KR100954837B1 - 쌍방향 ｄｃ－ｄｃ 컨버터 - Google Patents

쌍방향 ｄｃ－ｄｃ 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR100954837B1
KR100954837B1 KR1020040016784A KR20040016784A KR100954837B1 KR 100954837 B1 KR100954837 B1 KR 100954837B1 KR 1020040016784 A KR1020040016784 A KR 1020040016784A KR 20040016784 A KR20040016784 A KR 20040016784A KR 100954837 B1 KR100954837 B1 KR 100954837B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage side
switching
high voltage
low voltage
winding
Prior art date
Application number
KR1020040016784A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040081374A (ko
Inventor
에구치히로유키
시미즈모토히로
Original Assignee
혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 filed Critical 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Publication of KR20040081374A publication Critical patent/KR20040081374A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100954837B1 publication Critical patent/KR100954837B1/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
    • H02M3/33592—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 having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
    • A45C—PURSES; LUGGAGE; HAND CARRIED BAGS
    • A45C11/00—Receptacles for purposes not provided for in groups A45C1/00-A45C9/00
    • 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
    • H02M3/01—Resonant DC/DC 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
    • 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
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
    • A45C—PURSES; LUGGAGE; HAND CARRIED BAGS
    • A45C11/00—Receptacles for purposes not provided for in groups A45C1/00-A45C9/00
    • A45C2011/002—Receptacles for purposes not provided for in groups A45C1/00-A45C9/00 for portable handheld communication devices, e.g. mobile phone, pager, beeper, PDA, smart phone
    • 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
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • 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

Abstract

본 발명은 스위칭손실이 적고, 온·오프시에 스위칭소자에 대전류가 흐를 염려를 없앨 수 있어, 간단한 제어계로 효율 좋게 직류전원계 사이에서 전력을 서로 융통하는 것을 가능하게 한다.
저압측 스위칭부(4)의 각 스위칭소자(4-1 내지 4-4)에 정류소자를 병렬 접속하고, 고압측 스위칭부(5)의 각 스위칭소자(5-1 내지 5-4)에 정류소자를 병렬 접속한다. 저압측 스위칭부(4)와 고압측 스위칭부(5)의 한쪽 또는 양쪽 동시에 스위칭제어함으로써, 트랜스(3)를 통하여 직류전원 사이에서 전력을 주고 받게 한다. 트랜스(3)의 고압측 권선(3-2)과 고압측 스위칭부(5)의 사이 또는 트랜스(3)의 저압측 권선(3-1)과 저압측 스위칭부(4)의 사이에 LC 공진회로(6)를 설치하여, 1차측 및 2차측에 흐르는 전류를 정현파 형상으로 하고, 그 영 크로스점 부근에서 스위칭을 행하게 한다.

Description

쌍방향 ＤＣ－ＤＣ 컨버터{TWO-WAY DC-DC CONVERTER}
도 1은 본 발명에 관한 쌍방향 DC-DC 컨버터의 일 실시형태를 나타내는 회로도,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시형태와 종래기술의 쌍방향 DC-DC 컨버터의 변환동작상의 차를 설명하기 위한 설명도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시형태와 종래기술의 쌍방향 DC-DC 컨버터의 완전 동기에서의 동작상의 차를 설명하기 위한 설명도,
도 4는 본 발명의 적용예를 나타내는 회로도이다.
본 발명은 쌍방향 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 특히 스위칭손실을 억제할 수 있음과 동시에 제어계를 간단화할 수 있는 쌍방향 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
차량 등에서는 다른 전압값을 가지는 배터리의 2개의 전원계를 가지고 있는 것이 있다. 이와 같은 전압값이 다른 2개의 직류전원계에서 전력을 서로 융통하는 경우, 일반적으로 직류전원계 사이에 직류승압회로와 직류강압회로를 병렬로 배치하여, 그것들을 적절하게 사용하는 구성이 채용되어 있다.
또 직류전원계에서 전력을 서로 융통하는 경우에, 소규모의 회로에서 충분한 고압 직류전압이 얻어지도록 하기 위하여 쌍방향 DC-DC 컨버터를 사용하는 것도 제안되어 있다.
예를 들면, 일본국 특개평2002-165448호 공보에는, 트랜스의 양쪽에 각각 쌍방향형의 직교변환부를 가지고, 특히 2차측 직교변환부는 순(順)송전(제 1 직류단자로부터 제 2 직류단자로의 강압송전) 시에 평활코일로서 작동하는 초크코일을 초크코일이용 초퍼회로형 인버터의 초크코일로서 사용하고, 이 초크코일과 트랜스의 2차 코일 사이의 스위칭·정류부가 순송전시에는 정류기로서 기능하며, 역송전(제 2 직류단자로부터 제 1 직류단자로의 승압송전)시에는 초퍼회로로서 사용하는 쌍방향 DC-DC 컨버터가 기재되어 있다.
