KR101898228B1

KR101898228B1 - Method and apparatus for compensating load impedance

Info

Publication number: KR101898228B1
Application number: KR1020160156590A
Authority: KR
Inventors: 배정환; 백보현; 이한솔; 원충연
Original assignee: 주식회사 큐아이티
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2016-11-23
Publication date: 2018-09-12
Also published as: KR20180058003A

Abstract

전력 변환기에서 부하 측으로 공급되는 전압과 전류의 위상차를 검출하고 상기 검출된 위상차가 상기 부하 측의 커패시턴스 변동으로 소정 범위를 벗어나는지 여부를 체크한 후 상기 체크 결과 상기 위상차가 상기 소정 범위를 벗어나는 경우 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 1 커패시터와 병렬로 연결된 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하여 상기 위상차가 상기 소정 범위 이내가 되도록 부하 커패시턴스를 보상한다. A phase difference between a voltage and a current supplied from the power converter to a load side is detected and it is checked whether or not the detected phase difference is out of a predetermined range due to the capacitance variation on the load side. If the phase difference is out of the predetermined range, And controls the opening and closing of the first switch element connected in parallel with the first capacitor among the plurality of resonance capacitors connected to the first capacitor to compensate the load capacitance so that the phase difference is within the predetermined range.

Description

부하 임피던스 보상 방법 및 장치{Method and apparatus for compensating load impedance}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load impedance compensation method and apparatus,

본 발명은 부하단에서 발생하는 유동적인 커패시턴스 성분을 전력변환 시스템 측에서 적응적으로 보상하기 위한 방법과 장치에 관한 발명이다.The present invention relates to a method and an apparatus for adaptively compensating a fluid capacitance component occurring at a lower stage on the power conversion system side.

전력변환기에서 인덕터와 커패시턴스의 공진에 의한 공진 운전을 수행할 때 운전 주파수는 커패시티브(capacitive) 부하 운전 영역에 머물면서도 최대한 공진점에 가깝도록 운전해야 바람직하다. When performing resonance operation by resonance of inductor and capacitance in the power converter, it is desirable that the operating frequency should be operated as close as possible to the resonance point while staying in the capacitive load operating region.

만일 공진점에서 인덕티브(inductive) 운전 영역으로 운전 주파수가 넘어가게 되면 스위칭 소자는 소자에 전류가 많이 흐르는 하드 스위칭을 하게 되고, 스위칭 소자에 연결된 버스의 스트레이 인덕턴스로 인한 스파이크 전압이 발생한다. If the operating frequency passes from the resonance point to the inductive operating region, the switching element will conduct a hard switching of the current flowing in the element, and a spike voltage due to the stray inductance of the bus connected to the switching element will occur.

부하 측에서는 부하의 종류나 운전 조건에 따라 커패시턴스가 변하게 되는데, 이러한 커패시턴스의 변화를 고려한 공진 추종 운전이 필요하다. On the load side, the capacitance varies depending on the type of load and the operating condition. A resonance follow-up operation is required in consideration of such a change in capacitance.

공진 추종 운전을 하는 전력변환기에서 부하 측의 임피던스 변화에 따라 공진점에 최대한 근접한 주파수로 운전하도록 제어하는 방법과 장치가 필요하다. There is a need for a method and an apparatus for controlling such that the resonance point is operated at a frequency closest to the resonance point in accordance with the impedance change of the load side in the power converter performing resonance following operation.

상기의 과제를 해결하기 위해 공진 추종 운전을 하는 전력변환기에서 부하 측으로 공급되는 전압과 전류의 위상차를 검출하는 단계, 상기 검출된 위상차가 상기 부하 측의 커패시턴스 변동으로 소정 범위를 벗어나는지 여부를 체크하는 단계, 및 상기 체크 결과 상기 위상차가 상기 소정 범위를 벗어나는 경우 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 1 커패시터와 병렬로 연결된 제 1 스위칭 소자의 개폐를 제어하여 상기 위상차가 상기 소정 범위 이내가 되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 커패시턴스 보상 방법이 제공된다. In order to solve the above problems, there is provided a method for controlling a resonance-driven power converter, comprising the steps of: detecting a phase difference between a voltage and a current supplied to a load side in a power converter performing a resonance following operation; and checking whether the detected phase difference is out of a predetermined range And controlling the opening and closing of the first switching device connected in parallel with the first capacitor among the plurality of resonance capacitors connected in series when the phase difference is out of the predetermined range as a result of the check, A load capacitance compensation method is provided.

바람직하게는, 상기 제1 스위칭 소자의 개폐를 제어하여도 상기 위상차가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하는 경우 상기 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 2 커패시터와 병렬로 연결된 제 2 스위칭 소자의 개폐를 제어하여 상기 위상차가 상기 소정 범위 이내가 되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the phase difference does not fall within the predetermined range even if the first switching device is controlled to be opened or closed, the switching device controls the opening and closing of the second switching device connected in parallel with the second capacitor among the plurality of resonant capacitors connected in series So that the phase difference is within the predetermined range.

바람직하게는, 상기 제1 스위칭 소자의 개폐를 제어하여도 상기 위상차가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하는 경우 상기 위상차가 상기 소정 범위 이내가 되도록 상기 복수의 공진 커패시터와 병렬로 연결된 복수의 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, when the phase difference does not fall within the predetermined range even if the first switching device is controlled to be open or closed, the phase difference may be within the predetermined range by opening and closing a plurality of switching elements connected in parallel with the plurality of resonance capacitors And a step of controlling the control unit.

바람직하게는, 상기 검출된 위상차가 상기 소정 범위의 최대값보다 커지는 경우 상기 제 1 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 것은 상기 제 1 스위칭 소자를 닫는 것임을 특징으로 한다.Preferably, when the detected phase difference is larger than the maximum value of the predetermined range, controlling the opening and closing of the first switching device closes the first switching device.

바람직하게는, 상기 검출된 위상차가 상기 소정 범위 내의 최소값보다 작아지는 경우 상기 제 1 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 것은 상기 제 1 스위칭 소자를 여는 것임을 특징으로 한다.Preferably, when the detected phase difference is smaller than a minimum value within the predetermined range, controlling the opening and closing of the first switching device opens the first switching device.

바람직하게는, 상기 부하 측으로 공급되는 전압은 상기 부하 측으로 공급되는 전류보다 위상이 지연되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the voltage supplied to the load side is delayed in phase from the current supplied to the load side.

상기의 과제를 해결하기 위해 공진 추종 운전을 하는 전력변환기 장치는 부하 측으로 공급되는 전압과 전류의 위상차를 검출하는 위상 검출부, 및 상기 위상 검출부에 의해 검출된 위상차가 상기 부하 측의 커패시턴스 변동으로 소정 범위를 벗어나는지 여부를 체크하는 컨트롤러, 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터; 및 상기 복수의 공진 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터와 병렬로 연결된 제1 스위칭 소자를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 체크 결과 상기 위상차가 상기 소정 범위를 벗어나는 경우 상기 제 1 스위칭 소자의 개폐를 제어하여 상기 위상차가 상기 소정 범위 이내가 되도록 하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above problems, a power converter device that performs a resonance following operation includes a phase detector that detects a phase difference between a voltage and a current supplied to a load side, and a phase detector that detects a phase difference, A plurality of resonance capacitors connected in series; And a first switching element connected in parallel with at least one capacitor of the plurality of resonant capacitors, wherein the controller controls opening and closing of the first switching element when the phase difference is out of the predetermined range, Is within the predetermined range.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 제1 스위칭 소자의 개폐를 제어하여도 상기 위상차가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하는 경우 상기 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 2 커패시터와 병렬로 연결된 제 2 스위칭 소자의 개폐를 제어하여 상기 위상차가 상기 소정 범위 이내가 되도록 하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the controller controls the opening and closing of the first switching element, but if the phase difference does not fall within the predetermined range, the second switching element, which is connected in parallel with the second capacitor among the plurality of resonance capacitors connected in series, So that the phase difference is within the predetermined range.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 제1 스위칭 소자의 개폐를 제어하여도 상기 위상차가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하는 경우 상기 위상차가 상기 소정 범위 이내가 되도록 상기 복수의 공진 커패시터와 병렬로 연결된 복수의 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the controller controls the plurality of switching elements connected in parallel with the plurality of resonance capacitors so that the phase difference falls within the predetermined range even if the phase difference does not reach the predetermined range even if the first switching element is controlled to be opened or closed. And controlling the opening and closing of the device.

바람직하게는, 상기 제 1 스위칭 소자는 IGBT, FET 및 GTO 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Preferably, the first switching device is at least one of an IGBT, an FET, and a GTO.

상기의 과제를 해결하기 위해 공진 추종 운전을 하는 전력변환기는 부하 측으로 공급되는 전압과 전류의 위상차를 검출하는 위상 검출부; 상기 위상 검출부에 의해 검출된 위상차가 상기 부하 측의 임피던스 변동으로 소정 범위를 벗어나는지 여부를 체크하는 컨트롤러; 병렬로 연결된 복수의 공진 인덕터; 및 상기 복수의 공진 인덕터 중 적어도 하나의 인덕터와 직렬로 연결된 제1 스위치 소자를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 체크 결과 상기 위상차가 상기 소정 범위를 벗어나는 경우 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하여 상기 위상차가 상기 소정 범위 이내가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, a power converter for resonance-following operation includes a phase detector for detecting a phase difference between a voltage and a current supplied to a load side; A controller for checking whether the phase difference detected by the phase detector is out of a predetermined range due to an impedance variation on the load side; A plurality of resonance inductors connected in parallel; And a first switch element connected in series with at least one inductor of the plurality of resonance inductors, wherein the controller controls opening and closing of the first switch element when the phase difference is out of the predetermined range as a result of the check, Is within the predetermined range.

상기의 과제 해결 수단에 의한 전력 변환기를 통해 부하 커패시턴스가 운전 조건이나 부하의 특성에 따라 달라지더라도 최대한 공진점에 가까우면서도 커패시턴스 영역에서 운전이 되도록 복수의 직렬로 연결된 커패시턴스의 일부를 스위칭 소자로 대체하고, 이를 통해 전력 변환기가 안정적인 공진점 추종 운전이 가능하도록 한다. Even if the load capacitance varies depending on the operation conditions or the characteristics of the load through the power converter according to the above-mentioned problem solution, a part of the plurality of series-connected capacitors is replaced with the switching element so as to operate in the capacitance region as close as possible to the resonance point , So that the power converter can perform stable resonance point following operation.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공진점 추종 운전을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 인덕터가 병렬로 연결된 공진부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 공진부의 커패시터와 병렬로 연결된 스위치 개폐를 조절하여 부하 임피던스를 보상하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 공진부의 인덕터와 직렬로 연결된 스위치 개폐를 조절하여 부하 임피던스를 보상하는 방법의 흐름도이다.1 shows a power conversion system according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph for explaining a resonance point following operation according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a resonator in which a plurality of inductors are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a method of compensating load impedance by adjusting switch opening / closing connected in parallel with a capacitor of a resonance part according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a method of compensating load impedance by adjusting switch opening / closing in series with an inductor of a resonance part according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함된다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Like reference numerals designate like elements throughout the specification. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification.

산업계에서 고주파 고전압(high frequency high voltage) 전력변환 응용 분야는 점점 다양해지고 있다. 유도 가열기, 오존 발생기, 플라즈마 발생기 등은 100kHz~220kHz 의 고주파수, 0 ~ 5,000V 의 고전압 출력이 필요한 전력 변환 응용 분야이다. 이러한 고주파 고전압 전력 변환 응용기기에 대한 입력 전력 레벨은 기기마다 조금씩 다르긴 하지만 유효전력 5kW 정도의 입력 전력 레벨이 필요한 경우가 많다. Applications for high frequency high voltage power conversion are becoming more and more diverse in the industry. Induction heaters, ozone generators, and plasma generators are power conversion applications that require high frequencies from 100kHz to 220kHz and high voltage outputs from 0 to 5,000V. The input power level for such a high-frequency high-voltage power conversion application is slightly different for each device, but an input power level of about 5 kW is often required.

고주파 고전압 전력 변환 응용기기의 부하측에는 유효전력과 무효전력이 합쳐진 피상전력이 전달되는데, 대략 무효 전력량 40kVar~80kVar가 흘러갈 수 있고, 따라서, 유효전력 5kW를 고려할 때 피상 전력은 45~85kVA 정도까지 부하 측으로 공급될 수 있다. The apparent power combined with the active power and the reactive power is transmitted to the load side of the high-frequency high-voltage power conversion application device, and the reactive power amount of about 40 kVar to 80 kVar can flow. Therefore, when the effective power 5 kW is taken into consideration, the apparent power is about 45 to 85 kVA Can be supplied to the load side.

고주파 고전력 전력 변환기에서 부하측에 전력을 변환하여 전달하기 위한 인버터 단(혹은 컨버터)에는 고주파 스위칭을 위해서 FET를 스위칭 소자로 사용한다. 본 명세서에서 스위칭 소자는 스위치 소자와 대체되어 사용될 수 있고, 역으로도 마찬가지이다. In an inverter stage (or converter) for converting power from a high-frequency high-power power converter to a load, a FET is used as a switching device for high-frequency switching. In this specification, the switching element can be used in place of the switching element, and vice versa.

위 실시예에서는 스위칭 소자가 FET이지만, 고주파 스위칭을 위한 어떤 반도체 소자도 가능하다. 예를 들어 FET 대신 IGBT, GTO, 고속 트랜지스터와 같은 고주파 스위칭 소자도 가능하다. In the above embodiment, the switching element is the FET, but any semiconductor element for high frequency switching is possible. For example, high-frequency switching devices such as IGBTs, GTOs, and high-speed transistors can be used instead of FETs.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 시스템(100)을 나타낸다.1 shows a power conversion system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1에 따른 전력변환 시스템(100)의 입력전원(110)은 3상 전원을 사용하는 것으로 가정한다. 주로 3상 220V 가 산업계에서 일반적인 입력전원임을 감안한 것이다. 3상 전원을 사용하지만, 이는 실시예에 불과할 뿐 단상 전원을 사용하여도 본 발명에 따른 부하 커패시터 보상 방법을 구현하는 장치로는 아무런 장애나 제약이 없다. It is assumed that the input power source 110 of the power conversion system 100 according to FIG. 1 uses a three-phase power source. Mainly considering that the three-phase 220V is a general input power source in the industry. Although a three-phase power source is used, this is merely an embodiment, and there is no obstacle or limitation in the apparatus for implementing the load capacitor compensation method according to the present invention even by using a single-phase power source.

입력전원(110)으로부터의 3상 전원은 정류부(120)에서 정류되어 DC 링크(130) 커패시터에 의해 직류전원으로 확립된다. 정류부(120)는 입력전원이 3상인 경우 보통 6개의 다이오드(121, 122, 123, 124, 125, 126)로 구성된다. 입력전원이 단상인 경우는 물론 4개의 다이오드로 입력전원을 정류할 수 있다. The three-phase power source from the input power source 110 is rectified by the rectification unit 120 and is established as a DC power source by the DC link 130 capacitor. The rectifying unit 120 is generally composed of six diodes 121, 122, 123, 124, 125, and 126 when the input power is three-phase. The input power can be rectified with four diodes as well as when the input power is single-phase.

DC 링크(130) 상에 확립된 DC 전압은 인버터부(140)에 의해 원하는 고주파 고전압 출력으로 변환된다. 출력으로 연결되는 지점에 있는 커패시터(145)는 출력의 DC 성분을 제거한다. The DC voltage established on the DC link 130 is converted into a desired high frequency high voltage output by the inverter section 140. The capacitor 145 at the point connected to the output removes the DC component of the output.

인버터부(140)의 고속 스위칭 소자는 고속 스위칭이 가능하면서 내압이 높은 반도체 소자를 사용해야 하는데 주로 FET 소자를 이용한다. 물론 응용에 따라서는 IGBT나 GTO도 가능하다. 그 외 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자 어떤 것을 사용해도 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환기를 구현하는데 문제가 없다. The high-speed switching element of the inverter unit 140 needs to use a high-breakdown-voltage semiconductor element capable of high-speed switching and mainly uses an FET element. Of course, depending on the application, IGBT or GTO is also possible. There is no problem in implementing a power converter according to an embodiment of the present invention by using any other semiconductor device capable of high-speed switching.

보통 전력변환 시스템(100)에서는 DC 링크 전압(130)을 입력하는 하는 SMPS(180, 스위칭 모드 파워 서플라이)를 통해 컨트롤러(190)에 전원을 공급한다. 컨트롤러는 전력 변환 시스템(100)의 공진 추종 운전을 제어하고 인버터부(140)의 게이트 신호 출력을 제어한다. 공진 추종 운전을 제어하는 컨트롤러와 인버터부(140)의 게이트 신호 출력을 제어하는 제 2의 컨트롤러는 사용자의 선택에 따라 별개로 구비될 수 있다. Typically, the power conversion system 100 provides power to the controller 190 via an SMPS 180 (a switching mode power supply) that receives a DC link voltage 130. The controller controls the resonance following operation of the power conversion system 100 and controls the output of the gate signal of the inverter unit 140. The controller for controlling the resonance following operation and the second controller for controlling the output of the gate signal of the inverter unit 140 may be separately provided according to the user's selection.

출력은 트랜스포머(150)에 의해 변압되고 절연되어 부하 측으로 전달된다. 입력전원(110)이 220V 인 경우 DC 링크에 의해 확립되는 전압은 보통 380V 이지만 트랜스포머(150)에 의해 부하 측에 전달되는 전압의 크기를 조절할 수도 있다. 트랜스포머(150) 출력 단의 공진회로는 인덕터(164)와 커패시터(162)를 포함한다. 인덕터와 커패시터의 공진에 의해 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환기는 공진 추종 운전을 하게 된다. 공진 주파수는 다음과 같이 계산된다. The output is transformed by the transformer 150, isolated and transferred to the load side. When the input power source 110 is 220V, the voltage established by the DC link is usually 380V, but the magnitude of the voltage transmitted to the load side by the transformer 150 may be adjusted. The resonant circuit of the output stage of the transformer 150 includes an inductor 164 and a capacitor 162. [ The power converter according to the embodiment of the present invention performs the resonance following operation by resonance of the inductor and the capacitor. The resonance frequency is calculated as follows.

(수식 1)

(Equation 1)

공진 주파수는 공진부(160)의 인덕터(164)에 의한 임피던스와 커패시터(162)에 의한 임피던스가 같아지는 조건에서의 주파수값이다. The resonance frequency is a frequency value under the condition that the impedance due to the inductor 164 of the resonator 160 and the impedance due to the capacitor 162 become equal to each other.

본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 시스템(100)은 인버터부(140)의 고속 스위칭을 통해 유효전력을 부하(170) 측에 공급하고 트랜스포머(150) 출력단에 구비된 공진부(160)의 LC 탱크(인덕터(164, L)와 커패시터(162, C) 탱크)에서 공진을 통해 무효전력을 부하(170) 측에 공급한다.The power conversion system 100 according to an embodiment of the present invention supplies active power to the load 170 through the high speed switching of the inverter unit 140 and supplies the active power to the resonance unit 160 provided at the output terminal of the transformer 150 Reactive power is supplied to the load 170 side through resonance in the LC tank (the inductor 164, L and the capacitor 162, C tank).

위와 같은 전력 변환 시스템(100)에서 인버터부(140) 스위칭을 통한 인버터 운전을 할 때 LC 공진점 추종 운전을 하는 것이 입력단에서 바라보았을 때 바람직한 운전 상태가 된다. 왜냐하면, 공진점에 가까운 운전일수록 역률이 제일 좋은 효율적인 운전이 되기 때문이다. The LC resonance point following operation when the inverter is operated through the switching of the inverter unit 140 in the power conversion system 100 as described above is a preferable operation state when viewed from the input terminal. This is because an operation close to the resonance point results in an efficient operation in which the power factor is the best.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공진점 추종 운전을 설명하기 위한 그래프이다. 2 is a graph for explaining a resonance point following operation according to an embodiment of the present invention.

도 2에 따른 일실시예에서는 공진 주파수가 대략 142KHz 정도에서 형성되고 있다. 그래프에서 공진점 우측은 커패시티브 운전 영역(201)이고 공진점 좌측은 인덕티브 운전 영역(203)이다. 위에서 설명한 바와 같이 전력 변환 시스템은 공진점 근처에서 운전이 이루어질수록 역률이 좋은 효율적인 운전이 가능하므로 되도록 공진점 근처에서 운전하는 것이 바람직하다. In the embodiment according to FIG. 2, the resonance frequency is about 142 KHz. The right side of the resonance point in the graph is the capacitive operation region 201 and the left side of the resonance point is the inductive operation region 203. [ As described above, it is preferable that the power conversion system is operated near the resonance point so that efficient operation can be performed with a good power factor as the operation is performed near the resonance point.

그 중에서도 전력 변환 시스템 운전은 되도록 커패시티브 운전 영역(201) 에서 운전하는 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다. 전력 변환 시스템에서 부하가 걸려서 공진점을 넘어 인덕티브 운전 영역(203) - 예를 들어 A 지점 - 에서 운전이 이루어지면 도 1의 인버터부(140)의 스위칭 소자 스위칭 시 소자에 전류가 흐르는 하드 스위칭 영역으로 옮겨가게 된다. 이 때 전력 변환 시스템의 스위칭 소자와 연결된 버스(bus) 상의 스트레이 인덕턴스(Ls) 및 빠른 스위칭 주파수로 인해 스위칭 내압을 위협할 수 있는 상당히 높은 스파이크 전압(Vspike = Ls * di/dt)이 발생하게 된다. 스위칭 속도와 스트레인 인덕턴스(Ls)의 크기 및 스위칭 소자의 내압 레벨에 따라 스위칭 소자 소손도 발생할 수 있다. Among them, it is preferable to operate the power conversion system in the capacitive operation region 201, for the following reason. When the load is applied to the power conversion system and the operation is performed in the inductive operation region 203 (for example, point A) beyond the resonance point, the hard switching region in which current flows in the switching element of the inverter unit 140 of FIG. . At this time, due to the stray inductance Ls and the fast switching frequency on the bus connected to the switching elements of the power conversion system, a considerably high spike voltage Vspike = Ls * di / dt is generated which can threaten the switching withstand voltage . The switching element may be burned out depending on the switching speed, the magnitude of the strain inductance Ls, and the internal voltage level of the switching element.

반면에 전력 변환기 운전을 커패시티브 운전 영역(201)에서 운전하되 공진점에서 상당히 먼 지점 - 예를 들어 B 지점 - 에서 운전을 수행하면 무효전력이 상대적으로 크게 증가하게 되고 큰 전류가 흐르게 된다. 기존의 제품들은 이와 같이 피상전력이 큰 운전을 하는 경우 부하 측 트랜스포머나 리액터에서 발생하는 열을 식히기 위해 트랜스포머나 리액터를 기름에 담그는 조치를 취한다. On the other hand, if the operation of the power converter is performed in a region 201, which is far from the resonance point, for example, at the point B, the reactive power is relatively increased and a large current flows. Conventional products take measures to immerse transformers or reactors in oil in order to cool the heat generated by the load-side transformers or reactors when the apparent power is operated as described above.

이상을 고려할 때 본 발명에 따른 일실시예에서는 전력 변환 시스템이 공진점 우측 상의 커패시티브 운전 영역(201)에서 운전을 하되 운전 주파수가 공진점에 가까울 수록 더욱 바람직한 소프트 스위칭 운전이 이루어진다. 따라서, 전력 변환 시스템 운전 주파주가 공진점 좌측인 인덕티브 운전 영역(203)으로 이동하지 않으면서 최대한 공진점에 가까운 커패시티브 운전 영역(201)에서 운전하여 유효 전력이 극대화되고 그 결과 시스템의 효율이 극대화되도록 제어하는 것이 필요하다. In consideration of the above, in the embodiment of the present invention, the power conversion system operates in the capacitive operation region 201 on the right side of the resonance point, and more preferable soft switching operation is performed as the operation frequency approaches the resonance point. Therefore, the active power is maximized by operating in the capacitive operation region 201 nearest to the resonance point, without moving to the inductive operation region 203, which is the left side of the resonance point, and the efficiency of the system is maximized It is necessary to control them to be maximized.

도 1에서 보는 바와 같은 전력 변환 시스템(100)에서 공진부(160)의 L, C 값이 고정되어 있으면 공진점에 가까우면서 커패시티브 운전 영역(201)에서 운전이 되도록 인버터부(140)를 제어할 수 있을 것이다. 하지만, 실제 응용에서 발생하는 문제는 부하(170) 측의 커패시턴스 성분이 공진 커패시터(162) 값에 영향을 준다는 것이다. 더불어 부하(170) 측의 커패시턴스 성분이 고정적이지 않고 상황에 따라 변동하는 경우 더욱 공진점 추종 운전이 어려울 수 있다.1, when the L and C values of the resonance unit 160 are fixed in the power conversion system 100, the inverter unit 140 is controlled to be operated in the capacitive operation region 201 while being close to the resonance point You can do it. However, a problem that arises in practical applications is that the capacitance component on the side of the load 170 affects the value of the resonant capacitor 162. In addition, when the capacitance component on the side of the load 170 is not fixed but fluctuates according to the situation, the resonance point following operation may be further difficult.

도 1에서 부하(170)는 크기는 약간씩 다를 수 있으나 R(저항), L(인덕터), C(커패시터) 성분이 조금씩은 있게 마련이다. 예를 들면 부하의 일종으로 플라즈마 발생기의 경우 커패시터 성분이 있고 이 커패시터 성분은 운전 중 운전 조건에 따라 그 크기가 변하게 된다. 플라즈마 반응기 사이에 가스가 통과하거나 플라즈마 반응기 극판의 온도가 상승하는 경우 부하 측 커패시턴스 값의 변화가 일어나게 된다. In FIG. 1, the load 170 may be slightly different in size, but R (resistance), L (inductor), and C (capacitor) components are slightly smaller. For example, there is a capacitor component in the case of a plasma generator, which is a kind of load, and the size of the capacitor component varies depending on the operating conditions during operation. When the gas passes between the plasma reactors or when the temperature of the plasma reactor plate rises, a change in the load side capacitance value occurs.

비단 플라즈마 발생기 뿐만 아니라 유도 발생기나 다른 부하의 경우에도 상황에 따라 부하 측 커패시터(171)가 수시로 변하는 조건은 다반사로 발생한다. In the case of induction generators or other loads as well as non-plasma generators, the condition in which the load side capacitor 171 is changed occasionally varies depending on the situation.

이와 같이 부하 측의 부하 커패시터(171) 값이 수시로 바뀌는 경우 애초에 사용자가 생각한 공진점 추종 운전이 제대로 되지 않을 수 있다. 즉, 부하 커패시터(171)가 커지면 위 수식 1에서 C값이 커지게 되므로 공진 주파수는 값이 작아지게 된다. 도 2를 살펴보면 공진 주파수가 좌측으로 이동하면 고정된 운전 주파수는 공진점으로부터 우측으로 멀어지게 된다. 이렇게 되면 무효 전력의 증가로 전력 변환 시스템 효율이 떨어지게 된다. If the value of the load capacitor 171 on the load side is changed as described above, the resonance point following operation that the user thinks may fail in the beginning. That is, when the load capacitor 171 is large, the value of C in Equation 1 becomes large, so that the resonance frequency becomes small. Referring to FIG. 2, when the resonance frequency moves to the left, the fixed operation frequency moves away from the resonance point to the right. This increases the efficiency of the power conversion system due to the increase of the reactive power.

반대로 부하 측의 부하 커패시터(171) 값이 작아지거나 운전 조건에 따라 0에 가까운 값이 되면 수식 1에서 C 값이 작아지므로 공진 주파수는 커지게 되고 공진점이 우측으로 이동하므로 최초의 운전 주파수는 도 2에서 공진점으로부터 인덕티브 운전 영역(203)으로 이동하게 되고, 이 경우 앞에서 설명한 바와 같이 하드 스위칭에 의한 스파이크 전압 발생 및 소자 소손 위험이 발생한다. On the contrary, when the value of the load capacitor 171 on the load side becomes smaller or becomes closer to 0 according to the operating condition, the C value becomes smaller in Equation 1, so that the resonance frequency becomes larger and the resonance point moves to the right. The inductive operation region 203 is shifted from the resonance point to the inductive operation region 203. In this case, as described above, there arises a risk of spike voltage generation and device destruction by hard switching.

따라서, 부하(170) 측의 부하 커패시터(171)가 운전 중 수시로 변하여도 이에 대하여 공진점 추종 운전이 일정한 상태를 유지하도록 하는 강인한(robust) 전력 변환 시스템이 필요하다. 즉, 도 2에서 공진점 바로 우측인 C 영역에서 운전이 지속적으로 이루어지도록 하는 것이 필요하다. C 영역의 최소 주파수는 공진점 주파수보다 약간 큰 값을 가질 것이다. 소정의 범위라고 할 수 있는 C 영역의 크기는 전력 변환 시스템을 운전하는 사용자의 선택에 의해 정해질 것이다. Therefore, there is a need for a robust power conversion system that keeps the resonance point following operation constant even if the load capacitor 171 on the load 170 side changes during operation at any time. That is, in FIG. 2, it is necessary to continuously perform operation in the C region to the right of the resonance point. The minimum frequency of the C region will have a value slightly larger than the resonance frequency. The size of the C region, which may be a predetermined range, will be determined by the selection of the user who operates the power conversion system.

이러한 문제를 해결하기 위해 도 1로 다시 돌아가면 보통 공진부(160)에서 공진 커패시터(162)는 내압을 높이기 위해 복수의 커패시터(1621, 1622, 1628, 1629)를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 커패시터(1621, 1622,…, 1628, 1629)에 병렬로 복수의 스위치 소자(1611, 1612, …,1618)를 구비한다. 사용자의 선택에 따라 복수의 스위치 소자(1611, 1612, …,1618)를 구비할 수도 있고 실험적 경험에 따라 최소한으로 하나의 스위치 소자(1611) 만을 구비하도록 할 수도 있다. 하나의 스위치 소자인 제1 스위치(1611)만을 구비하던 복수의 스위치 소자(1611, 1612, …,1618)를 구비하던 스위치 소자는 컨트롤러(190)에서 제어 신호인 게이트 신호가 출력되어 스위치 소자가 제어된다. 1, the resonance capacitor 162 in the resonance unit 160 has a structure in which a plurality of capacitors 1621, 1622, 1628, and 1629 are connected in series to increase the breakdown voltage . A plurality of switch elements 1611, 1612, ..., 1618 are provided in parallel in a plurality of capacitors 1621, 1622, ..., 1628, 1629 according to an embodiment of the present invention. Depending on the user's selection, a plurality of switch elements 1611, 1612, ..., 1618 may be provided, or at least one switch element 1611 may be provided according to experimental experience. A switch element having a plurality of switch elements 1611, 1612, ..., and 1618 having only a first switch 1611 as a switch element outputs a gate signal as a control signal in the controller 190, do.

전력 변환 시스템(100)에서 위상 검출부(195)는 부하(170) 측으로 공급되는 전압 전류의 위상차를 검출한다. 보통 커패시티브 부하이면 전압은 전류에 비해 위상이 지연될 것이다. 전압과 전류의 위상차는 전압과 전류가 제로점을 통과하는 차이를 카운터로 계산해보면 알 수 있다. 보통 위상차를 검출하기 위한 카운터는 PLL(phase lock loop)을 사용한다. In the power conversion system 100, the phase detector 195 detects the phase difference of the voltage current supplied to the load 170 side. Usually a capacitive load will cause the voltage to be delayed in phase relative to the current. The phase difference between voltage and current can be found by calculating the difference between the voltage and the current passing through the zero point as a counter. A counter for detecting a phase difference usually uses a phase lock loop (PLL).

위상 검출부(195)의 출력은 전압과 전류의 위상 자체일 수도 있고 전압과 전류의 위상차가 될 수도 있다. 컨트롤러(190)는 상기 위상 검출부(195)에 의해 검출된 위상차가 상기 부하(170) 측의 커패시턴스 변동으로 소정 범위를 벗어나는지 여부를 체크한다.The output of the phase detector 195 may be the phase of the voltage and the current itself or may be the phase difference between the voltage and the current. The controller 190 checks whether or not the phase difference detected by the phase detector 195 is out of a predetermined range due to a capacitance variation on the side of the load 170. [

앞선 예에서와 같이 부하 커패시터(171)가 일정한 환경이나 운전 조건에서 커지게 되면 공진 커패시터(162)와 더해져서 공진점이 이동하게 된다. 이 경우 공진 주파수는 작아지게 되고 원래 도 2의 C 영역에서 운전하던 전력 변환 시스템(100)은 C 영역을 벗어나 B 방향의 우측 커패시티브 영역(201)으로 벗어나게 된다. 즉, 전압은 전류보다 이전보다 더 지연되게 되고 이는 더 큰 위상차로 나타난다.When the load capacitor 171 becomes larger under a certain environment or operating condition as in the above example, the resonance point is shifted by adding it to the resonance capacitor 162. In this case, the resonance frequency becomes small, and the power conversion system 100, which originally operated in the C region of FIG. 2, deviates from the C region and deviates to the right side capacitive region 201 in the B direction. That is, the voltage is delayed more than before the current, which appears as a larger phase difference.

전력 변환 시스템(100) 입장에서는 소정의 범위인 C 영역을 벗어난 커패시티브 영역(201)에 있는 운전 주파수를 C 영역 이내로 다시 복귀하도록 할 필요가 있다. 이를 위해 공진 커패시턴스 크기를 줄이는 방법이 있다. 이를 위해 도 1에서 제1 커패시터(1621)와 병렬로 연결된 제1 스위치(1611)를 닫는다. 제1 스위치는 컨트롤러(190)에 의한 게이트 신호에 의해 제어된다. 이는 일실시예에 불과할 뿐 사용자는 시스템 동작 상의 선택에 따라 도 1에서 제2 커패시터(1622)까지 단락시키기 위해 제 1 스위치(1611) 뿐만 아니라 제2 스위치(1612)도 추가로 닫는 조치를 취할 수도 있다. 또한, 한 두개의 커패시터를 단락시키는 것으로는 운전 주파수를 C 영역으로 옮겨오는데 부족한 경우 제2 스위치부터 추가의 커패시터 제n-1 커패시터(1628)까지 순차적으로 제n-1 스위치(1618)까지 닫아서 제 n 커패시터(1629)만 남기고 모든 커패시터를 단락시킬 수 있다. 이러한 동작은 결국 위상 검출부(195)에 의해 검출된 위상차가 소정 범위의 최대값보다 커지는 경우 제1, 2, … , n 스위치 소자를 닫아서 위상차가 소정 범위의 최대값보다 작아지는 영역으로 들어가도록 조치하는 것이다. For the power conversion system 100, it is necessary to return the operating frequency in the capacitive area 201 outside the C range, which is a predetermined range, to within the C range. For this purpose, there is a method of reducing the resonance capacitance size. 1, the first switch 1611 connected in parallel with the first capacitor 1621 is closed. The first switch is controlled by a gate signal from the controller 190. This is only an example, and the user may take action to further close the second switch 1612 as well as the first switch 1611 to short the second capacitor 1622 in FIG. have. If shorting of one or two capacitors is necessary to shift the operation frequency to the C region, the second switch is sequentially closed from the second switch to the n-1 capacitor 1628 to the n-1 switch 1618, it is possible to short-circuit all of the capacitors by leaving only the n capacitors 1629. If the phase difference detected by the phase detector 195 is larger than the maximum value of the predetermined range, , the n switch element is closed so that the phase difference is reduced to a region smaller than the maximum value of the predetermined range.

