WO2021049757A1 - 변류기를 이용한 전력 공급 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

변류기를 이용한 전력 공급 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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WO2021049757A1
WO2021049757A1 PCT/KR2020/009909 KR2020009909W WO2021049757A1 WO 2021049757 A1 WO2021049757 A1 WO 2021049757A1 KR 2020009909 W KR2020009909 W KR 2020009909W WO 2021049757 A1 WO2021049757 A1 WO 2021049757A1
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switching unit
control signal
current transformer
path
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PCT/KR2020/009909
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Inventor
김진일
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주식회사 이진스
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20—Instruments transformers
    • H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28—Current transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to power electronics, power semiconductors, current transformers, and power supply technology, and more particularly, to power supply technology using a current transformer.
  • CT current transformer
  • a rectifier circuit may be used as a power circuit for configuring a power source using a current transformer.
  • a voltage source is generated by the voltage of the capacitor from the charging rectification flowing through the rectifier circuit, and a magnetizing current is generated due to a change in magnetic flux of the current transformer core induced from the AC converter flowing through the power line, and the charging current due to the magnetizing current is Loss can occur. Accordingly, due to the loss of the charging current due to the magnetizing current, the power supply using the current transformer is forced to supply lower power than the actual output, and there is a problem in that a larger current transformer must be used to obtain a desired output.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2018-0016311 "The current transformer module and the power supply device including the same” is a current transformer module that can adjust the power induction ratio in order to induce constant power even when the current changes in the power line and the current change in the power line. Disclosed is a power supply device including a current transformer module to minimize loss during power conversion while providing constant power.
  • An object of the present invention is to improve output efficiency by reducing a loss due to a magnetizing current of a current transformer, and to supply power with maximum efficiency even when a current transformer with a small capacity is used.
  • an object of the present invention is to provide a circuit configuration and operation method for stably controlling and preventing transient current generated in a power line.
  • a power supply device using a current transformer for achieving the above object comprises: a capacitor charged based on a charging current corresponding to a secondary current of the current transformer; A first switching unit that is switched based on a first control signal corresponding to a primary current of the current transformer and sets a first path of the charging current; A second switching unit that is switched based on a second control signal corresponding to the primary current and sets a second path of the charging current; And a control signal generator generating the first control signal and the second control signal corresponding to the primary current.
  • control signal generator generates the first control signal and the second control signal based on the primary current so that the first switching unit and the second switching unit operate as an alternating circuit in a preset operation mode. can do.
  • control signal generation unit may control the first switching unit and the second switching unit in synchronization with the primary current.
  • the first switching unit when the primary current is positive (+), the first switching unit is closed and the second switching unit is opened, and when the primary current is negative (-), the first switching unit is opened and the The first switching unit and the second switching unit may be controlled so that the second switching unit is closed.
  • control signal generation unit is such that the first switching unit is closed and the second switching unit is opened while the magnetizing current of the current transformer is increased, and the first switching unit is opened and the second switching unit is closed while the magnetizing current is decreased.
  • the first switching unit and the second switching unit may be controlled.
  • the first switching unit and the second switching unit each includes a FET having a source connected to each other, and a drain of the FET corresponding to the first switching unit is connected to one end of the secondary winding of the current transformer, and the second switching unit is 2
  • the drain of the FET corresponding to the switching unit may be connected to the other end of the secondary winding of the current transformer.
  • one end of the capacitor may be connected to the source, and the other end of the capacitor may be connected so that a current corresponding to the middle tap of the secondary winding flows.
  • a short-circuit prevention part may be connected between the other end of the capacitor and the middle tab of the secondary winding.
  • the short-circuit prevention part is a FET, and the FET corresponding to the short-circuit prevention part is turned off when both the FET corresponding to the first switching part and the FET corresponding to the second switching part are turned on. ) Can be.
  • the short-circuit prevention unit includes a diode and a capacitor connected in parallel with each other, and the capacitor connected in parallel with the diode may flow a magnetizing current of the current transformer.
  • control signal generation unit includes a first maintenance mode and a second maintenance mode in addition to the preset operation mode, and in the first maintenance mode, an alternate circuit operation of the first switching unit and the second switching unit is turned on/ Off (ON/OFF) control, the FET corresponding to the short-circuit prevention unit is turned on/off (ON/OFF) in reverse corresponding to the on/off (ON/OFF) of the alternating circuit operation, and the second maintenance mode In the FETs corresponding to the first switching unit and the second switching unit are all turned on, and the FET corresponding to the short-circuit preventing unit may be turned off.
  • control signal generation unit includes a first maintenance mode and a second maintenance mode in addition to the preset operation mode, and in the first maintenance mode, an alternate circuit operation of the first switching unit and the second switching unit is turned on/ FETs that are controlled to be turned off (ON/OFF) and correspond to the first switching unit and the second switching unit in the second sustain mode may be turned on.
  • a first control signal and a second control signal corresponding to the primary current of the current transformer are provided. Generating; And setting a first path of a charging current corresponding to a secondary current of the current transformer based on the first control signal and setting a second path of the charging current based on the second control signal, , The capacitor is charged based on the charging current.
  • the step of generating the first control signal and the second control signal alternates between setting the first path and setting the second path based on the primary current in a preset operation mode.
  • the first control signal and the second control signal to be operated as may be generated.
  • the step of generating the first control signal and the second control signal includes the first control to operate the step of setting the first path and the step of setting the second path in synchronization with the primary current.
  • a signal and the second control signal may be generated.
  • the step of generating the first control signal and the second control signal includes generating the first control signal for operating the step of setting the first path when the primary current is positive (+), and the When the primary current is negative (-), the second control signal for operating the setting of the second path may be generated.
  • the step of generating the first control signal and the second control signal includes generating the first control signal for operating the step of setting the first path while the magnetizing current of the current transformer is increased, and the magnetizing current It is possible to generate the second control signal for operating the step of setting the second path while is decreasing.
  • the method of operating the power supply device using the current transformer may further include controlling the voltage of the capacitor using a first sustain mode and a second sustain mode in addition to the preset operation mode.
  • the step of controlling the voltage of the capacitor includes turning on/off (ON/OFF) control of the alternating circuit operation of the step of setting the first path and the step of setting the second path in the first sustain mode.
  • the FET for preventing a short circuit of the capacitor is operated to be turned on/off (ON/OFF) in reverse corresponding to the on/off (ON/OFF) of the alternating circuit operation, and the second maintenance mode
  • Both FETs corresponding to the step of setting the first path and the step of setting the second path may be turned on, and the FET for preventing a short circuit of the capacitor may be turned off.
  • controlling the voltage of the capacitor includes a first sustain mode and a second sustain mode in addition to the preset operation mode, and setting the first path in the first sustain mode and the second path FETs corresponding to the steps of setting the first path and the step of setting the second path in the second sustain mode by operating the alternating circuit operation of the setting step with ON/OFF control. You can turn them all ON.
  • the present invention improves output efficiency by reducing losses due to the magnetizing current of the current transformer, and power can be supplied with maximum efficiency even when a current transformer having a small capacity is used.
  • the present invention can provide a circuit configuration and an operating method for preventing and stably controlling the transient current generated in the power line.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a power supply device using a current transformer.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of a primary current, a current transformer voltage, and a magnetic flux of a current transformer core of the circuit diagram shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a magnetic circuit of a current transformer and a path of a magnetizing current in the circuit diagram shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 and 5 are graphs showing in detail an example of a charging current, a magnetizing current, a secondary current, and a rectified direct current current in the circuit diagram shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a power supply device using a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing in detail an example of an alternating circuit operation of a first switching unit and a second switching unit based on a secondary current and a magnetizing current in the circuit diagram shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 and 9 are graphs showing in detail an example of a charging current, a magnetizing current, a secondary current, and a rectified DC current of the circuit diagram shown in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a graph showing in detail an example of a change in a capacitor voltage according to a difference in a switching method between the circuit diagram of FIG. 3 and the circuit diagram of FIG. 6.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing a power supply device using a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example in which a short-circuit prevention unit is further included in the circuit diagram shown in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a graph showing in detail an example of a charging current, a magnetizing current, and a secondary current of the circuit diagram shown in FIG. 12.
  • FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example in which the short-circuit prevention unit of the circuit diagram shown in FIG. 12 is formed of a diode and a capacitor.
  • FIG. 15 is a graph showing in detail an example of a charging current, a magnetizing current, and a secondary current of the circuit diagram shown in FIG. 14.
  • FIG. 16 is a circuit diagram showing an example of a configuration in which a resistor and a diode are added to a capacitor terminal of the short-circuit prevention unit shown in FIG. 14.
  • 17 is a circuit diagram showing in detail an example of the control signal generator shown in FIG. 12.
  • FIG. 18 is a circuit diagram showing in detail an example of the control signal generator shown in FIG. 14.
  • FIG. 19 is a graph showing the capacitor voltage and primary current of the circuit diagram of FIG. 12 and the circuit diagram of FIG. 14.
  • 20 is an operation flow diagram illustrating a method of operating a power supply device using a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a detailed operation flow diagram illustrating an example of the voltage control step shown in FIG. 20.
  • FIG. 22 is a graph showing capacitor voltages for four circuits for a power supply device using a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • 23 to 26 are circuit diagrams showing four circuits representing the capacitor voltage shown in FIG. 22.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a power supply device using a current transformer.
  • a current transformer 10 is installed on a power line that is a primary winding, and a power supply device using a current transformer is connected to the secondary winding of the current transformer core.
  • the primary winding passes through the N-turn winding current transformer 10, and the current flowing through the primary winding may be referred to as a primary current (i AC ).
  • the power supply device using a current transformer may generate a DC power voltage (V dc ) from the capacitor by charging the capacitor C through a rectifier circuit connected to the secondary winding.
  • V dc DC power voltage
  • Equation 1 the ideal output power (P dc ) at the primary current (i AC ) can be expressed as in Equation 1.
  • a limit due to the maximum magnetic flux density of the material of the current transformer core may determine the cross-sectional area S of the current transformer core.
  • the DC power supply voltage V dc can be calculated as shown in Equation 2.
  • the direct current (I dc ) is a value obtained by rectifying the secondary current and averaged, and can be calculated as in Equation 3.
  • the output power (P dc ) can be expressed as in Equation 4.
  • the output power (P dc ) is the maximum output value for the primary current (i AC ) of the power circuit using an ideal current transformer.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of a primary current, a current transformer voltage, and a magnetic flux of a current transformer core of the circuit diagram shown in FIG. 1.
  • the primary current i AC of the power line passing through the current transformer according to the circuit of FIG. 1 changes according to a preset period as an alternating current.
  • the change in the magnetic flux ( ⁇ ) of the current transformer increases the magnetic flux in the half-cycle where the primary current (i AC ) is a positive (+) current, and decreases in the half-cycle, which is a negative (+) current. .
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a magnetic circuit of a current transformer and a path of a magnetizing current in the circuit diagram shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 it can be seen from the circuit diagram shown in FIG. 1 that an example of a magnetic circuit of a current transformer and a path of a magnetizing current is shown.
  • Equation 4 may not be generated due to the presence of the magnetizing inductance L M of the current transformer core.
  • the magnetizing current i LM may be generated by the DC voltage V dc.
  • the charging current i C can be calculated as shown in Equation 5.
  • the DC current (I dc ) is a current that charges the capacitor by rectifying the charging current (i C ) and may generate a DC voltage (V dc ) power.
  • the charging current (i C ) due to the difference between the current transformer input current i AC /N and the magnetizing current (i LM ), which is the secondary current of the current device, according to Equation 5 It can act as a current source for the circuit.
  • FIG. 4 and 5 are graphs showing in detail an example of a charging current, a magnetizing current, a secondary current, and a rectified direct current current in the circuit diagram shown in FIG. 3.
  • FIGS. 4 and 5 it can be seen that the charging current, the magnetizing current, the secondary current, and the rectified DC current of the circuit diagram shown in FIG. 3 are shown.
  • the magnetizing current is generated in a magnitude and direction corresponding to the secondary current, and it can be seen that a charging current is generated with a value corresponding to the difference between the secondary current and the magnetizing current.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a power supply device using a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • a power supply device 100 using a current transformer includes a capacitor 110, a first switching unit 120, a second switching unit 130, and a control signal generating unit ( 140), and it can be seen that one end of the first switching unit 120 and one end of the second switching unit 130 are connected to the current transformer 10.
  • the circuit diagram in FIG. 6 is configured by being replaced with a first switching unit 120 and a second switching unit 130 using a power switching element such as a field effect transistor (FET) instead of a diode.
  • FET field effect transistor
  • the first switching unit 120 may include a first switch 121 and a second switch 122, and the second switching unit 130 is a third switch 131 and a third switch 132 ) Can be included.
  • the switching operation of the first switching unit 120 and the second switching unit 130 may be controlled in a phase for rectifying the maximum current of the primary current.
  • FETs are used for the switches of the first and second switching units 120 and 130 so that the switches of the first switching unit 120 and the switches of the second switching unit 130 alternate with each other. It is possible to perform an alternating circuit operation that operates.
  • the switches of the first switching unit 120 are closed, the switches of the second switching unit 130 are opened, and when a negative (+) charging current flows, the second switching The switches of the unit 130 are closed, the switches of the first switching unit 120 are opened, so that a rectified DC current flows through the capacitor 110, and a constant voltage can be applied to both ends of the capacitor 110 regardless of changes in current. have.
  • control operation may alternately operate the first switching unit 120 and the second switching unit 130 by a control signal generated by the control signal generation unit 140 based on the primary current.
  • control signal generator 140 may generate a control signal using the primary current i AC of the current transformer 10 and the voltage V dc of the capacitor as input values.
  • the charging current is a secondary current that is not affected by the magnetizing current. Based on the same value, the first switching unit 120 and the second switching unit 130 may perform an alternating circuit operation, and the DC current rectified from the charging current charges the capacitor 110 and the capacitor 110 It can generate DC voltage (V dc) power.
  • FIG. 7 is a graph showing in detail an example of an alternating circuit operation of a first switching unit and a second switching unit based on a secondary current and a magnetizing current in the circuit diagram shown in FIG. 6.
  • the switches 121 and 122 of the first switching unit 120 are turned off. 2 It can be seen that the switches 131 and 132 of the switching unit 130 are turned on.
  • FIG. 8 and 9 are graphs showing in detail an example of a charging current, a magnetizing current, a secondary current, and a rectified DC current of the circuit diagram shown in FIG. 6.
  • the magnetizing current increases or decreases depending on the amount and the negative of the secondary current, and the charging current is generated by the difference between the secondary current and the magnetizing current. Able to know.
  • a DC current is generated from a charging current according to a result of performing the switching operation based on the primary current described in FIGS. 6 and 7.
  • the rectifier circuit uses a FET instead of a diode, and the first switching unit 120 and the second switching unit 130 are alternately arranged in synchronization with the primary current (i AC ).
  • the difference between the secondary current (i AC /N) is the charging current (i C ), and when integrated, it can be equal to the secondary current (i AC /N).
  • the charging current is the difference value of the magnetizing current from the secondary current
  • the charging current (i C ) is the primary current.
  • FIG. 10 is a graph showing in detail an example of a change in a capacitor voltage according to a difference in a switching method between the circuit diagram of FIG. 3 and the circuit diagram of FIG. 6.
  • 11 is a circuit diagram showing a power supply device using a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • 12 is a circuit diagram illustrating an example in which a short-circuit prevention unit is further included in the circuit diagram shown in FIG. 11.
  • a power supply device 100 using a current transformer includes a capacitor 110, a first switching unit 120, a second switching unit 130, and a control signal generating unit ( 140), and one end of the first switching unit 120 and one end of the second switching unit 130 are connected to the current transformer 10, and the capacitor 110 is connected to the middle tap of the current transformer 10. Able to know.
  • a power supply device 100 using a current transformer further includes a short prevention unit 150, and the short prevention unit 150 includes a capacitor 110 and a current transformer 10. It can be seen that it is added between the middle taps of) and is controlled by the control signal generator 140.
  • the capacitor 110 may be charged based on a charging current corresponding to the secondary current of the current transformer 10 and generate a DC voltage power source.
  • the first switching unit 120 is switched based on a first control signal corresponding to the primary current of the current transformer, and may set a first path of the charging current.
  • the second switching unit 130 is switched based on a second control signal corresponding to the primary current, and may set a second path of the charging current.
  • the first switching unit 120 and the second switching unit 130 may correspond to a power switching device, and may correspond to a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or a FET.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the first switching unit 120 and the second switching unit 130 each include a FET having a source SOURCE connected to each other, and a drain of the FET corresponding to the first switching unit 120 is A drain of the FET connected to one end of the secondary winding of the current transformer 10 and corresponding to the second switching unit 130 may be connected to the other end of the secondary winding of the current transformer.
  • one end of the capacitor 110 may be connected to the source SOURCE, and the other end of the capacitor 110 may be connected so that a current corresponding to the middle tap of the secondary winding flows.
  • the control signal generator 140 may generate the first control signal and the second control signal corresponding to the primary current, and may generate a control signal for controlling the short prevention unit 150.
  • control signal generator 140 may generate a control signal using the primary current i AC of the current transformer 10 and the voltage V dc of the capacitor as input values.
  • control signal generation unit 140 controls the gate of the first switching unit 120 and the gate of the second switching unit 130 to correspond to the phase of the primary current, thereby alternating each other.
  • a first control signal and a second control signal for operating the circuit may be generated.
  • control signal generation unit 140 is based on the primary current so that the first switching unit 120 and the second switching unit 130 operate as an alternating circuit in a preset operation mode.
  • a control signal and the second control signal may be generated.
  • control signal generation unit 140 may control the first switching unit 120 and the second switching unit 130 in synchronization with the primary current.
  • the control signal generation unit 140 closes the first switching unit 120 and opens the second switching unit 130, and the primary current is negative ( When -), the first switching unit 120 and the second switching unit 130 may be controlled so that the first switching unit 120 is opened and the second switching unit 130 is closed.
  • the first switching unit 120 when a positive (+) primary current flows, the first switching unit 120 is closed and the second switching unit 130 is opened, passing through the capacitor 110 at the middle tap of the current transformer 10, Through the first switching unit 120, a closed loop to one end of the current transformer 10 is formed so that a secondary current flows, and when a negative primary current flows, the first switching unit 120 is opened, 2 Since the switching unit 130 is open, a closed loop is formed from the middle tap of the current transformer 10 to the other end of the current transformer through the capacitor 110 through the second switching unit 120 so that a secondary current can flow. . Accordingly, a charging current rectified in the same direction flows through the capacitor 110, and a DC voltage power source can be formed.
  • control signal generation unit 140 closes the first switching unit 120 and opens the second switching unit 130 while the magnetizing current of the current transformer 10 increases, and the magnetizing current decreases.
  • the first switching unit 120 and the second switching unit 130 may be controlled so that the first switching unit 120 is opened and the second switching unit 130 is closed.
  • the short-circuit prevention unit 150 may be connected between the other end of the capacitor 110 and the middle tab of the secondary winding.
  • the short-circuit prevention unit 150 is a FET
  • the FET corresponding to the short-circuit prevention unit 150 is a FET corresponding to the first switching unit 120 and a FET corresponding to the second switching unit 130. When are all on (ON), it can be turned off (OFF).
  • the short-circuit prevention unit 150 includes a diode and a capacitor connected in parallel with each other, and the capacitor connected in parallel with the diode may pass the magnetizing current of the current transformer 10.
  • the control signal generation unit 140 increases the DC voltage (V dc ) of the capacitor by more than the first control voltage (V H ), the first switching unit 120 And the second switching unit 130 are closed, and when the DC voltage (V dc ) of the capacitor is less than or equal to the second control voltage (V L ), the first switching unit 120 and the second switching unit 130 are opened to obtain a constant voltage. Can be maintained.
  • a short-circuit prevention unit 150 may be further included to prevent short-circuit and control voltage.
  • control signal generator 140 may include a first maintenance mode and a second maintenance mode in addition to the preset operation mode.
  • the control signal generation unit 140 when the primary current rises to correspond to a preset value required for voltage control, operates the first maintenance mode to operate the first switching unit 120 and the second switching unit ( 130) is to control the DC voltage of the capacitor by turning on/off the operation of the alternating circuit.
  • the short-circuit prevention unit 150 is included as a FET, the first switching unit 120 and the second switching In contrast to the on/off (ON/OFF) operation of the alternating circuit operation of the unit 130, the FET of the short-circuit prevention unit 150 may be turned on/off (ON/OFF).
  • the control signal generator 140 operates the second sustain mode to operate the first switching unit 120 and the second switching unit.
  • the transient current can be bypassed through the FET, and when the short-circuit prevention unit 150 is included as a FET, the FET of the short-circuit prevention unit 150 is opened and the capacitor ( 110) can be protected.
  • the control signal generation unit 140 is controlled on/off (ON/OFF) of the alternating circuit operation of the first switching unit 120 and the second switching unit 130 in the first sustain mode
  • the FET corresponding to the short-circuit prevention unit 150 is turned on/off (ON/OFF) in reverse corresponding to the on/off (ON/OFF) of the alternating circuit operation, and the first switching unit in the second sustain mode
  • Both the FETs 120 and the FETs corresponding to the second switching unit 130 may be turned on, and the FETs corresponding to the short-circuit preventing unit 150 may be turned off.
  • control signal generation unit 140 includes a first maintenance mode and a second maintenance mode in addition to the preset operation mode, and in the first maintenance mode, the first switching unit 120 and the second switching unit
  • the alternating circuit operation of 130 is ON/OFF controlled, and FETs corresponding to the first switching unit 120 and the second switching unit 130 in the second sustain mode are all turned on (ON/OFF). ) Can be.
  • FIG. 13 is a graph showing in detail an example of a charging current, a magnetizing current, and a secondary current of the circuit diagram shown in FIG. 12.
  • the short-circuit prevention unit 150 shown in FIG. 12 is composed of a FET, a charging current, a magnetizing current, and a secondary current are graphed.
  • FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example in which the short-circuit prevention unit of the circuit diagram shown in FIG. 12 is formed of a diode and a capacitor.
  • the configuration of the short-circuit prevention unit 150 is that a diode and a capacitor are connected in parallel to each other, not FET.
  • the diode can prevent the power capacitor 110 from being shorted, and if only the diode is present in the short-circuit prevention unit 150, the gate of the first switching unit 120 and the second switching unit 130 When controlling to obtain the maximum output power by alternating ON control of the gate of the current transformer, the magnetizing inductance of the current transformer 10 cannot be magnetized.
  • the short-circuit prevention unit 150 may be configured by inserting the capacitor in parallel with the diode.
  • the short-circuit prevention unit 150 configured by connecting a diode and a capacitor of FIG. 14 in parallel has an advantage of a simple circuit configuration while the current flowing in is smaller than that of the short-circuit prevention unit 150 configured with the FET of FIG. 12.
  • FIG. 15 is a graph showing in detail an example of a charging current, a magnetizing current, and a secondary current of the circuit diagram shown in FIG. 14.
  • the short circuit prevention unit 150 shown in FIG. 14 shows a charging current, a magnetizing current, and a secondary current in a graph in a circuit in which a diode and a capacitor are connected in parallel.
  • FIG. 16 is a circuit diagram showing an example of a configuration in which a resistor and a diode are added to a capacitor terminal of the short-circuit prevention unit shown in FIG. 14.
  • the short-circuit prevention unit 150 configured by connecting a diode and a capacitor in parallel is a sudden charging current flowing through a capacitor connected in parallel with the diode in order to constantly control the voltage (V dc) of the capacitor when a large current flows. Therefore, in order to prevent this, a resistor and a diode are connected in parallel at the capacitor terminal to mitigate the sudden charging current.
  • 17 is a circuit diagram showing in detail an example of the control signal generator shown in FIG. 12.
  • control signal generator 140 may operate a control 1 mode, which is a preset operation mode.
  • the control 1 mode may correspond to the preset operation mode described above.
  • the control 1 mode reads the primary current and, if it is a positive current, turns on the gate of the first switching unit 120, turns off the gate of the second switching unit 130, and turns off the primary current.
  • control 1 mode can perform switching control to generate the maximum power when the primary current is small, and when the FET of the short-circuit prevention unit 150 is present, control with the output of control 2 in the 1 mode,
  • the FET of the short-circuit prevention unit 150 may be in an ON state.
  • control signal generator 140 may operate a control 2 mode for voltage control in addition to a preset operation mode.
  • the control 2 mode may correspond to the first maintenance mode described above.
  • the control 2 mode can be operated when the primary current corresponds to a preset value required for voltage control, and the control 1 mode is turned on/off to control the voltage (V dc ) of the capacitor 110. It can be controlled to keep it constant.
  • control 2 mode is controlled by controlling the voltage (V dc ) of the capacitor 110 through the ON/OFF control of the control 1 mode.
  • the FET of the short-circuit prevention unit 150 when the FET of the short-circuit prevention unit 150 is present, the FET of the short-circuit prevention unit 150 is turned on/off as the output of the control 2. It can be controlled to prevent a short circuit of the capacitor 110 by operating opposite to the OFF (ON/OFF) control.
  • control signal generator 140 may operate a control 3 mode for voltage control in addition to a preset operation mode.
  • the control 3 mode may correspond to the second maintenance mode described above.
  • the primary current is very large, so that the secondary current flows to the FETs of the first switching unit 120 and the second switching unit 130, so that the FETs are all turned on to bypass them. Can be controlled.
  • control 3 mode can control the voltage (V dc ) of the capacitor 110 within the preset voltage range upper limit voltage (V H3 ) and lower limit voltage (V L3 ), and the output of control 2 will be 0. It's a number.
  • the FET of the short-circuit prevention unit 150 when the FET of the short-circuit prevention unit 150 is present, the FET of the short-circuit prevention unit 150 may be controlled in an OFF state as an output of the control 2.
  • FIG. 18 is a circuit diagram showing in detail an example of the control signal generator shown in FIG. 14.
  • control signal generator 140 may operate a control 1 mode, which is a preset operation mode.
  • the control 1 mode may correspond to the preset operation mode described above.
  • the control 1 mode reads the primary current and, if it is a positive current, turns on the gate of the first switching unit 120, turns off the gate of the second switching unit 130, and turns off the primary current.
  • control 1 mode can perform switching control to generate maximum power when the primary current is small.
  • control signal generator 140 may operate a control 2 mode for voltage control in addition to a preset operation mode.
  • the control 2 mode may correspond to the first maintenance mode described above.
  • the control 2 mode can be operated when the primary current corresponds to a preset value required for voltage control, and the control 1 mode is turned on/off to control the voltage (V dc ) of the capacitor 110. It can be controlled to keep it constant.
  • control 2 mode is controlled by controlling the voltage (V dc ) of the capacitor 110 through the ON/OFF control of the control 1 mode.
  • control signal generator 140 may operate a control 3 mode for voltage control in addition to a preset operation mode.
  • the control 3 mode may correspond to the second maintenance mode described above.
  • the primary current is very large, so that the secondary current flows to the FETs of the first switching unit 120 and the second switching unit 130, so that the FETs are all turned on to bypass them. Can be controlled.
  • control 3 mode can control the voltage (V dc ) of the capacitor 110 within the preset voltage range upper limit voltage (V H3 ) and lower limit voltage (V L3 ), and the output of control 2 will be 0. It's a number.
  • FIG. 19 is a graph showing the capacitor voltage and primary current of the circuit diagram of FIG. 12 and the circuit diagram of FIG. 14.
  • the DC voltage (V dc1 ) of the capacitor 110 of the circuit in which the short-circuit prevention unit 150 shown in FIG. 12 is composed of a FET is the short-circuit prevention unit 150 shown in FIG. Since a high voltage is formed even at a secondary current lower than the DC voltage (V dc2 ) of the capacitor 110, more power can be obtained, whereas the short circuit prevention unit 150 is composed of a FET, which complicates the control circuit. There may be.
  • FIG. 20 is an operation flow diagram illustrating a method of operating a power supply device using a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a detailed operation flow diagram illustrating an example of the voltage control step shown in FIG. 20.
  • a control signal for switching may be first generated based on a primary current (S210).
  • step S210 may generate a first control signal for controlling the first switching unit 120 corresponding to the primary current and a second control signal for controlling the second switching unit 130, A control signal for controlling the short prevention unit 150 may be generated.
  • step S210 the gate of the first switching unit 120 and the gate of the second switching unit 130 are controlled so as to correspond to the phase of the primary current, so that an alternating circuit is operated.
  • a first control signal and a second control signal may be generated.
  • step S210 the first control signal and the first control signal and the first control signal based on the primary current so that the first switching unit 120 and the second switching unit 130 operate as an alternating circuit in a preset operation mode.
  • the second control signal may be generated.
  • step S210 may control the first switching unit 120 and the second switching unit 130 in synchronization with the primary current.
  • step S210 when the primary current is positive (+), the first switching unit 120 is closed and the second switching unit 130 is opened, and the primary current is negative (-).
  • the first switching unit 120 and the second switching unit 130 may be controlled.
  • step S210 the first switching unit 120 is closed and the second switching unit 130 is opened while the magnetizing current of the current transformer 10 is increased. 1
  • the first switching unit 120 and the second switching unit 130 may be controlled so that the switching unit 120 is opened and the second switching unit 130 is closed.
  • a path of the charging current may be set based on a control signal for switching (S220).
  • step S220 a first path of the charging current that is switched based on the first control signal corresponding to the primary current of the current transformer by the first switching unit 120 may be set, and the second switching unit ( By 130), a second path of the charging current that is switched based on a second control signal corresponding to the primary current may be set.
  • a method of operating a power supply device using a current transformer may generate DC voltage power (S230).
  • step S230 the first switching unit 120 and the second switching unit 130 are controlled according to the preset mode, so that the charging current corresponding to the secondary current is rectified, and the rectified current is converted to the capacitor 110 ) Is charged and the capacitor 110 may generate a DC voltage power supply (V dc ).
  • the operating method of the power supply device using the current transformer determines whether the voltage of the capacitor 110 needs to be controlled, and if voltage control is required, maintenance for voltage control other than a preset mode
  • the mode can be operated (S250), and current control can be maintained when the voltage is maintained.
  • step S250 first, when the primary current exceeds the maximum primary current that deviates from the voltage control range of the voltage (V dc) of the capacitor 110, the second maintenance mode is operated ( In step S253), when the voltage control range is not deviated, the operation of the control mode may be determined to operate the first sustain mode (S251).
  • the short-circuit prevention unit 150 is a FET
  • the FET corresponding to the short-circuit prevention unit 150 is a FET corresponding to the first switching unit 120 and the second switching unit.
  • the magnetizing current of the current transformer 10 may be passed to the capacitor connected in parallel with the diode.
  • step (S252) is, when the primary current is a current corresponding to the first sustain mode operation, when the DC voltage (V dc ) of the capacitor 110 rises above the first control voltage (V H ), the first switching When the unit 120 and the second switching unit 130 are closed, and the DC voltage (V dc ) of the capacitor is less than or equal to the second control voltage (V L ), the first switching unit 120 and the second switching unit 130 You can maintain a constant voltage by opening.
  • step S252 when the primary current rises and corresponds to a preset value requiring voltage control, the first maintenance mode is operated to perform the operation of the first switching unit 120 and the second switching unit 130.
  • the FET of the short-circuit prevention unit 150 can be turned on/off (ON/OFF).
  • step S253 when the primary current is very large enough to deviate from the voltage control range of the first sustain mode, the first and second switching units 120 and 130 are operated by operating the second sustain mode.
  • the transient current can be bypassed through the FET, and when the short-circuit prevention unit 150 is included as a FET, the FET of the short-circuit prevention unit 150 is opened to open the capacitor 110 from the short. Can be protected.
  • step S252 the operation of the alternating circuit of the first switching unit 120 and the second switching unit 130 in the first maintenance mode is controlled ON/OFF, and the short circuit is prevented.
  • the FET corresponding to the unit 150 may operate the first sustain mode so as to be controlled to be turned on/off (ON/OFF) in response to the ON/OFF of the alternating circuit operation.
  • step S253 all FETs corresponding to the first switching unit 120 and the second switching unit 130 are turned on in the second sustain mode, and the short-circuit prevention unit 150
  • the FET corresponding to the may operate the second sustain mode to be turned off.
  • FIG. 22 is a graph showing capacitor voltages for four circuits for a power supply device using a current transformer according to an embodiment of the present invention.
  • 23 to 26 are circuit diagrams showing four circuits representing the capacitor voltage shown in FIG. 22.
  • the first DC voltage V dc1 of FIG. 22 is an output DC voltage of the rectifier circuit shown in FIG. 23 and the circuit consisting of only diodes for the short-circuit prevention unit.
  • the second DC voltage V dc2 of FIG. 22 is an output DC voltage of a circuit consisting of a FET in the rectifier circuit shown in FIG.
  • the third DC voltage V dc3 of FIG. 22 is an output DC voltage of a circuit in which the rectifier circuit shown in FIG. 25 is composed of a FET, and the short-circuit prevention unit is connected in parallel with a diode and a capacitor.
  • the fourth DC voltage V dc4 of FIG. 22 is the output DC voltage of the circuit in which the rectifier circuit shown in FIG. 26 is composed of FETs and the short-circuit prevention unit is also composed of FETs.
  • the power supply device using the current transformer and the operation method thereof according to an embodiment of the present invention are not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, but the embodiments are various All or part of each of the embodiments may be selectively combined and configured so that modifications can be made.
  • the loss due to the magnetizing current of the current transformer is reduced to improve output efficiency, and even if a current transformer with a small capacity is used, power is supplied with maximum efficiency, and from the power line. It has industrial applicability because it prevents the generated transient current and makes it possible to stably control it.

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Abstract

변류기를 이용한 전력 공급 장치 및 그것의 동작 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치는 변류기를 이용한 전력 공급 장치에 있어서, 상기 변류기의 2차 전류에 상응하는 충전전류에 기반하여 충전되는 커패시터; 상기 변류기의 1차 전류에 상응하는 제1 제어 신호에 기반하여 스위칭되고, 상기 충전전류의 제1 경로를 설정하는 제1 스위칭부; 상기 1차 전류에 상응하는 제2 제어 신호에 기반하여 스위칭되고, 상기 충전전류의 제2 경로를 설정하는 제2 스위칭부 및 상기 1차 전류에 상응하는 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함한다.

Description

변류기를 이용한 전력 공급 장치 및 그것의 동작 방법
본 발명은 전력 전자, 전력 반도체, 변류기 및 전력 공급 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변류기를 이용한 전력 공급 기술에 관한 것이다.
전력선 상에 탈 부착 가능한 변류기(CT; Current Transformer)를 이용하여 전력을 유도하여 전력을 공급하는 기술이 개발되고 있다.
변류기를 이용한 전력원을 구성하기 위한 전력회로는 정류 회로가 사용될 수 있다. 이 때, 정류 회로에 흐르는 충전 정류로부터 커패시터의 전압에 의한 전압원이 생성되는데, 전력선에 흐르는 교류 전로로부터 유도되는 변류기 코어의 자속 변화로 인해, 자화 전류가 발생하고, 자화 전류로 인하여 상기 충전전류는 손실이 발생할 수 있다. 이에 따라, 자화 전류로 인한 충전전류의 손실로 인해 변류기를 이용한 전원은 실제 출력보다 낮은 전력을 공급할 수 밖에 없게 되고, 원하는 출력을 얻기 위해서는 더 큰 용량의 변류기를 사용해야 한다는 문제점이 있다.
한편, 한국공개특허 제 10-2018-0016311 호 “변류기 모듈 및 이를 포함하는 전력 공급 장치”는 전력선의 전류 변화에도 일정한 전력을 유도하기 위해 전력유도 비율을 조정할 수 있는 변류기 모듈과 전력선의 전류 변화에도 일정한 전력을 제공하면서 전력 변환시의 손실을 최소화하도록 한 변류기 모듈을 포함하는 전력 공급 장치에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 변류기의 자화 전류로 인한 손실을 줄여 출력 효율을 향상시키고, 적은 용량의 변류기를 이용하더라도 최대한의 효율로 전력을 공급하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전력선에서 발생하는 과도 전류를 방지하고, 이를 안정적으로 제어하기 위한 회로 구성 및 동작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치는 변류기를 이용한 전력 공급 장치에 있어서, 상기 변류기의 2차 전류에 상응하는 충전전류에 기반하여 충전되는 커패시터; 상기 변류기의 1차 전류에 상응하는 제1 제어 신호에 기반하여 스위칭되고, 상기 충전전류의 제1 경로를 설정하는 제1 스위칭부; 상기 1차 전류에 상응하는 제2 제어 신호에 기반하여 스위칭되고, 상기 충전전류의 제2 경로를 설정하는 제2 스위칭부; 및 상기 1차 전류에 상응하는 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함한다.
이 때, 상기 제어 신호 생성부는 기설정된 동작 모드에서, 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부가 교번 회로로 동작하도록 상기 1차 전류에 기반하여 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 상기 제어 신호 생성부는 상기 1차 전류에 동기되어 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어할 수 있다.
이 때, 상기 제어 신호 생성부는 상기 1차 전류가 양(+)일 때 상기 제1 스위칭부가 닫히고 상기 제2 스위칭부가 열리고, 상기 1차 전류가 음(-)일 때 상기 제1 스위칭부가 열리고 상기 제2 스위칭부가 닫히도록 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어할 수 있다.
이 때, 상기 제어 신호 생성부는 상기 변류기의 자화전류가 증가하는 동안 상기 제1 스위칭부가 닫히고 상기 제2 스위칭부가 열리고, 상기 자화전류가 감소하는 동안 상기 제1 스위칭부가 열리고 상기 제2 스위칭부가 닫히도록 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어할 수 있다.
이 때, 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부는 각각 소스가 서로 연결된 FET를 포함하고, 상기 제1 스위칭부에 상응하는 FET의 드레인은 상기 변류기의 2차 권선의 일단에 연결되고, 상기 제2 스위칭부에 상응하는 FET의 드레인은 상기 변류기의 2차 권선의 타단에 연결될 수 있다.
이 때, 상기 커패시터의 일단은 상기 소스에 연결되고, 상기 커패시터의 타단은 상기 2차 권선의 중간 탭에 상응하는 전류가 흐르도록 연결될 수 있다.
이 때, 상기 커패시터의 타단 및 상기 2차 권선의 중간 탭 사이에 쇼트 방지부가 연결될 수 있다.
이 때, 상기 쇼트 방지부는 FET이고, 상기 쇼트 방지부에 상응하는 FET는 상기 제1 스위칭부에 상응하는 FET와 상기 제2 스위칭부에 상응하는 FET가 모두 온(ON)되는 경우에 오프(OFF)될 수 있다.
이 때, 상기 쇼트 방지부는 서로 병렬 연결된 다이오드 및 커패시터를 포함하고, 상기 다이오드에 병렬 연결된 커패시터는 상기 변류기의 자화 전류를 흘릴 수 있다.
이 때, 상기 제어 신호 생성부는 상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 포함하고, 상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부의 교번 회로 동작은 온/오프(ON/OFF) 제어되고, 상기 쇼트 방지부에 상응하는 FET는 상기 교번 회로 동작의 온/오프(ON/OFF)에 상응하여 반대로 온/오프(ON/OFF)되고, 상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부에 상응하는 FET들은 모두 온(ON) 되고, 상기 쇼트 방지부에 상응하는 FET는 오프(OFF)될 수 있다.
이 때, 상기 제어 신호 생성부는 상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 포함하고, 상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부의 교번 회로 동작은 온/오프(ON/OFF 제어되고, 상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부에 상응하는 FET들은 모두 온(ON) 될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작방법은 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 변류기의 1차 전류에 상응하는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계; 상기 제1 제어 신호에 기반하여 상기 변류기의 2차 전류에 상응하는 충전전류의 제1 경로를 설정하는 단계 및 상기 제2 제어 신호에 기반하여 상기 충전전류의 제2 경로를 설정하는 단계를 포함하고, 상기 충전전류에 기반하여 커패시터가 충전된다.
이 때, 상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계는 기설정된 동작 모드에서, 상기 1차 전류에 기반하여 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계를 교번으로 동작시키는 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계는 상기 1차 전류에 동기되어 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계를 동작시키도록 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계는 상기 1차 전류가 양(+)일 때 상기 제1 경로를 설정하는 단계를 동작시키는 상기 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 1차 전류가 음(-)일 때 상기 제2 경로를 설정하는 단계를 동작시키는 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계는 상기 변류기의 자화전류가 증가하는 동안 상기 제1 경로를 설정하는 단계를 동작시키는 상기 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 자화전류가 감소하는 동안 상기 제2 경로를 설정하는 단계를 동작시키는 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 상기 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법은 상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 이용하여 상기 커패시터의 전압을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 커패시터의 전압을 제어하는 단계는 상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계의 교번 회로 동작을 온/오프(ON/OFF) 제어로 동작시키고, 상기 커패시터의 쇼트를 방지하기 위한 FET 를 상기 교번 회로 동작의 온/오프(ON/OFF)에 상응하여 반대로 온/오프(ON/OFF) 되도록 동작시키고, 상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계에 상응하는 FET 들을 모두 온(ON) 시키고, 상기 커패시터의 쇼트를 방지하기 위한 FET 를 오프(OFF) 시킬 수 있다.
이 때, 상기 커패시터의 전압을 제어하는 단계는 상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 포함하고, 상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계의 교번 회로 동작을 온/오프(ON/OFF) 제어로 동작시키고, 상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계에 상응하는 FET 들을 모두 온(ON) 시킬 수 있다.
본 발명은 변류기의 자화 전류로 인한 손실을 줄여 출력 효율을 향상 시키고, 적은 용량의 변류기를 이용하더라도 최대한의 효율로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 전력선에서 발생하는 과도 전류를 방지하고, 이를 안정적으로 제어하기 위한 회로 구성 및 동작 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 변류기를 이용한 전력 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회로도의 1차 전류, 변류기 전압 및 변류기 코어의 자속의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 회로도에서 변류기의 자기회로와 자화전류의 경로의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류, 2차 전류 및 정류된 직류 전류의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 회로도에서 2차 전류 및 자화전류에 기반한 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 교번 회로 동작의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 8 및 도 9는 도 6에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류, 2차 전류 및 정류된 직류 전류의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 3에 도시된 회로도와 도 6에 도시된 회로도의 스위칭 방식 차이에 따른 커패시터 전압 변화의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 12는 도 11에 도시된 회로도에서 쇼트 방지부를 더 포함한 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 13은 도 12에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류 및 2차 전류의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 14는 도 12에 도시된 회로도의 쇼트 방지부가 다이오드와 커패시터로 구성된 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 15는 도 14에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류 및 2차 전류의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 16은 도 14에 도시된 쇼트 방지부의 커패시터 단에 저항과 다이오드가 부가되어 구성된 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 17은 도 12에 도시된 제어 신호 생성부의 일 예를 세부적으로 나타낸 회로도이다.
도 18은 도 14에 도시된 제어 신호 생성부의 일 예를 세부적으로 나타낸 회로도이다.
도 19는 도 12에 도시된 회로도와 도 14에 도시된 회로도의 커패시터 전압과 1차 전류를 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 21은 도 20에 도시된 전압 제어 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치에 대한 네 가지 회로들에 대한 커패시터 전압을 나타낸 그래프이다.
도 23 내지 도 26은 도 22에 도시된 커패시터 전압을 나타내는 네 가지 회로들을 나타낸 회로도들이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 변류기를 이용한 전력 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 1을 참조하면, 1차 권선인 전력선에 변류기(10)가 설치되고, 변류기 코어의 2차 권선에 변류기를 이용한 전력 공급 장치가 연결된 것을 알 수 있다.
이 때, 도 1에 도시된 바와 같이, N Turn 감기 변류기(10)를 1차 권선이 관통하고, 1차 권선에 흐르는 전류를 1차 전류(iAC)라 할 수 있다.
변류기를 이용한 전력 공급 장치는 2차 권선과 연결된 정류 회로를 통해 커패시터(C)를 충전하여 커패시터로부터 DC 전원 전압(Vdc)을 생성할 수 있다.
이 때, 1차 전류(iAC)에서의 이상적인 출력 전력(Pdc)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020009909-appb-M000001
이 때, DC 전원 전압(Vdc)에 의해 변류기(10)의 자속이 발생하므로, 변류기 코어 재질의 최대 자속 밀도에 의한 한계가 변류기 코어의 단면적 S를 결정할 수 있다.
1차 전류(iAC)의 주파수가 f 라면, 수학식 2와 같이 DC 전원 전압(Vdc)을 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2020009909-appb-M000002
이 때, 직류 전류(Idc)는 2차 전류를 정류하여 평균한 값으로 수학식 3과 같이 산출 할 수 있다.
Figure PCTKR2020009909-appb-M000003
여기서, iAC_rms = iAC의 rms 값 = iAC 으로 산출할 수 있다.
그러므로, 출력 전력(Pdc)는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020009909-appb-M000004
수학식 4에 따라, 출력 전력(Pdc)는 이상적인 변류기를 이용한 전원회로의 1차 전류(iAC)에 대한 최대 출력 값임을 알 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 회로도의 1차 전류, 변류기 전압 및 변류기 코어의 자속의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도 1의 회로에 따라 변류기를 관통하는 전력선의 1차 전류(iAC)는 교류 전류로 기설정된 주기에 따라 변화하는 것을 알 수 있다.
이 때, 변류기에 유도되는 변류기 전압은 1차 전류(iAC)의 변화에 따라 전압 방향이 반주기 마다 변화하는 것을 알 수 있고, 양의 변류기 전압의 최대치가 직류 전압(Vdc) 인 것을 알 수 있다.
또한, 변류기의 자속(φ)의 변화는 1차 전류(iAC)가 양(+)의 전류인 반주기에서는 자속이 증가하고, 음(+)의 전류인 반주기에서는 자속이 감소하는 것을 알 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 회로도에서 변류기의 자기회로와 자화전류의 경로의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 회로도에서 변류기의 자기회로와 자화전류의 경로의 일 예를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 3에 도시된 회로도는 도 1의 회로도에서 변류기 코어의 자화 인덕턴스(LM)를 고려하여 자화전류(iLM)가 흐르는 경로가 추가된 것을 알 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 도 1의 회로도와 달리, 실제로는 변류기 코어의 자화 인덕턴스(LM)의 존재로 인하여 수학식 4와 같은 출력을 생성할 수 없을 수 있다.
이 때, 자화전류(iLM)는 직류전압(Vdc)에 의해 발생할 수 있다.
도 3에 도시된 회로도에 따르면, 충전전류(iC)는 수학식 5와 같이 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2020009909-appb-M000005
이 때, 직류전류(Idc)는 충전전류(iC)를 정류하여 커패시터를 충전하는 전류로 직류전압(Vdc) 전원을 생성할 수 있다.
이에 따라, 도 3과 같은 다이오드를 이용한 정류회로에서는 수학식 5에 따라 전류기의 2차 전류인 변류기 입력 전류 iAC/N과 자화전류(iLM)의 차에 의한 충전전류(iC)가 회로의 전류원으로 동작할 수 있다.
따라서, 실제 적용에서는 자화전류에 의해 수학식 4에서 산출한 이상적인 출력대비 상당히 낮은 출력이 발생할 수 있으며, 이를 보상하여 필요한 출력을 얻기 위해서는 보다 큰 용량의 변류기를 사용할 필요가 있다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류, 2차 전류 및 정류된 직류 전류의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 3에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류, 2차 전류 및 정류된 직류전류를 나타낸 것을 알 수 있다.
이 때, 도 4에서 자화전류는 2차 전류에 상응하는 크기와 방향으로 발생하는 것을 알 수 있고, 2차 전류와 자화전류를 차이에 해당하는 값으로 충전전류가 생성되는 것을 알 수 있다.
이 때, 도 5에서 충전전류를 정류한 직류전류가 출력되는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치(100)는 커패시터(110), 제1 스위칭부(120), 제2 스위칭부(130) 및 제어 신호 생성부(140)를 포함하고, 제1 스위칭부(120)의 일단과, 제2 스위칭부(130)의 일단이 변류기(10)에 연결된 것을 알 수 있다.
도 3에 도시된 회로와 달리 도 6에서의 회로도는 다이오드 대신 FET(Field Effect Transistor) 등과 같은 전력 스위칭 소자를 이용한 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)로 대체되어 구성된 것을 알 수 있다.
이 때, 제1 스위칭부(120)는 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 포함할 수 있고, 제2 스위칭부(130)는 제3 스위치(131) 및 제3 스위치(132)를 포함할 수 있다.
이 때, 제1 스위칭부(120) 및 제2 스위칭부(130)는 1차 전류의 최대 전류를 정류하기 위한 위상으로 스위칭 동작이 제어될 수 있다.
이 때, 제1 스위칭부(120) 및 제2 스위칭부(130)의 스위치들에는 FET 들이 사용되어 제1 스위칭부(120)의 스위치들과 제2 스위칭부(130)의 스위치들은 서로 교번하여 동작하는 교번 회로 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 양(+)의 충전 전류가 흐르면, 제1 스위칭부(120)의 스위치들이 닫히고, 제2 스위칭부(130)의 스위치들이 열리고, 음(+)의 충전 전류가 흐르면 제2 스위칭부(130)의 스위치들이 닫히고, 제1 스위칭부(120)의 스위치들이 열려서 커패시터(110)로는 정류된 직류전류가 흐르고, 커패시터(110)의 양단에는 전류의 변화와 관계없이 일정한 전압이 걸릴 수 있다.
이 때, 제어 동작은 1차 전류에 기반하여 제어 신호 생성부(140)가 생성한 제어 신호에 의해 제1 스위칭부(120) 및 제2 스위칭부(130)를 교번 회로 동작시킬 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 변류기(10)의 1차 전류(iAC)와 커패시터의 전압(Vdc)을 입력 값으로 하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
제1 스위칭부(120) 및 제2 스위칭부(130)는 1차 전류의 최대 전류를 정류하기 위한 위상으로 교번 회로 동작을 수행하기 때문에, 충전전류는 자화전류의 영향을 받지 않는 2차 전류와 동일한 값을 기준으로 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)가 교번 회로 동작을 수행할 수 있고, 충전전류로부터 정류된 직류전류는 커패시터(110)를 충전하고 커패시터(110)는 직류전압(Vdc) 전원을 생성할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 회로도에서 2차 전류 및 자화전류에 기반한 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 교번 회로 동작의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 2차 전류(또는 1차 전류)가 양(+)의 전류이고 자화전류가 증가하는 방향일 때, 제1 스위칭부(120)의 스위치들(121, 122)은 온(ON)되고 제2 스위칭부(130)의 스위치들(131, 132)는 오프(OFF)되는 것을 알 수 있다.
또한, 2차 전류(또는 1차 전류)가 음(-)의 전류이고 자화전류가 감소하는 방향일 때, 제1 스위칭부(120)의 스위치들(121, 122)은 오프(OFF)되고 제2 스위칭부(130)의 스위치들(131, 132)는 온(ON)되는 것을 알 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 6에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류, 2차 전류 및 정류된 직류 전류의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 상기에서 설명한 바와 같이, 2차 전류의 양, 음에 따라 자화전류가 증가하거나 감소하는 것을 알 수 있고, 이로 인한 2차 전류와 자화전류의 차만큼 충전전류가 생성되는 것을 알 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 도 6 및 7에서 설명한 1차 전류에 기반한 스위칭 동작을 수행한 결과에 따라 충전전류로부터 직류전류가 생성된 것을 알 수 있다.
결국, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 회로도에서 정류 회로는 다이오드 대신 FET를 사용하고, 1차 전류(iAC)와 동기를 맞춰 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 교번 회로 동작 시키면 2차 전류(iAC/N)의 차가 충전전류(iC) 이고, 이를 적분하면 2차 전류(iAC/N)과 동일할 수 있다.
이에 따라, 변류기를 이용한 전력 공급 장치에서 다이오드를 이용한 정류회로인 경우, 충전전류는 2차 전류에서 자화전류의 차이 값인 반면, FET를 사용한 정류회로인 경우, 충전전류(iC)는 1차 전류(iAC)와 동기를 맞춰 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 교번 회로 동작 시키면 2차 전류(iAC/N)가 커패시터를 충전하여 직류전압(Vdc) 전원을 생성하므로, 자화전류에 의한 영향을 없앨 수 있다.
도 10은 도 3에 도시된 회로도와 도 6에 도시된 회로도의 스위칭 방식 차이에 따른 커패시터 전압 변화의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 동일한 부하 조건에서 변류기를 이용한 전력 공급 장치에서 FET를 사용한 정류회로인 경우의 제1 직류전압(Vdc1)과, 다이오드를 이용한 정류회로인 경우의 제2 직류전압(Vdc2)을 나타낸 것을 알 수 있다.
변류기를 이용한 전력 공급 장치에서 FET를 사용한 정류회로인 경우가 제1 직류전압(Vdc1)이 더 크게 형성되므로 다이오드를 이용한 정류회로에 비해 더 높은 출력과 효율을 낼 수 있음을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치를 나타낸 회로도이다. 도 12는 도 11에 도시된 회로도에서 쇼트 방지부를 더 포함한 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치(100)는 커패시터(110), 제1 스위칭부(120), 제2 스위칭부(130) 및 제어 신호 생성부(140)를 포함하고, 제1 스위칭부(120)의 일단과, 제2 스위칭부(130)의 일단이 변류기(10)에 연결되고, 커패시터(110)는 변류기(10)의 중간 탭에 연결된 것을 알 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치(100)는 쇼트 방지부(150)를 더 포함하고, 쇼트 방지부(150)는 커패시터(110)와 변류기(10)의 중간 탭 사이에 추가되고, 제어 신호 생성부(140)에 의해 제어되는 것을 알 수 있다.
커패시터(110)는 변류기(10)의 2차 전류에 상응하는 충전전류에 기반하여 충전되고 직류전압 전원을 생성할 수 있다.
제1 스위칭부(120)는 변류기의 1차 전류에 상응하는 제1 제어 신호에 기반하여 스위칭되고, 상기 충전전류의 제1 경로를 설정할 수 있다.
제2 스위칭부(130)는 1차 전류에 상응하는 제2 제어 신호에 기반하여 스위칭되고, 상기 충전전류의 제2 경로를 설정할 수 있다.
이 때, 제1 스위칭부(120) 및 제2 스위칭부(130)는 전력 스위칭 소자에 상응할 수 있고, 전력용 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor) 또는 FET 등에 상응할 수 있다.
이 때, 제1 스위칭부(120) 및 제2 스위칭부(130)는 각각 소스(SOURCE)가 서로 연결된 FET를 포함하고, 상기 제1 스위칭부(120)에 상응하는 FET의 드레인(DRAIN)은 상기 변류기(10)의 2차 권선의 일단에 연결되고, 상기 제2 스위칭부(130)에 상응하는 FET의 드레인(DRAIN)은 상기 변류기의 2차 권선의 타단에 연결될 수 있다.
이 때, FET는 그라운드(GROUND)에 소스(SOURCE)가 있는 것이 게이트(GATE)를 드라이브(DRIVE)하기 편리하므로, 2차 권선을 2개 사용하여 도 12에 도시된 바와 같이 중간 탭을 이용하여 회로를 구성할 수 있다.
이 때, 커패시터(110)의 일단은 상기 소스(SOURCE)에 연결되고, 상기 커패시터(110)의 타단은 상기 2차 권선의 중간 탭에 상응하는 전류가 흐르도록 연결될 수 있다.
제어 신호 생성부(140)는 상기 1차 전류에 상응하는 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있고, 쇼트 방지부(150)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 변류기(10)의 1차 전류(iAC)와 커패시터의 전압(Vdc)을 입력 값으로 하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 1차 전류의 위상에 상응하도록 제1 스위칭부(120)의 게이트(GATE)와 제2 스위칭부(130)의 게이트(GATE)를 제어하여, 서로 교번 회로 동작 시키는 제1 제어 신호와 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 기설정된 동작 모드에서, 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)가 교번 회로로 동작하도록 상기 1차 전류에 기반하여 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 상기 1차 전류에 동기되어 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)를 제어할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 상기 1차 전류가 양(+)일 때 상기 제1 스위칭부(120)가 닫히고 상기 제2 스위칭부(130)가 열리고, 상기 1차 전류가 음(-)일 때 상기 제1 스위칭부(120)가 열리고 상기 제2 스위칭부(130)가 닫히도록 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 양(+)의 1차 전류가 흐르면, 제1 스위칭부(120)가 닫히고, 제2 스위칭부(130)가 열려서, 변류기(10)의 중간탭에서 커패시터(110)를 거치고, 제1 스위칭부(120)거쳐 변류기(10)의 일단으로의 폐루프가 형성되어 2차 전류가 흐르게 되고, 음(-)의 1차 전류가 흐르면, 제1 스위칭부(120)가 열리고, 제2 스위칭부(130)가 열려서, 변류기(10)의 중간탭에서 커패시터(110)를 거치고 제2 스위칭부(120)를 거쳐 변류기의 타단으로의 폐루프가 형성되어 2차 전류가 흐르게 될 수 있다. 이에 따라, 커패시터(110)에는 동일한 방향으로 정류된 충전전류가 흐르게 되고, 직류전압 전원을 형성 할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 상기 변류기(10)의 자화전류가 증가하는 동안 상기 제1 스위칭부(120)가 닫히고 상기 제2 스위칭부(130)가 열리고, 상기 자화전류가 감소하는 동안 상기 제1 스위칭부(120)가 열리고 상기 제2 스위칭부(130)가 닫히도록 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)를 제어할 수 있다.
또한, 커패시터(110)의 타단 및 상기 2차 권선의 중간 탭 사이에 쇼트 방지부(150)가 연결될 수 있다.
이 때, 쇼트 방지부(150)는 FET이고, 상기 쇼트 방지부(150)에 상응하는 FET 는 상기 제1 스위칭부(120)에 상응하는 FET와 상기 제2 스위칭부(130)에 상응하는 FET가 모두 온(ON)되는 경우에 오프(OFF)될 수 있다.
이 때, 쇼트 방지부(150)는 서로 병렬 연결된 다이오드 및 커패시터를 포함하고, 상기 다이오드에 병렬 연결된 커패시터는 상기 변류기(10)의 자화 전류를 흘릴 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 1차 전류가 기설정된 값을 초과하여 흐르는 경우 커패시터의 직류전압(Vdc)이 제1 제어전압(VH) 이상 상승하면 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 닫고, 커패시터의 직류전압(Vdc)이 제2 제어전압(VL) 이하이면, 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 열어서 일정 전압을 유지할 수 있다.
그러나, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치(100)는 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 동시에 닫으면, 변류기(10)의 중간 탭과 커패시터(110)가 쇼트되므로, 쇼트를 방지하고, 전압 제어를 위한 쇼트 방지부(150)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 포함할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 1차 전류가 상승하여 전압 제어가 필요한 기설정된 값에 상응하게 된 경우, 제1 유지 모드를 동작시켜서 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)의 교번 회로 동작을 온/오프(ON/OFF) 시켜서 커패시터의 직류 전압을 제어하기 위한 것으로, 쇼트 방지부(150)가 FET로 포함된 경우, 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)의 교번 회로 동작의 온/오프(ON/OFF) 동작과 반대로 쇼트 방지부(150)의 FET를 온/오프(ON/OFF) 동작할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 제1 유지 모드의 전압 제어 범위를 이탈할 정도로 1차 전류가 매우 큰 경우, 제2 유지 모드를 동작시켜서 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 닫아서 FET를 통해 과도 전류를 바이패스(Bypass) 시킬 수 있고, 쇼트 방지부(150)가 FET로 포함된 경우, 쇼트 방지부(150)의 FET는 열어서 쇼트(SHORT)로부터 커패시터(110)를 보호할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)의 교번 회로 동작은 온/오프(ON/OFF) 제어되고, 상기 쇼트 방지부(150)에 상응하는 FET는 상기 교번 회로 동작의 온/오프(ON/OFF)에 상응하여 반대로 온/오프(ON/OFF)되고, 상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)에 상응하는 FET들은 모두 온(ON) 되고, 상기 쇼트 방지부(150)에 상응하는 FET는 오프(OFF)될 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 포함하고, 상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)의 교번 회로 동작은 온/오프(ON/OFF 제어되고, 상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)에 상응하는 FET들은 모두 온(ON) 될 수 있다.
이 때, 쇼트 방지부(150)의 FET의 소스(SOURCE)가 그라운드(GROUND)가 아니므로, 게이트 드라이브(GATE DRIVE)의 어려움은 있으나, 작은 입력 전류에서도 커패시터(110)가 직류전압 전원을 생성할 수 있다.
도 13은 도 12에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류 및 2차 전류의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, 도 12에 도시된 쇼트 방지부(150)가 FET로 구성된 회로에서, 충전전류, 자화전류 및 2차 전류를 그래프로 나타낸 것을 알 수 있다.
도 14는 도 12에 도시된 회로도의 쇼트 방지부가 다이오드와 커패시터로 구성된 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 14를 참조하면, 도 12의 회로도에서 쇼트 방지부(150)의 구성이 FET가 아닌 다이오드와 커패시터가 서로 병렬 연결된 것을 알 수 있다.
이 때, 다이오드는 전원인 커패시터(110)가 쇼트 되는 것을 막을 수 있고, 쇼트 방지부(150)에 다이오드만 존재하면 제1 스위칭부(120)의 게이트(GATE)와 제2 스위칭부(130)의 게이트(GATE)의 교번 온(ON) 제어로 최대 출력 전력을 얻는 제어를 할 때, 변류기(10)의 자화 인덕턴스를 자화시키지 못하므로, 변류기(10)의 자화전류를 흘릴 수 있는 적당한 용량의 커패시터를 다이오드와 병렬로 삽입하여 쇼트 방지부(150)가 구성될 수 있다.
도 14의 다이오드와 커패시터가 병렬 연결되어 구성된 쇼트 방지부(150)는 도 12의 FET로 구성된 쇼트 방지부(150)에 비해 유입되는 전류는 작은 반면, 회로 구성이 간단한 장점이 있다.
도 15는 도 14에 도시된 회로도의 충전전류, 자화전류 및 2차 전류의 일 예를 세부적으로 나타낸 그래프이다.
도 15를 참조하면, 도 14에 도시된 쇼트 방지부(150)가 다이오드와 커패시터가 병렬 연결로 구성된 회로에서, 충전전류, 자화전류 및 2차 전류를 그래프로 나타낸 것을 알 수 있다.
도 16은 도 14에 도시된 쇼트 방지부의 커패시터 단에 저항과 다이오드가 부가되어 구성된 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 16을 참조하면, 다이오드와 커패시터가 병렬 연결되어 구성된 쇼트 방지부(150)는 큰 전류가 흐를 때 커패시터의 전압(Vdc)을 일정하게 제어하기 위해 다이오드와 병렬 연결된 커패시터에 급작스런 충전 전류가 흐르므로, 이를 방지하기 위해, 커패시터 단에 저항과 다이오드가 병렬 연결시켜서 급작스런 충전 전류를 완화시킬 수 있다.
도 17은 도 12에 도시된 제어 신호 생성부의 일 예를 세부적으로 나타낸 회로도이다.
도 17을 참조하면, 제어 신호 생성부(140)는 기설정된 동작 모드인 제어 ①모드를 동작시킬 수 있다.
제어 ① 모드는 상기에서 설명한 기설정된 동작 모드에 상응할 수 있다.
제어 ① 모드는 1차 전류를 읽어 양(+)의 전류이면 제1 스위칭부(120)의 게이트를 온(ON) 시키고 제2 스위칭부(130)의 게이트를 오프(OFF)시키고, 1차 전류가 음(-)의 전류이면 제2 스위칭부(130)의 게이트를 온(ON)시키고 제1 스위칭부(120)의 게이트를 오프(OFF) 시키는 교번 회로 동작을 수행할 수 있다.
이 때, 제어 ① 모드는 1차 전류가 작을 때 최대 전력을 발생시키도록 스위칭 제어를 수행할 수 있고, 쇼트 방지부(150)의 FET가 존재하는 경우, 제어 ②의 출력으로 제어 ① 모드에서, 쇼트 방지부(150)의 FET는 온(ON) 상태일 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 기설정된 동작 모드 이외에 전압 제어를 위한 제어 ② 모드를 동작시킬 수 있다.
제어 ② 모드는 상기에서 설명한 제1 유지 모드에 상응할 수 있다.
제어 ② 모드는 1차 전류가 전압 제어에 필요한 기설정된 값에 상응하는 경우, 동작할 수 있으며, 제어 ① 모드를 온/오프(ON/OFF) 제어하여 커패시터(110)의 전압(Vdc)를 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다.
이 때, 제어 ② 모드는 제어 ① 모드의 온/오프(ON/OFF) 제어를 통해 커패시터(110)의 전압(Vdc)을 기설정된 전압 범위 상한 전압(VH2)와 하한 전압(VL2) 내에서 제어할 수 있다.
이 때, 제어 ② 모드는 쇼트 방지부(150)의 FET가 존재하는 경우, 제어 ②의 출력으로 쇼트 방지부(150)의 FET는 온/오프(ON/OFF) 제어가 제어 ① 모드의 온/오프(ON/OFF) 제어와 반대로 동작하여 커패시터(110)의 쇼트를 방지하도록 제어할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 기설정된 동작 모드 이외에 전압 제어를 위한 제어 ③ 모드를 동작시킬 수 있다.
제어 ③ 모드는 상기에서 설명한 제2 유지 모드에 상응할 수 있다.
제어 ③ 모드는 1차 전류가 매우 커서 2차 전류를 제1 스위칭부(120) 및 제2 스위칭부(130)의 FET로 흘리도록, FET를 모두 온(ON) 시켜서 바이패스(Bypass) 시키도록 제어할 수 있다.
이 때, 제어 ③ 모드는 커패시터(110)의 전압(Vdc)을 기설정된 전압 범위 상한 전압(VH3)와 하한 전압(VL3) 내에서 제어할 수 있고, 제어 ②의 출력은 0이 될 수 이다.
이 때, 제어 ③ 모드는 쇼트 방지부(150)의 FET가 존재하는 경우, 제어 ②의 출력으로 쇼트 방지부(150)의 FET는 오프(OFF) 상태로 제어할 수 있다.
도 18은 도 14에 도시된 제어 신호 생성부의 일 예를 세부적으로 나타낸 회로도이다.
도 18을 참조하면, 제어 신호 생성부(140)는 기설정된 동작 모드인 제어 ①모드를 동작시킬 수 있다.
제어 ① 모드는 상기에서 설명한 기설정된 동작 모드에 상응할 수 있다.
제어 ① 모드는 1차 전류를 읽어 양(+)의 전류이면 제1 스위칭부(120)의 게이트를 온(ON) 시키고 제2 스위칭부(130)의 게이트를 오프(OFF)시키고, 1차 전류가 음(-)의 전류이면 제2 스위칭부(130)의 게이트를 온(ON)시키고 제1 스위칭부(120)의 게이트를 오프(OFF) 시키는 교번 회로 동작을 수행할 수 있다.
이 때, 제어 ① 모드는 1차 전류가 작을 때 최대 전력을 발생시키도록 스위칭 제어를 수행할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 기설정된 동작 모드 이외에 전압 제어를 위한 제어 ② 모드를 동작시킬 수 있다.
제어 ② 모드는 상기에서 설명한 제1 유지 모드에 상응할 수 있다.
제어 ② 모드는 1차 전류가 전압 제어에 필요한 기설정된 값에 상응하는 경우, 동작할 수 있으며, 제어 ① 모드를 온/오프(ON/OFF) 제어하여 커패시터(110)의 전압(Vdc)를 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다.
이 때, 제어 ② 모드는 제어 ① 모드의 온/오프(ON/OFF) 제어를 통해 커패시터(110)의 전압(Vdc)을 기설정된 전압 범위 상한 전압(VH2)와 하한 전압(VL2) 내에서 제어할 수 있다.
이 때, 제어 신호 생성부(140)는 기설정된 동작 모드 이외에 전압 제어를 위한 제어 ③ 모드를 동작시킬 수 있다.
제어 ③ 모드는 상기에서 설명한 제2 유지 모드에 상응할 수 있다.
제어 ③ 모드는 1차 전류가 매우 커서 2차 전류를 제1 스위칭부(120) 및 제2 스위칭부(130)의 FET로 흘리도록, FET를 모두 온(ON) 시켜서 바이패스(Bypass) 시키도록 제어할 수 있다.
이 때, 제어 ③ 모드는 커패시터(110)의 전압(Vdc)을 기설정된 전압 범위 상한 전압(VH3)와 하한 전압(VL3) 내에서 제어할 수 있고, 제어 ②의 출력은 0이 될 수 이다.
도 19는 도 12에 도시된 회로도와 도 14에 도시된 회로도의 커패시터 전압과 1차 전류를 나타낸 그래프이다.
도 19를 참조하면, 2차 전류를 1, 2, 4 A로 단계적으로 증가시킬 때, 도 12에 도시된 회로의 커패시터(110)의 직류전압(Vdc1)의 변화와 도 14에 도시된 회로의 커패시터의(110) 직류전압(Vdc2)의 변화를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 12에 도시된 쇼트 방지부(150)가 FET로 구성된 회로의 커패시터(110)의 직류전압(Vdc1)는 도 14에 도시된 쇼트 방지부(150)가 다이오드와 커패시터가 병렬로 구성된 회로의 커패시터(110)의 직류전압(Vdc2)보다 낮은 2차 전류에서도 높은 전압이 형성되므로, 더 많은 전력을 얻을 수 있는 반면, 쇼트 방지부(150)가 FET로 구성되므로 제어 회로가 복잡해지는 단점이 있을 수 있다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법을 나타낸 동작흐름도이다. 도 21은 도 20에 도시된 전압 제어 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 20를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법은 먼저 1차 전류에 기반하여 스위칭을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다(S210).
즉, 단계(S210)는 1차 전류에 상응하는 제1 스위칭부(120)를 제어하기 위한 제1 제어 신호 및 제2 스위칭부(130)를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 생성할 수 있고, 쇼트 방지부(150)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 단계(S210)는 1차 전류의 위상에 상응하도록 제1 스위칭부(120)의 게이트(GATE)와 제2 스위칭부(130)의 게이트(GATE)를 제어하여, 서로 교번 회로 동작 시키는 제1 제어 신호와 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 단계(S210)는 기설정된 동작 모드에서, 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)가 교번 회로로 동작하도록 상기 1차 전류에 기반하여 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 단계(S210)는 상기 1차 전류에 동기되어 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)를 제어할 수 있다.
이 때, 단계(S210)는 상기 1차 전류가 양(+)일 때 상기 제1 스위칭부(120)가 닫히고 상기 제2 스위칭부(130)가 열리고, 상기 1차 전류가 음(-)일 때 상기 제1 스위칭부(120)가 열리고 상기 제2 스위칭부(130)가 닫히도록 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)를 제어할 수 있다.
이 때, 단계(S210)는 상기 변류기(10)의 자화전류가 증가하는 동안 상기 제1 스위칭부(120)가 닫히고 상기 제2 스위칭부(130)가 열리고, 상기 자화전류가 감소하는 동안 상기 제1 스위칭부(120)가 열리고 상기 제2 스위칭부(130)가 닫히도록 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법은 스위칭을 위한 제어 신호에 기반하여 충전 전류의 경로를 설정할 수 있다(S220).
즉, 단계(S220)는 제1 스위칭부(120)에 의해 변류기의 1차 전류에 상응하는 제1 제어 신호에 기반하여 스위칭되는, 충전전류의 제1 경로를 설정할 수 있고, 제2 스위칭부(130)에 의해 1차 전류에 상응하는 제2 제어 신호에 기반하여 스위칭되는, 상기 충전전류의 제2 경로를 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법은 직류전압 전원을 생성할 수 있다(S230).
즉, 단계(S230)는 상기 기설정된 모드에 따라 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)가 제어되어 2차 전류에 상응하는 충전전류가 정류되고, 정류된 전류가 커패시터(110)에 충전되고 커패시터(110)는 직류전압 전원(Vdc)을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법은 커패시터(110)의 전압이 제어가 필요한지 여부를 판단하고, 전압 제어가 필요한 경우 기설정된 모드 이외의 전압 제어를 위한 유지 모드를 동작시킬 수 있고(S250), 전압이 유지되는 경우 현재 제어를 유지할 수 있다.
도 21을 참조하면, 단계(S250)는 먼저 1차 전류가 커패시터(110)의 전압(Vdc)의 전압 제어 범위를 이탈 하는 최대 1차 전류를 초과하는 경우, 제2 유지 모드를 동작 시키고(S253), 전압 제어 범위를 이탈하지 않은 경우에는 제1 유지 모드를 동작 시키기 위해 제어 모드의 동작을 결정할 수 있다(S251).
단계(S252) 및 단계(S253)는 쇼트 방지부(150)가 FET이고, 상기 쇼트 방지부(150)에 상응하는 FET 는 상기 제1 스위칭부(120)에 상응하는 FET와 상기 제2 스위칭부(130)에 상응하는 FET가 모두 온(ON)되는 경우에 오프(OFF)될 수 있다.
단계(S252) 및 단계(S253)는 쇼트 방지부(150)가 서로 병렬 연결된 다이오드 및 커패시터를 포함하는 경우, 상기 다이오드에 병렬 연결된 커패시터에 상기 변류기(10)의 자화 전류를 흘릴 수 있다.
이 때, 단계(S252)는 1차 전류가 제1 유지 모드 동작에 해당하는 전류인 경우, 커패시터(110)의 직류전압(Vdc)이 제1 제어전압(VH) 이상 상승하면 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 닫고, 커패시터의 직류전압(Vdc)이 제2 제어전압(VL) 이하이면, 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 열어서 일정 전압을 유지할 수 있다.
이 때, 단계(S252)는 1차 전류가 상승하여 전압 제어가 필요한 기설정된 값에 상응하게 된 경우, 제1 유지 모드를 동작시켜서 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)의 교번 회로 동작을 온/오프(ON/OFF) 시켜서 커패시터의 직류 전압을 제어하기 위한 것으로, 쇼트 방지부(150)가 FET로 구성된 경우, 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)의 교번 회로 동작의 온/오프(ON/OFF) 동작과 반대로 쇼트 방지부(150)의 FET를 온/오프(ON/OFF) 동작할 수 있다.
이 때, 단계(S253)는 제1 유지 모드의 전압 제어 범위를 이탈할 정도로 1차 전류가 매우 큰 경우, 제2 유지 모드를 동작시켜서 제1 스위칭부(120)와 제2 스위칭부(130)를 닫아서 FET를 통해 과도 전류를 바이패스(Bypass) 시킬 수 있고, 쇼트 방지부(150)가 FET로 포함된 경우, 쇼트 방지부(150)의 FET는 열어서 쇼트(SHORT)로부터 커패시터(110)를 보호할 수 있다.
이 때, 단계(S252)는 상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)의 교번 회로 동작은 온/오프(ON/OFF) 제어되고, 상기 쇼트 방지부(150)에 상응하는 FET는 상기 교번 회로 동작의 온/오프(ON/OFF)에 상응하여 반대로 온/오프(ON/OFF) 제어되도록 제1 유지 모드를 동작시킬 수 있다.
이 때, 단계(S253)는 상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부(120) 및 상기 제2 스위칭부(130)에 상응하는 FET들은 모두 온(ON) 되고, 상기 쇼트 방지부(150)에 상응하는 FET는 오프(OFF)되도록 제2 유지 모드를 동작시킬 수 있다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치에 대한 네 가지 회로들에 대한 커패시터 전압을 나타낸 그래프이다.
도 23 내지 도 26은 도 22에 도시된 커패시터 전압을 나타내는 네 가지 회로들을 나타낸 회로도들이다.
도 22를 참조하면, 네 가지 회로 구성에 따라 충전 전류(iC)가 커패시터(110)를 충전하여 직류전압(Vdc1,2,3,4) 전원을 형성할 때 출력값들을 나타낸 것을 알 수 있다.
도 22의 제1 직류전압(Vdc1)는 도 23에 도시된 정류회로와 쇼트 방지부가 다이오드로만 구성된 구성된 회로의 출력 직류전압인 것을 알 수 있다.
도 22의 제2 직류전압(Vdc2)는 도 24에 도시된 정류회로는 FET로 구성되고 쇼트 방지부는 다이오드로 구성된 회로의 출력 직류전압인 것을 알 수 있다.
도 22의 제3 직류전압(Vdc3)는 도 25에 도시된 정류회로는 FET로 구성되고 쇼트 방지부는 다이오드와 커패시터의 병렬 연결로 구성된 회로의 출력 직류전압인 것을 알 수 있다.
도 22의 제4 직류전압(Vdc4)는 도 26에 도시된 정류회로는 FET로 구성되고 쇼트 방지부도 FET 로 구성된 회로의 출력 직류전압인 것을 알 수 있다.
이에 따라, 모두 다이오드로 구성된 도 23에 도시된 회로가 가장 낮은 출력을 보이는 것을 알 수 있고, 모두 FET로 구성된 도 26에 도시된 회로가 가장 높은 출력을 보이는 것을 알 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 변류기를 이용한 전력 공급 장치 및 그것의 동작 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명의 변류기를 이용한 전력 공급 장치 및 그것의 동작 방법에 의하면, 변류기의 자화 전류로 인한 손실을 줄여 출력 효율을 향상시키고, 적은 용량의 변류기를 이용하더라도 최대한의 효율로 전력을 공급하고, 전력선에서 발생하는 과도 전류를 방지하고, 이를 안정적으로 제어하는 것이 가능하도록 하므로 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (20)

  1. 변류기를 이용한 전력 공급 장치에 있어서,
    상기 변류기의 2차 전류에 상응하는 충전전류에 기반하여 충전되는 커패시터;
    상기 변류기의 1차 전류에 상응하는 제1 제어 신호에 기반하여 스위칭되고, 상기 충전전류의 제1 경로를 설정하는 제1 스위칭부;
    상기 1차 전류에 상응하는 제2 제어 신호에 기반하여 스위칭되고, 상기 충전전류의 제2 경로를 설정하는 제2 스위칭부; 및
    상기 1차 전류에 상응하는 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 신호 생성부는
    기설정된 동작 모드에서, 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부가 교번 회로로 동작하도록 상기 1차 전류에 기반하여 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 신호 생성부는 상기 1차 전류에 동기되어 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 신호 생성부는
    상기 1차 전류가 양(+)일 때 상기 제1 스위칭부가 닫히고 상기 제2 스위칭부가 열리고,
    상기 1차 전류가 음(-)일 때 상기 제1 스위칭부가 열리고 상기 제2 스위칭부가 닫히도록 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 신호 생성부는
    상기 변류기의 자화전류가 증가하는 동안 상기 제1 스위칭부가 닫히고 상기 제2 스위칭부가 열리고,
    상기 자화전류가 감소하는 동안 상기 제1 스위칭부가 열리고 상기 제2 스위칭부가 닫히도록 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부는
    각각 소스가 서로 연결된 FET를 포함하고, 상기 제1 스위칭부에 상응하는 FET의 드레인은 상기 변류기의 2차 권선의 일단에 연결되고, 상기 제2 스위칭부에 상응하는 FET의 드레인은 상기 변류기의 2차 권선의 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 커패시터의 일단은 상기 소스에 연결되고, 상기 커패시터의 타단은 상기 2차 권선의 중간 탭에 상응하는 전류가 흐르도록 연결되는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 커패시터의 타단 및 상기 2차 권선의 중간 탭 사이에 쇼트 방지부가 연결되는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 쇼트 방지부는 FET이고, 상기 쇼트 방지부에 상응하는 FET는 상기 제1 스위칭부에 상응하는 FET와 상기 제2 스위칭부에 상응하는 FET가 모두 온(ON)되는 경우에 오프(OFF)되는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 쇼트 방지부는
    서로 병렬 연결된 다이오드 및 커패시터를 포함하고, 상기 다이오드에 병렬 연결된 커패시터는 상기 변류기의 자화 전류를 흘리는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어 신호 생성부는
    상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 포함하고,
    상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부의 교번 회로 동작은 온/오프(ON/OFF) 제어되고, 상기 쇼트 방지부에 상응하는 FET는 상기 교번 회로 동작의 온/오프(ON/OFF)에 상응하여 반대로 온/오프(ON/OFF)되고,
    상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부에 상응하는 FET들은 모두 온(ON) 되고, 상기 쇼트 방지부에 상응하는 FET는 오프(OFF)되는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어 신호 생성부는
    상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 포함하고,
    상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부의 교번 회로 동작은 온/오프(ON/OFF) 제어되고,
    상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부에 상응하는 FET들은 모두 온(ON) 되는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치.
  13. 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 변류기의 1차 전류에 상응하는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 제어 신호에 기반하여 상기 변류기의 2차 전류에 상응하는 충전전류의 제1 경로를 설정하는 단계; 및
    상기 제2 제어 신호에 기반하여 상기 충전전류의 제2 경로를 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 충전전류에 기반하여 커패시터가 충전되는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계는
    기설정된 동작 모드에서, 상기 1차 전류에 기반하여 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계를 교번으로 동작시키는 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계는
    상기 1차 전류에 동기되어 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계를 동작시키도록 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계는
    상기 1차 전류가 양(+)일 때 상기 제1 경로를 설정하는 단계를 동작시키는 상기 제1 제어 신호를 생성하고,
    상기 1차 전류가 음(-)일 때 상기 제2 경로를 설정하는 단계를 동작시키는 상기 제2 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계는
    상기 변류기의 자화전류가 증가하는 동안 상기 제1 경로를 설정하는 단계를 동작시키는 상기 제1 제어 신호를 생성하고,
    상기 자화전류가 감소하는 동안 상기 제2 경로를 설정하는 단계를 동작시키는 상기 제2 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법은
    상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 이용하여 상기 커패시터의 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 커패시터의 전압을 제어하는 단계는
    상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계의 교번 회로 동작을 온/오프(ON/OFF) 제어로 동작시키고,
    상기 커패시터의 쇼트를 방지하기 위한 FET 를 상기 교번 회로 동작의 온/오프(ON/OFF)에 상응하여 반대로 온/오프(ON/OFF) 되도록 동작시키고,
    상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계에 상응하는 FET 들을 모두 온(ON) 시키고, 상기 커패시터의 쇼트를 방지하기 위한 FET 를 오프(OFF) 시키는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 커패시터의 전압을 제어하는 단계는
    상기 기설정된 동작 모드 이외에 제1 유지 모드 및 제2 유지 모드를 포함하고,
    상기 제1 유지 모드에서 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계의 교번 회로 동작을 온/오프(ON/OFF) 제어로 동작시키고,
    상기 제2 유지 모드에서 상기 제1 경로를 설정하는 단계와 상기 제2 경로를 설정하는 단계에 상응하는 FET 들을 모두 온(ON) 시키는 것을 특징으로 하는, 변류기를 이용한 전력 공급 장치의 동작 방법.
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