KR20230068465A - Transformer with Auxiliary Winding - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a transformer with an auxiliary winding which can reduce the size and weight of a power conversion system. According to one aspect of the present disclosure, the semiconductor transformer includes a power conversion module configured to output a plurality of direct current voltages, and including an AC/DC converter and a plurality of DC/DC converters. The DC/DC converter includes: a high-frequency transformer including a primary winding, a secondary winding, and an auxiliary winding; a first bridge circuit connected between the AC/DC converter and the primary winding, and converting a direct current voltage into a high-frequency alternating current; a second bridge circuit connected between the secondary winding and a first output terminal, and outputting a first direct current voltage; and a third bridge circuit connected between the auxiliary winding and a second output terminal, and outputting a second direct current voltage.

Description

보조권선을 구비한 변압기{Transformer with Auxiliary Winding}Transformer with auxiliary winding {Transformer with Auxiliary Winding}

본 개시는 보조권선을 구비한 변압기에 관한 것이다.The present disclosure relates to a transformer having an auxiliary winding.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The information described in this section simply provides background information on the present invention and does not constitute prior art.

종래의 철도차량에는, 전차선 라인(trolley line)을 통해 공급받은 고압의 교류전력을 강압하여 저압의 교류전력으로 변환하는 주변압기(main transformer), AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터로 구성된 전력변환 시스템이 이용되어 왔다. 주변압기는 50Hz 내지 60Hz의 낮은 주파수에서 동작하기 때문에, 임피던스 매칭을 위해 필요한 인덕턴스의 값이 커 변압기 권선을 많이 감거나 철심 코어를 많이 사용해야 함에 따라 무게와 부피가 크다는 문제점이 있다.In a conventional railway vehicle, power conversion consisting of a main transformer, an AC/DC converter, and a DC/AC inverter that steps down high-voltage AC power supplied through a trolley line and converts it into low-voltage AC power. system has been used. Since the main transformer operates at a low frequency of 50 Hz to 60 Hz, the value of inductance required for impedance matching is large, so there is a problem in that the weight and volume are large due to the need to wind many transformer windings or use many iron cores.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 1과 같이 전차선 라인으로부터 공급 받은 고압의 교류전력을 정류하는 AC/DC 컨버터(102) 및 정류된 직류전력을 고주파 교류전력으로 변환한 후 저압의 직류전력을 생성하는 DC/DC 컨버터(104)로 구성된 반도체 변압기(Solid-state transformer, 100)가 개발되고 있다. In order to solve this problem, as shown in FIG. 1, an AC / DC converter 102 rectifies the high-voltage AC power supplied from the catenary line and converts the rectified DC power into high-frequency AC power, and then generates low-voltage DC power A solid-state transformer 100 composed of a DC/DC converter 104 is being developed.

그러나 기존의 반도체 변압기(100)는 모터 구동용 인버터(traction inverter, 110)에 공급해주기 위한 단전원 출력(VL)만을 생성할 수 있다. 따라서, 모터 이외의 각종 부하들을 정격전압에서 구동하기 위해서는 부하에 연결된 정지형 인버터(static inverter, 130 및 132)의 전단에 추가적인 DC/DC 컨버터(120 및 122)가 구비되어야 하기 때문에, 전체 전력변환 시스템의 중량 및 사이즈가 증가한다는 단점이 있다. However, the conventional semiconductor transformer 100 can generate only a single power supply output (V L ) to be supplied to a motor driving inverter (traction inverter, 110). Therefore, since additional DC/DC converters 120 and 122 must be provided at the front end of the static inverters 130 and 132 connected to the load in order to drive various loads other than the motor at the rated voltage, the entire power conversion system There is a disadvantage that the weight and size of the increase.

본 개시는, 모터 및 각종 부하들을 구동시키기 위한 다중 출력을 생성함으로써, 전력변환 시스템의 소형 경량화가 가능하도록 하는 반도체 변압기를 제공하는 데 주된 목적이 있다.A main object of the present disclosure is to provide a semiconductor transformer capable of reducing the size and weight of a power conversion system by generating multiple outputs for driving a motor and various loads.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 개시의 일 측면에 의하면, AC/DC 컨버터 및 복수개의 DC/DC 컨버터를 포함하며, 복수개의 직류 전압을 출력하도록 구성된 전력변환 모듈을 포함하되, 상기 DC/DC 컨버터는, 1차측 권선, 2차측 권선 및 보조 권선을 포함하는 고주파 변압기; AC/DC 컨버터 및 상기 1차측 권선의 사이에 연결되며, 직류 전압을 고주파 교류전류로 변환하는 제1 브릿지 회로; 상기 2차측 권선 및 제1 출력단 사이에 연결되며, 제1 직류 전압을 출력하는 제2 브릿지 회로; 및 상기 보조 권선 및 제2 출력단 사이에 연결되며, 제2 직류 전압을 출력하는 제3 브릿지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 변압기를 제공한다.According to one aspect of the present disclosure, a power conversion module including an AC/DC converter and a plurality of DC/DC converters and configured to output a plurality of DC voltages, wherein the DC/DC converter includes a primary winding, 2 a high-frequency transformer including a primary winding and an auxiliary winding; a first bridge circuit connected between an AC/DC converter and the primary side winding and converting a direct current voltage into a high frequency alternating current; a second bridge circuit connected between the secondary side winding and the first output terminal and outputting a first DC voltage; and a third bridge circuit connected between the auxiliary winding and the second output terminal and outputting a second DC voltage.

이상에서 설명한 바와 같이 본 개시의 실시예에 의하면, 반도체 변압기가 모터 및 각종 부하들을 구동시키기 위한 다중 출력을 생성함으로써, 추가적인 DC/DC 컨버터를 생략할 수 있어 전력변환 시스템을 소형 경량화할 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present disclosure, the semiconductor transformer generates multiple outputs for driving the motor and various loads, so that an additional DC/DC converter can be omitted, thereby reducing the size and weight of the power conversion system.

본 개시의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 종래의 반도체 변압기를 이용한 전력변환 시스템을 예시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 변압기를 이용한 전력변환 시스템을 예시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 변압기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력변환 모듈을 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 고주파 변압기의 구조를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 고주파 변압기의 구조를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력변환 모듈의 시뮬레이션 결과를 나타내는 예시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 전력변환 모듈의 시뮬레이션 결과를 나타내는 예시도이다. 1 is a diagram illustrating a power conversion system using a conventional semiconductor transformer.
2 is a diagram illustrating a power conversion system using a semiconductor transformer according to an embodiment of the present disclosure.
3 is a schematic configuration diagram of a semiconductor transformer according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
4 is a schematic circuit diagram of a power conversion module according to an embodiment of the present disclosure.
5A and 5B are exemplary diagrams schematically illustrating the structure of a high frequency transformer according to an embodiment of the present disclosure.
6A and 6B are exemplary diagrams schematically illustrating the structure of a high frequency transformer according to another embodiment of the present disclosure.
7A and 7B are exemplary diagrams illustrating simulation results of a power conversion module according to an embodiment of the present disclosure.
8A and 8B are exemplary diagrams illustrating simulation results of a power conversion module according to another embodiment of the present disclosure.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description will be omitted.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present disclosure. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. Throughout the specification, when a part 'includes' or 'includes' a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. . In addition, the '... Terms such as 'unit' and 'module' refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 개시가 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.The detailed description set forth below in conjunction with the accompanying drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present disclosure, and is not intended to represent the only embodiments in which the present disclosure may be practiced.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 변압기를 이용한 전력변환 시스템을 예시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a power conversion system using a semiconductor transformer according to an embodiment of the present disclosure.

도 2에 도시되듯이, 본 개시의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템은 반도체 변압기(200), 모터 구동용 인버터(210) 및 정지형 인버터(230)를 전부 또는 일부 포함할 수 있다. 한편, 도 2에서는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템이 철도차량에 적용되는 예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전력변환 시스템은 다양한 환경에 적용될 수 있다. As shown in FIG. 2 , the power conversion system according to an embodiment of the present disclosure may include all or part of a semiconductor transformer 200 , a motor driving inverter 210 and a stationary inverter 230 . Meanwhile, although FIG. 2 illustrates an example in which the power conversion system according to an embodiment of the present disclosure is applied to a railroad car, it is not limited thereto and the power conversion system may be applied to various environments.

반도체 변압기(200)는 고압의 교류전력을 정류하는 AC/DC 컨버터(202) 및 정류된 직류전력을 고주파 교류전력으로 변환한 후 저압의 직류전력을 생성하는 DC/DC 컨버터(204)를 포함한다. 반도체 변압기(200)는 모터 구동용 인버터(110) 및 정지형 인버터(230)에 각각 인가할 복수개의 출력 전압(VL1, VL2 및 VL3)을 생성하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 반도체 변압기(200)와 정지형 인버터(230) 사이에 별도의 DC/DC 컨버터가 구비될 필요가 없어 전력변환 시스템의 전체 중량 및 사이즈를 줄일 수 있다. The semiconductor transformer 200 includes an AC/DC converter 202 that rectifies high-voltage AC power and a DC/DC converter 204 that converts the rectified DC power into high-frequency AC power and then generates low-voltage DC power. . The semiconductor transformer 200 may be configured to generate a plurality of output voltages V L1 , V L2 , and V L3 to be respectively applied to the motor driving inverter 110 and the stationary inverter 230 . Accordingly, there is no need to provide a separate DC/DC converter between the semiconductor transformer 200 and the stationary inverter 230, so the overall weight and size of the power conversion system can be reduced.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 변압기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram of a semiconductor transformer according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 3에 도시되듯이, 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 변압기(200)는 복수개의 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330)을 구비하며, 각 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330)은 AC/DC 컨버터(302) 및 DC/DC 컨버터(304)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3, the semiconductor transformer 200 according to an embodiment of the present disclosure includes a plurality of power conversion modules 300, 310, 320, and 330, and each power conversion module 300, 310, 320 and 330 ) may include an AC/DC converter 302 and a DC/DC converter 304 .

복수개의 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330)은 입력단이 서로 직렬 연결되어 전차선 라인으로부터 공급되는 고압의 교류전원의 전압을 분담하여 입력받음으로써, 전력반도체에 가해지는 전압스트레스를 경감시킬 수 있다. The plurality of power conversion modules (300, 310, 320, and 330) have input terminals connected in series to share and receive the voltage of the high-voltage AC power supplied from the catenary line, thereby reducing the voltage stress applied to the power semiconductor. there is.

복수개의 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330) 중 어느 하나 이상은, 일부 출력단이 서로 병렬 연결되어 철도차량에서 필요로 하는 전력을 분담하여 출력함으로써, 전류 스트레스를 경감시킬 수 있다.At least one of the plurality of power conversion modules 300, 310, 320, and 330 has some output terminals connected in parallel to share and output power required by the railway vehicle, thereby reducing current stress.

각 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330)은 복수개의 직류 전압을 생성할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330)마다 2개의 직류 전압을 생성할 수 있다.Each of the power conversion modules 300, 310, 320 and 330 may generate a plurality of DC voltages. For example, as shown in FIG. 3 , each of the power conversion modules 300, 310, 320, and 330 may generate two DC voltages.

철도차량의 경우, 일반적으로 전원의 약 90%가 모터를 구동하는데 사용된다. 이를 위해, 각 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330)이 생성하는 직류 전압 중 하나의 직류 전압(이하, 제1 직류 전압)들을 병렬로 연결되어, 모터 구동용 인버터(210)에 인가할 제1 출력 전압(VL1)을 형성할 수 있다.In the case of a railway vehicle, typically about 90% of the power is used to drive the motor. To this end, one of the DC voltages (hereinafter referred to as first DC voltages) among the DC voltages generated by the power conversion modules 300, 310, 320 and 330 are connected in parallel and applied to the inverter 210 for driving the motor. A first output voltage (V L1 ) may be formed.

각 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330)이 생성하는 나머지 직류 전압(이하, 제2 직류 전압)들은 병렬로 연결되어 정지형 인버터(230)에 인가할 출력 전압들(VL2 및 VL3)을 형성할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 전력변환 모듈(300 및 310)의 제2 직류 전압을 병렬로 연결하여 제2 출력 전압(VL2)을 형성할 수 있으며, 다른 2개의 전력변환 모듈(320 및 330)의 제2 직류 전압을 병렬로 연결하여 제3 출력 전압(VL3)을 형성할 수 있다. 이때, 각 정지형 인버터(230)에 인가할 출력 전압들(VL2 및 VL3)을 형성하기 위해 병렬로 연결할 전력변환 모듈(300, 310, 320 및 330)의 수는 부하의 스펙 등 구현예에 따라 달라질 수 있다. The remaining DC voltages (hereinafter referred to as second DC voltages) generated by each of the power conversion modules 300, 310, 320, and 330 are connected in parallel to output voltages to be applied to the stationary inverter 230 (V L2 and V L3 ) can form For example, as shown in FIG. 3, the second output voltage V L2 may be formed by connecting the second DC voltages of the two power conversion modules 300 and 310 in parallel, and the other two power conversion modules ( The third output voltage (V L3 ) may be formed by connecting the second DC voltages of 320 and 330 in parallel. At this time, the number of power conversion modules 300, 310, 320, and 330 connected in parallel to form the output voltages V L2 and V L3 to be applied to each stationary inverter 230 depends on the implementation such as load specifications. may vary depending on

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력변환 모듈을 개략적으로 나타낸 회로도이다.4 is a schematic circuit diagram of a power conversion module according to an embodiment of the present disclosure.

도 4에 도시되듯이, 본 개시의 일 실시예에 따른 전력변환 모듈(300)은 AC/DC 컨버터(302) 및 DC/DC 컨버터(304)를 포함할 수 있으며, 스위칭 소자의 전압 스트레스를 낮추기 위해 DC/DC 컨버터(304)는 제1 DC/DC 컨버터(400) 및 제2 DC/DC 컨버터(410)의 스택(stack)구조로 이루어질 수 있다. As shown in Figure 4, the power conversion module 300 according to an embodiment of the present disclosure may include an AC / DC converter 302 and a DC / DC converter 304, to reduce the voltage stress of the switching element To this end, the DC/DC converter 304 may have a stack structure of the first DC/DC converter 400 and the second DC/DC converter 410 .

제1 DC/DC 컨버터(400) 및 제2 DC/DC 컨버터(410)는 각각 제1 브릿지 회로(402), 고주파 변압기(404), 제2 브릿지 회로(406) 및 제3 브릿지 회로(408)를 전부 또는 일부 포함할 수 있다. 실시예들에 따라, 제1 브릿지 회로(401)는 하프 브릿지(half-bridge) 구조를 가지고, 제2 브릿지 회로(406) 및 제3 브릿지 회로(408)는 풀 브릿지(full-bridge) 구조를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The first DC/DC converter 400 and the second DC/DC converter 410 include a first bridge circuit 402, a high frequency transformer 404, a second bridge circuit 406, and a third bridge circuit 408, respectively. may include all or part of According to embodiments, the first bridge circuit 401 has a half-bridge structure, and the second bridge circuit 406 and the third bridge circuit 408 have a full-bridge structure. may have, but is not limited thereto.

고주파 변압기(404)는 1차측 권선, 2차측 권선 및 보조 권선을 포함할 수 있다. 1차측 권선 및 2차측 권선 간의 턴 비는 N1:N2 또는 nd:1과 같이 표현될 수 있으며, 1차측 권선 및 보조 권선 간의 턴 비는 N1:N3 또는 na:1과 같이 표현될 수 있다. 한편, 도 4에서 'Ld1' 및 'Ld2'는 실시예들에 따라, 외부 인덕터의 인덕턴스 또는 고주파 변압기(404)의 누설 인덕턴스일 수 있다. The high frequency transformer 404 may include a primary winding, a secondary winding, and an auxiliary winding. Turns ratio between primary winding and secondary winding is N 1 :N 2 Alternatively, it can be expressed as n d : 1, and the turn ratio between the primary winding and the auxiliary winding is N 1 :N 3 Or it can be expressed as n a : 1. Meanwhile, 'L d1 ' and 'L d2 ' in FIG. 4 may be the inductance of an external inductor or the leakage inductance of the high frequency transformer 404 according to exemplary embodiments.

제1 DC/DC 컨버터(400) 및 제2 DC/DC 컨버터(410)의 입력단, 즉 제1 브릿지 회로(402)들의 입력은 직렬로 연결될 수 있다. 제1 DC/DC 컨버터(400) 및 제2 DC/DC 컨버터(410)의 제1 출력단, 즉 제2 브릿지 회로(406)들의 출력은 병렬로 연결되어 전력변환 모듈(300)의 제1 출력을 형성할 수 있다. 제1 DC/DC 컨버터(400) 및 제2 DC/DC 컨버터(410)의 제2 출력단, 즉 제3 브릿지 회로(408)들의 출력은 실시예들에 따라 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.Input terminals of the first DC/DC converter 400 and the second DC/DC converter 410, that is, inputs of the first bridge circuits 402 may be connected in series. The first output terminals of the first DC/DC converter 400 and the second DC/DC converter 410, that is, the outputs of the second bridge circuits 406 are connected in parallel to generate the first output of the power conversion module 300. can form The second output terminals of the first DC/DC converter 400 and the second DC/DC converter 410, that is, the outputs of the third bridge circuits 408 may be connected in series or parallel according to embodiments.

제1 브릿지 회로(402)는 AC/DC 컨버터(302)와 고주파 변압기(404)의 1차측 권선 사이에 연결되며, AC/DC 컨버터(302)으로부터 전달받은 직류 전압(VdcH _m 또는 VdcL _m)을 고주파 교류 전류(ipH_m 또는 ipL_m)로 변환한다. The first bridge circuit 402 is connected between the AC/DC converter 302 and the primary winding of the high-frequency transformer 404, and the DC voltage (V dcH _m or V dcL _m ) received from the AC/DC converter 302 ) into high-frequency alternating current (i pH_m or i pL_m ).

제2 브릿지 회로(406)는 고주파 변압기(404)의 2차측 권선에 연결되며, 고주파 변압기(404)기를 통해 인가받은 교류 전류(isH _m 또는 isL_m)로부터 제1 직류 전압(VL1_m)을 생성한다. The second bridge circuit 406 is connected to the secondary winding of the high frequency transformer 404, and generates a first DC voltage (V L1_m ) from the AC current (i sH _m or i sL_m ) applied through the high frequency transformer 404. generate

제3 브릿지 회로(480)는 고주파 변압기(404)의 보조 권선에 연결되며, 고주파 변압기(404)기를 통해 인가받은 교류 전류(iaH _m 또는 iaL _m)로부터 제2 직류 전압(VL2_m)을 생성한다. The third bridge circuit 480 is connected to the auxiliary winding of the high frequency transformer 404, and converts the second DC voltage (V L2_m ) from the AC current (i aH _m or i aL _m ) applied through the high frequency transformer 404. generate

실시예들에 따라, 제1 브릿지 회로(402) 및 제2 브릿지 회로(406)는 두 브릿지 간의 위상차를 통해 전력을 전달하는 DAB(Dual Active Bridge) 토폴로지를 구현할 수 있다. 이에 따라, 제1 직류 전압(VL1_m)은 제1 브릿지 회로(402) 및 제2 브릿지 회로(406) 간 위상 제어와 1차측 권선 및 2차측 권선 간 턴비(N1:N2)에 따라 결정될 수 있다. According to embodiments, the first bridge circuit 402 and the second bridge circuit 406 may implement a Dual Active Bridge (DAB) topology in which power is transferred through a phase difference between the two bridges. Accordingly, the first DC voltage (V L1_m ) may be determined according to the phase control between the first bridge circuit 402 and the second bridge circuit 406 and the turn ratio between the primary winding and the secondary winding (N 1 :N 2 ). can

실시예들에 따라, 제1 브릿지 회로(402) 및 제3 브릿지 회로(408)는 두 브릿지 간의 위상차를 통해 전력을 전달하는 DAB 토폴로지를 구현할 수 있다. 이에 따라, 제2 직류 전압(VL2_m)은 제1 브릿지 회로(402) 및 제3 브릿지 회로(408) 간 위상 제어와 1차측 권선 및 보조 권선 간 턴비(N1:N3) 조절을 통해 결정될 수 있다. According to embodiments, the first bridge circuit 402 and the third bridge circuit 408 may implement a DAB topology in which power is transferred through a phase difference between the two bridges. Accordingly, the second DC voltage (V L2_m ) may be determined through phase control between the first bridge circuit 402 and the third bridge circuit 408 and adjustment of the turns ratio (N 1 :N 3 ) between the primary winding and the auxiliary winding. can

한편, 도 4에서는 제3 브릿지 회로(408)가 복수개의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 정류기로 구현되는 예를 도시하고 있으나, 본 개시의 다른 실시예에 따른 제3 브릿지 회로(408)는 복수개의 다이오드를 포함하는 다이오드 정류기로 구현될 수도 있다. 이 경우, 제2 직류 전압(VL2_m)은 1차측 권선 및 보조 권선 간 턴비(N1:N3) 조절을 통해 결정될 수 있다.Meanwhile, although FIG. 4 shows an example in which the third bridge circuit 408 is implemented as a switching rectifier including a plurality of switching elements, the third bridge circuit 408 according to another embodiment of the present disclosure includes a plurality of diodes. It may be implemented as a diode rectifier including a. In this case, the second DC voltage (V L2_m ) may be determined by adjusting the turns ratio (N 1 :N 3 ) between the primary winding and the auxiliary winding.

도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 고주파 변압기의 구조를 개략적으로 나타낸 예시도이다.5A and 5B are exemplary diagrams schematically illustrating the structure of a high frequency transformer according to an embodiment of the present disclosure.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 고주파 변압기(404)는 쉘타입(shell-type)의 코어(500), 1차측 권선(510), 1차측 권선(510)의 일측에 권취되는 2차측 권선(520) 및 1차측 권선(510)의 타측에 권취되는 보조 권선(530)을 포함할 수 있다. 이때, 절연확보를 위해 1차측 권선(510)은 에폭시 절연체(540)로 몰딩될 수 있다. 5A and 5B, a high frequency transformer 404 according to an embodiment of the present disclosure includes a shell-type core 500, a primary winding 510, and a primary winding 510. A secondary winding 520 wound on one side and an auxiliary winding 530 wound on the other side of the primary winding 510 may be included. At this time, the primary side winding 510 may be molded with an epoxy insulator 540 to secure insulation.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 1차측 권선(510)을 중심으로 2차측 권선(520) 및 보조 권선(530)이 분리되어 있으므로, 1차측 권선(510) 및 2차측 권선(520) 간과 1차측 권선(510) 및 보조 권선(530) 간에 유사한 누설 인덕턴스가 확보될 수 있다. 또한, 2차측 권선(520) 및 보조 권선(530) 간에는 누설 인덕턴스가 거의 없게 된다. According to an embodiment of the present disclosure, since the secondary winding 520 and the auxiliary winding 530 are separated around the primary winding 510, the primary winding 510 and the secondary winding 520 are overlooked 1 A similar leakage inductance may be secured between the secondary winding 510 and the auxiliary winding 530 . In addition, there is almost no leakage inductance between the secondary side winding 520 and the auxiliary winding 530.

본 개시의 일 실시예에 따른 고주파 변압기(404)를 이용하는 경우, 제3 브릿지 회로(408)는 바람직하게는 스위칭 정류기로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. When using the high frequency transformer 404 according to an embodiment of the present disclosure, the third bridge circuit 408 may be preferably implemented as a switching rectifier, but is not limited thereto.

도 6a 및 도 6b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 고주파 변압기의 구조를 개략적으로 나타낸 예시도이다. 6A and 6B are exemplary diagrams schematically illustrating the structure of a high frequency transformer according to another embodiment of the present disclosure.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 고주파 변압기(404)는 쉘타입의 코어(600), 보조 권선(630), 보조 권선(630)의 일측에 권취되는 1차측 권선(610) 및 보조 권선(630)의 타측에 권취되는 2차측 권선(620)을 포함할 수 있다. 이때, 절연확보를 위해 1차측 권선(610)은 에폭시 절연체(640)로 몰딩될 수 있다.6A and 6B, the high frequency transformer 404 according to an embodiment of the present disclosure includes a shell-type core 600, an auxiliary winding 630, and a primary winding wound on one side of the auxiliary winding 630. 610 and a secondary winding 620 wound on the other side of the auxiliary winding 630. At this time, the primary side winding 610 may be molded with an epoxy insulator 640 to secure insulation.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 1차측 권선(610)과 2차측 권선(620) 사이에 보조 권선(630)이 배치되므로, 1차측 권선(510) 및 2차측 권선(520) 간에 큰 누설인덕턱스를 확보할 수 있다. According to another embodiment of the present disclosure, since the auxiliary winding 630 is disposed between the primary winding 610 and the secondary winding 620, a large leakage occurs between the primary winding 510 and the secondary winding 520. Tux can be secured.

본 개시의 다른 실시예에 따른 고주파 변압기(404)를 이용하는 경우, 제3 브릿지 회로(408)는 바람직하게는 다이오드 정류기로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In the case of using the high frequency transformer 404 according to another embodiment of the present disclosure, the third bridge circuit 408 may be preferably implemented as a diode rectifier, but is not limited thereto.

도 7a 및 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력변환 모듈의 시뮬레이션 결과를 나타내는 예시도이다. 7A and 7B are exemplary diagrams illustrating simulation results of a power conversion module according to an embodiment of the present disclosure.

도 7a 및 도 7b는 다이오드 정류기로 구현된 제3 브릿지 회로(408)들의 출력이 병렬로 연결되어 제2 직류 전압(VL2_m)을 형성하는 경우의 시뮬레이션 결과를 보여준다. 도 7b는 도 7a를 시간 축 상에서 확대한 예시도이다. 7A and 7B show simulation results when the outputs of the third bridge circuits 408 implemented as diode rectifiers are connected in parallel to form the second DC voltage V L2_m . FIG. 7B is an exemplary diagram in which FIG. 7A is enlarged on the time axis.

본 시뮬레이션에서는 0.225초에 전력변환 모듈(300)의 제2 출력단에 부하를 연결하였으며, 0.25, 0.3. 0.35 및 0.4초에 전력변환 모듈(300)의 제1 출력단에 부하를 연결하였다. In this simulation, the load was connected to the second output terminal of the power conversion module 300 at 0.225 seconds, 0.25, 0.3. A load was connected to the first output terminal of the power conversion module 300 at 0.35 and 0.4 seconds.

도 8a 및 도 8b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 전력변환 모듈의 시뮬레이션 결과를 나타내는 예시도이다. 8A and 8B are exemplary diagrams illustrating simulation results of a power conversion module according to another embodiment of the present disclosure.

도 8a 및 도 8b는 다이오드 정류기로 구현된 제3 브릿지 회로(408)들의 출력이 직렬로 연결되어 제2 직류 전압(VL2_m)을 형성하는 경우의 시뮬레이션 결과를 보여준다. 도 8b는 도 8a를 시간 축 상에서 확대한 예시도이다. 8A and 8B show simulation results when the outputs of the third bridge circuits 408 implemented as diode rectifiers are connected in series to form the second DC voltage V L2_m . FIG. 8B is an enlarged view of FIG. 8A on the time axis.

본 시뮬레이션에서는 0.225초에 전력변환 모듈(300)의 제2 출력단에 부하를 연결하였으며, 0.25, 0.3. 0.35 및 0.4초에 전력변환 모듈(300)의 제1 출력단에 부하를 연결하였다. In this simulation, the load was connected to the second output terminal of the power conversion module 300 at 0.225 seconds, 0.25, 0.3. A load was connected to the first output terminal of the power conversion module 300 at 0.35 and 0.4 seconds.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but to explain, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of this embodiment should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of rights of this embodiment.

200: 반도체 변압기
202: AC/DC 컨버터 204: DC/DC 컨버터
210: 모터 구동용 인버터 230: 정지형 인버터
300, 310, 320 및 330: 전력변환 모듈
302: AC/DC 컨버터 304: DC/DC 컨버터
400: 제1 DC/DC 컨버터 410: 제2 DC/DC 컨버터
402: 제1 브릿지 회로 404: 고주파 변압기
406: 제2 브릿지 회로 408: 제3 브릿지 회로
500 및 600: 코어 510 및 620: 1차측 권선
520 및 620: 2차측 권선 530 및 630: 보조 권선
540 및 640: 에폭시 절연체
200: semiconductor transformer
202 AC/DC converter 204 DC/DC converter
210: motor drive inverter 230: stationary inverter
300, 310, 320 and 330: power conversion module
302: AC/DC converter 304: DC/DC converter
400: first DC/DC converter 410: second DC/DC converter
402 first bridge circuit 404 high frequency transformer
406: second bridge circuit 408: third bridge circuit
500 and 600: core 510 and 620: primary winding
520 and 620: secondary winding 530 and 630: auxiliary winding
540 and 640: Epoxy insulator

Claims (7)

AC/DC 컨버터 및 복수개의 DC/DC 컨버터를 포함하며, 복수개의 직류 전압을 출력하도록 구성된 전력변환 모듈을 포함하되,
상기 DC/DC 컨버터는,
1차측 권선, 2차측 권선 및 보조 권선을 포함하는 고주파 변압기;
AC/DC 컨버터 및 상기 1차측 권선의 사이에 연결되며, 직류 전압을 고주파 교류전류로 변환하는 제1 브릿지 회로;
상기 2차측 권선 및 제1 출력단 사이에 연결되며, 제1 직류 전압을 출력하는 제2 브릿지 회로; 및
상기 보조 권선 및 제2 출력단 사이에 연결되며, 제2 직류 전압을 출력하는 제3 브릿지 회로
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 변압기.A power conversion module including an AC/DC converter and a plurality of DC/DC converters and configured to output a plurality of DC voltages,
The DC/DC converter,
A high frequency transformer including a primary side winding, a secondary side winding and an auxiliary winding;
a first bridge circuit connected between an AC/DC converter and the primary side winding and converting a direct current voltage into a high frequency alternating current;
a second bridge circuit connected between the secondary side winding and the first output terminal and outputting a first DC voltage; and
A third bridge circuit connected between the auxiliary winding and the second output terminal and outputting a second DC voltage
Characterized in that, a semiconductor transformer comprising a. 제1항에 있어서,
상기 제3 브릿지 회로는,
복수개의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 정류기인 것을 특징으로 하는, 반도체 변압기.According to claim 1,
The third bridge circuit,
A semiconductor transformer characterized in that it is a switching rectifier including a plurality of switching elements. 제1항에 있어서,
상기 제3 브릿지 회로는,
복수개의 다이오드를 포함하는 다이오드 정류기인 것을 특징으로 하는, 반도체 변압기.According to claim 1,
The third bridge circuit,
A semiconductor transformer characterized in that it is a diode rectifier comprising a plurality of diodes. 제2항에 있어서,
상기 2차측 권선은 상기 1차측 권선의 일측에 권취되고,
상기 보조 권선은 상기 1차측 권선의 타측에 권취되는 것을 특징으로 하는, 반도체 변압기.According to claim 2,
The secondary winding is wound on one side of the primary winding,
Characterized in that the auxiliary winding is wound on the other side of the primary side winding, the semiconductor transformer. 제3항에 있어서,
상기 1차측 권선은 상기 보조 권선의 일측에 권취되고,
상기 2차측 권선은 상기 보조 권선의 타측에 권취되는 것을 특징으로 하는, 반도체 변압기.According to claim 3,
The primary winding is wound on one side of the auxiliary winding,
The secondary side winding is wound on the other side of the auxiliary winding, characterized in that, the semiconductor transformer. 제1항에 있어서,
상기 복수개의 DC/DC 컨버터의 제1 출력단이 병렬로 연결되고,
상기 복수개의 DC/DC 컨버터의 제2 출력단이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 반도체 변압기. According to claim 1,
First output terminals of the plurality of DC / DC converters are connected in parallel,
Characterized in that the second output terminals of the plurality of DC / DC converters are connected in parallel, the semiconductor transformer. 제1항에 있어서,
상기 복수개의 DC/DC 컨버터의 제1 출력단이 병렬로 연결되고,
상기 복수개의 DC/DC 컨버터의 제2 출력단이 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 반도체 변압기.According to claim 1,
First output terminals of the plurality of DC / DC converters are connected in parallel,
Characterized in that the second output terminals of the plurality of DC / DC converters are connected in series, the semiconductor transformer.
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