그러나 2개의 직류전원계 사이에 직류승압회로와 직류강압회로를 병렬로 배치하는 구성에서는 회로규모가 커지고, 또 동시동작하면 회로 내부의 전압손실 등에 의하여 충분한 성능을 얻을 수 없다는 과제가 있다.
또 상기 공보에 기재되어 있는 바와 같은 쌍방향 DC-DC 컨버터에서는 직교변환부의 스위칭소자는 대전류를 온·오프하는 것으로, 스위칭소자가 오프되어 대전류로부터 전류 0이 될 때에 스위칭소자의 불포화영역을 통과하기 때문에 실제로는 아날로그적인 동작이 되어 큰 스위칭손실이 생긴다.
또 1차측 직교변환부와 2차측 직교변환부를 완전 동기로 구동한 경우, 한쪽의 직교변환부에 의한 전류가 흐르고 있을 때에 다른쪽의 직교변환부가 온되면, 대전류가 스위칭소자에 흐를 염려가 있다.
본 발명의 목적은 상기의 과제를 해결하여, 스위칭손실이 적고, 온·오프시에 스위칭소자에 대전류가 흐를 염려를 없앨 수 있으며, 간단한 제어계로 효율 좋게 2개의 직류전원계로 전력을 서로 융통할 수 있는 쌍방향 DC-DC 컨버터를 제공하는 것에 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 저압측 단자와, 고압측 단자와, 저압측 권선 및 고압측 권선을 포함하는 트랜스와, 상기 저압측 단자와 상기 저압측 권선 사이에 삽입된 저압측 스위칭부와, 상기 고압측 단자와 상기 고압측 권선 사이에 삽입된 고압측 스위칭부와, 상기 저압측 스위칭부의 각 스위칭소자에 병렬 접속된 저압측 정류소자와, 상기 고압측 스위칭부의 각 스위칭소자에 병렬 접속된 고압측 정류소자와, 상기 저압측 스위칭부의 스위칭소자 및 상기 고압측 스위칭부의 스위칭소자를 제어하는 제어회로를 구비한 쌍방향 DC-DC 컨버터에 있어서, 상기고압측 권선과 상기 고압측 스위칭부의 사이 또는 상기 저압측 권선과 상기 저압측 스위칭부의 사이에 LC 공진회로를 설치한 점에 제 1의 특징이 있다.
또 본 발명은 상기 LC 공진회로를 상기 고압측 권선과 상기 고압측 스위칭부의 사이에 설치한 점에 제 2의 특징이 있다.
또한 본 발명은 상기 저압측 스위칭부 및 상기 고압측 스위칭부는 모두 4개의 스위칭소자를 포함하는 브리지접속 구성인 점에 제 3의 특징이 있다.
본 발명의 제 1의 특징에 의하면, 스위칭에 의한 전류파형을 LC 공진회로에 서 정현파 형상으로 할 수 있기 때문에, 스위칭소자가 오프되는 타이밍을 전류값의 영 크로스점 부근에 설정할 수 있다. 따라서 전류값의 영 크로스점 부근에서의 스위칭이 가능하게 되어, 스위칭손실을 대폭으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
또 1차측 직교변환부와 2차측 직교변환부를 동일 구동신호로 제어하는 것이 가능하게 되기 때문에, 제어계의 구성을 간단화 할 수도 있다. 그 때, 트랜스에서의 전달지연 등에 기인하는 스위칭소자의 단락방지 데드타임을 크게 하거나, 스위칭소자의 구동기간을 짧게 하거나 할 필요가 없기 때문에, 변환효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
또 제 2의 특징에 의하면, 전류값이 작은 고압측에 LC 공진회로를 설치함으로써, LC 공진회로를 저압측에 설치하는 경우와 비교하여 LC 공진회로에서의 손실을 저감할 수 있다.
또한 제 3의 특징에 의하면, 저압측 스위칭부 및 고압측 스위칭부는 모두 브리지형의 단상 인버터가 되기 때문에, 그것에 접속하는 트랜스의 구조를 간소화할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 쌍방향 DC-DC 컨버터의 일 실시형태를 나타내는 회로도이다. 본 실시형태의 쌍방향 DC-DC 컨버터는, 저압측 단자(1-1, 1-2)에 접속되는 직류전원과 고압측 단자(2-1, 2-1)에 접속되는 직류전원 사이에서 트랜스(3)를 거쳐 쌍방향으로 전력을 융통하는 것이다. 이하에서는, 저압측 단자(1-1, 1-2)측을 1차측, 고압측 단자(2-1, 2-2)측을 2차측이라고 부르는 경우가 있다.
트랜스(3)는 1차측의 저압측 권선(3-1)과 2차측의 고압측 권선(3-2)을 포함한다. 이 쌍방향 DC-DC 컨버터의 승압비는, 저압측 권선(3-1)과 고압측 권선(3-2)의 권선비에 의하여 결정된다. 저압측 스위칭부(4)는 저압측 단자(1-1, 1-2)와 저압측 권선(3-1)의 사이에 삽입되고, 고압측 스위칭부(5)는 고압측 단자(2-1, 2-2)와 고압측 권선(3-2)의 사이에 삽입된다.
저압측 스위칭부(4)는 FET 등의 4개의 스위칭소자(이하, FET라고 함)(4-1 내지 4-4)를 브리지접속하여 구성할 수 있고, 고압측 스위칭부(5)는 4개의 FET(5-1 내지 5-4)를 브리지접속하여 구성할 수 있다.
FET(4-1 내지 4-4, 5-1 내지 5-4)의 각각에는, 다이오드 등의 정류소자가 병렬 접속된다. 이들 정류소자는 FET의 기생 다이오드로 좋고, 별도 접속한 접합 다이오드이어도 좋다. 병렬 접속된 정류소자를 합치면, 저압측 스위칭부(4) 및 고압측 스위칭부(5)는 각각 스위칭·정류부로 생각할 수 있다.
고압측 단자(2-1, 2-2)와 고압측 권선(3-2)과의 사이에는 LC 공진회로(6)가 삽입된다. LC 공진회로(6)는 본 발명이 특징으로 하는 것인데, 이 상세에 대해서 뒤에서 설명한다.
저압측 스위칭부(4)의 FET(4-1 내지 4-4) 및 고압측 스위칭부(5)의 FET(5-1 내지 5-4)는, CPU 등으로 이루어지는 제어회로(도시 생략)에 의하여 스위칭 제어된다. 또한 저압측 단자(1-1, 1-2) 사이, 및 고압측 단자(2-1, 2-2) 사이에 접속되어 있는 콘덴서(7, 8)는 출력평활용 콘덴서이다.
다음에, 도 1의 동작의 개략을 설명한다. 먼저, 1차측(도면의 왼쪽)으로부 터 2차측(도면의 오른쪽)으로 전력을 공급하는 경우, 저압측 스위칭부(4)의 FET(4-1, 4-4)의 쌍과 FET(4-2, 4-3)의 쌍을 교대로 온·오프시킨다. 이 온·오프에 따르는 전류가 트랜스(3)의 저압측 권선(3-1)에 흐른다.
고압측 권선(3-2)에 유기된 전류는, LC 공진회로(6)를 통하여 고압측 스위칭부(5)에 입력되고, FET(5-1 내지 5-4)에 병렬 접속된 정류소자에 의하여 정류되며, 평활콘덴서(8)로 평활되어 출력된다. 이 때 1차측 및 2차측에 흐르는 전류는, LC 공진회로의 존재에 의하여 정현파 형상이 된다.
이상은 1차측으로부터 2차측으로 전력을 공급하는 경우의 동작이나, 2차측으로부터 1차측으로 전력을 공급하는 경우도 마찬가지이다. 또 1차측과 2차측을 완전 동기로, 즉 동일 구동신호로 구동할 수도 있다. 이 경우에는, 트랜스 권선비에 의한 1차측과 2차측의 상대전압차로 전력의 주고받음이 행하여진다.
도 2a 내지 도 2d는, 본 발명과 종래기술의 동작상의 차를 나타내는 설명도이다. 여기서는 1차측으로부터 2차측으로 전력을 공급하는 경우에 대하여 설명하나, 2차측으로부터 1차측으로 전력을 공급하는 경우도 마찬가지이다.
도 2a, 도 2c는 각각 본 발명의 일 실시형태와 종래기술의 쌍방향 DC-DC 컨버터에서의 1차측으로부터 2차측으로의 전력공급동작의 설명에 필요한 회로부분만을 발췌한 것이고, 도 2b, 도 2d는 각각 도 2a, 도 2c의 A점, B점의 전류파형이다.
종래기술의 쌍방향 DC-DC 컨버터(도 2c)에서는, 저압측 스위칭부(4)의 FET(4-1, 4-4)의 쌍과 FET(4-2, 4-3)의 쌍이 교대로 온·오프되면, 트랜스(3)의 저압측 권선(3-1) 및 고압측 권선(3-2)을 거쳐 출력되는 전류는, 도 2d와 같이 직사 각형파 형상이 된다. 즉, FET가 오프가 되는 시점에서는 대전류가 흐르고 있고, 그 오프에 따라 대전류로부터 전류 O이 된다. 이 때 FET의 불포화영역을 통과하기 때문에, 큰 스위칭손실이 생기게 된다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시형태에 의한 쌍방향 DC-DC 컨버터(도 2a)에서는 저압측 스위칭부(4)의 FET(4-1, 4-4)의 쌍과 FET(4-2, 4-3)의 쌍이 교대로 온·오프되면, 트랜스(3)의 저압측 권선(3-1) 및 고압측 권선(3-2)을 거쳐 출력되는 전류는, 상기 도 2b와 같이 정현파 형상이 된다. 이는 LC 공진회로(6)가 존재하기 때문이다.
이에 의하여 FET가 오프되는 타이밍을 전류값이 대략 영이 되는 영 크로스점부근에 설정하는 것이 가능하게 된다. 따라서 전류값의 영 크로스점 부근에서의 FET의 스위칭이 가능하게 되어, 스위칭손실을 대폭으로 저감시킬 수 있다.
본 발명은 1차측과 2차측을 완전 동기로 구동하는 경우, 즉 1차측과 2차측을 동일 구동신호로 구동하는 경우에도 효과적인 것이다. 이에 대하여 이하에 설명한다. 도 3a, 도 3c는 각각 본 발명의 일 실시형태와 종래기술의 쌍방향 DC-DC 컨버터의 1차측과 2차측을 완전 동기로 구동하는 경우의 동작 설명에 필요한 회로부분만을 발췌한 것이고, 도 3b, 도 3d는 각각 1차측의 스위칭에 착안하여 그것에 의한 1차측 전류와 2차측 전류를 나타낸다.
종래기술의 쌍방향 DC-DC 컨버터(도 3c)에서는, 저압측 스위칭부(4)의 FET(4-1, 4-4)의 쌍과 FET(4-2, 4-3)의 쌍이 교대로 온·오프됨으로써 1차측〔트랜스(3)의 저압측 권선(3-1)〕에 도 3d의 일점쇄선으로 나타내는 직사각형파 형상의 1차측 전류가 흐른다.
이 1차측 전류에 의하여 2차측〔트랜스(3)의 고압측 권선(3-2)〕에는, 상기 도 3d의 실선으로 나타내는 직사각형파 형상의 2차측 전류가 흐르나, 이 2차측 전류는 트랜스(3)에서의 지연 등에 의하여 1차측 전류보다 다소의 지연을 가지고 있다.
이 상태에서 2차측을 1차측과 완전 동기로 구동한 경우, 2차측 전류의 지연이 데드타임을 초과하면, 1차측 온에 의한 대전류가 흐르고 있을 때에 2차측 온이 일어난다(도면의 ○으로 둘러싸인 부분). 이에 의하여, 1차측 온에 의한 대전류에다시 2차측 온에 의한 대전류가 중첩된 전류가 흐른다.
이것을 방지하기 위해서는, 2차측 FET의 구동기간을 좁게 하거나, 또는 데드타임을 크게 하여 1차측 온에 의한 대전류가 흐르고 있을 때에 2차측 온이 일어나지 않도록 하면 좋으나, 이것은 변환효율을 저하시키는 큰 요인이 된다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시형태에 의한 쌍방향 DC-DC 컨버터(도 3a)에서는 저압측 스위칭부(4)의 FET(4-1, 4-4)의 쌍과 FET(4-2, 4-3)의 쌍이 교대로 온·오프됨으로써 1차측에는 도 3b의 일점쇄선으로 나타내는 정현파 형상의 1차측 전류가 흐른다.
이 1차측 전류에 의하여 2차측에는 상기 도 3b의 실선으로 나타내는 정현파 형상의 2차측 전류가 흐르나, 이 2차측 전류는 트랜스(3)에서의 지연 등에 의하여 1차측 전류보다 다소의 지연을 가지고 있다.
여기서 2차측을 1차측과 완전 동기로 구동한 경우, 2차측 전류의 지연이 데드타임을 초과하여도, 1차측 온에 의한 전류의 영 크로스점 부근에서 2차측 온이 일어나고(도면의 ○으로 둘러싸인 부분), 1차측 온에 의한 전류와 2차측 온에 의한 전류는 모두 작기 때문에, 대전류가 흐르는 일은 없다.
도 4는 본 발명의 적용예를 나타내는 회로도로서, 발전기(10)를 포함하는 직류전원과 배터리(12)로 전력을 서로 융통하는 예이고, 발전기(10)는, 예를 들면 엔진구동식 3상의 다극 자석 발전기이다. 엔진의 시동시에는 쌍방향 DC-DC 컨버터(11)의 저압측 스위칭부를 구동하고, 이에 의하여 승압된 배터리(12)의 DC 전압을 구동용 인버터(정류회로)(13)에 인가한다. 구동용 인버터(13)는 인가된 DC 전압을 3상의 AC 전압으로 변환하여 발전기(10)에 인가하고, 이것을 엔진시동용 전동기로서 기동한다.
엔진이 시동되면, 발전기(10)는 엔진에 의하여 구동되고, 구동용 인버터(13)의 스위칭동작은 정지된다. 발전기(10)의 출력은 정류회로(구동용 인버터)(13)에서 정류되어 레귤레이터(14)로 조정되고, 다시 인버터(15)에서 소정 주파수의 교류전력으로 변환되어 출력된다.
배터리(12)의 전압이 저하하였을 때, 쌍방향 DC-DC 컨버터(11)의 고압측 스위칭부를 구동하면, 정류회로(13)의 출력을 쌍방향 DC-DC 컨버터(11)에 의하여 강압하고, 이 전압에 의하여 배터리(12)를 충전할 수 있다.
발전기(10)가 엔진으로 구동되고 있을 때에, 쌍방향 DC-DC 컨버터(11)의 저압측 스위칭부와 고압측 스위칭부를 완전 동기로 구동할 수도 있다. 이와 같이 하면, 정류회로(구동용 인버터)(13)측과 배터리(12)측에서 트랜스 권선비에 의한 1차 측과 2차측의 상대전압차에 따라 자동적으로 전력의 주고받음을 행하게 할 수 있다.
이상, 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 여러가지로 변형 가능하다. 예를 들면, LC 공진회로는 2차측이 아니라 1차측에 설치할 수도 있다. 이 경우, 저압측 스위칭부와 트랜스의 저압측 권선 사이에 LC 공진회로를 삽입하면 좋다.
본 발명은 배터리 사이, 또는 엔진구동식 발전기로 이루어지는 직류전원과 배터리 사이에 한하지 않고, 통상의 발전기, 태양광발전, 풍력발전, 연료전지 등의 적절한 직류전원계에서 전력을 서로 융통하는 경우에 사용할 수 있고, 예를 들면, 하이브리드차량 등에서의 주행전력계와 보안전장계(保安電裝係)에서 전력의 주고받음을 행하게 할 수 있다.
이상으로 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 스위칭에 의한 전류파형을 LC 공진회로에서 정현파 형상으로 할 수 있기 때문에, 스위칭소자가 오프되는 타이밍을 전류값의 영 크로스점 부근에 설정할 수 있다. 따라서, 전류값의 영 크로스점 부근에서의 스위칭이 가능하게 되어, 스위칭손실을 대폭으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
또 저압측 스위칭부와 고압측 스위칭부를 동일 구동신호로 제어하는 것이 가능하게 되고, 그 때, 트랜스에서의 전달지연 등에 기인하는 대전류가 스위칭소자에 흐르는 것을 억제하기 때문에 데드타임을 크게 하거나, 스위칭소자의 구동기간을 짧게 하거나 할 필요가 없기 때문에, 변환효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
또한 저압측 스위칭부와 고압측 스위칭부를 동일 구동신호로 제어하는 것이 가능하게 되어, 쌍방향 변환시의 방향성에 대하여 구동을 변경할 필요가 없기 때문에 제어계에의 부담을 적게 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 저압측 단자와, 고압측 단자와, 저압측 권선 및 고압측 권선을 포함하는 트랜스와, 상기 저압측 단자와 상기 저압측 권선 사이에 삽입된 저압측 스위칭부와, 상기 고압측 단자와 상기 고압측 권선 사이에 삽입된 고압측 스위칭부와, 상기 저압측 스위칭부의 각 스위칭소자에 병렬 접속된 저압측 정류소자와, 상기 고압측 스위칭부의 각 스위칭소자에 병렬 접속된 고압측 정류소자와, 상기 저압측 스위칭부의 스위칭소자 및 상기 고압측 스위칭부의 스위칭소자를 제어하는 제어회로를 구비한 쌍방향 DC-DC 컨버터에 있어서,
    상기 고압측 권선과 상기 고압측 스위칭부의 사이 또는 상기 저압측 권선과 상기 저압측 스위칭부의 사이에 LC 공진회로를 설치하고,
    상기 제어회로는, 상기 저압측 스위칭부 및 상기 고압측 스위칭부의 각 스위칭소자를 저압측 및 고압측의 정현파 전류값이 영이 되는 영 크로스점 부근에서 오프하고, 상기 저압측 스위칭부 및 상기 고압측 스위칭부를 동일 구동신호로 구동하는 것을 특징으로 하는 쌍방향 DC-DC 컨버터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 LC 공진회로를 상기 고압측 권선과 상기 고압측 스위칭부의 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 쌍방향 DC-DC 컨버터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 저압측 스위칭부 및 상기 고압측 스위칭부는 모두 4개의 스위칭소자를 포함하는 브리지접속 구성인 것을 특징으로 하는 쌍방향 DC-DC 컨버터.
KR1020040016784A 2003-03-13 2004-03-12 쌍방향 ｄｃ－ｄｃ 컨버터 KR100954837B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2003-00067967 2003-03-13
JP2003067967A JP4274353B2 (ja) 2003-03-13 2003-03-13 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040081374A KR20040081374A (ko) 2004-09-21
KR100954837B1 true KR100954837B1 (ko) 2010-04-28

Family

ID=32767958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040016784A KR100954837B1 (ko) 2003-03-13 2004-03-12 쌍방향 ｄｃ－ｄｃ 컨버터

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7177163B2 (ko)
EP (1) EP1458084A3 (ko)
JP (1) JP4274353B2 (ko)
KR (1) KR100954837B1 (ko)
CN (1) CN1571254A (ko)
TW (1) TWI327410B (ko)

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7327113B2 (en) * 2004-11-15 2008-02-05 General Electric Company Electric starter generator system employing bidirectional buck-boost power converters, and methods therefor
TWI252062B (en) * 2005-04-20 2006-03-21 Himax Tech Inc Method for driving a fluorescent lamp and inverter circuit for performing such a method
WO2006114719A1 (en) * 2005-04-26 2006-11-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Resonant dc/dc converter with zero current switching
JP2006314171A (ja) * 2005-05-09 2006-11-16 Toyota Industries Corp 直流電源装置
KR100547289B1 (ko) * 2005-05-18 2006-01-26 주식회사 피에스텍 간헐 모드로 동작하는 동기 정류형 직렬 공진 컨버터
DE102005023290A1 (de) 2005-05-20 2006-11-23 Sma Technologie Ag Bidirektionaler Batteriewechselrichter
JP2006345641A (ja) * 2005-06-09 2006-12-21 Toyota Industries Corp Ｄｃ／ａｃ変換回路およびｄｃ／ａｃ変換方法
US9166415B2 (en) 2005-11-24 2015-10-20 Komatsu Ltd. AC link bidirectional DC-DC converter, hybrid power supply system using the same and hybrid vehicle
US7271570B2 (en) * 2005-12-21 2007-09-18 Temic Automotive Of North America, Inc. Active rectification of alternator output without using a position sensor
WO2007088577A1 (ja) * 2006-01-31 2007-08-09 Mitsumi Electric Co., Ltd. スイッチング電源装置および電源制御用半導体集積回路
WO2007145388A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-21 Pstek Co.Ltd. Method for series resonant converter control with synchronous rectifier
ES2332010T3 (es) 2006-06-24 2010-01-22 Sma Solar Technology Ag Circuito para la alimentacion de energia electrica a una red de distribucion electrica.
ES2340074T3 (es) 2007-02-08 2010-05-28 Sma Solar Technology Ag Dispositivo para la alimentacion de energia electrica proveniente de una fuente de energia.
JP4378400B2 (ja) * 2007-08-28 2009-12-02 日立コンピュータ機器株式会社 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ及び双方向ｄｃ−ｄｃコンバータの制御方法
WO2009027758A1 (en) 2007-09-01 2009-03-05 Brusa Elektronik Ag Zero-voltage switching power converter
GB2455568A (en) * 2007-12-14 2009-06-17 Eltek Valere As Protection system for a resonant converter with synchronous rectification
JP5308682B2 (ja) * 2008-01-24 2013-10-09 新電元工業株式会社 双方向ｄｃ／ｄｃコンバータ
PE20110472A1 (es) * 2008-06-27 2011-07-01 Univ California Circuito para extraccion de energia directa a partir de una haz de particula con carga
JP4643695B2 (ja) 2008-09-02 2011-03-02 日立コンピュータ機器株式会社 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ及びその制御方法
JP5530212B2 (ja) * 2010-02-10 2014-06-25 株式会社日立製作所 電源装置、ハードディスク装置、及び電源装置のスイッチング方法
JP5204157B2 (ja) * 2010-07-05 2013-06-05 株式会社日本自動車部品総合研究所 電動車両の充電装置
JP5592738B2 (ja) * 2010-09-21 2014-09-17 パナソニック株式会社 共振型双方向コンバータ回路
WO2012041613A2 (en) 2010-09-27 2012-04-05 Siemens Aktiengesellschaft A bi-directional dc-dc converter and a system for starting and controlling a power plant
GB2484971A (en) * 2010-10-28 2012-05-02 Eltek Valere As Control of a bidirectional series resonant DC/DC converter
GB2484970B (en) * 2010-10-28 2012-11-07 Eltek Valere As Series resonant DC/DC converter
CN103329420B (zh) * 2011-01-26 2015-12-02 株式会社村田制作所 开关电源电路
WO2012121016A1 (ja) * 2011-03-07 2012-09-13 新電元工業株式会社 双方向ｄｃ－ｄｃコンバータ、および、電源システム
JP5834432B2 (ja) * 2011-03-17 2015-12-24 シンフォニアテクノロジー株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
TWI456885B (zh) 2011-12-06 2014-10-11 Ind Tech Res Inst 一種直流轉直流的電壓調節裝置及其操作方法
CN102739056B (zh) * 2012-06-20 2014-06-11 东南大学 一种适用于高压场合的非对称双向直流变换器
CN102751793B (zh) * 2012-07-06 2014-08-06 重庆大学 基于双边功率流控制的无线电能传输系统及其控制方法
JP5995139B2 (ja) * 2012-10-12 2016-09-21 富士電機株式会社 双方向ｄｃ／ｄｃコンバータ
JP6103874B2 (ja) * 2012-10-12 2017-03-29 株式会社日立情報通信エンジニアリング 電源装置とその運転方法
US20140153289A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Chung-Shan Institute Of Science And Technology Secondary Side Serial Resonant Full-Bridge DC/DC Converter
US9356523B2 (en) 2012-12-28 2016-05-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. DC-to-DC converter
JP2014217196A (ja) 2013-04-26 2014-11-17 パナソニック株式会社 双方向ｄｃ／ｄｃコンバータ
WO2014192014A2 (en) * 2013-05-02 2014-12-04 Indian Institute Of Technology Bombay Method and system for a low cost bi-directional grid tied photovoltaic (pv) micro inverter
CN105144562B (zh) * 2013-05-21 2017-10-31 株式会社村田制作所 开关电源装置
JP2015012645A (ja) * 2013-06-27 2015-01-19 サンケン電気株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ及びａｃ−ｄｃコンバータ
US10294858B2 (en) 2013-08-29 2019-05-21 Polaris Industries Inc. Portable generator
CN103475232B (zh) * 2013-09-30 2017-02-15 绿色储能技术研究院有限公司 电能存储及循环的高精度双向变换器
JP6504832B2 (ja) 2014-01-28 2019-04-24 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 統合された取り付けおよび冷却の装置、電子装置、および車両
JP6010570B2 (ja) * 2014-02-26 2016-10-19 株式会社豊田中央研究所 電力変換回路システム
CN103929064B (zh) * 2014-03-24 2016-09-28 江苏固德威电源科技股份有限公司 一种隔离双向dc/dc变换器及其控制方法
DE102014205652A1 (de) * 2014-03-26 2015-10-01 Robert Bosch Gmbh Modulationsverfahren für den Hochsetzsteller-Betrieb eines Gegentaktwandlers
CN105099197A (zh) * 2014-05-20 2015-11-25 艾默生网络能源有限公司 一种谐振电路、充电器以及不间断电源
KR101628133B1 (ko) * 2014-07-04 2016-06-08 현대자동차 주식회사 펄스폭 변조 공진 컨버터 및 이를 이용한 차량용 충전기
WO2016017170A1 (ja) * 2014-07-30 2016-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｄｃ－ｄｃコンバータ
US10073512B2 (en) 2014-11-19 2018-09-11 General Electric Company System and method for full range control of dual active bridge
US9780591B2 (en) * 2015-04-03 2017-10-03 Schneider Electric It Corporation Adaptive battery pack
KR101688790B1 (ko) * 2015-06-01 2016-12-22 경북대학교 산학협력단 이중 강압형 dc-dc 컨버터 및 그 구동방법
US9973099B2 (en) 2015-08-26 2018-05-15 Futurewei Technologies, Inc. AC/DC converters with wider voltage regulation range
US10243476B2 (en) * 2015-12-24 2019-03-26 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Power conversion device and power conversion method
CN110729902A (zh) * 2019-09-09 2020-01-24 西安奇点能源技术有限公司 一种新型双向dc-dc变换器
EP3819159A1 (en) * 2019-11-11 2021-05-12 Fico Triad, S.A. Multi-port and multi-directional power conversion system for electric and/or hybrid vehicles
CN111181411B (zh) * 2020-03-10 2021-07-16 上海科技大学 变/定母线电压超宽增益范围双向dc/dc变换器
CN111585446B (zh) * 2020-05-21 2023-03-24 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种双向全桥谐振变换器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1052039A (ja) 1996-07-31 1998-02-20 Meidensha Corp コンデンサ充電装置
JP2001103685A (ja) 1999-08-02 2001-04-13 General Motors Corp <Gm> 力率補正型単一段誘導充電器
JP2001204170A (ja) * 2000-01-17 2001-07-27 Meidensha Corp コンデンサの充電装置
JP2002165448A (ja) * 2000-11-20 2002-06-07 Denso Corp 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3893015A (en) * 1975-01-03 1975-07-01 Raytheon Co Forced voltage sharing in series-connected power inverters
JPH01238467A (ja) * 1988-03-17 1989-09-22 Okuma Mach Works Ltd インバータ電源装置
EP0741447A3 (en) * 1995-05-04 1997-04-16 At & T Corp Method and device for controlling a synchronous rectifier converter circuit
DE19945042C2 (de) * 1999-06-30 2002-12-19 Pi Ceramic Gmbh Keramische Tec Piezoelektrischer Antrieb, insbesondere piezoelektrischer Motor sowie Schaltungsanordnung zum Betreiben eines piezoelektrischen Motors
EP1137159A3 (en) * 2000-03-21 2002-08-21 International Rectifier Corporation Integrated controller for synchronous rectifiers
US6344985B1 (en) * 2000-12-05 2002-02-05 Heart Transverter S.A. Multiple port bi-directional power converter
US6937483B2 (en) * 2002-01-16 2005-08-30 Ballard Power Systems Corporation Device and method of commutation control for an isolated boost converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1052039A (ja) 1996-07-31 1998-02-20 Meidensha Corp コンデンサ充電装置
JP2001103685A (ja) 1999-08-02 2001-04-13 General Motors Corp <Gm> 力率補正型単一段誘導充電器
JP2001204170A (ja) * 2000-01-17 2001-07-27 Meidensha Corp コンデンサの充電装置
JP2002165448A (ja) * 2000-11-20 2002-06-07 Denso Corp 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ

Also Published As

Publication number Publication date
TWI327410B (en) 2010-07-11
JP4274353B2 (ja) 2009-06-03
JP2004282828A (ja) 2004-10-07
KR20040081374A (ko) 2004-09-21
US20040179381A1 (en) 2004-09-16
US7177163B2 (en) 2007-02-13
CN1571254A (zh) 2005-01-26
EP1458084A2 (en) 2004-09-15
EP1458084A3 (en) 2006-04-19
TW200503397A (en) 2005-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100954837B1 (ko) 쌍방향 ｄｃ－ｄｃ 컨버터
US6989655B2 (en) Engine generator
JP4318174B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
KR100810706B1 (ko) Ｄｃ―ｄｃ컨버터
JP4910078B1 (ja) Ｄｃ／ｄｃ変換器およびａｃ／ｄｃ変換器
JP5553677B2 (ja) ハイブリッド式発動発電機の出力制御装置
JP2015208171A (ja) 電源装置
US9209698B2 (en) Electric power conversion device
JP4454444B2 (ja) 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ
US20200266713A1 (en) DC-DC converter
US20070183176A1 (en) Power supply apparatus
JP2005051995A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
KR101295317B1 (ko) 전기 자동차（ｘＥＶ）의 전력변환장치용 복합형 충전 시스템
KR20210018598A (ko) 차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법
KR100911541B1 (ko) 연료전지 차량용 양방향 3상 ｐｗｍ ｄｃ-ｄｃ 컨버터
JP2002272104A5 (ko)
KR102269872B1 (ko) 인터리브드 pwm 가변 주파수 제어 방법 및 이를 실행하는 장치
JP6750999B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ、及び自動車
WO2021166233A1 (ja) 電力変換装置、それを含む車両及び制御方法
JP4183189B2 (ja) 電源装置
JP2001078462A (ja) 車両用モータ駆動装置
KR102357022B1 (ko) 동기정류 방식 직류 전원 공급기의 제어 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130318

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140320

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee