KR102315046B1 - Apparatus of Zero­voltage Discharge - Google Patents

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KR102315046B1
KR102315046B1 KR1020200111011A KR20200111011A KR102315046B1 KR 102315046 B1 KR102315046 B1 KR 102315046B1 KR 1020200111011 A KR1020200111011 A KR 1020200111011A KR 20200111011 A KR20200111011 A KR 20200111011A KR 102315046 B1 KR102315046 B1 KR 102315046B1
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Abstract

The present invention relates to a device for discharging a zero voltage. The device for discharging the zero voltage in the present invention comprises: an operating voltage applying means that generates and applies a first operating voltage and a second operating voltage; a first link capacitor connected to an output-side node of the operating voltage applying means, and connected between a first node and a second node so that the first operating voltage is applied; and a second link capacitor connected to the output-side node of the operating voltage applying means, and connected between the second node and a third node so that the second operating voltage is applied. Therefore, the present invention is capable of reducing an internal pressure of a switch.

Description

영전압 방전 장치{Apparatus of Zero­voltage Discharge}Apparatus of Zerovoltage Discharge

본 발명은 영전압 방전 장치에 관한 것으로, 특히 배터리의 방전 모드에서 관련 스위칭 소자들을 반복적으로 온오프하지 않고 지속적인 턴온 상태를 유지한 상태에서 배터리가 충전 및 방전될 수 있도록 구성함으로써, 스위치의 내압을 저감시킬 수 있고 도통 손실을 저감시킬 수 있으며, 더 나아가 일정한 가동 전압이 인가될 수 있도록 함과 동시에 스위칭 소자들의 선택적 턴온만으로 충전 전류와 방전 전류를 발생할 수 있도록 구성함으로써, 충방전을 위한 전력 손실을 감소시킬 수 있고, 충방전을 위한 제어 동작을 단순화시킬 수 있도록 하는 영전압 방전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a zero-voltage discharging device, and in particular, by configuring the battery to be charged and discharged while maintaining a continuous turned-on state without repeatedly turning on and off related switching elements in a battery discharging mode, the withstand voltage of the switch is reduced. It is possible to reduce the power loss for charging and discharging by configuring so that a charging current and a discharging current can be generated only by selectively turning on the switching elements while allowing a constant operating voltage to be applied. It relates to a zero-voltage discharge device capable of reducing and simplifying a control operation for charging and discharging.

영전압 방전(Zero Voltage Discharge)의 정의는 배터리를 방전하는 과정에 있어서, 배터리 전압이 0V에 도달할 때까지, 전류의 크기가 일정한 정전류 모드(CCM : Constant Current Mode)로 동작하는 것을 의미한다.The definition of zero voltage discharge refers to operating in a constant current mode (CCM) in which the magnitude of current is constant until the battery voltage reaches 0V in the process of discharging the battery.

영전압 방전의 필요성으로서, 충방전기는 이차전지의 제품 제조시 사용되는 일반 충방전(Formation)용과, 제품 설계 및 연구를 위해 좀 더 많은 반복회수 동안 충방전을 반복하는 싸이클러(Cycler)용으로 구분되며, 싸이클러용 장비의 경우 전압 사용범위가 0 ~ 4.5V 이며 보다 낮은 전압까지 하강시켜 방전시켜야 하므로, 사용자의 요구 조건에 부합하기 위하여 영전압 방전 회로 구현이 중요하다.As the need for zero-voltage discharge, the charger/discharger is used for general charging and discharging (Formation) used in the manufacture of secondary batteries, and for cyclers that repeat charging and discharging for more repetitions for product design and research. In the case of equipment for cyclers, the voltage range is 0 ~ 4.5V, and since it must be discharged by dropping to a lower voltage, it is important to implement a zero voltage discharge circuit in order to meet the user's requirements.

기존 회로에서 영전압 방전 구현이 안되는 이유로서는, 충방전기의 경우 부하 배선이 길어(약 6 ~ 10m) 부하 배선에 전류가 도통할 시 전압 강하가 발생하며(약 0.7 ~ 1.0 V), 또한 회로 내부 반도체 소자(다이오드, MOSFET 등)의 도통에 의한 전압 강하가 발생함으로써, 상기 전압 강하 성분들로 인해 배터리 전압이 낮은 영역에서 정전류 방전이 유지되지 못하는 것이다. 이러한 이유로, 종래의 충방전회로에서는 배터리 전압이 2.0V 이하에서는 정전류로 방전을 유지할 수 없었다.The reason why zero voltage discharge cannot be implemented in the existing circuit is that the load wiring is long (about 6 to 10m) in the case of a charger/discharger, and a voltage drop occurs when current flows through the load wiring (about 0.7 to 1.0 V), and also inside the circuit. As a voltage drop occurs due to the conduction of a semiconductor device (diode, MOSFET, etc.), the constant current discharge cannot be maintained in a region where the battery voltage is low due to the voltage drop components. For this reason, in the conventional charging/discharging circuit, it was not possible to maintain discharge at a constant current when the battery voltage was 2.0V or less.

이와 같이, 이차전지의 시험(test)를 위하여 사용되어진 종래의 이차전지 충방전회로는, 이차전지의 일정 전압 이상(예 정격전압의 20%의 전압)까지만 방전시킬 수 있었고 그 이하로는 방전시키지 못하였다. 따라서 이차전지를 충분히 시험하지 못하는 문제점이 있었다. In this way, the conventional secondary battery charging/discharging circuit used for testing the secondary battery could only discharge up to a certain voltage of the secondary battery (eg, a voltage of 20% of the rated voltage) and not discharge below that. couldn't Accordingly, there was a problem in that the secondary battery could not be sufficiently tested.

이러한 종래의 충방전회로의 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 등록특허 10-1197078호(이하, "선행기술문헌"이라 함)는 별도의 보조 전원을 추가하지 않은 상태에서 스위칭 동작만으로 방전을 구현하여 이차전지에 남아있는 소량의 전압 (20% 이하 ~ 0%)도 충분히 방전시킬 수 있는 능동 스위칭소자를 구비한 영전압 방전회로 장치를 개시하고 있다.In order to solve this problem of the conventional charging and discharging circuit, Korean Patent Registration No. 10-1197078 (hereinafter referred to as "prior art literature") implements discharging only with a switching operation in a state where a separate auxiliary power source is not added to the secondary Disclosed is a zero-voltage discharge circuit device having an active switching element capable of sufficiently discharging a small amount of voltage (20% or less to 0%) remaining in a battery.

그러나, 상기 선행기술문헌에서 제시된 영전압 방전회로 장치는 충전 또는 방전 시에 각각 관련 스위칭 소자들이 PWM 제어에 따라 스위칭 온오프 동작이 반복되기 때문에, 기생공진에 의한 스위칭 소자들의 내압이 높아질 수밖에 없고, 이로 인하여 고내압 스위칭 소자들을 사용하여 회로 구성에 소요되는 비용이 증가할 수밖에 없다.However, in the zero voltage discharge circuit device presented in the prior art document, since the switching on/off operation of the relevant switching elements is repeated according to PWM control during charging or discharging, the withstand voltage of the switching elements due to parasitic resonance is inevitably increased, For this reason, the cost required for circuit construction by using high withstand voltage switching elements is inevitably increased.

또한, 상기 선행기술문헌에서 제시한 영전압 방전회로 장치는 충전 전류와 방전 전류를 발생하기 위하여 변압기의 1차측 및 2차측에 연결된 모든 스위칭 소자들에 대한 선택적 제어가 요청되고, 충전 및 방전 동작시 1차측 스위칭 소자들의 하드 스위칭 발생으로 인하여 스위칭 손실이 커지는 문제점이 발생하며, 충전 및 방전 방향 전환시 동작 타이밍 전환이 필요한 선택적 양방향 구조로서 충방전 전환시 타이밍 전환에 따른 시간 지연이 발생하는 단점을 가진다.In addition, the zero voltage discharge circuit device presented in the prior art document requires selective control of all switching elements connected to the primary and secondary sides of the transformer to generate charging current and discharging current, and during charging and discharging operations There is a problem in that the switching loss increases due to the occurrence of hard switching of the primary side switching elements, and it is a selective bidirectional structure that requires operation timing change when changing the charging and discharging directions. .

대한민국 등록특허 10-1197078호(공고일자 : 2012년 11월 07일, 발명의 명칭 : 능동 스위칭 소자를 구비한 영전압 방전회로 장치)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1197078 (Announcement date: November 07, 2012, title of invention: Zero-voltage discharge circuit device with active switching element)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 배터리의 방전 모드에서 관련 스위칭 소자들을 반복적으로 온오프하지 않고 지속적인 턴온 상태를 유지한 상태에서 배터리가 충전 및 방전될 수 있도록 구성함으로써, 스위치의 내압을 저감시킬 수 있고 도통 손실을 저감시킬 수 있도록 하는 영전압 방전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and is configured so that the battery can be charged and discharged while maintaining a continuous turn-on state without repeatedly turning on and off related switching elements in the battery discharge mode. Accordingly, an object of the present invention is to provide a zero voltage discharge device capable of reducing the withstand voltage of a switch and reducing conduction loss.

또한, 본 발명은 일정한 가동 전압이 인가될 수 있도록 함과 동시에 스위칭 소자들의 선택적 턴온만으로 충전 전류와 방전 전류를 발생할 수 있도록 구성함으로써, 충방전을 위한 전력 손실을 감소시킬 수 있고, 충방전을 위한 제어 동작을 단순화시킬 수 있도록 하는 영전압 방전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, the present invention can reduce the power loss for charging and discharging by configuring so that a constant operating voltage can be applied and at the same time generate a charging current and a discharging current only by selectively turning on the switching elements, and It is an object of the present invention to provide a zero-voltage discharge device capable of simplifying a control operation.

또한, 본 발명은 전체적인 스위치 구성과 출력 필터 구성을 간단하게 구성함으로써, 전체적인 동작 효율을 향상시킬 수 있고 전체적인 비용을 저감시킬 수 있도록 하는 영전압 방전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a zero-voltage discharge device capable of improving overall operating efficiency and reducing overall cost by simply configuring an overall switch configuration and an output filter configuration.

또한, 본 발명은 충전 및 방전시 스위칭 소자들을 동작시키기 위한 별도의 동작 타이밍의 전환이 필요 없도록 구성함으로써, 스위칭 소자들의 동작을 위한 동작 타이밍 전환에 따라 시간 지연이 발생하지 않도록 하는 영전압 방전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a zero-voltage discharging device that prevents a time delay from occurring according to the operation timing change for operation of the switching elements by configuring so that there is no need to change the separate operation timing for operating the switching elements during charging and discharging. for that purpose to provide.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 영전압 방전 장치를 이루는 구성수단은, 제1 가동 전압과 제2 가동 전압을 발생하여 인가하는 가동 전압 인가 수단; 상기 가동 전압 인가 수단의 출력측 노드에 연결되되, 상기 제1 가동 전압이 인가되도록 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 제1 링크 커패시터; 상기 가동 전압 인가 수단의 출력측 노드에 연결되되, 상기 제2 가동 전압이 인가되도록 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 제2 링크 커패시터; 상기 제1 노드에 일단이 연결되고 타단이 충방전 인덕터의 일단에 연결되는 제1 충방전 스위칭 소자; 상기 충방전 인덕터의 일단과 상기 제1 충방전 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드에 연결되는 제2 충방전 스위칭 소자; 상기 제2 충방전 스위칭 소자의 일단과 상기 제1 충방전 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 배터리의 양(+) 단자에 타단이 연결되는 충방전 인덕터; 상기 충방전 인덕터의 타단에 양(+) 단자에 연결되고 상기 제2 노드에 음(-) 단자가 연결되는 배터리를 포함하여 구성되되, 충전 모드에서, 상기 제1 충방전 스위칭 소자만이 턴온되어 상기 배터리가 상기 제1 가동 전압에 의해 충전되는 동작이 수행되고, 방전 모드에서, 상기 제2 충방전 스위칭 소자만이 턴온되어 상기 배터리가 상기 제2 가동 전압에 의해 방전되는 동작이 수행되는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the constituent means constituting the zero voltage discharge device according to the present invention includes: an operation voltage applying means for generating and applying a first operation voltage and a second operation voltage; a first link capacitor connected to an output node of the operating voltage applying means and connected between a first node and a second node so that the first operating voltage is applied; a second link capacitor connected to an output node of the operating voltage applying means and connected between a second node and a third node so that the second operating voltage is applied; a first charge/discharge switching element having one end connected to the first node and the other end connected to one end of the charge/discharge inductor; a second charge/discharge switching element having one end connected to one end of the charge/discharge inductor and the other end of the first charge/discharge switching element and the other end connected to the third node; a charging/discharging inductor having one end connected to one end of the second charge/discharge switching element and the other end of the first charge/discharge switching element, and the other end connected to a positive (+) terminal of the battery; and a battery connected to a positive (+) terminal at the other end of the charging/discharging inductor and a negative (-) terminal connected to the second node, in the charging mode, only the first charging/discharging switching element is turned on An operation of charging the battery by the first operating voltage is performed, and in a discharging mode, only the second charging/discharging switching element is turned on to discharge the battery by the second operating voltage. do it with

여기서, 상기 가동 전압 인가 수단은, 입력 전원으로부터 출력되는 전압이 변압기의 1차측 권선에 인가되는 방향을 절환시키도록 하는 절환부와, 상기 변압기의 2차측 권선에 연결되어 상기 제1 가동 전압과 제2 가동 전압을 안정화시켜 출력하는 안정화부로 구성되되, 여기서, 상기 변압기의 2차측 권선은 서로 커플링되는 제1 권선과 제2 권선으로 구성되되, 상기 제1 권선의 음극과 상기 제2 권선의 양극은 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 절환부는, 상기 입력 전원의 양(+) 단자에 일단이 연결되는 제1 절환 스위칭 소자, 상기 제1 절환 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 입력 전원의 음(-) 단자에 연결되는 제2 절환 스위칭 소자, 상기 제2 절환 스위칭 소자의 일단과 상기 제1 절환 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제1 권선의 양극에 연결되는 절환 인덕터, 상기 제1 권선의 음극에 일단이 연결되고 타단이 상기 제2 절환 스위칭 소자의 타단에 연결되는 제3 절환 스위칭 소자 및 상기 제1 절환 스위칭 소자에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 절환 스위칭 소자의 일단에 연결되는 제4 절환 스위칭 소자를 포함하며, 상기 안정화부는, 상기 제1 권선의 양극에 타단이 연결되고 일단이 상기 제1 노드에 연결되는 제1 안정화 스위칭 소자, 상기 제1 안정화 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드에 연결되는 제2 안정화 스위칭 소자, 상기 제2 권선의 음극에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드에 연결되는 제3 안정화 스위칭 소자 및 상기 제1 노드에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 안정화 스위칭 소자의 일단에 연결되는 제4 안정화 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the operating voltage applying means includes a switching unit for switching the direction in which the voltage output from the input power source is applied to the primary winding of the transformer, and is connected to the secondary winding of the transformer so that the first operating voltage and the first operating voltage are applied. 2 It consists of a stabilizing unit for stabilizing and outputting an operating voltage, wherein the secondary winding of the transformer is composed of a first winding and a second winding coupled to each other, the negative electrode of the first winding and the positive electrode of the second winding is connected to the second node, and the switching unit includes a first switching switching element having one end connected to a positive (+) terminal of the input power, one end connected to the other end of the first switching switching element, and the other end connected to the input a second change-over switching element connected to the negative (-) terminal of the power source, one end of the second change-over switching element and the other end of the first change-over switching element are connected to each other and the other end is connected to the positive electrode of the first winding an inductor, a third change-over switching element having one end connected to the cathode of the first winding and the other end connected to the other end of the second change-over switching element; a fourth switching switching element connected to one end of the element, wherein the stabilizing unit includes a first stabilizing switching element having the other end connected to the anode of the first winding and one end connected to the first node, the first stabilizing switching A second stabilizing switching element having one end connected to the other end of the element and the other end connected to the third node, a third stabilizing switching element having one end connected to the cathode of the second winding and the other end connected to the third node, and the It characterized in that it comprises a fourth stabilizing switching element having one end connected to the first node and the other end connected to one end of the third stabilizing switching element.

여기서, 상기 가동 전압 인가 수단은 제1 모드에서 상기 절환 인덕터의 전류가 최소 전류(-IP)에서 최대 전류(+IP)까지 상승할 수 있도록 제어되고, 제2 모드에서 상기 절환 인덕터의 전류가 최대 전류(+IP)로 유지할 수 있도록 제어되고, 제3 모드에서 상기 절환 인덕터의 전류가 최대 전류(+IP)에서 최소 전류(-IP)까지 하강할 수 있도록 제어되고, 제4 모드에서 상기 절환 인덕터의 전류가 최소 전류(-IP)로 유지할 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 한다.Here, the voltage applied to the movable means is a current of the switched inductor being controlled to be increased to the maximum current (I + P) from the minimum current (-I P) in a first mode, the inductor current of the switching in the second mode the maximum current is controlled to maintain a (P + I), is controlled to be lowered to a minimum current (-I P) the inductor current of the switching at the maximum current (I + P) in a third mode, the fourth In the mode, it is characterized in that the current of the switching inductor is controlled to maintain a minimum current (-I P ).

여기서, 상기 제1 모드에서, 상기 제2 안정화 스위칭 소자와 제4 안정화 스위칭 소자가 도통되어 있는 상태에서 상기 제1 절환 스위칭 소자와 제3 절환 스위칭 소자가 턴온되도록 제어되고, 상기 제2 모드에서, 상기 제1 절환 스위칭 소자와 제3 절환 스위칭 소자가 도통되어 있는 상태에서 상기 제1 안정화 스위칭 소자와 제3 안정화 스위칭 소자가 턴온되도록 제어되고, 상기 제3 모드에서, 상기 제1 안정화 스위칭 소자와 제3 안정화 스위칭 소자가 도통되어 있는 상태에서 상기 제2 절환 스위칭 소자와 제4 절환 스위칭 소자가 턴온되도록 제어되며, 상기 제4 모드에서, 상기 제2 절환 스위칭 소자와 제4 절환 스위칭 소자가 도통되어 있는 상태에서 상기 제2 안정화 스위칭 소자와 제4 안정화 스위칭 소자가 턴온되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.Here, in the first mode, the first switching switching element and the third switching switching element are controlled to be turned on while the second stabilizing switching element and the fourth stabilizing switching element are conducting, and in the second mode, Controlled so that the first stabilizing switching element and the third stabilizing switching element are turned on in a state in which the first and third switching switching elements are electrically connected, and in the third mode, the first stabilizing switching element and the second stabilizing switching element 3 Controlled so that the second changeover switching element and the fourth changeover switching element are turned on while the stabilization switching element is conducting, and in the fourth mode, the second changeover switching element and the fourth changeover switching element are conducting In the state, the second stabilizing switching element and the fourth stabilizing switching element are controlled to be turned on.

상기와 같은 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 영전압 방전 장치에 의하면, 배터리의 방전 모드에서 관련 스위칭 소자들을 반복적으로 온오프하지 않고 지속적인 턴온 상태를 유지한 상태에서 배터리가 충전 및 방전될 수 있도록 구성하기 때문에, 스위치의 내압을 저감시킬 수 있고 도통 손실을 저감시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.According to the present invention zero voltage discharging device having the above problems and solutions, the battery can be charged and discharged while maintaining a continuous turn-on state without repeatedly turning on and off related switching elements in the battery discharging mode. Therefore, an advantage of reducing the withstand voltage of the switch and reducing the conduction loss is generated.

또한, 본 발명에 의하면, 일정한 가동 전압이 인가될 수 있도록 함과 동시에 스위칭 소자들의 선택적 턴온만으로 충전 전류와 방전 전류를 발생할 수 있도록 구성하기 때문에, 충방전을 위한 전력 손실을 감소시킬 수 있고, 충방전을 위한 제어 동작을 단순화시킬 수 있도록 하는 효과가 발생한다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce power loss for charging and discharging, since it is configured to generate a charging current and a discharging current only by selectively turning on the switching elements while allowing a constant operating voltage to be applied. An effect of making it possible to simplify the control operation for the discharge occurs.

또한, 본 발명에 의하면, 전체적인 스위치 구성과 출력 필터 구성을 간단하게 구성하기 때문에, 전체적인 동작 효율을 향상시킬 수 있고 전체적인 비용을 저감시킬 수 있도록 하는 효과가 발생한다.In addition, according to the present invention, since the overall switch configuration and the output filter configuration are simply configured, the overall operating efficiency can be improved and the overall cost can be reduced.

또한, 본 발명에 의하면, 충전 및 방전시 스위칭 소자들을 동작시키기 위한 별도의 동작 타이밍의 전환이 필요 없도록 구성하기 때문에, 스위칭 소자들의 동작을 위한 동작 타이밍 전환에 따라 시간 지연이 발생하지 않도록 하는 장점이 발생된다.In addition, according to the present invention, since it is configured so that there is no need for a separate operation timing change for operating the switching elements during charging and discharging, there is an advantage in that a time delay does not occur according to the operation timing change for the operation of the switching elements. occurs

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치의 동작을 설명하기 위한 회로 동작도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치의 동작을 설명하기 위한 관련 스위칭 소자들에 대한 제어 신호 및 관련 노드에서의 전압 및 전류의 파형도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치의 세부 구성도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치를 구성하는 가동 전압 인가 수단의 동작을 설명하기 위한 회로 동작도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치를 구성하는 가동 전압 인가 수단의 동작을 설명하기 위한 관련 스위칭 소자들에 대한 제어 신호 및 관련 노드에서의 전압 및 전류의 파형도를 보여준다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치에 대한 모의실험 결과를 보여주는 전압 및 전류의 파형도를 보여준다.
1 is a block diagram of a zero voltage discharge device according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit operation diagram for explaining the operation of a zero voltage discharge device according to an embodiment of the present invention.
3 shows a waveform diagram of a control signal for related switching elements and voltage and current at a related node for explaining the operation of the zero voltage discharge device according to an embodiment of the present invention.
4 is a detailed configuration diagram of a zero voltage discharge device according to an embodiment of the present invention.
5 to 8 are circuit operation diagrams for explaining the operation of the operating voltage applying means constituting the zero voltage discharge device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows waveform diagrams of voltages and currents at related nodes and control signals for related switching elements for explaining the operation of the operating voltage applying means constituting the zero voltage discharge device according to the embodiment of the present invention.
10 and 11 are waveform diagrams of voltage and current showing simulation results for a zero voltage discharge device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 영전압 방전 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a zero voltage discharge device according to the present invention having the above problems, solutions and effects will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. Effects and features of the present invention, and a method of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응되는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when described with reference to the drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. .

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have means that the features or components described in the specification are present, and the possibility of adding one or more other features or components is not excluded in advance.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지는 않는다.In the drawings, the size of the components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 동작 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 동작이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수도 있다.In cases where certain embodiments may be implemented differently, a specific order of operations may be performed differently from the described order. For example, two operations described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the order described.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a zero voltage discharge device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치(100)는 입력 전원(Vin)을 인가받아 배터리(Vbatt)의 충전 및 방전을 위한 두 개의 가동 전압(Vo1,Vo2)을 발생하여 인가하는 가동 전압 인가 수단(10), 상기 두 개의 가동 전압에 대응하여 배치되는 두 개의 링크 커패시터(Co1, Co2), 두 개의 충방전 스위치 소자(CSW1, CSW2) 및 충방전 인덕터(L1)를 포함하여 구성되고, 상기 충방전 인덕터(L1)와 상기 가동 전압 인가 수단(10) 사이에 충전 및 방전을 수행하기 위한 배터리(Vbatt)가 연결되어 구성된다.As shown in FIG. 1 , the zero voltage discharging device 100 according to the embodiment of the present invention receives the input power Vin and receives two operating voltages Vo1 and Vo2 for charging and discharging the battery Vbatt. operation voltage applying means 10 for generating and applying the ), and a battery (Vbatt) for charging and discharging is connected between the charging/discharging inductor (L1) and the operating voltage applying means (10).

상기 가동 전압 인가 수단(10)은 제1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)을 발생하여 인가하는 동작을 수행한다. 구체적으로, 상기 가동 전압 인가 수단(10)은 출력 전압(Vo)을 발생하여 출력하되, 제1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)이 분리되어 출력될 수 있도록 동작한다. 상기 제1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)은 각각 배터리(Vbatt)의 충전과 방전을 위한 입력 전압으로 작용한다.The operation voltage applying means 10 generates and applies the first operation voltage Vo1 and the second operation voltage Vo2. Specifically, the operating voltage applying means 10 generates and outputs the output voltage Vo, but operates so that the first operating voltage Vo1 and the second operating voltage Vo2 are separated and output. The first operating voltage Vo1 and the second operating voltage Vo2 act as input voltages for charging and discharging the battery Vbatt, respectively.

여기서, 상기 출력 전압(Vo)은 상기 가동 전압 인가 수단(10)의 양단, 구체적으로 도 1에서 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이의 전압으로서, 상기 1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)의 합과 같으며, 상기 1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)은 각각 Vo/2의 값을 가진다. 즉, 상기 가동 전압 인가 수단(10)에서 분리되어 출력되는 상기 1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)은 동일한 전압 크기를 가진다.Here, the output voltage Vo is a voltage between both ends of the operating voltage applying means 10 , specifically, between the first node N1 and the third node N3 in FIG. 1 , and the first operating voltage Vo1 . and the second operation voltage Vo2, and the first operation voltage Vo1 and the second operation voltage Vo2 each have a value of Vo/2. That is, the first operation voltage Vo1 and the second operation voltage Vo2 separated and output from the operation voltage applying means 10 have the same voltage level.

상기 가동 전압 인가 수단(10)의 출력측 노드에는 각각 상기 1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)을 저장할 수 있는 제1 링크 커패시터(Co1)와 제2 링크 커패시터(Co2)가 연결된다.A first link capacitor Co1 and a second link capacitor Co2 capable of storing the first operation voltage Vo1 and the second operation voltage Vo2 are respectively connected to the output node of the operation voltage applying means 10 . .

구체적으로, 상기 제1 링크 커패시터(Co1)는 상기 가동 전압 인가 수단(10)의 출력측 노드에 연결되되, 상기 제1 가동 전압(Vo1)이 인가되도록 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된다. 즉, 상기 제1 링크 커패시터(Co1)는 상기 가동 전압 인가 수단(10)으로부터 출력되는 상기 제1 가동 전압(Vo1)을 축적할 수 있다.Specifically, the first link capacitor Co1 is connected to an output node of the operating voltage applying means 10 , and a first node N1 and a second node N2 are applied such that the first operating voltage Vo1 is applied. ) are connected between That is, the first link capacitor Co1 may accumulate the first operating voltage Vo1 output from the operating voltage applying means 10 .

상기 제2 링크 커패시터(Co2)는 상기 가동 전압 인가 수단(10)의 출력측 노드에 연결되되, 상기 제2 가동 전압(Vo2)이 인가되도록 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결된다. 즉, 상기 제2 링크 커패시터(Co2)는 상기 가동 전압 인가 수단(10)으로부터 출력되는 상기 제2 가동 전압(Vo2)을 축적할 수 있다.The second link capacitor (Co2) is connected to the output node of the operating voltage applying means (10), between the second node (N2) and the third node (N3) so that the second operating voltage (Vo2) is applied. Connected. That is, the second link capacitor Co2 may accumulate the second operation voltage Vo2 output from the operation voltage applying means 10 .

이와 같이, 상기 제1 링크 커패시터(Co1)와 제2 링크 커패시터(Co2)는 서로 병렬로 분리 연결되어, 상기 가동 전압 인가 수단(10)으로부터 분리되어 출력되는 상기 1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)을 분리하여 저장할 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 링크 커패시터(Co1)와 제2 링크 커패시터(Co2)는 상기 배터리에 대한 충전 모드 및 방전 모드에서 상기 배터리의 전압의 파형을 안정화시키기 위한 전압 안정화 커패시터로서 동작한다.In this way, the first link capacitor Co1 and the second link capacitor Co2 are separated and connected in parallel to each other, and the first and second operation voltage Vo1 and the second output voltage Vo1 are separated from the operation voltage applying means 10 and output. The operating voltage Vo2 can be separated and stored. Through this, the first link capacitor Co1 and the second link capacitor Co2 operate as voltage stabilizing capacitors for stabilizing the waveform of the voltage of the battery in the charging mode and the discharging mode for the battery.

상기 배터리(Vbatt)의 충전 및 방전 동작이 수행될 수 있도록 하기 위하여 제어수단(미도시)에 의해 턴온 또는 턴오프되는 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)와 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)가 상기 제1 링크 커패시터(Co1)와 제2 링크 커패시터(Co2)에 연결된다. 여기서, 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)와 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)는 스위칭 소자로서 상기 배터리(Vbatt)의 충전 및 방전 동작에 직접적으로 관여하는 스위칭 소자에 해당된다.A first charge/discharge switching device CSW1 and a second charge/discharge switching device CSW2 that are turned on or off by a control means (not shown) so that the charging and discharging operations of the battery Vbatt can be performed It is connected to the first link capacitor Co1 and the second link capacitor Co2. Here, the first charge/discharge switching element CSW1 and the second charge/discharge switching element CSW2 are switching elements and correspond to switching elements directly involved in the charging and discharging operations of the battery Vbatt.

상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)는 상기 제1 노드(N1)에 일단이 연결되고 타단이 충방전 인덕터(L1)의 일단에 연결된다. 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터)으로 구성된다. 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)는 구체적으로, 드레인이 상기 제1 노드(N1)에 연결되고 소스가 상기 충방전 인덕터(L1)에 연결되도록 배치된다.One end of the first charge/discharge switching element CSW1 is connected to the first node N1 and the other end is connected to one end of the charge/discharge inductor L1. The first charge/discharge switching device CSW1 is configured of a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). Specifically, the first charge/discharge switching device CSW1 is disposed such that a drain is connected to the first node N1 and a source is connected to the charge/discharge inductor L1 .

상기 MOSFET으로 구성되는 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)에는 다이오드가 연결되어 있다. 상기 다이오드는 상기 MOSFET으로 구성되는 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)가 온(ON) 상태에서 턴오프되는 순간 드레인측에 걸리는 높은 역기전력으로 인해 파손되는 것을 방지하기 위하여 연결된다. 상기 다이오드는 애노드가 상기 충방전 인덕터(L1)에 연결되고 캐소드가 상기 제1 노드(N1)에 연결되도록 배치된다.A diode is connected to the first charge/discharge switching element CSW1 including the MOSFET. The diode is connected to prevent damage due to a high counter electromotive force applied to the drain side when the first charge/discharge switching element CSW1 including the MOSFET is turned off from the ON state. The diode is arranged such that an anode is connected to the charge/discharge inductor (L1) and a cathode is connected to the first node (N1).

또한, 상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)는 상기 충방전 인덕터(L1)의 일단과 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드(N3)에 연결된다. In addition, one end of the second charge/discharge switching element CSW2 is connected to one end of the charge/discharge inductor L1 and the other end of the first charge/discharge switching element CSW1, and the other end is connected to the third node N3. Connected.

상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2) 역시 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터)으로 구성된다. 상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)는 구체적으로, 드레인이 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)의 타단에 연결되고 소스가 상기 제3 노드(N3)에 연결되도록 배치된다.The second charge/discharge switching element CSW2 is also configured of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Specifically, the second charge/discharge switching element CSW2 is disposed such that a drain is connected to the other end of the first charge/discharge switching element CSW1 and a source is connected to the third node N3 .

상기 MOSFET으로 구성되는 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)에는 역시 다이오드가 연결되어 있다. 상기 다이오드는 상기 MOSFET으로 구성되는 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)가 온(ON) 상태에서 턴오프되는 순간 드레인측에 걸리는 높은 역기전력으로 인해 파손되는 것을 방지하기 위하여 연결된다. 상기 다이오드는 애노드가 상기 제3 노드(N3)에 연결되고 캐소드가 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)의 타단에 연결되도록 배치된다.A diode is also connected to the second charge/discharge switching element CSW2 composed of the MOSFET. The diode is connected to prevent damage due to a high counter electromotive force applied to the drain side at the moment when the second charge/discharge switching element CSW2 composed of the MOSFET is turned off from the ON state. The diode is arranged such that an anode is connected to the third node N3 and a cathode is connected to the other end of the first charge/discharge switching element CSW1.

상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)와 상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2) 사이에는 상기 충방전 인덕터(L1)의 일단이 연결된다. 구체적으로, 상기 충방전 인덕터(L1)는 상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)의 일단과 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)의 타단에 일단이 연결되고 배터리(Vbatt)의 양(+) 단자에 타단이 연결된다.One end of the charge/discharge inductor L1 is connected between the first charge/discharge switching element CSW1 and the second charge/discharge switching element CSW2. Specifically, the charge/discharge inductor L1 has one end connected to one end of the second charge/discharge switching element CSW2 and the other end of the first charge/discharge switching element CSW1, and the positive (+) of the battery Vbatt. The other end is connected to the terminal.

상기 충방전 인덕터(L1)는 전류 안정화 코일로 구성되어, 충전 전류 및 방전 전류가 안정적으로 흐를 수 있도록 동작한다. 즉, 상기 충방전 인덕터(L1)는 상기 배터리(Vbatt)를 충전 및 방전시키는 충전 모드 및 방전 모드에서 충전 전류 및 방전 전류가 상기 배터리에 안정적으로 흐를 수 있도록 하는데에 직접적으로 관여한다. The charging/discharging inductor L1 is configured as a current stabilizing coil, and operates so that a charging current and a discharging current may flow stably. That is, the charging/discharging inductor L1 is directly involved in allowing the charging current and the discharging current to flow stably in the battery in the charging mode and the discharging mode for charging and discharging the battery Vbatt.

상기 배터리(Vbatt)는 상기 충방전 인덕터(L1)의 타단에 양(+) 단자에 연결되고 상기 제2 노드(N2)에 음(-) 단자가 연결된다. 상기 배터리(Vbatt)의 음(-) 단자는 상기 제2 노드(N2), 좀 더 구체적으로 상기 제1 링크 커패시터(Co1)와 상기 제2 링크 커패시터(Co2) 사이에 연결된다.The battery Vbatt is connected to a positive (+) terminal of the other end of the charging/discharging inductor L1 and a negative (-) terminal is connected to the second node N2. The negative (-) terminal of the battery Vbatt is connected between the second node N2 , more specifically, the first link capacitor Co1 and the second link capacitor Co2 .

이하에서는 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치의 동작을 도 2의 회로도와 도 3의 파형도를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the zero voltage discharge device according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 2 and the waveform diagram of FIG. 3 .

먼저, 충전 모드에서, 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)만이 턴온되어 상기 배터리(Vbatt)가 상기 제1 가동 전압(Vo1)에 의해 충전되는 동작이 수행된다.First, in the charging mode, only the first charging/discharging switching element CSW1 is turned on to charge the battery Vbatt by the first operating voltage Vo1 .

제어수단(미도시)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)만이 턴온되고 상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)는 오프 상태를 유지할 수 있도록 제어한다. 그러면, 도 2의 상측 회로도에서 도시된 바와 같은 인덕터 전류(iL)가 흐르게 된다. 구체적으로, 상기 인덕터 전류(iL)는 제1 링크 커패시터(Co1) -> 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1) -> 충방전 인덕터(L1) -> 배터리(Vbatt) -> 제1 링크 커패시터(Co1)로 형성되는 폐루프를 따라 흐르게 된다. 상기 인덕터 전류(iL)에 의하여 상기 배터리(Vbatt)는 충전 동작을 수행한다.As shown in FIG. 3 , a control unit (not shown) controls so that only the first charge/discharge switching element CSW1 is turned on and the second charge/discharge switching element CSW2 maintains an off state. Then, the inductor current iL as shown in the upper circuit diagram of FIG. 2 flows. Specifically, the inductor current iL is a first link capacitor Co1 -> first charge/discharge switching element CSW1 -> charge/discharge inductor L1 -> battery Vbatt -> first link capacitor Co1 ) flows along a closed loop formed by The battery Vbatt performs a charging operation by the inductor current iL.

이와 같은 충전 모드에서, 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)가 도통되어 상기 충방전 인덕터(L1)의 앞단 전압 Vx는 상기 제1 가동 전압(Vo1)이 걸리게 된다. 따라서, 상기 충방전 인덕터 전류는 도 3에 도시된 바와 같이, (Vo1-Vbatt)/L의 기울기로 상승하게 되고, 이 과정을 통하여 상기 배터리(Vbatt)의 충전 동작이 수행된다.In this charging mode, the first charging/discharging switching element CSW1 conducts and the first operating voltage Vo1 is applied to the front end voltage Vx of the charging/discharging inductor L1. Accordingly, as shown in FIG. 3 , the charging/discharging inductor current rises with a slope of (Vo1-Vbatt)/L, and the charging operation of the battery Vbatt is performed through this process.

다음, 방전 모드에서, 상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)만이 턴온되어 상기 배터리(Vbatt)가 상기 제2 가동 전압(Vo2)에 의해 방전되는 동작이 수행된다.Next, in the discharging mode, only the second charge/discharge switching element CSW2 is turned on to discharge the battery Vbatt by the second operation voltage Vo2 .

제어수단(미도시)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)만이 턴온되고 상기 제1 충방전 스위칭 소자(CSW1)는 오프 상태를 유지할 수 있도록 제어한다. 그러면, 도 2의 하측 회로도에서 도시된 바와 같은 인덕터 전류(iL)가 흐르게 된다. 구체적으로, 상기 인덕터 전류(iL)는 제2 링크 커패시터(Co2) -> 배터리(Vbatt) -> 충방전 인덕터(L1) -> 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2) -> 제2 링크 커패시터(Co2)로 형성되는 폐루프를 따라 흐르게 된다. 상기 인덕터 전류(iL)에 의하여 상기 배터리(Vbatt)는 방전 동작을 수행한다.As shown in FIG. 3 , a control unit (not shown) controls so that only the second charge/discharge switching device CSW2 is turned on and the first charge/discharge switching device CSW1 maintains an off state. Then, the inductor current iL as shown in the lower circuit diagram of FIG. 2 flows. Specifically, the inductor current iL is a second link capacitor (Co2) -> battery (Vbatt) -> charge/discharge inductor (L1) -> second charge/discharge switching element (CSW2) -> second link capacitor (Co2) ) flows along a closed loop formed by The battery Vbatt performs a discharging operation by the inductor current iL.

이와 같은 방전 모드에서, 상기 제2 충방전 스위칭 소자(CSW2)가 도통되어 상기 충방전 인덕터(L1)의 앞단 전압 Vx는 음의 제2 가동 전압(-Vo2)이 걸리게 된다. 따라서, 상기 충방전 인덕터 전류는 도 3에 도시된 바와 같이, (-Vo2-Vbatt)/L의 기울기로 하강하게 되고, 이 과정을 통하여 상기 배터리(Vbatt)의 방전 동작이 수행된다.In such a discharging mode, the second charge/discharge switching element CSW2 conducts, so that the voltage Vx at the front end of the charge/discharge inductor L1 is negatively applied to the second operation voltage -Vo2. Accordingly, as shown in FIG. 3 , the charging/discharging inductor current falls with a slope of (-Vo2-Vbatt)/L, and the discharging operation of the battery Vbatt is performed through this process.

이와 같이, 상기 배터리(Vbatt)의 전압이 0이 되어도 -Vo2/L의 하강 기울기를 확보할 수 있어 충방전 전류 제어가 가능하게 된다.In this way, even when the voltage of the battery Vbatt becomes 0, it is possible to secure a falling slope of -Vo2/L, so that it is possible to control the charge/discharge current.

이와 같은 구성 및 동작을 가지는 본 발명인 영전압 방전 장치에 의하면, 배터리의 방전 모드에서 관련 스위칭 소자(CSW1, CSW2)들을 반복적으로 온오프하지 않고 지속적인 턴온 상태를 유지한 상태에서 배터리가 충전 및 방전될 수 있도록 구성하기 때문에, 스위치의 내압을 저감시킬 수 있고 도통 손실을 저감시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.According to the zero voltage discharging device of the present invention having such a configuration and operation, the battery is charged and discharged in a state in which the related switching elements CSW1 and CSW2 are continuously turned on without repeatedly turning on and off in the battery discharging mode. Since it is configured so that it is possible to reduce the breakdown voltage of the switch and the conduction loss can be reduced, there is an advantage.

또한, 본 발명에 의하면, 일정한 가동 전압이 인가될 수 있도록 함과 동시에 스위칭 소자들(CSW1, CSW2)의 선택적 턴온만으로 충전 전류와 방전 전류를 발생할 수 있도록 구성하기 때문에, 충방전을 위한 전력 손실을 감소시킬 수 있고, 충방전을 위한 제어 동작을 단순화시킬 수 있도록 하는 효과가 발생한다.In addition, according to the present invention, since it is configured to generate a charging current and a discharging current only by selectively turning on the switching elements CSW1 and CSW2 while allowing a constant operating voltage to be applied, power loss for charging and discharging is reduced. can be reduced, and the effect of making it possible to simplify the control operation for charging and discharging occurs.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 영전압 방전 장치(100)는 두 개의 링크 캐패시터(Co1, Co2)로 분리되어 독립적인 동작을 한다. 이를 위하여, 상기 가동 전압 인가 수단(10)은 입력 전원(Vin)을 인가받아 두 개의 가동 전압(Vo1, Vo2)을 생성하여 출력하는 동작을 수행한다.As described above, the zero voltage discharge device 100 according to the present invention is separated into two link capacitors Co1 and Co2 to operate independently. To this end, the operating voltage applying means 10 receives the input power Vin and generates and outputs two operating voltages Vo1 and Vo2.

이를 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치(100)는 가동 전압 인가 수단(10)을 포함하고, 상기 상기 가동 전압 인가 수단(10)은 입력 전원(Vin)으로부터 출력되는 전압이 변압기(3)의 1차측 권선에 인가되는 방향을 절환시키도록 하는 절환부(1)와, 상기 변압기(3)의 2차측 권선에 연결되어 상기 제1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)을 안정화시켜 출력하는 안정화부로 구성된다.To this end, as shown in FIG. 4 , the zero voltage discharging device 100 according to the embodiment of the present invention includes an operating voltage applying unit 10 , and the operating voltage applying unit 10 is an input power supply ( Vin) is connected to a switching unit 1 for switching the direction in which the voltage output from the transformer 3 is applied to the primary winding of the transformer 3, and is connected to the secondary winding of the transformer 3 and the first operating voltage Vo1 ) and a stabilizing unit that stabilizes and outputs the second operating voltage Vo2.

상기 가동 전압 인가 수단(10)은 두 개의 안정화된 가동 전압(Vo1, Vo2)을 생성하여 출력하는 동작을 수행해야 하는데, 이를 위하여 상기 변압기(3)의 2차측 권선을 두 개의 권선, 즉 제1 권선(4)과 제2 권선(5)으로 구성한다. 상기 제1 권선(4)과 제2 권선(5)은 서로 커플링되어 있다. 즉, 상기 제1 권선(4)의 음극과 상기 제2 권선(5)의 양극이 서로 연결된 상태로 제2 노드(N2)에 연결되는 상기 배터리(Vbatt)에 연결되어 있다.The operation voltage applying means 10 should perform an operation to generate and output two stabilized operation voltages Vo1 and Vo2. For this purpose, the secondary winding of the transformer 3 is connected to two windings, that is, the first It consists of a winding (4) and a second winding (5). The first winding 4 and the second winding 5 are coupled to each other. That is, the negative pole of the first winding 4 and the positive pole of the second winding 5 are connected to the battery Vbatt connected to the second node N2 while being connected to each other.

이와 같이, 상기 변압기(3)의 2차측 권선은 서로 커플링되는 제1 권선(4)과 제2 권선(5)으로 구성되되, 상기 제1 권선(4)의 음극과 상기 제2 권선(5)의 양극은 상기 제2 노드(N2)와 상기 배터리(Vbatt)에 연결되어 있다.As such, the secondary winding of the transformer 3 is composed of a first winding 4 and a second winding 5 coupled to each other, and the cathode of the first winding 4 and the second winding 5 are coupled to each other. ) is connected to the second node N2 and the battery Vbatt.

상기 절환부(1)는 네 개의 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)와 절환 인덕터(L2)로 구성되어 상기 변압기(3)의 1차측 권선에 연결되어 있다. 상기 전환부(1)는 상기 네 개의 스위칭 소자들에 대한 제어수단(미도시)의 제어에 따라 상기 변압기(3)의 1차측 권선에 흐르는 1차측 전류의 방향을 전환하는 동작을 수행한다.The switching unit 1 is composed of four switching elements SW1 , SW2 , SW3 , SW4 and a switching inductor L2 and is connected to the primary winding of the transformer 3 . The switching unit 1 converts the direction of the primary current flowing in the primary winding of the transformer 3 according to the control of the control means (not shown) for the four switching elements.

상기 절환부(1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 입력 전원(Vin)의 양(+) 단자에 일단이 연결되는 제1 절환 스위칭 소자(SW1), 상기 제1 절환 스위칭 소자(SW1)의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 입력 전원(Vin(의 음(-) 단자에 연결되는 제2 절환 스위칭 소자(SW2), 상기 제2 절환 스위칭 소자(SW2)의 일단과 상기 제1 절환 스위칭 소자(SW1)의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제1 권선의 양극에 연결되는 절환 인덕터(L2), 상기 제1 권선의 음극에 일단이 연결되고 타단이 상기 제2 절환 스위칭 소자(SW2)의 타단에 연결되는 제3 절환 스위칭 소자(SW3) 및 상기 제1 절환 스위칭 소자(SW1)에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 절환 스위칭 소자(SW3)의 일단에 연결되는 제4 절환 스위칭 소자(SW4)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4 , the switching unit 1 includes a first switching switching device SW1 having one end connected to a positive (+) terminal of the input power Vin, and the first switching switching device SW1. One end is connected to the other end of the second change-over switching element SW2 and the other end is connected to the negative (-) terminal of the input power (Vin) A switching inductor L2 having one end connected to the other end of the element SW1 and the other end connected to the positive pole of the first winding, one end connected to the negative pole of the first winding and the other end connected to the second switching switching element SW2 a fourth change-over switching element (SW3) connected to the other end of SW4) is included.

상기 네 개의 절환 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)는 제어수단(미도시)의 제어에 따라 턴온 또는 턴오프되고 이 과정을 통하여 상기 변압기(3)의 1차측 전류의 방향을 절환하는 동작을 수행하는 스위칭 소자에 해당된다. The four switching switching elements SW1, SW2, SW3, SW4 are turned on or off according to the control of a control means (not shown), and through this process, the direction of the primary side current of the transformer 3 is switched It corresponds to a switching device that performs

상기 네 개의 절환 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터)으로 구성되고, MOSFET으로 구성되는 스위칭 소자가 온(ON) 상태에서 턴오프되는 순간 드레인측에 걸리는 높은 역기전력으로 인해 파손되는 것을 방지하기 위하여 다이오드가 연결된다.The four switching switching elements SW1, SW2, SW3, and SW4 are composed of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and the switching element composed of the MOSFET is turned on in an ON state. A diode is connected to prevent damage due to a high counter electromotive force applied to the drain side at the moment it is turned off.

상기 절환부(1)의 동작에 따라 상기 변압기(3)의 2차측 권선에 흐르는 전류, 구체적으로 제1 권선(4)에 흐르는 제1 권선 전류(is1)와 제2 권선(5)에 흐르는 제2 권선 전류(is2)가 흐르게 되고, 이를 통하여 안정화부(7)를 통해 안정화된 제1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)이 생성되어 출력된다.The current flowing in the secondary winding of the transformer 3 according to the operation of the switching unit 1, specifically, the first winding current is1 flowing in the first winding 4 and the second winding flowing in the second winding 5 The two winding current is2 flows, and through this, the first operating voltage Vo1 and the second operating voltage Vo2 stabilized through the stabilizing unit 7 are generated and output.

상기 안정화부(7)는 네 개의 스위칭 소자(MW1, MW2, MW3, MW4)로 구성되어 상기 변압기(3)의 2차측 권선에 연결되고, 출력측이 상기 두 개의 링크 커패시터(Co1, CO2)에 분리되어 연결되어 있다. 상기 안정화부(7)는 상기 네 개의 스위칭 소자들(MW1, MW2, MW3, MW4)에 대한 제어수단(미도시)의 제어에 따라 상기 변압기(3)의 2차측 권선, 구체적으로 제1 권선(4)에 흐르는 제1 권선 전류(is1)와 제2 권선(5)에 흐르는 제2 권선 전류(is2)의 경로 및 방향을 가변하는 과정을 통해 안정화된 제1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo2)이 생성되어 출력되도록 한다.The stabilization unit 7 is composed of four switching elements MW1, MW2, MW3, MW4 and is connected to the secondary winding of the transformer 3, and the output side is separated from the two link capacitors Co1 and CO2. has been connected The stabilizing unit 7 is a secondary winding of the transformer 3, specifically, a first winding ( 4) The first starting voltage Vo1 and the second starting voltage stabilized through the process of changing the paths and directions of the first winding current is1 flowing through the second winding 5 and the second winding current is2 flowing through the second winding 5 are changed. A voltage Vo2 is generated and output.

상기 안정화부(7)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 권선(4)의 양극에 타단이 연결되고 일단이 상기 제1 노드(N1)에 연결되는 제1 안정화 스위칭 소자(MW1), 상기 제1 안정화 스위칭 소자(MW1)의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드(N3)에 연결되는 제2 안정화 스위칭 소자(MW2), 상기 제2 권선(5)의 음극에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드(N3)에 연결되는 제3 안정화 스위칭 소자(MW3) 및 상기 제1 노드(N1)에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 안정화 스위칭 소자(MW3)의 일단에 연결되는 제4 안정화 스위칭 소자(MW4)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, the stabilization unit 7 includes a first stabilizing switching element MW1 having the other end connected to the anode of the first winding 4 and one end connected to the first node N1, A second stabilizing switching element MW2 having one end connected to the other end of the first stabilizing switching element MW1 and the other end connected to the third node N3, one end connected to the cathode of the second winding 5 and a third stabilizing switching element MW3 having the other end connected to the third node N3 and one end connected to the first node N1 and the other end connected to one end of the third stabilizing switching element MW3 It is configured to include a fourth stabilizing switching element (MW4).

상기 변압기(3)의 2차측 권선이 제1 권선(4)와 제2 권선(5)으로 구성되고, 각 권선에 대해 제1 권선 전류(is1)와 제2 권선 전류(is2)가 흐르기 때문에, 상기 제1 권선 전류(is1)와 제2 권선 전류(is2)는 각각 해당 폐회로를 따라 흐르게 되고, 결과적으로 두 개의 가동 전압(Vo1, Vo2)이 생성될 수 있다.Since the secondary winding of the transformer 3 is composed of a first winding 4 and a second winding 5, and a first winding current is1 and a second winding current is2 flow for each winding, The first winding current is1 and the second winding current is2 respectively flow along the corresponding closed circuit, and as a result, two operating voltages Vo1 and Vo2 may be generated.

이상과 같은 구성으로 이루어진 상기 가동 전압 인가 수단(10)은 제어수단(미도시)의 제어에 따라 네 개의 모드(제1 모드(Mode 1), 제2 모드(Mode 2), 제3 모드(Mode 3) 및 제4 모드(Mode 4))로 동작하고, 상기 네 개의 모드가 순차적으로 동작함에 따라 서로 분리된 가동 전압(Vo1, Vo2)이 출력된다.The operating voltage applying means 10 configured as described above has four modes (a first mode (Mode 1), a second mode (Mode 2), and a third mode (Mode)) according to the control of a control means (not shown). 3) and the fourth mode (Mode 4)), and as the four modes are sequentially operated, operating voltages Vo1 and Vo2 separated from each other are output.

상기 가동 전압 인가 수단(10)은 도 9에 도시된 바와 같이, 제어수단(미도시)의 제어에 따라, 제1 모드(Mode 1)에서 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최소 전류(-iP)에서 최대 전류(+iP)까지 상승할 수 있도록 제어되고, 제2 모드(Mode 2)에서 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최대 전류(+iP)로 유지할 수 있도록 제어되고, 제3 모드(Mode 3)에서 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최대 전류(+iP)에서 최소 전류(-iP)까지 하강할 수 있도록 제어되고, 제4 모드(Mode 4)에서 상기 절환 인덕터(L2)의 전류가 최소 전류(-iP)로 유지할 수 있도록 제어된다.As shown in FIG. 9 , the operating voltage applying means 10 has a minimum current ip of the switching inductor L2 in the first mode (Mode 1) under the control of a control means (not shown). It is controlled to increase from (-i P ) to the maximum current (+i P ), and in the second mode (Mode 2), the current ip of the switching inductor L2 is maintained at the maximum current (+i P ) controlled so that the current (ip) of the switching inductor (L2) in the third mode (Mode 3) is controlled to fall from the maximum current (+i P ) to the minimum current (-i P ), and the fourth In the mode (Mode 4), the current of the switching inductor L2 is controlled to maintain the minimum current (-i P ).

즉, 상기 가동 전압 인가 수단(10)은 제1 모드에서 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최소 전류에서 최대 전류로 상승할 수 있도록 제어되고, 이후 제2 모드에서 상기 최대 전류가 일정 시간 동안 지속될 수 있도록 제어되고, 다음 제3 모드에서 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최대 전류에서 최소 전류로 하강할 수 있도록 제어되며, 마지막으로 제4 모드에서 상기 최소 전류가 일정 시간 동안 지속될 수 있도록 제어된다.That is, the operating voltage applying means 10 is controlled so that the current ip of the switching inductor L2 rises from the minimum current to the maximum current in the first mode, and then the maximum current is constant in the second mode. It is controlled to last for a period of time, and then in the third mode, the current ip of the switching inductor L2 is controlled to fall from the maximum current to the minimum current, and finally, in the fourth mode, the minimum current is set for a certain time. Controlled to last for a while.

이와 같은 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)에 대한 제어와 함께 상기 안정화부(7)를 구성하는 안정화 스위칭 소자(MW1, MW2, MW3, MW4)들이 제어수단(미도시)에 의해 선택적으로 턴온 또는 턴오프되도록 제어됨으로써, 상기 가동 전압 인가 수단(10)은 안정화된 두 개의 분리된 가동 전압(Vo1, Vo2)을 생성하여 출력할 수 있다.With the control of the current ip of the switching inductor L2 as described above, the stabilization switching elements MW1, MW2, MW3, and MW4 constituting the stabilization unit 7 are selectively controlled by a control means (not shown). By being controlled to be turned on or off, the operation voltage applying means 10 may generate and output two separated operation voltages Vo1 and Vo2 that are stabilized.

이하에서는 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치(100)를 구성하는 가동 전압 인가 수단(10)의 동작을 도 5 내지 도 8의 회로도와 도 9의 파형도를 참조하여 설명한다. 여기서, 도 5 내지 도 8은 각각 제1 모드, 제2 모드, 제3 모드 및 제4 모드에서의 가동 전압 인가 수단(10)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.Hereinafter, the operation of the operating voltage applying means 10 constituting the zero voltage discharge device 100 according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the circuit diagrams of FIGS. 5 to 8 and the waveform diagrams of FIG. 9 . Explain. 5 to 8 are circuit diagrams for explaining the operation of the operating voltage applying means 10 in the first mode, the second mode, the third mode, and the fourth mode, respectively.

이하에서 설명하는 과정에서, 입력 전원(Vin)은 변압기의 권선비에 가동 전압 인가 수단에서 출력하는 가동 전압의 합(Vo = Vo1 + Vo2)의 곱과 동일한 것으로 가정한다. 즉, 이상적인 조건에서 턴온된 상태의 스위칭 소자들의 전압 강하가 없다고 보고, Vin = nVo라고 가정하고 이하에서 설명한다.In the process described below, it is assumed that the input power Vin is equal to the product of the turns ratio of the transformer and the sum of the operating voltages output from the operating voltage applying means (Vo = Vo1 + Vo2). That is, it is assumed that there is no voltage drop of the switching elements in the turned-on state under an ideal condition, and it is assumed that Vin = nVo and will be described below.

제1 모드(Mode 1)에서는 상술한 바와 같이 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최소 전류에서 최대 전류로 상승할 수 있도록 제어됨과 동시에 상기 제2 안정화 스위칭 소자(MW2)와 제4 안정화 스위칭 소자(MW4)가 도통되도록 제어된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 모드에서, 상기 제2 안정화 스위칭 소자(MW2)와 제4 안정화 스위칭 소자(MW4)가 도통되어 있는 상태에서 상기 제1 절환 스위칭 소자(SW1)와 제3 절환 스위칭 소자(SW3)가 턴온되도록 제어된다.In the first mode (Mode 1), as described above, the current ip of the switching inductor L2 is controlled to increase from the minimum current to the maximum current, and at the same time, the second stabilization switching element MW2 and the fourth stabilization The switching element MW4 is controlled to conduct. That is, as shown in FIG. 5 , in the first mode, the first switching switching element SW1 and The third switching switching element SW3 is controlled to be turned on.

제1 모드에서, 상기 절환부(1)에서의 1차측 전류(ip)는 입력 전원(Vin) -> 제1 절환 스위칭 소자(SW1) -> 절환 인덕터(L2) -> 1차측 권선 -> 제3 절환 스위칭 소자(SW3) -> 입력 전원(Vin)로 형성된 폐회로를 따라 흐르면서 최소 전류에서 최대 전류로 상승하게 된다.In the first mode, the primary side current ip in the switching unit 1 is the input power Vin -> the first switching switching element SW1 -> the switching inductor L2 -> the primary winding -> the first 3 Change-over switching element (SW3) -> As it flows along the closed circuit formed by the input power (Vin), the current rises from the minimum current to the maximum current.

제1 모드에서의 구체적인 동작을 살펴보면, 상기 절환 인덕터(L2) 앞단 전압 Vi1은 입력 전압 Vin이 되고 상기 절환 인덕터(L2) 뒷단 전압 Vi2는 -nVo로 유지하고 있어 상기 절환 인덕터(L2) 전압 VL은 양이 된다. 따라서 상기 변압기 1차측 권선 전류는 상승한다. 그리고 2차측 권선 중, 제1 권선(4)에 흐르는 is1은 제2 안정화 스위칭 소자(MW2) -> 제2 링크 커패시터(Co2)를 통해 흐르고, 2차측 권선 중, 제2 권선(5)에 흐르는 전류 is2는 제1 링크 커패시터(Co1) -> 제4 안정화 스위칭 소자(MW4)를 통해 흐른다.Looking at the specific operation in the first mode, since the voltage Vi1 at the front end of the switching inductor L2 becomes the input voltage Vin and the voltage Vi2 at the rear end of the switching inductor L2 is maintained at -nVo, the voltage VL of the switching inductor L2 is becomes the quantity. Accordingly, the transformer primary winding current rises. And among the secondary windings, is1 flowing in the first winding 4 flows through the second stabilizing switching element MW2 -> the second link capacitor Co2, and among the secondary windings, flowing in the second winding 5 The current is2 flows through the first link capacitor Co1 -> the fourth stabilizing switching element MW4.

다음, 제2 모드(Mode 2)에서는 상술한 바와 같이 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최대 전류로 유지할 수 있도록 제어됨과 동시에 상기 제1 안정화 스위칭 소자(MW1)와 제3 안정화 스위칭 소자(MW3)가 도통되도록 제어된다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 모드에서, 상기 제1 절환 스위칭 소자(SW1)와 제3 절환 스위칭 소자(SW3)가 도통되어 있는 상태에서 상기 제1 안정화 스위칭 소자(MW1)와 제3 안정화 스위칭 소자(MW3)가 턴온되도록 제어된다.Next, in the second mode (Mode 2), as described above, the current ip of the switching inductor L2 is controlled to maintain the maximum current, and at the same time, the first stabilizing switching element MW1 and the third stabilizing switching element are controlled. (MW3) is controlled to conduct. That is, as shown in FIG. 6 , in the second mode, the first stabilizing switching element MW1 and The third stabilization switching element MW3 is controlled to be turned on.

제2 모드에서, 상기 절환부(1)에서의 1차측 전류(ip)는 입력 전원(Vin) -> 제1 절환 스위칭 소자(SW1) -> 절환 인덕터(L2) -> 1차측 권선 -> 제3 절환 스위칭 소자(SW3) -> 입력 전원(Vin)로 형성된 폐회로를 따라 최대 전류를 유지하면서 흐르게 된다. 즉, 제2 모드에서의 상기 1차측 전류(ip)는 제1 모드에서와 동일한 폐회로를 따라 흐르지만 제1 모드에서 상승한 최대 전류로 유지하게 된다.In the second mode, the primary side current ip in the switching unit 1 is input power Vin -> first switching switching element SW1 -> switching inductor L2 -> primary winding -> first 3 Change-over switching element (SW3) -> flows while maintaining the maximum current along the closed circuit formed by the input power supply (Vin). That is, the primary-side current ip in the second mode flows along the same closed circuit as in the first mode, but is maintained as the maximum current raised in the first mode.

제2 모드에서의 구체적인 동작을 살펴보면, 상기 변압기의 1차측에 연결된 상기 절환부(1)에 포함되는 제1 절환 스위칭 소자(SW1)와 제3 절환 스위칭 소자(SW3)가 도통되어 있는 상태에서 상기 변압기 2차측에 연결된 상기 안정화부(7)에 포함되는 제1 안정화 스위칭 소자(MW1)와 제3 안정화 스위칭 소자(MW3)가 턴온된다. 이와 같은 제2 모드에서, 상기 절환 인덕터(L2) 앞단 전압 Vi1은 입력 전압 Vin이 되고 상기 절환 인덕터(L2) 뒷단 전압 Vi2는 +nVo로 전환되어 상기 절환 인덕터(L2) 전압 VL은 0이 된다. 따라서 상기 변압기 1차측 전류(ip)는 일정하게 유지한다. 그리고 2차측 권선 중, 제1 권선(4)에 흐르는 is1은 제1 안정화 스위칭 소자(MW1) -> 제1 링크 커패시터(Co1)를 통해 흐르고, 2차측 권선 중, 제2 권선(5)에 흐르는 전류 is2는 제2 링크 커패시터(Co2) -> 제3 안정화 스위칭 소자(MW3)를 통해 흐른다.Looking at the specific operation in the second mode, in a state in which the first switching switching element SW1 and the third switching switching element SW3 included in the switching unit 1 connected to the primary side of the transformer are in conduction, the The first stabilizing switching element MW1 and the third stabilizing switching element MW3 included in the stabilizing unit 7 connected to the secondary side of the transformer are turned on. In this second mode, the voltage Vi1 at the front end of the switching inductor L2 becomes the input voltage Vin and the voltage Vi2 at the rear end of the switching inductor L2 becomes +nVo, so that the voltage VL of the switching inductor L2 becomes 0. Therefore, the primary side current ip of the transformer is kept constant. And among the secondary windings, is1 flowing in the first winding 4 flows through the first stabilizing switching element MW1 -> the first link capacitor Co1, and among the secondary windings, flowing in the second winding 5 The current is2 flows through the second link capacitor Co2 -> the third stabilizing switching element MW3.

제3 모드(Mode 1)에서는 상술한 바와 같이 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최대 전류에서 최소 전류로 하강할 수 있도록 제어됨과 동시에 상기 제1 안정화 스위칭 소자(MW1)와 제3 안정화 스위칭 소자(MW4)가 도통이 유지되도록 제어된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제3 모드에서, 상기 제1 안정화 스위칭 소자(MW1)와 제3 안정화 스위칭 소자(MW3)가 도통되어 있는 상태에서 상기 제2 절환 스위칭 소자(SW2)와 제4 절환 스위칭 소자(SW4)가 턴온되도록 제어된다.In the third mode (Mode 1), as described above, the current ip of the switching inductor L2 is controlled to fall from the maximum current to the minimum current, and at the same time, the first stabilization switching element MW1 and the third stabilization The switching element MW4 is controlled so that conduction is maintained. That is, as shown in FIG. 7 , in the third mode, the second switching switching element SW2 and The fourth switching switching element SW4 is controlled to be turned on.

제3 모드에서, 상기 절환부(1)에서의 1차측 전류(ip)는 입력 전원(Vin) -> 제4 절환 스위칭 소자(SW1) -> 1차측 권선 -> 절환 인덕터(L2) -> 제2 절환 스위칭 소자(SW2) -> 입력 전원(Vin)로 형성된 폐회로를 따라 흐르면서 최대 전류에서 최소 전류로 하강하게 된다.In the third mode, the primary side current ip in the switching unit 1 is the input power Vin -> the fourth switching switching element SW1 -> the primary winding -> the switching inductor L2 -> the second 2 switching switching element (SW2) -> flows along the closed circuit formed by the input power supply (Vin) and falls from the maximum current to the minimum current.

제3 모드에서의 구체적인 동작을 살펴보면, 안정화부에 포함되는 제1 안정화 스위칭 소자(MW1)와 제3 안정화 스위칭 소자(MW3)가 도통되어 있는 상태에서 절환부에 포함되는 제2 절환 스위칭 소자(SW2)와 제4 절환 스위칭 소자(SW4)가 턴온(turn-on)된다. 제3 모드에서, 상기 절환 인덕터(L2) 앞단 전압 Vi1은 입력 전압 -Vin이 되고 상기 절환 인덕터(L2) 뒷단 전압 Vi2는 +nVo로 유지하고 있어 상기 절환 인덕터(L2) 전압 VL은 음이 된다. 따라서 상기 변압기 1차측 전류는 하강한다. 그리고 2차측 권선 중, 제1 권선(4)에 흐르는 is1은 제1 링크 커패시터(Co1) -> 제1 안정화 스위칭 소자(MW1)를 통해 흐르고, 2차측 권선 중, 제2 권선(5)에 흐르는 전류 is2는 제3 안정화 스위칭 소자(MW3) -> 제2 링크 커패시터(Co2)를 통해 흐른다.Looking at the specific operation in the third mode, the second switching switching element SW2 included in the switching part in a state in which the first stabilizing switching element MW1 and the third stabilizing switching element MW3 included in the stabilizing part are conducting. ) and the fourth switching switching element SW4 are turned on. In the third mode, the voltage Vi1 at the front end of the switching inductor L2 becomes the input voltage -Vin and the voltage Vi2 at the rear end of the switching inductor L2 is maintained at +nVo, so that the voltage VL of the switching inductor L2 becomes negative. Accordingly, the primary side current of the transformer falls. And among the secondary windings, is1 flowing in the first winding 4 flows through the first link capacitor Co1 -> the first stabilizing switching element MW1, and among the secondary windings, flowing in the second winding 5 The current is2 flows through the third stabilizing switching element MW3 -> the second link capacitor Co2.

마지막으로, 제4 모드(Mode 4)에서는 상술한 바와 같이 상기 절환 인덕터(L2)의 전류(ip)가 최소 전류로 유지할 수 있도록 제어됨과 동시에 상기 제2 안정화 스위칭 소자(MW2)와 제4 안정화 스위칭 소자(MW4)가 도통되도록 제어된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제4 모드에서, 상기 제2 절환 스위칭 소자(SW2)와 제4 절환 스위칭 소자(SW4)가 도통되어 있는 상태에서 상기 제2 안정화 스위칭 소자(MW2)와 제4 안정화 스위칭 소자(MW4)가 턴온되도록 제어된다.Finally, in the fourth mode (Mode 4), as described above, the current ip of the switching inductor L2 is controlled to maintain the minimum current, and at the same time, the second stabilizing switching element MW2 and the fourth stabilizing switching The element MW4 is controlled to conduct. That is, as shown in FIG. 8 , in the fourth mode, the second stabilizing switching element MW2 and The fourth stabilizing switching element MW4 is controlled to be turned on.

제4 모드에서, 상기 절환부(1)에서의 1차측 전류(ip)는 입력 전원(Vin) -> 제4 절환 스위칭 소자(SW4) -> 1차측 권선 -> 절환 인덕터(L2) -> 제2 절환 스위칭 소자(SW2) -> 입력 전원(Vin)로 형성된 폐회로를 따라 최소 전류를 유지하면서 흐르게 된다. 즉, 제4 모드에서의 상기 1차측 전류(ip)는 제3 모드에서와 동일한 폐회로를 따라 흐르지만 제3 모드에서 하강한 최소 전류로 유지하게 된다.In the fourth mode, the primary side current ip in the switching unit 1 is the input power Vin -> the fourth switching switching element SW4 -> the primary winding -> the switching inductor L2 -> the second 2 switching switching element (SW2) -> flows while maintaining the minimum current along the closed circuit formed by the input power supply (Vin). That is, the primary-side current ip in the fourth mode flows along the same closed circuit as in the third mode, but is maintained as the minimum current that has fallen in the third mode.

제4 모드에서의 구체적인 동작을 살펴보면, 상기 변압기의 1차측에 연결된 상기 절환부(1)에 포함되는 제2 절환 스위칭 소자(SW2)와 제4 절환 스위칭 소자(SW4)가 도통되어 있는 상태에서 상기 변압기 2차측에 연결된 상기 안정화부(7)에 포함되는 제2 안정화 스위칭 소자(MW2)와 제4 안정화 스위칭 소자(MW4)가 턴온(turn-on)된다. 제4 모드에서, 상기 절환 인덕터(L2) 앞단 전압 Vi1은 입력 전압 -Vin이 되고 상기 절환 인덕터(L2) 뒷단 전압 Vi2는 -nVo로 전환되어 상기 절환 인덕터(L2) 전압 VL은 0이 된다. 따라서 변압기 1차측 전류는 일정하게 유지한다. 그리고 2차측 권선 중, 제1 권선(4)에 흐르는 is1은 제2 링크 커패시터(Co2) -> 제2 안정화 스위칭 소자(MW2)를 통해 흐르고, 2차측 권선 중, 제2 권선(5)에 흐르는 전류 is2는 제4 안정화 스위칭 소자(MW4) -> 제1 링크 커패시터(Co1)를 통해 흐른다.Looking at the specific operation in the fourth mode, in a state in which the second switching switching element SW2 and the fourth switching switching element SW4 included in the switching unit 1 connected to the primary side of the transformer are in conduction, the The second stabilizing switching element MW2 and the fourth stabilizing switching element MW4 included in the stabilizing unit 7 connected to the secondary side of the transformer are turned on. In the fourth mode, the voltage Vi1 at the front end of the switching inductor L2 becomes the input voltage -Vin and the voltage Vi2 at the rear end of the switching inductor L2 becomes -nVo so that the voltage VL of the switching inductor L2 becomes 0. Therefore, the primary side current of the transformer is kept constant. And among the secondary windings, is1 flowing in the first winding 4 flows through the second link capacitor Co2 -> the second stabilizing switching element MW2, and among the secondary windings, flowing in the second winding 5 The current is2 flows through the fourth stabilizing switching element MW4 -> the first link capacitor Co1.

도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 각 링크 캐패시터(Co1, Co2)의 입력 전류 io1과 io2는 각각 제1 링크 커패시터(Co1)와 제2 링크 커패시터(Co2)의 입력 전류이고 이상적인 정상 상태에서는 io1의 평균값은 상측 부하전류 ILD1과 같고 io2의 평균값은 하측 부하전류 ILD2와 같다. 또한 io1은 -(iMW1+iMW4)이며 io2는 -(iMW2+iMW3)이므로 2차측 스위칭 전류는 부하전류에 편차에 따른 바이어스가 존재한다. 극단적으로 ILD2=0이 되어 상측에만 부하 전류가 발생하면 하측 스위칭 전류 iMW2와 iMW3의 평균 전류는 0이 되어(즉, io2의 평균 전류 = 0이 되어) 상기 제2 링크 커패시터(Co2)에는 평균이 0인 순환 전류가 발생하게 되고 무부하시에도 전압의 상승이나 하강이 존재하지 않는 이상적인 정상 상태를 유지하게 된다. 5 to 9, the input currents io1 and io2 of each of the link capacitors Co1 and Co2 are the input currents of the first link capacitor Co1 and the second link capacitor Co2, respectively, and in an ideal steady state, The average value of io1 is the same as the upper load current ILD1, and the average value of io2 is the same as the lower load current ILD2. Also, io1 is -(iMW1+iMW4) and io2 is -(iMW2+iMW3), so the secondary side switching current has a bias according to the load current deviation. In the extreme, when ILD2 = 0 and a load current occurs only in the upper side, the average current of the lower switching currents iMW2 and iMW3 becomes 0 (that is, the average current of io2 becomes 0), and the second link capacitor Co2 has an average A circulating current of zero is generated and an ideal steady state is maintained in which there is no rise or fall of voltage even at no load.

도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치에 대한 모의실험 결과를 보여주는 전압 및 전류의 파형도를 보여준다.10 and 11 are waveform diagrams of voltage and current showing simulation results for a zero voltage discharge device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치를 검증하기 위한 모의 실험을 수행하였다. 모의실험 사양은 Vin=380V, Vo=12V(Vo1=Vo2=6V), iL=+/-150A, Vbatt는 0~4V의 가변이라고 가정하였다. A simulation experiment was performed to verify the zero voltage discharge device according to the embodiment of the present invention. The simulation specifications were assumed to be Vin=380V, Vo=12V (Vo1=Vo2=6V), iL=+/-150A, and Vbatt variable between 0 and 4V.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영전압 방전 장치는 전체 배터리 전압 범위에서 충전과 방전이 잘 이루어지고 있는 것을 알 수 있고, 제1 가동 전압(Vo1)과 제2 가동 전압(Vo1)이 6V로 잘 유지되고 있는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 안정화된 두 개의 가동 전압을 생성하여 인가함으로써, 배터리의 충전 및 방전 효율을 향상시킬 수 있다.As shown in FIGS. 10 and 11 , it can be seen that charging and discharging are well performed in the zero voltage discharging device according to the embodiment of the present invention in the entire battery voltage range, and the first operating voltage Vo1 and the first operating voltage Vo1 2 It can be seen that the operating voltage Vo1 is well maintained at 6V. As a result, by generating and applying two stabilized operating voltages, it is possible to improve the charging and discharging efficiency of the battery.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the embodiments according to the present invention have been described above, these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent ranges of embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

Vin : 입력 전원 1: 절환부
SW1 : 제1 절환 스위칭 소자 SW2 : 제2 절환 스위칭 소자
SW3 : 제3 절환 스위칭 소자 SW4 : 제4 절환 스위칭 소자
L2 : 절환 인덕터
3 : 변압기 4 : 제1 권선
5 : 제2 권선
7 : 안정화부 MW1 : 제1 안정화 스위칭 소자
MW2 : 제2 안정화 스위칭 소자 MW3 : 제3 안정화 스위칭 소자
MW4 : 제4 안정화 스위칭 소자
10 : 가동 전압 인가 수단 N1 : 제1 노드
N2 : 제2 노드 N3 : 제3 노드
Co1 : 제1 링크 커패시터 Co2 : 제2 링크 커패시터
CSW1 : 제1 충방전 스위칭 소자 CSW2 : 제2 충방전 스위칭 소자
L1 : 충방전 인덕터 Vbatt : 배터리
100 : 영전압 방전 장치
Vin: input power 1: switching part
SW1: first change-over switching element SW2: second change-over switching element
SW3: third change-over switching element SW4: fourth change-over switching element
L2: switching inductor
3: transformer 4: primary winding
5: Second winding
7: stabilization part MW1: first stabilization switching element
MW2: second stabilizing switching element MW3: third stabilizing switching element
MW4: fourth stabilizing switching element
10: operating voltage application means N1: first node
N2: second node N3: third node
Co1: first link capacitor Co2: second link capacitor
CSW1: first charge-discharge switching element CSW2: second charge-discharge switching element
L1: charge/discharge inductor Vbatt: battery
100: zero voltage discharge device

Claims (4)

제1 가동 전압과 제2 가동 전압을 발생하여 인가하는 가동 전압 인가 수단;
상기 가동 전압 인가 수단의 출력측 노드에 연결되되, 상기 제1 가동 전압이 인가되도록 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 제1 링크 커패시터;
상기 가동 전압 인가 수단의 출력측 노드에 연결되되, 상기 제2 가동 전압이 인가되도록 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 제2 링크 커패시터;
상기 제1 노드에 일단이 연결되고 타단이 충방전 인덕터의 일단에 연결되는 제1 충방전 스위칭 소자;
상기 충방전 인덕터의 일단과 상기 제1 충방전 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드에 연결되는 제2 충방전 스위칭 소자;
상기 제2 충방전 스위칭 소자의 일단과 상기 제1 충방전 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 배터리의 양(+) 단자에 타단이 연결되는 충방전 인덕터;
상기 충방전 인덕터의 타단에 양(+) 단자에 연결되고 상기 제2 노드에 음(-) 단자가 연결되는 배터리를 포함하여 구성되되,
충전 모드에서, 상기 제1 충방전 스위칭 소자만이 턴온되어 상기 배터리가 상기 제1 가동 전압에 의해 충전되는 동작이 수행되고,
방전 모드에서, 상기 제2 충방전 스위칭 소자만이 턴온되어 상기 배터리가 상기 제2 가동 전압에 의해 방전되는 동작이 수행되는 것을 특징으로 하는 영전압 방전 장치.
actuating voltage applying means for generating and applying the first actuation voltage and the second actuation voltage;
a first link capacitor connected to an output node of the operating voltage applying means and connected between a first node and a second node so that the first operating voltage is applied;
a second link capacitor connected to an output node of the operating voltage applying means and connected between a second node and a third node so that the second operating voltage is applied;
a first charge/discharge switching element having one end connected to the first node and the other end connected to one end of the charge/discharge inductor;
a second charge/discharge switching element having one end connected to one end of the charge/discharge inductor and the other end of the first charge/discharge switching element and the other end connected to the third node;
a charging/discharging inductor having one end connected to one end of the second charge/discharge switching element and the other end of the first charge/discharge switching element, and the other end connected to a positive (+) terminal of the battery;
Doedoe comprising a battery connected to a positive (+) terminal at the other end of the charging/discharging inductor and a negative (-) terminal connected to the second node,
In the charging mode, only the first charging/discharging switching element is turned on to perform an operation in which the battery is charged by the first operating voltage,
In the discharging mode, only the second charging/discharging switching element is turned on, and an operation of discharging the battery by the second operating voltage is performed.
청구항 1에 있어서,
상기 가동 전압 인가 수단은,
입력 전원으로부터 출력되는 전압이 변압기의 1차측 권선에 인가되는 방향을 절환시키도록 하는 절환부와, 상기 변압기의 2차측 권선에 연결되어 상기 제1 가동 전압과 제2 가동 전압을 안정화시켜 출력하는 안정화부로 구성되되,
여기서, 상기 변압기의 2차측 권선은 서로 커플링되는 제1 권선과 제2 권선으로 구성되되, 상기 제1 권선의 음극과 상기 제2 권선의 양극은 상기 제2 노드에 연결되고,
상기 절환부는,
상기 입력 전원의 양(+) 단자에 일단이 연결되는 제1 절환 스위칭 소자, 상기 제1 절환 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 입력 전원의 음(-) 단자에 연결되는 제2 절환 스위칭 소자, 상기 제2 절환 스위칭 소자의 일단과 상기 제1 절환 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제1 권선의 양극에 연결되는 절환 인덕터, 상기 제1 권선의 음극에 일단이 연결되고 타단이 상기 제2 절환 스위칭 소자의 타단에 연결되는 제3 절환 스위칭 소자 및 상기 제1 절환 스위칭 소자에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 절환 스위칭 소자의 일단에 연결되는 제4 절환 스위칭 소자를 포함하며,
상기 안정화부는,
상기 제1 권선의 양극에 타단이 연결되고 일단이 상기 제1 노드에 연결되는 제1 안정화 스위칭 소자, 상기 제1 안정화 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드에 연결되는 제2 안정화 스위칭 소자, 상기 제2 권선의 음극에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 노드에 연결되는 제3 안정화 스위칭 소자 및 상기 제1 노드에 일단이 연결되고 타단이 상기 제3 안정화 스위칭 소자의 일단에 연결되는 제4 안정화 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 영전압 방전 장치.
The method according to claim 1,
The operating voltage application means,
A switching unit for switching the direction in which the voltage output from the input power is applied to the primary winding of the transformer, and connected to the secondary winding of the transformer to stabilize the first and second operating voltages and output stabilization made up of wealth,
Here, the secondary winding of the transformer is composed of a first winding and a second winding coupled to each other, the negative pole of the first winding and the positive pole of the second winding are connected to the second node,
The switching unit,
A first change-over switching element having one end connected to the positive (+) terminal of the input power, one end connected to the other end of the first change-over switching element, and the other end connected to the negative (-) terminal of the input power source a switching element, a switching inductor having one end connected to one end of the second switching switching element and the other end of the first switching switching element and the other end connected to the positive electrode of the first winding, and one end connected to the negative electrode of the first winding, a third change-over switching element having the other end connected to the other end of the second change-over switching element, and a fourth change-over switching element having one end connected to the first change-over switching element and the other end connected to one end of the third change-over switching element and
The stabilization unit,
A first stabilizing switching element having the other end connected to the anode of the first winding and having one end connected to the first node, a second end connected to the other end of the first stabilizing switching element and the other end connected to the third node a stabilizing switching element, a third stabilizing switching element having one end connected to the cathode of the second winding and the other end connected to the third node, and one end connected to the first node and the other end connected to one end of the third stabilizing switching element A zero voltage discharge device comprising a fourth stabilizing switching element connected thereto.
청구항 2에 있어서,
상기 가동 전압 인가 수단은 제1 모드에서 상기 절환 인덕터의 전류가 최소 전류(-IP)에서 최대 전류(+IP)까지 상승할 수 있도록 제어되고, 제2 모드에서 상기 절환 인덕터의 전류가 최대 전류(+IP)로 유지할 수 있도록 제어되고, 제3 모드에서 상기 절환 인덕터의 전류가 최대 전류(+IP)에서 최소 전류(-IP)까지 하강할 수 있도록 제어되고, 제4 모드에서 상기 절환 인덕터의 전류가 최소 전류(-IP)로 유지할 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 영전압 방전 장치.
3. The method according to claim 2,
The operation voltage application means is that the current in the switched inductor is controlled to be increased to the maximum current (I + P) from the minimum current (-I P), the switching current of the inductor in the second mode in the first mode, up to current (I + P) is controlled to maintain a, in the third mode is controlled to a current of said switching inductor lowered to the maximum current (I + P) a minimum current (-I P) in, in the fourth mode, Zero voltage discharge device, characterized in that the current of the switching inductor is controlled to maintain a minimum current (-I P ).
청구항 3에 있어서,
상기 제1 모드에서, 상기 제2 안정화 스위칭 소자와 제4 안정화 스위칭 소자가 도통되어 있는 상태에서 상기 제1 절환 스위칭 소자와 제3 절환 스위칭 소자가 턴온되도록 제어되고,
상기 제2 모드에서, 상기 제1 절환 스위칭 소자와 제3 절환 스위칭 소자가 도통되어 있는 상태에서 상기 제1 안정화 스위칭 소자와 제3 안정화 스위칭 소자가 턴온되도록 제어되고,
상기 제3 모드에서, 상기 제1 안정화 스위칭 소자와 제3 안정화 스위칭 소자가 도통되어 있는 상태에서 상기 제2 절환 스위칭 소자와 제4 절환 스위칭 소자가 턴온되도록 제어되며,
상기 제4 모드에서, 상기 제2 절환 스위칭 소자와 제4 절환 스위칭 소자가 도통되어 있는 상태에서 상기 제2 안정화 스위칭 소자와 제4 안정화 스위칭 소자가 턴온되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 영전압 방전 장치.
4. The method according to claim 3,
In the first mode, the first switching switching element and the third switching switching element are controlled to be turned on while the second stabilizing switching element and the fourth stabilizing switching element are conducting;
In the second mode, the first stabilizing switching element and the third stabilizing switching element are controlled to be turned on in a state in which the first switching switching element and the third switching switching element are conducting;
In the third mode, the second switching switching element and the fourth switching switching element are controlled to be turned on while the first stabilizing switching element and the third stabilizing switching element are conducting;
In the fourth mode, the second stabilizing switching element and the fourth stabilizing switching element are controlled so that the second and fourth stabilizing switching elements are turned on while the second and fourth switching switching elements are electrically connected.
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