WO2023200054A1 - 능동형 전압 보상 장치 - Google Patents

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WO2023200054A1
WO2023200054A1 PCT/KR2022/015691 KR2022015691W WO2023200054A1 WO 2023200054 A1 WO2023200054 A1 WO 2023200054A1 KR 2022015691 W KR2022015691 W KR 2022015691W WO 2023200054 A1 WO2023200054 A1 WO 2023200054A1
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WO
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unit
voltage
integrated circuit
amplifier
amplification
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PCT/KR2022/015691
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김진국
정상영
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이엠코어텍 주식회사
울산과학기술원
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an active voltage compensation device that actively compensates for a noise voltage input in common mode on two or more high current paths connected to a power system.
  • noise may be emitted through power lines due to the switching operation of power conversion devices within electronic devices. If this noise is left unattended, it is not only harmful to the human body but also causes malfunctions or failures in surrounding parts and other electronic devices. In this way, the electromagnetic interference that electronic devices cause to other devices is called EMI (Electromagnetic Interference), and among them, noise transmitted through wires and board wiring is called conducted emission (CE) noise.
  • EMI Electromagnetic Interference
  • EMI filters noise reduction devices
  • white appliances such as air conditioners, electric vehicles, aviation, and energy storage systems (ESS)
  • EMI filters are essential.
  • Conventional EMI filters use a common mode choke (CM choke) to reduce common mode (CM) noise among conducted emission (CE) noise.
  • CM choke common mode choke
  • CE conducted emission
  • CM choke is a passive filter and serves to 'suppress' common mode noise.
  • the size or number of common mode chokes must be increased. Therefore, in high-power products, the problem arises that the size and price of the passive EMI filter greatly increase.
  • An active EMI filter can remove EMI noise by detecting EMI noise and generating a signal that cancels out the noise through an active circuit.
  • the active EMI filter includes an active circuit that can generate an amplified signal according to the detected noise signal.
  • the present invention is intended to improve the above problems, and its purpose is to provide an active voltage compensation device that reduces common mode noise by actively compensating for noise voltage occurring in common mode on a high current path.
  • the present invention is intended to improve the above problems, and provides an active voltage compensation device including an integrated circuit portion and a non-integrated circuit portion, and an active EMI filter using a customized integrated circuit (IC) that can be used in various power systems.
  • the integrated circuit unit is a chip containing essential components of an active voltage compensation device, and the non-integrated circuit unit may be configured to implement an active EMI filter of various designs.
  • the voltage compensation device includes an active element
  • the active element may break down or malfunction when a high-voltage disturbance such as lightning occurs.
  • the present invention is intended to improve the above problems and aims to provide an active voltage compensation device that can be protected from disturbances such as lightning when mounted on an electric device.
  • the active circuitry must be supplied with power to operate.
  • the output of a switching mode power supply can be used as a power source for the active circuit.
  • the active circuit may require a specific voltage (e.g. 12V), but depending on the system, the SMPS may not output a specific voltage to drive the active circuit, and in this case, the operation of the active circuit becomes unstable.
  • the present invention is intended to improve the above problems, and aims to provide an active voltage compensation device including an internal power conversion unit.
  • the conventional voltage compensation device is bulky overall and has a structure in which the elements are exposed to the external environment, the elements can easily be deteriorated from external shock or environmental influences when used in a system placed in the external environment, which can lead to the filter It can also have a significant impact on the characteristics of .
  • the present invention is intended to improve the above problems, and its purpose is to provide a voltage compensation device that can easily check whether the device is operating normally without disassembling the voltage compensation device even when independent from the external environment.
  • Another object of the present invention is to provide an active voltage compensation device in which an active circuit part and a malfunction detection circuit are integrated into a single integrated circuit (IC) chip.
  • One embodiment of the present invention is an active voltage compensation device that actively compensates for noise occurring in a common mode in each of at least two large current paths, by sensing the common mode noise current on the large current path and generating an output corresponding to the noise current.
  • a sensing unit that generates a signal
  • an amplification unit that amplifies the output signal of the sensing unit to generate an amplified signal
  • an amplified signal feedback unit that transmits a feedback signal corresponding to the amplified signal of the amplification unit back to the amplification unit, and a corresponding amplified signal.
  • an active voltage compensation device including a compensation unit that generates a compensation voltage on the large current path based on the output voltage.
  • the active voltage compensation device can provide a voltage compensation device that does not significantly increase in price, area, volume, or weight even in a high-power system.
  • the active voltage compensation device can be reduced in price, area, volume, and weight compared to a passive compensation device including a CM choke.
  • the active voltage compensation device can provide an active voltage compensation device that is not parasitic on the CM choke and can operate independently.
  • the active voltage compensation device can perform a voltage compensation function regardless of the load of the surrounding situation on the side where EMI noise is emitted.
  • the active voltage compensation device includes an integrated circuit unit, so it can be universally applied to active voltage compensation devices of various designs, and is smaller in size than when it includes a discrete semiconductor device. can be minimized.
  • the active voltage compensation device can be used in various power electronic products regardless of rated power, and can therefore be expanded to high power and high noise systems.
  • the active voltage compensation device according to various embodiments of the present invention can be easily mass-produced and can be commercialized with versatility as an independent module.
  • the active voltage compensation device has an active circuit stage that is electrically insulated from the power line, thereby stably protecting elements included in the active circuit stage.
  • the active voltage compensation device can be protected from external overvoltage such as lightning, and thus can operate stably regardless of the characteristics of the surrounding electrical system.
  • the active voltage compensation device can be applied to any variety of systems by having an internal power conversion unit.
  • the active voltage compensation device internalizes the integrated circuit unit and the power conversion unit into one integrated circuit (IC) chip, so that the IC chip can be commercialized with versatility as an independent component, and the IC A voltage compensation device including a chip can be manufactured and commercialized as an independent module.
  • the integrated circuit included in such a voltage compensation device can operate stably regardless of the characteristics of the surrounding electrical system.
  • the active voltage compensation device can provide a miniaturized/modularized active voltage compensation device, and in particular, a voltage compensation device that can easily check whether the device is operating normally without disassembling the voltage compensation device. can be provided.
  • the active voltage compensation device may provide a single integrated circuit (IC) chip in which both the integrated circuit unit and the malfunction detection unit are internalized.
  • IC integrated circuit
  • the IC chip can be commercialized with versatility as an independent component, and the voltage compensation device including the IC chip can be manufactured and commercialized as an independent module. .
  • This voltage compensation device can detect device malfunctions as an independent module regardless of the characteristics of the surrounding electrical system.
  • Figure 1 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a specific example of the active voltage compensation device shown in FIG. 1 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 2 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 3 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 3 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a specific example of the amplification unit shown in FIG. 1 and shows an example of the functional configuration of the amplification unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows a specific example of an active voltage compensation device including the amplification unit shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 shows a specific example of the first integrated circuit unit of the first amplifier shown in FIG. 9.
  • Figure 11 schematically shows the configuration of an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 12 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a specific example of the active voltage compensation device shown in FIG. 12 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 14 schematically shows the configuration of an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 15 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 shows an example of the functional configuration of the amplification unit and power management unit of the active voltage compensation device shown in FIG. 15.
  • FIG. 17 is a specific example of the active voltage compensation device shown in FIG. 15 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 18 schematically shows a power management unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 19 shows a more specific example of the power conversion unit shown in Figure 18.
  • Figure 20 schematically shows the configuration of an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 21 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a specific example of the active voltage compensation device shown in FIG. 21 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 23 shows an example of the functional configuration of an amplifier and a malfunction detection unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 22 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 shows a specific example of the first integrated circuit unit and the first malfunction detection unit of the first amplifier shown in FIG. 24.
  • FIG. 26 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 22 and schematically shows an active voltage compensation device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 27 shows the functional configuration of a malfunction detection unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 28 is a schematic diagram of a logic circuit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 29 is a circuit diagram of a second integrated circuit unit and a malfunction detection unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 30 schematically shows the configuration of an active voltage compensation device according to another embodiment of the present invention.
  • One embodiment of the present invention is an active voltage compensation device that actively compensates for noise occurring in a common mode in each of at least two large current paths, by sensing the common mode noise current on the large current path and generating an output corresponding to the noise current.
  • a sensing unit that generates a signal
  • an amplification unit that amplifies the output signal of the sensing unit to generate an amplified signal
  • an amplified signal feedback unit that transmits a feedback signal corresponding to the amplified signal of the amplification unit back to the amplification unit, and a corresponding amplified signal.
  • an active voltage compensation device including a compensation unit that generates a compensation voltage on the large current path based on the output voltage.
  • the amplifier unit includes a first amplifier unit and a second amplifier unit, the first amplifier unit amplifies the output signal of the sensing unit to generate the output voltage, and the second amplifier unit generates the output voltage. It is connected to the first amplifier and can generate the output current required for noise compensation.
  • the sensing unit may be a CM choke on which the two or more high current paths are wound, and a wire for generating the input voltage of the amplifying unit is wound over the CM choke.
  • the compensating unit may be formed so that a wire outputting the output signal of the amplifying unit passes through a core, and the high current path passes through the core or is wound one or more times.
  • the at least two high current paths transmit the large current supplied by the second device to the first device
  • the amplifier includes a non-integrated circuit portion and a single-chip integrated circuit portion.
  • the non-integrated circuit part may be designed according to the power system of at least one of the first device and the second device, and the single-chip integrated circuit part may be independent of the rated power specifications of the first device and the second device. there is.
  • the non-integrated circuit unit may be designed according to the rated power of the first device.
  • the single chip integrated circuit unit can be used for the first device in various power systems.
  • the integrated circuit unit of the one-chip includes a first integrated circuit unit and a second integrated circuit unit
  • the second integrated circuit unit includes a first transistor, a second transistor, and one or more May contain resistance
  • the first integrated circuit unit may include one or more transistors.
  • the sensing unit includes a sensing transformer
  • the compensation unit includes a compensation transformer
  • the configuration of the single chip integrated circuit unit includes a turns ratio of the sensing transformer and the compensation transformer and a target voltage of the amplifier. It may be unrelated to the benefit.
  • the present invention further includes a disturbance protection unit connected to the amplifier, wherein the disturbance protection unit includes a first disturbance protection unit connected in parallel to the output terminal of the sensing unit where the output signal is generated, and the compensation unit. It may include a second disturbance protection unit connected in parallel to the input terminal and a third disturbance protection unit connected to the output terminal of the amplified signal feedback unit.
  • the first disturbance protection unit, the second disturbance protection unit, and the third disturbance protection unit are connected to the output terminal of the sensing unit, the input terminal of the compensation unit, and the output terminal of the amplified signal feedback unit, at a voltage less than a predetermined threshold voltage. It has a first impedance when a voltage of You can have
  • the first disturbance protection unit, the second disturbance protection unit, and the third disturbance protection unit include a TVS (Transient Voltage Suppression) diode device, and the junction capacitance of the TVS diode device is several hundreds. It may be pF or less.
  • TVS Transient Voltage Suppression
  • the sensing unit includes a sensing transformer including a primary side disposed on the high current path and a secondary side for outputting the output signal to the amplification unit, and the first disturbance protection unit
  • the voltage above the threshold voltage induced by the primary side in the secondary side based on the voltage applied to the at least two large current paths may be limited to a voltage below the threshold voltage and transmitted to the amplification unit.
  • the compensation unit includes a primary side connected to the output terminal of the amplifier; and a secondary side connected to the at least two or more large current paths, wherein the second disturbance protection unit is configured to connect the secondary side to the primary side based on the voltage applied to the at least two or more large current paths.
  • the voltage above the threshold voltage induced can be limited to a voltage below the threshold voltage and transmitted to the amplification unit.
  • the power management unit may further include a power management unit that receives a first voltage from a power supply device and converts it into a second voltage of a specified size.
  • the amplification unit is driven with a second voltage
  • the active elements included in the amplification unit and the active elements included in the power management unit may be internalized in one integrated circuit (IC) chip. there is.
  • the power management unit is a power conversion unit that generates a switching signal for outputting a second voltage of a certain size from a first voltage of an arbitrary size, and the voltage signal output from the power conversion unit is converted back to It may include a power management feedback unit that allows the power management unit to output a second voltage of a certain magnitude by transmitting it to the power conversion unit, and a filter unit that passes only the direct current component of the voltage signal.
  • the power conversion unit is internalized in the integrated circuit (IC) chip, and at least a portion of the power management feedback unit and the filter unit are individual commercial devices disposed outside the integrated circuit (IC) chip. It can be.
  • the power conversion unit may include a regulator that generates a DC low voltage for driving the internal circuit of the power conversion unit.
  • the power conversion unit includes a pulse width modulation circuit that generates the switching signal using the DC low voltage provided from the regulator, a first switch and a second switch that is selectively turned on according to the switching signal. May include switches.
  • the at least two high current paths transmit the high current supplied by the second device to the first device
  • the power supply may be a power supply device of the first device or the second device. You can.
  • the device may further include a malfunction detection unit that generates a signal corresponding to the operating state of at least one of the large current path, the sensing unit, the amplifying unit, and the compensating unit.
  • the amplifier is connected to a first amplifier that amplifies the output signal of the sensing unit to generate the output voltage and a second amplifier that generates an output current necessary for noise compensation. It includes two amplification units, wherein the malfunction detection unit includes a first malfunction detection unit that generates a signal corresponding to the operating state of the first amplification unit and a second malfunction detection unit that generates a signal corresponding to the operating state of the second amplification unit. can do.
  • the malfunction detection unit determines the operating state of the amplifier based on signals generated from each of the first malfunction detection unit and the second malfunction detection unit to generate a malfunction detection signal. It can include more wealth.
  • the first malfunction detection unit generates a signal corresponding to the operating state of the first amplifier based on the voltage of at least one node within the first amplifier
  • the second malfunction detection unit may generate a signal corresponding to the operating state of the second amplifier based on the voltage of at least one node within the second amplifier.
  • the first malfunction detection unit detects the differential DC voltage at the two nodes included in the first amplifier, and detects whether the differential DC voltage is within a predetermined range
  • the second malfunction detection unit may detect the differential DC voltage at the two nodes included in the second amplifier unit and detect whether the differential DC voltage is within a predetermined range.
  • the first malfunction detection unit and the second malfunction detection unit may display a malfunction detection signal output unit that outputs a signal corresponding to the operating state and a signal corresponding to the operating state, respectively. there is.
  • At least a portion of the amplifier and the malfunction detection unit may be internalized in one integrated circuit (IC) chip.
  • IC integrated circuit
  • the integrated circuit (IC) chip has a terminal connected to a power supply that supplies power to the amplification unit and the malfunction detection unit, and is connected to a reference potential of the amplification unit and the malfunction detection unit. It may include a terminal for detection and an output terminal of the malfunction detection unit.
  • the integrated circuit (IC) chip may include a terminal connected to a switch for selectively supplying power to the malfunction detection unit.
  • FIG 1 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100 compensates for the voltage V n (e.g., EMI noise voltage) generated in common mode (CM) from the first device 300 through two or more high current paths (e.g., 111, 112). You can actively compensate.
  • V n e.g., EMI noise voltage
  • CM common mode
  • the active voltage compensation device 100 may include a sensing unit 120, an amplifying unit 130, an amplified signal feedback unit 150, and a compensating unit 160.
  • the first device 300 may be various types of power systems that use power supplied by the second device 200.
  • the first device 300 may be a load driven using power supplied by the second device 200.
  • the first device 300 stores energy using power supplied by the second device 200, and may be a load (eg, an electric vehicle) driven using the stored energy.
  • a load eg, an electric vehicle
  • the second device 200 may be a system of various types for supplying power to the first device 300 in the form of current and/or voltage.
  • the second device 200 may be a device that produces and supplies power, or it may be a device that supplies power produced by another device (for example, an electric vehicle charging device).
  • the second device 200 may be a device that supplies stored energy. However, it is not limited to this.
  • a power conversion device may be located on the first device 300 side.
  • first currents I11 and I12 may be generated on the high current paths 111 and 112 by the switching operation of the power conversion device.
  • the noise current leaked from the first device 300 flows into the large current paths 111 and 112 through the second device 200 via the ground, so that the first currents I11 and I12 It can happen.
  • the first currents I11 and I12 occurring in the same direction on the large current paths 111 and 112 may be referred to as common mode noise currents.
  • the common mode noise voltage V n may be a voltage generated between the ground (e.g., reference potential 1) and the large current paths 111 and 112, rather than a voltage generated between the large current paths 111 and 112.
  • the first device 300 side can correspond to the noise source
  • the second device 200 side can correspond to the noise receiver
  • the two or more large current paths 111 and 112 may be paths for transmitting the power supplied by the second device 200, that is, the second currents I21 and I22, to the first device 300, for example, they may be power lines. there is.
  • each of the two or more high current paths 111 and 112 may be a live line and a neutral line. At least a portion of the large current paths 111 and 112 may pass through the active voltage compensation device 100.
  • the second currents I21 and I22 may be alternating currents having a frequency in the second frequency band.
  • the second frequency band may be, for example, a 50Hz to 60Hz band.
  • the two or more large current paths 111 and 112 may be paths through which noise generated in the first device 300, that is, the first currents I11 and I12, is transmitted to the second device 200. Alternatively, it may be a path in which noise voltage V n is generated with respect to the ground (e.g., reference potential 1).
  • the noise voltage V n or the first currents I11 and I12 may be input in common mode to each of the two or more large current paths 111 and 112.
  • the first currents I11 and I12 may be currents unintentionally generated in the first device 300 due to various causes.
  • the first currents I11 and I12 may be noise currents generated by virtual capacitance between the first device 300 and the surrounding environment.
  • the first currents I11 and I12 may be noise currents generated by a switching operation of the power conversion device of the first device 300.
  • the noise voltage V n and the first currents I11 and I12 may have a frequency in the first frequency band.
  • the first frequency band may be a higher frequency band than the above-described second frequency band.
  • the first frequency band may be, for example, a band ranging from 150 kHz to 30 MHz.
  • the two or more large current paths 111 and 112 may include two paths as shown in FIG. 1, three paths (e.g., a three-phase, three-wire power system), or four paths (e.g., a three-phase, four-wire power system). line power system).
  • the number of high current paths 111 and 112 may vary depending on the type and/or type of power source used by the first device 300 and/or the second device 200.
  • the sensing unit 120 may detect the first currents I11 and I12 on the two or more large current paths 111 and 112 and generate output signals corresponding to the first currents I11 and I12.
  • the sensing unit 120 may mean a means for detecting the first currents I11 and I12 on the large current paths 111 and 112. At least a portion of the large current paths 111 and 112 may pass through the sensing unit 120 for sensing the first currents I11 and I12, but a portion within the sensing unit 120 where an output signal by sensing is generated. may be insulated from the large current paths 111 and 112.
  • the sensing unit 120 may be implemented as a sensing transformer.
  • the sensing unit 120 may be a CM choke on which power lines corresponding to the high current paths 111 and 112 are wound, and the wire on the amplifying unit 130 is wound over the CM choke.
  • the sensing transformer may sense the first currents I11 and I12 on the large current paths 111 and 112 while being insulated from the large current paths 111 and 112.
  • the sensing unit 120 is not limited to a sensing transformer.
  • the sensing unit 120 may be differentially connected to the input terminal of the amplifying unit 130.
  • the amplification unit 130 is electrically connected to the sensing unit 120 and can amplify the output signal output by the sensing unit 120 and generate an amplified output signal.
  • 'amplification' by the amplification unit 130 may mean adjusting the size and/or phase of the amplification target.
  • the amplification unit 130 may be implemented by various means and may include active elements.
  • the amplification unit 130 may include OP-AMP.
  • the amplifier 130 may include a plurality of passive elements such as resistors and capacitors in addition to the OP-AMP.
  • the amplifier 130 may include a Bipolar Junction Transistor (BJT).
  • BJT Bipolar Junction Transistor
  • the amplifier 130 may include a plurality of passive elements such as resistors and capacitors in addition to the BJT.
  • passive elements such as resistors and capacitors
  • the means for 'amplification' described in the present invention can be used without limitation as the amplification unit 130 of the present invention.
  • the second reference potential of the amplification unit 130 and the first reference potential of the active voltage compensation device 100 may be distinguished from each other.
  • the second reference potential of the amplification unit 130 and the first reference potential of the active voltage compensation device 100 can be distinguished from each other. there is.
  • the present invention is not limited to this.
  • the amplification unit 130 is not insulated from the high current paths 111 and 112
  • the reference potential of the amplification unit 130 and the reference potential of the active voltage compensation device 100 may not be distinguished.
  • the amplifier 130 may receive power from a third device 400 that is separate from the first device 300 and/or the second device 200.
  • the amplifying unit 130 may receive power from the third device 400 and amplify the output signal output from the sensing unit 120 to generate an amplified voltage.
  • the third device 400 may be a device that receives power from a power source unrelated to the first device 300 and the second device 200 and generates input power to the amplifier 130.
  • the third device 400 may be a device that receives power from any one of the first device 300 and the second device 200 to generate input power for the amplifier 130.
  • the output signal (eg, current or voltage) amplified by the amplifying unit 130 may be input to the compensating unit 160.
  • the output signal amplified by the amplification unit 130 may be converted into a feedback signal by the amplification signal feedback unit 150 and input back to the input terminal of the amplification unit 130.
  • One end of the amplified signal feedback unit 150 may be connected to the output terminal of the amplifying unit 130, and the other end may be connected to the input terminal of the amplifying unit 130.
  • the amplified signal feedback unit 150 is electrically connected to the output terminal of the amplifying unit 130 and the input terminal of the amplifying unit 130, generates a feedback signal corresponding to the amplified signal generated by the amplifying unit 130, and generates a feedback signal corresponding to the amplified signal generated by the amplifying unit 130.
  • a feedback signal can be input to the input terminal of the amplifier 130.
  • the amplified signal feedback unit 150 may be implemented by various means.
  • the amplified signal feedback unit 150 may include a plurality of passive elements such as a resistor and a capacitor.
  • the compensation unit 160 may generate a compensation voltage in series on the high current paths 111 and 112 based on the amplified voltage output by the amplification unit 130.
  • the output side of the compensator 160 may generate a compensation voltage in series to the high current paths 111 and 112, but may be isolated from the amplification unit 130.
  • the compensation unit 160 may be made of a compensation transformer for the insulation.
  • the output signal (e.g., output voltage) of the amplifier 130 may be applied to the primary side of the compensation transformer, and a compensation voltage based on the output signal may be generated on the secondary side of the compensation transformer.
  • the compensation voltage may have the effect of suppressing the first currents I11 and I12 existing on the large current paths 111 and 112.
  • the compensator 160 may be a feedforward type that compensates for noise input from the first device 300 at the front end, which is the power source. That is, in the active voltage compensation device 100, the sensing unit 120 may be placed on the side of the first device 300, which is the noise source, and the compensating unit 160 may be placed on the second device 200, which is the power source. .
  • the active voltage compensation device 100 may include a feedback type compensation unit that compensates for noise by returning to a later stage. In this case, in the active voltage compensation device 100, the sensing unit 120 may be placed on the second device 200 side, and the compensation unit 160 may be placed on the first device 300 side.
  • FIG. 2 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 1 and schematically shows an active voltage compensation device 100A according to an embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100A can actively compensate for the noise voltage V n input in common mode to each of the two high current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • the active voltage compensation device 100A may include a sensing unit 120, an amplification unit 130A, an amplified signal feedback unit 150, and a compensation unit 160, and the amplification unit 130A may include a first amplification unit 131A and a second amplification unit 132A.
  • the amplification unit 130A has the first amplification unit 131A and the second amplification unit 132A. There is a difference in what it includes. Below, the active voltage compensation device (100A) will be described focusing on the differences described above. Large current paths 111 and 112, sensing unit 120, amplified signal feedback unit 150, compensation unit 160, reference potential 1, and reference potential 2 shown in relation to the active voltage compensation device 100A of FIG. 2. The description corresponds to the description in FIG. 1.
  • the sensing unit 120 may sense the first currents I11 and I12 on the large current paths 111 and 112 and generate an output signal toward the first amplifier 131A.
  • the output signal may correspond to the voltage between nodes a and b.
  • Nodes a and b may be differentially connected to the input terminal of the first amplifier 131A. Accordingly, the voltage between nodes a and b may be input as the input voltage of the first amplification unit 131A.
  • the first amplifier 131A may amplify the input voltage and output an output signal (eg, an amplified voltage).
  • the first amplifier 131A may include OP-AMP.
  • the first amplifier 131A may include a plurality of passive elements such as a resistor and a capacitor in addition to the OP-AMP.
  • the amplified voltage V 1 which is the output signal of the first amplification unit 131A, becomes the input signal of the compensator 160, and the compensator 160 is connected in series on the high current paths 111 and 112 based on the V 1 A compensation voltage can be generated.
  • the second amplification unit 132A may be electrically connected to the first amplification unit 131A to amplify the input signal of the second amplification unit 132A to output an output signal (eg, amplification current).
  • the second amplifier 132A may include at least one bipolar junction transistor (BJT).
  • the amplification unit 130A may include a plurality of passive elements such as resistors and capacitors in addition to BJTs.
  • the amplified current I 1 which is the output signal of the second amplifying unit 132A, is input to the compensating unit 160 and may serve to supply the current required for noise voltage compensation of the active voltage compensation device 100.
  • the second amplification unit 132A may generate the amplification current I 1 without substantially changing the amplification voltage V 1 which is the output signal of the first amplification unit 131A.
  • the active voltage compensation device 100 can be operated more stably by allowing the first amplifier 131A and the second amplifier 132A to perform the voltage amplification and current amplification required for noise voltage compensation, respectively.
  • the first amplification unit 131A and the second amplification unit 132A are expressed separately in terms of function, but according to one embodiment, the first amplification unit 131A and the second amplification unit 132A can be implemented with one IC. do.
  • FIG. 3 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 2 and schematically shows an active voltage compensation device 100B according to an embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100B can actively compensate for the noise voltage V n input in common mode to each of the two large current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • the active voltage compensation device 100B may include a sensing transformer 120B, an amplification unit 130B, an amplified signal feedback unit 150B, and a compensation transformer 160B, and the amplification unit 130B may include a first amplification unit 131B and a second amplification unit 132B.
  • the above-described sensing unit 120 may include a sensing transformer 120B.
  • the sensing transformer (120B) is insulated from the large current path (111, 112) and is induced at both ends of the sensing transformer (120B) due to the first current (I12, I12) or first current (I11, I12) on the large current path.
  • the applied voltage can be sensed.
  • the sensing transformer (120B) may include a primary side (121B) disposed on the high current path (111, 112) and a secondary side (122B) differentially connected to the input terminal of the first amplifier (131B). there is.
  • the sensing transformer 120B is a secondary side based on the magnetic flux density induced by the first currents I11 and I12 in the primary side 121B (e.g., primary winding) disposed on the large current paths 111 and 112.
  • An induced current or induced voltage may be generated on side 122B (e.g., secondary winding).
  • the primary side 121B of the sensing transformer 120B may be, for example, a winding in which the first high current path 111 and the second high current path 112 are each wound around one core.
  • the present invention is not limited to this, and the primary side 121B of the sensing transformer 120B may have a first high current path 111 and a second high current path 112 passing through the core.
  • the sensing transformer (120B) may have a secondary side (122B) wire wrapped around the CM choke around which the first large current path 111 and the second large current path 112 are wound. there is.
  • the sensing transformer 120B not only performs the functions of sensing and transforming, but also can function as a passive filter as the CM choke. That is, when the sensing transformer (120B) is formed by wrapping the secondary side (122B) wire around the CM choke, the sensing transformer (120B) senses and transforms the first currents (I11 and I12) and generates the first current. It can simultaneously play a role in suppressing or blocking (I11, I12).
  • the common mode noise voltage can be effectively reduced even in a high-power system without increasing the size or number of CM chokes.
  • the sensing transformer 120B is configured to measure the magnetic flux density induced by the first current I11 on the first large current path 111 (e.g., live line) and the magnetic flux density on the second large current path 112 (e.g., neutral line).
  • the magnetic flux densities induced by the first current I12 may be configured to overlap (or reinforce) each other.
  • large currents (I21, I22) also flow on the large current paths (111, 112), and the magnetic flux density induced by the large current (I21) on the first large current path (111) and the large current (I22) on the second large current path (112)
  • the magnetic flux densities induced by can be configured to cancel each other out.
  • the sensing transformer 120B may have the magnitude of the magnetic flux density induced by the first currents I11 and I12 in the first frequency band (for example, a band ranging from 150 kHz to 30 MHz) at the second frequency. It may be configured to be larger than the size of the magnetic flux density induced by the large currents (I21, I22) in the band (for example, a band ranging from 50 Hz to 60 Hz).
  • the sensing transformer 120B is configured so that the magnetic flux densities induced by the large currents I21 and I22 cancel each other, so that only the first currents I11 and I12 corresponding to the common mode noise current can be sensed.
  • the voltage induced in the secondary side 122B of the sensing transformer 120B may be a voltage converted at a certain ratio from the voltage induced in the primary side 121B according to the first currents I11 and I12.
  • the turns ratio of the primary side 121B and the secondary side 122B is 1:N sen
  • the self-inductance of the primary side 121B of the sensing transformer 120B is L.
  • the secondary side 122B may have a self-inductance of N sen 2 ⁇ L sen .
  • the primary side 121B and the secondary side 122B of the sensing transformer 120B may be coupled with a coupling coefficient of k sen .
  • V choke due to the first currents (I11, I12)
  • V sen induced on the secondary side (122B) is N sen times V choke .
  • the secondary side of the sensing transformer 120B may be connected to the input terminal of the first amplifier 131B.
  • the secondary side 122B of the sensing transformer 120B may be differentially connected to the input terminal of the first amplifier 131B to provide an induced voltage to the first amplifier 131B.
  • the first amplifier 131B may be an example of the first amplifier 131 described above.
  • the first amplifier 131B may amplify the voltage V sen detected by the sensing transformer 120B and induced in the secondary side 122B.
  • the first amplifier 131B may amplify the magnitude of the induced voltage V sen at a certain rate and/or adjust the phase.
  • the output voltage V 1 of the first amplification unit (131B) becomes G 1 ⁇ V sen , that is, V 1 is G 1 ⁇ N sen ⁇ V choke It can have a value of .
  • the output voltage V 1 of the first amplification unit 131B may represent the potential with respect to the reference potential 2 of the first amplification unit 131B.
  • the output voltage V 1 of the first amplifier 131B becomes the input voltage of the compensation transformer 160B. That is, the output voltage V 1 of the first amplification unit 131B becomes the primary side (161B) voltage of the compensation transformer 160B, and the compensation transformer 160B generates a large current on the secondary side (162B) based on V 1
  • a compensation voltage V inj can be generated in series on the paths 111 and 112.
  • the second amplifier 132B may be an example of the second amplifier 132 described above.
  • the second amplifier 132B may amplify the output current of the first amplifier 131B.
  • the second amplifier 132B may amplify the magnitude of the output current at a certain rate and/or adjust the phase.
  • the output current of the second amplifier 132B becomes the input current of the compensation transformer 160B. That is, the output current of the second amplifier 132B becomes the primary side current 161B of the compensation transformer 160B, and the second amplifier 132B is used to sufficiently supply the input current of the compensation transformer 160B. It may be a means of amplifying current. Meanwhile, the output voltage of the second amplification unit 132B may have a value equal to or similar to the output voltage V 1 of the first amplification unit 131B. The output terminal of the second amplifier 132B is connected to the primary side 161B of the compensation transformer 160B, and the output voltage of the second amplifier 132B becomes the input voltage of the compensation transformer 160A.
  • the amplified signal feedback unit 150B may be an example of the amplified signal feedback unit 150 described above.
  • the amplified signal feedback unit 150B is connected between the output terminal of the second amplification unit 132B and the input terminal of the first amplification unit 131B, and is connected to the output signal (e.g., output voltage or output current) of the second amplification unit 132B. ) can be generated and transmitted to the input terminal of the first amplifier (131B).
  • the amplification signal feedback unit 150B may be a means for transmitting a feedback signal to the first amplification unit 131B to achieve optimal noise voltage compensation according to the final output voltage or final output current of the amplification units 131B and 132B. there is.
  • the compensation transformer 160B may be an example of the compensation unit 160 described above.
  • the compensation transformer 160B may be a means for insulating the amplification units 131B and 132B including active elements from the high current paths 111 and 112. That is, the compensation transformer 160B is insulated from the large current paths 111 and 112 and induces a compensation voltage V inj to the large current paths 111 and 112 based on the output voltage V 1 of the amplification units 131B and 132B. , It may be a means for voltage compensation.
  • the compensation transformer 160B may include a primary side 161B differentially connected to the output terminal of the second amplifier 132B and a secondary side 162B connected to the high current paths 111 and 112. there is.
  • the compensation transformer 160B may, for example, have a structure in which the primary side (161B) wire and the secondary side (162B) wire pass through one core or are wound at least once.
  • the primary side (161B) wire is a wire through which the output signal of the second amplification unit (132B) flows, and the secondary side (162B) wire may correspond to the high current path (111, 112).
  • the compensation transformer 160B may induce a compensation voltage V inj on the high current paths 111 and 112 on the secondary side 162B based on the amplified voltage V 1 generated on the primary side 161B.
  • the secondary side ( 162B) may have a self-inductance of N inj 2 ⁇ L inj .
  • the primary side 161B and the secondary side 162B of the compensation transformer 160B may be coupled with a coupling coefficient of k inj .
  • the voltage V inj induced in the secondary side (162B) is N inj times V 1 . Therefore, the compensation voltage V inj can have the value of G 1 ⁇ N sen ⁇ N inj ⁇ V choke .
  • the active voltage compensation device 100B uses a different reference potential (i.e., reference potential 2) for the component that generates the compensation voltage from the remaining components, so that the component that generates the compensation voltage is insulated. It can be operated at, thereby improving the reliability of the active voltage compensation device (100B).
  • reference potential 2 a different reference potential
  • the voltage compensation device according to the present invention is not limited to this insulation structure.
  • V n and V LISN may represent the potential relative to reference potential 1 (e.g., ground).
  • V LISN should correspond to 0
  • Equation 2 below can be derived.
  • Equation 2 the effective impedance of the large current paths 111 and 112 at the point between the sensing transformer 120B and the compensation transformer 160B can be calculated as shown in Equation 2.
  • s ⁇ L choke may represent the impedance of the CM choke included in the sensing transformer (120B). Therefore, Z line,eff indicates that the impedance on the large current path (111, 112) (viewed from the point V n ) has the effect of increasing the impedance s ⁇ L choke of the CM choke by 1+G 1 ⁇ N sen ⁇ N inj times. .
  • the first amplifier (131B), the second amplifier (132B), the amplified signal feedback unit (150B), and the compensation transformer (160B) of the active voltage compensation device (100B) perform voltage compensation (V inj ) on the high current path. This can provide an effect corresponding to the effect of increasing the inductance, thereby suppressing the flow of noise current (L boost type).
  • the active compensation device 100 can have the effect of an effective inductance L choke ,eff that is 1+G 1 ⁇ N sen ⁇ N inj times greater than the inductance L choke of the CM choke. (Equation 4), the noise suppression effect can be increased compared to when only the CM choke exists.
  • the noise suppression effect can be adjusted according to the voltage gain G 1 of the first amplifier 131B, the turns ratio N sen of the sensing transformer 120B, and the turns ratio N inj of the compensation transformer 160B.
  • 4 to 5 are specific examples of the active voltage compensation device 100B shown in FIG. 3, and schematically show active voltage compensation devices 100C and 100C-1 according to an embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100C may include a sensing transformer 120C, an amplifier 130C, an amplified signal feedback unit 150C, and a compensation transformer 160C.
  • the unit 130C may include a first amplification unit 131C and a second amplification unit 132C.
  • the active voltage compensation device 100C-1 may include a sensing transformer 120C, an amplification unit 130C, an amplified signal feedback unit 150C, and a compensation transformer 160C-1.
  • the amplification unit 130C may include a first amplification unit 131C and a second amplification unit 132C.
  • the sensing transformer 120C is an example of the sensing transformer 120B described in FIG. 3, and the first amplifier 131C, the second amplifier 132C, and the amplified signal feedback unit 150C are It corresponds to the description of the sensing transformer 120B, the first amplifier 131B, the second amplifier 132B, and the amplified signal feedback unit 150B described in FIG. 3.
  • the compensation transformer (160C, 160C-1) may have a structure in which the primary side wire and the secondary side wire pass through one core or are wound at least once.
  • the primary side wire may correspond to the output terminal of the second amplifier 132C.
  • the secondary side wires may correspond to high current paths 111 and 112.
  • the active voltage compensation device 100C of FIG. 4 shows an embodiment in which the primary side wire and the secondary side large current paths 111 and 112 of the compensation transformer 160C pass through the core, and the turns ratio N inj is about 1. You can.
  • the active voltage compensation device 100C-1 of FIG. 5 has an embodiment in which the primary side wire of the compensation transformer 160C-1 passes through the core, and the secondary side high current paths 111 and 112 wind the core once. As shown, the turns ratio N inj may be about 2.
  • the compensation voltage induced in the secondary side of the compensation transformer 160C and 160C-1 may correspond to the output voltage of the second amplifier 132C multiplied by the turns ratio N inj .
  • the sensing transformer (120C) is of a different type from the compensation transformer (160C, 160C-1). It may be a device.
  • the sensing transformer 120C may be a CM choke on which power lines corresponding to the high current paths 111 and 112 are wound, and the input end wire of the first amplifier 131C is wound over the CM choke.
  • the sensing transformer (120C) can sense noise by simply wrapping the secondary side wire around the CM choke.
  • the sensing transformer (120C) when forming the sensing transformer (120C) using a CM choke, the sensing transformer (120C) is a passive filter that suppresses noise using inductance, unlike the compensation transformers (160C, 160C-1) that only perform the role of a transformer. can play a role. That is, when the sensing transformer (120C) is formed by wrapping the secondary side wire around the CM choke, the sensing transformer (120C) not only performs the functions of sensing and transforming, but can also function as a passive filter as a CM choke. At this time, the impedance of the active voltage compensation device can be designed to be sufficiently larger than the impedance of the CM choke, so that the existing function of the CM choke is not interrupted.
  • Figure 6 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device 100D according to another embodiment of the present invention.
  • descriptions of content that overlaps with the content described with reference to FIG. 3 will be omitted.
  • the active voltage compensation device 100D can actively compensate for the noise voltage V- n input in common mode to each of the high current paths 111D, 112D, and 113D connected to the first device 300D. .
  • the active voltage compensation device (100D) includes three large current paths (111D, 112D, 113D), a sensing transformer (120D), an amplifier (130D), an amplified signal feedback unit (150D), and It may include a compensation transformer (160D), and the amplification unit (130D) may include a first amplification unit (131D) and a second amplification unit (132D).
  • the active voltage compensation device 100D in contrast to the active voltage compensation device 100B according to the embodiment described in FIG. 3, the active voltage compensation device 100D according to the embodiment shown in FIG. 6 includes three large current paths 111D, 112D, and 113D. And, accordingly, there is a difference between the sensing transformer 120D and the compensation transformer 160D. Therefore, the following will describe the active voltage compensation device (100D) focusing on the above-mentioned differences.
  • the active voltage compensation device 100D may include a first high current path 111D, a second high current path 112D, and a third high current path 113D that are distinct from each other.
  • the first high-current path 111D may be an R-phase power line
  • the second high-current path 112D may be an S-phase power line
  • the third high-current path 113D may be a T-phase power line.
  • the noise voltage or noise current may be input in common mode to each of the first large current path 111D, the second large current path 112D, and the third large current path 113D.
  • the primary side (121D) of the sensing transformer (120D) is disposed in each of the first large current path (111D), the second large current path (112D), and the third large current path (113D), and an induced voltage is applied to the secondary side (122D). V sen can be generated.
  • the magnetic flux densities generated in the sensing transformer 120D by noise currents on the three large current paths 111D, 112D, and 113D may reinforce each other.
  • the first and second amplification units (131D, 132D) and the amplified signal feedback unit (150D) correspond to the first and second amplification units (131B, 132B) and the amplified signal feedback unit (150B).
  • the secondary side (122D) wire of the sensing transformer (120D) may be differentially connected to the first amplifier (131D).
  • the voltage V sen induced in the secondary side (122D) of the sensing transformer (120D) becomes the input voltage of the first amplifier (131D).
  • the first amplification unit 131D may output an amplification voltage V 1 based on the input voltage.
  • the second amplification unit 132D may output the amplification current I 1 while maintaining the amplification voltage V 1 .
  • the V 1 may be the input voltage of the compensation transformer 160D, that is, the voltage of the primary side 161D of the compensation transformer 160D.
  • the secondary side 162D of the compensation transformer 160D may be disposed in each of the first large current path 111D, the second large current path 112D, and the third large current path 113D.
  • the compensation transformer (160D) is based on the primary side (161D) voltage (V 1 ) output from the second amplifier (132D), and each of the three high current paths (111D, 112D, and 113D) on the secondary side (162D).
  • a compensation voltage V inj can be generated in series.
  • the active voltage compensation device 100D can perform voltage compensation for common mode noise on the power line of a three-phase, three-wire power system.
  • Figure 7 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device 100E according to another embodiment of the present invention.
  • descriptions of content that overlaps with the content described with reference to FIG. 3 will be omitted.
  • the active voltage compensation device 100E can actively compensate for the noise voltage V n input in common mode to each of the high current paths 111E, 112E, 113E, and 114E connected to the first device 300E. there is.
  • the active compensation device (100E) includes four large current paths (111E, 112E, 113E, 114E), a sensing transformer (120E), an amplifier (130E), and an amplified signal feedback unit (150E). and a compensation transformer 160E, and the amplifier 130E may include a first amplifier 131E and a second amplifier 132E.
  • the active compensation device 100E according to the embodiment shown in FIG. 7 includes four large current paths 111E, 112E, 113E, and 114E. And, accordingly, there is a difference between the sensing transformer 120E and the compensation transformer 160E. Therefore, the active voltage compensation device 100E will be described below, focusing on the above-mentioned differences.
  • the active voltage compensation device 100E may include a first large current path 111E, a second large current path 112E, a third large current path 113E, and a fourth large current path 114E.
  • the first large current path 111E is the R phase
  • the second large current path 112E is the S phase
  • the third large current path 113E is the T phase
  • the fourth large current path 114E is the T phase.
  • Noise voltage or noise current may be input in common mode to each of the first, second, third, and fourth large current paths (111E, 112E, 113E, and 114E).
  • the primary side 121E of the sensing transformer 120E is disposed in each of the first large current path 111E, the second large current path 112E, the third large current path 113E, and the fourth large current path 114E, 2
  • An induced voltage V sen can be generated on the car side 122E.
  • the magnetic flux densities generated in the sensing transformer 120E by noise currents on the four large current paths 111E, 112E, 113E, and 114E may reinforce each other.
  • the first and second amplification units 131E and 132E and the amplified signal feedback unit 150E correspond to the first and second amplification units 131B and 132B and the amplified signal feedback unit 150B.
  • the secondary side (122E) wire of the sensing transformer (120E) may be differentially connected to the first amplifier (131E).
  • the voltage V sen induced in the secondary side (122E) of the sensing transformer (120E) becomes the input voltage of the first amplifier (131E).
  • the first amplification unit 131E outputs an amplification voltage V 1 based on the input voltage
  • the second amplification unit 132E may output an amplification current I 1 while maintaining the amplification voltage V 1 .
  • the V 1 may be the input voltage of the compensation transformer 160E, that is, the voltage of the primary side 161E of the compensation transformer 160E.
  • the secondary side 162E of the compensation transformer 160E may be disposed in each of the first large current path 111E, the second large current path 112E, the third large current path 113E, and the fourth large current path 114E.
  • the compensation transformer (160E) is based on the primary side (161E) voltage (V 1 ) output from the second amplifier (132E), four high current paths (111E, 112E, 113E, 114E) on the secondary side (162E).
  • a compensation voltage V inj can be generated in series for each.
  • the active voltage compensation device 100E can perform voltage compensation for common mode noise on the power line of a three-phase, four-wire power system.
  • the active voltage compensation device may have only a slight increase in size or price even if it is used for high power. Therefore, active voltage compensation devices according to various embodiments may be much more advantageous in terms of price, volume, and weight than passive filters in high-power systems.
  • the active voltage compensation device has a structure that is electrically insulated from a high current path (e.g., a power line), so the elements included in the amplification unit 130 can be protected from electrical overstress (EOS). .
  • EOS electrical overstress
  • the amplifier 130 according to various embodiments of the present invention is insulated from the power line, it can use DC low voltage (e.g., third device 400, within 48V) used in the control board. Therefore, the amplifier 130 does not require a separate power conversion circuit.
  • the active voltage compensation device uses elements with a low rated voltage to configure the amplification unit 130 regardless of the reference potential of the power supply device (e.g., the second device 200). You can.
  • the active voltage compensation device can operate stably regardless of the electrical system on which it is installed. Therefore, the active voltage compensation device does not need to be custom designed through repeated testing for each circuit or system, and can have versatility as an independent component. Active voltage compensation devices according to various embodiments can be commercialized as independent modules.
  • FIG. 8 shows a specific example of the amplification unit 130 shown in FIG. 1 and shows an example of the functional configuration of the amplification unit 130F according to another embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100 may include an integrated circuit unit 500F and a non-integrated circuit unit in the amplification unit 130F.
  • the first amplification unit 131F may include a first integrated circuit unit 1311F and a first non-integrated circuit unit 1312F
  • the second amplification unit 132F may include a second amplification unit 132F. It may include an integrated circuit unit 1321F and a second non-integrated circuit unit 1322F.
  • the first integrated circuit unit 1311F and the second integrated circuit unit 1321F may form the integrated circuit unit 500F of the amplification unit 130F.
  • the integrated circuit unit 500F may include essential components of the active voltage compensation device 100.
  • Essential components may include, for example, active elements. Therefore, the active element included in the amplification unit 130F can be integrated into the integrated circuit unit 500F of the amplification unit 130F.
  • the non-integrated circuit part of the amplifier unit 130F may not include active elements.
  • the integrated circuit unit 500F may further include passive elements as well as active elements.
  • the integrated circuit unit 500F according to an embodiment of the present invention may physically be one integrated circuit (IC) chip.
  • the integrated circuit unit 500F according to an embodiment of the present invention has versatility as an independent module and can be applied to the active voltage compensation device 100 of various designs.
  • the non-integrated circuit unit may be a component that is not included in the integrated circuit unit 500F of the amplification unit 130F.
  • the non-integrated circuit part may be modified depending on the design of the active voltage compensation device 100.
  • the integrated circuit unit 500F comprised of one IC chip may include a terminal for connection to the non-integrated circuit unit.
  • the integrated circuit unit 500F and the non-integrated circuit unit can be combined together to function as an amplification unit 130F. Referring to FIGS. 8 and 2 together, the combination of the integrated circuit unit 500F and the non-integrated circuit unit can perform the function of generating an amplified signal from the output signal from the sensing unit 120.
  • the amplified signal may be input to the compensation unit 160.
  • the integrated circuit unit 500F may further include a terminal for connection to the third device 400 and a terminal for connection to the second reference potential. Examples of detailed configurations of the amplification unit 130F including the integrated circuit unit 500F and the non-integrated circuit unit will be described later in FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9 shows a specific example of the active voltage compensation device 100F including the amplification unit 130F shown in FIG. 8, and FIG. 10 shows the first amplification unit 131F shown in FIG. 9.
  • a specific example of the integrated circuit unit 1311F is shown.
  • the active voltage compensation device 100F can actively compensate for the voltage V n (e.g., noise voltage) input in common mode to each of the two or more large current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • V n e.g., noise voltage
  • the active voltage compensation device 100F includes a sensing transformer 120F, an amplifier 130F, an amplified signal feedback unit 150F, and a compensation transformer 160F.
  • a sensing transformer 120F may include, and the amplification unit 130F may include a first amplification unit 131F and a second amplification unit 132F.
  • the sensing transformer 120F and the compensation transformer 160F correspond to the description of the sensing transformer 120B and the compensation transformer 160B described in FIG. 3 .
  • the first amplification unit 131F of the active voltage compensation device 100F may include a first integrated circuit unit 1311F and a first non-integrated circuit unit.
  • the remaining components of the first amplification unit 131F, excluding the first integrated circuit unit 1311F, may be included in the first non-integrated circuit unit.
  • components included in the first non-integrated circuit section in the first amplifier 131F may be discrete commercial devices, but are not limited thereto.
  • the first non-integrated circuit unit may be implemented differently depending on the embodiment.
  • the first non-integrated circuit unit 1311F may be modified so that it can be applied to the active voltage compensation device 100 of various designs.
  • the first integrated circuit unit 1311F may include one or more transistors.
  • the transistor may be configured as a MOSFET.
  • the first amplifier 131F may have a differential amplifier structure including MOSFETs forming a differential pair.
  • the first integrated circuit unit 1311F may be implemented as an IC within a single chip (one-chip). According to one embodiment, one or more MOSFETs of the first integrated circuit unit 1311F may be integrated into a single IC chip. The first integrated circuit unit 1311F may be implemented as a single chip IC together with the second integrated circuit unit 1321F of the second amplifier unit 132F, which will be described later.
  • the first integrated circuit unit 1311F implemented as an IC within the single chip has a terminal (A) corresponding to the gates of M 1 and M 5 , a terminal (B) corresponding to the gates of M 2 and M 6 , and a source of M 19. It may include a terminal (D1) corresponding to and a terminal (D2) corresponding to the drain of M 20 .
  • the configuration of the first integrated circuit unit 1311F of a single IC chip may further include other terminals in addition to the terminals A, B, D1, and D2.
  • the first integrated circuit unit 1311F may further include a terminal connected to an external power device (eg, a third device) or a terminal corresponding to a reference potential.
  • the terminal (A) corresponding to the gates of M 1 and M 5 may be connected to the secondary side of the sensing transformer 120F and serve as an input terminal of the first amplifier 131F.
  • the terminal (B) corresponding to the gate of M 2 and M 6 may be connected to the amplified signal feedback unit 150F.
  • the terminal D1 corresponding to the source of M 19 and the terminal D2 corresponding to the drain of M 20 may be connected to the second amplifier and serve as the output terminal of the first amplifier 131F.
  • At least one of terminals A, B, D1, and D2 of the first integrated circuit unit 1311F may be connected to a non-integrated circuit unit.
  • the first integrated circuit unit 1311F may be combined with the first non-integrated circuit unit to function as a first amplification unit 131F according to an embodiment.
  • the active voltage compensation device 100F can minimize the size by configuring the first amplification unit 131F as a single chip integrated circuit (IC), and the configuration of the first amplification unit 131F Optimal performance can be achieved without using expensive individual commercial devices.
  • IC integrated circuit
  • the second amplifier unit 132F of the active voltage compensation device 100F may include a second integrated circuit unit 1321F and a second non-integrated circuit unit.
  • the remaining components of the second amplification unit 132F, excluding the second integrated circuit unit 1321F, may be included in the second non-integrated circuit unit.
  • components included in the second non-integrated circuit unit in the second amplifier unit 132F may be individual commercial devices, but are not limited thereto.
  • the second non-integrated circuit unit may be implemented differently depending on the embodiment.
  • the second non-integrated circuit unit 1321F may be modified so that it can be applied to the active voltage compensation device 100 of various designs.
  • the second integrated circuit unit 1321F may include a first transistor 11, a second transistor 12, a diode 13, and/or one or more resistors.
  • the first transistor 11 may be an npn BJT
  • the second transistor 12 may be a pnp BJT.
  • the second amplifier 132F may have a push-pull amplifier structure including an npn BJT and a pnp BJT.
  • one or more resistors included in the second integrated circuit unit 1321F may include R npn , R pnp , and/or R e .
  • the resistance R npn can connect the collector terminal and the base terminal of the first transistor 11
  • the resistance R pnp can connect the collector terminal and the base terminal of the second transistor 12
  • the resistance R e is the first transistor 12.
  • the emitter stage of (11) can be connected to the emitter stage of the second transistor (12).
  • the second integrated circuit unit 1321F of the second amplifier unit 132F may further include a diode 13 in addition to the first transistor 11, the second transistor 12, and one or more resistors.
  • a diode 13 may be connected to the base terminal of the first transistor 11, and the other end of the diode 13 may be connected to the base terminal of the second transistor 12.
  • diode 13 may be replaced with a resistor.
  • the resistors R npn , R pnp , R e and/or the biasing diode 13 included in the second integrated circuit unit 1321F may be used for DC bias of the BJT. Since the above components are general-purpose components in various active voltage compensation devices, they can be integrated into the integrated circuit unit 500 of a single chip (one-chip).
  • Components of the second amplifier unit 132F except the second integrated circuit unit 1321F may be included in the non-integrated circuit unit.
  • the second integrated circuit unit 1321F may be physically implemented within one IC chip.
  • the second non-integrated circuit unit may be composed of discrete commercial elements.
  • the non-integrated circuit unit may be implemented differently depending on the embodiment.
  • the second non-integrated circuit unit may include, for example, capacitors C b , C e , and C dc .
  • Capacitors C b and C e included in the second amplifier 132F can selectively combine only alternating current (AC) signals.
  • Capacitors C b and C e may block DC voltage at the base node and emitter node of the first and second transistors 11 and 12.
  • the third device 400 supplies a direct current (DC) voltage V dc based on the second reference potential to drive the amplification unit 130F.
  • Capacitor C dc is a DC decoupling capacitor for the voltage V dc , and may be connected in parallel between the third device 400 and the second reference potential.
  • the capacitor C dc can selectively couple only AC signals between both collectors of the first transistor 11 (eg, npn BJT) and the second transistor 12 (eg, pnp BJT).
  • resistors R npn , R pnp , and R e can adjust the operating points of the first and second transistors 11 and 12 (eg, BJT). Resistors R npn , R pnp and R e can be designed according to the operating point of the BJT. Resistor R npn is the collector terminal of the first transistor 11 (e.g., npn BJT) and connects the third device 400 terminal and the base terminal of the first transistor 11 (e.g., npn BJT). You can.
  • Resistor R pnp is the collector terminal of the second transistor 12 (e.g., pnp BJT) and can connect the second reference potential to the base terminal of the second transistor 12 (e.g., pnp BJT). Resistor R e may connect the emitter terminal of the first transistor 11 and the emitter terminal of the second transistor 12.
  • the output side of the first amplifier 131F may be connected to the base side of the first and second transistors 11 and 12.
  • the primary side (161F) of the compensation transformer (160F) may be connected to the emitter side of the first and second transistors (11 and 12).
  • connection includes cases of indirect connection.
  • the second amplifier 132F according to one embodiment may have a return structure that injects the output current back into the bases of the first and second transistors 11 and 12. Due to the regression structure, the second amplifier 132F can stably obtain a constant current gain for operation of the active voltage compensation device 100F.
  • the first transistor 11 eg, npn BJT
  • the second transistor 12 eg, pnp BJT
  • the operating current may flow through the second path passing through the second transistor 12.
  • the second integrated circuit unit 1321F may be implemented as an integrated circuit (IC) within a single chip (one-chip). According to one embodiment, the first transistor 11, the second transistor 12, the diode 13, R npn , R pnp , and Re of the second integrated circuit unit 1321F may be integrated into a single chip.
  • the single chip IC of the second integrated circuit unit 1321F includes a terminal b1 corresponding to the base of the first transistor 11, a terminal c1 corresponding to the collector of the first transistor 11, and a terminal c1 corresponding to the collector of the first transistor 11. a terminal (e1) corresponding to the emitter of ), a terminal (b2) corresponding to the base of the second transistor 12, a terminal (c1) corresponding to the collector of the second transistor 12, and the second transistor 12. It may include a terminal (e2) corresponding to the emitter. However, it is not limited to this, and the single IC chip of the integrated circuit unit 1321F may further include other terminals in addition to the terminals b1, b2, c1, c2, e1, and e2.
  • At least one of terminals b1, b2, c1, c2, e1, and e2 of the second integrated circuit unit 1321F may be connected to the non-integrated circuit unit.
  • the second integrated circuit unit 1321F and the second non-integrated circuit unit may be combined together to function as a second amplifier unit 132F according to an embodiment.
  • capacitors C b of the second non-integrated circuit unit may be connected to the base terminal b1 of the first transistor 11 and the base terminal b2 of the second transistor 12.
  • Capacitors C e of the second non-integrated circuit unit may be connected to the emitter terminal e1 of the first transistor 11 and the emitter terminal e2 of the second transistor 12, respectively.
  • the third device 400 may be connected between the collector terminal c1 of the first transistor 11 and the collector terminal c2 of the second transistor 12.
  • the collector terminal (c2) of the second transistor 12 may correspond to the second reference potential.
  • the decoupling capacitor C dc of the second non-integrated circuit unit may be connected between the collector terminal c1 of the first transistor 11 and the collector terminal c2 of the second transistor 12.
  • the combination of C b , C e , and C dc of the second integrated circuit unit 1321F and the second non-integrated circuit unit can function as a second amplification unit 132F according to the embodiment shown in FIG. 9 .
  • the active voltage compensation device 100F can minimize the size and significantly reduce manufacturing costs by configuring the second amplifier 132F as a single chip integrated circuit.
  • the first integrated circuit unit 1311F and the second integrated circuit unit 1321F can be implemented as a single chip IC and constitute the integrated circuit unit 500F.
  • the first integrated circuit unit 1311F, the second integrated circuit unit 1321F, the first non-integrated circuit unit 1312F, and the second non-integrated circuit unit 1322F may function together as an amplification unit 130F.
  • essential components of the active voltage compensation device 100F may be integrated into the integrated circuit unit 500F of a single chip. Therefore, compared to the case of using an individual semiconductor device, the size of the amplification unit 130F can be minimized by using the integrated circuit unit 500F of a single chip.
  • the non-integrated circuit unit may include an inductor, a capacitor (e.g., C b , C e , C dc ), impedance, etc.
  • the inductor, capacitor, and impedance of the non-integrated circuit part are individual components and can be implemented around the integrated circuit part 500F of a single chip (one-chip).
  • the capacitance required for the capacitor C e to couple an alternating current (AC) signal may be several ⁇ F or more (eg, 10 ⁇ F). Since this capacitance value is difficult to implement within a single chip integrated circuit, the capacitors C b , C e and C dc may be implemented outside the integrated circuit, that is, in a non-integrated circuit.
  • impedance may be implemented outside of the integrated circuit, that is, in a non-integrated circuit, to achieve design flexibility for various power systems or various first devices 300.
  • the amplification unit 130F may include an impedance made of at least one resistor and/or capacitor in the non-integrated circuit unit, and the impedance may vary depending on the turns ratio of the sensing transformer 120F and the compensation transformer 160F, Alternatively, it can be flexibly designed according to the required target voltage gain. By adjusting the impedance of the non-integrated circuit unit, various voltage compensation devices that allow the same integrated circuit unit 500 to be applied to various power systems can be designed.
  • the active voltage compensation device 100F may include an amplified signal feedback unit 150F.
  • the amplified signal feedback unit 150F may have a regression structure that injects a feedback signal corresponding to the output voltage of the second amplification unit 132F into the input terminal of the first amplification unit 131F. Due to the amplified signal feedback unit 150F, the active voltage compensation device 100F can prevent circuit oscillation and stably maintain an appropriate gain for noise compensation operation.
  • phase compensation can be performed through the amplified signal feedback unit (150F). .
  • the amplified signal feedback unit 150F may include one or more resistors and capacitors.
  • the amplified signal feedback unit 150F may include a structure in which resistors R 1 , R 2 , R c and capacitor C c are connected in series and parallel.
  • the amplified signal feedback unit 150F can adjust the position of the compensation frequency and the compensation value by adjusting the parameters of each resistor and capacitor.
  • Equation 5 The frequency and phase determined by resistors R 1 , R 2 , R c and capacitor C c in the amplified signal feedback unit 150F are as shown in Equation 5.
  • R 1 , R 2 , R c , and C c of the amplified signal feedback unit 150F can be flexibly designed according to the turns ratio of the sensing transformer 120F and the compensation transformer 160F, or according to the required target voltage gain.
  • the characteristics of the amplified signal feedback unit 150F should vary depending on the maximum rated voltage of the first device 300 along with the size of the sensing transformer 120F. Therefore, in order to make the ratio of the injection voltage to the sensing noise voltage uniform in a wide frequency range, an appropriate design of the amplified signal feedback unit 150F is required.
  • the ratios of R 1 , R 2 , R c , and C c of the amplified signal feedback unit 150F and the turns ratio of the sensing transformer 120F and the compensation transformer 160F are adjusted to , the injection voltage for the sensing noise voltage can be designed to be 1 over a wide frequency range.
  • the amplified signal feedback unit 150F is not limited to the embodiment shown in FIG. 9, and may be designed differently depending on the size of the CM choke and peripheral elements for circuit stability.
  • the amplified signal feedback unit 150F may be implemented outside the integrated circuit unit 500F to achieve design flexibility. That is, by having the amplified signal feedback unit 150F implemented outside the integrated circuit unit 500F, design freedom of the active voltage compensation device 100F can be secured. By adjusting each element of the amplified signal feedback unit 150F, various voltage compensation devices that allow the same integrated circuit unit 500F to be applied to various power systems can be designed.
  • the integrated circuit unit 500F since the integrated circuit unit 500F according to various embodiments of the present invention is designed with scalability in mind, it can be used in various types of active voltage compensation devices. The same type of integrated circuit 500F may be used in various embodiments, and the non-integrated circuit may be designed differently depending on the embodiment.
  • the active voltage compensation device 100F is characterized by being divided into an integrated circuit part and a non-integrated circuit part.
  • FIG 11 schematically shows the configuration of an active voltage compensation device 100F-1 according to another embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100F-1 can actively compensate for the noise voltage V n input in common mode to each of the high current paths 111, 112, and 113 connected to the first device 300.
  • descriptions of content that overlaps with the content described with reference to FIGS. 1 to 10 will be omitted.
  • the active voltage compensation device (100F-1) includes three large current paths (111, 112, 113), a sensing transformer (120F-1), an amplification unit (130F), an amplified signal feedback unit (150F), and compensation. It may include a transformer 160F-1, and the amplification unit 130F may include a first amplification unit 131F and a second amplification unit 132F.
  • the active voltage compensation device 100F-1 In contrast to the active voltage compensation device 100F according to the embodiment described above in FIG. 9, the active voltage compensation device 100F-1 according to the embodiment shown in FIG. 11 has three high current paths 111, 112, and 113. ), and accordingly, there is a difference between the sensing transformer (120F-1) and the compensation transformer (160F-1). Therefore, hereinafter, the active voltage compensation device (100F-1) will be described focusing on the above-mentioned differences.
  • the active voltage compensation device 100F-1 may include a first high-current path 111, a second high-current path 112, and a third high-current path 113 that are distinct from each other.
  • the first high-current path 111 may be an R-phase power line
  • the second high-current path 112 may be an S-phase power line
  • the third high-current path 113 may be a T-phase power line.
  • the noise voltage V n and the first currents I11, I12, and I13 may be input in common mode to each of the first large current path 111, the second large current path 112, and the third large current path 113.
  • the primary side (121F-1) of the sensing transformer (120F-1) is disposed in each of the first, second, and third large current paths (111, 112, and 113), and induces an induced voltage on the secondary side (122F-1) can be created.
  • the magnetic flux densities generated in the sensing transformer 120F-1 by the first currents I11, I12, and I13 on the three large current paths 111, 112, and 113 may be mutually reinforced.
  • the amplification unit 130F and the amplified signal feedback unit 150F correspond to the amplification unit 130F and the amplified signal feedback unit 150F described above in FIG. 9.
  • the secondary side (122F-1) wire of the sensing transformer (120F-1) may be differentially connected to the first amplifier (131F-1).
  • the voltage V sen induced in the secondary side (122F-1) of the sensing transformer (120F-1) becomes the input voltage of the first amplifier (131F).
  • the first amplification unit 131F may output an amplification voltage V 1 based on the input voltage.
  • the second amplification unit 132F may output the amplification current I 1 while maintaining the amplification voltage V 1 .
  • the V 1 may be the input voltage of the compensation transformer 160F-1, that is, the voltage of the primary side 161F-1 of the compensation transformer 160F-1.
  • the secondary side 162F-1 of the compensation transformer 160F-1 may be disposed in each of the first large current path 111, the second large current path 112, and the third large current path 113.
  • the compensation transformer (160F-1) generates three large currents on the secondary side (162F-1) based on the primary side (161F-1) voltage (V- 1 ) output from the second amplifier (132F-1).
  • a compensation voltage V inj can be generated in series in each of the paths 111, 112, and 113.
  • the active voltage compensation device 100F-1 can perform voltage compensation for common mode noise on the power line of a three-phase, three-wire power system.
  • the active voltage compensation device can be modified to be applied to a three-phase, four-wire system.
  • the amplifying unit 130F can be applied to a single-phase (2-wire) system shown in FIG. 9, a 3-phase 3-wire system shown in FIG. 10, and a 3-phase 4-wire system (not shown). . Since the integrated circuit unit 500F of a single chip can be applied to multiple systems, the integrated circuit unit 500F can have versatility in active voltage compensation devices according to various embodiments.
  • the integrated circuit unit may be universally and universally applied to a device including an active voltage compensation device according to various embodiments. Additionally, the single-chip integrated circuit allows the functionality of the active voltage compensation device to be expanded without the need for additional components.
  • Active voltage compensation devices have a slight increase in size and heat generation in high-power systems compared to passive EMI filters.
  • Active voltage compensation devices according to various embodiments include a single chip integrated circuit, thereby minimizing their size compared to cases including individual semiconductor devices.
  • Integrated circuit units and active voltage compensation devices including the same according to various embodiments can be used in various power electronic products regardless of power rating. Integrated circuit units and active voltage compensation devices including the same according to various embodiments can be expanded to high-power and high-noise systems.
  • Integrated circuits according to various embodiments may be sufficiently robust even against transient voltages in a high current path where an active voltage compensation device is installed.
  • Figure 12 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device (100G) according to another embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100G can actively compensate for the voltage V n (e.g., noise voltage) input in common mode to each of the two or more large current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • V n e.g., noise voltage
  • the active voltage compensation device may include a sensing unit (120G), an amplification unit (130G), an amplified signal feedback unit (150G), a compensation unit (160G), and a disturbance protection unit (600G).
  • the unit 130G may include a first amplification unit 131G and a second amplification unit 132G.
  • the active voltage compensation device 100G in contrast to the active voltage compensation device 100A according to the embodiment described in FIG. 2, the active voltage compensation device 100G according to the embodiment shown in FIG. 12 includes a first amplifier 131G and a second amplifier ( It further includes a disturbance protection unit (600G) connected to the input or output terminal of 132G). Therefore, hereinafter, the active voltage compensation device (100G) will be described focusing on the above-mentioned differences.
  • the disturbance protection unit 600G may protect the first amplification unit 131G or the second amplification unit 132G from disturbance.
  • active elements included in the first amplification unit 131G and the second amplification unit 132G may be protected by the disturbance protection unit 600G.
  • the active voltage compensation device (100G) may be mounted on an electronic device, but generally, the operating conditions of the electrical device may not be stable. That is, a disturbance signal such as overvoltage or overcurrent may enter the active voltage compensation device 100G from the outside through the high current paths 111 and 112. For example, a pulse voltage of several kV may occur in at least one of the high current paths 111 and 112 due to lightning or a lightning surge.
  • the overvoltage/overcurrent as described above may be transmitted to the first amplification unit 131G or the second amplification unit 132G through the sensing unit 120G, the compensation unit 160G, or the amplified signal feedback unit 150G.
  • the first amplification unit 131G or the second amplification unit 132G may include various types of active elements, so it is vulnerable to external disturbances and may malfunction or fail due to overvoltage/overcurrent.
  • the active voltage compensation device 100 has a structure in which the first amplification unit 131 or the second amplification unit 132 is insulated from the large current paths 111 and 112, so as to achieve the above-described
  • the first amplification unit 131 or the second amplification unit 132 can be primarily protected from disturbance.
  • the active voltage compensation device 100 can prevent active elements from being directly exposed to high voltage through an insulating structure.
  • the active voltage compensation device 100G may include a disturbance protection unit 600G.
  • the disturbance protection unit 600G is the input terminal of the first amplification unit 131G, where the sensing unit 120G and the first amplification unit 131G are connected, the second amplification unit 132G, and the compensation unit 160G.
  • a voltage greater than a predetermined threshold voltage is applied to at least one of the output terminals of the second amplification unit 132G to which the amplified signal feedback unit 150G and the first amplification unit 131G are connected. When this is applied, the applied voltage can be limited to a voltage below the threshold voltage.
  • the disturbance protection unit 600G is a first disturbance protection unit 601G to block the overvoltage transmitted to the first amplification unit 131G through the sensing unit 120G, and the second compensation unit 160G is provided through the first disturbance protection unit 601G and the compensation unit 160G.
  • the first disturbance protection unit 601G may be connected to the input end of the first amplification unit 131G. According to one embodiment, the first disturbance protection unit 601G may be connected in parallel to the output terminal of the sensing unit 120G.
  • the second disturbance protection unit 602G may be connected to the output terminal of the second amplification unit 132G.
  • the second disturbance protection unit 602G may be connected in parallel to the input terminal of the compensation unit 160G.
  • the third disturbance protection unit 603G may be connected to the output terminal of the amplified signal feedback unit 150G.
  • the third disturbance protection unit 603G may be connected to a path where the output terminal of the amplified signal feedback unit 150G and the input terminal of the first amplification unit 131G are connected.
  • the first disturbance protection unit 601G, the second disturbance protection unit 602G, and the third disturbance protection unit 603G may be insulated from the large current paths 111 and 112.
  • the first disturbance protection unit 601G has a first impedance when a voltage less than a predetermined threshold voltage is applied to the output terminal of the sensing unit 120G, and a predetermined impedance is applied to the output terminal of the sensing unit 120G.
  • a voltage higher than the threshold voltage it may have a second impedance lower than the first impedance.
  • the first impedance may be a very large value, for example, a value close to infinity.
  • the second disturbance protection unit 602G has a first impedance when a voltage less than a predetermined threshold voltage is applied to the output terminal of the second amplification unit 132G, and a predetermined impedance is applied to the output terminal of the second amplification unit 132G. When a voltage higher than the threshold voltage is applied, it may have a second impedance lower than the first impedance.
  • the third disturbance protection unit 603G has a first impedance when a voltage less than a predetermined threshold voltage is applied to the output terminal of the amplified signal feedback unit 150G, and a predetermined impedance is applied to the output terminal of the amplified signal feedback unit 150G. When a voltage higher than the threshold voltage is applied, it may have a second impedance lower than the first impedance.
  • the disturbance protection unit 600G does not flow current through the disturbance protection unit 600G when the voltage applied to the disturbance protection unit 600G is less than a specified voltage, but the disturbance protection unit 600G does not pass through the disturbance protection unit 600G due to an external overvoltage.
  • the voltage applied to exceeds the specified voltage current flows (in parallel) to prevent the overvoltage from being transmitted to the first amplification unit (131G) or the second amplification unit (132G).
  • the amplification unit (132G) can be protected.
  • FIG. 13 is a specific example of the active voltage compensation device 100G shown in FIG. 12 and schematically shows an active voltage compensation device 100H according to an embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100H can actively compensate for the voltage V n (e.g., noise voltage) input in common mode to each of the two or more large current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • V n e.g., noise voltage
  • the active voltage compensation device (100H) may include a sensing transformer (120H), an amplification unit (130H), an amplified signal feedback unit (150H), a compensation transformer (160H), and a disturbance protection unit (600H).
  • the amplification unit 130H may include a first amplification unit 131H and a second amplification unit 132H
  • the disturbance protection unit 600H may include a first disturbance protection element 601H and a second disturbance protection element 602H. ) and a third disturbance protection element 603H.
  • the sensing transformer 120H and the compensation transformer 160H correspond to the description of the sensing transformer 120B and the compensation transformer 160B described in FIG. 3, and the first amplifier 131H, the second amplifier 132H, and the amplifier
  • the signal feedback unit 150H corresponds to the descriptions of the first amplification unit 131F, the second amplification unit 132F, and the amplified signal feedback unit 150F described in FIG. 9.
  • the first disturbance protection element 601H, the second disturbance protection element 602H, and the third disturbance protection element 603H are the above-mentioned first disturbance protection unit 601G, the second disturbance protection unit 602G, and the third disturbance protection element 603H. This may be an example of the protection unit 603G.
  • the first disturbance protection element 601H, the second disturbance protection element 602H, and the third disturbance protection element 603H may include a TVS (Transient Voltage Suppression) diode element. However, it is not limited to this.
  • TVS Transient Voltage Suppression
  • an external overvoltage such as a lightning surge
  • S an external overvoltage
  • this is first amplified in the form of magnetic energy through the first transmission path (P1) or the second transmission path (P2). It may be transmitted to the unit 131H or the second amplification unit 132H.
  • the first transmission path (P1) represents a path through the sensing transformer (120H)
  • the second transmission path (P2) represents a path through the compensation transformer (160H). Since the active elements of the first amplification unit 131H or the second amplification unit 132H are vulnerable to external disturbance, a protection device is required.
  • the first disturbance protection element 601H may be connected in parallel to the secondary side 122H of the sensing transformer 120H to protect the first amplifier 131H from overvoltage transmitted to the first transmission path P1. there is.
  • the second disturbance protection element 602H may be connected in parallel to the primary side 161H of the compensation transformer 160H to protect the second amplifier 132H from overvoltage transmitted to the second transmission path P2. there is.
  • the third disturbance protection element 603H may be connected to the output terminal of the amplified signal feedback unit 150H to protect the first amplification unit 131H from overvoltage transmitted through the amplified signal feedback unit 150H.
  • the first disturbance protection element 601H, the second disturbance protection element 602H, and the third disturbance protection element 603H may be insulated from the high current paths 111 and 112.
  • the first, second, and third disturbance protection elements 601H, 602H, and 603H may include, for example, TVS diode elements.
  • a TVS diode device having a sufficiently low junction capacitance may be used. That is, the junction capacitance of the TVS diode for the first, second, and third disturbance protection elements 601H, 602H, and 603H may be less than a specified value.
  • the junction capacitance of the TVS diode may be hundreds of pF or less.
  • the TVS diodes for the first, second, and third disturbance protection elements 601H, 602H, and 603H have low junction capacitance, their durability can be guaranteed due to the insulating structure.
  • the first, second, and third disturbance protection elements 601H, 602H, and 603H may have a breakdown voltage.
  • the voltage applied to the first disturbance protection element 601H is less than the breakdown voltage, current may not flow through the first disturbance protection element 601H.
  • a voltage higher than the breakdown voltage is applied to both ends of the first disturbance protection element (601H) due to an external overvoltage (S)
  • the impedance of the first disturbance protection element (601H) decreases and the impedance of the first disturbance protection element (601H) decreases. Current can flow.
  • the second disturbance protection element 602H and the third disturbance protection element 603H may operate similarly to the first disturbance protection element 601H. Accordingly, active elements included in the first amplification unit 131H or the second amplification unit 132H can be protected from overvoltage.
  • the first, second, and third disturbance protection elements 601H, 602H, and 603H apply a predetermined threshold voltage (e.g., breakdown voltage) to at least one of the input terminal of the first amplifier 131H and the output terminal of the second amplifier 132H.
  • a predetermined threshold voltage e.g., breakdown voltage
  • the remaining elements e.g., elements included in the first amplification unit 131H, the second amplification unit 132H, or the amplification signal feedback unit 150H. It can be consumed by.
  • FIG 14 is a diagram schematically showing the configuration of an active voltage compensation device (100H-1) according to another embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100H-1 can actively compensate for the voltage V n (e.g., noise voltage) input in common mode to each of the high current paths 111, 112, and 113 connected to the first device 300.
  • V n e.g., noise voltage
  • the active voltage compensation device (100H-1) includes three large current paths (111, 112, 113), a sensing transformer (120H-1), an amplification unit (130H), an amplified signal feedback unit (150H), and compensation. It may include a transformer (160H-1) and a disturbance protection unit (600H), and the amplification unit (130H) may include a first amplification unit (131H) and a second amplification unit (132H).
  • the disturbance protection unit 600H may include a first disturbance protection element 601H, a second disturbance protection element 602H, and a third disturbance protection element 603H.
  • the active voltage compensation device 100H-1 In comparison with the active voltage compensation device 100H according to the embodiment described above in FIG. 13, the active voltage compensation device 100H-1 according to the embodiment shown in FIG. 14 has three high current paths 111, 112, and 113. ), and accordingly, there is a difference between the sensing transformer (120H-1) and the compensation transformer (160H-1). Therefore, the active voltage compensation device (100H-1) will be described below, focusing on the above-mentioned differences.
  • the active voltage compensation device 100H-1 may include a first large current path 111, a second large current path 112, and a third large current path 113 that are distinct from each other.
  • the first high-current path 111 may be an R-phase power line
  • the second high-current path 112 may be an S-phase power line
  • the third high-current path 113 may be a T-phase power line.
  • the noise voltage V n and the first currents I11, I12, and I13 may be input in common mode to each of the first large current path 111, the second large current path 112, and the third large current path 113.
  • the primary side (121H-1) of the sensing transformer (120H-1) is disposed in each of the first, second, and third large current paths (111, 112, and 113), and induces an induced voltage on the secondary side (122H-1) can be created.
  • the magnetic flux densities generated in the sensing transformer (120H-1) by the first currents (I11, I12, and I13) on the three large current paths (111, 112, and 113) can be mutually reinforced.
  • the amplification unit 130H and the amplified signal feedback unit 150H correspond to the amplification unit 130H and the amplified signal feedback unit 150H described above in FIG. 13.
  • the secondary side (122H-1) wire of the sensing transformer (120H-1) may be differentially connected to the first amplifier (131H-1).
  • the voltage V sen induced in the secondary side (122H-1) of the sensing transformer (120H-1) becomes the input voltage of the first amplifier (131H).
  • the first amplification unit 131H may output an amplification voltage V 1 based on the input voltage.
  • the second amplification unit 132H may output the amplification current I 1 while maintaining the amplification voltage V 1 .
  • the V 1 may be the input voltage of the compensation transformer (160H-1), that is, the voltage of the primary side (161H-1) of the compensation transformer (160H-1).
  • the secondary side (162H-1) of the compensation transformer (160H-1) may be disposed in each of the first large current path 111, the second large current path 112, and the third large current path 113.
  • the compensation transformer (160H-1) is based on the primary side (161H-1) voltage (V 1 ) output from the second amplifier (132H), and three large current paths (111) on the secondary side (162H-1). , 112, 113), a compensation voltage V inj can be generated in series for each.
  • the active voltage compensation device (100H-1) is capable of performing voltage compensation for common mode noise on the power line of a three-phase, three-wire power system, in the three high current paths (111, 112, and 113).
  • the amplification unit 130H can be protected from external disturbance transmitted through the first path (P1) or the second path (P2).
  • the active voltage compensation device can be modified to be applied to a three-phase, four-wire system.
  • FIG 15 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device (100J) according to another embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100J may actively compensate for the voltage V n (e.g., noise voltage) input in common mode to each of the two or more large current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • V n e.g., noise voltage
  • the active voltage compensation device 100J may include a sensing unit 120, an amplification unit 130J, an amplified signal feedback unit 150, a compensation unit 160, and a power management unit 180J.
  • the amplification unit 130J may include a first amplification unit 131J and a second amplification unit 132J.
  • the active voltage compensation device 100J according to the embodiment shown in FIG. 15 includes the amplification unit 130J and the third device 400. It further includes a power management unit (180J) in between. Therefore, hereinafter, the active voltage compensation device (100J) will be described focusing on the above-mentioned differences.
  • the amplifying unit 130J may receive power from the third device 400, which is a power supply device distinct from the first device 300 and the second device 200.
  • the amplifying unit 130J may receive power from the third device 400 and amplify the output signal output from the sensing unit 120 to generate an amplified signal.
  • the third device 400 may be a device that receives power from any one of the first device 300 and the second device 200 to generate input power for the amplifier 130J.
  • the third device 400 may be, for example, a switching mode power supply (SMPS) of the first device 300 or the second device 200.
  • SMPS switching mode power supply
  • the third device 400 may output a direct current (DC) voltage V I based on the second reference potential.
  • the output voltage V I of the third device 400 may be used to drive the amplification unit 130J.
  • the third device 400 may not output the optimized voltage level required for the amplification unit 130J.
  • the output DC voltage V I of the third device 400 may vary depending on the system (eg, the first device 300 or the second device 200).
  • the optimal supply voltage of the amplifier 130J is 12V, but the output voltage V I of the third device 400 may vary depending on the system, such as 15V, 24V, or 48V. Therefore, if the output voltage V I of the third device 400 is directly supplied to the amplification unit 130J, the operation of the amplification unit 130J may become unstable or cause a failure.
  • the active voltage compensation device 100J may include a power management unit 180J between the amplification unit 130J and the third device 400.
  • the power management unit 180J may receive the voltage V I output from the third device 400 and convert it into an output voltage V O.
  • the output voltage V O of the power management unit 180J may be input to the amplification unit 130J.
  • V I may vary depending on the system, such as 15V, 24V, or 48V, but VO is a fixed value at the optimized voltage level required for the amplifier (130J).
  • the power management unit 180J may be a DC-DC converter.
  • the power management unit 180J may be a power management IC (PMIC).
  • At least a portion of the amplification unit 130J and at least a portion of the power management unit 180J may be integrated into one integrated circuit (IC) chip.
  • IC integrated circuit
  • the IC chip can be commercialized with versatility as an independent component. A description of the IC chip in which at least a portion of the amplifying unit 130J and the power management unit 180J are internalized will be described later in FIG. 16 and below.
  • FIG. 16 shows an example of the functional configuration of the amplifying unit 130J and the power management unit 180J of the active voltage compensation device 100J shown in FIG. 15.
  • the amplification unit 130J may include an integrated circuit unit and a non-integrated circuit unit.
  • the non-integrated circuit part is composed of only passive elements other than the integrated circuit part, and the integrated circuit part includes active elements.
  • the integrated circuit may further include passive elements as well as active elements.
  • the first amplification unit 131J and the second amplification unit 132J constituting the amplification unit 130J may include an integrated circuit unit and a non-integrated circuit unit, respectively. That is, the first amplifier 131J may include a first integrated circuit 1311J and a first non-integrated circuit 1312J, and the second amplifier 132J may include a second integrated circuit 1321J and a second non-integrated circuit 1312J. It may include a non-integrated circuit unit 1322J. Examples of the detailed configuration of the amplification unit 130J including an integrated circuit unit and a non-integrated circuit unit are described later in FIG. 17.
  • the amplifier unit 130J may receive power from the third device 400 through the power management unit 180J.
  • the amplifier unit 130J may receive the output voltage V O of the power management unit 180J, amplify the output signal output from the sensing unit 120, and generate an amplified signal.
  • the amplified signal may be input to the compensation unit 160 or the amplified signal feedback unit 150.
  • the first integrated circuit unit 1311J and the second integrated circuit unit 1321J of the amplifier unit 130J may include active elements.
  • the first integrated circuit unit 1311J and the second integrated circuit unit 1321J may be connected to the third device 400, which is a power supply device, to drive the active element.
  • the first integrated circuit unit 1311J and the second integrated circuit unit 1321J may receive power from the third device 400 through the power management unit 180J.
  • the power management unit 180J may receive an arbitrary DC voltage V I from the third device 400 and output a uniform output V O to the integrated circuit side of the amplification unit 130J.
  • the third device 400, the power management unit 180J, and the amplifier unit 130J may all be connected to the second reference potential. Therefore, both the input voltage V I and the output voltage V O of the power management unit 180J are voltages based on the second reference potential.
  • the second reference potential can be distinguished from the first reference potential of the active voltage compensation device (100J).
  • the power management unit 180J may include a power conversion unit 181J, a power management feedback unit 182J, and a filter unit 183J.
  • the power conversion unit 181J can convert any input voltage V I into an output voltage V O.
  • the power management feedback unit 182J is a feedback control system that can produce the same output voltage V O even for any input voltage V I.
  • the filter unit 183J is a DC voltage/current filter.
  • the filter unit 183J may be located at the input or output end of the power management unit 180J. Examples of the detailed configuration of the power management unit 180J are described later in FIGS. 18 and 19.
  • the power management unit 180J may include active elements.
  • the reference potential of the power management unit 180J may be the same as the second reference potential, which is the reference potential of the amplification unit 130J.
  • the reference potential of the power management unit 180J may be different from the first reference potential, which is the reference potential of the active voltage compensation device 100J.
  • the first integrated circuit unit 1311J, the second integrated circuit unit 1321J of the amplifier unit 130J, and the power conversion unit 181J of the power management unit 180J are physically formed as one integrated circuit (IC). It can be integrated into a chip (500J). However, this is only one embodiment, and in other embodiments, at least some elements of the first integrated circuit unit 1311J, the second integrated circuit unit 1321J, the power conversion unit 181J, and the power management feedback unit 182J are physically one. It may also be integrated into the IC chip (500J). In another embodiment, of course, the entire amplification unit 130J and power management unit 180J may be physically integrated into one IC chip 500J.
  • the IC chip 500J converts any input voltage (V I ) level into a voltage ( VO ) level optimized for the first integrated circuit unit 1311J and the second integrated circuit unit 1321J and integrates the amplification unit 130J.
  • the circuit part can be operated.
  • This IC chip (500J) can be commercialized with versatility as an independent component.
  • FIG. 17 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 15 and schematically shows an active voltage compensation device (100K) according to an embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100K can actively compensate for the noise voltage input in common mode to each of the two high current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • the active voltage compensation device (100K) may include a sensing transformer (120K), an amplification unit (130K), an amplified signal feedback unit (150K), a compensation transformer (160K), and a power management unit (180K).
  • the amplification unit 130K may include a first amplification unit 131K and a second amplification unit 132K.
  • the sensing transformer 120K and the compensation transformer 160K of the active voltage compensation device 100K are the sensing unit 120 and the compensation unit 160 of the active voltage compensation device 100J shown in FIG. 15. These are examples.
  • the description of the sensing transformer 120K and the compensation transformer 160K corresponds to the description of the sensing transformer 120B and the compensation transformer 160B described in FIG. 3 .
  • the amplification unit 130K and the amplified signal feedback unit 150K of the active voltage compensation device 100K are the amplification unit 130J and the amplified signal feedback unit of the active voltage compensation device 100J shown in FIGS. 15 and 16. These are examples of (150).
  • the description of the amplified signal feedback unit 150K corresponds to the description of the amplified signal feedback unit 150F described in FIG. 9.
  • the amplification unit 130K of the active voltage compensation device 100K may include an integrated circuit unit and a non-integrated circuit unit.
  • the non-integrated circuit part consists only of passive elements, and the integrated circuit part includes active elements.
  • the integrated circuit may further include passive elements as well as active elements.
  • the remaining components of the amplifier unit 130K, excluding the integrated circuit unit, may be included in the non-integrated circuit unit.
  • the first amplification unit 131K and the second amplification unit 132K of the amplification unit 130K may include an integrated circuit unit and a non-integrated circuit unit, respectively.
  • the first amplification unit 131K may include a first integrated circuit unit 1311K and a first non-integrated circuit unit 1312K
  • the second amplification unit 132K may include a second integrated circuit unit 1321K and a second non-integrated circuit unit 1312K. It may include a circuit portion 1322K.
  • the first integrated circuit unit 1311K and the second integrated circuit unit 1321K are physically integrated into one integrated circuit (IC) chip together with the power conversion unit 181K of the power management unit 180K, which will be described later. It is implemented.
  • Components included in the first non-integrated circuit unit and the second non-integrated circuit unit may be discrete commercial devices, but are not limited thereto.
  • the non-integrated circuit part of the amplifier 130K may be implemented differently depending on the embodiment.
  • the non-integrated circuit part may be modified so that the integrated circuit part of the amplification unit 130K can be applied to the active voltage compensation device 100 of various designs.
  • the first integrated circuit unit 1311K may include one or more transistors.
  • the transistor may be configured as a MOSFET.
  • the first amplifier 131K may have a differential amplifier structure including MOSFETs forming a differential pair.
  • the second integrated circuit unit 1321K may include an npn BJT 11, a pnp BJT 12, a diode 13, and one or more resistors.
  • one or more resistors included in the second integrated circuit unit 1321K may include R npn , R pnp , and/or R e .
  • resistance R npn may connect the collector terminal and the base terminal of the npn BJT 11
  • resistance R pnp may connect the collector terminal and the base terminal of the pnp BJT 12
  • resistance R e Can connect the emitter stage of the npn BJT (11) and the emitter stage of the pnp BJT (12).
  • the biasing diode 13 may connect the base terminal of the npn BJT 11 and the base terminal of the pnp BJT 12 within the second integrated circuit unit 1321K. That is, one end of the diode 13 may be connected to the base end of the npn BJT (11), and the other end of the diode 13 may be connected to the base end of the pnp BJT (12). Resistors R npn , R pnp , R e and/or biasing diode 13 included in the second integrated circuit unit 1321K may be used for DC bias of the BJTs 11 and 12. In one embodiment of the present invention, the resistors R npn , R pnp , R e and the biasing diode 13 are general-purpose components in various active voltage compensation devices, so they can be integrated into an IC chip.
  • the first integrated circuit unit 1311K and the second integrated circuit unit 1321K may be implemented as one IC chip together with the power conversion unit 181K of the power management unit 180K.
  • one or more MOSFETs of the first integrated circuit unit 1311K may be integrated into an IC chip, and the npn BJT 11, pnp BJT 12, diode 13, and Resistors R npn , R pnp , and R e may be integrated into the IC chip.
  • the IC chip may include terminals serving as an input terminal, an output terminal, and a power terminal in the first integrated circuit unit 1311K.
  • the IC chip includes a terminal corresponding to the base of the npn BJT 11, a terminal corresponding to the collector of the npn BJT 11, a terminal corresponding to the emitter of the npn BJT 11, and a terminal corresponding to the emitter of the npn BJT 11 in the second integrated circuit unit 1321K. It may include a terminal corresponding to the base of the BJT 12, a terminal corresponding to the collector of the pnp BJT 12, and a terminal corresponding to the emitter of the pnp BJT 12.
  • the IC chip may further include terminals of a power conversion unit 181K, which will be described later in FIG. 16.
  • At least one of the terminals of the above-described IC chip may be connected to a non-integrated circuit unit.
  • the first integrated circuit unit 1311K may be combined with the first non-integrated circuit unit to function as a first amplifier unit 131K according to an embodiment.
  • the second integrated circuit unit 1321K may be combined with a second non-integrated circuit unit to function as a second amplifier unit 132K according to an embodiment.
  • the non-integrated circuit unit may include capacitors C b , C e , C dc , and impedance.
  • the capacitor C b of the non-integrated circuit unit may be connected to the base terminal of the second integrated circuit unit 1321K, respectively.
  • a capacitor C e of the non-integrated circuit unit may be connected to the emitter terminal of the second integrated circuit unit 1321K, respectively.
  • the collector terminal of the pnp BJT 12 may be connected to a second reference potential.
  • a capacitor C dc of the non-integrated circuit may be connected between both collector terminals outside the IC chip.
  • Capacitors C b and C e included in the non-integrated circuit unit can block the DC voltage at the base node and emitter node of the BJT (11, 12). Capacitors C b and C e can selectively couple only alternating current (AC) signals.
  • AC alternating current
  • Capacitor C dc is a DC decoupling capacitor for voltage V O and can be connected in parallel to the output voltage V O of the power management unit (180K). Capacitor C dc can selectively couple only AC signals between both collectors of the npn BJT (11) and pnp BJT (12).
  • the combination of the first integrated circuit unit 1311K, the second integrated circuit unit 1321K, and the non-integrated circuit unit C b , C e , and C dc may function as an amplification unit 130K.
  • the second amplifier 132K may have a push-pull amplifier structure including an npn BJT and a pnp BJT, and may have a return structure that injects the output current back into the base of the BJTs 11 and 12. there is. Due to the regression structure, the second amplifier 132K can stably obtain a constant current gain for operation of the active voltage compensation device 100K.
  • the npn BJT 11 may operate. At this time, the operating current may flow through the first path passing through the npn BJT (11). In the case of a negative swing where the input voltage of the amplifier 130K due to noise is less than 0, the pnp BJT 12 can operate. At this time, the operating current may flow through the second path passing through the pnp BJT (12).
  • resistors R npn , R pnp , and Re can adjust the operating point of the BJT.
  • Resistors R npn , R pnp and R e can be designed according to the operating point of the BJT.
  • the capacitance required for capacitors C b , C e , and C dc to couple an alternating current (AC) signal may be several ⁇ F or more (e.g., 10 ⁇ F). Since this capacitance value is difficult to implement within the IC chip, capacitors C b , C e and C dc may be implemented outside of the IC chip.
  • the voltage gain of the amplification unit 130K may be controlled by R 1 , R 2 , R c , and C c of the amplification signal feedback unit 150K.
  • R 1 , R 2 , R c , and C c can be flexibly designed according to the required target voltage gain and the turns ratio of the sensing transformer (120K) and the compensation transformer (160K). Accordingly, R 1 , R 2 , R c , and C c are external to the IC chip (i.e., not integrated into the integrated circuit but with non-integrated circuit) to achieve design flexibility for various power systems or various first devices 300. together) can be implemented.
  • the inductor and capacitor (e.g. C b , C e , C dc ) of the non-integrated circuit part and R 1 , R 2 , R c , and C c of the amplified signal feedback unit (150K) are individual components and are located around the IC chip. It can be implemented.
  • the integrated circuit unit of the amplifier 130K may be connected to the third device 400, which is a power supply, to drive the active element. That is, the first integrated circuit unit 1311K and the second integrated circuit unit 1321K can be driven with power supplied from the third device 400 through the power management unit 180K.
  • the output terminal of the power management unit 180K may be connected to the power terminal of the first integrated circuit unit 1311K, and DC voltage V O may be supplied to the first amplifier unit 130K.
  • the negative power terminal (V EE ) of the first integrated circuit unit (1311K) may correspond to the second reference potential
  • the positive power terminal (V CC ) may correspond to the output voltage of the power management unit (180K) based on the second reference potential. It can correspond to (V O ).
  • the output terminal of the power management unit 180K may supply DC voltage V O between the collector terminal of the npn BJT 11 and the collector terminal of the pnp BJT 12 of the second integrated circuit unit 1321K.
  • the collector node of the pnp BJT (12) may correspond to the second reference potential
  • the collector node of the npn BJT (11) may correspond to the output voltage (V O ) of the power management unit (180K) based on the second reference potential. You can.
  • the power management unit 180K may include a filter unit 183K, a power management feedback unit 182K, and a power conversion unit 181K other components.
  • the first integrated circuit unit 1311K and the second integrated circuit unit 1321K of the amplifier unit 130K and the power conversion unit 181K of the power management unit 180K are physically one integrated circuit (IC). It can be internalized into the chip.
  • the IC chip can convert any input voltage level into a voltage level optimized for the first integrated circuit unit 1311K and the second integrated circuit unit 1321K to operate the integrated circuit unit of the amplifier unit 130K. These IC chips can be commercialized with versatility as independent components.
  • FIG. 18 schematically shows a power management unit 180L according to an embodiment of the present invention.
  • the power management unit 180L shown in FIG. 18 is a specific example of the power management units 180J and 180K described above in FIGS. 15 to 17, and shows each component of the power management unit 180L in more detail.
  • the power management unit 180L may include a power conversion unit 181L, a power management feedback unit 182L, and a filter unit 183L.
  • the power management unit 180L may be a power management IC (PMIC). In one embodiment, the power management unit 180L may be a voltage drop converter, for example, a buck converter.
  • PMIC power management IC
  • the power management unit 180L may be a voltage drop converter, for example, a buck converter.
  • V I the output DC voltage V I of the third device 400 is input through the input terminal (VIN) of the power conversion unit 181L.
  • V I can vary depending on the system, such as 15V, 24V, or 48V.
  • the power conversion unit 181L can convert any input voltage V I into a set output voltage V O.
  • the value of V O may be set to an optimized voltage level (eg, 12V) required for the first integrated circuit unit 1311K and/or the second integrated circuit unit 1321K.
  • the power conversion unit 181L may include a control circuit 20, a regulator 30, and a switch unit 40.
  • the components of the power conversion unit 181L are internalized in a single IC chip along with the first integrated circuit unit 1311K and the second integrated circuit unit 1321K.
  • the regulator 30 may generate a DC low voltage for driving an internal circuit (eg, the control circuit 20) from the input voltage V I.
  • the input voltage V I may have a high voltage range of 12V or more, but the internal circuits of the power conversion unit 181L must be driven at a voltage as low as 5V to be efficient. Therefore, the regulator 30 is a circuit that supplies DC low voltage (eg, 5V) for the internal IC of the power conversion unit 181L.
  • the regulator 30 may be referred to as a linear regulator, pre-regulator, on-chip supply, low dropout (LDO) regulator, etc.
  • the control circuit 20 is driven by receiving a DC low voltage generated by the regulator 30.
  • the control circuit 20 includes circuits necessary to produce a constant output voltage in an arbitrary input voltage range.
  • the control circuit 20 can generate a pulse width modulation (PWM) signal, which is a switching signal necessary to output a constant voltage in an arbitrary input voltage range.
  • PWM pulse width modulation
  • the switch unit 40 may generate a constant output voltage V O by performing a switching operation according to a switching signal (i.e., PWM signal) input from the control circuit 20.
  • the switch unit 40 may include a level shifter 45, a first driver 43, a second driver 44, a first switch 41, and a second switch 42.
  • the first and second switches 41 and 42 may be MOSFETs.
  • the first switch 41 may be a high side MOSFET
  • the second switch 42 may be a low side MOSFET. Since the input capacitance of the gate stage of the MOSFET is large, the first and second drivers 43 and 44 with sufficient output can be placed in front of the MOSFET.
  • control circuit 20, the regulator 30, and the switch unit 40 are internalized in a single IC chip together with the integrated circuit unit of the amplifier unit 130K.
  • the power management feedback unit 182L is connected to the control circuit 20 and is placed outside the IC chip.
  • the power management feedback unit 182L is a feedback control system that can produce the same output voltage V O even for any input voltage V I.
  • the power management feedback unit 182L may be composed of discrete commercial devices. Therefore, outside of the IC chip, the necessary compensation circuit can be tuned according to the situation.
  • the present invention is not limited to this, and depending on the embodiment, some elements (eg, resistors) of the power management feedback unit 182L may be internalized in the IC chip.
  • the filter unit 183L is a DC voltage/current filter and may be located at the output terminal of the power conversion unit 181L.
  • the present invention is not limited to this, and when the power management unit 180L is a boost converter, a filter unit may be located at the input terminal of the power conversion unit 181L. Meanwhile, the filter unit 183L may be composed of individual commercial elements outside the IC chip.
  • the power management unit 180L can finally output V O through the power conversion unit 181L, the power management feedback unit 182L, and the filter unit 183L.
  • the final output voltage V O of the power management unit 180L is input to the integrated circuit unit of the amplifier unit 130K.
  • V O can be set to an optimal voltage level for driving the integrated circuit unit.
  • FIG. 19 shows a more specific example of the power conversion unit 181L shown in FIG. 18.
  • control circuit 20 of the power conversion unit 181L includes a voltage redistribution circuit 21, a protection circuit 22, a pulse width modulation circuit 23, and a zero current detector 24. , may include a soft start circuit 25.
  • the regulator 30 in FIG. 19 corresponds to the regulator 30 in FIG. 18.
  • the regulator 30 can generate a DC low voltage for driving the internal circuit of the power conversion unit 181L from the input voltage V I.
  • the DC low voltage generated from the regulator 30 may be at the level of 5V, for example.
  • the voltage redistribution circuit 21 can receive the DC low voltage generated by the regulator 30.
  • the voltage redistribution circuit 21 redistributes the DC low voltage input from the regulator 30 into a DC bias voltage suitable for the IC internal circuit blocks.
  • the voltage redistribution circuit 21 can redistribute the DC bias voltage to a band gap reference (BGR) block, a ramp generator block, etc.
  • BGR band gap reference
  • the voltage redistribution circuit 21 may be referred to as a master bias, etc.
  • the protection circuit 22 may include one or more protection circuits for various situations.
  • the protection circuit 22 may include an under voltage protection circuit (Under Voltage Lock Out, UVLO).
  • UVLO Under Voltage Lock Out
  • the protection circuit 22 may include a short current protection circuit (SCP).
  • SCP short current protection circuit
  • the short circuit protection circuit can protect the power conversion unit 181L from short circuit current.
  • the protection circuit 22 may include an overcurrent protection circuit (OCP).
  • OCP overcurrent protection circuit
  • the overcurrent protection circuit can protect the power conversion unit 181L from overcurrent.
  • the protection circuit 22 may include a thermal protection circuit (Thermal Shutdown, TSD).
  • TSD Thermal Protection Circuit
  • a temperature protection circuit can shut down the circuit for protection if the temperature of the IC exceeds a specified value, for example due to overcurrent.
  • the pulse width modulation circuit 23 performs the core function of the control circuit 20.
  • the pulse width modulation circuit 23 generates a pulse width modulation (PWM) signal, which is a switching signal necessary to output a constant output voltage (V O ) in an arbitrary input voltage range.
  • PWM pulse width modulation
  • the first switch 41 and the second switch 42 may be selectively turned on or off according to the PWM signal generated by the pulse width modulation circuit 23 to generate a voltage signal (V SW ).
  • the voltage signal output through one terminal (SW) of the IC chip may be supplied to the integrated circuit of the amplification unit as an output DC voltage (V O ) through the filter unit (183L) and the power management feedback unit (182L).
  • the pulse width modulation circuit 23 includes a band gap reference (BGR) block, a ramp generator block, an error amplifier (EA), a comparator, and an RS latch. It can be included.
  • BGR band gap reference
  • EA error amplifier
  • comparator comparator
  • RS latch RS latch
  • the BGR (band gap reference) block is a voltage bias circuit for outputting a constant voltage V REF despite changes in temperature or voltage.
  • the BGR block can supply a constant voltage V REF to the error amplifier (EA) even if the temperature or voltage changes.
  • the ramp generator block can generate the ramp signal (V RAMP ) and clock (CLK) signal necessary to generate a PWM signal.
  • the error amplifier (EA) is an amplifier required for the feedback circuit.
  • One of the input terminals of the error amplifier (EA) may be connected to the power management feedback unit 182L through one terminal (FB) of the IC chip.
  • the power management feedback unit 182L outside the IC chip may be connected to the non-inverting terminal of the error amplifier (EA) through the FB terminal of the IC chip.
  • the comparator may output a digital signal based on comparison of the output signal (EA_OUT) of the error amplifier (EA) and the ramp potential (V RAMP ) signal. Meanwhile, the output terminal of the error amplifier (EA) may form one terminal (EAO) of the IC chip.
  • the power management feedback unit 182L outside the IC chip may be connected to the output terminal of the error amplifier (EA) through the terminal EAO.
  • the terminal (EAO) may correspond to a non-inverting terminal among the input terminals of the comparator.
  • the RS latch can transmit a PWM signal to the switch unit 40 based on a clock (CLK) signal.
  • CLK clock
  • the PWM signal can turn on the first switch 41 and the second switch 42 according to an on or off digital signal.
  • the switch unit 40 may include a non-overlap circuit 46.
  • the PWM signal output from the RS latch may be transmitted to the non-redundant circuit 46 of the switch unit 40.
  • the non-redundant circuit 46 can generate a very short time period in which both the first switch 41 and the second switch 42 are turned off.
  • the short time period may be referred to as dead-time, and may be, for example, tens of nanoseconds (nsec).
  • Non-redundant circuit 46 may be referred to as a dead-time generator.
  • first and second switches 41 and 42 may be MOSFETs.
  • the first switch 41 may be a high side MOSFET, and the second switch 42 may be a low side MOSFET. Since the input capacitance of the gate stage of the MOSFET is large, the first and second drivers 43 and 44 with sufficient output can be placed in front of the MOSFET.
  • control circuit 20 may further include a zero current detector 24.
  • the power management unit 180L must operate in discontinuous current mode (DCM) for efficiency.
  • DCM discontinuous current mode
  • the zero current detector 24 can block the PWM signal input to the second switch 42 when a reverse current is detected in the second switch 42.
  • control circuit 20 may further include a soft start circuit 25.
  • the power management unit 180L i.e., converter
  • voltage may be momentarily applied to the output capacitor, etc., causing excessive current, and MOSFETs, etc. may be broken.
  • the soft start circuit 25 can slowly increase the output voltage, etc. even in situations where the converter is suddenly driven.
  • Figure 20 schematically shows the configuration of an active voltage compensation device (100K-1) according to another embodiment of the present invention.
  • an active voltage compensation device 100K-1
  • the active voltage compensation device 100K-1 can actively compensate for the noise voltage input in common mode to each of the high current paths 111, 112, and 113 connected to the first device 300.
  • the active voltage compensation device (100K-1) includes three large current paths (111, 112, 113), a sensing transformer (120K-1), an amplifier (130K), an amplified signal feedback unit (150K), and a compensation transformer (160K). -1) and a power management unit (180K), and the amplification unit (130K) may include a first amplification unit (131K) and a second amplification unit (132K).
  • the active voltage compensation device (100K-1) In contrast to the active voltage compensation device (100K, see FIG. 15) according to the above-described embodiment, the active voltage compensation device (100K-1) according to the embodiment shown in FIG. 20 has three large current paths (111, 112, 113), and accordingly, there is a difference between the primary side (121K-1) of the sensing transformer (120K-1) and the secondary side (162K-1) of the compensation transformer (160K-1). Below, the active voltage compensation device (100K-1) will be described, focusing on the differences described above.
  • the active voltage compensation device 100K-1 may include a first high-current path 111, a second high-current path 112, and a third high-current path 113 that are distinct from each other.
  • the first high-current path 111 may be an R-phase power line
  • the second high-current path 112 may be an S-phase power line
  • the third high-current path 113 may be a T-phase power line.
  • the noise voltage V n and the first currents I11, I12, and I13 may be input in common mode to each of the first large current path 111, the second large current path 112, and the third large current path 113.
  • the primary side (121K-1) of the sensing transformer (120K-1) is disposed in each of the first, second, and third large current paths (111, 112, and 113), and induces an induced voltage on the secondary side (122K-1). can be created.
  • the magnetic flux densities generated in the sensing transformer (120K-1) by the first currents (I11, I12, and I13) on the three large current paths (111, 112, and 113) can be mutually reinforced.
  • the amplifying unit 130K and the amplified signal feedback unit 150K correspond to the amplifying unit 130K and the amplified signal feedback unit 150K described above in FIG. 17.
  • the secondary side (122K-1) wire of the sensing transformer (120K-1) may be differentially connected to the first amplifier (131K-1).
  • the voltage V sen induced in the secondary side (122K-1) of the sensing transformer (120K-1) becomes the input voltage of the first amplifier (131K).
  • the first amplification unit 131K may output an amplification voltage V 1 based on the input voltage.
  • the second amplifier 132K can output the amplification current I- 1 while maintaining the amplification voltage V 1 .
  • the V 1 may be the input voltage of the compensation transformer (160K-1), that is, the voltage of the primary side (161K-1) of the compensation transformer (160K-1).
  • the secondary side (162K-1) of the compensation transformer (160K-1) may be disposed in each of the first large current path 111, the second large current path 112, and the third large current path 113.
  • the compensation transformer (160K-1) is based on the primary side (161K-1) voltage (V 1 ) output from the second amplifier (132K), and three large current paths (111) on the secondary side (162K-1). , 112, 113), a compensation voltage V inj can be generated in series for each.
  • the active voltage compensation device (100K-1) can perform voltage compensation for common mode noise on the power line of a three-phase, three-wire power system.
  • the active voltage compensation device can be modified to be applied to a three-phase, four-wire system.
  • the integrated circuit unit included in the amplifier unit and the power conversion unit included in the power management unit may be physically integrated into one IC chip. Even if an arbitrary range of voltage V I is input from the power supply, the IC chip can drive the integrated circuit unit by converting it to a voltage V O optimized for driving the internal integrated circuit unit through a power conversion unit. Therefore, IC chips can be commercialized with versatility as independent components. Additionally, the integrated circuit included in the amplifier unit can operate stably regardless of the characteristics of the surrounding system.
  • Figure 21 schematically shows the configuration of a system including an active voltage compensation device (100M) according to another embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100M can actively compensate for the voltage V n (e.g., noise voltage) input in common mode to each of the two or more large current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • V n e.g., noise voltage
  • the active voltage compensation device (100M) may include a sensing unit (120M), an amplifying unit (130M), an amplified signal feedback unit (150M), a compensating unit (160M), and a malfunction detection unit (190M).
  • the amplification unit 130M may include a first amplification unit 131M and a second amplification unit 132M.
  • the active voltage compensation device (100M) in contrast to the active voltage compensation device (100A) according to the embodiment described in FIG. 2, includes large current paths 111 and 112 and a sensing unit 120M. , It further includes a malfunction detection unit (190M) connected to the first amplification unit (131M), the second amplification unit (132M), and the compensation unit (160M). Therefore, the active voltage compensation device (100M) will be described below, focusing on the above-mentioned differences.
  • the malfunction detection unit 190M detects a signal corresponding to the operating state of at least one of the two or more large current paths 111 and 112, the sensing unit 120M, the amplifying unit 130M, and the compensating unit 160M. can be created.
  • two or more high current paths 111 and 112 may be electrically connected to the malfunction detection unit 190M.
  • the malfunction detection unit 190M may check the status of two or more large current paths 111 and 112 and generate a signal corresponding thereto.
  • the malfunction detection unit 190M checks the voltage of each of the two or more large current paths 111 and 112 and/or the line voltage of the two or more large current paths 111 and 112, and based on this, the large current path 111, 112) can generate a signal indicating whether it is normal.
  • the sensing unit 120M may be electrically connected to the malfunction detection unit 190M.
  • the malfunction detection unit 190M may check the operating state of the sensing unit 120M and generate a signal corresponding thereto. For example, in an example in which the sensing unit 120M is implemented as a sensing transformer, the malfunction detection unit 190M checks whether the primary side and the secondary side of the sensing transformer are insulated, and based on this, the sensing unit ( 120M) can generate a signal indicating whether it is normal.
  • the amplifier unit 130M may be electrically connected to the malfunction detection unit 190M.
  • the malfunction detection unit 190M may check the operating state of the amplifier 130 and generate a signal corresponding thereto. A method for the malfunction detection unit 190M to check whether the amplification unit 130M is abnormal will be described later.
  • the compensation unit 160M may be electrically connected to the malfunction detection unit 190M.
  • the malfunction detection unit 190M may check the operating state of the compensation unit 160M and generate a signal corresponding thereto. For example, in an example in which the compensation unit 160M is implemented as a compensation transformer, the malfunction detection unit 190M checks whether the primary side and the secondary side of the compensation transformer are insulated, and based on this, the compensation unit ( 160M) can generate a signal indicating whether it is normal.
  • the malfunction detection unit 190M monitors the operation of at least one of the two or more large current paths 111 and 112, the sensing unit 120M, the amplifying unit 130M, and the compensating unit 160M (hereinafter referred to as the verification target). The status can be checked and a signal corresponding to the confirmed operating status can be generated.
  • the malfunction detection unit 190M may include a malfunction detection signal output unit that outputs a signal corresponding to the operating state of the object to be checked and a malfunction detection signal display unit that displays a signal corresponding to the operating state.
  • the malfunction detection signal output unit may output a signal corresponding to the operation state to be checked in the form of a voltage, based on whether the voltage of at least one node inside the check target is within a predetermined reference voltage range.
  • the signal (i.e. voltage) output by the malfunction detection signal output unit may be output to an external device or to a malfunction detection signal display unit.
  • the external device may refer to various devices including the first device 300 and the second device 200 described above.
  • the malfunction detection signal display unit may include a light emitting element that is turned on based on the signal generated by the malfunction detection signal output unit described above.
  • the light emitting device may include, for example, a light emitting diode.
  • the malfunction detection signal display unit may include a light emitting device group including at least two light emitting devices. At this time, the malfunction detection signal display unit may control the on and off of at least one light emitting element of the light emitting element group based on the signal generated by the detection signal output unit. For example, the malfunction detection signal display unit may increase the number of light-emitting elements that light in proportion to the magnitude of the voltage generated by the malfunction detection signal output unit.
  • the light-emitting device as described above does not necessarily have to be located within the active voltage compensation device, but may be electrically connected to the malfunction detection signal output unit and located at an external location appropriate for the user to recognize.
  • the malfunction detection unit 190M can check the operating state of the check object based on the voltage of at least one node inside the check target and based on at least one path current inside the check target. You can also check the operating status of the check target.
  • the malfunction detection unit 190M may check the operating state of the object to be checked based on the temperature of the object to be checked, the amount of change in temperature, and the size of the magnetic field and/or electric field.
  • this is an example and the spirit of the present invention is not limited thereto.
  • the active voltage compensation device (100M) configured as described above is capable of detecting voltage under specific conditions on two or more high current paths 111 and 112 and actively compensating for it, and despite the miniaturization of the device, high current, high voltage and/or high power It can be applied to the system.
  • the active voltage compensation device 100M configured as described above may be implemented in the form of a module including a substrate encapsulated in one encapsulation structure.
  • each component of the active voltage compensation device (100M) and the first device 300, the second device 200, the third device 400, the first reference potential, the second reference potential, and the terminal connected to other external devices is in the form of a pin and may be provided to protrude in a direction perpendicular to one surface of the substrate.
  • a terminal that outputs a signal corresponding to the operating state generated by the malfunction detection unit 190M may be provided to protrude from the above-described module in the form of a pin. Accordingly, users can easily check whether the specific configuration of the active voltage compensation device (100M) is abnormal by checking the voltage of the corresponding pin without disassembling the module.
  • FIG. 22 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 21 and schematically shows an active voltage compensation device 100N according to an embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100N can actively compensate for the voltage V n (e.g., noise voltage) input in common mode to each of the two or more large current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • V n e.g., noise voltage
  • the active voltage compensation device 100N may include a sensing unit 120N, an amplification unit 130N, an amplified signal feedback unit 150N, a compensation unit 160N, and a malfunction detection unit 190N.
  • the amplification unit 130N may include a first amplification unit 131N and a second amplification unit 132N
  • the malfunction detection unit 190N may include a first malfunction detection unit 191N and a second malfunction detection unit 192N. ) and a malfunction determination unit 193N.
  • the description of the sensing unit (120N), the first amplifying unit (131N), the second amplifying unit (132N), the amplified signal feedback unit (150N), and the compensating unit (160N) of the active voltage compensation device (100N) is shown in FIG. 2. It corresponds to the description of the sensing unit 120, the first amplification unit 131A, the second amplification unit 132A, the amplified signal feedback unit 150, and the compensation unit 160.
  • the malfunction detection unit 190N is connected to the amplification unit 130N and can check the operating state of the amplification unit 130N and generate a signal corresponding thereto. Through this, the malfunction detection unit 190N can detect malfunction or failure of the amplification unit 130N.
  • signals from two nodes included in the amplifying unit 130N may be differentially input to the malfunction detection unit 190N.
  • the malfunction detection unit 190N may detect a differential signal between the two nodes included in the amplification unit 130N.
  • the malfunction detection unit 190N may detect malfunction of the amplifier unit 130N using the input differential signal. For example, the malfunction detection unit 190N may detect malfunction of the amplification unit 130N by determining whether the differential signal satisfies a predetermined condition.
  • the malfunction detection unit 190N may output a signal indicating whether the amplification unit 130N is malfunctioning.
  • the malfunction detection unit 190N may include a malfunction detection signal output unit and a malfunction detection signal display unit.
  • the malfunction detection signal output unit may output a signal corresponding to the operating state of the object to be checked, and the malfunction detection signal display unit may display a signal corresponding to the operating state.
  • the malfunction detection unit 190N may include only a malfunction detection signal output unit.
  • the malfunction detection unit 190N may include a plurality of malfunction detection units connected to each component of the amplification unit 130N to detect abnormalities in the amplification unit 130N.
  • the active voltage compensation device 100 will be described based on its configuration including two malfunction detection units.
  • the malfunction detection unit 190N includes a first malfunction detection unit 191N connected to the first amplification unit 131N and a second malfunction detection unit 192N connected to the second amplification unit 132N. It can be included.
  • the malfunction detection unit 190N may further include a malfunction determination unit 193N connected to both the first malfunction detection unit 191N and the second malfunction detection unit 192N.
  • the first malfunction detection unit 191N may be electrically connected to the first amplification unit 131N.
  • the first malfunction detection unit 191N may check the operating state of the first amplifier 131N and generate a signal corresponding to the confirmed operating state.
  • the first malfunction detection unit 191N may include an output unit that generates a malfunction detection signal and/or a display unit that displays the signal.
  • the output unit of the first malfunction detection unit 191N operates the first amplification unit 131N based on whether the voltage of at least one node within the first amplification unit 131N is within a predetermined reference voltage range. A signal corresponding to the state can be generated.
  • the output of the first malfunction detection unit 191N may be configured such that the node voltage inside the first amplification unit 131N is half (e.g., 6 [V]) of the operating voltage (e.g., 12 [V]) of the first amplification unit (131N).
  • V] that is, if it is a value within a certain range from half of the operating voltage of the first amplifier (131N) (e.g., 4-8 [V]), the operating state of the first amplifier (131N) is normal.
  • the range of the half value of the operating voltage of the first amplifier 131N can be appropriately determined according to the design of the active voltage compensation device 100N.
  • the signal generated by the output unit of the first malfunction detection unit 191N may be output to the display unit of the first malfunction detection unit 191N and/or the malfunction determination unit 193N, which will be described later.
  • the display unit of the first malfunction detection unit 191N may include at least one light emitting element to indicate the state of the first amplification unit 131N as normal or abnormal.
  • the light emitting device may include, for example, a light emitting diode, and may display normal when turned on and abnormal when turned off.
  • the display unit of the first malfunction detection unit 191N may include a light-emitting device group including at least two light-emitting devices to display the node voltage inside the first amplification unit 131N in more detail.
  • the display unit of the first malfunction detection unit 191N may increase the number of light-emitting elements that light in proportion to the node voltage inside the first amplification unit 131N.
  • the light emitting device as described above does not necessarily have to be located within the active voltage compensation device (100N), but is electrically connected to the output portion of the first malfunction detection unit (191N) and may be located at an external location appropriate for the user to recognize. .
  • the second malfunction detection unit 192N may be electrically connected to the second amplification unit 132N.
  • the second malfunction detection unit 192N may check the operating state of the second amplifier 132N and generate a signal corresponding to the confirmed operating state.
  • the second malfunction detection unit 192N may include an output unit that generates a malfunction detection signal and/or a display unit that displays the signal.
  • the output of the second malfunction detection unit 192N operates the second amplification unit 132N based on whether the voltage of at least one node within the second amplification unit 132N is within a predetermined reference voltage range.
  • a signal corresponding to the state can be generated.
  • the output of the second malfunction detection unit 192N may be configured such that the node voltage inside the second amplification unit 132N is half (e.g., 6 [V]) of the operating voltage (e.g., 12 [V]) of the second amplification unit (132N). V]), that is, if it is a value within a certain range from half of the operating voltage of the second amplifier 132N (e.g., 4-8 [V]), the operating state of the second amplifier 132N is normal.
  • the range of the half value of the operating voltage of the second amplifier 132N can be appropriately determined according to the design of the active voltage compensation device 100N.
  • the signal generated by the output unit of the second malfunction detection unit 192N may be output to the display unit of the second malfunction detection unit 192N and/or the malfunction determination unit 193N, which will be described later.
  • the display unit of the second malfunction detection unit 192N may include at least one light emitting element to indicate the state of the second amplification unit 132N as normal or abnormal.
  • the light emitting device may include, for example, a light emitting diode, and may display normal when turned on and abnormal when turned off.
  • the display unit of the second malfunction detection unit 192N may include a light-emitting device group including at least two light-emitting devices to display the node voltage inside the second amplification unit 132N in more detail.
  • the display unit of the second malfunction detection unit 192N may increase the number of light-emitting elements that turn on in proportion to the node voltage inside the second amplification unit 132N.
  • the light-emitting device as described above does not necessarily have to be located within the active voltage compensation device 100N, but is electrically connected to the output of the second malfunction detection unit 192N and can be located at an external location suitable for the user to recognize. .
  • the malfunction detection unit 190N may further include a malfunction determination unit 193N that is connected to the first malfunction detection unit 191N and the second malfunction detection unit 192N to determine malfunction or failure of the entire amplification unit 130N. You can.
  • the malfunction determination unit 193N may be electrically connected to the first malfunction detection unit 191N and the second malfunction detection unit 192N.
  • the malfunction determination unit 193N may receive signals output from the first malfunction detection unit 191N and the second malfunction detection unit 192N and generate a signal corresponding to the operating state of the amplification unit 130N.
  • the malfunction determination unit 193N may include an output unit that generates a malfunction detection signal and may further include a display unit that displays the signal.
  • the output of the malfunction determination unit 193N is generated from the first malfunction detection unit 191N and the second malfunction detection unit 192N to correspond to the operating states of the first amplification unit 131N and the second amplification unit 132N, respectively.
  • a signal corresponding to the operating state of the amplifier 130N can be generated by receiving the signal.
  • the malfunction determination unit 193N determines whether the states of the first amplification unit 131N and the second amplification unit 132N are normal based on the first malfunction detection unit 191N and the second malfunction detection unit 192N.
  • a signal corresponding to can be provided, and when the states of both the first amplifier 131N and the second amplifier 132N are normal, a signal indicating that the operating state of the amplifier 130N is normal can be generated.
  • the malfunction determination unit 193N may generate a signal indicating that the operating state of the amplification unit 130N is abnormal. You can.
  • the display unit of the malfunction determination unit 193N may include at least one light emitting element to indicate the state of the amplification unit 130N as normal or abnormal.
  • the light emitting device may include, for example, a light emitting diode, and may display normal when turned on and abnormal when turned off.
  • this is an example and the spirit of the present invention is not limited thereto.
  • Figure 23 shows an example of the functional configuration of the amplification unit 130Q and the malfunction detection unit 190Q according to an embodiment of the present invention.
  • the amplification unit 130Q and the malfunction detection unit 190Q of FIG. 23 are specific examples of the amplification unit 130N and the malfunction detection unit 190N shown in FIG. 22 .
  • the amplifier unit 130Q may include an integrated circuit unit and a non-integrated circuit unit.
  • the non-integrated circuit part consists only of passive elements, and the integrated circuit part includes active elements.
  • the integrated circuit unit may further include passive elements as well as active elements.
  • the first amplification unit 131Q and the second amplification unit 132Q constituting the amplification unit 130Q may include an integrated circuit unit and a non-integrated circuit unit, respectively. That is, the first amplifier 131Q may include a first integrated circuit 1311Q and a first non-integrated circuit 1312Q, and the second amplifier 132Q may include a second integrated circuit 1321Q and a second non-integrated circuit 1312Q. It may include a non-integrated circuit unit 1322Q.
  • the combination of integrated circuit units and non-integrated circuit units of the amplification unit 130Q may perform the function of generating an amplified signal from the signal output from the sensing unit 120N.
  • the amplified signal may be input to the compensation unit 160N.
  • the amplifier unit 130Q may be connected to the malfunction detection unit 190Q.
  • the malfunction detection unit 190Q is connected to the amplification unit 130Q and can detect malfunction or failure of the amplification unit 130Q.
  • the malfunction detection unit 190Q includes a first malfunction detection unit 191Q connected to the first amplification unit 131Q, a second malfunction detection unit 192Q connected to the second amplification unit 132Q, and a malfunction determination unit 193Q. ) may include. Signals from the two nodes included in the first amplifying unit 131Q may be differentially input to the first malfunction detection unit 191Q, and signals from the two nodes included in the second amplifying unit 132Q may be differentially inputted to the first malfunction detection unit 191Q. It may be input to the second malfunction detection unit 192Q.
  • the first malfunction detection unit 191Q and the second malfunction detection unit 192Q can detect the differential signals of the two nodes being input.
  • the two nodes included in the first amplification unit 131Q may be the two nodes included in the first integrated circuit unit 1311Q
  • the two nodes included in the second amplification unit 132Q may be the two nodes included in the second integrated circuit unit 1321Q. It can be two nodes included in .
  • the two nodes included in the first amplification unit 131Q may also be connected to the first non-integrated circuit unit 1312Q
  • the two nodes included in the second amplification unit 132Q may also be connected to the second non-integrated circuit unit 1322Q. can be connected
  • the first malfunction detection unit 191Q and the second malfunction detection unit 192Q may each generate an output signal indicating whether the detected differential signal is within a predetermined range.
  • the output signal may indicate whether the first amplifier 131Q and the second amplifier 132Q are malfunctioning.
  • the malfunction detection unit 190Q may further include a malfunction determination unit 193Q connected to the first malfunction detection unit 191Q and the second malfunction detection unit 192Q.
  • the output signals of the first malfunction detection unit 191Q and the second malfunction detection unit 192Q may be input to the malfunction determination unit 193Q.
  • the malfunction determination unit 193Q may generate and output a signal indicating malfunction or failure of the amplification unit 130Q based on the input output signal.
  • the signal output from the malfunction determination unit 193Q may indicate whether the entire amplification unit 130Q is malfunctioning, and may also indicate whether each of the first amplifying unit 131Q and the second amplifying unit 132Q is malfunctioning.
  • the first and second integrated circuit units 1311Q and 1321Q of the amplification unit 130Q and the malfunction detection unit 190N may be physically integrated into one integrated circuit (IC) chip 500Q. You can. However, this is only one embodiment, and in other embodiments, the integrated circuits and non-integrated circuits of the amplification unit 130Q and the malfunction detection unit 190N may be physically integrated into one IC chip 500Q. .
  • the first malfunction detection unit 191Q, the second malfunction detection unit 192Q, and the malfunction determination unit 193Q may include active elements.
  • the reference potential of the first malfunction detection unit 191Q, the second malfunction detection unit 192Q, and the malfunction determination unit 193Q may be the same as the second reference potential, which is the reference potential of the amplification unit 130Q.
  • the reference potential of the first malfunction detection unit 191Q and the second malfunction detection unit 192Q may be different from the first reference potential of the active voltage compensation device 100.
  • the amplification unit 130Q and the malfunction detection unit 190Q receive power from the third device 400, which is distinct from the first device 300 and/or the second device 200. can be supplied.
  • the amplifying unit 130Q may receive power from the third device 400 and amplify the output signal output from the sensing unit 120N to generate an amplified signal.
  • the malfunction detection unit 190Q may receive power from the third device 400 and generate an output signal indicating whether the differential signal input from the amplification unit 130Q is within a predetermined range. The output signal may indicate whether the amplification unit 130Q is malfunctioning.
  • the third device 400 may be a device that receives power from a power source unrelated to the first device 300 and the second device 200 to generate input power for the amplification unit 130Q and the malfunction detection unit 190Q. there is.
  • the third device 400 receives power from any one of the first device 300 and the second device 200 to generate input power for the amplification unit 130Q and the malfunction detection unit 190Q. It could be a device.
  • the IC chip 500Q may include a terminal for connection to a third device, a terminal for connection to a second reference potential, and a terminal for outputting an output signal of the malfunction detection unit 190Q.
  • the IC chip 500Q may further include other terminals.
  • the other terminals are It may be connected to the non-integrated circuit part of the amplifier unit 130Q.
  • the other terminal is the output terminal of the sensing unit and the malfunction detection unit 190Q. It can be connected to the input terminal of the compensation unit.
  • Figure 24 shows a more specific example of the embodiment shown in Figure 22, and schematically shows an active voltage compensation device (100P) according to an embodiment of the present invention
  • Figure 25 shows the first example shown in Figure 24.
  • a specific example of the first integrated circuit unit 1311P and the first malfunction detection unit 191P of the amplifier unit 131P is shown.
  • the active voltage compensation device 100P shown in FIG. 24 is an example of the active voltage compensation device 100N shown in FIG. 22, and the amplifier 130P included in the active voltage compensation device 100P is an active voltage compensation device. This is an example of the amplification unit (130N) of (100N).
  • the active voltage compensation device 100P can actively compensate for the voltage V n (e.g., noise voltage) input in common mode to each of the two or more large current paths 111 and 112 connected to the first device 300.
  • V n e.g., noise voltage
  • the active voltage compensation device (100P) includes a sensing transformer (120P), an amplification unit (130P), an amplified signal feedback unit (150P), a compensation transformer (160P), and a malfunction detection unit (190P).
  • the amplification unit 130P may include a first amplification unit 131P and a second amplification unit 132P.
  • the malfunction detection unit 190P may include a first malfunction detection unit 191P and a second malfunction detection unit 192P, and is connected to the first malfunction detection unit 191P and the second malfunction detection unit 192P. It may further include a malfunction determination unit (not shown).
  • the active voltage compensation device 100P When comparing the active voltage compensation device 100P with the active voltage compensation device 100F according to the embodiment shown in FIG. 9, the active voltage compensation device 100P according to the embodiment shown in FIG. 24 has a first amplification unit ( It further includes a first malfunction detection unit (191P) connected to (131P) and a second malfunction detection unit (192P) connected to the second amplification unit (132P). Therefore, hereinafter, the active voltage compensation device (100P) will be described focusing on the above-mentioned differences.
  • the amplifying unit 130P included in the active voltage compensation device 100P may include an integrated circuit unit and a non-integrated circuit unit.
  • the amplification unit 130P includes a first amplification unit 131P and a second amplification unit 132P
  • the first amplification unit 131P includes a first integrated circuit unit 1311P and a first non-integrated circuit unit ( 1312P)
  • the second amplifier 132P may include a second integrated circuit 1321P and a second non-integrated circuit 1322P.
  • the first integrated circuit unit 1311P and the second integrated circuit unit 1321P may form the integrated circuit unit of the amplifier unit 130P.
  • the non-integrated circuit part of the amplification unit 130P may be comprised of the remaining components excluding the integrated circuit part of the amplification unit 130P.
  • the non-integrated circuit part may be modified depending on the design of the active voltage compensation device (100P).
  • the amplifier 130P and the malfunction detection unit 190P may receive power from the third device 400.
  • the third device 400 supplies a direct current (DC) voltage V dd based on the second reference potential to drive the amplification unit 130P and the malfunction detection unit 190P.
  • the amplifier unit 130P may include C dc in the non-integrated circuit unit, which serves as a DC decoupling capacitor for the V dd .
  • the C dc is connected in parallel between the third device 400 and the second reference potential to selectively combine only AC signals.
  • the first integrated circuit unit 1311P of the first amplifier unit 131P may include one or more transistors.
  • the transistor may be configured as a MOSFET.
  • the first integrated circuit unit 1311P may have a differential amplifier structure including MOSFETs forming a differential pair.
  • An example of the detailed configuration of the first integrated circuit unit 1311P corresponds to the description of the first integrated circuit unit 1311F described in FIG. 10.
  • the induced voltage induced on the secondary side (122P) by the sensing transformer (120P) may be differentially input to the first amplifier (131P).
  • the secondary side 122P of the sensing transformer 120P may be connected to the gates of two MOSFETs (eg, M1 and M5) included in the first integrated circuit unit 1311P.
  • the first amplifier 131P may generate and output an amplified signal (eg, an amplified voltage) based on the voltage input from the secondary side 122P of the sensing transformer 120P.
  • an amplified signal eg, an amplified voltage
  • the source side and drain side of different MOSFETs (e.g., M19, M20) included in the first integrated circuit unit 1311P may form an output unit of the first amplification unit 131P, and the output unit It is connected to the input unit of the second amplification unit 132P and can transmit an amplified signal to the second amplification unit 132P.
  • connection also includes cases of indirect connection.
  • the amplified signal feedback unit 150P may be connected to the gates of two MOSFETs M2 and M6 included in the first integrated circuit unit 1311P.
  • the amplification unit 130P may transmit a feedback signal based on the output signal of the second amplification unit 132P to the first amplification unit 131P through the amplification signal feedback unit 150P.
  • the nodes included in the first integrated circuit 1311P may swing significantly to the common mode. For example, voltages at the gate nodes, source nodes, and drain nodes of the MOSFET included in the first integrated circuit unit 1311P may swing to the common mode.
  • the first amplification unit 131P can check whether the first amplification unit 131P is operating normally by checking whether the first integrated circuit unit 1311P of the first amplification unit 131P is operating normally. In other words, it is possible to check whether the first amplifier 131P is operating normally by checking whether the DC bias of the first amplifier 131P is normal.
  • the first malfunction detection unit 191P may be connected to the node between M9 and M11 and the node between N11 and M15. If the differential DC voltage between the nodes satisfies a predetermined condition, the first malfunction detection unit 191P may determine that the state of the first amplification unit 131P is normal.
  • the first malfunction detection unit 191P uses the differential DC voltage between the two nodes included in the first amplification unit 131P to generate a signal indicating malfunction of the first amplification unit 131P. Can be printed.
  • the first integrated circuit unit 1311P may be implemented as an integrated circuit (IC) within a single chip.
  • IC integrated circuit
  • one or more MOSFETs of the first integrated circuit unit 1311P may be integrated into a single chip.
  • the first integrated circuit unit 1311P may be integrated into a single chip together with the first malfunction detection unit 191P, which will be described later.
  • the first integrated circuit unit 1311P may be implemented as a single IC chip along with the entire second integrated circuit unit 1321P and the malfunction detection unit 190P, which will be described later.
  • the IC chip 501P When the first integrated circuit unit 1311P and the first malfunction detection unit 191P are implemented in one IC chip 501P, the IC chip 501P includes a terminal u1 for connection to the third device 400, A terminal (u2) to be connected to the second reference potential, a terminal (u3) to output the output signal of the first malfunction detection unit (191P), a terminal (u4) to be connected to the secondary side of the sensing transformer (120P), It may include a terminal u5 to be connected to the amplified signal feedback unit 150P and a terminal u6 to be connected to the second amplification unit 132P. However, the present invention is not limited to this, and the IC chip 501P may further include other terminals in addition to the terminals u1 to u6.
  • the amplified signal amplified by the first amplification unit 131P may be input to the second amplification unit 132P.
  • the second amplifier 132P may receive power from the third device 400 and re-amplify the amplified signal input from the first amplifier 131P.
  • Amplification in the second amplification unit 132P may only amplify the current in the amplified signal of the first amplification unit 131P while maintaining the voltage (or not significantly changing it). Due to the second amplifier 132P, the active voltage compensation device 100P can secure sufficient current for driving the device.
  • the second integrated circuit unit 1321P of the second amplifier unit 132P may include a first transistor 11, a second transistor 12, a diode 13, R npn , R pnp , and R e . You can.
  • the second non-integrated circuit unit 1322P may include C b and C e .
  • the first transistor 11 may be an npn BJT
  • the second transistor 12 may be a pnp BJT
  • the second amplifier 132P may have a push-pull amplifier structure including an npn BJT and a pnp BJT.
  • the third device 400 that supplies power to the second amplifier 132P supplies a direct current (DC) voltage V dd based on the second reference potential to the second amplifier 132P.
  • the amplification unit 130P may include C dc , which is a DC decoupling capacitor for V dd .
  • C dc may be connected in parallel between the third device 400 and the second reference potential, and the first transistor 11 (e.g. npn BJT) and the second transistor 12 (e.g. : Only alternating current (AC) signals can be selectively combined between both collectors of a pnp BJT).
  • C b and C e included in the second amplifier 132P can selectively combine only alternating current (AC) signals.
  • R npn , R pnp , and R e in the second integrated circuit unit 1321P of the second amplifier unit 132P can adjust the operating points of the first and second transistors 11 and 12.
  • R npn is the collector terminal of the first transistor 11 (e.g., npn BJT) and can connect the third device 400 terminal and the base terminal of the first transistor 11 (e.g., npn BJT).
  • R pnp is the collector terminal of the second transistor 12 (e.g., pnp BJT) and can connect the second reference potential to the base terminal of the second transistor 12 (e.g., pnp BJT).
  • R e may connect the emitter terminal of the first transistor 11 and the emitter terminal of the second transistor 12.
  • the output side of the first amplifier 131P may be connected to the base side of the first and second transistors 11 and 12.
  • the primary side (161P) of the compensation transformer (160P) may be connected to the emitter side of the first and second transistors (11 and 12).
  • the amplified signal feedback unit 150P may be connected to the emitter side of the first and second transistors 11 and 12.
  • connection also includes cases of indirect connection.
  • the second amplifier 132P may have a regression structure that injects the output signal back into the bases of the first and second transistors 11 and 12. Due to the regression structure, the second amplifier 132P can stably obtain a constant current gain for operation of the active voltage compensation device 100P.
  • the first transistor 11 eg, npn BJT
  • the second transistor 12 eg, pnp BJT
  • the operating current may flow through the second path passing through the second transistor 12.
  • the noise level that must be compensated for according to the first device 300 may be large, it may be desirable to use a power supply with as high a voltage as possible.
  • the third device 400 that supplies power may be independent of the first device 300 and the second device 200.
  • the nodes of the first transistor 11 and the second transistor 12 may swing significantly to the common mode.
  • voltages at the base nodes and emitter nodes of the first and second transistors 11 and 12 may swing to the common mode.
  • the second malfunction detection unit 192P may be connected to one node of the first transistor 11 and one node of the second transistor 12.
  • the second malfunction detection unit 192P can selectively detect only the differential DC voltage between the first transistor 11 and the second transistor 12. For example, a differential signal between one node of the first transistor 11 and one node of the second transistor 12 may be input to the second malfunction detection unit 192P.
  • the differential signal may be a differential DC voltage between the emitter of the first transistor 11 and the emitter of the second transistor 12.
  • the second malfunction detection unit 192P may output a signal indicating the state of the second amplification unit 132P using the differential DC voltage between the two nodes included in the second amplification unit 132P.
  • the second malfunction detection unit 192P determines that the second amplification unit 132P is normal when the differential DC voltage between one node of the first transistor 11 and one node of the second transistor 12 satisfies a predetermined condition. It can be judged that
  • the second malfunction detection unit 192P operates the second amplification unit ( A signal indicating that the status of 132P) is normal can be output. If the differential DC voltage is outside the predetermined range, the second malfunction detection unit 192P may output a signal indicating that the second amplification unit 132P is malfunctioning.
  • At least a portion of the second amplifier 132P and the second malfunction detection unit 192P may be physically integrated into one IC chip.
  • the second integrated circuit unit 1321P and the second malfunction detection unit 192P of the second amplifier unit 132P may be integrated into one IC chip 502P.
  • the first transistor 11, the second transistor 12, the diode 13, R npn , R pnp , Re and the second malfunction detection unit 192P of the second integrated circuit unit 1321P are one. It can be integrated into the IC chip 502P.
  • the IC chip 502P outputs a terminal t1 for connection to the third device 400, a terminal t2 for connection to the second reference potential, and an output signal from the second malfunction detection unit 192P. It may include a terminal (t3) for connection to the passive elements of the second non-integrated circuit unit (1322P) (eg, t4, t5, t6, t7).
  • the terminals to be connected to the second non-integrated circuit unit 1322P include a terminal t4 corresponding to the emitter of the first transistor 11 and a terminal t5 corresponding to the emitter of the second transistor 12. It can be included.
  • the two terminals (t4, t5) corresponding to the emitters of the first and second transistors 11 and 12 may also correspond to the differential input of the second malfunction detection unit 192P.
  • Terminals t4 and t5 corresponding to the emitters of the first and second transistors 11 and 12 may be connected to C e of the second non-integrated circuit unit 1322P, respectively.
  • terminals to be connected to the second non-integrated circuit unit 1322P may include a terminal t6 corresponding to the base of the first transistor 11 and a terminal t7 corresponding to the base of the second transistor 12. there is. Terminals t6 and t7 corresponding to the bases of the first and second transistors 11 and 12 may be connected to C b of the second non-integrated circuit unit 1322P, respectively.
  • the present invention is not limited to this.
  • the IC chip 502P may further include at least a portion of the second non-integrated circuit unit 1322P of the second amplifier unit 132P.
  • the IC chip 502P may include all of the second integrated circuit unit 1321P, the second non-integrated circuit unit 1322P, and the second malfunction detection unit 192P of the second amplification unit 132P. .
  • the malfunction detection unit 190P may further include a malfunction determination unit (not shown) connected to the first malfunction detection unit 191P and the second malfunction detection unit 192P.
  • the description of the malfunction determination unit corresponds to the description of the malfunction determination unit 193Q in FIG. 23.
  • the malfunction determination unit may include an active element.
  • the malfunction determination unit can be implemented as an IC within a single chip.
  • the IC chip may include a terminal connected to the output signal terminal u3 of the first malfunction detection unit 191P and the output signal terminal t3 of the second malfunction detection unit 192P. Additionally, the IC chip may include a terminal for outputting an output signal of the malfunction determination unit 193P.
  • the output signal determines whether the amplification unit 130P is malfunctioning by determining the operating state of the amplification unit 130P based on the output signal of the first malfunction detection unit 191P and the output signal of the second malfunction detection unit 192P. It may be a signal that indicates
  • the malfunction determination unit may be implemented as a single IC chip along with the first integrated circuit unit 1311P, the first malfunction detection unit 191P, the second integrated circuit unit 1321P, and the second malfunction detection unit 192P.
  • the malfunction detection unit 190P is internalized in the IC chip 500P in which the integrated circuit of the amplification unit 130P is integrated, so that the malfunction detection unit 190P is separately installed using general commercial devices.
  • the size and price can be reduced compared to the case where it is configured.
  • the IC chip 500P or the active voltage compensation device 100P can be commercialized with versatility as an independent component. You can.
  • FIG. 26 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 22 and schematically shows an active voltage compensation device 100P-1 according to an embodiment of the present invention.
  • the active voltage compensation device 100P-1 shown in FIG. 26 is an example of the active voltage compensation device 100N shown in FIG. 22.
  • the amplification unit 130P-1 included in the active voltage compensation device 100P-1 is an example of the amplification unit 130N of the active voltage compensation device 100N.
  • the amplifier 130P-1 shown in FIG. 26 corresponds to the amplifier 130P shown in FIG. 24, and only the location where the second malfunction detection unit 192P-1 is connected may be different. Specifically, in the IC chip 502P-1 in which the second amplifier 132P-1 is integrated, the differential DC voltage between the base of the first transistor 11 and the base of the second transistor 12 detects the second malfunction. It can be input into part 192P-1. Therefore, the description of the amplification unit 130P-1 corresponds to the description of the amplification unit 130P and will therefore be kept brief.
  • the non-integrated circuit part of the second amplifier 132P-1 may include C b and C e .
  • the integrated circuit unit of the second amplifier 132P-1 may include a first transistor 11, a second transistor 12, a diode 13, R npn , R pnp , and R e .
  • the first transistor 11 may be an npn BJT
  • the second transistor 12 may be a pnp BJT.
  • the second amplifier 132P-1 may have a push-pull amplifier structure including an npn BJT and a pnp BJT.
  • the second amplifier 132P-1 according to one embodiment may have a return structure that injects the output current back into the bases of the first and second transistors 11 and 12.
  • the first transistor 11 eg, npn BJT
  • the second transistor 12 eg, pnp BJT
  • the second amplifier 132P-1 receives power from the third device 400, the voltages at the base nodes and emitter nodes of the first and second transistors 11 and 12 change to the common mode. You can swing greatly. Here, by checking whether the DC bias of the second amplifier 132P-1 is normal, it can be confirmed whether the second amplifier 132P-1 is operating normally.
  • the differential DC voltage between the base of the first transistor 11 and the base of the second transistor 12 may be input to the second malfunction detection unit 192P-1.
  • the second malfunction detection unit 192P-1 sends a signal indicating normality through the output terminal t3 when the differential DC voltage between the base of the first transistor 11 and the base of the second transistor 12 is within a predetermined range. Can be printed.
  • the second malfunction detection unit 192P-1 sends a signal indicating a failure through the output terminal t3. can be output.
  • At least a portion of the second amplifier 132P-1 and the second malfunction detection unit 192P-1 may be physically integrated into one IC chip 502P-1.
  • the integrated circuit unit of the second amplification unit 132P-1 and the second malfunction detection unit 192P-1 may be integrated into one IC chip 502P-1.
  • the first transistor 11, the second transistor 12, the diode 13, R npn , R pnp , Re and the second malfunction detection unit of the integrated circuit part of the second amplifier 132P-1. (192P-1) can be integrated into one IC chip (502P-1).
  • the IC chip 502P-1 has a terminal t1 for connection to the third device 400, a terminal t2 for connection to the second reference potential, and an output of the second malfunction detection unit 192P-1. It may include a terminal t3 for outputting a signal and terminals (eg, t4, t5, t6, t7) for connection to the non-integrated circuit part of the second amplifier 132P-1.
  • the terminals for connection to the non-integrated circuit part of the second amplifier 132P-1 correspond to the terminal t4 corresponding to the emitter of the first transistor 11 and the terminal t4 corresponding to the emitter of the second transistor 12. It may include a terminal (t5). Terminals (t4, t5) corresponding to the emitter may each be connected to C e of the passive element part.
  • terminals for connection to the non-integrated circuit part of the second amplifier 132P-1 are a terminal t6 corresponding to the base of the first transistor 11 and a terminal corresponding to the base of the second transistor 12 ( t7) may be included.
  • the two terminals t6 and t7 corresponding to the base may also correspond to the differential input of the second malfunction detection unit 192P-1.
  • Terminals (t6, t7) corresponding to the base may each be connected to C b of the passive element part.
  • the present invention is not limited to this.
  • the IC chip 502P-1 may further include at least a portion of the non-integrated circuit portion of the second amplifier 132P-1.
  • the IC chip 502P-1 may include both the integrated circuit and non-integrated circuit parts of the second amplifier 132P-1 and the second malfunction detection unit 192P-1.
  • At least a part of the first amplification unit 131P and the first malfunction detection unit 191P may be integrated into one IC chip 501P, and at least a part of the second amplification unit 132P and the first malfunction detection unit 191P may be integrated into one IC chip 501P.
  • the malfunction detection unit 192P-1 may be integrated into one IC chip 502P-1, and the IC chips 501P and 502P-1 may be comprised of the same IC chip 500P-1.
  • Figure 27 shows the functional configuration of the malfunction detection unit 190P according to an embodiment of the present invention
  • Figure 28 is a schematic diagram of the logic circuit 197 according to an embodiment of the present invention.
  • the malfunction detection unit 190P includes a subtractor 194, a first comparator 195a, a second comparator 195b, a first level shifter 196a, It may include a second level shifter 196b and a logic circuit 197.
  • the first malfunction detection unit 191P and the second malfunction detection unit 192P are each A subtractor (194), a first comparator (195a), a second comparator (195b), a first level shifter (196a), a second level shifter (196b), and a logic circuit (197) may include.
  • this is only an example, and the malfunction detection unit 190P of the present invention is not limited to this.
  • the second malfunction detection unit 192P connected to the second amplification unit 132P will be described in detail with reference to FIGS. 27 to 28 together with FIG. 24.
  • the description of the second malfunction detection unit 192P is also applicable to the malfunction detection unit 190P and the first malfunction detection unit 191P.
  • the second malfunction detection unit 192P may be applied to the IC chips 500Q, 500P, and 500P-1 according to the various embodiments described above.
  • signals from two nodes included in the second amplifier 132P may be differentially input to the subtractor 194 of the second malfunction detection unit 192P.
  • the signal of one node of the first transistor 11 and the signal of one node of the second transistor 12 may be differentially input to the subtractor 194.
  • the subtractor 194 may selectively detect only the differential DC voltage between the node of the first transistor 11 and the node of the second transistor 12. Since the subtractor 194 differentially senses the voltages at the two nodes, the common mode swing of the two nodes can be ignored. Subtractor 194 may output the sensed differential DC voltage (V sub ).
  • the subtractor 194 may output a differential DC voltage (V sub ) between the emitter of the first transistor 11 and the emitter of the second transistor 12. In this case, the input terminal of the subtractor 194 may share a node with the emitter of the first and second transistors 11 and 12.
  • the subtractor 194 may output a differential DC voltage (V sub ) between the base of the first transistor 11 and the base of the second transistor 12.
  • V sub differential DC voltage
  • the input terminal of the subtractor 194 may share a node with the base of the first and second transistors 11 and 12.
  • the voltage at each input terminal of the subtractor 194 may swing, and the swing may conform to the magnitude of the rated voltage (V dd ) of the second amplifier 132P. Therefore, the subtractor 194 may need to have a rated voltage corresponding to the rated voltage (V dd ) of the second amplifier 132P. Accordingly, the subtractor 194 can be driven by receiving the supply voltage (V dd ) of the third device 400 as is.
  • the subtractor 194 of the second malfunction detection unit 192P may have a high input impedance.
  • subtractor 194 may be configured as a circuit with an input impedance greater than 10 kOhm.
  • the subtractor 194 may include a rail-to-rail operational amplifier (rail-to-rail op-amp).
  • the first and second comparators 195a and 195b can detect whether the magnitude of the differential DC voltage (V sub ), which is the output of the subtractor 194, is within a predetermined range. If the magnitude of the differential DC voltage (V sub ) is within the predetermined range, the second amplifier (132P) can be determined to be normal, and if the magnitude of the differential DC voltage (V sub ) is outside the predetermined range, the second amplifier (132P) ) can be determined as a failure. For example, if the differential DC voltage (V sub ) is between the maximum reference voltage (V ref,max ) and the minimum reference voltage (V ref,min ), the second amplifier 132P may be normal. If the differential DC voltage (V sub ) is higher than the maximum reference voltage (V ref,max ) or lower than the minimum reference voltage (V ref,min ), the second amplifier (132P) may be broken.
  • the maximum reference voltage (V ref,max ) and minimum reference voltage (V ref,min ) may be preset according to various embodiments. Below, the standards for setting the maximum reference voltage (V ref,max ) and minimum reference voltage (V ref,min ) will be described.
  • the subtractor 194 may sense the differential DC voltage (V sub ) between the emitter of the first transistor 11 and the emitter of the second transistor 12 .
  • the differential DC voltage (V sub ) may correspond to I e *R e .
  • Re is a resistance connecting the emitter terminal of the first transistor 11 and the emitter terminal of the second transistor 12, and I e represents the current flowing through Re e .
  • I e and R e can be determined depending on the design.
  • the maximum reference voltage (V ref,max ) can be set higher than I e *R e by a specified amount.
  • the minimum reference voltage (V ref,min ) can be set lower than I e *R e by a specified amount.
  • the subtractor 194 may sense the differential DC voltage (V sub ) between the base of the first transistor 11 and the base of the second transistor 12.
  • the differential DC voltage (V sub ) may correspond to (I e *R e + 2V be,bjt ).
  • Re is a resistance connecting the emitter terminal of the first transistor 11 and the emitter terminal of the second transistor 12, and I e represents the current flowing through Re e .
  • I e and R e can be determined depending on the design.
  • V be,bjt represents the voltage between the base and emitter of the first transistor 11 or the second transistor 12.
  • the maximum reference voltage (V ref,max ) can be set higher than (I e *R e + 2V be,bjt ) by a specified amount.
  • the minimum reference voltage (V ref,min ) can be set lower than (I e *R e + 2V be,bjt ) by a specified amount.
  • the maximum reference voltage (V ref,max ) can be set to 2 V
  • the minimum reference voltage (V ref,min ) can be set to 1.4 V.
  • the first comparator 195a may output a first signal (a11) indicating whether the differential DC voltage (V sub ) is lower than the maximum reference voltage (V ref,max ).
  • the second comparator 195b may output a second signal (a21) indicating whether the differential DC voltage (V sub ) is higher than the minimum reference voltage (V ref,min ).
  • the first and second comparators (195a, 195b) are connected to the rated voltage (V dd ) of the second amplifier (132P). It may have a corresponding rated voltage. Accordingly, the first and second comparators 195a and 195b can be driven by receiving the supply voltage (V dd ) of the third device 400 as is.
  • the first and second comparators 195a and 195b may include an open-loop 2-stage op-amp.
  • the first and second level shifters 196a and 196b may lower the voltage of the output signal of the comparators 195a and 195b.
  • the gate voltage of the MOSFET included in the logic circuit 197 is lower than the rated voltage (V dd ) of the comparators 195a and 195b, the voltage levels of the first and second signals (a11 and a21) are lowered to It must be entered in (197). Therefore, by using the level shifters 196a and 196b, the signs of the first and second signals a11 and a21 can be maintained but only the voltage level can be lowered.
  • the first signal a11 output from the first comparator 195a may be input to the first level shifter 196a.
  • the first level shifter 196a may output a third signal a12 in which the voltage level of the first signal a11 is lowered.
  • the second signal a21 output from the second comparator 195b may be input to the second level shifter 196b.
  • the second level shifter 196b may output a fourth signal a22 in which the voltage level of the second signal a21 is lowered.
  • the rated voltage of the input terminals of the level shifters 196a and 196b may correspond to the supply voltage (V dd ) of the third device 400.
  • the rated voltage of the output terminals of the level shifters 196a and 196b may be lower than the supply voltage (V dd ).
  • the supply voltage (V dd ) of the third device 400 may be 12V, and the rated voltage of the output terminals of the level shifters 196a and 196b may be 5V.
  • the third signal a12 and the fourth signal a22 may be input to the logic circuit 197.
  • the logic circuit 197 uses the third signal (a12) and the fourth signal (a22) to determine that the differential DC voltage (V sub ) is equal to the maximum reference voltage (V ref,max ) and the minimum reference voltage (V ref,min ).
  • a fifth signal (a3) indicating whether there is a gap between the two points may be output.
  • the fifth signal (a3) may be a digital signal that is either 0 or 1. For example, if the fifth signal a3 indicates 0, the second amplifier 132P may be in a normal state, and if the fifth signal a3 indicates 1, the second amplifier 132P may be in a faulty state. Of course, the opposite case is also possible.
  • the third signal (a12), which is the output of the first level shifter (196a), and the fourth signal (a22), which is the output of the second level shifter (196b), may be input to the logic circuit 197.
  • the logic circuit 197 may output a fifth signal (a3) based on the third signal (a12) and fourth signal (a22) that are inputs.
  • the logic circuit 197 may have a truth table as shown in Table 1 below.
  • the first comparator 195a may output a high signal indicating 1 when the differential DC voltage (V sub ) is less than the maximum reference voltage (V ref,max ). In this case, since the first signal (a11) represents 1, the third signal (a12) may also represent 1. In one embodiment, the second comparator 195b may output a low signal indicating 0 when the differential DC voltage (V sub ) is greater than the minimum reference voltage (V ref,min ). In this case, since the second signal (a21) represents 0, the fourth signal (a22) may also represent 0.
  • the fifth signal a3 in Table 1 represents 0, it can be determined that the second amplifier 132P is operating normally. If the fifth signal a3 indicates 1, it may be determined that the second amplifier 132P is malfunctioning.
  • the logic circuit 197 and the truth table shown in FIG. 28 are only examples, and the present invention is not limited thereto.
  • the second malfunction detection unit 192P may be designed to output a fifth signal a3 indicating whether the second amplifier 132P is malfunctioning.
  • the LED driver 14 may be connected to the output terminal (t3) of the logic circuit 197.
  • the LED driver 14 can drive the LED 15 outside the IC chip 500P based on the fifth signal a3.
  • the LED driver 14 can turn on the external LED 15.
  • a turned-on external LED 15 may indicate a malfunction situation.
  • the LED driver 14 can turn off the external LED 15.
  • a turned off external LED 15 may indicate a normal situation.
  • the logic circuit 197 may be equipped with a small-sized MOSFET for efficiency.
  • the fifth signal a3, which is the output of the logic circuit 197, may be, for example, 0 V or more and 5 V or less.
  • the LED driver 14 connected to the output terminal (t3) of the logic circuit 197 may be, for example, an NMOS LED driver. In another embodiment, the output terminal t3 of the logic circuit 197 may be connected to a malfunction determination unit.
  • the output terminals of the level shifters 196a and 196b and the logic circuit 197 may have a lower rated voltage than the input terminals of the subtractor 194, comparators 195a and 195b, and level shifters 196a and 196b. .
  • V dd can be supplied to the input terminals of the subtractor 194, comparators 195a and 195b, and level shifters 196a and 196b.
  • a supply voltage lower than V dd may be supplied to the output terminals of the level shifters 196a and 196b and the logic circuit 197.
  • the input terminals of the subtractor 194, comparators 195a and 195b, and level shifters 196a and 196b may be driven at 12 V.
  • the output terminals of the level shifters 196a and 196b and the logic circuit 197 may be driven at 5 V. Therefore, referring to FIG.
  • the input terminals of the subtractor 194, comparators 195a and 195b, and level shifters 196a and 196b are shown as being included in the high supply voltage region, and the output terminals and logic of the level shifters 196a and 196b are shown as being included in the high supply voltage region.
  • Circuit 197 is shown as being included in the low supply voltage region.
  • the high supply voltage area and low supply voltage area do not represent actual physical areas, but are terms for distinguishing components driven by a high supply voltage from those driven by a low supply voltage.
  • the description of the second malfunction detection unit 192P described above can also be applied to the first malfunction detection unit 191P, where the subtractor 194 is included in the first amplifier unit 131P. It differs from the second malfunction detection unit 192P only in that it is connected to two nodes and detects a differential DC voltage (V sub ) from the two nodes.
  • V sub differential DC voltage
  • Figure 29 is a circuit diagram of the second integrated circuit unit 1321P and the second malfunction detection unit 192P according to an embodiment of the present invention.
  • the second integrated circuit unit 1321P of the second amplifier unit includes the first transistor 11, the second transistor 12, the diode 13, R npn , R pnp , and R e . It can be included.
  • the second malfunction detection unit 192P may include a subtractor 194, first and second comparators 195a and 195b, first and second level shifters 196a and 196b, and a logic circuit 197.
  • the second malfunction detection unit 192P may further include an LED driver 14 at the output terminal of the logic circuit 197.
  • the second malfunction detection unit 192P may have a malfunction determination unit connected to the output terminal of the logic circuit 197.
  • the subtractor 194 of the second malfunction detection unit 192P must have a high input It can have impedance.
  • the second malfunction detection unit 192P does not need to be operated all the time, but only needs to be operated when malfunction inspection is required. Therefore, in order to reduce unnecessary power consumption, a switch 16 may be provided to selectively turn off only the second malfunction detection unit 192P.
  • the switch 16 may be external to the IC chip 500P.
  • the IC chip 500P may further include a separate terminal t8 for selectively supplying power to the second malfunction detection unit 192P based on the state of the switch 16.
  • Switch 16 may be connected between the third device 400 and the terminal t8.
  • the second malfunction detection unit 192P may include components driven by a high supply voltage and components driven by a low supply voltage.
  • the input terminals of the subtractor 194, comparators 195a and 195b, and level shifters 196a and 196b may be driven by a high supply voltage (V dd ).
  • the output terminals of the level shifters 196a and 196b and the logic circuit 197 may be driven at a voltage lower than the supply voltage (V dd ) due to the voltage distribution circuit 17.
  • the second integrated circuit unit 1321P and the second malfunction detection unit 192P may be physically integrated into one IC chip 502P.
  • the IC chip 502P has a terminal t1 for connection to the third device 400, a terminal t2 for connection to the second reference potential, and an output terminal of the second malfunction detection unit 192P ( t3), terminals for connection to the second non-integrated circuit unit 1322P (e.g. t4, t5, t6, t7), and a terminal t8 capable of turning on and off the operation of the second malfunction detection unit 192P. It can be included.
  • Figure 29 shows an embodiment in which the emitter nodes of the first and second transistors 11 and 12 are connected to the input terminal of the subtractor 194, but according to another embodiment, the first and second transistors 11 and 12 ) may be connected to the input terminal of the subtractor 194.
  • the description of the second malfunction detection unit 192P including the switch 16 and the voltage distribution circuit 17 is also applicable to the first malfunction detection unit 191P.
  • the malfunction detection unit 190P may further include a malfunction determination unit 193P.
  • the malfunction determination unit 193P may be connected to the output terminal of the logic circuit included in the first malfunction detection unit 191P and the output terminal of the logic circuit included in the second malfunction detection unit 192P.
  • the malfunction determination unit 193P may include the logic circuit 197 shown in FIG. 28.
  • the output signal (X) of the first malfunction detection unit (191P) and the output signal (Y) of the second malfunction detection unit (192P) may be input to the logic circuit of the malfunction determination unit (193P).
  • the logic circuit of the malfunction determination unit 193P may output a sixth signal Z indicating whether the operating state of the amplification unit 130P is normal based on the output signal X and Y. there is.
  • the sixth signal may be a digital signal that is either 0 or 1. For example, if the sixth signal indicates 0, the amplification unit 130P may be in a normal state, and if the sixth signal indicates 1, the amplification unit 130P may be in a faulty state. Of course, the opposite case is also possible.
  • the malfunction determination unit 193P may determine that the operation state of the amplification unit 130P is normal when both the output signal That is, the malfunction determination unit 193P can output a signal indicating that the operating state of the amplifying unit 130P is normal only when the operating states of both the first amplifying unit 131P and the second amplifying unit 132P are normal. there is.
  • the malfunction detection unit 190P includes a malfunction determination unit 193P and can make a final determination of malfunction of the amplification unit 130P based on the respective operating states of the first amplification unit 131P and the second amplification unit 132P, A signal indicating the normal or faulty state of the amplification unit 130P may be output.
  • Figure 30 schematically shows the configuration of an active voltage compensation device (100P-2) according to another embodiment of the present invention.
  • 100P-2 active voltage compensation device
  • the active voltage compensation device 100P-2 can actively compensate for the noise voltage input in common mode to each of the high current paths 111, 112, and 113 connected to the first device 300.
  • the active voltage compensation device (100P-2) includes three high current paths (111, 112, 113), a sensing transformer (120P-2), an amplifier (130P), and an amplified signal feedback. It may include a unit 150P, a compensation transformer 160P-2, and a malfunction detection unit 190P.
  • the active voltage compensation device (100P-2) in contrast to the active voltage compensation device (100P) according to the above-described embodiment, the active voltage compensation device (100P-2) according to the embodiment shown in FIG. 30 includes three large current paths (111, 112, and 113). And, accordingly, there is a difference between the sensing transformer (120P-2) and the compensation transformer (160P-2). Therefore, hereinafter, the active voltage compensation device (100P) will be described focusing on the above-mentioned differences.
  • the active voltage compensation device 100P-2 may include a first high-current path 111, a second high-current path 112, and a third high-current path 113 that are distinct from each other.
  • the first high-current path 111 may be an R-phase power line
  • the second high-current path 112 may be an S-phase power line
  • the third high-current path 113 may be a T-phase power line.
  • the noise voltage V n and the first currents I11, I12, and I13 may be input in common mode to each of the first large current path 111, the second large current path 112, and the third large current path 113.
  • the primary side (121P-2) of the sensing transformer (120P-2) is disposed in each of the first, second, and third large current paths (111, 112, and 113) to apply an induced voltage to the secondary side (122P-2). can be created.
  • the magnetic flux densities generated in the sensing transformer (120P-2) by the first currents (I11, I12, and I13) on the three large current paths (111, 112, and 113) can be mutually reinforced.
  • the amplification unit 130P may be implemented as the amplification unit 130P-1 shown in FIG. 26.
  • the secondary side 162P-2 of the compensation transformer 160P-2 may be disposed in each of the first high current path 111, the second high current path 112, and the third high current path 113.
  • the compensation transformer (160P-2) is based on the primary side (161P-2) voltage (V 1 ) output from the second amplifier (132P), and three large current paths (111) on the secondary side (162P-2). , 112, 113), a compensation voltage can be generated in series for each.
  • the active voltage compensation device 100P-2 can perform voltage compensation for common mode noise on the power line of a three-phase, three-wire power system.
  • the active voltage compensation device according to various embodiments can be modified so that it can be applied to 3-phase 4-wire.
  • the active voltage compensation device 100 can integrate the integrated circuit part of the amplification unit and the malfunction detection part into one IC chip, and the IC chip of the active voltage compensation device can be commercialized with versatility as an independent component.
  • an active voltage compensation device including an IC chip can be manufactured and commercialized as an independent module. This active voltage compensation device can detect malfunctions as an independent module regardless of the characteristics of the surrounding electrical system.
  • connections or connection members of lines between components shown in the drawings exemplify functional connections and/or physical or circuit connections, and in actual devices, various functional connections or physical connections may be replaced or added. Can be represented as connections, or circuit connections.
  • Embodiments of the present invention relate to an active voltage compensation device, and can be used in electronic devices such as home appliances, industrial electrical products, electric vehicles, aviation, and energy storage systems.
  • electronic devices such as home appliances, industrial electrical products, electric vehicles, aviation, and energy storage systems.
  • industrial applicability of the embodiments of the present invention is not limited to the above.

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Abstract

본 발명은 적어도 둘 이상의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 발생하는 노이즈를 능동적으로 보상하는 능동형 전압 보상 장치를 제공한다. 상기 능동형 전압 보상 장치는, 상기 대전류 경로 상의 공통 모드 노이즈 전류를 센싱하여 상기 노이즈 전류에 대응되는 출력 신호를 생성하는 센싱부, 상기 센싱부의 출력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭부, 상기 증폭부의 증폭 신호에 대응하는 피드백 신호를 다시 증폭부에 전달하는 증폭 신호 피드백부 및 상기 증폭 신호에 대응하는 출력 전압에 기초하여 상기 대전류 경로 상에 보상 전압을 발생시키는 보상부를 포함한다.

Description

능동형 전압 보상 장치
본 발명의 실시예들은 능동형 전압 보상 장치에 관한 것으로, 전력 시스템에 연결되는 둘 이상의 대전류 경로 상에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압을 능동적으로 보상하는 능동형 전압 보상 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가전용, 산업용 전기 제품이나 전기자동차와 같은 전기 기기들은 동작하는 동안 노이즈를 방출한다. 가령 전자 기기 내에서 전력 변환 장치의 스위칭 동작으로 인해 노이즈가 전력선을 통해 방출될 수 있다. 이러한 노이즈를 방치하면 인체에 유해할 뿐만 아니라 주변 부품 및 다른 전자 기기에 오동작 또는 고장을 야기한다. 이렇듯, 전자 기기가 다른 기기에 미치는 전자 장해를, EMI(Electromagnetic Interference)라고 하며, 그 중에서도, 와이어 및 기판 배선을 경유하여 전달되는 노이즈를 전도성 방출(Conducted Emission, CE) 노이즈라고 한다.
전자 기기가 주변 부품 및 다른 기기에 고장을 일으키지 않고 동작하도록 하기 위해서, 모든 전자 제품에서 EMI 노이즈 방출량을 엄격히 규제하고 있다. 따라서 대부분의 전자 제품들은 노이즈 방출량에 대한 규제를 만족하기 위해, EMI 노이즈 전류를 저감시키는 노이즈 저감 장치(예: EMI 필터)를 필수적으로 포함한다. 예를 들면, 에어컨과 같은 백색가전, 전기차, 항공, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 등에서, EMI 필터가 필수적으로 포함된다. 종래의 EMI 필터는 전도성 방출(CE) 노이즈 중 공통 모드(Common Mode, CM) 노이즈를 저감시키기 위해 공통 모드 초크(CM choke)를 이용한다. 공통 모드(CM) 초크는 수동 필터(passive filter)로써, 공통 모드 노이즈를 '억제'하는 역할을 한다.
한편, 고전력 시스템에서 수동 EMI 필터의 노이즈 저감 성능을 유지하려면, 공통 모드 초크의 사이즈를 키우거나 개수를 늘려야 한다. 따라서 고전력 제품에서는 수동 EMI 필터의 크기와 가격이 매우 증가하는 문제점이 발생하게 된다.
상기와 같은 수동 EMI 필터의 한계를 극복하기 위해, 능동 EMI 필터에 대한 관심이 대두되었다. 능동 EMI 필터는 EMI 노이즈를 감지하여, 능동회로부를 통해 상기 노이즈를 상쇄시키는 신호를 발생시킴으로써 EMI 노이즈를 제거할 수 있다. 능동 EMI 필터는 감지된 노이즈 신호에 따른 증폭 신호를 생성할 수 있는 능동회로부를 포함한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 대전류 경로 상에 공통 모드로 발생하는 노이즈 전압을 능동적으로 보상하여 공통 모드 노이즈를 저감시키는 능동형 전압 보상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 실제로 전자 제품들에 능동 EMI 필터를 적용하려면, 다양한 수요를 충족시키기 위해 반도체 장치의 양산이 필요하다. 만약 실제 사용을 위한 능동 EMI 필터를 제작하기 위해 개별(discrete) 장치(또는 부품)를 사용한다면, 능동 EMI 필터의 기능을 향상시키기 위해 능동회로용 장치의 수가 증가하며 다양한 부품이 필요하다. 따라서 더 높은 기능을 달성하기 위해서 능동 EMI 필터의 크기와 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 집적회로부와 비집적회로부를 포함하는 능동형 전압 보상 장치를 제공하여, 다양한 전력 시스템에 사용될 수 있는 맞춤형 집적회로(IC)를 사용하는 능동 EMI 필터를 제공할 수 있다. 상기 집적회로부는 능동형 전압 보상 장치의 필수 구성요소를 포함하는 하나의 칩이며, 상기 비집적회로부는 다양한 설계의 능동 EMI 필터를 구현하기 위한 구성일 수 있다.
한편, 전압 보상 장치가 능동 소자를 포함하는 경우, 낙뢰와 같은 고전압의 외란이 발생했을 때 상기 능동 소자가 고장나거나 오동작이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 전기 기기에 실장되었을 때 낙뢰 등의 외란으로부터 보호될 수 있는 능동형 전압 보상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 능동 EMI 필터에서 능동회로부는 동작하기 위하여 전원을 공급받아야 한다. 예를 들면, 전원공급장치(switching mode power supply, SMPS)의 출력을 능동회로부의 전원으로 사용할 수 있다. 능동회로부에는 특정 전압(예: 12V)이 필요할 수 있는데, 시스템에 따라 SMPS가 능동회로부를 구동하기 위한 특정 전압을 출력하지 않을 수도 있으며, 이 경우 능동회로부의 동작이 불안정해지는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 내재화된 전력변환부를 포함하는 능동형 전압 보상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 종래의 전압 보상 장치는 전체적으로 부피가 크고 소자들이 외부 환경에 그대로 노출되는 구조를 갖기 때문에, 외부 환경에 놓인 시스템에서 사용될 경우 소자들이 외부 충격이나 환경적 영향으로부터 쉽게 열화될 수 있고, 이는 필터의 특성에도 큰 영향을 미칠 수 있게 된다.
또한, 능동 EMI 필터에 포함된 능동회로부의 고장은 육안으로 식별하기 어려운 문제점이 있다. 능동 EMI 필터는 노이즈 저감 기능을 수행할 뿐이므로, 능동회로부가 고장 나더라도 전력 시스템은 여전히 정상 동작할 수 있기 때문에, 현상으로부터 능동회로부의 고장을 판단하기도 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 외부 환경으로부터 독립된 상태에서도 전압 보상 장치의 분해 없이 장치의 정상 동작 여부를 손쉽게 확인할 수 있는 전압 보상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 하나의 집적회로(IC) 칩에 능동회로부와 오동작 감지 회로가 함께 내재화된 능동형 전압 보상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예는 적어도 둘 이상의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 발생하는 노이즈를 능동적으로 보상하는 능동형 전압 보상 장치에 있어서, 상기 대전류 경로 상의 공통 모드 노이즈 전류를 센싱하여 상기 노이즈 전류에 대응되는 출력 신호를 생성하는 센싱부, 상기 센싱부의 출력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭부, 상기 증폭부의 증폭 신호에 대응하는 피드백 신호를 다시 증폭부에 전달하는 증폭 신호 피드백부 및 상기 증폭 신호에 대응하는 출력 전압에 기초하여 상기 대전류 경로 상에 보상 전압을 발생시키는 보상부를 포함하는 능동형 전압 보상 장치를 제공한다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 고전력 시스템에서도 가격, 면적, 부피, 무게가 크게 증가하지 않는 전압 보상 장치를 제공할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 CM 초크를 포함하는 수동 보상 장치에 비하여 가격, 면적, 부피, 무게가 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 CM 초크에 기생하지 않고 독립적으로 동작할 수 있는 능동형 전압 보상 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 EMI 노이즈가 방출되는 측의 주변 상황의 부하에 무관하게 전압 보상 기능을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 집적회로부를 포함함으로써, 다양한 설계의 능동형 전압 보상 장치에 범용적으로 적용될 수 있으며, 개별(discrete) 반도체 장치를 포함하는 경우에 비해 크기가 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 정격 전력에 무관하게 다양한 전력 전자 제품에서 사용될 수 있으며, 따라서 고전력 및 고잡음 시스템으로도 확장이 가능하다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 대량 생산이 용이할 수 있으며, 독립된 모듈로서 범용성을 가지고 상용화될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 전력선으로부터 전기적으로 절연되는 능동 회로단을 가짐으로써, 능동 회로단에 포함된 소자들을 안정적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 낙뢰 등의 외부 과전압으로부터 보호될 수 있으며, 이를 통해 주변 전기 시스템의 특성에 무관하게 안정적으로 동작할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 내재화된 전력변환부를 가짐으로써 임의의 다양한 시스템에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 집적회로부와 전력변환부를 하나의 집적회로(IC) 칩에 내재화함으로써, 상기 IC 칩은 독립된 부품으로써 범용성을 가지고 상용화될 수 있고, 상기 IC 칩을 포함하는 전압 보상 장치는 독립된 모듈로 제작하여 상용화할 수 있다. 이러한 전압 보상 장치에 포함된 집적회로부는 주변 전기 시스템의 특성에 무관하게 안정적으로 동작할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 소형화/모듈화된 능동형 전압 보상 장치를 제공할 수 있으며, 특히 전압 보상 장치의 분해 없이 장치의 정상 동작 여부를 손쉽게 확인할 수 있는 전압 보상 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 집적회로부와 오동작 감지부가 함께 내재화된 하나의 집적회로(IC) 칩을 제공할 수 있다. 집적회로부가 집적화된 칩에 오동작 감지부를 내재화함으로써, 일반 상용 소자를 사용하여 오동작 감지부를 별도로 구성하는 경우보다 사이즈 및 가격을 저감시킬 수 있다.
또한, 집적회로부와 오동작 감지부를 하나의 IC 칩에 집적화함으로써, 상기 IC 칩은 독립된 부품으로써 범용성을 가지고 상용화될 수 있으며, 상기 IC 칩을 포함하는 전압 보상 장치를 독립된 모듈로 제작하여 상용화할 수 있다. 이러한 전압 보상 장치는 주변 전기 시스템의 특성에 무관하게 독립적인 모듈로써 장치의 오동작을 검출할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 능동형 전압 보상 장치의 구체적인 일 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 3에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 1에 도시된 증폭부의 구체적인 일 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부의 기능적 구성의 예를 도시한다.
도 9는 도 8에 도시된 증폭부를 포함하는 능동형 전압 보상 장치의 구체적인 일 예를 도시한다.
도 10은 도 9에 도시된 제1 증폭부의 제1 집적회로부의 구체적인 일 예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 13은 도 12에 도시된 능동형 전압 보상 장치의 구체적인 일 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 16은 도 15에 도시된 능동형 전압 보상 장치의 증폭부 및 전력관리부의 기능적 구성의 예를 도시한다.
도 17은 도 15에 도시된 능동형 전압 보상 장치의 구체적인 일 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력관리부를 개략적으로 도시한다.
도 19는 도 18에 도시된 전력변환부의 보다 구체적인 일 예를 도시한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 21은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 22는 도 21에 도시된 능동형 전압 보상 장치의 구체적인 일 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부 및 오동작 감지부의 기능적 구성의 예를 도시한다.
도 24는 도 22에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 25는 도 24에 도시된 제1 증폭부의 제1 집적회로부 및 제1 오동작 감지부의 구체적인 일 예를 도시한다
도 26은 도 22에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치를 개략적으로 도시한다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 오동작 감지부의 기능적 구성을 나타낸다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 논리회로의 개략도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 집적회로부 및 오동작 감지부의 회로도이다.
도 30은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 일 실시예는 적어도 둘 이상의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 발생하는 노이즈를 능동적으로 보상하는 능동형 전압 보상 장치에 있어서, 상기 대전류 경로 상의 공통 모드 노이즈 전류를 센싱하여 상기 노이즈 전류에 대응되는 출력 신호를 생성하는 센싱부, 상기 센싱부의 출력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭부, 상기 증폭부의 증폭 신호에 대응하는 피드백 신호를 다시 증폭부에 전달하는 증폭 신호 피드백부 및 상기 증폭 신호에 대응하는 출력 전압에 기초하여 상기 대전류 경로 상에 보상 전압을 발생시키는 보상부를 포함하는 능동형 전압 보상 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 증폭부는 제1 증폭부 및 제2 증폭부를 포함하고, 상기 제1 증폭부는 상기 센싱부의 출력 신호를 증폭하여 상기 출력 전압을 생성하며, 상기 제2 증폭부는 상기 제1 증폭부와 연결되며, 노이즈 보상에 필요한 출력 전류를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센싱부는 상기 둘 이상의 대전류 경로가 감긴 CM 초크에 상기 증폭부의 입력 전압을 발생시키기 위한 전선이 덧감긴 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보상부는 상기 증폭부의 출력 신호를 출력하는 전선이 코어를 통과하고, 상기 대전류 경로가 상기 코어를 통과하거나 한번 이상 감기도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적어도 둘 이상의 대전류 경로는 제2 장치에 의해 공급되는 대전류를 제1 장치에 전달하며, 상기 증폭부는 비집적회로부와 단일 칩(one-chip) 집적회로부를 포함하며, 상기 비집적회로부는 상기 제1 장치와 상기 제2 장치 중 적어도 하나 이상의 전력 시스템에 따라 설계되고, 상기 단일 칩 집적회로부는 상기 제1 장치와 상기 제2 장치의 정격 전력 사양에 무관할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비집적회로부는 상기 제1 장치의 정격 전력에 따라 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비집적회로부의 설계에 따라, 상기 단일 칩 집적회로부는 다양한 전력 시스템의 상기 제1 장치에 대해 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단일 칩(one-chip)의 집적회로부는 제1 집적회로부 및 제2 집적회로부를 포함하며, 상기 제2 집적회로부는 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터 및 하나 이상의 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 집적회로부는 하나 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센싱부는 센싱 변압기를 포함하고, 상기 보상부는 보상 변압기를 포함하고, 상기 단일 칩 집적회로부의 구성은 상기 센싱 변압기와 상기 보상 변압기의 권선비와 상기 증폭부의 목표 전압 이득에 무관할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 증폭부에 연결되는 외란 보호부를 더 포함하며, 상기 외란 보호부는 상기 출력 신호가 발생하는 상기 센싱부의 출력단에 병렬로 연결되는 제1 외란 보호부, 상기 보상부의 입력단에 병렬로 연결되는 제2 외란 보호부 및 상기 증폭 신호 피드백부의 출력단에 연결되는 제3 외란 보호부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 외란 보호부, 제2 외란 보호부 및 제3 외란 보호부는 상기 센싱부의 출력단, 상기 보상부의 입력단 및 상기 증폭 신호 피드백부의 출력단에, 소정의 임계 전압 미만의 전압이 인가되는 경우 제1 임피던스를 갖고, 상기 센싱부의 출력단, 상기 보상부의 입력단 및 상기 증폭 신호 피드백부의 출력단에, 상기 소정의 임계 전압 이상의 전압이 인가되는 경우 상기 제1 임피던스 보다 낮은 제2 임피던스를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 외란 보호부, 상기 제2 외란 보호부 및 상기 제3 외란 보호부는 TVS (Transient Voltage Suppression) 다이오드 소자를 포함하고, 상기 TVS 다이오드 소자의 접합 용량은 수백 pF 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센싱부는 상기 대전류 경로 상에 배치되는 1차 측 및 상기 출력 신호를 상기 증폭부로 출력하는 2차 측을 포함하는 센싱 변압기를 포함하고, 상기 제1 외란 보호부는 상기 1차 측이 상기 적어도 둘 이상의 대전류 경로에 인가된 전압에 기초하여 상기 2차 측에 유도한 임계 전압 이상의 전압을 상기 임계 전압 이하의 전압으로 제한하여 상기 증폭부로 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보상부는 상기 증폭부의 출력단과 연결되는 1차 측; 및 상기 적어도 둘 이상의 대전류 경로와 연결되는 2차 측;을 포함하는 변압기를 포함하고, 상기 제2 외란 보호부는 상기 2차 측이 상기 적어도 둘 이상의 대전류 경로에 인가된 전압에 기초하여 상기 1차 측에 유도한 임계 전압 이상의 전압을 상기 임계 전압 이하의 전압으로 제한하여 상기 증폭부로 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전원을 공급하는 전원장치로부터 제1 전압을 입력받아서 지정된 크기의 제2 전압으로 변환하는 전력관리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 증폭부는 제2 전압으로 구동되며, 상기 증폭부에 포함된 능동소자들과 상기 전력관리부에 포함된 능동소자들은 하나의 집적회로(IC) 칩에 내재화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력관리부는 임의 크기의 제1 전압으로부터 일정한 크기의 제2 전압을 출력하기 위한 스위칭 신호를 생성하는 전력변환부, 상기 전력변환부로부터 출력된 전압 신호를 다시 전력변환부에 전달함으로써 상기 전력관리부가 일정한 크기의 제2 전압을 출력할 수 있도록 하는 전력관리 피드백부 및 상기 전압 신호의 직류 성분만 통과시키는 필터부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력변환부는 상기 집적회로(IC) 칩에 내재화되고, 상기 전력관리 피드백부의 적어도 일부 및 상기 필터부는 상기 집적회로(IC) 칩의 외부에 배치되는 개별 상용 소자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력변환부는 상기 전력변환부의 내부 회로를 구동하기 위한 DC 저전압을 생성하는 레귤레이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력변환부는 상기 레귤레이터로부터 제공된 상기 DC 저전압을 이용하여 상기 스위칭 신호를 생성하는 펄스폭 변조 회로와, 상기 스위칭 신호에 따라 선택적으로 켜지는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적어도 둘 이상의 대전류 경로는 제2 장치에 의해 공급되는 대전류를 제1 장치에 전달하며, 상기 전원장치는 상기 제1 장치 또는 상기 제2 장치의 전원 공급 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 대전류 경로, 상기 센싱부, 상기 증폭부 및 상기 보상부 중 적어도 하나의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성하는 오동작 감지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 증폭부는 상기 센싱부의 출력 신호를 증폭하여 상기 출력 전압을 생성하는 제1 증폭부 및 상기 제1 증폭부와 연결되며, 노이즈 보상에 필요한 출력 전류를 생성하는 제2 증폭부를 포함하며, 상기 오동작 감지부는 상기 제1 증폭부의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성하는 제1 오동작 감지부 및 상기 제2 증폭부의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성하는 제2 오동작 감지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 오동작 감지부는 상기 제1 오동작 감지부 및 상기 제2 오동작 감지부에서 각각 생성되는 신호를 바탕으로 상기 증폭부의 동작 상태를 판단하여 오동작 감지 신호를 생성하는 오동작 판단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 오동작 감지부는 상기 제1 증폭부 내부의 적어도 하나의 노드(Node) 전압에 기초하여, 상기 제1 증폭부의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성하며, 상기 제2 오동작 감지부는 상기 제2 증폭부 내부의 적어도 하나의 노드(Node) 전압에 기초하여, 상기 제2 증폭부의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 오동작 감지부는 상기 제1 증폭부에 포함된 두 노드에서의 차동 DC 전압을 감지하고, 상기 차동 DC 전압이 소정의 범위 내인지 여부를 검출하며, 상기 제2 오동작 감지부는 상기 제2 증폭부에 포함된 두 노드에서의 차동 DC 전압을 감지하고, 상기 차동 DC 전압이 소정의 범위 내인지 여부를 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 오동작 감지부 및 상기 제2 오동작 감지부는 각각 상기 동작 상태에 대응되는 신호를 출력하는 오동작 감지신호 출력부 및 상기 동작 상태에 대응되는 신호를 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 증폭부의 적어도 일부분과 상기 오동작 감지부는 하나의 집적회로(IC) 칩에 내재화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집적회로(IC) 칩은 상기 증폭부 및 상기 오동작 감지부에 전원을 공급하는 전원장치와 연결되기 위한 단자, 상기 증폭부 및 상기 오동작 감지부의 기준전위와 연결되기 위한 단자 및 상기 오동작 감지부의 출력 단자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집적회로(IC) 칩은 상기 오동작 감지부에 전원을 선택적으로 공급하기 위한 스위치와 연결되는 단자를 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 이하의 실시예에서, 구성요소, 부, 유닛, 모듈 등이 연결되었다고 할 때, 구성요소, 부, 유닛, 모듈들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 구성요소, 부, 유닛, 모듈들 중간에 다른 구성요소, 부, 유닛, 모듈들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100)를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다. 능동형 전압 보상 장치(100)는 제1 장치(300)로부터 둘 이상의 대전류 경로(예: 111, 112)를 통해 공통 모드(Common Mode, CM)로 발생하는 전압 Vn(예: EMI 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다.
도 1을 참조하면, 능동형 전압 보상 장치(100)는 센싱부(120), 증폭부(130), 증폭 신호 피드백부(150) 및 보상부(160)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 제1 장치(300)는 제2 장치(200)가 공급하는 전원을 사용하는 다양한 형태의 전력 시스템일 수 있다. 가령 제1 장치(300)는 제2 장치(200)가 공급하는 전원을 이용하여 구동되는 부하일 수 있다. 또한 제1 장치(300)는 제2 장치(200)가 공급하는 전원을 이용하여 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 이용하여 구동되는 부하(예컨대 전기 자동차)일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 제2 장치(200)는 제1 장치(300)에 전원을 전류 및/또는 전압의 형태로 공급하기 위한 다양한 형태의 시스템일 수 있다. 가령 제2 장치(200)는 전원을 생산하여 공급하는 장치일 수도 있고, 다른 장치에 의해 생산된 전원을 공급하는 장치(예컨대 전기 자동차 충전 장치)일 수도 있다. 물론 제2 장치(200)는 저장된 에너지를 공급하는 장치일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.
제1 장치(300) 측에는 전력 변환 장치가 위치할 수 있다. 예를 들면 상기 전력 변환 장치의 스위칭 동작에 의해 제1 전류(I11, I12)가 대전류 경로(111, 112) 상에 발생할 수 있다. 또는 예를 들면 제1 장치(300) 측에서 누설된 노이즈 전류가 그라운드를 경유하여 제2 장치(200)를 통해 대전류 경로(111, 112)로 흘러 들어옴으로써, 제1 전류(I11, I12)가 발생할 수 있다. 대전류 경로(111, 112) 상에 동일한 방향으로 발생하는 제1 전류(I11, I12)를 공통 모드 노이즈 전류라 할 수 있다.
한편, 공통 모드 노이즈 전압 Vn은 대전류 경로(111, 112) 간에 발생하는 전압이 아닌, 그라운드(예: 기준전위 1)와 대전류 경로(111, 112) 사이에 발생하는 전압일 수 있다.
즉, 제1 장치(300) 측은 노이즈 소스에 대응할 수 있으며, 제2 장치(200) 측은 노이즈 리시버에 대응할 수 있다.
둘 이상의 대전류 경로(111, 112)는 제2 장치(200)에 의해 공급되는 전원, 즉 제2 전류(I21, I22)를 제1 장치(300)에 전달하는 경로일 수 있는데, 예컨대 전력선일 수 있다. 예를 들면, 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각은 라이브선(Live line)과 중성선(Neutral line)일 수 있다. 대전류 경로(111, 112)의 적어도 일부는 능동형 전압 보상 장치(100)를 통과할 수 있다. 제2 전류(I21, I22)는 제2 주파수 대역의 주파수를 갖는 교류 전류일 수 있다. 제2 주파수 대역은 예를 들면, 50Hz 내지 60Hz 대역일 수 있다.
또한 둘 이상의 대전류 경로(111, 112)는 제1 장치(300)에서 발생한 노이즈, 즉 제1 전류(I11, I12)가 제2 장치(200)에 전달되는 경로일 수도 있다. 또는 그라운드(예: 기준전위 1)에 대하여 노이즈 전압 Vn이 발생하는 경로일 수도 있다.
노이즈 전압 Vn 또는 제1 전류(I11, I12)는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 대해 공통 모드(Common Mode)로 입력될 수 있다. 제1 전류(I11, I12)는 다양한 원인에 의해 제1 장치(300)에서 의도치 않게 발생되는 전류일 수 있다. 가령 제1 전류(I11, I12)는 제1 장치(300)와 주변 환경 사이의 가상의 커패시턴스(Capacitance)에 의해 발생되는 노이즈 전류일 수 있다. 또는 제1 전류(I11, I12)는 제1 장치(300)의 전력 변환 장치의 스위칭 동작에 의해 발생되는 노이즈 전류일 수 있다. 노이즈 전압 Vn 및 제1 전류(I11, I12)는 제1 주파수 대역의 주파수를 가질 수 있다. 제1 주파수 대역은 전술한 제2 주파수 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있다. 제1 주파수 대역은 예를 들면, 150kHz 내지 30MHz의 범위를 갖는 대역일 수 있다.
한편 둘 이상의 대전류 경로(111, 112)는 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 경로를 포함할 수도 있고, 세 개의 경로(예: 3상 3선의 전력 시스템) 또는 네 개의 경로(예: 3상 4선의 전력 시스템)를 포함할 수도 있다. 대전류 경로(111, 112)의 수는 제1 장치(300) 및/또는 제2 장치(200)가 사용하는 전원의 종류 및/또는 형태에 따라 달라질 수 있다.
센싱부(120)는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 상의 제1 전류(I11, I12)를 감지하고, 제1 전류(I11, I12)에 대응되는 출력 신호를 생성할 수 있다. 즉, 센싱부(120)는 대전류 경로(111, 112) 상의 제1 전류(I11, I12)를 감지하는 수단을 의미할 수 있다. 센싱부(120)에는 제1 전류(I11, I12)의 센싱을 위하여 대전류 경로(111, 112)의 적어도 일부가 통과할 수 있지만, 센싱부(120) 내에서 센싱에 의한 출력 신호가 생성되는 부분은 대전류 경로(111, 112)와 절연될 수 있다. 일 실시예에서, 센싱부(120)는 센싱 변압기로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센싱부(120)는 대전류 경로(111, 112)에 해당하는 전력선이 감긴 CM 초크에 증폭부(130) 측 전선이 덧감긴 형태일 수 있다. 센싱 변압기는 대전류 경로(111, 112)와 절연된 상태에서 대전류 경로(111, 112) 상의 제1 전류(I11, I12)를 감지할 수 있다. 다만, 센싱부(120)는 센싱 변압기에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 센싱부(120)는 증폭부(130)의 입력단과 차동(differential)으로 연결될 수 있다.
증폭부(130)는 센싱부(120)에 전기적으로 연결되어, 센싱부(120)가 출력한 출력 신호를 증폭할 수 있으며, 증폭된 출력 신호를 생성할 수 있다. 본 발명에서 증폭부(130)에 의한 '증폭'은 증폭 대상의 크기 및/또는 위상을 조절하는 것을 의미할 수 있다. 증폭부(130)는 다양한 수단으로 구현될 수 있으며, 능동 소자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 증폭부(130)는 OP-AMP를 포함할 수 있다. 예를 들면 증폭부(130)는 OP-AMP 이외에 저항과 커패시터 등 복수의 수동 소자들을 포함할 수 있다. 또한 일 실시예에서, 증폭부(130)는 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 포함할 수 있다. 예를 들면 증폭부(130)는 BJT 이외에 저항과 커패시터 등 복수의 수동 소자들을 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며, 본 발명에서 설명하는 '증폭'을 위한 수단은 본 발명의 증폭부(130)로 제한 없이 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면 증폭부(130)의 제2 기준전위와 능동형 전압 보상 장치(100)의 제1 기준전위는 서로 구분될 수 있다. 예를 들어 증폭부(130)가 대전류 경로(111, 112)와 절연되는 경우에, 증폭부(130)의 제2 기준전위와 능동형 전압 보상 장치(100)의 제1 기준전위는 서로 구분될 수 있다.
다만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 증폭부(130)가 대전류 경로(111, 112)와 비절연되는 경우에는, 증폭부(130)의 기준전위와 능동형 전압 보상 장치(100)의 기준전위는 구분되지 않을 수 있다.
증폭부(130)는 제1 장치(300) 및/또는 제2 장치(200)와 구분되는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 증폭부(130)는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받아, 센싱부(120)가 출력한 출력 신호를 증폭하여 증폭 전압을 생성할 수 있다. 이때 제3 장치(400)는 제1 장치(300) 및 제2 장치(200)와 무관한 전원으로부터 전원을 공급받아 증폭부(130)의 입력 전원을 생성하는 장치일 수 있다. 선택적으로 제3 장치(400)는 제1 장치(300) 및 제2 장치(200) 중 어느 하나의 장치로부터 전원을 공급 받아 증폭부(130)의 입력 전원을 생성하는 장치일 수도 있다.
증폭부(130)에서 증폭된 출력 신호(예: 전류 또는 전압)는 보상부(160)로 입력될 수 있다. 또는 증폭부(130)에서 증폭된 출력 신호는 증폭 신호 피드백부(150)에 의해 피드백 신호로 변환되어 다시 증폭부(130)의 입력단에 입력될 수 있다.
증폭 신호 피드백부(150)는 일단이 증폭부(130)의 출력단과 연결되고, 타단은 증폭부(130)의 입력단과 연결될 수 있다.
증폭 신호 피드백부(150)는 증폭부(130)의 출력단 및 증폭부(130)의 입력단과 전기적으로 연결되어, 증폭부(130)가 생성한 증폭 신호에 대응되는 피드백 신호를 생성하고, 생성된 피드백 신호가 증폭부(130)의 입력단에 입력되도록 할 수 있다.
증폭 신호 피드백부(150)는 다양한 수단으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 증폭 신호 피드백부(150)는 저항과 커패시터 등 복수의 수동 소자들을 포함할 수 있다.
보상부(160)는 증폭부(130)에 의해 출력된 증폭 전압에 기초하여, 대전류 경로(111, 112) 상에 직렬로 보상 전압을 발생시킬 수 있다. 보상부(160)의 출력 측은 대전류 경로(111, 112)에 직렬로 보상 전압을 발생시킬 수 있지만, 증폭부(130)와는 절연될 수 있다. 예를 들면, 보상부(160)는 상기 절연을 위해 보상 변압기로 이루어질 수 있다. 상기 보상 변압기의 1차 측에는 증폭부(130)의 출력 신호(예: 출력 전압)가 걸리고, 보상 변압기의 2차 측에는 상기 출력 신호에 기초한 보상 전압이 생성될 수 있다. 상기 보상 전압은 대전류 경로(111, 112) 상에 존재하는 제1 전류(I11, I12)를 억제하는 효과를 줄 수 있다.
보상부(160)는 제1 장치(300) 측으로부터 입력되는 노이즈를 전원 측인 앞 단에서 보상하는 피드포워드(feedforward) 타입일 수 있다. 즉, 능동형 전압 보상 장치(100)에서 센싱부(120)가 노이즈 소스인 제1 장치(300) 측에 배치되고, 보상부(160)가 전원 측인 제2 장치(200) 측에 배치될 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 능동형 전압 보상 장치(100)는 노이즈를 후단으로 돌아가서 보상하는 피드백(feedback) 타입의 보상부를 포함할 수도 있다. 이 경우, 능동형 전압 보상 장치(100)에서 센싱부(120)가 제2 장치(200) 측에 배치되고, 보상부(160)가 제1 장치(300) 측에 배치될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100A)를 개략적으로 도시한 것이다. 능동형 전압 보상 장치(100A)는 제1 장치(300)와 연결되는 두 개의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압 Vn을 능동적으로 보상할 수 있다.
도 2를 참조하면, 능동형 전압 보상 장치(100A)는 센싱부(120), 증폭부(130A), 증폭 신호 피드백부(150) 및 보상부(160)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130A)는 제1 증폭부(131A), 제2 증폭부(132A)를 포함할 수 있다.
능동형 전압 보상 장치(100A)를 도 1에서 설명한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100)와 비교하여 볼 때, 증폭부(130A)가 제1 증폭부(131A) 및 제2 증폭부(132A)를 포함하는 것에 차이가 있다. 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100A)에 대해 설명한다. 도 2의 능동형 전압 보상 장치(100A)와 관련하여 도시된 대전류 경로(111, 112), 센싱부(120), 증폭 신호 피드백부(150), 보상부(160), 기준전위 1, 기준전위 2에 대한 설명은 도 1의 설명에 상응한다.
센싱부(120)는 대전류 경로(111, 112) 상의 제1 전류(I11, I12)를 센싱하여 제1 증폭부(131A) 측으로 출력 신호를 생성할 수 있다. 상기 출력 신호는 노드 a 및 b 사이의 전압에 상응할 수 있다. 노드 a 및 b는 제1 증폭부(131A)의 입력단에 차동으로 연결될 수 있다. 따라서, 노드 a 및 b 사이의 전압은 제1 증폭부(131A)의 입력 전압으로 입력될 수 있다.
제1 증폭부(131A)는 상기 입력 전압을 증폭하여 출력 신호(예: 증폭 전압)를 출력할 수 있다. 일 실시예에서 제1 증폭부(131A)는 OP-AMP를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 증폭부(131A)는 OP-AMP 이외에 저항과 커패시터 등 복수의 수동 소자들을 포함할 수 있다.
제1 증폭부(131A)의 출력 신호인 증폭 전압 V1은 보상부(160)의 입력 신호가 되며, 보상부(160)는 상기 V1에 기초하여 대전류 경로(111, 112) 상에 직렬로 보상 전압을 생성할 수 있다.
한편, 제1 증폭부(131A)의 출력 신호는 제2 증폭부(132A)의 입력 신호가 된다. 제2 증폭부(132A)는 제1 증폭부(131A)와 전기적으로 연결 되어, 제2 증폭부(132A)의 입력 신호를 증폭하여 출력 신호(예: 증폭 전류)를 출력하도록 할 수 있다. 일 실시예에서 제2 증폭부(132A)는 적어도 하나의 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 포함할 수 있다. 예를 들면 증폭부(130A)는 BJT 이외에 저항과 커패시터 등 복수의 수동 소자들을 포함할 수 있다.
제2 증폭부(132A)의 출력 신호인 증폭 전류 I1은 보상부(160)로 입력되어 능동형 전압 보상 장치(100)의 노이즈 전압 보상에 필요한 전류를 공급하는 역할을 할 수 있다. 제2 증폭부(132A)는 제1 증폭부(131A)의 출력 신호인 증폭 전압 V1은 거의 변화시키지 않고 증폭 전류 I1을 생성할 수 있다. 노이즈 전압 보상에 필요한 전압 증폭과 전류 증폭을 제1 증폭부(131A)와 제2 증폭부(132A)가 각각 하도록 함으로써 능동형 전압 보상 장치(100)를 더 안정적으로 동작하도록 할 수 있다.
제1 증폭부(131A)와 제2 증폭부(132A)는 기능상 구분하여 표현하였지만, 일 실시예에 따르면, 제1 증폭부(131A)와 제2 증폭부(132A)는 하나의 IC로 구현 가능하다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100B)를 개략적으로 도시한 것이다. 능동형 전압 보상 장치(100B)는 제1 장치(300)와 연결되는 두 개의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압 Vn을 능동적으로 보상할 수 있다.
도 3을 참조하면, 능동형 전압 보상 장치(100B)는 센싱 변압기(120B), 증폭부(130B), 증폭 신호 피드백부(150B) 및 보상 변압기(160B)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130B)는 제1 증폭부(131B), 제2 증폭부(132B)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 전술한 센싱부(120)는 센싱 변압기(120B)를 포함할 수 있다. 이때 센싱 변압기(120B)는 대전류 경로(111, 112)와 절연된 상태에서 대전류 경로 상의 제1 전류(I12, I12) 또는 제1 전류(I11, I12)로 인해 센싱 변압기(120B) 의 양단에 유도된 전압을 센싱할 수 있다.
센싱 변압기(120B)는 대전류 경로(111, 112) 상에 배치되는 1차 측(121B) 및 제1 증폭부(131B)의 입력단과 차동(differential)으로 연결된 2차 측(122B)을 포함할 수 있다. 센싱 변압기(120B)는 대전류 경로(111, 112) 상에 배치되는 1차 측(121B)(예: 1차 권선)에서 제1 전류(I11, I12)에 의해 유도되는 자속 밀도에 기초하여 2차 측(122B)(예: 2차 권선)에 유도 전류 또는 유도 전압을 생성할 수 있다.
센싱 변압기(120B)의 1차 측(121B)은 예를 들면 하나의 코어에 제1 대전류 경로(111) 및 제2 대전류 경로(112)가 각각 감겨있는 권선일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며, 센싱 변압기(120B)의 1차 측(121B)은 제1 대전류 경로(111) 및 제2 대전류 경로(112)가 상기 코어를 통과하는 형태일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱 변압기(120B)는 상기 제1 대전류 경로(111) 및 제2 대전류 경로(112)가 감겨 있는 CM 초크에 2차 측(122B) 전선이 덧감긴 형태일 수 있다. 이와 같이 CM 초크를 이용하여 센싱 변압기(120B)를 형성하는 경우, 센싱 변압기(120B)는 센싱 및 변압의 기능만 하는 것이 아니라, CM 초크로써 수동 필터의 역할을 할 수 있다. 즉, CM 초크에 2차 측(122B) 전선을 덧감아서 센싱 변압기(120B)를 형성한 경우, 센싱 변압기(120B)는 제1 전류(I11, I12)의 센싱 및 변압과 함께, 제1 전류(I11, I12)를 억제 또는 저지하는 역할을 동시에 할 수 있다. 한편 상술한 CM 초크와 함께 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치가 더해져서, 고전력 시스템에서도 CM 초크의 사이즈나 개수를 늘리지 않고도 공통 모드 노이즈 전압을 효과적으로 저감할 수 있다.
센싱 변압기(120B)는 구체적으로, 제1 대전류 경로(111)(예: 라이브선) 상의 제1 전류(I11)에 의해 유도되는 자속 밀도와, 제2 대전류 경로(112)(예: 중성선) 상의 제1 전류(I12)에 의해 유도되는 자속 밀도가 서로 중첩(또는 보강)되도록 구성될 수 있다. 이때 대전류 경로(111, 112) 상에는 대전류(I21, I22)도 흐르는데, 제1 대전류 경로(111) 상의 대전류(I21)에 의해 유도되는 자속 밀도와, 제2 대전류 경로(112) 상의 대전류(I22)에 의해 유도되는 자속 밀도는 서로 상쇄되도록 구성될 수 있다. 또한 일 예를 들면, 센싱 변압기(120B)는 제1 주파수 대역(예를 들어 150kHz 내지 30MHz의 범위를 갖는 대역)의 제1 전류(I11, I12)에 의해 유도되는 자속 밀도의 크기가 제2 주파수 대역(예를 들어 50Hz 내지 60Hz의 범위를 갖는 대역)의 대전류(I21, I22)에 의해 유도되는 자속 밀도의 크기보다 크도록 구성될 수 있다.
이와 같이 센싱 변압기(120B)는 대전류(I21, I22)에 의해 유도되는 자속 밀도가 서로 상쇄될 수 있게 구성되어, 공통 모드 노이즈 전류에 해당하는 제1 전류(I11, I12)만이 감지되도록 할 수 있다. 즉, 센싱 변압기(120B)의 2차 측(122B)에 유도되는 전압은 제1 전류(I11, I12)에 따른 1차 측(121B)의 유도 전압이 일정 비율로 변환된 전압일 수 있다.
예를 들어, 센싱 변압기(120B)에서, 1차 측(121B)과 2차 측(122B)의 권선비가 1:Nsen이고, 센싱 변압기(120B)의 1차 측(121B)의 셀프 인덕턴스가 Lsen이라고 하면, 2차 측(122B)은 Nsen 2·Lsen의 셀프 인덕턴스를 가질 수 있다. 일 예에서, 센싱 변압기(120B)의 1차 측(121B)과 2차 측(122B)은 ksen의 결합 계수(coupling coefficient)로 결합될 수 있다.
예를 들어, 제1 전류(I11, I12)로 인하여 센싱 변압기(120B)의 1차 측(121B)의 양단에 유도되는 전압이 Vchoke라고 하면, 2차 측(122B)에 유도되는 전압 Vsen은 Vchoke의 Nsen 배이다.
한편, 센싱 변압기(120B)의 2차 측은 제1 증폭부(131B)의 입력단에 연결될 수 있다. 예를 들면 센싱 변압기(120B)의 2차 측(122B)은 제1 증폭부(131B)의 입력단과 차동으로 연결되어, 제1 증폭부(131B)에게 유도 전압을 제공할 수 있다.
제1 증폭부(131B)는 전술한 제1 증폭부(131)의 일 예일 수 있다. 제1 증폭부(131B)는 센싱 변압기(120B)에 의해 감지되어 2차 측(122B)에 유도되는 전압 Vsen을 증폭시킬 수 있다. 예를 들면 제1 증폭부(131B)는 상기 유도 전압 Vsen의 크기를 일정 비율로 증폭시키거나 및/또는 위상을 조절할 수 있다.
제1 증폭부(131B)의 전압 이득을 G1이라 할 때, 제1 증폭부(131B)의 출력 전압 V1은 G1·Vsen이 되며, 즉 V1은 G1·Nsen·Vchoke의 값을 가질 수 있다. 제1 증폭부(131B)의 출력 전압 V1은 제1 증폭부(131B)의 기준전위 2에 대한 전위를 나타낼 수 있다.
제1 증폭부(131B)의 출력 전압 V1은 보상 변압기(160B)의 입력 전압이 된다. 즉, 제1 증폭부(131B)의 출력 전압 V1은 보상 변압기(160B)의 1차 측(161B) 전압이 되며, 보상 변압기(160B)는 V1에 기초하여 2차 측(162B)인 대전류 경로(111, 112) 상에 직렬로 보상 전압 Vinj을 생성할 수 있다.
제2 증폭부(132B)는 전술한 제2 증폭부(132)의 일 예일 수 있다. 제2 증폭부(132B)는 제1 증폭부(131B)의 출력 전류를 증폭시킬 수 있다. 예를 들면 제2 증폭부(132B)는 상기 출력 전류의 크기를 일정 비율로 증폭시키거나 및/또는 위상을 조절할 수 있다.
제2 증폭부(132B)의 출력 전류는 보상 변압기(160B)의 입력 전류가 된다. 즉, 제2 증폭부(132B)의 출력 전류는 보상 변압기(160B)의 1차 측(161B) 전류가 되며, 제2 증폭부(132B)는 보상 변압기(160B)의 입력 전류를 충분히 공급하기 위하여 전류를 증폭하는 수단일 수 있다. 한편, 제2 증폭부(132B)의 출력 전압은 제1 증폭부(131B)의 출력 전압 V1과 같거나 비슷한 값을 가질 수 있다. 제2 증폭부(132B)의 출력단은 보상 변압기(160B)의 1차 측(161B)과 연결되며, 제2 증폭부(132B)의 출력 전압은 보상 변압기(160A)의 입력 전압이 된다.
증폭 신호 피드백부(150B)는 전술한 증폭 신호 피드백부(150)의 일 예일 수 있다. 증폭 신호 피드백부(150B)는 제2 증폭부(132B)의 출력단과 제1 증폭부(131B)의 입력단 사이에 연결되어, 제2 증폭부(132B)의 출력 신호(예: 출력 전압 또는 출력 전류)에 대응하는 피드백 신호를 생성하여 상기 피드백 신호를 제1 증폭부(131B)의 입력단에 전달할 수 있다. 증폭 신호 피드백부(150B)는 증폭부(131B, 132B)의 최종 출력 전압 또는 최종 출력 전류에 따라 최적의 노이즈 전압 보상을 달성하기 위하여 제1 증폭부(131B)에 피드백 신호를 전달하는 수단일 수 있다.
보상 변압기(160B)는 전술한 보상부(160)의 일 예일 수 있다. 보상 변압기(160B)는 능동 소자를 포함하는 증폭부(131B, 132B)를 대전류 경로(111, 112)로부터 절연시키기 위한 수단일 수 있다. 즉 보상 변압기(160B)는 대전류 경로(111, 112)와 절연된 상태에서, 증폭부(131B, 132B)의 출력 전압 V1에 기초하여 대전류 경로(111, 112)에 보상 전압 Vinj을 유도하여, 전압 보상을 하기 위한 수단일 수 있다.
보상 변압기(160B)는 제2 증폭부(132B)의 출력단과 차동(differential)으로 연결되는 1차 측(161B) 및 대전류 경로(111, 112)와 연결되는 2차 측(162B)을 포함할 수 있다.
보상 변압기(160B)는 예를 들면 하나의 코어에 1차 측(161B) 전선 및 2차 측(162B) 전선이 통과하거나 적어도 1회 이상 감긴 구조일 수 있다. 상기 1차 측(161B) 전선은 제2 증폭부(132B)의 출력 신호가 흐르는 전선이며, 2차 측(162B) 전선은 대전류 경로(111, 112)에 해당할 수 있다.
보상 변압기(160B)는 1차 측(161B)에 발생한 증폭 전압 V1에 기초하여 2차 측(162B)인 대전류 경로(111, 112) 상에 보상 전압 Vinj을 유도할 수 있다.
예를 들어, 보상 변압기(160B)에서 1차 측(161B)과 2차 측(162B)의 권선비가 1:Ninj이고, 보상 변압기(160B)의 셀프 인덕턴스가 Linj이라고 하면, 2차 측(162B)은 Ninj 2·Linj의 셀프 인덕턴스를 가질 수 있다. 일 예에서, 보상 변압기(160B)의 1차 측(161B)과 2차 측(162B)은 kinj의 결합 계수(coupling coefficient)로 결합될 수 있다. 이때 2차 측(162B)에 유도되는 전압 Vinj은 V1의 Ninj 배이다. 따라서 보상 전압 Vinj은 G1·Nsen·Ninj·Vchoke의 값을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100B)는 보상 전압을 생성하는 구성요소에 대해서 나머지 구성요소와 상이한 기준전위(즉, 기준전위 2)를 사용함으로써 보상 전압을 생성하는 구성요소가 절연된 상태에서 동작하도록 할 수 있으며, 이로써 능동형 전압 보상 장치(100B)의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 다만 본 발명에 따른 전압 보상 장치가 이러한 절연 구조에 한정된 것은 아니다.
한편, 제1 장치(300)가 센싱 변압기(120B)의 1차 측(121B)과 만나는 노드의 공통 모드 노이즈 전압을 Vn이라 하고, 보상 변압기(160B)와 제2 장치(200) 사이의 전압을 VLISN이라고 하고, Vn 및 VLISN 사이의 회로 방정식을 풀면 하기 수학식 1과 같다. Vn 및 VLISN은 기준전위 1(예: 그라운드)에 대한 전위를 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2022015691-appb-img-000001
Figure PCTKR2022015691-appb-img-000002
능동형 전압 보상 장치(100B)의 동작에 의해 제2 장치(200) 측으로 방출되는 노이즈는 거의 0에 상응해야 하므로, VLISN는 0에 상응해야 하며, 하기 수학식 2가 도출될 수 있다.
Figure PCTKR2022015691-appb-img-000003
Figure PCTKR2022015691-appb-img-000004
한편, 이를 이용하여, 센싱 변압기(120B)와 보상 변압기(160B) 사이 지점에서 대전류 경로(111, 112)의 실효 임피던스(effective impedence)는 수학식 2과 같이 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2022015691-appb-img-000005
수학식 3에서 s·Lchoke는 센싱 변압기(120B)에 포함된 CM 초크의 임피던스를 나타낼 수 있다. 따라서 Zline,eff는 (Vn 지점에서 바라본) 대전류 경로(111, 112) 상의 임피던스가 CM 초크의 임피던스 s·Lchoke보다 1+G1·Nsen·Ninj 배 증가된 효과를 가지는 것을 나타낸다.
이는 능동형 전압 보상 장치(100B)에 의한 효과일 수 있다. 능동형 전압 보상 장치(100B)의 제1 증폭부(131B), 제2 증폭부(132B), 증폭 신호 피드백부(150B) 및 보상 변압기(160B)는 대전류 경로 상에 전압 보상(Vinj)을 할 수 있고, 이는 인덕턴스를 증가시키는 효과에 상응하는 효과를 주어, 노이즈 전류가 흐르지 못하게 억제할 수 있다(L boost type).
다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100)는 CM 초크의 인덕턴스 Lchoke보다 1+G1·Nsen·Ninj 배 증가된 실효 인덕턴스 Lchoke,eff의 효과를 가질 수 있으므로(수학식 4), CM 초크만 존재할 때보다 노이즈 억제 효과를 증가시킬 수 있다.
Figure PCTKR2022015691-appb-img-000006
예를 들면, 상기 노이즈 억제 효과는 제1 증폭부(131B)의 전압 이득 G1, 센싱 변압기(120B)의 권선비 Nsen, 보상 변압기(160B)의 권선비 Ninj에 따라 조정될 수 있다.
도 4 내지 도 5는 도 3에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100B)의 구체적인 일 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100C, 100C-1)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4 에 도시된 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100C)는 센싱 변압기(120C), 증폭부(130C), 증폭 신호 피드백부(150C), 보상 변압기(160C)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130C)는 제1 증폭부(131C), 제2 증폭부(132C)를 포함할 수 있다.
도 5 에 도시된 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100C-1)는 센싱 변압기(120C), 증폭부(130C), 증폭 신호 피드백부(150C), 보상 변압기(160C-1)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130C)는 제1 증폭부(131C), 제2 증폭부(132C)를 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5에서 센싱 변압기(120C)는 도 3에서 설명한 센싱 변압기(120B)의 일 예이고, 제1 증폭부(131C), 제2 증폭부(132C), 증폭 신호 피드백부(150C)는 도 3에서 설명한 센싱 변압기(120B), 제1 증폭부(131B), 제2 증폭부(132B), 증폭 신호 피드백부(150B)의 설명에 상응한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 보상 변압기(160C, 160C-1)는 하나의 코어에 1차 측 전선 및 2차 측 전선이 통과하거나 적어도 1회 이상 감긴 구조일 수 있다. 상기 1차 측 전선은 제2 증폭부(132C)의 출력단에 상응할 수 있다. 상기 2차 측 전선은 대전류 경로(111, 112)에 상응할 수 있다.
도 4의 능동형 전압 보상 장치(100C)는 보상 변압기(160C)의 1차 측 전선 및 2차 측 대전류 경로(111, 112)가 코어를 통과하는 실시예를 나타낸 것으로, 권선비 Ninj가 약 1 정도일 수 있다.
도 5의 능동형 전압 보상 장치(100C-1)는 보상 변압기(160C-1)의 1차 측 전선은 코어를 통과하며, 2차 측 대전류 경로(111, 112)는 코어를 한 번 감는 실시예를 나타낸 것으로, 권선비 Ninj가 약 2 정도일 수 있다.
보상 변압기(160C, 160C-1)의 2차 측에 유도되는 보상 전압은 제2 증폭부(132C)의 출력 전압에 상기 권선비 Ninj를 곱한 값에 상응할 수 있다.
한편 다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100C, 100C-1)에서 센싱 변압기(120C)는 보상 변압기(160C, 160C-1)와 다른 종류의 소자일 수 있다.
예를 들면, 센싱 변압기(120C)는 대전류 경로(111, 112)에 해당하는 전력선이 감긴 CM 초크에 제1 증폭부(131C)의 입력단측 전선이 덧감긴 형태일 수 있다. 센싱 변압기(120C)는 상기 CM 초크에 단순히 2차 측 전선을 덧감음으로써 노이즈를 센싱할 수 있다.
이와 같이 CM 초크를 이용하여 센싱 변압기(120C)를 형성하는 경우 센싱 변압기(120C)는 변압기 역할만 수행하는 보상 변압기(160C, 160C-1)와는 달리, 수동 필터로써 인덕턴스를 이용하여 노이즈를 억제하는 역할을 할 수 있다. 즉, CM 초크에 2차 측 전선을 덧감아서 센싱 변압기(120C)를 형성한 경우, 센싱 변압기(120C)는 센싱 및 변압의 기능만 하는 것이 아니라 CM 초크로써 수동 필터의 역할을 할 수 있다. 이때 CM 초크의 임피던스보다 능동형 전압 보상 장치 측의 임피던스가 충분히 크도록 설계하여, CM 초크의 기존 기능이 방해받지 않도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100D)를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다. 이하에서는 도 3을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면 능동형 전압 보상 장치(100D)는 제1 장치(300D)와 연결되는 대전류 경로(111D, 112D, 113D) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압 V-n을 능동적으로 보상할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100D)는 세 개의 대전류 경로(111D, 112D, 113D), 센싱 변압기(120D), 증폭부(130D), 증폭 신호 피드백부(150D) 및 보상 변압기(160D)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130D)는 제1 증폭부(131D) 및 제2 증폭부(132D)를 포함할 수 있다.
도 3에서 설명한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100B)와 대비하여 살펴보면, 도 6에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100D)는 세 개의 대전류 경로(111D, 112D, 113D)를 포함하고, 이에 따라 센싱 변압기(120D) 및 보상 변압기(160D)의 차이점이 있다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100D)에 대해 설명한다.
능동형 전압 보상 장치(100D)는 서로 구분되는 제1 대전류 경로(111D), 제2 대전류 경로(112D) 및 제3 대전류 경로(113D)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 대전류 경로(111D)는 R상, 상기 제2 대전류 경로(112D)는 S상, 상기 제3 대전류 경로(113D)는 T상의 전력선일 수 있다. 노이즈 전압 또는 노이즈 전류는 제1 대전류 경로(111D), 제2 대전류 경로(112D) 및 제3 대전류 경로(113D) 각각에 공통 모드로 입력될 수 있다.
센싱 변압기(120D)의 1차 측(121D)은 제1 대전류 경로(111D), 제2 대전류 경로(112D) 및 제3 대전류 경로(113D) 각각에 배치되어, 2차 측(122D)에 유도 전압 Vsen을 생성할 수 있다. 세 개의 대전류 경로(111D, 112D, 113D) 상의 노이즈 전류에 의해 센싱 변압기(120D)에 생성되는 자속 밀도는 서로 보강될 수 있다.
한편 능동형 전압 보상 장치(100D)에서 제1, 2 증폭부(131D, 132D) 및 증폭 신호 피드백부(150D)는 제1, 2 증폭부(131B, 132B) 및 증폭 신호 피드백부(150B)에 상응한다. 예를 들면 센싱 변압기(120D)의 2차 측(122D) 전선은 제1 증폭부(131D)에 차동으로 연결될 수 있다. 센싱 변압기(120D)의 2차 측(122D)에 유도된 전압 Vsen은 제1 증폭부(131D)의 입력 전압이 된다. 제1 증폭부(131D)는 상기 입력 전압에 기초하여 증폭 전압 V1을 출력할 수 있다. 제2 증폭부(132D)는 상기 증폭 전압 V1을 유지한채 증폭 전류 I1을 출력할 수 있다.
상기 V1은 보상 변압기(160D)의 입력 전압, 즉 보상 변압기(160D)의 1차 측(161D) 전압이 될 수 있다.
한편 보상 변압기(160D)의 2차 측(162D)은 제1 대전류 경로(111D), 제2 대전류 경로(112D) 및 제3 대전류 경로(113D) 각각에 배치될 수 있다. 보상 변압기(160D)는 제2 증폭부(132D)에서 출력된 1차 측(161D) 전압(V1)에 기초하여, 2차 측(162D)인 세 개의 대전류 경로(111D, 112D, 113D) 각각에 직렬로 보상 전압 Vinj을 생성할 수 있다.
이와 같은 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100D)는 3상 3선의 전력 시스템의 전력선 상의 공통 모드 노이즈에 대한 전압 보상을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100E)를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다. 이하에서는 도 3을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면 능동형 전압 보상 장치(100E)는 제1 장치(300E)와 연결되는 대전류 경로(111E, 112E, 113E, 114E) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압 Vn을 능동적으로 보상할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100E)는 네 개의 대전류 경로(111E, 112E, 113E, 114E), 센싱 변압기(120E), 증폭부(130E), 증폭 신호 피드백부(150E) 및 보상 변압기(160E)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130E)는 제1 증폭부(131E) 및 제2 증폭부(132E)를 포함할 수 있다.
도 3에서 설명한 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100B)와 대비하여 살펴보면, 도 7에 도시된 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100E)는 네 개의 대전류 경로(111E, 112E, 113E, 114E)를 포함하고, 이에 따라 센싱 변압기(120E) 및 보상 변압기(160E)의 차이점이 있다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100E)에 대해 설명한다.
능동형 전압 보상 장치(100E)는 서로 구분되는 제1 대전류 경로(111E), 제2 대전류 경로(112E), 제3 대전류 경로(113E) 및 제4 대전류 경로(114E)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 대전류 경로(111E)는 R상, 상기 제2 대전류 경로(112E)는 S상, 상기 제3 대전류 경로(113E)는 T상, 상기 제4 대전류 경로(114E)는 N상의 전력선일 수 있다. 노이즈 전압 또는 노이즈 전류는 제1, 2, 3, 4 대전류 경로(111E, 112E, 113E, 114E) 각각에 공통 모드로 입력될 수 있다.
센싱 변압기(120E)의 1차 측(121E)은 제1 대전류 경로(111E), 제2 대전류 경로(112E), 제3 대전류 경로(113E) 및 제4 대전류 경로(114E) 각각에 배치되어, 2차 측(122E)에 유도 전압 Vsen를 생성할 수 있다. 네 개의 대전류 경로(111E, 112E, 113E, 114E) 상의 노이즈 전류에 의해 센싱 변압기(120E)에 생성되는 자속 밀도는 서로 보강될 수 있다.
한편 능동형 전압 보상 장치(100E)에서 제1, 2 증폭부(131E, 132E) 및 증폭 신호 피드백부(150E)는 제1, 2 증폭부(131B, 132B) 및 증폭 신호 피드백부(150B)에 상응한다. 예를 들면 센싱 변압기(120E)의 2차 측(122E) 전선은 제1 증폭부(131E)에 차동으로 연결될 수 있다. 센싱 변압기(120E)의 2차 측(122E)에 유도된 전압 Vsen은 제1 증폭부(131E)의 입력 전압이 된다. 제1 증폭부(131E)는 상기 입력 전압에 기초하여 증폭 전압 V1을 출력하고, 제2 증폭부(132E)는 상기 증폭 전압 V1을 유지한채 증폭 전류 I1을 출력할 수 있다.
상기 V1은 보상 변압기(160E)의 입력 전압, 즉 보상 변압기(160E)의 1차 측(161E) 전압이 될 수 있다.
한편 보상 변압기(160E)의 2차 측(162E)은 제1 대전류 경로(111E), 제2 대전류 경로(112E), 제3 대전류 경로(113E) 및 제4 대전류 경로(114E) 각각에 배치될 수 있다. 보상 변압기(160E)는 제2 증폭부(132E)에서 출력된 1차 측(161E) 전압(V1)에 기초하여, 2차 측(162E)인 네 개의 대전류 경로(111E, 112E, 113E, 114E) 각각에 직렬로 보상 전압 Vinj을 생성할 수 있다.
이와 같은 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100E)는 3상 4선의 전력 시스템의 전력선 상의 공통 모드 노이즈에 대한 전압 보상을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 CM 초크만 단독으로 사용하는 경우와는 달리, 고전력용으로 이용되더라도 크기의 증가 정도나 가격의 증가 정도가 미미할 수 있다. 따라서 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 고전력 시스템에서 수동 필터보다 가격, 부피, 무게 면에서 훨씬 유리할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 대전류 경로(예: 전력선)로부터 전기적으로 절연되는 구조이므로, 증폭부(130)에 포함된 소자들을 EOS(electrical overstress)로부터 보호할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 증폭부(130)는 전력선으로부터 절연되므로 제어 보드에 사용되는 DC 저전압(예: 제3 장치(400), 48V 이내)을 이용할 수 있다. 따라서, 증폭부(130)는 별도의 전력 변환 회로가 필요하지 않다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 전원 공급 장치(예: 제2 장치(200))의 기준 전위와 상관없이 증폭부(130)를 구성하기 위해 정격 전압이 낮은 소자들을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 장착되는 전기 시스템에 무관하게 안정적으로 동작할 수 있다. 따라서 능동형 전압 보상 장치는 각각의 회로 또는 시스템마다 반복 테스트를 통해 맞춤 설계될 필요가 없으며, 독립된 부품으로써 범용성을 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 독립적인 모듈로써 상용화될 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 증폭부(130)의 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증폭부(130F)의 기능적 구성의 예를 도시한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 능동형 전압 보상 장치(100)는 증폭부(130F)에 집적회로부(500F) 및 비집적회로부를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 제1 증폭부(131F)는 제1 집적회로부(1311F) 및 제1 비집적회로부(1312F)를 포함할 수 있으며, 제2 증폭부(132F)는 제2 집적회로부(1321F) 및 제2 비집적회로부(1322F)를 포함할 수 있다. 상기 제1 집적회로부(1311F) 및 제2 집적회로부(1321F)는 증폭부(130F)의 집적회로부(500F)를 구성할 수 있다.
집적회로부(500F)는 능동형 전압 보상 장치(100)의 필수 구성요소를 포함할 수 있다. 필수 구성요소는 예를 들면 능동소자를 포함할 수 있다. 따라서 증폭부(130F) 포함된 능동소자는 증폭부(130F)의 집적회로부(500F)에 집적될 수 있다. 증폭부(130F) 중 비집적회로부는 능동소자를 포함하지 않을 수 있다. 집적회로부(500F)는 능동소자뿐 아니라 수동소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 집적회로부(500F)는 물리적으로 하나의 집적회로(IC) 칩일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 집적회로부(500F)는 독립된 모듈로서 범용성을 가지고 다양한 디자인의 능동형 전압 보상 장치(100)에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 비집적회로부는 증폭부(130F)의 구성중 집적회로부(500F)에 포함되지 않는 구성일 수 있다. 상기 비집적회로부는 능동형 전압 보상 장치(100)의 디자인에 따라 변형될 수 있다.
하나의 IC 칩으로 구성된 집적회로부(500F)는 비집적회로부에 연결되기 위한 단자를 포함할 수 있다. 집적회로부(500F)와 비집적회로부는 함께 결합하여 증폭부(130F)로서 기능할 수 있다. 도 8과 도 2를 함께 참조하면, 집적회로부(500F)와 비집적회로부의 조합은 센싱부(120)로부터 출력된 출력 신호로부터 증폭 신호를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 증폭 신호는 보상부(160)에 입력될 수 있다. 집적회로부(500F)는 제3 장치(400)와 연결되기 위한 단자, 제2 기준전위와 연결되기 위한 단자를 더 포함할 수 있다. 집적회로부(500F) 및 비집적회로부를 포함하는 증폭부(130F)의 상세한 구성의 예들은 도 9 및 도 10에서 후술된다.
도 9는 도 8에 도시된 증폭부(130F)를 포함하는 능동형 전압 보상 장치(100F)의 구체적인 일 예를 도시한 것이며, 도 10은 도 9에 도시된 제1 증폭부(131F)의 제1 집적회로부(1311F)의 구체적인 일 예를 도시한다.
능동형 전압 보상 장치(100F)는 제1 장치(300)와 연결되는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 전압 Vn(예: 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 9 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F)는 센싱 변압기(120F), 증폭부(130F), 증폭 신호 피드백부(150F) 및 보상 변압기(160F)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130F)는 제1 증폭부(131F) 및 제2 증폭부(132F)를 포함할 수 있다. 센싱 변압기(120F) 및 보상 변압기(160F)는 도 3에서 설명한 센싱 변압기(120B) 및 보상 변압기(160B)의 설명에 상응한다.
일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F)의 제1 증폭부(131F)는 제1 집적회로부(1311F) 및 제1 비집적회로부를 포함할 수 있다. 제1 증폭부(131F)에서 제1 집적회로부(1311F)를 제외한 나머지 구성들은 제1 비집적회로부에 포함될 수 있다. 예를 들면, 제1 증폭부(131F)에서 제1 비집적회로부에 포함된 구성들은 개별(discrete) 상용소자일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 비집적회로부는 실시예에 따라 다르게 구현될 수 있다. 제1 비집적회로부는 제1 집적회로부(1311F)가 다양한 디자인의 능동형 전압 보상 장치(100)에 적용될 수 있도록 변형될 수 있다.
일 실시예에서 제1 집적회로부(1311F)는 하나 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 트랜지스터는 MOSFET으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 증폭부(131F)는 차동쌍을 이루는 MOSFET을 포함하는 차동 증폭기 구조를 가질 수 있다.
제1 집적회로부(1311F)는 단일 칩(one-chip)내의 IC로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 집적회로부(1311F)의 하나 이상의 MOSFET이 단일 IC 칩에 집적화될 수 있다. 제1 집적회로부(1311F)는 후술할 제2 증폭부(132F)의 제2 집적회로부(1321F)와 함께 단일 칩의 IC로 구현될 수도 있다.
상기 단일 칩내의 IC로 구현된 제1 집적회로부(1311F)는 M1과 M5의 게이트에 대응하는 단자(A), M2과 M6의 게이트에 대응하는 단자(B), M19의 소스에 대응하는 단자(D1), M20의 드레인에 대응하는 단자(D2)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며, 단일 IC 칩의 제1 집적회로부(1311F) 구성은 상기 단자 A, B, D1, D2 이외에 다른 단자를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 집적회로부(1311F)는 외부의 전원장치(예: 제3 장치)와 연결되는 단자 또는 기준전위에 대응되는 단자를 더 포함할 수 있다.
M1과 M5의 게이트에 대응하는 단자(A)는 센싱 변압기(120F)의 2차측에 연결되어 제1 증폭부(131F)의 입력단 역할을 할 수 있다. M2과 M6의 게이트에 대응하는 단자(B)는 증폭 신호 피드백부(150F)에 연결될 수 있다. M19의 소스에 대응하는 단자(D1) 및 M20의 드레인에 대응하는 단자(D2)는 제2 증폭부와 연결되어 제1 증폭부(131F)의 출력단 역할을 할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제1 집적회로부(1311F)의 단자 A, B, D1 및 D2 중 적어도 하나는 비집적회로부에 연결될 수 있다. 제1 집적회로부(1311F)는 제1 비집적회로부와 함께 결합하여, 일 실시예에 따른 제1 증폭부(131F)로서 기능할 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F)는 제1 증폭부(131F)를 단일 칩의 집적회로(IC)로 구성함으로써 크기를 최소화할 수 있으며, 제1 증폭부(131F)의 구성시 고가의 개별 상용소자를 사용하지 않고도 최적의 성능을 발휘하도록 할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F)의 제2 증폭부(132F)는 제2 집적회로부(1321F) 및 제2 비집적회로부를 포함할 수 있다. 제2 증폭부(132F)에서 제2 집적회로부(1321F)를 제외한 나머지 구성들은 제2 비집적회로부에 포함될 수 있다. 예를 들면, 제2 증폭부(132F)에서 제2 비집적회로부에 포함된 구성들은 개별 상용소자일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 비집적회로부는 실시예에 따라 다르게 구현될 수 있다. 제2 비집적회로부는 제2 집적회로부(1321F)가 다양한 디자인의 능동형 전압 보상 장치(100)에 적용될 수 있도록 변형될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 집적회로부(1321F)는 제1 트랜지스터(11), 제2 트랜지스터(12), 다이오드(13) 및/또는 하나 이상의 저항을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 트랜지스터(11)는 npn BJT일 수 있으며, 제2 트랜지스터(12)는 pnp BJT일 수 있다. 예를 들면 제2 증폭부(132F)는 npn BJT 및 pnp BJT를 포함하는 push-pull 증폭기 구조를 가질 수 있다.
예를 들면 제2 집적회로부(1321F)에 포함된 하나 이상의 저항은 Rnpn, Rpnp 및/또는 Re를 포함할 수 있다. 예를 들면 저항 Rnpn은 제1 트랜지스터(11)의 콜렉터 단과 베이스 단을 이을 수 있으며, 저항 Rpnp은 제2 트랜지스터(12)의 콜렉터 단과 베이스 단을 이을 수 있으며, 저항 Re는 제1 트랜지스터(11)의 이미터 단과 제2 트랜지스터(12)의 이미터 단을 이을 수 있다.
일 실시예에서 제2 증폭부(132F)의 제2 집적회로부(1321F)는 제1 트랜지스터(11), 제2 트랜지스터(12), 하나 이상의 저항 이외에, 다이오드(13)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 다이오드(13)의 일 단은 제1 트랜지스터(11)의 베이스 단에 연결되고, 다이오드(13)의 타 단은 제2 트랜지스터(12)의 베이스 단에 연결될 수 있다. 선택적 실시예에서, 다이오드(13)는 저항으로 대체될 수도 있다.
일 실시예에서 제2 집적회로부(1321F)에 포함되는 저항 Rnpn, Rpnp, Re 및/또는 바이어싱 다이오드(13)는 BJT의 DC 바이어스(bias)에 사용될 수 있다. 상기 구성요소들은 다양한 능동형 전압 보상 장치에서 범용적 구성이므로, 단일 칩(one-chip)의 집적회로부(500)에 집적될 수 있다.
제2 증폭부(132F)에서 제2 집적회로부(1321F)를 제외한 구성들은 비집적회로부에 포함될 수 있다. 제2 집적회로부(1321F)는 물리적으로 하나의 IC 칩 내에 구현될 수 있다. 제2 비집적회로부는 개별(discrete) 상용 소자들로 구성될 수 있다. 비집적회로부는 실시예에 따라 다르게 구현될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에서 제2 비집적회로부는 예를 들면 커패시터 Cb, Ce 및 Cdc를 포함할 수 있다. 제2 증폭부(132F)에 포함된 커패시터 Cb, Ce는 교류(AC) 신호만 선택적으로 결합시킬 수 있다. 커패시터 Cb, Ce는 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스 노드 및 이미터 노드에서 DC 전압을 차단(block)할 수 있다.
일 실시예에서 제3 장치(400)는 증폭부(130F)를 구동하기 위하여 제2 기준전위를 기준으로 하는 직류(DC) 전압 Vdc를 공급한다. 커패시터 Cdc는 상기 전압 Vdc에 대한 DC용 감결합 커패시터로, 제3 장치(400)와 제2 기준전위 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 커패시터 Cdc는 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT) 및 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)의 양 콜렉터 사이를 AC 신호만 선택적으로 결합시킬 수 있다.
제2 집적회로부(1321F)에서, 저항 Rnpn, Rpnp 및 Re는 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)(예: BJT)의 동작점을 조절할 수 있다. 저항 Rnpn, Rpnp 및 Re는 BJT의 동작점에 따라 설계될 수 있다. 저항 Rnpn은 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT)의 콜렉터(collector) 단이자 제3 장치(400) 단과 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT)의 베이스(base) 단을 연결할 수 있다. 저항 Rpnp는 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)의 콜렉터(collector) 단이자 제2 기준전위와 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)의 베이스 단을 연결할 수 있다. 저항 Re는 제1 트랜지스터(11)의 이미터(emitter) 단과 제2 트랜지스터(12)의 이미터 단을 연결할 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 증폭부(131F)의 출력 측은 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스 측과 연결될 수 있다. 일 실시예에 따른 보상 변압기(160F)의 1차 측(161F)은 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 이미터 측에 연결될 수 있다. 여기서 연결은 간접적으로 연결된 경우를 포함한다. 일 실시예에 따른 제2 증폭부(132F)는 출력 전류를 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스로 다시 주입시키는 회귀 구조를 가질 수 있다. 회귀 구조로 인해 제2 증폭부(132F)는 능동형 전압 보상 장치(100F)의 동작을 위한 일정한 전류 이득을 안정적으로 얻을 수 있다.
노이즈 신호로 인한 제2 증폭부(132F)의 입력 전압이 0보다 큰 포지티브 스윙(positive swing)의 경우, 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT)가 동작할 수 있다. 이 때 동작 전류는 제1 트랜지스터(11)를 통과하는 제1 경로를 통해 흐를 수 있다. 노이즈로 인한 제2 증폭부(132F)의 입력 전압이 0보다 작은 네거티브 스윙(negative swing)의 경우, 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)가 동작할 수 있다. 이 때 동작 전류는 제2 트랜지스터(12)를 통과하는 제2 경로를 통해 흐를 수 있다.
제2 집적회로부(1321F)는 단일 칩(one-chip)내의 집적회로(IC)로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면 제2 집적회로부(1321F)의 제1 트랜지스터(11), 제2 트랜지스터(12), 다이오드(13), Rnpn, Rpnp, Re가 단일 칩에 집적화될 수 있다.
상기 제2 집적회로부(1321F)의 단일 칩 IC는 제1 트랜지스터(11)의 베이스에 대응하는 단자(b1), 제1 트랜지스터(11)의 콜렉터에 대응하는 단자(c1), 제1 트랜지스터(11)의 이미터에 대응하는 단자(e1), 제2 트랜지스터(12)의 베이스에 대응하는 단자(b2), 제2 트랜지스터(12)의 콜렉터에 대응하는 단자(c1) 및 제2 트랜지스터(12)의 이미터에 대응하는 단자(e2)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며, 집적회로부(1321F)의 단일 IC 칩은 상기 단자 b1, b2, c1, c2, e1 및 e2 이외에 다른 단자를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제2 집적회로부(1321F)의 단자 b1, b2, c1, c2, e1 및 e2 중 적어도 하나는 비집적회로부에 연결될 수 있다. 제2 집적회로부(1321F)와 제2 비집적회로부는 함께 결합하여, 일 실시예에 따른 제2 증폭부(132F)로서 기능할 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에 따르면, 제1 트랜지스터(11)의 베이스 단자(b1)와 제2 트랜지스터(12)의 베이스 단자(b2)에는 제2 비집적회로부의 커패시터 Cb들이 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(11)의 이미터 단자(e1)와 제2 트랜지스터(12)의 이미터 단자(e2)에는 각각 제2 비집적회로부의 커패시터 Ce들이 연결될 수 있다. 제3 장치(400)는 제1 트랜지스터(11)의 콜렉터 단자(c1)와 제2 트랜지스터(12)의 콜렉터 단자(c2)의 사이에 연결될 수 있다. 제2 트랜지스터(12)의 콜렉터 단자(c2)는 제2 기준전위에 대응할 수 있다. 제2 비집적회로부의 감결합용 커패시터 Cdc는 제1 트랜지스터(11)의 콜렉터 단자(c1)와 제2 트랜지스터(12)의 콜렉터 단자(c2)의 사이에 연결될 수 있다.
제2 집적회로부(1321F)와 제2 비집적회로부의 Cb, Ce, Cdc의 조합은 도 9에 도시된 실시예에 따른 제2 증폭부(132F)로서 기능할 수 있다.
능동형 전압 보상 장치(100F)는 제2 증폭부(132F)를 단일 칩의 집적회로로 구성함으로써 크기를 최소화할 수 있으며, 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.
도 9와 도 8을 함께 참조하면, 제1 집적회로부(1311F)와 제2 집적회로부(1321F)는 단일 칩의 IC로 구현될 수 있으며, 집적회로부(500F)를 구성한다. 제1 집적회로부(1311F), 제2 집적회로부(1321F), 제1 비집적회로부(1312F) 및 제2 비집적회로부(1322F)는 함께 증폭부(130F)로서 기능할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면 단일 칩의 집적회로부(500F)에는 능동형 전압 보상 장치(100F)의 필수 구성요소가 집적될 수 있다. 따라서 개별 반도체 장치를 사용하는 경우에 비해, 단일 칩의 집적회로부(500F)를 사용함으로써 증폭부(130F)의 크기가 최소화될 수 있다.
비집적회로부는 인덕터, 커패시터(예: Cb, Ce, Cdc), 임피던스 등을 포함할 수 있다. 비집적회로부의 인덕터, 커패시터, 임피던스는 개별 구성요소로, 단일 칩(one-chip)의 집적회로부(500F)의 주변에 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 실시예에서, 커패시터 Ce가 교류(AC) 신호를 결합(couple)하는 데 필요한 커패시턴스는 수 μF 이상(예: 10 μF)일 수 있다. 이 커패시턴스 값은 단일 칩 집적회로부 내에서 구현하기 어려우므로, 커패시터 Cb, Ce 및 Cdc는 집적회로부의 외부에, 즉 비집적회로부에 구현될 수 있다.
또한, 다양한 전력 시스템 또는 다양한 제1 장치(300)에 대한 설계 유연성을 달성하기 위해 집적회로부의 외부에, 즉 비집적회로부에 임피던스가 구현될 수도 있다. 예를 들어, 증폭부(130F)는 비집적회로부에 적어도 하나의 저항 및/또는 커패시터로 이루어진 임피던스를 포함할 수 있으며, 상기 임피던스는 센싱 변압기(120F) 및 보상 변압기(160F)의 권선비에 따라, 또는 필요한 목표 전압 이득에 따라 유연하게 설계될 수 있다. 비집적회로부의 임피던스를 조절함에 따라, 동일한 집적회로부(500)를 다양한 전력 시스템에 적용할 수 있게 하는 다양한 전압 보상 장치를 설계할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F)는 증폭 신호 피드백부(150F)를 포함할 수 있다. 증폭 신호 피드백부(150F)는 제2 증폭부(132F)의 출력 전압에 대응되는 피드백 신호를 제1 증폭부(131F)의 입력단으로 주입시키는 회귀 구조를 가질 수 있다. 증폭 신호 피드백부(150F)로 인해 능동형 전압 보상 장치(100F)는 회로 발진 현상을 막을 수 있으며, 노이즈 보상 동작을 위한 적절한 이득을 안정적으로 유지할 수 있다.
회로 발진 현상은 폐회로의 루프이득(Loopgain)이 0dB이면서 위상(Phase)이 -180도인 지점에서 발생하는데, 이러한 회로의 발진 현상을 피하기 위하여 증폭 신호 피드백부(150F)를 통하여 Phase 보상을 할 수 있다.
일 실시예에 따른 증폭 신호 피드백부(150F)는 하나 이상의 저항 및 커패시터를 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에 따르면, 증폭 신호 피드백부(150F)는 저항 R1, R2, Rc 및 커패시터 Cc의 직렬 및 병렬 연결 구조를 포함할 수 있다. 증폭 신호 피드백부(150F)는 각 저항 및 커패시터의 파라미터 조절을 통하여 보상 주파수의 위치 및 보상 값을 조절할 수 있다.
증폭 신호 피드백부(150F)에서 저항 R1, R2, Rc 및 커패시터 Cc로 결정되는 주파수 및 Phase는 수학식 5와 같다.
Figure PCTKR2022015691-appb-img-000007
Figure PCTKR2022015691-appb-img-000008
증폭 신호 피드백부(150F)의 R1, R2, Rc, Cc는 센싱 변압기(120F) 및 보상 변압기(160F)의 권선비에 따라, 또는 필요한 목표 전압 이득에 따라 유연하게 설계될 수 있다. 특히, 증폭 신호 피드백부(150F)의 특성은 센싱 변압기(120F)의 크기와 함께 제1 장치(300)의 최대 정격 전압에 따라 달라져야 한다. 따라서 넓은 주파수 범위에서 센싱 노이즈 전압에 대한 주입 전압의 비율을 균일하게 하기 위해서는 증폭 신호 피드백부(150F)의 적절한 설계가 필요하다.
예를 들어, 도 9에 도시된 실시예에서 증폭 신호 피드백부(150F)의 R1, R2, Rc, Cc의 비율 및 센싱 변압기(120F)와 보상 변압기(160F)의 권선비를 조정하여, 넓은 주파수 범위에서 센싱 노이즈 전압에 대한 주입 전압을 1로 설계할 수 있다. 그러나, 증폭 신호 피드백부(150F)는 도 9에 도시된 실시예에 한정되지 않으며, 회로 안정성을 위하여 CM 초크의 크기 및 주변 소자들에 따라 각기 다르게 설계될 수 있다.
한편, 증폭부(130F)의 집적회로부(500F)를 단일 칩 IC로 구성하는 경우, 증폭 신호 피드백부(150F)는 설계 유연성을 달성하기 위해 상기 집적회로부(500F)의 외부에 구현될 수 있다. 즉, 증폭 신호 피드백부(150F)가 집적회로부(500F)의 외부에 구현되도록 함으로써, 능동형 전압 보상 장치(100F)의 설계 자유도를 확보할 수 있다. 증폭 신호 피드백부(150F)의 각 소자들을 조절함에 따라, 동일한 집적회로부(500F)를 다양한 전력 시스템에 적용할 수 있게 하는 다양한 전압 보상 장치를 설계할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 집적회로부(500F)는 확장성을 고려하여 설계되었기 때문에, 다양한 타입의 능동형 전압 보상 장치에서 사용될 수 있다. 동일한 타입의 집적회로부(500F)가 다양한 실시예들에서 사용될 수 있으며, 비집적회로부는 실시예에 따라 다르게 설계될 수 있다.
이렇듯, 다양한 실시예들에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F)는 집적회로부와 비집적회로부로 구분되는 것을 특징으로 한다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F-1)의 구성을 개략적으로 도시한다. 능동형 전압 보상 장치(100F-1)는 제1 장치(300)와 연결되는 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압 Vn을 능동적으로 보상할 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 11를 참조하면 능동형 전압 보상 장치(100F-1)는 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113), 센싱 변압기(120F-1), 증폭부(130F), 증폭 신호 피드백부(150F) 및 보상 변압기(160F-1)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130F)는 제1 증폭부(131F) 및 제2 증폭부(132F)를 포함할 수 있다.
도 9에서 전술한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F)와 대비하여 살펴보면, 도 11에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F-1)는 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113)를 포함하고, 이에 따라 센싱 변압기(120F-1) 및 보상 변압기(160F-1)의 차이점이 있다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100F-1)에 대해 설명한다.
능동형 전압 보상 장치(100F-1)는 서로 구분되는 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 대전류 경로(111)는 R상, 제2 대전류 경로(112)는 S상, 제3 대전류 경로(113)는 T상의 전력선일 수 있다. 노이즈 전압 Vn 및 제1 전류(I11, I12, I13)는 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113) 각각에 공통 모드로 입력될 수 있다.
센싱 변압기(120F-1)의 1차 측(121F-1)은 제1, 제2, 제3 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 배치되어, 2차 측(122F-1)에 유도 전압을 생성할 수 있다. 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113) 상의 제1 전류(I11, I12, I13)에 의해 센싱 변압기(120F-1)에 생성되는 자속 밀도는 서로 보강될 수 있다.
한편 능동형 전압 보상 장치(100F-1)에서 증폭부(130F) 및 증폭 신호 피드백부(150F)는 도 9에서 전술한 증폭부(130F) 및 증폭 신호 피드백부(150F)에 상응한다.
일 실시예에서, 센싱 변압기(120F-1)의 2차 측(122F-1) 전선은 제1 증폭부(131F-1)에 차동으로 연결될 수 있다. 센싱 변압기(120F-1)의 2차 측(122F-1)에 유도된 전압 Vsen은 제1 증폭부(131F)의 입력 전압이 된다. 제1 증폭부(131F)는 상기 입력 전압에 기초하여 증폭 전압 V1을 출력할 수 있다. 제2 증폭부(132F)는 상기 증폭 전압 V1을 유지한채 증폭 전류 I1을 출력할 수 있다.
상기 V1은 보상 변압기(160F-1)의 입력 전압, 즉 보상 변압기(160F-1)의 1차 측(161F-1) 전압이 될 수 있다.
한편 보상 변압기(160F-1)의 2차 측(162F-1)은 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113) 각각에 배치될 수 있다. 보상 변압기(160F-1)는 제2 증폭부(132F-1)에서 출력된 1차 측(161F-1) 전압(V-1)에 기초하여, 2차 측(162F-1)인 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 직렬로 보상 전압 Vinj을 생성할 수 있다.
이와 같은 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F-1)는 3상 3선의 전력 시스템의 전력선 상의 공통 모드 노이즈에 대한 전압 보상을 수행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따라, 다양한 실시예들에 따른 능동형 전압 보상 장치는 3상 4선 시스템에도 적용될 수 있도록 변형될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부(130F)는 도 9에 도시된 단상(2선) 시스템, 도 10에 도시된 3상 3선 시스템 및 도시되지는 않았지만 3상 4선 시스템에도 적용될 수 있다. 단일 칩의 집적회로부(500F)를 여러 시스템에 적용할 수 있으므로 집적회로부(500F)는 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치에서 범용성을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예에서 집적회로부와 비집적회로부로 구분된 증폭부를 사용함으로써, 집적회로부의 양산을 통해 다양한 타입의 능동형 전압 보상 장치를 양산할 수 있다. 집적회로부는 다양한 실시예들에 따른 능동형 전압 보상 장치를 포함하는 장치에 범용적으로 및 보편적으로 적용될 수 있다. 또한, 단일 칩 집적회로부로 인해 추가 구성요소 없이 능동형 전압 보상 장치의 기능을 확장할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 수동 EMI 필터에 비하여 고전력 시스템에서 크기와 발열의 증가가 미미하다. 다양한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치는 단일 칩 집적회로부를 포함함으로써, 개별 반도체 장치를 포함하는 경우에 비해 크기가 최소화된다.
다양한 실시예에 따른 집적회로부 및 이를 포함하는 능동형 전압 보상 장치는 정격 전력(power rating)에 무관하게 다양한 전력 전자 제품에서 사용될 수 있다. 다양한 실시예에 따른 집적회로부 및 이를 포함하는 능동형 전압 보상 장치는 고전력 및 고잡음(high-noise) 시스템으로도 확장이 가능하다.
다양한 실시예에 따른 집적회로부는 능동형 전압 보상 장치가 설치되는 대전류 경로의 과도 전압에 대해서도 충분히 견고할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100G)를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
능동형 전압 보상 장치(100G)는 제1 장치(300)와 연결되는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 전압 Vn(예: 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 12를 참조하면, 능동형 전압 보상 장치는 센싱부(120G), 증폭부(130G), 증폭 신호 피드백부(150G), 보상부(160G) 및 외란 보호부(600G)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130G)는 제1 증폭부(131G) 및 제2 증폭부(132G)를 포함할 수 있다.
도 2에서 설명한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100A)와 대비하여 살펴보면, 도 12에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100G)는 제1 증폭부(131G) 및 제2 증폭부(132G)의 입력단 또는 출력단에 연결되는 외란 보호부(600G)를 더 포함한다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100G)에 대해 설명한다.
외란 보호부(600G)는 외란(disturbance)으로부터 제1 증폭부(131G) 또는 제2 증폭부(132G)를 보호할 수 있다. 예를 들면 제1 증폭부(131G), 제2 증폭부(132G)에 포함된 능동 소자들이 외란 보호부(600G)에 의해 보호될 수 있다.
능동형 전압 보상 장치(100G)는 전자 기기에 실장될 수 있는데, 일반적으로 전기 기기가 동작하는 상황은 안정적이지 않을 수 있다. 즉, 능동형 전압 보상 장치(100G)에 외부로부터 과전압 또는 과전류 등의 교란 신호가 대전류 경로(111, 112)를 통해 들어올 수 있다. 예를 들면, 낙뢰 또는 뇌 서지(lightning surge) 등으로 인해 수 kV의 펄스 전압이 대전류 경로(111, 112) 중 적어도 하나에 발생할 수 있다. 상술한 바와 같은 과전압/과전류는 센싱부(120G)나 보상부(160G) 또는 증폭 신호 피드백부(150G)를 통해 제1 증폭부(131G) 또는 제2 증폭부(132G)로 전달될 수 있다. 제1 증폭부(131G) 또는 제2 증폭부(132G)는 다양한 종류의 능동 소자를 포함할 수 있어 외부 교란에 취약하며, 과전압/과전류로 인해 오동작 또는 고장이 발생할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 능동형 전압 보상 장치(100)는 대전류 경로(111, 112)로부터 제1 증폭부(131) 또는 제2 증폭부(132)가 절연되는 구조를 가짐으로써, 상술한 외란으로부터 제1 증폭부(131) 또는 제2 증폭부(132)를 일차적으로 보호할 수 있다. 능동형 전압 보상 장치(100)는 절연형 구조를 통해, 능동 소자가 고전압에 직접 노출되는 것을 방지할 수 있다.
외란으로부터 더욱 확실한 보호를 위해, 능동형 전압 보상 장치(100G)는 외란 보호부(600G)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 외란 보호부(600G)는 센싱부(120G)와 제1 증폭부(131G)가 연결되는 제1 증폭부(131G)의 입력단, 제2 증폭부(132G)와 보상부(160G)가 연결되는 제2 증폭부(132G)의 출력단, 증폭 신호 피드백부(150G)와 제1 증폭부(131G)가 연결되는 증폭 신호 피드백부(150G)의 출력단 중 적어도 하나에 소정의 임계 전압 이상의 전압이 인가되는 경우, 인가된 전압을 상기 임계 전압 이하의 전압으로 제한할 수 있다.
예를 들면 외란 보호부(600G)는 센싱부(120G)를 통해 제1 증폭부(131G)에 전달되는 과전압을 차단하기 위한 제1 외란 보호부(601G)와 보상부(160G)를 통해 제2 증폭부(132G)에 전달되는 과전압을 차단하기 위한 제2 외란 보호부(602G) 및 증폭 신호 피드백부(150G)를 통해 제1 증폭부(131G)에 전달되는 과전압을 차단하기 위한 제3 외란 보호부(603G)를 포함할 수 있다.
제1 외란 보호부(601G)는 제1 증폭부(131G)의 입력단측에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 외란 보호부(601G)는 센싱부(120G)의 출력단에 병렬로 연결될 수 있다.
제2 외란 보호부(602G)는 제2 증폭부(132G)의 출력단에 연결될 수 있다. 제2 외란 보호부(602G)는 보상부(160G)의 입력단에 병렬로 연결될 수 있다.
제3 외란 보호부(603G)는 증폭 신호 피드백부(150G)의 출력단에 연결될 수 있다. 제3 외란 보호부(603G)는 증폭 신호 피드백부(150G)의 출력단과 제1 증폭부(131G)의 입력단이 연결된 경로에 연결될 수 있다.
제1 외란 보호부(601G), 제2 외란 보호부(602G) 및 제3 외란 보호부(603G)는 대전류 경로(111, 112)로부터 절연될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 외란 보호부(601G)는 센싱부(120G)의 출력단에 소정의 임계 전압 미만의 전압이 인가되는 경우 제1 임피던스를 갖고, 센싱부(120G)의 출력단에 소정의 임계 전압 이상의 전압이 인가되는 경우 상기 제1 임피던스보다 낮은 제2 임피던스를 가질 수 있다. 제1 임피던스는 매우 큰 값으로, 예를 들면 무한대에 가까운 값일 수 있다.
마찬가지로, 제2 외란 보호부(602G)는 제2 증폭부(132G)의 출력단에 소정의 임계 전압 미만의 전압이 인가되는 경우 제1 임피던스를 갖고, 제2 증폭부(132G)의 출력단에 소정의 임계 전압 이상의 전압이 인가되는 경우 상기 제1 임피던스보다 낮은 제2 임피던스를 가질 수 있다. 또한, 제3 외란 보호부(603G)는 증폭 신호 피드백부(150G)의 출력단에 소정의 임계 전압 미만의 전압이 인가되는 경우 제1 임피던스를 갖고, 증폭 신호 피드백부(150G)의 출력단에 소정의 임계 전압 이상의 전압이 인가되는 경우 상기 제1 임피던스보다 낮은 제2 임피던스를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 외란 보호부(600G)는 외란 보호부(600G)에 걸리는 전압이 지정된 전압 미만일 때는 외란 보호부(600G)를 통해 전류를 흘리지 않지만, 외부 과전압으로 인해 외란 보호부(600G)에 걸리는 전압이 지정된 전압 이상이 되면 전류를 (병렬로) 흘림으로써, 제1 증폭부(131G) 또는 제2 증폭부(132G)로 과전압이 전달되지 않도록 하여 제1 증폭부(131G) 또는 제2 증폭부(132G)를 보호할 수 있다.
도 13은 도 12에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100G)의 구체적인 일 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100H)를 개략적으로 도시한다.
능동형 전압 보상 장치(100H)는 제1 장치(300)와 연결되는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 전압 Vn(예: 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 12을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 13를 참조하면, 능동형 전압 보상 장치(100H)는 센싱 변압기(120H), 증폭부(130H), 증폭 신호 피드백부(150H), 보상 변압기(160H) 및 외란 보호부(600H)를 포함할 수 있다. 증폭부(130H)는 제1 증폭부(131H) 및 제2 증폭부(132H)를 포함할 수 있으며, 외란 보호부(600H)는 제1 외란 보호 소자(601H), 제2 외란 보호 소자(602H) 및 제3 외란 보호 소자(603H)를 포함할 수 있다.
센싱 변압기(120H) 및 보상 변압기(160H)는 도 3에서 설명한 센싱 변압기(120B) 및 보상 변압기(160B)의 설명에 상응하며, 제1 증폭부(131H), 제2 증폭부(132H) 및 증폭 신호 피드백부(150H)는 도 9에서 설명한 제1 증폭부(131F), 제2 증폭부(132F) 및 증폭 신호 피드백부(150F)의 설명에 상응한다.
제1 외란 보호 소자(601H), 제2 외란 보호 소자(602H) 및 제3 외란 보호 소자(603H)는 전술한 제1 외란 보호부(601G), 제2 외란 보호부(602G) 및 제3 외란 보호부(603G)의 일 예시일 수 있다.
제1 외란 보호 소자(601H), 제2 외란 보호 소자(602H) 및 제3 외란 보호 소자(603H)는 TVS (Transient Voltage Suppression) 다이오드 소자를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.
예를 들면 뇌 서지와 같은 외부 과전압(S)이 대전류 경로(111, 112) 중 적어도 하나에 발생할 수 있다. 예를 들어 도 12와 같이 제2 대전류 경로(112)에 외부 과전압(S)이 발생한 경우, 이는 제1 전달 경로(P1) 또는 제2 전달 경로(P2)를 통해 자기 에너지의 형태로 제1 증폭부(131H) 또는 제2 증폭부(132H)에 전달될 수 있다. 제1 전달 경로(P1)는 센싱 변압기(120H)를 통한 경로이고, 제2 전달 경로(P2)는 보상 변압기(160H)를 통한 경로를 나타낸다. 제1 증폭부(131H) 또는 제2 증폭부(132H)의 능동 소자들은 외부 교란에 취약하기 때문에 보호 장치가 필요하다.
제1 외란 보호 소자(601H)는 제1 전달 경로(P1)로 전달되는 과전압으로부터 제1 증폭부(131H)를 보호하기 위해, 센싱 변압기(120H)의 2차 측(122H)에 병렬로 연결될 수 있다. 제2 외란 보호 소자(602H)는 제2 전달 경로(P2)로 전달되는 과전압으로부터 제2 증폭부(132H)를 보호하기 위해, 보상 변압기(160H)의 1차 측(161H)에 병렬로 연결될 수 있다. 제3 외란 보호 소자(603H)는 증폭 신호 피드백부(150H)를 통하여 전달되는 과전압으로부터 제1 증폭부(131H)를 보호하기 위해, 증폭 신호 피드백부(150H)의 출력단에 연결될 수 있다. 제1 외란 보호 소자(601H), 제2 외란 보호 소자(602H) 및 제3 외란 보호 소자(603H)는 대전류 경로(111, 112)로부터 절연될 수 있다.
제1, 2, 3 외란 보호 소자(601H, 602H, 603H)는 예를 들면 TVS 다이오드 소자를 포함할 수 있다. 이 때 TVS 다이오드 소자로 인한 제1 증폭부(131H) 또는 제2 증폭부(132H)의 성능 감소를 최소화하기 위해, 충분히 낮은 다이오드 접합 용량(junction capacitance)을 가지는 TVS 다이오드 소자가 이용될 수 있다. 즉 제1, 2, 3 외란 보호 소자(601H, 602H, 603H)를 위한 TVS 다이오드의 접합 용량은 지정된 값 이하일 수 있다. 예를 들면, 상기 TVS 다이오드의 접합 용량은 수백 pF 이하일 수 있다. 또한, 비록 제1, 2, 3 외란 보호 소자(601H, 602H, 603H)를 위한 TVS 다이오드가 낮은 접합 용량을 가지더라도, 절연형 구조로 인하여 그 내구성이 보장될 수 있다.
제1, 2, 3 외란 보호 소자(601H, 602H, 603H)(예: TVS 다이오드)는 항복 전압(breakdown voltage)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 외란 보호 소자(601H)에 걸리는 전압이 항복 전압 미만일 때는 제1 외란 보호 소자(601H)를 통해 전류가 흐르지 않을 수 있다. 하지만, 외부 과전압(S)으로 인해 제1 외란 보호 소자(601H)의 양단에 항복 전압 이상의 전압이 걸리면, 제1 외란 보호 소자(601H)의 임피던스가 낮아지면서 제1 외란 보호 소자(601H)를 통해 전류가 흐를 수 있다. 제2 외란 보호 소자(602H) 및 제3 외란 보호 소자(603H)도 제1 외란 보호 소자(601H)와 마찬가지로 동작할 수 있다. 따라서 제1 증폭부(131H) 또는 제2 증폭부(132H)에 포함된 능동 소자들이 과전압으로부터 보호될 수 있다.
제1, 2, 3 외란 보호 소자(601H, 602H, 603H)는 제1 증폭부(131H)의 입력단 및 제2 증폭부(132H)의 출력단 중 적어도 하나에 소정의 임계 전압(예: 항복 전압) 이상의 전압이 인가되는 경우, 상기 소정의 임계 전압 이상의 전압에 의한 전력의 적어도 일부를 소비할 수 있다. 상기 소정의 임계 전압 이상의 전압에 의한 전력의 나머지 적어도 일부는 나머지 소자들(예: 제1 증폭부(131H), 제2 증폭부(132H) 또는 증폭 신호 피드백부(150H)에 포함되는 소자들)에 의해 소비될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100H-1)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 능동형 전압 보상 장치(100H-1)는 제1 장치(300)와 연결되는 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 공통 모드로 입력되는 전압 Vn(예: 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 14를 참조하면 능동형 전압 보상 장치(100H-1)는 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113), 센싱 변압기(120H-1), 증폭부(130H), 증폭 신호 피드백부(150H), 보상 변압기(160H-1) 및 외란 보호부(600H)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130H)는 제1 증폭부(131H) 및 제2 증폭부(132H)를 포함할 수 있다. 외란 보호부(600H)는 제1 외란 보호 소자(601H), 제2 외란 보호 소자(602H) 및 제3 외란 보호 소자(603H)를 포함할 수 있다.
도 13에서 전술한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100H)와 대비하여 살펴보면, 도 14에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100H-1)는 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113)를 포함하고, 이에 따라 센싱 변압기(120H-1) 및 보상 변압기(160H-1)의 차이점이 있다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100H-1)에 대해 설명한다.
능동형 전압 보상 장치(100H-1)는 서로 구분되는 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 대전류 경로(111)는 R상, 제2 대전류 경로(112)는 S상, 제3 대전류 경로(113)는 T상의 전력선일 수 있다. 노이즈 전압 Vn 및 제1 전류(I11, I12, I13)는 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113) 각각에 공통 모드로 입력될 수 있다.
센싱 변압기(120H-1)의 1차 측(121H-1)은 제1, 제2, 제3 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 배치되어, 2차 측(122H-1)에 유도 전압을 생성할 수 있다. 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113) 상의 제1 전류(I11, I12, I13)에 의해 센싱 변압기(120H-1)에 생성되는 자속 밀도는 서로 보강될 수 있다.
한편 능동형 전압 보상 장치(100H-1)에서 증폭부(130H) 및 증폭 신호 피드백부(150H)는 도 13에서 전술한 증폭부(130H) 및 증폭 신호 피드백부(150H)에 상응한다.
일 실시예에서, 센싱 변압기(120H-1)의 2차 측(122H-1) 전선은 제1 증폭부(131H-1)에 차동으로 연결될 수 있다. 센싱 변압기(120H-1)의 2차 측(122H-1)에 유도된 전압 Vsen은 제1 증폭부(131H)의 입력 전압이 된다. 제1 증폭부(131H)는 상기 입력 전압에 기초하여 증폭 전압 V1을 출력할 수 있다. 제2 증폭부(132H)는 상기 증폭 전압 V1을 유지한채 증폭 전류 I1을 출력할 수 있다.
상기 V1은 보상 변압기(160H-1)의 입력 전압, 즉 보상 변압기(160H-1)의 1차 측(161H-1) 전압이 될 수 있다.
한편 보상 변압기(160H-1)의 2차 측(162H-1)은 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113) 각각에 배치될 수 있다. 보상 변압기(160H-1)는 제2 증폭부(132H)에서 출력된 1차 측(161H-1) 전압(V1)에 기초하여, 2차 측(162H-1)인 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 직렬로 보상 전압 Vinj을 생성할 수 있다.
이와 같은 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100H-1)는 3상 3선의 전력 시스템의 전력선 상의 공통 모드 노이즈에 대한 전압 보상을 수행할 수 있으며, 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113)에서 제1 경로(P1) 또는 제2 경로(P2)를 통하여 전달되는 외부 교란으로부터 증폭부(130H)를 보호할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따라, 다양한 실시예들에 따른 능동형 전압 보상 장치는 3상 4선 시스템에도 적용될 수 있도록 변형될 수 있음은 물론이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100J)를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다. 능동형 전압 보상 장치(100J)는 제1 장치(300)와 연결되는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 전압 Vn(예: 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 15를 참조하면, 능동형 전압 보상 장치(100J)는 센싱부(120), 증폭부(130J), 증폭 신호 피드백부(150), 보상부(160) 및 전력관리부(180J)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130J)는 제1 증폭부(131J) 및 제2 증폭부(132J)를 포함할 수 있다.
도 2에서 설명한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100A)와 대비하여 살펴보면, 도 15에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100J)는 증폭부(130J)와 제3 장치(400)의 사이에 전력관리부(180J)를 더 포함한다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100J)에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부(130J)는 제1 장치(300) 및 또는 제2 장치(200)와 구분되는 전원장치인 제3 장치(400)으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 증폭부(130J)는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받아, 센싱부(120)가 출력한 출력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성할 수 있다.
제3 장치(400)는 예를 들면 제1 장치(300) 및 제2 장치(200) 중 어느 하나의 장치로부터 전원을 공급 받아 증폭부(130J)의 입력 전원을 생성하는 장치일 수 있다. 제3 장치(400)는 예를 들면 제1 장치(300) 또는 제2 장치(200)의 SMPS(switching mode power supply)일 수 있다. 제3 장치(400)는 제2 기준전위를 기준으로 하는 직류(DC) 전압 VI를 출력할 수 있다. 제3 장치(400)의 출력 전압 VI는 증폭부(130J)를 구동하는 데 사용될 수 있다.
한편, 증폭부(130J)에 필요한 최적화된 DC 전압 레벨이 존재하는데, 제3 장치(400)는 증폭부(130J)에 필요한 최적화된 전압 레벨을 출력하지 못할 수 있다. 구체적으로, 제3 장치(400)의 출력 DC 전압 VI는 시스템(예를 들면 제1 장치(300) 또는 제2 장치(200))에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면 증폭부(130J)의 최적의 공급 전압은 12V인데, 제3 장치(400)의 출력 전압 VI는 시스템에 따라 15V, 24V, 48V 등 다양할 수 있다. 따라서 만약 제3 장치(400)의 출력 전압 VI가 증폭부(130J)에 직접 공급된다면 증폭부(130J)의 동작이 불안정해지거나 고장을 야기할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100J)는 증폭부(130J)와 제3 장치(400)의 사이에 전력관리부(180J)를 포함할 수 있다. 전력관리부(180J)는 제3 장치(400)로부터 출력된 전압 VI를 입력 받아, 출력 전압 VO로 변환할 수 있다. 전력관리부(180J)의 출력 전압 VO는 증폭부(130J)에 입력될 수 있다. VI는 시스템에 따라 15V, 24V, 48V 등 다양할 수 있지만, VO는 증폭부(130J)에 필요한 최적화된 전압 레벨로 고정된 값이다.
전력관리부(180J)는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 전력관리부(180J)는 PMIC(power management IC)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 증폭부(130J)의 적어도 일부분과 전력관리부(180J)의 적어도 일부분은 하나의 집적회로(IC) 칩에 집적화될 수 있다. 예를 들면 증폭부(130J)의 적어도 일부와 전력관리부(180J)의 적어도 일부를 하나의 IC 칩에 내재화함으로써, 상기 IC 칩은 독립된 부품으로써 범용성을 가지고 상용화될 수 있다. 증폭부(130J) 및 전력관리부(180J)의 적어도 일부분이 내재화된 상기 IC 칩에 대한 설명은 도 16 이하에서 후술된다.
도 16는 도 15에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100J)의 증폭부(130J) 및 전력관리부(180J)의 기능적 구성의 예를 도시한다.
도 16를 참조하면, 증폭부(130J)는 집적회로부 및 비집적회로부를 포함할 수 있다. 비집적회로부는 상기 집적회로부 이외의 구성으로 수동소자로만 구성되며, 집적회로부는 능동소자를 포함한다. 집적회로부는 능동소자뿐 아니라 수동소자를 더 포함할 수 있다.
증폭부(130J)를 구성하는 제1 증폭부(131J) 및 제2 증폭부(132J)는 각각 집적회로부 및 비집적회로부를 포함할 수 있다. 즉, 제1 증폭부(131J)는 제1 집적회로부(1311J) 및 제1 비집적회로부(1312J)를 포함할 수 있고, 제2 증폭부(132J)는 제2 집적회로부(1321J) 및 제2 비집적회로부(1322J)를 포함할 수 있다. 집적회로부 및 비집적회로부를 포함하는 증폭부(130J)의 상세한 구성의 예들은 도 17에서 후술된다.
증폭부(130J)는 전력관리부(180J)를 통해 제3 장치(400)의 전원을 공급받을 수 있다. 증폭부(130J)는 전력관리부(180J)의 출력 전압 VO을 공급받아, 센싱부(120)가 출력한 출력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성할 수 있다. 증폭 신호는 보상부(160) 또는 증폭 신호 피드백부(150)로 입력될 수 있다.
증폭부(130J)의 제1 집적회로부(1311J) 및 제2 집적회로부(1321J)는 능동소자를 포함할 수 있다. 제1 집적회로부(1311J) 및 제2 집적회로부(1321J)는 능동소자를 구동하기 위해 전원장치인 제3 장치(400)에 연결될 수 있다. 제1 집적회로부(1311J) 및 제2 집적회로부(1321J)는 전력관리부(180J)를 통해 제3 장치(400)로부터 전원을 공급 받을 수 있다.
전력관리부(180J)는 제3 장치(400)로부터 임의의 DC 전압 VI를 입력받아서, 균일한 출력 VO를 증폭부(130J)의 집적회로부 측으로 출력할 수 있다. 제3 장치(400), 전력관리부(180J) 및 증폭부(130J)는 모두 제2 기준전위에 연결될 수 있다. 따라서 전력관리부(180J)의 입력 전압 VI 및 출력 전압 VO는 모두 제2 기준전위를 기준으로 하는 전압이다. 제2 기준전위는 능동형 전압 보상 장치(100J)의 제1 기준전위와 구분될 수 있다.
전력관리부(180J)는 전력변환부(181J), 전력관리 피드백부(182J) 및 필터부(183J)를 포함할 수 있다. 전력변환부(181J)는 임의의 입력 전압 VI을 출력 전압 VO로 변환할 수 있다. 전력관리 피드백부(182J)는 임의의 입력 전압 VI에도 같은 출력 전압 VO을 낼 수 있도록 하는 피드백 컨트롤 시스템이다. 필터부(183J)는 DC 전압/전류 필터이다. 필터부(183J)는 전력관리부(180J)의 입력단 또는 출력단에 위치할 수 있다. 전력관리부(180J)의 상세한 구성의 예들은 도 18 및 도 19에서 후술된다.
전력관리부(180J)는 능동소자를 포함할 수 있다. 여기서, 전력관리부(180J)의 기준전위는 증폭부(130J)의 기준전위인 제2 기준전위와 같을 수 있다. 전력관리부(180J)의 기준전위는 능동형 전압 보상 장치(100J)의 기준전위인 제1 기준전위와 다를 수 있다.
일 실시예에 따르면, 증폭부(130J)의 제1 집적회로부(1311J), 제2 집적회로부(1321J) 및 전력관리부(180J)의 전력변환부(181J)가 물리적으로 하나의 집적회로(IC) 칩(500J)에 집적화될 수 있다. 다만 이는 일 실시예일뿐이며, 다른 실시예에서, 제1 집적회로부(1311J), 제2 집적회로부(1321J), 전력변환부(181J) 및 전력관리 피드백부(182J)의 적어도 일부 소자가 물리적으로 하나의 IC 칩(500J)에 집적화될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 증폭부(130J) 및 전력관리부(180J) 전체가 물리적으로 하나의 IC 칩(500J)에 집적화될 수도 있음은 물론이다.
상기 IC 칩(500J)은 어떤 입력 전압(VI) 레벨이라도 제1 집적회로부(1311J) 및 제2 집적회로부(1321J)에 최적화된 전압(VO) 레벨로 변환시켜서 증폭부(130J)의 집적회로부를 동작시킬 수 있다. 이러한 IC 칩(500J)은 독립된 부품으로써 범용성을 가지고 상용화될 수 있다.
도 17은 도 15에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100K)를 개략적으로 도시한 다. 능동형 전압 보상 장치(100K)는 제1 장치(300)와 연결되는 두 개의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압을 능동적으로 보상할 수 있다.
도 17을 참조하면, 능동형 전압 보상 장치(100K)는 센싱 변압기(120K), 증폭부(130K), 증폭 신호 피드백부(150K), 보상 변압기(160K) 및 전력관리부(180K)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130K)는 제1 증폭부(131K) 및 제2 증폭부(132K)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 능동형 전압 보상 장치(100K)의 센싱 변압기(120K) 및 보상 변압기(160K)는 도 15에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100J)의 센싱부(120) 및 보상부(160)의 예시들이다. 센싱 변압기(120K) 및 보상 변압기(160K)의 설명은 도 3에서 설명한 센싱 변압기(120B) 및 보상 변압기(160B)의 설명에 상응한다.
또한, 능동형 전압 보상 장치(100K)의 증폭부(130K) 및 증폭 신호 피드백부(150K)는 도 15 내지 도 16에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100J)의 증폭부(130J) 및 증폭 신호 피드백부(150)의 예시들이다. 증폭 신호 피드백부(150K)의 설명은 도 9에서 설명한 증폭 신호 피드백부(150F)의 설명에 상응한다.
일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100K)의 증폭부(130K)는 집적회로부 및 비집적회로부를 포함할 수 있다. 비집적회로부는 수동소자로만 구성되며, 집적회로부는 능동소자를 포함한다. 집적회로부는 능동소자뿐 아니라 수동소자를 더 포함할 수 있다. 증폭부(130K)에서 집적회로부를 제외한 나머지 구성들은 비집적회로부에 포함될 수 있다.
증폭부(130K)의 제1 증폭부(131K) 및 제2 증폭부(132K)는 각각 집적회로부 및 비집적회로부를 포함할 수 있다. 제1 증폭부(131K)는 제1 집적회로부(1311K) 및 제1 비집적회로부(1312K)를 포함할 수 있으며, 제2 증폭부(132K)는 제2 집적회로부(1321K) 및 제2 비집적회로부(1322K)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 제1 집적회로부(1311K) 및 제2 집적회로부(1321K)는 후술할 전력관리부(180K)의 전력변환부(181K)와 함께 물리적으로 하나의 집적회로(IC) 칩에 구현된다. 제1 비집적회로부 및 제2 비집적회로부에 포함된 구성들은 개별(discrete) 상용소자일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 증폭부(130K)의 비집적회로부는 실시예에 따라 다르게 구현될 수 있다. 비집적회로부는 증폭부(130K)의 집적회로부가 다양한 디자인의 능동형 전압 보상 장치(100)에 적용될 수 있도록 변형될 수 있다.
일 실시예에서 제1 집적회로부(1311K)는 하나 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 트랜지스터는 MOSFET으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 증폭부(131K)는 차동쌍을 이루는 MOSFET을 포함하는 차동 증폭기 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에서 제2 집적회로부(1321K)는 npn BJT(11), pnp BJT(12), 다이오드(13) 및 하나 이상의 저항을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 제2 집적회로부(1321K)에 포함된 하나 이상의 저항은 Rnpn, Rpnp 및/또는 Re를 포함할 수 있다. 제2 집적회로부(1321K) 내에서 저항 Rnpn은 npn BJT(11)의 콜렉터 단과 베이스 단을 이을 수 있으며, 저항 Rpnp은 pnp BJT(12)의 콜렉터 단과 베이스 단을 이을 수 있고, 저항 Re는 npn BJT(11)의 이미터 단과 pnp BJT(12)의 이미터 단을 이을 수 있다.
일 실시예에서 바이어싱(biasing) 다이오드(13)는 제2 집적회로부(1321K) 내에서 npn BJT(11)의 베이스 단과 pnp BJT(12)의 베이스 단을 이을 수 있다. 즉 다이오드(13)의 일 단은 npn BJT(11)의 베이스 단에 연결되고, 다이오드(13)의 타 단은 pnp BJT(12)의 베이스 단에 연결될 수 있다. 제2 집적회로부(1321K)에 포함되는 저항 Rnpn, Rpnp, Re 및/또는 바이어싱 다이오드(13)는 BJT(11, 12)의 DC 바이어스(bias)에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 저항 Rnpn, Rpnp, Re 및 바이어싱 다이오드(13)는 다양한 능동형 전압 보상 장치에서 범용적 구성이므로, IC 칩에 집적될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서 제1 집적회로부(1311K) 및 제2 집적회로부(1321K)는 전력관리부(180K)의 전력변환부(181K)와 함께 하나의 IC 칩으로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면 제1 집적회로부(1311K)의 하나 이상의 MOSFET이 IC 칩에 집적화될 수 있으며, 제2 집적회로부(1321K)의 npn BJT(11), pnp BJT(12), 다이오드(13) 및 저항 Rnpn, Rpnp, Re가 IC 칩에 집적화될 수 있다.
상기 IC 칩은 제1 집적회로부(1311K)에서 입력단, 출력단 및 전원단 역할을 하는 단자를 포함할 수 있다. 또한 IC 칩은 제2 집적회로부(1321K)에서 npn BJT(11)의 베이스에 대응하는 단자, npn BJT(11)의 콜렉터에 대응하는 단자, npn BJT(11)의 이미터에 대응하는 단자, pnp BJT(12)의 베이스에 대응하는 단자, pnp BJT(12)의 콜렉터에 대응하는 단자 및 pnp BJT(12)의 이미터에 대응하는 단자를 포함할 수 있다. 이에 더하여, IC 칩은 도 16에서 후술할 전력변환부(181K)의 단자들을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상술한 IC 칩의 단자들 중 적어도 하나는 비집적회로부에 연결될 수 있다. 제1 집적회로부(1311K)는 제1 비집적회로부와 함께 결합하여 일 실시예에 따른 제1 증폭부(131K)로서 기능할 수 있다. 제2 집적회로부(1321K)는 제2 비집적회로부와 함께 결합하여 일 실시예에 따른 제2 증폭부(132K)로서 기능할 수 있다.
일 실시예에서, 비집적회로부는 커패시터 Cb, Ce, Cdc 및 임피던스를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 집적회로부(1321K)의 베이스 단자에는 각각 비집적회로부의 커패시터 Cb가 연결될 수 있다. 제2 집적회로부(1321K)의 이미터 단자에는 각각 비집적회로부의 커패시터 Ce가 연결될 수 있다. IC 칩의 외부에서 pnp BJT(12)의 콜렉터 단자는 제2 기준전위에 연결될 수 있다. IC 칩의 외부에서 양 콜렉터 단자 사이에 비집적회로부의 커패시터 Cdc가 연결될 수 있다.
비집적회로부에 포함된 커패시터 Cb 및 Ce는 BJT(11, 12)의 베이스 노드 및 이미터 노드에서 DC 전압을 차단(block)할 수 있다. 커패시터 Cb 및 Ce는 교류(AC) 신호만 선택적으로 결합시킬 수 있다.
커패시터 Cdc는 전압 VO에 대한 DC용 감결합 커패시터로, 전력관리부(180K)의 출력 전압 VO에 대해 병렬 연결될 수 있다. 커패시터 Cdc는 npn BJT(11) 및 pnp BJT(12)의 양 콜렉터 사이를 AC 신호만 선택적으로 결합시킬 수 있다.
제1 집적회로부(1311K) 및 제2 집적회로부(1321K)와 비집적회로부의 Cb, Ce, Cdc의 조합은 증폭부(130K)로서 기능할 수 있다.
일 실시예에서 제2 증폭부(132K)는 npn BJT 및 pnp BJT를 포함하는 push-pull 증폭기 구조를 가질 수 있으며, 출력 전류를 BJT(11, 12)의 베이스로 다시 주입시키는 회귀 구조를 가질 수 있다. 회귀 구조로 인해, 제2 증폭부(132K)는 능동형 전압 보상 장치(100K)의 동작을 위한 일정한 전류 이득을 안정적으로 얻을 수 있다.
예를 들면 노이즈 신호로 인한 증폭부(130K)의 입력 전압이 0보다 큰 포지티브 스윙(positive swing)의 경우, npn BJT(11)가 동작할 수 있다. 이 때 동작 전류는 npn BJT(11)를 통과하는 제1 경로를 통해 흐를 수 있다. 노이즈로 인한 증폭부(130K)의 입력 전압이 0보다 작은 네거티브 스윙(negative swing)의 경우, pnp BJT(12)가 동작할 수 있다. 이 때 동작 전류는 pnp BJT(12)를 통과하는 제2 경로를 통해 흐를 수 있다.
제2 집적회로부(1321K)에서, 저항 Rnpn, Rpnp 및 Re는 BJT의 동작점을 조절할 수 있다. 저항 Rnpn, Rpnp 및 Re는 BJT의 동작점에 따라 설계될 수 있다.
커패시터 Cb, Ce 및 Cdc가 교류(AC) 신호를 결합(couple)하는 데 필요한 커패시턴스는 수 μF 이상(예: 10 μF)일 수 있다. 이 커패시턴스 값은 IC 칩 내에서 구현하기 어려우므로, 커패시터 Cb, Ce 및 Cdc는 IC 칩의 외부에 구현될 수 있다.
한편, 증폭부(130K)의 전압 이득은 증폭 신호 피드백부(150K)의 R1, R2, Rc, Cc에 의해 제어될 수 있다. R1, R2, Rc, Cc는 센싱 변압기(120K) 및 보상 변압기(160K)의 권선비에 따라, 필요한 목표 전압 이득에 따라 유연하게 설계될 수 있다. 따라서 R1, R2, Rc, Cc는 다양한 전력 시스템 또는 다양한 제1 장치(300)에 대한 설계 유연성을 달성하기 위해 IC 칩의 외부에서(즉, 집적회로부에 집적되지 않고 비집적회로부와 함께) 구현될 수 있다.
비집적회로부의 인덕터, 커패시터(예: Cb, Ce, Cdc) 및 증폭 신호 피드백부(150K)의 R1, R2, Rc, Cc는 개별 구성요소로, IC 칩의 주변에 구현될 수 있다.
증폭부(130K)의 집적회로부는 능동소자를 구동하기 위해 전원장치인 제3 장치(400)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 집적회로부(1311K) 및 제2 집적회로부(1321K)는 제3 장치(400)로부터 전력관리부(180K)를 통해 공급된 전원으로 구동될 수 있다.
이를 위해 전력관리부(180K)의 출력단은 제1 집적회로부(1311K)의 전원단과 연결될 수 있으며, 제1 증폭부(130K)에 DC 전압 VO을 공급할 수 있다. 제1 집적회로부(1311K)의 부측 전원단(VEE)은 제2 기준전위에 대응할 수 있으며, 정측 전원단(VCC)은 제2 기준전위를 기준으로 하는, 전력관리부(180K)의 출력 전압(VO)에 대응할 수 있다.
또한, 전력관리부(180K)의 출력단은 제2 집적회로부(1321K)의 npn BJT(11)의 콜렉터 단과 pnp BJT(12)의 콜렉터 단의 사이에 DC 전압 VO을 공급할 수 있다. pnp BJT(12)의 콜렉터 노드는 제2 기준전위에 대응할 수 있으며, npn BJT(11)의 콜렉터 노드는 제2 기준전위를 기준으로 하는, 전력관리부(180K)의 출력 전압(VO)에 대응할 수 있다.
전력관리부(180K)는 필터부(183K), 전력관리 피드백부(182K) 및 이외의 구성인 전력변환부(181K)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 증폭부(130K)의 제1 집적회로부(1311K) 및 제2 집적회로부(1321K)와 전력관리부(180K)의 전력변환부(181K)는 물리적으로 하나의 집적회로(IC) 칩에 내재화될 수 있다. 상기 IC 칩은 어떤 입력 전압 레벨이라도 제1 집적회로부(1311K) 및 제2 집적회로부(1321K)에 최적화된 전압 레벨로 변환시켜서 증폭부(130K)의 집적회로부를 동작시킬 수 있다. 이러한 IC 칩은 독립된 부품으로써 범용성을 가지고 상용화될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력관리부(180L)를 개략적으로 도시한다. 도 18에 도시된 전력관리부(180L)는 도 15 내지 도 17에서 전술한 전력관리부(180J, 180K)의 구체적인 일 예로, 전력관리부(180L)의 각 구성들을 보다 구체적으로 나타낸다.
도 18을 참조하면, 전력관리부(180L)는 전력변환부(181L), 전력관리 피드백부(182L), 필터부(183L)를 포함할 수 있다.
전력관리부(180L)는 PMIC(power management IC)일 수 있다. 일 실시예에서 전력관리부(180L)는 전압 강하 컨버터, 예를 들면 벅 컨버터(buck converter)일 수 있다.
도 18과 도 17을 함께 참조하면, 제3 장치(400)의 출력 DC 전압 VI는 전력변환부(181L)의 입력 단자(VIN)를 통해 입력된다. VI는 시스템에 따라 15V, 24V, 48V 등 다양할 수 있다.
전력변환부(181L)는 임의의 입력 전압 VI를 설정된 출력 전압 VO로 변환할 수 있다. VO의 값은 제1 집적회로부(1311K) 및/또는 제2 집적회로부(1321K)에 필요한 최적화된 전압 레벨(예: 12V)로 설정될 수 있다.
전력변환부(181L)는 제어회로(20), 레귤레이터(30) 및 스위치부(40)를 포함할 수 있다. 전력변환부(181L)의 구성들은 제1 집적회로부(1311K) 및 제2 집적회로부(1321K)와 함께 단일의 IC 칩에 내재화된다.
레귤레이터(30)는 입력 전압 VI로부터 내부 회로(예: 제어 회로(20))를 구동하기 위한 DC 저전압을 생성할 수 있다. 예를 들면 입력 전압 VI은 12V 이상의 높은 전압 범위를 가질 수 있는데, 전력변환부(181L)의 내부 회로들은 5V 수준의 낮은 전압으로 구동되어야 효율적일 수 있다. 따라서 레귤레이터(30)는 전력변환부(181L)의 내부 IC를 위한 DC 저전압(예: 5V)를 공급하는 회로이다. 레귤레이터(30)는 리니어(linear) 레귤레이터, 프리(pre)-레귤레이터, 온칩 서플라이(on-chip supply), LDO(low dropout) 레귤레이터 등으로 지칭될 수 있다.
제어회로(20)는 레귤레이터(30)에서 생성된 DC 저전압을 공급받아 구동된다. 제어회로(20)는 임의의 입력 전압 범위에서 일정한 출력 전압을 내기 위해 필요한 회로들을 포함한다. 제어회로(20)는 임의의 입력 전압 범위에서 일정한 전압을 출력하기 위해 필요한 스위칭 신호인 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성할 수 있다. 제어회로(20)의 상세한 구성은 도 19를 참조하여 후술된다.
스위치부(40)는 제어회로(20)로부터 입력된 스위칭 신호(즉, PWM 신호)에 따라 스위칭 동작을 하여 일정한 출력 전압 VO을 생성할 수 있다. 스위치부(40)는 레벨 시프터(level shifter)(45), 제1 드라이버(43), 제2 드라이버(44), 제1 스위치(41), 제2 스위치(42)를 포함할 수 있다. 제1, 제2 스위치(41, 42)는 MOSFET일 수 있다. 제1 스위치(41)는 하이 측(high side) MOSFET, 제2 스위치(42)는 로우 측(low side) MOSFET일 수 있다. MOSFET은 게이트 단의 입력 커패시턴스가 크기 때문에, 충분한 출력을 가진 제1, 제2 드라이버(43, 44)가 MOSFET의 앞 단에 배치될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에서 제어회로(20), 레귤레이터(30) 및 스위치부(40)는 증폭부(130K)의 집적회로부와 함께 단일의 IC 칩에 내재화된다.
전력관리 피드백부(182L)는 제어회로(20)와 연결되며, IC 칩의 외부에 배치된다. 전력관리 피드백부(182L)는 임의의 입력 전압 VI에도 같은 출력 전압 VO을 낼 수 있도록 하는 피드백 컨트롤 시스템이다. 전력관리 피드백부(182L)는 개별(discrete) 상용소자들로 구성될 수 있다. 따라서 IC 칩의 외부에서, 상황에 맞게 필요한 보상 회로를 튜닝 가능할 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라서 전력관리 피드백부(182L)의 일부 소자(예: 저항)가 IC 칩에 함께 내재화될 수도 있다.
필터부(183L)는 DC 전압/전류 필터로, 전력변환부(181L)의 출력단에 위치할 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 전력관리부(180L)가 승압 컨버터인 경우, 전력변환부(181L)의 입력단에 필터부가 위치할 수도 있다. 한편 필터부(183L)는 IC 칩의 외부에서, 개별 상용소자들로 구성될 수 있다.
전력관리부(180L)는 전력변환부(181L), 전력관리 피드백부(182L) 및 필터부(183L)를 통해 최종적으로 VO을 출력할 수 있다. 전력관리부(180L)의 최종 출력 전압 VO은 증폭부(130K)의 집적회로부에 입력된다. VO은 집적회로부를 구동하기에 최적의 전압 레벨로 설정될 수 있다.
도 19는 도 18에 도시된 전력변환부(181L)의 보다 구체적인 일 예를 도시한다.
도 18 및 도 19를 함께 참조하면, 전력변환부(181L)의 제어회로(20)는 전압 재분배 회로(21), 보호회로(22), 펄스폭 변조 회로(23), 제로전류 감지기(24), 소프트 스타트 회로(25)를 포함할 수 있다. 도 19의 레귤레이터(30)는 도 18의 레귤레이터(30)에 상응한다.
레귤레이터(30)는 입력 전압 VI로부터 전력변환부(181L)의 내부 회로를 구동하기 위한 DC 저전압을 생성할 수 있다. 레귤레이터(30)로부터 생성된 DC 저전압은 예를 들면 5V 수준일 수 있다.
전압 재분배 회로(21)는 레귤레이터(30)에서 생성된 DC 저전압을 입력받을 수 있다. 전압 재분배 회로(21)는 레귤레이터(30)로부터 입력된 DC 저전압을, IC 내부 회로 블록들에 적합한 DC 바이어스 전압으로 재분배한다. 예를 들면 전압 재분배 회로(21)는 BGR(band gap reference) 블록, Ramp generator 블록 등에 DC 바이어스 전압을 재분배할 수 있다. 전압 재분배 회로(21)는 마스터 바이어스(master bias) 등으로 지칭될 수 있다.
보호회로(22)는 각종 상황에 대한 하나 이상의 보호회로들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 보호회로(22)는 저전압 보호회로(Under Voltage Lock Out, UVLO)를 포함할 수 있다. 저전압 보호회로는 레귤레이터(30)의 출력 전압이 지정된 전압 이하로 떨어질 경우, 불안정한 동작을 차단하기 위해 전력변환부(181L)의 동작을 강제로 턴오프시킬 수 있다.
일 실시예에서 보호회로(22)는 단락보호회로(Short Current Protection, SCP)를 포함할 수 있다. 단락보호회로는 단락 전류로부터 전력변환부(181L)를 보호할 수 있다.
일 실시예에서 보호회로(22)는 과전류 보호회로(Over Current Protection, OCP)를 포함할 수 있다. 과전류 보호회로는 과전류로부터 전력변환부(181L)를 보호할 수 있다.
일 실시예에서 보호회로(22)는 온도보호회로(Thermal Shutdown, TSD)을 포함할 수 있다. 온도보호회로는 예를 들면 과전류와 같은 이유로 IC의 온도가 지정된 값보다 커지면 보호를 위해 회로를 셧다운할 수 있다.
펄스폭 변조 회로(23)는 제어회로(20)의 핵심 기능을 수행한다. 펄스폭 변조 회로(23)는 임의의 입력 전압 범위에서 일정한 출력 전압(VO)을 출력하기 위해 필요한 스위칭 신호인, 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성한다. 펄스폭 변조 회로(23)에서 생성된 PWM 신호에 따라 제1 스위치(41) 및 제2 스위치(42)가 선택적으로 온 또는 오프되면서 전압 신호(VSW)를 생성할 수 있다. IC 칩의 일 단자(SW)를 통해 출력된 전압 신호는 필터부(183L) 및 전력관리 피드백부(182L)를 거쳐서 출력 DC 전압(VO)으로 증폭부의 집적회로부에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면 펄스폭 변조 회로(23)는 BGR(band gap reference) 블록, 경사전위 발생기(ramp generator) 블록, 에러 증폭기(Error Amplifier, EA), 비교기(comparator) 및 RS 래치(latch)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 BGR(band gap reference) 블록은 온도나 전압의 변화에도 일정한 전압 VREF을 출력하기 위한 전압 바이어스 회로이다. BGR 블록은 온도나 전압이 변화하더라도 일정한 전압 VREF를 에러 증폭기(EA)에 공급할 수 있다.
경사전위 발생기(ramp generator) 블록은 PWM 신호를 생성하는 데 필요한 ramp 신호(VRAMP)와 클록(CLK) 신호를 생성할 수 있다.
에러 증폭기(EA)는 피드백 회로에 필요한 증폭기이다. 에러 증폭기(EA)의 입력단자 중 하나는 IC 칩의 일 단자(FB)를 통해 전력관리 피드백부(182L)에 연결될 수 있다. IC 칩 외부의 전력관리 피드백부(182L)는 IC 칩의 FB 단자를 통해 에러 증폭기(EA)의 비반전단자에 연결될 수 있다.
비교기는 에러 증폭기(EA)의 출력 신호(EA_OUT)와 경사전위(VRAMP) 신호의 비교에 기초하여 디지털 신호를 출력할 수 있다. 한편 에러 증폭기(EA)의 출력 단자는 IC 칩의 일 단자(EAO)를 형성할 수 있다. IC 칩 외부의 전력관리 피드백부(182L)는 상기 단자(EAO)를 통해 에러 증폭기(EA)의 출력단과 연결될 수 있다. 상기 단자(EAO)는 비교기의 입력단자 중 비반전단자에 상응할 수 있다.
RS 래치(latch)는 클록(CLK) 신호에 기초하여 PWM 신호를 스위치부(40)에 전달할 수 있다.
PWM 신호는 온 또는 오프의 디지털 신호에 따라 제1 스위치(41) 및 제2 스위치(42)를 켤 수 있다. 이 때 짧은 시간이라도 제1 스위치(41) 및 제2 스위치(42)가 동시에 켜지는 경우, 과전류로 인해 MOSFET이 손상될 수 있다. 따라서 제1, 제2 스위치(41, 42)가 동시에 켜지는 상황을 방지하기 위해 스위치부(40)는 비중복(non-overlap) 회로(46)를 포함할 수 있다.
RS 래치에서 출력된 PWM 신호는 스위치부(40)의 비중복 회로(46)로 전달될 수 있다. 비중복 회로(46)는 제1 스위치(41)와 제2 스위치(42)가 모두 꺼져 있는 매우 짧은 시간 구간을 발생시킬 수 있다. 상기 짧은 시간 구간은 데드 타임(dead-time)으로 지칭될 수 있고, 예를 들면 수십 나노초(nsec)일 수 있다. 비중복 회로(46)는 데드 타임 생성기(dead-time generator)로 지칭될 수 있다.
한편 제1, 제2 스위치(41, 42)는 MOSFET일 수 있다. 제1 스위치(41)는 하이 측(high side) MOSFET, 제2 스위치(42)는 로우 측(low side) MOSFET일 수 있다. MOSFET은 게이트 단의 입력 커패시턴스가 크기 때문에, 충분한 출력을 가진 제1, 제2 드라이버(43, 44)가 MOSFET의 앞 단에 배치될 수 있다.
한편 제어회로(20)는 제로전류 감지기(24)를 더 포함할 수 있다.
만약 로우 측 MOSFET인 제2 스위치(42)에 0 A 또는 역전류가 발생하는 상황이면, 효율을 위해 전력관리부(180L)가 불연속 모드(discontinuous current mode, DCM)로 동작해야 한다. 이를 위해 제로전류 감지기(24)는 제2 스위치(42)에 역전류가 감지되는 경우, 제2 스위치(42)에 입력되는 PWM 신호를 차단할 수 있다.
한편 제어회로(20)는 소프트 스타트 회로(25)를 더 포함할 수 있다.
전력관리부(180L)(즉, 컨버터)가 오프 상태에서 갑자기 구동하게 되면, 출력 커패시터 등에 순간적으로 전압이 걸려서 과도 전류가 발생할 수 있고, MOSFET 등이 고장날 수 있다. 이를 방지하기 위해 소프트 스타트 회로(25)는 컨버터가 갑자기 구동되는 상황에서도 출력 전압 등을 천천히 상승시킬 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100K-1)의 구성을 개략적으로 도시한다. 이하에서는 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 20을 참조하면 능동형 전압 보상 장치(100K-1)는 제1 장치(300)와 연결되는 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압을 능동적으로 보상할 수 있다.
이를 위해 능동형 전압 보상 장치(100K-1)는 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113), 센싱 변압기(120K-1), 증폭부(130K), 증폭 신호 피드백부(150K), 보상 변압기(160K-1) 및 전력관리부(180K)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130K)는 제1 증폭부(131K) 및 제2 증폭부(132K)를 포함할 수 있다.
전술한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100K, 도 15 참조)와 대비하여 살펴보면, 도 20에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100K-1)는 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113)를 포함하고, 이에 따라 센싱 변압기(120K-1)의 1차 측(121K-1) 및 보상 변압기(160K-1)의 2차 측(162K-1)에 차이점이 있다. 이하에서 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100K-1)에 대해 설명한다.
능동형 전압 보상 장치(100K-1)는 서로 구분되는 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 대전류 경로(111)는 R상, 제2 대전류 경로(112)는 S상, 제3 대전류 경로(113)는 T상의 전력선일 수 있다. 노이즈 전압 Vn 및 제1 전류(I11, I12, I13)는 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113) 각각에 공통 모드로 입력될 수 있다.
센싱 변압기(120K-1)의 1차 측(121K-1)은 제1, 제2, 제3 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 배치되어, 2차 측(122K-1)에 유도 전압을 생성할 수 있다. 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113) 상의 제1 전류(I11, I12, I13)에 의해 센싱 변압기(120K-1)에 생성되는 자속 밀도는 서로 보강될 수 있다.
한편 능동형 전압 보상 장치(100K-1)에서 증폭부(130K) 및 증폭 신호 피드백부(150K)는 도 17에서 전술한 증폭부(130K) 및 증폭 신호 피드백부(150K)에 상응한다.
일 실시예에서, 센싱 변압기(120K-1)의 2차 측(122K-1) 전선은 제1 증폭부(131K-1)에 차동으로 연결될 수 있다. 센싱 변압기(120K-1)의 2차 측(122K-1)에 유도된 전압 Vsen은 제1 증폭부(131K)의 입력 전압이 된다. 제1 증폭부(131K)는 상기 입력 전압에 기초하여 증폭 전압 V1을 출력할 수 있다. 제2 증폭부(132K)는 상기 증폭 전압 V1을 유지한채 증폭 전류 I-1을 출력할 수 있다.
상기 V1은 보상 변압기(160K-1)의 입력 전압, 즉 보상 변압기(160K-1)의 1차 측(161K-1) 전압이 될 수 있다.
한편 보상 변압기(160K-1)의 2차 측(162K-1)은 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113) 각각에 배치될 수 있다. 보상 변압기(160K-1)는 제2 증폭부(132K)에서 출력된 1차 측(161K-1) 전압(V1)에 기초하여, 2차 측(162K-1)인 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 직렬로 보상 전압 Vinj을 생성할 수 있다.
이와 같은 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100K-1)는 3상 3선의 전력 시스템의 전력선 상의 공통 모드 노이즈에 대한 전압 보상을 수행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따라, 다양한 실시예들에 따른 능동형 전압 보상 장치는 3상 4선 시스템에도 적용될 수 있도록 변형될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 다양한 실시예들에서 증폭부에 포함된 집적회로부와 전력관리부에 포함된 전력변환부는 물리적으로 하나의 IC 칩에 집적화될 수 있다. IC 칩은 전원 장치로부터 임의 범위의 전압 VI가 입력되더라도, 전력변환부를 통해 내부의 집적회로부를 구동하기에 최적화된 전압 VO로 변환하여 집적회로부를 구동할 수 있다. 따라서 IC 칩은 독립된 부품으로써 범용성을 가지고 상용화될 수 있다. 또한 증폭부에 포함된 집적회로부는 주변 시스템의 특성에 무관하게 안정적으로 동작할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100M)를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
능동형 전압 보상 장치(100M)는 제1 장치(300)와 연결되는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 전압 Vn(예: 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 20을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 21을 참조하면, 능동형 전압 보상 장치(100M)는 센싱부(120M), 증폭부(130M), 증폭 신호 피드백부(150M), 보상부(160M) 및 오동작 감지부(190M)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130M)는 제1 증폭부(131M) 및 제2 증폭부(132M)를 포함할 수 있다.
도 2에서 설명한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100A)와 대비하여 살펴보면, 도 21에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100M)는 대전류 경로(111, 112), 센싱부(120M), 제1 증폭부(131M), 제2 증폭부(132M) 및 보상부(160M)와 연결되는 오동작 감지부(190M)를 더 포함한다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100M)에 대해 설명한다.
일 실시예에 따르면, 오동작 감지부(190M)는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112), 센싱부(120M), 증폭부(130M) 및 보상부(160M) 중 적어도 하나의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로, 둘 이상의 대전류 경로(111, 112)는 오동작 감지부(190M)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 오동작 감지부(190M)는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112)의 상태를 확인하고, 이에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 오동작 감지부(190M)는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각의 전압 및/또는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112)의 선각 전압을 확인하고, 이에 기초하여 대전류 경로(111, 112)가 정상인지 여부를 나타내는 신호를 생성할 수 있다.
한편, 센싱부(120M)는 오동작 감지부(190M)와 전기적으로 연결될 수 있다. 오동작 감지부(190M)는 센싱부(120M)의 동작 상태를 확인하고, 이에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 오동작 감지부(190M)는 센싱부(120M)가 센싱 변압기로 구현되는 예시에서, 센싱 변압기의 제1 차 측과 제2 차 측의 절연 여부를 확인하고, 이에 기초하여 센싱부(120M)가 정상인지 여부를 나타내는 신호를 생성할 수 있다.
한편, 증폭부(130M)는 오동작 감지부(190M)와 전기적으로 연결될 수 있다. 오동작 감지부(190M)는 증폭부(130)의 동작 상태를 확인하고, 이에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 오동작 감지부(190M)가 증폭부(130M)의 이상 여부를 확인하는 방법은 후술한다.
한편, 보상부(160M)는 오동작 감지부(190M)와 전기적으로 연결될 수 있다. 오동작 감지부(190M)는 보상부(160M)의 동작 상태를 확인하고, 이에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 오동작 감지부(190M)는 보상부(160M)가 보상 변압기로 구현되는 예시에서, 보상 변압기의 제1 차 측과 제2 차 측의 절연 여부를 확인하고, 이에 기초하여 보상부(160M)가 정상인지 여부를 나타내는 신호를 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이 오동작 감지부(190M)는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112), 센싱부(120M), 증폭부(130M) 및 보상부(160M) 중 적어도 하나(이하 확인 대상이라고 합니다)의 동작 상태를 확인하고, 확인된 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 오동작 감지부(190M)는 확인 대상의 동작 상태에 대응되는 신호를 출력하는 오동작 감지신호 출력부와 동작 상태에 대응되는 신호를 표시하는 오동작 감지신호 표시부를 포함할 수 있다.
오동작 감지신호 출력부는 확인 대상 내부의 적어도 하나의 노드(Node) 전압이 소정의 기준 전압 범위에 포함되는지 여부에 기초하여, 확인 대상 동작 상태에 대응되는 신호를 전압의 형태로 출력할 수 있다. 오동작 감지신호 출력부에 의해 출력되는 신호(즉 전압)는 외부장치로 출력되거나 또는 오동작 감지신호 표시부로 출력될 수 있다. 이때 외부장치는 전술한 제1 장치(300) 및 제2 장치(200)를 포함하는 다양한 장치를 의미할 수 있다.
오동작 감지신호 표시부는 전술한 오동작 감지신호 출력부가 생성한 신호에 기초하여 온(On)되는 발광소자를 포함할 수 있다. 이때 발광소자는 예를 들어 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 오동작 감지신호 표시부는 적어도 둘 이상의 발광소자를 포함하는 발광소자 그룹을 포함할 수 있다. 이때 오동작 감지신호 표시부는 감지신호 출력부가 생성한 신호에 기초하여 발광소자 그룹의 적어도 하나 이상의 발광소자의 온, 오프(On, Off)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 오동작 감지신호 표시부는 오동작 감지신호 출력부가 생성한 전압의 크기에 비례하여 점등되는 발광소자의 수를 증가시킬 수 있다.
상기와 같은 발광 소자는 반드시 능동형 전압 보상 장치 내에 위치하여야 하는 것은 아니고, 오동작 감지신호 출력부와 전기적으로 연결되어 사용자가 인지하기에 적절한 외부 위치에 위치할 수 있다.
오동작 감지부(190M)는 전술한 바와 같이 확인 대상 내부의 적어도 하나의 노드(Node) 전압에 기초하여 확인 대상의 동작 상태를 확인할 수 있고, 확인 대상 내부의 적어도 하나의 경로(Path) 전류에 기초하여 확인 대상의 동작 상태를 확인할 수도 있다. 물론 오동작 감지부(190M)는 확인 대상의 온도, 온도의 변화량, 자기장 및/또는 전기장의 크기에 기초하여 확인 대상의 동작 상태를 확인할 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 구성된 능동형 전압 보상 장치(100M)는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 상의 특정 조건의 전압을 감지하고 이를 능동적으로 보상할 수 있고, 장치의 소형화에도 불구하고 고전류, 고전압 및/또는 고전력 시스템에 적용될 수 있다.
한편, 상기와 같이 구성된 능동형 전압 보상 장치(100M)는 하나의 봉지 구조체 내에 봉지되는 기판을 포함하는 모듈의 형태로 구현될 수 있다. 또한 능동형 전압 보상 장치(100M)의 각 구성과 제1 장치(300), 제2 장치(200), 제3 장치(400), 제1 기준전위, 제2 기준전위 및 기타 외부장치와 연결되는 단자는 핀(Pin)의 형태로, 기판의 일면에 수직한 방향으로 돌출되도록 구비될 수 있다.
일례로 오동작 감지부(190M)가 생성한 동작 상태에 대응되는 신호를 출력하는 단자는 핀의 형태로 상술한 모듈로부터 돌출되도록 구비될 수 있다. 이에 따라 사용자는 모듈의 분해 없이 해당 핀의 전압 등을 확인함으로써 능동형 전압 보상 장치(100M)의 특정 구성의 이상 여부를 손쉽게 확인할 수 있다.
도 22는 도 21에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100N)를 개략적으로 도시한 것이다. 능동형 전압 보상 장치(100N)는 제1 장치(300)와 연결되는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 전압 Vn(예: 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다.
능동형 전압 보상 장치(100N)는 센싱부(120N), 증폭부(130N), 증폭 신호 피드백부(150N), 보상부(160N) 및 오동작 감지부(190N)를 포함할 수 있다. 증폭부(130N)는 제1 증폭부(131N) 및 제2 증폭부(132N)를 포함할 수 있으며, 오동작 감지부(190N)는 제1 오동작 감지부(191N), 제2 오동작 감지부(192N) 및 오동작 판단부(193N)를 포함할 수 있다.
능동형 전압 보상 장치(100N)의 센싱부(120N), 제1 증폭부(131N), 제2 증폭부(132N), 증폭 신호 피드백부(150N) 및 보상부(160N)에 대한 설명은 도 2의 센싱부(120), 제1 증폭부(131A), 제2 증폭부(132A), 증폭 신호 피드백부(150) 및 보상부(160)의 설명에 상응한다.
오동작 감지부(190N)는 증폭부(130N)에 연결되어 증폭부(130N)의 동작 상태를 확인하고, 이에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 이를 통해 오동작 감지부(190N)는 증폭부(130N)의 오동작 또는 고장을 검출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 증폭부(130N)에 포함된 두 노드(Node)에서의 신호가 차동으로 오동작 감지부(190N)에 입력될 수 있다. 오동작 감지부(190N)는 증폭부(130N)에 포함된 상기 두 노드 사이의 차동 신호를 감지할 수 있다. 오동작 감지부(190N)는 입력된 상기 차동 신호를 이용하여 증폭부(130N)의 오동작을 감지할 수 있다. 예를 들어, 오동작 감지부(190N)는 상기 차동 신호가 소정의 조건을 만족시키는지 여부를 판별하여 증폭부(130N)의 오동작을 감지할 수 있다.
오동작 감지부(190N)는 증폭부(130N)의 고장 여부를 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 이를 위해 오동작 감지부(190N)는 오동작 감지신호 출력부 및 오동작 감지신호 표시부를 포함할 수 있다. 상기 오동작 감지신호 출력부는 확인 대상의 동작 상태에 대응되는 신호를 출력하고, 상기 오동작 감지신호 표시부는 동작 상태에 대응되는 신호를 표시할 수 있다. 다른 실시예에서, 오동작 감지부(190N)는 오동작 감지신호 출력부만을 포함할 수도 있다.
한편, 오동작 감지부(190N)는 증폭부(130N)의 이상을 감지하기 위하여 증폭부(130N)의 각 구성과 연결되는 복수의 오동작 감지부를 포함할 수 있다. 이하에서는 능동형 전압 보상 장치(100)가 두개의 오동작 감지부를 포함하는 구성을 기준으로 설명한다.
일 실시예에서, 오동작 감지부(190N)는 제1 증폭부(131N)와 연결되는 제1 오동작 감지부(191N) 및 제2 증폭부(132N)와 연결되는 제2 오동작 감지부(192N)를 포함할 수 있다. 오동작 감지부(190N)는 제1 오동작 감지부(191N) 및 제2 오동작 감지부(192N) 모두에 연결되는 오동작 판단부(193N)를 더 포함할 수 있다.
제1 오동작 감지부(191N)는 제1 증폭부(131N)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 오동작 감지부(191N)는 제1 증폭부(131N)의 동작 상태를 확인하고, 확인된 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 이를 위해 제1 오동작 감지부(191N)는 오동작 감지신호를 생성하는 출력부 및/또는 상기 신호를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
제1 오동작 감지부(191N)의 출력부는 제1 증폭부(131N) 내부의 적어도 하나의 노드(Node) 전압이 소정의 기준 전압 범위에 포함되는지 여부에 기초하여 제1 증폭부(131N)의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 오동작 감지부(191N)의 출력부는 제1 증폭부(131N) 내부의 노드 전압이 제1 증폭부(131N)의 동작 전압(예컨대 12[V])의 절반(예컨대 6[V])과 대응되는 값, 즉 제1 증폭부(131N)의 동작 전압의 절반으로부터 일정 범위 내의 값(예컨대 4-8[V])일 경우, 제1 증폭부(131N)의 동작 상태가 정상인 것을 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 이때 제1 증폭부(131N)의 동작 전압의 절반값의 범위 등은 능동형 전압 보상 장치(100N)의 설계에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
제1 오동작 감지부(191N)의 출력부가 생성한 신호는 제1 오동작 감지부(191N)의 표시부 및/또는 후술할 오동작 판단부(193N)로 출력될 수 있다.
제1 오동작 감지부(191N)의 표시부는 제1 증폭부(131N)의 상태를 정상 또는 비정상으로 나타내기 위한 적어도 하나의 발광소자를 포함할 수 있다. 이때 발광소자는 예를 들어 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 점등시 정상을 나타내고 소등시 비정상을 나타낼 수 있다.
다른 실시예로, 제1 오동작 감지부(191N)의 표시부는 적어도 둘 이상의 발광소자를 포함하는 발광소자 그룹을 포함하여 제1 증폭부(131N) 내부의 노드 전압을 보다 구체적으로 표시할 수 있다. 예를 들어, 제1 오동작 감지부(191N)의 표시부는 제1 증폭부(131N) 내부의 노드 전압에 비례하여 점등되는 발광소자의 수를 증가시킬 수 있다. 상기와 같은 발광소자는 반드시 능동형 전압 보상 장치(100N) 내에 위치하여야 하는 것은 아니고, 제1 오동작 감지부(191N)의 출력부와 전기적으로 연결되어 사용자가 인지하기에 적절한 외부 위치에 위치할 수 있다.
제2 오동작 감지부(192N)는 제2 증폭부(132N)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 오동작 감지부(192N)는 제2 증폭부(132N)의 동작 상태를 확인하고, 확인된 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 이를 위해 제2 오동작 감지부(192N)는 오동작 감지신호를 생성하는 출력부 및/또는 상기 신호를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
제2 오동작 감지부(192N)의 출력부는 제2 증폭부(132N) 내부의 적어도 하나의 노드(Node) 전압이 소정의 기준 전압 범위에 포함되는지 여부에 기초하여 제2 증폭부(132N)의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 오동작 감지부(192N)의 출력부는 제2 증폭부(132N) 내부의 노드 전압이 제2 증폭부(132N)의 동작 전압(예컨대 12[V])의 절반(예컨대 6[V])과 대응되는 값, 즉 제2 증폭부(132N)의 동작 전압의 절반으로부터 일정 범위 내의 값(예컨대 4-8[V])일 경우, 제2 증폭부(132N)의 동작 상태가 정상인 것을 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 이때 제2 증폭부(132N)의 동작 전압의 절반값의 범위 등은 능동형 전압 보상 장치(100N)의 설계에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
제2 오동작 감지부(192N)의 출력부가 생성한 신호는 제2 오동작 감지부(192N)의 표시부 및/또는 후술할 오동작 판단부(193N)로 출력될 수 있다.
제2 오동작 감지부(192N)의 표시부는 제2 증폭부(132N)의 상태를 정상 또는 비정상으로 나타내기 위한 적어도 하나의 발광소자를 포함할 수 있다. 이때 발광소자는 예를 들어 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 점등시 정상을 나타내고 소등시 비정상을 나타낼 수 있다.
다른 실시예로, 제2 오동작 감지부(192N)의 표시부는 적어도 둘 이상의 발광소자를 포함하는 발광소자 그룹을 포함하여 제2 증폭부(132N) 내부의 노드 전압을 보다 구체적으로 표시할 수 있다. 예를 들어, 제2 오동작 감지부(192N)의 표시부는 제2 증폭부(132N) 내부의 노드 전압에 비례하여 점등되는 발광소자의 수를 증가시킬 수 있다. 상기와 같은 발광소자는 반드시 능동형 전압 보상 장치(100N) 내에 위치하여야 하는 것은 아니고, 제2 오동작 감지부(192N)의 출력부와 전기적으로 연결되어 사용자가 인지하기에 적절한 외부 위치에 위치할 수 있다.
오동작 감지부(190N)는 제1 오동작 감지부(191N) 및 제2 오동작 감지부(192N)와 연결되어 증폭부(130N) 전체의 오동작 또는 고장을 판단하는 오동작 판단부(193N)를 더 포함할 수 있다.
오동작 판단부(193N)는 제1 오동작 감지부(191N) 및 제2 오동작 감지부(192N)와 전기적으로 연결될 수 있다. 오동작 판단부(193N)는 제1 오동작 감지부(191N) 및 제2 오동작 감지부(192N)에서 출력되는 신호를 제공받아 증폭부(130N)의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 이를 위해 오동작 판단부(193N)는 오동작 감지신호를 생성하는 출력부를 포함할 수 있으며, 상기 신호를 표시하는 표시부를 더 포함할 수도 있다.
오동작 판단부(193N)의 출력부는 제1 오동작 감지부(191N) 및 제2 오동작 감지부(192N)로부터 각각 제1 증폭부(131N) 및 제2 증폭부(132N)의 동작 상태에 대응되도록 생성된 신호를 제공받아 증폭부(130N)의 동작 상태에 대응되는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 오동작 판단부(193N)는 제1 오동작 감지부(191N) 및 제2 오동작 감지부(192N)로부터 제1 증폭부(131N) 및 제2 증폭부(132N)의 상태가 정상인지 여부에 해당하는 신호를 제공받을 수 있으며, 제1 증폭부(131N) 및 제2 증폭부(132N)의 상태가 모두 정상인 경우 증폭부(130N)의 동작 상태가 정상인 것을 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 또는 제1 증폭부(131N) 및 제2 증폭부(132N) 중 적어도 하나의 상태가 비정상인 경우, 오동작 판단부(193N)는 증폭부(130N)의 동작 상태가 비정상인 것을 나타내는 신호를 생성할 수 있다.
오동작 판단부(193N)의 표시부는 증폭부(130N)의 상태를 정상 또는 비정상으로 나타내기 위한 적어도 하나의 발광소자를 포함할 수 있다. 이때 발광소자는 예를 들어 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 점등시 정상을 나타내고 소등시 비정상을 나타낼 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부(130Q) 및 오동작 감지부(190Q)의 기능적 구성의 예를 도시한다. 도 23의 증폭부(130Q) 및 오동작 감지부(190Q)는 도 22에 도시된 증폭부(130N) 및 오동작 감지부(190N)의 구체적 일 예이다.
도 23을 참조하면, 증폭부(130Q)는 집적회로부 및 비집적회로부를 포함할 수 있다. 비집적회로부는 수동소자로만 구성되며, 집적회로부는 능동소자를 포함한다. 일 실시예에서, 집적회로부는 능동소자뿐만 아니라 수동소자를 더 포함할 수 있다.
증폭부(130Q)를 구성하는 제1 증폭부(131Q) 및 제2 증폭부(132Q)는 각각 집적회로부 및 비집적회로부를 포함할 수 있다. 즉, 제1 증폭부(131Q)는 제1 집적회로부(1311Q) 및 제1 비집적회로부(1312Q)를 포함할 수 있으며, 제2 증폭부(132Q)는 제2 집적회로부(1321Q) 및 제2 비집적회로부(1322Q)를 포함할 수 있다.
도 22와 도 23을 함께 참조하면, 증폭부(130Q)의 집적회로부들 및 비집적회로부들의 조합은 센싱부(120N)로부터 출력된 신호로부터, 증폭 신호를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 증폭 신호는 보상부(160N)에 입력될 수 있다.
증폭부(130Q)는 오동작 감지부(190Q)와 연결될 수 있다. 오동작 감지부(190Q)는 증폭부(130Q)와 연결되어 증폭부(130Q)의 오동작 또는 고장을 검출할 수 있다.
오동작 감지부(190Q)는 제1 증폭부(131Q)와 연결되는 제1 오동작 감지부(191Q), 제2 증폭부(132Q)와 연결되는 제2 오동작 감지부(192Q) 및 오동작 판단부(193Q)를 포함할 수 있다. 제1 증폭부(131Q)에 포함된 두 노드에서의 신호가 차동으로 제1 오동작 감지부(191Q)에 입력될 수 있으며, 제2 증폭부(132Q)에 포함된 두 노드에서의 신호가 차동으로 제2 오동작 감지부(192Q)에 입력될 수 있다.
제1 오동작 감지부(191Q) 및 제2 오동작 감지부(192Q)는 각각 입력되는 상기 두 노드의 차동 신호를 감지할 수 있다. 제1 증폭부(131Q)에 포함된 상기 두 노드는 제1 집적회로부(1311Q)에 포함된 두 노드일 수 있으며 제2 증폭부(132Q)에 포함된 상기 두 노드는 제2 집적회로부(1321Q)에 포함된 두 노드일 수 있다. 제1 증폭부(131Q)에 포함된 상기 두 노드는 제1 비집적회로부(1312Q)에도 연결될 수 있으며, 제2 증폭부(132Q)에 포함된 상기 두 노드는 제2 비집적회로부(1322Q)에도 연결될 수 있다.
제1 오동작 감지부(191Q) 및 제2 오동작 감지부(192Q)는 각각 감지된 차동 신호가 소정의 범위 내인지 여부를 나타내는 출력 신호를 생성할 수 있다. 상기 출력 신호는 제1 증폭부(131Q) 및 제2 증폭부(132Q)의 고장 여부를 나타낼 수 있다.
오동작 감지부(190Q)는 제1 오동작 감지부(191Q) 및 제2 오동작 감지부(192Q)와 연결되는 오동작 판단부(193Q)를 더 포함할 수 있다. 제1 오동작 감지부(191Q) 및 제2 오동작 감지부(192Q)의 출력 신호는 오동작 판단부(193Q)로 입력될 수 있다. 오동작 판단부(193Q)는 입력된 상기 출력 신호를 바탕으로 증폭부(130Q)의 오동작 또는 고장 여부를 나타내는 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 오동작 판단부(193Q)에서 출력되는 신호는 증폭부(130Q) 전체의 고장 여부를 나타낼 수 있으며, 제1 증폭부(131Q) 및 제2 증폭부(132Q) 각각의 고장 여부를 나타낼 수도 있다.
일 실시예에서, 증폭부(130Q)의 제1 집적회로부(1311Q) 및 제2 집적회로부(1321Q)와 오동작 감지부(190N)가 물리적으로 하나의 집적회로(IC) 칩(500Q)에 집적화될 수 있다. 다만 이는 일 실시예일뿐이며, 다른 실시예에서 증폭부(130Q)의 집적회로부들 및 비집적회로부들과 오동작 감지부(190N)가 물리적으로 하나의 IC 칩(500Q)에 집적화될 수도 있음은 물론이다.
제1 오동작 감지부(191Q), 제2 오동작 감지부(192Q) 및 오동작 판단부(193Q)는 능동소자를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 오동작 감지부(191Q), 제2 오동작 감지부(192Q) 및 오동작 판단부(193Q)의 기준전위는 증폭부(130Q)의 기준전위인 제2 기준전위와 같을 수 있다. 제1 오동작 감지부(191Q) 및 제2 오동작 감지부(192Q)의 기준전위는 능동형 전압 보상 장치(100)의 기준전위인 제1 기준전위와 다를 수 있다.
다시 도 22와 도23을 함께 참조하면, 증폭부(130Q) 및 오동작 감지부(190Q)는 제1 장치(300) 및/또는 제2 장치(200)와 구분되는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 증폭부(130Q)는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받아 센싱부(120N)가 출력한 출력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성할 수 있다. 오동작 감지부(190Q)는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받아, 증폭부(130Q)로부터 입력되는 차동 신호가 소정의 범위인지 여부를 나타내는 출력 신호를 생성할 수 있다. 상기 출력 신호는 증폭부(130Q)의 고장 여부를 나타낼 수 있다.
제3 장치(400)는 제1 장치(300) 및 제2 장치(200)와 무관한 전원으로부터 전원을 공급받아 증폭부(130Q)와 오동작 감지부(190Q)의 입력 전원을 생성하는 장치일 수 있다. 선택적으로 제3 장치(400)는 제1 장치(300) 및 제2 장치(200) 중 어느 하나의 장치로부터 전원을 공급받아 증폭부(130Q) 및 오동작 감지부(190Q)의 입력 전원을 생성하는 장치일 수도 있다.
IC 칩(500Q)은 제3 장치와 연결되기 위한 단자, 제2 기준전위와 연결되기 위한 단자 및 오동작 감지부(190Q)의 출력 신호를 출력하기 위한 단자를 포함할 수 있다. IC 칩(500Q)은 다른 단자를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 증폭부(130Q) 중 제1 집적회로부(1311Q) 및 제2 집적회로부(1321Q)만 오동작 감지부(190Q)와 함께 IC 칩(500Q)에 집적화되는 실시예에서, 상기 다른 단자는 증폭부(130Q)의 비집적회로부에 연결될 수 있다. 다른 예로, 증폭부(130Q)에 포함된 집적회로부들 및 비집적회로부들과 오동작 감지부(190Q)가 모두 하나의 IC 칩(500Q)에 집적화되는 실시예에서, 상기 다른 단자는 센싱부의 출력단 및 보상부의 입력단에 연결될 수 있다.
도 24는 도 22에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P)를 개략적으로 도시한것이며, 도 25는 도 24에 도시된 제1 증폭부(131P)의 제1 집적회로부(1311P) 및 제1 오동작 감지부(191P)의 구체적인 일 예를 도시한다. 도 24에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100P)는 도 22에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100N)의 일 예시이며, 능동형 전압 보상 장치(100P)에 포함된 증폭부(130P)는 능동형 전압 보상 장치(100N)의 증폭부(130N)의 일 예시이다.
능동형 전압 보상 장치(100P)는 제1 장치(300)와 연결되는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 전압 Vn(예: 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다.
도 24 내지 도 25를 참조하면, 능동형 전압 보상 장치(100P)는 센싱 변압기(120P), 증폭부(130P), 증폭 신호 피드백부(150P), 보상 변압기(160P) 및 오동작 감지부(190P)를 포함할 수 있으며, 증폭부(130P)는 제1 증폭부(131P) 및 제2 증폭부(132P)를 포함할 수 있다. 오동작 감지부(190P)는 제1 오동작 감지부(191P) 및 제2 오동작 감지부(192P)를 포함할 수 있으며, 제1 오동작 감지부(191P) 및 제2 오동작 감지부(192P)와 연결되는 오동작 판단부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
능동형 전압 보상 장치(100P)를 도 9에서 설명한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100F)와 대비하여 살펴보면, 도 24에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P)는 제1 증폭부(131P)와 연결되는 제1 오동작 감지부(191P), 제2 증폭부(132P)와 연결되는 제2 오동작 감지부(192P)를 더 포함한다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100P)에 대해 설명한다.
일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P)에 포함된 증폭부(130P)는 집적회로부 및 비집적회로부를 포함할 수 있다. 증폭부(130P)가 제1 증폭부(131P) 및 제2 증폭부(132P)를 포함하는 실시예에서, 제1 증폭부(131P)는 제1 집적회로부(1311P) 및 제1 비집적회로부(1312P)를 포함할 수 있으며, 제2 증폭부(132P)는 제2 집적회로부(1321P) 및 제2 비집적회로부(1322P)를 포함할 수 있다. 상기 제1 집적회로부(1311P) 및 제2 집적회로부(1321P)는 증폭부(130P)의 집적회로부를 구성할 수 있다. 증폭부(130P)의 비집적회로부는 상기 증폭부(130P)의 집적회로부를 제외한 나머지 구성일 수 있다. 상기 비집적회로부는 능동형 전압 보상 장치(100P)의 디자인에 따라 변형될 수 있다.
증폭부(130P) 및 후술할 오동작 감지부(190P)는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 제3 장치(400)는 증폭부(130P) 및 오동작 감지부(190P)를 구동하기 위하여, 제2 기준전위를 기준으로 하는 직류(DC) 전압 Vdd를 공급한다. 증폭부(130P)는 비집적회로부에 상기 Vdd에 대한 DC용 감결합 커패시터 역할을 하는 Cdc를 포함할 수 있다. 상기 Cdc는 제3 장치(400)와 제2 기준전위 사이에 병렬 연결되어 AC 신호만 선택적으로 결합시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제1 증폭부(131P)의 제1 집적회로부(1311P)는 하나 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 트랜지스터는 MOSFET으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 집적회로부(1311P)는 차동쌍을 이루는 MOSFET을 포함하는 차동 증폭기 구조를 가질 수 있다. 제1 집적회로부(1311P)의 상세한 구성의 예는 도 10에서 설명한 제1 집적회로부(1311F)의 설명에 상응한다.
센싱 변압기(120P)에 의해 2차 측(122P)에서 유도된 유도 전압은 제1 증폭부(131P)에 차동으로 입력될 수 있다. 일 실시예에서, 센싱 변압기(120P)의 2차 측(122P)은 제1 집적회로부(1311P)에 포함된 두개의 MOSFET(예: M1, M5)의 게이트들과 연결될 수 있다.
제1 증폭부(131P)는 센싱 변압기(120P)의 2차 측(122P)으로부터 입력된 전압에 기초하여 증폭 신호(예: 증폭 전압)를 생성하여 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 집적회로부(1311P)에 포함된 서로 다른 MOSFET(예: M19, M20)의 소스 측과 드레인 측은 함께 제1 증폭부(131P)의 출력부를 형성할 수 있으며, 상기 출력부는 제2 증폭부(132P)의 입력부와 연결되어 제2 증폭부(132P)에 증폭 신호를 전달할 수 있다. 여기서 연결은 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.
일 실시예에서, 증폭 신호 피드백부(150P)는 제1 집적회로부(1311P)에 포함된 두개의 MOSFET(M2, M6)의 게이트와 연결될 수 있다. 증폭부(130P)는 증폭 신호 피드백부(150P)를 통해 제2 증폭부(132P)의 출력 신호를 바탕으로 한 피드백 신호를 제1 증폭부(131P)에 전달할 수 있다.
제1 증폭부(131P)는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받음에 따라, 제1 집적회로부(1311P)에 포함된 노드들이 공통 모드로 크게 스윙(swing)할 수 있다. 예를 들어, 제1 집적회로부(1311P)에 포함된 MOSFET의 게이트 노드들, 소스 노드들 및 드레인 노드들에서의 전압이 공통 모드로 스윙(swing)할 수 있다.
제1 증폭부(131P)는 제1 증폭부(131P)의 제1 집적회로부(1311P)가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인함으로써 제1 증폭부(131P)의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다. 다시 말해, 제1 증폭부(131P)의 DC 바이어스(bias)가 정상적인지 여부를 확인함으로써, 제1 증폭부(131P)의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 집적회로부(1311P)의 노드들에서 전압이 공통모드로 크게 스윙하기 때문에 제1 집적회로부(1311P)에 포함된 두 노드 사이의 차동 DC 전압만을 감지하여 제1 증폭부(131P)의 오동작을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 도 25에 도시된 바와 같이 M9와 M11 사이의 노드와 N11과 M15 사이의 노드에 제1 오동작 감지부(191P)가 연결될 수 있다. 제1 오동작 감지부(191P)는 상기 노드들 사이의 차동 DC 전압이 소정의 조건을 만족하면, 제1 증폭부(131P)의 상태가 정상이라고 판단할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 제1 오동작 감지부(191P)는 제1 증폭부(131P)에 포함된 두 노드 사이의 차동 DC 전압을 이용하여, 제1 증폭부(131P)의 오동작을 나타내는 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 제1 집적회로부(1311P)는 단일 칩내의 집적회로(IC)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 집적회로부(1311P)의 하나 이상의 MOSFET이 단일 칩에 집적화될 수 있다. 또한 일 실시예에서, 제1 집적회로부(1311P)는 후술할 제1 오동작 감지부(191P)와 함께 단일 칩에 집적화될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 집적회로부(1311P)는 후술할 제2 집적회로부(1321P) 및 오동작 감지부(190P) 전체와 함께 하나의 IC 칩으로 구현될 수도 있다.
제1 집적회로부(1311P) 및 제1 오동작 감지부(191P)가 하나의 IC 칩(501P)내에 구현되는 경우, IC 칩(501P)은 제3 장치(400)와 연결되기 위한 단자(u1), 제2 기준전위와 연결되기 위한 단자(u2), 제1 오동작 감지부(191P)의 출력 신호를 출력하기 위한 단자(u3), 센싱 변압기(120P)의 2차측과 연결되기 위한 단자(u4), 증폭 신호 피드백부(150P)와 연결되기 위한 단자(u5) 및 제2 증폭부(132P)와 연결되기 위한 단자(u6)를 포함할 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, IC 칩(501P)은 상기 u1 내지 u6의 단자 이외에 다른 단자를 더 포함할 수도 있다.
제1 증폭부(131P)에 의해 증폭된 증폭 신호는 제2 증폭부(132P)에 입력될 수 있다. 제2 증폭부(132P)는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받아 제1 증폭부(131P)로부터 입력되는 증폭 신호를 다시 증폭시킬 수 있다. 제2 증폭부(132P)에서의 증폭은 제1 증폭부(131P)의 증폭 신호에서 전압은 그대로 유지한 상태(또는 크게 변화시키지 않은 상태)에서 전류만 증폭시키는 것일 수 있다. 제2 증폭부(132P)로 인해, 능동형 전압 보상 장치(100P)는 장치의 구동을 위한 충분한 전류를 확보할 수 있다.
일 실시예에서 제2 증폭부(132P)의 제2 집적회로부(1321P)는 제1 트랜지스터(11), 제2 트랜지스터(12), 다이오드(13), Rnpn, Rpnp, Re를 포함할 수 있다. 제2 비집적회로부(1322P)는 Cb, Ce를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제1 트랜지스터(11)는 npn BJT일 수 있으며, 제2 트랜지스터(12)는 pnp BJT일 수 있다. 예를 들면 제2 증폭부(132P)는 npn BJT 및 pnp BJT를 포함하는 push-pull 증폭기 구조를 가질 수 있다.
제2 증폭부(132P)에 전원을 공급하는 제3 장치(400)는 제2 증폭부(132P)에 제2 기준전위를 기준으로 하는 직류(DC) 전압 Vdd를 공급한다. 증폭부(130P)는 상기 Vdd에 대한 DC용 감결합 커패시터인 Cdc를 포함할 수 있다. Cdc는 제3 장치(400)와 제2 기준전위 사이에 병렬 연결될 수 있으며, 제2 증폭부(132P)에서 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT) 및 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)의 양 콜렉터 사이를 교류(AC) 신호만 선택적으로 결합시킬 수 있다.
제2 증폭부(132P)에 포함된 Cb 및 Ce는 교류(AC) 신호만 선택적으로 결합시킬 수 있다.
제2 증폭부(132P)의 제2 집적회로부(1321P)에서 Rnpn, Rpnp 및 Re는 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 동작점을 조절할 수 있다. Rnpn은 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT)의 콜렉터(collector) 단이자 제3 장치(400) 단과 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT)의 베이스(base) 단을 연결할 수 있다. Rpnp는 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)의 콜렉터(collector) 단이자 제2 기준전위와 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)의 베이스 단을 연결할 수 있다. Re는 제1 트랜지스터(11)의 이미터(emitter) 단과 제2 트랜지스터(12)의 이미터 단을 연결할 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 증폭부(131P)의 출력 측은 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스 측과 연결될 수 있다. 일 실시예에 따른 보상 변압기(160P)의 1차 측(161P) 측은 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 이미터 측과 연결될 수 있다. 일 실시예에 따른 증폭 신호 피드백부(150P)는 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 이미터 측과 연결될 수 있다. 여기서 연결은 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.
일 실시예에 따른 제2 증폭부(132P)는 출력 신호를 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스로 다시 주입시키는 회귀 구조를 가질 수 있다. 회귀 구조로 인해 제2 증폭부(132P)는 능동형 전압 보상 장치(100P)의 동작을 위한 일정한 전류 이득을 안정적으로 얻을 수 있다.
노이즈 신호로 인한 제2 증폭부(132P)의 입력 전압이 0보다 큰 포지티브 스윙(positive swing)의 경우, 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT)가 동작할 수 있다. 이 때 동작 전류는 제1 트랜지스터(11)를 통과하는 제1 경로를 통해 흐를 수 있다. 노이즈로 인한 제2 증폭부(132P)의 입력 전압이 0보다 작은 네거티브 스윙(negative swing)의 경우, 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)가 동작할 수 있다. 이 때 동작 전류는 제2 트랜지스터(12)를 통과하는 제2 경로를 통해 흐를 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제1 장치(300)에 따라 보상해야 하는 노이즈 레벨이 클 수 있기 때문에, 가능한 높은 전압을 갖는 전원장치를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면 전원을 공급하는 제3 장치(400)는 제1 장치(300) 및 제2 장치(200)와 독립적일 수 있다.
제3 장치(400)로부터 전원을 공급받음에 따라 제1 트랜지스터(11)와 제2 트랜지스터(12)의 노드들이 공통 모드로 크게 스윙(swing)할 수 있다. 예를 들면, 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스 노드들 및 이미터 노드들에서의 전압이 공통 모드로 스윙(swing)할 수 있다.
제2 증폭부(132P)의 제2 집적회로부(1321)가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인함으로써, 제2 증폭부(132P)의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다. 다시 말하면, 제2 증폭부(132P)의 DC 바이어스(bias)가 정상적인지 여부를 확인함으로써, 제2 증폭부(132P)의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 노드들에서 전압이 공통모드로 크게 스윙하기 때문에, 제1 트랜지스터(11)와 제2 트랜지스터(12) 사이의 차동 DC 전압만을 감지함으로써 제2 증폭부(132P)의 오동작을 센싱할 수 있다. 즉, 제2 증폭부(132P)의 오동작을 센싱하기 위해, 제1 트랜지스터(11)의 일 노드와 제2 트랜지스터(12)의 일 노드에 제2 오동작 감지부(192P)가 연결될 수 있다.
제2 오동작 감지부(192P)는 제1 트랜지스터(11)와 제2 트랜지스터(12) 사이의 차동 DC 전압만을 선택적으로 감지할 수 있다. 예를 들면, 제1 트랜지스터(11)의 일 노드와 제2 트랜지스터(12)의 일 노드 사이의 차동 신호가 제2 오동작 감지부(192P)에 입력될 수 있다. 상기 차동 신호는 제1 트랜지스터(11)의 이미터와 제2 트랜지스터(12)의 이미터 사이의 차동 DC 전압일 수 있다.
즉, 제2 오동작 감지부(192P)는 제2 증폭부(132P)에 포함된 두 노드 사이의 차동 DC 전압을 이용하여, 제2 증폭부(132P)의 상태를 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 제2 오동작 감지부(192P)는 제1 트랜지스터(11)의 일 노드와 제2 트랜지스터(12)의 일 노드 사이의 차동 DC 전압이 소정의 조건을 만족하면, 제2 증폭부(132P)가 정상이라고 판단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 오동작 감지부(192P)는 제1 트랜지스터(11)의 이미터와 제2 트랜지스터(12)의 이미터 사이의 차동 DC 전압이 소정의 범위 내이면 제2 증폭부(132P)의 상태가 정상임을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 제2 오동작 감지부(192P)는 상기 차동 DC 전압이 상기 소정의 범위 외이면 제2 증폭부(132P)의 상태가 고장임을 나타내는 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 제2 증폭부(132P)의 적어도 일부와 제2 오동작 감지부(192P)는 물리적으로 하나의 IC 칩에 집적화될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 증폭부(132P)의 제2 집적회로부(1321P)와 제2 오동작 감지부(192P)가 하나의 IC 칩(502P)에 집적화될 수 있다. 예를 들면, 제2 집적회로부(1321P)의 제1 트랜지스터(11), 제2 트랜지스터(12), 다이오드(13), Rnpn, Rpnp, Re와 제2 오동작 감지부(192P)가 하나의 IC 칩(502P)에 집적화될 수 있다.
이 경우 IC 칩(502P)은 제3 장치(400)와 연결되기 위한 단자(t1), 제2 기준전위와 연결되기 위한 단자(t2), 제2 오동작 감지부(192P)의 출력 신호를 출력하기 위한 단자(t3) 및 제2 비집적회로부(1322P)의 수동소자들과 연결되기 위한 단자들(예: t4, t5, t6, t7)을 포함할 수 있다.
일례로 제2 비집적회로부(1322P)와 연결되기 위한 단자들은 제1 트랜지스터(11)의 이미터에 대응하는 단자(t4) 및 제2 트랜지스터(12)의 이미터에 대응하는 단자(t5)를 포함할 수 있다. 도 24에 도시된 실시예에서, 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 이미터에 대응하는 두 단자들(t4, t5)은 제2 오동작 감지부(192P)의 차동 입력에도 대응할 수 있다. 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 이미터에 대응하는 단자들(t4, t5)은 각각 제2 비집적회로부(1322P)의 Ce에 연결될 수 있다.
또한 제2 비집적회로부(1322P)와 연결되기 위한 단자들은 제1 트랜지스터(11)의 베이스에 대응하는 단자(t6) 및 제2 트랜지스터(12)의 베이스에 대응하는 단자(t7)를 포함할 수 있다. 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스에 대응하는 단자들(t6, t7)은 각각 제2 비집적회로부(1322P)의 Cb에 연결될 수 있다.
하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, IC 칩(502P)은 제2 증폭부(132P)의 제2 비집적회로부(1322P)의 적어도 일부분을 더 포함할 수도 있을 것이다. 다른 실시예에서, IC 칩(502P)은 제2 증폭부(132P)의 제2 집적회로부(1321P), 제2 비집적회로부(1322P) 및 제2 오동작 감지부(192P)를 모두 포함할 수도 있다.
오동작 감지부(190P)는 제1 오동작 감지부(191P) 및 제2 오동작 감지부(192P)와 연결되는 오동작 판단부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 오동작 판단부에 대한 설명은 도 23의 오동작 판단부(193Q)의 설명에 상응한다.
오동작 판단부는 능동소자를 포함할 수 있다. 오동작 판단부는 단일 칩내의 IC로 구현될 수 있다. 상기 IC 칩은 제1 오동작 감지부(191P)의 출력 신호 단자(u3) 및 제2 오동작 감지부(192P)의 출력 신호 단자(t3)와 연결되기 위한 단자를 포함할 수 있다. 또한, 상기 IC 칩은 오동작 판단부(193P)의 출력 신호를 출력하기 위한 단자를 포함할 수 있다. 상기 출력 신호는 제1 오동작 감지부(191P)의 출력 신호 및 제2 오동작 감지부(192P)의 출력 신호를 바탕으로 증폭부(130P)의 동작 상태를 판단하여 증폭부(130P)의 오동작 여부를 나타내는 신호일 수 있다.
오동작 판단부는 제1 집적회로부(1311P), 제1 오동작 감지부(191P), 제2 집적회로부(1321P) 및 제2 오동작 감지부(192P)와 함께 하나의 IC 칩으로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 증폭부(130P)의 집적회로부가 집적화된 IC 칩(500P)에 오동작 감지부(190P)를 내재화함으로써, 일반 상용 소자를 사용하여 오동작 감지부(190P)를 별도로 구성하는 경우보다 사이즈 및 가격을 저감시킬 수 있다. 또한 증폭부(130P)의 적어도 일부와 오동작 감지부(190P)를 하나의 IC 칩(500P)에 집적화함으로써, IC 칩(500P) 또는 능동형 전압 보상 장치(100P)는 독립된 부품으로써 범용성을 가지고 상용화될 수 있다.
오동작 감지부(190P)에 대한 상세한 설명은 도 27 내지 도 29에서 후술된다.
도 26는 도 22에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P-1)를 개략적으로 도시한다. 도 26에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100P-1)는 도 22에 도시된 능동형 전압 보상 장치(100N)의 일 예시이다. 능동형 전압 보상 장치(100P-1)에 포함된 증폭부(130P-1)는 능동형 전압 보상 장치(100N)의 증폭부(130N)의 일 예시이다.
도 26에 도시된 증폭부(130P-1)는 도 24에 도시된 증폭부(130P)에 상응하며, 제2 오동작 감지부(192P-1)가 연결되는 위치만 다를 수 있다. 구체적으로 제2 증폭부(132P-1)가 집적된 IC 칩(502P-1)에서, 제1 트랜지스터(11)의 베이스와 제2 트랜지스터(12)의 베이스 사이의 차동 DC 전압이 제2 오동작 감지부(192P-1)에 입력될 수 있다. 따라서 증폭부(130P-1)에 관한 설명은 증폭부 증폭부(130P)에 관한 설명에 상응하므로 간략히만 하기로 한다.
일 실시예에서 제2 증폭부(132P-1)의 비집적회로부는 Cb, Ce를 포함할 수 있다. 제2 증폭부(132P-1)의 집적회로부는 제1 트랜지스터(11), 제2 트랜지스터(12), 다이오드(13), Rnpn, Rpnp, Re를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 제1 트랜지스터(11)는 npn BJT일 수 있으며, 제2 트랜지스터(12)는 pnp BJT일 수 있다. 예를 들면 제2 증폭부(132P-1)는 npn BJT 및 pnp BJT를 포함하는 push-pull 증폭기 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에 따른 제2 증폭부(132P-1)는 출력 전류를 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스로 다시 주입시키는 회귀 구조를 가질 수 있다.
노이즈 신호로 인한 제2 증폭부(132P-1)의 입력 전압이 0보다 큰 포지티브 스윙(positive swing)의 경우, 제1 트랜지스터(11)(예: npn BJT)가 동작할 수 있다. 노이즈로 인한 제2 증폭부(132P-1)의 입력 전압이 0보다 작은 네거티브 스윙(negative swing)의 경우, 제2 트랜지스터(12)(예: pnp BJT)가 동작할 수 있다.
제2 증폭부(132P-1)가 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받음에 따라, 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스 노드들 및 이미터 노드들에서의 전압이 공통 모드로 크게 스윙(swing)할 수 있다. 여기서 제2 증폭부(132P-1)의 DC 바이어스(bias)가 정상적인지 여부를 확인함으로써, 제2 증폭부(132P-1)가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스 노드들 및 이미터 노드들에서 전압이 공통모드로 크게 스윙하기 때문에, 제1 트랜지스터(11)의 일 노드와 제2 트랜지스터(12)의 일 노드 사이의 차동 DC 전압만을 감지하여 오동작을 센싱할 수 있다.
도 26에 도시된 실시예에 따르면, 제1 트랜지스터(11)의 베이스와 제2 트랜지스터(12)의 베이스 사이의 차동 DC 전압이 제2 오동작 감지부(192P-1)에 입력될 수 있다. 제2 오동작 감지부(192P-1)는 제1 트랜지스터(11)의 베이스와 제2 트랜지스터(12)의 베이스 사이의 차동 DC 전압이 소정 범위 내이면 출력 단자(t3)를 통해 정상을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 제2 오동작 감지부(192P-1)는 제1 트랜지스터(11)의 베이스와 제2 트랜지스터(12)의 베이스 사이의 차동 DC 전압이 상기 소정 범위 외이면 출력 단자(t3)를 통해 고장을 나타내는 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 제2 증폭부(132P-1)의 적어도 일부와 제2 오동작 감지부(192P-1)는 물리적으로 하나의 IC 칩(502P-1)에 집적화될 수 있다.
일 실시예에서, 도 26에 도시된 바와 같이 제2 증폭부(132P-1)의 집적회로부와 제2 오동작 감지부(192P-1)가 하나의 IC 칩(502P-1)에 집적화될 수 있다. 예를 들면, 제2 증폭부(132P-1)의 집적회로부의 제1 트랜지스터(11), 제2 트랜지스터(12), 다이오드(13), Rnpn, Rpnp, Re와 제2 오동작 감지부(192P-1)가 하나의 IC 칩(502P-1)에 집적화될 수 있다.
이 경우 IC 칩(502P-1)은 제3 장치(400)와 연결되기 위한 단자(t1), 제2 기준전위와 연결되기 위한 단자(t2), 제2 오동작 감지부(192P-1)의 출력 신호를 출력하기 위한 단자(t3) 및 제2 증폭부(132P-1)의 비집적회로부와 연결되기 위한 단자들(예: t4, t5, t6, t7)을 포함할 수 있다. 예를 들면 제2 증폭부(132P-1)의 비집적회로부와 연결되기 위한 단자들은 제1 트랜지스터(11)의 이미터에 대응하는 단자(t4) 및 제2 트랜지스터(12)의 이미터에 대응하는 단자(t5)를 포함할 수 있다. 이미터에 대응하는 단자들(t4, t5)은 각각 수동소자부의 Ce에 연결될 수 있다.
또한 상기 제2 증폭부(132P-1)의 비집적회로부와 연결되기 위한 단자들은 제1 트랜지스터(11)의 베이스에 대응하는 단자(t6) 및 제2 트랜지스터(12)의 베이스에 대응하는 단자(t7)를 포함할 수 있다. 도 26에 도시된 실시예에서, 베이스에 대응하는 두 단자들(t6, t7)은 제2 오동작 감지부(192P-1)의 차동 입력에도 대응할 수 있다. 베이스에 대응하는 단자들(t6, t7)은 각각 수동소자부의 Cb에 연결될 수 있다.
하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, IC 칩(502P-1)은 제2 증폭부(132P-1)의 비집적회로부의 적어도 일부분을 더 포함할 수도 있을 것이다. 다른 실시예에서, IC 칩(502P-1)은 제2 증폭부(132P-1)의 집적회로부 및 비집적회로부 및 제2 오동작 감지부(192P-1)를 모두 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 증폭부(131P)의 적어도 일부 및 제1 오동작 감지부(191P)는 하나의 IC 칩(501P)에 집적될 수 있고, 제2 증폭부(132P)의 적어도 일부 및 제2 오동작 감지부(192P-1)는 하나의 IC 칩(502P-1)에 집적될 수 있으며, 상기 IC 칩들(501P 및 502P-1)은 동일한 IC 칩(500P-1)의 구성일 수 있다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 오동작 감지부(190P)의 기능적 구성을 나타낸 것이며, 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 논리회로(197)의 개략도이다.
도 27 내지 도 28을 참조하면, 오동작 감지부(190P)는 감산기(subtractor, 194), 제1 비교기(comparator, 195a), 제2 비교기(195b), 제1 레벨 시프터(level shifter, 196a), 제2 레벨 시프터(196b) 및 논리회로(logic circuit, 197)를 포함할 수 있다. 오동작 감지부(190P)가 제1 오동작 감지부(191P) 및 제2 오동작 감지부(192P)를 포함하는 실시예에서, 제1 오동작 감지부(191P) 및 제2 오동작 감지부(192P)는 각각 감산기(subtractor, 194), 제1 비교기(comparator, 195a), 제2 비교기(195b), 제1 레벨 시프터(level shifter, 196a), 제2 레벨 시프터(196b) 및 논리회로(logic circuit, 197)를 포함할 수 있다. 다만 이는 일 실시예일뿐이며, 본 발명의 오동작 감지부(190P)는 이에 한정되지 않는다.
이하에서는 도 27 내지 도 28을 도 24와 함께 참조하여 제2 증폭부(132P)와 연결되는 제2 오동작 감지부(192P)에 대해 상세히 설명한다. 제2 오동작 감지부(192P)에 대한 설명은 오동작 감지부(190P) 및 제1 오동작 감지부(191P)에도 적용 가능하다.
제2 오동작 감지부(192P)는 전술한 다양한 실시예들에 따른 IC 칩(500Q, 500P, 500P-1)에 적용될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제2 증폭부(132P)에 포함된 두 노드의 신호가 제2 오동작 감지부(192P)의 감산기(194)에 차동으로 입력될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 트랜지스터(11)의 일 노드의 신호와 제2 트랜지스터(12)의 일 노드의 신호가 감산기(194)에 차동으로 입력될 수 있다.
감산기(194)는 제1 트랜지스터(11)의 노드와 제2 트랜지스터(12)의 노드 사이의 차동 DC 전압만을 선택적으로 감지할 수 있다. 감산기(194)는 상기 두 노드에서의 전압을 차동으로 감지하므로, 상기 두 노드의 공통모드 스윙을 무시할 수 있다. 감산기(194)는 감지된 차동 DC 전압(Vsub)을 출력할 수 있다.
일 실시예에서 감산기(194)는 제1 트랜지스터(11)의 이미터와 제2 트랜지스터(12)의 이미터 사이의 차동 DC 전압(Vsub)을 출력할 수 있다. 이 경우 감산기(194)의 입력단은 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 이미터와 노드를 공유할 수 있다.
다른 일 실시예에서 감산기(194)는 제1 트랜지스터(11)의 베이스와 제2 트랜지스터(12)의 베이스 사이의 차동 DC 전압(Vsub)을 출력할 수 있다. 이 경우 감산기(194)의 입력단은 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스와 노드를 공유할 수 있다.
한편, 감산기(194)의 각 입력단에서의 전압은 스윙할 수 있으며, 스윙은 제2 증폭부(132P)의 정격전압(Vdd)의 크기에 준할 수 있다. 따라서 감산기(194)는 제2 증폭부(132P)의 정격전압(Vdd)에 상응하는 정격전압을 가져야 할 수 있다. 따라서 감산기(194)는 제3 장치(400)의 공급전압(Vdd)을 그대로 공급받아 구동될 수 있다.
제2 오동작 감지부(192P)가 제2 증폭부(132P)의 동작에 영향을 주면 안되므로, 제2 오동작 감지부(192P)의 감산기(194)는 높은 입력 임피던스를 가질 수 있다. 예를 들면, 감산기(194)는 10kOhm보다 큰 입력 임피던스를 갖는 회로로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 감산기(194)는 레일-투-레일 연산증폭기(rail-to-rail Op-amp)를 포함할 수 있다.
제1, 제2 비교기(195a, 195b)는 감산기(194)의 출력인 차동 DC 전압(Vsub)의 크기가 소정 범위 내인지 여부를 검출할 수 있다. 차동 DC 전압(Vsub)의 크기가 상기 소정 범위 내이면 제2 증폭부(132P)는 정상으로 결정될 수 있고, 차동 DC 전압(Vsub)의 크기가 상이 소정 범위 외이면 제2 증폭부(132P)는 고장으로 결정될 수 있다. 예를 들어 차동 DC 전압(Vsub)이 최대 기준전압(Vref,max)과 최소 기준전압(Vref,min)의 사이에 있으면 제2 증폭부(132P)가 정상일 수 있다. 차동 DC 전압(Vsub)이 최대 기준전압(Vref,max)보다 높거나 최소 기준전압(Vref,min)보다 낮으면 제2 증폭부(132P)가 고장일 수 있다.
최대 기준전압(Vref,max) 및 최소 기준전압(Vref,min)은 다양한 실시예들에 따라 미리 설정될 수 있다. 이하에서 최대 기준전압(Vref,max) 및 최소 기준전압(Vref,min)을 설정하는 기준에 대해 설명한다.
일 실시예에서, 감산기(194)는 제1 트랜지스터(11)의 이미터와 제2 트랜지스터(12)의 이미터 사이의 차동 DC 전압(Vsub)을 감지할 수 있다. 제2 증폭부(132P)가 정상 동작할 때 상기 차동 DC 전압(Vsub)은 Ie*Re에 상응할 수 있다. Re는 제1 트랜지스터(11)의 이미터 단과 제2 트랜지스터(12)의 이미터 단을 연결하는 저항이고, Ie는 Re를 흐르는 전류를 나타낸다. Ie와 Re는 설계에 따라 결정될 수 있다. 이 실시예에서 최대 기준전압(Vref,max)은 Ie*Re보다 지정된 크기만큼 높게 설정될 수 있다. 최소 기준전압(Vref,min)은 Ie*Re보다 지정된 크기만큼 낮게 설정될 수 있다.
다른 실시예에서, 감산기(194)는 제1 트랜지스터(11)의 베이스와 제2 트랜지스터(12)의 베이스 사이의 차동 DC 전압(Vsub)을 감지할 수 있다. 제2 증폭부(132P)가 정상 동작할 때 상기 차동 DC 전압(Vsub)은 (Ie*Re + 2Vbe,bjt)에 상응할 수 있다. Re는 제1 트랜지스터(11)의 이미터 단과 제2 트랜지스터(12)의 이미터 단을 연결하는 저항이고, Ie는 Re를 흐르는 전류를 나타낸다. Ie와 Re는 설계에 따라 결정될 수 있다. Vbe,bjt는 제1 트랜지스터(11) 또는 제2 트랜지스터(12)의 베이스와 이미터 사이의 전압을 나타낸다. 이 실시예에서 최대 기준전압(Vref,max)은 (Ie*Re + 2Vbe,bjt)보다 지정된 크기만큼 높게 설정될 수 있다. 최소 기준전압(Vref,min)은 (Ie*Re + 2Vbe,bjt)보다 지정된 크기만큼 낮게 설정될 수 있다. 예를 들면, 최대 기준전압(Vref,max)은 2 V, 최소 기준전압(Vref,min)은 1.4 V로 설정될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.
제1 비교기(195a)는 차동 DC 전압(Vsub)이 최대 기준전압(Vref,max)보다 낮은지 여부를 나타내는 제1 신호(a11)를 출력할 수 있다. 제2 비교기(195b)는 차동 DC 전압(Vsub)이 최소 기준전압(Vref,min)보다 높은지 여부를 나타내는 제2 신호(a21)를 출력할 수 있다.
한편 제1, 제2 비교기(195a, 195b)의 입력단에는 여전히 높은 전압이 발생할 수 있으므로, 제1, 제2 비교기(195a, 195b)는 제2 증폭부(132P)의 정격전압(Vdd)에 상응하는 정격전압을 가질 수 있다. 따라서 제1, 제2 비교기(195a, 195b)는 제3 장치(400)의 공급전압(Vdd)을 그대로 공급받아 구동될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1, 제2 비교기(195a, 195b)는 개루프 이단 연산증폭기(open-loop 2-stage Op-amp)를 포함할 수 있다.
제1, 제2 레벨 시프터(196a, 196b)는 비교기(195a, 195b)의 출력 신호의 전압을 낮출 수 있다.
논리회로(197)에 포함되는 MOSFET의 게이트(gate) 전압은 비교기(195a, 195b)의 정격전압(Vdd)보다 낮기 때문에 제1, 제2 신호(a11, a21)의 전압 레벨을 낮추어서 논리회로(197)에 입력시켜야 한다. 따라서 레벨 시프터(196a, 196b)를 이용하여, 제1, 제2 신호(a11, a21)의 부호를 유지하되 전압 크기만 낮출 수 있다.
제1 비교기(195a)로부터 출력된 제1 신호(a11)는 제1 레벨 시프터(196a)에 입력될 수 있다. 제1 레벨 시프터(196a) 는 제1 신호(a11)의 전압 레벨이 낮춰진 제3 신호(a12)를 출력할 수 있다.
제2 비교기(195b)로부터 출력된 제2 신호(a21)는 제2 레벨 시프터(196b)에 입력될 수 있다. 제2 레벨 시프터(196b) 는 제2 신호(a21)의 전압 레벨이 낮춰진 제4 신호(a22)를 출력할 수 있다.
레벨 시프터(196a, 196b)의 입력단의 정격전압은 제3 장치(400)의 공급전압(Vdd)에 상응할 수 있다. 레벨 시프터(196a, 196b)의 출력단의 정격전압은 상기 공급전압(Vdd)보다 낮을 수 있다.
예를 들면 제3 장치(400)의 공급전압(Vdd)은 12V일 수 있고, 레벨 시프터(196a, 196b)의 출력단의 정격전압은 5V일 수 있다.
제3 신호(a12) 및 제4 신호(a22)는 논리회로(197)에 입력될 수 있다. 논리회로(197)는 제3 신호(a12) 및 제4 신호(a22)를 이용하여 차동 DC 전압(Vsub)이 최대 기준전압(Vref,max)과 최소 기준전압(Vref,min)의 사이에 있는지 여부를 나타내는 제5 신호(a3)를 출력할 수 있다. 제5 신호(a3)는 0 또는 1 중 하나인 디지털 신호일 수 있다. 예를 들어 제5 신호(a3)가 0을 나타내면 제2 증폭부(132P)가 정상 상태이고, 제5 신호(a3)가 1을 나타내면 제2 증폭부(132P)가 고장 상태일 수 있다. 물론 그 반대의 경우도 가능하다.
도 28을 참조하면, 제1 레벨 시프터(196a)의 출력인 제3 신호(a12)와 제2 레벨 시프터(196b)의 출력인 제4 신호(a22)가 논리회로(197)에 입력될 수 있다. 논리회로(197)는 입력인 제3 신호(a12) 및 제4 신호(a22)에 기초하여 제5 신호(a3)를 출력할 수 있다. 예를 들면 논리회로(197)는 하기 표 1과 같은 진리표를 가질 수 있다.
Inputs Output
a12 a22 a3
0 0 1
0 1 1
1 0 0
1 1 1
일 실시예에서 제1 비교기(195a)는 차동 DC 전압(Vsub)이 최대 기준전압(Vref,max)보다 작으면 1을 나타내는 고(high) 신호를 출력할 수 있다. 이 경우 제1 신호(a11)가 1을 나타내므로 제3 신호(a12)도 1을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서 제2 비교기(195b)는 차동 DC 전압(Vsub)이 최소 기준전압(Vref,min)보다 크면 0을 나타내는 저(low) 신호를 출력할 수 있다. 이 경우 제2 신호(a21)가 0을 나타내므로 제4 신호(a22)도 0을 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예에 따르면, 표 1에서 제5 신호(a3)가 0을 나타내면 제2 증폭부(132P)가 정상 동작한다고 판단할 수 있다. 제5 신호(a3)가 1을 나타내면 제2 증폭부(132P)가 오동작한다고 판단할 수 있다.
다만 도 28에 도시된 논리회로(197)와 상기 진리표는 일 예시일 뿐, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다양한 실시예들에 따라, 제2 오동작 감지부(192P)는 제2 증폭부(132P)의 오동작 여부를 나타내는 제5 신호(a3)를 출력하도록 설계될 수 있다.
다시 도 28을 참조하면, 논리회로(197)의 출력 단자(t3)에 LED 드라이버(14)가 연결될 수 있다. LED 드라이버(14)는 제5 신호(a3)에 기초하여 IC 칩(500P) 외부의 LED(15)가 구동되도록 할 수 있다.
예를 들어 제5 신호(a3)가 1을 나타내면, LED 드라이버(14)는 외부 LED(15)를 턴온(turn on)할 수 있다. 턴온된 외부 LED(15)는 오동작 상황을 나타낼 수 있다. 제5 신호(a3)가 0을 나타내면 LED 드라이버(14)는 외부 LED(15)를 턴오프(turn off)할 수 있다. 턴오프된 외부 LED(15)는 정상 상황을 나타낼 수 있다.
논리회로(197)는 효율을 위해 작은 사이즈의 MOSFET으로 구비될 수 있다. 논리회로(197)의 출력인 제5 신호(a3)는 예를 들면 0 V 이상 5 V 이하일 수 있다. 논리회로(197)의 출력 단자(t3)에 연결되는 LED 드라이버(14)는 예를 들면 NMOS LED 드라이버일 수 있다. 다른 실시예에서, 논리회로(197)의 출력 단자(t3)는 오동작 판단부와 연결될 수도 있다.
한편 상술한 바와 같이 레벨 시프터(196a, 196b)의 출력단 및 논리회로(197)는 감산기(194), 비교기(195a, 195b) 및 레벨 시프터(196a, 196b)의 입력단보다 낮은 정격전압을 가질 수 있다.
따라서 감산기(194), 비교기(195a, 195b) 및 레벨 시프터(196a, 196b)의 입력단에는 Vdd가 공급될 수 있다. 레벨 시프터(196a, 196b)의 출력단 및 논리회로(197)에는 Vdd보다 낮은 공급전압이 공급될 수 있다. 일 예를 들면 감산기(194), 비교기(195a, 195b) 및 레벨 시프터(196a, 196b)의 입력단은 12 V로 구동될 수 있다. 레벨 시프터(196a, 196b)의 출력단 및 논리회로(197)는 5 V로 구동될 수 있다. 따라서 도 27을 참조하면 감산기(194), 비교기(195a, 195b) 및 레벨 시프터(196a, 196b)의 입력단은 높은 공급전압 영역에 포함되는 것으로 도시하고, 레벨 시프터(196a, 196b)의 출력단 및 논리회로(197)는 낮은 공급전압 영역에 포함되는 것으로 도시하였다. 높은 공급전압 영역과 낮은 공급전압 영역은 실제 물리적인 영역을 나타내는 것이 아니라, 높은 공급전압에 의해 구동되는 구성요소들과 낮은 공급전압에 의해 구동되는 구성요소들을 구분하기 위한 용어이다.
상술한 제2 오동작 감지부(192P)에 대한 설명은 제1 오동작 감지부(191P)에도 적용될 수 있으며, 제1 오동작 감지부(191P)는 감산기(194)가 제1 증폭부(131P)에 포함된 두 노드와 연결되어 상기 두 노드로부터 차동 DC 전압(Vsub)을 감지하는 것에서만 제2 오동작 감지부(192P)와 차이가 있다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 집적회로부(1321P) 및 제2 오동작 감지부(192P)의 회로도이다.
도 29를 도 24와 함께 참조하면, 제2 증폭부의 제2 집적회로부(1321P)는 제1 트랜지스터(11), 제2 트랜지스터(12), 다이오드(13), Rnpn, Rpnp, Re를 포함할 수 있다. 제2 오동작 감지부(192P)는 감산기(194), 제1, 제2 비교기(195a, 195b), 제1, 제2 레벨 시프터(196a, 196b) 및 논리회로(197)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 오동작 감지부(192P)는 논리회로(197)의 출력단에 LED 드라이버(14)를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 오동작 감지부(192P)는 논리회로(197)의 출력단에 오동작 판단부가 연결될 수도 있다.
제2 오동작 감지부(192P)가 제2 집적회로부(1321P)를 포함하는 제2 증폭부(132P)의 동작에 영향을 주면 안되므로, 제2 오동작 감지부(192P)의 감산기(194)는 높은 입력 임피던스를 가질 수 있다.
제2 오동작 감지부(192P)는 항상 동작할 필요 없이, 오동작의 검사가 필요할 때만 동작시키면 된다. 따라서 불필요한 전력 소모를 줄이기 위해, 스위치(16)를 구비하여, 제2 오동작 감지부(192P)만 선택적으로 턴오프 시킬 수 있다.
스위치(16)는 IC 칩(500P)의 외부에 존재할 수 있다. IC 칩(500P)은 스위치(16)의 상태에 기초하여 제2 오동작 감지부(192P)에 전원을 선택적으로 공급하기 위한 별도의 단자(t8)를 더 구비할 수 있다. 스위치(16)는 제3 장치(400)와 상기 단자(t8) 사이에 연결될 수 있다.
한편, 제2 오동작 감지부(192P)는 높은 공급전압에 의해 구동되는 구성요소들과과 낮은 공급전압에 의해 구동되는 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어 감산기(194), 비교기(195a, 195b) 및 레벨 시프터(196a, 196b)의 입력단은 높은 공급전압(Vdd)에 의해 구동될 수 있다. 레벨 시프터(196a, 196b)의 출력단 및 논리회로(197)는 전압분배회로(17)로 인하여 상기 공급전압(Vdd)보다 낮은 전압으로 구동될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 집적회로부(1321P) 및 제2 오동작 감지부(192P)는 물리적으로 하나의 IC 칩(502P)에 집적될 수 있다. 예를 들면, IC 칩(502P)은 제3 장치(400)와 연결되기 위한 단자(t1), 제2 기준전위와 연결되기 위한 단자(t2), 제2 오동작 감지부(192P)의 출력 단자(t3), 제2 비집적회로부(1322P)와 연결되기 위한 단자들(예: t4, t5, t6, t7) 및 제2 오동작 감지부(192P)의 구동을 온오프할 수 있는 단자(t8)를 포함할 수 있다.
한편 도 29에서는 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 이미터 노드가 감산기(194)의 입력단에 연결되는 실시예를 도시하였지만, 다른 실시예에 따르면 제1, 제2 트랜지스터(11, 12)의 베이스 노드가 감산기(194)의 입력단에 연결될 수도 있다.
상술한 스위치(16) 및 전압분배회로(17)를 포함하는 제2 오동작 감지부(192P)에 대한 설명은 제1 오동작 감지부(191P)에도 적용 가능하다.
오동작 감지부(190P)는 오동작 판단부(193P)를 더 포함할 수 있다. 오동작 판단부(193P)는 제1 오동작 감지부(191P)에 포함된 논리회로의 출력단 및 제2 오동작 감지부(192P)에 포함된 논리회로의 출력단과 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 오동작 판단부(193P)는 도 28에 도시된 논리회로(197)를 포함할 수 있다. 제1 오동작 감지부(191P)의 출력 신호(X) 및 제2 오동작 감지부(192P)의 출력 신호(Y)는 오동작 판단부(193P)의 논리회로에 입력될 수 있다. 오동작 판단부(193P)의 논리회로는 상기 출력 신호(X) 및 출력 신호(Y)에 기초하여, 증폭부(130P)의 동작 상태가 정상인지 여부를 나타내는 제6 신호(Z)를 출력할 수 있다. 제6 신호는 0 또는 1 중 하나인 디지털 신호일 수 있다. 예를 들어 제6 신호가 0을 나타내면 증폭부(130P)가 정상 상태이고, 제6 신호가 1을 나타내면 증폭부(130P)가 고장 상태일 수 있다. 물론 그 반대의 경우도 가능하다.
오동작 판단부(193P)는 출력 신호(X) 및 출력 신호(Y)가 모두 정상 상태에 해당하는 신호인 경우 증폭부(130P)의 동작 상태가 정상 동작 한다고 판단할 수 있다. 즉, 오동작 판단부(193P)는 제1 증폭부(131P) 및 제2 증폭부(132P)의 동작 상태가 모두 정상인 경우에 한하여 증폭부(130P)의 동작 상태가 정상임을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 오동작 감지부(190P)는 오동작 판단부(193P)를 포함하여 제1 증폭부(131P) 및 제2 증폭부(132P)의 각 동작 상태로부터 증폭부(130P)의 오동작을 최종판단할 수 있으며, 증폭부(130P)의 정상 또는 고장 상태를 나타내는 신호를 출력할 수 있다.
도 30은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P-2)의 구성을 개략적으로 도시한다. 이하에서는 도 1 내지 도 29를 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
도 30을 참조하면 능동형 전압 보상 장치(100P-2)는 제1 장치(300)와 연결되는 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전압을 능동적으로 보상할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P-2)는 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113), 센싱 변압기(120P-2), 증폭부(130P), 증폭 신호 피드백부(150P), 보상 변압기(160P-2) 및 오동작 감지부(190P)를 포함할 수 있다.
전술한 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P)와 대비하여 살펴보면, 도 30에 도시된 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P-2)는 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113)를 포함하고, 이에 따라 센싱 변압기(120P-2) 및 보상 변압기(160P-2)의 차이점이 있다. 따라서 이하에서는 상술한 차이점을 중심으로 능동형 전압 보상 장치(100P)에 대해 설명한다.
능동형 전압 보상 장치(100P-2)는 서로 구분되는 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 대전류 경로(111)는 R상, 상기 제2 대전류 경로(112)는 S상, 상기 제3 대전류 경로(113)는 T상의 전력선일 수 있다. 노이즈 전압 Vn 및 제1 전류(I11, I12, I13)는 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113) 각각에 공통 모드로 입력될 수 있다.
센싱 변압기(120P-2)의 1차 측(121P-2)은 제1, 제2, 제3 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 배치되어 2차 측(122P-2)에 유도 전압을 생성할 수 있다. 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113) 상의 제1 전류(I11, I12, I13)에 의해 센싱 변압기(120P-2)에 생성되는 자속 밀도는 서로 보강될 수 있다.
능동형 전압 보상 장치(100P-2)에서 증폭부(130P)는 도 26에 도시된 증폭부(130P-1)로 구현될 수 있다.
한편 보상 변압기(160P-2)의 2차 측(162P-2)은 제1 대전류 경로(111), 제2 대전류 경로(112) 및 제3 대전류 경로(113) 각각에 배치될 수 있다. 보상 변압기(160P-2)는 제2 증폭부(132P)에서 출력된 1차 측(161P-2) 전압(V1)에 기초하여, 2차 측(162P-2)인 세 개의 대전류 경로(111, 112, 113) 각각에 직렬로 보상 전압을 생성할 수 있다.
이와 같은 실시예에 따른 능동형 전압 보상 장치(100P-2)는 3상 3선의 전력 시스템의 전력선 상의 공통 모드 노이즈에 대한 전압 보상을 수행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따라, 다양한 실시예들에 따른 능동형 전압 보상 장치는 3상 4선에도 적용될 수 있도록 변형될 수 있음은 물론이다.
능동형 전압 보상 장치(100)는 증폭부의 집적회로부와 오동작 감지부를 하나의 IC 칩에 집적화할 수 있으며, 능동형 전압 보상 장치의 상기 IC 칩은 독립된 부품으로써 범용성을 가지고 상용화될 수 있다. 뿐만 아니라, IC 칩을 포함하는 능동형 전압 보상 장치를 독립된 모듈로 제작하여 상용화할 수도 있다. 이러한 능동형 전압 보상 장치는 주변 전기 시스템의 특성에 무관하게 독립적인 모듈로써 오동작을 검출할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명의 실시예들은 능동형 전압 보상 장치에 관한 것으로, 가전용, 산업용 전기 제품이나 전기자동차, 항공, 에너지 저장 시스템과 같은 전자 기기들에 이용될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예들에 의한 산업상 이용가능성이 상술한 것에 한정되는 것은 아니다.

Claims (10)

  1. 적어도 둘 이상의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 발생하는 노이즈를 능동적으로 보상하는 능동형 전압 보상 장치에 있어서,
    상기 대전류 경로 상의 공통 모드 노이즈 전류를 센싱하여 상기 노이즈 전류에 대응되는 출력 신호를 생성하는 센싱부;
    상기 센싱부의 출력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭부;
    상기 증폭부의 증폭 신호에 대응하는 피드백 신호를 다시 증폭부에 전달하는 증폭 신호 피드백부; 및
    상기 증폭 신호에 대응하는 출력 전압에 기초하여 상기 대전류 경로 상에 보상 전압을 발생시키는 보상부;를 포함하는, 능동형 전압 보상 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 증폭부는 제1 증폭부 및 제2 증폭부를 포함하고,
    상기 제1 증폭부는 상기 센싱부의 출력 신호를 증폭하여 상기 출력 전압을 생성하며,
    상기 제2 증폭부는 상기 제1 증폭부와 연결되며, 노이즈 보상에 필요한 출력 전류를 생성하는, 능동형 전압 보상 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 둘 이상의 대전류 경로가 감긴 CM 초크에 상기 증폭부의 입력 전압을 발생시키기 위한 전선이 덧감긴 형태인, 능동형 전압 보상 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 보상부는 상기 증폭부의 출력 신호를 출력하는 전선이 코어를 통과하고, 상기 대전류 경로가 상기 코어를 통과하거나 한번 이상 감기도록 형성된, 능동형 전압 보상 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 대전류 경로는 제2 장치에 의해 공급되는 대전류를 제1 장치에 전달하며,
    상기 증폭부는 비집적회로부와 단일 칩(one-chip) 집적회로부를 포함하며,
    상기 비집적회로부는 상기 제1 장치와 상기 제2 장치 중 적어도 하나 이상의 전력 시스템에 따라 설계되고,
    상기 단일 칩 집적회로부는 상기 제1 장치와 상기 제2 장치의 정격 전력 사양에 무관한, 능동형 전압 보상 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 비집적회로부는 상기 제1 장치의 정격 전력에 따라 설계되는, 능동형 전압 보상 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 비집적회로부의 설계에 따라, 상기 단일 칩 집적회로부는 다양한 전력 시스템의 상기 제1 장치에 대해 사용되는, 능동형 전압 보상 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 단일 칩(one-chip)의 집적회로부는 제1 집적회로부 및 제2 집적회로부를 포함하며,
    상기 제2 집적회로부는 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터 및 하나 이상의 저항을 포함하는, 능동형 전압 보상 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 집적회로부는 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는, 능동형 전압 보상 장치.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 센싱부는 센싱 변압기를 포함하고,
    상기 보상부는 보상 변압기를 포함하고,
    상기 단일 칩 집적회로부의 구성은 상기 센싱 변압기와 상기 보상 변압기의 권선비와 상기 증폭부의 목표 전압 이득에 무관한, 능동형 전압 보상 장치.
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