KR101490096B1 - Bidirectional DC-DC converter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 양방향 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 승압모드와 강압모드에 작동되는 각각의 인덕터를 구비하여 전원의 효율을 감소시키지 않고 승압모드와 강압모드가 변환될 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
The present invention relates to a bidirectional DC-DC converter, and more particularly, to a bidirectional DC-DC converter having respective inductors operated in a boosting mode and a step-down mode so that the boosting mode and the step- will be.
일반적으로, DC-DC 컨버터는 입력측과 출력측의 쌍방에 충방전수단이 접속된 상태에서 사용되는 것으로서, 선행기술로는 일본 특개 2001-128369호 공보에 개시된 것이 있다.Generally, the DC-DC converter is used in a state in which charge / discharge means is connected to both the input side and the output side, and the prior art is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-128369.
이 공보에 있어서의 DC-DC 컨버터는 리액터(reactor)에 접속되는 2개의 스위칭 소자(보디 다이오드(body diode)를 구비하는 MOS 트랜지스터)를 구비하고, 한쪽의 MOS 트랜지스터를 오프로 하고, 다른 쪽의 MOS 트랜지스터를 온오프 구동하여 직류 전력을 변환하는 것이다. 그리고, 오프하는 MOS 트랜지스터와 온오프 구동하는 MOS 트랜지스터를 바꿈으로써, 쌍방향의 충전 처리를 가능하게 하고 있다.The DC-DC converter in this publication has two switching elements (a MOS transistor having a body diode) connected to a reactor, one MOS transistor is turned off, and the other The MOS transistor is turned on and off to convert DC power. By changing the MOS transistor to be turned off and the MOS transistor to be turned on and off, bidirectional charging processing is enabled.
이 공보의 장치는 쌍방향의 충전 처리가 가능하다는 이점이 있지만, 한쪽의 MOS 트랜지스터를 항상 오프하도록 동작시키고 있기 때문에, 그 보디 다이오드(body diode)에 순방향 전류가 흘러, 거기에서의 다이오드 손실이 크다는 문제를 갖고 있다. 그 때문에, 이 장치를 다이오드 손실이 문제가 되는 전원회로 등에 이용하는 것은 어렵다.The device of this publication has the advantage that bidirectional charging can be performed. However, since one MOS transistor is always turned off, a forward current flows through the body diode, and the diode loss there is large . Therefore, it is difficult to use this device in a power supply circuit or the like where a diode loss is a problem.
이것에 대하여, 다이오드 손실을 저감하여 고효율화를 도모한 비절연형 DC-DC 컨버터로서, 2개의 MOS 트랜지스터를 서로 반전 동작시키는 동기 정류 제어형의 DC-DC 컨버터가 있다.On the other hand, there is a DC-DC converter of synchronous rectification type in which two MOS transistors are inverted with respect to each other as a non-isolated DC-DC converter that reduces diode loss and achieves high efficiency.
한편, 이러한 비절연형 DC-DC 컨버터에서는 동작 개시시에 온 구동되는 MOS 트랜지스터로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해서, 온 듀티 시간을 당초는 짧게 하여 두고, 서서히 길게 하여 원하는 온 듀티 시간에 도달시키는 소프트 스타트 제어가 일반적으로 행하여지고 있다.In order to prevent a current from flowing to a MOS transistor that is turned on at the start of operation, the non-breakdown DC-DC converter has a soft start that shortens the on-duty time initially, Control is generally performed.
그러나, 동기 정류 제어형의 DC-DC 컨버터의 경우, 그 출력측에 전원이 접속되어 있으면, 소프트 스타트 제어시에 다른쪽의 MOS 트랜지스터의 온 듀티 시간이 길어져 버리고, 거기로 전류가 흘러 버린다는 모순이 생긴다. MOS 트랜지스터로 전류가 흐르면, 그 트랜지스터 자체가 파괴될 가능성이 있다.However, in the case of the synchronous rectification control type DC-DC converter, if the power source is connected to the output side thereof, the on-duty time of the other MOS transistor becomes long during the soft start control and there is a contradiction that the current flows there . When a current flows through a MOS transistor, the transistor itself may be destroyed.
관련 선행기술로는 미국 공개특허공보 제20030042880호가 있다.
A related prior art is disclosed in U.S. Patent Publication No. 20030042880.
본 발명은 승압모드와 강압모드에 작동되는 각각의 인덕터를 구비하여 전원의 효율을 감소시키지 않고 승압모드와 강압모드가 변환될 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a bidirectional DC-DC converter having respective inductors operated in a boost mode and a step-down mode, and capable of converting the step-up mode and the step-down mode without reducing the efficiency of the power source.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 양방향 DC-DC 컨버터는, 하위로 전원을 인가하는 제1 전원부와, 상기 제1 전원부 및 제2 전원부의 전원을 하위로 인가하고, 강압모드(buck mode)와 승압모드(boost mode)에 따른 설정값이 다르도록 병렬로 구성되는 인덕터부와, 상기 인덕터부 또는 제2 전원부에서 인가되는 전원을 스위칭하도록 직렬로 연결 구성되는 스위치부와, 상기 스위치부의 양단에 연결되어 충전된 전원을 강압모드(buck mode)에 상기 스위치부로 인가하는 제2 전원부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a bi-directional DC-DC converter including: a first power source for applying power to a lower portion; a second power source for applying power to the first power source and the second power source, A switch unit connected in series to switch a power source to be supplied from the inductor unit or the second power source unit, and a switch unit connected to both ends of the switch unit, And a second power source for applying the charged power to the switch unit in a buck mode.
구체적으로, 상기 인덕터부는 제1 전원부와 상기 스위치부의 중간 간에 연결되며, 상기 강압모드(buck mode)에 전원을 상기 제1 전원부측으로 인가시키는 제1 인덕터와, 상기 제1 인덕터와 병렬로 연결되어 상기 제1 전원부에서 인가되는 전원을 상기 스위치부를 통해 상기 제2 전원부로 인가하는 제2 인덕터를 포함할 수 있다.Specifically, the inductor unit includes a first inductor connected between the first power supply unit and the switch unit and configured to apply power to the first power supply unit in the buck mode, and a second inductor connected in parallel with the first inductor, And a second inductor for applying power from the first power supply unit to the second power supply unit through the switch unit.
상기 스위치부는 제1 스위치와 제2 스위치로 구성되어 상기 제2 전원부의 양단에 직렬로 연결되며, 상기 인덕터부가 직렬로 연결된 제1 스위치와 제2 스위치 간에 연결되어 상기 인덕터부를 통해 인가되는 전원과 상기 제2 전원부에서 인가되는 전원을 스위칭을 통해 하위로 인가할 수 있다.Wherein the switch unit is composed of a first switch and a second switch and is connected in series to both ends of the second power unit, the power source connected between the first switch and the second switch connected in series to the inductor unit, And the power supplied from the second power supply unit can be applied to the lower side through switching.
상기 제1 전원부는 강압모드(buck mode)의 경우 하위로 전원을 인가하고, 상기 승압모드(boost mode)일 경우에는 인가되는 전원을 충전하며, 상기 제2 전원부는 강압모드(buck mode)일 경우 인가되는 전원을 충전하고, 상기 승압모드(boost mode)일 경우 전원을 하위로 인가할 수 있다.
Wherein the first power source unit applies power to the lower power source in the buck mode and charges the power source in the boost mode and the second power source unit is a buck mode The power source may be charged, and in the boost mode, the power source may be downwardly applied.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 별도의 인덕턴스를 가지는 두개의 인덕터를 스위치로 선택하여 동작시키며, 두 개의 인덕터 중 하나는 강압모드(buck mode)에 최적화되는 인덕턴스값을 가지고 다른 하나는 승압모드(boost mode)에 최적화되는 인덕턴스값을 가지고, 선택 스위치에 의해 각 모드에 최적화되는 인덕턴스값으로 설계된 인덕터가 선택되어 동작되므로 전원효율을 감소되지 않고 강압모드(buck mode)와 승압모드(boost mode) 변환이 가능한 이점이 있다.
As described above, according to the present invention, two inductors having separate inductances are selected and operated as switches. One of the two inductors has an inductance value optimized for a buck mode and the other has a boost mode mode, and the inductor designed with the inductance value optimized for each mode is selected and operated by the selection switch, so that the buck mode and the boost mode conversion are performed without reducing the power efficiency. There is a possible advantage.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 양방향 DC-DC 컨버터의 구성을 나타낸 회로 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 강압모드에서 제1 인덕터를 충전하는 모드를 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 강압모드에서 제1 인덕터를 방전하는 모드를 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 승압모드에서 제2 인덕터를 충전하는 모드를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 승압모드에서 제2 인덕터를 방전하는 모드를 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터가 125w 급으로 동작하는 강압 모드 파형을 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터가 500w 급으로 동작하는 승압 모드의 파형을 나타낸 도면이다
도 5a는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터가 125w 급으로 동작하는 강압 모드 파형을 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터가 500w 급으로 동작하는 승압 모드 파형을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 강압 모드의 파형을 나타낸 도면이다.
도 6b 는 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 승압 모드를 나타낸 동작 파형이다. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a bi-directional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
2A is a diagram illustrating a mode for charging the first inductor in the step-down mode of the bidirectional DC-DC converter according to the present invention.
FIG. 2B is a diagram illustrating a mode of discharging the first inductor in the step-down mode of the bidirectional DC-DC converter according to the present invention.
3A is a diagram illustrating a mode for charging a second inductor in the step-up mode of the bidirectional DC-DC converter according to the present invention.
3B is a diagram illustrating a mode of discharging the second inductor in the boost mode of the bidirectional DC-DC converter according to the present invention.
FIG. 4A is a view showing a step-down mode waveform in which the bidirectional DC-DC converter according to the present invention operates at 125 w.
4B is a diagram showing a waveform of a boost mode in which the bidirectional DC-DC converter according to the present invention operates at 500 watt level
FIG. 5A is a diagram illustrating a step-down mode waveform in which the bidirectional DC-DC converter according to the present invention operates at 125 w.
5B is a view showing a boost mode waveform in which the bidirectional DC-DC converter according to the present invention operates at 500 watt level.
FIG. 6A is a diagram showing a waveform of a step-down mode of the bidirectional DC-DC converter according to the present invention.
6B is an operation waveform showing a boosting mode of the bi-directional DC-DC converter according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 양방향 DC-DC 컨버터를 나타낸 도면으로서, 하위로 전원을 인가하는 제1 전원부(10)와, 입력되는 전원을 하위로 인가하고, 강압모드(buck mode)와 승압모드(boost mode)에 따른 설정값이 다르도록 병렬로 구성되는 인덕터부(30)와, 인덕터부(30) 또는 제2 전원부(20)에서 인가되는 전원을 스위칭하도록 직렬로 연결 구성되는 스위치부(40)와, 스위치부(40)의 양단에 연결되어 충전된 전원을 강압모드(buck mode)에 스위치부(40)로 인가하는 제2 전원부(20)를 포함한다.FIG. 1 is a diagram illustrating a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a bidirectional DC- An
도 2a 와 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 제1 전원부(10)는 강압모드(buck mode)일 경우 하위로 전원을 인가하며, 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이 승압모드(boost mode)일 경우 인덕터부(30)를 통해 인가되는 전원을 충전하게 된다.As shown in FIGS. 2A and 2B, when the first
상기 제1 전원부(10)의 하위에 인덕터부(30)가 연결되어 제1 전원부(10)에서 인가되는 전원을 하위로 인가하거나, 스위치부(40)를 통해 인가되는 전원을 제1 전원부(10)로 인가하게 된다.The
상기 인덕터부(30)는 병렬로 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)가 연결되며, 제1 전원부(10)와 스위치부(40) 간에 연결된다.The
상기 제1 인덕터(L1)는 강압모드(buck mode)에 맞도록 설정되며, 강압모드(buck mode)시 스위치부(40)를 통해 인가되는 전원을 제1 전원부(10)로 인가하게 된다.The first inductor L1 is set to match the buck mode and the power applied through the
상기 제2 인덕터(L2)는 승압모드(boost mode)에 맞도록 설정되며, 승압모드(boost mode)시 제1 전원부(10)에서 인가되는 전원을 스위치부(40)로 인가하게 된다.The second inductor L2 is set to be in a boost mode and the power applied from the first
상기 스위치부(40)는 직렬로 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 연결된다.The
이렇게 직렬로 연결되는 상기 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)의 중단에는 인덕터부(30)가 연결되고, 양단에는 제2 전원부(20)가 연결된다.The
상기 스위치부(40)는 강압모드(buck mode)와 승압모드(boost mode)에 따라 제1,2 스위치가 작동되며, 각 모드에 따라 인덕터부(30)가 충,방전할 수 있도록 작동된다.The first and second switches are operated according to a buck mode and a boost mode. The
상기 스위치부(40)의 양단에 연결되는 제2 전원부(20)는 강압모드(buck mode)일 경우 인가되는 전원을 충전하고, 승압모드(boost mode)일 경우 전원을 하위로 인가하게 된다.The second
이와 같은 구성을 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.Such a configuration will be described below with reference to an embodiment.
도 2는 강압모드(buck mode)에서의 회로 동작을 나타낸다. 이러한 강압모드(buck mode)에서 상기 제2 스위치(Q2)는 항상 오프 상태로 동작한다. 도 2a는 제1 인덕터(L1)를 충전하는 모드로 제1 스위치(Q1)가 온 되면 제2 전원부(20)의 전원이 제1 인덕터(L1)의 충전과 함께 제1 전원부(10) 양단에 형성되는 출력단(Vout)에 흘러 전압을 형성한다.2 shows circuit operation in a buck mode. In this buck mode, the second switch Q2 always operates in the off state. 2A is a mode for charging the first inductor L1. When the first switch Q1 is turned on, the power source of the second
도 2b는 제1 인덕터(L1)에 저장된 전원이 출력단(Vout)에 흐르는 구간으로 제1 스위치(Q1)가 오프 되면 충전된 제1 인덕터(L1)는 극성이 바뀌어 방전하면서 제1 인덕터(L1)의 전압은 제2 스위치(Q2)의 내부 바디 다이오드를 통해 제1 출력단(Vout)에 인가된다. 이렇게 출력단(Vout)에 인가된 에너지는 전압을 형성한다. 이러한 출력전압은 아래 식 1과 같이 입출력 관계식으로 형성되며, 강압 컨버터 회로와 동일한 관계식이 성립한다.2B is a section in which the power stored in the first inductor L1 flows into the output stage Vout. When the first switch Q1 is turned off, the charged first inductor L1 changes its polarity to discharge the first inductor L1, Is applied to the first output terminal (Vout) through the internal body diode of the second switch (Q2). Thus, the energy applied to the output terminal Vout forms a voltage. This output voltage is formed by the input / output relation as shown in the following
식 1
도 3은 승압모드(boost mode)에서의 회로동작을 나타낸다. 상기 승압모드(boost mode)에서 제1 스위치(Q1)는 항상 오프 상태이다. 도 3a는 제2 인덕터(L2)를 충전하는 모드로 제2 스위치(Q2)가 온 되면 제1 전원부(10)의 전원이 충전이 되어 제2 인덕터(L2)에 전압을 형성한다. 3 shows the circuit operation in the boost mode. In the boost mode, the first switch Q1 is always off. 3A is a mode for charging the second inductor L2. When the second switch Q2 is turned on, the power of the first
도 3b는 제2 인덕터(L2)에 저장된 전원이 제2 전원부(20) 양단에 형성되는 출력단(Vout)에 흐르는 구간으로 제2 스위치(Q2)가 오프되면 충전된 제2 인덕터(L2)는 극성이 바뀌어 방전하고, 제1 전원부(10)의 전압과 제2 인덕터(L2)의 전압이 더 해져서 제1 스위치(Q1)의 내부 바디 다이오드를 통해 출력단(Vout)에 인가된다. 인가된 전원은 전압을 형성하게 된다. 3B is a section where power stored in the second inductor L2 flows into the output terminal Vout formed at both ends of the second
아래 식 2와 같이 입출력 관계식은 승압 컨버터 회로와 동일한 관계식이 성립한다.As shown in
식 2
제안된 양방향 DC-DC 컨버터의 성능을 비교하기 위해, 강압모드(buck mode)는 125W에 최적화 인덕턴스값인 548uH , 승압모드(boost mode)는 500W에 최적화 인덕턴스값인 180uH 으로 설계하였고, 연속 모드 동작으로 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다. 제안된 양방향 DC-DC 컨버터는 스위치부(40)로 각 모드에 적합한 제1 또는 제2 인덕터(L2)를 선택하여 동작한다. 강압모드(buck mode)에서는 제1 인덕터(L1)로 동작하고, 승압모드(boost mode)에서는 제2 인덕터(L2)로 동작한다. 그리고 각 모드의 입출력 관계와 인덕턴스값을 제외한 실험 조건을 동일하게 설계하였다. 기타 실험에 사용되는 변수는 표 1에 나열하였다.In order to compare the performance of the proposed bidirectional DC-DC converter, the buck mode was designed to have an optimized inductance value of 548uH at 125W and the boost mode at 500W at 180uH. Simulation and experiment were performed. The proposed bidirectional DC-DC converter operates by selecting the first or second inductor (L2) suitable for each mode by the switch unit (40). And operates as a first inductor L1 in the buck mode and as the second inductor L2 in the boost mode. The experimental conditions except the input / output relation and the inductance value of each mode are designed to be the same. Other variables used in the experiments are listed in Table 1.
(V dc _ buck , V dc _ boost) E : experimentalInput Voltage ( V dc ) S: simulation
(V dc _ buck, V dc _ boost) E: experimental
E : 124 V, 55 VS: 141 V, 70.5 V
E: 124 V, 55 V
(V out _ buck , V out _ boost) E : experimentalOutput Voltage ( V out ) S: simulation
(V out _ buck, V out _ boost) E: experimental
E : 62 V, 55VS: 70.5 V, 140 V
E: 62 V, 55 V
(Operation Buck mode)Inductor ( L1 )
(Operation Buck mode)
(Operation Boost mode)Inductor ( L2 )
(Operation Boost mode)
(RL _ buck / RL _ boost)Load Resistance ( R L )
(R L _ buck / boost R L _)
도 4는 강압모드(buck mode)에 최적화 된 제1 인덕터(L1)로 동작되는 각 동작 모드의 시뮬레이션 파형이다. 도 4a는 125w 급으로 동작하는 강압모드(buck mode) 파형이고 도 4b는 500w 급으로 동작하는 승압모드(boost mode) 파형이다. 4 is a simulation waveform of each operation mode operated by the first inductor L1 optimized for the buck mode. FIG. 4A is a buck mode waveform operating at 125 w and FIG. 4B is a boost mode waveform operating at 500 watts.
위에서부터 인덕터 전류, 스위치 소스 와 드레인 사이 전압, 듀티비, 출력 전압, 출력 전류를 나타낸다. 548uH 인덕턴스값을 가진 인덕터로 동작시 강압모드(buck mode) 와 승압모드(boost mode) 인덕터의 전류가 연속적이고 컨버터의 특성이 일반적인 것을 알 수 있다. 여기서, 승압모드(boost mode) 동작 시 인덕턴스가 크게 설계되어 전류 리플이 줄어든 것을 볼 수가 있으며, 인덕터의 손실이 증가되는 것을 알 수 있다.Indicates the inductor current, the voltage between the switch source and the drain, the duty ratio, the output voltage, and the output current from the top. When operating with an inductor with a 548uH inductance value, the buck mode and boost mode currents in the inductor are continuous and the characteristics of the converter are common. Here, in the boost mode operation, the inductance is designed to be large so that the current ripple is reduced, and the inductor loss is increased.
도 5는 승압모드(boost mode)에 최적화된 제2 인덕터(L2)으로 동작되는 각각 모드의 시뮬레이션 파형이다. 도 5a는 125w 급으로 동작하는 강압모드(buck mode) 파형이고, 도 5(b)는 500w 급으로 동작하는 승압모드(boost mode) 파형이다. 위에서부터 인덕터 전류, 스위치 소스와 드레인 사이 전압, 듀티비, 출력 전압, 출력 전류를 나타낸다. 180uH인덕턴스값을 가진 인덕터로 동작 시 강압모드(buck mode)의 인덕터 전류는 불연속적이고 승압모드(boost mode) 인덕터의 전류는 연속적으로 나타난다. 따라서, 기존 양방향 컨버터의 CCM모드 설계 시 단일 인덕터는 승압모드(boost mode) 기준으로 설계되지 않는 것을 알 수 있다.5 is a simulation waveform of each mode operated by the second inductor L2 optimized for the boost mode. FIG. 5A shows a buck mode waveform operating at 125 w, and FIG. 5B is a boost mode waveform operating at 500 w. Indicates the inductor current, the voltage between the switch source and the drain, the duty ratio, the output voltage, and the output current from the top. When operating with an inductor with an inductance value of 180uH, the inductor current in the buck mode is discontinuous and the current in the boost mode inductor appears continuously. Therefore, it can be seen that the single inductor is not designed based on the boost mode in the CCM mode design of the conventional bidirectional converter.
도 6은 제안된 양방향 DC-DC 컨버터에 대한 인덕턴스값이 180μH일 때의 실험 결과를 나타낸다. 도 6a는 강압모드(buck mode)이고, 도 6b는 승압모드(boost mode) 동작 파형이다. 처음부터 출력 전압VO 또는 입력전압VIN, 인덕터 전류IL를 나타낸다. 도 6a는 일반적인 강압 컨버터 특성을 가지지 않는다. 이는 인덕턴스값이 최적화되는 값보다 작기 때문에 불연속 모드로 동작한다. 불연속 모드 동작으로 인해 인덕터의 피크 전류가 증가하게 된다. 6 shows experimental results when the inductance value of the proposed bidirectional DC-DC converter is 180 占.. FIG. 6A is a buck mode, and FIG. 6B is a boost mode operation waveform. From the beginning, the output voltage V O Or the input voltage V IN and the inductor current I L. 6A does not have a general step-down converter characteristic. It operates in discontinuous mode because the inductance value is less than the optimized value. The discontinuous mode operation increases the peak current of the inductor.
그러나 도 6b는 일반적인 승압 컨버터 특성을 가진다. 따라서 실험을 통해 각각의 모드에서의 최적화 되는 인덕턴스값은 서로 다르게 설계되는 것을 알 수 있다. 그러므로 제안되는 양방향 컨버터는 두 개의 최적화된 인덕터를 사용하게 되므로 최적화되지 않는 인덕터에서 발생 되는 손실을 줄일 수 있으므로 효율을 개선 시킬 수 있다. However, Fig. 6B has a general boost converter characteristic. Therefore, it can be seen from the experiment that the optimized inductance values are designed differently in each mode. Therefore, the bidirectional converter proposed uses two optimized inductors, which can reduce the losses in the non-optimized inductors, thus improving the efficiency.
&
Induc
Tancemode
&
Induc
Tance
put
volt
[V]In
put
volt
[V]
put current
[A]In
put current
[A]
put power
[W]In
put power
[W]
put volt
[V]Out
put volt
[V]
put current
[A]Out
put current
[A]
put power
[W]Out
put power
[W]
[%]Efficiency
[%]
&
548uHbuck
&
548uH
&
180uHBuck
&
180uH
&
548uHboost
&
548uH
&
180uHboost
&
180uH
상기 표 2에 도시된 바와 같이 인덕턴스가 548μH 일 때보다 180μH 일 때가 5.8% 높다. 이는 불연속 모드 동작을 하기 때문에 효율이 증가된 것을 알 수 있다. 그러나 승압모드(boost mode)로 동작할 때 효율은 인덕턴스가 548μH일 때보다 180μH일 때가 4.3% 차이를 보이는 것을 확인했다. 이는 최적화된 인덕터를 사용함으로써 효율이 개선되는 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, when the inductance is 180 μH, it is 5.8% higher than when the inductance is 548 μH. It can be seen that the efficiency is increased because of the discontinuous mode operation. However, when operating in boost mode, the efficiency was found to be 4.3% greater at 180μH than when the inductance was 548μH. It can be seen that the efficiency is improved by using the optimized inductor.
상기 표 2는 강압모드(buck mode)와 승압모드(boost mode)일 때 인덕턴스가 548μH와 180μH일 경우 좌측에서 우측으로 진행하며 입력전압, 입력 전류, 입력전원, 출력전압, 출력전류, 출력전원 및 효율을 각각 나타낸다.Table 2 shows the input voltage, input current, input power, output voltage, output current, output power, and output power when the inductance is 548 μH and 180 μH in the buck mode and the boost mode, Respectively.
이와 같이 구성된 본 발명은 별도의 인덕턴스를 가지는 두개의 인덕터를 스위치로 선택하여 동작시키며, 두 개의 인덕터 중 하나는 강압모드(buck mode)에 최적화되는 인덕턴스값을 가지고 다른 하나는 승압모드(boost mode)에 최적화되는 인덕턴스값을 가지고, 선택 스위치에 의해 각 모드에 최적화되는 인덕턴스값으로 설계된 인덕터가 선택되어 동작되므로 전원효율을 감소되지 않고 강압모드(buck mode)와 승압모드(boost mode) 변환이 가능한 이점이 있다.
One of the inductors has an inductance value optimized for a buck mode and the other has an inductance value for a boost mode. And the inductor designed with the inductance value optimized for each mode by the selection switch is selected and operated so that the buck mode and the boost mode can be converted without reducing the power supply efficiency .
10 : 제1 전원부 20 : 제2 전원부
30 : 인덕터부 L1 : 제1 인덕터
L2 : 제2 인덕터
40 : 스위치부 Q1 : 제1 스위치
Q2 : 제2 스위치부
Vout : 출력단10: first power supply unit 20: second power supply unit
30: inductor part L1: first inductor
L2: second inductor
40: switch unit Q1: first switch
Q2:
Vout: Output stage
Claims (4)
상기 인덕터부는,
제1 전원부와 상기 스위치부의 중간 간에 연결되며, 상기 강압모드(buck mode)에 전원을 상기 제1 전원부측으로 인가시키는 제1 인덕터; 및 상기 제1 인덕터와 병렬로 연결되어 상기 제1 전원부에서 인가되는 전원을 상기 스위치부를 통해 상기 제2 전원부로 인가하는 제2 인덕터;를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터.
A first power source for applying power to a lower portion of the first power source; An inductor unit configured to apply power to the first power source unit and the second power source unit in a downward direction and configured in parallel so that set values according to a buck mode and a boost mode are different; A switch unit connected in series to switch a power source applied from the inductor unit or the second power source unit; And a second power source connected to both ends of the switch unit to apply the charged power to the switch unit in a buck mode, the bidirectional DC-DC converter comprising:
The inductor unit includes:
A first inductor connected between the first power supply unit and the switch unit and applying power to the first power supply unit in the buck mode; And a second inductor connected in parallel with the first inductor to apply a power from the first power source to the second power source through the switch unit.
상기 스위치부는 제1 스위치와 제2 스위치로 구성되어 상기 제2 전원부의 양단에 직렬로 연결되며, 상기 인덕터부가 직렬로 연결된 제1 스위치와 제2 스위치 간에 연결되어 상기 인덕터부를 통해 인가되는 전원과 상기 제2 전원부에서 인가되는 전원을 스위칭을 통해 하위로 인가하는 양방향 DC-DC 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the switch unit is composed of a first switch and a second switch and is connected in series to both ends of the second power unit, the power source connected between the first switch and the second switch connected in series to the inductor unit, DC converter according to claim 1, wherein the second power supply unit applies power to the second power supply unit through the switching unit.
상기 제1 전원부는 강압모드(buck mode)의 경우 하위로 전원을 인가하고, 상기 승압모드(boost mode)일 경우에는 인가되는 전원을 충전하며, 상기 제2 전원부는 강압모드(buck mode)일 경우 인가되는 전원을 충전하고, 상기 승압모드(boost mode)일 경우 전원을 하위로 인가하는 양방향 DC-DC 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the first power source unit applies power to the lower power source in the buck mode and charges the power source in the boost mode and the second power source unit is a buck mode DC converter according to claim 1 or 2, wherein the power source is charged in the boost mode and the power is applied in the boost mode in the boost mode.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (3)
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JP2005051895A (en) | 2003-07-31 | 2005-02-24 | Toyota Motor Corp | Voltage converter and computer readable recording medium recording program for performing controlling of voltage conversion in voltage converter in computer |
JP2009112142A (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Nissan Motor Co Ltd | Converter circuit and control method of converter |
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2013
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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대한전기학회 학술대회 논문(제목: 양방향 DC 전력변환 효율 개선을 위한 듀얼 인덕터 방식의 DC-to-DC 컨버터), 논문발표 2013년 7월 * |
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