KR20090011604A - 연료전지 차량용 양방향 3상 ｐｗｍ ｄｃ-ｄｃ 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 공급되는 직류 전원을 PWM구동신호에 맞게 변압기에 공급하도록 스위칭하고, 이로 인해 생성된 교류 전압을 변압기의 1차 측에 공급하여

결선 방식을 통해 2차 측에 전달하며, 상기 전달된 교류 전압을 동기정류 스위치를 이용하여 정류하여 배터리에 공급함으로써, 스위치 전압 및 전류 정격을 감소시키고, 컨버터의 효율을 증대시키며, 변압기 권선 비를 감소시킬 수 있는 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터에 관한 것이다.

이를 위해,

직류 전원을 공급하는 소스전원;

상기 소스전원에 병렬로 연결되는 필터 커패시터;

상기 필터 커패시터에 연결되며 3 레그로 구성되는 6개의 모스펫을 포함하는 제1 스위치부; 를 포함하여 구성되는 고전압부;

보조 전원용 배터리;

상기 배터리에 연결되어 고주파 리플을 제거하는 필터부;

상기 필터부에 연결되며 3 레그로 구성되는 6개의 모스펫을 포함하는 제2 스위치부; 를 포함하여 구성되는 저전압부;

상기 고전압부와 저전압부 사이에 연결되며

결선으로 구성되는 고주 파 변압기;

상기 제1 스위치부 및 제2 스위치부에 연결되어 이를 제어하며 PWM 회로를 포함하여 구성되는 제어부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터를 제공한다.

PWM, 컨버터, DC-DC, 영전압 스위칭, 결선 방식, 모스펫.

Description

연료전지 차량용 양방향 3상 ＰＷＭ ＤＣ-ＤＣ 컨버터 {Bi-Directional Tri-State PWM DC To DC Converter For Fuel Cell Vehicle}

본 발명은 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 공급되는 직류 전원을 PWM구동신호에 맞게 변압기에 공급하도록 스위칭하고, 이로 인해 생성된 교류 전압을 변압기의 1차 측에 공급하여

결선 방식을 통해 2차 측에 전달하며, 상기 전달된 교류 전압을 동기정류 스위치를 이용하여 정류된 직류 전압을 배터리에 공급함으로써, 스위치 전압 및 전류 정격을 감소시키고, 컨버터의 효율을 증대시키며, 변압기 권선 비를 감소시킬 수 있는 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 차량의 경우 모터와 배터리로 구성되어, 연료전지에서 생성된 전류가 주행상황에 따라 모터 또는 배터리로 인가된다.

통상 배터리는 주 배터리와 보조배터리로 구분되는데, 상기 보조 배터리는 전조등, 시그널 등에 이용하기 위한 것으로서, 기동 모터의 정격 전압보다 낮은 전 압으로 충/방전되므로 상기 보조 배터리의 전원을 주 모터로 이용 또는 회생제동 등을 통한 충전을 위해서는 DC-DC 컨버터가 필요하다.

종래 이러한 연료전지 차량용 DC-DC 컨버터는 위상천이 제어 방식을 사용하며, 도 1에 도시된 바와 같이 고전압부(100), 고주파 변압기(110), 저전압부(120)으로 구성된다.

상기 고전압부(100)는 소스전원(101), 필터 역할을 하는 커패시터(102), 그리고 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 103)로 구성되며, 상기 고주파 변압기(110)는 Y 결선 3상 변압기 1차 코일과 2차 코일로 구성된다. 또한 저전압부(120)는 고전압부(100)와 마찬가지로 6개의 IGBT(121), 필터 역할을 하는 커패시터(122), 배터리(123)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성에서, 1차 측 전원으로부터 공급되는 전압과 2차 측 배터리로부터 공급되는 전압 간의 위상 차에 의하여 전력 흐름이 결정된다. 즉, 결정된 전력 흐름에 따라 양방향에 전력을 공급할 수 있다. 또한 위상천이 동작에 의해 자연스럽게 영전압 스위칭(ZVS(zero voltage switching) Turn-On)을 이룰 수 있고, 준구형파 스위칭 방식을 적용할 수 있으므로 영전압 스위칭(ZVS Turn-Off)을 이룰 수 있다.

이하, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 위상천이 방식의 1,2차 측 스위칭 동작 원리 및 영전압 스위칭 원리에 대하여 설명한다.

먼저 1,2차 측 스위칭 동작 원리에 대하여 설명하면, 각각의 스위치 Sa ~ Sf , Sa’ ~ Sf’ 는 0.5의 동일한 시비율(D = 0.5)을 가지고 동작하는데, 이때 같 은 레그에 있는 Sa와 Sb, Sc와 Sd, Se와 Sf 는 각각 단락을 방지하기 위해 데드타임을 가진다.

상기 각 레그는 도 2에 도시된 바와 같이 120°의 위상 차를 가지고 동작하게 되고, 2차 측 또한 1차 측과 마찬가지 조건으로 동작하지만 에너지 전달을 위해 전체적으로 Φ 만큼 위상 차를 두고 동작한다. 따라서 3상 변압기의 누설 인덕터에 Φ 만큼의 위상 차와 인덕터 양단에 걸리는 전압으로 전류의 흐름이 결정된다.

이때 에너지는 Φ가 앞서는 측에서 뒤지는 측의 방향으로 스위치가 동시에 ON되는 구간에서 전달된다.

이하, 1,2차 측 스위치의 영전압 스위칭 원리에 대하여 설명한다.

일반적으로 스위치 전압이 영전압 일 때 스위치 전류가 흐르기 시작하는 것을 영전압 스위칭(ZVS-Turn On)이라 한다.

상기의 영전압 스위칭은 스위치 내부 커패시터를 충/방전 시킬 수 있는 누설 인덕터의 에너지가 충분할 때 즉, 누설 인덕턴스가 클 때나 부하 전류가 큰 중부하 시 잘 이루어지며, 누설 인덕턴스가 작거나 경부하 시 누설인덕터에 축적된 에너지가 부족하면 영전압 스위칭은 이루어지지 않게 되고 그로 인해 스위칭 손실이 발생하게 된다.

먼저 1차 측 영전압 스위칭 원리에 대하여 살펴보면, T0 ~ T1 구간에서는 Sb, Sd(Se전류의 반씩 나뉘어 흐름)와 Se가 ON되어 에너지 전달를 전달하고, T1 ~ T2 구간에서는 Sb가 OFF되면서 변압기 누설 인덕터에 저장되어 있던 에너지가 Sa의 내부 커패시터를 방전하여 Sb의 내부 커패시터를 충전한다. 이후 T2 ~ T3 구간에서 Sa의 내부 커패시터가 방전을 완료하면 영전압이 되어 전류는 내부 다이오드를 타고 흐르게 되며 이때 Sa의 채널로 전류가 도통하게 된다.

2차 측 영전압 스위칭 원리도 상기와 동일하며, 이러한 과정을 통해 영전압 스위칭을 이룰 수 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 위상천이 방식의 경우,

첫째 순환전류에 의한 도통 손실이 증가한다는 문제점이 있다.

위상 천이 방식에 의할 경우 스위칭 과정에서 전류가 스위치의 내부 다이오드를 통해 흐르게 되는 전류 순환구간 발생하는데, 이 순환전류로 인해 스위치 도통 손실 증가하게 된다. 즉, 입력 전압이 높을 경우 시비율은 작아지고 순환전류 구간이 더욱 증가하여 도통 손실은 더욱 커지게 된다.

둘째 무효 전력 발생에 의한 문제점이 있다.

상기에서 언급한 바와 같이 에너지를 전달하기 위해서는 변압기 1,2차 측 전압간의 위상 차가 발생하게 되는데, 도 6에 도시된 바와 같이 이러한 전압 간의 위상 차 Φ에 비례하여 무효전력이 발생하게 되고, 이 무효전력으로 인해 모든 소자의 전압, 전류 정격이 상승하여 장치의 제작 가격 및 부피가 상승하게 된다. 또한 변압기의 권선 비로서 Φ의 변화폭을 감소하면 제어 폭이 감소되므로 변압기 권선 비에 한계가 있다.

셋째 출력 필터에 의한 문제점이 있다.

상기의 위상 천이 방식에 의하여 위상제어를 하기 위해서는 필터 인덕터를 사용할 수 없고 커패시터만으로 필터를 구성해야 하며, 이처럼 커패시터만으로 필 터를 구성할 경우 필터 커패시터의 커패시턴스가 크게 증가하고, 이는 곧 회로의 부피 및 가격 상승으로 연결된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서,

첫째 PWM 제어방식을 통해 출력전압을 제어하여 무효전력을 없애 소자의 전압, 전류 정격을 감소시키고,

둘째 비대칭 스위칭 방식과 모스펫(MOSFET)을 이용한 동기정류방식을 적용하여 1차 측에서는 영전압 스위칭을 이루고 2차 측에서는 도통손실을 감소시키며,

셋째 3상 변압기에

결선법을 적용하여 변압기 권선 비를 감소시킬 수 있고, 출력 필터에 필터 인덕터를 삽입하여 필터 커패시턴스를 크게 줄일 수 있는 연료전지 차량용 양방향 3상 DC-DC 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명 연료전지 차량용 양방향 3상 DC-DC 컨버터는,

직류 전원을 공급하는 소스전원;

상기 소스전원에 병렬로 연결되는 필터 커패시터;

상기 필터 커패시터에 연결되며 3 레그로 구성되는 6개의 모스펫을 포함하는 제1 스위치부; 를 포함하여 구성되는 고전압부;

보조 전원용 배터리;

상기 배터리에 연결되어 고주파 리플을 제거하는 필터부;

상기 필터부에 연결되며 3 레그로 구성되는 6개의 모스펫을 포함하는 제2 스 위치부; 를 포함하여 구성되는 저전압부;

상기 고전압부와 저전압부 사이에 연결되며

결선으로 구성되는 고주파 변압기;

상기 제1 스위치부 및 제2 스위치부에 연결되어 이를 제어하며 PWM 회로를 포함하여 구성되는 제어부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 저전압부의 보조 전원용 배터리가 충전되는 경우,

상기 제1 스위치부의 각 레그는 120도의 위상 차를 가지고 동작하며, 상기 제1 스위치부의 상부에 위치한 모스펫은 시비율 D로 동작하고, 하부에 위치한 스위치는 시비율 1-D로 동작하도록 상기 제어부가 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 스위치부의 시비율이 0.333 초과 0.5 이하 일 때는 제2 스위치부의 상/하부 스위치는 0.333의 시비율을 갖고 120도의 위상차를 가지고 동작하며, 상기 제1 스위치부의 시비율이 0.333 이하일 때는 제2 스위치부의 상부 스위치는 제1 스위치부의 상부 스위치와 같은 시비율로 동시에 동작하고, 제2 스위치부의 하부 스위치는 제2 스위치부의 상부 스위치와 같은 시비율로 120도의 위상 차를 가지고 동작하도록 상기 제어부가 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저전압부의 보조 전원용 배터리가 방전되는 경우,

상기 제2 스위치부의 각 레그는 120도의 위상 차를 가지고 동작하며, 상기 제2 스위치부의 상부에 위치한 모스펫은 시비율 D로 동작하고 하부에 위치한 스위치는 시비율 1-D로 동작하도록 상기 제어부가 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 스위치부의 시비율이 0.333 초과 0.5 이하 일 때는 제1 스위치부의 상/하부 스위치는 0.333의 시비율을 갖고 120도의 위상차를 가지고 동작하며, 상기 제2 스위치부의 시비율이 0.333 이하일 때는 제1 스위치부의 상부 스위치는 제2 스위치부의 상부 스위치와 같은 시비율로 동시에 동작하고, 제1 스위치부의 하부 스위치는 제1 스위치부의 상부 스위치와 같은 시비율로 120도의 위상 차를 가지고 동작하도록 상기 제어부가 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 스위치부의 모스펫과 제2 스위치부의 모스펫은 드레인과 소스 사이에 바디 다이오드가 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 스위치부의 모스펫과 제2 스위치부의 모스펫은 병렬로 연결되는 커패시터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저전압부의 출력 단에 직렬로 비 절연 컨버터를 더 연결하여 2단 방식으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비 절연 컨버터는 양방향 벅-부스트 컨버터인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명 연료전지 차량용 양방향 3상 DC-DC 컨버터에 의하면,

첫째 단상 컨버터에 비해 작은 입/출력 전류 리플을 가지므로 EMI (electromagnetic interference) 감소 및 입/출력 필터 크기를 감소시킬 수 있고,

둘째 단상 컨버터의 스위치에 비해 작은 전류 실효치를 가지므로 스위치 전 류 정격 및 손실을 감소시킬 수 있으며,

셋째 단상 변압기에 비해 작은 VA 정격을 가지므로 변압기 부피 및 손실을 줄일 수 있고,

넷째 동기 정류 방식을 적용할 수 있어서 정류기의 손실을 감소시킬 수 있으며,

다섯째 본 발명에 의한 컨버터를 연료전지 자동차, 하이브리드 자동차, UPS, 가정용 연료전지 시스템 등에 응용할 수 있으므로 상당한 경제적·상업적 효과가 기대된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 양방향 전력 흐름을 위해 고안된 양방향 3상 PWM(pulse width modulation) 컨버터로서, 도 7에 도시된 바와 같이 고전압 전원을 저전압 전원으 로, 또는 저전압 전원을 고전압 전원으로 에너지를 전달하며 효율적인 에너지 전달을 위하여 소프트 스위칭 기법과 동기정류 방식,

결선법을 사용한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구성은 고전압부(700), 고주파 변압기(710), 저전압부(720)로 구성된다.

좀더 상세하게 구성에 대하여 설명하면, 상기 고전압부(700)는 소스전원(701)과 상기 소스전원(701)에 병렬 연결된 필터 커패시터(702), 세 개의 레그로 구성되는 여섯 개의 모스펫을 포함하는 제1 스위치부(703)로 구성되고, 고주파 변압기(710)는 Y 결선 3상 변압기 1차 코일과

결선 3상 변압기 2차 코일로 구성된다. 또한 저전압부(720)는 세 개의 레그로 구성되는 여섯 개의 모스펫을 포함하는 제2 스위치부(721), 필터 인덕터(722), 필터 커패시터(723), 보조 전원용 배터리(724)로 구성된다.

또한 도면에는 도시되지 않았으나 상기 컨버터의 영전압 스위칭을 제어하기 위한 PWM 회로를 포함하는 제어부가 상기 제1 스위치부 및 제2 스위치부에 연결되어 구성됨을 밝힌다.

상기 보조 전원용 배터리(724)가 충전되는 경우에 대하여 설명하면, 연료전지 등의 전원(701)으로부터 공급되는 직류전원을 PWM 구동신호에 맞춰 3상 변압기(710) 1차 측으로 3상 교류전압을 공급하도록 3상 브리지 스위치(703, S1 ~ S6 )가 스위칭하고, 상기 고주파 변압기(710)는 변압기권선 비와 결선방식에 따라 1차 측의 에너지를 2차 측으로 전달한다. 이후 동기정류 스위치(721, S1' ~ S6')는 변 압기 2차 측 전압을 정류하여 배터리(724)에 DC전압을 공급하고, LC 필터(722, 723)에 의하여 고주파 리플이 제거된다.

반대로 배터리(724)가 방전되는 경우는 상기의 과정을 거꾸로 진행한다. 즉 저전압부 스위치(721)에서 PWM 구동신호에 맞춰 3상 교류 전압을 공급하고, 고전압부 스위치(703)에서 동기정류를 수행한다.

이하, 도면 8, 도면 9, 도면 10, 도면 11을 참조하여 본 발명의 동작 원리에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 컨버터의 스위칭 원리에 대하여 설명한다.

제1 스위치부 내에서 같은 레그에 있는 모스펫 스위치, 즉 S1와 S2, S3와 S4, S5와 S6는 각각 단락을 방지하기 위해 데드 타임을 가지며, 각 레그는 120°의 위상 차를 갖고 동작한다. 이때 각 레그의 스위치 중 상부 스위치는 입출력 전압 비에 의해 결정되는 시비율 D로 동작하며 하부 스위치는 1-D로 동작하는데, 시비율 D가 작을 경우 상,하부 스위치의 전류 불균형 문제가 발생할 수 있으므로 시비율 D를 일정 수준 이상으로 해야 한다. 즉 스위칭시 3개의 스위치가 동시에 ON되며, 이 구간에서 에너지 전달된다.

상기와 같은 스위칭 과정에서 영전압 스위칭을 달성할 수 있는데, 이러한 영전압 스위칭을 달성하는 과정에 대하여 설명한다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, T0 ~ T1 구간에서는 S2, S4, S5가 ON되어 에너지를 1차 측에서 2차 측으로 전달하는데, T1 시점에서 S2가 OFF되어 변압기 누설 인덕터에 저장되어 있던 에너지로 S1의 내부 커패시터는 방전이, S2의 내부 커 패시터는 충전이 된다. 이후 T1 ~ T2 구간에서 S1의 내부 커패시터가 방전을 완료하면 영전압이 되어 전류는 내부 다이오드를 타고 흐르게 되며 이때 S1이 ON 되어 전류는 채널로 도통하게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 6개 스위치 모두 영전압 스위칭으로 동작하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 컨버터의 동기정류의 원리에 대하여 설명한다.

동기정류란 다이오드를 통해서 후르는 전류를 정류하는 대신 스위치를 사용하여 스위치 채널로 도통시켜 주는 것으로서, 동기정류 방식은 다이오드 정류 방식보다 도통 손실을 크게 줄일 수 있으므로 대전류 응용에서 적합한 정류 방식이다.

동기정류 방식을 사용시 저전압부(720)의 스위치 시비율은 고전압부(700) 시비율에 의하여 결정되며, 더욱 상세하게는 고전압부(700)의 시비율이 0.333~0.5인 경우 저전압부(720)의 상/하부 스위치 시비율은 0.333이고, 120도의 위상차를 가지고 동작한다. 또한 고전압부(700)의 시비율이 0.333 이하인 경우에는 저전압부(720)의 상부 스위치 (S1', S3', S5')는 고전압부의 상부 스위치와 같은 시비율로 동시에 동작하고, 저전압부(720)의 하부 스위치 (S2', S4', S6')는 저전압부(720)의 상부 스위치와 같은 시비율로 120도의 위상차를 가지고 동작한다.

저전압부 스위치(721)의 구체적인 동작에 대하여 도 10과 도 11을 참조하여 설명하면, 저전압부의 스위치(721)는 고전압부의 스위치(703)와 다르게 한 구간에 2개의 스위치씩 도통되어 에너지를 전달한다.

이를 좀더 구체적으로 살펴보면, T0' ~ T1' 구간에서는 스위치 S2' 와 S5'가 ON되어 부하전류를 도통한다. 이후 T1' ~ T2' 구간에서는 스위치 S2'가 OFF되고 S4'가 ON되어 S4'와 S5'로 부하전류가 도통된다. 이후 T2' ~ T3' 구간에서는 스위치 S5'가 OFF되고 S1'이 ON되어 S1'과 S4'로 부하전류가 도통되고, T3' ~ T4' 구간에서는 스위치 S4'가 OFF되고 S6'이 ON되어 S1'과 S6'로 부하전류가 도통되며, T4' ~ T5' 구간에서는 스위치 S1'이 OFF되고 S3'이 ON되어 S3'과 S6'로 부하전류가 도통되고, T5' ~ T6' 구간에서는 스위치 S6'이 OFF되고 S2'가 ON되어 S2' 와 S3'로 부하전류가 도통된다.

상기와 같은 DC-DC 컨버터를 도 12에 도시된 바와 같이 2단(Two-stage) 컨버터 방식에 적용할 수 있다. 즉, 저전압부(720)의 출력 단에 직렬로 비 절연 컨버터(1210)를 연결하여 2단 방식으로 구성이 가능하며, 상기와 같은 방식을 통해서 3상 컨버터의 정격 및 부피를 최적화시킬 수 있고, 이러한 최적화로 인해 효율 증대의 효과를 가져올 수 있으며, 비대칭 제어 방식으로 인해 전류 불균형 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에서 스위치로 사용되는 모스펫에 병렬로 커패시터를 연결하여 준 구형파 방식을 적용할 수 있고, 이를 통해 영전압 스위칭(ZVS Turn-Off)을 이룰 수 있다. 이러한 구성을 도 13에 도시하였으며, 준 구형파에 방식의 효과를 도 14에 도시하였다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상 을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래 기술에 따른 위상천이 제어 방식의 3상 DC-DC 컨버터의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 1차 측 주요 파형,

도 3은 종래 기술에 따른 1차 측 전류 흐름도,

도 4는 종래 기술에 따른 2차 측 주요 파형,

도 5는 종래 기술에 따른 2차 측 전류 흐름도,

도 6은 종래 기술에 따른 전력 흐름의 원리를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 양방향 3상 PWM 컨버터의 구성을 나타낸 도면,

도 8은 본 발명에 따른 컨버터의 고전압부 주요 파형,

도 9는 본 발명에 따른 컨버터의 고전압부 전력 흐름도,

도 10은 본 발명에 따른 컨버터의 저전압부 주요 파형,

도 11은 본 발명에 따른 컨버터의 저전압부 전력 흐름도,

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 컨버터의 구성을 나타낸 도면,

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 커패시터를 포함하는 모스펫의 구성을 나타낸 도면,

도 14는 준 구형파 컨버터 방식을 적용한 경우의 파형을 비교한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

700 : 고전압부 701 : 소스전원

702 : 필터 커패시터 703 : 제1 스위치부

710 : 변압기 720 : 저전압부

721 : 제2 스위치부 722 : 필터 인덕터

723 : 필터 커패시터 724 : 배터리

Claims (9)

1. 직류 전원을 공급하는 소스전원;

   상기 소스전원에 병렬로 연결되는 필터 커패시터;

   상기 필터 커패시터에 연결되며 3 레그로 구성되는 6개의 모스펫을 포함하는 제1 스위치부; 를 포함하여 구성되는 고전압부;

   보조 전원용 배터리;

   상기 배터리에 연결되어 고주파 리플을 제거하는 필터부;

   상기 필터부에 연결되며 3 레그로 구성되는 6개의 모스펫을 포함하는 제2 스위치부; 를 포함하여 구성되는 저전압부;

   상기 고전압부와 저전압부 사이에 연결되며

   

   결선으로 구성되는 고주파 변압기;

   상기 제1 스위치부 및 제2 스위치부에 연결되어 이를 제어하며 PWM 회로를 포함하여 구성되는 제어부;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 저전압부의 보조 전원용 배터리가 충전되는 경우,

   상기 제1 스위치부의 각 레그는 120도의 위상 차를 가지고 동작하며, 상기 제1 스위치부의 상부에 위치한 모스펫은 시비율 D로 동작하고, 하부에 위치한 스위치는 시비율 1-D로 동작하도록 상기 제어부가 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1 스위치부의 시비율이 0.333 초과 0.5 이하 일 때는 제2 스위치부의 상/하부 스위치는 0.333의 시비율을 갖고 120도의 위상차를 가지고 동작하며, 상기 제1 스위치부의 시비율이 0.333 이하일 때는 제2 스위치부의 상부 스위치는 제1 스위치부의 상부 스위치와 같은 시비율로 동시에 동작하고, 제2 스위치부의 하부 스위치는 제2 스위치부의 상부 스위치와 같은 시비율로 120도의 위상 차를 가지고 동작하도록 상기 제어부가 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 저전압부의 보조 전원용 배터리가 방전되는 경우,

   상기 제2 스위치부의 각 레그는 120도의 위상 차를 가지고 동작하며, 상기 제2 스위치부의 상부에 위치한 모스펫은 시비율 D로 동작하고 하부에 위치한 스위 치는 시비율 1-D로 동작하도록 상기 제어부가 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 제2 스위치부의 시비율이 0.333 초과 0.5 이하 일 때는 제1 스위치부의 상/하부 스위치는 0.333의 시비율을 갖고 120도의 위상차를 가지고 동작하며, 상기 제2 스위치부의 시비율이 0.333 이하일 때는 제1 스위치부의 상부 스위치는 제2 스위치부의 상부 스위치와 같은 시비율로 동시에 동작하고, 제1 스위치부의 하부 스위치는 제1 스위치부의 상부 스위치와 같은 시비율로 120도의 위상 차를 가지고 동작하도록 상기 제어부가 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.
6. 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 스위치부의 모스펫과 제2 스위치부의 모스펫은 드레인과 소스 사이에 바디 다이오드가 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 제1 스위치부의 모스펫과 제2 스위치부의 모스펫은 병렬로 연결되는 커패시터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 저전압부의 출력 단에 직렬로 비 절연 컨버터를 더 연결하여 2단 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.
9. 청구항 6에 잇어서,

   상기 비 절연 컨버터는 양방향 벅-부스트 컨버터인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 양방향 3상 PWM DC-DC 컨버터.

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