KR20160047281A - 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 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로는, 상호 결합된 제1 및 제2 인덕터를 구비하는 변압부와, 배터리 방전 모드에서 상기 제1 인덕터를 이용하여 배터리로부터 공급되는 방전 전원을 모터를 구동하기 위한 제1 부분 구동 전원으로 변환하도록 구성되는 제1 변환부, 및 상기 배터리 방전 모드에서 상기 제1 및 제2 인덕터를 이용하여 상기 방전 전원을 상기 모터를 구동하기 위한 제2 부분 구동 전원으로 변환하도록 구성되는 제2 변환부를 포함하되, 상기 제1 및 제2 변환부는, 배터리 충전 모드에서 상기 제1 및 제2 인덕터를 이용하여 상기 모터의 회생 에너지를 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 전원으로 변환하도록 구성된다.

Description

배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로{BIDIRECTIONAL CONVERTER CIRCUIT HAVING BATTERY CHARGING AND DISCHARGING FUNCTION}
본 발명은 배터리 충방전 기능을 갖는 앙?항 컨버터 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스위치 제어를 통해 양방향 직류-직류 변환이 가능한 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 부스트 컨버터 동작과 모터의 회생에너지를 배터리로 충전하는 벅 컨버터 동작을 수행한다. 하지만, 기존의 배터리 충방전을 위한 양방향 컨버터 회로는 높은 승압비를 갖는 컨버터의 개발이 요구됨에도 불구하고 부스트 컨버터의 입력과 출력 비의 한계, 고주파 스위칭 동작 시 손실분 저항의 증가 등의 이유로 인해 고승압 변환이 어려운 문제가 있었다. 또한, 기존의 배터리 충방전을 위한 양방향 컨버터 회로는 10배 이상의 입출력 강압 변환 시 낮은 듀티 사이클로 인해 소자 스트레스가 높아져 고사양의 소자를 사용해야 하는데 이로 인해 제조 비용이 증가하는 문제가 있었다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고승압 변환이 가능하면서도 제조 비용을 줄일 수 있는 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로는, 상호 결합된 제1 및 제2 인덕터를 구비하는 변압부와, 배터리 방전 모드에서 상기 제1 인덕터를 이용하여 배터리로부터 공급되는 방전 전원을 모터를 구동하기 위한 제1 부분 구동 전원으로 변환하도록 구성되는 제1 변환부, 및 상기 배터리 방전 모드에서 상기 제1 및 제2 인덕터를 이용하여 상기 방전 전원을 상기 모터를 구동하기 위한 제2 부분 구동 전원으로 변환하도록 구성되는 제2 변환부를 포함하되, 상기 제1 및 제2 변환부는, 배터리 충전 모드에서 상기 제1 및 제2 인덕터를 이용하여 상기 모터의 회생 에너지를 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 전원으로 변환하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 제1 변환부는, 일단이 상기 제1 인덕터의 일단에 연결되는 제1 스위치와, 일단이 상기 제1 인덕터의 일단 및 상기 제1 스위치의 일단에 연결되는 제2 스위치, 및 일단이 상기 제2 스위치의 타단에 연결되고 타단이 그라운드에 연결되는 제1 캐패시터를 포함할 수 있고, 상기 제2 변환부는, 일단이 상기 제2 인덕터의 일단에 연결되는 제3 스위치와, 일단이 상기 제2 인덕터의 일단 및 상기 제3 스위치의 일단에 연결되고 타단이 상기 그라운드에 연결되는 다이오드, 및 일단이 상기 제3 스위치의 타단에 연결되고 타단이 상기 제2 스위치의 타단 및 상기 제1 캐패시터의 일단에 연결되는 제2 캐패시터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 배터리 방전 모드는, 상기 제1 인덕터에 상기 방전 전원을 저장하는 제1 모드 및 상기 제1 및 제2 부분 구동 전원을 생성하는 제2 모드로 구분될 수 있고, 상기 제1 스위치는, 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 모드에서 턴온되며 상기 제2 모드에서 턴오프될 수 있고, 상기 제2 스위치는, 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제1 모드에서 턴오프되며 상기 제2 모드에서 턴온될 수 있고, 상기 제3 스위치는, 제3 제어 신호에 응답하여 상기 제1 모드에서 턴오프되며 상기 제2 모드에서 턴온될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제2 모드에서 상기 제1 스위치의 양단 전압은, 상기 제2 모드에서 상기 제1 캐패시터에 인가되는 상기 제1 부분 구동 전원으로 클램핑될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 배터리 충전 모드는, 상기 충전 전원을 생성하는 제3 모드 및 상기 방전 배터리 충전 모드와 상기 배터리 방전 모드 사이의 과도 상태를 제어하기 위한 제4 모드로 구분될 수 있고, 상기 제1 스위치는, 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제3 및 제4 모드에서 턴온될 수 있고, 상기 제2 스위치는, 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제3 모드에서 턴온되며 상기 제4 모드에서 턴오프될 수 있고, 상기 제3 스위치는, 제3 제어 신호에 응답하여 상기 제3 모드에서 턴온되며 상기 제4 모드에서 턴오프될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 스위치는, FET(Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로는, 승압 변환 시 부스트 컨버터 및 플라이백 컨버터의 기능을 구현하여 입력 전압의 고승압 변환이 가능하고, 강압 변환 시 높은 듀티 사이클로 스위치를 제어할 수 있어 저내압의 스위치 소자를 사용할 수 있고 이에 따라 제조 비용의 저감이 가능하다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 배터리 충방전 기능을 갖는 컨버터 회로는, 별도의 클램핑 회로를 필요로 하지 않아 제조 비용의 저감은 물론 회로의 소형화가 가능하다.
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, 배터리(B)와 모터(M) 사이에 연결되어 배터리(B)의 방전 전원(예를 들면, 배터리 전압(Vbat))을 이용하여 모터(M)를 구동하기 위한 구동 전원(예를 들면, 노드(N5)와 노드(N6) 사이의 전압(Vdc))을 생성하거나 모터(M)의 회생 에너지를 이용하여 배터리(B)를 충전하기 위한 충전 전원(예를 들면, 배터리 전압(Vbat)에 상응하는 전압)을 생성할 수 있다. 여기서, 배터리(B)는 방전 및 충전이 가능한 적어도 하나의 2차 전지로 구성될 수 있다. 모터(M)는 전기 자동차, 자동차 발전기, 소형 발전기, 전기 자전거 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. 한편, 도 1에 도시되지는 않았으나, 양방향 컨버터 회로(10)와 모터(M) 사이에는 인버터가 개재될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)는 변압부(110), 제1 변환부(130) 및 제2 변환부(150)를 포함할 수 있다.
변압부(110)는, 상호 결합된 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)는 소정의 권선비, 예컨대 1:n의 권선비를 가질 수 있다. 변압부(110)는, 변압부(110)로 입력되는 전원을 강압 또는 승압하여 출력할 수 있다. 변압부(110)에 대해서는 이하에서 제1 및 제2 변환부(130, 150)와 함께 더 상세히 설명한다.
제1 변환부(130)는, 배터리(B)의 입력 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 연결되는 변압부(110)의 제1 인덕터(L1), 노드(N2)와 그라운드 노드(N6) 사이에 연결되는 제1 스위치(S1), 노드(N2)와 노드(N3) 사이에 연결되는 제2 스위치(S2), 및 노드(N3)와 노드(N6) 사이에 연결되는 제1 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다.
제2 변환부(150)는 노드(N3)와 노드(N4) 사이에 연결되는 제2 인덕터(L2), 노드(N4)와 노드(N5) 사이에 연결되는 제3 스위치(S3), 노드(N4)와 그라운드 노드(N6) 사이에 연결되는 다이오드(D), 노드(N5)와 노드(N3) 사이에 연결되는 제2 캐패시터(C2)를 포함할 수 있다.
양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 방전 모드, 즉 양방향 컨버터 회로(10)가 배터리(B)로부터 공급되는 방전 전원(Vbat)을 이용하여 모터(M)를 구동하는 모드에서, 제1 변환부(130)는 제1 인덕터(L1)를 이용하여 방전 전원(Vbat)을 모터(M)를 구동하기 위한 구동 전원(Vdc)의 일부인 제1 부분 구동 전원(Vc1)으로 변환할 수 있다. 상세하게는, 제1 변환부(130)는, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 턴온/턴오프 제어에 따라 방전 전원(Vbat)에 의해 제1 인덕터(L1)에 축적된 에너지로 방전 전원(Vbat)을 승압하여 제1 부분 구동 전원(Vc1)을 생성할 수 있다. 즉, 제1 변환부(130)는 상기 배터리 방전 모드에서 부스트 컨버터(boost converter)로 기능할 수 있다.
제2 변환부(130)는, 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)를 이용하여 방전 전원(Vbat)을 구동 전원(Vdc)의 일부인 제2 부분 구동 전원(Vc2)으로 변환할 수 있다. 상세하게는, 제2 변환부(150)는, 제1 및 제3 스위치(S1, S3)의 턴온/턴오프 제어에 따라 방전 전원(Vbat)에 의해 제1 인덕터(L1)에 축적된 에너지를 제2 인덕터(L2)를 통해 소정의 권선비로 승압하여 제2 부분 구동 전원(Vc2)을 생성할 수 있다. 제2 변환부(150)는 상기 배터리 방전 모드에서 플라이백 컨버터(flyback converter)로 기능할 수 있다.
양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 충전 모드, 즉 양방향 컨버터 회로(10)가 모터(M)의 회생 에너지를 이용하여 배터리(B)를 충전하는 모드에서, 제1 및 제2 변환부(130, 150)는 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)를 이용하여 상기 회생 에너지를 배터리(B)를 충전하기 위한 충전 전원으로 변환할 수 있다. 상세하게는, 제1 및 제2 변환부(130, 150)는 제1 내지 제3 스위치(S1 내지 S3)의 턴온/턴오프 제어에 따라 상기 회생 에너지에 의해 제2 인덕터(L2)에 축적된 에너지를 제1 인덕터(L1)를 통해 소정의 권선비로 강압하여 상기 충전 전원을 생성할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 변환부(130, 150)는 상기 배터리 충전 모드에서 하나의 벅 컨버터(buck converter)로 기능할 수 있다. 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 방전 모드 및 충전 모드는 이하에서 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 더 상세히 설명한다.
한편, 제1 내지 제3 스위치(S1 내지 S3) 각각은 제어부(도시 생략)로부터 제공되는 제1 내지 제3 제어 신호(CTL1 내지 CTL3) 중 대응하는 제어 신호에 응답하여 턴온/턴오프될 수 있다. 제1 내지 제3 스위치(S1 내지 S3)는, 예를 들면 FET(Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제3 스위치(S1 내지 S3)는, BJT(Bipolar Junction Transistor) 등과 같은 다른 반도체 소자로 구성될 수 있음은 물론이다. 상기 제어부는 양방향 컨버터 회로(10)와 별개로 또는 일체로 구성될 수 있다. 제1 내지 제3 제어 신호(CTL1 내지 CTL3)는 펄스 폭 변조(pulse width modulation) 신호일 수 있다.
상술한 바와 같이, 양방향 컨버터 회로(10)는 모터 구동을 위한 배터리 방전 모드에서 제1 변환부(130)가 부스트 컨버터로 기능하고 제2 변환부(150)가 플라이백 컨버터로 기능함에 따라 입력 전압의 고승압 변환이 가능하다.
또한, 양방향 컨버터 회로(10)는 배터리 충전을 위한 배터리 충전 모드에서 제1 및 제2 변환부(130, 150)가 하나의 벅 컨버터로 기능함에 따라 기존 벅 컨버터에 비해 높은 듀티 사이클로 스위치를 제어할 수 있고 이에 따라 저내압의 스위치 소자를 이용할 수 있어 제조 비용이 저감될 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 에너지 빌드업 모드 (도 2a)
도 1 및 도 2a를 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 방전 모드 중 에너지 빌드업 모드는, 제1 스위치(S1)가 턴온되고 제2 및 제3 스위치(S2, S3)가 턴오프되면서 시작된다.
상기 에너지 빌드업 모드에서는, 제1 스위치(S1)가 턴온되고 제2 및 제3 스위치(S2, S3)가 턴오프됨에 따라, 제1 및 제2 변환부(130, 150)의 승압 기능은 차단되고 배터리(B)로부터 공급되는 방전 전원(Vbat)은 제1 인덕터(L1)에 축적된다.
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, 제1 스위치(S1)가 턴오프되고 제2 및 제3 스위치(S2, S3)가 턴온되면서 시작된다.
제1 스위치(S1)가 턴오프되고 제2 스위치(S2)가 턴온되면서, 제1 변환부(130)는 부스트 컨버터 기능을 수행하여 제1 부분 구동 전원(Vc1)을 생성한다. 상세하게는, 제1 변환부(130)는 상기 에너지 빌드업 모드에서 미리 제1 인덕터(L1)에 축적된 에너지를 계속적으로 공급되는 방전 전원(Vbat)과 합하여 제1 캐패시터(C1)의 양단에 인가되는 전압인 제1 부분 구동 전원(Vc1)을 생성할 수 있다. 이 때, 제1 스위치(S1)의 양단 전압은 제1 캐패시터(C1)와 마찬가지로 제1 부분 구동 전원(Vc1)으로 클램핑될 수 있고, 이에 따라 제1 변환부(130)는 별도의 클램핑 소자를 필요로 하지 않게 된다. 이로 인해, 양방향 컨버터 회로(10)의 소형화 및 제조 비용의 저감이 가능해진다.
제1 스위치(S1)가 턴오프되고 제3 스위치(S3)가 턴온되면서, 제2 변환부(150)는 플라이백 컨버터 기능을 수행하여 제2 부분 구동 전원(Vc2)을 생성한다. 상세하게는, 제2 변환부(150)는 에너지 빌드업 모드에서 미리 제1 인덕터(L1)에 축적된 에너지를 제2 인덕터(L2)를 통해 소정의 권선비로 승압하여 제2 캐패시터(C2)의 양단에 인가되는 전압인 제2 부분 구동 전원(Vc2)을 생성할 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 부분 구동 전원(Vc1, Vc2)을 합한 구동 전원(Vdc)이 모터(M)로 제공되어 모터(M)가 구동될 수 있다.
배터리 충전 모드 중 충전 모드 (도 2c)
도 1 및 도 2c를 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 충전 모드 중 충전 모드는, 제1 내지 제3 스위치(S1 내지 S3)가 모두 턴온되면서 시작된다.
제1 내지 제3 스위치(S1 내지 S3)가 모두 턴온되면서 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)가 노드(N2) 및 노드(N3)를 통해 연결되고, 이에 따라 제1 및 제2 변환부(130, 150)가 하나의 벅 컨버터 기능을 수행하게 된다. 제1 및 제2 변환부(130, 150)는 모터(M)의 감속, 제동 등에 의해 발생된 회생 에너지를 강압 변환하여 충전 전원을 생성하고, 생성된 충전 전원을 배터리(B)로 공급한다. 이에 따라, 배터리(B)가 상기 충전 전원에 의해 충전된다.
배터리 충전 모드 중 환류 모드 (도 2d)
도 1 및 도 2d를 참조하면, 양방향 컨버터 회로(10)의 배터리 충전 모드 중 환류 모드는, 제1 스위치(S1)가 턴온된 상태에서 제2 및 제3 스위치(S2, S3)가 모두 턴오프되면서 시작된다.
제1 스위치(S1)가 턴온된 상태에서 제2 및 제3 스위치(S2, S3)가 모두 턴오프되면서, 제1 인덕터(L1) 측 부분과 제2 인덕터(L2) 측 부분으로 양방향 컨버터 회로(10)가 분리되고, 이에 따라 양방향 컨버터 회로(10) 내부의 전류가 각 인덕터 측으로 분리되어 흐르면서 배터리 충전 모드와 배터리 방전 모드 사이의 스위칭 손실을 줄일 수 있게 된다.
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)에 대해 배터리(B)의 방전 전원이 48Vdc이고 스위칭 주파수가 53kHz인 조건에서 수행한 배터리 방전 모의 실험 결과를 설명하기 위한 도면이고, 도 3의 (b)는 도 1에 도시된 양방향 컨버터 회로(10)에 대해 모터(M)의 회생 에너지에 의한 전원이 380Vdc이고 스위칭 주파수가 53kHz인 조건에서 수행한 배터리 충전 모의 실험 결과를 나타낸다. 도 3의 (a)에서 Vout은 모터(M)로 공급되는 전압, Vds는 제1 스위치(S1) 양단의 전압, i(Lm)은 제1 인덕터(L1)의 전류를 나타낸다. 도 3의 (b)에서 Vout은 배터리(B)로 공급되는 충전 전압, Vds는 제1 스위치(S1) 양단의 전압, i(Lm)은 제1 인덕터(L1)의 전류를 나타낸다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 양방향 컨버터 회로(10)는 배터리 방전 모드에서 입력 전압을 고승압 변환하여 출력할 수 있음을 확인할 수 있으며, 배터리 충전 모드에서 높은 듀티 사이클로도 벅 컨버터의 기능을 구현할 수 있어 제1 스위치(S1) 소자를 저 사양의 스위치 소자로 구성할 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
110: 변압부
130: 제1 변환부
150: 제2 변환부

Claims (6)

  1. 배터리 충방전 기능을 갖는 양방향 컨버터 회로로서,
    상호 결합된 제1 및 제2 인덕터를 구비하는 변압부;
    배터리 방전 모드에서 상기 제1 인덕터를 이용하여 배터리로부터 공급되는 방전 전원을 모터를 구동하기 위한 제1 부분 구동 전원으로 변환하도록 구성되는 제1 변환부; 및
    상기 배터리 방전 모드에서 상기 제1 및 제2 인덕터를 이용하여 상기 방전 전원을 상기 모터를 구동하기 위한 제2 부분 구동 전원으로 변환하도록 구성되는 제2 변환부;를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 변환부는,
    배터리 충전 모드에서 상기 제1 및 제2 인덕터를 이용하여 상기 모터의 회생 에너지를 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 전원으로 변환하도록 구성되는, 양방향 컨버터 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 변환부는,
    일단이 상기 제1 인덕터의 일단에 연결되는 제1 스위치;
    일단이 상기 제1 인덕터의 일단 및 상기 제1 스위치의 일단에 연결되는 제2 스위치; 및
    일단이 상기 제2 스위치의 타단에 연결되고 타단이 그라운드에 연결되는 제1 캐패시터;를 포함하고,
    상기 제2 변환부는,
    일단이 상기 제2 인덕터의 일단에 연결되는 제3 스위치;
    일단이 상기 제2 인덕터의 일단 및 상기 제3 스위치의 일단에 연결되고 타단이 상기 그라운드에 연결되는 다이오드; 및
    일단이 상기 제3 스위치의 타단에 연결되고 타단이 상기 제2 스위치의 타단 및 상기 제1 캐패시터의 일단에 연결되는 제2 캐패시터;를 포함하는, 양방향 컨버터 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 배터리 방전 모드는, 상기 제1 인덕터에 상기 방전 전원을 저장하는 제1 모드 및 상기 제1 및 제2 부분 구동 전원을 생성하는 제2 모드로 구분되고,
    상기 제1 스위치는, 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 모드에서 턴온되며 상기 제2 모드에서 턴오프되고,
    상기 제2 스위치는, 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제1 모드에서 턴오프되며 상기 제2 모드에서 턴온되고,
    상기 제3 스위치는, 제3 제어 신호에 응답하여 상기 제1 모드에서 턴오프되며 상기 제2 모드에서 턴온되는, 양방향 컨버터 회로.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 모드에서 상기 제1 스위치의 양단 전압은,
    상기 제2 모드에서 상기 제1 캐패시터에 인가되는 상기 제1 부분 구동 전원으로 클램핑되는, 양방향 컨버터 회로.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 배터리 충전 모드는, 상기 충전 전원을 생성하는 제3 모드 및 상기 방전 배터리 충전 모드와 상기 배터리 방전 모드 사이의 과도 상태를 제어하기 위한 제4 모드로 구분되고,
    상기 제1 스위치는, 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제3 및 제4 모드에서 턴온되고,
    상기 제2 스위치는, 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제3 모드에서 턴온되며 상기 제4 모드에서 턴오프되고,
    상기 제3 스위치는, 제3 제어 신호에 응답하여 상기 제3 모드에서 턴온되며 상기 제4 모드에서 턴오프되는, 양방향 컨버터 회로.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 스위치는,
    FET(Field Effect Transistor)로 구성되는, 양방향 컨버터 회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107482921A (zh) * 2017-08-03 2017-12-15 广州金升阳科技有限公司 一种双向dc‑dc变换器
KR20190047929A (ko) * 2017-10-30 2019-05-09 주식회사 만도 무선충전 기능을 갖는 차량용 컨버터
KR20220123925A (ko) 2021-03-02 2022-09-13 한국전지연구조합 에너지 저장형 이차전지 충방전기 및 이를 이용한 이차전지 충방전 방법

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