KR102421163B1 - 양방향 직류-직류 컨버터 - Google Patents

양방향 직류-직류 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 양방향 직류-직류 컨버터의 부스트 모드에서 스위치 소자의 영전압 스위칭을 실현하여 스위칭 손실을 저감함으로써 고효율의 전력 변환을 실현할 수 있다. 그리고 부스트 모드에서 간단한 논리 소자를 이용하여 컨버터의 스위칭 소자를 제어하여 병렬 연결된 복수의 양방향 직류-직류 컨버터를 제어할 수 있다.

Description

양방향 직류-직류 컨버터 {BI-DIRECTIONAL DC-DC CONVERTER}
본 발명은 양방향 직류-직류 컨버터에 관한 발명이다.
상대적으로 높은 전압을 요구하는 전자회로에 에너지를 공급하거나, 계통에 연계하여 응용 분야에 사용하기 위해서는 입력 전압을 높은 전압으로 승압해 주어야 한다. 뿐만 아니라 전자회로에 따라서는 높은 전압을 이용하여 낮은 전압으로 강압해 줄 필요도 있다. 이를 위한 다양한 강압형 및 승압형 컨버터 중의 하나로 직류-직류(DC-DC) 컨버터(converter)에 대한 모델링 및 분석이 연구되었다.
직류-직류 컨버터(converter)는 크게 절연형과 비절연형으로 나눌 있다.
절연형은 입력단과 출력단의 절연, 즉 자성 코어를 이용한 변압기로 전열을 하여 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있고, 권선비 조절을 통해 승-감압비를 조절할 수 있다.
직류-직류 컨버터(converter)의 종류로써 벅 타입(Buck type)은 포워드(forward), 하프 브릿지(half bridge), 풀브릿지(full bridge) 컨버터 등이 있고, 벅-부스트 타입(Buck-boost type)은 플라이백 컨버터(flyback converter) 등이 있다.
또한 상기 직류-직류 컨버터는 출력 신호의 오차를 감지하여 이를 제어하는 제어부와 하나의 칩으로 형성되어 스위치모드서플라이유닛이라고 부를 수 있다.
최근 입력 전압을 강압하여 출력하여 부하를 충전하는 충전을 위한 컨버터와 출력 전압을 승압하여 입력 전압으로 회생하여 부하를 방전하는 방전을 위한 컨버터를 하나로 결합한 양방향 전력 컨버터에 대한 기술 개발이 증가하고 있다.
본 발명에 따른 실시예는, 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 1차측에 연결되고 제1 레그(leg)의 제1 및 제2 스위치 소자와 제2 레그의 제3 및 제4 스위치 소자를 구비한 1차측 풀브릿지 회로; 상기 트랜스포머의 2차측에 연결되고 제3 레그의 제5 및 제6 스위치 소자와 제4 레그의 제7 및 제8 스위치 소자를 구비한 2차측 풀브릿지 회로; 상기 1차측 풀브릿지 회로에 연결된 제1 커패시터; 상기 2차측 풀브릿지 회로에 연결된 제2 커패시터; 및 상기 1차측 및 2차측 풀브릿지회로를 제어하는 제어부; 포함하고, 상기 제어부는, 센싱 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 출력하는 제어신호생성부; 상기 제1 제어 신호의 천이에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 제2 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호와 반대의 논리 레벨을 가진 제3 제어 신호를 출력하는 기억소자; 상기 제1 및 제2 제어 신호 중 적어도 하나가 제1 논리 레벨인 경우 상기 제1 논리 레벨을 가지는 제1 펄스 신호 및 상기 제1 및 제3 제어 신호 중 적어도 하나가 상기 제1 논리 레벨인 경우 상기 제1 논리 레벨을 가지는 제2 펄스 신호를 출력하는 제1 연산부; 및 상기 제1 및 제2 펄스 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제8 스위치 소자를 제어하는 제1 내지 제8 게이팅 신호를 출력하는 제2 연산부;를 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 다른 실시예는, 상기 1차측 풀브릿지 회로와 상기 트랜스포머의 1차측 사이에 연결된 제1 인덕터; 및 상기 2차측 풀브릿지 회로와 상기 제2 커패시터 사이에 연결된 제2 인덕터;를 더 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 상기 센싱 신호는 상기 제2 인덕터에 흐르는 센싱 전류인 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 상기 제어신호생성부는 센싱된 상기 제1 커패시터 양단의 센싱 전압과 상기 센싱 전류에 기초하여 상기 제1 제어 신호를 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 상기 제어부는 상기 제1 내지 제8 스위치 소자를 제어하여 상기 제2 커패시터에 인가되는 전압을 승압하여 상기 제1 커패시터로 전달하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 상기 기억 소자는, 상기 제1 제어 신호의 상승 엣지에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 제2 제어 신호를 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 상기 기억소자는 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제2 제어 신호를 Q 신호로 출력하고 상기 제3 제어 신호를 Q바 신호로 출력하는 T 플립플롭을 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 상기 제1 연산부는, 상기 제1 및 제2 제어 신호에 기초하여 제1 펄스 신호를 출력하는 제1 OR 게이트; 및 상기 제1 및 제3 제어 신호를 기초하여 제2 펄스 신호를 출력하는 제2 OR 게이트;를 포함하고, 상기 제1 논리 레벨은 하이(High) 논리 레벨인 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 상기 제2 연산부는, 상기 제1 펄스 신호를 상기 제5 및 제8 게이팅 신호로 출력하고, 상기 제1 펄스 신호를 반전하여 상기 제1 및 제4 게이팅 신호로 출력하고, 상기 제2 펄스 신호를 상기 제6 및 제7 게이팅 신호로 출력하고, 상기 제2 펄스 신호를 반전하여 상기 제2 및 제3 게이팅 신호로 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 상기 제2 연산부는, 상기 제1 펄스 신호를 반전하여 상기 제1 및 제4 게이팅 신호로 출력하는 제1 NOT 게이트; 및 상기 제2 펄스 신호를 반전하여 상기 제2 및 제3 게이팅 신호로 출력하는 제2 NOT 게이트;를 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 1차측에 연결되고 제1 레그(leg)의 제1 및 제2 스위치 소자와 제2 레그의 제3 및 제4 스위치 소자를 구비한 1차측 풀브릿지 회로; 상기 트랜스포머의 2차측에 연결되고 제3 레그의 제5 및 제6 스위치 소자와 제4 레그의 제7 및 제8 스위치 소자를 구비한 2차측 풀브릿지 회로; 상기 1차측 풀브릿지 회로에 연결된 제1 커패시터; 상기 2차측 풀브릿지 회로에 연결된 제2 커패시터; 및 상기 1차측 및 2차측 풀브릿지회로를 제어하는 제어부; 포함하고, 상기 제어부는, 센싱 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 출력하는 제어신호생성부; 상기 제1 제어 신호의 천이에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 제2 및 제4 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호와 반대의 논리 레벨을 가진 제3 제어 신호를 출력하는 기억소자; 및 상기 제1 내지 제4 제어 신호의 논리 레벨에 따라 제1 내지 제8 게이팅 신호를 출력하는 연산부;를 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 1차측 풀브릿지 회로와 상기 트랜스포머의 1차측 사이에 연결된 제1 인덕터; 및 상기 2차측 풀브릿지 회로와 상기 제2 커패시터 사이에 연결된 제2 인덕터;를 더 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 센싱 신호는 상기 제2 인덕터에 흐르는 센싱 전류인 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 제어신호생성부는 센싱된 상기 제1 커패시터 양단의 센싱 전압과 상기 센싱 전류에 기초하여 상기 제1 제어 신호를 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 기억 소자는, 상기 제1 제어 신호의 상승 엣지에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 상기 제2 제어 신호를 출력하고, 상기 제1 제어 신호의 하강 엣지에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 상기 제4 제어 신호를 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 기억소자는, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제2 제어 신호를 Q 신호로 출력하고 상기 제3 제어 신호를 Q바 신호로 출력하는 제1 T 플립플롭; 및 논리 레벨이 반전된 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제4 제어 신호를 Q 신호로 출력하는 제2 T 플립플롭;을 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 연산부는, 상기 제1 및 제2 제어 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 제어 신호 중 적어도 하나가 하이 논리 레벨인 경우 하이 논리 레벨을 가진 신호를 출력하는 제1 OR 게이트; 및 상기 제1 및 제3 제어 신호에 기초하여 상기 제1 및 제3 제어 신호 중 적어도 하나가 하이 논리 레벨인 경우 하이 논리 레벨을 가진 신호를 출력하는 제2 OR 게이트;를 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 제1 OR 게이트의 출력 신호는 상기 제5 및 제8 게이팅 신호이고, 상기 제2 OR 게이트의 출력 신호는 상기 제6 및 제7 게이팅 신호인 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 연산부는, 상기 제2 제어 신호를 상기 제3 게이팅 신호로 출력하고, 상기 제4 제어 신호를 상기 제1 게이팅 신호로 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 또 따른 다른 실시예는, 상기 연산부는, 상기 제2 제어 신호의 하이 논리 레벨의 폭을 조절하여 상기 제4 게이팅 신호로 출력하는 제1 데드 타임 설정부; 및 상기 제3 제어 신호의 하이 논리 레벨의 폭을 조절하여 상기 제2 게이팅 신호로 출력하는 제2 데드 타임 설정부;를 더 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 양방향 전력 변환 진행 시 스위치 소자의 영전압 스위칭을 실현하고, 전압의 승압 시 출력 전압을 간단한 논리 소자로 제어함으로써 전력 변환의 고효율을 실현할 수 있는 양방향 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 양방향 직류-직류 컨버터의 부스트 모드에서 스위치 소자의 영전압 스위칭을 실현하여 스위칭 손실을 저감함으로써 고효율의 전력 변환을 실현할 수 있다. 그리고 부스트 모드에서 간단한 논리 소자를 이용하여 컨버터의 스위칭 소자를 제어하여 병렬 연결된 복수의 양방향 직류-직류 컨버터를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 직류-직류 컨버터의 회로도.
도 2는 스텝 다운 모드 동작 시의 타이밍도.
도 3 내지 도 6은 도 2의 타이밍에 따른 동작도면.
도 7은 스텝 업 모드 동작 시의 타이밍도.
도 8 내지 도 11은 도 7의 타이밍에 따른 동작도면.
도 12는 제1 실시예의 부스트 모드 동작을 제어하기 위한 제어부의 블록도.
도 13은 도 12의 제어부를 실현하는 일 예로써의 회로도.
도 14는 제어부의 출력 신호 파형도.
도 15는 제2 실시예에 따른 제1 및 제2 직류-직류 컨버터의 병렬 구동을 나타낸 회로도.
도 16은 제1 및 제2 직류-직류 컨버터의 병렬 구동을 제어하기 위한 제1 및 제2 제어부를 나타낸 도면.
도 17은 스텝 업 모드 동작 시의 타이밍도.
도 18 내지 도 21은 도 17의 타이밍에 따른 동작도면.
도 22는 제2 실시예의 부스트 모드 동작을 제어하기 위한 제어부의 블록도.
도 23은 도 22의 제어부를 실현하는 일 예로써의 회로도.
도 24는 제어부의 출력 신호 파형도.
도 25는 제4 실시예에 따른 제1 및 제2 직류-직류 컨버터의 병렬 구동을 나타낸 회로도.
도 26은 제1 및 제2 직류-직류 컨버터의 병렬 구동을 제어하기 위한 제1 및 제2 제어부를 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 양방향 직류-직류 컨버터의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
<직류-직류 컨버터의 회로도>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 직류-직류 컨버터의 회로도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 양방향 직류-직류 컨버터를 구성하는 회로 소자의 연결 관계를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 양방향 직류-직류 컨버터(10)는 제1 및 제2 코일(LP, Ls)로 이루어진 트랜스포머(T)를 기준으로 좌측에 1차 회로와 우측에 2차 회로로 구분되고, 1차 회로는 제1 커패시터(C1), 제1 인덕터(L1) 그리고 1차측 풀 브릿지 회로를 구성하는 스위칭 소자(Q1~Q4)를 포함할 수 있다. 그리고 2차 회로는 제2 커패시터(C2), 제2 인덕터(L2) 그리고 2차측 풀 브릿지 회로(Q5~Q8)를 구성하는 포함할 수 있다.
1차측 회로에서 제1 커패시터(C1)는 제1 및 제2 노드(N1, N2) 사이에 연결되고, 제1 인덕터(L1)는 제3 노드(N3)와 제1 코일(Lp)의 일 단자에 연결되고, 상기 제1 코일(Lp)은 상기 제1 인덕터(L1)와 제4 노드(N4) 사이에 연결된다. 그리고 1차측 풀 브릿지 회로는 제1 및 제2 노드(N1, N2) 사이의 제1 레그(leg)와 제2 레그로 이루어져, 상기 제1 레그는 제1 및 제3 노드(N1, N3) 사이에 연결된 제1 스위치 소자(Q1)와 제3 및 제2 노드(N3, N2) 사이에 연결된 제2 스위치 소자(Q2)로 이루어지고, 상기 제2 레그는 제1 및 제4 노드(N1, N4) 사이에 연결된 제3 스위치 소자(Q3)와 제4 및 제2 노드(N4, N2) 사이에 연결된 제4 스위치 소자(Q4)로 이루어 진다.
2차측 회로에서 제2 커패시터(C2)는 제5 및 제6 노드(N5, N6) 사이에 연결되고, 제2 인덕터(L2)는 제5 및 제7 노드(N5, N7) 사이에 연결되고, 제2 코일(Ls)은 상기 제10 및 제9 노드(N10, N9)사이에 연결된다. 그리고 2차측 풀 브릿지 회로는 제7 및 제8 노드(N7, N8) 사이의 제3 레그와 제4 레그로 이루어져, 상기 제3 레그는 제7 및 제9 노드(N7, N9) 사이에 연결된 제5 스위치 소자(Q5)와 제9 및 제8 노드(N9, N8) 사이에 연결된 제6 스위치 소자(Q6)로 이루어지고, 상기 제4 레그는 제7 및 제10 노드(N7, N10) 사이에 연결된 제7 스위치 소자(Q7)와 제10 및 제8 노드(N10, N8) 사이에 연결된 제8 스위치 소자(Q8)로 이루어 진다.
본 발명의 실시예에 따른 직류-직류 컨버터(10)는 양방향 컨버터로써, 스텝 다운 모드(Step down mode)에서는 제1 및 제2 노드(N1, N2) 상의 직류 입력 전압을 전압 강하시켜 제5 및 제6 노드(N5, N6)로 직류 출력 전압이 출력되고, 스텝 업 모드(Step up mode)에서는 제5 및 제6 노드(N5, N6) 상의 직류 입력 전압을 전압 상승시켜 제1 및 제2 노드(N1, N2)로 직류 출력 전압이 출력된다.
- 스텝 다운 모드
이하 도 2 내지 도 6을 참조하여, 스텝 다운 모드 동작 방식을 설명한다.
도 2는 스텝 다운 모드 동작 시의 타이밍도이고, 도 3 내지 도 6은 도 2의 타이밍에 따른 동작도면이다.
제1 레그의 제1 및 제2 스위치 소자(Q1, Q2)는 서로 상보적으로 동작하므로 이들 중 어느 하나가 턴 온되면 나머지 하나는 턴 오프된다. 그리고 제2 레그의 제3 및 제4 스위치 소자(Q3, Q4)는 서로 상보적으로 동작하므로 이들 중 어느 하나가 턴 온되면 나머지 하나는 턴 오프된다. 또한 상기 제1 스위치 소자(Q1)가 턴 온된 이후 일정 시간 후 제3 스위치 소자(Q3)가 턴 온되고, 제2 스위치 소자(Q2)가 턴 온된 이후 일정 시간 후 제4 스위치 소자(Q4)가 턴온되는 위상 천이(Phase shifted) 스위칭 방식으로 동작할 수 있다. 또한 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 동시에 턴 온 및 턴 오프될 수 있고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 동시에 턴 온 및 턴 오프될 수 있다.
<제1 시구간(t1)>
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 시구간(t1) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴온되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프된다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴오프되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온된다. 이 때 1차측 전류는 제1 차측의 점선으로 표시된 바와 같이 제1 스위치 소자(Q1), 제3 노드(N3), 제4 노드(N4), 제4 스위치 소자(Q4) 그리고 제2 노드(N2) 순서로 흐르게 되고, 제1 인덕터(L1)는 충전되면서 제1 전압(V1)은 양의 전압을 가진다. 트랜스포머(T)는 일차측 전류와 권수비에 기초하여 2차측에 2차측 전류를 형성한다. 상기 2차측 전류는 제7 스위칭 소자(Q7), 제7 노드(N7), 제2 인덕터(L2), 제2 커패시터(C2) 그리고 제6 스위칭 소자(Q6)를 경유하여 흐르게 된다. 그리고 2차측 전류는 제2 인덕터(L2)를 충전함으로써 상기 제2 인덕터(L2)는 에너지를 축적하게 된다.
<제2 시구간(t2)>
도 2 및 도 4를 참조하면, 제2 시구간(t2) 동안 제1 스위치 소자(Q1)는 턴 온 상태를 유지하지만, 제4 스위치 소자(Q4)는 턴 오프된다. 그리고 제1 시구간(t1) 동안 턴 오프 상태였던 제3 스위치 소자(Q3)가 턴온된다. 그리고 제2 스위치 소자(Q2)는 턴 오프 상태를 유지한다. 그리고 2차측 스위치 소자(Q5~Q8)들은 모두 턴 온된다. 이 경우 제1 및 제3 스위치 소자(Q1, Q3)는 1차측 전류 패스를 형성하므로 제3 및 제4 노드(N3, N4)는 서로 단락되어 제1 전압(V1)은 제로 전압이 된다. 그리고 2차측 스위치 소자(Q5~Q8)가 모두 턴온되므로 제2 전압(V2) 또한 제로 전압이 된고, 제2 인덕터(L2)에 축적된 에너지는 출력 단자(N5-N6)로 전달된다.
<제3 시구간(t3)>
도 2 및 도 4를 참조하면, 제3 시구간(t3) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴 오프되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴 온된다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴 온되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴 오프된다. 이 때 1차측 전류는 제1 차측의 점선으로 표시된 바와 같이 제3 스위치 소자(Q3), 제4 노드(N4), 제3 노드(N3) 그리고 제2 스위치 소자(Q2) 순서로 흐르게 된다. 즉, 제1 시구간에서의 1차측 전류와는 반대 방향으로 흐르게 된다. 그리고 1차측 전류에 의해 제1 인덕터(L1)는 충전되면서 제1 전압(V1)은 음의 전압을 가진다. 상기 1차측 전류는 트랜스포머(T)에 의해 2차측으로 전달된다. 2차측 전류는 제5 스위칭 소자(Q5), 제2 인덕터(L2), 제2 커패시터(C2) 그리고 제8 스위칭 소자(Q8)를 경유하여 흐르게 된다. 그리고 2차측 전류는 제2 인덕터(L2)를 충전함으로써 상기 제2 인덕터(L2)는 에너지를 축적하게 된다.
<제4 시구간(t4)>
도 2 및 도 5를 참조하면, 제4 시구간(t4) 동안 제2 스위치 소자(Q2)는 턴 온 상태를 유지하지만, 제3 스위치 소자(Q3)는 턴 오프된다. 그리고 제3 시구간(t3) 동안 턴 오프 상태였던 제4 스위치 소자(Q4)가 턴온된다. 그리고 제1 스위치 소자(Q1)는 턴 오프 상태를 유지한다. 그리고 2차측 스위치 소자(Q5~Q8)들은 모두 턴 온된다. 이 경우 제2 및 제4 스위치 소자(Q2, Q4)는 1차측 전류 패스를 형성하므로 제3 및 제4 노드(N3, N4)는 서로 단락되어 제1 전압(V1)은 제로 전압이 된다. 그리고 2차측 스위치 소자(Q5~Q8)가 모두 턴온되므로 제2 전압(V2) 또한 제로 전압이 된고, 제2 인덕터(L2)에 축적된 에너지는 출력 단자(N5-N6)로 전달된다.
전술한 동작을 주기적으로 반복하면서 입력 단자(N1-N2) 상의 입력 전압(HV)은 트랜스포머(T)를 통해 전압 강하되면서 출력 단자(N5-N6)로 출력 전압(LV)이 출력된다.
한편 상기 트랜스포머(T)의 권수비는 입력 전압(HV)과 출력 전압(LV) 그리고 듀티비에 따라서 결정될 수 있고, 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스와 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스는 출력 전류와 출력 전압의 리플 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
- 제1 스텝 업 모드
이하 도 7 내지 도 11을 참조하여, 스텝 업 모드 동작 방식을 설명한다.
도 7은 스텝 업 모드 동작 시의 타이밍도이고, 도 8 내지 도 11은 도 7의 타이밍에 따른 동작도면이다.
<제1 시구간(t1)>
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 시구간(t1) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴온되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프된다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴오프되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온된다. 이 경우 2차측의 제2 커패시터(C2)로부터 전류는 제2 인덕터(L2)와 제7 스위치 소자(Q7), 제2 코일(Ls) 및 제6 스위치 소자(Q6)를 경유하여 흐르면서 제2 전압(V2)은 정극성 전압이 된다. 이 때 2차측의 전류는 트랜스포머(T)의 권수비에 따라 1차측 전류를 형성하게 되고, 1차측의 제1 인덕터(Lp)로부터의 전류는 제1 인덕터(L1)와 제1 스위치 소자(Q1), 제1 커패시터(C1) 및 제4 스위치 소자(Q4)를 경유하여 흐르면서 제1 커패시터(C1)를 충전한다.
<제2 시구간(t2)>
도 7 및 도 9를 참조하면, 제2 시구간(t2) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴오프되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프를 유지한다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온을 유지한다. 이 경우, 제5 내지 제8 스위치 소자(Q5, Q6, Q7, Q8)는 턴온되므로 제2 전압(V2)은 0 전압이 되고, 1차측 제1 코일(Lp)에 유기되는 전압은 0V가 되며, 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 제1 내지 제4 스위치 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 역병렬 다이오드를 경유하여 제1 커패시터(C1)에 흐르게 된다. 그리고 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류는 감소하여 다음 시구간에 역방향 전류가 된다.
<제3 시구간(t3)>
도 7 및 도 10을 참조하면, 제3 시구간(t3) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴오프를 유지하고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴온된다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온을 유지하고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴오프된다. 이 경우 2차측의 제2 커패시터(C2)로부터 전류는 제2 인덕터(L2)와 제5 스위치 소자(Q5), 제2 코일(Ls) 및 제8 스위치 소자(Q8)를 경유하여 흐르면서 제2 전압(V2)은 부극성 전압이 된다. 이 때 트랜스포머(T)에 의하여 1차측의 제1 인덕터(Lp)로부터의 전류는 제1 인덕터(L1)와 제3 스위치 소자(Q3), 제1 커패시터(C1) 및 제2 스위치 소자(Q2)를 경유하여 흐르면서 제1 커패시터(C1)를 충전한다.
<제4 시구간(t4)>
도 7 및 도 11을 참조하면, 제4 시구간(t4) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴오프를 유지하고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프된다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온을 유지하고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴오프된다. 이 경우, 제5 내지 제8 스위치 소자(Q5, Q6, Q7, Q8)는 턴온되므로 제2 전압(V2)은 0 전압이 되고, 1차측 제1 코일(Lp)에 유기되는 전압은 0V가 되며, 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 제1 내지 제4 스위치 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 역병렬 다이오드를 경유하여 제1 커패시터(C1)에 흐르게 된다. 그리고 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류는 감소하여 다음 시구간에 정방향 전류가 된다.
전술한 동작을 주기적으로 반복하면서 입력 단자(N5-N6) 상의 입력 전압(LV)은 트랜스포머(T)를 통해 전압 상승하면서 출력 단자(N1-N2)로 출력 전압(HV)이 출력된다.
한편 도 7의 화살표와 같이 턴온된 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)가 턴오프되는 시점을 조절, 즉 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)의 턴온 시간을 증가시키는 경우, 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류의 증가량을 상승시켜 1차측의 제1 커패시터(C1)의 충전량을 증가시킬 수 있다. 이와 대응하는 방식으로 턴온된 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)가 턴오프되는 시점을 조절, 즉 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)의 턴온 시간을 증가시키는 경우, 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류의 증가량을 상승시켜 1차측의 제1 커패시터(C1)의 충전량을 증가시킬 수 있다. 이와 같은 원리를 이용하여 입력 전압(LV)의 증폭량을 조절하여 출력 단자(N1-N2)로 입력 전압(LV)보다 높은 출력 전압(HV)을 출력할 수 있다.
- 제1 실시예에 따른 제어부
도 12는 제1 실시예의 부스트 모드 동작을 제어하기 위한 제어부의 블록도이고, 도 13은 도 12의 제어부를 실현하는 일 예로써의 회로도이며, 도 14는 제어부의 출력 신호 파형도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 제1 실시예에 따른 제어부(10)는 제어신호생성부(110), 기억소자(120), 제1 연산부(130) 및 제2 연산부(140)를 포함할 수 있다.
상기 제어신호생성부(110)는 적어도 하나의 입력 신호 라인과 하나의 출력 신호 라인을 구비할 수 있고, 입력 신호 라인으로 인가되는 센싱신호에 기초하여 출력 신호 라인으로 제1 제어신호를 출력할 수 있다. 상기 제어신호생성부(110)에 입력되는 센싱 신호(is)는 2차측의 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류 신호가 될 수 있다. 상기 제어신호생성부(110)는 센싱 신호(is)를 센싱하고, 상기 센싱 신호(is)에 기초하여 펄스 폭이 조절된 펄스 신호인 제1 제어 신호(Vc1)를 출력할 수 있다. 상기 센싱 신호(is)가 증가하는 경우 제1 제어 신호(Vc1)의 펄스 폭은 감소할 수 있고, 상기 센싱 신호(is)가 감소하는 경우 제1 제어 신호(Vc1)의 펄스 폭은 증가할 수 있다.
상기 기억소자(120)는 하나의 입력 신호 라인과 두 개의 출력 신호 라인을 구비할 수 있고, 입력 신호 라인으로 인가되는 제1 제어 신호(Vc1)에 기초하여 서로 반대의 논리 레벨을 가진 제2 및 제3 제어 신호(Vc2, Vc3)를 출력할 수 있다. 상기 기억소자(120)는 상기 제1 제어 신호(Vc1)의 천이에 동기, 즉 상승 엣지에 동기하여 이전 상태의 제2 제어 신호(Vc2)와 반대의 논리 레벨을 가진 제2 제어 신호(Vc2)를 현재의 출력 신호로써 출력할 수 있고, 상기 제2 제어 신호(Vc2)의 논리 레벨이 변하는 경우 상기 제3 제어 신호(Vc3)는 상기 제2 제어 신호(Vc2)와 반대의 논리 레벨을 가진 신호로 변할 수 있다. 상기 기억소자(120)는 도 13과 같이 T 플립플롭으로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 전술한 동작을 수행하는 논리 소자라면 구현될 수 있다. 상기 기억소자(120)가 T 플립플롭으로 구현되는 경우 상기 T 플립플롭의 입력 신호는 제1 제어 신호(Vc1)가 되고, Q 신호는 제2 제어 신호(Vc2)가 되며 Q바 신호는 제3 제어 신호(Vc3)가 된다.
상기 제1 연산부(130)는 세 개의 입력 신호 라인과 두 개의 출력 신호라인을 구비할 수 있고, 입력 신호 라인으로 인가되는 제1 내지 제3 제어 신호(Vc1, Vc2, Vc3)에 기초하여 제1 펄스 신호(Ps1) 및 제2 펄스 신호(Ps2)를 출력할 수 있다. 상기 제1 연산부(130)는 제1 제어 신호(Vc1)와 제2 제어 신호(Vc2)를 비교하여 적어도 하나가 하이 논리 레벨인 경우 하이 논리 레벨의 제1 펄스 신호(Ps1)를 출력할 수 있고, 제1 제어 신호(Vc1)와 제3 제어 신호(Vc3)를 비교하여 적어도 하나가 하이 논리 레벨인 경우 하이 논리 레벨의 제2 펄스 신호(Ps2)를 출력할 수 있다. 따라서 제2 제어 신호(Vc2) 및 제3 제어 신호(Vc3)가 로우 논리 레벨이 되는 경우라도 제1 제어 신호(Vc1)가 하이 레벨 논리가 되는 경우 제1 및 제2 펄스 신호(Ps1, Ps2)는 하이 논리 레벨이 될 수 있으므로, 상기 제1 제어 신호(Vc1)의 하이 논리 레벨의 펄스 폭의 변화에 따라 상기 제1 및 제2 펄스 신호(Ps1, Ps2)의 하이 논리 레벨의 펄스 폭이 조절될 수 있다. 상기 제1 연산부(130)는 도 13과 같이 제1 및 제2 OR 게이트로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 전술한 동작을 수행하는 논리 소자라면 구현될 수 있다. 상기 제1 연산부(130)가 제1 및 제2 OR 게이트로 구현되는 경우 제1 OR 게이트(131)의 입력 신호는 제1 및 제2 제어 신호(Vc1, Vc2)가 되고 출력 신호는 제1 펄스 신호(Ps1)가 되고, 제2 OR 게이트(132)의 입력 신호는 제1 및 제3 제어 신호(Vc1, Vc3)가 되고 출력 신호는 제2 펄스 신호(Ps2)가 된다.
상기 제2 연산부(140)는 두 개의 입력 신호 라인과 네 개의 출력 신호라인을 구비할 수 있고, 입력 신호 라인으로 인가되는 제1 및 제2 펄스 신호(Ps1, Ps2)에 기초하여 제1 내지 제8 게이팅 신호(G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8)를 출력할 수 있다. 상기 제2 연산부(140)는 제1 펄스 신호(Ps1)를 반전하여 제1 및 제4 게이팅 신호(G1, G4)로 출력할 수 있고, 제1 펄스 신호(PS1)를 그대로 제5 및 제8 게이팅 신호(G5, G8)로 출력할 수 있고, 제2 펄스 신호(Ps2)를 그대로 제6 및 제7 게이팅 신호(G6, G7)로 출력할 수 있으며, 제2 펄스 신호(PS2)를 반전하여 제2 및 제3 게이팅 신호(G2, G3)로 출력할 수 있다. 상기 제1 게이팅 신호(G1)는 제1 스위치 소자(Q1)를 턴온 및 턴오프하기 위한 제어신호고, 상기 제2 게이팅 신호(G2)는 제2 스위치 소자(Q2)를, 상기 제3 게이팅 신호(G3)는 제3 스위치 소자(Q3)를, 상기 제4 게이팅 신호(G4)는 제4 스위치 소자(Q4)를, 상기 제5 게이팅 신호(G5)는 제5 스위치 소자(Q5)를, 상기 제6 게이팅 신호(G6)는 제6 스위치 소자(Q6)를, 상기 제7 게이팅 신호(G7)는 제7 스위치 소자(Q7)를, 상기 제8 게이팅 신호(G8)는 제8 스위치 소자(Q8)를 제어하기 위한 제어 신호이다. 상기 제2 연산부(140)는 도 13과 같이 제1 및 제2 NOT 게이트(141, 142)로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 전술한 동작을 수행하는 논리 소자라면 구현될 수 있다. 상기 제2 연산부(140)가 제1 및 제2 NOT 게이트(141, 142)로 구현되는 경우, 제1 NOT 게이트(141)는 제1 펄스 신호(Ps1)를 반전하여 제1 및 제4 게이팅 신호(G1, G4)로 출력하고, 제2 NOT 게이트(142)는 제2 펄스 신호(Ps2)를 반전하여 제2 및 제3 게이팅 신호(G2, G3)로 출력한다.
한편 상기 제어신호생성부(110)는 두 개의 입력 신호라인을 구비하여 센싱 신호로써 제2 인덕터(L2)의 전류(is)뿐만 아니라 1차측의 제1 커패시터(C1)의 양단 전압인 출력 전압(Vout)을 센싱하여 상기 출력 전압(Vout)과 상기 센싱 전류(is)에 기초하여 제1 제어 신호(Vc1)를 생성할 수도 있다.
상기 제어부(100)는 센싱 신호(is)에 기초하여 제1 제어 신호(Vc1)의 하이 논리 레벨의 펄스 폭을 가변하고, 그에 따라 2차측 스위치 소자의 하이 논리 레벨의 펄스 폭이 조절됨으로써 부스트 모드에서 제5 및 제6 노드(N5-N6) 상의 입력 전압(Vin; LV)의 증폭량을 조절하여 제1 및 제2 노드(N1, N2)로 출력 전압(Vout; HV)을 출력할 수 있다. 그리고 제어부(100)는 디지털신호처리(DSP)가 아닌 간단한 논리 소자로 아날로그 동작을 통해 풀브릿지회로를 제어할 수 있도록 하여 상기 제어부(100)의 사이즈를 줄이고 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
- 제2 실시예
도 15는 제2 실시예에 따른 양방향 제1 및 제2 직류-직류 컨버터의 병렬 구동을 나타낸 회로도이고, 도 16은 제1 및 제2 직류-직류 컨버터의 병렬 구동을 제어하기 위한 제1 및 제2 제어부를 나타낸 도면이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 제2 실시예는 모두에서 상술한 양방향 직류-직류 컨버터(10)를 두 개 이용할 수 있다. 즉, 제1 직류-직류 컨버터(11)와 제2 직류-직류 컨버터(12)를 서로 병렬 연결하고, 2차측의 입력 전압(Vin; LV)을 상승시켜 1차측으로 출력 전압(Vout; HV)을 출력할 수 있고, 이들 각각을 제어하기 위하여 제1 실시예에 따른 제어부(100)를 두 개 이용할 수 있다.
제1 제어부(101)는 제1 직류-직류 컨버터(11)의 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류와 출력 전압(Vout)을 센싱하여 이를 기초하여 제1 제어 신호(Vc1)를 출력하는 제1 제어신호생성부(111), 상기 제1 제어신호생성부(111)로부터의 제1 제어 신호(Vc1)의 천이에 동기하여 이전 상태의 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 제2 제어 신호(Vc2)로써 Q 신호로 출력하고, 상기 제2 제어 신호(Vc2)와 반대의 논리 레벨은 가진 제3 제어 신호(Vc3)를 Q바 신호로 출력하는 제1 T 플립플롭(121), 상기 제1 및 제2 제어 신호(Vc1, Vc2)가 제1 논리 레벨인 경우 상기 제1 논리 레벨의 제1 펄스 신호(Ps1)를 출력하는 제1-1 OR 게이트(131a)와 상기 제1 및 제3 제어 신호(Vc1, Vc3)가 상기 제1 논리 레벨인 경우 상기 제1 논리 레벨의 제2 펄스 신호(Ps2)를 출력하는 제2-1 OR 게이트(132a), 상기 제1 펄스 신호(Ps1)를 반전하여 출력하는 제1-1 NOT 게이트(141a) 및 상기 제2 펄스 신호(Ps2)를 반전하여 출력하는 제2-1 NOT 게이트(142a)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 논리 레벨은 하이 논리 레벨이 될 수 있다.
제2 제어부(102)는 제2 직류-직류 컨버터(12)의 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류와 출력 전압(Vout)을 센싱하여 이를 기초하여 제1 제어 신호(Vc1)를 출력하는 제2 제어신호생성부(112), 상기 제2 제어신호생성부(112)로부터의 제1 제어 신호(Vc1)의 천이에 동기하여 이전 상태의 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 제2 제어 신호(Vc2)로써 Q 신호로 출력하고, 상기 제2 제어 신호(Vc2)와 반대의 논리 레벨은 가진 제3 제어 신호(Vc3)를 Q바 신호로 출력하는 제2 T 플립플롭(122), 상기 제1 및 제2 제어 신호(Vc1, Vc2)가 제1 논리 레벨인 경우 상기 제1 논리 레벨의 제1 펄스 신호(Ps1)를 출력하는 제1-2 OR 게이트(131b)와 상기 제1 및 제3 제어 신호(Vc1, Vc3)가 상기 제1 논리 레벨인 경우 상기 제1 논리 레벨의 제2 펄스 신호(Ps2)를 출력하는 제2-2 OR 게이트(132b), 상기 제1 펄스 신호(Ps1)를 반전하여 출력하는 제1-2 NOT 게이트(141b) 및 상기 제2 펄스 신호(Ps2)를 반전하여 출력하는 제2-2 NOT 게이트(142b)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 논리 레벨은 하이 논리 레벨이 될 수 있다.
이처럼 양방향 제1 및 제2 직류-직류 컨버터(11, 12)를 병렬 연결하고 이들의 출력 전압(Vout)와 각 컨버터의 센싱 전류를 센싱하여 각 컨버터 내의 스위치 소자를 제어함으로써 이들 각각이 전압 쏠림이나 전류 쏠림 현상을 제거하여 각 컨버터의 입력 전압(Vin)을 균형 있게 증폭하여 출력할 수 있다.
- 제2 스텝 업 모드
이하 도 17 내지 도 21을 참조하여, 제2 스텝 업 모드 동작 방식을 설명한다.
도 17은 스텝 업 모드 동작 시의 타이밍도이고, 도 18 내지 도 21은 도 17의 타이밍에 따른 동작도면이다.
<제1 시구간(t1)>
도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 시구간(t1)은 전력전달구간으로써 상기 제1 시구간(t1) 동안 제1 및 제4 스위치 소자(Q1, Q4)는 턴온되고, 제2 및 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프된다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴오프되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온된다. 이 경우 제2 인덕터(L2)는 방전되면서 2차측의 제2 커패시터(C2)로부터 전류는 제2 인덕터(L2)와 제7 스위치 소자(Q7), 제2 코일(Ls) 및 제6 스위치 소자(Q6)를 경유하여 흐르면서 제2 전압(V2)은 정극성 전압이 된다. 이 때 트랜스포머(T)에 의하여 1차측의 제1 인덕터(Lp)로부터의 전류는 제1 인덕터(L1)와 제1 스위치 소자(Q1), 제1 커패시터(C1) 및 제4 스위치 소자(Q4)를 경유하여 흐르면서 제1 커패시터(C1)를 충전한다. 즉 제1 시구간(t1) 동안 2차측의 입력 전압(Vin)은 트랜스포머(T)을 통해 전압 상승하여 2차측에 출력 전압(Vout)으로 출력된다.
<제2 시구간(t2)>
도 17 및 도 19를 참조하면, 제2 시구간(t2)은 프리휠링(Freewheeling) 구간으로써 상기 제2 시구간(t2) 동안 제1 스위치 소자(Q1)는 턴온을 유지하고 제3 스위치 소자(Q3)는 턴온되고, 제2 스위치 소자(Q2)는 턴오프를 유지하고, 제4 스위치 소자(Q4)는 턴오프된다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온되고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온을 유지한다. 이 경우 제2 인덕터(L2)는 입력 전압(Vin)에 의해 충전되고, 제5 내지 제8 스위치 소자(Q5, Q6, Q7, Q8)는 턴온되므로 제2 전압(V2)은 0 전압이 되고, 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류는 감소하여 다음 시구간에 역방향 전류가 된다. 또한 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 제1 및 제3 스위치 소자(Q1, Q3)를 경유하므로 제1 전압(V1)은 0V가 된다.
<제3 시구간(t3)>
도 17 및 도 20을 참조하면, 제3 시구간(t3)은 전력전달구간으로써 상기 제3 시구간(t3) 동안 제1 스위치 소자(Q1)는 턴오프되고, 제4 스위치 소자(Q4)는 턴오프를 유지하고, 제2 스위치 소자(Q2)는 턴온되고, 제3 스위치 소자(Q3)는 턴온을 유지한다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온을 유지하고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴오프된다. 이 경우 제2 인덕터(L2)는 방전하므로 2차측의 제2 커패시터(C2)로부터 전류는 제2 인덕터(L2)와 제5 스위치 소자(Q5), 제2 코일(Ls) 및 제8 스위치 소자(Q8)를 경유하여 흐르면서 제2 전압(V2)은 부극성 전압이 된다. 이 때 트랜스포머(T)에 의하여 1차측의 제1 코일(Lp)로부터의 전류는 제1 인덕터(L1)와 제3 스위치 소자(Q3), 제1 커패시터(C1) 및 제2 스위치 소자(Q2)를 경유하여 흐르면서 제1 커패시터(C1)를 충전한다. 즉 제3 시구간(t3) 동안 2차측의 입력 전압(Vin)은 트랜스포머(T)을 통해 전압 상승하여 2차측에 출력 전압(Vout)으로 출력된다.
<제4 시구간(t4)>
도 17 및 도 21을 참조하면, 제4 시구간(t4)은 프리휠링 구간으로써 상기 제4 시구간(t4) 동안 제1 스위치 소자(Q1)는 턴오프를 유지하고, 제4 스위치 소자(Q4)는 턴온되고, 제2 스위치 소자(Q2)는 턴온을 유지하고, 제3 스위치 소자(Q2, Q3)는 턴오프된다. 그리고 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)는 턴온을 유지하고, 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)는 턴온된다. 이 경우 제2 인덕터(L2)는 입력 전압(Vin)에 의해 충전되고, 제5 내지 제8 스위치 소자(Q5, Q6, Q7, Q8)는 턴온되므로 제2 전압(V2)은 0 전압이 되고, 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류는 감소하여 다음 시구간에 정방향 전류가 된다. 또한 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 제1 및 제2 스위치 소자(Q1, Q2)를 경유하므로 제1 전압(V1)은 0V가 된다.
전술한 동작을 주기적으로 반복하면서 입력 단자(N5-N6) 상의 입력 전압(LV)은 트랜스포머(T)를 통해 전압 상승하면서 출력 단자(N1-N2)로 출력 전압(HV)이 출력된다.
한편 턴온된 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)가 턴오프되는 시점을 조절, 즉 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)의 턴온 시간을 증가시키는 경우, 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류의 증가량을 상승시켜 1차측의 제1 커패시터(C1)의 충전량을 증가시킬 수 있다. 이와 대응하는 방식으로 턴온된 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)가 턴오프되는 시점을 조절, 즉 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)의 턴온 시간을 증가시키는 경우, 제2 코일(Ls)에 흐르는 전류의 증가량을 상승시켜 1차측의 제1 커패시터(C1)의 충전량을 증가시킬 수 있다. 이와 같은 원리를 이용하여 입력 전압(LV)의 증폭량을 조절하여 출력 단자(N1-N2)로 입력 전압(Vin; LV)보다 높은 출력 전압(Vout; HV)을 출력할 수 있다.
- 제2 실시예에 따른 제어부
도 22는 제2 실시예의 부스트 모드 동작을 제어하기 위한 제어부의 블록도이고, 도 23은 도 22의 제어부를 실현하는 일 예로써의 회로도이며, 도 24는 제어부의 출력 신호 파형도이다.
도 22 내지 도 24를 참조하면, 제2 실시예에 따른 제어부(20)는 제어신호생성부(210), 기억소자(220) 및 연산부(230)를 포함할 수 있다.
상기 제어신호생성부(210)는 적어도 하나의 입력 신호 라인과 하나의 출력 신호 라인을 구비할 수 있고, 입력 신호 라인으로 인가되는 센싱신호에 기초하여 출력 신호 라인으로 제1 제어신호를 출력할 수 있다. 상기 제어신호생성부(210)에 입력되는 센싱 신호(is)는 2차측의 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류 신호가 될 수 있다. 상기 제어신호생성부(210)는 센싱 신호(is)를 센싱하고, 상기 센싱 신호(is)에 기초하여 펄스 폭이 조절된 펄스 신호인 제1 제어 신호(Vc1)를 출력할 수 있다. 상기 센싱 신호(is)가 증가하는 경우 제1 제어 신호(Vc1)의 펄스 폭은 감소할 수 있고, 상기 센싱 신호(is)가 감소하는 경우 제1 제어 신호(Vc1)의 펄스 폭은 증가할 수 있다.
상기 기억소자(220)는 하나의 입력 신호 라인과 세 개의 출력 신호 라인을 구비할 수 있고, 입력 신호 라인으로 인가되는 제1 제어 신호(Vc1)에 기초하여 서로 반대의 논리 레벨을 가진 제2 및 제3 제어 신호(Vc2, Vc3)와 상기 제3 제어 신호(Vc3)의 위상을 쉬프트 한 제4 제어 신호(Vc4)를 출력할 수 있다. 상기 기억소자(220)는 상기 제1 제어 신호(Vc1)의 상승 엣지에 동기하여 이전 상태의 제2 제어 신호(Vc2)와 반대의 논리 레벨을 가진 제2 제어 신호(Vc2)를 현재의 출력 신호로써 출력할 수 있고, 상기 제2 제어 신호(Vc2)의 논리 레벨이 변하는 경우 상기 제3 제어 신호(Vc3)는 상기 제2 제어 신호(Vc2)와 반대의 논리 레벨을 가진 신호로 변할 수 있다. 그리고 상기 제4 제어 신호(Vc4)는 상기 제1 제어 신호(Vc1)의 하강 엣지에 동기하여 상기 제4 제어 신호(Vc4)의 이전 상태와 반대의 논리 레벨을 가진 제4 제어 신호(Vc4)를 출력할 수 있다. 상기 기억소자(220)는 도 23과 같이 T 플립플롭으로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 전술한 동작을 수행하는 논리 소자라면 구현될 수 있다. 상기 기억소자(220)가 T 플립플롭으로 구현되는 경우, 상기 기억소자(220)는 제1 T 플립플롭(221)과 제2 T 플립플롭(222)를 포함하고 추가적으로 제1 NOT 게이트(223)을 포함할 수 있다. 상기 제1 T 플립플롭의 입력 신호는 제1 제어 신호(Vc1)가 되고, Q 신호는 제2 제어 신호(Vc2)가 되며 Q바 신호는 제3 제어 신호(Vc3)가 된다. 그리고 상기 제2 T 플립플롭(222)의 입력 신호는 상기 제1 NOT 게이트(223)에 의하여 상기 제1 제어 신호(Vc1)가 반전된 신호가 되고, Q 신호는 제4 제어 신호(Vc4)가 된다.
상기 연산부(230)는 네 개의 입력 신호 라인과 여섯 개의 출력 신호라인을 구비할 수 있고, 입력 신호 라인으로 인가되는 제1 내지 제4 제어 신호(Vc1, Vc2, Vc3, Vc4)에 기초하여 제1 내지 제8 게이팅 신호(G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8)를 출력할 수 있다. 구체적으로 상기 연산부(230)는 제1 제어 신호(Vc1)와 제2 제어 신호(Vc2)에 기초하여 상기 제1 및 제2 제어 신호(Vc1, Vc2) 중 적어도 하나가 하이 논리 레벨인 경우 하이 논리 레벨의 제5 및 제8 게이팅 신호(G5, G8)를 출력할 수 있다. 그리고 상기 연산부(230)는 제1 제어 신호(Vc1)와 제3 제어 신호(Vc3)에 기초하여 상기 제1 및 제3 제어 신호(Vc1, Vc3) 중 적어도 하나가 하이 논리 레벨인 경우 하이 논리 레벨의 제6 및 제7 게이팅 신호(G6, G7)를 출력할 수 있다. 또한 상기 연산부(230)는 제2 제어 신호(Vc2)를 제3 및 제4 게이팅 신호(G3, G4)로써 출력할 수 있고, 이 때 상기 제2 제어 신호(Vc2)의 하이 논리 레벨 시구간의 폭을 변경하여 상기 제4 게이팅 신호(G4)로 출력함으로써 데드 타임(Dead Time)을 구현할 수 있다. 그리고 상기 연산부(230)는 제4 제어 신호(Vc4)를 제1 및 제2 게이팅 신호(G1, G2)로써 출력할 수 있고, 이 때 상기 제4 제어 신호(Vc4)의 하이 논리 레벨 시구간의 폭을 변경하여 상기 제2 게이팅 신호(G2)로 출력함으로써 데드 타임을 구현할 수 있다. 상기 연산부(230)는 도 23과 같이 제1 및 제2 OR 게이트(231, 232)와 제1 및 제2 데드 타임 설정부(233, 234)로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 전술한 동작을 수행하는 논리 소자라면 구현될 수 있다. 상기 연산부(230)가 제1 및 제2 OR 게이트(231, 232)와 제1 및 제2 데드 타임 설정부(233, 234)로 구현되는 경우, 제1 OR 게이트(231)의 입력 신호는 제1 및 제2 제어 신호(Vc1, Vc2)가 되고 출력 신호는 제5 및 제8 게이팅 신호(G5, G8)가 되고, 제2 OR 게이트(232)의 입력 신호는 제1 및 제3 제어 신호(Vc1, Vc3)가 되고 출력 신호는 제6 및 제7 게이팅 신호(G6, G7)가 된다. 상기 제1 데드 타임 설정부(233)의 입력 신호는 제2 제어 신호(Vc2)가 되고, 출력 신호는 제4 게이팅 신호(G4)가 되고, 상기 제2 데드 타임 설정부(234)의 입력 신호는 제4 제어 신호(Vc4)가 되고, 출력 신호는 제2 게이팅 신호(G2)가 된다.
상기 제어부(200)는 센싱 신호(is)에 기초하여 제1 제어 신호(Vc1)의 하이 논리 레벨의 펄스 폭을 가변하고, 그에 따라 2차측 스위치 소자의 하이 논리 레벨의 펄스 폭이 조절됨으로써 부스트 모드에서 제5 및 제6 노드(N5-N6) 상의 입력 전압(LV)의 증폭량을 조절하여 제1 및 제2 노드(N1, N2)로 출력 전압(HV)을 출력할 수 있다.
한편 상기 제어신호생성부(210)는 두 개의 입력 신호라인을 구비하여 센싱 신호로써 제2 인덕터(L2)의 전류(is)뿐만 아니라 1차측의 제1 커패시터(C1)의 양단 전압인 출력 전압(Vout)을 센싱하여 상기 출력 전압(Vout)과 상기 센싱 전류(is)에 기초하여 제1 제어 신호(Vc1)를 생성할 수도 있다.
<데드 타임 설정부의 동작에 따른 영전압 스위칭 구현>
한편 상기 제1 데드 타임 설정부(233)는 제4 게이팅 신호(G4)의 하이 논리 레벨의 펄스 폭을 줄여 상기 제4 게이팅 신호(G4)가 턴온 및 턴오프되는 시점을 조절할 수 있다. 도 17에서 점선으로 표시(A)된 시구간에서 제3 게이팅 신호(G3)가 로우 논리 레벨이 된 이후, 일정 시간 이후에 제4 게이팅 신호(G4)가 하이 논리 레벨이 되도록 하면, 제4 스위치 소자(Q4)의 충전된 기생 커패시터가 방전되어, 상기 기생 커패시터 양단의 전압이 상기 제4 스위치 소자(Q4)의 역병렬 다이오드의 문턱 전압 이하로 떨어지는 경우, 상기 역병렬 다이오드는 턴온되고, 이후 상기 제4 스위치 소자(Q4)가 턴온되므로써 상기 제4 스위치 소자(Q4)의 영전압 스위칭을 구현할 수 있다. 또한 상기 제4 게이팅 신호(G4)가 로우 논리 레벨이 되는 시점을 앞 당겨 상기 제4 게이팅 신호(G4)가 로우 논리 레벨이된 이후 일정 시간 후 제3 스위칭 소자(Q3)가 턴온되도록 하여 동일한 방식으로 상기 제3 스위칭 소자(Q3)의 영전압 스위칭을 구현할 수 있다.
마찬가지 방식으로 제2 데드 타임 설정부(234)는 제2 게이팅 신호(G2)의 하이 논리 레벨의 펄스 폭을 줄여 상기 제2 게이팅 신호(G2)가 턴온 및 턴오프되는 시점을 조절할 수 있다. 도 17에서 점선으로 표시(B)된 시구간에서 제1 게이팅 신호(G1)가 로우 논리 레벨, 즉 제1 스위칭 소자(Q1)가 턴오프된 이후, 일정 시간 이후에 제2 게이팅 신호(G2)가 하이 논리 레벨, 즉 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴온되도록 하면, 제2 스위치 소자(Q2)의 충전된 기생 커패시터가 방전되어, 상기 기생 커패시터 양단의 전압이 상기 제2 스위치 소자(Q2)의 역병렬 다이오드의 문턱 전압 이하로 떨어지는 경우, 상기 역병렬 다이오드는 턴온되고, 이후 상기 제2 스위치 소자(Q2)가 턴온되므로써 상기 제2 스위치 소자(Q2)의 영전압 스위칭을 구현할 수 있다. 또한 상기 제2 게이팅 신호(G2)가 로우 논리 레벨로 천이하는 시점을 앞 당겨 상기 제2 게이팅 신호(G4)가 로우 논리 레벨, 즉 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴오프된 이후 일정 시간 후 제1 스위칭 소자(Q1)가 턴온되도록 하여 동일한 방식으로 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 영전압 스위칭을 구현할 수 있다. 이와 같이 영전압 스위칭을 실현함으로써 스위칭 손실을 저감하고 전력 변환의 효율을 높일 수 있다.
- 제4 실시예
도 25는 제4 실시예에 따른 양방향 제1 및 제2 직류-직류 컨버터의 병렬 구동을 나타낸 회로도이고, 도 26은 제1 및 제2 직류-직류 컨버터의 병렬 구동을 제어하기 위한 제1 및 제2 제어부를 나타낸 도면이다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 제4 실시예는 모두에서 상술한 양방향 직류-직류 컨버터(10)를 두 개 이용할 수 있다. 즉, 제1 직류-직류 컨버터(11)와 제2 직류-직류 컨버터(12)를 서로 병렬 연결하고, 2차측의 입력 전압(Vin; LV)을 상승시켜 1차측으로 출력 전압(Vout; HV)을 출력할 수 있고, 이들 각각을 제어하기 위하여 제3 실시예에 따른 제어부(200)를 두 개 이용할 수 있다.
제1 제어부(201)는 제1 직류-직류 컨버터(11)의 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류와 출력 전압(Vout)을 센싱하여 이를 기초하여 제1 제어 신호(Vc1)를 출력하는 제1 제어신호생성부(211), 상기 제1 제어신호생성부(211)로부터의 제1 제어 신호(Vc1)의 천이에 동기하여 이전 상태의 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 제2 및 제4 제어 신호(Vc2, Vc4)로써 Q 신호로 출력하고, 상기 제2 제어 신호(Vc2)와 반대의 논리 레벨은 가진 제3 제어 신호(Vc3)를 Q바 신호로 출력하는 제1-1 및 제2-1 T 플립플롭(221a, 222a), 상기 제1 및 제2 제어 신호(Vc1, Vc2)가 하이 논리 레벨인 경우 제1 직류-직류 컨버터(11)의 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)를 제어하기 위한 상기 하이 논리 레벨의 제5 및 제8 게이팅 신호(G5, G8)를 출력하는 제1-1 OR 게이트(231a)와 상기 제1 및 제3 제어 신호(Vc1, Vc3)가 상기 하이 논리 레벨인 경우 제1 직류-직류 컨버터(11)의 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)를 제어하기 위한 상기 하이 논리 레벨의 제6 및 제7 게이팅 신호(G6, G7)를 출력하는 제2-1 OR 게이트(232a), 상기 제2 및 제4 제어 신호(Vc2, Vc4)의 데드 타임을 설정하여 제1 직류-직류 컨버터(11)의 제4 및 제2 스위치 소자(Q4, Q2)를 제어하기 위한 제4 및 제2 게이팅 신호(G4, G2)를 출력하는 제1-1 및 제2-1 데드 타임 설정부(233a, 234a) 그리고 상기 제1 제어 신호(Vc1)를 반전하여 제1-2 T 플립플롭(222a)에 출력하기 위한 제1 NOT 게이트(223a)를 포함할 수 있다.
제2 제어부(202)는 제2 직류-직류 컨버터(12)의 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류와 출력 전압(Vout)을 센싱하여 이를 기초하여 제1 제어 신호(Vc1)를 출력하는 제2 제어신호생성부(212), 상기 제2 제어신호생성부(212)로부터의 제1 제어 신호(Vc1)의 천이에 동기하여 이전 상태의 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 제2 및 제4 제어 신호(Vc2, Vc4)로써 Q 신호로 출력하고, 상기 제2 제어 신호(Vc2)와 반대의 논리 레벨은 가진 제3 제어 신호(Vc3)를 Q바 신호로 출력하는 제1-2 및 제2-2 T 플립플롭(221b, 222b), 상기 제1 및 제2 제어 신호(Vc1, Vc2)가 하이 논리 레벨인 경우 제2 직류-직류 컨버터(12)의 제5 및 제8 스위치 소자(Q5, Q8)를 제어하기 위한 상기 하이 논리 레벨의 제5 및 제8 게이팅 신호(G5, G8)를 출력하는 제1-2 OR 게이트(231b)와 상기 제1 및 제3 제어 신호(Vc1, Vc3)가 상기 하이 논리 레벨인 경우 제2 직류-직류 컨버터(12)의 제6 및 제7 스위치 소자(Q6, Q7)를 제어하기 위한 상기 하이 논리 레벨의 제6 및 제7 게이팅 신호(G6, G7)를 출력하는 제2-2 OR 게이트(232b), 상기 제2 및 제4 제어 신호(Vc2, Vc4)의 데드 타임을 설정하여 제2 직류-직류 컨버터(12)의 제4 및 제2 스위치 소자(Q4, Q2)를 제어하기 위한 제4 및 제2 게이팅 신호(G4, G2)를 출력하는 제1-2 및 제2-2 데드 타임 설정부(233b, 234b) 그리고 상기 제1 제어 신호(Vc1)를 반전하여 제2-2 T 플립플롭(222b)에 출력하기 위한 제2 NOT 게이트(223b)를 포함할 수 있다. 이와 같이 양방향 제1 및 제2 직류-직류 컨버터(11, 12)를 병렬 연결하고 이들의 출력 전압(Vout)와 각 컨버터의 센싱 전류를 센싱하여 각 컨버터 내의 스위치 소자를 제어함으로써 이들 각각이 전압 쏠림이나 전류 쏠림 현상을 제거하여 각 컨버터의 입력 전압(Vin)을 균형 있게 증폭하여 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 양방향 직류-직류 컨버터(10)는 휴대용 전자기기 같은 전자기기에 사용될 수 있고, 일정 시간 동안 부하를 충전하고, 충전된 부하로부터 회생되는 에너지는 승압하여 전달하는 시스템에 이용될 수 있다. 나아가 본 발명의 실시예에 따른 직류-직류 컨버터(10)는 소형 전지에서부터 전기 자동차(electric vehicle: EV), 에너지 저장장치(electric storage system: ESS)에도 사용될 수 있고, LED의 전원 장치에도 사용될 수 있다. 그리고 전력원으로서 제공되는 배터리로부터의 전력으로 동작하는 휴대 가능한 전자 기기에서, 내부 회로에 배터리의 전압이 아닌 DC 전압이 공급되어야 하는 경우, 직류-직류 컨버터(10)가 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 직류-직류 컨버터
11 제1 직류-직류 컨버터
12 제2 직류-직류 컨버터
100, 200 제어부
101, 201 제1 제어부
102, 202 제2 제어부
110, 210 제어신호생성부
111, 211 제1 제어신호생성부
112, 212 제2 제어신호생성부
120, 220 기억소자
121, 221 제1 기억소자
221a 제1-1 기억소자
222a 제2-1 기억소자
122, 222 제2 기억소자
221b 제1-2 기억소자
222b 제2-2 기억소자
223a 제1 NOT 게이트
223b 제2 NOT 게이트
130 제1 연산부
131 제1 OR 게이트
131a 제1-1 OR 게이트
131b 제1-2 OR 게이트
132 제2 OR 게이트
132a 제2-1 OR 게이트
132b 제2-2 OR 게이트
140 제2 연산부
141 제1 NOT 게이트
141a 제1-1 NOT 게이트
141b 제1-2 NOT 게이트
142 제2 NOT 게이트
142a 제2-1 NOT 게이트
142b 제2-2 NOT 게이트
230 연산부
231 제1 OR 게이트
232 제2 OR 게이트
233 제1 데드 타임 설정부
233a 제1-1 데드 타임 설정부
233b 제2-1 데드 타임 설정부
234 제2 데드 타임 설정부
234a 제1-2 데드 타임 설정부
234b 제2-2 데드 타임 설정부

Claims (20)

  1. 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 1차측에 연결되고 제1 레그(leg)의 제1 및 제2 스위치 소자와 제2 레그의 제3 및 제4 스위치 소자를 구비한 1차측 풀브릿지 회로; 상기 트랜스포머의 2차측에 연결되고 제3 레그의 제5 및 제6 스위치 소자와 제4 레그의 제7 및 제8 스위치 소자를 구비한 2차측 풀브릿지 회로; 상기 1차측 풀브릿지 회로에 연결된 제1 커패시터; 상기 2차측 풀브릿지 회로에 연결된 제2 커패시터; 및 상기 1차측 및 2차측 풀브릿지회로를 제어하는 제어부; 포함하고,
    상기 제어부는,
    센싱 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 출력하는 제어신호생성부;
    상기 제1 제어 신호의 천이에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 제2 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호와 반대의 논리 레벨을 가진 제3 제어 신호를 출력하는 기억소자;
    상기 제1 및 제2 제어 신호 중 적어도 하나가 제1 논리 레벨인 경우 상기 제1 논리 레벨을 가지는 제1 펄스 신호 및 상기 제1 및 제3 제어 신호 중 적어도 하나가 상기 제1 논리 레벨인 경우 상기 제1 논리 레벨을 가지는 제2 펄스 신호를 출력하는 제1 연산부; 및
    상기 제1 및 제2 펄스 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제8 스위치 소자를 제어하는 제1 내지 제8 게이팅 신호를 출력하는 제2 연산부;를 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 1차측 풀브릿지 회로와 상기 트랜스포머의 1차측 사이에 연결된 제1 인덕터; 및
    상기 2차측 풀브릿지 회로와 상기 제2 커패시터 사이에 연결된 제2 인덕터;를 더 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 센싱 신호는 상기 제2 인덕터에 흐르는 센싱 전류인 양방향 직류-직류 컨버터.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어신호생성부는 센싱된 상기 제1 커패시터 양단의 센싱 전압과 상기 센싱 전류에 기초하여 상기 제1 제어 신호를 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 내지 제8 스위치 소자를 제어하여 상기 제2 커패시터에 인가되는 전압을 승압하여 상기 제1 커패시터로 전달하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기억 소자는,
    상기 제1 제어 신호의 상승 엣지에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 제2 제어 신호를 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 기억소자는 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제2 제어 신호를 Q 신호로 출력하고 상기 제3 제어 신호를 Q바 신호로 출력하는 T 플립플롭을 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 연산부는,
    상기 제1 및 제2 제어 신호에 기초하여 제1 펄스 신호를 출력하는 제1 OR 게이트; 및
    상기 제1 및 제3 제어 신호를 기초하여 제2 펄스 신호를 출력하는 제2 OR 게이트;를 포함하고,
    상기 제1 논리 레벨은 하이(High) 논리 레벨인 양방향 직류-직류 컨버터.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 연산부는,
    상기 제1 펄스 신호를 상기 제5 및 제8 게이팅 신호로 출력하고, 상기 제1 펄스 신호를 반전하여 상기 제1 및 제4 게이팅 신호로 출력하고, 상기 제2 펄스 신호를 상기 제6 및 제7 게이팅 신호로 출력하고, 상기 제2 펄스 신호를 반전하여 상기 제2 및 제3 게이팅 신호로 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 연산부는,
    상기 제1 펄스 신호를 반전하여 상기 제1 및 제4 게이팅 신호로 출력하는 제1 NOT 게이트; 및
    상기 제2 펄스 신호를 반전하여 상기 제2 및 제3 게이팅 신호로 출력하는 제2 NOT 게이트;를 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  11. 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 1차측에 연결되고 제1 레그(leg)의 제1 및 제2 스위치 소자와 제2 레그의 제3 및 제4 스위치 소자를 구비한 1차측 풀브릿지 회로; 상기 트랜스포머의 2차측에 연결되고 제3 레그의 제5 및 제6 스위치 소자와 제4 레그의 제7 및 제8 스위치 소자를 구비한 2차측 풀브릿지 회로; 상기 1차측 풀브릿지 회로에 연결된 제1 커패시터; 상기 2차측 풀브릿지 회로에 연결된 제2 커패시터; 및 상기 1차측 및 2차측 풀브릿지회로를 제어하는 제어부; 포함하고,
    상기 제어부는,
    센싱 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 출력하는 제어신호생성부;
    상기 제1 제어 신호의 천이에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 제2 및 제4 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호와 반대의 논리 레벨을 가진 제3 제어 신호를 출력하는 기억소자; 및
    상기 제1 내지 제4 제어 신호의 논리 레벨에 따라 제1 내지 제8 게이팅 신호를 출력하는 연산부;를 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 1차측 풀브릿지 회로와 상기 트랜스포머의 1차측 사이에 연결된 제1 인덕터; 및
    상기 2차측 풀브릿지 회로와 상기 제2 커패시터 사이에 연결된 제2 인덕터;를 더 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 센싱 신호는 상기 제2 인덕터에 흐르는 센싱 전류인 양방향 직류-직류 컨버터.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제어신호생성부는 센싱된 상기 제1 커패시터 양단의 센싱 전압과 상기 센싱 전류에 기초하여 상기 제1 제어 신호를 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 기억 소자는,
    상기 제1 제어 신호의 상승 엣지에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 상기 제2 제어 신호를 출력하고,
    상기 제1 제어 신호의 하강 엣지에 동기하여 이전 논리 레벨과 반대의 논리 레벨을 가지는 상기 제4 제어 신호를 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 기억소자는,
    상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제2 제어 신호를 Q 신호로 출력하고 상기 제3 제어 신호를 Q바 신호로 출력하는 제1 T 플립플롭; 및
    논리 레벨이 반전된 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제4 제어 신호를 Q 신호로 출력하는 제2 T 플립플롭;을 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 제1 및 제2 제어 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 제어 신호 중 적어도 하나가 하이 논리 레벨인 경우 하이 논리 레벨을 가진 신호를 출력하는 제1 OR 게이트; 및
    상기 제1 및 제3 제어 신호에 기초하여 상기 제1 및 제3 제어 신호 중 적어도 하나가 하이 논리 레벨인 경우 하이 논리 레벨을 가진 신호를 출력하는 제2 OR 게이트;를 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 OR 게이트의 출력 신호는 상기 제5 및 제8 게이팅 신호이고,
    상기 제2 OR 게이트의 출력 신호는 상기 제6 및 제7 게이팅 신호인 양방향 직류-직류 컨버터.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 제2 제어 신호를 상기 제3 게이팅 신호로 출력하고,
    상기 제4 제어 신호를 상기 제1 게이팅 신호로 출력하는 양방향 직류-직류 컨버터.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 제2 제어 신호의 하이 논리 레벨의 폭을 조절하여 상기 제4 게이팅 신호로 출력하는 제1 데드 타임 설정부; 및
    상기 제3 제어 신호의 하이 논리 레벨의 폭을 조절하여 상기 제2 게이팅 신호로 출력하는 제2 데드 타임 설정부;를 더 포함하는 양방향 직류-직류 컨버터.
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