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KR101214254B1 - Bidirectional dc-dc converter - Google Patents

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KR101214254B1
KR101214254B1 KR1020110103728A KR20110103728A KR101214254B1 KR 101214254 B1 KR101214254 B1 KR 101214254B1 KR 1020110103728 A KR1020110103728 A KR 1020110103728A KR 20110103728 A KR20110103728 A KR 20110103728A KR 101214254 B1 KR101214254 B1 KR 101214254B1
Authority
KR
South Korea
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node
winding
voltage
switch
bidirectional
Prior art date
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Application number
KR1020110103728A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
송유진
채수용
정세교
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명은 승압용 변압기와 하강용 변압기를 하나의 코어로 구현한 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터는 직류전원을 제공하는 입력전압원, 1차권선, 1차권선과 에너지를 교환하는 제2권선, 제1승압용권선, 제1승압용권선에서 발생하는 자속과 자속이 쇄교하는 제2승압용권선을 포함하며, 1차권선은 일단이 제1노드에 연결되고 타단은 제2노드에 연결되고, 제2권선은 일단은 제3노드에 연결되고 타단은 제4노드 사이에 연결되고, 제1승압용권선은 일단은 제2승압용권선과 연결되고 타단은 1차권선과 연결되고, 제2승압용권선은 일단은 제1승압용권선과 연결되고 타단은 입력전압원에 연결되는 집적 변압기, 제1노드와 제2노드에 소정의 전압을 인가하여 제1노드와 제2노드의 전압을 변화시키는 제1스위칭부 및 제3노드에 연결되고 제3노드의 전압의 극성에 대응하여 제5노드 또는 제6노드로 제3노드의 전압을 전달하거나, 제5노드의 전압과 제6노드의 전압을 제2권선의 일단에 전달하는 제2스위칭부를 포함한다.
The present invention provides a bidirectional DC-DC converter that implements a boosting transformer and a falling transformer as one core.
The bidirectional DC-DC converter according to the present invention includes a magnetic flux generated from an input voltage source for providing a DC power source, a primary winding, a primary winding for exchanging energy with the primary winding, a first boost winding, and a first boost winding. It includes a second boost winding for magnetic flux, the primary winding has one end connected to the first node, the other end connected to the second node, the second winding one end connected to the third node, and the other end Connected between the four nodes, the first booster winding is first connected to the second booster winding, the other end is connected to the primary winding, the second booster winding is first connected to the first booster winding, and the other end is An integrated transformer connected to an input voltage source, a first node and a third node connected to the first node and the second node to change a voltage by applying a predetermined voltage to the first node and the second node, and the voltage of the third node. The voltage of the third node may be transferred to the fifth or sixth node corresponding to the polarity of the fifth node, or the fifth It includes a second switching unit for transmitting the de voltage and the voltage of the sixth node to the one end of the second winding.

Description

양방향 DC-DC 컨버터{BIDIRECTIONAL DC-DC CONVERTER}Bidirectional DC-DC Converters {BIDIRECTIONAL DC-DC CONVERTER}

본 발명은 양방향 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 크기를 작게 구현할 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a bidirectional DC-DC converter, and more particularly, to a bidirectional DC-DC converter that can be implemented in a small size.

전기자동차와 같은 배터리를 전원으로 사용하는 전기적 장치는 배터리를 충전하기 위한 충전 장치가 필요하다. 충전장치는 전원 계통으로부터 배터리를 충전하는 기능과 배터리에 저장된 에너지를 전원계통으로 공급하는 기능을 구현하는 양방향 DC-DC 컨버터가 필요하다. 한국 공개특허 10-2011-0029772에는 별도의 공진용 리엑터가 필요없이 고효율 변압이 가능하고, 출력 측을 변압기의 구조가 간단한 배압회로로 구성하여 구현이 용이하고 고 승압에 유리하게 한 푸쉬-풀 방식의 소프트 스위칭 DC/DC컨버터가 제시되어 있다. Electrical devices that use batteries as power sources, such as electric vehicles, require charging devices to charge the batteries. The charger requires a bi-directional DC-DC converter that charges the battery from the power system and supplies the energy stored in the battery to the power system. Korea Patent Publication 10-2011-0029772 is a push-pull method that can be transformed with high efficiency without the need for a separate resonator reactor, and the output side is composed of a back pressure circuit having a simple structure of a transformer for easy implementation and advantageous for high voltage boosting. Soft switching DC / DC converters are presented.

상기의 양방향 DC-DC 컨버터는 배터리의 낮은 전압을 높은 전압으로 변환하는 승압하는 기술과 높은 전압을 낮은 배터리 충전전압으로 변환하는 기술이 필요하다. 또한, 배터리와 전력계통 사이에 갈바닉 절연과 같은 절연 구성이 필요하다. 따라서, 승압, 강압 기능과 갈바닉 절연 기능을 구현하기 위해서는 변압기가 필수적으로 요구된다. 양방향 DC-DC 컨버터는 승압, 강압 기능을 구형하기 위해서 승압용 인덕터와 강압용 변압기가 사용되게 되어 양방향 DC-DC 컨버터의 크기가 커지고 고가인 문제점이 있다.The bidirectional DC-DC converter needs a boosting technique for converting a low voltage of a battery into a high voltage and a technique for converting a high voltage into a low battery charging voltage. In addition, an insulation configuration, such as galvanic isolation, is required between the battery and the power system. Therefore, a transformer is indispensable for implementing the step-up, step-down and galvanic isolation functions. In the bidirectional DC-DC converter, a step-up inductor and a step-down transformer are used to form a step-up and step-down function, thereby increasing the size and cost of the bi-directional DC-DC converter.

본 발명은 승압용 변압기와 하강용 변압기를 하나의 코어로 구현한 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다. The present invention provides a bidirectional DC-DC converter that implements a boosting transformer and a falling transformer as one core.

본 발명의 제1측면은, 직류전원을 제공하는 입력전압원, 1차권선, 1차권선과 에너지를 교환하는 제1 2차권선과 제2 2차권선, 제1승압용권선, 제1승압용권선에서 발생하는 자속과 자속이 쇄교하는 제2승압용권선을 포함하며, 1차권선은 일단이 제1노드에 연결되고 타단은 제2노드에 연결되고, 제1 2차권선은 일단이 제3노드에 연결되고 타단은 제2 2차권선에 연결되고, 제2 2차권선은 일단이 제1 2차권선에 연결되고 타단이 제4노드에 연결되고, 제1승압용권선은 일단은 제2승압용권선과 연결되고 타단은 1차권선과 연결되고, 제2승압용권선은 일단은 제1승압용권선과 연결되고 타단은 입력전압원에 연결되는 집적 변압기, 제1노드와 제2노드에 소정의 전압을 인가하여 제1노드와 제2노드의 전압을 변화시키는 제1스위칭부 및 제3노드에 연결되고 제3노드의 전압의 극성에 대응하여 제5노드 또는 제6노드로 제3노드의 전압을 전달하거나, 제5노드의 전압과 제6노드의 전압을 제2권선의 일단에 전달하는 제2스위칭부를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.According to a first aspect of the present invention, an input voltage source for providing a DC power source, a primary winding, a first secondary winding for exchanging energy with a primary winding, a second secondary winding, a first boost winding, and a first boost The magnetic flux generated from the windings includes a second boosting winding in which the magnetic flux is interlinked. The primary winding has one end connected to the first node and the other end connected to the second node, and the first secondary winding has one end. The other end is connected to the second secondary winding, the second secondary winding is connected to the first secondary winding, the other end is connected to the fourth node, and the first boost winding is first 2 is connected to the booster winding, the other end is connected to the primary winding, the second booster winding is connected to the first booster winding, and the other end is connected to the integrated voltage, the first node and the second node The voltage of the third node is connected to the first switching unit and the third node to apply a predetermined voltage to change the voltage of the first node and the second node Bidirectional DC- including a second switching unit for transmitting the voltage of the third node to the fifth node or the sixth node corresponding to the polarity, or the voltage of the fifth node and the voltage of the sixth node to one end of the second winding It is to provide a DC converter.

부가적으로, 제1스위칭부는 제1노드와 접지 사이에 연결되고 제1스위칭신호에 대응하여 스위칭동작을 수행하는 제1스위치 및 제2노드와 접지 사이에 연결되고 제2스위칭신호에 대응하여 스위칭동작을 수행하는 제2스위치를 포함하되, 제1스위치는 트랜지스터로 구현되고 게이트에 제1스위칭신호가 입력되고 소스와 드레인 사이에 제1다이오드가 연결되고, 제2스위치는 트랜지스터로 구현되고 게이트에 제2스위칭신호가 입력되고 소스와 드레인 사이에 제2다이오드가 연결되며, 제1스위칭신호와 제2스위칭신호에 의해 제1스위치와 제2스위치가 일부구간에서 동시에 턴온되는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.In addition, the first switching unit is connected between the first switch and the ground and is connected between the first node and the ground and the second node and the switch to perform a switching operation in response to the first switching signal and switching in response to the second switching signal. And a second switch for performing an operation, wherein the first switch is implemented as a transistor, a first switching signal is input to the gate, and a first diode is connected between the source and the drain, and the second switch is implemented as a transistor and is connected to the gate. A bidirectional DC-DC converter in which a second switching signal is input, a second diode is connected between a source and a drain, and the first switch and the second switch are simultaneously turned on in some sections by the first switching signal and the second switching signal. To provide.

부가적으로, 제1노드와 제7노드 사이에 연결되며 제1노드에서 제7노드 방향으로 전류가 흐르도록 하는 제3다이오드와, 제2노드와 제7노드 사이에 연결되며 제2노드에서 제7노드 방향으로 전류가 흐르도록 하는 제4다이오드와, 제7노드와 연결되는 클램프 캐패시터와, 클램프 캐패시터와 병렬로 연결되는 클램프 저항을 더 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.Additionally, a third diode connected between the first node and the seventh node and configured to allow a current to flow in the direction from the first node to the seventh node, and between the second node and the seventh node and connected to the second node in the second node. The present invention provides a bidirectional DC-DC converter further comprising a fourth diode for allowing current to flow in a seven node direction, a clamp capacitor connected to the seventh node, and a clamp resistor connected in parallel with the clamp capacitor.

부가적으로, 제2스위칭부는 제3노드와 제5노드 사이에 연결되며 제3스위칭신호에 대응하여 동작하는 제3스위치와 제3노드와 제6노드 사이에 연결되며 제4스위칭신호에 대응하여 동작하는 제4스위치를 포함하되, 제3스위치는 제3스위칭신호에 대응하여 제1전극과 제2전극 사이에 제5다이오드가 연결되고 제4스위치는 제4스위칭신호에 대응하여 제1전극과 제2전극 사이에 제6다이오드가 연결되며, 제3스위치와 제4스위치는 서로 다른 시간에 턴온되는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다. Additionally, the second switching unit is connected between the third node and the fifth node and is connected between the third switch and the third node and the sixth node operating in response to the third switching signal, and corresponding to the fourth switching signal. And a fourth switch that operates, wherein the third switch is connected to the fifth electrode between the first electrode and the second electrode in response to the third switching signal, and the fourth switch is connected to the first electrode in response to the fourth switching signal. The sixth diode is connected between the second electrode, and the third switch and the fourth switch provide a bidirectional DC-DC converter which is turned on at different times.

부가적으로, 제4노드와 제5노드 사이에 연결되는 제1캐패시터와 제4노드와 제6노드 사이에 연결되는 제2캐패시터를 더 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a bidirectional DC-DC converter further comprising a first capacitor connected between the fourth node and the fifth node and a second capacitor connected between the fourth node and the sixth node.

부가적으로, 집적변압기는 센터레그와 제1레그와 제2레그를 포함하며, 상기 센터레그는 1차권선이 형성되고, 제1레그는 제1승압권선과 제1 2차권선이 형성되고 제2레그에는 제2승압권선과 제2 2차권선이 형성되는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.Additionally, the integrated transformer includes a center leg, a first leg, and a second leg, wherein the center leg is formed with a primary winding, and the first leg is formed with a first boost winding and a first secondary winding. The second leg provides a bidirectional DC-DC converter in which a second boost winding and a second secondary winding are formed.

부가적으로, 센터레그는 공극이 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다. In addition, the center leg provides a bidirectional DC-DC converter with air gaps.

부가적으로, 제2스위칭부는 제5노드와 제6노드 사이에 형성된 전압에 대응하여 선택적으로 제3권선에 전류가 흐르도록 하는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.In addition, the second switching unit is to provide a bidirectional DC-DC converter for selectively flowing a current in the third winding in response to the voltage formed between the fifth node and the sixth node.

본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터에 의하면, 하나의 코어를 이용하여 승압용 인덕터와 변압기를 구현할 수 있어 양방향 DC-DC 컨버터의 크기를 작게 구현할 수 있고 코어의 사용량을 줄여 양방향 DC-DC 컨버터의 가격을 절감할 수 있다.
According to the bidirectional DC-DC converter according to the present invention, it is possible to implement a step-up inductor and a transformer by using a single core to implement a small size of the bidirectional DC-DC converter and to reduce the usage of the core, The price can be reduced.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 일실시예를 나타내는 구조도이다.
도 2는 도 2에 도시된 집적 변압기의 구조를 나타내는 구조도이다.
도 3은 순방향 동작 시의 양방향 DC-DC 컨버터의 파형을 나타내는 타이밍도이다.
도 4는 역방향 동작시의 양방향 DC-DC 컨버터의 파형을 나타내는 타이밍도이다.
1 is a structural diagram showing an embodiment of a bidirectional DC-DC converter according to the present invention.
FIG. 2 is a structural diagram illustrating a structure of the integrated transformer shown in FIG. 2.
3 is a timing diagram showing waveforms of a bidirectional DC-DC converter in the forward operation.
4 is a timing diagram showing waveforms of a bidirectional DC-DC converter in a reverse operation.

이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention through these embodiments.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 일실시예를 나타내는 구조도이다. 1 is a structural diagram showing an embodiment of a bidirectional DC-DC converter according to the present invention.

도 1을 참조하면, 양방향 DC-DC 컨버터(100)는 입력전원부(110), 제1스위치부(120), 집적 변압기(130), 제2스위치부(140) 및 클램프부 (150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the bidirectional DC-DC converter 100 includes an input power supply unit 110, a first switch unit 120, an integrated transformer 130, a second switch unit 140, and a clamp unit 150. do.

입력전원부(110)는 집적 변압기(130)에 소정의 직류전원(Vin)을 공급한다. 일 실시예에 있어서 입력전원부(110)는 배터리를 이용할 수 있다. 제1스위치부(120)는 제1스위치(M1) 및 제2스위치(M2), 제3다이오드(D3), 제4다이오드(D4)를 포함한다. 제1스위치(M1) 및 제2스위치(M2)는 모스 트랜지스터(MOS Transistor)로 구현될 수 있다. 제1스위치(M1)과 제2스위치(M2)는 소스, 드레인 게이트 전극을 포함하며, 소스 전극을 제1전극, 드레인 전극을 제2전극이라 칭할 수 있다. 제1스위치(M1)는 제1전극이 제1노드(N1)에 연결되고 제2전극은 접지에 연결되며 게이트는 제1스위칭신호(C_Sig1)를 전달받는다. 제2스위치(M2)는 제1전극이 제2노드(N2)에 연결되고 제2전극은 접지에 연결되며 게이트는 제2스위칭신호(C_Sig2)를 전달받는다. 그리고, 제1스위치(M1)와 제2스위치(M2)는 제1전극과 제2전극에 각각 제3다이오드(D3)와 제4다이오드(D4)가 연결된다. The input power supply unit 110 supplies a predetermined DC power Vin to the integrated transformer 130. In one embodiment, the input power source 110 may use a battery. The first switch unit 120 includes a first switch M1, a second switch M2, a third diode D3, and a fourth diode D4. The first switch M1 and the second switch M2 may be implemented as MOS transistors. The first switch M1 and the second switch M2 may include a source and a drain gate electrode, and the source electrode may be referred to as a first electrode and a drain electrode as a second electrode. In the first switch M1, the first electrode is connected to the first node N1, the second electrode is connected to the ground, and the gate receives the first switching signal C_Sig1. In the second switch M2, the first electrode is connected to the second node N2, the second electrode is connected to the ground, and the gate receives the second switching signal C_Sig2. In addition, a third diode D3 and a fourth diode D4 are connected to the first electrode and the second electrode of the first switch M1 and the second switch M2, respectively.

제3다이오드(D3)는 제1노드(N1)와 제7노드(N7) 사이에 연결되며 제1노드(N1)에서 제7노드(N7) 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 연결된다. 제4다이오드(D4)는 제2노드(N2)와 제7노드(N7) 사이에 연결되며 제2노드(N2)에서 제7노드(N7) 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 연결된다. 일실시예에 있어서, 클램프부(150)를 더 포함하며, 클램프부(150)는 클램프 캐패시터(CC)와 클램프 저항(RC)을 포함한다. 클램프 캐패시터(CC)와 클램프 저항(RC)는 제7노드(N7)와 접지 사이에 클램프 캐패시터(CC)가 연결되고 클램프 캐패시터(CC)와 병렬로 클램프 저항(RC)이 연결된다. 클램프부(150)는 제1스위치(M1)와 제2스위치(M2)가 스위칭 동작에 의해 발생되는 서지 전압이 클램프 캐패시터(CC)에 저장되도록 하고 저장된 서지전압이 클램프 저항(RC)에 의해 소비되어 클램프 캐패시터(CC)를 보호할 수 있도록 한다. The third diode D3 is connected between the first node N1 and the seventh node N7 and is connected such that a current flows in the direction from the first node N1 to the seventh node N7. The fourth diode D4 is connected between the second node N2 and the seventh node N7 and is connected such that current flows from the second node N2 toward the seventh node N7. In one embodiment, the clamp unit 150 is further included, and the clamp unit 150 includes a clamp capacitor CC and a clamp resistor RC. The clamp capacitor CC and the clamp resistor RC are connected to the clamp capacitor CC between the seventh node N7 and the ground, and the clamp resistor RC is connected in parallel with the clamp capacitor CC. The clamp unit 150 causes the surge voltage generated by the switching operation of the first switch M1 and the second switch M2 to be stored in the clamp capacitor CC, and the stored surge voltage is consumed by the clamp resistor RC. To protect the clamp capacitor (CC).

집적 변압기(130)는 제1노드(N1)와 입력전원부(110)이 연결된 제1단과 제2노드(N2)와 입력전원부(110)이 연결된 제2단을 통해 직류전원(Vin)을 공급받아, 제1노드(N1)와 직류전원(Vin)과의 전압차와 제2노드(N2)와 입력전원(Vin)과의 전압차에 대응하여 집적 변압기(130)의 1차측 권선에 형성된 에너지를 2차 권선에 전달한다. 또한, 집적 변압기(130)의 2차 권선은 제3노드(N3)와 제4노드(N4)에 연결된다. 집적 변압기(130)의 상세한 구조는 하기의 도 2에서 자세히 설명한다. 제2스위치부(140)는 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)를 포함한다. 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 IGBT(insulated Gated Bipolar Transistor) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 구현될 수 있다. 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)가 IGBT로 구현되면 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 소스, 드레인, 게이트 전극을 포함하며, 소스를 제1전극으로 칭하면 드레인을 제2전극으로 칭할 수 있다. 또한, 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)가 BJT로 구현되면 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 에미터, 콜렉터, 베이스 전극을 포함하며, 에미터를 제1전극으로 칭하면 콜렉터를 제2전극으로 칭할 수 있다. 제3스위치(Q1)의 제1전극은 제5노드(N5)에 연결되고 제2전극은 제3노드(N3)에 연결되며 베이스 또는 게이트는 제3스위칭신호(C_Sig3)를 전달받는다. 제4스위치(Q2)는 제1전극은 제4노드(N4)에 연결되고 제2전극은 제6노드(N6)에 연결되며 베이스 또는 게이트는 제4스위칭신호(C_Sig4)를 전달받는다. 그리고, 제2스위치부(140)는 제4노드(N4)와 제5노드(N5) 사이에 제1캐패시터(C1)가 연결되고 제4노드(N4)와 제6노드(N6) 사이에 제2캐패시터(C2)가 연결된다. 그리고, 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 각각 콜렉터와 에미터 또는 소스와 드레인 사이에 제5다이오드(D5)와 제6다이오드(D6)가 각각 연결된다. The integrated transformer 130 receives a DC power supply through a first end connected with the first node N1 and the input power supply 110, and a second end connected with the second node N2 and the input power supply 110. In response to the voltage difference between the first node N1 and the DC power source Vin and the voltage difference between the second node N2 and the input power source Vin, energy formed in the primary winding of the integrated transformer 130 may be reduced. Pass it to the secondary winding. In addition, the secondary winding of the integrated transformer 130 is connected to the third node (N3) and the fourth node (N4). The detailed structure of the integrated transformer 130 will be described in detail with reference to FIG. 2 below. The second switch unit 140 includes a third switch Q1 and a fourth switch Q2. The third switch Q1 and the fourth switch Q2 may be implemented as an insulated Gated Bipolar Transistor (IGBT) or a Bipolar Junction Transistor (BJT). When the third switch Q1 and the fourth switch Q2 are implemented as IGBTs, the third switch Q1 and the fourth switch Q2 include a source, a drain, and a gate electrode. When the source is referred to as a first electrode, The drain may be referred to as a second electrode. In addition, when the third switch Q1 and the fourth switch Q2 are implemented as BJTs, the third switch Q1 and the fourth switch Q2 include an emitter, a collector, and a base electrode, and the emitter is configured as a first emitter. When referred to as an electrode, the collector may be referred to as a second electrode. The first electrode of the third switch Q1 is connected to the fifth node N5, the second electrode is connected to the third node N3, and the base or gate receives the third switching signal C_Sig3. In the fourth switch Q2, the first electrode is connected to the fourth node N4, the second electrode is connected to the sixth node N6, and the base or gate receives the fourth switching signal C_Sig4. In addition, the second switch unit 140 is connected between the first capacitor C1 between the fourth node N4 and the fifth node N5, and is formed between the fourth node N4 and the sixth node N6. Two capacitors C2 are connected. In the third switch Q1 and the fourth switch Q2, the fifth diode D5 and the sixth diode D6 are respectively connected between the collector and the emitter or the source and the drain, respectively.

도 2는 도 1에 도시된 집적 변압기의 구조를 나타내는 구조도이다. FIG. 2 is a structural diagram illustrating a structure of the integrated transformer illustrated in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 집적 변압기(130)의 코어는 센터레그(131a), 제1레그(131b) 및 제2레그(131c)를 포함한다. 코어의 각 레그는 병렬적으로 배열되어, 제1레그(131b), 센터레그(131a), 제2레그(131c)가 위에서 아래로 순차적으로 배열되며, 제1레그(131b), 센터레그(131a), 제2레그(131c)의 양 끝단은 서로 연결되어 있다. 그리고, 센터레그(131a), 는 제1승압용권선(133a)과 제2승압용권선 (133b)이 적절한 인덕턴스 값을 갖도록 하기 위해 공극이 형성되어 있다. Referring to FIG. 2, the core of the integrated transformer 130 includes a center leg 131a, a first leg 131b, and a second leg 131c. Each leg of the core is arranged in parallel so that the first leg 131b, the center leg 131a, and the second leg 131c are sequentially arranged from top to bottom, and the first leg 131b and the center leg 131a are arranged in order. ), Both ends of the second leg 131c are connected to each other. The center leg 131a and the air gap are formed so that the first boost winding 133a and the second boost winding 133b have appropriate inductance values.

센터레그(131a)에 집적 변압기의 1차측 권선인 1차권선(132)이 감겨있다. 제1레그(131b)의 좌측에는 1차권선(132)과 직렬로 연결된 제1승압용권선(133a)이 감겨있고 우측에는 2차 권선인 제1 2차권선(134a)이 감겨있다. 제1레그(131b)에 감긴 제1승압용권선(133a)과 제2레그(131c)에 감긴 제2승압용권선(133b)은 서로 반대 방향으로 감겨 있다. 제2레그(131c)의 우측에는 제1승압용권선(133a)에 직렬로 연결된 제2승압용권선(133b)이 감겨있고 좌측에는 2차 권선인 제2 2차권선(134b)이 감겨 있다. 제1레그(131b)에 감긴 제1 2차권선과 제2레그(131c)에 감긴 제2차권선은 서로 반대 방향으로 감겨 있다.The primary winding 132, which is the primary winding of the integrated transformer, is wound around the center leg 131a. On the left side of the first leg 131b, a first boost winding 133a wound in series with the primary winding 132 is wound, and on the right side, a first secondary winding 134a, which is a secondary winding, is wound. The first boosting winding 133a wound on the first leg 131b and the second boosting winding 133b wound on the second leg 131c are wound in opposite directions. On the right side of the second leg 131c is wound a second boosting winding 133b connected in series to the first boosting winding 133a, and on the left side, a second secondary winding 134b, which is a secondary winding. The first secondary winding wound on the first leg 131b and the second secondary winding wound on the second leg 131c are wound in opposite directions.

또한, 1차권선(132)은 제1노드(N1)와 제2노드(N2) 사이에 형성되고 제2권선(132b)은 제3노드(N3)와 제4노드(N4) 사이에 형성된다. 그리고, 제1승압용권선(133a)의 일단은 제2승압용권선(133b)과 연결되고 타단은 1차권선(132)과 연결되고 제2승압용권선(133b)은 일단은 제1승압용권선(133a)과 연결되고 타단은 입력전원(Vin)과 연결된다. Also, the primary winding 132 is formed between the first node N1 and the second node N2, and the second winding 132b is formed between the third node N3 and the fourth node N4. . Then, one end of the first boosting winding 133a is connected to the second boosting winding 133b, the other end is connected to the primary winding 132, and the second boosting winding 133b is one of the first boosting winding. It is connected to the winding 133a and the other end is connected to the input power (Vin).

제1레그(131b)에 형성된 제1승압용권선(133b)와 제2승압용권선(133c)는 서로 반대 방향으로 감겨 있기 때문에 제1승압용권선(133a)에서 발생되는 자속과 제2레그(131c)에 형성된 제2승압용 권선(133b)에서 발생되는 자속은 센터레그(131a)에서 서로 상쇄된다. 따라서, 센터레그(131a)에 형성되어 있는 1차권선(132)에에 영향을 주지 않는다. 제1레그(131b)에 형성된 제1 2차권선(134a)과 제2 2차권선(134b)은 서로 반대 방향으로 감겨 있기 때문에 제1레그(131b)에 형성된 제1 2차권선(134a)에서 발생된 자속과 제2레그(131c)에 형성된 제2 2차권선(134b)에서 발생된 자속은 상쇄된다.Since the first boost winding 133b and the second boost winding 133c formed on the first leg 131b are wound in opposite directions, the magnetic flux generated by the first boost winding 133a and the second leg ( The magnetic fluxes generated in the second boost winding 133b formed in 131c cancel each other out of the center leg 131a. Therefore, it does not affect the primary winding 132 formed in the center leg 131a. Since the first secondary winding 134a and the second secondary winding 134b formed in the first leg 131b are wound in opposite directions, the first secondary winding 134a formed in the first leg 131b may not be formed. The generated magnetic flux and the magnetic flux generated in the second secondary winding 134b formed in the second leg 131c cancel each other out.

도 3은 순방향 동작 시의 양방향 DC-DC 컨버터의 파형을 나타내는 타이밍도이다. 3 is a timing diagram showing waveforms of a bidirectional DC-DC converter in the forward operation.

도 3을 참조하면, 제1스위칭신호(C_Sig1)와 제2스위칭신호 (C_Sig2)는 듀티 비가 0.5 이상으로 서로 오버랩되는 구간이 있다. 즉, 제1구간(T1), 제3구간(T3), 제5구간(T5) 등에서 제1스위칭신호(C_Sig1)와 제2스위칭신호(C_Sig2)가 오버랩된다. 제1구간(T1)에서 제1스위칭신호 (C_Sig1)와 제2스위칭신호(C_Sig2)는 하이 신호로 입력되어 제1스위치 (M1)와 제2스위치(M2)는 온상태가 된다. 제1스위치(M1)와 제2스위치 (M2)가 온상태가 되면, 제1노드(N1)와 제2노드(N2)에는 접지가 연결된다. 따라서, 집적 변압기(130)의 1차측의 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)은 접지와 입력전압(Vin)차이의 전압이 되므로 동일한 전압이 된다. 또한, 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)에 의해 1차권선(132)으로 입력되는 전류의 방향은 반대가 된다. 이로 인해, 1차권선(132)은 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)에 의해 유도되는 전압이 상쇄된다. 또한, 제1 2차권선(134a)과 제2 2차권선(134b)에 유도되는 전압도 상쇄된다. 그리고, 제1승압용권선(133a)과 제2승압용권선(133b)에는 입력전압(Vin)에 의해 전류가 증가하며 흐르게 된다. Referring to FIG. 3, the first switching signal C_Sig1 and the second switching signal C_Sig2 have a section in which the duty ratio overlaps each other with 0.5 or more. That is, the first switching signal C_Sig1 and the second switching signal C_Sig2 overlap each other in the first section T1, the third section T3, and the fifth section T5. In the first section T1, the first switching signal C_Sig1 and the second switching signal C_Sig2 are input as high signals so that the first switch M1 and the second switch M2 are turned on. When the first switch M1 and the second switch M2 are turned on, the ground is connected to the first node N1 and the second node N2. Therefore, the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2 on the primary side of the integrated transformer 130 become the same voltage because they are the difference between the ground and the input voltage Vin. In addition, the direction of the current input to the primary winding 132 by the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2 is reversed. As a result, the voltage induced by the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2 of the primary winding 132 cancels out. In addition, the voltage induced in the first secondary winding 134a and the second secondary winding 134b is also canceled. In addition, a current increases in the first boosting winding 133a and the second boosting winding 133b by the input voltage Vin.

제2구간(T2)에서 제1스위칭신호(C_Sig1)는 하이 상태를 유지하고 제2스위칭신호(C_Sig2)는 로우 상태가 되어 제1스위치(M1)가 온상태가 되고 제2스위치(M2)가 오프상태가 된다. 제1스위치(M1)가 온상태가 되고 제2스위치(M2)가 오프상태가 되면, 집적 변압기(130)의 1차측의 제2전압(Vp2)의 크기는 변화가 없지만 제1전압(Vp1)의 크기는 제1노드(N1)의 전압에 대응하여 작아지게 되고 제1전압(Vp1)의 전압은 하기의 수학식 1에 대응된다. In the second section T2, the first switching signal C_Sig1 is kept high and the second switching signal C_Sig2 is turned low so that the first switch M1 is turned on and the second switch M2 is turned on. It turns off. When the first switch M1 is turned on and the second switch M2 is turned off, the magnitude of the second voltage Vp2 on the primary side of the integrated transformer 130 is not changed, but the first voltage Vp1 is not changed. The magnitude of λ becomes small corresponding to the voltage of the first node N1 and the voltage of the first voltage Vp1 corresponds to Equation 1 below.

Figure 112011079427612-pat00001
Figure 112011079427612-pat00001

여기서, Vi는 입력단에서 제공되는 직류전원의 전압, VL은 인덕턴스 양단의 전압, Vo는 제5노드(N5)와 제6노드(N6)사이의 전압, n은 권선비를 의미한다. Here, Vi is the voltage of the DC power provided from the input terminal, VL is the voltage across the inductance, Vo is the voltage between the fifth node (N5) and the sixth node (N6), n is the winding ratio.

따라서, 집적 변압기(130)의 1차측의 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)의 크기는 차이가 발생하게 되어 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)에 의해 유도되는 전압이 상쇄되지 않아 집적 변압기(130)의 2차의 제2권선(132b)에 전류가 흐르게 된다. 이때, 집적 변압기(130)의 2차에 흐르는 전류는 제3스위치(Q1)에 연결된 제5다이오드(D5)를 통해 출력 캐패시터(C1)에 충전된다. Accordingly, the magnitudes of the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2 on the primary side of the integrated transformer 130 may be different, resulting in a voltage induced by the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2. Since the offset does not cancel, a current flows in the secondary second winding 132b of the integrated transformer 130. In this case, the current flowing in the secondary of the integrated transformer 130 is charged in the output capacitor C1 through the fifth diode D5 connected to the third switch Q1.

제3구간(T3)에서 제1스위칭신호(C_Sig1)와 제2스위칭신호(C_Sig2)는 하이 신호로 입력되어 제1스위치(M1)와 제2스위치(M2)는 온상태가 된다. 제1스위치(M1)와 제2스위치(M2)가 온상태가 되면 제1노드(N1)와 제2노드(N2)에는 접지가 연결된다. 따라서, 집적 변압기(130)의 1차측에 형성된 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)은 접지와 입력전압(Vin)의 차이에 해당되므로 동일한 전압을 갖는다. 그리고, 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)에 의해 1차권선(132)으로 입력되는 전류의 방향은 반대가 된다. 따라서, 1차권선(132)은 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)에 의해 유도되는 전압이 상쇄되어 2차로 에너지가 전달되지 않는다. 이때, 제1승압용권선(133a)과 제2승압용권선(133b)에는 입력전압(Vin)에 의해 전류가 증가하며 흐르게 된다. In the third section T3, the first switching signal C_Sig1 and the second switching signal C_Sig2 are input as high signals so that the first switch M1 and the second switch M2 are turned on. When the first switch M1 and the second switch M2 are turned on, the ground is connected to the first node N1 and the second node N2. Therefore, since the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2 formed on the primary side of the integrated transformer 130 correspond to the difference between the ground and the input voltage Vin, they have the same voltage. The direction of the current input to the primary winding 132 by the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2 is reversed. Therefore, in the primary winding 132, the voltage induced by the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2 is canceled, so that energy is not transferred secondarily. At this time, a current increases in the first boosting winding 133a and the second boosting winding 133b by the input voltage Vin.

제4구간(T4)에서 제1스위칭신호(C_Sig1)는 로우 상태가 되고 제2스위칭신호(C_Sig2)는 하이 상태를 유지하여 되어 제1스위치(M1)가 오프상태가 되고 제2스위치(M2)가 온상태가 된다. 제2스위치(M2)가 온상태이면, 제2노드(N2)는 접지가 연결되어 있기 때문에 집적 변압기(130)의 1차측의 제2전압(Vp1)의 크기는 제3구간(T3)과 다르지 않지만, 제2전압(Vp2)의 크기는 제2노드(N2)의 전압에 대응하여 작아지게 되며, 하기의 수학식 2에 대응된다. In the fourth section T4, the first switching signal C_Sig1 becomes low and the second switching signal C_Sig2 remains high so that the first switch M1 is turned off and the second switch M2 is turned off. Is on. When the second switch M2 is in the ON state, since the second node N2 is connected to the ground, the magnitude of the second voltage Vp1 of the primary side of the integrated transformer 130 is not different from that of the third section T3. However, the magnitude of the second voltage Vp2 becomes smaller corresponding to the voltage of the second node N2 and corresponds to Equation 2 below.

Figure 112011079427612-pat00002
Figure 112011079427612-pat00002

여기서, Vi는 입력단에서 제공되는 직류전원의 전압, VL은 인덕턴스 양단의 전압, Vo는 제5노드(N5)와 제6노드(N6)사이의 전압, n은 권선비를 의미한다.Here, Vi is the voltage of the DC power provided from the input terminal, VL is the voltage across the inductance, Vo is the voltage between the fifth node (N5) and the sixth node (N6), n is the winding ratio.

따라서, 집적 변압기(130)의 1차측의 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)의 크기는 차이가 발생하게 되어 제1전압(Vp1)과 제2전압(Vp2)에 의해 1차권선(132)에 유도되는 전압이 상쇄되지 않아 1차권선(132)과 제2권선(132b)은 에너지 교환을 하게 되고 이로 인해 제2권선(132b)에 전류가 흐르게 된다. 이때, 제2권선(132b)에 흐르는 전류는 제2구간(T2)에서 흐르는 전류와 극성이 반대가 되기 때문에 제4스위치(Q2)에 연결된 제6다이오드(D6)를 통해 출력 제2캐패시터(C2)에 충전된다. 출력단(Vo)은 제1캐패시터(C1)와 제2캐패시터(C2)에 충전된 전압이 전달되게 된다. 이때, 제2스위칭부(140)의 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 각각 제5다이오드(D5)와 제6다이오드(D6)와 동기시켜 온/오프 동작을 수행하도록 하면, 즉, 제5다이오드(D5)를 통해 전류가 제1캐패시터(C1)에 저장될 때 제3스위치(Q1)를 턴온시켜 전류가 제3노드(N3)에서 제5노드(N5)로 전달되도록 하고, 제6다이오드(D6)를 통해 전류가 제2캐패시터(C2)에 저장될 때 제4스위치(Q2)를 턴온시켜 전류가 제3노드(N3)에서 제6노드(N6)로 전달되도록 함으로써, 제1캐패시터(C1) 및 제2캐패시터(C2)에 저장되는 전류에 의한 도통손실을 줄일 수 있다. Therefore, the magnitudes of the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2 on the primary side of the integrated transformer 130 may be different from each other, and thus the primary winding may be formed by the first voltage Vp1 and the second voltage Vp2. Since the voltage induced at 132 is not canceled, the primary winding 132 and the second winding 132b exchange energy, thereby causing a current to flow in the second winding 132b. At this time, since the current flowing in the second winding 132b is opposite in polarity to the current flowing in the second section T2, the output second capacitor C2 is output through the sixth diode D6 connected to the fourth switch Q2. ) Is charged. In the output terminal Vo, the charged voltage is transferred to the first capacitor C1 and the second capacitor C2. In this case, when the third switch Q1 and the fourth switch Q2 of the second switching unit 140 perform the on / off operation in synchronization with the fifth diode D5 and the sixth diode D6, respectively. That is, when the current is stored in the first capacitor C1 through the fifth diode D5, the third switch Q1 is turned on so that the current is transferred from the third node N3 to the fifth node N5. When the current is stored in the second capacitor C2 through the sixth diode D6, the fourth switch Q2 is turned on so that the current is transferred from the third node N3 to the sixth node N6. The conduction loss due to the current stored in the first capacitor C1 and the second capacitor C2 can be reduced.

도 4는 역방향 동작시의 양방향 DC-DC 컨버터의 파형을 나타내는 타이밍도이다. 4 is a timing diagram showing waveforms of a bidirectional DC-DC converter in a reverse operation.

도 4를 참조하면, 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 제3스위칭 신호(C_Sig3)와 제4스위칭 신호(C_Sig4)에 의해 동작한다. 그리고, 제3스위칭 신호(C_Sig3)와 제4스위칭 신호(C_Sig4)의 듀티 비는 0.5 이하로 동작하여 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 동시에 턴온되지 않는다. 또한, 집적 변압기(130)의 1차측에 형성된 제1스위치(M1)와 제2스위치(M2)는 오프 상태를 유지할 수 있다. 하지만, 제1스위칭부(120)의 제1스위치(M1)와 제2스위치(M2)는 각각 제1다이오드(D1)와 제2다이오드(D2)와 동기시켜 온/오프 동작을 수행하도록 하면, 즉, 제1다이오드(D1)를 통해 전류가 흐를 때, 제1스위치(M1)를 턴온시켜 전류가 제3노드(N3)에서 제5노드(N5)로 전달되도록 하고, 제6다이오드(D6)를 통해 전류가 제2캐패시터(C2)에 저장될 때 제4스위치(Q2)를 턴온시켜 전류가 제3노드(N3)에서 제6노드(N6)로 전달되도록 함으로써, 제1캐패시터(C1) 및 제2캐패시터 (C2)에 저장되는 전류에 의한 도통손실을 줄일 수 있다.Referring to FIG. 4, the third switch Q1 and the fourth switch Q2 are operated by the third switching signal C_Sig3 and the fourth switching signal C_Sig4. The duty ratio of the third switching signal C_Sig3 and the fourth switching signal C_Sig4 is 0.5 or less so that the third switch Q1 and the fourth switch Q2 are not turned on at the same time. In addition, the first switch M1 and the second switch M2 formed on the primary side of the integrated transformer 130 may maintain an off state. However, when the first switch M1 and the second switch M2 of the first switching unit 120 perform on / off operations in synchronization with the first diode D1 and the second diode D2, respectively, That is, when a current flows through the first diode D1, the first switch M1 is turned on so that the current is transferred from the third node N3 to the fifth node N5, and the sixth diode D6. When the current is stored in the second capacitor (C2) through to turn on the fourth switch (Q2) so that the current is transferred from the third node (N3) to the sixth node (N6), the first capacitor (C1) and The conduction loss due to the current stored in the second capacitor C2 can be reduced.

제1구간(T1)에서 제3스위칭 신호(C_Sig3)가 하이 상태이고 제4스위칭 신호(C_Sig4)가 로우상태이면, 제3스위치(Q1)가 온상태가 되고 제4스위치(Q2)는 오프상태가 된다. 제3스위치(Q1)가 온상태이고 제4스위치(Q2)가 오프 상태이면 집적 변압기(130)의 제1 2차권선(134a)과 제2 2차권선(134b)에 전류가 흐르게 되고 이로 인해 집적 변압기(130)의 1차측 권선인 1차권선(132)에 에너지가 전달된다. 따라서, 집적 변압기(130)의 센터레그(131a)에 형성된 1차권선(132)에 전류가 흐르게 되어 입력전원(Vin)측으로 전류가 흐르게 된다.When the third switching signal C_Sig3 is high and the fourth switching signal C_Sig4 is low in the first section T1, the third switch Q1 is turned on and the fourth switch Q2 is turned off. Becomes When the third switch Q1 is on and the fourth switch Q2 is off, current flows in the first secondary winding 134a and the second secondary winding 134b of the integrated transformer 130. Energy is transferred to the primary winding 132 that is the primary winding of the integrated transformer 130. Therefore, a current flows in the primary winding 132 formed in the center leg 131a of the integrated transformer 130, so that the current flows to the input power Vin side.

제2구간(T2)에서 제3스위칭 신호(C_Sig3)와 제4스위칭 신호(C_Sig4)가 로우 상태가 되어 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 오프 상태가 된다. 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)가 오프 상태가 되면 집적 변압기(130)에 전류가 흐르지 못하게 된다. 따라서, 센터레그(131a)에 형성된 2차 권선인 제2권선(132b)은 전류가 흐르지 못하게 된다. 제2권선(132b)에 전류가 흐르지 못하게 되면, 제2권선(132b)은 전류가 다시 흐를 수 있는 방향으로 기전력이 형성된다. 이로 인해 제2권선(132b)에 형성된 기전력에 의해 집적 변압기(130)의 센터레그(131a)에 형성된 1차권선(132)은 제1구간(T1)과 동일한 방향으로 전류가 흐르게 된다. 하지만, 시간에 따라 흐르는 전류의 양은 감소하게 된다. In the second section T2, the third switching signal C_Sig3 and the fourth switching signal C_Sig4 are turned low, and the third switch Q1 and the fourth switch Q2 are turned off. When the third switch Q1 and the fourth switch Q2 are turned off, current does not flow in the integrated transformer 130. Therefore, the second winding 132b, which is the secondary winding formed on the center leg 131a, prevents current from flowing. When no current flows in the second winding 132b, the second winding 132b is formed with an electromotive force in a direction in which the current can flow again. As a result, the primary winding 132 formed in the center leg 131a of the integrated transformer 130 may flow in the same direction as the first section T1 by the electromotive force formed in the second winding 132b. However, the amount of current flowing over time decreases.

제3구간(T3)에서 제3스위칭 신호(C_Sig3)는 로우 상태가 되고 제4스위칭 신호(C_Sig4)는 하이 상태가 되어 제3스위치(Q1)는 오프 상태가 되고 제4스위치(Q2)는 온 상태가 된다. 제3스위치(Q1)가 오프 상태가 되고 제4스위치(Q2)가 온상태가 되면, 집적 변압기(130)의 센터레그(131a)에 형성된 제2권선(132b)에 형성된 전압은 제1구간(T1)과 반대 극성의 전압(여기서는 제1구간(T1)이 + 전압, 제3구간(T3)은 - 전압으로 가정함)이 형성되고 이로 인해 집적 변압기(130)의 센터레그(131a)에 형성된 1차측 권선인 1차권선(132)에는 전류가 흐르게 되어 입력전원부(110)측으로 전류가 흐르게 된다.In the third section T3, the third switching signal C_Sig3 is turned low, the fourth switching signal C_Sig4 is turned high, and the third switch Q1 is turned off, and the fourth switch Q2 is turned on. It becomes a state. When the third switch Q1 is turned off and the fourth switch Q2 is turned on, the voltage formed on the second winding 132b formed on the center leg 131a of the integrated transformer 130 is controlled by the first section ( A voltage of opposite polarity to T1) (herein, the first section T1 is a positive voltage and the third section T3 is a-voltage) is formed, which is formed at the center leg 131a of the integrated transformer 130. Current flows through the primary winding 132 that is the primary winding, and the current flows toward the input power supply unit 110.

제4구간(T4)에서 제3스위칭 신호(C_Sig3)와 제4스위칭 신호(C_Sig4)가 로우 상태가 되어 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)는 오프 상태가 된다. 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2)가 오프 상태가 되면 집적 변압기(130)의 2차 권선인 제2권선(132b)에 전류가 흐르지 못하게 된다. 이때, 센터레그(131a)에 형성된 제2권선(132b)은 전류가 흐르지 못하게 되면 전류가 다시 흐를 수 있는 방향으로 기전력이 형성된다. 이로 인해 제2권선(132b)에 형성된 기전력에 의해 집적 변압기(130)의 센터레그(131a)에 형성된 1차권선(132)은 제3구간(T3)과 동일한 방향으로 전류가 흐르게 된다. 하지만, 시간에 따라 흐르는 전류의 양은 감소하게 된다.In the fourth section T4, the third switching signal C_Sig3 and the fourth switching signal C_Sig4 are turned low, and the third switch Q1 and the fourth switch Q2 are turned off. When the third switch Q1 and the fourth switch Q2 are turned off, current does not flow in the second winding 132b that is the secondary winding of the integrated transformer 130. At this time, when the current does not flow in the second winding 132b formed in the center leg 131a, the electromotive force is formed in the direction in which the current can flow again. As a result, the primary winding 132 formed in the center leg 131a of the integrated transformer 130 flows in the same direction as the third section T3 by the electromotive force formed in the second winding 132b. However, the amount of current flowing over time decreases.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.It is to be understood that the technical spirit of the present invention has been specifically described in accordance with the preferred embodiments thereof, but it is to be understood that the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

100: 양방향 DC-DC 컨버터 110: 입력전원부
120: 제1스위칭부 130: 집적 변압기
140: 제2스위칭부 150: 클램프부
100: bidirectional DC-DC converter 110: input power supply
120: first switching unit 130: integrated transformer
140: second switching unit 150: clamp unit

Claims (8)

직류전원을 제공하는 입력전압원;
1차권선, 1차권선과 에너지를 교환하는 제1 2차권선과 제2 2차권선, 제1승압용권선, 제1승압용권선에서 발생하는 자속과 자속이 쇄교하는 제2승압용권선을 포함하며, 1차권선은 일단이 제1노드에 연결되고 타단은 제2노드에 연결되고, 제1 2차권선은 일단이 제3노드에 연결되고 타단은 제2 2차권선에 연결되고, 제2 2차권선은 일단이 제1 2차권선에 연결되고 타단이 제4노드에 연결되고, 제1승압용권선은 일단은 제2승압용권선과 연결되고 타단은 1차권선과 연결되고, 제2승압용권선은 일단은 제1승압용권선과 연결되고 타단은 입력전압원에 연결되는 집적 변압기;
제1노드와 접지 사이에 연결되고 제1스위칭신호에 대응하여 스위칭동작을 수행하여 제1 노드의 전압을 변화시키는 제1스위치와, 제2노드와 접지 사이에 연결되고 제2스위칭신호에 대응하여 스위칭동작을 수행하여 제2노드의 전압을 변화시키는 제2 스위치를 포함하는 제1스위칭부; 및
제3노드와 제5노드 사이에 연결되어 제3노드의 전압의 극성에 대응하여 제5노드로 제3노드의 전압을 전달하거나 제5노드의 전압을 제2권선의 일단에 전달하는 제3스위치와, 제3노드와 제6노드 사이에 연결되어 제3노드의 전압의 극성에 대응하여 제6노드로 제3노드의 전압을 전달하거나 제6노드의 전압을 제2권선의 일단에 전달하는 제4스위치를 포함하는 제2스위칭부;
를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터.
An input voltage source for providing a DC power source;
Primary winding, first secondary winding exchanging energy with primary winding, second secondary winding, first boost winding, first boost winding The first winding has one end connected to the first node and the other end connected to the second node. The first secondary winding has one end connected to the third node and the other end connected to the second secondary winding. The second secondary winding has one end connected to the first secondary winding, the other end connected to the fourth node, the first boosting winding once connected to the second boosting winding, and the other end connected to the primary winding. An integrated transformer having a second boosting winding connected at one end to a first boosting winding and at another end to an input voltage source;
A first switch connected between the first node and ground and performing a switching operation in response to the first switching signal to change a voltage of the first node, and connected between the second node and ground and corresponding to the second switching signal A first switching unit including a second switch to change a voltage of the second node by performing a switching operation; And
A third switch connected between the third node and the fifth node to transfer the voltage of the third node to the fifth node or the voltage of the fifth node to one end of the second winding in response to the polarity of the voltage of the third node; And a third node connected between the third node and the sixth node to transfer the voltage of the third node to the sixth node or the voltage of the sixth node to one end of the second winding in response to the polarity of the voltage of the third node. A second switching unit including four switches;
Bidirectional DC-DC converter comprising a.
제1항에 있어서,
제1 스위칭부의 제1스위치는 트랜지스터로 구현되고 게이트에 제1스위칭신호가 입력되고 소스와 드레인 사이에 제1다이오드가 연결되고,
제2스위치는 트랜지스터로 구현되고 게이트에 제2스위칭신호가 입력되고 소스와 드레인 사이에 제2다이오드가 연결되며,
제1스위칭신호와 제2스위칭신호에 의해 제1스위치와 제2스위치가 일부구간에서 동시에 턴온되는 양방향 DC-DC 컨버터.
The method of claim 1,
The first switch of the first switching unit is implemented as a transistor, the first switching signal is input to the gate and the first diode is connected between the source and the drain,
The second switch is implemented as a transistor, the second switching signal is input to the gate and the second diode is connected between the source and the drain,
A bidirectional DC-DC converter in which a first switch and a second switch are simultaneously turned on in some sections by a first switching signal and a second switching signal.
제2항에 있어서,
제1노드와 제7노드 사이에 연결되며 제1노드에서 제7노드 방향으로 전류가 흐르도록 하는 제3다이오드와, 제2노드와 제7노드 사이에 연결되며 제2노드에서 제7노드 방향으로 전류가 흐르도록 하는 제4다이오드와, 제7노드와 연결되는 클램프 캐패시터와, 클램프 캐패시터와 병렬로 연결되는 클램프 저항을 더 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터.
The method of claim 2,
A third diode connected between the first node and the seventh node to allow a current to flow in the direction from the first node to the seventh node, and a second diode connected between the second node and the seventh node in the direction of the second node to the seventh node. A bidirectional DC-DC converter further comprising a fourth diode for allowing current to flow, a clamp capacitor connected to the seventh node, and a clamp resistor connected in parallel with the clamp capacitor.
제1항에 있어서,
제2스위칭부의 제3스위치와 제4스위치는 서로 다른 시간에 턴온되는 양방향 DC-DC 컨버터.
The method of claim 1,
The third switch and the fourth switch of the second switching unit is turned on at different times of the bidirectional DC-DC converter.
제4항에 있어서,
제4노드와 제5노드 사이에 연결되는 제1캐패시터와 제4노드와 제6노드 사이에 연결되는 제2캐패시터를 더 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터.
5. The method of claim 4,
A bidirectional DC-DC converter further comprising a first capacitor connected between the fourth node and the fifth node and a second capacitor connected between the fourth node and the sixth node.
제1항에 있어서,
집적변압기는 센터레그와 제1레그와 제2레그를 포함하며, 상기 센터레그는 1차권선이 형성되고, 제1레그는 제1승압권선과 제1 2차권선이 형성되고 제2레그에는 제2승압권선과 제2 2차권선이 형성되는 양방향 DC-DC 컨버터.
The method of claim 1,
The integrated transformer includes a center leg, a first leg, and a second leg, wherein the center leg has a primary winding, a first leg has a first boost winding and a first secondary winding, and a second leg has a first leg. A bidirectional DC-DC converter in which a booster winding and a second secondary winding are formed.
제6항에 있어서,
센터레그는 공극이 있는 양방향 DC-DC 컨버터.
The method according to claim 6,
The center leg is a bidirectional DC-DC converter with air gaps.
제1항에 있어서,
제2스위칭부는 제5노드와 제6노드 사이에 형성된 전압에 대응하여 선택적으로 제3권선에 전류가 흐르도록 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
The method of claim 1,
The second switching unit is a bi-directional DC-DC converter for allowing a current to flow selectively in the third winding in response to the voltage formed between the fifth node and the sixth node.
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