KR20200040027A - 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 dc/dc 컨버터 - Google Patents

복수의 컨버터 모듈을 구비하는 dc/dc 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR20200040027A
KR20200040027A KR1020180119753A KR20180119753A KR20200040027A KR 20200040027 A KR20200040027 A KR 20200040027A KR 1020180119753 A KR1020180119753 A KR 1020180119753A KR 20180119753 A KR20180119753 A KR 20180119753A KR 20200040027 A KR20200040027 A KR 20200040027A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
converter
converter module
power
rectifier
output
Prior art date
Application number
KR1020180119753A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102615119B1 (ko
Inventor
장성록
김종수
김형석
유찬훈
김신
배정수
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020180119753A priority Critical patent/KR102615119B1/ko
Priority to PCT/KR2018/013275 priority patent/WO2020075902A1/ko
Publication of KR20200040027A publication Critical patent/KR20200040027A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102615119B1 publication Critical patent/KR102615119B1/ko

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
    • 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
    • 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
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • 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
    • H02M3/337—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 in push-pull configuration
    • H02M3/3372—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 in push-pull configuration of the parallel type
    • 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
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • 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
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • 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
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • 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
    • H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M2001/0083—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명은 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 DC/DC 컨버터를 공개한다. 본 발명은 복수의 컨버터 모듈들의 출력단을 직렬 또는 병렬로 연결하여 고전압 또는 고전류를 출력하는 DC/DC 컨버터를 제공함에 있어서, 하나의 컨버터 모듈에만 제어기를 구비하고, 제어기에서 출력되는 스위칭 제어 신호를 복수의 컨버터 모듈들이 공유하여 각 컨버터 모듈의 인버터에 포함된 스위칭 소자들을 동시에 제어함으로써, 전체 DC/DC 컨버터의 제어 방식을 단순화할 수 있다. 또한, 본 발명은 복수의 컨버터 모듈 각각의 변압기 코어에 복수의 2차 권선을 권취하고, 각 2차 권선들을 서로 다른 컨버터 모듈의 정류기로 입력하며, 각 컨버터 모듈의 정류기는 서로 다른 변압기에 연결된 2차 권선들의 공통 노드로부터 AC 전원을 입력받아 DC로 변환하여 출력함으로써, 각 컨버터 모듈들의 출력 전압을 밸런싱할 수 있다.

Description

복수의 컨버터 모듈을 구비하는 DC/DC 컨버터{DC/DC converter having multi-converter modules}
본 발명은 DC/DC 컨버터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 DC/DC 컨버터에 관한 것이다.
DC/DC 컨버터는 입력된 DC 전원을 AC로 변환하고, 변환된 AC 전압을 승압 또는 강압한 후 DC로 변환하여 출력하는 장치로서, 전원 공급 장치에서 일반적으로 이용되는 전기 장치이다.
도 1a 는 일반적인 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 일반적인 DC/DC 컨버터(10)는 DC/AC 인버터(11), 변압기(12), AC/DC 정류기(13), 평활부(14) 및 제어기(15)를 포함하여 구성된다.
DC/AC 인버터(11)는 내부에 복수의 스위칭 소자를 포함하여, 입력되는 DC 전압을 고주파수로 스위칭하여 AC 전압을 변압기(12)로 출력한다. DC/AC 인버터(11)는 풀브릿지회로, 하프 브릿지 회로 등 다양하게 적용될 수 있다.
변압기(12)는 1차 권선을 통해서 DC/AC 인버터(11)로부터 입력된 AC 전압을 강압 또는 승압하여 2차 권선에 연결된 AC/DC 정류기(13)로 출력한다.
AC/DC 정류기(13)는 내부에 복수의 다이오드를 포함하여 변압기(12)의 2차 권선으로부터 입력된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 출력단으로 출력한다. AC/DC 정류기(13) 역시 전파 정류회로, 배전압 정류 회로 등 다양하게 적용될 수 있다.
평활부(14)는 일반적으로 출력단에 연결된 커패시터로 구현되고, AC/DC 정류기(13)로부터 출력되는 DC 전압을 평활화하고, 출력단에서 외부로 출력되는 출력 전압은 커패시터 양단의 전압이 된다.
제어기(15)는 커패시터 양단의 출력 전압을 측정하여, DC/AC 인버터(11)에 포함된 각 스위치들의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 생성하여 DC/AC 인버터(11)의 각 스위치들로 출력하고, 각 스위치들은 제어 신호에 따라서 온/오프된다.
그런데, 이러한 하나의 DC/DC 컨버터(10)가 출력할 수 있는 전압 및 전류에는 한계가 있어, 고전압 또는 고전류가 요구되는 응용 분야에서는 적용하기 어려운 단점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래의 다른 기술은 도 1b와 같이, 복수의 DC/DC 컨버터 모듈(10-1~10-4)을 직렬 또는 병렬로 연결하여 고전압 또는 고전류를 제공하였다.
그러나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 복수의 DC/DC 컨버터 모듈(10-1~10-4)을 직렬 또는 병렬로 연결하는 경우에, 각각의 출력 전압을 제어하기 위해서 각 모듈마다 전압 센싱 회로와 제어기를 구비해야 하므로, 전체적인 제어 과정이 복잡한 문제점이 존재한다.
또한, 각 모듈(10-1~10-4)의 전압 센싱 회로 중 고전압 출력에 연결되는 모듈의 출력 전압 센싱은 절연을 고려해야 하기 때문에 최대 출력 전압이 올라갈수록 전압 센싱이 매우 까다로운 문제점이 존재한다.
이에, 본 발명의 출원인은 단일 제어기로 하나의 모듈 전압을 제어하면서, DC/AC 인버터로 출력하는 스위칭 제어 신호를 다른 모듈들과 공유하는 방안을 생각해 보았으나, 컨버터 모듈의 모든 파라미터를 동일하게 제작하는 것이 매우 어렵기 때문에 복수 모듈들의 출력 전압간 불균형은 불가피하였다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전체 제어 과정을 단순화하기 위해서 하나의 제어기를 이용하여 전체 모듈들을 제어하되, 모듈들간의 출력 전압 불균형 문제를 해결할 수 있는 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 DC/DC 컨버터를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC/DC 컨버터는, 입력 DC 전원을 AC로 변환하여 승압 또는 강압한 후 DC로 변환하여 출력단으로 출력하고, 출력단에서의 출력 전압을 측정하여 상기 입력 DC 전원을 AC로 변환하는 스위칭 제어 신호를 조절하는 기본 컨버터 모듈; 및 상기 기본 컨버터 모듈로부터 입력되는 상기 스위칭 제어신호에 따라서 입력 DC 전원을 AC로 변환하고 승압 또는 강압한 후 DC로 변환하여 출력단으로 출력하되, 그 출력단이 상기 기본 컨버터 모듈의 출력단에 직렬 또는 병렬로 연결되는, 하나 이상의 연결 컨버터 모듈을 포함한다.
또한, 상기 기본 컨버터 모듈은, 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 제어신호에 따라서 스위칭 소자가 온/오프 제어되어 입력 DC 전원을 AC로 변환하여 출력하는 인버터; 상기 인버터로부터 입력된 AC 전원을 승압 또는 강압하여 출력하는 변압기; 상기 변압기 및 상기 연결 컨버터 모듈들에 포함된 변압기들 중 적어도 2개 이상의 변압기로부터 입력되는 AC 전원을 DC로 변환하여 출력단으로 출력하는 정류기; 및 상기 출력단의 출력 전압을 측정하고, 측정된 출력 전압에 따라서 상기 스위칭 제어 신호를 생성하여 상기 인버터 및 상기 복수의 연결 컨버터 모듈에 포함된 인버터들로 출력하여, 인버터들에 포함되는 스위칭 소자들이 동일한 상기 스위칭 제어 신호에 따라서 온/오프되도록 제어하는 제어기를 포함한다.
