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최근 전기자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차의 개발경쟁이 가속화됨에 따라 차량용 배터리 충전기에 대한 인프라 구축이 필수적이다. 그 중 급속충전기는 고전력밀도, 고효율이 요구되며 높은 입력전압과 넓은 배터리전압의 동작범위를 가져야한다. 따라서 손실 및 ...

최근 전기자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차의 개발경쟁이 가속화됨에 따라 차량용 배터리 충전기에 대한 인프라 구축이 필수적이다. 그 중 급속충전기는 고전력밀도, 고효율이 요구되며 높은 입력전압과 넓은 배터리전압의 동작범위를 가져야한다. 따라서 손실 및 EMI발생 측면에서 유리한 공진 DC-DC 컨버터의 적용이 주로 고려되고 있다. 하지만 공진 컨버터는 부하에 따라 전압이득곡선이 바뀌기 때문에 급속충전기 같이 넓은 출력전압 범위에서는 스위칭 주파수 변동범위가 매우 넓어져서 손실이 커진다. 기존의 위상천이 풀브릿지는 스위치 정격전압이 입력전압이 되어 MosFET의 사용이 제한되고 IGBT를 사용 시 tail currnet로 인한 스위칭 손실이 증가한다. 또한 출력전압 범위가 넓기 때문에 위상차가 커져 순환전류가 커지고 도통손실이 중가하는 단점이 있다. 본 논문에서는 넓은 충전전압범위를 갖는 전기자동차용 급속충전기를 위한 3레벨 DC-DC 컨버터의 하이브리드 스위칭 기법을 제안한다. 토폴로지는 3레벨 위상천이 풀브릿지 컨버터로써 충전전압이 낮을 때는 하프브릿지, 충전전압이 높을 때는 풀브릿지 스위칭을 해줌으로써 위상차를 줄여 순환전류를 줄일 수 있다. 또한 커플인덕터를 사용하여 순환전류를 줄이고 Lagging Lag 스위치의 ZVS 턴온 및 ZCS 턴오프를 성취시켜 손실을 줄일 수 있다. 그리고 모듈형태로 DC-DC 컨버터를 설계함으로써 소자 설계 및 선정 그리고 대용량으로 확장을 용이하게 하였다. 7.2kW급 모듈로 기존 스위칭 방식과의 비교분석을 통하여 제안하는 방식의 타당성을 입증하였다.최근 전기자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차의 개발경쟁이 가속화됨에 따라 차량용 배터리 충전기에 대한 인프라 구축이 필수적이다. 그 중 급속충전기는 고전력밀도, 고효율이 요구되며 높은 입력전압과 넓은 배터리전압의 동작범위를 가져야한다. 따라서 손실 및 EMI발생 측면에서 유리한 공진 DC-DC 컨버터의 적용이 주로 고려되고 있다. 하지만 공진 컨버터는 부하에 따라 전압이득곡선이 바뀌기 때문에 급속충전기 같이 넓은 출력전압 범위에서는 스위칭 주파수 변동범위가 매우 넓어져서 손실이 커진다. 기존의 위상천이 풀브릿지는 스위치 정격전압이 입력전압이 되어 MosFET의 사용이 제한되고 IGBT를 사용 시 tail currnet로 인한 스위칭 손실이 증가한다. 또한 출력전압 범위가 넓기 때문에 위상차가 커져 순환전류가 커지고 도통손실이 중가하는 단점이 있다. 본 논문에서는 넓은 충전전압범위를 갖는 전기자동차용 급속충전기를 위한 3레벨 DC-DC 컨버터의 하이브리드 스위칭 기법을 제안한다. 토폴로지는 3레벨 위상천이 풀브릿지 컨버터로써 충전전압이 낮을 때는 하프브릿지, 충전전압이 높을 때는 풀브릿지 스위칭을 해줌으로써 위상차를 줄여 순환전류를 줄일 수 있다. 또한 커플인덕터를 사용하여 순환전류를 줄이고 Lagging Lag 스위치의 ZVS 턴온 및 ZCS 턴오프를 성취시켜 손실을 줄일 수 있다. 그리고 모듈형태로 DC-DC 컨버터를 설계함으로써 소자 설계 및 선정 그리고 대용량으로 확장을 용이하게 하였다. 7.2kW급 모듈로 기존 스위칭 방식과의 비교분석을 통하여 제안하는 방식의 타당성을 입증하였다.

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