KR102335940B1 - 양방향 공진형 dc-dc 컨버터 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서 제시한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터에 의하면, 1차측 회로부 및 2차측 회로부에 공진 커패시터를 적용하여 동작하더라도 상호 커플링된 CLLC 공진특성을 갖지 않고 두 개의 공진회로부의 변압기 권선극성(이득조절을 위해 주권선 및 보조권선 적용) 및 공진 커패시터 공통연결선에 따른 동작특성에 의해 순방향 및 역방향 전력 전달 동작 시 각각 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 동작함으로 이득조정을 용이하게 할 수 있고, 넓은 입·출력 전압 제어범위를 갖고 동작할 수 있는 특징을 갖는 고효율의 양방향 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 절연된 2개의 전원 시스템에 있어서 양방향으로 전력전송이 가능한 공진형 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
최근 마이크로그리드, 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System), 전기자동차 충·방전시스템 등 응용분야에 양방향 직류-직류(DC-DC) 컨버터 전력변환장치가 요구되고 있다.
절연형 고주파 변압기를 적용한 양방향 전력수수가 가능한 DC-DC 컨버터는 전압원 컨버터로 이루어진 방식과 전압원 컨버터와 전류원 컨버터가 접목된 양방향전력수수 가능한 DC-DC 컨버터 등이 개발되어 왔다. 하지만, 기본적으로 이들 전력변환장치들은 하드스위칭(Hard Switching) 때문에 스위칭손실에 의한 전력변환손실이 큰 단점을 가지고 있다.
최근 사이즈 및 스위칭 손실, EMI(Electro-Magnetic Interference) 저감을 위해 영전압스위칭(ZVS : Zero Voltage Switching)이 가능한 공진컨버터가 접목된 양방향 DC-DC 컨버터들이 적용, 검토되고 있다.
도 1은 종래 양방향 공진형 컨버터의 일 실시예를 도시하였다. 도 1과 같이 양방향 전력전달 가능한 공진컨버터의 1차측 및 2차측에 공진커패시터(Cr1, Cr2(또는 CB1))를 적용하게 되는데, 순방향 및 역방향 전력전달 동작시 적용된 1차측 및 2차측 공진커패시터 값에 따라 도 2a와 같은 LLC 공진특성, 도 2b와 같은 CCL 동작특성과 LLC 공진특성이 혼합된 CLLC 공진이득특성 및 도 2c와 같이 SRC(Series Resonant Converter) 공진이득특성이 나타나게 된다. 특히 1차측 및 2차측에 공진커패시터(Cr1, Cr2)를 적용하였을 경우 양방향 전력전달 동작시 공진커패시터(Cr1, Cr2)들의 상호 커플링에 따라 공진주파수(fr)보다 낮은 주파수영역 및 중부하시에는 이득 기울기가 공진주파수점(fr)에서의 이득보다도 낮아지는 값을 갖는 기울기로 기울어져 기존 LLC 공진컨버터 이득특성 때와는 다른 공진이득특성을 갖게 되어 양방향 전력전달에 어려움을 주고 있다.
본 발명은, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 순방향 및 역방향의 전력전달을 위한 주회로 동작시 가변 스위칭 주파수에 의해 이득제어를 할 수 있는 양방향 공진형 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 보다 제작이 용이한 주회로들을 제안하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 순방향 및 역방향 전력 전달 모드에서 모두 LLC 공진 컨버터 고유의 이득특성을 갖도록 함으로써, 높은 이득특성 및 고효율특성을 갖는 양방향 전력수수가 가능한 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 순방향 및 역방향 전력 전달 모드에서 이득제어를 용이하게 설계 할 수 있는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에 의해 제안되는 주회로들을 이용하여 용이하게 용량증대가 가능한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예(제1 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서, 상기 1차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 분압 커패시터부, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 상기 2차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되, 상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감길 수 있다.
또한, 순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며, 역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암 및 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암을 포함하되, 상기 1차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 1차측 제1 분압 커패시터 및 1차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제1 전압원, 상기 제1 브리지-암 및 상기 제2 브리지-암과 병렬로 연결되고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 1차측 제1 분압 커패시터 및 상기 1차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며, 상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속될 수 있다.
또한, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함하되, 상기 2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제2 전압원, 상기 제3 브리지-암 및 상기 제4 브리지-암과 병렬로 연결되고, 상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며, 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속될 수 있고 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예(제4-1 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함하되, 상기 2차측 분압 커패시터부는, 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 일단은 2차측 중심노드에서 만나 연결되고, 타단은 각각 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터에 연결되며, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단이 제2 공통연결선을 통해 연결된다. 상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제1 변압기 2차측 권선의 타단 및 상기 제2 변압기 2차측 권선의 타단이 상기 2차측 중심노드에서 만나 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예(제2 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서, 상기 1차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 상기 2차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되, 상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감길 수 있다.
또한, 순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며, 역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며, 상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속될 수 있다.
또한, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함하되, 상기 2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제2 전압원, 상기 제4 브리지-암 및 상기 제5 브리지-암과 병렬로 연결되고, 상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며, 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결된다.
또한, 상기 순방향 전력 전달 모드에서, 제어부는 사용자의 선택에 따라, 상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어할 수 있다.
여기서, 본 발명의 또 다른 실시예(제5-1 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 제1-1 스위칭 소자 및 상기 제1-3 스위칭 소자로 다이오드를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예(제4-2 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함하되, 상기 2차측 분압 커패시터부는, 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단은 2차측 중심노드에서 만나 연결되고, 타단은 각각 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터에 연결되며, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결된다.
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제1 변압기 2차측 권선의 타단 및 상기 제2 변압기 2차측 권선의 타단이 상기 2차측 중심노드에서 만나 연결될 수 있다.
이 때, 상기 순방향 전력 전달 모드에서, 제어부는 사용자의 선택에 따라, 상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어할 수 있다.
여기서, 본 발명의 또 다른 실시예(제5-2 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 제1-1 스위칭 소자 및 상기 제1-3 스위칭 소자로 다이오드를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예(제3 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서, 상기 1차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 상기 2차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되, 상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감길 수 있다.
또한, 순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며, 역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며, 상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속될 수 있다.
또한, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암 및 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제6 브리지-암을 포함하되, 상기 제4 내지 제6 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고, 상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며, 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고, 상기 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결된다.
또한, 상기 순방향 전력 전달 모드에서, 제어부는 사용자의 선택에 따라, 상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어할 수 있다.
또한, 상기 역방향 전력 전달 모드에서, 상기 제어부는 사용자의 선택에 따라, 상기 2차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 역방향 하프-브리지 동작 모드 1, 역방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 2차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 역방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 2차측 스위치 모듈을 제어할 수 있다.
여기서, 본 발명의 또 다른 실시예(제5-3 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 제1-1 스위칭 소자, 제1-3 스위칭 소자, 상기 제2-1 스위칭 소자 및 상기 제2-3 스위칭 소자로 다이오드를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선은 누설인덕턴스를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선은 상기 누설인덕턴스 대신 공진인덕터를 포함할 수 있다.
기존 양방향 공진컨버터 적용시 1차측과 2차측에 공진형 컨버터를 적용함으로 상호 커플링 결합되어 CLLC 공진이득특성을 가짐으로 원하는 이득특성을 얻기가 어려웠다.
본 발명에서 제시한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 경우 1차측 회로부 및 2차측 회로부에 공진 커패시터를 적용하여 동작하더라도 상호 커플링된 CLLC 공진특성을 갖지 않고 두 개의 공진회로부의 변압기 권선극성(이득조절을 위해 주권선 및 보조권선 적용) 및 공통연결선에 따른 동작특성에 의해 순방향 및 역방향 전력 전달 동작 시 각각 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 동작함으로 이득조정을 용이하게 할 수 있고, 넓은 입·출력 전압 제어범위를 갖고 동작할 수 있는 특징을 갖는 고효율의 양방향 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 순방향 및 역방향의 전력전달을 위한 주회로 동작시 가변 스위칭 주파수에 의해 이득제어를 할 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 1차측 보조권선을 1차측 주권선 및 1차측 공진 리액턴스에 직렬로 적용하여, 보다 제작이 용이한 주회로들을 제안하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 제안되는 주회로들은 상기 1차측 중심노드간과 상기 2차측 중심노드간을 각각 접속하여 병렬로 연결될 수 있고, 이에 따라 용이하게 용량증대가 가능한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 일례를 도시한 것이다.
도 2a는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 바람직한 LLC 이득특성을 나타낸다.
도 2b 및 2c는 종래 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 CLLC 및 SRC 이득특성을 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를 도시한 것이다.
도 3c는 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 3d 및 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 도시한 것이다.
도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를 도시한 것이다.
도 3h는 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 3i 및 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 도시한 것이다.
도 3k는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 4b는 제2 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 4c 및 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4f 및 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 2의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 2의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4i 및 도 4j는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 풀-브리지 동작 모드의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4k는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 풀-브리지 동작 모드의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4l는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 4m 및 도 4n은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드의 상세 동작을 나타낸 것이다.
도 4o는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 5b는 제3 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 5c 및 도 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 순방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 5f 및 도 5g는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 역방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-1 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-2 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-2 타입 주회로에서 2차측 분압 커패시터 대신 스위칭 소자를 적용한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제5 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 이득특성에 대한 실험에 있어서 적용된 주요정격과 사양, 변압기 파라메타를 나타낸 표이다.
도 9는 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이다.
도 10은 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 효율특성을 나타낸 도면이다.
도 11은 제1 타입 주회로에 대한 역방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이다.
도 12는 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 효율특성을 나타낸 도면이다.
도 2a는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 바람직한 LLC 이득특성을 나타낸다.
도 2b 및 2c는 종래 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 CLLC 및 SRC 이득특성을 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를 도시한 것이다.
도 3c는 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 3d 및 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 도시한 것이다.
도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를 도시한 것이다.
도 3h는 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 3i 및 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 도시한 것이다.
도 3k는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 4b는 제2 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 4c 및 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4f 및 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 2의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 2의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4i 및 도 4j는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 풀-브리지 동작 모드의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4k는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 풀-브리지 동작 모드의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4l는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 4m 및 도 4n은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드의 상세 동작을 나타낸 것이다.
도 4o는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 5b는 제3 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 5c 및 도 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 순방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 5f 및 도 5g는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 역방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-1 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-2 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-2 타입 주회로에서 2차측 분압 커패시터 대신 스위칭 소자를 적용한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제5 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 이득특성에 대한 실험에 있어서 적용된 주요정격과 사양, 변압기 파라메타를 나타낸 표이다.
도 9는 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이다.
도 10은 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 효율특성을 나타낸 도면이다.
도 11은 제1 타입 주회로에 대한 역방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이다.
도 12는 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 효율특성을 나타낸 도면이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 및 /또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ～사이에와 바로 ～사이에 또는 ～에 인접하는과 ～에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로는 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200)를 포함한다. 이 때, 1차측 회로부(1100)는 제1 전압원(10)과 연결되고 2차측 회로부(1200)는 제2 전압원(20)과 연결된다.
이 때, 제1 전압원(10) 및 제2 전압원(20)은 각각 DC 전압원, 배터리, 커패시터 또는 부하 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 1차측 회로부(1100)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4), 1차측 분압 커패시터부, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 2차측 회로부(1200)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈(S1~S4), 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기(T1)와 제2 변압기(T2) 각각의 2차측 권선(NS1,NS2), 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)를 포함한다.
이 때, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4)은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암(Bridge-Leg) 및 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암을 포함하고, 2차측 스위치 모듈(S1~S4)은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함한다.
또한, 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선(NP1), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)가 포함될 수 있고 모두 직렬로 연결되며 1차측 제1 공진회로부의 일단은 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 1차측 제1 분압 커패시터(C1) 및 1차측 제2 분압 커패시터(C2)가 연결되는 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.
또한, 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선(NP2), 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)가 포함될 수 있고 모두 직렬로 연결되며, 1차측 제2 공진회로부의 일단은 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.
1차측 제1 보조권선부(NP11, NP21)는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선(NP11) 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선(NP21)을 포함하고, 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선(NP12) 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선(NP22)을 포함한다.
1차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 1차측 제1 분압 커패시터(C1) 및 1차측 제2 분압 커패시터(C2)를 포함하고, 제1 전압원(10), 제1 브리지-암 및 제2 브리지-암과 병렬로 연결된다.
2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)를 포함하여 제2 전압원(20), 제3 브리지-암 및 제4 브리지-암과 병렬로 연결된다.
또한, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 연결되는 노드에는 제1 변압기 2차측 권선(NS1)의 일단이 접속되고, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 연결되는 노드에는 제2 변압기 2차측 권선(NS2)의 일단이 접속된다.
또한, 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)가 연결되는 2차측 중심노드(노드 'Y')에는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)의 일단이 접속된다.
공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212)는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고, 다양한 형태의 필터회로로도 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4)을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 제어부는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4)의 스위칭 소자들을 제어하여 제1 전압원(10)과 제2 전압원(20)간에 양방향으로 전기 에너지를 전달하되, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4) 중 적어도 하나에 대한 스위칭 주파수를 가변함으로써, 입력 전압 크기에 대비한 출력 전압의 크기인 전압 이득을 제어할 수 있다.
또한 제어부는, 제1 전압원(10)으로부터 제2 전압원(20)으로 전기에너지를 전달하는 순방향 전력 전달 모드 및 제2 전압원(20)으로부터 제1 전압원(10)으로 전기에너지를 전달하는 역방향 전력 전달 모드에서 동일하게, 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 전압 이득을 감소시키고, 스위칭 주파수를 감소시킴으로써 전압 이득을 증가시킬 수 있다.
보다 구체적으로는, 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200) 양단에는 각각 2개의 스위칭 소자(1차측 회로부: Q1-Q2, Q3-Q4, 2차측 회로부: S1-S2, S3-S4)가 직렬 연결된 브리지-암들과 2개의 분압 커패시터(1차측: C1-C2, 2차측: C3-C4)가 각각 병렬 연결되어 있다. 각 브리지-암의 스위칭 소자(1차측: Q1-Q2, Q3-Q4, 2차측: S1-S2, S3-S4)의 소스와 드레인 사이와 분압 커패시터(1차측: C1-C2, 2차측: C3-C4) 중심노드 사이에 공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212)(1차측: Cr1/Cr2, 2차측: CR1/CR2 또는 1, 2차측에 공진 커패시터와 공진 인덕터, 다양한 공진회로 등이 대체될 수 있다)와 각 변압기 1, 2차측 권선(1차측: NP1-NP11-NP21, NP2-NP12-NP22 / 2차측: NS1, NS2)이 각각 직렬 연결되어 있고, 공진 리액턴스 소자(1차측: Cr1/Cr2, 2차측: CR1/CR2) 일단은 분압 커패시터(1차측: C1-C2, 2차측: C3-C4) 중심노드 사이에 연결된다.
또한, 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1변압기 1차측 주권선(NP1)과 상기 1차측 제1 보조권선부(NP11, NP21)가 연결된 연결부와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선(NP2)과 상기 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)가 연결된 연결부는 제1 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 타단과 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 타단(1212)은 제2 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있다.
상기 2차측 회로부(1200)의 제2 공통연결선에 의해, 순방향 전력 전달 모드에서는 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)에는 전류가 흐르고, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르지 않는다.
또한, 상기 1차측 회로부(1100)의 제1 공통연결선에 의해, 역방향 전력 전달 모드에서는, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르고, 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)와 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)와 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)에는 전류가 흐르지 않는다.
또한 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2) 1차측 권선(주권선 및 보조권선 NP1, NP11, NP12, NP2, NP21, NP22)은 서로 바라보는 극성(또는 반대로 바라보는 극성)을 갖고 구성되어 있으며 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2) 중 하나의 변압기 극성은 1차측 권선 변압기 극성과 다른 극성을 갖고 있다.
다시 말해, 제1 변압기 1차측 주권선(NP1) 및 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 같은 극성을 갖도록 감기고, 제2 변압기 1차측 주권선(NP2) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 같은 극성을 갖도록 감기며, 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감긴다.
따라서 순방향 및 역방향 전력 전달에 있어서 정류 동작시 1차측 및 2차측 변압기(T1, T2) 권선 전압극성에 따라 공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212) 를 통해 공진전류가 흐르지 않고 제1,제2 공통연결선을 통해 우회하며 정류 동작됨으로 고유의 LLC 공진특성을 가지고 양방향 전력전달을 할 수 있다.
또한 상기 제1 변압기 1차측 주권선(NP1) 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선(NP2)에는 누설인덕턴스(LlP1, LlP2)를 포함할 수 있고 누설인덕턴스(LlP1, LlP2) 대신에 공진인덕터가 포함될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 상기 제2 변압기 2차측 권선(NS2)에 누설인덕턴스(LlS1, LlS2)를 포함할 수 있고, 누설인덕턴스(LlS1, LlS2) 대신에 공진인덕터가 포함될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래 양방향 CLLC 공진컨버터의 경우 1차측 및 2차측 공진 커패시터가 커플링되어 있어 공진주파수 보다 낮은 주파수영역에서 이득제어가 어려워 가변 스위칭 주파수 제어동작에 한계성을 내포하고 있었다. 반면, 본 발명은 1차측 및 2차측에 공진 커패시터를 적용한다 할지라도 순방향 및 역방향 동작시 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 동작 할 수 있어 가변 스위칭 주파수 제어동작에 의해 용이하게 양방향 전력 전달이 가능한 효과가 있다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를, 도 3c는 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
1차측 회로부(1100)의 동작은, 스위칭 소자 Q1과 Q2, 스위칭 소자 Q3와 Q4는 50%의 듀티를 가지고 교번으로 동작하며, Q1과 Q3, Q2와 Q4 는 동시에 턴-온 및 턴-오프 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부에 입력단 전압(VIN)의 1/2이 인가되며 각 변압기 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11-NP21, NP12-NP22)에 공진전압이 인가된다. 2차측 회로부(1200)의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)는 턴-오프 되어 있어 단지 스위칭 소자의 역병렬 다이오드를 통해 정류 동작된다(하지만 필요에 따라 동기 정류기로도 적용될 수 있다). 이 때 인가된 각 변압기(T1,T2) 2차측 권선(NS1, NS2)의 전압극성에 의해 합전압(VS1+VS2)이 인가됨에 따라 2차측 제1, 제2 공진커패시터(CR1, CR2)를 통해 전류가 흐르지 않고, 제2 공통연결선을 통해 우회하며 흐르면서 2차측 스위칭 소자(S2/S3, S1/S4)의 역병렬 다이오드를 통해 출력단으로 정류되어 순방향으로 전력이 전달된다.
따라서 순방향 전력 전달 모드 동작시 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)와 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)는 서로 상호 커플링 되지 않고 동작되고, 1차측 제1,제2 공진회로부는 병렬연결 동작되지만, 변압기 전압극성에 의해 2차측 권선(NS1, NS2)이 직렬연결 동작되므로 전류 불평형 없이 동작될 수 있다.
도 3b의 등가회로를 참조하고 중첩원리를 이용하여 이득특성을 검토 해보면 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 있어 도 3c에 도시된 바와 같이 가변 스위칭 주파수 제어를 통해 이득제어를 할 수 있다. 이때 1차측 제1,제2 공진회로부의 변압기(T1, T2)에 보조권선(NP11-NP21, NP12-NP22)을 적용함으로써 순방향 전력 전달 모드로 동작시 변압기(T1, T2)의 턴-수비(NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+NP22))에 의해 2차측 회로부(1200) 출력단 전압을 턴-수비만큼 이득을 낮추어 제어 동작할 수 있다.
도 3d 및 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을, 도 3f는 이 때의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
이하에서는 도 3d, 도 3e 및 도 3f를 참조하여 주회로 제1 타입의 순방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 4개 구간으로 나누어 설명한다.
(1) t0-t1 구간
이 구간 동안 1차측 회로부(1100)의 스위칭 소자 Q1과 Q3이 영전압스위칭(ZVS : Zero Voltage Switching) 조건에서 턴-온(Turn-On) 되어있고, 입력전압(Vin)의 1/2이 1차측 제1, 제2 공진회로부에 각각 인가되고, 1차측 제1, 제2 공진회로부 내의 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)에 공진전압이 인가되며 공진전류(IP1, IP2)가 병렬로 분기되어 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 부하공진전류(IS1, IS2)를 전달한다. 이 때 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2) 전압극성에 의해 2차측 회로부(1200)의 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통하여는 부하 공진전류(IS1, IS2)가 흐르지 않고 우회하는 제2 공통연결선을 통해 연결되어 흐르며 합전압(VS1+VS2)이 부하단에 전달된다. 이 때 1차측 회로부(1100)의 제1, 제2 공진회로부 변압기(T1, T2)에 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)이 적용되어 순방향 전력 전달 모드로 동작시 변압기(T1, T2)의 턴-수비(NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+NP22))에 의해 2차측 회로부(1200)의 출력단 전압을 턴-수비만큼 이득을 낮추어 동작된다.
(2) t1-t2 구간
t1시점에 1차측 회로부(1100)의 주 스위칭 소자 Q1과 Q3이 계속 턴-온 되어 있고, 공진주파수(fr)보다 낮은 주파수 영역에서 동작하고 있으므로 공진전류가 끝나고 자화전류(ImP1, ImP2)만이 흐르므로 2차측 회로부(1200)에 부하공진전류(IS1=IS2=0)가 흐르지 않고, 2차측 제1, 제2 분압커패시터(C3+C4)의 전압이 부하를 통해 방전만 하는 동작 구간이다.
(3) t2-t3 구간
t2 시점에 스위칭 소자 Q1과 Q3이 턴-오프(Turn-Off) 되면 변압기(T1, T2) 자화전류(ImP1, ImP2)에 의해 데드타임(dead-time)동안 Q1과 Q3의 기생커패시턴스(Cp)를 충전하기 시작하여 입력전압(Vin)으로 충전되고, Q2와 Q4의 기생커패시턴스(Cp)의 전압은 방전을 개시하여 0전압으로 방전 후 Q2와 Q4의 역병렬 다이오드를 통해 전류가 흐르는 시점에서 턴-온 되면 영전압스위칭 동작되고 이 모드는 끝난다. 이 때 데드타임동안 1차측 변압기(T1, T2)에 인가되는 전압 극성이 바뀌므로 변압기 2차측 권선(NS1, NS2)의 전압 극성 또한 바뀌어 부하공진전류(IS1=IS2)가 2차측 제1,제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통하여 흐르지 않고 우회하는 제2 공통연결선을 통해 흐르기 시작하며, 변압기 2차측 권선의 합전압(VS1+VS2)이 출력 부하단에 인가되기 시작한다.
(4) t3-t4 구간
t3-t4 구간에는 t3시점에서 1차측 주 스위칭소자 Q2, Q4가 영전압에서 턴-온 동작되고, 입력전압(Vin)의 1/2이 1차측 제1, 제2 공진회로부에 각각 인가되며 각 공진회로부 내의 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)에 공진전압이 인가되며 공진전류(IP1, IP2)가 병렬로 분기되어 흐르고, 2차측 정류부는 변압기(T1, T2) 각각의 권선의 전압극성에 따라 합전압(VS1+VS2)이 출력부하단에 인가됨으로 부하공진전류(IS=IS1=IS2)가 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통하지 않고 우회하는 제2 공통연결선을 통해 계속 흐르기 시작한다.
이후 나머지 구간(t4-t5 , t5-t6 )은 이전 반주기와 반복되어 동작하므로 이후의 동작 설명은 기술하지 않는다.
도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를, 도 3h는 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
1차측 회로부(1100) 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 턴-오프 되어있고, 역병렬 다이오드를 통해 정류 동작되며(동기정류기로도 동작될 수 있다), 2차측 회로부(1200) 스위칭 소자 S1과 S2, S3와 S4는 50%의 듀티를 가지고 교번으로 동작하며, S1과 S3, S2와 S4는 동시에 턴-온 및 턴-오프 동작을 하며 2차측 제1, 제2 공진회로부에 출력단전압(VO)의 1/2이 각각 인가되며 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2)에 공진전압이 인가된다.
여기서, 2차측 제1 공진회로부는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211), 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 2차측 제1 변압기 누설인덕턴스를 포함하고, 2차측 제2 공진회로부는, 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212), 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 변압기 누설인덕턴스를 포함한다.
이 때 인가된 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2) 전압에 의해 변압기 1차측 주권선(NP1, NP2) 전압극성이 바뀌어 합전압(N’Vo = VP1+VP2, N’= NP1/NS1 = NP2/NS2)이 인가되고, 제1 공통연결선 내의 1차측 제1, 제2 공진회로부에 연결된 1차측 제1, 제2 보조권선부 전압의 합(VNPl1+VNP21, VNSl2+VNP22)은 0이어서 각 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)를 통해 전류가 흐르지 않고, 제1 공통연결선을 통해 우회하며 흐르면서 1차측 스위칭 소자의 역병렬 다이오드를 통해 입력단으로 정류되어 역방향으로 전력을 전달한다.
이 때 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2)에 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)을 적용함 으로써 순방향 전력 전달 모드 동작시와 달리 역방향 전력 전달 모드 동작시 1차측 회로부(1100) 입력단에 변압기(T1, T2) 의 턴-수비(NP1/NS1, NP2/NS2) 만큼 전압을 낮추어 전력을 전달할 수 있다. 이는 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22) 적용에 의해 순방향 및 역방향 전력 전달 모드 동작시 배터리 충전 및 방전 전압에 따른 이득 전압 제어 범위를 용이하게 조절할 수 있다.
변압기 누설인덕턴스 영향에 따라 순방향 및 역방향 전력 전달 모드로 동작시 DC Offset에 따른 이득이 상승한다. 배터리 만(Full) 충전 전압을 역방향 전력 전달 모드로 동작시키기 위해서는 공진주파수보다 높은 스위칭 주파수 영역에서 동작하여야 하지만 공진주파수 이상의 주파수 영역에서는 공진이득특성 변화가 없어 역방향 전력 전달 모드로 동작시 제어의 어려움이 있다.
따라서 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)을 적용하여 순방향 전력 전달 모드로 동작시 변압기(T1, T2)의 턴-수비(NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+NP22))를 갖고 동작하나, 역방향 전력 전달 모드로 동작시 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)을 제외한 변압기(T1, T2) 의 턴-수비(NP1/NS1, NP2/NS2)를 갖고 동작하여 이득을 낮추는 동작을 하므로 순방향 및 역방향 전력 전달 모드로 동작시 가변 스위칭 주파수 제어범위를 동일하게 할 수 있다.
또한 순방향 전력 전달 모드 동작시처럼 역방향 전력 전달 모드 동작시에도 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)와 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)는 서로 상호 커플링 되지 않고 동작되고, 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2)이 병렬연결 동작되지만, 변압기(T1, T2) 전압극성에 의해 1차측 권선 (NP1,NP2) 이 직렬연결 동작되므로 전류불평형 없이 동작된다.
도 3g의 등가회로를 이용하여 이득특성을 검토하면 역방향 전력 전달 모드로 동작시에도 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 있어 도 3h에 나타낸 바와 같이 가변 스위칭 주파수 제어를 통해 이득제어를 할 수 있다.
도 3i 및 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을, 도 3k는 이 때의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
이하에서는 도 3i 내지 도 3k를 참조하여 주회로 제1 타입의 역방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 4개 구간으로 나누어 설명한다.
(1) t0-t1 구간
이 구간 동안 2차측 회로부(1200)의 스위칭 소자 S1과 S3이 영전압 스위칭 조건에서 턴-온 되어있고, 출력전압(Vo)의 1/2이 2차측 제1, 제2 공진회로부에 인가되고, 각 공진회로부 내의 제1, 제2 변압기 2차측 권선(NS1, NS2)에 공진 전압이 인가되며 공진전류(IS1, IS2)가 병렬로 분기되어 흐르고, 1차측 공진전류(IP1, IP2)를 스위칭 소자(Q2/Q3, Q1/Q4)의 역병렬 다이오드를 통해 입력 전원단으로 전달한다.
여기서 2차측 제1 공진회로부에는 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211)이 포함되고, 2차측 제2 공진회로부에는 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)가 포함된다.
이 때 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 전압극성에 의해 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)를 통하여는 공진전류(IP1, IP2)가 흐르지 않고 우회하는 제1 공통연결선을 통해 연결되어 흐르며 합전압(VP1+VP2)이 입력단으로 전달된다. 이 때 1차측 제1, 제2 공진회로의 변압기(T1, T2)에 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)이 적용되어 있지만 1차측 제1, 제2 공진회로부에 인가된 보조권선전압의 합은 0이 되어 역방향 전력 전달 모드로 동작시 변압기의 턴-수비 (N’= NP1/NS1 = NP2/NS2) 만큼 이득을 낮추어 동작된다.
(2) t1-t2 구간
t1시점에 2차측 회로부(1200) 주 스위칭 소자 S1과 S3이 계속 턴-온 되어 있고, 공진주파수(fr)보다 낮은 주파수 영역에서 동작하고 있으므로 공진전류가 끝나고 2차측 자화전류(ImS1, ImS2)만이 흐르므로 1차측 회로부에 부하공진전류(IP1=IP2=0)가 흐르지 않고, 1차측 제1, 제2 분압커패시터(C1+C2)의 전압이 부하를 통해 방전만 하는 동작 구간이다.
(3) t2-t3 구간
t2 시점에 스위칭 소자 S1과 S3이 턴-오프 되면 2차측 회로부 변압기(T1, T2) 자화전류(ImS1, ImS2)에 의해 데드타임동안 S1과 S3의 기생커패시턴스(Cs)를 충전하기 시작하여 출력단 전압(Vo)으로 충전되고, S2와 S4의 기생커패시턴스(Cp)의 전압은 방전을 개시하여 0전압으로 방전 후 S2와 S4의 역병렬 다이오드를 통해 전류가 흐르는 시점에서 턴-온 되면 영전압 스위칭 동작되고 이 모드는 끝난다.
이 때 데드타임동안 2차측 변압기(T1, T2)에 인가되는 전압극성이 바뀌므로 변압기 1차측 주권선(NP1, NP2) 전압 극성 또한 바뀌어 부하공진전류(IP1=IP2)가 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)를 통하여 흐르지 않고 우회하는 제1 공통연결선을 통해 흐르기 시작하며, 변압기(T1, T2) 1차측 권선의 합전압(VP1+VP2)이 입력 전원단에 인가되기 시작한다.
(4) t3-t4 구간
t3-t4 구간에는 t3시점에서 2차측 회로부(1200) 주 스위칭소자 S2, S4는 영전압에서 턴-온 동작되고, 출력전압(Vo)의 1/2이 2차측 제1, 제2 공진회로부에 인가되며 각 2차측 제1, 제2 공진회로부 내의 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2)에 공진전압이 인가되며 공진전류(IS1, IS2)가 병렬로 분기되어 흐르고, 1차측 정류부는 변압기(T1, T2) 권선의 전압극성에 따라 합전압(VP1+VP2)이 입력 전원단에 전달됨으로써 공진전류(IP=IP1=IP2)가 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)를 통하지 않고 우회하는 제1 공통연결선을 통해 계속 흐르기 시작한다.
이후 나머지 구간(t4-t5 , t5-t6 )은 이전 반주기와 반복되어 동작하므로 이후의 동작 설명은 기술하지 않는다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로를 도시한 회로도이고, 도 4b는 제2 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로는 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200)를 포함한다. 이 때, 1차측 회로부(1100)는 제1 전압원(10)과 연결되고 2차측 회로부(1200)는 제2 전압원(20)과 연결된다.
이 때, 제1 전압원(10) 및 제2 전압원(20)은 각각 DC 전압원, 배터리, 커패시터 또는 부하 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 1차측 회로부(1100)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6), 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 2차측 회로부(1200)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈(S1~S6), 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기(T1)와 제2 변압기(T2) 각각의 2차측 권선(NS1,NS2), 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)를 포함한다.
이 때, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하고, 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결된다.
또한, 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선(NP1), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)가 포함될 수 있고 모두 직렬로 연결되며, 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)가 연결되는 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.
또한, 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선(NP2), 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)가 포함될 수 있고 모두 직렬로 연결되며, 1차측 제2 공진회로부의 일단은 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.
1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선(NP11) 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선(NP21)을 포함하고, 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선(NP12) 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선(NP22)을 포함한다.
2차측 스위치 모듈(S1~S4)은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함한다.
2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)를 포함하여 상기 제2 전압원(20), 제4 브리지-암 및 제5 브리지-암과 병렬로 연결된다.
이 때, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 연결되는 노드에는 제1 변압기 2차측 권선(NS1)의 일단이 접속되고, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 연결되는 노드에는 제2 변압기 2차측 권선(NS2)의 일단이 접속된다.
또한, 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)가 연결되는 2차측 중심노드(노드 'Y')에는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)의 일단이 접속된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4)을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4)의 스위칭 소자들을 제어하여 제1 전압원(10)과 제2 전압원(20)간에 양방향으로 전기 에너지를 전달하되, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4) 중 적어도 하나에 대한 스위칭 주파수를 가변함으로써, 입력 전압 크기에 대비한 출력 전압의 크기인 전압 이득을 제어할 수 있다.
또한 제어부는, 제1 전압원(10)으로부터 제2 전압원(20)으로 전기에너지를 전달하는 순방향 전력 전달 모드 및 제2 전압원(20)으로부터 제1 전압원(10)으로 전기에너지를 전달하는 역방향 전력 전달 모드에서 동일하게, 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 전압 이득을 감소시키고, 스위칭 주파수를 감소시킴으로써 상기 전압 이득을 증가시킬 수 있다.
공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212)로는 공진 커패시터, 공진 인덕터 또는 다양한 공진회로 등이 사용될 수 있다
앞서 제안된 제1 타입 주회로와 비교하면, 제2 타입 주회로는 보다 넓은 입출력 전압 제어범위에서 양방향 전력 전달 동작을 할 수 있는 주회로이며, 도 4a에 나타낸 바와 같이 앞서 제안된 제1 타입 주회로에서 1차측 회로부(1100)의 1차측 제1, 제2 분압커패시터(C1, C2) 대신에 스위칭 소자(Q5, Q6)가 적용되어 6개의 스위칭 소자(1차측: Q1~Q6)로 구성된 3-브리지 LLC 공진컨버터로 구성되어 있고, 2차측 회로부(1200)의 출력단은 앞서 제안된 제1 타입 주회로와 동일하다.
보다 구체적으로는, 1차측 회로부(1100) 입력단 양단에는 각각 2개의 직렬 연결된 스위칭 소자(Q1-Q2, Q5-Q6, Q3-Q4)가 병렬로 3개의 브리지-암으로 연결되어 있고, 2차측 회로부(1200) 출력단 양단에 2개의 직렬 연결된 스위칭 소자(S1-S2, S3-S4)가 병렬 연결된 2개의 브리지-암과 각 브리지-암 사이에 2개 직렬 연결된 분압커패시터(2차측 회로부: C3-C4)가 포함된 2차측 분압커패시터부가 병렬 연결 되어 있다.
1차측 회로부(1100) 입력단 양단에 연결된 스위칭 소자(Q1-Q2, Q3-Q4)의 제1, 제2 브리지-암의 소스와 드레인 사이와 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)의 제3 브리지-암 사이에 1차측 공진 리액턴스 소자(1111,1112)(공진커패시터(Cr1/Cr2) 또는 공진커패시터와 공진인덕터, 다양한 공진필터회로 등이 대체될 수 있음, 이후 반복하여 사용하지 않음)와 제1, 제2 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22), 제1, 제2 변압기 누설인덕턴스(LlP1, LlP2, LlS1, LlS2, 누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있다.)가 포함된 1차측 제1, 제2 공진회로부가 각각 연결되고, 1차측 제1, 제2 공진 리액턴스 소자(1111,1112) 일단은 각각 제1-5 스위칭 소자(Q5) 및 제1-6 스위칭 소자(Q6)가 연결되는 1차측 중심노드(노드 'X')에 연결된다.
또한, 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1변압기 1차측 주권선(NP1)과 상기 1차측 제1 보조권선부(NP11, NP21)가 연결된 연결부와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선(NP2)과 상기 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)가 연결된 연결부는 제1 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 타단과 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 타단(1212)은 제2 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있다.
상기 2차측 회로부(1200)의 제2 공통연결선에 의해, 순방향 전력 전달 모드에서는 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)에는 전류가 흐르고, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르지 않는다.
또한, 상기 1차측 회로부(1100)의 제1 공통연결선에 의해, 역방향 전력 전달 모드에서는, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르고, 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)와 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)와 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)에는 전류가 흐르지 않는다.
또한, 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2) 1차측 권선(NP1,NP2,NP11,NP21,NP12,NP22)은 서로 바라보는 극성(또는 반대로 바라보는 극성)을 갖고 구성되어 있으며, 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1,NS2) 중 하나의 변압기 극성은 1차측 권선 변압기 극성과 다른 극성을 갖고 있다.
다시 말해, 제1 변압기 1차측 주권선(NP1) 및 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 같은 극성을 갖도록 감기고, 제2 변압기 1차측 주권선(NP2) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 같은 극성을 갖도록 감기며, 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감긴다.
따라서 순방향 전력 전달 모드 및 역방향 전력 전달 모드 동작시 고유의 양방향 LLC 공진 특성을 가지고 동작한다.
또한, 순방향 전력 전달 모드로 동작시 사용자의 선택에 따라, 제어부가 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)을 제어하여 1차측 회로부(1100)가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 1차측 회로부(1100)가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 할 수 있다. 상기 동작 모드는 사용자가 선택하거나 제어부가 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)의 스위칭 소자 각각의 발열량, 스트레스 정도, 수명 및 스위칭 동작 이력 등에 따라 선택할 수도 있다.
다시 말해, 본 발명의 도 4a에 따른 제2 타입 주회로를 가지는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터에서는 순방향 전력 전달 모드로 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)의 스위칭 동작 패턴에 따라 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 및 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 동작 모드를 선택할 수 있고 이에 따라 2차측 회로부(1200) 출력단에 보다 넓은 입·출력 전압 범위에서의 양방향 전력전달이 가능하다. 역방향 전력 전달 모드에서의 동작은 본 발명의 제1 타입 주회로와 같은 동작을 한다.
도 4c 및 도 4d, 도 4f 및 도 4g, 도 4i 및 도 4j는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 및 순방향 풀-브리지 동작 모드의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
또한, 도 4e, 도 4h 및 도 4k는 상기 각각의 동작 모드에 따른 전압, 전류 파형을 도시한 것이다
도 4c 내지 도 4k에 나타낸 것처럼 1차측 회로부 스위치 모듈(Q1~Q6) 스위칭 동작 패턴에 따라 하프-브리지 동작 모드(Q1과 Q3은 턴-온, Q2와 Q4는 계속 턴-오프 되어 있는 상태, 또는 Q1과 Q3은 턴-오프, Q2와 Q4는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 Q5와 Q6이 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1 ,제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)과 0전압이 교번으로 인가되어 1차측 회로부(1100)에 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 전력을 전달하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 또는 Q5는 턴-오프, Q6는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 Q1/Q3와 Q2/Q4는 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)과 0전압이 교번으로 인가되어 1차측 회로부(1100)에 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 전력을 전달 하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 중 하나를 선택 할 수 있다.) 및 풀-브리지 동작 모드(Q1/Q6/Q3와 Q2/Q5/Q4는 50% 듀티로 동시 턴-온/턴-오프 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)이 인가되어 1차측 회로부(1100)에 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 높은 이득특성을 제공하며 전력을 전달하는 동작 모드) 중에서 동작 모드의 선택이 가능하다.
한편 상술한 사용자의 동작 모드를 선택하는 기준은 입력전압의 크기일 수 있고, 입력전압의 크기가 상대적으로 큰 경우 하프-브리지 동작 모드가, 입력전압의 크기가 상대적으로 작은 경우 풀-브리지 동작 모드가 선택될 수 있다.
또한 상기 동작 모드를 선택하는 기준은 출력전압의 크기일 수 있고, 출력전압의 크기가 상대적으로 작은 경우 하프-브리지 동작 모드가, 출력전압의 크기가 상대적으로 큰 경우 풀-브리지 동작 모드가 선택될 수 있다.
이 때, 2차측 회로부 스위치 모듈(S1~S4)는 턴-오프 되어 있어 역병렬 다이오드(동기정류기로도 동작할 수 있다.)를 통해 부하 공진전류(IS1, IS2)가 정류된다. 따라서 순방향 전력 전달 모드로 동작시 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 및 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 선택된 동작 모드에 따라 입력전압(VIN) 또는 출력전압(Vo)을 넓은 범위에서 전력 제어 하는 것이 가능하다.
또한 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22)에 인가된 전압과 2차측 회로부(1200)에 유도된 2차측 권선(NS1, NS2) 전압극성에 따라 2차측 변압기 권선 전압의 합(VS1+VS2)이 인가되어 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통해 흐르지 않고, 제2 공통연결선을 통해 부하 공진전류(IS1, IS2)가 흘러 순방향 전력 전달 모드로 동작시 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성 동작을 갖고 동작 할 수 있으며, 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22)과 2차측 권선(NS1, NS2)의 턴-수비에 따라 이득을 조정하는 것이 가능하다.
도 4l은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
또한, 도 4m 및 도 4n은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드의 상세 동작을, 도 4o는 이 때의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4m 내지 도 4o에 나타낸 것처럼 1차측 회로부 스위치 모듈(Q1~Q6)은 턴-오프 되어있고, 역병렬 다이오드를 통해 정류 동작되며, 2차측 회로부(1200) 스위칭 소자 S1과 S2, S3와 S4는 50%의 듀티를 가지고 교번으로 동작하며, S1과 S3, S2와 S4는 동시에 턴-온 및 턴-오프 동작을 하며 2차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 출력단 전압(VO)의 1/2이 각각 인가되며 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2)에 공진전압이 인가된다. 이때 인가된 2차측 변압기권선(NS1, NS2) 전압에 의해 1차측 변압기권선(NP1, NP2) 전압극성이 바뀌어 합전압(N’Vo=VP1+VP2, N’=NP1/NS1=NP2/NS2)이 인가되고, 제1 공통연결선 내의 1차측 제1, 제2 공진회로부에 연결된 보조권선(VNPl1+VNP21, VNPl2+VNP22) 전압의 합은 0이어서 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)를 통해 전류가 흐르지 않고, 제1 공통연결선을 통해 우회하며 흐르면서 1차측 스위칭 소자(Q1/Q4, Q2/Q3)의 역병렬 다이오드를 통해 입력단으로 정류되어 역방향으로 전력을 전달한다.
여기서, 2차측 제1 공진회로부는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211), 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 2차측 제1 변압기 누설인덕턴스(누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)를 포함하고, 2차측 제2 공진회로부는, 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212), 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 변압기 누설인덕턴스(누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)를 포함한다.
이 때 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2)에 보조권선(NPl1-NP21, NP12-NP22)이 적용되어 있어 순방향 전력 전달 모드로 동작시와 달리 역방향 전력 전달 모드로 동작시 1차측 회로부(1100)로 전달되는 전압을 변압기(T1, T2) 의 턴-수비(NP1/NS1, NP2/NS2) 만큼 낮추어 전력 전달을 할 수 있게 되어 이득을 조절할 수 있다.
또한 순방향 전력 전달 모드 동작시처럼 역방향 전력 전달 모드 동작시에도 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)와 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)는 서로 상호 커플링 되지 않고 동작되고, 2차측 제1, 제2 공진회로부는 병렬연결 동작되지만, 변압기 전압극성에 의해 1차측 주권선(NP1, NP2)이 직렬연결 동작되어 정류된다.
앞서 설명한 제1 타입 주회로의 등가회로 도 3g를 참조하여 이득특성을 검토 해보면 역방향 전력 전달 모드로 동작시에도 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 있어 가변 스위칭 주파수 제어를 통해 이득제어를 할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로를 도시한 회로도이고, 도 5b는 제3 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로는 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200)를 포함한다. 이 때, 1차측 회로부(1100)는 제1 전압원(10)과 연결되고 2차측 회로부(1200)는 제2 전압원(20)과 연결된다.
이 때, 제1 전압원(10) 및 제2 전압원(20)은 각각 DC 전압원, 배터리, 커패시터 또는 부하 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 1차측 회로부(1100)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6), 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 2차측 회로부(1200)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈(S1~S6), 제1 변압기(T1)와 제2 변압기(T2) 각각의 2차측 권선(NS1,NS2), 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)를 포함한다.
이 때, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함한다.
여기서 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결된다.
또한, 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선(NP1), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)가 직렬로 연결되며 1차측 제1 공진회로부의 일단은 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)가 연결되는 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.
또한, 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선(NP2), 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)가 직렬로 연결되며 1차측 제2 공진회로부의 일단은 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.
1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선(NP11) 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선(NP21)을 포함하고, 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선(NP12) 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선(NP22)을 포함한다.
2차측 스위치 모듈(S1~S6)은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암 및 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자(S5-S6)가 직렬로 연결되는 제6 브리지-암을 포함한다.
이 때, 제4 내지 제6 브리지-암은 모두 병렬로 연결된다.
또한, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 연결되는 노드에는 제1 변압기 2차측 권선(NS1)의 일단이 접속되고, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 연결되는 노드에는 제2 변압기 2차측 권선(NS2)의 일단이 접속된다.
또한, 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자(S5-S6)가 연결되는 2차측 중심노드(노드 'Y')에는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)의 일단이 접속된다.
공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212)로는 공진 커패시터, 공진 인덕터 또는 다양한 공진회로 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S6)을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S6)의 스위칭 소자들을 제어하여 제1 전압원(10)과 제2 전압원(20)간에 양방향으로 전기 에너지를 전달하되, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S6) 중 적어도 하나에 대한 스위칭 주파수를 가변함으로써, 입력 전압 크기에 대비한 출력 전압의 크기인 전압 이득을 제어할 수 있다.
또한 제어부는, 제1 전압원(10)으로부터 제2 전압원(20)으로 전기에너지를 전달하는 순방향 전력 전달 모드 및 제2 전압원(20)으로부터 제1 전압원(10)으로 전기에너지를 전달하는 역방향 전력 전달 모드에서 동일하게, 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 전압 이득을 감소시키고, 스위칭 주파수를 감소시킴으로써 상기 전압 이득을 증가시킬 수 있다.
앞서 제안된 제2 타입 주회로와 비교하면, 1차측 회로부(1100) 입력단 구성은 같지만, 2차측 회로부(1200) 출력단은 2차측 제1, 제2 분압커패시터(C3, C4) 대신에 스위칭 소자(S5, S6)가 적용된 6개 스위칭 소자(2차측: S1~S6)로 구성된 3-브리지 LLC 공진컨버터로 구성되어 있어 역방향 전력 전달 모드로 동작시에도 보다 넓은 입·출력 전압 제어 범위를 갖고 동작하도록 구성되어 있다.
보다 구체적으로는, 1차측 회로부 입력단 및 2차측 회로부 출력단 양단에 2개의 스위칭 소자(1차측 : Q1-Q2, Q5-Q6, Q3-Q4, 2차측 : S1-S2, S5-S6, S3-S4,)가 직렬 연결된 브리지-암(Bridge-Leg)들이 각각 병렬 연결되어 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200) 모두 3-브리지로 구성되어 있다.
1차측 회로부(1100) 입력단 양단에 병렬 연결된 제1, 제2 브리지-암(Q1-Q2, Q3-Q4)의 소스와 드레인과 사이와 제3 브리지-암(Q5-Q6) 사이에 1차측 공진 리액턴스 소자(1111,1112) 또는 공진커패시터와 공진인덕터를 포함하고, 다양한 공진회로 등이 대체될 수 있음, 이후 반복하여 사용하지 않음)와 제1, 제2 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22), 변압기 누설인덕턴스(LlP1, LlP2, LlS1, LlS2, 누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)가 포함된 1차측 제1, 제2 공진회로부가 각각 연결되고, 1차측 공진 리액턴스 소자(1111,1112) 일단은 각각 제3 브리지-암(Q5-Q6) 중심노드 사이에 연결된다.
또한, 2차측 회로부(1200) 출력단 양단에 병렬 연결된 제4, 제5 브리지-암(S1-S2, S3-S4)의 소스와 드레인 사이와 제6 브리지-암(S5-S6) 사이에 2차측 제1, 제2 공진회로가 각각 연결되고, 2차측 제1, 제2 공진 리액턴스(1211,1212) 일단은 제6 브리지-암(S5-S6) 중심노드(노드 'Y') 사이에 연결된다.
또한, 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1변압기 1차측 주권선(NP1)과 상기 1차측 제1 보조권선부(NP11, NP21)가 연결된 연결부와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선(NP2)과 상기 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)가 연결된 연결부는 제1 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 타단과 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 타단(1212)은 제2 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있다.
여기서, 2차측 제1 공진회로부는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211), 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 2차측 제1 변압기 누설인덕턴스(누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)를 포함하고, 2차측 제2 공진회로부는, 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212), 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 변압기 누설인덕턴스(누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)를 포함한다.
상기 2차측 회로부(1200)의 제2 공통연결선에 의해, 순방향 전력 전달 모드에서는 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)에는 전류가 흐르고, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르지 않는다.
또한, 상기 1차측 회로부(1100)의 제1 공통연결선에 의해, 역방향 전력 전달 모드에서는, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르고, 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)와 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)와 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)에는 전류가 흐르지 않는다.
또한, 여기서 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2) 1차측 권선(NP1,NP2,NP11,NP21,NP12,NP22)은 서로 바라보는 극성(또는 반대로 바라보는 극성)을 갖고 구성되어 있으며, 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1,NS2) 중 하나의 변압기 극성은 1차측 권선 변압기 극성과 다른 극성을 갖고 있다.
다시 말해, 제1 변압기 1차측 주권선(NP1) 및 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 같은 극성을 갖도록 감기고, 제2 변압기 1차측 주권선(NP2) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 같은 극성을 갖도록 감기며, 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감긴다.
따라서 순방향 전력 전달 모드 및 역방향 전력 전달 모드로 동작시 고유의 양방향 LLC 공진특성을 가지고 동작된다.
또한 본 발명의 도 5a에 따른 제3 타입 주회로를 가지는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터에서는 순방향 전력 전달 모드 및 역방향 전력 전달 모드로 동작시 모두 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S6)의 스위칭 동작 패턴에 따라 하프-브리지 동작 및 풀-브리지 동작을 하게 되어 보다 넓은 입·출력전압범위에서 양방향 전력전달이 가능하다.
여기서, 순방향 전력 전달 모드로 동작시 사용자의 선택에 따라, 제어부가 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)을 제어하여 1차측 회로부(1100)가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 1차측 회로부(1100)가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 할 수 있다.
또한, 역방향 전력 전달 모드로 동작시 사용자의 선택에 따라, 제어부가 2차측 스위치 모듈(S1~S6)을 제어하여 2차측 회로부(1200)가 하프-브리지로 동작하는 역방향 하프-브리지 동작 모드 1, 역방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 2차측 회로부(1200)가 풀-브리지로 동작하는 역방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 할 수 있다.
상기 순방향 및 역방향 전력 전달 모드에서 동작 모드의 선택은 사용자가 선택하거나 제어부가 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)의 스위칭 소자 각각의 발열량, 스트레스 정도, 수명 및 스위칭 동작 이력 등에 따라 선택할 수도 있다.
도 5c 및 도 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 순방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
제3 타입 주회로에 있어서의 상세 동작 및 전압, 전류 파형은 제2 타입 주회로에 있어서와 동일하여 여기서는 순방향 하프-브리지 동작모드 1과 순방향 풀-브리지 동작모드의 전압, 전류 파형에 대해서만 도시하였다.
도 5c와 도 5d에 나타낸 것처럼 본 발명의 제3 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에 있어서 상세 동작은 제2 타입 주회로의 순방향 동작 모드와 비슷하며, 다시 구체적으로 설명하면, 1차측 회로부 스위치 모듈(Q1~Q6) 스위칭 동작 패턴에 따라 하프-브리지 동작 (Q1과 Q3은 턴-온, Q2와 Q4는 계속 턴-오프 되어 있는 상태 또는 Q1과 Q3은 턴-오프, Q2와 Q4는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 Q5와 Q6이 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)과 0전압이 교번으로 인가되어 1차측 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 전력을 전달하는 순방향 하프-브리지 동작모드 1 또는 Q5는 턴-오프, Q6는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 Q1/Q3와 Q2/Q4는 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)과 0전압이 교번으로 인가되어 1차측 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 전력을 전달하는 순방향 하프-브리지 동작모드 2 중 하나를 선택 할 수 있다) 및 풀-브리지 동작(Q1/Q6/Q3와 Q2/Q5/Q4는 50% 듀티로 동시 턴-온/턴-오프 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)이 인가되어 1차측 회로부(1100)에 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 높은 이득특성을 제공하며 전력을 전달하는 순방향 풀-브리지 동작모드)이 가능하다. 이 때 2차측 스위치 모듈(S1~S6)은 턴-오프 되어있어 역병렬 다이오드(S1/S4, S2/S3)를 통해 부하공진전류(IS1, IS2)가 정류된다.
순방향 전력 전달 모드로 동작시(순방향 하프-브리지 동작모드 1, 순방향 하프-브리지 동작모드 2 및 순방향 풀-브리지 동작모드) 동작모드에 따라 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22)에 인가된 전압과 2차측에 유도된 권선(NS1, NS2) 전압의 극성에 따라 2차측 변압기 권선 전압의 합(VS1+VS2)이 인가되어 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통해 흐르지 않고, 제2 공통연결선 및 스위칭 소자(S1/S4, S2/S3)의 역병렬 다이오드를 통해 부하공진전류(IS1, IS2)가 흘러 순방향 전력 전달 모드 동작시 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성동작을 갖고 동작 할 수 있으며, 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22)과 2차측 권선(NS1, NS2)의 턴-수비에 따라 이득조정이 가능하다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이고, 도 5f 및 도 5g는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 역방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 5f 및 도 5g에 나타낸 것처럼 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)은 턴-오프 되어 있어 역병렬 다이오드는 정류회로처럼 동작되고, 2차측 스위치 모듈(S1~S6)의 스위칭 동작패턴에 따라 하프-브리지 동작(S1과 S3은 턴-오프, S2와 S4는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 S5와 S6이 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 2차측 제1, 제2 공진회로부에 각각 출력전압(Vo)과 0전압이 교번으로 인가되어 2차측 공진전류(IS1, IS2)가 흐르고, 1차측 회로부(1100)에 전력전달 하는 동작모드 1 또는 S5는 턴-오프, S6는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 S1/S3와 S2/S4는 50% 듀티로 교번스위칭동작을 하고 2차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 출력전압(Vo)과 0전압이 교번으로 인가되어 2차측 공진전류(IS1, IS2)가 흐르고, 1차측 회로부(1100)에 전력전달 하는 동작모드 2 중 하나를 선택 할 수 있다) 및 풀-브리지 동작(S1/S6/S3과 S2/S5/S4는 50% 듀티로 동시 턴-온/턴-오프 교번스위칭동작을 하고 2차측 제1, 제2 공진회로부에 출력전압(VO)이 인가되어 2차측 공진전류(IS1, IS2)가 흐르고, 1차측 회로부(1100)에 높은 이득특성을 제공하며 전력전할 수 있다)이 가능하여 보다 넓은 입출력 전압 제어범위에서 동작할 수 있다.
여기서, 2차측 제1 공진회로부는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211), 제1 변압기(T1) 2차측 권선(NS1) 및 제2 변압기 2차측 제1 변압기 누설인덕턴스를 포함하고, 2차측 제2 공진회로부는, 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212), 제2 변압기(T2) 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 변압기 누설인덕턴스를 포함한다.
2차측 스위치 모듈(S1~S6)의 스위칭 패턴에 따라 하프-브리지 및 풀-브리지 동작시 인가된 2차측 변압기권선(NS1, NS2) 전압에 의해 1차측 변압기권선(NP1, NP2) 전압극성이 바뀌어 합전압(N’Vo=VP1+VP2, N’=NP1/NS1=NP2/NS2)이 인가되고, 제1 공통연결선 내의 1차측 제1, 제2 공진회로부에 연결된 보조권선(VNPl1+VNP21, VNSl2+VNP22) 전압의 합은 0이어서 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)를 통해 전류가 흐르지 않고, 제1 공통연결선을 통해 우회하며 흐르면서 1차측 스위칭 소자(Q1/Q4, Q2/Q3)의 역병렬 다이오드를 통해 입력단으로 정류되어 역방향으로 전력을 전달한다. 이 때 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2)에 보조권선(NPl1/NPl2, NSl1/NSl2)이 적용되어 있어 순방향 전력 전달 모드로 동작시와 달리 역방향 전력 전달 모드로 동작시 1차측 회로부(1100) 입력단 전압을 변압기의 턴-수비(NP1/NS1, NP2/NS2) 만큼 낮추어 전력 전달할 수 있게 되어 이득을 조절할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-1 타입 주회로를, 도 6b는 제4-2 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
제4-1 타입 및 제4-2 타입의 주회로는 제1 타입 및 제2 타입에 제안된 주 회로에서 2차측 제1, 제2 공진 리액턴스 소자(1211,1212)의 위치를 2차측 분압 커패시터부(C3, C4)에 연결하여 동작하는 것이 다를 뿐 기본적인 동작특성 및 양방향 LLC 공진이득특성은 동일하다.
즉, 제4-1 타입 주회로는 제1 타입 주회로와 다른 부분은 동일하되, 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스(1212)의 일단은 2차측 중심노드(노드 'Y')에서 만나 연결되고, 타단은 각각 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)에 연결된다.
또한, 제4-2 타입 주회로는 제2 타입 주회로와 다른 부분은 동일하되, 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스(1212)의 일단은 2차측 중심노드(노드 'Y')에서 만나 연결되고, 타단은 각각 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)에 연결된다.
제4-1 타입 주회로는 제1 타입 주회로와, 제4-2 타입 주회로는 제2 타입 주회로와 동일하게 동작하므로 상세한 설명은 생략한다.
이 외에도 본 발명을 토대로 다양한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 도출할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 도 6c에 도시된 것과 같이 제4-2 타입 주회로에서 2차측 분압 커패시터(C3,C4) 대신 스위칭 소자를 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제5 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
본 발명의 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제5 타입 주회로는, 제2 타입, 제3 타입 및 제4-2 타입의 3-브리지 구성의 주회로에서 (순방향 또는 역방향) 하프-브리지 동작 모드 1로 동작 할 때 좌우 브리지-암(1차측: Q1-Q2, Q3-Q4, 2차측: S1-S2, S3-S4) 중 턴-온프되어 있는 스위칭 소자(1차측: Q1, Q3, 또는 2차측: S1, S3) 대신에 도 7에 나타낸 것처럼 다이오드(1차측: DQ1, DQ3, 또는 2차측: DS1, DS3)를 대체하여 사용할 수 있다.
또는, 턴-온프되어 있는 스위칭 소자(1차측: Q2, Q4, 또는 2차측: S2, S4) 대신에 다이오드(1차측: DQ2, DQ4, 또는 2차측: DS2, DS4)를 대체하여 사용할 수 있다. (미도시)
도 8은 본 발명의 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 이득특성에 대한 실험에 있어서 적용된 주요정격과 사양, 변압기 파라메타를 나타낸 표이다.
본 발명에서는 양방향 동작 시 LLC공진컨버터의 고유 이득특성을 갖는 주회로를 제안하였고 입력전압(Vin) 750Vdc를 입력받아 가변스위칭주파수 제어를 통해 양방향 전력 전달 동작시 출력전압범위(Vo : 270Vdc~430Vdc)에 대해 실험 구현하였다.
대표로 제1 타입 주회로를 토대로 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 이득특성에 대한 실험결과를 통해 공진주파수(fr)를 기준으로 승압 및 강압되어 넓은 입출력 전압 제어가 가능한지에 대해 검증하였다.
도 3c 및 도 3h의 제1 타입 주회로의 이득특성을 토대로 공진주파수(fr)에서의 스위칭동작 및 공진주파수(fr)보다 낮은 스위칭동작주파수(fs1)에서의 동작특성, 공진주파수(fr)보다 높은 스위칭주파수(fs2)에서 동작특성에 대한 실험을 토대로 제안된 양방향 공진형 DC-DC 컨버터가 LLC 고유의 이득특성을 가지고 동작되는지 나타냈다.
도 9는 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이고, 도 10은 이 때의 효율특성을 나타낸 도면이다.
이 때 순방향 전력 전달 모드로 동작시, 가변 스위칭주파수제어(fs : 250kHz ~ 550kHz)를 통한 이득제어가 가능하며 입력전압(750VDC), 출력전압 (350VDC), 출력용량 (2kW) 실험조건에서 최대 효율이 98.81%로 측정되었다.
도 11은 제1 타입 주회로에 대한 역방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이고, 도 12은 이 때의 효율특성을 나타낸 도면이다.
역방향 전력 전달 모드로 동작시에는 가변 스위칭주파수제어(fs : 220kHz ~ 550kHz)를 통하여 이득제어가 가능하며 입력전압(750VDC), 출력전압 (400VDC), 출력용량 (2.5kW) 실험조건에서 최대 효율이 97.75%로 측정되었다.
10 : 제1 전압원
20 : 제2 전압원
1100 : 1차측 회로부
1200 : 2차측 회로부
1111 : 1차측 제1 공진 리액턴스 소자
1112 : 1차측 제2 공진 리액턴스 소자
1211 : 2차측 제1 공진 리액턴스 소자
1212 : 2차측 제2 공진 리액턴스 소자
C1 : 1차측 제1 분압 커패시터
C2 : 1차측 제2 분압 커패시터
C3 : 2차측 제1 분압 커패시터
C4 : 2차측 제2 분압 커패시터
Q1 ~ Q6 : 1차측 스위치 모듈
S1 ~ S6 : 2차측 스위치 모듈
Cr1 : 1차측 제1 공진 커패시터
Cr2 : 1차측 제2 공진 커패시터
CR1 : 2차측 제1 공진 커패시터
CR2 : 2차측 제2 공진 커패시터
T1 : 제1 변압기
T2 : 제2 변압기
NP1 : 제1 변압기 1차측 주권선
NP2 : 제2 변압기 1차측 주권선
NP11 : 제1 변압기 1차측 제1 보조권선
NP21 : 제2 변압기 1차측 제1 보조권선
NP12 : 제1 변압기 1차측 제2 보조권선
NP22 : 제2 변압기 1차측 제2 보조권선
NS1 : 제1 변압기 2차측 권선
NS2 : 제2 변압기 2차측 권선
20 : 제2 전압원
1100 : 1차측 회로부
1200 : 2차측 회로부
1111 : 1차측 제1 공진 리액턴스 소자
1112 : 1차측 제2 공진 리액턴스 소자
1211 : 2차측 제1 공진 리액턴스 소자
1212 : 2차측 제2 공진 리액턴스 소자
C1 : 1차측 제1 분압 커패시터
C2 : 1차측 제2 분압 커패시터
C3 : 2차측 제1 분압 커패시터
C4 : 2차측 제2 분압 커패시터
Q1 ~ Q6 : 1차측 스위치 모듈
S1 ~ S6 : 2차측 스위치 모듈
Cr1 : 1차측 제1 공진 커패시터
Cr2 : 1차측 제2 공진 커패시터
CR1 : 2차측 제1 공진 커패시터
CR2 : 2차측 제2 공진 커패시터
T1 : 제1 변압기
T2 : 제2 변압기
NP1 : 제1 변압기 1차측 주권선
NP2 : 제2 변압기 1차측 주권선
NP11 : 제1 변압기 1차측 제1 보조권선
NP21 : 제2 변압기 1차측 제1 보조권선
NP12 : 제1 변압기 1차측 제2 보조권선
NP22 : 제2 변압기 1차측 제2 보조권선
NS1 : 제1 변압기 2차측 권선
NS2 : 제2 변압기 2차측 권선
Claims (26)
- 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서,
상기 1차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 분압 커패시터부, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고,
상기 2차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되,
상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 배치되어 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 배치되어 연결되며,
상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제1항에 있어서,
상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감기는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제2항에 있어서,
순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며,
역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제3항에 있어서,
상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암 및 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암을 포함하되,
상기 1차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 1차측 제1 분압 커패시터 및 1차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제1 전압원, 상기 제1 브리지-암 및 상기 제2 브리지-암과 병렬로 연결되고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 1차측 제1 분압 커패시터 및 상기 1차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며,
상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제4항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함하되,
상기 2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제2 전압원, 상기 제3 브리지-암 및 상기 제4 브리지-암과 병렬로 연결되고,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며,
상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제4항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함하되,
상기 2차측 분압 커패시터부는, 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하고,
상기 2차측 제1 공진 리액턴스의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 일단은 2차측 중심노드에서 만나 연결되고, 타단은 각각 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터에 연결되며, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되며,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고,
상기 제1 변압기 2차측 권선의 타단 및 상기 제2 변압기 2차측 권선의 타단이 상기 2차측 중심노드에서 만나 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서,
상기 1차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고,
상기 2차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되,
상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 배치되어 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 배치되어 연결되며,
상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제7항에 있어서,
상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감기는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제8항에 있어서,
순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며,
역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제9항에 있어서,
상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하되,
상기 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며,
상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제10항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함하되,
상기 2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제2 전압원, 상기 제4 브리지-암 및 상기 제5 브리지-암과 병렬로 연결되고,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며,
상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제11항에 있어서,
상기 순방향 전력 전달 모드에서,
제어부는 사용자의 선택에 따라,
상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제12항에 있어서,
상기 제1-1 스위칭 소자 및 상기 제1-3 스위칭 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는, 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제10항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함하되,
상기 2차측 분압 커패시터부는, 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하고,
상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단은 2차측 중심노드에서 만나 연결되고, 타단은 각각 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터에 연결되며, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되고,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고,
상기 제1 변압기 2차측 권선의 타단 및 상기 제2 변압기 2차측 권선의 타단이 상기 2차측 중심노드에서 만나 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제14항에 있어서,
상기 순방향 전력 전달 모드에서,
제어부는 사용자의 선택에 따라,
상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제15항에 있어서,
상기 제1-1 스위칭 소자 및 상기 제1-3 스위칭 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는, 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서,
상기 1차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고,
상기 2차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되,
상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 배치되어 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 배치되어 연결되며,
상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제17항에 있어서,
상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감기는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제18항에 있어서,
순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며,
역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제19항에 있어서,
상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하되,
상기 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며,
상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제20항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암 및 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제6 브리지-암을 포함하되,
상기 제4 내지 제6 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며,
제2-5 및 제2-6 스위칭 소자가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고 상기 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제21항에 있어서,
상기 순방향 전력 전달 모드에서,
제어부는 사용자의 선택에 따라,
상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제22항에 있어서,
상기 역방향 전력 전달 모드에서,
상기 제어부는 사용자의 선택에 따라,
상기 2차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 역방향 하프-브리지 동작 모드 1, 역방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 2차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 역방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 2차측 스위치 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제23항에 있어서,
상기 제1-1 스위칭 소자, 상기 제1-3 스위칭 소자, 상기 제2-1 스위칭 소자 및 상기 제2-3 스위칭 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는, 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
- 제1항, 제7항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선은 누설인덕턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
- 제25항에 있어서,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선은 상기 누설인덕턴스 대신 공진인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
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