KR102476441B1 - 재구성 가능한 전력 변환기를 적응적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

재구성 가능한 전력 변환기를 적응적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

펄스-폭 변조(PWM) 제어기를 포함하는 재구성 가능한 전력 변환기가 제공된다. 상기 PWM 제어기는, 전류-레벨 특성이 전환 임계치를 넘을 때, 제1 변조 방식과 제2 변조 방식 사이에서 스위칭하도록 구성된다.

Description

재구성 가능한 전력 변환기를 적응적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법
본 개시는 일반적으로 전력 변환기(power converters)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 재구성 가능한(reconfigurable) 전력 변환기를 적응적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 전력 변환기는, 통상적으로 전력 변환기의 동작 영역의 일 단부(end)에서, 또는 동작 영역의 대향 단부(opposing end)에서 효율을 향상시키는 방식으로, 전력 변환기의 스위치들에 대한 펄스-폭(pulse-width) 변조된(modulated) 게이팅 신호들(gating signals)을 생성한다. 따라서, 제1 기존(traditional) 알고리즘이 상기 전력 변환기에 의해 구현되는 경우, 펄스-폭 변조된 게이팅 신호는 상기 전력 변환기에서 스위칭 손실을 최소화하지만 전도 손실(conduction losses)은 최소화하지 않는 방식으로 생성된다. 대안적으로, 제2 기존 알고리즘이 상기 전력 변환기에 의해 구현되는 경우, 펄스-폭 변조된 게이팅 신호들은 전력 변환기에서, 스위칭 손실이 아니라 전도 손실을 최소화하는 방식으로 생성된다.
본 개시는 재구성 가능한 전력 변환기(reconfigurable power converter)를 적응적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
제1 실시예에서, 펄스-폭 변조(PWM: Pulse-Width Modulation) 제어기를 포함하는 재구성 가능한(reconfigurable) 전력 변환기가 제공된다. 상기 PWM 제어기는, 전류-레벨(current-level) 특성(property)이 전환 임계치(transition threshold)를 넘을(crosses) 때, 제1 변조 방식(modulation scheme)과 제2 변조 방식 사이에서 스위칭하도록 구성된다.
제2 실시예에서, 인덕터 레그(inductor leg), 트랜스포머 레그(transformer leg) 및 PWM 제어기를 포함하는 재구성 가능한 전력 변환기가 제공된다. 상기 인덕터 레그는, 제1 쌍(pair)의 제어 신호들(control signals)에 기초하여 선형 레그(linear leg)로 기능하고, 제2 쌍의 제어 신호들에 기초하여 공진 레그(resonant leg)로 기능하도록(function) 구성된다. 상기 트랜스포머 레그는, 상기 제1 쌍의 제어 신호들에 기초하여 상기 선형 레그로 기능하고, 상기 제2 쌍의 제어 신호들에 기초하여 상기 공진 레그로 기능하도록 구성된다. 상기 PWM 제어기는, 제1 변조 방식을 위해, 상기 제1 쌍의 제어 신호들을 상기 인덕터 레그로, 그리고 상기 제2 쌍의 제어 신호들을 상기 트랜스포머 레그로 라우팅하도록 구성된다. 또한, 상기 PWM 제어기는, 제2 변조 방식을 위해, 상기 제1 쌍의 제어 신호들을 상기 트랜스포머 레그로, 그리고 상기 제2 쌍의 제어 신호들을 상기 인덕터 레그로 라우팅하도록 구성된다.
제3 실시예에서, 인덕터 레그(inductor leg) 및 트랜스포머 레그(transformer leg)를 포함하는 재구성 가능한 전력 변환기(reconfigurable power converter)를 적응적으로 제어하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 제1 변조 방식(modulation scheme)에 따라, 상기 인덕터 레그 및 상기 트랜스포머 레그에 대한 복수의 게이팅 신호들(gating signals)로서, 복수의 제어 신호들을 제공함으로써, 제1 변조 방식을 구현하는 단계를 포함한다. 전류-레벨 특성(current-level property)이 감지된다(sensed). 상기 전류-레벨 특성이 제1 전환 임계치(transition threshold)를 넘을(crosses) 때, 상기 재구성 가능한 전력 변환기는, 제2 변조 방식에 따라, 상기 인덕터 레그 및 상기 트랜스포머 레그에 대한 상기 게이팅 신호들로서, 상기 제어 신호들을 제공함으로써, 상기 제1 변조 방식으로부터 상기 제2 변조 방식으로 전환한다(transitions). 상기 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치를 넘을 때, 상기 재구성 가능한 전력 변환기는, 상기 제1 변조 방식에 따라, 상기 인덕터 레그 및 상기 트랜스포머 레그에 대한 상기 게이팅 신호들로서, 상기 제어 신호들을 제공함으로써, 상기 제2 변조 방식으로부터 상기 제1 변조 방식으로 다시(back) 전환한다.
다른 기술적 특징은 다음의 도면, 설명, 및 청구항로부터 당업자에게 용이하게 명백할 수 있다.
본 개시 및 그 특징에 대한 더 완전한 이해를 위해, 이제 다음과 같이 첨부 도면과 함께 하는 다음 설명에 대하여 참조가 이루어진다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 재구성 가능한 전력 변환기를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 재구성 가능한 전력 변환기의 회로도를 도시한다.
도 3A는 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 재구성 가능한 전력 변환기에 대한 제1 변조 방식을 도시한다.
도 3B는 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 재구성 가능한 전력 변환기에 대한 제2 변조 방식을 도시한다.
도 4A는 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 재구성 가능한 전력 변환기에서 제1 변조 방식으로부터 제2 변조 방식으로의 전환을 도시한다.
도 4B는 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 재구성 가능한 전력 변환기에서 제2 변조 방식으로부터 제1 변조 방식으로의 전환을 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른, 도 1의 재구성 가능한 전력 변환기를 적응적으로 제어하기 위한 방법을 도시한다.
이하 설명되는 도 1 내지 5와, 본 특허 명세서에서 본 발명의 원리를 설명하는데 사용되는 다양한 실시예는, 단지 예시의 방식이며, 본 발명의 범위를 제한하는 어떤 방식으로 해석되어서는 안된다. 당업자는 본 발명의 원리가 임의의 유형의 적절하게 구성된(arranged) 장치(device) 또는 시스템에서 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 재구성 가능한 전력 변환기(100)를 도시한다. 도 1에 도시된 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 다른 실시예들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 재구성 가능한 전력 변환기(100)는 위상-시프트(phase-shifted), 풀-브리지(full-bridge), 제로-전압 스위칭(zero-voltage switching), 절연(isolated) DC/DC 변환기(converter)를 포함한다. 그러나, 재구성 가능한 전력 변환기(100)가 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 다른 적절한 유형의 전력 변환기를 포함할 수 있다는 것은 이해될 것이다. 재구성 가능한 전력 변환기(100)는 특정 레벨의 입력 전압을 다른 레벨의 출력 전압으로 변환하도록(convert) 구성된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 재구성 가능한 전력 변환기(100)는 펄스-폭 변조(PWM) 제어기(102), 인덕터 레그(104), 공진 인덕터(106), 트랜스포머 레그(108), 메인 트랜스포머(main transformer)(110), 클램프 다이오드 레그(clamp diode leg)(112), 및 출력 회로(114)를 포함한다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, PWM 제어기(102)는 재구성 가능한 전력 변환기(100)에 대한 2 개의 상이한 변조 방식들 사이에서 적응적으로 스위칭(switching)함으로써 재구성 가능한 전력 변환기(100)를 적응적으로(adaptively) 제어하도록 구성된다.
인덕터 레그(104)는 스위치 매트릭스(switch matrix)를 포함하며, 이는 복수의 스위치를 포함한다. 인덕터 레그(104)는 공진 인덕터(106)에서 전류를 생성하도록 구성되며, 이는 적어도 하나의 인덕터(inductor)를 포함한다. 또한, 트랜스포머 레그(108)는 스위치 매트릭스를 포함하며, 이는 복수의 스위치를 포함한다. 트랜스포머 레그(108)는 메인 트랜스포머(110)에 대한 트랜스포머 전류(transformer current)를 생성하도록 구성된다. 메인 트랜스포머(110)는 적어도 하나의 트랜스포머를 포함한다.
클램프 다이오드 레그(112)는 복수의 다이오드를 포함하고, 후술하는 바와 같이, 특정 상황에 따라 인덕터 및 트랜스포머 전류 사이의 차(difference)를 위한 경로(path)를 제공하도록 구성된다. 출력 회로(114)는 출력 전압 노드뿐만 아니라, 재구성 가능한 전력 변환기(100)에 대한 출력 전압을 생성하기 위한 임의의 다른 적절한 회로를 포함한다.
인덕터 레그(104) 및 트랜스포머 레그(108)에서 스위치들은 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 출력 회로(114)에서 출력 전압을 생성하는 방식으로 턴 온(turned on) 및 오프(off)되도록 구성된다. 스위치가 턴 온 또는 오프될 때마다, 스위치는 스위칭 손실(switching loss)이라 불리는 전력 손실(power loss)을 경험한다. 전력 공급기(power supply)가 비교적 낮은 전류를 전달할 때, 이러한 스위칭 손실은 전체 전력 손실을 좌우한다(dominate). 그러나, 전력 공급기가 비교적 높은 전류를 전달할 때, 전도 손실로 알려진 저항성 손실(resistive losses)은 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 전체 전력 손실을 좌우한다. 따라서, 재구성 가능한 전력 변환기(100)는 전류가 낮을 때 스위칭 손실을 최소화하도록 구성될 수 있고, 전류가 높을 때 전도 손실을 최소화하도록 재구성될 수(reconfigured) 있으며, 그 반대도 가능하다.
일부 실시예에 따르면, 동작(operation)에서, PWM 제어기(102)는 인덕터 레그(104)와 트랜스포머 레그(108)의 기능을 선형(linear) 및 공진 레그(resonant legs)로 적응적으로 상호 교환하도록(interchange) 동작한다. 특정 실시예에서, PWM 제어기(102)는 출력 회로(114)에서 생성되는 출력 전류에 기초하여 선형 및 공진 레그로서 인덕터 레그(104)와 트랜스포머 레그(108)의 기능을 적응적으로 상호 교환시킨다. 예를 들어, 더 낮은 출력 전류에서 구현되는 제1 변조 방식에 대해, PWM 제어기(102)는, 인덕터 레그(104)가 공진 레그로서 동작하고, 트랜스포머 레그(108)가 선형 레그로서 동작하도록, 게이팅 신호로서 PWM 제어 신호를 제공할 수 있다. 보다 높은 출력 전류에서 구현되는 제2 변조 방식에 대해, PWM 제어기(102)는, 인덕터 레그(104)가 선형 레그로서 동작하고, 트랜스포머 레그(108)가 공진 레그로서 동작하도록, 게이팅 신호로서 PWM 제어 신호를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 대해, PWM 제어기(102)는 다른 전류-레벨 특성(즉, 전류-레벨 특성의 증가는 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 전류 레벨의 증가에 대응하는, 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 전류 레벨과 관련된 특성)에 기초하여 선형 및 공진 레그로서 인덕터 레그(104) 및 트랜스포머 레그(108)의 기능을 적응적으로 상호 교환시킨다. 예를 들어, 출력 전류 대신에, 전류-레벨 특성은 전력(power)일 수 있다.
이러한 방식으로, 스위칭 손실은 더 낮은 전류 레벨에서 감소될 수 있고, 반면에, 전도 손실은 더 높은 전류 레벨에서 감소될 수 있다. 결과적으로, 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 효율은 출력 전류의 전체 부하 범위(full load range)에 걸쳐 최적화될 수 있다. 이는 PWM 제어 신호가 PWM 제어기(102)에 의한 게이팅 신호로서 인덕터 레그(104) 및 트랜스포머 레그(108)의 스위치들에 제공되는 방법을 변경함으로써 달성되며, 이에 따라 추가적인 하드웨어를 필요로 하지 않는다. 또한, 2차 측(secondary-side) 스위칭 장치에 대한 변조에 변화가 없다.
도 1은 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 일 예를 도시하지만, 도 1의 실시예에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 다양한 컴포넌트들은 조합되거나, 더 세분화되거나(subdivided), 이동되거나, 생략될 수 있고, 추가적인 컴포넌트들이 특정 요구들에 따라 추가될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 회로도를 도시한다. 도 2에 도시된 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 다른 실시예들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 재구성 가능한 전력 변환기(100)를 위한 PWM 제어기는 디지털-신호 프로세서(digital-signal processor), 필드-프로그램가능 게이트 어레이(field-programmable gate array), 또는 다른 적합한 장치에서 구현될 수 있다.
도 2의 실시예로 예시된 예에서, 재구성 가능한 전력 변환기(100)는 입력 전압 노드(Vin)(202a-b)을 포함하며, 이는 인덕터 레그(104), 트랜스포머 레그(108) 및 클램프 다이오드 레그(112)에 연결된다(coupled). 인덕터 레그(104)는 제1 스위치(204a)(SA), 제2 스위치(204b)(SB), 및 스위치 노드(206)를 포함한다. 유사하게는, 트랜스포머 레그(108)는 제1 스위치(204c)(SC), 제2 스위치(204d)(SD), 및 스위치 노드(208)를 포함한다. 스위치들(204a-d) 각각은 MOSFET, IGBT, 또는 3 개의 단자들(terminals)을 포함하는 임의의 다른 적절한 스위칭 장치(switching device)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치들(204a-d)은 50% 듀티 사이클 구형파들(duty cycle square waves)로 게이팅될(gated) 수 있다. 그러나, 스위치들(204a-d)은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 적절한 방식으로 게이팅될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
메인 트랜스포머(110)는 1차 권선(primary winding)(210), 상부 2차 권선(upper secondary winding)(212a) 및 하부 2차 권선(lower secondary winding)(212b)을 포함한다. 클램프 다이오드 레그(112)는 제1 다이오드(214a) 및 제2 다이오드(214b)를 포함한다. 클램프 다이오드 레그(112)는 공진 인덕터(106) 및 트랜스포머 1차 권선(210)에 연결된다(coupled). 출력 회로(114)는 출력 전압 노드들(Vout)(226a-b)에 추가하여, 제1 스위치(220a), 제2 스위치(220b), 출력 인덕터(222) 및 출력 커패시터(224)를 포함할 수 있다. 스위치들(220a-b) 각각은 MOSFET, IGBT, 또는 임의의 다른 적절한 스위칭 장치를 포함할 수 있다.
인덕터 레그(104)는 스위치 노드(206)에서 공진 인덕터(106) 및 클램프 다이오드 레그(112)에 연결된다. 트랜스포머 레그(108)는 스위치 노드(208)에서 메인 트랜스포머(110) 및 클램프 다이오드 레그(112)에 연결된다. 인덕터 레그(104)및 트랜스포머 레그(108)는 또한 서로 연결된다. PWM 제어기(102)는 출력 회로(114)의 출력 전압 노드들(226a-b)과, 인덕터 레그(104) 및 트랜스포머 레그(108)의 스위치들(204a-d)에 연결된다. 이러한 실시예에서, 재구성 가능한 전력 변환기(100)는 1차 측에 풀 브리지(full bridge)를 절연 DC/DC 변환기(converter)에 제공하고, 반면에, 2 차 측은 복수의 구성(multiple configurations)을 사용하여 구현될 수 있다.
PWM 제어기(102)는 재구성 가능한 전력 변환기(100)에 대한 2 개의 상이한 PWM 변조 방식들 중 하나를 구현하도록 구성된다. 따라서, PWM 제어기(102)는 제1 PWM 변조 방식 또는 제2 PWM 변조 방식에 따라 게이팅 신호들(230a-d)로서 스위치들(204a-d)에 제공되는 제어 신호들을 내부적으로 생성하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, PWM 제어기(102)는 (출력 전압 노드(226a-b) 또는 다른 적절한 위치에서와 같은) 출력 전류(228)를 감지하고, 출력 전류(228)에 기초하여, 2 개의 상이한 PWM 변조 방식들 중 하나를 구현하도록 구성된다. 다른 특정 실시예에서, PWM 제어기(102)는, 재구성 가능한 전력 변환기(100)에 대한 전력 레벨(power level)을 감지하고, 전력 레벨에 기초하여, 2 개의 상이한 PWM 변조 방식들 중 하나를 구현하도록 구성된다.
일부 실시예들에 따라서, 동작에서, PWM 제어기(102)는 게이팅 신호들(230a-d)로서 제어 신호들을 제1 변조 방식에 대응하는 특정 순서로 처음(initially) 제공한다. PWM 제어기(102)가 제1 전환 임계치를 초과하는 (출력 전류(228) 또는 전력 레벨과 같은) 전류-레벨 특성을 감지할 때, PWM 제어기(102)는 제2 변조 방식에 대응하는 다른 특정 순서로 게이팅 신호들(230a-d)로서 제어 신호들을 제공함으로써 재구성 가능한 전력 변환기(100)를 재구성한다. 유사하게, PWM 제어기(102)가 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치 아래로 떨어졌다는 것을 감지할 때, PWM 제어기(102)는, 제1 변조 방식에 대응하는 원래의 특정 순서로 게이팅 신호들(230a-d)로서 제어 신호들을 제공함으로써, 재구성 가능한 전력 변환기(100)를 다시 재구성한다. 따라서, 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 전류 레벨이 상승하고 하강함에 따라, PWM 제어기(102)는 제1 및 제2 변조 방식들 간의 그 동작을 스위칭함으로써 재구성 가능한 전력 변환기(100)를 적응적으로 제어한다. 일부 실시예들에서, PWM 제어기(102)가 초기에 제2 변조 방식에 대응하는 특정 순서로 게이팅 신호들(230a-d)로서 제어 신호들을 제공할 수 있다는 것은 이해될 것이다.
제1 및 제2 전환 임계치의 값은, 입력 전류 등과 같은 임의의 적절한 기준(criteria)에 기초하여 결정될 수 있다. 특정 예를 들면, 20A에서 50V를 제공하는 시스템에 대해, 제1 전환 임계치는 5A로 설정될 수 있고, 반면에, 100A에서 100V를 제공하는 시스템에 대해, 제1 전환 임계치는 35A로 설정될 수 있다. 하지만, 임의의 적합한 임계치가 특별한 응용(application)의 특별한 요구에 기초하여 선택될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 제2 전환 임계치는 전환 경계(transition boundaries)에서의 히스테리시스(hysteresis)를 제공하기 위해 제1 전환 임계치와 상이한 전환 임계치일 수 있다. 특정 예를 들면, 제1 전환 임계치가 30A로 설정되면, 제2 전환 임계치는 20A로 설정될 수 있다. 그러나, 2 개의 전환 임계치들 사이의 차는 특별한 응용에 기초한 임의의 적합한 양일 수 있다는 것이 이해될 것이다.
PWM 제어기(102)에 의해 제공되는 게이팅 신호(230a-d)에 기초하여, 인덕터 레그(104) 및 트랜스포머 레그(108)는 각각 풀 브리지(full bridge)의 위상 레그에 의해 수행되는 기능에 따라 선형 레그 또는 공진 레그로서 지정될(designated) 수 있다. 선형 레그 상의 장치들의 스위칭 대체(Switching commutations)는 메인 트랜스포머(110)의 1 차로부터 2 차 측으로의 전력의 전달을 종료시키고(terminate), 반면에, 공진 레그 상의 장치들의 스위칭 대체는 메인 트랜스포머(110)의 1 차로부터 2 차 측으로의 전력의 전달을 시작한다(initiate). 따라서, PWM 제어기(102)가 특정 시간에 구현하고 있는 PWM 변조 방식에 따라, 인덕터 레그(104) 또는 트랜스포머 레그(108)는 메인 트랜스포머(110)의 1차 권선(210)에 연결되고, 반면에, 다른 레그(108 또는 104)는 공진 인덕터(106)에 연결된다.
PWM 제어기(102)가 제1 변조 방식을 구현할 때, 인덕터 레그(104)는 공진 인덕터(106)에 연결되고, 반면에, 트랜스포머 레그(108)는 트랜스포머 1차 권선(210)에 연결된다. 이러한 방식은 클램프 다이오드(214a-b)에서 전류를 증가시키지만, 트랜스포머 레그(108)에 대한 제로 전압 스위칭(zero voltage switching)을 달성하며, 이는 더 낮은 스위칭 손실을 초래한다. PWM 제어기(102)가 제2 변조 방식을 구현할 때, 트랜스포머 레그(108)는 공진 인덕터(106)에 연결되고, 반면에, 인덕터 레그(104)는 트랜스포머 1차 권선(210)에 연결된다. 이러한 방식은, 클램프 다이오드(214a-b)에서 전류를 최소화하고, 전도 손실을 감소시킨다. 따라서, PWM 제어기(102)에 의해 제공되는 게이팅 신호들(230a-d)을 통해 변조 방식을 적응적으로 변경함으로써, 출력 회로(114)에서 2차 측 스위치들(220a-b)을 위한 변조 방식에 대한 어떠한 변화도 없이 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 효율은 최적화된다. 또한, 변조 방식들 간의 전환은 재구성 가능한 전력 변환기(100)가 단자 동작(terminal behavior)에 영향을 주지 않고 동작하고 있는 동안 끊김없이(seamlessly) 달성될 수 있다.
도 2는 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 일 예를 도시하지만, 도 2의 실시예에 대한 다양한 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 다양한 컴포넌트들은 조합되거나, 더 세분화되거나, 이동되거나, 또는 생략될 수 있고, 추가적인 컴포넌트들이 특정 요구들에 따라 추가될 수 있다. 특정 예를 들면, 출력 전류(228)는 출력 전압 노드들(226a-b) 이외의 위치에서 감지될 수 있다. 다른 예를 들면, 출력 전류(228) 대신에, 전력 레벨이 PWM 제어기(102)에 의해 감지될 수 있다.
도 3A는 본 개시의 실시예에 따른 재구성 가능한 전력 변환기(100)에 대한 제1 변조 방식(300)을 도시한다. 이 변조 방식(300)에 대해, 인덕터 레그(104)는 공진 레그로서 기능하고, 트랜스포머 레그(108)는 선형 레그로서 기능한다.
도 3A에 도시된 바와 같이, 제1 변조 방식(300)에 대한 신호들은 마스터 클록 신호(S)(302), 위상-시프트(phase-shifted) 클록 신호(SPS)(304), 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312), 및 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316)을 포함한다. 마스터 클록 신호(302)는, 스위칭 사이클(switching cycle)(TSW)의 절반에 대해 높고(high) 스위칭 사이클의 나머지 절반에 대해 낮다(low). 유사하게, 위상-시프트 클록 신호(304)는 스위칭 사이클의 절반에 대해 높고 스위칭 사이클의 나머지 절반에 대해 낮다. 그러나, 위상-시프트 클록 신호(304)는 특정 시간 주기(TPS)에 의해 마스터 클록 신호(302)에 대해 위상-시프트되며, 이는 도시된 실시예에서 스위칭 사이클의 약 1/4에 대응한다. 마스터 클록 신호(302)와 위상-시프트 클록 신호(304) 사이의 시간에서의 시프트(shift in time)는, 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 출력 전압 노드(226a-b)에서 출력 전압을 제어하는 듀티 사이클(duty cycle)이다. 예를 들어, 입력 전압이 100V이고 위상 시프트가 20%이면, 출력 전압은 20V일 것이다. 따라서, 이러한 위상 시프트는 특별한 응용(particular application)에 기초하여 선택될 수 있다.
제1 쌍의 제어 신호(310 및 312)는 마스터 클록 신호(302)를 트래킹한다(tracks). 제어 신호(310)는 마스터 클록 신호(302)를 포지티브로(positively) 트래킹하고, 반면에, 제어 신호(312)는 마스터 클록 신호(302)를 상보적으로(complementarily) 트래킹한다. 즉, 마스터 클록 신호(302)가 높을 때, 제어 신호(310)는 높고 제어 신호(312)는 낮다. 유사하게, 마스터 클록 신호(302)가 낮을 때, 제어 신호(310)는 낮고 제어 신호(312)는 높다.
제2 쌍의 제어 신호(314 및 316)는 위상-시프트 클록 신호(phase-shifted clock signal)(304)를 트래킹한다. 제어 신호(314)는 위상-시프트 클록 신호(304)를 포지티브로 트래킹하고, 반면에, 제어 신호(316)는 위상-시프트 클록 신호(304)를 상보적으로 트래킹한다. 즉, 위상-시프트 클록 신호(304)가 높을 때, 제어 신호(314)는 높고 제어 신호(316)는 낮다. 유사하게, 위상-시프트 클록 신호(304)가 낮을 때, 제어 신호(314)는 낮고 제어 신호(316)는 높다.
PWM 제어기(102)가 도 3A에 도시된 바와 같이 제1 변조 방식(300)을 구현하고 있을 때, PWM 제어기(102)는 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312)을 재구성가능 전력 변환기(100)의 인덕터 레그(104)로 라우팅하며, 제어 신호(310)는 제1 스위치(204a)에 대한 게이팅 신호(230a)를 제공하고, 제어 신호(312)는 제2 스위치(204b)에 대한 게이팅 신호(230b)를 제공한다. 유사하게, PWM 제어기(102)는 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316)을 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 트랜스포머 레그(108)로 라우팅하며, 제어 신호(314)는 제1 스위치(204c)에 대한 게이팅 신호(230c)를 제공하고, 제어 신호(316)는 제2 스위치(204d)에 대한 게이팅 신호(230d)를 제공한다.
이러한 신호(302, 304, 310, 312, 314 및 316)는, 교류(alternating) 전력 전달(PT: Power Transfer) 및 프리휠(FW: FreeWheel) 위상(318 및 320)의 4 개의 섹션(sections)으로 분할된다(divided). 따라서, 제1 섹션은 높은 마스터 클록 신호(302), 낮은 위상-시프트 클록 신호(304), 높은 제어 신호(310 및 316), 및 낮은 제어 신호(312 및 314)를 포함하는 전력 전달 위상(318)을 도시한다. 이는 높은 마스터 클록 신호(302), 높은 위상-시프트 클록 신호(304), 높은 제어 신호들(310 및 314), 및 낮은 제어 신호들(312 및 316)을 포함하는 프리휠 위상(320)을 도시하는 제2 섹션이 뒤따른다. 이는 낮은 마스터 클록 신호(302), 높은 위상-시프트 클록 신호(304), 높은 제어 신호들(312 및 314), 및 낮은 제어 신호들(310 및 316)을 포함하는 전력 전달 위상(318)을 도시하는 제3 섹션이 뒤따른다.이는 낮은 마스터 클록 신호(302), 낮은 위상-시프트 클록 신호(304), 높은 제어 신호들(312 및 316), 및 낮은 제어 신호들(310 및 314)을 포함하는 프리휠 위상(320)을 도시하는 제4 섹션이 뒤따른다. 이러한 점에서, 사이클은 제1 섹션으로 반복되고 동일한 방식으로 계속된다.
전력 전달 위상(power transfer phase)(318)은, 출력 전류(228)가 입력 전류와 직접 관련되도록, 메인 트랜스포머를 통해 입력 전압 노드(202a-b)로부터 출력 전압 노드(226a-b)로 전력이 전달되는 위상이다. 프리휠 위상(320)은, 출력 인덕터(222)에 저장된 에너지가 출력 전압 노드(226a-b)로 순환하지만(circulates), 입력과 출력 사이에 전기적 연결(electrical connection)이 존재하지 않는 위상이다. 또한, 선형 레그는 전력 전달 위상(318)으로부터 프리휠 위상(320)으로의 전환을 달성하도록 스위칭하는 레그(leg)이며, 이는 선형 전환(linear transition)이고, 공진 레그는 프리휠 위상(320)으로부터 전력 전달 위상(318)으로의 전환을 달성하도록 스위칭하는 레그(leg)이며, 이는 공진 전환(resonant transition)이다. 따라서, 도 3A(및 도 3B)에 도시된 바와 같이, 위상-시프트 클록(304)의 에지(edge)는 선형 전환에 대응하고, 마스터 클록 신호(302)의 에지는 공진 전환에 대응한다.
도 3A는 또한 점선(dashed line)으로 표시된 인덕터 전류(322)(즉, 공진 인덕터(106)를 통한 전류) 및 실선(solid line)으로 표시된 1차 전류(primary current)(324)(즉, 메인 트랜스포머(110)의 1 차 권선(210)를 통한 전류)의 전형적인 예를 도시한다. 인덕터 전류(322)와 1차 전류(324) 사이의 차로 인한 임의의 전류는 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 클램프 다이오드 레그(112)에서 다이오드들(214a-b) 중 하나를 통해 흐른다. 예를 들어, 트랜스포머 1차 권선(transformer primary winding)(210)을 통하는 것보다 공진 인덕터(106)를 통해 더 많은 전류가 흐를 때, 오버플로우 전류(overflow current)는 제1 다이오드(214a)를 통해 지향된다(directed). 유사하게, 트랜스포머 1 차 권선(210)을 통하는 것보다 공진 인덕터(106)를 통해 더 적은 전류가 흐를 때, 추가적인 전류가 제2 다이오드(214b)를 통해 지향된다. 따라서, 제1 변조 방식(300)에 대해, 이러한 차이(다이오드 전류)는 (도 3B와 관련하여 후술되는 제2 변조 방식(350)에 비해) 더 높은 전도 손실들을 초래하지만, 스위칭 손실은 더 낮다. 결과적으로, 이러한 제1 변조 방식(300)은, 낮은 전류에서 스위칭 손실이 우세하기(dominate) 때문에, 출력 전류(228)가 상대적으로 낮을 때 유용하고, 제1 변조 방식(300)은 스위칭 손실을 최소화한다.
도 3B는 본 개시의 실시예에 따른 재구성 가능한 전력 변환기(100)에 대한 제2 변조 방식(350)을 도시한다. 이 변조 방식(350)을 위해, 인덕터 레그(104)는 선형 레그로서 기능하고, 트랜스포머 레그(108)는 공진 레그로서 기능한다.
도 3B에 도시된 바와 같이, 제2 변조 방식(350)에 대한 신호들은, 마스터 클록 신호(S)(302), 위상-시프트 클록 신호(SPS)(304), 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312), 및 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316)을 포함한다. 도 3A에 도시된 제1 변조 방식(300)에서와 같이, 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312)은 마스터 클록 신호(302)를 트래킹하고, 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316)은 위상-시프트 클록 신호(304)를 트래킹한다. 따라서, 이러한 신호들(302, 304, 310, 312, 314 또는 316) 중 어떠한 신호에서도 변화는 없다.
그러나, PWM 제어기(102)가 도 3B에 도시된 바와 같이 제2 변조 방식(350)을 구현하고 있을 때, PWM 제어기(102)는 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 (인덕터 레그(104) 대신에) 트랜스포머 레그(108)로 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312)을 라우팅하며, 제어 신호(310)는 제1 스위치(204c)에 대한 게이팅 신호(230c)를 제공하고, 제어 신호(312)는 제2 스위치(204d)에 대한 게이팅 신호(230d)를 제공한다. 유사하게, PWM 제어기(102)는 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 (트랜스포머 레그(108) 대신에) 인덕터 레그(104)로 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316)을 라우팅하며, 제어 신호(314)는 제1 스위치(204a)에 대한 게이팅 신호(230a)를 제공하고, 제어 신호(316)는 제2 스위치(204b)에 대한 게이팅 신호(230b)를 제공한다.
도 3A에서와 같이, 도 3B에 도시된 신호(302, 304, 310, 312, 314 및 316)는 교류 전력 전달(PT) 및 프리휠(FW) 위상(318 및 320)의 4 개의 섹션으로 분할된다. 신호(302, 304, 310, 312, 314 및 316)가 동일하게 유지되기 때문에, 전력 전달 및 프리휠 위상(318 및 320)은 제1 변조 방식(300)에서와 같이 신호들 간 동일한 관계를 갖는다. 그러나, PWM 제어기(102)가 제2 변조 방식(350)을 구현하고 있기 때문에, 인덕터 전류(322)와 1 차 전류(324) 사이의 관계는 상이하다. 도 3B에 도시된 바와 같이, 이들 전류(322 및 324) 사이의 차, 및 이에 따른 클램프 다이오드 레그(112)를 통한 다이오드 전류의 양은, 크게 감소된다. 따라서, PWM 제어기(102)가 이러한 변조 방식(350)을 구현할 때, 스위칭 손실은 (도 3A와 관련하여 전술한 제1 변조 방식(300)에 비해) 더 높고, 전도 손실은 감소된다. 결과적으로, 이 제2 변조 방식(350)은, 높은 전류에서 전도 손실이 우세하기 때문에, 출력 전류(228)가 비교적 높을 때 유용하며, 제2 변조 방식(350)은 다이오드(214a-b)를 통한 전류를 최소화함으로써 전도 손실을 최소화한다.
도 4A는 본 개시의 실시예에 따른 재구성 가능한 전력 변환기(100)에서 제1 변조 방식(300)으로부터 제2 변조 방식(350)으로의 전환을 도시한다. 이러한 실시예를 위해, 마스터 클록 신호(302), 위상-시프트 클록 신호(304), 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312), 및 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316) 각각은 도 3A 및 도 3B에 도시된 신호들(302, 304, 310, 312, 314 및 316)에 대응한다. 도 4A는 도 3A의 제1 변조 방식(300)으로부터 도 3B의 제2 변조 방식(350)으로의 전환을 간단하게 도시한다.
결과적으로, 제1 변조 방식(300)을 위해, PWM 제어기(102)는, 게이팅 신호들(230a 및 230b)로서 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312)을 인덕터 레그(104)의 스위치들(204a 및 204b)로 각각 라우팅하고, 트랜스포머 레그(108)의 스위치들(204c 및 204d)로 게이팅 신호들(230c 및 230d)로서 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316)을 각각 라우팅한다.
그러나, PWM 제어기(102)가 전류-레벨 특성이 미리 결정된 제1 전환 임계치를 초과한 것을 감지하는 경우(이는 (수직 점선으로서 표시된) 이 예에서 전환 시간(400)에 발생이 일어남), PWM 제어기(102)는 제2 변조 방식(350)으로 전환한다. PWM 제어기(102)는, 게이팅 신호(230d 및 230d)로서 제1 쌍의 제어 신호(310 및 312)를 트랜스포머 레그(108)의 스위치(204c 및 204d)에 각각 제공하고, 게이팅 신호(230a 및 230b)로서 제2 쌍의 제어 신호(314 및 316)를 인덕터 레그(104)의 스위치(204a 및 204b)에 각각 제공하기 시작한다.
전환 시간(400)에서 발생하는 제1 변조 방식(300)으로부터 제2 변조 방식(350)으로의 이러한 전환은, 메인 트랜스포머(110) 또는 다른 유도성 컴포넌트들(inductive components)에서 플럭스 밸런스(flux balance)에 대한 어떠한 영향도 없이 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 동작 동안 끊김없이 이루어진다. 또한, 제어 신호(310, 312, 314 및 316)의 전환들 사이의 데드 타임(dead times)은 효율을 최대화하기 위해 하나의 변조 방식에서 다른 변조 방식으로 쉽게 전환될 수 있다.
도 4B는 본 개시의 실시예에 따른 재구성 가능한 전력 변환기(100)에서 제2 변조 방식(350)으로부터 제1 변조 방식(300)으로의 전환을 도시한다. 이 실시예를 위해, 마스터 클록 신호(302), 위상-시프트 클록 신호(304), 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312), 및 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316) 각각은 도 3A 및 도 3B에 도시된 신호들(302, 304, 310, 312, 314 및 316)에 대응한다. 도 4B는 도 3B의 제2 변조 방식(350)으로부터 도 3A의 제1 변조 방식(300)으로의 전환을 간단하게 도시한다.
결과적으로, 제2 변조 방식(350)를 위해, PWM 제어기(102)는, 게이팅 신호들(230c 및 230d)로서 제1 쌍의 제어 신호들(310 및 312)을 트랜스포머 레그(108)의 스위치들(204c 및 204d)로 각각 라우팅하고, 게이팅 신호들(230a 및 230b)로서 제2 쌍의 제어 신호들(314 및 316)을 인덕터 레그(104)의 스위치들(204a 및 204b)로 각각 라우팅한다.
그러나, PWM 제어기(102)가 전류-레벨 특성이 미리 결정된 제2 전환 임계치 미만으로 떨어진 것을 감지하는 경우(이는 (수직 점선으로서 표시된) 이 예에서 전환 시간(402)에 발생이 일어남), PWM 제어기(102)는 제1 변조 방식(300)으로 전환한다. PWM 제어기(102)는 인덕터 레그(104)의 스위치(204a 및 204b)에 게이팅 신호(230a 및 230b)로서 제1 쌍의 제어 신호(310 및 312)를 각각 제공하기 시작하고, 트랜스포머 레그(108)의 스위치(204c 및 204d)에 게이팅 신호(230c 및 230d)로서 제2 쌍의 제어 신호(314 및 316)를 각각 제공하기 시작한다. 제2 전환 임계치는 전환 경계(transition boundaries)에서 히스테리시스를 제공하도록 제1 전환 임계치와 상이할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따라 재구성 가능한 전력 변환기(100)를 적응적으로 제어하기 위한 방법(500)을 도시한다. 도 5에 도시된 방법(500)은 단지 예시를 위한 것이다. 재구성 가능한 전력 변환기(100)는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 다른 적절한 방식으로 적응적으로 제어될 수 있다.
처음에, 제어 신호들(310, 312, 314 및 316)은 제1 변조 방식에 따라 게이팅 신호들(230a-d)로서 제공된다(단계(502)). 예를 들어, 특정 실시예에서, PWM 제어기(102)는 제어 신호들(310 및 312)을 인덕터 레그(104)로, 그리고 제어 신호들(314 및 316)을 트랜스포머 레그(108)로 라우팅한다. 일부 실시예들에서, 제1 변조 방식(300)에 기초하여, PWM 제어기(102)는 인덕터 레그(104)에서 제1 스위치(204a)로 제1 게이팅 신호(230a)로서 제어 신호(310)를 제공하고, 인덕터 레그(104)에서 제2 스위치(204b)로 제2 게이팅 신호(230b)로서 제어 신호(312)를 제공하고, 트랜스포머 레그(108)에서 제1 스위치(204c)로 제3 게이팅 신호(230c)로서 제어 신호(314)를 제공하며, 트랜스포머 레그(108)에서 제2 스위치(204d)로 제 4 게이팅 신호(230d)로서 제어 신호(316)를 제공한다. 따라서, 이들 제어 신호(310, 312, 314 및 316)는 게이팅 신호들(230a, 230b, 230c 및 230d)에 각각 대응하며, 재구성 가능한 전력 변환기(100)가 제1 변조 방식(300) 하에서 동작하게 된다.
재구성 전력 변환기(100)에 대한 전류-레벨 특성이 감지된다(단계(504)). 예를 들어, 특정 실시예에 대해, PWM 제어기(102)는 (재구성 가능한 전력 변환기(100)의 출력 회로(114)의 출력 전압 노드들(226a-b) 또는 다른 적절한 위치에서) 출력 전류(228)를 감지한다. 전류-레벨 특성이 제1 전환 임계치를 넘지(crossed) 않으면(단계(506)), 전류-레벨 특성이 제1 전환 임계치를 넘을 때까지(단계(506)), 전류-레벨 특성이 계속 감지된다(단계(504)). 예를 들어, 특정 실시예에서, 출력 전류(228)는 출력 전류(228)가 제1 전환 임계치를 초과할 때까지 계속 감지될 수 있다.
전류-레벨 특성이 제1 전환 임계치를 넘을 때(단계(506)), 제어 신호들(310, 312, 314 및 316)은 제2 변조 방식에 따라 게이팅 신호들(230a-d)로서 제공된다(단계(508)). 예를 들어, 특정 실시예에서, 출력 전류(228)가 제1 전환 임계치를 초과하면, PWM 제어기(102)는 제어 신호들(314 및 316)을 인덕터 레그(104)로 그리고 제어 신호들(310 및 312)을 트랜스포머 레그(108)로 라우팅한다. 일부 실시예들에서, 제2 변조 방식(350)에 기초하여, PWM 제어기(102)는, 인덕터 레그(104)에서 제1 스위치(204a)로 제1 게이팅 신호(230a)로서 제어 신호(314)를 제공하고, 인덕터 레그(104)에서 제2 스위치(204b)로 제2 게이팅 신호(230b)로서 제어 신호(316)를 제공하고, 트랜스포머 레그(108)에서 제1 스위치(204c)로 제3 게이팅 신호(230c)로서 제어 신호(310)를 제공하며, 트랜스포머 레그(108)에서 제2 스위치(204d)로 제 4 게이팅 신호(230d)로서 제어 신호(312)를 제공한다. 따라서, 이들 제어 신호들(310, 312, 314 및 316)은 각각 게이팅 신호들(230c, 230d, 230a 및 230b)에 대응하며, 재구성 가능한 전력 변환기(100)가 제2 변조 방식(350) 하에서 동작하도록 야기한다.
재구성 가능한 전력 변환기(100)에 대한 전류-레벨 특성이 감지된다(단계(510)). 예를 들어, 특정 실시예에 대해, PWM 제어기(102)는 (재구성 가능한 전력 변환기(100)의 출력 회로(114)의 출력 전압 노드들(226a-b) 또는 다른 적절한 위치에서) 출력 전류(228)를 감지한다. 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치를 넘지 않으면(단계(512)), 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치를 넘을 때까지(단계(512)), 전류-레벨 특성이 계속 감지된다(단계(510)). 예를 들어, 특정 실시예에서, 출력 전류(228)는 출력 전류(228)가 제2 전환 임계치 아래로 떨어질 때까지 계속 감지될 수 있다.
전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치를 넘을 때(단계(512)), 제어 신호들(310, 312, 314 및 316)은 제1 변조 방식에 따라 게이팅 신호들(230a-d)로서 다시 제공된다(단계(502)). 예를 들어, 특정 실시예에서, 출력 전류(228)가 제2 전환 임계치 아래로 떨어질 때, PWM 제어기(102)는 다시 제어 신호들(310 및 312)을 인덕터 레그(104)로 그리고 제어 신호들(314 및 316)을 트랜스포머 레그(108)로 라우팅한다. 제2 전환 임계치는 전환 경계들에서 히스테리시스를 제공하기 위해 제1 전환 임계치와 상이할 수 있다.
이러한 방식으로, 단일 PWM 변조 방식을 구현하는 전력 변환기와 비교하여 재구성 가능한 전력 변환기(100)의 효율을 최대화하기 위해, 재구성 가능한 전력 변환기(100)가 2 개의 상이한 PWM 변조 방식들(300 및 350) 사이에서 재구성될 수 있게 하는 PWM 제어 기술이 제공된다.
도 5는 재구성 가능한 전력 변환기(100)를 적응적으로 제어하기 위한 방법(500)의 일 예를 도시하지만, 도 5에 도시된 실시예에 대해 다양한 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 일련의 단계들로서 도시되었지만, 도 5의 다양한 단계들은 중첩될 수 있거나, 병렬로 발생할 수 있거나, 상이한 순서로 발생할 수 있거나, 또는 여러 번(multiple times) 발생할 수 있다. 특정 예로서, PWM 제어기(102)는 단계들(504 및 510)과 연관된 이산 시간들(discrete times)에서만 전류-레벨 특성을 감지하는 대신에 전류-레벨 특성을 연속적으로 감지할 수 있다. 다른 예로서, 일부 실시예들에 있어서, 재구성 가능한 전력 변환기(100)는 초기에 제2 변조 방식(350) 하에서 동작할 수 있다. 이러한 실시예들에 대해, 단계(502)의 제1 변조 방식은 도 3B의 제2 변조 방식(350)에 대응할 것이고, 전류-레벨 특성이 제1 전환 임계치 아래로 떨어질 때까지(단계(506)), 전류-레벨 특성이 감지될 것이다(단계(504)). 유사하게, 단계(508)의 제2 변조 방식은 도 3A의 제1 변조 방식(300)에 대응할 것이고, 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치를 초과할 때까지(단계(512)), 전류-레벨 특성이 감지될 것이다(단계(510)).
본 개시의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 장치들 및 방법들에 대한 수정, 추가, 또는 생략이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 장치들의 컴포넌트들은 통합되거나 분리될 수 있다. 방법들은 더 많거나, 더 적거나, 또는 다른 단계들을 포함할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다.
본 특허 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 특정 단어 및 문구의 정의를 제시하는 것이 유리할 수 있다. 용어 "포함한다" 및 "포함하다"뿐만 아니라 이들의 파생어는 제한 없는 포함을 의미한다. 용어 "또는"은 포괄적으로, "및/또는"을 의미한다. "~와 연관되다"라는 문구 및 그 파생어는 "포함하다", "~ 내 포함되다", "~와 상호 연결하다", "내포하다", "~ 내에 포함하다", "~와 또는 ~로 연결하다", "~와 또는 ~로 커플링하다", "~와 통신 가능하다", "~와 협력하다", "인터리브하다(interleave)", "병치하다", "~에 근접하다", "~와 또는 ~에 묶이다", "가지다", "~를 소유하다", "~와 또는 ~에 관계가 있다" 등을 의미할 수 있다. 항목에 대한 열거(list)와 함께 사용될 때, "~중 적어도 하나"라는 문구는, 열거된 항목들 중 하나 이상의 항목들의 상이한 조합들이 사용될 수 있고, 그리고 열거에서 단지 하나의 항목만이 필요할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"는 다음과 같은 조합 중 어느 하나를 포함한다: "A", "B", "C", "A 및 B", "A 및 C", "B 및 C", 및 "A 및 B 및 C".
본 개시가 특정 실시예들 및 일반적으로 연관된 방법들을 설명하였지만, 이들 실시예들 및 방법들의 변경들 및 치환들은 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 다양한 실시예들의 설명들은 본 개시를 정의하거나 제한하지 않는다. 또한, 다음의 청구항들에 의해 정의되는 바와 같이, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 변경, 대체, 및 대안들이 가능하다.

Claims (20)

  1. 재구성 가능한(reconfigurable) 전력 변환기에 있어서,
    전류-레벨(current-level) 특성(property)이 전환 임계치(transition threshold)를 넘을(crosses) 때, 제1 변조 방식과 제2 변조 방식 사이에서 스위칭하도록 구성된 펄스-폭 변조(PWM: Pulse-Width Modulation) 제어기
    를 포함하고,
    상기 제1 변조 방식을 구현하기 위해, 상기 PWM 제어기는 제1 쌍의 제어 신호들(first pair of control signals)을 상기 전력 변환기의 인덕터 레그(leg)에 제공하고, 제2 쌍의 제어 신호들을 상기 전력 변환기의 트랜스포머 레그에 제공하도록 구성되고, 및
    상기 제2 변조 방식을 구현하기 위해, 상기 PWM 제어기는 상기 제1 쌍의 제어 신호들을 상기 트랜스포머 레그에 제공하고, 상기 제2 쌍의 제어 신호들을 상기 인덕터 레그에 제공하도록 구성되는,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 제어기는,
    상기 제1 변조 방식을 초기에 구현하고, 상기 전류-레벨 특성을 감지하며, 상기 전류-레벨 특성이 상기 전환 임계치를 넘을 때 상기 제2 변조 방식을 구현하도록 더 구성된,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전환 임계치는 제1 전환 임계치를 포함하고,
    상기 PWM 제어기는,
    (i) 상기 전류-레벨 특성이 상기 제1 전환 임계치를 초과할 때 상기 제2 변조 방식을 구현하고, 및
    (ii) 상기 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치 아래로 떨어질 때, 상기 제1 변조 방식을 재구현하도록(re-implement) 더 구성되는,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전환 임계치는 제1 전환 임계치를 포함하고,
    상기 PWM 제어기는,
    (i) 상기 전류-레벨 특성이 상기 제1 전환 임계치 아래로 떨어질 때 상기 제2 변조 방식을 구현하고,
    (ii) 상기 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치를 초과할 때, 상기 제1 변조 방식을 재구현하도록 더 구성되는,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터 레그는 상기 제1 쌍의 제어 신호들에 기초하여 선형 레그(linear leg)로 기능하고, 상기 제2 쌍의 제어 신호들에 기초하여 공진 레그(resonant leg)로 기능하도록(function) 구성되고,
    상기 트랜스포머 레그는 상기 제1 쌍의 제어 신호들에 기초하여 상기 선형 레그로 기능하고, 상기 제2 쌍의 제어 신호들에 기초하여 상기 공진 레그로 기능하도록 구성되며,
    상기 선형 레그는 전력 전송 페이즈(power transfer phase)에서 프리휠 페이즈(freewheel phase)로 전환 - 선형 전환 - 하도록 스위치하는 레그이고, 상기 공진 레그는 상기 프리휠 페이즈에서 상기 전력 전송 페이즈로 전환 - 공진 전환 - 하도록 스위치하는 레그인,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인덕터 레그는,
    제1 스위치; 및
    제2 스위치
    를 포함하고,
    상기 트랜스포머 레그는,
    제3 스위치; 및
    제4 스위치
    를 포함하되,
    상기 인덕터 레그의 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와, 상기 트랜스포머 레그의 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는,
    50% 듀티 사이클 구형파들(duty cycle square waves)로 각각 게이팅되는(gated),
    재구성 가능한 전력 변환기.
  7. 재구성 가능한 전력 변환기에 있어서,
    제1 쌍의 제어 신호들에 기초하여 선형 레그(linear leg)로 기능하고, 제2 쌍의 제어 신호들에 기초하여 공진 레그(resonant leg)로 기능하도록 구성된 인덕터 레그(inductor leg);
    상기 제1 쌍의 제어 신호들에 기초하여 상기 선형 레그로 기능하고, 상기 제2 쌍의 제어 신호들에 기초하여 상기 공진 레그로 기능하도록 구성된 트랜스포머 레그(transformer leg); 및
    제1 변조 방식에 대해, 상기 제1 쌍의 제어 신호들을 상기 인덕터 레그로, 그리고 상기 제2 쌍의 제어 신호들을 상기 트랜스포머 레그로 라우팅하고, 제2 변조 방식에 대해, 상기 제1 쌍의 제어 신호들을 상기 트랜스포머 레그로, 그리고 상기 제2 쌍의 제어 신호들을 상기 인덕터 레그로 라우팅하도록 구성된 펄스-폭 변조(PWM: Pulse-Width Modulation) 제어기
    를 포함하고,
    상기 선형 레그는 전력 전송 페이즈(power transfer phase)에서 프리휠 페이즈(freewheel phase)로 전환 - 선형 전환 - 하도록 스위치하는 레그이고, 상기 공진 레그는 상기 프리휠 페이즈에서 상기 전력 전송 페이즈로 전환 - 공진 전환 - 하도록 스위치하는 레그인,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 제어 신호는,
    제1 게이팅 신호(gating signal); 및
    제2 게이팅 신호
    를 포함하고,
    상기 제2 쌍의 제어 신호는,
    제3 게이팅 신호; 및
    제4 게이팅 신호
    를 포함하는 재구성 가능한 전력 변환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인덕터 레그는,
    제1 스위치; 및
    제2 스위치
    를 포함하고,
    상기 트랜스포머 레그는,
    제3 스위치; 및
    제4 스위치
    를 포함하는 재구성 가능한 전력 변환기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 PWM 제어기는,
    상기 제1 변조 방식에 대해, 상기 제1 게이팅 신호를 상기 인덕터 레그의 상기 제1 스위치에 제공하고, 상기 제2 게이팅 신호를 상기 인덕터 레그의 상기 제2 스위치에 제공하고, 상기 제3 게이팅 신호를 상기 트랜스포머 레그의 상기 제3 스위치에 제공하고, 상기 제4 게이팅 신호를 상기 트랜스포머 레그의 상기 제4 스위치에 제공함으로써, 상기 제1 쌍의 제어 신호들을 상기 인덕터 레그로, 그리고 상기 제2 쌍의 제어 신호들을 상기 트랜스포머 레그로 라우팅하도록 구성된,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 PWM 제어기는,
    상기 제2 변조 방식에 대해, 상기 제1 게이팅 신호를 상기 트랜스포머 레그의 상기 제1 스위치에 제공하고, 상기 제2 게이팅 신호를 상기 트랜스포머 레그의 상기 제2 스위치에 제공하고, 상기 제3 게이팅 신호를 상기 인덕터 레그의 상기 제1 스위치에 제공하고, 그리고 제4 게이팅 신호를 상기 인덕터 레그의 상기 제2 스위치에 제공함으로써, 상기 제1 쌍의 제어 신호들을 상기 트랜스포머 레그로, 그리고 상기 제2 쌍의 제어 신호들을 상기 인덕터 레그로 라우팅하도록 구성된,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 PWM 제어기는,
    전류-레벨 특성을 감지하고, 상기 전류-레벨 특성에 기초하여 상기 제1 변조 방식 또는 상기 제2 변조 방식을 구현하도록 더 구성된,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 PWM 제어기는,
    상기 전류-레벨 특성이 전환 임계치(transition threshold)를 초과할 때, 상기 제1 변조 방식으로부터 상기 제2 변조 방식으로 전환하도록 더 구성된,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전환 임계치는,
    제1 전환 임계치
    를 포함하고,
    상기 PWM 제어기는,
    상기 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치 아래로 떨어질 때, 상기 제2 변조 방식으로부터 상기 제1 변조 방식으로 전환하도록 더 구성된,
    재구성 가능한 전력 변환기.
  15. 인덕터 레그 및 트랜스포머 레그를 포함하는 재구성 가능한 전력 변환기를 적응적으로(adaptively) 제어하기 위한 방법에 있어서,
    제1 변조 방식에 따라, 상기 인덕터 레그 및 상기 트랜스포머 레그에 대한 복수의 게이팅 신호들로서, 복수의 제어 신호들을 제공함으로써, 상기 제1 변조 방식을 구현하는 단계;
    전류-레벨 특성을 감지하는 단계;
    상기 전류-레벨 특성이 제1 전환 임계치를 넘을 때, 제2 변조 방식에 따라, 상기 인덕터 레그 및 상기 트랜스포머 레그에 대한 상기 게이팅 신호들로서 제공되는 상기 제어 신호들을 리버스(reverse) 함으로써, 상기 제1 변조 방식으로부터 상기 제2 변조 방식으로 전환하는 단계; 및
    상기 전류-레벨 특성이 제2 전환 임계치를 넘을 때, 상기 제1 변조 방식에 따라, 상기 인덕터 레그 및 상기 트랜스포머 레그에 대한 상기 게이팅 신호들로서 제공되는 상기 제어 신호들을 다시 리버스 함으로써, 상기 제2 변조 방식으로부터 상기 제1 변조 방식으로 다시(back) 전환하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 인덕터 레그는,
    제1 스위치; 및
    제2 스위치
    를 포함하고,
    상기 트랜스포머 레그는,
    제3 스위치; 및
    제4 스위치
    를 포함하되,
    상기 제어 신호들은,
    제1 제어 신호;
    제2 제어 신호;
    제3 제어 신호; 및
    제4 제어 신호
    를 포함하고,
    상기 게이팅 신호들은,
    상기 인덕터 레그의 상기 제1 스위치에 대한 제1 게이팅 신호;
    상기 인덕터 레그의 상기 제2 스위치에 대한 제2 게이팅 신호;
    상기 트랜스포머 레그의 상기 제3 스위치에 대한 제3 게이팅 신호; 및
    상기 트랜스포머 레그의 상기 제4 스위치에 대한 제4 게이팅 신호
    를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 변조 방식에 따라, 상기 인덕터 레그 및 상기 트랜스포머 레그에 대한 상기 게이팅 신호들로서, 상기 제어 신호들을 제공하는 것은,
    상기 제1 제어 신호를 상기 제1 게이팅 신호로서 제공하고;
    상기 제2 제어 신호를 상기 제2 게이팅 신호로서 제공하고;
    상기 제3 제어 신호를 상기 제3 게이팅 신호로서 제공하고; 그리고
    상기 제4 제어 신호를 상기 제4 게이팅 신호로서 제공하는 것
    을 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 변조 방식에 따라, 상기 인덕터 레그 및 상기 트랜스포머 레그에 대한 상기 게이팅 신호들로서 제공되는 상기 제어 신호들을 리버스 하는 것은,
    상기 제1 제어 신호를 상기 제3 게이팅 신호로서 제공하고;
    상기 제2 제어 신호를 상기 제4 게이팅 신호로서 제공하고;
    상기 제3 제어 신호를 상기 제1 게이팅 신호로서 제공하고; 그리고
    상기 제4 제어 신호를 상기 제2 게이팅 신호로서 제공하는 것
    을 포함하는 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 게이팅 신호들에 대해, 상기 인덕터 레그의 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와, 상기 트랜스포머 레그의 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 50% 듀티 사이클 구형파들(duty cycle square waves)로 게이팅하는(gating) 단계
    를 더 포함하는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 전류-레벨 특성은,
    출력 전류 및 전력 중 하나를 포함하는,
    방법.
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