KR101333409B1 - Bidirectional high frequency resonator and bidirectional transformer including the same - Google Patents

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Abstract

양방향 고주파 공진기 및 이를 이용한 양방향 변압기가 개시된다. 개시된 양방향 변압기는 제1 입출력단을 통해 입출력되는 고압의 제1 교류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 정류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 고주파 변압부; 제1 입출력단을 통해 입출력되는 상기 정류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 직류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 교류/직류 컨버터; 및 제1 입출력단을 통해 입출력되는 상기 직류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 저압의 제2 교류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 직류/교류 컨버터를 포함하되, 상기 양방향 고주파 변압부는 직렬로 연결되는 N(2 이상의 정수임)개의 공진 컨버터를 포함하고, 상기 N개의 공진 컨버터 각각은 변압기; 상기 변압기의 일측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제1 공진회로; 및 상기 변압기의 타측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제2 공진회로를 포함한다. A bidirectional high frequency resonator and a bidirectional transformer using the same are disclosed. The disclosed bidirectional transformer includes a bidirectional high frequency transformer configured to convert between a first AC voltage having a high voltage input and output through a first input / output terminal and a rectified voltage input / output through a second input / output terminal; A bidirectional AC / DC converter for converting between the rectified voltage inputted and outputted through a first input / output terminal and a DC voltage inputted and outputted through a second input / output terminal; And a bidirectional DC / AC converter configured to convert between the DC voltage input / output through the first input / output terminal and the second AC voltage of low voltage input / output through the second input / output terminal, wherein the bidirectional high frequency transformer is connected in series. And N (integer of 2 or more) resonant converters, each of the N resonant converters comprising: a transformer; A first resonant circuit connected to one core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series; And a second resonant circuit connected to the other core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series.

Description

양방향 고주파 공진기 및 이를 이용한 양방향 변압기{BIDIRECTIONAL HIGH FREQUENCY RESONATOR AND BIDIRECTIONAL TRANSFORMER INCLUDING THE SAME}Bidirectional high frequency resonator and bidirectional transformer using same {BIDIRECTIONAL HIGH FREQUENCY RESONATOR AND BIDIRECTIONAL TRANSFORMER INCLUDING THE SAME}

본 발명의 실시예들은 양방향 고주파 공진기 및 이를 이용한 양방향 변압기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압으로의 확장이 용이하고 양방향으로 동작할 수 있는 반도체 소자를 이용한 고주파 공진기 및 이를 포함하는 변압기에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a bidirectional high frequency resonator and a bidirectional transformer using the same, and more particularly, to a high frequency resonator using a semiconductor device capable of easily expanding to high voltage and operating in both directions, and a transformer including the same.

최근 사용이 급증하고 있는 디지털 부하의 경우, 다양한 전압 레벨에서 동작할 뿐만 아니라 다양한 전기 품질을 요구하며, 이러한 요구를 충족시키기 위한 다기능 변압기에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Digital loads, which are rapidly increasing in use, require not only operation at various voltage levels but also various electric qualities, and researches on multifunctional transformers to meet these demands are being actively conducted.

도 1은 종래의 다기능 변압기의 전체적인 구성을 도시한 회로도이다. 1 is a circuit diagram showing the overall configuration of a conventional multifunctional transformer.

도 1을 참조하면, 고압 스위칭을 수행하는 1차측은 고압에 대응하기 위한 직렬 스위치 구조의 회로를 구비하고 있으며, 2차측은 일반적인 인버터를 포함하는 회로를 구비하고 있다. Referring to FIG. 1, a primary side performing high voltage switching includes a circuit of a series switch structure corresponding to a high voltage, and a secondary side includes a circuit including a general inverter.

그러나, 도 1에 따른 종래의 다기능 변압기는 2개의 스위치로 직렬 운전되고 있는바, 입력 전압이 높아져서 3개 이상의 직렬 운전이 요구되는 경우 스위치 내압의 균형을 맞추기 어려운 구조를 가지고 있다는 문제점이 있었다. However, the conventional multifunction transformer according to FIG. 1 has a problem in that it is difficult to balance the switch breakdown voltage when three or more series operations are required due to an increase in input voltage due to high operation of two switches.

또한, 도 1에 따른 종래의 다기능 변압기는 양방향으로의 전력 전달이 불가능한 구조로 되어 있는바, 스마트 그리드와 같은 양방향 전력 전달이 필수적인 시스템에 적용되기 어렵다는 문제점이 있었다. In addition, the conventional multifunction transformer according to FIG. 1 has a structure in which power transmission in both directions is impossible, and thus there is a problem in that it is difficult to be applied to a system in which bidirectional power transmission is required such as a smart grid.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 고압으로의 확장이 용이하고 양방향으로 동작할 수 있는 반도체 소자를 이용한 고주파 공진기 및 이를 포함하는 변압기를 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes a high frequency resonator using a semiconductor device that can be easily extended to high voltage and can operate in both directions, and a transformer including the same.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following examples.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 입출력단을 통해 입출력되는 고압의 제1 교류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 정류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 고주파 변압부; 제1 입출력단을 통해 입출력되는 상기 정류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 직류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 교류/직류 컨버터; 및 제1 입출력단을 통해 입출력되는 상기 직류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 저압의 제2 교류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 직류/교류 컨버터를 포함하되, 상기 양방향 고주파 변압부는 직렬로 연결되는 N(2 이상의 정수임)개의 공진 컨버터를 포함하고, 상기 N개의 공진 컨버터 각각은 변압기; 상기 변압기의 일측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제1 공진회로; 및 상기 변압기의 타측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제2 공진회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, a bidirectional high frequency for converting between the first AC voltage of the high voltage input and output through the first input and output terminal and the rectified voltage input and output through the second input and output terminal Transformer unit; A bidirectional AC / DC converter for converting between the rectified voltage inputted and outputted through a first input / output terminal and a DC voltage inputted and outputted through a second input / output terminal; And a bidirectional DC / AC converter configured to convert between the DC voltage input / output through the first input / output terminal and the second AC voltage of low voltage input / output through the second input / output terminal, wherein the bidirectional high frequency transformer is connected in series. And N (integer of 2 or more) resonant converters, each of the N resonant converters comprising: a transformer; A first resonant circuit connected to one core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series; And a second resonant circuit connected to the other core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series.

상기 제1 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자 및 상기 제2 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자 각각은 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 트랜지스터; 및 상기 타단에서 상기 일단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 다이오드를 포함할 수 있다. Each of the plurality of switching elements included in the first circuit and the plurality of switching elements included in the second circuit may include a transistor for providing a current path from one end to the other end; And a diode for providing a current path from the other end to the one end.

상기 제1 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자는 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되는 제1 스위칭 소자; 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제2 스위칭 소자; 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 일단과 연결되는 제3 스위칭 소자; 및 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제3 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제4 스위칭 소자를 포함할 수 있다. The plurality of switching elements included in the first circuit may include a first switching element having one end connected to the other end of one coil of the transformer; A second switching element having one end connected to one end of one coil of the transformer and the other end connected to the other end of the first switching element; A third switching element having one end connected to one end of one coil of the transformer; And a fourth switching device, one end of which is connected to the other end of one coil of the transformer and the other end of which is connected to the other end of the third switching element.

상기 제1 스위칭 소자의 일단은 제1 캐패시터를 통해 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되고, 상기 제4 스위칭 소자의 일단은 제2 캐패시터를 통해 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되며, 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터에는 상기 제1 교류 전압의 분배된 전압이 인가될 수 있다. One end of the first switching element is connected to the other end of one side coil of the transformer through a first capacitor, and one end of the fourth switching element is connected to the other end of one side coil of the transformer through a second capacitor. The divided voltage of the first AC voltage may be applied to the first capacitor and the second capacitor.

상기 제2 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자는 일단이 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되는 제5 스위칭 소자; 및 일단이 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 타단이 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되는 제6 스위칭 소자를 포함할 수 있다. The plurality of switching elements included in the second circuit may include a fifth switching element having one end connected to the other end of the other coil of the transformer and the other end connected to the one end of the other coil of the transformer; And a sixth switching element having one end connected to one end of the other coil of the transformer and the other end connected to the other end of the other coil of the transformer.

상기 제5 스위칭 소자의 일단은 제3 캐패시터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되고, 상기 제5 스위칭 소자의 타단은 제1 인덕터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 상기 제6 스위칭 소자의 일단은 상기 제1 인덕터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 상기 제6 스위칭 소자의 타단은 제4 캐패시터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되며, 상기 공진 컨버터의 공진주파수는 상기 제3 캐패시터 및 상기 제4 캐패시터의 크기와 상기 제1 인덕터의 크기에 의해 결정될 수 있다. One end of the fifth switching element is connected to the other end of the other coil of the transformer through a third capacitor, and the other end of the fifth switching element is connected to one end of the other coil of the transformer through the first inductor. One end of a six switching element is connected to one end of the other coil of the transformer through the first inductor, the other end of the sixth switching element is connected to the other end of the other coil of the transformer through a fourth capacitor, and the resonant converter The resonant frequency of may be determined by the size of the third capacitor and the fourth capacitor and the size of the first inductor.

상기 제1 교류 전압이 양의 값을 가지는 경우, 상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되고, 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되며, 상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 항상 온되며, 상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간과 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간은 서로 겹치지 않을 수 있다. When the first AC voltage has a positive value, the transistor included in the first switching element and the transistor included in the fifth switching element are periodically turned on and off simultaneously, and the transistor included in the third switching element. And the transistor included in the sixth switching element is periodically turned on / off at the same time, and the transistor included in the second switching element and the transistor included in the fourth switching element are always turned on and included in the first switching element. The time at which the transistor and the transistor included in the fifth switching element are turned on and the time at which the transistor included in the third switching element and the transistor included in the sixth switching element are turned on may not overlap each other.

상기 제1 교류 전압이 음의 값을 가지는 경우, 상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되고, 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되며, 상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 항상 온되며, 상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간과 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간은 서로 겹치지 않을 수 있다. When the first AC voltage has a negative value, the transistor included in the second switching element and the transistor included in the sixth switching element are periodically turned on and off at the same time, and the transistor included in the fourth switching element. And the transistor included in the fifth switching element is periodically turned on / off at the same time, and the transistor included in the first switching element and the transistor included in the third switching element are always turned on and included in the second switching element. The time at which the transistor and the transistor included in the sixth switching element are turned on and the time at which the transistor included in the fourth switching element and the transistor included in the fifth switching element are turned on may not overlap each other.

상기 양방향 교류/직류 컨버터는 제7 스위칭 소자; 및 일단이 상기 제7 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제8 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제7 스위칭 소자 및 상기 제8 스위칭 소자는 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 트랜지스터; 및 상기 타단에서 상기 일단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 다이오드를 포함할 수 있다. The bidirectional AC / DC converter includes a seventh switching element; And an eighth switching element having one end connected to the other end of the seventh switching element, wherein the seventh switching element and the eighth switching element comprise: a transistor for providing a current path from one end to the other end; And a diode for providing a current path from the other end to the one end.

상기 양방향 교류/직류 컨버터는 상기 정류 전압이 입/출력되는 제1 입출력단과 연결되는 제5 캐패시터; 일단이 상기 제5 캐패시터의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제7 스위칭 소자의 타단 및 상기 제8 스위칭 소자의 일단과 연결되는 제2 인덕터; 및 일단이 상기 제7 스위칭 소자의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제8 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제6 캐패시터를 더 포함할 수 있다. The bidirectional AC / DC converter may include a fifth capacitor connected to a first input / output terminal through which the rectified voltage is input / output; A second inductor having one end connected to one end of the fifth capacitor and the other end connected to the other end of the seventh switching element and one end of the eighth switching element; And a sixth capacitor having one end connected to one end of the seventh switching element and the other end connected to the other end of the eighth switching element.

상기 양방향 직류/교류 컨버터는 브리지 형태로 연결되는 제9 스위칭 소자, 제10 스위칭 소자, 제11 스위칭 소자 및 제12 스위칭 소자를 포함할 수 있다. The bidirectional DC / AC converter may include a ninth switching element, a tenth switching element, an eleventh switching element, and a twelfth switching element connected in a bridge form.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 직렬로 연결되는 N(2 이상의 정수임)개의 공진 컨버터를 포함하되, 상기 N개의 공진 컨버터 각각은 변압기; 상기 변압기의 일측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제1 회로; 및 상기 변압기의 타측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제2 회로를 포함하며, 상기 제1 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자 및 상기 제2 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자 각각은 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 트랜지스터; 및 상기 타단에서 상기 일단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 고주파 공진기가 제공된다. In addition, according to another embodiment of the present invention, including N (integer or greater) two resonant converters connected in series, each of the N resonant converter is a transformer; A first circuit connected to one core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series; And a second circuit connected to the other core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series, the plurality of switching elements included in the first circuit and the plurality of switching elements included in the second circuit. Each of the transistors to provide a current path from one end to the other; And a diode for providing a current path from the other end to the one end.

본 발명에 따른 고주파 공진기 및 변압기는 고압으로의 확장이 용이하고 양방향으로 동작할 수 있는 장점이 있다. The high frequency resonator and the transformer according to the present invention have the advantage of being easy to expand to high pressure and operating in both directions.

도 1은 종래의 다기능 변압기의 전체적인 구성을 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 변압기의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 변압기(200)의 상세한 구성을 도시한 회로도이다.
도 4 및 도 5는 상기와 같이 구성되는 양방향 고주파 변압부의 스위칭 소자들에 포함된 트랜지스터들의 제어 전극으로 인가되는 제어 신호의 형태의 일례를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 제1 교류 전압이 양의 값을 가지면서 양방향 고주파 변압부가 순방향으로 동작하는 경우, 각 공진 컨버터에서의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
그리고, 도 8 및 도 9는 제1 교류 전압이 양의 값을 가지면서 양방향 고주파 변압부가 역방향으로 동작하는 경우, 각 공진 컨버터에서의 전류 흐름을 도시한 도면이다. 1 is a circuit diagram showing the overall configuration of a conventional multifunctional transformer.
2 is a block diagram showing a schematic configuration of a bidirectional transformer according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a bidirectional transformer 200 according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams showing an example of a form of a control signal applied to the control electrodes of the transistors included in the switching elements of the bidirectional high frequency transformer configured as described above.
6 and 7 are diagrams illustrating current flow in each resonant converter when the first AC voltage has a positive value and the bidirectional high frequency transformer is operated in the forward direction.
8 and 9 are diagrams illustrating current flow in each resonant converter when the bidirectional high frequency transformer is operated in a reverse direction while the first AC voltage is positive.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. And when a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but another component may be present in the middle. It should be understood that. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 변압기의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a bidirectional transformer according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 변압기(200)는 양방향 고주파 변압부(210), 양방향 교류/직류 컨버터(220) 및 양방향 직류/교류 컨버터(230)를 포함한다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세히 설명하기로 한다. 2, the bidirectional transformer 200 according to an embodiment of the present invention includes a bidirectional high frequency transformer 210, a bidirectional AC / DC converter 220, and a bidirectional DC / AC converter 230. Hereinafter, the function of each component will be described in detail.

양방향 고주파 변압부(210)는 고압의 제1 교류 전압을 정류 전압으로 컨버팅하거나, 정류 전압을 제1 교류 전압으로 컨버팅한다. 즉, 양방향 고주파 변압부(210)는 제1 입출력단을 통해 입력되는 고압의 제1 교류 전압을 저압의 정류 전압으로 컨버팅하여 제2 입출력단으로 출력하거나 제2 입출력단을 통해 입력되는 저압의 정류 전압을 고압의 제1 교류 전압으로 변경하여 제1 입출력단으로 출력한다. 이러한 양방향 고주파 변압부(210)는 아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이 고정 듀티(duty)로 동작할 수 있다. The bidirectional high frequency transformer 210 converts the first AC voltage having a high voltage into a rectified voltage or converts the rectified voltage into a first AC voltage. That is, the bidirectional high frequency transformer 210 converts the first AC voltage of the high voltage input through the first input / output terminal into a low voltage rectified voltage and outputs it to the second input / output terminal or the low voltage rectification input through the second input / output terminal. The voltage is changed to a high voltage first AC voltage and output to the first input / output terminal. The bidirectional high frequency transformer 210 may operate at a fixed duty as described in detail below.

양방향 교류/직류 컨버터(220)는 정류 전압을 직류 전압으로 컨버팅하거나, 직류 전압을 정류 전압으로 변경한다. 즉, 양방향 교류/직류 컨버터(220)의 제1 입출력단은 양방향 고주파 변압부(210)의 제2 입출력단과 연결되어 있으며, 양방향 교류/직류 컨버터(220)는 제1 입출력단을 통해 입력되는 정류 전압을 직류 전압으로 컨버팅하여 제2 입출력단으로 출력하거나 제2 입출력단을 통해 입력되는 직류 전압을 정류 전압으로 변경하여 제1 입출력단으로 출력한다. 이를 통해, 양방향 교류/직류 컨버터(220)는 양방향 변압기(200)의 역률을 개선하는 역할을 수행한다. The bidirectional AC / DC converter 220 converts the rectified voltage into a DC voltage or changes the DC voltage into a rectified voltage. That is, the first input / output terminal of the bidirectional AC / DC converter 220 is connected to the second input / output terminal of the bidirectional high frequency transformer 210, and the bidirectional AC / DC converter 220 is rectified through the first input / output terminal. The voltage is converted into a DC voltage and output to the second input / output terminal, or the DC voltage input through the second input / output terminal is changed to a rectified voltage and output to the first input / output terminal. Through this, the bidirectional AC / DC converter 220 serves to improve the power factor of the bidirectional transformer 200.

양방향 직류/교류 컨버터(230)는 직류 전압을 저압의 제2 교류 전압으로 변경하거나, 저압의 제2 교류 전압을 직류 전압으로 변경한다. 즉, 양방향 직류/교류 컨버터(230)의 제1 입출력단은 양방향 교류/직류 컨버터(220)의 제2 입출력단과 연결되어 있으며, 양방향 직류/교류 컨버터(230)는 제1 입출력단을 통해 입력되는 직류 전압을 저압의 제2 교류 전압으로 변경하여 제2 입출력단으로 출력하거나 제2 입출력단을 통해 입력되는 저압의 제2 교류 전압을 직류 전압으로 변경하여 제1 입출력단으로 출력한다. 이러한 양방향 직류/교류 컨버터(230)는 가변 듀티로 동작할 수 있으며, 부하를 제어하는 역할을 수행한다. The bidirectional DC / AC converter 230 changes the DC voltage to the second AC voltage of the low voltage or the second AC voltage of the low voltage to the DC voltage. That is, the first input / output terminal of the bidirectional DC / AC converter 230 is connected to the second input / output terminal of the bidirectional AC / DC converter 220, and the bidirectional DC / AC converter 230 is input through the first input / output terminal. The DC voltage is changed to a low voltage second AC voltage and output to the second input / output terminal, or the second AC voltage of low voltage input through the second input / output terminal is changed to a DC voltage and output to the first input / output terminal. The bidirectional DC / AC converter 230 may operate with a variable duty and control a load.

이하에서는 도 3 내지 도 9를 참조하여, 양방향 변압기(200)의 세부적인 구성 및 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, the detailed configuration and operation of the bidirectional transformer 200 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 9.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 변압기(200)의 상세한 구성을 도시한 회로도이다. 도 3을 참조하여 각 구성 요소 별 기능을 상세하게 설명하면 아래와 같다. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a bidirectional transformer 200 according to an embodiment of the present invention. The function of each component will be described in detail with reference to FIG. 3 below.

먼저, 양방향 고주파 변압부(210)는 직렬로 연결되는 N(2 이상의 정수임)개의 공진 컨버터(211)를 포함할 수 있다. 이러한 공진 컨버터(211)는 변압기(212), 변압기(212)의 일측 코일에 연결되며 직렬 연결된 다수의 스위칭 소자를 포함하는 제1 회로(213) 및 변압기(212)의 타측 코일에 연결되고 직렬 연결된 다수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 회로(214)를 포함한다. First, the bidirectional high frequency transformer 210 may include N resonant converters 211 (which are integers of 2 or more) connected in series. The resonant converter 211 is connected to the transformer 212, the coil of one side of the transformer 212, the first circuit 213 including a plurality of switching elements connected in series and the other coil of the transformer 212 and connected in series The second circuit 214 includes a plurality of switching elements.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 회로(213)에 포함된 다수의 스위칭 소자 및 제2 회로(214)에 포함된 다수의 스위칭 소자 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 트랜지스터 및 다이오드를 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 컬렉터 내지 드레인과 같은 트랜지스터의 제1 도통 전극과 다이오드의 출력단이 연결되는 지점을 "스위칭 소자의 일단"으로 칭하고, 이미터 내지 소스와 같은 트랜지스터의 제2 도통 전극과 다이오드의 입력단이 연결되는 지점을 "스위칭 소자의 타단"으로 칭하기로 한다. 일례로서, 트랜지스터는 IGBT(Insulated Gate Bi-Polar Transistor)일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, each of the plurality of switching elements included in the first circuit 213 and the plurality of switching elements included in the second circuit 214 includes a transistor and a diode as shown in FIG. 3. can do. Hereinafter, for convenience of description, a point where the first conducting electrode of the transistor such as the collector to the drain and the output terminal of the diode are connected is referred to as "one end of the switching element", and the second conducting electrode of the transistor such as the emitter to the source and The point where the input terminal of the diode is connected will be referred to as the "other end of the switching element". As an example, the transistor may be an Insulated Gate Bi-Polar Transistor (IGBT).

이러한 트랜지스터는 스위칭 소자의 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하고, 다이오드는 스위칭 소자의 타단에서 일단으로의 전류 경로를 제공한다. 즉, 트랜지스터가 온되는 경우(트랜지스터의 제어 전극인 베이스 내지 게이트에 문턱 전압보다 높은 전압이 인가되는 경우) 스위칭 소자는 트랜지스터를 통해 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하고, 트랜지스터가 오프되는 경우 스위칭 소자는 다이오드를 통해 타단에서 일단으로의 전류 경로를 제공한다. Such a transistor provides a current path from one end of the switching element to the other end, and a diode provides a current path from the other end of the switching element to one end. That is, when the transistor is turned on (when a voltage higher than the threshold voltage is applied to the base or gate as the control electrode of the transistor), the switching element provides a current path from one end to the other end through the transistor and switches when the transistor is turned off. The device provides a current path from the other end to the end through the diode.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 회로(213)는 직렬 연결된 4개의 스위칭 소자(M1x, M2x, M3x, M4x)를 포함하고, 제2 회로(214)는 직렬 연결된 2개의 스위칭 소자(M5x, M6x)를 포함할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the first circuit 213 includes four switching elements M 1x , M 2x , M 3x , and M 4x connected in series, and a second circuit. The circuit 214 may include two switching elements M 5x , M 6x connected in series.

먼저, 제1 회로(213) 내의 각 소자들의 연결관계를 설명하면 아래와 같다. First, the connection relationship of each element in the first circuit 213 will be described below.

제1 스위칭 소자(M1x)의 일단은 변압기(212)의 일측 코일의 타단과 연결되고, 제1 스위칭 소자(M1x)의 타단은 제2 스위칭 소자(M2x)의 타단과 연결되며, 제2 스위칭 소자(M2x)의 일단은 변압기(212)의 일측 코일의 일단과 연결된다. 그리고, 제3 스위칭 소자(M3x)의 일단은 변압기(212)의 일측 코일의 일단과 연결되고, 제3 스위칭 소자(M3x)의 타단은 제4 스위칭 소자(M4x)의 타단과 연결되며, 제4 스위칭 소자(M4x)의 일단은 변압기(212)의 일측 코일의 타단과 연결된다. One end of the first switching element M 1x is connected to the other end of one coil of the transformer 212, and the other end of the first switching element M 1x is connected to the other end of the second switching element M 2x . One end of the two switching elements M 2x is connected to one end of one coil of the transformer 212. One end of the third switching element M 3x is connected to one end of one coil of the transformer 212, and the other end of the third switching element M 3x is connected to the other end of the fourth switching element M 4x . One end of the fourth switching element M 4x is connected to the other end of one coil of the transformer 212.

여기서, 제1 스위칭 소자(M1x)의 일단은 제1 캐패시터(C1)를 통해 변압기(212)의 일측 코일의 타단과 연결되고, 제4 스위칭 소자(M4x)의 일단은 제2 캐패시터(C2)를 통해 변압기(212)의 일측 코일의 타단과 연결되며, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에는 제1 교류 전압의 분배된 전압(Va)이 인가된다. Here, one end of the first switching element (M 1x ) is connected to the other end of one side coil of the transformer 212 through the first capacitor (C 1 ), one end of the fourth switching element (M 4x ) is the second capacitor ( C connection 2) the other end of one side coil of the transformer (212) end and through and, a is applied to the first capacitor (C 1) and second capacitor (C 2) is the voltage (V a) distribution of the first AC voltage.

다음으로, 제2 회로(214) 내의 각 소자들의 연결관계를 설명하면 아래와 같다. Next, the connection relationship of the elements in the second circuit 214 will be described below.

제5 스위칭 소자(M5x)는 일단이 변압기(212)의 타측 코일의 타단과 연결되고, 타단이 변압기(212)의 타측 코일의 일단과 연결된다. 그리고, 제6 스위칭 소자(M6x)는 일단이 변압기(212)의 타측 코일의 일단과 연결되고, 타단이 변압기(212)의 타측 코일의 타단과 연결된다. One end of the fifth switching device M 5x is connected to the other end of the other coil of the transformer 212, and the other end thereof is connected to the one end of the other coil of the transformer 212. In addition, one end of the sixth switching element M 6x is connected to one end of the other coil of the transformer 212, and the other end thereof is connected to the other end of the other coil of the transformer 212.

여기서, 제5 스위칭 소자(M5x)의 일단은 제3 캐패시터(C3)를 통해 변압기(212)의 타측 코일의 타단과 연결되고, 제5 스위칭 소자(M5x)의 타단은 제1 인덕터(L1)를 통해 변압기(212)의 타측 코일의 일단과 연결된다. 그리고, 제6 스위칭 소자(M6x)의 제1 인덕터(L1)를 통해 변압기(212)의 타측 코일의 일단과 연결되고, 제6 스위칭 소자(M6x)의 타단은 제4 캐패시터(C3)를 통해 변압기(212)의 타측 코일의 타단과 연결된다. Here, one end of the fifth switching element (M 5x ) is connected to the other end of the other coil of the transformer 212 through the third capacitor (C 3 ), the other end of the fifth switching element (M 5x ) is the first inductor ( L 1 ) is connected to one end of the other coil of the transformer 212. Then, the sixth switching element the first inductor is connected to one end of the other coil of the transformer 212 through an (L 1), a sixth switching element the other end of the (M 6x) has a fourth capacitor (C 3 of (M 6x) It is connected to the other end of the coil of the other side of the transformer (212) through.

또한, N개의 공진 컨버터(211) 각각의 공진주파수는 제3 캐패시터(C3) 및 제4 캐패시터(C3)의 크기와 제1 인덕터(L1)의 크기(즉, 제3 캐패시터(C3) 및 제4 캐패시터(C3) 중 어느 하나와 제1 인덕터(L1)에 의해 형성되는 공진 탱크의 크기)에 의해 결정된다. In addition, the resonant frequencies of each of the N resonant converters 211 are the size of the third capacitor C 3 and the fourth capacitor C 3 and the size of the first inductor L 1 (that is, the third capacitor C 3). ) And the fourth capacitor C 3 and the size of the resonant tank formed by the first inductor L 1 ).

도 4는 상기와 같이 구성되는 양방향 고주파 변압부(210)의 스위칭 소자들(M1x, M2x, M3x, M4x, M5x, M6x)에 포함된 트랜지스터들의 제어 전극으로 인가되는 제어 신호의 형태의 일례를 도시한 도면이다. 4 is a control signal applied to control electrodes of transistors included in switching elements M 1x , M 2x , M 3x , M 4x , M 5x , and M 6x of the bidirectional high frequency transformer 210 configured as described above. It is a figure which shows an example of the form of a.

도 4를 참조하면, 제1 교류 전압이 양의 값을 가지는 경우(즉, Va가 양의 값을 가지는 경우) 제1 스위칭 소자(M1x), 제3 스위칭 소자(M3x), 제5 스위칭 소자(M5x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)는 고정주파수 고정 시비율(즉, 고정 듀티)로 동작하고, 제2 스위칭 소자(M2x) 및 제4 스위칭 소자(M4x)는 항상 온된다. Referring to FIG. 4, when the first AC voltage has a positive value (that is, when V a has a positive value), the first switching element M 1x , the third switching element M 3x , and the fifth The switching element M 5x and the sixth switching element M 6x operate at a fixed frequency fixed ratio (ie, fixed duty), and the second switching element M 2x and the fourth switching element M 4x are always Is on.

즉, 제1 교류 전압이 양의 값을 가지는 경우, 제1 스위칭 소자(M1x)에 포함된 트랜지스터 및 제5 스위칭 소자(M5x)에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되고, 제3 스위칭 소자(M3x)에 포함된 트랜지스터 및 제6 스위칭 소자(M6x)에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되며, 제2 스위칭 소자(M2x)에 포함된 트랜지스터 및 제4 스위칭 소자(M4x)에 포함된 트랜지스터는 항상 온된다. That is, when the first AC voltage has a positive value, the transistor included in the first switching element M 1x and the transistor included in the fifth switching element M 5x are periodically turned on / off at the same time, and the third The transistor included in the switching element M 3x and the transistor included in the sixth switching element M 6x are periodically turned on and off simultaneously, and the transistor and the fourth switching element included in the second switching element M 2x ( The transistor included in M 4x ) is always on.

그리고, 제1 스위칭 소자(M1x)에 포함된 트랜지스터 및 제5 스위칭 소자(M5x)에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간과 제3 스위칭 소자(M3x)에 포함된 트랜지스터 및 제6 스위칭 소자(M6x)에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간은 서로 겹치지 않는다. In addition, when the transistor included in the first switching element M 1x and the transistor included in the fifth switching element M 5x are turned on, the transistor included in the third switching element M 3x and the sixth switching element ( The time that the transistors included in M 6x ) are turned on do not overlap each other.

보다 상세하게, 제1 스위칭 소자(M1x) 내지 제6 스위칭 소자(M6x)에 포함된 트랜지스터는 도 5의 (a) 에 도시된 바와 같이 온/오프될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제1 스위칭 소자(M1x)가 온되는 시간 구간을 "MODE 1"으로, 제1 스위칭 소자(M1x)가 오프된 후 제3 스위칭 소자(M3x)가 온되기 전까지의 시간 구간을 "MODE 2"로, 제3 스위칭 소자(M3x)가 온되는 시간 구간을 "MODE 3"로, 제3 스위칭 소자(M3x)가 오프된 후 제1 스위칭 소자(M1x)가 온되기 전까지의 시간구간을 "MODE 4"로 칭하기로 한다. In more detail, the transistors included in the first switching element M 1x to the sixth switching element M 6x may be turned on / off as shown in FIG. 5A. Hereinafter, for convenience of description, the time interval in which the first switching device M 1x is turned on is “MODE 1”, and the third switching device M 3x is turned on after the first switching device M 1x is turned off. in the time interval until the "MODE 2", the third switching device (M 3x) is the time interval that is on a "MODE 3", the third switching device (M 3x) after it is turned off the first switching element (M The time interval before 1x ) is turned on will be referred to as "MODE 4".

또한, 도 4를 참조하면, 제1 교류 전압이 음의 값을 가지는 경우(즉, Va가 음의 값을 가지는 경우) 제2 스위칭 소자(M2x), 제4 스위칭 소자(M4x), 제5 스위칭 소자(M5x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)는 고정주파수 고정 시비율로 동작하고, 제1 스위칭 소자(M1x) 및 제3 스위칭 소자(M3x)는 항상 온된다. 4, when the first AC voltage has a negative value (that is, when V a has a negative value), the second switching element M 2x , the fourth switching element M 4x , The fifth switching element M 5x and the sixth switching element M 6x operate at a fixed frequency fixed ratio, and the first switching element M 1x and the third switching element M 3x are always on.

즉, 제1 교류 전압이 음의 값을 가지는 경우, 제2 스위칭 소자(M2x)에 포함된 트랜지스터 및 제6 스위칭 소자(M6x)에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되고, 제4 스위칭 소자(M4x)에 포함된 트랜지스터 및 제4 스위칭 소자(M4x)에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되며, 제1 스위칭 소자(M1x)에 포함된 트랜지스터 및 제3 스위칭 소자(M3x)에 포함된 트랜지스터는 항상 온된다. That is, when the first AC voltage has a negative value, the transistor included in the second switching element M 2x and the transistor included in the sixth switching element M 6x are periodically turned on and off simultaneously, and the fourth switching elements (M 4x) transistor and a fourth switching element (M 4x) the transistor is at the same time is periodically turned on / off, a transistor and the third switching device included in the first switching element (M 1x) included in included in the ( The transistor included in M 3x ) is always on.

그리고, 제2 스위칭 소자(M2x)에 포함된 트랜지스터 및 제6 스위칭 소자(M6x)에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간과 제4 스위칭 소자(M4x)에 포함된 트랜지스터 및 제5 스위칭 소자(M4x)에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간은 서로 겹치지 않는다. In addition, when the transistor included in the second switching element M 2x and the transistor included in the sixth switching element M 6x are turned on, the transistor included in the fourth switching element M 4x and the fifth switching element ( The time that the transistors included in M 4x ) are turned on do not overlap each other.

보다 상세하게, 제1 스위칭 소자(M1x) 내지 제6 스위칭 소자(M6x)에 포함된 트랜지스터는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 온/오프될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제2 스위칭 소자(M2x)가 온되는 시간 구간을 "MODE 5"으로, 제2 스위칭 소자(M2x)가 오프된 후 제4 스위칭 소자(M4x)가 온되기 전까지의 시간 구간을 "MODE 6"로, 제4 스위칭 소자(M4x)가 온되는 시간 구간을 "MODE 7"로, 제4 스위칭 소자(M4x)가 오프된 후 제2 스위칭 소자(M2x)가 온되기 전까지의 시간구간을 "MODE 8"로 칭하기로 한다. In more detail, the transistors included in the first switching element M 1x to the sixth switching element M 6x may be turned on / off as shown in FIG. 5B. Hereinafter, for convenience of description, the time interval in which the second switching device M 2x is turned on is “MODE 5”, and the fourth switching device M 4x is turned on after the second switching device M 2x is turned off. in the time interval until the "MODE 6", the fourth switching device (M 4x) is a time interval that is on a "MODE 7", the fourth switching device (M 4x) after it is off the second switching device (M The time interval until 2x ) is turned on will be referred to as "MODE 8".

상기에서 설명한 내용과 도 6 내지 도 9를 참조하여 양방향 고주파 변압부(210)의 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 6 to 9 will be described in more detail the operation of the bidirectional high frequency transformer 210.

도 6 및 도 7은 제1 교류 전압이 양의 값을 가지면서 양방향 고주파 변압부(210)가 순방향으로 동작하는 경우, 각 공진 컨버터(211)에서의 전류 흐름을 도시한 도면이다. 6 and 7 illustrate a current flow in each resonant converter 211 when the bidirectional high frequency transformer 210 operates in a forward direction while the first AC voltage has a positive value.

먼저, "MODE 1"의 경우, 제3 스위칭 소자(M3x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)가 오프되므로, 공진 컨버터(211)에서는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 전류 흐름이 형성되며, 이에 따라 제1 인덕터(L1) 및 제3 캐패시터(C3)가 공진 탱크로 동작하게 된다. 다음으로 "MODE 2"의 경우, 제1 스위칭 소자(M1x), 제3 스위칭 소자(M3x), 제5 스위칭 소자(M5x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)가 오프되므로, 공진 컨버터(211)에는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 전류 흐름이 형성된다. 이와 같은 "MODE 2"에서의 동작은 제1 스위칭 소자(M1x)가 스위칭 동작을 할 때, 제3 스위칭 소자(M3x)에는 전압이 걸려있으므로, 제1 스위칭 소자(M1x)와 제3 스위칭 소자(M3x)가 오프되는 구간 동안 리키지 인덕터인 제1 인덕터(L1)에 축적된 전류를 방출하여 제3 스위칭 소자(M3x)에 걸려있던 전압을 없애기 위해 수행된다. First, in the case of "MODE 1", since the third switching element M 3x and the sixth switching element M 6x are turned off, the resonant converter 211 has a current flow as shown in FIG. As a result, the first inductor L 1 and the third capacitor C 3 operate as the resonant tank. Next, in the case of "MODE 2", since the first switching element M 1x , the third switching element M 3x , the fifth switching element M 5x and the sixth switching element M 6x are turned off, the resonant converter At 211, a current flow as shown in FIG. 6B is formed. Such operation in the "MODE 2" is a first switching element (M 1x) that when the switching operation, the third switching device (M 3x) Because there voltage is jammed, a first switching element (M 1x) and the third During the period in which the switching element M 3x is turned off, the current accumulated in the first inductor L 1 , which is the leakage inductor, is released to remove the voltage applied to the third switching element M 3x .

계속하여, "MODE 3"의 경우, 제1 스위칭 소자(M1x) 및 제5 스위칭 소자(M5x)가 오프되므로, 공진 컨버터(211)에서는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같은 전류 흐름이 형성되며, 이에 따라 제1 인덕터(L1) 및 제4 캐패시터(C4)가 공진 탱크로 동작하게 된다. 다음으로 "MODE 4"의 경우, 다시 한번 제1 스위칭 소자(M1x), 제3 스위칭 소자(M3x), 제5 스위칭 소자(M5x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)가 오프되므로, 공진 컨버터(211)에는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같은 전류 흐름이 형성된다. 이와 같은 "MODE 4"에서의 동작 역시 앞서 설명한 "MODE 2"의 동작과 동일한 원리로 수행된다. Subsequently, in the case of "MODE 3", since the first switching element M 1x and the fifth switching element M 5x are turned off, the resonant converter 211 has a current flow as shown in FIG. 7A. As a result, the first inductor L 1 and the fourth capacitor C 4 operate as the resonant tank. Next, in the case of "MODE 4", since the first switching device M 1x , the third switching device M 3x , the fifth switching device M 5x , and the sixth switching device M 6x are turned off, Resonant converter 211 is formed with a current flow as shown in (b) of FIG. This operation in "MODE 4" is also performed on the same principle as the operation of "MODE 2" described above.

그리고, 도 8 및 도 9는 제1 교류 전압이 양의 값을 가지면서 양방향 고주파 변압부(210)가 역방향으로 동작하는 경우, 각 공진 컨버터(211)에서의 전류 흐름을 도시한 도면이다. 8 and 9 illustrate a flow of current in each resonant converter 211 when the bidirectional high frequency transformer 210 operates in a reverse direction while the first AC voltage has a positive value.

도 8 및 도 9를 참조하면, 제3 스위칭 소자(M3x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)가 오프되는 "MODE 1"에서는 도 8의 (a)와 같은 전류 흐름이 형성되어 제1 인덕터(L1) 및 제3 캐패시터(C3)가 공진 탱크로 동작하고, "MODE 1" 이후 제1 스위칭 소자(M1x), 제3 스위칭 소자(M3x), 제5 스위칭 소자(M5x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)가 오프되는 "MODE 2"에서는 도 8의 (b)와 같은 전류 흐름이 형성된다. 그리고, 제1 스위칭 소자(M1x) 및 제5 스위칭 소자(M5x)가 오프되는 "MODE 3"에서는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같은 전류 흐름이 형성되어 제1 인덕터(L1) 및 제3 캐패시터(C3)가 공진 탱크로 동작하고, "MODE 3" 이후 제1 스위칭 소자(M1x), 제3 스위칭 소자(M3x), 제5 스위칭 소자(M5x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)가 오프되는 "MODE 4"에서는 도 9의 (b)와 같은 전류 흐름이 형성된다. 8 and 9, in “MODE 1” in which the third switching element M 3x and the sixth switching element M 6x are turned off, a current flow as shown in FIG. 8A is formed to form a first inductor. L 1 and the third capacitor C 3 operate as the resonant tank, and after “MODE 1”, the first switching element M 1x , the third switching element M 3x , and the fifth switching element M 5x And “MODE 2” in which the sixth switching element M 6x is turned off, a current flow as shown in FIG. 8B is formed. Further, in "MODE 3" in which the first switching element M 1x and the fifth switching element M 5x are turned off, a current flow as shown in FIG. 9A is formed to form the first inductor L 1 . And the third capacitor C 3 operates as a resonant tank, and after “MODE 3” the first switching element M 1x , the third switching element M 3x , the fifth switching element M 5x and the sixth switching In " MODE 4 " in which the element M 6x is turned off, a current flow as shown in Fig. 9B is formed.

한편, 제1 교류 전압이 음의 값을 가지면서 양방향 고주파 변압부(210)가 순방향 내지 역방향으로 동작하는 경우의 공진 컨버터(211)에서의 전류 흐름은 앞서 도 6 내지 도 9의 내용으로부터 용이하게 유추할 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. On the other hand, when the first AC voltage has a negative value and the bidirectional high frequency transformer 210 operates in the forward or reverse direction, the current flow in the resonant converter 211 can be easily obtained from the contents of FIGS. 6 to 9. Since it can be inferred, description thereof will be omitted.

이와 같이, 본 발명에서는 풀 브리지 형태로 연결된 4개의 스위칭 소자를 사용하는 종래 기술과 달리 직렬 연결된 4개의 스위칭 소자(M1x, M2x, M3x, M4x)가 포함된 제1 회로(213) 및 직렬 연결된 2개의 스위칭 소자(M5x, M6x)가 포함된 제2 회로(214)를 도 4에 도시된 바와 같은 제어 신호를 이용함으로써 고주파 공진부가 양방향으로 동작할 수 있도록 한다. As described above, the first circuit 213 including four switching elements M 1x , M 2x , M 3x , and M 4x connected in series is different from the conventional technology using four switching elements connected in a full bridge form. And a second circuit 214 including two switching elements M 5x and M 6x connected in series to control the high-frequency resonator in both directions by using a control signal as shown in FIG. 4.

이 경우, 제1 스위칭 소자(M1x)/제3 스위칭 소자(M3x)는 제2 스위칭 소자(M2x)/제4 스위칭 소자(M4x)와 반대 방향으로 연결되므로, 제1 교류 전압이 양의 값을 가지는 경우와 음의 값을 가지는 경우 모두에서 동일한 동작을 수행하게 된다. In this case, since the first switching element M 1x / the third switching element M 3x is connected to the second switching element M 2x / the fourth switching element M 4x in the opposite direction, the first AC voltage is increased. The same operation is performed in both a positive value and a negative value case.

즉, 제1 교류 전압이 양의 값을 가지는 경우에는 제1 스위칭 소자(M1x)와 제3 스위칭 소자(M3x)가 상보 동작을 하고, 제1 교류 전압이 음의 값을 가지는 경우에는 제2 스위칭 소자(M2x)와 제4 스위칭 소자(M4x)가 상보 동작을 하고, 제1 스위칭 소자(M1x) 및 제3 스위칭 소자(M3x)는 항상 온 상태를 유지하도록 하여 후술하는 양방향 교류/직류 컨버터(220)로 파워링이 되어 직류로 정류를 하게 된다. 또한, 역방향으로의 동작 시에는 제1 스위칭 소자(M1x) 내지 제4 스위칭 소자(M4x)와 제5 스위칭 소자(M5x) 및 제6 스위칭 소자(M6x)의 역할이 서로 바뀌어 스위칭 소자(M1x) 내지 제4 스위칭 소자(M4x)가 정류기로 사용된다. That is, when the first AC voltage has a positive value, the first switching element M 1x and the third switching element M 3x perform complementary operations, and when the first AC voltage has a negative value, The second switching element M 2x and the fourth switching element M 4x perform a complementary operation, and the first switching element M 1x and the third switching element M 3x are always kept in an on state so as to be described later. The AC / DC converter 220 is powered to rectify the direct current. In the reverse operation, the roles of the first switching element M 1x to the fourth switching element M 4x , the fifth switching element M 5x , and the sixth switching element M 6x are changed. (M 1x ) to fourth switching element M 4x are used as rectifiers.

그리고, 양방향 고주파 변압부(210)(즉, 공진 컨버터(211))의 공진 주파수는 고정 듀티로 동작하며, 공진 탱크에 의해 결정되는 공진 주파수가 상기 도 4에서 설명한 스위칭 주파수와 일치하는 경우, 공진 컨버터의 이득은 부하와 관계없이 변압기의 권선비(n:1)에 의해 결정된다. 이 때, 50KHz 정도의 고주파를 스위칭 주파수로 이용하는 경우, 양방향 고주파 변압부(210)의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 입력과 출력의 조건에 따라 별도의 제어를 하지 않더라도 양방향으로 전력의 흐름이 형성되는 장점이 있다.
In addition, when the resonant frequency of the bidirectional high frequency transformer 210 (that is, the resonant converter 211) operates at a fixed duty, and the resonant frequency determined by the resonant tank coincides with the switching frequency described with reference to FIG. The gain of the converter is determined by the turns ratio (n: 1) of the transformer, regardless of the load. In this case, when a high frequency of about 50 KHz is used as the switching frequency, the size of the bidirectional high frequency transformer 210 may be reduced. In addition, there is an advantage that the flow of power is formed in both directions even without a separate control according to the input and output conditions.

다음으로, 양방향 교류/직류 컨버터(220)는 제7 스위칭 소자(M7) 및 일단이 제7 스위칭 소자(M7)의 타단과 연결되는 제8 스위칭 소자(M8)를 포함한다. 이 때, 제7 스위칭 소자(M7) 및 제8 스위칭 소자(M8)는 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 트랜지스터(221); 및 타단에서 일단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 다이오드(222)를 포함한다. Next, the bidirectional AC / DC converter 220 includes a seventh switching element M 7 and an eighth switching element M 8 having one end connected to the other end of the seventh switching element M 7 . In this case, the seventh switching element M 7 and the eighth switching element M 8 may include a transistor 221 for providing a current path from one end to the other end; And a diode 222 for providing a current path from the other end to one end.

그리고, 양방향 교류/직류 컨버터(220)는 정류 전압이 입/출력되는 제1 입출력단과 연결되는 제5 캐패시터(C5); 일단이 제5 캐패시터(C5)의 일단과 연결되고, 타단이 제7 스위칭 소자(M7)의 타단 및 제8 스위칭 소자(M8)의 일단과 연결되는 제2 인덕터(L2); 및 일단이 제7 스위칭 소자의 일단(M7)과 연결되고, 타단이 제8 스위칭 소자(M8)의 타단과 연결되는 제4 캐패시터(C4)를 더 포함한다. The bidirectional AC / DC converter 220 includes a fifth capacitor C 5 connected to a first input / output terminal through which a rectified voltage is input / output; A second inductor L 2 having one end connected to one end of the fifth capacitor C 5 and the other end connected to the other end of the seventh switching element M 7 and one end of the eighth switching element M 8 ; And a fourth capacitor C 4 , one end of which is connected to one end M 7 of the seventh switching element and the other end of which is connected to the other end of the eighth switching element M 8 .

이와 같이 구성되는 양방향 교류/직류 컨버터(220)는 역률을 개선하는 기능을 수행한다. 즉, 양방향 교류/직류 컨버터(220)는 제5 캐패시터(C5)에 인가되는 정류 전압(Vlink)을 추종하도록 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류(IL2)를 제어하며, 동시에 제6 캐패시터(C6)에 인가되는 직류 전압(Vdc)를 제어한다. The bidirectional AC / DC converter 220 configured as described above performs a function of improving power factor. That is, the bidirectional AC / DC converter 220 controls the current I L2 flowing in the second inductor L 2 to follow the rectified voltage V link applied to the fifth capacitor C 5 , and simultaneously 6 controls the DC voltage (V dc ) applied to the capacitor (C 6 ).

그리고, 양방향 교류/직류 컨버터(220)는 양방향 변압기(200)의 방향성을 결정하게 된다. 즉, 제6 캐패시터(C6)에서 직류 전압(Vdc)이 출력되는 경우 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류(IL2)가 양이 되어 양방향 변압기(200)는 역방향으로 동작하고, 제6 캐패시터(C6)로 직류 전압(Vdc)이 인가되는 경우 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류(IL2)가 음이 되어 양방향 변압기(200)는 순방향으로 동작하게 된다. In addition, the bidirectional AC / DC converter 220 determines the directionality of the bidirectional transformer 200. That is, when the DC voltage V dc is output from the sixth capacitor C 6 , the current I L2 flowing in the second inductor L 2 becomes positive, and the bidirectional transformer 200 operates in the reverse direction. When the DC voltage V dc is applied to the six capacitors C 6 , the current I L2 flowing in the second inductor L 2 becomes negative, and the bidirectional transformer 200 operates in the forward direction.

마지막으로, 양방향 직류/교류 컨버터(230)는 풀 브리지 형태로 연결되는 제9 스위칭 소자(M9), 제10 스위칭 소자(M10), 제11 스위칭 소자(M11) 및 제12 스위칭 소자(M12)와 제3 인덕터(L3) 및 제7 캐패시터(C7)를 포함한다. 이러한 양방향 직류/교류 컨버터(230)는 직류 전압(Vdc)을 이용하여 출력 전압(Vo,ac)를 제어한다. Lastly, the bidirectional DC / AC converter 230 may include a ninth switching element M 9 , a tenth switching element M 10 , an eleventh switching element M 11 , and a twelfth switching element connected in a full bridge form. M 12 ), the third inductor L 3 , and the seventh capacitor C 7 . The bidirectional DC / AC converter 230 controls the output voltage (V o, ac ) by using a DC voltage (V dc ).

요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 변압기(200)는 고주파 공진 LLC 회로를 이용한 양방향 고주파 공진기(정류기)와 무효 전력을 개선하는 역률 개선단과 출력 전압을 생성하는 인버터단의 3단 구조를 가지며, 입출력의 조건에 따라 양방향성 동작을 수행하고, 스위칭 소자의 내압 균형을 형성하는데 용이한 구조를 가진다. 그리고, 양방향 변압기(200) 3개를 이용하는 경우 3상 시스템으로 확장이 가능하게 된다.
In short, the bidirectional transformer 200 according to an embodiment of the present invention has a three-stage structure of a bidirectional high frequency resonator (rectifier) using a high frequency resonance LLC circuit, a power factor improving stage for improving reactive power, and an inverter stage for generating an output voltage. In addition, it has an easy structure to perform bidirectional operation according to the input / output conditions and to form a breakdown voltage balance of the switching element. In addition, when three bidirectional transformers 200 are used, the three-phase system can be expanded.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and limited embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- Various modifications and variations may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (18)

제1 입출력단을 통해 입출력되는 고압의 제1 교류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 정류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 고주파 변압부;
제1 입출력단을 통해 입출력되는 상기 정류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 직류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 교류/직류 컨버터; 및
제1 입출력단을 통해 입출력되는 상기 직류 전압과 제2 입출력단을 통해 입출력되는 저압의 제2 교류 전압 사이의 컨버팅을 수행하는 양방향 직류/교류 컨버터를 포함하되,
상기 양방향 고주파 변압부는 직렬로 연결되는 N(2 이상의 정수임)개의 공진 컨버터를 포함하고,
상기 N개의 공진 컨버터 각각은 변압기; 상기 변압기의 일측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제1 회로; 및 상기 변압기의 타측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제2 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기.A bidirectional high frequency transformer for converting between a first AC voltage having a high voltage input / output through the first input / output terminal and a rectified voltage input / output through the second input / output terminal;
A bidirectional AC / DC converter for converting between the rectified voltage inputted and outputted through a first input / output terminal and a DC voltage inputted and outputted through a second input / output terminal; And
And a bidirectional DC / AC converter for converting between the DC voltage inputted and outputted through the first input / output terminal and the second AC voltage of low voltage inputted and outputted through the second input / output terminal,
The bidirectional high frequency transformer unit includes N resonance converters connected in series, wherein N is an integer of 2 or more;
Each of the N resonant converters includes a transformer; A first circuit connected to one core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series; And a second circuit connected to the other core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series. 제1항에 있어서,
상기 제1 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자 및 상기 제2 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자 각각은 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 트랜지스터; 및 상기 타단에서 상기 일단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. The method of claim 1,
Each of the plurality of switching elements included in the first circuit and the plurality of switching elements included in the second circuit may include a transistor for providing a current path from one end to the other end; And a diode for providing a current path from said other end to said one end. 제2항에 있어서,
상기 제1 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자는 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되는 제1 스위칭 소자; 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제2 스위칭 소자; 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 일단과 연결되는 제3 스위칭 소자; 및 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제3 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제4 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. 3. The method of claim 2,
The plurality of switching elements included in the first circuit may include a first switching element having one end connected to the other end of one coil of the transformer; A second switching element having one end connected to one end of one coil of the transformer and the other end connected to the other end of the first switching element; A third switching element having one end connected to one end of one coil of the transformer; And a fourth switching element having one end connected to the other end of the coil of one side of the transformer and the other end connected to the other end of the third switching element. 제3항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자의 일단은 제1 캐패시터를 통해 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되고, 상기 제4 스위칭 소자의 일단은 제2 캐패시터를 통해 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되며,
상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터에는 상기 제1 교류 전압의 분배된 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. The method of claim 3,
One end of the first switching element is connected to the other end of the coil of one side of the transformer through a first capacitor, and one end of the fourth switching element is connected to the other end of the coil of one side of the transformer through a second capacitor.
And a divided voltage of the first AC voltage is applied to the first capacitor and the second capacitor. 제3항에 있어서,
상기 제2 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자는 일단이 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되는 제5 스위칭 소자; 및 일단이 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 타단이 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되는 제6 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. The method of claim 3,
The plurality of switching elements included in the second circuit may include a fifth switching element having one end connected to the other end of the other coil of the transformer and the other end connected to the one end of the other coil of the transformer; And a sixth switching element having one end connected to one end of the other coil of the transformer and the other end connected to the other end of the other coil of the transformer. 제5항에 있어서,
상기 제5 스위칭 소자의 일단은 제3 캐패시터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되고, 상기 제5 스위칭 소자의 타단은 제1 인덕터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 상기 제6 스위칭 소자의 일단은 상기 제1 인덕터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 상기 제6 스위칭 소자의 타단은 제4 캐패시터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되며,
상기 공진 컨버터의 공진주파수는 상기 제3 캐패시터 및 상기 제4 캐패시터의 크기와 상기 제1 인덕터의 크기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. The method of claim 5,
One end of the fifth switching element is connected to the other end of the other coil of the transformer through a third capacitor, and the other end of the fifth switching element is connected to one end of the other coil of the transformer through the first inductor. One end of the six switching element is connected to the one end of the other coil of the transformer through the first inductor, the other end of the sixth switching element is connected to the other end of the other coil of the transformer through the fourth capacitor,
The resonance frequency of the resonant converter is determined by the size of the third capacitor and the fourth capacitor and the size of the first inductor. 제5항에 있어서,
상기 제1 교류 전압이 양의 값을 가지는 경우,
상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되고, 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되며, 상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 항상 온되며,
상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간과 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간은 서로 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. The method of claim 5,
When the first AC voltage has a positive value,
The transistor included in the first switching element and the transistor included in the fifth switching element are periodically turned on and off simultaneously, and the transistor included in the third switching element and the transistor included in the sixth switching element are simultaneously periodically On and off, the transistor included in the second switching device and the transistor included in the fourth switching device are always on,
The time when the transistor included in the first switching element and the transistor included in the fifth switching element are turned on and the time when the transistor included in the third switching element and the transistor included in the sixth switching element are not overlapped with each other. Bi-directional transformer, characterized in that not. 제5항에 있어서,
상기 제1 교류 전압이 음의 값을 가지는 경우,
상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되고, 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되며, 상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 항상 온되며,
상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간과 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간은 서로 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. The method of claim 5,
When the first AC voltage has a negative value,
The transistor included in the second switching element and the transistor included in the sixth switching element are periodically turned on and off simultaneously, and the transistor included in the fourth switching element and the transistor included in the fifth switching element are simultaneously periodically On and off, the transistor included in the first switching device and the transistor included in the third switching device are always on,
The time when the transistor included in the second switching element and the transistor included in the sixth switching element are turned on and the time when the transistor included in the fourth switching element and the transistor included in the fifth switching element are turned on do not overlap each other. Bi-directional transformer, characterized in that not. 제1항에 있어서,
상기 양방향 교류/직류 컨버터는 제7 스위칭 소자; 및 일단이 상기 제7 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제8 스위칭 소자를 포함하고,
상기 제7 스위칭 소자 및 상기 제8 스위칭 소자는 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 트랜지스터; 및 상기 타단에서 상기 일단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. The method of claim 1,
The bidirectional AC / DC converter includes a seventh switching element; And an eighth switching device, one end of which is connected to the other end of the seventh switching device.
The seventh and eighth switching elements may include a transistor for providing a current path from one end to the other end; And a diode for providing a current path from said other end to said one end. 제9항에 있어서,
상기 양방향 교류/직류 컨버터는 상기 정류 전압이 입/출력되는 제1 입출력단과 연결되는 제5 캐패시터; 일단이 상기 제5 캐패시터의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제7 스위칭 소자의 타단 및 상기 제8 스위칭 소자의 일단과 연결되는 제2 인덕터; 및 일단이 상기 제7 스위칭 소자의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제8 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제6 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. 10. The method of claim 9,
The bidirectional AC / DC converter may include a fifth capacitor connected to a first input / output terminal through which the rectified voltage is input / output; A second inductor having one end connected to one end of the fifth capacitor and the other end connected to the other end of the seventh switching element and one end of the eighth switching element; And a sixth capacitor having one end connected to one end of the seventh switching element and the other end connected to the other end of the eighth switching element. 제1항에 있어서,
상기 양방향 직류/교류 컨버터는 브리지 형태로 연결되는 제9 스위칭 소자, 제10 스위칭 소자, 제11 스위칭 소자 및 제12 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 변압기. The method of claim 1,
The bidirectional DC / AC converter includes a ninth switching element, a tenth switching element, an eleventh switching element, and a twelfth switching element connected in a bridge form. 직렬로 연결되는 N(2 이상의 정수임)개의 공진 컨버터를 포함하되,
상기 N개의 공진 컨버터 각각은 변압기; 상기 변압기의 일측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제1 회로; 및 상기 변압기의 타측 코어에 연결되고, 직렬로 연결된 다수의 스위칭 소자가 포함된 제2 회로를 포함하며,
상기 제1 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자 및 상기 제2 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자 각각은 일단에서 타단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 트랜지스터; 및 상기 타단에서 상기 일단으로의 전류 경로를 제공하기 위한 다이오드를 포함하고,
상기 제1 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자는 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되는 제1 스위칭 소자; 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제2 스위칭 소자; 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 일단과 연결되는 제3 스위칭 소자; 및 일단이 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제3 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제4 스위칭 소자를 포함하되,
상기 제1 스위칭 소자의 일단은 제1 캐패시터를 통해 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되고, 상기 제4 스위칭 소자의 일단은 제2 캐패시터를 통해 상기 변압기의 일측 코일의 타단과 연결되며, 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터에는 양방향 고주파 공진기의 제1 입출력단을 통해 입출력되는 고압의 제1 교류 전압의 분배된 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 양방향 고주파 공진기. Including N resonant converters (integer or greater than 2) connected in series,
Each of the N resonant converters includes a transformer; A first circuit connected to one core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series; And a second circuit connected to the other core of the transformer and including a plurality of switching elements connected in series.
Each of the plurality of switching elements included in the first circuit and the plurality of switching elements included in the second circuit may include a transistor for providing a current path from one end to the other end; And a diode for providing a current path from the other end to the one end,
The plurality of switching elements included in the first circuit may include a first switching element having one end connected to the other end of one coil of the transformer; A second switching element having one end connected to one end of one coil of the transformer and the other end connected to the other end of the first switching element; A third switching element having one end connected to one end of one coil of the transformer; And a fourth switching element having one end connected to the other end of the coil of one side of the transformer and the other end connected to the other end of the third switching element.
One end of the first switching element is connected to the other end of one side coil of the transformer through a first capacitor, and one end of the fourth switching element is connected to the other end of one side coil of the transformer through a second capacitor. The first capacitor and the second capacitor is a bidirectional high frequency resonator, characterized in that the divided voltage of the first high-voltage alternating voltage input and output through the first input and output terminals of the bidirectional high frequency resonator. 삭제delete 삭제delete 제12항에 있어서,
상기 제2 회로에 포함된 다수의 스위칭 소자는 일단이 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되는 제5 스위칭 소자; 및 일단이 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 타단이 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되는 제6 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 고주파 공진기. The method of claim 12,
The plurality of switching elements included in the second circuit may include a fifth switching element having one end connected to the other end of the other coil of the transformer and the other end connected to the one end of the other coil of the transformer; And a sixth switching element having one end connected to one end of the other coil of the transformer and the other end connected to the other end of the other coil of the transformer. 제15항에 있어서,
상기 제5 스위칭 소자의 일단은 제3 캐패시터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되고, 상기 제5 스위칭 소자의 타단은 제1 인덕터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 상기 제6 스위칭 소자의 일단은 상기 제1 인덕터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 일단과 연결되고, 상기 제6 스위칭 소자의 타단은 제4 캐패시터를 통해 상기 변압기의 타측 코일의 타단과 연결되며,
상기 공진 컨버터의 공진주파수는 상기 제3 캐패시터 및 상기 제4 캐패시터의 크기와 상기 제1 인덕터의 크기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 양방향 고주파 공진기. 16. The method of claim 15,
One end of the fifth switching element is connected to the other end of the other coil of the transformer through a third capacitor, and the other end of the fifth switching element is connected to one end of the other coil of the transformer through the first inductor. One end of the six switching element is connected to the one end of the other coil of the transformer through the first inductor, the other end of the sixth switching element is connected to the other end of the other coil of the transformer through the fourth capacitor,
The resonance frequency of the resonant converter is determined by the size of the third capacitor and the fourth capacitor and the size of the first inductor. 제15항에 있어서,
상기 제1 교류 전압이 양의 값을 가지는 경우,
상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되고, 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되며, 상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 항상 온되며,
상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간과 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간은 서로 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 고주파 공진기. 16. The method of claim 15,
When the first AC voltage has a positive value,
The transistor included in the first switching element and the transistor included in the fifth switching element are periodically turned on and off simultaneously, and the transistor included in the third switching element and the transistor included in the sixth switching element are simultaneously periodically On and off, the transistor included in the second switching device and the transistor included in the fourth switching device are always on,
The time when the transistor included in the first switching element and the transistor included in the fifth switching element are turned on and the time when the transistor included in the third switching element and the transistor included in the sixth switching element are not overlapped with each other. Bidirectional high frequency resonator, characterized in that not. 제15항에 있어서,
상기 제1 교류 전압이 음의 값을 가지는 경우,
상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되고, 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 동시에 주기적으로 온/오프되며, 상기 제1 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제3 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터는 항상 온되며,
상기 제2 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제6 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간과 상기 제4 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터 및 상기 제5 스위칭 소자에 포함된 트랜지스터가 온되는 시간은 서로 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 고주파 공진기.16. The method of claim 15,
When the first AC voltage has a negative value,
The transistor included in the second switching element and the transistor included in the sixth switching element are periodically turned on and off simultaneously, and the transistor included in the fourth switching element and the transistor included in the fifth switching element are simultaneously periodically On and off, the transistor included in the first switching device and the transistor included in the third switching device are always on,
The time when the transistor included in the second switching element and the transistor included in the sixth switching element are turned on and the time when the transistor included in the fourth switching element and the transistor included in the fifth switching element are turned on do not overlap each other. Bidirectional high frequency resonator, characterized in that not.
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