KR100547290B1 - Method for series resonant converter control with synchronous rectifier - Google Patents

Method for series resonant converter control with synchronous rectifier Download PDF

Info

Publication number
KR100547290B1
KR100547290B1 KR1020050048935A KR20050048935A KR100547290B1 KR 100547290 B1 KR100547290 B1 KR 100547290B1 KR 1020050048935 A KR1020050048935 A KR 1020050048935A KR 20050048935 A KR20050048935 A KR 20050048935A KR 100547290 B1 KR100547290 B1 KR 100547290B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resonant
circuit
output
voltage
input
Prior art date
Application number
KR1020050048935A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
성환호
Original Assignee
주식회사 피에스텍
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 주식회사 피에스텍 filed Critical 주식회사 피에스텍
Priority to KR1020050048935A priority Critical patent/KR100547290B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100547290B1 publication Critical patent/KR100547290B1/en

Links

Images

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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • 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
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/13Modifications for switching at zero crossing
    • H03K17/133Modifications for switching at zero crossing in field-effect transistor switches
    • 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • H02M1/0058Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • 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

Abstract

본 발명은 동기정류를 하는 직렬공진 컨버터에 관한 것이다. The present invention relates to a series resonant converter for synchronous rectification.

본 발명은 직류 입력 전압을 입력측 스위칭 소자를 이용하여 교류 전압으로 변환하는 입력측 스위칭부, 입력측 스위칭부와 연결되어 LC 공진 현상을 이용하여 L과 C에 에너지를 저장하였다가 출력으로 전달하는 LC 공진 회로부, 일차측 권선이 LC 공진 회로부와 연결되어 공진 전류를 권선비에 따라 이차 전류로 변환하여 이차측 권선을 통해 전달하는 절연 변압부 및 Q11, Q12, Q13 및 Q14의 스위치로 풀브릿지 회로를 구성하고 있으며 스위치 Q11과 Q12 간에는 (+) 단자가 연결되어 있고 스위치 Q13과 Q14 간에는 (-) 단자가 연결되어 있는 출력측 스위칭부를 포함하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터에서 출력 직류 전압을 소정의 레벨의 전압이 되도록 제어하는 방법에 있어서, (a) 입력측 스위칭부를 통하여 입력된 입력 전압을 LC 공진 회로부에서 공진시키는 과정 중 공진 전류가 (+)를 유지하고 있을 때에 동기 정류 직렬 공진형 컨버터는 출력측 스위칭부를 이용하여 출력측 회로를 단락시켜 LC 공진 회로부의 (+) 공진 전류를 LC 공진 회로부의 공진 인덕터에 충전하는 단계; (b) 출력측 스위칭부를 제어하여 출력측 회로의 단락을 해제하고 LC 공진 회로부에 충전된 (+) 공진 전류를 절연 변압부에 입력하고, 출력측 스위칭부를 통하여 동기 정류를 수행하며, 출력 전압으로 출력하는 단계; (c) 입력측 스위칭부를 통하여 입력된 입력 전압을 LC 공진 회로부에서 공진시키는 과정 중 공진 전류가 (-)를 유지하고 있을 때에 동기 정류 직렬 공진형 컨버터는 출력측 스위칭부를 이 용하여 출력측 회로를 단락시켜 LC 공진 회로부의 (-) 공진 전류를 LC 공진 회로부의 공진 인덕터에 충전하는 단계; 및 (d) 출력측 스위칭부를 제어하여 출력측 회로의 단락을 해제하고 LC 공진 회로부에 충전된 (-) 공진 전류를 절연 변압부에 입력하고, 출력측 스위칭부를 통하여 동기 정류를 수행하고, 출력 전압으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법을 제공한다.According to the present invention, an input side switching unit converts a DC input voltage into an AC voltage using an input side switching element, and an LC resonant circuit unit connected to the input side switching unit to store energy in L and C using an LC resonance phenomenon and then transfer the output to an output. The primary winding is connected to the LC resonant circuit and the full-bridge circuit is composed of an insulated transformer and a switch of Q11, Q12, Q13 and Q14 that convert the resonant current into secondary current according to the turns ratio and transmit it through the secondary winding. In a series resonant converter having a synchronous rectification including an output side switching part in which a positive terminal is connected between a switch Q11 and a Q12 and a negative terminal is connected between a switch Q13 and a Q14, the output DC voltage has a predetermined level. A method of controlling such that (a) resonating the input voltage input through the input side switching section in the LC resonant circuit section During the process, when the resonant current is maintained at the positive stage, the synchronous rectification series resonant converter short-circuits the output circuit by using the output side switching unit to charge the positive resonant current of the LC resonant circuit unit to the resonant inductor of the LC resonant circuit unit. ; (b) controlling the output side switching unit to release the short circuit of the output side circuit, inputting the positive resonant current charged in the LC resonant circuit unit to the isolation transformer unit, performing synchronous rectification through the output side switching unit, and outputting the output voltage. ; (c) The synchronous rectification series resonant converter short-circuits the output circuit using the output-side switching circuit to short-circuit the LC resonance when the resonant current remains negative during the process of resonating the input voltage input through the input-side switching section in the LC resonant circuit section. Charging the negative resonant current of the circuit portion to the resonant inductor of the LC resonant circuit portion; And (d) controlling the output side switching unit to release a short circuit of the output side circuit, input a negative resonant current charged in the LC resonant circuit unit to the isolation transformer, perform synchronous rectification through the output side switching unit, and output the output voltage. It provides a step-up control method of a series resonant converter having a synchronous rectification, characterized in that it comprises a step.

본 발명에 의하면, 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 동기 정류기를 승압형 컨버터로 활용함으로써 직렬 공진형 승압형 컨버터로 동작이 가능하도록 하여, 역율개선이 목적인 절연형 전원장치의 제작단가를 줄일 수 있고, 전체 스위칭 소자가 영전압 스위칭을 함으로써 전원장치의 효율을 높이는 효과가 있다.According to the present invention, by using a synchronous rectifier of a series resonant converter for synchronous rectification as a boost converter, it is possible to operate as a series resonant boost converter, thereby reducing the manufacturing cost of an insulated power supply device for improving power factor. In addition, since all the switching elements perform zero voltage switching, there is an effect of increasing the efficiency of the power supply device.

동기 정류, 직렬 공진형 컨버터, 승압형, 역율 개선 Synchronous Rectification, Series Resonant Converter, Step-Up, Power Factor Correction

Description

동기 정류를 하는 직렬 공진 컨버터의 승압형 제어 방법{Method for Series Resonant Converter Control with Synchronous Rectifier}Step-up control method of series resonant converter with synchronous rectification {Method for Series Resonant Converter Control with Synchronous Rectifier}

도 1은 현재 양산 제품에 널리 적용되고 있는 2-스테이지(Stage) 방식의 절연형 전원장치를 나타낸 도면,1 is a view showing an insulated power supply of a two-stage (Stage) method widely applied to mass production products,

도 2는 동기정류를 하는 직렬공진형 컨버터 전원장치의 회로도를 나타낸 도면,2 is a circuit diagram of a series resonant converter power supply device performing synchronous rectification;

도 3은 동기정류를 하는 직렬공진형 컨버터 전원장치의 회로에 부스트(Boost) 컨버터를 연결하여 강압형으로 동작하는 직렬공진형 컨버터 전원장치를 승압형 직렬공진형 컨버터 전원장치로 바꾸어 놓은 회로도를 나타낸 도면,FIG. 3 is a circuit diagram of a series resonant converter power supply operating in a step-down type by connecting a boost converter to a circuit of a series resonant converter power supply for synchronous rectification. drawing,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기정류를 하는 고효율 직렬공진형 승압형 컨버터의 회로도를 나타낸 도면,4 is a circuit diagram of a high efficiency series resonance boost converter having synchronous rectification according to a preferred embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기정류를 하는 고효율 직렬공진형 승압형 컨버터의 등가적인 회로도를 나타낸 도면,5 is an equivalent circuit diagram of a high-efficiency series resonant boost type converter for synchronous rectification according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기정류를 하는 고효율 직렬공진형 승압형 컨버터의 제어를 이해할 수 있는 간단한 동작파형을 나타낸 도면이다.6 is a view showing a simple operation waveform to understand the control of the high efficiency series resonant boost type converter for synchronous rectification according to a preferred embodiment of the present invention.

