KR20120072561A - 다상 인터리브 양방향 ｄｃ―ｄｃ 컨버터 - Google Patents

다상 인터리브 양방향 ｄｃ―ｄｃ 컨버터 Download PDF

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Abstract

저전압 대전류 출력특성을 갖는 배터리 또는 수퍼캐패시터와 같은 에너지저장장치의 충전과 방전 제어를 할 수 있는 고효율의 전력변환기술을 제공하고자 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 인터리브 양방향 ＤＣ―ＤＣ 컨버터는 전원과 전원의 입력전류를 저장하는 제1 입력 인덕터를 포함하는 입력부와, 제1 입력 인덕터와 연결되어 제1 입력 인덕터 전류를 제어하는 1차측 제1 하프브릿지와, 출력전압을 저장하는 출력부와, 출력부와 연결되어 출력전압을 제어하는 2차측 제1 하프브릿지와, 1차측이 1차측 제1 하프브릿지와 연결되고, 2차측이 2차측 제1 하프브릿지와 연결되되 전력모드에 따라 1차측 또는 2차측의 전압을 변압하는 제1 변압기를 포함하는 제1 양방향 DC-DC 컨버터와 제n 양방향 DC-DC 컨버터를 하나 이상 포함한다.

Description

다상 인터리브 양방향 ＤＣ―ＤＣ 컨버터{MULTI-PHASE INTERLEAVED BIDIRECTIONAL ＤＣ―ＤＣ CONVERTER}
본 발명은 양방향 DC-DC 컨버터와 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
최근 기후온난화와 화석연료 고갈로 인해 친환경 자동차 개발에 대한 필요성이 크게 증가하고 있으며, 하이브리드 자동차(hybrid electric vehicle)와 전기자동차(electric vehicle)가 내연기관을 사용하는 기존의 자동차를 대체할 친환경자동차로 주목을 받고 있다. 하이브리드 자동차와 전기자동차는 배터리를 보조 동력원과 주 동력원으로 각각 사용하는데, 이를 위해서는 저전압의 배터리를 충전 또는 방전 제어할 수 있는 고 승압비의 양방향 DC-DC 컨버터가 필수적이다. 전기자동차용 양방향 DC-DC 컨버터는 배터리 수명과 자동차 성능에 중요한 역할을 하므로 소형화 및 경량화뿐 아니라 고효율, 고 신뢰 등과 같은 특성을 갖도록 설계되어야 한다.
저전압 대전류 출력특성을 갖는 배터리 또는 수퍼캐패시터와 같은 에너지저장장치의 충전과 방전 제어를 할 수 있는 고효율의 전력변환기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 인터리브 양방향 ＤＣ―ＤＣ 컨버터는 전원과 전원의 입력전류를 저장하는 제1 입력 인덕터를 포함하는 입력부와, 제1 입력 인덕터와 연결되어 제1 입력 인덕터 전류를 제어하는 1차측 제1 하프브릿지와, 출력전압을 저장하는 출력부와, 출력부와 연결되어 출력전압을 제어하는 2차측 제1 하프브릿지와, 1차측이 1차측 제1 하프브릿지와 연결되고, 2차측이 2차측 제1 하프브릿지와 연결되되 전력모드에 따라 1차측 또는 2차측의 전압을 변압하는 제1 변압기를 포함하는 제1 양방향 DC-DC 컨버터와, 제1 양방향 DC-DC 컨버터의 입력부에 포함되는 전원의 입력전류를 저장하는 제n 입력 인덕터와, 제n 입력 인덕터와 연결되어 제n 입력 인덕터 전류를 제어하는 1차측 제n 하프브릿지와, 제1 양방향 DC-DC 컨버터의 출력부와 연결되어 출력전압을 제어하는 2차측 제n 하프브릿지와, 1차측이 1차측 제n 하프브릿지와 연결되고, 2차측이 2차측 제n 하프브릿지와 연결되되 전력모드에 따라 1차측 또는 2차측의 전압을 변압하는 제n 변압기를 포함하는 제n 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하되, 제n 양방향 DC-DC 컨버터를 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 인터리브 양방향 ＤＣ―ＤＣ 컨버터 중 제1 양방향 DC-DC 컨버터는, 전원에 연결되는 제1 입력 인덕터를 포함하는 입력부와, 입력부의 제1 입력 인덕터에 연결되는 1차측 제1 스위치, 1차측 제2 스위치, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터를 포함하는 1차측 제1 하프브릿지와, 출력 캐패시터와, 출력 캐패시터에 연결되는 2차측 제1 스위치, 2차측 제2 스위치, 제3 캐패시터, 제4 캐패시터를 포함하는 2차측 제1 하프브릿지와, 1차측의 일단이 1차측 제1 스위치와 1차측 제2 스위치의 접점에 연결되고, 타단이 제1 캐패시터와 제2 캐패시터의 접점에 연결되며, 2차측의 일단이 2차측 제1 스위치와 2차측 제2 스위치의 접점에 연결되고, 타단이 제3 캐패시터와 제4 캐패시터의 접점에 연결되는 제1 변압기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 인터리브 양방향 ＤＣ―ＤＣ 컨버터 중 제1 양방향 DC-DC 컨버터는, 전원에 연결되는 제n 입력 인덕터를 포함하는 입력부와, 입력부의 제n 입력 인덕터와 와 연결되는 1차측 제n 스위치, 1차측 제(n+1) 스위치, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터를 포함하는 1차측 제n 하프브릿지와, 출력 캐패시터, 출력 캐패시터의 양단에 연결되는 2차측 제n 스위치, 2차측 제(n+1) 스위치와 제3 캐패시터와 제4 캐패시터를 포함하는 2차측 제n 하프브릿지와, 1차측의 일단이 1차측 제n 스위치와 1차측 제(n+1) 스위치의 접점에 연결되고, 타단이 제1 캐패시터와 제2 캐패시터의 접점에 연결되며, 2차측의 일단이 2차측 제n 스위치와 2차측 제(n+1) 스위치의 접점에 연결되고, 타단이 제3 캐패시터와 제4 캐패시터의 접점에 연결되는 제n 변압기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인터리브 양방향 ＤＣ―ＤＣ 컨버터는, 1개의 DC 전원과, DC 전원에 연결되되 병렬 구조를 가지는 3개의 입력 인덕터와, 입력 인덕터의 각각에 연결되는 3개의 1차측 하프브릿지와, 출력 캐패시터와, 1차측 하프브릿지 각각에 대응하여 출력 캐패시터의 양단에 연결되는 2차측 하프브릿지, 1차측 하프브릿지와 2차측 하프브릿지에 각각 Y-Y 결선으로 연결되는 3상 고주파 변압기를 포함한다.
이에 따라, 저전압 대전류 출력특성을 갖는 배터리 또는 수퍼 캐패시터와 같은 에너지저장장치에 대해 효과적으로 충전과 방전 제어를 할 수 있다. 본 발명의 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 전류형 하프 브릿지 DC-DC 컨버터(current-fed half-bridge DC-DC converter)로서 낮은 권선비(turn ratio)의 변압기로 고 승압비의 승압이 가능하다. 컨버터의 1차 측과 2차 측의 모든 스위칭 소자에 대한 영 전압 스위칭(zero voltage switching)이 가능하여 스위칭 손실을 최소화 하고, 복수의 양방향 DC-DC 컨버터의 병렬운전을 통해 컨버터 각 소자의 도통손실(conduction loss)을 최소화 함으로서 고효율의 배터리 충/방전용 양방향 DC-DC 컨버터의 구현이 가능하다. 한편, 본 발명의 컨버터는 에너지저장장치의 용량에 따라 상(phase) 단위로 양방향 DC-DC컨버터의 병렬확장이 가능하며 인터리브 병렬운전을 통해 에너지저장장치의 충방전 전류 리플을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 컨버터는 전류형 DC-DC 컨버터임에도 불구하고 전압 클램핑회로(voltage clamping circuit)가 필요 없어 비용절감이 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 회로 구성도,
도 2a는 일 실시예에 따른 3상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 회로 구성도,
도 2b는 일 실시예에 따른 3상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 동작 파형도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시 예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시 예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 회로 구성도이다.
