KR20170035959A - 변압기를 갖는 dc-dc 컨버터 및 dc-dc 컨버터를 갖는 dc 네트워크 및 dc 네트워크를 동작시키는 방법 - Google Patents

변압기를 갖는 dc-dc 컨버터 및 dc-dc 컨버터를 갖는 dc 네트워크 및 dc 네트워크를 동작시키는 방법 Download PDF

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마르코 스티네커
동커 릭 더블유. 에이. 에이. 드
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레이니쉬-웨스트펠리쉐 테크니쉐 호크슐레 아아켄
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Abstract

본 발명은 DC-DC 컨버터 및 DC-DC 컨버터를 갖는 DC 네트워크에 관한 것이고, DC-DC 컨버터를 갖는 DC 네트워크를 동작시키는 방법에 관한 것이며, DC-DC 컨버터는 반도체 스위치 및 브리지 연결부 사이에 배치된 변압기를 갖는 2 개의 브리지 연결부를 갖는 회로장치를 포함한다. 변압기에는 변압비를 전환할 수 있는 스텝 스위치가 제공되고, 변압비의 선택을 통해 DC-DC 컨버터 형태의 이중 능동 브리지의 소프트 스위칭 범위가 확대될 수 있으며, 따라서 순전히 용량성 스너버를 스너버로 사용할 수 있으므로 스위칭 손실을 줄일 수 있다.

Description

변압기를 갖는 DC-DC 컨버터 및 DC-DC 컨버터를 갖는 DC 네트워크 및 DC 네트워크를 동작시키는 방법{DC-DC converter having a transformer and DC network having a DC-DC converter and method to operate a DC network}
본 발명은 변압기를 갖는 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
이중 능동 브리지(DAB; dual active bridge)라고 불리는 두 개의 브리지 연결과 그 사이에 배치된 변압기가 있는 DC 토폴로지는 예컨대 드라이브와 같은 전기 부하를 DC 네트워크에 연결할 수 있을 뿐만 아니라 예를 들면 풍력 발전소, 광전지 시설, 배터리-충전장치와 같은 저장 시스템과 같은 발전 장치를 연결할 수 있다. 또한, 동일한 전압 또는 다른 전압을 갖는 DC 네트워크는 이러한 토폴로지의 수단에 의해 연결할 수도 있고, 변압기는 갈바닉(galvanic) 절연을 보장한다.
"이중 능동 브리지를 이용한 DC/DC 변환을 위한 전력 변환 장치"라는 제목의 미국특허 제5,027,264호(특허문헌 1 참조) 뿐만 아니라 1988년 IEEE 산업응용회의 연차총회에서 발표된 "고전력 응용을 위한 3상 소프트 스위칭 고전력 밀도 dc/dc 변환기"라는 제목의 문서(비특허문헌 1 참조)가 3상 시스템을 갖는 DC-DC 컨버터를 개시한다. 상기 DC-DC 컨버터에는 두 개의 브리지 연결부 사이에 변압기가 있고, 이 DC-DC 컨버터는 기가 와트 범위까지의 와트 범위에서 사용할 수 있다. 여기서 모든 전력 전자 스위칭 회로는 소프트 스위칭 범위에서 동작하기 때문에, 스위칭 동작 중 손실이 감소 될 수 있고 스위칭 주파수가 증가 될 수 있다.
독일특허출원 제DE 3721591 A1호(특허문헌 2 참조)는 1차측 상의 변압기의 변압비를 변환하는 방법을 개시하고 있다. 상기 변압기는 특히 작동 중에 큰 전압 및 전류 범위를 갖는 중간 주파수 변압기이고, 이러한 변압기는 X 선관에 전원을 공급하는 X선 발생기에서 고전압 발생기로 사용되며, 인가된 전류 및 전압을 적응시키기 위해 변압기는 변압기의 변압비를 변경하는 스텝 스위치가 제공되고, 변압비 변환은 1차 전류가 감소하므로 변압기에서 업스트림(upstream)에 연결된 제어요소를 통해 메인 전류 소비 및 전류 흐름이 감소하며,변압비를 변환하기 위해 스텝 스위치로부터 1차측 업스트림(upstream) 상의 스위치 오프 동작이 수행되어 상기 스텝 스위치의 접촉 요소가 스위칭 동작 중에 부하를 받지 않고 결과적으로 마모가 거의 없다.
특허문헌 1 : 미국특허 제5,027,264호 공보, 특허문헌 2 : 독일특허출원 제DE 3721591 A1호의 공개공보,
비특허문헌 1 : "Three-Phase soft-switched High-Power Density dc/dc Converter for High-Power Applications" published at the IEEE Industry Applications Society Annual Meeting 1988
본 발명은 보다 높은 효율을 달성할 수 있도록 하는 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적은 이중 능동 브리지의 소프트 스위칭 범위가 확대된다는 점에서 이중 능동 브리지 배열의 수단에 의해 달성되고, 이중 능동 브리지 DC-DC 컨버터의 소프트 스위칭 동작 범위는 전송되는 전력과 입력 전압과 출력 전압 사이의 비율에 따라 달라지며, 사용되는 반도체의 스위칭 손실은 최소화되고 시스템 효율은 소프트 스위칭 동작 범위 내에서 최대화된다. 본 발명에 따른 목적은 스텝 스위치가 구비된 변압기의 사용을 통해 달성된다. 스텝 스위치는 변압비를 변경되도록 하여 결과적으로 운전이 소프트 스위칭 범위 내에 유지된다.
특히 입력 전압과 출력 전압의 차이가 큰 경우, 운전은 이러한 소프트 스위칭 범위를 벗어나고, 상기 스위칭 손실이 증가하며 효율이 감소하며, 상기 변압기의 변압비를 변경함으로써 소프트 스위칭 범위 내에서 유지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 유리한 실시 예에서 스위치 오프 손실을 최소화하기 위해 반도체 스위치에 병렬로 접속된 캐패시터가 순수한 용량성 스너버(snubber)가 제공되고, 스너버 캐패시터만 사용하는 경우, 운전은 반드시 소프트 스위칭 범위에 있어야 하며, DC-DC 컨버터를 확장하지 않고 이 범위를 벗어나는 것은 허용되지 않고, 이러한 제한은 DC-DC 컨버터가 다양한 전압의 두 DC 네트워크 사이 연결에 채용되거나 매우 큰 전압 변동을 나타내는 에너지 저장 시스템이 DC 네트워크에 통합되는 경우 특히 중요하다.
갈바닉(galvanic) 절연을 필요로 하지 않는 바람직한 실시 예에서 자동변압기가 변압기로서 사용되고, 자동변압기는 훨씬 저렴한 가격으로 시판되고 있다.
본 발명은 변압비의 선택을 통해 DC-DC 컨버터 형태의 이중 능동 브리지의 소프트 스위칭 범위가 확대될 수 있으며, 따라서 순전히 용량성 스너버를 스너버로 사용할 수 있으므로 스위칭 손실을 줄일 수 있는 각별한 장점이 있다.
도 1은 스위칭 가능한 변압기를 갖는 단상 이중 능동 브리지의 개략도,
도 2는 전원 스위치, 릴리프 캐패시터(스너버) 및 역 병렬 연결된 다이오드가 있는 단상 이중 능동 브리지 DC-DC 컨버터의 회로도,
도 3은 기계식 스텝 스위치가 있는 3상 이중 능동 브리지용 변압기를 나타낸 도면,
도 4는 반도체 스위치들을 갖는 스텝 스위치를 구비한 변압기의 회로도,
도 5는 소프트 - 스위칭된 범위를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
도 1은 단상 DAB(dual active bridge; 이하 "DAB"라 한다.)로 약칭되는 단상 이중 능동 브리지(25)의 형태인 DC-DC 컨버터(1)의 개략도를 보여준다. DAB는 직류가 교류로 변환되는 제 1 브리지 연결부 (3)를 갖고, 상기 교류는 스탭 스위치(7)가 구비된 변압기(5)에 의해 변환되며, 변압기의 변압비(n)는 스텝스위치(7)에 의해 설정될 수 있다. 스텝 스위치(7)는 저전압 측뿐만 아니라 고전압 측에서도 사용될 수 있고, 변압기에 의해 발생된 교류 전류는 후속하는 제 2 브리지 연결부(3)에 의해 직류로 다시 변환된다. 이러한 방식으로, DAB의 일측에 존재하는 직류 전압은 다른 직류로 변환될 수 있고, DAB의 양 측면에는 리플(ripple)이라고도 하는 전압 변동이 완화될 수 있는 평활 캐패시터(6; smoothing capacitor)가 있으며, 이러한 전압 변동 및 리플은 DAB 자체의 스위칭 동작뿐만 아니라 연결된 시스템(예컨대 케이블 네트워크, 가공선 시스템)의 오류로 인해 발생할 수 있다.
도 2는 단상 DAB(25)의 회로도이다. 브리지 연결부(3)의 구성은 회로도에서 볼 수 있다. 도시된 실시 예에서 브리지 연결부(3)는 변압기(5)의 양 측면에서 동일하게 구성된다. 각 브리지 연결부(3)는 브리지 연결에 4 개의 반도체 스위치 모듈(9)을 갖는다. 각 반도체 스위치 모듈(9)은 반도체 스위치(10)로서 IGBT(11; insulated gate bipolar mode transistor)를 포함한다. MOSFET 또는 IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor)와 같은 다른 반도체의 사용도 기술적으로 생각할 수 있다. 소프트 스위칭 범위 내에 있는 하나의 MOSFET과 역전도 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)에는 역 병렬 다이오드가 필요 없다. 그러나, 이 실시 예는 반도체 스위치에 역 병렬로 접속된 다이오드(13)를 보여준다. 스너버회로(15)로서 C-스너버(17) 라고도 불리는 캐패시터(17)가 반도체 스위치(10)에 병렬로 연결된다. 변압기는 두 브리지 연결을 갈바닉 절연하여 DC-DC 컨버터(1)의 양면을 절연한다. 여기서도 평활 캐패시터(6)가 브리지 연결부(3)에 병렬로 접속되어 있다.
갈바닉 절연은 변환된 직류 전압의 더 높은 품질뿐만 아니라 DAB(1)의 설계면에서 장점으로 해석되며, 연결된 시스템에서 발생하는 오작동 및 오류의 확산을 방지한다(입력 및 출력 모두에서).
갈바닉 절연 덕분에 DAB의 반도체 스위치 모듈(9), 연결된 부품(케이블, 발전기, 모터, 보호 장치, 에너지 저장 시스템 등) 뿐만 아니라 접지 전위로부터의 DAB 절연은 변압기(5)의 부속 측에서 발생할 수 있는 최대 전압에 대해 치수가 정해질 수 있다. 이것은 입력과 출력 사이의 정격 전압이 변압기(5)의 권선비로 인해 변화하는 경우에 특히 유리하다.
DC-DC 컨버터의 갈바닉 절연은 직류가 교류로 변환되는 경우에만 구현될 수 있고, 변압기(5)에 의한 갈바닉 절연 후 교류는 다시 정류되며, 직류의 전압 변동 (리플)은 생성된 교류 전류의 전류 품질에 영향을 준다. 변압기(5)의 필터링 효과로 인해 변압기(5)의 일측으로부터의 특정 결함 또는 변동은 다른 쪽으로 전달되지 않고, 결과적으로 이러한 전압 변동(리플)은 교류가 직류로 변환된 후에 더 이상 존재하지 않으며, 이것은 DC 링크 커패시터에 의해 안정화되는 변환된 전류의 품질을 향상시킨다.
이러한 전압 변동 및 리플은 연결된 시스템(예컨대 케이블 네트워크, 가공선 시스템)의 결함으로 인해 발생할 수 있고, 갈바닉 절연된 DC-DC 컨버터가 사용될 때 이러한 결함이 분리되며, 갈바닉 절연때문에 결함의 발생으로 인한 접지 전위에 대한 시스템 전압의 잘못된 증가(예컨대 두 개의 원래 격리된 전력 네트워크 사이의 단락 회로 등)는 마찬가지로 변압기에 의해 전달되지 않는다.
그러므로 DAB는 미래의 DC 네트워크에서 사용하기에 적합한 토폴로지를 구성하고, DAB는 전력 흐름을 조절하기 위해 두 분배 네트워크 사이의 제어 요소로 사용될 수 있다. 그러나 DAB는 에너지 저장 시스템과 재생 에너지 원(풍력, 태양열 등)을 연결하는 데에도 사용할 수 있고, 이러한 응용 분야에서의 DAB의 전력은 멀티 메가 와트 범위이며, 여러 개의 DAB를 병렬뿐만 아니라 직렬로 연결함으로써 총 출력이 부분 출력의 합계에 해당하는 DAB 시스템을 구축할 수 있다.
C-스너버(17), RC-스너버 및 RCD-스너버는 여기서 고려중인 DAB(1)에서 모두 사용될 수 있고, 모든 스너버 회로(15)는 반도체 스위치[10; IGBT, IGCT(Integrat ed Gate Commutated Thyristor), MOSFET] 및 다이오드(13)에 병렬로 접속되어 있ㅇ으며, C-스너버(17)는 단지 캐패시터이고, RC- 스너버는 캐패시터와 저항의 직렬 연결이고, RCD-스너버의 경우, 추가의 다이오드가 RC-스너버의 저항에 연결되고, "무손실 스너버"라고도 하는 C-스너버(17)는 가장 효율적인 솔루션을 구성한다. 그러나, C-스너버(17)가 사용될 때 동작의 소프트 스위치 모드로부터 벗어나는 것은 허용되지 않으며, 이하에서 더 상세히 설명될 태양이다.
여기에 고려중인 성능 등급의 DAB(1; 모든 기가 와트 범위까지 멀티 메가 와트) 및 입력 및 출력 전압이 중간 전압 범위(≥ 1kV) 인 경우 IGCT뿐만 아니라 IGBT(11)가 반도체 스위치(10)로서 채용되고, 실리콘 IGBT 및 IGCT의 사용이 선호된다. 그러나 직렬 연결된 MOSFET도 마찬가지로 생각할 수 있고, SiC 및 GaN에 기초한 반도체를 사용할 수도 있다. IGBT 및 IGCT의 장점은 이러한 고성능 부품이 상용화되어 복잡한 직렬 또는 병렬 연결 없이 고전류를 차단하고 고전압을 스위칭할 수 있다는 것이다. 또 다른 특징은 멀티 메가 와트 어플리케이션과 킬로헤르츠 범위의 일반적인 스위칭 주파수에서 이러한 두 가지 기술의 높은 효율이다. 반도체 스위치(10)의 스위치 온 손실은 특정 동작 범위를 유지함으로써 최소화될 수 있고, 반도체 스위치(10)는 병렬 연결된 다이오드(13)가 전류를 전도할 때 항상 오직 스위치 온 되며, 이것은 반도체 스위치(10)를 통한 전압이 0에 접근하고 사실상 스위치 온 손실이 발생하지 않도록 보장하고, 반도체의 스위치 오프 손실은 소위 스 너버 회로(15; snubber circuit)를 사용하여 줄일 수 있다.
소프트 스위칭 동작 모드에서 다이오드(13)는 인접한 반도체 스위치(10)가 스위치 온 될 때 전류를 전도한다. 이 경우, 마찬가지로 스너버 커패시터(17)가 방전되는 것이 보장되고, 하드-스위칭 동작 범위에서 다이오드(13)는 어떠한 전류도 전도하지 않는다. - 스너버 커패시터(17)는 입력 전압으로 충전되고, 반도체 스위치(10)가 스위치 온 되면, 충전된 스너버 캐패시터(17)는 단락되어 반도체 스위치(10) 예컨대 IGBT/IGCT를 통해 방전되며, 이로 인해 구성 요소가 손상될 수 있다. 그러므로 소프트-스위치 동작 모드는 무손실 스너버의 사용을 허용할 뿐만 아니라 DAB(1)의 고효율을 가능하게 한다.
또 다른 측면은 무손실 스너버의 유용성을 제한한다: 부하 전류는 소프트 스위칭 동작 모드에서 스너버 캐패시터(17)를 방전시키고, 스너버 캐패시터(17a)가 방전되면, 전류는 다이오드(9a; [캐패시터(17a)에 병렬로]를 통해 계속 흐른다.- 인접한 차단기(10b)가 스위치 오프된 - 스너버 캐패시터(17b)의 충전 프로세스는 직접 스위치 온될 것으로 가정된 전력 반도체 스위치(10a)에 병렬로 캐패시터 (17a)의 방전 프로세스와 유사하게 발생한다. 부하 전류가 충분히 크지 않으면, 반도체 스위치(10a)가 스위치 온 되기 전에 스너버 캐패시터(17a)가 방전될 수 없고, 하드 - 스위칭 동작 모드의 경우에서와 같이 이는 구성 요소의 파괴를 유발할 수 있다. 그러므로 무손실 스너버의 유용성은 DAB(1)에 의해 전송되어야 하는 최소 전력(최소 전류)에 의해서 제한될 뿐만 아니라 하드 스위칭 된 동작 범위에 의해 제한된다.
DAB가 풍력 발전소에서 사용될 때 DAB에 의해 전송되어야 하는 전력이 충분히 크지 않으면 DAB는 무손실 스너버로 운전을 시작할 수 없고, 에너지 저장 시스템(여기에 표시되지 않음)을 사용하여 최소 전력을 달성하는 데 필요한 누락 된 전력을 시스템에 추가할 수 있으며, 이러한 방식으로 스너버 캐패시터(17)를 갖춘 DAB는 동작을 시작할 수 있다.
출력 전압에 대한 입력 전압의 비율(d)이 1에서 너무 많이 벗어나면, 변압기 전류는 더 이상 변압기 전압보다 뒤지지 않으며, 반도체는 더 이상 소프트 스위치 모드에서 작동하지 않고, 도 5는 전송되는 비율(d)과 전력의 함수로 경계를 보여주며, 소프트 스위칭 모드 동작의 손실과는 별도로 비율(d)이 1에서 벗어나면 DAB의 효율도 저하된다.
변압기(5)의 권수비의 적응은 소프트 스위칭된 동작 범위를 확대할 수 있고, 권선비는 권선의 탭핑(tapping)을 변경함으로써 스텝 스위치(7; step switch)를 사용하여 조정되며, 스텝 스위치(7) 및 이에 따른 권선의 태이핑은 도 4의 예 또는 IEEE 전력 전달상의 거래, vol. 13, no. 1998 년 7 월 3 일에 개시된 "솔리드-상태 부하 탭 변환 변압기에 대한 새로운 접근법"이라는 제목의 문헌에 도시된 바와 같이 전자뿐만 아니라 도 3에 도시된 바와 같이 기계적으로 수행될 수 있고, 전자 구성에서 다양한 테이핑 작업은 적용 가능한 경우 두 개의 동일한 구성 요소의 역 병렬 연결 수단을 통해 양방향 전류 전도를 허용하는 전력 반도체를 통해 구현된다. 적절한 전력 반도체는 설정해야 할 권선비의 기능에 따라 온 또는 오프 스위칭되고, 변압기(5)의 권선은 도 3 및 도 4에서 참조 번호 43으로 표시되어 있으며, 스위치 오프(특히 사이리스터 들)될 수 없는 전력 반도체들(35) 및 스위치 오프될 수 있는 전력 반도체들(35)은 전자 배치에 사용될 수 있고, 권선비를 설정하는 역할을하는 변압기 상의 스텝 스위치는 적어도 두 상태가 구현될 수 있는 방식으로 구성되며, 바람직한 실시 예는 변압기의 임의의 원하는 수의 상이한 권선비를 설정할 수 있는 스텝 스위치이다. 도 5는 하드 - 스위칭 작동 범위와 소프트 - 스위칭 작동 범위를 나타낸 것이다. 표준화된 전력(Po)은 비율(d)의 다양한 값에 대한 각도(φ)의 함수로 수직축 인 y 축에 도시되고, 이러한 관계에서 비율(d)은 DC-DC 컨버터의 전압 비율을 나타내며, 입력 전압과 출력 전압 간의 전압 비유(d)은 변압기(5)의 변압비에 따라 달라지고, 변압기(5)의 전압 비율은 스텝 스위치(7)에 의해 변경될 수 있다. 결과적으로, 전압 비율(d)은 소프트 - 스위칭 범위가 다시 한번 도달하거나 유지될 수 있도록 변경될 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
권선비 또는 변압비(n)의 변화로 인하여 본 출원에서 입력전압(Vp) 또는 출력 전압(Vs, Vs')에 영향을 미치지 않으며, 목표는 변압비(n)를 적용하여 비율(d)에 영향을 주는 것이다.
이중 능동 브리지 장치의 소프트 - 스위칭 범위는 스텝 스위치(step switch)에 의해 변경될 수 있는 변압비(n)를 갖는 변압기에 의해 확대되고, 소프트 - 스위칭 범위는 반도체 스위치(10)가 스위치 오프될 때 반도체 모듈(9)이 여전히 도통하는 범위이고, 입력측의 브리지 연결부(3)의 소프트 - 스위칭 범위 사이의 경계(37)가 도면에 도시되어 있다. 또한, 소프트 - 스위칭 범위와 출력측 브리지 연결의 하드 - 스위칭 범위 사이의 경계(39)가 표시되어 있고, 이러한 경계 내에서의 작동은 작동 매개 변수의 함수로서 권선비에 영향을 주는 상위 조절 장치에 의해 보장된다.
일반적으로 스텝 스위치를 사용하면 스너버 캐패시터(17) 없이도 단상 DAB (1p-DAB) 또는 3상 DAB(3p-DAB)의 구성에서 보다 높은 수준의 효율로 전환된다. 하나에서 많은 것을 분기하지 않는 전압 비율에서 DC-DC 컨버터의 동작은 변압기에서 무효 전력이 감소 되고, 이러한 변환은 2 개의 전력 전자 컨버터에서 뿐만 아니라 변압기에서 손실을 줄이며, 무효 전력을 줄이면 더 작은 변압기를 구성할 수 있다. 이렇게하면 재료가 절약되고 비용이 절감된다.
기본적으로 단상 DAB(25; 1p-DAB)와 3상 DAB(27; 3p-DAB) 사이에는 구별이 있어야 하고, 1p-DAB(25)의 장점은 필요한 반도체 스위치(10)의 수가 더 적어 8 개이며, 효율성을 최적화하기 위해 다양한 동작 전략을 사용할 수 있는 가능성이다(소프트 스위치 모드 동작). 대조적으로 3p-DAB(27)는 12 개의 반도체 스위치(10)를 사용하고, 3p-DAB(27)의 장점은 특히 변압기(5) 및 평활 캐패시터(6)와 같은 필요한 수동 부품의 크기가 비교되는 1p-DAB(25)의 경우보다 작은 크기를 허용한다는 사실에 있다. 소프트 스위칭 모드 동작은 3p-DAB(27)에서도 마찬가지로 가능하다.
변압기(5)에서 상호 연결되는 자속은 사용되는 변압기 코어의 필수 단면적을 결정하고, 1p-DAB(25)를 사용하여 3p-DAB(27)의 동일한 자속 연쇄를 생성하기 위해 입력 전압 또는 출력 전압은 3p-DAB(27) 전압의 44 %에 불과하다. 역으로 말하면, 이는 1p-DAB에서의 변압기(5)의 크기(비용)는 직류가 3p-DAB(27)에 대해서 뿐만 아니라 p-DAB(25)에 대해서도 동일하다면, 3p-DAB(27)에서의 변압기(5)의 크기보다 크다는 것을 의미한다.
3p-DAB(27)의 경우에 직류의 리플은 1p-DAB(25) 경우의 리플과 비교하여 적다. 그 결과, 1p-DAB(25)의 경우에 입출력에서의 평활 캐패시터(6)는 용량이 커져야 하고, 이것은 입력 전압과 출력 전압 사이의 동적 전압 비율(d)이 1에서 벗어난 경우에 특히 그렇다. 이 경우에도 평활 캐패시터가 감지하는 전류가 매우 크며, 이것은 치수 측정시 고려해야하는 것과 마찬가지로 크기와 비용 측면에서 단점을 발생시킨다.
요약하면, 특히 본 발명의 다음의 바람직한 특징이 언급될 수 있다. 본 발명은 설치에 관한 것이다.
1 : DC-DC 컨버터, 이중 능동 브리지 2 : 입력측 브리지 연결부
3 : 브리지 연결부 4 : 출력측 브리지 연결부
5 : 변압기 7 : 스텝 스위치
9 : 반도체 스위치 모듈, 10 : 반도체 스위치
11 : IGBT 13 : 다이오드
15 : 스너버 회로 17 : 캐패시터
21 : 스텝 스위치의 전력 반도체 스위치 25 : 단상 DAB
27 : 삼상 DAB 33 : 스텝스위치의 스위치
35 : 스텝스위치의 전력 반도체
37 : 소프트 스위칭과 하드 스위칭 범위 사이의 입력 제한
39 : 소프트 스위칭과 하드 스위칭 범위 사이의 출력 제한
43 : 변압기의 1차 권선 45 : 변압기의 2차 권선

Claims (11)

  1. 반도체 스위치(10)를 갖는 2 개의 브리지 연결부(3, 2, 4) 및 상기 브리지 연결부(3, 2, 4) 사이에 배치된 변압기(5)를 갖는 회로배치를 포함하는 DC-DC 컨버터(1)에 있어서;
    상기 변압기(5)는 변압비를 전환할 수 있는 스텝 스위치(7)가 설치되어 있는것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  2. 제 1항에 있어서, 탄화규소 또는 질화갈륨을 기반으로 한 실리콘 반도체 또는 반도체는 더 높은 클럭 주파수를 공급하기 위한 반도체 스위치(10)로서 제공된 것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 자동 변압기가 변압기로서 제공된 것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 전력 반도체 스위치로서 IGBT(11) 또는 IGCT가 기가 와트 범위까지의 성능 등급에서 사용될 수 있는 반도체 스위치(10)로서 제공되며, 다이오드가 각각의 상기 전력 반도체 스위치에 역 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 DC-DC 컨버터(1)는 3 상 DC-DC 컨버터(27)인 것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 캐패시터(17) 만이 각 반도체 스위치(10)에 병렬로 스너버 회로(15)로서 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 변압기(5)의 변압비를 전환하는 역할을 하는 상기 스텝 스위치(7)는 스위치가 꺼질 수 있는 전력 반도체 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스텝 스위치(7)는 변압기(5)의 변압비를 전환하기 위해 스위치를 끌 수 없는 전력 반도체인 사이리스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 DC-DC 컨버터(1)를 갖는 DC 네트워크에 있어서;
    상기 DC 네트워크는 최소 전류가 DC-DC 컨버터(1)를 동작시키기 위해 필요한 소정의 최소 전력보다 낮아지면 DC-DC 컨버터(1)의 동작을 개시하기 위해 전력을 추가로 공급할 수 있는 상기 DC-DC 컨버터(1)와 관련될 수 있는 적어도 하나의 에너지 저장 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기를 구비한 DC-DC 컨버터.
  10. 다음의 단계를 포함하는 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 DC-DC 컨버터(1)를 포함하는 DC 네트워크를 동작시키는 방법.
    ㆍ발전기에 의해 생성된 전류가 DC-DC 컨버터(1)에 의해 전송할 수 없는 설정된 최소 전력보다 낮은 전력을 제공하는 단계;
    ㆍ추가 전력이 설정된 최소 전력을 초과하기 위해 발전기와 결합된 에너지 저장 시스템에 공급되는 단계 및;
    ㆍ발전기와 에너지 저장 시스템이 공동으로 제공하는 전력은 DC-DC 컨버터(1)를 통해 DC 네트워크에 공급되는 단계.
  11. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 DC-DC 컨버터(1)를 갖는 DC 네트워크에 있어서;
    적어도 하나의 에너지 발생기, 재생 에너지 발생기, 풍력 발전소가 DC-DC 컨버터(1)가 구비되거나 DC-DC 컨버터와 결합된 DC 네트워크에 제공되고, 상기 에너지 발생기에 의해 발생된 전류는 DC-DC 컨버터(1)를 통해 DC 네트워크로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터(1)를 구비한 DC 네트워크.
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