DAB Converter란?

DAB(Dual Active Bridge) Converter는 두 개의 H-Bridge가 고주파 변압기를 사이에 두고 마주보는 구조의 절연형 양방향 DC-DC 컨버터다.

이 토폴로지가 주목받는 이유는 명확하다.

양방향 전력 전송: 별도의 회로 추가 없이 전력이 양방향으로 흐른다. 위상차의 부호만 바꾸면 전력 방향이 반전된다. 배터리 충방전, V2G(Vehicle-to-Grid), 에너지 저장 시스템처럼 양방향 전력 흐름이 필요한 응용에 적합하다.

갈바닉 절연: 고주파 변압기가 입출력을 전기적으로 분리한다. 안전 요구사항 충족, 접지 체계 분리, 큰 전압비 구현이 가능하다.

소프트 스위칭: 적절한 설계와 변조 전략을 적용하면 전 운영 범위에서 ZVS(Zero Voltage Switching)를 달성할 수 있다. 스위칭 손실이 감소하고, 고주파 동작이 가능해지며, EMI가 줄어든다.

높은 전력 밀도: 소프트 스위칭으로 고주파 동작이 가능하고, 이는 자성 부품(변압기, 인덕터)의 소형화로 이어진다.

단점 및 고려사항

장점이 많지만, 모든 상황에 최선인 토폴로지는 아니다.

스위치 개수: 8개의 능동 스위치가 필요하다. Full-Bridge 컨버터(4개)나 LLC(4개)에 비해 부품 수가 많고, 이는 곧 비용 증가와 게이트 드라이브 회로의 복잡성으로 이어진다.

제어 복잡도: 단순 위상 천이(SPS) 방식은 구현이 쉽지만, 넓은 전압/전력 범위에서 효율과 ZVS를 유지하려면 TPS(Triple Phase Shift) 같은 고급 변조 전략이 필요하다. 변조 파라미터가 3개로 늘어나면 제어 알고리즘이 복잡해진다.

경부하 효율: 경부하 영역에서 순환 전류가 증가하고 ZVS를 잃기 쉽다. 넓은 부하 범위를 커버해야 하는 응용에서는 변조 전략 최적화가 필수다.

변압기 설계: 고주파 동작을 위한 변압기 설계가 까다롭다. 누설 인덕턴스를 정밀하게 제어해야 하며, 이 값이 전력 전송 특성에 직접적인 영향을 미친다.

그럼에도 불구하고, 양방향 전력 전송과 절연이 동시에 필요한 중대용량 응용에서 DAB는 여전히 강력한 후보다.

DAB vs CLLC

양방향 절연형 DC-DC 컨버터로 CLLC도 자주 비교된다. 간략히 정리하면:

DAB: 중부하 효율 우수, 제어 단순, 설계 진입장벽 낮음
CLLC: 경부하 효율 우수, 넓은 전압 범위 대응, 공진 탱크 설계 필요

전압 변동이 좁고 정전력 운전 위주라면 DAB, 배터리 SOC에 따른 넓은 전압 범위와 경부하 효율이 중요하면 CLLC가 유리하다. 상세 비교는 추후 "토폴로지 선정 가이드" 포스팅에서 다룰 예정이다.

주요 응용 분야

전기차 충전기 (EV Charger): 양방향 충전, V2G
에너지 저장 시스템 (ESS): 배터리 충방전
DC 마이크로그리드: 서로 다른 전압 버스 간 연결
솔리드 스테이트 트랜스포머 (SST): 차세대 배전 시스템
재생에너지 시스템: 태양광, 풍력의 DC 연계

필자는 ESS에 적용되는 UPS 시스템에서 DAB를 사용한 경험이 있다. DC 링크 전압과 배터리 사이에 DAB를 배치하여, 평상시에는 배터리를 충전하고 정전 시에는 배터리에서 방전하여 부하에 전력을 공급하는 구조였다. 양방향 전력 전송이 필요한 전형적인 응용 사례다.