KR101333285B1 - Sllc resonant converter for bidirectional power conversion - Google Patents

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KR101333285B1
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KR1020120133728A
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김은수
김경환
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카코뉴에너지 주식회사
전주대학교 산학협력단
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Abstract

An SSL resonant converter for bidirectional power conversion is disclosed. The present invention comprises; a primary side end which is connected to a first direct current power source and induces the current change of a first wiring end of first and second resonant transformers in the operation of a forward direction operation and connects primary side first and second sub inductors to the first wiring end of the first and second resonant transformers in the operation of a reverse direction and makes the current change induced to the first wiring end of the first and second resonant transformers have an LLC resonant characteristic by the current change of a second wiring end of the first and second resonant transformers and charges the first direct current power source; and a secondary side end which is connected to a second direct current power source and induces the current change of the second wiring end of the first and second resonant transformers in the operation of a reverse direction ad connects secondary side first and second sub inductors to the second wiring end of the first and second resonant transformers and first and second capacitors and makes the current change induced to the second wiring end of the first and second resonant transformers have the LLC resonant characteristic by the current change of the first wiring end of the first and second resonant transformers and charges the second direct current power source.

Description

양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터{SLLC Resonant Converter for Bidirectional Power Conversion}SLLC Resonant Converter for Bidirectional Power Conversion}

본 발명은 양방향 전력수수 가능한 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 특히 낮은 입력 전압, 대전류에서 높은 전압으로 승압하고, 높은 전압에서 낮은 전압으로 강압하는 양방향 전력수수 가능한 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bidirectional power transferable DC-DC converter, and more particularly, to a bidirectional power transferable DC-DC converter that steps up from a low input voltage, a high current to a high voltage, and steps down from a high voltage to a low voltage.

태양광발전 전력계통연계 전력 제어 시스템(Power Conditioning System : PCS), 전기자동차 등에 절연형 양방향 DC/DC 컨버터가 에너지저장시스템의 변환장치로 적용이 확대되고 있다. 에너지저장시스템의 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.Insulation type bidirectional DC / DC converters such as photovoltaic power system-related power control systems (PCS) and electric vehicles are being widely used as converters for energy storage systems. Since the energy storage system conversion system requires high efficiency and safety, there is a bi-directional power-receivable DC / DC converter using an insulated high-frequency transformer and a bidirectional power-capable DC / DC converter incorporating a voltage source converter or a current source converter Has been developed.

최근 사이즈 및 스위칭 손실, EMI(Electro-Magnetic Interference) 저감을 위해 소프트스위칭 LLC 공진컨버터(LLC Resonant Converter)가 접목된 양방향 전력수수 가능한 DC/DC 컨버터가 적용되고 있다. Recently, bi-directional power-supply DC / DC converters with soft switching LLC resonant converters have been applied to reduce size, switching losses, and electro-magnetic interference (EMI).

도1 은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 일예를 나타낸다.1 shows an example of a conventional bidirectional DC / DC converter.

도1 의 양방향 DC/DC 컨버터는 일종의 LLC 공진컨버터(LLC Resonant Converter)로 구현되었으며, LLC 공진컨버터는 영전압스위칭(ZVS : Zero Voltage Switching)과 영전류스위칭(ZCS : Zero Current Switching) 동작이 가능하며 규준화된 공진주파수점(fs/fr = fn = 1)을 기준으로 승/강압제어가 가능하므로 주어진 입력전압제어범위 및 부하범위에 대응하여 스위칭주파수 동작 제어를 통해 출력전압제어 및 전력제어를 할 수 있다. The bidirectional DC / DC converter of FIG. 1 is implemented as a kind of LLC resonant converter, and the LLC resonant converter is capable of zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS) operation. In addition, the step-down / step-down control is possible based on the standardized resonant frequency point (f s / f r = f n = 1). Power control is possible.

하지만 양방향 전력수수가 가능하도록 하기 위해 도2 의 양방향 DC/DC 컨버터는 LLC 공진컨버터 1차측 및 2차측에 공진커패시터(Cr1, Cr2(또는 CB1))를 적용하게 되는데 적용된 1차측 및 2차측 공진커패시터의 커패시턴스 값에 따라 기존 LLC 공진컨버터 이득 특성과는 다른 동작특성을 갖게 된다.
However, in order to enable bidirectional power transfer, the bidirectional DC / DC converter of FIG. 2 applies resonant capacitors C r1 , C r2 (or C B1 ) to the primary and secondary sides of the LLC resonant converter. Depending on the capacitance value of the secondary resonant capacitor, it has a different operating characteristic from that of the conventional LLC resonant converter gain.

도2 내지 도4 는 도1 의 양방향 DC/DC 컨버터의 공진 특성을 나타낸다.2 to 4 show resonance characteristics of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 1.

순방향 또는 역방향 전력수수의 경우 양방향 전력수수 가능한 LLC 공진컨버터 1차측 및 2차측에 공진커패시터(Cr1, Cr2)가 있고, 적용된 1차측 공진커패시터(Cr1)에 비해 2차측 공진커패시터(Cr2)가 블로킹(Blocking) 커패시터처럼 큰 값의 커패시턴스(CB1)를 갖는다면 2차측 공진커패시터의 전압변동이 크지 않으므로 입력측에서 바라보았을 때 기존 LLC 공진컨버터 이득특성처럼 도 2와 같이 나타난다. In the case of the forward or reverse power cane resonant capacitor to the bi-directional power cane possible LLC resonant converter the primary side and the secondary side (C r1, C r2) is, and the secondary-side resonant capacitor in comparison to the primary side is applied a resonance capacitor (C r1) (C r2 ) Has a large capacitance (C B1 ) as a blocking capacitor, so the voltage variation of the secondary resonance capacitor is not large, and as seen from the input side, it appears as in the conventional LLC resonant converter gain characteristics as shown in FIG. 2.

하지만 2차측 공진커패시터에 작은 공진커패시턴스(Cr2)값을 적용하였을 경우 2차측 공진커패시터(Cr2)의 전압변동이 커지게 되고, 1차측 공진커패시터(Cr1)와 연동되어 동작되므로 도 3에 나타낸 바와 같이 CCL 공진특성과 LLC 공진특성이 혼합된 이득특성이 나타나게 되어 공진주파수보다 낮은 영역 및 중부하시에는 이득기울기가 공진주파수점에서의 이득보다도 적은 값을 갖는 기울기로 기울어져 기존 LLC 공진컨버터 이득특성 때와는 달리 쉽게 하드스위칭영역에서 동작하게 된다. 이러한 부하변동에 따른 이득기울기가 공진주파수점에서의 이득보다도 큰 값을 갖도록 위로 향한 이득기울기 특성을 갖기 위해서는 적용 변압기의 자화인덕턴스(Lm1)를 매우 줄여서 낮은 입력전압 또는 중부하조건에서의 이득특성기울기를 개선할 필요가 있다. 하지만 매우 저감된 자화인덕턴스(Lm1)에 따라 매우 큰 자화전류(Im1)가 흐르게 되어 스위칭소자 및 적용 부품 등에 도통손실이 매우 증가하는 문제가 있다.
However, when a small resonance capacitance (C r2 ) is applied to the secondary resonance capacitor, the voltage variation of the secondary resonance capacitor (C r2 ) increases, and is operated in conjunction with the primary resonance capacitor (C r1 ). As shown, gain characteristics in which CCL resonance characteristics and LLC resonance characteristics are mixed appear, and in the region below the resonance frequency and in the case of heavy load, the slope of the gain is inclined to a slope having a value smaller than the gain at the resonance frequency point. Unlike the characteristics, it is easily operated in the hard switching area. In order to have the gain slope characteristic upward so that the gain slope due to the load fluctuation has a larger value than the gain at the resonance frequency point, the magnetization inductance L m1 of the applied transformer is greatly reduced to obtain the gain characteristic at low input voltage or heavy load conditions. There is a need to improve the slope. However, a very large magnetization current (I m1 ) flows according to the very reduced magnetization inductance (L m1 ), so that a conduction loss is greatly increased in switching devices and applied parts.

도5 및 도6 은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 다른 예를 나타낸다.5 and 6 show another example of a conventional bidirectional DC / DC converter.

도5 및 도6 의 양방향 DC/DC 컨버터는 도1 의 양방향 DC/DC 컨버터의 문제점을 개선하기 위해 제안된 양방향 DC/DC 컨버터로서 각각 한국 특허출원(출원번호:10-2011-0111497, 명칭:양방향 직류-직류컨버터, 출원인:전주대학교)와 한국 특허출원(특허출원번호:10-2012-0043433, 명칭:양방향 직류-직류컨버터, 출원인:전주대학교, 카코뉴에너지)에 개시되어 있다.The bidirectional DC / DC converters of FIGS. 5 and 6 are bi-directional DC / DC converters proposed to improve the problems of the bidirectional DC / DC converters of FIG. Bi-directional DC-DC converter, Applicant: Jeonju University) and Korean patent application (Patent Application No.:10-2012-0043433, Name: Bi-directional DC-DC converter, Applicant: Jeonju University, Kakonew Energy).

도 5와 도 6의 양방향 DC/DC 컨버터는 양방향보조스위치(SA1, SA2, SA3, SA4)와 블로킹 커패시터(CB1, CB2, CB3, CB4)및 보조스위치(SR1, SR2, SR3, SR4)와 다이오드(DR1, DR2, DR3, DR4)로 구성된 보조수단을 갖는 양방향 전력수수가 가능한 공진컨버터를 제안하였다. 그러나 도 5의 양방향 DC/DC 컨버터는 모든 주 회로에서 보조스위치와 블로킹 커패시터를 적용하기 때문에 회로 구성요소가 복잡하고, 공진전류가 보조스위치를 통해 흐르기 때문에 도통 손실이 증가하는 단점이 있다. 또한 도 6의 양방향 DC/DC 컨버터는 FB(Full-Bridg) 공진컨버터 방식을 적용하였기 때문에 동일 출력용량에 대해 HB(Half-Bridg) 공진컨버터 방식보다 낮은 전류정격의 스위칭소자를 적용할 수 있어 도통 손실감소 및 중, 대용량으로 확대적용이 쉽지만, 낮은 입력전압 및 대전류에서 높은 출력전압으로 승압하고, 역으로 높은 출력전압에서 낮은 전압, 대전류로 강압하는 양방향전력변환장치에 있어서는, 낮은 입력전압단에서 큰 공진전류를 1차측 공진커패시터가 부담해야 하기 때문에 전류내량이 큰 1차측 공진커패시터를 사용하며, 특히 수십 암페어 이상 대전류 공진전류가 흐르는 경우 하나의 공진커패시터로 감당하기 어렵기 때문에 병렬로 연결하여 구성하여야 하므로 크기가 증가하고, 단가상승 등 단점을 갖고 있다.
The bidirectional DC / DC converters of FIGS. 5 and 6 include bidirectional auxiliary switches S A1 , S A2 , S A3 and S A4 , blocking capacitors C B1 , C B2 , C B3 , and C B4 and auxiliary switches S R1. We have proposed a resonant converter capable of two-way power transmission with auxiliary means consisting of, S R2 , S R3 , S R4 ) and diodes (D R1 , D R2 , D R3 , D R4 ). However, the bidirectional DC / DC converter of FIG. 5 has a disadvantage in that the circuit components are complicated because the main switch and the blocking capacitor are applied to all main circuits, and the conduction loss increases because the resonant current flows through the auxiliary switch. In addition, since the bi-directional DC / DC converter of FIG. 6 adopts a full-bridging (FB) resonant converter method, it is possible to apply a switching element having a lower current rating than a half-bridging (HB) resonant converter method for the same output capacitance. It is easy to reduce the loss and expand it to medium and large capacity, but in the bi-directional power converter that boosts to high output voltage at low input voltage and high current, and reverses to low voltage and high current at high output voltage, The primary resonance capacitor has to bear a large resonance current, so a primary resonance capacitor with a large current resistance is used.In particular, when a large current resonance current flows over several tens of amperes, it is difficult to handle with one resonance capacitor. Since it must be increased in size, there is a disadvantage such as a unit price increase.

본 발명의 목적은 회로구성이 간단하고, 효율을 개선 할 수 있는 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a SLLC resonant converter for bidirectional power transmission, which can simplify the circuit configuration and improve efficiency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 SLLC 공진컨버터는 제1 직류 전원에 연결되어, 순방향 동작 시에 제1 및 제2 공진 변압기 각각의 제1 권선단에 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에 1차측 제1 및 제2 보조 인덕터를 상기 제1 및 제2 공진 변압기의 제1 권선단과 각각 연결하여 상기 제1 및 제2 공진 변압기의 제2 권선단의 전류 변화에 의해 제1 및 제2 공진 변압기의 제1 권선단에 각각에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 제1 직류 전원을 충전하는 1차측단; 및 상기 제1 직류 전원 보다 높은 전압 레벨을 갖는 제2 직류 전원에 연결되어, 역방향 동작 시에 제1 및 제2 공진 변압기 각각의 제2 권선단에 전류 변화를 유도하고, 순방향 동작 시에 2차측 제1 및 제2 보조 인덕터를 상기 제1 및 제2 공진 변압기의 제2 권선단과 제1 및 제2 공진 커패시터와 각각 연결하여 상기 제1 및 제2 공진 변압기의 제1 권선단의 전류 변화에 의해 제1 및 제2 공진 변압기의 제2 권선단에 각각에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 제2 직류 전원을 충전하는 2차측단;을 포함한다.SLLC resonant converter according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is connected to the first DC power source, induces a current change in the first winding end of each of the first and second resonant transformer in the forward operation, In the reverse operation, the first and second auxiliary inductors are connected to the first winding ends of the first and second resonant transformers, respectively, so that the first current is changed by the current change of the second winding ends of the first and second resonant transformers. And a primary side stage configured to charge the first DC power supply so that a current change induced in each of the first winding ends of the second resonant transformer has an LLC resonance characteristic. And a second DC power supply having a higher voltage level than the first DC power supply, inducing a current change in a second winding end of each of the first and second resonant transformers in a reverse operation, and a secondary side in a forward operation. The first and second auxiliary inductors are connected to the second winding ends of the first and second resonant transformers and the first and second resonant capacitors, respectively, to change the current of the first winding ends of the first and second resonant transformers. And a secondary side end configured to charge the second DC power supply so that a current change induced in each of the second winding ends of the first and second resonant transformers has an LLC resonance characteristic.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 SLLC 공진컨버터는 제1 직류 전원에 연결되어, 순방향 동작 시에 공진 변압기의 제1 권선단에 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에 1차측 보조 인덕터를 상기 공진 변압기의 제1 권선단과 연결하여 상기 공진 변압기의 제2 권선단의 전류 변화에 의해 공진 변압기의 제1 권선단에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 제1 직류 전원을 충전하는 1차측단; 및 상기 제1 직류 전원 보다 높은 전압 레벨을 갖는 제2 직류 전원에 연결되어, 역방향 동작 시에 공진 변압기 각각의 제2 권선단에 전류 변화를 유도하고, 순방향 동작 시에 2차측 보조 인덕터를 상기 공진 변압기의 제2 권선단과 공진 커패시터와 연결하여 상기 공진 변압기의 제1 권선단의 전류 변화에 의해 공진 변압기의 제2 권선단에 각각에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 제2 직류 전원을 충전하는 2차측단;을 포함한다.
SLLC resonant converter according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is connected to the first DC power source, induces a current change in the first winding end of the resonant transformer in the forward operation, the primary side in the reverse operation The auxiliary direct inductor is connected to the first winding end of the resonant transformer so that the current change induced in the first winding end of the resonant transformer by the current change of the second winding end of the resonant transformer has the LLC resonant characteristic, thereby providing the first DC power supply. Primary side charging; And a second DC power supply having a higher voltage level than the first DC power supply, inducing a current change in the second winding end of each of the resonant transformers in a reverse operation, and resonating the secondary auxiliary inductor in a forward operation. The second DC power supply is connected to the second winding end of the transformer and the resonant capacitor so that the current change induced in each of the second winding ends of the resonant transformer by the current change of the first winding end of the resonant transformer has an LLC resonance characteristic. It includes; secondary side charging.

따라서, 본 발명의 양방향 전력 수수를 위한 SLLC 공진컨버터는 낮은 전압단에서는 대전류 공진 커패시터를 사용하지 않고, 높은 전압단에 공진 커패시터를 적용하고, 별도의 보조 인턱터와의 공진 특성을 이용하여 양방향 전력 수수가 가능하므로, 회로구성이 간단하고, 크기를 줄일 수 있으며, 제조비용을 낮추고 효율을 개선 할 수 있다.
Accordingly, the SLLC resonant converter for bidirectional power transfer of the present invention does not use a large current resonant capacitor at a low voltage stage, applies a resonant capacitor at a high voltage stage, and uses a resonant characteristic with a separate auxiliary inductor. Since the circuit configuration is simple, the size can be reduced, the manufacturing cost can be reduced, and the efficiency can be improved.

도1 은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 일예를 나타낸다.
도2 내지 도4 는 도1 의 양방향 DC/DC 컨버터의 공진 특성을 나타낸다.
도5 및 도6 은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 다른 예를 나타낸다.
도7 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 일 실시예를 나타낸다.
도8 은 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이다.
도9 및 도10 은 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도11 은 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이다.
도12 및 도13 은 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도14 및 도15 는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 다른 실시예를 나타낸다.
도16은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 공진 특성을 나타낸다.
도17은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 적용 예를 나타낸다.
도18 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도19 는 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작 시 1차측단의 등가 회로를 나타낸다.
도20 은 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이다.
도21 및 도22 는 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도23 은 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작 시 2차측단의 등가 회로를 나타낸다.
도24 는 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이다.
도25 및 도26 은 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도27 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터에서 양방향 보조스위칭소자부의 다른 구성을 나타낸다.
도28 및 도29 는 각각 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작와 역방향 동작시 실험결과에서 관측되는 파형을 나타낸다.
도30 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 1차측 입력전압 범위에 대한 효율 특성을 나타낸다.
도31 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 1차측 입력전압의 제어 범위에 대한 효율 특성을 나타낸다.
1 shows an example of a conventional bidirectional DC / DC converter.
2 to 4 show resonance characteristics of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 1.
5 and 6 show another example of a conventional bidirectional DC / DC converter.
Figure 7 shows one embodiment of a bidirectional SLLC resonant converter in accordance with the present invention.
FIG. 8 is an operational waveform diagram in a forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
9 and 10 are diagrams for explaining the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
FIG. 11 is an operational waveform diagram in a reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
12 and 13 are diagrams for explaining reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
14 and 15 show another embodiment of a bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention.
16 shows resonance characteristics of a bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention.
17 shows an application example of a bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention.
Figure 18 shows another embodiment of a bidirectional SLLC resonant converter in accordance with the present invention.
FIG. 19 shows an equivalent circuit of the primary end in the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
20 is an operational waveform diagram in a forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
21 and 22 are diagrams for explaining, in sections, the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
FIG. 23 shows an equivalent circuit of the secondary side stage in the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
24 is an operational waveform diagram in the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
25 and 26 are diagrams for explaining reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.
27 shows another configuration of the bidirectional auxiliary switching element section in the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention.
28 and 29 show waveforms observed in the experimental results during the forward operation and the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention, respectively.
30 shows efficiency characteristics for the primary input voltage range in the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention.
Figure 31 shows the efficiency characteristics for the control range of the primary input voltage in the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention.

