에너지 제어를 통한 직렬 입력-병렬 출력 모듈형 DAB 컨버터의 전압 제어

Abstract

입력 전압과 출력 전압의 변환비가 큰 시스템에서는 용량이 큰 한 개의 컨버터 설계하는 것보다 다수의 컨버터를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 용량을 증가시키는 것이 유리하다. 다수의 컨버터가 직/병렬 연결되어 하나의 시스템을 구성하는 것을 모듈화 되었다고 한다. 모듈형으로 컨버터를 제작하여 연결할 경우, 다양한 용량의 컨버터를 구현할 수 있다. 모듈형 컨버터를 이용해 DC/DC 전력변환 시스템을 구성하는 방법은 연결 방식에 따라 총 네 가지로 나눌 수 있으며, 그 중 입력 전압이 출력 전압보다 큰 시스템에서는 Input Series Output Parallel (ISOP) 방식을 사용한다. ISOP는 입력단을 직렬 연결하고, 출력단을 병렬 연결하는 구성이다. ISOP로 시스템을 구성할 경우, 직렬로 연결된 모듈들의 입력단 전압 불균형 문제가 발생한다. 전압 불균형으로 인해 시스템의 손실이 증가할 수 있으며, 이로 인해 과부하 및 파손의 영향이 될 수 있다. 이를 해결하기 위해 각 모듈의 입력단 전압 균형 제어가 요구된다.

본 논문에서는 에너지 제어를 통한 직렬 입력-병렬 출력 모듈형 DAB 컨버터의 전압 제어를 제안한다. 입력단과 출력단의 커패시터에 저장되는 에너지를 계산하여 각 모듈의 직류단 전압 균형 제어를 수행하며, 제안하는 시스템의 타당성을 판별하기 위해 Bode Plot을 그려 확인하였다. 실험을 통하여 제안한 방법의 타당성을 검증하였다.; In systems with large conversion ratios of input and output voltages, it is advantageous to increase capacity by connecting multiple converters in series or in parallel rather than designing a single converter with a larger capacity. It is said that many modular converters have been connected in a series/parallel manner the construction of one system. When modular converters are built and connected, different capacities of converters can be implemented. There are a total of four ways to configure DC/DC power conversion systems using modular converters, of which the Input Series Output Parallel (ISOP) method is used in systems where the input voltage is greater than the output voltage. ISOP is a configuration that connects the input terminals in series and outputs in parallel. When configuring the system with ISOP, an input-terminal voltage imbalance problem occurs for modules connected in series. Voltage imbalances can increase the loss of the system, which can affect overload and breakage. To address this, input-stage voltage balancing control of each module is required.

In this paper, we propose the voltage control of a modular DAB converter of serial input-parallel outputs via energy control. The energy stored in the capacitors of the input and output terminals is calculated to perform DC voltage balancing control of each module, and a Bode Plot is drawn to determine the validity of the proposed system. The feasibility of the proposed method was verified through experiments.