KR102572123B1 - 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터 - Google Patents

소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터 Download PDF

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Abstract

외부로부터 입력되는 전압을 미리 설정된 목표 전압으로 변환하는 스위칭 제어 모듈, 복수개의 브릿지가 마련되고 입력 전원과 스위칭 제어 모듈에 연결되어 부하에 출력 전압을 인가하는 브릿지 모듈 및 출력 전압을 감지하여 출력 전압에 따라 각 브릿지의 동작 모드를 제어하는 브릿지 제어 모듈을 포함하는, 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터를 제공한다.

Description

소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터{MULTIMODE CONVERTER WITH SOFT SWITCHING}
본 발명은 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 전압 범위에서 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터에 관한 것이다.
SMPS(Switching Mode Power Supply)는 전자 계산기, 전자 교환기 및 OA 기기 등과 같은 전자통신 기기의 직류 안정화 전원으로서 폭넓게 이용되고 있다. 이와 같은, SMPS는 크게 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 AC/DC형과 직류전압을 직류전압으로 변환시키는 DC/DC형으로 나뉠 수 있으며, 이는 다시 절연형과 비절연형으로 나뉠 수 있다. 비절연형에는 강압형(Buck Type 또는 Step-Down Type)과 승압형(Boost Type 또는 Step-Up Type) 및 승강압형(Buck-Boost Type)이 있고, 절연형은 주로 트랜스포머를 사용하며 승강압형(Buck-Boost type) 인 플라이백(Flyback), RCC, 그리고 강압형인 포워드(Forward), 하프브리지(Hafl Bridge), 풀브리지(Full Bridge), 푸시풀(Push-Pull) 등이 있다. 이러한 것들은 대개 스위치의 온(ON) 타임을 제어하여 전력을 제어하므로, 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)라고 칭해진다.
그러나, SMPS의 단점은 온/오프시 전압이나 전류를 단속함으로써 전압과 전류가 중첩되어 스위치에서 발생하는 손실(주로 열의 형태로 나타나는 손실)이 스위칭 주파수 및 전류나 인가되는 전압의 크기에 비례하여 증가한다는 것이다. 이는, SMPS의 스위칭 주파수의 증가를 제한하는 요인이 된다. 또한 다른 방식의 파워 서플라이(Linear power supply)에 비하여 EMI 노이즈가 증가하는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위해 스위치의 온/오프시의 전압이나 전류를 영(zero)으로 만드는 방법이 제안되었다. 이때, 전압이 영이 되도록 제어하는 경우를 영전압스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching)이라 하고, 전류가 영이 되도록 제어하는 경우를 영전류스위칭(ZCS: Zero Current Switching)이라 하며, 이를 통칭하여 소프트 스위칭(Soft Switching) 이라 한다. 또한, 이러한 소프트 스위칭에 의해 스위칭 손실을 줄여 효율을 올리기 위해 고안된 전원장치를 넓은 의미로 소프트 스위칭 컨버터라 부른다.
다만, 이러한 방법은 넓은 전압 범위에서 동작하기 위해 트랜스포머, 인덕터, 커패시터 등의 수동 소자의 부피가 커지고 소자의 정격이 최적화되지 못해 가격적인 측면이나, 전력 밀도 측면에서 좋지 않다. 또한, 이러한 방법은 넓은 전압 범위에서 소프트 스위칭의 성취가 가능하도록 최적화 동작을 만족시키는 설계가 불가능하여 전범위에서 높은 효율의 전력 변환이 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 출력 전압에 따라 브릿지의 동작 모드를 제어하여 넓은 전압 범위에서 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은, 외부로부터 입력되는 전압을 미리 설정된 목표 전압으로 변환하는 스위칭 제어 모듈; 복수개의 브릿지가 마련되고, 입력 전원과 상기 스위칭 제어 모듈에 연결되어 부하에 출력 전압을 인가하는 브릿지 모듈; 및 상기 출력 전압을 감지하여 상기 출력 전압에 따라 각 브릿지의 동작 모드를 제어하는 브릿지 제어 모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 브릿지 제어 모듈은, 상기 출력 전압이 미리 설정된 전압 범위를 만족하는 경우 상기 복수개의 브릿지 중 하나 이상의 브릿지의 동작 모드가 하프 브릿지로 변환되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 브릿지 모듈은, 상기 입력 전원에 연결되는 제 1 브릿지; 상기 부하에 연결되고, 상기 제 1 브릿지와 유도 결합되도록 마련되는 제 2 브릿지; 및 상기 제 1 브릿지 또는 상기 제 2 브릿지 중 어느 하나의 브릿지와 연결되고, 상기 스위칭 제어 모듈과 유도 결합되도록 마련되는 제 3 브릿지;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 브릿지 모듈은, 상기 스위칭 제어 모듈이 상기 제 1 브릿지와 직렬 관계 또는 병렬 관계로 연결되는 경우, 상기 제 3 브릿지가 상기 제 2 브릿지와 연결되되, 상기 스위칭 제어 모듈과 상기 제 1 브릿지가 연결된 관계와는 다른 관계로 연결될 수 있다.
또한, 상기 브릿지 모듈은, 상기 스위칭 제어 모듈이 상기 제 2 브릿지와 직렬 관계 또는 병렬 관계로 연결되는 경우, 상기 제 3 브릿지가 상기 제 1 브릿지와 연결되되, 상기 스위칭 제어 모듈과 상기 제 2 브릿지가 연결된 관계와는 다른 관계로 연결될 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터를 제공함으로써, 출력 전압에 따라 브릿지의 동작 모드를 제어하여 넓은 전압 범위에서 소프트 스위칭이 가능할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터의 개략도이다.
도2 내지 도4는 도1의 브릿지 모듈의 동작 모드를 나타낸 회로도이다.
도5 내지 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터의 실시예를 나타낸 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터의 개략도이다.
소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터(1)(이하, 다중 모드 컨버터)는 입력 전원(10)과 부하(30)를 전기적으로 연결시키도록 마련될 수 있다.
이에 따라, 다중 모드 컨버터(1)는 입력 전원(10)으로부터 입력 전압을 입력받을 수 있고, 다중 모드 컨버터(1)는 입력된 입력 전압을 출력 전압으로 변환하여 부하(30)에 인가할 수 있다.
여기에서, 입력 전압은 직류 전압일 수 있으며, 출력 전압은 입력 전압으로부터 미리 설정된 비율에 따라 변환된 직류 전압일 수 있다.
이를 위해, 다중 모드 컨버터(1)는 스위칭 제어 모듈(200), 브릿지 모듈(100) 및 브릿지 제어 모듈(300)을 포함할 수 있다.
또한, 다중 모드 컨버터(1)는 도 1에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 또는, 다중 모드 컨버터(1)는 다중 모드 컨버터(1)에 마련되는 적어도 두 개의 구성요소가 하나의 구성요소로 통합되어 하나의 구성요소가 복합적인 기능을 수행할 수도 있다. 이하, 상술한 구성요소들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
스위칭 제어 모듈(200)은 외부로부터 입력되는 전압을 미리 설정된 목표 전압으로 변환할 수 있다.
여기에서, 목표 전압은 스위칭 제어 모듈(200)로부터 출력되도록 설정되는 전압을 의미할 수 있으며, 이러한 목표 전압은 스위칭 제어 모듈(200)에 마련되는 복수개의 레그(Leg)들에 대한 제어에 의해 변동될 수 있다.
이때, 레그는 전기적인 제어 입력에 따라 통전 또는 차단되는 복수개의 스위치 세트를 의미할 수 있다. 이때, 스위치는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 등의 트랜지스터일 수 있으며, 일 실시예에서, 레그는 직렬 연결되는 복수개의 MOSFET 소자로 구성된 것을 의미할 수 있다.
이때, 제어 입력은 레그 또는 스위치를 통전 또는 차단시키도록 입력되는 전기 신호를 의미할 수 있으며, 예를 들어, 제어 입력은 구형파 등의 파형일 수 있다.
이에 따라, 레그 또는 스위치는 제어 입력에 따라 통전 또는 차단될 수 있고, 이를 통해, 스위칭 제어 모듈(200)은 서로 다른 방식으로 연결된 복수개의 스위치들의 동작 상태에 따라 목표 전압이 결정될 수 있다. 이때, 목표 전압은 외부로부터 입력되는 전압에 대한 비율로 설정될 수도 있다.
또한, 스위칭 제어 모듈(200)은 스위치에 입력되는 제어 입력의 위상을 제어할 수 있으며, 이를 통해, 스위칭 제어 모듈(200)은 턴 온 동작을 수행하는 동안 소프트 스위칭이 가능할 수 있으며, 스위칭 제어 모듈(200)은 턴 오프 동작을 수행하는 동안 전류가 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 제어 모듈(200)은 Buck-Boost Converter, Interleaved Buck-Boost Converter 및 Center tap Buck-Boost Converter 등이 이용될 수 있다.
한편, 스위칭 제어 모듈(200)은 입력 전원(10)에 연결될 수 있으며, 또는, 스위칭 제어 모듈(200)은 부하(30)에 연결될 수도 있다.
이와 같은, 스위칭 제어 모듈(200)은 영전압 스위칭 턴 온(ZVS Turn On)이 가능할 수 있으며, 브릿지 모듈(100)과 연계하는 경우에 전범위 영전압 스위칭 턴 온이 가능하여 높은 효율을 달성할 수 있다. 더욱이, 스위칭 제어 모듈(200)은 턴 오프 전류의 조절이 가능할 수 있다.
또한, 스위칭 제어 모듈(200)은 Regulated Converter로서, 스위칭 제어 모듈(200)의 스위치는 비절연 컨버터(Buck-Boost Converter)와 DCX 1차 측의 스위치를 공용으로 이용하여 소자 수를 줄일 수 있으며, 이를 통해, 가격적, 부피적 측면에서 유리할 수 있다.
브릿지 모듈(100)은 복수개의 브릿지(110, 130, 150)가 마련될 수 있고, 브릿지 모듈(100)은 입력 전원(10)과 스위칭 제어 모듈(200)에 연결되어 부하에 출력 전압을 인가할 수 있다.
여기에서, 브릿지(110, 130, 150)는 복수개의 스위치가 풀 브릿지로 연결되도록 마련된 것일 수 있으며, 이를 통해, 브릿지(110, 130, 150)는 입력 전압과 출력 전압의 비율을 제어할 수 있다.
이때, 브릿지(110, 130, 150)는 복수개의 스위치 중 하나 이상의 스위치의 동작 상태가 제어될 수 있으며, 이를 통해, 브릿지(110, 130, 150)는 풀 브릿지 또는 하프 브릿지로 동작하도록 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 브릿지(110, 130, 150)는 제 1 스위치와 제 2 스위치가 직렬 연결되어 제 1 레그로서 마련될 수 있고, 브릿지(110, 130, 150)는 제 3 스위치와 제 4 스위치가 직렬 연결되어 제 2 레그로서 마련될 수 있다. 이때, 브릿지(110, 130, 150)는 제 1 레그와 제 2 레그가 병렬 연결되도록 마련될 수 있다.
이러한 경우에, 브릿지(110, 130, 150)는 제어 입력에 따라 제 2 레그가 차단 상태가 되는 경우, 직렬 연결된 제 1 스위치와 제 2 스위치에 의해 입력 전압과 출력 전압의 비율이 결정되는 하프 브릿지로 운용될 수 있다.
다시 말해서, 하프 브릿지는 제 1 레그만이 통전된 상태를 의미할 수 있다.
이에 따라, 다중 모드 컨버터(1)는 입력 전압과 출력 전압의 비율이 달라지도록 복수개의 브릿지(110, 130, 150)의 동작 모드를 설정할 수 있다.
예를 들어, 브릿지(110, 130, 150)는 제어 입력에 따라 제 1 레그와 제 2 레그가 통전되는 풀 브릿지로 운용되는 경우, 각 레그를 구성하는 복수개의 스위치가 50 퍼센트의 듀티 비율로 동작하도록 마련될 수 있고, 브릿지(110, 130, 150)는 제어 입력에 따라 제 1 레그가 통전되고 제 2 레그가 차단되는 하프 브릿지로 운용되는 경우, 제 1 레그의 제 1 스위치가 0 퍼센트의 듀티 비율로 동작하고 제 2 스위치가 100 퍼센트의 듀티 비율로 동작하도록 마련될 수 있다.
이를 위해, 브릿지 모듈(100)은 제 1 브릿지(110), 제 2 브릿지(130) 및 제 3 브릿지(150)를 포함할 수 있다.
제 1 브릿지(110)는 입력 전원(10)에 연결될 수 있다.
제 2 브릿지(130)는 부하(30)에 연결될 수 있고, 제 2 브릿지(130)는 제 1 브릿지(110)와 유도 결합되도록 마련될 수 있다.
여기에서, 유도 결합은 제 1 브릿지(110)에 1 차측 권선이 마련되고, 제 2 브릿지(130)에 2 차측 권선이 마련되어, 1 차측 권선에 흐르는 전류에 의해 2 차측 권선에 유도 전류가 유도되도록 결합되는 것일 수 있다.
제 3 브릿지(150)는 제 1 브릿지(110) 또는 제 2 브릿지(130) 중 어느 하나의 브릿지와 연결될 수 있고, 제 3 브릿지(150)는 스위칭 제어 모듈(200)과 유도 결합되도록 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)이 제 1 브릿지(110)와 직렬 관계 또는 병렬 관계로 연결되는 경우, 제 3 브릿지(150)가 제 2 브릿지(130)와 연결되되, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 연결된 관계와는 다른 관계로 연결되도록 마련될 수 있다.
다시 말해서, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 직렬 연결되는 경우, 제 3 브릿지(150)와 제 2 브릿지(130)가 병렬 연결될 수 있고, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 병렬 연결되는 경우, 제 3 브릿지(150)와 제 2 브릿지(130)가 직렬 연결될 수 있다.
이와 관련하여, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 병렬 연결되고, 제 3 브릿지(150)와 제 2 브릿지(130)가 직렬 연결되는 경우, 제 2 브릿지(130)에 마련된 2 차측 권선과 제 3 브릿지(150)에 마련된 2 차측 권선을 직렬 연결할 수 있으며, 이러한 경우에, 브릿지 모듈(100)은 제 3 브릿지(150)와 제 2 브릿지(130)를 통합하여 하나의 브릿지로 대체할 수 있다.
다시 말해서, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 병렬 연결되고, 제 1 브릿지(110)에 유도 결합된 2 차측 권선과 스위칭 제어 모듈(200)에 유도 결합된 2 차측 권선이 직렬 연결되는 경우, 직렬 연결된 복수개의 2 차측 권선에 하나의 브릿지인 제 4 브릿지(170)를 연결할 수 있다.
여기에서, 제 4 브릿지(170)는 제 1 스위치(171)와 제 2 스위치(173)가 직렬 연결되어 제 1 레그로서 마련될 수 있고, 제 4 브릿지(170)는 제 3 스위치(175)와 제 4 스위치(177)가 직렬 연결되어 제 2 레그로서 마련될 수 있다.
이때, 제 4 브릿지(170)는 제 1 레그와 제 2 레그가 병렬 연결되도록 마련될 수 있다.
이를 통해, 제 4 브릿지(170)는 제어 입력에 따라 제 2 레그가 차단 상태가 되는 경우, 직렬 연결된 제 1 스위치와 제 2 스위치에 의해 입력 전압과 출력 전압의 비율이 결정되는 하프 브릿지로 운용될 수 있고, 제 4 브릿지(170)는 제어 입력에 따라 제 1 레그와 제 2 레그가 통전 상태가 되는 경우, 풀 브릿지로 운용될 수 있다.
한편, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)이 제 2 브릿지(130)와 직렬 관계 또는 병렬 관계로 연결되는 경우, 제 3 브릿지(150)가 제 1 브릿지(110)와 연결되되, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 2 브릿지(130)가 연결된 관계와는 다른 관계로 연결될 수 있다.
다시 말해서, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)과 제 2 브릿지(130)가 직렬 연결되는 경우, 제 3 브릿지(150)와 제 1 브릿지(110)가 병렬 연결될 수 있고, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)과 제 2 브릿지(130)가 병렬 연결되는 경우, 제 3 브릿지(150)와 제 1 브릿지(110)가 직렬 연결될 수 있다.
한편, 이와 같은, 브릿지 모듈(100)은 Unregulated Converter로서, 고정 주파수 DCX 동작이 가능할 수 있으며, 이에 따라, 다중 모드 컨버터(1)의 절연측에서 최적 설계가 가능하여 컨버터의 부피와 정격 측면에서 최소화된 소자 선정이 가능할 수 있다. 더욱이, 컨버터의 동작 측면에서도 최적화 설계가 가능하여 고효율의 컨버터 설계가 가능할 수 있다.
브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압을 감지하여 출력 전압에 따라 각 브릿지(110, 130, 150)의 동작 모드를 제어할 수 있다.
이때, 출력 전압은 입력 전압에 대해 스위칭 제어 모듈(200)에서 출력되도록 설정된 전압을 의미할 수 있으며, 또는, 출력 전압은 부하(30)에서 요구되는 전압을 의미할 수도 있다.
이를 위해, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압이 미리 설정된 전압 범위를 만족하는 경우 복수개의 브릿지(110, 130, 150) 중 하나 이상의 브릿지(110, 130, 150)의 동작 모드가 하프 브릿지로 변환되도록 제어할 수 있다.
이때, 브릿지 제어 모듈(300)이 각 브릿지(110, 130, 150)의 동작 모드를 제어하는 것은 각 브릿지(110, 130, 150)에 마련된 복수개의 레그에 입력되는 전압 또는 전류를 제어하는 것으로 이해할 수 있으며, 이를 통해, 브릿지 제어 모듈(300)은 각 브릿지(110, 130, 150)에 마련된 복수개의 레그가 각각 통전 또는 차단되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 브릿지 제어 모듈(300)은 제 1 브릿지(110)에 마련된 복수개의 레그 중 제 2 레그가 차단되고 제 1 레그가 통전되도록 제어할 수 있고, 이러한 경우에, 제 1 브릿지(110)는 하프 브릿지로 동작할 수 있다.
또한, 브릿지 제어 모듈(300)은 하나 이상의 브릿지(110, 130, 150)의 동작 모드가 하프 브릿지로 변환되도록 설정된 전압 범위와는 다른 전압 범위를 출력 전압이 만족하는 경우, 복수개의 브릿지(110, 130, 150)의 동작 모드가 풀 브릿지로 동작하도록 제어할 수 있다.
이와 관련하여, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압에 대해 서로 다른 복수개의 전압 범위가 설정되어, 각각에 전압 범위에 따라 서로 다른 동작 모드로 각각의 브릿지(110, 130, 150)의 동작 모드를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압에 대해 6 개의 전압 범위가 설정될 수 있다.
이에 따라, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압이 제 1 전압 범위를 만족하는 경우 제 1 브릿지(110)가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 제 2 브릿지(130)와 제 3 브릿지(150)가 풀 브릿지로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압이 제 2 전압 범위를 만족하는 경우, 제 1 브릿지(110)와 제 3 브릿지(150)가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 제 2 브릿지(130)가 풀 브릿지로 동작하도록 제어할 수 있다.
또한, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압이 제 3 전압 범위를 만족하는 경우, 제 1 브릿지(110), 제 2 브릿지(130) 및 제 3 브릿지(150)가 풀 브릿지로 동작하도록 제어할 수 있고, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압이 제 4 전압 범위를 만족하는 경우, 제 3 브릿지(150)가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 제 1 브릿지(110) 및 제 2 브릿지(130)가 풀 브릿지로 동작하도록 제어할 수 있다.
또한, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압이 제 5 전압 범위를 만족하는 경우, 제 2 브릿지(130)가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 제 1 브릿지(110) 및 제 3 브릿지(150)가 풀 브릿지로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 브릿지 제어 모듈(300)은 출력 전압이 제 6 전압 범위를 만족하는 경우, 제 2 브릿지(130) 및 제 3 브릿지(150)가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 제 1 브릿지(110)가 풀 브릿지로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 다중 모드 컨버터(1)는 LC Tank(500)를 더 포함할 수 있으며, LC Tank(500)는 다중 모드 컨버터(1)의 1 차측 회로에 흐르는 전류와 2 차측 회로에 흐르는 전류가 공진하도록 마련될 수 있다.
이와 같은, LC Tank(500)는 제 1 브릿지(110)의 권선 측에 마련될 수 있고, LC Tank(500)는 제 3 브릿지(150)의 권선 측에 마련될 수 있다.
도2 내지 도4는 도1의 브릿지 모듈의 동작 모드를 나타낸 회로도이다.
도2 내지 도4는 제 1 브릿지(110)와 제 2 브릿지(130)를 나타낸 회로도이며, 도2를 참조하면, 제 1 브릿지(110)와 제 2 브릿지(130)가 풀 브릿지로 운용되는 것을 확인할 수 있고, 도3을 참조하면, 제 1 브릿지(110)가 하프 브릿지로 운용되고 제 2 브릿지(130)가 풀 브릿지로 운용되는 것을 확인할 수 있다.
이러한 경우에, 브릿지 제어 모듈(300)은 제 1 브릿지(110)에 마련된 복수개의 스위치 중 제 3 스위치(115)가 차단되도록 제어하고 제 1 스위치(111) 및 제 2 스위치(113)가 통전되도록 제어할 수 있다.
이를 통해, 브릿지 제어 모듈(300)은 제 1 브릿지(110)가 하프 브릿지로 동작하도록 제어할 수 있다.
도4를 참조하면, 제 1 브릿지(110)가 풀 브릿지로 운용되고 제 2 브릿지(130)가 하프 브릿지로 운용되는 것을 확인할 수 있다.
이러한 경우에, 브릿지 제어 모듈(300)은 제 2 브릿지(130)에 마련된 복수개의 브릿지 중 제 3 스위치(135)가 차단되도록 제어하고 제 1 스위치(131) 및 제 2 스위치(133)가 통전되도록 제어할 수 있다.
도5 내지 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도5 및 도7을 참조하면, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 연결된 경우의 브릿지 모듈(100)을 확인할 수 있다.
이와 같이, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)이 제 1 브릿지(110)와 직렬 관계 또는 병렬 관계로 연결되는 경우, 제 3 브릿지(150)가 제 2 브릿지(130)와 연결되되, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 연결된 관계와는 다른 관계로 연결되도록 마련될 수 있다.
보다 상세하게, 도5를 참조하면, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 병렬 연결되고, 제 3 브릿지(150)와 제 2 브릿지(130)가 직렬 연결된 브릿지 모듈(100)을 확인할 수 있다.
또한, 도7을 참조하면, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 직렬 연결되고, 제 3 브릿지(150)와 제 2 브릿지(130)가 병렬 연결된 브릿지 모듈(100)을 확인할 수 있다.
한편, 도6 및 도8을 참조하면, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 2 브릿지(130)가 연결된 경우의 브릿지 모듈(100)을 확인할 수 있다.
이와 같이, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)이 제 2 브릿지(130)와 직렬 관계 또는 병렬 관계로 연결되는 경우, 제 3 브릿지(150)가 제 1 브릿지(110)와 연결되되, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 2 브릿지(130)가 연결된 관계와는 다른 관계로 연결될 수 있다.
보다 상세하게, 도6을 참조하면, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 2 브릿지(130)가 직렬 연결되고, 제 3 브릿지(150)와 제 1 브릿지(110)가 병렬 연결된 브릿지 모듈(100)을 확인할 수 있다.
또한, 도8을 참조하면, 스위칭 제어 모듈(200)과 제 2 브릿지(130)가 병렬 연결되고, 제 3 브릿지(150)와 제 1 브릿지(110)가 직렬 연결된 브릿지 모듈(100)을 확인할 수 있다.
한편, 도9를 참조하면, 복수개의 2 차측 권선이 직렬 연결되어 제 4 브릿지(170)가 2 차측 권선에 연결된 브릿지 모듈(100)을 확인할 수 있다.
이와 관련하여, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 병렬 연결되고, 제 3 브릿지(150)와 제 2 브릿지(130)가 직렬 연결되는 경우, 제 2 브릿지(130)에 마련된 2 차측 권선과 제 3 브릿지(150)에 마련된 2 차측 권선을 직렬 연결할 수 있으며, 이러한 경우에, 브릿지 모듈(100)은 제 3 브릿지(150)와 제 2 브릿지(130)를 통합하여 하나의 브릿지로 대체할 수 있다.
다시 말해서, 브릿지 모듈(100)은 스위칭 제어 모듈(200)과 제 1 브릿지(110)가 병렬 연결되고, 제 1 브릿지(110)에 유도 결합된 2 차측 권선과 스위칭 제어 모듈(200)에 유도 결합된 2 차측 권선이 직렬 연결되는 경우, 직렬 연결된 복수개의 2 차측 권선에 하나의 브릿지인 제 4 브릿지(170)를 연결할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 다중 모드 컨버터
10: 입력 전원 30: 부하
100: 브릿지 모듈 110: 제 1 브릿지
130: 제 2 브릿지 150: 제 3 브릿지
111, 131, 151: 제 1 스위치 113, 133, 153: 제 2 스위치
115, 135, 155: 제 3 스위치 117, 137, 157: 제 4 스위치
200: 스위칭 제어 모듈 300: 브릿지 제어 모듈
500: LC Tank

Claims (5)

  1. 외부로부터 입력되는 전압을 미리 설정된 목표 전압으로 변환하는 스위칭 제어 모듈;
    복수개의 브릿지가 마련되고, 입력 전원과 상기 스위칭 제어 모듈에 연결되어 부하에 출력 전압을 인가하는 브릿지 모듈; 및
    상기 출력 전압을 감지하여 상기 출력 전압에 따라 각 브릿지의 동작 모드를 제어하는 브릿지 제어 모듈;을 포함하고,
    상기 브릿지 제어 모듈은,
    상기 출력 전압이 미리 설정된 전압 범위를 만족하는 경우 상기 복수개의 브릿지 중 하나 이상의 브릿지의 동작 모드가 하프 브릿지로 변환되도록 제어하고,
    상기 브릿지 모듈은,
    상기 입력 전원에 연결되는 제 1 브릿지;
    상기 부하에 연결되고, 상기 제 1 브릿지와 유도 결합되도록 마련되는 제 2 브릿지; 및
    상기 제 1 브릿지 또는 상기 제 2 브릿지 중 어느 하나의 브릿지와 연결되고, 상기 스위칭 제어 모듈과 유도 결합되도록 마련되는 제 3 브릿지;를 포함하고,
    상기 브릿지 제어 모듈은 상기 출력 전압에 대해 복수개의 전압 범위가 설정 되고,
    상기 복수개의 전압 범위는,
    상기 제 1 브릿지가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 상기 제 2 브릿지와 제 3 브릿지가 풀 브릿지로 동작하도록 제어하는 출력 전압 범위인 제 1 전압 범위;
    상기 제 1 브릿지와 제 3 브릿지가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 상기 제 2 브릿지가 풀 브릿지로 동작하도록 제어하는 출력 전압 범위인 제 2 전압 범위;
    상기 제 1 브릿지, 상기 제 2 브릿지 및 상기 제 3 브릿지가 풀 브릿지로 동작하도록 제어하는 출력 전압 범위인 제 3 전압 범위;
    상기 제 3 브릿지가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 상기 제 1 브릿지 및 상기 제 2 브릿지가 풀 브릿지로 동작하도록 제어하는 출력 전압 범위인 제 4 전압 범위;
    상기 제 2 브릿지가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 제 1 브릿지 및 제 3 브릿지가 풀 브릿지로 동작하도록 제어하는 출력 전압 범위인 제 5 전압 범위; 및
    상기 제 2 브릿지 및 상기 제 3 브릿지가 하프 브릿지로 동작하도록 제어하고 상기 제 1 브릿지가 풀 브릿지로 동작하도록 제어하는 출력 전압 범위인 제 6 전압 범위;를 포함하는 것인, 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 브릿지 모듈은,
    상기 스위칭 제어 모듈이 상기 제 1 브릿지와 직렬 관계 또는 병렬 관계로 연결되는 경우, 상기 제 3 브릿지가 상기 제 2 브릿지와 연결되되, 상기 스위칭 제어 모듈과 상기 제 1 브릿지가 연결된 관계와는 다른 관계로 연결되는, 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 브릿지 모듈은,
    상기 스위칭 제어 모듈이 상기 제 2 브릿지와 직렬 관계 또는 병렬 관계로 연결되는 경우, 상기 제 3 브릿지가 상기 제 1 브릿지와 연결되되, 상기 스위칭 제어 모듈과 상기 제 2 브릿지가 연결된 관계와는 다른 관계로 연결되는, 소프트 스위칭이 가능한 다중 모드 컨버터.

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