KR20210009936A - 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터 - Google Patents

전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR20210009936A
KR20210009936A KR1020190087131A KR20190087131A KR20210009936A KR 20210009936 A KR20210009936 A KR 20210009936A KR 1020190087131 A KR1020190087131 A KR 1020190087131A KR 20190087131 A KR20190087131 A KR 20190087131A KR 20210009936 A KR20210009936 A KR 20210009936A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switches
node
series
switch
converter
Prior art date
Application number
KR1020190087131A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102585282B1 (ko
Inventor
배선호
이재호
Original Assignee
엘에스일렉트릭(주)
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 엘에스일렉트릭(주) filed Critical 엘에스일렉트릭(주)
Priority to KR1020190087131A priority Critical patent/KR102585282B1/ko
Priority to EP20841158.7A priority patent/EP4002667A4/en
Priority to US17/627,056 priority patent/US12040713B2/en
Priority to JP2022502604A priority patent/JP7284338B2/ja
Priority to PCT/KR2020/003602 priority patent/WO2021010570A1/ko
Priority to CN202080051964.2A priority patent/CN114175481B/zh
Publication of KR20210009936A publication Critical patent/KR20210009936A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102585282B1 publication Critical patent/KR102585282B1/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
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/16—Dynamic electric regenerative braking for vehicles comprising converters between the power source and the motor
    • 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
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • 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
    • H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
    • 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
    • H02M1/0077—Plural converter units whose outputs are connected in series
    • 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
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

전력변환 시스템의 DC-DC 컨버터가 개시된다. 본 발명의 토폴로지는, 직렬로 연결된 제1 내지 제4스위치, 직렬로 연결된 제5 내지 제8스위치, 상기 제1 및 제2스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제1캐패시터, 상기 제5 및 제6스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제2캐패시터, 상기 제3 및 제4스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제3캐패시터, 상기 제7 및 제8스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제4캐패시터, 상기 제1 및 제2스위치 사이의 제1노드와 상기 제5 및 제6스위치 사이의 제2노드에 전기적으로 연결되는 제1인덕터, 및 상기 제3 및 제4스위치 사이의 제3노드와 상기 제7 및 제8스위치 사이의 제4노드에 전기적으로 연결되는 제2인덕터를 포함하고, 상기 제1 및 제2인덕터는 커플드 인덕터이고, 상기 제2 및 제3스위치 사이의 제5노드와 상기 제6 및 제7스위치 사이의 제6노드는 전기적으로 등가이다.

Description

전력변환 시스템의 DC-DC 컨버터{DC-DC CONVERTER IN POWER TRANSFORM SYSTEM}
본 발명은 전력변환 시스템의 DC-DC 컨버터에 대한 것이다.
전력변환 시스템은, 직류(DC) 전력을 다른 로드(load)로의 적용에 적합한 전력으로 변환하는 것이다. 예를 들어, 전기자동차는 에너지 저장장치(배터리)에 저장된 전기 에너지를 이용하여 전기모터에 전력을 공급할 수 있다.
이러한 전력변환 시스템은 양방향 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 양방향 DC-DC 컨버터는 에너지 저장장치와 인버터 사이에서 전압을 변환할 수 있다. 인버터는 전기모터에 전력을 공급하고, 또는 전기모터로부터 회생제동에 의해 전력을 공급받기도 한다. 이때 양방향 DC-DC 컨버터는 에너지 저장장치로부터 인버터로의 전압을 조정하여 전기모터에 전력을 공급하거나, 또는 인버터로부터 전압을 조정하여 에너지 저장장치를 충전하기도 한다.
최근 태양광 발전이나 에너지 저장장치 등에 사용되는 DC 전압이 점점 상승되고 있으며, 사고시 에너지 저장장치를 비롯한 시스템 보호를 위한 대책이 요구되고 있는 추세이다.
그러나, 종래의 DC-DC 컨버터의 경우, 입출력 전압범위가 낮거나, DC 단락사고 발생시 차단이 불가능한 문제점이 있다. 따라서, 양방향 DC-DC 컨버터를 위한 새로운 토폴로지가 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 넓은 입출력 전압에 대응하면서도 DC 단락사고 발생시 효율적으로 차단가능한 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터는, 직렬로 연결된 제1 내지 제4스위치; 직렬로 연결된 제5 내지 제8스위치; 상기 제1 및 제2스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제1캐패시터; 상기 제5 및 제6스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제2캐패시터; 상기 제3 및 제4스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제3캐패시터; 상기 제7 및 제8스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제4캐패시터; 상기 제1 및 제2스위치 사이의 제1노드와 상기 제5 및 제6스위치 사이의 제2노드에 전기적으로 연결되는 제1인덕터; 및 상기 제3 및 제4스위치 사이의 제3노드와 상기 제7 및 제8스위치 사이의 제4노드에 전기적으로 연결되는 제2인덕터를 포함하고, 상기 제1 및 제2인덕터는 커플드 인덕터를 구성하고, 상기 제2 및 제3스위치 사이의 제5노드와 상기 제6 및 제7스위치 사이의 제6노드는 전기적으로 등가일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2 및 제3스위치 사이의 제5노드와 상기 제6 및 제7스위치 사이의 제6노드는 전기적으로 등가일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 및 제2스위치, 제3 및 제4스위치, 제5 및 제6스위치, 제7 및 제8스위치는 각각 상보적으로 동작할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제5 및 제8스위치가 온이고, 상기 제6 및 제7스위치가 오프이고, 상기 제1 및 제4스위치의 온/오프 동작에 의해 입력전압보다 출력전압이 작아질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 및 제4스위치가 온이고, 상기 제2 및 제3스위치가 오프이고, 상기 제6 및 제7스위치의 온/오프 동작에 의해 입력전압보다 출력전압이 커질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 직렬로 연결된 제9 내지 제12스위치; 직렬로 연결된 제13 내지 제16스위치; 직렬로 연결된 제17 내지 제20스위치; 직렬로 연결된 제21 내지 제24스위치; 상기 제9 및 제10스위치 사이의 제7노드와, 상기 제13 및 제14 스위치 사이의 제8노드에 전기적으로 연결되는 제3인덕터; 상기 제11 및 제12스위치 사이의 제9노드와, 상기 제15 및 제16 스위치 사이의 제10노드에 전기적으로 연결되는 제4인덕터; 상기 제17 및 제18스위치 사이의 제11노드와, 상기 제21 및 제22 스위치 사이의 제12노드에 전기적으로 연결되는 제5인덕터; 및 상기 제19 및 제20스위치 사이의 제13노드와, 상기 제23 및 제24 스위치 사이의 제14노드에 전기적으로 연결되는 제6인덕터를 더 포함하고, 상기 제3 및 제4인덕터는 제2커플드 인덕터를 구성하고, 상기 제5 및 제6인덕터는 제3커플드 인덕터를 구성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제5노드와, 상기 제6노드와, 상기 제10 및 제11스위치 사이의 제15노드와, 상기 제14 및 제15스위치 사이의 제16노드와, 제18 및 제19스위치 사이의 제17노드와, 제22 및 제23스위치 사이의 제18노드는 전기적으로 등가일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 DC-DC 컨버터는 모듈화되어 구성되고, 적어도 둘 이상의 상기 DC-DC 컨버터가 병렬로 연결되어 구성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터는, 상부 컨버터; 및 상기 상부 컨버터에 직렬로 연결되는 하부 컨버터를 포함하고, 상기 상부 컨버터는, 직렬로 연결되는 제1 및 제2스위치; 직렬로 연결되는 제3 및 제4스위치; 상기 제1 및 제2스위치 사이의 제1노드와 상기 제3 및 제4스위치 사이의 제2노드에 전기적으로 연결되는 제1인덕터; 상기 제1 및 제2스위치의 직렬연결에 병렬로 연결되는 제1저장부; 및 상기 제3 및 제4스위치의 직렬연결에 병렬로 연결되는 제2저장부를 포함하고, 상기 하부 컨버터는, 직렬로 연결되는 제5 및 제6스위치; 직렬로 연결되는 제7 및 제8스위치; 상기 제5 및 제6스위치 사이의 제3노드와 상기 제7 및 제8스위치 사이의 제4노드에 전기적으로 연결되는 제2인덕터; 상기 제5 및 제6스위치의 직렬연결에 병렬로 연결되는 제3저장부; 및 상기 제7 및 제8스위치의 직렬연결에 병렬로 연결되는 제4저장부를 포함하고, 상기 제1 및 제2인덕터는 커플드 인덕터를 구성하고, 상기 제2스위치와 상기 제5스위치는 직렬로 연결되고, 상기 제4스위치와 상기 제6스위치는 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 및 제2스위치, 제3 및 제4스위치, 제5 및 제6스위치, 제7 및 제8스위치는 각각 상보적으로 동작할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제3 및 제8스위치가 온이고, 상기 제4 및 제7스위치가 오프이고, 상기 제1 및 제6스위치의 온/오프 동작에 의해 입력전압보다 출력전압이 작아질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 및 제6스위치가 온이고, 상기 제2 및 제5스위치가 오프이고, 상기 제4 및 제7스위치의 온/오프 동작에 의해 입력전압보다 출력전압이 커질 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 스위치가 직렬연결되어 구성되므로, 낮은 전압의 스위칭 소자를 기반으로 높은 입출력 전압의 이용이 가능하게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 커플드 인덕터에 의해 인덕터의 부피절감이 가능해지고 손실이 감소되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 DC 단락사고에 효율적으로 대응하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예가 적용되는 전력변환 시스템의 일예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예가 적용되는 전력변환 시스템의 다른 일예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3a 내지 도 3c는 종래의 DC-DC 컨버터 토폴로지를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터의 토폴로지를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 6은 도 5의 커플드 인덕터의 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터가 3상으로 구성되는 경우를 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예의 전력변환 시스템의 DC-DC 컨버터를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예가 적용되는 전력변환 시스템의 일예를 설명하기 위한 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예가 적용되는 시스템은, 에너지 저장부(100), DC-DC 컨버터(1), DC 링크부(110) 및 인버터(120)를 포함할 수 있다.
도 1의 시스템에서, 에너지 저장부(100)에 저장된 DC 전압은 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터(10)에 의해 승압 또는 강압되어 DC 링크부(110)에 제공되며, DC 링크부(110)에 저장된 DC 전압은 인버터(120)에 의해 교류(AC) 전압으로 변환되어 부하(load)로 전달될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터(1)는 에너지 저장부(100)에 저장된 DC 전압의 크기를 변환하여 DC 링크부(110)에 제공할 수 있다.
이때, 제어부(7)는 DC-DC 컨버터(10)의 복수의 스위치를 각각 제어하여, 입력 DC 전압을 변환하여 DC 전압을 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예가 적용되는 전력변환 시스템의 다른 일예를 설명하기 위한 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예가 적용되는 시스템은, 태양광 발전부(Photovoltaic, PV)(200), DC-DC 컨버터(1) 및 에너지 저장부(210)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, DC-DC 컨버터(1)는 PV(200)에 의해 생산되는 DC 전압을 변환하여 에너지 저장부(210)가 저장하도록 제공할 수 있다.
이때, 제어부(7)는 DC-DC 컨버터(10)의 복수의 스위치를 각각 제어하여, 입력 DC 전압을 변환하여 DC 전압을 출력할 수 있다.
다만, 본 발명의 DC-DC 컨버터(1)는, 위에서 언급한 시스템에 한정적으로 제공되는 것은 아니며, 다양하게 DC전압의 크기를 변환하여 제공하는 시스템에서 적용될 수 있을 것이다.
이하에서는, 종래의 DC-DC 컨버터 토폴로지를 설명한 후, 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터를 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3c는 종래의 DC-DC 컨버터 토폴로지를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 3a은 종래 기본적으로 사용되는 2-레벨 부스트 토폴로지를 나타내는 것으로서, 입력전압이 650V인 경우, 출력전압이 650V 이하가 되며, 1500V의 전압을 출력하기 위해 2000V의 스위칭소자가 요구된다. 또한, DC 단락사고 발생시에는 차단이 불가능한 문제점이 있다.
도 3b는 NPC(neutral-point-clamped) 토폴로지를 나타내는 것으로서, 입력전압이 650V인 경우 출력전압이 400 내지 1500V의 범위내이고, 1500V의 전압을 출력하기 위해 1200V의 스위칭소자가 요구된다. 도 3b의 토폴로지에 의하면 DC 단락사고 발생시 차단이 가능하지만, 캐패시터 전압밸런싱이 불가능한 문제점이 있다.
도 3c는 플라잉 캐패시터(flying capacitor) 토폴로지를 나타내는 것으로서, 입력전압이 650V인 경우 출력전압이 400 내지 1500V의 범위내이고, 1500V의 전압을 출력하기 위해 1200V의 스위칭소자가 요구된다. 도 3c의 토폴로지에 의하면 DC 단락사고 발생시 차단이 가능하지만, 인덕터 주파수가 두배이고, 플라잉 캐패시터의 사이즈가 커져서 컨버터 자체의 사이즈도 커지며, 캐패시터 초기충전 회로가 필요하고 전압유지를 위한 제어가 요구되는 문제점이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터(1)는, 순차적으로 직렬로 연결된 제1 내지 제4스위치(11 내지 14)와, 순차적으로 직렬로 연결된 제5 내지 제8스위치(15 내지 18)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제8스위치(11 내지 18)는 각각, 예를 들어 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)일 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 반도체 스위칭소자가 사용될 수 있다.
제1스위치(11)와 제2스위치(12)는 제어부(7)의 제어에 의해, 상보적으로(complementary) 동작할 수 있다. 상보적으로 동작한다는 것은, 제1스위치(11)가 온인 경우 제2스위치(12)는 오프이고, 제1스위치(11)가 오프인 경우 제2스위치(12)는 온인 것을 의미한다. 마찬가지로, 제3스위치(13)와 제4스위치(14)는 상보적으로 동작할 수 있고, 제5스위치(15)와 제6스위치(16)는 상보적으로 동작할 수 있다. 또한, 제7스위치(17)와 제8스위치(18)는 상보적으로 동작할 수 있다.
제1스위치 내지 제4스위치(11 내지 14)의 직렬연결과 제1캐패시터(21) 및 제3캐패시터(23)의 직렬연결이 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 제2스위치(12)와 제3스위치(13) 사이의 노드 F와 제1캐패시터(21)와 제3캐패시터(23) 사이의 노드 E는 전기적으로 등가일 수 있다. 즉, 제1 및 제2스위치(11, 12)의 직렬연결과 제1캐패시터(21)가 병렬로 연결될 수 있고, 제3 및 제4스위치(13, 14)의 직렬연결과 제3캐패시터(23)가 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 제5스위치 내지 제8스위치(15 내지 18)의 직렬연결과 제2캐패시터(22) 및 제4캐패시터(24)의 직렬연결이 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 제6스위치(16)와 제7스위치(17) 사이의 노드 G와 제2캐패시터(22)와 제4캐패시터(24) 사이의 노드 H는 전기적으로 등가일 수 있다. 즉, 제5 및 제6스위치(15, 16)의 직렬연결과 제2캐패시터(22)가 병렬로 연결될 수 있고, 제7 및 제8스위치(17, 18)의 직렬연결과 제4캐패시터(24)가 병렬로 연결될 수 있다.
제1인덕터(31)는 제1스위치(11)와 제2스위치(12) 사이의 노드 A와 제5스위치(15)와 제6스위치(16) 사이의 노드 B에 전기적으로 연결될 수 있다. 또, 제2인덕터(32)는 제3스위치(13)와 제4스위치(14) 사이의 노드 C와 제7스위치(17)와 제8스위치(18) 사이의 노드 D에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 및 제2인덕터(31, 32)는 상호 결합되어 커플드 인덕터(coupled inductor)를 구성할 수 있다. 즉, 제1 및 제2인덕터(31, 32)의 권선비는 동일할 수 있으며, 코어를 통해 제1인덕터(31)의 1차 코일과 제2인덕터(32)의 2차 코일이 자기적으로 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서, 제2스위치(12)와 제3스위치(13) 사이의 노드 F와, 제6스위치(16)와 제7스위치(17) 사이의 노드 G는 전기적으로 등가일 수 있다. 따라서, 노드 E, 노드 F, 노드 G 및 노드 H는 전기적으로 등가일 수 있다.
이와 같이, 구성되는 토폴로지에 의해, 본 발명의 DC-DC 컨버터(1)는, 비절연형으로 구성될 수 있으며, 양방향으로 승압 및 강압이 가능한 구조이다.
본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터(1)는 스위치가 직렬연결되어 구성되므로, 낮은 전압의 스위칭 소자를 기반으로 높은 입출력 전압의 이용이 가능해질 수 있다. 또한, 커플드 인덕터에 의해 인덕터의 부피절감이 가능해지고 손실이 감소될 수 있다. 또한, DC 단락사고에 효율적으로 대응할 수 있다.
도 4와 같은 토폴로지에서, 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터(1)가 벅(buck, 강압) 컨버터로 동작하는 경우, 제1 및 제4스위치(11, 14)가 제어부(7)의 제어에 의해 온 또는 오프로 제어되고, 제2스위치(12)는 제1스위치(11)에 상보적으로 동작하고, 제3스위치(13)는 제4스위치(14)에 상보적으로 동작할 수 있다. 또한, 제어부(7)에 의해 제5스위치(15)와 제8스위치(18)는 온으로 제어되고, 제6스위치(16)와 제7스위치(17)는 오프로 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터(1)가 부스트(boost, 승압) 컨버터로 동작하는 경우, 제6 및 제7스위치(16, 17)가 제어부(7)의 제어에 의해 온 또는 오프로 제어되고, 제5스위치(15)는 제6스위치(16)에 상보적으로 동작하고, 제8스위치(18)는 제7스위치(17)에 상보적으로 동작할 수 있다. 또한, 제어부(7)에 의해 제1스위치(11)와 제4스위치(14)는 온으로 제어되고, 제2스위치(12)와 제3스위치(13)는 오프로 제어될 수 있다.
도 4와 같은 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터(1)는 모듈화되어 구성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 이러한 DC-DC 컨버터(1)가 병렬로 각각 연결될 수도 있다.
병렬로 연결된 모듈화된 DC-DC 컨버터(1)에 의해, 원하는 크기의 출력전압을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 일예시도로서, DC-DC 컨버터(1)가 벅 컨버터로 사용되는 경우를 예를 들어 나타낸 것이다. 다만, 본 발명의 일실시예에서는, 제어부(7)가 반주기(Ts/2)에서 일부(5A)를 제1스위치(11)를 온하고, 일부(5B)는 오프(이때 제4스위치(14)는 오프)하고, 나머지 반주기(Ts/2)에서 일부(5C)를 제4스위치(14)를 온하고 일부(5D)는 오프(이때 제1스위치(11)는 오프)한 것을 예를 들어 설명하고 있지만, 반주기 동안 전부 온 또는 오프(즉, 반주기 동안 제1스위치(11)는 온, 제4스위치(14)는 오프, 나머지 반주기 동안 제1스위치(11)는 오프, 제4스위치(14)는 온)로 제어할 수도 있으며, 5A와 5B의 비율 및 5C와 5D의 비율도 도 5에 나타나는 것에 한정되는 것이 아니다.
도 5의 (a)를 참조로 하면, 제어부(7)는 제1스위치(11)와 제4스위치(14)의 온/오프를 제어할 수 있다. 즉, 반주기(Ts/2)의 일부 구간(5A)에서 제1스위치(11)를 온으로 하고, 나머지 구간(5B)에서 제1스위치(11)를 오프로 제어할 수 있다. 이때, 해당 반주기에서 제4스위치(14)는 오프로 제어할 수 있다. 또한, 나머지 반주기의 일부 구간(5C)에서 제4스위치(14)를 온으로 하고, 나머지 구간(5D)에서 제4스위치(14)를 오프로 제어할 수 있다. 이때, 해당 나머지 반주기에서 제1스위치(11)는 오프로 제어할 수 있다. 벅 컨버터의 경우이므로, 제2스위치(12)와 제3스위치(13)는 각각 제1스위치(11)와 제4스위치(14)와 상보적으로 동작하며, 제5스위치(15) 및 제8스위치(18)는 온이고, 제6스위치(16) 및 제7스위치(17)는 오프이다.
이에 의해, (b)와 같이, 제1스위치(11)가 온으로 되는 5A 구간에서는, 제1인덕터(31)에 전압 v1이 5E와 같이 인가될 수 있다. 이때 전압 v1의 크기 5E는 제1캐패시터(21)의 전압 Vc1에서 제2캐패시터(22)의 전압 Vc2를 뺀 값일 수 있다. 또한, 한 주기 내에서 제1스위치(11)가 오프가 되는 구간(5A를 제외한 구간)에서는, 제1인덕터(31)에 전압 v1이 5F와 같이 인가될 수 있다. 전압 v1의 크기 5F는 제2캐패시터(22)의 전압의 역전압일 수 있다.
또한, 제4스위치(14)가 온으로 되는 구간 5C에서는, 제2인덕터(32)에 전압 v2가 5H와 같이 인가될 수 있다. 이때 전압 v2의 크기 5H는 제3캐패시터(23)의 전압 Vc3에서 제4캐패시터(24)의 전압 Vc4를 뺀 값의 역전압일 수 있다. 또한, 한 주기내에서 제4스위치(14)가 오프가 되는 구간(5C를 제외한 구간)에서는, 제2인덕터(32)에 전압 v2가 5G와 같이 인가될 수 있다. 전압 v2의 크기 5G는 제4캐패시터(24)의 전압 Vc4일 수 있다.
한편, 커플드 인덕터(30)의 상호 인덕턴스에 의해 전압 vM이 인가될 수 있다. 이때 전압 vM은 실제로는 측정불가한 전압이며, 모델링에 의해 구해지는 값이다.
도 6은 도 5의 커플드 인덕터의 등가 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 커플드 인덕터(30)는 제1인덕터(31)의 인덕턴스 L1과, 제2인덕터(32)의 인덕턴스 L2와 상호 인덕턴스 LM으로 등가화될 수 있다.
즉, 제1인덕터(31)에 흐르는 전류 i1과 제2인덕터(32)에 흐르는 전류 i2에 실제로 영향을 미치는 전압은 v1-vM, 및 v2-vM이다.
도 5의 (b)를 참조로 하면, vM은 제1스위치(11)와 제4스위치(14)의 스위칭에 의해 인가되는 전압으로서, 각각 스위치가 오프인 경우에는 vM이 0이 되고, 제1스위치(11)가 온인 구간 5A에서는 소정 크기 5I이고, 제4스위치(14)가 온인 구간 5C에서는 5I의 역전압인 5J가 될 수 있다. vM의 크기는 모델링에 의해 구해지는 값으로서, 본 발명에서 설명한 것에 한정되는 것은 아니다.
따라서 도 5의 (c)와 같이, 제1인덕터(31)에 흐르는 전류 i1과 제2인덕터(32)에 흐르는 전류 i2에 실제로 영향을 미치는 전압 v1-vM 및 v2-vM을 구할 수 있으며, 이에 의해 제1인덕터(31)에 흐르는 전류 i1과 제2인덕터(32)에 흐르는 전류 i2를 (d)와 같이 결정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터가 3상으로 구성되는 경우를 설명하기 위한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 3상 DC-DC 컨버터(2)는, 한 상마다 직렬로 연결된 4개의 스위치를 포함하는 두개의 레그(leg)(51, 62)에서, 상부의 두 스위치 사이의 각각의 노드에 제1인덕터(71)가 연결되고, 하부의 두 스위치 사이의 각각의 노드에 제2인덕터(72)가 연결되며, 제1 및 제2인덕터(71, 72)는 권선수가 동일한 커플드 인덕터일 수 있다.
제1레그(61)의 상부의 두 스위치의 직렬연결은 제1캐패시터(81)와 병렬로 연결되고, 하부의 두 스위치의 직렬연결은 제3캐패시터(83)와 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 제2레그(62)의 상부의 두 스위치의 직렬연결은 제2캐패시터(82)와 병렬로 연결되고, 하부의 두 스위치의 직렬연결은 제4캐패시터(84)와 병렬로 연결될 수 있다.
위의 설명은 한 상에 대해서 그 구성을 설명한 것이며, 이는 도 5에서 설명한 것과 동일하며, 각각 나머지 두 상에 대해서도 그 구성이 동일하다.
다만, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명의 일실시예의 DC-DC 컨버터가 3상으로 확장되는 것에 한정되는 것은 아니며, N상으로 각각의 레그가 구성될 수 있다. 이 경우에도, 각 복수의 레그에서 상부의 두 스위치와 하부의 두 스위치 사이의 노드는 등가일 수 있으며, 상부의 두 스위치 사이의 노드에 연결되는 인덕터와 하부의 두 스위치 사이의 노드에 연결되는 인덕터는 커플드 인덕터를 구성할 수 있을 것이다.
이와 같은 구성에 의하면, 넓은 입출력 전압에 대응할 수 있으며, 커플드 인덕터의 적용으로 인덕터 부피의 감소를 유도할 수 있을 것이다.
또한, 도 5 또는 도 7과 같은 컨버터가 모듈화되어 병렬로 연결되는 경우 펄스폭변조(PWM) 동기화가 요구되지 않으므로, 제품 운용이 용이해질 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: DC-DC 컨버터 7: 제어부
11 내지 17: 스위치 21 내지 24: 캐패시터
30: 커플드 인덕터 31, 32: 인덕터

Claims (12)

  1. 직렬로 연결된 제1 내지 제4스위치;
    직렬로 연결된 제5 내지 제8스위치;
    상기 제1 및 제2스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제1캐패시터;
    상기 제5 및 제6스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제2캐패시터;
    상기 제3 및 제4스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제3캐패시터;
    상기 제7 및 제8스위치의 직렬연결과 병렬로 연결된 제4캐패시터;
    상기 제1 및 제2스위치 사이의 제1노드와, 상기 제5 및 제6스위치 사이의 제2노드에 전기적으로 연결되는 제1인덕터; 및
    상기 제3 및 제4스위치 사이의 제3노드와, 상기 제7 및 제8스위치 사이의 제4노드에 전기적으로 연결되는 제2인덕터를 포함하고,
    상기 제1 및 제2인덕터는 제1커플드 인덕터를 구성하는 DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 및 제3스위치 사이의 제5노드와 상기 제6 및 제7스위치 사이의 제6노드는 전기적으로 등가인 DC-DC 컨버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2스위치, 제3 및 제4스위치, 제5 및 제6스위치, 제7 및 제8스위치는 각각 상보적으로 동작하는 DC-DC 컨버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제5 및 제8스위치가 온이고, 상기 제6 및 제7스위치가 오프이고, 상기 제1 및 제4스위치의 온/오프 동작에 의해 입력전압보다 출력전압이 작아지는 DC-DC 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제4스위치가 온이고, 상기 제2 및 제3스위치가 오프이고, 상기 제6 및 제7스위치의 온/오프 동작에 의해 입력전압보다 출력전압이 커지는 DC-DC 컨버터.
  6. 제2항에 있어서,
    직렬로 연결된 제9 내지 제12스위치;
    직렬로 연결된 제13 내지 제16스위치;
    직렬로 연결된 제17 내지 제20스위치;
    직렬로 연결된 제21 내지 제24스위치;
    상기 제9 및 제10스위치 사이의 제7노드와, 상기 제13 및 제14 스위치 사이의 제8노드에 전기적으로 연결되는 제3인덕터;
    상기 제11 및 제12스위치 사이의 제9노드와, 상기 제15 및 제16 스위치 사이의 제10노드에 전기적으로 연결되는 제4인덕터;
    상기 제17 및 제18스위치 사이의 제11노드와, 상기 제21 및 제22 스위치 사이의 제12노드에 전기적으로 연결되는 제5인덕터; 및
    상기 제19 및 제20스위치 사이의 제13노드와, 상기 제23 및 제24 스위치 사이의 제14노드에 전기적으로 연결되는 제6인덕터를 더 포함하고,
    상기 제3 및 제4인덕터는 제2커플드 인덕터를 구성하고, 상기 제5 및 제6인덕터는 제3커플드 인덕터를 구성하는 DC-DC 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제5노드와, 상기 제6노드와, 상기 제10 및 제11스위치 사이의 제15노드와, 상기 제14 및 제15스위치 사이의 제16노드와, 제18 및 제19스위치 사이의 제17노드와, 제22 및 제23스위치 사이의 제18노드는 전기적으로 등가인 DC-DC 컨버터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 DC-DC 컨버터는 모듈화되어 구성되고,
    적어도 둘 이상의 상기 DC-DC 컨버터가 병렬로 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
  9. 상부 컨버터; 및
    상기 상부 컨버터에 직렬로 연결되는 하부 컨버터를 포함하고,
    상기 상부 컨버터는,
    직렬로 연결되는 제1 및 제2스위치;
    직렬로 연결되는 제3 및 제4스위치;
    상기 제1 및 제2스위치 사이의 제1노드와 상기 제3 및 제4스위치 사이의 제2노드에 전기적으로 연결되는 제1인덕터;
    상기 제1 및 제2스위치의 직렬연결에 병렬로 연결되는 제1저장부; 및
    상기 제3 및 제4스위치의 직렬연결에 병렬로 연결되는 제2저장부를 포함하고,
    상기 하부 컨버터는,
    직렬로 연결되는 제5 및 제6스위치;
    직렬로 연결되는 제7 및 제8스위치;
    상기 제5 및 제6스위치 사이의 제3노드와 상기 제7 및 제8스위치 사이의 제4노드에 전기적으로 연결되는 제2인덕터;
    상기 제5 및 제6스위치의 직렬연결에 병렬로 연결되는 제3저장부; 및
    상기 제7 및 제8스위치의 직렬연결에 병렬로 연결되는 제4저장부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2인덕터는 커플드 인덕터를 구성하고, 상기 제2스위치와 상기 제5스위치는 직렬로 연결되고, 상기 제4스위치와 상기 제6스위치는 직렬로 연결되는 DC-DC 컨버터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2스위치, 제3 및 제4스위치, 제5 및 제6스위치, 제7 및 제8스위치는 각각 상보적으로 동작하는 DC-DC 컨버터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제3 및 제8스위치가 온이고, 상기 제4 및 제7스위치가 오프이고, 상기 제1 및 제6스위치의 온/오프 동작에 의해 입력전압보다 출력전압이 작아지는 DC-DC 컨버터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제6스위치가 온이고, 상기 제2 및 제5스위치가 오프이고, 상기 제4 및 제7스위치의 온/오프 동작에 의해 입력전압보다 출력전압이 커지는 DC-DC 컨버터.
KR1020190087131A 2019-07-18 2019-07-18 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터 KR102585282B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190087131A KR102585282B1 (ko) 2019-07-18 2019-07-18 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터
EP20841158.7A EP4002667A4 (en) 2019-07-18 2020-03-16 POWER CONVERSION SYSTEM DC-DC CONVERTER
US17/627,056 US12040713B2 (en) 2019-07-18 2020-03-16 DC-DC converter of power conversion system
JP2022502604A JP7284338B2 (ja) 2019-07-18 2020-03-16 電力変換システムのｄｃ－ｄｃコンバータ
PCT/KR2020/003602 WO2021010570A1 (ko) 2019-07-18 2020-03-16 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터
CN202080051964.2A CN114175481B (zh) 2019-07-18 2020-03-16 电力转换系统的dc-dc转换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190087131A KR102585282B1 (ko) 2019-07-18 2019-07-18 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210009936A true KR20210009936A (ko) 2021-01-27
KR102585282B1 KR102585282B1 (ko) 2023-10-04

Family

ID=74210485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190087131A KR102585282B1 (ko) 2019-07-18 2019-07-18 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12040713B2 (ko)
EP (1) EP4002667A4 (ko)
JP (1) JP7284338B2 (ko)
KR (1) KR102585282B1 (ko)
CN (1) CN114175481B (ko)
WO (1) WO2021010570A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023200103A1 (ko) * 2022-04-14 2023-10-19 엘에스일렉트릭 주식회사 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023110061A1 (en) * 2021-12-14 2023-06-22 Huawei Technologies Co., Ltd. Balancer circuit for series connection of two dc-link capacitors, method for controlling the balancer circuit and converter arrangement
ES2953912B2 (es) * 2022-04-06 2024-07-24 Power Electronics Espana S L Metodo de polarizacion intrinseca de un convertidor dc/dc dual

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160172976A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-16 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Coupled Inductor for Interleaved Multi-Phase Three-Level DC-DC Converters
US20170085189A1 (en) * 2014-04-15 2017-03-23 Danmarks Tekniske Universitet A resonant dc-dc power converter assembly
KR101936230B1 (ko) * 2017-09-27 2019-01-08 국민대학교 산학협력단 절연형 dc-dc 컨버터

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4184197A (en) 1977-09-28 1980-01-15 California Institute Of Technology DC-to-DC switching converter
WO2007110954A1 (ja) 2006-03-29 2007-10-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 電源装置
JP4967588B2 (ja) * 2006-10-17 2012-07-04 トヨタ自動車株式会社 コンバータ制御装置
CN102055340B (zh) * 2009-11-03 2013-03-20 络能(上海)电子技术有限公司 全桥直流-直流变换器的控制方法
US8981710B2 (en) * 2010-09-20 2015-03-17 Indy Power Systems Llc Energy management system
KR101355339B1 (ko) * 2012-10-30 2014-02-05 엘에스산전 주식회사 양방향 디시-디시 컨버터 제어 장치 및 그 제어 방법
WO2015108613A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Abb Technology Ag Interleaved multi-channel, multi-level, multi-quadrant dc-dc converters
JP2015139312A (ja) 2014-01-23 2015-07-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 スイッチング電源装置、電力変換装置
DE102014203157A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Airbus Operations Gmbh Bipolares Hochspannungsnetz und Verfahren zum Betreiben eines bipolaren Hochspannungsnetzes
US9614442B2 (en) 2014-04-16 2017-04-04 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Modular DC-DC Converter including a DC transformer module
KR102421163B1 (ko) 2015-05-19 2022-07-14 엘지이노텍 주식회사 양방향 직류-직류 컨버터
US9595871B1 (en) * 2015-12-21 2017-03-14 Texas Instruments Deutschland Gmbh High efficiency inductive capacitive DC-DC converter
JP6742145B2 (ja) 2016-05-11 2020-08-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 双方向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
DE102016108942A1 (de) * 2016-05-13 2017-11-16 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Spannungswandler mit Verpolungsschutzdiode
JP7038978B2 (ja) * 2016-08-30 2022-03-22 東芝Ｉｔコントロールシステム株式会社 昇降圧電源装置
AU2018268716A1 (en) 2017-05-15 2020-01-16 Dynapower Company Llc DC/DC converter and control thereof
CN108880247B (zh) * 2017-05-16 2021-09-07 马克西姆综合产品公司 支持连续导通模式的dc到dc转换器、以及相关联方法
KR101817903B1 (ko) 2017-07-19 2018-01-11 재단법인경북테크노파크 전기 자동차용 고강압 직류/직류 전력변환기
CN107994772A (zh) * 2017-12-29 2018-05-04 华中科技大学 一种dc-dc变换器
WO2020041602A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 Epc Power Corporation Stacked dc-dc converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170085189A1 (en) * 2014-04-15 2017-03-23 Danmarks Tekniske Universitet A resonant dc-dc power converter assembly
US20160172976A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-16 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Coupled Inductor for Interleaved Multi-Phase Three-Level DC-DC Converters
KR101936230B1 (ko) * 2017-09-27 2019-01-08 국민대학교 산학협력단 절연형 dc-dc 컨버터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023200103A1 (ko) * 2022-04-14 2023-10-19 엘에스일렉트릭 주식회사 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터

Also Published As

Publication number Publication date
KR102585282B1 (ko) 2023-10-04
WO2021010570A1 (ko) 2021-01-21
JP7284338B2 (ja) 2023-05-30
US12040713B2 (en) 2024-07-16
CN114175481A (zh) 2022-03-11
US20220376624A1 (en) 2022-11-24
EP4002667A4 (en) 2023-07-26
CN114175481B (zh) 2024-03-22
EP4002667A1 (en) 2022-05-25
JP2022542820A (ja) 2022-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11201565B2 (en) Conversion circuit, control method, and power supply device
Zhang et al. A three-phase modular multilevel DC–DC converter for power electronic transformer applications
Shin et al. Novel single-phase PWM AC–AC converters solving commutation problem using switching cell structure and coupled inductor
Mainali et al. A Transformerless Intelligent Power Substation: A three-phase SST enabled by a 15-kV SiC IGBT
Li et al. Family of enhanced ZCS single-stage single-phase isolated AC–DC converter for high-power high-voltage DC supply
Zhao et al. Switched Z-source isolated bidirectional DC–DC converter and its phase-shifting shoot-through bivariate coordinated control strategy
US9543842B2 (en) Converter for transferring power between DC systems
Zheng et al. Modular universal converter for MVDC applications
US12040713B2 (en) DC-DC converter of power conversion system
US20140049998A1 (en) DC to AC Power Converter
Suresh et al. A novel dual-leg DC-DC converter for wide range DC-AC conversion
WO2010029345A1 (en) Power converter
US10873254B2 (en) Electrical circuit for zero-voltage soft-switching in DC-DC converter under all load conditions
De et al. Analysis, design, modeling, and implementation of an active clamp HF link converter
Shu et al. A three-phase triple-voltage dual-active-bridge converter for medium voltage DC transformer to reduce the number of submodules
Kashihara et al. An isolated medium-voltage AC/DC power supply based on multil-cell converter topology
US20240014749A1 (en) Soft-switching current source inverters
Chen et al. Bidirectional H8 AC–DC topology combining advantages of both diode-clamped and flying-capacitor three-level converters
Chen et al. Stacked modular isolated dynamic current source converters for medium voltage applications
CN108270356B (zh) 基于pwm/二极管混合整流结构的直流配电网能量路由器及其控制方法
US11637492B2 (en) Buck matrix-type rectifier with boost switch, and operation thereof during one-phase loss
Shioi et al. Battery management system with flying capacitor converter operated in discontinuous current mode
Soeiro et al. Bidirectional three-phase PFC concept based on an integrated inverting-link current source converter
KR20230147418A (ko) 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터
KR102587260B1 (ko) 동기 스위치드 캐패시터 컨버터를 이용한 교류-직류 반도체 변압기

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