또한, 상기 연결 컨버터 모듈은, 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 제어신호에 따라서 스위칭 소자가 온/오프 제어되어 입력 DC 전원을 AC로 변환하여 출력하는 인버터; 상기 인버터로부터 입력된 AC 전원을 승압 또는 강압하여 출력하는 변압기; 및 상기 변압기 및 상기 연결 컨버터 모듈들에 포함된 변압기들 중 적어도 2개 이상의 변압기로부터 입력되는 AC 전원을 DC로 변환하여 출력단으로 출력하는 정류기를 포함한다.
또한, 상기 변압기의 코어에는 2개 이상의 2차 권선이 권취되고, 동일한 변압기 코어에 권취된 상기 2개 이상의 2차 권선은 서로 다른 컨버터 모듈에 포함된 정류기에 연결될 수 있다.
또한, 상기 정류기는 서로 다른 변압기의 2차 권선들의 공통 노드로부터 전원을 입력받을 수 있다.
또한, 상기 정류기는 자신이 포함된 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선과 자신이 포함된 컨버터 모듈 이외의 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선의 공통 노드로부터 전원을 입력 받을 수 있다.
또한, 상기 정류기는 자신이 포함된 컨버터 모듈 이외의 서로 다른 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선들의 공통 노드로부터 전원을 입력 받을 수 있다.
또한, 상기 기본 컨버터 모듈과 상기 복수의 연결 컨버터 모듈은 출력단이 서로 직렬로 연결되고, 직렬로 연결된 컨버터 모듈들 중 양단에 위치한 컨버터 모듈들에 있어서, 상기 정류기는 자신이 포함된 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선과 자신이 포함된 컨버터 모듈 이외의 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선의 공통 노드로부터 전원을 입력 받고, 직렬로 연결된 컨버터 모듈들 중 양단을 제외한 컨버터 모듈들에 있어서, 상기 정류기는 자신이 포함된 컨버터 모듈 이외의 서로 다른 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선들의 공통 노드로부터 전원을 입력 받을 수 있다.
또한, 상기 기본 컨버터 모듈은 DC/DC 컨버터의 출력 전압(Vout) 중에서 가장 낮은 레벨의 전압 출력을 담당하는 것이 바람직하다.
본 발명은 복수의 컨버터 모듈들의 출력단을 직렬 또는 병렬로 연결하여 고전압 또는 고전류를 출력하는 DC/DC 컨버터를 제공함에 있어서, 하나의 컨버터 모듈에만 제어기를 구비하고, 제어기에서 출력되는 스위칭 제어 신호를 복수의 컨버터 모듈들이 공유하여 각 컨버터 모듈의 인버터에 포함된 스위칭 소자들을 동시에 제어함으로써, 전체 DC/DC 컨버터의 제어 방식을 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 컨버터 모듈 각각의 변압기 코어에 복수의 2차 권선을 권취하고, 각 2차 권선들을 서로 다른 컨버터 모듈의 정류기로 입력하며, 각 컨버터 모듈의 정류기는 서로 다른 변압기에 연결된 2차 권선들의 공통 노드로부터 AC 전원을 입력받아 DC로 변환하여 출력함으로써, 각 컨버터 모듈들의 출력 전압을 밸런싱할 수 있다.
도 1a 는 종래의 일반적인 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 도면이고, 도 1b는 복수의 DC/DC 컨버터 모듈을 직렬 연결하여 고전압을 출력하는 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술과 본 발명의 성능을 비교하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC/DC 컨버터는 기본 컨버터 모듈(100) 및 상기 기본 컨버터 모듈(100)에 직렬로 연결되는 복수의 결합 컨버터 모듈(210,220,230)을 포함하여 구성된다.
기본 컨버터 모듈(100)은 DC/AC 인버터(110), 변압기(120), AC/DC 정류기(130), 평활부(140) 및 제어기(150)를 포함하여 구성된다. 기본 컨버터 모듈(100)에 포함된 각 구성요소들의 기능은 도 1a를 참조하여 설명한 DC/DC 컨버터에 포함된 각 구성요소의 기능과 매우 유사하다.
따라서, 간략하게 설명하면, 기본 컨버터 모듈(100)의 DC/AC 인버터(110)는 내부에 복수의 스위칭 소자를 포함하여, 입력되는 DC 전압을 고주파수로 스위칭하여 AC 전압을 생성하여 변압기(120)로 출력한다.
변압기(120)는 1차 권선을 통해서 DC/AC 인버터(110)로부터 입력된 AC 전압을 강압 또는 승압하여 2차 권선에 연결된 AC/DC 정류기(130)로 출력한다. DC/AC 인버터(110)는 풀브릿지회로, 하프 브릿지 회로 등 다양하게 적용될 수 있다.
아울러, 변압기(120)의 코어에는 2개 이상의 2차 권선이 권취되는데, 복수의 2차 권선들 중 하나는 기본 컨버터 모듈(100)에 포함된 AC/DC 정류기(130)에 연결되고, 다른 1개 이상의 2차 권선은 다른 연결 컨버터 모듈(210,220,230)에 포함된 AC/DC 정류기(130)에 연결된다. 도 2에 도시된 예에서, 변압기(120)의 코어에는 2개의 2차 권선이 권취되고, 하나의 2차 권선은 기본 컨버터 모듈(100)에 포함된 AC/DC 정류기(130)로 연결되고, 다른 2차 권선은 인접한 연결 컨버터 모듈(210)에 포함된 AC/DC 정류기(213)로 연결되었다.
한편, AC/DC 정류기(130)는 내부에 복수의 다이오드를 포함하여 변압기(120)의 2차 권선으로부터 입력된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 출력단으로 출력한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 AC/DC 정류기(130)의 입력단에는 2개 이상의 2차 권선이 공통 노드로 연결된다. 즉, 본 발명의 AC/DC 정류기(130) 입력단에는 서로 다른 변압기(120,212)의 코어에 권취된 복수의 2차 권선이 공통 노드로 연결된다. 이렇게 서로 다른 변압기(120,212) 코어에 공통으로 2차 권선이 권취되면, 하나의 변압기(120) 코어에서 유도된 전압이 다른 변압기(212) 코어에서 유도된 전압보다 높으면, 유도 전압이 더 높은 쪽의 코어에서 유도 전압이 더 낮은 쪽으로 전류가 흘러서 서로 전위가 밸런싱된다. 이러한 방식으로 복수의 코어들이 2차 권선에 의해서 서로 직렬 연결되면, 복수의 코어들의 유도 전압들이 서로 균형을 이루게 된다. 한편, AC/DC 정류기(130) 역시 전파 정류회로, 배전압 정류 회로 등 다양하게 적용될 수 있다.
평활부(140)는 일반적으로 출력단에 연결된 커패시터로 구현되고, AC/DC 정류기(130)로부터 출력되는 DC 전압을 평활화하고, 출력단에서 외부로 출력되는 출력 전압은 커패시터 양단의 전압이 된다.
제어기(150)는 커패시터 양단의 출력 전압(Vo1)을 측정하여, DC/AC 인버터(110)에 포함된 각 스위치들의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어 신호를 생성하여 DC/AC 인버터(110)의 각 스위치들로 출력하는 동시에, 동일한 스위칭 제어 신호를 다른 연결 컨버터 모듈들(210,220,230)의 DC/AC 인버터(211,221,231)에 포함된 각 스위치들로 출력함으로써, 기본 컨버터 모듈(100)에 연결된 모든 연결 컨버터 모듈(210,220,230)의 DC/AC 인버터(211,221,231)를 일괄 제어한다.
여기서, 기본 컨버터 모듈(100)은 전체 컨버터 모듈들이 연결되어 구성되는 DC/DC 컨버터의 출력 전압(Vout) 중에서 가장 낮은 레벨의 전압 출력을 담당하는 것으로 구성되어, 전압 센싱 회로의 설계 부담을 최소화하였다.
한편, 연결 컨버터 모듈(210)은 그 출력단이 기본 컨버터 모듈(100)과 직렬 또는 병렬로 연결되고, 다른 연결 컨버터 모듈(220,230)의 출력단은 기본 컨버터 모듈(100)에 연결된 연결 컨버터 모듈(210)의 출력단에 직렬 또는 병렬로 연결된다.
연결 컨버터 모듈(210,220,230)은 DC/AC 인버터(211,221,231), 변압기(212,222,232), AC/DC 정류기(213,223,233), 및 평활부(214,224,234)를 포함하여 구성되고, 그 기능은 기본 컨버터 모듈(100)과 동일하다.
다만, 복수의 연결 컨버터 모듈들(210,220,230)의 DC/AC 인버터(211,221,231)에 포함된 각각의 스위칭 소자는 기본 컨버터 모듈(100)의 제어기(150)로부터 스위칭 제어 신호를 입력받아 온/오프 제어됨으로써, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 모든 스위칭 소자는 동일한 스위칭 제어 신호에 의해서 동일한 타이밍에 온/오프되도록 제어되고, 따라서, DC/DC 컨버터 전체가 하나의 제어기(150) 만으로 제어가 가능해져, 전체 DC/DC 컨버터의 제어가 단순하고 효율적으로 수행될 수 있다.
또한, 연결 컨버터 모듈들(210,220,230)의 변압기(212,222,232)는 기본 컨버터 모듈(100)의 변압기(120)와 같이, 복수의 2차 코일이 코어에 권선되고, 각각의 2차 권선은 서로 다른 연결 컨버터 모듈들(210,220,230)의 AC/DC 정류기(213,223,233)에 연결됨으로써, 서로 다른 변압기들(212,222,232)에 의해서 유도되는 전압들간의 밸런싱을 맞추게 된다.
아울러, AC/DC 정류기(213,223,233)는 서로 다른 변압기(212,222,232) 코어에 연결된 2차 권선들의 공통 노드가 연결되어, 2차 권선들로부터 입력되는 AC 전압을 정류하여 DC 전압을 출력단으로 출력한다.
이 때, AC/DC 정류기(213,223,233)로 연결되는 복수의 2차 권선들 중 하나는 AC/DC 정류기(213,223,233)가 포함된 컨버터 모듈의 변압기(212,222,232) 코어에 연결된 것일 수 있고, 다른 하나는 AC/DC 정류기(213,223,233)가 포함된 컨버터 모듈 이외의 컨버터 모듈에 포함된 변압기 코어에 연결된 것일 수 있다. 또한, 복수의 2차 권선들 모두 AC/DC 정류기(213,223,233)가 포함된 컨버터 모듈 이외의 컨버터 모듈에 포함된 변압기(212,222,232) 코어에 연결된 것일 수도 있다.
도 2에 도시된 예에서, 제 1 연결 컨버터 모듈(210)의 AC/DC 정류기(213)에 연결되는 2개의 2차 권선은 각각 기본 컨버터 모듈(100)에 포함된 변압기(120)의 코어 및 제 2 연결 컨버터 모듈(220)에 포함된 변압기(222) 코어에 연결된다. 마찬가지로, 제 2 연결 컨버터 모듈(220)의 AC/DC 정류기(223)에 연결되는 2개의 2차 권선은 각각 제 1 연결 컨버터 모듈(210)에 포함된 변압기(212)의 코어 및 제 3 연결 컨버터 모듈(230)에 포함된 변압기(232) 코어에 연결된다. 역시 마찬가지로, 마찬가지로, 제 3 연결 컨버터 모듈(230)의 AC/DC 정류기(233)에 연결되는 2개의 2차 권선은 각각 제 2 연결 컨버터 모듈(220)에 포함된 변압기(222)의 코어 및 제 3 연결 컨버터 모듈(230)에 포함된 변압기(232) 코어에 연결된다.
또한, 도 2에 도시된 연결 구조 이 외에 다양한 연결 구조도 가능하다. 예컨대, 제 1 연결 컨버터 모듈(210)의 AC/DC 정류기(213)에 연결되는 2개의 2차 권선 중 하나는 제 1 연결 컨버터 모듈(210)의 변압기(212)코어에 권취되고, 다른 하나는 인접한 제 2 연결 컨버터 모듈(220)의 변압기(222) 코어에 권취되며, 동일한 방식으로, 제 2 연결 컨버터모듈(220)의 AC/DC 정류기(223)에 연결되는 2개의 2차 권선 중 하나는 제 2 연결 컨버터 모듈(220)의 변압기(222) 코어에 권취되고, 다른 하나는 인접한 제 3 연결 컨버터 모듈(230)의 변압기(232) 코어에 권취되며, 제 3 연결 컨버터 모듈(230)의 AC/DC 정류기(233)에 연결되는 2개의 2차 권선 중 하나는 제 3 연결 컨버터 모듈(230)의 변압기(232) 코어에 권취되고, 다른 하나는 기본 컨버터 모듈(100)의 변압기(120) 코어에 권취되도록 구성될 수도 있다.
아울러, 도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC/DC 컨버터는 1개의 기본 컨버터 모듈(100)에 3개의 연결 컨버터 모듈(210,220,230)의 출력단이 서로 직렬로 연결되는 구조를 도시하였으나, DC/DC 컨버터에 요구되는 출력 전압의 크기에 따라서 4개 이상의 연결 컨버터 모듈들이 포함될 수도 있음은 물론이다.
마지막으로, 연결 컨버터 모듈(210,220,230)의 AC/DC 정류기(213,223,233)의 양단에는 평활부(214,224,234)인 커패시터가 연결되어 연결 컨버터 모듈(210,220,230)의 출력 전압을 평활화한다.
이렇게, 기본 컨버터 모듈(100) 및 복수의 연결 컨버터 모듈(210,220,230)의 출력단이 서로 직렬로 연결되면, DC/DC 컨버터의 출력 전압 Vout 은 각 컨버터 모듈들의 출력 전압의 합이 되고, 도 2를 참조하여 설명한 바에 따라서, 각 컨버터 모듈들의 출력 전압은 균일하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술과 본 발명의 성능을 비교하는 그래프이다.
보다 구체적으로, 도 3a는 종래기술에 따른 DC/DC 컨버터에서의 전류 파형을 나타내고, 도 3b는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터에서의 전류 파형을 나타낸다. 특히, 양 그래프에서 사인파 형태의 AC 전류 파형은 각 컨버터 모듈의 DC/AC 인버터에서 출력되는 전류 파형을 나타내는데, 이 파형이 동일하다는 것은 출력 전압이 동일하다는 것을 의미한다.
도 3a 에 도시된 그래프에서는, 전류 파형이 서로 일치하지 않아 각 컨버터 모듈의 출력 전압이 서로 다른 것을 확인할 수 있는데 반해, 도 3b에 도시된 그래프에서는, 전류 파형이 서로 일치하여 모든 컨버터 모듈의 출력 전압이 동일함을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기본 컨버터 모듈 110 : DC/AC 인버터
120 : 변압기 130 : AC/DC 정류기
140 : 평활부 150 : 제어기
210, 220, 230 : 연결 컨버터 모듈
211, 221, 231 : DC/AC 인버터
212, 222, 232 : 변압기
213, 223, 233 : AC/DC 정류기
214, 224, 234 : 평활부

Claims (9)

  1. 입력 DC 전원을 AC로 변환하여 승압 또는 강압한 후 DC로 변환하여 출력단으로 출력하고, 출력단에서의 출력 전압을 측정하여 상기 입력 DC 전원을 AC로 변환하는 스위칭 제어 신호를 조절하는 기본 컨버터 모듈; 및
    상기 기본 컨버터 모듈로부터 입력되는 상기 스위칭 제어신호에 따라서 입력 DC 전원을 AC로 변환하고 승압 또는 강압한 후 DC로 변환하여 출력단으로 출력하되, 그 출력단이 상기 기본 컨버터 모듈의 출력단에 직렬 또는 병렬로 연결되는, 하나 이상의 연결 컨버터 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기본 컨버터 모듈은
    복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 제어신호에 따라서 스위칭 소자가 온/오프 제어되어 입력 DC 전원을 AC로 변환하여 출력하는 인버터;
    상기 인버터로부터 입력된 AC 전원을 승압 또는 강압하여 출력하는 변압기;
    상기 변압기 및 상기 연결 컨버터 모듈들에 포함된 변압기들 중 적어도 2개 이상의 변압기로부터 입력되는 AC 전원을 DC로 변환하여 출력단으로 출력하는 정류기; 및
    상기 출력단의 출력 전압을 측정하고, 측정된 출력 전압에 따라서 상기 스위칭 제어 신호를 생성하여 상기 인버터 및 상기 복수의 연결 컨버터 모듈에 포함된 인버터들로 출력하여, 인버터들에 포함되는 스위칭 소자들이 동일한 상기 스위칭 제어 신호에 따라서 온/오프되도록 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연결 컨버터 모듈은
    복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 제어신호에 따라서 스위칭 소자가 온/오프 제어되어 입력 DC 전원을 AC로 변환하여 출력하는 인버터;
    상기 인버터로부터 입력된 AC 전원을 승압 또는 강압하여 출력하는 변압기; 및
    상기 변압기 및 상기 연결 컨버터 모듈들에 포함된 변압기들 중 적어도 2개 이상의 변압기로부터 입력되는 AC 전원을 DC로 변환하여 출력단으로 출력하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 변압기의 코어에는 2개 이상의 2차 권선이 권취되고, 동일한 변압기 코어에 권취된 상기 2개 이상의 2차 권선은 서로 다른 컨버터 모듈에 포함된 정류기에 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 정류기는 서로 다른 변압기의 2차 권선들의 공통 노드로부터 전원을 입력받는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정류기는 자신이 포함된 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선과 자신이 포함된 컨버터 모듈 이외의 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선의 공통 노드로부터 전원을 입력 받는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 정류기는 자신이 포함된 컨버터 모듈 이외의 서로 다른 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선들의 공통 노드로부터 전원을 입력 받는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 기본 컨버터 모듈과 상기 복수의 연결 컨버터 모듈은 출력단이 서로 직렬로 연결되고,
    직렬로 연결된 컨버터 모듈들 중 양단에 위치한 컨버터 모듈들에 있어서, 상기 정류기는 자신이 포함된 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선과 자신이 포함된 컨버터 모듈 이외의 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선의 공통 노드로부터 전원을 입력 받고,
    직렬로 연결된 컨버터 모듈들 중 양단을 제외한 컨버터 모듈들에 있어서, 상기 정류기는 자신이 포함된 컨버터 모듈 이외의 서로 다른 컨버터 모듈의 변압기 코어에 권취된 2차 권선들의 공통 노드로부터 전원을 입력 받는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 기본 컨버터 모듈은 DC/DC 컨버터의 출력 전압(Vout) 중에서 가장 낮은 레벨의 전압 출력을 담당하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
KR1020180119753A 2018-10-08 2018-10-08 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 dc/dc 컨버터 KR102615119B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180119753A KR102615119B1 (ko) 2018-10-08 2018-10-08 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 dc/dc 컨버터
PCT/KR2018/013275 WO2020075902A1 (ko) 2018-10-08 2018-11-02 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 dc/dc 컨버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180119753A KR102615119B1 (ko) 2018-10-08 2018-10-08 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 dc/dc 컨버터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200040027A true KR20200040027A (ko) 2020-04-17
KR102615119B1 KR102615119B1 (ko) 2023-12-15

Family

ID=70164143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180119753A KR102615119B1 (ko) 2018-10-08 2018-10-08 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 dc/dc 컨버터

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102615119B1 (ko)
WO (1) WO2020075902A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230031409A (ko) * 2021-08-27 2023-03-07 인천대학교 산학협력단 복수의 llc 공진형 컨버터 모듈들을 이용한 대용량 dc-dc 컨버팅 시스템 장치
US11670011B2 (en) 2021-01-11 2023-06-06 Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei University Image compression apparatus and learning apparatus and method for the same
WO2024048983A1 (ko) * 2022-08-29 2024-03-07 삼성전자주식회사 복수의 컨버터를 구비한 전자 장치 및 그 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101562399A (zh) * 2009-05-08 2009-10-21 华中科技大学 一种全桥双输出直流-直流变换器
KR20110131912A (ko) * 2010-06-01 2011-12-07 명지대학교 산학협력단 넓은 범위의 출력 전압을 출력할 수 있는 차량용 충전기
KR101726421B1 (ko) * 2016-12-05 2017-04-14 주식회사 동아일렉콤 Dc-dc 컨버터
KR20180003122A (ko) * 2016-06-30 2018-01-09 한국에너지기술연구원 인터리브드 llc 공진형 컨버터 및 그 제어방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004254440A (ja) * 2003-02-20 2004-09-09 Sony Corp 電源回路
JP2009038954A (ja) * 2007-07-11 2009-02-19 Nitta Ind Corp Ａｃ／ａｃ変換用電源装置
JP6621293B2 (ja) * 2015-10-14 2019-12-18 新電元工業株式会社 スイッチング電源装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101562399A (zh) * 2009-05-08 2009-10-21 华中科技大学 一种全桥双输出直流-直流变换器
KR20110131912A (ko) * 2010-06-01 2011-12-07 명지대학교 산학협력단 넓은 범위의 출력 전압을 출력할 수 있는 차량용 충전기
KR20180003122A (ko) * 2016-06-30 2018-01-09 한국에너지기술연구원 인터리브드 llc 공진형 컨버터 및 그 제어방법
KR101726421B1 (ko) * 2016-12-05 2017-04-14 주식회사 동아일렉콤 Dc-dc 컨버터

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11670011B2 (en) 2021-01-11 2023-06-06 Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei University Image compression apparatus and learning apparatus and method for the same
KR20230031409A (ko) * 2021-08-27 2023-03-07 인천대학교 산학협력단 복수의 llc 공진형 컨버터 모듈들을 이용한 대용량 dc-dc 컨버팅 시스템 장치
WO2024048983A1 (ko) * 2022-08-29 2024-03-07 삼성전자주식회사 복수의 컨버터를 구비한 전자 장치 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102615119B1 (ko) 2023-12-15
WO2020075902A1 (ko) 2020-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI801442B (zh) 合併式分壓器正向轉換器
US20090244936A1 (en) Three-phase inverter
EP2192679B1 (en) Three-phase inverter for converting DC power from a generator into three-phase AC power
RU2617835C2 (ru) Источник электропитания и способ подачи электропитания
US20160036344A1 (en) Three-phase buck rectifier for power supplies
KR102615119B1 (ko) 복수의 컨버터 모듈을 구비하는 dc/dc 컨버터
US11183948B2 (en) Series multiplex inverter
US20110242853A1 (en) High voltage power supply
KR102543641B1 (ko) 전력변환장치
JP2017192297A (ja) マルチレベル電力変換装置およびマルチレベル電力変換装置の制御方法
JP2011147325A (ja) ３相力率改善回路
JP6503268B2 (ja) 直列共振型電源装置の制御方法及び制御装置
US20100141220A1 (en) Series electric double-layer capacitor device
TW201103243A (en) Resonant power converter
KR20180046807A (ko) 하이브리드 멀티레벨 고전압 대용량 정류기 및 이를 이용한 무정전전원장치
US10742136B2 (en) DC offset compensation in modular multilevel converter
JPH06141536A (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータを含む低損失電源供給装置
JP2013021867A (ja) 電力変換装置及び充電装置
RU2254658C1 (ru) Трёхфазный транзисторный источник реактивных токов
JP6671545B1 (ja) 電力変換装置
US11705823B2 (en) Double-ended dual magnetic DC-DC switching power converter with stacked secondary windings and an AC coupled output
US20230058644A1 (en) Power conversion device
KR100321875B1 (ko) 3상 멀티 레벨 전압원 컨버터
US20220102986A1 (en) Single Stage Charger for High Voltage Batteries
WO2019116785A1 (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant