KR20220072173A - 단일전력단 3 레벨 컨버터 - Google Patents

단일전력단 3 레벨 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 실시예는, 교류전원으로부터 교류전력을 입력받아 필터링한 후, 필터링된 출력을 제1 필터링출력단, 제2 필터링출력단 및 제3 필터링출력단으로 출력하는 입력필터; 제1 입력단에 상기 제1 필터링출력단이 연결되고 제2 입력단에 상기 제3 필터링출력단이 연결되어 직류전력을 생성하는 제1 정류부; 상기 직류전력을 수신하여 1차측 공진전류를 생성하는 1차측 회로부; 및 상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 회로부를 포함하되, 상기 1차측 회로부는, 상기 제1 정류부의 출력 양단 사이에 각각 연결되는 링크 커패시터 블록 및 스위칭소자 블록 - 상기 커패시터 블록은 직렬로 연결된 2개의 링크 커패시터를 포함하고 상기 스위칭소자 블록은 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성됨-, 제2 스위칭소자 및 제3 스위칭 소자 사이의 연결점(이하, '2-3 연결점')과 상기 제2 필터링출력단 사이에 연결되는 승압인덕터, 및 상기 2-3 연결점에 일단이 연결되고 상기 스위칭소자 블록 내의 서로 다른 두 연결점에 각각 제1 분압커패시터 및 제2 분압커패시터를 매개로 타단이 연결되어 상기 스위칭소자 블록의 온오프 동작에 따라 상기 1차측 공진전류가 발생되는 1차측 공진부를 포함하는 단일전력단 AC-DC 컨버터를 제공한다.

Description

단일전력단 3 레벨 컨버터{Single Stage 3 Level Converter}
본 발명은 단일전력단 3 레벨 컨버터에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래 기술을 구성하는 것은 아니다.
전기자동차 및 AGV 충전시스템(electric and automated guided vehicle charging system), 마이크로그리드(microgrid), 에너지저장시스템(Energy Storage System: ESS) 등 다양한 응용분야의 충전 시스템에서, 입력역률 개선을 위한 PFC(Power Factor Correction: PFC) AC-DC 컨버터와 넓은 입출력전압 제어범위를 갖는 절연된 DC-DC 컨버터와 같은 전력변환 장치에 대한 요구가 증가하고 있다.
도 1은 3단(three-stage) 교류-직류(AC-DC) 컨버터의 구성을 블록도로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 3단 교류-직류(AC-DC) 컨버터는 PFC AC-DC 컨버터, 절연된 DC-DC 컨버터 및 배터리 충전을 위한 비절연 DC-DC 컨버터를 포함한다.
최근 개발되고 있는 전기자동차 충전시스템 등에는 단상 교류 AC전원을 입력받아 입력역률 개선과 고효율 AC-DC 변환을 위한 PFC AC-DC 컨버터와, AC-DC 컨버터에서 변환된 DC 링크전압을 입력받아 무선전력전송을 위한 절연된 고주파스위칭 공진형 DC-DC 컨버터와 배터리를 충전하기 위하여 비절연형 DC-DC 컨버터가 사용되어 사이즈 감소 및 경량화를 모색하고 있다.
하지만, 이러한 3단 컨버터로 구성된 전원장치의 경우 각 컨버터를 개별로 제어함에 따른 제어의 복잡성과 스위칭소자 등의 추가로 인한 부품 수 증가 및 비용 상승 등의 단점을 갖는다.
본 실시예는 사이즈 감소, 효율개선 및 넓은 범위의 입출력전압 제어가 가능한 단일전력단 3레벨 컨버터를 제공하는 데에 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 교류전원으로부터 교류전력을 입력받아 필터링한 후, 필터링된 출력을 제1 필터링출력단, 제2 필터링출력단 및 제3 필터링출력단으로 출력하는 입력필터(input filter); 제1 입력단에 상기 제1 필터링출력단이 연결되고 제2 입력단에 상기 제3 필터링출력단이 연결되어 직류전력을 생성하는 제1 정류부(first rectifier); 상기 직류전력을 수신하여 1차측 공진전류를 생성하는 1차측 회로부(primary circuit unit); 및 상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 회로부(secondary circuit unit)를 포함하되, 상기 1차측 회로부는, 상기 제1 정류부의 출력 양단 사이에 각각 연결되는 링크 커패시터 블록(link capacitor block) 및 스위칭소자 블록(switching element block) - 상기 커패시터 블록은 직렬로 연결된 2개의 링크 커패시터를 포함하고 상기 스위칭소자 블록은 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성됨-, 제2 스위칭소자 및 제3 스위칭 소자 사이의 연결점(이하, '2-3 연결점')과 상기 제2 필터링출력단 사이에 연결되는 승압인덕터(boost inductor), 및 상기 2-3 연결점에 일단이 연결되고 상기 스위칭소자 블록 내의 서로 다른 두 연결점에 각각 제1 분압커패시터 및 제2 분압커패시터를 매개로 타단이 연결되어 상기 스위칭소자 블록의 온오프 동작에 따라 상기 1차측 공진전류가 발생되는 1차측 공진부를 포함하는 단일전력단 AC-DC 컨버터를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 직류전원으로부터 직류전력을 입력받아 필터링한 후, 필터링된 출력을 제1 필터링출력단(first filtering output terminal), 제2 필터링출력단(second filtering output terminal) 및 제3 필터링출력단(third filtering output terminal)으로 출력하는 입력필터(input filter); 어노드(anode)에 상기 제1 필터링출력단과 연결되는 제1 블록킹다이오드(first blocking diode); 캐노드(cathod)에 상기 제3 필터링출력단과 연결되는 제2 블록킹다이오드(second blocking diode); 상기 제1 블록킹다이오드의 캐소드와 상기 제2 블록킹다이오드의 어노드 사이에 연결되어 1차측 공진전류를 생성하는 1차측 회로부(primary circuit unit) 및 상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 회로부(secondary circuit unit)를 포함하되, 상기 1차측 회로부는, 상기 제1 블록킹다이오드의 캐소드와 상기 제2 블록킹다이오드의 어노드 사이에 각각 연결되는 링크 커패시터 블록 및 스위칭소자 블록 - 상기 커패시터 블록은 직렬로 연결된 2개의 링크 커패시터를 포함하고 상기 스위칭소자 블록은 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성됨-, 제2 스위칭소자 및 제3 스위칭 소자 사이의 연결점(이하, '2-3 연결점')과 상기 제2 필터링출력단 사이에 연결되는 승압인덕터, 및 상기 2-3 연결점에 일단이 연결되고 상기 스위칭소자 블록 내의 서로 다른 두 연결점에 각각 제1 분압커패시터 및 제2 분압커패시터를 매개로 타단이 연결되어 상기 스위칭소자 블록의 온오프 동작에 따라 상기 1차측 공진전류가 발생되는 1차측 공진부를 포함하는 단일전력단 DC-DC 컨버터를 제공한다.
본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 교류전원으로부터 교류전력을 입력받아 필터링한 후, 필터링된 출력을 제1 필터링출력단 및 제2 필터링출력단으로 출력하는 입력필터(input filter); 일렬로 연결된 제1 정류다이오드(first rectifying diode) 및 제2 정류다이오드(second rectifying diode)를 포함하되, 상기 제1 정류다이오드의 어노드(anode)와 상기 제2 정류다이오드의 캐소드(cathod) 사이의 연결점(이하, '제1 중심점')에 상기 제1 필터링출력단이 연결되는 제1 정류부(first rectifier); 상기 제1 정류다이오드의 캐소드와 상기 제2 정류다이오드의 어노드 사이에 연결되어 1차측 공진전류를 생성하는 1차측 회로부(primary circuit unit); 및 상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 회로부(secondary circuit unit)를 포함하되, 상기 1차측 회로부는, 상기 제1 정류다이오드의 캐소드와 상기 제2 정류다이오드의 어노드 사이에 각각 연결되는 링크 커패시터 블록 및 스위칭소자 블록 - 상기 커패시터 블록은 직렬로 연결된 2개의 링크 커패시터를 포함하고 상기 스위칭소자 블록은 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성됨-, 제2 스위칭소자 및 제3 스위칭 소자 사이의 연결점(이하, '2-3 연결점')과 상기 제2 필터링출력단 사이에 연결되는 승압인덕터, 및 상기 2-3 연결점에 일단이 연결되고 상기 스위칭소자 블록 내의 서로 다른 두 연결점에 각각 제1 분압커패시터 및 제2 분압커패시터를 매개로 타단이 연결되어 상기 스위칭소자 블록의 온오프 동작에 따라 상기 1차측 공진전류가 발생되는 1차 권선을 포함하는 단일전력단 AC-DC 컨버터를 제공한다.
본 실시예는 사이즈 감소, 효율개선 및 넓은 범위의 입출력전압 제어가 가능한 단일전력단 3레벨 컨버터를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 3단(three-stage) 교류-직류(AC-DC) 컨버터의 구조를 블록도로 도시한 도면이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터의 6가지 동작모드(Mode 1 ~ Mode 6) 각각에 대한 회로의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터의 6가지 동작모드(Mode 1 ~ Mode 6) 각각에 대한 회로의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터의 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터의 6가지 동작모드(Mode 1 ~ Mode 6) 각각에 대한 회로의 동작을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 11은 제1 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)에서 저전압 및 고전압, 예컨대 교류 입력전압 110VAC/220VAC, 겸용이 가능하도록 구현된 경우를 도시한 도면이다.
도 12는 제1 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)에서 2개의 1차측 공진회로부를 사용한 경우를 도시한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터(800)에서 2개의 1차측 공진회로부를 사용한 경우를 도시한 도면이다.
도 14는 변압기 1, 2차측 권선과 공진인덕터 및 공진커패시터들로 구성된 1차측 공진부 및 2차측 공진부 쌍에 적용 가능한 공진보상회로 형태를 예시한 도면이다.
도 15는 도 14의 (f)에 나타낸 LCC-LCC 공진 보상회로가 적용된 단일전력단 AC-DC 컨버터 주회로를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '...부,' '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예들에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터의 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)의 6가지 동작모드(Mode 1 ~ Mode 6) 각각에 대한 회로의 동작을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)의 동작 파형을 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)는 입력필터(input filter, 210), 제1 정류부(first rectifier, 220), 1차측 회로부(primary circuit unit, 230) 및 2차측 회로부(secondary circuit unit, 240)를 포함한다.
입력필터(210)는 단상 교류전원(VAC)의 입력 역률(power factor) 및 전고조파왜율(total harmonic distortion)을 개선하기 위해 교류전원(VAC)으로부터 교류전력을 입력받고 필터링된 출력을 생성한다.
입력필터(210)는 제1 필터인덕터(first filter inductor, LFa), 제2 필터인덕터(second filter inductor, LFb), 제1 필터커패시터(first filter capacitor, CFa) 및 제2 필터커패시터(second filter capacitor, CFb)를 포함한다. 여기서, 제1 필터인덕터(LFa) 및 제2 필터인덕터(LFb)는 동일한 용량을 가질 수 있으며, 제1 필터커패시터(CFa) 및 제2 필터커패시터(CFb)도 동일한 용량을 가질 수 있다.
제1 필터인덕터(LFa)는 일단이 교류전원(VAC)의 일단에 연결되고 타단이 제1 정류부(220)의 제1 입력단에 연결된다. 제2 필터인덕터(LFb)는 일단이 교류전원(VAC)의 타단에 연결되고 타단이 제1 정류부(220)의 제2 입력단에 연결된다.
제1 필터커패시터(CFa) 및 제2 필터커패시터(CFb)는 제1 정류부(220)의 제1 입력단과 제1 정류부(220)의 제2 입력단 사이에 직렬로 연결된다.
제1 정류부(220)는 풀브리지 형태로 연결된 4개의 브리지다이오드(bridge diode)로 형성되며, 입력필터(210)에서 발생된 출력을 정류하여 직류전력으로 변환한다.
1차측 회로부(230)는 제1 정류부(220)에서 출력된 직류전력을 수신하여 1차측 공진전류를 생성한다.
1차측 회로부(230)는 제1 링크커패시터(first link capacitor, C1), 제2 링크커패시터(second link capacitor, C2), 제1 내지 제4 스위칭소자(first-fourth switching element, Q1, Q2, Q3, Q4), 제1 순환다이오드(first circulation diode, D1), 제2 순환다이오드(second circulation diode,D2), 플라잉커패시터(flying capacitor, CB), 제1 분압커패시터(first voltage-dividing capacitor, CB1), 제2 분압커패시터(second voltage-dividing capacitor, CB2), 승압인덕터(boost converter, LB) 및 1차측 공진부(primary resonant unit, 231)를 포함하며, 1차측 공진부(231)는 1차측 공진커패시터(primary resonant capacitor, Cr1) 및 1차측 권선(primary winding, NP)을 포함한다. 여기서 제1 링크커패시터(C1) 및 제2 링크커패시터(C2)는 서로 동일한 용량을 가질 수 있으며, 제1 분압커패시터(CB1) 및 제2 분압커패시터(CB2)는 서로 동일한 용량을 가질 수 있다.
제1 링크커패시터(C1) 및 제2 링크커패시터(C2)는 제1 정류부(220)의 출력 양단 사이에 직렬로 연결된다.
제1 내지 제4 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 제1 정류부(220)의 출력 양단 사이에 순차적으로 연결된다.
제1 순환다이오드(D1)는 제1 링크커패시터(C1)과 제2 링크커패시터(C2) 사이의 연결점(이하, 링크커패시터 연결점)과 제1 스위칭소자(Q1)의 소스(Source)와 제2 스위칭소자(Q2)의 의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 1-2 연결점) 사이에 연결된다.
제2 순환다이오드(D2)는 링크커패시터 연결점과 제3 스위칭소자(Q3)의 소스(Source)와 제4 스위칭소자(Q4)의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 3-4 연결점) 사이에 연결된다.
플라잉커패시터(CB)는 1-2 연결점과 3-4 연결점 사이에 연결된다.
제1 분압커패시터(CB1)는 일단이 1-2 연결점에 연결되고 타단이 제2 분압커패시터(CB2)의 일단에 연결되고 제2 분압커패시터(CB2)의 타단이 3-4 연결점에 연결된다.
1차측 공진커패시터(Cr1) 및 1차측 권선(NP)은 제2 스위칭소자(Q2)의 소스(Source)와 제3 스위칭소자(Q3)의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 2-3 연결점)과 제1 분압커패시터(CB1)의 타단 사이에 직렬로 연결된다.
승압인덕터(LB)는 제1 필터커패시터(CFa) 및 제2 필터커패시터(CFb) 사이의 연결점(이하, 중성점(neutral point))과 2-3 연결점 사이에 연결된다.
2차측 회로부(240)는 2차측 공진부(secondary resonant unit, 241), 제2 정류부(second rectifier, 242) 및 출력커패시터(output capacitor, 243, Co)를 포함한다.
2차측 공진부(241)는 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성한다.
제2 정류부(242)는 2차측 공진전류를 정류하여 출력커패시터(243, Co) 양단에 2차측 출력전압(Vo)을 생성한다.
제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 되는 경우 승압인덕터(LB)에 교류전원의 교류전압(VAC)의 1/2인 제1 필터커패시터(CFa)의 전압이 인가되면서 에너지가 축적된다.
또한, 제3 스위칭소자(Q3) 및 제4 스위칭소자(Q4)가 동시에 턴-온이 되는 경우 승압인덕터(LB)에 단상 교류전압(VAC)의 1/2인 제2 필터커패시터(CFb)의 전압이 인가되면서 에너지가 축적된다.
도 4를 참조하여 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 되는 경우를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 된 상태에서 승압인덕터(LB)에 에너지가 축적된 후에, 제1 스위칭소자(Q1)이 턴-오프 되면 승압인덕터(LB)에 축적된 에너지는 제1 필터커패시터(CFa)와 제1 정류부(220) 내의 브리지다이오드, 제1 링크커패시터(C1), 제1 순환다이오드(D1) 및 제2 스위칭소자(Q2)의 경로로 감소된다.
또한, 절연된 직류-직류(DC-DC)단 전력변환을 위해 비접촉변압기(T)를 형성하는 1차측 권선(NP) 및 2차측 권선(NS)에 1차측 공진커패시터(Cr1) 및 2차측 공진커패시터(Cr2)가 각각 직렬 연결되어 직렬-직렬 보상(series-series compensation)이 이루어진다.
일정 스위칭주파수에서 4개의 스위칭소자(Q1~Q4)에 대한 위상제어(Dp) 스위칭에 의해 1차측 공진부(231)의 양단(a와 b 사이)에 VLink/4 크기로서 구형파 전압(VP)이 인가되고, 2차측 회로부(240)에 전압이 전달된다. 여기서 위상제어(Dp) 스위칭이란, 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 각각 턴온 되는 위상의 차가 제어되는 스위칭을 의미한다.
단일전력단 AC-DC 컨버터(200)는 제1 내지 제4 스위칭소자(Q1~Q4)들이 모든 부하조건에서 영전압스위칭(ZVS)에 의한 소프트 스위칭이 가능하며, 2차측 제2 정류부(242)의 정류다이오드 또한 소프트 스위칭 동작된다. 뿐만 아니라 위상제어(Dp)를 통해 PFC단 링크전압(VLink)을 넓은 범위의 크기로 승압 제어함으로써 넓은 범위의 2차측 출력전압(Vo)의 크기를 제어할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면서 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)의 6가지 동작모드(Mode 1 ~ Mode 6)에 대하여 설명한다.
여기서, 교류전원(VAC)에 정(positive)의 교류 전압이 인가되고 정상상태인 경우의 동작을 가정한다.
< 동작모드 1(Mode 1: t 0 ~t 1 구간)}
도 3a를 참조하면, t0 시점에 스위칭소자 Q1과 Q2가 턴-온 되어 제 2 필터커패시터(CFb)의 전압(VFb)과 링크전압(VLink)과의 차 전압(voltage difference)에 의해 승압인덕터(LB)에 전압이 인가되지만, 이전 구간 동안 승압인덕터(LB)에 축적된 에너지에 의해 (-) 방향으로 흐르고 있던 승압인덕터(LB) 전류(IB)는 제2 스위칭소자(Q2)의 역병렬다이오드(anti-parallel diode)→제1 스위칭소자(Q1)의 역병렬다이오드→제1 링크커패시터(C1)→제2 링크커패시터(C2)→제1정류부(220) 브리지다이오드→제2 필터커패시터(CFb)→승압인덕터(LB)→제2 스위칭소자(Q2)의 역병렬다이오드의 전류경로로 흐르면서 t0~t1 구간 동안 0전류로 점차적으로 리셋되면서 영전압스위칭이 이루어지는 구간이다.
이때 1차측 공진부(231)에 링크전압(VLink)의 1/4의 크기가 인가되어 1차측 및 2차측 공진전류(IP, IS)가 흐르기 시작한다. 하지만, 1차측 공진전류(IP)는 t0 시점까지 흐르던 (-) 방향의 전류가 제2 스위칭소자(Q2)의 역병렬다이오드→제1 분압커패시터(CB1)→1차측 권선(NP)→1차측 공진커패시터(Cr1)→제2 스위칭소자(Q2)의 역병렬다이오드로 흐르는 제1 전류경로와 제2 스위칭소자(Q2)의 역병렬다이오드→플라잉커패시터(CB)→제2 분압커패시터(CB2)→1차측 권선(NP)→1차측 공진커패시터(Cr1)→제2 스위칭소자(Q2)의 역병렬다이오드로 흐르는 제2 전류경로로 분리되어 순환공진전류가 흐르면서 이 또한 영전압스위칭에 기여하는 구간이다.
< 동작모드 2(Mode 2: t 1 ~t 2 구간)>
도 3b를 참조하면, t1~t2 구간에서 스위칭소자 Q1과 Q2가 계속 턴-온 되며, 이때, 승압인덕터(LB)에 단상 AC전압(VAC)의 1/2인 제1 필터커패시터(CFa)의 전압이 계속 인가되어 제1 필터커패시터(CFa)→제1정류부(220) 브리지다이오드→Q1→Q2→LB의 경로로 승압인덕터전류(IB)가 흐르며 승압인덕터(LB)에 에너지가 축적된다.
1차측 공진부(231)에는 링크전압(VLink)의 1/4이 계속 인가되어 1차측 공진전류(IP)가 흐른다. 1차측 공진전류(IP)의 일부는 제1 분압커패시터(CB1)→제2 스위칭소자(Q2)→1차측 공진커패시터(Cr1)→1차측 권선(NP)→제1 분압커패시터(CB1)의 경로로 흐른다. 또한, 제1 링크커패시터(C1)→제1 스위칭소자(Q1)→제2 스위칭소자(Q2)→1차측 공진커패시터(Cr1)→1차측 권선(NP)→제2 분압커패시터(CB2)→제2 순환다이오드(D2)→제1 링크커패시터(C1)의 경로로도 1차측 공진전류(IP)의 일부가 흐르며, 플라잉커패시터(CB)→제2 스위칭소자(Q2)→1차측 공진커패시터(Cr1)→1차측 권선(NP)→1차측 제2 분압커패시터(CB2)→플라잉커패시터(CB)의 경로로도 1차측 공진전류(IP)의 일부가 흐른다.
1차측 공진전류(IP)에 의해 2차측 회로부(240)에 전력이 전달된다. 즉, 2차측 회로부(240)에서는 2차측 권선(NS)⇒2차측 공진커패시터(Cr2)⇒제2 정류부(242) 정류다이오드→출력커패시터(Co) 및 부하→제2정류부(242) 정류다이오드→2차측 권선(NS)의 경로로 2차측 공진전류(IS)가 흐르면서 출력커패시터(Co)를 충전시키며 부하전류를 공급한다.
< 동작모드 3(Mode 3: t 2 ~t 3 구간)>
도 3c를 참조하면, 동작모드 3(Mode 3)에서, t2시점에서 Q1이 턴-오프 되면, 승압인덕터 전류(IB) 및 1차측 공진전류(IP)에 의해 제1 스위칭소자 Q1의 기생출력커패시턴스(COSS)가 충전되고, 제4 스위칭소자 Q4의 기생출력커패시턴스(COSS)가 방전되기 시작한다. 이와 동시에 제1 순환다이오드(D1)의 접합기생커패시턴스(CJD1)는 방전을 개시하고, 제2 순환다이오드(D2)의 접합기생커패시턴스(CJD2)는 충전을 개시한다.
제1 스위칭소자 Q1의 기생출력커패시턴스(COSS)의 전압과 제2 순환다이오드(D2)의 접합기생커패시턴스(CJD2)의 전압이 각각 링크전압의 1/2(VLink/2)에 이르고, 제4 스위칭소자 Q4의 기생출력커패시턴스(COSS)의 전압과 제1 순환다이오드(D1)의 접합기생커패시턴스(CJD2) 전압이 0으로 감소된 후 제4 스위칭소자 Q4의 역병렬다이오드를 통해 전류가 흐르기 시작하면서 Mode 3이 끝난다.
< 동작모드 4(Mode 4: t 3 ~t 4 구간)>
도 3d를 참조하면, t3시점에서 Q4가 영전압에서 턴-온 되고, t3~t4 구간 이전 Mode 2에서 저장된 승압인덕터(LB)의 에너지는 단상 AC전압(VAC)의 1/2인 제1 필터커패시터(CFa) 전압과 링크전압(VLink)의 1/2인 제1 링크커패시터(C1) 전압과의 차 전압에 의해 승압인덕터 LB→제1 필터커패시터 CFa→제1정류부(220) 브리지다이오드→제1 링크커패시터(C1)→제1 순환다이오드(D1)→제2 스위칭소자 Q2→승압인덕터 LB의 전류경로로 승압인덕터(LB)에 저장된 에너지가 제1 링크커패시터(C1)에 충전 및 리셋 되며 승압인덕터 전류(IB)가 감소하기 시작한다.
또한, 1차측 공진부(231)에는 Mode 2에서처럼 링크전압의 1/4(VLINK/4)의 크기로 계속 인가되고 있어 1차측 공진전류(IP)가 흐른다. 1차측 공진전류(IP)의 일부는 제1 분압커패시터(CB1)→제2 스위칭소자(Q2)→1차측 공진커패시터(Cr1)→1차측 권선(NP)→제1 분압커패시터(CB1)의 경로로 흐른다. 이와 동시에 플라잉커패시터(CB)→제2 스위칭소자(Q2)→1차측 공진커패시터(Cr1)→1차측 권선(NP)→제2 분압커패시터(CB2)→플라잉커패시터(CB)의 경로로도 1차측 공진전류(IP)의 일부가 흐른다. 또한, 제2 링크커패시터(C2)→제1 순환다이오드(D1)→제2 스위칭소자(Q2)→1차측 공진커패시터(Cr1)→1차측 권선(NP)→제2 분압커패시터(CB2)→제4 스위칭소자(Q4)→제2 링크커패시터(C2)의 경로로도 1차측 공진전류(IP)의 일부가 흐른다.
2차측 공진부(241)의 경우는 Mode 2와 마찬가지로, 2차측 권선(NS)→2차측 공진커패시터(Cr2)→제2정류부(242) 정류다이오드→출력커패시터(Co) 및 부하→제2정류부(242) 정류다이오드→2차측 권선(NS)의 경로로 2차측 공진전류(IS)가 흐르면서 출력커패시터(Co)를 충전시키며 부하전류를 공급한다.
< 동작모드 5(Mode 5: t 4 ~t 5 구간)>
도 3e를 참조하면, t4시점에서 Q2가 턴-오프 되고, 승압인덕터 전류(IB)에 의해 제2 스위칭소자 Q2의 기생출력커패시턴스(COSS)는 충전을 시작한다. 동시에, 1차측 공진전류(IP)에 의해 제3 스위칭소자 Q3의 기생출력커패시턴스(COSS)는 방전을 시작한다. 이때 1차측 공진부(231)의 양 단자 a 및 b 사이의 전압(VP) 극성이 바뀌어 -VLINK/4의 전압이 인가되므로 2차측 권선(NS)의 전압 또한 극성이 바뀐다. t5시점에 제3 스위칭소자 Q3의 기생출력커패시턴스(COSS)의 전압이 0 전압으로 감소하고 이후 제3 스위칭소자 Q3의 역병렬다이오드를 통해 전류가 흐르기 시작하면 이 모드는 끝난다.
< 동작모드 6(Mode 6: t 5 ~t 6 구간)>
도 3f를 참조하면, t5시점에서 Q3가 영전압에서 턴-온 된다. t5~t6 구간동안 제3 스위칭소자 Q3과 제4 스위칭소자 Q4가 턴-온 상태에 있지만, 제2 필터커패시터(CFb)의 전압(VFb)과 링크전압(VLink)과의 차 전압에 의해 승압인덕터(LB)에 전압이 인가되지만, 승압인덕터(LB) 전류(IB)는 제3 스위칭소자(Q3)의 역병렬다이오드⇒승압인덕터(LB)→제1 필터커패시터(CFa)→제1 정류부(220) 브리지다이오드→제1 링크커패시터(C1)→제2 링크커패시터(C2)→제4 스위칭소자(Q4)의 역병렬다이오드의 전류경로로 흐르면서 t5~t6 구간 동안 0전류로 점차적으로 리셋된다.
또한, 1차측 공진부(231)의 양 단자(a-b)에 링크전압의 1/4(-VLink/4)이 인가되고 있어 1차측 공진전류(IP)가 흐른다. t5 시점까지 흐르던 1차측 공진전류가 제3 스위칭소자(Q3)의 역병렬다이오드→1차측 공진커패시터(Cr1)→1차측 권선(NP)→제2 분압커패시터(CB2)→제3 스위칭소자(Q3)의 역병렬다이오드의 전류경로와 제3 스위칭소자(Q3) 역병렬다이오드→1차측 공진커패시터(Cr1)→1차측 권선(NP)→제1 분압커패시터(CB1)→플라잉커패시터(CB)→제3 스위칭소자(Q3)의 역병렬다이오드의 경로로 스위칭소자의 영전압스위칭에 기여한다.
t5~t6 구간 이후 다음 반주기의 동작은 Mode 1 내지 Mode 6의 동작과 유사한 동작을 하므로 이에 대한 상세한 기술은 생략한다.
도 5는 일 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터(500)의 구조를 도시한 도면이고, 도 6은 본 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터(500)의 6가지 동작모드(Mode 1 ~ Mode 6) 각각에 대한 회로의 동작을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터(500)의 동작 파형을 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터(500)는 입력필터(510), 블록킹 다이오드부(520), 1차측 회로부(530) 및 2차측 회로부(540)를 포함한다.
입력필터(510)는 직류전원(P)으로부터 직류전력을 입력받고 필터링된 출력을 생성한다.
입력필터(510)는 제1 필터인덕터(LFa), 제2 필터인덕터(LFb), 제1 필터커패시터(CFa) 및 제2 필터커패시터(CFb)를 포함한다.
블록킹 다이오드부(blcoking diode unit, 520)는 제1 블록킹다이오드(first blcoking diode unit, DB1) 및 제2 블록킹다이오드(second blcoking diode unit, DB2)를 포함한다.
제1 필터인덕터(LFa)는 일단이 직류전원(Vin)의 일단에 연결되고 타단이 제1 블록킹다이오드(DB1)의 어노드(anode)에 연결된다. 제2 필터인덕터(LFb)는 일단이 직류전원(Vin)의 타단에 연결되고 타단이 제2 블록킹다이오드(DB2)의 캐소드(cathod)에 연결된다.
제1 필터커패시터(CFa) 및 제2 필터커패시터(CFb)는 제1 블록킹다이오드(DB1)의 어노드와 제2 블록킹다이오드(DB2)의 캐소드 사이에 직렬로 연결된다.
1차측 회로부(530)는 제1 링크커패시터(C1), 제2 링크커패시터(C2), 제1 내지 제4 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4), 제1 순환다이오드(D1), 제2 순환다이오드(D2), 플라잉커패시터(CB), 제1 분압커패시터(CB1), 제2 분압커패시터(CB2), 승압인덕터(LB) 및 1차측 공진부(531)를 포함하며, 1차측 공진부(531)는 1차측 공진커패시터(Cr1) 및 1차측 권선(NP)을 포함한다.
제1 링크커패시터(C1) 및 제2 링크커패시터(C2)는 제1 블록킹다이오드(DB1)의 캐소드와 제2 블록킹다이오드(DB2)의 어노드 사이에 직렬로 연결된다.
제1 내지 제4 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 제1 블록킹다이오드(DB1)의 캐소드와 제2 블록킹다이오드(DB2)의 어노드 사이에 순차적으로 연결된다.
제1 순환다이오드(D1)는 제1 링크커패시터(C1)과 제2 링크커패시터(C2) 사이의 연결점(이하, 링크커패시터 연결점)과 제1 스위칭소자(Q1)의 소스(Source)와 제2 스위칭소자(Q2)의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 1-2 연결점) 사이에 연결된다.
제2 순환다이오드(D2)는 링크커패시터 연결점과 제3 스위칭소자(Q3)의 소스(Source)와 제4 스위칭소자(Q4)의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 3-4 연결점) 사이에 연결된다.
플라잉커패시터(CB)는 1-2 연결점과 3-4 연결점 사이에 연결된다.
제1 분압커패시터(CB1)는 일단이 1-2 연결점에 연결되고 타단이 제2 분압커패시터(CB2)의 일단에 연결되고 제2 분압커패시터(CB2)의 타단이 3-4 연결점에 연결된다.
1차측 공진커패시터(Cr1) 및 1차측 권선(NP)은 제2 스위칭소자(Q2)의 소스(Source)와 제3 스위칭소자(Q3)의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 2-3 연결점)과 제1 분압커패시터(CB1)의 타단 사이에 직렬로 연결된다.
승압인덕터(LB)는 제1 필터커패시터(CFa) 및 제2 필터커패시터(CFb) 사이의 연결점(이하, 중성점)과 2-3 연결점 사이에 연결된다.
2차측 회로부(540)는 2차측 공진부(541), 제2 정류부(542) 및 출력커패시터(543, Co)를 포함한다.
2차측 공진부(541)는 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성한다.
제2 정류부(542)는 2차측 공진전류를 정류하여 출력커패시터(543, Co) 양단에 2차측 출력(Vo)을 생성한다.
도 7을 참조하여 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 되는 경우를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 되는 경우 승압인덕터(LB)에 직류전원의 직류전압(VIN)의 1/2인 제1 필터커패시터(CFa)의 전압이 인가되면서 에너지가 축적된다.
제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 된 상태에서 승압인덕터(LB)에 에너지가 축적된 후에, 제1 스위칭소자(Q1)가 턴-오프 되면 승압인덕터(LB)에 축적된 에너지는 제1 필터커패시터(CFa)와 제1 블록킹다이오드(DB1), 제1 링크커패시터(C1), 제1 순환다이오드(D1) 및 제2 스위칭소자(Q2)의 경로로 도 6d에 나타낸 바와 같이 감소된다.
또한, 절연된 직류-직류(DC-DC)단 전력변환을 위해 비접촉변압기(T)를 형성하는 1차측 권선(NP) 및 2차측 권선(NS)에 1차측 공진커패시터(Cr1) 및 2차측 공진커패시터(Cr2)가 각각 직렬 연결되어 직렬-직렬 보상이 이루어진다.
일정 스위칭주파수에서 4개의 스위칭소자(Q1~Q4)에 대한 위상제어(Dp) 스위칭에 의해 1차측 공진부(531)의 양단(a와 b 사이)에 VLink/4 크기로서 구형파 전압(VP)이 인가되고, 2차측 회로부(540)에 전압이 전달된다. 여기서 위상제어(Dp) 스위칭이란, 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 각각 턴온 되는 위상의 차가 제어되는 스위칭을 의미한다.
단일전력단 DC-DC 컨버터(500)는 제1 내지 제4 스위칭소자(Q1~Q4)들이 모든 부하조건에서 영전압스위칭(ZVS)에 의한 소프트 스위칭이 가능하며, 2차측 제2 정류부(542)의 정류다이오드 또한 소프트 스위칭 동작된다. 뿐만 아니라 위상제어(Dp)를 통해 링크전압(VLink)을 넓은 범위의 크기로 승압 제어함으로써 넓은 범위의 2차측 출력전압(Vo)의 크기를 제어할 수 있다.
단일전력단 AC-DC 컨버터(200)와 단일전력단 DC-DC 컨버터(500)는 입력전원이 각각 교류전원 및 직류전원을 사용하는 것 외에는 동작방법이 서로 유사하므로 도 6의 각 동작모드에 대한 설명은 생략한다.
도 8은 제2 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(800)의 구조를 도시한 도면이고, 도 9는 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(800)의 6가지 동작모드(Mode 1 ~ Mode 6) 각각에 대한 회로의 동작을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(800)의 동작 파형을 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(800)는 입력필터(810), 제1 정류부(820), 1차측 회로부(830) 및 2차측 회로부(840)를 포함한다.
입력필터(810)는 단상 교류전원(VAC)의 입력 역률 및 전고조파왜율을 개선하기 위해 교류전원(VAC)으로부터 교류전력을 입력받고 필터링된 출력을 생성한다.
입력필터(810)는 제1 필터인덕터(LFa), 제2 필터인덕터(LFb) 및 필터커패시터(CFa)를 포함한다.
제1 정류부(820)는 일렬로 연결된 제1 정류다이오드(Dr1) 및 제2 정류다이오드(Dr2)를 포함한다.
제1 필터인덕터(LFa)는 일단이 교류전원(VAC)의 일단에 연결되고 타단이 제1 정류다이오드(Dr1)의 어노드와 제2 정류다이오드(Dr2)의 캐소드 사이의 연결점(이하, 제1 중심점)에 연결된다. 제2 필터인덕터(LFb)는 일단이 교류전원(VAC)의 타단에 연결된다.
필터커패시터(CFa)는 일단이 제1 필터인덕터(LFa)의 타단에 연결되고 타단이 제2 필터인덕터(LFb)의 타단에 연결된다.
1차측 회로부(830)는 제1 링크커패시터(C1), 제2 링크커패시터(C2), 제1 내지 제4 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4), 제1 순환다이오드(D1), 제2 순환다이오드(D2), 플라잉커패시터(CB), 제1 분압커패시터(CB1), 제2 분압커패시터(CB2), 승압인덕터(LB) 및 1차측 공진부(831)를 포함하며, 1차측 공진부(831)는 1차측 공진커패시터(Cr1) 및 1차측 권선(NP)을 포함한다.
제1 링크커패시터(C1) 및 제2 링크커패시터(C2)는 제1 정류다이오드(Dr1)의 캐소드와 제2 정류다이오드(Dr2)의 어노드 사이에 직렬로 연결된다.
제1 내지 제4 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 제1 링크커패시터(C1) 및 제2 링크커패시터(C2)는 제1 정류다이오드(Dr1)의 캐소드와 제2 정류다이오드(Dr2)의 어노드 사이에 순차적으로 연결된다.
제1 순환다이오드(D1)는 제1 링크커패시터(C1)과 제2 링크커패시터(C2) 사이의 연결점(이하, 링크커패시터 연결점)과 제1 스위칭소자(Q1)의 소스(Source)와 제2 스위칭소자(Q2)의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 1-2 연결점) 사이에 연결된다.
제2 순환다이오드(D2)는 링크커패시터 연결점과 제3 스위칭소자(Q3)의 소스(Source)와 제4 스위칭소자(Q4)의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 3-4 연결점) 사이에 연결된다.
플라잉커패시터(CB)는 1-2 연결점과 3-4 연결점 사이에 연결된다.
제1 분압커패시터(CB1)는 일단이 1-2 연결점에 연결되고 타단이 제2 분압커패시터(CB2)의 일단에 연결되고 제2 분압커패시터(CB2)의 타단이 3-4 연결점에 연결된다.
1차측 공진커패시터(Cr1) 및 1차측 권선(NP)은 제2 스위칭소자(Q2)의 소스(Source)와 제3 스위칭소자(Q3)의 드레인(Drain) 사이의 연결점(이하, 2-3 연결점)과 제1 분압커패시터(CB1)의 타단 사이에 직렬로 연결된다.
승압인덕터(LB)는 제2 필터인덕터(LFb)의 타단과 2-3 연결점 사이에 연결된다.
2차측 회로부(840)는 2차측 공진부(841), 제2 정류부(842) 및 출력커패시터(843, Co)를 포함한다.
2차측 공진부(841)는 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성한다.
제2 정류부(842)는 2차측 공진전류를 정류하여 출력커패시터(843, Co) 양단에 2차측 출력(Vo)을 생성한다.
본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(800)를 도 2의 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)와 비교할 경우, 도 2의 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)의 구성요소 중에서 제2 필터커패시터(CFb)와 제1정류부(220) 내의 두개의 브리지다이오드가 제거된 형태를 하고 있어서 회로의 단순화가 가능해진다. 하지만, 도 2의 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)가 스위칭 주기(Ts) 전체에 걸쳐 승압인덕터(LB)의 동작이 이루어지는 반면에, 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(800)는 스위칭 주기(Ts) 중 반주기만 승압인덕터(LB)가 동작하므로 코어의 이용률이 낮아진다. 다시 말해서, 도 10에 나타낸 바와 같이 승압인덕터 전류(IB)를 보면 승압인덕터(LB)에 반주기 동안 에너지가 저장되고(Q1 및 Q2이 Turn-on 시), 나머지 반주기 동안은(Q3 및 Q4가 Turn-on 시) 승압인덕터(LB)에 에너지가 축적되지 않는 구간이 존재한다.
또한, 본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(800) 교류 60Hz AC 입력전원(VAC)의 정(positive)의 교류전압이 제1 링크커패시터(C1)를 통해 충전되고, 부(negative) 교류전압이 제2 링크커패시터(C2)를 통해 충전되므로 링크전압(VLink)이 도 2의 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)의 2배로 승압하도록 동작한다.
도 10을 참조하여 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 되는 경우를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 되는 경우 승압인덕터(LB)에 교류전원의 AC 전압(VAC)과 동일한 필터커패시터(CFa)의 전압이 인가되면서 에너지가 축적된다.
제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 동시에 턴-온이 된 상태에서 승압인덕터(LB)에 에너지가 축적된 후에, 제1 스위칭소자(Q1)가 턴-오프 되면 승압인덕터(LB)에 축적된 에너지는 필터커패시터(CFa)와 제1 정류다이오드(Dr1), 제1 링크커패시터(C1), 제1 순환다이오드(D1) 및 제2 스위칭소자(Q2)의 경로로 전력을 전달하며 감소된다.
또한, 절연된 직류-직류(DC-DC)단 전력변환을 위해 비접촉변압기(T)를 형성하는 1차측 권선(NP) 및 2차측 권선(NS)에 1차측 공진커패시터(Cr1) 및 2차측 공진커패시터(Cr2)가 각각 직렬 연결되어 직렬-직렬 보상이 이루어진다.
일정 스위칭주파수에서 4개의 스위칭소자(Q1~Q4)에 대한 위상제어(Dp) 스위칭에 의해 1차측 공진부(831)의 양단(a와 b 사이)에 VLink/4 크기로서 구형파 전압(VP)이 인가되고, 2차측 회로부(840)에 전압이 전달된다. 여기서 위상제어(Dp) 스위칭이란, 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)가 각각 턴온 되는 위상의 차가 제어되는 스위칭을 의미한다.
본 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(800)는 제1 내지 제4 스위칭소자(Q1~Q4)들이 모든 부하조건에서 영전압스위칭(ZVS)에 의한 소프트 스위칭이 가능하며, 2차측 제2 정류부(842)의 정류다이오드 또한 소프트 스위칭 동작된다. 뿐만 아니라 위상제어(Dp)를 통해 PFC단 링크전압(VLink)을 넓은 범위의 크기로 승압 제어함으로써 넓은 범위의 2차측 출력전압(Vo)의 크기를 제어할 수 있다.
한편, 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)에 비해 본 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터(500)는 제2 필터커패시터(CFb)와 제1정류부(220) 내의 두개의 브리지다이오드가 제거된 형태를 하고 있다는 점 외에는 동작방법이 실질적으로 서로 유사하므로 도 9의 각 동작모드에 대한 설명은 생략한다.
도 11은 제1 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)에서 저전압 및 고전압, 예컨대 교류 입력전압 110Vrms/220Vrms 겸용이 가능하도록 구현된 경우를 도시한 도면이다. 또한 교류입력전압(VAC)이 일정한 경우 넓은 출력전압제어범위를 갖고 동작할 수 있다.
제3 필터링출력단, 즉 제2 필터커패시터(CFb)의 타단과 제1정류부(220)의 제2 입력단 사이는 직접 연결되지 않고 제1 스위치(1101)가 삽입되어 연결된다.
또한, 제2 필터링출력단, 즉 중성점과 승압인덕터(LB)의 일단이 연결된 부분과 제2 필터커패시터(CFb)의 타단 사이에 제2 스위치(1102)가 병렬로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 제2 스위치(1102)는 제2 필터커패시터(CFb)와 병렬로 연결된다.
도 11에서, 제1 스위치(1101)가 온이 되고 제2 스위치(1102)가 오프가 되는 경우 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)의 출력은 상대적으로 고전압인 220Vrms의 교류 입력에 대하여 AC-DC 변환 출력을 생성하고, 제1 스위치(1101)가 오프가 되고 제2 스위치(1102)가 온이 되는 경우 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)의 출력은 상대적으로 저전압인 110Vrms의 교류 입력에 대하여 AC-DC 변환 출력을 생성한다.
도 12는 제1 실시예에 따른 단일전력단 AC-DC 컨버터(200)에서 2개의 1차측 공진회로부(Res. Tank 1, Res. Tank 2)를 사용한 경우를 도시한 도면이고, 도 13은 일 실시예에 따른 단일전력단 DC-DC 컨버터(800)에서 2개의 1차측 공진회로부(Res. Tank 1, Res. Tank 2)를 사용한 경우를 도시한 도면이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 2개의 1차측 공진회로부(Res. Tank 1, Res. Tank 2)를 사용하는 경우 도 12a 및 도 12b와 같이 각각 구현할 수 있다.
도 12a의 제1 공진회로부(Res. Tank 1)에서, 제1 공진커패시터(Cr1)의 일단은 1-2 연결점에 연결되고 제1 공진커패시터(Cr1)의 타단은 제2 공진커패시터(Cr2)의 일단에 연결되고 제2 공진커패시터(Cr2)의 타단은 3-4 연결점에 연결된다. 제1 1차측 공진부(1211)의 일단은 2-3 연결점에 연결되고, 제1 1차측 공진부(1211)의 타단은 제1 공진커패시터(Cr1)의 타단과 제2 공진커패시터(Cr2)의 일단 사이의 연결점에 연결된다.
또한, 제2 공진회로부(Res. Tank 2)에서, 제3 공진커패시터(Cr3)의 일단은 제1 스위칭소자(Q1)의 드레인(Drain)과 연결되고 제3 공진커패시터(Cr3)의 타단은 제4 공진커패시터(Cr4)의 일단에 연결되고 제4 공진커패시터(Cr4)의 타단은 제4 스위칭소자(Q4)의 소스(Source)에 연결된다. 제2 1차측 공진부(1212)의 일단은 제1 1차측 공진부(1211)의 타단에 연결되고, 제2 1차측 공진부(1212)의 타단은 제3 공진커패시터(Cr3)의 타단과 제4 공진커패시터(Cr4)의 일단 사이의 연결점에 연결된다.
도 12b의 제1 공진회로부(Res. Tank 1)에서, 제1 1차측 공진부(1213)는 직렬연결된 제1 1차측 공진커패시터(Cr1) 및 제1 1차측 권선(NP1)을 포함하고, 제2 1차측 공진부(1214)는 직렬연결된 제2 1차측 공진커패시터(Cr2) 및 제2 1차측 권선(NP2)을 포함한다.
도 12b에 나타낸 바와 같이, 제1 분압커패시터(CB1)의 일단은 1-2 연결점에 연결되고 제1 분압커패시터(CB1)의 타단은 제2 분압커패시터(CB2)의 일단에 연결되고 제2 분압커패시터(CB2)의 타단은 3-4 연결점에 연결된다. 제1 1차측 공진부(1213)의 일단은 2-3 연결점에 연결되고, 제1 1차측 공진부(1213)의 타단은 제1 분압커패시터(CB1)의 타단과 제2 분압커패시터(CB2)의 일단 사이의 연결점에 연결된다.
또한, 제2 공진회로부(Res. Tank 2)에서, 제3 분압커패시터(CB3)의 일단은 제1 스위칭소자(Q1)의 드레인(Drain)과 연결되고 제3 분압커패시터(CB3)의 타단은 제4 분압커패시터(CB4)의 일단에 연결되고 제4 분압커패시터(CB4)의 타단은 제4 스위칭소자(Q4)의 소스(Source)에 연결된다. 제2 1차측 공진부(1214)의 일단은 제1 1차측 공진부(1213)의 타단에 연결되고, 제2 1차측 공진부(1214)의 타단은 제3 분압커패시터(CB3)의 타단과 제4 분압커패시터(CB4)의 일단 사이의 연결점에 연결된다.
도 13에서, 도 13a의 경우는 입력전원이 직류전원이고 도 12a의 경우는 입력전원이 교류전원이라는 것 외에 나머지 연결관계는 도 12a의 경우와 도 13a의 경우가 서로 동일하므로 도 13a에 도시된 2개의 1차측 공진회로부(Res. Tank 1, Res. Tank 2)의 연결관계에 대한 설명은 생략한다. 또한, 도 13b의 경우도 입력전원이 직류전원이고 도 12b의 경우는 입력전원이 교류전원이라는 것 외에 나머지 연결관계는 도 12b의 경우와 도 13b의 경우가 서로 동일하므로 도 13b에 도시된 2개의 1차측 공진회로부(Res. Tank 1, Res. Tank 2)의 연결관계에 대한 설명은 생략한다.
도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 기존의 1차측 공진부(1211, 1213, 1311, 1313) 외에 추가적인 1차측 공진부(1212, 1214, 1312, 1314)를 구비함으로써 2개의 2차측 공진부 출력(VS1, VS2)을 생성할 수 있다. 다시 말해서, 스위칭소자(Q1 ~ Q4) 블록의 온오프 동작에 따라 제2 1차측 공진부(1212, 1214, 1312, 1314)에 제2 1차측 공진전류가 발생되고, 제2 1차측 공진전류에 연동하여 제2 2차측 공진부 출력(VS2)이 발생한다.
도 14는 변압기 1, 2차측 권선과 공진인덕터 및 공진커패시터들로 구성된 1차측 공진부(231, 531, 831, 1211, 1212, 1213, 1214, 1311, 1312, 1313, 1314) 및 2차측 공진부(241, 541, 841, 1221, 1222) 쌍에 적용 가능한 공진보상회로 형태를 예시한 도면이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 공진보상회로로서 직렬 공진회로(series resonant circuit), 직병렬 공진회로(series-parallel resonant circuit), 병렬/병렬 공진회로(parallel-parallel resonant circuit), 직렬/직렬 공진회로(series-series resonant circuit), LCC 직렬 공진회로(LCC series resonant circuit) 및 LCC-LCC 공진회로(LCC-LCC resonant circuit) 등의 형태로 1차측 공진부 및 2차측 공진부 쌍이 구현될 수 있다.
도 15는 도 14의 (f)에 나타낸 LCC-LCC 공진 보상회로가 적용된 단일전력단 AC-DC 컨버터 주회로를 나타낸 도면이다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서의 1차측 공진부(231, 531, 831, 1211, 1212, 1213, 1214, 1311, 1312, 1313, 1314) 및 2차측 공진부(241, 541, 841, 1221, 1222) 쌍에 LCC-LCC 공진 보상회로(1511, 1521)가 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200, 800: 단일전력단 AC-DC 컨버터 210, 510, 810; 입력필터
220, 820: 제1 정류부 230, 530, 830: 1차측 회로부
231, 531, 831: 1차측 공진부 240, 540, 840: 2차측 회로부
241, 541, 841: 2차측 공진부 242, 542, 842: 제2 정류부
243, 543, 843: 출력커패시터 500: 단일전력단 DC-DC 컨버터
520: 블록킹다이오드부 1101: 제1 스위치
1102: 제2 스위치
1211, 1213, 1311, 1313: 제1 1차측 공진부
1212, 1214, 1312, 1314: 제2 1차측 공진부

Claims (16)

  1. 교류전원으로부터 교류전력을 입력받아 필터링한 후, 필터링된 출력을 제1 필터링출력단, 제2 필터링출력단 및 제3 필터링출력단으로 출력하는 입력필터(input filter);
    제1 입력단에 상기 제1 필터링출력단이 연결되고 제2 입력단에 상기 제3 필터링출력단이 연결되어 직류전력을 생성하는 제1 정류부(first rectifier);
    상기 직류전력을 수신하여 1차측 공진전류를 생성하는 1차측 회로부(primary circuit unit); 및
    상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 회로부(secondary circuit unit)
    를 포함하되, 상기 1차측 회로부는,
    상기 제1 정류부의 출력 양단 사이에 각각 연결되는 링크 커패시터 블록(link capacitor block) 및 스위칭소자 블록(switching element block) - 상기 커패시터 블록은 직렬로 연결된 2개의 링크 커패시터를 포함하고 상기 스위칭소자 블록은 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성됨-, 제2 스위칭소자 및 제3 스위칭 소자 사이의 연결점(이하, '2-3 연결점')과 상기 제2 필터링출력단 사이에 연결되는 승압인덕터(boost inductor), 및 상기 2-3 연결점에 일단이 연결되고 상기 스위칭소자 블록 내의 서로 다른 두 연결점에 각각 제1 분압커패시터 및 제2 분압커패시터를 매개로 타단이 연결되어 상기 스위칭소자 블록의 온오프 동작에 따라 상기 1차측 공진전류가 발생되는 1차측 공진부를 포함하는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력필터는,
    일단이 상기 교류전원의 일단에 연결되고 타단이 상기 제1 정류부의 일단에 연결되는 제1 필터인덕터(first filter inductor);
    일단이 상기 교류전원의 타단에 연결되고 타단이 상기 제1 정류부의 타단에 연결되는 제2 필터인덕터(second filter inductor);
    일단이 상기 제1 필터인덕터의 타단에 연결되는 제1 필터커패시터(first filter capacitor); 및
    일단이 상기 제1 필터커패시터의 타단에 연결되고 타단이 상기 제2 필터인덕터의 타단에 연결되는 제2 필터커패시터(second filter capacitor)
    를 포함하되,
    상기 제1 필터링출력단은 상기 제1 필터커패시터의 일단이고, 상기 제2 필터링 출력단은 상기 제1 필터커패시터 및 제2 필터커패시터 사이의 연결점(이하, '중성점(neutral point)')이고, 상기 제3 필터링 출력단은 상기 제3 필터커패시터의 타단인 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 입력단과 상기 제3 필터링출력단 사이에 제1 스위치가 연결되고,
    상기 제2 필터커패시터와 병렬로 제2 스위치가 연결되는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치가 온이 되고 상기 제2 스위치가 오프가 되는 경우 상기 단일전력단 AC-DC 컨버터의 출력은 상대적으로 저전압이 출력되고, 상기 제1 스위치가 오프가이 되고 상기 제2 스위치가 온이 되는 경우 상기 단일전력단 AC-DC 컨버터의 출력은 상대적으로 고전압이 출력되는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자가 함께 턴-온된 경우, 상기 승압인덕터에 상기 제1 필터커패시터의 전압이 인가되어 에너지가 축적되는 것을 특징으로 하는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자가 턴-온된 상태에서 상기 제1 스위칭소자가 턴-오프 되는 경우, 상기 승압인덕터에 축적된 에너지가 점차적으로 0으로 감소되는 것을 특징으로 하는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자가 각각 턴-온되는 위상의 차이에 따라 상기 에너지가 축적되는 양이 결정되는 것을 특징으로 하는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  8. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 1차측 공진부의 타단에 연결되고 타단이 상기 스위칭소자 블록의 일단 및 상기 스위칭소자 블록의 타단에 각각 제3 커패시터 및 제4 커패시터를 매개로 연결되어 상기 스위칭소자 블록의 온오프 동작에 따라 상기 제2 1차측 공진전류가 발생되는 제2 1차측 공진부를 포함하는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 2차측 회로부는,
    상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 공진부; 및
    상기 2차측 공진전류를 정류하여 2차측 출력전압을 생성하는 제2 정류부
    를 포함하는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 1차측 공진부 및 상기 2차측 공진부는,
    직렬 공진회로, 직병렬 공진회로, 병렬-병렬 공진회로, 직렬-직렬 공진회로, LCC-직렬 공진회로 및 LCC-LCC 공진회로 중 어느 하나의 형태로 형성되는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  11. 직류전원으로부터 직류전력을 입력받아 필터링한 후, 필터링된 출력을 제1 필터링출력단(first filtering output terminal), 제2 필터링출력단(second filtering output terminal) 및 제3 필터링출력단(third filtering output terminal)으로 출력하는 입력필터(input filter);
    어노드(anode)에 상기 제1 필터링출력단과 연결되는 제1 블록킹다이오드(first blocking diode);
    캐노드(cathod)에 상기 제3 필터링출력단과 연결되는 제2 블록킹다이오드(second blocking diode);
    상기 제1 블록킹다이오드의 캐소드와 상기 제2 블록킹다이오드의 어노드 사이에 연결되어 1차측 공진전류를 생성하는 1차측 회로부(primary circuit unit) 및
    상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 회로부(secondary circuit unit)
    를 포함하되, 상기 1차측 회로부는,
    상기 제1 블록킹다이오드의 캐소드와 상기 제2 블록킹다이오드의 어노드 사이에 각각 연결되는 링크 커패시터 블록 및 스위칭소자 블록 - 상기 커패시터 블록은 직렬로 연결된 2개의 링크 커패시터를 포함하고 상기 스위칭소자 블록은 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성됨-, 제2 스위칭소자 및 제3 스위칭 소자 사이의 연결점(이하, '2-3 연결점')과 상기 제2 필터링출력단 사이에 연결되는 승압인덕터, 및 상기 2-3 연결점에 일단이 연결되고 상기 스위칭소자 블록 내의 서로 다른 두 연결점에 각각 제1 분압커패시터 및 제2 분압커패시터를 매개로 타단이 연결되어 상기 스위칭소자 블록의 온오프 동작에 따라 상기 1차측 공진전류가 발생되는 1차측 공진부를 포함하는 단일전력단 DC-DC 컨버터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 입력필터는,
    일단이 상기 직류전원의 일단에 연결되고 타단이 상기 제1 블록킹다이오드의 어노드에 연결되는 제1 필터인덕터(first filter inductor);
    일단이 상기 직류전원의 타단에 연결되고 타단이 상기 제2 블록킹다이오드의 캐소드에 연결되는 제2 필터인덕터(second filter inductor);
    일단이 상기 제1 필터인덕터의 타단에 연결되는 제1 필터커패시터(first filter capacitor); 및
    일단이 상기 제1 필터커패시터의 타단에 연결되고 타단이 상기 제2 필터인덕터의 타단에 연결되는 제2 필터커패시터(second filter capacitor)
    를 포함하되,
    상기 제1 필터링출력단은 상기 제1 필터커패시터의 일단이고, 상기 제2 필터링 출력단은 상기 제1 필터커패시터 및 제2 필터커패시터 사이의 연결점(이하, '중성점(neutral point)')이고, 상기 제3 필터링 출력단은 상기 제3 필터커패시터의 타단인 단일전력단 DC-DC 컨버터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 2차측 회로부는,
    상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 공진부; 및 상기 2차측 공진전류를 정류하여 2차측 출력전압을 생성하는 제2 정류부를 포함하고,
    상기 1차측 공진부 및 상기 2차측 공진부는, 직렬 공진회로, 직병렬 공진회로, 병렬-병렬 공진회로, 직렬-직렬 공진회로, LCC-직렬 공진회로 및 LCC-LCC 공진회로 중 어느 하나의 형태로 형성되는 단일전력단 DC-DC 컨버터.
  14. 교류전원으로부터 교류전력을 입력받아 필터링한 후, 필터링된 출력을 제1 필터링출력단 및 제2 필터링출력단으로 출력하는 입력필터(input filter);
    일렬로 연결된 제1 정류다이오드(first rectifying diode) 및 제2 정류다이오드(second rectifying diode)를 포함하되, 상기 제1 정류다이오드의 어노드(anode)와 상기 제2 정류다이오드의 캐소드(cathod) 사이의 연결점(이하, '제1 중심점')에 상기 제1 필터링출력단이 연결되는 제1 정류부(first rectifier);
    상기 제1 정류다이오드의 캐소드와 상기 제2 정류다이오드의 어노드 사이에 연결되어 1차측 공진전류를 생성하는 1차측 회로부(primary circuit unit); 및
    상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 회로부(secondary circuit unit)
    를 포함하되, 상기 1차측 회로부는,
    상기 제1 정류다이오드의 캐소드와 상기 제2 정류다이오드의 어노드 사이에 각각 연결되는 링크 커패시터 블록 및 스위칭소자 블록 - 상기 커패시터 블록은 직렬로 연결된 2개의 링크 커패시터를 포함하고 상기 스위칭소자 블록은 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위칭소자로 구성됨-, 제2 스위칭소자 및 제3 스위칭 소자 사이의 연결점(이하, '2-3 연결점')과 상기 제2 필터링출력단 사이에 연결되는 승압인덕터, 및 상기 2-3 연결점에 일단이 연결되고 상기 스위칭소자 블록 내의 서로 다른 두 연결점에 각각 제1 분압커패시터 및 제2 분압커패시터를 매개로 타단이 연결되어 상기 스위칭소자 블록의 온오프 동작에 따라 상기 1차측 공진전류가 발생되는 1차측 공진부를 포함하는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 입력필터는,
    일단이 상기 교류전원의 일단에 연결되고 타단이 상기 제1 정류다이오드의 어노드에 연결되는 제1 필터인덕터(first filter inductor);
    일단이 상기 교류전원의 타단에 연결되고 타단이 상기 승압인덕터의 일단에 연결되는 제2 필터인덕터(second filter inductor); 및
    일단이 상기 제1 필터인덕터의 타단에 연결되고 타단이 상기 제2 필터인덕터의 타단에 연결되는 필터커패시터(filter capacitor)
    를 포함하되,
    상기 제1 필터링출력단은 상기 필터커패시터의 일단이고, 상기 제2 필터링 출력단은 상기 필터커패시터의 타단인 단일전력단 AC-DC 컨버터.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 2차측 회로부는,
    상기 1차측 공진전류와 연동하여 2차측 공진전류를 생성하는 2차측 공진부; 및 상기 2차측 공진전류를 정류하여 2차측 출력전압을 생성하는 제2 정류부를 포함하고,
    상기 1차측 공진부 및 상기 2차측 공진부는, 직렬 공진회로, 직병렬 공진회로, 병렬-병렬 공진회로, 직렬-직렬 공진회로, LCC-직렬 공진회로 및 LCC-LCC 공진회로 중 어느 하나의 형태로 형성되는 단일전력단 AC-DC 컨버터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013158239A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Delta Electronics Inc 三相ソフトスイッチング力率改善整流器
KR20140091191A (ko) * 2013-01-10 2014-07-21 엘지이노텍 주식회사 단일 전력단 교류/직류 컨버터
KR20200003587A (ko) * 2018-07-02 2020-01-10 전주대학교 산학협력단 단일전력단 ac-dc 컨버터

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013158239A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Delta Electronics Inc 三相ソフトスイッチング力率改善整流器
KR20140091191A (ko) * 2013-01-10 2014-07-21 엘지이노텍 주식회사 단일 전력단 교류/직류 컨버터
KR20200003587A (ko) * 2018-07-02 2020-01-10 전주대학교 산학협력단 단일전력단 ac-dc 컨버터

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