KR20210144897A - 절연 컨버터 - Google Patents

절연 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR20210144897A
KR20210144897A KR1020217036610A KR20217036610A KR20210144897A KR 20210144897 A KR20210144897 A KR 20210144897A KR 1020217036610 A KR1020217036610 A KR 1020217036610A KR 20217036610 A KR20217036610 A KR 20217036610A KR 20210144897 A KR20210144897 A KR 20210144897A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
converter
port
low voltage
current
high voltage
Prior art date
Application number
KR1020217036610A
Other languages
English (en)
Inventor
하니 바헤디
마르크-안드레 포르게트
Original Assignee
디씨벨 인크.
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 디씨벨 인크. filed Critical 디씨벨 인크.
Publication of KR20210144897A publication Critical patent/KR20210144897A/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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • 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
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • 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
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/51—Photovoltaic means
    • 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
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4258—Arrangements for improving power factor of AC input using a single converter stage both for correction of AC input power factor and generation of a regulated and galvanically isolated DC output voltage
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • 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
    • 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
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4807—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode having a high frequency intermediate AC stage
    • 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
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • 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
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal 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, e.g. single switched pulse inverters in a bridge 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal 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
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal 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
    • 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC 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
    • 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
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • 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
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • 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
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • 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
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • 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)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

본 개시는 컨버터를 이용하여 전기적 절연을 제공하기 위한 방법 및 장치를 제공하고, 상기 컨버터는 AC 전류를 수신하고 DC 전류를 제공하는 정류기 모드에서 작동하는 제1 컨버터, 제 1 변환기로부터 DC 전류를 수신하고 AC 전류를 제공하는 인버터 모드에서 작동하는 제 2 컨버터, 입력 및 출력을 갖고 제2 컨버터로부터 AC 전류를 수신하는 변압기로서, 변압기는 입력과 출력 사이에 전기적 절연을 제공하는, 상기 변압기, 변압기로부터 AC 전류를 수신하고 DC 전류를 제공하는 정류기 모드에서 작동하는 제3 컨버터를 포함하고, 제1, 제2 및 제3 컨버터 중 적어도 하나는 멀티 레벨 컨버터이다.

Description

절연 컨버터
본 출원은 2019년 4월 11일에 출원된 미국 가특허출원 제62/832,810호로부터 우선권을 주장하며, 이의 내용은 본 출원에 참조로 통합된다.
기술분야
본 발명은 전반적으로 컨버터 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 갈바닉 절연(galvanic isolation)을 제공하는 컨버터에 관한 것이다.
이 섹션은 청구범위에 인용된 본 발명에 대한 배경 또는 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 출원의 설명은 추구될 수 있는 개념을 포함할 수 있지만 반드시 이전에 구상되거나 추구된 것은 아니다. 따라서, 본 출원에 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명된 것은 본 출원의 설명 및 청구범위에 대한 선행 기술이 아니며 이 섹션에 포함되어 선행 기술로 인정되지 않는다.
비절연 컨버터(non-isolated converter)가 절연 컨버터(isolated converter) 보다 더 흔하지만, 예를 들어, 공통 접지와 같이 입력과 출력 사이의 전기적 연결의 단점이 있다. 많은 안전 표준 및/또는 고객은 인가된 입력 전압과 사용자가 종종 접근할 수 있는 출력 전압과의 분리를 요구한다.
이것은 전기 자동차와 관련하여 문제가 될 수 있는데, 절연 컨버터는 일반적으로 의료 애플리케이션에 요구될 수 있는 것처럼 수백 볼트에서 수천 볼트까지 견딜 수 있는 절연 장벽을 제공하는 고주파 변압기를 가지고 있다. 절연 컨버터의 제2 장점은 출력을 양극 또는 음극으로 구성할 수 있다는 것이다.
전기 자동차("EV : Electric vehicles")는 전형적으로 비절연 솔루션보다 더 크고 더 비싼 절연 컨버터를 사용한다. 절연의 주요 요구 사항은 더 높은 파워 레벨로 이동할 때 안전 요구 사항을 충족하는 것이다.
따라서, 이러한 온 보드 컨버터의 파워 변환 효율을 향상시키면서 무게 및 부피를 감소시키는 것에 대한 요구가 존재한다. 이는 화석 연료 소비와 이산화탄소 및 기타 온실 가스 배출을 줄이려는 모든 사회적 및 정부의 노력으로 인해 EV의 인기를 고려할 때 더 중요하다.
더욱이, 대부분의 이용가능한 절연 컨버터는 변압기를 사용하는데, 이는 EV에 필요한 갈바닉 절연을 제공한다는 점에서 효과적이지만 크고 무거울 수 있다.
따라서, 전기적 절연을 제공하는 변압기의 능력으로부터 이익을 얻으면서, 컨버터의 전체 효율을 감소시키지 않으면서 이러한 변압기의 크기를 감소시키는 것에 대한 요구가 존재한다.
출원인은 고효율을 갖고 소형 변압기를 사용하여 구현될 수 있는 다양한 유형의 전류에 대한 절연 변환을 제공하는 방법 및 장치를 발견했다.
하나의 광범위한 양태에서, 본 개시는 절연 컨버터를 사용하여 전기적 절연을 제공하는 방법을 제공한다. 방법은 절연 컨버터에 제1 DC 전류를 제공하는 단계, 제1 DC 전류를 제1 AC 전류로 변환하기 위한 제1 주파수를 선택하는 단계, 제1 변환 회로를 사용하여 제1 DC 전류를 제1 주파수를 갖는 제1 AC로 변환하는 단계, 제1 AC 전류를 변압기에 제공하고 제1 AC 전류로부터 전기적 절연을 갖는 제2 AC 전류를 수신하는 단계를 포함한다. 제1 AC 전류의 제1 주파수를 선택하는 단계는 절연을 제공하는 변압기의 크기를 결정한다. 일부 실시예에서, 더 높은 주파수를 사용함으로써 변압기의 크기가 감소될 수 있다.
변압기의 크기는 변압기의 바람직한 출력 전압에 의존할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
본 개시의 일부 예에서, 절연 컨버터에 제1 DC 전류를 제공하는 단계는 제1 AC 전류의 제1 주파수보다 낮은 제3 주파수를 갖는 제3 AC 전류를 수신하는 단계 및 제2 컨버터 회로를 사용하여 제3 AC 전류를 제1 DC 전류로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 변환에 사용되는 제1 컨버터 회로 및 제2 컨버터 회로 중 하나 이상은 멀티 레벨 컨버터 회로일 수 있다. 일부 예에서, 멀티 레벨 컨버터 회로는 5 레벨 능동 정류기(active rectifier)이다. 이러한 파워의 예는 일련 번호 PCT/CA2018/051291 및 공개 번호 WO/2019/071359를 갖는 국제 PCT 특허 출원에서 출원인에 의해 개시되었다.
일부 예에서, 본 방법은 제3 컨버터 회로를 사용하여 제2 AC 전류를 제2 DC 전류로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이것은 컨버터의 입력과 출력 사이에 DC-DC 절연 변환을 제공한다.
하나의 광범위한 양태에서, 본 개시는 DC 전류를 수신하고 AC 전류를 제공하는 인버터 모드에서 작동하는 제1 컨버터를 포함하는 절연 DC-DC 컨버터, 입력 및 출력을 갖고 AC 전류를 수신하는 변압기로서, 상기 변압기는 입력과 출력 사이의 전기적 절연을 제공하는, 상기 변압기, 변압기로부터 AC 전류를 수신하고 DC 전류를 제공하는 정류기 모드에서 작동하는 제2 컨버터를 제공한다. 제1 및 제 2 컨버터 중 적어도 하나는 AC 포트, 적어도 하나의 DC 포트, 가변 전압에서 AC 포트와 DC 포트 사이에서 파워를 변환하는 AC 포트 및 적어도 하나의 DC 포트에 연결된 파워 컨버터 컴포넌트를 포함하는 멀티 레벨 컨버터(multi-level converter)이다. 파워 컨버터 컴포넌트는 AC 포트 및 회로의 피크 전압을 초과하여 부스트된 전압에서 파워를 저장하기 위한 적어도 하나의 고전압 커패시터를 포함한다. 회로는 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터, 저전압 커패시터, 제1 AC 포트 단자와 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 다이오드 또는 2개의 고전압 스위치; 상기 고전압 캐패시터의 대향 단부와 상기 저전압 캐패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 파워 스위치, 및 상기 저전압 캐패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치를 포함한다. DC 포트는 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있다. 그것은 또한 회로에서 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고, 2개의 단자 저전압 파워 스위치 및 2개의 중간 저전압 파워 스위치의 게이트 입력에 연결된 컨트롤러를 포함한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 회로가 정류기 부스트 모드에서 동작하게 하고, 고전압 커패시터의 전압은 AC 포트의 피크 전압보다 높고, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 저전압 커패시터를 고전압 커패시터에 대한 원하는 전압의 미리 결정된 분율에서 유지하고 따라서 고전압 커패시터를 원하는 고전압으로 유지하도록 하기 위해 저전압 커패시터에 존재하는 전압의 측정에 응답하여 중복 스위칭 상태로 스위칭되어 회로는 AC 포트에서 저 고조파(harmonics)를 갖는 5레벨 능동 정류기로서 DC 부하를 공급하고 파워를 흡수한다.
일부 실시예에서, 컨버터는 전력 저장 배터리와 통신하고 원하는 충전 전류 값을 수신하는 컨트롤러 인터페이스를 더 포함하고, 파워 컨버터는 DC 부하에 대해 원하는 충전 전류 값을 초과하지 않는 가변 전류에서 AC 포트로부터의 파워를 DC 출력에서 DC로 변환하기 위해 원하는 충전 전류 값에 추가로 응답한다.
일부 실시예에서, 절연 DC-DC 컨버터는 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 충전 전압 값에 의해 설정된 더 낮은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 벅 컨버터 회로(buck converter circuit)를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 절연 DC-DC 컨버터는 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 충전 전압 값에 의해 설정된 더 높은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 부스트 컨버터 회로(boost converter circuit)를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 10kHz 초과의 주파수에서 스위칭된다.
일부 실시예에서, 컨버터는 복수의 모듈 소켓 및 모듈 소켓에 연결된 적어도 하나의 모듈을 갖는 커넥터 백플레인(connector backplane)을 포함하는 하우징을 포함하고, 각각의 모듈은 정류기 회로를 포함하고, 모듈은 부하에 DC 파워를 제공하기 위해 병렬로 작동한다.
일부 실시예에서, 멀티 레벨 컨버터의 회로는 2개의 컨트롤러를 갖는 양방향 정류기/인버터 회로일 수 있다. 이 실시예는 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터, 저전압 커패시터, 제1 AC 단자와 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 고전압 파워 스위치, 고전압 커패시터의 대향 단부와 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치를 포함하고, 여기서 DC 포트는 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있고; 컨트롤러는 양방향 정류기/인버터에서 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고, 2개의 고전압 파워 스위치의 게이트 입력에 연결된 정류기 모드용 제1 컨트롤러이고, 정류기 회로가 부스트 모드에서 동작하도록 하기 위한 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치, 여기서 고전압 커패시터의 전압은 AC 포트의 피크 전압보다 높고, 상기 2개의 고전압 파워 스위치는 AC 포트의 주파수에서 스위치 온 및 오프하도록 제어되고, 2개의 중간 저전압 파워 스위치와 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 고전압 커패시터에 대해 원하는 전압의 미리 결정된 분율(fraction)에서 저전압 커패시터를 유지하고 따라서 원하는 고 전압에서 고전압 커패시터를 유지하기 위해 저전압 커패시터에 존재하는 전압의 측정에 응답하여 중복 스위칭 상태로 스위칭되어, 상기 정류기 회로는 AC 포트에서 저 고조파를 5 레벨 능동 정류기로 DC 부하를 공급하고 파워를 흡수하고; 및 상기 파워 컨버터는 2개의 고전압 파워 스위치, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치에 연결되고 2개의 고전압 파워 스위치를 생성하고 인가하도록 구성된 인버터 모드용 제2 컨트롤러를 더 포함하고, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치 신호 파형은 저전압 커패시터가 DC 포트 및 AC 포트에 직렬 연결되고, DC 포트의 전압에 비례하여 미리 결정된 값으로 충전되도록 하는 제1 제어 신호 및 저전압 커패시터가 DC 포트로부터 연결 해제되도록 하고 AC 포트와 직렬 되도록 하여 저전압 커패시터가 방전되도록 하는 제2 제어 신호를 포함한다.
DC-DC 컨버터의 일부 예에서, 제1 컨버터는 400Hz 초과, 바람직하게는 최대 약 4kHz의 주파수를 갖는 AC 전류를 제공한다.
DC-DC 컨버터의 일부 예에서, 제1 컨버터는 20kHz의 스위칭 주파수를 가질 수 있다.
다른 하나의 광범위한 양태에서, 본 개시는 절연 AC-DC 컨버터를 제공하고, 상기 절연 AC-DC 컨버터는 AC 전류를 수신하고 DC 전류를 제공하는 정류기 모드에서 동작하는 제1 컨버터, 제1 컨버터로부터 DC 전류를 수신하고 AC 전류를 제공하는 인버터 모드에서 작동하는 제2 컨버터, 입력 및 출력을 갖고 제 2 컨버터로부터 AC 전류를 수신하는 변압기로서, 상기 변압기는 입력 및 출력 사이에 전기적 절연을 제공하는, 상기 변압기, 변압기로부터 AC 전류를 수신하고 DC 전류를 제공하고 정류기 모드에서 작동하는 제3 컨버터를 포함하고, 제1, 제2 및 제3 컨버터 중 적어도 하나는 멀티 레벨 컨버터이다. 멀티 레벨 컨버터는 AC 포트, 적어도 하나의 DC 포트, 가변 전압에서 AC 포트와 DC 포트 사이에서 파워를 변환하는 AC 포트 및 적어도 하나의 DC 포트에 연결된 파워 컨버터 컴포넌트를 포함한다. 파워 컨버터 컴포넌트는 회로 및 AC 포트의 피크 전압을 초과하여 부스트된 전압에서 파워를 저장하기 위한 적어도 하나의 고전압 커패시터를 포함한다. 회로는 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터, 저전압 커패시터, 제1 AC 포트 단자와 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 다이오드 또는 고전압 스위치, 고전압 커패시터의 대향 단부와 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 파워 스위치, 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치, 여기서 DC 포트는 고전압 캐패시터의 대향 단부에 연결될 수 있고, 및 회로의 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치의 게이트 입력에 연결된 컨트롤러를 포함한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 회로가 정류기 부스트 모드에서 동작하도록 동작할 수 있고 여기서, 고전압 커패시터의 전압은 AC 포트의 피크 전압보다 높고, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 저전압 커패시터를 고전압 커패시터에 대한 원하는 전압의 미리 결정된 분율에서 유지하고 따라서 AC 포트에서 고전압 커패시터를 원하는 고전압으로 유지하도록 하기 위해 저전압 커패시터에 존재하는 전압의 측정에 응답하여 중복 스위칭 상태로 스위칭되어, 회로는 AC 포트에서 저 고조파를 갖는 5레벨 능동 정류기로 DC 부하를 공급하고 파워를 흡수한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 인터페이스는 전력 저장 배터리와 추가로 통신하고 원하는 충전 전류 값을 수신하고, 파워 컨버터는 원하는 충전 전류 값에 추가로 응답하여 DC 부하에 대해 원하는 충전 전류 값을 초과하지 않는 가변 전류에서 AC 포트로부터 파워를 DC 출력에서 DC로 변환한다.
일부 실시예에서, 멀티 레벨 컨버터는 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 충전 전압 값에 의해 설정된 더 낮은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 벅(buck), 부스트(boost) 또는 벅/부스트 컨버터 회로를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 10kHz 초과의 주파수에서 스위칭된다.
일부 실시예에서, 회로는 양방향 정류기/인버터 회로일 수 있고 양방향 정류기/인버터 회로는 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터, 저전압 커패시터, 제1 AC 단자와 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 고전압 파워 스위치, 고전압 커패시터의 대향 단부와 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2 개의 중간 저전압 파워 스위치, 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치;를 포함하고, 여기서 DC 포트는 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있고, 컨트롤러는 양방향 정류기/인버터의 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고 2개의 고전압 파워 스위치의 게이트 입력에 연결된 정류기 모드용 제1 컨트롤러이고, 정류기 회로가 부스트 모드에서 동작하게 하기 위한 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치는, 고전압 커패시터의 전압은 피크 전압보다 AC 포트의 높고, 2개의 고전압 파워 스위치는 AC 포트의 주파수에서 스위치를 온 및 오프하도록 제어되며, 2개의 중간 저전압 파워 스위치와 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 저전압 캐패시터를 고전압 캐패시터에 대해 원하는 전압의 미리 정해진 분율에서 유지하고 따라서 고전압 캐패시터를 원하는 고전압으로 유지하기 위해 저전압 커패시터에 존재하는 전압 측정에 응답하여 중복 스위칭 상태로 스위칭되어, 정류기 회로는 AC 포트에서 저 고조파를 5 레벨 능동 정류기로 DC 부하를 공급하고 전력을 흡수하고; 및 파워 컨버터는 2개의 고전압 파워 스위치, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치에 연결되고, 2개의 고전압 파워 스위치를 생성하고 인가하도록 구성된 인버터 모드용 제2 컨트롤러를 더 포함하고, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치 신호 파형은 저전압 커패시터가 DC 포트 및 AC 포트에 직렬 연결되고 DC 포트의 전압에 비례하여 미리 정해진 값으로 충전되도록 하는 제1 제어 신호 및 저전압 커패시터가 DC 포트로부터 연결 해제하고 AC 포트와 직렬 연결되게 하여 저전압 커패시터를 방전되도록 하는 제2 제어 신호를 포함한다.
절연 AC-DC 컨버터의 일부 실시예에서, 제1 컨버터는 단방향 애플리케이션을 위한 다이오드 브리지를 가질 수 있다. 절연 AC-DC 컨버터의 일부 실시예에서, 제1 컨버터는 역률 보정(power factor correction)을 제공하기 위해 다이오드 브리지 및 종래의 DC-DC 벅 또는 부스트 컨버터를 갖는다.
절연 AC-DC 컨버터의 일부 실시예에서, 제1 컨버터는 역률 보정을 제공하는 능동 펄스 폭 변조 정류기(active Pulse Width Modulation rectifier)를 갖는다.
개시된 절연 AC-DC 컨버터 및 DC-DC 컨버터는 온 보드 절연 컨버터를 필요로 하는 전기, 하이브리드 또는 임의의 다른 종류의 차량에서 온 보드 절연 컨버터로서 사용될 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 DC 전류를 수신하고 AC 전류를 제공하는 인버터 모드에서 작동하는 컨버터 입력 및 출력을 갖고 AC 전류를 수신하는 변압기를 포함하는 절연된 AC-DC 컨버터를 제공하고, 변압기는 입력과 출력 사이에 전기적 절연을 제공한다. 컨버터는 본 출원에 설명된 멀티 레벨 컨버터일 수 있다.
AC-DC 컨버터의 일부 예에서, 제2 컨버터는 400Hz 초과, 바람직하게는 최대 약 4kHz의 주파수를 갖는 AC 전류를 제공한다.
AC-DC 컨버터의 일부 예에서, 제2 컨버터는 20kHz의 스위칭 주파수를 갖는다.
하나의 광범위한 양태에서, 본 개시는 절연 컨버터를 사용하여 전기적 절연을 제공하는 방법을 제공한다. 방법은 절연 컨버터에 제1 DC 전류를 제공하는 단계, 제1 DC 전류를 제1 AC 전류로 변환하기 위한 제1 출력 주파수를 선택하는 단계, 제1 변환 회로를 사용하여 제1 DC 전류를 제1 출력 주파수에서 제1 AC 전류로 변환하는 단계, 임의 크기를 갖는 변압기에 제1 AC 전류를 제공하는 단계 및 제1 AC 전류로부터 전기적 절연을 갖는 제 2 AC 출력 전류를 수신하는 단계를 포함하며, 절연을 제공하는 변압기의 크기는 제1 AC 전류의 제1 출력 주파수에 기초하여 결정된다.
방법의 일부 예에서, 절연 컨버터에 제1 DC 전류를 제공하는 단계는 제1 AC 전류의 제1 주파수보다 낮은 제3 주파수를 갖는 제3 AC 전류를 수신하는 단계 및 제2 컨버터 회로를 사용하여 제3 AC 전류를 제1 DC 전류로 변환하는 단계를 포함한다.
방법의 일부 예에서, 제1 컨버터 회로 및 제2 컨버터 회로 중 적어도 하나는 멀티 레벨 컨버터 회로이다. 방법의 일부 예에서, 멀티 레벨 컨버터 회로는 5 레벨 능동 정류기이다.
방법의 일부 예에서, 제1 변환 회로를 사용하여 제1 DC 전류를 제1 출력 주파수에서 제1 AC 전류로 변환하는 단계는 고조파 억제를 갖는 멀티 레벨 전압 AC 파형을 제공하는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 방법은 제3 컨버터 회로를 사용하여 제2 AC 전류를 제2 DC 전류로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 출원에 설명되고 아래에 청구되는 시스템, 방법 및 보다 광범위하게 기술이 제공된다.
본 실시예는 이하의 첨부된 예시를 참조하여 더 잘 이해될 것이다:
도 1a는 전형적인 절연 변압기가 파워 서플라이(power supply)로부터 서지 및 기타 이상으로부터 보호되도록 장비를 분리하는 것을 도시한 도면이다.
도 1b는 EV의 예와 DC 및 AC 충전이 어떻게 작동하는지에 대한 개략도를 도시한다.
도 1c는 폴 탑(pole-top) 변압기, 부하 센서 및 메인 회로 차단기 패널이 있는 주거용 전기 인입구(electrical entry), 패널과 장치 사이의 240V AC 파워 라인, EV와 장치 사이의 CAN 버스 연결 및 태양광 패널 연결을 통해 장치와 전기 차량(EV) 사이에서 연장되는 2개의 케이블 연결을 포함하는 가정용 EV 충전 시스템의 물리적 설치의 개략도이다.
도 1d는 본 개시의 일 실시예에 따른 다수의 DC 및 AC 포트 및 오프 보드(off-board) 컴포넌트 패널을 갖는 컨버터를 도시하는 블록도이다.
도 2는 구현의 특정 예에 따른 정류기 모드에서 작동하는 5 레벨 토폴로지 회로를 갖는 컨버터의 회로도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 인버터 모드에서 작동하는 5 레벨 토폴로지 회로를 갖는 배터리 장치 컨버터의 회로도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 통합 스위칭 능력 및 다수의 DC 출력을 갖는 파워 컨버터 모듈의 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 도 3에 도시된 파워 컨버터 모듈과 함께 작동하는 백플레인의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 DC-DC 컨버터의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 AC-DC 컨버터의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 개시된 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 개략적인 단면도이다.
본 명세서 전체에서 "하나의 실시예", "일 실시예" 또는 유사한 언어에 대한 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에서 "하나의 실시예에서", "일 실시예에서"라는 문구의 출현 및 유사한 언어는 반드시 그런 것은 아니지만 모두 동일한 실시예를 지칭할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 설명된 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 한 본 발명의 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다. 이제 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이다.
도 1a는 절연 컨버터의 전형적인 예와 그것이 전압 스파이크 파워 서지(voltage spike power surge)에 의해 전기 장비가 손상되는 것을 방지할 수 있는 방법을 도시한다. 절연 변압기의 두 측면 사이의 절연은 인입 파워 서플라이는 요구된 절연으로 직접 연결 및 공통 접지가 없음을 의미한다. 이는 EV 차량의 경우 더욱 중요하다. 절연은 EV 충전을 위한 대부분의 표준에서 요구되고 사용자의 안전을 제공하고, 파워 네트워크의 서지 시 전기 장비 및 EV 배터리를 보호할 수 있다.
도 1b는 전기 자동차 또는 다른 종류의 플러그 인 차량과 DC 및 AC 충전이 작동하는 방식을 예시한다. AC 충전에 설명된 것처럼, 안전을 위해 절연 변환이 요구된다. 공통 절연 변환 유닛은 일반적으로 비효율적이다. 양방향 모드에서 작동하는 5 레벨 패킹된(Packed) U-Cell 토폴로지의 사용은 역률 보정 기능이 있는 능동 컨버터를 제공한다. 다수의 변환 회로를 사용함으로써, 본 출원에 개시된 보다 효율적인 절연 컨버터를 달성하는 것이 가능할 것이다.
도 1c는 북미에서 가장 일반적인 유형의 전력 전달인 것처럼 분할 단상 메인 파워가 전신주 상부 변압기로부터 전달되는 실시예의 물리적 컨텍스트를 예시한다. 변압기는 전형적으로 배전선에서 14.4kV 또는 25kV 단상 파워를 수신하고, 변압기는 소수의 가정이나 전기 인입구에 분할 위상 240VAC로 전달되는 약 50kVA 내지 167kVA의 파워를 처리할 수 있다. 각각의 전기 인입구는 전형적으로 240VAC에서 100A 내지 200A의 파워, 즉 약 24kVA 내지 48kVA를 처리하도록 구성된다(일반적으로 1kVA는 1kW에 해당한다고 가정). 도시된 바와 같이, 변환 장치 또는 디바이스는 AC 연결을 통해 네트워크에 연결되고, 다수의 차량 및/또는 태양광 전지판에 연결할 수 있다. 이것은 한 포트에서 AC 또는 DC 파워를 수신하고 다른 포트에서 AC 또는 DC를 제공하는 기능을 통해 장치에 제공되는 장치의 양방향(정류기/인버터) 특성 덕분에 달성될 수 있다.
단상 인입 예시에도 불구하고, 본 개시의 실시예는 분할 단상 240VAC 파워 시스템으로 제한되지 않으며, 본 출원에 개시된 실시예 중 임의의 것은 AC 전압을 제공하는 다른 파워 네트워크와 함께 작동하도록 적응될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다.
전기 인입구는 전형적으로 사용량 측정기, 총 허용 부하(예를 들어, 100A 또는 200A)에 해당하는 정격을 갖는 메인 차단기, 분할 위상 240VAC 입력에서 VAC 파워 또는 120VAC 파워가 공급될 수 있는 각 가정 회로용 회로 차단기를 갖는 패널을 포함한다. 대부분의 회로 차단기는 15A에서 30A 사이의 용량을 갖지만 일부는 더 낮을 수 있고(즉, 10A), 일부는 대형 기기의 경우 40A와 같이 더 클 수 있다. 일부 국가에서는 전기 인입구는 40A 내지 60A와 같이 더 낮은 용량을 가지며 모든 가정 회로에서 240VAC를 사용하는 국가에서는, 파워가 분할상이 아니라 일반 단상 240VAC이다(사용되는 전압 레벨은 약 100V에서 250V까지 다양함).
도 1c에 도시된 바와 같이, 변환 장치/컨버터는 40A 내지 80A와 같은 더 큰 정격 전류를 갖는 차단기를 통해 메인 패널의 회로 차단기에 연결될 수 있지만, 개시된 장치는 원하는 경우 100A 이상을 소비할 수 있다. 장치에 특정한 회로 차단기의 필요성은 전기 코드에 의해 결정된다. 장치를 패널에 연결하는 케이블은 이러한 고전류에 대한 정격이다. 전기 패널에 대한 연결은 직접 고정 배선일 수 있으며, 또는 고전압 소켓이 설치되고 전기 패널에 연결될 수 있어서 장치는 케이블 및 플러그를 사용하여 패널 예를 들어, 오븐이나 의류 건조기와 같은 가전 제품에 사용되는 것들에 연결된다. 장치는 장치를 포함한 전체 패널에 의해 인출되는 부하를 감지하는 단일 부하 센서에 연결된 것으로 도시된다. 장치 케이블은 당업계에 공지된 바와 같이 통상적인 장치 케이블 및 플러그일 수 있다. 또한, 도 1c에 예시된 바와 같이, 컨버터는 태양광 패널 뿐만 아니라 하나 이상의 전기 자동차에 연결될 수 있다. 태양광 전지판과 가정 전기 배선 사이에 전기적 절연을 제공하는 것은 낙뢰 위험에 대비한 보호를 제공하는 컨버터의 또 다른 이점이다.
도 1d는 AC 포트(18), 다수의 DC 및 EV/DC 포트(12 및 14), DC/EV 입력 포트(16), 및 오프 보드(off-board) 컴포넌트 패널(20)을 갖는 예시적인 파워 변환 장치(10)를 나타내는 블록도이다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 포트(12 및 14)는 EV1 및 EV2에 연결될 수 있고, DC/EV 포트(16)는 패널에 의해 생성된 DC 에너지를 사용하기 위해 태양광 전지 패널에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨버터는 복수의 DC 포트 중 EV/DC 포트(12)와 같은 제1 포트로부터 DC 전류를 수신하고 EV/DC 포트(14)와 같은 제2 포트에 가변 전압을 전달하도록 적응될 수 있다. 이것은 변환 회로 모듈(100) 상의 백플레인(22) 상에 또는 백플레인에 또는 직접 변환 회로 모듈(100)에 연결될 수 있는 별도의 스위칭 모듈 상에 위치될 수 있는 복수의 스위치를 사용함으로써 달성될 수 있다.
모듈(100)이 양방향 변환 모듈인 것으로 도시되어 있지만, 정류기, 인버터, DC-DC, 벅 부스트 모듈 및 서지 보호기 모듈과 같은 임의의 다른 유형의 모듈이 필요에 따라 컨버터 디바이스에 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
다시 도 1d를 참조하면, 컨버터 모듈(100)은 커넥터(114)(여기에서는 각각 하나의 모듈(100)에 연결되는 커넥터(114a, 114b, 114c, 114d, 114e)로 도시됨)를 사용하여 백플레인(22)에 연결할 수 있다. 컨버터(10)는 또한 이 실시예에서 인덕터를 수용할 목적으로 사용되는 오프 보드 컴포넌트 보드(20)로부터 이익을 얻을 수 있다.
도 2는 구현의 특정 예에 따른 컨버터에 사용될 수 있는 유형 변환 회로 모듈(100)의 예의 세부사항을 도시한다. 정류기 모드에서 작동하는 변환 회로(100)는 AC 입력(105), AC 입력(105)과 직렬로 연결된 유도성 필터(110), 및 5 레벨 토폴로지 회로(115)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 이 비제한적인 예에서 유도성 필터(110)는 2.5mH 인덕터일 수 있다. 편리하게 본 설계는 부분적으로 유도성 필터(110)의 작은 크기로 인해 전체 파워 변환 회로(100)의 작은 기하학적 구조를 허용한다. 유도성 필터(110)는 애플리케이션, 파워 정격, 유틸리티 전압 고조파, 스위칭 주파수 등에 기초하여 선택된 설계에 따라 변할 수 있다. 가장 단순한 필터는 단일 인덕터이지만, 대안적인 실시예에서 유도성 필터(110)는 인덕터(들)와 커패시터(들)의 조합, 예를 들어, 자체가 접지에 연결된, 커패시터(예를 들어, 30μF)에 연결된 (예를 들어, 2mH) 인덕터를 포함할 수 있다. 필터의 선택은 전체 설계 및 손실에 영향을 미치며, 필터가 클수록 전체 설계의 크기가 증가하고 일반적으로 더 많은 손실이 발생한다.
5 레벨 회로는 고전압 커패시터(120), 적어도 하나의 저전압 커패시터(125), 제1 단자(135)와 고전압 캐패시터(120)의 개개의 대향 단부(145a, 145b) 사이에 연결된 2 개의 고전압 파워 스위치(130a, 130b), 고전압 커패시터(120)의 2개의 대향 단부(145a, 145b) 중 각각의 단부와 저전압 커패시터(125)의 개개의 대향 단부(155a, 155b) 사이에 각각 연결된 2개의 중간 저전압 파워 스위치(140a, 140b), 및 제2 입력 단자(160)와 저전압 커패시터(125)의 대향 단부(155a, 155b) 중 각각의 단부 사이에 각각 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치(150a, 150b)를 포함할 수 있다. 정류기 모드에서 작동하는 고전압 파워 스위치(130a, 130b)는 컨버터 회로가 작동하는 방식에 영향을 미치지 않으면서 2개의 다이오드로 대체될 수 있다.
일부 예에서, 파워 변환 모듈(100)은 양방향 또는 인버터 전용 상태에서 동작하는 파워를 사용할 수 있다. 즉, 전압/전류를 도 2와 같이 정류기 모드에서 AC에서 DC로 또는 AC 부하(202) 및 DC 소스(206)를 갖는 도 3에 도시된 인버터 모드에서 DC에서 AC로 변환하기 위해 5레벨 회로에는 고전압 파워 스위치(130a, 130b)가 있어야 하며 2개의 다이오드로 대체할 수 없다는 것을 의미한다.
컨버터 모듈(모듈 100)의 예, 작동 방식의 세부 사항 및 스위칭 세부 사항은 출원인에 의한 공개 번호 WO/2019/071359인 일련 번호 PCT/CA2018/05129를 갖는 국제 PCT 특허 출원에 개시되어 있다.
본 출원에 설명된 바와 같이, 상이한 실시예에서, 파워 변환 회로(100)는 인덕터 및 스위칭 소자와 같은 오프 보드 또는 온 보드 컴포넌트를 가질 수 있다. 또한, 파워 변환 회로(100)는 집적된 벅/부스트 회로를 가질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 파워 컨버터 모듈(100)은 통합된 스위칭 능력을 갖는다. 릴레이 (RE1 및 RE2)와 양방향 스위치 (BS1, BS2, BS3, BS4, BS5 및 BS6)을 사용하면 파워 컨버터 모듈(100)이 외부 스위칭을 필요로 하지 않고 온 보드의 다수의 DC 포트 (802, 804 및 806)와 AC 포트 (808) 사이에서 스위칭을 수행하는 것을 허용한다. 포트(812 및 814)는 파워 컨버터 모듈(100)을 이 예에서 벅/부스트 인덕터(816) 및 포트(814)에 대한 유도성 필터/인덕터(110)인 그의 오프 보드 컴포넌트에 연결하는 데 사용된다.
도 5는 도 4에 도시된 파워 컨버터 모듈(100)에 의해 사용될 수 있는 백플레인(22)의 예를 도시한다. 설명된 바와 같이, 이 실시예에서, 모든 스위칭은 온 보드 모듈에서 수행될 수 있고, 백플레인(backplane)은 카드 1 내지 5의 유사한 포트만 서로에 그리고 파워 변환 장치 포트에 연결한다. 카드 1 내지 5를 위한 커넥터 시리즈가 5개 있으며, 각 커넥터 시리즈는 파워 변환 모듈(100)의 포트(812, 810, 802, 804, 806, 808 및 814)를 각각 수신하는 커넥터 (912, 910, 902, 904, 906, 908 및 914)를 갖는다. 일 실시예에서, 상이한 카드의 모든 유사한 포트가 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 카드 1 내지 5의 모든 포트(902)는 서로 연결될 수 있다.
이 실시예에서 필요한 스위칭이 모듈(100)에 존재하지만 일부 실시예에서는 백플레인(22)상에 존재하고, 포트를 서로 다른 순서 및 조합으로 연결하기 위한 추가 스위칭으로부터 이익을 얻을 수 있다는 것을 당업자에 의해 인식될 것이다.
도 6을 참조하면 DC 전류를 수신하고 AC 전류를 제공하는 인버터 모드에서 작동하는 측면(1006) 상의 회로(115)를 갖는 제1 컨버터(1)를 포함하는 절연된 DC-DC 컨버터(1002)를 예시한다. 컨버터 인버터는 DC를 수신하고 이를 변압기(1004)에 의해 사용되는 DC 전류로 변환한다. 일부 실시예에서, 변압기는 더 높은 주파수에서 작동할 수 있다. 주파수가 높을수록 변압기 크기가 줄어들 수 있고, 이는 특히 절연 컨버터가 차량에 온 보드 상태에서 사용될 때 유용할 수 있다.
일 실시예에서, 컨버터(1)는 그것이 수신하는 DC 전류로부터 고 주파수에서 AC 전압 파형을 생성하기 위해 인버터로서 작동할 수 있다. 이러한 고 주파수 AC 전압은 약 400Hz에서 최대 약 4kHz일 수 있다. 적어도 약 5배 더 큰 주파수에서 스위칭하는 파워 스위치를 갖는 멀티 레벨 컨버터를 사용하면, 절연 변압기를 통한 효율적인 파워 전달을 위해 양호한 사인파 근사 AC 파형이 생성될 수 있다. 또한 소형 변압기를 사용하여 승압 또는 하강하거나 전압을 동일하게 할 수 있다. 고 주파수는 표준 AC 파워 서플라이에 사용되는 것보다 작은 크기의 예를 들어, 50Hz 또는 60Hz 전류의 변압기를 선택하는 것을 허용할 수 있다.
마지막으로, 고 주파수 AC 전압은 컨버터(2)가 정류기로 작동하는 부스트 모드에서 정류될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨버터(2)는 단방향 애플리케이션에서 다이오드 브리지로 대체될 수 있다.
이러한 방식으로, 접지에 대한 AC 입력 측의 전기적 오류(electrical fault)는 변압기의 출력 측으로 어떠한 전압도 공급하지 않을 것이다. 전기 자동차에서, AC 측 접지 오류로 인해 차량 섀시가 입력 AC 전압에 노출될 수 있다. 차량은 타이어로 절연되어 있기 때문에, 사람이 차체를 만지면 위험한 감전을 받을 수 있으며 이로 인해 접지 경로가 제공된다.
변압기는 AC 전류를 수신하고 AC 출력을 갖는다. 변압기(1004)가 시스템의 다른 역할에 기여할 수 있지만, 그 메인 임무는 측면(1006 및 1008)에 있는 회로부 사이에 전기적 절연을 제공하는 것이고, 이것은 특히 유익하며 EV 또는 플러그인 하이브리드 차량에서와 같은 안전 목적에 필요하다.
제2 컨버터(2)는 측면(1008) 상에 유사한 회로(115)를 갖지만, 본 출원에서 설명된 정류기 모드에서 동작한다. 이것은 변압기(1004)로부터 AC 전류를 수신하고 이를 DC 전류로 변환한다.
또한, 본 출원에서 언급된 백플레인이 반드시 소켓 유형 백플레인을 지칭하는 것은 아니며 임의의 종류의 커넥터 보드일 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 예를 들어, 모든 카드와 포트는 배선과 커넥터를 통해 백플레인에 연결될 수 있다.
또한, 백플레인은 반드시 일체형일 필요는 없으며, 커넥터에서 별도의 부품으로 만들어지더라도 상술한 기능을 수행할 수 있다. 이 개략도는 서로 다른 유형의 컨버터 카드 또는 모듈이 서로 연결될 수 있는 예와 원리만을 나타낸다.
도 7은 3개의 회로(115)를 갖는 3개의 컨버터 0, 1 및 2를 갖는 AC-DC 절연 컨버터(1102)를 도시한다. 컨버터 0은 도 6에 설명된 컨버터 1과 동일한 기능을 하는 컨버터 1에 전달하기 전에 AC 전류를 DC로 변환한다. 컨버터 0 및 1은 변압기(1004)의 한 측면(1106)에 있을 수 있고, 컨버터 2는 변압기(1004)의 다른 측면에 있을 수 있다. 두 측면(1106 및 1008) 사이에 전기적 절연을 제공하는 변압기(1004).
도 7에 도시된 바와 같이, 먼저 정류기 역할을 하는 컨버터 0를 이용하여 AC 전압(AC in)을 DC(DC in)로 변환한다. 나머지 프로세스는 고 주파수 변압기(1004)를 통해 제공되는 갈바닉 절연을 포함하는 DC-DC 컨버터에 대해 설명된 것과 유사할 수 있다.
컨버터0는 단방향 애플리케이션을 위한 다이오드 브리지, 다이오드 브리지 및 역률 보정(PFC 스테이지로 알려짐)을 제공하는 기존의 DC-DC 벅 또는 부스트 컨버터, PFC 단계를 제공하는 능동 PWM 정류기를 포함하는 당업계에 공지된 임의의 종류의 컨버터일 수 있다.
EV의 온 보드 배터리 충전기로 작동하는 AC-DC 절연 컨버터에는 3 스테이지가 포함되어 있다고 결론지을 수 있다. 5레벨 토폴로지 컨버터의 고효율 및 성능으로 인해, AC-DC 절연 온 보드 충전기의 각 단계를 양방향 또는 단방향 절연 PUC5 컨버터로 대체할 수 있다.
일부 실시예에서, 절연 AC-DC 컨버터는 DC 소스로부터 AC 파워를 제공하는 양방향일 수 있다. 일 예에서, EV의 배터리는 AC 포트에서 AC 전원을 제공하기 위해 DC 포트에서 DC 소스로 사용될 수 있다. 이것은 V to H(Vehicle to House) 파워를 제공하는 데 도움이 될 것이다. 이 실시예에서, 모든 컨버터 0, 1 및 2가 본 출원에 개시된 5 레벨 다층 컨버터이면 바람직할 것이다.
일부 실시예에서, 절연 DC-DC 컨버터는 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 충전 전압 값에 의해 설정된 더 낮은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 벅 컨버터(buck converter) 회로를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 절연 DC-DC 또는 AC-DC 컨버터는 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 충전 전압 값에 의해 설정된 더 높은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 부스트 컨버터(boost converter) 회로를 더 포함할 수 있다. 벅/부스트 컨버터는 컨버터 0,1 및 2 중 어느 하나에 통합될 수 있다.
일부 실시예에서, 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 변압기의 특성 및 크기로 인해 10kHz 초과 및 20kHz 이상에 가까운 주파수에서 스위칭된다.
절연 AC-DC 컨버터(1102)의 일부 실시예에서, 제1 컨버터(0)는 단방향 애플리케이션을 위한 다이오드 브리지를 가질 수 있다. 절연 AC-DC 컨버터의 일부 실시예에서, 제1 컨버터(0)는 역률 보정을 제공하기 위해 다이오드 브리지 및 종래의 DC-DC 벅 또는 부스트 컨버터를 갖는다.
절연 AC-DC 컨버터(1102)의 일부 실시예에서, 제1 컨버터(0)는 역률 보정을 제공하기 위해 능동 펄스 폭 변조 정류기를 갖는다.
개시된 절연 AC-DC 컨버터(1102) 및 DC-DC(1002) 컨버터는 온 보드 절연 컨버터를 필요로 하는 전기, 하이브리드 또는 임의의 다른 종류의 차량에서 온 보드 절연 컨버터로서 사용될 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 DC 전류를 수신하고 AC 전류를 제공하는 인버터 모드에서 작동하는 컨버터를 포함하는 절연 AC-DC 컨버터, 입력 및 출력을 갖고 AC 전류를 수신하는 변압기를 제공하고, 변압기는 입력과 출력 사이에 전기적 절연을 제공한다. 컨버터는 본 출원에 설명된 멀티 레벨 컨버터일 수 있다.
컨버터(1 또는 2)가 병렬로 작동하는 다수의 회로, 벅/부스트 회로, 통신용 인터페이스 및 당업계에 공지된 다른 가능한 모듈 및 컴포넌트를 포함하는 회로(115) 외에 다른 컴포넌트 또는 회로부를 가질 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다.
더욱이, 본 출원에 개시된 5 레벨 회로에 추가하여, 임의의 다른 멀티 레벨 컨버터 토폴로지는 절연 DC-DC 및 AC-DC 컨버터를 만드는 것에 따라 대안적으로 사용할 수 있다.
당업자는 본 출원에 개시된 실시예 중 어느 하나가 하나 이상의 EV를 사용하는 가정용 외부 컨버터로 사용될 수 있거나 대안적으로 EV의 통합된 부분으로서 상기의 모든 장점을 제공하는 EV의 내부 충전 메커니즘으로 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
이제 도 8을 참조하면, 전기적 절연을 제공하기 위한 예시적인 방법의 상이한 단계들이 도시되어 있다. 박스 (S1802)는 절연 컨버터에 DC 전류를 제공한다. 일부 실시예에서, 상기에서 설명된 바와 같이, DC는 외부 소스, 예를 들어 배터리로부터 수신될 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 컨버터는 더 낮은 주파수에서 AC 전류를 수신하고 이를 DC로 변환할 수 있다. 박스 (S1802)는 변압기가 작동할 수 있는 주파수를 제공하고 선택하는 단계를 도시한다. 주파수는 전형적으로 박스 (S1808)에 표시된 대로 변압기의 크기를 선택할 수 있도록 컨버터를 설계하는 동안 선택된다. 박스 (S1808)에 도시된 바와 같이, DC 입력은 변압기에 유입되기 전에 선택된 주파수의 AC 전압으로 변환된다. 다른 요인들과 함께 변압기로부터의 바람직한 출력 전압이 변압기의 크기에도 영향을 미칠 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 그런 다음, 변압기는 변압기의 사양에 따라 입력 전압과 같거나 다른 전압을 가질 수 있는 AC 출력 전류를 제공한다. 이렇게 하면, 변압기의 AC 출력이 입력과 전기적으로 절연되어 장비와 사용자에게 안전을 제공한다.
일부 예에서, 변압기의 AC 출력은 다시 다른 컨버터를 거쳐 일상 사용을 위해 주파수를 감소시키거나 DC 전압으로 변환될 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 스테이지에서 멀티 레벨 컨버터를 사용하는 것이 더 효율적일 수 있다. 이 컨버터에 의해 사용되는 효율적인 컨버터의 예는 5 레벨 능동 컨버터이며, 이의 세부사항은 출원인에 의한 일련 번호 PCT/CA2018/051291 및 공개 번호 WO/2019/071359 를 갖는 국제 PCT 특허 출원에, 뿐만 아니라 2020년 3월 5일에 공개된 US PG-Pub US2020/0070672에 개시되고, 이의 내용은 본 출원에 참조로 통합된다.
구형파(square wave)와 같은 임의의 유형의 교류 신호(DC 신호 아님)는 변압기의 AC 입력 파형의 주파수를 증가시켜 변압기의 크기를 감소시킬 수 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 변압기에 대한 AC 입력 파형의 주파수는 변압기의 정격 파워 및 결과적으로 변압기의 크기와 직접적인 관련이 있을 수 있다.
변압기 코어는 파워량(KVA)의 전송도 허용해야 한다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
일부 예에서, 고주파 전압 파형을 제공하기 위해, 인버터 모드에서 작동하는 컨버터는 더 높은 스위칭 주파수에서 작동해야 할 수도 있다. 일부 예에서, 스위칭 주파수는 적절하게 변조하기 위해 컨버터의 출력 주파수의 5배가 되어야 할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 컨버터에 의해 수신될 컨버터로부터 4kHz의 출력 주파수를 얻기 위해 20kHz의 스위칭 주파수가 요구될 수 있다.
따라서, 컨버터의 컨트롤러는 더 높은 출력 주파수 및 그에 따라 감소된 크기의 변압기의 목표를 달성하기 위해 더 높은 주파수에서 작동하는 스위치를 가질 수 있다.
일부 예에서, 다음 방정식은 변압기의 KVA 정격 및 단상 변압기에 대한 변압기의 치수에 관한 것이다 :
KVA 정격(Rating) = 2.22 * 주파수 * 자속 밀도 * 윈도우 공간 계수 * 윈도우 면적 * 림(limb)의 단면적 x 전류 밀도 *10^ (-3)
도 9에 도시된 바와 같이, 일부 예에서, 윈도우(1902)의 면적 및 림(1904)의 단면적은 변압기의 주요 치수이고; 이의 곱은 변압기의 크기와 무게에 정비례한다. 이 곱이 클수록, 변압기는 더 크고 무거워진다. 출력 방정식에서, 자속 밀도는 변압기 코어를 구성하는 데 사용되는 재료 유형에 따라 다르다; 전류 밀도는 제공된 냉각 유형에 따라 다르다; 윈도우 공간 계수는 상수이다. 따라서 KVA 정격은 주파수, 윈도의의 면적 및 림의 단면적의 곱에 정비례하는 것으로 간주될 수 있다. 또는 더 간결하게, KVA 정격은 주파수와 변압기 크기의 곱에 정비례할 수 있다.
주어진 변압기 정격에 대해, 주파수가 증가함에 따라, 윈도우 면적과 림의 단면적의 곱이 감소하는데, 이는 변압기 코어의 크기와 코어에 필요한 철의 양이 감소함을 의미한다. 따라서 주파수가 증가함에 따라, 변압기는 더 가볍고 크기가 작아진다.
일부 실시예에서, 멀티 레벨 인버터(또는 인버터 모드에서 작동하는 컨버터)는 변압기의 1차측을 위한 멀티 레벨 전압 파형을 생성하고 변압기의 고조파 손실(harmonic loss) 및 전압/전류 리플(ripple)을 줄임으로써 효율성을 높이고 더 많은 고조파 억제를 제공하는 데 도움이 될 수 있다.
일 실시예에서, 5 레벨 능동 인버터를 사용하는 것은 더 높은 효율 및 고조파 억제를 제공한다. 이러한 인버터를 사용하면 회로에서 다른 수동 필터(L 및 C)의 크기를 줄일 수 있어 유리하며 더 작은 절연 컨버터를 제공한다. 이러한 인버터의 예는 일련 번호 PCT/CA2018/051291 및 공개 번호 WO/2019/071359를 갖는 국제 PCT 특허 출원에서 출원인에 의해 개시되었다.
위의 설명은 특정 예를 참조하여 제공되었지만, 이는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하기 위한 것이다.

Claims (32)

  1. 절연 DC-DC 컨버터에 있어서,
    - DC 전류를 수신하고 AC 전류를 제공하는 인버터 모드에서 작동하는 제1 컨버터;
    - 입력 및 출력을 갖고 상기 AC 전류를 수신하는 변압기로서, 상기 변압기는 상기 입력과 출력 사이에 전기적 절연을 제공하는, 상기 변압기;
    - 상기 변압기로부터 AC 전류를 수신하고 DC 전류를 제공하는 정류기 모드에서 작동하는 제2 컨버터;를 포함하되,
    상기 제1 및 제 2 컨버터 중 적어도 하나는 멀티 레벨 컨버터(multilevel converter)이고, 상기 멀티 레벨 컨버터는,
    AC 포트;
    적어도 하나의 DC 포트;
    가변 전압에서 상기 AC 포트와 DC 포트 사이에서 파워를 변환하는 상기 AC 포트 및 적어도 하나의 DC 포트에 연결된 파워 컨버터 컴포넌트(power converter component)를 포함하고, 상기 파워 컨버터 컴포넌트는,
    상기 AC 포트의 피크 전압을 초과하여 부스트된 전압에서 파워를 저장하기 위한 적어도 하나의 고전압 커패시터;
    회로를 포함하되, 상기 회로는,
    상기 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터,
    저전압 커패시터,
    제1 AC 포트 단자와 상기 고전압 커패시터의 대향 단부(opposed end) 사이에 연결된 2개의 다이오드; 및
    제1 AC 포트 단자와 상기 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 고전압 스위치 중 하나,
    상기 고전압 커패시터의 대향 단부와 상기 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 파워 스위치, 및
    상기 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치,
    상기 DC 포트는 상기 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있고; 및
    상기 회로에서 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치의 게이트 입력에 연결된 컨트롤러를 포함하는, 절연 DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 회로가 정류기 부스트 모드에서 동작하게 하도록 동작하며, 상기 고전압 커패시터의 전압은 상기 AC 포트의 피크 전압보다 높고, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치와 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 상기 저전압 커패시터를 상기 고전압 커패시터에 대한 원하는 전압의 미리 결정된 분율(fraction)에서 유지하고 따라서 상기 고전압 커패시터를 원하는 고전압으로 유지하기 위해, 상기 저전압 커패시터에 존재하는 전압의 측정에 응답하여 중복(redundant) 스위칭 상태로 스위칭되어, 상기 회로는 상기 AC 포트에 저 고조파(harmonics)를 갖는 5 레벨 능동 정류기(five-level active rectifier)로서 DC 부하를 공급하고 파워를 흡수하는, 절연 DC-DC 컨버터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러 인터페이스는 전력 저장 배터리와 추가로 통신하고 원하는 충전 전류 값을 수신하고, 상기 파워 컨버터는 DC 부하에 대한 원하는 충전 전류 값을 초과하지 않는 가변 전류에서 상기 AC 포트로부터의 파워를 DC 출력에서 DC 로 변환하기 위해 상기 원하는 충전 전류 값에 추가로 응답하는, 절연 DC-DC 컨버터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 상기 충전 전압 값에 의해 설정된 더 낮은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 벅 컨버터 회로(buck converter circuit)를 더 포함하는, 절연 DC-DC 컨버터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 상기 충전 전압 값에 의해 설정된 더 높은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 부스트 컨버터 회로(boost converter circuit)를 더 포함하는, 절연 DC-DC 컨버터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 10kHz 초과의 주파수에서 스위칭되는, 절연 DC-DC 컨버터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 양방향 정류기/인버터 회로이고, 상기 양방향 정류기/인버터 회로는 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터, 저전압 커패시터, 제1 AC 단자와 상기 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 고전압 파워 스위치, 상기 고전압 커패시터의 대향 단부와 상기 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 파워 스위치, 및 상기 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치를 포함하고, DC 포트는 상기 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있고;
    상기 컨트롤러는 상기 양방향 정류기/인버터에서 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고, 상기 2개의 고전압 파워 스위치의 게이트 입력에 연결된 정류기 모드를 위한 제1 컨트롤러이고, 상기 정류기 회로가 상기 고전압 커패시터의 전압이 상기 AC 포트의 피크 전압보다 높은 부스트 모드에서 동작하게 하기 위한 상기 2개의 중간 저전압 전력 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 전력 스위치, 상기 2개의 고전압 파워 스위치는 상기 AC 포트의 주파수에서 스위치 온 및 오프하도록 제어되며, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 저전압 캐패시터를 상기 고전압 캐패시터에 대한 원하는 전압의 미리 결정된 분율에서 유지하고 따라서 상기 고전압 캐패시터를 원하는 고전압에서 유지하기 위해, 상기 저전압 커패시터에 존재하는 전압의 측정에 응답하여 중복 스위칭 상태로 스위칭되어, 상기 정류기 회로가 상기 AC 포트에서 저 고조파를 갖는 5 레벨 능동 정류기로서 상기 DC 부하를 공급하고 파워를 흡수하고; 및
    상기 파워 컨버터는 상기 2개의 고전압 파워 스위치, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치에 연결되고, 상기 2개의 고전압 파워 스위치를 생성하여 인가하도록 구성된 인버터 모드용 제2 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치 신호 파형은 상기 저전압 커패시터가 상기 DC 포트 및 상기 AC 포트와 직렬 연결되고, 상기 DC 포트의 전압에 비례하는 미리 결정된 값으로 충전되도록 하는 제1 제어 신호 및 상기 저전압 캐패시터가 DC 포트로부터 연결 해제(disconnect)되고 및 상기 AC 포트와 직렬 연결되게 하여서 상기 저전압 캐패시터가 방전되게 하는 제2 제어 신호를 포함하는, 절연 DC-DC 컨버터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 DC-DC 컨버터는 전기 또는 하이브리드 차량에 사용되는 온 보드(on-board) 절연 DC-DC 컨버터인, 절연 DC-DC 컨버터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터 모드에서 작동하는 상기 제1 컨버터는 400Hz 초과의 주파수를 갖는 AC 전류를 제공하는, 절연 DC-DC 컨버터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 컨버터는 적어도 약 20kHz의 스위칭 주파수를 갖는, 절연 DC-DC 컨버터.
  11. 절연 AC-DC 컨버터에 있어서,
    - AC 전류를 수신하고 DC 전류를 제공하는 정류기 모드에서 작동하는 제1 컨버터;
    - 상기 제1 컨버터로부터 상기 DC 전류를 수신하고 AC 전류를 제공하는 인버터 모드에서 작동하는 제2 컨버터;
    - 입력 및 출력을 갖고 상기 제 2 컨버터로부터 상기 AC 전류를 수신하는 변압기로서, 상기 변압기는 상기 입력과 출력 사이에 전기적 절연을 제공하는, 상기 변압기;
    - 상기 변압기로부터 AC 전류를 수신하고 DC 전류를 제공하는 정류기 모드에서 작동하는 제3 컨버터;를 포함하고,
    상기 제1, 제2 및 제3 컨버터 중 적어도 하나는 멀티 레벨 컨버터(multilevel converter)인, 절연 AC-DC 컨버터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 멀티 레벨 컨버터는,
    AC 포트;
    적어도 하나의 DC 포트;
    가변 전압에서 상기 AC 포트와 DC 포트 사이에서 파워를 변환하는 상기 AC 포트 및 적어도 하나의 DC 포트에 연결된 파워 컨버터 컴포넌트(power converter component)를 포함하되, 상기 파워 컨버터 컴포넌트는,
    상기 AC 포트의 피크 전압을 초과하여 부스트된 전압에서 파워를 저장하기 위한 적어도 하나의 고전압 커패시터;
    회로를 포함하되, 상기 회로는,
    상기 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터,
    저전압 커패시터,
    제1 AC 포트 단자와 상기 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 다이오드; 및
    제1 AC 포트 단자와 상기 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 고전압 스위치 중 하나,
    상기 고전압 커패시터의 대향 단부와 상기 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 파워 스위치, 및
    상기 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치,
    상기 DC 포트는 상기 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있고; 및
    상기 회로에서 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치의 게이트 입력에 연결된 컨트롤러를 포함하는, 절연 AC-DC 컨버터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 회로가 정류기 부스트 모드에서 동작하게 하도록 동작하며, 상기 고전압 커패시터의 전압은 상기 AC 포트의 피크 전압보다 높고, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치와 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 상기 저전압 커패시터를 상기 고전압 커패시터에 대한 원하는 전압의 미리 결정된 분율(fraction)에서 유지하고 따라서 상기 고전압 커패시터를 원하는 고전압으로 유지하기 위해, 상기 저전압 커패시터에 존재하는 전압의 측정에 응답하여 중복(redundant) 스위칭 상태로 스위칭되어, 상기 회로는 상기 AC 포트에 저 고조파를 갖는 5 레벨 능동 정류기로서 DC 부하를 공급하고 파워를 흡수하는, 절연 AC-DC 컨버터.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 컨트롤러 인터페이스는 전력 저장 배터리와 추가로 통신하고 원하는 충전 전류 값을 수신하고, 상기 파워 컨버터는 DC 부하에 대한 원하는 충전 전류 값을 초과하지 않는 가변 전류에서 상기 AC 포트로부터의 파워를 DC 출력에서 DC 로 변환하기 위해 상기 원하는 충전 전류 값에 추가로 응답하는, 절연 AC-DC 컨버터.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 상기 충전 전압 값에 의해 설정된 더 낮은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 벅 컨버터 회로(buck converter circuit)를 더 포함하는, 절연 AC-DC 컨버터.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고전압 커패시터의 대향 단부로부터의 DC 파워를 상기 충전 전압 값에 의해 설정된 더 높은 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 부스트 컨버터 회로(boost converter circuit)를 더 포함하는, 절연 AC-DC 컨버터.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 10kHz 초과의 주파수에서 스위칭되는, 절연 AC-DC 컨버터.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 양방향 정류기/인버터 회로이고, 상기 양방향 정류기/인버터 회로는 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터, 저전압 커패시터, 제1 AC 단자와 상기 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 고전압 파워 스위치, 상기 고전압 커패시터의 대향 단부와 상기 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 파워 스위치, 및 상기 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 파워 스위치를 포함하고, DC 포트는 상기 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있고;
    상기 컨트롤러는 상기 양방향 정류기/인버터에서 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고, 상기 2개의 고전압 파워 스위치의 게이트 입력에 연결된 정류기 모드를 위한 제1 컨트롤러이고, 상기 정류기 회로가 상기 고전압 커패시터의 전압이 상기 AC 포트의 피크 전압보다 높은 부스트 모드에서 동작하게 하기 위한 상기 2개의 중간 저전압 전력 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 전력 스위치, 상기 2개의 고전압 파워 스위치는 상기 AC 포트의 주파수에서 스위치 온 및 오프하도록 제어되며, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치는 저전압 캐패시터를 상기 고전압 캐패시터에 대한 원하는 전압의 미리 결정된 분율에서 유지하고 따라서 상기 고전압 캐패시터를 원하는 고전압에서 유지하기 위해, 상기 저전압 커패시터에 존재하는 전압의 측정에 응답하여 중복 스위칭 상태로 스위칭되어, 상기 정류기 회로가 상기 AC 포트에서 저 고조파를 갖는 5 레벨 능동 정류기로서 상기 DC 부하를 공급하고 파워를 흡수하고; 및
    상기 파워 컨버터는 상기 2개의 고전압 파워 스위치, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치에 연결되고, 상기 2개의 고전압 파워 스위치를 생성하여 인가하도록 구성된 인버터 모드용 제2 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 2개의 중간 저전압 파워 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 파워 스위치 신호 파형은 상기 저전압 커패시터가 상기 DC 포트 및 상기 AC 포트와 직렬 연결되고, 상기 DC 포트의 전압에 비례하는 미리 결정된 값으로 충전되도록 하는 제1 제어 신호 및 상기 저전압 캐패시터가 DC 포트로부터 연결 해제되고 및 AC 포트와 직렬 연결되게 하여서 상기 저전압 캐패시터가 방전되게 하는 제2 제어 신호를 포함하는, 절연 AC-DC 컨버터.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 컨버터는 단방향 애플리케이션을 위한 다이오드 브리지(diode bridge)를 갖는, 절연 AC-DC 컨버터.
  20. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 AC-DC 컨버터는 양방향 절연 컨버터(bidirectional isolated converter)인, 절연 AC-DC 컨버터.
  21. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 컨버터는 멀티 레벨 컨버터이고, 상기 절연 AC-DC 컨버터는 양방향으로 작동하는, 절연 AC-DC 컨버터.
  22. 제11항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 컨버터는 역률 보정을 제공하기 위해 다이오드 브리지 및 종래의 DC-DC 벅 또는 부스트 컨버터를 갖는, 절연 AC-DC 컨버터.
  23. 제11항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 컨버터는 역률 보정을 제공하는 능동 펄스 폭 변조 정류기를 갖는, 절연 AC-DC 컨버터.
  24. 제11항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 AC-DC 컨버터는 전기 또는 하이브리드 차량에 사용되는 온 보드 절연 AC-DC 컨버터인, 절연 AC-DC 컨버터.
  25. 제11항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 컨버터는 400Hz 초과의 주파수를 갖는 AC 전류를 제공하는, 절연 AC-DC 컨버터.
  26. 제11항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 컨버터는 20kHz의 스위칭 주파수를 갖는, 절연 AC-DC 컨버터.
  27. 절연 컨버터를 사용하여 전기적 절연을 제공하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    - 절연 컨버터에 제1 DC 전류 제공하는 단계:
    - 상기 제1 DC 전류를 제1 AC 전류로 변환하기 위한 제1 출력 주파수를 선택하는 단계;
    - 제1 변환 회로를 사용하여 상기 제1 출력 주파수에서 상기 제1 DC 전류를 상기 제1 AC 전류로 변환하는 단계;
    - 임의 크기를 갖는 변압기에 상기 제1 AC 전류를 제공하고, 상기 제1 AC 전류로부터 전기적 절연을 갖는 제 2 AC 출력 전류를 수신하는 단계;를 포함하고,
    절연을 제공하는 상기 변압기의 크기는 상기 제1 AC 전류의 상기 제1 출력 주파수에 기초하여 결정되는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 절연 컨버터에 상기 제1 DC 전류를 제공하는 단계는,
    - 상기 제1 AC 전류의 상기 제1 주파수보다 낮은 제3 주파수를 갖는 제3 AC 전류를 수신하는 단계:
    - 제2 컨버터 회로를 사용하여 상기 제3 AC 전류를 상기 제1 DC 전류로 변환하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 제1 컨버터 회로 및 상기 제2 컨버터 회로 중 적어도 하나는 멀티 레벨 컨버터 회로인, 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 멀티 레벨 컨버터 회로는 5레벨 능동 정류기인, 방법.
  31. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 변환 회로를 사용하여 상기 제1 출력 주파수에서 상기 제1 DC 전류를 상기 제1 AC 전류로 변환하는 단계는 고조파 억제를 갖는 멀티 레벨 전압 AC 파형을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 컨버터 회로를 사용하여 상기 제2 AC 전류를 제2 DC 전류로 변환하는 단계를 더 포함하는, 방법.
KR1020217036610A 2019-04-11 2020-04-14 절연 컨버터 KR20210144897A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962832810P 2019-04-11 2019-04-11
US62/832,810 2019-04-11
PCT/CA2020/050499 WO2020206560A1 (en) 2019-04-11 2020-04-14 Isolated converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210144897A true KR20210144897A (ko) 2021-11-30

Family

ID=72751772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217036610A KR20210144897A (ko) 2019-04-11 2020-04-14 절연 컨버터

Country Status (10)

Country Link
US (1) US11811300B2 (ko)
EP (1) EP3954033A4 (ko)
JP (1) JP2022528309A (ko)
KR (1) KR20210144897A (ko)
CN (1) CN113647005A (ko)
AU (1) AU2020256748A1 (ko)
BR (1) BR112021018754A2 (ko)
CA (1) CA3138374A1 (ko)
MX (1) MX2021012361A (ko)
WO (1) WO2020206560A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022128407A1 (de) 2021-10-27 2023-04-27 Sk Innovation Co., Ltd. Elektrolyt für lithium-sekundärbatterie und lithium-sekundärbatterie mit diesem elektrolyt

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3964373A1 (en) * 2020-09-08 2022-03-09 Carrier Corporation Multi charging system architecture
CN114312634B (zh) * 2021-12-21 2024-03-19 东风越野车有限公司 一种多功能的电源分配系统和方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5355294A (en) * 1992-11-25 1994-10-11 General Electric Company Unity power factor control for dual active bridge converter
FR2987953B1 (fr) * 2012-03-09 2017-04-28 Intelligent Electronic Systems Dispositif de charge comprenant un convertisseur ac-dc isole
CN105811460B (zh) * 2016-05-04 2019-10-25 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种用于电子电力变压器的功率模块高频测试系统
US9969273B2 (en) * 2016-07-12 2018-05-15 Hamilton Sundstrand Corporation Integrated modular electric power system for a vehicle
CN106452144B (zh) * 2016-11-03 2019-02-01 燕山大学 一种基于Zeta的升降压型三电平逆变器
WO2019071359A1 (en) 2017-10-13 2019-04-18 Ossiaco Inc. BATTERY CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE
US10759287B2 (en) 2017-10-13 2020-09-01 Ossiaco Inc. Electric vehicle battery charger

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022128407A1 (de) 2021-10-27 2023-04-27 Sk Innovation Co., Ltd. Elektrolyt für lithium-sekundärbatterie und lithium-sekundärbatterie mit diesem elektrolyt

Also Published As

Publication number Publication date
EP3954033A4 (en) 2022-12-07
US11811300B2 (en) 2023-11-07
US20220181984A1 (en) 2022-06-09
EP3954033A1 (en) 2022-02-16
WO2020206560A1 (en) 2020-10-15
MX2021012361A (es) 2021-11-04
CA3138374A1 (en) 2020-10-15
AU2020256748A1 (en) 2021-10-07
JP2022528309A (ja) 2022-06-10
CN113647005A (zh) 2021-11-12
BR112021018754A2 (pt) 2021-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7428638B2 (ja) 電気自動車用バッテリ充電器
JP6114508B2 (ja) 充電のためのシステムおよび方法
EP2815913A1 (en) Recharging system for electric vehicles
US11811300B2 (en) Isolated converter
US8482249B2 (en) Charging apparatus with alternating current- and direct current-charging functions for mobile vehicle
TW201349721A (zh) 充電系統
US10434886B2 (en) Method and arrangement for charging of vehicle accumulators
CN112311242A (zh) 用于电动车的双向直流壁箱
CN110999063A (zh) 谐振交流至直流转换器
JP2022119173A (ja) ダイレクト電気車充電器
CN113580963A (zh) 一种电动汽车充电系统
JP7546587B2 (ja) 複数ポート電力変換器デバイス
EP3916975A2 (en) Conversion device
Mauromicale et al. E-mobility: Safety, service continuity and penetration of charging systems
Albanna et al. Analysis of ground fault currents in isolated and non-isolated charging modules in electric vehicles
CN113726137B (zh) 变换装置
CN210225255U (zh) 一种车用燃料电池直流-直流变换器及车辆动力系统
Zhou et al. Design of transformerless electric vehicle charger with symmetric ac and dc interfaces
Jalakas et al. Electric vehicle fast charger high voltage input multiport converter topology analysis
CN112994007A (zh) 基于pwm整流的远程配电单元架构
KR102647079B1 (ko) 단상 및 3상 겸용 양방향 충전시스템
WO2023237962A1 (en) System for charging electric vehicles
WO2023237963A1 (en) System for charging electric vehicles
WO2024028693A1 (en) System for charging electric vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination