KR101440277B1 - 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치 - Google Patents

양방향 DC-to-DC 컨버터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치에 관한 것으로, 보다 더 구체적으로는 각 동작 모드에 대한 최적조건의 인덕터 사용이 가능한 회로 토폴로지로서, 두 개의 입력 인덕터를 직렬 결합하고, 두 인덕터 사이에서 스위치 암의 중앙과 연결이 가능하도록 스위치를 추가한 회로를 가지며, 강압모드, 승압모드 조건에 따라 동작시킬 스위치를 선택함으로써 두 인덕터를 사용하거나 하나의 인덕터를 사용하도록 구성되는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치는 직렬 결합된 두개의 입력 인덕터들; 상기 입력 인덕터들 중 제1인덕터와 제2인덕터 사이에 연결되는 제1스위치와 제2인덕터에 연결되는 제2스위치; 및 제1스위치와 제2스위치와 연결되는 하프브리지 인버터;를 포함하여 구성되고, 강압모드, 승압모드 조건에 따라 동작시킬 스위치가 외부로부터 선택됨으로써 제1 및 제2 인덕터 모두를 사용하거나 제1 인덕터만을 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 DC-to-DC 컨버터 장치 {Apparatus of Bidirectional DC-to-DC Converter}
본 발명은 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치에 관한 것으로, 보다 더 구체적으로는 각 동작 모드에 대한 최적조건의 인덕터 사용이 가능한 회로 토폴로지로서, 두 개의 입력 인덕터를 직렬 결합하고, 두 인덕터 사이에서 스위치 암의 중앙과 연결이 가능하도록 스위치를 추가한 회로를 가지며, 강압모드, 승압모드 조건에 따라 동작시킬 스위치를 선택함으로써 두 인덕터를 사용하거나 하나의 인덕터를 사용하도록 구성되는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치에 관한 것이다.
전기 자동차의 배터리에는 아직도 여러 가지 문제가 존재하고 있으며 주행과정에서 배터리의 에너지 소모량을 최소화하는 것이 중요하다. 전기자동차는 주행 중에 전기모터를 발전기로 작동하도록 제어할 수 있어 감속 과정이나 내리막 주행 시 운동에너지나 위치에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장하는 회생제동이 그 한 가지 해결책이 될 수 있다. 일부 연구에 따르면 주행 싸이클에서 75%의 회생제동을 한다고 가정하였을 때, 배터리에 회수된 제동에너지는 구동에너지의 대략 24%에 상당하는 에너지가 회생제동을 통해 배터리에 저장된다고 한다.
기존 토요타 전기차의 MCU (motor control unit) 전단에 적용되는 양방향 컨버터는 동일한 부하용량에서 단일 인덕터를 이용한 승강압 동작을 수행한다. 종래의 양방향 컨버터는 단일 인덕터를 승압과 강압 동작에 동시 사용함으로 써 두 동작 모드에 대한 부하용량이 다른 경우 모두에 대한 최적 인덕턴스 값을 만족하지 못한다. 만약 벅 동작에 최적화된 인덕터를 사용할 경우 부스트 동작에서는 인덕터의 기생 저항에 의한 손실이 증가하여 효율이 감소하는 문제점이 있다.
[특허문헌1]국내공개특허 제10-2013-0032585호 : 효율이 높은 벅-부스트 회로 [특허문헌2]국내공개특허 제10-2010-0114751호 : 양방향 비절연 DC-DC 컨버터 및 그 제어방법 [특허문헌3]국내등록특허 제10-1200554호 : 다상 인터리브 양방향 DC-DC 컨버터
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서는 각 동작 모드에 대한 최적조건의 인덕터 사용이 가능한 회로 토폴로지를 포함하는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치 제공을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 강압모드, 승압모드 조건에 따라 동작시킬 스위치를 선택함으로써 두 인덕터를 사용하거나 하나의 인덕터를 사용하도록 구성하여 승압, 강압 동작에 대한 인덕터 손실을 최소화하여 효율을 개선한 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치 제공을 그 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치는 직렬 결합된 두개의 입력 인덕터들; 상기 입력 인덕터들 중 제1인덕터와 제2인덕터 사이에 연결되는 제1스위치와 제2인덕터에 연결되는 제2스위치; 및 제1스위치와 제2스위치와 연결되는 하프브리지 인버터;를 포함하여 구성되고, 강압모드, 승압모드 조건에 따라 동작시킬 스위치가 외부로부터 선택됨으로써 제1 및 제2 인덕터 모두를 사용하거나 제1 인덕터만을 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제1인덕터는 입력전압의 +부분에 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 하프브리지 인버터는 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하여 구성되고, 제3 스위치와 제4 스위치는 서로 접속되고, 접속 부분에 제1 스위치와 제2스위치가 연결되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 양방향 DC-DC 컨버터의 부스트 모드일 때 제2스위치는 ON 상태이고, 제1스위치와 제3스위치는 항상 OFF 상태로 동작하고, 제4스위치는 모드 1일때 ON 상태로, 모드 2일때 OFF 상태의 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
보다 더 바람직하게는, 상기 모드 1에서는 제1인덕터를 충전하는 모드로 제4스위치가 ON되면 입력단의 에너지가 인덕터 L1에 충전이 되고, 상기 모드 2에서는 제1인덕터의 저장된 에너지가 흐르는 구간으로 제4스위치 가 OFF 되면 충전된 제1인덕터는 극성이 바뀌어 방전하고 입력단의 전압과 제1인덕터의 전압이 더해져서 제3스위치의 바디 다이오드를 통해 출력단에 인가되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 양방향 DC-DC 컨버터의 벅 모드일 때 제1스위치는 ON 상태이고, 제2스위치와 제4스위치는 항상 OFF 상태로 동작하고, 제3스위치는 모드 1일때 ON 상태로, 모드 2일때 OFF 상태의 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 모드 1에서는 제1인덕터와 제2인덕터를 충전하는 모드로 제3스위치가 ON되면 입력단의 에너지가 제1인덕터와 제2인덕터의 충전과 함께 출력단에 인가되고, 상기 모드 2에서는 제1인덕터와 제2인덕터에 저장된 에너지가 출력단에 흐르는 구간으로 제3스위치가 OFF되면 충전된 제1인덕터와 제2인덕터는 극성이 바뀌어 방전하면서 제1인덕터와 제2인덕터의 에너지는 제4스위치의 바디 다이오드를 통해 출력단에 인가되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치는 전기자동차에 적용함으로써 회생 제동시 효율을 개선시킬 수 있으며, 필요시 인덕터 전류 리플을 저감할 수 있도록 설계할 수 있어 배터리 수명, 배터리의 충전 성능 개선의 효과가 있다.
도 1(a)는 기존 단일 인덕터 방식의 양방향 DC-DC 컨버터를 도시한 것이다.
도 1(b)는 본 발명에서 제안하는 듀얼 인덕터 방식의 양방향 DC-DC 컨버터를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 DC-DC 컨버터의 부스트 모드일 때 Q2의 스위치 동작을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 DC-DC 컨버터의 벅 모드일 때 Q1의 스위치 동작을 나타낸다.
도 4는 시뮬레이션을 통해 기존 회로와 제안 회로의 각 모드 동작시 입출력 전류 및 출력 전압을 비교한 것이다.
도 5는 기존 컨버터와 제안한 컨버터의 효율을 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성된다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
일부 연구에 따르면 주행 싸이클에서 75%의 회생제동을 한다고 가정하였을 때, 배터리에 회수된 제동에너지는 구동에너지의 대략 24%에 상당하는 에너지가 회생제동을 통해 배터리에 저장된다고 한다. 본 발명에서 제안하는 양방향 컨버터에 이와 같은 기준을 적용시켜 구동 구간에서는 500W, 회생 제동일 때에는 125W로 CCM (Continue Conduction Mode) 동작모드로 설계하였다. 여기서 회생 제동 구간은 벅 모드로 동작하고 구동 구간은 부스트 모드로 동작한다. 이 때 기존 양방향 컨버터를 전기 자동차 어플리케이션에 적용 시키게 되면 벅 타입에 맞게 설계된 단일 인덕터의 기생 저항에 의한 손실이 발생하여 부스트 동작에서 효율이 감소하는 문제점을 가기게 된다. 이 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 듀얼 인덕터 방식의 양방향 DC-DC 컨버터를 제안한다. 기존의 회로보다 2개의 스위치 소자수가 증가하지만 추가된 스위치 소자는 상보적으로 동작하게 되고 동작 시 단순 ON/OFF 동작만 하게 됨으로 스위치 내부 기생 성분에 의한 손실은 발생되나 스위칭 손실은 큰 문제가 되지 않는다. 따라서 양방향 동작시 하나의 인덕터의 인덕턴스 값 (L1)과 두 인덕터의 인덕턴스를 합한 값(L1+L2)을 사용함으로써 각 모드에 최적화된 인덕터를 사용할 수 있어 인덕터의 기생 저항에 의한 손실 부분을 최소화 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1(a)는 기존 단일 인덕터 방식의 양방향 DC-DC 컨버터를 도시한 것이다. 도 1(a)에서 보듯이 기존 하프브리지 방식의 양방향 DC-DC 컨버터를 나타낸 회로 구조이다. 기존의 양방향 DC-DC 컨버터는 제1커패시터(101), 제1인덕터(L1)(102), 하프브리지 인버터, 및 제2커패시터(105)로 구성된다. 하프브리지 인버터는 제3스위치(Q1)(103), 제4스위치(Q2)(104)를 포함하여 구성된다.
제1 커패시터(101)는 입력전압(V1)에 연결되고, 제2 커패시터(105)는 출력전압에 연결된다. 입력전압(V1)의 + 단자부분에 제1인덕터(L1)(102)의 + 부분이 연결되고, 제1인덕터(102)의 - 부분은 제3스위치(Q1)(103)와 제4스위치(Q2)(104)가 접속되는 부분에 연결된다. 제3스위치와 제4스위치는 하프브리지 방식으로 구성된다. 제3스위치(Q1)와 제4스위치(Q2) 양단에는 다이오드가 각각 결합된다.
도 1(b)는 본 발명에서 제안하는 듀얼 인덕터 방식의 양방향 DC-DC 컨버터를 도시한 것이다. 도 1(b)에서 보듯이, 제안하는 양방향 DC-DC 컨버터는 도 1(a)에 도시된 기존 양방향 DC-DC 컨버터에 추가로 제2인덕터(L2)(113), 제1스위치(S1)(114)와 제2스위치(S2)(115)가 포함되는 구조로 되어 있다. 제2인덕터(113)의 +부분은 제1인덕터(112)의 -부분에 직렬로 연결되고, 제2인덕터(113)의 -부분에 직렬로 제1스위치(114)가 연결되고, 제1스위치(114)는 제3스위치(116)와 제4스위치(117)가 접속되는 부분에 연결된다. 또한 제1인덕터(112)의 -부분은 제2스위치(115)에 연결되고, 제2스위치(115)는 제3스위치(116)와 제4스위치(117)가 접속되는 부분에 연결된다. 그 외는 도 1(a)의 구성과 같다.
도 1(b)에서 보듯이, 본 발명은 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치로서, 직렬 결합된 두개의 입력 인덕터들; 상기 입력 인덕터들 중 제1인덕터와 제2인덕터 사이에 연결되는 제1스위치와 제2인덕터에 연결되는 제2스위치; 및 제1스위치와 제2스위치와 연결되는 하프브리지 인버터;를 포함하여 구성되고, 강압모드, 승압모드 조건에 따라 동작시킬 스위치가 외부로부터 선택됨으로써 제1 및 제2 인덕터 모두를 사용하거나 제1 인덕터만을 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한 스위치 선택여부 제어를 위한 제어부를 외부에 별도로 둘 수 있다. 또한 제1인덕터는 입력전압의 +부분에 연결되는 것을 특징으로 한다. 상기 하프브리지 인버터는 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하여 구성되고, 제3 스위치와 제4 스위치는 서로 접속되고, 접속 부분에 제1 스위치와 제2스위치가 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 1(b)에서 보듯이, 본 발명의 DC-DC 컨버터의 회로 구조는 두 개의 인덕터를 사용하여 각 모드 동작 시 두 개의 스위치 S1, S2의 상보적인 ON/OFF 스위칭을 통해 인덕터 L1과 L2의 조합으로 인덕턴스 값을 최적화 시키기 위한 방식이다.
이하에서는 본 발명의 DC-DC 컨버터의 양방향 동작모드를 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 DC-DC 컨버터의 부스트 모드일 때 Q2의 스위치 동작을 나타낸다. 도 2에서 스위치 S2는 ON 상태이고, 스위치 S1과 Q1은 항상 OFF 상태로 동작한다.
도 2(a)는 모드 1 (Q2=ON), 도 2(b)는 모드 2 (Q2 =OFF)의 동작을 나타낸다.
도 2(a)의 모드 1은 인덕터 L1을 충전하는 모드로 스위치 Q2가 ON되면 입력단의 에너지가 인덕터 L1에 충전이 된다. 도 2(b)의 모드 2는 인덕터 L1의 저장된 에너지가 흐르는 구간으로 스위치 Q2가 OFF 되면 충전된 인덕터 L1은 극성이 바뀌어 방전하고 입력단의 전압과 인덕터 L1의 전압이 더해져서 스위치 Q1의 바디 다이오드를 통해 출력단에 인가된다. 여기서 부스트 모드 동작 시의 인덕턴스 L Boost 계산식은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112013105973193-pat00001
수학식 1에서 부스트 모드일 때, 인덕턴스는 인덕터 L1의 값이 된다.
인덕터 L1의 값은 수학식 2에서 구해진다.
Figure 112013105973193-pat00002
여기서, V boost_out 은 부스트 모드에서 출력전압을 의미하고, I boost_out 은 부스트 모드에서 출력전류를 의미하며, D는 스위치의 도통비 (Duty ratio)를 나타내고, fs는 스위칭 주파수를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 DC-DC 컨버터의 벅 모드일 때 Q1의 스위치 동작을 나타낸다. 도 3에서 스위치 S1은 ON 상태이고, 스위치 S2와 Q2는 항상 OFF 상태로 동작한다.
도 3(a)는 모드 1 (Q1=ON), 도 3(b)는 모드 2 (Q1 =OFF)의 동작을 나타낸다.
도 3(a)의 모드 1은 인덕터 L1과 L2를 충전하는 모드로 스위치 Q1이 ON되면 입력단의 에너지가 인덕터 L1과 L2의 충전과 함께 출력단에 인가된다. 도 3(b)의 모드 2는 인덕터 L1과 L2에 저장된 에너지가 출력단에 흐르는 구간으로 스위치 Q1이 OFF되면 충전된 인덕터 L1과 L2는 극성이 바뀌어 방전하면서 인덕터 L1,L2의 에너지는 스위치 Q2의 바디 다이오드를 통해 출력단에 인가된다. 여기서 벅 모드 동작 시 인덕턴스 L Buck 계산식은 아래 수학식 3과 같다.
Figure 112013105973193-pat00003
수학식 3에서 벅 모드일 때, 인덕턴스는 부스트 모드 동작 시의 인덕턴스 L Boost 에 인덕터 L2의 값이 더해진 값이 된다.
인덕터 L2의 값은 수학식 4에서 구해진다.
Figure 112013105973193-pat00004
여기서, V buck_out 은 벅 모드에서 출력전압을 의미하고, I buck_out 은 벅 모드에서 출력전류를 의미하며, D는 스위치의 도통비 (Duty ratio)를 나타내고, fs는 스위칭 주파수를 나타낸다.
본 발명에서 제안된 양방향 DC-DC 컨버터의 파형과 효율을 측정하기 위해 부스트 모드는 500W, 벅 모드는 125W, CCM 동작모드로 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다. 인덕터 L1은 부스트 모드에 최적화된 인덕턴스 값으로 설계하였다. 제안하는 양방향 컨버터와 비교 분석을 하기 위한 기존 하프브리지 양방향 DC-DC 컨버터의 인덕터는 벅 동작 기준의 인덕턴스 값으로 단일 인덕터를 사용하였고, 인덕터의 인덕턴스 값 이외에는 모두 동일한 조건을 주었다. 시뮬레이션 및 실험에 사용되는 파라미터는 표 1에 나열하였다.
<표 1> 시뮬레이션 및 실험 조건
Figure 112013105973193-pat00005
도 4는 시뮬레이션을 통해 기존 회로와 제안 회로의 각 모드 동작시 입출력 전류 및 출력 전압을 비교한 것이다. 도 4(a)는 기존 부스트 모드, 도 4(b)는 기존 벅 모드, 도 4(c)는 본 발명의 부스트 모드, 도 4(d)는 본 발명의 벅 모드에서의 인덕터 출력 전류 및 출력 전압을 나타내고 있다.
도 4(a)는 I(L5)가 LBUCK의 입력전류, I(R3)가 출력전류, VP3은 출력전압, 도 4(b)는 I(L17)가 LBUCK의 입력전류, I(R10)가 출력전류, VP13은 출력전압, 도 4(c)는 I(L9)가 L1의 입력전류, I(L10)가 L2의 입력전류, I(R5)이 출력전류, VP5은 출력전압, 도4(d)는 I(L11)가 L1의 입력전류, I(L12)가 L2의 입력전류, I(R6)이 출력전류, VP6은 출력 전압을 나타낸다. 기존 회로와 제안 회로의 부스트 모드시 평균 입출력 전류 7A/3.5A, 출력전압 140V, 벅 모드시 평균 입출력 전류 3.5A/1.25A, 출력전압 70V로 동일한 것을 확인 하였다.
그리고 기존 회로에서는 단일 인덕터의 사용으로 벅 모드 시 제안된 회로와 동일한 파형을 모이고, 부스트 모드 동작 시 전류 리플이 감소되어 제안된 회로와 차이를 보이고 있다. 기존 회로에서의 전류 리플의 감소는 인덕턴스가 크다는 것이고, 이는 인덕터 권선의 턴 수의 증가로 인덕터의 기생 저항 성분이 증가하게 되어 손실이 발생됨을 확인할 수 있다. 인덕터의 기생 저항에 의한 손실 P LC 은 아래 수학식 5와 같다.
Figure 112013105973193-pat00006
따라서 기존 회로의 부스트 모드 시 인덕터 값은 최적으로 설계되지 않고 벅 모드 기준에 맞춰지게 되어 인덕터의 기생 저항에 의한 손실이 증가하여 효율이 감소한다.
도 5는 기존 컨버터와 제안한 컨버터의 효율을 비교한 그래프이다. 도 5(a)는 벅 모드 동작 시 효율을 비교한 그래프이고, 벅 동작 시 효율은 최소 0.2%, 최대 1.3%로 차이가 나며 기존 컨버터가 효율이 높다. 이는 추가된 스위치의 도통손실로 인한 효율이 감소됨을 알 수 있다. 스위치 도통 손실 P SC 은 아래의 수학식 6과 같다.
Figure 112013105973193-pat00007
도 5(b)는 부스트 모드 동작 시 효율을 비교한 그래프이고, 부스트 모드 동작 경우는 최소 2.8%, 최대 6.9% 차이가 나며 제안한 컨버터의 효율이 높다. 이는 인덕터의 기생 저항에 의한 손실이 기존 컨버터가 제안한 컨버터 보다 크다는 것을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치에 있어서,
    직렬 결합된 두개의 입력 인덕터들;
    상기 입력 인덕터들 중 제1인덕터와 제2인덕터 사이에 연결되는 제1스위치와 제2인덕터에 연결되는 제2스위치; 및
    제1스위치와 제2스위치와 연결되는 하프브리지 인버터;를 포함하여 구성되고,
    강압모드, 승압모드 조건에 따라 동작시킬 스위치가 외부로부터 선택됨으로써 제1 및 제2 인덕터 모두를 사용하거나 제1 인덕터만을 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 제1인덕터는 입력전압의 +부분에 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하프브리지 인버터는 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하여 구성되고,
    제3 스위치와 제4 스위치는 서로 접속되고, 접속 부분에 제1 스위치와 제2스위치가 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
  4. 제3항에 있어서, 양방향 DC-DC 컨버터의 부스트 모드일 때 제2스위치는 ON 상태이고, 제1스위치와 제3스위치는 항상 OFF 상태로 동작하고,
    제4스위치는 모드 1일때 ON 상태로, 모드 2일때 OFF 상태의 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 모드 1에서는 제1인덕터를 충전하는 모드로 제4스위치가 ON되면 입력단의 에너지가 인덕터 L1에 충전이 되고,
    상기 모드 2에서는 제1인덕터의 저장된 에너지가 흐르는 구간으로 제4스위치 가 OFF 되면 충전된 제1인덕터는 극성이 바뀌어 방전하고 입력단의 전압과 제1인덕터의 전압이 더해져서 제3스위치의 바디 다이오드를 통해 출력단에 인가되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
  6. 제5항에 있어서, 부스트 모드 동작 시의 인덕턴스 L Boost 계산식은 아래의 수학식 1 및 2와 같은 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112013105973193-pat00008

    수학식 1에서 부스트 모드일 때, 인덕턴스는 제1인덕터 L1의 값이 되고, 제1인덕터 L1의 값은 수학식 2에서 구해진다.
    [수학식 2]
    Figure 112013105973193-pat00009

    여기서, V boost_out 은 부스트 모드에서 출력전압을 의미하고, I boost_out 은 부스트 모드에서 출력전류를 의미하며, D는 스위치의 도통비 (Duty ratio)를 의미하고, fs는 스위칭 주파수를 의미한다.
  7. 제3항에 있어서, 양방향 DC-DC 컨버터의 벅 모드일 때 제1스위치는 ON 상태이고, 제2스위치와 제4스위치는 항상 OFF 상태로 동작하고,
    제3스위치는 모드 1일때 ON 상태로, 모드 2일때 OFF 상태의 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 모드 1에서는 제1인덕터와 제2인덕터를 충전하는 모드로 제3스위치가 ON되면 입력단의 에너지가 제1인덕터와 제2인덕터의 충전과 함께 출력단에 인가되고,
    상기 모드 2에서는 제1인덕터와 제2인덕터에 저장된 에너지가 출력단에 흐르는 구간으로 제3스위치가 OFF되면 충전된 제1인덕터와 제2인덕터는 극성이 바뀌어 방전하면서 제1인덕터와 제2인덕터의 에너지는 제4스위치의 바디 다이오드를 통해 출력단에 인가되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
  9. 제8항에 있어서, 벅 모드 동작 시의 인덕턴스 L Buck 계산식은 아래의 수학식 3 및 4와 같은 양방향 DC-to-DC 컨버터 장치.
    [수학식 3]
    Figure 112013105973193-pat00010

    수학식 3에서 벅 모드일 때, 인덕턴스는 부스트 모드 동작 시의 인덕턴스 L Boost 에 제2인덕터 L2의 값이 더해진 값이 된다.
    제2인덕터 L2의 값은 수학식 4에서 구해진다.

    [수학식 4]
    Figure 112013105973193-pat00011

    여기서, V buck _ out 은 벅 모드에서 출력전압을 의미하고, I buck _ out 은 벅 모드에서 출력전류를 의미하며, D는 스위치의 도통비 (Duty ratio)를 나타내고, fs는 스위칭 주파수를 나타낸다.
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