KR101435469B1

KR101435469B1 - Zero voltage switching dc-dc converter

Info

Publication number: KR101435469B1
Application number: KR1020130031110A
Authority: KR
Inventors: 정세교
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2033-03-22

Abstract

직류-직류 컨버터가 개시된다. 본 직류-직류 컨버터는, 전원에서 접지로 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 스위칭부, 인덕터 및 커패시터를 포함하며, 제1 스위치 및 제2 스위치 중 적어도 하나와 병렬 연결되는 공진부, 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 유기하는 트랜스부, 및, 트랜스부에서 출력되는 전압을 정류하여 직류 전압으로 출력하는 정류부를 포함한다. A DC-DC converter is disclosed. The DC-DC converter includes a resonance unit including a switching unit including a first switch and a second switch connected in series from a power source to ground, an inductor and a capacitor, and connected in parallel with at least one of the first switch and the second switch, A transformer for transforming the voltage applied to the primary winding according to the switching operation of the switching unit into a secondary winding, and a rectifier for rectifying the voltage output from the transformer and outputting the rectified voltage as a DC voltage.

Description

[0001] ZERO VOLTAGE SWITCHING DC-DC CONVERTER [0002]

본 발명은 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 스위칭 회로와 병렬 연결된 공진 회로를 사용하여 넓은 부하범위에서 사용가능한 컨버터에 관한 것이다. The present invention relates to a zero-voltage switching DC-DC converter, and more particularly, to a converter that can be used in a wide load range by using a resonant circuit connected in parallel with a switching circuit.

최근에 전자 장치가 소형화되면서, 전자 장치에 전원을 공급하는 전력 변환기 역시 소형화가 요청되고 있다. 이러한 전력 변환기의 소형화를 위해서는 고주파 스위칭이 필수적으로 요구되나, 스위칭 주파수가 높아질 경우, 전력용 반도체 소자의 스위칭 손실에 의해 전력 변환기의 효율이 매우 낮아지며, 발열로 인해 실제 구현이 불가능한 경우가 있다. Background Art [0002] With the recent miniaturization of electronic devices, power converters that supply power to electronic devices have also been required to be miniaturized. In order to miniaturize the power converter, high frequency switching is indispensably required. However, when the switching frequency is increased, the efficiency of the power converter is extremely reduced due to the switching loss of the power semiconductor device.

이러한 전력용 반도체 소자의 스위칭 손실을 줄이기 위하여, 종래에는 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching), 영전류 스위칭(Zero Current Switching), 공진형 컨버터(Resonant Converter) 등의 소프트 스위칭(Soft Swiching) 기술을 이용하였다. In order to reduce the switching loss of such a power semiconductor device, conventionally, a soft switching technique such as zero voltage switching, zero current switching, resonant converter, or the like is used Respectively.

그러나 종래의 소프트 스위칭은 부하 조건에 따라 특성이 크게 달라져서 넓은 부하범위에서 소프트 스위칭 효과를 얻기 어려운 점이 있었다. However, the conventional soft switching greatly differs in characteristics depending on the load conditions, making it difficult to obtain a soft switching effect in a wide load range.

따라서, 넓은 부하 범위에서도 소프트 스위칭 효과를 갖는 전력변환장치가 요구되었다. Therefore, there is a demand for a power conversion device having a soft switching effect even in a wide load range.

따라서, 본 발명의 목적은 스위칭 회로와 병렬 연결된 공진 회로를 사용하여 넓은 부하범위에서 사용가능한 컨버터를 제공하는 데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a converter usable in a wide load range by using a resonant circuit connected in parallel with a switching circuit.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터는 전원에서 접지로 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 스위칭부, 인덕터 및 커패시터를 포함하며, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나와 병렬 연결되는 공진부, 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 유기하는 트랜스부, 및, 상기 트랜스부에서 출력되는 전압을 정류하여 직류 전압으로 출력하는 정류부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a zero-voltage switching DC-DC converter including a switching unit including a first switch and a second switch connected in series from a power source to ground, an inductor and a capacitor, A transformer connected to the transformer in parallel with at least one of the first and second switches, a transformer for converting a voltage applied to the primary winding into a secondary winding according to a switching operation of the switching unit, And outputting it as a DC voltage.

이 경우, 상기 공진부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 모두 오프된 경우, 상기 제1 스위치의 양단 전압 및 상기 제2 스위치의 양단 전압이 0 전압을 갖도록 할 수 있다. In this case, when both of the first switch and the second switch are turned off, the resonance unit may make the both-end voltage of the first switch and the both-end voltage of the second switch have zero voltage.

한편, 상기 직류-직류 컨버터는, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치가 교번적으로 스위칭 되도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. The DC-DC converter may further include a controller for controlling the switching unit such that the first switch and the second switch are alternately switched.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화하면, 기설정된 제1 시간 이후에 오프 상태의 제2 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화하면, 기설정된 제2 시간 이후에 오프 상태의 제1 스위치를 온시킬 수 있다. In this case, when the first switch is changed from the on state to the off state, the control unit turns on the second switch in the off state after a predetermined first time, and when the second switch changes from the on state to the off state , It is possible to turn on the first switch in the off state after a predetermined second time.

한편, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 MOSFET일 수 있다. Meanwhile, the first switch and the second switch may be MOSFETs.

이 경우, 상기 MOSFET은 출력 커패시터를 구비하며, 상기 공진부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 모두 오프된 경우, 상기 출력 커패시터의 충전된 전하를 방전시킬 수 있다. In this case, the MOSFET has an output capacitor, and the resonance part can discharge the charged electric charge of the output capacitor when both the first switch and the second switch are off.

한편, 상기 제1 스위치는, 일 단이 상기 전원과 연결되며, 타 단이 상기 트랜스부 및 상기 제2 스위치와 공통 연결되며, 상기 제2 스위치는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단 및 상기 트랜스부와 공통 연결되며, 타 단이 상기 접지와 연결될 수 있다. The other end of the first switch is connected to the power source and the other end of the first switch is commonly connected to the transformer and the second switch. And the other end may be connected to the ground.

이 경우, 상기 공진부는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단, 상기 트랜스부와 공통 연결되는 인덕터, 및, 일 단이 상기 인덕터의 타 단과 연결되며, 타 단이 상기 제2 스위치의 타 단 및 상기 접지와 공통 연결되는 제1 커패시터를 포함할 수 있다. In this case, the resonance unit includes an inductor whose one end is connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and the transformer unit in common, and one end connected to the other end of the inductor, And a first capacitor commonly connected to the other end of the second switch and the ground.

이 경우, 상기 트랜스부는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단 및 상기 인덕터의 일 단과 공통 연결되는 제2 커패시터, 및, 1차 권선의 일 단이 상기 제2 커패시터의 타 단과 연결되고, 상기 1차 권선의 타 단이 상기 제1 커패시터의 타 단 및 상기 제2 스위치의 타 단과 공통 연결되며, 2차 권선이 상기 정류부와 연결된 변압기를 포함할 수 있다. In this case, the transformer may include a second capacitor whose one end is commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and one end of the inductor, and one end of the primary winding, And a transformer connected to the other end of the capacitor, the other end of the primary winding being commonly connected to the other end of the first capacitor and the other end of the second switch, and the secondary winding being connected to the rectification part.

한편, 상기 공진부는, 일 단이 상기 제1 스위치의 일 단과 연결되는 인덕터, 및, 일 단이 상기 인덕터의 타 단과 연결되며, 타 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단, 상기 트랜스부와 공통 연결되는 제1 커패시터를 포함할 수도 있다. The inductor has one end connected to one end of the first switch and the other end connected to the other end of the inductor. The other end of the inductor is connected to the other end of the first switch, However, it may include a first capacitor commonly connected to the transformer.

한편, 상기 공진부는, 직렬 연결된 제1 공진 커패시터 및 제2 공진 커패시터를 포함하며, 상기 전원과 병렬 연결된 제1 커패시터부, 및, 일 단이 상기 제1 공진 커패시터 및 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단 및 상기 트랜스부와 공통 연결되며, 타 단이 상기 제1 공진 커패시터 및 상기 제2 공진 커패시터와 공통 연결된 인덕터를 포함할 수 있다. The resonance unit may include a first capacitor unit including a first resonance capacitor and a second resonance capacitor connected in series and connected in parallel with the power source, and a second capacitor unit having one end connected to the first resonance capacitor, And an inductor commonly connected to one end of the second switch and the transformer, and the other end commonly connected to the first resonant capacitor and the second resonant capacitor.

이 경우, 상기 트랜스부는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단 및 상기 인덕터의 타 단과 공통 연결되는 제2 커패시터, 및, 1차 권선의 일 단이 상기 제2 커패시터의 타 단과 연결되고, 상기 1차 권선의 타 단이 상기 제1 공진 커패시터 및 상기 제2 공진 커패시터와 공통 연결되며, 2차 권선이 상기 정류부와 연결된 변압기를 포함할 수 있다. In this case, the transformer may include a second capacitor whose one end is commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch and the other end of the inductor, and one end of the primary winding, And a transformer connected to the other end of the capacitor, the other end of the primary winding being connected in common to the first resonant capacitor and the second resonant capacitor, and the secondary winding being connected to the rectification portion.

한편, 상기 트랜스부는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단 및 상기 인덕터의 타 단과 공통 연결되는 제2 커패시터, 및, 1차 권선의 일 단이 상기 제2 커패시터의 타 단과 연결되고, 상기 1차 권선의 타 단이 상기 제2 공진 커패시터의 타 단 및 상기 제2 스위치의 타 단과 공통 연결되며, 2차 권선이 상기 정류부와 연결된 변압기를 포함할 수 있다. The transformer may include a second capacitor whose one end is commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch and the other end of the inductor, and one end of the primary winding, And the other end of the primary winding is commonly connected to the other end of the second resonant capacitor and the other end of the second switch, and the secondary winding is connected to the rectification part.

한편, 본 직류-직류 컨버터는, 직렬 연결된 제4 커패시터 및 제5 커패시터를 포함하며, 상기 전원과 병렬 연결된 제2 커패시터부를 더 포함하고, 상기 트랜스부는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단 및 상기 공진부의 일 단과 공통 연결되는 제2 커패시터, 및, 1차 권선의 일 단이 상기 제2 커패시터의 타 단과 연결되고, 상기 1차 권선의 타 단이 상기 제4 커패시터 및 상기 제5 커패시터와 공통 연결되며, 2차 권선이 상기 정류부와 연결된 변압기를 포함할 수 있다. The DC-DC converter further includes a fourth capacitor connected in series and a fifth capacitor, and a second capacitor connected in parallel to the power source. The transformer has one end connected to the other end of the first switch, A second capacitor commonly connected to one end of the second switch and one end of the resonant part; and a second capacitor connected to one end of the first capacitor and the other end of the first capacitor, A capacitor, and a transformer connected in common with the fifth capacitor and having a secondary winding connected to the rectification part.

본 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터는 새로운 방식의 영전압 스위칭 회로를 구비한 직류-직류 컨버터 회로를 이용하여 넓은 부하범위에서 영전압 스위칭을 가능하게 되며, 이에 따라 스위칭 손실을 줄여 효율을 향상시키고, 이에 따라 스위칭 손실에 의해 제한되었던 고주파 스위칭이 가능하게 되므로 컨버터의 소형화를 이룰 수 있게 된다. The zero-voltage switching DC-DC converter according to the present embodiment enables zero voltage switching in a wide load range by using a DC-DC converter circuit having a new zero voltage switching circuit, thereby reducing switching loss Frequency switching, which is limited by the switching loss, becomes possible, and thus miniaturization of the converter can be achieved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도,
도 3은 제1 실시 예에 따른 제1 스위칭 상태에서의 전류 패스를 도시한 도면,
도 4는 제1 실시 예에 따른 제2 스위칭 상태에서의 전류 패스를 도시한 도면,
도 5는 제1 실시 예에 따른 복수의 스위칭 상태에서의 전류 패스를 도시한 도면,
도 6은 도 2의 회로도에서의 각 노드 전압을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도,
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도,
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도,
도 10은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도, 그리고,
도 11은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a zero-voltage switching DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a zero-voltage switching DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention,
3 is a view showing a current path in the first switching state according to the first embodiment,
4 is a view showing a current path in a second switching state according to the first embodiment,
5 is a view showing a current path in a plurality of switching states according to the first embodiment,
FIG. 6 is a diagram showing voltage of each node in the circuit diagram of FIG. 2,
7 is a circuit diagram of a zero-voltage switching DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention,
8 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a third embodiment of the present invention,
9 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a fourth embodiment of the present invention,
10 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a fifth embodiment of the present invention,
11 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a sixth embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일시 예를 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, a temporal example of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 구성을 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a zero voltage switching DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 직류-직류 컨버터(100)는 스위칭부(110), 공진부(120), 트랜스부(130), 정류부(140) 및 제어부(150)로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the DC-DC converter 100 may include a switching unit 110, a resonator unit 120, a transformer unit 130, a rectifier unit 140, and a controller 150.

스위칭부(110)는 복수의 스위치를 포함하며, DC 전원을 선택적으로 출력한다. 구체적으로, 스위칭부(110)는 전원에서 접지로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 제1 스위치 및 제2 스위치의 교번적인 스위칭 동작에 의하여 일정 주파수의 펄스형 전압을 생성할 수 있다. 스위칭부(110)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다. 여기서 제1 스위치 및 제2 스위치는 전력용 반도체 스위치인 MOSFET일 수 있으며, IGBT, SiC, GaN 트랜지스터와 같은 반도체 소자일 수 있다. The switching unit 110 includes a plurality of switches and selectively outputs DC power. Specifically, the switching unit 110 includes a first switch and a second switch connected to ground from a power source, and can generate a pulse-like voltage having a predetermined frequency by an alternating switching operation of the first switch and the second switch . The specific configuration of the switching unit 110 will be described later with reference to Fig. Here, the first switch and the second switch may be MOSFETs, which are power semiconductor switches, and may be semiconductor devices such as IGBT, SiC, and GaN transistors.

공진부(120)는 스위칭부(110)의 제1 스위칭 및/또는 제2 스위치와 병렬 연결되며, 제1 스위치 및 제2 스위치 모두가 오프된 경우, 제1 스위치의 양단 전압 및 상기 제2 스위치의 양단 전압이 0 전압을 갖도록 한다. 공진부(120)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다. 한편, 공진부(120)는 도 2에 도시된 형태뿐만 아니라, 도 3, 도 10, 도 11과 같은 형태로도 구현될 수 있다. The resonance unit 120 is connected in parallel to the first switch and / or the second switch of the switching unit 110. When both the first switch and the second switch are turned off, both the voltage across the first switch and the voltage across the second switch So that the voltage across both terminals of the transistor Q1 has a zero voltage. A specific configuration of the resonator 120 will be described with reference to Fig. The resonator unit 120 may be implemented not only in the configuration shown in FIG. 2 but also in the configurations shown in FIGS. 3, 10, and 11.

트랜스부(130)는 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 유기한다. 트랜스부(130)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다. 한편, 트랜스부(130)는 도 2에 도시된 형태뿐만 아니라, 도 7과 같은 형태로도 구현될 수 있다. The transformer 130 induces a voltage applied to the primary winding to a secondary winding according to the switching operation of the switching unit. A concrete configuration of the transformer 130 will be described with reference to FIG. Meanwhile, the transformer 130 can be realized not only in the form shown in FIG. 2, but also in the form shown in FIG.

정류부(140)는 트랜스부(130)에서 출력되는 전압을 정류하여 직류 전압으로 출력한다. 구체적으로, 정류부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 센터-탭 정류기로 구현될 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 풀-브리지 정류기로 구현될 수도 있다. The rectifying unit 140 rectifies the voltage output from the transformer 130 and outputs the rectified voltage as a DC voltage. Specifically, the rectifier 140 may be implemented as a center-tap rectifier as shown in FIG. 2, or may be implemented as a full-bridge rectifier as shown in FIG.

제어부(150)는 제1 스위치 및 제2 스위치가 교번적으로 스위칭 되도록 스위칭부(110)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(150)는 암 쇼트(Arm short) 방지 및 영전압 스위칭 구간 확보를 위해 일정시간 두 스위치 모두가 OFF되도록 제1 스위치 및 제2 스위치를 교번적으로 스위칭한다. 예를 들어, 제어부(150)는 제1 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화되면, 기설정된 제1 시간 이후에 제2 스위치를 온시키고, 제2 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화되면, 기설정된 제2 시간 이후에 제1 스위치를 온시킬 수 있다. 여기서 기설정된 제1 시간 및 제2 시간은 같을 수 있으며, 다를 수도 있다. The control unit 150 controls the switching unit 110 so that the first switch and the second switch are alternately switched. Specifically, the controller 150 alternately switches the first switch and the second switch such that both switches are turned off for a predetermined time in order to prevent an arm short and secure a zero voltage switching period. For example, when the first switch is changed from the on state to the off state, the controller 150 turns on the second switch after a predetermined first time, and when the second switch is changed from the on state to the off state, It is possible to turn on the first switch after the set second time. Here, the predetermined first time and the predetermined second time may be the same or different.

이상과 같이 본 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)는 제1 스위치 및 제2 스위치가 오픈된 상태인 경우에 제1 스위치 및 제2 스위치의 양단 전압을 0 전압으로 만드는 공진부(120)를 구비하는바, 부하 조건과 무관하게 영전압 스위칭을 수행할 수 있게 된다.
As described above, the DC-DC converter 100 according to the present embodiment includes the resonance unit 120 that converts the voltages across the first and second switches to 0 when the first switch and the second switch are open, So that zero voltage switching can be performed regardless of the load condition.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영전합 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. FIG. 2 is a circuit diagram of an electromagnetism switching DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention.

스위칭부(110)는 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112)를 포함한다. The switching unit 110 includes a first switch 111 and a second switch 112.

제1 스위치(111)는 제어부(150)에서 제공되는 제어 신호에 따라 선택적으로 스위칭을 한다. 구체적으로, 제1 스위치(111)는 앞 단이 전원(101)과 연결되며, 타 단이 공진부(120)의 일 단, 트랜스부(130) 및 제2 스위치(112)와 공통 연결된다. 여기서 제1 스위치(111)는 MOSFET으로 구현될 수 있다. 한편, 본 실시 예에서는 제1 스위치를 MOSFET으로 구현한 예만을 도시하였으나, 구현시에는 IGBT, SiC, GAN 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이용하여 스위치를 구성할 수도 있다. The first switch 111 selectively switches according to a control signal provided from the controller 150. Specifically, the first switch 111 is connected to the power source 101 at the front end, and the other end is commonly connected to the transformer 130 and the second switch 112 at one end of the resonator unit 120. Here, the first switch 111 may be implemented as a MOSFET. In the present embodiment, only the first switch is implemented as a MOSFET. However, a switch may be formed using a semiconductor device such as an IGBT, a SiC, or a GAN transistor.

제2 스위치(112)는 제어부(150)에서 제공되는 제어 신호에 따라 선택적으로 스위칭을 한다. 구체적으로, 제2 스위치(112)는 일 단이 제1 스위치(111)의 타 단, 공진부(120)의 일 단, 트랜스부(130)와 공통 연결되고, 타 단이 접지와 연결된다. 여기서 제2 스위치는 MOSFET으로 구현될 수 있다. 한편, 본 실시 예에서는 제2 스위치를 MOSFET으로 구현한 예만을 도시하였으나, 구현시에는 IGBT, SiC, GaN 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이용하여 스위치를 구성할 수도 있다. The second switch 112 selectively switches according to a control signal provided from the controller 150. Specifically, the second switch 112 has one end commonly connected to the other end of the first switch 111, one end of the resonator 120, and the transformer 130, and the other end is connected to the ground. Wherein the second switch can be implemented as a MOSFET. In this embodiment, the second switch is implemented as a MOSFET. However, the switch may be formed using a semiconductor device such as an IGBT, a SiC, or a GaN transistor.

공진부(120)는 직렬 연결된 인덕터(121) 및 제1 커패시터(122)로 구성된다. 한편, 도시된 예에서는 상부에 인덕터가 연결되고 하부에 제1 커패시터가 연결된 것으로 도시하였으나, 구현시에는 상부에 제1 커패시터가 연결되고, 하부에 인덕터가 연결되는 형태로 구현할 수도 있다. The resonator unit 120 includes an inductor 121 and a first capacitor 122 connected in series. In the illustrated example, the inductor is connected to the upper part and the first capacitor is connected to the lower part. However, the first capacitor may be connected to the upper part and the inductor may be connected to the lower part.

인덕터(121)는 일 단이 제1 스위치(111)의 타 단, 제2 스위치(112)의 일 단, 트랜스부(130)와 공통 연결되고, 타 단이 제1 커패시터(122)와 연결된다. One end of the inductor 121 is commonly connected to the other end of the first switch 111, one end of the second switch 112 and the transformer 130 and the other end is connected to the first capacitor 122 .

제1 커패시터(122)는 일 단이 인덕터(121)의 타 단과 연결되고, 타 단이 제2 스위치(112)의 타 단 및 접지와 공통 연결된다. One end of the first capacitor 122 is connected to the other end of the inductor 121 and the other end is commonly connected to the other end of the second switch 112 and the ground.

공진부(120)의 공진 주파수는

며, 안정된 영전압 스위칭 동작을 위해서는 공진 주파수를 스위칭 주파수보다 충분히 낮게 설정하는 것이 바람직하다. The resonance frequency of the resonance portion 120 is

And for the stable zero voltage switching operation, it is desirable to set the resonance frequency sufficiently lower than the switching frequency.

트랜스부(130)는 제2 커패시터(131) 및 변압기(132)로 구성된다. The transformer 130 is composed of a second capacitor 131 and a transformer 132.

제2 커패시터(131)는 스위칭부(110)에서 생성된 펄스 전압의 직류성분을 저장하여 변압기(132)의 2차 측으로 전달되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제2 커패시터(131)에 저장되는 평균 직류 전압은 Vi/2이다. 구체적으로, 제1 스위치(111)가 온되었을 때, 제2 커패시터(131)의 동작으로 변압기(132)의 1차 측에 Vi-V_Cb가 인가되고, 제2 스위치가 오프되고 제1 스위치가 온되었을 대, 변압기(132)의 1차 측에 -V_Cb가 인가된다. The second capacitor 131 serves to store the DC component of the pulse voltage generated by the switching unit 110 and to prevent the direct current component from being transmitted to the secondary side of the transformer 132. Here, the average direct-current voltage stored in the second capacitor 131 is Vi / 2. Concretely, when the first switch 111 is turned on, Vi-V _Cb is applied to the primary side of the transformer 132 by the operation of the second capacitor 131, the second switch is turned off, And -V _Cb is applied to the primary side of the transformer 132 when it is turned on.

그리고 제2 커패시터(131)는 일 단이 제1 스위치(111)의 타 단, 제2 스위치(112)의 일 단 및 공진부(120)의 인덕터(121)의 일 단과 공통 연결되고, 타 단이 변압기(132)의 1차 권선에 연결된다. One terminal of the second capacitor 131 is commonly connected to the other terminal of the first switch 111, one terminal of the second switch 112 and one terminal of the inductor 121 of the resonance section 120, Is connected to the primary winding of transformer 132.

변압기(132)는 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며, 1차 측에 인가된 전압은 변압기(132)의 권선 비에 비례하여, 즉 변압기의 권선비가 N:1일 때, 1차 측에 인가된 전압의 1/N배가 2차 측 권선에 인가된다. The transformer 132 includes a primary coil and a secondary coil, and the voltage applied to the primary side is proportional to the winding ratio of the transformer 132, that is, when the winding ratio of the transformer is N: 1 / N times the applied voltage is applied to the secondary side winding.

그리고 변압기(132)는 1차 코일의 일 단은 제2 커패시터(131)의 타 단과 연결되고, 1차 코일의 타 단은 제2 스위치(112)의 타 단 및 접지에 공통 연결된다. 그리고 변압기(132)의 2차 코일은 정류부(140)와 연결되며, 2차 코일의 중심은 출력단의 접지에 연결된다.One end of the primary coil of the transformer 132 is connected to the other end of the second capacitor 131 and the other end of the primary coil is commonly connected to the other end of the second switch 112 and the ground. The secondary coil of the transformer 132 is connected to the rectifying unit 140, and the center of the secondary coil is connected to the ground of the output terminal.

정류부(140)는 제1 다이오드(141), 제2 다이오드(142), 제2 인덕터(143) 및 제3 커패시터(144)로 구성된다. The rectification unit 140 includes a first diode 141, a second diode 142, a second inductor 143, and a third capacitor 144.

제1 다이오드(141) 및 제2 다이오드(142)는 변압기(132)에서 출력되는 전압을 정류한다. The first diode 141 and the second diode 142 rectify the voltage output from the transformer 132.

제1 다이오드(141)는 애노드가 2차 코일의 일 단과 연결되고, 캐소드가 제2 다이오드(142)의 캐소드 및 제2 인덕터(143)의 일 단과 공통 연결된다. The anode of the first diode 141 is connected to one end of the secondary coil and the cathode thereof is connected in common to one end of the cathode of the second diode 142 and one end of the second inductor 143.

제2 다이오드(142)는 애노드가 2차 코일의 타 단과 연결되고, 캐소드가 제1 다이오드(141)의 캐소드 및 제2 인덕터(143)의 일 단과 공통 연결된다. The anode of the second diode 142 is connected to the other end of the secondary coil, and the cathode of the second diode 142 is commonly connected to the cathode of the first diode 141 and one end of the second inductor 143.

제2 인덕터(143) 및 제3 커패시터(144)는 제1 다이오드(141) 및 제2 다이오드(142)에서 정류된 전압을 평활한다. The second inductor 143 and the third capacitor 144 smooth the voltage rectified by the first diode 141 and the second diode 142.

제2 인덕터(143)는 일 단이 제1 다이오드(141)의 캐소드 및 제2 다이오드(142)의 캐소드와 공통 연결되며, 타 단이 제3 커패시터(144)의 일 단과 연결된다. One end of the second inductor 143 is commonly connected to the cathode of the first diode 141 and the cathode of the second diode 142 and the other end is connected to one end of the third capacitor 144.

제3 커패시터(144)는 일 단이 인덕터(143)의 타 단과 연결되고, 타 단이 출력단의 접지와 연결된다. One end of the third capacitor 144 is connected to the other end of the inductor 143, and the other end is connected to the ground of the output terminal.

한편, 도시된 예에서는 정류부(140)가 센터-탭 정류기로 구성하였지만, 구현시에는 도 7에 도시된 바와 같이 풀-브리지 정류기로 구현할 수도 있다. In the illustrated example, the rectifying unit 140 is configured as a center-tap rectifier, but it may be implemented as a full-bridge rectifier as shown in FIG.

이상에서는 제1 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)의 구성 및 회로에 대해서 설명하였으며, 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 스위칭부(110)의 동작에 따른 직류-직류 컨버터의 에너지 전달 동작을 설명한다.
Hereinafter, the configuration and the circuit of the DC-DC converter 100 according to the first embodiment will be described. Hereinafter, the energy of the DC-DC converter 100 according to the operation of the switching unit 110 will be described with reference to FIG. 2 and FIG. The transfer operation will be described.

도 3은 제1 스위칭 상태에서의 전류 패스를 도시한 도면이고, 도 4는 제2 스위칭 상태에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. 여기서 제1 스위칭 상태는 제1 스위치는 온 상태이고, 제2 스위치는 오프 상태이다. 그리고 제2 스위칭 상태는 제1 스위치는 오프 상태이고, 제2 스위치는 온 상태이다. Fig. 3 is a view showing a current path in the first switching state, and Fig. 4 is a view showing a current path in the second switching state. Here, in the first switching state, the first switch is on and the second switch is off. In the second switching state, the first switch is off and the second switch is on.

도 3을 참조하면, 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112) 모두가 오프 상태에서, 제1 스위치(111)가 온 상태로 전환되면, DC 전원(101), 제1 스위치(111), 제2 커패시터(131), 변압기(132)의 1차 권선을 흐르는 제1 전류 패스가 형성된다. 3, when both the first switch 111 and the second switch 112 are turned off and the first switch 111 is turned on, the DC power source 101, the first switch 111, The second capacitor 131, and the first current path of the primary winding of the transformer 132 are formed.

그리고 변압기(132)의 1차 권선의 전류 변화에 의하여 변압기(132)의 2차 권선에 전류가 유기되어, 변압기(132)의 2차 권선, 제1 다이오드(141), 제2 인덕터(143) 및 제3 커패시터(144)를 흐르는 제2 전류 패스가 형성된다. Current is induced in the secondary winding of the transformer 132 by the current change of the primary winding of the transformer 132 and the secondary winding of the transformer 132, the first diode 141, the second inductor 143, And the third capacitor 144 are formed.

이때, 공진부(120) 내의 공진 전류가 흐르게 되며, 인덕터(121)에 흐르는 전류와 제1 커패시터(122)에 흐르는 전압은 증가하게 된다. At this time, the resonance current in the resonance unit 120 flows, and the current flowing in the inductor 121 and the voltage flowing in the first capacitor 122 are increased.

이와 같은 제1 스위치 상태에서 제1 스위치가 오프 상태로 전환되면, 변압기를 기준으로 좌측의 1차 측의 에너지가 변압기를 기준으로 우측의 2차 측으로 전달되지 않는다. When the first switch is switched to the OFF state in the first switch state, the energy of the primary side on the left side is not transmitted to the secondary side on the right side with respect to the transformer on the basis of the transformer.

도 4를 참조하면, 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112) 모두가 오프 상태에서 제2 스위치(112)가 온 상태로 전환되면, 제2 커패시터(131)에 저장된 에너지에 의하여, 제2 커패시터(131), 제2 스위치(112), 변압기(132)의 1차 권선을 흐르는 제3 전류 패스가 형성되고, 변압기(132)의 1차 권선의 전류 변화에 의하여 변압기(132)의 2차 권선에 전류가 유기된다. 그에 따라, 변압기(132)의 2차 권선, 제2 다이오드(142), 제2 인덕터(143) 및 제3 커패시터(144)를 흐르는 제4 전류 패스가 형성된다. Referring to FIG. 4, when both the first switch 111 and the second switch 112 are turned off and the second switch 112 is turned on, the energy stored in the second capacitor 131 A third current path through the primary winding of the transformer 132 is formed by a current change of the primary winding of the transformer 132, Current is induced in the secondary winding. Accordingly, a fourth current path is formed through the secondary winding of the transformer 132, the second diode 142, the second inductor 143, and the third capacitor 144.

이와 같은 제2 스위치 상태에서 제2 스위치가 오프 상태로 전환되면, 변압기를 기준으로 좌측의 1차 측의 에너지가 변압기를 기준으로 우측의 2차 측으로 전달되지 않는다. When the second switch is switched to the OFF state in the second switch state, the energy of the primary side of the left side is not transmitted to the secondary side of the right side with respect to the transformer on the basis of the transformer.

이상에서는 컨버터의 에너지 전달 동작에서 설명하였으며, 이하에서는 도 5를 참조하여 영전압 조정 동작에 대해서 설명한다.
Hereinafter, the energy transfer operation of the converter will be described. In the following, the operation of adjusting the zero voltage will be described with reference to FIG.

도 5는 복수의 스위칭 상태에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. 5 is a diagram showing a current path in a plurality of switching states.

도 5a를 참조하면, 제1 스위치(111)가 온 상태이고, 제2 스위치(112)가 오프 상태이면, 인덕터(121) 및 제1 커패시터(122)에는 공진 전류가 흐르게 되며, 인덕터(121)의 전류와 제1 커패시터(122)의 전압이 상승하게 된다. 5A, when the first switch 111 is in an ON state and the second switch 112 is in an OFF state, a resonance current flows in the inductor 121 and the first capacitor 122, And the voltage of the first capacitor 122 rises.

이와 같은 상태에서 제1 스위치(111)가 오프로 전환되면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 인덕터(121)에 흐르는 전류에 의해 제2 스위치(112)의 출력 커패시터(Cab)에 저장된 전하가 방전되어 제2 스위치(112)의 역병렬 다이오드(Db)가 도통하게 되며, 이 순간 제2 스위치의 양단 전압은 영이 된다. 여기서 출력 커패시터(Cab)는 반도체 스위치의 기생 커패시터이다. When the first switch 111 is turned off in this state, the electric charge stored in the output capacitor Cab of the second switch 112 due to the current flowing through the inductor 121 is discharged And the antiparallel diode Db of the second switch 112 becomes conductive, and the voltage across both ends of the second switch becomes zero at this moment. Here, the output capacitor (Cab) is a parasitic capacitor of a semiconductor switch.

이와 같은 상태에서 제2 스위치(112)가 온으로 전환되면, 제2 스위치(112)의 양단 전압이 0V이므로 스위칭 손실 없이 영전압 스위칭이 이루어진다. 그리고 도 5c에 도시된 바와 같이 제1 커패시터(122)에 저장된 전압에 의하여 인덕터(121)의 전류의 방향이 바뀌게 되고, 제2 스위치(112)를 통해 전류 패스가 형성된다. In this state, when the second switch 112 is turned on, since the voltage across the second switch 112 is 0 V, zero voltage switching is performed without switching loss. As shown in FIG. 5C, the voltage stored in the first capacitor 122 changes the direction of the current of the inductor 121, and a current path is formed through the second switch 112.

이와 같은 상태에서 제2 스위치(112)가 오프로 전환되면, 즉, 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112) 모드 오프이면, 도 5d에 도시된 바와 같이, 인덕터(121)에 흐르던 전류에 의해 제1 스위치(111)의 출력 커패시터(Coa)에 저장된 전하가 방전되어 제1 스위치(111)의 역병렬 다이오드(Da)가 도통하게 되며, 이순간 제1 스위치의 양단 전압은 영이 된다. In this state, when the second switch 112 is turned off, that is, when the first switch 111 and the second switch 112 are in the mode off state, as shown in FIG. 5D, the current flowing in the inductor 121 The charge stored in the output capacitor Coa of the first switch 111 is discharged by the first switch 111 and the antiparallel diode Da of the first switch 111 becomes conductive and the voltage between both ends of the first switch becomes zero for the moment.

이와 같은 상태에서 제1 스위치(111)가 온으로 전환되면, 제1 스위치(111)가 양단 전압이 0V이므로, 스위칭 손실 없이 영전압 스위칭이 이루어진다. In this state, when the first switch 111 is turned on, since the voltage across the first switch 111 is 0V, zero voltage switching is performed without a switching loss.

이상과 같이 본 실시 예에 다른 컨버터는 종래의 영전압 스위칭 회로와 달리, 영전압 스위칭 회로가 주회로와 독립적이므로 부하 조건에 무관하게 영전압 스위칭이 이루어질 수 있다.
As described above, unlike the conventional zero voltage switching circuit, the converter according to the present embodiment has the zero voltage switching circuit independent of the main circuit, so that the zero voltage switching can be performed regardless of the load condition.

도 6은 도 2의 회로도에서의 각 노드 전압을 도시한 도면이다. FIG. 6 is a diagram showing voltage of each node in the circuit diagram of FIG. 2. FIG.

도 6a의 Vi는 공급되는 DC 전압이며, 도 6a를 참조하면, 일정한 DC 전압(Vi)이 공급되는 것을 확인할 수 있다. In Fig. 6A, Vi is a supplied DC voltage. Referring to Fig. 6A, it is confirmed that a constant DC voltage Vi is supplied.

도 6b의 Sa는 제1 스위치를 구동하기 위한 게이트 신호(진한 실선)이며, Sb는 제2 스위치를 구동하기 위한 게이트 신호(옅은 실선)이다. 도 6b를 참조하면, 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112)가 교번적으로 스위칭 됨을 확인할 수 있다. 그리고 암 쇼트 방지 및 영전압 스위칭 구간 확보를 위하여 일정시간 두 스위치 모드가 오프되는 상태로 동작함을 확인할 수 있다. 6B, Sa is a gate signal (dark solid line) for driving the first switch, and Sb is a gate signal (light solid line) for driving the second switch. Referring to FIG. 6B, it can be seen that the first switch 111 and the second switch 112 are alternately switched. Also, it can be confirmed that the two switch modes are turned off for a certain time in order to prevent the arm short and to secure the zero voltage switching period.

도 6c의 VDSa는 제1 스위치의 드레인-소스 전압이다. 도 6c를 참조하면, 제1 스위치(111)가 오프 상태로 전환되는 경우, 공진부(120)의 동작에 의하여 제1 스위치(111)의 양단 전압이 0V가 됨을 확인할 수 있다. VDSa in Fig. 6C is the drain-source voltage of the first switch. Referring to FIG. 6C, when the first switch 111 is turned off, it can be confirmed that the voltage across the first switch 111 becomes 0 V by the operation of the resonator 120.

도 6d의 VDSb는 제2 스위치의 드레인-소스 전압이다. 도 6d를 참조하면, 제2 스위치(112)가 오프 상태로 전환되는 경우, 공진부(120)의 동작에 의하여 제2 스위치(112)의 양단 전압이 0V가 됨을 확인할 수 있다. 6D is the drain-source voltage of the second switch. Referring to FIG. 6D, when the second switch 112 is turned off, it can be confirmed that the voltage across the second switch 112 becomes 0 V by the operation of the resonator 120.

도 6e의 I(MOS2)은 제2 스위치(112)에 흐르는 전류이고, 도 6f의 ILr은 인덕터(1121)의 전류이다.I (MOS2) in Fig. 6E is a current flowing in the second switch 112, and ILr in Fig. 6F is a current in the inductor 1121. [

도 6e 및 도 6f를 참조하면, 제1 스위치(111)가 온되고 제2 스위치(112)가 오프된 경우, 인덕터(121) 및 제1 커패시터(122)에 공진 전류가 흐르게 되면, 인덕터(121)에 흐르는 전류와 제1 커패시터(122)의 전압은 증가하게 된다. 이때, 제1 스위치(111)가 오프되어, 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112) 모두 오프되면 인덕터(121)에 흐르는 공진 전류에 의해 제2 스위치(112)의 출력 커패시터가 방전되고 제2 스위치(112)의 다이오드가 도통 되어 제2 스위치(112)의 드레인-소스 전압이 영이 된다. 6E and 6F, when resonance current flows through the inductor 121 and the first capacitor 122 when the first switch 111 is turned on and the second switch 112 is turned off, the inductor 121 And the voltage of the first capacitor 122 are increased. At this time, when the first switch 111 is turned off and both the first switch 111 and the second switch 112 are turned off, the output capacitor of the second switch 112 is discharged by the resonance current flowing in the inductor 121 The diode of the second switch 112 becomes conductive and the drain-source voltage of the second switch 112 becomes zero.

이때, 제2 스위치를 턴-온하게 되면 영전압 스위칭이 이루어지고, 도 6c의 VDSb 파형과 도 6b의 Sb가 온되기 전에 VDsb 전압이 영이 됨을 확인할 수 있다. At this time, when the second switch is turned on, zero voltage switching is performed, and the VDsb voltage becomes zero before the VDSb waveform of FIG. 6C and Sb of FIG. 6B are turned on.

제2 스위치(112)가 온, 제1 스위치(111)가 오프 상태가 되면, 제1 커패시터(122)에 저장된 전압에 의해 인덕터(11)에 흐르는 전류가 감소하며, 일정 시간 후 제2 스위치(112)를 통해 반대 방향의 전류가 흐르게 된다. 이때, 제2 스위치(112)가 오프되어, 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(111) 모두가 오프 상태가 되면, 인덕터(121)에 흐르는 전류에 의해 제1 스위치(111)의 출력 커패시터가 방전이 되고, 제1 스위치(111)의 다이오드가 도통하게 되어, 제1 스위치(111)의 드레인-소스 전압이 0이 된다. 이때, 제1 스위치(111)를 온하게 되면 영전압 스위칭이 이루어진다. When the second switch 112 is turned on and the first switch 111 is turned off, the current flowing in the inductor 11 is reduced by the voltage stored in the first capacitor 122, 112). At this time, when the second switch 112 is turned off and both of the first switch 111 and the second switch 111 are turned off, the output capacitor of the first switch 111 is turned on by the current flowing in the inductor 121, The diode of the first switch 111 becomes conductive, and the drain-source voltage of the first switch 111 becomes zero. At this time, when the first switch 111 is turned on, zero voltage switching is performed.

도 6f의 I(Lr)은 인덕터(121)의 전류이다. 도 6f를 참조하면, 인덕터(121)의 전류가 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112)의 동작 상태에 따라 전류 방향이 천이 되는 것을 확인할 수 있다. I (Lr) in Fig. 6F is the current of the inductor 121. Fig. Referring to FIG. 6F, it can be seen that the current in the inductor 121 changes in the current direction according to the operating states of the first switch 111 and the second switch 112.

도 6g의 VT2는 변압기의 2차 측에 인가되는 전압이다. 도 6g를 참조하면, 1차 측 에너지가 2차 측에 전달되는 것을 확인할 수 있으며, 도 6h를 참조하면, 정상적으로 입력된 DC 전원을 다른 전위의 DC 전원으로 변환하여 출력함을 확인할 수 있다. VT2 in FIG. 6G is a voltage applied to the secondary side of the transformer. Referring to FIG. 6G, it is confirmed that the primary side energy is transferred to the secondary side. Referring to FIG. 6H, it can be confirmed that the normally input DC power is converted into the DC power of the other potential and outputted.

본 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터는 도 2와 같은 회로 구성뿐만 아니라 다른 형태로도 구현될 수 있는데, 이러한 회로 구성들에 대해서 도 7 내지 도 11을 참조하여 설명한다. The DC-DC converter according to the present embodiment may be implemented in other forms as well as the circuit configuration shown in FIG. 2. Such circuit configurations will be described with reference to FIGS. 7 to 11. FIG.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. 구체적으로 제2 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100')는 풀-브리지 정류기를 이용하여 정류부(140')를 구현한 경우의 실시 예이다. 7 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention. Specifically, the DC-DC converter 100 'according to the second embodiment is an embodiment in which the rectifier 140' is implemented using a full-bridge rectifier.

제2 실시 예에 따른 스위칭 직류-직류 컨버터(100')는 트랜스부(130') 및 정류부(140')를 제외하고 스위칭부(110) 및 공진부(120)의 구성은 제1 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)와 동일한바, 스위칭부(110) 및 공진부(120)의 설명에 대해서는 생략한다. The configuration of the switching unit 110 and the resonator unit 120 except for the transformer unit 130 'and the rectifier unit 140' of the switching DC-DC converter 100 'according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment The description of the switching unit 110 and the resonator unit 120 will be omitted.

트랜스부(130)는 제2 커패시터(131) 및 변압기(132')로 구성된다. The transformer 130 is composed of a second capacitor 131 and a transformer 132 '.

제2 커패시터(131)는 스위칭부(110)에서 생성된 펄스 전압의 직류성분을 저장하여 변압기(132)의 2차 측으로 전달되지 않도록 하는 역할을 한다. 구체적으로, 제2 커패시터(131)는 일 단이 제1 스위치(111)의 타 단, 제2 스위치(112)의 일 단 및 공진부(120)의 인덕터(121)의 일 단과 공통 연결되고, 타 단이 변압기(132)의 1차 권선에 연결된다. The second capacitor 131 serves to store the DC component of the pulse voltage generated by the switching unit 110 and to prevent the direct current component from being transmitted to the secondary side of the transformer 132. Specifically, the second capacitor 131 is commonly connected to one end of the first switch 111, one end of the second switch 112, and one end of the inductor 121 of the resonator 120, And the other end is connected to the primary winding of the transformer 132.

변압기(132')는 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며, 1차 측에 인가된 전압을 권선비에 비례하여 2차 측에 유기한다. 구체적으로, 변압기(132)는 1차 코일의 일 단은 제2 커패시터(131)의 타 단과 연결되고, 1차 코일의 타 단은 제2 스위치(112)의 타 단 및 접지에 공통 연결된다. 그리고 변압기(132)의 2차 코일은 정류부(140)의 복수의 다이오드(145-148)에 연결된다. The transformer 132 'includes a primary coil and a secondary coil, and induces the voltage applied to the primary side to the secondary side in proportion to the turns ratio. Specifically, one end of the primary coil of the transformer 132 is connected to the other end of the second capacitor 131, and the other end of the primary coil is commonly connected to the other end of the second switch 112 and the ground. And the secondary coil of the transformer 132 is connected to the plurality of diodes 145-148 of the rectifying unit 140. [

정류부(140)는 제3 다이오드(145), 제4 다이오드(146), 제5 다이오드(147), 제6 다이오드(148), 제2 인덕터(143) 및 제3 커패시터(144)로 구성된다. The rectification section 140 includes a third diode 145, a fourth diode 146, a fifth diode 147, a sixth diode 148, a second inductor 143 and a third capacitor 144.

제3 다이오드(145), 제4 다이오드(146), 제5 다이오드(147), 및 제6 다이오드(148)는 풀-브리지(full-bridge) 정류기 형태로 구성된다. The third diode 145, the fourth diode 146, the fifth diode 147, and the sixth diode 148 are configured in the form of a full-bridge rectifier.

제3 다이오드(145)는 애노드가 변압기(132)의 2차 코일의 일 단 및 제4 다이오드(146)의 캐소드와 공통 연결되고, 캐소드가 제6 다이오드(148)의 캐소드 및 제2 인덕터(143)와 공통 연결된다. The third diode 145 has an anode connected in common to one end of the secondary coil of the transformer 132 and a cathode of the fourth diode 146 and a cathode connected in common to the cathode of the sixth diode 148 and the cathode of the second inductor 143 .

제4 다이오드(146)는 애노드가 제5 다이오드(147)의 애노드 및 제3 커패시터(144)와 공통 연결되며, 캐소드가 변압기(132)가 2차 코일의 일 단 및 제3 다이오드(145)의 애노드와 공통 연결된다. The anode of the fourth diode 146 is connected in common to the anode of the fifth diode 147 and the third capacitor 144 and the cathode is connected to the anode of the third diode 145 at one end of the secondary coil, And is commonly connected to the anode.

제5 다이오드(147)는 애노드가 제4 다이오드(146)의 애노드 및 제3 커패시터(144)와 공통 연결되며, 캐소드가 변압기(132)가 2차 코일의 타 단 및 제6 다이오드(148)의 애노드와 공통 연결된다. The fifth diode 147 is connected in common to the anode and the third capacitor 144 of the fourth diode 146 and the cathode is connected to the other end of the secondary coil and the sixth diode 148, And is commonly connected to the anode.

제6 다이오드(148)는 애노드가 변압기(132)의 2차 코일의 타 단 및 제5 다이오드(147)의 캐소드와 공통 연결되고, 캐소드가 제3 다이오드(145)의 캐소드 및 제2 인덕터(143)와 공통 연결된다.The sixth diode 148 is connected in common to the other end of the secondary coil of the transformer 132 and the cathode of the fifth diode 147 and the cathode is connected to the cathode of the third diode 145 and the second inductor 143 .

제2 인덕터(143) 및 제3 커패시터(144)는 제3 다이오드(145), 제4 다이오드(146), 제5 다이오드(147) 및 제6 다이오드(148)에서 정류된 전압을 평활한다. 구체적으로, 제2 인덕터(143)는 일 단이 제3 다이오드(145)의 캐소드, 제6 다이오드(148)의 캐소드와 공통 연결되며, 타 단이 제3 커패시터(144)의 일 단과 연결된다. The second inductor 143 and the third capacitor 144 smooth the voltage rectified in the third diode 145, the fourth diode 146, the fifth diode 147 and the sixth diode 148. Specifically, the second inductor 143 has one end commonly connected to the cathode of the third diode 145, the cathode of the sixth diode 148, and the other end connected to one end of the third capacitor 144.

제3 커패시터(144)는 일 단이 인덕터(143)의 타 단과 연결되고, 타 단이 제4 다이오드(146)의 애노드 및 제5 다이오드(147)의 애노드에 공통 연결된다.
One end of the third capacitor 144 is connected to the other end of the inductor 143 and the other end is commonly connected to the anode of the fourth diode 146 and the anode of the fifth diode 147.

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. 구체적으로, 제3 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100")는 공진부(120)를 제1 스위치(111)에 병렬되게 배치한 것이다. 8 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a third embodiment of the present invention. Specifically, in the DC-DC converter 100 "according to the third embodiment, the resonator unit 120 is disposed in parallel with the first switch 111. [

제3 실시 예에 따른 스위칭 직류-직류 컨버터(100")는 트랜스부(130') 및 정류부(140')를 제외하고 공진부(120)의 위치를 제외하고, 스위칭부(110), 트랜스부(130) 및 정류부(140)의 구성은 제1 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)와 동일한바, 스위칭부(110), 트랜스부(130) 및 정류부(140)의 설명에 대해서는 생략한다. The switching DC-DC converter 100 '' according to the third embodiment includes the switching unit 110 and the transformer unit 120 'except for the position of the resonator unit 120 except for the transformer unit 130' and the rectifier unit 140 ' DC converter 100 according to the first embodiment and the description of the switching unit 110, the transformer unit 130, and the rectifier unit 140 will be omitted from the description of the DC / DC converter 130 and the rectifier unit 140 .

공진부(120')는 직렬 연결된 인덕터(121) 및 제1 커패시터(122)로 구성된다. 한편, 도시된 예에서는 상부에 인덕터가 연결되고 하부에 제1 커패시터가 연결된 것으로 도시하였으나, 구현시에는 상부에 제1 커패시터가 연결되고, 하부에 인덕터가 연결되는 형태로 구현할 수도 있다. The resonance unit 120 'is composed of a series-connected inductor 121 and a first capacitor 122. In the illustrated example, the inductor is connected to the upper part and the first capacitor is connected to the lower part. However, the first capacitor may be connected to the upper part and the inductor may be connected to the lower part.

인덕터(121)는 일 단이 제1 스위치(111)의 일 단에 연결되고, 타 단이 제1 커패시터(122)와 연결된다. One end of the inductor 121 is connected to one end of the first switch 111 and the other end is connected to the first capacitor 122.

제1 커패시터(122)는 일 단이 인덕터(121)의 타 단과 연결되고, 타 단이 제1 스위치(111)의 타 단, 제2 스위치(112)의 일 단 및 트랜스부(130)의 제2 커패시터(131)의 일 단과 공통 연결된다.
The other end of the first capacitor 111 is connected to one end of the second switch 112 and the other end of the transformer 130 is connected to the other end of the inductor 121, 2 capacitors 131, respectively.

도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. 제4 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100"')는 하프 브리지 구성을 나타낸 것이다. 9 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a fourth embodiment of the present invention. The DC-DC converter 100 "'according to the fourth embodiment shows a half bridge configuration.

제4 실시 예에 따른 스위칭 직류-직류 컨버터(100"')는 제1 커패시터부(160)가 추가되고, 트랜스부(130)의 연결 형태가 다른 것 이외에는 제1 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)와 동일한바, 스위칭부(110), 공진부(120), 정류부(140)의 설명에 대해서는 생략한다. The switching DC-DC converter 100 '' according to the fourth embodiment is the same as the DC-DC converter 100 '' according to the first embodiment except that the first capacitor unit 160 is added and the connection form of the transformer unit 130 is different. The description of the switching unit 110, the resonator unit 120, and the rectifier unit 140 will be omitted.

제2 커패시터부(160)는 직렬 연결된 제4 커패시터(161) 및 제5 커패시터(162)를 포함하고, 전원에 병렬 연결된다. The second capacitor unit 160 includes a fourth capacitor 161 and a fifth capacitor 162 connected in series, and is connected in parallel to the power source.

제4 커패시터(161)는 일 단이 전원 및 제1 스위치(111)의 일 단과 공통 연결되며, 타 단이 제5 커패시터(162)의 일 단 및 변압기(132)의 1차 측 권선의 타 단과 공통 연결된다. The fourth capacitor 161 is commonly connected to one end of the power source and the first switch 111 and the other end of the fourth capacitor 161 is connected to one end of the fifth capacitor 162 and the other end of the primary winding of the transformer 132 Are commonly connected.

제5 커패시터(162)는 일 단이 제4 커패시터(161)의 타 단과 변압기(132)의 1 차 측 권선의 타 단과 공통 연결되며, 타 단이 제2 스위치(112)의 타 단, 제1 커패시터(122)의 타 단에 공통 연결된다. The fifth capacitor 162 is commonly connected to the other end of the fourth capacitor 161 and the other end of the primary winding of the transformer 132 and the other end of the fifth capacitor 162 is connected to the other end of the second switch 112, And is commonly connected to the other end of the capacitor 122.

트랜스부(130")는 제2 커패시터(131) 및 변압기(132)를 포함한다. The transformer 130 "includes a second capacitor 131 and a transformer 132. The transformer 130 "

제2 커패시터(131)는 일 단이 제1 스위치(111)의 타 단, 제2 스위치(112)의 일 단 및 공진부(120)의 일 단과 공통 연결되며, 타 단이 변압기(132)의 1차 측 권선의 일 단에 연결된다. The second capacitor 131 is commonly connected to one end of the first switch 111 and one end of the second switch 112 and one end of the resonator 120 and the other end of the second capacitor 131 is connected to the other end of the transformer 132 And is connected to one end of the primary winding.

변압기(132)는 1차 권선의 일 단이 제2 커패시터(131)의 타 단과 연결되고, 상기 1차 권선의 타 단이 제4 커패시터(161)의 타 단 및 제5 커패시터(162)와 공통 연결되며, 2차 권선이 정류부(140)와 연결된다.
The transformer 132 is connected to the other end of the second capacitor 131 and the other end of the primary winding is connected to the other end of the fourth capacitor 161 and to the other end of the fifth capacitor 162 And the secondary winding is connected to the rectifying part 140. [

도 10은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. 제5 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100"")는 하프 브리지 구성을 나타낸 것이다. 10 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a fifth embodiment of the present invention. The DC-DC converter 100 "" according to the fifth embodiment shows a half bridge configuration.

제5 실시 예에 따른 스위칭 직류-직류 컨버터(100"")는 공진부(120")의 구성 및 트랜스부(130")의 연결 형태가 다른 것 이외에는 제1 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)와 동일한바, 스위칭부(110), 정류부(140)의 설명에 대해서는 생략한다. The switching DC-DC converter 100 "" according to the fifth embodiment differs from the DC-DC converter 100" in the first embodiment except that the structure of the resonance part 120 " 100, the description of the switching unit 110 and the rectifying unit 140 will be omitted.

공진부(120")는 인덕터(121) 및 제1 커패시터부(123, 124)로 구성된다. The resonator part 120 "is composed of an inductor 121 and first capacitor parts 123 and 124.

인덕터(121)는 일 단이 제1 스위치(111)의 타 단, 제2 스위치(112)의 일 단, 트랜스부(130)와 공통 연결되고, 타 단이 제6 커패시터(123)의 타 단, 제7 커패시터(124)의 일 단, 및 변압기(132)의 1차 측 권선의 타 단과 공통 연결된다. The other end of the inductor 121 is connected to the other end of the first switch 111, the other end of the second switch 112 and the transformer 130 and the other end of the inductor 121 is connected to the other end of the sixth capacitor 123 One end of the seventh capacitor 124, and the other end of the primary winding of the transformer 132. [

제1 커패시터부(123, 124)는 직렬 연결된 제6 커패시터(123) 및 제7 커패시터(124)를 포함하고, 전원에 병렬 연결된다. The first capacitor units 123 and 124 include a sixth capacitor 123 and a seventh capacitor 124 connected in series and are connected in parallel to the power source.

제6 커패시터(123)는 일 단이 전원 및 제1 스위치(111)의 일 단과 공통 연결되며, 타 단이 제7 커패시터(124)의 일 단, 인덕터(121)의 타 단 및 변압기(132)의 1차 측 권선의 타 단과 공통 연결된다. The other end of the seventh capacitor 124 is connected to the other end of the inductor 121 and the other end of the transformer 132 is connected to the sixth capacitor 123, Is commonly connected to the other end of the primary winding of the transformer.

제7 커패시터(124)는 일 단이 제6 커패시터(123)의 타 단, 인덕터(121)의 타 단과 변압기(132)의 1 차측 권선의 타 단과 공통 연결되며, 타 단이 제2 스위치(112)에 연결된다. The seventh capacitor 124 is commonly connected to the other end of the sixth capacitor 123, the other end of the inductor 121 and the other end of the primary winding of the transformer 132, and the other end of the seventh capacitor 124 is connected to the second switch 112 .

도 11은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. 제6 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100""')는 하프 브리지 구성을 나타낸 것이다. 11 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a sixth embodiment of the present invention. The DC-DC converter 100 "'according to the sixth embodiment shows a half bridge configuration.

제6 실시 예에 따른 스위칭 직류-직류 컨버터(100"")는 공진부(120"')의 구성 이외에는 제1 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)와 동일한바, 스위칭부(110), 트랜스부(130), 정류부(140)의 설명에 대해서는 생략한다. The switching DC-DC converter 100 "" according to the sixth embodiment is the same as the DC-DC converter 100 according to the first embodiment except for the structure of the resonator 120" Description of the transformer 130 and the rectifying unit 140 will be omitted.

인덕터(121)는 일 단이 제1 스위치(111)의 타 단, 제2 스위치(112)의 일 단, 트랜스부(130)와 공통 연결되고, 타 단이 제6 커패시터(123)의 타 단 및 제7 커패시터(124)의 일 단과 공통 연결된다. The other end of the inductor 121 is connected to the other end of the first switch 111, the other end of the second switch 112 and the transformer 130 and the other end of the inductor 121 is connected to the other end of the sixth capacitor 123 And the seventh capacitor (124).

제6 커패시터(123)는 일 단이 전원 및 제1 스위치(111)의 일 단과 공통 연결되며, 타 단이 제7 커패시터(124)의 일 단 및 인덕터(121)의 타 단과 공통 연결된다. One end of the sixth capacitor 123 is commonly connected to one end of the power source and the first switch 111 and the other end is commonly connected to one end of the seventh capacitor 124 and the other end of the inductor 121.

제7 커패시터(124)는 일 단이 제6 커패시터(123)의 타 단 및 인덕터(121)의 타 단과 공통 연결되며, 타 단이 제2 스위치(112)의 타 단 및 변압기(132)의 1차 측 권선의 타 단에 공통 연결된다.
The seventh capacitor 124 is commonly connected to the other end of the sixth capacitor 123 and the other end of the inductor 121 and the other end of the seventh capacitor 124 is connected to the other end of the second switch 112, And are commonly connected to the other ends of the secondary windings.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the appended claims.

100: DC-DC 컨버터 110: 스위칭부
120: 공진부 130: 트랜스부
140: 정류부100: DC-DC converter 110:
120: resonator part 130: transformer part
140: rectification part

Claims

In a DC-DC converter,
A switching unit including a first switch and a second switch serially connected from the power source to the ground;
A resonator including an inductor and a capacitor, the resonator being connected in parallel with at least one of the first switch and the second switch;
A primary winding connected in parallel with any one of the first switch and the second switch of the switching unit and a secondary winding whose voltage is induced by a voltage applied to the primary winding in accordance with a switching operation of the switching unit, A trans portion; And
And a rectifier for rectifying the voltage output from the transformer and outputting the rectified voltage as a DC voltage,
Wherein the first switch comprises:
One end connected to the power source and the other end connected in common with the transformer and the second switch,
Wherein the second switch comprises:
One end of the first switch is commonly connected to the other end of the first switch and the transformer, and the other end is connected to the ground,
The resonator may include:
An inductor having one end commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and the transformer; And
And a first capacitor having one end connected to the other end of the inductor and the other end connected in common to the other end of the second switch and the ground.

The method according to claim 1,
The resonator may include:
DC converter according to claim 1 or 2, wherein when both the first switch and the second switch are turned off, the both-end voltage of the first switch and the both-end voltage of the second switch have a zero voltage.

The method according to claim 1,
The DC-DC converter includes:
And a control unit for controlling the switching unit such that the first switch and the second switch are alternately switched.

The method of claim 3,
Wherein,
When the first switch is changed from the on state to the off state, the second switch in the off state is turned on after a predetermined first time,
And turns on the first switch in the off state after a predetermined second time when the second switch is changed from the on state to the off state.

The method according to claim 1,
Wherein the first switch and the second switch are MOSFETs.

6. The method of claim 5,
The MOSFET having an output capacitor,
The resonator may include:
And discharges the charged electric charge of the output capacitor when both the first switch and the second switch are turned off.

delete

The method according to claim 1,
The trans-
A second capacitor having one end commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and one end of the inductor; And
One end of the primary winding is connected to the other end of the second capacitor, the other end of the primary winding is commonly connected to the other end of the first capacitor and the other end of the second switch, And a transformer connected to the DC-DC converter.

In a DC-DC converter,
A switching unit including a first switch and a second switch serially connected from the power source to the ground;
A resonator including an inductor and a capacitor, the resonator being connected in parallel with at least one of the first switch and the second switch;
A primary winding connected in parallel with any one of the first switch and the second switch of the switching unit and a secondary winding whose voltage is induced by a voltage applied to the primary winding in accordance with a switching operation of the switching unit, A trans portion; And
And a rectifier for rectifying the voltage output from the transformer and outputting the rectified voltage as a DC voltage,
Wherein the first switch comprises:
One end connected to the power source and the other end connected in common with the transformer and the second switch,
Wherein the second switch comprises:
One end of the first switch is commonly connected to the other end of the first switch and the transformer, and the other end is connected to the ground,
The resonator may include:
An inductor whose one end is connected to one end of the first switch; And
And a first capacitor having one end connected to the other end of the inductor and the other end connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and the transformer portion in common.

In a DC-DC converter,
A switching unit including a first switch and a second switch serially connected from the power source to the ground;
A resonator including an inductor and a capacitor, the resonator being connected in parallel with at least one of the first switch and the second switch;
A primary winding connected in parallel with any one of the first switch and the second switch of the switching unit and a secondary winding whose voltage is induced by a voltage applied to the primary winding in accordance with a switching operation of the switching unit, A trans portion; And
And a rectifier for rectifying the voltage output from the transformer and outputting the rectified voltage as a DC voltage,
Wherein the first switch comprises:
One end connected to the power source and the other end connected in common with the transformer and the second switch,
Wherein the second switch comprises:
One end of the first switch is commonly connected to the other end of the first switch and the transformer, and the other end is connected to the ground,
The resonator may include:
A first capacitor portion including a first resonant capacitor and a second resonant capacitor connected in series, the first capacitor portion being connected in parallel with the power supply; And
And an inductor having one end commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and the transformer, and the other end commonly connected to the first resonant capacitor and the second resonant capacitor, - DC converter.

12. The method of claim 11,
The trans-
A second capacitor having one end commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and the other end of the inductor; And
Wherein one end of the primary winding is connected to the other end of the second capacitor, the other end of the primary winding is commonly connected to the first resonant capacitor and the second resonant capacitor, and the secondary winding is connected to the transformer DC converter according to claim 1,

12. The method of claim 11,
The trans-
A second capacitor having one end commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and the other end of the inductor; And
One end of the primary winding is connected to the other end of the second capacitor, the other end of the primary winding is commonly connected to the other end of the second resonant capacitor and the other end of the second switch, And a transformer connected to the rectification part.

In a DC-DC converter,
A switching unit including a first switch and a second switch serially connected from the power source to the ground;
A resonator including an inductor and a capacitor, the resonator being connected in parallel with at least one of the first switch and the second switch;
A primary winding connected in parallel with any one of the first switch and the second switch of the switching unit and a secondary winding whose voltage is induced by a voltage applied to the primary winding in accordance with a switching operation of the switching unit, A trans portion;
A rectifier for rectifying a voltage output from the transformer and outputting the rectified voltage as a DC voltage; And
And a second capacitor portion including a fourth capacitor and a fifth capacitor connected in series, the second capacitor portion being connected in parallel with the power source,
The trans-
A second capacitor having one end commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and one end of the resonant part; And
A transformer having one end of the primary winding connected to the other end of the second capacitor, the other end of the primary winding connected in common to the fourth capacitor and the fifth capacitor, and a secondary winding connected to the rectifying part; Including DC-DC converters.