KR101447665B1 - 양방향 양극성 전력변환장치 - Google Patents

양방향 양극성 전력변환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양방향 양극성을 갖는 전력변환장치에 관한 것으로, 부하의 극성을 특정하지 않아도 부하의 극성에 맞게 자동으로 극성변환을 해주며, 또한 부하의 에너지가 부족할 때는 입력 측에서 부하 측으로 에너지를 전달하고, 부하의 에너지가 초과할 때는 입력 측으로 에너지를 회생할 수 있도록 하는 DC/DC 전력변환장치에 관한 것으로, 제1 내지 제4스위치가 풀 브리지 회로를 이루는 1차 회로부; 서로 짝을 이루며 전기적으로 각각 직렬 연결된 제5,7스위치와 제6,8스위치가 전기적으로 병렬 연결되고, 전류의 필터링을 위해 인덕터와 캐패시터로 구성된 LC필터를 갖춘 2차 회로부; 및 상기 1차 회로부와 2차 회로부 간의 전기 유도를 매개하도록 연결되되, 상기 제5,7스위치와 제6,8스위치의 각 배치라인에 상기 2차 회로부와의 연결을 위한 양극(兩極) 전선이 각각 전기적으로 연결되는 트랜스;를 포함하는 것이다.

Description

양방향 양극성 전력변환장치{Power converter having polarity}
본 발명은 양방향 양극성을 갖는 전력변환장치에 관한 것으로, 부하의 극성을 특정하지 않아도 부하의 극성에 맞게 자동으로 극성변환을 해주며, 또한 부하의 에너지가 부족할 때는 입력 측에서 부하 측으로 에너지를 전달하고, 부하의 에너지가 초과할 때는 입력 측으로 에너지를 회생할 수 있도록 하는 DC/DC 전력변환장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 풀 브리지 회로 형태의 컨버터(이하 '전력변환장치')는 입력 전기를 필요한 전력으로 변환하여 부하에 공급함으로써, 상기 부하가 상기 전력을 동력원으로 하여 제 기능을 수행할 수 있도록 한다. 이러한 전력변환을 수행하는 종래 전력변환장치의 동작모습을 도면을 참조해 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2(종래 전력변환장치가 구성된 회로의 모습을 개략적으로 도시한 회로도)에서 보인 바와 같이, 종래 전력변환장치는 풀 브리지 회로구조를 이루는 1차 회로부(10)와, 1차 회로부(10)로부터 전류가 유도돼 흐르는 2차 회로부(20)와, 1,2차 회로부(10, 20) 간에 전류 유도를 처리하는 트랜스(30)를 포함한다. 여기서, 1차 회로부(10)는 2차 회로부(20)와 더불어서 트랜스(30)를 매개로 공지,공용의 풀 브리지 구조를 이루며, 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)를 포함한다.
종래 전력변환장치가 1차 회로부(10)에서 2차 회로부(20)로의 일방향 전력변환만을 고려한다면, 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)는 다이오드와 같은 소자가 적용될 수 있다. 그러나, 제1차 회로부(10)와 2차 회로부(20) 간에 양방향 전력변환을 고려한다면, 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)는 FET(Field Effect Transistor; 전계 효과 트랜지스터) 또는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)와 같은 트랜지스터 구조의 스위칭 소자가 적용될 수 있다. 참고로, 도 1 및 도 2에서 보인 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)의 실시 예는 IGBT로서, 상기 IGBT에는 부하전류를 전류(轉流)시키기 위한 다이오드(Free Wheeling Diode; FWD)를 구성하였다. IGBT가 턴 온(Turn On) 스위칭 동작을 할 때 FWD가 턴 오프(Turn Off) 스위칭 동작을 실행한다. 한편, 2차 회로부(20)에도 제5스위치(21)와 제6스위치(22)가 구성되는데, 그 종류는 1차 회로부(10)의 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)와 동일/유사한 종류가 적용된다.
계속해서, 1차 회로부(10)와 2차 회로부(20)는 각각 전류의 통전 가이드 및 필터링 기능을 수행하는 인덕터(15a, 25a, 25b)와 캐패시터(15b, 25c)를 포함한다. 인덕터(15a, 25a, 25b)와 캐패시터(15b, 25c)는 공지,공용의 LC필터를 구성 및 배치되면서, 1차 회로부(10)와 2차 회로부(20)에 흐르는 전류가 지정된 방향으로 통전할 수 있도록 가이드하고, 이를 통해 전력변환장치에서 지정된 극성모드로 전기출력 및 회생이 유지될 수 있도록 한다.