도 1을 참조하면, 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 입력부(10), 1차측 브릿지(30), 출력부(50), 2차측 브릿지(70), 변압부(90)를 포함한다. 구체적으로, 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 전원(Vi)과 전원에 연결되는 인덕터(L1,..,Ln)를 포함하는 입력부(10)와, 입력부(10)에 연결되는 스위치(Q1, Q2,..,Qn, Qn +1)와 캐패시터(C1, C2)를 포함하는 1차측 하프브릿지(30)와, 출력 캐패시터(C0)의 양단을 출력으로 하는 출력부(50)와, 출력부(50)에 연결되는 스위치(S1, S2,..,Sn, Sn +1)와 캐패시터(C3, C4)를 포함하는 2차측 하프브릿지(70)와, 일단이 1차측 하프브릿지(30)와 연결되고, 타단이 2차측 하프브릿지(70)와 연결되어, 입력부(10)의 전압을 설정된 비율만큼 승압시켜 출력부(50)에 전달하는 변압부(90)를 포함한다.
입력부(10)는 하나의 전원(Vi)과, 그 전원에 연결되는 병렬구조의 입력 인덕터(L1,..,Ln)를 포함한다. 이 경우 전원은 에너지의 충전/방전이 가능한 배터리 또는 슈퍼 캐패시터이다. 각각의 입력 인덕터(L1,..,Ln)는 전원에 직렬로 연결된다. 입력 인덕터는 전원에서 생성되는 전류를 저장한다. 방전모드에서 입력 인덕터와 1차측 하프브릿지(30)가 함께 DC-DC 컨버터의 부스트 모드(boost mode)로 동작한다. 입력 인덕터는 전원으로부터 출력된 전류를 저장하고, 저장된 에너지는 1차측 하프브릿지(30)와 변압부(90)를 통해 2차측으로 출력된다.
1차측 하프브릿지(30)는 기본적으로 2개의 스위치(Q1, Q2)와 2개의 캐패시터(C1, C2)를 포함한다. 이 경우, 1차측 하프브릿지(30)는 변압부(90)의 1차측에 위치한다. 스위치(Q1, Q2)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(MOS field-effect transistor)이다. 각 스위치에는 무손실 캐패시터가 병렬로 연결된다. 이는 소프트 스위칭을 하기 위함이다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터에서 1차측은 2차측 보다 저전압이다. 양방향 DC-DC 컨버터가 방전 모드(boost mode)인 경우에는 에너지가 저전압인 1차측의 전원에서 2차측의 출력단으로 전달된다.
1차측 하프브릿지(30)는 입력부(10), 변압부(90)와 연결된다. 또한, 1차측 하프브릿지(30)에서는 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching)이 가능하다. 1차측 하프브릿지(30)는 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터가 방전 모드(boost mode)인 경우, 입력부(10)의 DC 전원으로부터 출력되는 DC 전류를 고주파 펄스형으로 변조하여 변압부(90)의 1차측으로 전달하고, 2차측 하프브릿지는 고주파 전류펄스를 정류하여 출력부로 전달한다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터가 충전 모드(buck mode)인 경우, 1차측 하프브릿지(30)는 2차측 하프브릿지로부터 변압부(90)를 통해 전달된 고주파 전류펄스를 정류하여 입력부(10)로 전달한다.
본 발명의 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 전원의 출력용량에 따라 상(phase) 단위로 양방향 DC-DC컨버터의 병렬확장이 가능하다. 이 경우, 각 DC-DC 컨버터의 입력부의 전원은 공통으로 사용된다. 예를 들어, 전원의 출력용량이 증가하여 1 상(phase)의 양방향 DC-DC 컨버터가 추가될 수 있다. 이 경우, 추가된 양방향 DC-DC 컨버터는 기존의 전원에 새로 연결되는 1개의 입력 인덕터(Ln)와 추가된 입력 인덕터에 연결되는 1차측 하프브릿지(30)를 포함한다. 1차측 하프브릿지(30)는 추가된 인덕터(Ln)에 연결되는 2개의 스위치(Qn, Qn+1)를 포함한다. 따라서, 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터에 1개의 양방향 DC-DC 컨버터가 추가되는 경우, 전체 DC-DC 컨버터의 입력부(10)에는 1개의 인덕터, 1차측 하프브릿지(30)에는 2개의 스위치가 추가된다.
출력부(50)는 캐패시터(C0)를 포함한다. 본 발명의 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 하나의 출력을 가진다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 출력은 출력부(50)의 양단 전압이다. 예를 들어, 출력부(50)는 계통연계형 인버터의 DC 입력단, 분산 전원용 컨버터의 DC 출력단 또는 부하용 컨버터의 DC 입력단과 연결될 수 있다.
다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터가 방전 모드(boost mode)인 경우에는 입력부(10)로부터 출력부(50)로 에너지가 공급된다. 공급된 에너지는 출력부(50)의 캐패시터에 저장되고, 외부 전원 시스템의 DC 입력단에 연결되어 에너지를 공급한다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터가 충전 모드(buck mode)인 경우에는 출력부(50)로부터 입력부(10)로 에너지가 공급된다. 출력부(50)의 캐패시터는 외부의 전원 시스템으로부터 전달된 에너지를 저장하고, 이를 2차측 하프브릿지(70)와 변압기(90)를 통하여 입력부(10)로 전달한다.
2차측 하프브릿지(70)는 기본적으로 2개의 스위치(S1, S2)와 2개의 캐패시터(C3, C4)를 포함한다. 이 경우, 2차측 하프브릿지(70)는 변압기(90)의 2차측에 위치한다. 각 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(MOS field-effect transistor)이다. 또한, 각 스위치에는 무손실 캐패시터가 병렬로 연결된다. 이는 소프트 스위칭을 하기 위함이다.
다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터에서 1차측은 2차측 보다 저전압이다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터가 충전 모드(buck mode)인 경우에는 에너지가 고전압인 2차측에서 저전압인 1차측으로 전달되고, 방전 모드(boost mode)인 경우에는 에너지가 1차측에서 2차측으로 전달된다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터가 충전 모드(buck mode)인 경우, 2차측 브릿지(70)는 변압부(90), 출력부(50)와 연결되어, 출력부(50)의 DC 전류를 고주파 펄스형으로 변조하여 변압부(90)를 통해 1차측으로 전달한다. 한편, 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터가 방전 모드(boost mode)인 경우, 2차측 하프브릿지(70)는 변압부(90)를 통해 전달되는 펄스형 전류를 정류하여 출력부(50)로 전달한다.
본 발명의 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 전원의 용량에 따라 상(phase) 단위로 양방향 DC-DC 컨버터의 병렬확장이 가능하다. 예를 들어, 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터에 1상의 양방향 DC-DC 컨버터가 추가된다. 이 경우, 추가된 양방향 DC-DC 컨버터의 입력부(10)는 기존의 전원에 새로 연결되는 입력 인덕터(Ln)와, 그 입력 인덕터(Ln)와 연결되는 1차측 하프브릿지(30)와, 1차측 하프브릿지(30)에 대응하는 2차측 하프브릿지(70)를 포함한다. 이 경우, 2차측 하프브릿지(70)는 2개의 스위치(Sn, Sn +1)를 포함한다. 따라서, 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터에 또 다른 양방향 DC-DC 컨버터가 추가되는 경우, 전체 DC-DC 컨버터의 2차측 하프브릿지(70)는 2개의 스위치가 추가된다.
변압부(90)는 1차측의 전압을 변압하여 2차측에 변압된 전압을 인가한다. 변압부(90)는 전원과 부하를 전기적으로 절연한다. 변압부(90)는 설정된 권선비 1;K 로 권선되어 1차측의 전압을 변압한다. 변압부(90)는 저전압인 1차측의 전압을 승압하여 2차측에 전달한다. 본 발명의 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 전원 용량에 1상의 양방향 DC-DC 컨버터가 추가될 때마다 입력부에 1개의 인덕터, 1차측 하프브릿지(30)의 스위치 및 2차측 하프브릿지(70)의 스위치가 각각 2개씩 추가된다. 따라서, 상 단위로 양방향 DC-DC 컨버터가 추가될 때마다 1차측 하프브릿지(30), 2차측 하프브릿지(70)와 연결되는 변압기(90)도 1개씩 추가된다.
도 1에는 본 발명의 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터를 구성하는 회로 소자의 연결 관계를 보다 구체적으로 나타낸다. n상의 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 경우, 1 개의 DC 전원(Vi)과, 그 전원에는 병렬구조의 입력 인덕터가(L1,..,Ln) 직렬로 연결된다. 각 입력 인덕터(L1,..,Ln)에는 1차측 하프브릿지가 연결된다. 1차측 하프브릿지는 2개의 1차측 스위치(Q1,..,Qn, Qn +1)와 2개의 캐패시터(C1, C2)로 구성된다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 1상의 양방향 DC-DC 컨버터가 추가될 때마다 입력 인덕터와 함께 1차측 하프브릿지도 추가된다. 다만, 이 경우 2개의 스위치(Qn, Qn +1)만이 추가되고, 캐패시터(C1, C2)는 다른 상(phase)의 DC-DC 컨버터의 1차측 하프브릿지와 공유하여 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 1차측 하프브릿지(30)를 구성한다.
또한, n상의 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 n개의 변압기(T1,.., Tn)를 포함한다. 각 변압기(T1,.., Tn)는 고주파 변압기(high frequency transformer)로써, 1차측과 2차측 모두에 Y-Y 결선형태로 1차측 하프브릿지, 2차측 하프브릿지와 연결된다. 이 경우, 각 변압기는 1차측의 일단은 1차측 하프브릿지에 포함되는 스위치(Q1,..,Qn, Qn +1)들의 접점과 연결되며, 1차측의 타단은 1차측 하프브릿지의 캐패시터(C1, C2)들의 접점과 연결된다. 각 변압기의 1차측의 일단은 서로 다른 1차측 하프브릿지에 포함되는 스위치들(Q1,..,Qn, Qn +1)의 접점에 연결되지만, 1차측의 타단은 동일한 1차측 캐패시터들(C1, C2)의 접점과 연결된다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 1상의 양방향 DC-DC 컨버터가 추가되는 경우, 입력 인덕터(Ln) 와 함께 그에 연결되는 1차측 하프브릿지를 구성하기 위해 2개의 스위치(Qn, Qn+1)가 추가되나, 캐패시터(C1, C2)는 다른 전원의 1차측 하프브릿지와 공유한다.
또한, 변압기(T1,.., Tn)는 2차측의 일단은 2차측 하프브릿지에 포함되는 스위치들(S1,..,Sn, Sn +1)의 접점과 연결되며, 2차측의 타단은 2차측 하프브릿지의 캐패시터들(C3, C4)의 접점과 연결된다. 각 변압기의 2차측 일단은 서로 다른 2차측 하프브릿지에 포함되는 스위치들(S1,..,Sn, Sn +1)의 접점에 연결되지만, 2차측의 타단은 동일한 2차측 캐패시터들(C3, C4)의 접점과 연결된다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 1상의 양방향 DC-DC 컨버터가 추가되는 경우, 그에 대응하여 2차측 하프브릿지를 구성하기 위해 2개의 스위치(Sn, Sn +1)가 추가되나, 캐패시터(C3, C4)는 다른 전원의 2차측 하프브릿지와 공유한다.
2차측 하프브릿지는 2개의 스위치(S1,..,Sn, Sn +1)와 2개의 캐패시터(C3, C4)로 구성된다. 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 1상의 양방향 DC-DC 컨버터가 추가될 때마다 2차측 하프브릿지도 추가된다. 다만, 이 경우 2개의 스위치(Sn, Sn+1)만이 추가되고, 캐패시터(C3, C4)는 다른 2차측 하프브릿지와 공유하여 2차측 하프브릿지를 구성한다. 2차측 하프브릿지는 출력 캐패시터(C0)와 연결된다. 본 발명의 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터는 하나의 출력 캐패시터(C0)로 구성된다. 따라서, 다수의 2차측 하프브릿지 모두 하나의 출력 캐패시터(C0)와 연결된다.
도 2a는 일 실시예에 따른 3상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 회로 구성도이고, 도 2b는 일 실시예에 따른 3상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 동작 파형도이다.
도 2a를 참조하면, 3상 양방향 인터리브 DC-DC 컨버터는 1차측과 2차측에 모두 Y-Y 결선의 3상 고주파 변압기(high frequency transformer)를 포함한다. 3상 고주파 변압기의 1차측에는 3개의 입력 인덕터(La, Lb, Lc)와 3개의 하프 브릿지가 위치한다. 1차측 하프 브릿지는 1차측 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제3 스위치(Q3), 제4 스위치(Q4), 제5 스위치(Q5), 제6 스위치(Q6), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2)가 3개의 하프 브릿지를 이룬다. 이 경우, 3상 고주파 변압기의 1차측 일단은 각 하프 브릿지의 스위치 간의 접점(a, b, c)에 연결된다. 또한, 3상 고주파 변압기의 1차측 타단은 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2)의 접점 m에 공통으로 연결된다.
한편, 3상 고주파 변압기의 2차 측에는 3개의 하프 브릿지와 출력 캐패시터(C0)가 위치한다. 2차측의 하프 브릿지는 2차측 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4), 제5 스위치(S5), 제6 스위치(S6), 제3 캐패시터(C3), 제4 캐패시터(C4)가 3개의 하프 브릿지를 이룬다. 제3 캐패시터(C3), 제4 캐패시터(C4)의 양단에는 출력 캐패시터(C0)가 연결된다. 3상 고주파 변압기의 2차 측 일단은 2차측 스위치의 각 접점(a', b', c')과 연결되며, 타단은 제3 캐패시터(C3), 제4 캐패시터(C4)의 접점 m'과 연결된다.
도 2b에는 도 2a에 나타낸 3상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 이론적인 동작파형을 나타낸 것이다. a상의 전원(Va)을 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터에서의 1차측 제1 스위치(Q1)의 턴온(turn-on)시간과 2차측 제1 스위치(S1)의 턴온(turn-on)시간이 존재한다. ILa, ILb, ILc는 a, b, c상의 입력 인덕터(La, Lb, Lc) 전류를 나타내고, Ipa, Ipb, Ipc는 변압기의 1차측 전류를 나타낸다. Vpa는 변압기의 a상의 1차측 펄스 전압을 나타내고, Vsa는 변압기의 a상의 2차측 펄스 전압을 나타낸다. Vc1은 제1 캐패시터(C1)의 양단 전압, Vc2는 제2 캐패시터(C2)의 양단 전압, Vc3는 제3 캐패시터(C3)의 양단 전압, Vc4는 제4 캐패시터(C4)의 양단 전압을 나타낸다.
변압기의 a상의 1차측 구형파 전압(Vpa)과 a상의 2차측 구형파 전압(Vsa)에는 위상차(phase shift, φa)가 존재한다. 각상의 위상차에 의해 3상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터의 전력전달 양이 결정된다. 각 상의 하프 브릿지는 50%의 듀티비(duty ratio)로 동작한다.
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시 예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시 예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.
10 : 입력부
30 : 1차측 하프브릿지
50 : 출력부
70 : 2차측 하프브릿지
90 : 변압부

Claims (4)

  1. 전원과 상기 전원의 입력전류를 저장하는 제1 입력 인덕터를 포함하는 입력부와, 상기 제1 입력 인덕터와 연결되어 상기 제1 입력 인덕터 전류를 제어하는 1차측 제1 하프브릿지와, 출력전압을 저장하는 출력부와, 상기 출력부와 연결되어 출력전압을 제어하는 2차측 제1 하프브릿지와, 1차측이 상기 1차측 제1 하프브릿지와 연결되고, 2차측이 상기 2차측 제1 하프브릿지와 연결되되 전력모드에 따라 1차측 또는 2차측의 전압을 변압하는 제1 변압기를 포함하는 제1 양방향 DC-DC 컨버터와;
    상기 제1 양방향 DC-DC 컨버터의 입력부에 포함되는 상기 전원의 입력전류를 저장하는 제n 입력 인덕터와, 상기 제n 입력 인덕터와 연결되어 상기 제n 입력 인덕터 전류를 제어하는 1차측 제n 하프브릿지와, 상기 제1 양방향 DC-DC 컨버터의 출력부와 연결되어 출력전압을 제어하는 2차측 제n 하프브릿지와, 1차측이 상기 1차측 제n 하프브릿지와 연결되고, 2차측이 상기 2차측 제n 하프브릿지와 연결되되 전력모드에 따라 1차측 또는 2차측의 전압을 변압하는 제n 변압기를 포함하는 제n 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하되,
    제n 양방향 DC-DC 컨버터를 하나 이상 포함하는 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 양방향 DC-DC 컨버터는,
    상기 전원에 연결되는 제1 입력 인덕터를 포함하는 입력부와, 상기 입력부의 제1 입력 인덕터에 연결되는 1차측 제1 스위치, 1차측 제2 스위치, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터를 포함하는 1차측 제1 하프브릿지와, 출력 캐패시터와, 상기 출력 캐패시터에 연결되는 2차측 제1 스위치, 2차측 제2 스위치, 제3 캐패시터, 제4 캐패시터를 포함하는 2차측 제1 하프브릿지와, 1차측의 일단이 상기 1차측 제1 스위치와 상기 1차측 제2 스위치의 접점에 연결되고, 타단이 상기 제1 캐패시터와 상기 제2 캐패시터의 접점에 연결되며, 2차측의 일단이 상기 2차측 제1 스위치와 상기 2차측 제2 스위치의 접점에 연결되고, 타단이 상기 제3 캐패시터와 상기 제4 캐패시터의 접점에 연결되는 제1 변압기를 포함하는 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제n 양방향 DC-DC 컨버터는,
    상기 전원에 연결되는 제n 입력 인덕터를 포함하는 입력부와, 상기 입력부의 제n 입력 인덕터와 와 연결되는 1차측 제n 스위치, 1차측 제(n+1) 스위치, 상기 제1 캐패시터, 상기 제2 캐패시터를 포함하는 1차측 제n 하프브릿지와, 상기 출력 캐패시터, 상기 출력 캐패시터의 양단에 연결되는 2차측 제n 스위치, 2차측 제(n+1) 스위치와 상기 제3 캐패시터와 상기 제4 캐패시터를 포함하는 2차측 제n 하프브릿지와, 1차측의 일단이 상기 1차측 제n 스위치와 상기 1차측 제(n+1) 스위치의 접점에 연결되고, 타단이 상기 제1 캐패시터와 상기 제2 캐패시터의 접점에 연결되며, 2차측의 일단이 상기 2차측 제n 스위치와 상기 2차측 제(n+1) 스위치의 접점에 연결되고, 타단이 상기 제3 캐패시터와 상기 제4 캐패시터의 접점에 연결되는 제n 변압기를 포함하는 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터.
  4. 3상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터에 있어서,
    1개의 DC 전원과;
    상기 DC 전원에 연결되되, 병렬 구조를 가지는 3개의 입력 인덕터와;
    상기 입력 인덕터의 각각에 연결되는 3개의 1차측 하프브릿지와;
    출력 캐패시터와;
    상기 1차측 하프브릿지 각각에 대응하여 출력 캐패시터의 양단에 연결되는 2차측 하프브릿지; 및
    상기 1차측 하프브릿지와 2차측 하프브릿지에 각각 Y-Y 결선으로 연결되는 3상 고주파 변압기;
    를 포함하는 3상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터.
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