KR100846943B1 - 효율적인 게이트드라이브가 구비된 동기식 정류를 갖는 비조절 ｄｃ-ｄｃ 변환기 - Google Patents

효율적인 게이트드라이브가 구비된 동기식 정류를 갖는 비조절 ｄｃ-ｄｃ 변환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보다 빠른 변환 시간 및 감소된 손실을 제공하도록 효율적으로 구동되는 동기식 정류기를 포함하는 것으로 중간버스전압변환기 이용에 적합한 비조절 DC-DC 전원변환기에 관한 것이다. 상기 DC-DC 전원변환기는 1차권선 및 적어도 제 2 및 제 2의 2차권선을 구비하는 변압기를 포함한다. 입력회로는 상기 1차권선과 결합되고 상기 1차권선에 교류극성구형파를 인가한다. 출력회로는 상기 제 1의 2차권선의 탭과 결합되는 출력필터를 포함한다. 상기 출력필터는 직류 출력전압을 제공한다. 제 1동기식 정류기는 상기 제 1의 2차권선의 제 1말단과 결합되고 제 2동기식 정류기는 상기 제 1의 2차권선의 제 2말단과 결합된다. 상기 제 2의 2차권선은 상기 제 1동기식 정류기의 제어터미널과 결합되는 제 1말단과 상기 제 2 동기식 정류기의 제어터미널과 결합되는 제 2말단을 구비한다. 제 1완충회로는 상기 제 1동기식 정류기의 제어터미널과 상기 제 1의 2차권선의 제 2말단 사이에 결합된다. 제 2완충회로는 상기 제 2동기식 정류기의 상기 제어터미널 및 상기 제 1의 2차권선의 제 1말단 사이에 결합된다. 상기 제 1 및 제 2완충회로는 온(on) 및 오프(off)상태 사이에서 각각 제 1 및 제 2동기식 정류기의 보다 빠른 변환을 제공한다.
전원변환기, 커패시터, 동기식 정류기, 버스, 완충회로, 모스펫장치

Description

효율적인 게이트드라이브가 구비된 동기식 정류를 갖는 비조절 ＤＣ-ＤＣ 변환기{UNREGULATED DC-DC CONVERTER HAVING SYNCHRONOUS RECTIFICATION WITH EFFICIENT GATE DRIVES}
본 발명은 전원변환회로에 관한 것으로 보다 상세하게는 동기식 정류기가 보다 빠른 변환 시간 및 손실감소를 제공하도록 효율적으로 구동되며 중간버스 전압변환기 적용에 적합한 비조절 DC-DC 전원변환기에 관한 것이다.
전자시스템이 점점 복잡해짐에 따라, 일부 다른 이산전압 및 전류 수치에서 제공되는 전력을 요구하는 전자시스템이 일반적이다. 예를 들면, 전자시스템은 3v, 5v, 9v등의 전압을 필요로 하는 이산회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 회로의 대부분은 비교적 낮은 전압(예를 들면, 1v)이 요구되지만 비교적 높은 전류(예를 들면 100A)를 갖는다. 전자장치를 통하여 비교적 긴 거리에 걸쳐 낮은 전압에서 비교적 높은 전류를 전송하는 것이 바람직하지 않기 때문에, 전자시스템을 통해 중간버스전압을 분배하고 상기 전자시스템 내에 전력소비의 지점에서 각각의 포인트-오브-로드(point-of-load, 이하 POL이라 함) 조절기, 즉, DC-DC 변환기를 포함하는 것이 알려져 있다. 특히 POL 조절기는 각각의 전자회로와 함께 포함되어서 상기 중간버스전압을 상기 전자회로에 의해 요구되는 수준으로 변환한다. 전자시스템은 각각의 다중전압 수준으로 중간버스전압을 변환하는 다중 POL조절기를 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 POL 조절기는 해당 전자회로에 물리적으로 인접하게 위치되는 바, 이는 전자시스템을 통과하는 고전류선, 저전압의 길이를 최소화하기 위함이다 . 상기 중간버스전압은 손실을 최소화하는 저전류선을 이용하여 상기 다중 POL 조절기에 전송될 수 있다.
통상적으로, 분리전원변환기는 비교적 높은 입력전압소스(예를 들면, 48v)로부터 절연된 중간버스전압(예를 들면, 9v)이 제공된다. 상기 입력전압소스가 조절되는 동안 중간버스전압변환기는 조절되지 않을 수 있다. 종래의 중간버스전압변환기는 상기 입력 및 출력전압 사이의 절연을 제공하는 변압기를 포함한다. 상기 변압기의 출력 측에서 동기식 정류기는 변압기의 주기전압을 직류출력전압으로 변환한다. 상태저항이 낮은 것으로 보아 상기 동기식 정류기는 통상적으로 전계효과트랜지스터(FET, field effect transistor)에 의해 제공된다. 상기 변압기의 상기 주기전압은 중간 0v 상태 없이 100%의 듀티주기를 포함하므로 상기 동기식 정류기는 상기 변압기를 가로지르는 전압변환에 의해 가동될 수 있다. 하지만, 종래 중간버스 전원변환기의 단점은 상기 동기식 정류기가 온(on) 및 오프(off)상태 사이에서 변환이 늦다는 것이며, 오프상태에서 안정되기 전에 동기식 정류기는 전류를 접지시킨다. 상술한 결과로 상기 중간버스전압변환기의 효율감소를 가져오며, 상기 변환기가 저부하상태 또는 비(非)부하상태에서 작동될 때 더욱 악화된다.
따라서, 동기식 정류기가 보다 빠른 변환 시간 및 손실감소를 제공하도록 효율적으로 구동되는 것으로 중간버스전압변환기 사용에 적합한 비조절 DC-DC 전원변환기를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 동기식 정류기가 보다 빠른 변환 시간 및 감소된 손실을 제공하도록 효율적으로 구동되며 중간버스전압변환기 이용에 적합한 비조절 DC-DC 전원변환기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에서 DC-DC 전원변환기는 1차권선 및 적어도 제 2 및 제 2의 2차권선을 구비하는 변압기를 포함한다. 입력회로는 상기 1차권선과 결합되고 상기 1차권선에 교류극성 구형파전압을 인가하도록 개조된다. 출력회로는 상기 제 1의 2차권선의 탭과 결합되는 출력필터를 포함한다. 상기 출력필터는 직류 출력전압을 제공한다. 제 1동기식 정류기는 상기 제 1의 2차권선의 제1말단에 결합되고 제 2동기식 정류기는 상기 제 1의 2차권선의 제2말단에 결합된다. 상기 제 2의 2차권선은 상기 제 1동기식 정류기의 제어터미널과 결합되는 제 1말단 및 상기 제 2 동기식 정류기의 제어터미널과 결합되는 제 2말단을 구비한다. 제 1완충회로는 상기 제 1동기식 정류기의 제어터미널과 상기 제 1의 2차권선의 제 2말단 사이에 결합된다. 제 2완충회로는 상기 제 2동기식 정류기의 상기 제어터미널과 상기 제 1의 2차권선의 제 1말단 사이에 결합된다. 상기 제 1 및 제 2완충회로는 온(on) 및 오프(off)상태 사이에서 각각 제 1 및 제 2동기식 정류기의 보다 빠른 변환을 제공한다.
보다 상세하게는 제 1 및 제 2완충회로는 제 1 및 제 2커패시터(capacitor)를 각각 더 포함한다. 제 1 및 제 2동기식 정류기는 제 1 및 제 2모스펫장치(MOSFET device)를 각각 포함한다. 상기 제 1 및 제 2동기식 정류기의 상기 제어터미널은 제 1 및 제 2모스펫장치의 게이트터미널을 더 포함한다. 제 1의 2차권선의 제 1말단은 제 1모스펫장치의 드레인터미널(drain terminal)에 결합되고 제 1의 2차권선의 제 2말단은 제 2모스펫장치의 드레인터미널에 결합된다. 제 1 및 제 2커패시터는 제 1 및 제 2모스펫장치의 크기에 대응되도록 선택되는 전기용량을 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 DC-DC 전원변환기의 저부하효율을 향상하는 방법은 제 1 및 제 2동기식 정류기가 각각 오프(off) 상태인 동안 제 1 및 제 2동기식 정류기를 가로지르는 전하를 흡수하는 흡수단계, 제 1 및 제 2동기식 정류기가 각각 온(on) 상태인 동안 제 1 및 제 2동기식 정류기의 제어터미널로 전하를 주입하는 주입단계를 포함한다.
상기 흡수단계는 제 1 및 제 2동기식 정류기와 각각 결합되는 제 1 및 제 2커패시터를 충전하는 단계를 더 포함한다.
상기 주입단계는 제 1 및 제 2커패시터를 제 1 및 제 2동기식 정류기의 각각의 제어터미널로 방전하는 단계를 더 포함한다.
하기 실시예의 상세한 설명을 참조하여, 본 발명의 추가적인 장점 및 목적을 구현할 뿐만아니라, 동기식 정류기가 보다 빠른 변환 시간 및 감소된 손실을 제공하도록 효율적으로 구동되는 것으로 중간버스전압변환기 사용에 적합한 비조절 DC-DC전원변환기의 보다 완전한 이해가 당업자에게 가능할 것이다. 첨부도면에 참조사항이 기재되며 도면은 먼저 하기에서 간략히 설명된다.
도 1은 종래 DC-DC 전원변환기의 블록다이어그램을 도시한 것이다.
도 2는 종래 DC-DC 전원변환기의 동기식 정류기의 드레인전압 및 게이트드라이브를 반영하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 의한 DC-DC 전원변환기의 블록다이어그램이다.
도 4는 도 3의 DC-DC전원변환기의 동기식 정류기의 드레인전압 및 게이트드라이브를 반영하는 그래프이다.
도 5는 종래의 DC-DC전원변환기와 본 발명에 의한 DC-DC전원변환기의 효율을 비교한 그래프이다.
본 발명은 동기식 정류기가 보다 빠른 변환 시간 및 손실감소를 제공하도록 효율적으로 구동되는 것으로 중간버스전압변환기 적용에 적합한 비조절 DC-DC 전원변환기를 제공하는 것이다. 이하에 상세하게 설명되는 실시예에서 도면부호는 하나 또는 복수의 도면에서 사용된다.
도 1은 종래의 DC-DC 전원변환기가 도시되어 있다. 도 1의 상기 전원변환기는 상기 입력전압(VIN)으로부터 절연되는 DC 출력전압(VO)을 제공하고 1차권선(32) 및 복수의 2차권선(34, 38)을 구비하는 변압기(30)를 포함한다. 상기 변압기의 1차측면은 종래의 풀 브리지 토폴러지(full bridge topology)이고 두 쌍의 1차전원스위치(12, 14 및 16, 18)가 상기 1차권선(32)에 교류를 제공한다. 특히, 제 1쌍의 전원스위치(12, 14)는 스위치(12)의 소스터미널 및 상기 1차권선(32)의 일말단과 결합되는 스위치(14)의 드레인터미널 사이에 결합되며 입력전압(VIN)과 직렬로 형성된다. 유사하게, 제 2쌍의 전원스위치(16, 18)는 스위치(16)의 소스터미널 및 상기 1차권선(32)의 타말단과 결합되는 스위치(18)의 드레인터미널 사이에 결합되며 입력전압(VIN)과 직렬로 형성된다. 적합한 제어회로(24)는 상기 전원스위치(12, 14, 16, 18)의 게이트터미널에 구동신호의 시점을 결정한다. 더욱 상세하게는, 제어회로(24)가 대각선으로 대향된 전원스위치(즉, 스위치(12, 18), 또는 스위치(14, 16))를 구동하여 상기 스위치가 교류반주기 중에 동시에 켜지게 된다. 전술한 내용으로 인하여 상기 변압기(30)의 1차권선(32)이 진폭(±VIN)의 교류극성 구형파로 구동됨으로써 2차권선(34, 38)에 해당 전파(full-wave)의 구형파 형태가 생성된다. 종래의 하프 브리지 토폴로지(half bridge topology) 또는 푸시-풀 토폴로지(push-pull topology)가 당업계에 알려진 대로 상기 전원변환기에서 유용하게 이용될 수 있다.
상기 변압기(30)의 2차 측면에서 2차권선(34)은 인덕터(42, inductor) 및 커패시터(44)를 포함하는 출력필터와 결합되는 중앙탭을 구비한다. DC 출력전압(VO)은 상기 커패시터(44)를 가로지르게 형성되고 부하저항(46, RL)으로 표기된 저항에 전송된다. 2차권선(34)의 말단은 각각의 동기식 정류기(52, 62)를 통하여 접지된다. 상기 동기식 정류기(52, 62)의 상기 게이트터미널은 2차권선(38)에 의해 구동된다. 특히, 2차권선(38)의 제 1말단은 저항기(54, 56)를 포함하는 전압분할기를 통하여 동기식 정류기(52)의 게이트터미널과 결합되고, 2차권선(38)의 제 2말단은 저항기(64, 66)를 포함하는 전압분할기를 통하여 동기식 정류기(62)의 게이트터미널에 결합된다.
2차권선(34, 38)을 가로지르는 전압이 양(+)일 때, 동기식 정류기(52)는 작동되고 동기식 정류기(62)는 정지하며, 2차권선(34)의 하부를 통해 상기 출력필터로 흐르는 전류 경로를 형성한다. 역으로, 상기 2차권선(34, 38)을 가로지르는 상기 전압이 음(-)일 때, 동기식 정류기(52)는 정지되고 동기식 정류기(62)는 작동하며, 2차권선(34)의 상부를 통해 출력필터로 흐르는 전류 경로를 형성한다. 상기 출력필터는 상기 2차권선(34) 중앙탭의 구형파 맥동을 평탄하게 하는 DC출력전압(VO)을 제공한다. 각각의 상기 2차권선(34, 38)의 전압변환이 동일하기 때문에 변압기(30)의 파형을 동기화함으로써 동기식 정류기(52, 62)가 활성화될 수 있다.
도 2는 도 1의 종래의 DC-DC전원변환기의 동기식 정류기(52, 62) 중 하나의 드레인전압 및 게이트드라이브전압을 도시하고 있다. 수평축은 한 눈금당 10ns을 나타내고 수직축은 한 눈금당 1v를 나타낸다. 바람직하게는, 게이트드라이브신호는 고-저 변환이 빠르므로 상기 동기식 정류기를 신속히 오프시키며 상기 동기식 정류기를 통해 접지되는 전류의 흐름을 끊는다. 하지만, 실제에 있어서 상기 변환은 빠르지 않다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 게이트드라이브변환은 고-저 변환이 70ns정도이다. 상기 드레인전압은 32v의 피크전압으로 상승하고 약 2.5MHz의 주파수에서 진동한다. 상기 진동은 변압기 유도계수 및 상기 동기정류기 전기용량 사이에서 공명하면서 변압기에 저장되는 에너지에 의해 발생된다. 부하가 없는 상태에서 상기 전원변환기는 11W의 전력을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 제 1 실시예를 도시하고 있다. 본 발명에 의한 DC-DC전원변환기는 전류완충회로가 상기 동기식 정류기(52, 62)의 게이트터미널에 결합된다는 점을 제외하고는 종래의 전원변환기와 대부분 유사하다. 특히, 제 1완충회로는 직렬로 연결되는 커패시터(72) 및 저항기(74)를 포함하며, 상기 동기식 정류기(52)의 상기 게이트터미널 및 상기 동기식 정류기(62)의 상기 드레인터미널 사이에 연결된다. 제 2완충회로는 직렬로 연결되는 커패시터(82) 및 저항기(84)를 포함하며, 상기 동기식 정류기(62)의 상기 게이트터미널 및 상기 동기식 정류기(52)의 상기 드레인터미널 사이에 연결된다. 전기용량의 크기는 커패시터(72, 82)에 맞게 선택되고 상기 동기식 정류기(52, 62)를 제공하기 위하여 사용되는 모스펫장치의 크기에 의한다. 당업계에서 주지한 바와 같이 모스펫장치는 통상적으로 크기에 관련한 뚜렷한 게이트전하 특징을 구비한다. 대용량 모스펫장치는 통상적으로 대용량의 모스펫장치를 구동하여 전도하기 위하여 보다 높은 게이트전하를 필요로 하기 때문에, 대용량 커패시터가 완충회로에서 사용된다. 소용량 모스펫장치에 있어서는 역으로 적용된다.
도 3에 도시된 상기 전원변환기 내에서의 완충회로의 작동은 도 4와 관련하여 설명되며, 상기 동기식 정류기(52, 62, 도 2와 같은 수치를 사용) 중 하나의 드레인전압 및 게이트드라이브전압을 그래픽형태로 도시하고 있다. 상기 변압기가 상태를 변화시킬 때 동기식 정류기(52)는 온(on) 되고 동기식 정류기(62)는 오프(off) 된다. 도 4에 도시된 바와 같이 동기식 정류기(52)의 상기 드레인전압은 빠르게 상승 되고 상기 전압은 동기식 정류기(52)의 드레인터미널에 결합된 상기 제 2완충회로의 상기 커패시터(82)를 충전한다. 차례로, 상기 커패시터(82)를 가로지르는 상기 전압은 상기 2차권선(38)으로부터의 전류경로를 추가하여 상기 동기식 정류기(62)의 게이트터미널로의 제 2전류경로를 제공하는 것에 의해 상기 동기식 정류기(62)를 온(on)하도록 작용한다. 종래기술의 전원변환기의 드레인전압에 존재했던 전압맥동은 더 이상 본 발명에 의한 전원변환기(도 2 및 도 4 참조)의 드레인전압에 나타나지 않는다. 상술한 것은 드레인터미널에서의 과도에너지가 커패시터(82)로 흐르고 상기 동기식 정류기(62)의 게이트터미널로 이동하여, 게이트터미널의 전압이 보다 신속히 상승됨으로써 동기식 정류기가 보다 신속히 작동되기 때문이다. 역으로, 변압기의 다른 변화를 반영하면서 동기식 정류기(52)의 드레인전압이 떨어지는 경우, 커패시터(82)는 방전되어 게이트드라이브전압을 떨어지게 함으로써 게이트드라이브전압이 동기식 정류기(62)를 보다 빨리 오프 시키도록 한다. 다른 완충회로의 작동은 동일하다.
도 4는 고-저로 약 20ns의 게이트드라이브변환을 도시하고 있다. 상기 드레인전압은 최고 29v까지 상승하고 상기 맥동하는 진동은 더 이상 나타나지 않는다. 부하가 없는 상태에서 상기 전원변환기는 7.5W의 전력을 유도하고, 이는 종래의 전원변환기에 비해 30%의 손실감소를 나타낸다. 도 5는 종래의 DC-DC전원변환기에 대비하여 본 발명의 DC-DC전원변환기의 효율을 비교한 그래프를 도시한 것이다. 보다 상세하게 상기 그래프는 수평축의 출력전력(W)에 대해 측정된 수직축의 전력소비(W)가 도시되어 있는데 상기 그래프는 종래의 전원변환기의 성능을 반영하는 사각심볼을 포함하는 곡선과 완충회로를 구비하는 본 발명에 의한 전원변환기의 성능을 반영하는 삼각심볼을 포함하는 곡선을 구비한다. 도 5에 도시된 바와 같이 낮은 출력전력에서 장치간의 전력소비의 차이, 즉 전력손실이 있다. 상술한 것은 완충회로가 상기 전원변환기의 전력소비의 감소에 있어서 이점이 있슴을 반영한다. 보다 높은 전력값에서 상기 곡선은 수렴하는 바, 상기 완충회로가 상기 전원변환기의 성능에 다르게 영향을 끼치지 않음을 나타낸다.
따라서, 도면에 도시된 비조절 DC-DC전원변환기의 바람직한 실시예는 중간버스전압변환기에 적합하고 상기 동기식 정류기가 보다 빠른 변환 시간 및 감소된 손실을 제공하는 것으로 당업자에게 본 발명에 의한 시스템의 이점을 명백하게 설명한다.
위에서는 본 발명에 기재된 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (17)

  1. DC-DC 전원변환기에 있어서,
    1차권선과 적어도 제 1의 2차권선 및 제 2의 2차권선을 구비하는 변압기;
    상기 1차권선과 결합 되고 상기 1차권선에 교류극성 구형파전압을 인가하는 입력회로;
    DC 출력전압을 제공하며 상기 제 1의 2차권선의 탭과 결합되는 출력필터;
    상기 제 1의 2차권선의 제 1말단과 결합 되는 제 1동기식 정류기;
    상기 제 1의 2차권선의 제 2말단과 결합 되는 제 2동기식 정류기;
    상기 제 1동기식 정류기의 제어터미널과 상기 제 1의 2차권선의 상기 제 2말단 사이에 결합 되는 제 1완충회로; 및
    상기 제 2동기식 정류기의 제어터미널과 제 1의 2차권선의 상기 제 1말단 사이에 결합 되는 제 2완충회로; 를 포함하고,
    상기 제 2의 2차권선은 상기 제 1동기식 정류기의 상기 제어터미널과 결합되는 제 1말단 및 상기 제 2동기식 정류기의 상기 제어터미널과 결합되는 제 2말단을 구비하며,
    상기 제 1 및 제 2 완충회로는 온(on)상태 및 오프(off)상태 사이에서 상기 제 1 및 제 2동기식 정류기의 각각 보다 빠른 변환을 제공하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 완충회로는 제 1 및 제 2커패시터(capacitor)를 각각 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2동기식 정류기는 각각 제 1 및 제 2모스펫장치(MOSFET device)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2동기식 정류기의 상기 제어터미널은 상기 제 1 및 제 2 모스펫장치의 게이트터미널(gate terminal)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1의 2차권선의 제 1말단은 상기 제 1모스펫장치의 드레인터미널과 결합되고 상기 제 1의 2차권선의 상기 제 2말단은 상기 제 2모스펫장치의 드레인터미널과 결합 되는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2완충회로는 상기 제 1 및 제 2모스펫장치의 크기에 대응되는 전기용량을 구비하는 제 1 및 제 2커패시터를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 입력회로는 풀브릿지(full bridge) 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  8. 1차권선과 적어도 제 1의 2차권선 및 제 2의 2차권선을 구비하는 변압기, 상기 1차권선과 결합 되고 상기 1차권선에 교류극성 구형파전압을 인가하는 입력회로, DC출력전압을 제공하며 상기 제 1의 2차권선의 탭과 결합되는 출력필터, 상기 제 1의 2차권선의 제1 말단과 결합 되는 제 1동기식 정류기, 상기 제 1의 2차권선의 제 2말단과 결합 되는 제 2동기식 정류기를 포함하는 DC-DC 전원변환기에 있어서,
    상기 제 1동기식 정류기의 제어터미널과 상기 제 1의 2차권선의 상기 제 2말단 사이에 결합 되는 제 1완충회로; 및
    상기 제 2동기식 정류기의 제어터미널과 상기 제 1의 2차권선의 제 1말단 사이에 결합 되는 제 2완충회로;를 포함하고,
    상기 제 2의 2차권선은 상기 제 1동기식 정류기의 상기 제어터미널과 결합되는 제 1말단 및 상기 제 2동기식 정류기의 상기 제어터미널과 결합되는 제 2말단을 구비하며,
    상기 제 1 및 제 2완충회로는 온(on)상태 및 오프(off)상태 사이에서 상기 제 1 및 제 2동기식 정류기의 각각 보다 빠른 변환을 제공하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2완충회로는 제 1 및 제 2커패시터를 각각 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2동기식 정류기는 제 1 및 제 2모스펫장치를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2동기식 정류기의 상기 제어터미널은 상기 제 1 및 제 2모스펫장치의 게이트터미널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1의 2차권선의 상기 제 1말단은 상기 제 1모스펫장치의 드레인터미널과 결합되고 상기 제 1의 2차권선의 상기 제 2말단은 상기 제 2모스펫장치의 드레인터미널과 결합 되는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2완충장치는 상기 제 1 및 제 2모스펫장치의 크기에 대응되는 전기용량을 구비하는 제 1 및 제 2커패시터를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 입력회로는 풀브릿지(full bridge) 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환기.
  15. 교류극성 구형파전압이 인가되는 1차권선과 적어도 제 1 및 제 2의 2차권선을 구비하는 변압기를 포함하고 출력회로는 상기 제 1의 2차권선의 탭과 결합 되는 출력필터를 포함하고 상기 출력필터는 직류출력전압을 제공하고 제 1동기식 정류기는 상기 제 1의 2차권선과 결합 되고 제 2동기식 정류기는 상기 제 1의 2차권선의 제 2말단과 결합 되고 상기 제 2의 2차권선은 상기 제 1의 동기식 정류기의 제어말단과 결합 되는 제 1말단 및 상기 제 2동기식 정류기의 제어말단과 결합 되는 제 2말단을 구비하는 절연된 DC-DC전원변환기의 저부하효율을 높이는 방법에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2동기식 정류기가 오프상태인 동안 상기 제 1 및 제 2동기식 정류기를 가로지르는 전하를 흡수하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2동기식 정류기가 온상태인 동안 상기 제 1 및 제 2동기식 정류기의 제어터미널로 전하를 주입하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 절연된 DC-DC전원변환기의 저부하효율을 높이는 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 흡수단계는 각각 상기 제 1 및 제 2동기식 정류기와 결합 되는 제 1 및 제 2커패시터를 충전하는 흡수단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연된 DC-DC전원변환기의 저부하효율을 높이는 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 주입단계는 상기 제 1 및 제 2동기식 정류기의 각각의 제어터미널로 상기 제 1 및 제 2커패시터를 방전하는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연된 DC-DC전원변환기의 저부하효율을 높이는 방법.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050286273A1 (en) * 2004-06-25 2005-12-29 Andrew Ferencz Self-drive for synchronous rectifiers
US7541791B2 (en) * 2006-03-14 2009-06-02 Energy Conservation Technologies, Inc. Switch mode power converter having multiple inductor windings equipped with snubber circuits
KR100774145B1 (ko) * 2007-04-18 2007-11-07 주식회사 큐리온 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터
WO2013021819A1 (ja) * 2011-08-05 2013-02-14 株式会社村田製作所 スナバ回路
DE102012202869A1 (de) * 2012-02-24 2013-08-29 Robert Bosch Gmbh Ansteuervorrichtung und Ansteuerverfahren einer aktiven Snubberschaltung für einen Gleichspannungswandler
US10205397B2 (en) * 2014-07-10 2019-02-12 Rompower Technology Holdings, Llc Soft switching on all switching elements converter through current shaping “bucharest converter”
CN105337503B (zh) * 2014-06-25 2017-12-01 光宝电子(广州)有限公司 直流电压转换装置及适用于直流电压转换装置的箝位电路
CN110972514B (zh) * 2018-07-31 2024-04-02 雅达电子国际有限公司 在低压输出条件期间对于同步整流器控制器的电压供应

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6304461B1 (en) * 2000-06-15 2001-10-16 Supertex, Inc. DC power converter having bipolar output and bi-directional reactive current transfer

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0602835B1 (en) * 1992-12-15 1996-05-01 AT&T Corp. Voltage control circuits
ATE208097T1 (de) * 1996-09-10 2001-11-15 Siemens Ag Dc/dc - umrichterschaltung
US6243275B1 (en) * 1999-09-28 2001-06-05 Galaxy Power, Inc. Dc to dc power converter using synchronously switched switches
US6169683B1 (en) * 1999-10-07 2001-01-02 Ericsson Inc. Resonant gate drive for synchronous rectifiers
CN1108011C (zh) * 1999-12-30 2003-05-07 艾默生网络能源有限公司 Dc/dc变换器的自驱动电路
KR100359709B1 (ko) 2000-11-08 2002-11-07 박준호 스위칭모드 전원공급기
CN1295853C (zh) * 2001-02-09 2007-01-17 精电科技公司 包括用于对同步整流器进行控制的电路的电源变换器
US6930893B2 (en) 2002-01-31 2005-08-16 Vlt, Inc. Factorized power architecture with point of load sine amplitude converters

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6304461B1 (en) * 2000-06-15 2001-10-16 Supertex, Inc. DC power converter having bipolar output and bi-directional reactive current transfer

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