KR101350323B1 - 양방향 직류-직류 컨버터 - Google Patents

양방향 직류-직류 컨버터 Download PDF

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Abstract

양방향 직류-직류 컨버터를 공개한다. 본 발명에 따른 양방향 직류-직류 컨버터는 양방향보조스위칭소자와 블로킹 커패시터로 구성된 간단한 보조 수단들을 사용하여 순방향 전력전달 및 역방향 전력전달에 따라 턴-온/턴-오프 제어하여 줌으로써 높은 이득특성 및 효율특성을 갖는 양방향 전력수수가 가능하다. 따라서 이득특성을 개선하기 위한 별도의 승/강압컨버터를 적용하지 않아도 됨으로 변환손실을 최소화 할 수 있고, 단가(Cost)를 저감 할 수 있다.

Description

양방향 직류-직류 컨버터 {Bidirectional DC/DC Converter}
본 발명은 양방향 전력수수 가능한 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 특히 저비용으로 넓은 입력전압 제어 범위에서 양방향 전력수수 가능한 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.
태양광 모듈, 연료 전지 및 축전지와 같은 장치들은 직류 전압을 출력하지만, 일반적으로 출력되는 전압 변동의 폭이 크게 나타난다. 따라서 안정적으로 일정한 레벨의 출력을 얻기 위해서 직류-직류 컨버터(이하 DC-DC 컨버터)가 이용되고 있다.
한편 태양광 발전에서 생산되는 전력의 불안정성을 보완하기 위하여 최근에는 태양광 발전으로 생성된 전력을 2차측 전지에 충전하고, 2차측 전지와 태양광 발전을 함께 사용하여 안정적인 전력 공급이 가능한 태양광 발전 및 전력 계통 연계 전력 제어 시스템이 주로 사용되고 있다.
도1 은 일반적인 태양광 발전 및 전력 계통 연계 전력 제어 시스템의 개요를 나타낸다.
도1 을 참조하면, 태양광 모듈을 이용한 태양광 발전 및 전력 계통 연계 전력 제어 시스템(Power Conditioning System : PCS)(1)은 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 하나 또는 그 이상의 솔라 셀 모듈(SC)과, 솔라 셀(SC)에서 생성된 불안정한 전압을 안정시키기 위한 DC/DC 컨버터(DDC), 하나 또는 그 이상의 2차측 전지(BT) 및 2차측 전지(BT)와 DC/DC 컨버터(DDC)에서 출력되는 태양광 발전 전력 사이에서 2차측 전지(BT)의 충/방전을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System : BMS)을 구비한다. 태양광 발전 및 전력 계통 연계 전력 제어 시스템(1)은 태양광 발전과 2차측 전지(BT)를 함께 활용하는 전력 시스템에 주로 사용되며, 일예로 도1 에 도시된 바와 같이 전기자동차에 사용될 수 있다. 전기 자동차에는 구동 모터(Traction Motor)를 비롯한 다양한 전기 장치(ES)가 사용되며, 이러한 전기 장치가 직류 전원을 사용하는 경우에는 2차측 전지(BT) 또는 태양광 발전으로부터 인가되는 직류 전원을 그대로 이용할 수 있으나, 교류 전원을 사용하는 경우에는 직류-교류 인버터(DC/AC inverter)(DAC)를 추가로 구비하여 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다. 직류-교류 인버터(DAC)는 DC/DC 컨버터(DDC) 또는 양방향 DC/DC 컨버터(BDDC)에서 출력되는 직류 전원 전압을 교류 전원 전압으로 변환하여 교류 전원을 사용하는 전기 장치(ES)로 공급하는 계통 연계 전원으로 기능한다.
여기서 배터리 관리 시스템(BMS)은 양방향 전력수수 가능한 양방향 DC/DC 컨버터(Bidirectional DC/DC Converter : BDDC)를 제어하여 DC/DC 컨버터(DDC)에서 출력되는 태양광 전력을 2차측 전지(BT)로 충전하거나 2차측 전지(BT)에 충전된 전력을 직류-교류 인버터(DAC)로 방전하도록 한다. 즉 태양광 발전 및 전력 계통 연계 전력 제어 시스템은 태양광 발전과 2차측 전지가 함께 사용되므로 전원이 2가지 방향에서 공급되며, 배터리 관리 시스템(BMS)은 2가지 전원 각각의 상태에 따라 2차측 전지가 충/방전되도록 양방향 전력수수 가능한 양방향 DC/DC 컨버터(BDDC)를 제어한다.
절연형 고주파 변압기를 적용한 양방향 DC/DC 컨버터(BDDC)는 전압원 컨버터로 이루어진 방식과 전압원 컨버터와 전류원 컨버터가 접목된 방식 등이 개발되어 왔다. 하지만, 기본적으로 이들 전력변환장치들은 하드스위칭(Hard Switching)을 하기 때문에 스위칭손실에 의한 전력변환손실이 큰 단점을 가지고 있다. 이에 최근 사이즈 및 스위칭 손실, EMI(Electro-Magnetic Interference) 저감을 위해 소프트스위칭 LLC 공진컨버터가 접목된 양방향 DC/DC 컨버터가 적용되고 있다.
도2 는 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 일예를 나타낸다.
도2 의 양방향 DC/DC 컨버터는 일종의 LLC 공진컨버터(LLC Resonant Converter)로 구현되며, 영전압스위칭(ZVS : Zero Voltage Switching)과 영전류스위칭(ZCS : Zero Current Switching) 동작이 가능하며 규준화된 공진주파수(fs/fr = fn = 1)를 기준으로 승??강압제어가 가능하므로 주어진 입력전압제어범위 및 부하범위에 대응하여 스위칭주파수 동작 제어를 통해 출력전압제어 및 전력제어를 할 수 있다.
하지만 양방향 전력수수가 가능하도록 하기 위해 도2 의 양방향 DC/DC 컨버터는 LLC 공진컨버터 1차측 및 2차측에 공진커패시터(Cr1, Cr2)를 적용하게 되는데 적용된 1차측 및 2차측 공진커패시터의 커패시턴스 값에 따라 기존 LLC 공진컨버터 이득 특성과는 다른 동작특성을 갖게 된다.
도3 내지 도5 는 도2 의 양방향 DC/DC 컨버터의 공진 특성을 나타낸다.
순방향 전력수수(Forward Power Transfer)의 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(블로킹) 커패시터(CB1)처럼 기능하도록 큰 값의 커패시턴스를 갖는다면, 2차측 공진커패시터(Cr2, CB1)의 전압변동이 크지 않으므로 입력측에서 바라보았을 때 기존 LLC 공진컨버터 이득 특성처럼 도 3과 같이 나타난다.
하지만 2차측 공진커패시터(Cr2)에 작은 공진커패시턴스 값을 적용하였을 경우 2차측 공진커패시터(Cr2)의 전압변동이 커지게 되고, 1차측 공진커패시터(Cr1)와 연동되어 동작되므로, 도 4에 나타낸 바와 같이 CCL 공진특성과 LLC 공진특성이 혼합된 CLLC 이득특성이 나타나게 된다. 따라서 공진주파수보다 낮은 영역 및 중부하시에는 이득기울기가 공진주파수점에서의 이득보다도 적은 값을 갖는 기울기로 기울어져 기존 LLC 공진컨버터 이득특성 때와는 달리 낮은 이득특성에 따라 입력전압변동 및 부하변동에 대응한 이득제어가 어렵고, 하드 스위칭영역에서 동작하게 된다. 이러한 부하변동에 따른 이득기울기가 공진주파수점에서의 이득보다도 큰 값을 갖도록 하는 이득기울기 특성을 갖기 위해서는 적용 변압기의 자화인덕턴스(Lm1)를 매우 줄여서 중부하 조건에서의 이득 특성 기울기를 개선할 필요가 있다. 하지만 매우 저감된 자화인덕턴스에 따라 매우 큰 자화전류(Im1)가 흐르게 되어 스위칭소자 및 적용 부품 등에 도통손실이 매우 증가하는 문제가 있다.
한편 역방향 전력수수(Reverse Power Transfer)의 경우 도 2에 나타낸 것처럼 양방향 전력수수 가능한 LLC 공진컨버터에 있어서 1차측 공진커패시터(Cr1)에 비해 2차측 공진커패시터(Cr2)가 블로킹 커패시터(CB1)처럼 큰 값의 커패시턴스를 갖는다면, 이득 특성은 도 5에 나타낸바와 같이 기존 SRC(Series Resonant Converter) 공진컨버터의 이득특성을 갖게 된다. 1차측 스위칭소자는 턴-오프상태이고 2차측 스위칭소자의 일정 스위칭주파수에서 듀티(Duty) 제어에 의해 1차측으로 전력전달 할 수 있지만, 스위칭시 하드스위칭에 의해 스위칭손실이 증가하는 단점을 갖는다. 2차측 공진커패시터(Cr2)에 블로킹 커패시터(CB1)와 달리 대신 작은 공진커패시턴스 값을 적용하였을 경우 2차측 공진커패시터(Cr2)의 전압변동이 커지게 되고, 1차측 공진커패시터(Cr1)와 연동되어 동작되므로 도 4에 나타낸 바와 같이 CCL 공진특성과 LLC 공진특성이 함께 나타나는 CLLC 공진특성이 나타나서 공진주파수(fr)보다 낮은 영역 및 중부하 조건에서 기존 LLC 공진컨버터 이득특성 때와는 달리 낮은 이득특성과 하드스위칭영역에서 주로 동작하게 되어 넓은 입력전압범위에서 전력제어가 어렵게 된다.
도6 은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 다른 예를 나타낸다.
도6 에 나타낸바와 같이, 최근 위에 서술된 동작특성을 이용하여 양방향 전력수수 가능한 공진컨버터 1차측은 작은 값의 공진커패시터(Cr1)를 적용하고 2차측에는 블로킹 커패시터(CB1)처럼 큰 값이 적용된 경우, 순방향 전력전달에 있어서 기존 LLC 공진컨버터 이득특성을 갖기 때문에 1차측 스위칭소자((S1, S4), (S2, S3))는 50% 고정된 듀티로 교번하여 가변 스위칭 주파수 제어를 통해 출력전압 및 전력제어를 하도록 구성하고, 2차측 스위칭소자는 턴-오프상태에 있기 때문에 스위칭소자의 역병렬 다이오드(또는 Body 다이오드)가 정류다이오드로 동작된다. 역방향 전력전달에 있어서 2차측에 적용된 블로킹 커패시터(CB1)에 의해 2차측에서 1차측으로 바라보았을 때 기존 SRC 공진이득특성처럼 일정 이득 특성을 갖기 때문에 2차측 스위칭소자((Q1, Q4), (Q2, Q3))는 50% 고정된 듀티로 교번하여 일정주파수로 동작되도록 하고, 후단의 승/강압컨버터(Buck/Boost Converter)에서 승압컨버터 동작에 의해 승압되어 2차측에서 1차측으로 전력전달을 가능하도록 한 양방향 전력수수 가능한 DC/DC 컨버터가 적용되고 있다. 도6 에는 양방향전력수수공진컨버터와 승강압컨버터, PWM(Pulse Width Modulation) 인버터로 구성된 3단 구성의 양방향 전력수수 가능한 배터리 충??방전시스템을 보여준다. 도6 에서 PWM 인버터는 계통 연계 전원으로서, 도1 의 직류-교류 인버터(DAC)에 대응하는 인버터이며, 양방향 DC/DC 컨버터의 1차측 직류 전원 전압(Vin)에서 DC/DC 변환되어 2차측으로 인가되는 직류 전압을 교류로 변환하고, 교류 전원 전압(AC)에서 인가되는 교류 전압을 직류로 변환하여, 양방향 DC/DC 컨버터의 2차측에 인가한다.
도 6의 양방향 DC/DC 컨버터는 도2 의 양방향 DC/DC 컨버터에 비하여 넓은 입력전압범위에서 전력 제어가 가능하지만, 순방향 및 역방향 전력수수 시 양방향 공진컨버터 뿐만 아니라 승/강압컨버터(Buck/Boost Converter)를 적용하기 때문에 전력변환손실 및 단가(Cost)가 증가하는 등 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 별도의 승/강압컨버터를 적용하지 않고, 양방향보조스위칭소자와 블로킹 커패시터를 활용하여 저비용으로 넓은 입력전압 제어 범위에서 양방향 전력수수 가능한 DC/DC 컨버터를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 양방향 DC/DC 컨버터는 공진 변압기의 제1 권선단과 순방향 전력 수수 시에 상기 제1 권선단과 함께 공진하여 상기 제1 권선단에 전류 변화를 유도하는 1차측 공진 커패시터 및 역방향 전력 수수 시에 1차측 양방향보조스위칭소자의 상태에 응답하여 상기 제1 권선단과 전기적으로 연결되어 상기 공진 변압기의 제2 권선단의 전류 변화에 의해 유도된 상기 제1 권선단에 전류 변화에 의한 공진이 발생하지 않도록 큰 커패시턴스 값을 제공하는 1차측 블로킹 커패시턴스를 구비하고, 상기 제2 권선단의 전류 변화에 응답하여 유도된 상기 제1 권선단의 전류를 정류하여 제1 직류 전원을 충전하는 1차측단, 및 상기 공진 변압기의 제2 권선단과 역방향 전력 수수 시에 상기 제2 권선단과 함께 공진하여 상기 제2 권선단에 전류 변화를 유도하는 2차측 공진 커패시터 및 순방향 전력 수수 시에 2차측 양방향보조스위칭소자의 상태에 응답하여 상기 제2 권선단과 전기적으로 연결되어 상기 제1 권선단의 전류 변화에 의해 유도된 상기 제2 권선단에 전류 변화에 의한 공진이 발생하지 않도록 큰 커패시턴스 값을 제공하는 2차측 블로킹 커패시턴스를 구비하고, 상기 제1 권선단의 전류 변화에 응답하여 유도된 상기 제2 권선단의 전류를 정류하여 제2 직류 전원을 충전하는 2차측단을 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측단은 1차측 제1 노드와 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 스위칭소자부, 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 1차측 제1 스위칭소자부와 병렬로 연결되는 1차측 제2 스위칭소자부, 및 상기 1차측 제1 스위칭소자부와 상기 1차측 제2 스위칭소자부 사이에 직렬로 연결되는 1차측 공진 커패시터부와 상기 제1 권선단을 구비하는 1차측 공진부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 제1 스위칭소자부는 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 스위칭소자와 1차측 제2 스위칭소자를 구비하고, 상기 1차측 제2 스위칭소자부는 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제3 스위칭소자와 1차측 제4 스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측단은 2차측 제1 노드와 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 직류 전원과 병렬로 연결되는 제2 커패시터, 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭소자부, 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 2차측 제1 스위칭소자부와 병렬로 연결되는 2차측 제2 스위칭소자부, 및 상기 2차측 제1 스위칭소자부와 상기 2차측 제2 스위칭소자부 사이에 직렬로 연결되는 2차측 공진 커패시터부와 상기 제2 권선단을 구비하는 2차측 공진부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 제1 스위칭소자부는 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭소자와 2차측 제2 스위칭소자를 구비하고, 상기 2차측 제2 스위칭소자부는 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제3 스위칭소자와 2차측 제4 스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 공진 커패시터부는 상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자 사이의 1차측 제3 노드와 상기 제1 권선단 사이에 연결되는 상기 1차측 공진 커패시터, 및 상기 1차측 공진커패시터와 병렬 연결되고, 상기 1차측 제3 노드와 상기 제1 권선단 사이에 직렬로 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자와 상기 1차측 블로킹 커패시터를 구비하는 1차측 블로킹부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 공진 커패시터부는 상기 2차측 제3 스위칭소자와 상기 2차측 제4 스위칭소자 사이의 2차측 제3 노드와 상기 제2 권선단 사이에 연결되는 상기 2차측 공진 커패시터, 및 상기 2차측 공진커패시터와 병렬 연결되고, 상기 2차측 제3 노드와 상기 제2 권선단 사이에 직렬로 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자와 상기 2차측 블로킹 커패시터를 구비하는 2차측 블로킹부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 공진 커패시터부는 상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자 사이의 1차측 제3 노드에 일단이 연결되는 상기 1차측 블로킹 커패시터, 상기 1차측 블로킹 커패시터와 상기 제1 권선단 사이에 연결되는 상기 1차측 공진 커패시터, 및 상기 1차측 공진커패시터와 병렬로 상기 1차측 블로킹 커패시터와 상기 제1 권선단 사이에 연결되며, 서로 직렬로 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 공진 커패시터부는 상기 2차측 제3 스위칭소자와 상기 2차측 제4 스위칭소자 사이의 2차측 제3 노드에 일단이 연결되는 상기 1차측 블로킹 커패시터, 상기 2차측 블로킹 커패시터와 상기 제2 권선단 사이에 연결되는 상기 2차측 공진 커패시터, 및 상기 2차측 공진커패시터와 병렬로 상기 2차측 블로킹 커패시터와 상기 제2 권선단 사이에 연결되며, 서로 직렬로 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측단은 1차측 제1 노드와 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 스위칭소자부, 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 1차측 제1 스위칭소자부와 병렬로 연결되는 1차측 블로킹 커패시터부, 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 1차측 블로킹 커패시터부와 병렬로 연결되는 1차측 공진 커패시터부, 상기 1차측 블로킹 커패시터부와 상기 1차측 공진 커패시터부 사이에 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자부, 및 상기 1차측 공진 커패시터부와 상기 1차측 스위칭소자부 사이에 1차측 양방향보조스위칭소자부와 상기 직렬로 연결되는 상기 제1 권선단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 스위칭소자부는 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 스위칭소자와 1차측 제2 스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 블로킹 커패시터부는 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 블로킹 커패시터와 1차측 제2 블로킹 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 공진 커패시터부는 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 공진 커패시터와 1차측 제2 공진 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 양방향보조스위칭소자부는 상기 1차측 제1 블로킹 커패시터와 상기 1차측 제2 블로킹 커패시터 사이의 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제1 공진 커패시터와 상기 1차측 제2 공진 커패시터 사이의 1차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭 소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1 권선단은 상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자 사이의 1차측 제5 노드와 상기 1차측 제4 노드 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측단은 2차측 제1 노드와 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 직류 전원과 병렬로 연결되는 제2 커패시터, 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되는 2차측 스위칭소자부, 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 2차측 제1 스위칭소자부와 병렬로 연결되는 2차측 블로킹 커패시터부, 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 2차측 블로킹 커패시터부와 병렬로 연결되는 2차측 공진 커패시터부, 상기 2차측 블로킹 커패시터부와 상기 2차측 공진 커패시터부 사이에 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자부, 및 상기 2차측 공진 커패시터부와 상기 2차측 스위칭소자부 사이에 2차측 양방향보조스위칭소자부와 상기 직렬로 연결되는 상기 제2 권선단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 스위칭소자부는 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭소자와 2차측 제2 스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 블로킹 커패시터부는 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 블로킹 커패시터와 2차측 제2 블로킹 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 공진 커패시터부는 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 공진 커패시터와 2차측 제2 공진 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 양방향보조스위칭소자부는 상기 2차측 제1 블로킹 커패시터와 상기 2차측 제2 블로킹 커패시터 사이의 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제1 공진 커패시터와 상기 2차측 제2 공진 커패시터 사이의 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭 소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2 권선단은 상기 2차측 제1 스위칭소자와 상기 2차측 제2 스위칭소자 사이의 2차측 제5 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자는각각 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 각각은 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR, 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 양방향보조스위칭소자는 상기 역방향 전력수수 시에 턴 온되고, 상기 2차측 양방향보조스위칭소자는 상기 순방향 전력수수 시에 턴 온되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측단은 1차측 제1 노드와 1차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 병렬로 연결되는 제1 커패시터, 상기 제1 커패시터와 병렬로 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결된 1차측 제1 및 제2 스위칭소자를 구비하는 1차측 스위칭소자부, 상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자 사이의 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 상기 제1 권선단과 1차측 공진 커패시터부를 구비하는 1차측 공진부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측단은 2차측 제1 노드와 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 직류 전원과 병렬로 연결되는 제2 커패시터, 상기 제2 커패시터와 병렬로 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결된 2차측 제1 및 제2 스위칭소자를 구비하는 2차측 스위칭소자부, 상기 2차측 제1 스위칭소자와 상기 2차측 제2 스위칭소자 사이의 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 상기 제2 권선단과 2차측 공진 커패시터부를 구비하는 2차측 공진부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는 상기 순방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자가 교대로 온/오프되고, 상기 역방향 전력 수수 시에는 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자가 모두 오프되며, 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는 상기 역방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 2차측 제1 스위칭소자와 상기 2차측 제2 스위칭소자가 교대로 온/오프되고, 상기 순방향 전력 수수 시에는 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자가 모두 오프되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는 상기 역방향 전력 수수 시에 바디 다이오드에 의해 정류 동작을 수행하고, 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는 상기 순방향 전력 수수 시에 바디 다이오드에 의해 정류 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는 상기 역방향 전력 수수 시에 1차측 공진전류가 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자의 역·병렬다이오드를 통해 흐르면, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭 소자가 동기 정류 회로(Synchronous Rectifier)로서 정류동작을 수행하고, 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는 상기 순방향 전력 수수 시에 2차측 공진전류가 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자의 역·병렬다이오드를 통해 흐르면, 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭 소자가 동기 정류 회로로서 정류동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 및 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 공진 커패시터부는 상기 제1 권선단과 상기 1차측 제2 노드 사이에 연결된 1차측 공진 커패시터, 및 상기 1차측 공진 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 제1 권선단과 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자와 상기 1차측 블로킹 커패시터를 구비하는 1차측 블로킹부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 공진 커패시터부는 상기 제2 권선단과 상기 2차측 제2 노드 사이에 연결된 2차측 공진 커패시터, 및 상기 2차측 공진 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 제2 권선단과 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자와 상기 2차측 블로킹 커패시터를 구비하는 2차측 블로킹부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 공진 커패시터부는 상기 제1 권선단과 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결된 1차측 블로킹 커패시터 및 1차측 공진 커패시터를 구비하는 1차측 커패시터부, 및 상기 1차측 공진 커패시터와 병렬로 상기 1차측 블로킹 커패시터와 상기 1차측 제2 노드 사이에 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 2차측 공진 커패시터부는 상기 제2 권선단과 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결된 2차측 블로킹 커패시터 및 2차측 공진 커패시터를 구비하는 2차측 커패시터부, 및 상기 2차측 공진 커패시터와 병렬로 상기 2차측 블로킹 커패시터와 상기 2차측 제2 노드 사이에 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자는각각 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 각각은 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR, 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 1차측 양방향보조스위칭소자는 상기 역방향 전력수수 시에 턴 온되고, 상기 2차측 양방향보조스위칭소자는 상기 순방향 전력수수 시에 턴 온되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 DC/DC 컨버터는 양방향보조스위칭소자와 블로킹 커패시터로 구성된 간단한 보조 수단들을 사용하여 순방향 전력전달 및 역방향 전력전달에 따라 턴-온/턴-오프 제어하여 줌으로써 높은 이득특성 및 효율특성을 갖는 양방향 전력수수 가능하다. 또한 이득특성을 개선하기 위한 별도의 승/강압컨버터를 적용하지 않아도 됨으로 변환손실을 최소화 할 수 있고, 단가를 저감 할 수 있다.
도1 은 일반적인 태양광 발전 및 전력 계통 연계 전력 제어 시스템의 개요를 나타낸다.
도2 는 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 일예를 나타낸다.
도3 내지 도5 는 도2 의 양방향 DC/DC 컨버터의 공진 특성을 나타낸다.
도6 은 종래의 양방향 DC/DC 컨버터의 다른 예를 나타낸다.
도7 은 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 일예를 나타낸다.
도8 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이다.
도9 내지 도12 는 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도13 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이다.
도14 내지 도17 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도18 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 및 역방향 공진 특성을 나타낸다.
도19 는 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 양방향보조스위칭소자 사용 여부에 따른 공진 특성의 차이를 나타낸다.
도20 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 블로킹부의 다른 구성을 나타낸다.
도21 은 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 적용 예를 나타낸다.
도22 는 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 다른예를 나타낸다.
도23 은 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이다.
도24 내지 도27 은 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도28 은 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이다.
도29 내지 도32 는 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도33 은 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 양방향보조스위칭소자의 다른 구성을 나타낸다.
도34 는 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 동작 실험 결과 파형을 나타낸다.
도35 는 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 적용 예를 나타낸다.
도36 내지 도38 은 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 또 다른 예를 나타낸다.
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.
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.
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.
도7 은 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 일예를 나타낸다.
도7 은 양방향 DC/DC 컨버터 중 풀 브릿지(Full Bridge : 이하 FB) 공진 컨버터를 나타낸다. 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터는 제1 직류 전원(Vin)과 제2 직류 전원(Vo) 및 1차측단 및 2차측단(1110, 1120)을 구비하는 공진 컨버터부(1100)를 구비한다.
공진 컨버터부(1100)의 1차측단(1100)은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Cin), 1차측 스위칭소자 공진부를 구비한다. 1차측 스위칭소자 공진부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 병렬로 연결되는 1차측 제1 스위칭소자부와 1차측 제2 스위칭소자부를 구비한다. 1차측 제1 스위칭소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 및 1차측 제2 스위칭소자(S1, S2)를 구비하고, 1차측 제2 스위칭소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제3 및 1차측 제4 스위칭소자(S3, S4)를 구비한다.
또한 1차측 스위칭소자 공진부는 1차측 제1 및 1차측 제2 스위칭소자(S1, S2) 사이의 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제3 및 1차측 제4 스위칭소자(S3, S4) 사이의 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 1차측 공진부를 구비한다. 1차측 공진부는 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 공진 커패시터부와 공진 변압기(T1)의 제1 권선단을 구비한다.
1차측 공진 커패시터부는 공진 커패시터부와 공진 변압기(T1)의 제1 권선단 사이의 1차측 제5 노드(Nd15)와 1차측 제3 노드(Nd13) 사이에 병렬로 연결되는 1차측 공진 커패시터(Cr1)와 1차측 블로킹부를 구비한다. 1차측 블로킹부는 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제5 노드(Nd15) 사이에 1차측 블로킹 커패시터(CB1)와 2개의 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)를 구비한다. 2개의 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)는 서로 다른 전류 방향으로 연결된다. 여기서 서로 다른 전류 방향이라함은 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1)의 순방향과 1차측 양방향보조스위칭소자(SA2)의 순방향이 서로 반대로 연결되는 것을 의미한다.
한편 DC/DC 컨버터의 2차측단(1120)은 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 제2 직류 전원(Vo)과 병렬로 연결되는 제2 커패시터(Co) 및 2차측 스위칭소자 공진부를 구비한다. 2차측 스위칭소자 공진부는 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 병렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭소자부와 2차측 제2 스위칭소자부를 구비한다. 그리고 2차측 제1 스위칭소자부는 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 및 2차측 제2 스위칭소자(Q1, Q2)를 구비하고, 2차측 제2 스위칭소자부는 2차측 제1 노드(Nd21)와 2차측 제2 노드(Nd22) 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제3 및 2차측 제4 스위칭소자(Q3, Q4)를 구비한다. 또한 2차측 스위칭소자 공진부는 2차측 제1 및 2차측 제2 스위칭소자(Q1, Q2) 사이의 2차측 제4 노드(Nd24)와 2차측 제3 및 2차측 제4 스위칭소자(Q3, Q4) 사이의 2차측 제3 노드(Nd23) 사이에 2차측 공진부를 구비한다. 2차측 공진부는 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제4 노드(Nd24) 사이에 직렬로 연결되는 2차측 공진 커패시터부와 공진 변압기(T1)의 제2 권선단을 구비한다.
2차측 공진 커패시터부는 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제5 노드(Nd25) 사이에 병렬로 연결되는 2차측 공진 커패시터(Cr2)와 2차측 블로킹부를 구비한다. 블로킹부는 2차측 제3 노드(Nd23)와 2차측 제5 노드(Nd25) 사이에 2차측 블로킹 커패시터(CB2)와 2개의 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)를 구비한다.
즉 DC/DC 컨버터부의 1차측과 2차측은 1차측 및 2 차 공진 커패시터(Cr1, Cr2), 1차측 및 2차측 블로킹 커패시터(CB1, CB2)의 커패시턴스 값이나, 공진 변압기(T1)의 제1 및 제2 권선단의 권선비가 다를지라도 구성에서 있어서는 서로 대칭구조를 갖는다.
도8 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이며, 도9 내지 도12 는 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도8 내지 도12 를 참조하여 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작을 설명하면, 순방향 동작 시에는 1차측 제1 및 1차측 제4 스위칭소자(S1, S4)와 1차측 제2 및 1차측 제3 스위칭소자(S2, S3)가 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호(VGS1 ~ VGS4)의 전압 레벨에 응답하여 번갈아가며 온/오프된다. 1차측 스위칭소자(S1 ~ S4)는 각각 고정된 듀티비(도8 에서는 50%)를 가지고 교번으로 동작하는 스위칭신호(VGS1, VGS4)와 스위칭신호(VGS2, VGS3)에 응답하여 턴-온, 턴-오프된다. 그러나 2차측 스위칭소자(Q1 ~ Q4)는 순방향 동작 시에에 계속 오프 상태로 유지된다. 또한 순방향 동작 시에 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)는 턴-오프(Turn-off)되고, 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 턴-온(Turn-on)된다.
먼저 1차측 제1 및 1차측 제4 스위칭소자(S1, S4)가 스위칭신호(VGS1, VGS4)에 응답하여 온 되고, 1차측 제2 및 1차측 제3 스위칭소자(S2, S3)가 스위칭신호(VGS2, VGS3)에 응답하여 오프되는 t0 ~ t1 구간에서는, 1차측 제1 스위칭소자(S1)가 턴-온되어 있어 입력전압(Vin)이 1차측 공진부에 인가되어, 도9 에 도시된 바와 같은 전류 경로가 형성된다. 따라서 1차측 제1 스위칭소자(S1)에는 전압차가 발생하지 않는다. 그러나 1차측 제2 스위칭소자(S2)는 오프 상태이므로 전압(Vcd
Figure 112011084989677-pat00001
Vin)이 인가된다.
이에 1차측 제3 노드(Nd13)로부터 1차측 제4 노드(Nd14)로 전류가 흐르게 되고, 1차측 공진 커패시터(Cr1)가 충전됨에 따라 공진 변압기(T1)의 제1 권선단으로 인가되는 전류량(IT1)이 변화한다. 이 때 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)는 턴-오프상태이고, 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 턴-온 상태이다. 따라서 1차측(1110)은 블로킹 커패시터(CB1)가 연결되지 않은 상태로서 공진 커패시터(Cr1)의 커패시턴스 값만이 양방향 DC/DC 컨버터의 동작에 영향을 미친다.
그리고 공진 변압기(T1)의 제1 권선단에 인가된 전류(IT1)의 변화에 의해 공진 변압기(T1)의 제2 권선단에는 전류(IT2)가 유도된다. 이 때 2차측 스위칭소자(Q1 ~ Q4)는 오프되어 있다. 그러나 2차측 2개의 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 턴-온되어, 블로킹 커패시터(CB2)가 활성화된다.
2차측(1120)에서는 2차측 블로킹 커패시터(CB2)가 2차측 공진커패시터(Cr2)와 병렬 연결되어 큰 커패시턴스 값(Cr2+CB2)을 갖게 되므로, 1차측에서 바라보았을 때는 높은 이득특성을 갖는 LLC 공진이득특성을 가진다. 이때 2차측 스위칭소자(Q1 ~ Q4)는 턴-오프 되어 있으나, 2차측 제1 및 제4 스위칭소자(Q1, Q4)는 역·병렬다이오드(Body 다이오드)에 의해 정류동작을 수행한다. (또는 2차측 스위칭소자가 동기 정류 회로(Synchronous Rectifier : 이하 SR)처럼 정류동작도 가능하다) 결과적으로 제2 커패시터(Co) 및 제2 직류전원(Vo)이 충전된다.
이후 t1 ~ t2 구간에서는, 도10 에 도시된 바와 같이, t0 ~ t1 구간에서와 마찬가지로 1차측 제1 및 1차측 제4 스위칭소자(S1, S4)가 스위칭신호(VGS1, VGS4)에 응답하여 온 상태를 유지하고, 1차측 제2 및 1차측 제3 스위칭소자(S2, S3)가 스위칭신호(VGS2, VGS3)에 응답하여 오프 상태를 유지한다. 그러나 t1 시점에서 자화 인덕턴스(Lm1)에 흐르는 전류(Im1)와 공진 변압기(T1)의 제1 권선단으로 인가되는 전류(IT1)의 크기가 동일하게 되어 t1 ~ t2 구간에서는 1차측 공진전류는 흐르지 않지만 변압기 자화전류(Im1)만이 스위칭소자(S1, S4)를 통해 흐르고, 공진 변압기(T1)의 제2 권선단에 전류(IT2)가 유도되지 않는다. 따라서 2차측(1120)에 전류가 흐르지 않는다. 이에 제2 커패시터(Co)와 제2 직류 전원(Vo)만이 서로 병렬로 연결된 구조를 가지게 되고, 제2 커패시터(Co)가 방전되어 제2 직류 전원(Vo)으로 전압을 인가한다.
그리고 t2 ~ t3 구간에서는, 도11 에 도시된 바와 같이, 1차측 제1 및 1차측 제4 스위칭소자(S1, S4)가 스위칭신호(VGS1, VGS4)에 응답하여 오프 되고, 1차측 제2 및 1차측 제3 스위칭소자(S2, S3)가 스위칭신호(VGS2, VGS3)에 응답하여 온 되어, 도11 에 도시된 바와 같은 전류 경로가 형성된다.
이에 1차측 제4 노드(Nd14)로부터 1차측 제3 노드(Nd12)로 전류가 흐르게 되고, 1차측 공진 커패시터(Cr1)가 방전됨에 따라 공진 변압기(T1)의 제1 권선단으로 인가되는 전류량(IT1)이 t0 ~ t1 구간과 반대 극성으로 변화한다. 1차측(1110)은 블로킹 커패시터(CB1)가 여전히 연결되지 않은 상태를 유지하고 있으므로, 공진 커패시터(Cr1)의 커패시턴스 값만이 양방향 DC/DC 컨버터의 동작에 영향을 미치고, 2차측(1120)에서는 2차측 블로킹 커패시터(CB2)가 2차측 공진커패시터(Cr2)와 병렬 연결되어 큰 커패시턴스 값을 가지므로 LLC 공진 특성을 유지하게 된다.
그리고 2차측 제2 및 제3 스위칭소자(Q2, Q3)가 역·병렬다이오드(Body 다이오드)에 의해 정류동작을 수행한다. 2차측 제2 및 제3 스위칭소자(Q2, Q3)의 정류 작용에 의해 제2 커패시터(Co) 및 제2 직류전원(Vo)이 t0 ~ t1 구간과 동일한 극성으로 충전된다.
도12 에 도시된 t3 ~ t4 구간에서는, t1 ~ t2 구간의 동작과 개념적으로 동일하므로 별도로 설명하지 않는다.
결과적으로 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터는 순방향 동작 시에 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)가 오프되고, 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)가 온되어, 1차측 블로킹 커패시터(CB1)는 공진 동작에 영향을 미치지 않는데 비해, 2차측 블로킹 커패시터(CB2)는 2차측 공진 커패시터(Cr2)와 함께 큰 값의 커패시턴스 형성하므로, 양방향 DC/DC 컨버터가 순방향 동작 시에 LLC 공진이득특성을 가지게 한다.
이때 1차측 스위칭소자(S1 ~ S4)의 스위칭주파수 제어동작을 통해 출력전압제어 또는 전력제어가 가능하다.
도13 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이며, 도14 내지 도17 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도13 을 참조하면, 역방향 동작 시에는 2차측 제1 및 2차측 제4 스위칭소자(Q1, Q4)와 2차측 제2 및 2차측 제3 스위칭소자(Q2, Q3)가 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호(VGQ1 ~ VGQ4) 레벨에 응답하여 번갈아가며 온/오프된다. 순방향 동작시와 유사하게, 2차측 스위칭소자(Q1~Q4)는 각각 고정된 듀티비(도13 에서는 50%)를 가지고 교번으로 동작하는 스위칭 신호(VGQ1, VGQ4)와 스위칭 신호(VGQ2, VGQ3)에 응답하여 턴-온, 턴-오프된다. 그러나 1차측 스위칭소자(S1 ~ S4)는 순방향 동작 시에 계속 오프 상태로 유지된다. 또한 역방향 동작 시에 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)는 턴-온되고, 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 턴-오프 된다.
도13 의 동작 파형도에 따른 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작을 살펴보면, 2차측(1120)에 인가된 제2 직류 전압(Vo)에 의해 공진 변압기(T1)의 제2 권선단에 교류 전류(IT2)가 흐르게 되고, 공진 변압기(T1)의 제2 권선단에 흐르는 전류(IT2)에 의해 공진 변압기(T1)의 제1 권선단에 전류(IT1)가 유도되며, 공진 변압기(T1)의 제1 권선단에 유도된 전류(IT1)가 1차측 스위칭소자(S1 ~ S4) 소자에 의해 정류되어 제1 직류 전원(Vin)이 충전된다. 이는 개념적으로 도9 내지 도12 의 동작과 동일하므로 여기서는 별도로 설명하지 않는다. 다만 역방향 동작 시에는 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)는 턴-온되고, 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 턴-오프되므로, 2차측 블로킹 커패시터(CB2)는 공진 동작에 영향을 미치지 않는데 비해, 1차측 블로킹 커패시터(CB1)는 1차측 공진 커패시터(Cr1)와 함께 큰 값의 커패시턴스(Cr1+CB1) 형성하여, 양방향 DC/DC 컨버터가 역방향 동작시에도 LLC 공진이득특성을 가지게 한다.
상기에서 1차측(1110)의 제1 직류 전원(Vin)은 배터리와 같은 2차측 전지로 구현되어 충방전이 가능한 전원이다. 그리고 도7 에서 스위칭소자는 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 등으로 구현될 수 있으며, 도7 에서는 대표적으로 Power Mosfet를 스위칭소자로 나타내었다. 또한 양방향 전력수수 가능한 공진컨버터가 공진주파수를 기준으로 불연속 및 연속모드로 동작하기 때문에 공진컨버터 1차측 및 2차측 스위칭소자의 역병렬다이오드(Body 다이오드)는 역회복특성시간(trr : Reverse Recovery Time)이 짧은 스위칭소자를 선정하는 것이 이득특성 개선 및 노이즈 저감을 위해 바람직하다.
도18 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 및 역방향 공진 특성을 나타낸다.
도18 에서 (a)는 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 공진 특성을 나타내고, (b)는 역방향 공진 특성을 나타낸다. 도18 에 도시된 바와 같이, 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터는 양방향보조스위칭소자((SA1, SA2), (SA3, SA4))와 블로킹 커패시터(CB1, CB2)를 구비하고, 양방향보조스위칭소자((SA1, SA2), (SA3, SA4))가 온/오프됨에 따라 블로킹 커패시터(CB1, CB2)와 공진 커패시터(Cr1, Cr2)의 커패시턴스 결합 여부가 결정되므로, 순방향 및 역방향 동작 시 모두에서 LLC 공진 특성을 나타낼 수 있다.
도19 는 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터의 양방향보조스위칭소자 사용 여부에 따른 공진 특성의 차이를 나타낸다. 도19 에서 (a)는 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 양방향보조스위칭소자((SA1, SA2), (SA3, SA4))를 사용한 경우의 공진 특성을 나타내고, (b)는 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 양방향보조스위칭소자((SA1, SA2), (SA3, SA4))를 사용하지 않은 경우의 공진 특성을 나타낸다.
도7 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 양방향보조스위칭소자((SA1, SA2), (SA3, SA4))를 사용되면, 도18 및 도19의 (a) 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터는 양방향에서 LLC 공진 특성을 나타내므로, 넓은 입력전압범위에서 전력제어가 가능하다.
그에 비하여 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 양방향보조스위칭소자((SA1, SA2), (SA3, SA4))를 사용하지 않은 경우에는 종래의 양방향 DC/DC 컨버터와 동일한 구성으로 볼 수 있다. 따라서 도19의 (b)에는 도6 의 양방향 DC/DC 컨버터와 유사한 공진 특성을 나타난다. 종래의 양방향 DC/DC 컨버터는 1차측 공진 커패시터 및 2차측 공진 커패시터의 커패시턴스 값에 따라 순방향 또는 역방향 어느 한쪽 또는 모두에서 CLLC 공진 특성을 나타내게 되어 넓은 입력전압범위에서 전력제어가 어렵다.
따라서 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터 이득특성을 개선하기 위한 별도의 승/강압컨버터를 적용하지 않아도 됨으로 전력변환손실을 최소화 할 수 있고, 단가를 저감 할 수 있다.
도20 은 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 블로킹부의 다른 구성을 나타낸다.
도20 의 (a) 내지 (d) 에 도시된 바와 같이, 도7 의 양방향보조스위칭소자(SA1,SA2, SA3,SA4)는 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 등의 스위칭소자 뿐만 아니라 SSR(Solid State Relay) 또는 릴레이 및 접점으로 구현될 수 있다. 그리고 블로킹 커패시터(CB1, CB2)의 위치는 대응하는 2개의 양방향 양방향보조스위칭소자((SA1,SA2), (SA3,SA4))사이 또는 일측 어디에 배치되어도 무관하다. 또한 직렬로 연결된 1차측 및 2차측 양방향 양방향보조스위칭소자((SA1,SA2), (SA3,SA4))의 위치가 서로 바뀌어도 무관한다.
도21 은 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 적용 예를 나타낸다.
도21 의 양방향 DC/DC 컨버터는 2차측에 제2 직류 전원(Vo) 대신 PWM 인버터부(1200)를 구비한다. PWM 인버터부(1200)는 도6 의 PWM 인버터와 마찬가지로 계통 연계 전원으로서, 도1 의 직류-교류 인버터(DAC)에 대응하는 인버터이다. 그리고 PWM 인버터부(1200)는 1차측(1110)으로부터 DC/DC 변환되어 2차측(1120)에 인가된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하거나, 교류 전원 전압(AC)에서 인가되는 교류 전압을 직류로 변환하여, 양방향 DC/DC 컨버터의 2차측(1120)에 인가한다.
도22 는 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 다른 예를 나타낸다. 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터는 도7 의 DC/DC 컨버터와 달리 하프 브릿지(Half Bridge : 이하 HB) 공진 컨버터를 나타낸다.
도22 의 양방향 DC/DC 컨버터도 도7 의 양방향 DC/DC 컨버터와 마찬가지로 제1 및 제2 직류 전원(Vin, Vo)과 1차측단 및 2차측단(2110, 2120)을 구비하는 공진 컨버터부(2100)를 구비한다.
공진 컨버터부(2100)의 1차측단(2110)은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 제1 직류 전원(Vin)과 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Cin), 1차측 공진부 및 1차측 스위칭소자부를 구비한다. 1차측 스위칭소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 및 1차측 제2 스위칭소자(S1, S2)를 구비한다. 1차측 공진부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 병렬로 연결되는 1차측 블로킹 커패시터부와 1차측 공진 커패시터부, 1차측 블로킹 커패시터부와 1차측 공진 커패시터부 사이에 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자부 및 1차측 공진 커패시터부와 1차측 스위칭소자부 사이에 공진 변압기(T1)의 1차 권선단을 구비한다.
1차측 블로킹 커패시터부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 및 제2 블로킹 커패시터(CB1, CB2)를 구비하고, 1차측 공진 커패시터부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 및 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)를 구비한다. 1차측 양방향보조스위칭소자부는 1차측 제1 및 제2 블로킹 커패시터(CB1, CB2) 사이의 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제1 및 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2) 사이의 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 직렬로 연결되는 2개의 양방향 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)를 구비한다. 그리고 공진 변압기(T1)의 1차 권선단은 1차측 제4 노드(Nd14)와 1차측 제1 및 1차측 제2 스위칭소자(S1, S2) 사이의 1차측 제5 노드(Nd15) 사이에 구비된다.
도22 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터 또한 도7 의 FB 양방향 DC/DC 컨버터와 유사하게 1차측과 2차측의 구성이 서로 대칭되므로 2차측 구성에 대해서는 상세하게 설명하지 않는다. 도22 에서도 Power Mosfet가 스위칭소자로 사용되었으나, 상기한 바와 같이 스위칭소자는 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 등으로 구현될 수 있다.
도23 은 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작시 동작 파형도이며, 도24 내지 도27 은 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
도23 내지 도27 을 참조하여 양방향 DC/DC 컨버터의 순방향 동작을 설명하면, 1차측 스위칭소자부의 1차측 제1 내지 제2 스위칭소자(S1, S2)는 각각의 게이트에 대응하는 인가되는 1차측 스위칭신호(VGS1, VGS2)에 응답하여 순방향 전력수수시에 온 된다. 스위칭 신호(VGS1)와 스위칭 신호(VGS2)는 각각 고정된 듀티비(예를 들면, 50%)를 가지고 교번으로 동작되고, 1차측 스위칭소자(S1, S2)는 스위칭 신호(VGS1)와 스위칭 신호(VGS2)에 응답하여 동작한다. 이에 공진 변압기(T1)의 제1 권선단에는 전압(Vab, Vcd)이 교대로 인가되며, 1차측 공진 커패시터(Cr1)와의 공진(resonant)에 의해 교류 전류(IT1)가 흐르게 되고, 자화 인덕턴스(Lm1)에는 전류(Im1)가 흐르게 된다. 공진 변압기(T1)의 제1 권선단에 흐르는 전류(IT1-1)에 응답하여, 공진 변압기(T1)의 제2 권선단에 교류 전류(IT1-2)가 유도된다.
2차측 스위칭소자(S3, S4)는 턴-오프 상태로 유지되어 있고, 2차측 스위칭소자(S3, S4)의 역병렬다이오드(Body 다이오드)가 공진 변압기(T1)의 제2 권선단에 교류 전류(IT1-2)를 정류하는 정류다이오드로 동작된다. 높은 이득특성을 갖는 LLC 공진이득특성을 갖기 위해 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)는 턴-오프 되어 동작하지 않고 블로킹 커패시터(CB1, CB2)는 공진커패시터(Cr1, Cr2)와 병렬 연결되지 않는다. 블로킹 커패시터(CB1, CB2)는 단지 제1 직류 전원(Vo) 및 제1 커패시터(Cin)처럼 동작된다. 따라서 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)와 블로킹 커패시터(CB1, CB2)로 구성된 1차측 보조수단은 동작되지 않고, 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)들이 턴-온 동작되어 2차측 공진커패시터(Cr3, Cr4)와 블로킹 커패시터(CB3, CB4)가 병렬로 연결되어 큰 값의 커패시턴스(Cr3+CB3, Cr4+CB4)를 가지므로 공진컨버터 입력측(1차측)에서 출력측(2차측)을 바라보았을 때 높은 이득특성을 갖는 LLC 공진컨버터처럼 동작을 하게 된다. 따라서 1차측 스위칭소자(S1, S2)의 스위칭주파수 제어동작을 통해 출력전압제어 또는 전력제어가 가능하다.
도28 은 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작시 동작 파형도이며, 도29 내지 도32 는 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 역방향 동작을 구간별로 설명하기 위한 도면이다.
역방향 전력수수의 경우, 2차측 스위칭소자(S3, S4)는 각각 고정된 듀티비를 가지고 교번으로 동작되는 스위칭 신호(VGS3)와 스위칭 신호(VGS4)에 응답하여 턴-온, 턴-오프 된다. 이에 공진 변압기(T1)의 제2 권선단에는 전압(Vef, Vgh)이 교대로 인가된다.
그리고 1차측 스위칭소자(S1, S2)는 턴-오프 상태로 유지되고 스위칭소자의 역병렬다이오드(Body 다이오드)가 정류다이오드로 동작된다. 높은 이득특성을 갖는 LLC 공진이득특성을 갖기 위해 공진컨버터 2차측에 위치한 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 턴-오프 되어 동작하지 않고, 블로킹 커패시터(CB3, CB4)는 공진커패시터(Cr3, Cr4)와 병렬 연결되지 않는다. 블로킹 커패시터(CB3, CB4)는 단지 입력전원처럼 동작된다. 따라서 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)와 블로킹 커패시터(CB3, CB4)로 구성된 2차측 보조수단은 동작되지 않고, 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)들이 턴-온 동작되어 1차측 공진커패시터(Cr1, Cr2)와 블로킹 커패시터(CB1, CB2)가 병렬로 연결되어 큰 값의 커패시턴스(Cr1+CB1, Cr2+CB2)를 가지므로 공진컨버터 출력측(2차측)에서 입력측(1차측)을 바라보았을 때, 높은 이득특성을 갖는 LLC 공진컨버터처럼 동작을 하게 된다.
도33 은 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 양방향보조스위칭소자의 다른 구성을 나타낸다. 2개의 양방향 양방향보조스위칭소자((SA1,SA2), (SA3,SA4))는 도33 의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 서로 위치가 바뀔 수 있다. 그리고 양방향보조스위칭소자((SA1,SA2), (SA3,SA4))는 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 등의 스위칭소자 뿐만 아니라 SSR(Solid State Relay) 또는 릴레이 및 접점 등이 적용될 수 있다.
도34 는 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터의 동작 실험 결과 파형을 나타낸다.
도34 에서는 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 순방향 전력수수의 경우에 공진 변압기(T1)의 1차 권선단에 인가되는 전류(IT1-1)와 이에 응답하여 유도되는 2차 권선단에 인가되는 전류(IT1-2)를 나타내었다. 도34 에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터는 LLC 공진 특성을 나타내므로 넓은 전압 범위에서 높은 이득 특성 및 효율 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 블로킹 커패시터(CB1, CB2, CB3, CB4)는 큰 커패시턴스 값을 추가하기 위한 커패시터이므로 공진 커패시터(Cr1, Cr2, Cr3, Cr4)보다 큰 커패시턴스 값을 갖는 것이 바람직하다.
도35 는 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 적용 예를 나타낸다.
도35 의 양방향 DC/DC 컨버터 또한 도21 의 양방향 DC/DC 컨버터와 유사하게 도22 의 양방향 DC/DC 컨버터에서 2차측에 제2 직류 전원(Vo) 대신 PWM 인버터부(2200)를 구비한다. PWM 인버터부(2200)는 1차측(2110)으로부터 DC/DC 변환되어 2차측(2120)에 인가된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하거나, 교류 전원 전압(AC)에서 인가되는 교류 전압을 직류로 변환하여, 양방향 DC/DC 컨버터의 2차측(2120)에 인가한다.
도36 내지 도38 은 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 또 다른 예를 나타낸다. 도36 은 FB 양방향 DC/DC 컨버터이며, 도37 및 도38 은 HB 양방향 DC/DC 컨버터이다.
도36 의 FB 양방향 DC/DC 컨버터의 1차측단에서는 1차측 공진커패시터(Cr1)와 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1,SA2)가 병렬되어 있고, 1차측 블로킹 커패시터(CB1)는 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1,SA2)와 별도로 1차측 공진 커패시터(Cr1) 및 변압기(T1) 제1 권선단과 직렬 연결되는 구성을 갖는다. 따라서 병렬 연결된 1차측 공진 커패시터(Cr1)는 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)의 온/오프 스위칭조건에 따라 단락되어 공진요소로 기여하지 못하기도 하고 공진요소로서 역할을 하게 된다. 즉 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)의 온 되면, 전류 경로가 1차측 공진 커패시터(Cr1)가 아닌 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)를 통해 형성된다. 따라서 1차측 공진 커패시터(Cr1)가 공진 요소로서 기여하지 못하고, 1차측 블로킹 커패시터(CB1)가 공진요소로서 기여하게 된다. 그러나 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)의 오프 되면, 전류 경로가 1차측 공진 커패시터(Cr1)를 통해 형성된다. 따라서 직렬 연결된 1차측 공진 커패시터(Cr1)와 1차측 블로킹 커패시터(CB1)가 모두 공진 요소로서 기여하게 되고, 커패시터의 직렬연결은 커패시턴스의 크기를 줄여주어 공진 특성을 개선할 수 있다.
2차측단에서는 1차측과 마찬가지로 큰 커패시턴스 값의 2차측 블로킹 커패시터(CB2)가 공진 변압기(T1) 제2 권선단과 2차측 공진커패시터(Cr2)와 직렬연결 되어있고, 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 2차측 공진커패시터(Cr2)와 병렬 연결된다. 병렬 연결된 2차측 공진커패시터(Cr2)와 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 2차측 양방향보조스위칭소자의 턴-온/오프 스위칭조건에 따라 공진커패시터(Cr2)가 단락되어 공진요소로 기여하지 못하기도 하고 공진요소로서 역할을 하게 된다.
순방향 전력전달 시 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)는 턴-오프 되어 있으므로 1차측 공진커패시터(Cr1)와 1차측 블로킹 커패시터(CB1)가 직렬 연결되고, 따라서 1차측 공진은 직렬 연결된 커패시턴스 값(
Figure 112011084989677-pat00002
)과 변압기 등가누설인덕턴스와 공진이 이루어지고, 2차측단은 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)가 턴-온 되어 있으므로 2차측 공진커패시터(Cr2)는 단락되어, 2차측 블로킹 커패시터(CB2)와 결합되어 공진이 일어난다. 따라서 순방향전력전달 시 제안된 양방향 전력수수 가능한 공진컨버터는 1차측(입력측)에서 바라보았을 때 도18 에 나타낸 바와 같이 LLC 공진특성을 갖게 된다.
역방향 전력전달 시 2차측 양방향보조스위칭소자(SA3, SA4)는 턴-오프 되어 있으므로, 1차측 공진은 공진커패시터(Cr2)와 블로킹 커패시터(CB2)가 직렬 연결된 커패시턴스 값(
Figure 112011084989677-pat00003
)과 변압기 등가누설인덕턴스와 공진이 이루어진다. 1차측은 양방향보조스위칭소자가 턴-온 되어 있으므로 1차측 공진커패시터(Cr1)는 단락되어 있으므로 블로킹 커패시터(CB1)와 결합되어 공진이 일어난다. 따라서 역방향전력전달 시 순방향 전력전달 때와 마찬가지로 제안된 양방향 전력수수 가능한 공진컨버터는 2차측(출력측)에서 바라보았을 때 도 18에 나타낸바와 같이 LLC 공진특성을 갖게 된다.
나머지 구성은 도7 의 FB 양방향 DC/DC 컨버터와 동일하므로 별도로 설명하지 않는다.
그러나 만약 블로킹 커패시터(CB1, CB2)의 커패시턴스 값이 작은 경우에 도 19에 나타낸 바와 같이 CLLC 공진특성을 갖기 때문에 이득특성이 개선되지 않아 공진 변압기 자화인덕턴스를 작게 설계하여 이득특성을 개선하거나 경부하 조건에서만 적용가능하다.
도37 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터의 1차측단은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Cin) 및 1차측 스위칭소자부를 구비한다. 1차측 스위칭소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결된 1차측 제1 및 제2 스위칭소자(S1, S2)를 구비한다. 또한 1차측단은 1차측 제2 스위칭소자(S2)와 병렬로 연결되는 1차측 공진부를 구비한다. 1차측 공진부는 1차측 제1 및 제2 스위칭소자(S1, S2) 사이의 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬 연결된 공진 변압기(T1)의 1차 권선단과, 1차측 블로킹 커패시터(CB1) 및 1차측 공진 커패시터(Cr1)를 구비한다. 그리고 1차측 블로킹 커패시터(CB1)와 1차측 공진 커패시터(Cr1) 사이의 1차측 제4 노드(Nd14)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 1차측 공진 커패시터(Cr1)와 병렬로 연결된 2개의 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)를 구비한다.
도37 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터의 2차측단은 1차측단과 대칭되는 구조를 가지므로 별도로 설명하지 않는다.
도37 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터의 전류 경로는 도22 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터의 전류 경로와 유사하고, 공진 특성은 도36 의 FB 양방향 DC/DC 컨버터의 직렬 연결된 블로킹 커패시터(CB1, CB2) 및 공진 커패시터(Cr1, Cr2)의 공진 특성과 유사하므로 별도로 설명하지 않는다.
도38 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터의 1차측단은 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Cin) 및 1차측 스위칭소자부를 구비한다. 1차측 스위칭소자부는 1차측 제1 노드(Nd11)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 직렬로 연결된 1차측 제1 및 제2 스위칭소자(S1, S2)를 구비한다. 또한 1차측단은 1차측 제2 스위칭소자(S2)와 병렬로 연결되는 1차측 공진부를 구비한다. 1차측 공진부는 1차측 제1 및 제2 스위칭소자(S1, S2) 사이의 1차측 제3 노드(Nd13)와 1차측 제4 노드(Nd14) 사이에 연결된 공진 변압기(T1)의 1차 권선단과, 1차측 제4 노드(Nd14)와 1차측 제2 노드(Nd12) 사이에 병렬로 연결된 1차측 공진 커패시터(Cr1) 및 1차측 블로킹부를 구비한다. 1차측 블로킹부는 직렬로 연결된 1차측 블로킹 커패시터(CB1)와 2개의 1차측 양방향보조스위칭소자(SA1, SA2)를 구비한다.
도38 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터의 2차측단 또한 1차측단과 대칭되는 구조를 가지므로 별도로 설명하지 않는다. 또한 도38 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터의 동작은 도22 의 HB 양방향 DC/DC 컨버터의 동작과 유사하므로 별도로 설명하지 않는다.
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.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (58)

  1. 공진 변압기의 제1 권선단과 순방향 전력 수수 시에 상기 제1 권선단과 함께 공진하여 상기 제1 권선단에 전류 변화를 유도하는 1차측 공진 커패시터 및 역방향 전력 수수 시에 1차측 양방향보조스위칭소자의 상태에 응답하여 상기 제1 권선단과 전기적으로 연결되어 상기 공진 변압기의 제2 권선단의 전류 변화에 의해 유도된 상기 제1 권선단에 전류 변화에 의한 공진이 발생하지 않도록 큰 커패시턴스 값을 제공하는 1차측 블로킹 커패시턴스를 구비하고, 상기 제2 권선단의 전류 변화에 응답하여 유도된 상기 제1 권선단의 전류를 정류하여 제1 직류 전원을 충전하는 1차측단; 및
    상기 공진 변압기의 제2 권선단과 역방향 전력 수수 시에 상기 제2 권선단과 함께 공진하여 상기 제2 권선단에 전류 변화를 유도하는 2차측 공진 커패시터 및 순방향 전력 수수 시에 2차측 양방향보조스위칭소자의 상태에 응답하여 상기 제2 권선단과 전기적으로 연결되어 상기 제1 권선단의 전류 변화에 의해 유도된 상기 제2 권선단에 전류 변화에 의한 공진이 발생하지 않도록 큰 커패시턴스 값을 제공하는 2차측 블로킹 커패시턴스를 구비하고, 상기 제1 권선단의 전류 변화에 응답하여 유도된 상기 제2 권선단의 전류를 정류하여 제2 직류 전원을 충전하는 2차측단을 구비하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 1차측단은
    1차측 제1 노드와 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 스위칭소자부;
    상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 1차측 제1 스위칭소자부와 병렬로 연결되는 1차측 제2 스위칭소자부; 및
    상기 1차측 제1 스위칭소자부와 상기 1차측 제2 스위칭소자부 사이에 직렬로 연결되는 1차측 공진 커패시터부와 상기 제1 권선단을 구비하는 1차측 공진부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 1차측 제1 스위칭소자부는
    상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 스위칭소자와 1차측 제2 스위칭소자를 구비하고,
    상기 1차측 제2 스위칭소자부는
    상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제3 스위칭소자와 1차측 제4 스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 2차측단은
    2차측 제1 노드와 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 직류 전원과 병렬로 연결되는 제2 커패시터;
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭소자부;
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 2차측 제1 스위칭소자부와 병렬로 연결되는 2차측 제2 스위칭소자부; 및
    상기 2차측 제1 스위칭소자부와 상기 2차측 제2 스위칭소자부 사이에 직렬로 연결되는 2차측 공진 커패시터부와 상기 제2 권선단을 구비하는 2차측 공진부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 2차측 제1 스위칭소자부는
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭소자와 2차측 제2 스위칭소자를 구비하고,
    상기 2차측 제2 스위칭소자부는
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제3 스위칭소자와 2차측 제4 스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.

  6. 제5 항에 있어서, 상기 1차측 제1 내지 제4 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 1차측 제1 및 1차측 제4 스위칭소자와 상기 1차측 제2 및 1차측 제3 스위칭소자가 교대로 온/오프되고, 상기 역방향 전력 수수 시에는 상기 1차측 제1 내지 제4 스위칭소자가 모두 오프되고,
    상기 2차측 제1 내지 제4 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 2차측 제1 및 2차측 제4 스위칭소자와 상기 2차측 제2 및 2차측 제3 스위칭소자가 교대로 온/오프되고,
    상기 순방향 전력 수수 시에는 상기 2차측 제1 내지 제4 스위칭소자가 모두 오프되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 1차측 제1 내지 제4 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 역·병렬다이오드(바디 다이오드)에 의해 정류 동작을 수행하고,
    상기 2차측 제1 내지 제4 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 역·병렬다이오드(바디 다이오드)에 의해 정류 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 1차측 제1 내지 제4 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 1차측 공진전류가 상기 1차측 제1 내지 제4 스위칭소자의 역·병렬다이오드를 통해 흐르면, 상기 1차측 제1 내지 제4 스위칭 소자가 동기 정류 회로(Synchronous Rectifier)로서 정류동작을 수행하고,
    상기 2차측 제1 내지 제4 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 2차측 공진전류가 상기 2차측 제1 내지 제4 스위칭소자의 역·병렬다이오드를 통해 흐르면, 상기 2차측 제1 내지 제4 스위칭 소자가 동기 정류 회로로서 정류동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 제1 내지 제4 스위칭소자는
    Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 1차측 공진 커패시터부는
    상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자 사이의 1차측 제3 노드와 상기 제1 권선단 사이에 연결되는 상기 1차측 공진 커패시터; 및
    상기 1차측 공진커패시터와 병렬 연결되고, 상기 1차측 제3 노드와 상기 제1 권선단 사이에 직렬로 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자와 1차측 블로킹 커패시터를 구비하는 1차측 블로킹부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 2차측 공진 커패시터부는
    상기 2차측 제3 스위칭소자와 상기 2차측 제4 스위칭소자 사이의 2차측 제3 노드와 상기 제2 권선단 사이에 연결되는 상기 2차측 공진 커패시터; 및
    상기 2차측 공진커패시터와 병렬 연결되고, 상기 2차측 제3 노드와 상기 제2 권선단 사이에 직렬로 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자와 2차측 블로킹 커패시터를 구비하는 2차측 블로킹부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 블로킹부는
    1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자 각각이 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭 소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 블로킹 커패시터는
    각각 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 블로킹 커패시터는
    각각 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자의 일측단에 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  15. 제12 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 각각은 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR(Solid State Relay), 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  16. 제12 항에 있어서, 상기 1차측 양방향보조스위칭소자는 상기 역방향 전력수수 시에 턴 온되고, 상기 2차측 양방향보조스위칭소자는 상기 순방향 전력수수 시에 턴 온되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  17. 제11 항에 있어서, 상기 1차측 공진 커패시터부는
    상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자 사이의 1차측 제3 노드에 일단이 연결되는 상기 1차측 블로킹 커패시터;
    상기 1차측 블로킹 커패시터와 상기 제1 권선단 사이에 연결되는 상기 1차측 공진 커패시터; 및
    상기 1차측 공진커패시터와 병렬로 상기 1차측 블로킹 커패시터와 상기 제1 권선단 사이에 연결되며, 서로 직렬로 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 2차측 공진 커패시터부는
    상기 2차측 제3 스위칭소자와 상기 2차측 제4 스위칭소자 사이의 2차측 제3 노드에 일단이 연결되는 상기 1차측 블로킹 커패시터;
    상기 2차측 블로킹 커패시터와 상기 제2 권선단 사이에 연결되는 상기 2차측 공진 커패시터; 및
    상기 2차측 공진커패시터와 병렬로 상기 2차측 블로킹 커패시터와 상기 제2 권선단 사이에 연결되며, 서로 직렬로 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자는
    각각 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭 소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 각각은 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR, 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  21. 제19 항에 있어서, 상기 1차측 양방향보조스위칭소자는 상기 역방향 전력수수 시에 턴 온되고, 상기 2차측 양방향보조스위칭소자는 상기 순방향 전력수수 시에 턴 온되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  22. 제1 항에 있어서, 상기 1차측단은
    1차측 제1 노드와 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 스위칭소자부;
    상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 1차측 스위칭소자부와 병렬로 연결되는 1차측 블로킹 커패시터부;
    상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 상기 1차측 블로킹 커패시터부와 병렬로 연결되는 1차측 공진 커패시터부;
    상기 1차측 블로킹 커패시터부와 상기 1차측 공진 커패시터부 사이에 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자부; 및
    상기 1차측 공진 커패시터부와 상기 1차측 스위칭소자부 사이에 1차측 양방향보조스위칭소자부와 직렬로 연결되는 상기 제1 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  23. 제22 항에 있어서, 상기 1차측 스위칭소자부는
    상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 스위칭소자와 1차측 제2 스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  24. 제23 항에 있어서, 상기 1차측 블로킹 커패시터부는
    상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 블로킹 커패시터와 1차측 제2 블로킹 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  25. 제24 항에 있어서, 상기 1차측 공진 커패시터부는
    상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 제1 공진 커패시터와 1차측 제2 공진 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  26. 제25 항에 있어서, 상기 1차측 양방향보조스위칭소자부는
    상기 1차측 제1 블로킹 커패시터와 상기 1차측 제2 블로킹 커패시터 사이의 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제1 공진 커패시터와 상기 1차측 제2 공진 커패시터 사이의 1차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭 소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  27. 제26 항에 있어서, 상기 제1 권선단은
    상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자 사이의 1차측 제5 노드와 상기 1차측 제4 노드 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  28. 제27 항에 있어서, 상기 2차측단은
    2차측 제1 노드와 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 직류 전원과 병렬로 연결되는 제2 커패시터;
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되는 2차측 스위칭소자부;
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 2차측 스위칭소자부와 병렬로 연결되는 2차측 블로킹 커패시터부;
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 상기 2차측 블로킹 커패시터부와 병렬로 연결되는 2차측 공진 커패시터부;
    상기 2차측 블로킹 커패시터부와 상기 2차측 공진 커패시터부 사이에 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자부; 및
    상기 2차측 공진 커패시터부와 상기 2차측 스위칭소자부 사이에 2차측 양방향보조스위칭소자부와 직렬로 연결되는 상기 제2 권선단을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  29. 제28 항에 있어서, 상기 2차측 스위칭소자부는
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 스위칭소자와 2차측 제2 스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  30. 제29 항에 있어서, 상기 2차측 블로킹 커패시터부는
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 블로킹 커패시터와 2차측 제2 블로킹 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  31. 제30 항에 있어서, 상기 2차측 공진 커패시터부는
    상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 제1 공진 커패시터와 2차측 제2 공진 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  32. 제31 항에 있어서, 상기 2차측 양방향보조스위칭소자부는
    상기 2차측 제1 블로킹 커패시터와 상기 2차측 제2 블로킹 커패시터 사이의 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제1 공진 커패시터와 상기 2차측 제2 공진 커패시터 사이의 2차측 제4 노드 사이에 직렬로 연결되는 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭 소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  33. 제32 항에 있어서, 상기 제2 권선단은
    상기 2차측 제1 스위칭소자와 상기 2차측 제2 스위칭소자 사이의 2차측 제5 노드와 상기 2차측 제4 노드 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  34. 제33 항에 있어서, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자가 교대로 온/오프되고, 상기 역방향 전력 수수 시에는 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자가 모두 오프되며,
    상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 2차측 제1 스위칭소자와 상기 2차측 제2 스위칭소자가 교대로 온/오프되고, 상기 순방향 전력 수수 시에는 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자가 모두 오프되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  35. 제34 항에 있어서, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 바디 다이오드에 의해 정류 동작을 수행하고,
    상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 바디 다이오드에 의해 정류 동작을 수행하는 것특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  36. 제35 항에 있어서, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 1차측 공진전류가 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자의 역·병렬다이오드를 통해 흐르면, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭 소자가 동기 정류 회로(Synchronous Rectifier)로서 정류동작을 수행하고,
    상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 2차측 공진전류가 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자의 역·병렬다이오드를 통해 흐르면, 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭 소자가 동기 정류 회로로서 정류동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  37. 제36 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  38. 제36 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자는
    각각 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  39. 제38 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 각각은 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR, 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  40. 제39 항에 있어서, 상기 1차측 양방향보조스위칭소자는 상기 역방향 전력수수 시에 턴 온되고, 상기 2차측 양방향보조스위칭소자는 상기 순방향 전력수수 시에 턴 온되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  41. 제1 항에 있어서, 상기 1차측단은
    1차측 제1 노드와 1차측 제2 노드 사이에 상기 제1 직류 전원과 병렬로 연결되는 제1 커패시터;
    상기 제1 커패시터와 병렬로 상기 1차측 제1 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결된 1차측 제1 및 제2 스위칭소자를 구비하는 1차측 스위칭소자부;
    상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자 사이의 1차측 제3 노드와 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 상기 제1 권선단과 1차측 공진 커패시터부를 구비하는 1차측 공진부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  42. 제41 항에 있어서, 상기 2차측단은
    2차측 제1 노드와 2차측 제2 노드 사이에 상기 제2 직류 전원과 병렬로 연결되는 제2 커패시터;
    상기 제2 커패시터와 병렬로 상기 2차측 제1 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결된 2차측 제1 및 제2 스위칭소자를 구비하는 2차측 스위칭소자부;
    상기 2차측 제1 스위칭소자와 상기 2차측 제2 스위칭소자 사이의 2차측 제3 노드와 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 상기 제2 권선단과 2차측 공진 커패시터부를 구비하는 2차측 공진부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  43. 제42 항에 있어서, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 1차측 제1 스위칭소자와 상기 1차측 제2 스위칭소자가 교대로 온/오프되고, 상기 역방향 전력 수수 시에는 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자가 모두 오프되며,
    상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 각각의 게이트에 대응하여 인가되는 스위칭신호의 전압 레벨에 응답하여 상기 2차측 제1 스위칭소자와 상기 2차측 제2 스위칭소자가 교대로 온/오프되고, 상기 순방향 전력 수수 시에는 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자가 모두 오프되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  44. 제43 항에 있어서, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 바디 다이오드에 의해 정류 동작을 수행하고,
    상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 바디 다이오드에 의해 정류 동작을 수행하는 것특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  45. 제44 항에 있어서, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 역방향 전력 수수 시에 1차측 공진전류가 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭소자의 역·병렬다이오드를 통해 흐르면, 상기 1차측 제1 및 제2 스위칭 소자가 동기 정류 회로(Synchronous Rectifier)로서 정류동작을 수행하고,
    상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    상기 순방향 전력 수수 시에 2차측 공진전류가 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭소자의 역·병렬다이오드를 통해 흐르면, 상기 2차측 제1 및 제2 스위칭 소자가 동기 정류 회로로서 정류동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  46. 제45 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 제1 및 제2 스위칭소자는
    Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  47. 제46 항에 있어서, 상기 1차측 공진 커패시터부는
    상기 제1 권선단과 상기 1차측 제2 노드 사이에 연결된 1차측 공진 커패시터; 및
    상기 1차측 공진 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 제1 권선단과 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자와 1차측 블로킹 커패시터를 구비하는 1차측 블로킹부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  48. 제47 항에 있어서, 상기 2차측 공진 커패시터부는
    상기 제2 권선단과 상기 2차측 제2 노드 사이에 연결된 2차측 공진 커패시터; 및
    상기 2차측 공진 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 제2 권선단과 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자와 2차측 블로킹 커패시터를 구비하는 2차측 블로킹부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  49. 제48 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 블로킹부는
    1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자 각각이 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭 소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  50. 제49 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 블로킹 커패시터는
    각각 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  51. 제49 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 블로킹 커패시터는
    각각 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자의 일측단에 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  52. 제49 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 각각은 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR, 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  53. 제52 항에 있어서, 상기 1차측 양방향보조스위칭소자는 상기 역방향 전력수수 시에 턴 온되고, 상기 2차측 양방향보조스위칭소자는 상기 순방향 전력수수 시에 턴 온되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  54. 제46 항에 있어서, 상기 1차측 공진 커패시터부는
    상기 제1 권선단과 상기 1차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결된 1차측 블로킹 커패시터 및 1차측 공진 커패시터를 구비하는 1차측 커패시터부; 및
    상기 1차측 공진 커패시터와 병렬로 상기 1차측 블로킹 커패시터와 상기 1차측 제2 노드 사이에 연결되는 1차측 양방향보조스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  55. 제54 항에 있어서, 상기 2차측 공진 커패시터부는
    상기 제2 권선단과 상기 2차측 제2 노드 사이에 직렬로 연결된 2차측 블로킹 커패시터 및 2차측 공진 커패시터를 구비하는 2차측 커패시터부; 및
    상기 2차측 공진 커패시터와 병렬로 상기 2차측 블로킹 커패시터와 상기 2차측 제2 노드 사이에 연결되는 2차측 양방향보조스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  56. 제55 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자는
    각각 2개의 스위칭소자를 구비하고, 상기 2개씩의 스위칭소자는 서로 다른 전류 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  57. 제56 항에 있어서, 상기 1차측 및 2차측 양방향보조스위칭소자의 2개의 스위칭소자 각각은 Power Mosfet, IGBT, Power TR, SCR, SSR, 릴레이 및 접점 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  58. 제57 항에 있어서, 상기 1차측 양방향보조스위칭소자는 상기 역방향 전력수수 시에 턴 온되고, 상기 2차측 양방향보조스위칭소자는 상기 순방향 전력수수 시에 턴 온되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터.
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