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

400: 입력 전원부 410: 정류부400: input power supply unit 410: rectifier

412: 입력측 캐패시터 420: 입력측 스위칭부412: input side capacitor 420: input side switching unit

430: LC 공진 회로부 440: 절연 변압부430: LC resonant circuit portion 440: insulated transformer

450: 출력측 스위칭부450: output side switching unit

본 발명은 직렬 공진형 컨버터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 직렬 공진형 컨버터를 승압형으로 동작시키면서 전체 스위칭 소자의 영전압 스위칭이 가능하도록 동작시키는 방법 및 직렬 공진 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a series resonant converter. More particularly, the present invention relates to a method of operating a series resonant converter in a step-up mode while enabling zero voltage switching of the entire switching element, and a series resonant converter.

전자, 컴퓨터 및 반도체 기술의 비약적인 발전으로 우리 생활은 급속도로 변하고 있다. 예를 들어 과거에는 길을 찾기 위해서 지도를 보아야 했지만 지금은 내비게이션 시스템으로 원하는 목적지까지의 길을 쉽게 찾을 수 있을 뿐만 아니라 교통수단의 선택에 따라서도 목적지까지의 길안내를 해준다. 또한, 인터넷의 발달로 인해서 바깥에 나가지 않고서도 쇼핑을 즐기고, 멀리 떨어져 있는 사람들 간에도 거리에 제약을 받지 않고 사이버 공간에서 만나 대화를 할 수 있으며, 최근에는 혼자서 실내를 돌아다니며 청소를 하는 무인 진공청소기도 개발되어 생활에 편리함을 더해주고 있다. With the rapid development of electronic, computer and semiconductor technologies, our lives are changing rapidly. For example, in the past, you had to look at a map to find your way, but now the navigation system not only makes it easy to find your way to your desired destination, but also provides directions to your destination, depending on your transportation choices. In addition, due to the development of the Internet, you can enjoy shopping without going outside, meet and talk in cyberspace without being restricted by distance from people in distant places. It has also been developed to add convenience to life.

이렇게 우리 생활의 일부분으로 자리매김한 전자제품들은 하나의 본체에 수개의 디바이스가 결합되어 있는 형태가 대부분으로, 외부로부터 공급된 전원을 공급하여 전자제품 내의 각 디바이스를 동작시켜 전자제품 본연의 동작을 만들어낸 다.The electronic products that have been established as a part of our lives are mostly in the form of several devices combined in one main body, and each device in the electronic products is operated by supplying power supplied from the outside to perform the original operation of the electronic products. Make it.

그러나 본체에 공급되는 전원은 전자제품 내의 각 디바이스가 필요로 하는 레벨의 동작 전원과 같지 않기 때문에 각 디바이스의 전단에 DC/DC 컨버터가 배치되어 외부에서 입력되는 전원을 각 디바이스가 필요로 하는 레벨의 동작전원으로 변환하여준다. DC/DC 컨버터는 각 디바이스마다 필요하기 때문에 전력변환 효율(Conversion Efficiency)이 좋을수록 절전형 전원장치를 만들수 있다.However, since the power supplied to the main body is not the same as the operating power of the level required by each device in the electronic product, a DC / DC converter is placed in front of each device so that the power input from outside Convert to operating power. Since DC / DC converters are needed for each device, the better conversion efficiency, the more power-saving power supplies can be made.

도 1은 현재 양산 제품에 널리 적용되고 있는 2-스테이지(Stage) 방식의 절연형 전원장치이다. 2-스테이지 방식의 절연형 전원장치에 공급되는 전원은 교류 전원이며, 교류 전원을 브릿지 다이오드로 구성된 정류기(D1 ∼ D4)를 통하여 정류한 다음 일반적인 승압형 컨버터(Boost Converter)로 Vdc를 만든다. Figure 1 is a two-stage (instage) insulated power supply that is widely applied to mass production products. The power supplied to the two-stage isolated type power supply is AC power, and the AC power is rectified through rectifiers D1 to D4 composed of bridge diodes, and then Vdc is formed by a general boost converter.

컨버터는 승압형과 강압형의 두가지 종류가 있다. 승압형 컨버터는 입력전압이 출력전압보다 작은 컨버터이고, 강압형 컨버터는 입력전압이 출력전압보다 큰 컨버터이다. 도 1에서는 교류 전원은 정류기를 통하여 승압형 컨버터를 지나면서 출력전압이 높아지고, 높아진 출력전압인 Vdc가 절연형 DC/DC 컨버터를 통과하여 출력전압(Vo)이 만들어진다.There are two types of converters: boost and step down. The boost converter is a converter whose input voltage is smaller than the output voltage, and the step-down converter is a converter whose input voltage is larger than the output voltage. In FIG. 1, the AC power passes through the boost converter through the rectifier, and the output voltage increases, and the increased output voltage Vdc passes through the isolated DC / DC converter to generate the output voltage Vo.

DC/DC 절연형 컨버터에는 플라이백 컨버터(Flyback Converter), 포워드 컨버터(Forward Converter), 푸쉬풀 컨버터(Push-Pull Converter), 하프브릿지 컨버터(Half bridge Converter), 직렬공진형 컨버터(Series Resonant Converter) 및 병렬공진형 컨버터(Parellel Resonant Converter) 등 다양한 회로방식이 존재한다.DC / DC isolated converters include flyback converters, forward converters, push-pull converters, half bridge converters, and series resonant converters. And a variety of circuit methods such as a parallel resonant converter (Parellel Resonant Converter).

도 2는 동기정류를 하는 직렬공진형 컨버터 전원장치의 회로도이다. 전력변 환 시스템에서의 제어 전원은 출력 전압이 입력 전압과 부하의 변동에 대하여 일정해야 하며, 출력이 입력과 전기적으로 절연이어야 한다. 도 2에서 스위칭 소자는 일반적으로 주로 쓰이는 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 사용하였다. 출력 전류의 극성에 맞추어 트랜스포머의 출력측 MOSFET을 On/Off하면 다이오드의 정방향 전압 강하로 인한 도통 손실(Conduction Loss)을 크게 줄일 수 있어서 저전압 대전류형 전원장치에서 큰 장점을 갖는다.2 is a circuit diagram of a series resonant converter power supply device for synchronous rectification. In a power conversion system, the control supply must have an output voltage that is constant with respect to variations in input voltage and load, and the output must be electrically isolated from the input. In FIG. 2, a switching device used a commonly used MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). By turning on / off the output MOSFET of the transformer according to the polarity of the output current, the conduction loss caused by the forward voltage drop of the diode can be greatly reduced, which is a great advantage in a low voltage high current power supply.

도 3은 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터 전원장치의 회로에 부스트(Boost) 컨버터를 연결하여 강압형으로 동작하는 직렬 공진형 컨버터 전원장치를 직렬 공진형 승압형 컨버터 전원장치로 바꾸어 놓은 회로도이다. 일반적인 직렬 공진형 컨버터 전원장치는 강압형으로 동작하기 때문에 승압형으로 바꾸기 위해서는 부스트 컨버터를 직렬 공진형 컨버터 전원장치에 연결하여야 한다. 3 is a circuit diagram in which a series resonant converter power supply operating in a step-down manner by connecting a boost converter to a circuit of a series resonant converter power supply for synchronous rectification is replaced with a series resonant step-up converter power supply. Since a general series resonant converter power supply operates in a step-down type, a boost converter must be connected to the series resonant converter power supply in order to convert to a boost type.

