KR20160140064A - 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents
전력 변환 장치 및 이의 동작 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160140064A KR20160140064A KR1020150076170A KR20150076170A KR20160140064A KR 20160140064 A KR20160140064 A KR 20160140064A KR 1020150076170 A KR1020150076170 A KR 1020150076170A KR 20150076170 A KR20150076170 A KR 20150076170A KR 20160140064 A KR20160140064 A KR 20160140064A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- converter
- output
- modulation scheme
- modulation
- switch element
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
- H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
- H02M3/33584—Bidirectional converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 전력 변환 장치는, 변압기; 상기 변압기의 1차측에 연결되고, 제 1 레그(leg)의 복수의 스위치 소자들과, 제 2 레그의 복수의 스위치 소자를 포함하는 제 1 컨버터; 상기 변압기의 2차측에 연결되고, 제 3 레그의 복수의 스위치 소자들과,제 4 레그의 복수의 스위치 소자들을 구비한 제 2 컨버터; 상기 제 1 컨버터에 연결된 제 1 커패시터; 상기 제 2 컨버터에 연결된 제 2 커패시터; 및 상기 제 1 컨버터 및 제 2 컨버터에 포함된 복수의 스위치 소자들을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 복수의 변조 방식에 대한 운전 범위를 결정하고, 상기 복수의 변조 방식의 운전 범위 중 상기 전력 변환 장치의 출력 전력 값을 포함하는 변조 방식을 결정하며, 상기 결정된 변조 방식을 토대로 지령 값에 대응하는 상기 제 1 컨버터 및 제 2 컨버터의 제어 신호를 출력한다.
Description
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로, 특히 양방향 전력 전달이 가능한 전력 변환장치에서 출력되는 전력에 따라 서로 다른 변조 방식을 적용하여 스위칭 신호를 출력할 수 있도록 한 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
상대적으로 높은 전압을 요구하는 전자회로에 에너지를 공급하거나, 계통에 연계하여 응용 분야에 사용하기 위해서는 입력 전압을 높은 전압으로 승압해 주어야 한다. 뿐만 아니라 전자회로에 따라서는 높은 전압을 이용하여 낮은 전압으로 강압해 줄 필요도 있다. 이를 위한 다양한 강압형 및 승압형 컨버터 중의 하나로 직류-직류(DC-DC) 컨버터(converter)에 대한 모델링 및 분석이 연구되었다.
직류-직류 컨버터(converter)는 크게 절연형과 비절연형으로 나눌 있다.
절연형은 입력단과 출력단의 절연, 즉 자성 코어를 이용한 변압기로 전열을 하여 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있고, 권선비 조절을 통해 승-감압비를 조절할 수 있다.
직류-직류 컨버터(converter)의 종류로써 벅 타입(Buck type)은 포워드(forward), 하프 브릿지(half bridge), 풀브릿지(full bridge) 컨버터 등이 있고, 벅-부스트 타입(Buck-boost type)은 플라이백 컨버터(flyback converter) 등이 있다.
한편, 전력 변환 장치의 효율을 증대 시키기 위한 방법으로는 소프트 스위칭(soft switching) 기법이 있다. 전력 변환 장치는 전력용 반도체의 온-오프(on-off) 시퀀스 제어를 통하여 전압 변조를 가능하게 하는데, 전력 변환 장치의 고효율화를 위해서는 전력용 반도체의 온-오프 시 발생하는 스위칭 손실(switching loss)를 저감시킬 수 있도록 영 전압 스위칭(zero voltage switching), 영 전류 스위칭(zero current switching)과 같은 소프트 스위칭 기법이 사용된다.
종래의 양방향 전력 변환 장치는, 변압기와, 상기 변압기의 1차측 및 2차측에 각각 배치된 제 1 컨버터와 제 2 컨버터를 포함한다.
상기와 같은 양방향 전력 변환 장치는, 제 1 컨버터와 제 2 컨버터가 동일한 구조이기 때문에 양방향으로 전력 제어가 가능하게 되고, 또한 중간에 변압기를 가지기 때문에 절연 및 입력/출력의 비(승압 및 강압)를 변경할 수 있다.
이때, 상기 제 1 컨버터와 제 2 컨버터는 복수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 복수의 스위칭 소자에는 다양한 변조 방식 중 어느 하나의 변조 방식에 대응하는 스위칭 신호가 공급된다.
여기에서, 상기 변조 방식에는, PSM(Phase Shift Modualtion) 방식과 PWM(Pulse Width Modulation) 방식이 있으며, 상기 PWM 방식에는, single PWM 방식 및 dual PWM 방식을 포함한다.
상기 PWM 방식은, 변압기의 1차측과 2차측에 각각 배치된 제 1 및 2 컨버터의 스위칭 신호의 듀티를 모두 0.5로 고정하여 변조하는 방식이다.
상기 Single PWM 방식은, 상기 제 1 및 2 컨버터 중 하나의 컨버터의 스위칭 신호는 PWM 방식을 이용해 가변을 하고 나머지 하나의 컨버터의 스위칭 신호의 듀티를 0.5로 고정하여 변조하는 방식이다.
상기 Dual PWM 방식은, 상기 제 1 및 2 컨버터의 스위칭 신호를 모두 PWM 방식을 적용하여 변조하는 방식이다.
그리고, 다른 경우에는 전압 제어기와 변조 방식을 별도로 분리하는 것이 아니라 두 부분을 하나로 합쳐서 사용하는 방법도 존재한다. 이 방법의 경우 많은 실험을 통하여 최적의 변조 값을 추출하여 이를 원하는 입출력 전압에 값에 따라 맵으로 만들고 이를 사용하는 경우이다.
상기와 같이, 종래의 전력 변환 장치에 제공되는 스위칭 신호를 생성하는 방식은, 위상제어 방식, 펄스 폭 변조 방식 및 최적화 변조 방식으로 나눌 수 있다.
상기 위상 제어 방식은, 출력 전력이 낮아지거나 입출력 전압비가 커지게 되면 순환 전류의 크기가 커지기 때문에 안전상의 문제와 시스템의 동작 효율이 낮아진다는 단점이 존재한다.
그리고, 상기 펄스 폭 변조 방식은 상기 위상 제어 방식에 비해 고효율 및 고성능을 갖는 장점이 있지만, 제어하기 복잡하다는 단점이 존재한다.
종래에는, 상기 펄스 폭 변조 방식에서 전력 변환 장치의 동작을 위해 저전력과 대전력을 각각 Dual PWM 방식과 Single PWM 방식을 통하여 제어하는 방법에 대하여 주로 제안하고 있으며, 이 경우에는 제 1 컨버터와 제 2 컨버터의 제어를 위해서는 각각 제 1 스위칭 신호, 제 2 스위칭 신호, 상기 스위칭 신호들 사이의 위상 차와 같이 제어를 위한 다양한 제어 변수를 갖기 때문에 제어 동작이 상당히 복잡한 단점이 있다.
여기에서, 상기 Dual PWM 방식의 경우는 동작 조건을 제대로 충족시키지 못하면 저전력에서 고효율을 얻지 못하는 단점이 있다.
마지막으로, 상기 최적화 변조 방식은 최적화된 변조 값을 획득하기 어려우며, 상기 dual PWM 방식과 동일하게 제어 동작이 복잡한 단점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 전력 변환 장치가 동작하는데 있어, 넓은 운전 영역에서 고효율을 달성할 수 있는 변조 방식을 제공하면서, 기존의 복잡한 폐루트 제어 방식의 문제를 해결할 수 있는 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 출력 전력 값의 변화에 따라 변조 방식이 변경되는 경우에 새로운 변조 방식을 추가로 제공할 수 있는 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법을 제공한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치는, 변압기; 상기 변압기의 1차측에 연결되고, 제 1 레그(leg)의 복수의 스위치 소자들과, 제 2 레그의 복수의 스위치 소자를 포함하는 제 1 컨버터; 상기 변압기의 2차측에 연결되고, 제 3 레그의 복수의 스위치 소자들과,제 4 레그의 복수의 스위치 소자들을 구비한 제 2 컨버터; 상기 제 1 컨버터에 연결된 제 1 커패시터; 상기 제 2 컨버터에 연결된 제 2 커패시터; 및 상기 제 1 컨버터 및 제 2 컨버터에 포함된 복수의 스위치 소자들을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 복수의 변조 방식에 대한 운전 범위를 결정하고, 상기 복수의 변조 방식의 운전 범위 중 상기 전력 변환 장치의 출력 전력 값을 포함하는 변조 방식을 결정하며, 상기 결정된 변조 방식을 토대로 지령 값에 대응하는 상기 제 1 컨버터 및 제 2 컨버터의 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 제 1 레그는, 제 1 스위치 소자와 제 2 스위치 소자를 포함하고,
상기 제 2 레그는, 제 3 스위치 소자와 제 4 스위치 소자를 포함하며, 상기 제 3 레그는, 제 5 스위치 소자와 제 6 스위치 소자를 포함하고, 상기 제 4 레그는, 제 7 스위치 소자와 제 8 스위치 소자를 포함한다.
또한, 상기 제 1 레그는, 서로 병렬 연결된 제 1 및 2 스위치 소자를 포함하는 제 1 스위치 소자 그룹과, 서로 병렬 연결된 제 3 스위치 소자 및 제 4 스위치 소자를 포함하는 제 2 스위치 소자 그룹을 포함하고, 상기 제 2 레그는, 서로 병렬 연결된 제 5 및 6 스위치 소자를 포함하는 제 3 스위치 소자 그룹과, 서로 병렬 연결된 제 7 스위치 소자 및 제 8 스위치 소자를 포함하는 제 4 스위치 소자 그룹을 포함하며, 상기 제 3 레그는, 서로 병렬 연결된 제 9 및 10 스위치 소자를 포함하는 제 5 스위치 소자 그룹과, 서로 병렬 연결된 제 11 스위치 소자 및 제 12 스위치 소자를 포함하는 제 6 스위치 소자 그룹을 포함하고, 상기 제 4 레그는, 서로 병렬 연결된 제 13 및 14 스위치 소자를 포함하는 제 7 스위치 소자 그룹과, 서로 병렬 연결된 제 15 스위치 소자 및 제 16 스위치 소자를 포함하는 제 8 스위치 소자 그룹을 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 전압 지령 값에 대응하는 제어 변수를 출력하는 제어기와, 상기 출력 전력 값을 토대로 복수의 변조 방식 중 어느 하나의 특정 변조 방식의 선택 신호를 출력하는 모드 선택기와, 상기 제어기를 통해 출력되는 제어 변수를 기준으로 상기 모드 선택기를 통해 선택된 변조 방식을 적용하여 상기 제 1 컨버터를 제어하는 제 1 스위칭 신호와, 상기 제 2 컨버터를 제어하는 제 2 스위칭 신호를 출력하는 제어신호 출력기를 포함한다.
또한, 상기 제어기는, 상기 전압 지령 값과 출력 전압 값의 차이 값을 출력하는 제 1 연산부와, 상기 제 1 연산부의 출력 값을 비례 적분하여 상기 제어 변수를 출력하는 비례적분 제어기와, 상기 출력 전압 값과 출력 전류 값의 곱에 따른 출력 전력 값을 출력하는 제 2 연산부를 포함한다.
또한, 상기 제어기는, 입력 전압 값과 출력 전압 값을 수신하고, 이에 따른 입출력 전압 비를 계산하여 출력하는 제 3 연산부를 더 포함하고, 상기 모드 선택기는, 상기 제 3 연산부를 통해 출력되는 입출력 전압 비에 따른 동작 조건과, 상기 출력 전력 값을 토대로 상기 변조 방식을 선택한다.
또한, 상기 변조 방식은, dual 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 1 변조 방식과, triangular 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 2 변조 방식과, single 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 3 변조 방식과, PSM(Phase shift modulation) 변조 방식에 대응하는 제 4 변조 방식을 포함하며, 상기 모드 선택기는, 상기 각각의 변조 방식에 대응하는 운전 범위를 저장하고, 상기 저장된 운전 범위를 토대로 상기 출력 전력 값이 속한 변조 방식을 확인하며, 상기 확인한 변조 방식의 선택 신호를 출력한다.
또한, 상기 각각의 변조 방식의 운전 범위 내에 속하는 전력 값은 다음과 같은 크기 조건을 가지진다. 제 1 변조 방식 < 제 2 변조 방식 < 제 3 변조 방식 < 제 4 변조 방식
또한, 상기 동작 조건은, 출력 전압이 입력 전압보다 큰 승압 조건과, 출력 전압이 입력 전압보다 작은 강압 조건을 포함하며, 상기 모드 선택기는, 상기 각각의 변조 방식에 대응하여 상기 승압 조건에서의 운전 범위와, 강압 조건에서의 운전 범위를 구분하여 저장한다.
또한, 상기 제어신호 출력기는, 상기 전력 변환 장치의 동작 방향 정보를 수신하며, 상기 수신한 동작 방향 정보를 이용하여 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 출력하며, 상기 동작 방향 정보는, 상기 제 1 컨버터에서 제 2 컨버터로 전압이 출력되는 제1 방향 동작 조건과, 상기 제 2 컨버터에서 제 1 컨버터로 전압이 출력되는 제 2 방향 동작 조건을 포함한다.
또한, 상기 제어 신호 출력기는, 현재 선택된 변조 방식과, 이전에 적용한 변조 방식을 비교하고, 상기 현재 변조 방식과 이전의 변조 방식이 서로 상이하면, 상기 수신한 제어 변수를 조정한다.
한편, 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법은 변압기와, 상기 변압기의 1차측에 연결되고, 제 1 레그(leg)의 복수의 스위치 소자들과, 제 2 레그의 복수의 스위치 소자를 포함하는 제 1 컨버터와, 상기 변압기의 2차측에 연결되고, 제 3 레그의 복수의 스위치 소자들과,제 4 레그의 복수의 스위치 소자들을 구비한 제 2 컨버터를 포함하는 전력 변환 장치에 있어서, 상기 전력 변환 장치의 출력 전압 값과 출력 전류 값을 이용하여 출력 전력 값을 계산하는 단계; 상기 전력 변환 장치의 입력 전압 값과 출력 전압 값을 이용하여 상기 전력 변환 장치의 동작 조건이 강압 조건인지 승압 조건인지를 판단하는 단계; 상기 동작 조건 별로 구분된 복수의 변조 방식의 운전 범위를 기준으로 상기 출력 전력 값이 속한 변조 방식을 선택하는 단계; 전압 지령 값과 상기 출력 전압 값의 차이 값을 비례적분하여 제어 변수를 출력하는 단계; 및 상기 선택된 변조 방식을 적용하여 상기 출력된 제어 변수에 대응하는 상기 제 1 컨버터의 제 1 스위칭 신호 및 상기 제 2 컨버터의 제 2 스위칭 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 변조 방식은, dual 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 1 변조 방식과, triangular 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 2 변조 방식과, single 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 3 변조 방식과, PSM(Phase shift modulation) 변조 방식에 대응하는 제 4 변조 방식을 포함하며, 상기 각각의 변조 방식의 운전 범위 내에 속하는 전력 값은 다음과 같은 크기 조건을 가진다.
제 1 변조 방식 < 제 2 변조 방식 < 제 3 변조 방식 < 제 4 변조 방식
또한, 상기 전력 변환 장치의 동작 방향 조건이 상기 제 1 컨버터에서 제 2 컨버터로 전압이 출력되는 제1 방향 동작 조건과, 상기 제 2 컨버터에서 제 1 컨버터로 전압이 출력되는 제 2 방향 동작 조건 중 어느 동작 조건인지를 판단하는 단계가 더 포함되며, 상기 제 1 컨버터의 제 1 스위칭 신호 및 상기 제 2 컨버터의 제 2 스위칭 신호를 출력하는 단계는, 상기 판단된 동작 조건에 따라 상기 제 1 컨버터 및 제 2 컨버터로 출력되는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 및 2 스위칭 신호의 출력 이전에 현재 선택된 변조 방식과, 이전에 적용한 변조 방식을 비교하는 단계; 및 상기 현재 변조 방식과 이전의 변조 방식이 서로 상이하면, 상기 수신한 제어 변수를 조정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 출력 전력 값에 따라 스위칭 신호의 변조 방식을 변경함으로써, 기존의 복잡한 폐루프 제어 방식의 문제를 해결할 수 있으면서, 보다 넓은 전압 영역에서 전력 전달히 가능할 뿐만 아니라, 넓은 전압 영역에서 모두 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 출력 전력 값의 변화에 따라 스위칭 신호의 변조 방식이 변경되면, 그에 맞게 제어 변수를 변경함으로써, 상기 변조 방식의 변화에 따라 출력 전압 및 출력 전류의 값이 급변하는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 회로도이다.
도 2는 도 1의 전력 변환 장치의 제 1 방향 동작 시의 타이밍도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 타이밍에 따른 전력 변환 장치의 동작 도면이다..
도 7은 도 1의 전력 변환 장치의 제 2 방향 동작 시의 타이밍도.
도 8 내지 도 11은 도 7의 타이밍에 따른 전력 변환 장치의 동작 도면이다.
도 12는 도 1에 도시된 전력 변환 장치에서, 1차측 회로와 2차측 회로를 구성하는 스위칭 소자의 다른 구성 예이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 신호 출력을 위한 제어 시스템의 블록도이다.
도 14는 도 13의 제어부를 실현하는 일 예로써의 회로도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 제 2 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 제 3 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 제 4 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20은 도 19에서 변조 모드 결정 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 변조 모드 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 전력 변환 장치의 제 1 방향 동작 시의 타이밍도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 타이밍에 따른 전력 변환 장치의 동작 도면이다..
도 7은 도 1의 전력 변환 장치의 제 2 방향 동작 시의 타이밍도.
도 8 내지 도 11은 도 7의 타이밍에 따른 전력 변환 장치의 동작 도면이다.
도 12는 도 1에 도시된 전력 변환 장치에서, 1차측 회로와 2차측 회로를 구성하는 스위칭 소자의 다른 구성 예이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 신호 출력을 위한 제어 시스템의 블록도이다.
도 14는 도 13의 제어부를 실현하는 일 예로써의 회로도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 제 2 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 제 3 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 제 4 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20은 도 19에서 변조 모드 결정 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 변조 모드 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
<전력 변환 장치의 회로도>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 구성하는 회로 소자의 연결 관계를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는 제1 및 제2 코일(LP, Ls)로 이루어진 변압기(T)를 기준으로 좌측에 1차 회로와 우측에 2차 회로로 구분된다.
여기에서, 상기 1차 회로와 2차 회로는 제 1 컨버터와 제 2 컨버터를 의미하며, 서로 동일한 구조를 가진다.
즉, 상기 1차 회로는 제1 커패시터(C1), 제1 인덕터(L1) 그리고 1차측 풀 브릿지 회로를 구성하는 스위칭 소자(Q1~Q4)를 포함할 수 있다. 그리고 2차 회로는 제2 커패시터(C2), 제2 인덕터(L2) 그리고 2차측 풀 브릿지 회로(Q5~Q8)를 구성하는 스위칭 소자(Q5~Q8)를 포함할 수 있다.
이때, 상기와 같은 전력 변환 장치는 양방향으로 동작한다.
다시 말해서, 상기 전력 변환 장치는 상기 1차 회로에 전원이 입력되고, 그에 따라 상기 변압기(T)를 거쳐 2차 회로를 통해 전원이 출력되는 제 1 방향 동작(정방향 동작)과, 상기 제 1 방향 동작과 반대로 상기 2차 회로에 전원이 입력되고, 변압기(T)를 거쳐 상기 1차 회로로 전원이 출력되는 제 2 방향 동작(역방향 동작)으로 동작한다.
1차측 회로에서 제1 커패시터(C1)는 제1 및 제2 노드(N1, N2) 사이에 연결되고, 제1 인덕터(L1)는 제3 노드(N3)와 제1 코일(Lp)의 일 단자에 연결되고, 상기 제1 코일(Lp)은 상기 제1 인덕터(L1)와 제4 노드(N4) 사이에 연결된다.
그리고 1차측 풀 브릿지 회로는 제1 및 제2 노드(N1, N2) 사이의 제1 레그(leg)와 제2 레그로 이루어져, 상기 제1 레그는 제1 및 제3 노드(N1, N3) 사이에 연결된 제1 스위치 소자(Q1)와 제3 및 제2 노드(N3, N2) 사이에 연결된 제2 스위치 소자(Q2)로 이루어지고, 상기 제2 레그는 제1 및 제4 노드(N1, N4) 사이에 연결된 제3 스위치 소자(Q3)와 제4 및 제2 노드(N4, N2) 사이에 연결된 제4 스위치 소자(Q4)로 이루어 진다.
2차측 회로에서 제2 커패시터(C2)는 제5 및 제6 노드(N5, N6) 사이에 연결되고, 제2 인덕터(L2)는 제5 및 제7 노드(N5, N7) 사이에 연결되고, 제2 코일(Ls)은 상기 제10 및 제9 노드(N10, N9)사이에 연결된다.
그리고 2차측 풀 브릿지 회로는 제7 및 제8 노드(N7, N8) 사이의 제3 레그와 제4 레그로 이루어져, 상기 제3 레그는 제7 및 제9 노드(N7, N9) 사이에 연결된 제5 스위치 소자(Q5)와 제9 및 제8 노드(N9, N8) 사이에 연결된 제6 스위치 소자(Q6)로 이루어지고, 상기 제4 레그는 제7 및 제10 노드(N7, N10) 사이에 연결된 제7 스위치 소자(Q7)와 제10 및 제8 노드(N10, N8) 사이에 연결된 제8 스위치 소자(Q8)로 이루어 진다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는 양방향 컨버터로써, 제 1 방향 동작 모드(정방향 동작 모드)에서는 제1 및 제2 노드(N1, N2) 상의 직류 입력 전압을 강압 또는 승압시켜 제5 및 제6 노드(N5, N6)로 직류 출력 전압이 출력되고, 제 2 방향 동작 모드(역방향 동작 모드)에서는 제5 및 제6 노드(N5, N6) 상의 직류 입력 전압을 승압 또는 강압시켜 제1 및 제2 노드(N1, N2)로 직류 출력 전압이 출력된다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 상기 제 1 방향 동작 모드는 상기 변압기(T)의 1차측과 2차측의 턴 수에 따라 강압 동작을 하고, 상기 제 2 방향 동작 모드는 상기 변압기(T)의 1차측과 2차측의 턴 수에 따라 승압 동작을 하는 것으로 설명하기로 한다. 그러나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 변압기(T)의 턴 수의 조정에 따라 제 1 방향 동작 모드에서 강압 동작과 승압 동작이 모두 수행될 수 있고, 이와 반대로 제 2 방향 동작 모드에서도 강압 동작과 승압 동작이 모두 수행될 수 있다.
또한, 아래에서는 다양한 변조 방식 중 dual PWM 변조 방식에 따라 상기 전력 변환 장치가 제 1 방향 동작 모드와, 제 2 방향 동작 모드에 대해 설명하기로 한다.
- 제 1 방향 동작 모드
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 제 1 방향 동작 모드를 설명한다.
도 2는 제 1 방향 동작 모드 시의 타이밍도이고, 도 3 내지 도 6은 도 2의 타이밍에 따른 전력 변환 장치의 동작 도면이다.
제1 레그의 제1 및 제2 스위치 소자(Q1, Q2)는 서로 상보적으로 동작하므로 이들 중 어느 하나가 턴 온되면 나머지 하나는 턴 오프된다. 그리고 제2 레그의 제3 및 제4 스위치 소자(Q3, Q4)는 서로 상보적으로 동작하므로 이들 중 어느 하나가 턴 온되면 나머지 하나는 턴 오프된다.
또한 상기 제1 스위치 소자(Q1)가 턴 온된 이후 일정 시간 후 제3 스위치 소자(Q3)가 턴 온되고, 제2 스위치 소자(Q2)가 턴 온된 이후 일정 시간 후 제4 스위치 소자(Q4)가 턴온되는 위상 천이(Phase shifted) 스위칭 방식으로 동작할 수 있다. 또한 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 동시에 턴 온 및 턴 오프될 수 있고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 동시에 턴 온 및 턴 오프될 수 있다.
<제 1 시구간(t1)>
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 시구간(t1) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴온되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프된다.
그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴오프되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온된다.
이 때, 1차측 전류는 제1 차측의 점선으로 표시된 바와 같이 제1 스위치 소자(Q1), 제3 노드(N3), 제4 노드(N4), 제4 스위치 소자(Q4) 그리고 제2 노드(N2) 순서로 흐르게 된다.
이때, 제1 인덕터(L1)는 충전 동작을 하게 되며, 이에 따라 제1 전압(V1)은 양의 전압을 가진다.
변압기(T)는 1차측 전류와 권수비에 기초하여 2차 측에 2차측 전류를 형성한다.
상기 2차측 전류는 제7 스위칭 소자(Q7), 제7 노드(N7), 제2 인덕터(L2), 제2 커패시터(C2) 그리고 제6 스위칭 소자(Q6)를 경유하여 흐르게 된다. 그리고 2차측 전류는 제2 인덕터(L2)를 충전함으로써 상기 제2 인덕터(L2)는 에너지를 축적하게 된다.
<제 2 시구간(t2)>
도 2 및 도 4를 참조하면, 제 2 시구간(t2) 동안 제1 스위치 소자(Q1)는 턴 온 상태를 유지하지만, 제4 스위치 소자(Q4)는 턴 오프된다. 그리고 제1 시구간(t1) 동안 턴 오프 상태였던 제3 스위치 소자(Q3)가 턴온된다.
그리고 제2 스위치 소자(Q2)는 턴 오프 상태를 유지한다. 그리고 2차측 스위치 소자(Q5~Q8)들은 모두 턴 온된다. 이 경우 제1 및 제3 스위치 소자(Q1, Q3)는 1차측 전류 패스를 형성하므로 제3 및 제4 노드(N3, N4)는 서로 단락되어 제1 전압(V1)은 제로 전압이 된다. 그리고 2차측 스위치 소자(Q5~Q8)가 모두 턴온되므로 제2 전압(V2) 또한 제로 전압이 된고, 제2 인덕터(L2)에 축적된 에너지는 출력 단자(N5-N6)로 전달된다.
<제3 시구간(t3)>
도 2 및 도 4를 참조하면, 제3 시구간(t3) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴 오프되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴 온된다.
그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴 온되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴 오프된다.
이 때 1차측 전류는 제1 차측의 점선으로 표시된 바와 같이 제3 스위치 소자(Q3), 제4 노드(N4), 제3 노드(N3) 그리고 제2 스위치 소자(Q2) 순서로 흐르게 된다. 즉, 제1 시구간에서의 1차측 전류와는 반대 방향으로 흐르게 된다.
그리고 1차측 전류에 의해 제1 인덕터(L1)는 충전되면서 제1 전압(V1)은 음의 전압을 가진다. 상기 1차측 전류는 트랜스포머(T)에 의해 2차측으로 전달된다.
그리고, 2차측 전류는 제5 스위칭 소자(Q5), 제2 인덕터(L2), 제2 커패시터(C2) 그리고 제8 스위칭 소자(Q8)를 경유하여 흐르게 된다. 이때, 2차측 전류는 제2 인덕터(L2)를 충전함으로써 상기 제2 인덕터(L2)는 에너지를 축적하게 된다.
<제4 시구간(t4)>
도 2 및 도 5를 참조하면, 제4 시구간(t4) 동안 제2 스위치 소자(Q2)는 턴 온 상태를 유지하지만, 제3 스위치 소자(Q3)는 턴 오프된다. 그리고 제3 시구간(t3) 동안 턴 오프 상태였던 제4 스위치 소자(Q4)가 턴온된다.
그리고 제1 스위치 소자(Q1)는 턴 오프 상태를 유지한다. 그리고 2차측 스위치 소자(Q5~Q8)들은 모두 턴 온된다.
이 경우 제2 및 제4 스위치 소자(Q2, Q4)는 1차측 전류 패스를 형성하므로 제3 및 제4 노드(N3, N4)는 서로 단락되어 제1 전압(V1)은 제로 전압이 된다.
그리고 2차측 스위치 소자(Q5~Q8)가 모두 턴온되므로 제2 전압(V2) 또한 제로 전압이 된고, 제2 인덕터(L2)에 축적된 에너지는 출력 단자(N5-N6)로 전달된다.
전술한 동작을 주기적으로 반복하면서 입력 단자(N1-N2) 상의 입력 전압(HV)은 트랜스포머(T)를 통해 전압 강하되면서 출력 단자(N5-N6)로 출력 전압(LV)이 출력된다.
한편, 변압기(T)의 권수비는 입력 전압(HV)과 출력 전압(LV) 그리고 듀티비에 따라서 결정될 수 있고, 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스와 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스는 출력 전류와 출력 전압의 리플 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
- 제 2 방향 동작 모드
이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여, 제 2 방향 동작 모드 방식을 설명한다.
도 7은 제 2 방향 동작 모드 시의 타이밍도이고, 도 8 내지 도 11은 도 7의 타이밍에 따른 동작도면이다.
<제1 시구간(t1)>
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 시구간(t1) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴온되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프된다.
그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴오프되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온된다. 이 경우 2차측의 제2 커패시터(C2)로부터 전류는 제2 인덕터(L2)와 제7 스위치 소자(Q7), 제2 코일(Ls) 및 제6 스위치 소자(Q6)를 경유하여 흐르면서 제2 전압(V2)은 정극성 전압이 된다.
이 때 2차측의 전류는 트랜스포머(T)의 권수비에 따라 1차측 전류를 형성하게 되고, 1차측의 제1 인덕터(Lp)로부터의 전류는 제1 인덕터(L1)와 제1 스위치 소자(Q1), 제1 커패시터(C1) 및 제4 스위치 소자(Q4)를 경유하여 흐르면서 제1 커패시터(C1)를 충전한다.
<제2 시구간(t2)>
도 7 및 도 9를 참조하면, 제2 시구간(t2) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴오프되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프를 유지한다.
그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온을 유지한다. 이 경우, 제5 내지 제8 스위치 소자(Q5, Q6, Q7, Q8)는 턴온되므로 제2 전압(V2)은 0 전압이 되고, 1차측 제1 코일(Lp)에 유기되는 전압은 0V가 되며, 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 제1 내지 제4 스위치 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 역병렬 다이오드를 경유하여 제1 커패시터(C1)에 흐르게 된다. 그리고 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류는 감소하여 다음 시구간에 역방향 전류가 된다.
<제3 시구간(t3)>
도 7 및 도 10을 참조하면, 제3 시구간(t3) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴오프를 유지하고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴온된다.
그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온을 유지하고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴오프된다.
이 경우 2차측의 제2 커패시터(C2)로부터 전류는 제2 인덕터(L2)와 제5 스위치 소자(Q5), 제2 코일(Ls) 및 제8 스위치 소자(Q8)를 경유하여 흐르면서 제2 전압(V2)은 부극성 전압이 된다.
이 때, 변압기(T)에 의하여 1차측의 제1 인덕터(Lp)로부터의 전류는 제1 인덕터(L1)와 제3 스위치 소자(Q3), 제1 커패시터(C1) 및 제2 스위치 소자(Q2)를 경유하여 흐르면서 제1 커패시터(C1)를 충전한다.
<제4 시구간(t4)>
도 7 및 도 11을 참조하면, 제4 시구간(t4) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴오프를 유지하고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프된다.
그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온을 유지하고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴오프된다. 이 경우, 제5 내지 제8 스위치 소자(Q5, Q6, Q7, Q8)는 턴온되므로 제2 전압(V2)은 0 전압이 되고, 1차측 제1 코일(Lp)에 유기되는 전압은 0V가 되며, 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 제1 내지 제4 스위치 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 역병렬 다이오드를 경유하여 제1 커패시터(C1)에 흐르게 된다.
그리고 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류는 감소하여 다음 시구간에 정방향 전류가 된다.
전술한 동작을 주기적으로 반복하면서 입력 단자(N5-N6) 상의 입력 전압(LV)은 변압기(T)를 통해 전압 상승하면서 출력 단자(N1-N2)로 출력 전압(HV)이 출력된다.
한편, 도 7의 화살표와 같이 턴온된 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)가 턴오프되는 시점을 조절, 즉 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)의 턴온 시간을 증가시키는 경우, 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류의 증가량을 상승시켜 1차측의 제1 커패시터(C1)의 충전량을 증가시킬 수 있다.
이와 대응하는 방식으로 턴온된 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)가 턴오프되는 시점을 조절, 즉 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)의 턴온 시간을 증가시키는 경우, 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류의 증가량을 상승시켜 1차측의 제1 커패시터(C1)의 충전량을 증가시킬 수 있다.
이와 같은 원리를 이용하여 입력 전압(LV)의 증폭량을 조절하여 출력 단자(N1-N2)로 입력 전압(LV)보다 높은 출력 전압(HV)을 출력할 수 있다.
도 12는 도 1에 도시된 전력 변환 장치에서, 1차측 회로와 2차측 회로를 구성하는 스위칭 소자의 다른 구성 예이다.
도 12는 도 1에서 1차측 회로에 포함된 스위칭 소자의 다른 구성 예이다.
도 1에서, 1차측 회로의 스위칭 소자는, 제1 및 제2 노드(N1, N2) 사이의 제1 레그(leg)와 제2 레그로 이루어져, 상기 제1 레그는 제1 및 제3 노드(N1, N3) 사이에 연결된 제1 스위치 소자(Q1)와 제3 및 제2 노드(N3, N2) 사이에 연결된 제2 스위치 소자(Q2)로 이루어지고, 상기 제2 레그는 제1 및 제4 노드(N1, N4) 사이에 연결된 제3 스위치 소자(Q3)와 제4 및 제2 노드(N4, N2) 사이에 연결된 제4 스위치 소자(Q4)로 이루어 진다.
그리고, 도 12에 따르면, 1차측 회로의 풀 브릿지 회로는, 제1 및 제2 노드(N1, N2) 사이의 제1 레그(leg)와 제2 레그로 이루어진다.
그리고, 상기 제1 레그는 제1 및 제3 노드(N1, N3) 사이에 연결된 제1 스위치 소자 그룹과, 제2 노드(N3, N2) 사이에 연결된 제2 스위치 소자 그룹으로 이루어지고, 상기 제2 레그는 제1 및 제4 노드(N1, N4) 사이에 연결된 제3 스위치 소자 그룹과 제4 및 제2 노드(N4, N2) 사이에 연결된 제4 스위치 소자 그룹으로 이루어 진다.
또한, 상기 제 1 스위치 소자 그룹은, 서로 병렬로 연결된 제1-1 스위치 소자(Q11)와, 제 1-2 스위칭 소자(Q12)를 포함한다.
상기 제 2 스위치 소자 그룹은, 서로 병렬로 연결된 제2-1 스위치 소자(Q21)와, 제 2-2 스위칭 소자(Q22)를 포함한다.
상기 제 3 스위치 소자 그룹은, 서로 병렬로 연결된 제3-1 스위치 소자(Q31)와, 제 3-2 스위칭 소자(Q32)를 포함한다.
상기 제 4 스위치 소자 그룹은, 서로 병렬로 연결된 제4-1 스위치 소자(411)와, 제 4-2 스위칭 소자(Q42)를 포함한다.
또한, 상기에서는 1차측 회로의 풀 브릿지 회로에 대해서는 설명하였지만, 상기 1차측 회로의 풀 브릿지 회로와 동일한 구조를 가지며 2차측 회로의 풀 브릿지 회로가 구성될 수 있을 것이다.
- 제어 동작
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 신호 출력을 위한 제어 시스템의 블록도이고, 도 14는 도 13의 제어부를 실현하는 일 예로써의 회로도이다.
도 13을 참조하면, 제어 시스템은 전압 센서(110), 전류 센서(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
전압 센서(110)는 제 1 전압 센서(111)와 제 2 전압 센서(112)를 포함한다.
제 1 전압 센서(111)는 상기 1차 회로의 입력 단에 배치되며, 그에 따라 상기 배치된 위치에서의 전압을 감지한다. 바람직하게, 제 1 전압 센서(111)는 제 1 방향 동작 모드에서, 상기 전력 변환 장치의 입력 전압(Vi)을 검출한다.
제 2 전압 센서(112)는 상기 2차 회로의 출력 단에 배치되며, 그에 따라 상기 배치된 위치에서의 전압을 감지한다. 바람직하게, 제2 전압 센서(112)는 상기 제2 방향 동작 모드에서, 상기 전력 변환 장치의 출력 전압(Vo)을 검출한다.
전류 센서(120)는 제 1 전류 센서(121)와 제 2 전류 센서(122)를 포함한다.
제 1 전류 센서(121)는 상기 1차 회로의 입력 단에 배치되며, 그에 따라 상기 배치된 위치에서의 전류을 감지한다. 바람직하게, 제 1 전류 센서(121)는 제 1 방향 동작 모드에서, 상기 전력 변환 장치의 입력 전류(Ii)을 검출한다.
제 2 전류 센서(122)는 상기 2차 회로의 출력 단에 배치되며, 그에 따라 상기 배치된 위치에서의 전류을 감지한다. 바람직하게, 제2 전류 센서(122)는 상기 제2 방향 동작 모드에서, 상기 전력 변환 장치의 출력 전류(Io)을 검출한다.
제어부(130)는 다양한 조건에 따라 전력 변환 장치의 동작 모드를 결정한다. 상기 동작 모드는 상기 설명한 제 1 방향 동작 모드와 제 2 방향 동작 모드를 포함한다.
즉, 상기 전력 변환 장치는 계통 연계 장치에 설치될 수 있다.
이에 따라, 상기 전력 변환 장치는 제 1 방향 동작 모드에서, 상기 1차 회로의 입력단에 연결된 발전 장치(예를 들어, 태양광 발전 장치, 풍력 발전 장치, 화력 발전 장치 등)가 연결되고, 그에 따라 상기 연결된 발전 장치로부터 공급되는 전원을 변환하여 상기 2차 회로의 출력 단에 연결된 에너지 저장 장치로 공급하여, 상기 에너지 공급 장치를 충전시킬 수 있다.
그리고, 상기 전력 변환 장치는 상기 제 2 방향 동작 모드에서, 상기 에너지 저장 장치의 방전이 이루어지며, 그에 따라 상기 방전에 의해 상기 에너지 저장 장치로부터 출력되는 전원을 상기 1차 회로의 입력단에 연결된 계통이나 부하로 공급할 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부(130)는 다양한 조건(예를 들어, 부하량, 에너지 저장 장치의 충전량 등)에 따라, 상기 전력 변환 장치의 동작 모드, 다시 말해서 상기 전력 변환 장치의 동작 방향을 결정한다.
그리고, 제어부(130)는 외부로부터 공급되는 지령 값에 따라 상기 1차 회로 및 2차 회로에 각각 공급되는 스위칭 신호(이하에서는, 1차 회로에 공급되는 스위칭 신호를 '제1 스위칭 신호'라 하고, 2차 회로에 공급되는 스위칭 신호를 '제2 스위칭 신호'라 한다)
이를 위해, 제어부(130)는 상기 지령 값에 따라 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 생성하기 위한 제어 변수(Del)를 계산하여 출력한다. 상기 제어 변수(Del)는 이하에서 설명하는 도면에 도시된 Φf이다.
상기 제어 변수(Del)는 원하는 출력 전력을 얻기 위한 제어 조건이며, 여기에는, 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호의 위상, 제 1 스위칭 신호의 듀티 비 및 제 2 스위칭 신호의 듀티 비를 포함한다.
즉, 상기 출력 전력 값은, 상기 제어 변수에 의해 결정된 상기 제 1 스위칭 신호의 위상, 제 2 스위칭 신호의 위상, 제 1 스위칭 신호의 듀티 비 및 제 2 스위칭 신호의 듀티 비에 따른 제 1 스위칭 신호 및 제 2 스위칭 신호에 의해 결정될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 상기 제어 변수에 따라 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 생성하기 위한 전압 변조 방식을 결정한다.
여기에서, 상기 전압 변조 기술은, 제 1 변조 방식, 제 2 변조 방식, 제3 변조 방식 및 제 4 변조 방식을 포함한다.
상기 제 1 변조 방식은, Dual PWM 방식을 의미한다.
상기 Dual PWM 방식은, 상기 제 1 및 2 스위칭 신호를 모두 PWM 방식을 적용하여 변조하는 방식이다. 이에 따라, 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호의 듀티 비는 고정되지 않고 변화하게 된다.
상기 제 2 변조 방식은 Triangular PWM 방식을 의미한다.
상기 Triangular PWM 방식은, 상기 제 1 및 2 스위칭 신호 중 어느 하나의 스위칭 신호의 듀티 비는 가변하고, 다른 하나의 스위칭 신호의 듀티 비는 0.5로 고정하는 방식이며, 이는 전류가 변압기(T)의 전압 파형이 변하는 시점(양에서 음, 또는 음에서 양)으로 변하는 시점에 0으로 되는 변조 방식이다.
상기 제 3 변조 방식은 single PWM 방식을 의미한다.
상기 single PWM 방식은, 상기 Triangular PWM 방식와 유사하게 상기 제 1 및 2 스위칭 신호 중 어느 하나의 스위칭 신호의 듀티 비는 가변하고, 다른 하나의 스위칭 신호의 듀티 비는 0.5로 고정하는 방식이다.
상기 제 4 변조 방식은 PSM(Phase Shift Modulation) 방식을 의미한다.
상기 PSM(Phase Shift Modulation) 방식은 상기 제 1 및 2 스위칭 신호의 듀티 비를 모두 0.5로 고정하면서 위상만을 쉬프트하는 방식이다.
한편, 상기에서 듀티 비가 0.5로 고정되었다는 것은, 온 듀티와 오프 듀티가 각각 1/2인 것을 의미하며, 이는 1 주기에서 온 듀티와 오프 듀티가 동일하다는 것을 의미한다.
이때, 상기 제어부(130)는 출력 전력(P)을 토대로 상기 복수의 변조 방식 중 어느 하나의 변조 방식을 선택하고, 상기 선택된 변조 방식에 따라 상기 제 1 스위칭 신호 및 제 2 스위칭 신호가 출력되도록 한다.
이를 위해, 제어부(130)는 우선적으로 전력 변환 장치의 입력 전압과 출력 전압을 토대로 상기 전력 변환 장치의 동작 조건(승압 조건인지, 강압 조건인지)을 확인한다.
즉, 상기 제어부(130)는 입력 전압과 출력 전압의 비가 1보다 크면 상기 전력 변환 장치가 승압 동작을 하고 있는 것으로 판단하고, 상기 입력 전압과 출력 전압의 비가 1보다 크지 않으면(작거나 같으면), 상기 전력 변환 장치가 강압 동작을 하고 있는 것으로 판단한다.
그리고, 제어부(130)는 상기 동작 조건에 따라 현재 필요한 전력 조건을 이용하여 변조 방식을 결정한다.
상기 변조 방식이 결정되면, 상기 제어부(130)는 상기 결정된 변조 방식 및 상기 결정된 제어 변수, 그리고 상기 전력 변환 장치의 동작 방향에 따라 제 1 스위칭 신호, 제 2 스위칭 신호를 생성하고, 이를 상기 1차 회로와 2차 회로에 각각 공급한다.
이하에서는 상기 제어부(130)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 14를 참조하면, 제어부(130)는 제어기(131), 모드 선택기(132) 및 제어 신호 출력기(133)를 포함한다.
본 발명에서는 전력 변환 장치의 제어 목적으로 출력 전압의 제어이며, 이에 따른 다양한 전압 변조 방식 중 어느 하나의 전압 변조 방식을 이용하여 제 1 및 2 스위칭 신호를 출력한다.
도 14에서의 Vi는 입력 전압, d는 입출력 전압비, Φf는 제어기(131)의 출력 신호, M은 변조 방식 선택 신호, Sα는 제 1 스위칭 신호, Sβ는 제 2 스위칭 신호, Φ는 상기 스위칭 신호들의 위상 지연 신호, Dir은 출력력 전력 흐름 신호(다시 말해서, 동작 방향 신호)를 의미한다.
상기와 같이, 제어부(130)는 상기 제 1 및 2 스위칭 신호를 출력하기 위하여 기본적으로 비례적분 제어기(PI 제어기)를 이용한다.
제어기(131)는 제 1 연산부(1311), 제 2 연산부(1312), 제 3 연산부(1313) 및 PI제어기를 포함한다.
제 1 연산부(1311)는 전압 지령 값(Vref)과 출력 전압 값(Vo)을 수신하고, 상기 수신한 전압 지령 값(Vref)과 출력 전압 값(Vo)의 차이 값을 계산하여 출력한다.
PI 제어기는 상기 전압 지령 값(Vref)과 출력 전압 값(Vo)의 차이 값에 대하여 비례 적분 제어를 수행하여, 이에 따른 제어 변수(Φf)를 출력한다. 상기 제어 변수(Φf)는 상기 전압 지령 값(Vref)으로 상기 출력 전압 값(Vo)을 맞추기 위한 것으로, 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호의 위상 차, 제 1 스위칭 신호의 듀티 비 및 제 2 스위칭 신호의 듀티 비에 따라 결정될 수 있다.
제 2 연산부(1312)는 출력 전압 값(Vo)과 입력 전압 값(Vi)을 수신하고, 그에 따라 상기 출력 전압 값(Vo)과 입력 전압 값(Vi)의 비를 계산하여 출력한다.
즉, 제 2 연산부(1312)는 출력 전압 값(Vo)/입력 전압 값(Vi)을 계산하여, 입출력 전압 비(d)를 출력한다.
제 3 연산부(1313)은 출력 전압 값(Vo)과 출력 전류 값(Io)을 수신하고, 상기 출력 전압 값(Vo)과 출력 전류 값(Io)의 곱을 계산하여 출력한다.
즉, 제 3 연산부는 출력 전압 값(Po)을 계산하여 출력한다.
상기 제 2 연산부(1312)의 연산 값과, 제 3 연산부(1313)의 연산 값은 모드선택기(132)로 입력된다.
모드 선택기(132)는 상기 입출력 전압 비(d)와, 출력 전력 값(Po)을 수신하여 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 생성하기 위한 변조 방식을 결정한다.
여기에서, 상기 모드 선택기(132)는 상기 입출력 전압 비(d)에 따라 상기 전력 변환 장치가 강압 조건으로 동작하는지, 아니면 승압 조건으로 동작하는 지를 우선 확인한다.
그리고, 모드 선택기(132)는 상기 입출력 전압 비(d)에 따라 전력 변환 장치의 동작 조건이 확인되면, 확인된 동작 조건에 따른 각 변조 방식의 전력 기준 값을 토대로 상기 출력 전력 값(Po)이 어느 변조 방식의 전력 범위 내에 포함되는지를 확인한다.
여기에서, 상기 모드 선택기(132)는 상기 동작 조건에 따라 서로 다른 전력 기준 값이 적용된 각 변조 방식의 전력 기준 값을 토대로 상기 변조 방식을 결정한다.
다시 말해서, 상기 전력 기준 값은 제 1 변조 방식에 대한 제 1 전력 기준 값, 제 2 변조 방식에 대한 제 2 전력 기준 값, 제 3 변조 방식에 대한 전력 기준 값, 그리고 제 4 변조 방식에 대한 제 4 전력 기준 값을 포함한다.
여기에서, 상기 각각의 전력 기준 값은 특정한 값일 수 있으며, 이와 다르게 각각의 변조 방식이 커버할 수 있는 전력 값의 범위를 의미할 수도 있다.
이때, 입출력의 전압의 비가 달라짐에 따라 기준이 되는 전력의 값이 변동하게 된다. 이에 따라 상기 입출력 전압 비(d)에 따라 서로 다른 전력 범위를 적용하여 상기 변조 방식이 선택되도록 한다.
여기에서, 상기 각각의 변조 방식에 대한 전력 기준 값, 다시 말해서 전력 값의 범위는 다음의 표 1과 같이 결정될 수 있다.
| 변조 방식 | 전력 값 범위 |
| 제 1 변조 방식 | 0~0.7kW |
| 제 2 변조 방식 | 0.7~1.8kW |
| 제 3 변조 방식 | 1.8~3.3kW |
| 제 4 변조 방식 | 3.3kW 이상 |
표 1을 참조하면, 각각의 변조 방식은 서로 다른 전력 값 범위 내를 커버할 수 있다. 제 1 변조 방식은 가장 낮은 전력 값 범위에서 최대 효율을 낼 수 있고, 다음으로 제 2 변조 방식, 제 3 변조 방식 및 제 4 변조 방식이 전력 값이 증가할 수록 각각의 최대 효율을 낼 수 있다.
이에 따라, 모드 선택기(132)는 상기 다양한 변조 방식 중 어느 하나의 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 선택된 변조 방식에 대한 선택 신호(M)를 제어 신호 출력기(133)로 출력한다.
예를 들어, 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 0.5kW이면, 제 1 변조 방식의 선택 신호를 상기 제어신호 출력기(133)로 출력한다. 또한, 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 1.5kW이면, 상기 제 2 변조 방식의 선택 신호를 상기 제어신호 출력기(133)로 출력한다. 또한, 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 2.5kW이면, 상기 제 3 변조 방식의 선택 신호를 상기 제어신호 출력기(133)로 출력한다. 그리고, 모드 선택기(132)는 출력 전력 값(Po)이 5kW이면 제 4 변조 방식의 선택 신호를 상기 제어신호 출력기(133)로 출력한다.
한편, 상기에서는 상기 표1에서와 같이 각각의 변조 방식에 따라 1개의 전력 값 범위 만이 존재하는 것으로 기재하였으나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 전력 변환 장치의 동작 조건(강압 조건 또는 승압 조건)에 따라 서로 다른 전력 값 범위가 존재할 수 있다.
제어신호 출력기(133)는 상기 제어기(131)로부터 출력되는 제어 변수(Φf)와 선택 신호(M)와, 동작 방향 신호(Dir)를 수신한다.
그리고, 제어신호 출력기(133)는 상기 제어 변수(Φf), 선택 신호(M) 및 동작 방향 신호(Dir)를 이용하여 상기 선택 신호(M)에 대응하는 변조 방식을 적용하여 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 각각 생성하여 출력한다.
이때, 상기 각각의 변조 방식을 이용하여 이에 대응하는 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 생성하는 내용은 이미 본 발명이 속하는 분야에서 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이, 본 발명에서의 제어부(130)는 출력 전력 값(Po) 및 입출력 전압 비(d)를 토대로 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 발생하기 위한 변조 방식을 선택하고, 상기 선택한 변조 방식에 따라 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 생성하여 출력한다.
한편, 제어신호 출력기(133)는 상기 선택 신호(M)가 수신되면, 현재 선택된 변조 방식과, 이전에 선택된 변조 방식에 차이가 있는지 여부를 확인한다.
그리고, 제어신호 출력기(133)는 상기 현재 변조 방식과 이전의 변조 방식에 차이가 있다면, 상기 수신한 제어 변수(Φf)를 변경한다. 상기 제어 변수는 상기 전력 변환 장치의 동작 조건에 따라 증가하거나 감소할 수 있다.
다시 말해서, 상기 각각의 변조 방식은 다른 변조 방식과 비교하여, 출력 전류와 출력 전압이 다르게 나타난다.
이에 따라, 상기에서 변조 방식이 갑작스럽게 변경되면, 상기 출력 전류와 출력 전압이 갑자기 커지는 현상이 발생하며, 이는 전력 변환 장치의 신뢰성에 큰 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 제어신호 출력기(133)는 변조 방식이 변경되는 경우, 이전 제어 변수와 현재의 제어 변수에 따른 출력 전류와 출력 전압 값을 토대로 상기 현재의 제어 변수에 대응하는 출력 전류와 출력 전압이 발생하지 않고, 상기 이전의 제어 변수에 대응하는 출력 전류와 현재의 제어 변수에 대응하는 출력 전류의 사이에 포함된 출력 전류를 발생하기 위한 제어 변수나, 상기 이전의 제어 변수에 대응하는 출력 전압과, 현재의 제어 변수에 대응하는 출력 전압의 사이에 포함된 출력 전압을 발생하기 위한 제어 변수로 상기 현재의 제어 변수를 변경하고, 상기 변경된 제어 변수에 따라 상기 제 1 스위칭 신호 및 제 2 스위칭 신호를 생성하여 출력 한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 출력 전력 값에 따라 스위칭 신호의 변조 방식을 변경함으로써, 기존의 복잡한 폐루프 제어 방식의 문제를 해결할 수 있으면서, 보다 넓은 전압 영역에서 전력 전달히 가능할 뿐만 아니라, 넓은 전압 영역에서 모두 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 출력 전력 값의 변화에 따라 스위칭 신호의 변조 방식이 변경되면, 그에 맞게 제어 변수를 변경함으로써, 상기 변조 방식의 변화에 따라 출력 전압 및 출력 전류의 값이 급변하는 문제를 해결할 수 있다.
- 변조 방식
이하에서는, 본 발명에 포함된 각각의 변조 방식에 대해 설명하기로 한다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 변조 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 제 2 변조 방식을 설명하기 위한 도면이며, 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 제 3 변조 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 제 4 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 내지 도 18에서, Vpri는 변압기(T)의 1차측 전압 값을 의미하고, Vsec는 변압기(T)의 2차측 전압 값을 의미하며, IL은 상기 1차측 전압 값과 2차측 전압 값에 따른 출력 전류를 의미한다.
그리고, 도 15 내지 도 18에서, 좌측의 파형은 각각의 변조 방식에서, 강압 조건 시의 출력 파형을 나타낸 것이고, 우측의 파형은 각각의 변조 방식에서, 승압 조건 시의 출력 파형을 나타낸 것이다.
도 15 내지 도 18을 참조하면, 제 1 변조 방식의 출력 전류가 가장 낮고, 다음으로 제 2 변조 방식, 제 3 변조 방식 및 제 4 변조 방식 순으로 출력 전류가 높아지는 것을 알 수 있다.
따라서, 출력 전력 값(Po)이 낮으면, 상기와 같이 출력 전류가 가장 낮은 제 1 변조 방식을 이용하여 전압 변조를 수행하는 것이 전력 변환 효율이 가장 높게 나타난다. 그리고, 제 2 변조 방식, 제 3 변조 방식 및 제 4 변조 방식으로 갈 수록 출력 전류가 증가하는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 상기 출력 전력 값(Po)이 증가할 수록 이에 대응하는 출력 전류를 발생하는 변조 방식으로 변경하는 것이 바람직하다.
도 15를 참조하면, 상기 제 1 변조 방식은, Dual PWM 방식을 의미한다.
상기 Dual PWM 방식은, 상기 제 1 및 2 스위칭 신호를 모두 PWM 방식을 적용하여 변조하는 방식이다. 즉, 도 15에 도시된 바와 같이, 1차측 전압과 2차측 전압의 듀티 비는 모두 동일한 것을 알 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호의 듀티 비는 고정되지 않고 변화하게 된다.
도 16을 참조하면, 상기 제 2 변조 방식은 Triangular PWM 방식을 의미한다.
상기 Triangular PWM 방식은, 상기 제 1 및 2 스위칭 신호 중 어느 하나의 스위칭 신호의 듀티 비는 가변하고, 다른 하나의 스위칭 신호의 듀티 비는 0.5로 고정하는 방식이며, 이는 전류가 변압기(T)의 전압 파형이 변하는 시점(양에서 음, 또는 음에서 양)으로 변하는 시점에 0으로 되는 변조 방식이다. 즉, 도 16에서와 같이, 1차측 전압 값의 듀티 비는 계속 변화하고 있으며, 2차측 전압 값의 듀티 비는 고정된 것을 알 수 있다. 그리고, 변압기(T)의 전압 파형이 변하는 시점에서 전류가 0의 값을 가지게 된다.
도 17을 참조하면, 상기 제 3 변조 방식은 single PWM 방식을 의미한다.
상기 single PWM 방식은, 상기 Triangular PWM 방식와 유사하게 상기 제 1 및 2 스위칭 신호 중 어느 하나의 스위칭 신호의 듀티 비는 가변하고, 다른 하나의 스위칭 신호의 듀티 비는 0.5로 고정하는 방식이다.
도 18을 참조하면, 상기 제 4 변조 방식은 PSM(Phase Shift Modulation) 방식을 의미한다.
상기 PSM(Phase Shift Modulation) 방식은 상기 제 1 및 2 스위칭 신호의 듀티 비를 모두 0.5로 고정하면서 위상만을 쉬프트하는 방식이다.
- 전력 변환 장치의 동작 방법
이하에서는, 전력 변환 장치의 동작 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 20은 도 19에서 변조 모드 결정 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 변조 모드 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 19를 참조하면, 제어부(130)는 지령 값을 수신한다(100단계). 상기 지령 값은 전압 지령 값(Vref)일 수 있고, 전력 지령 값(Pref)일 수 있다.
상기 지령 값이 수신되면, 상기 제어부(130)는 상기 지령 값을 토대로 제어 변수를 출력한다(110단계). 상기 제어 변수는, 전압 지령 값과 실제 측정된 전압 값(출력 전압 값)의 차이 값에 대하여 비례 적분을 수행한 결과 값이다.
이후, 제어부(130)는 입출력 전압 비(d), 출력 전력 값(Po)을 계산하고, 상기 계산한 입출력 전압 비(d)와 출력 전력 값(Po)을 이용하여 변조 모드(변조 방식)을 결정한다(120단계). 상기 변조 방식을 결정하는 구체적인 과정은 후술하기로 한다.
그리고, 제어부(130)는 전력 변환 장치의 조건에 따라 상기 전력 변환 장치의 동작 방향을 결정한다(130단계).
이어서, 제어부(130)는 상기 결정된 제어 변수 및 동작 방향에 따라 상기 선택된 변조 방식을 스위칭 제어 신호를 생성한다(140단계). 즉, 제어부(130)는 상기 변조 방식을 토대로 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 생성한다.
이후, 제어부(130)는 상기 생성된 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 1차 회로 및 2차 회로의 스위치 소자들에게 각각 전송한다. 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호는 상기 스위치 소자들의 게이트에 입력되는 게이트 신호이다.
다음으로, 도 20을 참조하면, 모드 선택기(132)는 제어 변수와, 출력 전력 값(Po)을 수신한다(200단계).
이후, 모드 선택기(132)는 입출력 전압 비(d)를 수신하고, 상기 수신한 입출력 전압 비(d)가 1보다 작거나 같은지를 확인하여, 상기 전력 변환 장치가 강압 조건인지 승압 조건인지를 판단한다(201단계).
상기 판단 결과, 상기 전력 변환 장치가 강압 조건이면(d≤1)이면, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 제 3 변조 방식의 전력 값 범위(Psingle) 내의 전력 값보다 작은지 여부를 판단한다(202단계).
그리고, 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 3 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 작으면, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 제 2 변조 방식의 전력 값 범위(Ptrianglur) 내의 전력 값보다 작거나 같은지 여부를 판단한다(203단계).
그리고, 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 2 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 작거나 같으면, 제 1 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 제 1 변조 방식의 선택 신호를 출력한다(204단계).
이어서, 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 2 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 크면, 제 2 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 제 2 변조 방식의 선택 신호를 출력한다(205단계).
또한, 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 3 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 크면, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 4 변조 방식의 전력 값 범위(Ppsm)내의 전력 값보다 작거나 같은지 여부를 판단한다(207단계).
그리고, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 4 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 작거나 같으면, 제 3 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 제 3 변조 방식의 선택 신호를 출력한다(207단계).
또한, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 4 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 크면, 제 4 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 제 4 변조 방식의 선택 신호를 출력한다(208단계).
여기에서, 상기 제 2 변조 방식의 전력 값 범위(Ptrianglur) 내의 전력 값은 상기 전력 값 범위(Ptrianglur) 내의 전력 값 중 가장 작은 값을 의미하고, 제 3 변조 방식의 전력 값 범위(Psingle) 내의 전력 값도 해당 전력 값 범위(Psingle) 내의 전력 값 중 가장 작은 값을 의미하며, 상기 제 4 변조 방식의 전력 값 범위(Ppsm)내의 전력 값도 해당 전력 값 범위(Ppsm) 내의 전력 값 중 가장 작은 값을 의미한다.
한편, 상기 판단 결과, 상기 전력 변환 장치가 승압 조건이면(d>1)이면, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 제 3 변조 방식의 전력 값 범위(Psingle) 내의 전력 값보다 작은지 여부를 판단한다(209단계).
그리고, 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 3 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 작으면, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 제 2 변조 방식의 전력 값 범위(Ptrianglur) 내의 전력 값보다 작거나 같은지 여부를 판단한다(210단계).
그리고, 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 2 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 작거나 같으면, 제 1 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 제 1 변조 방식의 선택 신호를 출력한다(211단계).
이어서, 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 2 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 크면, 제 2 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 제 2 변조 방식의 선택 신호를 출력한다(212단계).
또한, 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 3 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 크면, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 4 변조 방식의 전력 값 범위(Ppsm)내의 전력 값보다 작거나 같은지 여부를 판단한다(213단계).
그리고, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 4 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 작거나 같으면, 제 3 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 제 3 변조 방식의 선택 신호를 출력한다(214단계).
또한, 상기 모드 선택기(132)는 상기 출력 전력 값(Po)이 상기 제 4 변조 방식의 전력 값 범위 내의 전력 값보다 크면, 제 4 변조 방식을 선택하고, 그에 따라 상기 제 4 변조 방식의 선택 신호를 출력한다(215단계).
여기에서, 상기 제 2 변조 방식의 전력 값 범위(Ptrianglur) 내의 전력 값은 상기 전력 값 범위(Ptrianglur) 내의 전력 값 중 가장 작은 값을 의미하고, 제 3 변조 방식의 전력 값 범위(Psingle) 내의 전력 값도 해당 전력 값 범위(Psingle) 내의 전력 값 중 가장 작은 값을 의미하며, 상기 제 4 변조 방식의 전력 값 범위(Ppsm)내의 전력 값도 해당 전력 값 범위(Ppsm) 내의 전력 값 중 가장 작은 값을 의미한다.
또한, 도 21을 참조하면, 제어부(130)는 상기 결정된 변조 방식과 이전에 사용한 변조 방식을 비교한다(300단계).
이후, 상기 제어부(130)는 상기 결정된 변조 방식과 이전에 사용한 변조 방식이 서로 동일하면, 상기 계산된 제어 변수를 토대로 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 출력한다(320단계).
또한, 상기 제어부(130)는 상기 결정된 변조 방식과 이전에 사용한 변조 방식이 서로 다르면, 출력 전류 및 출력 전압의 급변함을 해결하기 위해, 상기 계산된 제어 변수를 조정하고, 상기 조정된 제어 변수를 토대로 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 출력한다(330단계).
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 출력 전력 값에 따라 스위칭 신호의 변조 방식을 변경함으로써, 기존의 복잡한 폐루프 제어 방식의 문제를 해결할 수 있으면서, 보다 넓은 전압 영역에서 전력 전달히 가능할 뿐만 아니라, 넓은 전압 영역에서 모두 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 출력 전력 값의 변화에 따라 스위칭 신호의 변조 방식이 변경되면, 그에 맞게 제어 변수를 변경함으로써, 상기 변조 방식의 변화에 따라 출력 전압 및 출력 전류의 값이 급변하는 문제를 해결할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 전압 센서
120: 전류 센서
130: 제어부
131:제어기
132: 모드 선택기
133: 제어신호 출력기
120: 전류 센서
130: 제어부
131:제어기
132: 모드 선택기
133: 제어신호 출력기
Claims (15)
- 전력 변환 장치에 있어서,
변압기;
상기 변압기의 1차측에 연결되고, 제 1 레그(leg)의 복수의 스위치 소자들과, 제 2 레그의 복수의 스위치 소자를 포함하는 제 1 컨버터;
상기 변압기의 2차측에 연결되고, 제 3 레그의 복수의 스위치 소자들과,제 4 레그의 복수의 스위치 소자들을 구비한 제 2 컨버터;
상기 제 1 컨버터에 연결된 제 1 커패시터;
상기 제 2 컨버터에 연결된 제 2 커패시터; 및
상기 제 1 컨버터 및 제 2 컨버터에 포함된 복수의 스위치 소자들을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
복수의 변조 방식에 대한 운전 범위를 결정하고,
상기 복수의 변조 방식의 운전 범위 중 상기 전력 변환 장치의 출력 전력 값을 포함하는 변조 방식을 결정하며,
상기 결정된 변조 방식을 토대로 지령 값에 대응하는 상기 제 1 컨버터 및 제 2 컨버터의 제어 신호를 출력하는
전력 변환 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 레그는,
제 1 스위치 소자와 제 2 스위치 소자를 포함하고,
상기 제 2 레그는,
제 3 스위치 소자와 제 4 스위치 소자를 포함하며,
상기 제 3 레그는,
제 5 스위치 소자와 제 6 스위치 소자를 포함하고,
상기 제 4 레그는,
제 7 스위치 소자와 제 8 스위치 소자를 포함하는
전력 변환 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 레그는,
서로 병렬 연결된 제 1 및 2 스위치 소자를 포함하는 제 1 스위치 소자 그룹과, 서로 병렬 연결된 제 3 스위치 소자 및 제 4 스위치 소자를 포함하는 제 2 스위치 소자 그룹을 포함하고,
상기 제 2 레그는,
서로 병렬 연결된 제 5 및 6 스위치 소자를 포함하는 제 3 스위치 소자 그룹과, 서로 병렬 연결된 제 7 스위치 소자 및 제 8 스위치 소자를 포함하는 제 4 스위치 소자 그룹을 포함하며,
상기 제 3 레그는,
서로 병렬 연결된 제 9 및 10 스위치 소자를 포함하는 제 5 스위치 소자 그룹과, 서로 병렬 연결된 제 11 스위치 소자 및 제 12 스위치 소자를 포함하는 제 6 스위치 소자 그룹을 포함하고,
상기 제 4 레그는,
서로 병렬 연결된 제 13 및 14 스위치 소자를 포함하는 제 7 스위치 소자 그룹과, 서로 병렬 연결된 제 15 스위치 소자 및 제 16 스위치 소자를 포함하는 제 8 스위치 소자 그룹을 포함하는
전력 변환 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
전압 지령 값에 대응하는 제어 변수를 출력하는 제어기와,
상기 출력 전력 값을 토대로 복수의 변조 방식 중 어느 하나의 특정 변조 방식의 선택 신호를 출력하는 모드 선택기와,
상기 제어기를 통해 출력되는 제어 변수를 기준으로 상기 모드 선택기를 통해 선택된 변조 방식을 적용하여 상기 제 1 컨버터를 제어하는 제 1 스위칭 신호와, 상기 제 2 컨버터를 제어하는 제 2 스위칭 신호를 출력하는 제어신호 출력기를 포함하는
전력 변환 장치. - 제 4항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 전압 지령 값과 출력 전압 값의 차이 값을 출력하는 제 1 연산부와,
상기 제 1 연산부의 출력 값을 비례 적분하여 상기 제어 변수를 출력하는 비례적분 제어기와,
상기 출력 전압 값과 출력 전류 값의 곱에 따른 출력 전력 값을 출력하는 제 2 연산부를 포함하는
전력 변환 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 제어기는,
입력 전압 값과 출력 전압 값을 수신하고, 이에 따른 입출력 전압 비를 계산하여 출력하는 제 3 연산부를 더 포함하고,
상기 모드 선택기는,
상기 제 3 연산부를 통해 출력되는 입출력 전압 비에 따른 동작 조건과, 상기 출력 전력 값을 토대로 상기 변조 방식을 선택하는
전력 변환 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 변조 방식은,
dual 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 1 변조 방식과,
triangular 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 2 변조 방식과,
single 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 3 변조 방식과,
PSM(Phase shift modulation) 변조 방식에 대응하는 제 4 변조 방식을 포함하며,
상기 모드 선택기는,
상기 각각의 변조 방식에 대응하는 운전 범위를 저장하고,
상기 저장된 운전 범위를 토대로 상기 출력 전력 값이 속한 변조 방식을 확인하며,
상기 확인한 변조 방식의 선택 신호를 출력하는
전력 변환 장치. - 제 7항에 있어서,
상기 각각의 변조 방식의 운전 범위 내에 속하는 전력 값은 다음과 같은 크기 조건을 가지는
전력 변환 장치.
제 1 변조 방식 < 제 2 변조 방식 < 제 3 변조 방식 < 제 4 변조 방식 - 제 7항에 있어서,
상기 동작 조건은,
출력 전압이 입력 전압보다 큰 승압 조건과, 출력 전압이 입력 전압보다 작은 강압 조건을 포함하며,
상기 모드 선택기는,
상기 각각의 변조 방식에 대응하여 상기 승압 조건에서의 운전 범위와, 강압 조건에서의 운전 범위를 구분하여 저장하는
전력 변환 장치. - 제 7항에 있어서,
상기 제어신호 출력기는,
상기 전력 변환 장치의 동작 방향 정보를 수신하며,
상기 수신한 동작 방향 정보를 이용하여 상기 제 1 스위칭 신호와 제 2 스위칭 신호를 출력하며,
상기 동작 방향 정보는,
상기 제 1 컨버터에서 제 2 컨버터로 전압이 출력되는 제1 방향 동작 조건과,
상기 제 2 컨버터에서 제 1 컨버터로 전압이 출력되는 제 2 방향 동작 조건을 포함하는
전력 변환 장치. - 제 7항에 있어서,
상기 제어 신호 출력기는,
현재 선택된 변조 방식과, 이전에 적용한 변조 방식을 비교하고,
상기 현재 변조 방식과 이전의 변조 방식이 서로 상이하면, 상기 수신한 제어 변수를 조정하는
전력 변환 장치. - 변압기와, 상기 변압기의 1차측에 연결되고, 제 1 레그(leg)의 복수의 스위치 소자들과, 제 2 레그의 복수의 스위치 소자를 포함하는 제 1 컨버터와, 상기 변압기의 2차측에 연결되고, 제 3 레그의 복수의 스위치 소자들과,제 4 레그의 복수의 스위치 소자들을 구비한 제 2 컨버터를 포함하는 전력 변환 장치에 있어서,
상기 전력 변환 장치의 출력 전압 값과 출력 전류 값을 이용하여 출력 전력 값을 계산하는 단계;
상기 전력 변환 장치의 입력 전압 값과 출력 전압 값을 이용하여 상기 전력 변환 장치의 동작 조건이 강압 조건인지 승압 조건인지를 판단하는 단계;
상기 동작 조건 별로 구분된 복수의 변조 방식의 운전 범위를 기준으로 상기 출력 전력 값이 속한 변조 방식을 선택하는 단계;
전압 지령 값과 상기 출력 전압 값의 차이 값을 비례적분하여 제어 변수를 출력하는 단계; 및
상기 선택된 변조 방식을 적용하여 상기 출력된 제어 변수에 대응하는 상기 제 1 컨버터의 제 1 스위칭 신호 및 상기 제 2 컨버터의 제 2 스위칭 신호를 출력하는 단계를 포함하는
전력 변환 장치의 동작 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 변조 방식은,
dual 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 1 변조 방식과,
triangular 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 2 변조 방식과,
single 펄스 폭 변조 방식에 대응하는 제 3 변조 방식과,
PSM(Phase shift modulation) 변조 방식에 대응하는 제 4 변조 방식을 포함하며,
상기 각각의 변조 방식의 운전 범위 내에 속하는 전력 값은 다음과 같은 크기 조건을 가지는
전력 변환 장치의 동작 방법.
제 1 변조 방식 < 제 2 변조 방식 < 제 3 변조 방식 < 제 4 변조 방식 - 제 12항에 있어서,
상기 전력 변환 장치의 동작 방향 조건이 상기 제 1 컨버터에서 제 2 컨버터로 전압이 출력되는 제1 방향 동작 조건과, 상기 제 2 컨버터에서 제 1 컨버터로 전압이 출력되는 제 2 방향 동작 조건 중 어느 동작 조건인지를 판단하는 단계가 더 포함되며,
상기 제 1 컨버터의 제 1 스위칭 신호 및 상기 제 2 컨버터의 제 2 스위칭 신호를 출력하는 단계는,
상기 판단된 동작 조건에 따라 상기 제 1 컨버터 및 제 2 컨버터로 출력되는 단계를 포함하는
전력 변환 장치의 동작 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 제 1 및 2 스위칭 신호의 출력 이전에 현재 선택된 변조 방식과, 이전에 적용한 변조 방식을 비교하는 단계; 및
상기 현재 변조 방식과 이전의 변조 방식이 서로 상이하면, 상기 수신한 제어 변수를 조정하는 단계를 더 포함하는
전력 변환 장치의 동작 방법.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150076170A KR102027802B1 (ko) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법 |
| JP2016103842A JP6259009B2 (ja) | 2015-05-29 | 2016-05-25 | 電力変換装置およびその動作方法 |
| US15/166,042 US9837919B2 (en) | 2015-05-29 | 2016-05-26 | Electric power conversion apparatus and method of operating the same |
| CN201610366121.7A CN106208709B (zh) | 2015-05-29 | 2016-05-27 | 电功率转换设备和操作电功率转换设备的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150076170A KR102027802B1 (ko) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160140064A true KR20160140064A (ko) | 2016-12-07 |
| KR102027802B1 KR102027802B1 (ko) | 2019-10-02 |
Family
ID=57399221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150076170A KR102027802B1 (ko) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9837919B2 (ko) |
| JP (1) | JP6259009B2 (ko) |
| KR (1) | KR102027802B1 (ko) |
| CN (1) | CN106208709B (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180074195A (ko) * | 2016-12-23 | 2018-07-03 | 울산과학기술원 | 멀티레벨 컨버터의 전압을 제어하는 방법 및 장치 |
| WO2020116817A1 (ko) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 효성중공업 주식회사 | 전력 변환 방법 |
| KR20200112511A (ko) * | 2019-03-22 | 2020-10-05 | 울산과학기술원 | 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치 및 그 방법 |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106558993A (zh) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | 株式会社村田制作所 | Dc/dc转换装置 |
| US10243476B2 (en) * | 2015-12-24 | 2019-03-26 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Power conversion device and power conversion method |
| US9748853B1 (en) * | 2016-11-01 | 2017-08-29 | Macau University Of Science And Technology | Semi-dual-active-bridge converter system and methods thereof |
| KR101943883B1 (ko) * | 2016-12-30 | 2019-01-30 | 효성중공업 주식회사 | 절연형 양방향 ｄｃ-ｄｃ 컨버터의 스위칭 제어방법 |
| CN110383663B (zh) * | 2017-03-01 | 2020-04-24 | 株式会社村田制作所 | Dc-dc变换器 |
| JP6771156B2 (ja) * | 2017-03-29 | 2020-10-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電力変換装置 |
| US10658936B2 (en) * | 2017-05-05 | 2020-05-19 | Macau University Of Science And Technology | System and method for controlling a converter circuit |
| US10050534B1 (en) | 2017-05-15 | 2018-08-14 | Cummins Power Generation Ip, Inc. | Systems and methods for self-adaptive current control |
| US10110138B1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-10-23 | Cummins Power Generation Ip, Inc. | Soft-starting control method for electrical converter |
| JP6948938B2 (ja) * | 2017-12-22 | 2021-10-13 | 三菱電機株式会社 | 直流変換器 |
| CN107979291A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-01 | 河北正电器科技有限公司 | 双向dc-dc转换器及其转换方法 |
| CN110868071B (zh) * | 2018-08-28 | 2021-01-26 | 台达电子工业股份有限公司 | 变换装置 |
| JP7099356B2 (ja) * | 2019-02-19 | 2022-07-12 | オムロン株式会社 | 電力変換装置 |
| JP7132901B2 (ja) * | 2019-10-01 | 2022-09-07 | 株式会社Soken | 電力変換装置 |
| TWI752360B (zh) * | 2019-10-09 | 2022-01-11 | 盈正豫順電子股份有限公司 | 具寬電壓範圍之雙向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法 |
| JP2022002454A (ja) * | 2020-06-22 | 2022-01-06 | 富士電機株式会社 | 電力変換装置 |
| CN113302828B (zh) * | 2020-10-16 | 2023-11-17 | 深圳欣锐科技股份有限公司 | 电压转换电路与电子装置 |
| DE102021127745A1 (de) * | 2021-10-26 | 2023-04-27 | Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh | Wandler und Verfahren zum Angleichen eines Ist-Übersetzungsverhältnisses an ein Soll-Übersetzungsverhältnis |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110249472A1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-13 | Peregrine Power LLC | Pwm control of dual active bridge converters |
| US20110273136A1 (en) * | 2009-01-15 | 2011-11-10 | Kantaro Yoshimoto | Electric power converter |
| WO2015004825A1 (ja) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | 三菱電機株式会社 | Ｄｃ／ｄｃコンバータ |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08107683A (ja) * | 1994-10-03 | 1996-04-23 | Mitsubishi Electric Corp | 電動機の運転制御装置及び絶縁型双方向直流電圧変換回路 |
| US8289732B2 (en) * | 2008-12-23 | 2012-10-16 | Iwatt Inc. | Controller for switching power converter driving BJT based on primary side adaptive digital control |
| US8018743B2 (en) * | 2009-03-05 | 2011-09-13 | Iwatt Inc. | Adaptive control for transition between multiple modulation modes in a switching power converter |
| CN101540541B (zh) * | 2009-03-06 | 2011-07-20 | 电子科技大学 | 功率变换器的psm或pwm双模调制切换方法 |
| US7872546B1 (en) * | 2009-07-07 | 2011-01-18 | Alpha And Omega Semiconductor Incorporated | Multi mode modulator and method with improved dynamic load regulation |
| CN101764515A (zh) * | 2009-11-09 | 2010-06-30 | 天津南大强芯半导体芯片设计有限公司 | 一种pwm与psm自动切换电路及其切换方法 |
| CN101977042B (zh) * | 2010-09-28 | 2012-07-04 | 电子科技大学 | 一种用于开关稳压电源的pwm或psm双模调制控制电路 |
| DE102011003576A1 (de) | 2011-02-03 | 2012-08-09 | Robert Bosch Gmbh | Gegentaktwandler und Modulationsverfahren zum Ansteuern eines Gegentaktwandlers |
| JP5963125B2 (ja) * | 2011-07-22 | 2016-08-03 | 株式会社Ihi | 直流電力変換装置 |
| JP5838859B2 (ja) * | 2012-02-29 | 2016-01-06 | 株式会社豊田自動織機 | 双方向電力変換装置 |
| JP5995139B2 (ja) | 2012-10-12 | 2016-09-21 | 富士電機株式会社 | 双方向ｄｃ／ｄｃコンバータ |
| US8866525B2 (en) * | 2013-02-27 | 2014-10-21 | Microchip Technology Incorporated | Configurable time delays for equalizing pulse width modulation timing |
| JP2015225310A (ja) * | 2014-05-29 | 2015-12-14 | キヤノン株式会社 | 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 |
| US9634514B2 (en) * | 2014-05-30 | 2017-04-25 | Infineon Technologies Austria Ag | Single stage rectification and regulation for wireless charging systems |
| US10073512B2 (en) | 2014-11-19 | 2018-09-11 | General Electric Company | System and method for full range control of dual active bridge |
| KR102421163B1 (ko) * | 2015-05-19 | 2022-07-14 | 엘지이노텍 주식회사 | 양방향 직류-직류 컨버터 |
-
2015
- 2015-05-29 KR KR1020150076170A patent/KR102027802B1/ko active IP Right Grant
-
2016
- 2016-05-25 JP JP2016103842A patent/JP6259009B2/ja active Active
- 2016-05-26 US US15/166,042 patent/US9837919B2/en active Active
- 2016-05-27 CN CN201610366121.7A patent/CN106208709B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110273136A1 (en) * | 2009-01-15 | 2011-11-10 | Kantaro Yoshimoto | Electric power converter |
| US20110249472A1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-13 | Peregrine Power LLC | Pwm control of dual active bridge converters |
| WO2015004825A1 (ja) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | 三菱電機株式会社 | Ｄｃ／ｄｃコンバータ |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180074195A (ko) * | 2016-12-23 | 2018-07-03 | 울산과학기술원 | 멀티레벨 컨버터의 전압을 제어하는 방법 및 장치 |
| WO2020116817A1 (ko) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 효성중공업 주식회사 | 전력 변환 방법 |
| US11742765B2 (en) | 2018-12-07 | 2023-08-29 | Hyosung Heavy Industries Corporation | Power conversion method |
| KR20200112511A (ko) * | 2019-03-22 | 2020-10-05 | 울산과학기술원 | 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치 및 그 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6259009B2 (ja) | 2018-01-10 |
| KR102027802B1 (ko) | 2019-10-02 |
| CN106208709B (zh) | 2019-03-15 |
| CN106208709A (zh) | 2016-12-07 |
| US20160352236A1 (en) | 2016-12-01 |
| JP2016226273A (ja) | 2016-12-28 |
| US9837919B2 (en) | 2017-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6259009B2 (ja) | 電力変換装置およびその動作方法 | |
| US8842450B2 (en) | Power converter using multiple phase-shifting quasi-resonant converters | |
| Wu et al. | A PFC single-coupled-inductor multiple-output LED driver without electrolytic capacitor | |
| KR20160135958A (ko) | 양방향 직류-직류 컨버터 | |
| US20150097542A1 (en) | Asymmetric Inductors in Multi-Phase DCDC Converters | |
| JP2007104872A (ja) | 電力変換器 | |
| US10211734B1 (en) | Bidirectional DC-DC converter | |
| JP2009005579A (ja) | 電力変換回路 | |
| Abdelmessih et al. | Analysis and experimentation on a new high power factor off-line LED driver based on interleaved integrated buck flyback converter | |
| CN106558990A (zh) | 用于多个输出电压的分接绕组式反激变换器 | |
| Salem et al. | Phase-shifted series resonant DC-DC converter for wide load variations using variable frequency control | |
| JP6107848B2 (ja) | 双方向ｄｃ／ｄｃコンバータ | |
| Dhinesh et al. | A Dual Stage Flyback Converter using VC Method | |
| KR102211454B1 (ko) | 절연형 dc-dc 컨버터 및 그 구동방법 | |
| KR20190115364A (ko) | 단상 및 3상 겸용 충전기 | |
| Kobori et al. | Single inductor dual output switching converter using exclusive control method | |
| Cruz-Cozar et al. | Resonant hybrid flyback: A novel topology with wide voltage range for DC microgrid applications | |
| Chen et al. | A buck DC-DC converter with a novel PWM/PFM hybrid-mode auto-change technique | |
| JP2019009848A (ja) | Ｄｃ−ｄｃコンバータ、これを用いた電源システム及び当該電源システムを用いた自動車 | |
| Forouzesh et al. | High voltage gain Y-source based isolated DC-DC converter with continuous input current | |
| US20150171751A1 (en) | DC Voltage Converter and Method for Operating a DC Voltage Converter | |
| JP6711150B2 (ja) | 昇圧回路 | |
| KR102592228B1 (ko) | 비절연 벅-부스트 인버터 제어 장치 및 제어 방법 | |
| Kangappadan et al. | Interleaved buck converter with continuous supply current using OCC technique | |
| KR102565061B1 (ko) | 풀브릿지 벅-부스트 인버터 제어 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |