KR102400368B1 - Dc-dc 컨버터를 소프트 스위칭하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Dc-dc 컨버터를 소프트 스위칭하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

양방향 DC(직류 전류)-DC 컨버터에 대한 소프트 스위칭 토폴로지를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 상기 시스템 및 방법은 전기 모터의 동작 상태를 결정하고, 상기 전기 모터의 동작에 기초하여 상부 또는 하부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나를 작동시킨다. 제1 및 제2 스위칭 회로는 전력 인버터 회로에 전도성으로 결합된다. 상기 시스템 및 방법은 상기 전기 모터의 동작 상태에 기초하여, 조정된 전력을 상기 전력 인버터 회로 또는 전력 회로 중 하나로 전달한다.

Description

DC-DC 컨버터를 소프트 스위칭하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR A SOFT SWITCHING DC-DC CONVERTER}
여기에 설명하는 발명의 대상의 실시형태는 양방향 DC(직류 전류)-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 토폴로지에 관한 것이다.
최근 지구 환경 보호에 대한 관심이 증가함에 따라 하이브리드 전기 자동차(HEV, hybrid electric vehicle)가 널리 보급되고 있다. 하이브리드 전기 자동차는 차량을 추진시키기 위해, 내연 기관과, 트랙션 배터리 등의 에너지 저장 장치에 의해 전력을 공급받는 전기 모터를 결합할 수 있다. 이러한 결합은 내연 기관 및 전기 모터를 각각의 효율 증가 범위에서 각각 동작할 수 있게 함으로써 전체 연료 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 전기 모터는 스탠딩 스타트로부터의 가속 시에 효율적일 수 있고, 내연 기관은 고속도로 주행 등의 일정한 엔진 동작의 지속 기간 동안에 효율적일 수 있다. 초기 가속을 부스팅하는 데에 전기 모터를 사용한다면 하이브리드 자동차의 내연 기관이 더 작아질 수 있고 보다 연료 효율적일 수 있다.
전기 자동차는 저장된 전기 에너지를 사용해 전기 모터에 전력을 공급하여, 차량을 추진하고 보조 드라이브를 동작시킬 수 있다. 순수 전기 자동차는 하나 이상의 축전 에너지 소스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 축전 에너지 소스는 장기 사용하는 에너지(longer-lasting energy)를 제공하는데 사용되고, 제2 축전 에너지 소스는 예컨대 가속을 위해 고전력 에너지를 제공하는데 사용될 수 있다.
HEV는 양방향 DC-DC 컨버터를 포함한다. 양방향 DC-DC 컨버터는 에너지 저장 장치와 인버터 사이에서 전압을 변환한다. 인버터는 전기 모터에 전력을 공급하고 그리고/또는 HEV의 하나 이상의 구성요소로부터, 예컨대 회생 제동으로부터 전력을 공급 받는다. 양방향 DC-DC 컨버터는 에너지 저장 장치로부터 인버터로의 전압을 조정하여 전기 모터에 전력을 공급한다. 또한, DC-DC 컨버터는 인버터로부터의 전압을 조정하여 축전 장치를 충전한다.
그러나, 고속, 고전력 모터를 구동하고 인버터의 전체 효율 및 전력 밀도를 향상시키려면 인버터에 대한 입력 DC 전압이 가변적으로 조정되어야 한다. 따라서, 고전압 이득을 갖는 고전력, 고효율의 양방향 DC-DC 컨버터가 바람직하다. HEV의 종래의 양방향 DC-DC 컨버터의 경우, 간략화를 위해 일반적으로 하드 스위칭을 사용한다. 그러나, 턴온 및 턴오프 시에 스위칭에 대량의 에너지 손실이 수반되기 때문에 효율이 낮다. 또한, 고전력 밀도를 달성하고, 동적 성능을 향상시키며, 가청 소음을 줄이기 위해서는 고주파 동작이 필요하다. 하드 스위칭 컨버터의 스위칭 주파수는 높은 에너지 손실 및 EMI 문제로 인해 제한적이다. 따라서, 양방향 DC-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 토폴로지가 필요하다.
일 실시형태에 있어서, 시스템(예컨대, DC(직류 전류)-DC 컨버터용 소프트 스위칭 시스템)이 제공된다. 상기 시스템은 상부 제1 반도체 스위치와 하부 제1 반도체 스위치를 구비한 제1 스위칭 회로를 포함한다. 상기 시스템은 상부 제2 반도체 스위치와 하부 제2 반도체 스위치를 구비한 제2 스위칭 회로를 포함한다. 제1 및 제2 스위칭 회로는 DC 버스에 전도성으로 결합된다. 상기 시스템은 제1 및 제2 노드에 전도성으로 결합된 커플링 회로를 포함한다. 제1 노드는 상기 상부 제1 반도체 스위치와 상기 하부 제1 반도체 스위치 사이에 개재되고, 제2 노드는 상기 상부 제2 반도체 스위치와 상기 하부 제2 반도체 스위치 사이에 개재된다. 상기 시스템은 상기 제1 노드에 전도성으로 결합된 전력 회로를 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, (예컨대, DC(직류 전류)-DC 컨버터를 소프트 스위칭하기 위한) 방법이 제공된다. 상기 방법은 전기 모터의 동작 상태를 결정하는 단계와, 상기 전기 모터의 동작에 기초하여 상부 또는 하부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나를 작동시키는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 스위칭 회로는 전력 인버터 회로에 전도성으로 결합된다. 상기 방법은 상기 전기 모터의 동작 상태에 기초하여, 조정된 전압을 상기 전력 인버터 회로 또는 전력 회로 중 하나로 전달하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 방법이 제공된다. 상기 방법은 소프트 스위칭 토폴로지(soft switching topology)를 구비한 직류 전류(DC)-DC 컨버터를 제공하는 단계를 포함한다. DC-DC 컨버터는 상부 제1 반도체 스위치와 하부 제1 반도체 스위치를 구비한 제1 스위칭 회로를 포함한다. 소프트 스위칭 토폴로지는 상부 제2 반도체 스위치와 하부 제2 반도체 스위치를 구비한 제2 스위칭 회로를 구비한다. 제1 및 제2 스위칭 회로는 전력 인버터 회로에 전도성으로 결합된다. 소프트 스위칭 토폴로지는 제1 및 제2 노드에 전도성으로 결합된 커플링 회로를 포함한다. 제1 노드는 상기 상부 제1 반도체 스위치와 상기 하부 제1 반도체 스위치 사이에 개재되고, 제2 노드는 상기 상부 제2 반도체 스위치와 상기 하부 제2 반도체 스위치 사이에 개재된다. DC-DC 컨버터는 상기 제1 노드에 전도성으로 결합된 전력 회로를 포함한다. 상기 방법은 전기 모터의 동작 상태를 측정하는 단계와, 상기 전기 모터의 동작 상태에 기초하여 상기 상부 또는 하부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나를 작동시키는 단계와, 상기 전기 모터의 동작 상태에 기초하여, 조정된 전압을 상기 전력 인버터 회로 또는 상기 전력 회로 중 하나로 전달하는 단계를 포함한다.
도 1은 트랙션 시스템의 일 실시형태의 개략 블록도를 나타낸다.
도 2는 불연속 전도 모드에서 동작하도록 구성된 양방향 DC-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 토폴로지의 일 실시형태의 개략도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시한 양방향 DC-DC 컨버터의 전기 파형의 일 실시형태의 타이밍도를 나타낸다.
도 4는 연속 또는 불연속 전도 모드에서 동작하도록 구성된 양방향 DC-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 토폴로지의 일 실시형태의 개략도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시한 양방향 DC-DC 컨버터의 전기 파형의 일 실시형태의 타이밍도를 나타낸다.
도 6은 인터리브드 DC-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 토폴로지의 일 실시형태의 개략도를 나타낸다.
도 7a와 도 7b는 도 6에 도시한 인터리브드 DC-DC 컨버터의 전기 파형의 타이밍도를 나타낸다.
도 8은 DC-DC 컨버터를 소프트 스위칭하기 위한 방법의 일 실시형태의 흐름도이다.
첨부 도면과 함께 읽을 때에 다양한 실시형태들이 더 잘 이해될 것이다. 도면이 다양한 실시형태의 기능 블록도를 예시하는 범위에서, 이 기능 블록이 하드웨어 회로 사이의 분할을 나타낼 필요는 없다. 이에, 예를 들어, 기능 블록(예, 프로세서, 컨트롤러 또는 메모리) 중 하나 이상은 단일 하드웨어(예컨대, 범용 신호 프로세서 또는 랜덤 액세스 메모리, 하드 디스크, 기타 등등) 또는 복수의 하드웨어로 구현될 수 있다. 마찬가지로, 임의의 프로그램은 스탠드 얼론 프로그램일 수도, 운영체제 내의 서브루틴으로서 통합될 수도, 설치된 소프트웨어 패키지 내의 기능일 수도, 기타 등등일 수 있다. 다양한 실시형태들은 도면에 도시하는 구성 및 수단에 한정되지 않음이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "시스템", "유닛", 또는 "모듈"은 하나 이상의 기능을 수행하도록 동작하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈, 유닛 또는 시스템은 컴퓨터 메모리 등의 유형적(tangible) 및 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 명령어에 기초하여 동작을 수행하는 컴퓨터 프로세서, 컨트롤러, 또는 기타 로직 기반 장치를 포함할 수 있다. 한편, 모듈, 유닛 또는 시스템은 장치의 배선 로직(hard-wired logic)에 기초하여 동작을 수행하는 유선 장치(hard-wired device)를 포함할 수도 있다. 첨부 도면에 도시하는 모듈 또는 유닛은 소프트웨어 또는 하드웨어 명령어, 하드웨어로 하여금 동작을 수행하게 지시하는 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 기초하여 동작하는 하드웨어를 나타낼 수 있다. 하드웨어는 마이크로프로세서, 프로세서, 컨트롤러 또는 기타 등등의, 하나 이상의 로직 기반 장치를 포함하고/하거나 이들에 접속되는 전자 회로를 포함할 수 있다. 이들 장치는 전술한 명령어로부터 여기에 설명하는 동작을 수행하도록 적절하게 프로그래밍되거나 명령받는 상용 장치(off-the-shelf device)일 수도 있다. 추가로 또는 대안으로, 이들 장치 중 하나 이상은 이들 동작을 수행하기 위해 로직 회로와 배선 연결될 수도 있다.
본 명세서에 사용되는 것으로서, 독자적으로 또는 "하나의(a, an)"란 단어에 이어서 언급되는 요소 또는 단계는 복수의 상기 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로서 이해되어야 한다(단, 그러한 배제에 대해 명시적으로 설명하지 않는 경우는 제외). 더욱이, "일 실시형태"란 언급은 인용하는 특징도 포함하는 추가 실시형태의 존재를 배제하는 것으로 해석되는 것을 의도하지 않는다. 더욱이, 명시적으로 반대 상황을 설명하지 않는다면, 특정 특성을 갖는 요소 또는 복수의 요소를 "포함"하거나 "구비"하는 실시형태들은 그 특성이 없는 추가의 상기 요소를 포함할 수도 있다.
일반적으로, 다양한 실시형태는 양방향 DC(직류 전류)-DC 컨버터의 소프트 스위칭 토폴로지를 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 양방향 DC-DC 컨버터는 전원(예컨대, 에너지 저장 장치)와 부하(예컨대, 인버터)에 전도성(예컨대, 전기적으로) 결합된다. 일 실시형태에 있어서, 양방향 DC-DC 컨버터는 상부 및 하부 반도체 스위치를 구비한 스위칭 회로와, 상부 및 하부 반도체 스위치를 구비한 보조 스위칭 회로를 포함한다. 스위칭 회로는 전원과 직렬로 전도성으로 결합되는 인버터 등의 전력 회로를 통해 전원에 전도성으로 결합된다. 스위칭 회로와 보조 스위칭 회로는, 스위칭 회로의 턴오프 시에 제로 전압 스위칭(ZVS, zero-voltage switching)을 달성하도록 구성된 스너버 회로(예컨대, 커패시터를 포함함)로서 구성될 수 있는 커플링 회로에 전도성으로(예컨대, 전기적으로) 결합된다. 보조 스위칭 회로의 상부 및 하부 스위치는 전력 흐름에 기초하여 스위칭 회로의 상부 또는 하부 반도체 스위치에 병렬로 커플링 회로를 연결하도록 구성된다. 커플링 회로에 저장된 전기 에너지는 전력 회로의 네거티브 전류에 의해 전원으로 복구되어, 불연속 전도 모드(DCM) 동작에 대응하여 전력 회로의 전기 에너지를 고갈시킨다.
추가로 또는 대안으로, 제2 보조 스위칭 회로는 DCM 또는 연속 전도 모드(CCM) 중 하나로 양방향 DC-DC 컨버터를 동작시키기 위해 보조 스위칭 회로에 전도성으로 결합될 수 있다. 제2 보조 스위칭 회로는 상부 및 하부 반도체 스위치를 포함한다. 보조 스위칭 회로는 인덕터 등의 공진 구성요소를 통해 제2 보조 스위칭 회로에 전도성으로 결합된다. 공진 회로 및 제2 보조 스위칭 회로는 CCM 동작 하에서 소프트 스위칭을 달성하도록 구성된다. 예를 들어, 커플링 회로(예컨대, 커플링 회로의 커패시터)에 저장된 전기 에너지는 공진 인덕터로 이동한 다음에, 전력 회로의 전기 에너지의 고갈 없이 부하로 공급될 수 있다.
다양한 실시형태들의 적어도 하나의 기술적 효과는 종래의 양방향 DC-DC 컨버터에 비해, 조정 가능한 DC 버스 전압, 고전력 밀도, 저전자기 간섭, 및/또는 용이한 병렬화를 위한 모듈성으로 더 높은 시스템 효율을 제공한다. 다양한 실시형태들의 적어도 하나의 기술적 효과는 저비용, 용이한 설치 및 메인터넌스, 및/또는 고전력 정격을 위한 모듈성을 제공한다.
도 1은 트랙션 시스템(100)의 일 실시형태의 개략 블록도를 나타낸다. 예를 들어, 트랙션 시스템(100)은 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 플러그인 전기 및/또는 하이브리드 자동차 등의 차량(예컨대, 자동차, 기관차, 비행기, 보트, 및/또는 기타 등등)에 유용할 수 있다. 트랙션 시스템(100)은 전원(예컨대, 에너지 저장 장치)(102) 및 전력 인버터 회로(106)(예컨대, 부하)를 포함한다. 전원(102)은 배터리, 연료 전지, 울트라 커패시터, 및/또는 기타 등등일 수 있다. 전력 인버터 회로(106)는 DC 버스(116)를 통해 DC-DC 컨버터(104) 그리고 전기 모터(112)(예컨대, 전기-기계 장치 또는 머신)에 전기적으로 결합된 양방향 DC-AC(예컨대, 교류 전류) 인버터를 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 전력 인버터 회로(106)는 전기 모터(112)의 위상 트랙션의 수에 기초하여 하나 이상의 위상 모듈을 포함할 수 있다. 전기 모터(112)는 차량(도시 생략)의 하나 이상의 구동 휠 또는 축(114)에 기계적으로 결합될 수 있다. 비차량 추진 시스템과 같은 일 실시형태에서는, 구동 휠(114)이 펌프, 팬, 윈치, 크레인, 프로펠러, 및/또는 다른 모터 구동 부하를 포함하는 펄스형 부하(도시 생략)일 수도 있음을 알수 있다.
DC-DC 컨버터(104) 및 전력 인버터 회로(106)는 컨트롤러 회로(108)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤러 회로(108)는 하나 이상의 명령어 세트(예컨대, 소프트웨어)에 기초하여 기능 또는 동작을 수행하는 하나 이상의 프로세서, 컨트롤러, 또는 기타 로직 기반 장치 등의 하드웨어로 구현될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 컨트롤러 회로(108)는 DC-DC 컨버터(104) 및 전력 인버터 회로(106)를 제어하도록 구성된 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 및/또는 기타 등등일 수도 있다. 하드웨어를 동작시키는 명령어는 메모리 등의 유형적 및 비일시적(예컨대, 과도 신호 아님) 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있다. 메모리는 하나 이상의 컴퓨터 하드 드라이브, 플래시 드라이브, RAM, ROM, EEPROM 및/또는 기타 등등을 포함할 수 있다. 한편, 하드웨어의 동작을 지시하는 명령어 세트 중 하나 이상이 하드웨어의 로직에 하드 와이어링될 수도 있다.
컨트롤러 회로(108)는 전력 인버터 회로(106)를 제어하여 DC 버스(116)를 따라 수신된 DC 전압 및/또는 전류를 전기 모터(112)에 대한 AC 전압 및/또는 전류로 변환시키도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러 회로(108)는 전원(102)으로부터의 DC 전압 및/또는 전류를, DC 버스(116)를 따른 더 높은 DC 전압 및/또는 전류로 부스팅할 것을(예컨대, DC 전압을 상승시킬 것을) 양방향 DC-DC 컨버터에 명령할 수 있다. DC 버스(116)를 따른 부스팅된 DC 전압은 전력 인버터 회로(106)에 의해 수신되고, AC 전압 및/또는 전류로 변환된 다음, 전기 모터(112) 및 구동 휠(114)에 전달된다.
추가로 또는 대안으로, 전기 모터(112)는 차량 브레이크가 작동될 때(예컨대, 회생 제동 시에), 전기 모터(112)의 로터 속도가 전력 인버터 회로(106)에 의해 제공되는 동기 속도를 초과할 때, 및/또는 기타 등등의 발전 모드에 있을 때, 에너지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전기 모터(112)는 구동 휠(114)의 브레이크가 작동될 때 발전기로서 동작할 수 있으며, AC 전압 및/또는 전류를 전력 인버터 회로(106)에 공급하여, DC 버스(116)를 따르는 DC 전압 및/또는 전류로 반전시킨다. 컨트롤러 회로(108)는 전원(102)을 재충전 및/또는 충전하도록 구성되는 또 다른 DC 전압 및/또는 전류로 DC 전압 및/또는 전류를 벅킹(buck)할 것을(예컨대, DC 전압을 감소시킬 것을) 양방향 DC-DC 변환기에 명령할 수 있다.
도 2는 불연속 전도 모드에서 동작하도록 구성되는 전술한 양방향 DC-DC 컨버터(104)를 위한 소프트 스위칭 토폴로지(203)의 일 실시형태의 개략도(200)를 나타낸다. DC-DC 컨버터(104)는 스위칭 회로(250), 전력 회로(202), DC 버스(116) 및 출력 커패시터(201)를 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터(104)는 소프트 스위칭 토폴로지(203)에 전도성으로 결합된다. 소프트 스위칭 토폴로지(203)는 보조 스위칭 회로(252) 및 커플링 회로(224)를 포함한다.
스위칭 회로(250, 252)는 DC 버스(116)를 통해 전력 인버터 회로(106)에 전도성으로 결합된다. 스위칭 회로(250, 252)는 상부 반도체 스위치(208, 212) 및 하부 반도체 스위치(206, 210)를 포함한다. 상부 및 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)로서 예시되고 있다. 그러나, 상부 및 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT), 금속 산화물 반도체 컨트롤러 사이리스터(MCT), 및/또는 기타 등등일 수도 있다. 반도체 스위치 구성은 실리콘(Si), 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 질화물(GaN), 및/또는 기타 등등을 포함할 수도 있음을 알아야 한다. 상부 및 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 각각은 대응하는 상부 및 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)에 대해 역병렬로 연결된 다이오드(228-230)를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 다이오드(228-230)는 상부 및 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)에 통합될 수도 있다.
스위칭 회로(250)는 상부 및 하부 반도체 스위치(206, 208) 사이에 개재된 노드(234)에서 전력 회로(202)에 전도성으로(예컨대, 전기적으로) 결합된다. 전력 회로(202)는 전원(102)에 전도성으로 결합된다. 전력 회로(202)는 전원(102)에 대해 노드(234)와 직렬로 구성된 인덕터(204) 및/또는 코일을 구비한 것으로 예시되고 있다. 예를 들어, 전력 회로(202)는 직렬로 전원(102)에 전도성으로 결합된 인덕터(204)를 포함한다. 전력 회로(202)는 전기 에너지를 저장하고 커플링 회로(224)의 전기 에너지를 방전하도록 구성된다.
커플링 회로(224)는 노드(234) 및 노드(236)에 전도성으로 결합된다. 노드(236)는 상부 및 하부 반도체 스위치(210, 212) 사이에 개재된다. 예를 들어, 노드(234, 236)에 기초하여, 커플링 회로(224)는 스위칭 회로(250)와 보조 스위칭 회로(252) 사이에 병렬로 전도성으로 결합된다. 선택사항으로서, 커플링 회로(224)는 스위칭 회로(250, 252) 사이에서 전압 스파이크를 방지하는 것에 의해 스너빙 회로가 되도록 구성된다. 예를 들어, 커플링 회로(224)는 커패시터(232)를 포함할 수 있다.
컨트롤러 회로(108)는 제어 버스(도시 생략)를 통해 스위칭 회로(250, 252)에 전도성으로 결합될 수 있다. 컨트롤러 회로(108)는 스위칭 회로(250, 252)의 작동(activation) 및/또는 정지(deactivation)를 제어하기 위해 제어 버스를 따라 전기적 특성(예컨대, 전압, 전류)을 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 제어 버스는 상부 및 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)의 게이트 단자(220-223)를 컨트롤러 회로(108)에 전도성으로 결합시키는 복수의 전도성 와이어를 포함할 수 있다. 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(220-223) 중 하나 이상에 대해 제어 버스를 따른 전압을 조정하여, 컨트롤러 회로(108)가 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나를 작동시킬 수 있게 할 수 있다(예컨대, 게이트의 전압을 임계치보다 높게 할 수 있다). 컨트롤러 회로(108)는 전기 모터(112)의 동작 상태에 기초하여 미리 결정된 시간 기간에 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나를 작동 및/또는 정지시킬 수 있다. 전기 모터(112)의 동작 상태는 발전 모드 또는 트랙션 모드를 나타낼 수 있다.
발전 모드 중에, 전기 모터(112)는 예컨대 차량의 브레이크가 작동될 때(예를 들어, 회생 제동 시에), 전기 모터(112)의 로터 속도가 전력 인버터 회로(106)(예를 들어, 유도 발전기)에 의해 제공되는 동기 속도 이상일 때, 및/또는 기타 등등에 발전기로서 구성된다. 트랙션 모드 중에, 전기 모터(112)는 차량의 구동 휠(114)에 구동력(tractive effort)을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 전기 모터(112)는 트랙션 모드 중에 구동 휠(114)에 회전력을 제공한다. 컨트롤러 회로(108)는 DC 버스(116)의 전압 및/또는 전류를 측정하는 센서(도시 생략)에 기초하여 전기 모터(112)의 동작 상태를 결정할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 컨트롤러 회로(108)는 차량의 페달의 작동에 의한 것과 같은 차량의 동작에 기초하여 전기 모터(112)의 작동 상태를 결정할 수 있다. 예를 들어, 가속기(gas) 및/또는 액셀러레이터 페달의 작동은 전기 모터(112)가 트랙션 모드에서 동작하고 있음을 컨트롤러 회로(108)에 나타낼 수 있다. 한편, 브레이크 페달의 작동은 전기 모터(112)가 발전 모드에서 동작하고 있음을 컨트롤러 회로(108)에 나타낼 수 있다.
도 3과 관련하여, 전기 모터(112)의 동작 모드에 기초해서, 컨트롤러 회로(108)는 미리 결정된 간격에 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나를 작동 및/또는 정지시킬 수 있다. 예를 들어, 타이밍도(300)는 전기 모터(112)의 트랙션 모드에 기초하여 전원(102)으로부터 전력 회로(202)에 의해 수신된 DC 전압 및/또는 전류를 전력 인버터 회로(106)에 대해 부스팅하기 위한, 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나의 작동 및/또는 정지를 나타내고 있다.
도 3은 도 2에 도시한 양방향 DC-DC 컨버터(104)의 전기 파형의 일 실시형태의 타이밍도(300)를 나타낸다. 전기 파형(306)은 전력 회로(202)의 전류를 나타낸다. 전기 파형(306)에 나타내는 전류는 제로를 교차하는 것으로 도시되는데, 이것은 소프트 스위칭 토폴로지(203)가 불연속 전도 모드에서 동작하고 있는 양방향 DC-DC 컨버터(104)를 나타냄을 알 수 있다. 전기 파형(308)은 노드(234)에서의 전압을 나타낸다. 전기 파형(310)은 하부 반도체 스위치(206)를 통과하는 전류를 나타낸다. 전기 파형(312)은 커패시터(232) 양단의 전압을 나타내고, 전기 파형(314)은 커플링 회로(224)를 통과하는 전류를 나타낸다. 전기 파형(316)은 하부 반도체 스위치(210) 양단의 전압을 나타내고, 전기 파형(318)은 하부 반도체 스위치(210)를 통과하는 전류를 나타낸다. 타이밍도(300)의 전기 파형(316)은 제로 전압을 갖는 것으로 예시되고 있음을 알 수 있다.
전기 파형(302-304)은 스위칭 회로(250, 252)에 의해 수신된 제어 버스를 따른 전압을 나타낸다. 전기 파형(302)은 게이트 단자(221)의 전압을 나타내고, 전기 파형(303)은 게이트 단자(220)의 전압을 나타내며, 전기 파형(303)은 게이트 단자(222)의 전압을 나타낸다. 전기 파형(302-304)은 대응하는 반도체 스위치(206, 208, 210)의 작동을 나타내는 전압 피크(320-325)를 포함한다. 예를 들어, 전압 피크(320-325)는 대응하는 반도체 스위치(206, 208, 210)를 작동시키는 반도체 스위치(206, 208, 210)의 임계 전압보다 큰 전압값을 나타낼 수 있다. 반도체 스위치(206, 208, 210)의 작동과 같은 전압 피크(320-325)의 타이밍은 전력 인버터 회로(106)에 의해 수신되는, 전원(102)으로부터 수신된 DC 전압을 DC 버스(116)에 대해 부스팅시키도록 구성된다.
타이밍도(300)는 소프트 스위칭 토폴로지(203)를 갖는 DC-DC 컨버터(104)의 부스트 동작을 나타내는 전압 피크(320-325)에 기초하여, 설정된 시간 기간 및/또는 구간(예컨대, t0-t7)으로 세분된다. t0에서, 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(221)에 전도성으로 결합되는 제어 버스를 따른 전압을 상부 반도체 스위치(208)의 전압 임계치보다 낮게 조정함으로써 상부 반도체 스위치(208)를 정지시킨다. 전기 파형(312)의 t0와 t1 사이에 나타내는 바와 같이, 커플링 회로(224)의 전압은 방전된다. 예를 들어, 전류가 다이오드(229)를 따라 커플링 회로(224)와 전력 회로(202)를 통과한다(예컨대, 전기 파형(306)을 따르는 네거티브 전류로서 도시됨).
t1에서, 커플링 회로(224) 양단의 전압이 방전되고(예컨대, 0), 전류는 다이오드(227)와 전력 회로(202)를 통과한다. 예를 들어, 전력 회로(202)를 통과한 네거티브 전류는 t1과 t2 사이에서 전기 파형(306)에 나타내는 바와 같이 일정하다. 네거티브 전류는 전원(102)을 충전하는데 이용될 수 있음을 알 수 있다.
t2에서, 컨트롤러 회로(108)는 전압 피크(321)로 나타내는 바와 같이, 게이트 단자(220)에 전도성으로 결합되는, 제어 버스를 따른 전압을 전압 임계치보다 높게 조정함으로써 하부 반도체 스위치(206)를 작동시킨다. 하부 반도체 스위치(206)의 작동은 제로 전압 스위칭을 나타냄을 알 수 있다. 예를 들어, 전력 회로(202)를 통과한 네거티브 전류는 t2에서 전기 파형(308)이 나타내는 바와 같이, 하부 반도체 스위치(206) 양단의 전압을 제로로 유지한다. 하부 반도체 스위치(206)의 작동으로, 전류는 전력 회로(202)로부터 하부 반도체 스위치(206) 양단을 이동하여 전력 회로(202)를 통해 선형으로 증가한다(예컨대, 전력 회로(202)의 인덕터(204)를 충전한다).
t3에서, 컨트롤러 회로(108)는 전압 피크(322)로 나타내는 바와 같이, 게이트 단자(222)에 전도성으로 결합되는, 제어 버스를 따른 전압을 전압 임계치보다 높게 조정함으로써 하부 반도체 스위치(210)를 작동시킨다. 하부 반도체 스위치(210)의 작동은 제로 전압 스위칭을 나타냄을 알 수 있다. 예를 들어, 하부 반도체 스위치(206)의 작동에 의해, 전기 파형(316)에 나타내는 바와 같이, 하부 반도체 스위치(210)가 작동될 때 노드(234 및 236)에서의 전압은 제로이다. 또, 전기 파형(318)에 나타내는 바와 같이, 하부 반도체 스위치(210)를 통과하는 전류도 제로이다. 전기 파형(306)에 나타내는 바와 같이, 전력 회로(202)를 통과하는 전류는 선형적으로 계속 증가함을 알 수 있다.
t4에서, 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(220)에 전도성으로 결합되는 제어 버스를 따른 전압을 하부 반도체 스위치(206)의 전압 임계치보다 낮게 조정함으로써 하부 반도체 스위치(206)를 정지시킨다. 하부 반도체 스위치(206)의 정지에 기초하여, 전류는 전력 회로(202)를 따라 커플링 회로(224)로 이동하여 하부 반도체 스위치(210)를 통과함으로써, 전기 파형(312 및 314)에 나타내는 바와 같이 커플링 회로(224)를 충전하고 노드(234)에 전압을 생성한다(전기 파형(308)에 표시). 노드(234)에서의 전압은 선형적으로 증가하고, 커플링 회로(224) 및 DC 버스(116)를 통한 부하 전류에 의해 규정되는 제어된 상승율로 DC 다이오드(228) 양단에서 DC 버스(116)에 수신된다. 예를 들어, 제어된 상승율은 커플링 회로(224)의 커패시터(232)의 전기적 특성(예컨대, 커패시턴스)에 기초할 수 있다.
t5에서, 전력 회로(202)를 통과하는 전류는 다이오드(228)를 통해 DC 버스(116)로 계속 흐른다.
t6에서, 컨트롤러 회로(108)는 전압 피크(323)로 나타내는 바와 같이, 게이트 단자(221)에 전도성으로 결합되는, 제어 버스를 따른 전압을 전압 임계치보다 높게 조정함으로써 상부 반도체 스위치(208)를 작동시킨다. 또, 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(222)에 전도성으로 결합되는 제어 버스를 따른 전압을 하부 반도체 스위치(210)의 전압 임계치보다 낮게 조정함으로써 하부 반도체 스위치(210)를 정지시킨다. 상부 반도체 스위치(208)의 작동은 제로 전압 스위칭을 나타냄을 알 수 있다. 예를 들어, 전력 회로(202)는 다이오드(228) 양단에서 DC 버스(116)로 에너지(예컨대 전류, 전압)를 계속해서 방전하여(t5에 도시), 상부 반도체 스위치(208) 양단의 전압을 제로로 유지함으로써, 제로 전압 스위칭을 가능하게 한다. 전력 회로(202)는 전기 파형(306)에 도시하는 전류의 선형 감소가 나타내는 바와 같이 계속해서 방전한다.
컨트롤러 회로(108)는 DC 전압 및/또는 전류를 부스팅하기 위해 전기 모터(112)의 동작 모드에 기초하여 시간 기간(t0-t7)을 연속적으로 그리고/또는 간헐적으로 반복할 수 있다. 소프트 스위칭 토폴로지(203)는 DC-DC 컨버터(104)가 전원(102)과 전력 인버터 회로(106) 사이에서 유사 및/또는 동일한 동작(예컨대, 벅킹, 부스팅)을 할 수 있게 하도록 구성된다.
예를 들어, 컨트롤러 회로(108)가 전기 모터(112)의 동작 모드를 발전 모드인 것으로 결정하면, 컨트롤러 회로(108)는 소프트 스위칭 토폴로지(203)를 갖는 양방향 DC-DC 컨버터(104)에 대해, 전력 인버터 회로(106)로부터 수신된 DC 전압 및/또는 전류를, 전원(102)을 재충전 및/또는 충전하도록 구성되는 또 다른 DC 전압 및/또는 전류로 벅킹할 것을(즉, DC 전압을 저하시킬 것을) 명령할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 컨트롤러 회로(108)는 미리 결정된 간격에 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나의 작동 및/또는 정지에 기초하여, 전력 인버터 회로(106)에 의해 수신된 전압을 감소하도록 구성된다. 컨트롤러 회로(108)는 DC 버스(116)를 따른 전압 및/또는 전류를 감소시키고 전원(102)에 전달하기 위해 타이밍도(300)에 관하여 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)의 작동 및/또는 정지를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러 회로(108)는 t2에서 t4까지 하부 스위치(210)를, t3에서 t6까지 하부 스위치(206)를, 그리고 t6에서 t7까지 상부 스위치(212)를 작동시킬 수 있다.
도 2에 도시한 소프트 스위칭 토폴로지(203)를 갖는 DC-DC 컨버터(104)는 불연속 전도 모드에서 동작하는 것으로 도시되고 있다. 도 4와 관련하여, 소프트 스위칭 토폴로지(403)를 갖는 DC-DC 컨버터(104)는 불연속 전도 모드 및/또는 연속 전도 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다.
도 4는 연속 또는 불연속 전도 모드에서 동작하도록 구성된 양방향 DC-DC 컨버터(104)를 위한 소프트 스위칭 토폴로지(403)의 일 실시형태의 개략도(400)를 나타낸다. 개략도(400)는 상부 반도체 스위치(404)와 하부 반도체 스위치(406)를 구비한 제2 보조 스위칭 회로를 포함한다. 예를 들어, 상부 및 하부 반도체 스위치(404 및 406)는 상부 및/하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)와 유사 및/또는 동일한 것일 수 있다. 상부 및 하부 반도체 스위치(404 및 406) 각각은 대응하는 상부 및 하부 반도체 스위치(404 및 406)에 대해 역병렬로 연결된 다이오드(410, 412)를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 다이오드(410, 412)는 상부 및 하부 반도체 스위치(404 및 406)에 통합될 수도 있다.
개략도(400)는 노드(236)와 노드(418)에 전도성을 결합된 공진 회로(414)를 포함한다. 노드(418)는 상부 및 하부 반도체 스위치(404 및 406) 사이에 개재된다. 공진 회로(414)는 인덕터(416) 및/또는 코일을 포함할 수 있다. 공진 회로(414)는 커플링 회로(224)에 저장된 에너지를 수신 및/또는 전달하여, 후속해서 DC 버스(116) 및 전력 컨버터 회로(106)에 공급되도록 구성된다.
컨트롤러 회로(108)는 제어 버스를 통해 스위칭 회로(250, 252 및 402)에 전도성으로 결합된다. 예를 들어, 컨트롤러 회로(108)는 스위칭 회로(250, 252 및 402)의 작동 및/또는 정지를 제어하기 위해 제어 버스를 따라 전기적 특성(예컨대, 전압, 전류)를 조정하도록 구성된다. 제어 버스는 상부 및 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212, 404, 406)의 게이트 단자(220-223, 408-409)를 컨트롤러 회로(108)에 전도성으로 결합시키는 복수의 전도성 와이어를 포함할 수 있다. 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(220-223 및 408-409) 중 하나 이상에 대해 제어 버스를 따른 전압을 조정하여, 컨트롤러 회로(108)가 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212, 404 및 406) 중 적어도 하나를 작동시킬 수 있게 할 수 있다(예컨대, 게이트의 전압을 임계치보다 높게 할 수 있다). 컨트롤러 회로(108)는 전기 모터(112)의 동작 상태에 기초하여 미리 결정된 시간 기간에 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212, 404, 406) 중 적어도 하나를 작동 및/또는 정지시킬 수 있다. 전기 모터(112)의 동작 상태는 발전 모드 및/또는 트랙션 모드를 나타낼 수 있다.
도 5와 관련하여, 전기 모터(112)의 동작 모드에 기초해서, 컨트롤러 회로(108)는 미리 결정된 간격에 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212, 404, 406) 중 적어도 하나를 작동 및/또는 정지시킬 수 있다. 예를 들어, 타이밍도(500)는 전기 모터(112)의 트랙션 모드에 기초하여 전원(102)으로부터 전력 회로(202)에 의해 수신된 DC 전압 및/또는 전류를 전력 인버터 회로(106)에 대해 부스팅하기 위한, 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212, 404, 406) 중 적어도 하나의 작동 및/또는 정지를 나타내고 있다.
도 5는 도 4에 도시한 소프트 스위칭 토폴로지(403)를 갖는 양방향 DC-DC 컨버터(104)의 전기 파형의 일 실시형태의 타이밍도(500)를 나타낸다. 전기 파형(506)은 전력 회로(202)의 전류를 나타낸다. 전기 파형(506)에 나타내는 전류는 제로보다 높게 도시되는데 이것은 소프트 스위칭 토폴로지(403)가 연속 전도 모드에서 동작하고 있는 양방향 DC-DC 컨버터(104)를 나타냄을 알 수 있다. 전기 파형(508)은 노드(234)에서의 전압을 나타낸다. 전기 파형(510)은 하부 반도체 스위치(206)를 통과하는 전류를 나타낸다. 전기 파형(512)은 커패시터(232) 양단의 전압을 나타내고, 전기 파형(514)은 커플링 회로(224)를 통과하는 전류를 나타낸다. 전기 파형(516)은 공진 회로(414)를 통과한 전류를 나타낸다. 전기 파형(518)은 하부 반도체 스위치(210) 양단의 전압을 나타내고, 전기 파형(520)은 하부 반도체 스위치(210)를 통과하는 전류를 나타낸다.
전기 파형(502-505)은 스위칭 회로(250, 252, 402)에 의해 수신된 제어 버스를 따른 전압을 나타낸다. 전기 파형(502)은 게이트 단자(221)의 전압을 나타내고, 전기 파형(503)은 게이트 단자(220)의 전압을 나타내며, 전기 파형(504)은 게이트 단자(408)의 전압을 나타내며, 전기 파형(505)은 게이트 단자(222)의 전압을 나타낸다. 전기 파형(502-505)은 대응하는 반도체 스위치(206, 208, 210 및 408)의 작동을 나타내는 전압 피크(521-528)를 포함한다. 예를 들어, 전압 피크(521-528)는 도 3에 나타낸 전압 피크(320-325)와 유사 및/또는 동일할 수 있다. 반도체 스위치(206, 208, 210, 408)의 작동과 같은 전압 피크(521-528)의 타이밍은 전력 인버터 회로(106)에 의해 수신되는, 전원(102)으로부터 수신된 DC 전압을 DC 버스(116)에 대해 부스팅시키도록 구성된다.
타이밍도(500)는 소프트 스위칭 토폴로지(403)를 갖는 DC-DC 컨버터(104)의 부스트 동작을 나타내는 전압 피크(521-528)에 기초하여, 설정된 시간 기간 및/또는 구간(예컨대, t0-t8)으로 세분된다. t0에서, 상부 반도체 스위치(208)가 작동되는데, 예컨대 제어 버스가 상부 반도체 스위치(208)의 전압 임계치보다 높은 전압을 게이트 단자(221)에 제공한다. 컨트롤러 회로(108)는 전압 피크(521)로 나타내는 바와 같이, 게이트 단자(408)에 전도성으로 결합되는, 제어 버스를 따른 전압을 전압 임계치보다 높게 조정함으로써 상부 반도체 스위치(404)를 작동시킨다. 전기 파형(512)의 t0와 t1 사이에 나타내는 바와 같이, 커플링 회로(224)의 전압은 방전된다. 예를 들어, 전류가 커플링 회로(224)로부터 이동하여 커플링 회로(224)로부터 공진 회로(414)로 전압을 방전한다(예컨대, 전기 파형(516)을 따르는 전류로 도시됨).
t1에서, 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(221 및 408)에 전도성으로 결합되는 제어 버스를 따른 전압을 상부 반도체 스위치(208 및 404)의 전압 임계치보다 낮게 조정함으로써 상부 반도체 스위치(208 및 404)를 정지시킨다. 커플링 회로(224)는 (예컨대, 전기 파형(512)에 나타내는 바와 같이) 다이오드(230)를 통해 DC 버스(116)로 방전된다(예컨대, t1과 t2 사이에서, 커패시터(232)에 저장된 에너지는 인덕터(416)로 이동하고 나중에 t2와 t3 사이에서 전력 인버터 회로(106)로 이동한다).
t2에서, 공진 회로(414)에 저장된 전기 에너지는 방전된다. 또, 전력 회로(202)는 상부 반도체 스위치(208)의 다이오드(228)를 통해 DC 버스(116)에 전압 및/또는 전류를 연속적으로 제공한다.
t3에서, 컨트롤러 회로(108)는 전압 피크(522)로 나타내는 바와 같이, 게이트 단자(220)에 전도성으로 결합되는, 제어 버스를 따른 전압을 전압 임계치보다 높게 조정함으로써 하부 반도체 스위치(206)를 작동시킨다. 전기 파형(506)에 나타내는 바와 같이, 전력 회로(202)를 통과하는 전류는 선형적으로 증가하기 시작함을 알 수 있다.
t4에서, 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(222)에 전도성으로 결합되는 제어 버스를 따른 전압을 전압 피크(524)로서 나타내는 전압 임계치보다 높게 조정함으로써 하부 반도체 스위치(210)를 작동시킨다. 하부 반도체 스위치(206)의 작동에 기초하여, 전류가 전원(102) 및 전력 회로(202)로부터 계속해서 하부 반도체 스위치(206)를 통과하여, 전력 회로(202) 양단에 전류를 연속으로 선형으로 증가시킨다(예컨대, 전기 파형(510)에 도시).
t5에서, 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(220)에 전도성으로 결합되는 제어 버스를 따른 전압을 하부 반도체 스위치(206)의 전압 임계치보다 낮게 조정함으로써 하부 반도체 스위치(206)를 정지시킨다. 하부 반도체 스위치(210)를 통해 전류가 전원(102)으로부터 전력 회로(202) 및 커플링 회로(224)로 이동함으로써, 커플링 회로(224)를 충전한다(예컨대, 전기 파형(512, 514)에 도시). 커플링 회로(224)의 전압은 노드(234) 양단의 전압과 유사 및/또는 동일함을 알 수 있다. 예를 들어, 커플링 회로(224) 및 노드(234)의 전압은 제어된 상승율로 DC 버스(116)의 전압 및/또는 전류를 선형으로 증가시킨다. 커플링 회로(224) 및 노드(234)의 전압의 상승율은 커플링 회로(224) 및 전력 인버터 회로(106)에 기초한다. 예를 들어, 제어된 상승율은 커플링 회로(224)의 커패시터(232)의 전기 특성 및/또는 전력 인버터 회로(106)에 기초한다.
t6에서, 전력 회로(202)를 통과하는 전류는 다이오드(228)를 통해 DC 버스(116)로 계속 흐른다.
t7에서, 컨트롤러 회로(108)는 전압 피크(523)로 나타내는 바와 같이, 게이트 단자(221)에 전도성으로 결합되는, 제어 버스를 따른 전압을 전압 임계치보다 높게 조정함으로써 상부 반도체 스위치(208)를 작동시킨다. 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(222)에 전도성으로 결합되는 제어 버스를 따른 전압을 하부 반도체 스위치(210)의 전압 임계치보다 낮게 조정함으로써 하부 반도체 스위치(210)를 정지시킨다. 상부 반도체 스위치(208)의 작동은 제로 전압 스위칭을 나타냄을 알 수 있다. 예를 들어, 전력 회로(202)는 다이오드(228) 양단에서 DC 버스(116)로 에너지(예컨대 전류, 전압)를 계속 방전하여(t6에 도시), 상부 반도체 스위치(208) 양단의 전압을 제로로 유지함으로써, 제로 전압 스위칭을 가능하게 한다. 전력 회로(202)는 전기 파형(306)에 도시하는 전류의 선형 감소가 나타내는 바와 같이 계속해서 방전한다.
컨트롤러 회로(108)는 DC 전압 및/또는 전류를 부스팅하기 위해 전기 모터(112)의 동작 모드에 기초하여 시간 기간(t0-t8)을 연속적으로 그리고/또는 간헐적으로 반복할 수 있다. 컨트롤러 회로(108)가 전기 모터(112)의 동작 모드를 발전 모드인 것으로 결정하면, 컨트롤러 회로(108)는 양방향 DC-DC 컨버터에 대해, 전력 인버터 회로(106)로부터 수신된 DC 전압 및/또는 전류를, 전원(102)을 재충전 및/또는 충전하도록 구성되는 또 다른 DC 전압 및/또는 전류로 벅킹할 것을(즉, DC 전압을 저하시킬 것을) 명령할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 컨트롤러 회로(108)는 미리 결정된 간격에 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212, 404, 406) 중 적어도 하나의 작동 및/또는 정지에 기초하여, 전력 인버터 회로(106)에 의해 수신된 전압을 감소하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러 회로(108)는 DC 버스(116)를 따른 전압 및/또는 전류를 감소시키고 전원(102)에 전달하기 위해 타이밍도(500)에 관하여 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212, 404, 406)의 작동 및/또는 정지를 스위칭할 수 있다.
추가로 또는 대안으로, 도 6과 관련하여, 소프트 스위칭 토폴로지(660)(예컨대, 스위칭 회로(252), 커플링 회로(224))는 인터리브드 부스트(interleaved boost) DC-DC 컨번터(662)를 형성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 인터리브드 부스트 DC-DC 컨버터(662)는 복수의 위상을 사용하여 전원(102)의 전압 및/또는 전류를 DC 버스(116)를 따르는 더 높은 DC 전압 및/또는 전류로 부스팅하도록 구성될 수 있다.
도 6은 인터리브드 부스트 DC-DC 컨버터(662)를 위한 소프트 스위칭 토폴로지(660)의 일 실시형태의 개략도(650)를 나타낸다. 전력 회로(202)는 서로 병렬로 연결되도록 구성된 2개의 인덕터(651 및 652)를 포함한다. 예를 들어, 소프트 스위칭 토폴로지(660)는 커플링 회로(224)에 기초하여 스위칭 회로(250 및 252)를 인터리빙하도록 구성될 수 있다. 커플링 회로(224)는 커패시터(658)와 직렬로 연결된 인덕터(656)를 포함할 수 있다. 커플링 회로(224)는 서로 상이한 위상에서 동작하는 스위칭 회로(250 및 252)를 구비함으로써 이들 스위칭 회로(250 및 252)를, 전력을 DC 버스(116)에 대해 부스팅하는데 사용하도록 구성된다. 예를 들어, 커플링 회로(224)는 인터리브드 부스트 DC-DC 컨버터(662)를 규정하기 위해 전기 파형(702-713)으로 나타내는 바와 같이 스위칭 회로(252)의 위상을 스위칭 회로(250)에 대해 180도씩 조정하도록 구성된다.
도 7a와 도 7b는 도 6에 도시한 인터리브드 DC-DC 컨버터(662)의 전기 파형(702-713)의 타이밍도(700, 720)를 나타낸다. 전기 파형(702)은 하부 반도체 스위치(206) 양단의 전압을 나타내고, 전기 파형(703)은 하부 반도체 스위치(206)를 통과하는 전류를 나타낸다. 전기 파형(704)은 게이트 단자(220)에서의 전압을 나타낸다. 전기 파형(705)은 하부 반도체 스위치(210) 양단의 전압을 나타내고, 전기 파형(706)은 하부 반도체 스위치(206)를 통과하는 전류를 나타낸다. 전기 파형(707)은 게이트 단자(222)에서의 전압을 나타낸다. 전기 파형(708)은 하부 반도체 스위치(208) 양단의 전압을 나타내고, 전기 파형(709)은 하부 반도체 스위치(206)를 통과하는 전류를 나타낸다. 전기 파형(710)은 게이트 단자(221)에서의 전압을 나타낸다. 전기 파형(711)은 하부 반도체 스위치(223) 양단의 전압을 나타내고, 전기 파형(712)은 하부 반도체 스위치(206)를 통과하는 전류를 나타낸다. 전기 파형(713)은 게이트 단자(223)에서의 전압을 나타낸다.
타이밍도(700, 720)는 소프트 스위칭 토폴로지(660)를 갖는 인터리브드 DC-DC 컨버터(662)의 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)의 작동에 대응하는 설정된 시간 기간 및/또는 구간(예컨대, t0-t11)으로 세분된다. 스위칭 회로(250, 252) 중 하나의 타이밍도(700, 720)의 시간 기간 동안 전력 회로(202)(예컨대, 인덕터(651, 652))에 축전된 에너지의 적어도 일부는 연관된 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)의 작동 이전에 다른 스위칭 회로(252, 250) 내의 커플링 회로(224)의 에너지를 방전시키는데 사용되는 것을 알 수 있다. 커플링 회로(224)는 네거티브 전류를 생성하는데 사용되는, 인덕터(656) 및 커패시터(658)에 기초한 공진 회로로서 동작한다. 네거티브 전류는 컨트롤러 회로(202)가 제어 버스를 따라 상부 및/또는 하부 스위치(206, 208, 210, 212)를 작동시키기 전에, 대안의 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)의 커패시턴스를 방전하는데 사용된다. 이 방전에 기초하여, 하부 반도체 스위치(206, 210)는 제로 전압 스위칭 동작 시에 작동되고, 상부 반도체 스위치(208, 212)는 제로 전류 동작 시에 작동된다.
예를 들어, t0에서, 하부 반도체 스위치(206) 및 상부 반도체 스위치(212)가 작동된다. t0에서 전기 파형(702)은 하부 반도체 스위치(206) 양단에 전압이 없음을 나타내고, 전기 파형(712)은 작동될 때에 상부 반도체 스위치(212)를 통과하는 전류가 없음을 나타내는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 하부 반도체 스위치(206)는 제로 전압 스위칭 동작 시에 작동되고, 상부 반도체 스위치(212)는 제로 전류 스위칭 동작 시에 작동된다. 제어 버스는 하부 반도체 스위치(206) 및 상부 반도체 스위치(208)의 전압 임계치보다 높은 전압을 게이트 단자(220 및 223)에 제공한다. 전기 파형(703 및 712)의 t0와 t1 사이에 나타내는 바와 같이, 전류는 하부 반도체 스위치(206) 및 상부 반도체 스위치(212)를 통과한다. 예를 들어, 전기 에너지는 전기 파형(703)에서 포지티브 전류로서 나타내는 바와 같이 스위칭 회로(250)에 의해 전력 회로(202)에서 (예를 들어, 인덕터(651 및 652)에 의해) 방전된다. 또 다른 예에서, 예컨대 커패시터(658)에 의해, 커플링 회로(224)에 축전된 전기 에너지는 전기 파형(712)으로 표시되는 상부 반도체 스위치(212)를 통한 전류의 감소로서 나타내는 바와 같이, 스위칭 회로(252)에 의해 방전된다.
t1에서, 컨트롤러 회로(108)는 게이트 단자(220 및 223)에 전도성으로 결합되는 제어 버스를 따른 전압을 전압 임계치보다 낮게 조정함으로써 하부 및 상부 반도체 스위치(206 및 212)를 정지시킨다. 컨트롤러 회로(108)는 하부 및 상부 반도체 스위치(210 및 208)를 작동시킨다. 전기 에너지는 전기 파형(706)에서 네거티브 전류로서 나타내는 바와 같이 스위칭 회로(250)에 의해 전력 회로(202)에 (예를 들어, 인덕터(651 및 652)에 의해) 축전된다. 또 다른 예에서, 전기 에너지는 전기 파형(712)으로 표시되는 하부 반도체 스위치(210)를 통한 전류의 증가로서 나타내는 바와 같이, 스위칭 회로(252)에 의해 커플링 회로(224) 내에, 예컨대 커패시터(658)에 축전된다.
도 8은 DC-DC 컨버터를 소프트 스위칭하기 위한 방법의 일 실시형태의 흐름도이다. 예를 들어, 방법(600)은 본 명세서에서 논의하는 다양한 실시형태의 구조 또는 양태에 의해 채택 또는 수행될 수 있다. 다양한 실시형태에 있어서, 특정 동작들은 생략되거나 추가될 수도 있고, 특정 동작들은 조합될 수도 있으며, 특정 동작들은 동시에 수행될 수도 있고, 특정 동작들은 한번에 수행될 수도 있으며, 특정 동작들은 다수의 동작들로 분할될 수도 있고, 특정 동작들은 상이한 순서로 수행될 수도 있고, 특정 동작들 또는 일련의 동작들은 반복적으로 재수행될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 방법(600)의 부분, 양태, 및/또는 변형은 하드웨어로 하여금 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 동작을 수행하도록 지시하는 하나 이상의 알고리즘으로서 사용될 수 있다.
602에서 시작하여, 전기 모터(112)의 동작 상태를 결정한다. 전기 모터(112)의 동작 상태는 발전 모드 및/또는 트랙션 모드를 나타낼 수 있다. 컨트롤러 회로(108)는 DC 버스(116)의 전압 및/또는 전류를 측정하는 센서(도시 생략)에 기초하여 전기 모터(112)의 동작 상태를 결정할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 컨트롤러 회로(108)는 차량의 페달의 작동에 의한 것과 같은 차량의 동작에 기초하여 전기 모터(112)의 동작 상태를 결정할 수 있다. 예를 들어, 가속기(gas) 및/또는 액셀러레이터 페달의 작동은 전기 모터(112)가 트랙션 모드에서 동작하고 있음을 컨트롤러 회로(108)에 나타낼 수 있다. 한편, 브레이크 페달의 작동은 전기 모터(112)가 발전 모드에서 동작하고 있음을 컨트롤러 회로(108)에 나타낼 수 있다.
603에서, 컨트롤러 회로(108)는 전기 모터(112)가 트랙션 모드에 있는지의 여부를 결정한다. 예를 들어, 가속기(gas) 및/또는 액셀러레이터 페달의 작동에 기초하여, 컨트롤러 회로(108)는 전기 모터(112)가 트랙션 모드에 있다고 결정할 수 있다.
전기 모터(112)가 트랙션 모드에 있다면, 604에서, 컨트롤러 회로(108)는 소프트 스위칭 토폴로지(203)를 갖는 DC-DC 컨버터(104)의 부스트 모드에 대응하여 상부 또는 하부 반도체 스위치 중 적어도 하나를 작동시키도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러 회로(108)는 전기 파형(302-304)에 대응하여 제어 버스를 따른 전압을 조정함으로써 상부 또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나를 작동시킬 수 있다. 또 다른 예로, 컨트롤러 회로(108)는 전기 파형(502-505)에 대응하여 제어 버스를 따른 전압을 조정함으로써 상부 또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212, 404, 406) 중 적어도 하나를 작동시킬 수 있다.
606에서, 컨트롤러 회로(108)는 조정된 전압을 전력 컨버터 회로(106)에 전달하도록 구성된다. 예를 들어, 상부 또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나의 작동에 기초하여 컨트롤러 회로(108)는 전력 컨버터 회로(106)에 전도성으로 결합되는 DC 버스(116)를 따른 전원(102)의 부스팅된 전압을 전달할 수 있다.
전기 모터(112)가 트랙션 모드에 있지 않다면(예컨대, 발전 모드라면), 608에서, 컨트롤러 회로(108)는 소프트 스위칭 토폴로지(203)를 갖는 DC-DC 컨버터(104)의 벅 모드(buck mode)에 대응하여 상부 또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나를 작동시키도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러 회로(108)는 DC 버스(116)를 따른 전압 및/또는 전류를 감소시키고 전원(102)에 전달하기 위해 타이밍도(300)에 관하여 상부 및/또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212)의 작동 및/또는 정지를 스위칭할 수 있다.
610에서, 컨트롤러 회로(108)는 조정된 전압을 전원(102)에 전달하도록 구성된다. 예를 들어, 상부 또는 하부 반도체 스위치(206, 208, 210, 212) 중 적어도 하나의 작동에 기초하여 컨트롤러 회로(108)는 전력 컨버터 회로(106)로부터 수신되는 DC 버스(116)의 감소 또는 벅킹된 전압을, 전원(102)에 전도성으로 결합되는 전력 회로(202)에 전달할 수 있다.
예시하는 실시형태들의 구성요소의 특정 배열(예컨대, 수, 타입, 배치, 및/또는 기타 등등)은 다양한 대안적인 실시형태에서 변형될 수도 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 다양한 실시형태에 있어서, 주어진 모듈 또는 유닛의 상이한 수가 사용될 수도 있고, 주어진 모듈 또는 유닛의 상이한 타입 또는 타입들이 사용될 수도 있으며, 다수의 모듈 또는 유닛(또는 그 양태)이 조합될 수도 있고, 주어진 모듈 또는 유닛은 복수의 모듈(또는 서브모듈) 또는 유닛(또는 서브유닛)으로 분할될 수도 있으며, 하나 이상의 모듈의 하나 이상의 양태는 모듈들 사이에 공유될 수도 있고, 주어진 모듈 또는 유닛이 추가될 수도 있으며, 주어진 모듈 또는 유닛이 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는, 작업 또는 동작을 수행하도록 "구성된" 구조, 제한 또는 요소는 특히 그 작업 또는 동작에 대응하는 방식으로 구조적으로 형성, 구성 또는 적응된다. 명확성을 위해 그리고 불확실함을 피하기 위해, 작업 또는 동작을 수행하도록 단지 변형될 수만 있는 대상은 본 명세서에서 사용되는 작업 또는 동작을 수행하도록 "구성"되지 않는 것이다. 대신에, 본 명세서에서 사용되는 "구성된"이란 표현의 사용은 구조적 적응 또는 특성을 나타내며, 작업 또는 동작을 수행하도록 "구성된" 것으로서 기술되는 임의의 구조, 제한 또는 요소의 구조적 요건을 나타낸다. 예를 들어, 작업 또는 동작을 수행하도록 "구성된" 프로세싱 유닛, 프로세서, 또는 컴퓨터는 작업 또는 동작을 수행하도록 특별히 구조화된 것(예컨대, 하나 이상의 프로그램 또는 명령어가 저장되어 있거나, 작업 또는 동작을 수행하기 위해 맞춤화되거나 의도된 것과 함께 이용되는 것, 및/또는 작업 또는 동작을수행하기 위해 맞춤화되거나 의도된 프로세싱 회로의 구성을 갖는 것)으로서 이해될 수 있다. 명확성을 위해 그리고 불확실함을 피하기 위해, (적절히 프로그래밍될 경우 작업 또는 동작을 수행하도록 "구성"될 수 있는) 범용 컴퓨터는 특별히 프로그래밍되거나 구조적으로 작업 또는 동작을 수행하도록 변형되지 않는다면 또는 변형될 때까지 그 작업 또는 동작을 수행하도록 "구성된" 것이 아니다.
다양한 실시형태들이 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 다양한 실시형태 및/또는 구성요소, 예컨대 모듈, 또는 구성요소 및 그 내부의 컨트롤러 역시 하나 이상의 컴퓨터 또는 프로세서의 일부로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 또는 프로세서는 컴퓨팅 장치, 입력 장치, 디스플레이 유닛, 및 예컨대 인터넷에 액세스하기 위한 인터페이스를 포함할 수 있다. 컴퓨터 또는 프로세서는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는 통신 버스를 통해 접속될 수 있다. 컴퓨터 또는 프로세서는 또한 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 리드 온리 메모리(ROM)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 또는 프로세서는 저장 장치를 더 포함할 수 있으며, 저장 장치는 솔리드 스테이트 드라이브, 광 드라이브 등의 분리형 저장 드라이브 또는 하드 디스크 드라이브일 수 있다. 저장 장치는 또한 컴퓨터 프로그램 또는 기타 명령어를 컴퓨터 또는 프로세서에 로딩하기 위한 기타 유사한 수단일 수도 있다.
본 명세서에 사용되는 용어 "컴퓨터", "컨트롤러", 또는 "모듈"은 마이크로프세서, RISC(reduced instruction set computer), 주문형 반도체(ASIC), 로직 회로, GPU, FPGA, 및 본 명세서에 설명하는 기능을 실행할 수 있는 기타 회로 또는 프로세서를 포함하는 임의의 프로세서 기반 또는 마이크로프로세서 기반의 시스템일 수 있다. 이상의 예는 예시일 뿐이므로, 용어 "모듈" 또는 "컴퓨터"의 정의 및/또는 의미를 어떤 식으로도 한정하려는 의도는 없다.
컴퓨터, 모듈, 또는 프로세서는 입력 데이터를 처리하기 위해, 하나 이상의 저장 요소에 저장된 명령어 세트를 실행한다. 저장 요소는 원한다면 또는 필요하다면 데이터 또는 기타 정보를 저장할 수도 있다. 저장 요소는 정보 소스 또는 프로세싱 머신 내의 물리적 메모리 요소의 형태로 있을 수 있다.
명령어 세트는 프로세싱 머신으로서 컴퓨터, 모듈, 또는 프로세서로 하여금 본 명세서에 설명 및/또는 예시하는 다양한 실시형태의 방법 및 프로세스 등의 특정 동작을 수행하게 하게 하는 다양한 커맨드를 포함할 수 있다. 명령어 세트는 소프트웨어 프로그램의 형태로 있을 수 있다. 소프트웨어는 시스템 소프트웨어 또는 애플리케이션 소프트웨어 등의 다양한 형태일 수도 있으며 유형적 및 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체로서 구현될 수도 있다. 또한, 소프트웨어는 개별 프로그램 또는 모듈의 집합체, 대형 프로그램 내의 프로그램 모듈 또는 프로그램 모듈의 일부의 형태로 있을 수 있다. 소프트웨어는 또한 객체 지향형 프로그래밍의 형태로 모듈식 프로그래밍을 포함할 수 있다. 프로세싱 머신에 의한 입력 데이터의 프로세싱은 오퍼레이터 커맨드에 응답, 또는 이전 프로세싱의 결과에 응답, 또는 다른 프로세싱 머신에 의해 행해진 요청에 응답할 수 있다.
본 명세서에 사용될 때에, 용어 "소프트웨어" 및 "펌웨어"는 교환 사용될 수 있으며, RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 및 비휘발성 RAM(NVRAM) 메모리를 비롯한, 컴퓨터에 의한 실행을 위해 메모리에 저장된 임의의 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 전술한 메모리 유형은 예시일 뿐이며, 그렇게 제한되지 않고, 컴퓨터 프로그램의 저장에 유용한 메모리의 유형이면 된다. 사용자가 컴퓨터 시스템의 위치, 구성, 및/또는 특정 하드웨어에 관여하는 것을 요구하는 일 없이, 예를 들어 계산력의 동적 할당을 허용하기 위해, 다양한 실시형태의 개별 구성요소들이 클라우드 유형 계산 환경에 의해 가상화되고 호스팅될 수 있다.
이상의 설명은 제한적이 아니라 예시적인 것으로 의도된 것임이 명백한다. 예를 들어, 전술한 실시형태들(및/또는 그 양태들)은 서로 조합되어 이용될 수 있다. 또한, 특정 상황 또는 재료를 본 발명의 교시에 맞게 적응시키기 위해 본 발명의 범위에서 벗어나는 일 없이 다수의 변형이 이루어질 수도 있다. 본 명세서에 기재된 다양한 구성요소의 치수, 재료의 유형, 방위, 및 다양한 구성요소의 수 및 위치는 특정 실시형태의 파라미터를 정의하는 것이 의도되고, 결코 제한적이 아니며, 예시적인 실시형태일 뿐이다. 이상의 설명을 검토한 당업자에게는 청구범위의 사상 및 범위 내에서 다수의 다른 실시형태 및 변형예들이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부 청구범위가 청구하는 동류의 전체 범위와 함께, 그러한 청구범위를 참조함으로써 결정되어야 한다. 첨부하는 청구범위에서는, "포함하는(including)" 및 "~에 있어서(in which)"라는 용어는 그 각 용어의 평이한 영어의 등가어인 ""comprising" 및 "wherein"로서 이용된다. 또한, 이하의 청구범위에 있어서, "제1", "제2" 및 "제3" 등의 용어는 단순히 호칭으로서 사용되며, 그 대상물에 대한 수치적 요건을 부과하기 위해 의도된 것이 아니다. 또한, 이하의 청구항의 한정은 기능식청구항(means-plus-function) 포맷으로 작성되지 않으며, 그러한 청구항 한정은 "수단(means for)" 다음에, 추가 구조 없이 기능의 설명으로 이어지는 기재를 표현으로 사용할 때까지, 35 U.S.C. § 112(f)에 기초해서 해석되는 것을 의도하지 않는다.
이상의 설명은 다양한 실시형태를 개시하기 위해 또 당업자가 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 이용하여 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 비롯해 다양한 실시형태를 실시하는 것을 가능하게 하기 위해 예를 이용한다. 다양한 실시형태의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정해지며, 당업자에게 떠오르는 다른 예도 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는, 청구범위의 문어와는 상이하지 않는 구조적 요소를 갖는다면 또는 청구범위의 문어와 비실질적인 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함한다면, 청구범위의 범주 내에 있는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. DC(직류 전류)-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 시스템에 있어서,
    DC 버스;
    전원;
    상기 전원과 상기 DC 버스 사이에 결합되는 벅/부스트(buck/boost) 컨버터를 포함하고,
    상기 벅/부스트 컨버터는,
    상기 DC 버스에 결합되고, 상부 제1 반도체 스위치, 하부 제1 반도체 스위치 및 그 사이에 개재된 제1 노드를 구비한 제1 스위칭 회로;
    상기 DC 버스에 결합되고, 상부 제2 반도체 스위치, 하부 제2 반도체 스위치 및 그 사이에 개재된 제2 노드를 구비한 제2 스위칭 회로;
    상기 제1 및 제2 노드 사이에 결합되는 커플링 회로 - 상기 제2 스위칭 회로는 상기 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로의 소프트 스위칭을 허용하도록, 상기 커플링 회로의 충전 및 방전을 제어하도록 구성됨 -; 및
    상기 제1 노드와 상기 전원 사이에 결합되고, 전기 에너지를 저장하고 전기 에너지를 방전하도록 구성된 전력 회로
    를 포함하는, DC-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위칭 회로에 제어 버스를 통해 결합되는 컨트롤러 회로 및 상기 제1 및 제2 스위칭 회로와 전기 모터에 전도성으로 결합되는 전력 인버터 회로를 더 포함하고, 상기 컨트롤러 회로는 상기 전기 모터의 동작에 기초하여 상기 상부 또는 하부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나를 작동시키도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전력 회로는, 상기 컨트롤러 회로가 제로 전압 스위칭에서 상기 하부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나를 작동시키기 위해, 상기 하부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나의 양단 전압을 유지하도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전력 회로는, 상기 컨트롤러 회로가 제로 전압 스위칭에서 상기 상부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나를 작동시키기 위해, 상기 상부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나의 양단 전압을 유지하도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위칭 회로, 제2 스위칭 회로, 커플링 회로 및 전력 회로는 불연속 전도 모드에서 동작하도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 상기 전력 회로에 의해 수신된 전압을 부스팅하도록, 상기 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로를 동작시키도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 상기 전력 인버터 회로에 의해 수신된 전압을 감소시키도록, 상기 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로를 동작시키도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상부 제3 반도체 스위치, 하부 제3 반도체 스위치 및 그 사이에 결합된 제3 노드를 구비한 제3 스위칭 회로와, 상기 제2 노드 및 제3 노드 사이에 결합되는 공진 회로를 더 포함하고,
    상기 공진 회로는 상기 제3 스위칭 회로의 소프트 스위칭을 허용하도록, 상기 커플링 회로에 저장된 에너지를 전달하도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제어 버스를 통해 상기 제1, 제2 및 제3 스위칭 회로에 결합되는 컨트롤러 회로 및 상기 제1, 제2 및 제3 스위칭 회로와 전기 모터에 전도성으로 결합되는 전력 인버터 회로를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러 회로는 상기 전기 모터의 동작에 기초하여 상기 상부 및 하부 제1, 제2 및 제3 반도체 스위치 중 적어도 하나를 작동시키도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 스위칭 회로, 제2 스위칭 회로, 제3 스위칭 회로, 커플링 회로 및 전력 회로는 불연속 전도 모드 또는 연속 전도 모드에서 동작하도록 구성되는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전력 회로는 전원에 결합된 인덕터를 포함하는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로는 서로에 대해 상이한 위상에서 동작하는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 커플링 회로는 스너버(snubber) 회로를 포함하는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  14. 제8항에 있어서, 상기 공진 회로는 인덕터를 포함하는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 커플링 회로는 커패시터에 결합된 인덕터를 포함하는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  16. 제12항에 있어서, 상기 전력 회로는 서로 병렬로 결합된 적어도 두 개의 인덕터를 포함하는 것인 소프트 스위칭 시스템.
  17. 벅/부스트 DC(직류 전류)-DC 컨버터를 소프트 스위칭하기 위한 방법에 있어서 - 상기 벅/부스트 DC-DC 컨버터는 제1 스위칭 회로, 제2 스위칭 회로, 상기 제1 스위칭 회로와 제2 스위칭 회로 사이에 결합된 커플링 회로 및 상기 제1 스위칭 회로에 결합된 전력 회로를 포함함 -,
    전기 모터의 동작 상태를 결정하는 단계와,
    상기 전기 모터의 동작 상태에 기초하여 상기 제1 스위칭 회로의 상부 제1 반도체 스위치와 하부 제1 반도체 스위치 및 상기 제2 스위칭 회로의 상부 제2 반도체 스위치와 하부 제2 반도체 스위치를 제어하는 단계 - 상기 제1 및 제2 스위칭 회로는 전력 인버터 회로에 전도성으로 결합되고, 상기 전력 인버터 회로는 상기 전기 모터에 전도성으로 결합됨 -;
    상기 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로의 소프트 스위칭을 허용하도록, 상기 하부 제1 반도체 스위치가 정지(deactivate)되면 상기 커플링 회로의 전기 에너지를 저장하고 상기 상부 제1 반도체 스위치가 정지되면 상기 커플링 회로의 전기 에너지를 방전하는 단계; 및
    상기 전기 모터의 동작 상태에 기초하여, 조정된 전압을 상기 전기 모터 및 상기 전력 회로 중 하나로 전달하는 단계
    를 포함하는 DC-DC 컨버터의 소프트 스위칭 방법.
  18. 제17항에 있어서, 작동 동작이 제로 전압 스위칭을 나타내도록 상기 상부 또는 하부 제1 또는 제2 반도체 스위치 중 적어도 하나의 양단 전압을 유지하는 단계를 더 포함하는 소프트 스위칭 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 스위칭 회로, 제2 스위칭 회로, 커플링 회로 및 전력 회로를 불연속 전도 모드에서 동작시키는 단계를 더 포함하는 소프트 스위칭 방법.
  20. DC(직류 전류)-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 시스템에 있어서,
    DC 버스;
    상기 DC 버스에 결합되는 벅/부스트(buck/boost) 컨버터를 포함하고,
    상기 벅/부스트 컨버터는,
    상기 DC 버스에 결합되고, 상부 제1 반도체 스위치, 하부 제1 반도체 스위치 및 그 사이에 개재된 제1 노드를 구비하는 제1 스위칭 회로;
    상기 DC 버스에 결합되고, 상부 제2 반도체 스위치, 하부 제2 반도체 스위치 및 그 사이에 개재된 제2 노드를 구비하는 제2 스위칭 회로;
    상기 제1 및 제2 노드 사이에 결합되고, 스너버(snubber) 회로를 포함하는 커플링 회로 - 상기 제2 스위칭 회로는 상기 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로의 소프트 스위칭을 허용하도록, 상기 커플링 회로의 충전 및 방전을 제어하도록 구성됨 -;
    상기 제1 노드에 결합되며, 인덕터를 포함하고, 전기 에너지를 저장하고 전기 에너지를 방전하도록 구성된 전력 회로
    를 포함하는, DC-DC 컨버터를 위한 소프트 스위칭 시스템.
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