한편, 전술한 구성을 이루는 종래 전력변환장치는 부하의 에너지 상태에 따라 전기출력 및 회생이 유동적으로 이루어지도록 하는 회로 구성을 위해서, 충전회생장치 등과 같은 부하(40)와, 1,2차 회로부(10, 20)와 부하(40)를 각각 제어하는 제어모듈(50)이 조합될 수 있다.
부하(40)는 전력변환장치에서의 전기출력과 회생을 단말 상태에 따라 능동적으로 조정할 수 있는 장치로서, 부하(40)의 에너지가 부족할 때는 입력 측에서 부하(40) 측으로 에너지를 전달하고, 부하(40)의 에너지가 초과할 때는 입력 측으로 에너지를 회생할 수 있도록 동작하는 공지,공용의 기기이다.
제어모듈(50)은 1차 회로부(10)와 2차 회로부(20)에 각각 구성된 제1 내지 제6스위치(11, 12, 13, 14, 21, 22)의 개폐를 제어하고, 부하(40)와 연동하면서 그 동작을 제어한다.
이상 설명한 전력변환장치를 갖춘 상기 회로의 구동모습을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 1에서 보인 바와 같이, 스위치가 닫힌 1차 회로부(10)의 제1스위치(11)와 제4스위치(14)로 직류전원(PW)의 전류가 유입되면, 트랜스(30)에서 전류유도가 일어나면서 제6스위치(22)가 닫힌 2차 회로부(20)에 통전이 이루어진다. 결국, 2차 회로부(20)에서 양극과 음극은 상하 순으로 배치 유도된다. 참고로, 양극과 음극이 상,하로 배치되는 극성모드를 정극모드로 명명하고, 하,상으로 배치되는 극성모드를 역극모드로 명명한다.
계속해서, 도 2에서 보인 바와 같이, 스위치가 닫힌 1차 회로부(10)의 제2스위치(12)와 제3스위치(13)로 직류전원(PW)의 전류가 유입되면, 트랜스(30)에서 전류유도가 일어나면서 제5스위치(21)가 닫힌 2차 회로부(20)에 통전이 이루어진다. 결국, 2차 회로부(20)에서 정극모드로 극 배치모습을 이룬다.
여기서, 도 1 및 도 2에 도시한 종래 전력변환장치는 직류전원(PW)의 직류전류를 1차 회로부(10)에서 교류로 변환시켜서 트랜스(30)를 통해 2차 회로부(20)로 유도시키고, 2차 회로부(20)에서 다시 직류로 변환시켜서 일정한 정극모드로 출력되도록 한다.
부하(40)는 종래 전력변환장치로부터 정극모드의 전류를 수신해서 정극모드의 극성을 갖는 전기가 출력되도록 한다.
계속해서, 부하(40)의 에너지가 초과되면, 부하(40)는 사용자의 제어 또는 부하(40)에 설정된 제어값에 따라 종래 전력변환장치에 회생 전력이 출력되도록 한다. 이때, 부하(40)는 2차 회로부(20)의 극성이 정극모드가 되도록 하고, 전류의 통전 방향은 도 1 및 도 2에서 보인 경로의 역경로인 2차 회로부(20)에서 1차 회로부(10) 방향이 되도록 한다.
제어모듈(50)은 전술한 바와 같이 제1,4스위치(11, 14)와 제6스위치(22), 제2,3스위치(12, 13)와 제5스위치(21)의 스위치 개폐를 각각 한 세트로 제어하고, 전기출력모드 또는 회생모드에 따라 1차 회로부(10)와 2차 회로부(20) 간의 전력변환 방향을 결정한다. 결국, 종래 전력변환장치는 스위치 개폐 세트가 설정되면 상기 세트만으로 한정해 동작하고, 이를 통해 해당 전력변환장치와 호환하는 부하(40)의 극성모드는 정극모드로 한정된다. 따라서, 종래 전력변환장치를 사용하는 사용자는 상기 종래 전력변환장치의 부하(40)에 전원을 연결하기 위해서는 반드시 정극모드로 전기적인 연결자세를 맞춰야 하고, 맞추지 않을 경우엔 제 동작을 하지 못하는 한계가 있었다.
이러한 문제를 해소하기 위해 종래에는 단말 등을 전력변환장치와 연결된 부하(40)에 극성을 맞추지 않고 전원 연결을 할 수 있도록 하는 기술이 개발되었다.
도 3(종래 전력변화장치가 구성된 회로의 다른 모습을 개략적으로 도시한 회로도)에서 보인 종래 전력변환장치를 갖춘 회로의 말단에 극성조정기(60)가 보강된다. 극성조정기(60)는 종래 전력변환장치에 인가되는 극성모드를 확인해서 전력변환장치에 설정된 스위치 개폐 세트에 대응하는 극성모드로 조정하는 것으로서, 극성센서(61)와 제1 내지 제4조정스위치부(62, 63, 64, 65)로 구성된다.
종래 전력변환장치의 동작을 좀 더 구체적으로 설명하면, 전술한 바와 같이 전력변환장치의 스위치 개폐가 제1,4스위치(11, 14)와 제6스위치(22), 제2,3스위치(12, 13)와 제5스위치(21)가 한 세트로 구성되어 동작하도록 된 경우, 종래 회로의 부하(40)에 정극모드가 인가된 경우에서만 정상 동작할 수 있다. 그런데, 상기 극성모드가 정극모드가 아닌 역극모드, 즉 부하(40)에 접속한 단말의 양극과 음극의 전기적인 연결자세가 하,상 순으로 배치된 경우, 극성조정기(60)의 극성센서(61)는 상기 단말의 극성모드를 센싱한다. 계속해서, 극성조정기(60)는 확인된 극성모드에 따라 제1 내지 제4조정스위치부(62, 63, 64, 65)의 개폐를 제어한다. 즉, 상기 단말의 극성모드가 정극모드인 경우, 극성조정기(60)는 제2,3조정스위치부(63, 64)를 닫아서 양극과 음극이 상하 순으로 배치되도록 하고, 상기 단말의 극성모드가 역극모드인 경우, 극성조정기(60)는 제1,4조정스위치부(62, 65)를 닫아서 양극과 음극이 상하 순으로 배치되도록 하는 것이다. 참고로, 종래 회로에서 예시된 극성조정기(60)의 제1 내지 제4조정스위치부(62, 63, 64, 65)는 4개의 스위치가 2행2열로 병렬배치되어서 전류의 방향을 조정하도록 구성되는데, 이외에도 전류의 방향을 조정하기 위한 회로구조는 다양할 수 있으며, 이를 위한 장치 또한 다양하다.
이상 설명한 바와 같이, 종래 전력변환장치를 갖춘 회로는 단말의 전기적인 연결자세인 극성모드가 일방향(정극모드)으로 한정해 동작하므로, 사용자는 부하(40)에 연결되는 단말을 일방향으로만 자세를 한정해 사용해야 하는 불편이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 개선된 종래 회로에는 극성조정기(60)를 보강했으나, 극성조정기(60)는 종래 회로의 자체 크기를 증가시키는 단점이 있었다. 또한, 부하(40)의 극성 제한이 없는 장치를 사용할 수 있도록 하기 위해서는, 전력변환장치, 부하(40), 제어모듈(50), 극성조정기(60) 등의 다양한 이종장치들을 서로 연계시켜야 하므로, 정밀한 동작 가능성은 낮아지고 오작동 가능성은 높아지는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로서, 단순하면서도 안정적인 동작이 이루어지도록 보장할 수 있고, 극성모드에 상관없이 전력변환을 지정된 극성으로 출력되도록 할 수 있는 양방향 양극성 전력변환장치의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
제1 내지 제4스위치가 풀 브리지 회로를 이루는 1차 회로부;
서로 짝을 이루며 전기적으로 각각 직렬 연결된 제5,7스위치와 제6,8스위치가 전기적으로 병렬 연결되고, 전류의 필터링을 위해 인덕터와 캐패시터로 구성된 LC필터를 갖춘 2차 회로부; 및
상기 1차 회로부와 2차 회로부 간의 전기 유도를 매개하도록 연결되되, 상기 제5,7스위치와 제6,8스위치의 각 배치라인에 상기 2차 회로부와의 연결을 위한 양극(兩極) 전선이 각각 전기적으로 연결되는 트랜스;
를 포함하는 양방향 양극성 전력변환장치이다.
상기의 본 발명은, 전력변환장치에 연결되는 부하 등의 극성을 제한함없이 상기 부하에 대한 전기출력 및 회생을 기능을 수행할 수 있고, 상기 극성을 제한하지 않기 위해서 전력변환장치에 부가되는 장치를 최소화할 수 있으며, 이로 인해서 다수 장치가 서로 연동하면서 상충할 수 있는 가능성을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 역극모드의 제어를 위해서 보강되는 스위치들의 제어를 위한 새로운 프로그램 제작이 불필요한 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래 전력변환장치가 구성된 회로의 모습을 개략적으로 도시한 회로도이고,
도 3은 종래 전력변화장치가 구성된 회로의 다른 모습을 개략적으로 도시한 회로도이고,
도 4는 본 발명에 따른 전력변환장치가 구성된 회로의 모습을 개략적으로 도시한 회로도이고,
도 5는 본 발명에 따른 전력변환장치가 정극모드 상태에서 전기출력을 위한 구동모습을 보인 회로도이고,
도 6은 본 발명에 따른 전력변환장치가 정극모드 상태에서 전기회생을 위한 구동모습을 보인 회로도이고,
도 7은 본 발명에 따른 전력변환장치가 역극모드 상태에서 전기출력을 위한 구동모습을 보인 회로도이고,
도 8은 본 발명에 따른 전력변환장치가 역극모드 상태에서 전기회생을 위한 구동모습을 보인 회로도이고,
도 9는 본 발명에 따른 전력변환장치가 구성된 회로의 다른 모습을 개략적으로 도시한 회로도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 전력변환장치가 구성된 회로의 모습을 개략적으로 도시한 회로도인 바, 이를 참조해 설명한다.
본 발명에 따른 전력변환장치는 전술한 바와 같이, 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)가 풀 브리지 회로를 이루는 1차 회로부(10)와; 인덕터(25a, 25b)와 캐패시터(25c)로 구성된 LC필터를 포함하며, 제5스위치(21)와 제7스위치(23), 제6스위치(22)와 제8스위치(24) 간에는 각각 전기적으로 직렬 연결을 이루고, 제5,7스위치(21,23)와 제6,8스위치(22, 24) 간에는 전기적으로 병렬 연결을 이루는 2차 회로부(20')와; 1차 회로부(10)와 2차 회로부(20') 간의 전기 유도를 매개하고, 전기적으로 병렬 연결된 제5,7스위치(21, 23)와 제6,8스위치(22, 24)의 배치라인에 2차 회로부(20')와의 연결을 위한 양극(兩極) 전선이 각각 연결되는 트랜스(30)를 포함한다. 여기서, 2차 회로부(20')에 구성된 LC필터의 인덕터(25a, 25b)는 제5,7스위치(21, 23) 및 제6,8스위치(22, 24)와 각각 전기적으로 직렬되고, 트랜스(30)의 양극(兩極) 전선은 각각 인덕터(25a)와 제5,7스위치(21, 23), 인덕터(25b)와 제6,8스위치(22, 24) 사이에 전기적으로 연결되어서, 제5 내지 제8스위치(21, 22, 23, 24)의 개폐에 따라 통전방향이 제어될 수 있도록 된다. [발명의 배경이 되는 기술]에서 이미 언급한 바와 같이, 1,2차 회로부(10, 20')에 구성되는 스위치는 FET 또는 IGBT 등의 소자가 적용될 수 있으며, 이외에도 제어모듈(50')에 의해 개폐가 제어될 수 있다면 FET 또는 IGBT에 한정하지 않고 다양한 스위칭 소자가 적용될 수 있다.
참고로, 공지,공용의 풀 브리지 회로는 전기적으로 각각 직렬 연결된 제1,3스위치(11, 13)와 제2,4스위치(12, 14)가 전기적으로 병렬 연결되고, 트랜스(30)의 다른 쪽 양극(兩極) 전선은 제1,3스위치(11, 13)와 제2,4스위치(12, 14)의 배치라인에 각각 전기적으로 연결된다. 풀 브리지 회로는 공지기술이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 따른 전력변환장치에는 부하(40)와 극성센서(61)와 제어모듈(50')이 조합될 수 있다.
부하(40)에 연결된 단말에 출력전기가 인가되도록 외부로부터 공급되는 전류를 상기 단말에 통전시키고, 부하 측 전력이 초과할 경우 상기 단말의 전류가 1차 회로부(10)로 회생되도록 출력시킨다.
극성센서(61)는 부하(40)에 연결된 단말의 극성모드로 인해 상기 전력변환장치에 인가되는 전류의 통전 방향을 센싱해서 제어모듈(50)로 전송한다. 전술한 바와 같이, 상기 극성모드는 부하(40)에 인가된 극성 배치상태를 나타내는 것으로서, 부하(40)에 연결된 전선의 전자이동방향을 센싱하거나, 부하(40) 또는 상기 단말에 별도의 전압을 병렬로 연결해서 전압의 합을 측정하는 등의 공지,공용 방식으로 부하 또는 단말 등의 전기적인 위치자세인 극성모드를 확인할 수 있다.
제어모듈(50')은 극성센서(61)로부터 확인한 극성모드와, 부하(40)의 구동모드에 따라 전력변환장치의 스위치 개폐 세트를 제어한다. 따라서 제어모듈(50')은 1,2차 회로부(10, 20')에 각각 구성된 제1 내지 8스위치(11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24)의 개폐를 설정된 스위치 개폐 세트에 따라 항상 일정하게 제어할 수 있고, 이를 통해 제1 내지 제8스위치(11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24)는 혼선 없이 안정적인 동작을 보장받을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전력변환장치가 정극모드 상태에서 전기출력을 위한 구동모습을 보인 회로도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전력변환장치가 정극모드 상태에서 전기회생을 위한 구동모습을 보인 회로도이고, 도 7은 본 발명에 따른 전력변환장치가 역극모드 상태에서 전기출력을 위한 구동모습을 보인 회로도이고, 도 8은 본 발명에 따른 전력변환장치가 역극모드 상태에서 전기회생을 위한 구동모습을 보인 회로도인 바, 이를 참조해 설명한다.
우선, 도 5에서 보인 바와 같이, 전력변환장치에서 정극모드로 전기 출력을 진행할 경우, 1차 회로부(10)의 제1스위치(11) 및 제4스위치(14)와, 2차 회로부(20')의 제6스위치(22)가 스위치 개폐를 위한 세트를 이루고, 1차 회로부(10)의 제2스위치(12) 및 제3스위치(13)와, 2차 회로부(20')의 제5스위치(21)가 스위치 개폐를 위한 세트를 이룬다. 여기서, 새로 보강된 제7,8스위치(23, 24)는 정극모드에서 항시 닫힌 상태를 유지하며, 정극모드에 대한 전기출력을 진행하는 도중에는 별도로 제어되지 않는다.
결국, 정극모드에 대한 전기출력을 위해서는, 도 5에서 보인 바와 같이, 제7,8스위치(23, 24)는 항상 닫힌 상태를 유지시키면서, 도 5(a)에서 보인 바와 같이 제1,4,6스위치(11, 14, 22)를 닫거나, 도 5(c)에서 보인 바와 같이 제2,3,5스위치(12, 13, 21)를 교대로 닫아서, 직류전원(PW)의 직류전기가 트랜스(30)에서 교류전기로 전력변환되도록 하고, 이를 통해 1차 회로부(10)의 전류가 2차 회로부(20')에서 정극모드로 유도되어서 전기가 안정적으로 출력할 수 있도록 한다.
참고로, 전술한 전력변환에 대한 전력밀도 향상과, 효율 증대 및 EMI(Electro Magnetic Interference) 특성 향상을 위해서, ZVS(Zero Voltage Switching) 단계를 갖는 풀 브리지 회로를 적용하는데, 본 발명에 따른 전력변환장치 또한 전력변환을 위한 구동시 도 5(b) 및 도 5(d)에서 보인 바와 같이 전류방향이 변하는 경계시점에 1차 회로부(10)가 '0' 전압이 되도록 제1,2스위치(11, 12) 또는 제3,4스위치(13, 14)를 연다. 결국, 1차 회로부(10)와 트랜스(20) 간의 인버팅 과정 중 ZVS 단계에서 안정화를 이루고, 이를 통해 전력변환장치는 고효율의 안정적인 정극모드 상태의 전류를 유도할 수 있다.
도 6에서 보인 바와 같이, 전력변환장치에서 정극모드에 대한 전기회생을 진행할 경우, 전기출력시와 마찬가지로 1차 회로부(10)의 제1스위치(11) 및 제4스위치(14)와, 2차 회로부(20')의 제6스위치(22)가 스위치 개폐를 위한 세트를 이루고, 1차 회로부(10)의 제2스위치(12) 및 제3스위치(13)와, 2차 회로부(20')의 제5스위치(21)가 스위치 개폐를 위한 세트를 이룬다. 여기서, 새로 보강된 제7,8스위치(23, 24)는 정극모드에서 항시 닫힌 상태를 유지하며, 정극모드에 대한 전기회생을 진행하는 도중에는 별도로 제어되지 않는다.
결국, 정극모드에 대한 전기회생을 위해서는, 도 6에서 보인 바와 같이, 제7,8스위치(23, 24)는 항상 닫힌 상태를 유지시키면서, 도 6(d)에서 보인 바와 같이 제1,4,6스위치(11, 14, 22)를 닫거나, 도 6(b)에서 보인 바와 같이 제2,3,5스위치(12, 13, 21)를 교대로 닫아서, 직류전원(PW)의 직류전기가 트랜스(30)에서 교류전기로 전력변환되도록 하고, 이를 통해 2차 회로부(20')의 전류가 1차 회로부(10)에서 정극모드로 유도되어서 전기가 안정적으로 회생할 수 있도록 한다.
전력변환장치에서 정극모드에 대한 전기회생을 진행할 경우에도 도 6(a) 및 도 6(c)에서 보인 바와 같이 ZVS 단계를 통해 안정된 회생이 이루어질 수 있도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 전력변환장치에서 정극모드에 대한 전기출력 또는 전기회생을 위해서는, 2차 회로부(20')에 보강된 제7,8스위치(23, 24)는 항상 닫힌 상태를 유지하고, 출력모드 또는 회생모드에 상관없이 제1,4,6스위치(11, 14, 22)와 제2,3,5스위치(12, 13, 21)는 한 세트를 이루며 동일한 개폐상태를 유지한다. 즉, 제어모듈(50')은 정극모드에 대한 전기출력 또는 전기회생에 대한 작업을 진행할 경우엔, 전기출력 또는 전기회생 등의 구동모드에 상관없이 전력변환장치에 구성된 제1 내지 제8스위치(11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24)를 설정된 세트별로 제어하는 것이다.
한편, 도 7에서 보인 바와 같이, 전력변환장치에서 역극모드에 대한 전기출력을 진행할 경우, 1차 회로부(10)의 제1스위치(11) 및 제4스위치(14)와, 2차 회로부(20')의 제7스위치(23)가 스위치 개폐를 위한 세트를 이루고, 1차 회로부(10)의 제2스위치(12) 및 제3스위치(13)와, 2차 회로부(20')의 제8스위치(24)가 스위치 개폐를 위한 세트를 이룬다. 여기서, 기존의 제5,6스위치(21, 22)는 역극모드에서 항시 닫힌 상태를 유지하며, 역극모드에 대한 전기출력을 진행하는 도중에는 별도로 제어되지 않는다.
결국, 역극모드에 대한 전기출력을 위해서는, 도 7에서 보인 바와 같이, 제5,6스위치(21, 22)는 항상 닫힌 상태를 유지시키면서, 도 7(a)에서 보인 바와 같이 제1,4,7스위치(11, 14, 23)를 닫거나, 도 7(c)에서 보인 바와 같이 제2,3,8스위치(12, 13, 24)를 교대로 닫아서, 직류전원(PW)의 직류전기가 트랜스(30)에서 교류전기로 전력변환되도록 하고, 이를 통해 1차 회로부(10)의 전류가 2차 회로부(20')에서 역극모드로 유도되어서 안정적으로 전기출력이 이루어질 수 있도록 한다.
부하(40)의 극성이 역극모드인 경우, 극성확인 등을 위해 종래에는 극성조정기(60; 도 3 참조) 등의 장치가 요구되었으나, 본 발명에 따른 전력변환장치를 적용하면 극성조정기(60) 등의 부가 장치가 불필요하고, 필요한 부가 장치를 최소화함으로써 전력변환의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
한편, 제5,6스위치(21, 22)를 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)와 연계해서 역극모드에서도 동작하도록 하려면, 제어모듈(50')이 정극모드와 역극모드에 따라 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)와 제5,6스위치(21, 22)를 연계해 동작시키는 새로운 프로그램이 요구된다. 즉, 제어모듈(50')의 새로운 구성이 요구되는 것이다. 하지만, 본 발명에 따른 전력변환장치와 같이, 2차 회로부(20')에 제7,8스위치(23, 24)를 1차 회로부(10)의 제1 내지 제4스위치(11, 12, 13, 14)와 독립적으로 연계하도록 보강하고, 본 실시 예에서의 역극모드 동작을 정극모드인 것으로 설정해서 제7,8스위치(23, 24)에 적용하면, 제어모듈(50')은 부하(40) 또는 단말이 역극모드로 전기적인 연결자세를 이루더라도 제7,8스위치(23, 24)는 정극모드로 인식해 동작하면서 전기출력 및 전기회생 등의 처리를 진행하므로, 제어모듈(50')은 새로운 프로그램을 프로그래밍하지 않고도 안정적으로 전기출력 및 회생 등을 위한 전력변환 동작을 제어할 수 있게 된다.
참고로, 전력변환장치에서 역극모드에 대한 전기출력을 진행할 경우에도 도 7(b) 및 도 7(d)에서 보인 바와 같이 ZVS 단계를 통해 안정된 전기출력이 이루어질 수 있도록 한다.
도 8에서 보인 바와 같이, 전력변환장치에서 역극모드에 대한 전기회생을 진행할 경우, 전기출력시와 마찬가지로 1차 회로부(10)의 제1스위치(11) 및 제4스위치(14)와, 2차 회로부(20')의 제7스위치(23)가 스위치 개폐를 위한 세트를 이루고, 1차 회로부(10)의 제2스위치(12) 및 제3스위치(13)와, 2차 회로부(20')의 제8스위치(24)가 스위치 개폐를 위한 세트를 이룬다. 여기서, 기존 제5,6스위치(21, 22)는 역극모드에서 항시 닫힌 상태를 유지하며, 역극모드에 대한 전기회생을 진행하는 도중에는 별도로 제어되지 않는다.
결국, 역극모드에 대한 전기회생을 위해서는, 도 8에서 보인 바와 같이, 제5,6스위치(21, 22)는 항상 닫힌 상태를 유지시키면서, 도 8(b)에서 보인 바와 같이 제1,4,7스위치(11, 14, 23)를 닫거나, 도 8(d)에서 보인 바와 같이 제2,3,8스위치(12, 13, 24)를 교대로 닫아서, 직류전원(PW)의 직류전기가 트랜스(30)에서 교류전기로 전력변환되도록 하고, 이를 통해 2차 회로부(20')의 전류가 1차 회로부(10)에서 역극모드로 유도되어서 전기가 안정적으로 회생할 수 있도록 한다.
전력변환장치에서 역극모드에 대한 전기회생을 진행할 경우에도 도 8(a) 및 도 8(c)에서 보인 바와 같이 ZVS 단계를 통해 안정된 회생이 이루어질 수 있도록 한다.
도 9는 본 발명에 따른 전력변환장치가 구성된 회로의 다른 모습을 개략적으로 도시한 회로도인 바, 이를 참조해 설명한다.
본 발명에 따른 실시 예에서는 LC필터를 구성하면서 필터링 기능을 수행하는 캐패시터(27a, 27b)로 유극성 캐패시터(27a, 27b)가 적용된다. 여기서, 전력변환장치의 2차 회로부(20")에 구성되는 유극성 캐패시터(27a, 27b)는 제5 내지 제8스위치(21, 22, 23, 24)와 전기적으로 병렬 배치된다.
일반적으로 무극성 캐패시터는 극성을 갖지 않으므로 회로 구성에 부담이 없는 장점 대신, 용량이 작고 가격이 비싼 단점이 있다. 결국, 본 발명에 따른 전력변환장치가 대용량의 충방전기 등에 적용되어야 할 경우엔 적지 않은 개수의 무극성 캐패시터를 전력변환장치에 구성시켜야 하는 부담이 있는 것이다. 따라서 전력변환장치는 부피가 커지고 제작단가가 증가하는 문제가 있다.
한편, 유극성 캐패시터(27a, 27b)는 극성을 가지므로 회로 구성에 부담이 있다는 단점 대신, 용량이 크고 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 따라서 본 발명에 따른 실시 예에서는 대용량의 용량이 요구되는 충방전기에 유극성 캐패시터(27a, 27b)를 적용하고, 전류의 가이드를 위해서 유극성 캐패시터(27a, 27b) 별로 안내다이오드(26a, 26b)를 병렬 배치한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 제1 유극성 캐패시터(27a)와 제2 유극성 캐패시터(27b)은 동일한 극성이 서로 마주하도록 전기적으로 직렬 연결되고, 제1안내다이오드(26a)는 제1 유극성 캐패시터(27a)의 극성 방향과 역방향이 되도록 전기적으로 병렬 연결되며, 제2안내다이오드(26b)는 제2 유극성 캐패시터(27b)의 극성 방향과 역방향이 되도록 전기적으로 병렬 연결된다. 결국, 제1 유극성 캐패시터(27a)를 통과한 전류는 제2 유극성 캐패시터(27b)를 대신해서 제2안내다이오드(26b)를 통과하고, 제2 유극성 캐패시터(27b)를 통과한 전류는 제1 유극성 캐패시터(27a)를 대신해서 제1안내다이오드(26a)를 통과한다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10; 1차 회로부 11; 제1스위치 12; 제2스위치
13; 제3스위치 14; 제4스위치 15a,25a,25b; 인덕터
20,20',20"; 2차 회로부 21; 제5스위치 22; 제6스위치
23; 제7스위치 24; 제8스위치 15b,25c; 캐패시터
26a,26b; 제1,2안내다이오드 27a,27b; 제1,2 유극성캐패시터
30; 트랜스 40; 부하 50,50'; 제어모듈
60; 극성조정기 61; 극성센서
62,63,64,65; 제1 내지 제4조정스위치부
PW; 직류전원

Claims (5)

  1. 제1 내지 제4스위치가 풀 브리지 회로를 이루는 1차 회로부; 서로 짝을 이루며 전기적으로 각각 직렬 연결된 제5,7스위치와 제6,8스위치가 전기적으로 병렬 연결되고, 전류의 필터링을 위해 인덕터와 캐패시터로 구성된 LC필터를 갖춘 2차 회로부; 및 상기 1차 회로부와 2차 회로부 간의 전기 유도를 매개하도록 연결되되, 상기 제5,7스위치와 제6,8스위치의 각 배치라인에 상기 2차 회로부와의 연결을 위한 양극(兩極) 전선이 각각 전기적으로 연결되는 트랜스;를 포함하는 양방향 양극성 전력변환장치에 있어서,
    상기 2차 회로부에 구성된 캐패시터는 상기 제5,7스위치 또는 제6,8스위치와 전기적으로 병렬 배치되고, 상기 캐패시터는 극성을 갖는 제1 유극성 캐패시터와 제2 유극성 캐패시터로 구성되되;
    상기 제1 유극성 캐패시터와 제2 유극성 캐패시터는 동일한 극성이 서로 마주하도록 전기적으로 직렬 연결되고, 상기 제1 유극성 캐패시터에는 제1안내다이오드가 상기 제1 유극성 캐패시터와는 역방향의 극성 방향으로 배치되어 전기적인 병렬 연결을 이루고, 상기 제2 유극성 캐패시터에는 제2안내다이오드가 상기 제2유극성 캐패시터와는 역방향의 극성 방향으로 배치되어 전기적인 병렬 연결을 이루는 것을 특징으로 하는 양방향 양극성 전력변환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제5,7스위치와 제6,8스위치의 각 배치라인에 상기 인덕터가 각각 배치되고, 상기 양극 전선은 각각 상기 제5,7스위치 및 제6,8스위치와 해당 인덕터 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 양극성 전력변환장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제8스위치는 FET(Field Effect Transistor) 또는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)인 것을 특징으로 하는 양방향 양극성 전력변환장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101031217B1 (ko) 2009-10-21 2011-04-27 주식회사 오리엔트전자 고정 시비율로 동작하는 ｌｌｃ 공진 컨버터를 사용한 2단 방식 절연형 양방향 ｄｃ／ｄｃ 전력변환기
KR101066093B1 (ko) 2009-09-16 2011-09-20 전남대학교산학협력단 양방향 전력수수가 가능한 무정전 전원장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101066093B1 (ko) 2009-09-16 2011-09-20 전남대학교산학협력단 양방향 전력수수가 가능한 무정전 전원장치
KR101031217B1 (ko) 2009-10-21 2011-04-27 주식회사 오리엔트전자 고정 시비율로 동작하는 ｌｌｃ 공진 컨버터를 사용한 2단 방식 절연형 양방향 ｄｃ／ｄｃ 전력변환기

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE 논문(제목: Matrix Converters: A Technology Review), 논문발표 2002년 4월 *
IEEE 논문(제목: Matrix Converters: A Technology Review), 논문발표 2002년 4월*
WIEN 대학교 박사학위 논문(제목: Modeling and Optimization of Bidirectional Dual Active Bridge DC-DC Converter Topologies), 논문발표 2010년 *
WIEN 대학교 박사학위 논문(제목: Modeling and Optimization of Bidirectional Dual Active Bridge DC-DC Converter Topologies), 논문발표 2010년*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108627700A (zh) * 2018-03-08 2018-10-09 新疆威尔电子科技有限公司 直流电阻双极自动检测装置及其应用

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