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KR101031282B1 - Half-Bridge DC / DC Converter - Google Patents

Half-Bridge DC / DC Converter Download PDF

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KR101031282B1
KR101031282B1 KR1020090087571A KR20090087571A KR101031282B1 KR 101031282 B1 KR101031282 B1 KR 101031282B1 KR 1020090087571 A KR1020090087571 A KR 1020090087571A KR 20090087571 A KR20090087571 A KR 20090087571A KR 101031282 B1 KR101031282 B1 KR 101031282B1
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transformer
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남해곤
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전남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 DC/DC컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하프-브릿지 스위칭부의 스위칭 주파수를 변압기의 누설리엑턴스와 출력용 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 함으로써, 별도의 공진용 리엑터가 필요없이 고효율 변압이 가능하고, 출력 측을 배압회로로 구성하여 고승압에 유리하게 한 하프-브릿지 방식의 고효율 DC/DC컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a DC / DC converter, and more specifically, the switching frequency of the half-bridge switching unit is lower than the resonant frequency due to the leakage reactance of the transformer and the capacitance of the output capacitor, so that the soft switching is performed, the separate resonance The present invention relates to a high-efficiency DC / DC converter of a half-bridge type that can be transformed with high efficiency without requiring a reactor, and has an output side configured with a back voltage circuit, which is advantageous for high boost.

컨버터, 하프-브릿지, 공진주파수, 소프트 스위칭 Converter, Half-Bridge, Resonant Frequency, Soft Switching

Description

하프-브릿지 방식의 DC/DC컨버터{DC/DC converter using half-bridge}Half-bridge DC / DC converter {DC / DC converter using half-bridge}

본 발명은 DC/DC컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하프-브릿지 스위칭부의 스위칭 주파수를 변압기의 누설리엑턴스와 출력용 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 함으로써, 별도의 공진용 리엑터가 필요없이 고효율 변압이 가능하고, 출력 측을 배압회로로 구성하여 고승압에 유리하게 한 하프-브릿지 방식의 고효율 DC/DC컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a DC / DC converter, and more specifically, the switching frequency of the half-bridge switching unit is lower than the resonant frequency due to the leakage reactance of the transformer and the capacitance of the output capacitor, so that the soft switching is performed, the separate resonance The present invention relates to a high-efficiency DC / DC converter of a half-bridge type that can be transformed with high efficiency without requiring a reactor, and has an output side configured with a back voltage circuit, which is advantageous for high boost.

산업의 발달과 신 재생에너지의 보급 확대로 대용량 DC/DC컨버터(직류전원 변환장치)는 소형, 경량화의 관점에서 활발하게 연구가 이루어지고 있으며, 방송통신기기, OA기기, 산업전자응용기기, 정밀 컴퓨터, 오존발생기 등의 분야에서 전원장치, 저전압/대전류 변환장치 또는 고전압 변환장치로 다양하게 이용되고 있다.With the development of the industry and the expansion of renewable energy, large-capacity DC / DC converters (DC power converters) are being actively researched in terms of small size and light weight, and are widely used in broadcasting communication equipment, OA equipment, industrial electronic application equipment, and precision equipment. It is widely used as a power supply device, a low voltage / large current converter, or a high voltage converter in fields such as a computer and an ozone generator.

또한, DC/DC컨버터 기술의 고집적화 및 고효율화를 위해서는 스위치의 스위칭 시점을 스위치의 영전압 또는 영전류에서 이루어지게 하여 스위칭 손실과 스위칭 스트레스를 줄일 수 있는 소프트 스위칭방식이 사용된다.In addition, in order to achieve high integration and high efficiency of the DC / DC converter technology, a soft switching method is used to reduce switching loss and switching stress by making the switching point of the switch at zero voltage or zero current of the switch.

여기서, 소프트 스위칭방식을 구현하기 위해서는 고주파 공진 특성이 도입되는데, 이 경우 공진을 위한 공진 리액터 및 공진 커패시터가 필수적으로 존재하여야하므로 비용이 상승하고, 고 전력 밀도화에 불리한 단점이 있다.Here, in order to implement the soft switching method, a high frequency resonance characteristic is introduced. In this case, since a resonance reactor and a resonance capacitor for resonance must exist, there is a disadvantage in that the cost is increased and high power density is disadvantageous.

본 발명자들은 별도의 공진 리액터를 구비하지 않고도 소프트 스위칭을 구현할 수 있는 고효율 DC/DC컨버터를 연구 노력한 결과, 공진에 변압기부의 누설리액턴스를 이용함으로써 수동소자 추가에 따른 비용을 절감하고 고효율을 실현할 수 있는 DC/DC컨버터의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors researched a high efficiency DC / DC converter that can implement soft switching without providing a separate resonance reactor. As a result, the leakage reactance of the transformer unit can be used for resonance, thereby reducing the cost of adding passive elements and realizing high efficiency. The technical configuration of the DC / DC converter has been developed to complete the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 입력측에 하프-브릿지 스위칭부를 구비하고, 출력측에는 고승압에 유리한 배압회로를 갖는 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a DC / DC converter having a half-bridge switching section on the input side and a back voltage circuit advantageous for high voltage boosting on the output side.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 하프-브릿지 스위칭부의 스위칭주파수를 변압기부의 누설리액턴스에 의한 공진 주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 함으로써 고효율을 실현할 수 있는 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a DC / DC converter capable of realizing high efficiency by making the switching frequency of the half-bridge switching unit lower than the resonance frequency caused by the leakage reactance of the transformer unit.

또한, 본 발명의 다른 목적은 공진에 별도의 공진 리액터가 필요없이 변압기부의 누설리액턴스를 이용하여 공진시킴으로써 수동소자의 수를 줄여 비용을 낮게 하고, 고 전력 밀도화에 적합한 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a DC / DC converter suitable for high power density by reducing the number of passive elements by reducing the number of passive elements by resonating using the leakage reactance of the transformer without the need for a separate resonance reactor for resonance will be.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력직류전원을 하기 변압기부의 입력측 코일 양측으로 공급되게 하며, 상기 입력직류전원에 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 제1 입력용 커패시터 및 제2 입력용 커패시터와 상기 제1 입력용 커패시터 또는 상기 제2 입력용 커패시터의 전원을 각각 상기 입력측 코일의 양측으로 교번적으로 공급되게 하는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구비하는 하프-브릿지 스위칭부, 상기 각 입력용 커패시터의 전원을 승압하여 승압전원을 출력하며, 입력측 코일 및 출력측 코일을 구비하는 변압기부, 상기 출력측 코일에 연결되고, 상기 승압전원을 정류하며, 애노드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제1 다이오드 및 캐소드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제2 다이오드를 구비하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 승압전원을 충전하여 출력직류전원을 형성하며, 일단은 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결되고 타단은 상기 출력측 코일의 타단에 연결되는 제1 출력용 커패시터 및 일단은 상기 출력용 커패시터의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되는 제2 출력용 커패시터를 구비하는 출력부를 포함하며, 상기 스위칭부의 스위칭주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제1 출력용 커패시터 또는 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제2 출력용 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 하는 DC/DC 컨버터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention allows the input DC power to be supplied to both sides of an input side coil of a transformer unit, the first input capacitor and the second input capacitor connected in parallel to the input DC power in series. And a first switch and a second switch configured to alternately supply power of the first input capacitor or the second input capacitor to both sides of the input side coil, respectively. A first diode connected to a transformer unit having an input side coil and an output side coil, connected to the output side coil, rectifying the boost power, and an anode connected to one end of the output side coil; And a rectifier having a second diode having a cathode connected to one end of the output side coil. The rectified boosted power is charged to form an output DC power supply, one end of which is connected to the cathode of the first diode and the other end of which is connected to the other end of the output coil and one end of which is connected to the other end of the output capacitor. And the other end includes an output unit including a second output capacitor connected to an anode of the second diode, and the switching frequency of the switching unit is a leakage reactance of the transformer unit and a leakage reactance of the first output capacitor or the transformer unit; It provides DC / DC converter which makes soft switching by lower than resonant frequency by capacitance of 2 output capacitor.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 출력부에 연결되며, 상기 출력직류전원을 평활하는 LC필터부를 더 포함한다.In a preferred embodiment, it further comprises an LC filter connected to said output and smoothing said output DC power.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 LC필터부는 일단이 상기 제1 출력용 커패시 터의 일단에 연결되는 평활용 인덕터 및 일단이 상기 평활용 인덕터에 연결되고, 타단이 상기 제2 출력용 커패시터의 타단에 연결되는 평활용 커패시터를 포함한다.In one embodiment, the LC filter unit has a smoothing inductor, one end of which is connected to one end of the first output capacitor and one end of which is connected to the smoothing inductor, and the other end of which is connected to the other end of the second output capacitor. And a smoothing capacitor.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

먼저, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면 하프-브릿지 스위칭부의 스위치들이 소프트 스위칭 동작을 하므로 스위칭 손실을 줄일 수 있어 변환효율이 매우 우수한 장점이 있다.First, according to the DC / DC converter of the present invention, since the switches of the half-bridge switching unit perform a soft switching operation, the switching loss can be reduced, so the conversion efficiency is very excellent.

또한, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면 소프트 스위칭 동작을 위한 LC공진에 별도의 공진 리액터가 필요없이 변압기부의 누설리액턴스를 이용하여 공진시킴으로써 수동소자의 수를 줄여 비용이 낮고, 고 전력 밀도화에 적합한 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, according to the DC / DC converter of the present invention, there is no need for a separate resonance reactor in the LC resonance for soft switching operation, and by using the leakage reactance of the transformer to resonate, the number of passive elements is reduced, so that the cost is low and high power density is achieved. Suitable converters can be provided.

또한, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면 변압기부의 출력측 코일에 두 개의 다이오드와 출력용 커패시터를 배압회로로 사용하여 고승압에 유리한 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, according to the DC / DC converter of the present invention, by using two diodes and an output capacitor as a back-up circuit in the output side coil of the transformer unit, it is possible to provide a converter that is advantageous for high boost.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.The terms used in the present invention were selected as general terms as widely used as possible, but in some cases, the terms arbitrarily selected by the applicant are included. In this case, the meanings described or used in the detailed description of the present invention are considered, rather than simply the names of the terms. The meaning should be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터를 보여주는 도면이고, 도 2 및 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 동작을 설명하는 도면이고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 직렬공진 등가회로이다.1 is a view showing a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention, Figures 2 and 4 are views illustrating the operation of the DC / DC converter according to an embodiment of the present invention, Figure 3 A series resonance equivalent circuit of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 하프-브릿지 스위칭부(110), 변압기부(120), 정류부(130) 및 출력부(140)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the DC / DC converter 100 according to an embodiment of the present invention includes a half-bridge switching unit 110, a transformer unit 120, a rectifier 130, and an output unit 140. Is done.

상기 하프-브릿지 스위칭부(110)는 입력직류전원(Vin)을 아래에서 설명할 변압기부(120)로 공급한다. The half-bridge switching unit 110 supplies an input DC power supply (V in ) to the transformer unit 120 to be described below.

더욱 자세하게는, 상기 하프-브릿지 스위칭부(110)는 상기 변압기부(120)의 입력측 코일(121)의 양방향으로 교번적으로 전류가 흐르도록 상기 입력직류전원(Vin)을 공급한다.More specifically, the half-bridge switching unit 110 supplies the input DC power (V in ) so that current alternately flows in both directions of the input side coil 121 of the transformer unit 120.

또한, 상기 하프-브릿지 스위칭부(110)는 상기 입력직류전원(Vin)에 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되어, 상기 입력직류전원(Vin)을 나누어 저장하는 제1 입력용 커패시터(111) 및 제2 입력용 커패시터(112)와 상기 제1 입력용 커패시터(111) 또는 상기 제2 입력용 커패시터(112)에 저장된 전원을 각각 상기 입력측 코일(121)의 양측으로 교번적으로 공급되게 하는 제1 스위치(113) 및 제2 스위치(114)를 포함한다.In addition, the half-bridge switching unit 110 is connected in parallel to the input DC power supply (V in ) and connected in series with each other, the first input capacitor 111 for dividing and storing the input DC power supply (V in ). ) And the power stored in the second input capacitor 112 and the first input capacitor 111 or the second input capacitor 112 are alternately supplied to both sides of the input side coil 121, respectively. The first switch 113 and the second switch 114 is included.

또한, 상기 제1 스위치(113)는 '온'되었을 때, 상기 제1 입력용 커패시터(111) 및 상기 입력측 코일(121)과 하나의 폐루프를 이루며 연결되고, 상기 제2 스위치는 '온'되었을 때, 상기 제2 입력용 커패시터(112) 및 상기 입력측 코일(121)과 다른 하나의 폐루프를 이루며 연결된다. When the first switch 113 is 'on', the first switch 113 is connected to the first input capacitor 111 and the input side coil 121 in a closed loop, and the second switch is turned on. In this case, the second input capacitor 112 and the input side coil 121 are connected to each other in a closed loop.

즉, 상기 스위치들(113,114)은 교번적으로 '온'되어 상기 입력측 코일에 서로 다른 방향으로 전류가 흘러가게 한다.That is, the switches 113 and 114 are alternately 'on' so that current flows in different directions to the input side coil.

더욱 자세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 하기로 한다.A more detailed description will be given with reference to FIGS. 2 and 3.

상기 변압기부(120)는 상기 각 입력용 커패시터(111,112)에 저장된 전원을 승압하고, 권선비가 a인 입력측 코일(121) 및 출력측 코일(122)을 포함한다.The transformer unit 120 boosts power stored in each of the input capacitors 111 and 112, and includes an input side coil 121 and an output side coil 122 having a winding ratio a.

또한, 상기 변압기부(120)는 상기 입력직류전원(Vin)과 아래에서 설명할 출력 직류전원(Vout)을 절연하는 역할을 한다.In addition, the transformer unit 120 insulates the input DC power (V in ) and the output DC power (V out ) to be described below.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 변압기부(120)를 고주파변압기로 구비하였다.In the embodiment of the present invention, the transformer unit 120 is provided with a high frequency transformer.

상기 정류부(130)는 상기 변압기부(120)의 출력측 코일(122)에 연결되고, 상기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 정류한다.The rectifier 130 is connected to the output side coil 122 of the transformer unit 120 to rectify the boosted power boosted by the transformer unit 120.

또한, 상기 정류부(130)는 애노드가 상기 출력측 코일(122)의 일단에 연결되는 제1 다이오드(131) 및 캐소드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제2 다이오드(132)를 포함한다.In addition, the rectifier 130 includes a first diode 131 having an anode connected to one end of the output side coil 122 and a second diode 132 having a cathode connected to one end of the output side coil 122.

상기 출력부(140)는 상기 정류부(130)에서 정류된 승압전원을 충전하여 출력직류전원을 형성하며, 일단은 상기 제1 다이오드(131)의 캐소드에 연결되고 타단은 상기 출력측 코일(122)의 타단에 연결되는 제1 출력용 커패시터(141) 및 일단은 상기 제1 다이오드(131)의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드(132)의 애노드에 연결되는 제2 출력용 커패시터(142)를 포함하여 이루어진다.The output unit 140 charges the boosted power rectified by the rectifier 130 to form an output DC power source, one end of which is connected to the cathode of the first diode 131, and the other end of the output side coil 122. A first output capacitor 141 connected to the other end and a second output capacitor 142 connected to the other end of the first diode 131 and the other end connected to an anode of the second diode 132. Is done.

즉, 상기 정류부(130) 및 상기 출력부(140)는 상기 변압기부(120)에서 출력되는 승압전원을 배압하여 출력하므로 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 고승압에 유리한 장점이 있다.That is, since the rectifier 130 and the output unit 140 backs up the boosted power output from the transformer unit 120 and outputs the boosted power, the DC / DC converter 100 according to the embodiment of the present invention has a high boost voltage. There is an advantage.

또한, 상기 출력부(140)에는 상기 출력직류전원을 평활하는 LC필터부(150)가 연결될수 있고, 상기 LC필터부(150)는 일단이 상기 제1 출력용 커패시터(141)의 일단에 연결되는 평활용 인덕터(151) 및 일단이 상기 평활용 인덕터(151)에 연결되고, 타단이 상기 제2 출력용 커패시터의 타단에 연결되는 평활용 커패시터(152)를 포함할 수 있다.In addition, the output unit 140 may be connected to the LC filter unit 150 for smoothing the output DC power supply, the LC filter unit 150 is one end is connected to one end of the first output capacitor 141. The smoothing inductor 151 and one end thereof may be connected to the smoothing inductor 151, and the other end thereof may include a smoothing capacitor 152 connected to the other end of the second output capacitor.

또한, 상기 평활용 커패시터(152)는 상기 출력용 커패시터들(141,142)과 함께 상기 출력직류전원을 평활하므로 용량이 작아지는 장점이 있다.In addition, since the smoothing capacitor 152 smoothes the output DC power together with the output capacitors 141 and 142, the smoothing capacitor 152 has an advantage of decreasing capacity.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)의 동작을 설명하면, 먼저, 상기 제1 스위치(113)가 '온'되고, 상기 입력직류전원(Vin), 상기 제1 스위치(113), 상기 입력측 코일(121) 및 상기 제2 입력용 커패시터(112)가 하나의 폐루프를 형성하며, 상기 제1 입력용 커패시터(111)에 상기 입력직류전원(Vin)이 분압되어 충전된다.Referring to FIGS. 2 to 4, the operation of the DC / DC converter 100 according to an embodiment of the present invention will be described. First, the first switch 113 is 'on' and the input DC power source V in ), the first switch 113, the input side coil 121, and the second input capacitor 112 form a closed loop, and the input DC power source is connected to the first input capacitor 111. (V in ) is divided and charged.

다음, 상기 제1 입력용 커패시터(111)에 충전된 전원에 의해 상기 입력측 코일(121)에는 일 측 방향으로 전류가 흐르게 된다.Next, current flows in one direction to the input side coil 121 by the power charged in the first input capacitor 111.

그러나, 상기 제2 스위치(114)가 먼저 '온'되어 상기 제2 입력용 커패시터(112)가 먼저 충전될 수 있음은 물론이다.However, it is a matter of course that the second switch 114 is first turned on so that the second input capacitor 112 is charged first.

다음, 상기 출력측 코일(122)에 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(122), 상기 제1 다이오드(131) 및 상기 제1 출력용 커패시터(141)가 하나의 폐루프를 형성하여, 상기 제1 출력용 커패시터(141)는 상기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 충전한다.Next, a current is induced in the output side coil 122, and the output side coil 122, the first diode 131, and the first output capacitor 141 form one closed loop, thereby providing the first output. The capacitor 141 charges the boosted power boosted by the transformer unit 120.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 상기 변압기부(120)의 누설리액턴스(Ll)와 상기 제1 출력용 커패시터(141)의 커패시턴스(Cs)에 의해 공진을 하게 되고, 도 3과 같이 직렬공진 등가회로로 도시할 수 있다.In this case, the DC / DC converter 100 according to the embodiment of the present invention may cause resonance by the leakage reactance L 1 of the transformer unit 120 and the capacitance C s of the first output capacitor 141. As shown in FIG. 3, a series resonance equivalent circuit may be illustrated.

또한, 상기 누설리액턴스(Ll)의 값은 아래의 수학식 1과 같이 상기 변압기 부(120)의 입력측 코일(121)의 누설리액턴스(Ll1)에 출력측 코일(122)의 누설리액턴스(Ll2)를 입력측으로 환원하여 합한 값으로 표현할 수 있다.In addition, the leakage reactance of the leakage reactance of the output coil (122) to (L l1) of the input-side coil 121 of the transformer 120 as shown in Equation 1 below, the value of the leakage reactance (L l) (L l2 ) Can be reduced to the input side and expressed as a sum.

Figure 112009057008014-pat00001
Figure 112009057008014-pat00001

여기서, a는 상기 변압기부(120)의 권수비이다.Here, a is the turn ratio of the transformer unit 120.

또한, 상기 제1 출력용 커패시터(141)의 커패시턴스(Cs) 역시 아래의 수학식2와 같이 상기 변압기부(120)의 입력측으로 환원하여 계산된다.In addition, the capacitance C s of the first output capacitor 141 is also calculated by reducing to the input side of the transformer unit 120 as shown in Equation 2 below.

Figure 112009057008014-pat00002
Figure 112009057008014-pat00002

여기서, a는 상기 변압기부(120)의 권수비이다.Here, a is the turn ratio of the transformer unit 120.

또한, 상기 직렬공진 등가회로에서 공진주파수(fo)는 아래의 수학식 3과 같다.In addition, in the series resonance equivalent circuit, the resonance frequency f o is expressed by Equation 3 below.

Figure 112009057008014-pat00003
Figure 112009057008014-pat00003

또한, 상기 공진주파수(fo)가 상기 제1 스위치(113)의 스위칭 주파수보다 크다면, 인덕터 전류(Il)는 불연속이 되며, 상기 제1 스위치(113)가 '온'되는 순간 상 기 인덕터 전류(Il)는 0[A]에서 시작되어 영전류 스위칭(ZCS:Zero current swiching)동작이 되고, 상기 제1 스위치(113)가 '오프'되기 전 공진이 종료되어 상기 제1 스위치(113)에 흐르는 전류는 0[A]이 되므로, 상기 제1 스위치(113)는 '온' 및 '오프'시에 모두 소프트 스위칭이 이루어져 스위칭 손실이 없게 된다.In addition, the resonance frequency (f o) is the first surface is greater than the switching frequency of the switch 113, the inductor current (I l) is the discrete, said first switch time a group (113) is "on" The inductor current I 1 starts at 0 [A] and becomes zero current switching (ZCS) operation, and resonance is terminated before the first switch 113 is 'off', so that the first switch ( Since the current flowing through 113 becomes 0 [A], the first switch 113 is soft switched at both 'on' and 'off', and thus there is no switching loss.

또한, 별도의 공진용 리액터를 구비하지 않고도 소프트 스위칭을 구현할 수 있으므로 수동소자가 추가되는 것을 줄일 수 있다.In addition, since the soft switching can be implemented without a separate resonance reactor, it is possible to reduce the addition of passive elements.

다음, 상기 제1 스위치(113)가 '오프'되고, 상기 제2 스위치(114)가 '온'되며, 상기 입력직류전원(Vin), 상기 제2 스위치(114), 상기 입력측 코일(121) 및 상기 제1 입력용 커패시터(111)가 하나의 폐루프를 형성하고, 상기 제2 입력용 커패시터(112)에 상기 입력직류전원(Vin)이 분압되어 충전되며, 상기 제2 입력용 커패시터(112)에 충전된 전원에 의해 상기 입력측 코일(121)에는 타 측 방향으로 전류가 흐르게 된다.Next, the first switch 113 is 'off', the second switch 114 is 'on', the input DC power supply (V in ), the second switch 114, the input side coil 121 ) And the first input capacitor 111 form a closed loop, and the input DC power supply V in is divided and charged in the second input capacitor 112, and the second input capacitor is charged. Due to the power charged in the 112, the current flows to the input side coil 121 in the other direction.

다음, 상기 출력측 코일(121)에 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(121), 상기 제2 다이오드(132) 및 상기 제2 출력용 커패시터(142)가 하나의 폐루프를 형성하여, 상기 제2 출력용 커패시터(142)는 상기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 충전한다.Next, a current is induced in the output side coil 121, and the output side coil 121, the second diode 132, and the second output capacitor 142 form one closed loop to form the second output. The capacitor 142 charges the boosted power boosted by the transformer unit 120.

또한, 상기 제2 스위치(114)의 영전류 스위칭 동작은 상기 제1 스위치(113)의 영전류 스위칭 동작과 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.In addition, the zero current switching operation of the second switch 114 is the same as the zero current switching operation of the first switch 113 will be omitted.

따라서, 상기 스위치들(113,114)은 모두 소프트 스위칭 구현이 가능하다.Accordingly, the switches 113 and 114 can all be soft switching implemented.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 시뮬레이션 결과이다.5 is a simulation result of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 제1 스위치(113) 및 상기 제2 스위치(114)에 각각 흐르는 전류(Isw1,Isw2)는 불연속이며, 공진에 의해 구형파가 아닌 정현파 형태의 전류로 흐르고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the currents I sw1 and I sw2 flowing through the first switch 113 and the second switch 114 are discontinuous and flow in a sinusoidal current instead of a square wave due to resonance. Able to know.

또한, 이러한 전류의 불연속 흐름에 의해 상기 각 스위치들(113,114) 영전류 스위칭 동작을 하고 있음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the zero current switching operation of each of the switches 113 and 114 is caused by the discontinuous flow of current.

또한, 상기 입력직류전압(Vin)이 72[V]일 경우 360[V]의 출력직류전압이 출력되고 있으며, 출력직류전압의 리플도 거의 없음을 알 수 있고, 출력효율도 97.5[%]로 매우 우수하였다.In addition, when the input DC voltage (V in ) is 72 [V], the output DC voltage of 360 [V] is outputted, and it can be seen that there is almost no ripple of the output DC voltage, and the output efficiency is 97.5 [%]. Was very good.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터를 보여주는 도면이고, 1 is a view showing a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention,

도 2 및 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 동작을 설명하는 도면이고, 2 and 4 are views for explaining the operation of the DC / DC converter according to an embodiment of the present invention,

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 직렬공진 등가회로이고,3 is a series resonance equivalent circuit of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 시뮬레이션 결과이다.5 is a simulation result of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.In the drawings according to the present invention, the same reference numerals are used for components having substantially the same configuration and function.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100:DC/DC컨버터 110:하프-브릿지 스위칭부100: DC / DC converter 110: half-bridge switching unit

111:제1 입력용 커패시터 112:제2 입력용 커패시터111: capacitor for first input 112: capacitor for second input

113:제1 스위치 114:제2 스위치113: first switch 114: second switch

120:변압기부 121:입력측 코일120: transformer section 121: input side coil

122:출력측 코일 130:정류부122: output side coil 130: rectifier

131:제1 다이오드 132:제2 다이오드131: first diode 132: second diode

140:출력부 141:제1 출력용 커패시터140: output unit 141: first output capacitor

142:제2 출력용 커패시터 150:필터부142: second output capacitor 150: filter

151:평활용 인덕터 152:평활용 커패시터151: smoothing inductor 152: smoothing capacitor

Claims (3)

입력직류전원을 하기 변압기부의 입력측 코일 양측으로 공급되게 하며, 상기 입력직류전원에 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 제1 입력용 커패시터 및 제2 입력용 커패시터와 상기 제1 입력용 커패시터 또는 상기 제2 입력용 커패시터의 전원을 각각 상기 입력측 코일의 양측으로 교번적으로 공급되게 하는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하되, 수동소자인 공진용 리액터를 구비하지 않는 하프-브릿지 스위칭부;An input DC power is supplied to both sides of an input side coil of a transformer, and a first input capacitor and a second input capacitor and a first input capacitor or the first input capacitor connected in parallel to the input DC power supply and connected in series with each other. A half-bridge switching unit including a first switch and a second switch to alternately supply power of a second input capacitor to both sides of the input side coil, and not including a resonance reactor as a passive element; 상기 각 입력용 커패시터의 전원을 승압하여 승압전원을 출력하며, 입력측 코일 및 출력측 코일을 구비하는 변압기부;A transformer unit for boosting the power of each input capacitor to output a boosted power, the transformer unit having an input side coil and an output side coil; 상기 출력측 코일에 연결되고, 상기 승압전원을 정류하며, 애노드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제1 다이오드 및 캐소드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제2 다이오드를 구비하는 정류부;A rectifier connected to the output side coil, rectifying the boosted power source, and having a first diode connected to an end of the output side coil and a second diode connected to a first end of the output coil; 상기 정류부에서 정류된 승압전원을 충전하여 출력직류전원을 형성하며, 일단은 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결되고 타단은 상기 출력측 코일의 타단에 연결되는 제1 출력용 커패시터 및 일단은 상기 제1 출력용 커패시터의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되는 제2 출력용 커패시터를 구비하는 출력부;를 포함하며,A first output capacitor connected to the cathode of the first diode and the other end connected to the other end of the output side coil and one end of the first output capacitor are charged with the boosted power rectified by the rectifier. And an output having a second output capacitor connected to the other end of the second end and connected to an anode of the second diode. 상기 스위칭부의 스위칭주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제1 출력용 커패시터 또는 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제2 출력용 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 하며, 상기 공진주파수는 아래의 수학식을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 DC/DC컨버터.The switching frequency of the switching unit is lower than the resonant frequency caused by the leakage reactance of the transformer unit and the leakage reactance of the first output capacitor or the transformer unit and the capacitance of the second output capacitor, so that soft switching is performed. DC / DC converter, characterized in that calculated using the equation. [수학식][Equation]
Figure 112011022078960-pat00009
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여기서, f0는 상기 공진주파수이고, Ll은 상기 변압기부의 누설리액턴스이고, Ll1은 상기 변압기부의 입력측 누설리액턴스이고, Ll2은 상기 변압기부의 출력측 누설리액턴스이고, Cs는 상기 제1 커패시터 또는 상기 제2 커패시터를 상기 변압기부의 입력측으로 환원한 커패시턴스이고, C는 상기 제1 커패시터 또는 상기 제2 커패시터의 용량이다.Here, f 0 is the resonant frequency, L l is the leakage reactance of the transformer portion, L l1 is an input side leakage reactance of the transformer portion, L l2 is output leakage reactance of the transformer unit, C s is the first capacitor or It is a capacitance which reduced the said 2nd capacitor to the input side of the said transformer part, and C is the capacitance of the said 1st capacitor or the said 2nd capacitor.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 출력부에 연결되며, 상기 출력직류전원을 평활하는 LC필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC컨버터.And an LC filter unit connected to the output unit and smoothing the output DC power supply. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 LC필터부는 일단이 상기 제1 출력용 커패시터의 일단에 연결되는 평활용 인덕터 및 일단이 상기 평활용 인덕터에 연결되고, 타단이 상기 제2 출력용 커패시터의 타단에 연결되는 평활용 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC컨버터.The LC filter unit may include a smoothing inductor having one end connected to one end of the first output capacitor and a smoothing capacitor having one end connected to the smoothing inductor and the other end connected to the other end of the second output capacitor. DC / DC converter.
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