KR100338866B1 - Converter of Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch - Google Patents

Converter of Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch Download PDF

Info

Publication number
KR100338866B1
KR100338866B1 KR1019990026806A KR19990026806A KR100338866B1 KR 100338866 B1 KR100338866 B1 KR 100338866B1 KR 1019990026806 A KR1019990026806 A KR 1019990026806A KR 19990026806 A KR19990026806 A KR 19990026806A KR 100338866 B1 KR100338866 B1 KR 100338866B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
transistor
capacitor
transformer
primary side
Prior art date
Application number
KR1019990026806A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19990073344A (en
Inventor
조형규
Original Assignee
조형규
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 조형규 filed Critical 조형규
Priority to KR1019990026806A priority Critical patent/KR100338866B1/en
Publication of KR19990073344A publication Critical patent/KR19990073344A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100338866B1 publication Critical patent/KR100338866B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

PURPOSE: A partial resonant converter is provided to perform a zero voltage switching function of a main switch and an auxiliary switch by allowing a ZVS using a resonant phenomenon during a switching period. CONSTITUTION: A transformer(T) insulates a primary side and a secondary side from each other. The seventh and eighth transistors(Q7,Q8) supply an input direct current voltage to the primary side of the transformer(T). The first, second, and third transistors(Q1,Q2, and Q3) control the eighth transistor(Q8). The fourth, fifth, and sixth transistors(Q4,Q5, and Q6) control the seventh transistor(Q7). A voltage detector(2) detects an output voltage. A PWM controller(4) controls the third, fourth, fifth, and sixth transistors(Q3,Q4,Q5, and Q6) in response to an output signal of the voltage detector(2).

Description

주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터{Converter of Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch}Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch

본 발명은 스위칭 전원장치에 관한 것으로, 특히 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching : 이하 'ZVS'라 함)이 가능하도록 한 부분 공진형 컨버터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply, and more particularly, to a partially resonant converter capable of zero voltage switching (hereinafter referred to as 'ZVS').

일반적인 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation : 이하 'PWM'이라 함) 방식의 구형파 컨버터는 발진 주파수에 비례하여 스위칭손실이 증가하고, 스위칭손실에 의한 발열로 인하여 주파수를 올리는데 한계가 있다. 또한, 구형파 컨버터는 스위칭시 고주파신호에 의한 변압기의 누설 인덕턴스 및 패턴의 인덕턴스 성분에 의해 출력신호에 노이즈가 많이 포함되며, 인체 및 주변기기에 영향을 주는 전도잡음 및 방사잡음이 증가한다.The square wave converter of general pulse width modulation (hereinafter referred to as 'PWM') has an increase in switching loss in proportion to the oscillation frequency, and has a limitation in raising the frequency due to the heat generated by the switching loss. In addition, the square wave converter includes a large amount of noise in the output signal by the leakage inductance of the transformer and the inductance component of the pattern due to the high frequency signal during switching, and the conduction noise and the radiation noise affecting the human body and the peripherals are increased.

이러한 구형파 컨버터의 문제점은 다음과 같다. 먼저, 전술한 바와 같이 스위칭손실에 의해 발열이 발생되므로 이러한 발열을 최소화하기 위하여 스위칭소자의 정격을 실제 필요한 정격치의 2∼3 배 정도의 정격을 올려서 사용하게 되며, 많은 양의 열을 최대한 발산시키기 위하여 크고 무거운 방열판이 필요하게 된다. 더욱이, 출력용량이 큰 경우에는 방열판에 의한 열발산 효과가 적기 때문에 직류 팬(Fan)을 이용하여 냉각하지 않으면 않되므로 직류 팬에 대한 추가비용이 상승하게 된다. 또한, 구형파 컨버터의 자체 발열은 주변 부품들에 악영향을 끼치게 되므로 수명을 단축시킴은 물론 잡음발생의 주요한 원인이 되어 주변기기의 오동작을 초래하기도 한다. 또한, 구형파 컨버터의 자체 발열은 스위칭 전원장치에 소비전력을 상승시킬뿐 아니라 스위칭 전원장치의 부피를 크게하여 대형화시키게 되며, 비용을 상승시키게 된다.The problem of this square wave converter is as follows. First, since heat generation is generated by switching loss as described above, in order to minimize such heat generation, the rating of the switching element is used by raising the rating of about 2 to 3 times the actual required value, and dissipating a large amount of heat Large and heavy heat sinks are needed for this purpose. In addition, when the output capacity is large, since the heat dissipation effect by the heat sink is small, the additional cost for the direct current fan increases because the cooling must be performed using a direct current fan. In addition, the self-heating of the square wave converter adversely affects the peripheral components, thereby shortening the lifespan and leading to the occurrence of noise as a major cause of noise. In addition, the self-heating of the square wave converter not only increases the power consumption of the switching power supply, but also increases the volume of the switching power supply, thereby increasing the size and increasing the cost.

이러한 문제점들로 인하여, 구형파 컨버터는 고효율화 및 고주파화되기가 곤란하다. 최근에는 구형파 컨버터의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 공진형 컨버터에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 공진형 컨버터는 스위칭 소자의 전류 또는 전압파형을 정현파형으로 변화시킴으로써 스위칭 손실과 노이즈를 감소시킬 수 있다. 도 1은 구형파 컨버터와 공진형 컨버터의 전압, 전류파형과 스위칭 손실을 비교한 것으로서, 공진형 컨버터의 손실이 정현파 형태의 전류파형으로 인하여 구형파 컨버터의 그것보다 작게됨을 알 수 있다.Due to these problems, it is difficult for the square wave converter to be high efficiency and high frequency. Recently, development of a resonant converter has been actively conducted as a solution to the problem of the square wave converter. Such a resonant converter can reduce switching loss and noise by changing the current or voltage waveform of the switching element into a sinusoidal waveform. FIG. 1 compares the voltage, current waveform and switching loss of a square wave converter and a resonant converter, and it can be seen that the loss of the resonant converter is smaller than that of the square wave converter due to the sinusoidal current waveform.

공진형 컨버터는 위에서 알 수 있는 바와 같이 스위칭 손실이 적기 때문에 고주파 및 소형화가 가능하고 전압 또는 전류 파형이 정현파로서 잡음발생이 적게 된다. 그러나 공진형 컨버터는 스위칭 소자의 전압 또는 전류 스트레스(Stress) 및 온(on) 손실이 크며, 입력조건 및 부하조건에 의해 공진조건이 유지되지 않는 경우가 흔히 발생하게 되므로 제어가 불안정한 문제점을 함께 가지고 있다. 또한,공진형 컨버터의 문제점으로써 경부하시의 최저 주파수에서 변압기 쵸크코일의 형상에 제한이 있는 단점이 있다.As can be seen from the above resonant converter, the switching loss is small, so that high frequency and miniaturization are possible, and the voltage or current waveform is a sine wave, which generates less noise. However, the resonant converter has a large voltage or current stress and on loss of the switching element, and the resonance condition is often not maintained by the input condition and the load condition. have. In addition, as a problem of the resonant converter, there is a disadvantage in that the shape of the transformer choke coil is limited at the lowest frequency at light load.

