KR20200028772A - 단일 종단 인버터 - Google Patents

단일 종단 인버터 Download PDF

Info

Publication number
KR20200028772A
KR20200028772A KR1020180107349A KR20180107349A KR20200028772A KR 20200028772 A KR20200028772 A KR 20200028772A KR 1020180107349 A KR1020180107349 A KR 1020180107349A KR 20180107349 A KR20180107349 A KR 20180107349A KR 20200028772 A KR20200028772 A KR 20200028772A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
resonator
power
ended inverter
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
KR1020180107349A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102115403B1 (ko
Inventor
강병극
김도현
정주식
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020180107349A priority Critical patent/KR102115403B1/ko
Publication of KR20200028772A publication Critical patent/KR20200028772A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102115403B1 publication Critical patent/KR102115403B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4826—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode operating from a resonant DC source, i.e. the DC input voltage varies periodically, e.g. resonant DC-link inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • H02M2007/4815—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y02B70/1441—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 직류 전원을 이용하여 부하에 교류 전원을 제공할 수 있는 단일 종단 인버터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 종단 인버터는 직류 전압을 공급하는 전원부, 상기 전원부의 양의 단자 및 음의 단자와 연결되어 상기 직류 전압을 공급받고, 상기 직류 전압을 이용하여 자기 결합된 부하에 교류 전력을 제공하는 LC 공진부, 제1 스위칭 신호에 따라 상기 직류 전압을 상기 LC 공진부에 제공하고, 제2 스위칭 신호에 따라 상기 LC 공진부로 제공되는 상기 직류 전압을 차단하는 스위치부 및 상기 전원부의 음의 단자에서 상기 LC 공진부로 전류가 유입되면 상기 제1 스위칭 신호를 생성하여 상기 스위치부에 제공하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

단일 종단 인버터{SINGLE-ENDED INVERTER}
본 발명은 직류 전원을 이용하여 부하에 교류 전원을 제공할 수 있는 단일 종단 인버터에 관한 것이다.
소형 가전 제품에서 저전력의 교류 전류를 발생시키는 데 단일 종단 인버터(single-ended inverter)가 이용되고 있다. 예를 들어, 정수기의 온수 탱크를 가열하는 것과 같이 저전력을 요하는 분야에서, 유도성 및 용량성 소자를 이용하여 전력을 변환하는 단일 종단 인버터가 이용되고 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래 단일 종단 인버터의 동작 과정과 이에 따른 문제점을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 종래 부하를 구동하기 위한 단일 종단 인버터의 회로도이고, 도 2는 도 1에 도시된 LC 공진 회로도의 출력단 전압과 스위칭 소자에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 1을 참조하면, 단일 종단 인버터(1')는 전압원(Vs) 및 LC 공진 회로와, 전압원(Vs)과 LC 공진 회로를 선택적으로 연결하는 스위칭 소자(S)를 포함한다. LC 공진 회로는 유도성 소자인 인덕터(L) 및 용량성 소자인 커패시터(C)를 포함하고, 부하 측에 구비된 인덕터(Lr)와 자기 결합되어 부하(Load)에 전력을 전달한다.
이러한 종래 구조에서, 단일 종단 인버터(1') 내 마이컴(Micom)은 전압원(Vs)에서 공급되는 입력 전압과 LC 공진 회로의 출력단의 출력 전압(Vo)의 비교 결과에 따라 스위칭 소자(S)에 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 인가한다.
보다 구체적으로, 단일 종단 인버터(1')는 비교기를 포함하며, 비교기는 입력 전압 분배 저항(Rs1, Rs2)에 의해 결정된 입력 전압의 크기와, 출력 전압 분배 저항(Ro1, Ro2)에 의해 결정된 출력 전압의 크기를 비교한다.
도 2를 참조하면, 출력 전압의 크기(Vo)가 입력 전압의 크기(Vs)보다 작아지면 비교기는 트리거 신호를 마이컴에 제공하며, 마이컴은 단일 종단 인버터(1')의 초기 성능에 따라 결정된 딜레이(delay) 이후 PWM 신호를 출력하여 스위칭 소자(S)를 턴 온 제어한다. 이후, 마이컴은 단일 종단 인버터(1')의 목표 출력에 따라 스위칭 소자(S)의 턴 온 시간을 유지한 이후 스위칭 소자(S)를 턴 오프 제어한다.
한편, 가전 제품의 사용에 따라 해당 가전 제품에 탑재된 단일 종단 인버터(1')의 성능은 초기 성능과 달라지게 된다. 예컨대, 가전 제품의 사용 기간이 길어지게 되면 도 1에 도시된 인덕터(L) 및 커패시터(C)가 노후되거나, 다양한 외부 요인에 의해 스위칭 소자(S)의 소자 특성이 변경될 수 있다.
그러나, 종래 단일 종단 인버터(1')는 가전 제품의 사용 기간, 사용 환경 등을 고려하지 않고 초기에 설정된 딜레이에 따라 스위칭 소자를 구동한다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 스위칭 소자(S)가 턴 온되기 이전에 LC 공진 회로로 전류가 다량 유입되어 전력 변환의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 부하에 최대 전력을 전달할 수 있는 단일 종단 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 부하에 대한 최대 전력 전달 여부를 간단하게 검출하고, 검출 결과에 따라 전력 스위칭 소자를 제어할 수 있는 단일 종단 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 부하에 전력을 전달하는 LC 공진부에 전류가 유입되면 LC 공진부와 직류 전압을 공급하는 전원부를 연결함으로써, 부하에 최대 전력을 전달할 수 있다.
또한, 본 발명은 전원부의 음의 단자와 연결된 션트 저항에 인가되는 전압과 전원부의 음의 단자의 전압을 비교하여 LC 공진부로 유입되는 전류를 검출함으로써, 부하에 대한 최대 전력 전달 여부를 간단하게 검출하고, 검출 결과에 따라 전력 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
본 발명은 부하에 최대 전력을 전달함으로써, 사용 기간에 따른 성능 저하 및 사용 환경에 관계 없이 LC 공진에 의한 전력 변환 효율을 최대화할 수 있다.
또한, 본 발명은 부하에 대한 최대 전력 전달 여부를 간단하게 검출하고, 검출 결과에 따라 전력 스위칭 소자를 제어함으로써, 최대 전력 전달을 위한 최적의 스위칭 시점을 결정할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래 부하를 구동하기 위한 단일 종단 인버터의 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 LC 공진 회로도의 출력단 전압과 스위칭 소자에 흐르는 전류를 도시한 파형도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 종단 인버터의 블록도.
도 4는 도 3에 도시된 단일 종단 인버터의 일 예시에 따른 회로도.
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 LC 공진부의 동작 과정을 시간에 따라 도시한 도면.
도 9는 도 5 내지 도 8에 도시된 동작 과정에 따른 LC 공진부의 출력단 전압 및 전류를 도시한 파형도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 직류 전원을 이용하여 단일 종단(single-end)를 통해 부하에 교류 전원을 제공할 수 있는 단일 종단 인버터에 관한 것이다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 종단 인버터를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 종단 인버터의 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 단일 종단 인버터의 일 예시에 따른 회로도이다.
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 LC 공진부의 동작 과정을 시간에 따라 도시한 도면이고, 도 9는 도 5 내지 도 8에 도시된 동작 과정에 따른 LC 공진부의 출력단 전압 및 전류를 도시한 파형도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 종단 인버터(1)는 전원부(10), LC 공진부(20), 스위치부(30) 및 스위칭 제어부(40)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 단일 종단 인버터(1)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
전원부(10)는 직류 전압을 공급할 수 있다. 보다 구체적으로, 전원부(10)는 후술하는 LC 공진부(20)에 직류 전압을 공급하는 임의의 전압원(Vs)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 전원부(10)는 교류 전압원과, 교류 전압원에서 출력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기(rectifier), AC/DC 컨버터 등을 포함할 수 있다. 또한, 전원부(10)는 직류 전압원과, 직류 전압원에서 출력되는 직류 전압의 크기를 조절하는 레귤레이터(regulator)를 포함할 수도 있다.
이 외에도, 전원부(10)는 후술하는 LC 공진부(20)에 직류 전압을 공급하기 위한 임의의 구성요소들을 포함할 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 전원부(10)를 직류 전압을 출력하는 독립 전압원(Vs)으로 가정하여 설명하도록 한다.
LC 공진부(20)는 전원부(10)의 양의 단자 및 음의 단자와 연결되어 직류 전압을 공급받고, 직류 전압을 이용하여 자기 결합된 부하(2)에 교류 전력을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, LC 공진부(20)는 전원부(10)의 양단(양의 단자 및 음의 단자)에 연결되어 전원부(10)에서 출력되는 직류 전압을 공급받고, 공급된 직류 전압을 전압 또는 전류의 형태로 저장 및 출력할 수 있다. 예를 들어, LC 공진부(20)는 전원부(10)에서 공급된 직류 전압을 저장할 수 있고, 저장된 전압을 이용하여 전류를 출력할 수도 있다.
LC 공진부(20)는 유도성 소자(inductive element)와 용량성 소자(capacitive element)를 포함할 수 있고, 유도성 소자와 용량성 소자의 공진을 통해 전력을 저장하거나 출력할 수 있다.
일 예에서, LC 공진부(20)는 양단이 서로 연결된 인덕터(L) 및 커패시터(C)로 구성될 수 있고, 인덕터(L)와 커패시터(C)의 양단은 전원부(10)의 양의 단자 및 음의 단자와 각각 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 인덕터(L)와 커패시터(C)는 양단이 서로 연결되어 LC 병렬 공진 회로를 구성할 수 있다. 이와 같은 LC 병렬 공진 회로는 그 일단이 전원부(10)의 양의 단자와 연결되어 직류 전압을 공급받을 수 있다.
한편, 부하(2)는 LC 공진부(20)에 자기 결합(magnetic coupling)될 수 있다. 이를 위해, 부하(2)는 LC 공진부(20)에서 발생하는 자기장에 의해 전류가 유기되는 금속 부재를 포함할 수 있고, 이와 달리 LC 공진부(20)에서 발생하는 자기장에 의해 전류가 유기되는 금속 부재에 전기적으로 연결될 수도 있다.
일 예에서, 부하(2)는 LC 공진부(20)에서 발생하는 자기장에 의해 전류가 유기되는 부하 인덕터(Lr)에 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, LC 공진부(20)를 구성하는 인덕터(L)에 전류가 흐르면 인덕터(L)에는 자기장이 발생할 수 있다. 인덕터(L)에서 발생한 자기장은 인접한 부하 인덕터(Lr)에 유도 전류를 발생시킬 수 있고, 부하(2)는 부하 인덕터(Lr)에 유기된 유도 전류로부터 전원을 공급받을 수 있다.
본 발명에서 부하(2)는 전원을 이용하여 전력을 소비하는 임의의 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 단일 종단 인버터(1)가 정수기에 적용되는 경우, 부하(2)는 정수기 내 물을 가열하기 위한 온수 탱크일 수 있다.
보다 구체적으로, 온수 탱크는 전도성 물질로 이루어지고 코일에 의해 감싸질 수 있다. 이 때, 코일은 전술한 부하 인덕터(Lr)로서 기능하게 되며 온수 탱크는 코일에 유기되는 유도 전류에 따른 전력을 열 에너지로 소비할 수 있다. 이에 따라, 온수 탱크는 코일에 유기되는 유도 전류에 따라 가열되어, 온수 탱크 내 물의 온도를 높일 수 있다.
스위치부(30)는 제1 스위칭 신호에 따라 직류 전압을 LC 공진부(20)에 제공하고, 제2 스위칭 신호에 따라 LC 공진부(20)로 제공되는 직류 전압을 차단할 수 있다.
스위치부(30)는 전원부(10)와 LC 공진부(20)를 연결하거나, 전원부(10)와 LC 공진부(20)의 연결을 차단할 수 있는 임의의 소자로 이루어질 수 있다.
일 예에서, 스위치부(30)는 IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 전력 스위칭 소자(S)일 수 있다.
스위치부(30)가 전력 스위칭 소자(S)로 구성되는 경우, 스위치부(30)는 게이트 단자에 인가되는 제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위치부(30)는 게이트 단자에 제1 스위칭 신호가 인가되면 턴 온되어 직류 전압을 LC 공진부(20)에 제공할 수 있다. 반대로, 스위치부(30)는 게이트 단자에 제2 스위칭 신호가 인가되면 턴 오프되어 LC 공진부(20)로 제공되는 직류 전압을 차단할 수 있다.
제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호(이하, PWM 신호)일 수 있다. 이에 따라, 제1 스위칭 신호는 하이 펄스를 갖는 PWM 신호일 수 있고, 제2 스위칭 신호는 로우 펄스를 갖는 PWM 신호일 수 있다.
스위치부(30)는 IGBT, BJT, MOSFET 외에도 게이트 단자에 인가되는 전압에 따라 스위칭 동작하는 임의의 전력 스위칭 소자(S)로 구성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 스위치부(30)를 IGBT로 가정하여 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 스위치부(30)는 LC 공진부(20)의 출력단과 연결될 수 있다. 다시 말해, 스위치부(30)는 일단이 전원부(10)와 연결된 LC 공진부(20)의 타단과 연결될 수 있다.
이에 따라, 스위치부(30)는 전원부(10) 및 LC 공진부(20)가 형성하는 회로를 제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호에 따라 개폐할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위치부(30)는 제1 스위칭 신호에 따라 전원부(10) 및 LC 공진부(20)가 형성하는 회로를 폐회로(closed circuit)로 구성할 수 있고, 제2 스위칭 신호에 따라 전원부(10) 및 LC 공진부(20)가 형성하는 회로를 개회로(opened circuit)로 구성할 수 있다.
스위칭 제어부(40)는 제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호를 생성하여 스위치부(30)에 제공함으로써, 스위치부(30)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 스위칭 신호와 제2 스위칭 신호가 PWM 신호인 경우, 스위칭 제어부(40)는 하이 펄스를 통해 제1 스위칭 신호를 스위치부(30)에 제공할 수 있고, 로우 펄스를 통해 제2 스위칭 신호를 스위치부(30)에 제공할 수 있다.
제1 스위칭 신호가 제공되는 시점과 제2 스위칭 신호가 제공되는 시점 사이(이하, 온 타임)에서 직류 전압은 LC 공진부(20)에 제공되며, 스위치부(30)의 온 타임은 단일 종단 인버터(1)의 목표 출력에 따라 사용자에 의해 결정될 수 있다. 단일 종단 인버터(1)가 LC 공진부(20)를 통해 전력을 출력하는 과정은 도 5 내지 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 스위칭 제어부(40)는 전원부(10)의 음의 단자에서 LC 공진부(20)로 전류가 유입되면 제1 스위칭 신호를 생성하여 스위치부(30)에 제공할 수 있다.
일반적으로 LC 공진부(20)는 출력단으로 전류(Io)를 출력할 수 있다. 도 4를 참조하면, LC 공진부(20)는 전원단의 전압 인가 방향에 따라, 스위치부(30)가 연결된 출력단으로 전류(Io)를 출력할 수 있다. 다만, LC 공진부(20) 내 유도성 소자(예를 들어, 인덕터(L))의 특성에 의해 LC 공진부(20)의 출력단에는 전류가 유입될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 시간에 따라 LC 공진부(20)에서 발생하는 전류의 흐름 및 전압의 생성 과정을 도시한 도면이고, 도 9는 스위치부(30)의 턴 온 및 턴 오프를 반복할 때, 시간에 따른 LC 공진부(20)의 출력단 전류(Io) 및 전압(Vo)을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 스위칭 신호에 따라 스위치부(30)가 최초 턴 온되면 LC 공진부(20)의 입력단에는 전원부(10)에서 공급되는 직류 전압(Vs)에 의해 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)는 증가하고, 해당 전류(IL)는 LC 공진부(20)의 출력던으로 출력될 수 있다(IL=Io)
이 인가되고, 전원부(10)에서 출력되는 직류 전류(Is)는 인덕터(L)를 통해 LC 공진부(20)의 출력단으로 출력될 수 있다(Io=IL).
이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 전원부(10)에서 직류 전류(Is)가 출력될 때, 인덕터(L)를 통해 LC 공진부(20)의 출력단으로 흐르는 전류(Io)는 점차 증가할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 스위칭 신호에 따라 스위치부(30)가 턴 오프되면 전원부(10)와 LC 공진부(20)는 개회로를 형성하므로, LC 공진부(20)의 입력단 및 출력단에는 전류가 흐르지 않을 수 있다(Io=0). 이 때, 커패시터(C)는 인덕터(L)에 저장된 전류에 의해 전압(Vc)을 충전할 수 있다.
LC 공진부(20)의 출력단 전압(Vo)은 전원 전압(Vs)과 커패시터(C)에 충전된 전압(Vc)의 합이므로, 도 9에 도시된 바와 같이 커패시터(C)가 전압을 충전할 때, LC 공진부(20)의 출력단 전압(Vo)은 점차 증가할 수 있다.
도 7을 참조하면, 스위치부(30)가 여전히 턴 오프 상태이므로, LC 공진부(20)의 입력단 및 출력단에는 전류가 흐르지 않을 수 있다. 도 6에서 설명한 방법에 따라 커패시터(C)의 전압 충전이 완료되면, 인덕터(L)에는 커패시터(C)에 저장된 전압에 의해 전류(IL)가 흐를 수 있다.
이에 따라, 커패시터(C)의 전압(Vc)은 인덕터(L)에 전류(IL)가 흐름에 따라 점차 감소할 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 LC 공진부(20)의 출력단 전압(Vo)은 점차 감소할 수 있다.
도 8을 참조하면, 도 7에서 설명한 방법에 따라 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)는, 다시 커패시터(C)를 충전할 수 있다. 이에 따라, 커패시터(C)의 전압(Vc)은 전원단에서 공급되는 직류 전압(Vs)과 동일해질 수 있고, LC 공진부(20)의 출력단 전압(Vo)은 0[V]가 될 수 있다.
LC 공진부(20)의 출력단 전압(Vo)이 0[V]임에도 불구하고, 유도성 소자인 인덕터(L)에는 전류의 흐름이 지속되므로 LC 공진부(20)의 출력단에는 전류(IL)가 유입될 수 있다(Io=-IL).
LC 공진부(20)로 전류(IL)가 유입되면 스위칭 제어부(40)는 제1 스위칭 신호를 생성하여 스위치부(30)에 제공할 수 있고, 이에 따라 LC 공진부(20)는 다시 도 5 내지 도 8에 도시된 과정에 따라 반복 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 부하(2)에 전력을 전달하는 LC 공진부(20)에 전류가 유입되면 다시 LC 공진부(20)와 직류 전압을 공급하는 전원부(10)를 연결함으로써, 부하(2)에 최대 전력을 전달할 수 있다.
도 9를 참조하면 LC 공진부(20)는 도 5 내지 도 8에 순차적으로 도시된 과정을 통해 한 사이클(1Cycle) 동안 전원부(10)에서 공급된 직류 전압을 이용한 전력 변환 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 단일 종단 인버터(1)는 한 사이클의 전력 변환 동작이 종료된 직후 곧바로 다음 사이클의 전력 변환 동작을 수행하므로, 부하(2)에 최대 전력을 전달할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 의하면 단일 종단 인버터(1)가 탑재된 가전 제품의 사용 기간에 따른 성능 저하 및 사용 환경에 관계 없이 LC 공진에 의한 전력 변환 효율을 최대화할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 스위치부(30)가 전력 스위칭 소자(S)로 구성되는 경우, LC 공진부(20)로 유입되는 전류는 전력 스위칭 소자(S) 내 다이오드를 통해 흐를 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 LC 공진부(20)의 출력단에 전류가 유입될 때, 전력 스위칭 소자(S)는 턴 오프 상태일 수 있다. 이에 따라, 전력 스위칭 소자(S)는 LC 공진부(20)의 출력단으로부터 출력되는 전류(Io)를 차단할 수 있다. 다만, 역방향 전류, 다시 말해, LC 공진부(20)로 유입되는 전류는 전력 스위칭 소자(S) 내 다이오드를 통해 흐를 수 있다.
스위칭 제어부(40)는 이와 같이 LC 공진부(20)로 유입되는 전류를 검출할 수 있다.
LC 공진부(20)의 출력단으로부터 전원부(10)의 음의 단자로 향하는 방향을 정방향으로 가정하면, 스위칭 제어부(40)는 LC 공진부(20)의 출력단에 흐르는 역방향 전류를 검출할 수 있다.
이를 위해, 스위칭 제어부(40)는 전류를 검출할 수 있는 임의의 모듈 또는 회로를 포함할 수 있다.
일 예에서, 스위칭 제어부(40)는 LC 공진부(20)로 유입되는 전류가 검출되면 트리거 신호를 출력하는 전류 검출 회로와, 트리거 신호에 따라 제1 스위칭 신호를 생성하여 스위치부(30)에 제공하는 마이컴(42)을 포함할 수 있다.
트리거 신호는 마이컴(42)의 동작 시점을 결정하는 신호일 수 있고, 펄스 파형을 가질 수 있다. 이에 따라, 마이컴(42)은 트리거 신호의 제공 타이밍에 맞추어 제1 스위칭 신호를 생성하여 스위치부(30)에 제공할 수 있다.
전류 검출 회로는 전원부(10)의 음의 단자와 연결된 션트(shunt) 저항에 인가되는 전압(이하, 션트 전압(Vshunt))과, 음의 단자의 전압을 비교하여 음의 단자에서 LC 공진부(20)로 유입되는 전류를 검출할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전원부(10)의 음의 단자는 접지되며 음의 단자에는 션트 저항(Rs)이 연결될 수 있다. 이에 따라, 전력 스위칭 소자(S)의 일단은 LC 공진부(20)의 출력단과 연결되고, 전력 스위칭 소자(S)의 타단은 션트 저항(Rs)을 통해 전원부(10)의 음의 단자와 연결될 수 있다.
이와 같은 회로 구성에서, 전류 검출 회로는 비교기(41)로 구성될 수 있다. 비교기(41)의 제1 입력 단자는 션트 저항(Rs)의 일단과 연결되고, 비교기(41)의 제2 입력 단자에는 전원부(10)의 음의 단자의 전압과 동일한 전압이 인가될 수 있다. 예컨대, 도 4에서는 전원부(10)의 음의 단자가 접지되므로 비교기(41)의 제2 입력 단자 또한 접지될 수 있다.
도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, LC 공진부(20)의 출력단 전압이 0[V]일 때, LC 공진부(20)에 출력단에 전류가 유입되므로 션트 저항(Rs)의 일단에는 음의 전압이 형성될 수 있다.
비교기(41)는 션트 전압(Vshunt)을 접지 전압인 0[V]와 비교할 수 있고, 션트 전압(Vshunt)의 부호에 따라 트리거 신호를 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 션트 전압(Vshunt)이 인가되는 제1 입력 단자는 (-) 입력 단자이고, 접지 전압(0[V])이 인가되는 제2 입력 단자는 (+) 입력 단자이므로, 비교기(41)는 션트 전압(Vshunt)이 음의 전압이면 출력 단자를 통해 트리거 신호를 출력할 수 있다.
즉, 전류 검출 회로는 전술한 전압 비교 동작을 수행하여 LC 공진부(20)로 유입되는 전류를 간접적으로 검출할 수 있다.
마이컴(42)은 트리거 신호에 따라 전력 스위칭 소자(S)가 턴 온되도록 전력 스위칭 소자(S)에 제1 스위칭 신호를 제공할 수 있다.
스위칭 소자에 제1 스위칭 신호가 제공된 이후의 LC 공진부(20)의 동작은 전술한 바 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전원부(10)의 음의 단자와 연결된 션트 저항(Rs)에 인가되는 전압과 전원부(10)의 음의 단자의 전압을 비교하여 LC 공진부(20)로 유입되는 전류를 검출함으로써, 부하(2)에 대한 최대 전력 전달 여부를 간단하게 검출하고, 검출 결과에 따라 전력 스위칭 소자(S)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 9에 도시된 한 사이클이 종료되는 시점은 부하(2)에 최대 전력이 전달된 시점이다. 본 발명은 전력 변환 동작의 한 사이클이 종료되는 시점을 LC 공진부(20)로 유입되는 전류를 검출함으로써 간단하게 파악할 수 있고, 검출 결과에 따라 전력 스위칭 소자(S)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 의하면 단일 종단 인버터(1)의 최대 전력 전달을 위한 최적의 스위칭 시점을 결정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (10)

  1. 직류 전압을 공급하는 전원부;
    상기 전원부의 양의 단자 및 음의 단자와 연결되어 상기 직류 전압을 공급받고, 상기 직류 전압을 이용하여 자기 결합된 부하에 교류 전력을 제공하는 LC 공진부;
    제1 스위칭 신호에 따라 상기 직류 전압을 상기 LC 공진부에 제공하고, 제2 스위칭 신호에 따라 상기 LC 공진부로 제공되는 상기 직류 전압을 차단하는 스위치부; 및
    상기 전원부의 음의 단자에서 상기 LC 공진부로 전류가 유입되면 상기 제1 스위칭 신호를 생성하여 상기 스위치부에 제공하는 스위칭 제어부를 포함하는
    단일 종단 인버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LC 공진부는 양단이 서로 연결된 인덕터 및 커패시터로 구성되고,
    상기 인덕터 및 커패시터의 양단은 상기 전원부의 양의 단자 및 음의 단자와 각각 연결되는 단일 종단 인버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 상기 LC 공진부에서 발생하는 자기장에 의해 전류가 유기되는 부하 인덕터에 연결되는 단일 종단 인버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는 게이트 단자에 인가되는 상기 제1 스위칭 신호 및 상기 제2 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하는 전력 스위칭 소자로 구성되는 단일 종단 인버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 LC 공진부로 유입되는 전류는 상기 전력 스위칭 소자 내 다이오드를 통해 흐르는 단일 종단 인버터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는 상기 전원부 및 상기 LC 공진부가 형성하는 회로를 상기 제1 스위칭 신호 및 상기 제2 스위칭 신호에 따라 개폐하는 단일 종단 인버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는 상기 LC 공진부로 유입되는 전류를 검출하는 단일 종단 인버터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는
    상기 LC 공진부로 유입되는 전류가 검출되면 트리거 신호를 출력하는 전류 검출 회로와,
    상기 트리거 신호에 따라 상기 제1 스위칭 신호를 생성하여 상기 스위치부에 제공하는 마이컴을 포함하는 단일 종단 인버터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전류 검출 회로는 상기 음의 단자와 연결된 션트 저항에 인가되는 전압과 상기 음의 단자의 전압을 비교하여 상기 LC 공진부로 유입되는 전류를 검출하는 단일 종단 인버터.
  10. 직류 전압을 출력하는 독립 전압원;
    상기 독립 전압원의 양의 단자와 일단이 연결되는 LC 병렬 공진 회로;
    일단이 상기 LC 병렬 공진 회로의 타단과 연결되고, 타단이 상기 독립 전압원의 음의 단자와 연결된 션트 저항에 연결되는 전력 스위칭 소자;
    제1 입력 단자에 상기 션트 저항의 일단이 연결되고 제2 입력 단자는 접지되어 상기 션트 저항의 일단에 인가되는 전압이 음의 전압이면 출력 단자를 통해 트리거 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 트리거 신호에 따라 상기 전력 스위칭 소자가 턴 온되도록 상기 전력 스위칭 소자에 스위칭 신호를 제공하는 마이컴을 포함하는
    단일 종단 인버터.
KR1020180107349A 2018-09-07 2018-09-07 단일 종단 인버터 Expired - Fee Related KR102115403B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180107349A KR102115403B1 (ko) 2018-09-07 2018-09-07 단일 종단 인버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180107349A KR102115403B1 (ko) 2018-09-07 2018-09-07 단일 종단 인버터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200028772A true KR20200028772A (ko) 2020-03-17
KR102115403B1 KR102115403B1 (ko) 2020-05-26

Family

ID=70003801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180107349A Expired - Fee Related KR102115403B1 (ko) 2018-09-07 2018-09-07 단일 종단 인버터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102115403B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6356173A (ja) * 1986-08-25 1988-03-10 Matsushita Electric Works Ltd インバ−タ装置
JP2015220917A (ja) * 2014-05-20 2015-12-07 株式会社リコー 高圧電源

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6356173A (ja) * 1986-08-25 1988-03-10 Matsushita Electric Works Ltd インバ−タ装置
JP2015220917A (ja) * 2014-05-20 2015-12-07 株式会社リコー 高圧電源

Also Published As

Publication number Publication date
KR102115403B1 (ko) 2020-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4500481B2 (ja) スイッチング電源
CN100418293C (zh) 容性耦合的电源
EP2302784B1 (en) DC-AC inverters
JP2009539337A (ja) インバータ回路
US8520410B2 (en) Virtual parametric high side MOSFET driver
Babaei et al. High step-down bridgeless Sepic/Cuk PFC rectifiers with improved efficiency and reduced current stress
US9755541B2 (en) AC-DC converter with inrush current limitation
CN109217708B (zh) 可逆ac-dc和dc-ac三端双向可控硅开关元件变换器
JP2014045653A (ja) 電力変換器の最大出力電力を制御するための方法及び装置
CN101552560A (zh) 一种开关稳压电路及其控制方法
US20230253885A1 (en) Soft-switching pulse-width modulated dc-dc power converter
TW201106590A (en) Parallel connected PFC converters
CN111162683A (zh) 一种电力转换电路及其方法
JP6423483B2 (ja) 再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路
CN111262439A (zh) 一种功率转换器以及用于装配功率转换器的方法
EP1102387A2 (en) DC power supply apparatus
KR102115403B1 (ko) 단일 종단 인버터
CN102460901B (zh) 用于电感式能量传递的电路布置
JPWO2020129178A1 (ja) 非接触給電システムおよび受電装置
EP2892135B1 (en) Power Supply and energy efficient Gate Driver
JP3929454B2 (ja) 充電器および充電制御方法
TWI463782B (zh) 用於能量採集之電源轉換裝置及能量採集方法
EP2294685A1 (en) Method and apparatus for converting direct current into an alternating current
Wu et al. A direct AC-AC Single-Inductor Multiple-Output (SIMO) converter for Multi-Coil wireless power transfer applications
CN223067006U (zh) 可控式ac-dc电路及逆变器

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903

Not in force date: 20230521

Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903

Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

Not in force date: 20230521