KR20100012880A - 양방향 ｄｃ/ｄｃ 컨버터 - Google Patents

양방향 ｄｃ/ｄｃ 컨버터 Download PDF

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Abstract

승압 전압을 광범위하게 제어할 수 있는 양방향 DC/DC 컨버터에 있어서, 제1-제6 스위치(Q3-Q8)를, 각각 2개씩 직렬로, 고전압측의 +측 단자와 -측 단자의 사이에 접속한 3개의 직렬 회로(3)와, 일차 권선을 직렬로 접속하며, 상기 일차 권선의 입력 단자(T1LM, T1L, T2LM, T2L)와, 상기 스위칭 소자의 접속점(K1-K3)을 접속한 2개의 트랜스(1, 2)와, 상기 트랜스의 이차 권선은 각각 중점(P1, P2)에서 분할되고, 상기 중점은 저전압측의 -측 단자에 접속되며, 상기 이차 권선의 각 단자(T1AM, T1B, T2AM, T2B)를 상기 저전압측의 +측 단자에 접속하는 제7-제10 스위치(Q9-Q12)를 구비한 DC/DC 컨버터.

Description

양방향 ＤＣ/ＤＣ 컨버터{BIDIRECTIONAL DC/DC CONVERTER}
본 발명은 양방향 DC/DC 컨버터에 관한 것으로, 특히, 넓은 입력 전압의 범위에서 소정의 출력 전압으로 전압을 변경하는 것(전압을 강하시키는 것 또는 전압을 상승시키는 것)을 가능하게 한 양방향 DC/DC 컨버터에 관한 것이다.
본원은 2007년 6월 28일에 출원된 일본 특허 제2007-171087호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
통상, DC/DC 컨버터는, 한 방향으로, 즉 고압측 전압에서 저압측 전압으로 전압을 강하시키는 구성, 혹은 저압측 전압에서 고압측 전압으로 전압을 상승시키는 구성으로 되어 있다.
차량에서는, 각각 상이한 전압값(고압측 전압 및 저압측 전압)을 갖는 배터리를 이용하는 2개의 직류 전원계를 갖는다.
그 때문에, 고효율을 요구하는 차량에서, 2개의 직류 전원계간, 즉 저압에서 고압, 혹은 고압측 전압에서 저압측 전압으로의 전압 변환을 상호 행하여, 한정된 에너지를 효율적으로 이용하는 것이 제안되어 있다.
상호 전력을 융통하는 경우, 일반적으로, 직류 전원계간에 직류 승압 회로와 직류 강압 회로를 병렬로 배치하고, 이들을 적절하게 사용하는 양방향의 DC/DC 컨 버터의 구성이 채용되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-165448호 공보
발명의 개시
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 특허문헌 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터에서는, 트랜스의 일차측과 이차측의 권수비에 따라, 양방향으로 변환할 수 있는 전압값, 특히 승압 동작 시에, 저압측 전압의 전압값에 의해, 승압 전압의 상한이 제한되어 버리는 문제가 있다.
예컨대, 종래의 DC/DC 컨버터에서, 50 V-100 V의 입력 전압을 10 V로 전압을 강하시키는 구성, 즉 강압에 대응한 권수비로 구성한 경우, 전압을 상승시킬 때에 50 V를 넘는 전압을 생성할 수 없다.
그 때문에, 종래예에서는, 전압을 내리기 위한 비율로 설정한 권수비를 이용하여 전압을 상승시키는 경우, 원하는 전압값으로 상승시킨 전압을 얻기 위해서는, 별도로 승압 회로를 형성할 필요가 있다. 그 결과, 부품의 수가 증가하고, 또한 회로 규모가 커지는 문제가 있다.
또한, 승압 동작에서, 고전압측에 어떠한 이상이 발생하였기 때문에, 승압 전압의 전압값을 저하시키는 경우, 전압값을 0 V 근방으로까지 저하시킬 수 없었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어졌다. 본 발명은 승압 전압의 생성 범위를 종래예에 비교하여, 승압 전압의 전압값의 상한값 및 하한값을 권선비에 대응한 전압값에 제한되지 않고 넓게(실질적으로 상한값은 권수비의 2배의 전압이며, 하한값은 0 V 근방) 설정할 수 있으며, 또한 부품의 수를 종래에 비하여 삭감할 수 있어, 컨버터 회로의 소형화가 용이한 양방향 DC/DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
고전압측과 저전압측의 상호간에서, 전압을 변환하는 본 발명의 양방향 DC/DC 컨버터는, 제1 일차측 권선과, 제1 중점에서 분할된 제1 권선 및 제2 권선으로 이루어지는 제1 이차측 권선을 갖는 제1 트랜스와, 상기 제1 일차측 권선에 직렬로 접속된 제2 일차측 권선과, 제2 중점에서 분할된 제3 권선 및 제4 권선으로 이루어지며, 상기 제1 이차측 권선과 병렬로 접속되는 제2 이차측 권선을 갖는 제2 트랜스와, 상기 제1 일차측 권선의 일단 및 제2 일차측 권선의 일단의 접속점과, 고전압측의 +측 단자의 사이에 삽입된 제1 스위치와, 상기 접속점과 고전압측의 -측 단자 사이에 삽입된 제2 스위치와, 상기 제1 일차측 권선의 타단과 상기 고전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제3 스위치와, 상기 제1 일차측 권선의 타단과 상기 고전압측의 -측 단자 사이에 삽입된 제4 스위치와, 상기 제2 일차측 권선의 타단과 상기 고전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제5 스위치와, 상기 제2 일차측 권선의 타단과 상기 고전압측의 -측 단자 사이에 삽입된 제6 스위치와, 상기 제1 권선측의 제1 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제7 스위치와, 상기 제2 권선측의 제1 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제8 스위치와, 상기 제3 권선측의 제2 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제9 스위치와, 상기 제4 권선측의 제2 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제10 스위치를 포함하고, 상기 제1 중점 및 상기 제2 중점은 상기 저전압측의 -측 단자에 접속되며, 상기 제7 스위치, 상기 제8 스위치, 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치는 상기 저전압측의 +측 단자에 이차측 권선의 상기 제1 권선측의 단자, 상기 제2 권선측의 단자, 상기 제3 권선측의 단자, 및 상기 제4 권선측의 단자 각각을 접속한다.
본 발명의 양방향 DC/DC 컨버터는, 상기 제7 내지 제10 스위치를 제어하는 제2 제어 회로와, 상기 제1 일차측 권선 및 상기 제2 일차측 권선에 접속된 제1 정류 회로를 더 포함하여도 좋고, 승압 동작에 있어서, 상기 제2 제어 회로가, 상기 제1 권선측의 제1 이차 권선의 단자 및 상기 제2 권선측의 제1 이차 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자의 접속이 제1 주기마다 변화하도록 상기 제7 스위치 및 상기 제8 스위치를 제어하며, 상기 제1 주기마다 상기 제1 일차측 권선에 흐르는 전류의 방향이 반대가 되도록 푸시풀 동작시키고, 또한, 상기 제3 권선측의 제2 이차 권선의 단자 및 상기 제4 권선측의 제2 이차 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자의 접속이 제2 주기마다 변화하도록 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치를 제어하며, 상기 제2 일차측 권선에 흐르는 전류의 방향이 상기 제1 일차측 권선에 흐르는 전류와 동일 방향이 되도록, 상기 제2 주기마다 상기 제2 일차측 권선에 흐르는 전류의 방향이 반대가 되도록 푸시풀 동작시키고, 상기 제1 정류 회로로부터 출력되는 상기 제1 일차측 권선 및 제2 일차측 권선에 유도되는 전압의 합의 전압을, 상기 제1 정류 회로가 평활화하여 승압 전압으로서 출력하여도 좋다.
본 발명의 양방향 DC/DC 컨버터에 있어서, 상기 제2 제어 회로가, 상기 제7 스위치 및 상기 제8 스위치와, 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치의 온/오프의 타이밍을 각각 위상 제어하여, 상기 승압 전압을 미리 설정된 전압으로 하여도 좋다.
본 발명의 양방향 DC/DC 컨버터에 있어서, 상기 제2 제어 회로가 위상 제어에 의해 상기 제7 스위치 및 상기 제8 스위치와, 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치의 온/오프에서의 타이밍을 각각 위상 제어하고, 또한 상기 제7 내지 제10 스위치 각각을 온하는 시간을 펄스폭 제어함으로써 상기 승압 전압을 미리 설정된 전압으로 하여도 좋다.
본 발명의 양방향 DC/DC 컨버터는, 상기 제1 내지 제6 스위치를 제어하여, 상기 접속점과 상기 제1 일차측 권선의 타단 및 상기 제2 일차측 권선 타단 각각을 상기 고전압측의 +측 단자 및 -측 단자 중 어느 하나에 접속시키는 제1 제어 회로와; 상기 제1 권선 및 상기 제2 권선에 접속된 제2 정류 회로와; 상기 제2 정류 회로의 출력에, 출력이 병렬로 접속되며, 상기 제3 권선 및 상기 제4 권선에 접속된 제3 정류 회로를 더 포함하여도 좋고, 강압 동작에 있어서, 상기 제1 제어 회로가 상기 제1 내지 제6 스위치의 온/오프를 제3 주기마다 변화하도록 제어하며, 상기 제3 주기마다 상기 제1 일차측 권선과 제2 일차측 권선에 흐르는 전류의 방향을 반대로 하고, 상기 제2 정류 회로가 상기 제1 권선 및 상기 제2 권선에 생성되는 전압을 정류하며, 상기 제3 정류 회로가 상기 제3 권선 및 상기 제4 권선에 생성되는 전압을 정류하고, 상기 제2 정류 회로 및 상기 제3 정류 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하여 출력하여도 좋다.
본 발명의 양방향 DC/DC 컨버터에 있어서는, 강압 동작에서, 상기 제1 제어 회로는 전압이 강하된 출력 전압에 대응하여, 상기 제1 내지 제6 스위치 각각을 온/오프하는 타이밍을 위상 제어하여, 상기 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 하여도 좋다.
본 발명의 양방향 DC/DC 컨버터에 있어서는, 강압 동작에서, 상기 제1 제어 회로는 전압이 강하된 출력 전압에 대응하여, 상기 제1 내지 제6 스위치 각각을 온하는 시간을 펄스폭 제어하여, 상기 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 하여도 좋다.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 고전압으로부터 저전압의 강압 동작에서, 제1 트랜스의 이차측 권선과 제2 트랜스의 이차측 권선이 병렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 종래예와 마찬가지로 권선비 및 스위칭의 제어에 의해 소정의 전압을 얻을 수 있다. 또한, 저전압으로부터 고전압의 승압 동작에서, 제1 트랜스의 일차측 권선과 제2 트랜스의 일차측 권선이 직렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 각각의 권선에 유도되는 전압에서 얻어지는 전압이 가산된다(각 일차 권선에 유도되는 전압의 합의 전압을 얻을 수 있음). 이에 따라, 트랜스의 권선비에 대응하여 전압이 상승하는 것에 더하여, 2개의 트랜스의 각 일차 권선에 유도된 전압이 가산된다. 그 결과, 용이하게 높은 전압값으로 전압을 상승시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 승압 동작에서, 제1 및 제2 트랜스의 일차 권선을 직렬로 접속하여, 승압 전압을 높게 하였다. 또한, 제1 및 제2 트랜스 각각의 이차 권선의 구동을 위상 제어하고, 또한 위상을 180°시프트하여 승압 전압의 전압값을 위상 제어가 설정할 수 있는 하한값으로 하였을 때, 제7∼제10 스위치를 온하는 시간을 펄스폭(PWM) 제어한다. 이에 따라, 유도되는 전압의 전압값을 0 V까지 저하할 수 있다. 이 때문에, 승압 동작에서의 승압 전압의 전압값의 범위를 0 V에서 권선비에 대응한 전압값의 2배까지로 하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 출력되는 승압 전압의 범위를, 종래의 DC/DC 컨버터에 비교하여 대폭 확대할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따르면, 전술한 바와 같이, 2개의 트랜스의 일차측 권선 간을 직렬로 접속하며, 이차측 권선 간을 병렬로 접속하고(단, 이차측 권선 간에는 스위칭이 삽입되어 있음) 있다. 이 구성에서, 전압을 강하시킬 때에 병렬로 접속된 이차측 권선에 유도되는 출력 전압을 이용하며, 전압을 상승시킬 때에 직렬로 접속된 일차측 권선에 유도되는 출력 전압을 이용한다. 또한, 스위치를 위상 제어 및 펄스폭 제어를 조합시켜 온/오프 제어한다. 이 때문에, 종래와 같이, 권선비로는 대응할 수 없는 승압 전압에 대응하기 위해 별도의 승압 회로를 설치할 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 따르면, 종래예에 비교하여 승압 전압을 광범위하게 제어할 수 있으며, 또한 종래예에 비교하여 부품의 수를 억제하여, 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 구성예를 나타 내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 승압 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3A는 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 승압 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 3B는 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 승압 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 3C는 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 승압 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 4는 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 승압 동작의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 5는 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 승압 동작의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 6은 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 강압 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7A는 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 강압 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 7B는 도 1에 나타내는 양방향 DC/DC 컨버터의 강압 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
<부호의 설명>
1, 2: 트랜스 1L, 2L: 일차측 권선
1LL, 2LL: 누설 인덕터 1A, 1B, 2A, 2B: 이차측 권선
3: 일차측 직교 변환부 4: 이차측 직교 변환부
5: 제1 제어 회로 6: 제2 제어 회로
B1,B2: 배터리
D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12: 다이오드
Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, Q11, Q12: 트랜지스터
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 본 발명의 일실시형태에 따른 양방향 DC/DC(Direct Current/Direct Current) 컨버터를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 동실시형태의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시형태에 따른 DC/DC 컨버터는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 고전압(VoH)의 배터리(B1)와, 저전압(VoL)의 배터리(B2) 사이에서, 전압값이 저하한 한 쪽에 대하여, 다른 쪽으로부터 에너지를 보완하여 전압값의 저하를 억제하기 위해 이용한다.
도 1에서, 본 실시형태에 따른 양방향 DC/DC 컨버터는, 승압 처리의 전압 변환(에너지 변환)에서, 이차측 직교 변환부(4)가 배터리(B2)에서의 직류의 저전압(VoL)을, 일단, 단상 직사각형파 교류 전압으로 변환한다. 일차측 직교 변환부(3) 가 그 단상 직사각형파 교류 전압을 정류하여 직류의 고전압(VoH)으로 변환한다.
한편, 양방향 DC/DC 인버터는, 강압 처리의 에너지 변환에서, 일차측 직교 변환부(3)가 배터리(B1)에서의 직류의 고전압(VoH)을, 일단, 단상 직사각형파 교류 전압으로 변환한다. 이차측 직교 변환부(4)가 그 단상 직사각형파 교류 전압을 정류하여 직류의 저전압(VoL)으로 변환한다.
도 1에서, 일차측 직교 변환부(3)는, N채널형 MOS 트랜지스터(이하, 트랜지스터라고 칭함)(Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8)와, 제1 제어 회로(5)로 구성된다. 일차측 직교 변환부(3)는 인버터 구성으로 되어 있다.
트랜지스터(Q3, Q5, Q7)의 드레인은 각각 고전압 배터리(B1)의 +측 단자(TVoH)에 접속되어 있다.
트랜지스터(Q4, Q6, Q8)의 소스는 각각 고전압 배터리(B1)의 -측 단자(TVoHL)에 접속되어 있다.
트랜지스터(Q3)의 소스는 트랜지스터(Q4)의 드레인과 접속점(K1)에서 접속하고 있다. 트랜지스터(Q5)의 소스는 트랜지스터(Q6)의 드레인과 접속점(K2)에서 접속하며, 트랜지스터(Q7)의 소스는 트랜지스터(Q8)의 드레인과 접속점(K3)에서 접속되어 있다.
트랜지스터(Q3, Q4, Q5, Q6, Q7 및 Q8)의 게이트에 대하여, 제1 제어 회로(5)로부터 제어 신호(S3, S4, S5, S6, S7, S8) 각각이 입력되어 있다.
제1 제어 회로(5)는, 각 제어 신호를 「H」레벨 또는 「L」레벨로 출력하여, 일차측 권선(1L)과 일차측 권선(2L)의 각각에 흐르는 전류의 방향을, 일정한 주기로 역상이 되도록 제어한다. 이에 따라, 트랜스(1)의 일차측 권선(1L)과 트랜스(2)의 일차측 권선(2L)의 각각에 대하여 단상 직사각형파 교류 전압이 인가된다.
이차측 직교 변환부(4)는, N채널형 MOS 트랜지스터(이하, 트랜지스터라고 칭함)(Q9, Q10, Q11, Q12)와, 제2 제어 회로(6)로 구성되어 있다.
트랜지스터(Q9 및 Q10)의 드레인은 각각 저전압 배터리의 +측 단자(TVoL)에 접속되어 있다.
마찬가지로, 트랜지스터(Q11 및 Q12)의 드레인은 각각 저전압 배터리의 +측 단자(TVoL)에 접속되어 있다.
트랜지스터(Q9)의 소스는 트랜스(1)에서의 권선(1A)의 단자(T1AM)[트랜스(1)의 이차측 권선의 일단]에 접속된다. 트랜지스터(Q9)의 게이트에 제2 제어 회로(6)로부터 제어 신호(S9)가 입력된다.
트랜지스터(Q10)의 소스는 트랜스(1)에서의 권선(1B)의 단자(T1B)[트랜스(1)의 이차측 권선의 타단]에 접속된다. 트랜지스터(Q10)의 게이트에 제2 제어 회로(6)로부터 제어 신호(S10)가 입력된다.
트랜지스터(Q11)의 소스는 트랜스(2)에서의 권선(2A)의 단자(T2AM)[트랜스(2)의 이차측 권선의 일단]에 접속된다. 트랜지스터(Q11)의 게이트에 제2 제어 회 로(6)로부터 제어 신호(S11)가 입력된다.
트랜지스터(Q12)의 소스는 트랜스(2)에서의 권선(2B)의 단자(T2B)[트랜스(2)의 이차측 권선의 타단]에 접속된다. 트랜지스터(Q12)의 게이트에 제2 제어 회로(6)로부터 제어 신호(S12)가 입력된다.
제2 제어 회로(6)는, 승압 동작에서, 트랜지스터(Q9 및 Q10) 각각의 온/오프 제어를 행하는 주기와, 트랜지스터(Q11 및 Q12) 각각의 온/오프 제어를 행하는 주기의 위상을 변화시키는 위상 제어, 및 트랜지스터를 온시키는 펄스폭을 변화시키는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어의 양방의 제어를 행한다. 제2 제어 회로(6)는, 이들 위상 제어 및 PWM 제어를 행함으로써, 직렬로 접속된 일차측 권선(1L 및 2L)에 유도되는 전압을, 트랜지스터(Q9 및 Q10), 및 트랜지스터(Q11 및 Q12)를 푸시풀 동작에 의해 제어하여, 승압 전압의 전압값이 되도록 전압을 승압한다. 즉, 고전압이 미리 설정한 전압값이 되도록 제어를 행한다.
즉, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9 및 S10)를 「H」레벨 또는 「L」레벨로 변화시키는 주기와, 제어 신호(S11 및 S12)를 「H」레벨 또는 「L」레벨로 변화시키는 주기의 위상을 변화시키는 위상 제어에 의해 승압 전압의 전압값을 제어한다.
덧붙여, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9 및 S10)와, 제어 신호(S11 및 S12)의 스위칭의 위상을 180°시프트하였을 때, 위상 제어에 의한 승압 전압의 전압값의 하한값을 더욱 내리기 위해, 트랜지스터(Q9∼Q12) 각각을 온시키는 펄스폭 의 PWM 제어를 행한다.
전술한 바와 같이, 이차측 직교 변환부(4)에서, 트랜지스터(Q9∼Q12)로 이루어지는 복합 스위치의 구조는 2개의 단상 직사각형파 교류 전압을 생성하는 인버터 구성으로 되어 있다.
상세한 것은 후술하지만, 상기 단상 직사각형파 교류 전압에 대응하여, 일차측 직교 변환부(3)는, 이차측 권선에서의 권선(1A 및 1B) 및 이차측 권선에서의 권선(2A 및 2B)에 흐르는 전류에 의해, 일차측 권선(1L)과 일차측 권선(2L)의 각각에 서로 동위상으로 유도되는 전압을 가산하여, 그 전압에 단상 전파(全波) 정류를 행하여 고전압(VoH)을 생성한다.
이 일차측 직교 변환부(3)는, 트랜지스터(Q3∼Q8) 각각의 기생 다이오드(D3∼D8)에 의한 풀브릿지 정류에 의해, 직렬 접속된 일차측 권선(1L 및 2L) 사이에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압을 정류한다.
승압 동작에서, 다음에 나타내는 바와 같이, 풀브릿지 정류를 행하지 않고, 별도의 방법으로 정류하여도 좋다. 즉, 트랜지스터(Q9∼Q12)의 전술한 스위칭에 동기하여, 제1 제어 회로(5)는, 트랜지스터(Q3∼Q8)의 온/오프를 행하는 동기 정류에 의해, 일차 권선(1L, 2L)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압을 정류하여도 좋다.
일차측 직교 변환부(3)에서, 트랜지스터(Q3∼Q8)로 이루어지는 복합 스위치의 구조는 2개의 단상 직사각형파 교류 전압을 생성하는 인버터 구성이다.
상세한 것은 후술하지만, 상기 단상 직사각형파 교류 전압에 대응하여, 이차측 직교 변환부(4)는, 일차측 권선(1L 및 2L)에 흐르는 전류에 의해, 이차측 권선인 권선(1A 및 1B)과, 이차측 권선에서의 권선(2A 및 2B)의 각각에, 상호 역상으로 유도되는 전압에 단상 전파 정류를 행하여 저전압(VoL)을 생성한다.
이 이차측 직교 변환부(4)는, 후술하는 트랜지스터(Q9 및 Q10)의 기생 다이오드(D9 및 D10)에 의한 중점(센터 탑) 양파(兩波) 정류에 의해, 이차측 권선에서의 권선(1A 및 1B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압을 정류한다.
마찬가지로, 이차측 직교 변환부(4)는, 후술하는 트랜지스터(Q11 및 Q12)의 기생 다이오드(D11 및 D12)에 의한 중점 양파 정류에 의해, 이차측 권선에서의 권선(2A 및 2B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압을 정류한다.
강압 동작에서, 다음에 나타내는 바와 같이, 중점 양파 정류를 행하지 않고 별도의 방법으로 정류하여도 좋다. 즉, 트랜지스터(Q3∼Q8)의 전술한 스위칭에 동기하여, 제2 제어 회로(6)는, 트랜지스터(Q9∼Q12)의 온/오프를 행하는 동기 정류에 의해, 이차측 권선에서의 권선(1A, 1B, 2A, 2B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압을 정류하여도 좋다.
즉, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S5 및 S6)의 위상에 대하여, 제어 신호(S3 및 S4)의 위상과, 제어 신호(S7 및 S8)의 위상을 변화시키도록 제어함으로써, 강압되는 저전압의 전압값을 제어한다. 이들 제어 신호(S5 및 S6)는 접속점(K2)에 대응하는 트랜지스터(Q5 및 Q6)의 게이트에 인가하는 제어 신호이다. 제 어 신호(S3 및 S4)는 접속점(K1)에 대응하는 트랜지스터(Q3 및 Q4)의 게이트에 인가하는 제어 신호이다. 제어 신호(S7 및 S8)는 접속점(K3)에 대응하는 트랜지스터(Q7 및 Q8)의 게이트에 인가하는 제어 신호이다. 제어 신호(S3 및 S4)와, 제어 신호(S5 및 S6)와, 제어 신호(S7 및 S8)의 「H」레벨 및 「L」레벨이 되는 주기는 동일한 길이이다.
트랜스(1)는 일차측 권선(1L)과, 중점(센터 탑)(P1)에서 분할된 권선(1A 및 1B)으로 이루어지는 이차측 권선으로 구성되어 있다. 트랜스(1)에서, 예컨대, 일차측 권선(1L)과 이차측 권선에서의 권선(1A 및 1B) 각각의 권수비는 N:1로 한다. 중점(P1)은 배터리(B2)의 -측 단자(TVoLL)에 접속되어 있다. 일차측 권선(1L)에는 직렬로 누설 인덕터(1LL)가 삽입되어 있다. 누설 인덕터(1LL)는 일차측 권선(1L)과 단자(T1LB)로 접속되어 있다.
마찬가지로, 트랜스(2)는 일차측 권선(2L)과, 중점(P2)에서 분할된 권선(2A) 및 권선(2B)으로 이루어지는 이차측 권선으로 구성되어 있다. 트랜스(2)에서, 예컨대, 일차측 권선(2L)과 이차측 권선에서의 권선(2A 및 2B) 각각의 권수비는 트랜스(1)와 마찬가지로 N:1로 한다. 중점(P2)은 배터리(B2)의 -측 단자(TVoLL)에 접속되어 있다.
일차측 권선(2L)에는 직렬로 누설 인덕터(2LL)가 삽입되어 있다. 누설 인덕터(2LL)는 일차측 권선(2L)과 단자(T2LB)로 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 일차측 직교 변환부(3) 및 이차측 직교 변환부(4) 각각에 쵸크 코일을 이용하고 있지 않다. 본 실시형태에서는, 전압을 평활화하기 위해, 전술한 트랜스(1) 및 트랜스(2)의 일차측 권선의 누설 인덕터(1LL 및 2LL)를 이용하고 있다. 누설 인덕터(1LL 및 2LL)로서, 전술한 바와 같이 트랜스의 누설을 이용하여도 좋고, 별도로 부가하여도 좋다. 트랜스의 누설을 사용한 경우는, 부품의 수를 저감시킬 수 있다.
일차측 직교 변환부(3)에서, 접속점(K2)은, 일차측 권선(1L)에 접속된 누설 인덕터(1LL)의 단자(T1L)와, 일차측 권선(2L)의 단자(T2LM)에 접속되어 있다.
접속점(K3)은 일차측 권선(1L)의 단자(T1LM)와 접속되어 있다. 접속점(K1)은 일차측 권선(2L)에 접속되어 있는 누설 인덕터(2LL)의 단자(T2L)와 접속되어 있다.
트랜스(1)의 일차측 권선(1L)과 트랜스(2)의 일차측 권선(2L)은, 각각 누설 인덕터(1LL, 2LL)가 삽입된 구성으로 접속점(K3)과 접속점(K1) 사이에서 직렬로 접속되어 있다.
전술한 바와 같이, 이차측 직교 변환부(4)는, 일차측 직교 변환부(3)가 일차측 권선(1L 및 2L)을 직렬로 접속하고 있는 구성과 다르다. 이차측 직교 변환부(4)에서는, 트랜스(1)의 이차측 권선과 트랜스(2)의 이차측 권선의 출력을, 트랜지스터(Q9, Q10, Q11, Q12) 각각을 통해 병렬로 접속하고 있다.
따라서, 본 실시형태에 따른 양방향 DC/DC 컨버터는, 저전압에서 고전압으로 전압을 상승시킬 때에, 트랜스의 권선비에 대응한 전압이 상승하는 것에 더하여, 직렬 접속하고 있는 2개의 트랜스의 권선 각각에 유도되는 전압이 가산된다. 이 때문에, 전압이 효율적으로 상승된다.
본 실시형태에 따른 DC/DC 컨버터는, 각 스위치로서의 트랜지스터(Q9, Q10, Q11, Q12)의 온/오프의 타이밍의 위상 제어뿐만 아니라, 각 트랜지스터를 온 상태로 하는 펄스폭을 PWM 제어한다. 이 때문에, 위상 제어에 의한 승압 전압의 전압값의 하한값을, PWM 제어에 의해 0 V 근방까지 더 내릴 수 있다.
따라서, 본 실시형태에 따른 DC/DC 컨버터는, 전압을 상승시키는 동작에서의 승압 전압을, 전압값(V1)[V1: 저전압(VoL)×권선비×2] 내지 0 V의 범위로 제어하는 것이 가능하다.
한편, 본 실시형태에 따른 양방향 DC/DC 컨버터는, 고전압으로부터 저전압으로 전압을 강하시킬 때에, 이차측 권선의 각각이 병렬로 접속되어 있기 때문에, 종래와 같은 강압 처리를 행할 수 있다.
도 2 및 도 3A∼도 3C를 이용하여, 본 실시형태에 따른 양방향 DC/DC 컨버터에 의한 승압 동작을 설명한다. 도 3A∼3C는 본 실시형태에 따른 양방향 DC/DC 컨버터에 의한 저전압에서 고전압으로의 승압 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 저전압에서 고전압으로의 승압 처리란, 예컨대 수 V 정도의 전압을 100 V 이상의 전압으로 변환하는 처리를 말한다. 이차측 직교 변환부(4)에서 위상 제어에 의한 승압 처리를 행한다. 일차측 직교 변환부(3)에서, 일차측 권선(1L 및 2L)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Va 및 Vb)에 대한 풀브릿지 정류를 행한다. 이에 따라, 고전압이 생성된다. 이때, 제1 제어 회로(5)는, 트랜지스터(Q3∼Q8)에 대하여 「L」레벨의 제어 신호(S3∼S8)를 출력하고 있다. 이 때문에, 트랜지스터(Q3∼Q8)는 전부 오프 상태로 되어 있다.
도 2는 승압 동작을 행하기 위해 배터리(B1)를 바꾸어 부하를 +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL) 사이에 삽입한 구성이다. 에너지를 보완하는 저전압(VoL)의 배터리(B2)가 이차측 직교 변환부(4)에 접속되어 있다. 이하의 설명에서, 다이오드(D3∼D8)의 풀브릿지 구성으로, 일차측 권선(1L 및 2L)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Va 및 Vb)의 브릿지 정류에 의해 정류 동작을 행한다. 전술한 바와 같이, 동기 정류로 일차측 권선(1L 및 2L)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Va 및 Vb)에 대한 정류를 행하는 방식으로 정류 동작을 행하여도 좋다.
이하의 설명에 이용하는 도 3A∼도 3C에서, 트랜지스터(Q9 및 Q10)를 온/오프하는 스위칭 주기를 주기(T1)로 한다. 트랜지스터(Q10 및 Q11)를 온/오프하는 스위칭 주기를 주기(T2)로 한다. 이 주기(T1)와 주기(T2)의 위상 시프트를 ΔTT로 한다.
<이차측 직교 변환부(4)의 트랜스(1 및 2)의 구동 제어의 위상, 즉 주기(T1)와 주기(T2)의 위상이 동일한(ΔTT=0) 경우: 도 3A>
시각(t1)에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9) 및 제어 신호(S11)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고(트랜지스터를 동일한 위상의 제어 신호에 의해 구동시킴), 제어 신호(S10) 및 제어 신호(S12)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q9) 및 트랜지스터(Q11)는 온이 되고, 한편 트랜지스터(Q10) 및 트랜지스터(Q12)는 오프가 된다.
이에 따라, 도시하지 않은 저전압 배터리[도 2에 나타내는 저전압 배터리(B2)]로부터 트랜스(1)의 이차측 권선에서의 권선(1A)에 전류(i1AM)가[도 2에서, 단자(T1AM)로부터 중점(P1)에] 흐른다. 또한, 마찬가지로 이 저전압 배터리(B2)로부터 트랜스(2)의 이차측 권선에서의 권선(2A)에 전류(i2AM)가[도 2에서, 단자(T2AM)로부터 중점(P2)에] 흐른다.
이 때문에, 일차측 권선(1L)에 전류(i1B)가 흐르고, 이 일차측 권선(1L)의 양단의 단자(T1LM)와 단자(T1L) 사이에 트랜스(1)의 권선비에 대응한 전압이 유도된다. 마찬가지로, 이차측 권선(2L)에 전류(i2F)가 흐르고, 이 일차측 권선(2L)의 양단의 단자(T2LM)와 단자(T2L) 사이에 트랜스(2)의 권선비에 대응한 전압이 유도된다.
예컨대, 트랜스(1) 및 트랜스(2)의 양방의 권수비가 N:1이라고 하면, 단자(T1LM) 및 단자(T1L) 사이와, 단자(T2LM) 및 단자(T2L) 사이에 각각 N×VoL의 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도된다.
일차측 권선(1L) 및 일차측 권선(2L)이 직렬로 접속되어 있기 때문에, 직렬 접속된 권선의 양단의 단자(T1LM)와 단자(T2L) 사이에 전압[전압값(V2): 2×N×VoL]이 발생한다.
일차 권선(1L 및 2L)에 유도된 전압[접속점(K3)과 접속점(K1) 사이의 전압, 전압값(V2): 2×N×VoL]이, 누설 인덕터(1LL 및 2LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D7 및 D4)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
시각(t2)에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S10) 및 제어 신호(S12)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고(트랜지스터를 동일한 위상의 제어 신호에 의해 구동시킴), 제어 신호(S9) 및 제어 신호(S11)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q10) 및 트랜지스터(Q12)는 온이 되고, 한편 트랜지스터(Q9) 및 트랜지스터(Q11)는 오프가 된다.
이에 따라, 트랜스(1)의 이차측 권선에서의 권선(1B)에 전류(i1B2)가[도 2에서, 단자(T1B)로부터 중점(P1)에] 흐른다. 또한, 트랜스(2)의 이차측 권선에서의 권선(2B)에 전류(i2B2)가[도 2에서, 단자(T2B)로부터 중점(P2)에] 흐른다.
이 때문에, 일차측 권선(1L)에 전류(i1F)가 흐르고, 이 일차측 권선(1L)의 양단의 단자(T1LM)와 단자(T1L) 사이에 트랜스(1)의 권선비에 대응한 전압이, 시각(t1)일 때와 역극성으로 유도된다. 마찬가지로, 일차측 권선(2L)에 전류(i2B)가 흐르고, 이 일차측 권선(2L)의 양단의 단자(T2LM)와 단자(T2L) 사이에 트랜스(2)의 권선비에 대응한 전압이, 시각(t1)일 때와 역극성으로 유도된다.
일차측 권선(1L) 및 일차측 권선(2L)이 직렬로 접속되어 있기 때문에, 직렬 접속된 권선의 양단의 단자(T2L)와 단자(T1LM) 사이에 전압[전압값(V2): 2×N×VoL]이 발생한다[이 전압의 극성은 시각(t1)에서의 전압 극성과 역방향임].
일차 권선(1L 및 2L)에 유도된 전압[접속점(K1)과 접속점(K3) 사이의 전압, 전압값(V2): 2×N×VoL]이, 누설 인덕터(1LL 및 2LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D3 및 D8)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
시각(t3)∼시각(t5)에서도, 시각(t1) 및 시각(t2)과 같은 동작이 반복된다. 트랜스(1) 및 트랜스(2) 각각의 일차측 권선(1L 및 2L)에 유도되는 전압을 가산하여 저전압에서 고전압으로 전압을 상승시키는 처리가 행해진다.
전술한 도 3A의 경우, 트랜스(1) 및 트랜스(2)의 각 이차 권선을 구동하는 제어 신호의 위상이 동일하기 때문에, 일차 권선(1L) 및 일차 권선(2L)에 유도된 전압이 완전히 동위상으로 중합된다. 그 때문에, 일차측 직교 변환부(3)에서, 높은 효율로 단상 전파 정류가 행해져, 최대의 전압값의 고전압이 생성된다.
<이차측 직교 변환부(4)의 트랜스(1 및 2)의 구동 제어의 위상, 즉 주기(T3)와 주기(T4)의 위상이 90°시프트된 경우(ΔTT=90°): 도 3B>
시각(t1)보다 앞의 시각에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9) 및 제어 신호(S11)를 「L」레벨, 한편, 제어 신호(S10) 및 제어 신호(S12)를 「H」레벨로 출력하고 있다. 이 시점에서, 트랜지스터(Q10) 및 트랜지스터(Q12)는 온하며, 트랜지스터(Q9) 및 트랜지스터(Q11)는 오프하고 있다.
시각(t1)에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S10)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q9)는 온이 되고, 한편, 트랜지스터(Q10)는 오프가 된다. 이때, 트랜지스터(Q11)는 오프하며, 트랜지스터(Q12)는 온이다.
이에 따라, 트랜스(1)의 이차측 권선에서의 권선(1A)에 전류(i1AM)가 흐른다. 또한, 트랜스(2)의 이차측 권선에서의 권선(2B)에 전류(i2B2)가 흐른다.
이 때문에, 일차측 권선(1L)에 전류(i1B)가 흐르고, 이 일차측 권선(1L)의 양단의 단자(T1LM)와 단자(T1L) 사이에 트랜스(1)의 권선비에 대응한 전압이 유도된다. 한편, 일차측 권선(2L)에 전류(i2B)가 흐르고, 이 일차측 권선(2L)의 양단의 단자(T2LM)와 단자(T2L) 사이에 트랜스(2)의 권선비에 대응한 전압이 유도된다.
예컨대, 트랜스(1) 및 트랜스(2)의 양방의 권수비가 각각 N:1이라고 하면, 일차 권선(1L)과 일차 권선(2L)의 각각의 단자 사이에는, 각각의 역극성의 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도된다.
이 때문에, 일차 권선(1L)에 유도된 전압[전압값(V1): N×VoL]은, 누설 인덕터(1LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D7 및 D6)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
마찬가지로, 일차 권선(2L)에 유도된 전압[전압값(V1): N×VoL]은, 누설 인덕터(2LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D3 및 D6)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
시각(t11)에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S11)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S12)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이에 따라, 트랜지스터(Q11)는 온하며, 트랜지스터(Q12)는 오프한다. 그 결과, 권선(2A)에 전류(i2AM)가 흐르고, 일차측 권선(2L)에, 일차측 권선(1L)과 동극성의 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도된다.
트랜지스터(Q9)가 온하고 있기 때문에, 권선(1A)에 전류(i1AM)가 흐르고, 일차측 권선(1L)에는 전류(i1B)가 흐르며, 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도되고 있다.
일차측 권선(1L) 및 일차측 권선(2L)이 직렬로 접속되어 있기 때문에, 직렬 접속된 권선의 양단의 단자(T1LM)와 단자(T2L) 사이에 전압[전압값(V2): 2×N×VoL]이 발생한다.
일차 권선(1L 및 2L)에 유도된 전압[접속점(K3)과 접속점(K1) 사이의 전압, 전압값(V2): 2×N×VoL]이, 누설 인덕터(1LL 및 2LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D7 및 D4)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
시각(t2)에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S10)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q10)는 온이 되고, 한편, 트랜지스터(Q9)는 오프가 된다.
이에 따라, 트랜스(1)의 이차측 권선에서의 권선(1B)에 전류(i1B2)가 흐른다. 한편, 트랜스(2)의 이차측 권선에서의 권선(2A)에는, 전류(i1B2)와 역극성의 전류(i2AM)가 흐르고 있다.
이 때문에, 일차측 권선(2L)에 전류(i2F)가 흐르고, 이 일차측 권선(2L)의 양단의 단자(T2LM)와 단자(T2L) 사이에 트랜스(2)의 권선비에 대응한 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도되고 있다. 한편, 일차측 권선(1L)에 전류(i1F)가 흐르고, 일차 권선(2L)에 유도된 전압과 역극성의 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도된다.
이 때문에, 일차 권선(1L)에 유도된 전압[전압값(V1): N×VoL]은, 누설 인덕 터(1LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D5 및 D8)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
마찬가지로, 일차 권선(2L)에 유도된 전압[전압값(V1): N×VoL]은, 누설 인덕터(2LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D5 및 D4)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
시각(t21)에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S11)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S12)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시킨다.
이에 따라, 트랜지스터(Q11)는 오프하며, 트랜지스터(Q12)는 온한다. 그 결과, 권선(2B)에 전류(i2B2)가 흐르고, 일차측 권선(2L)에 전류(i2B)가 흐르며, 일차측 권선(2L)에 일차측 권선(1L)과 동극성의 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도된다.
한편, 트랜지스터(Q10)가 온하고 있기 때문에, 권선(1B)에 전류(i1B2)가 흐르고, 일차 권선(1L)에는 전류(i1F)가 흐르며, 일차측 권선(1L)에 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도되고 있다.
일차측 권선(1L) 및 일차측 권선(2L)이 직렬로 접속되어 있기 때문에, 직렬 접속된 권선의 양단의 단자(T2L)와 단자(T1LM) 사이에 전압[전압값(V2): 2×N×VoL]이 발생한다.
일차측 권선(1L 및 2L)에 유도된 전압[접속점(K3)과 접속점(K1) 사이의 전압, 전압값(V2): 2×N×VoL]이, 누설 인덕터(1LL 및 2LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D7 및 D4)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
시각(t3)∼시각(t51)에서도, 시각(t1) 및 시각(t21)과 같은 동작이 반복하여 행해진다. 즉, 트랜스(1) 및 트랜스(2) 각각의 일차측 권선(1L 및 2L)에 유도되는 전압을 가산하여 저전압에서 고전압으로 전압값을 승압시키는 처리가 행해진다.
전술한 도 3B의 경우, 트랜스(1) 및 트랜스(2)의 각 이차 권선을 구동하는 제어 신호의 위상을 90°시프트하였기 때문에, 일차측 권선(1L) 및 일차측 권선(2L)에 유도된 전압이 90°시프트된 위상으로 중합된다. 이 때문에, 도 3A의 경우와 비교하여, 전압(VoH)의 전압값(V2)(V2: 2×N×VoL)이 되는 동일 위상의 기간이 절반이 된다. 이 때문에, 일차측 직교 변환부(3)에서, +측 단자(TVoH) 및 -측 단자(TVoHL) 사이의 전압의 전압값이, 전압값(V2)(V2: 2×N×VoL)과 전압값(V1)(V1: N×VoL)이 되는 각각의 기간 중, 전압이 누설 인덕터(1LL 및 2LL)의 인덕턴스에 따라 평활화된다.
<이차측 직교 변환부(4)의 트랜스(1 및 2)의 구동 제어의 위상, 즉 주기(T1)와 주기(T2)의 위상이 180°시프트된 경우(ΔTT=180°): 도 3C>
시각(t1)보다 앞의 시각에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9) 및 제어 신호(S12)를 「L」레벨로 출력하고, 한편, 제어 신호(S10) 및 제어 신호(S11)를 「H」레벨로 출력하고 있다. 그 때문에, 이 시점에서, 트랜지스터(Q10) 및 트랜지스터(Q11)는 온하며, 트랜지스터(Q9) 및 트랜지스터(Q12)는 오프하고 있다.
시각(t1)에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9 및 S12)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S10 및 S11)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q9 및 Q12)는 온이 되고, 한편, 트랜지스터(Q10 및 Q11)는 오프가 된다.
이에 따라, 트랜스(1)의 이차측 권선에서의 권선(1A)에 전류(i1AM)가 흐르며, 트랜스(2)의 이차측 권선에서의 권선(2B)에 전류(i2B2)가 흐른다.
이 때문에, 일차측 권선(1L)에 전류(i1B)가 흐르고, 이 일차측 권선(1L)의 양단의 단자(T1LM)와 단자(T1L) 사이에 트랜스(1)의 권선비에 대응한 전압이 유도된다. 한편, 일차측 권선(2L)에 전류(i2B)가 흐르고, 이 일차측 권선(2L)의 양단의 단자(T2LM)와 단자(T2L) 사이에 트랜스(2)의 권선비에 대응한 전압이 유도된다.
예컨대, 트랜스(1) 및 트랜스(2)의 양방의 권수비가 각각 N:1이라고 하면, 일차 권선(1L)과 일차 권선(2L)의 각각의 단자 사이에는, 각각의 역극성의 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도된다.
이 때문에, 일차 권선(1L)에 유도된 전압[전압값(V1): N×VoL]은, 누설 인덕터(1LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D7 및 D6)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
마찬가지로, 일차 권선(2L)에 유도된 전압[전압값(V1): N×VoL]은, 누설 인덕터(2LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D3 및 D6)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
시각(t2)에서, 제2 제어 회로(6)는, 제어 신호(S9 및 S12)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S10 및 S11)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q10 및 Q11)는 온이 되고, 한편, 트랜지스터(Q9 및 S12)는 오프가 된다.
이에 따라, 트랜스(1)의 이차측 권선에서의 권선(1B)에 전류(i1B2)가 흐른다. 한편, 트랜스(2)의 이차측 권선에서의 권선(2A)에, 전류(i1B2)와 역극성의 전류(i2AM)가 흐른다.
이 때문에, 일차측 권선(2L)에 전류(i2F)가 흐르고, 이 일차측 권선(2L)의 양단의 단자(T2LM)와 단자(T2L) 사이에 트랜스(2)의 권선비에 대응한 전압[전압 값(V1): N×VoL]이 유도되고 있다. 한편, 일차측 권선(1L)에 전류(i1F)가 흐르고, 이 일차측 권선(1L)의 양단의 단자(T1LM)와 단자(T1L) 사이에 트랜스(2)의 권선비에 대응한 전압[전압값(V1): N×VoL]이 유도된다. 일차측 권선(1L)에 유도된 전압과, 일차측 권선(2L)에 유도된 전압은 역극성이다.
이 때문에, 일차 권선(1L)에 유도된 전압[전압값(V1): N×VoL]은, 누설 인덕터(1LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D5 및 D8)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
마찬가지로, 일차 권선(2L)에 유도된 전압[전압값(V1): N×VoL]은, 누설 인덕터(2LL)에 의해 평활화되고, 다이오드(D5 및 D4)를 통해, +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)로부터 고전압(VoH)으로서 출력된다.
시각(t3)∼시각(t5)에서도, 시각(t1) 및 시각(t2)과 같은 동작이 반복하여 행해진다. 즉, 트랜스(1) 및 트랜스(2) 각각의 일차측 권선(1L 및 2L)에 유도되는 전압을 가산하여 저전압에서 고전압으로 전압값을 승압시키는 처리가 행해진다.
이 주기(T1)와 주기(T2)의 위상을 180°시프트하면, 도 4에 나타내는 바와 같이 위상 제어에서 일차측 권선(1L 및 2L)에 동극성의 전압이 발생하지 않은 상태로, 권수비로부터 결정되는 전압값이 최저값의 승압 전압을 얻을 수 있다. 도 4는 횡축이 주기(T1 및 T2)의 위상의 시프트 각도를 나타내고 있고, 종축이 +측 단 자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)의 승압 전압의 전압값을 나타내고 있다. 도 4는 저전압(VoL)이 100 V이고, 권수비가 일차측:이차측=9:1의 경우를 시뮬레이션한 결과를 나타내고 있다.
그러나, 승압 전압의 하한값을 이 권수비에 대응한 하한값 이하로 하기 위해, 주기(T1)와 주기(T2)의 위상을 180°시프트한 상태로, 각 트랜지스터를 온하는 「H」레벨의 펄스폭을 PWM 제어한다. 이에 따라, 승압 전압의 전압값을 권수비로 설정되는 것보다 낮은 하한값으로 할 수 있다. 즉 도 5에 나타내는 바와 같이, 펄스폭을 「0」으로 함으로써 승압 전압을 0 V까지 제어할 수 있다. 도 5에서, 횡축이 듀티이며, 종축이 +측 단자(TVoH)와 -측 단자(TVoHL)의 승압 전압의 전압값을 나타내고 있다.
전술한 바와 같이, 승압 전압의 상한값[주기(T1 및 T2)의 위상이 동일한 경우, 전압값(V2): 2×N×VoL] 및 하한값[주기(T1 및 T2)의 위상이 180°시프트되고, 또한 트랜지스터를 온하는 기간이 「0」인 경우, 전압값: 0 V]이 넓은 범위에서, 임의로 승압 전압의 전압값을 제어할 수 있다.
도 6 및 도 7A 및 도 7B를 이용하여, 본 실시형태에 따른 양방향 DC/DC 컨버터에 의한 강압 동작을 설명한다. 도 6은 본 실시형태에 따른 양방향 DC/DC 컨버터에 의한 고전압에서 저전압으로의 강압 동작을 설명하는 DC/DC 컨버터의 구성을 나타낸다. 고전압에서 저전압으로의 강압 처리란, 예컨대 100 V의 전압을 수 V 정도의 전압으로 변환하는 처리를 말한다. 일차측 직교 변환부(3)에서 위상 제어에 의 한 강압 처리를 행하고, 이차측 직교 변환부(4)에서, 이차측 권선에서의 권선(1A 및 1B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Vc) 혹은 이차측 권선에서의 권선(2A 및 2B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Vd)에 대한 중점 전파 정류가 행해진다. 이에 따라, 저전압이 생성된다. 이때, 제2 제어 회로(6)는, 트랜지스터(Q9∼Q12)에 대하여 「L」레벨의 제어 신호(S9∼S12)를 출력하고 있다. 이 때문에, 트랜지스터(Q9∼Q12)는 전부 오프 상태로 되어 있다.
도 6에 강압 동작을 행하기 위해 배터리(B2)를 바꾸어 부하를 +측 단자(TVoL)와 -측 단자(TVoLL) 사이에 삽입한 구성을 나타낸다. 도 6에서, 에너지를 보완하는 고전압(VoH)의 배터리(B1)가 일차측 직교 변환부(3)에 접속되어 있다. 이하의 설명에서, 정류 동작은, 다이오드(D9 및 D10)와, 다이오드(D11 및 D12)의 중점 전파 정류로, 이차측 권선에서의 권선(1A 및 1B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Vc)과, 이차측 권선에서의 권선(2A 및 2B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Vd)을 정류한다.
이미 서술한 바와 같이, 트랜지스터(Q9∼Q12)를 스위칭하는 동기 정류로 이차측 권선에서의 권선(1A 및 1B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Vc)과, 이차측 권선에서의 권선(2A 및 2B)에 유도되는 단상 직사각형파 교류 전압(Vd)을 정류하는 방식으로 정류 동작을 행하여도 좋다.
이하의 설명에 이용하는 도 6에서, 트랜지스터(Q5 및 Q6)를 온/오프하는 스위칭 주기를 주기(T3)로 한다. 트랜지스터(Q3 및 Q4)를 온/오프하는 스위칭 주기를 주기(T4)로 한다. 트랜지스터(Q7 및 Q8)를 온/오프하는 스위칭 주기를 주기(T5)로 한다. 주기(T3)에 대한 주기(T4) 및 주기(T5)의 위상 시프트를 ΔT로 한다. 주기(T4)는 주기(T3)에 대하여 위상이 ΔT 진행되어 있다. 한편, 주기(T5)는 주기(T3)에 대하여 위상이 ΔT 지연되어 있다.
예컨대, 일차측 권선(1L)과 권선(1A) 및 권선(1B)과의 권선비를 N:1로 하고, 마찬가지로, 일차측 권선(2L)과 권선(2A) 및 권선(2B)과의 권선비를 N:1로 한다.
<주기(T3)와 주기(T4) 및 주기(T5)의 위상이 180°(=ΔT) 시프트되어 있는 경우: 도 7A>
시각(t1)에서, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S4), 제어 신호(S5), 제어 신호(S8)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S3), 제어 신호(S6), 제어 신호(S7)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q4), 트랜지스터(Q5) 및 트랜지스터(Q8)는 온이 되고, 한편 트랜지스터(Q3), 트랜지스터(Q6) 및 트랜지스터(Q7)는 오프가 된다.
이에 따라, 일차측 권선(1L)에 전류(i1F)가[단자(T1L)로부터 단자(T1LM)에] 흐른다. 일차측 권선(2L)에 전류(i2F)가[단자(T2LM)로부터 단자(T2L)에] 흐른다. 이에 따라, 권선(1B) 및 권선(2A)에 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 유도된다. 한편, 권 선(1A) 및 권선(2B)에, 권선(1B) 및 권선(2A)에 유도되는 전압과의 역극성의 전압[전압값(V4): -(1/N)VoH]이 유도된다.
권선(1B)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 다이오드(D10)를 통해 +측 단자(TVoL)에 출력된다. 마찬가지로 권선(2A)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 다이오드(D11)를 통해 +측 단자(TVoL)에 출력된다.
이에 따라, +측 단자(TVoL)와 -측 단자(TVoLL) 사이에, 트랜스(1)의 누설 인덕터(1LL) 및 트랜스(2)의 누설 인덕터(2LL)의 인덕턴스에 의해 평활화된 저전압(VoL)이 출력된다.
이 결과, 권선(1A)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 단자(TVoL)에 대하여 출력되며, 권선(2B)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 단자(TVoL)에 대하여 출력된다.
전압을 평활화하기 위해, 쵸크 코일을 이용하고 있지 않다. 본 실시형태에서는, 전압을 평활화하기 위해, 트랜스(1) 및 트랜스(2)의 일차측 권선의 누설 인덕턴스를 이용하고 있다.
시각(t2)에서, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S3), 제어 신호(S6), 제어 신호(S7)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S4), 제어 신호(S5), 제어 신호(S8)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
전술한 바와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q3), 트랜지스터(Q6) 및 트랜지스터(Q7)는 온이 되고, 한편, 트랜지스터(Q4), 트랜지스터(Q5) 및 트랜지스터(Q8)는 오프가 된다.
이에 따라, 일차측 권선(1L)에 전류(i1B)가[단자(T1LM)로부터 단자(T1L)에] 흐르고, 일차측 권선(2L)에 전류(i2B)가[단자(T2L)로부터 단자(T2LM)에] 흐른다. 이에 따라, 권선(1A) 및 권선(2B)에 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 유도된다. 한편, 권선(1B) 및 권선(2A)에 전압[전압값(V4): -(1/N)VoH]이 유도된다.
권선(1A)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 다이오드(D9)를 통해 +측 단자(TVoL)에 출력된다. 마찬가지로 권선(2B)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 다이오드(D12)를 통해 +측 단자(TVoL)에 출력된다.
이에 따라, +측 단자(TVoL)와 -측 단자(TVoLL) 사이에, 트랜스(1)의 누설 인덕터(1LL) 및 트랜스(2)의 누설 인덕터(2LL)의 인덕턴스에 의해 평활화된 저전압(VoL)이 출력된다.
<주기(T3)와 주기(T4) 및 주기(T5)의 위상이 90°(ΔT) 시프트되어 있는 경우: 도 7B>
시각(t1)보다 앞의 시각에서, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S4, S5 및 S7)를 「L」레벨로 출력하고, 제어 신호(S3, S6 및 S8)를 「H」레벨로 출력하고 있다. 이 때문에, 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q7)는 오프가 되며, 트랜지스터(Q3, Q6 및 Q8)는 온하고 있다.
시각(t1)에서, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S5)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S6)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q5)는 온이 되고, 한편, 트랜지스터(Q6)는 오프가 된다.
이때, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S3 및 S8)를 「H」레벨로 출력하고, 제어 신호(S4 및 S7)를 「L」레벨로 출력하고 있다.
따라서, 트랜지스터(Q3 및 Q8)는 온 상태이고, 트랜지스터(Q4 및 Q7)는 오프 상태에 있다.
전술한 바와 같이, 트랜지스터(Q3, Q5, Q8)가 온 상태이고, 트랜지스터(Q4, Q6, Q7)가 오프 상태에 있다. 이 때문에, 트랜지스터(Q5) 및 트랜지스터(Q8)를 통해, 일차측 권선(1L)에 전류(i1F)가[단자(T1L)로부터 단자(T1LM)에] 흐른다. 한편, 트랜지스터(Q3 및 Q5)가 온 상태이기 때문에, 단자(T2L) 및 단자(T2LM)가 동전위이기 때문에 일차측 권선(2L)에 전류가 흐르지 않는다.
이에 따라, 트랜스(1)의 이차측의 권선(1B)에 전류(i1B2)가 흐르고, 권선(1B)에 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 유도된다. 한편, 권선(1A)에 역극성의 전압[전압값(V4): -(1/N)VoH]이 유도된다.
이에 따라, 권선(1B)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 다이오드(D10)를 통해 +측 단자(TVoL)에 출력된다.
+측 단자(TVoL)와 -측 단자(TVoLL) 사이에, 트랜스(1)의 누설 인덕터(1LL) 및 트랜스(2)의 누설 인덕터(2LL)의 인덕턴스에 의해 평활화된 저전압(VoL)이 출력된다.
시각(t11)에서, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S4 및 S7)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S3 및 S8)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이때, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S5)를 「H」레벨로 출력하고, 제어 신호(S6)를 「L」레벨로 출력하고 있다.
전술한 바와 같이, 트랜지스터(Q4, Q5, Q7)가 온 상태이고, 트랜지스터(Q3, Q6, Q8)가 오프 상태에 있다. 이 때문에, 트랜지스터(Q5) 및 트랜지스터(Q4)를 통해, 일차측 권선(2L)에 전류(i2F)가[단자(T2LM)로부터 단자(T2L)에] 흐른다. 한편, 트랜지스터(Q5 및 Q7)가 온 상태이기 때문에, 단자(T1LM) 및 단자(T1L)가 동전위이기 때문에 일차측 권선(1L)에 전류가 흐르지 않는다.
이에 따라, 트랜스(2)의 이차측의 권선(2A)에 전류(i2AM)가 흐르고, 권선(2A)에 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 유도되며, 권선(2B)에 역극성의 전압[전압값(V4): -(1/N)VoH]이 유도된다.
이에 따라, 권선(2A)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 다이오드(D11)를 통해 +측 단자(TVoL)에 출력된다.
+측 단자(TVoL)와 -측 단자(TVoLL) 사이에, 트랜스(1)의 누설 인덕터(1LL) 및 트랜스(2)의 누설 인덕터(2LL)의 인덕턴스에 의해 평활화된 저전압(VoL)이 출력된다.
시각(t2)에서, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S6)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S5)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q6)는 온이 되고, 한편, 트랜지스터(Q5)는 오프가 된다.
이때, 트랜지스터(Q4 및 Q7)는 온이고, 한편, 트랜지스터(Q3 및 Q8)는 오프이다.
전술한 바와 같이, 트랜지스터(Q4, Q6, Q7)가 온 상태이고, 트랜지스터(Q3, Q5, Q8)가 오프 상태에 있다. 이 때문에, 트랜지스터(Q7) 및 트랜지스터(Q6)를 통해, 일차측 권선(1L)에 전류(i1B)가[단자(T1LM)로부터 단자(T1L)에] 흐른다. 한편, 트랜지스터(Q4 및 Q6)가 온 상태이기 때문에, 단자(T2LM) 및 단자(T2L)가 동전위이기 때문에 일차측 권선(2L)에 전류가 흐르지 않는다.
이에 따라, 트랜스(1)의 이차측의 권선(1A)에 전류(i1AM)가 흐르고, 권선(1A)에 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 유도되고, 권선(1B)에 역극성의 전압[전압값(V4): -(1/N)VoH]이 유도된다.
이에 따라, 권선(2A)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 다이오드(D9)를 통해 +측 단자(TVoL)에 출력된다.
+측 단자(TVoL)와 -측 단자(TVoLL) 사이에, 트랜스(1)의 누설 인덕터(1LL) 및 트랜스(2)의 누설 인덕터(2LL)의 인덕턴스에 의해 평활화된 저전압(VoL)이 출력된다.
시각(t21)에서, 제1 제어 회로(5)는, 제어 신호(S3 및 S8)를 「L」레벨에서 「H」레벨로 변화시키고, 제어 신호(S4 및 S7)를 「H」레벨에서 「L」레벨로 변화시킨다.
이와 같이 제어 신호가 변화함으로써, 트랜지스터(Q3 및 Q8)가 온이 되고, 트랜지스터(Q4 및 Q7)가 오프가 된다.
이때, 트랜지스터(Q6)는 온이고, 한편, 트랜지스터(Q5)는 오프이다.
전술한 바와 같이, 트랜지스터(Q3, Q6, Q8)가 온 상태이고, 트랜지스터(Q4, Q5, Q7)가 오프 상태에 있다. 이 때문에, 트랜지스터(Q3) 및 트랜지스터(Q6)를 통해, 일차측 권선(2L)에 전류(i2B)가[단자(T2L)로부터 단자(T2LM)에] 흐른다. 한편, 트 랜지스터(Q6 및 Q8)가 온 상태이기 때문에, 단자(T1LM) 및 단자(T1L)가 동전위이기 때문에 일차측 권선(1L)에 전류가 흐르지 않는다.
이에 따라, 트랜스(2)의 이차측의 권선(2B)에 전류(i2B2)가 흐르고, 권선(2B)에 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 유도되며, 권선(2A)에 역극성의 전압[전압값(V4): -(1/N)VoH]이 유도된다.
이에 따라, 권선(2B)에 유도된 전압[전압값(V3): (1/N)VoH]이 다이오드(D12)를 통해 +측 단자(TVoL)에 출력된다.
+측 단자(TVoL)와 -측 단자(TVoLL) 사이에, 트랜스(1)의 누설 인덕터(1LL) 및 트랜스(2)의 누설 인덕터(2LL)의 인덕턴스에 의해 평활화된 저전압(VoL)이 출력된다.
도 7B의 경우, 주기(T3)에 대하여 주기(T4) 및 주기(T5)의 위상이 90°시프트되어 있기 때문에, 트랜스(1 및 2) 각각의 단상 직사각형파 교류 전압의 폭이, 위상이 180°시프트되어 있는 경우와 비교하여 절반이 된다. 이 전압의 폭이 절반으로 되어 있는 기간에서 단상 직사각형파 교류 전압이 이차측 권선에 유도된다. 이차측 직교 변환부(4)에서, 그 단상 직사각형파 교류 전압에 펄스폭에 대응한 단상 전파 정류가 행해지고, 위상 변이(ΔT)에 대응한 전압값의 저전압(VoL)이 생성된다.
시각(t3)∼시각(t51)에서도, 시각(t1)∼시각(t21)과 같은 동작이 반복하여 행해지고, 트랜스(1) 및 트랜스(2)에서의 푸시풀 동작에 의해, 고전압에서 저전압으로 전압을 강압시키는 처리가 행해진다.
도 7B에서, 주기(T1) 및 주기(T2)의 시간은 같으며, 제어 신호(S5 및 S6)와 제어 신호(S3, S4, S7, S8)는, 상기 주기(T3)와 주기(T4 및 T 5)의 위상이 ΔT=90°시프트되어 있다.
도 7A 및 도 7B에서 설명한 바와 같이, 제어 신호(S5) 및 제어 신호(S6)의 신호 레벨이 변화하는 주기에 대하여, 제어 신호(S3 및 S4)와, 제어 신호(S6 및 S7)의 신호 레벨이 「H」레벨 및 「L」레벨로 변화하는 주기의 위상의 시프트를 변화시킨다(위상의 시프트를 조정시킴). 이에 따라, 전류가 일차측 권선(1L 및 2L)에 흐르는 기간을 제어하고, 이차측 권선에 유도되는 전압 펄스의 폭을 제어하여, 저전압(VoL)의 전압값을 임의로 제어할 수 있다.
일차측 직교 변환부(3)에서, 위상 제어에 의해 전류가 일차측 권선(1L 및 2L)에 흐르는 기간을 제어하는 것은 아니고, 제어 신호(S3∼S8)의 펄스폭을 조정하여도 좋다. 즉, 트랜지스터(Q3∼Q8) 각각을 온 상태로 하는 펄스폭을 제어하는 PWM 제어를 행함으로써, 일차측 권선(1L 및 2L)에 전류가 흐르는 기간을 제어하여, 유도되는 펄스폭을 제어하도록 하여도 좋다.
본 발명은 양방향 DC/DC 컨버터에 적용할 수 있다. 이 양방향 DC/DC 컨버터 에 따르면, 고전압으로부터 저전압의 강압 동작에서, 종래예와 마찬가지로 권선비 및 스위칭의 제어에 의해 소정의 전압을 얻을 수 있다. 또한, 저전압으로부터 고전압의 승압 동작에서, 트랜스의 권선비에 대응하여 전압이 상승하는 것에 더하여, 2개의 트랜스의 각 일차 권선에 유도된 전압이 가산되기 때문에, 용이하게 높은 전압값으로 전압을 상승시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 고전압측과 저전압측의 상호간에서, 전압을 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터로서,
    제1 일차측 권선과, 제1 중점에서 분할된 제1 권선 및 제2 권선으로 이루어지는 제1 이차측 권선을 갖는 제1 트랜스와,
    상기 제1 일차측 권선에 직렬로 접속된 제2 일차측 권선과, 제2 중점에서 분할된 제3 권선 및 제4 권선으로 이루어지며, 상기 제1 이차측 권선과 병렬로 접속되는 제2 이차측 권선을 갖는 제2 트랜스와,
    상기 제1 일차측 권선의 일단 및 제2 일차측 권선의 일단의 접속점과, 고전압측의 +측 단자의 사이에 삽입된 제1 스위치와,
    상기 접속점과 고전압측의 -측 단자 사이에 삽입된 제2 스위치와,
    상기 제1 일차측 권선의 타단과 상기 고전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제3 스위치와,
    상기 제1 일차측 권선의 타단과 상기 고전압측의 -측 단자 사이에 삽입된 제4 스위치와,
    상기 제2 일차측 권선의 타단과 상기 고전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제5 스위치와,
    상기 제2 일차측 권선의 타단과 상기 고전압측의 -측 단자 사이에 삽입된 제6 스위치와,
    상기 제1 권선측의 제1 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제7 스위치와,
    상기 제2 권선측의 제1 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제8 스위치와,
    상기 제3 권선측의 제2 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제9 스위치와,
    상기 제4 권선측의 제2 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자 사이에 삽입된 제10 스위치
    를 포함하고,
    상기 제1 중점 및 상기 제2 중점은 상기 저전압측의 -측 단자에 접속되며, 상기 제7 스위치, 상기 제8 스위치, 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치는 상기 저전압측의 +측 단자에 이차측 권선의 상기 제1 권선측의 단자, 상기 제2 권선측의 단자, 상기 제3 권선측의 단자, 및 상기 제4 권선측의 단자 각각을 접속하는 것인 양방향 DC/DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제7 내지 제10 스위치를 제어하는 제2 제어 회로와,
    상기 제1 일차측 권선 및 상기 제2 일차측 권선에 접속된 제1 정류 회로
    를 더 포함하고,
    승압 동작에 있어서,
    상기 제2 제어 회로는, 상기 제1 권선측의 제1 이차측 권선의 단자 및 상기 제2 권선측의 제1 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자의 접속이 제1 주기마다 변화하도록 상기 제7 스위치 및 상기 제8 스위치를 제어하며, 상기 제1 주기마다 상기 제1 일차측 권선에 흐르는 전류의 방향이 반대가 되도록 푸시풀 동작시키고, 또한, 상기 제3 권선측의 제2 이차측 권선의 단자 및 상기 제4 권선측의 제2 이차측 권선의 단자와 상기 저전압측의 +측 단자의 접속이 제2 주기마다 변화하도록 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치를 제어하며, 상기 제2 일차측 권선에 흐르는 전류의 방향이 상기 제1 일차측 권선에 흐르는 전류와 동일 방향이 되도록, 상기 제2 주기마다 상기 제2 일차측 권선에 흐르는 전류의 방향이 반대가 되도록 푸시풀 동작시키고,
    상기 제1 정류 회로로부터 출력되는 상기 제1 일차측 권선 및 제2 일차측 권선에 유도되는 전압의 합의 전압을, 상기 제1 정류 회로가 평활화하여 승압 전압으로서 출력하는 것인 양방향 DC/DC 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 제어 회로는, 상기 제7 스위치 및 상기 제8 스위치와, 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치의 온/오프의 타이밍을 각각 위상 제어하여, 상기 승압 전압을 미리 설정된 전압으로 하는 것인 양방향 DC/DC 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 제어 회로는, 위상 제어에 의해 상기 제7 스위치 및 상기 제8 스위치와, 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치의 온/오프에서의 타이밍을 각각 위상 제어하고, 또한 상기 제7 내지 제10 스위치 각각을 온하는 시간을 펄스폭 제어함으로써 상기 승압 전압을 미리 설정된 전압으로 하는 것인 양방향 DC/DC 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 스위치를 제어하여, 상기 접속점과 상기 제1 일차측 권선의 타단 및 상기 제2 일차측 권선의 타단 각각을 상기 고전압측의 +측 단자 및 -측 단자 중 어느 하나에 접속시키는 제1 제어 회로와,
    상기 제1 권선 및 상기 제2 권선에 접속된 제2 정류 회로와,
    상기 제2 정류 회로의 출력에, 출력이 병렬로 접속되며, 상기 제3 권선 및 상기 제4 권선에 접속된 제3 정류 회로
    를 더 포함하고,
    강압 동작에 있어서,
    상기 제1 제어 회로는, 상기 제1 내지 제6 스위치의 온/오프를 제3 주기마다 변화하도록 제어하며, 상기 제3 주기마다 상기 제1 일차측 권선과 제2 일차측 권선에 흐르는 전류의 방향을 반대로 하고,
    상기 제2 정류 회로는, 상기 제1 권선 및 상기 제2 권선에 생성되는 전압을 정류하며,
    상기 제3 정류 회로는, 상기 제3 권선 및 상기 제4 권선에 생성되는 전압을 정류하고,
    상기 제2 정류 회로 및 상기 제3 정류 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하여 출력하는 양방향 DC/DC 컨버터.
  6. 제5항에 있어서,
    강압 동작에서, 상기 제1 제어 회로는 전압이 강하된 출력 전압에 대응하여, 상기 제1 내지 제6 스위치 각각을 온/오프하는 타이밍을 위상 제어하여, 상기 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 하는 것인 양방향 DC/DC 컨버터.
  7. 제5항에 있어서,
    강압 동작에서, 상기 제1 제어 회로는 전압이 강하된 출력 전압에 대응하여, 상기 제1 내지 제6 스위치 각각을 온하는 시간을 펄스폭 제어하여, 상기 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 하는 것인 양방향 DC/DC 컨버터.
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