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KR101031280B1 - Push-pull soft switching DC / DC converters - Google Patents

Push-pull soft switching DC / DC converters Download PDF

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KR101031280B1
KR101031280B1 KR1020090087590A KR20090087590A KR101031280B1 KR 101031280 B1 KR101031280 B1 KR 101031280B1 KR 1020090087590 A KR1020090087590 A KR 1020090087590A KR 20090087590 A KR20090087590 A KR 20090087590A KR 101031280 B1 KR101031280 B1 KR 101031280B1
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남해곤
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전남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 DC/DC컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 푸쉬-풀 스위칭부의 스위칭 주파수를 변압기의 누설리엑턴스와 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 함으로써, 별도의 공진용 리엑터가 필요없이 고효율 변압이 가능하고, 출력 측을 변압기의 구조가 간단한 배압회로로 구성하여 구현이 용이하고 고 승압에 유리하게 한 푸쉬-풀 방식의 소프트 스위칭 DC/DC컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a DC / DC converter, and more particularly, to soft switching by lowering the switching frequency of the push-pull switching unit to the resonance frequency caused by the leakage reactance of the transformer and the capacitance of the capacitor. The present invention relates to a push-pull soft switching DC / DC converter capable of high-efficiency voltage conversion without requiring a reactor, and having an output side composed of a back voltage circuit having a simple structure of a transformer.

푸쉬-풀, DC/DC컨버터, 공진주파수, 누설리액턴스 Push-Pull, DC / DC Converters, Resonant Frequency, Leakage Reactance

Description

푸쉬-풀 방식의 소프트 스위칭 ＤＣ/ＤＣ컨버터{Soft swiching DC/DC converter using push-pull}Soft-swiching DC / DC converter using push-pull}

본 발명은 DC/DC컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 푸쉬-풀 스위칭부의 스위칭 주파수를 변압기의 누설리엑턴스와 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 함으로써, 별도의 공진용 리엑터가 필요없이 고효율 변압이 가능하고, 출력 측을 변압기의 구조가 간단한 배압회로로 구성하여 구현이 용이하고 고 승압에 유리하게 한 푸쉬-풀 방식의 소프트 스위칭 DC/DC컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a DC / DC converter, and more particularly, to soft switching by lowering the switching frequency of the push-pull switching unit to the resonance frequency caused by the leakage reactance of the transformer and the capacitance of the capacitor. The present invention relates to a push-pull soft switching DC / DC converter capable of high-efficiency voltage conversion without requiring a reactor, and having an output side composed of a back voltage circuit having a simple structure of a transformer.

최근 신 재생에너지의 보급 확대 및 전기자동차의 이용확대로 인하여 배터리를 사용하는 에너지 저장 시스템이 확대되고 있는 실정이다.Recently, due to the expansion of renewable energy and the expansion of the use of electric vehicles, energy storage systems using batteries are expanding.

특히, 배터리의 경우 안정성을 고려하여 저압으로 설계가 되고 있으며, 이러한 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템을 효율적으로 사용하기 위해서는 고압, 소전류 형태로 전력을 변환해주어야 한다.In particular, the battery is designed to low pressure in consideration of stability, and in order to use the energy storage system using the battery efficiently, the power must be converted into a high voltage and a small current form.

일반적으로 DC/DC컨버터는 하드 스위칭 방식(Hard-switching mode)을 사용하 여 출력전압을 제어한다.In general, the DC / DC converter uses a hard-switching mode to control the output voltage.

그러나 상기 하드 스위칭 방식의 전압제어는 제어 성능은 우수하나 고압 승압시 승압시 스위칭 전압 내력이 높아 과도손이 증가하며, 특히 고집적화를 위해 고속 스위칭을 하는 경우 특히 높은 과도손이 발생하게 되는 문제점이 있다.However, the voltage control of the hard switching method has excellent control performance, but the transient voltage increases because of high switching voltage strength at the time of high voltage boost. In particular, when the high speed switching is performed for high integration, a high transient loss occurs. .

본 발명자들은 하드 스위칭방식을 이용하지않고 소프트 스위칭방식을 이용하여 스위칭손실을 줄일 수 있고, 별도의 공진용 리액터가 필요없이도 직렬 공진을 하게 하여 영전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching)을 수행할 수 있는 DC/DC컨버터를 제작하기 위해 연구 노력한 결과, 변압기부의 누설 리액턴스를 이용하여 직렬 공진을 하게 함으로써 수동소자 추가에 따른 비용을 절감하고 고효율을 실현할 수 있는 DC/DC컨버터의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors can reduce the switching loss by using the soft switching method without using the hard switching method, and perform zero current switching (ZCS) by causing the series resonance without the need for a separate resonance reactor. As a result of research efforts to manufacture DC / DC converters, we have developed a technical configuration of DC / DC converters that can reduce the cost of adding passive elements and realize high efficiency by series resonance using leakage reactance of transformer part. The present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 입력측에 푸쉬-풀 스위칭부를 구비하고 출력측에 고승압에 유리하고 변압기부의 구조가 간단한 배압회로를 갖는 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a DC / DC converter having a push-pull switching part on the input side and a back voltage circuit having a high voltage boost on the output side and a simple structure of the transformer part.

또한, 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 다른 목적은 상기 푸쉬-풀 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 that can achieve high efficiency by soft switching is performed by lowering the switching frequency of the push-pull switching unit to the resonance frequency of the leakage reactance of the transformer unit To provide.

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 코일의 센터탭 양측으로 공급되게 하며, 상기 입력직류전원의 마이너스단과 상기 입력측 코일의 일단에 연결되는 제1 스위치 및 상기 입력직류전원의 마이너스단과 상기 입력측 코일의 타단에 연결되는 제2 스위치를 구비하는 푸쉬-풀 스위칭부, 상기 입력직류전원을 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 커패시터 및 일단은 상기 제1 다이오드의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되는 제2 커패시터를 구비하는 출력부를 포함하며, 상기 스위칭부의 스위칭주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제1 커패시터 또는 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제2 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 the center tap of the input side coil of the transformer unit, the first switch and the input DC connected to the negative end of the input DC power supply and one end of the input side coil. A push-pull switching unit having a negative end of a power supply and a second switch connected to the other end of the input side coil; a booster outputting boosted power by boosting the input DC power; a transformer unit having an input side coil and an output side coil, and the output side A rectifier having a first diode connected to a coil, rectifying the boosted power supply, a first diode connected to an end of the output side coil, and a second diode connected to a cathode of the output side coil, and a boosted rectified by the rectifier. Charges the power to form an output DC power supply, one end of which is connected to the cathode of the first diode And a second capacitor connected to the other end of the output side coil and one end connected to the other end of the first diode and the other end connected to the anode of the second diode. A switching frequency of the switching unit is lower than the resonance frequency caused by the leakage reactance of the transformer unit and the leakage reactance of the first capacitor or the transformer unit and the capacitance of the second capacitor, thereby providing a soft switching.

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 커패시터의 일단에 연결되는 평활용 인덕터 및 일단이 상기 평활용 인덕터에 연결되고, 타단이 상기 제2 커패시터의 타단에 연결되는 평활용 커패시터를 포함한다.In one embodiment, the LC filter unit has a smoothing inductor having one end connected to one end of the first 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 capacitor. Include.

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

먼저, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면 푸쉬-풀 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 push-pull switching part 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 센터탭이 필요없이 두 개의 다이오드와 커패시터를 배압회로로 사용하여 구조가 간단하고 고승압에 유리한 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, according to the DC / DC converter of the present invention, two diodes and a capacitor are used as a back-up circuit without requiring a center tap on the output side coil of the transformer unit, thereby providing a converter having a simple structure and 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 2는 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, Figure 2 is a series resonance equivalent circuit of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.

도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 푸쉬-풀 스위칭부(110), 변압기부(120), 정류부(130) 및 출력부(150)를 포함하여 이루어진다.Referring to the drawings, the DC / DC converter 100 according to an embodiment of the present invention includes a push-pull switching unit 110, a transformer unit 120, a rectifier 130, and an output unit 150.

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

더욱 자세하게는 상기 푸쉬-풀 스위칭부(110)는 상기 변압기부(120)의 입력측 코일(121)의 센터 탭(121a)을 중심으로 상기 입력측 코일(121)의 양측으로 전류가 흐르도록 상기 입력직류전원(Vin)을 상기 변압기부(120)로 공급한다.In more detail, the push-pull switching unit 110 allows the current to flow to both sides of the input side coil 121 about the center tap 121a of the input side coil 121 of the transformer unit 120. Power V in is supplied to the transformer unit 120.

또한, 상기 푸쉬-풀 스위칭부(110)는 상기 입력직류전원(Vin)의 마이너스단과 상기 입력측 코일(121)의 일단에 연결되는 제1 스위치(111) 및 상기 입력직류전원(Vin)의 마이너스단과 상기 입력측 코일(121)의 타단에 연결되는 제2 스위치(112)를 구비한다.Further, the push-in full-switching unit 110 the input DC power source (V in), a first switch 111 and the input DC power source (V in) the negative end coupled to one end of the input-side coil 121 of the And a second switch 112 connected to a negative end and the other end of the input side coil 121.

즉, 상기 스위치들(111,112)은 교번적으로 '온'되어 상기 입력측 코일(121)의 센터탭(121a) 양측으로 교대로 전류가 흐르게 한다.That is, the switches 111 and 112 are alternately 'on' so that current flows alternately to both sides of the center tap 121a of the input side coil 121.

상기 변압기부(120)는 상기 입력직류전원(Vin)을 승압하여 승압전원을 출력하며, 권선비가 a인 입력측 코일(121) 및 출력측 코일(122)을 포함한다.The transformer unit 120 boosts the input DC power V in to output a boost power, and includes an input side coil 121 and an output side coil 122 having a winding ratio a.

또한, 상기 입력측 코일(121)의 중앙에는 상기 입력직류전원(Vin)의 플러스 단과 연결되는 센터탭(121a)이 구비된다.In addition, a center tap 121a connected to the positive end of the input DC power supply V in is provided at the center of the input side coil 121.

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 다이 오드(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 커패시터(141) 및 일단은 상기 제1 다이오드(131)의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드(132)의 애노드에 연결되는 제2 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 capacitor 141 connected to the other end and one end thereof are connected to the other end of the first diode 131 and the other end thereof includes a second capacitor 142 connected to the anode of the second diode 132.

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 커패시터(141)의 일단에 연결되는 평활용 인덕터(151) 및 일단이 상기 평활용 인덕터(151)에 연결되고, 타단이 상기 제2 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 capacitor 141 The utilization 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 capacitor.

또한, 상기 평활용 커패시터(152)는 상기 커패시터들(141,142)과 함께 상기 출력직류전원을 평활하므로 용량이 작아지는 장점이 있다.In addition, the smoothing capacitor 152 smoothes the output DC power together with the capacitors 141 and 142, so that the capacity is reduced.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)의 동작을 간단히 설명하면, 먼저, 상기 제1 스위치(111)가 '온'되고, 상기 센터탭(121a)을 중심으로 상기 입력측 코일(121)의 일 측 방향으로 전류가 흐르게 된다.In addition, the operation of the DC / DC converter 100 according to an embodiment of the present invention will be briefly described. First, the first switch 111 is 'on', and the input side centers on the center tap 121a. The current flows in one direction of the coil 121.

그러나, 상기 제2 스위치(112)가 먼저 '온'될 수 있음은 물론이다.However, of course, the second switch 112 may be 'on' first.

다음, 상기 출력측 코일(122)에 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(122), 상기 제2 다이오드(132) 및 상기 제2 커패시터(142)가 하나의 폐루프를 형성하여, 상기 제2 커패시터(142)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 second diode 132, and the second capacitor 142 form one closed loop to form the second capacitor ( 142 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 제2 커패시터(142)의 커패시턴스(Cs)에 의해 공진을 하게 되고, 도 2와 같이 직렬공진 등가회로로 도시할 수 있다.At this time, the DC / DC converter 100 according to the embodiment of the present invention causes resonance by the leakage reactance L 1 of the transformer unit 120 and the capacitance C s of the second capacitor 142. 2, it can be shown as a series resonance equivalent circuit.

또한, 상기 누설리액턴스(Ll)의 값은 아래의 수학식 1과 같이 상기 변압기부(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 112009057018464-pat00001
Figure 112009057018464-pat00001

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

또한, 상기 제2 커패시터(142)의 커패시턴스(Cs) 역시 아래의 수학식2와 같이 상기 변압기부(120)의 입력측으로 환원하여 계산된다.In addition, the capacitance C s of the second capacitor 142 is also calculated by reducing to the input side of the transformer unit 120 as shown in Equation 2 below.

Figure 112009057018464-pat00002
Figure 112009057018464-pat00002

여기서, a는 상기 변압기부(120)의 권수비이고, C2는 상기 제2 커패시 터(142)의 용량이다.Here, a is the number of turns of the transformer unit 120, C 2 is the capacity of the second capacitor 142.

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 112009057018464-pat00003
Figure 112009057018464-pat00003

또한, 상기 공진주파수(fo)가 상기 제1 스위치(111)의 스위칭 주파수보다 크다면, 인덕터 전류(Il)는 불연속이 되며, 상기 제1 스위치(111)가 '온'되는 순간 상기 인덕터 전류(Il)는 0[A]에서 시작되어 영전류 스위칭(ZCS:Zero current swiching)동작이 되고, 상기 제1 스위치(111)가 '오프'되기 전 공진이 종료되어 상기 제1 스위치(111)에 흐르는 전류는 0[A]이 되므로, 상기 제1 스위치(111)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, the inductor current (I l) of the first switch 111 is discontinuous, the moment the inductor in which the first switch 111 is "on" The current I 1 starts at 0 [A] and becomes zero current switching (ZCS) operation, and resonance is terminated before the first switch 111 is 'off', so that the first switch 111 is closed. Since the current flowing in the) becomes 0 [A], the first switch 111 is soft switched at both 'on' and 'off', and 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(111)가 '오프'되고, 상기 제2 스위치(112)가 '온'되며, 상기 센터탭(121a)을 중심으로 상기 입력측 코일(121)의 타 측 방향으로 전류가 흐르게 된다.Next, the first switch 111 is 'off', the second switch 112 is 'on', and current flows in the other direction of the input side coil 121 about the center tap 121a. Will flow.

다음, 상기 출력측 코일(121)에 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(121), 상기 제1 다이오드(131) 및 상기 제1 커패시터(141)가 하나의 폐루프를 형성하여, 상기 제1 커패시터(141)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 first diode 131, and the first capacitor 141 form one closed loop to form the first capacitor ( 141 charges the boosted power boosted by the transformer unit 120.

또한, 상기 제2 스위치(112)의 영전류 스위칭 동작은 상기 제1 스위치(111)의 영전류 스위칭 동작과 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.In addition, the zero current switching operation of the second switch 112 is the same as the zero current switching operation of the first switch 111 will be omitted.

따라서, 상기 스위치들(111,112)은 모두 소프트 스위칭 구현이 가능하다.Accordingly, the switches 111 and 112 may implement soft switching.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 시뮬레이션 결과이다.3 is a simulation result of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 3를 참조하면, 시뮬레이션은 상기 누설리액턴스(Ll)를 8[uH], 상기 커패시턴스(Cs)를 8[uF]으로 하여 수행하였으며, 공진주파수는 약 19.9[kHz]로 스위칭 주파수를 이보다 낮은 18[kHz]로 설정하였다.Referring to FIG. 3, the simulation was performed with the leakage reactance L 1 8 [uH] and the capacitance C s 8 [uF], and the resonance frequency was approximately 19.9 [kHz]. Low was set to 18 [kHz].

그 결과, 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제2 스위치(112)에 각각 흐르는 전류(Isa,Isb)는 불연속이며, 공진에 의해 구형파가 아닌 정현파 형태의 전류로 흐르고 있음을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the currents I sa and I sb flowing through the first switch 111 and the second switch 112 are discontinuous and flow in a sinusoidal current instead of a square wave due to resonance. .

또한, 이러한 전류의 불연속 흐름에 의해 상기 각 스위치들(111,112) 각 스위치 전압(Vsa,Vsb)이 0[v]일 때 전류가 흐르는 영전류 스위칭 동작을 하고 있음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the current flows through the zero current switching operation when the switch voltages V sa and V sb of each of the switches 111 and 112 are 0 [v] by the discontinuous flow of the current.

또한, 상기 입력직류전압(Vin)이 48[V]일 경우 384[V]의 출력직류전압이 출력되고 있으며, 출력직류전압의 리플도 거의 없었다.Further, when the input DC voltage V in was 48 [V], an output DC voltage of 384 [V] was output, and there was little ripple in the output DC voltage.

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 도면, 1 is a view showing a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 직렬공진 등가회로,2 is a series resonance equivalent circuit of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention;

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 시뮬레이션 결과이다.3 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:푸쉬-풀 스위칭부100: DC / DC converter 110: push-pull switching unit

111:제1 스위치 112:제2 스위치111: first switch 112: second switch

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

121a:센터탭 122:출력측 코일121a: center tap 122: output side coil

130:정류부 131:제1 다이오드130: rectifier 131: first diode

132:제2 다이오드 140:출력부132: second diode 140: output unit

141:제1 커패시터 142:제2 커패시터141: first capacitor 142: second capacitor

150:필터부 151:평활용 인덕터150: filter unit 151: smooth inductor

152:평활용 커패시터152: smoothing capacitor

Claims (3)

입력직류전원을 하기 변압기부의 입력측 코일의 센터탭 양측으로 공급되게 하며, 상기 입력직류전원의 마이너스단과 상기 입력측 코일의 일단에 연결되는 제1 스위치 및 상기 입력직류전원의 마이너스단과 상기 입력측 코일의 타단에 연결되는 제2 스위치를 포함하되, 공진을 위한 수동소자인 공진용 리액터를 구비하지 않는 푸쉬-풀 스위칭부;Input DC power is supplied to both sides of the center tap of the input side coil of the transformer section, the first switch connected to the negative end of the input DC power source and one end of the input side coil, and the negative end of the input DC power supply and the other end of the input side coil A push-pull switching unit including a second switch connected to the second switch, wherein the push-pull switching unit does not include a resonance reactor which is a passive element for resonance; 상기 입력직류전원을 승압하여 승압전원을 출력하며, 입력측 코일 및 출력측 코일을 구비하는 변압기부;A transformer unit for boosting the input DC power 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 커패시터 및 일단은 상기 제1 다이오드의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되는 제2 커패시터를 구비하는 출력부;를 포함하며,Charges the boosted power rectified by the rectifier to form an output DC power source, 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 side coil, and one end of the other end of the first diode. And an output having a second capacitor connected to the other end of the second diode and connected to an anode of the second diode. 상기 스위칭부의 스위칭주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제1 커패시터 또는 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제2 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 resonance frequency caused by the leakage reactance of the transformer unit and the leakage reactance of the first capacitor or the transformer unit and the capacitance of the second capacitor, so that soft switching is performed. DC / DC converter, characterized in that calculated using the formula. [수학식][Equation]
Figure 112011022086015-pat00007
Figure 112011022086015-pat00007
 ;
Figure 112011022086015-pat00008
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;
Figure 112011022086015-pat00009
 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 커패시터의 일단에 연결되는 평활용 인덕터 및 일단이 상기 평활용 인덕터에 연결되고, 타단이 상기 제2 커패시터의 타단에 연결되는 평활용 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC컨버터.The LC filter unit includes a smoothing inductor having one end connected to one end of the first 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 capacitor. DC / DC converter.
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