그러나, 부스트 컨버터와 DC/DC 컨버터를 직렬로 연결하면 하나의 컨버터로 구성하는 방식보다 전력변환 효율을 좋게 만드는 것이 어렵고, 비용도 많이 소요되는 문제점이 있다.However, when the boost converter and the DC / DC converter is connected in series, it is difficult and costly to make the power conversion efficiency better than a single converter.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 직렬 공진형 컨버터를 승압형으로 동작시키면서 전체 스위칭 소자의 영전압 스위칭이 가능하도록 동작시키는 방법 및 직렬 공진 컨버터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve this problem, an object of the present invention is to provide a method and a series resonant converter for operating zero voltage switching of all switching elements while operating a series resonant converter in a boost type.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 목적에 의하면, 직류 입력 전압을 입력측 스위칭 소자를 이용하여 교류 전압으로 변환하는 입력측 스위칭부, 입력측 스위칭부와 연결되어 LC 공진 현상을 이용하여 L과 C에 에너지를 저장하였다가 출력으로 전달하는 LC 공진 회로부, 일차측 권선이 LC 공진 회로부와 연결되어 공진 전류를 권선비에 따라 이차 전류로 변환하여 이차측 권선을 통해 전달하는 절연 변압부 및 Q11, Q12, Q13 및 Q14의 스위치로 풀브릿지 회로를 구성하고 있으며 스위치 Q11과 Q12 간에는 (+) 단자가 연결되어 있고 스위치 Q13과 Q14 간에는 (-) 단자가 연결되어 있는 출력측 스위칭부를 포함하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터에서 출력 직류 전압을 소정의 레벨의 전압이 되도록 제어하는 방법에 있어서, (a) 입력측 스위칭부를 통하여 입력된 입력 전압을 LC 공진 회로부에서 공진시키는 과정 중 공진 전류가 (+)를 유지하고 있을 때에 동기 정류 직렬 공진형 컨버터는 출력측 스위칭부를 이용하여 출력측 회로를 단락시켜 LC 공진 회로부의 (+) 공진 전류를 LC 공진 회로부의 공진 인덕터에 충전하는 단계; (b) 출력측 스위칭부를 제어하여 출력측 회로의 단락을 해제하고 LC 공진 회로부에 충전된 (+) 공진 전류를 절연 변압부에 입력하고, 출력측 스위칭부를 통하여 동기 정류를 수행하며, 출력 전압으로 출력하는 단계; (c) 입력측 스위칭부를 통하여 입력된 입력 전압을 LC 공진 회로부에서 공진시키는 과정 중 공진 전류가 (-)를 유지하고 있을 때에 동기 정류 직렬 공진형 컨버터는 출력측 스위칭부를 이용하여 출력측 회로를 단락시켜 LC 공진 회로부의 (-) 공진 전류를 LC 공진 회로부의 공진 인덕터에 충전하는 단계; 및 (d) 출력측 스위칭부를 제어하여 출력측 회로의 단락을 해제하고 LC 공진 회로부에 충전된 (-) 공진 전류를 절연 변압부에 입력하고, 출력측 스위칭부 를 통하여 동기 정류를 수행하며, 출력 전압으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법을 제공한다.In order to achieve this object, according to the first object of the present invention, the input side switching unit for converting a DC input voltage into an alternating voltage using an input side switching element, connected to the input side switching unit L and C using the LC resonance phenomenon LC resonant circuit unit for storing energy and transmitting it to the output, the primary winding is connected to the LC resonant circuit unit, and the insulation transformer for converting the resonant current to the secondary current according to the ratio of the winding and transmitted through the secondary winding, and Q11, Q12, A full bridge circuit is formed by the switches of Q13 and Q14, and a series resonance is performed for synchronous rectification including an output side switching part having a positive terminal connected between switches Q11 and Q12 and a negative terminal connected between switches Q13 and Q14. A method of controlling an output DC voltage to a predetermined level in a type converter, the method comprising: (a) passing through an input switching unit; The synchronous rectification series resonant converter short-circuits the output side circuit by using the output side switching part while the resonant current maintains (+) while resonating the input input voltage by the LC resonant circuit part. Charging the resonant inductor in the LC resonant circuit portion; (b) controlling the output side switching unit to release the short circuit of the output side circuit, inputting the positive resonant current charged in the LC resonant circuit unit to the isolation transformer unit, performing synchronous rectification through the output side switching unit, and outputting the output voltage. ; (c) When the resonant current remains negative during the process of resonating the input voltage input through the input side switching part in the LC resonant circuit part, the synchronous rectification series resonant converter short-circuits the output side circuit using the output side switching part to perform LC resonance. Charging the negative resonant current of the circuit portion to the resonant inductor of the LC resonant circuit portion; And (d) controlling the output side switching unit to release the short circuit of the output side circuit, input the negative resonant current charged in the LC resonant circuit unit to the isolation transformer unit, perform synchronous rectification through the output side switching unit, and output the output voltage. It provides a step-up control method of the series resonant converter for synchronous rectification, characterized in that it comprises a step of.

또한, 본 발명의 제 2 목적에 의하면, 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터에서 직류 입력 전압을 받아 직류 입력 전압보다 높은 출력 직류 전압을 산출하도록 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터를 스위칭 제어하는 방법에 있어서, 제어 구간을 분할하여 특정 제어 구간에서는 청구항 1의 제어 방법을 적용하는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법을 제공한다.According to a second object of the present invention, there is provided a method for switching and controlling a series resonant converter which performs synchronous rectification to receive a DC input voltage in a series resonant converter performing synchronous rectification and to output an output DC voltage higher than the DC input voltage. The step-up control method of a series resonant converter having synchronous rectification is characterized by applying the control method of claim 1 in a specific control section by dividing the control section.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기 정류를 하는 직렬 공진형 승압형 컨버터의 회로도를 나타낸 도면이다.4 is a circuit diagram of a series resonant boost type converter for synchronous rectification according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 직렬 공진형 승압형 컨버터는, 교류 전원에서 정류 다이오드를 통해서 전원을 공급받고 입력측 회로와 출력측 회로 사이를 전기적으로 절연하기 위한 트랜스포머의 입력측과 출력측의 스위칭 소자를 이용하여 풀브리지 회로를 구성한 것이다.The series resonant voltage step-up converter according to the present invention uses a switching element on the input side and output side of a transformer for supplying power through a rectifying diode from an AC power source and electrically insulating between the input side circuit and the output side circuit. It is made up.

입력 전원부(400)는 전체 회로에 전원을 공급하는 역할을 하며, 교류 전원과 직류 전원을 모두 공급할 수 있다.The input power supply unit 400 serves to supply power to the entire circuit, and may supply both AC power and DC power.

정류부(410)는 입력 전원부(400)의 전원이 교류 전원일 경우에 쓰이며, 브릿지 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 역할을 한다.The rectifier 410 is used when the power of the input power source 400 is AC power, and converts AC power into DC power using bridge diodes D1, D2, D3, and D4.

입력측 스위칭부(Q1, Q2, Q3, Q4)(420)는 출력측 스위칭부(Q11, Q12, Q13, Q14)(450)에서 전력 손실을 줄이기 위해서 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching)을 할 때에 입력측 스위칭부(420)를 통하여 LC 공진 회로부(430)에 입력되는 공진 전류의 극성에 따라 스위칭을 한다.Input side switching units (Q1, Q2, Q3, Q4) 420 perform zero voltage switching (ZVS) to reduce power loss in output side switching units (Q11, Q12, Q13, Q14) 450. The switching is performed according to the polarity of the resonant current input to the LC resonant circuit 430 through the input side switching unit 420.

