KR20120122110A - 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기기에 유입되는 직류 전원 등에 갖춰지는 전력용 콘덴서를 목표 전압까지 반복 충전하는 장치에 있어서, 상기 전력용 콘덴서의 수명의 도래를 진단하는 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터에 관한 것으로, 전원 회로에 접속되며, 반도체 스위치의 온(on) 동작에 따라 상기 전원 회로로부터 발생 되는 직류 전원을 리액터에 전자 에너지로서 축적하고, 상기 반도체 스위치의 오프 동작에 따라 상기 리액터에 축적되는 전자 에너지를 전력용 콘덴서에 충전하는 전력용 콘덴서 충전 회로, 상기 반도체 스위치를 온 동작 및 오프 동작시키는 제어 펄스를 발생하는 전력용 콘덴서 충전 제어회로, 미리 설정된 상기 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 관계와 그 전력용 콘덴서의 충전 개시로부터의 측정된 충전 시간 및 충전 전압을 비교하여 상기 전력용 콘덴서의 수명을 진단하고 그 진단 결과를 알리는 전력용 콘덴서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 미리 설정된 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 관계와 전력용 콘덴서의 충전개시부터의 충전 시간 및 충전 전압을 비교하고 이에 따라 전력용 콘덴서의 수명을 진단하므로 전력용 콘덴서의 방전 특성의 측정 결과로부터 수명을 진단하는 경우에 백업 전원을 구성할 필요가 없고 전압을 강제적으로 인가하기 위한 제2의 스위치 및 저항의 병렬 접속 등 추가적인 회로가 필요하지 않은 효과가 있다.

Description

콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터{PHOTOVOLTANIC INVERT INCLUDING CONDENSOR LIFETIME DIAGNOSIS FUNCTION}

본 발명은 기기에 유입되는 직류 전원 등에 갖춰지는 전력용 콘덴서를 목표 전압까지 반복 충전하는 장치에 있어서, 상기 전력용 콘덴서의 수명의 도래를 진단하는 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터에 관한 것이다.

종래에는 스위칭 전원 장치나 인버터 장치 등 대용량을 필요로 하는 주회로의 전력용 콘덴서로서 일반적으로 전해 콘덴서가 사용 되었다. 전해 콘덴서는 내부에서 전기 화학 반응이 일어나므로 사용시간이 길어지면 정전 용량이 감소하고 손실이 증대하는 특성이 있다. 이 때문에 전해 콘덴서에는 수명이 규정되어 있다. 또한 이 수명은 사용 온도 환경에 영향을 받으므로 고온 환경에서 사용되면 수명이 짧아진다.

수명이 도래한 전해 콘덴서는 용량 누락이나 손실 증대 누설되는 전류가 커지지 이러한 열화는 외관상 판단하기 힘들다. 이 때문에 전해 콘덴서의 정전 용량 감소 등을 진단하는 장치는 종래부터 다양한 것이 제안 되었다.

일본 특허공보 특개 평5-215800호에는 배터리의 고전위측에 직렬 접속 되는 제1 스위치와 제2의 스위치 및 저항의 병렬 접속으로 되고 제1 스위치에 직렬 접속 되는 병렬 회로와 병렬 회로 및 배터리의 저전위 측간에 접속되는 전력용 콘덴서와 제2의 스위치가 오프되는 것과 동시에 제1 스위치가 온되고 배터리로부터 저항을 이용하고 전력용 콘덴서가 충전되는 때의 전력용 콘덴서의 전압을 검출하는 전압 검출부와 전압 검출부에 의하여 검출되는 전력용 콘덴서의 전압이 소정의 전압에 도달하기 까지의 충전 시간을 측정하고 이 충전 시간과 정상적인 전력용 콘덴서가 소정의 전압에 도달하기 까지의 기준시간과의 비교하여 전력용 콘덴서의 열화를 판단하는 진단 장치가 개시되어 있다.

종래의 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터는 전원 인가 정지후의 전력용 콘덴서의 방전시의 전압을 샘플링 등으로 측정하고 소정의 방전 특성 곡선 또는 소정의 정전 용량과 비교하여 전력용 콘덴서의 잔존 수명을 판단한다.

이러한 장치는 모두 전원 차단 이후의 전력용 콘덴서의 방전 특성을 측정하므로 전원 차단 후 CPU에 인가되는 전원이 강하하는 시점부터 CPU의 리셋 전압에 이르는 시점까지 측정을 계속하면 CPU 자체는 리셋 전압에 언제 이르게 될지 알 수 없기 때문에 리셋 전압까지 전압이 강하하기 직전에 CPU의 내부 레지스터나 데이터 손상을 방지할 수 없는 상태로 측정 중에 리셋 전압에 이르러 측정을 중단하거나 연산 도중의 데이터가 소실하는 등의 문제점이 있었다. 이 때문에 CPU 등으로 구성되어 지는 수명 진단 기능의 전원을 다른 계통의 전원으로 백업 할 필요성이 있었다.

또한 상기 일본 특허공보 특개 평5-215800호에 개시된 장치는 전력용 콘덴서에 전압을 강제적으로 인가하여 전력용 콘덴서의 열화를 판단하고 있다. 그 때문에 제2의 스위치 및 저항의 병렬 접속 등 추가적인 회로가 필요하고 복잡한 구성을 가질 뿐만 아니라 기존 회로를 그대로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 전압 인가후의 전력용 콘덴서의 충전 측정에 의하여 전력용 콘덴서의 수명을 진단하여 백업 전원이나 제2의 스위치 및 저항의 병렬 접속 등 추가적인 회로를 구비하지 않고 간단한 구성만으로 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 수명 진단 회로를 구비한 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터는, 전원 회로에 접속되며, 반도체 스위치의 온(on) 동작에 따라 상기 전원 회로로부터 발생 되는 직류 전원을 리액터에 전자 에너지로서 축적하고, 상기 반도체 스위치의 오프 동작에 따라 상기 리액터에 축적되는 전자 에너지를 전력용 콘덴서에 충전하는 전력용 콘덴서 충전 회로, 상기 반도체 스위치를 온 동작 및 오프 동작시키는 제어 펄스를 발생하는 전력용 콘덴서 충전 제어회로, 미리 설정된 상기 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 관계와 그 전력용 콘덴서의 충전 개시로부터의 측정된 충전 시간 및 충전 전압을 비교하여 상기 전력용 콘덴서의 수명을 진단하고 그 진단 결과를 알리는 전력용 콘덴서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 미리 설정된 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 관계와 전력용 콘덴서의 충전개시부터의 충전 시간 및 충전 전압을 비교하고 이에 따라 전력용 콘덴서의 수명을 진단하므로 전력용 콘덴서의 방전 특성의 측정 결과로부터 수명을 진단하는 경우에 백업 전원을 구성할 필요가 없고 전압을 강제적으로 인가하기 위한 제2의 스위치 및 저항의 병렬 접속 등 추가적인 회로가 필요하지 않은 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터다.
도 2는 전력용 콘덴서의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
도 3은 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 의한 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 의한 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터다

본 발명에 관계되는 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터는 미리 설정된 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 관계와 전력용 콘덴서의 충전 개시 시점으로부터 충전 시간 및 충전 전압을 비교하여 이에 따라 전력용 콘덴서의 수명을 진단하고 그 진단 결과를 알리는 전력용 콘덴서 수명 진단 회로를 포함한다.

본 발명에 따르면 미리 설정된 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 관계와전력용 콘덴서의 충전개시부터의 충전 시간 및 충전 전압을 비교하고 이에 따라 전력용 콘덴서의 수명을 진단한다. 또한, 전력용 콘덴서의 방전 특성의 측정 결과로부터 수명을 진단하는 경우에 백업 전원을 구성할 필요가 없고 전압을 강제적으로 인가하기 위한 제2의 스위치 및 저항의 병렬 접속 등 추가적인 회로가 필요하지 않다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터를 도시한 도면이다. 상기 도면에 따르면, 전력용 콘덴서 충전 회로(1)는 전력용 콘덴서(10)를 충전하는 회로이고 전력용 콘덴서 충전 제어회로(11)는 상기 전력용 콘덴서 충전 회로(1)를 제어하는 회로이며, 전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)는 전력용 콘덴서(10)의 수명을 진단하고 그 진단 결과를 알리는 회로다.

전력용 콘덴서 충전 회로(1)에서 전원 회로(3)는 교류 전원선(2)에 접속되고 전원 인가에 따라 공급 되는 교류 전원을 정류 및 평활하고 직류 전원을 발생시킨다.

제1반도체 스위치(4)는 전원 회로(3)의 출력 측의 고전위 선에 접속된다. 제1다이오드(5) 및 상기 제1다이오드(5)의 양극에 직렬 접속 되는 저항(6)은 제1반도체 스위치(4)의 출력 측의 고전위 선 및 저전위 선 사이에 역방향으로 접속되고 저항(6)은 제1, 제2의 반도체 스위치의 오프 동작 시 전력용 콘덴서(10)에 충전되는 충전 전류를 전압 신호로서 검출한다. 리액터(7)은 제1다이오드(5)의 출력 측의 고전위 선에 접속된다. 제2반도체 스위치(8)는 리액터(7)의 출력 측의 고전위 선 및 저전위 선간에 접속되고 제2다이오드(9)는 제2반도체 스위치(8)의 출력 측의 고전위 선에 정방향으로 접속된다. 전력용 콘덴서(10)는 제2 다이오드(9)의 출력 측의 고전위 선 및 저전위 선간에 접속되어 반복하여 충전 된다.

전력용 콘덴서 충전 제어회로(11)에서 기준 전류 설정부(12)는 제1 및 제2 반도체 스위치의 오프 동작시의 전력용 콘덴서(10)를 충전하는 기준 충전 전류를 설정한다. 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)는 기준 전류 설정부(12)에 설정된 기준 충전 전류에 따른 설정 전압과 저항(6)에 의한 충전 전류에 따르는 전압 신호를 비교하여 전압 신호가 설정 전압 이하의 경우에 상기 전압신호를 출력한다. 삼각파 발생 회로(14)는 삼각파를 발생하고 비교 회로(15)는 삼각파 발생 회로(14)로부터의 삼각파를 양극 단자로부터 입력하여 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)으로부터의 신호 출력을-단자로부터 입력하고 양 파형을 비교하여 그에 따른 제어 펄스를 발생한다.

전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)에서 제어회로용 전원 회로(22)는 교류 전원선(2)에 접속되고 전원 인가에 따라 공급 되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고 전력용 콘덴서 충전 제어회로(11) 및 전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)의 각회로에 그 직류 전원을 공급한다. 타이머 회로(23)은 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간의 측정에 필요한 기준 클락을 발생한다. 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)는 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간 및 충전 전압의 특성과 그에 따른 수명 진단 결과가 미리 설정 되고 기억 된다.

수명 진단 및 판단부(25)는 전력용 콘덴서(10)의 고전위 선에 접속되는 충전 전압 검출 선(충전 전압 검출 회로)에 의한 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압의 검출을 개시하고 타이머 회로(23)로부터 발생되는 기준 클락에 의한 충전 개시로부터의 충전 시간을 측정하고 상기 충전 전압 검출 선에 의한 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압을 측정하여 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에 기억되는 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간 및 충전 전압의 특성과 그것들 특성에 따르는 수명 진단 결과와 그 전력용 콘덴서(10)의 충전 개시로부터의 측정 충전 시간 및 측정 충전 전압에 해당되는 전력용 콘덴서(10)의 수명 진단 결과를 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)로부터 추출하여 출력한다. 표시 경보부(26)은 그 수명 진단 결과를 램프 표시나 경보 부저나 경보 접점 출력에 의하여 사용자에게 알린다.

다음은 구체적인 동작에 관해서 설명한다.

도 1에서 교류 전원이 투입되면 전원 회로(3)은 전원 인가에 따라 공급 되는 교류 전원을 정류 및 평활하고 직류 전원을 발생한다.

또한, 교류 전원이 투입되면, 제어회로용 전원 회로(22)는 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고 전력용 콘덴서 충전 제어회로(11) 및 전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21) 각각에 상기 직류 전원을 공급한다.

전력용 콘덴서 충전 제어회로(11)에서 기준 전류 설정부(12)에는 제1 및 제2의 반도체 스위치의 오프 동작시 전력용 콘덴서(10)을 충전하는 기준 충전 전류가 미리 설정되고 기준 전류 설정부(12)로부터 상기 설정 되는 기준 충전전류에 따른 설정 전압(1)이 발생된다. 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)는 기준 전류 설정부(12)에 설정된 기준 충전 전류에 따르는 설정 전압(1)과 저항(6)에 의한 충전 전류에 따른 전압 신호(2)을 비교하여 전압 신호가 설정 전압을 넘는 경우에 신호 출력하지 않고 전압 신호가 설정 전압 이하의 경우에 신호를 출력(3)한다. 상기 신호 출력(3)은 시간 경과에 따라 크기가 커지다가 일정 시점 이후에 크기가 일정해 진다.

비교 회로(15)는 삼각파 발생 회로(14)로부터의 삼각파(8)와 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)으로부터의 신호 출력(3)을 비교하여, 삼각파의 신호 출력보다 높은 기간에 대하여 제어 펄스(9)을 발생한다. 이 제어 펄스(9)는 전원 인가 시 그 펄스 폭이 넓으나 점차 좁아지다가 일정 넓이로 수렴한다. 이 제어 펄스(9)에 따라 제1 및 제2의 반도체 스위치의 동작을 제어한다. 즉, 제어 펄스를 하이(high)레벨로 제1 및 제2의 반도체 스위치를 온(on)시키고 로우 레벨(low level)에서 오프 동작시킨다.

전력용 콘덴서 충전 회로(1)에서, 제1 및 제2의 반도체 스위치의 온(on) 동작에 의하여, 전원 회로(3)으로부터의 전류가 제1반도체 스위치(4)→리액터(7)→제2반도체 스위치(8)의 경로를 따라 흐르고 리액터(7)에 전자 에너지가 축적된다.

또한, 제1 및 제2의 반도체 스위치의 오프 동작에 의하여 리액터(7)에 축적되는 전자 에너지가 리액터(7)→제2다이오드(9)→전력용 콘덴서(10)→저항(6)→제1다이오드(5)의 경로를 따라 순환하고 전력용 콘덴서(10)가 충전된다.

이 때, 기준 전류 설정부(12) 및 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)에 의한 정전류 제어에 따라 전원 인가시 제1 및 제2의 반도체 스위치의 온 시간 폭이 길고 시간 경과에 따라 서서히 온 시간 폭이 짧아지고 최후에는 일정해지는 제어 펄스(9)을 발생한다. 상기 온 시간 폭이 일정해지는 제어 펄스에 따라 전력용 콘덴서(10)의 충전 전류가 기준 충전 전류와 동일하게 된다.

전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)에서, 수명 진단 및 판단부(25)는 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압(5)의 검출에 따른 충전 개시 트리거로서 타이머 회로(23)로부터 발생되는 기준 클락(10)에 의한 충전 개시로부터의 충전 시간을 측정하고 상기 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압을 측정한다. 또한,충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에는 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간 및 충전 전압의 특성과 그것들 특성에 따르는 수명 진단 결과가 미리 설정 되고 기억된다.

도 2는 전력용 콘덴서의 등가 회로를 나타내는 회로도이다. 상기 도면에 따르면, 일반적으로 전력용 콘덴서(10)는 용량 성분(10a)이외에 용량 성분(10a)의 다른 곳에 등가 직렬 저항(ESR:Equivalent Series Resistance, 10b)이 존재한다. 따라서 전력용 콘덴서(10)는 등가적으로 도 2에 나타난다.

전력용 콘덴서(10)의 고장 및 열화는 우선, 정전 용량의 변화보다도 tanδ의 증가가 보다 현저히 나타난다. 즉, 전력용 콘덴서(10)의 열화로 tanδ의 증가한 경우에는 등가 직렬 저항(10b)이 증가한다. 이 때문에, 전력용 콘덴서(10)의 등가 직렬 저항(10b)이 증가하여 전력용 콘덴서(10)의 충전에 시간이 걸린다. 마찬가지로 누설되는 전류가 커지는 경우에는 전력용 콘덴서(10)의 충전에 시간이 걸린다. 또한,전력용 콘덴서(10)의 용량이 감소한 경우에는 역으로 전력용 콘덴서(10)의 충전이 빨리 완료한다.

도 3은 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 특성을 나타내는 특성도를 도시한 도면이다. 상기 도면에서 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에 미리 설정되고 기억된 데이터를 이미지화 하였다.

상기 도면에서, 횡축은 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간, 종축은 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압을 각각 나타낸다. 종축의 충전 전압 V1, V2, V3, V4는 전력용 콘덴서(10)의 수명 진단에 필요한 기준점의 충전 전압이다. 예컨데, 진공 차단기에서는 V1은 동작 한계 전압, V2는 차단 한계 전압, V3은 충전 시간 전압, V4는 충전 규정 전압 등을 정의한 것이다. 횡축의 충전 시간 T1, T2, T3는 종축의 충전 전압 V1, V2, V3, V4에 따른 충전 시간 목표치이다.

또한, 영역 A는 정상 영역이고 영역 B는 정전 용량 누락이고 영역 C는 등가 직렬 저항(10b)이 증가하고 영역 D는 등가 직렬 저항(10b)이 약간 증가 또는 누설되는 전류가 증가하고 영역 E 는 등가 직렬 저항(10b) 및 누설되는 전류가 크게 증가 하고 영역 F는 열화로 인하여 현저히 사용할 수 없는 상태라고 한다.

또한, 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에 미리 설정 되고 기억된 데이터는 도 3에 도시한 바와 같은 특성도가 아니라, 전력용 콘덴서(10)의 수명 진단에 필요한 기준점의 충전 전압 V1, V2, V3, V4, 충전 시간 T1, T2, T3, 및 그 수명 진단 결과 만으로도 충분하다.

수명 진단 및 판단부(25)에서는 전력용 콘덴서(10)의 충전 개시에 따라 측정한 측정 충전 시간 및 측정 충전 전압을 충전 시간 충전 전압 기억부(24)에 기억되는 기준점의 충전 전압 V1,V2,V3,V4,충전 시간 T1,T2,T3과 비교하여 전력용 콘덴서(10)의 수명 진단 결과(11)를 그 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)로부터 추출하여 출력한다.

즉, 전력용 콘덴서(10)의 충전 개시로부터 충전 시간의 추이에 대응한 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압의 상승의 추이가 도 3에서 어느 영역에 해당할지를 판단한다.

도 3에서 보다 구체적으로는 (영역 A)충전 개시로부터 충전 시간 T1?T2내에 충전 전압 V3에 도달한 경우에는 전력용 콘덴서(10)은 정상이라고 하는 수명 진단결과를 얻는다.

(영역 B)충전 개시로부터 충전 시간 T1내에 충전 전압 V3에 도달한 경우에는 정상적인 영역보다도 빠르게 충전 되고 전력용 콘덴서(10)에는 정전 용량 누락이 생긴다고 하는 수명 진단 결과를 얻는다.

(영역 C)충전 개시로부터 충전 시간 T2?T3내에 충전 전압 V3에 도달한 경우에는 소정의 시간 내로 충전이 끝나지 않아 등가 직렬 저항 10b이 증가하고 있다는 수명 진단 결과를 얻는다.

(영역 D)충전 개시로부터 충전 시간 T3가 되어도 충전 전압이 V2?V3인 경우에 등가 직렬 저항(10b)이 약간 증가하고 있거나 누설되는 전류가 증가하고 있다는 수명 진단 결과를 얻는다.

(영역 E)충전 개시로부터 충전 시간 T3이 되어도 충전 전압이 V1?V2인 경우에 등가 직렬 저항(10b) 및 누설되는 전류가 약간 증가하고 있다는 수명 진단 결과를 얻는다.

(영역 F)충전 개시로부터 충전 시간 T3이 되어도 충전 전압이 V1에 못 미친 경우에,전력용 콘덴서(10)의 열화가 현저로 사용할 수 없는 상태에 있다는 수명 진단 결과를 얻는다.

표시 경보부(26)는 수명 진단 및 판단부(25)에 의한 영역 A으로부터 영역 F에 경우 분류 되는 수명 진단 결과를 램프 표시나 경보 부저나 경보 접점 출력에 의하여 사용자에게 알린다.

전술한 바와 같이, 상기 실시예 1에 의하면 수명 진단 및 판단부(25)는 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에 미리 설정된 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간 및 충전 전압의 특성과 그것들 특성에 따르는 수명 진단 결과와 전력용 콘덴서(10)의 충전 개시로부터의 측정 충전시간 및 측정 충전 전압과의 비교에 따라 전력용 콘덴서(10)의 수명을 진단하고 전력용 콘덴서(10)의 방전특성의 측정으로부터 수명을 진단하는 경우에 필요해진 백업 전원을 필요로 하지 않는다. 또한, 전압을 강제적으로 인가하기 위한 제2스위치 및 저항의 병렬 접속 등 추가적인 회로를 구성할 필요없이 간단히 구성할 수 있다.

또한, 전력용 콘덴서(10)에 충전되는 충전 전류를 미리 설정된 기준 충전 전류로 하여 전력용 콘덴서(10)의 충전 개시로부터의 측정 충전 시간 및 측정 충전 전압의 관계의 선형성을 높이고 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에 미리 설정된 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간 및 충전 전압의 관계의 선형성을 높여 전력용 콘덴서(10)의 수명 진단 성능을 보다 높일 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예 2에 의한 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터를 도시한 도면이다. 상기 도면에서 전력용 콘덴서 충전 제어회로(11)에서 목표 전압 설정부(16)은 전력용 콘덴서(10)을 충전하는 목표 충전 전압을 설정한다. 충전 전압 제어용 오차 증폭 회로(17)은 목표 전압 설정부(16)에 설정된 목표 충전 전압과 전력용 콘덴서(10)의 고전위 선에 접속되는 충전 전압 검출선(충전 전압 검출 회로)으로부터의 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압을 비교하여 상기 충전 전압이 목표 충전 전압 이상의 경우에 신호를 출력하고 충전 전압이 목표 충전 전압 미만의 경우에 그 신호 출력을 정지한다. 논리합 회로(18)는 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)로부터의 신호 출력과 충전 전압 제어용 오차 증폭 회로(17)으로부터의 신호 출력과의 총화를 모으고 그 총화를 비교 회로(15)의 단자에 출력하는 것이다.

전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)에서 수명 및 진단 판단부(25)는 전력용 콘덴서(10)의 고전위 선에 접속되는 충전전압 검출 선에 의한 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압에 따라 충전의 초기 단계에는 정전류 제어용 오차증폭 회로(13)에 의한 정전류 제어를 선택하고 충전의 완료 단계에서는 충전 전압 제어용 오차 증폭 회로(17)에 의한 목표 충전 전압 제어를 선택하는 것이다. 그 밖의 구성에 관해서는 도 1과 마찬가지이다.

다음에 동작에 관해서 설명한다.

전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)에서 수명 및 진단 판단부(25)는 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압(5)에 따라 충전의 초기 단계에서 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)에 선택 신호(12)을 출력하고 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)에 의한 정전류 제어를 선택한다.

전력용 콘덴서 충전 제어회로(11)에서 저항, 기준 전류 설정부(12) 및 정전류 제어용 오차 증폭 회로(13)로 구성되어 상기 실시예 1에서와 같이 논리합 회로(18)을 통하여 비교 회로(15)로부터는 전원 투입시 제1 및 제2의 반도체 스위치의 온 시간 폭이 길고 시간 경과에 따라 온 시간 폭이 짧아지다가 일정 시간 경과후에는 일정해지는 제어 펄스(9)를 발생한다. 상기 온 시간 폭이 일정해지는 제어 펄스에 따라 전력용 콘덴서(10)의 충전 전류가 기준 충전 전류에 되게 할 수 있다.

또한, 전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)에서 수명 및 진단 판단부(25)는 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압(5)에 따라 충전의 완료 단계(예컨데, 측정 충전 전압(5)이 도 3에서 충전 전압 V3에 도달하고 수명 진단 결과가 얻어진 시점)에서는 충전 전압 제어용 오차 증폭 회로(17)에 선택 신호(13)를 출력하고 충전 전압 제어용 오차 증폭 회로(17)에 의한 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압이 목표 충전 전압에 이르도록 제어를 선택한다.

전력용 콘덴서 충전 제어회로(11)에서 목표 전압 설정부(16)에는 전력용 콘덴서(10)의 목표 충전 전압이 미리 설정되고 목표 전압 설정부(16)로부터는 그 설정 되는 목표 충전 전압(4)이 발생된다. 충전 전압 제어용 오차 증폭 회로(17)는 목표 전압 설정부(16)에 설정되는 목표 충전 전압(4)과 전력용 콘덴서(10)의 고전위 선에 접속되는 충전 전압 검출 선으로부터의 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압(5)을 비교하여 상기 충전 전압이 목표 충전 전압에 도달하지 않은 기간의 신호 출력하지 않고 충전 전압이 목표 충전 전압에 이르는 기간의 신호를 출력한다. 비교 회로(15)는 삼각파 발생 회로(14)로부터의 삼각파(8)과 충전 전압 제어용 오차 증폭 회로(17)로부터의 논리합 회로(18)을 통한 신호 출력(7)을 비교하여 삼각파가 신호 출력 이상의 기간에 따르는 제어 펄스(9)을 발생한다.

이 제어 펄스는 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압이 미리 설정되는 목표 충전 전압에 도달한 경우에는 더 이상 발생되지 않는다.

이 제어 펄스(9)에 따라 제1 및 제2의 반도체 스위치의 동작을 제어하여 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압이 미리 설정되는 목표 충전 전압에 도달한 경우에는 제1 및 제2의 반도체 스위치의 동작을 정지시키고 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압을 목표 충전 전압에 일치시킬 수 있다.

이상과 같이, 전술한 실시예 2에 따르면, 충전의 초기 단계, 즉, 전력용 콘덴서(10)의 수명 진단 결과가 얻어지는 시점까지는 전력용 콘덴서(10)에 충전되는 충전 전류를 미리 설정되는 기준 충전 전류로 하여 전력용 콘덴서(10)의 충전 개시로부터의 측정 충전 시간 및 측정 충전 전압의 관계의 선형성을 높이고, 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에 미리 설정되는 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간 및 충전 전압의 관계의 선형성을 높이고 그 결과 전력용 콘덴서(10)의 수명의 진단 성능을 보다 높일 수 있다.

또한, 충전 완료 단계에서는 전력용 콘덴서(10)의 충전 전압을 미리 설정한 목표 충전 전압에 일치시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예 3에 의한 전력용 콘덴서의 수명 진단 기능부 충전 장치를 도시한 도면이다. 상기 도면에 따르면, 전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)에서 스타트 스위치(27)는 전력용 콘덴서(10)의 완전 방전에 연동하여 온(on) 동작하고 수명 진단 판단부(25)에 재진단 신호를 출력하는 것이다. 그 밖의 구성에 관해서는 도 1과 마찬가지이다.

다음에 동작은 관해서 설명한다.

전력용 콘덴서 수명 진단 회로(21)에서 스타트 스위치(27)는 실시예 3에 의한 전력용 콘덴서의 수명 진단 기능부 충전 장치를 상기 코일이나 차단 코일을 사용하면(예컨데, 고압 회로의 단락 보호나 개폐에 사용되는 진공 차단기의 투입 코일이나 차단 코일 구동용 전원 장치로서 사용한 경우) 전력용 콘덴서(10)가 방전되고 충전 전압이 0V가 되기 때문에 전력용 콘덴서(10)를 다시 충전해야 한다.

이 때, 진공 차단기의 투입 코일이나 차단 코일의 구동 시, 전력용 콘덴서(10)의 방전 상태에 연동된 신호에 의하여 스타트 스위치(27)을 온(on) 시켜 수명 및 진단 판단부(25)에 재진단 신호를 출력한다. 수명 및 진단 판단부(25)는 그 재진단 신호의 입력에 따라 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24) 에 미리 설정된 전력용 콘덴서(10)의 충전 시간 및 충전 전압의 특성과 그것들 특성에 따르는 수명 진단 결과와 전력용 콘덴서(10)의 충전 개시로부터의 측정 충전 시간 및 측정 충전 전압을 비교하고 상기 비교 결과에 따라 전력용 콘덴서(10)의 수명을 재진단 한다. 또한, 표시 경보부(26)에서는 수명 및 진단 판단부(25)에 의한 수명 진단 결과를 알린다.

전술한 바와 같이, 본 실시예 3에 의하면, 전력용 콘덴서(10)의 완전 방전에 연동하여 온(on) 동작하는 스타트 스위치(27)으로부터의 재진단 신호에 따라 수명 및 진단 판단부(25)는 전력용 콘덴서(10)의 수명을 재진 판단하고 표시 경보부(26)에서는 수명 및 진단 판단부(25)에 의한 수명 진단 결과를 알릴 수 있다.

또한, 본 실시예 3에서 스타트 스위치(27)는 상기 실시예 2에 전력용 콘덴서의 수명 진단 기능부 충전 장치에 적용해도 좋고 또한, 스타트 스위치(27)는 기계적 접점으로 한정되는 것이 아니고 반도체 스위치라도 좋다.

또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 3 에서 교류 전원선(2)은 직류 전원으로 구성하는 경우에는 전원 회로(3) 및 제어회로용 전원 회로(22)는 불필요하거나 DC/DC 컨버터에 의하여 구성하면 좋다.

또한, 도 3에서 전력용 콘덴서(10)의 수명 진단 결과를 영역 A 내지 영역 F로 6개의 영역으로 구분하였지만, 이 6개의 영역으로 한정되는 것이 아니고 필요에 따라 그 개수를 늘리거나 줄일 수 있다.

또한, 수명 및 진단 판단부(25)는 충전 전압이 목표 전압에 도달하는 충전 시간이나, 소정의 충전 시간에 도달하는 충전 전압의 값에 따라 판단하게 해도 좋고 경우에 따라서는 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에 기억되는 데이터나 수명 및 진단 판단부(25)의 구성을 간단히 할 수 있다.

또한, 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)에 기억되는 충전 전압 V1?V4나 충전 시간 T1?T3은 고정치도 좋지만, 각종 기기나 각종 규격에 용이하게 설정한 설정 수단을 가지고 임의의 충전 전압이나 충전 시간을 설정할 수 있게 해도 좋다.

또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 전력용 콘덴서의 수명 진단 기능부 충전 장치에서는 제1 및 제2의 반도체 스위치의 온 오프(on off) 동작을 동시에 행하였지만, 일본 공개공보 2002-218743호 공보에 나타난 바와 같이 제1 및 제2의 반도체 스위치의 온(on) 시간 동안 리액터에 직류 전원을 인가하고 리액터에 전자 에너지를 축적하고 제2의 반도체 스위치의 오프(off)에 따라 리액터에 축적되는 전자 에너지를 축적하여 교류 전원의 에너지를 정류기, 평활콘덴서, 리액터, 다이오드, 전력용 콘덴서로 이르는 경로에서 순환시키고 전력용 콘덴서를 충전하도록 구성하면,교류 전원의 에너지도 포함하고 전력용 콘덴서를 충전할 수 있다.

또한, 기준 전류 설정부(12) 및 목표 전압 설정부(16)는 가변 저항기나 디지털 스위치 등을 사용하여 전력용 콘덴서(10)을 충전하는 기준 충전 전류나 목표 충전 전압을 조작자에게 보이고 또한 조작 가능한 형태로 할 수 있다. 또한, 미리 충전 장치에 따라서 기준 충전 전류나 목표 충전 전압이 결정되는 경우에는 고정으로서도 좋다.

마찬가지로, 충전 시간 및 충전 전압 기억부(24)도 가변 저항기나 디지털 스위치 등을 사용하여 설정 되는 충전 전압이나 충전 시간을 조작자에게 보이고 또한 조작의 가능한 형태로 할 수 있다. 또한, 미리 충전 장치에 따라서 충전 전압이나 충전 시간이 결정되는 경우는 고정으로서도 좋다.

1: 전력용 콘덴서 충전 회로 2: 교류 전원선
3: 전원 회로 4: 제1 반도체 스위치
5: 제1 다이오드 6: 저항
7: 리액터 8: 제2 반도체 스위치
9: 제2의 다이오드 10: 전력용콘덴서
10a: 용량 성분 10b: 등가 직렬 저항
11: 전력용 콘덴서 충전 제어회로 12: 기준 전류 설정부
13: 정전류 제어용 오차 증폭 회로 14: 삼각파 발생 회로
15: 비교 회로 16 목표 전압 설정부
17:충전 전압 제어용 오차 증폭 회로 18: 논리합 회로
21:전력용 콘덴서 수명 진단 회로 22: 제어회로용 전원 회로
23: 타이머 회로 24: 충전 시간 충전 전압 기억부
25: 수명 진단 판단부 26: 표시 경보부
27: 스타트 스위치

Claims (1)

1. 전원 회로에 접속되며, 반도체 스위치의 온(on) 동작에 따라 상기 전원 회로로부터 발생 되는 직류 전원을 리액터에 전자 에너지로서 축적하고, 상기 반도체 스위치의 오프 동작에 따라 상기 리액터에 축적되는 전자 에너지를 전력용 콘덴서에 충전하는 전력용 콘덴서 충전 회로;
   상기 반도체 스위치를 온 동작 및 오프 동작시키는 제어 펄스를 발생하는 전력용 콘덴서 충전 제어회로;
   미리 설정된 상기 전력용 콘덴서의 충전 시간 및 충전 전압의 관계와 그 전력용 콘덴서의 충전 개시로부터의 측정된 충전 시간 및 충전 전압을 비교하여 상기 전력용 콘덴서의 수명을 진단하고 그 진단 결과를 알리는 전력용 콘덴서;
   를 포함하여 구성되는 수명 진단 회로를 구비한 콘덴서 수명진단 기능을 갖는 태양광 인버터.

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