KR20170111592A - 인버터의 dc 링크 커패시터 전압 균등화 장치 - Google Patents

인버터의 dc 링크 커패시터 전압 균등화 장치 Download PDF

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Abstract

인버터의 DC 링크 커패시터 전압 균등화 장치가 제공된다. 본 발명의 장치는, 직렬연결된 제1 및 제2저항 사이의 노드(기준점)와 직렬연결된 제1 및 제2커패시터 사이의 노드(중성점)에 연결되어, 기준점과 중성점을 단락 또는 오픈하는 스위칭부와, 기준점 전압과 중성점 전압이 상이한 경우, 스위치부를 제어하여 기준점과 중성점을 단락하는 제어부를 포함한다.

Description

인버터의 DC 링크 커패시터 전압 균등화 장치{APPARATUS FOR VOLTAGE BALANCING FOR DC LINK CAPACITOR IN INVERTER}
본 발명은 인버터의 DC 링크 커패시터의 전압을 균등하게 하는 전압 균등화 장치에 대한 것이다.
일반적으로, 인버터는 교류(AC)전원을 수신하여 직류(DC)로 정류한 후, 다시 원하는 주파수와 크기로 AC전원을 출력하는 장치이다. 이때 인버터의 정류부의 DC-링크에 평활용 전해 커패시터가 연결된다.
입력전압이 400V 타입인 인버터의 경우, 평활부의 전해 커패시터에 충전되는 전압이 약 500 내지 800V이다. 그러나 일반적인 전해 커패시터의 정격전압이 400V이므로, 입력전압이 400V인 인버터의 평활부를 설계할 경우 전해 커패시터를 직렬로 연결하여 평활부의 등가 정격전압이 800Vdc가 되도록 설계하고 있다.
도 1은 일반적인 인버터를 설명하기 위한 구성도이다.
평활부(200)는, 정류부(100)에 의해 정류된 직류전원을 평활하기 위한 전해 커패시터(210, 220, 230, 240)와 각 전해 커패시터(210, 220, 230, 240)와 병렬로 연결된 분압저항(215, 225, 235, 245)으로 구성되며, 평활부(200)에 충전된 전압이 인버터부(300)의 스위칭소자(도시되지 않음)로 인가된다. 이때, 두개의 전해 커패시터와 두개의 분압저항은 각각 직렬로 연결되어 있다.
이와 같은 종래의 산업용 인버터의 평활부(200)는 전해 커패시터와 분압저항을 도 1과 같이 직병렬 구조로 연결하여야 하므로, 커패시터 1개당 분압저항이 1개가 필요하며, 여러개의 전해 커패시터를 사용하는 인버터는 해당 수만큼 분압저항이 필요하므로, 그에 따른 기구적인 공간확보가 요구되며, 또한 분압저항의 수만큼 재료비가 상승하게 되는 문제점이 있다.
또한, 전해 커패시터에서 분압저항을 통해 항상 누설전류가 발생하므로, 인버터의 효율이 감소되는 문제점이 있다.
한편, 평활부(200의 전압이 직렬연결된 커패시터에 동일하게 인가되지 않는 경우, 즉, 특정 커패시터에 정격전압(400V)을 초과하는 전압이 충전되는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우 커패시터가 폭발하게 되므로, 인버터를 소손시킬 뿐 아니라, 폭발시 발생하는 전기 스파크로 인해 화재 위험성이 커지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 인버터의 평활부에서 분압저항을 사용하지 않고 전해 커패시터의 양단의 전압을 균등하게 유지하는, 전압 균등화 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 등가적으로 직렬로 연결되는 제1 및 제2커패시터로 구성되는 평활부를 포함하는 인버터 시스템에서, 상기 제1 및 제2커패시터에 인가되는 전압을 균등화하기 위한 본 발명의 일실시예의 장치는, 그 직렬연결이 상기 평활부에 병렬로 연결되는 제1 및 제2저항; 상기 제1 및 제2저항 사이의 노드(기준점)와 상기 제1 및 제2커패시터 사이의 노드(중성점)에 연결되어, 상기 기준점과 중성점을 단락 또는 오픈하는 스위칭부; 및 상기 기준점의 전압(기준점 전압)과 상기 중성점의 전압(중성점 전압)이 상이한 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준점과 중성점을 단락하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 장치는, 상기 기준점과 중성점 사이에 연결되는 전압측정용 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 스위칭부는, 역병렬 연결된 제1 및 제2사이리스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 기준점 전압과 중성점 전압의 차이를 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부의 출력전압이 소정 범위의 제1기준 및 제2기준을 넘어서는 것을 검출하는 검출부; 및 상기 검출부의 출력에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 전류를 인가하는 인가부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 검출부는, 상기 증폭부의 출력전압이 상기 제1기준보다 크면 상기 인가부가 상기 스위칭부에 전류를 인가하도록 하는 제1비교기; 및 상기 증폭부의 출력전압이 상기 제2기준보다 작으면 상기 인가부가 상기 스위칭부에 전류를 인가하도록 하는 제2비교기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 및 제2저항의 저항값은 실질적으로 동일할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 인버터의 평활부에 분압저항을 사용하지 않으면서 평활부의 커패시터의 전압을 균등하게 유지할 수 있으므로, 인버터의 크기를 줄일 수 있으며, 인버터 제작비용을 절감하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 균등화 장치의 동작유무를 결정하는 중성점 전압과 기준점 전압의 차이를 전압 불균형 검출부의 기준값(+REF, -REF)을 이용하여 설계자가 설정할 수 있으므로, 설계자의 의도에 따라 다양한 회로를 설계하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하드웨어에 의해 전압 불균형을 해소하도록 설계되므로, 평활부에 전압 불균형이 발생하였을 때 소프트웨어 처리에 따른 시간 지연 없이 평활부 커패시터 양단의 전압을 균등하게 조정하게 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 인버터를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예가 적용되는 인버터 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예의 평활부의 구성을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에서 스위칭부의 상세 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에서 제어부의 상세 구성도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 균등화 장치의 동작을 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예가 적용되는 인버터 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 시스템은, 정류부(1), 본 발명의 균등화 장치(2), 직렬로 연결된 제1커패시터 C1 및 제2커패시터 C2로 구성되는 평활부(3) 및 인버터부(4)를 포함할 수 있다. 이때 평활부(3)의 직렬로 연결된 제1커패시터 C1 및 제2커패시터 C2를 'DC 링크 커패시터'라고 한다.
정류부(1)는 인가되는 3상의 교류전압을 직류전압으로 정류하고, 평활부(3)가 해당 직류전압을 평활할 수 있다. 일반적으로, 인버터부(4)는 스위칭 소자의 동작에 의해 소정 주파수 및 크기의 교류전압을 출력하여 전동기(도시되지 않음)로 인가할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는, 제1커패시터 C1 및 제2커패시터 C2가 직렬로 연결된 것을 평활부(3)로 예를 들어 설명하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 더욱 많은 수의 전해 커패시터가 연결된 구성일 수도 있으며, 이는 도 2와 같은 구성으로 등가적으로 나타낼 수 있을 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예의 평활부(3)의 구성을 설명하기 위한 일예시도이다. 도 3a와 같이, 2개의 전해 커패시터가 연결될 수도 있고, 도 3b와 같이 2개의 전해 커패시터의 연결이 병렬로 연결되어 있을 수도 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 도 3b의 경우에도 도 3a와 같이 등가적으로 나타낼 수 있을 것임은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
다시 도 2에서, 본 발명의 일실시예의 균등화 장치(2)는, 평활부(3)에 병렬연결되는 제1저항 R1 및 제2저항 R2, 전압측정용 제3커패시터(30), 스위칭부(40) 및 스위칭부(40)를 제어하기 위한 제어부(50)를 포함할 수 있다.
제1저항 R1 및 제2저항 R2는 각각 그 저항이 실질적으로 동일한 것으로서, 본 발명의 설명에서는, 제1저항 R1 및 제2저항 R2 사이의 노드 A를 '기준점'이라 하고, 노드 A의 전압을 '기준점 전압'이라고 하기로 한다.
제1저항 R1 및 제2저항 R2은 수백 ㏀일 수 있다. 이와 같이 제1저항 R1 및 제2저항 R2의 크기를 크게 하여, 기준점(A)을 통해 흐르는 전류를 수 mA 단위로 함으로써, 제1저항 R1 및 제2저항 R2에서의 소모전력을 최소화할 수 있다.
또한, 제1커패시터 C1 및 제2커패시터 C2 사이의 노드 B를 '중성점'이라고 하고, 노드 B의 전압을 '중성점 전압'이라고 하기로 한다.
이와 같은 구성에서, 제3커패시터(30)는 중성점(B)과 기준점(A) 사이의 전압을 측정할 수 있다. 본 발명의 일예에서는 중성점과 기준점 사이의 전압측정을 위한 소자로서 커패시터를 사용하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수동 또는 능동소자가 사용될 수 있을 것이다.
스위칭부(40)는 제3커패시터(30)에 병렬연결될 수 있으며, 제어부(50)의 제어에 따라 온 또는 오프되어, 기준점과 중성점을 단락 또는 오픈할 수 있다. 스위칭부(40)는, 예를 들어 역병렬 연결된(anti-parallel) 사이리스터(thyristor)일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에서 스위칭부(40)의 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 스위칭부(40)는, 예를 들어 역병렬 연결된 사이리스터 Q1 및 Q2로 구성될 수 있다. 즉, 사이리스터 Q1의 애노드가 사이리스터 Q2의 캐소드에 연결되고, 사이리스터 Q1의 캐소드가 사이리스터 Q2의 애노드에 각각 연결되도록 구성할 수 있다.
사이리스터는, PNPN 접합의 4층구조 반도체 소자로서, 실리콘 제어 정류소자를 말한다. 애노드(anode)가 캐소드(cathode)에 대해 플러스인 경우 게이트 전류에 의해 도통할 수 있다.
다만, 본 발명에서는 스위칭부(40)의 구성을 사이리스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 스위칭부(40)의 구성이 도 4의 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 특징을 구현하는 다양한 스위칭 소자로 구성될 수 있을 것이다.
제어부(50)는 중성점(B) 전압 및 기준점(A) 전압을 입력으로 받아 스위칭부(40)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 도 4와 같이 스위칭부(40)가 구성되는 경우, 제어부(50)는 중성점(B) 전압이 기준점(A) 전압보다 크면 사이리스터 Q2를 도통하기 위한 게이트 전류를 인가하고, 기준점(A) 전압이 중성점(B) 전압보다 크면 사이리스터 Q1을 도통하기 위한 게이트 전류를 인가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에서 제어부(50)의 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 제어부(50)는, 차동 증폭부(51), 전압 불균형 검출부(52) 및 전류인가부(53)를 포함할 수 있다.
차동 증폭부(51)는, 제3커패시터(30)의 양단의 차이, 즉, 기준점(A) 전압과 중성점(B) 전압의 차이를 증폭할 수 있다. 차동 증폭부(51)는 연산 증폭기(operational amplifier, OP AMP)를 포함하여 구성되며, 잡음(noise)에 의한 오동작을 방지하기 위한 것이다. 차동 증폭부(51)의 증폭비는 설계자가 설정할 수 있는 것으로서, 회로에 흐르는 전류 또는 전압의 양 또는 사이리스터 Q1 및 Q2의 특성 및 제3커패시터(30)의 특성에 따라 설정될 수 있다.
전압 불균형 검출부(52)는 차동 증폭부(51)의 출력전압이 양의 기준값(+REF)과 음의 기준값(-REF) 이내인지 확인할 수 있다. 즉, 두개의 비교기 U1, U2를 포함하여, 양의 기준값(+REF)을 벗어나거나 음의 기준값(-REF)을 벗어나는 경우, 출력을 전류인가부(53)에 인가할 수 있다.
전압 불균형 검출부(52)의 양의 기준값(+REF)과 음의 기준값(-REF)은 설계자가 설정할 수 있는 것으로서, 회로에 흐르는 전류 또는 전압의 양 또는 사이리스터 Q1 및 Q2의 특성 및 제3커패시터(30)의 특성에 따라 설정될 수 있다.
전류인가부(53)는 각각 비교기 U1, U2의 출력에 베이스가 연결되는 PNP 트랜지스터일 수 있으며, 특히 PNP 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transister, BJT)일 수 있다. 각각의 트랜지스터 Q3 및 Q4는 전류제한을 위한 저항 R3 및 R4가 각각 연결될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, PNP BJT 외에, 다양한 스위칭 소자가 사용될 수도 있을 것이다.
전압 불균형 검출부(52)의 출력이 전류인가부(53)의 PNP 트랜지스터 Q3 또는 Q4의 베이스에 인가되어, 각각 트랜지스터 Q3 또는 Q4를 턴온 또는 턴오프함으로써 스위칭부(40)의 사이리스터 Q1 또는 Q2를 제어할 수 있다.
본 발명에서는, 전류인가부(53)의 트랜지스터 Q3, Q4에 인가되는 전압이 15V인 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 회로의 구성에 따라 다양한 크기의 전압이 인가될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 제어부(50)의 설명은, 스위칭부(40)가 사이리스터로 구성되는 예에 따라 구성된 것이므로, 스위칭부(40)가 다른 소자로 구성되는 경우, 그 구성이 변경될 수 있음은 자명하다. 즉, 중성점 전압과 기준점 전압이 상이해지면 중성점과 기준점이 단락되도록 제어하는 다양한 구성이 가능할 것이다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5의 본 발명의 균등화 장치의 동작을 도면을 참조로 설명하기로 한다. 도 6 내지 도 8은 본 발명의 균등화 장치의 동작을 설명하기 위한 일예시도로서, 도 6은 중성점 전압과 기준점 전압이 실질적으로 동일한 경우, 도 7은 중성점 전압이 기준점 전압보다 작은 경우, 도 8은 중성점 전압이 기준점 전압보다 큰 경우의 회로의 구성을 나타낸 것이다.
도 6을 참조로 하면, 중성점 전압과 기준점 전압이 실질적으로 동일한 경우에는, 차동 증폭부(51)의 출력이 0이 되고, 전압 불균형 검출부(52)의 출력은 비교기 U1 및 U2 모두 하이(HIGH)가 되어 전류인가부(53)의 트랜지스터 Q3 및 Q4는 턴-오프 상태를 유지할 수 있다.
이와 같은 경우, 스위칭부(40)의 사이리스터 Q1 및 Q2 모두 도통되지 않으므로, 중성점과 기준점 사이도 개방(OPEN) 상태를 유지하게 된다.
도 7을 참조로 하면, 기준점 전압이 중성점 전압보다 큰 경우, 차동 증폭부(51)의 출력전압은 (+)가 되고, 이 값이 전압 불균형 검출부(52)의 비교기 U1에 인가되어, 양의 기준값(+REF)을 초과하면, 비교기 U1의 출력은 로우(LOW)가 되어 트랜지스터 Q3가 턴온된다. 이에 의해, 스위칭부(40)의 사이리스터 Q1의 게이트에 전류가 인가되면서 사이리스터 Q1이 도통되어 기준점과 중성점간에는 단락(SHORT) 상태가 된다. 이때, 전압 불균형 검출부(52)의 비교기 U2의 출력은 계속하여 하이(HIGH) 상태를 유지하므로, 사이리스터 Q2는 도통되지 않는다.
이러한 일련의 과정을 통해, 전류는 제1저항 R1, 기준점 A, 중성점 B, 제2커패시터 C2의 경로를 따라 흐르게 되어, 제2커패시터 C2의 전압이 충전될 수 있다. 이에 의해 제1커패시터 C1과 제2커패시터 C2의 전압이 동일하게 되면 정상상태로 전환되어 사이리스터 Q1이 도통하지 않게 되므로, 도 6과 같이 기준점 A와 중성점 B 간에 개방(OPEN)상태가 될 수 있다.
도 8을 참조로 하면, 중성점 전압이 기준점 전압보다 큰 경우, 차동 증폭부(51)의 출력전압은 (-)가 되고, 이 값이 전압 불균형 검출부(52)의 비교기 U2에 인가되어, 음의 기준값(-REF)을 초과하면, 비교기 U2의 출력은 로우(LOW)가 되어 트랜지스터 Q4가 턴온된다. 이에 의해, 스위칭부(40)의 사이리스터 Q2의 게이트에 전류가 인가되면서 사이리스터 Q2가 도통되어 기준점과 중성점간에 단락(SHORT) 상태가 된다. 이때, 전압 불균형 검출부(52)의 비교기 U1의 출력은 계속하여 하이(HIGH) 상태를 유지하므로, 사이리스터 Q1은 도통되지 않는다.
이러한 일련의 과정을 통해, 전류는 제2커패시터 C2, 중성점 B, 기준점 A, 제저항 R2의 경로를 따라 흐르게 되어, 제2커패시터 C2의 전압이 방전될 수 있다. 이에 의해 제1커패시터 C1과 제2커패시터 C2의 전압이 동일하게 되면 정상상태로 전환되어 사이리스터 Q1이 도통하지 않게 되므로, 도 6과 같이 기준점 A와 중성점 B 간에 개방(OPEN)상태가 될 수 있다.
이와 같은 본 발명은, 인버터의 평활부(3)에 분압저항을 사용하지 않으면서 평활부(3)의 커패시터의 전압을 균등하게 유지할 수 있으므로, 인버터의 크기를 줄일 수 있으며, 인버터 제작비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 균등화 장치의 동작유무를 결정하는 중성점 전압과 기준점 전압의 차이를 전압 불균형 검출부의 기준값(+REF, -REF)을 이용하여 설계자가 설정할 수 있으므로, 설계자의 의도에 따라 다양한 회로를 설계할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하드웨어에 의해 전압 불균형을 해소하도록 설계되므로, 평활부(3)에 전압 불균형이 발생하였을 때 소프트웨어 처리에 따른 시간 지연 없이 평활부(3)의 커패시터 양단의 전압을 균등하게 조정할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
30: 전압측정용 커패시터 40: 스위칭부
50: 제어부 51: 차동증폭부
52: 전압 불균형 검출부 53: 전류인가부

Claims (6)

  1. 등가적으로 직렬로 연결되는 제1 및 제2커패시터로 구성되는 평활부를 포함하는 인버터 시스템에서, 상기 제1 및 제2커패시터에 인가되는 전압을 균등화하기 위한 장치에 있어서,
    그 직렬연결이 상기 평활부에 병렬로 연결되는 제1 및 제2저항;
    상기 제1 및 제2저항 사이의 노드(기준점)와 상기 제1 및 제2커패시터 사이의 노드(중성점)에 연결되어, 상기 기준점과 중성점을 단락 또는 오픈하는 스위칭부; 및
    상기 기준점의 전압(기준점 전압)과 상기 중성점의 전압(중성점 전압)이 상이한 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준점과 중성점을 단락하는 제어부를 포함하는 전압 균등화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준점과 중성점 사이에 연결되는 전압측정용 소자를 더 포함하는 전압 균등화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    역병렬 연결된 제1 및 제2사이리스터를 포함하는 전압 균등화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기준점 전압과 중성점 전압의 차이를 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭부의 출력전압이 소정 범위의 제1기준 및 제2기준을 넘어서는 것을 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부의 출력에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 전류를 인가하는 인가부를 포함하는 전압 균등화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검출부는,
    상기 증폭부의 출력전압이 상기 제1기준보다 크면 상기 인가부가 상기 스위칭부에 전류를 인가하도록 하는 제1비교기; 및
    상기 증폭부의 출력전압이 상기 제2기준보다 작으면 상기 인가부가 상기 스위칭부에 전류를 인가하도록 하는 제2비교기를 포함하는 전압 균등화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2저항의 저항값은 실질적으로 동일한 전압 균등화 장치.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11012001B2 (en) * 2018-03-28 2021-05-18 James A. Allen, JR. Transformer-less, tapped point AC voltage splitter for full bridge DC AC inverters
JP6694006B2 (ja) * 2018-05-31 2020-05-13 ファナック株式会社 Ｄｃリンクコンデンサの短絡判定部を有するモータ駆動装置
EP3605813A1 (de) * 2018-07-30 2020-02-05 Fronius International GmbH Wechselrichter mit zwischenkreisschutz
CN113759181A (zh) * 2020-06-01 2021-12-07 台达电子工业股份有限公司 直流链电容电压不平衡的检测装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2566556B2 (ja) * 1986-04-22 1996-12-25 三菱電機株式会社 直流コンデンサの異常検出器
JP2677075B2 (ja) * 1991-08-30 1997-11-17 富士電機株式会社 ハーフブリッジ形電力変換回路
JP3084979B2 (ja) * 1992-11-17 2000-09-04 富士電機株式会社 コンデンサ分圧回路
JP3251814B2 (ja) 1995-07-19 2002-01-28 株式会社東芝 インバータ装置の保護回路
JPH1094260A (ja) 1996-09-12 1998-04-10 Toyo Electric Mfg Co Ltd インバータ装置の並列接続装置
JP2002325461A (ja) 2001-04-23 2002-11-08 Meidensha Corp 電圧形インバータ
US6738277B2 (en) * 2001-11-27 2004-05-18 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for balancing active capacitor leakage current
US20040246042A1 (en) * 2003-05-09 2004-12-09 Ta-Yung Yang [balance apparatus for line input capacitors ]
US7586770B2 (en) * 2006-02-24 2009-09-08 Mitsubishi Electric Corporation Interconnection inverter device
JP4940817B2 (ja) * 2006-08-04 2012-05-30 パナソニック株式会社 蓄電装置
FR2906654B1 (fr) 2006-09-29 2010-02-26 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas Systeme d'alimentation electrique a decoupage et variateur de vitesse comportant un tel systeme.
JP2009164875A (ja) 2008-01-07 2009-07-23 Oki Semiconductor Co Ltd デューティ比調整回路
JP4597202B2 (ja) * 2008-03-07 2010-12-15 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2010183752A (ja) * 2009-02-06 2010-08-19 Fuji Electric Systems Co Ltd 電力変換装置
US8253424B2 (en) * 2009-09-11 2012-08-28 Sma Solar Technology Ag Topology surveying a series of capacitors
US8975899B2 (en) * 2009-09-11 2015-03-10 Sma Solar Technology Ag Inverter device comprising a topology surveying a series of capacitors
JP5567381B2 (ja) 2010-04-27 2014-08-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
US8971069B2 (en) * 2010-08-11 2015-03-03 Fairchild Semiconductor Corporation Startup circuit and input capacitor balancing circuit
JP6030898B2 (ja) * 2012-09-18 2016-11-24 東芝シュネデール・インバータ株式会社 電圧バランス回路
EP2760103A3 (de) * 2013-01-24 2015-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Symmetrieren von Kondensatorspannungen in einer Reihenschaltung von Kondensatoren
CN103337955A (zh) * 2013-07-01 2013-10-02 浙江省能源与核技术应用研究院 低损耗串联电容均压装置
US9252672B2 (en) * 2013-10-04 2016-02-02 Chicony Power Technology Co., Ltd. Method of controlling phase-shift full-bridge converter in light load operation
ITUB20154121A1 (it) * 2015-10-01 2017-04-01 St Microelectronics Srl Procedimento per il pilotaggio di un convertitore risonante, relativo dispositivo e prodotto informatico
ITUB20154179A1 (it) * 2015-10-01 2017-04-01 St Microelectronics Srl Procedimento per il pilotaggio di un convertitore risonante, relativo convertitore e prodotto informatico

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