정류부(410)와 입력측 스위칭부(420) 간에 위치한 입력측 캐패시터(412)는 정류부(410)를 거쳐서 입력측 스위칭부(420)로 입력되는 입력 전압의 고주파 전류를 줄여 평활화 시켜주는 필터 역할을 한다.The input capacitor 412 located between the rectifier 410 and the input side switching unit 420 serves as a filter to smooth and reduce the high frequency current of the input voltage input to the input side switching unit 420 via the rectifying unit 410.

LC 공진 회로부(430)는 입력측 스위칭부(420)에서 들어오는 전기 에너지를 공진 인덕터의 자기 에너지와 공진 캐패시터의 정전 에너지로 저장하는 역할을 한다.The LC resonant circuit 430 stores electric energy coming from the input side switching unit 420 as magnetic energy of the resonant inductor and electrostatic energy of the resonant capacitor.

절연 변압부(440)는 입력측 스위칭부(420)와 출력측 스위칭부(450) 사이에 위치하여 입력측 스위칭부(420)와 출력측 스위칭부(450)를 전기적으로 절연하며, 입력측 스위칭부(420)에서 입력되는 전압과 전류를 변환한다.The isolation transformer 440 is positioned between the input side switching unit 420 and the output side switching unit 450 to electrically insulate the input side switching unit 420 and the output side switching unit 450, and the input side switching unit 420 Convert the input voltage and current.

출력측 스위칭부(450)는 스위칭 시에 소비되는 전력의 손실을 막기 위해서 영전압 스위칭을 하도록 구성된다. 또한, 본 발명에서는 일반적으로 강압형으로 동작하는 제어방식에서 벗어나 출력측 스위칭부(450)의 스위치를 조작하여 출력측 회로를 단락시켜 출력측 회로가 단락되어 있는 동안에 입력측 스위칭부(420)를 통하여 공급되는 공진 전류를 공진 인덕터에 충전하고, 출력측 회로가 출력측 스위칭부(450)의 스위치 조작에 의하여 단락된 회로를 복구하는 순간 단락된 시간 동안에 LC 공진 회로부(430)에 충전된 공진 전류를 절연 변압부(440)와 출력측 스위칭부(450)를 거쳐서 출력 전압으로 전달한다.The output side switching unit 450 is configured to perform zero voltage switching to prevent loss of power consumed during switching. In addition, in the present invention, the resonance is supplied from the input side switching unit 420 while the output side circuit is shorted by shorting the output side circuit by operating the switch of the output side switching unit 450 from the control method operating in the step-down type. The resonant current charged in the LC resonant circuit unit 430 is supplied to the insulation transformer 440 during the short circuited time when the current is charged into the resonant inductor and the output circuit recovers the short circuit by the switch operation of the output side switching unit 450. ) And an output voltage through the output side switching unit 450.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기 정류를 하는 직렬 공진형 승압형 컨버터의 등가적인 회로도를 나타낸 도면이다.5 is an equivalent circuit diagram of a series resonant boost type converter for synchronous rectification according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4의 회로도 중에서 입력측 스위칭부와 출력측 스위칭부의 스위치를 스위칭 손실이 적고 도통 시에 저항의 특성을 가져서 동기 정류기로 이용 가능한 MOSFET으로 대체한 회로도이다. MOSFET은 바디 다이오드와 바디 캐패시터를 내장하고 있으며, 바디 캐패시터는 전압 상승의 기울기를 제어하는 역할을 한다.In the circuit diagram of FIG. 4, the switch of the input side switching unit and the output side switching unit is replaced with a MOSFET which can be used as a synchronous rectifier because of low switching loss and resistance in conduction. MOSFETs have a body diode and a body capacitor, and the body capacitor controls the slope of the voltage rise.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기 정류를 하는 직렬 공진형 승압형 컨버터의 제어를 이해할 수 있는 간단한 동작 파형을 나타낸 도면이다. 도 6의 동작 파형은 t0 ∼ t18까지 18 구간에서 서로 다른 동작을 하는데, 구간별 동작을 설명하면 다음과 같다.6 is a view showing a simple operation waveform to understand the control of the series resonant boost type converter for synchronous rectification according to a preferred embodiment of the present invention. The operation waveform of FIG. 6 performs different operations in 18 sections from t0 to t18. The operation of each section is as follows.

1. 구간 1(t0 ∼ t1)1.Interval 1 (t0-t1)

t0 전에 공진 전류(Ir)는 (+)를 유지하고 있었고, t0은 Q12를 Off하는 시점을 말한다. Q12를 Off하면 Q12의 드레인-소스 전압(Vds12)은 증가하고, Q14의 드레 인-소스 전압(Vds14)은 감소하기 시작한다. 구간 1에서 입력측 스위치는 Q1과 Q4가 On되어 있어 입력측 전류는 Q1과 Q4를 통하여 흐른다.The resonant current Ir was held positive before t0, and t0 is the time point at which Q12 is turned off. When Q12 is off, the drain-source voltage Vds12 of Q12 increases, and the drain-source voltage Vds14 of Q14 starts to decrease. In section 1, the input side switch has Q1 and Q4 turned on so that the input side current flows through Q1 and Q4.

2. 구간 2(t1 ∼ t2)2. Section 2 (t1-t2)

t1은 Vds12는 Vo가 되고 Vds14는 영이 되는 시점이다. Vds14가 0이 되면 그때부터 전류는 DQ14를 통해서 흐르기 시작한다. 이 때 Vds14는 다이오드의 정방향 전압 강하가 되는데 이 전압은 출력 전압에 비해서 충분히 작아서 0V라고 가정할 수 있다. 따라서 구간2에서 Q14를 On하면 Turn-On 스위칭 손실(Switching Loss)이 0인 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching)이 된다. 도 6의 동작 파형은 t2에서 Q14를 On하는 경우이다. 구간 2에서 입력측 스위치는 Q1과 Q4가 On되어 있어 입력측 전류는 Q1과 Q4를 통해 흐른다.t1 is the time when Vds12 becomes Vo and Vds14 becomes zero. When Vds14 goes to zero, then current begins to flow through DQ14. At this time, Vds14 becomes the forward voltage drop of the diode, which can be assumed to be 0V, which is sufficiently small compared to the output voltage. Therefore, turning on Q14 in section 2 results in zero voltage switching (ZVS) with zero turn-on switching loss. The operation waveform of FIG. 6 is a case where Q14 is turned on at t2. In section 2, the input side switch has Q1 and Q4 on, so the input side current flows through Q1 and Q4.

3. 구간 3(t2 ∼ t3)3. Section 3 (t2-t3)

t2는 Q14가 On되는 시점이고, Q14가 On되면 공진회로에 저장되어 있던 에너지가 출력으로 전달된다. 구간 3에서 공진 전류가 (+)이므로 D11과 D14의 정방향이 되지만 Q11과 Q14이 On되어 있으므로 Q11과 Q14를 통해서도 전류가 흐른다. 이 때 Q11과 Q14의 전압 강하가 다이오드의 정방향 전압 강하보다 충분히 작으면 대부분의 전류가 Q11과 Q14를 통해서 흐르는 동기 정류가 된다. 공진 전류가 0이 되기 직전인 t3에서 Q1과 Q4를 Off할 때까지 동기 정류가 계속된다.t2 is a time point when Q14 is turned on, and when Q14 is turned on, energy stored in the resonant circuit is transferred to the output. Since the resonant current is positive in section 3, it becomes the positive direction of D11 and D14, but the current also flows through Q11 and Q14 because Q11 and Q14 are on. At this time, if the voltage drop of Q11 and Q14 is sufficiently smaller than the forward voltage drop of the diode, most of the current is synchronous rectification flowing through Q11 and Q14. Synchronous rectification continues until Q1 and Q4 are turned off at t3 just before the resonance current becomes zero.

4. 구간 4(t3 ∼ t4)4. Section 4 (t3-t4)

t3은 Q1과 Q4를 Off하는 시점이다. Q3과 Q4를 Off하는 때부터 Vds3는 하강하기 시작하고 Vds4는 상승하기 시작한다. t4에서 Vds3은 0이 되고 Vds4가 |Vac|가 된다. t3 is the time to turn off Q1 and Q4. When Q3 and Q4 are turned off, Vds3 begins to descend and Vds4 begins to rise. At t4, Vds3 becomes 0 and Vds4 becomes | Vac |.

5. 구간 5(t4 ∼ t5)5. Section 5 (t4 ~ t5)

t4는 Vds3이 0이 되고 Vds4가 |Vac|가 되는 시점이다. t4부터 일차측에서 공진 전류는 DQ2와 DQ3을 통해서 흐른다. 따라서 구간 5에서 Q2와 Q3을 On하면 스위칭 손실이 영이 되는 영전압 스위칭이 된다. 공진 전류는 (+)이므로 출력측 전류는 DQ11과 DQ14의 방향으로 Q11과 Q14를 통해서 흐른다. 파형에서는 t5에서 Q2와 Q3이 On되는 것으로 하였다.t4 is the point when Vds3 becomes 0 and Vds4 becomes | Vac |. From t4, the resonant current flows through DQ2 and DQ3 on the primary side. Therefore, if Q2 and Q3 are turned on in the interval 5, zero voltage switching becomes zero. Since the resonant current is positive, the output current flows through Q11 and Q14 in the direction of DQ11 and DQ14. In the waveform, Q2 and Q3 are turned on at t5.

6. 구간 6(t5 ∼ t6)6. Section 6 (t5 ~ t6)

t5는 Q2와 Q3이 On되는 시점이다. 이 때 공진 전류는 0보다 크지만 곧 0이 되는 점을 지나서 0보다 작아지게 된다. 공진 전류가 0보다 작아지면 입력측에서는 DQ2와 DQ3의 정방향에서 Q2와 Q3의 정방향으로 전류가 흐르고, 출력측에서는 DQ11과 DQ14의 정방향에서 Q11과 Q14의 정방향으로 전류가 흐른다. 그리고 공진 전류가 0보다 작아지면 에너지가 출력에서 공진 회로로 역으로 유입되기 시작하므로 0보다 작아지고 난 후 최단시간 내에(t6에서) Q11을 Off시킨다.t5 is the time when Q2 and Q3 are turned on. At this time, the resonant current is larger than zero, but becomes shorter than zero past the zero point. If the resonant current is less than 0, the current flows in the positive direction of DQ2 and DQ3 at the input side in the positive direction of Q2 and Q3, and the current flows in the positive direction of Q11 and Q14 in the positive direction of DQ11 and DQ14 at the output side. When the resonant current is less than zero, the energy starts flowing back into the resonant circuit at the output, and after that, it turns off Q11 within the shortest time (at t6).

7. 구간 7(t6 ∼ t7)7. Section 7 (t6 ~ t7)

t6는 Q11을 Off하는 시점이다. Q11이 Off되면 Vds11은 상승하고 Vds13는 하강하기 시작하여 t7에서 Vds11은 Vo가 되고 Vds13은 0이 된다.t6 is the time to turn off Q11. When Q11 is off, Vds11 rises and Vds13 begins to fall, and at t7, Vds11 becomes Vo and Vds13 becomes zero.

8. 구간 8(t7 ∼ t8)8. Section 8 (t7-t8)

t7은 Vds11이 Vo가 되고 Vds13은 0이 되는 시점이다. t7부터 공진 전류는 출력측에서 DQ13과 Q14을 통해서 흐르기 시작한다. 구간 8에서 Q13을 On하면 스위칭 손실이 0이 되는 영전압 스위칭이 된다. 동작 파형에서는 t8에서 Q13을 On시켰다.t7 is the point when Vds11 becomes Vo and Vds13 becomes zero. From t7, the resonant current begins to flow through DQ13 and Q14 on the output side. Turning on Q13 in interval 8 results in zero voltage switching with zero switching loss. In the operating waveform, Q13 was turned on at t8.

9. 구간 9(t8 ∼ t9)9. Section 9 (t8-t9)

t8에서 Q13이 On되고 Q13의 양단전압이 다이오드의 정방향 전압 강하보다 충분히 작으면 대부분의 공진 전류는 DQ13의 방향으로 Q13과 Q14를 통해서 흐르기 시작한다. t8에서 t9 사이의 구간에서는 입력측에서 공진 회로로 에너지가 유입되어 공진 전류가 증가하기 시작한다. 에너지의 흐름은 입력측 전원에서 공진 인덕터로 동시에 공진 캐패시터에서 공진 인덕터로 에너지가 전달된다. 구간 9는 t9에서 Q14를 Off할 때까지 계속된다. t0에서 t9까지가 전체 스위칭 주기의 반주기에 해당된다. t9에서 t18 사이의 구간은 t0에서 t9 사이의 구간과 전압, 전류 극성이 모두 반대가 되고, 스위칭 소자는 한 폴(Pole)에서 아래위로 마주하고 있는 소자가 스위칭 소자의 역할을 대신한다.At t8, when Q13 is on and the voltage across Q13 is sufficiently smaller than the diode's forward voltage drop, most resonant currents begin to flow through Q13 and Q14 in the direction of DQ13. In the period between t8 and t9, energy flows into the resonant circuit from the input side and the resonant current starts to increase. The flow of energy is simultaneously transferred from the resonant capacitor to the resonant inductor at the input side power source. Interval 9 continues until Q14 is turned off at t9. t0 to t9 correspond to half of the entire switching period. The interval between t9 and t18 is opposite to the interval between t0 and t9, and the voltage and current polarities are reversed. The switching element replaces the switching element as an element facing up and down in one pole.

10. 구간 10(t9 ∼ t10)10. Section 10 (t9 to t10)

t9 전에 공진 전류는 (-)를 유지하고 있었다. t9는 Q14를 Off하는 시점이다. Q14를 Off하면 Q14의 Vds14는 증가하고 Q12의 Vds12는 감소하기 시작한다. 구간 10에서 입력측 스위치는 Q2와 Q3이 On되어 있어 입력측 전류는 Q2와 Q3을 통해 흐른다.Before t9, the resonant current remained negative. t9 is the point at which Q14 is turned off. When Q14 is off, Vds14 of Q14 increases and Vds12 of Q12 begins to decrease. In section 10, the input side switch has Q2 and Q3 turned on so that the input current flows through Q2 and Q3.

11. 구간 11(t10 ∼ t11)11.Section 11 (t10 to t11)

t10에서 Vds14는 Vo가 되고 Vds12는 0이 된다. Vds12가 0이 되면 전류는 DQ12를 통해서 흐르기 시작한다. 구간 11에서 Q12를 On하면 Turn-On 스위칭 손실(Switching Loss)이 0인 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching)이 된다. 동작 파 형은 t11에서 Q12를 On하는 경우이다. 구간 11에서 입력측 스위치는 Q2와 Q3이 On되어 있어 입력측 전류는 Q2와 Q3을 통해 흐른다.At t10 Vds14 becomes Vo and Vds12 becomes zero. When Vds12 goes to zero, current begins to flow through DQ12. Turning on Q12 in section 11 results in zero voltage switching with zero turn-on switching loss. The operating waveform is when Q12 is turned on at t11. In section 11, input switch Q2 and Q3 are on, so input current flows through Q2 and Q3.

12. 구간 12(t11 ∼ t12)12.Section 12 (t11 to t12)

t11은 Q12가 On되는 시점이고, Q12가 On되면 공진 회로에 저장되어 있던 에너지가 출력으로 전달된다. 구간 12에서 전류가 흐르는 방향은 공진 전류가 (-)이므로 DQ12와 DQ13의 정방향이 되지만, Q12와 Q13이 On되어 있으므로 Q12와 Q13을 통해서도 전류가 흐른다. 이 때 Q12와 Q13의 전압 강하가 다이오드의 정방향 전압 강하보다 충분히 작으면 대부분의 전류가 Q12와 Q13을 통해서 흐르는 동기 정류가 된다. 공진 전류가 0이 되기 직전인 t12에서 Q2와 Q3을 Off할 때까지 동기 정류가 계속된다.t11 is a time point when Q12 is turned on, and when Q12 is turned on, energy stored in the resonant circuit is transferred to the output. In the section 12, the current flows in the positive direction of DQ12 and DQ13 because the resonance current is negative, but the current also flows through Q12 and Q13 because Q12 and Q13 are on. At this time, if the voltage drop of Q12 and Q13 is sufficiently smaller than the forward voltage drop of the diode, most of the current is synchronous rectification flowing through Q12 and Q13. Synchronous rectification continues until Q2 and Q3 are turned off at t12 just before the resonance current becomes zero.

13. 구간 13(t12 ∼ t13)13. Section 13 (t12 to t13)

t12는 Q2와 Q3을 Off하는 시점이다. Q2와 Q3을 Off하면 Vds4는 하강하기 시작하고 Vds3는 상승하기 시작한다. t13에서 Vds4는 0이 되고 Vds3이 |Vac|가 된다. t12 is a time point at which Q2 and Q3 are turned off. When Q2 and Q3 are off, Vds4 starts to fall and Vds3 starts to rise. At t13, Vds4 becomes 0 and Vds3 becomes | Vac |.

14. 구간 14(t13 ∼ t14)14. Section 14 (t13-t14)

t13는 Vds4가 0이 되고 Vds3이 |Vac|가 되는 시점이다. Vds4가 0이 되고 Vds3이 |Vac|가 되는 시점부터 입력측에서 공진 전류는 DQ1과 DQ4를 통해서 흐른다. 따라서 구간 14에서 Q1과 Q4를 On하면 스위칭 손실이 0이 되는 영전압 스위칭이 된다. 공진 전류는 (-)이므로 출력측 전류는 DQ12와 DQ13의 방향으로 Q12와 Q13을 통해서 흐른다. 파형에서는 t14에서 Q1과 Q4가 On되는 것으로 하였다.t13 is the time when Vds4 becomes 0 and Vds3 becomes | Vac |. From the point when Vds4 becomes 0 and Vds3 becomes | Vac |, the resonant current flows through DQ1 and DQ4 on the input side. Therefore, if Q1 and Q4 are turned on in the interval 14, zero voltage switching becomes zero. Since the resonant current is negative, the output current flows through Q12 and Q13 in the direction of DQ12 and DQ13. In the waveform, Q1 and Q4 are turned on at t14.

15. 구간 15(t14 ∼ t15)15.Section 15 (t14 to t15)

t14는 Q1과 Q4가 On되는 시점이다. Q1과 Q4가 On되면 공진 전류는 0보다 작지만 곧 0을 지나서 0보다 커지게 된다. 공진 전류가 0보다 커진다는 것은 입력측에서는 DQ1과 DQ4의 정방향에서 Q1과 Q4의 정방향으로 전류가 흐른다는 것을 의미하고 이차측에서는 DQ12와 DQ13의 정방향에서 Q12와 Q13의 정방향으로 전류가 흐른다는 것을 의미한다. 그리고 공진 전류가 0보다 커지면 에너지가 출력에서 공진 회로로 역으로 유입되기 시작한다. 따라서 0보다 커지고 난 후 최단시간 내에(t15에서) Q13을 Off시킨다.t14 is a time point when Q1 and Q4 are turned on. When Q1 and Q4 are on, the resonant current is less than zero, but soon beyond zero it becomes greater than zero. If the resonant current is greater than zero, it means that the current flows in the positive direction of DQ1 and DQ4 in the positive direction of DQ1 and DQ4 on the input side and in the positive direction of Q12 and Q13 in the positive direction of DQ12 and DQ13 on the secondary side. . When the resonant current is greater than zero, energy begins to flow back into the resonant circuit at the output. Therefore, Q13 is turned off within the shortest time (at t15) after it is greater than zero.

16. 구간 16(t15 ∼ t16)16.Section 16 (t15 to t16)

t15는 Q13을 Off하는 시점이다. Q13이 Off되면 Vds13은 상승하고 Vds11는 하강하기 시작하여 t16에서 Vds13은 Vo가 되고 Vds11은 0이 된다.t15 is the time when Q13 is turned off. When Q13 is off, Vds13 rises and Vds11 begins to fall, and at t16, Vds13 becomes Vo and Vds11 becomes zero.

17. 구간 17(t16 ∼ t17)17.Section 17 (t16 to t17)

t16은 Vds13이 Vo가 되고 Vds11은 0이 되는 시점이다. t16부터 공진 전류는 출력측에서 DQ11과 Q12를 통해서 흐르기 시작한다. 구간 17에서 Q11을 On하면 스위칭 손실이 0이 되는 영전압 스위칭이 된다. 동작 파형에서는 t17에서 Q11을 On시켰다.t16 is the time when Vds13 becomes Vo and Vds11 becomes 0. From t16, the resonant current begins to flow through DQ11 and Q12 on the output side. Turning on Q11 in interval 17 results in zero voltage switching with zero switching loss. In the operating waveform, Q11 was turned on at t17.

18. 구간 18(t17 ∼ t18)18.Section 18 (t17 to t18)

t17에서 Q11이 On되고 Q11의 양단 전압이 다이오드의 정방향 전압 강하보다 충분히 작으면 대부분의 공진 전류는 DQ11의 방향으로 Q11과 Q12를 통해서 흐르기 시작한다. 구간 18에서는 입력측에서 공진 회로로 에너지가 유입되어 공진 전류가 증가하기 시작한다. 에너지의 흐름은 입력측 전원에서 공진 인덕터로 동시에 공진 캐패시터에서 공진 인덕터로 에너지가 전달된다. 구간 18은 t18에서 Q12를 Off할 때까지 계속된다. t18에서 Q12를 Off하는 것은 t0에서 Q12를 Off하는 것과 정확히 일치하게 되어 스위칭 한주기를 마치게 된다.At t17, if Q11 is on and the voltage across Q11 is sufficiently less than the diode's forward voltage drop, most resonant currents begin to flow through Q11 and Q12 in the direction of DQ11. In section 18, energy flows into the resonant circuit from the input side and the resonant current starts to increase. The flow of energy is simultaneously transferred from the resonant capacitor to the resonant inductor at the input side power source. Interval 18 continues until Q12 is turned off at t18. Turning off Q12 at t18 is exactly the same as turning off Q12 at t0, completing the switching cycle.

본 발명의 동작 파형은 매 스위칭 주기가 앞에서 설명한 t0에서 t18 사이의 동작 구간이 반복된다. 동작 파형 중 구간 9(t8~t9)와 구간 18(t17~t18)은 승압형 컨버터(Boost Converter)의 스위칭 On과 같은 기능을 하여 스위칭 반주기(t0~t9, 또는 t9~t18)에 대한 스위칭 On의 비율이 커지면 입력 전압에 대한 출력 전압의 비도 커진다. 즉 스위칭 On이 커질수록 동일한 입력 전압에서 출력 전압이 커지는 것이다.In the operating waveform of the present invention, every switching period is repeated in the operating period of t0 to t18 described above. Section 9 (t8 ~ t9) and section 18 (t17 ~ t18) of the operating waveforms have the same function as switching on of boost converter, so switching on switching period (t0 ~ t9, or t9 ~ t18) The larger the ratio of, the larger the ratio of the output voltage to the input voltage. That is, the larger the switching on, the larger the output voltage at the same input voltage.

본 발명에서 입력측 스위칭부(420)와 출력측 스위칭부(450)를 구동 가능하게 하는 게이트 구동 회로는 당업자가 손쉽게 알 수 있는 내용이므로 생략하기로 한다.In the present invention, the gate driving circuit for driving the input side switching unit 420 and the output side switching unit 450 is easily known to those skilled in the art and will be omitted.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 동기 정류기를 승압형 컨버터로 활용함으로써 직렬 공진형 승압형 컨버터로 동작이 가능하도록 하여, 역율개선이 목적인 절연형 전원장치의 제작단가를 줄일 수 있고, 전체 스위칭 소자가 영전압 스위칭을 함으로써 전원장치의 효율을 높이는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by using a synchronous rectifier of a series resonant converter for synchronous rectification as a step-up converter, it is possible to operate as a series resonant step-up converter, and thus to improve the power factor. The manufacturing cost can be reduced, and the efficiency of the power supply device can be increased by performing zero voltage switching of the entire switching element.

Claims (10)

직류 입력 전압을 입력측 스위칭 소자를 이용하여 교류 전압으로 변환하는 입력측 스위칭부, 입력측 스위칭부와 연결되어 LC 공진 현상을 이용하여 L과 C에 에너지를 저장하였다가 출력으로 전달하는 LC 공진 회로부, 일차측 권선이 LC 공진 회로부와 연결되어 공진 전류를 권선비에 따라 이차 전류로 변환하여 이차측 권선을 통해 전달하는 절연 변압부 및 Q11, Q12, Q13 및 Q14의 스위치로 풀브릿지 회로를 구성하고 있으며 상기 스위치 Q11과 Q12 간에는 (+) 단자가 연결되어 있고 상기 스위치 Q13과 Q14 간에는 (-) 단자가 연결되어 있는 출력측 스위칭부를 포함하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터에서 상기 출력 직류 전압을 소정의 레벨의 전압이 되도록 제어하는 방법에 있어서, Input side switching part for converting DC input voltage into AC voltage using input switching element, LC resonant circuit part which is connected to input switching part and stores energy in L and C using LC resonance phenomenon and transfers it to output, primary side The winding is connected to the LC resonant circuit part, and a full bridge circuit is composed of an insulated transformer part which converts the resonant current into a secondary current according to the turns ratio and transmits it through the secondary winding, and a switch of Q11, Q12, Q13, and Q14. A positive resonant series resonant converter including an output terminal having a positive terminal connected between Q12 and Q12 and a negative terminal connected between switches Q13 and Q14 has the output DC voltage of a predetermined level. In the control method so that, (a) 상기 입력측 스위칭부를 통하여 입력된 입력 전압을 상기 LC 공진 회로부에서 공진시키는 과정 중 공진 전류가 (+)를 유지하고 있을 때에 동기 정류 직렬 공진형 컨버터는 상기 출력측 스위칭부를 이용하여 출력측 회로를 단락시켜 상기 LC 공진 회로부의 (+) 공진 전류를 상기 LC 공진 회로부의 공진 인덕터에 충전하는 단계; (a) The synchronous rectified series resonant converter short-circuits the output circuit by using the output side switch when the resonant current is maintained in the process of resonating the input voltage input through the input side switch in the LC resonant circuit. Charging the resonant inductor in the LC resonant circuit part to form a positive resonant current; (b) 상기 출력측 스위칭부를 제어하여 상기 출력측 회로의 단락을 해제하고 상기 LC 공진 회로부에 충전된 상기 (+) 공진 전류를 상기 절연 변압부에 입력하고, 상기 출력측 스위칭부를 통하여 동기 정류를 수행하며, 상기 출력 전압으로 출력하는 단계;(b) controlling the output side switching unit to release the short circuit of the output side circuit, inputting the (+) resonant current charged in the LC resonant circuit unit to the insulating transformer, and performing synchronous rectification through the output side switching unit, Outputting at the output voltage; (c) 상기 입력측 스위칭부를 통하여 입력된 입력 전압을 상기 LC 공진 회로부에서 공진시키는 과정 중 상기 공진 전류가 (-)를 유지하고 있을 때에 동기 정류 직렬 공진형 컨버터는 상기 출력측 스위칭부를 이용하여 출력측 회로를 단락시켜 상기 LC 공진 회로부의 (-) 공진 전류를 상기 LC 공진 회로부의 공진 인덕터에 충전하는 단계; 및(c) The synchronous rectification series resonant converter uses the output side switching unit to output the circuit on the output side when the resonant current is maintained while the input voltage input through the input side switching unit is resonating in the LC resonant circuit unit. Charging a resonant inductor in the LC resonant circuit part by shorting the negative resonant current of the LC resonant circuit part; And (d) 상기 출력측 스위칭부를 제어하여 상기 출력측 회로의 단락을 해제하고 상기 LC 공진 회로부에 충전된 상기 (-) 공진 전류를 상기 절연 변압부에 입력하고, 상기 출력측 스위칭부를 통하여 동기 정류를 수행하며, 상기 출력 전압으로 출력하는 단계(d) controlling the output side switching unit to release the short circuit of the output side circuit, input the negative resonant current charged in the LC resonant circuit unit to the insulation transformer unit, and perform synchronous rectification through the output side switching unit, Outputting at the output voltage 를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법. Step-up control method of the series resonant converter for synchronous rectification, characterized in that it comprises a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계는, 상기 입력측 스위칭부에 상기 입력 전압을 입력하는데 있어서, 상기 입력 전압은 교류 전압 및 직류 전압을 포함하고 있으며, 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q11와 Q14의 전압 강하가 충분히 작아 대부분의 전류가 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q11와 Q14을 통하여 흘러 동기 정류가 되는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법.In the step (a), in inputting the input voltage to the input side switching part, the input voltage includes an alternating voltage and a direct current voltage, and the voltage drop of the switches Q11 and Q14 of the output side switching part is small enough to be large. And a current flows through the switches Q11 and Q14 of the output side switching unit to be synchronous rectification. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계는, 상기 공진 전류가 0보다 작아지면, 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q11을 Off하여 상기 출력측 회로에서 상기 LC 공진 회로부로 상기 출력 전압으로부터 에너지의 역유입을 막고, 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q11의 드레인-소스 전압이 Vo가 되고 상기 스위치 Q13의 상기 드레인-소스 전압이 0이 된 후에 상기 스위치 Q13을 On하여 상기 영전압 스위칭을 함과 동시에 상기 출력측 회로를 단락시키는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법.In the step (a), when the resonance current is less than zero, the switch Q11 of the output side switching unit is turned off to prevent inflow of energy from the output voltage from the output side circuit to the LC resonant circuit portion, and the output side switching unit After the drain-source voltage of the switch Q11 becomes Vo and the drain-source voltage of the switch Q13 becomes 0, the switch Q13 is turned on to perform the zero voltage switching and short-circuit the output side circuit. Step-up control method of series resonant converter with synchronous rectification. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (a) 단계는, 상기 출력측 회로가 단락됨과 동시에 상기 입력측 스위칭부를 통하여 들어오는 상기 입력 전압을 상기 LC 공진 회로부에서 공진하여 상기 (+) 공진 전류를 상기 공진 인덕터에 충전하는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법.In the step (a), the output circuit is short-circuited and at the same time, the LC resonant circuit unit charges the positive resonant current to the resonant inductor by resonating the input voltage coming through the input side switching unit. Step-up control method of a series resonant converter. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계는, 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q14를 Off하여 상기 스위치 Q14의 상기 드레인-소스 전압이 증가하고 상기 스위치 Q12의 상기 드레인-소스 전압이 감소하여 0이 된 후에 상기 스위치 Q12를 On하여 상기 영전압 스위칭을 함과 동시에 상기 출력측 회로의 단락을 해제하여 상기 LC 공진 회로부에 충전된 상기 (+) 공진 전류를 상기 절연 변압부에 입력하고 상기 출력측 스위칭부를 통하여 출력 전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법.In the step (b), the switch Q12 is turned on after the output of the switch Q14 is turned off so that the drain-source voltage of the switch Q14 increases and the drain-source voltage of the switch Q12 decreases to 0. By switching the zero voltage switch and releasing the short circuit of the output side circuit to input the positive resonant current charged in the LC resonant circuit part to the insulation transformer part and output the output voltage through the output side switching part as an output voltage. Step-up control method of a series resonant converter for synchronous rectification. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (c) 단계는, 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q12와 Q13의 전압 강하가 충분히 작아 대부분의 전류가 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q12와 Q13을 통하여 흘러 동기 정류가 되는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법.In the step (c), the voltage drop of the switches Q12 and Q13 of the output side switching part is sufficiently small that most current flows through the switches Q12 and Q13 of the output side switching part to perform synchronous rectification. Step-up control method of series resonant converter. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (c) 단계는, 상기 공진 전류가 0보다 커지면, 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q13을 Off하여 상기 출력측 회로에서 상기 LC 공진 회로부로 상기 출력 전압의 역유입을 막고, 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q13의 드레인-소스 전압이 Vo가 되고 상기 스위치 Q11의 상기 드레인-소스 전압이 0이 된 후에 상기 스위치 Q11을 On하여 상기 영전압 스위칭을 함과 동시에 상기 출력측 회로를 단락시키는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법.In the step (c), when the resonance current is greater than 0, the switch Q13 of the output side switching unit is turned off to prevent inflow of the output voltage from the output side circuit to the LC resonance circuit unit, and the switch Q13 of the output side switching unit After the drain-source voltage of Vo becomes Vo and the drain-source voltage of the switch Q11 becomes 0, the synchronous rectification is characterized in that the switch Q11 is turned on to switch the zero voltage and short the output circuit. Step-up control method of a series resonant converter. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (c) 단계는, 상기 출력측 회로가 단락됨과 동시에 상기 입력측 스위칭부를 통하여 들어오는 상기 입력 전압을 상기 LC 공진 회로부에서 공진하여 상기 (-) 공진 전류를 상기 공진 인덕터에 충전하는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법.In the step (c), the output circuit is short-circuited and at the same time the input voltage switching through the input side switching unit resonates with the LC resonant circuit unit to charge the resonant current to the resonant inductor. Step-up control method of a series resonant converter. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (d) 단계는, 상기 출력측 스위칭부의 상기 스위치 Q13을 Off하여 상기 스위치 Q13의 상기 드레인-소스 전압이 증가하여 Vo가 되고 상기 스위치 Q11의 상기 드레인-소스 전압이 감소하여 0이 된 후에 상기 스위치 Q11을 On하여 상기 영전압 스위칭을 함과 동시에 상기 출력측 회로의 단락을 해제하여 상기 LC 공진 회로부에 충전된 상기 (-) 공진 전류를 상기 절연 변압부에 입력하고 상기 출력측 스위칭부를 통하여 출력 전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는 동기 정류를 하는 직렬 공진형 컨버터의 승압형 제어 방법.In the step (d), the switch Q13 of the output side switching unit is turned off so that the drain-source voltage of the switch Q13 increases to become Vo, and the drain-source voltage of the switch Q11 decreases to 0 so that the switch Q11 is turned on to perform the zero voltage switching and release the short circuit of the output side circuit to input the negative resonant current charged in the LC resonant circuit part to the insulation transformer part, and output the output voltage through the output side switching part. A step-up control method of a series resonant converter, characterized in that the synchronous rectification. 삭제delete
KR1020050048935A 2005-06-08 2005-06-08 Method for series resonant converter control with synchronous rectifier KR100547290B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050048935A KR100547290B1 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Method for series resonant converter control with synchronous rectifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050048935A KR100547290B1 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Method for series resonant converter control with synchronous rectifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100547290B1 true KR100547290B1 (en) 2006-01-26

Family

ID=37178512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050048935A KR100547290B1 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Method for series resonant converter control with synchronous rectifier

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100547290B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110002223A (en) * 2009-07-01 2011-01-07 오리진 일렉트릭 캄파니 리미티드 Series resonant converter
KR101286509B1 (en) 2012-01-06 2013-07-16 서울과학기술대학교 산학협력단 Battery charger using series resonant converter
CN103296896A (en) * 2013-06-20 2013-09-11 南京航空航天大学 Soft switch isolation type boost direct current converter and control method thereof
US10998768B2 (en) 2015-11-20 2021-05-04 Foundation Of Soongsil University-Industry Cooperation Resonance converter for wireless charger and method for implementing the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110002223A (en) * 2009-07-01 2011-01-07 오리진 일렉트릭 캄파니 리미티드 Series resonant converter
KR101656021B1 (en) * 2009-07-01 2016-09-08 오리진 일렉트릭 캄파니 리미티드 Series resonant converter
KR101286509B1 (en) 2012-01-06 2013-07-16 서울과학기술대학교 산학협력단 Battery charger using series resonant converter
CN103296896A (en) * 2013-06-20 2013-09-11 南京航空航天大学 Soft switch isolation type boost direct current converter and control method thereof
US10998768B2 (en) 2015-11-20 2021-05-04 Foundation Of Soongsil University-Industry Cooperation Resonance converter for wireless charger and method for implementing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. High-efficiency LLC resonant converter with high voltage gain using an auxiliary LC resonant circuit
EP3058648B1 (en) Gate drive apparatus for resonant converters
KR101223220B1 (en) Serial resonance type converter circuit
JP5088386B2 (en) Switching power supply
CN100420136C (en) Switching-mode power supply
US9431917B2 (en) Switching power supply including a rectifier circuit having switching elements, and electric power converter
JP5396251B2 (en) DC-DC bidirectional converter circuit
Park et al. Nonisolated ZVZCS resonant PWM DC–DC converter for high step-up and high-power applications
US20180309372A1 (en) System and method for a switched mode converter
TW201201494A (en) Power conversion device
Yang et al. Soft-switching dual-flyback DC–DC converter with improved efficiency and reduced output ripple current
Song et al. Current-fed dual-bridge DC–DC converter
CN115864858B (en) Auxiliary power supply, power supply system and electronic device
Lee et al. A new center-tapped half-bridge zeta converter with small transformer dc-offset current and low voltage stress
CN116131624A (en) Power supply circuit, power supply system and electronic device
WO2007145388A1 (en) Method for series resonant converter control with synchronous rectifier
KR100547290B1 (en) Method for series resonant converter control with synchronous rectifier
Kim et al. A single-stage power factor correction AC/DC converter based on zero voltage switching full bridge topology with two series-connected transformers
US9178435B2 (en) Switching power supply
JP2001224172A (en) Power converter
CN115378266A (en) Converter suitable for wide-range output voltage and control method thereof
CN115378265A (en) Converter suitable for wide-range output voltage and control method thereof
Lee et al. A new zero-voltage switching half-bridge converter with reduced primary conduction and snubber losses in wide-input-voltage applications
Ghazali et al. High performance single stage power factor correction circuit
Zhang et al. An isolated DC/DC converter with reduced number of switches and voltage stresses for electric and hybrid electric vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee