KR20210096446A - A bidirectional resonant dc-dc converter - Google Patents

A bidirectional resonant dc-dc converter Download PDF

Info

Publication number
KR20210096446A
KR20210096446A KR1020200009917A KR20200009917A KR20210096446A KR 20210096446 A KR20210096446 A KR 20210096446A KR 1020200009917 A KR1020200009917 A KR 1020200009917A KR 20200009917 A KR20200009917 A KR 20200009917A KR 20210096446 A KR20210096446 A KR 20210096446A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
primary
resonant
transformer
reactance element
bridge
Prior art date
Application number
KR1020200009917A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102335940B1 (en
Inventor
김은수
Original Assignee
전주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전주대학교 산학협력단 filed Critical 전주대학교 산학협력단
Priority to KR1020200009917A priority Critical patent/KR102335940B1/en
Publication of KR20210096446A publication Critical patent/KR20210096446A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102335940B1 publication Critical patent/KR102335940B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584Bidirectional converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Provided is a bidirectional resonant DC-DC converter that proposes main circuits, which are easier to manufacture. According to the present invention, the bidirectional resonant DC-DC converter can facilitate gain control by respectively operating with the unique gain characteristics of an LLC resonance converter during forward and reverse power transfer operation due to the operation characteristics according to a transformer winding polarity (main winding and auxiliary winding applied for gain control) and a resonant capacitor common connection line of two resonant circuits while not having the mutually coupled DLLC resonance characteristics even if operating by applying a resonance capacitor to a primary circuit unit and a secondary circuit unit, and operate with a wide input/output voltage control range.

Description

양방향 공진형 DC-DC 컨버터{A BIDIRECTIONAL RESONANT DC-DC CONVERTER}Bidirectional Resonant DC-DC Converter {A BIDIRECTIONAL RESONANT DC-DC CONVERTER}

본 발명은 절연된 2개의 전원 시스템에 있어서 양방향으로 전력전송이 가능한 공진형 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a resonant DC-DC converter capable of bidirectional power transmission in two isolated power supply systems.

최근 마이크로그리드, 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System), 전기자동차 충·방전시스템 등 응용분야에 양방향 직류-직류(DC-DC) 컨버터 전력변환장치가 요구되고 있다.Recently, a bidirectional direct current (DC-DC) converter power converter is required in application fields such as microgrids, energy storage systems (ESS), and electric vehicle charging/discharging systems.

절연형 고주파 변압기를 적용한 양방향 전력수수가 가능한 DC-DC 컨버터는 전압원 컨버터로 이루어진 방식과 전압원 컨버터와 전류원 컨버터가 접목된 양방향전력수수 가능한 DC-DC 컨버터 등이 개발되어 왔다. 하지만, 기본적으로 이들 전력변환장치들은 하드스위칭(Hard Switching) 때문에 스위칭손실에 의한 전력변환손실이 큰 단점을 가지고 있다.A DC-DC converter capable of bidirectional power transfer using an isolated high-frequency transformer has been developed, including a method consisting of a voltage source converter and a DC-DC converter capable of bidirectional power transfer in which a voltage source converter and a current source converter are combined. However, basically, these power conversion devices have a large disadvantage in power conversion loss due to switching loss due to hard switching.

최근 사이즈 및 스위칭 손실, EMI(Electro-Magnetic Interference) 저감을 위해 영전압스위칭(ZVS : Zero Voltage Switching)이 가능한 공진컨버터가 접목된 양방향 DC-DC 컨버터들이 적용, 검토되고 있다.Recently, to reduce size, switching loss, and EMI (Electro-Magnetic Interference), two-way DC-DC converters incorporating a resonant converter capable of Zero Voltage Switching (ZVS) are being applied and reviewed.

도 1은 종래 양방향 공진형 컨버터의 일 실시예를 도시하였다. 도 1과 같이 양방향 전력전달 가능한 공진컨버터의 1차측 및 2차측에 공진커패시터(Cr1, Cr2(또는 CB1))를 적용하게 되는데, 순방향 및 역방향 전력전달 동작시 적용된 1차측 및 2차측 공진커패시터 값에 따라 도 2a와 같은 LLC 공진특성, 도 2b와 같은 CCL 동작특성과 LLC 공진특성이 혼합된 CLLC 공진이득특성 및 도 2c와 같이 SRC(Series Resonant Converter) 공진이득특성이 나타나게 된다. 특히 1차측 및 2차측에 공진커패시터(Cr1, Cr2)를 적용하였을 경우 양방향 전력전달 동작시 공진커패시터(Cr1, Cr2)들의 상호 커플링에 따라 공진주파수(fr)보다 낮은 주파수영역 및 중부하시에는 이득 기울기가 공진주파수점(fr)에서의 이득보다도 낮아지는 값을 갖는 기울기로 기울어져 기존 LLC 공진컨버터 이득특성 때와는 다른 공진이득특성을 갖게 되어 양방향 전력전달에 어려움을 주고 있다.1 shows an embodiment of a conventional bidirectional resonant converter. As shown in Fig. 1, resonant capacitors (Cr1, Cr2 (or CB1)) are applied to the primary and secondary sides of the resonant converter capable of bidirectional power transfer. Accordingly, the LLC resonance characteristic as shown in FIG. 2A, the CLLC resonance gain characteristic in which the CCL operation characteristic and the LLC resonance characteristic are mixed as shown in FIG. 2B, and the series resonant converter (SRC) resonance gain characteristic as shown in FIG. 2C appear. In particular, when the resonant capacitors Cr1 and Cr2 are applied to the primary and secondary sides, the gain at a frequency range lower than the resonance frequency fr and heavy load due to mutual coupling of the resonant capacitors Cr1 and Cr2 during bidirectional power transfer operation Since the slope has a slope having a value lower than the gain at the resonance frequency point fr, it has a resonance gain characteristic different from the gain characteristic of the existing LLC resonant converter, which makes it difficult to transmit power in both directions.

본 발명은, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 순방향 및 역방향의 전력전달을 위한 주회로 동작시 가변 스위칭 주파수에 의해 이득제어를 할 수 있는 양방향 공진형 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention provides a bidirectional resonant direct current (DC-DC) converter capable of gain control by a variable switching frequency during operation of a main circuit for power transmission in forward and reverse directions. aims to provide

또한 본 발명은, 보다 제작이 용이한 주회로들을 제안하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a bidirectional resonant DC-DC converter that proposes main circuits that are easier to manufacture.

또한 본 발명은, 순방향 및 역방향 전력 전달 모드에서 모두 LLC 공진 컨버터 고유의 이득특성을 갖도록 함으로써, 높은 이득특성 및 고효율특성을 갖는 양방향 전력수수가 가능한 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a DC-DC converter capable of bidirectional power transfer having high gain characteristics and high efficiency characteristics by having gain characteristics unique to the LLC resonant converter in both forward and reverse power transfer modes.

또한 본 발명은, 순방향 및 역방향 전력 전달 모드에서 이득제어를 용이하게 설계 할 수 있는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a bidirectional resonant DC-DC converter capable of easily designing gain control in forward and reverse power transfer modes.

또한 본 발명에 의해 제안되는 주회로들을 이용하여 용이하게 용량증대가 가능한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a bidirectional resonant DC-DC converter capable of easily increasing capacity using the main circuits proposed by the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예(제1 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서, 상기 1차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 분압 커패시터부, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 상기 2차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되, 상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment (first type) of the present invention includes a primary circuit part connected to a first voltage source and a secondary circuit part connected to a second voltage source. A bidirectional resonant DC-DC converter comprising: a primary side switch module including a plurality of switching elements; a primary side voltage divider capacitor unit; and the secondary-side circuit unit includes a secondary-side switch module including a plurality of switching elements, a secondary-side voltage dividing capacitor unit, a secondary winding of each of the first transformer and the second transformer, a secondary-side first resonance reactance element, and a secondary-side second and two resonant reactance elements, wherein the primary side first resonant circuit unit includes a first transformer primary side main winding, a primary side first auxiliary winding unit, and a primary side first resonant reactance element connected in series, and the primary side second The resonance circuit unit includes a second transformer primary side main winding, a primary side secondary winding unit and a primary side second resonant reactance element connected in series, the primary side first resonant reactance element, the primary side second resonant reactance element, The secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element include a resonant capacitor and a resonant inductor, and the first transformer primary main winding and the primary primary auxiliary winding of the primary-side first resonant circuit part A node to which an additionally connected node is connected to a node to which the second primary-side main winding of the transformer of the primary-side and the second auxiliary winding of the primary-side is connected is characterized in that it is connected through a first common connection line.

여기서, 상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감길 수 있다. Here, the primary-side first auxiliary winding unit includes a first auxiliary winding on the primary side of a first transformer and a first auxiliary winding on the primary side of the second transformer, and the second auxiliary winding on the primary side includes a second auxiliary winding on the primary side of the first transformer. and a second auxiliary winding on the primary side of a second transformer, wherein the first main winding on the primary side of the first transformer and the first auxiliary winding on the primary side are wound to have the same polarity, and the secondary main winding on the primary side of the second transformer and the secondary winding on the primary side are wound to have the same polarity. The two auxiliary windings may be wound to have the same polarity, and one of the first transformer secondary winding and the second transformer secondary winding may be wound to have different polarities.

또한, 순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며, 역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.Further, in the forward power transfer mode, a current flows through the primary-side first resonant reactance element and the primary-side second resonant reactance element, and a current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element. does not flow, and in the reverse power transfer mode, current flows in the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element, and the primary-side first resonant reactance element, the primary-side first auxiliary winding unit and the It is characterized in that no current flows between the primary-side second resonant reactance element and the primary-side second auxiliary winding portion.

또한, 상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암 및 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암을 포함하되, 상기 1차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 1차측 제1 분압 커패시터 및 1차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제1 전압원, 상기 제1 브리지-암 및 상기 제2 브리지-암과 병렬로 연결되고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 1차측 제1 분압 커패시터 및 상기 1차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며, 상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속될 수 있다.In addition, the primary side switch module includes a first bridge-arm to which 1-1 and 1-2 switching elements are connected in series and a second bridge to which 1-3 and 1-4 switching elements are connected in series. - an arm, wherein the primary-side voltage-dividing capacitor unit includes a primary-side first voltage-dividing capacitor and a primary-side second voltage-dividing capacitor connected in series, the first voltage source, the first bridge-arm, and the second bridge-arm connected in parallel with, one end of the primary-side first resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-1 and 1-2 switching elements are connected, and the other end of the primary-side first voltage dividing capacitor and the primary-side second switching element is connected to It is connected to the primary side central node to which the second voltage dividing capacitor is connected, and one end of the primary side second resonance circuit part is connected to the node to which the 1-3 and 1-4 switching elements are connected, and the other end is the primary side central node. can be connected to

또한, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함하되, 상기 2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제2 전압원, 상기 제3 브리지-암 및 상기 제4 브리지-암과 병렬로 연결되고, 상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며, 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속될 수 있고 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결된다. In addition, the secondary-side switch module includes a third bridge-arm to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series, and a fourth bridge to which second-3 and 2-4 switching elements are connected in series. - an arm, wherein the secondary-side voltage-dividing capacitor unit includes a secondary-side first voltage-dividing capacitor and a secondary-side second voltage-dividing capacitor connected in series, the second voltage source, the third bridge-arm, and the fourth bridge-arm One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node connected in parallel to and to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the 2-3 and 2-4 switching elements are connected One end of the secondary winding of the second transformer is connected to a node to One end of the secondary-side second resonant reactance element may be connected, and the other end of the secondary-side first resonant reactance element and the other end of the secondary-side second resonant reactance element are connected through a second common connection line.

본 발명의 또 다른 실시예(제4-1 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함하되, 상기 2차측 분압 커패시터부는, 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 일단은 2차측 중심노드에서 만나 연결되고, 타단은 각각 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터에 연결되며, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단이 제2 공통연결선을 통해 연결된다. 상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제1 변압기 2차측 권선의 타단 및 상기 제2 변압기 2차측 권선의 타단이 상기 2차측 중심노드에서 만나 연결될 수 있다.In another embodiment (type 4-1) of the bidirectional resonant DC-DC converter of the present invention, the secondary-side switch module includes a third bridge to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series. an arm and a fourth bridge-arm to which second-third and second-fourth switching elements are connected in series, wherein the secondary-side voltage divider capacitor includes a secondary-side first voltage divider capacitor and a secondary-side second voltage divider capacitor and one end of the secondary-side first resonant reactance and one end of the secondary-side second resonant reactance meet and connect at a secondary-side central node, and the other end is connected to the secondary-side first voltage dividing capacitor and the secondary-side second voltage dividing capacitor, respectively. connected, and the other end of the secondary-side first resonant reactance element and the other end of the secondary-side second resonant reactance element are connected through a second common connection line. One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the second to a node to which the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. One end of the secondary winding of the transformer may be connected, and the other end of the secondary winding of the first transformer and the other end of the secondary winding of the second transformer may meet and be connected at the secondary central node.

본 발명의 또 다른 실시예(제2 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서, 상기 1차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 상기 2차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되, 상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.A bidirectional resonant DC-DC converter according to another embodiment (second type) of the present invention is a bidirectional resonant DC-DC including a primary circuit unit connected to a first voltage source and a secondary circuit unit connected to a second voltage source. A converter, wherein the primary-side circuit part includes a primary-side switch module including a plurality of switching elements, a primary-side first resonance circuit part and a primary-side second resonance circuit part, and the secondary-side circuit part includes a plurality of switching elements a secondary-side switch module, a secondary-side voltage dividing capacitor unit, a secondary winding of each of a first transformer and a second transformer, a secondary-side first resonant reactance element and a secondary-side second resonant reactance element, wherein the primary-side first resonant circuit A first transformer primary main winding, a primary primary auxiliary winding unit, and a primary side first resonant reactance element are connected in series, and the primary side second resonant circuit unit is a second transformer primary main winding and a primary side first Two auxiliary winding units and a second primary-side resonant reactance element are connected in series, and the primary-side first resonant reactance element, the primary-side second resonant reactance element, the secondary-side first resonant reactance element, and the secondary-side second resonant reactance element The resonant reactance element includes a resonant capacitor and a resonant inductor, and a node connected to the first transformer primary side main winding of the primary side first resonant circuit unit and the primary side first auxiliary winding unit and the second resonant circuit unit of the primary side Second, a node connected to the primary side main winding of the transformer and the secondary secondary winding unit on the primary side is connected through a first common connection line.

여기서, 상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감길 수 있다. Here, the primary-side first auxiliary winding unit includes a first auxiliary winding on the primary side of a first transformer and a first auxiliary winding on the primary side of the second transformer, and the second auxiliary winding on the primary side includes a second auxiliary winding on the primary side of the first transformer. and a second auxiliary winding on the primary side of a second transformer, wherein the first main winding on the primary side of the first transformer and the first auxiliary winding on the primary side are wound to have the same polarity, and the secondary main winding on the primary side of the second transformer and the secondary winding on the primary side are wound to have the same polarity. The two auxiliary windings may be wound to have the same polarity, and one of the first transformer secondary winding and the second transformer secondary winding may be wound to have different polarities.

또한, 순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며, 역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.Further, in the forward power transfer mode, a current flows through the primary-side first resonant reactance element and the primary-side second resonant reactance element, and a current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element. does not flow, and in the reverse power transfer mode, current flows in the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element, and the primary-side first resonant reactance element, the primary-side first auxiliary winding unit and the It is characterized in that no current flows between the primary-side second resonant reactance element and the primary-side second auxiliary winding portion.

또한, 상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며, 상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속될 수 있다.In addition, the primary side switch module includes a first bridge-arm to which 1-1 and 1-2 switching elements are connected in series, and a second bridge to which 1-3 and 1-4 switching elements are connected in series. - an arm and a third bridge-arm to which the 1-5 and 1-6 switching elements are connected in series, wherein the first to third bridge-arms are all connected in parallel, and the primary side first resonance One end of the circuit unit is connected to a node to which the 1-1 and 1-2 switching elements are connected, and the other end is connected to a primary-side central node to which the 1-5 and 1-6 switching elements are connected, and the One end of the primary-side second resonance circuit unit may be connected to a node to which the 1-3 and 1-4 switching elements are connected, and the other end may be connected to the primary-side central node.

또한, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함하되, 상기 2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제2 전압원, 상기 제4 브리지-암 및 상기 제5 브리지-암과 병렬로 연결되고, 상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며, 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결된다.In addition, the secondary-side switch module includes a fourth bridge-arm to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series, and a fifth bridge to which second-3 and 2-4 switching elements are connected in series. - an arm, wherein the secondary-side voltage-dividing capacitor unit includes a secondary-side first voltage-dividing capacitor and a secondary-side second voltage-dividing capacitor connected in series, the second voltage source, the fourth bridge-arm, and the fifth bridge-arm One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node connected in parallel to and to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the 2-3 and 2-4 switching elements are connected One end of the secondary winding of the second transformer is connected to a node to One end of the secondary-side second resonant reactance element is connected, and the other end of the secondary-side first resonant reactance element and the other end of the secondary-side second resonant reactance element are connected through a second common connection line.

또한, 상기 순방향 전력 전달 모드에서, 제어부는 사용자의 선택에 따라, 상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어할 수 있다.In addition, in the forward power transfer mode, the control unit, according to the user's selection, the forward half-bridge operation mode 1, the forward half-bridge operation mode 2 in which the primary circuit part operates as a half-bridge, or the primary circuit part is full - A forward full-bridge operating mode may control the primary side switch module to operate in one of the operating modes of the bridge.

여기서, 본 발명의 또 다른 실시예(제5-1 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 제1-1 스위칭 소자 및 상기 제1-3 스위칭 소자로 다이오드를 사용할 수 있다. Here, in the bidirectional resonant DC-DC converter according to another embodiment (type 5-1) of the present invention, a diode may be used as the 1-1 switching element and the 1-3 switching element.

본 발명의 또 다른 실시예(제4-2 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함하되, 상기 2차측 분압 커패시터부는, 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단은 2차측 중심노드에서 만나 연결되고, 타단은 각각 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터에 연결되며, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결된다.In another embodiment (type 4-2) of the bidirectional resonant DC-DC converter of the present invention, the secondary-side switch module includes a fourth bridge to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series. - an arm and a fifth bridge-arm to which second-3 and 2-4 switching elements are connected in series, wherein the secondary-side voltage divider capacitor includes a secondary-side first voltage divider capacitor and a secondary-side second voltage divider capacitor and one end of the secondary-side first resonant reactance element and one end of the secondary-side second resonant reactance element meet and connect at a secondary-side central node, and the other ends of the secondary-side first voltage divider capacitor and the secondary-side second voltage divider, respectively It is connected to a capacitor, and the other end of the secondary-side first resonant reactance element and the other end of the secondary-side second resonant reactance element are connected through a second common connection line.

상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제1 변압기 2차측 권선의 타단 및 상기 제2 변압기 2차측 권선의 타단이 상기 2차측 중심노드에서 만나 연결될 수 있다. One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the second to a node to which the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. One end of the secondary winding of the transformer may be connected, and the other end of the secondary winding of the first transformer and the other end of the secondary winding of the second transformer may meet and be connected at the secondary central node.

이 때, 상기 순방향 전력 전달 모드에서, 제어부는 사용자의 선택에 따라, 상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어할 수 있다.At this time, in the forward power transfer mode, the control unit according to the user's selection, the forward half-bridge operation mode 1, the forward half-bridge operation mode 2 or the primary circuit unit in which the primary circuit unit operates as a half-bridge The primary side switch module may be controlled to operate in one of the forward full-bridge operation modes operating as a full-bridge.

여기서, 본 발명의 또 다른 실시예(제5-2 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 제1-1 스위칭 소자 및 상기 제1-3 스위칭 소자로 다이오드를 사용할 수 있다.Here, in the bidirectional resonant DC-DC converter according to another embodiment (type 5-2) of the present invention, a diode may be used as the 1-1 switching element and the 1-3 switching element.

본 발명의 또 다른 실시예(제3 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서, 상기 1차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 상기 2차측 회로부는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되, 상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.A bidirectional resonant DC-DC converter according to another embodiment (third type) of the present invention is a bidirectional resonant DC-DC including a primary circuit unit connected to a first voltage source and a secondary circuit unit connected to a second voltage source. A converter, wherein the primary-side circuit part includes a primary-side switch module including a plurality of switching elements, a primary-side first resonance circuit part and a primary-side second resonance circuit part, and the secondary-side circuit part includes a plurality of switching elements and a secondary-side switch module, a secondary winding of each of the first transformer and the second transformer, a secondary-side first resonant reactance element, and a secondary-side second resonant reactance element, wherein the primary-side first resonant circuit unit is a first transformer 1 A primary side main winding, a primary side first auxiliary winding unit, and a primary side first resonant reactance element are connected in series, and the primary side second resonant circuit unit includes a second transformer primary side main winding, a primary side second auxiliary winding unit and 1 Secondary-side resonant reactance elements are connected in series, and the primary-side first resonant reactance element, the primary-side second resonant reactance element, the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element are resonant capacitors. and a resonance inductor, and a node connected to the primary side main winding of the first transformer and the first auxiliary winding of the primary side of the first resonant circuit part, and the second transformer primary main winding of the primary side second resonance circuit part; The node to which the primary-side second auxiliary winding unit is connected is characterized in that it is connected through a first common connection line.

여기서, 상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감길 수 있다.Here, the primary-side first auxiliary winding unit includes a first auxiliary winding on the primary side of a first transformer and a first auxiliary winding on the primary side of the second transformer, and the second auxiliary winding on the primary side includes a second auxiliary winding on the primary side of the first transformer. and a second auxiliary winding on the primary side of a second transformer, wherein the first main winding on the primary side of the first transformer and the first auxiliary winding on the primary side are wound to have the same polarity, and the secondary main winding on the primary side of the second transformer and the secondary winding on the primary side are wound to have the same polarity. The two auxiliary windings may be wound to have the same polarity, and one of the first transformer secondary winding and the second transformer secondary winding may be wound to have different polarities.

또한, 순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며, 역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.In addition, in the forward power transfer mode, a current flows through the primary-side first resonant reactance element and the primary-side second resonant reactance element, and a current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element. does not flow, and in the reverse power transfer mode, current flows in the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element, and the primary-side first resonant reactance element, the primary-side first auxiliary winding unit and the It is characterized in that no current flows between the primary-side second resonant reactance element and the primary-side second auxiliary winding portion.

또한, 상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고, 상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며, 상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속될 수 있다.In addition, the primary side switch module includes a first bridge-arm to which 1-1 and 1-2 switching elements are connected in series, and a second bridge to which 1-3 and 1-4 switching elements are connected in series. - an arm and a third bridge-arm to which the 1-5 and 1-6 switching elements are connected in series, wherein the first to third bridge-arms are all connected in parallel, and the primary side first resonance One end of the circuit unit is connected to a node to which the 1-1 and 1-2 switching elements are connected, and the other end is connected to a primary-side central node to which the 1-5 and 1-6 switching elements are connected. One end of the secondary-side second resonance circuit unit may be connected to a node to which the 1-3 and 1-4 switching elements are connected, and the other end may be connected to the primary-side central node.

또한, 상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암 및 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제6 브리지-암을 포함하되, 상기 제4 내지 제6 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고, 상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며, 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고, 상기 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결된다.In addition, the secondary-side switch module includes a fourth bridge-arm in which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series, and a fifth bridge in which second-3 and 2-4 switching elements are connected in series. - an arm and a sixth bridge-arm to which second-5 and second-6 switching elements are connected in series, wherein the fourth to sixth bridge-arms are all connected in parallel, and the 2-1 and One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node to which the 2-2 switching element is connected, and one end of the secondary winding of the second transformer is connected to the node to which the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. is connected, and one end of the secondary-side first resonant reactance element and one end of the secondary-side second resonant reactance element are connected to the secondary-side central node to which the 2-5 and 2-6 switching elements are connected; The other end of the first resonant reactance element and the other end of the second resonant reactance element are connected through a second common connection line.

또한, 상기 순방향 전력 전달 모드에서, 제어부는 사용자의 선택에 따라, 상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어할 수 있다.In addition, in the forward power transfer mode, the control unit, according to the user's selection, the forward half-bridge operation mode 1, the forward half-bridge operation mode 2 in which the primary circuit part operates as a half-bridge, or the primary circuit part is full - A forward full-bridge operating mode may control the primary side switch module to operate in one of the operating modes of the bridge.

또한, 상기 역방향 전력 전달 모드에서, 상기 제어부는 사용자의 선택에 따라, 상기 2차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 역방향 하프-브리지 동작 모드 1, 역방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 2차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 역방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 2차측 스위치 모듈을 제어할 수 있다.In addition, in the reverse power transfer mode, the control unit, according to a user's selection, a reverse half-bridge operation mode 1 in which the secondary circuit unit operates as a half-bridge, a reverse half-bridge operation mode 2 or the secondary circuit unit The secondary-side switch module may be controlled to operate in one of the reverse full-bridge operation modes operating as a full-bridge.

여기서, 본 발명의 또 다른 실시예(제5-3 타입)인 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는, 상기 제1-1 스위칭 소자, 제1-3 스위칭 소자, 상기 제2-1 스위칭 소자 및 상기 제2-3 스위칭 소자로 다이오드를 사용할 수 있다. Here, the bidirectional resonant DC-DC converter according to another embodiment (type 5-3) of the present invention includes the 1-1 switching element, the 1-3 switching element, the 2-1 switching element, and the A diode may be used as the second-3 switching element.

한편, 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선은 누설인덕턴스를 포함할 수 있다.Meanwhile, in embodiments of the present invention, the first transformer primary-side main winding and the second transformer primary-side main winding may include leakage inductance.

이때, 상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선은 상기 누설인덕턴스 대신 공진인덕터를 포함할 수 있다.In this case, the first primary side main winding of the transformer and the second transformer primary side main winding may include a resonance inductor instead of the leakage inductance.

기존 양방향 공진컨버터 적용시 1차측과 2차측에 공진형 컨버터를 적용함으로 상호 커플링 결합되어 CLLC 공진이득특성을 가짐으로 원하는 이득특성을 얻기가 어려웠다.When applying the existing bi-directional resonant converter, it was difficult to obtain the desired gain characteristics because the resonant converter was applied to the primary side and the secondary side, so that it was coupled to each other and had the CLLC resonance gain characteristic.

본 발명에서 제시한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 경우 1차측 회로부 및 2차측 회로부에 공진 커패시터를 적용하여 동작하더라도 상호 커플링된 CLLC 공진특성을 갖지 않고 두 개의 공진회로부의 변압기 권선극성(이득조절을 위해 주권선 및 보조권선 적용) 및 공통연결선에 따른 동작특성에 의해 순방향 및 역방향 전력 전달 동작 시 각각 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 동작함으로 이득조정을 용이하게 할 수 있고, 넓은 입·출력 전압 제어범위를 갖고 동작할 수 있는 특징을 갖는 고효율의 양방향 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다. In the case of the bidirectional resonant DC-DC converter proposed in the present invention, even if the resonant capacitor is applied to the primary circuit part and the secondary circuit part, it does not have a mutually coupled DLLC resonance characteristic and the transformer winding polarity (gain control) of the two resonance circuit parts. For this purpose, the main winding and auxiliary winding are applied) and the operation characteristics according to the common connection line make it easy to adjust the gain by operating with the unique gain characteristics of the LLC resonant converter, respectively, during forward and reverse power transfer operation, and wide input/output It is possible to provide a high-efficiency bidirectional DC-DC converter having a characteristic that can operate with a voltage control range.

또한, 본 발명은 순방향 및 역방향의 전력전달을 위한 주회로 동작시 가변 스위칭 주파수에 의해 이득제어를 할 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a bidirectional DC-DC converter capable of controlling gain by a variable switching frequency during operation of a main circuit for power transfer in forward and reverse directions.

또한, 본 발명은 1차측 보조권선을 1차측 주권선 및 1차측 공진 리액턴스에 직렬로 적용하여, 보다 제작이 용이한 주회로들을 제안하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a bidirectional resonant DC-DC converter that proposes more easily manufactured main circuits by applying a primary-side auxiliary winding to the primary-side main winding and the primary-side resonant reactance in series.

또한, 본 발명은 제안되는 주회로들은 상기 1차측 중심노드간과 상기 2차측 중심노드간을 각각 접속하여 병렬로 연결될 수 있고, 이에 따라 용이하게 용량증대가 가능한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, the present invention is to provide a bidirectional resonant DC-DC converter capable of easily increasing the capacity in which the main circuits proposed can be connected in parallel by connecting the primary side central node and the secondary side central node, respectively. can

도 1은 종래 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 일례를 도시한 것이다.
도 2a는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 바람직한 LLC 이득특성을 나타낸다.
도 2b 및 2c는 종래 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 CLLC 및 SRC 이득특성을 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를 도시한 것이다.
도 3c는 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 3d 및 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 도시한 것이다.
도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를 도시한 것이다.
도 3h는 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 3i 및 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 도시한 것이다.
도 3k는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 4b는 제2 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 4c 및 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4f 및 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 2의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 2의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4i 및 도 4j는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 풀-브리지 동작 모드의 상세 동작을 나타낸 도면이다.
도 4k는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 풀-브리지 동작 모드의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 4l는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 4m 및 도 4n은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드의 상세 동작을 나타낸 것이다.
도 4o는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 5b는 제3 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 5c 및 도 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 순방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.
도 5f 및 도 5g는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 역방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-1 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-2 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-2 타입 주회로에서 2차측 분압 커패시터 대신 스위칭 소자를 적용한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제5 타입 주회로를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 이득특성에 대한 실험에 있어서 적용된 주요정격과 사양, 변압기 파라메타를 나타낸 표이다.
도 9는 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이다.
도 10은 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 효율특성을 나타낸 도면이다.
도 11은 제1 타입 주회로에 대한 역방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이다.
도 12는 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 효율특성을 나타낸 도면이다.
1 shows an example of a conventional bidirectional resonant DC-DC converter.
2A shows a preferred LLC gain characteristic of a bidirectional resonant DC-DC converter.
2B and 2C show the CLLC and SRC gain characteristics of a conventional bidirectional resonant DC-DC converter.
3A is a circuit diagram illustrating a first type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
3B shows an equivalent circuit in a forward power transfer mode of a first type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
3C shows the voltage gain characteristics in the forward power transfer mode of the first type main circuit.
3D and 3E show detailed operations in the forward power transfer mode of the first type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
3F illustrates voltage and current waveforms in a forward power transfer mode of a first type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
3G shows an equivalent circuit in a reverse power transfer mode of the first type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
3H shows the voltage gain characteristics in the reverse power transfer mode of the first type main circuit.
3I and 3J show detailed operations in the reverse power transfer mode of the first type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
3K illustrates voltage and current waveforms in a reverse power transfer mode of a first type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4A is a circuit diagram illustrating a second type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4B shows the voltage gain characteristics in the forward power transfer mode of the second type main circuit.
4C and 4D are diagrams illustrating detailed operations of the forward half-bridge operation mode 1 of the second type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4E is a diagram illustrating voltage and current waveforms in forward half-bridge operation mode 1 of a second type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4F and 4G are diagrams illustrating detailed operations of the forward half-bridge operation mode 2 of the second type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4H illustrates voltage and current waveforms in forward half-bridge operation mode 2 of the second type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4I and 4J are diagrams illustrating detailed operations of the forward full-bridge operation mode of the second type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4K illustrates voltage and current waveforms in a forward full-bridge operation mode of a second type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4L is a diagram illustrating voltage gain characteristics in a reverse power transfer mode of a second type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4M and 4N show detailed operations of the reverse power transfer mode of the second type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4O is a diagram illustrating voltage and current waveforms in a reverse power transfer mode of a second type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
5A is a circuit diagram illustrating a third type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
5B shows the voltage gain characteristics in the forward power transfer mode of the third type main circuit.
5c and 5d respectively show voltage and current waveforms in forward half-bridge operation mode 1 and forward full-bridge operation mode of the third type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention; it will be shown
5E is a diagram illustrating voltage gain characteristics in a reverse power transfer mode of a third type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
5f and 5g show voltage and current waveforms in reverse half-bridge operation mode 1 and reverse full-bridge operation mode of the third type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, respectively. it will be shown
6A is a circuit diagram illustrating a 4-1 type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
6B is a circuit diagram illustrating a 4-2 type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
6C is a circuit diagram in which a switching element is applied instead of a secondary side voltage divider capacitor in a 4-2 type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram illustrating a fifth type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
8 is a table showing main ratings, specifications, and transformer parameters applied in an experiment on the gain characteristics of the bidirectional resonant DC-DC converter of the present invention.
9 is an experimental waveform during the forward power transfer mode operation for the first type main circuit.
10 is a diagram illustrating efficiency characteristics of a first type main circuit in a forward power transfer mode operation.
11 is an experimental waveform of the reverse power transfer mode operation for the first type main circuit.
12 is a diagram illustrating efficiency characteristics in a forward power transfer mode operation for a first type main circuit.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 및 /또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ~사이에와 바로 ~사이에 또는 ~에 인접하는과 ~에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.The objects, features and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following examples in conjunction with the accompanying drawings. The following specific structural or functional descriptions are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms and described in the present specification or application. It should not be construed as being limited to the examples. Since the embodiment according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Terms such as first and/or second may be used to describe various elements, but the elements are not limited to the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one element from other elements, for example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be called a second element, and similar For example, the second component may also be referred to as the first component. When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that another component may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is directly connected to or directly connected to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Other expressions for describing the relationship between elements, such as between and immediately between, or adjacent to and directly adjacent to,, etc., should be interpreted similarly. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms include or have are intended to designate that the specified feature, number, step, action, component, part, or combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers, steps, actions, It should be understood that the possibility of the presence or addition of components, parts or combinations thereof is not precluded in advance. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로를 도시한 회로도이다. 3A is a circuit diagram illustrating a first type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로는 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200)를 포함한다. 이 때, 1차측 회로부(1100)는 제1 전압원(10)과 연결되고 2차측 회로부(1200)는 제2 전압원(20)과 연결된다.Referring to FIG. 3A , the first type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes a primary side circuit unit 1100 and a secondary side circuit unit 1200 . In this case, the primary circuit unit 1100 is connected to the first voltage source 10 , and the secondary circuit unit 1200 is connected to the second voltage source 20 .

이 때, 제1 전압원(10) 및 제2 전압원(20)은 각각 DC 전압원, 배터리, 커패시터 또는 부하 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In this case, each of the first voltage source 10 and the second voltage source 20 may include at least one of a DC voltage source, a battery, a capacitor, and a load.

여기서, 1차측 회로부(1100)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4), 1차측 분압 커패시터부, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 2차측 회로부(1200)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈(S1~S4), 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기(T1)와 제2 변압기(T2) 각각의 2차측 권선(NS1,NS2), 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)를 포함한다.Here, the primary-side circuit unit 1100 includes a primary-side switch module Q1 to Q4 including a plurality of switching elements, a primary-side voltage dividing capacitor unit, a primary-side first resonance circuit unit, and a primary-side second resonance circuit unit, 2 The secondary-side circuit unit 1200 includes a secondary-side switch module (S1 to S4) including a plurality of switching elements, a secondary-side voltage dividing capacitor unit, and a secondary winding (NS1) of each of the first transformer (T1) and the second transformer (T2); NS2), a secondary-side first resonant reactance element 1211 and a secondary-side second resonant reactance element 1212 .

이 때, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4)은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암(Bridge-Leg) 및 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암을 포함하고, 2차측 스위치 모듈(S1~S4)은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함한다.At this time, the primary side switch module (Q1 ~ Q4), the 1-1 and 1-2 switching elements (Q1-Q2) are connected in series to the first bridge-arm (Bridge-Leg) and 1-3 and a second bridge-arm to which the 1-4 th switching elements Q3-Q4 are connected in series, and the secondary-side switch modules S1 to S4 include the 2-1 th and 2-2 th switching elements S1. -S2) includes a third bridge-arm connected in series and a fourth bridge-arm connected in series with the 2-3rd and 2-4th switching elements S3-S4.

또한, 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선(NP1), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)가 포함될 수 있고 모두 직렬로 연결되며 1차측 제1 공진회로부의 일단은 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 1차측 제1 분압 커패시터(C1) 및 1차측 제2 분압 커패시터(C2)가 연결되는 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.In addition, the primary-side first resonant circuit unit may include the first transformer primary-side main winding NP1, the primary-side first auxiliary winding units NP11 and NP21, and the primary-side first resonant reactance element 1111, all in series. One end of the primary-side first resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-1 and 1-2 switching elements Q1-Q2 are connected, and the other end of the primary-side first voltage divider capacitor C1 and the primary-side second switching element Q1-Q2 is connected. It is connected to the primary side central node (node 'X') to which the voltage dividing capacitor C2 is connected.

또한, 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선(NP2), 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)가 포함될 수 있고 모두 직렬로 연결되며, 1차측 제2 공진회로부의 일단은 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.In addition, the primary-side second resonant circuit unit may include the second transformer primary-side main winding NP2, the primary-side second auxiliary winding units NP12 and NP22, and the primary-side second resonant reactance element 1112, all in series. One end of the primary-side second resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-3 and 1-4 switching elements Q3-Q4 are connected, and the other end is connected to the primary-side central node (node 'X'). .

1차측 제1 보조권선부(NP11, NP21)는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선(NP11) 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선(NP21)을 포함하고, 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선(NP12) 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선(NP22)을 포함한다.The primary-side first auxiliary winding unit NP11 and NP21 includes a first transformer primary-side first auxiliary winding NP11 and a second transformer primary-side first auxiliary winding NP21, and the primary-side second auxiliary winding unit ( NP12 and NP22 include a second auxiliary winding NP12 on the primary side of the first transformer and a second auxiliary winding NP22 on the primary side of the second transformer.

1차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 1차측 제1 분압 커패시터(C1) 및 1차측 제2 분압 커패시터(C2)를 포함하고, 제1 전압원(10), 제1 브리지-암 및 제2 브리지-암과 병렬로 연결된다.The primary-side voltage-dividing capacitor unit includes a primary-side first voltage-dividing capacitor C1 and a primary-side second voltage-dividing capacitor C2 connected in series, and includes a first voltage source 10 , a first bridge-arm and a second bridge-arm. connected in parallel with

2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)를 포함하여 제2 전압원(20), 제3 브리지-암 및 제4 브리지-암과 병렬로 연결된다.The secondary-side voltage-dividing capacitor unit includes a secondary-side first voltage-dividing capacitor C3 and a secondary-side second voltage-dividing capacitor C4 connected in series to a second voltage source 20 , a third bridge-arm and a fourth bridge-arm; connected in parallel

또한, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 연결되는 노드에는 제1 변압기 2차측 권선(NS1)의 일단이 접속되고, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 연결되는 노드에는 제2 변압기 2차측 권선(NS2)의 일단이 접속된다.In addition, one end of the first transformer secondary winding NS1 is connected to the node to which the 2-1 and 2-2 switching elements S1-S2 are connected, and the 2-3 and 2-4 switching elements (S1 - S2) are connected to each other. One end of the secondary winding NS2 of the second transformer is connected to the node to which S3-S4 is connected.

또한, 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)가 연결되는 2차측 중심노드(노드 'Y')에는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)의 일단이 접속된다. In addition, one end and the secondary side of the secondary-side first resonance reactance element 1211 are connected to the secondary-side central node (node 'Y') to which the secondary-side first voltage-dividing capacitor C3 and the secondary-side second voltage-dividing capacitor C4 are connected. One end of the second resonant reactance element 1212 is connected.

공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212)는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고, 다양한 형태의 필터회로로도 구성할 수 있다.The resonant reactance elements 1111 , 1112 , 1211 , and 1212 include a resonant capacitor and a resonant inductor, and may be configured with various types of filter circuits.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4)을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 제어부는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4)의 스위칭 소자들을 제어하여 제1 전압원(10)과 제2 전압원(20)간에 양방향으로 전기 에너지를 전달하되, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q4) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4) 중 적어도 하나에 대한 스위칭 주파수를 가변함으로써, 입력 전압 크기에 대비한 출력 전압의 크기인 전압 이득을 제어할 수 있다.In addition, the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention may include a control unit (not shown) for controlling the primary side switch modules (Q1 to Q4) and the secondary side switch modules (S1 to S4). . The control unit controls the switching elements of the primary side switch modules (Q1 to Q4) and the secondary side switch modules (S1 to S4) to transfer electrical energy in both directions between the first voltage source 10 and the second voltage source 20, but 1 By varying the switching frequency for at least one of the secondary-side switch modules Q1 to Q4 and the secondary-side switch modules S1 to S4, the voltage gain, which is the magnitude of the output voltage relative to the input voltage magnitude, may be controlled.

또한 제어부는, 제1 전압원(10)으로부터 제2 전압원(20)으로 전기에너지를 전달하는 순방향 전력 전달 모드 및 제2 전압원(20)으로부터 제1 전압원(10)으로 전기에너지를 전달하는 역방향 전력 전달 모드에서 동일하게, 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 전압 이득을 감소시키고, 스위칭 주파수를 감소시킴으로써 전압 이득을 증가시킬 수 있다.In addition, the control unit, a forward power transfer mode for transferring electrical energy from the first voltage source 10 to the second voltage source 20 and a reverse power transfer for transferring electrical energy from the second voltage source 20 to the first voltage source 10 . In the same mode, the voltage gain can be decreased by increasing the switching frequency, and the voltage gain can be increased by decreasing the switching frequency.

보다 구체적으로는, 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200) 양단에는 각각 2개의 스위칭 소자(1차측 회로부: Q1-Q2, Q3-Q4, 2차측 회로부: S1-S2, S3-S4)가 직렬 연결된 브리지-암들과 2개의 분압 커패시터(1차측: C1-C2, 2차측: C3-C4)가 각각 병렬 연결되어 있다. 각 브리지-암의 스위칭 소자(1차측: Q1-Q2, Q3-Q4, 2차측: S1-S2, S3-S4)의 소스와 드레인 사이와 분압 커패시터(1차측: C1-C2, 2차측: C3-C4) 중심노드 사이에 공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212)(1차측: Cr1/Cr2, 2차측: CR1/CR2 또는 1, 2차측에 공진 커패시터와 공진 인덕터, 다양한 공진회로 등이 대체될 수 있다)와 각 변압기 1, 2차측 권선(1차측: NP1-NP11-NP21, NP2-NP12-NP22 / 2차측: NS1, NS2)이 각각 직렬 연결되어 있고, 공진 리액턴스 소자(1차측: Cr1/Cr2, 2차측: CR1/CR2) 일단은 분압 커패시터(1차측: C1-C2, 2차측: C3-C4) 중심노드 사이에 연결된다.More specifically, there are two switching elements at both ends of the primary circuit unit 1100 and the secondary circuit unit 1200 (primary circuit units: Q1-Q2, Q3-Q4, secondary circuit units: S1-S2, S3-S4) The bridge-arms connected in series and two voltage dividing capacitors (primary side: C1-C2, secondary side: C3-C4) are connected in parallel, respectively. Between the source and drain of each bridge-arm switching element (Primary: Q1-Q2, Q3-Q4, Secondary: S1-S2, S3-S4) and the voltage divider capacitor (Primary: C1-C2, Secondary: C3) -C4) Resonant reactance elements 1111, 1112, 1211, 1212 (primary side: Cr1/Cr2, secondary side: CR1/CR2) or resonant capacitors, resonant inductors, and various resonant circuits are located between the central node. can be replaced) and each transformer primary and secondary windings (primary: NP1-NP11-NP21, NP2-NP12-NP22 / secondary: NS1, NS2) are connected in series, respectively, and a resonant reactance element (primary: Cr1/Cr2, secondary side: CR1/CR2) One end is connected between the central node of the voltage dividing capacitor (primary side: C1-C2, secondary side: C3-C4).

또한, 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1변압기 1차측 주권선(NP1)과 상기 1차측 제1 보조권선부(NP11, NP21)가 연결된 연결부와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선(NP2)과 상기 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)가 연결된 연결부는 제1 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 타단과 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 타단(1212)은 제2 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있다.In addition, the first transformer primary side main winding (NP1) and the primary side first auxiliary winding units (NP11, NP21) are connected to the connection part of the first resonant circuit part of the primary side, and the second transformer of the primary side second resonance circuit part The connection part where the primary side main winding NP2 and the primary side secondary winding parts NP12 and NP22 are connected is connected to each other through a first common connection line, and the other end of the secondary side first resonance reactance 1211 and the The other end 1212 of the secondary-side second resonance reactance is connected to each other through a second common connection line.

상기 2차측 회로부(1200)의 제2 공통연결선에 의해, 순방향 전력 전달 모드에서는 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)에는 전류가 흐르고, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르지 않는다. By the second common connection line of the secondary side circuit unit 1200, in the forward power transfer mode, a current flows through the primary side first resonant reactance element 1111 and the primary side second resonant reactance element 1112, and the secondary side first No current flows through the resonant reactance element 1211 and the secondary-side second resonant reactance element 1212 .

또한, 상기 1차측 회로부(1100)의 제1 공통연결선에 의해, 역방향 전력 전달 모드에서는, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르고, 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)와 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)와 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)에는 전류가 흐르지 않는다.In addition, by the first common connection line of the primary side circuit unit 1100, in the reverse power transfer mode, a current flows through the secondary side first resonant reactance element 1211 and the secondary side second resonant reactance element 1212, 1 No current flows in the primary side first resonant reactance element 1111, the primary side first auxiliary winding units NP11 and NP21, the primary side second resonant reactance element 1112 and the primary side second auxiliary winding unit NP12, NP22 does not

또한 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2) 1차측 권선(주권선 및 보조권선 NP1, NP11, NP12, NP2, NP21, NP22)은 서로 바라보는 극성(또는 반대로 바라보는 극성)을 갖고 구성되어 있으며 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2) 중 하나의 변압기 극성은 1차측 권선 변압기 극성과 다른 극성을 갖고 있다. In addition, the primary windings (primary winding and auxiliary winding NP1, NP11, NP12, NP2, NP21, NP22) of the transformers (T1, T2) of the first and second resonance circuits of the primary side have opposite polarities (or opposite polarities) , and the polarity of one of the secondary windings NS1 and NS2 of the transformers T1 and T2 has a different polarity from the polarity of the primary winding transformer.

다시 말해, 제1 변압기 1차측 주권선(NP1) 및 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 같은 극성을 갖도록 감기고, 제2 변압기 1차측 주권선(NP2) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 같은 극성을 갖도록 감기며, 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감긴다.In other words, the first transformer primary side main winding NP1 and the primary side first auxiliary winding parts NP11 and NP21 are wound to have the same polarity, and the second transformer primary side main winding NP2 and the primary side secondary winding part are wound to have the same polarity. The parts NP12 and NP22 are wound to have the same polarity, and one of the first transformer secondary winding NS1 and the second transformer secondary winding NS2 is wound to have a different polarity.

따라서 순방향 및 역방향 전력 전달에 있어서 정류 동작시 1차측 및 2차측 변압기(T1, T2) 권선 전압극성에 따라 공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212) 를 통해 공진전류가 흐르지 않고 제1,제2 공통연결선을 통해 우회하며 정류 동작됨으로 고유의 LLC 공진특성을 가지고 양방향 전력전달을 할 수 있다.Therefore, in the forward and reverse power transmission, the resonance current does not flow through the resonance reactance elements 1111, 1112, 1211, 1212 according to the voltage polarity of the windings of the primary and secondary side transformers T1 and T2 during the rectification operation, and the first and second 2 By bypassing and rectifying through a common connection line, it has unique LLC resonance characteristics and can transmit power in both directions.

또한 상기 제1 변압기 1차측 주권선(NP1) 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선(NP2)에는 누설인덕턴스(LlP1, LlP2)를 포함할 수 있고 누설인덕턴스(LlP1, LlP2) 대신에 공진인덕터가 포함될 수 있다.In addition, the first transformer primary side main winding NP1 and the second transformer primary side main winding NP2 may include leakage inductances LlP1 and LlP2, and a resonance inductor may be included instead of the leakage inductance LlP1 and LlP2. can

뿐만 아니라, 상기 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 상기 제2 변압기 2차측 권선(NS2)에 누설인덕턴스(LlS1, LlS2)를 포함할 수 있고, 누설인덕턴스(LlS1, LlS2) 대신에 공진인덕터가 포함될 수 있다. In addition, leakage inductances LlS1 and Lls2 may be included in the first transformer secondary winding NS1 and the second transformer secondary winding NS2. may be included.

앞서 설명한 바와 같이, 종래 양방향 CLLC 공진컨버터의 경우 1차측 및 2차측 공진 커패시터가 커플링되어 있어 공진주파수 보다 낮은 주파수영역에서 이득제어가 어려워 가변 스위칭 주파수 제어동작에 한계성을 내포하고 있었다. 반면, 본 발명은 1차측 및 2차측에 공진 커패시터를 적용한다 할지라도 순방향 및 역방향 동작시 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 동작 할 수 있어 가변 스위칭 주파수 제어동작에 의해 용이하게 양방향 전력 전달이 가능한 효과가 있다.As described above, in the case of a conventional bidirectional DLL3 resonant converter, since the primary side and the secondary side resonant capacitors are coupled, it is difficult to control the gain in a frequency range lower than the resonant frequency, and thus the variable switching frequency control operation has limitations. On the other hand, in the present invention, even when the resonant capacitor is applied to the primary side and the secondary side, the LLC resonant converter can operate with the inherent gain characteristics during forward and reverse operation, so that it is possible to easily transfer power in both directions by the variable switching frequency control operation. It works.

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를, 도 3c는 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.3B is an equivalent circuit in the forward power transfer mode of the first type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3C is the first type main circuit in the forward power transfer mode. Voltage gain characteristics are shown.

1차측 회로부(1100)의 동작은, 스위칭 소자 Q1과 Q2, 스위칭 소자 Q3와 Q4는 50%의 듀티를 가지고 교번으로 동작하며, Q1과 Q3, Q2와 Q4 는 동시에 턴-온 및 턴-오프 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부에 입력단 전압(VIN)의 1/2이 인가되며 각 변압기 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11-NP21, NP12-NP22)에 공진전압이 인가된다. 2차측 회로부(1200)의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)는 턴-오프 되어 있어 단지 스위칭 소자의 역병렬 다이오드를 통해 정류 동작된다(하지만 필요에 따라 동기 정류기로도 적용될 수 있다). 이 때 인가된 각 변압기(T1,T2) 2차측 권선(NS1, NS2)의 전압극성에 의해 합전압(VS1+VS2)이 인가됨에 따라 2차측 제1, 제2 공진커패시터(CR1, CR2)를 통해 전류가 흐르지 않고, 제2 공통연결선을 통해 우회하며 흐르면서 2차측 스위칭 소자(S2/S3, S1/S4)의 역병렬 다이오드를 통해 출력단으로 정류되어 순방향으로 전력이 전달된다.In the operation of the primary circuit unit 1100 , the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements Q3 and Q4 alternately operate with a duty of 50%, and Q1 and Q3, Q2 and Q4 simultaneously turn-on and turn-off operations and 1/2 of the input voltage (VIN) is applied to the first and second resonance circuits on the primary side, and the resonance voltage is applied to the primary windings (NP1, NP2) and auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22) of each transformer. this is authorized The switching elements S1 , S2 , S3 , and S4 of the secondary circuit unit 1200 are turned off and only rectify through an anti-parallel diode of the switching element (but may also be applied as a synchronous rectifier if necessary). At this time, as the sum voltage (VS1+VS2) is applied by the voltage polarity of the secondary windings NS1 and NS2 of each of the transformers T1 and T2 applied, the secondary-side first and second resonant capacitors CR1 and CR2 are connected. The current does not flow through it, but flows in a detour through the second common connection line and is rectified to the output terminal through the anti-parallel diode of the secondary side switching elements (S2/S3, S1/S4) to transmit power in the forward direction.

따라서 순방향 전력 전달 모드 동작시 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)와 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)는 서로 상호 커플링 되지 않고 동작되고, 1차측 제1,제2 공진회로부는 병렬연결 동작되지만, 변압기 전압극성에 의해 2차측 권선(NS1, NS2)이 직렬연결 동작되므로 전류 불평형 없이 동작될 수 있다. Accordingly, during the forward power transfer mode operation, the primary-side first and second resonant capacitors Cr1 and Cr2 and the secondary-side first and second resonant capacitors CR1 and CR2 are operated without mutual coupling, and the primary-side first resonant capacitors Cr1 and Cr2 are operated without mutual coupling. , The second resonant circuit unit is operated in parallel, but since the secondary windings NS1 and NS2 are connected in series by the voltage polarity of the transformer, they can be operated without current imbalance.

도 3b의 등가회로를 참조하고 중첩원리를 이용하여 이득특성을 검토 해보면 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 있어 도 3c에 도시된 바와 같이 가변 스위칭 주파수 제어를 통해 이득제어를 할 수 있다. 이때 1차측 제1,제2 공진회로부의 변압기(T1, T2)에 보조권선(NP11-NP21, NP12-NP22)을 적용함으로써 순방향 전력 전달 모드로 동작시 변압기(T1, T2)의 턴-수비(NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+NP22))에 의해 2차측 회로부(1200) 출력단 전압을 턴-수비만큼 이득을 낮추어 제어 동작할 수 있다.Referring to the equivalent circuit of FIG. 3B and examining the gain characteristics using the superposition principle, the LLC resonant converter has a unique gain characteristic, so that gain control can be performed through the variable switching frequency control as shown in FIG. 3C . At this time, by applying auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22) to the transformers (T1, T2) of the first and second resonance circuits of the primary side, the turn-defense of the transformers (T1, T2) when operating in the forward power transfer mode ( By NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+NP22)), the output terminal voltage of the secondary side circuit unit 1200 may be controlled by lowering the gain by the turn-defense.

도 3d 및 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을, 도 3f는 이 때의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.3D and 3E are detailed operations in the forward power transfer mode of the first type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3F shows voltage and current waveforms at this time. did it

이하에서는 도 3d, 도 3e 및 도 3f를 참조하여 주회로 제1 타입의 순방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 4개 구간으로 나누어 설명한다.Hereinafter, a detailed operation in the forward power transfer mode of the first type of the main circuit will be described by dividing it into four sections with reference to FIGS. 3D, 3E, and 3F.

(1) t0-t1 구간(1) t0-t1 interval

이 구간 동안 1차측 회로부(1100)의 스위칭 소자 Q1과 Q3이 영전압스위칭(ZVS : Zero Voltage Switching) 조건에서 턴-온(Turn-On) 되어있고, 입력전압(Vin)의 1/2이 1차측 제1, 제2 공진회로부에 각각 인가되고, 1차측 제1, 제2 공진회로부 내의 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)에 공진전압이 인가되며 공진전류(IP1, IP2)가 병렬로 분기되어 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 부하공진전류(IS1, IS2)를 전달한다. 이 때 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2) 전압극성에 의해 2차측 회로부(1200)의 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통하여는 부하 공진전류(IS1, IS2)가 흐르지 않고 우회하는 제2 공통연결선을 통해 연결되어 흐르며 합전압(VS1+VS2)이 부하단에 전달된다. 이 때 1차측 회로부(1100)의 제1, 제2 공진회로부 변압기(T1, T2)에 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)이 적용되어 순방향 전력 전달 모드로 동작시 변압기(T1, T2)의 턴-수비(NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+NP22))에 의해 2차측 회로부(1200)의 출력단 전압을 턴-수비만큼 이득을 낮추어 동작된다.During this period, the switching elements Q1 and Q3 of the primary side circuit unit 1100 are turned on under the zero voltage switching (ZVS) condition, and 1/2 of the input voltage (Vin) is 1 Transformers (T1, T2) in the first and second resonance circuits on the primary side, respectively, applied to the first and second resonant circuit units on the primary side The resonance voltage is applied to the , and the resonance currents IP1 and IP2 branch and flow in parallel, and the load resonance currents IS1 and IS2 are transferred to the secondary circuit unit 1200 . At this time, the load resonance current IS1, IS2) does not flow, but is connected and flows through the bypassing second common connection line, and the sum voltage (VS1+VS2) is transmitted to the load terminal. At this time, auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22) are applied to the first and second resonant circuit part transformers (T1, T2) of the primary side circuit part 1100. When operating in the forward power transfer mode, the transformers (T1, T2) The turn-defence (NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+NP22)) of the output terminal voltage of the secondary side circuit unit 1200 is operated by lowering the gain by the turn-defense.

(2) t1-t2 구간(2) t1-t2 interval

t1시점에 1차측 회로부(1100)의 주 스위칭 소자 Q1과 Q3이 계속 턴-온 되어 있고, 공진주파수(fr)보다 낮은 주파수 영역에서 동작하고 있으므로 공진전류가 끝나고 자화전류(ImP1, ImP2)만이 흐르므로 2차측 회로부(1200)에 부하공진전류(IS1=IS2=0)가 흐르지 않고, 2차측 제1, 제2 분압커패시터(C3+C4)의 전압이 부하를 통해 방전만 하는 동작 구간이다. At time t1, the main switching elements Q1 and Q3 of the primary circuit unit 1100 are continuously turned on and operate in a frequency range lower than the resonance frequency fr, so that the resonance current ends and only magnetizing currents ImP1 and ImP2 flow Therefore, the load resonance current (IS1=IS2=0) does not flow in the secondary side circuit unit 1200, and the voltage of the secondary side first and second voltage dividing capacitors (C3+C4) is only discharged through the load.

(3) t2-t3 구간(3) t2-t3 section

t2 시점에 스위칭 소자 Q1과 Q3이 턴-오프(Turn-Off) 되면 변압기(T1, T2) 자화전류(ImP1, ImP2)에 의해 데드타임(dead-time)동안 Q1과 Q3의 기생커패시턴스(Cp)를 충전하기 시작하여 입력전압(Vin)으로 충전되고, Q2와 Q4의 기생커패시턴스(Cp)의 전압은 방전을 개시하여 0전압으로 방전 후 Q2와 Q4의 역병렬 다이오드를 통해 전류가 흐르는 시점에서 턴-온 되면 영전압스위칭 동작되고 이 모드는 끝난다. 이 때 데드타임동안 1차측 변압기(T1, T2)에 인가되는 전압 극성이 바뀌므로 변압기 2차측 권선(NS1, NS2)의 전압 극성 또한 바뀌어 부하공진전류(IS1=IS2)가 2차측 제1,제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통하여 흐르지 않고 우회하는 제2 공통연결선을 통해 흐르기 시작하며, 변압기 2차측 권선의 합전압(VS1+VS2)이 출력 부하단에 인가되기 시작한다. When the switching elements Q1 and Q3 are turned off at the time t2, the parasitic capacitance (Cp) of Q1 and Q3 during the dead-time by the magnetizing currents (ImP1, ImP2) of the transformers (T1, T2) starts charging and is charged to the input voltage (Vin), and the voltage of the parasitic capacitance (Cp) of Q2 and Q4 starts discharging and discharges to 0 voltage, then turns on when the current flows through the antiparallel diodes of Q2 and Q4 - When on, zero voltage switching operates and this mode ends. At this time, since the voltage polarity applied to the primary side transformers (T1, T2) is changed during the dead time, the voltage polarity of the transformer secondary side windings (NS1, NS2) is also changed so that the load resonance current (IS1 = IS2) is changed to the secondary side first and second 2 It does not flow through the resonance capacitors CR1 and CR2, but starts to flow through the bypassing second common connection line, and the sum voltage (VS1+VS2) of the secondary winding of the transformer starts to be applied to the output load terminal.

(4) t3-t4 구간(4) t3-t4 section

t3-t4 구간에는 t3시점에서 1차측 주 스위칭소자 Q2, Q4가 영전압에서 턴-온 동작되고, 입력전압(Vin)의 1/2이 1차측 제1, 제2 공진회로부에 각각 인가되며 각 공진회로부 내의 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)에 공진전압이 인가되며 공진전류(IP1, IP2)가 병렬로 분기되어 흐르고, 2차측 정류부는 변압기(T1, T2) 각각의 권선의 전압극성에 따라 합전압(VS1+VS2)이 출력부하단에 인가됨으로 부하공진전류(IS=IS1=IS2)가 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통하지 않고 우회하는 제2 공통연결선을 통해 계속 흐르기 시작한다. In the period t3-t4, at the time t3, the primary side main switching devices Q2 and Q4 are turned on at zero voltage, and 1/2 of the input voltage Vin is applied to the primary side first and second resonance circuits, respectively, and each Resonant voltage is applied to the primary side main windings (NP1, NP2) and auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22) of the transformer (T1, T2) in the resonance circuit part, and the resonance currents (IP1, IP2) branch and flow in parallel. In the secondary-side rectifier, the sum voltage (VS1+VS2) is applied to the output load end according to the voltage polarity of each winding of the transformer (T1, T2), so that the load resonance current (IS=IS1=IS2) is It continues to flow through the second common connection line that bypasses the resonance capacitors CR1 and CR2.

이후 나머지 구간(t4-t5 , t5-t6 )은 이전 반주기와 반복되어 동작하므로 이후의 동작 설명은 기술하지 않는다.After that, since the remaining sections t4-t5 and t5-t6 operate repeatedly with the previous half cycle, a description of the subsequent operation is not described.

도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 등가회로를, 도 3h는 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.3G is an equivalent circuit in the reverse power transfer mode of the first type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3H is the first type main circuit in the reverse power transfer mode. Voltage gain characteristics are shown.

1차측 회로부(1100) 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 턴-오프 되어있고, 역병렬 다이오드를 통해 정류 동작되며(동기정류기로도 동작될 수 있다), 2차측 회로부(1200) 스위칭 소자 S1과 S2, S3와 S4는 50%의 듀티를 가지고 교번으로 동작하며, S1과 S3, S2와 S4는 동시에 턴-온 및 턴-오프 동작을 하며 2차측 제1, 제2 공진회로부에 출력단전압(VO)의 1/2이 각각 인가되며 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2)에 공진전압이 인가된다.The switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 of the primary side circuit unit 1100 are turned off, and the rectification operation is performed through an anti-parallel diode (it may also be operated as a synchronous rectifier), and the secondary side circuit unit 1200 is switched. The elements S1 and S2, S3 and S4 operate alternately with a duty of 50%, and S1 and S3, S2 and S4 simultaneously turn-on and turn-off, and output terminals in the first and second resonance circuits of the secondary side. 1/2 of the voltage VO is applied, respectively, and a resonance voltage is applied to the secondary windings NS1 and NS2 of the transformers T1 and T2.

여기서, 2차측 제1 공진회로부는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211), 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 2차측 제1 변압기 누설인덕턴스를 포함하고, 2차측 제2 공진회로부는, 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212), 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 변압기 누설인덕턴스를 포함한다.Here, the secondary-side first resonant circuit unit includes a secondary-side first resonant reactance element 1211 , a first transformer secondary winding NS1 and a secondary-side first transformer leakage inductance, and the secondary-side second resonant circuit unit includes: and a secondary secondary resonant reactance element 1212 , a secondary transformer secondary winding NS2 and a secondary secondary transformer leakage inductance.

이 때 인가된 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2) 전압에 의해 변압기 1차측 주권선(NP1, NP2) 전압극성이 바뀌어 합전압(N’Vo = VP1+VP2, N’= NP1/NS1 = NP2/NS2)이 인가되고, 제1 공통연결선 내의 1차측 제1, 제2 공진회로부에 연결된 1차측 제1, 제2 보조권선부 전압의 합(VNPl1+VNP21, VNSl2+VNP22)은 0이어서 각 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)를 통해 전류가 흐르지 않고, 제1 공통연결선을 통해 우회하며 흐르면서 1차측 스위칭 소자의 역병렬 다이오드를 통해 입력단으로 정류되어 역방향으로 전력을 전달한다. At this time, the voltage polarity of the primary windings (NP1, NP2) is changed by the applied voltage of the secondary windings (NS1, NS2) of the transformer (T1, T2) and the sum voltage (N'Vo = VP1+VP2, N' = NP1) /NS1 = NP2/NS2) is applied, and the sum of voltages (VNP11+VNP21, VNS12+VNP22) of the first and second auxiliary windings connected to the first and second resonance circuits on the primary side in the first common connection line is 0, no current flows through each of the first and second resonant capacitors Cr1 and Cr2 on the primary side, the first auxiliary winding units NP11 and NP21 on the primary side and the second auxiliary winding units NP12 and NP22 on the primary side, As it flows in a detour through the first common connection line, it is rectified to the input terminal through an anti-parallel diode of the primary side switching element to transmit power in the reverse direction.

이 때 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2)에 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)을 적용함 으로써 순방향 전력 전달 모드 동작시와 달리 역방향 전력 전달 모드 동작시 1차측 회로부(1100) 입력단에 변압기(T1, T2) 의 턴-수비(NP1/NS1, NP2/NS2) 만큼 전압을 낮추어 전력을 전달할 수 있다. 이는 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22) 적용에 의해 순방향 및 역방향 전력 전달 모드 동작시 배터리 충전 및 방전 전압에 따른 이득 전압 제어 범위를 용이하게 조절할 수 있다.At this time, by applying auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22) to the transformers (T1, T2) of the first and second resonance circuits of the primary side, the primary side during the reverse power transfer mode operation is different from the forward power transfer mode operation. Power can be transferred to the input terminal of the circuit unit 1100 by lowering the voltage by the turn-defenses NP1/NS1 and NP2/NS2 of the transformers T1 and T2. By applying auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22), it is possible to easily adjust the gain voltage control range according to battery charging and discharging voltages during forward and reverse power transfer mode operation.

변압기 누설인덕턴스 영향에 따라 순방향 및 역방향 전력 전달 모드로 동작시 DC Offset에 따른 이득이 상승한다. 배터리 만(Full) 충전 전압을 역방향 전력 전달 모드로 동작시키기 위해서는 공진주파수보다 높은 스위칭 주파수 영역에서 동작하여야 하지만 공진주파수 이상의 주파수 영역에서는 공진이득특성 변화가 없어 역방향 전력 전달 모드로 동작시 제어의 어려움이 있다.According to the influence of the transformer leakage inductance, the gain according to DC Offset increases when operating in forward and reverse power transfer mode. In order to operate the battery full charge voltage in the reverse power transfer mode, it must be operated in a switching frequency region higher than the resonance frequency. there is.

따라서 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)을 적용하여 순방향 전력 전달 모드로 동작시 변압기(T1, T2)의 턴-수비(NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+NP22))를 갖고 동작하나, 역방향 전력 전달 모드로 동작시 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)을 제외한 변압기(T1, T2) 의 턴-수비(NP1/NS1, NP2/NS2)를 갖고 동작하여 이득을 낮추는 동작을 하므로 순방향 및 역방향 전력 전달 모드로 동작시 가변 스위칭 주파수 제어범위를 동일하게 할 수 있다. Therefore, when operating in forward power transfer mode by applying auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22), turn-defense of transformers (T1, T2) (NS1/(NP1+NP11+NP21), NS2/(NP2+NP12+) NP22)), but operates with turn-defense (NP1/NS1, NP2/NS2) of transformers (T1, T2) excluding auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22) when operating in reverse power transfer mode Thus, the gain is lowered, so that the variable switching frequency control range can be the same when operating in the forward and reverse power transfer modes.

또한 순방향 전력 전달 모드 동작시처럼 역방향 전력 전달 모드 동작시에도 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)와 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)는 서로 상호 커플링 되지 않고 동작되고, 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2)이 병렬연결 동작되지만, 변압기(T1, T2) 전압극성에 의해 1차측 권선 (NP1,NP2) 이 직렬연결 동작되므로 전류불평형 없이 동작된다. Also, the secondary-side first and second resonant capacitors CR1 and CR2 and the primary-side first and second resonant capacitors Cr1 and Cr2 are not mutually coupled to each other even during the reverse power transfer mode operation as in the forward power transfer mode operation. The secondary windings NS1 and NS2 of the transformers T1 and T2 are operated in parallel, but the primary windings NP1 and NP2 are operated in series by the voltage polarity of the transformers T1 and T2, so there is no current imbalance. It works.

도 3g의 등가회로를 이용하여 이득특성을 검토하면 역방향 전력 전달 모드로 동작시에도 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 있어 도 3h에 나타낸 바와 같이 가변 스위칭 주파수 제어를 통해 이득제어를 할 수 있다. When the gain characteristics are reviewed using the equivalent circuit of FIG. 3G, even when operating in the reverse power transfer mode, the LLC resonant converter has a unique gain characteristic. As shown in FIG. 3H, gain control can be performed through the variable switching frequency control.

도 3i 및 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제1 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을, 도 3k는 이 때의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.3I and 3J are detailed operations in the reverse power transfer mode of the first type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3K shows voltage and current waveforms at this time. did it

이하에서는 도 3i 내지 도 3k를 참조하여 주회로 제1 타입의 역방향 전력 전달 모드에서의 상세 동작을 4개 구간으로 나누어 설명한다.Hereinafter, a detailed operation in the reverse power transfer mode of the first type of the main circuit will be described by dividing it into four sections with reference to FIGS. 3I to 3K .

(1) t0-t1 구간(1) t0-t1 interval

이 구간 동안 2차측 회로부(1200)의 스위칭 소자 S1과 S3이 영전압 스위칭 조건에서 턴-온 되어있고, 출력전압(Vo)의 1/2이 2차측 제1, 제2 공진회로부에 인가되고, 각 공진회로부 내의 제1, 제2 변압기 2차측 권선(NS1, NS2)에 공진 전압이 인가되며 공진전류(IS1, IS2)가 병렬로 분기되어 흐르고, 1차측 공진전류(IP1, IP2)를 스위칭 소자(Q2/Q3, Q1/Q4)의 역병렬 다이오드를 통해 입력 전원단으로 전달한다.During this period, the switching elements S1 and S3 of the secondary side circuit unit 1200 are turned on in the zero voltage switching condition, and 1/2 of the output voltage Vo is applied to the secondary side first and second resonance circuit units, Resonant voltage is applied to the first and second transformer secondary windings NS1 and NS2 in each resonance circuit unit, and the resonance currents IS1 and IS2 branch and flow in parallel, and the primary side resonance currents IP1 and IP2 are switched to the switching element. It is transmitted to the input power stage through the antiparallel diode of (Q2/Q3, Q1/Q4).

여기서 2차측 제1 공진회로부에는 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211)이 포함되고, 2차측 제2 공진회로부에는 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)가 포함된다.Here, the secondary-side first resonant circuit unit includes a first transformer secondary-side winding NS1 and a secondary-side first resonant reactance element 1211 , and the secondary-side second resonant circuit unit includes a second transformer secondary winding NS2 and 2 A secondary-side second resonant reactance element 1212 is included.

이 때 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 전압극성에 의해 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)를 통하여는 공진전류(IP1, IP2)가 흐르지 않고 우회하는 제1 공통연결선을 통해 연결되어 흐르며 합전압(VP1+VP2)이 입력단으로 전달된다. 이 때 1차측 제1, 제2 공진회로의 변압기(T1, T2)에 보조권선 (NP11-NP21, NP12-NP22)이 적용되어 있지만 1차측 제1, 제2 공진회로부에 인가된 보조권선전압의 합은 0이 되어 역방향 전력 전달 모드로 동작시 변압기의 턴-수비 (N’= NP1/NS1 = NP2/NS2) 만큼 이득을 낮추어 동작된다.At this time, the resonance currents (IP1, IP2) do not flow through the primary side first and second resonance capacitors (Cr1, Cr2) by the voltage polarity of the primary side main windings (NP1, NP2) of the transformers (T1, T2). They are connected and flow through the first common connection line, and the sum voltage VP1 + VP2 is transmitted to the input terminal. At this time, the auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22) are applied to the transformers (T1, T2) of the first and second resonance circuits on the primary side, but the The sum becomes 0, and when operating in the reverse power transfer mode, the gain is lowered by the turn-defense of the transformer (N' = NP1/NS1 = NP2/NS2).

(2) t1-t2 구간(2) t1-t2 interval

t1시점에 2차측 회로부(1200) 주 스위칭 소자 S1과 S3이 계속 턴-온 되어 있고, 공진주파수(fr)보다 낮은 주파수 영역에서 동작하고 있으므로 공진전류가 끝나고 2차측 자화전류(ImS1, ImS2)만이 흐르므로 1차측 회로부에 부하공진전류(IP1=IP2=0)가 흐르지 않고, 1차측 제1, 제2 분압커패시터(C1+C2)의 전압이 부하를 통해 방전만 하는 동작 구간이다. At time t1, the main switching elements S1 and S3 of the secondary side circuit unit 1200 are continuously turned on and operate in a frequency range lower than the resonance frequency fr, so that the resonance current ends and only the secondary magnetization currents ImS1 and ImS2 are Because it flows, the load resonance current (IP1=IP2=0) does not flow in the primary side circuit, and the voltage of the primary side first and second voltage divider capacitors (C1+C2) is only discharged through the load.

(3) t2-t3 구간(3) t2-t3 section

t2 시점에 스위칭 소자 S1과 S3이 턴-오프 되면 2차측 회로부 변압기(T1, T2) 자화전류(ImS1, ImS2)에 의해 데드타임동안 S1과 S3의 기생커패시턴스(Cs)를 충전하기 시작하여 출력단 전압(Vo)으로 충전되고, S2와 S4의 기생커패시턴스(Cp)의 전압은 방전을 개시하여 0전압으로 방전 후 S2와 S4의 역병렬 다이오드를 통해 전류가 흐르는 시점에서 턴-온 되면 영전압 스위칭 동작되고 이 모드는 끝난다. When the switching elements S1 and S3 are turned off at the time t2, the secondary circuit part transformers (T1, T2) start charging the parasitic capacitances (Cs) of S1 and S3 during the dead time by the magnetizing currents (ImS1, ImS2) to the output terminal voltage. It is charged to (Vo), and the voltage of the parasitic capacitance (Cp) of S2 and S4 starts discharging and discharges to zero voltage. Then, when the current flows through the antiparallel diodes of S2 and S4, when the voltage is turned on, zero voltage switching operation is performed. and this mode ends.

이 때 데드타임동안 2차측 변압기(T1, T2)에 인가되는 전압극성이 바뀌므로 변압기 1차측 주권선(NP1, NP2) 전압 극성 또한 바뀌어 부하공진전류(IP1=IP2)가 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)를 통하여 흐르지 않고 우회하는 제1 공통연결선을 통해 흐르기 시작하며, 변압기(T1, T2) 1차측 권선의 합전압(VP1+VP2)이 입력 전원단에 인가되기 시작한다.At this time, since the voltage polarity applied to the secondary side transformers (T1, T2) is changed during the dead time, the voltage polarity of the primary side main windings (NP1, NP2) of the transformer is also changed, so that the load resonance current (IP1 = IP2) changes to the primary side first and second 2 It does not flow through the resonance capacitors (Cr1, Cr2), but starts to flow through the bypassing first common connection line, and the sum voltage (VP1+VP2) of the primary windings of the transformers (T1, T2) starts to be applied to the input power terminal .

(4) t3-t4 구간(4) t3-t4 section

t3-t4 구간에는 t3시점에서 2차측 회로부(1200) 주 스위칭소자 S2, S4는 영전압에서 턴-온 동작되고, 출력전압(Vo)의 1/2이 2차측 제1, 제2 공진회로부에 인가되며 각 2차측 제1, 제2 공진회로부 내의 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2)에 공진전압이 인가되며 공진전류(IS1, IS2)가 병렬로 분기되어 흐르고, 1차측 정류부는 변압기(T1, T2) 권선의 전압극성에 따라 합전압(VP1+VP2)이 입력 전원단에 전달됨으로써 공진전류(IP=IP1=IP2)가 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)를 통하지 않고 우회하는 제1 공통연결선을 통해 계속 흐르기 시작한다. In the period t3-t4, at time t3, the main switching devices S2 and S4 of the secondary side circuit unit 1200 are turned on at zero voltage, and 1/2 of the output voltage Vo is applied to the secondary side first and second resonance circuits. is applied, and a resonance voltage is applied to the secondary windings NS1 and NS2 of the transformers T1 and T2 in each of the first and second resonance circuits of the secondary side, and the resonance currents IS1 and IS2 are branched and flowed in parallel, and the primary side rectifying part The sum voltage (VP1 + VP2) is transmitted to the input power terminal according to the voltage polarity of the windings of the transformer (T1, T2), so that the resonance current (IP=IP1=IP2) of the primary side first and second resonance capacitors (Cr1, Cr2) is ), it continues to flow through the first common connection line that bypasses it.

이후 나머지 구간(t4-t5 , t5-t6 )은 이전 반주기와 반복되어 동작하므로 이후의 동작 설명은 기술하지 않는다.After that, since the remaining sections t4-t5 and t5-t6 operate repeatedly with the previous half cycle, a description of the subsequent operation is not described.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로를 도시한 회로도이고, 도 4b는 제2 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.4A is a circuit diagram illustrating a second type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a voltage gain characteristic of the second type main circuit in a forward power transfer mode. did it

도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로는 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200)를 포함한다. 이 때, 1차측 회로부(1100)는 제1 전압원(10)과 연결되고 2차측 회로부(1200)는 제2 전압원(20)과 연결된다.Referring to FIG. 4A , the second type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes a primary side circuit unit 1100 and a secondary side circuit unit 1200 . In this case, the primary circuit unit 1100 is connected to the first voltage source 10 , and the secondary circuit unit 1200 is connected to the second voltage source 20 .

이 때, 제1 전압원(10) 및 제2 전압원(20)은 각각 DC 전압원, 배터리, 커패시터 또는 부하 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In this case, each of the first voltage source 10 and the second voltage source 20 may include at least one of a DC voltage source, a battery, a capacitor, and a load.

여기서, 1차측 회로부(1100)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6), 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 2차측 회로부(1200)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈(S1~S6), 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기(T1)와 제2 변압기(T2) 각각의 2차측 권선(NS1,NS2), 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)를 포함한다.Here, the primary-side circuit unit 1100 includes primary-side switch modules Q1 to Q6 including a plurality of switching elements, a primary-side first resonant circuit unit and a primary-side second resonant circuit unit, and the secondary-side circuit unit 1200 includes A secondary side switch module (S1 ~ S6) including a plurality of switching elements, a secondary side voltage dividing capacitor unit, the secondary side windings (NS1, NS2) of each of the first transformer (T1) and the second transformer (T2), the secondary side second It includes a first resonant reactance element 1211 and a secondary-side second resonant reactance element 1212 .

이 때, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하고, 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결된다.At this time, the primary-side switch module (Q1 ~ Q6), the first bridge-arm, 1-3 and 1-4 first bridge-arm to which the 1-1 and 1-2 switching elements (Q1-Q2) are connected in series a second bridge-arm to which the switching elements Q3-Q4 are connected in series and a third bridge-arm to which the 1-5 and 1-6 switching elements Q5-Q6 are connected in series; to the third bridge-arm are all connected in parallel.

또한, 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선(NP1), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)가 포함될 수 있고 모두 직렬로 연결되며, 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)가 연결되는 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.In addition, the primary-side first resonant circuit unit may include the first transformer primary-side main winding NP1, the primary-side first auxiliary winding units NP11 and NP21, and the primary-side first resonant reactance element 1111, all in series. One end of the primary-side first resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-1 and 1-2 switching elements Q1-Q2 are connected, and the other end of the first-side first resonant circuit unit is connected to the 1-5 and 1-6 switching devices. It is connected to the primary side central node (node 'X') to which the elements Q5-Q6 are connected.

또한, 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선(NP2), 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)가 포함될 수 있고 모두 직렬로 연결되며, 1차측 제2 공진회로부의 일단은 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.In addition, the primary-side second resonant circuit unit may include the second transformer primary-side main winding NP2, the primary-side second auxiliary winding units NP12 and NP22, and the primary-side second resonant reactance element 1112, all in series. One end of the primary-side second resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-3 and 1-4 switching elements Q3-Q4 are connected, and the other end is connected to the primary-side central node (node 'X'). .

1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선(NP11) 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선(NP21)을 포함하고, 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선(NP12) 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선(NP22)을 포함한다.The primary-side first auxiliary winding unit NP11 and NP21 includes a first transformer primary-side first auxiliary winding NP11 and a second transformer primary-side first auxiliary winding NP21, and the primary-side second auxiliary winding unit ( NP12 and NP22 include a second auxiliary winding NP12 on the primary side of the first transformer and a second auxiliary winding NP22 on the primary side of the second transformer.

2차측 스위치 모듈(S1~S4)은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함한다.The secondary-side switch module (S1 to S4) includes a fourth bridge-arm to which the 2-1 and 2-2 switching elements (S1-S2) are connected in series and the 2-3 and 2-4 switching elements ( S3-S4) includes a fifth bridge-arm connected in series.

2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)를 포함하여 상기 제2 전압원(20), 제4 브리지-암 및 제5 브리지-암과 병렬로 연결된다.The secondary-side voltage-dividing capacitor unit includes the secondary-side first voltage-dividing capacitor C3 and the secondary-side second voltage-dividing capacitor C4 connected in series to the second voltage source 20 , the fourth bridge-arm and the fifth bridge-arm. connected in parallel with

이 때, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 연결되는 노드에는 제1 변압기 2차측 권선(NS1)의 일단이 접속되고, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 연결되는 노드에는 제2 변압기 2차측 권선(NS2)의 일단이 접속된다.At this time, one end of the first transformer secondary winding NS1 is connected to a node to which the 2-1 and 2-2 switching elements S1-S2 are connected, and the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. One end of the secondary winding NS2 of the second transformer is connected to the node to which S3-S4 is connected.

또한, 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)가 연결되는 2차측 중심노드(노드 'Y')에는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)의 일단이 접속된다.In addition, one end and the secondary side of the secondary-side first resonance reactance element 1211 are connected to the secondary-side central node (node 'Y') to which the secondary-side first voltage-dividing capacitor C3 and the secondary-side second voltage-dividing capacitor C4 are connected. One end of the second resonant reactance element 1212 is connected.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4)을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4)의 스위칭 소자들을 제어하여 제1 전압원(10)과 제2 전압원(20)간에 양방향으로 전기 에너지를 전달하되, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S4) 중 적어도 하나에 대한 스위칭 주파수를 가변함으로써, 입력 전압 크기에 대비한 출력 전압의 크기인 전압 이득을 제어할 수 있다.In addition, the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention may include a control unit for controlling the primary side switch modules (Q1 ~ Q6) and the secondary side switch modules (S1 ~ S4). The control unit controls the switching elements of the primary side switch modules (Q1 to Q6) and the secondary side switch modules (S1 to S4) to transfer electrical energy in both directions between the first voltage source 10 and the second voltage source 20, but 1 By varying the switching frequency of at least one of the secondary-side switch modules Q1 to Q6 and the secondary-side switch modules S1 to S4, the voltage gain, which is the magnitude of the output voltage relative to the magnitude of the input voltage, may be controlled.

또한 제어부는, 제1 전압원(10)으로부터 제2 전압원(20)으로 전기에너지를 전달하는 순방향 전력 전달 모드 및 제2 전압원(20)으로부터 제1 전압원(10)으로 전기에너지를 전달하는 역방향 전력 전달 모드에서 동일하게, 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 전압 이득을 감소시키고, 스위칭 주파수를 감소시킴으로써 상기 전압 이득을 증가시킬 수 있다.In addition, the control unit, a forward power transfer mode for transferring electrical energy from the first voltage source 10 to the second voltage source 20 and a reverse power transfer for transferring electrical energy from the second voltage source 20 to the first voltage source 10 . In the same mode, the voltage gain can be decreased by increasing the switching frequency, and the voltage gain can be increased by decreasing the switching frequency.

공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212)로는 공진 커패시터, 공진 인덕터 또는 다양한 공진회로 등이 사용될 수 있다As the resonant reactance elements 1111, 1112, 1211, and 1212, a resonant capacitor, a resonant inductor, or various resonant circuits may be used.

앞서 제안된 제1 타입 주회로와 비교하면, 제2 타입 주회로는 보다 넓은 입출력 전압 제어범위에서 양방향 전력 전달 동작을 할 수 있는 주회로이며, 도 4a에 나타낸 바와 같이 앞서 제안된 제1 타입 주회로에서 1차측 회로부(1100)의 1차측 제1, 제2 분압커패시터(C1, C2) 대신에 스위칭 소자(Q5, Q6)가 적용되어 6개의 스위칭 소자(1차측: Q1~Q6)로 구성된 3-브리지 LLC 공진컨버터로 구성되어 있고, 2차측 회로부(1200)의 출력단은 앞서 제안된 제1 타입 주회로와 동일하다.Compared with the previously proposed first type main circuit, the second type main circuit is a main circuit capable of bidirectional power transfer operation in a wider input/output voltage control range, and as shown in FIG. 4A , the first type main circuit proposed above In the circuit, the switching elements Q5 and Q6 are applied instead of the primary-side first and second voltage-dividing capacitors C1, C2 of the primary-side circuit unit 1100, so that 6 switching elements (primary side: Q1 to Q6) are 3 - It is composed of a bridge LLC resonant converter, and the output terminal of the secondary side circuit unit 1200 is the same as the first type main circuit proposed above.

보다 구체적으로는, 1차측 회로부(1100) 입력단 양단에는 각각 2개의 직렬 연결된 스위칭 소자(Q1-Q2, Q5-Q6, Q3-Q4)가 병렬로 3개의 브리지-암으로 연결되어 있고, 2차측 회로부(1200) 출력단 양단에 2개의 직렬 연결된 스위칭 소자(S1-S2, S3-S4)가 병렬 연결된 2개의 브리지-암과 각 브리지-암 사이에 2개 직렬 연결된 분압커패시터(2차측 회로부: C3-C4)가 포함된 2차측 분압커패시터부가 병렬 연결 되어 있다.More specifically, two series-connected switching elements Q1-Q2, Q5-Q6, Q3-Q4, respectively, are connected in parallel with three bridge-arms at both ends of the input terminal of the primary side circuit unit 1100, and the secondary side circuit unit (1200) Two bridge-arms in which two series-connected switching elements (S1-S2, S3-S4) are connected in parallel at both ends of the output terminal and two voltage-dividing capacitors connected in series between each bridge-arm (secondary circuit part: C3-C4) ) is connected in parallel with the secondary side voltage divider capacitor.

1차측 회로부(1100) 입력단 양단에 연결된 스위칭 소자(Q1-Q2, Q3-Q4)의 제1, 제2 브리지-암의 소스와 드레인 사이와 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)의 제3 브리지-암 사이에 1차측 공진 리액턴스 소자(1111,1112)(공진커패시터(Cr1/Cr2) 또는 공진커패시터와 공진인덕터, 다양한 공진필터회로 등이 대체될 수 있음, 이후 반복하여 사용하지 않음)와 제1, 제2 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22), 제1, 제2 변압기 누설인덕턴스(LlP1, LlP2, LlS1, LlS2, 누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있다.)가 포함된 1차측 제1, 제2 공진회로부가 각각 연결되고, 1차측 제1, 제2 공진 리액턴스 소자(1111,1112) 일단은 각각 제1-5 스위칭 소자(Q5) 및 제1-6 스위칭 소자(Q6)가 연결되는 1차측 중심노드(노드 'X')에 연결된다.Between the source and drain of the first and second bridge-arms of the switching elements Q1-Q2 and Q3-Q4 connected to both ends of the input terminal of the primary circuit unit 1100, and between the 1-5 and 1-6 switching elements Q5- The primary side resonant reactance elements 1111 and 1112 (resonant capacitor (Cr1/Cr2) or resonant capacitor and resonant inductor, various resonant filter circuits, etc. can be replaced between the third bridge-arm of Q6), and then used repeatedly. not) and the first and second transformers (T1, T2), primary side primary windings (NP1, NP2) and auxiliary windings (NP11, NP12, NP21, NP22), first and second transformer leakage inductances (LlP1, LlP2, The primary side first and second resonant circuit units including L1S1 and L1S2 (which may be substituted with resonant inductors instead of leakage inductance) are respectively connected, and one end of the primary side first and second resonant reactance elements 1111 and 1112 are connected to the primary side central node (node 'X') to which the 1-5th switching element Q5 and the 1-6th switching element Q6 are connected, respectively.

또한, 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1변압기 1차측 주권선(NP1)과 상기 1차측 제1 보조권선부(NP11, NP21)가 연결된 연결부와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선(NP2)과 상기 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)가 연결된 연결부는 제1 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 타단과 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 타단(1212)은 제2 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있다.In addition, the first transformer primary side main winding (NP1) and the primary side first auxiliary winding units (NP11, NP21) are connected to the connection part of the first resonant circuit part of the primary side, and the second transformer of the primary side second resonance circuit part The connection part where the primary side main winding NP2 and the primary side secondary winding parts NP12 and NP22 are connected is connected to each other through a first common connection line, and the other end of the secondary side first resonance reactance 1211 and the The other end 1212 of the secondary-side second resonance reactance is connected to each other through a second common connection line.

상기 2차측 회로부(1200)의 제2 공통연결선에 의해, 순방향 전력 전달 모드에서는 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)에는 전류가 흐르고, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르지 않는다. By the second common connection line of the secondary side circuit unit 1200, in the forward power transfer mode, a current flows through the primary side first resonant reactance element 1111 and the primary side second resonant reactance element 1112, and the secondary side first No current flows through the resonant reactance element 1211 and the secondary-side second resonant reactance element 1212 .

또한, 상기 1차측 회로부(1100)의 제1 공통연결선에 의해, 역방향 전력 전달 모드에서는, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르고, 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)와 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)와 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)에는 전류가 흐르지 않는다.In addition, by the first common connection line of the primary side circuit unit 1100, in the reverse power transfer mode, a current flows through the secondary side first resonant reactance element 1211 and the secondary side second resonant reactance element 1212, 1 Current does not flow through the primary-side first resonant reactance element 1111, the primary-side first auxiliary winding units NP11 and NP21, the primary-side second resonant reactance element 1112 and the primary-side second auxiliary winding unit NP12, NP22. does not

또한, 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2) 1차측 권선(NP1,NP2,NP11,NP21,NP12,NP22)은 서로 바라보는 극성(또는 반대로 바라보는 극성)을 갖고 구성되어 있으며, 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1,NS2) 중 하나의 변압기 극성은 1차측 권선 변압기 극성과 다른 극성을 갖고 있다.In addition, the primary windings (NP1, NP2, NP11, NP21, NP12, NP22) of the transformers (T1, T2) of the first and second resonance circuits on the primary side have polarities facing each other (or opposite polarities). The polarity of one of the secondary windings NS1 and NS2 of the transformers T1 and T2 has a different polarity from the polarity of the primary winding transformer.

다시 말해, 제1 변압기 1차측 주권선(NP1) 및 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 같은 극성을 갖도록 감기고, 제2 변압기 1차측 주권선(NP2) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 같은 극성을 갖도록 감기며, 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감긴다.In other words, the first transformer primary side main winding NP1 and the primary side first auxiliary winding parts NP11 and NP21 are wound to have the same polarity, and the second transformer primary side main winding NP2 and the primary side secondary winding part are wound to have the same polarity. The parts NP12 and NP22 are wound to have the same polarity, and one of the first transformer secondary winding NS1 and the second transformer secondary winding NS2 is wound to have a different polarity.

따라서 순방향 전력 전달 모드 및 역방향 전력 전달 모드 동작시 고유의 양방향 LLC 공진 특성을 가지고 동작한다.Therefore, when the forward power transfer mode and the reverse power transfer mode are operated, it operates with a unique bidirectional LLC resonance characteristic.

또한, 순방향 전력 전달 모드로 동작시 사용자의 선택에 따라, 제어부가 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)을 제어하여 1차측 회로부(1100)가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 1차측 회로부(1100)가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 할 수 있다. 상기 동작 모드는 사용자가 선택하거나 제어부가 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)의 스위칭 소자 각각의 발열량, 스트레스 정도, 수명 및 스위칭 동작 이력 등에 따라 선택할 수도 있다.In addition, when operating in the forward power transfer mode, according to the user's selection, the control unit controls the primary side switch modules Q1 to Q6 so that the primary side circuit unit 1100 operates as a half-bridge forward half-bridge operation mode 1, It is possible to operate in one of the forward half-bridge operation mode 2 or the forward full-bridge operation mode in which the primary circuit unit 1100 operates as a full-bridge. The operation mode may be selected by a user or the control unit may be selected according to the amount of heat generated by each of the switching elements of the primary-side switch modules Q1 to Q6, the degree of stress, the lifespan, the switching operation history, and the like.

다시 말해, 본 발명의 도 4a에 따른 제2 타입 주회로를 가지는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터에서는 순방향 전력 전달 모드로 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)의 스위칭 동작 패턴에 따라 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 및 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 동작 모드를 선택할 수 있고 이에 따라 2차측 회로부(1200) 출력단에 보다 넓은 입·출력 전압 범위에서의 양방향 전력전달이 가능하다. 역방향 전력 전달 모드에서의 동작은 본 발명의 제1 타입 주회로와 같은 동작을 한다.In other words, in the bidirectional resonant DC-DC converter having the second type main circuit according to FIG. 4A of the present invention, the forward half-bridge operation according to the switching operation pattern of the primary side switch modules Q1 to Q6 in the forward power transfer mode An operation mode can be selected from among mode 1, forward half-bridge operation mode 2, and forward full-bridge operation mode, and accordingly, bidirectional power transfer in a wider input/output voltage range to the output terminal of the secondary circuit unit 1200 is possible. The operation in the reverse power transfer mode is the same as that of the first type main circuit of the present invention.

도 4c 및 도 4d, 도 4f 및 도 4g, 도 4i 및 도 4j는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 및 순방향 풀-브리지 동작 모드의 상세 동작을 나타낸 도면이다.4c and 4d, 4f and 4g, 4i and 4j are forward half-bridge operation mode 1, forward direction of the second type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, respectively. It is a diagram showing detailed operations of the half-bridge operation mode 2 and the forward full-bridge operation mode.

또한, 도 4e, 도 4h 및 도 4k는 상기 각각의 동작 모드에 따른 전압, 전류 파형을 도시한 것이다4e, 4h and 4k show voltage and current waveforms according to the respective operation modes

도 4c 내지 도 4k에 나타낸 것처럼 1차측 회로부 스위치 모듈(Q1~Q6) 스위칭 동작 패턴에 따라 하프-브리지 동작 모드(Q1과 Q3은 턴-온, Q2와 Q4는 계속 턴-오프 되어 있는 상태, 또는 Q1과 Q3은 턴-오프, Q2와 Q4는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 Q5와 Q6이 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1 ,제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)과 0전압이 교번으로 인가되어 1차측 회로부(1100)에 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 전력을 전달하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 또는 Q5는 턴-오프, Q6는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 Q1/Q3와 Q2/Q4는 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)과 0전압이 교번으로 인가되어 1차측 회로부(1100)에 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 전력을 전달 하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 중 하나를 선택 할 수 있다.) 및 풀-브리지 동작 모드(Q1/Q6/Q3와 Q2/Q5/Q4는 50% 듀티로 동시 턴-온/턴-오프 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)이 인가되어 1차측 회로부(1100)에 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 높은 이득특성을 제공하며 전력을 전달하는 동작 모드) 중에서 동작 모드의 선택이 가능하다.As shown in FIGS. 4c to 4k, the half-bridge operation mode (Q1 and Q3 are turned on, Q2 and Q4 are turned off continuously, or In a state where Q1 and Q3 are turned off, and Q2 and Q4 are continuously turned on, Q5 and Q6 perform an alternating switching operation at 50% duty, and input voltage (VIN) and 0 voltage is alternately applied so that the resonance currents IP1 and IP2 flow in the primary circuit unit 1100 and transmit power to the secondary circuit unit 1200. Forward half-bridge operation mode 1, or Q5 is turned off, In a state in which Q6 is continuously turned on, Q1/Q3 and Q2/Q4 perform alternating switching operation at 50% duty, and the input voltage (VIN) and 0 voltage are alternately applied to each of the first and second resonance circuits on the primary side. One of the forward half-bridge operation mode 2 in which the resonance currents IP1 and IP2 flows in the primary circuit unit 1100 and transmits power to the secondary circuit unit 1200 can be selected) and full-bridge operation Modes (Q1/Q6/Q3 and Q2/Q5/Q4 perform simultaneous turn-on/turn-off alternating switching operation at 50% duty, and the input voltage (VIN) is applied to each of the first and second resonance circuits on the primary side. It is possible to select an operation mode from among the operation modes in which the resonance currents IP1 and IP2 flow in the primary circuit unit 1100 and provide high gain characteristics to the secondary circuit unit 1200 and transmit power).

한편 상술한 사용자의 동작 모드를 선택하는 기준은 입력전압의 크기일 수 있고, 입력전압의 크기가 상대적으로 큰 경우 하프-브리지 동작 모드가, 입력전압의 크기가 상대적으로 작은 경우 풀-브리지 동작 모드가 선택될 수 있다.Meanwhile, the criterion for selecting the user's operation mode may be the level of the input voltage. When the level of the input voltage is relatively large, the half-bridge operation mode is used, and when the level of the input voltage is relatively small, the full-bridge operation mode. can be selected.

또한 상기 동작 모드를 선택하는 기준은 출력전압의 크기일 수 있고, 출력전압의 크기가 상대적으로 작은 경우 하프-브리지 동작 모드가, 출력전압의 크기가 상대적으로 큰 경우 풀-브리지 동작 모드가 선택될 수 있다.In addition, the criterion for selecting the operation mode may be the magnitude of the output voltage. When the magnitude of the output voltage is relatively small, the half-bridge operation mode is selected, and when the magnitude of the output voltage is relatively large, the full-bridge operation mode is selected. can

이 때, 2차측 회로부 스위치 모듈(S1~S4)는 턴-오프 되어 있어 역병렬 다이오드(동기정류기로도 동작할 수 있다.)를 통해 부하 공진전류(IS1, IS2)가 정류된다. 따라서 순방향 전력 전달 모드로 동작시 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 및 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 선택된 동작 모드에 따라 입력전압(VIN) 또는 출력전압(Vo)을 넓은 범위에서 전력 제어 하는 것이 가능하다.At this time, the secondary-side circuit part switch modules S1 to S4 are turned off, so that the load resonance currents IS1 and IS2 are rectified through an anti-parallel diode (it can also operate as a synchronous rectifier). Therefore, when operating in the forward power transfer mode, the input voltage (VIN) or output voltage (Vo) can be adjusted in a wide range depending on the selected operation mode among forward half-bridge operation mode 1, forward half-bridge operation mode 2, and forward full-bridge operation mode. It is possible to control the power in

또한 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22)에 인가된 전압과 2차측 회로부(1200)에 유도된 2차측 권선(NS1, NS2) 전압극성에 따라 2차측 변압기 권선 전압의 합(VS1+VS2)이 인가되어 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통해 흐르지 않고, 제2 공통연결선을 통해 부하 공진전류(IS1, IS2)가 흘러 순방향 전력 전달 모드로 동작시 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성 동작을 갖고 동작 할 수 있으며, 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22)과 2차측 권선(NS1, NS2)의 턴-수비에 따라 이득을 조정하는 것이 가능하다. In addition, the voltage applied to the primary side main windings (NP1, NP2) and the auxiliary windings (NP11, NP12, NP21, NP22) of the transformers (T1, T2) and the secondary windings (NS1, NS2) induced in the secondary side circuit unit 1200 The sum (VS1+VS2) of the secondary-side transformer winding voltage is applied according to the voltage polarity and does not flow through the secondary-side first and second resonant capacitors CR1 and CR2, but the load resonance current (IS1, IS1, When IS2) flows and operates in forward power transfer mode, the LLC resonant converter can operate with unique gain characteristics, and the primary windings (NP1, NP2) and auxiliary windings (NP11, NP12, NP21, NP22) and secondary It is possible to adjust the gain according to the turn-defense of the windings NS1 and NS2.

도 4l은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.FIG. 4L is a diagram illustrating voltage gain characteristics in a reverse power transfer mode of a second type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

또한, 도 4m 및 도 4n은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제2 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드의 상세 동작을, 도 4o는 이 때의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.In addition, FIGS. 4M and 4N are detailed operations of the reverse power transfer mode of the second type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4O is the voltage and current waveforms at this time. it will be shown

도 4m 내지 도 4o에 나타낸 것처럼 1차측 회로부 스위치 모듈(Q1~Q6)은 턴-오프 되어있고, 역병렬 다이오드를 통해 정류 동작되며, 2차측 회로부(1200) 스위칭 소자 S1과 S2, S3와 S4는 50%의 듀티를 가지고 교번으로 동작하며, S1과 S3, S2와 S4는 동시에 턴-온 및 턴-오프 동작을 하며 2차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 출력단 전압(VO)의 1/2이 각각 인가되며 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1, NS2)에 공진전압이 인가된다. 이때 인가된 2차측 변압기권선(NS1, NS2) 전압에 의해 1차측 변압기권선(NP1, NP2) 전압극성이 바뀌어 합전압(N’Vo=VP1+VP2, N’=NP1/NS1=NP2/NS2)이 인가되고, 제1 공통연결선 내의 1차측 제1, 제2 공진회로부에 연결된 보조권선(VNPl1+VNP21, VNPl2+VNP22) 전압의 합은 0이어서 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)를 통해 전류가 흐르지 않고, 제1 공통연결선을 통해 우회하며 흐르면서 1차측 스위칭 소자(Q1/Q4, Q2/Q3)의 역병렬 다이오드를 통해 입력단으로 정류되어 역방향으로 전력을 전달한다.As shown in Figs. 4m to 4o, the primary side circuit unit switch modules Q1 to Q6 are turned off, and the rectification operation is performed through an anti-parallel diode, and the secondary side circuit unit 1200 switching elements S1 and S2, S3 and S4 are It operates alternately with a duty of 50%, and S1 and S3, S2 and S4 simultaneously turn-on and turn-off, and are applied to each of the first and second resonant circuits on the secondary side, 1/ of the output voltage (V O ) 2 is applied, respectively, and a resonance voltage is applied to the secondary windings NS1 and NS2 of the transformers T1 and T2. At this time, the voltage polarity of the primary side transformer windings (NP1, NP2) is changed by the applied secondary side transformer windings (NS1, NS2) voltage and the sum voltage (N'Vo=VP1+VP2, N'=NP1/NS1=NP2/NS2) is applied, and the sum of the voltages of the auxiliary windings (VNP11+VNP21, VNP12+VNP22) connected to the first and second resonant circuit units on the primary side in the first common connection line is 0, so that the primary side first and second resonant capacitors Cr1 and Cr2 ), the current does not flow through the primary side first auxiliary winding units (NP11, NP21) and the primary side second auxiliary winding units (NP12, NP22), but bypasses the first common connection line and flows through the primary side switching element (Q1/ Q4, Q2/Q3) are rectified to the input terminal through the anti-parallel diode to transmit power in the reverse direction.

여기서, 2차측 제1 공진회로부는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211), 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 2차측 제1 변압기 누설인덕턴스(누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)를 포함하고, 2차측 제2 공진회로부는, 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212), 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 변압기 누설인덕턴스(누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)를 포함한다.Here, the secondary-side first resonant circuit unit has the secondary-side first resonant reactance element 1211, the first transformer secondary-side winding NS1, and the secondary-side first transformer leakage inductance (can be replaced with a resonant inductor instead of a leakage inductance) The secondary-side second resonant circuit unit includes a secondary-side second resonant reactance element 1212 , a second transformer secondary winding NS2 and a secondary-side secondary-side transformer leakage inductance (to be replaced with a resonant inductor instead of a leakage inductance). may be included).

이 때 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2)에 보조권선(NPl1-NP21, NP12-NP22)이 적용되어 있어 순방향 전력 전달 모드로 동작시와 달리 역방향 전력 전달 모드로 동작시 1차측 회로부(1100)로 전달되는 전압을 변압기(T1, T2) 의 턴-수비(NP1/NS1, NP2/NS2) 만큼 낮추어 전력 전달을 할 수 있게 되어 이득을 조절할 수 있다. At this time, when the auxiliary windings (NP11-NP21, NP12-NP22) are applied to the transformers (T1, T2) of the first and second resonance circuits of the primary side, when operating in the reverse power transmission mode, unlike when operating in the forward power transmission mode By lowering the voltage delivered to the primary circuit unit 1100 by the turn-defences NP1/NS1 and NP2/NS2 of the transformers T1 and T2, power transmission can be performed, so that the gain can be adjusted.

또한 순방향 전력 전달 모드 동작시처럼 역방향 전력 전달 모드 동작시에도 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)와 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2)는 서로 상호 커플링 되지 않고 동작되고, 2차측 제1, 제2 공진회로부는 병렬연결 동작되지만, 변압기 전압극성에 의해 1차측 주권선(NP1, NP2)이 직렬연결 동작되어 정류된다. Also, the secondary-side first and second resonant capacitors CR1 and CR2 and the primary-side first and second resonant capacitors Cr1 and Cr2 are not mutually coupled to each other even during the reverse power transfer mode operation as in the forward power transfer mode operation. and the secondary-side first and second resonance circuit units are parallel-connected, but the primary-side main windings NP1 and NP2 are rectified in series by the voltage polarity of the transformer.

앞서 설명한 제1 타입 주회로의 등가회로 도 3g를 참조하여 이득특성을 검토 해보면 역방향 전력 전달 모드로 동작시에도 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성을 갖고 있어 가변 스위칭 주파수 제어를 통해 이득제어를 할 수 있다.When examining the gain characteristics with reference to FIG. 3G of the equivalent circuit of the first type main circuit described above, it has the unique gain characteristics of the LLC resonant converter even when operating in the reverse power transfer mode, so that gain control can be performed through variable switching frequency control. .

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로를 도시한 회로도이고, 도 5b는 제3 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이다.5A is a circuit diagram illustrating a third type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a voltage gain characteristic of the third type main circuit in a forward power transfer mode. did it

도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로는 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200)를 포함한다. 이 때, 1차측 회로부(1100)는 제1 전압원(10)과 연결되고 2차측 회로부(1200)는 제2 전압원(20)과 연결된다. Referring to FIG. 5A , the third type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes a primary side circuit unit 1100 and a secondary side circuit unit 1200 . In this case, the primary circuit unit 1100 is connected to the first voltage source 10 , and the secondary circuit unit 1200 is connected to the second voltage source 20 .

이 때, 제1 전압원(10) 및 제2 전압원(20)은 각각 DC 전압원, 배터리, 커패시터 또는 부하 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In this case, each of the first voltage source 10 and the second voltage source 20 may include at least one of a DC voltage source, a battery, a capacitor, and a load.

여기서, 1차측 회로부(1100)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6), 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고, 2차측 회로부(1200)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈(S1~S6), 제1 변압기(T1)와 제2 변압기(T2) 각각의 2차측 권선(NS1,NS2), 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)를 포함한다.Here, the primary-side circuit unit 1100 includes primary-side switch modules Q1 to Q6 including a plurality of switching elements, a primary-side first resonant circuit unit and a primary-side second resonant circuit unit, and the secondary-side circuit unit 1200 includes The secondary-side switch modules S1 to S6 including a plurality of switching elements, the secondary-side windings NS1 and NS2 of each of the first transformer T1 and the second transformer T2, the secondary-side first resonance reactance element 1211 ) and a secondary-side second resonant reactance element 1212 .

이 때, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함한다.At this time, the primary-side switch module (Q1 ~ Q6), the first bridge-arm, 1-3 and 1-4 first bridge-arm to which the 1-1 and 1-2 switching elements (Q1-Q2) are connected in series It includes a second bridge-arm to which the switching elements Q3-Q4 are connected in series, and a third bridge-arm to which the 1-5 and 1-6 switching elements Q5-Q6 are connected in series.

여기서 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결된다.Here, the first to third bridge-arms are all connected in parallel.

또한, 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선(NP1), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)가 직렬로 연결되며 1차측 제1 공진회로부의 일단은 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자(Q1-Q2)가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자(Q5-Q6)가 연결되는 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.In addition, in the primary-side first resonance circuit part, the first transformer primary-side main winding NP1, the primary-side first auxiliary winding parts NP11 and NP21 and the primary-side first resonance reactance element 1111 are connected in series, and the primary side One end of the first resonance circuit unit is connected to the node to which the 1-1 and 1-2 switching elements Q1-Q2 are connected, and the other end is connected to the 1-5 and 1-6 switching elements Q5-Q6. It is connected to the primary-side central node (node 'X').

또한, 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선(NP2), 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)가 직렬로 연결되며 1차측 제2 공진회로부의 일단은 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자(Q3-Q4)가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 1차측 중심노드(노드 'X')에 접속된다.In addition, in the primary-side second resonance circuit part, the second transformer primary-side main winding NP2, the primary-side second auxiliary winding parts NP12 and NP22 and the primary-side second resonance reactance element 1112 are connected in series, and the primary side One end of the second resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-3 and 1-4 switching elements Q3-Q4 are connected, and the other end is connected to the primary side central node (node 'X').

1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선(NP11) 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선(NP21)을 포함하고, 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선(NP12) 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선(NP22)을 포함한다.The primary-side first auxiliary winding unit NP11 and NP21 includes a first transformer primary-side first auxiliary winding NP11 and a second transformer primary-side first auxiliary winding NP21, and the primary-side second auxiliary winding unit ( NP12 and NP22 include a second auxiliary winding NP12 on the primary side of the first transformer and a second auxiliary winding NP22 on the primary side of the second transformer.

2차측 스위치 모듈(S1~S6)은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암 및 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자(S5-S6)가 직렬로 연결되는 제6 브리지-암을 포함한다.The secondary-side switch module (S1 to S6) is a fourth bridge-arm to which the 2-1 and 2-2 switching elements (S1-S2) are connected in series-arm, the 2-3 and 2-4 switching elements ( It includes a fifth bridge-arm to which S3-S4 is connected in series and a sixth bridge-arm to which second-5 and 2-6 switching elements S5-S6 are connected in series.

이 때, 제4 내지 제6 브리지-암은 모두 병렬로 연결된다.At this time, the fourth to sixth bridge-arms are all connected in parallel.

또한, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자(S1-S2)가 연결되는 노드에는 제1 변압기 2차측 권선(NS1)의 일단이 접속되고, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자(S3-S4)가 연결되는 노드에는 제2 변압기 2차측 권선(NS2)의 일단이 접속된다.In addition, one end of the first transformer secondary winding NS1 is connected to the node to which the 2-1 and 2-2 switching elements S1-S2 are connected, and the 2-3 and 2-4 switching elements (S1 - S2) are connected to each other. One end of the secondary winding NS2 of the second transformer is connected to the node to which S3-S4 is connected.

또한, 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자(S5-S6)가 연결되는 2차측 중심노드(노드 'Y')에는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)의 일단이 접속된다.In addition, at the secondary side central node (node 'Y') to which the 2-5 and 2-6 switching elements S5-S6 are connected, one end and the secondary-side second resonance of the secondary-side first resonant reactance element 1211 are connected. One end of the reactance element 1212 is connected.

공진 리액턴스 소자(1111,1112,1211,1212)로는 공진 커패시터, 공진 인덕터 또는 다양한 공진회로 등이 사용될 수 있다.As the resonant reactance elements 1111, 1112, 1211, and 1212, a resonant capacitor, a resonant inductor, or various resonant circuits may be used.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S6)을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S6)의 스위칭 소자들을 제어하여 제1 전압원(10)과 제2 전압원(20)간에 양방향으로 전기 에너지를 전달하되, 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S6) 중 적어도 하나에 대한 스위칭 주파수를 가변함으로써, 입력 전압 크기에 대비한 출력 전압의 크기인 전압 이득을 제어할 수 있다.In addition, the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention may include a control unit for controlling the primary side switch modules (Q1 ~ Q6) and the secondary side switch modules (S1 ~ S6). The control unit controls the switching elements of the primary side switch module (Q1 ~ Q6) and the secondary side switch module (S1 ~ S6) to transfer electrical energy in both directions between the first voltage source 10 and the second voltage source 20, 1 By varying the switching frequency for at least one of the secondary-side switch modules Q1 to Q6 and the secondary-side switch modules S1 to S6, the voltage gain, which is the magnitude of the output voltage relative to the magnitude of the input voltage, may be controlled.

또한 제어부는, 제1 전압원(10)으로부터 제2 전압원(20)으로 전기에너지를 전달하는 순방향 전력 전달 모드 및 제2 전압원(20)으로부터 제1 전압원(10)으로 전기에너지를 전달하는 역방향 전력 전달 모드에서 동일하게, 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 전압 이득을 감소시키고, 스위칭 주파수를 감소시킴으로써 상기 전압 이득을 증가시킬 수 있다.In addition, the control unit, a forward power transfer mode for transferring electrical energy from the first voltage source 10 to the second voltage source 20 and a reverse power transfer for transferring electrical energy from the second voltage source 20 to the first voltage source 10 . In the same mode, the voltage gain can be decreased by increasing the switching frequency, and the voltage gain can be increased by decreasing the switching frequency.

앞서 제안된 제2 타입 주회로와 비교하면, 1차측 회로부(1100) 입력단 구성은 같지만, 2차측 회로부(1200) 출력단은 2차측 제1, 제2 분압커패시터(C3, C4) 대신에 스위칭 소자(S5, S6)가 적용된 6개 스위칭 소자(2차측: S1~S6)로 구성된 3-브리지 LLC 공진컨버터로 구성되어 있어 역방향 전력 전달 모드로 동작시에도 보다 넓은 입·출력 전압 제어 범위를 갖고 동작하도록 구성되어 있다. Compared with the previously proposed second type main circuit, the configuration of the input terminal of the primary side circuit unit 1100 is the same, but the output stage of the secondary side circuit unit 1200 is a switching element ( It is composed of a 3-bridge LLC resonant converter composed of 6 switching elements (secondary side: S1 to S6) to which S5 and S6) are applied. Consists of.

보다 구체적으로는, 1차측 회로부 입력단 및 2차측 회로부 출력단 양단에 2개의 스위칭 소자(1차측 : Q1-Q2, Q5-Q6, Q3-Q4, 2차측 : S1-S2, S5-S6, S3-S4,)가 직렬 연결된 브리지-암(Bridge-Leg)들이 각각 병렬 연결되어 1차측 회로부(1100) 및 2차측 회로부(1200) 모두 3-브리지로 구성되어 있다.More specifically, two switching elements (primary side: Q1-Q2, Q5-Q6, Q3-Q4, secondary side: S1-S2, S5-S6, S3-S4 , ) are series-connected bridge-arms (Bridge-Legs) are connected in parallel, respectively, so that both the primary side circuit unit 1100 and the secondary side circuit unit 1200 are configured as 3-bridges.

1차측 회로부(1100) 입력단 양단에 병렬 연결된 제1, 제2 브리지-암(Q1-Q2, Q3-Q4)의 소스와 드레인과 사이와 제3 브리지-암(Q5-Q6) 사이에 1차측 공진 리액턴스 소자(1111,1112) 또는 공진커패시터와 공진인덕터를 포함하고, 다양한 공진회로 등이 대체될 수 있음, 이후 반복하여 사용하지 않음)와 제1, 제2 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22), 변압기 누설인덕턴스(LlP1, LlP2, LlS1, LlS2, 누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)가 포함된 1차측 제1, 제2 공진회로부가 각각 연결되고, 1차측 공진 리액턴스 소자(1111,1112) 일단은 각각 제3 브리지-암(Q5-Q6) 중심노드 사이에 연결된다.Primary-side resonance between the source and drain of the first and second bridge-arms Q1-Q2 and Q3-Q4 connected in parallel to both ends of the input terminal of the primary circuit unit 1100 and between the third bridge-arm Q5-Q6 Reactance elements 1111 and 1112 or resonant capacitors and resonant inductors, and various resonant circuits may be substituted. (NP1, NP2) and auxiliary windings (NP11, NP12, NP21, NP22), transformer leakage inductance (LIP1, LIP2, LLS1, LLS2, can be replaced with resonant inductance instead of leakage inductance) primary side 1, Each of the second resonant circuit units is connected, and one end of the primary side resonant reactance elements 1111 and 1112 is respectively connected between the central nodes of the third bridge-arms Q5-Q6.

또한, 2차측 회로부(1200) 출력단 양단에 병렬 연결된 제4, 제5 브리지-암(S1-S2, S3-S4)의 소스와 드레인 사이와 제6 브리지-암(S5-S6) 사이에 2차측 제1, 제2 공진회로가 각각 연결되고, 2차측 제1, 제2 공진 리액턴스(1211,1212) 일단은 제6 브리지-암(S5-S6) 중심노드(노드 'Y') 사이에 연결된다.In addition, the secondary side between the source and drain of the fourth and fifth bridge-arms S1-S2 and S3-S4 connected in parallel to both ends of the output terminal of the secondary circuit unit 1200 and between the sixth bridge-arm S5-S6 The first and second resonant circuits are respectively connected, and one end of the first and second resonant reactances 1211 and 1212 on the secondary side is connected between the central node (node 'Y') of the sixth bridge-arm S5-S6. .

또한, 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1변압기 1차측 주권선(NP1)과 상기 1차측 제1 보조권선부(NP11, NP21)가 연결된 연결부와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선(NP2)과 상기 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)가 연결된 연결부는 제1 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 타단과 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 타단(1212)은 제2 공통연결선을 통해 서로 연결되어 있다.In addition, the first transformer primary side main winding (NP1) and the primary side first auxiliary winding units (NP11, NP21) are connected to the connection part of the first resonant circuit part of the primary side, and the second transformer of the primary side second resonance circuit part The connection part where the primary side main winding NP2 and the primary side secondary winding parts NP12 and NP22 are connected is connected to each other through a first common connection line, and the other end of the secondary side first resonance reactance 1211 and the The other end 1212 of the secondary-side second resonance reactance is connected to each other through a second common connection line.

여기서, 2차측 제1 공진회로부는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211), 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 2차측 제1 변압기 누설인덕턴스(누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)를 포함하고, 2차측 제2 공진회로부는, 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212), 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 변압기 누설인덕턴스(누설인덕턴스 대신에 공진인덕터로 대체될 수 있음)를 포함한다.Here, the secondary-side first resonant circuit unit has the secondary-side first resonant reactance element 1211, the first transformer secondary-side winding NS1, and the secondary-side first transformer leakage inductance (can be replaced with a resonant inductor instead of a leakage inductance) The secondary-side second resonant circuit unit includes a secondary-side second resonant reactance element 1212 , a second transformer secondary winding NS2 and a secondary-side secondary-side transformer leakage inductance (to be replaced with a resonant inductor instead of a leakage inductance). may be included).

상기 2차측 회로부(1200)의 제2 공통연결선에 의해, 순방향 전력 전달 모드에서는 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)에는 전류가 흐르고, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르지 않는다. By the second common connection line of the secondary side circuit unit 1200, in the forward power transfer mode, a current flows through the primary side first resonant reactance element 1111 and the primary side second resonant reactance element 1112, and the secondary side first No current flows through the resonant reactance element 1211 and the secondary-side second resonant reactance element 1212 .

또한, 상기 1차측 회로부(1100)의 제1 공통연결선에 의해, 역방향 전력 전달 모드에서는, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211) 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212)에는 전류가 흐르고, 1차측 제1 공진 리액턴스 소자(1111)와 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자(1112)와 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)에는 전류가 흐르지 않는다.In addition, by the first common connection line of the primary side circuit unit 1100, in the reverse power transfer mode, a current flows through the secondary side first resonant reactance element 1211 and the secondary side second resonant reactance element 1212, 1 Current does not flow through the primary-side first resonant reactance element 1111, the primary-side first auxiliary winding units NP11 and NP21, the primary-side second resonant reactance element 1112 and the primary-side second auxiliary winding unit NP12, NP22. does not

또한, 여기서 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2) 1차측 권선(NP1,NP2,NP11,NP21,NP12,NP22)은 서로 바라보는 극성(또는 반대로 바라보는 극성)을 갖고 구성되어 있으며, 변압기(T1, T2) 2차측 권선(NS1,NS2) 중 하나의 변압기 극성은 1차측 권선 변압기 극성과 다른 극성을 갖고 있다.In addition, here, the primary windings (NP1, NP2, NP11, NP21, NP12, NP22) of the transformers (T1, T2) of the first and second resonant circuits of the primary side have polarities facing each other (or opposite polarities). The polarity of one of the secondary windings NS1 and NS2 of the transformers T1 and T2 is different from the polarity of the primary winding transformer.

다시 말해, 제1 변압기 1차측 주권선(NP1) 및 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21)는 같은 극성을 갖도록 감기고, 제2 변압기 1차측 주권선(NP2) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)는 같은 극성을 갖도록 감기며, 제1 변압기 2차측 권선(NS1) 및 제2 변압기 2차측 권선(NS2) 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감긴다.In other words, the first transformer primary side main winding NP1 and the primary side first auxiliary winding parts NP11 and NP21 are wound to have the same polarity, and the second transformer primary side main winding NP2 and the primary side secondary winding part are wound to have the same polarity. The parts NP12 and NP22 are wound to have the same polarity, and one of the first transformer secondary winding NS1 and the second transformer secondary winding NS2 is wound to have a different polarity.

따라서 순방향 전력 전달 모드 및 역방향 전력 전달 모드로 동작시 고유의 양방향 LLC 공진특성을 가지고 동작된다. Therefore, when operating in the forward power transfer mode and the reverse power transfer mode, it is operated with a unique bidirectional LLC resonance characteristic.

또한 본 발명의 도 5a에 따른 제3 타입 주회로를 가지는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터에서는 순방향 전력 전달 모드 및 역방향 전력 전달 모드로 동작시 모두 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6) 및 2차측 스위치 모듈(S1~S6)의 스위칭 동작 패턴에 따라 하프-브리지 동작 및 풀-브리지 동작을 하게 되어 보다 넓은 입·출력전압범위에서 양방향 전력전달이 가능하다.In addition, in the bidirectional resonant DC-DC converter having the third type main circuit according to FIG. 5A of the present invention, both the primary side switch modules Q1 to Q6 and the secondary side switch module when operating in the forward power transfer mode and the reverse power transfer mode Half-bridge operation and full-bridge operation are performed according to the switching operation pattern of (S1~S6), enabling bidirectional power transfer in a wider input/output voltage range.

여기서, 순방향 전력 전달 모드로 동작시 사용자의 선택에 따라, 제어부가 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)을 제어하여 1차측 회로부(1100)가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 1차측 회로부(1100)가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 할 수 있다. Here, according to the user's selection when operating in the forward power transfer mode, the control unit controls the primary side switch modules Q1 to Q6 and the primary side circuit unit 1100 operates as a half-bridge forward half-bridge operation mode 1, It is possible to operate in one of the forward half-bridge operation mode 2 or the forward full-bridge operation mode in which the primary circuit unit 1100 operates as a full-bridge.

또한, 역방향 전력 전달 모드로 동작시 사용자의 선택에 따라, 제어부가 2차측 스위치 모듈(S1~S6)을 제어하여 2차측 회로부(1200)가 하프-브리지로 동작하는 역방향 하프-브리지 동작 모드 1, 역방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 2차측 회로부(1200)가 풀-브리지로 동작하는 역방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 할 수 있다. In addition, according to the user's selection when operating in the reverse power transfer mode, the control unit controls the secondary-side switch modules S1 to S6 to operate the secondary-side circuit unit 1200 as a half-bridge reverse half-bridge operation mode 1, The reverse half-bridge operation mode 2 or the secondary-side circuit unit 1200 may operate in one of the reverse full-bridge operation modes in which the full-bridge operates.

상기 순방향 및 역방향 전력 전달 모드에서 동작 모드의 선택은 사용자가 선택하거나 제어부가 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)의 스위칭 소자 각각의 발열량, 스트레스 정도, 수명 및 스위칭 동작 이력 등에 따라 선택할 수도 있다.The selection of the operation mode in the forward and reverse power transfer modes may be selected by the user or the control unit may be selected according to the amount of heat generated by each of the switching elements of the primary side switch modules Q1 to Q6, the degree of stress, the lifespan, the switching operation history, and the like.

도 5c 및 도 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 순방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 순방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.5c and 5d respectively show voltage and current waveforms in forward half-bridge operation mode 1 and forward full-bridge operation mode of the third type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention; it will be shown

제3 타입 주회로에 있어서의 상세 동작 및 전압, 전류 파형은 제2 타입 주회로에 있어서와 동일하여 여기서는 순방향 하프-브리지 동작모드 1과 순방향 풀-브리지 동작모드의 전압, 전류 파형에 대해서만 도시하였다.The detailed operation, voltage, and current waveforms in the third type main circuit are the same as in the second type main circuit, so only the voltage and current waveforms of the forward half-bridge operation mode 1 and the forward full-bridge operation mode are shown. .

도 5c와 도 5d에 나타낸 것처럼 본 발명의 제3 타입 주회로의 순방향 전력 전달 모드에 있어서 상세 동작은 제2 타입 주회로의 순방향 동작 모드와 비슷하며, 다시 구체적으로 설명하면, 1차측 회로부 스위치 모듈(Q1~Q6) 스위칭 동작 패턴에 따라 하프-브리지 동작 (Q1과 Q3은 턴-온, Q2와 Q4는 계속 턴-오프 되어 있는 상태 또는 Q1과 Q3은 턴-오프, Q2와 Q4는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 Q5와 Q6이 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)과 0전압이 교번으로 인가되어 1차측 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 전력을 전달하는 순방향 하프-브리지 동작모드 1 또는 Q5는 턴-오프, Q6는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 Q1/Q3와 Q2/Q4는 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)과 0전압이 교번으로 인가되어 1차측 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 전력을 전달하는 순방향 하프-브리지 동작모드 2 중 하나를 선택 할 수 있다) 및 풀-브리지 동작(Q1/Q6/Q3와 Q2/Q5/Q4는 50% 듀티로 동시 턴-온/턴-오프 교번 스위칭 동작을 하고 1차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 입력전압(VIN)이 인가되어 1차측 회로부(1100)에 공진전류(IP1, IP2)가 흐르고, 2차측 회로부(1200)에 높은 이득특성을 제공하며 전력을 전달하는 순방향 풀-브리지 동작모드)이 가능하다. 이 때 2차측 스위치 모듈(S1~S6)은 턴-오프 되어있어 역병렬 다이오드(S1/S4, S2/S3)를 통해 부하공진전류(IS1, IS2)가 정류된다. As shown in Figs. 5c and 5d, the detailed operation in the forward power transfer mode of the third type main circuit of the present invention is similar to the forward operation mode of the second type main circuit. (Q1~Q6) Half-bridge operation according to the switching operation pattern (Q1 and Q3 are turned on, Q2 and Q4 are turned off continuously or Q1 and Q3 are turned off, Q2 and Q4 are turned on continuously In the ON state, Q5 and Q6 perform alternating switching operation at 50% duty, and the input voltage (VIN) and 0 voltage are alternately applied to each of the first and second resonance circuits on the primary side, so that the primary side resonance currents (IP1, IP2) ) flows, and the forward half-bridge operation mode 1 or Q5 that transmits power to the secondary circuit unit 1200 is turned off and Q6 is turned on while Q1/Q3 and Q2/Q4 are 50% duty to alternately switching operation, and the input voltage VIN and 0 voltage are alternately applied to each of the first and second resonant circuit units of the primary side, so that the primary resonant currents IP1 and IP2 flow, and power is supplied to the secondary side circuit unit 1200 You can select one of two forward half-bridge modes of operation to deliver In operation, the input voltage VIN is applied to each of the first and second resonant circuit units of the primary side, the resonance currents IP1 and IP2 flow through the primary side circuit unit 1100, and a high gain characteristic is provided to the secondary side circuit unit 1200. and forward full-bridge mode of operation to deliver power) is possible. At this time, the secondary side switch modules (S1 ~ S6) are turned off, so that the load resonance currents (IS1, IS2) are rectified through the antiparallel diodes (S1/S4, S2/S3).

순방향 전력 전달 모드로 동작시(순방향 하프-브리지 동작모드 1, 순방향 하프-브리지 동작모드 2 및 순방향 풀-브리지 동작모드) 동작모드에 따라 변압기(T1, T2) 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22)에 인가된 전압과 2차측에 유도된 권선(NS1, NS2) 전압의 극성에 따라 2차측 변압기 권선 전압의 합(VS1+VS2)이 인가되어 2차측 제1, 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 통해 흐르지 않고, 제2 공통연결선 및 스위칭 소자(S1/S4, S2/S3)의 역병렬 다이오드를 통해 부하공진전류(IS1, IS2)가 흘러 순방향 전력 전달 모드 동작시 LLC 공진컨버터 고유의 이득특성동작을 갖고 동작 할 수 있으며, 1차측 주권선(NP1, NP2) 및 보조권선(NP11, NP12, NP21, NP22)과 2차측 권선(NS1, NS2)의 턴-수비에 따라 이득조정이 가능하다.When operating in forward power transfer mode (forward half-bridge operation mode 1, forward half-bridge operation mode 2 and forward full-bridge operation mode), depending on the operation mode, transformer (T1, T2) primary side main winding (NP1, NP2) And depending on the polarity of the voltage applied to the auxiliary windings (NP11, NP12, NP21, NP22) and the voltages induced to the secondary side (NS1, NS2), the sum (VS1+VS2) of the secondary side transformer winding voltage is applied to the secondary side Instead of flowing through the first and second resonant capacitors CR1 and CR2, the load resonant currents IS1 and IS2 flow in the forward direction through the second common connection line and the antiparallel diode of the switching elements S1/S4, S2/S3. When operating in power transfer mode, the LLC resonant converter can operate with a unique gain characteristic operation. It is possible to adjust the gain according to the turn-defense of the player.

도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 전력 전달 모드에서의 전압 이득 특성을 도시한 것이고, 도 5f 및 도 5g는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제3 타입 주회로의 역방향 하프-브리지 동작 모드 1 및 역방향 풀-브리지 동작 모드에서의 전압, 전류 파형을 도시한 것이다.5E is a diagram illustrating a voltage gain characteristic in a reverse power transfer mode of a third type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5F and 5G are respectively an example of the present invention Voltage and current waveforms in the reverse half-bridge operation mode 1 and the reverse full-bridge operation mode of the third type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter according to the embodiment are shown.

도 5f 및 도 5g에 나타낸 것처럼 1차측 스위치 모듈(Q1~Q6)은 턴-오프 되어 있어 역병렬 다이오드는 정류회로처럼 동작되고, 2차측 스위치 모듈(S1~S6)의 스위칭 동작패턴에 따라 하프-브리지 동작(S1과 S3은 턴-오프, S2와 S4는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 S5와 S6이 50% 듀티로 교번 스위칭 동작을 하고 2차측 제1, 제2 공진회로부에 각각 출력전압(Vo)과 0전압이 교번으로 인가되어 2차측 공진전류(IS1, IS2)가 흐르고, 1차측 회로부(1100)에 전력전달 하는 동작모드 1 또는 S5는 턴-오프, S6는 계속 턴-온 되어 있는 상태에서 S1/S3와 S2/S4는 50% 듀티로 교번스위칭동작을 하고 2차측 제1, 제2 공진회로부 각각에 출력전압(Vo)과 0전압이 교번으로 인가되어 2차측 공진전류(IS1, IS2)가 흐르고, 1차측 회로부(1100)에 전력전달 하는 동작모드 2 중 하나를 선택 할 수 있다) 및 풀-브리지 동작(S1/S6/S3과 S2/S5/S4는 50% 듀티로 동시 턴-온/턴-오프 교번스위칭동작을 하고 2차측 제1, 제2 공진회로부에 출력전압(VO)이 인가되어 2차측 공진전류(IS1, IS2)가 흐르고, 1차측 회로부(1100)에 높은 이득특성을 제공하며 전력전할 수 있다)이 가능하여 보다 넓은 입출력 전압 제어범위에서 동작할 수 있다. As shown in FIGS. 5f and 5g, the primary side switch modules Q1 to Q6 are turned off, so the anti-parallel diode operates like a rectifier circuit, and according to the switching operation pattern of the secondary side switch modules S1 to S6, half- In the bridge operation (S1 and S3 are turned off, S2 and S4 are continuously turned on, S5 and S6 are alternately switched at 50% duty, and the output voltage ( Vo) and 0 voltage are alternately applied, secondary side resonance currents (IS1, IS2) flow, and operation mode 1 or S5 that transmits power to the primary side circuit unit 1100 is turned off, and S6 is turned on continuously. In this state, S1/S3 and S2/S4 perform alternating switching operation at 50% duty, and output voltage (Vo) and 0 voltage are alternately applied to each of the first and second resonant circuit units on the secondary side, so that the secondary resonant current (IS1, IS2) flows and one of operation mode 2 in which power is delivered to the primary circuit unit 1100 can be selected) and full-bridge operation (S1/S6/S3 and S2/S5/S4 are simultaneously turned at 50% duty) -On/turn-off alternating switching operation is performed and the output voltage VO is applied to the first and second resonant circuits on the secondary side, so that the resonant currents on the secondary side (IS1, IS2) flow, and a high gain for the primary circuit unit 1100 characteristics and power transfer), so it can operate in a wider input/output voltage control range.

여기서, 2차측 제1 공진회로부는 2차측 제1 공진 리액턴스 소자(1211), 제1 변압기(T1) 2차측 권선(NS1) 및 제2 변압기 2차측 제1 변압기 누설인덕턴스를 포함하고, 2차측 제2 공진회로부는, 2차측 제2 공진 리액턴스 소자(1212), 제2 변압기(T2) 2차측 권선(NS2) 및 2차측 제2 변압기 누설인덕턴스를 포함한다.Here, the secondary-side first resonant circuit unit includes a secondary-side first resonant reactance element 1211 , a secondary-side winding NS1 of the first transformer T1, and a second transformer secondary-side first transformer leakage inductance, and the secondary-side second The second resonance circuit unit includes a secondary-side second resonance reactance element 1212 , a secondary-side winding NS2 of the second transformer T2 and a secondary-side secondary transformer leakage inductance.

2차측 스위치 모듈(S1~S6)의 스위칭 패턴에 따라 하프-브리지 및 풀-브리지 동작시 인가된 2차측 변압기권선(NS1, NS2) 전압에 의해 1차측 변압기권선(NP1, NP2) 전압극성이 바뀌어 합전압(N’Vo=VP1+VP2, N’=NP1/NS1=NP2/NS2)이 인가되고, 제1 공통연결선 내의 1차측 제1, 제2 공진회로부에 연결된 보조권선(VNPl1+VNP21, VNSl2+VNP22) 전압의 합은 0이어서 1차측 제1, 제2 공진 커패시터(Cr1, Cr2), 1차측 제1 보조권선부(NP11,NP21) 및 1차측 제2 보조권선부(NP12,NP22)를 통해 전류가 흐르지 않고, 제1 공통연결선을 통해 우회하며 흐르면서 1차측 스위칭 소자(Q1/Q4, Q2/Q3)의 역병렬 다이오드를 통해 입력단으로 정류되어 역방향으로 전력을 전달한다. 이 때 1차측 제1, 제2 공진회로부의 변압기(T1, T2)에 보조권선(NPl1/NPl2, NSl1/NSl2)이 적용되어 있어 순방향 전력 전달 모드로 동작시와 달리 역방향 전력 전달 모드로 동작시 1차측 회로부(1100) 입력단 전압을 변압기의 턴-수비(NP1/NS1, NP2/NS2) 만큼 낮추어 전력 전달할 수 있게 되어 이득을 조절할 수 있다. According to the switching pattern of the secondary side switch modules (S1~S6), the voltage polarity of the primary side transformer windings (NP1, NP2) is changed by the applied secondary side transformer windings (NS1, NS2) voltage during half-bridge and full-bridge operation The sum voltage (N'Vo=VP1+VP2, N'=NP1/NS1=NP2/NS2) is applied, and the auxiliary windings (VNP11+VNP21, VNS12 +VNP22) the sum of the voltages is 0, so the primary side first and second resonant capacitors (Cr1, Cr2), the primary side first auxiliary winding units (NP11, NP21) and the primary side second auxiliary winding units (NP12, NP22) are connected to each other. The current does not flow through it, but flows in a detour through the first common connection line and is rectified to the input terminal through the anti-parallel diode of the primary side switching elements (Q1/Q4, Q2/Q3) to transmit power in the reverse direction. At this time, the auxiliary windings (NPl1/NPl2, NSl1/NSl2) are applied to the transformers (T1, T2) of the first and second resonance circuits of the primary side. By lowering the input terminal voltage of the primary circuit unit 1100 as much as the turn-defense (NP1/NS1, NP2/NS2) of the transformer, power can be transmitted, so that the gain can be adjusted.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제4-1 타입 주회로를, 도 6b는 제4-2 타입 주회로를 도시한 회로도이다.6A is a circuit diagram illustrating a 4-1 type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a circuit diagram illustrating a 4-2 type main circuit.

제4-1 타입 및 제4-2 타입의 주회로는 제1 타입 및 제2 타입에 제안된 주 회로에서 2차측 제1, 제2 공진 리액턴스 소자(1211,1212)의 위치를 2차측 분압 커패시터부(C3, C4)에 연결하여 동작하는 것이 다를 뿐 기본적인 동작특성 및 양방향 LLC 공진이득특성은 동일하다. In the main circuits of the 4-1 type and the 4-2 type, the positions of the first and second resonant reactance elements 1211 and 1212 on the secondary side in the main circuits proposed for the first type and the second type are divided into the secondary side voltage dividing capacitors. The basic operating characteristics and bidirectional LLC resonance gain characteristics are the same, except that they are operated by being connected to the parts C3 and C4.

즉, 제4-1 타입 주회로는 제1 타입 주회로와 다른 부분은 동일하되, 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스(1212)의 일단은 2차측 중심노드(노드 'Y')에서 만나 연결되고, 타단은 각각 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)에 연결된다.That is, the 4-1 type main circuit is the same as that of the first type main circuit except that one end of the secondary-side first resonant reactance 1211 and one end of the secondary-side second resonant reactance 1212 are the secondary-side central node. (node 'Y') and connected, and the other end is connected to the secondary-side first voltage-dividing capacitor C3 and the secondary-side second voltage-dividing capacitor C4, respectively.

또한, 제4-2 타입 주회로는 제2 타입 주회로와 다른 부분은 동일하되, 2차측 제1 공진 리액턴스(1211)의 일단 및 2차측 제2 공진 리액턴스(1212)의 일단은 2차측 중심노드(노드 'Y')에서 만나 연결되고, 타단은 각각 2차측 제1 분압 커패시터(C3) 및 2차측 제2 분압 커패시터(C4)에 연결된다.In addition, the 4-2 type main circuit is the same as the second type main circuit except that one end of the secondary-side first resonance reactance 1211 and one end of the secondary-side second resonance reactance 1212 are the secondary-side central node (node 'Y') and connected, and the other end is connected to the secondary-side first voltage-dividing capacitor C3 and the secondary-side second voltage-dividing capacitor C4, respectively.

제4-1 타입 주회로는 제1 타입 주회로와, 제4-2 타입 주회로는 제2 타입 주회로와 동일하게 동작하므로 상세한 설명은 생략한다.Since the 4-1 type main circuit operates the same as the first type main circuit and the 4-2 type main circuit operates the same as the second type main circuit, a detailed description thereof will be omitted.

이 외에도 본 발명을 토대로 다양한 양방향 공진형 DC-DC 컨버터를 도출할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 도 6c에 도시된 것과 같이 제4-2 타입 주회로에서 2차측 분압 커패시터(C3,C4) 대신 스위칭 소자를 적용할 수 있다.In addition to this, it goes without saying that various bidirectional resonant DC-DC converters can be derived based on the present invention. For example, as shown in FIG. 6C , a switching element may be applied instead of the secondary side voltage divider capacitors C3 and C4 in the 4-2 type main circuit.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제5 타입 주회로를 도시한 회로도이다.7 is a circuit diagram illustrating a fifth type main circuit of a bidirectional resonant DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 제5 타입 주회로는, 제2 타입, 제3 타입 및 제4-2 타입의 3-브리지 구성의 주회로에서 (순방향 또는 역방향) 하프-브리지 동작 모드 1로 동작 할 때 좌우 브리지-암(1차측: Q1-Q2, Q3-Q4, 2차측: S1-S2, S3-S4) 중 턴-온프되어 있는 스위칭 소자(1차측: Q1, Q3, 또는 2차측: S1, S3) 대신에 도 7에 나타낸 것처럼 다이오드(1차측: DQ1, DQ3, 또는 2차측: DS1, DS3)를 대체하여 사용할 수 있다. The fifth type main circuit of the bidirectional resonant DC-DC converter of the present invention has a (forward or reverse) half-bridge operation mode in the main circuit of the three-bridge configuration of the second type, the third type and the 4-2 type. Switching element (primary side: Q1, Q3, or 2) which is turned on among left and right bridge-arms (primary side: Q1-Q2, Q3-Q4, secondary side: S1-S2, S3-S4) when operating as 1 Instead of the secondary side: S1, S3), a diode (primary side: DQ1, DQ3, or secondary side: DS1, DS3) as shown in FIG. 7 can be used instead.

또는, 턴-온프되어 있는 스위칭 소자(1차측: Q2, Q4, 또는 2차측: S2, S4) 대신에 다이오드(1차측: DQ2, DQ4, 또는 2차측: DS2, DS4)를 대체하여 사용할 수 있다. (미도시)Alternatively, a diode (primary side: DQ2, DQ4, or secondary side: DS2, DS4) can be used instead of the turned-on switching element (primary side: Q2, Q4, or secondary side: S2, S4) . (not shown)

도 8은 본 발명의 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 이득특성에 대한 실험에 있어서 적용된 주요정격과 사양, 변압기 파라메타를 나타낸 표이다.8 is a table showing main ratings, specifications, and transformer parameters applied in an experiment on the gain characteristics of the bidirectional resonant DC-DC converter of the present invention.

본 발명에서는 양방향 동작 시 LLC공진컨버터의 고유 이득특성을 갖는 주회로를 제안하였고 입력전압(Vin) 750Vdc를 입력받아 가변스위칭주파수 제어를 통해 양방향 전력 전달 동작시 출력전압범위(Vo : 270Vdc~430Vdc)에 대해 실험 구현하였다. In the present invention, a main circuit having the inherent gain characteristics of an LLC resonant converter during bidirectional operation is proposed, and the output voltage range (Vo: 270Vdc~430Vdc) during bidirectional power transfer operation through variable switching frequency control by receiving an input voltage (Vin) of 750Vdc. The experiment was implemented for

대표로 제1 타입 주회로를 토대로 양방향 공진형 DC-DC 컨버터의 이득특성에 대한 실험결과를 통해 공진주파수(fr)를 기준으로 승압 및 강압되어 넓은 입출력 전압 제어가 가능한지에 대해 검증하였다.As a representative, it was verified whether wide input/output voltage control is possible by step-up and step-down based on the resonance frequency (fr) through the experimental results on the gain characteristics of the bidirectional resonant DC-DC converter based on the first type main circuit.

도 3c 및 도 3h의 제1 타입 주회로의 이득특성을 토대로 공진주파수(fr)에서의 스위칭동작 및 공진주파수(fr)보다 낮은 스위칭동작주파수(fs1)에서의 동작특성, 공진주파수(fr)보다 높은 스위칭주파수(fs2)에서 동작특성에 대한 실험을 토대로 제안된 양방향 공진형 DC-DC 컨버터가 LLC 고유의 이득특성을 가지고 동작되는지 나타냈다. Based on the gain characteristics of the first type main circuit of FIGS. 3C and 3H, the switching operation at the resonant frequency fr and the operating characteristics at the switching operation frequency fs1 lower than the resonant frequency fr, than the resonant frequency fr Based on the experiment on the operation characteristics at high switching frequency (fs2), it was shown whether the proposed bidirectional resonant DC-DC converter operates with the unique gain characteristics of LLC.

도 9는 제1 타입 주회로에 대한 순방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이고, 도 10은 이 때의 효율특성을 나타낸 도면이다.9 is an experimental waveform during the forward power transfer mode operation for the first type main circuit, and FIG. 10 is a diagram showing the efficiency characteristics at this time.

이 때 순방향 전력 전달 모드로 동작시, 가변 스위칭주파수제어(fs : 250kHz ~ 550kHz)를 통한 이득제어가 가능하며 입력전압(750VDC), 출력전압 (350VDC), 출력용량 (2kW) 실험조건에서 최대 효율이 98.81%로 측정되었다. At this time, when operating in forward power transfer mode, gain control is possible through variable switching frequency control (fs: 250kHz ~ 550kHz), and maximum efficiency under the experimental conditions of input voltage (750VDC), output voltage (350VDC), and output capacity (2kW) This was measured to be 98.81%.

도 11은 제1 타입 주회로에 대한 역방향 전력 전달 모드 동작시의 실험파형이고, 도 12은 이 때의 효율특성을 나타낸 도면이다.11 is an experimental waveform during the reverse power transfer mode operation for the first type main circuit, and FIG. 12 is a view showing the efficiency characteristics at this time.

역방향 전력 전달 모드로 동작시에는 가변 스위칭주파수제어(fs : 220kHz ~ 550kHz)를 통하여 이득제어가 가능하며 입력전압(750VDC), 출력전압 (400VDC), 출력용량 (2.5kW) 실험조건에서 최대 효율이 97.75%로 측정되었다.When operating in reverse power transfer mode, gain control is possible through variable switching frequency control (fs: 220kHz ~ 550kHz), and maximum efficiency is achieved under the experimental conditions of input voltage (750VDC), output voltage (400VDC), and output capacity (2.5kW). It was measured to be 97.75%.

10 : 제1 전압원
20 : 제2 전압원
1100 : 1차측 회로부
1200 : 2차측 회로부
1111 : 1차측 제1 공진 리액턴스 소자
1112 : 1차측 제2 공진 리액턴스 소자
1211 : 2차측 제1 공진 리액턴스 소자
1212 : 2차측 제2 공진 리액턴스 소자
C1 : 1차측 제1 분압 커패시터
C2 : 1차측 제2 분압 커패시터
C3 : 2차측 제1 분압 커패시터
C4 : 2차측 제2 분압 커패시터
Q1 ~ Q6 : 1차측 스위치 모듈
S1 ~ S6 : 2차측 스위치 모듈
Cr1 : 1차측 제1 공진 커패시터
Cr2 : 1차측 제2 공진 커패시터
CR1 : 2차측 제1 공진 커패시터
CR2 : 2차측 제2 공진 커패시터
T1 : 제1 변압기
T2 : 제2 변압기
NP1 : 제1 변압기 1차측 주권선
NP2 : 제2 변압기 1차측 주권선
NP11 : 제1 변압기 1차측 제1 보조권선
NP21 : 제2 변압기 1차측 제1 보조권선
NP12 : 제1 변압기 1차측 제2 보조권선
NP22 : 제2 변압기 1차측 제2 보조권선
NS1 : 제1 변압기 2차측 권선
NS2 : 제2 변압기 2차측 권선
10: first voltage source
20: second voltage source
1100: primary side circuit part
1200: secondary circuit part
1111: primary side first resonant reactance element
1112: primary side second resonant reactance element
1211: secondary-side first resonant reactance element
1212: secondary-side second resonant reactance element
C1: primary side first voltage dividing capacitor
C2: primary side second voltage divider capacitor
C3: Secondary-side first voltage dividing capacitor
C4: Secondary voltage dividing capacitor
Q1 ~ Q6 : Primary side switch module
S1 ~ S6 : Secondary side switch module
Cr1: primary side first resonant capacitor
Cr2: primary side second resonant capacitor
CR1: Secondary-side first resonant capacitor
CR2: Secondary Resonant Capacitor
T1: first transformer
T2: second transformer
NP1: 1st transformer primary side main winding
NP2: 2nd transformer primary side main winding
NP11: first auxiliary winding on the primary side of the first transformer
NP21: 2nd transformer primary side 1st auxiliary winding
NP12: Second auxiliary winding on the primary side of the first transformer
NP22: Second auxiliary winding on the primary side of the second transformer
NS1: Secondary winding of the first transformer
NS2: secondary winding of the second transformer

Claims (26)

제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서,
상기 1차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 분압 커패시터부, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고,
상기 2차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되,
상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며,
상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
A bidirectional resonant DC-DC converter comprising a primary circuit part connected to a first voltage source and a secondary circuit part connected to a second voltage source,
The primary side circuit unit,
A primary-side switch module including a plurality of switching elements, a primary-side voltage dividing capacitor unit, a primary-side first resonant circuit unit, and a primary-side second resonant circuit unit,
The secondary side circuit unit,
A secondary-side switch module including a plurality of switching elements, a secondary-side voltage dividing capacitor unit, a secondary winding of each of a first transformer and a second transformer, a secondary-side first resonant reactance element and a secondary-side second resonant reactance element,
The primary side first resonant circuit unit includes a first transformer primary side main winding, a primary side first auxiliary winding unit and a primary side first resonant reactance element connected in series, and the primary side second resonant circuit unit is a second transformer primary side The main winding, the secondary secondary winding part on the primary side and the second resonance reactance element on the primary side are connected in series,
The primary-side first resonant reactance element, the primary-side second resonant reactance element, the secondary-side first resonant reactance element, and the secondary-side second resonant reactance element include a resonant capacitor and a resonant inductor,
A node connected to the first transformer primary main winding of the primary side first resonant circuit unit and the primary side first auxiliary winding unit, the second transformer primary main winding and the primary secondary secondary winding of the primary side second resonant circuit unit A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the additionally connected nodes are connected through a first common connection line.
제1항에 있어서,
상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감기는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
According to claim 1,
The primary-side first auxiliary winding portion includes a first auxiliary winding on the primary side of a first transformer and a first auxiliary winding on the primary side of a second transformer, and the second auxiliary winding on the primary side includes a second auxiliary winding and a second auxiliary winding on the primary side of the first transformer. 2 Including a second auxiliary winding on the primary side of the transformer,
The first transformer primary side main winding and the primary side first auxiliary winding unit are wound to have the same polarity, and the second transformer primary side main winding unit and the primary side second auxiliary winding unit are wound to have the same polarity, and the first A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the secondary winding of the transformer and one of the secondary winding of the second transformer are wound to have different polarities.
제2항에 있어서,
순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며,
역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
3. The method of claim 2,
In the forward power transfer mode, current flows through the primary-side first resonant reactance element and the primary-side second resonant reactance element, and no current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element. ,
In the reverse power transfer mode, a current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element, and the primary-side first resonant reactance element, the primary-side first auxiliary winding unit, and the primary-side second resonant reactance element 2 A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that no current flows between the second resonant reactance element and the primary-side second auxiliary winding portion.
제3항에 있어서,
상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암 및 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암을 포함하되,
상기 1차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 1차측 제1 분압 커패시터 및 1차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제1 전압원, 상기 제1 브리지-암 및 상기 제2 브리지-암과 병렬로 연결되고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 1차측 제1 분압 커패시터 및 상기 1차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며,
상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
4. The method of claim 3,
The primary-side switch module includes a first bridge-arm to which 1-1 and 1-2 switching elements are connected in series and a second bridge-arm to which 1-3 and 1-4 switching elements are connected in series. including,
The primary-side voltage-dividing capacitor unit includes a primary-side first voltage-dividing capacitor and a primary-side second voltage-dividing capacitor connected in series, and is connected in parallel with the first voltage source, the first bridge-arm, and the second bridge-arm;
One end of the primary-side first resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-1 and 1-2 switching elements are connected, and the other end is connected to the primary-side first voltage-dividing capacitor and the primary-side second voltage-dividing capacitor. It is connected to the primary side central node,
One end of the primary-side second resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-3 and 1-4 switching elements are connected, and the other end is connected to the primary-side central node. .
제4항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함하되,
상기 2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제2 전압원, 상기 제3 브리지-암 및 상기 제4 브리지-암과 병렬로 연결되고,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며,
상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
5. The method of claim 4,
The secondary-side switch module includes a third bridge-arm to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series, and a fourth bridge-arm to which second-3 and 2-4 switching elements are connected in series. including,
The secondary-side voltage dividing capacitor unit includes a secondary-side first voltage-dividing capacitor and a secondary-side second voltage-dividing capacitor connected in series, and is connected in parallel with the second voltage source, the third bridge-arm, and the fourth bridge-arm;
One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the second to a node to which the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. One end of the secondary winding of the transformer is connected,
One end of the secondary-side first resonant reactance element and one end of the secondary-side second resonant reactance element are connected to a secondary-side central node to which the secondary-side first voltage dividing capacitor and the secondary-side second voltage dividing capacitor are connected, and the second A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the other end of the secondary-side first resonant reactance element and the other end of the secondary-side second resonant reactance element are connected through a second common connection line.
제4항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암을 포함하되,
상기 2차측 분압 커패시터부는, 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하고,
상기 2차측 제1 공진 리액턴스의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스의 일단은 2차측 중심노드에서 만나 연결되고, 타단은 각각 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터에 연결되며, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되며,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고,
상기 제1 변압기 2차측 권선의 타단 및 상기 제2 변압기 2차측 권선의 타단이 상기 2차측 중심노드에서 만나 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
5. The method of claim 4,
The secondary side switch module includes a third bridge-arm to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series, and a fourth bridge-arm to which 2-3rd and 2-4th switching elements are connected in series. including,
The secondary-side voltage-dividing capacitor unit includes a secondary-side first voltage-dividing capacitor and a secondary-side second voltage-dividing capacitor,
One end of the secondary-side first resonant reactance and one end of the secondary-side second resonant reactance meet at a secondary-side central node and are connected, and the other end is connected to the secondary-side first voltage divider capacitor and the secondary-side second voltage divider capacitor, respectively, , the other end of the secondary-side first resonant reactance element and the other end of the secondary-side second resonant reactance element are connected through a second common connection line,
One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the second to a node to which the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. One end of the secondary winding of the transformer is connected,
The other end of the secondary winding of the first transformer and the other end of the secondary winding of the second transformer meet at the secondary central node and are connected to each other.
제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서,
상기 1차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고,
상기 2차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 2차측 분압 커패시터부, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되,
상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며,
상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
A bidirectional resonant DC-DC converter comprising a primary circuit part connected to a first voltage source and a secondary circuit part connected to a second voltage source,
The primary side circuit unit,
A primary-side switch module including a plurality of switching elements, a primary-side first resonant circuit unit and a primary-side second resonant circuit unit,
The secondary side circuit unit,
A secondary-side switch module including a plurality of switching elements, a secondary-side voltage dividing capacitor unit, a secondary winding of each of a first transformer and a second transformer, a secondary-side first resonant reactance element and a secondary-side second resonant reactance element,
The primary side first resonant circuit unit includes a first transformer primary side main winding, a primary side first auxiliary winding unit and a primary side first resonant reactance element connected in series, and the primary side second resonant circuit unit is a second transformer primary side The main winding, the secondary secondary winding part on the primary side and the second resonance reactance element on the primary side are connected in series,
The primary-side first resonant reactance element, the primary-side second resonant reactance element, the secondary-side first resonant reactance element, and the secondary-side second resonant reactance element include a resonant capacitor and a resonant inductor,
A node connected to the first transformer primary main winding of the primary side first resonant circuit unit and the primary side first auxiliary winding unit, the second transformer primary main winding and the primary secondary secondary winding of the primary side second resonant circuit unit A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the additionally connected nodes are connected through a first common connection line.
제7항에 있어서,
상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감기는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
8. The method of claim 7,
The primary-side first auxiliary winding portion includes a first auxiliary winding on the primary side of a first transformer and a first auxiliary winding on the primary side of a second transformer, and the second auxiliary winding on the primary side includes a second auxiliary winding and a second auxiliary winding on the primary side of the first transformer. 2 Including a second auxiliary winding on the primary side of the transformer,
The first transformer primary side main winding and the primary side first auxiliary winding unit are wound to have the same polarity, and the second transformer primary side main winding unit and the primary side second auxiliary winding unit are wound to have the same polarity, and the first A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the secondary winding of the transformer and one of the secondary winding of the second transformer are wound to have different polarities.
제8항에 있어서,
순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며,
역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
9. The method of claim 8,
In the forward power transfer mode, current flows through the primary-side first resonant reactance element and the primary-side second resonant reactance element, and no current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element. ,
In the reverse power transfer mode, a current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element, and the primary-side first resonant reactance element, the primary-side first auxiliary winding unit, and the primary-side second resonant reactance element 2 A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that no current flows between the second resonant reactance element and the primary-side second auxiliary winding portion.
제9항에 있어서,
상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하되,
상기 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고, 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며,
상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
10. The method of claim 9,
The primary side switch module includes a first bridge-arm in which 1-1 and 1-2 switching elements are connected in series, and a second bridge-arm in which 1-3 and 1-4 switching elements are connected in series. and a third bridge-arm to which the 1-5 and 1-6 switching elements are connected in series,
The first to third bridge-arms are all connected in parallel,
One end of the primary-side first resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-1 and 1-2 switching elements are connected, and the other end of the first resonant circuit unit is a primary-side center to which the 1-5 and 1-6 switching elements are connected. connected to the node,
One end of the primary-side second resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-3 and 1-4 switching elements are connected, and the other end is connected to the primary-side central node. .
제10항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함하되,
상기 2차측 분압 커패시터부는, 직렬로 연결된 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하여 상기 제2 전압원, 상기 제4 브리지-암 및 상기 제5 브리지-암과 병렬로 연결되고,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며,
상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
11. The method of claim 10,
The secondary side switch module includes a fourth bridge-arm to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series, and a fifth bridge-arm to which 2-3 and 2-4 switching elements are connected in series. including,
The secondary-side voltage-dividing capacitor unit includes a secondary-side first voltage-dividing capacitor and a secondary-side second voltage-dividing capacitor connected in series, and is connected in parallel with the second voltage source, the fourth bridge-arm, and the fifth bridge-arm;
One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the second to a node to which the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. One end of the secondary winding of the transformer is connected,
One end of the secondary-side first resonant reactance element and one end of the secondary-side second resonant reactance element are connected to a secondary-side central node to which the secondary-side first voltage dividing capacitor and the secondary-side second voltage dividing capacitor are connected, and the second A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the other end of the secondary-side first resonant reactance element and the other end of the secondary-side second resonant reactance element are connected through a second common connection line.
제11항에 있어서,
상기 순방향 전력 전달 모드에서,
제어부는 사용자의 선택에 따라,
상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
12. The method of claim 11,
In the forward power transfer mode,
The control unit according to the user's selection,
In one of the operating modes of forward half-bridge operation mode 1, in which the primary side circuitry operates as a half-bridge, forward half-bridge operation mode 2 or forward full-bridge operation mode in which the primary side circuitry operates as a full-bridge. Bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that for controlling the primary side switch module to operate.
제12항에 있어서,
상기 제1-1 스위칭 소자 및 상기 제1-3 스위칭 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는, 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
13. The method of claim 12,
The bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the 1-1 switching element and the 1-3 switching element are diodes.
제10항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암 및 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암을 포함하되,
상기 2차측 분압 커패시터부는, 2차측 제1 분압 커패시터 및 2차측 제2 분압 커패시터를 포함하고,
상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단은 2차측 중심노드에서 만나 연결되고, 타단은 각각 상기 2차측 제1 분압 커패시터 및 상기 2차측 제2 분압 커패시터에 연결되며, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되고,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고,
상기 제1 변압기 2차측 권선의 타단 및 상기 제2 변압기 2차측 권선의 타단이 상기 2차측 중심노드에서 만나 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
11. The method of claim 10,
The secondary-side switch module includes a fourth bridge-arm to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series, and a fifth bridge-arm to which 2-3rd and 2-4th switching elements are connected in series. including,
The secondary-side voltage-dividing capacitor unit includes a secondary-side first voltage-dividing capacitor and a secondary-side second voltage-dividing capacitor,
One end of the secondary-side first resonant reactance element and one end of the secondary-side second resonant reactance element meet at a secondary-side central node and are connected, and the other end is connected to the secondary-side first voltage dividing capacitor and the secondary-side second voltage dividing capacitor, respectively. connected, and the other end of the secondary-side first resonant reactance element and the other end of the secondary-side second resonant reactance element are connected through a second common connection line,
One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the second to a node to which the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. One end of the secondary winding of the transformer is connected,
The other end of the secondary winding of the first transformer and the other end of the secondary winding of the second transformer meet at the secondary central node and are connected to each other.
제14항에 있어서,
상기 순방향 전력 전달 모드에서,
제어부는 사용자의 선택에 따라,
상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
15. The method of claim 14,
In the forward power transfer mode,
The control unit according to the user's selection,
In one of the operating modes of forward half-bridge operation mode 1, in which the primary side circuitry operates as a half-bridge, forward half-bridge operation mode 2 or forward full-bridge operation mode in which the primary side circuitry operates as a full-bridge. Bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that for controlling the primary side switch module to operate.
제15항에 있어서,
상기 제1-1 스위칭 소자 및 상기 제1-3 스위칭 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는, 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
16. The method of claim 15,
The bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the 1-1 switching element and the 1-3 switching element are diodes.
제1 전압원과 연결되는 1차측 회로부 및 제2 전압원과 연결되는 2차측 회로부를 포함하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터로서,
상기 1차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 1차측 스위치 모듈, 1차측 제1 공진회로부 및 1차측 제2 공진회로부를 포함하고,
상기 2차측 회로부는,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 2차측 스위치 모듈, 제1 변압기와 제2 변압기 각각의 2차측 권선, 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 2차측 제2 공진 리액턴스 소자를 포함하되,
상기 1차측 제1 공진회로부는 제1 변압기 1차측 주권선, 1차측 제1 보조권선부 및 1차측 제1 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되고, 상기 1차측 제2 공진회로부는 제2 변압기 1차측 주권선, 1차측 제2 보조권선부 및 1차측 제2 공진 리액턴스 소자가 직렬로 연결되며,
상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자, 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자는 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함하고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 상기 제1 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제1 보조권선부가 연결된 노드와 상기 1차측 제2 공진회로부의 상기 제2 변압기 1차측 주권선과 상기 1차측 제2 보조권선부가 연결된 노드가 제1 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
A bidirectional resonant DC-DC converter comprising a primary circuit part connected to a first voltage source and a secondary circuit part connected to a second voltage source,
The primary side circuit unit,
A primary-side switch module including a plurality of switching elements, a primary-side first resonant circuit unit and a primary-side second resonant circuit unit,
The secondary side circuit unit,
A secondary-side switch module including a plurality of switching elements, a secondary-side winding of each of a first transformer and a second transformer, and a secondary-side first resonant reactance element and a secondary-side second resonant reactance element,
The primary side first resonant circuit unit includes a first transformer primary side main winding, a primary side first auxiliary winding unit and a primary side first resonant reactance element connected in series, and the primary side second resonant circuit unit is a second transformer primary side The main winding, the secondary secondary winding part on the primary side and the second resonance reactance element on the primary side are connected in series,
The primary-side first resonant reactance element, the primary-side second resonant reactance element, the secondary-side first resonant reactance element, and the secondary-side second resonant reactance element include a resonant capacitor and a resonant inductor,
A node connected to the first transformer primary main winding of the primary side first resonant circuit unit and the primary side first auxiliary winding unit, the second transformer primary main winding and the primary secondary secondary winding of the primary side second resonant circuit unit A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the additionally connected nodes are connected through a first common connection line.
제17항에 있어서,
상기 1차측 제1 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제1 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제1 보조권선을 포함하고, 상기 1차측 제2 보조권선부는 제1 변압기 1차측 제2 보조권선 및 제2 변압기 1차측 제2 보조권선을 포함하되,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제1 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기고, 상기 제2 변압기 1차측 주권선 및 상기 1차측 제2 보조권선부는 같은 극성을 갖도록 감기며, 상기 제1 변압기 2차측 권선 및 상기 제2 변압기 2차측 권선 중 하나는 서로 다른 극성을 갖도록 감기는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
18. The method of claim 17,
The primary-side first auxiliary winding portion includes a first auxiliary winding on the primary side of a first transformer and a first auxiliary winding on the primary side of a second transformer, and the second auxiliary winding on the primary side includes a second auxiliary winding and a second auxiliary winding on the primary side of the first transformer. 2 Including a second auxiliary winding on the primary side of the transformer,
The first transformer primary side main winding and the primary side first auxiliary winding unit are wound to have the same polarity, and the second transformer primary side main winding unit and the primary side second auxiliary winding unit are wound to have the same polarity, and the first A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the secondary winding of the transformer and one of the secondary winding of the second transformer are wound to have different polarities.
제18항에 있어서,
순방향 전력 전달 모드에서는, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르지 않으며,
역방향 전력 전달 모드에서는, 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자에는 전류가 흐르고, 상기 1차측 제1 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제1 보조권선부 및 상기 1차측 제2 공진 리액턴스 소자와 상기 1차측 제2 보조권선부에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
19. The method of claim 18,
In the forward power transfer mode, current flows through the primary-side first resonant reactance element and the primary-side second resonant reactance element, and no current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element. ,
In the reverse power transfer mode, a current flows through the secondary-side first resonant reactance element and the secondary-side second resonant reactance element, and the primary-side first resonant reactance element, the primary-side first auxiliary winding unit, and the primary-side second resonant reactance element 2 A bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that no current flows between the second resonant reactance element and the primary-side second auxiliary winding portion.
제19항에 있어서,
상기 1차측 스위치 모듈은, 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제1 브리지-암, 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제2 브리지-암 및 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제3 브리지-암을 포함하되,
상기 제1 내지 제3 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고,
상기 1차측 제1 공진회로부의 일단은 상기 제1-1 및 제1-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 제1-5 및 제1-6 스위칭 소자가 연결되는 1차측 중심노드에 접속되며,
상기 1차측 제2 공진회로부의 일단은 상기 제1-3 및 제1-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에 접속되고 타단은 상기 1차측 중심노드에 접속되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
20. The method of claim 19,
The primary side switch module includes a first bridge-arm in which 1-1 and 1-2 switching elements are connected in series, and a second bridge-arm in which 1-3 and 1-4 switching elements are connected in series. and a third bridge-arm to which the 1-5 and 1-6 switching elements are connected in series,
The first to third bridge-arms are all connected in parallel,
One end of the primary-side first resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-1 and 1-2 switching elements are connected, and the other end is a primary-side central node to which the 1-5 and 1-6 switching elements are connected. is connected to
One end of the primary-side second resonance circuit unit is connected to a node to which the 1-3 and 1-4 switching elements are connected, and the other end is connected to the primary-side central node. .
제20항에 있어서,
상기 2차측 스위치 모듈은, 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제4 브리지-암, 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제5 브리지-암 및 제2-5 및 제2-6 스위칭 소자가 직렬로 연결되는 제6 브리지-암을 포함하되,
상기 제4 내지 제6 브리지-암은 모두 병렬로 연결되고,
상기 제2-1 및 제2-2 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제1 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되고, 상기 제2-3 및 제2-4 스위칭 소자가 연결되는 노드에는 상기 제2 변압기 2차측 권선의 일단이 접속되며,
제2-5 및 제2-6 스위칭 소자가 연결되는 2차측 중심노드에는 상기 2차측 제1 공진 리액턴스 소자의 일단 및 상기 2차측 제2 공진 리액턴스 소자의 일단이 접속되고 상기 제1 공진 리액턴스 소자의 타단 및 상기 제2 공진 리액턴스 소자의 타단은 제2 공통연결선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
21. The method of claim 20,
The secondary-side switch module includes a fourth bridge-arm to which 2-1 and 2-2 switching elements are connected in series, and a fifth bridge-arm to which second-3 and 2-4 switching elements are connected in series. and a sixth bridge-arm to which the 2-5 and 2-6 switching elements are connected in series,
The fourth to sixth bridge-arms are all connected in parallel,
One end of the secondary winding of the first transformer is connected to a node to which the 2-1 and 2-2 switching elements are connected, and the second to a node to which the 2-3 and 2-4 switching elements are connected. One end of the secondary winding of the transformer is connected,
One end of the secondary-side first resonant reactance element and one end of the secondary-side second resonant reactance element are connected to the secondary-side central node to which the 2-5 and 2-6 switching elements are connected, and The other end and the other end of the second resonant reactance element are connected through a second common connection line.
제21항에 있어서,
상기 순방향 전력 전달 모드에서,
제어부는 사용자의 선택에 따라,
상기 1차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 순방향 하프-브리지 동작 모드 1, 순방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 1차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 순방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 1차측 스위치 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
22. The method of claim 21,
In the forward power transfer mode,
The control unit according to the user's selection,
In one of the operating modes of forward half-bridge operation mode 1, in which the primary side circuitry operates as a half-bridge, forward half-bridge operation mode 2 or forward full-bridge operation mode in which the primary side circuitry operates as a full-bridge. Bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that for controlling the primary side switch module to operate.
제22항에 있어서,
상기 역방향 전력 전달 모드에서,
상기 제어부는 사용자의 선택에 따라,
상기 2차측 회로부가 하프-브리지로 동작하는 역방향 하프-브리지 동작 모드 1, 역방향 하프-브리지 동작 모드 2 또는 상기 2차측 회로부가 풀-브리지로 동작하는 역방향 풀-브리지 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 동작하도록 상기 2차측 스위치 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
23. The method of claim 22,
In the reverse power transfer mode,
The control unit according to the user's selection,
In one of the operation mode of reverse half-bridge operation mode 1, in which the secondary side circuitry operates as a half-bridge, reverse half-bridge operation mode 2 or the reverse full-bridge operation mode in which the secondary side circuitry operates as a full-bridge. Bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that for controlling the secondary side switch module to operate.
제23항에 있어서,
상기 제1-1 스위칭 소자, 상기 제1-3 스위칭 소자, 상기 제2-1 스위칭 소자 및 상기 제2-3 스위칭 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는, 양방향 공진형 DC-DC 컨버터.
24. The method of claim 23,
The bidirectional resonant DC-DC converter, characterized in that the 1-1 switching element, the 1-3 switching element, the 2-1 switching element, and the 2-3rd switching element are diodes.
제1항, 제7항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선은 누설인덕턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
18. The method of any one of claims 1, 7 and 17, wherein
Bidirectional DC-DC converter, characterized in that the first transformer primary side main winding and the second transformer primary side main winding include leakage inductance.
제25항에 있어서,
상기 제1 변압기 1차측 주권선 및 상기 제2 변압기 1차측 주권선은 상기 누설인덕턴스 대신 공진인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
26. The method of claim 25,
The bidirectional DC-DC converter, characterized in that the first transformer primary-side main winding and the second transformer primary-side main winding include a resonance inductor instead of the leakage inductance.
KR1020200009917A 2020-01-28 2020-01-28 A bidirectional resonant dc-dc converter KR102335940B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200009917A KR102335940B1 (en) 2020-01-28 2020-01-28 A bidirectional resonant dc-dc converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200009917A KR102335940B1 (en) 2020-01-28 2020-01-28 A bidirectional resonant dc-dc converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210096446A true KR20210096446A (en) 2021-08-05
KR102335940B1 KR102335940B1 (en) 2021-12-07

Family

ID=77316616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200009917A KR102335940B1 (en) 2020-01-28 2020-01-28 A bidirectional resonant dc-dc converter

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102335940B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130047800A (en) * 2011-10-28 2013-05-09 전주대학교 산학협력단 Bidirectional dc/dc converter
KR101387829B1 (en) * 2013-01-03 2014-04-25 카코뉴에너지 주식회사 Dc-dc converter for bidirectional power conversion
KR101837603B1 (en) * 2016-11-10 2018-03-12 주식회사 팩테크 Llc resonant converter operating in wide input or output voltage range
KR20190126735A (en) * 2019-07-22 2019-11-12 주식회사 팩테크 Llc resonant converter and operation method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130047800A (en) * 2011-10-28 2013-05-09 전주대학교 산학협력단 Bidirectional dc/dc converter
KR101387829B1 (en) * 2013-01-03 2014-04-25 카코뉴에너지 주식회사 Dc-dc converter for bidirectional power conversion
KR101837603B1 (en) * 2016-11-10 2018-03-12 주식회사 팩테크 Llc resonant converter operating in wide input or output voltage range
KR20190126735A (en) * 2019-07-22 2019-11-12 주식회사 팩테크 Llc resonant converter and operation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A High Efficiency 2.5 kW Bidirectional FB-CLTC Resonant DC-DC Converter with Large Voltage Ratio"(2018 1st Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Application in Asia(WiPDA Asia, 2018.01.18.) *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102335940B1 (en) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110168896B (en) DC-to-DC converter and control method
US8891261B2 (en) Three-phase three-level soft-switched PFC rectifiers
US6992902B2 (en) Full bridge converter with ZVS via AC feedback
US6246599B1 (en) Constant frequency resonant inverters with a pair of resonant inductors
JP3132093B2 (en) Power supply circuit
US6353547B1 (en) Three-level soft-switched converters
TWI547076B (en) A low input-current harmonic three-phase boost rectifier
US6594158B2 (en) AC/DC converter with power factor correction (PFC)
KR101923317B1 (en) Bidirectional full-bridge converter and control method thereof
US6026006A (en) Integrated three-phase power converter and method of operation thereof
KR102009351B1 (en) High Efficiency LLC Resonant Converter with Balanced Secondary Currents using the Two Transformer Structure
Lin et al. Interleaved ZVS converter with ripple-current cancellation
CN113328630A (en) Switched mode power supply including three stage LLC circuit
CN113328629A (en) Switched mode power supply including three stage LLC circuit for low and high line voltage operation
US20220278609A1 (en) Dual-capacitor resonant circuit for use with quasi-resonant zero-current-switching dc-dc converters
US20030123264A1 (en) Half-bridge isolation stage topologies
CN103782499A (en) Isolated switch-mode dc/dc converter with sine wave transformer voltages
US20060176034A1 (en) Multi-resonant dc-dc converter
KR20170059390A (en) Soft-switching full-bridge converter and control method thereof
KR102335940B1 (en) A bidirectional resonant dc-dc converter
KR102196146B1 (en) A bidirectional resonant dc-dc converter
CN111384858A (en) Full-bridge circuit and full-bridge converter
KR100828179B1 (en) multi-phase flyback and forward synchronous rectifier
KR102128327B1 (en) Llc resonant converter and operation method thereof
KR20100078124A (en) Inductorless soft switched dc-dc converter

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant