KR101303165B1 - 공진 컨버터와 이를 포함한 에너지 저장 장치, 및 전원 변환 방법 - Google Patents
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Abstract
공진 컨버터와 이를 포함한 에너지 저장 장치, 및 전원 변환 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 스위칭 소자에 대한 입력 신호를 조절함으로써 스위칭 소자의 기생 커패시턴스에 의해 발생하는 스위칭 손실을 저감하고, 컨버터의 효율을 증대하며, 에너지 저장 능력을 제고한다. 본 발명의 실시 예들은 스위칭 소자에 대한 변조 신호의 위상을 달리함으로써 스위칭 소자의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하고, 영 전류 스위칭 시점과 영 전압 스위칭 시점이 어긋나서 생기는 스위칭 손실을 저감한다.
Description
본 발명은 스위칭 소자의 기생 커패시턴스에 의한 스위칭 손실을 저감한 공진 컨버터와 이를 포함한 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System) 또는 에너지 저장 장치는, 배터리(Battery)를 이용하여 전력을 저장하고 부하에 전력을 공급한다. 배터리로는 Li-Ion 배터리를 주로 사용하고, 일반적으로 정전류/정전압 충전 방식을 이용하여 충전한다. 정전류/정전압 충전 방식이라 함은, 정전류 동작 구간에서 일정 전류를 설정하여 충전을 시작하고, 배터리의 충전에 따라 배터리의 전압이 상승하여 상승한 전압이 배터리에서 설정한 일정 포화 전압에 이를 경우 정전류 동작을 멈추며, 배터리의 전압을 제어하는 정전압 충전 방식으로 변경하는 방식을 말한다.
에너지 저장 장치는 전력 변환 장치를 구비하고, 전력 변환 장치는 다수의 전력용 반도체 소자들을 포함한다. 최근 전력용 반도체 소자들의 발달로 고주파 스위칭 제어를 할 수 있게 되었다. 이런 소자들은 대전력 고속 스위칭 구동을 위해 스위칭을 고주파화할 경우, 스위칭 소자의 턴온/턴오프에 따른 스위칭 소자의 전압과 전류 스트레스가 증가한다. 스위칭에 의한 EMI(Electro Magnetic Interference) 노이즈 스트레스를 줄이기 위해 최근에는 공진특성을 이용한 소프트 스위칭 기법인 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching; ZVS), 영 전류 스위칭(Zero Current Switching; ZCS)을 이용하기도 한다. 이러한 스위칭 기술은 고속 스위칭의 실현이 가능하고, 전력변환장치의 소형화하고 경량화하며, 효율을 증대시킨다.
공진 컨버터는 일반적으로 변압기와 인덕터, 커패시터 소자를 공진 설계하고, 영 전압 스위칭 또는 영 전류 스위칭으로 동작시켜 소프트 스위칭을 구현한다. 스위칭 소자의 온-오프(On-Off) 과도 구간에서 전압과 전류가 동시에 존재하는 구간을 제거하여 스위칭 손실을 최소화하는 연구가 진행되고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자, 예를 들어 모스펫(MOSFET)의 경우, 게이트(Gate), 드레인(Drain), 소스(Source) 각 단자에는 내부적으로 기생 커패시턴스(Cgd, Cds, Cgs)가 존재한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 내부의 커패시턴스 성분 때문에 스위칭 소자가 동작할 때, 온-오프 또는 오프-온 전환 구간에서 드레인-소스(Vds) 전압의 천이가 늦어진다. 즉, 드레인-소스 전압이 즉각적으로 변화하지 않고 경사가 완만하게 변한다. 따라서, 이러한 특성 때문에 공진 동작을 한다고 하더라도, 공진 컨버터는 드레인-소스 전압과 드레인 전류가 겹치는 구간(B)이 발생하여 스위칭 손실을 갖게 된다. 도 1에서, A는 스위칭 소자의 기생 커패시턴스 성분에 의한 Vds 천이 구간, B는 확장된 Vds 천이 구단 때문에 영 전류 스위칭 시점과 영 전압 스위칭 시점이 어긋나서 생기는 스위칭 손실 구간이다.
본 발명의 실시 예들은 스위칭 소자의 기생 커패시턴스에 의해 발생하는 스위칭 손실을 저감하는 공진 컨버터 및 이를 포함한 에너지 저장 장치를 제공하는 데에 일 목적이 있다.
본 발명의 실시 예들은 스위칭 소자의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하는 공진 컨버터 및 이를 포함한 에너지 저장 장치를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
일 실시 예에 따른 공진 컨버터는, 입력 신호에 따라 구동되는 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 입력 전원을 공급하는 입력부와, 상기 입력 전원을 충전 전원으로 변환하는 변압부와, 상기 충전 전원을 외부 장치에 출력하는 출력부와, 상기 입력 신호를 발생하여 상기 복수의 스위칭 소자들을 구동하는 제어부를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제어부는, 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하는 상기 입력 신호를 생성한다. 또, 상기 제어부는, 상기 복수의 스위칭 소자들 내부의 기생 커패시턴스에 따른 상기 출력 전압의 위상을 빠르게 하는 상기 입력 신호를 생성한다.
일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치는, 입력 전원을 공급하는 입력 전원 유닛과, 배터리를 구비하고, 에너지를 저장하는 에너지 저장 유닛과, 입력 신호에 따라 구동되는 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 상기 입력 전원을 충전 전원으로 변환하여 상기 배터리에 출력하는 컨버터와, 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 유닛과, 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출 유닛을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 컨버터는, 상기 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점이 일치되도록 그 주기가 가변되는 상기 입력 신호를 가진다.
일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 전원 변환 방법은, 복수의 스위칭 소자들을 구비한 컨버터를 이용하여 배터리에 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하는 단계와, 상기 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점을 검출하는 단계와, 상기 영 전류 시점 및 영 전압 시점의 차이에 따른 보상 시간을 연산하는 단계와, 상기 보상 시간을 이용하여 상기 복수의 스위칭 소자들에 대한 입력 신호를 생성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예들은 스위칭 소자에 대한 입력 신호를 조절함으로써 스위칭 소자의 기생 커패시턴스에 의해 발생하는 스위칭 손실을 저감하고, 컨버터의 효율을 증대하며, 에너지 저장 능력을 제고한다.
본 발명의 실시 예들은 스위칭 소자에 대한 변조 신호의 위상을 달리함으로써 스위칭 소자의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하고, 영 전류 스위칭 시점과 영 전압 스위칭 시점이 어긋나서 생기는 스위칭 손실을 저감한다.
도 1은 일반적인 공진 컨버터에 있어서 출력 전압 및 출력 전류를 보인 그래프;
도 2는 도 1의 공진 컨버터의 스위칭 소자 내부의 기생 커패시턴스를 설명하기 위한 도;
도 3은 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치를 개략적으로 보인 블록도;
도 4는 일 실시 예에 따른 공진 컨버터를 보인 회로도;
도 5는 도 3 또는 도 4에 있어서, 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점을 일치시키는 동작을 설명하기 위한 그래프;
도 6 및 도 7은 실시 예들에 따른 계통 연계형 에너지 저장 장치를 개략적으로 보인 도들; 및
도 8은 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 전원 변환 방법을 개략적으로 보인 흐름도이다.
도 2는 도 1의 공진 컨버터의 스위칭 소자 내부의 기생 커패시턴스를 설명하기 위한 도;
도 3은 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치를 개략적으로 보인 블록도;
도 4는 일 실시 예에 따른 공진 컨버터를 보인 회로도;
도 5는 도 3 또는 도 4에 있어서, 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점을 일치시키는 동작을 설명하기 위한 그래프;
도 6 및 도 7은 실시 예들에 따른 계통 연계형 에너지 저장 장치를 개략적으로 보인 도들; 및
도 8은 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 전원 변환 방법을 개략적으로 보인 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치는, 입력 전원을 공급하는 입력 전원 유닛(10)과, 배터리를 구비하고, 에너지를 저장하는 에너지 저장 유닛(30)과, 입력 신호에 따라 구동되는 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 상기 입력 전원을 충전 전원으로 변환하여 상기 배터리에 출력하는 컨버터(공진 컨버터)(20)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 컨버터(20)는, 상기 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점이 일치되도록 그 주기가 가변되는 상기 입력 신호를 가진다.
상기 스위칭 소자는 IGBT 등의 트랜지스터이다. 특히, 상기 복수의 스위칭 소자로, 도 4에 도시한 바와 같이, 직렬 연결된 두 개의 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)을 주로 사용한다. 이때, 출력 전압은 드레인-소스 전압(Vds)이며, 출력 전류는 드레인 전류(Id)이다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 공진 컨버터(20)는, 입력 신호에 따라 구동되는 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 입력 전원을 공급하는 입력부(100)와, 상기 입력 전원을 충전 전원으로 변환하는 변압부(200)와, 상기 충전 전원을 외부 장치에 출력하는 출력부(300)와, 상기 입력 신호를 발생하여 상기 복수의 스위칭 소자들을 구동하는 제어부(400)를 포함하여 구성된다. 상기 제어부(400)는, 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하는 상기 입력 신호를 생성한다. 또, 상기 제어부(400)는, 상기 복수의 스위칭 소자들 내부의 기생 커패시턴스에 따른 상기 출력 전압의 위상을 빠르게 하는 상기 입력 신호를 생성한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 변압부(200)는, 트랜스포머(Transformer)(210)와, 공진 탱크(Resonant Tank)로 구성된다. 상기 트랜스포머(210)는, 상기 입력부(100)에 연결되는 1차 권선과, 상기 1차 권선에 공급되는 상기 입력 전원에 따라 상기 충전 전원을 유도하는 2차 권선을 구비하고, 상기 입력부 및 출력부(300)를 절연한다. 상기 공진 탱크(220)는, 수동 소자들로 구성되고, 상기 트랜스포머의 전단에 구비되어 공진을 발생시킨다. 공진 탱크는 일반적으로 인덕터와 커패시터의 조합으로 구성된다. 상기 공진 컨버터는 일반적으로 강압형 컨버터로 동작하는데, 상기 변압부(200)의 변압비에 따라 입력 전압을 승압하여 공급할 수도 있다.
입력부(100)는 half bridge 또는 full bridge로 복수의 스위칭 소자들로 구성된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 스위칭 소자들은 두 개의 모스펫(S1, S2)일 수 있다. 상기 입력부(100)는 각 모스펫에 병렬 연결된 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diode)들을 더 구비할 수 있다. 입력부(100)는 공진 탱크(220)를 구성하는 인덕터, 커패시터에 연결된다. 제어부(400)는 두 개의 모스펫(S1, S2)의 게이트에 입력 신호를 인가하여 두 개의 모스펫을 교대로 스위칭한다.
두 개의 모스펫(S1. S2)이 턴-온되어 있는 동안 입력 전원은 변압부(200)의 1차 권선에 가해진다. 모스펫이 턴-오프되면 변압부의 1차 권선에 저장된 에너지는 2차 권선에 연결된 출력부(300) 측 정류 다이오드(D1, D2)를 턴-온시키면서 출력된다. 이 구간 동안 충전 전원이 변압부의 2차 권선에 인가되고, 2차 권선에 흐르는 전류는 선형적으로 영까지 감소하며 변압부의 1차 권선에 저장되었던 에너지는 모두 출력부로 전달된다. 변압부의 2차 권선에 흐르던 전류가 영까지 감소하면 2차 권선에 연결된 정류 다이오드는 턴-오프된다.
여기서, 제어부(400)는, 두 개의 모스펫 각각의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하는 입력 신호, 즉 게이트 신호를 생성한다. 상기 제어부(400)는, 도 2에 도시한 바와 같은 모스펫 내부의 기생 커패시턴스에 따른 드레인-소스 전압(Vds)의 위상을 빠르게 한다. 즉, 상기 제어부(400)는 모스펫들에 인가되는 게이트 신호들의 주기를 변경한다.
예를 들어, 상기 제어부(400)는, 모스펫들의 기생 커패시턴스에 따른 상기 출력 전압의 천이 구간을 산출하고, 상기 출력 전압의 천이 구간에 따른 보상 시간을 결정한다. 이때, 상기 제어부(400)는, 직렬 연결된 두 개의 스위칭 소자들(S1, S2) 사이의 데드 타임(Dead Time), 두 개의 모스펫이 모두 턴-온되지 아니하도록 하는 시간,을 고려하여 보상 시간을 결정한다. 그런 다음, 제어부(400)는 보상 시간만큼 입력 신호를 빠르게 인가함으로써 출력 전압과 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점을 일치시킨다.
도 3을 참조하면, 에너지 저장 장치는, 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 유닛(41)과, 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출 유닛(42)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 공진 컨버터(20), 제어부(400)는 검출된 출력 전압 및 출력 전류로부터 영 전압 시점과 영 전류 시점을 산출한다. 물론, 상기 에너지 저장 장치는, 도 3에 도시한 바와 같이, 출력 전압의 영 전압 시점을 검출하는 영 전압 검출 유닛(42)과 출력 전류의 영 전류를 검출하는 영 전류 검출 유닛(52)을 더 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7은 계통 연계형 에너지 저장 장치들을 보인 도들이다.
도 6을 참조하면, 에너지 저장 장치는, 상용 전원(11)으로부터 입력된 교류 전원을 전력 변환 장치를 이용하여 충전 전원으로 변환한 후 에너지 저장 유닛인 배터리(30)에 저장한다. 이 경우, 에너지 저장 장치는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 인버터(12)와, 직류 전원을 저장하는 DC Bus(13)와, 직류 전원을 충전 전원으로 변환하는 컨버터(20)를 포함하여 구성된다. 이때, 인버터(12)는 DC Bus(13)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 계통에 전달할 수 있도록 양방향으로 구성될 수 있다. 컨버터(20)의 경우도 양방향으로 구성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 에너지 저장 장치는, 대체 에너지원(14)으로부터 직류 전원을 DC/DC 컨버터(20)를 이용하여 충전 전원으로 변환한 후 에너지 저장 유닛인 배터리(30)에 저장한다. 대체 에너지원(14)으로 풍력, 태양광, 연료전지 등에 관심이 높아지고 있는데, 이들을 이용하는 경우에 있어서, 각각의 독립적이고, 전용의 전력 변환 장치 및 이를 제어하는 장치를 제조 또는 사용한다.
예를 들어, 풍력을 이용하는 경우에는, 발전 장치 내에 교류-직류 변환 장치(AC/DC 컨버터)를 구비하여 직류 전원을 발전하여 공급한다. 또, 풍력의 경우에는, 교류-직류 변환 장치에 직류-교류 변환 장치(DC/AC Converter, 인버터)(12)를 직렬로 연결하여 부하 또는 전력 계통을 연계할 수 있다. 풍력의 경우에는, 풍속과 터빈의 속도에 의하여 발생하는 최대전력을 추종하도록 하는 최대 출력점 추종제어를 사용한다. 한편, 연료전지 또는 태양광을 이용하는 경우에는, 출력 전원이 직류이므로, 곧바로 컨버터(20)에 연결될 수 있다. 연료전지 또는 태양광의 경우에도, 인버터(12)를 통해 부하 또는 전력 계통을 연계할 수 있다. 연료 전지 또는 태양광의 경우에도, 운전조건이나 태양광 일사 조건에 따라 얻을 수 있는 최대전력을 출력하기 위한 제어 알고리즘 및 이를 탑재한 제어장치를 사용한다.
도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 전원 변환 방법은, 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하는 단계(S10)와, 상기 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점을 검출하는 단계(S20)와, 상기 영 전류 시점 및 영 전압 시점의 차이에 따른 보상 시간을 연산하는 단계(S30)와, 상기 보상 시간을 이용하여 상기 복수의 스위칭 소자들에 대한 입력 신호를 생성하는 단계(S40)를 포함하여 구성된다. 여기서, 에너지 저장 장치는 복수의 스위칭 소자들을 구비한 컨버터를 이용하여 배터리에 에너지를 저장한다. 이하 장치의 구성은 도 3 내지 도 7을 참조한다.
상기 스위칭 소자는 IGBT 등의 트랜지스터이다. 특히, 상기 복수의 스위칭 소자로, 도 4에 도시한 바와 같이, 직렬 연결된 두 개의 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)을 주로 사용한다. 이때, 출력 전압은 드레인-소스 전압(Vds)이며, 출력 전류는 드레인 전류(Id)이다.
상기 보상 시간을 연산하는 단계(S30)는, 상기 복수의 스위칭 소자들의 기생 커패시턴스에 따른 상기 출력 전압의 천이 구간을 산출하는 과정과, 상기 출력 전압의 천이 구간에 따라 상기 보상 시간을 결정하는 과정을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 보상 시간은, 상기 복수의 스위칭 소자들 사이의 데드 타임(Dead Time)을 고려하여 결정된다.
에너지 저장 장치는, 도 3에 도시한 바와 같이, 두 개의 모스펫들의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하는 출력 전압 검출 유닛과 출력 전류 검출 유닛을 포함하여 구성된다. 에너지 저장 장치는 상기 검출 유닛들을 통해 드레인-소스 전압 및 드레인 전류를 검출한다(S10). 또, 에너지 저장 장치는, 출력 전압의 영 전압 시점을 검출하는 영 전압 검출 유닛과 출력 전류의 영 전류를 검출하는 영 전류 검출 유닛을 더 포함할 수 있다. 에너지 저장 장치는 드레인-소스 전압 및 드레인 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점을 검출한다(S20). 영 전압 시점 및 영 전류 시점의 검출은 컨버터 내의 제어부에서 소프트웨어적으로도 수행할 수 있다.
상기 공진 컨버터는 두 개의 모스펫 각각의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하는 입력 신호, 즉 게이트 신호를 생성한다. 상기 공진 컨버터는, 도 2에 도시한 바와 같은 모스펫 내부의 기생 커패시턴스에 따른 드레인-소스 전압(Vds)의 위상을 빠르게 한다. 즉, 공진 컨버터는 모스펫들에 인가되는 게이트 신호들의 주기를 변경한다.
예를 들어, 상기 공진 컨버터는, 모스펫들의 기생 커패시턴스에 따른 상기 출력 전압의 천이 구간을 산출하고, 상기 출력 전압의 천이 구간에 따른 보상 시간을 결정한다(S30). 이때, 공진 컨버터는, 직렬 연결된 두 개의 모스펫들 사이의 데드 타임(Dead Time), 두 개의 모스펫들이 모두 턴-온되지 아니하도록 하는 시간,을 고려하여 보상 시간을 결정한다. 그런 다음, 공진 컨버터는 보상 시간만큼 입력 신호를 빠르게 인가함으로써 출력 전압과 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점을 일치시킨다(S40).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 공진 컨버터와 이를 포함한 에너지 저장 장치, 및 전원 변환 방법은, 스위칭 소자에 대한 입력 신호를 조절함으로써 스위칭 소자의 기생 커패시턴스에 의해 발생하는 스위칭 손실을 저감하고, 컨버터의 효율을 증대하며, 에너지 저장 능력을 제고한다. 본 발명의 실시 예들은 스위칭 소자에 대한 변조 신호의 위상을 달리함으로써 스위칭 소자의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하고, 영 전류 스위칭 시점과 영 전압 스위칭 시점이 어긋나서 생기는 스위칭 손실을 저감한다.
10: 입력 전원 유닛 20: 컨버터
30: 에너지 저장 유닛 41: 출력 전압 검출 유닛
42: 영 전압 검출 유닛 51: 출력 전류 검출 유닛
52: 영 전류 검출 유닛 210: 트랜스포머
220: 공진 탱크
30: 에너지 저장 유닛 41: 출력 전압 검출 유닛
42: 영 전압 검출 유닛 51: 출력 전류 검출 유닛
52: 영 전류 검출 유닛 210: 트랜스포머
220: 공진 탱크
Claims (15)
- 입력 신호에 따라 구동되는 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 입력 전원을 공급하는 입력부;
상기 입력 전원을 충전 전원으로 변환하는 변압부;
상기 충전 전원을 외부 장치에 출력하는 출력부; 및
상기 입력 신호를 발생하여 상기 복수의 스위칭 소자들을 구동하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 복수의 스위칭 소자들에 해당하는 기생 커패시턴스에 따른 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압의 천이 구간을 산출하고, 상기 출력 전압의 천이 구간을 근거로 보상 시간을 결정하고,
상기 결정된 보상 시간을 근거로 상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점과 영 전류 시점이 일치하도록 하는 상기 입력 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 공진 컨버터. - 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 복수의 스위칭 소자들 내부의 기생 커패시턴스에 따른 상기 출력 전압의 위상을 빠르게 하는 상기 입력 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 공진 컨버터. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 변압부는,
상기 입력부에 연결되는 1차 권선과, 상기 1차 권선에 공급되는 상기 입력 전원에 따라 상기 충전 전원을 유도하는 2차 권선을 구비하고, 상기 입력부 및 출력부를 절연하는 트랜스포머; 및
수동 소자들로 구성되고, 상기 트랜스포머의 전단에 구비되어 공진을 발생시키는 공진 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 컨버터. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 스위칭 소자들은, 직렬 연결된 두 개의 모스펫이고,
상기 출력 전압은 드레인-소스 전압이며, 상기 출력 전류는 드레인 전류인 것을 특징으로 하는 공진 컨버터. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 보상 시간은, 타 스위칭 소자와의 데드 타임을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 공진 컨버터. - 입력 전원을 공급하는 입력 전원 유닛;
배터리를 구비하고, 에너지를 저장하는 에너지 저장 유닛;
입력 신호에 따라 구동되는 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 상기 입력 전원을 충전 전원으로 변환하여 상기 배터리에 출력하는 컨버터;
상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 유닛; 및
상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출 유닛;을 포함하고,
상기 컨버터는, 상기 복수의 스위칭 소자들에 해당하는 기생 커패시턴스에 따른 상기 출력 전압의 천이 구간을 산출하고, 상기 출력 전압의 천이 구간을 근거로 보상 시간을 결정하고,
상기 결정된 보상 시간을 근거로 상기 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점이 일치되도록 그 주기가 가변되는 상기 입력 신호를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치. - 제7 항에 있어서, 상기 컨버터는,
공진 탱크와 트랜스포머를 구비하고, 상기 입력 전원을 상기 충전 전원으로 변환하는 변압부;
상기 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 상기 입력 전원을 상기 변압부에 공급하는 입력부;
상기 충전 전원을 상기 배터리에 출력하는 출력부; 및
상기 출력 전압의 천이 구간을 산출하고, 상기 출력 전압의 천이 구간을 근거로 한 보상 시간을 결정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치. - 제8 항에 있어서,
상기 복수의 스위칭 소자들은, 직렬 연결된 두 개의 모스펫이고,
상기 출력 전압은 드레인-소스 전압이며, 상기 출력 전류는 드레인 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 출력 전압의 상기 영 전압을 검출하는 영 전압 검출 유닛; 및
상기 출력 전류의 상기 영 전류를 검출하는 영 전류 검출 유닛;을 더 포함하는 에너지 저장 장치. - 제7 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 전원 유닛은,
교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 인버터; 및
상기 직류 전원을 저장하는 하나 이상의 직류 링크 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치. - 제7 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 전원 유닛은,
직류 전원을 발전하는 직류 전원 발전 장치와 연결되어 상기 직류 전원을 상기 입력 전원으로 공급하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치. - 복수의 스위칭 소자들을 구비한 공진 컨버터를 이용하여 배터리에 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치의 전원 변환 방법에 있어서,
상기 복수의 스위칭 소자들의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하는 단계;
상기 출력 전압 및 출력 전류의 영 전압 시점 및 영 전류 시점을 검출하는 단계;
상기 영 전류 시점 및 영 전압 시점의 차이에 따른 보상 시간을 연산하는 단계; 및
상기 보상 시간을 이용하여 상기 복수의 스위칭 소자들에 대한 입력 신호를 생성하는 단계;를 포함하되,
상기 보상 시간을 연산하는 단계는,
상기 복수의 스위칭 소자들에 해당하는 기생 커패시턴스에 따른 상기 출력 전압의 천이 구간을 산출하는 과정; 및
상기 출력 전압의 천이 구간을 근거로 상기 보상 시간을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전원 변환 방법. - 삭제
- 제13 항에 있어서,
상기 보상 시간은, 상기 복수의 스위칭 소자들 사이의 데드 타임을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전원 변환 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020120002530A KR101303165B1 (ko) | 2012-01-09 | 2012-01-09 | 공진 컨버터와 이를 포함한 에너지 저장 장치, 및 전원 변환 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020120002530A KR101303165B1 (ko) | 2012-01-09 | 2012-01-09 | 공진 컨버터와 이를 포함한 에너지 저장 장치, 및 전원 변환 방법 |
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Citations (4)
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| JPH08510106A (ja) * | 1994-03-01 | 1996-10-22 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェン ノートシャップ | テレビジョン電源用低雑音多出力多共振ホワードコンバータ |
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-
2012
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