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플라잉 커패시터 멀티-레벨 인버터의 커패시터 전압 균형을 위한 캐리어 비교방식의 펄스폭변조기법
The Carrier-based PWM Method for Voltage Balance of Flying Capacitor Multi-bevel Inverter 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.7 no.1, 2002년, pp.65 - 73  

이상길 (한양대학교 전기공학과) ,  강대욱 (한양대 대학원 전기공학과) ,  이요한 (LG전자 디지털 어플라이언스 연구소) ,  현동석 (한양대 전자전기공학과)

초록
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본 논문에서는 플라잉 커패시터 멀티-레벨 인버터의 가장 큰 문제점인 커패시터 전압 불균형을 캐리어 비교방식을 토대로 한 펄스변조 방식(PWM)을 이용하여 제어하는 새로운 PWM방법을 제안한다. 제안된 방법은 멜티-레벨 인버터로 확장이 용이한 캐리어 비교 방식의 PWM방법으로서 플라잉 커패시터 인버터에서 소자의 스위칭시각 커패시터의 충·방전으로 인해 발생되는 전압불균형에 대해 상전압 리던던시와 선간전압 리던던시를 이용하여 커패시터 전압의 변화량을 일정주기에 대해 평균적으로 영으로 제어하게 된다. 또한 이 방법은 상전압 리던던시를 고르게 이용하여 소자의 스위치 손실과 도통 손실을 같게 하는 장점을 지닌다. 본문에서 플라잉 커패시터 인버터에 서 발생하는 커패시터 전압 불균형에 대해 분석하고 이 인버터에 적합한 캐리어 비교방식의 PWM방법을 설명한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a new carrier-based PWM method to solve the most serious problem of flying capacitor multi-level inverter that is the unbalance of capacitor voltages. The voltage unbalance occurs due to the difference of each capacitor's charging and discharging time applied to Flying Capacitor ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 제안한 방법은 N-레벨의 경우 각 스위치들은 항상 2GV-l)7's 동안 한 번씩 온과 오프를 함으로서 1/2(A"D7;의 스위칭 주파수를 갖게 되며 phase-shift PWM방식 보다 스위칭 주파수를 (N-1)배로 줄일 수 있는 장점을 가진다(6)
  • 플라잉 커패시터 방식은 스위치의 온-오프의 시간에 따라 커패시터 전압이 변동하게 되므로 이를 제어하기 위해서는 일정한 전류제어주기동안 충전과 방전이 서로 교대로 발생하고 충전과 방전의 시간이 같도록 하는 스위칭 패턴이 요구된다. 이를 위해 제안한 방법은 플라잉 커패시터 인버터의 레그 전압에 존재하는 리던던시(같은 레그 전압을 출력하지만 다른 스위치 시퀀스 를 갖는 스위치상태)를 이용하여 일정주기동안 커패시터 전압의 충전과 방전이 한번씩 발생하며 또한 충전과 방전시간을 동일하게 한다. 이를 통하여 일정시간 동안에 커패시터 전압의 변동량을 최소한으로 제어하게 된다.
  • 제안된 방법은 각 소자의 스위칭주파수와 전류분담 을같게 하기 위해 출력 레그전압과 스위칭 시퀀스의 관계로부터 기존의 삼각파 캐리어를 재구성하였으며 새로운 캐리어들은 기존의 삼각파 캐리어를 분해하는 특성을 가진다. 제안한 방법은 N-레벨의 경우 각 스위치들은 항상 2(阴1)7;동안 한 번씩 온과 오프를 함으로서 l/2(N-l)7s의 스위칭 주파수를 갖게 되며 phaseshift PWM방식 보다 스위칭 주파수를 (NT)배로 줄 일 수 있는 장점을 가지며 기준전압을 인접한 벡터들로만 구성하여 출력전압의 고조파성분을 작게 하는 장 점도 가진다.
  • 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위해 R-L 부하를 갖는 3상 5-레벨 플라잉 커패시터 인버터를 모델링하고 제안한 알고리즘을 5-레벨로 확장하여 시뮬레이션 을 수행하였다. 시뮬레이션 조건은 다음 표 2와 같다.
  • 제안된 방법은 각 소자의 스위칭주파수와 전류분담 을같게 하기 위해 출력 레그전압과 스위칭 시퀀스의 관계로부터 기존의 삼각파 캐리어를 재구성하였으며 새로운 캐리어들은 기존의 삼각파 캐리어를 분해하는 특성을 가진다. 제안한 방법은 N-레벨의 경우 각 스위치들은 항상 2(阴1)7;동안 한 번씩 온과 오프를 함으로서 l/2(N-l)7s의 스위칭 주파수를 갖게 되며 phaseshift PWM방식 보다 스위칭 주파수를 (NT)배로 줄 일 수 있는 장점을 가지며 기준전압을 인접한 벡터들로만 구성하여 출력전압의 고조파성분을 작게 하는 장 점도 가진다. 각 커패시터의 전압균형을 이루기 위해 2(N-l)7s동안 기준전압을 일정하게 유지시켰으며 이로 인해 이 시간동안 커패시터 전압의 충전량과 방전 량이 평균적으로 같게 되었다.
  • 제안한 방법은 각 소자의 스위칭주파수와 전류분담을 같게 하기 위해 출력 레그전압과 스위칭 시퀀스의 관계로부터 기존의 삼각파 캐리어를 재구성하였으며 새로운 캐리어들은 기존의 삼각파 캐리어를 분해하는 특성을 가진다. 다시 말해 새로운 캐리어들을 합치게 되면 기존의 삼각파 캐리어를 얻게 된다.
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