KR101522414B1 - Ｚ-소스 회로장치 - Google Patents

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진상용
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Abstract

본 발명은 양방향으로 입출력이 가능한 Z-소스 회로장치에 관한 것으로, 양방향 입출력 선로가 연결된 제1노드에 연결되는 제1다이오드와, 상기 제1다이오드와 순방향으로 배치되도록 상기 제1노드에 연결되는 제2다이오드와, 상기 제2다이오드와 역방향으로 배치되도록 양방향 입출력 선로가 연결된 제2노드에 연결되는 제3다이오드와, 상기 제3다이오드와 순방향으로 배치되며 상기 제1다이오드와 역방향으로 배치되도록 상기 제2노드에 연결되는 제4다이오드로 구성된 브리지 다이오드 회로와; 상기 브리지 다이오드 회로와 연결되는 제1LC(엘씨) 회로와; 상기 제1LC 회로와 병렬로 배치되도록 상기 브리지 다이오드 회로와 연결되는 제2LC(엘씨) 회로와; 상기 제1LC 회로와 상기 제2LC 회로와 각각 병렬로 연결되어 상기 브리지 다이오드 회로와 상기 제1LC 회로와 상기 제2LC 회로로 양방향으로 입출력되는 전류를 개폐하는 스위치회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

Ｚ-소스 회로장치{Z-source network apparatus}
본 발명은 Z-소스 회로장치에 관한 것으로서, 특히 양방향으로 입출력이 가능한 Z-소스 회로장치에 관한 것이다.
Z(지)-소스 회로장치는 인덕터와 커패시터로 이루어지며, 직류(DC) 전원장치 또는 모터 제어용 전원 공급장치 등과 같은 전력 변환 기술분야에 적용된다. 한국등록특허 제1192535호는 Z-소스 회로장치가 적용된 기술을 공개하고 있다.
한국등록특허 제1192535호는 교류(AC) 입력전압을 정류 스위치를 갖는 Ｚ-형 컨버터를 사용하여 레귤레이팅된 직류(DC) 출력전압으로 컨버팅하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 한국등록특허 제1192535호에 공개된 Z(지)-소스 컨버터는 제 1 인덕턴스, 제 2 인덕턴스, 제 1 정류 스위치, 제 2 정류 스위치, 커패시턴스 및 부하 디바이스(load device)로 이루어진다.
제 1 인덕턴스는 제 1 및 제 2 노드들 사이에 결합되며, 제 2 인덕턴스는 제 3 및 제 4 노드들 사이에 결합된다. 제 1 정류 스위치는 제 2 및 제 4 노드들 사이에 결합되며, 제 2 정류 스위치는 제 1 및 제 3 노드들 사이에 결합된다. 커패시턴스는 제 2 및 제 3 노드들 사이에 결합되며, 부하 디바이스는 제 1 인덕턴스 및 제 1 정류 스위치 중 하나와 직렬로 결합되어 직류(DC) 출력 전압을 전개한다.
한국등록특허 제1192535호에 공개된 Z-형 컨버터와 같이 종래의 Z-소스 회로장치는 입력단에서 출력단으로 흐르는 전류 즉, 한 방향으로 흐르는 전류에만 적용되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제1192535호(등록일: 2012.10.11)
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양방향으로 입출력이 가능한 Z-소스 회로장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 양방향으로 입출력되는 전류의 사고 발생 시 이를 차단할 수 있는 Z-소스 회로장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 양방향으로 입출력되는 전류의 사고 발생 시 기계식 스위치를 사용함으로써 스위치의 정격전압을 낮출 수 있는 Z-소스 회로장치를 제공함에 있다.
본 발명의 Z-소스 회로장치는, 양방향 입출력 선로가 연결된 제1노드에 연결되는 제1다이오드와, 상기 제1다이오드와 순방향으로 배치되도록 상기 제1노드에 연결되는 제2다이오드와, 상기 제2다이오드와 역방향으로 배치되도록 양방향 입출력 선로가 연결된 제2노드에 연결되는 제3다이오드와, 상기 제3다이오드와 순방향으로 배치되며 상기 제1다이오드와 역방향으로 배치되도록 상기 제2노드에 연결되는 제4다이오드로 구성된 브리지 다이오드 회로와; 상기 브리지 다이오드 회로와 연결되는 제1LC(엘씨) 회로와; 상기 제1LC 회로와 병렬로 배치되도록 상기 브리지 다이오드 회로와 연결되는 제2LC(엘씨) 회로와; 상기 제1LC 회로와 상기 제2LC 회로와 각각 병렬로 연결되어 상기 브리지 다이오드 회로와 상기 제1LC 회로와 상기 제2LC 회로로 양방향으로 입출력되는 전류를 개폐하는 스위치회로로 구성된다.
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본 발명의 Z-소스 회로장치에서, 상기 제1LC 회로는, 하나의 인덕터와 상기 인덕터와 직렬로 연결되는 하나의 커패시터로 이루어지고, 상기 인덕터는 브리지 다이오드 회로의 제1다이오드와 제4다이오드 사이에 연결되며, 상기 커패시터는 인덕터와 브리지 다이오드 회로의 제2다이오드와 제3다이오드 사이에 연결되어 제4다이오드와 제2다이오드를 사이를 흐르는 전류에 의해 충전된다.
본 발명의 Z-소스 회로장치에서, 상기 제2LC 회로는, 하나의 인덕터와 상기 인덕터와 직렬로 연결되는 하나의 커패시터로 이루어지고, 상기 인덕터는 브리지 다이오드 회로의 제2다이오드와 제3다이오드 사이에 연결되며, 상기 커패시터는 인덕터와 브리지 다이오드 회로의 제2다이오드와 제3다이오드 사이에 연결되어 제1다이오드와 제3다이오드를 사이를 흐르는 전류에 의해 충전된다.
본 발명의 Z-소스 회로장치에서, 상기 스위치회로는, 온/오프(on/off) 제어가 가능한 하나의 반도체 스위치소자로 이루어지고, 상기 반도체 스위치소자는 상기 제1LC 회로와 병렬로 배치되도록 상기 제1LC 회로의 인덕터와 커패시터 사이에 연결되며, 상기 제2LC 회로와 병렬로 배치되도록 상기 제2LC 회로의 인덕터와 커패시터에 사이에 연결된다.
본 발명의 Z-소스 회로장치에서, 상기 스위치회로는, 하나의 다이오드와 상기 다이오드와 직렬로 연결되는 하나의 스위치로 이루어지고, 상기 다이오드는 제1LC 회로와 병렬로 배치되도록 제1LC 회로의 인덕터와 커패시터 사이에 연결되며, 상기 스위치는 제2LC 회로와 병렬로 배치되도록 제2LC 회로의 인덕터와 커패시터에 사이에 연결된다.
본 발명의 Z-소스 회로장치에서, 상기 스위치는 기계식 스위치가 사용된다.
본 발명은 Z-소스 회로장치는 양방향으로 입출력이 가능한 이점이 있고, 양방향으로 입출력되는 전류의 사고 발생 시 이를 차단할 수 있는 이점이 있으며, 양방향으로 입출력되는 전류의 사고 발생 시 기계식 스위치를 사용함으로써 스위치의 정격전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치의 회로도,
도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시된 본 발명의 Z-소스 회로장치의 동작 상태를 나타낸 회로도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치에서 사고 발생시 싸이리스터 양단의 전압변화를 나타낸 파형도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치에서 싸이리스터 양단의 전압차를 나타낸 파형도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치에서 사고발생시 전류상태를 나타낸 파형도,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치의 회로도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1에서와 같이 본 발명의 Z-소스 회로장치는 브리지 다이오드 회로(11), 제1LC(엘씨) 회로(12), 제2LC(엘씨) 회로(13) 및 스위치회로(14)로 구성된다.
브리지 다이오드 회로(11)는 다수개의 다이오드(D1,D2,D3,D4)가 양방향 입출력 선로(BL)가 연결된 제1노드(n1)와 제2노드(n2)에 서로 연결되며, 제1LC 회로(12)는 브리지 다이오드 회로(11)와 연결되어 하나의 Z-소스 회로로 작용한다. 제2LC 회로(13)는 제1LC 회로와 병렬로 배치되도록 브리지 다이오드 회로(11)와 연결되어 하나의 Z-소스 회로로 작용한다. 스위치회로(14)는 제1LC 회로(12)와 제2LC 회로(13)와 각각 병렬로 연결되어 브리지 다이오드 회로(11)와 제1LC 회로(12)와 제2LC 회로(13)로 양방향으로 입출력되는 전류를 개폐한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 Z-소스 회로장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
브리지 다이오드 회로(11)는 도 1에서와 같이 제1다이오드(D1), 제2다이오드(D2), 제3다이오드(D3) 및 제4다이오드(D4)로 구성된다.
제1다이오드(D1)는 양방향 입출력 선로(BL)가 연결된 제1노드(n1)에 연결되며, 제2다이오드(D2)는 제1다이오드(D1)와 순방향으로 배치되도록 제1노드(n1)에 연결된다. 제3다이오드(D3)는 제2다이오드(D2)와 역방향으로 배치되도록 양방향 입출력 선로(BL)가 연결된 제2노드(n2)에 연결되어 제1다이오드(D1)를 통해 입력되는 전류가 제2노드(n2)를 통해 양방향 입출력 선로(BL)로 출력되도록 한다. 제4다이오드(D4)는 제3다이오드(D3)와 순방향으로 배치되며, 제1다이오드(D1)와 역방향으로 배치되도록 제2노드(n2)에 연결되어 제1노드(n1)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 입력되는 전류를 제2다이오드(D2)를 통해 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)로 출력되도록 한다.
제1다이오드(D1), 제2다이오드(D2), 제3다이오드(D3) 및 제4다이오드(D4)의 연결 관계를 나타내는 순방향과 역방향은 각각의 극성 연결 상태를 나타낸다. 예를 들어 제1다이오드(D1)와 제2다이오드(D2)의 순방향 연결 관계는 제2다이오드(D2)의 양극(anode)이 제1다이오드(D1)의 음극(cathode)에 연결되는 것이며, 제4다이오드(D4)와 제1다이오드(D1)의 역방향 연결은 제4다이오드(D4)의 양극이 제1다이오드(D1)의 양극에 연결된 상태를 나타낸다.
제1LC 회로(12) 및 제2LC 회로(13)은 도 1에서와 같이 각각 하나의 인덕터(L)와 직렬로 연결되는 하나의 커패시터(C)로 이루어지고, 이러한 제1LC 회로(12) 및 제2LC 회로(13)와 브릿지 다이오드 회로(11)가 서로 연결되어 하나의 Z-소스 회로를 구성한다.
먼저, 제1LC 회로(12)는 제1노드(n1)와 제2노드(n2) 사이에 연결되어 제1노드(n1)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 입력되는 전류를 제1다이오드(D1), 스위치회로(14) 및 제3다이오드(D3)를 통해 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 손실 없이 출력한다.
전류의 손실 없이 제1노드(n1)에서 제2노드(n2)로 전류를 입출력하는 제1LC 회로(12)의 인덕터(L)는 브리지 다이오드 회로(11)의 제1다이오드(D1)와 제4다이오드(D4) 사이에 연결된다. 커패시터(C)는 인덕터(L)와 브리지 다이오드 회로(11)의 제2다이오드(D2)와 제3다이오드(D3) 사이에 연결되어 제4다이오드(D4)와 제2다이오드(D2)를 사이를 흐르는 전류에 의해 충전된다.
제1LC 회로(12)의 인덕터(L)와 커패시터(C)의 연결 관계를 구체적으로 살펴보면, 인덕터(L)는 일단이 제1다이오드(D1)와 제4다이오드(D4) 사이에 연결되는 제3노드(n3)에 연결되며, 타단이 스위치회로(14)의 스위치(SW)와 연결된다. 커패시터(C)는 일단이 인덕터(L)와 스위치(SW) 사이에 연결되며, 타단이 제2다이오드(D2)와 제3다이오드(D3) 사이에 연결되는 제6노드(n6)에 연결되어 인덕터(L)와 직렬로 연결된다.
또한, 제2LC 회로(13)는 제2노드(n2)와 제1노드(n1) 사이에 연결되어 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 입력되는 전류를 제4다이오드(D4), 스위치회로(14) 및 제2다이오드(D2)를 통해 제1노드(n1)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)로 손실 없이 출력한다.
제2LC 회로(13)의 인덕터(L)는 브리지 다이오드 회로(11)의 제2다이오드(D2)와 제3다이오드(D3) 사이에 연결되며, 커패시터(C)는 인덕터(L)와 브리지 다이오드 회로(11)의 제2다이오드(D2)와 제3다이오드(D3) 사이에 연결되어 제1다이오드(D1)와 제3다이오드(D3)를 사이를 흐르는 전류에 의해 충전된다.
제2LC 회로(13)의 인덕터(L)와 커패시터(C)의 연결 관계를 보다 구체적으로 살펴보면, 인덕터(L)는 일단이 제2다이오드(D2)와 제3다이오드(D3) 사이에 연결되는 제4노드(n4)에 연결되며, 타단이 스위치회로(14)의 다이오드(D5)와 연결된다. 커패시터(C)는 일단이 인덕터(L)와 다이오드(D5) 사이에 연결되며, 타단이 제4다이오드(D4)와 제1다이오드(D1) 사이에 연결되는 제5노드(n5)에 연결되어 인덕터(L)와 직렬로 연결된다.
스위치회로(14)는 도 1에서와 같이 하나의 반도체 스위치소자(14)로 구성된다. 이러한 반도체 스위치소자(14)는 온/오프(on/off)가능한 반도체 소자로서, 예컨대 싸이리스터(THR:thyristor)로 구현될 수 있다. 도면에서와 같이 이러한 싸이리스터(THR)은 제1노드(n1)나 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)에 단락사고 등으로 인해 고장 전류가 발생 시 개방되어 전류의 흐름을 차단한다. 또한, 이러한 싸이리스터(THR)은 제1LC 회로(12) 및 제2LC 회로(13)의 각 인턱터(L)와는 직렬로 연결되고 각 커패시터(C)와는 병렬로 연결되어, 제1LC 회로(12)의 인덕터(L)와 커패시터(C) 사이에 연결됨과 동시에, 제2LC 회로(13)의 인덕터(L)와 커패시터(C)에 사이에 연결된다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 Z-소스 회로장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 Z-소스 회로장치는 제1노드(n1)과 제2노드(n2)에 각각 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 전류가 양방향으로 입출력되도록 브리지 다이오드 회로(11)가 적용되며, 브리지 다이오드 회로(11)를 통해 2개의 전류패스회로를 가지며, 2개의 전류패스회로는 제1전류패스회로와 제2전류패스회로로 이루어진다.
제1전류패스회로는 도 2에 도시된 굵은 선으로 도시된 바와 같이 브리지 다이오드 회로(11)의 제1다이오드(D1), 제1LC 회로(12), 스위치회로(14), 제2LC 회로(13) 및 브리지 다이오드 회로(11)의 제3다이오드(D3)로 이루어진다. 제1다이오드(D1)와 제3다이오드(D3)는 제1전류패스회로에서 바라볼 때 서로 순방향으로 연결되며, 제1노드(n1)에서 제2노드(n2)로 전류가 흐르도록 배치된다. 제1LC 회로(12)와 제2LC 회로(13)는 각각 제1전류패스회로에서 바라볼 때 병렬로 연결되며, 스위치회로(14)는 직렬로 연결된다.
제1전류패스회로에 연결된 제1노드(n1)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 전류가 입력된 상태에서 도 2에서와 같이 스위치회로(14)의 싸이리스터(THR)를 통해 전류는 하나의 전류패스회로 즉, 브리지 다이오드 회로(11)의 제1다이오드(D1), 제1LC 회로(12), 스위치회로(14), 제2LC 회로(13) 및 브리지 다이오드 회로(11)의 제3다이오드(D3)를 통해 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 출력된다.
제2전류패스회로는 도 3에 도시된 굵은 선으로 도시된 바와 같이 브리지 다이오드 회로(11)의 제4다이오드(D4), 제1LC 회로(12), 스위치회로(14), 제2LC 회로(13) 및 브리지 다이오드 회로(11)의 제2다이오드(D2)로 이루어진다. 제2다이오드(D2)와 제4다이오드(D4)는 제2전류패스회로에서 바라볼 때 서로 순방향으로 연결되며, 제2노드(n2)에서 제1노드(n1)로 전류가 흐르도록 배치된다. 제1LC 회로(12), 제2LC 회로(13) 및 스위치회로(14)는 전술한 바와 같이 제2전류패스회로에서 바라볼 때 각각 병렬로 연결된다.
제2전류패스회로에 연결된 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 전류가 입력된 상태에서 도 3에서와 같이 스위치회로(14)의 싸이리스터(THR)을 통해 전류는 제4다이오드(D4), 제1LC 회로(12), 스위치회로(14), 제2LC 회로(13) 및 제2다이오드(D2)를 통해 제1노드(n1)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 출력된다.
제1전류패스회로와 제2전류패스회로를 통해 양방향으로 전류가 정상적으로 입출력되면 전류는 싸이리스터(THR)을 통해 도 6에 도시된 파형 중 하이(high) 구간과 같은 상태를 나타낸다. 이 상태에서 제1노드(n1)나 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)에 단락사고 등으로 인해 고장전류가 발생되면 스위치 회로(14)의 양단에는 도 4와 같은 전압이 형성되고 결과적으로 스위치회로(14)의 양단에 도 5와 같은 역전압이 형성되어 전류의 흐름을 차단하게 된다. 고장전류를 차단하기 위해 스위치회로(14)의 싸이리스터(THR)를 통해 양방향으로 흐르는 전류를 차단한다.
싸이리스터(THR)가 온되면 싸이리스터(THR)을 통해 흐르는 전류는 정상적으로 동작할 때 도 6에 도시된 굵은 선으로 표시된 파형에서와 같이 하이(high) 구간에서 제로(O) 구간으로 이동되어야 한다. 정상동작인 아닌 단락사고 인해 고장전류가 발생되면 싸이리스터(THR)의 양단에 도 5와 같은 역전압이 현성되고 이러한 역전압에 의해 싸이리스터가 자연스레 오프(off)되며 전류를 차단하게 된다. 이는 도 4의 실험결과에서 확인할 수 있다. 도 4는 사고 발생시 싸이리스터(THR)의 양단의 전압 변화를 나타낸 파형도이다. 도 5에 도시된 'A'부분은 사고로 인해 싸이리스터(THR)의 양단의 전압이 역전되는 파형도를 나타낸다. 여기서, 도 4 내지 도 6에 각각 도시된 파형도에서 가로축은 전류량의 크기를 나타내며, 세로축은 시간을 나타낸다.
기계식 스위치가 적용되는 스위치(SW)의 전류가 제로가 되면 개방 시 아크가 발생되는 것을 억제시켜 단락사고로 인한 역방향 전류를 방지할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 Z-소스 회로장치는 양방향으로 흐르는 전류를 제1노드(n1)나 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)에 고장 전류의 발생 시 안전하게 차단할 수 있도록 함으로써 본 발명의 Z-소스 회로장치를 안전하며 신뢰성이 있도록 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치의 회로도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치와 비교할 때, 스위치회로(14)의 구성만 차이가 있으며, 다른 구성은 동일하다. 즉, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에서 스위치회로(14)는 반도체 스위치소자로서 예컨대 싸이리스터(THR)로 구성되지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치에서의 스위치회로(14)는 하나의 다이오드(D5)와 다이오드(D5)와 직렬로 연결되는 하나의 스위치(SW)를 포함하여 이루어진다. 이러한 다이오드(D5) 및 스위치(SW)도 역시 제1노드(n1)나 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)에 단락사고 등으로 인해 고장 전류가 발생 시 개방되어 전류의 흐름을 차단한다.
이하에서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Z-소스 회로장치의 구성 및 동작을 설명한다. 먼저, 고장전류 발생시 전류의 흐름을 차단하는 스위치회로(14)의 다이오드(D5)는 제1LC 회로(12)와 병렬로 배치되도록 다이오드(D5)는 제1LC 회로(12)의 인덕터(L)와 커패시터(C) 사이에 연결되며, 스위치(SW)는 제2LC 회로(13)와 병렬로 배치되도록 제2LC 회로(13)의 인덕터(L)와 커패시터(C)에 사이에 연결된다. 특히, 스위치회로(14)의 연결 관계를 보다 구체적으로 살펴보면, 다이오드(D5)는 음극이 제1LC 회로(12)의 인덕터(L)와 연결되며, 양극이 스위치(SW)의 접점단자(T1)에 연결된다. 스위치(SW)는 접점단자(T1)가 인덕터(L)와 연결되며, 스위칭 단자(T2)가 제2LC 회로(13)의 인덕터(L)와 커패시터(C)에 사이에 연결된다. 이러한 스위치(SW)는 정격전압을 줄이기 위해 기계식 스위치가 사용된다.
이러한 구성에서도, 제1노드(n1)과 제2노드(n2)에 각각 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 전류가 양방향으로 입출력되도록 브리지 다이오드 회로(11)를 통해 2개의 전류패스회로를 가지며, 2개의 전류패스회로는 제1전류패스회로와 제2전류패스회로로 이루어진다.
제1전류패스회로는 도 2와 동일한 원리로 브리지 다이오드 회로(11)의 제1다이오드(D1), 제1LC 회로(12), 스위치회로(14), 제2LC 회로(13) 및 브리지 다이오드 회로(11)의 제3다이오드(D3)로 이루어진다. 제1다이오드(D1)와 제3다이오드(D3)는 제1전류패스회로에서 바라볼 때 서로 순방향으로 연결되며, 제1노드(n1)에서 제2노드(n2)로 전류가 흐르도록 배치된다. 제1LC 회로(12)와 제2LC 회로(13)는 각각 제1전류패스회로에서 바라볼 때 병렬로 연결되며, 스위치회로(14)는 직렬로 연결된다.
제1전류패스회로에 연결된 제1노드(n1)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 전류가 입력된 상태에서 스위치회로(14)의 스위치(SW)가 닫힌 상태이면 전류는 하나의 전류패스회로 즉, 브리지 다이오드 회로(11)의 제1다이오드(D1), 제1LC 회로(12), 스위치회로(14), 제2LC 회로(13) 및 브리지 다이오드 회로(11)의 제3다이오드(D3)를 통해 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 출력된다.
제2전류패스회로는 도 3과 동일한 원리로 브리지 다이오드 회로(11)의 제4다이오드(D4), 제1LC 회로(12), 스위치회로(14), 제2LC 회로(13) 및 브리지 다이오드 회로(11)의 제2다이오드(D2)로 이루어진다. 제2다이오드(D2)와 제4다이오드(D4)는 제2전류패스회로에서 바라볼 때 서로 순방향으로 연결되며, 제2노드(n2)에서 제1노드(n1)로 전류가 흐르도록 배치된다. 제1LC 회로(12), 제2LC 회로(13) 및 스위치회로(14)는 전술한 바와 같이 제2전류패스회로에서 바라볼 때 각각 병렬로 연결된다.
제2전류패스회로에 연결된 제2노드(n2)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 전류가 입력된 상태에서 스위치회로(14)의 스위치(SW)가 닫힌 상태이면 전류는 제4다이오드(D4), 제1LC 회로(12), 스위치회로(14), 제2LC 회로(13) 및 제2다이오드(D2)를 통해 제1노드(n1)에 연결된 양방향 입출력 선로(BL)를 통해 출력된다.
이러한 구성 및 작용에서도 도 4 내지 도 6과 같이 스위치회로(14) 양단의 전압변화, 전압차, 전류상태의 파형도는 동일하게 나타난다.
전술한 바와 같이 본 발명의 Z-소스 회로장치는 양방향으로 입출력이 가능하고, 양방향으로 입출력되는 전류의 사고 발생 시 이를 차단할 수 있으며, 양방향으로 입출력되는 전류의 사고 발생 시 소정의 스위치회로를 사용함으로써 정격전압을 낮출 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
11: 브리지 다이오드 회로
12: 제1LC 회로
13: 제2LC 회로
14: 스위치회로

Claims (7)

  1. 양방향 입출력 선로가 연결된 제1노드에 연결되는 제1다이오드와, 상기 제1다이오드와 순방향으로 배치되도록 상기 제1노드에 연결되는 제2다이오드와, 상기 제2다이오드와 역방향으로 배치되도록 양방향 입출력 선로가 연결된 제2노드에 연결되는 제3다이오드와, 상기 제3다이오드와 순방향으로 배치되며 상기 제1다이오드와 역방향으로 배치되도록 상기 제2노드에 연결되는 제4다이오드로 구성된 브리지 다이오드 회로와;
    상기 브리지 다이오드 회로와 연결되는 제1LC(엘씨) 회로와;
    상기 제1LC 회로와 병렬로 배치되도록 상기 브리지 다이오드 회로와 연결되는 제2LC(엘씨) 회로와;
    상기 제1LC 회로와 상기 제2LC 회로와 각각 병렬로 연결되어 상기 브리지 다이오드 회로와 상기 제1LC 회로와 상기 제2LC 회로로 양방향으로 입출력되는 전류를 개폐하는 스위치회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 Z(지)-소스 회로장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1LC 회로는,
    하나의 인덕터와 상기 인덕터와 직렬로 연결되는 하나의 커패시터로 이루어지고,
    상기 인덕터는 브리지 다이오드 회로의 제1다이오드와 제4다이오드 사이에 연결되며, 상기 커패시터는 인덕터와 브리지 다이오드 회로의 제2다이오드와 제3다이오드 사이에 연결되어 제4다이오드와 제2다이오드를 사이를 흐르는 전류에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 Z-소스 회로장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2LC 회로는,
    하나의 인덕터와 상기 인덕터와 직렬로 연결되는 하나의 커패시터로 이루어지고,
    상기 인덕터는 브리지 다이오드 회로의 제2다이오드와 제3다이오드 사이에 연결되며, 상기 커패시터는 인덕터와 브리지 다이오드 회로의 제2다이오드와 제3다이오드 사이에 연결되어 제1다이오드와 제3다이오드를 사이를 흐르는 전류에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 Z-소스 회로장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위치회로는,
    온/오프(on/off) 제어가 가능한 하나의 반도체 스위치소자로 이루어지고,
    상기 반도체 스위치소자는 상기 제1LC 회로와 병렬로 배치되도록 상기 제1LC 회로의 인덕터와 커패시터 사이에 연결되며, 상기 제2LC 회로와 병렬로 배치되도록 상기 제2LC 회로의 인덕터와 커패시터에 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 Z-소스 회로장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스위치회로는,
    하나의 다이오드와 상기 다이오드와 직렬로 연결되는 하나의 스위치로 이루어지고,
    상기 다이오드는 제1LC 회로와 병렬로 배치되도록 제1LC 회로의 인덕터와 커패시터 사이에 연결되며, 상기 스위치는 제2LC 회로와 병렬로 배치되도록 제2LC 회로의 인덕터와 커패시터에 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 Z-소스 회로장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스위치는 기계식 스위치가 사용되는 것을 특징으로 하는 Z-소스 회로장치.
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