KR101886053B1 - 벅 부스트 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 벅 부스트 컨버터가 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 기존의 벅 부스트 컨버터의 스위칭 소자의 수와 비교하여 감소됨에 따라 전체적인 도통 손실 및 스위칭 손실을 감소하여 벅 모드 및 부스트 모드를 수행한다. 또한, 2상 인터리빙 부스트 컨버터부와 단상 벅 컨버터부를 연결하는 구조로 마련하여 넓은 범위의 입력 전압에 대해 승강압이 가능하고, 하나의 제어기로 승강압 제어가 하므로 구조가 간단하고 저렴한 제조 단가 및 회로의 집적도가 높은 벅 부스트 컨버터를 구현할 수 있다.

Description

벅 부스트 컨버터{BUCK BOOST CONVERTER}
본 발명은 벅 부스트 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2상 인터리빙 부스트 컨버터와 단상 벅 컨버터를 연결하는 구조로 마련하여 넓은 범위의 입력 전압에 대해 부하에 공급되는 전력의 승강압이 가능하고, 스위칭 손실을 최소화하여 도통 손실을 감소함에 따라 전원 전체 효율을 향상시키며, 하나의 제어 모듈로 승강압 제어가 가능한 기술에 관한 것이다.
DC-DC 컨버터는 직류 전압을 입력 받아 다른 크기의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 장치로써 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 이러한 DC-DC 컨버터의 종류로는 전압원 방식으로 동작하며 출력 전압이 입력 전압보다 항상 낮은 벅 컨버터(Buck converter), 전류원 방식으로 동작하며 출력 전압이 입력 전압보다 항상 높은 부스트 컨버터(Boost converter), 및 벅 컨버터와 부스트 컨버터의 일체형으로써 입력된 직류 전압에 대한 승압과 강압을 모두 수행할 수 있는 벅-부스트 컨버터(Buck-boost converter) 등이 있다. 이 중 벅 부스트 컨버터의 경우 입력된 직류 전압에 대한 승압과 강압을 모두 수행할 수 있으므로 입력 전압 범위가 넓고 입력 전압의 전 범위에서 고효율을 달성할 수 있다는 장점이 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다.
이러한 벅 부스트 컨버터는 마이크로 그리드 보다 낮은 정격 파워로 1MW이하의 소규모 전력망에서 직류 나노 그리드의 스위치 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply : SMPS)의 응용에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
즉, 이러한 기존의 직류 나노 그리드 시스템의 경우 에너지 저장 장치의 양방향 컨버터는 배터리의 충방전 양을 조절하며 정전 또는 계통 사고 시 직류 버스 전압을 제어할 수 있다.
그러나, 절연형 벅 부스트 컨버터인 경우, 입력과 출력 사이를 절연시킬 수 있어서 유용하나, 스위치가 온일 경우 또는 오프일 경우에만 변압기의 1차측 에너지가 2차측 출력으로 전달되므로 변압기의 이용이 제한될 수 밖에 없다. 그리고, 비절연형의 경우, 입력 리플 전류가 크기 때문에 컨버터의 입력에 필터 회로가 필요하다. 또한, 입력 리플 전류가 작은 회로 구성도 필요하고 기본 회로 구성에 비해 부품이 추가로 필요하여 그 구조가 매우 복잡하다.
이에 본 출원인은 넓은 범위의 입력 전압에 대해 승강압이 가능하고, 스위칭 소자의 감소를 통해 스위칭 손실을 최소화하여 도통 손실을 감소함에 따라 전원 전체 효율을 향상시키며, 하나의 제어 모듈을 이용하여 승강압 제어를 수행함에 따라 구조가 간단한 벅 부스트 컨버터를 제공하는 방안을 제안하고자 한다.
따라서 본 발명은 넓은 범위의 입력 전압에 대해 승강압이 가능한 벅 부스트 컨버터를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 스위칭 소자의 수 감소를 통해 스위칭 손실을 최소화하여 도통 손실을 줄여 전원 전체 효율을 향상할 수 있는 벅 부스트 컨버터를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 하나의 제어기를 이용하여 승강압 제어가 가능하므로 구조가 간단하고 저렴한 제조 단가로 제작할 수 있는 벅 부스트 컨버터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 과제는,
배터리; 2상 인터리빙 구조로 마련되어 배터리로부터 공급되는 직류 전력을 승압하는 부스트 컨버터부; 승압된 직류 전력을 부하로 DC 링크하는 링크부; 상기 링크부의 DC 링크 전력을 정류하여 부하로 전달하는 정류부; 단상으로 마련되어 DC 링크 전력을 강압하여 상기 정류부를 통해 부하로 전달하는 벅 컨버터부; 및 상기 부스트 컨버터부와 벅 컨버터부를 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 부스트 컨버터부는 캐패시터; 상기 캐패시터를 경유하여 인가된 배터리의 직류 전력을 승압하기 위한 하나 이상의 코일; 및 하나 이상의 코일의 승압된 직류 전력을 통과시키기 위한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 하나 이상의 스위칭 소자는 각 코일의 타단과 링크부의 일단에 연결되는 하나 이상의 상단 스위칭 소자; 및 각 코일의 타단과 캐패시터의 타단에 연결되는 하나 이상의 하단 스위칭 소자를 구비할 수 있고, 또한 각 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자는 부스트 모드에서 상보적으로 턴온 상태로 스위칭할 수 있고, 벅 모드에서 각 상단 스위칭 소자는 턴온 상태로 스위칭되고 각 하단 스위치 소자는 턴오프 상태로 동작할 수 있다.
바람직하게 벅 컨버터부는 부스트 모드에서 상기 링크부의 일단와 타단 사이에 연결되어 상기 DC 링크 전력을 상기 정류부로 전달하도록 구비될 수 있고, 벅 모드에서 기준 전압 이상의 링크부의 DC 링크 전력을 배터리의 직류 전력으로 강압하도록 구비될 수 있다.
바람직하게 벅 컨버터부는, 상기 링크부의 일단에 연결되는 상단 스위칭 소자와, 링크부의 타단에 연결된 하단 스위칭 소자를 구비할 수 있고, 부스트 모드에서 상단 스위칭 소자가 턴온 상태로 동작되어 링크부의 DC 링크 전력을 정류부로 인가될 수 있고, 벅 모드에서 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자가 상보적으로 턴온 상태로 동작하여 과전압의 DC 링크 전력을 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자에 의거 강압하여 정류부로 전달할 수 있다.
바람직하게 상기 제어 모듈은, 부하의 전압과 기준 전압과의 오차에 보상하는 전압 보상부; 각 코일에 흐르는 전류를 보상하는 하나 이상의 전류 보상부; 각 전류 보상부된 전류에 의거하여 부스트 컨버터부의 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자의 스위칭 단속을 수행하는 PWM 제어신호를 생성하여 전달하는 부스트 스위칭 단속부를 포함하고, 하나 이상의 전류 보상부의 출력을 인가받아 벅 컨버터부의 상단 스위칭 소자과 하단 스위칭 소자의 스위칭 단속을 수행하는 PWM 제어신호를 생성하여 전달하는 벅 스위칭 단속부를 더 포함할 수 있다.
제어 모듈은 부스트 모드에서 상기 부스트 스위칭 단속부의 PWM 제어 신호는 부스트 컨버터부의 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자의 게이트측에 각각 인가되어 배터리의 직류 전력을 인가받은 부스트 컨버터부가 코일에서 발생된 자속에 따라 승압된 전력을 링크부에 전달할 수 있고, 벅 모드에서 벅 스위칭 단속부의 PWM 제어 신호가 벅 컨버터부의 상단 스위칭소자및 하단 스위칭 소자의 게이트측에 각각 인가되어 링크부의 DC 링크 전력이 과전압인 경우 벅 컨버터부의 상단 스위칭소자 및 하단 스위칭소자에 의거 강압된 DC 링크 전력을 정류부로 전달할 수 있다.
본 발명에 따르면 기존의 벅 부스트 컨버터의 스위칭 소자의 수와 비교하여 감소됨에 따라 전체적인 도통 손실 및 스위칭 손실을 감소하여 벅 모드 및 부스트 모드를 수행한다. 또한, 2상 인터리빙 부스트 컨버터부와 단상 벅 컨버터부를 연결하는 구조로 마련하여 넓은 범위의 입력 전압에 대해 승강압이 가능하고, 하나의 제어기로 승강압 제어가 하므로 구조가 간단하고 저렴한 제조 단가 및 회로의 집적도가 높은 벅 부스트 컨버터를 구현할 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 벅 부스트 컨버터의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 벅 부스트 컨버터의 제어 모듈의 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 벅 부스트 컨버터의 부스트 모드를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 벅 부스트 컨버터의 벅 모드를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 벅 부스트 컨버터의 각 부의 전압 및 전류 파형을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 벅 부스트 컨버터에 대한 전력 손실량을 보인 도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유리 기판 가공 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 벅 부스트 컨버터에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 벅 부스트 컨버터를 나타낸 도면이고, 도 1을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 벅 부스트 컨버터(S)는, 배터리(10), 2상 인터리빙 구조로 마련되어 배터리(10)로부터 공급되는 직류 전력을 승압하는 부스트 컨버터부20)와, 상기 부스트 컨버터부(20)의 출력이 DC 링크하는 링크부(30)와, 링크부(30)의 DC 전압을 정류하여 부하로 전달하는 정류부(50)를 포함할 수 있다. 또한 벅 부스트 컨버터(S)는 단상으로 마련되어 DC 링크 전력을 강압하여 정류부(50)를 통해 부하로 전달하는 벅 컨버터부(40)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 벅 부스트 컨버터(S)는 부스트 컨버터부(20) 및 벅 컨버터부(40)를 제어하는 제어 모듈(60)를 더 포함할 수 있다.
여기서 부스트 컨버터부(20)는 2개의 단자로 구비되고, 일단은 배터리(10)와 연결되고, 부스트 컨버터부(20)의 타단은 링크부(30)와 연결되어 배터리(10)의 직류 전력을 입력받을 수 있다.
부스트 컨버터부(20)는 캐패시터(201)로 이루어지고, 배터리(10)의 직류 전력이 인가되는 캐패시터(201)를 경유하여 배터리(10)의 직류 전력을 승압하기 위한 하나 이상의 코일(203)(205)을 포함할 수 있다. 여기서, 코일(203)(205)의 일단은 캐패시터(201)에 연결될 수 있다.
또한 코일(203)(205)의 타단은 코일(203)(205)의 승압된 직류 전력을 통과시키기 위한 하나 이상의 스위칭 소자(207)를 포함할 수 있고, 하나 이상의 스위칭 소자(207)는 코일(203)(205)의 타단과 링크부(30)의 일단에 연결되는 상단 스위칭 소자(209)(211)와, 코일(203)(205)의 타단과 캐패시터(201)의 타단에 연결되는 하단 스위칭 소자(213)(215)로 분류할 수 있다. 상단 스위칭 소자(209)(211)(213)(215) 각각의 양단에 마련된 프리 휠링(freewheeling)용 다이오드를 포함할 수 있다.
보다 상세하게 상단 스위칭 소자(209)(211)의 일단은 각각 코일(203)(205)의 타단에 연결되고, 상단 스위칭 소자(209)(211)의 타단은 링크부(30)이 일단과 공유하게 된다. 하단 스위칭 소자(213)(215)의 일단은 코일(203)(205)의 타단과 연결되고 하단 스위칭 소자(213)(215)의 타단은 링크부(30)의 타단과 연결되고 캐패시터(201) 및 배터리(10)의 음극에 연결될 수 있다.
이에 부스트 모드에서는 코일(203)(205)에 의거 승압된 직류 전력이 상단 스위칭 소자(209)(211) 및 하단 스위칭 소자(213)(215)를 경유하여 링크부(30)로 인가되도록 할 수 있다.
여기서, 부스트 모드란 부스트 컨버터부(20)가 배터리(10)로부터 인가된 전력을 승압한 후 링크부(30)를 경유하여 부하로 전달하는 상태를 의미하고, 벅 모드란 기 정해진 기준 전력 이상의 과전력의 링크부(30)의 DC 링크 전력을 강압하여 링크부(30)의 DC 링크 전력이 배터리(10)의 직류 전력인 상태를 의미한다.
여기서 링크부(30)는 캐패시터로 이루어지며, 링크부(30)의 일단은 상단 스위칭 소자(209)(211)의 타단에 연결되고 링크부(30)의 타단은 하단 스위칭 소자(213)(215)의 타단에 연결되어 코일(203)(205)에 의거 승압된 직류 전력을 하나 이상의 스위칭 소자(207)를 경유하여 입력받을 수 있다. 링크부(30)는 이에 코일(203)(205)의 승압된 직류 전력을 인가받아 DC 링크 전력을 벅 컨버터부(40) 및 정류부(50)를 순차 경유하여 부하로 제공할 수 있다.
한편, 벅 컨버터부(40)는 부스트 모드 시 링크부(30)의 일단와 타단 사이에 연결되어 링크부(30)의 DC 링크 전력을 정류부(50)로 전달하도록 구비될 수 있고, 벅 모드에서 링크부(30)의 DC 링크 전력을 강압하도록 구비될 수 있다.
보다 상세하게 벅 컨버터부(40)는, 링크부(30)의 일단에 연결되는 상단 스위칭 소자(401)와, 링크부(30)의 타단에 연결된 하단 스위칭 소자(403)을 포함할 수 있고, 상단 스위칭 소자(401)의 타단과 하단 스위칭 소자(403)의 일단은 공유하게 된다. 또한, 상단 스위칭 소자(401) 및 하단 스위칭 소자(403) 각각의 양단에 마련된 프리 휠링(freewheeling)용 다이오드를 포함할 수 있다.
즉, 상단 스위칭 소자(401)의 일단은 링크부(30)의 일단에 연결되고 상단 스위칭 소자의 타단은 정류부(50)의 일단과 연결되고, 하단 스위칭 소자(403)의 일단은 상단 스위칭 소자(401)의 타단과 연결되고 하단 스위칭 소자(403)의 타단은 링크부(30)의 타단과 연결될 수 있다.
이에 부스트 모드에서는 링크부(30)의 DC 링크 전력이 상단 스위칭 소자(401)를 경유하여 정류부(50)로 인가될 수 있고, 벅 모드에서는 링크부(300)의 DC 링크 전력이 상단 스위칭 소자(401) 및 하단 스위칭 소자(403)에 의거 강압될 수 있다.
즉, 과전력인 링크부(30)의 DC 링크 전력은 상단 스위칭 소자(401) 및 하단 스위칭 소자(403)에 의거 강압되어 정류부(50)로 전달될 수 있다. 이때 링크부(30)의 DC 링크 전력은 배터리(10)로부터 인가되는 직류 전력으로 이루어질 수 있다.
한편 정류부(50)는 벅 컨버터부(30)의 상단 스위칭 소자(401)의 타단 및 하단 스위칭 소자(403)의 일단에 접속되어 링크부(30)의 DC 링크 전력이 벅 컨버터부(40)를 경유하여 인가될 수 있다.
정류부(50)는 벅 컨버터부(40)를 경유하여 전달받은 링크부(30)의 DC 직류 전력을 정류하는 코일(501) 및 캐패시터(503)을 포함할 수 있고, 캐패시터(503)의 평할 전력은 부하로 공급될 수 있다.
제어 모듈(60)은 게이트 드라이버 또는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)으로 이루어질 수 있다. 제어 모듈(60)은 부하에 인가되는 전원, 코일(203)(205)에 흐르는 전류, 및 기 정해진 승압 및 강압 듀티에 따라 설정된 제어 값 기 정해진 게인 제어값을 기초하여 부스트 컨버터부(20)의 스위칭 소자(201, 211, 213, 215)와 벅 컨버터부(40)의 스위칭 소자(401, 403)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제어 모듈(60)의 세부적인 구성을 보인 회로도로서, 도 2를 참조하면 제어 모듈(60)은, 부하의 전압과 기준 전압과의 오차에 보상하는 전압 보상부(610)과, 각 코일(203)(205)에 흐르는 전류를 보상하는 하나 이상의 전류 보상부(620)과, 각 전류 보상부(620)된 전류에 의거하여 부스트 컨버터부(20)의 상단 스위칭 소자(209)(211) 및 하단 스위칭 소자(213)(215)의 스위칭 단속을 수행하는 PWM 제어신호를 생성하여 전달하는 부스트 스위칭 단속부(630)를 포함할 수 있다.
또한 제어 모듈(60)은, 하나 이상의 전류 보상부(620)의 출력을 인가받아 벅 컨버터부(40)의 상단 스위칭 소자(401)과 하단 스위칭 소자(403)의 스위칭 단속을 수행하는 PWM 제어신호를 생성하여 전달하는 벅 스위칭 단속부(640)를 더 포함할 수 있다.
부스트 모드에서 부스트 스위칭 단속부(630)의 PWM 제어 신호는 부스트 컨버터부(20)의 상단 스위칭소자(209)(211)과 하단 스위칭 소자(213)(215)의 게이트측에 각각 인가될 수 있다. 이에 배터리(10)의 직류 전력을 인가받은 부스트 컨버터부(20)가 코일(203)(205)에서 발생된 자속에 따라 승압된 전력을 링크부(30)에 전달할 수 있다. 이때 상단 스위칭소자(209)와 하단 스위칭 소자(213)는 상보적으로 스위칭하고, 상단 스위칭소자(211)와 하단 스위칭 소자(215)는 역시 상보적으로 스위칭한다.
한편 벅 모드에서 벅 스위칭 단속부(640)의 PWM 제어 신호는 벅 컨버터부(40)의 상단 스위칭소자(401)및 하단 스위칭 소자(403)의 게이트측에 각각 인가될 수 있고, 이에 따라 과전압의 링크부(30)의 DC 링크 전력은 벅 컨버터부(40)의 상단 스위칭소자(401) 및 하단 스위칭소자(403)에 의거 강압되고 강압된 DC 링크 전력은 정류부(50)에 인가될 수 있다. 이때 상단 스위칭소자(401) 및 하단 스위칭소자(403)는 서로 상보적으로 스위칭할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 벅 부스트 컨버터(S)의 부스트 모드를 설명하기 위한 회로도로서, 도 3을 참조하면, 부스트 모드에서 부스트 컨버터부(20)는 캐패시터(201)를 경유하여 배터리(10)의 직류 전력을 코일(203)(205)에 전달되어 승압될 수 있다.
그리고, 제어 모듈(60)의 PWM 제어 신호에 따라 부스트 컨버터부(20)의 상단 스위칭 소자(209)(211)(213)(215)의 스위칭 동작에 따라 코일(203)(205)에 의거 승압된 배터리(10)의 직류 전력은 링크부(30)에 전달될 수 있다.
이때 제어 모듈(60)의 PWM 제어 신호에 따라 벅 컨버터부(40)의 상단 스위칭 소자(401)은 턴온 상태로 스위칭되므로, 링크부(30)에 의해 링크된 DC 링크 전력은 상단 스위칭 소자(401)를 경유하여 정류부(50)로 전달될 수 있다. 정류부(50)는 DC 링크 전력을 정류한 후 부하로 전달할 수 있다. 이때 링크부(30)의 DC 링크 전력은 부하에 공급되는 전력과 동일하다.
도 4는 도 1에 도시된 벅 부스트 컨버터(S)의 벅 모드를 설명하기 위한 회로도로서, 도 4를 참조하면, 벅 모드에서 부스트 컨버터부(20)는 제어 모듈(60)의 PWM 제어 신호에 따라 상단 스위칭소자(209)(211)는 턴온 상태로 스위칭하고, 벅 컨버터부(40)는 상단 스위칭 소자(401) 및 하단 스위칭소자(403)가 턴온 상태로 스위칭한다. 보다 구체적으로 이때 상단 스위칭소자(209)와 하단 스위칭 소자(213)는 상보적으로 스위칭하고, 상단 스위칭소자(211)와 하단 스위칭 소자(215)는 역시 상보적으로 스위칭한다
이에 벅 모드에서 링크부(30)의 DC 링크 전력은 상단 스위칭 소자(401) 및 하단 스위칭 소자(403)에 의거 강압되고 강압된 DC 링크 전력은 정류부(50)를 경유하여 부하로 전달될 수 있다. 이 경우 링크부(30)의 DC 링크 전력은 배터리(10)의 직류 전력과 동일하다. 이때 상단 스위칭소자(401) 및 하단 스위칭소자(403)는 상보적으로 스위칭한다.
도 5는 도 1에 도시된 벅 부스트 컨버터(S)의 각 부의 전압 및 전류 파형을 나타낸다. 도 5의 (a)를 참조하면, 부스트 모드에서 부하에 공급되는 전력이 배터리(10)의 직류 전력과 동일하게 승압됨이 확인될 수 있고, 부스트 컨버터부(20)의 코일(203)(205) 각각의 흐르는 전류량은 동일하게 감소하며, 정류부(50)의 코일(501)에 흐르는 전류가 일정함을 확인할 수 있다. 또한 벅 모드에서 부하에 공급되는 전력은 배터리(10)의 직류 전력과 동일한 값으로 일정하게 유지될 수 있다.
도 5의 (b)에 도시된 바에 따르면, 부스트 모드 시 상단 스위칭소자(209)와 하단 스위칭 소자(213)는 상보적으로 스위칭하고, 상단 스위칭소자(211)와 하단 스위칭 소자(215)는 역시 상보적으로 스위칭됨을 확인할 수 있고, (c)에 도시된 바에 따르면, 벅 모드 시 상단 스위칭소자(401) 및 하단 스위칭소자(403)는 역시 상보적으로 스위칭됨을 확인할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 벅 부스트 컨버터(S)에 대한 전력 손실량을 보인 도면으로서, 도 6을 참조하면, 기존의 벅 부스트 컨버터에 비교하여 볼 때 본 발명의 스위칭 소자의 수가 감소되고 스위칭 소자에 흐르는 전류가 감소됨에 따라 도통 손실이 감소됨이 확인될 수 있고, 각 스위칭 소자의 스위칭 손실이 감소됨을 확인할 수 있다.
이에 본 발명에 의하면, 기존의 벅 부스트 컨버터의 스위칭 소자의 수와 비교하여 감소됨에 따라 전체적인 도통 손실 및 스위칭 손실을 감소하여 벅 모드 및 부스트 모드를 수행한다. 또한, 2상 인터리빙 부스트 컨버터부와 단상 벅 컨버터부를 연결하는 구조로 마련하여 넓은 범위의 입력 전압에 대해 승강압이 가능하고, 하나의 제어기로 승강압 제어가 하므로 구조가 간단하고 저렴한 제조 단가 및 회로의 집적도가 높은 벅 부스트 컨버터를 구현할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
기존의 벅 부스트 컨버터의 스위칭 소자의 수와 비교하여 감소됨에 따라 전체적인 도통 손실 및 스위칭 손실을 감소하여 벅 모드 및 부스트 모드를 수행한다. 또한, 2상 인터리빙 부스트 컨버터부와 단상 벅 컨버터부를 연결하는 구조로 마련하여 넓은 범위의 입력 전압에 대해 승강압이 가능하고, 하나의 제어기로 승강압 제어가 하므로 구조가 간단하고 저렴한 제조 단가 및 회로의 집적도가 높은 벅 부스트 컨버터를 구현할 수 있는 벅 부스트 컨버터에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 소규모 전력원의 전원공급장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (10)

  1. 배터리;
    2상 인터리빙 구조로 마련되어 배터리로부터 공급되는 직류 전력을 승압하는 부스트 모드로 동작하고, 기 정해진 기준 전력 이상의 과전력의 링크부의 DC 링크 전력을 상기 배터리의 직류 전력으로 강압하여 벅 모드로 동작하는 부스트 컨버터부;
    승압된 직류 전력을 부하로 DC 링크하는 링크부;
    상기 링크부의 DC 링크 전력을 정류하여 부하로 전달하는 정류부;
    단상으로 마련되어 DC 링크 전력을 강압하여 상기 정류부를 통해 부하로 전달하도록 벅 모드로 동작하고, 상기 링크부의 DC 링크 전력을 정류부로 통해 부하로 전달하는 부스트 모드로 동작하는 벅 컨버터부; 및
    상기 부스트 컨버터부와 벅 컨버터부를 제어하는 제어 모듈을 포함하고,
    상기 부스트 컨버터부는,
    하나 이상의 코일의 승압된 직류 전력을 통과시키기 위한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하되, 하나 이상의 스위칭 소자는 각 코일의 타단과 링크부의 일단에 연결되는 하나 이상의 상단 스위칭 소자; 및 각 코일의 타단과 캐패시터의 타단에 연결되는 하나 이상의 하단 스위칭 소자를 구비하고, 부스트 모드에서 각 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자를 제어 모듈의 PWM 제어 신호에 의해 서로 상보적으로 턴온 상태로 스위칭하고, 벅 모드에서 각 상단 스위칭 소자를 턴온 상태로 스위칭하고 각 하단 스위치 소자를 턴오프 상태로 동작하도록 구비하며,
    상기 벅 컨버터부는,
    상기 링크부의 일단에 연결되는 상단 스위칭 소자와, 링크부의 타단에 연결된 하단 스위칭 소자를 구비하고, 부스트 모드에서 상단 스위칭 소자가 턴온 상태로 동작되고 하단 스위칭 소자를 턴오프 상태로 동작되어 링크부의 DC 링크 전력을 정류부로 인가하며, 벅 모드에서 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자가 제어 모듈의 PWM 제어 신호에 의해 상보적으로 턴온 상태로 동작하여 과전압의 DC 링크 전력을 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자에 의거 강압하여 정류부로 전달하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 벅 부스트 컨버터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 벅 컨버터부는
    부스트 모드에서 상기 링크부의 일단와 타단 사이에 연결되어 상기 DC 링크 전력을 상기 정류부로 전달하도록 구비하고,
    벅 모드에서 기준 전력 이상의 링크부의 DC 링크 전력을 배터리의 직류 전력으로 강압하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 벅 부스트 컨버터.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
    부하의 전압과 기준 전압과의 오차에 보상하는 전압 보상부;
    각 코일에 흐르는 전류를 보상하는 하나 이상의 전류 보상부; 및
    각 전류 보상부된 전류에 의거하여 부스트 컨버터부의 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자의 스위칭 단속을 수행하는 PWM 제어신호를 생성하여 전달하는 부스트 스위칭 단속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅 부스트 컨버터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
    하나 이상의 전류 보상부의 출력을 인가받아 벅 컨버터부의 상단 스위칭 소자과 하단 스위칭 소자의 스위칭 단속을 수행하는 PWM 제어신호를 생성하여 전달하는 벅 스위칭 단속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벅 부스트 컨버터.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어 모듈은
    상기 부스트 모드에서 상기 부스트 스위칭 단속부의 PWM 제어 신호를 부스트 컨버터부의 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자의 게이트측에 각각 인가하여 배터리의 직류 전력을 인가받은 부스트 컨버터부의 코일에서 발생된 자속에 따라 승압된 전력을 링크부에 전달하는 것을 특징으로 하는 벅 부스트 컨버터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
    상기 벅 모드에서 벅 스위칭 단속부의 PWM 제어 신호가 벅 컨버터부의 상단 스위칭소자및 하단 스위칭 소자의 게이트측에 각각 인가되어 링크부의 DC 링크 전력이 과전압인 경우 벅 컨버터부의 상단 스위칭소자 및 하단 스위칭소자에 의거 강압된 DC 링크 전력을 정류부로 전달하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 벅 부스트 컨버터.
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