KR101861442B1 - High Efficacy Circuit of Two Switch Buck-Boost Converter - Google Patents
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Abstract
효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 제시된다. 본 발명에서 제안하는 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로는 전원 공급원, 제1 다이오드, 제2 다이오드 및 제1 스위치를 포함하는 제1 루프, 상기 제1 다이오드, 인덕터 및 출력 캐패시터를 포함하는 제2 루프 및 상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드, 상기 출력 캐패시터 및 제2 스위치를 포함하는 제3 루프를 포함한다. 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 소스는 그라운드와 연결되고, 벅(Buck) 회로, 부스트(Boost) 회로 또는 벅-부스트(Buck-Boost) 회로 중 어느 하나의 회로로서 동작할 때 해당 전류패스에 포함된 스위치 및 다이오드의 수를 감소시킬 수 있다.A two-switch buck-boost circuit with improved efficiency is presented. The efficiency-improved two-switch buck-boost circuit proposed in the present invention includes a first loop including a power source, a first diode, a second diode and a first switch, a second loop including the first diode, the inductor, and the output capacitor And a third loop including the first switch, the second diode, the output capacitor, and the second switch. When the source of the first switch and the second switch is connected to the ground and operates as a circuit of either a Buck circuit, a Boost circuit or a Buck-Boost circuit, It is possible to reduce the number of switches and diodes included in the circuit.
Description
본 발명은 효율 향상을 위한 새로운 두 스위치 벅 부스트 방식의 컨버터에 관한 것이다. The present invention relates to a new two-switch buck-boost converter for improved efficiency.
실생활에서 사용되는 전자 제품들은 일정한 전압을 동작 전압으로서 공급받는다. 따라서, 상기 전자 제품들에 대해 일정한 전압을 공급하기 위한 전압 제어기가 필요하며, 상기 전압 제어기로서 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter)가 이용될 수 있다.Electronic products used in real life are supplied with a constant voltage as operating voltage. Therefore, a voltage controller for supplying a constant voltage to the electronic products is required, and a buck-boost converter may be used as the voltage controller.
벅-부스트 컨버터는 기준 전압보다 높거나 낮지 않은 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터의 한 종류이다. 벅-부스트 컨버터는 기준 전압보다 낮은 입력 전압이 입력되면 상기 입력 전압을 승압하는 부스트 컨버터로서 작동하고, 기준 전압보다 높은 입력 전압이 입력되면 상기 입력 전압을 강압하는 벅-컨버터로서 작동한다.A buck-boost converter is one type of DC-DC converter that outputs a voltage that is higher or lower than the reference voltage. The buck-boost converter operates as a boost converter that boosts the input voltage when an input voltage lower than a reference voltage is input, and operates as a buck-converter that reduces the input voltage when an input voltage higher than the reference voltage is input.
한국공개특허 제2013-0032585호에는 효율이 높은 벅-부스트 회로에 관하여 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 2013-0032585 discloses a high efficiency buck-boost circuit.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 두 스위치 벅 부스트 회로의 각각의 동작 모드에 해당하는 전류패스에서 종래 기술에 비해 스위치와 다이오드가 삭제됨으로써 효율을 상승시키는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to improve efficiency by eliminating switches and diodes in a current path corresponding to each mode of operation of a two-switch buck-boost circuit, as compared to the prior art.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로는 전원 공급원, 제1 다이오드, 제2 다이오드 및 제1 스위치를 포함하는 제1 루프, 상기 제1 다이오드, 인덕터 및 출력 캐패시터를 포함하는 제2 루프 및 상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드, 상기 출력 캐패시터 및 제2 스위치를 포함하는 제3 루프를 포함한다. 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 소스는 그라운드와 연결되고, 벅(Buck) 회로, 부스트(Boost) 회로 또는 벅-부스트(Buck-Boost) 회로 중 어느 하나의 회로로서 동작할 때 해당 전류패스에 포함된 스위치 및 다이오드의 수를 감소시킬 수 있다. In one aspect, the efficiency-enhanced two-switch buck-boost circuit proposed in the present invention includes a first loop comprising a power source, a first diode, a second diode and a first switch, a first diode, an inductor and an output capacitor And a third loop including the first switch, the second diode, the output capacitor, and the second switch. When the source of the first switch and the second switch is connected to the ground and operates as a circuit of either a Buck circuit, a Boost circuit or a Buck-Boost circuit, It is possible to reduce the number of switches and diodes included in the circuit.