이러한 구형파 컨버터와 공진형 컨버터의 문제점을 해결하기 위해서는 스위칭 기간에만 공진현상을 이용하여 ZVS를 실현할 수 있는 방안이 요구되고 있다.In order to solve the problems of the square wave converter and the resonant converter, there is a demand for a method capable of realizing ZVS using a resonance phenomenon only during a switching period.

따라서, 본 발명의 목적은 스위칭 기간에만 공진현상을 이용하여 ZVS가 가능하도록 한 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터에 관한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is a partial resonant converter that implements zero voltage switching of a main switch and an auxiliary switch to enable ZVS by using a resonance phenomenon only in a switching period.

도 1은 종래의 구형파 컨버터 및 공진형 컨버터의 전압·전류 손실을 나타내는 파형도.1 is a waveform diagram showing voltage and current losses of a conventional square wave converter and a resonant converter.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터를 나타내는 회로도.2 is a circuit diagram illustrating a partially resonant converter implementing zero voltage switching of a main switch and an auxiliary switch according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 제8 트랜지스터의 스1위칭시 캐패시터의 방전전압을 나타내는 특성도.FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating a discharge voltage of a capacitor during switching of the eighth transistor shown in FIG. 2.

도 4는 도 2에 도시된 제7 트랜지스터의 스위칭시 캐패시터의 방전전압을 나타내는 특성도.4 is a characteristic diagram illustrating a discharge voltage of a capacitor when switching of the seventh transistor illustrated in FIG. 2.

도 5는 도 2에 도시된 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터에 있어서 주스위칭소자 및 보조스위칭소자의 구동전압과 1차측 전류와 전압을 나타내는 파형도.FIG. 5 is a waveform diagram illustrating driving voltages, primary currents, and voltages of a juice switching element and an auxiliary switching element in the partial resonant converter implementing zero voltage switching of the main switch and the auxiliary switch shown in FIG. 2; FIG.

도 6은 도 2에 도시된 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터의 총손실량을 나타내는 로커스 파형도.FIG. 6 is a locus waveform diagram showing a total loss amount of a partially resonant converter in which zero voltage switching of a main switch and an auxiliary switch shown in FIG. 2 is implemented.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

2 : 전압 검출부 4 : PWM 제어부2: voltage detector 4: PWM controller

6 : 부하6: load

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터는 1차측과 2차측이 절연된 변압기와; 변압기의 2차측 전압을 검출하기 위한 전압 검출부와; 전압 검출부에 접속되어 변압기의 2차측 전압변동에 따라 듀티비가 달라지는 구형파 펄스를 발생하는 펄스폭 변조 제어부와; 제1 제어신호가 공급되는 게이트전극과 변압기의 1차측과 기저전압원 사이에 접속된 드레인전극 및 소오스전극을 가지는 제1 트랜지스터와, 제1 트랜지스터의 드레인전극 및 소오스전극 사이에 접속된 제1 캐패시터를 포함하여 제1 캐패시터의 충/방전을 이용한 영전압 스위칭으로 변압기의 1차측에 직류 입력전압을 공급하는 주스위칭소자와; 주스위칭소자와 펄스폭 변조 제어부 사이에 접속되어 구형파 펄스를 충전하여 충전된 전압으로 주스위칭소자를 구동시키기 위한 제1 제어신호를 발생하는 주스위치 제어회로와; 제2 제어신호가 공급되는 게이트전극과 변압기의 1차측 양단에 접속된 드레인전극 및 소오스전극을 가지는 제2 트랜지스터와, 제2 트랜지스터의 드레인전극 및 소오스전극 사이에 접속된 제2 캐패시터를 포함하고, 미리 설정된 데드밴드에 의해 상기 주스위칭소자와 교번되게 동작함과 아울러 제2 캐패시터의 충/방전을 이용한 영전압 스위칭으로 직류 입력전압을 변압기의 1차측에 공급하는 보조스위칭소자와; 보조스위칭소자와 펄스폭 변조 제어부 사이에 접속되어 구형파 펄스에 응답하여 보조스위칭소자를 구동시키기 위한 제2 제어신호를 발생하는 보조스위치 제어회로와; 상기 직류 입력전압이 공급되고, 상기 변압기의 1차측과 제2 트랜지스터의 드레인전극 사이에 접속되는 클램프 캐패시터를 구비한다.In order to achieve the above object, a partial resonant converter implementing zero voltage switching of a main switch and an auxiliary switch according to the present invention includes a transformer insulated from a primary side and a secondary side; A voltage detector for detecting a secondary voltage of the transformer; A pulse width modulation controller connected to the voltage detector to generate a square wave pulse having a duty ratio different according to a voltage variation of the secondary side of the transformer; A first transistor having a drain electrode and a source electrode connected between the gate electrode supplied with the first control signal and the primary side of the transformer and the base voltage source, and a first capacitor connected between the drain electrode and the source electrode of the first transistor. A juice switching element for supplying a DC input voltage to the primary side of the transformer by zero voltage switching using charge / discharge of the first capacitor; A main switch control circuit connected between the juice switching element and the pulse width modulation controller to charge a square wave pulse to generate a first control signal for driving the juice switching element at a charged voltage; A second transistor having a gate electrode supplied with the second control signal and a drain electrode and a source electrode connected to both ends of the primary side of the transformer, and a second capacitor connected between the drain electrode and the source electrode of the second transistor, An auxiliary switching element which alternately operates with the juice switching element by a preset dead band and supplies a DC input voltage to a primary side of a transformer by zero voltage switching using charge / discharge of a second capacitor; An auxiliary switch control circuit connected between the auxiliary switching element and the pulse width modulation control unit to generate a second control signal for driving the auxiliary switching element in response to a square wave pulse; And a clamp capacitor supplied with the DC input voltage and connected between the primary side of the transformer and the drain electrode of the second transistor.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above object will become apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6.

도 2를 참조하면, 1차측(1A)과 2차측(2A)을 절연하는 변압기(T)와, 변압기(T)의 1차측(1A)에 직류 입력전압(Vin)을 공급하기 위한 스위칭소자 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)와, 제8 트랜지스터(Q8)를 제어하기 위한 제1, 제2 및 제3 트랜지스터(Q1,Q2,Q3)와, 제7 트랜지스터(Q7)를 제어하기 위한 제4, 제5 및 제6 트랜지스터(Q4,Q5,Q6)와, 출력전압을 검출하기 위한 전압 검출부(2)와, 전압 검출부(2)의 출력신호에 응답하여 제3, 제4, 제5 및 제6 트랜지스터(Q3,Q4,Q5,Q6)를 제어하기 위한 PWM 제어부(4)를 구비하는 본 발명에 따른 부분 공진형 컨버터가 도시되어 있다. 제1 및 제5 트랜지스터(Q1,Q5)는 npn 접합형 트랜지스터가 사용되며, 제2 및 제6 트랜지스터(Q2,Q6)는 pnp형 접합 트랜지스터가 사용된다. 그리고 제3, 제4, 제7 및 제8 트랜지스터(Q3,Q4,Q7,Q8)는 n 채널 MOS FET가 사용된다.2, a transformer T for insulating the primary side 1A and the secondary side 2A, and a switching element for supplying a DC input voltage Vin to the primary side 1A of the transformer T. 7th and 8th transistors Q7 and Q8, 1st, 2nd and 3rd transistors Q1, Q2 and Q3 for controlling the 8th transistor Q8 and 7th transistor Q7 for controlling The third, fourth, and fifth transistors in response to the output signals of the fourth, fifth, and sixth transistors Q4, Q5, and Q6, the voltage detector 2 for detecting the output voltage, and the voltage detector 2; And a PWM controller 4 for controlling the sixth transistors Q3, Q4, Q5, Q6. Npn junction transistors are used as the first and fifth transistors Q1 and Q5, and pnp junction transistors are used as the second and sixth transistors Q2 and Q6. An n-channel MOS FET is used for the third, fourth, seventh, and eighth transistors Q3, Q4, Q7, and Q8.

