KR101053261B1 - A high-frequency wave resonant power transferring apparatus using pulse width modulation of high-frequency wave phase shift method - Google Patents

A high-frequency wave resonant power transferring apparatus using pulse width modulation of high-frequency wave phase shift method Download PDF

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Abstract

본 발명은 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 DC 입력 전원을 받아서 평활화 하는 DC 입력부; 상기 입력된 전원을 스위칭하는 스위칭부, 1차 측의 에너지를 2차 측에 전달하는 변압기, 및 공진 소자를 포함하여 DC 입력 전원을 AC 전원으로 변환하는 고주파 공진형 컨버터부; 상기 스위칭부의 스위칭을 제어하는 고주파 PWM 구동 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 고주파 공진형 컨버터부에서 변환된 AC 전원을 정류 및 필터링 하여 저주파 AC 전압을 출력하는 AC 출력부를 포함하며, 상기 제어부는, 고주파 위상 변위 방식에 의해 펄스 폭이 변조되는 고주파 PWM 구동 신호를 출력하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제공하고 있는 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 따르면, 고주파 위상 변위 방식에 의해 펄스폭을 변조하는 제어부, 입력되는 DC 전압을 펄스 폭이 변조된 고주파 구형파를 이용하여 스위칭하는 스위칭부, 고주파 변압기, 및 공진 소자를 포함함으로써, 소형화가 가능하고, 노이즈가 저감되며, 높은 효율로 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다.The present invention relates to a high frequency resonant power converter using pulse width modulation of a high frequency phase shift method, and more specifically, a DC input unit receiving and smoothing a DC input power source; A high frequency resonant converter unit for converting DC input power into AC power, including a switching unit for switching the input power, a transformer for transmitting energy of a primary side to a secondary side, and a resonance element; A controller for outputting a high frequency PWM driving signal for controlling the switching of the switching unit; And an AC output unit configured to rectify and filter the AC power converted by the high frequency resonant converter unit to output a low frequency AC voltage. The control unit outputs a high frequency PWM driving signal in which a pulse width is modulated by a high frequency phase shift method. It is characterized by the configuration.
According to the high frequency resonant type power conversion apparatus through the pulse width modulation of the high frequency phase shift method provided by the present invention, the control unit modulates the pulse width by the high frequency phase shift method, and the high frequency square wave whose pulse width is modulated with the input DC voltage. By including a switching unit, a high frequency transformer, and a resonant element for switching by using the present invention, miniaturization is possible, noise is reduced, and the DC voltage can be converted into an AC voltage with high efficiency.

Description

고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치{A HIGH-FREQUENCY WAVE RESONANT POWER TRANSFERRING APPARATUS USING PULSE WIDTH MODULATION OF HIGH-FREQUENCY WAVE PHASE SHIFT METHOD}High Frequency Resonant Power Converter with Pulse Width Modulation of High Frequency Phase Displacement Method

본 발명은 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high frequency resonant power converter using pulse width modulation, and more particularly, to a high frequency resonant power converter using pulse width modulation of a high frequency phase shift method.

최근 경박 단소 및 고효율 전력 공급 장치의 요구가 대두되고 있는 추세와 더불어 일반적인 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 컨버터는 공진형 컨버터, 의사 공진형(Quasi Resonant) 컨버터, 다중 공진형 컨버터 및 소프트-스위칭(soft-switching) 컨버터로 전환되고 있다. 일반적인 PWM 컨버터의 하드-스위칭(Hard-switching) 동작은 스위칭 손실, 노이즈 발생, 스위칭 스트레스 등의 문제가 유발되며 특히 고주파일 때 현저하게 나타난다.
In recent years, with the demand for thin and small and high efficiency power supplies, general pulse width modulation (PWM) converters are resonant converters, quasi resonant converters, multiple resonant converters, and soft- Switching to a soft-switching converter. Hard-switching operation of a typical PWM converter causes problems such as switching loss, noise generation, and switching stress, especially at high frequencies.

이러한 단점을 보완하기 위하여 PWM 컨버터에 몇 가지 공진형 기법이 적용되고 있다. 공진형 인버터에는 일반적으로 직렬형, 병렬형, class-E, 의사 공진형 컨버터(QRCs), 다중 공진형 컨버터로 구분된다. 제어 기법에 있어서는 전류 방법과 관련하여 영 전압 스위칭(ZVS; Zero Voltage Switching)과 영 전류 스위칭(ZCS; Zero Current Switching) 방식으로 구분된다. 이와 같은 공진형 컨버터를 사용하면 주로 스위치의 영 전압 또는 영 전류 스위칭을 통하여 스위칭 손실을 줄일 수 있으며, 이에 의하여 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있기 때문이다. 즉, 전력변환 방식에 공진형 방식을 채택함으로써 스위칭 손실과 하드-스위칭에 의한 스위치의 스트레스를 줄일 수 있다.
To remedy this drawback, several resonant techniques have been applied to PWM converters. Resonant inverters are generally classified into series, parallel, class-E, pseudo-resonant converters (QRCs), and multiple resonant converters. In the control technique, the current method is divided into zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS). This is because the use of such a resonant converter can reduce the switching loss mainly through the zero voltage or zero current switching of the switch, thereby increasing the switching frequency. That is, by adopting the resonance type in the power conversion method it is possible to reduce the switching loss and the stress of the switch due to hard-switching.

한편, DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 전력 변환 장치는, 태양 전지에 의해 발생한 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 태양광 인버터로 사용될 수 있다. 최근 신재생 에너지의 하나로 태양광 에너지가 각광받으면서, 다양한 기기의 전원으로 태양 전지를 사용하고자 하는 시도가 늘어나고 있다. 태양 전지의 적용 분야를 소형 전자 기기 등 다양한 분야로 확대하기 위해서는, 전력 변환 장치의 소형화가 이루어져야 하고 효율이 보다 높아져야 한다. 그러나 아직까지 충분한 고효율, 소형화가 이루어지지 못해 태양 전지의 적용 분야 확대에 걸림돌이 되고 있는 실정이다.On the other hand, the power conversion device for converting a DC voltage to an AC voltage can be used as a solar inverter for converting a DC voltage generated by the solar cell to an AC voltage. Recently, as solar energy is spotlighted as one of renewable energy, attempts to use solar cells as power sources of various devices are increasing. In order to extend the field of application of solar cells to various fields such as small electronic devices, the power conversion device must be miniaturized and the efficiency must be higher. However, it is still an obstacle to expanding the field of application of solar cells due to insufficient efficiency and miniaturization.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 고주파 위상 변위 방식에 의해 펄스 폭을 변조하는 제어부, 입력되는 DC 전압을 펄스 폭이 변조된 고주파 구형파를 이용하여 스위칭 하는 스위칭부, 고주파 변압기, 및 공진 소자를 포함함으로써, 소형화가 가능하고, 노이즈가 저감되며, 높은 효율로 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있는, 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the conventionally proposed methods, the control unit for modulating the pulse width by a high frequency phase shift method, switching the input DC voltage using a high frequency square wave modulated pulse width By including a switching unit, a high frequency transformer, and a resonant element, high frequency resonance is possible through miniaturization, noise is reduced, and high-frequency phase shift type pulse width modulation capable of converting DC voltage to AC voltage with high efficiency. It is an object of the present invention to provide a type power converter.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치는,In order to achieve the above object, a high frequency resonant type power conversion apparatus using a pulse width modulation of a high frequency phase shift method according to a feature of the present invention,

DC 입력 전원을 받아서 평활화하는 DC 입력부;A DC input unit receiving and smoothing a DC input power source;

상기 입력된 전원을 스위칭하는 스위칭부, 1차 측의 에너지를 2차 측에 전달하는 변압기, 및 공진 소자를 포함하여 DC 입력 전원을 AC 전원으로 변환하는 고주파 공진형 컨버터부;A high frequency resonant converter unit for converting DC input power into AC power, including a switching unit for switching the input power, a transformer for transmitting energy of a primary side to a secondary side, and a resonance element;

상기 스위칭부의 스위칭을 제어하는 고주파 PWM 구동 신호를 출력하는 제어부; 및A controller for outputting a high frequency PWM driving signal for controlling the switching of the switching unit; And

상기 고주파 공진형 컨버터부에서 변환된 AC 전원을 정류 및 필터링하여 저주파 AC 전압을 출력하는 AC 출력부를 포함하며,An AC output unit for rectifying and filtering the AC power converted by the high frequency resonant converter unit to output a low frequency AC voltage,

상기 제어부는,The control unit,

고주파 위상 변위 방식에 의해 펄스 폭이 변조되는 고주파 PWM 구동 신호를 출력하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
The high frequency PWM drive signal whose pulse width is modulated by the high frequency phase shift method is characterized by its configuration.

바람직하게는, 상기 고주파 공진형 컨버터부는,Preferably, the high frequency resonant converter unit,

적어도 둘 이상일 수 있다.
It may be at least two.

더욱 바람직하게는, 상기 고주파 공진형 컨버터부는,More preferably, the high frequency resonant converter unit,

서로 병렬 연결할 수 있다.
Can be connected in parallel with each other.

바람직하게는, 상기 DC 입력부는,Preferably, the DC input unit,

상기 입력 전압을 제어하기 위한 전압 검출부; 및A voltage detector for controlling the input voltage; And

상기 DC 입력부의 전류를 제어하기 위한 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
The apparatus may further include a current detector for controlling a current of the DC input unit.

바람직하게는, 상기 스위칭부는,Preferably, the switching unit,

4개의 반도체 스위칭 소자가 풀 브리지를 구성할 수 있다.
Four semiconductor switching elements can form a full bridge.

바람직하게는, 상기 AC 출력부는,Preferably, the AC output unit,

저주파 스위칭 소자 및 저주파 필터 소자를 더 포함하며,Further comprising a low frequency switching element and a low frequency filter element,

상기 고주파 공진형 컨버터부에서 변환된 고주파 AC 전압을 상기 저주파 스위칭 소자 및 상기 저주파 필터 소자를 이용해 저주파 AC 전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
The high frequency AC voltage converted by the high frequency resonant converter may be converted into a low frequency AC voltage by using the low frequency switching element and the low frequency filter element.

바람직하게는, 상기 AC 출력부는,Preferably, the AC output unit,

상기 출력 전압을 제어하기 위한 전압 검출부; 및A voltage detector for controlling the output voltage; And

상기 AC 출력부의 전류를 제어하기 위한 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a current detector for controlling a current of the AC output unit.

본 발명에서 제공하고 있는 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 따르면, 고주파 위상 변위 방식에 의해 펄스 폭을 변조하는 제어부, 입력되는 DC 전압을 펄스 폭이 변조된 고주파 구형파를 이용하여 스위칭하는 스위칭부, 고주파 변압기, 및 공진 소자를 포함함으로써, 소형화가 가능하고, 노이즈가 저감되며, 높은 효율로 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다.According to the high frequency resonant type power conversion apparatus using the pulse width modulation of the high frequency phase shift method provided by the present invention, the control unit modulates the pulse width by the high frequency phase shift method, and the high frequency square wave whose pulse width is modulated from the input DC voltage. By including a switching unit, a high frequency transformer, and a resonant element for switching by using the present invention, miniaturization is possible, noise is reduced, and the DC voltage can be converted into an AC voltage with high efficiency.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 의한 DC 전압의 AC 전압으로 변환 과정의 흐름을 도시한 도면.1 is a view showing the configuration of a high frequency resonance type power conversion apparatus through pulse width modulation of a high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a flow of a conversion process of a DC voltage to an AC voltage by a high frequency resonant power converter using pulse width modulation of a high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. However, in describing the preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . In addition, the term 'comprising' of an element means that the element may further include other elements, not to exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치는, DC 입력부(100), 고주파 공진형 컨버터부(200), 제어부(300), AC 출력부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
1 is a diagram illustrating a configuration of a high frequency resonant power converter using pulse width modulation of a high frequency phase shift method according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a high frequency resonant power converter using pulse width modulation of a high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention includes a DC input unit 100, a high frequency resonant converter unit 200, and a controller. 300, the AC output unit 400 may be configured.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 의한 DC 전압의 AC 전압으로 변환 과정의 흐름을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 의한 DC 전압의 AC 전압으로 변환은, DC 전원 입력 단계(S100), 스위칭에 의한 고주파 구형파 AC 전압 변환 단계(S200), 변압기에 의한 전달 단계(S300), 고주파 정현파 AC 전압 변환 단계(S400), 및 저주파 AC 전압 변환 및 출력 단계(S500)를 포함하여 구현될 수 있다. 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치에 의한 DC 전압의 AC 전압으로 변환 과정을 상세히 설명하도록 한다.
2 is a diagram illustrating a flow of a process of converting a DC voltage into an AC voltage by a high frequency resonant power converter using pulse width modulation of a high frequency phase shift method according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in Figure 2, the conversion of the DC voltage to the AC voltage by the high-frequency resonant power converter through the pulse width modulation of the high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention, DC power input step (S100) , A high frequency square wave AC voltage conversion step (S200) by switching, a transmission step (S300) by a transformer, a high frequency sine wave AC voltage conversion step (S400), and a low frequency AC voltage conversion and output step (S500) can be implemented. have. Hereinafter, with reference to Figures 1 and 2 will be described in detail the conversion process of the DC voltage to AC voltage by the high-frequency resonant power converter by the pulse width modulation of the high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention. .

즉, DC 입력부(100)로 DC 전압이 입력되어 고주파 공진형 컨버터부(200)에 전달되고, 제어부(300)에서는 고주파 PWM 구동 신호가 고주파 공진형 컨버터부(200)에 전달된다. 이때, 제어부(300)에서는, 고주파 위상 변위 방식에 의해 펄스 폭이 변조되는 고주파 구형파를 PWM 구동 신호로 출력할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고주파 공진형 컨버터부(200)에는 스위칭부(210), 변압기(220), 및 공진 소자(230)가 포함될 수 있는데, 전달된 고주파 PWM 구동 신호에 의해 스위칭부(210)에서 DC 전압이 고주파 구형파 AC 전압으로 변환된다. 변환된 고주파 구형파 AC 전압은 고주파 공진형 컨버터부(200)의 변압기(220)에 의해 AC 구형파 전압으로 변환되어 1차 측에서 2차 측으로 전달되고, 이 전압은 공진 소자(230)에 의해 고주파 정현파 전압으로 변환된다. 변환된 고주파 정현파 전압은 AC 출력부(400)로 전달되며, 스위칭 및 필터를 통해 고주파의 전압이 제거된 저주파 AC 전압으로 변환되어 출력될 수 있다.
That is, the DC voltage is input to the DC input unit 100 and transmitted to the high frequency resonant converter 200, and the high frequency PWM driving signal is transmitted to the high frequency resonant converter 200 in the controller 300. At this time, the control unit 300 may output a high frequency square wave whose pulse width is modulated by a high frequency phase shift method as a PWM driving signal. As shown in FIG. 1, the high frequency resonant converter 200 may include a switching unit 210, a transformer 220, and a resonant element 230. At 210, the DC voltage is converted to a high frequency square wave AC voltage. The converted high frequency square wave AC voltage is converted into an AC square wave voltage by the transformer 220 of the high frequency resonant converter 200 and transferred from the primary side to the secondary side, and the voltage is transmitted by the resonance element 230 to the high frequency sine wave. Converted to voltage. The converted high frequency sine wave voltage may be transmitted to the AC output unit 400, and may be converted into a low frequency AC voltage from which a high frequency voltage is removed through a switching and a filter.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치의 각 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.
Hereinafter, each configuration of the high frequency resonance type power conversion apparatus through the pulse width modulation of the high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

DC 입력부(100)는, DC 입력 전원을 받아서 평활화할 수 있다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치가 태양광 인버터로 사용될 때에는, DC 입력부(100)를 통해 입력되는 DC 입력 전원은 태양 전지가 일사를 이용해 생산한 직류 전압일 수 있다.
The DC input unit 100 can receive and smooth a DC input power source. In particular, when a high frequency resonant power converter using pulse width modulation of a high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention is used as a solar inverter, the DC input power input through the DC input unit 100 may be a solar cell. It may be a DC voltage produced using solar radiation.

DC 입력부(100)는, 입력되는 전원을 평활화시키기 위한 평활 콘덴서(110)를 더 포함할 수 있으며, 입력 전압을 제어하기 위한 전압 검출부(120), DC 입력부(100)의 전류를 제어하기 위한 전류 검출부(130)를 더 포함할 수 있다. 전압 검출부(120) 및 전류 검출부(130)를 이용하여 입력되는 DC 전압의 특성을 검출 및 보호하고 전압과 전류를 제어할 수 있다. 특히, 태양 전지에 의해 DC 전압이 입력되는 경우에는, 태양 전지로부터 입력되는 DC 전압의 크기가 일사량의 영향을 가장 많이 받기 때문에, 전압 검출부(120) 및 전류 검출부(130)에 의해 검출된 전압 및 전류를 최대 전력점 추종 제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT)에 활용하여 전류를 제어할 수 있다.
The DC input unit 100 may further include a smoothing capacitor 110 for smoothing the input power, a voltage detector 120 for controlling the input voltage, and a current for controlling the current of the DC input unit 100. The detection unit 130 may further include. The voltage detector 120 and the current detector 130 may detect and protect the characteristics of the input DC voltage and control the voltage and the current. In particular, when the DC voltage is input by the solar cell, since the magnitude of the DC voltage input from the solar cell is most affected by the solar radiation amount, the voltage detected by the voltage detector 120 and the current detector 130 and The current can be controlled by utilizing the current for Maximum Power Point Tracking (MPPT).

고주파 공진형 컨버터부(200)는, DC 입력 전원을 AC 전원으로 변환하는 구성으로서, 스위칭부(210), 변압기(220), 및 공진 소자(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 고주파 공진형 컨버터부(200)는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 둘 이상이 서로 병렬 연결될 수도 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치의 고주파 공진형 컨버터부(200)는, 출력 특성이 부성저항의 특성을 가지고 있기 때문에 여러 개를 서로 병렬로 연결하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치의 고주파 공진형 컨버터부(200)의 세부적인 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.
The high frequency resonant converter 200 may convert a DC input power into an AC power, and may include a switching unit 210, a transformer 220, and a resonating element 230. The high frequency resonant converter 200 may be at least one, and as shown in FIG. 1, two or more may be connected in parallel with each other. The high frequency resonant converter 200 of the high frequency resonant power converter through pulse width modulation of the high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention has a plurality of mutual characteristics because the output characteristics have negative characteristics. There is an advantage that can be used in parallel. Hereinafter, a detailed configuration of the high frequency resonant converter 200 of the high frequency resonant power converter through pulse width modulation of the high frequency phase shift method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

스위칭부(210)는, DC 입력부(100)로 입력된 전원을 스위칭하여 고주파 구형파 AC 전압으로 변환하는 역할을 한다. 스위칭부(210)는 적어도 하나 이상의 반도체 스위칭 소자로 구성될 수 있으며, 제어부(300)에서 출력되는 PWM 구동 신호를 통해 전압 변환을 할 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭부(210)는 4개의 반도체 스위칭 소자로 이루어진 풀 브리지(Full Bridge) 구조일 수 있다. 다만, 스위칭부(210)의 구조는 풀 브리지 이외에도 하프 브리지(Half Bridge) 구조 또는 푸시-풀(Push-Pull) 구조일 수도 있다. 한편, 스위칭부(210)를 구성하는 스위칭 소자는 고속 스위칭 소자인 IGBT(Insulated Gate Bi-polar Transistor) 스위칭 소자일 수 있다.
The switching unit 210 serves to switch the power input to the DC input unit 100 to convert a high frequency square wave AC voltage. The switching unit 210 may be configured of at least one semiconductor switching element, and may perform voltage conversion through a PWM driving signal output from the controller 300. In this case, as shown in FIG. 1, the switching unit 210 may have a full bridge structure including four semiconductor switching elements. However, in addition to the full bridge, the switching unit 210 may have a half bridge structure or a push-pull structure. On the other hand, the switching device constituting the switching unit 210 may be an Insulated Gate Bi-polar Transistor (IGBT) switching device that is a high speed switching device.

변압기(220)는, 1차 측의 에너지를 2차 측에 전달하는 역할을 한다. 변압기(220)는 고주파 변압기(220)로서 고주파 전압의 전압을 높이거나 낮추는 역할을 한다. 고주파 변압기(220)의 2차 측에 전달되는 고주파 구형파 AC 전압은 펄스 폭이 가변되는 고주파 구형파 AC 전압일 수 있다.
The transformer 220 serves to transfer the energy of the primary side to the secondary side. The transformer 220 serves as a high frequency transformer 220 to increase or decrease the voltage of the high frequency voltage. The high frequency square wave AC voltage transmitted to the secondary side of the high frequency transformer 220 may be a high frequency square wave AC voltage having a variable pulse width.

공진 소자(230)는, 변압기(220)를 통과한 고주파 구형파 AC 전압을 진폭이 고주파 정현파 AC 전압으로 변환하는 역할을 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공진 소자(230)는 공진 인덕터 및 커패시터로 구성될 수 있는데, 펄스 폭이 가변되는 고주파 구형파 AC 전압이 공진 인덕터 및 커패시터에 의해서 진폭이 가변되는 고주파 정현파 AC 전압으로 변환될 수 있다.
The resonance element 230 converts the high frequency square wave AC voltage passing through the transformer 220 into a high frequency sine wave AC voltage. As shown in FIG. 1, the resonator element 230 may include a resonant inductor and a capacitor, and the high frequency square wave AC voltage having a variable pulse width is converted into a high frequency sinusoidal AC voltage having a variable amplitude by the resonant inductor and the capacitor. Can be.

한편, 고주파 공진형 컨버터부(200)는, 공진 소자(230)에서 변환된 고주파 정현파 AC 전압을 정류하기 위한 고주파 정류부(240) 및 고주파 정류부의 전압을 검출하기 위한 전압 검출부(250)를 더 포함할 수 있다. 특히, 전압 검출부(250)는 DC 입력부(100)의 전압 검출부(120) 및 전류 검출부(130)와 함께, 최대 전력점 추종 제어에 활용될 수 있다.
Meanwhile, the high frequency resonant converter 200 further includes a high frequency rectifier 240 for rectifying the high frequency sinusoidal AC voltage converted by the resonator element 230 and a voltage detector 250 for detecting the voltage of the high frequency rectifier. can do. In particular, the voltage detector 250, together with the voltage detector 120 and the current detector 130 of the DC input unit 100, may be utilized for maximum power point following control.

제어부(300)는, 스위칭부(210)의 스위칭을 제어하는 고주파 PWM 구동 신호를 출력할 수 있다. 제어부(300)에서는, 고주파 위상 변위 방식에 의해 펄스 폭을 변조하여 PWM 구동 신호를 출력할 수 있는데, PWM 구동 신호는 고주파 구형파일 수 있다. 즉, 제어부(300)는 PWM 구동 신호를 이용하여 스위칭부(210)를 제어함으로써 출력되는 AC 전압의 크기 및 형태를 제어하도록 하는 구성으로서, 사용자가 원하는 출력 전압의 크기 및 형태에 대응하는 전압이 제공되도록 하기 위한 펄스 폭 변조기(310)를 포함할 수 있다. 이때, 펄스 폭 변조기(310)에서 변조되는 PWM 신호는 위상 변위 방식에 의해 조정될 수 있으며, 스위칭부(210)를 구성하는 반도체 스위칭 소자의 구동 신호를 50%의 시비율을 갖는 신호의 위상 변화에 따라 변압기(220)에 입력되는 구형파의 펄스 폭을 조정하도록 할 수 있다.
The controller 300 may output a high frequency PWM driving signal for controlling the switching of the switching unit 210. The controller 300 may output a PWM driving signal by modulating a pulse width by a high frequency phase shift method, but the PWM driving signal may be a high frequency spherical file. That is, the controller 300 is configured to control the size and shape of the AC voltage output by controlling the switching unit 210 using the PWM driving signal, the voltage corresponding to the size and shape of the output voltage desired by the user Pulse width modulator 310 to be provided. In this case, the PWM signal modulated by the pulse width modulator 310 may be adjusted by a phase shift method, and the driving signal of the semiconductor switching element constituting the switching unit 210 may be adjusted to a phase change of a signal having a 50% ratio. Accordingly, the pulse width of the square wave input to the transformer 220 may be adjusted.

AC 출력부(400)는, 고주파 공진형 컨버터부(200)에서 변환된 AC 전원을 정류 및 필터링 하여 저주파 AC 전압을 출력할 수 있다. AC 출력부(400)는 저주파 스위칭 소자(410) 및 저주파 필터 소자(420)를 더 포함하며, 고주파 공진형 컨버터부(200)에 의해 변환된 고주파 AC 전압을 저주파 AC 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 한편, AC 출력부(400)는 출력 전압을 제어하기 위한 전압 검출부(430) 및 AC 출력부(400)의 전류를 제어하기 위한 전류 검출부(440)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 구성을 통해 출력 전압을 보호하고 출력되는 전압 및 전류의 효과적인 제어가 가능하다.
The AC output unit 400 may output the low frequency AC voltage by rectifying and filtering the AC power converted by the high frequency resonant converter 200. The AC output unit 400 further includes a low frequency switching element 410 and a low frequency filter element 420, and may convert the high frequency AC voltage converted by the high frequency resonant converter 200 into a low frequency AC voltage and output the low frequency AC voltage. have. Meanwhile, the AC output unit 400 may further include a voltage detector 430 for controlling the output voltage and a current detector 440 for controlling the current of the AC output unit 400. It protects the voltage and enables effective control of the output voltage and current.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention described above may be variously modified or applied by those skilled in the art, and the scope of the technical idea according to the present invention should be defined by the following claims.

100: DC 입력부 110: 평활 콘덴서
120, 240, 430: 전압 검출부 130, 440: 전류 검출부
200: 고주파 공진형 컨버터부 210: 스위칭부
220: 변압기 230: 공진 소자
240: 고주파 정류부 300: 제어부
310: 펄스 폭 변조기 400: AC 출력부
410: 저주파 스위칭 소자 420: 저주파 필터 소자100: DC input unit 110: smoothing capacitor
120, 240, 430: voltage detector 130, 440: current detector
200: high frequency resonant converter 210: switching unit
220: transformer 230: resonant element
240: high frequency rectifier 300: control unit
310: pulse width modulator 400: AC output
410: low frequency switching element 420: low frequency filter element

Claims (7)

펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치로서,
태양 전지가 일사를 이용해 생산한 DC 입력 전원에 병렬로 연결되어 상기 DC 입력전원을 평활하는 평활 콘덴서(110), 상기 입력 전압을 제어하기 위한 전압 검출부(120), 및 전류를 제어하기 위한 전류 검출부(130)를 포함하는 DC 입력부(100);
두 개의 IGBT가 직결된 IGBT 직결회로 쌍(211,212)이 서로 병렬로 연결된 풀 브릿지 형태로 상기 입력된 전원을 스위칭하는 스위칭부(210), 1차 코일이 상기 각 IGBT 직결회로(211,212)의 각 사이 단(a,b)에 연결되고 1차 측의 에너지를 2차 측에 전달하는 변압기(220), 상기 변압기(220)의 2 차코일의 일단에 연결되는 공진용 인덕터(231)와 일단이 상기 공진용 인덕터(231)에 연결되고 타단은 상기 2 차 코일의 타단에 연결되는 공진용 커패시터(232)로 구성되며 상기 스위칭부(210)의 스위칭 주파수에 의해 공진하는 공진 소자(230), 및 두 개의 다이오드가 직결된 다이오드 직결회로 쌍(241,242)이 서로 병렬로 연결 연결된 풀 브릿지 형태로 상기 공진용 커패시터(232)에서 출력되는 고주파 정현파 AC 전압을 정류하는 고주파 정류부(240)를 포함하여 DC 입력 전원을 AC 전원으로 변환하는 고주파 공진형 컨버터부(200);
상기 스위칭부(210)의 스위칭을 제어하며, 고주파 위상 변위 방식에 의해 펄스 폭이 변조되는 고주파 PWM 구동 신호를 출력하는 제어부(300); 및
상기 고주파 공진형 컨버터부(200)에서 변환된 AC 전원을 정류 및 필터링하여 저주파 AC 전압을 출력하는 AC 출력부(400)를 포함하며,
상기 AC 출력부(400):는
하나의 SCR과 하나의 IGBT가 직결된 SCR-IGBT 직결회로 쌍(411,412)이 병렬로 연결된 풀 브릿지 형태로 저주파 AC 전압을 출력하도록 스위칭되는 저주파 스위칭 소자(410); 및
일단이 상기 SCR-IGBT 직결회로 쌍(411,412) 중 어느 하나의 SCR-IGBT 직결회로(411)의 사이 단에 연결되는 제1 출력용 인덕터(420), 일단이 다른 하나의 SCR-IGBT 직결회로(412)의 사이 단에 연결되는 제2 출력용 인덕터(422) 및 상기 출력용 인덕터들(421,422)의 타단을 연결하고 저주파 AC전압을 출력하는 출력용 커패시터(423)로 이루어지는 저주파 필터 소자(420)를 포함하여, 상기 고주파 공진형 컨버터부(200)에서 변환된 고주파 AC 전압을 저주파 AC 전압으로 변환하여 출력하고,
상기 고주파 공진형 컨버터부(200)는 적어도 둘 이상으로 구비되고, 상기 고주파 공진형 컨버터부들(200)은 입력단이 상기 DC 입력부(100)의 출력단에 병렬로 연결되고, 출력단은 상기 AC 출력부(400)의 입력단에 병렬로 연결되어, 출력단이 각각 부하에 연결되어 병렬운전하는 것이 아니라, 상기 AC 출력부(400)를 통해 하나의 저주파 AC 전압으로 출력되는 것을 특징으로 하는 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치.
A high frequency resonant power converter using pulse width modulation,
A solar cell is connected in parallel to a DC input power source produced using solar radiation to smooth the DC input power source 110, a voltage detector 120 for controlling the input voltage, and a current detector for controlling current. A DC input unit 100 including a 130;
Switching unit 210 for switching the input power in the form of a full bridge in which IGBT direct-connect circuit pairs 211 and 212 to which two IGBTs are directly connected in parallel with each other, and a primary coil between each of the IGBT direct-connect circuits 211 and 212. A transformer 220 connected to the stages (a, b) and transmitting the energy of the primary side to the secondary side, the resonance inductor 231 and one end connected to one end of the secondary coil of the transformer 220 A resonance element 230 connected to the resonance inductor 231 and having the other end connected to the other end of the secondary coil and resonating by the switching frequency of the switching unit 210, and two The diode input power supply including a high frequency rectifier 240 for rectifying the high frequency sine wave AC voltage output from the resonant capacitor 232 in a full bridge form in which diode pair connected circuits 241 and 242 connected to each other in parallel are connected in parallel. To AC power The resonant converter unit 200, a high frequency;
A control unit 300 for controlling the switching of the switching unit 210 and outputting a high frequency PWM driving signal whose pulse width is modulated by a high frequency phase shift method; And
It includes an AC output unit 400 for rectifying and filtering the AC power converted by the high frequency resonant converter 200 to output a low frequency AC voltage,
The AC output unit 400:
A low frequency switching element 410 switched to output a low frequency AC voltage in a full bridge form in which SCR-IGBT direct connection circuit pairs 411 and 412 to which one SCR and one IGBT are directly connected are connected in parallel; And
A first output inductor 420, one end of which is connected between the one end of the SCR-IGBT direct connection circuit 411 of the pair of SCR-IGBT direct connection circuits 411, 412, the other end of the SCR-IGBT direct connection circuit 412 Including a low frequency filter element 420 consisting of a second output inductor 422 connected between the stage and the output capacitor 423 for connecting the other end of the output inductors (421,422) and output a low frequency AC voltage, Converts the high frequency AC voltage converted by the high frequency resonant converter 200 into a low frequency AC voltage, and outputs the result;
The high frequency resonant converter 200 is provided with at least two, the high frequency resonant converter 200, the input terminal is connected in parallel to the output terminal of the DC input unit 100, the output terminal is the AC output unit ( It is connected in parallel to the input terminal of 400, the output of the high frequency phase shift type pulse, characterized in that the output terminal is connected to the load, respectively, in parallel operation, instead of being output as one low-frequency AC voltage through the AC output unit 400 High frequency resonant power converter with width modulation.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 AC 출력부는,
상기 출력 전압을 제어하기 위한 전압 검출부; 및
상기 AC 출력부의 전류를 제어하기 위한 전류 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고주파 위상 변위 방식의 펄스 폭 변조를 통한 고주파 공진형 전력 변환 장치.The method of claim 1, wherein the AC output unit,
A voltage detector for controlling the output voltage; And
And a current detector for controlling the current of the AC output unit.
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