KR0123006B1 - 전력변환장치 - Google Patents

전력변환장치

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KR0123006B1
KR0123006B1 KR1019940031354A KR19940031354A KR0123006B1 KR 0123006 B1 KR0123006 B1 KR 0123006B1 KR 1019940031354 A KR1019940031354 A KR 1019940031354A KR 19940031354 A KR19940031354 A KR 19940031354A KR 0123006 B1 KR0123006 B1 KR 0123006B1
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Abstract

본 발명은 직류전원을 교류전원으로 변환하는 전력변환장치에 관한 것으로써 특히, 전원측의 트러블과 부하측의 이상상태를 검지하여 전력변환장치와 부하를 동시에 보호할 수 있도록 이루어진 전력변환장치에 관한 것인 바 입력전원측에 전원레벨을 감지하여 과전압시 모든 회로에 공급되는 전원을 차단하고 이 차단상태를 보지할 수 있도록 하고, AC출력단에 변류기(CT)를 형성하여 부하측의 과부하상태를 감지하고, 과부하상태에서는 모든 회로에 공급되는 전원을 차단, 보지할 수 있도록 하며, 상기 변류기를 통하여 부하측 단락시 즉각적으로 모든 회로에 공급되는 전원을 차단하고 이 상태를 보지할 수 있도록 된 전력제어장치를 제공하는 동시에 상기 변류기를 통하여 부하측의 출력상태를 레벨드라이브시켜 현재 부하측 사용전력을 용이하게 확인할 수 있도록 된 전력변환장치를 제공하고자 전력변환장치의 전원입력측에 전원레벨을 검출하는 전원감지수단을 형성하고 이 전원감지수단을 경유하여 후단의 모든 회로에 전원을 공급되게 스위칭하도록 하며 전원입력측에 트러블발생시 공급되던 전원을 차단하고 이 차단상태를 보지하도록 하며, AC출력단에 출력상태를 검출하는 변류기와 이 변류기에 과부하 차단레벨에서 동작하는 과부하감지수단과, 부하단락시 동작하는 단락감지수단과, 출력레벨을 표시하는 레벨표시수단으로써 이루어 상기 과부하감지수단 또는 단락감지수단의 구동으로 전원감지수단이 구동되어 후단의 모든 회로에 전원공급을 차단하도록 이루어지는 것에 의한다. 결국 전원입력측의 극단적인 과전압으로부터 회로보호가 될 수 있으며, 동시에 부하측의 과부하, 단락 등에 의하여 회로보호가 될 수 있는 전력변환장치인 것을 특징으로 한다.

Description

전력변환장치
제1도는 공지의 전력변환장치를 도시한 블럭다이어그램.
제2도는 본 발명을 포함하여 이루어지는 전력변환장치를 도시한 블럭 다이어그램.
제3도는 제2도의 실시예로서의 상세 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전원감지수단 20 : 과부하감지수단
30 : 단락감지수단 40 : 레벨표시수단
50 : 셋트/리셋수단
본 발명은 직류전원 교류전원으로 변환하는 전력변환장치에 관한 것으로써 특히, 전원측의 트러블과 부하측의 이상 상태를 검지하여 전력변환장치와 부하를 동시에 보호할 수 있도록 이루어진 전력변환장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력변환장치(inverter)는 직류를 교류전원으로 역변환시키는 장치로써 다양하게 안출되어 폭넓게 사용되고 있다.
상기와 같은 전력변환장치의 전원측은 주로 축전기로 형성되며 이 축전기는 전력생성장치(어떤 형태로던 발전기)에 의하여 충전상태에 있다가 필요시 방전을 행하며, 경우에 따라서는 전력생성장치로부터 전력변환장치와 축전기에 동시에 전원공급이 이루어져 전력변환과 함께 축전기충전을 실시하기도 한다.
한편, 근자에는 다양한 교류부하가 전력변환장치에 접속되어 운용되고 있으며 일체로 퍼스널 컴퓨터 등등의 정밀전자기기가 그것이다.
따라서 안정된 전력변환은 필수적이며 불안정시 이를 선별하여 즉각적으로 차단하는 것이 소망된다.
본 발명의 출원인은 상술한 제점을 감안하여 특허 제67737호와 같은 입력 전원측의 과전압과 저전압에 대한 보호방안과 출력부하측의 과부하 상태에 대한 보호방안을 포함하는 발명을 제안한 바 있다.
물론 상기 본출원인의 선발명 이전에 종래 기술에 의하면 전원측트러블과 부하측이상상태에 대한 보호방안이 매우 미흡하였다.
즉, 자동차 축전기전원을 일례로 설명하면 엔진동력에 의하여 발전기가 동작되어 발전이 이루어지고 이 발전전력을 레귤레이터를 통하여 일정전위로 축전기에 충전되게 하며 축전기 충전전위는 피크에 달할 때 충전은 정지되어 매우 안정된 상태가 된다. 그러나 상기 발전기로부터 축전기에 이르는 회로(레귤레이터)에 고장이 발생될 때는 발전기의 출력단자전압이 모두다 축전기에 걸리게 되고 이때 축전기에 연결되는 전력변환장치는 극단적인 과전압(수십볼트)으로 소손으로 입게된다는 문제점이 있다.
또한, AC출력측의 경우에는 과부하시 승압용 트랜스포머의 1차측 푸시풀 전력제어소자를 OFF시켰다가 과부하 해소시 다시 ON되게 하는 반복동작을 이루도록 구성하여 상기 ON/OFF의 반복으로 전력변환장치의 부품에 열적피로와 파괴의 원인이 되거나 또는 부하가 파괴에 이르게 되는 문제가 있으며 부하측의 단락등도 즉각적이고 지속적으로 차단하지 못하여 전체적으로 볼때 전원측, 전력변환장치 및 부하에 대한 안전성이 저하되는 것이다.
상기와 같은 전력변환장치의 선행기술로서는 대한민국 특허공고 제88-1151호, 제88-1836호, 제89-3394호, 제93-10607 및 실용신안공고 제89-9014호 미국특허 4,706,177호 등이 있다.
본 발명은 종래의 전력변환장치가 갖는 제문제점을 해소하고자 안출된 것으로써 다음과 같은 목적을 갖는다.
첫째, 본 발명은 입력전원측에 전원레벨을 감지하여 과전압시 모든 회로에 공급되는 전원을 차단하고 이 차단상태를 보지할 수 있도록 된 전력변환장치를 제공한다.
둘째, 본 발명은 AC출력단에 변류기(CT)를 형성하여 부하측의 과부하상태를 감지하고, 과부하상태에서는 모든 회로에 공급되는 전원을 차단, 보지할 수 있도록 된 전력변환장치를 제공한다.
셋째, 본 발명은 상기 변류기를 통하여 부하측 단락시 즉각적으로 모든 회로에 공급되는 전원을 차단하고 이 상태를 보지할 수 있도록 된 전력변환장치를 제공한다.
넷째, 본 발명은 상기 변류기를 통하여 부하측의 출력상태를 레벨드라이브시켜 현재 부하측 사용전력을 용이하게 확인할 수 있도록 된 전력변환장치를 제공한다.
기타 본 발명은 상기 어떤 트러블에 의하여 모든 회로에 공급되는 전원을 차단, 보지하여 트러블을 해소하고 인위적으로 리셋시킬 때 까지 지속적으로 전력변환장치를 사용대기상태로 유지할 수 있도록 된 전력변환장치를 제공한다.
상술된 목적을 구현하고자 본 발명은 전력변환장치의 전원입력측에 전원레벨을 검출하는 전원감지수단을 형성하고 이 전원감지수단을 경유하여 후단의 모든 회로에 전원을 공급되게 스위칭하도록 하며 전원입력측에 트러블발생시 공급되던 전원을 차단하고 이 차단상태를 보지하도록 하며, AC출력단에 출력상태를 검출하는 변류기와 이 변류기에 과부하 차단레벨에서 동작하는 과부하감지수단과, 부하단락시 동작하는 단락감지수단과, 출력레벨을 표시하는 레벨표시수단으로서 이루어 상기 과부하감지수단 또는 단락감지수단의 구동으로 전원감지수단이 구동되어 후단의 모든회로에 전원공급을 차단하도록 이루어지는 것에 의한다. 결국 전원입력측의 극단적인 과전압으로부터 회로보호가 될 수 있으며, 동시의 부하측의 과부하, 단락 등에 의하여 회로보호가 될 수 있는 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 살펴보고자 한다.
제2도에 도시된 바와 같이 축전기전원입력단(DCIN)으로부터 펄스폭변조방식(PWM)으로 승압트랜스를 포화시키는 푸쉬풀 스위칭 FET와 승압된 트랜스 2차측전압을 직류로 변환하는 DC-DC컨버터(100)와 DC-DC컨버터(100)의 승압된 DC전원을 점대칭 구동되는 FET로 된 부하구동회로를 통하여 교류출력(ACOUT)으로 발생하며 이 부하구동회로를 상용주파수로 스위칭 제어하는 출력조절회로를 갖는 DC-AC인버터(200) 및 동작상태표시부(300)를 포함하여 이루어지는 전력변환장치에 있어서, 축전지전원(DC+)을 감지하여 정상일때 후단의 회로에 전원을 인가하고, 비정상적일 때 후단회로에 인가되는 전원을 차단하며 전원의 차단상태를 유지할 수 있도록 된 전원감지수단(10)을 상기 축전기 전원입력단(DCIN)과 DC-DC컨버터(100)간에 이루고, DC-AC인버터(200)의 AC출력단(ACOUT)에 출력레벨을 검출하는 변류기(CT)를 형성하여 부하측 과부하레벨과 비교하여 과부하 상태에서 상기 전원감지수단(10)을 차단상태로 전환되도록 하는 과부하감지수단(20)과, 부하측 단락레벨에서 상기 전원감지수단(10)을 차단상태로 전환되도록 하는 단락감지수단(30)과 상기 변류기(CT)를 통하여 검출되는 출력레벨을 표시하는 LED로 된 레벨표시수단(40)으로 이루되, 상기 전원감지수단(10)의 리셋을 위한 셋트/리셋부(50)를 포함하여 이루어지는 것이다.
상술된 바와 같은 본 발명의 기술사상을 구체적으로 실시함에 있어서 제3도와 같은 실시예를 통하여 좀 더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
축전기전원(DC+)의 입력단(DCIN)에 저항(R1), 제너다이오드(ZD)순방향 다이오드(D1) 및 저항(R2)으로 접지된 전압검출부(1)와 축전지전원(DC+)에 연결된 릴레이(RY)와 역지다이오드(D2)로 된 전원개폐부(2), 상기 릴레이(RY)를 스위칭하는 트랜지스터(Q1)와 저항(R4,R5)콘덴서(C1)로 된 스위칭부(3), 상기 스위칭부(3)의 트랜지스터(Q1)베이스 전위를 제한하는 사이리스터(SCR)의 게이트는 상기 전압검출부(1)의 다이오드(D1) 후단에 연결하고 에노드는 저항(R3)경유 베이스 저항(R4)에 접속하며 케소드 접지된 상태보지부(4)로써 이루어 전압감지부(10')를 형성하고, 교류출력단(ACOUT)에 변류기(CT)를 형성하여, 가변저항(VR)을 통하여 저항(R6~R10)콘덴서(C2~C5) 및 레벨비교기(COM1)로 된 레벨비교부(11)에 비반전 입력단으로는 기준레벨을 입력 연결하고, 반전입력단에는 상기 변류기(CT)검출레벨을 입력연결하여 이루고, 상기 레벨비교부(11)의 출력단에 다이오드(D3)저항(R11)콘덴서(C6)로 된 반파정류회로(12)와, 트랜지스터(Q2)와 저항(R12) 및 콘덴서(C7,C8)로 된 완충회로부(13)와 다이오드(D4)저항(R13~R19), 콘덴서(C9,C10)와 비교기(COM2)로 된 과부하 출력회로부(14)는 상기 완충회로부(13)출력을 비반전입력단에 연결하고, 반전입력단에는 기준전압으로 연결하여 이루어지는 과부하감지부(20')의 출력을 상기 전원감지부(10')의 사이리스터(SCR)게이트에 접속하며, 상기 가변저항(VR)에서 분기하여 저항(R21~R23)과 다이오드(D5~D6) 및 트랜지스터(Q3)로 된 단락감지부(30')의 출력을 상기 전원감지부(10')의 사이리스터(SCR)게이트에 접속하고, 상기 가변저항(VR)에서 분기하여 저항(R24~R26), 콘덴서(C11~C13)및 레벨드라이브 어레이(IC1) 및 레벨표시용 LED로써 이루어지는 레벨표시부(40')에 접속하여 이루되, 상기 전원(DC+)으로부터 스위치(SW)를 통하여 순방향 다이오드(D1)를 접속하여 된 셋트/리셋부(50')의 다이오드(D7)출력을 상기 전압감지부(10')의 저항(R3)에 접속하여 이루어지는 것이다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 제효과를 이하 살펴본다.
본 발명을 포함하는 전력변환장치는 통상의 축전기에 접속되어 직류전원을 교류전원으로 변환하게 되는 바, 축전기 전원(DC+)은 입력단(DCIN)에 접속되어 본 발명에 전원을 인가한다.
전원인가 후 셋트/리셋부(50')의 스위치(SW)를 닫게 되면 다이오드(D7)를 경유한 전원(DC+)은 저항(R3, R4), 트랜지스터(Q1)를 통하여 릴레이(RY)의 여자 구동을 유발한다. 이에 릴레이 접점(ry)이 후단의 회로에 전원을 공급되게 한다. 이때 전원전압에 트러블이 발생하게 되면 상기 전원(DC+)의 전압을 검출하는 전압검출부(10')의 제너다이오드(ZD)가 브레이크 오버전압 이상의 과전압이 입력단(DCIN)에 걸리게 될 때 본 발명의 모든 회로에 전원공급으로 즉각적으로 차단된다. 즉 제너다이오드(ZD)의 브레이크 오번전압이 다이오드(D1)를 통하여 사이리스터(SCR)의 게이트에 트리거 신호로 작용하여 사이리스터(SCR)가 트랜지스터(Q1)를 턴오프 상태로 전환되게 하고 따라서 릴레이(RY)가 소자되어 그 접점(ry)이 전원(DC+)을 차단하는 것에 의하여 과전압 입력에 의한 회로의 보호가 구현된다. 물론 이 과전압검출에 따른 릴레이(RY)의 오프상태는 사이리스터(SCR)로 된 상태보지부(4)가 스위치(SW)의 리셋조작전까지는 그 상태를 유지하게 하여 보호가 확실한 것이다.
한편, 정상적으로 전원이 입력되어 본 전력변환장치가 구동될때 AC출력단(ACOUT)의 출력상태를 감시하게 되는데 이는 과부하에 대한 보호와 부하단락(또는 출력단자단락)에 대하여 본 발명의 장치를 작동정지하는 것에 의하여 보호가 이루어진다.
부하측의 상태감지는 AC출력단(ACOUT)에 형성된 변류기(CT)로부터 검출되는 유기전력과 설정된 과부하에 대한 차단레벨과 단락에 대한 차단레벨에 의하여 해당레벨을 초과하는 변류기(CT)유기전력이 발생될 때 본 전력변환장치는 작동정지상태가 된다.
먼저, 과부하에 대한 보호를 살펴보면 다음과 같다.
AC출력단(ACOUT)에 형성된 변류기(CT)는 부하측출력을 감시하며 그 유기전력이 발생되어 감도조절용 가변저항(VR)을 경유 공급되고 기준출력 이상의 과부하가 걸리게 되면 그 변류기(CT)이에 저항(R3)콘덴서(C2, C3)를 통하여 레벨비교부(11)의 비교기(COM1) 반전입력단에 인가되어 비반전입력단의 기준전압에 의거 레벨이 정열되어 출력되고, 반파정류회로(12)를 통하여 직류화된 후 서지업서버로 동작되는 완충회로(13)를 경유 과부하출력회로부(14)의 비교기(COM2)에 비교전압으로 비반전입력단에 인가되고 반전입력단의 기준전압과 비교되어 출력을 발생하게 되고 이때 발생되는 과부하출력은 저항(R18)다이오드(D4)를 경유하여 상술한 바 있는 전압감지부(10')의 사이리스터(SCR)의 게이트에 트리거신호로 작용하여 릴레이(RY)의 소자로 모든 회로에 공급되던 전원을 차단하게 한다. 물론 과부하 상태가 소멸되더라도 사용자가 인위적으로 셋트/리셋부(50')의 스위치(SW)를 리셋하기 전까지는 지속적으로 과부하에 의한 차단상태를 유지하도록 작용한다. 동시에 공지된 고장상태표시등(미도시)이 점등되어 경보를 하게 되는 것이다. 여기서 상기 완충회로(13)의 콘덴서(C7)는 순간적인 과부하에 해당하는 전압상승을 지연하면서 과부하감지출력을 유보한다.
또한, 단락감지에 의한 차단동작은 상기 변류기(CT)의 유기전력레벨이 분압저항(R20, R21)을 통하여 트랜지스터(Q3)를 턴온하는 것에 의하여 단락감지에 대한 출력이 발생되어 저항(R23)다이오드(D6)를 통하여 이 또한 상기 사이리스터(SCR)의 게이트를 트리거하여 릴레이(RY)를 소자되게 하여 모든 회로의 전원공급을 차단하게 한다.
한편, 상기 변류기(CT)에 의한 AC출력단(ACOUT)의 출력레벨은 상술한바 있는 과부하 차단레벨과 단락에 의한 차단레벨에 비교 입력하는 것 외에 레벨표시부(40')에 인가되어 레벨드라이브 어레이(IC1)를 통하여 접속된 레벨표시용 LED를 당해 출력레벨에 맞게 표시구동되게 한다. 따라서 출력단의 포화상태 등을 용이하게 식별할 수 있게 된다.
동시에 셋트/리셋부(50')는 최초 본 발명의 전력변환장치를 사용가능한 상태로 셋트하거나 또는 전원측, 부하측의 어느 요소에 트러블이 발생하여 모든 회로에 전원공급이 중단되면 고장배제후 리셋시킬 수 있도록 작용하며 다이오드(D7)는 직류전원(DCIN)의 역극성오접속을 방지하여 극성불일치시에는 전원전압의 인가를 차단하는 효과를 갖는다. 여기서 상기 전압감지부(10')의 전압검출소자는 제너다이오드로 이루어져 있으나 저항등 별도의 소자구성도 가능하고, 상태보지부의 사이리스터(SCR)는 기타 다른 트리거소자로 대체구성이 가능하며 릴레이 역시 타스위칭소자로써 구성될 수 있으며 이러한 변형은 동일성의 범주로써 본 발명의 기술사상과 동일함을 밝혀준다.
이상에서 상세하게 살펴본 바와 같은 본 발명은 전원측의 극단적인 과전압입력시 본 장치에 전원공급을 행하지 아니하여 본 장치를 보호할 수 있으며, 또한 부하측의 과전압 또는 단락에 대하여 해당설정레벨치 이상일 때 이를 검출하는 변류기로써 입력전원을 즉각 차단하여 본 장치 및 부하를 파괴시키지 아니하고 보호할 수 있으며 이러한 고장에 의한 차단은 사용자가 리셋시키기 전까지는 그 상태를 그대로 보지하는 것에 의하여 안정성이 증가되는 효과를 갖으며 동시에 부하측의 전력사용레벨을 레벨표시용 LED로 표시함으로써 부하의 추가수용 또는 경감여부를 가시적으로 확인할 수 있어 단순하게 전력을 변환하는 것에 부가하여 전력변환장치 및 부하를 보호할 수 있도록 하는 것에 의하여 사용이 편리하고 구성이 간결한 매우 우수한 발명인 것이다.
마지막으로 본 발명의 실시예에 있어서 과부하를 감지하는 과부하 감지부(20')의 구성은 세부구성블럭(11~14)의 증감이 가능하며 단지 변류기(CT)의 검출레벨에 따라서 상태보지부(4)를 구동시키는 신호를 출력할 수 있으면 모두 다 실시가 가능하여 이러한 변경은 당업자에 의하여 용이한 것이며 균등한 것으로써 본 발명의 청구범위에 귀속됨을 밝혀둔다.

Claims (2)

  1. 축전기전원입력단(DCIN)으로부터 펄스폭변조방식(PWM)으로 승압트랜스를 포화시키는 푸쉬풀 스위칭 FET와 승압된 트랜스 2차측전압을 직류로 변환하는 DC-DC컨버터(100)와 DC-DC컨버터(100)의 승압된 DC전원을 점대칭 구동되는 FET로 된 부하구동회로를 통하여 교류출력(ACOUT)으로 발생하며 이 부하 구동회로를 상용주파수로 스위칭 제어하는 출력조절회로를 갖는 DC-AC인버터(200) 및 동작상태표시부(300)를 포함하여 이루어지는 전력변환장치에 있어서, 축전지전원(DC+)을 감지하여 정상일 때 후단의 회로에 전원을 인가하고, 비정상적일 때 후단회로에 인가되는 전원을 차단하며 전원의 차단상태를 유지할 수 있도록 된 전원감지수단(10)을 상기 축전기전원입력단(DCIN)과 DC-DC컨버터(100)간에 이루고, DC-AC인버터(200)의 AC출력단(ACOUT)에 출력레벨을 검출하는 변류기(CT)를 형성하여 부하측 과부하레벨과 비교하여 과부하상태에서 상기 전원감지수단(10)을 차단상태로 전환하도록 하는 과부하감지수단(20)과, 부하측 단락레벨에서 상기 전원감지수단(10)을 차단상태로 전환되도록 하는 단락감지수단(30)과, 상기 변류기(CT)를 통하여 검출되는 출력레벨을 표시하는 LED로 된 레벨표시수단(40)으로 이루되, 상기 전원감시수단(10)의 리셋을 위한 셋트/리셋부(50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서, 축전기전원(DC+)의 입력단(DCIN)에 저항(R1), 제너다이오드(ZD)순방향 다이오드(D1) 및 저항(R2)으로 접지된 전압검출부(1)와 축전지전원(DC+)에 연결된 릴레이(RY)와 역지다이오드(D2)로 된 전원개폐부(2), 상기 릴레이(RY)를 스위칭하는 트랜지스터(Q1)와 저항(R4,R5)콘덴서(C1)로 된 스위칭부(3), 상기 스위칭부(3)의 트랜지스터(Q1)베이스 전위를 제한하는 사이리스터(SCR)의 게이트는 상기 전압검출부(1)의 다이오드(D1)후단에 연결하고 에노드를 저항(R3)경유 베이스저항(R4)에 접속하며 케소드 접지된 상지보지부(4)로써 이루어 전압감지부(10')를 형성하고, 교류출력단(ACOUT)에 변류기(CT)를 형성하여, 가변저항(VR)을 통하여 저항(R6~R10)콘덴서(C2~C5) 및 레벨비교기(COM1)로 된 레벨비교부(11)에 비반전입력단으로는 기준레벨을 입력 연결하고, 반전입력단에는 상기 변류기(CT)검출레벨을 입력연결하여 이루고, 상기 레벨비교부(11)의 출력단에 다이오드(D3)저항(R11)콘덴서(C6)로 된 반파정류회로(12)와, 트랜지스터(Q2)와 저항(R12) 및 콘덴서(C7,C8)로 된 완충회로부(13)와 다이오드(D4)저항(R13~R19), 콘덴서(C9, C10)와 비교기(COM2)로 된 과부하 출력회로부(14)는 상기 완충회로부(13)출력을 비반전입력단에 연결하고, 반전입력단에는 기준전압으로 연결하여 이루어지는과부하감지부(20')의 출력을 상기 전원감지부(10')의 사이리스터(SCR)게이트에 접속하며, 상기 가변저항(VR)에서 분기하여 저항(R21~R23)과 다이오드(D5~D6) 및 트랜지스터(Q3)으로 된 단락감지부(30')의 출력을 상기 전원감지부(10')의 사이리스터(SCR)게이트에 접속하고, 상기 가변저항(VR)에서 분기하여 저항(R24~R26), 콘덴서(C11~C13) 및 레벨드라이브 어레이(IC1) 및 레벨표시용 LED로써 이루어지는 레벨표시부(40')에 접속하고 이루되, 상기 전원(DC+)으로부터 스위치(SW)를 통하여 순방향 다이오드(D1)를 접속하여 된 셋트/리셋부(50')의 다이오드(D7)출력을 상기 전압감지부(10')의 저항(R3)에 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
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