KR101064678B1 - 연료 전지용 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로서, 다수의 DC-DC 컨버터 모듈을 포함하며, 각 DC-DC 컨버터 모듈의 입력은 상기 연료 전지의 출력단에 병렬로 연결되고, 각 DC-DC 컨버터 모듈의 출력은 상호 직렬 연결되며, 각 DC-DC 컨버터 모듈은 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 연료 전지에서 출력되는 전원을 인가받아 스위칭 동작을 통하여 펄스 폭 변조 파형을 출력시키는 스위칭부와, 스위칭부의 출력 전압을 승압 또는 감압시켜 출력하는 변압기 및 변압기의 출력을 인가받아 직류 전압으로 정류하는 정류부를 포함하는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치가 제공된다.
Figure R1020090121981
연료 전지, DC-DC 컨버터, 펄스 폭 변조, 스위칭부, 변압기, 정류부

Description

연료 전지용 ＤＣ-ＤＣ 컨버터 장치 {ＤＣ-ＤＣ CONVERTER APPARATUS FOR FUEL CELL}
본 발명은 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 추가적인 전류 센서를 사용하지 않고 간단하면서 확장성과 유지, 보수성이 우수한 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것이다.
최근 들어 화석에너지의 고갈과 환경오염의 심각성 및 기존 전력설비의 노후, 용량증대에 따른 문제점에 대한 관심이 고조 되면서 신재생에너지원을 이용한 분산전원(Distributed Power Generation) 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다.
신재생 에너지원 가운데서도 연료 전지는 수소와 산소의 화화적 반응에 의해 전기를 발생하기 때문에 발전 효율이 높고 공해 요인이 거의 없고, 수요지 부근에 설치할 수 있다는 장점 때문에 분산전원에 적용하기 위해 많은 연구가 진행 중이다.
연료전지의 기본원리는 물의 전기분해의 역 원리로써, 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전자를 외부로 방출함과 동시에 물을 생성하는 장치이다. 연 료전지는 수소와 산소의 반응 작용에 의해 직접 전기를 발생하는 스택 외에, 메탄올, 천연가스 등 각종 연료로부터 수소를 만들어 내는 개질기와, 스택에서 나오는 열을 배출시키기 위한 열교환기, 발전된 낮은 직류 전압을 고압의 직류와 교류로 차례로 변환시켜주는 전력 변화기 등으로 구성된다.
그러나 스택(Stack) 기술의 한계로 인하여 수십~수백kW의 발전용 대용량 연료 전지는 수백~수천 암페어의 대전류와 저전압을 출력으로 갖는다. 이러한 출력특성으로 인하여 연료전지 발전시스템에서는 승압형 DC-DC 컨버터를 필요로 하며, 특히 대용량 연료전지 발전시스템에서 DC-DC 컨버터를 단일로 구성하게 되면 시스템 수명의 감소, 큰 정격으로 인한 고가의 소자사용, 시스템의 용량증가의 한계 등의 문제가 따른다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 추가적인 전류센서를 사용하지 않고 간단하면서 확장성과 유지 및 보수 측면에서 유리한 입력 병렬 및 출력 직렬 제어방식을 적용한 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 출력전압이 높은 응용에서도 변압기 손실 및 부피를 줄이고, 출력전압이 높아져도 정류부(즉, 다이오드)의 전압 스트레스가 작아 역회복 특성에 의한 전압 서지 문제를 줄일 수 있는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 다이오드의 전압정격을 출력전압보다 작게 하기 위함이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치에 있어서, 다수의 DC-DC 컨버터 모듈을 포함하며, 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 입력은 상기 연료 전지의 출력단에 병렬로 연결되고, 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 출력은 상호 직렬 연결되며, 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈은 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 연료 전지에서 출력되는 전원을 인가받아 스위칭 동작을 통하여 펄스 폭 변조 파형을 출력시키는 스위칭부; 상기 스위칭부의 출력 전압을 승압 또는 감압시 켜 출력하는 변압기; 및 상기 변압기의 출력을 인가받아 직류 전압으로 정류하는 정류부를 포함하는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치가 제공된다.
상기 각 DC-DC 컨버터 모듈은 위상천이 풀 브리지 PWM 컨버터인 것을 특징으로 한다.
상기 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력단에 설치되어, 출력전압을 검출하는 전압 센서; 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 스위칭부의 동작을 제어하는 다수의 PWM 제너레이터; 및 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈과 상기 각 PWM 제너레이터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 제어부는 미리 설정된 출력 전압과 상기 전압 센서에서 검출된 출력 전압을 비교하여 상기 각 PWM 제너레이터의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 상기 각 PWM 제너레이터는 상기 제어부에서 전송된 제어신호에 따라 상기 각 스위칭부에서 PWM 출력 신호의 듀티비를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 출력단에 각각 설치되어, 출력전압을 검출하는 다수의 전압 센서; 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 스위칭부의 동작을 제어하는 다수의 PWM 제너레이터; 및 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈과 상기 각 PWM 제너레이터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 제어부는 미리 설정된 출력 전압과 상기 다수의 전압 센서에서 검출된 출력 전압을 비교하여 상기 각 PWM 제너레이터의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 상기 각 PWM 제너레이터는 상기 제어부에서 전송된 제어신호에 따라 상기 각 스위칭부에서 PWM 출력 신호의 듀티비를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 추가적인 전류 센서가 필요 없게 되며, 보수 및 확장이 용이한 전압제어 방식으로 DC-DC 컨버터의 전류를 균등하게 제어할 수 있으며, 출력측이 직렬로 연결된 구조이므로 출력 전압이 높은 경우에도 변압기의 턴비를 최소화하여 변압기 손실 및 부피를 작게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그리고 출력전압의 1/N이 정류부 즉, 다이오드에 인가되므로 전압 스트레스가 작아 역회복 특성에 의한 전압 서지 문제가 줄어들고, 다이오드의 전압정격이 출력 전압의 1/N이므로 고효율 소자 및 부품 수급이 용이한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 입력측은 병렬 구조이므로 소자의 전류 정격이 낮아 도통손실을 줄 일 수 있으며 방열 설계에도 용이하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치는 다수의 DC-DC 컨버터 모듈을 포함한다.
연료전지(10)의 기본원리는 물의 전기분해의 역 원리로써, 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전자를 외부로 방출함과 동시에 물을 생성하는 장치이다. 연료전지(10)는 전류 발생량을 높이기 위하여 전해질과 전극이 접촉하고 있는 경계면을 극대화하고 전류 흐름에 저항이 최소화될 수 있도록 전해질 내 전극간 거리를 최소화한 장치로서, 수소와 산소를 계속 공급하면 연속해서 발전할 수 있으므로 발전장치로 이용할 수 있다. 연료전지 하나의 셀당 출력전압은 이론적으로 약 1.14V에 지나지않고, 정격 출력시 약 0.5 ~ 0.6V의 전압을 출력한다. 따라서, 이러한 출력전압을 높이기 위하여 통상 여러 개의 셀을 직렬로 적층하여 연료 전지를 구성한다. 단위 셀은 전류의 증가에 따라 전압이 변동되는데, 경제성 등 여러 이유로 여러 개의 셀을 직렬 연결한 연료 전지 스택의 출력 전압은 약 20 내지 50V 정도 낮다. 따라서, 이를 승압시키기 위한 DC-DC 컨버터 장치가 필수적이며, 상용전원으로 사용하기 위해서는 교류로 변환시키기 위한 장치로 필요하다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치는 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100), 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200) 및 제N DC-DC 컨버터 모듈(300)로 구성된다. 각 DC-DC 컨버터 모듈의 입력은 연료 전지(10)의 출력단에 병렬로 연결되며, 각 DC-DC 컨버터 모듈의 출력은 직렬 연결되어 부하(700) 또는 DC-AC 변환기(미도시)에 접속된다.
본 발명에서는 대용량 연료전지 발전시스템에 적합하도록 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치를 단일 장치로 구성하지 않고, 다수개의 모듈로 구성함으로써, DC-DC 컨버터 장치의 수명 감소, 큰 정격으로 인한 고가의 소자사용 및 시스템의 용량 증가의 한계를 극복하였다.
또한, 다수의 DC-DC 컨버터 모듈을 연결함에 있어서, 입력-병렬 및 출력-직렬 구조로 연결함으로써 연료 전지에서 출력되는 대전류가 병렬로 DC-DC 컨버터 장치에 흐르도록 하여, 각 소자의 전류 정격 및 도통 손실이 작아져서 손실에 의한 발열이 줄어들고, 분산 배치가 가능하기 때문에 방열 설계에 유리하다. 그리고 DC-DC 컨버터 장치 설계시 전압 정격과 전류 정격이 낮은 소자를 선정할 수 있게 되어, 부품 수급이 용이한 동시에 생산단가를 낮출 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 DC-DC 컨버터 장치의 출력은 직렬로 연결되므로, 출력 전압이 각 DC-DC 컨버터 모듈 출력단에 균등하게 나뉘어 인가되기 때문에, 이하에서 상술되는 각 DC-DC 컨버터 모듈의 정류부의 전압 정격을 낮출 수 있어 역 회복 특성에 의한 전압 서지가 작은 효과를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 기능 블록도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치 의 회로도이고, 도 4는 제1 DC-DC 컨버터 모듈의 타이밍도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시예는 2개의 DC-DC 컨버터 모듈을 포함하는 DC-DC 컨버터 장치를 예로서 설명하나, DC-DC 컨버터 모듈의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며 설계 조건에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치는 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100) 및 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200)을 포함한다. 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100)은 제1 스위칭부(110), 제1 변압기(120) 및 제1 정류부(130)를 포함하며, 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200)은 제2 스위칭부(210), 제2 변압기(220) 및 제2 정류부(230)를 포함한다. 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100)과 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200)은 동일한 구성을 가지므로, 이하에서는 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100)의 구성에 대하여 살펴본다.
제1 스위칭부(110)의 입력측은 연료 전지의 출력단에 연결되며, 출력측은 제1 변압기(120)에 연결된다. 제1 스위칭부(110)는 4개의 스위칭 소자로 구성되어, 연료 전지(10)에 출력되는 직류 전원을 인가받아 스위칭 동작을 통하여 펄스 폭 변조 파형을 출력시킨다. 본 실시예의 경우, 인버터부(400)의 스위칭 소자의 개수를 6개로 구성하고 있으나, 이는 설명을 위한 예시일 뿐, 다양하게 변형될 수 있으며, 스위칭 소자의 종류 역시 다양하게 사용될 수 있다.
제1 스위칭부(110)의 출력 전압은 제1 변압기(120)에 인가되어, 변압기의 턴비에 따라 승압되어 출력된다. 제1 정류부(130)는 승압된 전압을 인가받아 정류시킨 후, DC 전압으로 출력한다.
본 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치는 다음과 같은 전압전달비를 갖기 때문에 변압기의 적은 턴비로도 높은 승압이 가능하여 변압기의 손실 및 부피를 줄일 수 있다.
[전압전달비] :
Figure 112009076125150-pat00001
본 실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치는 출력이 직렬로 연결되어 있어 출력 전압이 도 3과 같이 DC-DC 컨버터 모듈의 각 출력단에 출력 전압의 1/2(Vo/2)로 균등하게 나뉘어 인가되기 때문에 정류부의 다이오드 전압 정격이 낮고 스트레스도 적기 때문에 역 회복 특성에 의한 전압 서지가 작다.
또한, 입력-병렬 구조에서는 인터리빙(interleaving) 스위칭을 할 수 있기 때문에 입력 전류의 리플이 줄어들어 입력 필터 및 출력 필터의 부피를 줄일 수 있는 장점이 있어 고전력밀도를 달성할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 사용된 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100) 및 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200)은 위상천이 풀 브리지 PWM 컨버터를 사용한다. 도 4에는 각 컨버터 모듈에 사용한 위상천이 풀 브리지 PWM 컨버터의 파형도가 도시된다. 도 4를 참조하면, 위상천이 풀 브리지 PWM 컨버터는 안정된 영전압 스위칭 동작 영역을 확보하기 위하여, 스위치 S2와 S4에 대한 게이트 신호가 S1과 S3에 대하여 위상을 지연시킴으로써 변압기 이차측 전압이 0인 시간동안 일차측 스위치 중 어느 하나는 항상 온(ON) 상태가 되도록 제어한다. 이러한 제어 동작은 이하에서 상술되는 제어부 에서 수행한다. 그 결과, 변압기의 누설 인덕턴스와 스위칭 소자의 출력 커패시턴스의 기생 공진 문제를 해결할 수 있도록 누설 인덕턴스에 따른 전류를 순환시키기 위한 경로를 제공해준다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 개략 구성도이며, 도 6은 도 5에 도시된 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력 파형도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치는 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100), 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200), 전압 센서(400), 제어부(500), 제1 PWM 제너레이터(610) 및 제2 PWM 제너레이터(620)를 포함한다.
제1 DC-DC 컨버터 모듈(100)과 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200) 각각은 위의 실시예에서 살펴본 바와 같이 위상천이 풀 브리지 PWM 컨버터를 사용한다. 도시되지는 않았으나, 각 DC-DC 컨버터 모듈은 스위칭부, 변압기 및 정류부를 포함한다.
전압 센서(400)는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력단 즉, 부하(700)의 입력단에 설치되어, 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치에서 출력되는 출력전압을 검출하는 기능을 수행한다. 전압 센서(400)는 검출된 출력전압을 제어부(500)로 전송한다.
제1 PWM 제너레이터(610)는 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100)의 제1 스위칭부(미도시)의 스위칭 소자의 ON/OFF를 제어하여, PWM 출력 파형을 생성하는 기능을 수행 하며, 제2 PWM 제너레이터(620)는 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200)의 제2 스위칭부(미도시)의 스위칭 소자의 ON/OFF를 제어하여, PWM 출력 파형을 생성하는 기능을 수행한다.
제어부(500)에서는 미리 설정된 출력 전압과 전압 센서(400)에서 검출된 출력 전압을 비교하여 제1 PWM 제너레이터(610)와 제2 PWM 제너레이터(620)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 제1 및 제2 PWM 제너레이터(610, 620)에 전송한다. 제1 및 제2 PWM 제너레이터(610, 620)는 제어부(400)에서 전송된 제어신호에 따라 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부에서 출력되는 PWM 출력 신호의 듀티비를 조절한다. 이러한 듀티비를 조절함으로써 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치에서 출력되는 출력 전압을 미리 설정된 출력 전압에 맞출수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 개략 구성도이며, 도 8은 도 6에 도시된 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력 파형도이다. 본 발명의 제3 실시예는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력 전압을 보다 정밀하게 제어하기 위한 실시예로서, 전압 센서를 각 DC-DC 컨버터 모듈의 출력단에 설치하고, 검출된 전압에 따라 각 DC-DC 컨버터 모듈의 스위칭부의 듀티비를 조절한다는 점이 위의 제2 실시예와 상이하다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치는 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100), 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200), 제1 전압 센서(460), 제1 제어기(510), 제1 PWM 제너레이터(610), 제2 전압 센서(470), 제2 제 어기(520) 및 제2 PWM 제너레이터(620)를 포함한다.
제1 전압 센서(460)는 제1 DC-DC 컨버터 모듈(100)의 출력단에 설치되며, 제2 전압 센서(470)는 제2 DC-DC 컨버터 모듈(200)의 출력단에 설치되어, 각 DC-DC 컨버터 모듈에서 출력되는 출력전압을 검출하는 기능을 수행한다. 제1 전압 센서(460) 및 제2 전압 센서(470)에서 검출된 제1 출력전압(VO1) 및 제2 출력전압(V02)은 제1 제어기(510) 및 제2 제어기(520)로 전송된다. 본 실시예의 경우, 제1 제어기(510)와 제2 제어기(520)를 분리하여 구성하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 통합된 제어부에서 제1 및 제2 제어기(510, 520)의 역할을 수행할 수도 있다.
제1 제어기(510)에서는 미리 설정된 출력 전압과 제1 전압 센서(460)에서 검출된 출력 전압을 비교하여 제1 PWM 제너레이터(610)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 제1 PWM 제너레이터(610)에 전송한다. 제1 PWM 제너레이터(610)는 제1 제어기(510)에서 전송된 제어신호에 따라 제1 스위칭부에서 출력되는 PWM 출력 신호의 듀티비를 조절한다. 이러한 듀티비를 조절함으로써 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치에서 출력되는 출력 전압을 미리 설정된 출력 전압에 맞출수 있게 된다. 제2 제어기(520)와 제2 PWM 제너레이터(620)의 구성 및 기능은 제1 제어기(510)와 제1 PWM 제너레이터(610)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 도 5에 도시된 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력 파형도이며, 도 8은 도 8은 도 6에 도시된 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력 파형도이다.
도 6을 살펴보면, 저전압, 고전압측 임피던스 오차와 변압기의 턴비 오차로 각 풀 브리지 컨버터의 출력 커패시터 Cf1과 Cf2에 인가되는 전압이 오차가 다소 발생한다.
한편, 도 8을 살펴보면, 저전압, 고전압측 임피던스 오차와 변압기의 턴비 오차가 존재하지만 출력 커패시터 Cf1과 Cf2에 인가되는 전압은 오차가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 회로도이다.
도 4는 제1 DC-DC 컨버터 모듈의 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력 파형도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 도 6에 도시된 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력 파형도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 :제1 DC-DC 컨버터 모듈 110 : 제1 스위칭부
120 : 제1 변압기 130 : 제1 정류뷰
200 : 제2 DC-DC 컨버터 모듈 210 : 제2 스위칭부
220 : 제2 변압기 230 : 제2 정류부
400 : 전압 센서 500 : 제어부

Claims (6)

  1. 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치에 있어서,
    다수의 DC-DC 컨버터 모듈을 포함하며, 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 입력은 상기 연료 전지의 출력단에 병렬로 연결되고, 상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 출력은 상호 직렬 연결되며,
    상기 각 DC-DC 컨버터 모듈은,
    다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 연료 전지에서 출력되는 전원을 인가받아 스위칭 동작을 통하여 펄스 폭 변조 파형을 출력시키는 스위칭부;
    상기 스위칭부의 출력 전압을 승압 또는 감압시켜 출력하는 변압기; 및 상기 변압기의 출력을 인가받아 직류 전압으로 정류하는 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 DC-DC 컨버터 모듈은 위상천이 풀 브리지 PWM 컨버터인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치의 출력단에 설치되어, 출력전압을 검출하는 전압 센서;
    상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 스위칭부의 동작을 제어하는 다수의 PWM 제너레이터; 및
    상기 각 DC-DC 컨버터 모듈과 상기 각 PWM 제너레이터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 미리 설정된 출력 전압과 상기 전압 센서에서 검출된 출력 전압을 비교하여 상기 각 PWM 제너레이터의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고,
    상기 각 PWM 제너레이터는 상기 제어부에서 전송된 제어신호에 따라 상기 각 스위칭부에서 PWM 출력 신호의 듀티비를 조절하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 출력단에 각각 설치되어, 출력전압을 검출하는 다수의 전압 센서;
    상기 각 DC-DC 컨버터 모듈의 스위칭부의 동작을 제어하는 다수의 PWM 제너레이터; 및
    상기 각 DC-DC 컨버터 모듈과 상기 각 PWM 제너레이터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 미리 설정된 출력 전압과 상기 다수의 전압 센서에서 검출된 출력 전압을 비교하여 상기 각 PWM 제너레이터의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고,
    상기 각 PWM 제너레이터는 상기 제어부에서 전송된 제어신호에 따라 상기 각 스위칭부에서 PWM 출력 신호의 듀티비를 조절하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 DC-DC 컨버터 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070073601A (ko) * 2004-11-02 2007-07-10 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 전원 장치
KR20080027702A (ko) * 2006-09-25 2008-03-28 엘지전자 주식회사 연료전지 시스템의 직류/직류변환장치
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070073601A (ko) * 2004-11-02 2007-07-10 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 전원 장치
KR20080027702A (ko) * 2006-09-25 2008-03-28 엘지전자 주식회사 연료전지 시스템의 직류/직류변환장치
JP2008271752A (ja) 2007-04-24 2008-11-06 Kawamura Electric Inc フルブリッジ回路の配線構造
JP2009213239A (ja) 2008-03-04 2009-09-17 Daihen Corp 直流電源装置、およびこの直流電源装置を用いた系統連系インバータシステム

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