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 온 모드인 경우, 상기 전원 공급원으로부터의 해당 전류패스에 상기 인덕터, 상기 출력 캐패시터, 상기 제2 다이오드 및 상기 제1 스위치를 포함하고, 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 스위치는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. The inductor, the output capacitor, the second diode, and the first switch in a corresponding current path from the power source when the buck circuit is in an on mode when the two switch buck-boost circuits operate as buck circuits , The first diode and the second switch are not included in the corresponding current path.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 오프 모드인 경우, 해당 전류패스에 상기 제1 다이오드, 상기 인덕터 및 상기 출력 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 다이오드, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 해당 전류패스에 포함되지 않는다.Wherein when the two switch buck-boost circuit operates as a buck circuit, the buck circuit includes the first diode, the inductor, and the output capacitor in a corresponding current path when the buck circuit is in the off mode, and the second diode, And the second switch are not included in the current path.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 온 모드인 경우, 상기 전원 공급원으로부터의 해당 전류패스에 상기 인덕터 및 상기 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드, 상기 제1 다이오드 및 상기 출력 캐패시터는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. The inductor and the second switch at a corresponding current path from the power source when the two switch buck-boost circuits operate as a boost circuit, and when the boost circuit is in an on-mode, The diode, the first diode and the output capacitor are not included in the current path.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 오프 모드인 경우, 상기 전원 공급원으로부터의 해당 전류패스에 상기 인덕터, 상기 출력 캐패시터, 상기 제2 다이오드 및 상기 제1 스위치를 포함하고, 상기 제1 다이오드, 상기 제2 스위치는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. The inductor, the output capacitor, the second diode and the first switch in a corresponding current path from the power source when the boost circuit is in an off mode when the two switch buck-boost circuits operate as a boost circuit , The first diode and the second switch are not included in the current path.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 온 모드인 경우, 상기 전원 공급원으로부터의 해당 전류패스에 상기 인덕터 및 상기 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드, 상기 제1 다이오드 및 상기 출력 캐패시터는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. Wherein when the two switch buck-boost circuit operates as a buck-boost circuit, the buck-boost circuit includes the inductor and the second switch in a corresponding current path from the power supply source, , The second diode, the first diode, and the output capacitor are not included in the corresponding current path.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 오프 모드인 경우, 해당 전류패스에 상기 제1 다이오드, 상기 인덕터 및 상기 출력 캐패시터를 포함하고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드, 상기 제2 스위치는 해당 전류패스에 포함되지 않는다.Wherein when the two switch buck-boost circuits operate as a buck-boost circuit, the buck-boost circuit includes the first diode, the inductor and the output capacitor in a corresponding current path, The second diode and the second switch are not included in the current path.
본 발명의 실시예들에 따르면 두 스위치 벅 부스트 회로의 각각의 동작 모드에 해당하는 전류패스에서 종래 기술에 비해 스위치와 다이오드가 삭제됨으로써 효율을 상승시킬 수 있다. According to embodiments of the present invention, the efficiency can be increased by eliminating the switch and the diode compared to the prior art in the current path corresponding to each operation mode of the two switch buck-boost circuits.
도 1은 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로이다.
도 2는 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로의 모드 별 동작을 나타내는 회로이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로의 모드 별 동작을 나타내는 회로이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로의 모드 별 동작의 시뮬레이션 결과이다.Figure 1 is a two-switch buck-boost circuit according to the prior art.
Fig. 2 is a circuit diagram showing operation of each mode of two switch buck-boost circuits according to the prior art.
Figure 3 is an efficiency enhanced two-switch buck-boost circuit according to one embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating the mode-wise operation of an efficiency-improved two-switch buck-boost circuit according to an embodiment of the present invention.
5 is a simulation result of the mode-by-mode operation of the two-switch buck-boost circuit with improved efficiency according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로이다. Figure 1 is a two-switch buck-boost circuit according to the prior art.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로는 전원 공급원(Vm), 제1 스위치(S1), 제1 다이오드(D1)를 포함하는 제1 루프(110), 제1 다이오드(D1), 인덕터(L), 제2 스위치(S2)를 포함하는 제2 루프(120) 및 제2 스위치(S2), 제2 다이오드(D2), 출력 캐패시터(Co)를 포함하는 제3 루프(130)를 포함한다. 1, a conventional two-switch buck-boost circuit includes a power supply Vm, a first switch S 1 , a
벅-부스트 컨버터는 기준 전압보다 높거나 낮지 않은 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터의 한 종류이다. 벅-부스트 컨버터는 기준 전압보다 낮은 입력 전압이 입력되면 상기 입력 전압을 승압하는 부스트 컨버터로서 작동하고, 기준 전압보다 높은 입력 전압이 입력되면 상기 입력 전압을 강압하는 벅-컨버터로서 작동한다.A buck-boost converter is one type of DC-DC converter that outputs a voltage that is higher or lower than the reference voltage. The buck-boost converter operates as a boost converter that boosts the input voltage when an input voltage lower than a reference voltage is input, and operates as a buck-converter that reduces the input voltage when an input voltage higher than the reference voltage is input.
종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2)의 On/Off를 제어하여 벅(Buck)회로, 부스트(Boost) 회로 및 벅-부스트(Buck-Boost) 회로로서 3가지 경우에 따라 각각 다른 모드로 사용할 수 있다. 이러한 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로의 모드 별 동작에 관하여 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
The two switch buck-boost circuits according to the prior art control On / Off of the first switch S 1 and the second switch S 2 to control a buck circuit, a boost circuit, and a buck- Boost) circuit can be used in different modes according to three cases. Mode operation of the two-switch buck-boost circuit according to the related art will be described in more detail with reference to FIG.
도 2는 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로의 모드 별 동작을 나타내는 회로이다. Fig. 2 is a circuit diagram showing operation of each mode of two switch buck-boost circuits according to the prior art.
도 2(a)는 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 온 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Fig. 2 (a) is a circuit diagram showing the operation when the buck circuit is in an on mode when the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a buck circuit.
종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 온 모드인 경우, 전원 공급원(Vm)으로부터의 해당 전류패스에 제1 스위치(S1), 인덕터(L), 제2 다이오드(S2) 및 출력 캐패시터(Co)를 포함하고, 상기 제1 다이오드(D1) 및 상기 제2 스위치(S2)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다.When the two switches, the buck-boost circuit in accordance with the prior art operate as a buck circuit, when a buck circuit, the on mode, the first switch (S 1), the inductor (L) to the current path from the power source (V m), A second diode S 2 and an output capacitor Co, and the first diode D 1 and the second switch S 2 are not included in the current path.
도 2(b)는 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 오프 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Fig. 2 (b) is a circuit diagram showing operation when the buck circuit is in the off mode when the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a buck circuit.
종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 오프 모드인 경우, 해당 전류패스에 제1 다이오드(D1), 인덕터(L), 제2 다이오드(D2) 및 출력 캐패시터(Co)를 포함하고, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다.When the two-switch buck-boost circuit according to the prior art operates as a buck circuit, when the buck circuit is in off-mode, a first diode D 1 , an inductor L, a second diode D 2 , And an output capacitor Co, and the first switch S 1 and the second switch S 2 are not included in the corresponding current path.
도 2(c)는 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 온 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Fig. 2 (c) is a circuit diagram showing the operation when the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a boost circuit and the boost circuit is in an on-mode.
종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 온 모드인 경우, 전원 공급원(Vm)으로부터의 해당 전류패스에 제1 스위치(S1), 인덕터(L) 및 제2 스위치(S2)를 포함하고, 제2 다이오드(D2), 제1 다이오드(D1) 및 출력 캐패시터(Co)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. When the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a boost circuit, when the boost circuit is in the on-mode, the first switch S 1 , the inductor L and the second switch S 1 are connected to the corresponding current path from the power source V m second a switch (S 2), and a second diode (D 2), the first diode (D 1) and an output capacitor (Co) is not included in the current path.
도 2(d)는 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 오프 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.2 (d) is a circuit diagram showing an operation when the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as the boost circuit and the boost circuit is in the off-mode.
종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 오프 모드인 경우, 전원 공급원(Vm)으로부터의 해당 전류패스에 제1 스위치, 인덕터, 제2 다이오드 및 출력 캐패시터를 포함하고, 제1 다이오드 및 제2 스위치는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. When the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a boost circuit, when the boost circuit is in the off mode, a first switch, an inductor, a second diode and an output capacitor are connected to the corresponding current path from the power source V m And the first diode and the second switch are not included in the corresponding current path.
도 2(e)는 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 온 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Fig. 2 (e) is a circuit diagram showing the operation when the two-switch buck-boost circuit according to the prior art operates as a buck-boost circuit when the buck-boost circuit is in the on mode.
종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 온 모드인 경우, 전원 공급원(Vm)으로부터의 해당 전류패스에 제1 스위치(S1), 인덕터(L) 및 제2 스위치(S2)를 포함하고, 제2 다이오드(D2), 제1 다이오드(D1) 및 출력 캐패시터(Co)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다.When operating as a boost circuit, a buck-two switch buck-boost circuit in accordance with the prior art buck-boost when the circuit is in the on mode, the first switch (S 1), the inductor in the current path from the power source (V m) (L) and a second switch, comprising a (S 2) a second diode (D 2), the first diode (D 1) and an output capacitor (Co) is not included in the current path.
도 2(f)는 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 오프 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Fig. 2 (f) is a circuit diagram showing operation when the buck circuit is in the off mode when the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a buck-boost circuit.
종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 오프 모드인 경우, 해당 전류패스에 제1 다이오드(D1), 인덕터(L), 제2 다이오드(D2) 및 출력 캐패시터(Co)를 포함하고, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. When the two-switch buck-boost circuit according to the prior art operates as a buck-boost circuit, when the buck-boost circuit is in off mode, a first diode D 1 , an inductor L, D 2 and an output capacitor Co, and the first switch S 1 and the second switch S 2 are not included in the corresponding current path.
종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로, 부스트 회로, 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 온/오프 모드에 따라 해당 전류패스에 포함된 스위치 또는 다이오드를 정리하면 아래 표 1과 같다.
When the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a buck circuit, a boost circuit, and a buck-boost circuit, the switches or diodes included in the current path according to the on / off mode are summarized in Table 1 below.
<표 1><Table 1>
반면에, 본 발명에서 제안하는 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로는 종래기술에 비교하여 벅 회로, 부스트 회로, 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 온/오프 모드에 따라 해당 전류패스에 포함된 스위치 또는 다이오드의 수를 감소시킬 수 있다. 따라서 각각의 스위치와 다이오드 패스에 대한 손실(loss)를 줄일 수 있어 기존 회로에 비하여 효율을 향상시킬 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
On the other hand, when the two-switch buck-boost circuit proposed in the present invention is operated as a buck circuit, a boost circuit, and a buck-boost circuit in comparison with the prior art, Or the number of diodes can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the loss of each switch and the diode path, thereby improving the efficiency as compared with the conventional circuit. Will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로이다. Figure 3 is an efficiency enhanced two-switch buck-boost circuit according to one embodiment of the present invention.
제안하는 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로는 스위치 2개와 다이오드 2개의 사용은 종래기술의 회로와 같지만, 각각의 온/오프 모드에 해당하는 전류패스에 포함된 스위치와 다이오드가 삭제됨으로써 효율이 상승한다. The proposed improved two-switch buck-boost circuit uses two switches and two diodes in the same way as the circuit of the prior art, but increases efficiency by eliminating the switches and diodes included in the current path corresponding to each on / off mode .
도 3을 참조하면, 제안하는 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로는 전원 공급원(Vm), 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2) 및 제1 스위치(S1)를 포함하는 제1 루프(310), 제1 다이오드(D1), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(Co)를 포함하는 제2 루프(320) 및 제2 다이오드(D2), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2) 및 출력 캐패시터(Co)를 포함하는 제3 루프(330)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the proposed improved two-switch buck-boost circuit includes a power source Vm, a first diode D 1 , a second diode D 2 , and a first switch S 1 . A
효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 오프 모드에서는 제2 다이오드(D2)를 통과하지 않아 전도 손실(conduction loss)를 줄일 수 있다. 또한, 부스트 회로로서 동작할 때, 온 모드에서는 제1 스위치(S1)에 대한 손실을 줄일 수 있다. 또한, 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 온/오프 모드에서는 각각의 스위치와 다이오드 패스에 대한 손실을 줄일 수 있어 종래기술에 따른 회로에 비하여 효율을 향상시킬 수 있다. 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로의 온/오프 모드 별 전류 패스는 도 4에서 더욱 상세히 설명한다.
When the two-switch buck-boost circuit with improved efficiency operates as a buck circuit, conduction loss can be reduced by not passing through the second diode (D 2 ) in the off mode. Further, when operating as a boost circuit, the loss on the first switch S 1 can be reduced in the ON mode. Also, when operating as a buck-boost circuit, losses in each switch and diode path can be reduced in the on / off mode, thereby improving the efficiency as compared with a circuit according to the prior art. The current paths for the on / off modes of the improved two-switch buck-boost circuit are described in more detail in FIG.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로의 모드 별 동작을 나타내는 회로이다. 4 is a circuit diagram illustrating the mode-wise operation of an efficiency-improved two-switch buck-boost circuit according to an embodiment of the present invention.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 온 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Figure 4 (a) is a circuit diagram illustrating operation when the buck circuit is in the on-mode when the two switched buck-boost circuits with improved efficiency according to one embodiment of the present invention operate as a buck circuit.
효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 온 모드인 경우, 전원 공급원(Vm)으로부터의 해당 전류패스에 인덕터(L), 출력 캐패시터(Co), 제2 다이오드(D2) 및 제1 스위치(S1)를 포함하고, 제1 다이오드(D1) 및 제2 스위치(S2)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. When the buck circuit is in the on mode, the corresponding current path from the power supply source V m is connected to the inductor L, the output capacitor Co, the second diode < RTI ID = 0.0 > (D 2 ) and a first switch (S 1 ), and the first diode (D 1 ) and the second switch (S 2 ) are not included in the current path.
도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 오프 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Figure 4 (b) is a circuit diagram illustrating operation when the buck circuit is in the off mode when the two switched buck-boost circuits with improved efficiency according to one embodiment of the present invention operate as a buck circuit.
효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로가 오프 모드인 경우, 해당 전류패스에 제1 다이오드(D1), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(Co)를 포함하고, 제2 다이오드(D2), 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다.When the buck circuit is in the off mode, it includes a first diode (D 1 ), an inductor (L) and an output capacitor (Co) in the current path, The second diode D 2 , the first switch S 1 and the second switch S 2 are not included in the current path.
도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 온 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.4 (c) is a circuit diagram showing an operation when the boosted two-switch buck-boost circuit according to the embodiment of the present invention operates as a boost circuit, and the boost circuit is in an on-mode.
효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 온 모드인 경우, 전원 공급원(Vm)으로부터의 해당 전류패스에 인덕터(L) 및 제2 스위치(S2)를 포함하고, 제1 스위치(S1), 제2 다이오드(D2), 제1 다이오드(D1) 및 출력 캐패시터(Co)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. When the boosted two-switch buck-boost circuit operates as a boost circuit, when the boost circuit is in the on-mode, the inductor L and the second switch S 2 are included in the corresponding current path from the power source V m And the first switch S 1 , the second diode D 2 , the first diode D 1 , and the output capacitor Co are not included in the corresponding current path.
도 4(d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 오프 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.FIG. 4 (d) is a circuit diagram showing an operation when the boosted two-switch buck-boost circuit according to the embodiment of the present invention operates as a boost circuit and the boost circuit is in an off-mode.
효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로가 오프 모드인 경우, 전원 공급원(Vm)으로부터의 해당 전류패스에 인덕터(L), 출력 캐패시터(Co), 제2 다이오드(D2) 및 제1 스위치(S1)를 포함하고, 제1 다이오드(D1), 제2 스위치(S2)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. When the boosted two-switch buck-boost circuit operates as a boost circuit, when the boost circuit is in the off mode, the corresponding current path from the power source V m is connected to the inductor L, the output capacitor Co, (D 2 ) and a first switch (S 1 ), and the first diode (D 1 ) and the second switch (S 2 ) are not included in the current path.
도 4(e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 온 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Fig. 4 (e) is a circuit diagram illustrating operation when the buck-boost circuit is in the on mode when the two efficient switch boost buck-boost circuits according to an embodiment of the present invention operate as a buck-boost circuit.
효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 온 모드인 경우, 전원 공급원(Vm)으로부터의 해당 전류패스에 인덕터(L) 및 제2 스위치(S2)를 포함하고, 제1 스위치(S1), 제2 다이오드(D2), 제1 다이오드(D1) 및 출력 캐패시터(Co)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다. When the buck-boost circuit is in the ON mode, the inductor L and the second switch S (or V) are connected to the corresponding current path from the power source V m , when the two switch- 2 ), and the first switch S 1 , the second diode D 2 , the first diode D 1 , and the output capacitor Co are not included in the current path.
도 4(f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 오프 모드인 경우의 동작을 나타내는 회로이다.Fig. 4 (f) is a circuit diagram illustrating operation when the buck-boost circuit is in the off mode when the two efficient switch boost buck-boost circuits according to an embodiment of the present invention operate as a buck-boost circuit.
효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로가 오프 모드인 경우, 해당 전류패스에 상기 제1 다이오드(D1), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(Co)를 포함하고, 제1 스위치(S1), 제2 다이오드(D2), 제2 스위치(S2)는 해당 전류패스에 포함되지 않는다.When the buck-boost circuit is in the off mode, the first diode (D 1 ), the inductor (L) and the output capacitor (Co , And the first switch S 1 , the second diode D 2 , and the second switch S 2 are not included in the current path.
본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로, 부스트 회로, 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 온/오프 모드에 따라 해당 전류패스에 포함된 스위치 또는 다이오드를 정리하면 아래 표 2과 같다.
When two efficient switch buck-boost circuits according to an embodiment of the present invention operate as a buck circuit, a boost circuit, and a buck-boost circuit, a switch or a diode included in the current path according to the on / Table 2 below shows.
<표 2><Table 2>
제안하는 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로와 종래기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로를 비교하면, 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 오프 모드에서는 제2 다이오드(D2)를 통과하지 않아 전도 손실(conduction loss)를 줄일 수 있다. 또한, 부스트 회로로서 동작할 때, 온 모드에서는 제1 스위치(S1)에 대한 손실을 줄일 수 있다. 또한, 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 온/오프 모드에서는 각각의 스위치와 다이오드 패스에 대한 손실을 줄일 수 있어 종래기술에 따른 회로에 비하여 효율을 향상시킬 수 있다.
Comparing the two switch buck-boost circuit in accordance with the efficiency of the two switch buck-boost circuit with the prior art proposal, when the two switches, the buck-boost circuit with improved efficiency to operate as a buck circuit, the off-mode, a second diode (D 2) The conduction loss can be reduced. Further, when operating as a boost circuit, the loss on the first switch S 1 can be reduced in the ON mode. Also, when operating as a buck-boost circuit, losses in each switch and diode path can be reduced in the on / off mode, thereby improving the efficiency as compared with a circuit according to the prior art.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로의 모드 별 동작의 시뮬레이션 결과이다. 5 is a simulation result of the mode-by-mode operation of the two-switch buck-boost circuit with improved efficiency according to an embodiment of the present invention.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로와 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때, 벅 회로의 온/오프 모드 동작에서의 전압 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.FIG. 5 (a) is a schematic diagram illustrating the operation of the two-switch buck-boost circuit according to one embodiment of the present invention when the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a buck circuit. This is the simulation result showing the voltage change.
도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로와 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때, 부스트 회로의 온/오프 모드 동작에서의 전압 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.FIG. 5 (b) is a circuit diagram of a boost circuit according to an embodiment of the present invention, in which the two switch buck-boost circuits according to the first embodiment of the present invention operate as a boost circuit, This is the simulation result showing the voltage change.
도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로와 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때, 벅-부스트 회로의 온/오프 모드 동작에서의 전압 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.FIG. 5 (c) is a circuit diagram of an on / off switch of a buck-boost circuit when the two switch buck-boost circuits according to one embodiment of the present invention and the two switch buck-boost circuits according to the prior art operate as a buck- This is the simulation result showing the voltage change in the mode operation.
도 5(a), 도 5(b) 및 도 5(c)에서 보여진 것과 같이, 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로의 시뮬레이션 결과(reference) 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로의 시뮬레이션 결과(proposed)는 동일하다.As shown in FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c), the efficiency improvement of two embodiments according to one embodiment of the present invention, compared to the simulation results of two switch buck- The simulation result of the switch buck-boost circuit is the same.
이와 같이, 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로의 전압 파형을 유지하면서도 스위칭 손실과 컨덕션 손실을 줄일 수 있다. 다시 말해, 부하에서 필요한 전압(다시 말해, 전압파형)을 동일하게 나타내면서 사용되는 회로의 전류 패스에서 컨덕션 손실, 스위칭 손실을 줄일 수 있다. Thus, the switching loss and conduction loss can be reduced while maintaining the voltage waveform of the two-switch buck-boost circuit according to the prior art. In other words, conduction loss and switching loss can be reduced in the current path of the circuit being used, equating the required voltage (ie, voltage waveform) at the load.
따라서, 종래 기술에 따른 두 스위치 벅 부스트 회로의 전류 패스에 의한 소자 손실대비 본 발명의 일 실시예에 따른 효율 개선된 두 스위치 벅 부스트 회로의 전류 패스에서 상대적으로 적은 개수의 소자를 거치므로 효율이 향상될 수 있다.
Therefore, compared to the device loss due to the current path of the two-switch buck-boost circuit according to the prior art, a relatively small number of devices pass through the current path of the two-switch buck- Can be improved.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be embodyed temporarily. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (7)
전원 공급원, 제1 다이오드, 제2 다이오드 및 제1 스위치를 포함하는 제1 루프;
상기 제1 다이오드, 인덕터 및 출력 캐패시터를 포함하는 제2 루프; 및
상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드, 상기 출력 캐패시터 및 제2 스위치를 포함하는 제3 루프를 포함하고,
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 소스는 그라운드와 연결되고,
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅(Buck) 회로, 부스트(Boost) 회로 또는 벅-부스트(Buck-Boost) 회로 중 어느 하나의 회로로서 동작할 때, 회로의 온/오프 모드에 따라 해당 전류패스에서 도통되는 스위치 또는 다이오드가 변경되는
두 스위치 벅 부스트 회로.In both switch buck-boost circuits,
A first loop comprising a power supply, a first diode, a second diode and a first switch;
A second loop comprising the first diode, the inductor and the output capacitor; And
And a third loop including the first switch, the second diode, the output capacitor, and the second switch,
The sources of the first switch and the second switch are connected to the ground,
When the two switch buck-boost circuits operate as either a buck circuit, a boost circuit or a buck-boost circuit, depending on the on / off mode of the circuit, When the conducting switch or diode is changed
Two switch buck boost circuit.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때,
벅 회로가 온 모드인 경우, 상기 전원 공급원으로부터의 해당 전류패스에서 상기 인덕터, 상기 출력 캐패시터, 상기 제2 다이오드 및 상기 제1 스위치가 도통되고, 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 스위치는 해당 전류패스에서 도통되지 않는 두 스위치 벅 부스트 회로.The method according to claim 1,
When the two switch buck-boost circuits operate as buck circuits,
Wherein the inductor, the output capacitor, the second diode and the first switch are conducted in a corresponding current path from the power supply source when the buck circuit is in the on mode, and the first diode and the second switch are connected to the corresponding current path A two-switch buck-boost circuit that does not conduct at all.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅 회로로서 동작할 때,
벅 회로가 오프 모드인 경우, 해당 전류패스에서 상기 제1 다이오드, 상기 인덕터 및 상기 출력 캐패시터가 도통되고, 상기 제2 다이오드, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 해당 전류패스에서 도통되지 않는 두 스위치 벅 부스트 회로.The method according to claim 1,
When the two switch buck-boost circuits operate as buck circuits,
The first diode, the inductor, and the output capacitor are conducted in the corresponding current path when the buck circuit is in the off mode, and the second diode, the first switch, and the second switch are turned on in the current path, Switch Buck-Boost Circuit.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때,
부스트 회로가 온 모드인 경우, 상기 전원 공급원으로부터의 해당 전류패스에서 상기 인덕터 및 상기 제2 스위치가 도통되고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드, 상기 제1 다이오드 및 상기 출력 캐패시터는 해당 전류패스에서 도통되지 않는 두 스위치 벅 부스트 회로.The method according to claim 1,
When the two switch buck-boost circuits operate as a boost circuit,
When the boost circuit is in the on-mode, the inductor and the second switch are conducted at the corresponding current path from the power source, and the first switch, the second diode, the first diode, A two-switch buck-boost circuit that does not conduct at all.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 부스트 회로로서 동작할 때,
부스트 회로가 오프 모드인 경우, 상기 전원 공급원으로부터의 해당 전류패스에서 상기 인덕터, 상기 출력 캐패시터, 상기 제2 다이오드 및 상기 제1 스위치가 도통되고, 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 스위치는 해당 전류패스에서 도통되지 않는 두 스위치 벅 부스트 회로.The method according to claim 1,
When the two switch buck-boost circuits operate as a boost circuit,
The inductor, the output capacitor, the second diode and the first switch are conducted in a corresponding current path from the power source when the boost circuit is in an off mode, and the first diode and the second switch are connected to the corresponding current path A two-switch buck-boost circuit that does not conduct at all.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때,
벅-부스트 회로가 온 모드인 경우, 상기 전원 공급원으로부터의 해당 전류패스에서 상기 인덕터 및 상기 제2 스위치가 도통되고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드, 상기 제1 다이오드 및 상기 출력 캐패시터는 해당 전류패스에서 도통되지 않는 두 스위치 벅 부스트 회로.The method according to claim 1,
When the two switch buck-boost circuits operate as a buck-boost circuit,
When the buck-boost circuit is in the on-mode, the inductor and the second switch are conducted in the corresponding current path from the power source, and the first switch, the second diode, the first diode and the output capacitor A two-switch buck-boost circuit that is not conducting in the current path.
상기 두 스위치 벅 부스트 회로가 벅-부스트 회로로서 동작할 때,
벅-부스트 회로가 오프 모드인 경우, 해당 전류패스에서 상기 제1 다이오드, 상기 인덕터 및 상기 출력 캐패시터가 도통되고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 다이오드 및 상기 제2 스위치는 해당 전류패스에서 도통되지 않는 두 스위치 벅 부스트 회로.
The method according to claim 1,
When the two switch buck-boost circuits operate as a buck-boost circuit,
When the buck-boost circuit is in the off mode, the first diode, the inductor and the output capacitor are conducted at the current path, and the first switch, the second diode and the second switch are not conducted at the current path Does not have a two-switch buck boost circuit.
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| KR20230102635A (en) | 2021-12-30 | 2023-07-07 | 세명대학교 산학협력단 | New Boost Converter to Improve and Increase the Range of Gain |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |