KR20140135237A - Dc-dc 변환기용 전류제어 - Google Patents

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레이니쉬-웨스트펠리쉐 테크니쉐 호크슐레 아아켄
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Abstract

본 발명은 소위 듀얼 액티브 브릿지(Dual Active Bridge: DAB) 토폴로지를 갖는 DC-DC 변환기 및 이러한 DC-DC 변환기를 작동하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(actively switched primary-side voltage bridges)(11, 12, 13)를 포함하고, 상기 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)는, 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)의 각각에 대해서 DC 입력 전압(ES)을 일차측 AC 전압(111, 112, 113)으로 전환하는 복수개의 활성 스위치(active switches)(S1)를 구비하는 일차 측면(primary side)(1), 및 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)를 포함하고, 상기 적어도 세 개의. 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)는, 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 각각에 대해서 이차측 AC 전압(211, 212, 213)을 공통 DC 출력 전압(AS)으로 전환하는 복수개의 활성 스위치(S2)를 구비하는 이차 측면(2)을 포함하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법으로서, 상기 일차측 AC 전압(111, 112, 113) 및 상기 이차측 AC 전압(211, 212, 213)은 기간(T)을 두고 위상각(phase angle)(
Figure pct00135
)으로 각각 이전되며, 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 각각은 하나 이상의 변압기(3)를 통해 각각 하나의 위상에 결합되는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법은, 전력을 상기 일차 측면(1)에서 상기 이차 측면(2)으로 전달하는 스위칭 동작으로서, 상기 위상각(
Figure pct00136
)을 제1 위상각(
Figure pct00137
1)에서 제2 위상각(
Figure pct00138
2)으로 조정하는 단계를 포함하고, 상기 일차측 및 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)은 상기 스위칭 동작에서 개개의 위상들의 위상각(
Figure pct00139
)이 상기 스위칭 동작에서 시간적으로 서로와는 관계없이 조정되도록 스위칭됨으로써, 전류를 신속하게 제어하고, 동시에 전력 변화시 DC 전압에서의 진동을 최소화할 수 있다.

Description

DC-DC 변환기용 전류제어{Current control for DC-DC converters}
본 발명은 소위 듀얼 액티브 브릿지(Dual Active Bridge: DAB) 토폴로지를 갖는 DC-DC 변환기 및 이러한 DC-DC 변환기를 작동하는 방법에 관한 것이다.
DC-DC 변환기로도 불리는 DC 변환기는 입력단에 공급된 DC(Direct Curent) 전압을 상대적으로 더 높거나, 낮거나 또는 반전된 전압 레벨을 갖는 DC 전압으로 전환하는 전기 스위치를 특징으로 한다. DC 변환기는 예를 들어, PC 전원공급부, 노트북, 핸드폰, 소형 자동차, 및 HiFi 장치의 스위칭 전원 공급부(switching power supply) 안에 존재한다. 선형 전원 공급부(linear power supply)와 비교할 때의 장점은 효율이 보다 개선되고, 열 발생이 더 적다는 것이다. 이와는 달리, 선형 전압 조정기(linear voltage regulator) 또는 직렬 저항기에서 과잉 전압은 간단히 "소모"될 뿐이다.
DC-DC 변환기는, 부분적으로 인쇄회로기판(PCB)을 직접 지지하기 위해 구비되는 완전히 밀봉된 변환기 모듈로도 제공된다. 출력전압(이차전압)은 구조형태에 따라서 입력전압(일차전압)보다 작거나, 같거나 클 수 있다. 저전압(low voltage)을 갈바닉(Galvanic) 방식으로 분리된 저전압으로 변환하는 장치가 가장 잘 알려져 있다. 밀봉된 DC-DC 변환기는 예를 들어, 1.5kV 내지 3kV 이상까지의 절연전압용으로 제공되며, DC 라인 전압에서, 예를 들어, 24V 산업설비에서 또는 48V 전기통신(telecommunication) 또는 전자장치 영역에서, 예를 들어, 5V 디지털 회로 또는 ±15V 동작 증폭기(operation amplifier)의 동작을 위해서 작은 소비자인 전류 공급부에 제공된다. DC 변환기는 다양한 기준에 따라서 구별되며, 다양한 토폴로지(전류 경로에서 분기된 네트워크의 구조 형태)로 분할된다. 단방향(unidirectional) 변환기와는 달리, 양방향(bidirectional) DC 변환기에서 어떤 연결이 입력으로 그리고, 어떤 연결이 출력으로 정의되는가는 중요하지 않다. 양방향 에너지 흐름방향은 소정의 입력(일차 측면)에서 출력(이차측면)으로의 전력흐름 및 그 반대를 허용한다.
"듀얼 액티브 브릿지(Dual Active Bridge: DAB)" 토폴로지의 기능원칙을 기초로 한 DC 변환기에서, 입력 변환기내 DC 입력전압은 AC 전압으로 전환되고, 따라서, 변압기가 공급된다. 상기 변압기의 출력은, 상기 AC 전압을 다시 부하(load)용 DC 출력전압으로 전환하는 출력 변환기와 연결된다. 이러한 DC-DC 변환기는 단일 위상 또는 다중 위상 구성으로 구현될 수 있다. 이러한 DAB-DC/DC 변환기 토폴로지는, 예를 들어, 문헌 US 5,027,264에 개시된 바와 같이, 양방향 에너지 흐름, 변압기를 통한 갈바닉 방식의 분리, 및 고전압에서의 동작을 가능케 하는 고효율의 변환기 토폴로지이다. 이러한 변환기 유형은 중간전압-DC 전원공급부에 삽입되는 데에 특히 적합하다.
"듀얼 액티브 브릿지(DAB)" 토폴로지를 갖는 DC 변환기에서, 전달된 전력은 일차측(primary side) 전압과 이차측(secondary side) 전압 사이의 위상각(phase angle)의 변화를 통해 조정된다. 이러한 전달된 전력이 변덕스럽게 변하는 경우, 원하지않는 진동, 및 위상 내에서의 전류의 불균형적 분배가 일어난다. 진동은 시간상수(L/R)에 의해 약해지는데, 여기서, L은 일차권선(primary winding)의 누설 인덕턴스(leakage inductance)와 일차측에 연관된, 변압기의 이차권선(secondary winding)의 누설 인덕턴스의 합으로 특징지워지며, R은 일차권선의 저항 및 일차측에 연관된, 이차권선의 저항의 합이다. 따라서, 작은 시간상수(L/R)가 가정될 정도로 진동이 시간적으로 신속하게 약해지는 것은 바람직할 것이다. 이와는 달리, 진동은 권선에서 증가된 누설 인덕턴스에 의해 또는 옴의 법칙에 의한 적은 손실에 의해 단지 천천히 약해질 수 있다. 그러나, 높은 누설 인덕턴스는 이러한 변환기를 일차전압과 이차전압 간의 또 다른 전압영역에 삽입하는 데에 직접적으로 중요한 의미를 갖는다. 이와는 달리, 이러한 변환기를 옴의 법칙에 의한 적은 손실과 높은 성능, 그리고 상대적으로 높은 효율로 준비하기 위해서는 작은 저항(R)이 바람직하다. 이러한 주변조건에 의해서, 전력변화후에 발생하는 진동은 긴 시간상수를 갖게 된다. 따라서, 일반적인 DAB-DC/DC 변환기에서 일반적으로, 진동을 가능한한 방지하기 위해서, 위상각은 단지 천천히 변한다. 위상각의 느린 변화는, 물론 전류 제어의 역동성(dynamics)을 감소시키므로, 전류의 느린 제어만이 가능하게 될 것이다. 높은 역동성을 가져야만 하는 DAB-DC/DC 변환기에서, 진동을 방지하는 방법이 적용될 수 없고, 원하지않은 진동 및 위상 내에서의 전류의 불균형적 분배가 유지되고 있다.
본 발명의 목적은, 전류를 신속하게 제어하고, 동시에 전력 변화시 DC 전류에서 진동을 감소시킬 수 있는 듀얼 액티브 브릿지(Dual Active Bridge: DAB)-DC/DC 변환기를 제공하는 데에 있다.
이러한 과제는, 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(actively switched primary-side voltage bridges)를 포함하고, 상기 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지는, 상기 일차측 전압 브릿지의 각각에 대해서 DC 입력 전압을 일차측 AC 전압으로 전환하는 복수개의 활성 스위치(active switches)를 구비하는 일차 측면(primary side), 및 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지를 포함하고, 상기 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지는, 상기 이차측 전압 브릿지의 각각에 대해서 이차측 AC 전압을 공통 DC 출력 전압으로 전환하는 복수개의 활성 스위치를 구비하는 이차 측면(secondary side)을 포함하는 적어도 3상의 DC 변환기를 작동하는 방법으로서, 상기 일차측 전압 브릿지 및 상기 이차측 전압 브릿지의 각각은 다중 위상의 변압기 또는 각각 하나의 변압기를 통해 각각 하나의 위상에 결합되며, 상기 일차측 및 이차측 AC 전압은 기간(T)을 두고 위상각(phase angle)(
Figure pct00001
)으로 각각 이전되는 적어도 3상의 DC 변환기를 작동하는 방법은, 전력을 상기 일차 측면에서 상기 이차 측면으로 전달하는 스위칭 동작으로서, 상기 위상각(
Figure pct00002
)을 제1 위상각(
Figure pct00003
1)에서 제2 위상각(
Figure pct00004
2)으로 조정하는 단계를 포함하고, 상기 일차측 및 이차측 전압 브릿지는 상기 스위칭 동작에서 개개의 위상들의 위상각(
Figure pct00005
)이 상기 스위칭 동작에서 서로와는 관계없이 조정되도록 스위칭되는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기를 작동하는 방법을 통해 해결된다. 상기 DC 변환기에 의해, 위상각을 신속하게 변경하고 동시에, 전력 변화시 DC 전류에서의 진동을 최소화하거나 방지할 수 있는 듀얼 액티브 브릿지(Dual Active Bridge: DAB)-DC/DC 변환기가 사용된다. DC 전류에서의 진동을 최소화하거나 방지하지 않고서, 상기 위상각은 단지 천천히 변할 수 있다. 상기 스위칭 동작에서 개개의 위상을 위한 위상각(
Figure pct00006
)을 시간적으로 서로와는 관계없이 조정함으로써, 본 발명은 상기 위상각을 신속하게 변경할 수 있으므로, DC 전류의 높은 역동적인 조정(전류의 신속한 제어) 및 신속한 전력 전달을 가능케한다. 본 발명은, DAB DC/DC 변환기가 정적 동작(static operation)에 사용되는 종래기술과 달리, 전달된 전력의 높은 역동적인 변경을 가능케한다. 더욱이, 본 발명에 따른 방법을 통해 위상 전류 내에서의 불균형(unbalancing)을 방지할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에서, 스위칭 동작중에, 서로 다른 위상들의 위상각(
Figure pct00007
)은 상기 일차측 AC 전압 및 상기 이차측 AC 전압의 하강 및 상승에지와는 관계없이 조정된다. 따라서, 본 발명에 따른 DC 변환기는 특히, 높은 역동성을 필요로 하는, 중간부터 높은 전력 및 소위 펄스 파워 적용을 위한 DC/DC 변환기로 적합하다.
상기 일차 측면은, 에너지 넘치는 에너지원에 할당되는 상기 DC/DC 변환기의 일부를 나타낸다. 이에 상응하게, 상기 이차 측면은 전기 부하에 연결되는 변압기의 또 다른 측면을 나타낸다. 여기서, 상기 일차 측면 및 이차 측면은 상기 변압기를 통해 서로 절연된다. 상기 DAB DC/DC 변환기가 양방향으로 구현되면, 상기 일차 측면은 어느 하나의, 양방향의 DC 변환기 안에서뿐만 아니라, 또 다른 양방향의 DC 변환기 안에서도 이차 측면을 나타낸다. 본 발명에 따른 DC 변환기는 세 개 이상의 위상의 DAB DC/DC 변환기로서, 예를 들어, 5상의 DAB DC/DC 변환기로서도 구현될 수 있다.
DC 입력전압은 활성 스위치를 구비한 전압 브릿지에 인접하고, 상기 전압 브릿지 안에서 상기 활성 스위치의 스위칭(스위칭 과정)을 통해 AC 전압으로 전환된다. 상기 스위치가 일반적으로 완전히 스위치 온(switch-on)되므로, 출력 브릿지에서 직사각형과 비슷하게 AC 전압(구형파 전압)이 발생한다. 따라서, 변압기 권선을 통한 전압은 계단 형태이다. 마찬가지로, 상기 구형파 전압의 에지는 소위 스누버(snubber)의 사용에 의해 계속적으로 가파르지 않은데, 즉, 이 형태는 상기 구형파 전압(상기 변압기 권선에서의 계단 형태)과 다르다. 스누버는 스위칭 동작에서 역동적인 전압 밸런싱을 보장하는 데에 사용된다(스누버 네트워크). 스누버 네트워크로서, 스누버 부재를 포함한 전기 스위칭, 즉, 예를 들어, 전류 흐름이 갑작스럽게 중지될 때 대개 유도 부하를 연결할 때 발생하는 방해적인 고주파수나 전압 피크(voltage peak)를 중성화해야만 하는 전기 스위칭을 언급할 수 있다. 스누버 부재는 반도체에서 전압 상승속도 또는 전류 상승속도를 제한한다.
실시예에 따르면, 전압 브릿지 당 두 개 이상의 활성 스위치가 사용될 수 있다. 전압 브릿지에 적합한 스위치는, 예를 들어, 게이트 턴오프 사이리스터(Gate Turn-Off Thyristor (GTO)), 트랜지스터, MOSFET, IGBT ("Insulated Gate Bipolar Transistor") 또는 인텔리전트 게이트 드라이버를 포함하는 IGCT ("Integrated Gate-Commutated Thyristor")와 같은 활성 반도체 스위치(전력 반도체)이다. 당업자는 대안적으로 또 다른 적합한 활성 스위치를 사용할 수도 있다.
여기서, 상기 변압기는 마그네틱 코어 주변에 상기 일차측 및 이차측 전압 브릿지의 상응하는 권선을 가진 마그네틱 원(magnetic circle) - 대개 페라이트 코어 또는 강철 코어를 나타낸다. 상기 위상각 각각이 개별 변압기를 포함하는 경우, 일차측 위상 및, 상응하는 또 다른 이차측 위상의 도체만이 이러한 위상에 할당된 변압기 주위에 감긴다. 따라서, 상기 개별 위상의 변압기의 마그네틱 코어는 물리적으로 서로 분리된다. 이와는 달리, 다중 위상의 변압기는 모든 위상에 대해 공통 마그네틱 코어를 구비하는 변압기를 나타낸다. 여기서, 상기 개별 위상의 일차측 및 이차측 전압 브릿지의 권선은 상기 마그네틱 코어의 서로 다른 영역에 배치된다. 본 발명에 따른 3상의 DC 변환기의 실시예에서, 상기 다중 위상의 변압기는 3상의 변환기이다. DAB DC 변환기의 원리는, 두 가지 경우에서, 상기 변압기 주변의 AC 전압을 거쳐 상기 변압기의 누설 인덕턴스(leakage inductance)를 통해 원하는 전압 하강을 유도하고, 그리고나서, 전력 흐름을 제어하는 것이다. 활성적으로 스위칭된 전압 브릿지는, 상기 변압기에 인접한 일차측 및 이차측 AC 전압 간의 이전(shift) 각(위상각)의 독립적인 제어 및 전력 흐름의 원하는 제어를 가능케한다.
이때, 상기 위상각(
Figure pct00008
)은 각각 기간(T)을 두고 서로에 대한 상기 일차측 및 이차측 AC 전압의 이전을 나타낸다. 제1 위상각(
Figure pct00009
1)은 스위칭 동작 시작 이전에, 서로에 대한 일차측 및 이차측 AC 전압의 이전을 나타낸다. 제2 위상각(
Figure pct00010
2)은 상기 스위칭 동작 완료 이후에, 서로에 대한 일차측 및 이차측 AC 전압의 이전을 나타낸다. 상기 스위칭 동작중에, 상기 위상각(
Figure pct00011
)은
Figure pct00012
1과
Figure pct00013
2 사이의 하나 이상의 값을 취할 수 있다. 여기서,
Figure pct00014
1은
Figure pct00015
2보다 크거나 작을 수 있다. 여기서, 상기 위상각(
Figure pct00016
)은 양의 값 및 음의 값을 채용할 수 있다. 제1 및 제2 AC 전압간의 양의 값(
Figure pct00017
)은, AC 전압의 곡선 진행에서 상기 제2 AC 전압이 상기 제1 AC 전압보다 지체되는 것을 의미한다.
마찬가지로, 제1 및 제2 AC 전압간의 음의 값(
Figure pct00018
)은, AC 전압의 곡선 진행에서 상기 제2 AC 전압이 상기 제1 AC 전압을 앞서는 것을 의미한다.
일 실시예에서, 상기 개개의 위상들의 위상각(
Figure pct00019
)은, 전류를 밸런싱(balancing)하기 위해 상기 위상 내에서 서로 다르게 조정된다. 상기 방법은 모든 위상에 대해서 동일한 위상각을 사용하는 것에 제한되지 않는다. 따라서, 예를 들어, 상기 위상내에서 균형있는 전류 분배를 전제로 하도록 상기 변압기의 불균형(unbalancing)을 상쇄시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 DC 변환기는, 각각 두 개 이상의 활성 스위치를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지 및, 각각 두 개 이상의 활성 스위치를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지를 포함하는 3상의 DC 변환기이며, 상기 스위칭 동작은, 세 개의 모든 위상들에 대해서 상기 위상각(
Figure pct00020
2)을 상기 일차측 전압 브릿지 및 상기 이차측 전압 브릿지에서의 상기 일차측 AC 전압 및 상기 이차측 AC 전압의 동일한 에지에서 조정하는 것을 수행한다. DAB 토폴로지를 가지는 이러한 3상의 DC 변환기는, 예를 들어, 상기 변압기의 사용가능한 출력의 개선된 이용을 통해 사용가능한 전력 밀도를 현저하게 상승시키는 장점을 갖는다. 스위치의 개수는 일 실시예에서, 전압 브릿지 당 각각 두 개의 스위치로 이루어질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어, NPC 토폴로지에서와 같이, 전압 브릿지 당 4개의 스위치가 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 DC 변환기는 3상의 DAB NPC DC/DC 변환기이다. 여기서, NPC는 "중성점 클램핑 방식(neutral-point-clamped)"를 나타낸다. 전압의 레벨은 3상 DAB NPC DC/DC 변환기에서 클램핑 다이오드를 통해 균형있게 조정될 수 있으므로, 중간전압은 전압 레벨에 상응하며, 이에 대해, 밸런싱 네트워크 및/또는 드라이버는 필요치 않을 것이다. 대안적인 실시예에서, 클램핑 다이오드 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 대신에, ANPC 컨버터가 사용되거나, 전압 분배를 위한 소위 FLC의 용량으로 대체될 수 있다.
3상의 DC 변환기를 작동하는 방법의 바람직한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 제2 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계 및, 상기 제2 이차측/일차측 전압 브릿지의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00021
2)으로 이전하는 제1 스위칭단계; 상기 제1 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0 + T/6)에서 스위칭하는 제1 스위칭 단계 및, 상기 제1 이차측/일차측 전압 브릿지의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00022
1)으로 이전하는 제1 스위칭단계; 상기 제3 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0 + T/3)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계 및, 상기 제3 이차측/일차측 전압 브릿지의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00023
2)으로 이전하는 제1 스위칭단계; 상기 제2 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0 + T/2)에서 스위칭하는 제2 스위칭단계 및, 상기 제2 이차측/일차측 전압 브릿지의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00024
2)으로 이전하는 제2 스위칭단계; 상기 제1 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0 + 2/3*T)에서 스위칭하는 제2 스위칭단계 및, 상기 제1 이차측/일차측 전압 브릿지의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00025
2)으로 이전하는 제2 스위칭단계; 및 상기 제3 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0 + 5/6*T)에서 스위칭하는 제2 스위칭단계 및, 상기 제3 이차측/일차측 전압 브릿지(23/13)의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00026
2)으로 이전하는 제2 스위칭단계를 더 포함한다.
이러한 방법을 통해, 부가적으로, 위상 전류의 불균형(unbalancing)을 방지한다. 여기서, 기준 전류는 이미 T/3 이후, 진동을 자극하지 않고 도달된다. 위상각의 변경시 위상각의 부호도 변경되는 경우에, 물론 위상각의 변경 후 단시간에 상승된 위상전류가 발생한다. 상기 방법은, 상기 제1, 제2, 및 제3 일차측 전압 브릿지 내지 제1, 제2, 및 제3 이차측 전압 브릿지의 전압 간의 120°의 위상 이전(shift)에 적용가능하며, 물론, 상기 방법은 120°의 위상 이전에 제한되지 않는다. 마찬가지로, 상기 방법은 상기 개개의 브릿지의 스위칭의 상기 순서에 제한되지 않는다. 상기 방법은 스위칭의 주기적인 교체 또는 스위칭의 반전에서도 적용될 수 있다. 표시 "일차측/이차측" 내지 "이차측/일차측"은 경사선 "/" 전후에 언급된 측면에서 상응하는 스위칭을 나타낸다. 여기서, 처음 언급한 측면들(경사선 앞)은 일방향으로의 전류 흐름의 스위칭에 해당하며, 상기 경사선 뒤에 언급된 측면은 반전된 전류 흐름의 스위칭에 해당한다. 이러한 방법에 의해, 신속한 전력 흐름전환 및 세 개의 위상 내에서의 균형있는 전류분배가 가능하다. 상기 일차측 및 이차측 AC 전압은 양의 위상각으로 이전되면, 상기 이차측 AC 전압은 뒤이어 상기 일차측 AC 전압으로 스위칭된다. 이와는 달리, 상기 일차측 및 이차측 AC 전압은 음의 위상각으로 이전되면, 상기 이차측 AC 전압은 우선적으로(또는 먼저) 상기 일차측 AC 전압으로 스위칭된다. 모든 이러한 가능성은 상기 방법에 의해 포함된다.
또 다른 대안적인 실시예에서, 상기 위상각(
Figure pct00027
)은 상승 및 하강 에지에 대해서 서로 다르다. 바람직한 실시예에서, 상기 DC 변환기는, 각각 두 개 이상의 활성 스위치를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지 및, 각각 두 개 이상의 활성 스위치를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지를 포함하는 3상의 DC 변환기이며, 상기 스위칭 동작은, 개개의 세 개의 위상들에 대해서 상기 위상각(
Figure pct00028
)(=
Figure pct00029
1 +
Figure pct00030
2)/2)으로 상기 일차측 전압 브릿지 및 상기 이차측 전압 브릿지의 상기 일차측 AC 전압 및 상기 이차측 AC 전압을 스위칭하는 세 개의 연속적인 스위칭 단계를 포함한다. 스위치의 개수는 일 실시예에서, 전압 브릿지 당 각각 두 개의 스위치로 이루어질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어, NPC 토폴로지에서와 같이, 전압 브릿지 당 4개의 스위치가 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 DC 변환기는 3상의 DAB NPC DC/DC 변환기이다. 여기서, NPC는 "중성점 클램핑 방식(neutral-point-clamped)"을 나타낸다. 세 개의 전압 단계들의 레벨은 3상의 DAB NPC DC/DC 변환기에서 클램핑 다이오드를 통해 균형있게 조정될 수 있으므로, 중간전압은 전압 레벨에 해당하며, 이를 위해, 밸런싱 네트워크 및/또는 드라이버가 필요하지 않을 것이다. 대안적인 실시예에서, 클램핑-다이오드 IGBT 대신에, ANPC 컨버터가 사용되거나, 전압분배를 위해 소위 FLC의 용량으로 보충할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 제2 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계 및, 상기 제2 이차측/일차측 전압 브릿지의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00031
)(=
Figure pct00032
1 +
Figure pct00033
2)/2)으로 이전하는 제1 스위칭단계; 상기 제1 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0 + T/6)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계 및, 상기 제1 이차측/일차측 전압 브릿지의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00034
)(=
Figure pct00035
1 +
Figure pct00036
2)/2)으로 이전하는 제1 스위칭단계; 상기 제3 일차측/이차측 전압 브릿지의 일차측/이차측 AC 전압을 시점(t0 + T/3)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계 및, 상기 제3 이차측/일차측 전압 브릿지의 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00037
)(=
Figure pct00038
1 +
Figure pct00039
2)/2)으로 이전하는 제1 스위칭단계; 및 상기 단계들을 상기 일차측/이차측 AC 전압의 각각 제2 단계들로 반복하고, 상기 제2, 제1, 및 제3의 일차측/이차측 전압 브릿지에 대한 이차측/일차측 AC 전압을 상기 위상각(
Figure pct00040
2)으로 이전하는 스위칭단계를 더 포함한다.
이러한 대안적인 방법을 통해, 마찬가지로, 부가적으로, 불균형적인 위상 전류를 방지한다. 여기서, 기준 전류는 이미 T/2 이후 도달된다. 상기 방법은 진동을 자극하지 않으며, 위상각의 변경 후 단시간에 상승된 위상전류가 발생하지 않는다. 이러한 방법은, 전술한 대안적인 방법에 비해서 상기 기준전류에 보다 나중에 (T/3 대신에 T/2) 도달하며, 이에 대해서, 위상각의 부호 변경에서도 단시간에 약간 상승된 위상전류가 발생하지 않는다. 상기 방법은, 상기 제1, 제2, 및 제3 일차측 전압 브릿지 내지 제1, 제2, 및 제3 이차측 전압 브릿지의 전압 간의 120°의 위상 이전에 적용가능하며, 물론, 상기 방법은 120°의 위상 이전에 제한되지 않는다. 마찬가지로, 상기 방법은 상기 개개의 브릿지의 스위칭의 상기 순서에 제한되지 않는다. 상기 방법은 스위칭의 주기적인 교체 또는 스위칭의 반전에서도 적용될 수 있다. 표시 "일차측/이차측" 내지 "이차측/일차측"은 경사선 "/" 전후에 언급된 측면에서 상응하는 스위칭을 나타낸다. 여기서, 처음 언급한 측면들(경사선 앞)은 일방향으로의 전류 흐름의 스위칭에 해당하며, 상기 경사선 뒤에 언급된 측면은 반전된 전류 흐름의 스위칭에 해당한다. 이러한 방법에 의해, 신속한 전력 흐름전환 및 세 개의 위상 내에서의 균형있는 전류분배가 가능하다. 상기 일차측 및 이차측 AC 전압은 양의 위상각으로 이전되면, 상기 이차측 AC 전압은 뒤이어 상기 일차측 AC 전압으로 스위칭된다. 이와는 달리, 상기 일차측 및 이차측 AC 전압은 음의 위상각으로 이전되면, 상기 이차측 AC 전압은 우선적으로(또는 먼저) 상기 일차측 AC 전압으로 스위칭딘다. 모든 이러한 가능성은 상기 방법에 의해 포함된다.
또 다른 실시예에서, 상기 제2 위상각(
Figure pct00041
2)을 조정하기 위한 스위칭 동작은 상기 일차측 및 이차측 AC 전압의 하나 이상의 기간(T)을 포함하고, 상기 일차측 및 이차측 AC 전압의 위상각(
Figure pct00042
)은 에지에서 단계별로 다수개의 단계로 상기 제2 위상각(
Figure pct00043
2)으로 조정된다. 바람직한 실시예에서, 상기 위상각(
Figure pct00044
2)의 단계적인 조정은 동일한 크기의 단계로 선형적으로 수행된다. 이에 따라, 가능한작게 상승된 위상전류가 보다 더 억제될 수 있다. 이러한 방법은, 기간 내의 상기 전류가 T/2보다 크게 선형적으로 변해야하는 경우에 장점을 갖는다.
또 다른 실시예에서, 상기 상승 및 하강 에지에서의 위상각(
Figure pct00045
)은 상기 스위칭 동작에서 상기 위상각을 기초로 하여 변압기 및 스위치의 영향을 보상하기 위해서 조정된다. 따라서, 단지 이미 상기 토폴로지를 통해 방지될 수 있는 영향을 상쇄할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 DC 변환기는, 상기 일차측 전압 브릿지의 상기 일차측 AC 전압 간의 위상 이전과 상기 이차측 전압 브릿지의 상기 이차측 AC 전압 간의 위상 이전이 서로 120°로 차이나도록 작동된다. 따라서, 전술한 바와 같은 장점을 가질 때, 상기 변압기의 가능한 불균형(unbalancing)을 상쇄시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(actively switched primary-side voltage bridges)를 포함하고, 상기 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지는, 상기 일차측 전압 브릿지의 각각에 대해서 DC 입력 전압을 일차측 AC 전압으로 전환하는 복수개의 활성 스위치(active switches)를 구비하는 일차 측면(primary side), 및 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지를 포함하고, 상기 적어도 세 개의. 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지는, 상기 이차측 전압 브릿지의 각각에 대해서 이차측 AC 전압을 공통 DC 출력 전압으로 전환하는 복수개의 활성 스위치를 구비하는 이차 측면(secondary side)을 포함하는 적어도 3상의 DC 변환기로 이루어진 장치로서, 상기 일차측 전압 브릿지 및 상기 이차측 전압 브릿지의 각각은 다중 위상의 변압기 또는 각각 하나의 변압기를 통해 각각 하나의 위상에 결합되며, 상기 일차측 및 이차측 AC 전압은 기간(T)을 두고 위상각(phase angle)(
Figure pct00046
)으로 각각 이전되는 적어도 3상의 DC 변환기로 이루어진 장치는, 상기 적어도 3상의 DC 변환기의 일차측 및 이차측 전압 브릿지의 활성 스위치를 본 발명에 따른 방법에 따라 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기로 이루어진 장치에 관한 것이다. 여기서, 본 발명에 따른 제어부는 하나 이상의 DSP(Digital Signal Processor), 하나 이상의 FPCA(소위 "Field Programmable Gate Arrays"), 하나 이상의 CLPD(소위 "Complex Programmable Logic Devices"), 및 마이크로 컨트롤러의 사용하에 또는 전술한 부품의 조합을 사용함으로써 제어(control)로서 실현될 수 있다.
상기 장치의 실시예에서, 상기 DC 변환기는, 각각 두 개 이상의 활성 스위치를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지 및, 각각 두 개 이상의 활성 스위치를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지를 포함하는 3상의 DC 변환기이다.
또한, 상기 DC 변환기는 일차측면에서 및/또는 이차측면에서(번역자주: 독문 원문 14페이지 4-5째줄에서 '일차 측면에서' 로 중복기재돼있는데, 내용상 말이 않되므로 '이차 측면에서'의 오기로 보아, 수정하여 번역했습니다. 확인바랍니다) 저역필터(low pass filter)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 커패시터가 일차측면 및/또는 이차측면에서 전류의 평활화를 위해서 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은, 예를 들어, 공진 변환기 또는 공진 DAB 컨버터를 위한, 일렬로 또는 변압기 권선(또는 또 다른 배치)에 평행하게 커패시터를 구비한 DAB DC/DC 변환기 토폴로지에 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전류를 신속하게 제어하고, 동시에 전력 변화시 DC 전류에서 진동을 감소시킬 수 있는 듀얼 액티브 브릿지(Dual Active Bridge: DAB)-DC/DC 변환기를 제공할 수 있다.
본 발명의 이러한 그리고 또 다른 측면들은 도면에서 상세히 도시된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실현하기에 적합한 DC 변환기(DAB-DC/DC 변환기)의 토폴로지를 나타내는 실시예를 도시한다.
도 2는 종래기술에 따른 진동을 동반한 스위칭 동작을 포함하는 도 1의 DC 변환기의 (a) 위상각, (b) 위상전류 및 (c) DC 전류의 시뮬레이션 진행을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 3상의 DAB-DC/DC 변환기의 방법의 제1 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3의 제1 실시예에 따른 방법의 스위칭 동작을 포함하는 도 1의 DC 변환기의 (a) 위상각, (b) 위상전류 및 (c) DC 전류의 시뮬레이션 진행을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 3상의 DAB-DC/DC 변환기의 방법의 제2 실시예를 도시한다.
도 6은 도 5의 제2 실시예에 따른 방법의 스위칭 동작을 포함하는 도 1의 DC 변환기의 (a) 위상각, (b) 위상전류 및 (c) DC 전류의 시뮬레이션 진행을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 DC 변환기로 이루어진 장치 및 제어를 도시한다.
도 1은 DC 변환기의 실시예로서, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(actively switched primary-side voltage bridges)(11, 12, 13)를 포함하고, 상기 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)는, 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)의 각각에 대해서 DC 입력 전압(ES)을 일차측 AC 전압(111, 112, 113)으로 전환하는 각각 두 개의 활성 스위치(active switches)(S1)를 구비하는 일차 측면(primary side)(1), 및 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)를 포함하고, 상기 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)는, 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 각각에 대해서 이차측 AC 전압(211, 212, 213)을 공통 DC 출력 전압(AS)으로 전환하는 각각 두 개의 활성 스위치(S2)를 구비하는 이차 측면(secondary side)(2)을 포함하는 3상의 DC 변환기(G3)를 도시한다. 상기 전압 브릿지에 적합한 스위치(S1, S2)는 예를 들어, 게이트 턴오프 사이리스터(Gate Turn-Off Thyristor (GTO)), 트랜지스터, MOSFET, IGBT ("Insulated Gate Bipolar Transistor") 또는 인텔리전트 게이트 드라이버를 포함하는 IGCT ("Integrated Gate-Commutated Thyristor")와 같은 활성 반도체 스위치(전력 반도체)이다. 또 다른 실시예에서, 전압 브릿지의 개수 및/또는 전압 브릿지 당 활성 스위치(S1, S2)의 개수가 변할 수 있는데, 예를 들어, 전압 브릿지 당 4개의 스위치를 구비하는 NPC 토폴로지에서 변할 수 있다. 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 각각은 이러한 경우, 상기 3상의 DC 변압기(3)에서 다중 위상의 변압기(3)를 통해, 예를 들어, 3상의 변압기(3)를 통해 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23) 각각에 결합되거나, 각각 하나의 개별 변압기(3)를 통해 각각 하나의 위상에 결합된다. 여기서, 상기 일차측 및 이차측에 인가된 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)은 기간(T)을 두고 위상각(
Figure pct00047
) 으로 이전된다. 부하 전달을 위해, 상기 위상각은 스위칭 동작에서 제1 위상각(
Figure pct00048
1)에서 제2 위상각(
Figure pct00049
2)으로 전환된다. 이러한 실시예에서, 커패시터(10, 20)가 전압을 평활화(smoothing)하기 위해서 일차측 및 이차측으로 배치된다. 또 다른 실시예에서, 커패시터를 생략할 수 있으며, 또는 상기 커패시터는 저역필터(low pass filter)로 대체되거나 보충될 수 있다. DAB DC/DC 변환기로서, 여기에 도시한 DC 변환기의 토폴로지는 종래기술에 따른 스위칭 동작 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 스위칭 동작을 적용하는 데에 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이를 위해, DC 변환기는 세 개 이상의 위상을 가질 수 있다. 스위치를 제어하기 위한 제어부가 여기에는 도시되어 있지 않다.
도 2는 종래기술에 따른 스위칭 동작을 포함하는 도 1의 3상의 DC 변환기의 (a) 위상각(°), (b) 위상전류(암페어(A)) 및 (c) DC 전류(암페어(A))의 시뮬레이션 진행을 도시하는데, 여기서, 위상각이 신속하게 변하는 경우, DC 전류에서 진동이 유발된다. 상기 위상각의 신속한 변화는 신속한 전력 전달을 가능케한다. 상기 시뮬레이션은, 구형파 전압(square wave voltage)의 형태를 갖는 AC 전압으로서, 1 kHz 주파수를 가지고, 1:1의 변압기의 변속비, 각각 1mH의 일차측 및 이차측 누설 인덕턴스(leakage inductance), 각각 100mΩ의 일차 및 이차 권선의 저항, 100mH의 변압기의 메인 인덕턴스, 500V의 일차측 전압, 550V의 이차측 전압, 및 상기 스위치(S1, S2)로서 이상적 스위치(폐쇄 스위치에서 R= 0Ω이고, 개방 스위치에서 R=∞)으로 가정하여 수행되었다. 도시된 방법(본 발명에 따른 방법과 대조된 종래기술)의 비교가능성을 실현하기 위해서, 이와 동일한 값 및 가정은 도 3 및 도 5에 도시된 본 발명에 따른 방법의 위상각, 위상 전류, 및 DC 전류의 시뮬레이션을 위해서 도 4 및 도 6에도 사용되었다. 종래기술에 따른 스위칭 동작은 세 개 위상의 위상각(
Figure pct00050
)을 서로와는 관계없이 변화시키는 것이 아니라, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 모든 위상에 대한 공통 단계로 변화시키므로, 상기 위상각(
Figure pct00051
)을 각각 변화시킨 후에, 상기 DC 전류의 강한 진동이 발생한다. 종래기술에 따른 스위칭 동작에서 발생하는 진동을 나타내기 위해서, 상기 DC 전류에 대해서, 예를 들어, DC 입력전류가 도시되어 있으며, 물론, DC 출력전류에서도 질적으로 동일한 동작이 발생한다. 상기 위상각 (
Figure pct00052
)(도 2(a) 참조)의 값을 변화시킬 때, 전압 브릿지에서 위상 전류(도 2(a) 참조) 및 입력측에서의 DC 전류(도 2(c) 참조)에서의 큰 진폭을 갖는 강한 진동이 발생한다. 이러한 진동은 상기 위상각 (
Figure pct00053
)의 가장 큰 변화에서 가장 크다(스위칭 시간 0.01초, 0.04초 및 0.05초에 대한 스위칭 동작 참조). 도 2(b) 및 도 2(c)에서 명백한 바와 같이, 이러한 진동은 긴 시간상수로 약해진다. 상기 시간상수는 L/R에 비례한다. 여기서, L은 상기 일차 권선의 누설 인덕턴스 및 상기 변압기의 이차 권선의, 상기 일차측에 연관된 누설 인덕턴스의 합으로 특징지워지며, R은 상기 일차 권선의 저항 및 상기 이차 권선의, 상기 일차측에 연관된 저항의 합이다. 그러나, 높은 인덕턴스는 이러한 DAB DC/DC 변환기를 일차전압과 이차전압 간의 또 다른 전압영역에 삽입하는 데에 직접적으로 중요한 의미를 갖는다. 이와는 달리, 이러한 DAB DC/DC 변환기를 옴의 법칙에 의한 적은 손실과 높은 성능, 그리고 상대적으로 높은 효율로 제공하기 위해서는 작은 저항(R)이 바람직하다. 이러한 주변조건에 의해서, 전력변화시 발생하는 진동은 긴 시간상수를 갖게 된다. 종래기술에 따르면, 상기 DC 전류의 진동은, 상기 위상각(
Figure pct00054
)이 단지 천천히 변하면서 억제되는데, 여기서, 이는 0.03초 내지 0.04초의 시간간격으로 다수의 작은 단계들로 단계적인 변화로 시뮬레이션된다(도 2(a) 참조). 이에 상응하여, 상기 DC 전류에 발생하는 진동(도 2(c) 참조)은 일 단계에서 비약적인 변화에서보다 명백히 더 적다.
도 3은 본 발명에 따른 3상의 DAB-DC/DC 변환기의 방법의 제1 실시예를 도시하는데, 앞서 도 2(c)에 도시한 바와 같이, 진동을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 일차측 AC 전압(111, 112, 113)(실선) 및 상기 이차측 AC 전압(211, 212, 213)(점선)은 도 2, 도 4, 및 도 6의 시뮬레이션에 따르면, 구형파 전압으로 도시된다. DC 입력전압은 상기 활성 스위치를 구비한 전압 브릿지(11, 12, 13)에 인접하고, 상기 전압 브릿지(11, 12, 13) 내에서 상기 활성 스위치(S1)(스위칭 동작)의 스위칭을 통해 AC 전압(111, 112, 113)으로 전환되며, 상기 변압기(3)를 통해 상응하는 AC 전압(211, 212, 213)으로 변환된다. 상기 스위치(S1)가 일반적으로 완전히 스위치 온(switch-on)되므로, 출력 브릿지(21, 22, 23)에서 직사각형과 비슷하게 AC 전압(211, 212, 213)이 발생한다. 이에 따라, 변압기 권선을 통한 전압은 계단 형태이다. 마찬가지로, 상기 구형파 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)의 에지는 소위 스너버(snubber)의 사용에 의해 계속적으로 가파르지 않은데, 즉, 이 형태는 상기 구형파 전압(상기 변압기 권선에서의 계단 형태)과 다르다.
도 3에서, 본 발명에 따르면, 상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)은 상기 스위치(S1, S2)를 통해 스위칭되므로, 상기 스위칭 동작은 모든 세 개의 위상에 대해서, 상기 일차측 및 이차측 전압 브릿지에서의 상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)의 동일한 에지에서 위상각(
Figure pct00055
2)의 스위칭(조정)을 수행한다. 여기서, 각각, AC 전압(V1, V2, 및 V3)의 하강 에지에서
Figure pct00056
1 에서
Figure pct00057
2 로 조정되며, 이때, 제2 위상에 대한, 상기 일차측 AC 전압(111, 112, 113)의 일차측 스위칭 동작은 시간(t0)으로 수행되고, 제3 위상에 대해서 시간(t0+T/3)으로 수행되고, 제1 위상에 대해서 시간(t0+2/3T)으로 수행된다. 본 실시예에서, 상기 이차측 AC 전압(211, 212, 213)의 스위칭 동작은, 제1 스위칭의 에지에 대한 에지 배향에 따라서, 상기 일차측 AC 전압의 스위칭에 대해 상대적으로
Figure pct00058
1 또는
Figure pct00059
2 로 연속적으로(이전되어) 수행된다. 상기 표현 "연속적으로" 는 양의 위상각(
Figure pct00060
) (> 0)을 나타낸다. 물론, 본 발명에 따른 스위칭 동작에 대한 상기 예는 소위 앞선 위상각(
Figure pct00061
)에 상응해서도 수행될 수 있다. 앞선 위상각은 음의 위상각(
Figure pct00062
) (< 0)에 상응한다. 상기 제1 스위칭 동작이 하강 에지(t0, 제2 위상 V2)에서 수행되면, 상기 제1 및 제3 위상의 이차측 AC 전압(211, 213)의 다음의 하강 에지에서 상응하는 일차측 AC 전압(111, 113)을 스위칭하기 위해서, 상기 제1 및 제3 위상의 이차측 AC 전압(211, 213)의 스위칭은
Figure pct00063
2 로 뒤이어(이전되어) 수행된다. 이와는 달리, 상기 제1 또는 제3의 위상의 이차측 AC 전압(211, 213)의 이전의 상승 에지에서, 상응하는 일차측 AC 전압(111, 113)을 스위칭하기 위해서, 상기 스위칭 동작은
Figure pct00064
1 로 뒤이어 수행된다.
도 3에 도시된 실시예에서, 제2 일차측(이차측) 전압 브릿지(12)(22)의 일차측(이차측) AC 전압 112(212)의 제1 스위칭 단계(1s2)가 시점(t0)에서 수행되고, 상기 제2 이차측(일차측) AC 전압(22)(12)의 이차측(일차측) AC 전압(212)(112)의 제1 스위칭 단계(1n2)가 뒤이어 위상각(
Figure pct00065
2)( > 0)으로 수행되며, 이어서, 제1 일차측(이차측) 전압 브릿지(11)(21)의 일차측(이차측) AC 전압(111)(211)의 제1 스위칭 단계(1s1)가 시점(t0+T/6)에서 수행되고, 상기 제1 이차측(일차측) 전압 브릿지(21)(11)의 이차측(일차측) AC 전압(211)(111)의 제1 스위칭 단계(1n1)가 이전 스위칭과는 관계없이 뒤이어 위상각(
Figure pct00066
1)( > 0)으로 수행되며, 이어서, 제3 일차측(이차측) 전압 브릿지(13)(23)의 일차측(이차측) AC 전압(113)(213)의 제1 스위칭 단계(1s3)가 시점(t0+T/3)에서 수행되고, 상기 제3 이차측(일차측) 전압 브릿지(23)(13)의 이차측(일차측) AC 전압(213)(113)의 제1 스위칭 단계(1n3)가 이전 스위칭과는 관계없이 뒤이어 위상각(
Figure pct00067
2)( > 0)으로 수행된다. 이어서, 상기 제2 일차측(이차측) 전압 브릿지(12)(22)의 일차측(이차측) AC 전압(112)(212)의 제2 스위칭 단계(2s2)가 시점(t0+T/2)에서 수행되며, 상기 제2 이차측(일차측) 전압 브릿지(22)(12)의 이차측(일차측) AC 전압(212)(112)의 제2 스위칭 단계(2n2)가 이전 스위칭과는 관계없이 뒤이어 위상각(
Figure pct00068
2)( > 0)으로 수행된다. 이어서, 상기 제1 일차측(이차측) 전압 브릿지(11/21)의 일차측(이차측) AC 전압(111)(211)의 제2 스위칭 단계(2s1)가 시점(t0+2/3*T)에서 수행되고, 상기 제1 이차측(일차측) 전압 브릿지(21)(11)의 이차측(일차측) AC 전압(211)(111)의 제2 스위칭 단계(2n1)가 이전 스위칭과는 관계없이 뒤이어 위상각(
Figure pct00069
2)( > 0)으로 수행된다. 이어서, 상기 제3 일차측(이차측) 전압 브릿지(13)(23)의 일차측(이차측) AC 전압(113)(213)의 제2 스위칭 단계(2s3)가 시점(t0+5/6*T)에서 수행되고, 상기 제3 이차측(일차측) 전압 브릿지(23)(13)의 이차측(일차측) AC 전압(213)(113)의 제2 스위칭 단계(2n3)가 이전 스위칭과는 관계없이 뒤이어 위상각(
Figure pct00070
2)( > 0)으로 수행된다. 상기 스위칭 동작은 대안적으로 음의 위상각으로도 수행될 수 있다. 이러한 경우, 상기 일차측(이차측) AC 전압을 스위칭하기 위해서, 상기 이차측(일차측) AC 전압의 제1 또는 제2 스위칭 단계가 우선적으로(먼저) 수행될 것이다. 괄호로 표시되지 않은 표시 "일차측" 및 "이차측" 및 그에 상응하는 부호는 DC 변환기의 일방향으로의 전류 흐름을 위한 스위칭에 관한 것이다. 괄호로 표시된 부호 및 표시 "(일차측)" 및 "(이차측)"는 상기 DC 변환기의 또 다른 방향으로의 역방향 전류 흐름을 위한 상응하는 스위칭에 관한 것이다. 이러한 동작에 의해, 신속한 전력 흐름전환 및 세 개의 위상 내에서의 균형있는 전류분배가 가능하다.
도 4는 도 3의 제1 실시예에 따른 방법의 스위칭 동작을 포함하는, 위상각을 신속히 변경하고, DC 전류의 진동을 방지하기 위해서, 도 1의 3상의 DC 변환기의 (a) 위상각(°), (b) 위상전류(암페어(A)) 및 (c) DC 전류(암페어(A))의 시뮬레이션 진행을 도시한다. 도 3에 도시된, 본 발명에 따른 스위칭 동작에 의해, 위상 전류는 T/3에 따라서 이미 자체의 기준값에 도달하고, 도 4(c)에 도시된 DC 전류는, 종래기술에 따른, 도 2(c)에 도시된 스위칭 동작에서 볼 수 있는 진동을 나타내지 않는다. 위상각을
Figure pct00071
1에서
Figure pct00072
2로 스위칭하는 과정에서, 상기 위상 전류는 물론 단시간에 상승하는데(도 4(b) 참조), 특히, 상기 스위칭 과정이 상기 위상각(큰 변동)의 부호의 변화에 영향을 미치는 시점(t = 0.05초)에서 그러하다. 이에 상응하는 가벼운 상승은 도 4(c)에 도시된 DC 전류에서도 스위칭 시점(t = 0.01초, 0.02초, 0.04초, 0.05초 및 0.06초)에서 볼 수 있다. 도 4(c)에 도시된 DC 전류, 여기서, 예를 들어, DC 입력 전류에서 발생하는데, 물론 질적으로 동일한 동작이 DC 출력 전류에서도 발생한다. 저역 필터(low pass filter), 예를 들어, 상기 DC 변환기의 일차 측면(primary side) 및 이차 측면(secondary side)에서의 첫번째 저역 필터(Ts = 1/6 ms)에 의해, 상기 해당하는 측면에서의 DC 전류가 더욱 더 평활화(smoothing)될 수 있다. 마찬가지로, 하나 또는 다수의 커패시터가 상기 일차 측면 및/또는 이차 측면에서 평활화를 위해서 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 도 3의 스위칭 동작에 대한 대안적인 스위칭 동작을 도시한다. 여기서, 상기 스위칭 동작은 각각 세 개의 위상의 전압 브릿지(11, 12, 13, 21, 22, 23)의 일차측 및 이차측 AC 전압 111, 112, 113, 211, 212, 213)의 세 개의 연속적인 스위칭 단계를 통해 위상각(
Figure pct00073
)(=
Figure pct00074
1 +
Figure pct00075
2)/2)으로 수행된다. 여기서, 상기 일차측 AC 전압(111, 112, 113)에 대한 일차측 스위칭 동작이 시점(t0, t0 +T/6, t0 +T/3, t0= T/2, t0+2/3*T, 및 t0+5/6*T)에서 수행된다. 이차측 AC 전압(211, 212, 213)의 스위칭 동작은 위상각 변화시 두 개의 단계로 각각 (
Figure pct00076
1 +
Figure pct00077
2)/2로 이전되어 교번적으로, 상기 제2, 제1, 및 제3 위상의 하강 및 상승에지에서 수행되는데, 제1 스위칭 단계에서는 (
Figure pct00078
1 +
Figure pct00079
2)/2로 뒤이어(이전되어) 수행되고, 제2 스위칭 단계에서는 뒤이어(이전되어)
Figure pct00080
2로 수행된다.
여기서, 상기 일차측 AC 전압(111, 112, 113)(실선) 및 상기 이차측 AC 전압(211, 212, 213)(점선)은 도 2, 도 4, 및 도 6의 시뮬레이션에 따라서 구형파 전압으로 도시된다. 상기 DC 입력전압은 활성 스위치를 구비하는 전압 브릿지(11, 12, 13)에 인접하고, 상기 전압 브릿지(11, 12, 13) 내에서 상기 활성 스위치(S1)의 스위칭에 의해 AC 전압(111, 112, 113)으로 전환되며, 상기 변압기를 통해 상응하는 AC 전압(211, 212, 213)에 연결된다. 상기 스위치(S1, S2)가 일반적으로 완전히 스위치 온(switch-on)되거나 스위치 오프(switch-off)되므로, 상기 입력 및 출력 브릿지(11, 12, 13, 21, 22, 23)에서 직사각형과 비슷하게 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)(구형파 전압)이 발생한다. 이에 따라, 상기 변압기 권선을 통한 전압은 계단 형태이다. 마찬가지로, 상기 구형파 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)의 에지는 소위 스너버(snubber)의 사용에 의해 계속적으로 가파르지 않은데, 즉, 이 형태는 상기 구형파 전압(상기 변압기 권선에서의 계단 형태)과 다르다.
도 5에 도시된 실시예에서, 제2 일차측(이차측) 전압 브릿지(12)(22)의 일차측(이차측) AC 전압 112(212)의 제1 스위칭 단계(1s2)가 시점(t0)에서 수행되고, 상기 제2 이차측(일차측) AC 전압(22)(12)의 이차측(일차측) AC 전압(212)(112)의 제1 스위칭 단계(1n2)가 뒤이어 양의 위상각(
Figure pct00081
)(=
Figure pct00082
1 +
Figure pct00083
2)/2)으로 수행되며, 이어서, 제1 일차측(이차측) 전압 브릿지(11)(21)의 일차측(이차측) AC 전압(111)(211)의 제1 스위칭 단계(1s1)가 시점(t0+T/6)에서 수행되고, 상기 제1 이차측(일차측) 전압 브릿지(21)(11)의 이차측(일차측) AC 전압(211)(111)의 제1 스위칭 단계(1n1)가 이전 스위칭과는 관계없이 뒤이어 양의 위상각(
Figure pct00084
)(=
Figure pct00085
1 +
Figure pct00086
2)/2)으로 수행된다. 이어서, 제3 일차측(이차측) 전압 브릿지(13)(23)의 일차측(이차측) AC 전압(113)(213)의 제1 스위칭 단계(1s3)가 시점(t0+T/3)에서 수행되고, 상기 제3 이차측(일차측) 전압 브릿지(23)(13)의 이차측(일차측) AC 전압(213)(113)의 제1 스위칭 단계(1n3)가 이전 스위칭과는 관계없이 뒤이어 양의 위상각(
Figure pct00087
)(=
Figure pct00088
1 +
Figure pct00089
2)/2)으로 수행된다. 전술한 단계들은, 상기 양의 위상각(
Figure pct00090
2)을 조정하기 위해서, 상기 제2, 제1, 및 제3 일차측 및 이차측 전압 브릿지(21, 22, 11, 12, 13, 33)에 대한 일차측(이차측) AC 전압(111, 112, 113)(211, 212, 213)의 각각의, 제2 스위칭 단계(2s2, 2n2, 2s2, 2n1, 2s3, 2n3)로서, 그리고, 상기 이차측(일차측) AC 전압(211, 212, 213)(111, 112, 113)의 제2의 후속하는 스위칭 단계로서 반복된다. 상기 스위칭 동작은 대안적으로 음의 위상각으로도 수행될 수 있다. 이러한 경우, 상기 일차측(이차측) AC 전압을 스위칭하기 위해서, 상기 이차측(일차측) AC 전압의 제1 또는 제2 스위칭 단계가 우선적으로(먼저) 수행될 것이다. 괄호로 표시되지 않은 표시 "일차측" 및 "이차측" 및 그에 상응하는 부호는 DC 변환기의 일방향으로의 전류 흐름을 위한 스위칭에 관한 것이다. 괄호로 표시된 부호 및 표시 "(일차측)" 및 "(이차측)"는 상기 DC 변환기의 또 다른 방향으로의 역방향 전류 흐름을 위한 상응하는 스위칭에 관한 것이다. 이러한 동작에 의해, 신속한 전력 흐름전환 및 세 개의 위상 내에서의 균형있는 전류분배가 가능하다.
도 6은 도 5에 따른 스위칭 동작을 포함하는, 위상각을 신속히 변경하고, DC 전류의 진동을 방지하기 위해서, 도 1의 3상의 DC 변환기의 (a) 위상각(°), (b) 위상전류(암페어(A)) 및 (c) DC 전류(암페어(A))의 시뮬레이션 진행을 도시한다. 도 5에 도시된, 본 발명에 따른 스위칭 동작에 대한 대안으로서, 위상 전류는 T/2에 따라서 이미 자체의 기준값에 도달하고, 도 6(c)에 도시된 DC 전류는 마찬가지로, 종래기술에 따른, 도 2(c)에 도시된 스위칭 동작에서 볼 수 있는 진동을 나타내지 않는다. 위상각을
Figure pct00091
1에서
Figure pct00092
2로 스위칭하는 과정에서, 상기 위상 전류는 도 3에 도시된, 본 발명에 따른 방법과는 달리, 상기 위상각의 부호의 변화에도 상승하지 않는다(도 4(b)에 상응하는, 도 6(a) 및 도 6(b)의 시점(전환점)을 참조). 도 3에 도시된 방법에서와 마찬가지로, 여기에서도 저역 필터, 예를 들어, 상기 DC 변환기의 일차 측면 및 이차 측면에서의 첫번째 저역 필터(Ts = 1/6 ms)에 의해, 상기 해당하는 측면에서의 DC 전류가 더욱 더 평활화(smoothing)될 수 있다. 마찬가지로, 하나 또는 다수의 커패시터가 상기 일차 측면 및/또는 이차 측면에서 평활화를 위해서 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같은 방법은 스위칭 동작에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 상기 스위칭 동작은, 상기 제2 위상각(
Figure pct00093
2)을 조정하기 위해서, 상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213) 간의 위상각(
Figure pct00094
)이 에지에서 단계별로 다수개의 단계로 상기 제2 위상각(
Figure pct00095
2)으로 조정되는, 상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)의 하나 또는 다수개의 기간(T)을 포함한다. 여기서, 상기 위상각(
Figure pct00096
2) 의 단계적인 조정이 동일한 크기의 단계들로 선형으로 수행될 수 있다. 또한, 전술한 위상각에 기초한 상기 스위칭 동작에서 상승 및 하강 에지의 위상각(
Figure pct00097
)은 변압기 영향 및 스위치 영향을 보상하는 데에 적용될 수 있다. 이외에도, 상기 DC 변환기(G, G3)는, 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)의 일차측 AC 전압(111, 112, 113) 간의 위상 이전 및, 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 이차측 AC 전압(211, 212, 213) 간의 위상 이전이 서로 120°로 차이나도록 작동될 수 있다.
도 7은 DC 변환기(G) 및 제어부(4)로 이루어진, 본 발명에 따른 장치(S)를 도시한다. 여기서, 상기 제어부(4)는, 에를 들어,3상의 DC 변환기에 대한 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 따라, 적어도 3상의 DC 변환기(G)의 일차측 및 이차측 전압 브릿지(11, 12, 13, 21, 22, 23)의 활성 스위치(S1, S2)의 제어를 실현하도록 구성된다. 상기 장치(S)의 실시예에서, 상기 DC 변환기(G)는, 각각 두 개 이상의 활성 스위치(S1)를 구비한 세 개의, 활성적으로 스위칭된(actively-switched) 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및, 각각 두 개 이상의 활성 스위치(S2)를 구비한 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)을 포함하는 3상의 DC 변환기이다. 또 다른 실시예에서, 상기 제어부(4)는 당업자의 선택에 따라서, 하나 이상의 DSP(Digital Signal Processor), 하나 이상의 FPCA(소위 "Field Programmable Gate Arrays"), 하나 이상의 CLPD(소위 "Complex Programmable Logic Devices"), 및 마이크로 컨트롤러의 사용하에 또는 전술한 부품의 조합을 사용함으로써 제어(control)(4)로서 실현될 수 있다.
본 단락 및 도면에서의 본 발명의 상세한 설명은 본 발명의 범위내의 가능한 실시예의 예이므로, 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다. 특히 제공된 크기는 정류기(전류, 전압)의 각각의 동작조건에서 당업자에 의해 적합화되어야한다. 따라서, 모든 제공된 크기는 특정 실시예를 위한 예로서만 이해되어야 한다.
본 발명의 범위내에서 당업자가 가능하다고 생각되는 대안적인 실시예들은 본 발명의 보호범위에 의해 마찬가지로 포함된다. 특허청구범위에서, "하나의" 와 같은 표현은 다수도 포함한다. 특허청구범위에 제공된 참조부호는 제한적으로 해석되어서는 안된다.
G: DC 변환기 (DAB DC/DC 변환기)
G3: 3상의 DC 변환기 (DAB DC/DC 변환기)
1: 일차 측면
10: 일차측 커패시터
11: 제1 일차측 전압 브릿지
12: 제2 일차측 전압 브릿지
13: 제3 일차측 전압 브릿지
111: 제1 일차측 AC 전압
112: 제2 일차측 AC 전압
113: 제3 일차측 AC 전압
1s1, 1s2, 1s3: 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)의 제1 스위칭
2s1, 2s2, 2s3: 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)의 제2 스위칭
S1: 일차측 전압 브릿지의 스위치
ES: DC 변환기의 입력 전압
2: 이차 측면
20: 이차측 커패시터
21: 제1 이차측 전압 브릿지
22: 제2 이차측 전압 브릿지
23: 제3 이차측 전압 브릿지
211: 제1 이차측 AC 전압
212: 제2 이차측 AC 전압
213: 제3 이차측 AC 전압
1n1, 1n2, 1n3: 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 제1 스위칭
2n1, 2n2, 2n3: 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 제2 스위칭
S2: 이차측 전압 브릿지의 스위치
AS: DC 변환기의 출력 전압
3: 변압기, 3상의 변압기
4: 스위치의 제어부(제어)
Figure pct00098
: 위상각
Figure pct00099
1: 제1 위상각
Figure pct00100
2: 제2 위상각
T: AC 전압의 기간
t0: 스위칭 동작의 시작시점
PC: 위상 전류
DC: 입력측에서의 직류(direct current)
S: DC 변환기 및 제어부로 이루어진 장치
V1, V2, V3: 제1, 제2, 제3 위상에서의 전압

Claims (14)

  1. 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(actively switched primary-side voltage bridges)(11, 12, 13)를 포함하고, 상기 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)는, 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)의 각각에 대해서 DC 입력 전압(ES)을 일차측 AC 전압(111, 112,113)으로 전환하는 복수개의 활성 스위치(active switches)(S1)를 구비하는 일차 측면(primary side)(1), 및 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)를 포함하고, 상기 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)는, 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 각각에 대해서 이차측 AC 전압(211, 212, 213)을 공통 DC 출력 전압(AS)으로 전환하는 복수개의 활성 스위치(S2)를 구비하는 이차 측면(secondary side)(2)을 포함하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법으로서,
    상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 각각은 다중 위상의 변압기(3) 또는 각각 하나의 변압기(3)를 통해 각각 하나의 위상에 결합되며,
    상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)은 기간(T)을 두고 위상각(phase angle)(
    Figure pct00101
    )으로 각각 이전되는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법은,
    전력(power)을 상기 일차 측면(1)에서 상기 이차 측면(2)으로 전달하는 스위칭 동작으로서, 상기 위상각(
    Figure pct00102
    )을 제1 위상각(
    Figure pct00103
    1)에서 제2 위상각(
    Figure pct00104
    2)으로 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 일차측 및 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)은 상기 스위칭 동작에서 개개의 위상들의 위상각(
    Figure pct00105
    )이 상기 스위칭 동작에서 서로와는 관계없이 조정되도록 스위칭되는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 동작중에, 서로 다른 위상들의 위상각(
    Figure pct00106
    )은 상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)의 하강 및 상승에지와는 관계없이 조정되는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 개개의 위상들의 위상각(
    Figure pct00107
    )은, 전류를 밸런싱(balancing)하기 위한 변압기(3)가 불균형이 될 때(unbalanced) 상기 위상 내에서 서로 다르게 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 변환기(G)는, 각각 두 개 이상의 활성 스위치(S1)를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및, 각각 두 개 이상의 활성 스위치(S2)를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)를 포함하는 3상의 DC 변환기(G3)이며,
    상기 스위칭 동작은, 세 개의 모든 위상들에 대해서 상기 위상각(
    Figure pct00108
    2)을 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)에서의 상기 일차측 AC 전압(111, 112, 113) 및 상기 이차측 AC 전압(211, 212, 213)의 동일한 에지에서 조정하는 것을 수행하는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 일차측/이차측 전압 브릿지(12/22)의 일차측/이차측 AC 전압(112/212)을 시점(t0)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계(1s2) 및, 상기 제2 이차측/일차측 전압 브릿지(22/12)의 이차측/일차측 AC 전압(212/112)을 상기 위상각(
    Figure pct00109
    2)으로 이전하는 제1 스위칭단계(1n2);
    상기 제1 일차측/이차측 전압 브릿지(11/21)의 일차측/이차측 AC 전압(111/211)을 시점(t0 + T/6)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계(1s1) 및, 상기 제1 이차측/일차측 전압 브릿지(21/11)의 이차측/일차측 AC 전압(211/111)을 상기 위상각(
    Figure pct00110
    1)으로 이전하는 제1 스위칭단계(1n1);
    상기 제3 일차측/이차측 전압 브릿지(13/23)의 일차측/이차측 AC 전압(113/213)을 시점(t0 + T/3)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계(1s3) 및, 상기 제3 이차측/일차측 전압 브릿지(23/13)의 이차측/일차측 AC 전압(213/113)을 상기 위상각(
    Figure pct00111
    2)으로 이전하는 제1 스위칭단계(1n3);
    상기 제2 일차측/이차측 전압 브릿지(12/22)의 일차측/이차측 AC 전압(112/212)을 시점(t0 + T/2)에서 스위칭하는 제2 스위칭단계(2s2) 및, 상기 제2 이차측/일차측 전압 브릿지(22/12)의 이차측/일차측 AC 전압(212/112)을 상기 위상각(
    Figure pct00112
    2)으로 이전하는 제2 스위칭단계(2n2);
    상기 제1 일차측/이차측 전압 브릿지(11/21)의 일차측/이차측 AC 전압(111/211)을 시점(t0 + 2/3*T)에서 스위칭하는 제2 스위칭단계(2s1) 및, 상기 제1 이차측/일차측 전압 브릿지(21/11)의 이차측/일차측 AC 전압(211/111)을 상기 위상각(
    Figure pct00113
    2)으로 이전하는 제2 스위칭단계(2n1); 및
    상기 제3 일차측/이차측 전압 브릿지(13/23)의 일차측/이차측 AC 전압(113/213)을 시점(t0 + 5/6*T)에서 스위칭하는 제2 스위칭단계(2s3) 및, 상기 제3 이차측/일차측 전압 브릿지(23/13)의 이차측/일차측 AC 전압(213/113)을 상기 위상각(
    Figure pct00114
    2)으로 이전하는 제2 스위칭단계(2n3)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상각(
    Figure pct00115
    )은 상승 및 하강 에지에 대해서 서로 다른 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DC 변환기(G)는, 각각 두 개 이상의 활성 스위치(S1)를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및, 각각 두 개 이상의 활성 스위치(S2)를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)를 포함하는 3상의 DC 변환기(G3)이며,
    상기 스위칭 동작은, 개개의 세 개의 위상들에 대해서 상기 위상각(
    Figure pct00116
    )(=
    Figure pct00117
    1 +
    Figure pct00118
    2)/2)으로 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 상기 일차측 AC 전압(111, 112, 113) 및 상기 이차측 AC 전압(211, 212, 213)을 스위칭하는 세 개의 연속적인 스위칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 일차측/이차측 전압 브릿지(12/22)의 일차측/이차측 AC 전압(112/212)을 시점(t0)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계(1s2) 및, 상기 제2 이차측/일차측 전압 브릿지(22/12)의 이차측/일차측 AC 전압(212/112)을 상기 위상각(
    Figure pct00119
    )(=
    Figure pct00120
    1 +
    Figure pct00121
    2)/2)으로 이전하는 제1 스위칭단계(1n2);
    상기 제1 일차측/이차측 전압 브릿지(11/21)의 일차측/이차측 AC 전압(111/211)을 시점(t0 + T/6)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계(1s1) 및, 상기 제1 이차측/일차측 전압 브릿지(21/11)의 이차측/일차측 AC 전압(211/111)을 상기 위상각(
    Figure pct00122
    )(=
    Figure pct00123
    1 +
    Figure pct00124
    2)/2)으로 이전하는 제1 스위칭단계(1n1);
    상기 제3 일차측/이차측 전압 브릿지(13/23)의 일차측/이차측 AC 전압(113/213)을 시점(t0 + T/3)에서 스위칭하는 제1 스위칭단계(1s3) 및, 상기 제3 이차측/일차측 전압 브릿지(23/13)의 이차측/일차측 AC 전압(213/113)을 상기 위상각(
    Figure pct00125
    )(=
    Figure pct00126
    1 +
    Figure pct00127
    2)/2)으로 이전하는 제1 스위칭단계(1n3); 및
    상기 단계들을 상기 일차측/이차측 AC 전압(111, 112, 113 / 211, 212, 213)의 각각 제2 단계들(2s2, 2n2, 2s1, 2n1, 2s3, 2n3)로 반복하고, 상기 제2, 제1, 및 제3의 일차측/이차측 전압 브릿지(21, 22, 11, 12, 13, 23)에 대한 이차측/일차측 AC 전압(211, 212, 213 / 111, 112, 113)을 상기 위상각(
    Figure pct00128
    2)으로 이전하는 스위칭단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 위상각(
    Figure pct00129
    2)을 조정하기 위한 스위칭 동작은 상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)의 하나 이상의 기간(T)을 포함하고,
    상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)의 위상각(
    Figure pct00130
    )은 에지에서 단계별로 다수개의 단계로 상기 제2 위상각(
    Figure pct00131
    2)으로 조정되는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 위상각 (
    Figure pct00132
    2) 의 단계적인 조정은 동일한 크기의 단계로 선형적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상승 및 하강 에지에서의 위상각(
    Figure pct00133
    )은 상기 스위칭 동작에서 상기 위상각을 기초로 하여 변압기 및 스위치의 영향을 보상하기 위해서 조정되는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 변환기(G, G3)은, 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)의 상기 일차측 AC 전압(111, 112, 113) 간의 위상 이전과 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 상기 이차측 AC 전압(211, 212, 213) 간의 위상 이전이 서로 120°로 차이나도록 작동되는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G)를 작동하는 방법.
  13. 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(actively switched primary-side voltage bridges)(11, 12, 13)를 포함하고, 상기 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)는, 상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13)의 각각에 대해서 DC 입력 전압(ES)을 일차측 AC 전압(111, 112, 113)으로 전환하는 복수개의 활성 스위치(active switches)(S1)를 구비하는 일차 측면(primary side)(1), 및 적어도 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)를 포함하고, 상기 적어도 세 개의. 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)는, 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 각각에 대해서 이차측 AC 전압(211, 212, 213)을 공통 DC 출력 전압(AS)으로 전환하는 복수개의 활성 스위치(S2)를 구비하는 이차 측면(secondary side)(2)을 포함하는 적어도 3상의 DC 변환기(G, G3)로 이루어진 장치(S)로서,
    상기 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및 상기 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)의 각각은 다중 위상의 변압기(3) 또는 각각 하나의 변압기(3)를 통해 각각 하나의 위상에 결합되며,
    상기 일차측 및 이차측 AC 전압(111, 112, 113, 211, 212, 213)은 기간(T)을 두고 위상각(phase angle)(
    Figure pct00134
    )으로 각각 이전되는 적어도 3상의 DC 변환기(G, G3)로 이루어진 장치(S)는,
    상기 적어도 3상의 DC 변환기(G, G3)의 일차측 및 이차측 전압 브릿지(11, 12, 13, 21, 22, 23)의 활성 스위치(S1, S2)를 제1항에 따른 방법에 따라 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어부(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G, G3)로 이루어진 장치(S).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 DC 변환기(G)는, 각각 두 개 이상의 활성 스위치(S1)를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 일차측 전압 브릿지(11, 12, 13) 및, 각각 두 개 이상의 활성 스위치(S2)를 구비하는 세 개의, 활성적으로 스위칭된 이차측 전압 브릿지(21, 22, 23)를 포함하는 3상의 DC 변환기(G3)인 것을 특징으로 하는 적어도 3상의 DC 변환기(G, G3)로 이루어진 장치(S).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018079906A1 (ko) * 2016-10-26 2018-05-03 한국전력공사 Ｄａｂ 컨버터의 상전류 제어 장치 및 그 방법

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2884614A1 (en) 2013-12-13 2015-06-17 Alstom Renovables España, S.L. Multiphase generator-conversion systems
JP6003932B2 (ja) * 2014-03-11 2016-10-05 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及びその起動方法
US9802493B2 (en) * 2014-06-20 2017-10-31 Cooper Technologies Company Multi-phase bidirectional DC to DC power converter circuits, systems and methods with transient stress control
DE102014214542A1 (de) * 2014-07-24 2016-02-11 Rheinisch-Westfälisch-Technische Hochschule Aachen Gleichspannungswandler mit Transformator
EP3104509A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-14 Constructions Electroniques + Telecommunications Dual bridge dc/dc power converter
DE102015109967A1 (de) 2015-06-22 2016-12-22 Gip Ag Vorrichtung und Verfahren zum bidirektionalen Verbinden zweier Stromnetze
WO2017123241A1 (en) 2016-01-15 2017-07-20 General Electric Company System and method for operating a dc to dc power converter
CN105958830A (zh) * 2016-06-06 2016-09-21 西安交通大学 一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法
WO2018006961A1 (en) * 2016-07-07 2018-01-11 Huawei Technologies Co., Ltd. Four-switch three phase dc-dc resonant converter
CN106787752A (zh) * 2016-12-26 2017-05-31 东北电力大学 基于三相双主动桥式dc‑dc变换器的光伏并网系统
DE102017201667A1 (de) 2017-02-02 2018-08-02 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH) Hochdynamische Steuerung von Multiport-DAB-Wandlern
WO2018208991A1 (en) * 2017-05-10 2018-11-15 North Carolina State University Modular medium voltage fast chargers
US11777433B2 (en) * 2018-03-16 2023-10-03 Melexis Bulgaria Ltd. Driver and method for low inductance motor
DE102018204413A1 (de) * 2018-03-22 2019-09-26 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen Regelung von Sättigungseffekten von Transformatoren
DE102018210806A1 (de) * 2018-06-29 2020-01-02 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen Elektrische Schaltung mit Hilfsspannungsquelle für Zero-Voltage-Switching in einem Gleichspannungswandler unter sämtlichen Lastbedingungen
DE102020106660A1 (de) * 2019-03-19 2020-09-24 Brusa Elektronik Ag Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Leistungswandlers und elektronischer Leistungswandler
CN111446864A (zh) * 2020-04-24 2020-07-24 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种多相dc/dc并联控制方法及其控制电路
EP4012871B1 (de) 2020-12-08 2023-06-07 Gip Ag Verfahren zum gerichteten übertragen von energie in form von energiepaketen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6370050B1 (en) * 1999-09-20 2002-04-09 Ut-Batelle, Llc Isolated and soft-switched power converter
US20120153729A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 Korea Institute Of Energy Research Multi-input bidirectional dc-dc converter

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5027264A (en) 1989-09-29 1991-06-25 Wisconsin Alumni Research Foundation Power conversion apparatus for DC/DC conversion using dual active bridges
US5355294A (en) * 1992-11-25 1994-10-11 General Electric Company Unity power factor control for dual active bridge converter
JP2004096953A (ja) * 2002-09-03 2004-03-25 Sumitomo Heavy Ind Ltd 電力変換器
US7408794B2 (en) * 2006-02-21 2008-08-05 Ut-Battele Llc Triple voltage dc-to-dc converter and method
CN100571006C (zh) * 2006-05-16 2009-12-16 中国科学院电工研究所 超导储能用双向三电平软开关dc/dc变换器及其控制方法
US8587975B2 (en) * 2010-04-01 2013-11-19 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University PWM control of dual active bridge converters
CN102064707B (zh) * 2011-01-21 2013-02-27 浙江大学 共同移相角控制下的输入并联输出并联组合变换器
CN102136729B (zh) * 2011-02-22 2014-08-06 西安交通大学 一种基于移相多绕组整流变压器的串联多电平svg拓扑结构及其控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6370050B1 (en) * 1999-09-20 2002-04-09 Ut-Batelle, Llc Isolated and soft-switched power converter
US20120153729A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 Korea Institute Of Energy Research Multi-input bidirectional dc-dc converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018079906A1 (ko) * 2016-10-26 2018-05-03 한국전력공사 Ｄａｂ 컨버터의 상전류 제어 장치 및 그 방법

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US20150146455A1 (en) 2015-05-28
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WO2013135811A3 (de) 2014-04-24
EP2826139A2 (de) 2015-01-21
DE102012204035A1 (de) 2013-09-19
HK1200605A1 (zh) 2015-08-07
EP2826139B1 (de) 2016-07-20

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