KR101465973B1 - Power converter for fuel cell system using multilevel inverter and method for reducing unbalance of neutral point potential - Google Patents

Power converter for fuel cell system using multilevel inverter and method for reducing unbalance of neutral point potential Download PDF

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석진규
박가우
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(주)지필로스
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Abstract

Provided are a power converter for a fuel cell applying a multi-level inverter and a method for reducing the unbalance of a neutral point potential. The power converter for a fuel cell comprises a DC/DC converter; a voltage link unit; a DC/AC multi-level inverter; a control unit; a switch driver circuit unit; and a first wiring. The DC/DC converter comprises a high-frequency DC/AC inverter, a first transformer which is connected to the output of the high-frequency DC/AC inverter, a second transformer which is connected to the first transformer in parallel with the output of the high-frequency DC/AC inverter, a first diode rectifier which is connected to a second side of the first transformer, and a second diode rectifier which is connected to a second side of the second transformer and outputs converter output voltage by boosting the output voltage of a fuel cell stack. The voltage link unit comprises a first device and a second device which are connected in series with a neutral point therebetween to divide converter output voltage and transmits the converter output voltage, wherein the first and second devices are the same type. The DC/AC multi-level inverter is connected to the neutral point of the voltage link unit and converts the output voltage of the voltage link unit into AC. The control unit generates a control signal which controls the DC/DC converter and the DC/AC multi-level inverter. The switch driver circuit unit receives the control signal and generates driving signals of the DC/DC converter and the DC/AC multi-level inverter. The first wiring connects a middle node between the first diode rectifier and the second diode rectifier of the DC/DC converter and the neutral point of the voltage link unit.

Description

멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치 및 중성점 전위 불평형 저감 방법{Power converter for fuel cell system using multilevel inverter and method for reducing unbalance of neutral point potential} Technical Field [0001] The present invention relates to a power converter for a fuel cell employing a multi-level inverter, and a neutral point unbalance reduction method.

본 발명은 연료전지용 전력변환장치에 관한 것으로, 멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환 장치 및 전력변환방법에 관한 것이다. The present invention relates to a power conversion apparatus for a fuel cell, and more particularly, to a power conversion apparatus and a power conversion method for a fuel cell employing a multilevel inverter.

도 1은 일반적인 연료전지용 전력변환장치의 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a configuration of a general power converter for a fuel cell.

연료전지용 전력변환장치는 연료전지 스택의 출력전력을 입력받아 이를 상용의 AC 전원으로 변환하는 장치이다. 대부분의 연료전지용 전력변환장치는 내부 회로구성의 자세한 구성은 차이가 있을 수 있으나, 일반적으로 DC/DC 컨버터부, 전압링크부, DC/AC 인버터부, 고조파 필터, 제어부 및 PWM 신호변환 회로부를 포함한다. A power conversion apparatus for a fuel cell receives output power of a fuel cell stack and converts it into commercial AC power. Most power conversion devices for fuel cells include a DC / DC converter part, a voltage link part, a DC / AC inverter part, a harmonic filter, a control part, and a PWM signal conversion circuit part though the detailed configuration of the internal circuit configuration may be different. do.

도 1에서 왼쪽의 연료전지 스택의 출력은 저전압의 DC전원과 같은 형태이므로, DC/DC 컨버터부는 연료전지 스택의 출력을 상용의 AC 전원으로 변환하기 위해서 저전압의 DC전원을 고전압의 DC 전원으로 변환한다. 전압 링크부는 DC/DC 컨버터부의 출력의 리플을 감소시켜 준다. DC/AC 인버터부는 고전압의 DC 전원을 상용 AC 전원으로 변환시켜준다. 제어부는 DC/DC 컨버터부와 DC/AC 인버터부를 제어하며, PWM 신호변환 회로부는 제어부의 신호를 입력받아 DC/DC 컨버터부와 DC/AC 인버터부가 구동될 수 있도록 한다. 1, the output of the fuel cell stack on the left side is the same as that of the low-voltage DC power source, so that the DC / DC converter unit converts the DC power of low voltage into a DC power of high voltage in order to convert the output of the fuel cell stack into commercial AC power. do. The voltage link part reduces the ripple of the output of the DC / DC converter part. The DC / AC inverter section converts high voltage DC power to commercial AC power. The control unit controls the DC / DC converter unit and the DC / AC inverter unit, and the PWM signal conversion circuit unit receives the signal of the control unit so that the DC / DC converter unit and the DC / AC inverter unit can be driven.

연료전지용 전력변환장치의 DC/AC 인버터부는 여러 형태의 회로구조를 통해 승압 동작을 수행한다.The DC / AC inverter unit of the power conversion apparatus for a fuel cell performs a boost operation through various types of circuit structures.

도 2는 일반적인 H-bridge 방식의 DC/AC 인버터 회로를 나타내는 도면이다. 2 is a diagram showing a general H-bridge type DC / AC inverter circuit.

H-bridge 방식의 DC/AC 인버터부는 회로 구성이 간단하고 제어가 쉬운 장점이 있다. 그러나, 각각의 스위치에 걸리는 전압의 크기가 커서 스위치의 손실이 커지고, 2-level 출력이므로 THD(Total Harmonic Distortion, 전고조파왜율)가 커질 수 밖에 없는 단점이 있다. The H-bridge type DC / AC inverter part has the advantage of simple circuit configuration and easy control. However, since the voltage applied to each switch is large, the loss of the switch becomes large and the output becomes a 2-level output, so THD (Total Harmonic Distortion) must be increased.

따라서, 최근에는 DC/AC 인버터부를 구성하는데 있어, 효율개선과 THD 저감을 목적으로 멀티레벨 토폴로지가 적용되기도 한다. Therefore, recently, a multilevel topology is applied to improve the efficiency and reduce the THD in the DC / AC inverter unit.

도 3은 H-bridge 방식의 멀티레벨 인버터 회로를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram showing a multi-level inverter circuit of the H-bridge type.

도 3의 회로는 H-bridge 인버터가 한 개의 모듈로서 동작하여 여러 개의 모듈이 직병렬로 연결되는 구조이다. 3 is a structure in which an H-bridge inverter operates as one module, and a plurality of modules are connected in series and in parallel.

기존의 H-bridege 방식의 DC/AC 인버터부는 전압 불평형의 문제가 발생하지 않으나, 멀티레벨 인버터의 경우 DC-link단이 다수개의 커패시터로 직렬연결되어있기 때문에 그 중성점에서 전위가 변동하게 되는데, 이는 시스템의 신뢰성에 큰 영향을 미치는 부분이다. DC-link단의 중성점을 통한 커패시터의 전압변동이 누적이 되게 되면 각 커패시터 사이에 전압편차가 커지게 되고, 결과적으로 하나의 스위칭 소자가 견뎌야 하는 전압의 크기가 소자의 전압정격을 초과하여 시스템 전체에 문제를 일으키게 된다.In the case of a multi-level inverter, since the DC-link stage is connected in series with a plurality of capacitors, the potential of the DC-AC inverter of the conventional H-bridege type is not changed. This is a part that greatly affects the reliability of the system. If the voltage fluctuation of the capacitor through the neutral point of the DC-link stage is cumulative, the voltage deviation between the capacitors becomes large. As a result, the voltage that one switching element must withstand exceeds the voltage rating of the device, .

대한민국 등록특허공보 제10-1025307호(발명의 명칭: 연료전지의 전력변환장치, 2011. 03. 29. 등록공고)Korean Patent Registration No. 10-1025307 (entitled "Power Conversion Device for Fuel Cell," Registered on Mar. 29, 2011) 연료전지용 전력변환장치 및 그 제어방법Power converter for fuel cell and control method thereof 대한민국 등록특허공보 제10-0823921호(발명의 명칭: 연료전지의 전력변환장치, 2008. 04. 22. 등록공고)Korean Patent Registration No. 10-0823921 (entitled " Power Conversion Device for Fuel Cell, " 2008. 04. 22. Registration Notice) 대한민국 등록특허공보 제10-1078964호(발명의 명칭: 연료전지 시스템, 2011. 11. 01. 등록공고)Korean Registered Patent No. 10-1078964 (entitled Fuel Cell System, Registered on November 11, 2011)

본 발명은 DC/AC 멀티레벨 인버터의 토폴로지를 적용한 연료전지용 전력변환장치에 적용하였을 때 DC/AC 멀티레벨 인버터의 스위치간의 전압분배가 일정하게 될 수 있도록 중성점 전위의 불평형을 저감하는 멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.The present invention relates to a multi-level inverter for reducing the unbalance of the neutral potential so that the voltage distribution between the switches of the DC / AC multi-level inverter can be constant when applied to a power converter for a fuel cell to which a topology of a DC / AC multi- And an object thereof is to provide a power conversion apparatus and method for a fuel cell to which the present invention is applied.

또한, 본 발명은 DC/AC 멀티레벨 인버터 방식의 DC/AC 인버터부의 중성점 전위를 저감하는데 있어서, DC/DC 컨버터와 DC/AC 멀티레벨 인버터 간의 구조적 회로결합 방식을 통해 회로 자체적인 기능으로 중성점 전위가 제어되는 방법과 더불어 소프트웨어적인 알고리즘을 적용하여 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점 전위가 더욱 효과적으로 제어되도록 하는 DC/AC 멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.The present invention also relates to a method for reducing the neutral point potential of a DC / AC inverter unit of a DC / AC multi-level inverter system, AC multi-level inverter for controlling a neutral point potential of a DC / AC multilevel inverter more effectively by applying a software-like algorithm in addition to a method in which a DC / AC multi-level inverter is controlled.

일 측면에 따른 연료전지용 전력변환장치는, 고주파 DC/AC 인버터, 고주파 DC/AC 인버터의 출력에 연결되는 제1 변압기, 고주파 DC/AC 인버터의 출력에 제1 변압기와 병렬로 연결되는 제2 변압기, 제1 변압기의 2차측에 연결되는 제1 다이오드 정류기 및 제2 변압기의 2차측에 연결되는 제2 다이오드 정류기를 포함하여, 연료전지 스택의 출력 전압을 승압하여 컨버터 출력 전압을 출력하는 DC/DC 컨버터와, 컨버터 출력 전압을 양분하도록 중성점을 사이에 두고 직렬 연결된 제1 소자 및 제1 소자와 동일한 유형의 제2 소자를 포함하며, 컨버터 출력 전압을 전달하는 전압 링크부와, 전압 링크부의 중성점과 연결되며, 전압 링크부의 출력 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 DC/AC 멀티레벨 인버터와, DC/DC 컨버터 및 DC/AC 멀티레벨 인버터를 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부와, 제어 신호를 입력받아 DC/DC 컨버터와 DC/AC 멀티레벨 인버터의 구동 신호를 생성하는 스위치 드라이버 회로부와, DC/DC 컨버터의 제1 다이오드 정류기 및 제2 다이오드 정류기 사이의 중간 노드와 전압 링크부의 중성점을 연결하는 제1 배선을 포함한다. A power conversion apparatus for a fuel cell according to one aspect includes a high frequency DC / AC inverter, a first transformer connected to the output of the high frequency DC / AC inverter, a second transformer connected in parallel with the first transformer to the output of the high frequency DC / A first diode rectifier connected to the secondary side of the first transformer, and a second diode rectifier connected to the secondary side of the second transformer, the DC / DC converter for boosting the output voltage of the fuel cell stack to output the converter output voltage And a second element of the same type as that of the first element, and having a voltage link portion for transferring a converter output voltage, and a second link having a neutral point and a neutral point of the voltage link portion, A DC / AC multilevel inverter for converting the output voltage of the voltage link section into an AC voltage and outputting the control signal for controlling the DC / DC converter and the DC / AC multilevel inverter DC converter and a DC / AC multilevel inverter receiving a control signal and generating a drive signal of the DC / DC converter and the DC / AC multi-level inverter; And a first wiring connecting the neutral point of the voltage link portion.

제1 변압기의 제1 입력 전압 및 제2 변압기의 제2 입력 전압에 공통 전압이 걸린 상태에서, 제1 배선에 의하여 제1 입력 전압 및 제2 입력 전압 각각의 2차측 전압에 해당되는 전압 링크부의 제1 소자의 전압과 제2 소자의 전압도 같아지게 되는 특성에 의하여 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점의 불평형이 저감될 수 있다. In the state where the common voltage is applied to the first input voltage of the first transformer and the second input voltage of the second transformer, the voltage of the voltage link portion corresponding to the secondary voltage of each of the first input voltage and the second input voltage, The unbalance of the neutral point of the DC / AC multi-level inverter can be reduced by the characteristic that the voltage of the first element becomes equal to the voltage of the second element.

중간 노드는 제1 다이오드 정류기의 출력단에 연결된 제1 출력 커패시터(Cd1)와 제2 다이오드 정류기의 출력단에 연결된 제2 출력 커패시터(Cd2) 사이에 위치될 수 있다. The intermediate node may be located between a first output capacitor (C d1 ) coupled to the output of the first diode rectifier and a second output capacitor (C d2 ) coupled to the output of the second diode rectifier.

전압 링크부는, 제1 소자의 전압을 감지하는 제1 전압 센서와, 제2 소자의 전압을 감지하는 제2 전압 센서를 포함하며, 제어부는, 제1 전압 센서에서 감지된 제1 센서 전압 및 제2 전압 센서에서 감지된 제2 센서 전압을 이용하여 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점의 불평형을 저감할 수 있다. The voltage link unit includes a first voltage sensor for sensing the voltage of the first element and a second voltage sensor for sensing the voltage of the second element, 2 neutral voltage unbalance of the DC / AC multilevel inverter can be reduced by using the second sensor voltage detected by the voltage sensor.

제어부는, 제1 전압 센서에서 감지된 제1 센서 전압 및 제2 전압 센서에서 감지된 제2 센서 전압 사이의 차이값(Vgap)을 계산하고, 차이값(Vgap)과 0으로 설정되는 기준 차이값(Vgap_ref) 사이의 오류 차이값(Vgap_err)을 생성하고, 오류 차이값(Vgap_err)을 비례 적분 연산을 통하여 증폭 연산하여 옵셋값(V_offset)을 출력하고, 옵셋값(V_offset)을 DC/AC 멀티레벨 인버터의 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)에 차감하여 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 출력하고, 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 이용하여 PWM 신호를 생성할 수 있다. The control unit calculates a difference value (Vgap) between the first sensor voltage sensed by the first voltage sensor and the second sensor voltage sensed by the second voltage sensor, and calculates a difference value (Vgap) And outputs an offset value V_offset by amplifying the error difference value Vgap_err through a proportional integral operation to generate an error value Vgap_err between the DC / Phase reference voltage Va_ref_new to be subtracted from the A-phase reference voltage Va_ref of the inverter to generate a PWM signal using the new A-phase reference voltage Va_ref_new.

DC/AC 멀티레벨 인버터는 단상 멀티레벨 인버터 또는 3상 멀티레벨 인버터일 수 있다.  The DC / AC multilevel inverter can be a single-phase multilevel inverter or a three-phase multilevel inverter.

제1 소자 및 제2 소자는 커패시터, 커패시터 뱅크 또는 저항일 수 있다. The first element and the second element may be capacitors, capacitor banks or resistors.

스위치 드라이버 회로부는 제어부로부터 DC/AC 멀티레벨 인버터에 입력하는 PWM 신호를 NOT 게이트에 의해 반전시키고, 입력된 PWM 신호와 반전된 신호가 각각 R/C 필터와 슈미트-트리거 회로를 지나서, 입력된 PWM 신호 개수의 2배에 해당하는 PWM 신호를 DC/AC 멀티레벨 인버터로 출력하되, 입력된 PWM 신호와 반전된 PWM 신호는 서로 상보적으로 출력되도록 할 수 있다. The switch driver circuit section inverts the PWM signal input from the control section to the DC / AC multilevel inverter by the NOT gate, and the input PWM signal and the inverted signal pass through the R / C filter and Schmitt trigger circuit, The PWM signal corresponding to twice the number of signals is outputted to the DC / AC multilevel inverter, and the input PWM signal and the inverted PWM signal can be complementarily outputted.

다른 측면에 따른 DC/AC 멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치의 중성점 전위 불평형을 저감하는 방법은, DC/DC 컨버터의 출력 전압을 양분하도록 중성점을 사이에 두고 직렬 연결된 제1 소자의 전압 및 제1 소자와 동일한 유형의 제2 소자의 전압을 입력받아 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점 전위(Vgap)를 감지하는 단계와, 중성점 전위(Vgap)와 0으로 설정되는 기준 차이값(Vgap_ref) 사이의 오류 차이값(Vgap_err)을 생성하는 단계와, 오류 차이값(Vgap_err)을 비례 적분 연산을 통하여 증폭 연산하여 옵셋값(V_offset)을 생성하는 단계와, 옵셋값(V_offset)을 DC/AC 멀티레벨 인버터의 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)에 차감하여 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 생성하는 단계와, 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 이용하여 DC/AC 멀티레벨 인버터에 대한 PWM 신호를 생성하는 단계를 포함한다. A method for reducing the neutral point potential imbalance of a power converter for a fuel cell employing a DC / AC multi-level inverter according to another aspect includes the steps of: measuring a voltage of a first element connected in series with a neutral point interposed therebetween so as to divide the output voltage of the DC / (Vgap) of the DC / AC multilevel inverter by receiving a voltage of a second device of the same type as that of the first device, and a step of comparing the neutral point potential (Vgap) with a reference difference value (Vgap_ref) Generating an offset value V_offset by amplifying the error difference value Vgap_err by a proportional integral operation; generating an error value V_offset of the DC / AC multi-level Phase reference voltage Va_ref_new by subtracting the A-phase reference voltage Va_ref of the inverter from the A-phase reference voltage Va_ref_new by using the new A-phase reference voltage Va_ref_new .

본 발명에 따르면, 멀티레벨 인버터 방식의 DC/AC 인버터를 연료전지용 전력변환장치에 적용하여 스위치 효율 개선 및 전고조파왜율(THD)을 감소시킬 수 있다. According to the present invention, it is possible to improve the switch efficiency and reduce the total harmonic distortion (THD) by applying the DC / AC inverter of the multi-level inverter type to the power conversion device for the fuel cell.

또한, 멀티레벨 인버터 방식의 DC/AC 인버터의 중성점 전위 불평형을 저감할 수 있는 DC/DC 컨버터와 DC/AC 멀티레벨 인버터 간의 회로 연동방식을 제시함으로써 중성점 전위의 불평형을 저감할 수 있다.In addition, unbalance of the neutral point potential can be reduced by introducing the circuit interlocking method between the DC / DC converter and the DC / AC multi-level inverter which can reduce the neutral point potential unbalance of the DC / AC inverter of the multi level inverter system.

또한, 본 발명은 연료전지용 전력변환장치의 DC/AC 인버터를 멀티레벨 인버터 방식을 사용했을 때 문제점인 중성점 전위가 불평형되는 문제점을 소프트웨어 알고리즘으로 제어하는 방식을 제시함으로써, DC/AC 멀티레벨 인버터의 각 스위치에 인가되는 전압을 일정하게 유지시켜주고, 중성점 전위 불평형으로 인한 THD(전 고조파 왜율) 상승을 예방할 수 있다. In addition, the present invention provides a method of controlling a DC / AC inverter of a power conversion apparatus for a fuel cell using a software algorithm to solve a problem that a neutral point potential is unbalanced, which is a problem when a multilevel inverter system is used, The voltage applied to each switch is kept constant, and THD (total harmonic distortion) rise due to the neutral point potential unbalance can be prevented.

또한, 본 발명에 따르면, DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점 전위의 불평형을 저감할 수 있는 회로 연동방식에 더하여, DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점 전압 제어 소프트웨어 알고리즘을 제시함으로써, 기존의 소프트웨어 알고리즘에 의해 제어하는 방식에 비해 보다 확실히 중성점 전위의 불평형을 저감할 수 있다. Further, according to the present invention, in addition to the circuit interlocking method capable of reducing the imbalance of the neutral point potential of the DC / AC multilevel inverter, by introducing the algorithm of the neutral point voltage control software of the DC / AC multilevel inverter, It is possible to more reliably reduce the unbalance of the neutral point potential.

도 1은 일반적인 연료전지용 전력변환장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 H-bridge 방식의 DC/AC 인버터 회로를 나타내는 도면이다.
도 3은 H-bridge 방식의 멀티레벨 인버터 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연료전지용 전력변환장치의 DC/DC 컨버터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연료전지용 전력변환장치의 전압 링크부의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7은 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점 전위의 불평형이 생기지 않았을 때를 모의한 시뮬레이션 회로도이다.
도 8은 도 7의 시뮬레이션 결과를 나타내는 신호 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점 전위가 불평형 상태가 되었을 때를 모의한 시뮬레이션 회로도이다.
도 10은 도 9의 시뮬레이션 결과를 나타내는 신호 파형을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 다이오드 정류기와 제2 다이오드 정류기의 출력단 사이의 점을 제1 배선을 통해 전압 링크부의 중성점과 연결한 상태를 가정한 시뮬레이션 회로도이다.
도 12는 도 11의 시뮬레이션 결과를 나타내는 신호 파형을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연료전지용 전력변환장치의 DC/AC 멀티레벨 인버터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 14는 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터의 제3 그룹과 제4 그룹의 스위치의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터를 멀티레벨로 구동시키기 위한 레퍼런스 파형과 비교 삼각파를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터를 구동하기 위한 로직 회로를 나타낸다.
도 17은 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터를 도 16의 방법에 따라 스위치를 동작시켰을 때의 출력 파형을 나타낸다.
도 18은 도 17의 파형이 도 4의 고조파 필터부를 거쳤을 때의 출력 파형을 나타낸다.
도 19는 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터를 구동하기 위하여 8개의 PWM 신호를 발생시키는 회로를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 19의 회로의 동작을 나타내는 신호 파형을 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연료전지용 전력변환장치의 DC/AC 멀티레벨 인버터의 구성의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점의 전압 불평형을 저감시키는 도 4의 제어부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점의 전압 불평형을 저감시키는 소프트웨어 알고리즘이 적용된 경우의 일 예를 나타내는 DC/AC 멀티레벨 인버터를 멀티레벨로 구동시키기 위한 레퍼런스 파형과 비교 삼각파를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점의 전압 불평형을 저감시키는 소프트웨어 알고리즘이 적용된 경우의 다른 예를 나타내는 DC/AC 멀티레벨 인버터를 멀티레벨로 구동시키기 위한 레퍼런스 파형과 비교 삼각파를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점의 전압 불평형을 저감시키는 소프퉤어 알고리즘의 적용 여부에 따른 차이를 나타내는 제1 커패시터 전압(Vcap1) 및 제2 커패시터 전압(Vcap2)의 신호 파형을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a configuration of a general power converter for a fuel cell.
2 is a diagram showing a general H-bridge type DC / AC inverter circuit.
3 is a diagram showing a multi-level inverter circuit of the H-bridge type.
4 is a block diagram showing the configuration of a power converter for a fuel cell to which a multi-level inverter according to an embodiment of the present invention is applied.
5 is a circuit diagram showing a configuration of a DC / DC converter of the power conversion apparatus for a fuel cell of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage link portion of the power converter for a fuel cell of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.
Fig. 7 is a simulation circuit diagram simulating when the neutral point potential of the DC / AC multi-level inverter is not imbalanced.
8 is a diagram showing a signal waveform showing the simulation result of Fig.
9 is a simulation circuit diagram simulating when the neutral point potential of the DC / AC multi-level inverter becomes unbalanced.
10 is a diagram showing a signal waveform showing the simulation result of FIG.
11 is a simulation circuit diagram that assumes a state in which a point between the output ends of the first diode rectifier and the second diode rectifier is connected to the neutral point of the voltage link through the first wiring in accordance with an embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing a signal waveform showing the simulation result in Fig.
13 is a circuit diagram showing a configuration of a DC / AC multilevel inverter of the power conversion apparatus for a fuel cell of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram showing a modification of the configurations of the third group and the fourth group of switches of the DC / AC multi-level inverter of FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a reference waveform and a comparative triangular wave for driving the DC / AC multilevel inverter of FIG. 13 at a multilevel.
Figure 16 shows a logic circuit for driving the DC / AC multilevel inverter of Figure 13;
FIG. 17 shows the output waveform when the switch is operated according to the method of FIG. 16 for the DC / AC multilevel inverter of FIG. 13;
Fig. 18 shows the output waveform when the waveform of Fig. 17 is passed through the harmonic filter section of Fig.
FIG. 19 is a circuit diagram showing a circuit for generating eight PWM signals for driving the DC / AC multilevel inverter of FIG. 13; FIG.
20 is a diagram showing a signal waveform showing the operation of the circuit of Fig.
21 is a circuit diagram showing another example of the configuration of a DC / AC multilevel inverter of the power conversion apparatus for a fuel cell of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a diagram illustrating an operation of the controller of FIG. 4 for reducing voltage imbalance of a neutral point according to an embodiment of the present invention.
23 is a diagram showing a reference waveform and a comparative triangular wave for driving a DC / AC multilevel inverter at a multi-level, which is an example of a case where a software algorithm for reducing voltage imbalance of neutral points according to an embodiment of the present invention is applied .
24 is a diagram showing a reference waveform and a comparison triangular wave for driving the DC / AC multi-level inverter at a multi-level, which is another example of a software algorithm for reducing the voltage imbalance of the neutral point according to an embodiment of the present invention .
Figure 25 is a signal waveform of a first capacitor voltage (V cap1) and a second capacitor voltage (V cap2) indicative of a difference with and without the application of soap tweeo algorithm for reducing the voltage imbalance of the neutral point in accordance with one embodiment of the present invention Fig.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the operator, or the custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 4 is a block diagram showing the configuration of a power converter for a fuel cell to which a multi-level inverter according to an embodiment of the present invention is applied.

멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치(400, 이하에서 연료전지용 전력변환장치라 함)는 제어부(410), 스위치 드라이버 회로부(420), DC/DC 컨버터(430), 전압 링크부(440), DC/AC 멀티레벨 인버터(450) 및 고조파 필터부(460)를 포함할 수 있다. A power converter 400 for a fuel cell to which a multi-level inverter is applied (hereinafter referred to as a power converter for a fuel cell) includes a control unit 410, a switch driver circuit unit 420, a DC / DC converter 430, a voltage link unit 440, A DC / AC multi-level inverter 450, and a harmonic filter unit 460.

제어부(410)는 DC/DC 컨버터(430) 및 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 제어하는 제어 신호를 생성한다. 제어부(410)는 DC/DC 컨버터(430) 및 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 제어하는 PWM 신호를 각각 생성하고, 특히 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)에 대한 PWM 신호 생성시 중성점 전위의 불평형을 저감하기 위한 PWM 신호를 생성할 수 있다. The control unit 410 generates a control signal for controlling the DC / DC converter 430 and the DC / AC multi-level inverter 450. The controller 410 generates a PWM signal for controlling the DC / DC converter 430 and the DC / AC multi-level inverter 450, respectively, and generates a PWM signal for the DC / AC multi-level inverter 450, It is possible to generate the PWM signal for reducing the unbalance of the PWM signal.

또한, 제어부(410)는 연료전지용 전력변환장치(400)의 입력단에 위치한 전류 센서(도시되지 않음)에서 감지된 입력 전류(idc)와 상위 제어기(도시되지 않음)로부터 입력받은 전류 지령치(idc*) 간의 차분 오차를 이용하여 입력 전류(idc)에서 리플이 감소되도록 PWM 신호를 생성하여, PWM 신호가 DC/DC 컨버터(430) 및 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)에 인가되도록 스위치 드라이버 회로부(420)를 제어할 수 있다. 이때, 상위 제어기는 전류 지령치(idc*)를 제어부(410)로 전달하여 제어부(410)가 승압 동작을 제어하면서 입력 전류(idc)의 리플이 감소되도록 할 수 있으며, run/stop 명령을 줄 수 있고, 출력전류의 지령치를 전달할 수 있다. The control unit 410 receives the input current idc sensed by a current sensor (not shown) located at an input terminal of the power converter 400 for a fuel cell and the current command value idc * input from an upper controller (not shown) The PWM signal is generated so that the ripple is reduced in the input current idc by using the difference error between the DC current Idc and the DC current Ia so that the PWM signal is applied to the DC / DC converter 430 and the DC / AC multi- 420). At this time, the host controller transmits the current command value idc * to the controller 410 to control the voltage step-up operation to reduce the ripple of the input current idc, And can transmit the set value of the output current.

스위치 드라이버 회로부(420)는 제어부(410)의 제어 신호를 입력받아 DC/DC 컨버터(430)와 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 구동 신호를 생성하여 DC/DC 컨버터(430)와 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)에 인가한다. 스위치 드라이버 회로부(420)는 제어부(410)로부터 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)에 입력하는 PWM 신호를 NOT 게이트에 의해 반전시키고, 입력된 PWM 신호와 반전된 신호가 각각 R/C 필터와 슈미트-트리거 회로를 지나서, 입력된 PWM 신호 개수의 2배에 해당하는 PWM 신호를 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)로 출력하되, 입력된 PWM 신호와 반전된 PWM 신호는 서로 상보적으로 출력되도록 하는 후술할 도 19의 회로 구성을 포함할 수 있다. The switch driver circuit 420 generates a drive signal for the DC / DC converter 430 and the DC / AC multilevel inverter 450 by receiving the control signal from the controller 410 and outputs the drive signal to the DC / DC converter 430 and the DC / To the AC multi-level inverter (450). The switch driver circuit section 420 inverts the PWM signal input from the control section 410 to the DC / AC multi-level inverter 450 by the NOT gate so that the input PWM signal and the inverted signal are input to the R / - The PWM signal corresponding to twice the number of inputted PWM signals is output to the DC / AC multi-level inverter 450 after the trigger circuit, and the input PWM signal and the inverted PWM signal are complementarily outputted It may include the circuit configuration of FIG. 19 to be described later.

DC/DC 컨버터(430)는 연료전지 스택의 DC 출력 전압을 입력받아 승압된 DC 전압(이하에서, '컨버터 출력 전압'이라 함)으로 변환한다. DC/DC 컨버터(430)는 도 5에 상세하게 도시되는 바와 같이, 고주파 DC/AC 인버터(510), 제1 변압기(520), 제2 변압기(530), 제1 다이오드 정류기(540) 및 제2 다이오드 정류기(550)를 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터(430)는 직접적으로 연료전지 스택의 출력 전압을 고전압의 DC 전압으로 변환하지 않고, 고주파 DC/AC 인버터(510)를 통해 만들어진 고주파의 구형파 AC 전원을 제1 변압기(520) 및 제2 변압기(530)를 통해 승압하여, 승압된 전압을 제1 다이오드 정류기(540) 및 제2 다이오드 정류기(550)에서 정류하여 고전압의 DC 전압으로 만들 수 있다. The DC / DC converter 430 receives the DC output voltage of the fuel cell stack and converts the DC output voltage into a boosted DC voltage (hereinafter, referred to as 'converter output voltage'). The DC / DC converter 430 includes a high frequency DC / AC inverter 510, a first transformer 520, a second transformer 530, a first diode rectifier 540, 2 diode rectifier 550 as shown in FIG. The DC / DC converter 430 directly converts the high frequency square wave AC power generated by the high frequency DC / AC inverter 510 into the first transformer 520 and the second transformer 520 without directly converting the output voltage of the fuel cell stack into a high voltage DC voltage. The boosted voltage can be boosted through the second transformer 530 and rectified by the first diode rectifier 540 and the second diode rectifier 550 to a high voltage DC voltage.

전압 링크부(440)는 DC/DC 컨버터(430)의 컨버터 출력 전압을 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)로 전달한다. The voltage link unit 440 transfers the converter output voltage of the DC / DC converter 430 to the DC / AC multi-level inverter 450.

DC/AC 멀티레벨 인버터(450)는 전압 링크부(440)의 출력 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력한다. DC/AC 멀티레벨 인버터(450)는 중성점을 가지는 단상 멀티레벨 인버터 또는 3상 멀티레벨 인버터인 한 그 형태나 종류에 제한되지 않는다. The DC / AC multi-level inverter 450 converts the output voltage of the voltage link unit 440 into an AC voltage and outputs the AC voltage. The DC / AC multi-level inverter 450 is not limited to the type or the type of the single-phase multi-level inverter or the three-phase multi-level inverter having the neutral point.

제1 배선(470)은 DC/DC 컨버터(430)의 중간 노드와 전압 링크부(440)의 중성점을 연결하고, 제2 배선(480)은 전압 링크부(440)의 중성점 및 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 중성점을 연결한다. The first wiring 470 connects the neutral point of the DC / DC converter 430 to the neutral point of the voltage link unit 440 and the second wiring 480 connects the neutral point of the voltage link unit 440 and the neutral point of the DC / The neutral point of the level inverter 450 is connected.

전압 링크부(440) 및 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 통합하여 DC/AC 멀티레벨 인버터라고 부를 수도 있으며, 이 경우 제1 배선(470)은 DC/DC 컨버터(430)와 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점을 연결한다고 할 수 있다. 여기에서는 설명의 편의를 위하여 전압 링크부(440) 및 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 별도의 구성으로 설명한다. AC multilevel inverter may be collectively referred to as a DC / AC multilevel inverter. In this case, the first wiring 470 is connected to the DC / DC converter 430 and the DC / AC multi- It can be said that the neutral point of the multi-level inverter is connected. For convenience of explanation, the voltage link unit 440 and the DC / AC multi-level inverter 450 will be described as separate constructions.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연료전지용 전력변환장치의 DC/DC 컨버터의 구성을 나타내는 회로도이다. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a DC / DC converter of the power conversion apparatus for a fuel cell of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.

DC/DC 컨버터(430)는 고주파 DC/AC 인버터(510), 제1 변압기(520), 제2 변압기(530), 제1 다이오드 정류기(540) 및 제2 다이오드 정류기(550)를 포함할 수 있다. 제1 변압기(520)는 고주파 DC/AC 인버터(510)의 출력에 연결되며, 제2 변압기(530)는 고주파 DC/AC 인버터(510)의 출력에 제1 변압기(520)와 병렬로 연결된다. 상세하게는, 승압회로인 고주파 DC/AC 인버터(510)의 출력 (+)측과 (-)측은 제1 변압기(520)와 제2 변압기(530)의 1차측에 연결된다. 따라서, 제1 변압기(520)와 제2 변압기(530)의 2차측이 무부하 상태라면, 제1 변압기(520)와 제2 변압기(530)에 걸리는 1차측 전압은 그 실효값이 같다. The DC / DC converter 430 may include a high frequency DC / AC inverter 510, a first transformer 520, a second transformer 530, a first diode rectifier 540 and a second diode rectifier 550 have. The first transformer 520 is connected to the output of the high frequency DC / AC inverter 510 and the second transformer 530 is connected in parallel with the first transformer 520 at the output of the high frequency DC / AC inverter 510 . Specifically, the outputs (+) and (-) of the high frequency DC / AC inverter 510, which is a step-up circuit, are connected to the primary sides of the first transformer 520 and the second transformer 530. Therefore, if the secondary side of the first transformer 520 and the second transformer 530 are in a no-load state, the primary side voltage applied to the first transformer 520 and the second transformer 530 has the same effective value.

제1 변압기(520)의 2차측은 제1 다이오드 정류기(540)로 입력되고, 제2 변압기(530)의 2차측은 제2 다이오드 정류기(550)로 입력된다. 제1 다이오드 정류기(540) 및 제2 다이오드 정류기(550)는 직렬로 연결된다. 특히, 제1 다이오드 정류기(540)의 출력단에 연결된 제1 출력 커패시터(Cd1)와 제2 다이오드 정류기(550)의 출력단에 연결된 제2 출력 커패시터(Cd2)는 서로 직렬 연결된다. The secondary side of the first transformer 520 is input to the first diode rectifier 540 and the secondary side of the second transformer 530 is input to the second diode rectifier 550. The first diode rectifier 540 and the second diode rectifier 550 are connected in series. Particularly, the first output capacitor C d1 connected to the output terminal of the first diode rectifier 540 and the second output capacitor C d2 connected to the output terminal of the second diode rectifier 550 are connected to each other in series.

따라서, 제1 다이오드 정류기(540)의 출력 전압 및 제2 다이오드 정류기(550)의 출력 전압이 합해져서 전압 링크부(440)의 입력 전압(Vdclink)을 만들어낸다. Thus, the output voltage of the first diode rectifier 540 and the output voltage of the second diode rectifier 550 are summed to produce the input voltage V dclink of the voltage link 440.

일반적으로 연료전지 스택의 출력전압은 100 [V] 미만인 경우가 대부분인데 비해, 연료전지용 전력변환장치의 출력전압은 AC 380 [V]인 경우가 많다. 또한, 원하는 출력 AC 전압을 만들기 위해서는 해당 AC 전압의 약 1.4배에 해당하는 DC 전압이 필요하다. 예를 들어, 연료전지 스택의 출력전압이 100 [V]이고, 연료전지용 전력변환장치의 출력전압이 380 [V]인 경우, DC/DC 컨버터(430)의 출력전압은 약 650 [V]의 전압이 필요하게 되는데, 따라서 DC/DC 컨버터(430)는 약 6.5배의 승압을 필요로 한다. 일반적으로 승압비가 높으면 높을수록 DC/DC 컨버터(430)의 전력변환손실이 커질수밖에 없는데, 이를 해결하기 위하여 승압비를 1/2로 줄이고 도 5에 도시된 바와 같이 승압회로인 고주파 DC/AC 인버터(510)의 출력단에 병렬로 제1 및 제2 변압기(520, 530)를 연결하고 제1 및 제2 변압기(520, 530)의 2차측은 각각 제1 및 제2 다이오드 정류기(540, 550)를 거쳐 서로 직렬로 연결되도록 구성하여, DC/DC 컨버터(430)의 전력변환손실을 줄일 수 있다. Generally, the output voltage of the fuel cell stack is mostly less than 100 [V], whereas the output voltage of the fuel cell power converter is often 38 [V]. In addition, to produce the desired output AC voltage, a DC voltage corresponding to about 1.4 times the AC voltage is required. For example, when the output voltage of the fuel cell stack is 100 [V] and the output voltage of the power converter for a fuel cell is 380 [V], the output voltage of the DC / DC converter 430 is about 650 [V] A voltage is required, and therefore the DC / DC converter 430 requires about 6.5 times as much boost. In general, the higher the step-up ratio, the greater the power conversion loss of the DC / DC converter 430. To solve this problem, the step-up ratio is reduced to 1/2 and the high-frequency DC / AC inverter The first and second transformers 520 and 530 are connected in parallel to the output terminal of the first and second transformers 520 and 530 and the secondary sides of the first and second transformers 520 and 530 are connected to the first and second diode rectifiers 540 and 550, And the power conversion loss of the DC / DC converter 430 can be reduced.

또한, 도 4 및 도 5를 참조하면, DC/DC 컨버터(430)의 제1 다이오드 정류기(540)의 (+)측은 전압 링크부(440)의 상측 커패시터인 제1 커패시터(C1)의 (+)측에 연결되게 하고, 제2 다이오드 정류기(550)의 (-)측은 전압 링크부(440)의 하측 커패시터인 제2 커패시터(C2)의 (-)측에 연결되게 하고, DC/DC 컨버터(430)의 제1 다이오드 정류기(540) 및 제2 다이오드 정류기(550) 사이의 중간 노드와 전압 링크부(440)의 중성점 사이에 제1 배선(470)이 연결된다. 더 상세하게는, 중간 노드는 제1 다이오드 정류기(540)의 출력단에 연결된 커패시터(Cd1)와 제2 다이오드 정류기(550)의 출력단에 연결된 커패시터(Cd2) 사이에 위치되는 노드이며, 도 4의 제1 배선(470)은 제1 출력 커패시터(Cd1)와 제2 출력 커패시터(Cd2) 사이의 중간 노드와 전압 링크부(440)의 중성점을 연결하도록 구성된다. 이와 같은 구성을 통해, 도 6을 참조하여 상세하게 설명할 전압 링크부(440)의 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)에 걸리는 전압을 일정하게 유지할 수 있다. 4 and 5, the (+) side of the first diode rectifier 540 of the DC / DC converter 430 is connected to the (+) side of the first capacitor C1, which is the upper capacitor of the voltage link portion 440, And the (-) side of the second diode rectifier 550 is connected to the (-) side of the second capacitor C2 which is the lower side capacitor of the voltage link unit 440, and the DC / DC converter The first wiring 470 is connected between the intermediate node between the first diode rectifier 540 and the second diode rectifier 550 of the power supply unit 430 and the neutral point of the voltage link unit 440. More specifically, the intermediate node is a node located between the capacitor C d1 connected to the output terminal of the first diode rectifier 540 and the capacitor C d2 connected to the output terminal of the second diode rectifier 550, The first wiring 470 of the first output capacitor C d1 and the second output capacitor C d2 is configured to connect the neutral point of the voltage link portion 440 with the intermediate node between the first output capacitor C d1 and the second output capacitor C d2 . With such a configuration, the voltage applied to the first capacitor C1 and the second capacitor C2 of the voltage link portion 440 to be described in detail with reference to FIG. 6 can be kept constant.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연료전지용 전력변환장치(400)의 전압 링크부(440)의 구성을 나타내는 회로도이다. 6 is a circuit diagram showing the configuration of a voltage link unit 440 of the power converter 400 for a fuel cell of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.

전압 링크부(440)는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2), 제1 커패시터(C1)의 전압을 감지하는 제1 전압 센서(610), 제2 커패시터의 전압을 감지하는 제2 전압 센서(620)를 포함한다. 제1 커패시터(C1)의 일측, 예를 들어 양극성부와 제2 커패시터(C2)의 타측, 예를 들어 음극성부는 DC/DC 컨버터(430)의 출력인 DC 전압원의 양단에 각각 연결된다. 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 컨버터 출력 전압(Vdclink)을 양분하도록 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2) 사이의 중성점을 사이에 두고 직렬 연결되어 구성된다. 이를 통해, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)의 양단에는 각각 컨버터 출력 전압(Vdclink)/2의 전압이 걸리게 된다. The voltage link unit 440 includes a first capacitor C1 and a second capacitor C2, a first voltage sensor 610 for sensing a voltage of the first capacitor C1, a second voltage sensor 610 for sensing a voltage of the second capacitor C1, And a voltage sensor 620. One side of the first capacitor C1, for example, the other side of the bipolar part and the second capacitor C2, for example, the negative part, is connected to both ends of the DC voltage source which is the output of the DC / DC converter 430, respectively. The first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected in series with the neutral point between the first capacitor C1 and the second capacitor C2 interposed therebetween so as to divide the converter output voltage V dclink . As a result, a voltage of the converter output voltage (V dclink ) / 2 is applied to both ends of the first capacitor (C1) and the second capacitor (C2).

도 6에는 전압 링크부(440)가 2개의 커패시터가 직렬 연결된 구성을 포함하지만, 직렬 연결되는 커패시터는 2개 이상으로 구성될 수 있으며, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 각각 병렬로 연결된 커패시터 뱅크로 구성될 수 있으며, 2개 이상의 커패시터 또는 커패시터 뱅크 사이에 중성점이 위치된다. 6, the voltage link unit 440 includes a configuration in which two capacitors are connected in series. However, the capacitors connected in series may be composed of two or more, and the first capacitor C1 and the second capacitor C2 And may comprise a bank of capacitors connected in parallel, with a neutral point located between the two or more capacitors or capacitor banks.

즉, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 전압을 분배하기 위한 것으로 각각 분압 저항 또는 커패시터 뱅크와 같은 다른 소자로 대체될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 전압 링크부(440)에서 중성점을 사이에 두고 직렬로 배치되는 상측의 제1 소자 및 하측의 제2 소자는 도 6에 도시된 바와 같이 커패시터인 것으로 설명한다. That is, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are for distributing a voltage and may be replaced by other elements such as a voltage-dividing resistor or a capacitor bank, respectively. For convenience of description, the first element on the upper side and the second element on the lower side, which are arranged in series with the neutral point in the voltage link portion 440, are described as capacitors as shown in FIG.

전압 링크부(440)는 제1 소자인 제1 커패시터(C1)에 걸리는 제1 센서 전압(Vcap1)을 감지하는 제1 전압 센서(610) 및 제2 소자인 제2 커패시터(C2)에 걸리는 제2 센서 전압(Vcap2)을 감지하는 제2 전압 센서(620)를 포함한다. 제1 전압 센서(610)는 및 제2 전압 센서(620)는 각각 제1 센서 전압(Vcap1) 및 제2 센서 전압(Vcap2)을 감지하여 제어부(410)로 전달할 수 있다. 제어부(410)는 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 제어하는 PWM 신호를 생성할 때, 제1 전압 센서(610)에서 감지된 제1 센서 전압(Vcap1) 및 제2 전압 센서(620)에서 감지된 제2 센서 전압(Vcap2)을 이용하여 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 중성점의 불평형을 저감할 수 있다. The voltage link unit 440 includes a first voltage sensor 610 for sensing the first sensor voltage V cap1 applied to the first capacitor C1 which is the first element and a second voltage sensor 610 for sensing the second sensor voltage V cap1 applied to the second capacitor C2 And a second voltage sensor 620 for sensing a second sensor voltage V cap2 . The first voltage sensor 610 and the second voltage sensor 620 may sense the first sensor voltage V cap1 and the second sensor voltage V cap2 and may transmit the first sensor voltage V cap1 and the second sensor voltage V cap2 to the controller 410. The controller 410 controls the first sensor voltage V cap1 sensed by the first voltage sensor 610 and the second sensor voltage V cap1 sensed by the second voltage sensor 620 when generating the PWM signal to control the DC / AC multi- The unbalance of the neutral point of the DC / AC multi-level inverter 450 can be reduced by using the second sensor voltage V cap2 sensed by the second sensor voltage V cap2 .

도 1에 도시된 바와 같이, 전압 링크부(440)의 좌측에는 제1 배선(470)을 통해 DC/DC 컨버터(430)가 연결되고, 전압 링크부(440)의 우측에는 제2 배선(480)을 통해 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)가 연결된다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 변압기(520)의 제1 입력 전압 및 제2 변압기(530)의 제2 입력 전압에 공통 전압이 걸린 상태에서, 제1 배선(470)에 의하여 제1 입력 전압 및 제2 입력 전압 각각의 2차측 전압에 해당되는 제1 센서 전압(Vcap1)과 제2 센서 전압(Vcap2)도 같아지게 되는 특성에 의하여 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 중성점의 불평형이 저감될 수 있다. 1, a DC / DC converter 430 is connected to the left side of the voltage link unit 440 through a first wiring 470 and a second wiring 480 is connected to the right side of the voltage link unit 440. [ The DC / AC multi-level inverter 450 is connected. 5 and 6, when the common voltage is applied to the first input voltage of the first transformer 520 and the second input voltage of the second transformer 530, input voltage and a second input voltage neutral point of the first sensor voltage (V cap1) and the second sensor voltage (V cap2) also DC / AC multilevel inverter 450 by the characteristics that would be equal to that corresponding to each secondary-side voltage of the Can be reduced.

도 7은 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 중성점 전위의 불평형이 생기지 않았을 때를 모의한 시뮬레이션 회로도이다. 7 is a simulation circuit diagram simulating when the neutral point potential of the DC / AC multi-level inverter 450 is not unbalanced.

도 7은 링크 전압(Vdclink)의 (+)측과 중성점 사이와, 중성점과 링크 전압(Vdclink)의 (-)측 전압이 동일할 때를 모의한 것이다. 전압 링크부(440)의 상측과 하측에 연결된 부하(710)의 크기의 합을 R이라 가정했을 때, 불평형이 생기지 않는 것을 모의하기 위해서, 상측과 하측에 연결된 부하의 크기는 각각 (0.5*R)로 가정하였다. 여기에서, R은 일정 저항값을 의미한다. 또한, 상측과 하측에 연결된 부하(0.5*R)는 중성점의 상측에 위치된 제1 커패시터(C1)에 걸리는 제1 센서 전압(Vcap1)과 중성점의 하측에 위치된 제2 커패시터(C2)에 걸리는 제2 센서 전압(Vcap2)이 같은 경우를 모의하기 위한 것으로 본 발명의 연료전력용 전력변환장치(400)에 포함되는 구성요소는 아니다. Fig. 7 is a simulation of the case where the (+) side of the link voltage V dclink and the neutral point, and the neutral point and the voltage of the negative side of the link voltage V dclink are the same. Assuming that the sum of the sizes of the loads 710 connected to the upper side and the lower side of the voltage link unit 440 is R, in order to simulate that imbalance does not occur, the sizes of loads connected to the upper side and the lower side are (0.5 * R ). Here, R means a constant resistance value. The load (0.5 * R) connected to the upper side and the lower side is connected to the first sensor voltage V cap1 applied to the first capacitor C1 located above the neutral point and the second capacitor C2 located below the neutral point And is not a component included in the power converter 400 for fuel power of the present invention for simulating a case where the second sensor voltage V cap2 applied is the same.

도 8은 도 7의 시뮬레이션 결과를 나타내는 신호 파형을 나타내는 도면이다. 8 is a diagram showing a signal waveform showing the simulation result of Fig.

도 8의 첫 번째 파형은 전압 링크부(440)의 링크 전압(Vdclink)의 전압으로 400 [V]로 일정하게 유지되고 있음은 나타낸다. 두 번째 파형은 전압 링크부(440)의 제1 커패시터(C1) 전압인 제1 센서 전압(Vcap1)과 제2 커패시터(C2) 전압인 제2 센서 전압(Vcap2)의 크기가 일정하게 유지되고 있음을 나타낸다. 세 번째 파형은 제1 다이오드 정류기(540)의 출력 전압(Vrec1) 및 제2 다이오드 정류기(550)의 출력 전압(Vrec2)을 나타내는 것으로 서로 동일한 전압으로 제어가 되어 있음을 나타낸다. 8 shows that the voltage of the link voltage V dclink of the voltage link 440 is kept constant at 400 [V]. The second waveform is a waveform in which the first sensor voltage V cap1 that is the voltage of the first capacitor C1 of the voltage link unit 440 and the second sensor voltage V cap2 that is the voltage of the second capacitor C2 are kept constant . The third waveform shows that the output voltage (V rec1) and a second diode each other in the same control voltage represents the output voltage (V rec2) of the rectifier 550 of the first rectifier diode (540).

도 9는 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 중성점 전위가 불평형 상태가 되었을 때를 모의한 시뮬레이션 회로도이다. 9 is a simulation circuit diagram simulating when the neutral point potential of the DC / AC multi-level inverter 450 becomes an unbalanced state.

도 9는 링크 전압(Vdclink)의 (+)측과 중성점 사이와, 중성점과 링크 전압(Vdclink)의 (-)측 전압이 상이한 때를 모의한 것으로, 전압 링크부(440)의 상측과 하측에 연결된 부하(910)의 크기의 합을 R이라 가정했을 때, 불평형 상태를 모의하기 위해서, 제1 커패시터(C1)에 병렬로 연결된 저항의 크기는 (0.49*R)이며, 제2 커패시터(C2)에 병렬로 연결된 저항의 크기는 (0.51*R)로 가정하였다. 여기에서, R은 일정 저항값을 의미한다. 9 is a (+) side and the neutral point and between, the neutral point and the link voltage (V dclink) of the link voltage (V dclink) (-) that simulate when the side voltage different from the upper side of the voltage link 440 and Assuming that the sum of the sizes of the loads 910 connected to the lower side is R, the size of the resistor connected in parallel to the first capacitor C1 is (0.49 * R) to simulate the unbalanced state, and the second capacitor C2) is assumed to be (0.51 * R). Here, R means a constant resistance value.

도 10은 도 9의 시뮬레이션 결과를 나타내는 신호 파형을 나타내는 도면이다. 10 is a diagram showing a signal waveform showing the simulation result of FIG.

첫 번째 파형은 전압 링크부(440)의 전압이며, 400[V]로 일정하게 유지되고 있다. 두 번째 파형은 전압 링크부(550)의 제1 커패시터(C1)의 전압인 제1 센서 전압(Vcap1)이 약 196 [V]이고, 제2 커패시터(C2)의 전압인 제2 센서 전압(Vcap2)이 약 204 [V]이므로, 약 8 [V]의 전압 불평형이 발생하고 있다. The first waveform is the voltage of the voltage link portion 440, which is kept constant at 400 [V]. The second waveform indicates that the first sensor voltage V cap1 that is the voltage of the first capacitor C1 of the voltage link unit 550 is about 196 V and the second sensor voltage Vcap1 that is the voltage of the second capacitor C2 V cap2 ) is about 204 [V], voltage unbalance of about 8 [V] is generated.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 다이오드 정류기(540)와 제2 다이오드 정류기(550)의 출력단 사이의 점을 제1 배선(470)을 통해 전압 링크부(440)의 중성점과 연결한 상태를 가정한 시뮬레이션 회로도이다. 11 is a diagram illustrating a point between the output ends of the first diode rectifier 540 and the second diode rectifier 550 connected to the neutral point of the voltage link portion 440 through the first wiring 470 according to an embodiment of the present invention. A simulation circuit diagram assuming one state.

도 11에서 제1 배선(470)은 처음에는 연결이 안되어 있다가 연결 신호(connect_on_off)에 의하여 시뮬레이션 중간에 연결이 되어, 제1 배선(470)이 연결되지 않았을 때와 연결되었을 때의 차이점을 나타낸다. 11, the first wiring 470 is initially disconnected and is connected in the middle of the simulation by a connection signal connect_on_off, indicating a difference when the first wiring 470 is not connected and when it is connected .

일 실시예에 따르면, 제1 변압기(520)의 제1 입력 전압(Vpri1) 및 제2 변압기(530)의 제2 입력 전압(Vpri2)에 공통 전압이 걸린 상태에서, 제1 배선(470)에 의하여 제1 입력 전압(Vpri1) 및 제2 입력 전압(Vpri2) 각각의 2차측 전압에 해당되는 제1 센서 전압(Vcap1)과 제2 센서 전압(Vcap2)의 전압도 같아지게 되는 특성에 의하여 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 중성점의 불평형이 저감된다. 이에 대하여 이하에서 도 12를 참조하여 더 상세하게 설명한다. According to one embodiment, in the first it took the common voltage to the first input voltage (V pri1) and a second input voltage (V pri2) of the second transformer 530 of the transformer 520 and the first wiring (470 ) be the equal to the voltage of the first input voltage (V pri1) and a second input voltage (V pri2) a first sensor voltage (V cap1) and the second sensor voltage (V cap2) corresponding to each secondary-side voltage by The unbalance of the neutral point of the DC / AC multi-level inverter 450 is reduced. This will be described in more detail below with reference to FIG.

도 12는 도 11의 시뮬레이션 결과를 나타내는 신호 파형을 나타내는 도면이다. 12 is a diagram showing a signal waveform showing the simulation result in Fig.

첫 번째 파형은 전압 링크부(440)의 전압이며 400 [V]로 유지되고 있다. 두 번째 파형은 연결 신호(connect_on_off)에 의하여 제1 배선(470)의 연결 이후에 전압 링크부(440)의 제1 커패시터(C1)의 전압인 제1 센서 전압(Vcap1)은 약 198.5 [V]를, 제2 커패시터(C2)의 전압인 제2 센서 전압(Vcap2)은 약 201.3 [V]를 유지하고 있으며, 기존의 8 [V]의 전압 불평형이 2.8 [V]로 줄어들어, 약 2.8배의 전압 불평형 저감 효과가 있음을 확인할 수 있다. 네 번째 파형은 제1 배선(470)이 연결됨을 알리는 연결 신호(connect_on_off)를 나타낸다. The first waveform is the voltage of the voltage link portion 440 and is maintained at 400 [V]. The second waveform shows that the first sensor voltage V cap1 , which is the voltage of the first capacitor C1 of the voltage link portion 440 after the connection of the first wiring 470 by the connection signal connect_on_off, is about 198.5 [V The second sensor voltage V cap2 which is the voltage of the second capacitor C2 is about 201.3 V and the voltage imbalance of the conventional 8 V is reduced to 2.8 V, It can be confirmed that there is an effect of reducing the voltage imbalance of the ship. The fourth waveform represents a connection signal connect_on_off indicating that the first wiring 470 is connected.

도 11에 도시된 바와 같이 전압 링크부(440)의 제1 커패시터(C1)의 전압(Vcap1)이 제2 커패시터(C2)의 전압(Vcap2)보다 작아지면, 제1 변압기(520)의 1차측 입력 전압(Vpri1)도 작아지게 된다. 여기에서, 제1 변압기(520) 및 제2 변압기(530)는 입력이 서로 공통이므로, 제1 변압기(520)의 1차측 전압(Vpri1)과 제2 변압기(530)의 1차측 전압(Vpri2)은 같다. 따라서, 제1 커패시터(C1)의 전압(Vcap1)의 크기가 작아지면 제2 변압기(530)의 2차측 전압에 해당되는 제2 커패시터의 전압(Vcap2)도 작아지려 하기 때문에, 제1 커패시터(C1)의 전압(Vcap1)과 제2 커패시터(C2)의 전압(Vcap2) 간의 불평형은 줄어들게 된다. When the voltage V cap1 of the first capacitor C1 of the voltage link unit 440 becomes smaller than the voltage V cap2 of the second capacitor C2 as shown in Figure 11, The primary side input voltage V pri1 also becomes smaller. Since the inputs of the first transformer 520 and the second transformer 530 are common to each other, the primary side voltage V pri1 of the first transformer 520 and the primary side voltage V of the second transformer 530 pri2 ) is the same. Accordingly, when the voltage V cap1 of the first capacitor C1 becomes smaller, the voltage V cap2 of the second capacitor corresponding to the secondary voltage of the second transformer 530 is also decreased. Therefore, The imbalance between the voltage V cap1 of the first capacitor C1 and the voltage V cap2 of the second capacitor C2 is reduced.

제1 배선(470)이 없다면, 전압 링크부(440)의 중성점 전위 불평형이 발생하더라도 제1 커패시터(C1)의 전압(Vcap1)과 제2 커패시터(C2)의 전압(Vcap2)의 합은 제1 다이오드 정류기(540) 및 제2 다이오드 정류기(550)의 출력 전압의 합과 같으므로 중성점 전위 불평형을 개선할 수 없다. The sum of the voltage V cap1 of the first capacitor C1 and the voltage V cap2 of the second capacitor C2 may be set to be equal to or less than the sum of the voltage V cap1 of the first capacitor C1 and the voltage V cap2 of the second capacitor C2, Is equal to the sum of the output voltages of the first diode rectifier 540 and the second diode rectifier 550, it is impossible to improve the neutral point potential unbalance.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연료전지용 전력변환장치(400)의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 구성을 나타내는 회로도이다. FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a DC / AC multilevel inverter 450 of the power conversion apparatus 400 for a fuel cell of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.

일 실시예에 따르면, 연료전지용 전력변환장치(400)의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)는 도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 스위치(1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P 및 5N)을 포함하는 TNPC(T-type Neutral Point Clamp) 방식의 회로로 구성될 수 있다. 복수의 스위치(1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P 및 5N)는 제1 그룹(1P, 1N), 제2 그룹(2P, 2N), 제3 그룹(4P, 4N) 및 제4 그룹(5P, 5N)으로 분류될 수 있다. According to one embodiment, the DC / AC multilevel inverter 450 of the power converter 400 for a fuel cell includes a plurality of switches 1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P And 5N). The circuit may be a T-type Neutral Point Clamp (TNPC) circuit. The plurality of switches 1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P and 5N are connected to the first group 1P and 1N, the second group 2P and 2N, the third group 4P and 4N, Groups 5P and 5N.

제1 그룹(1P, 1N)과 제2 그룹(2P, 2N)은 각각 하프브릿지 구조를 가지며, 제1 그룹과 제2 그룹을 합치게 되면 기존의 H-bridge 구조와 동일하다. 그리고, 제3 그룹(4P, 4N)과 제4 그룹(5P, 5N)의 스위치가 동작하지 않을 때 제1 그룹(1P, 1N) 및 제2 그룹(2P, 2N)만으로 2-레벨(level)의 출력 전압을 얻을 수 있다. 제3 그룹(4P, 4N)의 스위치(4P)와 제4 그룹(5P, 5N)의 스위치(5P)는 전압 링크부(440)의 중성점과 연결된다. 그리고, 제3 그룹의 스위치(4N)가 제1 그룹(1P, 1N) 의 출력단에 연결되며, 제4 그룹의 스위치(5N)가 제2 그룹(2P, 2N)의 출력단과 연결된다. The first group 1P and 1N and the second group 2P and 2N have a half bridge structure. When the first group and the second group are combined, they are identical to the existing H-bridge structure. When the switches of the third group 4P and 4N and the switches of the fourth group 5P and 5N are not operated, the first group 1P and 1N and the second group 2P and 2N are set to the 2-level, Can be obtained. The switch 4P of the third group 4P and the switch 5P of the fourth group 5P and 5N are connected to the neutral point of the voltage link unit 440. [ The third group of switches 4N is connected to the output terminals of the first group 1P and 1N and the fourth group of switches 5N is connected to the output terminals of the second group 2P and 2N.

이와 같은 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 구성은 중성점 전위 제어가 필요한 멀티레벨 인버터인한 도 13과 같은 회로의 구성에 제한되지 않는다. The configuration of such a DC / AC multi-level inverter 450 is not limited to the configuration of the circuit shown in FIG. 13 due to the multi-level inverter requiring the neutral point potential control.

본 발명에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같은 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 연료전지용 전력변환장치(400)에 적용하여 연료전지용 전력변환장치(400)의 전력변환효율울 90% 이상으로 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 연료전지용 전력변환장치(400)의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 출력전압 파형을 2-레벨에서 3-레벨로 개선하여 60㎐ 기본파에 가까운 출력 전원을 만들어냄으로써 고조파 필터부(460)의 크기를 줄일 수 있으며 전고조파 왜율(THD)을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 구성하는 각 스위치 소자(1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P 및 5N)로 인가되는 전압의 크기가 2-레벨일 때보다 1/2로 감소되기 때문에 스위칭 손실을 줄일 수 있을뿐만 아니라 안정적인 동작과 소자의 수명 연장을 기대할 수 있다. According to the present invention, the DC / AC multilevel inverter 450 as shown in FIG. 13 is applied to the power conversion device 400 for a fuel cell to achieve a power conversion efficiency of 90% or more of the power conversion device 400 for a fuel cell Can greatly improve. Further, the output voltage waveform of the DC / AC multi-level inverter 450 of the power converter 400 for a fuel cell is improved from the 2-level to the 3-level to produce an output power close to 60 Hz fundamental wave, 460) can be reduced and the total harmonic distortion (THD) can be greatly reduced. The magnitude of the voltage applied to each of the switch elements 1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P and 5N constituting the DC / AC multilevel inverter 450 is 1/2 The switching loss can be reduced, and stable operation and prolongation of the lifetime of the device can be expected.

도 14는 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 제3 그룹과 제4 그룹의 스위치의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다. 14 is a diagram showing a modification of the configurations of the third group and the fourth group of switches of the DC / AC multi-level inverter 450 of FIG.

제3 그룹(4P, 4N)과 제4 그룹(5P, 5N)은 각각 응용방법에 따라 도 14의 (a), (b), (c) 및 (d)의 형태로 변형될 수 있다. The third group 4P and fourth group 4N and the fourth group 5P and 5N can be modified into the forms of FIGS. 14A, 14B, 14C and 14D according to the application method, respectively.

도 15는 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 멀티레벨로 구동시키기 위한 레퍼런스 파형과 비교 삼각파를 나타내는 도면이다. 15 is a diagram showing a reference waveform and a comparison triangular wave for driving the DC / AC multi-level inverter 450 of FIG. 13 at a multi-level.

DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 구동시키기 위한 신호는 Disposition PWM 방식에 따라 생성될 수 있으며, 다른 방식으로도 생성될 수 있다. DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 구동시키기 위한 신호로 2개의 Sin파 형태의 A상 레퍼런스 전압(Va_ref) 및 B상 레퍼런스 전압(Vb_ref)과, 2개의 비교 삼각파인 제1 삼각파(Vcarr1) 및 제2 삼각파(Vcarr2)로 이루어진다. A상 레퍼런스 전압(Va_ref)은 원하는 출력 전압의 주파수에 맞게 발생되며, B상 레퍼런스 전압(Vb_ref)은 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)을 180°로 위상 반전되어 발생된다. 제1 삼각파(Vcarr1)는 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)과 B상 레퍼런스 전압(Vb_ref)의 양의 구간에서 동작하며, 제2 삼각파(Vcarr2)는 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)과 B상 레퍼런스 전압(Vb_ref)의 음의 구간에서 동작한다. The signal for driving the DC / AC multi-level inverter 450 may be generated according to the disposition PWM method, or may be generated by another method. Phase reference voltage (Va_ref) and the B-phase reference voltage (Vb_ref) in the form of two Sin waveforms and the first triangular wave Vcarr1 and the second triangular wave Vcarr1 in the form of two sinusoidal waveforms as signals for driving the DC / AC multi- And a second triangle wave Vcarr2. The A phase reference voltage Va_ref is generated according to the frequency of the desired output voltage and the B phase reference voltage Vb_ref is generated by inverting the phase A reference voltage Va_ref by 180 degrees. The first triangle wave Vcarr1 operates in the interval between the A phase reference voltage Va_ref and the B phase reference voltage Vb_ref and the second triangle wave Vcarr2 operates in the interval between the A phase reference voltage Va_ref and the B phase reference voltage Vb_ref).

도 16는 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 구동하기 위한 로직 회로를 나타낸다. FIG. 16 shows a logic circuit for driving the DC / AC multi-level inverter 450 of FIG.

도 16에 도시된 바와 같이, 도 15의 입력 파형(Va_ref, Vb_ref, Vcarr1 및 Vcarr2)을 입력으로 하여 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 복수의 스위치(1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P 및 5N)에 제공되는 PWM 신호가 생성된다. 예를 들어, A상 레퍼런스 파(Va_ref)와 제1 삼각파(Vcarr1)를 비교하여 A상 레퍼런스 파(Va_ref)가 큰 경우에는 스위치(1P)가 ON이 되고, A상 레퍼런스 파(Va_ref)가 작은 경우에는 스위치(1P)가 OFF가 된다. 결과적으로, 8개의 스위치(1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P 및 5N)를 구동하기 위해서 8개의 PWM 신호가 발생되는데, 각각 스위치(1P)와 스위치(4N), 스위치(4P)와 스위치(1N), 스위치(2P)와 스위치(5N), 스위치(5P)와 스위치(2N)는 서로 반전되어 출력된다. As shown in Fig. 16, the input waveforms Va_ref, Vb_ref, Vcarr1 and Vcarr2 in Fig. 15 are inputted to the plurality of switches 1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P, and 5N are generated. For example, when the A phase reference wave Va_ref is compared with the first triangle wave Vcarr1 and the A phase reference wave Va_ref is large, the switch 1P is turned on and the A phase reference wave Va_ref is small The switch 1P is turned off. As a result, eight PWM signals are generated to drive the eight switches 1P, 1N, 2P, 2N, 4P, 4N, 5P and 5N, The switch 1N, the switch 2P and the switch 5N, the switch 5P and the switch 2N are inverted and outputted.

도 17은 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 도 16의 방법에 따라 스위치를 동작시켰을 때의 출력 파형을 나타낸다. FIG. 17 shows the output waveform when the switch is operated according to the method of FIG. 16 for the DC / AC multilevel inverter 450 of FIG.

도 18은 도 17의 파형이 도 4의 고조파 필터부(460)를 거쳤을 때의 출력 파형을 나타낸다. FIG. 18 shows the output waveform when the waveform of FIG. 17 is passed through the harmonic filter unit 460 of FIG.

도 19는 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 구동하기 위하여 8개의 PWM 신호를 발생시키는 회로를 나타내는 도면이다. 19 is a diagram showing a circuit for generating eight PWM signals for driving the DC / AC multi-level inverter 450 of FIG.

도 19의 도 13의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 구동하기 위하여 8개의 PWM 신호를 발생시키는 회로는 도 4의 스위치 드라이버 회로부(420)에 포함될 수 있다. 도 19의 회로의 입력은 제어부(410)의 PWM 신호의 출력을 나타낸다. 도 19에 도시된 바와 같이, 제어부(410)의 PWM 출력 신호가 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)과 제1 삼각파(Vcarr1)를 비교한 PWM 신호라 할 때, 반전기(1910)를 사용하여 기존의 PWM 신호와 반전된 PWM 신호를 발생시킬 수 있다. 그러나, 실제 스위치를 구동하는데 있어, PWM 신호와 주변 회로, 소자의 특성이 이상적이지 않으므로 2개의 신호가 서로 겹치지 않도록 해야 한다. The circuit for generating eight PWM signals for driving the DC / AC multi-level inverter 450 of FIG. 13 of FIG. 19 may be included in the switch driver circuit portion 420 of FIG. The input of the circuit of FIG. 19 represents the output of the PWM signal of the control unit 410. 19, when the PWM output signal of the controller 410 is a PWM signal obtained by comparing the A phase reference voltage Va_ref with the first triangle wave Vcarr1, The PWM signal and the inverted PWM signal can be generated. However, since the characteristics of the PWM signal, the peripheral circuit, and the device are not ideal in driving actual switches, the two signals should not overlap each other.

이와 같이, 본 발명에 따르면, DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 이용하기 위해 도 19와 같은 회로를 이용하여, n개(여기서 n은 자연수), 예를 들어 4개의 스위치가 추가되더라도 제어부(410)에서 8개의 PWM 파형을 만들어내는 것이 아니라 4개의 PWM 파형만 사용하도고 2n개, 예를 들어 8개의 스위치를 제어할 수 있다. As described above, according to the present invention, n (where n is a natural number), for example, four switches are added to the control unit 410), instead of generating 8 PWM waveforms, only 4 PWM waveforms can be used, and 2n, for example, 8 switches can be controlled.

도 20은 도 19의 회로의 동작을 나타내는 신호 파형을 나타내는 도면이다. 20 is a diagram showing a signal waveform showing the operation of the circuit of Fig.

도 20의 (a)는 도 19에서 제어부(410)의 PWM 신호와 이를 반전시킨 PWM 신호를 나타낸 것이다. 도 20의 (b)는 도 20의 (a)와 같은 파형이 도 19의 R/C 필터(R1, C11)(R2, C12)를 거쳐을 때의 출력 파형을 나타낸다. 이를 도 19의 슈미트-트리거 회로(1920, 1930)를 거치게 되면, 도 20의 (c)와 같이 각 신호간 데드 타임을 갖는 신호를 만들어낼 수 있다. 이 때 각 신호 간 데드타임은 R/C 필터(R1, C11)(R2, C12)의 값에 의해 좌우되고, 슈미트-트리거 회로(1930, 1940) 또는 소자의 특성에 따라 결정된다. 20A shows a PWM signal of the control unit 410 and a PWM signal obtained by inverting the PWM signal in FIG. 20B shows an output waveform when the waveform shown in FIG. 20A passes through the R / C filters R1 and C11 (R2 and C12) of FIG. 19. FIG. When the signal passes through the Schmitt trigger circuits 1920 and 1930 of FIG. 19, a signal having a dead time between signals can be generated as shown in FIG. 20 (c). At this time, the dead time between each signal depends on the value of the R / C filters (R1, C11) (R2, C12) and is determined according to the Schmitt trigger circuits 1930, 1940 or the characteristics of the elements.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연료전지용 전력변환장치(400)의 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 구성의 다른 예를 나타내는 회로도이다. FIG. 21 is a circuit diagram showing another example of the configuration of the DC / AC multi-level inverter 450 of the power conversion apparatus 400 for a fuel cell of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.

도 21의 커패시터(C1 및 C2)는 도 4의 전압 링크부(440)의 구성이며, DC/AC 멀티레벨 인버터(450)는 복수의 스위치(1P, 1N, 2P, 2N, 3P, 3N, 4P, 4N, 5P, 5N, 6P, 6N)을 포함하는 3상 멀티레벨 인버터로 구성될 수 있다. The capacitors C1 and C2 of FIG. 21 are the configuration of the voltage link portion 440 of FIG. 4, and the DC / AC multi-level inverter 450 includes a plurality of switches 1P, 1N, 2P, 2N, 3P, 3N, 4P , 4N, 5P, 5N, 6P, 6N).

DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 구동에 있어, 전압 링크부(440)의 커패시터(C1)과 커패시터(C2)의 전압이 이상적으로 균등하게 분배되지 못하고 전압 차이가 발생하면, 출력 전압 파형에 오프셋이나 왜형이 발생된다. 이를 해결하기 위한 도 4의 제어부(410)가 중성점의 전압을 제어하는 방법을 도 22를 참조하여 설명한다. When the voltages of the capacitors C1 and C2 of the voltage link unit 440 are not ideally evenly distributed and the voltage difference is generated in driving the DC / AC multi-level inverter 450, An offset or a distortion is generated. A method for controlling the neutral point voltage by the controller 410 of FIG. 4 to solve this problem will be described with reference to FIG.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점의 전압 불평형을 저감시키는 도 4의 제어부(410)의 동작을 나타내는 도면이다. FIG. 22 is a diagram illustrating an operation of the controller 410 of FIG. 4 for reducing voltage imbalance of a neutral point according to an embodiment of the present invention.

도 22의 구성은 제어부(410)의 일부 구성으로 하드웨어적으로 구성될 수 있으며, 소프트웨어 알고리즘으로 구성될 수도 있다. 도 22를 참조하여 중성점 전위 불평형을 저감시키는 하드웨어 구성에 대하여 설명한다. The configuration of FIG. 22 may be configured in hardware in a part of the configuration of the control unit 410, or it may be constituted by a software algorithm. The hardware configuration for reducing the neutral point potential unbalance will be described with reference to Fig.

제1 연산기(2110)는 도 6의 제1 전압 센서(610)에서 감지된 제1 커패시터(C1)의 제1 센서 전압(Vcap1) 및 도 6의 제2 전압 센서(620)에서 감지된 제2 커패시터(C2)의 제2 센서 전압(Vcap2) 사이의 차이값(Vgap)을 생성한다.The first calculator 2110 compares the first sensor voltage V cap1 of the first capacitor C1 sensed by the first voltage sensor 610 of FIG. 6 and the first sensor voltage V cap1 of the first sensor C1 sensed by the second voltage sensor 620 of FIG. (V cap ) between the first sensor voltage (V cap2 ) and the second sensor voltage (V cap2 ) of the second capacitor (C2).

제2 연산기(2120)는 0으로 설정되는 기준 차이값(Vgap_ref)과 제1 연산기(1610)에서 생성된 차이값(Vgap) 사이의 오류 차이값(Vgap_err)을 생성한다. The second calculator 2120 generates an error difference value Vgap_err between the reference difference value Vgap_ref set to 0 and the difference value Vgap generated in the first calculator 1610.

비례 적분 제어기(2130)는 오류 차이값(Vgap_err)을 증폭 연산하여 옵셋값(V_offset)을 출력한다. The proportional plus integral controller 2130 amplifies the error difference value Vgap_err to output an offset value V_offset.

제3 연산기(2140)는 옵셋값(V_offset)을 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 구동에 이용되는 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)에 차감하면, 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)이 생성되고, 제어부(410)는 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 이용하여 PWM 신호를 생성함으로써 중성점의 전압 불평형을 저감할 수 있다. The third operator 2140 generates a new A phase reference voltage Va_ref_new when the offset value V_offset is subtracted from the A phase reference voltage Va_ref used to drive the DC / AC multilevel inverter 450, The control unit 410 can reduce the voltage imbalance of the neutral point by generating the PWM signal using the new A phase reference voltage Va_ref_new.

전술한 바와 같이, 이와 같은 중성점 전위 불평형을 저감하기 위한 동작은 제어부(410)에서 소프트웨어 알고리즘으로 구성될 수 있으며, DC/DC 컨버터의 출력 전압을 양분하도록 중성점을 사이에 두고 직렬 연결된 제1 소자(예를 들어, C1)의 전압 및 제1 소자와 동일한 유형의 제2 소자(예를 들어, C2)의 전압을 입력받아 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점 전위(Vgap)를 감지하는 단계와, 중성점 전위(Vgap)와 0으로 설정되는 기준 차이값(Vgap_ref) 사이의 오류 차이값(Vgap_err)을 생성하는 단계와, 오류 차이값(Vgap_err)을 비례 적분 연산을 통하여 증폭 연산하여 옵셋값(V_offset)을 생성하는 단계와, 옵셋값(V_offset)을 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)의 구동에 이용되는 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)에 차감하여 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 생성하는 단계와, 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 이용하여 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)에 대한 PWM 신호를 생성하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. As described above, the operation for reducing the neutral-point potential unbalance may be implemented by a software algorithm in the control unit 410. The operation of reducing the neutral point potential unbalance may be performed by a first element (for example, Sensing the neutral point potential (Vgap) of the DC / AC multilevel inverter by receiving the voltage of the first element (e.g., C1) and the voltage of the second element (e.g., C2) of the same type as the first element, Generating an error difference value (Vgap_err) between a potential difference (Vgap) and a reference difference value (Vgap_ref) set to 0; and calculating an offset value (V_offset) by amplifying the error difference value (Vgap_err) Phase reference voltage Va_ref by subtracting the offset value V_offset from the A-phase reference voltage Va_ref used for driving the DC / AC multi-level inverter 450 to generate a new A-phase reference voltage Va_ref_new; A phase reference And generating a PWM signal for the DC / AC multi-level inverter 450 using the voltage Va_ref_new.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점의 전압 불평형을 저감시키는 소프트웨어 알고리즘이 적용된 경우의 일 예를 나타내는 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 멀티레벨로 구동시키기 위한 레퍼런스 파형과 비교 삼각파를 나타내는 도면이다. 23 shows a reference waveform for driving the DC / AC multi-level inverter 450 at a multi-level and a comparison triangle wave for driving the DC / AC multi-level inverter 450, which is an example of a case where a software algorithm for reducing the voltage imbalance of the neutral point according to an embodiment of the present invention is applied. Fig.

도 23을 참조하면, 제2 커패시터 전압(Vcap2)이 제1 커패시터 전압(Vcap1)보다 커서, 발생된 중성점의 전압 불평형을 저감하기 위한 소프트웨어 알고리즘이 적용된 결과 옵셋값(Voffset)이 음의 값을 가지게 되어서, 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)은 도 15의 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)에 비하여 0점을 기준으로 내려갔음을 나타낸다. Referring to Figure 23, a second capacitor voltage (V cap2) a first capacitor voltage (V cap1) than the cursor, a software algorithm for reducing the voltage imbalance of the generated neutral applied resulting offset (Voffset) is a negative value And the new A phase reference voltage Va_ref_new indicates that the reference voltage Va_ref is lower than the reference voltage Va_ref on the A phase in FIG.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점의 전압 불평형을 저감시키는 소프트웨어 알고리즘이 적용된 경우의 다른 예를 나타내는 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 멀티레벨로 구동시키기 위한 레퍼런스 파형과 비교 삼각파를 나타내는 도면이다. FIG. 24 is a diagram showing a reference waveform for driving the DC / AC multilevel inverter 450 at a multi-level, which is another example of a software algorithm for reducing the voltage imbalance of neutral points according to an embodiment of the present invention, Fig.

도 24를 참조하면, 제1 커패시터 전압(Vcap1)이 제2 커패시터 전압(Vcap2)보다 커서, 발생된 중성점의 전압 불평형을 저감하기 위한 소프트웨어 알고리즘이 적용된 결과 옵셋값(Voffset)이 양의 값을 가지게 되어서, 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)은 도 15의 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)에 비하여 0점을 기준으로 올라가 있음을 나타낸다. Referring to Figure 24, a first capacitor voltage (V cap1) the second result is a software algorithm to be greater than the capacitor voltage (V cap2), reducing the voltage imbalance of the generated neutral applied offset (Voffset) is positive So that the new A phase reference voltage Va_ref_new indicates that the reference voltage Va_ref is raised with respect to the reference voltage Va_ref on the A side in FIG.

도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점의 전압 불평형을 저감시키는 소프트웨어 알고리즘의 적용 여부에 따른 차이를 나타내는 제1 커패시터 전압(Vcap1) 및 제2 커패시터 전압(Vcap2)의 신호 파형을 나타내는 도면이다. Figure 25 is showing a signal waveform of a first capacitor voltage (V cap1) and a second capacitor voltage (V cap2) indicative of a difference with and without the application of a software algorithm for reducing the voltage imbalance of the neutral point in accordance with one embodiment of the present invention FIG.

도 25를 참조하면, 중성점 전위 불평형을 저감시키는 소프트웨어 알고리즘이 적용되기 전에는 제1 커패시터 전압(Vcap1)과 제2 커패시터 전압(Vcap2)의 차이가 점차 증가되지만, 중성점 전위 불평형을 저감시키는 소프트웨어 알고리즘이 적용된 후 제1 커패시터 전압(Vcap1)과 제2 커패시터 전압(Vcap2)가 동일한 값으로 수렴됨을 확인할 수 있다. 25, the difference between the first capacitor voltage V cap1 and the second capacitor voltage V cap2 gradually increases before a software algorithm for reducing the neutral-point potential unbalance is applied. However, a software algorithm that reduces the neutral- It can be seen that the first capacitor voltage V cap1 and the second capacitor voltage V cap2 converge to the same value.

본 발명에 따르면, 이와 같은 중성점 전위 불평형을 저감시키는 소프트웨어 알고리즘과 함께 DC/DC 컨버터(430)와 DC/AC 멀티레벨 인버터(450)를 제1 배선(470)을 통해 연동하는 하드웨어 구조를 적용하여, 소프트웨어 알고리즘만을 적용했을 때 발생될 수 있는 순간적인 출력파형의 왜형이 작아지게 할 수 있다. According to the present invention, a hardware structure for interlocking the DC / DC converter 430 and the DC / AC multi-level inverter 450 via the first wiring 470 is applied together with a software algorithm for reducing the neutral point unbalance , It is possible to reduce the distortion of the instantaneous output waveform that may be generated when only the software algorithm is applied.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims.

410: 제어부 420: 스위치 드라이버 회로부
430: DC/DC 컨버터 440: 전압 링크부
450: DC/AC 멀티레벨 인버터 460: 고조파 필터부 410: control section 420: switch driver circuit section
430: DC / DC converter 440: Voltage link part
450: DC / AC multilevel inverter 460: Harmonic filter section

Claims (10)

고주파 DC/AC 인버터, 고주파 DC/AC 인버터의 출력에 연결되는 제1 변압기, 고주파 DC/AC 인버터의 출력에 제1 변압기와 병렬로 연결되는 제2 변압기, 제1 변압기의 2차측에 연결되는 제1 다이오드 정류기 및 제2 변압기의 2차측에 연결되는 제2 다이오드 정류기를 포함하여, 연료전지 스택의 출력 전압을 승압하여 컨버터 출력 전압을 출력하는 DC/DC 컨버터;
상기 컨버터 출력 전압을 양분하도록 중성점을 사이에 두고 직렬 연결된 제1 소자 및 제1 소자와 동일한 유형의 제2 소자를 포함하며, 컨버터 출력 전압을 전달하는 전압 링크부;
상기 전압 링크부의 중성점과 연결되며, 전압 링크부의 출력 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 DC/AC 멀티레벨 인버터;
상기 DC/DC 컨버터 및 DC/AC 멀티레벨 인버터를 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부;
제어 신호를 입력받아 DC/DC 컨버터와 DC/AC 멀티레벨 인버터의 구동 신호를 생성하는 스위치 드라이버 회로부; 및
상기 DC/DC 컨버터의 제1 다이오드 정류기 및 제2 다이오드 정류기 사이의 중간 노드와 상기 전압 링크부의 중성점을 연결하는 제1 배선을 포함하며,
상기 전압 링크부는, 제1 소자의 전압을 감지하는 제1 전압 센서와, 상기 제2 소자의 전압을 감지하는 제2 전압 센서를 포함하며,
상기 제어부는, 제1 전압 센서에서 감지된 제1 센서 전압 및 제2 전압 센서에서 감지된 제2 센서 전압 사이의 차이값(Vgap)을 계산하고, 차이값(Vgap)과 0으로 설정되는 기준 차이값(Vgap_ref) 사이의 오류 차이값(Vgap_err)을 생성하고, 오류 차이값(Vgap_err)을 비례 적분 연산을 통하여 증폭 연산하여 옵셋값(V_offset)을 출력하고, 옵셋값(V_offset)을 DC/AC 멀티레벨 인버터의 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)에 차감하여 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 출력하고, 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 이용하여 PWM 신호를 생성함으로써, 상기 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점의 불평형을 저감하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. A first transformer connected to the output of the high frequency DC / AC inverter, a high frequency DC / AC inverter, a second transformer connected in parallel with the first transformer at the output of the high frequency DC / AC inverter, A first diode rectifier and a second diode rectifier connected to a secondary side of the second transformer, the DC / DC converter boosting an output voltage of the fuel cell stack to output a converter output voltage;
A voltage link portion including a first element connected in series with a neutral point interposed therebetween to divide the converter output voltage and a second element of the same type as the first element, the converter including a converter output voltage;
A DC / AC multi-level inverter connected to the neutral point of the voltage link unit and converting an output voltage of the voltage link unit to an AC voltage and outputting the AC voltage;
A controller for generating a control signal for controlling the DC / DC converter and the DC / AC multi-level inverter;
A switch driver circuit unit receiving a control signal and generating a drive signal of the DC / DC converter and the DC / AC multi-level inverter; And
And a first wiring connecting an intermediate node between the first diode rectifier and the second diode rectifier of the DC / DC converter and the neutral point of the voltage link portion,
Wherein the voltage link portion includes a first voltage sensor for sensing the voltage of the first element and a second voltage sensor for sensing the voltage of the second element,
The control unit calculates a difference value (Vgap) between the first sensor voltage detected by the first voltage sensor and the second sensor voltage detected by the second voltage sensor, and outputs a difference value (Vgap) And outputs an offset value V_offset by amplifying the error difference value Vgap_err by a proportional integral operation and outputs the offset value V_offset to the DC / AC multi- Phase multi-level inverter is generated by subtracting the A phase reference voltage (Va_ref) of the level inverter from the A phase reference voltage (Va_ref) and outputting a new A phase reference voltage (Va_ref_new) and generating a PWM signal using the new A phase reference voltage (Va_ref_new) And the unbalance of the neutral point is reduced. 제1항에 있어서,
제1 변압기의 제1 입력 전압 및 제2 변압기의 제2 입력 전압에 공통 전압이 걸린 상태에서, 상기 제1 배선에 의하여 제1 입력 전압 및 제2 입력 전압 각각의 2차측 전압에 해당되는 상기 전압 링크부의 제1 소자의 전압과 제2 소자의 전압도 같아지게 되는 특성에 의하여 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점의 불평형이 저감되는 것을 특징으로 연료전지용 전력변환장치. The method according to claim 1,
The first voltage and the second voltage corresponding to the secondary voltages of the first input voltage and the second input voltage by the first wiring in a state in which the common voltage is applied to the first input voltage of the first transformer and the second input voltage of the second transformer, And the unbalance of the neutral point of the DC / AC multi-level inverter is reduced by the characteristic that the voltage of the first element of the link portion becomes equal to the voltage of the second element. 제1항에 있어서,
상기 중간 노드는 제1 다이오드 정류기의 출력단에 연결된 제1 출력 커패시터(Cd1)와 제2 다이오드 정류기의 출력단에 연결된 제2 출력 커패시터(Cd2) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. The method according to claim 1,
Wherein the intermediate node is located between a first output capacitor (C d1 ) connected to an output end of the first diode rectifier and a second output capacitor (C d2 ) connected to an output end of the second diode rectifier . 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 DC/AC 멀티레벨 인버터는 단상 멀티레벨 인버터 또는 3상 멀티레벨 인버터인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. The method according to claim 1,
Wherein the DC / AC multi-level inverter is a single-phase multi-level inverter or a three-phase multi-level inverter. 제1항에 있어서,
상기 제1 소자 및 제2 소자는 커패시터, 커패시터 뱅크 또는 저항인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. The method according to claim 1,
Wherein the first element and the second element are a capacitor, a capacitor bank, or a resistor. 제1항에 있어서,
상기 스위치 드라이버 회로부는 상기 제어부로부터 DC/AC 멀티레벨 인버터에 입력하는 PWM 신호를 NOT 게이트에 의해 반전시키고, 입력된 PWM 신호와 반전된 신호가 각각 R/C 필터와 슈미트-트리거 회로를 지나서, 입력된 PWM 신호 개수의 2배에 해당하는 PWM 신호를 상기 DC/AC 멀티레벨 인버터로 출력하되, 입력된 PWM 신호와 반전된 PWM 신호는 서로 상보적으로 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치.The method according to claim 1,
The switch driver circuit part inverts the PWM signal input from the control part to the DC / AC multilevel inverter by the NOT gate, and the input PWM signal and the inverted signal pass through the R / C filter and the Schmitt trigger circuit, And the PWM signal corresponding to twice the number of the PWM signals is output to the DC / AC multilevel inverter, and the PWM signal and the PWM signal inverted are complementary to each other. . DC/AC 멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치의 중성점 전위 불평형을 저감하는 방법으로서,
DC/DC 컨버터의 출력 전압을 양분하도록 중성점을 사이에 두고 직렬 연결된 제1 소자의 전압 및 제1 소자와 동일한 유형의 제2 소자의 전압을 입력받아 DC/AC 멀티레벨 인버터의 중성점 전위(Vgap)를 감지하는 단계;
중성점 전위(Vgap)와 0으로 설정되는 기준 차이값(Vgap_ref) 사이의 오류 차이값(Vgap_err)을 생성하는 단계;
오류 차이값(Vgap_err)을 비례 적분 연산을 통하여 증폭 연산하여 옵셋값(V_offset)을 생성하는 단계;
옵셋값(V_offset)을 DC/AC 멀티레벨 인버터의 A상 레퍼런스 전압(Va_ref)에 차감하여 새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 생성하는 단계;
새로운 A상 레퍼런스 전압(Va_ref_new)을 이용하여 DC/AC 멀티레벨 인버터에 대한 PWM 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성점 전위 불평형 저감 방법. A method for reducing the neutral point potential imbalance of a power converter for a fuel cell employing a DC / AC multi-level inverter,
(Vgap) of the DC / AC multilevel inverter by receiving the voltage of the first element connected in series and the voltage of the second element of the same type as the first element with the neutral point interposed therebetween so as to divide the output voltage of the DC / ;
Generating an error difference value (Vgap_err) between the neutral point potential (Vgap) and a reference difference value (Vgap_ref) set to zero;
Amplifying the error difference value (Vgap_err) through a proportional integral operation to generate an offset value (V_offset);
Phase reference voltage Va_ref of the DC / AC multi-level inverter to generate a new A-phase reference voltage Va_ref_new;
And generating a PWM signal for the DC / AC multi-level inverter using the new A phase reference voltage (Va_ref_new). 제9항에 있어서,
상기 제1 소자 및 제2 소자는 커패시터, 커패시터 뱅크 또는 저항인 것을 특징으로 하는 중성점 전위 불평형 저감 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first device and the second device are capacitors, capacitor banks or resistors.
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