KR960003407B1 - 직류교류전력 변환장치 - Google Patents

직류교류전력 변환장치 Download PDF

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미쯔비시 뎅끼 가부시기가이샤
시기 모리야
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Abstract

내용 없음.

Description

직류교류전력 변환장치
제1도는 본 발명의 제1의 실시예를 표시하는 블럭도.
제2도는 본 발명의 각 실시예의 인버터회로 변압기 및 사이크로콘버터회로를 표시하는 블럭도.
제3도는 본 발명의 제1의 실시예의 인버터스위칭회로를 표시하는 블럭도.
제4도는 본 발명의 제1의 실시예의 스위칭신호 발생 회로를 표시하는 블럭도.
제5도는 본 발명의 실시예의 스위칭패턴 설명도.
제6도는 본 발명의 제2의 실시예를 표시하는 블럭도.
제7도는 본 발명의 제2의 사이크로콘버터회로 및 필터회로를 표시하는 블럭도.
제8도는 본 발명의 제2의 실시예의 제1의 스위칭 신호 발생회로를 표시하는 블럭도.
제9도는 본 발명의 제2의 실시예의 제2의 스위칭 신호 발생회로를 표시하는 블럭도.
제10도는 본 발명의 제2의 실시예의 스위칭패턴 설명도.
제11도는 본 발명의 제3의 실시예를 표시하는 블럭도.
제12도는 본 발명의 제3의 실시예의 인버터스위칭회로를 표시하는 블럭도.
제13도는 본 발명의 제3의 실시예의 스위칭 신호 발생회로를 표시하는 블럭도.
제14도는 본 발명의 제3의 실시예의 스위칭패턴 설명도.
제15도는 종래의 직류-교류전력변환장치를 표시하는 블럭도.
제16도는 종래의 직류-교류전력변환장치의 스위칭패턴 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2A : 전압기 4,4A : 필터회로
5 : 전류검출기 6,6A,6B : 캐리어신호발생기
12 : 직류전원 13,13A : 부하회로
14 : 인버터회로 15,15A : 사이크로콘버터회로
16,16A : 기준전압신호발생회로 17A,17B : 인버터스위칭회로
18A,18C : 스위칭신호발생회로 18B : 제1의 스위칭신호발생회로
30A : 제2의 스위칭신호발생회로
본 발명은 예를들면 무정전 전원장치와 같은 교류전원장치에 있어 사용되는 직류-교류전력변환장치에 관한것이고, 특히 절연용의 변압기를 통하여 고주파의 전력이 주고 받게되는 고주파 중간 링 방식의 전력변환장치에 관한 것이다.
종래 장치의 구성을 제15도에 의해 설명한다.
제15도는 예를들면 IEEEPESC' 88Record PP65-8-66n 1988 에 표시된 종래의 직류-교류전력변환장치의 블럭도이다.
도면에 있어 1은 인버터회로, 2는 입력측이 인버터회로(1)에 접속된 변압기, 3은 변압기(2)의 출력측에 접속된 사이크로콘버터회로, 4는 사이크로콘버터회로(3)의 출력측에 접속된 필터회로, 5는 사이크로콘버터회로(3)의 출력전류를 검출하는 전류검출기, 6은 캐리어신호 발생기, 7은 기준전압신호 발생회로, 8은 절대치로, 9는 PWM 회로, 10은 인버터스위칭회로, 11은 사이크로콘버터회로이다. 인버터회로(1)는 4개의 스위칭소자(S1~S4)에 의해 구성되어 사이크로콘버터회로(3)는 4개의 스위칭소자 S5, S6, S5', S6' 에 의해 구성된다.
변압기(2)는 1차 : 2차의 권수비가 1 : 2로, 2차권선의 중점에 중간탭이 설치되어있다. 또 필터회로(4)는 리액터와 콘덴서로 되는 LC 필터회로이다. 12, 13은 이직류-교류전력변환장치에 접속된 직류전원 및 부하회로이다.
다음은, 상기 종래장치의 동작을 제16도를 참조하여 설명한다.
우선, 제16도의 촤상단에 표시하는 것과 같이, 기준전압신호 발생회로(7)에서 출력된 정현파상의 기준 저압신호 V*는 절대치회로(8)에 의해 절대치신호 1V*1로 변환된다.
이 절대치 신호1V*1는, 캐리어신호발생기(6)에서 출력되는 캐리어신호와 함께 PWM 회로(9)에 입력된다.
이것에 의해, PWM 회로(9)는 2종류의 2 치신호 Ta, Tb를 출력한다.
즉, 절대치 신호 1V*1와 캐리어신호의 진폭이 일치하는 타이밍에 동기하여 레벨이 변화하는 2치신호 Ta와 캐리어 신호의 하강에 동기하여 레벨이 변화하는 2치신호 Tb가 출력된다.
다음은, 2치신호 Ta, Tb가 인버터스위칭회로(10)에 입력되어 인버터회로(1)를 구성하는 4개의 스위칭소자(S1~S4)의 온, 오프 신호(T1~T4)가 출력된다.
즉, 온, 오프 신호 T1, T3은 2치신호 Tb, Ta와 동일신호이고, 온, 오프 신호 T2, T4는 각각 2치신호 Tb, Ta를 부호반전한 신호이다.
여기서, 온, 오프 신호(T1~T4)의 레벨이 하이일때, 대응하는 스위칭소자 (S1~S4)가 온이되고, 로우일때 오프로 되는 것으로 한다.
또, 제15도에서 스위칭소자(S1~S4)와 변압기(2)의 2차 전압(V2)과의 관계는 다음식과 같이된다.
단, Vdc 는 직류전원(12)의 직력출력전압이다. 따라서, 인버터회로(1)를 구성하는 스위칭소자(S1~S4)를 온, 오프 신호(T1~T4)에 따라 온, 오프하면, V2는 제16에 표시하는 것과같이 PWM 변조된 교류전압이 된다.
한편, 2치신호(Tb), 기준전압신호(V*) 및 전류검출기에서 출력되는 사이크로콘버터회로(3)의 출력전류 icc가 사이크로콘버터스위칭회로(11)로 입력되면, 사이크로콘버터회로(3)를 구성하는 4개의 스위칭소자(S5,S6,S5',S6')의 온,오프 신호(T5,T6,T5',T6')가 출력된다.
우선 출력전류 icc의 극성을 icc가 부하회로(13)에 흘러들어가는 방향을 정으로하면, icc의 극성이 정일때 스위칭소자 S5 또는 S6이 온,오프 동작하여 부일때 S5' 또는 S6'이 온,오프 동작한다.
다음은, 사이크로콘버터회로(3)의 출력전압 Vcc와 전압기(2)의 2차 전압 V2와의 관계는 제15도에 의해 다음식과 같이된다.
따라서, 온,오프 신호 T5 또는 T5' 를 2치신호(Tb)와 동일신호로 하고, 온,오프 신호 T6 또는 T6' 를 2치신호(Tb)와 부호반전한 신호로하면, Vcc 의 극성은 정으로 된다.
반대로, 온,오프 신호 T5 또는 T5' 를 2치신호(Tb)를 부호반전한 신호로 하고, 온,오프 신호 T6 또는 T6' 를 2치신호(Tb)와 동일신호로 하면, Vcc의 극성은 부로된다.
이상의 것으로 사이크로콘버터스위칭회로(11)에서는 기준 전압신호발생회로 (7) 및 전류검출기(5)에서 각각 입력된 기준 전압신호(V'') 및 사이크로콘버터회로(3)의 출력전류 icc 의 극성판별을 하여, 이들의 극성에 따라 PWM 회로(9)에서 입력된 2치신호 (Tb)에서 제12도에 표시하는 것과 같은 온,오프 신호(T5,T6,T5',T6')를 발생한다.
이것에 따라, 사이크로콘버터회로(3)의 출력전압 Vcc 로서 제16도의 최하단에 표시하는 것과 같은 PWM 변조된 정현파 전압이 얻게된다.
더욱, 이출력전압 Vcc 를 필터회로(4)에 입력하면, PWM 변조에 의한 고주파성분이 제거된 정현파전압이 부하회로(13)로 공급된다.
이때 기준전압신호(V*)의 주파수에 대해 캐리어 신호의 주파수를 충분히 높게하면, 부하회로(13)에 공급되는 부하 전압 VLL은 PWM 변조에 의한 고주파성분이 충분히 제거되어 또한 진폭 및 위상이 대략기준전압신호(V*)에 같은 전압이 된다.
더욱, 제16도는 부하회로(13)를 늦은 역율의 선형부하로한 경우의 스위칭태턴을 표시하고 있다.
여기서 인버터 및 사이크로콘버터의 각 스위칭소자를 흘리는 전류를 생각한다.
사이크로콘버터출력전류는 연속적으로 흐르기때문에, 각 스위칭소자의 오프시점에서도 전류는 단속되지 않고, 타의 온소자에 전류하는 것이 된다.
사이크로콘버터에서는 S5 와 S6 및 S5' 및 S6' 가 각각 쌍을 만들고 있고, 서로 상보적으로 전류를 하고 있다. 예를들면 S5를 전류를 오프로 하면 그 전류는 온이되는 스위치(S6)에 전류하여 S5'가 전류를 오프로하면, S6' 에 전류하여 흐르는 것이 된다.
인버터회로에서는 식(1)에서 V2=0 일때에는 인버터회로내를 전류가 환류하고, V2=Vdc 또는 -Vdc 일때는 직류전원(12)을 전류가 흐른다.
예를들면 S1 과 S4가 온되어 전류가 흐르고 있는 상태에서 S4가 전류를 오프로하면, 그 전류는 온이되는 스위치(S3)에 전류하여 흐르는 것이 된다.
종래의 직류-교류전력변환장치는 상기와 같이 직류전력을 입력하여 기준전압신호에 따른 교류전력을 출력한다. 이와같은 직류-교류전력변환장치는 변압기를 통하여 고주파의 전력이 주고받기가 되기 때문에, 일반적으로 고주파 중간링식 전력변환장치라고 불리어진다.
이 고주파 중간링식의 직류-교류전력변환장치를 예를들면 무정전 전원 장치와 같은 교류전원장치에 사용하면, 절전용의 변압기 및 필터회로의 소형경량화가 실형될 수 있는 것이 알려져 있다.
그런데, 종래의 직류-교류전력변환장치는 상기와 같이 인버터회로 및 사이크로콘버터회로의 스위칭소자가 전류의 온,오프를 하기위해, 큰 스위칭손실을 발생하기 때문에 변환효율이 낮고, 또 스위칭주파수를 높게 할 수 없다는 문제가 있었다.
또, 스위칭에 기인하는 전압서지도 발생하는 문제도 있었다. 이 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이고 스위칭손실이 작고, 변환효율이 높고 또한 전압서지가 작은 직류-교류변환장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
이 발명에 관한 직류-교류전력변환장치는, 케리어신호에 동기하여 인버터회로에 이 온,오프 신호를 발생하는 인버터스위칭회로와 기준전압신호와 캐리어신호가 입력되어 사이크로콘버터회로에의 온,오프 신호를 발생하는 사이크로콘버터스위칭회로를 설치한 것이다.
이 발명에 있어서 사이크로콘버터회로는 출력전류를 회로내에서 환류하는 모드를 가지도록 PWM 변조를 행한다. 또 인버터회로는 상기 출력전류가 사이크로콘버터회로내에 환류되고 있는 기간, 즉, 인버터회로에 실질적으로 전류가 흐르고 있지 않는 기간에 그 스위칭소자를 온,오프한다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 설명한다.
제1도~제5도는 본 발명의 제1의 실시예를 표시하고, 제1도는 그의 구성도이다.
2A는 변압기, 6A는 캐리어신호발생기, 14는 인버터회로 15는 사이크로콘버터회로, 16은 기준전압신호발생회로, 17A는 인버터스위칭회로, 18A는 스위칭신호발생회로이다. 더욱, 필터회로(4), 직류전원(12) 및 부하회로(13)는 종래와 동일하다.
제2도는 인버터회로(14), 변압기(2A) 및 사이크로콘버터회로(15)의 상세한 구성을 표시한다.
인버터회로(14)는 직류전원(12)에 접속된 입력단자(141, 142)와 트랜지스터나 MOSFET 등의 스위칭소자(S1~S4)와, 이들과 역병렬로 접속된 다이오드(D1~D4)와, 출력단자(143,144)로 구성되어 있다.
또, 변압기(2A)는 인버터회로(14)의 출력단자(143,144)에 접속된 1차측의 권선단자(21,22)와 2차측의 권선단자(23,24)를 가지고 있고, 그의 변압비는 1 : 1이다. 사이크로콘버터회로(15)는 2차측권선단자(23,24)와 접속된 입력단자(151,152)와, 트랜지스터나 MOSFET 등의 스위칭소자(S5~S8, S5'~S8')와, 이들의 스위칭소자와 역병렬로 접속된 다이오드(D5~D8, D5'~D8')와 필터회로(4)에 접속된 출력단자 (153,154)로 구성되어 있다. 2개의 스위칭소자(Sn,Sn')(n=5~8)와 이것에 역병렬로 접속된 다이오드(Dn,Dn')(n=5~8)와는 통전방향이 제어가능한 쌍방향성스위치를 구성하고 있다.
제3도는 인버터스위칭회로(17A)의 상세한 구성을 표시하고 캐리어신호발진기 (6A)에 접속된 입력단자(170)와, 입력단자(170)에 입력된 입력신호의 피크를 검출하는 피크검출회로(171)와, 피크검출회로(171)의 신호에 동기하여 출력신호의 극성이 반전하는 1/2 분주기(172)와, 이것에 접속된 NOT 회로(173)와 출력단자(174~177)로 구성된다.
제4도는 스위칭신호 발생회로(18A)의 상세한 구성을 표시하고 캐리어신호발진기(6A)에 접속된 입력단자(200)와, 기준 전압신호 발생회로(16)에 접속된 입력단자 (201)와, 절대치회로(202)와, 캐리어신호 VP의 하강스로프와 기준전압신호 1 Vcc*1과의 교점에서 폭이 좁은 출력신호를 내도록 구성된 비교기(203)와 캐리어신호 VP의 상승스로프와 기준 전압신호 Vcc*1과의 교점에서 폭이 접은 출력신호를 출력하도록 구성된 비교기(205), NOT 회로(207,208,210)와, 입력신호의 상승에 동기하여 출력의 극성이 반전하는 1/2 분주기(204,206)와, 극성판별회로 (209)와, AND 회로(211~218)와, OR 회로(219~222)와 출력단자(223~226)로 구성되어 있다. 다음은, 상기 구성의 동작을 제5도의 타이밍차트를 사용하여 설명한다.
우선, 캐리어신호 발생기(6A)에서 제5도(a)에 표시하는 삼각파상의 캐리어신호 VP가 출력된다.
다음은, 인버터스위칭회로(17A)에서 이하의 동작에 의해 듀티비 50%의 온,오프신호(T1~T4)가 출력된다. 즉, 캐리어신호 VP가 입력단자(170)를 통하여 입력되면 피크검출기(171)는 캐리어신호 VP의 피크에 동기한 신호를 1/2 분주기(172)에 입력하고 1/2 분주기(172)에서 제5도(6)의 신호 TX가 출력되어, NOT 회로(173)에서는 신호 TX를 부호반전한 신호 TY가 출력된다. (제5도 (C)).
이결과, 신호TX가 온,오프신호 T1,T4로서 출력단자(174,175)에서 출력되어 신호 TY가 온,오프신호(T2,T3)로서 출력단자(176,177)에서 출력된다.
온,오프신호(T1,T4)의 레벨이 하이될때, 인버터회로(14)가 대응하는 스위칭소자(S1~S4)는 온이 되게하고, 로우일때, 오프한다.
또, 제2도에서 스위칭소자(S1~S4)의 온,오프와 변압기(2A)의 2차전압 V2와의 관계는 다음식과 같이 된다.
따라서, 2차전압 V2는 제5도(d)에 표시하는 것과 같이 듀티비가 50%의 구형파 전압이 된다.
한편, 기준전압신호 발생회로(16)에서 사이크로콘버터회로(15)가 출력해야할 기준전압신호Vcc*가 출력되어, 캐리어신호 VP와 함께 스위칭신호발생회로(18a)에 입력된다.
스위칭신호발생회로(18a)는 이것을 받고서, 다음과 같이 PWM 변조된 스위칭신호(T5~T8)를 출력한다.
우선, 입력단자(201)를 통하여 입력된 기준전압신호 Vcc*는 전대치회로(202)에 의해 절대치신호 1Vcc*1는 2개로 나뉘어져, 한쪽은 입력단자(200)를 통하여 입력된 캐리어신호 VP의 하락과 비교되게 비교기(203)에 입력되고, 한쪽은 VP의 상승과 비교되게 비교기(205)에 입력된다.
비교기(203)의 출력은 1/2 분주기(204)에 보내져서, 1/2 분주기(204)는 제5도(e)에 표시하는 신호 Ta를 출력한다. 비교기(205)의 출력은 1/2 분주기(206)에 보재져서, 1/2 분주기(206)는 제5도(f)에 표시하는 신호 Tb에 출력한다. 더욱 신호 Ta를 NOT 회로(207)에 입력하면 신호 Tc가 출력되어 신호 Tb를 NOT 회로(208)에 입력하면 신호 Tb가 출력된다. 여기서, 신호( Ta~Td)와 사이크로콘버터회로(15)의 출력전압 Vcc와의 관계에 대해 설명한다.
출력전압 Vcc 의 극성을 정으로 하고 싶을 경우에는 다음식에 따라 스위칭신호(T5~T8)를 결정한다.
이 스위칭 신호(T5~T8)에 따라, 상방향성 스위칭소자 Sn, Sn'(n=5~8)의 온, 오프신호 Tn(n=5~8)이 출력된다. 단, Sn 과 Sn'(n=5~8)은 Tn에 의해 동시에 온,오프하는 것으로 한다.
스위칭소자 S5~S8, S5'~S8'의 온,오프와 사이크로콘버터회로(150의 출력전압 Vcc와의 관계는 다음식으로 표시된다.
따라서, (4) 식 및 (5)식에서 제5도에 있어 신호 Ta가 하이레벨, Tb가 로우레벨일때 Vcc=V2, 신호 Ta가 로우레벨 Tb가 로우레벨일때 Vcc=V2, 신호 Ta,Td또는 Tb, Tc가 하이레벨일때 Vcc=0 이 되므로, 사이크로콘버터회로(15)의 출력전압 Vcc는 제5도(g)에 표시하는 것과 같이 PWM 변조되어 또한 극성의 정의 전압이 된다. 반대로 Vcc의 극성을 부로하고 싶을 경우는, 다음식에 따라 스위칭신호(T5~T8)를 결정하면 좋다.
다음은 제4도의 동작설명의 계속을 설명한다.
극성회로(209)에서 기준전압신호 Vcc*의 극성신호 Vsgn가 출력된다. 또 NOT 회로(210)에서 극성회로 Vsgn을 부호반전한 신호가 출력된다.
이들의 신호 및 신호(Ta~Td)는 AND 회로(211~218)를 통하여 OR 회로(219~222)에 입력되어 기준전압신호 Vcc*의 극성이 정일때에는 AND 회로(211,214,216,217)에서 각각 신호 Ta, Tc, Td, Tb가 출력되므로 출력단자(223~226)에서 (4)식에 대응한 스위칭신호(T5~T8)가 출력된다.
동일하게, 기준전압신호 Vcc*의 극성이 부일때에는 (6)식에 대응한 스위칭신호 (T5~T8)이 출력된다.
이상의 동작에 의해, 기준전압신호발생회로(16)에서 출력된 교류의 기준전압신호 Vcc*를 PWM 변조한 파형의 전압 Vcc가 사이크로콘버터회로(15)에서 출력된다.
또 사이크로콘버터회로(15)의 출력측에 접속된 필터회로(4)에 의해 출력전압 Vcc의 고주파성분이 제거된후 부하회로(13)에 공급된다.
여기서, 제5도에 의거하여 인버터(14)와 사이크로콘버터(15)를 흐르는 전류에 대해 설명한다. 사이크로콘버터(15)의 출력전류 Icc는 제5도(h)에 표시하는 것과 같이 필터회로(4) 및 부하회로(13)에 의해 정해지는 연속한 전류이다.
사이크로콘버터(15)를 흐르는 전류는 스위칭소자의 PWM 동작에 의해, 하기 2개의 모드, 사이크로콘버터를 통과하는 모드와 사이크로콘버터내를 환류하는 모드를 반복한다.
(ㄱ) 통과모드 사이크로콘버터암내, S5 와 S8의 2 암 또는 S6 과 S7 의 2암 동시에 온이되고, Vcc에 전압이 출력되는 모드이다.
출력전류 1cc는 인버터(14)에서 사이크로콘버터(15)를 통과하여 출력된다.
(ㄴ) 환류모드 사이크로콘버터암내 S5 와 S6의 2암 또는 S7과 S8의 2암이 동시에 온이되어, Vcc의 전압이 영이되는 모드이다.
출력전류 1cc는 사이크로콘버터내를 환류하여 출력되어, 인버터에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 사이크로콘버터의 입력전류 1S는 제5도(i)에 표시하는 것과 같이 Vcc (제5도(g))의 전압이 출력되어 있는 기간만 흐른다.
그런데, Vcc 의 펄스폭은 제5도(a)의 개리어신호 VP의 영점을 중심으로 하도록 제어되어, 매우 펄스폭이 넓어졌을 때에 VP 의 1개의 피크에서 다음의 피크까지의 폭이된다.
지금 여기서 제5도(a) 표시하는 기준전압신호의 절대치 1 Vcc*1가 최대이더라도 캐리어신호 VP 의 피크치보다 작게되도록 기준전압발생회로(16)의 게인을 설정해두면, 캐리어신호 VP 의 피크치부근에서는 Vcc는반드시 영이되어, 1S 도 반드시 영이된다.
한편 인버터(14)의 스위칭소자의 스위칭은 제5도 (b),(c)에 표시하는 것과 같이 캐리어신호 VP 의 피크에 동기하고 있으므로, 1S=0의 기간, 즉 인버터의 각암에 실질적으로 전류가 흐르고 있지 않는 기간에, 반드시 인버터의 스위칭이 행하여 진다.
인버터의 스위칭소자의 스위칭손실은 스위칭소자를 흐르는 전류와 인가되는 전압에 관계하고, 전류가 영일때에는 스위칭손실은 발생하지 않는다.
즉, 이 인버터는 스위칭손실을 발생하는 일없이 dns전된다. 또, 인버터의 스위칭에 기인하여 발생하고 회로소자의 내압을 좌우하는 서지전압은 인버터회로의 인덕턴스분을 흐르는 전류를 차단하는 것에 의해 발생하므로, 스위칭소자를 흐르는 전류가 영일때에 스위칭하면 유해한 서지전류는 발생하지 않는다.
다음은 본 발명의 제2의 실시예를 제6~제10도에 의해 설명한다.
이 실시예는, 다상의 교류출력을 얻는 경우의 1 예로서, 3상의 교류전압을 출력되게 할때의 실시예이다. 제6도는 이 제2의 실시예의 블럭구성을 표시하고, 4A는 3상 필터회로, 15A는 사이크로콘버터회로, 16A는 기준전압신호 발생회로, 188는 제1의 스위칭신호발생회로 30A는 제2의 스위칭신호 발생회로이고, 타의 구성은 제1도에 표시된 제1의 실시예와 동일하다.
13A는 이 직류-교류전력변환장치에 접속된 3상의 부하회로이다.
제7도는 사이크로콘버터회로(15A) 및 필터회로(4A)의 상세한 구성을 표시한다.
사이크로콘버터회로(15A)는 변압기(2A)의 2차측 권선단자(23,24)와 각각 접속된 입력단자(400,401)와, 트랜지스터나 MOSFET 등의 스위칭소자(S5~S10,S5'~S10')와 이들의 스위칭소자와 역병렬로 접속된 다이오드 (D5~D10,D5'~D10')와 필터회로(4A)에 접속된 출력단자(402,403,404)로 구성되어 있다.
더욱, 2개의 스위칭소자 Sn, Sn'(n=5~10)과 이것에 역병렬로 접속된 다이오드 Dn,Dn'(n=5~10)와는 쌍방향성 스위치를 구성하고 있다.
필터회로(4A)는 사이크로콘버터회로(15A)의 출력단자(402,403,404),와 각각 접속된 입력단자(405,406,407,)와, 리액터 LF 및 콘덴서 CF 와 출력단자(408,409,410)로 구성되어 있다.
제8도는 제1의 스위칭신호발생회로(18B)의 상세한 구성을 표시하고, 기준전압신호 발생회로(16A)에 접속된 입력단자(420,421,422)와 캐리어 신호발생기(6A)에 접속된 입력단자(423)와 비교기(424~426)와 NOT회로(430~432)와 극성판별회로 (433~435)와, 출력단자(436~444)로 구성되어 있다.
제9도는 제2의 스위칭신호발생회로(30A)의 상세한 구성을 표시하고, 제1의 스위칭신호발생회로(18B)으 출력단자(436~441)에 접속된 입력단자(450~455)와 스위칭신호발생회로(18B)의 출력단자 (442~444)에 접속된 입력단자(456,457,458)와, 인버터스위칭회로(17)에 접속된 입력단자(459)와, XOR 회로 익스크로시브 OR 회로(462~464, 465~470)와, 출력단자(471~476)로 구성되어 있다.
다음은, 상기 제2의 실시예의 동작을 제10도를 참조하여 설명한다.
우선, 캐리어신호발생기(6A)에서 제10도(a)에 표시하는 것과 같은 삼각파상으 캐리어신호가 VP가 출력된다. 다음은, 이 캐리어신호 VP를 인버터스위칭회로(17)에 입력하는 것에 의해 출력되는 온, 오프 신호(T1~T4)에 따라 인버터회로(14)의 4개의 스위칭소자(S1~S4)를 온, 오프 동작되게하면, 변압기 2A의 2차전압 V2는 제10도(a)에 표시하는 것과 같은 듀티비가 50%의 구형파 전압으로 된다. 이 상의 동작은 제1의 실시예의 동작과 동일하므로 상세한 동작설명은 생략한다.
계속하여 기준전압신호 발생회로(16A)에서 3상 (U상,V상,W상으로 한다) 의 교류기준전압신호 Vcc*U, Vcc*V, Vcc*W 가 출력되어 캐리어신호 발생기(6A)에서 출력된 캐리어신호 VP 와 함께 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)에 입력된다. 다음은 U상의 전압을 제어하기위해서의 사이크로콘버터회로(15A)에 포함되는 4개의 스위칭소자 S5, S6, S5', S6'의 온,오프 동작을 제10도를 참조하여 설명한다.
우선, 입력단자(420)를 통하여 입력된 U상 기준전압신호 VccU는 입력단자(423)를 통하여 입력된 캐리어신호와 함께 비교기(424)에 입력되어 비교기(424)에서 제10도(e)에 표시하는 것과 같은 제1의 스위칭신호 TPU가 출력된다. 더욱, 이 신호 TPU를 NOT 회로(430)에 입력하면 제10도(f)에 표시한 것과 같은 제1의 스위칭신호 TQU가 출력한다. 그리고 이들의 제1의 스위칭신호 TPU, TQU는 각각 출력단자(436,437)에서 출력된다.
또, U상 전압극성신호 Vsgu가 출력단자(442)에서 출력된다. 다음은, 제2의 스위칭신호 발생회로(30A)의 동작에 대해 설명한다.
우선, 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)에서 출력된 U상 전압극성 신호 Vsgu 및 인버터스위칭회로(17A)에서 출력된 제10도(b)에 표시한 TX가 각각 입력단자(456,459)를 통하여 입력되어, 더욱 XOR 회로(462)에 입력된다. 그러면, XOR 회로(462)에서, 극성신호 Vsgu , TX의 레벨이 같을때(즉, 사이크로콘버터회로 15A)의 U상 출력전압 VccU와 트랜스 2차전압 V2(제10도(d)의 극성이 같을때)는 하이레벨의 극성신호 Vsgu, TX 의 레벨이 다를때에는 로우레벨의 신호 YU가 출력된다.
계속하여 제1의 스위칭신호 발생회로(18B)에서 출력된 스위칭 신호 TPU 및 TQU가 각각 입력단자(450, 451)를 통하여 입력되어, 더욱 상기 신호 YU 와 함계 XOR 회로(465,466)에 입력된다.
그러면 XOR 회로(465,466)에서 V2의 극성에 따른 제2의 스위칭신호 T5, T6이 출력단자(471,472)에서 출력되어, 각각 사이크로콘버터회로(15A)의 S5 와 S5' 및 S6과 S6' 를 온, 오프되게 한다.
다음은 사이크로콘버터회로(15A)의 출력전압에 대해 U상을 들어 설명한다.
여기서, 사이크로콘버터회로(15A)의 입력전압중성점의 전위 즉, 변압기(2A) 2차권선의 중점의 전위를 기준으로하면 U상출력단자(402)의 전압 VUO는 다음식과 같이된다.
S5 또는 S5' 의 온,오프 신호 T5는 PWM 신호 TPU 와 V2의 극성을 표시하는 신호 TX 로 상기와 같이 생성되어, 제10도(g)와 같은 신호로 되므로, 결국 VUO는 제10도(h)에 표시하는 것과 같이, PWM 신호 TPU 에 대응하여 기본파성분이 Vcc*U 로 되도록 PWM 변조된 파형이 된다.
V상 출력전압 Vvo, W상 출력전압 VWO 도 동일하게, 기준신호 Vcc*V, Vcc*W 에 각각 대응한 파형으로 되어 V상 출력단자(403), W상 출력단자(404)에 각각 출력된다.
이들의 출력전압은 필터회로(4A)의해 고주파성분이 제거되어 출력단자(408~410)에 출력되어, 부하회로(13A)에 공급된다. 여기서, 사이크로콘버터(15A)를 흐르는 전류에 착안하면, 상기 제1의 실시예와 동일하게 통과모드와 환류모드가 존재한다.
단, 3상화로의 경우에는 환류하는 암이 복수존재하므로 예를들면, U상 전류 1ccU가 환류할때에는 V상암(S7 및 S7' 또는 S8 및 S8') 또는 W상암(S9 및 S9' 또는 S10 및 S10') 또는 양쪽의 암에 흐른다.
단, 3상의 전류의 합은 항상 영(IccU + IccV + IccW=0)이므로 U상 전류의 일부만이 환류하는 모드도 존재한다. 3상의 전류가 모드 환류하는 것은 S5(또는 S5'), S7(또는 S7'), S9(또는 S9')의 3 암이 동시에 온이되는 경우, 또한 S6 (또는 S6'), S8(또는 S8'), S10(또는 S10')의 3 암이 동시에 온이되는 경우이다.
제10도에서 알수 있는 것과 같이 이3상의 전류가 모두 환류하는 스위칭패턴은 상기 제1의 실시예와 동일하게 캐리어신호 VP의 피크치부근에서 반드시 발생한다. 따라서, 이 제2의 실시예에 있어서도, IS=0의 기간, 즉 인버터의 각암에 실질적으로 전류가 흐르지 않는 기간에 반드시 인버터의 스위칭이 행하여지므로 인버터의 스위칭손실을 발생하는 일없이, 또 서지전압도 발생하지 않고, 게다가 3상의 출력전압을 얻는다.
다음은 본 발명의 제3의 실시예를 제11도~제14도에 의해 설명한다. 이 실시예는 3상의 교류전압을 출력되게 하는 다른 실시예이다.
제11도는 이 제3의 실시예의 블럭구성을 표시하고, 6B는 톱니상의 캐리어신호를 발생 되게하는 캐리어신호 발생기, 17B는 인버터스위칭회로, 18C는 스위치신호발생회로이고, 타의 구성은 제6도에 표시된 제2의 실시예와 같다.
제12도는 인버터서위칭회로(17B)의 상세한 구성을 표시하고 입력단자(170)에 입력된 입력신호의 상승에 지로 신호를 발생하는 검출회로(178)이외는 제3도에 표시하는 제1 및 제2의 실시예의 인버터스위칭회로와 동일하다.
제13도는 스위칭신호발생회로(18C)의 상세한 구성을 표시하고 기준신호발생회로(16A)에 접속된 입력단자(420~422)와, 개리어신호발생기(6B)에 접속된 입력단자(423)와, 개리어신호 VP의 하락스로브와 기존전압신호 Vcc*U, Vcc*W 와의 교점에서 폭이좁은 출력신호를 출력하도록 구성된 비교기(433~435)와 1/2 분주기(427~429)와, NOT회로(430~432)와 출력단자(471~476)로 구성되어 있다.
다음은 상기 제3의 실시예의 동작을 제14도를 참조하여 설명한다.
우선, 캐리어신호발생기(6B)에서 제14도(a)에 표시하는 것과 같은 우하의 톱니상파형의 캐리어신호 VP가 출력된다. 다음은 이 캐리어신호 VP를 인버터스위칭회로(17B)에 입력하는 것에 의해, VP의 상승엣지에 동기한 인버터 온,오프 신호 TX(T1 ,T4)와 TY(T2, T3)이 인버터회로(14)에 출력되어 대응하는 신호에 의해 인버터회로(14)의 4개의 스위칭소자(S1~S4)를 온, 오프동작되게하면, 변압기(2A)의 2차전압은 제14도(d)에 표시하는 것과 같은 캐리어신호(VP)의 상승엣지에 동기한 듀티비가 50%의 구형파전압으로 된다. 계속하여, 기준전압신호 발생회로(16A)에서 3상의 교류기준전압신호 Vcc*U, Vcc*V, Vcc*W가 출력되어, 상기캐리어 신호 VP와 함께 스위칭신호발생회로(18C)에 입력된다. 여기서 U상에 착안하면, 캐리어신호 VP 의 상승 스로브와 기준전압신호 Vcc*U 와의 교점에서 비교기(433)에 좁은 폭펄스가 출력되게하여, 1/2 분주기(427)로 문주되어, 제14도(e)에 표시하는 것과 같은 스위칭신호 T5가 출력단자(471)에 출력된다. 또, T5를 NOT 회로(430)로 반전한 신호 T6이 출력단자(472)에 출력되게한다.
동일하게 V상에 대응하는 신호 T7, T8이 출력단자(473, 474)에 W상에 대응한 신호 79, T10이 출력단자(475,476)에 각각 출력된다.
단 여기에서, 3개의 1/2 문주회로(427~429)는 동기가 되어있고, T5, T7, T9는 각각 캐리어신호 VP의 동일주기중에 상승 또는 하강한다.
상기 T5~T10의 스위칭신호는 각각 사이크로콘버터회로(15A)의 대응하는 스위칭소자 S5와 S5'~S10' 온, 오프되게 한다. 이 결과, 시이크로콘버터회로(15A)의 U상 출력단자(402)에는 제14도(h)에 표시하는 Vcc*U를 PWM 변조한 출력전압 Vuo가, V상 출력단자(403)에는 지14도(i)에 표시하는 Vvo가 얻게된다.
여기서, UV 선간전압 Vuv는 제14도(i)에 표시하는 것과 같이 Vuo와 Vvo와의 차의전압이 된다. 이 제3의 실시예에서도 상기 제1 및 제2의 실시예와 동일하게, 사이크로콘버터전류의 통과모드와 환류모드가 존재한다.
지금 U상과 V상간에 흐르는 전류 iuv에 착안하면, 상기 제1의 실시예와 동일하게, Vuv에 전압이 출력되어 있는 기간이 통과모드로 되므로, IS 중의 uv 성분은 제14도(h)에 표시하는 것과 같은 파형이 된다.
제14도(6) 내지 (C)와 (K)를 비교하면, 인버터회로의 스위칭은 반드시 환류모드의 기간에 행하여 지는 것을 안다.
W상의 전류를 고려해 넣어도, 같은 결과가 되어 결국 캐리어신호 VP 의 상승엣지 부근에서는 3상의 전류가 모두 환류모드로 된다.
따라서 이 제3의 실시예에 있어도 IS=0의 기간, 즉 인버터회로의 각암에 실질적으로 전류가 흐르지 않는 기간에 반드시 인버터회로의 스위칭이 행하여 지므로 상기 제1, 제2의 싱시예와 같은 효과를 얻는다. 더욱이 이 제3의 실시예는 제2의 실시예 보다도 구성이 간단하게 된다.
또, 지금까지 3상에 대해 설명했으나, 사이크로콘버터를 상기 제1의 실시예와 같이 단상출력으로서 구성하는 것도 가능하다.
이상과 같이 이 발명에 의하면, 인버터회로와 사이크로콘버터를 조합하여, 인버터회로의 스위칭을 출력 전류가 사이크로콘버터회로내에 환류되고 있는 기간에 행하도록 구성했으므로, 인버터의 스위칭손실이 없고, 또 스위칭 서지도 작은, 효율 높은 장치가 얻게되는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 직류전원(12)에 접속된 입력단자(141,142)를 가지고, 직류전력을 제1의 주파수의 교류전력으로 변환해서 출력단자(143,144)로 공급하는 인버터회로와, 상기 인버터회로(14)의 출력단자(143,144)에 접속된 1차측의 권선단자(21,22)를 가지고, 상기 교류전력을 변압해서 2차측의 권선단자(23,24)로 출력하는 변압기(2A)와, 이 변압기(2A)의 2차측 권선단자(23,24)에 접속된 입력단자(151,152)를 가지고, 상기 제1의 주파수의 교류전력을 제2의 주파수의 교류전력으로 변환해서 출력단자(153,154)로 공급하는 사이크로콘버터회로(15)와, 소정주파수의 캐리어신호를 발생하는 캐리어 신호발진기(6A)와, 이 신호발진기(6A)에 접속된 입력단자(170)을 가지고, 이 입력단자(170)로 입력된 캐리어신호의 피크를 검출함과 동시에 이 피크출력에 의거해서 제어신호를 형성하고, 출력단자(174~177)을 통해서 상기 인버터회로(14)로 공급하는 것에 의해 상기 인버터회로(14)의 스위칭 동작을 상기 캐리어신호에 동기시켜서 제어하는 인버터스위칭회로(17A)와, 기준 전압신호를 발생하는 기준전압신호발생회로(16)와, 이 기준전압신호발생회로(16) 및 상기 캐리어신호발진기(6A)로 접속된 입력단자(200,201)를 가지고, 이 입력단자(200,201)에 공급된 기준전압신호 및 캐리어신호에 의거해서 제어신호를 발생하고, 상기 사이크로콘버터회로(15)를 제어시키는 스위치신호발생회로(18A)를 구비하고, 상기 인버터회로(14)의 스위칭동작을 상기 인버터회로(14)로 전류가 흐르지 않는 기간에 행하도록한 직류-교류전력제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인버터회로(14)는 직류전력을 제1주파수로 듀티비가 약 50%의 제2주파수의 교류전력으로 변환하는 직류-교류전력변환장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인버터회로(14)의 스위칭동작은 상기 사이크로콘버터회로(15)의 출력전류가 상기 사이크로콘버터회로(15)내를 환류하는 때에 행해지는 직류-교류전력변환장치.
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