[go: up one dir, main page]

KR100732612B1 - 하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류 컨버터 - Google Patents

하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR100732612B1
KR100732612B1 KR1020060011749A KR20060011749A KR100732612B1 KR 100732612 B1 KR100732612 B1 KR 100732612B1 KR 1020060011749 A KR1020060011749 A KR 1020060011749A KR 20060011749 A KR20060011749 A KR 20060011749A KR 100732612 B1 KR100732612 B1 KR 100732612B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
converter
switch
current
leakage inductance
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020060011749A
Other languages
English (en)
Inventor
권봉환
Original Assignee
학교법인 포항공과대학교
포항공과대학교 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 학교법인 포항공과대학교, 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 학교법인 포항공과대학교
Priority to KR1020060011749A priority Critical patent/KR100732612B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100732612B1 publication Critical patent/KR100732612B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion 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
    • H02M3/325—Conversion 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
    • H02M3/335—Conversion 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies 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

본 발명은 예를 들어 하이브리드 자동차용 1kW급 고효율 강압형 dc-dc 컨버터에 있어서 일차측에는 변압기의 누설인덕턴스를 이용하여 영전압스위칭을 하는 두 스위치를 가지는 능동-클램프 회로가 구비되게 하고, 이차측에는 출력전압 리플을 줄이기 위한 전류-더블러(current-doubler) 정류기 회로가 구비되게 하고, 도통손실을 줄이기 위해 상기 전류-더블러 정류기 회로가 동기정류기를 사용할 수 있게 함으로써, dc-dc 컨버터의 제어방식을 간단하게 하고 컨버터의 고효율을 달성할 수 있게 한 dc-dc 컨버터에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 일차측에 포함되며 하나의 스위치와 하나의 콘덴서를 구비하는 능동-클램프 회로부; 상기 일차측에 포함되며 상기 능동-클램프 회로부의 스위치와 상보적으로 구동되어 누설인덕턴스에 의해서 영전압스위칭을 하는 주스위치; 2개의 다이오드 또는 2개의 동기정류스위치와 낮은 결합도(loose coupling)를 가지며 2개의 인덕터를 하나의 코어에 구현하여 이루어지는 이차측의 전류-더블러(current-doubler) 회로부; 및 상기 일차측과 이차측의 높은 턴비에 의해 큰 누설인덕턴스를 가지는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류 컨버터{High efficiency dc-dc converter for hybrid car}
도 1은 종래기술에 의한 상전이(phase-shifted) 풀-브릿지(full-bridge) 강압형 직류-직류(dc-dc) 컨버터의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 dc-dc 컨버터 회로 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 dc-dc 컨버터 회로 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 dc-dc 컨버터의 작용을 설명하기 위한 타이밍 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100...1차측 스위칭 회로부
110...능동 클램프 회로부
210...전류-더블러(current-doubler) 정류기 회로부
본 발명은 하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류(dc-dc) 컨버터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 예를 들어 입력고압-출력저압의 특성을 갖는 하이브리드 자동차용 1kW급 고효율 강압형 dc-dc 컨버터에 있어서 일차측에는 변압기의 누설인덕턴스에 의해서 영전압스위칭을 하는 두 스위치를 가지는 능동-클램프 회로가 구비되게 하고, 이차측에는 출력전압 리플을 줄이기 위한 느슨한 결합으로 이루어진 전류-더블러(current-doubler) 정류기 회로가 구비되게 하고, 도통손실을 줄이기 위해 상기 전류-더블러 정류기 회로가 동기정류기를 사용할 수 있게 함으로써, dc-dc 컨버터의 제어방식을 간단하게 하고 컨버터의 고효율을 달성할 수 있게 한 dc-dc 컨버터에 관한 것이다.
당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 예를 들어 1kW급 하이브리드 (hybrid) 자동차용 강압형 dc-dc 컨버터에는 고효율을 내기 위하여 주로 도 1의 상전이(phase-shifted) 풀-브릿지(full-bridge) 강압형 dc-dc 컨버터가 주로 사용되고 있다.
도 1에 도시된 상전이 풀-브릿지 강압형 dc-dc 컨버터는 일차측의 모든 스위치(S11, S22, S33, S44)들이 스위칭손실(switching loss)을 최소화하도록 영전압스위칭 (zero-voltage switching)을 하는 특징을 가지고 있다. 그러나 이러한 상전이 풀-브릿지 강압형 dc-dc 컨버터는 상전이를 통한 제어방식이 복잡하고 제어특성상 이차측 권선에 전압이 유기되지 않는 구간이 존재하므로 이차측 다이오드의 도통손실 (conduction loss)을 줄이기 위한 방법인 동기정류기(synchronous rectifier)의 사용이 어려운 단점을 지닌다. 또한 일차측 스위치가 영전압스위칭을 하도록 변압기(T1)와 직렬로 추가되는 인덕터는 전체 전력효율을 감소시키고 기생공진에 의한 컨버터의 노이즈를 증가시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 예를 들어 하이브리드 자동차용 1kW급 고효율 강압형 dc-dc 컨버터에 있어서 일차측에는 변압기의 누설인덕턴스와 미약하나마 전류-더블러의 인덕턴스에 의해서 영전압스위칭을 하는 두 스위치를 가지는 능동-클램프 회로가 구비되게 하고, 이차측에는 출력전압 리플을 줄이이고 기존의 필터인덕터의 개수를 줄이기위한 일환으로 느슨한 결합방식을 이용하여 하나의 코어에 구현한 결합형 전류-더블러(current-doubler) 정류기 회로가 구비되게 하고, 도통손실을 줄이기 위해 상기 전류-더블러 정류기 회로가 동기정류기를 사용할 수 있게 함으로써, dc-dc 컨버터의 제어방식을 간단하게 하고 작은 사이즈로 고효율을 가질 수 있는 dc-dc 컨버터를 제공하는 데 있다. 여기서, 작은 사이즈라 함은, 하나의 코어에 두개의 권선을 한꺼번에 구현함으로써 인덕터 개수를 줄였음을 의미한다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 직류-직류(dc-dc) 컨버터에 있어서, 일차측에 포함되며 하나의 스위치와 하나의 콘덴서를 구비하는 능동-클램프 회로부; 상기 일차측에 포함되며 상기 능동-클램프 회로부의 클램프 스위치와 상보적으로 구동되며 트랜스포머의 누설인덕턴스와 이차측에 포함되는 필터 인덕턱스에 의해서 영전압 스위칭을 하는 주스위치; 두개의 다이오드 또는 두개의 동기정류 스위치와 결합도 결합인덕터에 의해서 구현된 전류-더블러(current-doubler) 회로부; 및 상기 일차측과 이차측을 연결하고 전기적 절연을 수행하며, 누설인덕턴스 특성의 턴비(turn ratio)가 4:1 이상인 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터가 제공된다.
바람직하게는, 상기 능동-클램프 회로부의 상기 스위치와 콘덴서는 상기 변압기의 누설인덕턴스에 저장된 에너지가 전달되고 재활용될 수 있는 경로를 제공할 뿐만 아니라, 상기 누설인덕턴스에 저장된 에너지에 의한 상기 스위치의 기생콘덴서에 인가된 전압을 방전시켜 영전압 스위칭을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 변압기 자체에서 발생되는 누설인덕턴스를 이용하여 상기 영전압 스위칭을 하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 영전압 스위칭의 조건은 턴온 전에 누설인덕턴스에 저장된 에너지가 스위치의 기생커패시터에 저장된 에너지보다 크게끔 설계함으로써 구현할 수 있는데, 이 누설인덕턴스는 변압기의 턴비 및 권선방법에 따라서 틀려질수 있다. 그러나, 본 발명에서는 입력고압-출력저압의 경우에는 턴비가 매우 커져서 큰 누설인덕턴스를 쉽게 구현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전류-더블러 회로부는 MOSFET를 포함하고, 상기 MOSFET는 드레인과 소스사이에 기생커패시터와 바디다이오드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전류-더블러 회로부에 구비되는 상기 결합인덕터는 하나의 싱글코어(EE 또는 EI 코어) 결합과 코어 포화(Saturation) 방지를 위한 에어갭(Air-gap)에 의해 구현된다.
바람직하게는, 상기 능동-클램프 회로부의 상기 스위치와 콘덴서는 상기 변압기의 누설인덕턴스에 저장된 에너지가 전달되고 재활용될 수 있는 경로를 제공할 뿐만아니라, 스위치의 기생콘덴서에 저장되어있는 에너지보다 크도록 누설인덕턴스를 구현함으로써 영전압 스위칭을 이루어 낼 수 있다.
바람직하게는, 상기 일차측과 이차측은 상기 변압기에 의해 전기적으로 절연되며 높은 턴비에 의해서 영전압 스위칭을 제공할 수 있을 만큼의 누설인덕턴스의 특성을 갖는다.
삭제
삭제
그리고, 본 발명은 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 직류-직류(dc-dc) 컨버터에 있어서, 일차측에 포함되며 하나의 스위치와 하나의 콘덴서를 구비하는 능동-클램프 회로부; 상기 일차측에 포함되며 상기 능동-클램프 회로부의 스위치와 상보적으로 구동되어 변압기의 누설인덕턴스에 의해 영전압스위칭을 하는 주스위치; 2개의 다이오드와 낮은 결합도를 가지며 하나의 코어에 두개의 인덕터를 구현하여 이루어지는 이차측의 결합 전류-더블러(current-doubler) 회로부; 및 상기 일차측과 이차측을 연결하며 높은 턴비를 가지고 큰 누설인덕턴스 특성을 갖는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터가 제공된다.
바람직하게는, 상기 2개의 트랜지스터는 드레이과 소스사이에 병렬로 연결된 바디다이오드와 기생콘덴서의 특성을 갖는 MOSFET이다.
삭제
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 dc-dc 컨버터의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
한편, 이하의 설명에 있어서, 종래기술에 따른 구성부재와 본 발명에 의한 구성부재가 동일한 경우에는 종래기술에서 사용하였던 도면 부호를 그대로 사용하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 dc-dc 컨버터 회로의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 dc-dc 컨버터 회로의 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 dc-dc 컨버터의 작용을 설명하기 위한 타이밍 도면이다. 도 5a,b는 본 발명에 따른 결합 전류-더블러 권선방법을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따라 실제 제작한 프로토 타입 사진 도면, 도 7a,b는 본 발명에 따른 실제 측정 파형도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 일환으로 일차측에 능동-클램프(active-clamp) 회로를 이용한다. 하나의 스위치(S2)와 하나의 콘덴서(Cc)로 구성된 능동-클램프 회로부(110)는 주스위치(S1) 소거 시 동작하여 누설인덕턴스(leakage inductance) 또는 자화인덕턴스(magnetizing inductance)에 저장된 에너지로 인한 스위칭 소자의 과전압을 방지하고 에너지를 재활용함으로써 전력변환 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
또한 상기 능동-클램프 회로부(110)는 제어방식이 간단할 뿐만 아니라 이차측 권선에 항상 전압이 발생될 수 있는 구조로 간단한 보조권선의 사용만으로 동기정류기의 구동 파형을 만들어줄 수 있는 장점을 가진다. 도 2에 도시한 바와 같은 이차측의 정류기 회로부(210)는 전류-더블러(current-doubler) 정류기이며 이러한 정류기는 두 인덕터의 전류 리플(ripple)을 상쇄하는 효과로 인해 출력전압 리플이 작은 특징을 지니고 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이 하나의 EE코어 또는 EI코어에 느슨한 결합권선 방법을 통하여 구현함으로써 필터인덕터를 줄이고 전력밀도를 높이 구현 할 수 있다. 여기서, 느슨한 결합권선이란 권선구조를 말하는 것으로, 통상적으로 권선을 할 때는 높은 결합도를 위하여 최대한 권선간에 가깝게 권선을 하게 되지만, 본 발명에서는 도 5에 도시한 바와 같이 권선이 EE 코어 또는 EI 코어에서 최대한 권선간에 간섭이 없도록 멀리 권선이 된 구조를 일컫는다. 따라서, 이러한 느슨한 결합권선에 의해 낮은 결합도가 생기게 될 것이고, 이러한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따른 전류-더블러를 사용한 능동-클램프 dc-dc 컨버터에 대해 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 전류-더블러를 사용한 능동-클램프 dc-dc 컨버터이다. 일차측은 변압기(T)의 누설인덕턴스에 저장된 에너지가 전달되고 재활용될 수 있는 경로를 제공하는 보조스위치(S2)와 콘덴서(Cc)로 구성된 능동-클램프 회로부(110)를 포함하는 스위칭 회로부(100)이고, 이차측은 다이오드(D1, D2)와 인덕터(L1, L2)를 포함하는 전류-더블러 정류기(210)이다. 두 인덕터(L1, L2)는 낮은 결합도를 가지고 하나의 코어에 구현되었고 입력고압-출력저압의 관계로 인하여 큰 비율로 권선되어 큰 누설인덕턴스를 특징으로 하는 변압기(T)를 통해 일차측과 이차측은 전기적으로 절연되며, 출력전압(Vo)을 궤환(feedback)받아 주스위치(S1)의 시비율(duty ratio)을 조절함으로써 출력전압(Vo)이 조절된다. 바람직하게 드레인과 소스사이에 바디다이오드와 기생콘덴서를 특징으로하는 MOSFET으로 구현되는 두 스위치(S1, S2)는 모두가 소거되는 구간인 짧은 시간의 데드타임(dead time)을 갖고 주어진 스위칭주파수(switching frequency)하에서 상보적(asymmetrical)으로 구동된다. 주스위치(S1) 도통 시 변압기(T)의 누설인덕턴스에 의해 주스위치(S1)의 전류는 음에서 양으로 흐르며, 즉 영전압스위칭을 하며, 이차측 정류기의 인덕터(L2)를 충전시켜서 이차측으로 에너지를 전달한다. 이 과정에서 주스위치(S1) 및 다이오드(D1)에 흐르는 전류는 구형파형과 유사한 형태로 흐르며 이는 스위치 및 다이오드의 피크전류를 최소화하고 도통손실을 줄인다. 영전압스위칭은 고속 스위칭으로 인한 스위치의 스위칭손실을 줄이며 전력변환효율 향상을 꾀한다. 주스위치(S1) 소거 시 보조스위치(S2)는 도통하게 되고 변압기(T)의 자화인덕턴스 및 누설인덕턴스에 흐르는 전류에 의해 보조스위치(S2)의 전류는 음에서 양으로 흐르며, 즉 영전압스위칭을 하며, 이차측 정류기의 인덕터(L1)을 충전시켜서 이차측으로 에너지를 전달한다. 보조스위치(S2)가 도통하는 동안 누설인덕턴스에 흐르는 전류는 콘덴서(Cc)를 충전과 방전시키며 이 과정에서 누설인덕턴스에 저장된 에너지가 재활용된다.
도 3은 본 발명에 따른 dc-dc 컨버터의 다른 실시예의 회로도로서, 도 2의 두 다이오드(D1, D2)를 두 MOSFET(Q1, Q2)로 교체한 구성이다. 도 2의 다이오드(D1)이 도통할 때 도 3의 MOSFET(Q1)이 도통하며, 마찬가지로 다이오드(D2)가 도통할 때 MOSFET(Q2)가 도통한다. 따라서 도 3의 모든 소자의 전류 및 전압 파형은 도 2와 동일하다. 예를 들어, 1kW급 하이브리드 자동차용 dc-dc 컨버터에 있어서 출력전류가 매우 크므로 이차측 정류기에 흐르는 전류는 매우 크고, 도 2의 회로는 다이오드의 순방향 전압강하(drop voltage)에 의한 도통손실이 매우 크다. 이러한 손실을 줄이기 위해 동기정류기를 사용한 회로가 도 3의 회로이다.
도 3의 동기정류기 MOSFET(Q1, Q2)의 아주 작은 도통-저항(on-resistance)에 걸리는 전압은 도 2의 다이오드(D1, D2)에 걸리는 순방향 전압강하(drop voltage) 보다 작고 전력 손실은 줄어든다. 도 1에 도시한 종래의 상전이 풀-브릿지 회로와는 달리 본 발명의 dc-dc 컨버터의 회로는 동기정류기의 구동 신호를 변압기(T)의 보조권선을 이용하여 간단하게 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전류-더블러의 코어구조와 권선방법을 도시한 도면이다. 도 5a는 EI모양의 페라이트 코아의 외각 레그에 각각의 인덕터를 위한 권선들을 감아줌으로써 중앙래그로 인한 느슨한 결합이 이루어지고 높은 직류전류와 리플로 인한 코어 포화방지를 위하여 에어겝(air-gap)을 구현한 것이다. 도 5b는 EE모양의 페라이트 코어에 도 4a와 같은 방식으로 구현한 전류-더블러이다. 구조가 간단하고 권선방법이 어렵지 않아 쉽게 구현할수 있는 장점을 갖는다.
도 4는 본 발명에 따른 dc-dc 컨버터의 회로에서 주요부의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 4에 도시된 각각의 파형은 한 주기(Ts)에서 시비율이 D일 때 스위치(S1, S2)의 구동 신호(Vgs1, Vgs2) 및 스위치 전류(is1, is2)와 다이오드 전류(id1, id2)이다. 주스위치(S1)는 전류(is1)가 음일 때, 즉 주스위치의 드레인과 소스 사이의 전압이 영전압일 때, 주스위치의 게이트 신호(Vgs1)에 의해 도통이 되어 영전압스위칭을 하고 전류의 형태가 구형파형으로 도통손실이 작은 특징을 가진다. 보조스위치(S2)는 영전압스위칭을 할 뿐만 아니라 전류(is2)가 매우 작아서 도통손실이 매우 작다. 이차측 정류기의 다이오드(D1, D2)의 전류(id1, id2)는 정류기의 인덕터(L1, L2)의 사용으로 인해 구형파 모양이며 두 개의 다이오드 전류(id1, id2)를 상쇄하는 효과로 인해 비교적 작은 출력콘덴서(Co)를 가지고 출력전압 리플은 매우 작으며 전체 전력효율은 매우 높은 특징을 가진다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프로토 타입(proto-type)을 나타낸 사진이다. 실시예로서 입력전압 200V, 출력전압 14V에서 종래의 상전이 풀-브릿지 dc-dc 컨버터는 그 효율이 약 89%이나, 본 발명에 따른 전류-더블러 동기정류기를 사용한 강압형 능동-클램프 dc-dc 컨버터는 약 94.5%에 이르며 또한 전력회로가 보다 단순화되는 특징을 갖고 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 실제 측정된 전류, 전압 파형도이다. 도 4에서 나타낸 타이밍도와 유사하게 나타나고 있음을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 적절하게 튜닝된 주요 파라미터들을 예시로서 나타내 보면 아래 표와 같다.
구성요소 표시 값
입력전압 Vd DC 200~300V
출력전압 Vo DC 14V
정격부하 Po,max 1kW
스위칭주파수 fs 100kHz
일차측 턴수 Np 24turns
이차측 턴수 Ns 4turns
보조권선 턴수 Na1, Na2 1turn
자화인덕턴스 Lm 300uH
누설인덕턴스 Llk 5uH
클램프 콘덴서 Cc 1uF
입력 콘덴서 Ci 560 uF
출력콘덴서 Co 6800 X 2 uF
전류-더블러 L1, L2 8.1u
부품 표시 이름
메인 스위치 S1 20N60C3 X 2
보조 스위치 S2 20N60C3
동기정류스위치 Q1, Q2 IRF3808 X 3
트랜스포머 T EER4242
구동 칩 MIC4427
PWM 칩 KA7552
삭제
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 dc-dc 컨버터에 있어서, 일차측에는 변압기의 누설인덕턴스를 이용하여 영전압스위칭을 하는 두 스위치를 가지는 능동-클램프 회로가 구비되게 하고, 이차측에는 출력전압 리플을 줄이고 느슨한 권선방법을 이용하여 하나의 코어에 두 개의 필터인덕터를 구현함으로써 인덕터성분을 줄인 결합 전류-더블러(current-doubler) 정류기 회로가 구비되게 하고, 도통손실을 줄이기 위해 간단히 변압기에 보조권선을 이용한 자려식 방식을 이용하여 상기 전류-더블러 정류기 회로가 동기정류기를 사용할 수 있게 함으로써, dc-dc 컨버터의 제어방식을 간단하게 하고 컨버터의 고효율을 달성할 수 있게 하는 이점을 제공한다. 또한, 입력고압-출력저압의 특성을 갖는 바람직한 실시예에 있어서, 높은 입력권선과 출력권선간의 턴비에 의해서 스위치의 기생콘덴서에 저장된 에너지보다 큰 누설인덕턴스특성을 갖는 변압기를 구현할 수 있어 영전압을 위해서 추가의 인덕턴스가 필요없게 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (6)

  1. 하이브리드 자동차용 직류-직류(dc-dc) 컨버터에 있어서,
    일차측에 포함되며 하나의 스위치와 하나의 콘덴서를 구비하는 능동-클램프 회로부;
    상기 일차측에 포함되며 상기 능동-클램프 회로부의 클램프 스위치와 상보적으로 구동되며 트랜스포머의 누설인덕턴스와 이차측에 포함되는 필터 인덕턱스에 의해서 영전압 스위칭을 하는 주스위치;
    두개의 다이오드 또는 두개의 동기정류 스위치와 결합도 결합인덕터에 의해서 구현된 전류-더블러(current-doubler) 회로부; 및
    상기 일차측과 이차측을 연결하고 전기적 절연을 수행하며, 누설인덕턴스 특성의 턴비(turn ratio)가 4:1 이상인 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 능동-클램프 회로부의 상기 스위치와 콘덴서는 상기 변압기의 누설인덕턴스에 저장된 에너지가 전달되고 재활용될 수 있는 경로를 제공할 뿐만 아니라, 상기 누설인덕턴스에 저장된 에너지에 의한 상기 스위치의 기생콘덴서에 인가된 전압을 방전시켜 영전압 스위칭을 제공하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변압기 자체에서 발생되는 누설인덕턴스를 이용하여 상기 영전압 스위칭을 하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류-더블러 회로부는 MOSFET를 포함하고, 상기 MOSFET는 드레인과 소스사이에 기생커패시터와 바디다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류-더블러 회로부에 구비되는 상기 결합인덕터는 싱글코어 결합과 코어 포화(Saturation) 방지를 위한 에어갭(Air-gap)에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.
KR1020060011749A 2006-02-07 2006-02-07 하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류 컨버터 Expired - Fee Related KR100732612B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060011749A KR100732612B1 (ko) 2006-02-07 2006-02-07 하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류 컨버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060011749A KR100732612B1 (ko) 2006-02-07 2006-02-07 하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류 컨버터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100732612B1 true KR100732612B1 (ko) 2007-06-27

Family

ID=38373500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060011749A Expired - Fee Related KR100732612B1 (ko) 2006-02-07 2006-02-07 하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류 컨버터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100732612B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110121215A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 현대모비스 주식회사 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법
RU2635364C2 (ru) * 2016-02-25 2017-11-13 Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" Двухтактный dc/dc-преобразователь
KR20180004673A (ko) * 2016-07-04 2018-01-12 숭실대학교산학협력단 양방향 풀브릿지 컨버터 및 그 구동방법
DE102019209983A1 (de) * 2019-07-08 2021-01-14 Zf Friedrichshafen Ag Schaltwandler und Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung
EP3770928A1 (en) * 2019-07-24 2021-01-27 Rockwell Collins, Inc. Coupled output inductor and system
CN113839563A (zh) * 2018-07-18 2021-12-24 现代摩比斯株式会社 设置低压dc-dc变换器的变压器的气隙和匝数比的方法和设备
US11259413B2 (en) 2018-04-05 2022-02-22 Abb Power Electronics Inc. Inductively balanced power supply circuit and method of manufacture
KR20230078408A (ko) 2021-11-26 2023-06-02 주식회사 뉴파워 프라즈마 강압형 dc/dc 컨버터 및 그 제어 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950001294Y1 (ko) * 1992-03-23 1995-02-25 김희준 클램프회로가 내장된 영(zero)전압 스위칭 다중공진 컨버터
JP2000023455A (ja) * 1998-06-29 2000-01-21 Sony Corp 共振型スイッチング電源
JP2003033016A (ja) * 2001-07-09 2003-01-31 Nec Computertechno Ltd スイッチング電源回路
JP2005057925A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Sony Corp スイッチング電源回路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950001294Y1 (ko) * 1992-03-23 1995-02-25 김희준 클램프회로가 내장된 영(zero)전압 스위칭 다중공진 컨버터
JP2000023455A (ja) * 1998-06-29 2000-01-21 Sony Corp 共振型スイッチング電源
JP2003033016A (ja) * 2001-07-09 2003-01-31 Nec Computertechno Ltd スイッチング電源回路
JP2005057925A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Sony Corp スイッチング電源回路

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110121215A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 현대모비스 주식회사 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법
KR101580337B1 (ko) 2010-04-30 2015-12-28 현대모비스 주식회사 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법
RU2635364C2 (ru) * 2016-02-25 2017-11-13 Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" Двухтактный dc/dc-преобразователь
KR20180004673A (ko) * 2016-07-04 2018-01-12 숭실대학교산학협력단 양방향 풀브릿지 컨버터 및 그 구동방법
US11259413B2 (en) 2018-04-05 2022-02-22 Abb Power Electronics Inc. Inductively balanced power supply circuit and method of manufacture
CN113839563A (zh) * 2018-07-18 2021-12-24 现代摩比斯株式会社 设置低压dc-dc变换器的变压器的气隙和匝数比的方法和设备
US11955273B2 (en) 2018-07-18 2024-04-09 Hyundai Mobis Co., Ltd. Low-voltage DC-DC converter including zero voltage switching and method of driving same
CN113839563B (zh) * 2018-07-18 2025-05-30 现代摩比斯株式会社 设置低压dc-dc变换器的变压器的气隙和匝数比的方法和设备
DE102019209983A1 (de) * 2019-07-08 2021-01-14 Zf Friedrichshafen Ag Schaltwandler und Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung
EP3770928A1 (en) * 2019-07-24 2021-01-27 Rockwell Collins, Inc. Coupled output inductor and system
KR20230078408A (ko) 2021-11-26 2023-06-02 주식회사 뉴파워 프라즈마 강압형 dc/dc 컨버터 및 그 제어 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Steigerwald et al. A comparison of high-power DC-DC soft-switched converter topologies
US9660536B2 (en) Switching power supply device performs power transmission by using resonance phenomenon
Wang A novel ZCS-PWM flyback converter with a simple ZCS-PWM commutation cell
Yu et al. Hybrid resonant and PWM converter with high efficiency and full soft-switching range
Pahlevaninezhad et al. A load adaptive control approach for a zero-voltage-switching DC/DC converter used for electric vehicles
US9106141B2 (en) Switching power supply device
KR101884686B1 (ko) 능동 클램프 풀브릿지 컨버터 및 그 구동방법
Li et al. An analysis of the ZVS two-inductor boost converter under variable frequency operation
US7405955B2 (en) Switching power supply unit and voltage converting method
KR100732612B1 (ko) 하이브리드 자동차용 고효율 강압형 직류-직류 컨버터
Mishima et al. A novel high-frequency transformer-linked soft-switching half-bridge DC–DC converter with constant-frequency asymmetrical PWM scheme
Lin et al. Analysis of parallel-connected asymmetrical soft-switching converter
JP6241334B2 (ja) 電流共振型ｄｃｄｃコンバータ
CN100421344C (zh) 零电压开关半桥直流-直流变换器拓扑
CN103201939A (zh) 虚拟参数高压侧mosfet驱动器
TWM449407U (zh) 電源轉換裝置
US6961254B2 (en) Insulating switching DC/DC converter
Qian et al. An LLC-type resonant forward converter with adjustable turning-off time control
Wang et al. Maximum-power-per-ampere variable frequency modulation for dual active bridge converters in battery-balancing application
TWI482407B (zh) 電源轉換裝置
US7057906B2 (en) Insulating switching DC/DC converter
Yu et al. High efficiency isolated DC-DC converter combining resonant and phase-shifted topologies for electrical vehicle chargers
JP4123508B2 (ja) スイッチング電源装置
JP2000224855A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ回路
JPH08168244A (ja) スイッチング電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20060207

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20070131

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20070516

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20070620

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20070621

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
PG1701 Publication of correction
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20100430

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20110411

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20120404

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130410

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20130410

Start annual number: 7

End annual number: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140326

Year of fee payment: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20140326

Start annual number: 8

End annual number: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161005

Year of fee payment: 10

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20161005

Start annual number: 10

End annual number: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20190401