KR101492964B1 - 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터 - Google Patents

보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR101492964B1
KR101492964B1 KR20130122489A KR20130122489A KR101492964B1 KR 101492964 B1 KR101492964 B1 KR 101492964B1 KR 20130122489 A KR20130122489 A KR 20130122489A KR 20130122489 A KR20130122489 A KR 20130122489A KR 101492964 B1 KR101492964 B1 KR 101492964B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary side
converter
auxiliary
primary side
inductor
Prior art date
Application number
KR20130122489A
Other languages
English (en)
Inventor
김은수
김경환
Original Assignee
전주대학교 산학협력단
카코뉴에너지 주식회사
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전주대학교 산학협력단, 카코뉴에너지 주식회사 filed Critical 전주대학교 산학협력단
Priority to KR20130122489A priority Critical patent/KR101492964B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101492964B1 publication Critical patent/KR101492964B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진 컨버터를 공개한다. 본 발명은 1차측 입력전압에 연결되어, 순방향 동작 시에 상기 1차측 입력전압을 변압기의 제1 권선단에 인가하여 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에 상기 변압기의 제1 권선단에 1차측 보조 인덕터를 병렬 연결시켜 상기 1차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화가 상기 변압기의 제1 권선단 및 제2 권선단의 누설인덕턴스와 상기 변압기의 제2 권선단에 연결된 공진 커패시터와 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 1차측 입력전압을 충전하는 1차 측단; 및 상기 1차측 입력전압 보다 높은 전압 레벨을 갖는 2차측 출력전압에 연결되어, 역방향시에는 분압된 2차측 출력전압을 상기 변압기의 제2 권선단 및 공진 커패시터와 상기 변압기의 제2 권선단 및 공진 커패시터에 병렬 연결된 2차측 보조 인덕터에 각각 인가하여 전류 변화를 유도하고, 순방향 동작시에는 상기 변압기의 제1 권선단 및 제2 권선단 누설인덕턴스와 상기 변압기의 제2 권선단에 연결된 공진 커패시터와 상기 2차측 보조 인덕터를 연결하여 상기 변압기의 제1 권선단의 전류 변화에 의해 상기 변압기의 제2 권선단에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 2차측 출력전압을 충전하는 2차 측단;을 포함한다.

Description

보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터{SLLC Resonant Converter for Bidirectional Power Conversion using auxiliary switches and inductor}
본 발명은 양방향 전력수수 가능한 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 특히 낮은 제1 전압, 대전류에서 높은 전압으로 승압하고, 높은 전압에서 낮은 전압으로 강압하는 양방향 전력수수 가능한 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.
태양광발전 전력계통연계 PCS(Power Conditioning System), 전기자동차 등에 절연형 양방향 DC/DC 컨버터가 에너지저장시스템의 변환장치로 적용이 확대되고 있다. 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)의 변환장치는 높은 효율과 안전성을 요구하므로 기존에는 절연형 고주파 변압기를 적용한 양방향 전력수수 가능한 DC/DC 컨버터에 있어서 전압원 컨버터 또는 전류원 컨버터가 접목된 양방향 전력수수 가능한 DC/DC 컨버터 등이 개발되어 왔다.
최근 사이즈 및 스위칭 손실, EMI(Electro-Magnetic Interference) 저감을 위해 소프트스위칭 LLC 공진컨버터가 접목된 양방향 전력수수 가능한 DC/DC 컨버터가 적용되고 있다.
도 1 은 종래의 LLC 공진컨버터의 일예를 나타낸 도면으로, 이때의 LLC 공진컨버터는 영전압스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching)과 영전류스위칭(ZCS : Zero Current Switching) 동작이 가능하며 규준화된 공진주파수점(fs/fr = Fn(f) = fn = 1)을 기준으로 승·강압제어가 가능하므로 주어진 입력전압제어범위 및 부하범위에 대응하여 스위칭주파수 동작 제어를 통해 출력전압제어 및 전력제어를 할 수 있다.
하지만, 양방향 전력전달이 가능하기 위해 양방향전력수수 가능한 LLC 공진컨버터 1차측 및 2차측에 공진커패시터(Cr1, Cr2(또는 CB1))를 적용하게 되는데, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 적용된 1차측 및 2차측 공진커패시터 값에 따라 순방향 및 역방향 전력전달 동작 시 도 2의 기존 LLC 공진컨버터 이득특성과는 다른 동작특성을 갖게 되어 양방향전력전달에 있어서 어려움이 있다.
따라서, 절연된 양방향 직류/직류(DC/DC)컨버터에 있어서 양방향전력수수변환 동작 시 모두 LLC 공진특성을 갖도록 하기 위해 한국특허출원 제10-2012-0133728호(발명명칭: 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터(2012. 11. 23))와 한국특허출원 제10-2013-0000730호(발명명칭: 양방향 전력 변환 직류-직류 컨버터(2013, 01.03))와 같이 보조인덕터와 보조스위치 또는 회로구성을 수정 보완한 특허가 출원된 바 있다.
특히 한국특허출원 제10-2012-0133728호는 도 5의 한국특허등록번호 제10-0871676호(발명명칭: SLLC 직렬공진 컨버터회로 및 이 회로를 채용한 직류변환 장치(2008. 11. 26)) 내용을 응용하여, 도 6에서와 같이 1차측 낮은 전압단에서는 공진커패시터를 적용하지 않고, 2차측 높은 전압단에 공진커패시터(Cs)를 적용하였으며, 1차측 낮은 전압단 컨버터 단자(a, b)에 변압기 1차측과 1차측 보조인덕터(LA1)와 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)가 직렬 연결된 보조회로1(Auxiliary circuit1)이 연결되어 구성되어 있고, 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)의 턴 온/오프 동작에 따라 1차측 보조인덕터(LA1)가 변압기 1차측과 병렬 연결된다.
2차측 높은 전압단 컨버터 단자(c, d)에 2차측 보조인덕터(LA2)와 2차측 양방향 보조스위치(SA3, SA4)가 직렬 연결된 보조회로 2(Auxiliary circuit2)가 연결되어 있고, 또한 변압기 2차측과 공진커패시터(Cs)가 직렬 연결된 2차측 공진부와 병렬 연결되어 있다. 2차측 양방향 보조스위칭소자(SA3, SA4)의 턴 온/오프 동작에 따라 2차측 보조인덕터(LA2)가 컨버터 단자(c, d)와 2차측 공진부가 각각 병렬 연결된다.
따라서 순방향 전력전달 동작 시 1차측 스위칭소자([Q1, Q4], [Q2, Q3]]는 50% 듀티를 가지고 교번으로 동작되고, 2차측 스위칭소자([Q5, Q8], [Q6,Q7])는 모두 턴 오프되어 있고 2차측 역병렬다이오드를 통해 정류다이오드로 동작된다. 이때 순방향전력전달 동작시 1차측 보조스위칭소자(SA1, SA2)는 턴 오프 되어 동작되고 2차측 보조스위치(SA3, SA4)는 턴 온 되어 동작된다. 따라서 1차측 낮은 전압단에서 대전류로 동작되는 1차측 공진전류(IT1)는 1차측 보조스위치(SA1, SA2)를 통해 흐르지 않고 1차측 스위칭소자(Q1,Q2,Q3,Q4)와 변압기(T1) 1차측 권선과 함께 2차측 보조수단(Auxiliary circuit2)을 통해 공진전류(IT1)가 흐르면서1차측 권선 변압기누설인덕턴스와 2차측 권선 변압기누설인덕턴스, 2차측에 위치한 공진커패시터(Cs), 2차측 보조인덕터(LA2)와의 공진특성을 이용하여 2차측에서 LLC 공진특성이 나타나도록 동작된다.
역방향 전력전달 동작 시 2차측 스위칭소자([Q5, Q8], [Q6, Q7]]는 50% 듀티를 가지고 교번으로 동작되고, 1차측 스위칭소자([Q1, Q4], [Q2,Q3])는 모두 턴 오프되어 있고 1차측 역병렬다이오드를 통해 정류다이오드로 동작된다.
이때 역방향 전력전달 동작시도 도 2의 LLC 공진이득특성을 갖기 위해 공진컨버터 2차측에 위치한 보조스위치(SA3, SA4)는 턴 오프 되어 동작되지 않고, 1차측 보조스위치(SA1, SA2)가 턴 온 동작되어, 2차측 스위칭소자([Q5, Q8], [Q6, Q7]]가 교번 스위칭 동작시 2차측 공진전류(IT2)는 공진커패시터(Cs), 변압기(T1) 1, 2차측 누설인덕턴스 및 1차측 보조인덕터(LA2)와 1차측 보조스위치(SA3, SA4)를 통해 흐르는 전류(IA1)와 전원부(Vin)로 흐르는 공진전류(IT1)가 흐르면서 2차측 권선 변압기누설인덕턴스와 1차측 권선 변압기누설인덕턴스, 2차측에 위치한 공진커패시터(Cs), 1차측 보조인덕터(LA1)와의 공진특성을 이용하여 2차측에서 LLC 공진특성이 나타나도록 동작된다.
기 제안된 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터의 순방향전력전달 동작모드(Forward Operation Mode)에 있어서 1차측 입력단에서 2차측 출력단으로 전력전달 시 가장 높은 입력전압(Vin) 조건에서 설정된 출력전압(Vo)을 제어 하고자 할 때 도 7의 규준화된 공진주파수(fs/fr = Fn(f) = fn) 지점 또는 조금 아래의 불연속 구간에서 스위칭 되도록 셋팅 하고, 1차측 입력전압(Vin)이 낮아지는 전압만큼 스위칭 주파수를 낮은 주파수로 이동시킴으로 이득을 높여 2차측 출력전압(Vo)을 가변주파수제어를 통해 일정 전압 및 전력을 제어한다.
역방향전력전달 동작모드(Reverse Operation Mode)에 있어서는 반대로 2차측 출력전압(Vo)에서 1차측 입력전압(Vin)으로 전력전달 시 순방향전력전달 동작모드의 입출력전압 조건에 의해 셋팅된 변압기의 1, 2차측 권선이 결정되어 있기 때문에 도 8에서와 같이 전력계통에 연계된 PWM 인버터의 동작에 따라 역방향동작모드에 있어서는 2차측 출력전압(Vo)은 항상 고정된 전압으로 셋팅되어 있어서 역방향전력전달 동작모드의 경우 도 7에 나타낸 이득특성의 규준화된 공진주파수(fs/fr = Fn(f) = fn) 지점에서 1차측 입력전압(Vin)이 가장 높은 전압으로 셋팅되어 있어 보다 낮은 전압으로 이득조정을 위해서는 규준화된 공진주파수(fs/fr = Fn(f) = fn) 지점보다 높은 주파수로 스위칭하여 이득을 낮추어 주어야 하지만 도 7의 이득특성에 나타낸 바와 같이 규준화된 공진주파수(fs/fr = Fn(f) = fn) 지점 이상에서는 특히 경부하시 이득변화가 크지 않아 가변스위칭주파수제어를 통해 이득제어를 하는데 한계가 있고, 연속모드공진전류에 따라 순환공진전류가 증가하는 등 효율을 저감시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이득제어를 보다 용이하게 수행하고 효율도 개선하면서 단순화된 구조를 가지는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터는 1차측 입력전압에 연결되어, 순방향 동작 시에 상기 1차측 입력전압을 변압기의 제1 권선단에 인가하여 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에 상기 변압기의 제1 권선단에 1차측 보조 인덕터를 병렬 연결시켜 상기 1차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화가 상기 변압기의 제1 권선단 및 제2 권선단의 누설인덕턴스와 상기 변압기의 제2 권선단에 연결된 공진 커패시터와 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 1차측 입력전압을 충전하는 1차 측단; 및 상기 1차측 입력전압 보다 높은 전압 레벨을 갖는 2차측 출력전압에 연결되어, 역방향시에는 분압된 2차측 출력전압을 상기 변압기의 제2 권선단 및 공진 커패시터와 상기 변압기의 제2 권선단 및 공진 커패시터에 병렬 연결된 2차측 보조 인덕터에 각각 인가하여 전류 변화를 유도하고, 순방향 동작시에는 상기 변압기의 제1 권선단 및 제2 권선단 누설인덕턴스와 상기 변압기의 제2 권선단에 연결된 공진 커패시터와 상기 2차측 보조 인덕터를 연결하여 상기 변압기의 제1 권선단의 전류 변화에 의해 상기 변압기의 제2 권선단에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 2차측 출력전압을 충전하는 2차 측단;을 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터는 1차측 입력전압에 연결되어, 순방향 동작 시에 상기 1차측 입력전압을 변압기의 제1 권선단과 자화 인덕턴스에 인가하여 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에 상기 변압기의 제1 권선단과 자화 인덕턴스를 통해 유도되는 전류 변화가 상기 변압기의 제1 권선단 및 제2 권선단의 누설인덕턴스와 상기 변압기의 제2 권선단에 연결된 공진 커패시터와 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 1차측 입력전압을 충전하는 1차 측단; 및 상기 1차측 입력전압 보다 높은 전압 레벨을 갖는 2차측 출력전압에 연결되어, 역방향시에는 분압된 2차측 출력전압을 상기 변압기의 제2 권선단 및 공진 커패시터와 상기 변압기의 제2 권선단 및 공진 커패시터에 병렬 연결된 2차측 보조 인덕터에 각각 인가하여 전류 변화를 유도하고, 순방향 동작시에는 상기 변압기의 제1 권선단 및 제2 권선단 누설인덕턴스와 상기 변압기의 제2 권선단에 연결된 공진 커패시터와 상기 2차측 보조 인덕터를 연결하여 상기 변압기의 제1 권선단의 전류 변화에 의해 상기 변압기의 제2 권선단에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 2차측 출력전압을 충전하는 2차 측단;을 포함하되, 상기 변압기는 상기 자화인덕턴스를 저감시키기 위한 공극(Air Gap)을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터는 2차측단에 추가된 양방향 보조 스위치와 인덕터를 이용한 단순화된 양방향 전력 수수가 가능해지도록 하고, 이에 따라 크기를 감소하고 제조비용을 낮출 수 있도록 한다.
도 1 은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 일예를 나타낸다.
도 2 내지 도 4 는 도 1 의 양방향 DC/DC 컨버터의 공진 특성을 나타낸다.
도 5는 종래의 SLLC 공진컨버터 일예를 나타낸다.
도 6은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 다른 예를 나타낸다.
도 7 은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터에 따른 SLLC 공진컨버터 이득특성을 나타낸다.
도 8은 종래의 양방향 전력수수 가능한 SLLC 공진컨버터와 전력계통연계 PWM 인버터 주회로 구성도이다.
도 9a 및 도9b는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 일 실시예를 나타낸다.
도 10은 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이다.
도 11은 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도 12은 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이다.
도 13은 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 다른 실시예를 나타낸다.
도 15는 도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이다.
도 16은 도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이다.
도 18은 도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도 19 내지 도 21는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 또 다른 실시예들을 나타낸다.
도 22는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터에서 양방향 보조스위칭소자부의 구성 예들을 나타낸다.
도 23 내지 도 25는 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작와 역방향 동작시 실험결과에서 관측되는 파형과 효율을 나타낸다.
도 26 및 도 27은 도 14의 다른 실시예의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작와 역방향 동작시 실험결과에서 관측되는 파형을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 9a는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 일 실시예들을 나타낸다.
도 9a의 양방향 SLLC(Secondary Inductor(L) Inductor(L) Capacitor) 공진 컨버터(Resonant Converter)는 풀 브릿지(Full Bridge) 양방향 SLLC 공진 컨버터로서, 1차측 입력전압(Vin), 2차측 출력전압(Vo), 1차 측단(110), 및 2차 측단(120)을 구비하는 공진 컨버터부(100)를 구비한다. 여기서 1차측 입력전압(Vin)과 2차측 출력전압(Vo)은 배터리, 직류 전압 등으로 구현될 수 있으며, 1차측 입력전압(Vin)은 2차측 출력전압(Vo)보다 전압 레벨이 낮은 특징을 가진다.
1차 측단(110)은 1차측 입력전압(Vin)과 병렬로 연결되는 1차측 커패시터(Cin), 1차측 입력전압(Vin)과 병렬로 연결되며 순방향 동작시에는 풀 브릿지 컨버터로 동작하고, 역방향시에는 모두 턴 오프되는 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)를 구비하는 1차측 컨버터(111), 1차측 컨버터(111)의 양단(즉, 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)의 접점(a)과 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3, Q4)의 접점(b)) 사이에 연결되며 역방향 동작시에 상기 1차측 컨버터의 양단(a,b)에 1차측 보조 인덕터(LA1)를 병렬 연결시키는 1차측 보조 회로부(112), 및 1차측 컨버터(111)의 양단(a,b) 사이에 연결되며 순방향 동작 시에는 변압기(TR)의 제1 권선단(N1)를 통해 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에는 변압기(TR)의 제1 권선단(N1)과 1차측 보조 인덕터(LA1)를 통해 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 1차측 입력전압(Vin)을 충전하는 1차측 공진부(113)를 구비한다.
다만, 1차측 컨버터(111)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 역방향시에는 모두 턴 오프되어, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 역병렬다이오드를 통해 정류 동작을 수행하고 1차측 입력전압을 충전하도록 하나, 이와 같이 역병렬 다이오드를 이용하여 정류 동작을 수행하는 경우, 전력 효율이 불필요하게 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
이에 본 발명에서는 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 역병렬다이오드에 전류가 흐를 경우, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 자신의 역병렬다이오드를 통해 흐르는 전류에 동기화되어 잠시 턴온되는 동기 정류기 형태로 동작시켜, 이러한 문제의 발생을 사전에 방지할 수도 있도록 한다.
1차측 커패시터(Cin)는 1차측 제1노드(Nd11)와 1차측 제2노드(Nd12) 사이에 1차측 입력전압(Vin)과 병렬로 연결되어 1차측 입력전압(Vin)을 안정화한다. 1차측 커패시터(Cin)는 경우에 따라 제거될 수 도 있다.
1차측 컨버터(111)는 1차측 제1노드(Nd11)와 1차측 제2노드(Nd12) 사이에 1차측 입력전압(Vin)과 병렬로 연결되며, 풀 브릿지 구조로 연결된 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)를 구비한다. 더욱 상세하게는 1차측 제1노드(Nd11)와 1차측 제2노드(Nd12) 사이에 연결된 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2)와 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2)과 병렬되도록 1차측 제1노드(Nd11)와 1차측 제2노드(Nd12) 사이에 연결된 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3,Q4)로 구성될 수 있다.
1차측 보조 회로부(112)는 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)의 접점(a)과 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3, Q4)의 접점(b) 사이, 즉 1차측 컨버터(111)의 양단(a,b) 사이에 연결되며, 1차측 보조인덕터(LA1)와 역방향 시에만 1차측 보조인덕터(LA1)이 1차측 컨버터(111)의 양단(a,b)에 연결되도록 하는 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 구비한다. 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)는 반대의 극성을 가지며 병렬 연결된 두개의 스위치로 구현될 수 있으나, 이는 도 22에서와 같이 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 경우에 따라(예를 들어, 역방향 뿐만 아니라 순방향 시에도 1차측 보조인덕터(LA1)이 1차측 컨버터(111)의 양단(a,b)이 연결하기를 원할 때에는), 도 9b에서와 같이 1차 측단(100)의 양방향 보조스위칭소자(SA1,SA2)를 제거해 줄 수도 있을 것이다.
1차측 공진부(113)는 1차측 컨버터(111)의 양단(a,b) 사이에 1차측 보조 회로부(112)과 병렬로 연결되며, 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)을 구비한다. 이때, 도 9a에서 Ll1은 1차측 권선단(N1)의 누설 인덕턴스를 나타낸다. (여기서 상기 변압기 자화 인덕턴스 (Lm1)는 크다고 가정하여 언급하지 않았다.)
한편 2차 측단(120)은 2차측 출력전압(Vo)에 병렬 연결되는 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1, Co2), 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1, Co2)에 병렬로 연결되며, 풀 브릿지 구조로 연결된 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)와 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)를 구비하는 2차측 컨버터(121), 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)의 접점(d))과 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1, Co2)의 접점(e)사이에 연결되며, 순방향시에는 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)의 접점(d))과 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1, Co2)의 접점(e)의 연결을 해제하여 2차측 컨버터(121)가 전파정류회로로 동작되고, 역방향 동작시에는 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)의 접점(d))과 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1, Co2)의 접점(e)을 연결하여 2차측 컨버터(121)가 반파공진회로로 스위칭동작되도록 하는 2차측 양방향 보조스위칭부(122), 2차측 컨버터(121)의 양단(c,d) 사이에 2차측 공진부(123)과 병렬로 연결된 2차측 보조인덕터(LA2), 2차측 컨버터(121)의 양단(c,d) 사이에 연결되며 순방향 동작 시에는 변압기(TR)의 제2 권선단(N2)과 공진 커패시터(CS)와 2차측 보조 인덕터(LA2)를 통해 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 2차측 출력전압(Vo)을 충전하고 역방향 동작시에는 분압된 2차측 출력전압(Vo/2)을 변압기(TR)의 제2 권선단(N2)및 공진 커패시터(CS)와 변압기(TR)의 제2 권선단(N2) 및 공진 커패시터(CS)에 병렬 연결된 2차측 보조 인덕터(LA2)에 각각 인가하여 전류 변화를 유도하는 2차측 공진부(123)를 구비한다.
2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1, Co2)는 2차측 제1노드(Nd21)와 2차측 제2노드(Nd22) 사이에 제2 전압(Vo)과 병렬로 연결되어, 2차측 출력전압(Vo)을 분압한다.
2차측 컨버터(121)는 2차측 제1노드(Nd21)와 2차측 제2노드(Nd22) 사이에 풀 브릿지 구조로 연결된 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)와 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)를 구비한다. 더욱 상세하게는 2차측 제1노드(Nd21)와 2차측 제2노드(Nd22) 사이에 직렬 연결된 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)와, 2차측 제1노드(Nd21)와 2차측 제2노드(Nd22) 사이에 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)와 병렬로 연결되는 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 2차측 컨버터(121)는 풀 브릿지 컨버터를 구성하는 4개의 스위칭 소자 중 일부를 다이오드로 대체하여 구성됨을 알 수 있다.
2차측 양방향 보조스위칭부(122)는 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)의 접점(d)와 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1, Co2)의 접점(e) 사이에 연결되는 2차측 양방향 보조스위칭소자(SA3, SA4)를 구비한다. 이때의 양방향 보조스위칭소자(SA3, SA4)는 반대의 극성을 가지며 병렬 연결된 두개의 스위치로 구현될 수 있으나, 이 또한 도 22에서와 같이 다양하게 변형될 수 있다.
2차측 공진부(123)는 공진 커패시터(Cs)와 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)의 접점(d) 사이에 연결된 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)와 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)의 접점(c)에 연결된 공진 커패시터(Cs)를 구비한다. 도 9a에서 Ll2은 2차측 권선단(N2)의 누설 인덕턴스를 나타내며, 변압기(TR)의 제1 및 2차측 권선단(N1, N2)의 비(n)는 N2/N1이다.
이와 같이 본 발명에서는 1차측 낮은 입력전압단에서 대전류 공진 커패시터(Cs)를 사용하지 않고, 2차측 높은 전압단에 대전류 공진 커패시터(Cs)를 적용하도록 한다. 또한 LLC 공진 전압 이득 특성을 얻기 위해 2차 측단(120)에 2차측 보조 인덕터(LA2)를 추가하여, 높은 전압단인 2차측에서 LLC 공진 특성이 나타나도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이고, 도 11는 본 발명의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 10을 참조하면, 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시에는 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)와 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)가 50% 듀티로 교번 스위칭시키고, 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 턴 오프시킨다. 즉, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)의 스위칭 동작에 따라 공진 전류가 1차측 보조 인덕터(LA1)로는 흐르지 않고, 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)로만 흐르도록 한다.
이와 동시에 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)도 턴 오프시키고, 2차측 양방향 보조스위칭소자(SA3, SA4)를 턴 오프시켜, 2차 측단(120)에는 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)의 역병렬 다이오드와 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)로 구성된 전파 정류 회로를 통해 2차측 공진 전류가 흐르면서 전력 전달되도록 한다.
이하, 도 11를 참고하여 본 발명의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 살펴보면 다음과 같다.
동작 모드(t1 ~ t2)에서는 1차 측단(100)의 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)가 턴 온되고 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)가 턴 오프되면, 제1 스위칭 소자(Q1), 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1) 및 제4 스위칭 소자(Q4)를 통해 1차측 공진 전류(IT1)가 흐르게 된다.
이에 2차 측단(100)의 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에 공진 전류가 유도되며, 2차측 권선단(N2)에 유도되어 공진 커패시터(CS)를 통해 흐르는 공진전류 중 2차측 공진 전류(IT2)는 제5 스위칭 소자(Q5)의 역병렬다이오드와 제2 다이오드(D8)를 통해 형성된 전류 경로를 통해 제2 전압(Vo)로 흐르게 된다.
또한 2차측 권선단(N2)에 유도된 공진 전류 중 2차측 여자 전류(IA2)는 2차측 보조인덕터(LA2)로 흐르게 된다. 즉, 1차측 공진 전류(IT1)에 의해 2차측 권선단(N2)에는 2차측 공진 전류(IT2)와 2차측 여자 전류(IA2)의 합에 상응하는 공진 전류가 유도된다[IT1=n(IA2+IT2), n=(N2/N1)].
동작 모드(t2 ~ t3)에서는 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 이전 상태를 유지하고 있으나, 공진 전류(IT1)가 인가되는 시간이 길어짐에 따라 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)에는 전류량의 변화가 발생하지 않게 되고, 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에는 더 이상의 2차측 공진 전류(IT2)가 유도되지 않게 된다.
비록, 공진 컨버터부(100)의 2차 측단(120)에는 2차측 출력전압(Vo)이 연결되어 있지만, 제5 스위칭 소자(Q5)의 역병렬다이오드와 제2 다이오드(D8)를 통해 형성된 전류 경로는 없어지고, 2차측 보조인덕터(LA2)를 통해 형성된 전류 경로만이 남게 된다.
이에 2차측 여자 전류(IA2)만이 2차측 보조인덕터(LA2)로 흐르게 되고, 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에 유도되는 공진 전류는 2차측 여자 전류(IA2)에 의해 결정된다.
동작 모드(t4 ~ t5)에서는 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)는 다시 턴 오프되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)이 턴온되어 1차측 공진 전류(IT1)는 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)가 아닌 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)를 통해 흐르게 된다.
변화된 방향성을 가지는 1차측 공진 전류(IT1)에 의해 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에는 공진 전류가 유도되며, 2차측 권선단(N2)에 유도되어 공진 커패시터(CS)를 통해 흐르는 공진전류 중 2차측 공진 전류(IT2)는 제6 스위칭 소자(Q6)의 역병렬다이오드와 제1 다이오드(D7)를 통해 형성된 전류 경로를 통해 제2 전압(Vo)로 흐르고, 2차측 여자 전류(IA2)는 2차측 보조인덕터(LA2)로 흐르게 된다.
즉, 1차측 공진 전류(IT1)에 의해 2차측 권선단(N2)에 유도된 공진 전류는 다시 2차측 공진 전류(IT2)와 2차측 여자 전류(IA2)의 합을 따르게 된다.
동작 모드(t5 ~ t6)에서는 동작 모드(t2 ~ t3)와 유사하게 제2 내지 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)가 이전 상태를 유지하나 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)에 전류량 변화가 발생하지 않는 상태가 되고, 이에 따라 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에는 2차측 공진 전류(IT2)가 유도되지 않게 된다.
그러면, 제6 스위칭 소자(Q6)의 역병렬다이오드와 제1 다이오드(D7)를 통해 형성된 전류 경로는 다시 없어지고, 2차측 보조인덕터(LA2)를 통해 형성된 전류 경로만이 남게 된다. 이에 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에 유도되는 공진 전류는 다시 2 차측 여자 전류(IA2)에 의해 결정된다.
이와 같이, 본 발명의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 1차측 낮은 전압단에서 2차측 높은 전압단으로의 순방향 전력전달 동작 시 1차측 권선 변압기누설인덕턴스(Ll1)와 2차측 권선 변압기누설인덕턴스(Ll2), 2차측에 위치한 공진커패시터(Cs), 2차측 보조인덕터(LA2)와의 공진특성을 이용하여 2차측에서 LLC 공진특성이 나타나도록 동작된다.
도 12은 도 9a 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이고, 도 13은 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도 12을 참조하면, 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시에는 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)를 50% 듀티로 교번 스위칭시키고, 제1 및 제2 다이오드(D7, D8)의 접점(d)과 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1,Co2)의 접점(e) 사이에 연결된 2차측 양방향 보조스위칭소자(SA3, SA4)를 턴 온시켜 2차측 컨버터(121)가 반파 공진 회로로 스위칭 동작되도록 한다.
그리고 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 턴 오프되어 있고, 동시에 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 턴 온 되어 있으므로, 1차측 공진 전류가 1차측 권선단(N1) 뿐 만 아니라 1차측 보조인덕터(LA1)를 통해서도 흐르도록 한다.
이하, 도 13a 내지 도 13d를 참고하여 본 발명의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 살펴보면 다음과 같다.
동작 모드(t1 ~ t2)에서는 제5 스위칭 소자(Q5)가 턴온되어 제5 스위칭 소자(Q5), 공진 커패시터(CS), 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2) 및 2차측 보조인덕터(LA2), 2차측 제1커패시터(Co1)와 제2 커패시터(Co2)를 통해 전류 경로가 형성된다.
그러면 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1,Co2)의 분압된 전압[(1/2)Vo]이 변압기(TR)의 2차측과 직렬 연결된 공진커패시터(Cs)에 인가되어 공진전류가 흐르고, 이와 병렬로 연결되어 있는 2차측 보조인덕터(LA2)에도 인가되어 2차측 보조인덕터(LA2)에도 전류가 흐르지만 분압된 전압에 따라 1/2 저감된 보조인덕터전류(IA2)가 흐르도록 한다.
이에 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)의 역병렬 다이오드를 통해 흐르는 1차측 공진 전류(IT1)와, 변압기(TR)의 1차측과 병렬로 연결된 1차측 보조인덕터(LA1)와 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 통해 흐르는 1차측 여자 전류(IA1)가 2차측으로 유도된 공진 전류가 된다. 이때, 2차측 공진 전류(IT2)는 2차측으로 유도된 공진전류와 2차측 보조인덕터전류와의 합전류[IT2=(1/n)(IA1+IT1) + IA2/2, n =(N2/N1)]가 된다.
동작 모드(t2 ~ t3)에서는 2차측 공진 전류가 인가되는 시간이 길어짐에 따라, 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에는 전류량의 변화가 발생하지 않게 되고, 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)에는 더 이상의 공진 전류(IT1)가 유도되지 않게 된다.
그러면 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)의 역병렬 다이오드를 통해 형성된 전류 경로는 없어지고, 1차측 보조인덕터(LA1)와 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 통해 형성된 전류 경로만이 남게 되어, 2차측 공진 전류(IT2)는 2차측 보조인덕터전류에 의해 결정된다.
동작 모드(t4 ~ t5)에서는 제5 스위칭 소자(Q5)는 다시 턴 오프되고 제6 스위칭 소자(Q6)가 턴온되어, 제6 스위칭 소자(Q6), 공진 커패시터(CS), 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2) 및 2차측 보조인덕터(LA2), 2차측 제2커패시터(Co2)와 제1 커패시터(Co1)를 통해 전류 경로가 형성된다.
그러면 공진커패시터(Cs)와 2차측 보조인덕터(LA2)를 통해 공진 전류가 흐르게 되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)의 역병렬 다이오드를 통해 흐르는 1차측 공진 전류(IT1)와, 변압기(TR)의 1차측과 병렬로 연결된 1차측 보조인덕터(LA1)와 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 통해 흐르는 1차측 여자 전류(IA1)가 2차측으로 유도된 공진 전류가 된다.
그 결과 2차측 공진 전류(IT2)는 다시 2차측으로 유도된 공진전류와 2차측 보조인덕터전류와의 합전류[IT2=(1/n)(IA1+IT1) + IA2/2, n =(N2/N1)]가 된다.
동작 모드(t5 ~ t6)에서는 2차측 공진 전류가 인가되는 시간이 길어짐에 따라, 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에는 전류량의 변화가 발생하지 않게 되고, 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)에는 더 이상의 공진 전류(IT1)가 유도되지 않게 된다.
이에 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)의 역병렬 다이오드를 통해 형성된 전류 경로는 없어지고, 1차측 보조인덕터(LA1)와 1차측 양방향 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 통해 형성된 전류 경로만이 남게 되어, 2차측 공진 전류(IT2)는 다시 2차측 보조인덕터전류에 의해 결정된다.
이와 같이, 본 발명에서는 2차측 높은 전압단에서 1차측 낮은 전압단으로의 역방향 전력 전달 동작시 2차측 권선 변압기누설인덕턴스(Ll2)와 1차측 권선 변압기누설인덕턴스(Ll1), 2차측에 위치한 공진커패시터(Cs), 1차측 보조인덕터(LA1)와의 공진특성을 이용하여 2차측에서 LLC 공진특성이 나타나도록 동작된다
또한 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1, Co2)의 분압된 전압[(1/2)Vo]이 2차측 보조인덕터(LA2)에 인가되도록 함으로써, 2차측 보조인덕터(LA2)에 흐르는 보조인덕터전류(IA2)를 1/2로 줄일 수 있어서 종래에서와 같이 2차측 보조인덕터(LA2)에 연결된 양방향스위칭소자(SA1, SA2)를 별도 구비하지 않아도 되도록 한다.
도 14는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 다른 실시예를 나타낸다.
도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 도 9a의 제1 컨버터의 양단(a, b) 사이에 1차측 보조 회로부(112)을 삽입하는 대신에 변압기(TR)에 공극(Air-gap)을 두어 변압기(TR)의 1차측 자화인덕턴스(Lm1)를 저감시키고 이에 따라 큰 자화 전류(Im1)를 흐르게 함으로써, 역방향 전력 전달시에도 높은 이득의 LLC 공진 특성을 갖도록 한다.
이에 도 15 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 순방향전력전달 동작시에는 2차측 양방향 보조스위칭소자(SA3, SA4)가 턴 오프되어, 2차측 공진전류(IT2)는 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)의 역병렬다이오드와 제1 및 제2 다이오드(D7,D8)를 통해 정류되어 부하로 흐르게 된다.
역방향전력전달 동작시에는 도 9a와 마찬가지로 2차 측단(120)은 2차측 양방향 보조스위칭소자(SA3, SA4)가 턴 온되어, 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)가 50% 듀티로 교번 스위칭됨에 따라 2차측 컨버터(121)가 반파공진회로로 동작될 수 있도록 한다. 그러면 2차측 제1 및 제2 커패시터(Co1,Co2)의 분압된 전압[(1/2)Vo]이 변압기(TR)의 2차측과 직렬 연결된 공진커패시터(Cs)에 인가되어 공진전류가 흐르고, 이와 병렬로 2차측 보조인덕터(LA2)의 양단에도 2차측 보조인덕터(LA2)에도 전류가 흐르지만 분압된 전압에 따라 1/2 저감된 2차측 보조인덕터(LA2) 전류(IA2)가 흐르게 된다.
그리고 1차측으로 유도된 공진전류는 1차측 스위칭소자(Q1,Q2,Q3,Q4)의 역병렬다이오드를 통해 흐르는 공진전류(IT1)와 요구된 전압이득을 얻기 위해 변압기(TR)에 공극을 두어 저감된 변압기(TR)의 1차측 자화인덕턴스(Lm1)를 통해 흐르는 큰 1차측자화전류(Im1)로 인해 역방향전력전달 동작시에도 높은 전압 이득특성을 갖는 LLC 공진특성을 갖게 된다.
(이때 저전압 대전류의 1차측 입력단에서 1차측 스위칭소자(Q1,Q2,Q3,Q4)의 역병렬다이오드를 통해 흐르는 공진전류(IT1)는 매우 커서 역병렬다이오드의 도통손실이 증가하므로 도통손실을 최소화하기 위해 1차측 스위칭소자(Q1,Q2,Q3,Q4)의 역병렬다이오드에 전류가 흐를 때 1차측 스위칭소자(Q1,Q2,Q3,Q4)가 도통하여 도통전압을 낮추어 도통손실을 최소화 할 수 있는 동기정류기(Synchronous Rectifier)처럼 동작할 수 있다)
도 19 및 도 21는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 또 다른 실시예들을 나타낸다.
도 19의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 1차 측단 및 2차 측단(110, 120) 각각에 제1 및 제2 보조 인덕터(Lr1, Lr2)를 추가 삽입하거나 2차측 보조인덕터(LA2)와 커플링된 보조 권선의 인덕터를 사용하여, 스위칭 동작 주파수가 공진 주파수 부근에서 동작되도록 이득을 변환할 수 있도록 한다.
이때, 제1 보조 인덕터(Lr1)는 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)의 접점(a)과 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1) 사이에, 제2 보조 인덕터(Lr2)는 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)의 접점(c)과 변압기(TR)의 공진 커패시터(Cs) 사이에 위치될 수 있을 것이다.
물론, 도 14의 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터도 도 20의 양방향 SLLC 공진 컨버터와 같이 1차 측단 및 2차 측단(210, 220) 각각에 삽입되는 보조 인덕터(Lr1, Lr2)를 추가 구비함으로써, 스위칭 동작 주파수가 공진 주파수 부근에서 동작되도록 이득이 변환될 수 있을 것이다.
도 19 내지 도 21의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 스위칭 동작 주파수가 가변된다는 차이점이 있으나 기본적인 동작 원리는 도 9a 및 도 14의 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터와 동일하므로, 도 20 및 도 21의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 동작은 별도로 설명하지 않는다.
또한 도 9a 및 도 14의 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터는 도 21에 도시된 바와같이 1차 측단(110)의 1차측 컨버터(111)를 구성하는 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 중 일부(Q1, Q2)를 커패시터(C1, C2)로 대체함으로써, 하프 브릿지(Harf Bridge) 양방향 SLLC 공진 컨버터로 변환될 수도 있다.
이와 같은 하프 브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터의 기본적인 동작 원리도 도 9a 및 도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터와 동일하므로, 도 14 및 도 15 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 동작은 별도로 설명하지 않는다.
도 22는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터에서 양방향 보조스위칭소자부의 구성 예들을 나타낸다.
도 22을 참고하면, 본 발명에서 양방향 스위칭소자(SA1, SA2, SA3, SA4)은 반대의 극성을 가지며 직렬 연결된 두개의 스위치(SAux1), 반대의 극성을 가지며 병렬 연결된 두개의 스위치(SAux2), 및 기계적 접촉 단자(SAux3) 등과 같이 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이때의 스위치 각각은 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR, 릴레이 및 접점 등으로 구현될 수 있다.
또한, 제1 내지 제6 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 각각도 Power Mosfet 뿐만 아니라 IGBT, Power TR, SCR 등의 스위칭소자 등으로 구현될 수 있다.
또한 도시하지 않았으나, 제1 및 제8 스위칭 소자(Q1 ~ Q4), 1차측 제11 내지 제14 스위칭 소자(Q1 ~ Q4), 1차측 제21 내지 제24 스위칭 소자(S1 ~ S4), 2차측 제15 및 제16 스위칭 소자(Q5, Q6) 및 2차측 제25 및 제26 스위칭 소자(S5, S6) 또한 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되어도 무방하다.
도 23 내지 도 25는 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작와 역방향 동작시 실험결과에서 관측되는 파형을 나타낸다.
이는 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터에 대해 1kW 정격출력용량을 갖는 보조스위치 및 인덕터 적용 양방향 DC-DC 컨버터를 적용하여 순방향 모드 시 1차측 입력전압(Vin: 41V∼60V) 조건에서 2차측 일정 출력전압(Vo: 400V) 및 최대정격용량 1kW에 대해 실험한 결과이고, 역방향 모드 시 2차측 일정 출력전압(Vo: 400V) 조건에서 1차측 제어전압범위(41V∼60V) 및 최대정격용량 1kW에 대해 실험한 결과이다. 이때의 양방향 SLLC 공진컨버터의 파라미터에 대해 표 1 에 나타내었다.
순방향(1차측에서 바라본)/역방향(2차측에서 바라본) 변압기 파라미터
1차측자기인덕턴스(Lp) 83.75uH
등가누설인덕턴스(Leq) / (Leq') 5.213uH / 158.3uH
2차측자기인덕턴스(Ls) 2.582mH
1차측누설인덕턴스(Ll1) / (Ll1/N2) 1.875uH / 55.476uH
2차측누설인덕턴스(N2Ll2) / (Ll2) 3.48uH / 104.039uH
자화인덕턴스(Lm) / (Lm/N2) 81.875uH / 2.478mH
턴수비 N(N1/N2) 0.182 ( 6 : 33 )
1,2차측 보조인덕터(LA1) / (LA2) 9.757uH / 385.2uH
공진커패시터(Cr3) 44nF
도 23은 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터에 대한 실험파형으로, 순방향 모드 일 때 1차측 입력 제어전압(Vin) 41V, 60V 일 때 2차측 일정 출력전압(Vo) 400V에 대하여 1kW일 때, 단자전압(Vab,Vcd), 전류(IT1, IT2)를 측정한 파형이다.
도 24는 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터에 대한 실험파형으로, 역방향 모드 일 때 2차측 일정 출력전압(Vo) 400V일 때 1차측 입력 제어전압(Vin) 41V, 60V에 대하여 1kW일 때, 단자전압(Vab,Vcd), 전류(IT1, IT2)를 측정한 파형이다.
도 25을 참고하면, 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 순방향 모드 시 1차측 입력 제어전압(Vin) 60V, 2차측 일정 출력전압 및 부하 용량 400V/1kW 일 때 최대 94.53%의 효율을 가지고, 역방향 모드 시 2차측 일정 출력전압(Vo) 400V, 1차측 입력 제어전압 및 부하 용량 41V / 1kW 일 때 최대 89.2%의 효율을 가짐을 알 수 있다. 즉, 고효율 특성을 나타낸다.
도 26 및 도 27은 도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작와 역방향 동작시 실험결과에서 관측되는 파형을 나타낸다.
도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 역방향전력전달 동작시 높은 전압이득특성을 얻기 위해 도 9a처럼 변압기(T1) 1차측과 병렬로 보조인덕터(LA1) 및 양방향스위칭소자(SA1, SA2)로 구성된 보조수단1을 사용하는 것 대신에 변압기(T1)에 공극(Air-gap)을 두어 저감된 변압기(T1) 1차측 자화인덕턴스(Lm1)를 통해 흐르는 큰 1차측자화전류(Im1)로 인해 역방향전력전달 동작시에도 높은 전압이득의LLC 공진특성을 갖게 된다.
본 실시예에서는 1kW 정격출력용량을 갖는 SLLC 양방향 DC/DC 컨버터를 제작하여 실험하였으며, 도 26은 입력전압이 41VDC, 60VDC에서 출력단 출력전압을 일정 400V제어시 출력용량 1kW 조건에서의 순방향시 실험파형이고, 도 27은 출력전압 400VDC입력조건에서 입력전압을 41VDC, 60VDC 일정 제어시 출력용량이 950W 조건에서의 역방향시 실험파형으로서, 기존 LLC 공진컨버터의 특성과 동일한 실험결과를 얻을 수 있었다.
순방향 전력전달 동작시 효율특성은 공극이 큰 변압기 적용에 따라 큰 자화전류(Im1)와 2차측 보조인덕터에 흐르는 전류(IA2)로 인해 89% ~ 91.1% 정도의 낮은 효율을 가지고, 역방향 전력전달 동작시 효율특성은 2차측 보조인덕터(LA2)에 인가되는 전압이 출력전압(Vo)의 1/2이 인가되어 순방향 전력전달 동작시 보다 적게 흐르므로, 90~ 92.14%정도의 효율을 가진다. 즉, 도 14의 양방향 SLLC 공진 컨버터 또한 도 9a의 양방향 SLLC 공진 컨버터와 동일하게 고효율 특성을 가짐을 알 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 삭제
  2. 1차측 입력전압에 병렬 연결되며, 순방향 동작시에는 풀 브릿지 컨버터로 스위칭 동작하고, 역방향 동작시에는 모두 턴 오프되거나 역병렬다이오드를 통해 흐르는 전류에 동기되어 스위칭되는 동기정류기로 동작하는 제1 내지 제4 스위칭 소자를 구비하는 1차측 컨버터; 상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결되며, 역방향 동작시에 상기 1차측 컨버터의 양단에 1차측 보조 인덕터를 병렬 연결시키는 1차측 보조 회로부; 및 상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결되며, 순방향 동작시에는 변압기의 제1 권선단을 통해 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에는 상기 변압기의 제1 권선단과 상기 1차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 1차측 입력전압이 충전되도록 하는 1차측 공진부를 구비하는 1차 측단; 및
    2차측 출력전압과 병렬로 연결되는 2차측 제1 및 제2 커패시터; 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터에 병렬로 연결되며, 풀 브릿지 구조로 연결된 제5 및 제6 스위칭 소자와 제1 및 제2 다이오드를 구비하는 2차측 컨버터; 역방향 동작시에는 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점을 연결하여 상기 2차측 컨버터가 반파공진회로로 스위칭동작되도록 하되, 순방향시에는 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점의 연결을 해제하여 상기 2차측 컨버터가 전파정류회로로 동작되도록 하는 2차측 양방향 보조스위칭부; 상기 2차측 컨버터의 양단 사이에 병렬로 연결된 2차측 보조인덕터; 및 상기 2차측 컨버터의 양단 사이에 병렬로 연결되며, 순방향 동작 시에는 상기 변압기의 제2 권선단과 2차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 2차측 출력전압을 충전하고, 상기 역방향 동작시에는 상기 변압기의 제2 권선단과 상기 2차측 보조 인덕터를 통해 전류 변화를 유도하는 2차측 공진부를 구비하는 2차 측단을 포함하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 1차측 공진부는
    상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결되는 상기 변압기의 제1 권선단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  4. 제2항에 있어서, 상기 1차측 보조 회로부는
    상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 상기 1차측 공진부와 병렬로 연결되며, 1차측 보조인덕터와 1차측 양방향 보조스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 1차측 양방향 보조스위칭소자는
    반대의 극성을 가지며 직렬 연결된 두개의 스위칭 소자, 반대의 극성을 가지며 병렬 연결된 두개의 스위칭 소자, 및 기계적 접촉 단자 중 적어도 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  6. 1차측 입력전압에 병렬 연결되며, 순방향 동작시에는 풀 브릿지 컨버터로 스위칭 동작하고, 역방향 동작시에는 모두 턴 오프되거나 역병렬다이오드를 통해 흐르는 전류에 동기되어 스위칭되는 동기정류기로 동작하는 제1 내지 제4 스위칭 소자를 구비하는 1차측 컨버터; 상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결된 1차측 보조 인덕터를 구비하는 1차측 보조 회로부; 및 상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결되며, 순방향 동작시에는 상기 1차측 보조 인덕터와 변압기의 제1 권선단을 통해 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에는 상기 변압기의 제1 권선단과 상기 1차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 1차측 입력전압이 충전되도록 하는 1차측 공진부를 구비하는 1차 측단; 및
    2차측 출력전압과 병렬로 연결되는 2차측 제1 및 제2 커패시터; 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터에 병렬로 연결되며, 풀 브릿지 구조로 연결된 제5 및 제6 스위칭 소자와 제1 및 제2 다이오드를 구비하는 2차측 컨버터; 역방향 동작시에는 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점을 연결하여 상기 2차측 컨버터가 반파공진회로로 스위칭동작되도록 하되, 순방향시에는 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점의 연결을 해제하여 상기 2차측 컨버터가 전파정류회로로 동작되도록 하는 2차측 양방향 보조스위칭부; 상기 2차측 컨버터의 양단 사이에 병렬로 연결된 2차측 보조인덕터; 및 상기 2차측 컨버터의 양단 사이에 병렬로 연결되며, 순방향 동작 시에는 상기 변압기의 제2 권선단과 2차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 2차측 출력전압을 충전하고, 상기 역방향 동작시에는 상기 변압기의 제2 권선단과 상기 2차측 보조 인덕터를 통해 전류 변화를 유도하는 2차측 공진부를 구비하는 2차 측단을 포함하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  7. 1차측 입력전압에 병렬 연결되며, 순방향 동작시에는 풀 브릿지 컨버터로 스위칭 동작하고, 역방향 동작시에는 모두 턴 오프되거나 역병렬다이오드를 통해 흐르는 전류에 동기되어 스위칭되는 동기정류기로 동작하는 제1 내지 제4 스위칭 소자를 구비하는 1차측 컨버터; 상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결된 1차측 보조 인덕터를 구비하는 1차측 보조 회로부; 상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결되며, 순방향 동작시에는 상기 1차측 보조 인덕터와 변압기의 제1 권선단을 통해 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에는 상기 변압기의 제1 권선단과 상기 1차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 1차측 입력전압이 충전되도록 하는 1차측 공진부; 및 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점과 상기 변압기의 제1 권선단의 누설 인덕턴스 사이에 연결되는 제1 보조인덕터;를 구비하는 1차 측단; 및
    2차측 출력전압과 병렬로 연결되는 2차측 제1 및 제2 커패시터; 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터에 병렬로 연결되며, 풀 브릿지 구조로 연결된 제5 및 제6 스위칭 소자와 제1 및 제2 다이오드를 구비하는 2차측 컨버터; 역방향 동작시에는 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점을 연결하여 상기 2차측 컨버터가 반파공진회로로 스위칭동작되도록 하되, 순방향시에는 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점의 연결을 해제하여 상기 2차측 컨버터가 전파정류회로로 동작되도록 하는 2차측 양방향 보조스위칭부; 상기 2차측 컨버터의 양단 사이에 병렬로 연결된 2차측 보조인덕터; 및 상기 2차측 컨버터의 양단 사이에 병렬로 연결되며, 순방향 동작 시에는 상기 변압기의 제2 권선단과 2차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 2차측 출력전압을 충전하고, 상기 역방향 동작시에는 상기 변압기의 제2 권선단과 상기 2차측 보조 인덕터를 통해 전류 변화를 유도하는 2차측 공진부를 구비하는 2차 측단을 포함하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  8. 삭제
  9. 제2항, 제6항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차측 컨버터는
    상기 2차측 제1 및 제2 커패시터에 병렬로 연결되는 제5 및 제6 스위칭 소자; 및
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제1 및 제2 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 2차측 공진부는
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자의 접점에 연결된 공진 커패시터; 및
    상기 공진 커패시터와 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점 사이 연결된 상기 변압기의 2차측 권선단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  11. 제2항, 제6항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 측단은
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자의 접점과 상기 변압기의 2차측 권선단 사이에 위치되는 제2 보조인덕터 또는 상기 2차측 보조인덕터와 커플링된 보조 권선의 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  12. 제2항, 제6항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차측 양방향 보조스위칭부는
    상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차측 양방향 보조스위칭부는 반대의 극성을 가지며 직렬 연결된 두개의 스위칭 소자, 반대의 극성을 가지며 병렬 연결된 두개의 스위칭 소자, 및 기계적 접촉 단자 중 적어도 하나로 구현되는 양방향 보조스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  13. 삭제
  14. 1차측 입력전압에 병렬 연결되며, 순방향 동작시에는 풀 브릿지 컨버터로 스위칭 동작하고, 역방향 동작시에는 모두 턴 오프되거나 역병렬다이오드를 통해 흐르는 전류에 동기되어 스위칭되는 동기정류기로 동작하는 제1 내지 제4 스위칭 소자를 구비하는 1차측 컨버터; 및 상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결되며, 순방향 동작시에는 변압기의 제1 권선단과 자화 인덕턴스를 통해 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에는 상기 변압기의 제1 권선단과 자화 인덕턴스를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 1차측 입력전압이 충전되도록 하는 1차측 공진부를 구비하는 1차 측단; 및
    2차측 출력전압과 병렬로 연결되는 2차측 제1 및 제2 커패시터; 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터에 병렬로 연결되며, 풀 브릿지 구조로 연결된 제5 및 제6 스위칭 소자와 제1 및 제2 다이오드를 구비하는 2차측 컨버터; 역방향 동작시에는 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점을 연결하여 상기 2차측 컨버터가 반파공진회로로 스위칭동작되도록 하되, 순방향시에는 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점과 상기 2차측 제1 및 제2 커패시터의 접점의 연결을 해제하여 상기 2차측 컨버터가 전파정류회로로 동작되도록 하는 2차측 양방향 보조스위칭부; 상기 2차측 컨버터의 양단 사이에 병렬로 연결된 2차측 보조인덕터; 및 상기 2차측 컨버터의 양단 사이에 병렬로 연결되며, 순방향 동작 시에는 상기 변압기의 제2 권선단과 2차측 보조 인덕터를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 2차측 출력전압을 충전하고, 상기 역방향 동작시에는 상기 변압기의 제2 권선단과 상기 2차측 보조 인덕터를 통해 전류 변화를 유도하는 2차측 공진부를 구비하는 2차 측단을 포함하되,
    상기 변압기는 상기 자화인덕턴스를 저감시키기 위한 공극을 가지는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 1차 측단은
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점과 상기 변압기의 제1 권선단의 누설 인덕턴스 사이에 연결되는 제1 보조인덕터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  16. 제14항에 있어서, 상기 1차 측단은
    1차측 입력전압에 병렬 연결된 제1 및 제2 스위칭 소자와 상기 제1 및 제2 스위칭 소자에 병렬 연결되는 제1 및 제2 커패시터를 구비하며, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자가 순방향 동작시에 하브 브릿지 컨버터로 동작하는 1차측 컨버터; 및
    상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결되며, 순방향 동작시에는 상기 변압기의 제1 권선단과 자화 인덕턴스를 통해 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에는 상기 변압기의 제1 권선단과 자화 인덕턴스를 통해 유도되는 전류 변화에 따라 상기 1차측 입력전압이 충전되도록 하는 1차측 공진부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한항에 있어서, 상기 1차측 공진부는
    상기 1차측 컨버터의 양단 사이에 연결되는 상기 변압기의 제1 권선단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  18. 삭제
  19. 제14항에 있어서, 상기 2차측 컨버터는
    상기 2차측 제1 및 제2 커패시터에 병렬로 연결되는 제5 및 제6 스위칭 소자; 및
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제1 및 제2 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  20. 제14항에 있어서, 상기 2차측 공진부는
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자의 접점에 연결된 공진 커패시터; 및
    상기 공진 커패시터와 상기 제1 및 제2 다이오드의 접점 사이 연결된 상기 변압기의 2차측 권선단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  21. 제14항에 있어서, 상기 2차측 양방향 보조스위칭부는
    반대의 극성을 가지며 직렬 연결된 두개의 스위칭 소자, 반대의 극성을 가지며 병렬 연결된 두개의 스위칭 소자, 및 기계적 접촉 단자 중 적어도 하나로 구현되는 양방향 보조스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
  22. 제14항에 있어서, 상기 2차 측단은
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자의 접점과 상기 변압기의 2차측 권선단 사이에 위치되는 제2 보조인덕터 또는 상기 2차측 보조인덕터와 커플링된 보조 권선의 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터.
KR20130122489A 2013-10-15 2013-10-15 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터 KR101492964B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130122489A KR101492964B1 (ko) 2013-10-15 2013-10-15 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130122489A KR101492964B1 (ko) 2013-10-15 2013-10-15 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101492964B1 true KR101492964B1 (ko) 2015-02-24

Family

ID=52593621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130122489A KR101492964B1 (ko) 2013-10-15 2013-10-15 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101492964B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101730551B1 (ko) 2015-08-24 2017-04-26 국민대학교산학협력단 역률개선 단일 전력단 공진형 컨버터
CN108028605A (zh) * 2015-09-18 2018-05-11 株式会社村田制作所 具有保持操作的转换器
KR20190126526A (ko) * 2018-05-02 2019-11-12 주식회사 팩테크 Llc 공진컨버터 및 그 동작 방법
CN114070106A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 深圳英飞源技术有限公司 一种移相全桥电路及其控制方法
US11394307B2 (en) * 2018-01-29 2022-07-19 Queen's University At Kingston Resonant power converters and control methods for wide input and output voltage ranges
US11482939B2 (en) * 2019-04-08 2022-10-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. LLC converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6037755A (en) 1998-07-07 2000-03-14 Lucent Technologies Inc. Switching controller for a buck+boost converter and method of operation thereof
JP2005051895A (ja) 2003-07-31 2005-02-24 Toyota Motor Corp 電圧変換装置および電圧変換装置における電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
JP2009112142A (ja) 2007-10-31 2009-05-21 Nissan Motor Co Ltd コンバータ回路およびコンバータ制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6037755A (en) 1998-07-07 2000-03-14 Lucent Technologies Inc. Switching controller for a buck+boost converter and method of operation thereof
JP2005051895A (ja) 2003-07-31 2005-02-24 Toyota Motor Corp 電圧変換装置および電圧変換装置における電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
JP2009112142A (ja) 2007-10-31 2009-05-21 Nissan Motor Co Ltd コンバータ回路およびコンバータ制御方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
전력전자학회 추계학술대회 논문집(제목: 고효율 특성을 갖는 양방향 SLLC공진컨버터), 논문발표 2012년 11월 *
전력전자학회 추계학술대회 논문집(제목: 고효율 특성을 갖는 양방향 SLLC공진컨버터), 논문발표 2012년 11월*

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101730551B1 (ko) 2015-08-24 2017-04-26 국민대학교산학협력단 역률개선 단일 전력단 공진형 컨버터
CN108028605A (zh) * 2015-09-18 2018-05-11 株式会社村田制作所 具有保持操作的转换器
US10637363B2 (en) 2015-09-18 2020-04-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Converters with hold-up operation
CN108028605B (zh) * 2015-09-18 2020-05-12 株式会社村田制作所 具有保持操作的转换器
US11394307B2 (en) * 2018-01-29 2022-07-19 Queen's University At Kingston Resonant power converters and control methods for wide input and output voltage ranges
KR20190126526A (ko) * 2018-05-02 2019-11-12 주식회사 팩테크 Llc 공진컨버터 및 그 동작 방법
KR102066115B1 (ko) 2018-05-02 2020-01-14 주식회사 팩테크 Llc 공진컨버터 및 그 동작 방법
US11482939B2 (en) * 2019-04-08 2022-10-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. LLC converter
CN114070106A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 深圳英飞源技术有限公司 一种移相全桥电路及其控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10581334B2 (en) DC-DC converter and control method
CN107979287B (zh) 用于主开关切换转换的零电压开关式逆变器
EP2670037B1 (en) Switching power supply device
EP2670038B1 (en) Switching power supply device
US6310785B1 (en) Zero voltage switching DC-DC converter
KR101492964B1 (ko) 보조스위치와 인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터
JP3132093B2 (ja) 電源回路
US11011936B2 (en) Single-stage transmitter for wireless power transfer
EP1126593A2 (en) Controller for power supply and method of operation thereof
Kim et al. Analysis and design of a multioutput converter using asymmetrical PWM half-bridge flyback converter employing a parallel–series transformer
US9685872B2 (en) Single-pole switch power source
KR101314903B1 (ko) 양방향 직류-직류 컨버터
US20230113753A1 (en) Dc/dc converter and method for controlling output voltage thereof
US11018589B1 (en) Systems, methods, and apparatus for balanced current sharing in paralleled resonant converters
Lin et al. New ZVS DC--DC converter with series-connected transformers to balance the output currents
KR20130013092A (ko) 대칭형 양방향 공진형 컨버터
US20150194897A1 (en) Power supply apparatus
KR20140091191A (ko) 단일 전력단 교류/직류 컨버터
Schulz et al. Analysis and experimental verification of an isolated half-bridge bidirectional DC− DC converter
Elkhateb et al. DC-to-DC converter topologies for wireless power transfer in electric vehicles
KR101492965B1 (ko) 보조인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터
KR101333285B1 (ko) 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터
Rana et al. A Voltage-Fed Soft-Switched Push–Pull Topology With Phase-Shifted Power Transfer Using Coupled LC Snubber
JP7356102B2 (ja) 無線給電装置
Lin Hybrid soft switching converter for DC grid applications

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180202

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190307

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200206

Year of fee payment: 6