KR102282679B1 - 다이렉트 전기차 충전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기차 충전기에 관한 것으로, 고압 배전변압기의 출력을 정류한 후 간단한 비절연형 dc/dc 컨버터를 이용하여 충전 전류와 전압을 제어함으로서 고효율, 저원가의 전기차 급속 충전기를 제공하는 것이다.

Description

다이렉트 전기차 충전기{Direct Charging Device for Electric Vehicle}
본 발명은 전기차 급속충전기에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 고압 배전변압기의 출력을 정류한 후 간단한 비절연형 dc/dc 컨버터를 이용하여 충전 전류와 전압을 제어함으로서 고효율, 저원가의 전기차 급속 충전기를 제공하는 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
지금까지 인류가 살아가는 데 있어서 화석에너지가 에너지원의 대부분을 차지하고 있었다. 하지만, 화석에너지는 그 매장량이 유한하고 그것을 소비함에 따라 많은 공해가 발생한다는 점에서 사용상의 문제점이 있었다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위해서 화석에너지 대신에 배터리에 저장된 에너지를 이용해서 동력을 얻는 전기차에 대한 수요와 공급이 급증하고 있다. 이에 따라서 전기차 충전기 시장도 급속히 증가하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 전기차 충전기는 배전라인에서 고압 배전변압기를 통해서 표준 저전압(220V, 380V, 등)으로 전압을 변환한 다음에 그 전압을 정류하고 절연형 dc/dc 컨버터를 사용하여 충전기를 구성한다. 한편, 전기차 충전기는 입출력간에 반드시 전기적인 절연이 되어야 하기 때문에 절연형 dc/dc 컨버터를 사용할 수밖에 없다.
이와 같은 종래의 전기차 충전기 구조는 배전변압기 손실, 저압단에 ACB, CB, 등의 차단기 손실, 저압 케이블에 큰 전류가 흐름으로서 발생하는 손실, 정류기, 절연형 dc/dc 컨버터 손실, 등을 모두 합하면 전체 효율이 90% 정도 밖에 안되는 문제가 있다. 또한 여러 단계를 거치면서 충전기의 제조원가가 많이 올라가는 문제도 있다.
또한, 최근에는 전기차의 배터리 에너지를 배전라인으로 회생시켜서 계통의 안정화를 꾀하는 Vehicle-to-Grid(V2G)에 대한 기능이 요구되기도 하는데 기존의 충전기는 그 기능이 없다.
본 고안은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 충전기의 효율을 최대한 높이고 원가를 줄여서 고효율, 저원가의 전기차 충전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 일 실시예에 따른 전기차 충전기는 전기차 충전기의 필수 조건인 입출력간 전기적인 절연을 배전변압기의 절연기능을 이용하고 배전변압기 출력에 정류기 및 비절연형 dc/dc 컨버터를 사용함으로서 원가를 줄이고 효율을 극대화 할 수 있는 다이렉트 충전기를 제시한다. 전기차 충전기의 누설전류 사양을 만족시키기 위해서 배전변압기의 2차권선은 인접한 물체와 스트레이 커패시턴스가 작게 설계되어야 하고 상기 정류기는 다이오드 정류기처럼 고주파 스위칭을 하지 않는 형태의 정류기 이어야 한다.
또한, 본 실시예에 따른 전기차 충전기는 배전변압기를 전기차 충전기 전용 변압기로 만들어 출력전압을 표준전압인 220V, 380V 등 저전압 대신에 최근의 전기차 배터리 전압에 맞추어 500~600V 정도의 높은 전압을 채택함으로서 배전변압기 후단의 차단기, 케이블, 등의 원가를 줄이고 손실도 줄일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전기차 충전기는 V2G를 위한 에너지 회생시에도 고주파 스위칭 ac/dc 컨버터를 사용하지 않고 다이오드 정류기처럼 회생하는 방법을 제시한다.
본 고안의 일 실시예에 따른 전기차 충전기는 배전변압기와 간단한 다이오드 정류기 및 비절연형 dc/dc 컨버터를 사용함으로서 원가를 획기적으로 줄이고 효율을 극대화 할 수 있다.
또한, 본 고안의 일 실시예에 따른 전기차 충전기에 의하는 경우 V2G를 위한 회생형 충전기능도 고효율로 구현이 가능한 장점을 갖는다.
도 1은 종래의 전기차 충전기 구성도이다.
도 2는 본 고안에 따른 다이렉트 전기차 충전기 구성도이다.
도 3은 종래의 배전변압기의 구성도이다.
도 4는 다이렉트 전기차 충전기를 위한 배전변압기 내부 구성도1이다.
도 5는 다이렉트 전기차 충전기를 위한 배전변압기 내부 구성도2이다.
도 6은 다이렉트 전기차 충전기를 위한 배전변압기 내부 구성도3이다.
도 7은 다이렉트 충전기에서 12-pulse 정류를 위한 배전변압기의 2차권선 구성도이다.
도 8은 다이렉트 충전기에서 Active Filter와 ESS와 태양광 발전 기능을 부가하기 위한 배전변압기의 2차권선 구성도이다.
도 9는 비절연 dc/dc 컨버터를 위한 벅 컨버터와 부스터 컨버터의 구성 및 동작원리 설명도이다.
도 10은 다이오드 정류기와 LC 필터와 벅 컨버터를 포함하는 다이렉트 충전기 구성도(a)와 동작파형(b)이다.
도 11은 다이오드 정류기와 LC 필터와 양방향 벅 컨버터를 포함하는 다이렉트 충전기 구성도(a)와 동작파형(b)이다.
도 12는 양방향 벅(buck) 컨버터 출력에 양방향 부스터(boost) 컨버터를 추가하여 양방향 벅-부스터 컨버터를 구성하되 인덕터를 서로 공유하도록 하는 구성을 보여준다.
도 13은 3상 정류기 후단에 양방향 부스터 컨버터와 양방향 벅 컨버터를 차례로 연결하여 양방향 부스터-벅 컨버터 구성(a)과 동작파형(b), (c)를 보여준다.
도 14는 벅-부스터 컨버터에서 영전압 스위칭을 위한 보조회로1의 구성도를 보여준다.
도 15는 단방향 벅-부스터 컨버터에서 영전압 스위칭을 위한 보조회로2의 구성도(a)와 동작파형을 보여준다.
도 16은 양방향 벅-부스터 컨버터에서 단방향 전력변환을 할 때에 영전압 스위칭을 위한 보조회로2의 구성도를 보여준다.
도 17은 양방향 벅-부스터 컨버터에서 양방향 전력변환을 할 때에 영전압 스위칭을 위한 보조회로3의 구성도를 보여준다.
도 18은 양방향 부스터-벅 컨버터에서 영전압 스위칭을 위한 보조회로2의 구성도(a)와 동작파형(b)을 보여준다.
도 19는 양방향 부스터-벅 컨버터에서 영전압 스위칭을 위한 보조회로3의 구성도를 보여준다.
도 20은 V2G를 위한 양방향 전력변환이 가능한 정류회로 구성도(a)와 동작파형(b)을 보여준다.
도 21은 V2G를 위한 양방향 전력변환이 가능한 정류회로에서 스위칭 오브랩(overlap)이 발생시의 동작파형을 보여준다.
도 22는 V2G를 위한 양방향 전력변환이 가능한 정류회로에서 스위칭 데드타임을 주기위한 수동 클램프회로 구성(a)과 동작파형(b)을 보여준다.
도 23은 V2G를 위한 양방향 전력변환이 가능한 정류회로에서 스위칭 데드타임을 주기위한 능동 클램프회로 구성을 보여준다.
도 24는 V2G를 위한 양방향 전력변환이 가능한 다이렉트 충전기의 dc-link단에 부착하는 ESS와 태양광발전장치를 적용한 구성을 보여준다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 첨부된 도면들에서 구성 또는 작용에 표기된 참조번호는, 다른 도면에서도 동일한 구성 또는 작용을 표기할 때에 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 종래의 전기차 충전기 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 전기차 충전기(100)는 배전라인(101)에서 배전변압기(distribution transformer, 102)를 통해서 표준 저전압(220V, 380V 등)으로 전압을 변환한 다음에 그 전압을 입력으로 하여 정류기(rectifier, 110)와 전기적인 절연과 충전전류 제어를 위한 절연형 dc/dc 컨버터(isolated dc/dc conv, 120)를 사용하여 충전기를 구성한다. 이는, 전기차 충전기에 있어서 입출력 간에 전기적인 절연이 필수적으로 요구되기 때문이다. 배전라인 전압은 국가마다 다양하다. 한국의 경우에 22.9kV이고 미국은 13.8kV를 사용한다. 그러나, 대개는 10kV에서 30kV 범위의 전압을 사용한다. 수용가 내의 배전라인의 경우에는 3kV에서 10kV 범위의 전압을 사용한다.
한편, 도 1에 다 도시되지는 않았지만 일반적으로 종래의 전기차 충전기(100)의 구조에 의하는 경우 배전변압기(102) 앞단에는 VCB(고압차단기)와 퓨즈, 전력량계, 등이 포함되고, 배전변압기 후단에는 ACB(저압차단기)가 포함되고, 여러개의 CB(차단기)를 거쳐서 여러 부하로 갈라지고 저압케이블로 충전기까지 끌고 가기 때문에 여러 가지 저압 대전류 전력기기들로 인해서 단가가 올라가고 저압 대전류로 인해서 효율이 떨어진다는 문제점이 존재한다.
더욱이, 정류기(110)는 역률을 개선하기 위해서 역률개선회로가 추가되고 역방향 전력변환은 어려운 구조가 대부분이다.
이 밖에도, 역방향 전력변환이 가능하게 하기 위해서는 PWM ac/dc 컨버터를 사용하여야 하는데 손실도 많고 가격이 비싼 단점을 갖는다.
절연형 dc/dc 컨버터 또한 복잡하고 효율이 낮고 원가가 비싼 단점을 갖는다.
역방향 전력변환이 되는 절연형 dc/dc 컨버터 구성은 더 복잡하고 원가가 높아진다.
한편, 최근 전기차 배터리는 점점 더 용량이 커지고 있으며 전류용량을 늘리는 대신에 전압을 올리는 방향으로 가고 있다. 이에, 종래의 배터리는 380Vdc 클래스가 주종이었으나 최근에는 점점 높아져 800Vdc 클래스가 주종을 이루고 있다. 배터리 전압을 올리는 이유는 차량내에서 구동 인버터나 모터의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 급속 충전시에 충전 케이블과 충전 커넥터의 발열을 줄이기 위해서 전류를 줄이고 전압을 높이는 것이 유리하기 때문이다.
배터리 전압이 800V 클래스로 가면 충전기의 입력전압도 따라서 올리는 것이 효율적이지만 배전변압기 출력전압은 다른 부하와 같이 사용하기 때문에 3상 220V나 3상 380V를 그대로 사용할 수밖에 없으며, 이는 충전기 입력단의 차단기나 저압 케이블로 많은 전류가 흘러서 더 많은 손실이 발생하고 원가는 더 올라가는 단점을 갖는다.
예컨대, 최근 기술로 구현된 충전기에서 배전라인에서 전기차까지 전체 효율을 계산하면 대략 90% 정도밖엔 되지 않는다.
종래의 충전기 효율 = 배전변압기(99%) + 저압기기/케이블(97%) + 정류기(98%) + dc/dc 컨버터(96%) = 90%
도 2는 본 발명에 따른 다이렉트 전기차 충전기(200) 구성도를 보여준다.
본 발명의 경우 충전기에서 요구되는 전기적인 절연은 배전변압기의 절연기능을 활용한다. 따라서 본 발명에 따른 충전기는 배전변압기(102)와 다이오드 정류기(210), 비절연형(non-isolated) dc/dc 컨버터(220)로 간단하게 구성이 된다.
예컨대, 배전변압기(102)는 1차권선이 고압차단기를 통해 고압 배전라인(101)에 연결되고 하나 이상의 독립된 2차권선이 저압 출력단으로 연결된다. 배전라인의 전압은 10kV보다는 높고 30kV 보다는 낮다.
하나 이상의 배전 변압기(102)의 출력단 각각에 차단기가 연결되며, 각각의 차단기 출력에는 저압 케이블(low voltage cable, 103)이 연결된다. 여기서, 저압 케이블(103)은 배전변압기와 정류기를 연결시키는 케이블로서 케이블과 주변의 대지, 도체, 유전체, 또는 다른 2차원 케이블간에 스트레이 커패시턴스(Cs5)가 있어서 이것을 통해서 누설전류가 발생할 수 있다. 전기차 충전기는 입출력간에 절연이 충분히 커서 누설전류가 특정 값 이하가 되어야 하는데 상기의 스트레이 커패시턴스가 크면 상기 누설전류 규격을 만족시키지 못 할 수 있다. 따라서, 상기 스트레이 커패시턴스를 줄일 수 있도록 상기 저압케이블과 주변의 대지, 도체, 유전체, 또는 다른 2차원 케이블간에 거리를 최대한 이격해서 설치하여야 한다.
충전케이블(104)은 비절연형 dc/dc 컨버터와 충전 커넥터 사이를 연결시키는 케이블로서 케이블과 주변의 대지, 도체, 또는 유전체 간에 스트레이 커패시턴스(Cs6)가 있어서 이것을 통해서 누설전류가 발생할 수 있다. 여기서도, 상기 스트레이 커패시턴스를 줄일 수 있도록 상기 충전케이블과 주변의 대지, 도체, 또는 유전체 간에 거리를 최대한 이격해서 설치하여야 한다.
각각의 저압 케이블(103)의 끝단에는 정류기(210)가 연결되며, 각각의 정류기(210)의 출력에는 비절연형 dc/dc 컨버터(220)가 연결된다. 각각의 비절연형 dc/dc 컨버터(220) 출력단에는 충전케이블(charging cable, 104)과 충전커넥터(charging connector, 105)가 연결된다.
상기 정류기는 다이오드 정류기로 구현될 수 있고, 상기 비절연형 dc/dc 컨버터(220)는 충전 제어기(230)를 통해 출력 전류와 전압이 제어될 수 있다. 본 발명에 따른 전기차 충전기는 고압 배전라인(101)을 집적 입력으로 이용함에 따라 여기에서는 다이렉트 충전기라고 부르기로 한다.
한편, 도 2에서는 도시되지 않았지만, 전기차 충전기는 각각의 정류기의 출력단에 고주파 리플 제거를 위한 50uF 이내의 커패시터 필터를 추가할 수 있다.
또한, 전기차 충전기는 정류기와 비절연형 dc/dc 컨버터 사이에 LC 필터가 추가될 수 있다.
상기 저압차단기, 상기 저압케이블, 등의 손실을 최소화하기 위해서는 상기 배전변압기 출력전압을 올리는 것이 유리하다. 그러나, 상기 정류기와 비절연형 dc/dc 컨버터에 사용이 되는 전력 반도체소자의 전압정격이 1200Vdc가 주종을 이루고 있기 때문에 배전변압기 출력전압은 600V 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 최근의 전기차 배터리 전압이 800Vdc 표준으로 바뀌어 감에 따라서 상기 정류기 및 상기 비절연형 dc/dc 컨버터의 효율을 극대화하기 위해서는 배터리 전압과 상기 배전변압기의 출력전압을 비슷하게 맞추는 것이 바람직하다. 상기 800Vdc 배터리의 전압범위는 대략 600~900Vdc 범위를 가지기 때문에 배전변압기 출력전압을 500V~600V 범위로 하는 것이 가장 효율적이다. 왜냐하면 500~600V 교류전압을 정류하면 675~810Vdc가 되기 때문이다. 배전변압기 출력전압의 범위를 조금 더 넓게 하더라도 380~800V 정도가 적절하다.
본 실시예의 경우 대용량 배전변압기(102)에 여러 개의 2차권선을 감고 각각의 출력에 정류기(210), 비절연형 dc/dc 컨버터(220)를 붙여서 여러 대의 충전기를 구성할 수 있다. 220V나 380V 표준전압을 필요로 하는 부하가 있는 경우에 그에 맞는 별도의 2차권선을 감아서 사용한다.
배전변압기(204) 앞단에는 고압차단기(VCB)가 붙고 후단에는 2차권선이 여러 개로 나눠져 있어서 굳이 대용량 저압차단기(ACB)를 사용할 필요가 없고 2차권선 출력단 각각에 간단한 차단기(CB)를 사용할 수 있어서 대용량 차단기와 같은 전력기기를 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 배전변압기(204)의 2차 출력전압이 500V~600V로 높아짐에 따라서 차단기나 전력케이블의 가격을 대폭 줄일 수 있고 손실도 대폭 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
이로 인해, 정류기(210)와 비절연형 dc/dc 컨버터(220)로 구성되는 본 발명에 따른 전기차 충전기(200)의 구성에 의하는 경우 종래의 충전기(100) 구성보다 매우 간단해서 원가가 낮고 효율이 높다.
즉, 배전라인(101)에서 전기차까지 충전기 전체 효율을 계산해보면 아래와 같이 95% 정도가 되고 종래의 충전기에 비해서 5% 정도 높아서 에너지 절약에도 큰 도움을 줄 수 있다.
다이렉트 충전기 효율=배전변압기(98.5%)+저압기기/케이블(99%)+정류기(99.5%)+dc/dc 컨버터(98%) = 95%
한편, 본 발명의 전기차 충전기와 같은 다이렉트 충전기는 V2G(Vehicle-to-Grid)를 위한 양방향 전력변환도 용이한 장점을 갖는다. 이에, 본 발명에 따른 전기차 충전기(200)는 새롭게 건설되는 전기차 충전스테이션, 전기버스 차고지 충전스테이션, 새로운 빌딩 건축시 주차장 충전스테이션, 야외주차장 충전스테이션, 고속도로 휴게소 충전스테이션, 등에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 3은 종래의 배전변압기의 구성을 보여준다.
도 3을 참조하면, 종래의 배전변압기는 코어(300) 외곽에 저압 절연층이 있고 그 외곽에 2차권선을 감고, 그 외곽에 고압 절연층이 있고, 그 외곽에 1차권선을 감고 그 외곽에 고압 절연층이 구성된다. 2차권선의 단자는 코어와 인접해서 상부로 뽑고, 1차권선의 단자는 측면에서 주로 뽑는다.
좀 더 상세하게 설명하면 종래의 변압기는 접지가 된 코어(300)를 중심으로 코아 외곽에 얇은 절연층(310)이 있고 그 외곽에 2차권선(320)이 있고, 그 외곽에 두꺼운 고압 절연층(330)이 있고 그 외곽에 1차권선(340)이 감긴다.
종래의 배전변압기에서 코어는 접지를 시키고, 2차권선(320)은 코어(300)와 인접하기 때문에 양단에 스트레이(stray) 커패시턴스(Cs1)가 크고, 1차권선(340)과도 스트레이(stray) 커패시턴스(Cs2)가 있다. 하우징(360)도 접지가 되는데 2차권선(320)과 하우징(360) 사이에도 스트레이(stray) 커패시턴스(Cs4)가 존재한다. 이는, 2차권선(320)의 전위가 급격하게 변하면 스트레이 커패시턴스를 통해서 누설전류가 많이 흐를 수 있어서 충전기 사양을 맞추기 어려울 수 있다.
도 4는 다이렉트 전기차 충전기를 위한 배전변압기 구조를 보여준다.
다이렉트 충전기용 배전변압기는 중심에 코어가 있고 코어는 접지가 된다. 코어 외곽에 저압 절연층이 있고 그 외곽에 여러개의 2차권선을 감되 한층에 하나씩 감고 각층 사이에 절연층을 둘 수 있다. 2차권선 각각의 터미널은 상부로 뽑을 수 있다. 2차권선 외곽에 고압 절연층을 두고 그 외곽에 1차권선을 감고 최 외곽에 고압 절연층을 두고 1차권선의 터미널은 최 외곽 절연층 밖에 둔다. 하나 이상의 2차권선(320) 각각의 전위가 자유롭게 변할 수 있도록 2차권선과 2차권선(Cs3), 2차권선과 코어(Cs1), 2차권선과 1차권선(Cs2), 2차권선과 하우징(Cs4) 사이의 스트레이 커패시턴스가 특정 값 이하가 되도록 충분히 이격배치되어 구성된다. 스트레이 커패시턴스의 특정 값은 누설전류의 크기에 따라서 결정된다. 2차권선과 코어 사이의 스트레이 커패시턴스가 가장 크기 때문에 저압절연층의 두께는 절연전압보다 더 큰 두께를 필요로 할 수 있다.
도 5는 다이렉트 전기차 충전기를 위한 배전변압기의 다른 구조를 보여준다. 하나의 2차권선을 별도의 보빈에 감고 여러 개의 보빈을 하나씩 끼워서 적층하여 2차권선을 구성할 수 있다. 이 경우에 1차권선과 2차권선 사이의 누설 인덕턴스가 커질 수 있는 단점을 갖는다. 이때에도 하나 이상의 2차권선(430) 각각이 변압기 코어(300), 1차권선(340), 다른 2차권선, 또는 변압기 외함과의 사이에 스트레이 커패시턴스가 특정 값 이하가 되도록 설계될 수 있다.
도 6은 다이렉트 전기차 충전기를 위한 배전변압기의 또 다른 구조를 보여준다. 1차권선이 안쪽에 감기고 2차권선이 외곽에 감기는 구성이다. 이 경우에 코어와 1차권선 사이에 고압절연층을 두어야 하고 1차권선 외곽에도 고압 절연층을 두어야 하기 때문에 부피가 커질 수 있다. 그러나, 2차권선이 최 외곽에 감기기 때문에 2차권선의 수가 많을 경우에 2차권선의 터미널을 뽑기가 용이할 뿐만 아니라 2차권선과 코어, 특정 2차권선과 1차권선간에 스트레이 커패시턴스를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 다이렉트 충전기에 12-pulse 정류를 위한 배전변압기의 2차권선 구성도이다. 도 7을 참조하면, 다이렉트 충전기용 배전변압기에서 짝수개의 2차권선을 감되 동일한 출력전압을 갖는 Y-결선(380)과 △-결선(410)을 반반씩 감고, Y-결선과 △-결선을 하나씩 뽑아서 각각에 정류기(210), 비절연형 dc/dc 컨버터(220)를 연결하고, 출력단을 병렬로 묶고 충전 제어기(231)가 2개의 비절연형 dc/dc 컨버터의 전류를 동일하게 제어함으로서 12-펄스 정류기를 구성하여 입력 역률을 개선하는 것을 보여준다.
도 8은 다이렉트 충전기용 배전변압기에서 충전기를 위한 2차권선 외에 별도의 추가적인 2차권선을 감고 그 출력단에 3상 AC/DC 컨버터(510)를 부착하고 dc-단에 배터리(530)를 연결함으로서 Active Filter와 Energy Storage 기능을 구현할 수 있고 dc-단에 추가적으로 태양광발전장치(520)를 부착하여 태양광발전 기능을 구현 할 수 있는 것을 보여준다.
도 9는 대표적인 비절연형 dc/dc 컨버터인 벅 컨버터(630)와 부스터 컨버터(640)의 구성과 동작원리를 보여준다.
도 9(a)에서 볼 수 있듯이 상기 벅 컨버터(630)는 입력전원 양단에 2개의 스위치가 직렬로 연결되어 구성되는 벅 스위치(610)가 연결되고 벅 스위치 중간지점에 인덕터(L)의 일단이 연결 되고 인덕터(L)의 타단은 출력 커패시터의 (+)단자에 연결되고 입력전원의 (-)단자와 출력커패시터의 (-)단자가 서로 연결되어 구성된다. 상기 벅 스위치는 2개의 스위치가 교대로 켜지며 상단 스위치(Sa)가 켜지면 인덕터(L) 양단에 Vin-Vo 만큼의 전압이 걸려서 인덕터 전류가 증가하고 하단의 스위치(Sb)가 켜지면 인덕터(L) 양단에 -Vo 만큼의 전압이 걸려서 인덕터 전류는 감소하게 된다. 인덕터 전류가 증가하는 모드를 파워링모드(powering mode)라고 하고 인덕터 전류가 감소하는 구간을 환류모드(freewheeling mode)라고 한다. 상기 벅 컨버터의 출력전압은 파워링모드와 환류모드의 비율(d.buck)에 의해서 선형적으로 변한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
<수학식 1>
Vo = d.buck * Vin
도 9(a)에서 볼 수 있듯이, 상기 부스터 컨버터는 출력 커패시터 양단에 2개의 스위치가 직렬로 연결되어 구성되는 부스터 스위치(620)가 연결되고 부스터 스위치 중간지점에 인덕터(L)의 일단이 연결 되고 인덕터(L)의 타단은 입력전원의 (+)단자에 연결되고 입력전원의 (-)단자와 출력 커패시터의 (-)단자가 서로 연결되어 구성된다. 상기 부스터 스위치는 2개의 스위치가 교대로 켜지며 하단 스위치(Sc)가 켜지면 인덕터(L) 양단에 Vin 만큼의 전압이 걸려서 인덕터 전류가 증가하고 상단 스위치(Sd)가 켜지면 인덕터(L) 양단에 Vin-Vo 만큼의 전압이 걸려서 인덕터 전류는 감소하게 된다. 인덕터 전류가 증가하는 모드를 파워링모드(powering mode)라고 하고 인덕터 전류가 감소하는 구간을 환류모드(freewheeling mode)라고 한다. 상기 부스터 컨버터의 출력전압은 파워링모드와 환류모드의 비율(d.boost)에 의해서 아래의 수학식과 같이 결정된다.
<수학식 2>
Vo = Vin/(1-d.boost)
도 9의 (b)는 상기 벅 컨버터 또는 부스터 컨버터에서 순방향 전력변환이 되는 경우에 스위치 구조를 보여준다. 단방향 벅 스위치(611)는 순방향 능동스위치(Sa)와 역방향 다이오드(Db)가 직렬로 연결되어 구성이 되고 단방향 부스터 스위치(621)는 역방향 다이오드(Dd)와 순방향 능동스위치(Sc)가 직렬로 연결되어 구성이 된다.
도 9의 (c)는 상기 벅 컨버터 또는 부스터 컨버터에서 양방향 전력변환이 되는 경우에 스위치 구조를 보여준다. 양방향 벅 스위치(612)는 능동스위치(Sa)와 역병렬 다이오드(Da)로 구성이 되는 스위치1(613) 2개가 직렬로 연결이 되어 구성이 되고 양방향 부스터 스위치(622)도 동일하게 스위치1(613) 2개가 직렬로 연결이 되어 구성이 된다. 상기 벅 스위치 또는 부스터 스위치에서 능동스위치로 사용될 수 있는 소자는 Transistor, IGBT, MOSFET, 등이 될 수 있다.
도 10(a)는 다이렉트 충전기에 있어서 정류기(650)와 비절연형 dc/dc 컨버터(220)를 구현하는 일 실시예로 3상 입력전원(600) 즉, 배전변압기 출력전압에 3상 다이오드 정류기(650)와 LC필터(660)가 연결되고 그 후단에 단방향 벅 컨버터(631)가 연결되어 구성되는 것을 보여준다.
상기 정류기(650)는 스위칭을 하지 않는 단순히 3상 전원을 정류하는 정류기이다. 고주파 스위칭하는 PWM 컨버터 같은 것은 사용하기 힘들다. 왜냐하면 고주파 스위칭에 의해서 변압기 2차권선의 전위가 순간적으로 크게 변하기 때문에 많은 누설전류가 발생할 수 있기 때문이다. 보통 전기차 충전기는 전기차와 연결되는 출력단이 입력단과 완전히 절연되어 있고 출력단 커패시터 2개 직렬로 구성한 다음 그 중간전압을 접지로 잡기 때문에 상기의 3상 다이오드 정류기와 비절연형 dc/dc 컨버터 구성에서는 2차권선의 1개 상과 정류기의 (-)단자와 비절연형 dc/dc 컨버터의 (-)단자들이 모두 연결되어 있어서 배전변압기 2차권선의 전위가 순간적으로 변하지 않고 정류전압의 300Hz 또는 360Hz 리플에 따라서 서서히 변하기 때문에 누설전류가 많이 발생하지 않는다.
도 10(b)는 본 발명에 따른 다이오드 정류기(650)의 입력전압(Va)과 입력전류(Ia), 다이오드 정류기 출력전압, LC 필터(660) 인덕터 전류, 후단의 벅 컨버터(631)의 듀티비의 파형을 보여준다.
일반적인 경우에 다이오드 정류기 출력단 LC 필터는 LC 필터의 컷오프 주파수(fc)가 상기 다이오드 정류기(650) 출력전압의 리플 주파수(입력 전원 주파수의 6배)의 1/10 이하가 되도록 한다.
LC 필터의 컷오프 주파수를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
<수학식 3>
Figure 112021053089776-pat00001
필터 커패시터 전압의 리플전압을 10% 이내로 하기 위해서 LC 필터의 컷오프 주파수 fc=1/20*(정류기 출력 리플전압의 주파수) 정도만 되게 하더라도 입력전원의 주파수가 50Hz나 60Hz 이기 때문에 LC 필터는 대략 5mH의 인덕터와 5mF의 커패시터가 되어야 하는데 이는 LC 필터의 사이즈와 무게가 엄청나게 큰 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 LC 필터의 특징은 다이오드 정류기(650)의 출력전압 리플(입력 전원 주파수의 6배 주파수)을 전혀 필터링하지 않고 후단의 벅 컨버터(631)의 스위칭 리플만을 필터링 한다. 따라서, LC 필터의 출력 커패시터 전압(Vdc)은 상기 다이오드 정류기(631)의 출력전압(Vrec)을 거의 따라간다.
상기 벅 컨버터(631)의 출력전압을 일정하게 제어하면 즉, 일정 전력을 공급하기 위해서는 dc-link 커패시터 전압(Vdc)의 리플과 반대되는 방향으로 벅 컨버터의 듀티비(d.buck)를 제어해야 하고 상기 LC 필터의 인덕터 전류는 상기 다이오드 정류기(650) 전압리플과 반대되는 리플을 갖게 된다. 그것이 입력전원으로 흐르게 되면 도 10(b)와 같이 약간 변형된 6-펄스 파형이 되지만 입력 역률을 0.9에서 크게 떨어뜨리지 않는다.
예를 들어 벅 컨버터(631)의 스위칭 주파수가 80kHz 이라고 할 때, LC 필터의 컷오프 주파수를 벅 컨버터 스위칭 주파수의 1/10이 되게 설계 했을 때, fc=8kHz가 되고 이때, 인덕터와 커패시터 값은 각각 20uH와 20uF이 된다. 종래의 LC 필터보다 0.4% 정도의 용량이 되고, LC 필터의 사이즈와 무게, 원가면에서 획기적인 개선이 있는 것을 볼 수 있다. 또한 LC 필터의 컷오프 주파수가 높음으로 인해서 제어 다이네믹스도 엄청나게 개선이 된다. 상기의 목적을 달성하기 위한 LC 필터의 컷오프 주파수는 후단의 비절연 dc/dc 컨버터 스위칭 주파수의 1/30~1/3 범위로 정하는 것이 적절하다.
LC 필터의 사이즈가 많이 작아짐으로 인해서 3상 입력단에 서지가 발생할 경우에 LC 필터 출력전압이 많이 올라갈 수 있는데 이를 막기 위해서 상기 정류기 출력단에 클램프(clamp) 다이오드와 클램프 커패시터가 직렬로 연결된 과전압 클램프회로를 추가 할 수 있다. 평소에는 클램프 커패시터가 상기 정류기 출력단의 최대치보다 더 높게 충전이 되어 있어서 상기 클램프 다이오드는 항상 꺼져 있고, 입력단에 서지가 발생하게 되면 클램프 다이오드가 켜지게 되고 상기 정류기 출력전압은 상기 클램프 커패시터 전압으로 클램프 되게 되어 과전압을 피할 수 있다. 클램프 커패시터에 에너지가 계속 쌓이지 않도록 상기 클램프 다이오드와 병렬로 방전저항을 달아 주는 것이 바람직하다.
도 11의 (a)는 상기 단방향 벅 컨버터(631)에서 단방향 벅 스위치 대신에 양방향 벅 스위치를 적용한 양방향 전력변환이 가능한 벅 컨버터(632)를 보여준다.
도 11의 (b)는 상기 양방향 벅 컨버터(632) 구성에서 다이오드가 도통할 때에 해당 다이오드와 역병렬로 연결된 능동스위치를 켜서 다이오드로 흐르는 전류를 능동스위치로 돌림으로서 다이오드의 도통전압을 줄이고 도통손실을 줄이는 방법을 보여준다.
다만 스위칭하는 동안에 2개의 능동스위치가 동시에 켜지는 중첩(overlap) 기간이 발생할 경우에 입력전압이 단락이 될 수 있기 때문에 2개의 능동스위치를 교번으로 켜고 끌 때에 2개의 스위치가 모두 꺼지는 일정 데드타임을 주는 것이 바람직하다. 이 경우 능동스위치는 역방향으로 전류가 흐르는 기능이 있는 MOSFET 종류가 될 수 있다. 이런 목적으로 양방향 벅 컨버터이지만 단방향 전력변환에도 많이 사용이 된다.
도 12는 양방향 벅 컨버터 출력단에 양방향 부스터(boost) 컨버터를 붙이되 인덕터(La)를 공유하여 양방향 벅-부스터 컨버터 구성을 보여준다. 충전하고자 하는 배터리 전압의 변동 폭이 넓기 때문에 벅 컨버터만 사용할 경우에 높은 입력전압이 필요로 하고 배터리 전압이 낮은 영역에서 인덕터(La) 전류리플이 커지고 효율이 떨어지는 문제가 있는데 벅-부스터 컨버터로 하게 되면 입력전압을 배터리 전압의 변동 폭의 중간정도에 두고 승압 또는 감압을 하게 되면 가장 효율적으로 충전을 할 수 있게 된다.
입력전압이 배터리 전압보다 높을 때는 벅 컨버터만 동작시키고, 입력전압이 출력전압보다 낮을 때는 부스터 컨버터만 동작시키고, 입력전압과 배터리 전압의 차이가 일정범위 안에 있으면 벅-부스터 컨버터를 모두 동작시키는 것이 바람직하다. 단, 부스터 컨버터만 동작 시킬 때에도 유사시에는 벅 컨버터를 오프하여 충전기 및 부하를 보호할 수 있다.
도 13은 다이렉트 충전기에 있어서 정류기(650)와 비절연형 dc/dc 컨버터를 구현하는 일 실시예로 3상 입력전원에 3상 다이오드 정류기(650)와 그 후단에 양방향 부스터 컨버터(642)와 양방향 벅 컨버터(632)가 차례로 연결하여 양방향 부스터-벅 컨버터의 구성(a)과 그 동작파형(b)(c)를 보여준다. 도13(a)에서 스위치 구조를 단방향 부스터 스위치와 단방향 벅 스위치로 바꾸면 단방향 부스터-벅 컨버터로 구성할 수도 있다. 상기 부스터-벅 컨버터는 부스터 인덕터(Lb)와 dc-link 커패시터(Cdc)의 사이즈를 최소화하기 위해서 두가지 제어방법이 있을 수 있다.
도 13(b)와 같이 정류기 출력전압을 필터링 하기 위해서 부스터 컨버터의 듀티비(d.boost)를 일정 듀티비로 고정하면 dc-link 전압(Vdc)은 정류기 출력전압(Vrec)을 거의 따라가게 되고 후단의 벅 컨버터의 듀티비(d.buck)와 부스터 인덕터(Lb)는 정류기 출력전압의 리플과 반대되는 방향으로 리플을 가지게 되고, 최종 출력전압은 일정하게 제어할 수 있게 된다. 배터리 전압이 정류기 출력전압 보다 낮을 때에 부스터 스위치를 동작시키지 않을 수도 있는데 이 경우 도 10(a)의 정류기-LC필터-벅 컨버터 구조가 되고 동작파형도 도 10(b)와 같게 된다.
도 13(c)는 정류기 출력전압을 필터링 하기 위해서 부스터 컨버터의 출력전압 즉, dc-link 전압을 일정하게 제어하면 부스터 컨버터의 듀티비(d.boost)와 부스터 인덕터(Lb) 전류는 정류기 출력전압(Vrec) 파형과 반대되는 방향으로 리플을 가지게 되고 dc-link 전압이 일정하게 제어되면 최종 출력전압을 일정하게 제어하기 위해서 벅 컨버터의 듀티비(d.buck)도 일정하게 된다.
상기 부스터 컨버터(642)의 출력전압을 일정하게 제어하기 위해서는 입력 ac 전압의 6배에 해당하는 정류기 출력전압의 리플을 필터링 할만큼 큰 용량의 dc-link 커패시터를 사용해야 한다.
3상 입력전압을 충전하고자 하는 배터리 전압의 변동 범위의 중간정도로 정하고 배터리 전압이 정류기 전압(Vrec)보다 낮을 경우에는 벅 컨버터만 동작시키고, 배터리 전압이 정류기 전압(Vrec)보다 높을 경우에는 부스터 컨버터만 동작시키고, 배터리 전압과 정류기 전압(Vrec)의 차이가 일정 범위 내에 있을 경우에는 부스터 컨버터와 벅 컨버터 둘 다를 동작시키는 것이 바람직하다.
또 하나의 제어방법은 부스터 컨버터와 벅 컨버터의 듀티비를 제어함에 있어서 부스터 인덕터(Lb)와 벅 인덕터(Lo)의 전류리플을 최소로 유지하는 방향으로 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우에도 도 12의 양방향 벅-부스터 컨버터와 마찬가지로 단방향 전력변환을 하면서도 다이오드가 도통이 될 때 역병렬 스위치를 켜서 다이오드의 도통손실을 대폭 줄일 수 있다.
도 14는 벅-부스터 컨버터를 영전압 스위칭 하기 위한 보조회로1(700)(a)와 그 동작파형(b)를 보여준다. 영전압 스위칭 보조회로1(700)은 공진인덕터(Lr)와 스위치(Sr)가 직렬로 연결되어 그 양단이 벅 스위치(611) 중간지점과 부스터 스위치(621)의 중간지점 사이에 연결이 되고, 상기 공진인덕터(Lr)와 상기 스위치(Sr)가 연결된 지점과 벅-스위치 양단 사이에 2개의 클램프 다이오드가 각각 연결되어 구성된다. 공진인덕터(Lr)이 부스터 스위치 쪽에 연결이 되고 스위치(Sr)이 벅 스위치 쪽에 연결이 되는 경우에 상기 2개의 다이오드는 부스터 스위치 양단에 연결이 되어 구성이 된다.
도 14(b)에서 보는 봐와 같이 벅 스위치(611)와 부스터 스위치(621)의 능동스위치(Sa, Sc)는 동기가 되어 동시에 켜지고 벅 컨버터의 듀티비 d.buck과 부스터 컨버터의 듀티비 d.boost에 따라서 Sa와 Sc는 꺼지고 Db와 Dd가 켜지게 된다. Sa와 Sc가 꺼질 때에는 스위치 양단에 커패시턴스가 있어서 영전압 스위칭이 되지만 Db와 Dd가 도통 중에 능동 스위치 Sa와 Sc가 켜질 때에는 하드 스위칭을 하게 된다. 보조회로1은 Sa와 Sc가 영전압 스위칭을 할 수 있도록 보조 스위치 Sr을 미리 켜서 공진전류를 증가 시키고 공진전류가 La 전류보다 커지게 되면 Db와 Dd는 꺼지고 스위치 양단의 커패시턴스와 공진인덕터(Lr)이 공진을 하면서 Da와 Dc가 켜지게 된다. 이 때 Sa와 Sc를 켜게 되면 영전압스위칭이 된다. Sa와 Sc가 켜지게 되면 공진인덕터 전류는 선형적으로 감소해 영으로 떨어진다. 공진인덕터 전류가 영이 되면 Sr을 꺼서 보조회로 동작이 완료가 된다.
종래의 벅-부스터 컨버터는 각각 영전압 스위칭 보조회로가 필요했으나 본 발명에서는 하나의 보조회로로 벅 컨버터와 부스터 컨버터 모두 영전압 스위칭이 가능한 장점을 갖는다.
도 15는 전력변환이 단방향으로 이루어지는 경우에 보조회로(710) 구성을 보여준다. 상기 보조회로의 이상적인 스위치 대신에 실제적인 스위치 구성을 보여준다. 상기 이상적인 스위치는 상기 스위치1과 직렬로 다이오드가 연결되어 구성을 할 수가 있다. 보조 스위치의 방향은 부스터 스위치에서 벅 스위치로 전류가 흐르는 방향으로 구성이 된다.
도 16은 도 15의 단방향 벅-부스터 컨버터에서 단방향 벅 스위치와 단방향 부스터 스위치 대신에 양방향 벅 스위치와 양방향 부스터 스위치로 구성이 되고 단방향 전력변환이 되는 경우에 영전압 스위칭 보조회로(710)를 보여준다. 양방향 스위치인 경우에도 전력변환이 단방향이면 영전압 스위칭 보조회로의 구성은 동일하다. 단방향 전력변환이 될 때 Db와 Dd가 켜지는 경우에도 Sb와 Sd를 켜서 Db와 Dd의 도통손실을 줄일 수 있다. 일반적인 경우에는 벅-부스터 컨버터의 스위칭 주기가 끝날 시점에 벅 스위치나 부스터 스위치가 2개의 능동스위치가 동시에 켜져서 단락이 되는 것을 방지하기 위해서 일정 데드타임 동안 Sb와 Sd를 꺼서 Db와 Dd가 켜지게 해놓고 Sa와 Sc를 켜는 방법을 사용한다. 그러나 영전압 스위칭을 하는 경우에는 스위칭 방법이 달라진다. 즉, 벅-부스터 컨버터의 스위칭 주기에 따라서 Sa와 Sc를 영전압으로 켜기 위해서 스위칭 주기 이전에 보조스위치(Si)를 켜서 공진인덕터 전류를 증가시키되 스위칭 주기 끝 부분에 Sb와 Sd를 꺼지 않고 계속 켜둔다. 그러면 공진인덕터 전류를 인덕터(La) 전류보다 더 커지게 할 수 있고 일정크기만큼 커진 후에 Sb와 Sd를 꺼면 공진을 해서 Da와 Dc가 좀 더 오랫동안 켜지게 되어 Sa와 Sc를 영전압으로 켤 수 있는 시간폭이 좀 더 커져서 좀 더 여유있게 영전압 스위칭을 할 수 있다. 반면에 도 15의 단방향 벅-부스터 컨버터의 경우에는 영전압 스위칭을 할 수 있는 시간이 딱 정해져 있어서 그 시간에서 스위칭 시점이 조금이라도 벗어나면 완전한 영전압 스위칭을 할 수 없게 된다.
도 17은 양방향 벅-부스터 컨버터에 있어서 전력변환도 양방향으로 될 때의 영전압 스위칭을 위한 보조회로3(720)의 구성도를 보여준다. 보조회로의 보조스위치가 양방향 전류를 흐릴 수 있고 양방향 전압도 걸릴 수 있도록 양방향 스위치로 구성이 된다.
도 18은 양방향 부스터 컨버터와 양방향 벅 컨버터가 차례로 연결이 되어 양방향 부스터-벅 컨버터의 구성할 때에 영전압 스위칭을 위한 보조회로2의 구성도(a)와 동작파형(b)을 보여준다. 도 15의 벅-부스터 컨버터와 달리 부스터-벅 컨버터의 경우에는 부스터 스위치와 벅 스위치에 흐르는 전류가 서로 다르기 때문에 단방향 부스터 스위치와 단방향 벅 스위치로 구성되는 부스터-벅 컨버터의 경우에는 상기 보조회로2는 사용이 불가능하다. 부스터-벅 컨버터의 경우에는 반드시 양방향 부스터 스위치와 양방향 벅 스위치가 사용이 되어야만 서로 다른 전류가 흐르더라도 영전압 스위칭이 가능해 진다. 부스터-벅 컨버터의 경우에도 마찬가지로 부스터 스위치와 벅 스위치의 스위칭 주기를 동기를 맞추어야 하고 한 스위칭 주기가 끝날 시점까지 Sd와 Sb를 켜 둔다. 한 스위칭 주기가 끝나기 전에 보조스위치(Si)를 켜서 공진인덕터 전류를 증가 시키고 공진인덕터 전류가 부스터 인덕터(Lb) 전류와 벅 인덕터(Lo) 전류 중에서 큰 전류보다 더 큰 전류가 되면 Sd와 Sb를 껀다. Sd와 Sb가 꺼지면 공진인덕터와 스위치 양단의 커패시터가 공진을 하여 Da와 Dc가 켜지고 Sa와 Sc를 영전압으로 켤 수 있게 된다. 공진인덕터 전류가 부스터 인덕터(Lb) 전류와 벅 인덕터(Lo) 전류 중에서 큰 전류보다 일정부분 더 큰 전류가 될 때까지 증가시키면 Sa와 Sc의 영전압 스위칭을 위한 시간 마진은 증가하게 된다.
도 19는 양방향 부스터-벅 컨버터에 있어서 전력변환도 양방향으로 될 때의 영전압 스위칭을 위한 보조회로3(720)의 구성도를 보여준다. 보조회로의 보조스위치가 양방향 전류를 흐릴 수 있고 양방향 전압도 걸릴 수 있도록 양방향 스위치로 구성이 된다.
도 20은 충방전을 위한 양방향 전력변환이 가능한 정류기(800)의 구성(a)과 동작원리(b)를 보여준다. 상기 정류기(800)는 3상 다이오드 정류기(650)에서 각각의 다이오드 양단에 역방향으로 능동스위치가 부착되어 구성된다.
도 20의 (b)는 양방향 정류기(800)의 동작원리를 보여준다. 상기 정류기(800)는 방전시에는 입력 각상의 전압파형이 30도에서 150도까지는 상기 각상의 입력전원에 연결된 해당 스위치 폴에서 위의 능동스위치를 켜고 210도에서 330도까지는 상기 각상의 입력전원에 연결된 해당 스위치 폴에서 아래의 능동스위치를 켜서 전력을 배전계통으로 회생한다.
입력 상전류의 모양은 충전시의 전류 모양과 같고 극성이 반대가 되어있는 것을 볼 수 있다.
도 21은 상기 정류기(800)에서 방전시에 스위칭 시간이 중첩(overlap)이 되었을 때 입력 선간전압이 단락이 되어 도 21과 같이 큰 펄스성 전류가 흐를 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해서 꺼지는 능동스위치와 켜지는 능동스위치 사이에 일정한 데드타임(dead time)을 두면 해결이 가능하다. 그러나, 데드타임 동안에 정류기 출력단에 달려있는 인덕터(Lb)의 전류가 갈데가 없어지고 정류기(800)의 양단전압이 높이 올라가서 소자가 파손되는 문제가 생긴다.
도 22는 상기의 문제점을 해결하기 위해서 정류단의 (+)단자와 (-)단자 사이에 다이오드(Dcl)와 직렬 커패시터(Ccl)로 구성된 클램프회로(clamp circuit)를 연결하고 상기 정류단 전압이 올라가면 다이오드(Dcl)가 켜지고 커패시터(Ccl) 전압에 의해서 정류단 전압이 클램프되고 클램프 커패시터에 쌓이는 클램프 에너지는 방전저항(Rcl)을 통해서 방전시킬 수 있다.
도23은 상기 방전저항(Rcl) 대신에 다이오드와 역병렬로 능동스위치(Scl)을 연결하고 상기 정류단 전압이 올라가면 다이오드가 켜지고 커패시터 전압에 의해서 정류단 전압이 클램프되고 클램프 커패시터에 쌓이는 클램프 에너지는 클램프가 끝나고 상기 다이오드가 커질 때 상기 능동스위치를 켜서 커패시터 전압이 일정하게 유지 되도록 방전시킬 수 있는 것을 보여준다. 이 경우에 방전저항에 의한 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 24는 상기 정류기의 출력단 커패시터 양단에 방향 벅 스위치를 연결하고 그 중간지점에 인덕터(920)의 일단을 연결하고 인덕터의 타단과 출력단 커패시터의 (-)단자 사이에 배터리(910)를 연결하여 에너지를 저장 또는 방출하게 하는 에너지저장장치(900)의 구현 사례를 보여준다. 또한, 양방향 벅 스위치와 인덕터를 하나더 연결하고 인덕터와 출력단 커패시터(Cf) 양단에 태양광 패널을 연결하여 태양광발전도 가능하게 하는 구성이다.
이상, 본 고안을 본 고안의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 고안은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 본 고안이 속하는 기술분야의 당업자는 본 고안이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 고안의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 종래의 전기차 충전기 101: 배전라인 102: 배전변압기
103: 저압 케이블 104: 충전케이블 105: 충전커넥터
110: 정류기 120: 절연형 dc/dc 컨버터
200: 다이렉트 충전기 210: 정류기
220: 비절연형 dc/dc 컨버터 230, 231: 충전제어기
300: 코어 310: 저압 절연층 320: 저압 2차권선
321: 2차권선 보빈 330: 고압 절연층 340: 고압 1차권선
341: 1차권선 보빈
Cs1: 코어-2차권선간 스트레이 커패시턴스
Cs2: 2차권선-1차권선간 스트레이 커패시턴스
Cs3: 2차권선-2차권선간 스트레이 커패시턴스
Cs4: 2차권선-하우징간 스트레이 커패시턴스
Cs5: 저압배전선-대지 또는 인접 도전체간 스트레이 커패시턴스
Cs6: 충전케이블-대지 또는 인접 도전체간 스트레이 커패시턴스
360: 하우징
400: Y-결선 410: △-결선
500: 능동필터-에너지저장장치-태양광 패널 결합장치
510: AC/DC 컨버터 520: 태양광 패널 530: 배터리
600: 3상 입력전원
610: 벅 스위치 620: 부스터 스위치
611: 단방향 벅 스위치 621: 단방향 부스터 스위치
612: 양방향 벅 스위치 622: 양방향 부스터 스위치
630: 벅 컨버터 640: 부스터 컨버터
631: 단방향 벅 컨버터 641: 단방향 부스터 컨버터
632: 양방향 벅 컨버터 642: 양방향 부스터 컨버터
613: 스위치1
650: 정류기, 3상 다이오드 정류기 Cif: 정류기 필터 커패시터
660: LC 필터 Lf: 필터 인덕터 Cf: 필터 커패시터
Sa: 능동스위치 Db: 다이오드 Lo: 벅 인덕터
Co: 출력필터 커패시터 670: 양방향 벅-부스터 컨버터
La: 벅-부스터 인덕터
680: 양방향 벅-부스터 컨버터 Sc: 능동스위치 Dd: 다이오드
Lb: 부스터 인덕터 Cdc: dc-link 커패시터
700: 영전압 스위칭 보조회로1 710: 영전압 스위칭 보조회로2
720: 영전압 스위칭 보조회로3
800: 에너지 회생을 위한 정류기 810: 수동 클램프 회로1
820: 능동 클램프 회로2
900: 에너지저장장치 910: 태양광 발전기

Claims (36)

  1. 전기차를 충전하기 위한 전기차 충전기에 있어서,
    1차권선이 고압 배전라인에 연결되고 하나 이상의 독립된 2차권선이 저압 출력단으로 연결되는 배전변압기;
    상기 배전변압기의 출력단 각각에 연결되는 차단기;
    상기 각각의 차단기 출력에 연결되는 저압 케이블;
    상기 각각의 저압 케이블의 끝단에 연결되는 정류기;
    상기 각각의 정류기의 출력에 연결되는 비절연형 DC/DC 컨버터;
    상기 각각의 비절연형 DC/DC 컨버터 출력단에 연결되는 충전케이블과 충전커넥터; 및
    상기 비절연형 DC/DC 컨버터의 출력 전류와 전압을 제어하는 충전 제어기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배전변압기는
    고압차단기(VCB)를 통해서 고압 배전라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고압 배전라인의 전압은 3kV보다는 높고 30kV 보다는 낮은 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배전변압기의 출력전압은 380V 보다 높고 800V 보다는 낮은 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배전변압기의 2차권선 각각은
    변압기 코어, 상기 1차권선, 다른 2차권선 또는 변압기 외함과의 사이에 스트레이 커패시턴스가 특정 값 이하가 되도록 이격배치 되는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 배전변압기는
    코어 외곽에 저압절연층을 두고 그 외곽에 하나 이상의 2차권선을 감고 그 외곽에 고압절연층을 두고 그 외곽에 1차권선을 감되 저압절연층과 고압절연층의 두께는 각각의 필요한 절연전압과 2차권선과 코어, 2차권선과 1차권선 사이의 한계 스트레이 커패시턴스에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배전변압기는
    상기 2차 권선을 Y-결선과 △-결선을 각각 반반씩 구성하고
    Y-결선 출력 하나와 △-결선 출력 하나에 각각 동일한 상기 정류기, 상기 비절연형 dc/dc 컨버터를 구성하고 2개의 최종 출력을 병렬로 묶어서 하나의 충전기를 구성하고 2개의 비절연형 dc/dc 컨버터의 출력전류를 동일하게 제어하여 12-펄스 정류가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 배전변압기는
    상기 2차권선 중에 하나에 Active Power Filter 또는 에너지저장장치(ESS) 기능을 추가하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 배전변압기는
    상기 2차권선 중에 하나는 표준전압으로 감아서 일반 충전기 또는 일반부하용으로 사용하게 하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 저압케이블은,
    상기 배전변압기와 상기 정류기를 연결시키는 케이블로서 케이블과 주변의 대지 또는 인접한 도체, 유전체, 또는 다른 2차권선 케이블 사이의 스트레이 커패시턴스가 특정 값 이하가 되도록 이격배치 되는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 충전케이블은,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터와 충전커넥터 사이를 연결시키는 케이블로서 케이블과 주변의 대지 또는 인접한 도체, 유전체, 또는 다른 2차권선 케이블 사이의 스트레이 커패시턴스가 특정 값 이하가 되도록 이격배치 되는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 정류기는,
    스위칭을 하지 않고 3상 전원을 정류하는 다이오드 정류기인 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 정류기는,
    에너지 회생형 정류기로서, 에너지 회생을 하는 경우에 3상 다이오드 정류기의 각 다이오드 양단에 역방향으로 능동스위치를 부착하되 상기 능동스위치는 스위칭 하지 않으며 다이오드처럼 상기 정류기 출력단에 항상 최대 전압이 나오는 방향으로 켜고 꺼는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 정류기는
    출력 양단에 고주파 리플 제거를 위한 50uF 이내의 커패시터 필터를 추가하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 정류기와 상기 비절연형 dc/dc 컨버터 사이에 LC 필터가 추가되는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 LC필터는,
    컷오프(cut off) 주파수가 후단에 연결되는 상기 비절연형 dc/dc 컨버터의 스위칭 주파수의 1/30 내지 1/3 범위인 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 정류기는 입력단에 서지 전압이 들어오는 경우에 상기 정류기 출력전압이 급격하게 올라가는 것을 방지하기 위해서 정류기 출력단의 (+)단자와 (-)단자 사이에 다이오드와 커패시터가 직렬로 연결된 클램프회로(clamp circuit)를 연결하고 상기 정류단 전압이 올라가면 다이오드가 켜지고 커패시터 전압에 의해서 정류단 전압이 클램프되는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기
  18. 제1항에 있어서,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터는,
    순방향 능동스위치와 역방향 다이오드가 직렬로 연결되어 구성되는 벅 스위치가 입력 전원의 양단에 연결되고 벅 스위치의 중간 지점에 인덕터(Lo)의 일단이 연결되고 상기 인덕터의 타단과 출력 커패시터의 (+)단자가 연결이 되고 상기 출력 커패시터의 (-)단자와 상기 입력 전원의 (-)단자가 연결되어 구성되는 단방향 벅(buck) 컨버터인 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 단방향 벅 컨버터는,
    출력전압 또는 출력전류를 일정하게 제어하기 위해서 상기 벅 스위치의 듀티비(duty ratio)를 상기 정류기 출력전압 리플과 반대되는 방향의 리플을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터는,
    순방향 능동스위치와 역방향 다이오드가 직렬로 연결되어 구성되는 벅 스위치가 입력 전원의 양단에 연결되고, 역방향 다이오드와 순방향 능동스위치가 직렬로 연결되어 구성되는 부스터 스위치가 출력 커패시터(Vo)의 양단에 연결되고 상기 벅 스위치의 중간지점과 상기 부스터 스위치의 중간지점 사이에 인덕터(La)가 연결되어 단방향 벅-부스터 컨버터를 구성하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터는,
    순방향 능동스위치와 역병렬로 다이오드가 연결되어 구성되는 스위치1, 상기 스위치1 2개가 직렬로 연결되어 구성되는 양방향 벅 스위치가 입력전원의 양단에 연결되고 상기 양방향 벅 스위치의 중간지점에 인덕터의 일단이 연결되고 상기 인덕터의 타단과 출력 커패시터의 (+)단자가 연결이 되고 상기 출력 커패시터의 (-)단자와 입력 전원의 (-)단자가 연결되어 구성되어 양방향 전력변환이 가능한 벅(buck) 컨버터 구조인 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터는,
    순방향 능동스위치와 역병렬로 다이오드가 연결되어 구성되는 스위치1, 상기 스위치1 2개가 직렬로 연결되어 구성되는 양방향 벅 스위치가 입력전원의 양단에 연결되고
    상기 스위치1 2개가 직렬로 연결되어 구성되는 양방향 부스터 스위치가 출력 커패시터(Vo)의 양단에 연결되고 상기 양방향 벅 스위치와 상기 양방향 부스터 스위치의 중간지점 사이에 인덕터(La)가 연결되어 양방향 벅-부스터 컨버터를 구성하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터는,
    역방향 다이오드와 순방향 능동스위치가 직렬로 연결되어 구성되는 부스터 스위치가 dc-link 커패시터(Vdc)의 양단에 연결되고 상기 부스터 스위치의 중간 지점에 인덕터(Lb)의 일단이 연결되고 상기 인덕터의 타단은 상기 정류기 출력의 (+)단자에 연결되고 상기 정류기 출력의 (-)단자와 dc-link 커패시터의 (-)단자가 서로 연결되어 구성되는 부스터(boost) 컨버터와 순방향 능동스위치와 역방향 다이오드가 직렬로 연결되어 구성되는 벅 스위치가 상기 dc-link 커패시터의 양단에 연결되고 상기 벅 스위치 중간 지점에 인덕터(Lo)의 일단이 연결되고 상기 인덕터(Lo)의 타단이 출력 커패시터의 (+)단자에 연결되고 상기 dc-link 커패시터의 (-)단자와 출력 커패시터의 (-)단자가 연결되어 단방향 부스터-벅 컨버터를 구성하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터는,
    순방향 능동스위치와 역병렬로 다이오드가 연결되어 구성되는 스위치1, 상기 스위치1 2개가 직렬로 연결되어 구성되는 양방향 부스터 스위치가 dc-link 커패시터(Vdc)의 양단에 연결되고 양방향 부스터 스위치의 중간 지점과 상기 정류기 출력의 (+)단자 사이에 인덕터(Lb)가 연결이 되고 상기 정류기 출력의 (-)단자와 dc-link 커패시터의 (-)단자가 서로 연결되어 구성되는 양방향 부스터(boost) 컨버터와
    상기 dc-link 커패시터 양단에 상기 스위치1 2개가 직렬로 연결되어 구성되는 양방향 벅 스위치가 연결이 되고 상기 양방향 벅 스위치의 중간 지점에 인덕터(Lo)의 일단이 연결되고 상기 인덕터의 타단이 출력 커패시터의 (+)단자에 연결되고 상기 dc-link 커패시터의 (-)단자와 출력 커패시터의 (-)단자가 연결되어 양방향 벅 컨버터를 포함하여 양방향 부스터-벅 컨버터를 구성하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  25. 제21항, 제22항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터는,
    다이오드가 도통할 때 역병렬로 연결된 능동스위치를 켜서 다이오드의 도통손실을 줄이는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 능동스위치는
    바디 다이오드가 내재되어 있는 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)인 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  27. 제13항에 있어서,
    상기 에너지 회생형 정류기는,
    순방향 전력변환에 의한 충전시에도 다이오드가 도통하는 동안에 해당 다이오드와 역병렬로 연결된 능동스위치를 켜서 다이오드 도통손실을 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 에너지 회생형 정류기는,
    상간에 능동스위치를 켜고 끌 때에 서로 중첩(overlap)이 되지 않도록 일정한 데드타임(dead time)을 두는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 에너지 회생형 정류기는,
    정류기 출력단의 (+)단자와 (-)단자 사이에 다이오드와 커패시터가 직렬로 연결된 클램프회로(clamp circuit)를 연결하고 상기 정류단 전압이 올라가면 다이오드가 켜지고 커패시터 전압에 의해서 정류단 전압이 클램프되고 클램프 커패시터에 쌓이는 클램프 에너지는 저항을 통해서 방전시켜 양방향 전력변환이 가능한 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기
  30. 제28항에 있어서,
    상기 에너지 회생형 정류기는,
    상기 데드타임(dead time) 동안에 정류단 전압이 올라가는 것을 막기 위해서 정류단 출력의 (+)단자와 (-)단자 사이에 다이오드와 역병렬로 연결된 능동스위치와 직렬 연결된 커패시터로 구성된 클램프회로(clamp circuit)를 연결하고 상기 정류단 전압이 올라가면 다이오드가 켜지고 커패시터 전압에 의해서 정류단 전압이 클램프되고 클램프 커패시터에 쌓이는 클램프 에너지는 클램프가 끝나고 상기 다이오드가 커질 때 상기 능동스위치를 켜서 커패시터 전압이 일정하게 유지되도록 방전시켜 양방향 전력변환이 가능한 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  31. 제13항에 있어서,
    상기 에너지 회생형 정류기는 출력단에 배터리 에너지 저장장치 또는 태양광발전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 전기차 충전기.
  32. 제 1항에 기재된 다이렉트 전기차 충전기의 비절연형 dc/dc 컨버터에 있어서,
    상기 비절연형 dc/dc 컨버터로 벅 컨버터와 부스터 컨버터가 차례로 연결된 벅-부스터 컨버터 또는 부스터 컨버터와 벅 컨버터가 차례로 연결된 부스터-벅 컨버터로 구성이 될 경우에
    상기 벅-부스터 컨버터 또는 상기 부스터-벅 컨버터는,
    벅 스위치 중간지점과 부스터 스위치 중간지점 사이에 공진인덕터(Lr)와 보조스위치(Sr)가 직렬로 연결된 보조회로가 연결되고
    상기 벅 스위치와 상기 부스터 스위치의 스위칭 주기를 동기시키고 벅 컨버터와 부스터 컨버터의 환류모드가 끝나기 전에 보조스위치를 켜서 공진인덕터에 전류를 증가시키고 공진인덕터 전류가 벅 컨버터와 부스터 컨버터의 환류전류 보다 커지게 되면 환류 다이오드가 꺼지고 파워링 스위치의 역병렬 다이오드가 도통이 되어 파워링 스위치가 영전압으로 켜지는 영전압 스위칭 벅-부스터 컨버터 또는 부스터-벅 컨버터인 것을 특징으로 하는 비절연형 dc/dc 컨버터.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 보조회로는
    상기 공진인덕터와 보조스위치가 연결되는 지점과 상기 공진인덕터가 연결된 스위치(벅 스위치 또는 부스터 스위치) 양단에 사이에 각각 연결되는 2개의 클램프 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 비절연형 dc/dc 컨버터.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 영전압 스위칭 벅-부스터 컨버터와 상기 영전압 스위칭 부스터-벅 컨버터에 있어서 양방향 벅 스위치와 양방향 부스터 스위치를 사용해서 상기 보조스위치를 켜서 공진인덕터에 전류를 증가시킬 때에 벅 스위치 및 부스터 스위치의 환류 다이오드와 역병렬로 연결된 능동스위치를 계속 켜서 공진전류가 환류전류보다도 일정부분 더 커지게 한다음 상기 환류 다이오드와 역병렬로 연결된 능동스위치를 꺼게 되면 영전압 스위칭을 위한 스위칭 타임 마진이 증가되는 것을 특징으로 하는 비절연형 dc/dc 컨버터.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 보조스위치는,
    상기 벅-부스터 컨버터 또는 부스터-벅 컨버터가 단방향 전력변환만 할 경우에 다이오드와 스위치1이 직렬 연결된 형태인 것을 특징으로 하는 비절연형 dc/dc 컨버터.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 보조스위치는,
    상기 양방향 벅-부스터 컨버터 또는 양방향 부스터-벅 컨버터가 양방향 전력변환을 할 경우에 2개의 스위치1이 서로 마주보고 직렬 연결된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 비절연형 dc/dc 컨버터.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114179643A (zh) * 2021-10-29 2022-03-15 深圳市科华恒盛科技有限公司 一种双向充电桩
CN114244090A (zh) * 2021-11-08 2022-03-25 深圳供电局有限公司 降压转换电路、交流变换器和直流供电系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020104090A1 (de) * 2020-02-17 2021-08-19 Comet Ag Hochfrequenzverstärker-Anordnung für einen Hochfrequenzgenerator
WO2024118446A1 (en) * 2022-11-30 2024-06-06 Deere & Company Fractional power direct current charging systems and control methods thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH077927A (ja) * 1993-06-21 1995-01-10 Horiba Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2007043765A (ja) * 2005-07-29 2007-02-15 Tdk Corp スイッチング電源装置
KR20170131895A (ko) * 2016-05-23 2017-12-01 주식회사 이진스 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로
KR20200080385A (ko) * 2018-12-18 2020-07-07 현대자동차주식회사 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0591671A (ja) * 1991-09-26 1993-04-09 Ngk Insulators Ltd 配電系統の逆充電防止システム
JP2001069672A (ja) * 1999-08-25 2001-03-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 充放電制御装置
CN101755380B (zh) * 2007-04-25 2014-05-28 先进模拟科技公司 具有续流mosfet的降压开关稳压器
JP2012222999A (ja) * 2011-04-12 2012-11-12 Hitachi Ltd 電力変換装置および電力変換装置群システム
JP7029920B2 (ja) * 2017-10-06 2022-03-04 株式会社日立産機システム 変圧器
JP7132720B2 (ja) * 2018-01-29 2022-09-07 河村電器産業株式会社 キュービクル
JP2021168573A (ja) * 2020-04-13 2021-10-21 ニチコン株式会社 電力供給システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH077927A (ja) * 1993-06-21 1995-01-10 Horiba Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2007043765A (ja) * 2005-07-29 2007-02-15 Tdk Corp スイッチング電源装置
KR20170131895A (ko) * 2016-05-23 2017-12-01 주식회사 이진스 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로
KR20200080385A (ko) * 2018-12-18 2020-07-07 현대자동차주식회사 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114179643A (zh) * 2021-10-29 2022-03-15 深圳市科华恒盛科技有限公司 一种双向充电桩
CN114244090A (zh) * 2021-11-08 2022-03-25 深圳供电局有限公司 降压转换电路、交流变换器和直流供电系统

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