이러한 동작에 의해 부하 커패시턴스가 변동하더라도 안정적인 공진점 추종 운전을 수행할 수 있다. By this operation, stable resonance point following operation can be performed even if the load capacitance varies.

반대로, 부하 커패시턴스가 조건에 의해 다시 작아지는 경우는 기존 닫혔던 스위치 제1 스위치(1611), 제2 스위치(1612)를 순차적으로 열어서 공진 커패시터(162) 값을 적절히 변동시킬 수 있다. 이와 같이 공진 커패시터(162)가 복수의 커패시터로 직렬 연결된 경우 각각에 스위치 소자(1611, 1612, …1618)를 병렬 연결하여 이들의 개폐를 조절하여 전체 공진 커패시터 값을 조절할 수 있다. 이러한 공진 커패시터 값 조절은 운전 주파수가 도 2의 C 영역에서 안정적으로 운전되도록 제어하는 역할을 하게 된다. 다시 말하면, 전류와 전압의 위상차가 소정의 범위 내로 제어되도록 한다.Conversely, when the load capacitance is reduced again by the condition, the conventional closed switch first switch 1611 and the second switch 1612 may be sequentially opened to appropriately vary the value of the resonant capacitor 162. [ When the resonant capacitor 162 is connected in series with the plurality of capacitors, the switch elements 1611, 1612, ..., 1618 are connected in parallel to each other to adjust the total resonant capacitor value by controlling the open / This adjustment of the resonant capacitor value serves to control the operation frequency to be stably operated in the C region of FIG. In other words, the phase difference between the current and the voltage is controlled within a predetermined range.

도 1과 같이 공진점 추종 운전을 위해 공진 커패시턴스를 조절하는 방법도 있지만, 공진 인덕턴스 값을 조절하는 방법도 가능하다. As shown in FIG. 1, there is a method of adjusting the resonance capacitance for the resonance point following operation, but a method of adjusting the resonance inductance value is also possible.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 인덕터가 병렬로 연결된 공진부를 나타내는 도면이다. 3 is a view illustrating a resonator in which a plurality of inductors are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.

도 3에 따르면 공진 인덕터는 n개의 인덕터(164, 1642, 1643,… 1649)로 구성되고, 이들은 제1, 2, …, n 스위치(1631, 1632, …, 1638)에 의해 인덕턴스 값이 조절된다. 3, the resonant inductor is comprised of n inductors 164, 1642, 1643, ... 1649, , n switches 1631, 1632, ..., 1638 adjust the inductance value.

만일 앞선 예에서와 같이 부하 측이 일정한 조건 변화나 운전 환경에 따라 커패시턴스나 인덕턴스 값이 변화하는 경우, 그래서 운전 영역이 도 2의 C 영역(210)을 벗어나는 경우 컨트롤러(190)는 적절한 게이트 신호 생성을 통해 인덕터와 직렬로 연결된 제1, 2, …, n 스위치(1631, 1632, …, 1638)를 개폐하여 공진점 추종 운전이 가능하도록 한다. In the case where the capacitance or inductance value changes according to a certain condition change or an operating environment, as in the previous example, when the operation region deviates from the C region 210 of FIG. 2, the controller 190 generates an appropriate gate signal The first, second, ... , and n switches 1631, 1632, ..., 1638 are opened or closed to enable the resonance point following operation.

예를 들어 부하 커패시턴스가 커지는 경우 복수의 스위치(1631, 1632, …, 1638)의 일부를 닫아서 전체적인 공진부(160)의 인덕턴스 값을 작게 하여 공진점 추종 운전이 원활하게 될 수 있도록 한다. 즉, 운전 주파수가 C 영역(210)에 들어가도록 한다. (또는, 전압과 전류의 위상차를 다시 작게 한다.) 반대로 부하 커패시턴스가 작아지는 경우에는 복수의 스위치(1631, 1632, …, 1638)의 일부를 열어서 공진부(160)의 인덕턴스 값을 크게 하여 공진점 추종 운전이 원활하게 될 수 있도록 한다. (또는, 전압과 전류의 지연 위상차를 커지게 한다.)For example, when the load capacitance is large, a part of the plurality of switches 1631, 1632, ..., and 1638 is closed to reduce the inductance value of the entire resonator unit 160, so that the resonance point following operation can be smoothly performed. That is, the operation frequency is inputted into the C region 210. [ (Or the phase difference between the voltage and the current is reduced again). On the contrary, when the load capacitance becomes small, a part of the plurality of switches 1631, 1632, ..., 1638 is opened to increase the inductance value of the resonance unit 160, So that follow-up operation can be smoothly performed. (Or increase the delay phase difference between voltage and current).

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 공진부의 커패시터와 병렬로 연결된 스위치 개폐를 조절하여 부하 임피던스를 보상하는 방법의 흐름도이다.4 is a flowchart of a method of compensating load impedance by adjusting switch opening / closing connected in parallel with a capacitor of a resonance part according to an embodiment of the present invention.

먼저 전력 변환기에서 부하 측으로 공급되는 전압과 전류의 위상차를 검출한다(S410). 검출된 위상차가 부하 측의 커패시턴스 변동으로 소정 범위를 벗어났는지 여부를 체크한다(S420). 즉, 위상차가 도 2에서의 소정 범위인 C 영역을 벗어났는지 여부를 체크하는 것이다. First, the phase difference between the voltage and the current supplied from the power converter to the load side is detected (S410). It is checked whether or not the detected phase difference is out of a predetermined range due to the capacitance variation on the load side (S420). That is, it is checked whether or not the phase difference deviates from the C region which is the predetermined range in Fig.

상기 체크 결과 상기 위상차가 상기 소정 범위를 벗어난 경우 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 1 커패시터와 병렬로 연결된 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어한다(S430). If it is determined that the phase difference is out of the predetermined range, the controller controls opening and closing of the first switch element connected in parallel with the first capacitor among the plurality of resonance capacitors connected in series at step S430.

다음으로는, 상기 제 1 스위치 소자의 개폐 제어에도 불구하고 여전히 위상차가 소정 범위를 벗어났는지를 재차 판단한다(S420). 상기 판단 결과 위상차가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하였다고 판단되는 경우 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 2 커패시터와 병렬로 연결된 제 2 스위치 소자를 추가로 개폐하여 상기 위상차가 소정 범위 내인 C 영역(210)에 있도록 한다.Next, it is determined again whether the phase difference is still out of the predetermined range despite the opening / closing control of the first switching element (S420). If it is determined that the phase difference does not fall within the predetermined range as a result of the determination, a second switch element connected in parallel with the second capacitor of the plurality of resonance capacitors connected in series is further opened and closed to generate a C region 210 ).

컨트롤러(190)는 제 1 스위치, 제 2 스위치를 순차적으로 개폐하면서 계속적으로 위상차 - 혹은 운전 주파수가 소정 범위 내인 C 영역(210)에 있는지를 체크하여 추가적인 스위치 개폐를 제어한다. 이러한 반복적인 동작에 의해 전력 변환 시스템은 정상적인 공진점 추종 운전을 하게 된다(S440). 즉, 운전 주파수는 안정적으로 도 2의 C 영역(210)에 있게 된다.The controller 190 sequentially checks whether the phase difference - or the operating frequency is in the C region 210 within the predetermined range while sequentially opening and closing the first switch and the second switch, and controls the opening / closing of the additional switch. By this repetitive operation, the power conversion system performs a normal resonance point following operation (S440). That is, the operating frequency is stably in the C region 210 of FIG.

상기의 스위치 개폐 제어는 상기 검출된 위상차 - 운전 주파수 - 가 상기 소정 범위의 최대값 - C 영역 최 우측 주파수 - 보다 커지는 경우 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하는 것은 상기 제 1 스위치 소자를 닫는 것임을 특징으로 한다. The switch opening / closing control is such that when the detected phase difference-operation frequency - is larger than a maximum value of the predetermined range - the rightmost frequency of the C region - controlling the opening and closing of the first switching element closes the first switching element .

반대로 스위치 개폐 제어는 상기 검출된 위상차가 상기 소정 범위의 최소값보다 작아지는 경우 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하는 것은 상기 제 1 스위치 소자를 여는 것임을 특징으로 한다. On the contrary, when the detected phase difference is smaller than the minimum value of the predetermined range, controlling the opening and closing of the first switching element opens the first switching element.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 공진부의 복수의 인덕터와 직렬로 연결된 스위치 개폐를 조절하여 부하 임피던스를 보상하는 방법의 흐름도이다.5 is a flowchart of a method of compensating load impedance by adjusting switch opening and closing in series with a plurality of inductors of a resonator according to an embodiment of the present invention.

먼저 전력 변환기에서 부하 측으로 공급되는 전압과 전류의 위상차를 검출한다(S510). 검출된 위상차가 부하 측의 임피던스 변동으로 소정 범위를 벗어났는지 여부를 체크한다(S520). 즉, 위상차 - 운전 주파수 - 가 도 2에서의 소정 범위인 C 영역을 벗어났는지 여부를 체크하는 것이다. First, the phase difference between the voltage and the current supplied from the power converter to the load side is detected (S510). It is checked whether the detected phase difference is out of a predetermined range due to the impedance variation on the load side (S520). That is, it is checked whether or not the phase difference-operation frequency is out of the C region, which is the predetermined range in FIG.

상기 체크 결과 상기 위상차가 상기 소정 범위를 벗어난 경우 병렬로 연결된 복수의 공진 인덕터 중 제 2 인덕터와 직렬로 연결된 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어한다(S530). If it is determined that the phase difference is out of the predetermined range, the controller controls the opening and closing of the first switch element connected in series with the second inductor among the plurality of resonance inductors connected in parallel at step S530.

다음으로는, 상기 제 1 스위치 소자의 개폐 제어에도 불구하고 여전히 위상차가 소정 범위를 벗어났는지를 재차 판단한다(S520). 상기 판단 결과 위상차가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하였다고 판단되는 경우 병렬로 연결된 복수의 공진 인덕터 중 제 3 인덕터와 직렬로 연결된 제 3 스위치 소자를 추가로 개폐하여 상기 위상차가 소정 범위 내인 C 영역(210)에 있도록 한다.Next, it is determined again whether the phase difference is still out of the predetermined range despite the opening / closing control of the first switching element (S520). If it is determined that the phase difference does not fall within the predetermined range as a result of the determination, a third switch element connected in series with the third inductor among the plurality of resonance inductors connected in parallel is further opened and closed to generate a C region 210 ).

컨트롤러(190)는 제 1 스위치, 제 2 스위치를 순차적으로 개폐하면서 계속적으로 위상차 - 혹은 운전 주파수가 소정 범위 내인 C 영역(210)에 있는지를 체크하여 추가적인 스위치 개폐를 제어한다. 이러한 반복적인 동작에 의해 전력 변환 시스템은 정상적인 공진점 추종 운전을 하게 된다(S540). 즉, 운전 주파수는 안정적으로 도 2의 C 영역(210)에 있게 된다.The controller 190 sequentially checks whether the phase difference - or the operating frequency is in the C region 210 within the predetermined range while sequentially opening and closing the first switch and the second switch, and controls the opening / closing of the additional switch. By this repetitive operation, the power conversion system performs a normal resonance point following operation (S540). That is, the operating frequency is stably in the C region 210 of FIG.

이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, embodiments of the present invention have been disclosed through detailed description and drawings. The terms are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention described in the meaning or the claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

110; 입력전원
120; 정류부
130; DC 링크
140; 인버터부
150; 트랜스포머
160; 공진부
170; 부하
180; SMPS
190; 컨트롤러
195; 위상 검출부
171; 부하 커패시터
173; 부하 저항
162; 공진 커패시터
164; 공진 인덕터110; Input power
120; Rectifying part
130; DC link
140; Inverter section
150; Transformer
160; Resonance portion
170; Load
180; SMPS
190; controller
195; The phase-
171; Load capacitor
173; Load resistance
162; Resonant capacitor
164; Resonant inductor

Claims

전력 변환기에서 부하 측 커패시턴스 성분을 고려한 공진주파수를 결정하는 단계;
상기 결정된 공진주파수에 따라 상기 전력 변환기의 운전주파수가 상기 공진주파수보다 제1 소정의 값보다 크고 제2 소정의 값보다 작은 소정 범위를 벗어나는지 여부를 체크하는 단계; 및
상기 체크 결과 상기 운전주파수가 상기 소정 범위를 벗어나는 경우 상기 운전주파수가 상기 공진주파수보다 상기 제1 소정의 값보다 크고 상기 제2 소정의 값 보다 작은 상기 소정 범위 내로 진입하도록 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 1 커패시터와 병렬로 연결된 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 임피던스 보상 방법.Determining a resonance frequency considering a load-side capacitance component in the power converter;
Checking whether the operating frequency of the power converter is out of a predetermined range that is larger than the first predetermined value and smaller than the second predetermined value according to the determined resonant frequency; And
A plurality of resonance capacitors connected in series such that the operating frequency enters the predetermined range larger than the first predetermined value and smaller than the second predetermined value when the operating frequency is out of the predetermined range, And controlling the opening and closing of the first switch element connected in parallel with the first capacitor among the first switch element and the second switch element.

제1항에 있어서, 상기 제1 스위치 소자의 개폐를 제어하여도 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하는 경우 상기 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 2 커패시터와 병렬로 연결된 제 2 스위치 소자의 개폐를 제어하여 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 이내로 진입하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 임피던스 보상 방법.The method of claim 1, further comprising the steps of: when the operation frequency does not fall within the predetermined range even if the first switch element is controlled to be opened or closed, a second switch element connected in parallel with the second capacitor among the plurality of resonance capacitors connected in series And controlling the opening and closing to allow the operating frequency to be within the predetermined range.

제1항에 있어서, 상기 제1 스위치 소자의 개폐를 제어하여도 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하는 경우 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 이내가 되도록 상기 복수의 공진 커패시터와 병렬로 연결된 복수의 스위치 소자의 개폐를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 임피던스 보상 방법. 2. The resonator of claim 1, further comprising: a plurality of resonance capacitors connected in parallel with the plurality of resonance capacitors so that the operation frequency is within the predetermined range when the operation frequency does not fall within the predetermined range, Further comprising the step of controlling opening and closing of the switch element.

제1항에 있어서, 상기 결정된 운전주파수가 상기 소정 범위의 최대값인 상기 제2 소정의 값보다 커지는 경우 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하는 것은 상기 제 1 스위치 소자를 여는 것임을 특징으로 하는 부하 임피던스 보상 방법.The method according to claim 1, wherein, when the determined operating frequency is larger than the second predetermined value which is a maximum value of the predetermined range, controlling the opening and closing of the first switching element opens the first switching element. Impedance compensation method.

제1항에 있어서, 상기 결정된 운전주파수가 상기 소정 범위의 최소값인 상기 제1 소정의 값보다 작아지는 경우 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하는 것은 상기 제 1 스위치 소자를 닫는 것임을 특징으로 하는 부하 임피던스 보상 방법.2. The method according to claim 1, wherein controlling the opening and closing of the first switching element closes the first switching element when the determined operating frequency becomes smaller than the first predetermined value which is the minimum value of the predetermined range Impedance compensation method.

부하 측 커패시턴스 성분을 고려한 공진주파수를 결정하고 상기 결정된 운전주파수가 상기 공진주파수보다 제1 소정의 값보다 크고 제2 소정의 값보다 작은 소정 범위를 벗어나는지 여부를 체크하는 컨트롤러;
직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터; 및
상기 복수의 공진 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터와 병렬로 연결된 제1 스위치 소자를 포함하되,
상기 컨트롤러는 상기 체크 결과 상기 운전주파수가 상기 소정 범위를 벗어나는 경우 상기 운전주파수가 상기 공진주파수보다 상기 제1 소정의 값보다 크고 및 상기 제2 소정의 값보다 작은 상기 소정 범위 내로 진입하도록 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.A controller that determines a resonance frequency in consideration of the load-side capacitance component and checks whether the determined operation frequency is greater than the first predetermined value and out of a predetermined range smaller than the second predetermined value;
A plurality of resonant capacitors connected in series; And
And a first switch element connected in parallel with at least one of the plurality of resonant capacitors,
Wherein the controller controls the first and second resonance frequencies so that when the operating frequency is out of the predetermined range, the operating frequency is higher than the first predetermined value and smaller than the second predetermined value, And controls opening and closing of the switching element.

제6항에 있어서, 상기 직렬로 연결된 복수의 공진 커패시터 중 제 2 커패시터와 병렬로 연결된 제 2 스위치 소자를 더 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 제1 스위치 소자의 개폐를 제어하여도 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하는 경우 상기 제 2 스위치 소자의 개폐를 제어하여 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 이내가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.The plasma display apparatus according to claim 6, further comprising a second switch element connected in parallel with a second capacitor of the plurality of resonance capacitors connected in series,
The controller controls opening and closing of the second switching element so that the operating frequency is within the predetermined range when the operating frequency fails to enter the predetermined range even if the first switching element is controlled to be opened or closed. Power converter.

제6항에 있어서, 상기 복수의 공진 커패시터와 병렬로 연결된 복수의 스위치 소자를 더 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 제1 스위치 소자의 개폐를 제어하여도 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 내로 진입하지 못하는 경우 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 이내가 되도록 상기 복수의 스위치 소자의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기. 7. The semiconductor device according to claim 6, further comprising a plurality of switch elements connected in parallel with the plurality of resonant capacitors,
Wherein the controller controls opening and closing of the plurality of switching elements so that the operating frequency falls within the predetermined range even if the operating frequency of the first switching element is controlled to fall within the predetermined range. Power converter.

제6항에 있어서, 상기 결정된 운전주파수가 상기 소정 범위의 최대값인 상기 제 2 소정의 값보다 커지는 경우 상기 컨트롤러가 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하는 것은 상기 컨트롤러가 상기 제 1 스위치 소자를 여는 것임을 특징으로 하는 전력 변환기.The controller according to claim 6, wherein when the determined operating frequency is larger than the second predetermined value which is the maximum value of the predetermined range, the controller controls the opening and closing of the first switching element, Wherein the power converter comprises:

제6항에 있어서, 상기 결정된 운전주파수가 상기 소정 범위의 최소값인 상기 제1 소정의 값보다 작아지는 경우 상기 컨트롤러가 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하는 것은 상기 컨트롤러가 상기 제 1 스위치 소자를 닫는 것임을 특징으로 하는 전력 변환기.The method as claimed in claim 6, wherein when the determined operating frequency becomes smaller than the first predetermined value which is a minimum value of the predetermined range, the controller controls opening and closing of the first switching element, And the power converter is closed.

제6항에 있어서, 상기 제 1 스위치 소자는 IGBT, FET 및 GTO 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전력 변환기.The power converter according to claim 6, wherein the first switch element is at least one of an IGBT, an FET, and a GTO.

전력 변환기에서 부하 측 커패시턴스 성분을 고려하여 공진주파수를 결정하고, 상기 결정된 공진주파수에 따라 상기 전력 변환기의 운전주파수가 상기 공진주파수보다 제1 소정의 값 이상 크고 제2 소정의 값보다 작은 소정 범위를 벗어나는지 여부를 체크하는 컨트롤러;
병렬로 연결된 복수의 공진 인덕터; 및
상기 복수의 공진 인덕터 중 적어도 하나의 인덕터와 직렬로 연결된 제1 스위치 소자를 포함하되,
상기 컨트롤러는 상기 체크 결과 상기 운전주파수가 상기 공진주파수보다 제1 소정의 값 이상 크고 제2 소정의 값보다 작은 상기 소정 범위를 벗어나는 경우 상기 제 1 스위치 소자의 개폐를 제어하여 상기 운전주파수가 상기 소정 범위 이내가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.A power converter that determines a resonance frequency in consideration of a load-side capacitance component, and determines a predetermined range in which the operating frequency of the power converter is larger than the resonance frequency by a first predetermined value and smaller than a second predetermined value in accordance with the determined resonance frequency A controller for checking whether or not it is off;
A plurality of resonance inductors connected in parallel; And
And a first switch element connected in series with at least one inductor among the plurality of resonance inductors,
Wherein the controller controls opening and closing of the first switching element when the operating frequency is out of the predetermined range which is larger than the resonance frequency by a first predetermined value and smaller than a second predetermined value, Of the power converter.