼저 제1의 스위칭신호 발생회로(18C)의 입력단자(420)에 입력된 u상 기준전압신호 Vccu*는 입력단자(423)에 입력된 캐리어신호 VP와 함께 비교기(424)에 입력되고, 비교기(424)에서 제16도에 도시한 바와같은 신호 Tpu가 출력된다. 이 신호 Tpu는 1/2분주기(427)에 입력되어 제16도에 도시한 제1의 스위칭신호 T5q가 출력단자(436)에서 출력된다. 또, 신호 T5q가 NOT회로(430)에 입력되면 제16도에 도시한 제1의 스위칭신호 T5q가 출력단자(437)에서 출력된다. 또, Vccu*는 극성판별회로(433)에 의해서 극성이 판별되고, u상 전압극성신호 Vsgu로서 출력단자(442)에서 출력된다. 제1의 스위칭신호 T5q, T6q는 제2의 스위칭신호 발생회로(30A)를 거쳐서 스위칭신호 T5p, T6p로서 전류극성 판별회로(19A)에서 출력되는 u상 전류 iccu의 극성신호 isgu와 함께 사이클로 컨버터 스위칭회로(20A)에 입력되고 이 회로(20A)는 다음 식의 관계에 따라서 ON-OFF신호 T5, T6, T5', T6'를 출력한다.
iccu의 극성이 정(isgu의 레벨이 하이)일 때 :
T5=T5p, T6= T6p
T5', T6'는 로우레벨 (S5', S6'는 OFF) (9)
iccu의 극성이 부(isgn의 레벨이 로우)일 때 :
T5' = T5p, T6' = T6p
T5, T6은 로우레벨 (S5', S6' 는 OFF)
단, iccu의 극성은 사이클로 컨버터회로(15A)에서 필터회로(4A)로 전류가 흐르는 경우를 정으로 한다. ON-OFF신호 T5, T6, T5' ,T6'에 따라서 사이클로 컨버터회로(15A)의 반도체 스위칭소자 S5, S6, S5', S6'에 따라서 사이클로 컨버터회로(15A)의 반도체 스위칭소자 S5, S6, S5', S6'가 ON-OFF 동작하여 제16도의 최하단에 도시한 PWM 변조된 전압 Vuo가 출력단자(402)에서 출력된다. 이 Vuo는 입력단자(401)에 대한 출력단자(402)에서의 출력전압이므로 반도체 스위칭소자 S6또는 S6'가 ON하면 Vuo=0으로 된다.
다음에 사이클로 컨버터회로(15A)의 반도체 스위칭소자 S5, S6, S5', S6'의 전류전환 동작에 대해서 설명한다. 먼저 사이클로 컨버터회로(15)의 u상 출력전압 Vccu 및 u상 출력전류 iccu의 극성이 모두 정인 경우에 대하여 설명한다. 여기서 u상 출력전압 Vccu는 사이클로 컨버터회로(15A)의 출력중성전압 Vo, 즉 출력단자(402)~(404)의 전위를 모두 가산한 후 1/3배한 전압에 대한 출력단자(402)의 전압이다. 즉,
Vccu=Vuo - Vo ...............................................................(10)
단, Vo=(Vuo+Vvo+Vwo)/3이고, 그 기본파성분은 u상 기준전압신호 Vccu와 일치한다. 그런데 Vccu 및 iccu의 극성이 모두 정이므로 반도체 스위칭소자 S5, S6이 (9)식의 관계에서 제1의 스위칭신호 T5q, T8q에 따라서 각각 ON-OFF한다. 다음에 이들의 스위칭소자 사이에서는 제16도의 1, 2로 나타낸 타이밍에서 전류전환이 실행된다. 즉, 1의 타이밍에서는 S5에서 S6으로, 2의 타이밍에서는 S6에서 S5로 각각 전류전환이 실행된다. 여기서 1의 타이밍에서의 S5에서 S6으로의 전류전환을 조사하면 제16도에서 전류전환시의 변압기(2A)의 2차 전압 V2의 극성은 부이므로, 제12도에서 S6을 ON하면 S5는 역바이어스되어서 OFF하는 것, 즉 전원전류전환이 가능한 것을 알 수 있다. 마찬가지로 2의 타이밍에서도 전원전류전환이 가능한 것을 알 수 있다.
다음에 사이클로 컨버터회로(15A)의 u상 출력전압 Vccu의 극성이 정이고, u상 출력전류 iccu의 극성이 부인 경우에 대하여 설명한다. 이 경우 반도체 스위칭소자 S5', S6'가 (9)식의 관계에서 제1의 스위칭신호 T5q, T6q에 따라 각각 ON-OFF 동작한다. 다음에 이들의 스위칭소자 S5', S6' 사이에서는 제16도의 3, 4로 나타낸 타이밍에서 전류전환이 실행된다. 즉, 3의 타이밍에서는 S5'에서 S6'로, 4의 타이밍에서는 S5'에서 S6'로 각각 전류전환이 실행된다. 여기서 3의 타이밍에서의 S5'에서 S6'로의 전류전환을 조사하면 제16도에서 전류전환시의 변압기(2A)의 2차전압 V2의 극성은 부이므로 제12도에서 S6'를 ON하면 S5'는 순바이어스 되어 S5'는 OFF하지않고 전원전류전환이 불가능한 것을 알 수 있다. 마찬가지로 4의 타이밍에서도 전원전류전환이 불가능한 것을 알 수 있다.
마찬가지로 해서 u상 출력전압 Vccu의 극성이 부인 경우에 대해서 조사하면 결과로서 u상 출력전압 Vccu와 u상 출력전류 iccu의 극성이 같은 경우는 2개의 스위칭소자 S5, S6(또는 S5' ,S6')사이의 전원전류전환이 가능하고, 극성이 다른 경우는 전원전류전환이 불가능한 것을 알 수 있다. 이 전원전류전환을 사용하는 경우에는 제2의 실시예에서 설명한 바와 같이 스위칭신호의 오프타이밍 (제16도에서는 신호 T5q,T6q가 하이에서 로우로 변화하는 타이밍)을 적어도 전류전환시간만큼 지연시키면 된다.
다음에 상기 설명에서 생략한 제2의 스위칭신호 발생회로(30A)의 동작에 대하여 설명한다. 먼저 제1의 스위칭신호 발생회로 (18C)에서 출력된 u상 전압극성신호 Vsgu 및 전류극성판별회로 (19A)에서 출력된 사이클로 컨버터회로(15A)의 u상 출력전류 iccu의 극성신호 isgu가 입력단자(456), (457)을 거쳐서 XOR회로(462)에 입력되고, XOR회로 (462)에서 극성신호 Vsgu, isgu의 레벨이 같을 때(즉, 사이클로 컨버터회로(15A)의 u상 출력전압 Vccu와 출력전류 iccu의 극성이 같을 때)는 하이레벨, 극성신호 Vsgu, isgu의 레벨이 다를 때는 로우레벨신호 Yu가 출력된다. 이어서 제1의 스위칭신호 발생회로(18C)에서 출력된 스위칭신호 T5q, T6q가 입력단자 (450),(451)을 거쳐서 입력되어 신호 Yu와 함께 신호선택회로 (465), (466)에 입력된다. 이것에 따라서 신호선택회로(465), (466)에서 전류전환모드에 따른 제2의 스위칭신호 T5p, T6p가 출력단자(471), (472)에서 출력된다. 신호선택회로 (465), (466)의 구성 및 동작은 제2의 실시예와 동일(제9c도 참조)하므로 설명을 생략한다. 제2의 스위칭신호 T5q, T6q는 전류극성판별회로(19A)에서 출력된 u상 출력전류 iccu의 극성신호 isgu와 함께 입력단자 (480), (481), (486)을 거쳐서 사이클로 컨버터 스위칭회로(20A)에 입력되고, (9)식의 관계에 따라서 사이클로 컨버터회로(15A)의 4개의 반도체 스위칭소자 S5, S6, S5', S6'의 ON-OFF신호 T5, T6, T5' ,T6'가 출력단자(507)~(510)에 출력되어 스위칭소자 S5, S6, S5', S6'가 ON-OFF 동작한다.
다음에 v상 및 w상의 전압도 마찬가지로 해서 제어된다. 즉, 제1의 스위칭신호 발생회로(18C)에 입력단자(421), (422)를 거쳐서 기준전압신호 발생회로(16A)에서 출력된 v상 기준전압신호 Vccv* 및 w상 기준전압신호 Vccw*를 각각 입력하면 제1의 스위칭신호 T7q~T10q가 각각 출력단자(438)~(441)에서 출력된다. 또, 출력단자 (443), (444)에서 v상 및 w상 전압극성신호Vsgv, Vsgw가 출력된다. 이어서 제1의 스위칭신호 발생회로 (18C)에서 출력된 제1의 스위칭신호 T7q~T10q
Figure kpo00006
극성신호 Vsgv, Vsgw는 전류극성판별회로(19A)에서 출력된 v상 출력전류 iccv 및 w상 출력전류 iccw의 극성신호 isgv, isgw와 함께 제2의 스위칭신호 발생회로(30A)의 입력단자(452)~(455), (458)~(461)에 입력되고, u상의 경우와 마찬가지로 출력단자 (473)~(476)에서 전류전환모드에 따른 제2의 스위칭신호 T7p~T10p가 출력된다. 이 제2의 스위칭신호 T7p~T10p는 전류극성 판별회로(19A)에서 출력된 극성신호 isgv, isgw와 함께 사이클로 컨버터 스위칭회로(20A)의 입력단자 (482)~(485), (487), (488)에 입력되고, 그 출력단자 (511)~(518)에서 사이클로 컨버터회로(15A)의 반도체 스위칭소자 S7~S10, S7'~S10'의 ON-OFF신호 T7~T10, T7'~T10'가 출력되어 이 신호 T7~T10, T7'~T10'에 따라서 스위칭소자 S7~S10, S7'~S10'가 ON-OFF 동작한다.
이상의 동작에 의해서 기존전압신호 발생회로(16A)에서 출력된 3상 교류의 기준전압신호 Vccu*, Vccv*, Vccw*에 따라서 각각 PWM 변조된 3상 교류전압 Vccu, Vccv, Vccw가 사이클로 컨버터회로(15A)에서 출력되고, 사이클로 컨버터회로(15A)의 출력측에 접속된 3상의 필터회로(4A)에 의해서 3상 교류전압 Vccu, Vccv, Vccw에 포함되는 고조파성분이 제기된 후 3상의 부하에 공급된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 PWM변조가 사이클로 컨버터회로에 의해 실행되므로 변압기의 2차전압의 충격계수가 50%인 장방형파전압으로 되도록 인버터회로의 스위칭을 실행하면 된다. 따라서 다상의 교류전압을 출력시키고자 할 때에는 사이클로 컨버터회로만을 병렬접속해서 각각의 사이클로 컨버터회로를 개별로 PWM변조하면 된다. 또, 종래의 인버터회로 응용장치에서는 인버터회로의 입력되는 직류전원을 공통화한 직류모선시스템이 널리 사용되고 있지만, 본 발명에 의한 직류 교류 전력변환장치에서는 충격계수가 50%인 장방형파전압을 공통화된 교류전압으로 간주하는 것에 의해서 유연성이 높은 전원시스템을 구성할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 제1의 반도체 스위칭소자(S1~S4)가 상기 제1의 스위칭소자와 역병렬로 접속된 제1의 다이오드소자(D1~D4)로 구성되고, 직류를 교류로 변환하는 인버터회로(14), 입력측이 상기 인버터회로에 접속됨과 동시에 출력측이 사이클로 컨버터회로에 접속된 변압기(2A), 제2의 반도체 스위칭소자(S5,S5'~S8,S8')와 상기 제2의 반도체 스위칭소자와 역병렬로 접속된 제2의 다이오드소자(D5,D5'~D8,D8')로 구성되고, 주파수를 변환하는 사이클로 컨버터회로(15), 상기 사이클로 컨버터회로의 출력전류를 검출하는 전류검출기(5), 상기 사이클로 컨버터회로의 출력측에 접속된 필터회로(4), 일정 주파수의 캐리어신호를 발생하는 캐리어신호 발생기(6A), 상기 캐리어신호 발생기(6A)의 캐리어신호의 하강에 동기해서 출력신호의 극성이 반전하는 1/2분주기(172)와 상기 1/2분주기에 접속된 NOT회로(173)을 포함하며, 캐리어신호에 동기해서 인버터회로(14)로의 ON-OFF신호를 발생하는 인버터 스위칭회로(17A), 상기 사이클로 컨버터회로가 출력할 교류전압의 기준신호를 출력하는 기준전압신호 발생회로(16), 상기 기준전압신호 발생회로(16)의 기준전압신호를 절대값신호로 변환하는 절대값회로(202), 상기 절대값신호와 캐리어신호를 비교하는 비교기(203), 입력신호의 하강에 동기해서 출력신호의 극성을 반전시키는 1/2분주기 (204,206)을 포함하고, 기준전압신호와 캐리어신호를 입력해서 스위칭신호를 발생하는 스위칭신호 발생회로(18A), 상기 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전류(icc)를 입력하여 상기 출력전류의 극성을 판별하고 , 이 극성신호 (isgn)을 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)에 입력하는 전류극성 판별회로(19), 상기 스위칭신호 발생회로(18A)의 스위칭신호와 상기 전류극성 판별회로(19)의 출력을 입력해서 상기 사이클로 컨버터회로(15)로의 ON-OFF신호를 발생하는 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)을 포함하는 직류 교류 전력변환장치.
  2. 제1의 반도체 스위칭소자(S1~S4)와 상기 제1의 스위칭소자와 역병렬로 접속된 제1의 다이오드소자(D1~D4)로 구성되고, 직류를 교류로 변환하는 인버터회로(14), 입력측이 상기 인버터회로에 접속됨과 동시에 출력측이 사이클로 컨버터회로에 접속된 변압기(2A), 제2의 반도체 스위칭소자(S5,S5'~S8,S8')와 상기 제2의 반도체 스위칭소자와 역병렬로 접속된 제2의 다이오드소자(D5,D5'~D8,D8')로 구성되고, 주파수를 변환하는 사이클로 컨버터회로(15), 상기 사이클로 컨버터회로의 출력전류를 검출하는 전류검출기(5), 상기 사이클로 컨버터회로의 출력측에 접속된 필터회로(4), 일정 주파수의 캐리어신호를 발생하는 캐리어신호 발생기(6B), 상기 캐리어신호 발생기(6B)의 캐리어신호의 하강에 동기해서 출력신호의 극성이 반전하는 1/2분주기와 상기 1/2분주기에 접속된 NOT회로를 포함하며, 캐리어신호에 동기해서 인버터회로(14)로의 ON-OFF신호를 발생하는 인버터 스위칭회로(17B), 상기 사이클로 컨버터회로가 출력할 교류전압의 기준 신호를 출력하는 기준전압신호 발생회로(16), 상기 기준전압신호 발생회로(16)의 기준전압신호를 절대값신호로 변환하는 절대값회로(302), 상기 절대값신호와 캐리어신호를 비교하는 비교기(303), 입력신호의 하강에 동기해서 출력신호의 극성을 반전시키는 1/2분주기(305,306). 기준전압신호의 극성신호를 출력하는 극성판별회로(309)를 포함하고, 기준전압신호와 캐리어신호를 입력해서 제1의 스위칭신호(T5q~T8q)를 발생하는 제1의 스위칭신호 발생신호(18B), 상기 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)에서 출력된 상기 제1의 스위칭신호 (T5q~T8q) 및 극성신호 (Vsgn)과 상기 전류 극성판별회로(19)에서 출력된 극성신호(isgn)을 입력하여 제2의 스위칭신호(T5p~T8p)를 발생하고, 상기 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)에서의 극성신호(Vsgn)과 상기 전류극성 판별회로(19)에서의 극성신호(isgn)이 같을 때는 하이레벨의 신호, 다를 때는 로우레벨의 신호를 출력하는 전류전환 모드선택회로(336), 상기 모드 선택회로(336)의 출력과 상기 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)의 출력신호를 입력하여 제2의 스위칭신호를 출력하는 신호선택회로(338~340)을 포함하는 제2의 스위칭신호 발생회로(30), 상기 사이클로 컨버터회로(15)의 출력전류(icc)를 입력하여 상기 출력전류의 극성을 판별하고, 이 극성신호(isgn)을 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)에 입력하는 전류극성 판별회로(19), 상기 제2의 스위칭신호 발생회로 (30)의 제2의 스위칭신호와 상기 전류극성 판별회로(19)의 극성신호를 입력해서 상기 사이클로 컨버터회로(15)로의 ON-OFF신호를 발생하는 사이클로 컨버터 스위칭회로(20)을 포함하는 직류 교류 전력변환장치.
  3. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 전류전환 모드선택회로(336)은 배타적 OR회로(350~353)으로 구성되는 직류 교류 전력변환장치.
  4. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 기준전압신호 발생회로(16A)에서 출력되는 기준신호는 3상 교류의 기준전압신호(Vccu*,Vccv*,Vccw*) 직류 교류 전력변환장치.
  5. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 필터회로는 3상의 필터회로(4A)인 직류 교류 전력변환장치.
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