WO2019078510A1 - 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

직류 보호 장치 및 그의 제어 방법 Download PDF

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WO2019078510A1
WO2019078510A1 PCT/KR2018/011552 KR2018011552W WO2019078510A1 WO 2019078510 A1 WO2019078510 A1 WO 2019078510A1 KR 2018011552 W KR2018011552 W KR 2018011552W WO 2019078510 A1 WO2019078510 A1 WO 2019078510A1
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current
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inductor
protection
output
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PCT/KR2018/011552
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조진태
김호성
김주용
김홍주
류명효
백주원
조영표
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한국전력공사
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Definitions

  • the present application relates to a DC protection device and a control method thereof.
  • a power conversion system that converts the AC power supplied from the distribution line to DC and supplies it to the customer is essential.
  • Such a power conversion system requires an alternating current (DC) converter for receiving a high voltage AC power source and converting it into a DC power source, and a DC protection device for preventing a fault current (overcurrent) in the DC power line.
  • DC alternating current
  • the protection devices are provided between the power conversion system and the customer, but there is a problem that damage to each device of the power conversion system occurs before the protection circuit breaker operates due to the characteristics of the direct current.
  • Patent Document 1 Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0033808
  • Patent Document 2 Korean Published Patent Application No. 2017-0093226
  • Patent Document 3 Japanese Patent Registration No. 6088332
  • Patent Document 4 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2016-224050
  • An object of an embodiment according to the present invention is to provide a DC protection device and a control method thereof that can prevent breakage of a switching element even in an overcurrent induced in a distribution line.
  • Another object of the present invention is to provide a DC protection device and a control method thereof that can supply power to a line while limiting the magnitude of an overcurrent when the magnitude of the overcurrent is less than a certain level.
  • the direct current protection device includes a plurality of switch parts connected in parallel to each other, and an inductor connected in series to the plurality of switch parts, wherein the direct current protection device receives a direct current power supplied from the alternating current direct current converter and performs a protection operation against an overcurrent, And a controller for controlling the increase rate of the inductor current by changing the electrical connection of the inductor according to the magnitude of the circuit part and the output current and performing the overcurrent protection operation based on the magnitude of the inductor current and the magnitude of the output current have.
  • the protection circuit portion includes a first switch portion including a first resistor and a first switch connected in series to the first resistor, a second switch including a second switch connected in parallel to the first switch portion, And an inductor whose one end is connected in series to one end of the first switch part and one end of the second switch part.
  • the protection circuit further includes an output capacitor connected in parallel with the inductor, and the output current can be detected at the output terminal of the output capacitor.
  • control unit may control the switching operation of the first switch and the second switch in correspondence with the output current and the inductor current.
  • control unit controls the first switch to ON-switch if the output current is greater than a predetermined protection current, and controls the second switch to be OFF-switched if the inductor current is greater than a preset inductor- can do.
  • control unit may control the first switch to be OFF-switched after a predetermined time after the second switch is turned OFF.
  • control unit maintains the first switch in an OFF state when the output current is smaller than a predetermined protection current and the inductor current is larger than a predetermined inductor threshold current, and controls the switching of the second switch Thereby performing a current limiting operation.
  • the protection circuit includes a first switch connected in series with the first resistor and the first resistor, a second switch connected in parallel with the first resistor and the first switch, and a second switch connected between the first switch and the first switch, And an inductor connected in series to one end.
  • the control method comprising the steps of: controlling the switching of the first switch and the second switch by adjusting the rate of increase of the inductor current when the output current is greater than a predetermined protection current, And adjusting the switching of the second switch to perform the current limiting operation if the inductor current is larger than the preset inductor critical current.
  • the step of shutting off the output comprises: controlling the first switch to be ON-switched if the output current is greater than the protection current; and when the inductor current is greater than a preset inductor critical current, OFF switching of the power supply voltage.
  • the step of interrupting the output may further include controlling the first switch to be OFF-switched after a predetermined time after the second switch is turned OFF.
  • performing the current limiting operation may be such that if the output current is less than the protection current and the inductor current is greater than the inductor critical current, the first switch remains in the OFF state, And adjusting the switching of the second transistor.
  • the supply of the direct current is stopped by separating from the power distribution line, thereby providing an effect of blocking influence on the other region of the power distribution line.
  • the magnitude of the overcurrent when the magnitude of the overcurrent is less than a predetermined value, power can be supplied to the line while limiting the magnitude of the overcurrent.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a DC distribution environment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a direct current protection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the protection circuit portion shown in Fig.
  • FIG. 4 is a graph showing signal waveforms of the protection circuit portion shown in FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a method for controlling a DC protective device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining an example of the output cut-off control in the DC protective device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a signal waveform diagram for explaining an example of current limiting control in the DC protective device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a DC distribution environment.
  • the DC power distribution environment includes an alternating current (DC) converter 100 connected to a high voltage AC distribution line to receive a distribution AC voltage and to supply DC power, And a DC protective device 21, 22, 31, 32, 33, 34 for performing a protection operation on the DC protective device.
  • DC alternating current
  • the direct current protective device may be located on the direct current distribution line (21, 22) or on the input side of the consumer (31, 32, 33, 34) to perform the protection operation against the consumer.
  • Such a direct current protection device is required to stably shut off an overcurrent which abruptly changes in a direct current environment.
  • the DC protection device mitigates an increase in current due to an overcurrent by using a plurality of current paths having different resistance values connected to an input terminal and an inductor connected thereto, .
  • over current when over current is generated, it is possible to cut off the adverse effect of the DC distribution line caused by the over current.
  • the DC protection device can provide a current limiting function to supply power to the line while limiting the magnitude of the overcurrent when the magnitude of the overcurrent is less than a certain level.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a direct current protection device according to an embodiment of the present invention.
  • the direct current protection device 100 may receive a direct current power provided from an alternating current direct current converter and provide a direct current power to a direct current distribution line or a consumer.
  • the direct current protection device 100 may provide a protection operation against an overcurrent to a direct current power source.
  • the direct current protection device 100 may include a protection circuit 110 and a control unit 120.
  • the protection circuit unit 110 may include a plurality of current paths having different resistance values connected to an input terminal, and an inductor connected thereto.
  • the protection circuit part 110 may include a plurality of switch parts connected in parallel and an inductor connected in series to the plurality of switch parts.
  • the controller 120 may change the electrical connection between the inductor and the plurality of current paths to perform an overcurrent protection operation or a current limiting operation.
  • the controller 120 may change the electrical connection of the inductor according to the magnitude of the output current to adjust the rate of increase of the inductor current, and perform the overcurrent protection operation based on the magnitude of the inductor current and the magnitude of the output current.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the protection circuit portion shown in Fig.
  • the protection circuit portion may receive DC power from an input terminal.
  • an input capacitor C1 may be connected in parallel at the input.
  • the protection circuit includes a first switch and a second switch connected in parallel to a positive terminal of the input terminal. That is, the protection circuit portion includes a first switch portion including a first resistor R1 and a first switch SW1 connected in series to the first resistor, and a second switch SW2 connected in parallel to the first switch portion And a second switch unit.
  • the protection circuit portion includes an inductor L1, and one end of the inductor L1 may be connected in series to one end of the first switch portion and one end of the second switch portion.
  • the second resistor R2 may be further included between the first switch portion and the second switch portion and the inductor.
  • the protection circuit portion may include a diode (D1) whose anode is connected to the ground and whose cathode is connected to the inductor and the connection end between the first switch and the second switch.
  • D1 diode
  • the protection circuit portion may further include an output capacitor C2 connected in parallel with the inductor, according to the embodiment.
  • the control unit 120 can control the operations of the first switch SW1 and the second switch SW2 based on the inductor current I L and the output current I out.
  • the output current Iout can be detected at the output terminal of the output capacitor C2.
  • FIG. 4 is a graph showing signal waveforms of the protection circuit shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a method of controlling a DC protection device according to an embodiment of the present invention.
  • the controller 120 may control the switching of the first switch and the second switch differently, thereby controlling the rate of increase of the inductor current and shutting off the output.
  • the controller 120 can perform the current limiting operation by adjusting the switching of the second switch.
  • the controller 120 senses the inductor current I L and the output current I out (S501).
  • the controller 120 controls the first switch SW1 to be turned on and on (S504). Accordingly, as shown in FIG. 4, it can be seen that the slope of the inductor current I L is lower than the output current I out.
  • the control unit 120 may control the second switch SW2 to switch off (S506).
  • the current flows to the current path by the first switch SW1, thereby preventing the voltage rise of the second switch SW2.
  • control unit 120 may control the first switch SW1 to be OFF-switched after a predetermined time after the second switch SW2 is turned OFF. Accordingly, the output can be completely cut off, as shown in Fig.
  • the controller 120 can control the normal operation (S507).
  • switch SW1 when the output current Iout is smaller than the protection current Iprotection (S503, NO) and the inductor current I L is smaller than the inductor critical current Ilimit (S509, YES) 1 switch SW1 may be kept in the OFF state and the switching of the second switch SW2 may be adjusted to perform the current limiting operation.
  • FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining an example of the output cut-off control in the DC protective device according to the embodiment of the present invention.
  • the first switch SW1 when the output current Iout becomes larger than the protection current Iprotection, the first switch SW1 is controlled to be in the ON state and the inductor current I L is controlled to the inductor threshold current Ilimit, It is possible to control the second switch to the OFF state. As a result, the output current Iout and the inductor current I L are gradually decelerated, and the output of the protective device can be set to the cut-off state by controlling the first switch SW1 to be OFF after a predetermined time.
  • FIG. 7 is a signal waveform diagram for explaining an example of current limiting control in the DC protective device according to an embodiment of the present invention.
  • the PWM control so as to reduce the pulse width for the second switch SW2 so as to gradually decrease the amount of the current supplied to the inductor, have.
  • the output current Iout is smaller than the protection current Iprotection, so that the possibility of breakage of the second switch is low, so that the current follow-up control is performed so as to stably provide the output of the protection device.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 직류 보호 장치는 교류 직류 변환기로부터 제공된 직류 전원을 입력받고 과전류에 대한 보호 동작을 수행하는 직류 보호 장치로서, 병렬 연결된 복수의 스위치부와, 상기 복수의 스위치부에 직렬 연결되는 인덕터를 포함하는 보호 회로부 및 출력 전류의 크기에 따라 상기 인덕터의 전기적인 연결을 변경하여 인덕터 전류의 증가율을 조절하고, 상기 인덕터 전류의 크기 및 상기 출력 전류의 크기를 기초로 과전류 보호 동작을 수행하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

직류 보호 장치 및 그의 제어 방법
본 출원은 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
디지털 부하의 증가와 신재생 에너지원과의 효율성에 따라, 수용가에 직류 전원을 공급하는 직류 배전 환경이 개발되고 있다.
이러한 직류 배전 환경은 배전선로로부터 제공된 교류 전원을 직류로 변환하여 수용가에 제공하는 전력 변환 시스템이 필수적이다. 이러한 전력 변환 시스템은, 고전압의 교류 전원을 입력받고 이를 직류로 변환하는 교류 직류 변환기와, 직류 배전선로에 구비되어 고장전류(과전류)를 차단하는 직류 보호 장치 등이 필요하다.
다만, 종래의 경우, 직류 배전선로에서 과전류가 유발되는 경우, 직류의 특성으로 인하여 짧은 시간 내에 높은 고장 전류가 발생하게 되고 그에 따라 전력 변환 시스템 내의 장치들의 스위치가 파손되는 문제가 있다.
즉, 종래의 경우, 전력 변환 시스템과 수용가 사이에 보호 장치들이 구비되나, 직류의 특성상 보호 차단기가 동작하기 이전에 전력 변환 시스템의 각 장치에 손상이 유발되는 문제가 있다.
또한, 종래의 경우, 하나의 구간에서 발생한 고장에 의하여 다른 구간에 영향을 미치는 문제가 있다. 즉, 어느 하나의 전력 변환 시스템에 의하여 직류 선로에 고장이 발생하는 경우, 다수의 수용가가 연결된 직류 선로가 전체적으로 차단되게되어 모든 직류 선로가 차단되는 문제가 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국 공개특허공보 제2016-0033808호
(특허문헌 2) 한국 공개특허공보 제2017-0093226호
(특허문헌 3) 일본 등록특허공보 제6088332호
(특허문헌 4) 일본 공개특허공보 제2016-224050호
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 배전선로에서 유발되는 과전류에도 스위치 소자의 파손을 방지할 수 있는 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 과전류 발생 시 배전선로와 분리되어 직류 공급을 중단함으로써, 배전선로의 타 구역에 대한 영향을 차단할 수 있는 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 과전류의 크기가 일정 이하인 경우 과전류의 크기를 제한하면서 선로에 전원을 공급할 수 있는 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 기술적 측면은 직류 보호 장치를 제안한다. 상기 직류 보호 장치는 교류 직류 변환기로부터 제공된 직류 전원을 입력받고 과전류에 대한 보호 동작을 수행하는 직류 보호 장치로서, 병렬 연결된 복수의 스위치부와, 상기 복수의 스위치부에 직렬 연결되는 인덕터를 포함하는 보호 회로부 및 출력 전류의 크기에 따라 상기 인덕터의 전기적인 연결을 변경하여 인덕터 전류의 증가율을 조절하고, 상기 인덕터 전류의 크기 및 상기 출력 전류의 크기를 기초로 과전류 보호 동작을 수행하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보호 회로부는, 제1 저항 및 상기 제1 저항에 직렬 연결된 제1 스위치를 포함하는 제1 스위치부, 상기 제1 스위치부에 병렬 연결되는 제2 스위치를 포함하는 제2 스위치부 및 일단이 상기 제1 스위치부의 일단 및 상기 제2 스위치부의 일 단에 직렬 연결되는 인덕터를 포함 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보호 회로부는, 상기 인덕터와 병렬 연결되는 출력 커패시터를 더 포함하고, 상기 출력 전류는 상기 출력 커패시터의 후 단에서 검출될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 출력 전류와 상기 인덕터 전류에 대응하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 출력 전류가 기 설정된 보호 전류보다 커지면 상기 제1 스위치를 ON 스위칭하도록 제어하고, 상기 인덕터 전류가 기 설정된 인덕터 임계 전류보다 커지면 상기 제2 스위치를 OFF 스위칭 하도록 제어 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제2 스위치를 OFF 스위칭 동작시킨 후, 소정 시간이 흐른 뒤에 상기 제1 스위치를 OFF 스위칭 하도록 제어 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 출력 전류가 기 설정된 보호 전류보다 작고 상기 인덕터 전류가 기 설정된 인덕터 임계 전류보다 크면, 상기 제1 스위치는 OFF 상태로 유지하고, 상기 제2 스위치의 스위칭을 조절하여 전류 제한 동작을 수행 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 보호 회로부를 포함하는 직류 보호 장치의 제어 방법을 제안한다. 상기 보호 회로부는, 제1 저항 및 상기 제1 저항에 직렬 연결된 제1 스위치, 상기 제1 저항 및 상기 제1 스위치부에 병렬 연결되는 제2 스위치 및 일단이 제1 스위치의 일단 및 제2 스위치의 일 단에 직렬 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다. 상기 제어 방법은, 상기 출력 전류가 기 설정된 보호 전류보다 커지면 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭을 다르게 조절하여 인덕터 전류의 증가율을 조절하면서 출력을 차단시키는 단계 및 상기 출력 전류가 상기 보호 전류보다 작고 상기 인덕터 전류가 기 설정된 인덕터 임계 전류보다 크면, 상기 제2 스위치의 스위칭을 조절하여 전류 제한 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 출력을 차단시키는 단계는, 상기 출력 전류가 상기 보호 전류보다 커지면 상기 제1 스위치를 ON 스위칭하도록 제어하는 단계 및 상기 인덕터 전류가 기 설정된 인덕터 임계 전류보다 커지면 상기 제2 스위치를 OFF 스위칭 하도록 제어하는 단계를 포함 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 출력을 차단시키는 단계는, 상기 제2 스위치를 OFF 스위칭 동작시킨 후, 소정 시간이 흐른 뒤에 상기 제1 스위치를 OFF 스위칭 하도록 제어하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 제한 동작을 수행하는 단계는, 상기 출력 전류가 상기 보호 전류보다 작고 상기 인덕터 전류가 상기 인덕터 임계 전류보다 크면, 상기 제1 스위치는 OFF 상태로 유지하고, 상기 제2 스위치의 스위칭을 조절하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배전선로에서 유발되는 강한 과전류에도 스위치 소자의 파손을 방지할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 과전류 발생 시 배전선로와 분리되어 직류 공급을 중단함으로써, 배전선로의 타 구역에 대한 영향을 차단할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 과전류의 크기가 일정 이하인 경우 과전류의 크기를 제한하면서 선로에 전원을 공급할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 직류 배전 환경의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치의 일 예를 설명하는 블록 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 보호 회로부의 일 예를 도시하는 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 보호 회로부의 신호 파형을 도시하는 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치의 제어 방법의 일 예를 도시하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치에서의 출력 차단 제어의 일 예를 설명하는 신호 파형도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치에서의 전류 제한 제어의 일 예를 설명하는 신호 파형도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 서로 다른 구성 간의 "연결되다" 등의 용어는, 서로 다른 구성이 직접적으로 연결되는 경우 뿐만 아니라, 두 구성 사이에 다른 구성이 연결되어 간접적으로 연결되는 경우를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. "직렬" 또는 "병렬" 등의 용어도 마찬가지로 이해되어야 한다.
도 1은 직류 배전 환경의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 직류 배전 환경은 고전압의 교류 배전선로에 연결되어, 배전용 교류 전압을 인가받고 직류 전원을 공급하는 교류 직류 변환기(100)와, 교류 직류 변환기(100)의 출력을 입력받고 이에 대한 보호 동작을 수행하는 직류 보호 장치(21, 22, 31, 32, 33, 34)를 포함한다.
직류 보호 장치는 직류 배전 선로에 위치될 수도 있고(21, 22) 또는 수용가의 입력 측에 구비되어(31, 32, 33, 34), 수용가에 대한 보호 동작을 수행할 수도 있다.
이와 같은 직류 보호 장치는, 직류 환경에서 급격히 변하는 과전류를 안정적으로 차단하는 것이 요구된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치는 입력단에 연결되는 서로 다른 저항값을 가지는 복수의 전류 경로와, 그에 연결되는 인덕터를 이용하여 과전류에 의한 전류 증가를 완화함으로써 과전류로 인한 내부 파손을 방지할 수 있다. 또한 과전류 발생 시, 차단 동작을 수행하여 과전류에 의하여 유발 가능한 직류 배전선로의 악영향을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치는, 과전류의 크기가 일정 이하인 경우 과전류의 크기를 제한하면서 선로에 전원을 공급하도록 전류 제한 기능을 제공할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여, 이러한 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치의 일 예를 설명하는 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 직류 보호 장치(100)는 직류 보호 장치는 교류 직류 변환기로부터 제공된 직류 전원을 입력받고 직류 배전선로나 수용가에 직류 전원을 제공할 수 있다. 직류 보호 장치(100)는 직류 전원에 대한 과전류에 대한 보호 동작을 제공할 수 있다.
직류 보호 장치(100)는 보호 회로부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
보호 회로부(110)는 입력단에 연결되는 서로 다른 저항값을 가지는 복수의 전류 경로와, 그에 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다.
예컨대, 보호 회로부(110)는 병렬 연결된 복수의 스위치부와, 상기 복수의 스위치부에 직렬 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다.
제어부(120)는 인덕터와 상기 복수의 전류 경로 간의 전기적인 연결을 변경하여 과전류 보호 동작이나 전류 제한 동작 등을 수행할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 출력 전류의 크기에 따라 인덕터의 전기적인 연결을 변경하여 인덕터 전류의 증가율을 조절하고, 인덕터 전류의 크기 및 출력 전류의 크기를 기초로 과전류 보호 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 보호 회로부의 일 예를 도시하는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 보호 회로부는 입력단으로부터 직류 전원을 공급받을 수 있다. 실시예에 따라, 입력단에 입력 커패시터(C1)가 병렬 연결될 수 있다.
보호 회로부는 입력단의 일 단(positive terminal)에 병렬 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함한다. 즉, 보호 회로부는 제1 저항(R1) 및 제1 저항에 직렬 연결된 제1 스위치(SW1)를 포함하는 제1 스위치부와, 제1 스위치부에 병렬 연결되는 제2 스위치(SW2)를 포함하는 제2 스위치부를 포함할 수 있다.
보호 회로부는 인덕터(L1)을 포함하며, 인덕터(L1)의 일 단은 제1 스위치부의 일단 및 제2 스위치부의 일 단에 직렬 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 도시된 예와 같이, 제1 스위치부 및 제2 스위치부와 인덕터 사이에 제2 저항(R2)이 더 포함될 수 있다.
보호 회로부는 애노드가 접지에 연결되고, 캐소드가 인덕터와 제1 스위치 및 제2 스위치 간의 접속단에 연결되는 다이오드(D1)을 포함할 수 있다.
또한, 보호 회로부는 실시예에 따라, 인덕터와 병렬 연결되는 출력 커패시터(C2)를 더 포함할 수 있다.
제어부(120)는 인덕터 전류(IL)과 출력 전류(Iout)을 기초로 제1 스위치(SW1)및 제2 스위치(SW2)의 동작을 제어할 수 있다. 여기에서, 출력 전류(Iout)는 출력 커패시터(C2)의 후 단에서 검출될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 보호 회로부의 신호 파형을 도시하는 그래프들이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치의 제어 방법의 일 예를 도시하는 순서도이다.
제어부(120)는 출력 전류가 기 설정된 보호 전류보다 커지면 제1 스위치 및 제2 스위치의 스위칭을 다르게 조절하여 인덕터 전류의 증가율을 조절하면서 출력을 차단시킬 수 있다.
또한, 제어부(120)는 출력 전류가 보호 전류보다 작고 인덕터 전류가 인덕터 임계 전류보다 크면, 제2 스위치의 스위칭을 조절하여 전류 제한 동작을 수행할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 제어부의 제어 동작에 대하여 보다 상세히 설명한다.
제어부(120)는 인덕터 전류(IL)과 출력 전류(Iout)을 감지한다(S501).
제어부(120)는 출력 전류(Iout)가 기 설정된 보호 전류(Iprotection) 보다 크면(S503, 예), 제1 스위치(SW1) 스위치를 ON ON 스위칭하도록 제어한다(S504). 이에 따라, 도 4에서 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)는 출력 전류(Iout) 보다 기울기가 낮게 상승함을 알 수 있다.
이후, 제어부(120)는 인덕터 전류(IL)가 기 설정된 인덕터 임계 전류(Ilimit)보다 커지면(S505, 예), 제2 스위치(SW2)를 OFF 스위칭 하도록 제어 할 수 있다(S506). 이에 따라, 전류는 제1 스위치(SW1)에 의한 전류 경로로 흐르게 되어, 제2 스위치(SW2)의 전압 상승을 막아준다.
일 실시예에서, 제어부(120)는 제2 스위치(SW2)를 OFF 스위칭 동작시킨 후, 소정 시간이 흐른 뒤에 제1 스위치(SW1)를 OFF 스위칭 하도록 제어 할 수 있다. 그에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 출력을 완전히 차단할 수 있다.
제어부(120)는 인덕터 전류(IL)가 기 설정된 인덕터 임계 전류(Ilimit) 보다 작은 경우에는, 정상 동작으로 제어할 수 있다(S507).
한편, 제어부(120)는 출력 전류(Iout)가 보호 전류(Iprotection) 보다 작고(S503, 아니오), 인덕터 전류(IL)가 인덕터 임계 전류(Ilimit) 보다 작은 경우에는 (S509, 예), 제1 스위치(SW1)는 OFF 상태로 유지하고, 제2 스위치(SW2)의 스위칭을 조절하여 전류 제한 동작을 수행 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치에서의 출력 차단 제어의 일 예를 설명하는 신호 파형도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 출력 전류(Iout)가 보호 전류(Iprotection)보다 커지게 되면, 제1 스위치(SW1)가 ON 상태로 제어하고, 인덕터 전류(IL)가 인덕터 임계 전류(Ilimit) 보다 크게 되면 제2 스위치를 OFF 상태로 제어할 수 있다. 그에 따라, 출력 전류(Iout) 및 인덕터 전류(IL)는 점차적으로 감속하게 되고, 일정 시간 후에 제1 스위치(SW1)를 OFF로 제어함으로써, 보호 장치의 출력을 차단 상태로 설정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 보호 장치에서의 전류 제한 제어의 일 예를 설명하는 신호 파형도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 출력 전류(Iout)가 보호 전류(Iprotection)보다 작고, 인덕터 전류(IL)가 인덕터 임계 전류(Ilimit)에 이르게 되면, 제2 스위치를 제어하여 출력 전류(Iout)와 인덕터 전류(IL)가 인덕터 임계 전류(Ilimit)를 추종하도록 전류 제한 동작을 수행할 수 있다.
예컨대, 도시된 예와 같이, 제2 스위치(SW2)에 대한 펄스 폭을 감소시키도록 PWM 제어를 수행하여 인덕터에 제공되는 전류의 양을 점진적으로 감소시키도록 제어함으로써, 전류의 크기를 제한할 수 있다. 이는 출력 전류(Iout)가 보호 전류(Iprotection) 보다 작은 경우이므로, 제2 스위치의 파손 가능성이 낮으므로, 전류 추종 제어를 수행하도록 함으로써 보호 장치의 출력을 안정적으로 제공하도록 하기 위함이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 교류 직류 변환기로부터 제공된 직류 전원을 입력받고 과전류에 대한 보호 동작을 수행하는 직류 보호 장치로서,
    병렬 연결된 복수의 스위치부와, 상기 복수의 스위치부에 직렬 연결되는 인덕터를 포함하는 보호 회로부; 및
    출력 전류의 크기에 따라 상기 인덕터의 전기적인 연결을 변경하여 인덕터 전류의 증가율을 조절하고, 상기 인덕터 전류의 크기 및 상기 출력 전류의 크기를 기초로 과전류 보호 동작을 수행하는 제어부;
    를 포함하는 직류 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호 회로부는
    제1 저항 및 상기 제1 저항에 직렬 연결된 제1 스위치를 포함하는 제1 스위치부;
    상기 제1 스위치부에 병렬 연결되는 제2 스위치를 포함하는 제2 스위치부; 및
    일단이 상기 제1 스위치부의 일단 및 상기 제2 스위치부의 일 단에 직렬 연결되는 인덕터;
    를 포함하는 직류 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보호 회로부는
    상기 인덕터와 병렬 연결되는 출력 커패시터;
    를 더 포함하고,
    상기 출력 전류는 상기 출력 커패시터의 후 단에서 검출되는 직류 보호 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 출력 전류와 상기 인덕터 전류에 대응하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 직류 보호 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 출력 전류가 기 설정된 보호 전류보다 커지면 상기 제1 스위치를 ON 스위칭하도록 제어하고, 상기 인덕터 전류가 기 설정된 인덕터 임계 전류보다 커지면 상기 제2 스위치를 OFF 스위칭 하도록 제어하는 직류 보호 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제2 스위치를 OFF 스위칭 동작시킨 후, 소정 시간이 흐른 뒤에 상기 제1 스위치를 OFF 스위칭 하도록 제어하는 직류 보호 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 출력 전류가 기 설정된 보호 전류보다 작고 상기 인덕터 전류가 기 설정된 인덕터 임계 전류보다 크면, 상기 제1 스위치는 OFF 상태로 유지하고, 상기 제2 스위치의 스위칭을 조절하여 전류 제한 동작을 수행하는 직류 보호 장치.
  8. 보호 회로부를 포함하는 직류 보호 장치의 제어 방법으로서,
    상기 보호 회로부는
    제1 저항 및 상기 제1 저항에 직렬 연결된 제1 스위치;
    상기 제1 저항 및 상기 제1 스위치에 병렬 연결되는 제2 스위치; 및
    일단이 제1 스위치의 일단 및 제2 스위치의 일 단에 직렬 연결되는 인덕터;를 포함하고,
    출력 전류가 기 설정된 보호 전류보다 커지면 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭을 다르게 조절하여 인덕터 전류의 증가율을 조절하면서 출력을 차단시키는 단계; 및
    상기 출력 전류가 상기 보호 전류보다 작고 상기 인덕터 전류가 기 설정된 인덕터 임계 전류보다 크면, 상기 제2 스위치의 스위칭을 조절하여 전류 제한 동작을 수행하는 단계;
    를 포함하는 직류 보호 장치의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 출력을 차단시키는 단계는
    상기 출력 전류가 상기 보호 전류보다 커지면 상기 제1 스위치를 ON 스위칭하도록 제어하는 단계; 및
    상기 인덕터 전류가 기 설정된 인덕터 임계 전류보다 커지면 상기 제2 스위치를 OFF 스위칭 하도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 직류 보호 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 출력을 차단시키는 단계는
    상기 제2 스위치를 OFF 스위칭 동작시킨 후, 소정 시간이 흐른 뒤에 상기 제1 스위치를 OFF 스위칭 하도록 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 직류 보호 장치의 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 전류 제한 동작을 수행하는 단계는
    상기 출력 전류가 상기 보호 전류보다 작고 상기 인덕터 전류가 상기 인덕터 임계 전류보다 크면, 상기 제1 스위치는 OFF 상태로 유지하고, 상기 제2 스위치의 스위칭을 조절하는 단계;
    를 포함하는 직류 보호 장치의 제어 방법.
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