KR102648183B1 - 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents

전력 변환 장치 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 변환 장치는, 미리 설정된 방식으로 전력을 변환하는 복수의 스위칭 소자들, 각각이 상기 복수의 스위칭 소자들 각각에 상기 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 구동 신호를 공급하는 복수의 스위칭 드라이버들, 및 상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각의 상태를 모니터링하여, 모니터링 결과에 따라 상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각을 냉각하기 위한 복수의 냉각 팬들을 제어하는 냉각 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

전력 변환 장치 및 이의 동작 방법{Power converting device and method for operating thereof}
본 발명은 공급 전력을 원하는 형태의 전력으로 변환하는 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
전력 변환 장치는 다양한 기술 분야(예컨대, 자동차, 발전기 등)에 적용되는 장치(예컨대, 모터)의 구동원으로 사용되고 있다. 전력 변환 장치는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하거나, AC 전력을 DC 전력으로 변환하여, 부하에 원하는 형태의 전력을 제공할 수 있다.
전력 변환 장치의 일 예인 풀브릿지 인버터(full bridge inverter)에는 복수의 스위칭 소자들이 포함될 수 있다. 스위칭 소자의 예로는 대표적으로 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), IGBT(insulated gate bipolar transistor)가 있으며, 인가되는 제어 신호에 따라 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)되어 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다.
이러한 스위칭 소자는 고전력 환경에서 동작하는 관계로 쉽게 스위칭 소자에 발열이 발생할 수 있다. 풀브릿지 인버터의 정상적인 동작을 위해서는 스위칭 소자들 간의 동기화가 중요한데, 스위칭 소자들의 발열에 따라 온도에 의존하는 특성이 변하게 되어 스위칭 소자들 간의 동기화가 무너질 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해 통상적으로 스위칭 소자를 직접 냉각하기 위한 냉각기가 구비될 수 있으며, 냉각기는 공랭식 냉각기 또는 수랭식 냉각기일 수 있다.
KR 10-1416308 B1
본 발명의 기술적 사상은 스위칭 소자들 간의 동기화가 유지될 수 있는 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 변환 장치는, 미리 설정된 방식으로 전력을 변환하는 복수의 스위칭 소자들; 각각이 상기 복수의 스위칭 소자들 각각에 상기 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 구동 신호를 공급하는 복수의 스위칭 드라이버들; 및 상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각의 상태를 모니터링하여, 모니터링 결과에 따라 상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각을 냉각하기 위한 복수의 냉각 팬들을 제어하는 냉각 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법은, 복수의 스위칭 소자들이 미리 설정된 방식으로 전력을 변환하는 단계; 상기 복수의 스위칭 소자들 각각에 상기 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 구동 신호를 공급하는 복수의 스위칭 드라이버들 각각의 상태를 모니터링하는 단계; 및 모니터링 결과에 따라 상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각을 냉각하기 위한 복수의 냉각 팬들을 독립적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시되는 실시 예들에 따르면, 스위칭 소자들을 제어하는 스위칭 드라이버들을 독립적으로 냉각하여 스위칭 손실을 줄이고 스위칭 소자의 운전 수명을 증가시킬 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 게이트 구동 전압의 일 예를 나타낸 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예가 설명될 것이다. 그러나, 본 개시는 특정한 실시 예에 한정되지 않고, 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시의 실시 예는 본 개시를 통해 직간접적으로 인식될 수 있는 다양한 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력 변환 장치(power converting device, 10)는 부하(load)에 특정 형태의 전력을 공급하기 위해, 입력되는 전력을 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
전력 변환 장치(10)는 스위칭 컨트롤러(switching controller, 20), 스위칭 드라이버(switching driver, 30), 스위칭 소자들(switching elements), 냉각 컨트롤러(cooling controller, 100) 및 냉각 팬(cooling fan, 200)을 포함할 수 있다.
스위칭 컨트롤러(20)는 부하(미도시)에 공급될 전력에 대응하는 제어 신호를 생성하여 스위칭 드라이버(30)로 전달할 수 있다. 부하에 공급될 전력은 미리 설정되어 있거나, 호스트(미도시)의 요청에 따라 실시간으로 변경될 수 있다.
스위칭 드라이버(30)는 스위칭 컨트롤러(20)의 제어 신호에 따라 스위칭 소자들(40)의 각 스위칭 소자에 인가되는 구동 신호를 생성 및 공급할 수 있다. 여기서, 구동 신호는 각 스위칭 소자의 개폐를 제어할 수 있는 신호를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따라, 스위칭 드라이버(30)는 스위칭 소자들(40)에 포함된 스위칭 소자 별로 독립적으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자들(40)에 포함된 스위칭 소자가 4개인 경우, 스위칭 드라이버(30)는 각 스위칭 소자에 대응하여 4개가 구비될 수 있다.
스위칭 소자들(40)은 미리 설정된 방식(예컨대, DC 전압을 특정 주파수를 갖는 AC 전압으로 변환하는 방식)으로 전력 변환을 직접적으로 수행하는 장치(예컨대, 풀브릿지 인버터, 하프브릿지 인버터)을 구성할 수 있다. 스위칭 소자들(40)에 포함된 각 스위칭 소자는 스위칭 드라이버(30)로부터 구동 신호를 공급받아 구동 신호에 따른 타이밍으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
냉각 컨트롤러(100)는 스위칭 드라이버(30)의 상태를 모니터링하여, 모니터링 결과를 기초로 냉각 팬(200)을 제어할 수 있다. 여기서, 제어는 냉각 팬(200)의 온(on) 및 오프(off)뿐 아니라 온 된 냉각 팬(200)의 회전 속도에 대한 제어를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 스위칭 드라이버(30)의 상태는 스위칭 드라이버(30)의 온도를 의미할 수 있고, 스위칭 드라이버(30)의 상태는 스위칭 드라이버(30)에 장착된 온도 센서가 감지한 온도를 통해, 또는 스위칭 드라이버(30)가 출력하는 구동 신호를 분석하여 모니터링 될 수 있다. 본 개시에서는 스위칭 드라이버(30)가 출력하는 구동 신호를 분석하여 스위칭 드라이버(30)의 상태를 모니터링하는 실시예를 중심으로 설명하나, 냉각 컨트롤러(100)는 직접적으로 스위칭 드라이버(30)의 온도를 감지하는 온도 센서를 이용하여 스위칭 드라이버(30)의 상태를 모니터링할 수도 있다.
냉각 컨트롤러(100)는 모니터링 결과에 따라 냉각 팬(200)의 온/오프 여부 및 회전 속도를 결정하여 냉각 팬(200)을 제어할 수 있다.
냉각 팬(200)은 냉각 컨트롤러(100)의 제어에 따라 온 또는 오프될 수 있고, 온 된 냉각 팬(200)의 회전 속도가 결정될 수 있다. 냉각 팬(200)은 스위칭 드라이버(30)를 향하는 기류(또는 바람)를 발생시켜 스위칭 드라이버(30)의 온도를 하강시킬 수 있다. 즉, 냉각 팬(200)은 공랭 방식으로 스위칭 드라이버(30)를 냉각할 수 있다.
냉각 팬(200)은 스위칭 드라이버(30)에 일대일 대응되도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 드라이버(30)가 4개 구비된 경우, 각 스위칭 드라이버(30)에 대응하는 냉각 팬(200)이 4개 구비될 수 있다. 이는 각 스위칭 드라이버(30)의 냉각이 독립적으로 수행될 수 있도록 하기 위함이다. 냉각 팬(200)은 인버터형 냉각 팬(모터의 구동 회로에 인버터가 포함되는 냉각 팬)일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
본 개시에 따른 전력 변환 장치(10)는 스위칭 드라이버(30)의 상태를 모니터링하여 스위칭 드라이버(30)가 과열될 경우 해당 스위칭 드라이버(30)를 선택적으로 냉각시킴으로써, 스위칭 드라이버(30)의 과열로 인한 스위칭 소자들(40)의 오동작을 방지할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 3은 게이트 구동 전압의 일 예를 나타낸 타이밍도이다.
도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(10')는 도 1의 전력 변환 장치(10)의 일 예로서, 스위칭 소자들(40)이 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 풀브릿지 인버터(full-bridge inverter)를 구성하는 경우에 대한 실시예일 수 있다.
도 2에서 스위칭 소자들(40)은 풀브릿지 인버터를 구성하는 4개의 IGBT(Ta~Td)로 구현될 수 있다. IGBT(Ta~Td) 각각은 대전력 환경에서 동작할 수 있는 바이폴라 트랜지스터와, 상대적으로 높은 스위칭 속도를 가질 수 있는 MOSFET의 특성을 함께 갖는 스위칭 소자로서, 이미터(emitter) 및 콜렉터(collector)의 두 단자 및 두 단자와 전기적으로 절연되어 있는 게이트(gate)의 단자를 포함할 수 있다. IGBT(Ta~Td) 각각은 게이트로 스위칭 제어 신호(SCa~SCd) 각각을 인가받아 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
고속 스위칭 동작으로 인한 역전류를 방지하기 위해, IGBT(Ta~Td) 각각은 다이오드들(Da~Dd) 각각과 역병렬로 연결될 수 있다.
IGBT(Ta,Tc) 각각의 콜렉터는 제1 입력 전압(VIN1)을 공급받고, IGBT(Tb,Td) 각각의 이미터는 제2 입력 전압(VIN2)을 공급받을 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 입력 전압(VIN1)은 상대적으로 높은 DC 고전압이고, 제2 입력 전압(VIN2)은 상대적으로 낮은 DC 저전압일 수 있다.
IGBT(Ta)의 이미터 및 IGBT(Tb)의 콜렉터는 부하(300)에 제1 출력 전압(VOUT1)을 공급하고, IGBT(Tc)의 이미터 및 IGBT(Td)의 콜렉터는 부하(300)에 제2 출력 전압(VOUT2)을 공급할 수 있다.
부하(300)는 풀브릿지 인버터에 의해 제1 입력 전압(VIN1) 및 제2 입력 전압(VIN2)의 DC 전압이 변환된 AC 전압을 나타내는 제1 출력 전압(VOUT1) 및 제2 출력 전압(VOUT2)을 수신할 수 있다. 일 실시예에 따라, 부하(300)는 모터일 수 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
한편, IGBT(Ta~Td) 각각의 게이트는 IGBT(Ta~Td) 각각에 대응하는 게이트 드라이버(30a~30d)로부터 게이트 구동 전압(VGa~VGd)을 공급받을 수 있고, IGBT(Ta~Td) 각각은 게이트 구동 전압(VGa~VGd)에 따라 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 따라서, 게이트 드라이버(30a~30d)는 도 1의 스위칭 드라이버(30)에 해당할 수 있다.
또한, 게이트 드라이버(30a~30d) 각각은 스위칭 컨트롤러(20)로부터 전달되는 스위칭 제어 신호(SCa~SCd)에 응답하여 게이트 구동 전압(VGa~VGd)을 생성할 수 있다.
풀브릿지 인버터는 요구되는 파형의 AC 전압을 생성하기 위해, 짝(pair)을 이루는 IGBT들이 동시에 턴온 및 턴오프 되어야 한다. 즉, 짝을 이루는 IGBT들의 스위칭 동기화(switching synchronization)가 이루어져야 한다. 도 2에서 IGBT(Ta)와 IGBT(Td)는 서로 짝을 이루고, IGBT(Tb)와 IGBT(Tc)는 서로 짝을 이룰 수 있다.
스위칭 동기화를 위해서는, IGBT들(Ta, Td) 각각을 제어하는 게이트 구동 전압들(VGa, VGd) 간의 동기화, 및 IGBT들(Tb, Tc) 각각을 제어하는 게이트 구동 전압들(VGb, VGc) 간의 동기화가 이루어져야 한다. 만일 짝을 이루는 IGBT들 간의 스위칭 동기화를 맞춰줄 수 있는 게이트 드라이버들이 동기화된 게이트 구동 전압을 제공해주지 못한다면, 시간 상 나중에 턴온 되는 IGBT의 Vce(콜렉터-이미터 간 전압)가 커져서 짝을 이루는 IGBT들 중 나중에 스위칭 되는 IGBT의 스위칭 손실이 커질 수 있다. 여기서, 스위칭 손실은 스위칭 소자가 정확한 타이밍에 스위칭 동작을 수행하지 못함에 따라, AC 전압이 요구되는 파형 및 레벨을 갖지 못하는 전력 손실이 발생하는 것을 의미할 수 있다.
도 3을 참조하면, 동기화가 이루어지지 못한 게이트 구동 전압(VGa~VGd)의 일 예가 도시되어 있다. 실제로는 게이트 구동 전압(VGa~VGd) 각각이 도 3과 같이 구형파가 아닌 구형파에 가까운 파형을 가지게 되나, 본 개시에서는 설명의 편의상 게이트 구동 전압(VGa~VGd) 각각이 구형파의 파형을 갖는다고 가정하기로 한다.
짝을 이루는 IGBT(Ta)와 IGBT(Td)를 제어하기 위한 게이트 구동 전압(VGa)과 게이트 구동 전압(VGd)은 서로 동기화되지 못하고, 게이트 구동 전압(VGd)이 게이트 구동 전압(VGa)보다 제1 시간 딜레이(TD1)만큼 뒤지는(lagging) 현상이 발생할 수 있다.
또한, 짝을 이루는 IGBT(Tb)와 IGBT(Tc)를 제어하기 위한 게이트 구동 전압(VGb)과 게이트 구동 전압(VGc)은 서로 동기화되지 못하고, 게이트 구동 전압(VGc)이 게이트 구동 전압(VGb)보다 제2 시간 딜레이(TD2)만큼 뒤지는 현상이 발생할 수 있다.
게이트 구동 전압들(VGa~VGd) 각각을 생성하는 게이트 드라이버들(30a~30d) 각각은 적어도 하나의 MOSFET을 포함할 수 있다. MOSFET은 온도가 상승할수록 임계 전압(threshold voltage)이 하강하는 특성을 갖는데, 게이트 드라이버들(30a~30d) 각각에 동일한 파형의 스위칭 제어 신호(SCa~SCd)가 인가되더라도 게이트 드라이버들(30a~30d) 각각의 온도가 상이하면, 서로 다른 파형의 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)이 생성될 수 있다.
본 개시에서는 게이트 드라이버(30a~30d)의 온도가 높아질수록 해당 게이트 구동 전압(VGa~VGd)의 위상이 앞당겨진다고 가정하기로 한다. 물론 게이트 드라이버(30a~30d)의 내부 설계 구조에 따라 게이트 드라이버(30a~30d)의 온도가 높아질수록 해당 게이트 구동 전압(VGa~VGd)의 위상이 뒤쳐질 수도 있다.
스위칭 동기화를 위해 게이트 드라이버들(30a, 30d)은 동일한 파형의 스위칭 제어 신호들(SCa, SCd)을 수신하나, 게이트 드라이버(30a)가 생성한 게이트 구동 전압(VGa)이 게이트 드라이버(30d)가 생성한 게이트 구동 전압(VGd)보다 제1 시간 딜레이(TD1) 만큼 앞서므로, 게이트 드라이버(30a)의 온도가 게이트 드라이버(30d)의 온도보다 제1 시간 딜레이(TD1)에 상응하는 정도로 상대적으로 높을 수 있다.
또한, 스위칭 동기화를 위해 게이트 드라이버들(30b, 30c)은 동일한 파형의 스위칭 제어 신호들(SCb, SCc)을 수신하나, 게이트 드라이버(30b)가 생성한 게이트 구동 전압(VGb)이 게이트 드라이버(30c)가 생성한 게이트 구동 전압(VGc)보다 제2 시간 딜레이(TD2) 만큼 앞서므로, 게이트 드라이버(30b)의 온도가 게이트 드라이버(30c)의 온도보다 제2 시간 딜레이(TD2)에 상응하는 정도로 상대적으로 높을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 시간 딜레이(TD1)는 제2 시간 딜레이(TD2)보다 작을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 냉각 컨트롤러(100)는 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)을 감지하여 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)의 레벨을 실시간으로 확인할 수 있다. 이를 위해 냉각 컨트롤러(100)는 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)을 감지하기 위한 4개의 전압 계측 센서들을 포함할 수 있다.
냉각 컨트롤러(100)는 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)에 기초하여 각 게이트 드라이버(30a~30d)를 냉각하기 위한 냉각 팬(200a~200d)의 동작 여부 및 동작 속도를 결정할 수 있다. 여기서, 냉각 팬(200a~200d)의 동작 여부 및 동작 속도는 비교 대상이 되는 게이트 구동 전압들(VGa~VGd) 간의 시간 딜레이가 0으로 수렴하는 방향으로 결정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 냉각 컨트롤러(100)는 게이트 구동 전압들(VGa, VGd)의 위상을 비교하여 냉각 팬(200a, 200d)의 동작 여부 및 동작 속도를 결정할 수 있다. 여기서, 위상을 비교한다는 것은 게이트 구동 전압들(VGa, VGd)의 상승 에지(rising edge)를 비교하거나, 게이트 구동 전압들(VGa, VGd)의 하강 에지(rising edge)를 비교하는 동작일 수 있다.
도 3과 같이, 게이트 구동 전압(VGa)의 위상이 게이트 구동 전압(VGd)의 위상보다 제1 시간 딜레이(TD1)만큼 앞서는 경우, 냉각 컨트롤러(100)는 냉각 팬(200a)의 동작 속도를 냉각 팬(200d)의 동작 속도보다 높게 설정할 수 있다. 여기서, 냉각 팬(200d)을 동작시키지 않고 냉각 팬(200a)만을 소정의 동작 속도로 동작시킬 수도 있으나, 게이트 드라이버(30d)도 상대적으로 온도가 낮을 뿐 게이트 드라이버(30d) 역시 발열이 발생하는 상태일 수 있으므로, 냉각 컨트롤러(100)는 냉각 팬(200d)과 냉각 팬(200a)을 함께 동작시키되 냉각 팬(200a)의 동작 속도를 냉각 팬(200d)의 동작 속도보다 높게 설정할 수 있다. 또한, 냉각 팬(200a)의 동작 속도와 냉각 팬(200d)의 동작 속도 간의 차이는 제1 시간 딜레이(TD1)에 비례할 수 있다.
일 실시예에 따라, 냉각 컨트롤러(100)는 게이트 구동 전압들(VGb, VGc)의 위상을 비교하여 냉각 팬(200b, 200c)의 동작 여부 및 동작 속도를 결정할 수 있다. 여기서, 위상을 비교한다는 것은 게이트 구동 전압들(VGb, VGc)의 상승 에지를 비교하거나, 게이트 구동 전압들(VGb, VGc)의 하강 에지를 비교하는 동작일 수 있다.
도 3과 같이, 게이트 구동 전압(VGb)의 위상이 게이트 구동 전압(VGc)의 위상보다 제2 시간 딜레이(TD2)만큼 앞서는 경우, 냉각 컨트롤러(100)는 냉각 팬(200b)의 동작 속도를 냉각 팬(200c)의 동작 속도보다 높게 설정할 수 있다. 여기서, 냉각 팬(200c)을 동작시키지 않고 냉각 팬(200b)만을 소정의 동작 속도로 동작시킬 수도 있으나, 게이트 드라이버(30c)도 상대적으로 온도가 낮을 뿐 게이트 드라이버(30c) 역시 발열이 발생하는 상태일 수 있으므로, 냉각 컨트롤러(100)는 냉각 팬(200b)과 냉각 팬(200c)을 함께 동작시키되 냉각 팬(200b)의 동작 속도를 냉각 팬(200c)의 동작 속도보다 높게 설정할 수 있다. 또한, 냉각 팬(200b)의 동작 속도와 냉각 팬(200c)의 동작 속도 간의 차이는 제2 시간 딜레이(TD2)에 비례할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 냉각 컨트롤러(100)는 게이트 드라이버들(30a~30d) 전체로부터 출력되는 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)의 위상을 함께 비교하여 각 게이트 드라이버(30a~30d)를 냉각하기 위한 냉각 팬(200a~200d)의 동작 여부 및 동작 속도를 결정할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)의 위상을 함께 비교한다는 것은, 게이트 구동 전압들(VGa, VGd)의 상승 에지 및 게이트 구동 전압들(VGb, VGc)의 하강 에지를 함께 비교하거나, 게이트 구동 전압들(VGa, VGd)의 하강 에지 및 게이트 구동 전압들(VGb, VGc)의 상승 에지를 함께 비교하는 것을 의미할 수 있다.
만일 게이트 구동 전압(VGa)의 상승 에지가 가장 앞서 있고, 게이트 구동 전압(VGb)의 하강 에지, 게이트 구동 전압(VGc)의 하강 에지, 게이트 구동 전압(VGd)의 상승 에지의 순서로 뒤진다고 가정하면, 냉각 컨트롤러(100)는 냉각 팬(200d), 냉각 팬(200c), 냉각 팬(200b), 냉각 팬(200a)의 순서로 순차적으로 동작 속도를 증가시킬 수 있다. 이 경우에도 냉각 팬들(200a~200d)의 동작 속도의 차이는, 게이트 구동 전압(VGa)의 상승 에지, 게이트 구동 전압(VGb)의 하강 에지, 게이트 구동 전압(VGc)의 하강 에지 및 게이트 구동 전압(VGd)의 상승 에지 간의 시간 딜레이에 따라 달라질 수 있다.
풀브릿지 인버터가 설치되는 환경은 전기적인 안전을 이유로 외함에 풀브릿지 인버터가 패키징된 형태로 존재할 수 밖에 없는데, 패키징을 하게 될 경우 패키징 내의 공기 온도가 불균형하게 분포될 수밖에 없기 때문에 각 게이트 드라이버(30a~30d) 별로 독립적으로 온도를 제어해주는 것이 필수적인 요소이다. 본 개시에서는 게이트 드라이버(30a~30d)에 대한 모니터링 및 냉각 팬(200a~200d)의 제어를 게이트 드라이버 별로 독립적으로 수행함으로써, 패키징된 풀브릿지 인버터에 대해서도 효과적으로 스위칭 동기화가 이루어지도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 스위칭 컨트롤러(20)는 부하(300)에 공급될 전력에 대응하는 스위칭 제어 신호(SCa~SCd)를 생성하여 게이트 드라이버(30a~30d)로 전달할 수 있다. 게이트 드라이버(30a~30d)는 스위칭 제어 신호(SCa~SCd)에 대응하는 게이트 구동 전압(VGa~VGd)을 생성하여 IGBT(Ta~Td)로 공급할 수 있다. 풀브릿지 인버터를 구성하는 IGBT(Ta~Td)는 게이트 구동 전압(VGa~VGd)에 따라 온 또는 오프되어 제1 입력 전압(VIN1) 및 제2 입력 전압(VIN2)의 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 제1 출력 전압(VOUT1) 및 제2 출력 전압(VOUT2)으로 부하(300)로 공급할 수 있다(S10).
냉각 컨트롤러(100)는 게이트 드라이버들(30a~30d)의 출력인 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)을 감지하여 게이트 구동 전압들(VGa~VGd)의 레벨을 실시간으로 확인할 수 있다(S20).
냉각 컨트롤러(100)는 게이트 구동 전압들(VGa~VGd) 간의 시간 딜레이가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S30). 게이트 구동 전압들(VGa~VGd) 간의 시간 딜레이는, 짝을 이루는 IGBT들(Ta와 Td, 또는 Tb와 Tc)에 대응하는 게이트 구동 전압들(VGa와 VGd, 또는 VGb와 VGc) 간의 시간 딜레이를 의미할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 게이트 구동 전압들(VGa~VGd) 간의 시간 딜레이는, 기준이 되는 게이트 구동 전압(예컨대, 가장 위상이 뒤지는 게이트 구동 전압)에 대한 나머지 게이트 구동 전압들 각각의 시간 딜레이를 의미할 수 있다.
만일 게이트 구동 전압들(VGa~VGd) 간의 시간 딜레이가 존재하지 않을 경우(S30의 No), S20 단계가 다시 수행될 수 있다.
만일 게이트 구동 전압들(VGa~VGd) 간의 시간 딜레이가 존재할 경우(S30의 Yes), 냉각 컨트롤러(100)는 게이트 구동 전압들(VGa~VGd) 간의 시간 딜레이에 기초하여 각 게이트 드라이버(30a~30d)를 냉각하기 위한 냉각 팬(200a~200d)을 제어할 수 있다(S40).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 미리 설정된 방식으로 전력을 변환하는 복수의 스위칭 소자들;
    각각이 상기 복수의 스위칭 소자들 각각에 상기 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 구동 신호를 공급하는 복수의 스위칭 드라이버들; 및
    상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각의 상태를 모니터링하여, 모니터링 결과에 따라 상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각을 냉각하기 위한 복수의 냉각 팬들을 제어하는 냉각 컨트롤러를 포함하고,
    상기 냉각 컨트롤러는 상기 복수의 스위칭 드라이버들로부터 출력되는 게이트 구동 전압들 간의 시간 딜레이에 기초하여 상기 냉각 팬들의 동작 속도를 결정하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자들 각각은 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 풀브릿지 인버터(full-bridge inverter)를 구성하는 IGBT(insulated gate bipolar transistor)인 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각은 상기 복수의 스위칭 소자들 각각의 게이트에 상기 구동 신호에 해당하는 상기 게이트 구동 전압을 공급하는 전력 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 컨트롤러는 상기 복수의 스위칭 드라이버들 중 짝을 이루는 스위칭 드라이버들로부터 출력되는 상기 게이트 구동 전압들 간의 상기 시간 딜레이에 기초하여 상기 냉각 팬들의 상기 동작 속도를 결정하는 전력 변환 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 게이트 구동 전압들 중 위상이 앞서는 게이트 구동 전압에 대응하는 냉각 팬의 동작 속도는 상기 게이트 구동 전압들 중 위상이 뒤지는 게이트 구동 전압에 대응하는 냉각 팬의 동작 속도보다 높은 전력 변환 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 냉각 팬들 간의 상기 동작 속도의 차이는 상기 게이트 구동 전압들 간의 상기 시간 딜레이에 비례하는 전력 변환 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 컨트롤러는 상기 복수의 스위칭 드라이버들 전체로부터 출력되는 상기 게이트 구동 전압들 간의 상기 시간 딜레이에 기초하여 상기 냉각 팬들의 상기 동작 속도를 결정하는 전력 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 팬은 대응되는 스위칭 드라이버마다 독립적으로 구비되는 전력 변환 장치.
  9. 복수의 스위칭 소자들이 미리 설정된 방식으로 전력을 변환하는 단계;
    상기 복수의 스위칭 소자들 각각에 상기 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 구동 신호를 공급하는 복수의 스위칭 드라이버들 각각의 상태를 모니터링하는 단계; 및
    모니터링 결과에 따라 상기 복수의 스위칭 드라이버들 각각을 냉각하기 위한 복수의 냉각 팬들을 독립적으로 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 냉각 팬들을 독립적으로 제어하는 단계는, 상기 복수의 스위칭 드라이버들로부터 출력되는 게이트 구동 전압들 간의 시간 딜레이에 기초하여 상기 냉각팬들의 동작 속도를 결정하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
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