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.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

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. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.

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.
Throughout the specification, when an element is referred to as " including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.

도7 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 일 실시예를 나타낸다.Figure 7 shows one embodiment of a bidirectional SLLC resonant converter in accordance with the present invention.

도7 의 양방향 SLLC(Secondary Inductor(L) Inductor(L) Capacitor) 공진 컨버터(Resonant Converter)는 풀 브릿지(Full Bridge) 양방향 SLLC 공진 컨버터로서, 제1 직류 전원(Vin)과 제2 직류 전원(Vo) 및 1차측단 및 2차측단(110, 120)을 구비하는 공진 컨버터부(100)를 구비한다. 여기서 제1 직류 전원(Vin)은 제2 직류 전원(Vo)보다 전압 레벨이 낮다.The bidirectional SLLC (Secondary Inductor (L) Inductor (L) Capacitor) resonant converter of FIG. 7 is a full bridge bidirectional SLLC resonant converter, and includes a first DC power supply (V in ) and a second DC power supply ( V o ) and the resonant converter unit 100 having the primary side and secondary side ends 110 and 120. Here, the first DC power supply V in has a lower voltage level than the second DC power supply V o .

공진 컨버터부(100)의 1차측단(110)은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Cin), 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 커패시터(Cin)와 병렬로 연결되는 1차측 제1 스위칭 소자부와 1차측 제2 스위칭 소자부를 구비하는 1차측 스위칭부와, 1차측 제1 스위칭 소자부와 1차측 제2 스위칭 소자부 사이에 연결되는 1차측 공진부 및 1차측 제1 스위칭 소자부와 1차측 제2 스위칭 소자부 사이에 1차측 공진부와 병렬로 연결되는 1차측 보조 회로부를 구비한다.The primary end 110 of the resonant converter unit 100 may include a first capacitor connected in parallel with the first DC power supply V in between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12 ( C in ), the primary first switching element portion and the primary second switching element portion connected in parallel with the first capacitor C in between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12. 1 between the primary side switching unit and the primary side resonating unit connected between the primary side first switching element unit and the primary side second switching element unit and between the primary side first switching element unit and the primary side second switching element unit. And a primary side auxiliary circuit portion connected in parallel with the secondary side resonance portion.

제1 커패시터(Cin)는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되어 제1 직류 전원(Vin)을 안정화한다. 제1 커패시터(Cin)는 경우에 따라 제거될 수 도 있다.The first capacitor C in is connected in series between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12 to stabilize the first DC power supply V in . The first capacitor C in may be removed in some cases.

1차측 제1 스위칭 소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)를 구비하고, 1차측 제2 스위칭 소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3, Q4)를 구비한다.The primary side first switching element unit includes first and second switching elements Q 1 and Q 2 connected in series between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12, and the primary side The second switching element unit includes third and fourth switching elements Q 3 and Q 4 connected in series between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12.

1차측 공진부는 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2) 사이의 1차측 제3 노드(Nd13)와 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3, Q4) 사이의 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 배치된다. 1차측 공진부는 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 공진 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)을 구비한다. 그리고 도7 에서 Ll1은 1차측 권선단(N1)의 누설 인덕턴스를 나타낸다.The primary side resonator includes a primary side third node Nd13 between the first and second switching elements Q 1 and Q 2 and a primary side fourth node between the third and fourth switching elements Q 3 and Q 4 . It is arranged between Nd14. The primary resonator includes a primary winding end N 1 of the resonant transformer TR between the primary third node Nd13 and the primary fourth node Nd14. In FIG. 7, L 11 represents the leakage inductance of the primary winding end N 1 .

1차측 보조 회로부는 1차측 공진부와 병렬로 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 연결되고, 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 보조인덕터(LA1)와 1차측 양방향보조스위칭소자부를 구비한다. 1차측 양방향보조스위칭소자부는 서로 병렬로 연결되는 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 구비한다. 따라서 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)의 턴-온/오프 동작에 따라 1차측 보조인덕터(LA1)가 1차측 공진부와 병렬 연결된다.The primary side auxiliary circuit is connected between the primary side third node Nd13 and the primary side fourth node Nd14 in parallel with the primary side resonator, and the primary side third node Nd13 and the primary side fourth node Nd14. Primary side inductor (L A1 ) and the primary side bi-directional auxiliary switching element portion connected in series. The primary bidirectional auxiliary switching device unit includes first and second auxiliary switching devices S A1 and S A2 connected in parallel to each other. Therefore, the primary side auxiliary inductor L A1 is connected in parallel with the primary side resonator according to the turn-on / off operations of the first and second auxiliary switching elements S A1 and S A2 .

한편 공진 컨버터부(100)의 2차측단(120)은 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 제2 직류 전원(Vo)과 병렬로 연결되는 제2 커패시터(Co), 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 제2 커패시터(Co)와 병렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭 소자부와 2차측 제2 스위칭 소자부를 구비하는 2차측 스위칭부와, 2차측 제1 스위칭 소자부와 2차측 제2 스위칭 소자부 사이에 연결되는 2차측 공진부 및 2차측 제1 스위칭 소자부와 2차측 제2 스위칭 소자부 사이에 2차측 공진부와 병렬로 연결되는 2차측 보조 회로부를 구비한다.On the other hand, the secondary end 120 of the resonant converter unit 100 is a second capacitor connected in parallel with the second DC power supply (V o ) between the secondary side first node (Nd21) and the secondary side second node (Nd22) (C o ), the secondary side first switching element portion and the secondary side second switching element connected in parallel with the second capacitor (C o ) between the secondary side first node (Nd21) and the secondary side second node (Nd22) Between the secondary side switching portion having a secondary portion, the secondary side resonating portion connected between the secondary side first switching element portion and the secondary side second switching element portion, and between the secondary side first switching element portion and the secondary side second switching element portion. And a secondary side auxiliary circuit portion connected in parallel with the secondary side resonance portion.

제2 커패시터(Co)는 제1 커패시터(Cin)와 유사하게 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 직렬로 연결되어 제2 직류 전원(Vo)을 안정화한다. 제2 커패시터(Co) 또한 제1 커패시터(Cin)와 마찬가지로 경우에 따라 제거될 수 도 있다.Similar to the first capacitor C in , the second capacitor C o is connected in series between the second side first node Nd21 and the second side second node Nd22 to supply a second DC power source V o . Stabilize. Similarly to the first capacitor C in , the second capacitor CO may also be removed.

2차측 제1 스위칭 소자부는 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 직렬로 연결되는 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6)를 구비하고, 2차측 제2 스위칭 소자부는 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 직렬로 연결되는 제7 및 제8 스위칭 소자(Q7, Q8)를 구비한다.The secondary side first switching element unit includes fifth and sixth switching elements Q 5 and Q 6 connected in series between the secondary side first node Nd21 and the secondary side second node Nd22, and the secondary side. The second switching element unit includes seventh and eighth switching elements Q 7 and Q 8 connected in series between the secondary side first node Nd21 and the secondary side second node Nd22.

2차측 공진부는 제5 및 제6 스위칭 소자(Q5, Q6) 사이의 2차측 제3 노드(Nd23)와 제7 및 제8 스위칭 소자(Q7, Q8) 사이의 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 배치된다. 2차측 공진부는 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 공진 커패시터(Cs)와 공진 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)을 구비한다. 즉 2차측 공진부는 1차측 공진부와 달리 공진 커패시터(Cs)를 구비한다. 그리고 Ll2은 2차측 권선단(N2)의 누설 인덕턴스를 나타낸다. 공진 변압기(TR)의 제1 및 2차측 권선단(N1, N2)의 비(n)는 N2/N1이다.The secondary side resonator includes the secondary side third node Nd23 between the fifth and sixth switching elements Q 5 and Q 6 and the secondary side fourth node between the seventh and eighth switching elements Q 7 and Q 8 . It is arranged between Nd24. The secondary resonator includes a resonant capacitor C s and a secondary winding end N 2 of the resonant transformer TR between the secondary third node Nd23 and the secondary fourth node Nd24. That is, unlike the primary side resonator, the secondary resonator includes a resonant capacitor C s . And L 12 represents the leakage inductance of the secondary winding end N 2 . The ratio n of the first and secondary winding ends N 1 and N 2 of the resonant transformer TR is N 2 / N 1 .

2차측 보조 회로부는 2차측 공진부와 병렬로 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 연결되고, 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 직렬로 연결되는 2차측 보조인덕터(LA2)와 2차측 양방향보조스위칭소자부를 구비한다. 2차측 양방향보조스위칭소자부는 서로 병렬로 연결되는 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)를 구비한다. 따라서 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)의 턴-온/오프 동작에 따라 2차측 보조인덕터(LA1)가 2차측 공진부와 병렬 연결된다.
The secondary side auxiliary circuit part is connected between the secondary side third node Nd23 and the secondary side fourth node Nd24 in parallel with the secondary side resonator and the secondary side third node Nd23 and the secondary side fourth node Nd24. The secondary side inductor (L A2 ) and the secondary side bi-directional auxiliary switching element portion connected in series. The secondary bidirectional auxiliary switching device unit includes third and fourth auxiliary switching devices S A3 and S A4 connected in parallel to each other. Therefore, the secondary side inductor L A1 is connected in parallel with the secondary side resonator according to the turn-on / off operations of the third and fourth auxiliary switching elements S A3 and S A4 .

도8 은 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이고, 도9 및 도10 은 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is an operation waveform diagram of a bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 7 in a forward operation, and FIGS. 9 and 10 are diagrams for explaining a forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.

도8 내지 도10 을 참조하여 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 설명하면, 도8 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작은 제1 내지 제6 시간 구간의 6개의 시간 구간((t0 ~ t1), (t1 ~ t2), (t2 ~ t3), (t3 ~ t4), (t4 ~ t5), (t5 ~ t6))으로 구분될 수 있다.8 to 10, the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 7 is described. Referring to FIG. 8, the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 8 includes six time intervals (t 0 to 6 th time interval). t 1 ), (t 1 to t 2 ), (t 2 to t 3 ), (t 3 to t 4 ), (t 4 to t 5 ), and (t 5 to t 6 )).

도8 에서 전압(Vab)은 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이의 전압 레벨을 나타낸다.In FIG. 8, the voltage V ab indicates the voltage level between the primary third node Nd13 and the primary fourth node Nd14.

순방향 동작 시에는 1차측단(110)의 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)와 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)가 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호(VGQ1 ~ VGQ4)의 전압 레벨에 응답하여 번갈아가며 온/오프된다. 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)는 각각 고정된 듀티비(예를 들면 50%)를 가지고 교번으로 동작하는 스위칭신호(VGQ1, VGQ4)와 스위칭신호(VGQ2, VGQ3)에 응답하여 턴-온, 턴-오프된다. 그러나 2차 측단(120)의 제5 내지 제8 스위칭 소자(Q5 ~ Q8)는 순방향 동작 시에 계속 오프 상태로 유지된다. 따라서 2차 측단(120)의 제5 내지 제8 스위칭 소자(Q5 ~ Q8)는 역병렬다이오드(Body 다이오드)로서 정류다이오드로 동작한다. 그리고 순방향 동작 시에 1차측단(110)의 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)는 항시 턴-오프(Turn-off)되고, 2차측단(120)의 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)는 항시 턴-온(Turn-on)된다. 순방향 동작 시에 1차측단(110)의 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)가 높은 이득 특성을 갖는 LLC 공진 이득 특성을 갖기 위해 모두 턴-오프 되어 있으므로, 낮은 전압단인 1차측단의 1차측 보조인덕터(LA1)는 1차측 제3 및 제4 노드(Nd13, Nd14)와 연결되지 않게 되어, 1차측 공진부는 1차측 보조인덕터(LA1)와 연결되지 않는다. 대신 2차측단의 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)는 항시 턴-온되어 있으므로, 2차측 보조인덕터(LA2)가 2차측 공진부와 연결된다.In the forward operation, switching in which the first and fourth switching elements Q 1 and Q 4 and the second and third switching elements Q 2 and Q 3 of the primary end 110 are applied corresponding to the respective gates. It is alternately turned on / off in response to the voltage levels of the signals V GQ1 to V GQ4 . The first to fourth switching elements Q 1 to Q 4 have alternating switching signals V GQ1 and V GQ4 and switching signals V GQ2 and V respectively having a fixed duty ratio (for example, 50%). GQ3 ) is turned on and off in response. However, the fifth to eighth switching elements Q 5 to Q 8 of the secondary side end 120 remain off in the forward operation. Therefore, the fifth to eighth switching elements Q 5 to Q 8 of the secondary side end 120 operate as rectifier diodes as antiparallel diodes. In the forward operation, the first and second auxiliary switching elements S A1 and S A2 of the primary side end 110 are always turned off, and the third and third portions of the secondary side end 120 are turned off. 4 The auxiliary switching elements S A3 and S A4 are always turned on. In the forward operation, since the first and second auxiliary switching elements S A1 and S A2 of the primary end 110 are all turned off to have the LLC resonance gain characteristic having the high gain characteristic, The primary auxiliary inductor L A1 of the primary end is not connected to the primary third and fourth nodes Nd13 and Nd14, so that the primary resonator is not connected to the primary auxiliary inductor L A1 . Instead, since the third and fourth auxiliary switching elements S A3 and S A4 at the secondary end are always turned on, the secondary side inductor L A2 is connected to the secondary resonator.

순방향 동작시 제1 시간 구간(t0 ~ t1)에서의 동작을 살펴보면, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)가 스위칭신호(VGQ1, VGQ4)에 응답하여 턴 온 되기 이전 상태로 오프 상태가 유지되고 있으며, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)는 스위칭신호(VGQ2, VGQ3)에 응답하여 턴 오프된 상태이다. 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)가 모두 오프되어 있으므로, 기본적으로 전류 경로가 생성되지 않는다.Referring to the operation in the first time interval t 0 to t 1 during the forward operation, the first and fourth switching elements Q 1 and Q 4 are turned on in response to the switching signals V GQ1 and V GQ4 . The off state is maintained in the previous state, and the second and third switching elements Q 2 and Q 3 are turned off in response to the switching signals V GQ2 and V GQ3 . Since all of the first to fourth switching elements Q 1 to Q 4 are turned off, no current path is basically generated.

그러나 공진 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)에 의해 1차측 공진 전류(IT1) 변화가 발생하고, 1차측 공진 전류(IT1)는 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)의 역병렬다이오드를 통해 전류 경로가 형성되어 흐르게 된다. However, the primary winding terminal of the resonant transformer (TR) (N 1) the primary side resonance current (I T1) change occurs and, the primary side resonance current (I T1) by the first and fourth switching elements (S 1, A current path is formed and flows through the antiparallel diode of S 4 ).

이에 공진 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에 공진 전류가 유도된다. 2차측 권선단(N2)에 유도된 공진 전류 중 2차측 공진 전류(IT2)는 제5 내지 제8 스위칭 소자(Q5 ~ Q8)가 모두 턴-오프 상태이지만, 2차측 공진 전류(IT2)는 제5 및 제8 스위칭 소자(S5, S8)의 역병렬다이오드를 통해 전류 경로가 형성되어 제2 직류 전원(Vo)로 흐르게 된다. 또한 2차측 권선단(N2)에 유도된 공진 전류 중 2차측 여자 전류(IA2)는 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)가 턴-온 상태이므로, 2차측 보조인덕터(LA2)로 흐르게 된다. 즉 1차측 공진 전류(IT1)에 의해 2차측 권선단(N2)에 유도된 공진 전류는 2차측 공진 전류(IT2)와 2차측 여자 전류(IA2)의 합으로 수학식 1과 같이 나타난다.As a result, a resonant current is induced in the secondary winding end N 2 of the resonant transformer TR. Among the resonant currents induced in the secondary winding end N 2 , the secondary resonant current I T2 has all of the fifth to eighth switching elements Q 5 to Q 8 turned off, but the secondary side resonant current ( I T2 ) has a current path formed through the anti-parallel diodes of the fifth and eighth switching elements S 5 and S 8 to flow to the second DC power source Vo . In addition, since the third and fourth auxiliary switching elements S A3 and S A4 are turned on in the secondary side exciting current I A2 among the resonance currents induced in the secondary winding end N 2 , the secondary side inductor It flows to L A2 . That is, the resonance current induced by the secondary winding end N 2 by the primary resonance current I T1 is the sum of the secondary resonance current I T2 and the secondary excitation current I A2 , as shown in Equation 1 below. appear.

Figure 112012096900922-pat00001
Figure 112012096900922-pat00001

여기서 n은 공진 변압기(TR)의 권선비(n = N2/N1)이다.Where n is the winding ratio (n = N 2 / N 1 ) of the resonant transformer TR.

제2 시간 구간(t1 ~ t2)에서의 동작을 살펴보면, 상기 제1 시간 구간 (t0 ~ t1)동안에 역병렬다이오드(바디다이오드)로 도통된 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)가 제2 시간 구간(t1 ~ t2)에 스위칭신호(VGQ1, VGQ4)에 응답하여 영전압스위칭 턴-온 되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)는 스위칭신호(VGQ2, VGQ3)에 응답하여 턴 오프된 상태가 유지된다. 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)와 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)가 턴-오프 상태를 유지하는데 반해, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)가 턴-온되므로, 여전히 전류 경로는 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)와 1차측 공진부를 통해 형성된다. 다만, 제2 시간 구간(t1 ~ t2)에서는 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)가 제1 시간 구간 (t0 ~ t1)의 역병렬다이오드가 아닌 스위치로서 동작한다.Referring to the operation in the second time interval t 1 to t 2 , the first and fourth switching elements Q 1 conducted to the anti-parallel diode (body diode) during the first time interval t 0 to t 1 . , Q 4 ) is turned on in response to the switching signals V GQ1 and V GQ4 in the second time interval t 1 to t 2 , and the second and third switching elements Q 2 and Q 3 are turned on. ) Is turned off in response to the switching signals V GQ2 and V GQ3 . While the second and third switching elements Q 2 and Q 3 and the first and second auxiliary switching elements S A1 and S A2 maintain a turn-off state, the first and fourth switching elements Q 1 , Q 4 is turned on, so that a current path is still formed through the first and fourth switching elements Q 1 and Q 4 and the primary side resonator. However, in the second time interval t 1 to t 2 , the first and fourth switching elements Q 1 and Q 4 operate as switches other than the antiparallel diode of the first time interval t 0 to t 1 . .

그리고 제2 시간 구간(t1 ~ t2)에서 2차측단(120)은 제5 내지 제8 스위칭 소자(Q5 ~ Q8)와 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)가 제1 시간 구간 (t0 ~ t1)과 동일한 상태를 유지함에 따라 제1 시간 구간 (t0 ~ t1)과 동일한 전류 경로를 형성한다. 그러므로 수학식 1에 따라 2차측단에 공진 전류가 발생한다.In the second time interval t 1 to t 2 , the secondary side terminal 120 includes fifth to eighth switching elements Q 5 to Q 8 , and third and fourth auxiliary switching elements S A3 and S A4 . and the forming the same current path as the first time interval (t 0 ~ t 1) and the first time interval according to maintain the same state (t 0 ~ t 1). Therefore, according to Equation 1, a resonance current is generated at the secondary end.

제3 시간 구간(t2 ~ t3)에서 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)는 스위칭신호(VGQ1, VGQ4)에 응답하여 턴-온 상태를 유지하고 있으며, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)는 스위칭신호(VGQ2, VGQ3)에 응답하여 턴 오프된 상태가 유지된다. 즉 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)의 상태는 제2 시간 구간(t1 ~ t2)과 동일하다. 그러나 제1 직류 전원(Vin)이 인가되는 시간이 길어짐에 따라, 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 흐르는 1차측 공진 전류(IT1)와 1차측 공진 전류(IT1)에 의해 유도되어 2차측단(120)의 2차측 보조 인덕터(LA2)를 흐르는 2차측 여자 전류(IA2)에 권선비를 곱한 값(nIA2)가 동일하게 된다. 이는 수학식 1에 따라 2차측 공진 전류(IT2)가 0이 됨을 의미한다. 따라서 공진 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)에는 전류량의 변화가 발생하지 않게 되고, 공진 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에는 2차측 공진 전류(IT2)가 유도되지 않음을 나타낸다. 비록 공진 컨버터부(100)의 2차측단(120)에는 제2 전원 전압(Vo)이 연결되어 있지만, 제5 내지 제8 스위칭 소자(Q5 ~ Q8)는 모두 턴-오프 상태이므로 전류 경로가 형성되지 않는다. 이에 2차측 공진 전류(IT2)는 흐르지 않는다.In the third time period t 2 to t 3 , the first and fourth switching elements Q 1 and Q 4 maintain a turn-on state in response to the switching signals V GQ1 and V GQ4 . And the third switching elements Q 2 and Q 3 remain turned off in response to the switching signals V GQ2 and V GQ3 . That is, the states of the first to fourth switching elements Q 1 to Q 4 are the same as the second time intervals t 1 to t 2 . However, as the time for which the first DC power supply V in is applied increases, the primary side resonance current I T1 and the primary side resonance flowing between the primary third node Nd13 and the primary fourth node Nd14 are increased. The value nI A2 obtained by multiplying the winding ratio by the secondary side exciting current I A2 induced by the current I T1 and flowing through the secondary side inductor L A2 of the secondary side 120 is equal. This means that the secondary resonant current I T2 becomes 0 according to Equation 1. Therefore, no change in the amount of current occurs in the primary winding end N 1 of the resonance transformer TR, and the secondary resonance current I T2 is induced in the secondary winding end N 2 of the resonance transformer TR. Not shown. Although the second power supply voltage V o is connected to the secondary side terminal 120 of the resonant converter unit 100, the fifth to eighth switching elements Q 5 to Q 8 are all turned off so that the current No path is formed. Accordingly, the secondary side resonance current I T2 does not flow.

제4 시간 구간(t3 ~ t4)에서, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)가 스위칭신호(VGQ1, VGQ4)에 응답하여 턴-오프되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)는 스위칭신호(VGQ2, VGQ3)에 응답하여 턴-온 되기 이전 상태로 오프 상태가 유지되고 있다. 즉 제4 시간 구간(t3 ~ t4)에서도 제1 시간 구간(t0 ~ t2)과 유사하게 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)가 모두 오프되어 있다. 그러므로 전류 경로가 생성되지 않는다. 그러나 공진 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)에 의해 1차측 공진 전류(IT1) 변화가 발생하고, 1차측 공진 전류(IT1)는 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)의 역병렬다이오드를 통해 흐르게 된다. 이에 공진 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에 공진 전류(IT2)가 유도되고, 제6 및 제7 스위칭 소자(Q6, Q7)의 역병렬다이오드를 통해 전류 경로가 형성되어 2차측 공진 전류(IT2)가 흐른다. 그리고 제4 시간 구간(t3 ~ t4)에서도 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)가 턴-온 상태이므로, 2차측 여자 전류(IA2)가 2차측 보조인덕터(LA2)로 흐르게 된다. 따라서 1차측 공진 전류(IT1)에 의해 2차측 권선단(N2)에 유도된 공진 전류는 수학식 1과 같이 나타난다.In the fourth time interval t 3 to t 4 , the first and fourth switching elements Q 1 and Q 4 are turned off in response to the switching signals V GQ1 and V GQ4 , and the second and third The switching elements Q 2 and Q 3 remain in an off state before being turned on in response to the switching signals V GQ2 and V GQ3 . That is, in the fourth time intervals t 3 to t 4 , similarly to the first time intervals t 0 to t 2 , all of the first to fourth switching elements Q 1 to Q 4 are turned off. Therefore no current path is created. However, the primary winding terminal of the resonant transformer (TR) (N 1) the primary side resonance current (I T1) change occurs and, the primary side resonance current (I T1) by the second and third switching devices (Q 2, Q 3 ) through the antiparallel diode. The resonant current I T2 is induced in the secondary winding end N 2 of the resonant transformer TR, and a current path is formed through the antiparallel diodes of the sixth and seventh switching elements Q 6 and Q 7 . The secondary side resonance current I T2 flows. In addition, since the third and fourth auxiliary switching elements S A3 and S A4 are turned on in the fourth time interval t 3 to t 4 , the secondary side excitation current I A2 is the secondary side inductor L. A2 ). Therefore, the resonance current induced in the secondary winding end N 2 by the primary resonance current I T1 is represented by Equation 1 below.

제5 시간 구간(t4 ~ t5)에서의 동작은 개념적으로 제2 시간 구간(t1 ~ t2)과 동일하고, 제6 시간 구간(t5 ~ t6)에서의 동작은 개념적으로 제3 시간 구간(t2 ~ t3)과 동일하므로, 별도로 설명하지 않는다.The operation in the fifth time interval t 4 to t 5 is conceptually the same as the second time interval t 1 to t 2 , and the operation in the sixth time interval t 5 to t 6 is conceptually Since it is the same as the 3 time intervals t 2 to t 3 , it will not be described.

결과적으로 도7 에 도시된 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진컨버터는 순방향 전력전달 동작 시 공진 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)의 누설인덕턴스(Ll1)와 2차측 권선단(N2)의 누설인덕턴스(Ll2), 2차측단(120)에 구비된 공진커패시터(Cs), 2차측 보조인덕터(LA2)와의 공진특성을 이용하여 2차측단(120)에서 LLC 공진특성이 나타나도록 동작된다. (여기서, 공진 변압기(TR)의 자화인덕턴스는 매우 크다고 가정하고, 본 발명설명에서는 자화인덕턴스를 무시하여 서술하였다.)As a result, the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention shown in FIG. 7 has a leakage inductance L l1 and a secondary winding end N 2 of the primary winding end N 1 of the resonance transformer TR in the forward power transfer operation. The LLC resonance characteristic of the secondary side 120 is improved by using the resonance characteristics of the leakage inductance L l2 , the resonance capacitor C s provided in the secondary side 120, and the secondary side inductor L A2 . It is operated to appear. (Here, it is assumed that the magnetizing inductance of the resonant transformer TR is very large, and the description of the present invention ignores the magnetizing inductance.)

그러므로, 제1 직류 전원(Vin)의 낮은 전압에 대응하는 1차측단(110)에서 대전류로 동작되는 1차측 공진전류(IT1)는 턴-오프된 제1 및 제2 보조스위치(SA1,SA2)에 의해 1차측 보조인덕터(LA1)로 흐르지 않고, 제1 내지 제4 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4)와 공진 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)과 함께 2차측 보조인덕터(LA2) 통해 공진전류(IT1)가 흘러 높은 이득특성을 갖는 LLC 공진컨버터처럼 동작을 하게 된다.
Therefore, the primary side resonant current I T1 operated at a large current at the primary side end 110 corresponding to the low voltage of the first DC power supply V in is turned off and the first and second auxiliary switches S A1 are turned off. Primary winding end of the first to fourth switching elements Q 1 , Q 2 , Q 3 and Q 4 and the resonant transformer TR without flowing to the primary auxiliary inductor L A1 by S A2 . The resonant current I T1 flows through the secondary side inductor L A2 together with N 1 ) to act as an LLC resonant converter having high gain characteristics.

도11 은 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이고, 도12 및 도13 은 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 11 is an operation waveform diagram of a reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 7, and FIGS. 12 and 13 are diagrams for explaining the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.

도11 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 설명하면, 도11 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작은 순방향 동작과 마찬가지로 제1 내지 제6 시간 구간의 6개의 시간 구간((t0 ~ t1), (t1 ~ t2), (t2 ~ t3), (t3 ~ t4), (t4 ~ t5), (t5 ~ t6))으로 구분될 수 있다.Referring to the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 11, the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 11 is similar to the forward operation of six time periods (t 0 to t 1 ) of the first to sixth time intervals. (t 1 ~ t 2 ), (t 2 ~ t 3 ), (t 3 ~ t 4 ), (t 4 ~ t 5 ), (t 5 ~ t 6 )).

도11 에서 전압(Vcd)은 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이의 전압 레벨을 나타낸다.In FIG. 11, the voltage V cd represents the voltage level between the secondary third node Nd23 and the secondary fourth node Nd24.

역방향 동작 시, 2차측단(120)의 제5 및 제8 스위칭 소자(Q5, Q8)와 제6 및 제7 스위칭 소자(Q6, Q7)가 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호(VGQ5 ~ VGQ8)의 전압 레벨에 응답하여 번갈아가며 온/오프된다. 제5 내지 제8 스위칭 소자(Q5 ~ Q8)는 각각 고정된 듀티비(예를 들면 50%)를 가지고 교번으로 동작하는 스위칭신호(VGQ5, VGQ8)와 스위칭신호(VGQ6, VGQ7)에 응답하여 턴-온, 턴-오프된다. 그러나 1차 측단(110)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)는 역방향 동작 시에 계속 오프 상태로 유지된다. 따라서 1차 측단(110)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)는 역병렬다이오드(Body 다이오드)로서 정류다이오드로 동작한다. 그리고 역방향 동작 시에 2차측단(120)의 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)는 항시 턴-오프(Turn-off)되고, 1차측단(110)의 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)는 항시 턴-온(Turn-on)된다. 역방향 동작 시에 2차측단(120)의 제3 및 제4 보조스위칭소자(SA3, SA4)가 높은 이득 특성을 갖는 LLC 공진 이득 특성을 갖기 위해 모두 턴-오프 되어 있으므로, 높은 전압단인 2차측단의 2차측 보조인덕터(LA2)는 2차측 제3 및 제4 노드(Nd23, Nd24)와 연결되지 않게 되어, 2차측 공진부는 2차측 보조인덕터(LA2)와 연결되지 않는다. 대신 1차측단의 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)는 항시 턴-온되어 있으므로, 1차측 보조인덕터(LA1)가 1차측 공진부와 연결된다.In the reverse operation, the switching in which the fifth and eighth switching elements Q 5 and Q 8 and the sixth and seventh switching elements Q 6 and Q 7 of the secondary side terminal 120 are applied corresponding to the respective gates. It is alternately turned on / off in response to the voltage levels of the signals V GQ5 to V GQ8 . The fifth to eighth switching elements Q 5 to Q 8 each have a fixed duty ratio (for example, 50%) and alternately operate switching signals V GQ5 and V GQ8 and switching signals V GQ6 and V. GQ7 ) is turned on and off in response. However, the first to fourth switching elements Q 1 to Q 4 of the primary side end 110 remain off in the reverse operation. Therefore, the first to fourth switching elements Q 1 to Q 4 of the primary side end 110 operate as rectifier diodes as antiparallel diodes. In the reverse operation, the third and fourth auxiliary switching elements S A3 and S A4 of the secondary end 120 are always turned off, and the first and the first ends of the primary end 110 are turned off. 2 The auxiliary switching elements S A1 and S A2 are always turned on. In the reverse operation, since the third and fourth auxiliary switching elements S A3 and S A4 of the secondary end 120 are all turned off to have the LLC resonance gain characteristic having the high gain characteristic, the third and fourth auxiliary switching elements S A3 and S A4 are turned off. The secondary auxiliary inductor L A2 at the secondary end is not connected to the secondary third and fourth nodes Nd23 and Nd24, and the secondary resonator is not connected to the secondary auxiliary inductor L A2 . Instead, since the first and second auxiliary switching elements S A1 and S A2 of the primary end are always turned on, the primary auxiliary inductor L A1 is connected to the primary resonator.

도11 내지 도13 에 도시된 바와 같이 역방향 동작 또한 도8 내지 도10 에 도시한 순방향 동작과 유사하다. 따라서 역방향 동작에 대해서는 상세하게 설명하지 않는다. 다만 역방향 동작 시, 공진 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)에서 2차측 공진 전류(IT2) 변화가 발생하고, 이에 공진 변압기(TR)의 1차측 권선단(N1)에 공진 전류가 유도된다.As shown in Figs. 11 to 13, the reverse operation is also similar to the forward operation shown in Figs. Therefore, reverse operation will not be described in detail. However, in the reverse operation, a change in the secondary side resonant current I T2 occurs at the secondary winding end N 2 of the resonant transformer TR, and thus resonates at the primary winding end N 1 of the resonant transformer TR. Current is induced

1차측 권선단(N1)에 유도된 공진 전류는 1차측 공진 전류(IT1)와 1차측 여자 전류(IA1)의 합으로 수학식 2과 같이 나타난다.The resonance current induced in the primary winding end N 1 is represented by Equation 2 as a sum of the primary side resonance current I T1 and the primary side exciting current I A1 .

Figure 112012096900922-pat00002
Figure 112012096900922-pat00002

여기서 n은 공진 변압기(TR)의 권선비(n = N2/N1)이다.Where n is the winding ratio (n = N 2 / N 1 ) of the resonant transformer TR.

그러므로 공진컨버터 2차측 높은 전압단에서 1차측 낮은 전압단을 바라보았을 때 도 2에 나타낸 바와 같이 높은 이득특성을 갖는 LLC 공진컨버터처럼 동작을 하게 된다.Therefore, when the low voltage stage of the primary side is viewed from the high voltage stage of the secondary side of the resonant converter, as shown in FIG. 2, it operates like an LLC resonant converter having high gain characteristics.

그러므로 역방향 전력전달 동작 시 공진 변압기(TR)의 2차측 권선단(N2)의 누설인덕턴스(Ll2)와 1차측 권선단(N1)의 누설인덕턴스(Ll1), 2차측단(120)에 구비된 공진커패시터(Cs), 1차측 보조인덕터(LA1)와의 공진특성을 이용하여 2차측단(120)에서 LLC 공진특성이 나타나도록 동작된다.
Therefore, in the reverse power transfer operation, the leakage inductance L l2 of the secondary winding end N 2 of the resonant transformer TR and the leakage inductance L l1 and the secondary side 120 of the primary winding end N 1 are shown. The resonance characteristics of the resonant capacitor C s and the primary auxiliary inductor L A1 included in the second side 120 are operated to show the LLC resonance characteristics.

도14 및 도15 는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 다른 실시예를 나타내며, 도14 는 하프 브릿지(Harf Bridge) 양방향 SLLC 공진 컨버터를 나타내며, 도15 는 푸시풀(Push-Pull) 양방향 SLLC 공진 컨버터를 나타낸다.14 and 15 show another embodiment of a bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention, FIG. 14 shows a half bridge bidirectional SLLC resonant converter, and FIG. 15 shows a push-pull bidirectional SLLC resonant converter. Represents a converter.

도14 의 하프 브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터의 구성은 도7 의 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터와 유사하게 제1 직류 전원(Vin)과 제2 직류 전원(Vo) 및 1차측단 및 2차측단(210, 220)을 구비하는 공진 컨버터부(200)를 구비한다. 여기서 제1 직류 전원(Vin)은 제2 직류 전원(Vo)보다 전압 레벨이 낮다.The configuration of the half bridge bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 14 is similar to the full bridge bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 7. The first DC power source V in and the second DC power source V o , and the primary side and secondary side ends ( The resonant converter unit 200 having the 210 and 220 is provided. Here, the first DC power supply V in has a lower voltage level than the second DC power supply V o .

공진 컨버터부(200)의 1차측단(210)은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 1차측 커패시터부, 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 1차측 커패시터부와 병렬로 연결되는 1차측 스위칭부와, 1차측 커패시터부와 1차측 스위칭부 사이에 연결되는 1차측 공진부 및 1차측 제1 스위칭 소자부와 1차측 제2 스위칭 소자부 사이에 1차측 공진부와 병렬로 연결되는 1차측 보조 회로부를 구비한다.The primary end 210 of the resonant converter 200 is a primary capacitor connected in parallel with the first DC power supply (V in ) between the primary first node (Nd11) and the primary second node (Nd12). The primary side switching part connected in parallel with the primary capacitor part between the primary side first node Nd11 and the primary second node Nd12, and the primary side connected between the primary side capacitor part and the primary side switching part And a primary side auxiliary circuit portion connected in parallel with the primary side resonance portion between the resonator portion and the primary side first switching element portion and the primary side second switching element portion.

그리고 1차측 커패시터부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)를 구비하고, 1차측 스위칭부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)를 구비한다.The primary capacitor unit includes first and second capacitors C 1 and C 2 connected in series between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12, and the primary side switching unit 1 includes: First and second switching elements Q 1 and Q 2 are connected in series between the first side node Nd11 and the second side node Nd12.

즉 도14 의 공진 컨버터부(200)의 1차측단(210)은 도7 의 공진 컨버터부(100)의 1차측단(110)과 비교하면, 제1 커패시터(Cin) 대신 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)를 포함하는 1차측 커패시터부를 구비하는 반면, 1차측 스위칭부는 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)만을 구비하므로, 도7 과 달리 2개의 스위칭 소자만을 구비한다.That is, the primary end 210 of the resonant converter unit 200 of FIG. 14 is compared with the primary end 110 of the resonant converter unit 100 of FIG. 7, instead of the first capacitor C in . In contrast to FIG. 7, since the primary side capacitor unit includes two capacitors C 1 and C 2 , the primary side switching unit includes only the first and second switching elements Q 1 and Q 2 . With only.

2차측단(220) 또한 도14 에 도시된 바와 같이 1차측단(210)에 대칭되는 구조를 갖지만, 도7 의 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터와 마찬가지로 2차측단(220)의 2차측 공진부는 1차측 공진부와 달리 공진 커패시터(Cs)를 구비한다. 2차측 공진부만 공진 커패시터(Cs)를 구비하는 것은 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터와 동일하게 제1 직류 전원(Vin)보다 제2 직류 전원(Vo)의 전압 레벨이 높게 설정되기 때문이다.The secondary end 220 also has a structure symmetrical with the primary end 210 as shown in FIG. 14, but similarly to the full bridge bidirectional SLLC resonant converter of FIG. Unlike the vehicle side resonator, a resonant capacitor C s is provided. The reason why only the secondary resonator includes the resonant capacitor C s is because the voltage level of the second DC power supply V o is set higher than that of the first DC power supply V in as in the full bridge bidirectional SLLC resonant converter. .

도15 의 푸시풀 양방향 SLLC 공진 컨버터 또한 제1 직류 전원(Vin)과 제2 직류 전원(Vo) 및 1차측단 및 2차측단(310, 320)을 구비하는 공진 컨버터부(300)를 구비한다. 여기서 제1 직류 전원(Vin)은 제2 직류 전원(Vo)보다 전압 레벨이 낮다.The push-pull bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 15 also includes a resonant converter 300 having a first DC power supply V in , a second DC power supply Vo , and primary and secondary side ends 310 and 320. Equipped. Here, the first DC power supply V in has a lower voltage level than the second DC power supply V o .

그리고 도15 의 푸시풀 양방향 SLLC 공진 컨버터의 2차측단(320)은 도7 의 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터의 2차측단(120)과 동일한 구성을 갖는다. 그러나 1차측단(310)은 별개의 구성을 갖는다.The secondary end 320 of the push-pull bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 15 has the same configuration as the secondary side 120 of the full bridge bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 7. However, the primary side 310 has a separate configuration.

푸시풀 양방향 SLLC 공진 컨버터의 1차측단(310)은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Cin), 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 커패시터(Cin)와 병렬로 연결되는 1차측 제1 공진 스위칭부와 1차측 제2 공진 스위칭부를 구비하는 공진 스위칭부 및 1차측 제1 공진 스위칭부와 1차측 제2 공진 스위칭부 사이에 연결되는 1차측 보조 회로부를 구비한다.The primary end 310 of the push-pull bidirectional SLLC resonant converter may include a first capacitor connected in parallel with the first DC power supply V in between the primary first node Nd11 and the primary second node Nd12. C in ), between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12, the primary side first resonance switching unit and the primary side second resonance switching unit connected in parallel with the first capacitor C in . And a primary auxiliary circuit unit connected between the primary resonance first switching unit and the primary secondary resonance switching unit.

1차측 제1 공진 스위칭부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 공진 변압기(TR)의 1차측 제1 권선단(N11)과 제1 스위칭 소자(Q1)를 구비하고, 1차측 제2 공진 스위칭부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 공진 변압기(TR)의 1차측 제2 권선단(N12)과 제2 스위칭 소자(Q2)를 구비한다.The primary side first resonant switching unit is connected to the first winding end N 11 and the primary side of the resonant transformer TR connected in series between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12. The second winding of the primary side of the resonant transformer TR having an element Q 1 and connected in series between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12. A stage N 12 and a second switching element Q 2 are provided.

그리고 1차측 보조회로부는 1차측 제1 권선단(N11)과 제1 스위칭 소자(Q1) 사이의 1차측 제3 노드(Nd13) 및 1차측 제2 권선단(N12)과 제2 스위칭 소자(Q2) 사이의 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 연결되며, 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 보조인덕터(LA1)와 1차측 양방향보조스위칭소자부를 구비한다. 1차측 양방향보조스위칭소자부는 서로 병렬로 연결되는 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)를 구비한다. 따라서 제1 및 제2 보조스위칭소자(SA1, SA2)의 턴-온/오프 동작에 따라 1차측 보조인덕터(LA1)가 1차측 공진부와 병렬 연결된다.In addition, the primary side auxiliary circuit part includes the primary side third node Nd13 and the primary side second winding end N 12 and the second switching between the primary side first winding end N 11 and the first switching element Q 1 . Primary secondary inductors L A1 connected between the primary fourth node Nd14 between the elements Q 2 and connected in series between the primary third node Nd13 and the primary fourth node Nd14. ) And primary side bidirectional auxiliary switching element. The primary bidirectional auxiliary switching device unit includes first and second auxiliary switching devices S A1 and S A2 connected in parallel to each other. Therefore, the primary side auxiliary inductor L A1 is connected in parallel with the primary side resonator according to the turn-on / off operations of the first and second auxiliary switching elements S A1 and S A2 .

도14 및 도15 의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 도7 의 양방향 SLLC 공진 컨버터와 비교하여 하프 브릿지 및 푸시풀 양방향 SLLC 공진 컨버터라는 차이점이 있으나 기본적인 동작 원리는 도7 의 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터와 동일하므로 도14 및 도15 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 동작은 별도로 설명하지 않는다.
The bidirectional SLLC resonant converter of FIGS. 14 and 15 is a half bridge and push-pull bidirectional SLLC resonant converter compared to the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 7, but the basic operation principle is the same as that of the full bridge bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 7. The operation of the bidirectional SLLC resonant converter of Figs. 14 and 15 is not described separately.

도16 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 공진 특성을 나타내고, 도17 는 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 적용 예를 나타낸다.Fig. 16 shows the resonance characteristics of the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention, and Fig. 17 shows an application example of the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention.

도17 의 양방향 양방향 SLLC 공진 컨버터는 2차측에 제2 직류 전원(Vo) 대신 PWM 인버터부(150)를 구비한다. PWM 인버터부(150)는 계통 연계 전원으로서, 직류-교류 인버터(DAC)이다. 그리고 PWM 인버터부(150)는 1차측단(110)으로부터 DC/DC 변환되어 2차측단(120)에 인가된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하거나, 교류 전원 전압(AC)에서 인가되는 교류 전압을 직류로 변환하여, 양방향 SLLC 공진 컨버터의 2차측(120)에 인가한다.Figure interactive two-way SLLC resonant converter 17 to the second DC power source (V o), instead of comprising a PWM inverter unit 150 to the secondary side. The PWM inverter unit 150 is a system-linked power supply and is a DC-AC inverter (DAC). In addition, the PWM inverter unit 150 converts DC / DC from the primary end 110 to the DC voltage applied to the secondary end 120 to an AC voltage, or converts the AC voltage applied from the AC power supply voltage AC. It is converted to direct current and applied to the secondary side 120 of the bidirectional SLLC resonant converter.

본 발명에 따른 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터의 순방향동작모드(Forward Operation Mode)에 있어서 1차측단에서 2차측단으로 전력전달 시 가장 높은 제1 직류 전원(Vin)의 입력전압조건에서 설정된 제2 직류 전원의 출력전압(Vo)을 제어 하고자 할 때 규준화된 공진주파수(fs/fr = fn)지점 또는 조금 아래의 불연속 구간에서 스위칭 되도록 설정하고, 1차측단(110)의 입력전압인 제1 직류 전원(Vin)이 낮아지는 전압만큼 스위칭 주파수를 낮은 주파수로 이동시킴으로 이득을 높여 2차측단의 출력전압인 제2 직류 전원(Vo)을 가변주파수제어를 통해 일정 전압 및 전력을 제어한다. 순방향동작모드 동안 규준화된 공진주파수(fs/fr=fn)보다 도 낮은 주파수 구간에서 스위칭하는 이유는 첫째로 2차측단의 출력전압(Vo)이 1차측단(110)의 입력전압(Vin)보다 높기 때문에, 2차측단(120)의 스위칭소자(Q5,Q6,Q7,Q8)의 역병렬다이오드(또는 Body 다이오드)를 통해 정류되는 공진전류(IT2)가 불연속 모드로 동작하므로 2차측 스위칭소자(Q5,Q6,Q7,Q8)의 역병렬다이오드(또는 Body 다이오드)의 역회복시간 동안 발생될 수 있는 단락전류를 방지하기 위해서이다. 그리고 둘째로 규준화된 공진주파수(fn)보다도 높은 주파수영역에서는 이득변화가 크지 않기 때문에 일정 전압제어 및 전력제어의 어려움이 있기 때문이다.In the forward operation mode of the SLLC resonant converter for bidirectional power transfer according to the present invention, it is set in the input voltage condition of the highest first DC power supply (V in ) when power is transferred from the primary side to the secondary side. When the output voltage (V o ) of the second DC power supply is to be controlled, it is set to be switched at the normalized resonant frequency (f s / f r = f n ) or slightly discontinuous section, and the primary side 110 of the input voltage of the first DC power source (V in) is constant an output voltage of the second DC power to the lower voltage by increasing the secondary-side end a gain sikimeuro move the switching frequency at a low frequency which is (V o) via a variable frequency control Control voltage and power. The reason for switching in the frequency range lower than the normalized resonant frequency (f s / f r = f n ) during the forward operation mode is that firstly, the output voltage V o of the secondary end is input to the primary end 110. Since it is higher than the voltage V in , the resonance current I T2 rectified through the antiparallel diode (or body diode) of the switching elements Q 5 , Q 6 , Q 7 and Q 8 of the secondary side terminal 120. This is to prevent the short circuit current that can be generated during the reverse recovery time of the anti-parallel diode (or body diode) of the secondary switching elements (Q 5 , Q 6 , Q 7 , Q 8 ) because it operates in the discontinuous mode. Secondly, since the gain change is not large in the frequency region higher than the normalized resonant frequency f n , it is difficult to control the constant voltage and power.

또한 본 발명에 따른 양방향 전력수수를 위한 SLLC 공진컨버터의 역방향동작모드(Reverse Operation Mode)에 있어서는 반대로 2차측단(120)의 출력전압(Vo)에서 1차측단(110)의 낮은 입력전압(Vin)으로 전력전달 시 순방향동작모드의 입출력전압 조건에 의해 설정된 변압기의 1, 2차측 권선비가 결정되어 있기 때문에 도17 에 나타난 바와 같이 전력계통에 연계된 PWM 인버터(150)의 동작에 따라 역방향동작모드에 있어서는 2차측단(120)의 출력전압(Vo)이 항상 고정된 전압으로 셋팅되어 있어, 역방향동작모드의 경우 도14 에 도시된 이득특성의 규준화된 공진주파수(fs/fr=fn)지점에서 1차측단(110)의 입력전압(Vin)이 가장 높은 전압으로 셋팅되어 있어 보다 낮은 전압으로 이득조정을 위해서는 규준화된 공진주파수(fs/fr=fn)지점보다 높은 주파수로 스위칭하여 이득을 낮추어 주어야 하지만 도16 의 이득특성에 나타낸 바와 같이 규준화된 공진주파수(fs/fr=fn)지점 이상에서는 특히 경부하시 이득변화가 없어 가변스위칭주파수제어를 통해 이득제어를 하는데 한계가 있고, 연속모드공진전류에 따라 순환공진전류가 증가하는 등 효율을 저감시키는 문제점이 있다.In addition, in the reverse operation mode of the SLLC resonant converter for bidirectional power transfer according to the present invention, the low input voltage of the primary side 110 at the output voltage V o of the secondary side 120 is reversed. Since the primary and secondary winding ratios of the transformer set by the input / output voltage conditions of the forward operation mode are determined at the time of power transfer to V in ), as shown in FIG. 17, the reverse direction is determined according to the operation of the PWM inverter 150 connected to the power system. In the operation mode, the output voltage V o of the secondary side terminal 120 is always set to a fixed voltage. In the reverse operation mode, the normalized resonance frequency (f s / f) of the gain characteristic shown in FIG. At the point r = f n ), the input voltage (V in ) of the primary side 110 is set to the highest voltage, so the normalized resonant frequency (f s / f r = f n to adjust the gain to a lower voltage) Switch to a frequency higher than the point Although the gain should be lowered, as shown in the gain characteristic of Fig. 16, there is no gain change at light loads above the normalized resonant frequency (f s / f r = f n ), which limits the gain control through variable switching frequency control. There is a problem in that the efficiency is reduced such that the circulating resonance current increases with the continuous mode resonance current.

도17 에서는 비록 도7 의 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터에 대한 적용예만을 도시하였으나, 도14 및 도15 의 하프 브릿지 및 푸시풀 양방향 SLLC 공진 컨버터에도 동일하게 적용될 수 있다.
Although FIG. 17 shows only an application example for the full bridge bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 7, the same applies to the half bridge and push-pull bidirectional SLLC resonant converters of FIGS. 14 and 15.

도18 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 또 다른 실시예를 나타낸다.Figure 18 shows another embodiment of a bidirectional SLLC resonant converter in accordance with the present invention.

도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 상기한 다른 양방향 SLLC 공진 컨버터와 마찬가지로 제1 직류 전원(Vin)과 제2 직류 전원(Vo) 및 1차측단 및 2차측단(410, 420)을 구비하는 공진 컨버터부(400)를 구비한다. 또한 제1 직류 전원(Vin)은 제2 직류 전원(Vo)보다 전압 레벨이 낮다.The bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18, like the other bidirectional SLLC resonant converters described above, includes a first DC power supply (V in ) and a second DC power supply (V o ), and primary and secondary side ends 410 and 420. The resonance converter 400 is provided. In addition, the first DC power supply V in has a lower voltage level than the second DC power supply V o .

1차측단(410)은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 1차측 제1 공진 컨버터부, 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 1차측 제1 공진 컨버터부와 병렬로 연결되는 1차측 제2 공진 컨버터부를 구비한다.The primary side end 410 is a primary side first resonant converter unit and a primary side connected in parallel with the first DC power supply V in between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12. A primary side second resonant converter unit is connected between the primary node Nd11 and the primary side second node Nd12 in parallel with the primary side first resonant converter unit.

1차측 제1 공진 컨버터부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 1차측 제11 스위칭 소자부와 1차측 제12 스위칭 소자부를 구비하는 1차측 제1 스위칭부와, 1차측 제11 스위칭 소자부와 1차측 제12 스위칭 소자부 사이에 연결되는 1차측 제1 공진부 및 1차측 제11 스위칭 소자부와 1차측 제12 스위칭 소자부 사이에 1차측 제1 공진부와 병렬로 연결되는 1차측 제1 보조 회로부를 구비한다.The primary side first resonant converter unit is connected to the first DC power supply V in parallel between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12, and the primary side eleventh switching element unit and the primary side agent. A primary side first switching unit having a 12 switching element portion, a primary side first resonating portion and a primary side 11th switching element portion and a primary side connected between the primary side 11th switching element portion and the primary side 12th switching element portion; And a first side first auxiliary circuit part connected in parallel with the first side first resonator part between the twelfth switching element parts.

1차측 제11 스위칭 소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제11 및 제12 스위칭 소자(Q1, Q2)를 구비하고, 1차측 제12 스위칭 소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제13 및 제14 스위칭 소자(Q3, Q4)를 구비한다.The primary side eleventh switching element unit includes primary side eleventh and twelfth switching elements Q 1 and Q 2 connected in series between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12. The primary side 12th switching element unit includes primary side 13th and 14th switching elements Q 3 and Q 4 connected in series between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12.

1차측 제1 공진부는 1차측 제11 및 제12 스위칭 소자(Q1, Q2) 사이의 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제13 및 제14 스위칭 소자(Q3, Q4) 사이의 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 배치된다. 1차측 제1 공진부는 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 제1 공진 변압기(T1)의 제1 권선단(N11)을 구비한다. Ll11은 1차측 제1 권선단(N11)의 누설 인덕턴스를 나타낸다.The primary side first resonator is between the primary side third node Nd13 between the primary side eleventh and twelfth switching elements Q 1 and Q 2 and the primary side 13th and 14th switching elements Q 3 and Q 4 . Is disposed between the primary side fourth node Nd14. The primary side first resonator includes a first winding end N 11 of the first resonant transformer T 1 between the primary side third node Nd13 and the primary side fourth node Nd14. L l11 denotes a leakage inductance of the primary side first coil end (N 11).

1차측 제1 보조 회로부는 1차측 제1 공진부와 병렬로 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 연결되고, 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 보조인덕터(LA11)와 1차측 제1 양방향보조스위칭소자부를 구비한다. 1차측 제1 양방향보조스위칭소자부는 서로 병렬로 연결되는 1차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA11, SA12)를 구비한다. 따라서 1차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA11, SA12)의 턴-온/오프 동작에 따라 1차측 제1 보조인덕터(LA11)가 1차측 제1 공진부와 병렬 연결된다.The primary side auxiliary circuit is connected between the primary side third node Nd13 and the primary side fourth node Nd14 in parallel with the primary side first resonator, and the primary side third node Nd13 and the primary side first And a primary side first auxiliary inductor L A11 and a primary side first bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the four nodes Nd14. The primary side first bidirectional auxiliary switching element unit includes primary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements S A11 and S A12 connected in parallel to each other. Accordingly, the primary side first auxiliary inductor L A11 is connected to the primary side first resonator in parallel with the turn-on / off operations of the primary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements S A11 and S A12 .

한편 1차측 제2 공진 컨버터부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 1차측 제21 스위칭 소자부와 1차측 제22 스위칭 소자부를 구비하는 1차측 제2 스위칭부와, 1차측 제21 스위칭 소자부와 1차측 제22 스위칭 소자부 사이에 연결되는 1차측 제2 공진부 및 1차측 제21 스위칭 소자부와 1차측 제22 스위칭 소자부 사이에 1차측 제2 공진부와 병렬로 연결되는 1차측 제2 보조 회로부를 구비한다.On the other hand, the primary side second resonant converter unit is connected to the primary DC power supply V in parallel between the primary side first node Nd11 and the primary side second node Nd12 in parallel with the primary 21st switching element unit and primary side. A primary second switching part including a twenty-second switching element part, a primary second resonator part and a primary 21st switching element part connected between the primary 21st switching element part and the primary 22nd switching element part; And a primary side second auxiliary circuit portion connected in parallel with the primary side second resonator portion between the secondary side 22nd switching element portions.

1차측 제21 스위칭 소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제21 및 제22 스위칭 소자(S1, S2)를 구비하고, 1차측 제22 스위칭 소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제23 및 제24 스위칭 소자(S3, S4)를 구비한다.The primary 21st switching element unit includes primary 21st and 22nd switching elements S 1 and S 2 connected in series between the primary 1st node Nd11 and the primary 2nd node Nd12. The primary 22nd switching element unit includes primary 23rd and 24th switching elements S 3 and S 4 connected in series between the primary 1st node Nd11 and the primary 2nd node Nd12.

1차측 제2 공진부는 1차측 제21 및 제22 스위칭 소자(S1, S2) 사이의 1차측 제5 노드(Nd15)와 1차측 제23 및 제24 스위칭 소자(S3, S4) 사이의 1차측 제6 노드(Nd14) 사이에 배치된다. 1차측 제2 공진부는 1차측 제5 노드(Nd15)와 1차측 제6 노드(Nd16) 사이에 제2 공진 변압기(T2)의 제1 권선단(N21)을 구비한다. Ll12은 제2 권선단(N21)의 누설 인덕턴스를 나타낸다.The primary second resonator is between the primary side fifth node Nd15 between the primary side 21st and 22nd switching elements S 1 and S 2 and the primary side 23rd and 24th switching elements S 3 and S 4 . Is disposed between the primary side sixth node Nd14. The primary second resonator includes a first winding end N 21 of the second resonant transformer T 2 between the primary side fifth node Nd15 and the primary side sixth node Nd16. L l12 denotes a leakage inductance of the second winding end (N 21).

1차측 제2 보조 회로부는 1차측 제2 공진부와 병렬로 1차측 제5 노드(Nd15)와 1차측 제6 노드(Nd16) 사이에 연결되고, 1차측 제5 노드(Nd15)와 1차측 제6 노드(Nd16) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제2 보조인덕터(LA12)와 1차측 제2 양방향보조스위칭소자부를 구비한다. 1차측 제2 양방향보조스위칭소자부는 서로 병렬로 연결되는 1차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA21, SA22)를 구비한다. 따라서 1차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA21, SA22)의 턴-온/오프 동작에 따라 1차측 제2 보조인덕터(LA12)가 1차측 제2 공진부와 병렬 연결된다.The primary second auxiliary circuit unit is connected between the primary side fifth node Nd15 and the primary side sixth node Nd16 in parallel with the primary side second resonator, and the primary side fifth node Nd15 and the primary side agent. And a second secondary auxiliary inductor L A12 and a second secondary bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the six nodes Nd16. The primary side second bidirectional auxiliary switching element unit includes primary side 21st and 22nd auxiliary switching elements S A21 and S A22 connected in parallel to each other. Accordingly, the primary secondary auxiliary inductor L A12 is connected in parallel with the primary secondary resonator according to the turn-on / off operations of the primary 21st and 22nd auxiliary switching elements S A21 and S A22 .

즉 도18 에 도시된 양방향 SLLC 공진 컨버터의 1차측단(410)은 도7 에 도시된 풀브릿지 양방향 SLLC 공진 컨버터의 1차측단(110) 2개가 병렬로 연결된 구조를 갖는다.That is, the primary side end 410 of the bidirectional SLLC resonant converter illustrated in FIG. 18 has a structure in which two primary side ends 110 of the full bridge bidirectional SLLC resonant converter illustrated in FIG. 7 are connected in parallel.

그리고 1차측단(410)은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Cin)를 더 구비할 수 있다.The primary end 410 further includes a first capacitor C in that is connected in parallel with the first DC power supply V in between the primary first node Nd11 and the primary second node Nd12. can do.

반면, 양방향 SLLC 공진 컨버터의 2차측단(420)는 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 제2 직류 전원(Vo)과 각각 병렬로 연결되는 2차측 제1 공진 컨버터부와 2차측 제2 공진 컨버터부 및 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 제2 직류 전원(Vo)과 병렬로 연결되는 정류부를 구비한다.On the other hand, the secondary end 420 of the bidirectional SLLC resonant converter is connected to the secondary DC power source V o in parallel between the secondary first node Nd21 and the secondary second node Nd22, respectively. and between the first resonant converter section and the secondary-side second resonant converter section and the outlet the first node (Nd21) and the secondary-side second node (Nd22) and a second DC power source (V o) holding portion which is connected in parallel.

정류부는 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 구비한다. 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)는 모두 캐소드가 2차측 제1 노드(Nd21) 방향으로 향하도록 배치된다.The rectifier includes first and second diodes D 1 and D 2 connected in series between the secondary side first node Nd21 and the secondary side second node Nd22. The first and second diodes D 1 and D 2 are both disposed such that the cathode faces the secondary first node Nd21.

2차측 제1 공진 컨버터부는 1차측 제1 공진 컨버터부에 대응하는 구성으로 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제15 및 제16 스위칭 소자(Q5, Q6)를 구비하는 2차측 제1 스위칭 소자부와 2차측 제1 스위칭 소자부와 정류부 사이에 연결되는 2차측 제1 공진부 및 2차측 제1 스위칭 소자부와 정류부 사이에 2차측 제1 공진부와 병렬로 연결되는 2차측 제1 보조 회로부를 구비한다.Secondary side first resonant converter section corresponding to the primary side first resonant converter section secondary side 15th and 16th switching connected in series between the secondary side first node (Nd21) and the secondary side second node (Nd22) Between the secondary side first resonating portion and the secondary side first switching element portion having the elements Q 5 , Q 6 and between the secondary side first switching element portion and the rectifying portion And a secondary side first auxiliary circuit connected in parallel with the secondary side first resonator.

2차측 제1 공진부는 2차측 제15 및 제16 스위칭 소자(Q5, Q6) 사이의 2차측 제3 노드(Nd23)와 제1 및 제2 다이오드(D1, D2) 사이의 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 배치된다. 2차측 제1 공진부는 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 직렬로 연결되는 제1 공진 커패시터(Cs1)와 제1 공진 변압기(T1)의 제2 권선단(N12)을 구비한다. Ll21은 제2 권선단(N12)의 누설 인덕턴스를 나타낸다.The secondary side first resonator is a secondary side between the secondary side third node Nd23 between the secondary side 15th and 16th switching elements Q 5 and Q 6 and the first and second diodes D 1 and D 2 . It is arranged between the fourth nodes Nd24. Second winding of the first resonant capacitor C s 1 and the first resonant transformer T 1 connected in series between the second side third node Nd23 and the second side fourth node Nd24. A stage N 12 is provided. L l21 denotes a leakage inductance of the second winding end (N 12).

2차측 제1 보조 회로부는 2차측 제1 공진부와 병렬로 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 연결되고, 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 보조인덕터(LA21)와 2차측 제1 양방향보조스위칭소자부를 구비한다. 2차측 제1 양방향보조스위칭소자부는 서로 병렬로 연결되는 2차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA31, SA32)를 구비한다. 따라서 2차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA31, SA32)의 턴-온/오프 동작에 따라 2차측 제1 보조인덕터(LA21)가 2차측 제1 공진부와 병렬 연결된다.The secondary side first auxiliary circuit part is connected between the secondary side third node Nd23 and the secondary side fourth node Nd24 in parallel with the secondary side first resonator, and the secondary side third node Nd23 and the secondary side third part are connected in parallel. And a secondary side first auxiliary inductor L A21 and a secondary side first bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the four nodes Nd24. The secondary side first bidirectional auxiliary switching element unit includes secondary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements S A31 and S A32 connected in parallel to each other. Accordingly, the secondary side first auxiliary inductor L A21 is connected to the secondary side first resonator in parallel with the turn-on / off operations of the secondary side 11th and twelfth auxiliary switching elements S A31 and S A32 .

한편 2차측 제2 공진 컨버터부는 1차측 제2 공진 컨버터부에 대응하는 구성으로 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제25 및 제26 스위칭 소자(S5, S6)를 구비하는 2차측 제2 스위칭 소자부와 2차측 제2 스위칭 소자부와 정류부 사이에 연결되는 2차측 제2 공진부 및 2차측 제2 스위칭 소자부와 정류부 사이에 2차측 제2 공진부와 병렬로 연결되는 2차측 제2 보조 회로부를 구비한다.On the other hand, the secondary-side second resonant converter unit has a configuration corresponding to the primary-side second resonant converter unit and is connected in series between the secondary-side first node Nd21 and the secondary-side second node Nd22. Secondary side second switching element portion having switching elements S 5 , S 6 , and secondary side second resonating portion connected between secondary side second switching element portion and rectifying portion and secondary side second switching element portion and rectifying portion And a secondary side second auxiliary circuit connected in parallel with the secondary side second resonator.

2차측 제2 공진부는 2차측 제25 및 제26 스위칭 소자(S5, S6) 사이의 2차측 제5 노드(Nd25)와 제4 노드(Nd24) 사이에 배치된다. 2차측 제2 공진부는 2차측 제5 노드(Nd25)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 직렬로 연결되는 제2 공진 커패시터(Cs2)와 제2 공진 변압기(T2)의 제2 권선단(N22)을 구비한다. Ll22은 제2 권선단(N22)의 누설 인덕턴스를 나타낸다.The secondary side second resonator is disposed between the secondary side fifth node Nd25 and the fourth node Nd24 between the secondary side 25th and 26th switching elements S 5 and S 6 . The second winding of the second resonant capacitor C s2 and the second resonant transformer T 2 connected in series between the secondary side fifth node Nd25 and the secondary side fourth node Nd24. A stage N 22 is provided. L l22 represents a leakage inductance of the second winding end N 22 .

2차측 제2 보조 회로부는 2차측 제2 공진부와 병렬로 2차측 제5 노드(Nd25)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 연결되고, 2차측 제5 노드(Nd25)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 보조인덕터(LA22)와 2차측 제2 양방향보조스위칭소자부를 구비한다. 2차측 제2 양방향보조스위칭소자부는 서로 병렬로 연결되는 2차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA41, SA42)를 구비한다. 따라서 2차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA41, SA42)의 턴-온/오프 동작에 따라 2차측 제2 보조인덕터(LA22)가 2차측 제2 공진부와 병렬 연결된다.The secondary side secondary auxiliary circuit part is connected between the secondary side fifth node Nd25 and the secondary side fourth node Nd24 in parallel with the secondary side second resonator, and the secondary side fifth node Nd25 and the secondary side secondary part. A secondary side first auxiliary inductor (L A22 ) and a secondary side second bidirectional auxiliary switching device portion connected in series between the four nodes (Nd24). The secondary side second bidirectional auxiliary switching element unit includes secondary side 21st and 22nd auxiliary switching elements S A41 and S A42 connected in parallel to each other. Accordingly, the secondary side secondary auxiliary inductor L A22 is connected in parallel with the secondary side second resonator according to the turn-on / off operations of the secondary side 21 and 22nd auxiliary switching elements S A41 and S A42 .

양방향보조스위칭소자부는 직렬 또는 병렬로 구성되는 양방향스위칭소자와 기계적접촉단자등으로 구현되어도 무방하며, 본 발명의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 이러한 양방향보조스위칭소자부와 보조인덕터로 구성된 간단한 보조 회로를 1차 및 2차측단에 적용하여, 순방향 및 역방향 전력전달 시 양방향 보조스위칭소자의 턴-온, 턴-오프 제어함으로써 각각의 순방향 및 역방향 동작에서 높은 전압이득특성을 가질 수 있다.The bidirectional auxiliary switching device part may be implemented by a bidirectional switching device configured in series or in parallel and a mechanical contact terminal. And applied to the secondary side, it is possible to have a high voltage gain characteristic in each forward and reverse operation by controlling the turn-on, turn-off of the bidirectional auxiliary switching element during forward and reverse power transfer.

그리고 1차측단(410)과 마찬가지로 2차측단(420)은 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 제2 직류 전원(Vo)과 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Co)를 더 구비할 수 있다.And as with the primary stage (410) the outlet side end 420 is a secondary side first node (Nd21) and the secondary-side second node (Nd22) to a second direct current power source (V o) to the first connected in parallel between the Capacitor CO may be further provided.

즉 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 비록 정류부가 공유되기는 하지만 기본적으로 2차측 제1 공진 컨버터부와 2차측 제2 공진 컨버터부가 병렬로 연결되어 개별적으로 동작하는 구조를 갖는다.That is, the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18 has a structure in which the secondary side first resonant converter unit and the secondary side second resonant converter unit are basically connected in parallel, although the rectifiers are shared.

도18 에서 제1 및 제2 변압기(T1,T2) 단자전압의 극성은 서로 반대로 연결된다.
In FIG. 18, the polarities of the terminal voltages of the first and second transformers T 1 and T 2 are opposite to each other.

도19 는 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작 시 1차측단의 등가 회로를 나타낸다.FIG. 19 shows an equivalent circuit of the primary end in the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.

도19 는 순방향 동작 시 2차측단에서 바라본 간략화된 등가회로로써 상기한 바와 같이 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터는 1차측단과 2차측단이 각각 서로 병렬로 연결되는 제1 공진 컨버터부와 제2 공진 컨버터부를 구비하고, 1차측단의 제1 공진 컨버터부와 2차측단의 제1 공진 컨버터부는 제1 공진 변압기(T1)을 통해 컨버팅하고, 1차측단의 제2 공진 컨버터부와 2차측단의 제2 공진 컨버터부는 제2 공진 변압기(T2)을 통해 컨버팅한다. 따라서 도19 의 간략화된 등가회로도에서처럼 각각의 개별 SLLC 공진특성을 가지고 동작된다. FIG. 19 is a simplified equivalent circuit seen from the secondary side in the forward operation. As described above, the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18 includes a first resonant converter unit and a second resonance in which the primary side and the secondary side are connected in parallel with each other. A converter unit, the first resonant converter unit at the primary end and the first resonant converter unit at the secondary end are converted through the first resonant transformer T 1 , and the second resonant converter unit and the secondary end at the primary end The second resonant converter unit converts through the second resonant transformer T 2 . Thus, it operates with each individual SLLC resonance characteristic as in the simplified equivalent circuit diagram of FIG.

따라서 변압기(T1,T2)설계 및 전압이득특성 설계 시 공진주파수 지점에서 1차측 가장 높은 압력단 전압(Vin)에서 2차측 일정 출력전압(Vo)이 동작되도록 제1 및 제2 공진 변압기(T1, T2)의 제1 권선단(N11, N21) 및 제2 권선단(N12, N22)을 설계하고, 1차측 입력단 전압(Vin)이 낮아질 경우 일정 출력전압(Vo)을 유지하기 위해 낮은 주파수로 스위칭주파수(fs)를 이동하여 전압이득을 높이게 동작된다.
Therefore, when designing the transformer T 1 and T 2 and designing the voltage gain characteristics, the first and second resonances are operated such that the secondary constant output voltage V o is operated at the highest pressure stage voltage V in at the primary side at the resonance frequency point. Design the first winding end (N 11 , N 21 ) and the second winding end (N 12 , N 22 ) of the transformer (T 1 , T 2 ), and the constant output voltage when the primary input terminal voltage (V in ) is lowered It is operated to increase the voltage gain by moving the switching frequency f s to a lower frequency to maintain (V o ).

도20 은 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이고, 도21 및 도22 는 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 20 is an operation waveform diagram of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18 during forward operation, and FIGS. 21 and 22 are diagrams for explaining the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.

도20 내지 도22 를 참조하여 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작을 설명하면, 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작 도한 도8 과 마찬가지로 제1 내지 제6 시간 구간의 6개의 시간 구간((t0 ~ t1), (t1 ~ t2), (t2 ~ t3), (t3 ~ t4), (t4 ~ t5), (t5 ~ t6))으로 구분될 수 있다. 그러나 기본적으로 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작 또한 도10 및 도11 에 도시된 도8 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작과 유사하므로, 제1 및 제4 시간구간((t0 ~ t1), (t3 ~ t4))에 대한 도면은 생략하였다.Referring to FIGS. 20 to 22, the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18 will be described. Similarly to FIG. 8, the sixth time intervals of the first to sixth time intervals ( (t 0 ~ t 1 ), (t 1 ~ t 2 ), (t 2 ~ t 3 ), (t 3 ~ t 4 ), (t 4 ~ t 5 ), (t 5 ~ t 6 )) Can be. However, since the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18 is also similar to the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 8 illustrated in FIGS. 10 and 11, the first and fourth time periods (t 0 to t 1). ), (t 3 to t 4 )) are omitted.

도18 에서 전압(Va1b1)은 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이의 전압 레벨을 나타내고, 전압(Va2b2)은 1차측 제5 노드(Nd15)와 1차측 제6 노드(Nd16) 사이의 전압 레벨을 나타낸다.Voltage (V a1b1) in Figure 18 is the primary side third node (Nd13) and the primary side fourth node (Nd14) indicates the voltage level between the voltage (V a2b2) is the primary side fifth node (Nd15) and the primary side The voltage level between the sixth node Nd16 is shown.

순방향 동작 시에는 1차측 제1 공진 컨버터부의 1차측 제11 및 제14 스위칭 소자(Q1, Q4)와 1차측 제12 및 제13 스위칭 소자(Q2, Q3)가 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호(VGQ1 ~ VGQ4)의 전압 레벨에 응답하여 번갈아가며 온/오프된다. 또한 1차측 제2 공진 컨버터부의 1차측 제21 및 제24 스위칭 소자(S1, S4)와 1차측 제22 및 제23 스위칭 소자(S2, S3)가 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호(VGS1 ~ VGS4)의 전압 레벨에 응답하여 번갈아가며 온/오프된다. 제11 내지 제14 스위칭 소자(Q1 ~ Q4) 및 제21 내지 제24 스위칭 소자(S1 ~ S4)는 각각 고정된 듀티비(예를 들면 50%)를 가지고 교번으로 동작하는 스위칭신호(VGQ1, VGQ4, VGS1, VGS4)와 스위칭신호(VGQ2, VGQ3, VGS2, VGS3)에 응답하여 턴-온, 턴-오프된다. 그러나 2차 측 제1 공진 컨버터부의 제15 및 제16 스위칭 소자(Q5, Q6) 및 2차 측 제2 공진 컨버터부의 제25 및 제26 스위칭 소자(S5, S6)는 순방향 동작 시에 계속 오프 상태로 유지된다. 따라서 제15 및 제16 스위칭 소자(Q5, Q6) 및 제25 및 제26 스위칭 소자(S5, S6)는 역병렬다이오드(Body 다이오드)로서 정류 다이오드(D1, D2)와 함께 정류 동작을 수행한다.In the forward operation, the primary side eleventh and fourteenth switching elements Q 1 and Q 4 and the primary side twelve and thirteenth switching elements Q 2 and Q 3 correspond to respective gates. They are alternately turned on / off in response to the voltage levels of the switching signals V GQ1 to V GQ4 . In addition, the primary side 21st and 24th switching elements S 1 and S 4 and the primary side 22nd and 23rd switching elements S 2 and S 3 are applied to the respective gates of the primary side second resonant converter unit. It is alternately turned on and off in response to the voltage levels of the switching signals V GS1 to V GS4 . The eleventh to fourteenth switching elements Q 1 to Q 4 and the twenty- first to twenty- fourth switching elements S 1 to S 4 each have a fixed duty ratio (for example, 50%) and alternately operate switching signals. It is turned on and off in response to (V GQ1 , V GQ4 , V GS1 , V GS4 ) and the switching signals (V GQ2, V GQ3 , V GS2 , V GS3 ). However, the secondary side of the first resonant converter section and the fifteenth and sixteenth switching elements (Q 5, Q 6) and a secondary side of claim 25 and claim 26, the switching element 2, the resonant converter unit (S 5, S 6) is during the forward motion Will remain off. Thus, the fifteenth and sixteenth switching elements Q 5 and Q 6 and the 25 and 26th switching elements S 5 and S 6 are antiparallel diodes and together with the rectifying diodes D 1 and D 2 . Perform commutation operation.

그리고 순방향 동작 시에 1차측단(410)의 1차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA11, SA12)와 1차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA21, SA22)는 항시 턴-오프(Turn-off)되고, 2차측단(420)의 2차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA31, SA32)와 2차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA41, SA42)는 항시 턴-온(Turn-on)된다. 순방향 동작 시에 1차측단(410)의 1차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA11, SA12)와 1차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA21, SA22)가 높은 이득 특성을 갖는 LLC 공진 이득 특성을 갖기 위해 모두 턴-오프 되어 있으므로, 낮은 전압단인 1차측단(410)의 1차측 제1 보조인덕터(LA11)는 1차측 제3 및 제4 노드(Nd13, Nd14)와 연결되지 않는다. 또한 1차측단(410)의 1차측 제2 보조인덕터(LA12)는 1차측 제5 및 제6 노드(Nd15, Nd16)와 연결되지 않는다. 즉 1차측 제1 보조인덕터(LA11)와 1차측 제2 보조인덕터(LA12)는 순방향 동작시 공진에 영향을 주지 않는다.In the forward operation, the primary side 11th and twelfth auxiliary switching elements S A11 and S A12 and the primary side 21st and 22nd auxiliary switching elements S A21 and S A22 of the primary end 410 are always turned. Turn-off, the secondary side 11th and twelfth auxiliary switching elements S A31 and S A32 of the secondary side end 420 and the secondary side 21st and 22nd auxiliary switching elements S A41 and S A42 ) Is always turned on. In the forward operation, the primary 11th and 12th auxiliary switching elements S A11 and S A12 of the primary end 410 and the primary 21st and 22nd auxiliary switching elements S A21 and S A22 have high gain characteristics. Since all are turned off to have the LLC resonance gain characteristic, the primary side secondary inductor L A11 of the primary side 410, which is a low voltage stage, has the primary side third and fourth nodes Nd13 and Nd14. ) Is not connected. In addition, the primary secondary auxiliary inductor L A12 of the primary end 410 is not connected to the primary fifth and sixth nodes Nd15 and Nd16. That is, the primary first auxiliary inductor L A11 and the primary second auxiliary inductor L A12 do not affect resonance in the forward operation.

대신 2차측단(420)의 2차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA31, SA32)와 2차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA41, SA42)가 항시 턴-온 되어 있으므로, 2차측 제1 보조인덕터(LA21)와 2차측 제2 보조 인덕터(LA22)가 각각 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 및 2차측 제5 노드(Nd25)와 2차측 제4 노드(Nd24)에 연결된다.Instead, the secondary 11th and 12th auxiliary switching elements S A31 and S A32 of the secondary side ends 420 and the secondary 21st and 22nd auxiliary switching elements S A41 and S A42 are always turned on. The secondary side first inductor L A21 and the secondary side secondary inductor L A22 are respectively the secondary side third node Nd23, the secondary side fourth node Nd24, and the secondary side fifth node Nd25. And a secondary side fourth node Nd24.

도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 1차측단(410) 및 2차측단(420)은 도8 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 1차측단(110) 및 2차측단(120)이 각각 2개씩 결합된 구조를 가지므로, 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향시 동작은 도10 및 11 과 유사하다. 따라서 여기서는 개별적인 시간 구간의 동작에 대해서는 설명하지 않고, 일 예로 제2 시간 구간(t1 ~ t2)에 대한 동작만을 설명한다.The primary end 410 and the secondary end 420 of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18 have a structure in which the primary end 110 and the secondary side 120 of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. Since the operation in the forward direction of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18 is similar to FIGS. 10 and 11. Therefore, the operation of the individual time intervals will not be described herein. For example, only the operations of the second time intervals t 1 to t 2 will be described.

1차측단(410)에서 제1 및 제2 공진 변압기(T1,T2)의 단자전압의 극성이 서로 다르게 연결되었고, 2차측단(420)에서 제1 공진 변압기(T1)는 직렬 연결된 제1 공진커패시터(Cs1)와, 2차측 제1 보조인덕터(LA21)가 연결되어 있으므로, 제1 및 제2 공진 변압기(T1 ,T2)의 등가누설인덕턴스와의 공진으로 발생한 전류는 2차측 제16 스위칭소자(Q6)의 역ㅇ병렬다이오드와 제1 다이오드(D1) 통해 정류되고, 제2 공진 변압기(T2)는 직렬 연결된 공진커패시터(Cs2)와, 직렬 연결된 공진커패시터(Cs2)와 병렬로 2차측 제2 보조인덕터(LA22)가 연결되어 있으므로, 제1 및 제2 공진 변압기(T1, T2)의 등가누설인덕턴스와의 공진을 통해 2차측 제26 스위칭소자(S6)의 역ㅇ병렬다이오드와 제1 다이오드(D1)을 통해 정류된다.
The polarity of the terminal voltages of the first and second resonant transformers T 1 and T 2 are differently connected at the primary end 410, and the first resonant transformer T 1 is connected in series at the secondary side 420. Since the first resonant capacitor C s1 and the secondary side first inductor L A21 are connected, a current generated by resonance with the equivalent leakage inductance of the first and second resonant transformers T 1 and T 2 The inverted parallel diode and the first diode (D 1 ) of the 16th switching element (Q 6 ) of the secondary side are rectified, and the second resonant transformer (T 2 ) is connected in series with the resonant capacitor (C s2 ) and the resonant capacitor connected in series. Since the secondary side secondary inductor L A22 is connected in parallel with (C s2 ), the secondary side 26th switching is performed through resonance with equivalent leakage inductances of the first and second resonant transformers T 1 and T 2 . Rectification is performed through the inverse parallel diode of the element S 6 and the first diode D 1 .

따라서 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작은 2차측 제1 보조인덕터(LA21)와 2차측 제2 보조 인덕터(LA22)와 제1 및 제2 공진 변압기(T1, T2)의 등가 누설 인덕턴스 및 제1 및 제2 공진 커패시터(CS1, CS2)의 공진 특성에 의해 LLC 공진 특성과 같은 높은 전압 이득 특성을 갖게 된다.
Therefore, the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18 is equivalent to the secondary side secondary auxiliary inductor L A21 , the secondary side secondary inductor L A22 , and the first and second resonant transformers T 1 and T 2 . The leakage inductance and the resonance characteristics of the first and second resonant capacitors C S1 and C S2 have high voltage gain characteristics such as the LLC resonance characteristic.

도23 은 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작 시 2차측단의 등가 회로를 나타낸다.FIG. 23 shows an equivalent circuit of the secondary side stage in the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.

도23 은 역방향 동작 시 2차측단에서 바라본 간략화된 등가회로로서 2차측단(420)은 직렬, 1차측단(410)은 병렬 회로 구성으로 동작된다. 따라서 간략화된 등가회로도에서처럼 2차측단(420)은 직렬연결구성동작에 따라 각 공진커패시터(Cs1,Cs2)는 직렬 연결되고, 제1 및 제2 공진 변압기(T1, T2)의 누설인덕턴스 또한 직렬 연결되어 SLLC 공진특성을 가지고 동작된다.
Fig. 23 is a simplified equivalent circuit seen from the secondary side in the reverse operation, the secondary side 420 is operated in series, and the primary side 410 is operated in a parallel circuit configuration. Accordingly, as shown in the simplified equivalent circuit diagram, the secondary side stage 420 is connected in series with each of the resonant capacitors C s 1 and C s 2 according to the series connection configuration operation, and leakage of the first and second resonant transformers T 1 and T 2 is achieved. Inductance is also connected in series to operate with SLLC resonance.

도24 는 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이고, 도25 및 도26 은 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 24 is a waveform diagram illustrating a reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18, and FIGS. 25 and 26 are diagrams for explaining the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter of FIG.

도25 및 도26 에서도 제1 및 제4 시간구간((t0 ~ t1), (t3 ~ t4))에 대한 도면은 편의상 생략하였다.25 and 26, the drawings of the first and fourth time intervals (t 0 to t 1 ) and (t 3 to t 4 ) are omitted for convenience.

도24 에서 전압(Vcd)은 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이의 전압 레벨을 나타내고, 전압(Vde)은 2차측 제4 노드(Nd24)와 2차측 제5 노드(Nd25) 사이의 전압 레벨을 나타낸다.In FIG. 24, the voltage V cd represents the voltage level between the secondary third node Nd23 and the secondary fourth node Nd24, and the voltage V de represents the secondary fourth node Nd24 and the secondary side. The voltage level between the fifth node Nd25 is shown.

역방향 동작시 2차측 제11 및 제22 스위칭소자(Q5, S6)와 2차측 제12 및 제21 스위칭소자(Q6, S5)는 각각 고정된 듀티비(50%)를 가지고 턴-온, 턴-오프 스위칭 동작되고, 1차측 제11 내지 제14 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4)와 1차측 제21 내지 제24 스위칭소자(S1, S2, S3, S4)는 턴-오프 상태로 유지되어 모두 역ㅇ병렬다이오드로서 정류 동작을 수행한다. 그리고 2차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA31, SA32)와 2차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA41, SA42)는 항시 턴-오프되어 동작하지 않고, 1차측 제11 및 제12 보조스위칭소자(SA11, SA12)와 1차측 제21 및 제22 보조스위칭소자(SA21, SA22)는 항시 턴-온된다.In the reverse operation, the secondary 11th and 22nd switching elements Q 5 and S 6 and the secondary 12th and 21st switching elements Q 6 and S 5 each have a fixed duty ratio (50%) and are turned-on. On, turn-off switching operation, the primary side 11th to 14th switching elements (Q 1 , Q 2, Q 3, Q 4 ) and the primary side 21st to 24th switching elements (S 1 , S 2, S 3) , S 4 ) remains turned off to perform rectification as an inverse parallel diode. The secondary side 11th and twelfth auxiliary switching elements S A31 and S A32 and the secondary side 21st and 22nd auxiliary switching elements S A41 and S A42 are always turned off and do not operate. And the twelfth auxiliary switching elements S A11 and S A12 and the primary side 21st and 22nd auxiliary switching elements S A21 and S A22 are always turned on.

양방향 SLLC 공진 컨버터 역방향 동작시의 각 시간 구간별 동작 또한 순방향 동작과 마찬가지로 도12 및 도13 과 유사하므로 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.Since the operation of each time interval in the bidirectional SLLC resonant converter reverse operation is similar to that of FIG. 12 and 13 as the forward operation, it will not be described in detail here.

그러므로 역방향 동작 시에는 1차측 제1 및 제2 보조인덕터(LA11,LA12)와 제1 및 제2 공진 변압기(T1, T2)의 등가누설인덕턴스 및 제1 및 제2 공진커패시터(Cs1,Cs2)와의 공진으로 인해 LLC공진특성처럼 높은 전압이득특성을 가지게 된다.Therefore, in the reverse operation, the equivalent leakage inductance of the first and second auxiliary inductors L A11 and L A12 and the first and second resonant transformers T 1 and T 2 and the first and second resonant capacitors C s1 , C s2 ) has high voltage gain characteristics like LLC resonant characteristics.

이때 2차측 제11 및 제22 스위칭소자(Q5, S6)와 2차측 제12 및 제21 스위칭소자(Q6, S5)가 스위칭 동작시 제1 및 제2 공진 변압기의 2차측 단자전압(Vcd,Ved)에 (1/2)Vo이 인가됨으로 1/2로 전압이득이 낮아져서 순방향동작시와 마찬가지로 공진주파수에서부터 낮은 주파수로의 가변주파수제어를 통해 불연속구간 동안 동작된다.
At this time, the secondary terminal voltages of the first and second resonant transformers during the switching operation of the secondary 11th and 22nd switching elements Q 5 and S 6 and the secondary 12th and 21st switching elements Q 6 and S 5 are switched. As (1/2) V o is applied to (V cd , V ed ), the voltage gain is lowered to 1/2 so that it operates during the discontinuous period through variable frequency control from the resonant frequency to the low frequency as in the forward operation.

도27 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터에서 양방향 보조스위칭소자부의 다른 구성을 나타낸다.27 shows another configuration of the bidirectional auxiliary switching element section in the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention.

본 발명에서 양방향보조스위칭소자부의 보조스위칭소자들((SA1, SA2), (SA3, SA4), (SA11, SA12), (SA21, SA22), (SA31, SA32), (SA41, SA42))은 도27 에 도시된 바와 같이 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 등의 스위칭소자 뿐만 아니라 SSR(Solid State Relay) 또는 릴레이 및 접점 등으로 대치될 수 있다. 그리고 서로 위치가 바뀔 어도 무방하다. 뿐만 아니라 양방향보조스위칭소자부의 보조스위칭소자들((SA1, SA2), (SA3, SA4), (SA11, SA12), (SA21, SA22), (SA31, SA32), (SA41, SA42))는 상호 반대방향으로 병렬 연결되는 역병렬다이오드(바디다이오드)가 없는 양방향보조스위칭소자 등이 적용될 수 있다.In the present invention, the auxiliary switching elements of the bidirectional auxiliary switching element portion (S A1 , S A2 ), (S A3 , S A4 ), (S A11 , S A12 ), (S A21 , S A22 ), (S A31 , S A32 ), (S A41 , S A42 )) may be replaced by a solid state relay (SSR) or a relay and a contact, as well as switching elements such as Power Mosfet, IGBT, Power TR, and SCR, as shown in FIG. 27. . And the positions may change with each other. In addition, the auxiliary switching elements of the bidirectional auxiliary switching element part ((S A1 , S A2 ), (S A3 , S A4 ), (S A11 , S A12 ), (S A21 , S A22 ), (S A31 , S A32 ), (S A41 , S A42 )) may be a bidirectional auxiliary switching device without an anti-parallel diode (body diode) connected in parallel in opposite directions.

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.
Although not shown, the first and eighth switching elements Q 1 to Q 4 , the primary side eleventh to fourteenth switching elements Q 1 to Q 4 , and the primary side 21st to 24th switching elements S 1 to S 4 ), secondary side 15th and 16th switching elements Q 5 and Q 6 and secondary side 25th and 26th switching elements S 5 and S 6 are also implemented as one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR. It may be.

도28 및 도29 는 각각 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작와 역방향 동작시 실험결과에서 관측되는 파형을 나타낸다.28 and 29 show waveforms observed in the experimental results during the forward operation and the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention, respectively.

도28 은 도18 의 양방향 SLLC 공진 컨버터에 대해 1.5kW급 출력용량으로 실험 적용한 결과로서, 순방향 전력전달 모드 시에는 1차측 입력전압(Vin)의 범위를 41V∼60V의 조건에서 2차측 일정 출력전압(Vo)을 400V/3.75A 정격출력 1.5kW에 대해 실험하였고, 역방향 모드 시에는 2차측 일정 출력전압(Vo)을 400V조건에서 1차측 입력제어전압(Vin)의 범위(41V∼63V/ 25A∼36.59A)와 정격출력 1.5kW에 대해 각각 실험하였다. 그리고 적용된 실험조건과 주요정격에 대해 표 1과 표 2에 나타내었다. FIG. 28 is a test result of 1.5kW output capacity for the bidirectional SLLC resonant converter of FIG. 18. In the forward power transfer mode, the secondary output is constant in the range of 41 V to 60 V in the range of the primary input voltage V in voltage (V o) for 400V / 3.75A were tested for rated output 1.5kW, reverse mode, the secondary side constant output voltage (V o) the range of the primary input control voltage (V in) at 400V conditions (41V~ 63V / 25A ~ 36.59A) and rated power 1.5kW respectively. The experimental conditions and the main ratings are shown in Table 1 and Table 2.

순방향 전력전달 모드Forward Power Transfer Mode 전압(Vin)Voltage (V in ) 41V∼60V41V to 60V 순방향 출력용량(Po)Forward output capacity ( Po ) 400V/3.75A (1.5kW)400V / 3.75A (1.5kW) 위칭주파수(fs)/공진주파수(fr)Switching frequency (f s ) / resonant frequency (f r ) 30.77kHz∼42.26kHz/56.10kHz30.77 kHz to 42.26 kHz / 56.10 kHz 역방향 전력전달 모드Reverse power transfer mode 전압(Vo)Voltage (V o ) 400V400V 역방향 출력용량(Pin)Reverse output capacity (P in ) 41V∼60V/25A∼36.59A(1.5kW)41 V to 60 V / 25 A to 36.59 A (1.5 kW) 위칭주파수(fs)/공진주파수(fr)Switching frequency (f s ) / resonant frequency (f r ) 41.29kHz∼48.31kHz/57.68kHz41.29 kHz to 48.31 kHz / 57.68 kHz

표1 은 양방향 SLLC 공진컨버터 실험조건을 나타낸다.Table 1 shows the experimental conditions of the bidirectional SLLC resonant converter.

자기인덕턴스(Lp/Ls)Magnetic inductance (L p / L s ) 40.96uH / 1.539mH40.96uH / 1.539mH 순방향시 1,2차측누설인덕턴스(Ll11/N2L1l12)1st and 2nd side leakage inductance in forward direction (L l11 / N 2 L 1l12 ) 1.68uH / 3.47uH1.68uH / 3.47uH 역방향시 1,2차측누설인덕턴스(Ll11/N2/Ll12)1st and 2nd side leakage inductance in reverse direction (L l11 / N 2 / L l12 ) 59.27uH / 123.7uH59.27uH / 123.7uH 등가누설인덕턴스(Leq)Equivalent Leakage Inductance (L eq ) 4.868uH4.868uH 턴수비(N1/N2)Turn ratio (N 1 / N 2 ) 0.16670.1667 공진 커패시터 (Cs1,Cs2)Resonant Capacitors (C s1 , C s2 ) 44nF44 nF 보조 인덕터(LA11,LA12/LA21,LA22)Auxiliary Inductors (L A11 , L A12 / L A21 , L A22 ) 14.49uH / 826.2uH14.49uH / 826.2uH 1차측 주 스위칭소자(Q1∼Q4,S1∼S4)Primary main switching element (Q 1 to Q 4 , S 1 to S 4 ) IRFP4468(100V, 290A)IRFP4468 (100V, 290A) 2차측 주 스위칭소자(Q5∼Q8)Secondary main switching element (Q 5 to Q 8 ) 47N60CFD(600V, 46A)47N60CFD (600V, 46A) 2차측 다이오드(D1∼D2)The secondary side diodes (D 1 to D 2 ) DSEP30-06(600V, 30A)DSEP30-06 (600V, 30A) 1차측 보조스위치(SA11,SA12,SA21,SA22)Primary side auxiliary switch (S A11, S A12, S A21, S A22 ) IRFP4468(240V, 130A)IRFP4468 (240V, 130A) 2차측 보조스위치(SA31,SA32,SA41,SA42)Secondary auxiliary switch (S A31, S A32, S A41, S A42 ) H30R1602(1600V, 30A)H30R1602 (1600 V, 30 A) 적용된 제어 ICApplied Control IC MC34067MC34067

표2 는 양방향 SLLC 공진컨버터 파라미터 및 사용된 소자를 나타낸다.
Table 2 shows the bidirectional SLLC resonant converter parameters and the devices used.

도30 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 순방향 동작시 1차측 입력전압 범위에 대한 효율 특성을 나타내고, 도31 은 본 발명에 따른 양방향 SLLC 공진 컨버터의 역방향 동작시 1차측 입력전압의 제어 범위에 대한 효율 특성을 나타낸다.Figure 30 shows the efficiency characteristics for the primary input voltage range in the forward operation of the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention, Figure 31 shows the control range of the primary input voltage in the reverse operation of the bidirectional SLLC resonant converter according to the present invention. Efficiency characteristics.

도30 및 도31 에 도시된 바와 같이 도18 의 양방향 SLLC 공진컨버터는 순방향 동작모드 시 1차측 입력전압(Vin) 45V에서 2차측 일정 제어 출력전압(Vo) 400V,최대부하(1.5kW)일 때 94.34% 효율이 측정되었고, 역방향 동작모드시 2차측 일정출력전압(Vo) 400V에서 2차측 스위칭동작시 1차측 입력제어전압(Vin) 50V에서 최대부하(1.5kW)일 때 93.21%의 효율 특성을 보여주었다. 즉 고효율 특성을 나타낸다.
As shown in Figs. 30 and 31, the bidirectional SLLC resonant converter of Fig. 18 has a secondary constant control output voltage (V o ) of 400 V at a primary input voltage (V in ) of 45 V in the forward operation mode, and a maximum load (1.5 kW). Efficiency was measured at 94.34%, and the constant output voltage (V o ) in the reverse operation mode was 400 V at 93 V, and the maximum load (1.5 kW) was applied at 50 V at the primary input control voltage (V in ) during the secondary switching operation. Showed efficiency characteristics. In other words, it exhibits high efficiency characteristics.

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.
The method according to the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and a carrier wave (for example, transmission via the Internet). The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

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. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (53)

제1 직류 전원에 연결되어, 순방향 동작 시에 제1 및 제2 공진 변압기 각각의 제1 권선단에 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에 1차측 제1 및 제2 보조 인덕터를 상기 제1 및 제2 공진 변압기의 제1 권선단과 각각 연결하여 상기 제1 및 제2 공진 변압기의 제2 권선단의 전류 변화에 의해 제1 및 제2 공진 변압기의 제1 권선단에 각각에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 제1 직류 전원을 충전하는 1차측단; 및
상기 제1 직류 전원 보다 높은 전압 레벨을 갖는 제2 직류 전원에 연결되어, 역방향 동작 시에 제1 및 제2 공진 변압기 각각의 제2 권선단에 전류 변화를 유도하고, 순방향 동작 시에 2차측 제1 및 제2 보조 인덕터를 상기 제1 및 제2 공진 변압기의 제2 권선단과 제1 및 제2 공진 커패시터와 각각 연결하여 상기 제1 및 제2 공진 변압기의 제1 권선단의 전류 변화에 의해 제1 및 제2 공진 변압기의 제2 권선단에 각각에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 제2 직류 전원을 충전하는 2차측단;을 포함하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
Connected to a first DC power source to induce a change in current at the first winding end of each of the first and second resonant transformers in the forward operation, and to the first and second auxiliary inductors in the reverse operation; The current change induced in the first winding ends of the first and second resonant transformers by the current change of the second winding ends of the first and second resonant transformers respectively connected to the first winding ends of the second resonant transformers, respectively. A primary side end configured to charge the first DC power supply to have an LLC resonance characteristic; And
It is connected to a second DC power supply having a higher voltage level than the first DC power supply, induces a current change in the second winding end of each of the first and second resonant transformers in the reverse operation, and in the forward operation, The first and second auxiliary inductors are connected to the second winding ends of the first and second resonant transformers and the first and second resonant capacitors, respectively, so that the first and second auxiliary inductors And a secondary side end configured to charge the second DC power so that a current change induced in each of the first and second winding ends of the first and second resonant transformers has an LLC resonance characteristic.
제1 항에 있어서, 상기 1차측단은
1차측 제1 노드와 1차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 병렬로 연결되는 1차측 제1 공진 컨버터부; 및
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 1차측 제1 공진 컨버터부와 병렬로 연결되는 1차측 제2 공진 컨버터부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 1, wherein the primary end
A primary side first resonant converter unit connected in parallel with the first DC power source between a primary side first node and a primary side second node; And
And a primary side second resonant converter unit connected in parallel with the primary side first resonant converter unit between the primary side first node and the primary side second node.
제2 항에 있어서, 상기 1차측 제1 공진 컨버터부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 각각 병렬로 연결되는 1차측 제11 스위칭 소자부 및 1차측 제12 스위칭 소자부를 구비하는 1차측 제1 스위칭부;
상기 1차측 제11 스위칭 소자부와 상기 1차측 제12 스위칭 소자부 사이에 연결되는 1차측 제1 공진부; 및
상기 1차측 제11 스위칭 소자부와 상기 1차측 제12 스위칭 소자부 사이에 상기 1차측 제1 공진부와 병렬로 연결되는 1차측 제1 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 2, wherein the primary side first resonant converter unit
A primary side first switching unit including a primary side eleventh switching element unit and a primary side twelfth switching element unit connected in parallel with the first DC power source, respectively, between the primary side first node and the primary side second node;
A primary side first resonator connected between the primary side eleventh switching element portion and the primary side twelfth switching element portion; And
And a primary side first auxiliary circuit unit connected in parallel with the primary side first resonator between the primary side eleventh switching element portion and the primary side twelfth switching element portion.
제3 항에 있어서, 상기 1차측 제11 스위칭 소자부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제11 및 제12 스위칭 소자를 구비하고,
상기 1차측 제12 스위칭 소자부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제13 및 제14 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 3, wherein the primary side eleventh switching element portion
A primary side eleventh and twelfth switching elements connected in series between the primary side first node and the primary side second node,
The first side 12th switching device unit
And a primary side thirteenth and fourteenth switching elements connected in series between the primary side first node and the primary side second node.
제3 항에 있어서, 상기 1차측 제1 공진부는
상기 1차측 제11 및 제12 스위칭 소자 사이의 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제13 및 제14 스위칭 소자 사이의 1차측 제4 노드 사이에 상기 제1 공진 변압기의 제1 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 3, wherein the primary side first resonator
A first winding end of the first resonant transformer between the primary third node between the primary side eleventh and twelfth switching elements and the primary fourth node between the primary side thirteenth and fourteenth switching elements; Bidirectional SLLC resonant converter, characterized in that.
제5 항에 있어서, 상기 1차측 제1 보조 회로부는
상기 1차측 제1 공진부와 병렬로 상기 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 보조인덕터와 1차측 제1 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 1차측 제1 양방향 보조 스위치 소자부는
1차측 제11 및 제12 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 1차측 제11 및 제12 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 5, wherein the primary side first auxiliary circuit portion
A primary side first auxiliary inductor and a primary side first bidirectional auxiliary switching device unit connected in series between the primary side third node and the primary side fourth node in parallel with the primary side first resonator;
The primary side first bidirectional auxiliary switch element unit
A bidirectional SLLC resonant converter having a primary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements, wherein the primary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제2 항에 있어서, 상기 1차측 제2 공진 컨버터부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 각각 병렬로 연결되는 1차측 제21 스위칭 소자부 및 1차측 제22 스위칭 소자부를 구비하는 1차측 제2 스위칭부;
상기 1차측 제21 스위칭 소자부와 상기 1차측 제22 스위칭 소자부 사이에 연결되는 1차측 제2 공진부; 및
상기 1차측 제21 스위칭 소자부와 상기 1차측 제22 스위칭 소자부 사이에 상기 1차측 제2 공진부와 병렬로 연결되는 1차측 제2 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 2, wherein the primary side second resonant converter unit
A primary side second switching unit including a primary side 21 switching element unit and a primary side 22 switching element unit connected in parallel with the first DC power source respectively between the primary side first node and the primary side second node;
A second secondary resonance part connected between the primary 21st switching element part and the primary 22nd switching element part; And
And a second secondary auxiliary circuit unit connected in parallel with the primary second resonator unit between the primary 21st switching element unit and the primary 22nd switching element unit.
제7 항에 있어서, 상기 1차측 제21 스위칭 소자부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제21 및 제22 스위칭 소자를 구비하고,
상기 1차측 제22 스위칭 소자부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제23 및 제24 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 7, wherein the primary-side 21 switching element portion
And primary side twenty-first and twenty-second switching elements connected in series between the primary side first node and the primary side second node,
The 22nd switching element portion of the primary side
And a primary 23rd and a 24th switching element connected in series between the primary side first node and the primary side second node.
제8 항에 있어서, 상기 1차측 제2 공진부는
상기 1차측 제21 및 제22 스위칭 소자 사이의 1차측 제5 노드와 상기 1차측 제23 및 제24 스위칭 소자 사이의 1차측 제6 노드 사이에 상기 제2 공진 변압기의 제1 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 8, wherein the primary side second resonator
A first winding end of the second resonant transformer between the primary fifth node between the primary 21st and 22nd switching elements and the primary 6th node between the primary 23rd and 24th switching elements Bidirectional SLLC resonant converter, characterized in that.
제9 항에 있어서, 상기 1차측 제2 보조 회로부는
상기 1차측 제2 공진부와 병렬로 상기 1차측 제5 노드와 상기 1차측 제6 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제2 보조인덕터와 1차측 제2 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 1차측 제2 양방향 보조 스위치 소자부는
1차측 제21 및 제22 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 1차측 제21 및 제22 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 9, wherein the secondary side secondary circuit portion
And a primary side second auxiliary inductor and a primary side second bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the primary side fifth node and the primary side sixth node in parallel with the primary side second resonator,
The primary side second bidirectional auxiliary switch element unit
And a primary 21st and 22nd auxiliary switching elements, wherein the primary 21st and 22nd auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제10 항에 있어서, 상기 2차측단은
2차측 제1 노드와 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 직류 전원과 병렬로 연결되는 2차측 제1 공진 컨버터부;
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 2차측 제1 공진 컨버터부와 병렬로 연결되는 2차측 제2 공진 컨버터부; 및
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 직류 전원과 병렬로 연결되는 정류부; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 10, wherein the secondary side end
A secondary side first resonant converter unit connected in parallel with the second DC power source between a secondary side first node and a secondary side second node;
A secondary side second resonant converter unit connected in parallel with the secondary side first resonant converter unit between the secondary side first node and the secondary side second node; And
A rectifier connected in parallel with the second DC power source between the secondary side first node and the secondary side second node; Bidirectional SLLC resonant converter comprising: a.
제11 항에 있어서, 상기 정류부는
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 11, wherein the rectifying unit
And a first diode and a second diode connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node.
제12 항에 있어서, 상기 2차측 제1 공진 컨버터부는
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제15 및 제16 스위칭 소자를 구비하는 2차측 제1 스위칭 소자부;
상기 2차측 제15 및 2차측 제16 스위칭 소자 사이의 2차측 제3 노드와 상기 제1 및 제2 다이오드 사이의 2차측 제4 노드 사이에 연결되는 2차측 제1 공진부; 및
상기 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 상기 2차측 제1 공진부와 병렬로 연결되는 2차측 제1 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 12, wherein the secondary side first resonant converter unit
A secondary side first switching element unit having secondary side 15th and 16th switching elements connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node;
A secondary side first resonator connected between a secondary side third node between the secondary side 15th and secondary side 16th switching elements and a secondary side fourth node between the first and second diodes; And
And a secondary side first auxiliary circuit connected between the secondary side third node and the secondary side fourth node in parallel with the secondary side first resonator.
제13 항에 있어서, 상기 2차측 제1 공진부는
상기 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 상기 제1 공진 커패시터와 상기 제1 공진 변압기의 제2 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 13, wherein the secondary side first resonator
And a second winding end of the first resonant capacitor and the first resonant transformer connected in series between the secondary third node and the secondary fourth node.
제14 항에 있어서, 상기 2차측 제1 보조 회로부는
상기 2차측 제1 공진부와 병렬로 상기 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 보조인덕터와 2차측 제1 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 2차측 제1 양방향 보조 스위치 소자부는
2차측 제11 및 제12 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 2차측 제11 및 제12 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 14, wherein the secondary side first auxiliary circuit portion
A secondary side first auxiliary inductor and a secondary side first bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the secondary side third node and the secondary side fourth node in parallel with the secondary side first resonator;
The secondary side first bi-directional auxiliary switch element unit
And a secondary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements, wherein the secondary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제15 항에 있어서, 상기 2차측 제2 공진 컨버터부는
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제25 및 제26 스위칭 소자를 구비하는 2차측 제2 스위칭 소자부;
상기 2차측 제25 및 2차측 제26 스위칭 소자 사이의 2차측 제5 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 연결되는 2차측 제2 공진부; 및
상기 2차측 제5 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 상기 2차측 제2 공진부와 병렬로 연결되는 2차측 제2 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 15, wherein the secondary side second resonant converter unit
A secondary side second switching element unit having secondary side 25 and 26th switching elements connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node;
A secondary side second resonator connected between the secondary side fifth node and the secondary side fourth node between the secondary side 25th and secondary side 26th switching elements; And
And a secondary side second auxiliary circuit unit connected in parallel with the secondary side second resonator between the secondary side fifth node and the secondary side fourth node.
제16 항에 있어서, 상기 2차측 제2 공진부는
상기 2차측 제5 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 상기 제2 공진 커패시터와 상기 제2 공진 변압기의 제2 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 16, wherein the secondary side second resonator
And a second winding end of the second resonant capacitor and the second resonant transformer connected in series between the secondary fifth node and the secondary fourth node.
제17 항에 있어서, 상기 2차측 제2 보조 회로부는
상기 2차측 제2 공진부와 병렬로 상기 2차측 제5 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제2 보조인덕터와 2차측 제2 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 2차측 제2 양방향 보조 스위치 소자부는
2차측 제21 및 제22 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 2차측 제21 및 제22 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 17, wherein the secondary side second auxiliary circuit portion
And a secondary side second auxiliary inductor and a secondary side second bidirectional auxiliary switching device unit connected in series between the secondary side fifth node and the secondary side fourth node in parallel with the secondary side second resonator.
The secondary side second bidirectional auxiliary switch element unit
A bidirectional SLLC resonant converter having secondary 21st and 22nd auxiliary switching elements, wherein the secondary 21st and 22nd auxiliary switching elements are connected to each other in parallel or in series in different current directions.
제18 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 공진 변압기 각각의 상기 제1 및 제2 권선단은 단자전압의 극성이 서로 반대로 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
19. The bidirectional SLLC resonant converter according to claim 18, wherein the first and second winding ends of each of the first and second resonant transformers are connected with opposite polarities of terminal voltages.
제19 항에 있어서, 상기 1차측 제11 내지 제14 스위칭소자 및 상기 1차측 제21 내지 제24 스위칭소자는
상기 순방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 1차측 제11 및 1차측 제14 스위칭소자와 상기 1차측 제12 및 1차측 제13 스위칭소자가 교대로 온/오프되고, 상기 1차측 제21 및 1차측 제24 스위칭소자와 상기 1차측 제22 및 1차측 제23 스위칭소자가 교대로 온/오프되고,
상기 역방향 전력 수수 시에는 상기 1차측 제11 내지 제14 스위칭소자 및 상기 1차측 제21 내지 제24 스위칭소자가 모두 오프되고,
상기 2차측 제15 및 제16 스위칭소자 및 상기 2차측 제25 및 제26 스위칭소자는
상기 역방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 2차측 제15 및 제25 스위칭소자와 상기 2차측 제16 및 제26 스위칭소자가 교대로 온/오프되고,
상기 순방향 전력 수수 시에는 상기 2차측 제15 및 제16 스위칭소자 및 상기 2차측 제25 및 제26 스위칭소자가 모두 오프되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 19, wherein the primary side 11th to 14th switching element and the primary side 21st to 24th switching element
The primary side 11th and primary side 14th switching elements and the primary side 12th and primary side 13th switching elements alternately in response to a voltage level of a switching signal applied corresponding to each gate when the forward power is received. On / off, the primary 21st and primary 24th switching elements and the primary 22nd and primary 23rd switching elements are alternately turned on / off,
When receiving the reverse power, all of the primary side eleventh to fourteenth switching elements and the primary side 21st to 24th switching elements are turned off.
The secondary side 15th and 16th switching elements and the secondary side 25th and 26th switching elements
The secondary side 15th and 25th switching elements and the secondary side 16th and 26th switching elements are alternately turned on / off in response to a voltage level of a switching signal applied corresponding to each gate when the reverse power is received. ,
And the secondary side 15th and 16th switching elements and the secondary side 25th and 26th switching elements are turned off when the forward power is received.
제20 항에 있어서, 상기 1차측 제11, 제12, 제21 및 제22 보조 스위칭소자는
순방향 전력 수수시에 모두 오프되고, 역방향 전력 수수시에 모두 온되며,
상기 2차측 제11, 제12, 제21 및 제22 보조 스위칭소자는
역방향 전력 수수시에 모두 오프되고, 순방향 전력 수수시에 모두 온되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
21. The auxiliary switching device of claim 20, wherein the primary side 11th, 12th, 21st and 22nd auxiliary switching elements
All off in forward power delivery, all on in reverse power delivery,
The secondary side 11th, 12th, 21st and 22nd auxiliary switching elements
A bidirectional SLLC resonant converter characterized in that both are turned off when receiving reverse power and are turned on when receiving forward power.
제21 항에 있어서, 상기 1차측 제11 내지 제14 스위칭소자 및 상기 1차측 제21 내지 제24 스위칭소자는
상기 역방향 전력 수수 시에 역병렬다이오드(바디 다이오드)에 의해 정류 동작을 수행하고,
상기 2차측 제15 및 제16 스위칭소자 및 상기 2차측 제25 및 제26 스위칭소자는
상기 순방향 전력 수수 시에 역병렬다이오드(바디 다이오드)에 의해 정류 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
22. The method of claim 21, wherein the primary side 11th to 14th switching elements and the primary side 21st to 24th switching elements
Performing rectification operation by an anti-parallel diode (body diode) when receiving the reverse power,
The secondary side 15th and 16th switching elements and the secondary side 25th and 26th switching elements
And a rectifying operation is performed by an anti-parallel diode (body diode) when the forward power is received.
제22 항에 있어서, 상기 1차측 제11 내지 제14 스위칭소자와 상기 1차측 제21 내지 제24 스위칭소자와 상기 2차측 제15 및 제16 스위칭소자 및 상기 2차측 제25 및 제26 스위칭소자는
Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
23. The method of claim 22, wherein the primary side 11th to 14th switching elements, the primary side 21st to 24th switching elements, the secondary side 15th and 16th switching elements, and the secondary side 25th and 26th switching elements
Bi-directional SLLC resonant converter, characterized in that implemented by one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR.
제22 항에 있어서, 상기 1차측 제11 및 제12 보조스위칭소자, 1차측 제21 및 제22 보조스위칭소자, 2차측 제11 및 제12 보조스위칭소자 및 2차측 제21 및 제22 보조스위칭소자 각각은
Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR(Solid State Relay), 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
23. The auxiliary switch according to claim 22, wherein the primary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements, the primary side twenty-first and twenty-second auxiliary switching elements, the secondary side eleventh and twelfth auxiliary switching elements, and the secondary side twenty-first and twenty-second auxiliary switching elements. Each one
Bi-directional SLLC resonant converter, characterized in that implemented as one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, Solid State Relay (SSR), relay and contact.
제1 직류 전원에 연결되어, 순방향 동작 시에 공진 변압기의 제1 권선단에 전류 변화를 유도하고, 역방향 동작 시에 1차측 보조 인덕터를 상기 공진 변압기의 제1 권선단과 연결하여 상기 공진 변압기의 제2 권선단의 전류 변화에 의해 공진 변압기의 제1 권선단에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 제1 직류 전원을 충전하는 1차측단; 및
상기 제1 직류 전원 보다 높은 전압 레벨을 갖는 제2 직류 전원에 연결되어, 역방향 동작 시에 공진 변압기 각각의 제2 권선단에 전류 변화를 유도하고, 순방향 동작 시에 2차측 보조 인덕터를 상기 공진 변압기의 제2 권선단과 공진 커패시터와 연결하여 상기 공진 변압기의 제1 권선단의 전류 변화에 의해 공진 변압기의 제2 권선단에 각각에 유도되는 전류 변화가 LLC 공진특성을 갖도록 하여 상기 제2 직류 전원을 충전하는 2차측단;을 포함하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
Connected to a first DC power source to induce a current change in the first winding end of the resonant transformer in the forward operation, and connect the primary auxiliary inductor with the first winding end of the resonant transformer in the reverse operation to A primary side stage configured to charge the first DC power supply such that a current change induced in the first winding end of the resonant transformer by the current change of the second winding end has an LLC resonance characteristic; And
It is connected to a second DC power supply having a higher voltage level than the first DC power supply, induces a current change in the second winding end of each of the resonant transformer in the reverse operation, and the secondary auxiliary inductor in the forward operation to the secondary transformer The second DC power supply is connected to the second winding end of the resonant capacitor and the current change induced in the second winding end of the resonant transformer by the current change of the first winding end of the resonant transformer to have the LLC resonance characteristic. Bidirectional SLLC resonant converter comprising; secondary side charging.
제25 항에 있어서, 상기 1차측단은
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 각각 병렬로 연결되는 1차측 제1 스위칭 소자부 및 1차측 제2 스위칭 소자부를 구비하는 1차측 스위칭부;
상기 1차측 제1 스위칭 소자부와 상기 1차측 제2 스위칭 소자부 사이에 연결되는 1차측 공진부; 및
상기 1차측 제1 스위칭 소자부와 상기 1차측 제2 스위칭 소자부 사이에 상기 1차측 공진부와 병렬로 연결되는 1차측 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 25, wherein the primary end
A primary side switching unit including a primary side first switching element unit and a primary side second switching element unit respectively connected in parallel with the first DC power source between the primary side first node and the primary side second node;
A primary side resonance part connected between the primary side first switching element part and the primary side second switching element part; And
And a primary side auxiliary circuit part connected in parallel with the primary side resonance part between the primary side first switching element part and the primary side second switching element part.
제26 항에 있어서, 상기 1차측 스위칭 소자부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 스위칭 소자를 구비하고,
상기 1차측 제2 스위칭 소자부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 26, wherein the primary side switching device unit
First and second switching elements connected in series between the primary side first node and the primary side second node,
The primary side second switching element portion
And third and fourth switching elements connected in series between the primary side first node and the primary side second node.
제27 항에 있어서, 상기 1차측 공진부는
상기 제1 및 제2 스위칭 소자 사이의 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제3 및 제4 스위칭 소자 사이의 1차측 제4 노드 사이에 상기 공진 변압기의 제1 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
28. The method of claim 27, wherein the primary side resonator
And a first winding end of the resonant transformer between the primary third node between the first and second switching elements and the primary fourth node between the primary third and fourth switching elements. Bidirectional SLLC resonant converter.
제28 항에 있어서, 상기 1차측 보조 회로부는
상기 1차측 공진부와 병렬로 상기 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 보조인덕터와 1차측 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 1차측 양방향 보조 스위치 소자부는
제1 및 제2 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 제1 및 제2 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
29. The circuit of claim 28, wherein the primary side auxiliary circuit unit
A primary auxiliary inductor and a primary bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the primary third node and the primary fourth node in parallel with the primary resonator;
The primary side bidirectional auxiliary switch element unit
A bidirectional SLLC resonant converter having first and second auxiliary switching elements, wherein the first and second auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제29 항에 있어서, 상기 2차측단은
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 각각 병렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭 소자부 및 2차측 제2 스위칭 소자부를 구비하는 2차측 스위칭부;
상기 2차측 제1 스위칭 소자부와 상기 2차측 제2 스위칭 소자부 사이에 연결되는 2차측 공진부; 및
상기 2차측 제1 스위칭 소자부와 상기 2차측 제2 스위칭 소자부 사이에 상기 2차측 공진부와 병렬로 연결되는 2차측 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 29, wherein the secondary side end
A secondary side switching unit including a secondary side first switching element unit and a secondary side second switching element unit respectively connected in parallel with the first DC power source between the secondary side first node and the secondary side second node;
A secondary side resonance part connected between the secondary side first switching element part and the secondary side second switching element part; And
And a secondary side auxiliary circuit part connected in parallel with the secondary side resonance part between the secondary side first switching element part and the secondary side second switching element part.
제30 항에 있어서, 상기 2차측 스위칭 소자부는
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제5 및 제6 스위칭 소자를 구비하고,
상기 2차측 제2 스위칭 소자부는
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제7 및 제8 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 30, wherein the secondary switching element portion
Fifth and sixth switching elements connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node,
The secondary side second switching element portion
And a seventh and eighth switching elements connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node.
제31 항에 있어서, 상기 2차측 공진부는
상기 제5 및 제6 스위칭 소자 사이의 2차측 제3 노드와 상기 제7 및 제8 스위칭 소자 사이의 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 상기 공진 커패시터와 상기 공진 변압기의 제2 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
32. The method of claim 31, wherein the secondary side resonator
A second winding end of the resonant capacitor and the resonant transformer connected in series between the second side third node between the fifth and sixth switching elements and the second side fourth node between the seventh and eighth switching elements; Bidirectional SLLC resonant converter characterized in that it comprises.
제32 항에 있어서, 상기 2차측 보조 회로부는
상기 2차측 공진부와 병렬로 상기 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 보조인덕터와 2차측 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 2차측 양방향 보조 스위치 소자부는
제3 및 제4 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 제3 및 제4 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
33. The method of claim 32, wherein the secondary side auxiliary circuit portion
A secondary side auxiliary inductor and a secondary side bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the secondary side third node and the secondary side fourth node in parallel with the secondary side resonator;
The secondary side bi-directional auxiliary switch element unit
And a third and fourth auxiliary switching elements, wherein the third and fourth auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제33 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 스위칭소자는
상기 순방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 제1 및 제4 스위칭소자와 상기 제2 및 제3 스위칭소자가 교대로 온/오프되고,
상기 역방향 전력 수수 시에는 상기 제1 내지 제4 스위칭소자가 모두 오프되고,
상기 제5 내지 제8 스위칭소자는
상기 역방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 제5 및 제8 스위칭소자와 상기 제5 및 제7 스위칭소자가 교대로 온/오프되고,
상기 순방향 전력 수수 시에는 상기 제5 내지 제8 스위칭소자가 모두 오프되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 33, wherein the first to fourth switching device
The first and fourth switching elements and the second and third switching elements are alternately turned on / off in response to a voltage level of a switching signal applied corresponding to each gate when the forward power is received;
When the reverse power is received, all of the first to fourth switching devices are turned off.
The fifth to eighth switching elements
The fifth and eighth switching elements and the fifth and seventh switching elements are alternately turned on / off in response to a voltage level of a switching signal applied corresponding to each gate when the reverse power is received;
Both of the fifth to eighth switching elements are turned off when the forward power is received.
제34 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 보조 스위칭소자는
순방향 전력 수수시에 모두 오프되고, 역방향 전력 수수시에 모두 온되며,
상기 제3 및 제4 보조 스위칭소자는
역방향 전력 수수시에 모두 오프되고, 순방향 전력 수수시에 모두 온되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 34, wherein the first and second auxiliary switching device
All off in forward power delivery, all on in reverse power delivery,
The third and fourth auxiliary switching device
A bidirectional SLLC resonant converter characterized in that both are turned off when receiving reverse power and are turned on when receiving forward power.
제35 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 스위칭소자는
상기 역방향 전력 수수 시에 역병렬다이오드(바디 다이오드)에 의해 정류 동작을 수행하고,
상기 제5 내지 제8 스위칭소자는
상기 순방향 전력 수수 시에 역병렬다이오드(바디 다이오드)에 의해 정류 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 35, wherein the first to fourth switching device
Performing rectification operation by an anti-parallel diode (body diode) when receiving the reverse power,
The fifth to eighth switching elements
And a rectifying operation is performed by an anti-parallel diode (body diode) when the forward power is received.
제36 항에 있어서, 상기 제1 내지 제8 스위칭소자는
Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 36, wherein the first to eighth switching device
Bi-directional SLLC resonant converter, characterized in that implemented by one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR.
제36 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 보조스위칭소자 각각은
Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR(Solid State Relay), 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 36, wherein each of the first to fourth auxiliary switching elements
Bi-directional SLLC resonant converter, characterized in that implemented as one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, Solid State Relay (SSR), relay and contact.
제25 항에 있어서, 상기 1차측단은
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 스위칭 소자를 구비하는 1차측 스위칭부;
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 커패시터를 구비하는 1차측 커패시터부;
상기 제1 및 제2 스위칭 소자 사이의 1차측 제3 노드와 상기 제1 및 제2 커패시터 사이의 1차측 제4 노드 사이에 연결되는 상기 공진 변압기의 제1 권선단을 구비하는 1차측 공진부; 및
상기 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제4 노드 사이에 상기 1차측 공진부와 병렬로 연결되는 1차측 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 25, wherein the primary end
A primary side switching unit including first and second switching elements connected in series between the primary side first node and the primary side second node;
A primary capacitor unit having first and second capacitors connected in series between the primary side first node and the primary side second node;
A primary side resonator having a first winding end of the resonant transformer connected between a primary side third node between the first and second switching elements and a primary side fourth node between the first and second capacitors; And
And a secondary side auxiliary circuit unit connected in parallel with the primary side resonance unit between the primary side third node and the primary side fourth node.
제39 항에 있어서, 상기 1차측 보조 회로부는
상기 1차측 공진부와 병렬로 상기 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 보조인덕터와 1차측 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 1차측 양방향 보조 스위치 소자부는
제1 및 제2 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 제1 및 제2 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
40. The method of claim 39, wherein the secondary side auxiliary circuit portion
A primary auxiliary inductor and a primary bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the primary third node and the primary fourth node in parallel with the primary resonator;
The primary side bidirectional auxiliary switch element unit
A bidirectional SLLC resonant converter having first and second auxiliary switching elements, wherein the first and second auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제40 항에 있어서, 상기 2차측단은
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 스위칭 소자를 구비하는 2차측 스위칭부;
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 커패시터를 구비하는 2차측 커패시터부;
상기 제3 및 제4 스위칭 소자 사이의 2차측 제3 노드와 상기 제3 및 제4 커패시터 사이의 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 상기 공진 커패시터와 상기 공진 변압기의 제1 권선단을 구비하는 2차측 공진부; 및
상기 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 상기 2차측 공진부와 병렬로 연결되는 2차측 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
41. The method of claim 40, wherein the secondary side end
A secondary side switching unit including third and fourth switching elements connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node;
A secondary capacitor unit including third and fourth capacitors connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node;
A first winding end of the resonant capacitor and the resonant transformer connected in series between a second side third node between the third and fourth switching elements and a second side fourth node between the third and fourth capacitors; A secondary side resonator; And
And a secondary side auxiliary circuit unit connected in parallel with the secondary side resonator between the secondary side third node and the secondary side fourth node.
제41 항에 있어서, 상기 2차측 보조 회로부는
상기 2차측 공진부와 병렬로 상기 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 보조인덕터와 2차측 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 2차측 양방향 보조 스위치 소자부는
제3 및 제4 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 제3 및 제4 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
42. The method of claim 41, wherein the secondary side auxiliary circuit portion
A secondary side auxiliary inductor and a secondary side bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the secondary side third node and the secondary side fourth node in parallel with the secondary side resonator;
The secondary side bi-directional auxiliary switch element unit
And a third and fourth auxiliary switching elements, wherein the third and fourth auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제42 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 스위칭소자는
Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
43. The method of claim 42, wherein the first to fourth switching elements
Bi-directional SLLC resonant converter, characterized in that implemented by one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR.
제42 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 보조스위칭소자 각각은
Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR(Solid State Relay), 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
43. The method of claim 42, wherein each of the first to fourth auxiliary switching elements
Bi-directional SLLC resonant converter, characterized in that implemented as one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, Solid State Relay (SSR), relay and contact.
제44 항에 있어서, 상기 1차측단은
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 병렬로 연결되는 제1 커패시터;
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결되는 1차측 제1 공진 스위칭부와 1차측 제2 공진 스위칭부를 구비하는 공진 스위칭부; 및
상기 1차측 제1 공진 스위칭부와 1차측 제2 공진 스위칭부 사이에 연결되는 1차측 보조 회로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
45. The method of claim 44, wherein the primary end
A first capacitor connected in parallel with the first DC power source between the primary side first node and the primary side second node;
A resonance switching unit including a primary side first resonance switching unit and a primary side second resonance switching unit connected in parallel with the first capacitor between the primary side first node and the primary side second node; And
And a secondary side auxiliary circuit connected between the primary side first resonant switching unit and the primary side second resonant switching unit.
제45 항에 있어서, 상기 1차측 제1 공진 스위칭부는
상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 상기 공진 변압기의 1차측 제1 권선단과 제1 스위칭 소자를 구비하고,
상기 1차측 제2 공진 스위칭부는 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 상기 공진 변압기의 1차측 제2 권선단과 제2 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
46. The method of claim 45, wherein the first side first resonance switching unit
A first winding end and a first switching element of the primary side of the resonant transformer connected in series between the primary side first node and the primary side second node,
The primary side second resonant switching unit includes a first side winding side of the resonant transformer and a second switching element connected in series between the primary side first node and the primary side second node. Resonant converter.
제46 항에 있어서, 상기 1차측 보조 회로부는
상기 1차측 제1 권선단과 상기 제1 스위칭 소자 사이의 1차측 제3 노드 및 상기 1차측 제2 권선단과 상기 제2 스위칭 소자 사이의 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 보조인덕터와 1차측 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 1차측 양방향 보조 스위치 소자부는
제1 및 제2 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 제1 및 제2 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
47. The apparatus of claim 46, wherein the primary side auxiliary circuit portion
A primary side connected in series between a primary side third node between the primary side first winding end and the first switching element and a primary side fourth node Nd14 between the primary side second winding end and the second switching element Auxiliary inductor and primary side bidirectional auxiliary switching element portion,
The primary side bidirectional auxiliary switch element unit
A bidirectional SLLC resonant converter having first and second auxiliary switching elements, wherein the first and second auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제47 항에 있어서, 상기 2차측단은
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 각각 병렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭 소자부 및 2차측 제2 스위칭 소자부를 구비하는 2차측 스위칭부;
상기 2차측 제1 스위칭 소자부와 상기 2차측 제2 스위칭 소자부 사이에 연결되는 2차측 공진부; 및
상기 2차측 제1 스위칭 소자부와 상기 2차측 제2 스위칭 소자부 사이에 상기 2차측 공진부와 병렬로 연결되는 2차측 보조 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
48. The method of claim 47, wherein the secondary end
A secondary side switching unit including a secondary side first switching element unit and a secondary side second switching element unit respectively connected in parallel with the first DC power source between the secondary side first node and the secondary side second node;
A secondary side resonance part connected between the secondary side first switching element part and the secondary side second switching element part; And
And a secondary side auxiliary circuit part connected in parallel with the secondary side resonance part between the secondary side first switching element part and the secondary side second switching element part.
제48 항에 있어서, 상기 2차측 스위칭 소자부는
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제5 및 제6 스위칭 소자를 구비하고,
상기 2차측 제2 스위칭 소자부는
상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 제7 및 제8 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 48, wherein the secondary switching element portion
Fifth and sixth switching elements connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node,
The secondary side second switching element portion
And a seventh and eighth switching elements connected in series between the secondary side first node and the secondary side second node.
제49 항에 있어서, 상기 2차측 공진부는
상기 제5 및 제6 스위칭 소자 사이의 2차측 제3 노드와 상기 제7 및 제8 스위칭 소자 사이의 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 상기 공진 커패시터와 상기 공진 변압기의 제2 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 49, wherein the secondary side resonator
A second winding end of the resonant capacitor and the resonant transformer connected in series between the second side third node between the fifth and sixth switching elements and the second side fourth node between the seventh and eighth switching elements; Bidirectional SLLC resonant converter characterized in that it comprises.
제50 항에 있어서, 상기 2차측 보조 회로부는
상기 2차측 공진부와 병렬로 상기 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 보조인덕터와 2차측 양방향보조스위칭소자부를 구비하고,
상기 2차측 양방향 보조 스위치 소자부는
제3 및 제4 보조스위칭소자를 구비하고, 상기 제3 및 제4 보조스위칭소자는 서로 다른 전류 방향의 병렬 또는 직렬로 중 하나로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
51. The method of claim 50, wherein the secondary side auxiliary circuit portion
A secondary side auxiliary inductor and a secondary side bidirectional auxiliary switching element part connected in series between the secondary side third node and the secondary side fourth node in parallel with the secondary side resonator;
The secondary side bi-directional auxiliary switch element unit
And a third and fourth auxiliary switching elements, wherein the third and fourth auxiliary switching elements are connected to one another in parallel or in series in different current directions.
제51 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제5 내지 제8 스위칭소자는
Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 51, wherein the first, second and fifth to eighth switching device
Bi-directional SLLC resonant converter, characterized in that implemented by one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR.
제51 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 보조스위칭소자 각각은
Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR(Solid State Relay), 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 SLLC 공진컨버터.
The method of claim 51, wherein each of the first to fourth auxiliary switching elements
Bi-directional SLLC resonant converter, characterized in that implemented as one of Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, Solid State Relay (SSR), relay and contact.
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