KR20230130865A - Solid-state transformer and method for contolling initial start thereof - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 변압기 및 그 초기 기동 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 변압기는, 입력되는 저주파 고압의 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 제1 변환부와, 변환된 DC가 충전되는 직류 링크 커패시터와, 직류 링크 커패시터에 연결되어 DC-DC 변환을 수행하는 제2 변환부를 각각 구비하며, 전원에 대해 각 제1 변환부가 직렬로 연결된 다수의 반도체 변압기 모듈; 및 다수의 반도체 변압기 모듈에 대해 전용으로 하나씩 연결되어, 반도체 변압기 모듈의 제1 및 제2 변환부를 독립적으로 제어하는 다수의 제어부;를 포함하며, 상기 다수의 제어부는 초기 기동 시 반도체 변압기 모듈의 턴온(turn-on)을 독립적으로 제어한다.The present invention relates to a semiconductor transformer and its initial startup control method. The semiconductor transformer according to an embodiment of the present invention includes a first converter that converts input low-frequency, high-voltage alternating current (AC) into direct current (DC), a direct current link capacitor in which the converted DC is charged, and a direct current link capacitor. A plurality of semiconductor transformer modules each having a second conversion unit connected to perform DC-DC conversion, and each first conversion unit being connected in series to a power source; and a plurality of control units each dedicated to a plurality of semiconductor transformer modules to independently control the first and second conversion units of the semiconductor transformer module, wherein the plurality of control units turn on the semiconductor transformer module upon initial startup. (turn-on) is controlled independently.

Description

반도체 변압기 및 그 초기 기동 제어방법{SOLID-STATE TRANSFORMER AND METHOD FOR CONTOLLING INITIAL START THEREOF}Semiconductor transformer and its initial startup control method {SOLID-STATE TRANSFORMER AND METHOD FOR CONTOLLING INITIAL START THEREOF}

본 발명은 반도체 변압기를 제어하기 위한 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전원에 대해 직렬로 연결된 다수의 모듈을 포함하는 반도체 변압기에서 고속의 통신 설비 없이도 각 모듈을 안정적으로 초기 기동할 수 있는 제어 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for controlling a semiconductor transformer, and more specifically, a control technology that enables stable initial startup of each module in a semiconductor transformer including a plurality of modules connected in series to a power source without high-speed communication facilities. It's about.

전력용 변압기는 계통에서 송전, 배전, 분전 등의 분기점에서 전압 가변의 기능을 통해 구분해주는 역할을 한다. 다만, 기존 전력용 변압기는 저주파 교류의 전압을 바로 가변하는 방식이므로, 소자가 커 부피 및 질량이 클 뿐 아니라, 입출력 제어가 불가능하다.Power transformers play a role in distinguishing through the function of voltage variation at branch points such as transmission, distribution, and distribution in the system. However, existing power transformers are used to directly change the voltage of low-frequency alternating current, so not only are the devices large in volume and mass, but input and output control is impossible.

이러한 기존 전력용 변압기의 문제점을 해결하기 위해, 반도체 변압기가 제안되었다. 즉, 반도체 변압기는 기존 전력용 변압기에 비해 전력변환장치의 구성이 보다 효율적인 방식으로 변경된 방식이다. 이러한 반도체 변압기는 직류 링크를 통해 신재생에너지, 직류 배전, 전기자동차 충전 등과 같은 다양한 기술에 적용 가능하다. To solve these problems of existing power transformers, a semiconductor transformer has been proposed. In other words, the semiconductor transformer is a method in which the configuration of the power conversion device has been changed in a more efficient manner compared to the existing power transformer. These semiconductor transformers can be applied to various technologies such as new renewable energy, direct current distribution, and electric vehicle charging through direct current links.

특히, 반도체 변압기는 전압 가변과 더불어 교류/직류의 전력변환, 역률 및 고조파 제어 등 다양한 기능을 구현할 수 있고, 고주파 변압기를 채용함에 따라, 기존 전력용 변압기에 비해 부피 및 무게를 크게 줄일 수 있다. 또한, 반도체 변압기는 고압의 입력전압을 직접 연결이 가능함으로 변환 과정의 단계를 줄일 수 있어 효율을 높일 수 있다.In particular, semiconductor transformers can implement various functions such as alternating current/direct current power conversion, power factor and harmonic control, as well as voltage variation, and by adopting high-frequency transformers, the volume and weight can be greatly reduced compared to existing power transformers. In addition, semiconductor transformers can directly connect high-voltage input voltages, reducing the number of steps in the conversion process and increasing efficiency.

이러한 반도체 변압기는 전력 변환을 담당하는 다수의 모듈을 포함하는데, 각 모듈은 고압 전력을 다루면서 전력을 변환하는 제1 변환부와, 저압 전력을 다루면서 전력을 변환하는 제2 변환부를 포함한다. 이때, 각 모듈에 따른 다수의 제1 변환부는 전원부에 대해 서로 직렬 연결되는 직렬 시스템을 구현한다. 즉, 각 제1 변환부는 전원부에서 공급되는 전력에 대해 직렬 분배를 받으며, 분배된 전력을 이용하여 필요한 전력 변환 기능을 수행한다. This semiconductor transformer includes a plurality of modules responsible for power conversion, and each module includes a first conversion unit that converts power while handling high-voltage power, and a second conversion unit that converts power while handling low-voltage power. At this time, a plurality of first conversion units for each module implement a serial system in which they are connected in series to the power supply unit. That is, each first conversion unit receives serial distribution of the power supplied from the power supply unit and performs the necessary power conversion function using the distributed power.

한편, 반도체 변압기는 각 모듈에 연결되어 해당 모듈에 대한 제어를 수행하는 제어부를 포함한다. 이때, 각 모듈이 병렬로 연결되는 경우, 하나의 전압원을 공유하기 때문에 독립적 제어 가능하다. 반면, 각 모듈이 직렬로 연결된 종래의 반도체 변압기의 경우(이하, "종래 기술"이라 지칭함), 초기 기동 시에 이상 동작으로 인한 돌입 전류 등을 방지하기 위해 통신 또는 기타정보를 각 모듈과 공유하여 직렬로 연결된 각 변환부를 동시에 턴온(turn-on)하여 제어하는 중앙 제어 방식을 사용한다. 즉, 종래 기술은 다수 모듈을 각각의 독립적인 장치로 보지 않고, 이들 모듈의 전체(즉, 반도체 변압기)를 하나의 컨버터 장치로 보고 제어하는 방식을 사용한다.Meanwhile, the semiconductor transformer includes a control unit that is connected to each module and performs control of the corresponding module. At this time, when each module is connected in parallel, independent control is possible because they share one voltage source. On the other hand, in the case of a conventional semiconductor transformer in which each module is connected in series (hereinafter referred to as "prior art"), communication or other information is shared with each module to prevent inrush current due to abnormal operation during initial startup. It uses a central control method that turns on and controls each converter connected in series simultaneously. That is, the prior art does not view multiple modules as independent devices, but views and controls all of these modules (i.e., semiconductor transformers) as one converter device.

이에 따라, 종래 기술은 제어부와 각 모듈 간이 고속의 통신 설비로 연결되거나, 다수의 제어부들 간이 고속의 통신 설비로 되어야 한다. 이는 초기 기동 시 각 변환부에 대한 중앙 제어 방식의 동시 턴온 제어가 고속 통신을 기반으로만 수행 가능하기 때문이다. 하지만, 이러한 고속의 통신 설비는 고가에 해당하므로, 반도체 변압기의 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 발생한다.Accordingly, the prior art requires a high-speed communication facility between the control unit and each module, or a high-speed communication facility between multiple control units. This is because simultaneous turn-on control of the central control method for each conversion unit during initial startup can only be performed based on high-speed communication. However, since these high-speed communication facilities are expensive, a problem arises in which the manufacturing cost of the semiconductor transformer increases.

다만, 상술한 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 기 공개된 기술에 해당하는 것은 아니다.However, the above-described content merely provides background information on the present invention and does not correspond to previously disclosed technology.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전원에 대해 직렬로 연결된 다수의 모듈을 포함하는 반도체 변압기에서 고속의 통신 설비 없이도 각 모듈을 안정적으로 초기 기동할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems described above, the purpose of the present invention is to provide a technology that can stably initialize each module without high-speed communication facilities in a semiconductor transformer including a plurality of modules connected in series to the power source. there is.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 변압기는, 입력되는 저주파 고압의 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 제1 변환부와, 변환된 DC가 충전되는 직류 링크 커패시터와, 직류 링크 커패시터에 연결되어 DC-DC 변환을 수행하는 제2 변환부를 각각 구비하며, 전원에 대해 각 제1 변환부가 직렬로 연결된 다수의 반도체 변압기 모듈; 및 다수의 반도체 변압기 모듈에 대해 전용으로 하나씩 연결되어, 전용의 반도체 변압기 모듈의 제1 및 제2 변환부를 독립적으로 제어하는 다수의 제어부;를 포함하며, 상기 다수의 제어부는 초기 기동 시 전용의 반도체 변압기 모듈의 턴온(turn-on)을 독립적으로 제어한다.A semiconductor transformer according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes a first converter that converts input low-frequency, high-voltage alternating current (AC) into direct current (DC), and a direct current in which the converted DC is charged. A plurality of semiconductor transformer modules each having a link capacitor and a second conversion unit connected to the direct current link capacitor to perform DC-DC conversion, and each first conversion unit being connected in series to a power source; and a plurality of control units that are dedicatedly connected one by one to the plurality of semiconductor transformer modules and independently control the first and second conversion units of the dedicated semiconductor transformer modules, wherein the plurality of control units are connected to the dedicated semiconductor modules at initial startup. Independently controls the turn-on of the transformer module.

상기 다수의 제어부는 초기 기동 시 적어도 2개의 제어부가 전용의 반도체 변압기 모듈이 서로 다른 시간에 턴온(turn-on)하도록 제어할 수 있다.During initial startup, at least two control units may control dedicated semiconductor transformer modules to turn on at different times.

상기 다수의 제어부는 초기 기동 시 전용의 반도체 변압기 모듈이 서로 다른 시간에 턴온(turn-on)하도록 제어할 수 있다.The plurality of control units may control dedicated semiconductor transformer modules to turn on at different times during initial startup.

상기 다수의 제어부는 초기 기동 시 전용의 반도체 변압기 모듈의 직류 링크 커패시터에 일정 전압이 충전되는 경우에 전용의 반도체 변압기 모듈을 턴온(turn-on)하도록 제어할 수 있다.The plurality of control units may control the dedicated semiconductor transformer module to be turned on when a certain voltage is charged in the direct current link capacitor of the dedicated semiconductor transformer module during initial startup.

상기 다수의 제어부 중에 적어도 하나는 다수의 반도체 변압기 모듈에 대한 전류 제어기로 동작할 수 있다.At least one of the plurality of control units may operate as a current controller for the plurality of semiconductor transformer modules.

상기 다수의 제어부 중에 하나는 전류 제어기로 동작하며, N개(단, N은 2이상의 자연수)의 상기 반도체 변압기 모듈은 각각이 계통 전압의 1/N 이상에 해당하는 전압을 공급하면서 상기 전류 제어기가 동작할 수 있다.One of the plurality of control units operates as a current controller, and each of the N semiconductor transformer modules (where N is a natural number of 2 or more) supplies a voltage corresponding to 1/N or more of the system voltage, and the current controller operates. It can work.

상기 제1 및 제2 변환부는 게이트(Gate), 제1 전극 및 제2 전극을 각각 구비한 다수의 스위치 소자와, 상기 다수의 스위치 소자의 제1 및 제2 전극 사이에 각각 연결된 다이오드를 포함할 수 있다.The first and second conversion units may include a plurality of switch elements each having a gate, a first electrode, and a second electrode, and a diode each connected between the first and second electrodes of the plurality of switch elements. You can.

초기 기동 시, 상기 제1 변환부의 다이오드에 의해 형성되는 경로에 따라 상기 직류 링크 커패시터에 전압이 충전되고, 상기 직류 링크 커패시터에 충전된 전압이 상기 제2 변환부의 다이오드에 의해 차단된 상태에서 상기 제어부의 제어 동작이 수행될 수 있다.At initial startup, a voltage is charged in the DC link capacitor according to a path formed by the diode of the first converter, and the control unit operates in a state in which the voltage charged in the DC link capacitor is blocked by the diode of the second converter. control operations may be performed.

상기 각 제어부의 제어 신호는 전용의 반도체 변압기 모듈의 제1 및 제2 변환부에 구비된 다수의 스위치 소자의 게이트에 인가될 수 있다.The control signal of each control unit may be applied to the gates of a plurality of switch elements provided in the first and second conversion units of the dedicated semiconductor transformer module.

초기 기동 시에 개별 직류 링크 커패시터 전압의 총 합산 전압은 상기 전원의 전압과 같거나 상기 전원의 전압보다 높을 수 있다.At initial start-up, the total sum of the individual DC link capacitor voltages may be equal to or higher than the voltage of the power supply.

상기 제2 변환부는, 상기 제1 변환부에서 변환된 DC를 고주파의 AC로 변환하는 3레벨의 하프 브리지(half bridge); 상기 변환된 고주파의 AC를 1차측에서 입력 받아 저압의 AC로 2차측에서 변압하는 변압부; 및 상기 저압의 AC를 DC로 변환하는 2레벨의 풀 브리지;를 포함할 수 있다.The second conversion unit includes a three-level half bridge that converts DC converted in the first conversion unit into high-frequency AC; a transformer that receives the converted high-frequency AC from the primary side and transforms it into low-voltage AC on the secondary side; and a two-level full bridge that converts the low-voltage AC to DC.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어방법은, 입력되는 저주파 고압의 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 제1 변환부와, 변환된 DC가 충전되는 직류 링크 커패시터와, 직류 링크 커패시터에 연결되어 DC-DC 변환을 수행하는 제2 변환부를 각각 구비한 다수의 반도체 변압기 모듈을 포함하되, 전원에 대해 각 제1 변환부가 직렬로 연결된 반도체 변압기에 대한 초기 기동 제어방법으로서, 상기 전원에 의해 다수의 반도체 변압기 모듈의 직류 링크 커패시터에 일정 전압이 충전되는 단계; 및 다수의 반도체 변압기 모듈에 대해 전용으로 하나씩 연결된 다수의 제어부가 전용의 반도체 변압기 모듈의 턴온(turn-on)을 독립적으로 제어하는 단계;를 포함한다.The control method according to an embodiment of the present invention includes a first converter that converts input low-frequency, high-voltage alternating current (AC) into direct current (DC), a direct current link capacitor in which the converted DC is charged, and a direct current link capacitor. An initial startup control method for a semiconductor transformer comprising a plurality of semiconductor transformer modules each having a second conversion unit that is connected and performing DC-DC conversion, wherein each first conversion unit is connected in series with respect to a power source, wherein the Charging the direct current link capacitors of a plurality of semiconductor transformer modules with a certain voltage; and a step of independently controlling the turn-on of the dedicated semiconductor transformer modules by a plurality of control units dedicatedly connected one by one to the plurality of semiconductor transformer modules.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 전원에 대해 서로 직렬로 연결된 다수의 모듈을 포함하는 반도체 변압기에서 고속의 통신 설비 없이도 각 모듈을 안정적으로 초기 기동할 수 있는 새로운 기술을 제공할 수 있을 뿐 아니라, 고비용의 고속의 통신 설비가 불필요하므로 비용 경제적인 이점이 있다. The present invention configured as described above not only provides a new technology for stable initial startup of each module in a semiconductor transformer including a plurality of modules connected in series to the power supply without high-speed communication facilities, but also provides a new technology for stable initial startup of each module at high cost. There is a cost-effective advantage because high-speed communication facilities are not required.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 변압기 모듈(10)의 개략 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기(1)의 개략 구성도를 나타낸다.
도 3은 제1 변환부(100)의 상세한 회로(토폴로지)에 대한 일 예를 나타낸다.
도 4는 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)의 상세한 회로(토폴로지)에 대한 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 변압기(1)의 초기 기동 제어방법의 순서도를 나타낸다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 제어 방식의 초기 기동 제어 따른 각 반도체 변압기 모듈(10)의 상태 변화에 대한 일 예를 나타낸다.
도 11은 4개의 반도체 변압기 모듈(10)을 구비한 반도체 변압기(1)에 대한 시간에 따른 전압/전류 다이어그램의 일 예를 나타낸다. Figure 1 shows a schematic configuration diagram of a semiconductor transformer module 10 according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a schematic configuration diagram of a transformer 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows an example of a detailed circuit (topology) of the first conversion unit 100.
FIG. 4 shows an example of a detailed circuit (topology) of the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200.
Figure 5 shows a flowchart of an initial startup control method of the semiconductor transformer 1 according to an embodiment of the present invention.
6 to 10 show an example of a change in the state of each semiconductor transformer module 10 according to initial startup control of the local control method according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 shows an example of a voltage/current diagram over time for a semiconductor transformer 1 with four semiconductor transformer modules 10.

본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The above purpose and means of the present invention and the resulting effects will become clearer through the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, and thus the technical idea of the present invention will be easily understood by those skilled in the art. It will be possible to implement it. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다", "마련하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. In this specification, singular forms also include plural forms, as appropriate, unless specifically stated otherwise in the context. In this specification, terms such as “comprise,” “provide,” “provide,” or “have” do not exclude the presence or addition of one or more other components other than the mentioned components.

본 명세서에서, "또는", "적어도 하나" 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나"는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.In this specification, terms such as “or” and “at least one” may represent one of words listed together, or a combination of two or more. For example, “A or B”, “at least one of A and B” may include only A or B, or both A and B.

본 명세서에서, "예를 들어" 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.In this specification, descriptions under "for example" and the like may not exactly match the information presented, such as the cited characteristics, variables, or values, and may be subject to tolerances, measurement errors, limits of measurement accuracy and other commonly known factors. Effects such as modifications, including, should not limit the embodiments of the invention according to various embodiments of the present invention.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.In this specification, when a component is described as being 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. It must be understood that it may be possible. On the other hand, when a component is mentioned as being 'directly connected' or 'directly connected' to another component, it should be understood that there are no other components in between.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.In this specification, when a component is described as being ‘on’ or ‘in contact with’ another component, it may be in direct contact with or connected to the other component, but there may be another component in between. It must be understood that it can be done. On the other hand, if a component is described as being 'right above' or 'in direct contact' with another component, it can be understood that there is no other component in the middle. Other expressions that describe the relationship between components, such as 'between' and 'directly between', can be interpreted similarly.

본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.In this specification, terms such as 'first' and 'second' may be used to describe various components, but the components should not be limited by the above terms. Additionally, the above term should not be interpreted as limiting the order of each component, but may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a 'first component' may be named a 'second component', and similarly, a 'second component' may also be named a 'first component'.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 변압기 모듈(10)의 개략 구성도를 나타내며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기(1)의 개략 구성도를 나타낸다.FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a semiconductor transformer module 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a transformer 1 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 변압기 모듈(10)은 제1 변환부(100)와 제2 변환부(200)가 결합된 반도체 변압기 회로를 포함한다. 이때, 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)은 각각 전력 변환의 기능을 수행한다. 이러한 반도체 변압기 모듈(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 변압기(1)에 포함된 복수의 모듈(10_1, 10_2, … 10_n) 중에 하나일 수 있다. Referring to FIG. 1, the semiconductor transformer module 10 according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor transformer circuit in which a first conversion unit 100 and a second conversion unit 200 are combined. At this time, the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 each perform a power conversion function. As shown in FIG. 2, this semiconductor transformer module 10 may be one of a plurality of modules 10_1, 10_2, ... 10_n included in the transformer 1.

이때, 변압기(1)는 전력용으로 사용되는 반도체 변압기(solid state transformer, SST)이다. 전력용으로 사용되는 반도체 변압기(1)는 계통에서 송전, 배전, 분전 등의 분기점에서 전압 가변의 기능을 수행할 수 있다.At this time, the transformer 1 is a semiconductor transformer (solid state transformer, SST) used for power. The semiconductor transformer 1 used for power can perform the function of varying voltage at branch points such as transmission, distribution, and distribution in the system.

일례로, SST는 배전시스템에 적용될 수 있다. 이러한 SST는 비모듈형(Non-Modular), 준모듈형(Semi-Modular) 및 모듈형(Modular)으로 각각 구분될 수 있다. 즉, 반도체 변압기(1)는 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)이 직렬 연결된 모듈형 SST로서, 배전시스템에 적용된 SST일 수 있다. 이에 따라, 반도체 변압기(1)는 무겁고 부피가 큰 기존 전력용 변압기 대비 크기감소와 고효율을 달성할 수 있다.As an example, SST can be applied to distribution systems. These SSTs can be divided into Non-Modular, Semi-Modular, and Modular. That is, the semiconductor transformer 1 is a modular SST in which semiconductor transformer modules 10_1, 10_2, ... 10_n are connected in series, and may be an SST applied to a distribution system. Accordingly, the semiconductor transformer 1 can achieve reduced size and high efficiency compared to existing power transformers that are heavy and bulky.

반도체 변압기(1)에서, 저주파의 고전압 정현파는 고주파의 고전압 구형파로 변환된 후, 저전압으로 변환된다. 이후, 저전압으로 변환된 전원은 최종적으로 다시 저주파로 변환되어 출력될 수 있다. 이때, 고주파는 상용 주파수(60Hz)보다 높은 주파수이다. 일례로, 저주파는 60Hz 등이고, 고주파는 10 kHz 등일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In the semiconductor transformer 1, a low-frequency, high-voltage sinusoidal wave is converted into a high-frequency, high-voltage square wave and then converted to a low voltage. Afterwards, the power converted to low voltage can be finally converted back to low frequency and output. At this time, high frequency is a frequency higher than the commercial frequency (60Hz). For example, the low frequency may be 60Hz, etc., and the high frequency may be 10 kHz, etc., but the present invention is not limited thereto.

이하, 제1 반도체 변압기 모듈(10_1)의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)를 각각 "제1_1 변환부(100_1)" 및 "제2_1 변환부(200_1)"라 지칭하며, 제2 반도체 변압기 모듈(10_2)의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)를 각각 "제1_2 변환부(100_2)" 및 "제2_2 변환부(200_2)"라 지칭한다. 이러한 방식으로 제n 반도체 변압기 모듈(10_n)의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)를 각각 "제1_n 변환부(100_n)" 및 "제2_n 변환부(200_n)"라 지칭한다. Hereinafter, the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 of the first semiconductor transformer module 10_1 will be referred to as “1_1 conversion unit 100_1” and “2_1 conversion unit 200_1”, respectively. , the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 of the second semiconductor transformer module 10_2 are referred to as “1_2 conversion unit 100_2” and “2_2 conversion unit 200_2”, respectively. In this way, the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 of the n-th semiconductor transformer module 10_n are referred to as “1_n conversion unit 100_n” and “2_n conversion unit 200_n”, respectively. do.

다수의 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)가 구비된 경우, 전원부(20)의 제1 입력 단자와 제1 반도체 변압기 모듈(10_1)의 제1 입력 단자(즉, 제1_1 변환부의 제1 입력 단자) 사이에 제1 전원 선로(L₁)가, 제1 반도체 변압기 모듈(10_1)의 제2 입력 단자(즉, 제1_1 변환부의 제2 입력 단자)와 제2 반도체 변압기 모듈(10_2)의 제1 입력 단자(즉, 제1_2 변환부의 제1 입력 단자) 사이에 제2 전원 선로(L₂)가, 제n-1 반도체 변압기 모듈(10_n-1)의 제2 입력 단자(즉, 제1_n-1 변환부의 제2 입력 단자)와 제n 반도체 변압기 모듈(10_n)의 제1 입력 단자(즉, 제1_n 변환부의 제1 입력 단자) 사이에 제n 전원 선로(L_n)가, 제n 반도체 변압기 모듈(10_n)의 제2 입력 단자(즉, 제1_n 변환부의 제2 입력 단자)와 전원부(20)의 제2 입력 단자 사이에 제n+1 전원 선로(L_n+1)가 각각 구비된다.When a plurality of semiconductor transformer modules 10_1, 10_2, ... 10_n are provided, the first input terminal of the power unit 20 and the first input terminal of the first semiconductor transformer module 10_1 (i.e., the first input terminal of the 1_1 conversion unit) The first power line (L ₁ ) is connected between the second input terminal (i.e., the second input terminal of the 1_1 conversion unit) of the first semiconductor transformer module 10_1 and the second semiconductor transformer module 10_2. The second power line (L ₂ ) is connected between the first input terminal (i.e., the first input terminal of the 1_2 conversion unit) and the second input terminal (i.e., the 1_n first input terminal) of the n-1 semiconductor transformer module 10_n-1. The n-th power line (L _n ) is connected between the second input terminal of the -1 conversion unit) and the first input terminal of the n-th semiconductor transformer module 10_n (i.e., the first input terminal of the 1_n conversion unit). An n+1 power line (L _n+1 ) is provided between the second input terminal of the transformer module 10_n (i.e., the second input terminal of the 1_n conversion unit) and the second input terminal of the power supply unit 20. .

이에 따라, 전원부(20)의 계통 전원이 L₁, L₂, … L_n, L_n+1의 선로들을 통해 전달되면서 각 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)에 차례로 공급된다. 즉, 직렬 연결에 따라 전원부(20)의 전력이 전압 분배되며, 이러한 분배된 전압이 직렬 연결된 제1-1 내지 제1-n 변환부에 차례로 공급된다. 다만, 도 1 등에는, L₁, L₂, … L_n, L_n+1의 선로에 인덕터가 연결된 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, L₁, L₂, … L_n, L_n+1의 선로에 능동 소자(인덕터, 커패시터 등) 또는 수동 소자(저항 등)가 추가로 연결될 수도 있다.Accordingly, the system power of the power supply unit 20 is L ₁ , L ₂ , … It is transmitted through the lines L _n and L _n+1 and is sequentially supplied to each semiconductor transformer module (10_1, 10_2, … 10_n). That is, the power of the power supply unit 20 is voltage distributed according to the series connection, and this divided voltage is sequentially supplied to the 1-1st to 1-nth converters connected in series. However, in Figure 1 etc., L ₁ , L ₂ , … Although the inductor is shown connected to the lines L _n and L _n+1 , the present invention is not limited thereto. That is, L ₁ , L ₂ , … Active elements (inductors, capacitors, etc.) or passive elements (resistors, etc.) may be additionally connected to the lines of L _n and L _n+1 .

일례로, n이 10이고 전원부(20)에 의해 10KV의 전력이 공급되며 제1-1 내지 제1-n 변환부가 동일 규격으로 구현되는 경우, 제1-1 내지 제1-n 변환부는 동일한 전력이 각각 분배된다. 즉, 제1-1 내지 제1-n 변환부에는 각각 동일하게 1KV의 전압이 분배되어 공급될 수 있다.For example, when n is 10, 10KV power is supplied by the power supply unit 20, and the 1-1st to 1-nth converters are implemented with the same standard, the 1-1st to 1-nth converters have the same power These are distributed to each. That is, a voltage of 1 KV may be equally distributed and supplied to the 1-1st to 1-nth conversion units.

또한, 각 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)의 제1 출력 단자들은 부하(R_L)의 제1 단자에 연결되며, 각 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)의 제2 출력 단자들은 부하(R_L)의 제2 단자에 연결된다.In addition, the first output terminals of each semiconductor transformer module (10_1, 10_2, ... 10_n) are connected to the first terminal of the load (R _L ), and the second output terminal of each semiconductor transformer module (10_1, 10_2, ... 10_n) They are connected to the second terminal of the load (R _L ).

즉, 각 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)은 자신의 부하에 따라 전원부(20)의 전원에 대해 직렬 분배를 받으며, 직렬 분배된 전원에 대한 변압 기능을 수행하며, 변압된 전원이 부하(R_L)로 전달된다. 이때, 각 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)은 전력 변환 회로인 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)를 포함한다. 물론, 반도체 변압기(1)는 하나의 반도체 변압기 모듈(10)만을 포함할 수도 있다. 이 경우, 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 입력 단자와 전원부(20)의 제2 입력 단자 사이에 L₂이 연결될 수 있다.That is, each semiconductor transformer module (10_1, 10_2, ... 10_n) receives serial distribution of the power of the power supply unit 20 according to its load, performs a transforming function for the serially distributed power, and the transformed power is supplied to the load. It is transmitted as (R _L ). At this time, each semiconductor transformer module (10_1, 10_2, ... 10_n) includes a first conversion unit 100 and a second conversion unit 200, which are power conversion circuits. Of course, the semiconductor transformer 1 may include only one semiconductor transformer module 10. In this case, L ₂ may be connected between the first input terminal of the semiconductor transformer module 10 and the second input terminal of the power supply unit 20.

한편, 도 2에 도시된 부하(R_L)는 배전 선로 등의 선로이거나, DC-AC 컨버터이거나, 변압된 DC 전원을 이용하여 특정 기능을 수행하는 다양한 시스템 등일 수 있다. 일례로, 부하(R_L)는 전동기 구동을 제어하는 인버터 또는 PLC를 포함하는 시스템일 수 있으며, 그 외에 측정, 통신, 입력, 출력, 연산 등에 관련된 다양한 기능을 위한 시스템일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the load R _L shown in FIG. 2 may be a line such as a distribution line, a DC-AC converter, or various systems that perform specific functions using transformed DC power. For example, the load (R _L ) may be a system including an inverter or PLC that controls the operation of an electric motor, and may be a system for various functions related to measurement, communication, input, output, calculation, etc., but the present invention It is not limited to this.

또한, 반도체 변압기(1)는 각 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)의 기능을 제어하기 위한 다수의 제어부(30_1, 30_2, … 30_n)를 포함할 수 있다. 이때, 하나의 제어부(30)는 하나의 반도체 변압기 모듈(10)에 대해 전용으로 그 기능을 제어한다. 즉, 하나의 제어부(30)는 전용의 반도체 변압기 모듈(10)에서 제2 변환부(200)의 변환 기능을 제어할 수 있으며, 전용의 반도체 변압기 모듈(10)에서 제1 변환부(100)의 전력 변환 기능을 제어할 수도 있다. 이때, 제어부(30)는 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)에 포함된 다수의 스위치 소자에 대한 제어 신호를 제공할 수 있다.Additionally, the semiconductor transformer 1 may include a plurality of control units (30_1, 30_2, ... 30_n) for controlling the functions of each semiconductor transformer module (10_1, 10_2, ... 10_n). At this time, one control unit 30 exclusively controls the functions of one semiconductor transformer module 10. That is, one control unit 30 can control the conversion function of the second conversion unit 200 in the dedicated semiconductor transformer module 10, and the first conversion unit 100 in the dedicated semiconductor transformer module 10. It is also possible to control the power conversion function of . At this time, the control unit 30 may provide control signals for a plurality of switch elements included in the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 of the dedicated semiconductor transformer module 10.

도 3은 제1 변환부(100)의 상세한 회로(토폴로지)에 대한 일 예를 나타내고, 도 4는 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)의 상세한 회로(토폴로지)에 대한 일 예를 나타낸다.FIG. 3 shows an example of a detailed circuit (topology) of the first conversion unit 100, and FIG. 4 shows an example of a detailed circuit (topology) of the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200. Shows an example.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 각 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, …10_n)에서, 제1 변환부(100)와 제2 변환부(200)는 직렬로 연결되며, 이들 사이에 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)가 직렬로 연결될 수 있다.Referring to Figures 1 to 4, in each semiconductor transformer module (10_1, 10_2, ...10_n), the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 are connected in series, and a direct current link capacitor is installed between them. (C ₁ , C ₂ ) can be connected in series.

즉, 제1 변환부(100)의 제1 출력단이 제1 직류 링크 커패시터(C₁)의 일단 및 제2 변환부(200)의 제1 입력단에 연결되며, 제1 변환부(100)의 제2 출력단이 제2 직류 링크 커패시터(C₂)의 타단 및 제2 변환부(200)의 제2 입력단에 연결된다. 이때, 제1 직류 링크 커패시터(C₁)의 타단과 제2 직류 링크 커패시터(C₂)의 일단이 연결되며, 이들 사이에 마디 N₂가 형성된다.That is, the first output terminal of the first converter 100 is connected to one end of the first direct current link capacitor (C ₁ ) and the first input terminal of the second converter 200, and the first output terminal of the first converter 100 2 The output terminal is connected to the other terminal of the second DC link capacitor (C ₂ ) and the second input terminal of the second conversion unit 200. At this time, the other end of the first DC link capacitor (C ₁ ) and one end of the second DC link capacitor (C ₂ ) are connected, and a node N ₂ is formed between them.

또한, 전원의 어느 한 선로가 연결되는 제1 변환부(100)의 제1 입력단은 노드 N₁에 연결되며, 전원의 다른 한 선로가 연결되는 제1 변환부(100)의 제2 입력단은 노드 N₂에 연결된다. 즉, 이러한 N₁은 L₁, L₂, … L_n, L_n+1의 선로 중에 하나와 연결되며, N₂는 L₁, L₂, … L_n, L_n+1의 선로 중에 다른 하나와 연결될 수 있다. 일례로, 반도체 변압기 모듈(10)이 반도체 변압기(1)에서 첫번째 모듈인 경우, N₁은 L₁에 연결되며, N₂는 L₂에 연결된다.In addition, the first input terminal of the first converter 100 to which one line of power is connected is connected to node N ₁ , and the second input terminal of the first converter 100 to which another line of power is connected is node Connected to N ₂ In other words, these N ₁ are L ₁ , L ₂ , … It is connected to one of the lines L _n , L _n+1 , and N ₂ is connected to L ₁ , L ₂ , … It can be connected to another one of the lines L _n and L _n+1 . For example, when the semiconductor transformer module 10 is the first module in the semiconductor transformer 1, N ₁ is connected to L ₁ and N ₂ is connected to L ₂ .

또한, 제2 변환부(200)의 제1 및 제2 출력단에는 직류 링크 커패시터(C₃)의 일단 및 타단이 각각 연결된다. 다만, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 달리, C₁ 및 C₂는 제1 변환부(100)에 포함되는 구성으로 볼 수도 있으며, C₃는 제2 변환부(200)에 포함되는 구성으로 볼 수도 있다.In addition, one end and the other end of the DC link capacitor (C ₃ ) are connected to the first and second output terminals of the second converter 200, respectively. However, unlike shown in FIGS. 1 to 4, C ₁ and C ₂ may be viewed as components included in the first conversion unit 100, and C ₃ may be viewed as a component included in the second conversion unit 200. You can also see it.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 반도체 변압기 모듈(10)을 구현하는 토폴로지의 일 예에 따른 각 구성의 상세한 연결 및 동작에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3 and 4 , detailed connection and operation of each component according to an example of a topology implementing the semiconductor transformer module 10 will be described.

제1 변환부(100)는 AFE(AC-DC Active Front End) 정류기로 동작한다. 즉, 제1 변환부(100)는 on/off 제어가 가능한 스위치 소자를 이용하여, 전원부(20)에서 출력되는 저주파의 AC 전원을 능동적으로 제어하여 DC로 변환한다. 이러한 제1 변환부(100)는 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)의 전압(이하, "링크 전압"이라 지칭함)의 제어, DC 링크 전압의 일정한 유지, 입력의 역률 제어, 입력 전류에 포함된 고조파 제거 등의 이점을 가진다.The first converter 100 operates as an AC-DC Active Front End (AFE) rectifier. That is, the first conversion unit 100 uses a switch element capable of on/off control to actively control the low-frequency AC power output from the power unit 20 and convert it to DC. This first converter 100 controls the voltage of the DC link capacitors (C ₁ , C ₂ ) (hereinafter referred to as “link voltage”), maintains a constant DC link voltage, controls the power factor of the input, and is included in the input current. It has advantages such as removal of harmonics.

즉, 제1 변환부(100)는 기존 다이오드 소자가 IGBT/MOSFET 등의 스위치 소자로 변경된 제어 가능한 정류기로서, AC와 DC 사이에 양방향 전력 교환을 제공할 수 있으며, PWM 변조를 이용하여 전류의 distinctive peak를 크게 줄일 수 있다.That is, the first conversion unit 100 is a controllable rectifier in which the existing diode element has been changed to a switch element such as IGBT/MOSFET, and can provide bidirectional power exchange between AC and DC, and can provide a distinctive current by using PWM modulation. The peak can be greatly reduced.

제1 변환부(100)는 각각 3레벨을 가지는 2개의 풀 브리지 레그(full bridge leg)(110, 120)를 포함하며, 제1 및 제2 풀 브리지 레그(110, 120)는 하나의 풀 브리지(full bridge)를 형성한다. 이때, 제1 풀 브리지 레그(110)는 4개의 스위치 소자(S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄)와, 2개의 다이오드(D₁₁, D₁₂)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 풀 브리지(120)는 4개의 스위치 소자(S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄)와, 2개의 다이오드(D₂₁, D₂₂)를 포함한다. The first conversion unit 100 includes two full bridge legs 110 and 120 each having three levels, and the first and second full bridge legs 110 and 120 are one full bridge. Forms a (full bridge). At this time, the first full bridge leg 110 includes four switch elements (S ₁₁ , S ₁₂ , S ₁₃ , S ₁₄ ) and two diodes (D ₁₁ , D ₁₂ ). Likewise, the second full bridge 120 includes four switch elements (S ₂₁ , S ₂₂ , S ₂₃ , S ₂₄ ) and two diodes (D ₂₁ , D ₂₂ ).

이러한 구성의 토폴로지에 따라, 제1 변환부(100)는 다양한 정격 전압(가령, 13.2kV 직렬)에서 스위치 소자 등의 부품수를 최소화할 수 있는 이점이 있다. 특히, AFE 정류기에 2레벨 풀 브리지(full bridge)를 적용할 경우, 스위치 소자의 정격이 변경되기 때문에 다른 정격의 스위치 소자 및 수동소자를 사용해야 하므로, 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다. 반면, 본 발명은 제1 변환부(100)에 3레벨의 풀 브리지 레그를 적용함으로써, 모두 동일한 정격의 스위치 소자를 사용할 수 있어, 제조 비용을 낮출 수 있다.According to the topology of this configuration, the first conversion unit 100 has the advantage of minimizing the number of components such as switch elements at various rated voltages (eg, 13.2 kV series). In particular, when a 2-level full bridge is applied to the AFE rectifier, the rating of the switch device changes, so switch devices and passive devices with different ratings must be used, which increases manufacturing costs. On the other hand, the present invention applies three levels of full bridge legs to the first conversion unit 100, so that switch elements of the same rating can be used, thereby reducing manufacturing costs.

제1 및 제2 풀 브리지 레그(110, 120)의 스위치 소자(S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄, S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄)는 제어부(30)의 제어 신호에 따라 그 on/off 여부가 결정된다. 예를 들어, 스위치 소자(S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄, S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄)는 IGBT, MOSFET, 또는 GTO 등의 전력용 스위치 소자일 수 있다. The switch elements (S ₁₁ , S ₁₂ , S ₁₃ , S ₁₄ , S ₂₁ , S ₂₂ , S ₂₃ , S ₂₄ ) of the first and second full bridge legs (110, 120) are in response to the control signal of the control unit (30). Whether to turn it on or off is determined accordingly. For example, the switch elements (S ₁₁ , S ₁₂ , S ₁₃ , S ₁₄ , S ₂₁ , S ₂₂ , S ₂₃ , S ₂₄ ) may be power switch elements such as IGBT, MOSFET, or GTO.

각 스위치 소자(S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄, S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄)는 3개의 전극을 포함한다. 이때, 3개 전극 중에 하나가 게이트(G)이고, 다른 하나(즉, 일단)가 제1 전극이며, 또 다른 하나(즉, 타단)가 제2 전극이다. 일례로, 스위치 소자(S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄, S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄)가 MOSFET인 경우, 제1 전극 및 제2 전극 중에 하나가 소스(S)일 수 있으며, 다른 하나가 드레인(D)일 수 있다. 각 스위치 소자(S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄, S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄)에서, 게이트(G)에는 제어부(30)의 제어 신호 선로가 연결되고, 제1 전극과 제2 전극 사이에는 추가적인 다이오드(D)가 연결될 수 있다.Each switch element (S ₁₁ , S ₁₂ , S ₁₃ , S ₁₄ , S ₂₁ , S ₂₂ , S ₂₃ , S ₂₄ ) includes three electrodes. At this time, one of the three electrodes is the gate (G), the other (i.e. one end) is the first electrode, and the other one (i.e. the other end) is the second electrode. For example, when the switch element (S ₁₁ , S ₁₂ , S ₁₃ , S ₁₄ , S ₂₁ , S ₂₂ , S ₂₃ , S ₂₄ ) is a MOSFET, one of the first electrode and the second electrode is the source (S). and the other one may be the drain (D). In each switch element (S ₁₁ , S ₁₂ , S ₁₃ , S ₁₄ , S ₂₁ , S ₂₂ , S ₂₃ , S ₂₄ ), the control signal line of the control unit 30 is connected to the gate (G), and the first electrode An additional diode (D) may be connected between and the second electrode.

제1 풀 브리지 레그(110)에서, 각 스위치 소자(S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄)는 직렬로 연결된다. 즉, S₁₁의 타단과 S₁₂의 일단이 연결되어 노드 N₃가 형성되고, S₁₂의 타단과 S₁₃의 일단이 연결되어 노드 N₁이 형성되며, S₁₃의 타단과 S₁₄의 일단이 연결되어 노드 N₄가 형성된다. 이때, S₁₁의 일단은 C₁의 일단에 연결되어 제1 변환부(100)의 제1 출력단으로 작용할 수 있으며, S₁₄의 타단은 C₂의 타단에 연결되어 제1 변환부(100)의 제2 출력단으로 작용할 수 있다.In the first full bridge leg 110, each switch element (S ₁₁ , S ₁₂ , S ₁₃ , S ₁₄ ) is connected in series. That is, the other end of S ₁₁ and one end of S ₁₂ are connected to form node N ₃ , the other end of S ₁₂ and one end of S ₁₃ are connected to form node N ₁ , and the other end of S ₁₃ and one end of S ₁₄ are formed. They are connected to form node N ₄ . At this time, one end of S ₁₁ may be connected to one end of C ₁ and serve as the first output terminal of the first conversion unit 100, and the other end of S ₁₄ may be connected to the other end of C ₂ of the first conversion unit 100. It can act as a second output stage.

또한, 제1 풀 브리지 레그(110)에서, 각 다이오드(D₁₁, D₁₂)도 직렬로 연결된다. 즉, D₁₁의 타단과 D₁₂의 일단이 연결되어 노드 N₅가 형성된다. 이때, D₁₁의 일단은 N₃에 연결되며, D₁₂의 타단은 N₄에 연결된다.Additionally, in the first full bridge leg 110, each diode (D ₁₁ , D ₁₂ ) is also connected in series. That is, the other end of D ₁₁ and one end of D ₁₂ are connected to form node N ₅ . At this time, one end of D ₁₁ is connected to N ₃ and the other end of D ₁₂ is connected to N ₄ .

마찬가지로, 제2 풀 브리지(120)에서, 각 스위치 소자(S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄)는 직렬로 연결된다. 즉, S₂₁의 타단과 S₂₂의 일단이 연결되어 노드 N₆이 형성되고, S₂₂의 타단과 S₂₃의 일단이 연결되어 노드 N₂가 형성되며, S₂₃의 타단과 S₂₄의 일단이 연결되어 노드 N₇이 형성된다. 이때, S₂₁의 일단은 C₁의 일단에 연결되어 제1 변환부(100)의 제1 출력단으로 작용할 수 있으며, S₂₄의 타단은 C₄의 일단에 연결되어 제1 변환부(100)의 제2 출력단으로 작용할 수 있다.Likewise, in the second full bridge 120, each switch element (S ₂₁ , S ₂₂ , S ₂₃ , S ₂₄ ) is connected in series. That is, the other end of S ₂₁ and one end of S ₂₂ are connected to form node N ₆ , the other end of S ₂₂ and one end of S ₂₃ are connected to form node N ₂ , and the other end of S ₂₃ and one end of S ₂₄ are formed. They are connected to form node N ₇ . At this time, one end of S ₂₁ is connected to one end of C ₁ and can serve as the first output terminal of the first conversion unit 100, and the other end of S ₂₄ is connected to one end of C ₄ to serve as the first output terminal of the first conversion unit 100. It can act as a second output stage.

또한, 제2 풀 브리지(120)에서, 각 다이오드(D₂₁, D₂₂)도 직렬로 연결된다. 즉, D₂₁의 타단과 D₂₂의 일단이 서로 연결되되 N₅에 연결된다. 이때, D₂₁의 일단은 N₆에 연결되며, D₂₂의 타단은 N₇에 연결된다.Additionally, in the second full bridge 120, each diode (D ₂₁ , D ₂₂ ) is also connected in series. That is, the other end of D ₂₁ and one end of D ₂₂ are connected to each other and to N ₅ . At this time, one end of D ₂₁ is connected to N ₆ and the other end of D ₂₂ is connected to N ₇ .

제1 및 제2 풀 브리지 레그(110, 120)는 각각 3레벨을 가진다. 즉, 제1 풀 브리지 레그(110)에서, 제1 레벨은 S₁₁ 및 S₁₂가 on 되고 S₁₃ 및 S₁₄가 off 되는 상태이고, 제2 레벨은 S₁₁ 및 S₁₂가 off 되고 S₁₃ 및 S₁₄가 on 되는 상태이며, 제3 레벨은 S₁₁ 및 S₁₄가 on 되는 상태이다. 마찬가지로, 제2 풀 브리지(120)에서, 제1 레벨은 S₂₁ 및 S₂₂가 on 되고 S₂₃ 및 S₂₄가 off 되는 상태이고, 제2 레벨은 S₂₁ 및 S₂₂가 off 되고 S₂₃ 및 S₂₄가 on 되는 상태이며, 제3 레벨은 S₂₁ 및 S₂₄가 on 되는 상태이다. 이에 따라, 제1 및 제2 풀 브리지 레그(110, 120)에 의해 총 5레벨이 출력될 수 있다. 즉, 제1 변환부(100)의 제1 및 제2 출력단 사이의 전압(즉, C₁의 일단 및 C₂의 타단 사이의 전압)을 V_DC라고 할 경우, 각각 3레벨을 가지는 제1 및 제2 풀 브리지 레그(110, 120)들의 복합적인 동작에 따라, N₁과 N₂ 사이의 전압은 V_DC, V_DC/2, 0, -V_DC/2 및 -V_DC의 총 5레벨을 나타날 수 있다.The first and second full bridge legs 110 and 120 each have three levels. That is, in the first full bridge leg 110, the first level is a state in which S ₁₁ and S ₁₂ are on and S ₁₃ and S ₁₄ are off, and the second level is a state in which S ₁₁ and S ₁₂ are off and S ₁₃ and S ₁₄ is on, and the third level is when S ₁₁ and S ₁₄ are on. Likewise, in the second full bridge 120, the first level is in a state where S ₂₁ and S ₂₂ are on and S ₂₃ and S ₂₄ are off, and the second level is in a state where S ₂₁ and S ₂₂ are off and S ₂₃ and S ₂₄ is on, and the third level is a state where S ₂₁ and S ₂₄ are on. Accordingly, a total of 5 levels can be output by the first and second full bridge legs 110 and 120. That is, if the voltage between the first and second output terminals of the first converter 100 (i.e., the voltage between one end of C ₁ and the other end of C ₂ ) is V _DC , the first and second output terminals each have three levels. According to the complex operation of the second full bridge legs (110, 120), the voltage between N ₁ and N ₂ has a total of 5 levels of V _DC , V _DC /2, 0, -V _DC /2, and -V _DC . It may appear.

제2 변환부(200)는 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터로 동작한다. 즉, 제2 변환부(200)는 DC-DC 컨버터로 동작하는데, 제1 변환부(100)에서 변환된 DC를 고주파의 AC로 변환하는 제1 동작과, 변환된 고주파의 AC를 고주파의 저압 AC로 변압하는 제2 동작과, 변환된 고주파의 저압 AC를 저압 DC로 변환하는 제3 동작을 수행할 수 있다. 이러한 제2 변환부(200)는 절연형 양방향 DC-DC 컨버터 중 하나로서, CLLC 컨버터와 같은 양방향 공진형 컨버터와는 달리 부하 전류의 방향 전환이 매끄럽고, 위상 천이에 의한 전력 방향 제어가 용이하다는 이점이 있다.The second converter 200 operates as a Dual Active Bridge (DAB) converter. That is, the second converter 200 operates as a DC-DC converter. The first operation is to convert the DC converted in the first converter 100 into high-frequency AC, and the converted high-frequency AC to high-frequency low voltage. A second operation of transforming the voltage into AC and a third operation of converting the converted high-frequency low-pressure AC into low-pressure DC can be performed. This second converter 200 is one of the isolated bidirectional DC-DC converters, and unlike bidirectional resonant converters such as CLLC converters, the direction of load current is changed smoothly and power direction control by phase transition is easy. There is.

제2 변환부(200)는 제1 동작을 수행하는 3레벨의 하프 브리지(half bridge)(210)와, 제2 동작을 수행하는 변압부(220)와, 제3 동작을 수행하는 2레벨의 제3 풀 브리지(full bridge)(230)를 포함한다. 이때, 하프 브리지(210)는 4개의 스위치 소자(S₃₁, S₃₂, S₃₃, S₃₄)와, 2개의 다이오드(D₃₁, D₃₂)를 포함한다. 변압부(220)는 1차측과 및 2차측을 포함한다. 풀 브리지(230)는 4개의 스위치 소자(S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)를 포함한다.The second conversion unit 200 includes a three-level half bridge 210 that performs the first operation, a transformer 220 that performs the second operation, and a two-level bridge that performs the third operation. It includes a third full bridge (230). At this time, the half bridge 210 includes four switch elements (S ₃₁ , S ₃₂ , S ₃₃ , S ₃₄ ) and two diodes (D ₃₁ , D ₃₂ ). The transformer 220 includes a primary side and a secondary side. The full bridge 230 includes four switch elements (S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , S ₄₄ ).

각 스위치 소자(S₃₁, S₃₂, S₃₃, S₃₄, S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)는 3개의 전극을 포함한다. 이때, 3개 전극 중에 하나가 게이트(G)이고, 다른 하나(즉, 일단)가 제1 전극이며, 또 다른 하나(즉, 타단)가 제2 전극이다. 일례로, 스위치 소자(S₃₁, S₃₂, S₃₃, S₃₄, S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)가 MOSFET인 경우, 제1 전극 및 제2 전극 중에 하나가 소스(S)일 수 있으며, 다른 하나가 드레인(D)일 수 있다. 각 스위치 소자(S₃₁, S₃₂, S₃₃, S₃₄, S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)에서, 게이트(G)에는 제어부(30)의 제어 신호 선로가 연결되고, 제1 전극과 제2 전극 사이에는 추가적인 다이오드(D)가 연결될 수 있다.Each switch element (S ₃₁ , S ₃₂ , S ₃₃ , S ₃₄ , S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , S ₄₄ ) includes three electrodes. At this time, one of the three electrodes is the gate (G), the other (i.e. one end) is the first electrode, and the other one (i.e. the other end) is the second electrode. For example, when the switch element (S ₃₁ , S ₃₂ , S ₃₃ , S ₃₄ , S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , S ₄₄ ) is a MOSFET, one of the first electrode and the second electrode is the source (S). and the other one may be the drain (D). In each switch element (S ₃₁ , S ₃₂ , S ₃₃ , S ₃₄ , S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , S ₄₄ ), the control signal line of the control unit 30 is connected to the gate (G), and the first electrode An additional diode (D) may be connected between and the second electrode.

하프 브리지(210)에서, 각 스위치 소자(S₃₁, S₃₂, S₃₃, S₃₄)는 직렬로 연결된다. 즉, S₃₁의 타단과 S₃₂의 일단이 연결되어 노드 N₉가 형성되고, S₃₂의 타단과 S₃₃의 일단이 연결되어 노드 N₁₀이 형성되며, S₃₃의 타단과 S₃₄의 일단이 연결되어 노드 N₁₁이 형성된다. 이때, S₃₁의 일단은 C₁의 일단에 연결되어 제2 변환부(200)의 제1 입력단으로 작용할 수 있으며, S₃₄의 타단은 C₂의 타단에 연결되어 제1 변환부(100)의 제2 입력단으로 작용할 수 있다.In the half bridge 210, each switch element (S ₃₁ , S ₃₂ , S ₃₃ , S ₃₄ ) is connected in series. That is, the other end of S ₃₁ and one end of S ₃₂ are connected to form node N ₉ , the other end of S ₃₂ and one end of S ₃₃ are connected to form node N ₁₀ , and the other end of S ₃₃ and one end of S ₃₄ are formed. They are connected to form node N ₁₁ . At this time, one end of S ₃₁ is connected to one end of C ₁ and can serve as the first input terminal of the second conversion unit 200, and the other end of S ₃₄ is connected to the other end of C ₂ to serve as the first input terminal of the first conversion unit 100. It can act as a second input stage.

또한, 하프 브리지(210)에서, 각 다이오드(D₃₁, D₃₂)도 직렬로 연결된다. 즉, D₃₁의 타단과 D₃₂의 일단이 서로 연결되되 N₅에 연결된다. 이때, D₃₁의 일단은 N₉에 연결되며, D₃₂의 타단은 N₁₁에 연결된다.Additionally, in the half bridge 210, each diode (D ₃₁ , D ₃₂ ) is also connected in series. That is, the other end of D ₃₁ and one end of D ₃₂ are connected to each other and to N ₅ . At this time, one end of D ₃₁ is connected to N ₉ and the other end of D ₃₂ is connected to N ₁₁ .

변압부(220)의 제1 입력단에 연결되는 하프 브리지(210)의 제1 출력단은 N₁₀이며, 변압부(220)의 제2 입력단에 연결되는 하프 브리지(210)의 제2 출력단은 N₅이다. The first output terminal of the half bridge 210 connected to the first input terminal of the transformer 220 is N ₁₀ , and the second output terminal of the half bridge 210 connected to the second input terminal of the transformer 220 is N ₅ am.

하프 브리지(210)는 3레벨을 가진다. 즉, 하프 브리지(210)에서, 제1 레벨은 S₃₁ 및 S₃₂가 on 되고 S₃₃ 및 S₃₄가 off 되는 상태이고, 제2 레벨은 S₃₂ 및 S₃₃이 on 되고 S₃₁ 및 S₃₄가 off 되는 상태이며, 제3 레벨은 S₃₁ 및 S₃₂가 off 되고 S₃₃ 및 S₃₄가 on 되는 상태이다. 이때, 하프 브리지(210)에서, 제1 및 제2 출력단(N₁₀, N₅) 사이의 전압은 제1 레벨에서 V_DC/2, 제2 레벨에서 0, 제3 레벨에서 -V_DC/2이 각각 인가될 수 있다. 일례로, 제어부의 제어 신호에 따라, 제1 레벨에서 제3 레벨로 순차적으로 변경되는 제1 과정과, 이후 제3 레벨에서 제1 레벨로 순차적으로 변경되는 제2 과정이 반복 진행됨으로써, 제1 변환부(100)에서 변환된 DC를 고주파의 AC로 변환하는 제1 동작이 수행될 수 있다. The half bridge 210 has three levels. That is, in the half bridge 210, the first level is in a state where S ₃₁ and S ₃₂ are on and S ₃₃ and S ₃₄ are off, and the second level is in a state where S ₃₂ and S ₃₃ are on and S ₃₁ and S ₃₄ are off. It is in an off state, and the third level is a state in which S ₃₁ and S ₃₂ are off and S ₃₃ and S ₃₄ are on. At this time, in the half bridge 210, the voltage between the first and second output terminals (N ₁₀ , N ₅ ) is V _DC /2 at the first level, 0 at the second level, and -V _DC /2 at the third level. Each of these can be approved. For example, in accordance with a control signal from the controller, a first process of sequentially changing from the first level to the third level and a second process of sequentially changing from the third level to the first level are repeated, so that the first A first operation of converting DC converted in the conversion unit 100 into high-frequency AC may be performed.

변압부(220)는 전력의 변압을 위한 구성으로서, 하프 브리지(210)에서 변환된 고주파의 AC를 고주파의 저압 AC로 변압할 수 있다. 이를 위해, 변압부(220)의 1차측 및 2차측은 각각 다양한 권선을 가진 코일을 포함할 수 있다. 이때, 1차측의 코일 권선 수는 2차측의 코일 권선 수보다 많은 것이 바람직할 수 있다. 즉, 1차측으로 입력되는 변환된 고주파의 AC는 1차측 및 2차측 간의 권선 수 관계에 따라, 고주파의 저압 AC로 변압되어 2차측으로 출력된다. 일례로, 1차측의 코일에는 고주파의 AC가 입력되며, 1차측에 이격 배치된 2차측의 코일에는 고주파의 저압 AC 유도될 수 있다.The transformer 220 is a component for transforming power, and can transform the high-frequency AC converted in the half-bridge 210 into high-frequency, low-voltage AC. To this end, the primary and secondary sides of the transformer 220 may each include coils with various windings. At this time, it may be desirable for the number of coil windings on the primary side to be greater than the number of coil windings on the secondary side. That is, the converted high-frequency AC input to the primary side is transformed into high-frequency, low-voltage AC according to the number of turns relationship between the primary side and the secondary side and output to the secondary side. For example, high-frequency AC may be input to the primary coil, and high-frequency, low-pressure AC may be induced into the secondary coil spaced apart from the primary.

이때, 1차측의 제1 입력단은 변압부(220)의 제1 입력단으로 작용하며, 하프 브리지(210)의 제1 출력단인 N₁₀에 연결된다. 1차측의 제2 입력단은 변압부(220)의 제2 입력단으로 작용하며, 하프 브리지(210)의 제2 출력단인 N₅에 연결된다. 또한, 1차측에는 능동 소자(인덕터 등) 또는 수동 소자(저항 등)가 추가로 연결될 수도 있다.At this time, the first input terminal of the primary side acts as the first input terminal of the transformer 220 and is connected to N ₁₀ , which is the first output terminal of the half bridge 210. The second input terminal of the primary side serves as the second input terminal of the transformer 220 and is connected to N ₅ , which is the second output terminal of the half bridge 210. Additionally, active elements (such as inductors) or passive elements (such as resistors) may be additionally connected to the primary side.

2차측의 제1 출력단은 변압부(220)의 제1 출력단으로 작용하며, 제3 풀 브리지(230)의 제1 입력단인 N₁₂에 연결된다. 2차측의 제2 출력단은 변압부(220)의 제2 출력단으로 작용하며, 제3 풀 브리지(230)의 제2 입력단인 N₁₃에 연결된다. 또한, 1차측에는 능동 소자(인덕터 등) 또는 수동 소자(저항 등)가 추가로 연결될 수도 있다. 특히, 2차측의 제1 또는 제2 출력단에는 DC 블로킹 기능(즉, 변압된 저압 AC에서 DC 성분을 제거하는 기능)을 위한 커패시터(C₄)가 추가로 연결될 수도 있다.The first output terminal of the secondary side serves as the first output terminal of the transformer 220 and is connected to N ₁₂ , which is the first input terminal of the third full bridge 230. The second output terminal of the secondary side serves as the second output terminal of the transformer 220 and is connected to N ₁₃ , which is the second input terminal of the third full bridge 230. Additionally, active elements (such as inductors) or passive elements (such as resistors) may be additionally connected to the primary side. In particular, a capacitor C ₄ for a DC blocking function (that is, a function of removing DC components from transformed low-voltage AC) may be additionally connected to the first or second output terminal of the secondary side.

제3 풀 브리지(230)는 4개의 스위치 소자(S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)를 포함한다. 제3 풀 브리지(230)의 스위치 소자(S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)는 제어부(30)의 제어 신호에 따라 그 on/off 여부가 결정된다. 예를 들어, 스위치 소자(S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)는 IGBT, MOSFET, 또는 GTO 등의 전력용 스위치 소자일 수 있다. The third full bridge 230 includes four switch elements (S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , S ₄₄ ). Whether the switch elements (S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , and S ₄₄ ) of the third full bridge 230 are turned on or off is determined according to a control signal from the control unit 30. For example, the switch elements (S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , and S ₄₄ ) may be power switch elements such as IGBT, MOSFET, or GTO.

각 스위치 소자(S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)는 3개의 전극을 포함한다. 이때, 3개 전극 중에 하나가 게이트(G)이고, 다른 하나(즉, 일단)가 제1 전극이며, 또 다른 하나(즉, 타단)가 제2 전극이다. 일례로, 스위치 소자(S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)가 MOSFET인 경우, 제1 전극 및 제2 전극 중에 하나가 소스(S)일 수 있으며, 다른 하나가 드레인(D)일 수 있다. 각 스위치 소자(S₄₁, S₄₂, S₄₃, S₄₄)에서, 게이트(G)에는 제어부(30)의 제어 신호 선로가 연결되고, 제1 전극과 제2 전극 사이에는 추가적인 다이오드(D)가 연결될 수 있다.Each switch element (S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , S ₄₄ ) includes three electrodes. At this time, one of the three electrodes is the gate (G), the other (i.e. one end) is the first electrode, and the other one (i.e. the other end) is the second electrode. For example, when the switch elements (S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , S ₄₄ ) are MOSFETs, one of the first electrode and the second electrode may be the source (S), and the other may be the drain (D). there is. In each switch element (S ₄₁ , S ₄₂ , S ₄₃ , S ₄₄ ), the control signal line of the control unit 30 is connected to the gate (G), and an additional diode (D) is provided between the first and second electrodes. can be connected

서로 직렬로 연결되는 S₄₁과 S₄₂가 하나의 풀 브리지 레그를 형성하고, 서로 직렬로 연결되는 S₄₃ 및 S₄₄가 다른 하나의 풀 브리지 레그를 형성한다. 즉, S₄₁의 타단과 S₄₂의 일단이 연결되어 노드 N₁₂가 형성되고, S₄₃의 타단과 S₄₄의 일단이 연결되어 노드 N₁₃이 형성된다. 이때, S₄₁의 일단과 S₄₃의 일단은 C₃의 일단에 연결되어 제2 변환부(200)의 제1 출력단으로 작용할 수 있으며, S₄₂의 타단과 S₄₄의 타단은 C₃의 타단에 연결되어 제2 변환부(200)의 제2 출력단으로 작용할 수 있다. 또한, C₃의 일단은 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 출력단으로 작용하여 부하(R_L)의 제1 단자에 연결될 수 있으며, C₃의 타단은 반도체 변압기 모듈(10)의 제2 출력단으로 작용하여 부하(R_L)의 제2 단자에 연결될 수 있다.S ₄₁ and S ₄₂ connected to each other in series form one full bridge leg, and S ₄₃ and S ₄₄ connected to each other in series form another full bridge leg. That is, the other end of S ₄₁ and one end of S ₄₂ are connected to form node N ₁₂ , and the other end of S ₄₃ and one end of S ₄₄ are connected to form node N ₁₃ . At this time, one end of S ₄₁ and one end of S ₄₃ may be connected to one end of C ₃ to act as the first output terminal of the second conversion unit 200, and the other ends of S ₄₂ and S ₄₄ may be connected to the other end of C ₃ . It can be connected to act as a second output terminal of the second conversion unit 200. In addition, one end of C ₃ acts as the first output terminal of the semiconductor transformer module 10 and can be connected to the first terminal of the load (R _L ), and the other end of C ₃ serves as the second output terminal of the semiconductor transformer module 10. It can be connected to the second terminal of the load (R _L ).

제3 풀 브리지(230)는 2레벨을 가진다. 즉, 제3 풀 브리지(230)에서, 제1 레벨은 S₄₁ 및 S₄₄가 on 되고 S₄₂ 및 S₄₃이 off 되는 상태이고, 제2 레벨은 S₄₁ 및 S₄₄가 off 되고 S₄₂ 및 S₄₃이 on 되는 상태이다. 이러한 제1 레벨 및 제2 레벨의 과정이 반복적으로 진행됨으로써, 변압부(220)에서 변환된 고주파의 저압 AC를 DC로 변환하는 제3 동작이 수행될 수 있으며, 제3 동작에 따라 C₃에 인가된 DC는 부하(R_L)로 전달될 수 있다.The third full bridge 230 has two levels. That is, in the third full bridge 230, the first level is in a state where S ₄₁ and S ₄₄ are on and S ₄₂ and S ₄₃ are off, and the second level is in a state where S ₄₁ and S ₄₄ are off and S ₄₂ and S ₄₃ is on. As these first level and second level processes proceed repeatedly, a third operation of converting the high-frequency, low-pressure AC converted in the transformer 220 into DC can be performed, and according to the third operation, C ₃ The applied DC can be delivered to the load (R _L ).

이하, 제어부(30)에 의한 초기 기동 제어방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the initial startup control method by the control unit 30 will be described.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 변압기(1)의 초기 기동 제어방법의 순서도를 나타낸다.Figure 5 shows a flowchart of an initial startup control method of the semiconductor transformer 1 according to an embodiment of the present invention.

한편, 다수의 제어부(30_1, 30_2, … 30_n)는 다수의 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)에 대해 전용으로 연결된다. 즉, 제1 제어부(30_1)의 제어 대상인 전용의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)는 제1_1 변환부(100_1) 및 제2_1 변환부(200_1)이고, 제2 제어부(30_2)의 제어 대상인 전용의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)는 제1_2 변환부(100_2) 및 제2_2 변환부(200_2)이다. 마찬가지로, 제n 제어부(30_n)의 제어 대상인 전용의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)는 제1_n 변환부(100_n) 및 제2_n 변환부(200_n)이다.Meanwhile, the plurality of control units 30_1, 30_2, ... 30_n are exclusively connected to the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 of the plurality of semiconductor transformer modules 10_1, 10_2, ... 10_n. That is, the dedicated first conversion unit 100 and second conversion unit 200 that are controlled by the first control unit 30_1 are the 1_1 conversion unit 100_1 and the 2_1 conversion unit 200_1, and the second control unit ( The dedicated first conversion unit 100 and second conversion unit 200 that are the control targets of 30_2) are the 1_2 conversion unit 100_2 and the 2_2 conversion unit 200_2. Likewise, the dedicated first conversion unit 100 and second conversion unit 200 that are controlled by the n-th control unit 30_n are the 1_n conversion unit 100_n and the 2_n conversion unit 200_n.

즉, 하나의 제어부(30)는 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)에 포함된 각 스위칭 소자에 대한 제어 신호를 제공할 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 변환부(100, 200)에 포함된 다수의 스위치 소자는 3개의 전극을 포함할 수 있는데, 이때, 3개 전극 중에 하나가 게이트(Gate, G)이고, 다른 하나(즉, 일단)가 제1 전극이며, 또 다른 하나(즉, 타단)가 제2 전극일 수 있다. 이때, 제어부(30)는 각 스위치 소자의 게이트(G)로 제어 신호를 전달하여 해당 각 스위칭 소자의 온/오프(on/off)를 제어함으로써, 해당 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 이러한 제어부(30)의 제어 신호에 의해, 각 반도체 변압기 모듈(10_1, 10_2, … 10_n)의 동작이 제어될 수 있으며, 초기 기동이 제어될 수 있다.That is, one control unit 30 can provide control signals for each switching element included in the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 of the dedicated semiconductor transformer module 10. For example, a plurality of switch elements included in the first and second conversion units 100 and 200 may include three electrodes, where one of the three electrodes is a gate (G) and the other is a gate (G). (i.e., one end) may be the first electrode, and the other end (i.e., the other end) may be the second electrode. At this time, the control unit 30 transmits a control signal to the gate (G) of each switch element to control the on/off of each switching element, thereby converting the first conversion unit 100 and the second conversion unit. The operation of the unit 200 can be controlled. That is, the operation of each semiconductor transformer module 10_1, 10_2, ... 10_n can be controlled and initial startup can be controlled by the control signal of the control unit 30.

특히, 모든 반도체 변압기 모듈을 동시에 턴온(turn-on)하여 제어하는 종래 기술의 중앙 제어 방식과 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 제어부(30_1, 30_2, … 30_n)는 각각이 독립적으로 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 변환부(100) 및 제2 변환부(200)를 제어하는 로컬(local) 제어 방식을 사용한다. In particular, unlike the central control method of the prior art that turns on and controls all semiconductor transformer modules simultaneously, the plurality of control units (30_1, 30_2, ... 30_n) according to an embodiment of the present invention each independently A local control method is used to control the first conversion unit 100 and the second conversion unit 200 of the dedicated semiconductor transformer module 10.

즉, 본 발명에서 초기 기동 시, 모든 반도체 변압기 모듈(10)은 동시에 턴온(turn-on)될 필요가 없으며, 시간차를 두고 독립적으로 턴온(turn-on)될 수 있다. 즉, 초기 기동 시, 적어도 2개의 제어부(30)가 그 전용의 반도체 변압기 모듈(10)이 서로 다른 시간에 턴온(turn-on)하도록 제어할 수 있다. 일례로, 다수의 제어부(30_1, 30_2, … 30_n)는 전용의 반도체 변압기 모듈(30)이 서로 다른 시간에 차례로 또는 무작위로 턴온(turn-on)하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 초기 기동 시, 제어부(30)에 의한 반도체 변압기 모듈(10)의 턴온 순서가 기 설정될 수 있다.That is, in the present invention, upon initial startup, all semiconductor transformer modules 10 do not need to be turned on at the same time, but can be turned on independently with a time difference. That is, during initial startup, at least two control units 30 can control the semiconductor transformer module 10 to turn on at different times. For example, the plurality of control units 30_1, 30_2, ... 30_n may control the dedicated semiconductor transformer module 30 to turn on sequentially or randomly at different times. To this end, upon initial startup, the turn-on order of the semiconductor transformer module 10 by the control unit 30 may be preset.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 기동 제어방법은 S210 및 S220을 포함한다. 도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 제어 방식의 초기 기동 제어 따른 각 반도체 변압기 모듈(10)의 상태 변화에 대한 일 예를 나타낸다.Referring to FIG. 5, the initial startup control method according to an embodiment of the present invention includes S210 and S220. 6 to 10 show an example of a change in the state of each semiconductor transformer module 10 according to initial startup control of the local control method according to an embodiment of the present invention.

먼저, S210에서, 전원부(20)의 전력에 의해 다수의 반도체 변압기 모듈(10)의 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)에 일정 전압이 충전된다.First, in S210, a certain voltage is charged to the direct current link capacitors (C ₁ , C ₂ ) of the plurality of semiconductor transformer modules 10 by the power of the power supply unit 20.

구체적으로, 반도체 변압기(1)의 초기 기동 시, 각 제어부(30)에 의한 제어가 수행되기 전에, 각 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 및 제2 변환부(100, 200) 내의 다수의 스위치 소자는 오프(off) 상태에 있다. 이러한 상태에서, 각 제1 변환부(100)의 N₃와 N₂로 전원부(20)의 전력이 분배된다. 이때, 각 제1 변환부(100)의 제1 및 제2 풀 브리지 레그(110, 120)에서, 다수의 스위치 소자(S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄, S₂₁, S₂₂, S₂₃, S₂₄)의 제1 및 제2 전극 사이에 연결된 각 다이오드(D)에 의해, N₃ 및 N₂와 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)의 사이를 연결하는 전기적인 경로가 형성된다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 반도체 변압기 모듈(10)은 내부의 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)에 전원부(20)의 전력에 따른 일정 전압이 충전되는 상태가 된다. 이하, 이러한 상태를 "제1 상태"라 지칭한다. 특히, 도 6 내지 도 9에서, 제1 상태의 반도체 변압기 모듈(10)에서는 다이오드(D)에 의해 경로가 형성되므로, 다이오드(D)를 해당 반도체 변압기 모듈(10) 내에 표시하였다.Specifically, at the initial startup of the semiconductor transformer 1, before control by each control unit 30 is performed, a plurality of switches in the first and second conversion units 100 and 200 of each semiconductor transformer module 10 The device is in an off state. In this state, the power of the power supply unit 20 is distributed to N ₃ and N ₂ of each first conversion unit 100. At this time, in the first and second full bridge legs 110 and 120 of each first conversion unit 100, a plurality of switch elements (S ₁₁ , S ₁₂ , S ₁₃ , S ₁₄ , S ₂₁ , S ₂₂ , S By each diode (D) connected between the first and second electrodes of ₍₂₃ , _S24 ), an electrical path connecting between _N3 and _N2 and the direct current link capacitors ( _C1 , _C2 ) is formed. . Accordingly, as shown in FIG. 5, each semiconductor transformer module 10 is in a state in which the internal DC link capacitors C ₁ and C ₂ are charged with a certain voltage according to the power of the power supply unit 20. Hereinafter, this state is referred to as the “first state”. In particular, in FIGS. 6 to 9 , since a path is formed by a diode D in the semiconductor transformer module 10 in the first state, the diode D is displayed within the semiconductor transformer module 10.

다만, 각 제2 변환부(200)의 하프 브리지(210) 내의 다수의 스위치 소자(S₃₁, S₃₂, S₃₃, S₃₄)의 제1 및 제2 전극 사이에 연결된 각 다이오드(D)는 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)과의 연결을 차단하도록 동작하다. 이에 따라, 각 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)의 충전 전압은 각 제2 변환부(200)의 하프 브리지(210)로 전달되지 못하고 전압이 충전된 제1 상태를 계속 유지한다. However, each diode (D) connected between the first and second electrodes of the plurality of switch elements (S ₃₁ , S ₃₂ , S ₃₃ , S ₃₄ ) in the half bridge 210 of each second conversion unit 200 is Operates to block the connection with the direct current link capacitors (C ₁ , C ₂ ). Accordingly, the charging voltage of each DC link capacitor (C ₁ , C ₂ ) is not transmitted to the half bridge 210 of each second converter 200 and continues to maintain the first state in which the voltage is charged.

이러한 제1 상태에 있는 전용의 반도체 변압기 모듈(10)에 대해, 제어부(30)는 해당 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 및 제2 변환부(100, 200)에 구비된 다수의 스위치 소자의 게이트로 제어 신호를 인가되지 않으며, 이에 따라 해당 다수의 스위치 소자는 오프(off) 상태를 유지한다.For the dedicated semiconductor transformer module 10 in this first state, the control unit 30 operates a plurality of switches provided in the first and second conversion units 100 and 200 of the dedicated semiconductor transformer module 10. A control signal is not applied to the gate of the device, and accordingly, the plurality of switch devices remain in an off state.

특히, 초기 기동 시, 각 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 상태에서, 각 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)에 최대 충전되는 전압(즉, 직류 링크 전압)의 합계(즉, 개별 직류 링크 전압의 총 합산 전압)는 전원부(20)의 전압(즉, 계통 전압)과 동일하거나 계통 전압보다 높은 것이 바람직할 수 있다(계통 전압). 이에 따라, 제1 상태인 반도체 변압기 모듈(10)들에서 계통 전류가 흐르지 못하게 된다.In particular, at the time of initial startup, in the first state of each semiconductor transformer module 10, the sum of the maximum charged voltage (i.e., direct current link voltage) in each direct current link capacitor (C ₁ , C ₂ ) (i.e., individual direct current link It may be desirable for the total sum of voltages) to be equal to or higher than the voltage of the power supply unit 20 (i.e., grid voltage) (i.e., grid voltage). ). Accordingly, grid current is prevented from flowing through the semiconductor transformer modules 10 in the first state.

이후, S220은 각 제어부(30)가 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 턴온(turn-on)을 독립적으로 제어하는 단계이다.Thereafter, S220 is a step in which each control unit 30 independently controls the turn-on of the dedicated semiconductor transformer module 10.

즉, 각 제어부(30)는 독립적으로 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 턴온(turn-on)을 제어하여, 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 및 제2 변환부(100, 200)를 독립적으로 제어한다. 일례로, 각 제어부(30)는 서로 다른 시간에 차례로 또는 무작위로 전용의 반도체 변압기 모듈(10)을 턴온(turn-on)하여 제어할 수 있다. 이때, 제어부(30)의 제어에 의해 전용의 반도체 변압기 모듈(10)가 턴온(trun-on)되면서 해당 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 및 제2 변환부(100, 200)가 제어 동작되는 상태를 "제2 상태"라 지칭한다.That is, each control unit 30 independently controls the turn-on of the dedicated semiconductor transformer module 10, and the first and second conversion units 100 and 200 of the dedicated semiconductor transformer module 10. is controlled independently. For example, each control unit 30 may turn on and control the dedicated semiconductor transformer module 10 sequentially or randomly at different times. At this time, the dedicated semiconductor transformer module 10 is turned on under the control of the control unit 30, and the first and second conversion units 100 and 200 of the dedicated semiconductor transformer module 10 are controlled. The operating state is referred to as the “second state”.

일례로, 도 6 내지 도 10을 참조하면, 각 제어부(30)가 차례로 제1 상태인 전용의 반도체 변압기 모듈(10)을 턴온(trun-on)함으로써, 제1 반도체 변압기 모듈(10_1)부터 제n 반도체 변압기 모듈(10_n)까지 차례로 제2 상태가 될 수 있다.For example, referring to FIGS. 6 to 10 , each control unit 30 sequentially turns on the dedicated semiconductor transformer module 10 in the first state, thereby starting from the first semiconductor transformer module 10_1 to the first state. Up to n semiconductor transformer modules 10_n may sequentially enter the second state.

이러한 제2 상태에 있는 전용의 반도체 변압기 모듈(10)에 대해, 제어부(30)는 해당 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 제1 및 제2 변환부(100, 200)에 구비된 다수의 스위치 소자의 게이트로 제어 신호를 인가하며, 이에 따라 해당 다수의 스위치 소자가 인가되는 제어 신호에 따라 온(on)되거나 오프(off)된다. For the dedicated semiconductor transformer module 10 in this second state, the control unit 30 operates a plurality of switches provided in the first and second conversion units 100 and 200 of the dedicated semiconductor transformer module 10. A control signal is applied to the gate of the device, and accordingly, the plurality of switch devices are turned on or off according to the applied control signal.

다만, 이러한 로컬 제어 방식의 초기 기동 제어를 위해, 다수의 제어부(30_1, 30_2, … 30_n) 중에 하나는 전류 제어기로 동작하며, 나머지는 전압 제어기로 동작하는 것이 바람직할 수 있다.However, for initial startup control of this local control method, it may be desirable for one of the plurality of control units 30_1, 30_2, ... 30_n to operate as a current controller and the others to operate as voltage controllers.

이때, 전압 제어기의 제어부(30)는 전용의 반도체 변압기 모듈(10)에 대해 전압 제어기로 동작한다. 즉, 전압 제어기의 제어부(30)는 전용의 반도체 변압기 모듈(10)의 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)에 일정 전압이 충전되는 경우에 전용의 반도체 변압기 모듈(10)을 턴온(turn-on)하여 제1 및 제2 변환부(100, 200)가 동작하도록 제어한다. At this time, the control unit 30 of the voltage controller operates as a voltage controller for the dedicated semiconductor transformer module 10. That is, the control unit 30 of the voltage controller turns on the dedicated semiconductor transformer module 10 when a certain voltage is charged in the direct current link capacitors (C ₁ , C ₂ ) of the dedicated semiconductor transformer module 10. on) to control the first and second conversion units 100 and 200 to operate.

한편, 전류 제어기의 제어부(30)는 반도체 변압기(1)에 대해 전류 제어기로 동작한다. 즉, 나머지 반도체 변압기 모듈(10)이 그 전용의 전압 제어기의 제어부(30)에 의해 턴온(turn-on)되어 제어되더라도, 전류 제어기의 제어부(30)에 의해 제어되는 전용의 반도체 변압기 모듈(10)이 턴온(turn-on)될 때까지 반도체 변압기(1)로 인가되는 전원부(20)의 전류는 흐르지 않는 상태를 유지한다. 이러한 상태에서, 전류 제어기의 제어부(30)에 의해 그 전용의 반도체 변압기 모듈(10)이 턴온(turn-on)되어 제어되면, 이후에 비로소 반도체 변압기(1)로 인가되는 전원부(20)의 전류가 흐르기 시작하면서, 전체 반도체 변압기(1)가 정상 동작하게 된다. 즉, 나머지 반도체 변압기 모듈(10)은 각각이 직류 링크 커패시터(C₁, C₂)의 충전 전압에 따라 해당 전압을 제공하는 전압원으로 동작한다. Meanwhile, the control unit 30 of the current controller operates as a current controller for the semiconductor transformer 1. That is, even if the remaining semiconductor transformer modules 10 are turned on and controlled by the control unit 30 of the dedicated voltage controller, the dedicated semiconductor transformer module 10 controlled by the control unit 30 of the current controller ) The current of the power supply unit 20 applied to the semiconductor transformer 1 remains in a state of not flowing until the switch is turned on. In this state, when the dedicated semiconductor transformer module 10 is turned on and controlled by the control unit 30 of the current controller, the current of the power supply unit 20 applied to the semiconductor transformer 1 only thereafter. As begins to flow, the entire semiconductor transformer 1 operates normally. That is, each of the remaining semiconductor transformer modules 10 operates as a voltage source that provides a corresponding voltage according to the charging voltage of the DC link capacitors C ₁ and C ₂ .

일례로, 전류 제어기의 반도체 변압기 모듈(10)이 1개이고 전류 제어기의 반도체 변압기 모듈(10)을 제외한 나머지 반도체 변압기 모듈(10)이 N-1개(단, N은 2이상의 자연수)일 수 있다. 이 경우, N개의 반도체 변압기 모듈(10)은 각각이 계통 전압의 1/N 이상에 해당하는 전압을 공급하는 전압원으로 동작하며, 이러한 동작에 따라 계통 전압 이 만족되면서 전류 제어기가 동작하게 된다. 이에 따라, 반도체 변압기(1)로 인가되는 전원부(20)의 전류가 흐르기 시작하게 되면서, 전체 반도체 변압기(1)가 정상 동작할 수 있게 된다.For example, there may be one semiconductor transformer module 10 of the current controller, and the remaining semiconductor transformer modules 10 excluding the semiconductor transformer module 10 of the current controller may be N-1 (where N is a natural number of 2 or more). . In this case, the N semiconductor transformer modules 10 each operate as a voltage source supplying a voltage corresponding to 1/N or more of the grid voltage, and according to this operation, the grid voltage When this is satisfied, the current controller operates. Accordingly, the current from the power supply unit 20 applied to the semiconductor transformer 1 begins to flow, allowing the entire semiconductor transformer 1 to operate normally.

도 11은 4개의 반도체 변압기 모듈(10)을 구비한 반도체 변압기(1)에 대한 시간에 따른 전압/전류 다이어그램의 일 예를 나타낸다. Figure 11 shows an example of a voltage/current diagram over time for a semiconductor transformer 1 with four semiconductor transformer modules 10.

즉, 도 11(a) 내지 도 11(g)에서, 가로축은 시간을 나타낸다. 이때, 도 11(a)은 계통 전류에 대한 다이어그램, 도 11(b)는 계통 전압에 대한 다이어그램, 도 11(c)는 제1 반도체 변압기 모듈(10_1)의 출력 전압에 대한 다이어그램, 도 11(d)는 제2 반도체 변압기 모듈(10_2)의 출력 전압에 대한 다이어그램, 도 11(e)는 제3 반도체 변압기 모듈(10_3)의 출력 전압에 대한 다이어그램, 도 11(f)는 제4 반도체 변압기 모듈(10_4)의 출력 전압에 대한 다이어그램, 도 11(f)는 전압 제어기(즉, 전류 제어기 외의 제어부)에 의해 제어되는 반도체 변압기 모듈들로 인가되는 기준 전압(즉, 지령)에 대한 다이어그램을 각각 나타낸다.That is, in FIGS. 11(a) to 11(g), the horizontal axis represents time. At this time, Figure 11(a) is a diagram for the grid current, Figure 11(b) is a diagram for the grid voltage, Figure 11(c) is a diagram for the output voltage of the first semiconductor transformer module 10_1, and Figure 11 ( d) is a diagram of the output voltage of the second semiconductor transformer module 10_2, FIG. 11(e) is a diagram of the output voltage of the third semiconductor transformer module 10_3, and FIG. 11(f) is a diagram of the fourth semiconductor transformer module. The diagram for the output voltage of (10_4), Figure 11(f) shows a diagram for the reference voltage (i.e., command) applied to the semiconductor transformer modules controlled by the voltage controller (i.e., a control unit other than the current controller), respectively. .

특히, 도 11(c) 내지 도 11(f)에서, 각 화살표는 해당 반도체 변압기 모듈(10)를 그 전용의 제어부(30)가 턴온(turn-on)하여 제어하기 시작하는 지점(즉, 제2 상태가 시작되는 지점)을 나타낸다.In particular, in FIGS. 11(c) to 11(f), each arrow represents the point at which the dedicated control unit 30 turns on and starts controlling the corresponding semiconductor transformer module 10 (i.e., the first point). 2 indicates the point where the state begins.

즉, 도 11을 참조하면, 초기 기동 시, 제1 상태에 있던 4개의 반도체 변압기 모듈(10)이 그 전용의 제어부(30)에 의해 차례로 턴온(turn-on)되어 제어된다. 이때, 마지막 반도체 변압기 모듈(10)이 턴온(turn-on)됨과 동시에 전류 제어기에 의한 제어가 수행되면서, 전원부(20)에 의한 계통 전류가 흐르기 시작하며, 이에 따라 반도체 변압기(1)가 정상 동작하게 된다.That is, referring to FIG. 11, during initial startup, the four semiconductor transformer modules 10 in the first state are sequentially turned on and controlled by the dedicated control unit 30. At this time, as the last semiconductor transformer module 10 is turned on and control is performed by the current controller, the system current from the power supply unit 20 begins to flow, and thus the semiconductor transformer 1 operates normally. I do it.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 전원에 대해 서로 직렬로 연결된 다수의 모듈을 포함하는 반도체 변압기에서 고속의 통신 설비 없이도 각 모듈을 안정적으로 초기 기동할 수 있는 새로운 기술을 제공할 수 있을 뿐 아니라, 고비용의 고속의 통신 설비가 불필요하므로 비용 경제적인 이점이 있다. The present invention configured as described above not only provides a new technology for stably initial startup of each module without high-speed communication facilities in a semiconductor transformer including a plurality of modules connected to each other in series with respect to the power source, There is a cost-effective advantage because high-cost, high-speed communication facilities are not required.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but of course, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, but should be defined by the claims described below and equivalents to these claims.

1: 반도체 변압기 10: 반도체 변압기 모듈
100: 제1 변환부 110, 120: 풀 브리지 레그
200: 제2 변환부 210: 하프 브리지
220: 변압부 230: 풀 브리지1: semiconductor transformer 10: semiconductor transformer module
100: first conversion unit 110, 120: full bridge leg
200: second conversion unit 210: half bridge
220: Transformer 230: Full bridge

Claims (10)

입력되는 저주파 고압의 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 제1 변환부와, 변환된 DC가 충전되는 직류 링크 커패시터와, 직류 링크 커패시터에 연결되어 DC-DC 변환을 수행하는 제2 변환부를 각각 구비하며, 전원에 대해 각 제1 변환부가 직렬로 연결된 다수의 반도체 변압기 모듈; 및
다수의 반도체 변압기 모듈에 대해 전용으로 하나씩 연결되어, 반도체 변압기 모듈의 제1 및 제2 변환부를 독립적으로 제어하는 다수의 제어부;를 포함하며,
상기 다수의 제어부는 초기 기동 시 반도체 변압기 모듈의 턴온(turn-on)을 독립적으로 제어하는 반도체 변압기.
A first converter that converts the input low-frequency, high-voltage alternating current (AC) into direct current (DC), a direct current link capacitor in which the converted DC is charged, and a second converter that is connected to the direct current link capacitor and performs DC-DC conversion. A plurality of semiconductor transformer modules each having a unit, each first conversion unit connected in series with respect to a power source; and
It includes a plurality of control units that are dedicatedly connected one by one to a plurality of semiconductor transformer modules and independently control the first and second conversion units of the semiconductor transformer module,
A semiconductor transformer wherein the plurality of control units independently control turn-on of the semiconductor transformer module upon initial startup.
제1항에 있어서,
상기 다수의 제어부는 초기 기동 시 반도체 변압기 모듈이 서로 다른 시간에 턴온(turn-on)하도록 제어하는 반도체 변압기.
According to paragraph 1,
The plurality of control units control the semiconductor transformer modules to turn on at different times during initial startup.
제1항에 있어서,
상기 다수의 제어부는 초기 기동 시 반도체 변압기 모듈의 직류 링크 커패시터에 일정 전압이 충전되는 경우에 반도체 변압기 모듈을 턴온(turn-on)하도록 제어하는 반도체 변압기.
According to paragraph 1,
The plurality of control units control the semiconductor transformer module to turn on when a certain voltage is charged in the direct current link capacitor of the semiconductor transformer module during initial startup.
제3항에 있어서,
상기 다수의 제어부 중에 적어도 하나는 다수의 반도체 변압기 모듈에 대한 전류 제어기로 동작하는 반도체 변압기.
According to paragraph 3,
A semiconductor transformer wherein at least one of the plurality of control units operates as a current controller for a plurality of semiconductor transformer modules.
제4항에 있어서,
상기 다수의 제어부 중에 하나는 전류 제어기로 동작하며,
N개(단, N은 2이상의 자연수)의 상기 반도체 변압기 모듈은 각각이 계통 전압의 1/N 이상에 해당하는 전압을 공급하면서 상기 전류 제어기가 동작하는 반도체 변압기.
According to paragraph 4,
One of the plurality of control units operates as a current controller,
A semiconductor transformer in which the current controller operates while each of the N semiconductor transformer modules (where N is a natural number of 2 or more) supplies a voltage corresponding to 1/N or more of the system voltage.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 변환부는 게이트(Gate), 제1 전극 및 제2 전극을 각각 구비한 다수의 스위치 소자와, 상기 다수의 스위치 소자의 제1 및 제2 전극 사이에 각각 연결된 다이오드를 포함하며,
초기 기동 시, 상기 제1 변환부의 다이오드에 의해 형성되는 경로에 따라 상기 직류 링크 커패시터에 전압이 충전되고, 상기 직류 링크 커패시터에 충전된 전압이 상기 제2 변환부의 다이오드에 의해 차단된 상태에서 상기 제어부의 제어 동작이 수행되는 반도체 변압기.
According to paragraph 1,
The first and second conversion units include a plurality of switch elements each having a gate, a first electrode, and a second electrode, and diodes each connected between the first and second electrodes of the plurality of switch elements, ,
At initial startup, a voltage is charged in the DC link capacitor according to a path formed by the diode of the first converter, and the control unit operates in a state in which the voltage charged in the DC link capacitor is blocked by the diode of the second converter. A semiconductor transformer on which control operations are performed.
제6항에 있어서,
상기 각 제어부의 제어 신호는 반도체 변압기 모듈의 제1 및 제2 변환부에 구비된 다수의 스위치 소자의 게이트에 인가되는 반도체 변압기.
According to clause 6,
A semiconductor transformer wherein the control signal of each control unit is applied to the gates of a plurality of switch elements provided in the first and second conversion units of the semiconductor transformer module.
제6항에 있어서,
초기 기동 시에 개별 직류 링크 커패시터 전압의 총 합산 전압은 상기 전원의 전압과 같거나 상기 전원의 전압보다 높은 반도체 변압기.
According to clause 6,
A semiconductor transformer wherein, upon initial startup, the total sum of the individual direct current link capacitor voltages is equal to or higher than the voltage of the power supply.
제1항에 있어서,
상기 제2 변환부는,
상기 제1 변환부에서 변환된 DC를 고주파의 AC로 변환하는 3레벨의 하프 브리지(half bridge);
상기 변환된 고주파의 AC를 1차측에서 입력 받아 저압의 AC로 2차측에서 변압하는 변압부; 및
상기 저압의 AC를 DC로 변환하는 2레벨의 풀 브리지;
를 포함하는 반도체 변압기.
According to paragraph 1,
The second conversion unit,
A 3-level half bridge that converts the DC converted in the first conversion unit into high-frequency AC;
A transformer that receives the converted high-frequency AC from the primary side and transforms it into low-voltage AC at the secondary side; and
A two-level full bridge that converts the low-voltage AC into DC;
A semiconductor transformer containing a.
입력되는 저주파 고압의 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 제1 변환부와, 변환된 DC가 충전되는 직류 링크 커패시터와, 직류 링크 커패시터에 연결되어 DC-DC 변환을 수행하는 제2 변환부를 각각 구비한 다수의 반도체 변압기 모듈을 포함하되, 전원에 대해 각 제1 변환부가 직렬로 연결된 반도체 변압기에 대한 초기 기동 제어방법으로서,
상기 전원에 의해 다수의 반도체 변압기 모듈의 직류 링크 커패시터에 일정 전압이 충전되는 단계; 및
다수의 반도체 변압기 모듈에 대해 전용으로 하나씩 연결된 다수의 제어부가 반도체 변압기 모듈의 턴온(turn-on)을 독립적으로 제어하는 단계;
를 포함하는 제어방법.A first converter that converts the input low-frequency, high-voltage alternating current (AC) into direct current (DC), a direct current link capacitor in which the converted DC is charged, and a second converter that is connected to the direct current link capacitor and performs DC-DC conversion. An initial startup control method for a semiconductor transformer including a plurality of semiconductor transformer modules each having a unit, wherein each first conversion unit is connected in series with respect to a power source, comprising:
Charging DC link capacitors of a plurality of semiconductor transformer modules with a certain voltage by the power supply; and
A plurality of control units each dedicatedly connected to a plurality of semiconductor transformer modules independently control the turn-on of the semiconductor transformer modules;
A control method including.