변압기(T)의 1차측(1A)은 액티브 클램프(Active Clamp) 회로인 제1 캐패시터(C1), 제8 트랜지스터(Q8) 및 제2 캐패시터(C2)와 병렬로 접속되며, 이 액티브 클램프 회로에는 직류 입력전압(Vin)이 직접 공급된다. 제8 트랜지스터(Q8)는 주스위치인 제7 트랜지스터(Q7)에 대하여 보조 스위치 역할을 하게 되며, 클램프 캐패시터인 제1 캐패시터(C1)는 주스위치가 오프타임 동안에도 계속 동작을 하는 클램프 캐패시터 역할로써, 손실을 최소화하면서 모든 사이클 동안에 돌아 다니는 기생 에너지를 흡수하며 리플(Ripple) 전압을 최소화하게 된다. 주 스위치 역할을 하는 제7 트랜지스터(Q7) 및 제3 캐패시터(C3)는 제1 노드(n1)를 경유하여 제8 트랜지스터(Q8)의 소오스단자와 변압기(T)의 1차측(1A)에 공통으로 접속되어 제7 트랜지스터(Q7)의 동작 상태에 따라 변압기(T)의 1차측(1A)에 직류 입력전압(Vin)을 공급하게 된다. 변압기(T)의 1차측(1A)에 공급된 전압은 2차측(2A,2B)에 전달된 후, 다이오드들(D1,D2), 인덕터(LR) 및 캐패시터(CR)에 의해 정류·평활되어 직류전압으로 부하(6)에 공급된다.The primary side 1A of the transformer T is connected in parallel with the first capacitor C1, the eighth transistor Q8, and the second capacitor C2, which are active clamp circuits. DC input voltage Vin is supplied directly. The eighth transistor Q8 serves as an auxiliary switch with respect to the seventh transistor Q7 as a main switch, and the first capacitor C1 as a clamp capacitor serves as a clamp capacitor in which the main switch continues to operate even during an off time. As a result, it absorbs parasitic energy that wanders through all cycles while minimizing losses and minimizes ripple voltage. The seventh transistor Q7 and the third capacitor C3 serving as the main switch are common to the source terminal of the eighth transistor Q8 and the primary side 1A of the transformer T via the first node n1. The DC input voltage Vin is supplied to the primary side 1A of the transformer T according to the operating state of the seventh transistor Q7. The voltage supplied to the primary side 1A of the transformer T is transferred to the secondary sides 2A and 2B, and then rectified by the diodes D1 and D2, the inductor L R and the capacitor C R. It is smoothed and supplied to the load 6 by DC voltage.

전압 검출부(2)는 출력노드들(nout1,nout2)에 접속되어 출력노드들(nout1,nout2) 상의 출력전압 변동상태를 검출하여 PWM 제어회로(4)에 공급하게 된다. PWM 제어부(4)는 미리설정된 시비율에 의해 전압 검출부(2)로부터 검출된 출력전압 변동분을 펄스폭 변조하여 구형파 형태의 제어신호를 발생하게 된다. 이 PWM 제어부(4)로부터 발생된 구형파 형태의 제어신호는 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)를 구동시켜 출력전압을 일정하게 유지시키게 된다. 아울러 PWM 제어부(4)는 제10 노드(n10) 상의 과전압을 검출하여, 이 과전압에 따라 구형파 형태의 제어신호를 제어하게 된다. 이를 상세히 하면, PWM 제어부(4)로부터 발생되는 구형파 형태의 제어신호는 직렬 접속된 제3, 제4 및 제5 저항들(R3,R4,R5)에 의해 분압되어 제3 트랜지스터(Q3)의 게이트단자와 소오스단자에 공급된다. 제3 트랜지스터(Q3)의 드레인단자에는 전류제한용 제1 저항(R1), 제5 다이오드(D5), 제2 노드(n2) 및 제2 저항(R2)를 경유하여 직류 입력전압(Vin)이 공급된다. 한편, 직류 입력전압(Vin)에 병렬 접속된 제4 캐패시터(C4)는 전원 노이즈 제거용으로 사용되며, 제5 다이오드(D5)는 역방향 전압·전류를 차단하는 역할을 하게 된다. 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 병렬 접속된 제5 및 제6 캐패시터(C5,C6)는 제2 노드(n2) 상의 노이즈 성분을 제거하며, 충/방전 특성에 의해 제8 트랜지스터(Q8)의 턴-온/턴-오프 타임을 제어한다. 제3 트랜지스터(Q3)는 자신의 게이트단자에 접속된 제3 및 제4 저항(R3,R4)에 의한 분압전압에 의해 턴-온/오프(turn on/off)됨으로써 제3 노드(n3) 상의 전압을 가변시켜 제1 및 제2 트랜지스터(Q1,Q2)를 제어한다. 제1 및 제2 트랜지스터(Q1,Q2)는 베이스단자들이 제3 노드(n3)에 공통으로 접속되어 제3 노드(n3) 상의 전압에 의해 어느 하나가 턴-온된다. 제1 트랜지스터(Q1)는 제3 노드(n3) 상의 전압이 자신의 문턱전압(Vth) 이상의 전위일 때 턴-온되며, 제2 트랜지스터(Q2)는 제3 노드(n3) 상의 전압이 자신의 문턱전압(Vth) 이하의 전위일 때 턴-온된다. 제1 트랜지스터(Q1)가 턴-온되면 제2 노드(n2) 상의 전압을 제12 저항(R12) 쪽으로 공급하게 되어 제8 트랜지스터(Q8)을 턴-온시키며, 제2 트랜지스터(Q2)가 턴-온되면 제4 노드(n4) 상의 전압을 제1 노드(n1) 쪽으로 공급하게 된다.The voltage detector 2 is connected to the output nodes nout1 and nout2 to detect an output voltage fluctuation state on the output nodes nout1 and nout2 to supply the PWM control circuit 4. The PWM controller 4 generates a control signal in the form of a square wave by pulse-width modulating the output voltage variation detected from the voltage detector 2 at a preset ratio. The square wave control signal generated from the PWM controller 4 drives the seventh and eighth transistors Q7 and Q8 to maintain the output voltage constant. In addition, the PWM controller 4 detects an overvoltage on the tenth node n10 and controls a control signal in the form of a square wave according to the overvoltage. In detail, the square wave control signal generated from the PWM controller 4 is divided by the third, fourth, and fifth resistors R3, R4, and R5 connected in series to form a gate of the third transistor Q3. Supply to terminals and source terminals. The drain terminal of the third transistor Q3 has a DC input voltage Vin through the first resistor R1, the fifth diode D5, the second node n2, and the second resistor R2. Supplied. On the other hand, the fourth capacitor C4 connected in parallel to the DC input voltage Vin is used for power supply noise removal, and the fifth diode D5 serves to block reverse voltage and current. The fifth and sixth capacitors C5 and C6 connected in parallel between the first node n1 and the second node n2 remove noise components on the second node n2, and are controlled by the charge / discharge characteristics. 8 Turn-on / turn-off time of transistor Q8 is controlled. The third transistor Q3 is turned on / off by the divided voltages of the third and fourth resistors R3 and R4 connected to its gate terminal, thereby turning on the third node n3. The voltage is varied to control the first and second transistors Q1 and Q2. The first and second transistors Q1 and Q2 have base terminals commonly connected to the third node n3, and one of them is turned on by the voltage on the third node n3. The first transistor Q1 is turned on when the voltage on the third node n3 is equal to or higher than its threshold voltage Vth, and the second transistor Q2 is turned on when the voltage on the third node n3 is its own. It is turned on when the potential is below the threshold voltage Vth. When the first transistor Q1 is turned on, the voltage on the second node n2 is supplied to the twelfth resistor R12 to turn on the eighth transistor Q8, and the second transistor Q2 is turned on. When turned on, the voltage on the fourth node n4 is supplied toward the first node n1.

또한, PWM 제어부(4)로부터 발생되는 구형파 형태의 제어신호는 제5 노드(n5) 및 제7 캐패시터(C7)를 경유하여 제4 트랜지스터(Q4)의 게이트단자에 공급됨과 아울러 제13 저항(R13)을 경유하여 제4 트랜지스터(Q4)의 드레인단자에 공급된다. 제7 캐패시터(C7)에는 제5 노드(n5) 상의 전압이 하이전위일 때 제5 노드(n5) 상의 전압이 일부 충전되는 반면, 제5 노드(n5) 상의 전압이 로우전위일 때 충전된 일부 전압과 제5 트랜지스터(Q5)의 베이스에 충전된 전하가 제6 다이오드(D6)를 통하여 제7 캐패시터(C7)에 충전되어 그 전하가 제4 트랜지스터(Q4)의 게이트단자에 공급하게 된다. 제4 트랜지스터(Q4)는 제7 캐패시터(7)가 방전되는 기간에 턴-온되어 제7 노드(n7) 상의 전압을 제6 노드(n6) 쪽으로 방전시키게 된다. 이에 따라, PWM 제어회로(4)로부터 발생된 구형파 펄스의 레벨에 따라 제3 및 제4 트랜지스터(Q3,Q4)가 교번적으로 턴-온된다. 한편, 제5 노드(n5)와 제7 노드(n7) 사이에 제13 저항(R13)과 병렬 접속된 제6 다이오드(D6)는 제5 트랜지스터(Q5)의 턴-오프 타임을 빠르게 하는 역할을 하게 된다. 제5 및 제6 트랜지스터(Q5,Q6)는 베이스단자들이 제7 노드(n7)에 공통으로 접속되어 제7 노드(n7) 상의 전압에 의해 어느 하나가 턴-온된다. 제5 트랜지스터(Q5)는 제7 노드(n7) 상의 전압이 자신의 문턱전압(Vth) 이상의 전위일 때 턴-온되며, 제6 트랜지스터(Q6)는 제7 노드(n7) 상의 전압이 자신의 문턱전압(Vth) 이하의 전위일 때 턴-온된다. 제5 트랜지스터(Q5)가 턴-온되면 제9 노드(n9) 상의 전압을 제6 저항(R6) 쪽으로 공급하게 되어 제7 트랜지스터(Q7)을 턴-온시키고, 제6 트랜지스터(Q6)가 턴-온되면 제7 저항(R7)을 경유하여 제7 트랜지스터(Q7)의 게이트에 축적된 구동전하를 제6 노드(n6) 쪽으로 공급하여 제7 트랜지스터(Q7)를 턴-오프시키게 된다.In addition, the square wave control signal generated from the PWM controller 4 is supplied to the gate terminal of the fourth transistor Q4 via the fifth node n5 and the seventh capacitor C7 and the thirteenth resistor R13. ) Is supplied to the drain terminal of the fourth transistor Q4. The seventh capacitor C7 is partially charged with the voltage on the fifth node n5 when the voltage on the fifth node n5 is high potential, while the partially charged is charged when the voltage on the fifth node n5 is low potential. The voltage and the charge charged in the base of the fifth transistor Q5 are charged in the seventh capacitor C7 through the sixth diode D6, and the charge is supplied to the gate terminal of the fourth transistor Q4. The fourth transistor Q4 is turned on during the discharge of the seventh capacitor 7 to discharge the voltage on the seventh node n7 toward the sixth node n6. Accordingly, the third and fourth transistors Q3 and Q4 are alternately turned on according to the level of the square wave pulse generated from the PWM control circuit 4. Meanwhile, the sixth diode D6 connected in parallel with the thirteenth resistor R13 between the fifth node n5 and the seventh node n7 serves to speed up the turn-off time of the fifth transistor Q5. Done. The fifth and sixth transistors Q5 and Q6 have base terminals commonly connected to the seventh node n7, and one of them is turned on by the voltage on the seventh node n7. The fifth transistor Q5 is turned on when the voltage on the seventh node n7 is equal to or higher than its threshold voltage Vth, and the sixth transistor Q6 has its own voltage on the seventh node n7. It is turned on when the potential is below the threshold voltage Vth. When the fifth transistor Q5 is turned on, the voltage on the ninth node n9 is supplied to the sixth resistor R6 to turn on the seventh transistor Q7, and the sixth transistor Q6 is turned on. When turned on, the driving charge accumulated in the gate of the seventh transistor Q7 is supplied toward the sixth node n6 via the seventh resistor R7 to turn off the seventh transistor Q7.

제7 트랜지스터(Q7)의 게이트단자는 제8 노드(n8)를 경유하여 제6 및 제7 저항(R6,R7)과 제2 제너 다이오드(ZD2)에 접속되며, 소오스 단자와 게이트단자 사이에는 제4 다이오드(D4)와 제3 캐패시터(C3)가 병렬로 접속된다. 여기서, 제4 다이오드(D4)는 제7 트랜지스터(Q7)의 내부 다이오드이다. 제7 트랜지스터(Q7)는 제8 노드(n8) 상의 전압이 자신의 문턴전압(Vth) 이상일 때 턴-온된다. 제3 캐패시터(C3)는 제7 트랜지스터(Q7)가 턴-오프될 때 즉, 제1 노드(n1) 상의 전압이 하이전위일 때 제1 노드(n1) 상의 전압을 충전하는 반면, 제7 트랜지스터(Q7)가 턴-온될 때 즉, 제1 노드(n1) 상의 전압이 로우전위일 때 충전된 전압을 방전하게 된다. 이 때, 제7 트랜지스터(Q7)는 제3 캐패시터(C3)의 충/방전에 의해 ZVS로 스위칭된다. 제8 트랜지스터(Q8)의 게이트단자는 제12 저항(R12)과 제1 제너 다이오드(ZD1)에 접속되며, 소오스 단자와 게이트단자 사이에는 제3 다이오드(D3)와 제2 캐패시터(C2)가 병렬로 접속된다. 이 제8 트랜지스터(Q8)는 제12 저항(R12)을 경유하여 공급되는 전압이 자신의 문턴전압(Vth) 이상일 때 턴-온된다. 제2 캐패시터(C2)는 제8 트랜지스터(Q8)가 턴-오프될 때 제1 캐패시터(C1)로부터 방전되는 전압을 충전하는 반면, 제8 트랜지스터(Q8)가 턴-온될 때 충전된 전압을 방전하게 된다. 이에 따라, 제8 트랜지스터(Q8)의 스위칭에 의해 클램프 캐패시터인 제1 캐패시터(C1)와 FET의 출력 정전용량(Coss)과 합성 정전용량인 제2 캐패시터(C2)와 변압기(T)의 누설 인덕턴스(LL)과 마그네타이징 인덕턴스에 의해 공진이 일어나게 된다. 이 때, 제8 트랜지스터(Q8)는 제2 캐패시터(C2)의 충/방전에 의해 ZVS로 스위칭된다. ZVS 스위칭은 제2 및 제3 캐패시터들(C2,C3)의 충전전압이 마이너스 전위로 방전되어 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)의 내장 다이오드에 방전 전압이 클램프(Clamp)되는 순간에 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)가 턴-온시킴으로써 구현된다.The gate terminal of the seventh transistor Q7 is connected to the sixth and seventh resistors R6 and R7 and the second zener diode ZD2 via an eighth node n8, and is connected between the source terminal and the gate terminal. The four diodes D4 and the third capacitor C3 are connected in parallel. The fourth diode D4 is an internal diode of the seventh transistor Q7. The seventh transistor Q7 is turned on when the voltage on the eighth node n8 is equal to or greater than its own moonturn voltage Vth. The third capacitor C3 charges the voltage on the first node n1 when the seventh transistor Q7 is turned off, that is, when the voltage on the first node n1 is high potential, while the seventh transistor C3 is charged. When Q7 is turned on, that is, when the voltage on the first node n1 is at a low potential, the charged voltage is discharged. At this time, the seventh transistor Q7 is switched to ZVS by charging / discharging of the third capacitor C3. The gate terminal of the eighth transistor Q8 is connected to the twelfth resistor R12 and the first zener diode ZD1, and the third diode D3 and the second capacitor C2 are paralleled between the source terminal and the gate terminal. Is connected to. The eighth transistor Q8 is turned on when the voltage supplied via the twelfth resistor R12 is equal to or higher than its own turn-on voltage Vth. The second capacitor C2 charges the voltage discharged from the first capacitor C1 when the eighth transistor Q8 is turned off, while the second capacitor C2 discharges the charged voltage when the eighth transistor Q8 is turned on. Done. Accordingly, by switching the eighth transistor Q8, the output capacitance Coss of the first capacitor C1 and the FET, and the leakage inductance of the second capacitor C2 and the transformer T, which are synthetic capacitances, are the capacitances. Resonance occurs due to (L L ) and magnetizing inductance. At this time, the eighth transistor Q8 is switched to ZVS by charging / discharging of the second capacitor C2. ZVS switching is performed when the charge voltage of the second and third capacitors C2 and C3 is discharged to a negative potential and the discharge voltage is clamped to the built-in diodes of the seventh and eighth transistors Q7 and Q8. The seventh and eighth transistors Q7 and Q8 are implemented by turning on.

제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)의 게이트단자에 접속된 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)는 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)의 게이트단자에 공급되는 전압을 일정하게 유지시킴과 아울러 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)를 과전압으로부터 보호하는 역할을 하게 된다. 제6 및 제10 노드(n6,n10) 사이에 병렬 접속된 저항들(R8,R9,R10,R11)은 직류 입력전압(Vin)과 PWM 제어부(4)의 기저전압원(GND) 사이의 임피던스 매칭과 아울러 과전류로부터 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)를 보호하는 역할을 하게 된다.The first and second zener diodes ZD1 and ZD2 connected to the gate terminals of the seventh and eighth transistors Q7 and Q8 have a constant voltage supplied to the gate terminals of the seventh and eighth transistors Q7 and Q8. In addition, the seventh and eighth transistors Q7 and Q8 are protected from overvoltage. The resistors R8, R9, R10, and R11 connected in parallel between the sixth and tenth nodes n6 and n10 match impedance between the DC input voltage Vin and the ground voltage source GND of the PWM controller 4. In addition, the seventh and eighth transistors Q7 and Q8 are protected from overcurrent.

제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)는 제3 및 제4 트랜지스터(Q3,Q4)가 이미 설계된 데드밴드(Dead band)에 의해 교번적으로 턴-온되므로 각각 제4 노드(n4) 및 제8 노드(n8) 상의 전압에 응답하여 턴-온되게 된다. 이들 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)가 위와 같이 구동되어 변압기(T)의 1차측(1A)에 공급된 전압이 2차측(2A,2B)에 전달된다. 2차측(2A,2B)에 전달된 전압은 센터탭(Center tap) 형태로 접속된 제1 및 제2 다이오드(D1,D2)에 의해 1차 정류된 후, 인덕터(LR)와 캐패시터(CR)로 이루어진 평활회로에서 2차 정류되어 부하(6)에 공급된다.Since the seventh and eighth transistors Q7 and Q8 are alternately turned on by the dead band in which the third and fourth transistors Q3 and Q4 are already designed, the fourth node n4 and the fourth transistor are respectively turned on. It is turned on in response to the voltage on the eight node n8. These seventh and eighth transistors Q7 and Q8 are driven as described above so that the voltage supplied to the primary side 1A of the transformer T is transferred to the secondary side 2A, 2B. The voltage delivered to the secondary sides 2A and 2B is first rectified by the first and second diodes D1 and D2 connected in the form of a center tap, and then the inductor L R and the capacitor C In the smoothing circuit consisting of R ) is rectified second and supplied to the load (6).

결국, 출력노드들(nout1,nout2) 상의 전압 변동에 따라 PWM 제어부(4)로부터 발생되는 구형파 펄스는 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)를 교대로 턴-온/오프시키게 되며, 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)의 턴-온/오프에 따라 캐패시터가 충/방전되어 ZVS가 얻어지며 클램프 캐패시터인 제1 캐패시터(C1)와, 변압기(T)의 누설 인덕턴스(LL)과 마그네타이징 인덕턴스에 의해 공진을 구현할 수 있다. 여기서, 제7 및 제8 트랜지스터(Q7,Q8)의 ZVS 스위칭시 일정한 데드밴드(Dead band)가 존재하게 된다.As a result, the square wave pulse generated from the PWM controller 4 according to the voltage variation on the output nodes nout1 and nout2 turns on / off the seventh and eighth transistors Q7 and Q8 alternately. And a capacitor is charged / discharged according to the turn-on / off of the eighth transistors Q7 and Q8 to obtain ZVS, and the first capacitor C1 which is a clamp capacitor, the leakage inductance L L of the transformer T, and The resonance can be realized by the magnetizing inductance. Here, a constant dead band exists when ZVS switching of the seventh and eighth transistors Q7 and Q8 is performed.

본 발명에 따른 부분 공진형 컨버터의 동작을 모드별로 설명하면 다음과 같다.The operation of the partial resonant converter according to the present invention will be described as follows.

<모드 1><Mode 1>

제7 트랜지스터(Q7)의 온(on) 기간에는 변압기(T)와 제1 다이오드(D1)를 통하여 2차측(2A)에 전류(ID1)가 흐르게 된다. 이 때, 제2 다이오드(D2)를 경유하여 흐르는 전류(ID2)는 제2 다이오드(D2)에 의해 차단되어 흐르지 않게 된다. 이 때의 변압기(T)의 여자전류 변화량 ΔIm1은 아래의 수학식 1과 같다.In the on period of the seventh transistor Q7, the current ID1 flows to the secondary side 2A through the transformer T and the first diode D1. At this time, the current ID2 flowing through the second diode D2 is not blocked by the second diode D2. The excitation current change amount ΔIm1 of the transformer T at this time is represented by Equation 1 below.

여기서, D=Ton/(Ton+Toff), LPrime은 1차측 인덕턴스를 의미하며, n은 권선비, Vout은 출력전압을 나타낸다. 그리고 DT는 주기 T에 대하여 제7 트랜지스터(Q7)의 온/오프 시간의 비율을 나타낸다.Here, D = Ton / (Ton + Toff), L Prime means primary inductance, n is the turns ratio, and Vout is the output voltage. DT represents the ratio of the on / off time of the seventh transistor Q7 to the period T.

2차측 전류의 변화량 ΔID1은 수학식 2와 같다.The change amount ΔID1 of the secondary side current is expressed by Equation (2).

제2 캐패시터(C2)의 양단에는 VC1+Vin의 전압이 인가된다.A voltage of VC1 + Vin is applied to both ends of the second capacitor C2.

<모드 2><Mode 2>

제7 트랜지스터(Q7)가 턴-오프된 시점부터 변압기(T)의 1차측에 전류가 흐르게 됨에 따라 제3 캐패시터(C3)는 직류 입력전압(Vin)과 같아지게 될 때까지 충전된다. 이 때, 제2 캐패시터(C2)는 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압(Vc1)과 같아질 때까지 방전된다.As the current flows to the primary side of the transformer T from the time when the seventh transistor Q7 is turned off, the third capacitor C3 is charged until it becomes equal to the DC input voltage Vin. At this time, the second capacitor C2 is discharged until it becomes equal to the voltage Vc1 charged in the first capacitor C1.

<모드 3><Mode 3>

2차측 다이오드들(D1,D2)이 동시에 도통된 경우로서 외견상으로는 제1 및 제2 다이오드(D1,D2)가 단락된 상태로 변압기(T)의 누설인덕턴스 LL만이 인덕턴스로서의 역할을 하여 공진동작을 하게 된다. 이 때의 공진 주파수 fc는 수학식 3과 같다.The secondary diodes D1 and D2 are simultaneously conducted. Apparently, only the leakage inductance L L of the transformer T serves as an inductance while the first and second diodes D1 and D2 are short-circuited. Will be The resonance frequency fc at this time is as shown in equation (3).

여기서, C2 및 C3를 각각 제2 및 제3 캐패시터(C2)의 캐패시턴스라 할 때, C=C2+C3.Here, when C2 and C3 are the capacitances of the second and third capacitors C2, respectively, C = C2 + C3.

ZVS에 필요한 공진 에너지 ERes는 수학식 4와 같다.The resonance energy E Res required for ZVS is expressed by Equation 4.

여기서, IPrime은 변압기의 1차측에 인가되는 전류를 나타내며, Vc1는 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압을 나타낸다.Here, I Prime represents a current applied to the primary side of the transformer, and Vc1 represents a voltage charged in the first capacitor C1.

이 공진 에너지에 의해 제8 트랜지스터(Q8)의 턴-온시의 ZVS의 조건식은 수학식 5와 같다.By this resonance energy, the conditional expression of ZVS at the time of turn-on of the eighth transistor Q8 is expressed by Equation (5).

이 때의 제2 캐패시터(C2) 또는 제8 트랜지스터(Q8)의 드레인단자와 소오스단자 사이의 전압(Vds)은 도 3과 같다. 도 3에 있어서, 제2 캐패시터(C2)의 전압이 부극성(-)까지 방전되고 제8 트랜지스터의 내부 다이오드(D3)에 클램프되는 시점에서 제8 트랜지스터(Q8)를 턴-온시키게 되면 ZVS로 스위칭되며, 저손실 스내버(Snubber) 회로로서 동작하게 된다.The voltage Vds between the drain terminal and the source terminal of the second capacitor C2 or the eighth transistor Q8 at this time is shown in FIG. 3. In FIG. 3, when the voltage of the second capacitor C2 is discharged to the negative polarity (-) and clamped to the internal diode D3 of the eighth transistor, the eighth transistor Q8 is turned on to ZVS. It is switched and operates as a low loss snubber circuit.

<모드 4><Mode 4>

2차측(2A,2B) 다이오드들(D1,D2)이 동시에 도통된 상태로, 제1 다이오드(D1)를 통하여 흐르는 전류(ID1)는 감소되는 반면, 제2 다이오드(D2)를 통하여 흐르는 전류(ID2)는 상승하게 되므로 제2 다이오드(D2)를 통하여 흐르는 전류(ID2)는 출력전류(Io)와 같게 된다.With the secondary diodes D1 and D2 conducting at the same time, the current ID1 flowing through the first diode D1 is reduced while the current flowing through the second diode D2 ( Since ID2 is raised, the current ID2 flowing through the second diode D2 is equal to the output current Io.

<모드 5><Mode 5>

모드 5는 모드 1과 대응되는 모드이다. 제8 트랜지스터(Q8)가 온(on) 상태를 유지하는 기간에 변압기(T1)의 여자에너지는 리셋(reset)되며, 역기전력의 에너지는 2차측(2A,2B)에 공급된다. 모드 2∼모드 4 기간과 모드 6∼모드 7 기간이 주기 T에 대하여 충분히 짧은 쪽으로 근사된다면, 모드 5의 기간은 (1-D)T가 된다. 여기서, D는 Ton/(Toff+Ton)이다. 이 기간의 변압기(T1)의 여자전류 변화량ΔIm1'은 수학식 6과 같다.Mode 5 is a mode corresponding to mode 1. During the period in which the eighth transistor Q8 is kept in the on state, the excitation energy of the transformer T1 is reset, and the energy of the counter electromotive force is supplied to the secondary sides 2A and 2B. If the mode 2 to mode 4 period and the mode 6 to mode 7 period are approximated to a sufficiently short side with period T, the period of mode 5 is (1-D) T. Where D is Ton / (Toff + Ton). The amount of excitation current change ΔIm1 'of the transformer T1 during this period is expressed by the following equation.

ΔIm1'={(VC1-nVout)/LP}(1-D)TΔIm1 '= {(VC1-nVout) / LP} (1-D) T

변압기(T)의 리셋 조건은 ΔIm1=ΔIm1'으로 되어 Vout=VinD/n, Vc1=VinD/(1-D)로 된다.The reset condition of the transformer T is ΔIm1 = ΔIm1 ', and Vout = VinD / n and Vc1 = VinD / (1-D).

<모드 6><Mode 6>

제8 트랜지스터(Q8)가 턴-오프되면 1차측 전류(IPrime)가 계속 흐르게 되므로 제3 캐패시터(C3)는 직류 입력전압(Vin)과 같아질 때까지 방전되고 제2 캐패시터(C2)는 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압(VC1)까지 충전된다.When the eighth transistor Q8 is turned off, since the primary current I Prime continues to flow, the third capacitor C3 is discharged until it is equal to the DC input voltage Vin, and the second capacitor C2 is discharged. It is charged to the voltage VC1 charged in one capacitor C1.

<모드 7><Mode 7>

모드 3과 같이 2차측(2A,2B) 다이오드들(D1,D2)가 동시에 도통상태로 되며, 외견상으로는 2차측 탭이 단락상태로 되기 때문에 변압기(T)의 누설 인덕턴스 LL만이 인덕턴스로 동작을 하여 공진동작이 일어나게 된다. 이 때의 ZVS의 조건식은 수학식 7과 같다.As in mode 3, the secondary side diodes D1 and D2 are simultaneously in a conductive state, and since the secondary side tap is short-circuited, only the leakage inductance L L of the transformer T operates as an inductance. The resonance operation occurs. The conditional expression of ZVS at this time is as shown in Equation (7).

이 때의 제3 캐패시터(C3)의 전압은 도 4에 도시된 바와 같다. 도 4에 있어서, 제3 캐패시터(C3)의 전압이 부극성(-)까지 방전되고 제7 트랜지스터(Q7)의 내부 내이오드에 클램프되는 시점에서 제7 트랜지스터(Q7)가 턴-온되면 ZVS으로 되고스위칭 손실은 제로(zero, '0')가 된다.The voltage of the third capacitor C3 at this time is as shown in FIG. 4. In FIG. 4, when the voltage of the third capacitor C3 is discharged to the negative polarity (−) and clamped to the internal internal diode of the seventh transistor Q7, when the seventh transistor Q7 is turned on, ZVS is turned on. The switching loss is zero (zero).

<모드 8><Mode 8>

2차측(2A,2B) 다이오드들(D1,D2)이 동시에 도통된 상태에서 제2 다이오드(D2)의 전류(ID2)는 감소하는 반면, 제1 다이오드(D1)의 전류(ID1)는 출력전류(Io)와 같아질 때까지의 기간이다.The current ID2 of the second diode D2 decreases while the secondary side 2A and 2B diodes D1 and D2 are simultaneously conducted, while the current ID1 of the first diode D1 is the output current. It is a period until it is equal to (Io).

이와 같이, PWM 제어부(4)로부터 발생된 구형파 펄스신호의 한 주기(T) 동안 모드 3과 모드 7에서 ZVS에 의한 공진동작으로 스위칭되므로 스위칭 손실이 거의 없게 된다.As described above, since switching is performed in the resonant operation by ZVS in the mode 3 and the mode 7 during the period T of the square wave pulse signal generated from the PWM controller 4, there is almost no switching loss.

본 발명에 따른 부분 공진형 컨버터와 종래의 구형파 컨버터 및 공진 컨버터들의 특성을 비교하면 표 1과 같다.The characteristics of the partial resonant converter according to the present invention, the conventional square wave converter and the resonant converter are shown in Table 1 below.

효율efficiency 스위칭소자의 스트레스Switching stress 주파수frequency 부품점수Parts score 구형파 컨버터Square wave converter 보통usually 불량Bad 고정fixing 많다many 공진컨버터Resonant Converter 전휴공진ZVSRecession Resonance ZVS 양호Good 물량(전류 스트레스)Quantity (current stress) 가변variable 보통usually 전압공진ZVSVoltage resonance ZVS 양호Good 물량(전류 스트레스)Quantity (current stress) 가변variable 보통usually 부분공진ZVSPartial resonance ZVS 양호Good 양호Good 고정fixing 보통usually

도 5는 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터의 1차측 전류(IPrime)와 전압(Vds) 그리고 게이트 구동전압 파형이다.5 is a waveform illustrating a primary current I Prime , a voltage Vds, and a gate driving voltage of a partial resonant converter implementing zero voltage switching of a main switch and an auxiliary switch.

한편, 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터의 손실 특성도를 도 6에서 보면 알 수 있는 바와 같이 드레인 전류(Id) 또는 드레인전압(Vds) 중 어느 하나가 피크(Peak)라면 다른 하나는 제로가 되므로 총손실량은 제로가 된다.Meanwhile, as shown in FIG. 6, a loss characteristic diagram of a partial resonant converter implementing zero voltage switching between a main switch and an auxiliary switch has either a peak current (Id) or a drain voltage (Vds). ), The other is zero, so the total loss is zero.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 부분 공진형 컨버터는 변압기의 1차측에 공진동작 및 저손실 스내버(Snubber)를 달성하기 위한 회로와 두 개의 스위칭소자 각각에 병렬로 캐패시터를 접속시킴으로써 스위칭 기간에 캐패시터의 충/방전에 의해 ZVS 스위칭이 가능하게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 부분 공진형 컨버터는 스위칭 손실이 저감되어 발열양이 줄어들게 되므로 효율이 향상되고 소형화가 가능하게 된다. 또한, 입력전압에 대한 주 스위칭소자로 사용되는 트랜지스터의 드레인과 소오스간의 전압 변동이 적게 되며, 변압기의 2차측에 저내압의 스위칭소자가 사용될 수 있게 된다.As described above, the partial resonant converter according to the present invention has a capacitor in the switching period by connecting a capacitor in parallel to each of the two switching elements and a circuit for achieving resonance operation and a low loss snubber on the primary side of the transformer. ZVS switching is possible by charging / discharging. Accordingly, the partial resonant converter according to the present invention can reduce the switching loss to reduce the amount of heat generated, thereby improving efficiency and miniaturization. In addition, the voltage variation between the drain and the source of the transistor used as the main switching element for the input voltage is reduced, and the low breakdown voltage switching element can be used on the secondary side of the transformer.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (4)

1차측과 2차측이 절연된 변압기와;A transformer insulated from the primary side and the secondary side; 상기 변압기의 2차측 전압을 검출하기 위한 전압 검출부와;A voltage detector for detecting a secondary voltage of the transformer; 상기 전압 검출부에 접속되어 상기 변압기의 2차측 전압변동에 따라 듀티비가 달라지는 구형파 펄스를 발생하는 펄스폭 변조 제어부와;A pulse width modulation control unit connected to the voltage detection unit to generate a square wave pulse having a duty ratio different according to the voltage variation of the secondary side of the transformer; 제1 제어신호가 공급되는 게이트전극과 상기 변압기의 1차측과 기저전압원 사이에 접속된 드레인전극 및 소오스전극을 가지는 제1 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 드레인전극 및 소오스전극 사이에 접속된 제1 캐패시터를 포함하여 상기 제1 캐패시터의 충/방전을 이용한 영전압 스위칭으로 상기 변압기의 1차측에 직류 입력전압을 공급하는 주스위칭소자와;A first transistor having a gate electrode supplied with a first control signal, a drain electrode and a source electrode connected between the primary side of the transformer and a base voltage source, and a first transistor connected between the drain electrode and the source electrode of the first transistor A juice switching device for supplying a DC input voltage to a primary side of the transformer by zero voltage switching using a charge / discharge of the first capacitor including a capacitor; 상기 주스위칭소자와 상기 펄스폭 변조 제어부 사이에 접속되어 상기 구형파 펄스를 충전하여 충전된 전압으로 상기 주스위칭소자를 구동시키기 위한 상기 제1 제어신호를 발생하는 주스위치 제어회로와;A main switch control circuit connected between the juice switching element and the pulse width modulation control unit to generate the first control signal for driving the juice switching element with a charged voltage by charging the square wave pulse; 제2 제어신호가 공급되는 게이트전극과 상기 변압기의 1차측 양단에 접속된 드레인전극 및 소오스전극을 가지는 제2 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 드레인전극 및 소오스전극 사이에 접속된 제2 캐패시터를 포함하고, 미리 설정된 데드밴드에 의해 상기 주스위칭소자와 교번되게 동작함과 아울러 상기 제2 캐패시터의 충/방전을 이용한 영전압 스위칭으로 상기 직류 입력전압을 상기 변압기의 1차측에 공급하는 보조스위칭소자와;A second transistor having a gate electrode supplied with a second control signal, a drain electrode and a source electrode connected to both ends of the primary side of the transformer, and a second capacitor connected between the drain electrode and the source electrode of the second transistor. And an auxiliary switching element for alternately operating with the juice switching element by a preset dead band and supplying the DC input voltage to the primary side of the transformer by zero voltage switching using charge / discharge of the second capacitor. ; 상기 보조스위칭소자와 상기 펄스폭 변조 제어부 사이에 접속되어 상기 구형파 펄스에 응답하여 상기 보조스위칭소자를 구동시키기 위한 상기 제2 제어신호를 발생하는 보조스위치 제어회로와;An auxiliary switch control circuit connected between the auxiliary switching element and the pulse width modulation control unit to generate the second control signal for driving the auxiliary switching element in response to the square wave pulse; 상기 직류 입력전압이 공급되고, 상기 변압기의 1차측과 상기 제2 트랜지스터의 드레인전극 사이에 접속되는 클램프 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터.And a clamp capacitor which is supplied with the DC input voltage and is connected between the primary side of the transformer and the drain electrode of the second transistor. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 캐패시터와 병렬로 접속되어 상기 제1 캐패시터의 충전전압이 부극성 전위까지 방전될 때 소정 부극성 레벨에서 방전전압을 클램핑하기 위한 제1 다이오드와;A first diode connected in parallel with the first capacitor to clamp the discharge voltage at a predetermined negative polarity level when the charging voltage of the first capacitor is discharged to a negative polarity potential; 상기 제2 캐패시터와 병렬로 접속되어 상기 제2 캐패시터의 충전전압이 부극성 전위까지 방전될 때 소정 부극성 레벨에서 방전전압을 클램핑하기 위한 제2 다이오드를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 주스위치와 보조스위치의 영전압 스위칭을 구현한 부분 공진형 컨버터.And a second diode connected in parallel with the second capacitor and configured to clamp the discharge voltage at a predetermined negative polarity level when the charging voltage of the second capacitor is discharged to a negative polarity potential. Partial resonant converter with zero voltage switching of auxiliary switch. 삭제delete 삭제delete
KR1019990026806A 1999-07-05 1999-07-05 Converter of Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch KR100338866B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990026806A KR100338866B1 (en) 1999-07-05 1999-07-05 Converter of Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990026806A KR100338866B1 (en) 1999-07-05 1999-07-05 Converter of Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990073344A KR19990073344A (en) 1999-10-05
KR100338866B1 true KR100338866B1 (en) 2002-05-30

Family

ID=37480138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990026806A KR100338866B1 (en) 1999-07-05 1999-07-05 Converter of Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100338866B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10108458A (en) * 1996-08-29 1998-04-24 Trw Inc Double-forward converter of soft pwm switching type

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10108458A (en) * 1996-08-29 1998-04-24 Trw Inc Double-forward converter of soft pwm switching type

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990073344A (en) 1999-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6091616A (en) Drive compensation circuit for synchronous rectifier and method of operating the same
JP4436329B2 (en) Isolated gate driver circuit for power switching devices
US11831245B2 (en) Switching control device, driving device, isolated DC-DC converter, AC-DC converter, power adapter, and electric appliance
US6344768B1 (en) Full-bridge DC-to-DC converter having an unipolar gate drive
US20100220500A1 (en) Power converter and method for controlling power converter
JP5910395B2 (en) Drive circuit
JP2004521588A (en) Isolated drive circuit used in switch mode power converter
WO2009126728A2 (en) Active snubber for transition mode power converter
US20050030778A1 (en) Soft switched zero voltage transition full bridge converter
JPH09504160A (en) Pulse width modulation DC / DC boost converter
US11005382B2 (en) Synchronous rectification controlling device, isolated synchronous-rectification DC-DC converter, gate driving device, isolated DC-DC converter, AC-DC converter, power adapter, and electric appliance
US7088602B2 (en) Active gate clamp circuit for self driven synchronous rectifiers
JP5040268B2 (en) Switching power supply
US7362598B2 (en) Synchronous rectifier gate drive shutdown circuit
US6243278B1 (en) Drive circuit for synchronous rectifier and method of operating the same
KR100595752B1 (en) Self-driven synchronous rectifier circuit for non-optimal reset secondary voltage
JP4085613B2 (en) Power supply
KR100338866B1 (en) Converter of Partial Resonant Type Realized Zero Voltage Switching Of Main Switch and Supplementary Switch
US6605980B2 (en) Synchronous rectifier circuit
JP3061093B2 (en) Step-down chopper type switching power supply
JP2004519190A (en) Switching power supply
JPH114578A (en) Voltage converter device
JP7286295B2 (en) Gate drive devices, isolated DC/DC converters, AC/DC converters, power adapters and electrical equipment
US20240275293A1 (en) Power supply system with active clamping
US7180249B2 (en) Switching element driving circuit and discharge lamp lighting apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100519

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee