KR101695963B1 - 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로 - Google Patents

배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 양방향 컨버터 회로는, 입력단과 연결되고, 제1 변압기, 제2 변압기, 및 제1 변압기와 제2 변압기를 연결 또는 차단하는 제1 스위치를 구비하는 변환부, 및 서로 상보적으로 스위칭 온오프 동작하여 변환부를 출력단과 연결 또는 차단하는 제2 및 제3 스위치를 포함한다.

Description

배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로{BIDIRECTIONAL CONVERTER CIRCUIT HAVING BATTERY CHARGING AND DISCHARGING FUNCTION}
본 발명은 앙“‡항 컨버터 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양방향 직류-직류 변환을 통해 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로에 관한 것이다.
최근 친환경 자동차, 자동차 발전기, 풍력 발전기, 전기 자전거 등 여러 응용분야에서 배터리 충방전을 위한 양방향 컨버터 회로의 필요성이 증대되고 있다. 기존의 배터리 충방전을 위한 양방향 컨버터 회로는 배터리를 방전시켜 모터로 전력을 전달하는 컨버터 동작과 모터의 회생 에너지로 배터리를 충전하는 컨버터 동작을 수행한다.
기존의 배터리 충방전을 위한 양방향 컨버터 회로는 인덕터에 대한 높은 최대 전류와 실효전류의 요구로 인해 부피가 크고 원가가 높은 인덕터의 채용이 불가결하여, 부피의 증가로 인한 효율 저하 및 제조 비용의 증가 문제가 있었다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고승압 변환이 가능하면서도 부피 및 제조 비용을 줄일 수 있는 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 양방향 컨버터 회로는, 입력단과 연결되고, 제1 변압기, 제2 변압기, 및 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기를 연결 또는 차단하는 제1 스위치를 구비하는 변환부; 및 서로 상보적으로 스위칭 온오프 동작하여, 상기 변환부를 출력단과 연결 또는 차단하는 제2 및 제3 스위치;를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 제1 변압기는, 제1 자화 인덕터와 소정의 권선비로 상호 결합되는 제1 및 제2 코일을 포함할 수 있고, 상기 제2 변압기는, 제2 자화 인덕터와 소정의 권선비로 상호 결합되는 제3 및 제4 코일을 포함할 수 있고, 상기 제1 스위치는, 상기 제1 자화 인덕터와 상기 제2 자화 인덕터 사이에 위치할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 자화 인덕터, 상기 제1 코일, 및 상기 제2 코일 각각의 일단이 상기 입력단과 연결될 수 있고, 상기 제1 자화 인덕터 및 상기 제1 코일 각각의 타단이 상기 제1 스위치의 일단과 연결되고, 상기 제1 스위치의 타단이 상기 제2 자화 인덕터 및 상기 제3 코일 각각의 일단과 연결될 수 있고, 상기 제2 자화 인덕터 및 상기 제3 코일 각각의 타단이 상기 제3 및 제4 스위치 각각의 일단과 연결될 수 있고, 상기 제4 코일의 일단이 상기 입력단과 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 변환부는, 일단이 상기 제1 자화 인덕터의 타단 및 상기 제1 스위치의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제2 자화 인덕터의 타단, 상기 제2 및 제3 스위치 각각의 일단과 연결되는 제1 다이오드; 및 일단이 상기 입력단과 연결되고, 타단이 상기 제2 자화 인덕터의 일단 및 상기 제1 스위치의 타단과 연결되는 제2 다이오드;를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 변환부는, 일단이 상기 제2 코일의 타단과 연결되고, 타단이 그라운드에 연결되는 제3 다이오드; 및 일단이 상기 제4 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 그라운드에 연결되는 제4 다이오드;를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 변환부는, 상기 입력단에 연결된 배터리로부터 공급되는 방전 전원을 상기 출력단에 연결된 소자를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 출력하는 모드에서, 상기 제1 및 제2 자화 인덕터 각각에 분배되어 축적된 상기 방전 전원에 의한 에너지를 직접(directly) 이용하여 상기 구동 전원으로 변환할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 변환부는, 상기 출력단에 연결된 소자로부터 공급되는 회생 전원을 상기 입력단에 연결된 배터리를 충전하기 위한 충전 전원으로 변환하여 출력하는 모드에서, 상기 제1 및 제2 자화 인덕터 각각에 분배되어 축적된 상기 회생 전원에 의한 에너지를 상기 제1 및 제2 자화 인덕터 각각에 대응하는 코일들을 이용하여 상기 충전 전원으로 변환할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 스위치는, 상기 제2 스위치와 상보적으로 스위칭 온오프 동작하고, 상기 제3 스위치와 동일하게 스위칭 온오프 동작할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 입력단과 병렬적으로 연결되되, 일단이 상기 제1 변압기와 연결되는 제1 캐패시터; 및 상기 출력단과 병렬적으로 연결되되, 일단이 상기 제3 스위치와 연결되는 제2 캐패시터;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로는, 작은 크기와 낮은 원가를 갖는 변압기들을 이용하여 배터리 방전과 충전시 전달되는 전력을 변환함으로써, 고승압 변환이 가능하면서도 제조 비용과 부피를 줄일 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 양방향 컨버터 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 동작 모드 별로 양방향 컨버터 회로의 상태를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 양방향 컨버터 회로에 대한 모의 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 양방향 컨버터 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된, 양방향 컨버터 회로(10)는 양방향 DC-DC 컨버터 회로일 수 있으며, 입력단에 연결된 배터리(B)와 출력단에 연결된 모터(R) 사이에서 배터리(B)의 방전 전원을 이용하여 모터(R)를 구동하기 위한 구동 전원을 생성하거나 모터(R)의 회생 에너지를 이용하여 배터리(B)를 충전하기 위한 충전 전원을 생성할 수 있다. 여기서, 배터리(B)는 방전 및 충전이 가능한 적어도 하나의 2차 전지로 구성될 수 있다. 모터(R)는 전기 자동차, 자동차 발전기, 소형 발전기 등에 구비되는 DC 모터로, 상기 구동 전원에 의해 구동되는 경우 동력을 발생하는 회전 구동원으로 기능할 수 있고, 상기 구동 전원에 의해 구동되지 않는 경우에는 에너지를 발생하는 발전 구동원(즉, 발전기)으로 기능할 수 있다.
도 1을 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)는 변환부(100), 제1 캐패시터(C1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제2 캐패시터(C2)를 포함할 수 있다.
변환부(100)는, 제1 변압기(110), 제2 변압기(120), 제1 스위치(S1) 및 제1 내지 제4 다이오드(D1 내지 D4)를 포함할 수 있다.
제1 변압기(110)는, 배터리(B)와 연결되는 입력단의 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 상호 병렬적으로 연결되는 제1 자화 인덕터(L1)와 제1 코일(NP1), 및 노드(N1)와 그라운드 사이에 연결되며 제1 코일(NP1)과 소정의 권선비로 결합된 제2 코일(NS1)을 포함할 수 있다.
제2 변압기(120)는, 노드(N3)와 노드(N4) 사이에 상호 병렬적으로 연결되는 제2 자화 인덕터(L2)와 제3 코일(NP2), 및 노드(N1)와 그라운드 사이에 연결되며 제3 코일(NP2)과 소정의 권선비로 결합된 제4 코일(NS2)을 포함할 수 있다.
제1 스위치(S1)는 노드(N2)와 노드(N3) 사이에 연결되며, 제어부(도시 생략)로부터 제공되는 제어신호에 따라 스위칭 온오프 동작하여 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1)와 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2)를 연결 또는 차단할 수 있다. 여기서, 상기 제어부는 양방향 컨버터 회로(10)와 별개로 또는 일체로 구성될 수 있으며, 상기 제어신호는 펄스 폭 변조(pulse width modulation) 신호일 수 있다.
제1 스위치(S1)는 후술되는 제2 스위치(S2)와 상보적으로 스위칭 온오프 동작하되, 제3 스위치(S3)와 동일하게, 즉 쌍으로 스위칭 온오프 동작할 수 있다. 예를 들면, 제1 스위치(S1)는, 제2 스위치(S2)가 턴오프되고 제3 스위치(S3)가 턴온되는 경우 턴온되고, 제2 스위치(S2)가 턴온되고 제3 스위치(S3)가 턴오프되는 경우 턴오프될 수 있다.
한편, 제1 스위치(S1)는, 예를 들면, FET(Field Effect Transistor)로 구성될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 스위치(S1)는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 등과 같은 다른 반도체 소자로 구성될 수도 있다.
제1 다이오드(D1)는 노드(N2)와 노드(N4) 사이에 연결되어 노드(N2)로부터 노드(N4)로의 단방향 전류 경로를 형성할 수 있고, 제2 다이오드(D2)는 노드(N1)와 노드(N3) 사이에 연결되어 노드(N1)로부터 노드(N4)로의 단방향 전류 경로를 형성할 수 있다. 제3 다이오드(D3)는 제2 코일(NS1)과 그라운드 사이에 연결되어 그라운드로부터 노드(N1)로의 단방향 전류 경로를 형성할 수 있고, 제4 다이오드(D4)는 제4 코일(NS2)과 그라운드 사이에 연결되어 그라운드로부터 노드(N1)로의 단방향 전류 경로를 형성할 수 있다.
변환부(100)는, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 방전 모드, 즉 양방향 컨버터 회로(10)가 배터리(B)로부터 공급되는 방전 전원을 이용하여 모터(R)를 구동하는 모드에서, 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1) 및 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2)를 이용하여 상기 방전 전원을 모터(R)를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환할 수 있다. 상세하게는, 변환부(100)는, 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1) 및 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2)에 분배되어 축적된 상기 방전 전원에 의한 에너지를, 제1 자화 인덕터(L1) 및 제2 자화 인덕터(L2) 각각에 대응하는 코일들에 의한 변압 기능을 이용하지 않고 직접(directly) 이용하여 상기 방전 전원을 승압함으로써 상기 구동 전원을 생성할 수 있다. 즉, 변환부(100)는 배터리 방전 모드에서 부스트 컨버터에서의 변환 기능을 구현할 수 있다.
변환부(100)는, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 충전 모드, 즉 양방향 컨버터 회로(10)가 모터(R)의 회생 에너지(이하, 회생 전원)를 이용하여 배터리(B)를 충전하는 모드에서, 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1), 제1 및 제2 코일(NP1, NS1)과 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2), 제3 및 제4 코일(NP2, NS2)을 이용하여 회생 전원을 배터리(B)를 충전하기 위한 충전 전원으로 변환할 수 있다. 상세하게는, 변환부(100)는 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1) 및 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2)에 분배되어 축적된 상기 회생 전원에 의한 에너지를 제1 자화 인덕터(L1) 및 제2 자화 인덕터(L2) 각각에 대응하는 코일들에 의한 변압 기능을 이용하여 상기 회생 전원을 강압함으로써 상기 충전 전원을 생성할 수 있다. 즉, 변환부(100)는 배터리 충전 모드에서 플라이백 컨버터에서의 변환 기능을 구현할 수 있다.
상기 배터리 방전 모드 및 배터리 충전 모드에서의 변환부(100)와 다른 구성들의 구체적인 동작에 대해서는 이하에서 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 더 상세히 설명한다.
제1 캐패시터(C1)는 노드(N1)와 그라운드 사이에서 배터리(B)와 병렬적으로 연결될 수 있다.
제2 스위치(S2)는 노드(N4)와 그라운드 사이에 연결될 수 있고, 제3 스위치(S3)는 노드(N4)와 모터(R)와 연결되는 출력단의 노드(N5) 사이에 연결될 수 있다. 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)는 각각 제어부(도시 생략)로부터 제공되는 제어신호에 따라 서로 상보적으로 스위칭 온오프 동작하여, 변환부(100)를 모터(R)와 연결 또는 차단할 수 있다. 예를 들면, 제2 스위치(S2)가 턴오프되는 경우 제3 스위치(S3)가 턴온되어 변환부(100)를 모터(R)와 연결할 수 있고, 제2 스위치(S2)가 턴온되는 경우 제3 스위치(S3)가 턴오프되어 변환부(100)를 모터(R)와 차단할 수 있다.
한편, 제2 및 제3 스위치(S2, S3)는 FET(Field Effect Transistor)로 구성될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 및 제3 스위치(S2, S3)는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 등과 같은 다른 반도체 소자로 구성될 수도 있다.
제2 캐패시터(C2)는 노드(N5)와 그라운드 사이에서 모터(R)와 병렬적으로 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 양방향 컨버터 회로(10)는, 기존 양방향 컨버터 회로에서 부피가 크며 고가인 단일 인덕터의 기능을 저가인 제1 및 제2 변압기(110, 120)를 이용하여 구현함으로써 양방향 컨버터 회로(10)의 크기 및 제조 비용을 줄일 수 있으며, 제1 및 제2 변압기(110, 120) 양단 전압의 증가로 인해 기존 양방향 컨버터 회로보다 고승압 변환이 가능할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 동작 모드 별로 양방향 컨버터 회로의 상태를 설명하기 위한 도면들이다. 도 2a 내지 도 2d를 설명함에 있어서 도 1에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내므로, 설명의 편의를 위해 중복되는 설명은 생략하고 도 1을 함께 참조하여 도 2a 내지 도 2d를 설명한다.
배터리 방전 모드 중 빌드업 모드 (도 2a)
도 1 및 도 2a를 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 방전 모드 중 빌드업 모드는, 제2 스위치(S2)가 턴온되고 제1 및 제3 스위치(S1, S3)가 턴오프되면서 시작될 수 있다.
상기 빌드업 모드에서는, 제2 스위치(S2)가 턴온되고 제1 및 제3 스위치(S1, S3)가 턴오프됨에 따라 변환부(100)가 모터(R)와 차단되고, 배터리(B)와 연결되는 입력단의 노드(N1)로부터 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1) 및 제1 다이오드(D1)를 통해 제2 스위치(S2)로 향하는 전류 경로와 배터리(B)의 입력단인 노드(N1)로부터 제2 다이오드(D2) 및 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2)를 통해 제2 스위치(S2)로 향하는 전류 경로가 형성된다.
이에 따라, 배터리(B)로부터 공급되는 방전 전원이 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1)와 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2) 각각에 축적될 수 있다.
배터리 방전 모드 중 승압 모드 (도 2b)
도 1 및 도 2b를 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 방전 모드 중 승압 모드는, 제2 스위치(S2)가 턴오프되고 제1 및 제3 스위치(S1, S3)가 턴온되면서 시작될 수 있다.
상기 승압 모드에서는, 제2 스위치(S2)가 턴오프되고 제1 및 제3 스위치(S1, S3)가 턴온되면서, 배터리(B)의 입력단인 노드(N1)로부터 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1), 제1 스위치(S1), 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2) 및 제3 스위치(S3)를 통해 모터(R)와 연결되는 출력단의 노드(N5)로 향하는 전류 경로가 형성된다.
이에 따라, 변환부(100)가 배터리(B)로부터 계속적으로 공급되는 방전 전원에 상기 빌드업 모드에서 제1 및 제2 자화 인덕터(L1, L2)에 축적된 에너지를 합하여 구동 전원을 생성할 수 있고, 생성된 구동 전원을 모터(R)로 전달하여 모터(M)가 구동되도록 할 수 있다.
배터리 충전 모드 중 빌드업 모드 (도 2c)
도 1 및 도 2c를 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 충전 모드 중 빌드업 모드는, 제2 스위치(S2)가 턴오프되고 제1 및 제3 스위치(S1, S3)가 턴온되면서 시작될 수 있다.
상기 빌드업 모드에서는, 제2 스위치(S2)가 턴오프되고 제1 및 제3 스위치(S1, S3)가 턴온되면서, 모터(R)와 연결되는 출력단의 노드(N5)로부터 제3 스위치(S3), 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2), 제1 스위치(S1), 및 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1)를 통해 배터리(B)와 연결되는 입력단의 노드(N1)로 향하는 전류 경로가 형성된다.
이에 따라, 모터(R)의 감속, 제동 등에 의해 발생된 회생 전원이 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1)와 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2) 각각에 축적될 수 있다.
배터리 충전 모드 중 강압 모드 (도 2d)
도 1 및 도 2d를 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 충전 모드 중 강압 모드는, 제2 스위치(S2)가 턴온되고 제1 및 제3 스위치(S1, S3)가 모두 턴오프되면서 시작될 수 있다.
상기 강압 모드에서는, 제2 스위치(S2)가 턴온되고 제1 및 제3 스위치(S1, S3)가 턴오프되면서, 상기 회생 전원에 의해 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1)에 축적된 에너지가 제1 코일(NP1)로부터 제2 코일(NS1) 측으로 전달되면서 강압되어 제1 부분 충전 전원이 생성되고, 상기 회생 전원에 의해 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2)에 축적된 에너지가 제3 코일(NP2)로부터 제4 코일(NS2) 측으로 전달되면서 강압되어 제2 부분 충전 전원이 생성된다.
이에 따라, 변환부(100)는 생성된 제1 및 제2 부분 충전 전원을 충전 전원으로 배터리(B)에 전달할 수 있고, 배터리(B)가 상기 충전 전원에 의해 충전될 수 있다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 양방향 컨버터 회로에 대한 모의 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a)는 도 1에 도시된 양방향 컨버터 회로(10)의 변환부(100)가 200uF의 인덕턴스를 갖는 단일 인덕터로 구현된 기존의 양방향 컨버터 회로에 대해 배터리의 방전 전원이 120V인 조건으로 배터리 방전 모의 실험을 수행한 결과를 나타내는 도면이고, 도 3의 (b)는 도 1에 도시된 양방향 컨버터 회로(10)에서 제1 변압기(110)의 제1 자화 인덕터(L1) 및 제2 변압기(120)의 제2 자화 인덕터(L2)가 각각 56.25uF의 인덕턴스를 갖되 배터리의 방전 전원이 120V인 조건으로 배터리 방전 모의 실험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에서 Vswit은 양방향 컨버터 회로(10)의 제2 스위치(S2)에 대한 제어 신호, VO은 모터(M)로 공급되는 전압, IL1는 단일 인덕터 또는 제1 및 제2 자화 인덕터(L1, L2) 전류를 나타낸다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 양방향 컨버터 회로(10)가 기존의 높은 인덕턴스를 갖는 단일 인덕터를 이용하는 경우에 비해 더 작은 듀티 사이클로 동일한 출력 전압을 얻을 수 있으므로, 양방향 컨버터 회로(10)가 기존 양방향 컨버터 회로에 비해 더 작은 부피와 낮은 제조 비용으로도 개선된 성능을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
10: 양방향 컨버터 회로
100: 변환부
110: 제1 변압기
120: 제2 변압기

Claims (9)

  1. 입력단과 연결되고, 제1 변압기, 제2 변압기, 및 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기를 연결 또는 차단하는 제1 스위치를 구비하는 변환부; 및
    서로 상보적으로 스위칭 온오프 동작하여, 상기 변환부를 출력단과 연결 또는 차단하는 제2 및 제3 스위치를 포함하며,
    상기 제1 스위치는, 상기 제2 스위치와 상보적으로 스위칭 온오프 동작하고, 상기 제3 스위치와 동일하게 스위칭 온오프 동작하는, 양방향 컨버터 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 변압기는, 제1 자화 인덕터와 소정의 권선비로 상호 결합되는 제1 및 제2 코일을 포함하고,
    상기 제2 변압기는, 제2 자화 인덕터와 소정의 권선비로 상호 결합되는 제3 및 제4 코일을 포함하고,
    상기 제1 스위치는, 상기 제1 자화 인덕터와 상기 제2 자화 인덕터 사이에 위치하는, 양방향 컨버터 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 자화 인덕터, 상기 제1 코일, 및 상기 제2 코일 각각의 일단이 상기 입력단과 연결되고,
    상기 제1 자화 인덕터 및 상기 제1 코일 각각의 타단이 상기 제1 스위치의 일단과 연결되고,
    상기 제1 스위치의 타단이 상기 제2 자화 인덕터 및 상기 제3 코일 각각의 일단과 연결되고,
    상기 제2 자화 인덕터 및 상기 제3 코일 각각의 타단이 상기 제2 및 제3 스위치 각각의 일단과 연결되고,
    상기 제4 코일의 일단이 상기 입력단과 연결되는, 양방향 컨버터 회로.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    일단이 상기 제1 자화 인덕터의 타단 및 상기 제1 스위치의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제2 자화 인덕터의 타단, 상기 제2 및 제3 스위치 각각의 일단과 연결되는 제1 다이오드; 및
    일단이 상기 입력단과 연결되고, 타단이 상기 제2 자화 인덕터의 일단 및 상기 제1 스위치의 타단과 연결되는 제2 다이오드;
    를 더 포함하는, 양방향 컨버터 회로.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    일단이 상기 제2 코일의 타단과 연결되고, 타단이 그라운드에 연결되는 제3 다이오드; 및
    일단이 상기 제4 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 그라운드에 연결되는 제4 다이오드;
    를 더 포함하는, 양방향 컨버터 회로.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    상기 입력단에 연결된 배터리로부터 공급되는 방전 전원을 상기 출력단에 연결된 소자를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 출력하는 모드에서, 상기 제1 및 제2 자화 인덕터 각각에 분배되어 축적된 상기 방전 전원에 의한 에너지를 직접(directly) 이용하여 상기 구동 전원으로 변환하는, 양방향 컨버터 회로.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    상기 출력단에 연결된 소자로부터 공급되는 회생 전원을 상기 입력단에 연결된 배터리를 충전하기 위한 충전 전원으로 변환하여 출력하는 모드에서, 상기 제1 및 제2 자화 인덕터 각각에 분배되어 축적된 상기 회생 전원에 의한 에너지를 상기 제1 및 제2 자화 인덕터 각각에 대응하는 코일들을 이용하여 상기 충전 전원으로 변환하는 양방향 컨버터 회로.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 입력단과 병렬적으로 연결되되, 일단이 상기 제1 변압기와 연결되는 제1 캐패시터; 및
    상기 출력단과 병렬적으로 연결되되, 일단이 상기 제3 스위치와 연결되는 제2 캐패시터;
    를 더 포함하는, 양방향 컨버터 회로.
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