KR100916902B1 - 무변압기형 부스터 컨버터 - Google Patents

무변압기형 부스터 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR100916902B1
KR100916902B1 KR1020070114653A KR20070114653A KR100916902B1 KR 100916902 B1 KR100916902 B1 KR 100916902B1 KR 1020070114653 A KR1020070114653 A KR 1020070114653A KR 20070114653 A KR20070114653 A KR 20070114653A KR 100916902 B1 KR100916902 B1 KR 100916902B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
terminal
booster
switch
inductor
booster converter
Prior art date
Application number
KR1020070114653A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090048678A (ko
Inventor
이진희
백승택
정홍주
이정민
서인영
Original Assignee
주식회사 효성
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 효성 filed Critical 주식회사 효성
Priority to KR1020070114653A priority Critical patent/KR100916902B1/ko
Publication of KR20090048678A publication Critical patent/KR20090048678A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100916902B1 publication Critical patent/KR100916902B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion 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
    • H02M3/145—Conversion 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
    • H02M3/155—Conversion 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 using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion 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 using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion 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 using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 제1 및 제2 부스터 인덕터(L1, L2)와, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)와, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)를 구비하여 종래의 DC-DC 부스터 컨버터의 승압비의 제곱만큼 크게 입력전압(Vi)을 승압시킬 수 있는 무변압기형 부스터 컨버터에 관한 것이다.
부스터 컨버터, 승압비, 인덕터, 변압기

Description

무변압기형 부스터 컨버터{Booster converter for a type of no transformation}
본 발명은 무변압기형 부스터 컨버터에 관한 것으로, 특히 고주파 변압기를 추가하지 않고서도 입력전압을 3.5배 이상의 출력전압으로 승압할 수 있는 무변압기형 부스터 컨버터에 관한 것이다.
일반적인 DC-DC 부스터 컨버터는 부스터 인덕터와, 모스펫(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 이하, MOSFET) 또는 아이지비티(Insulated Gate Bipolar Transistor 이하, IGBT) 등의 스위치와, 다이오드 및 필터 커패시터로 구성된다.
종래의 DC-DC 부스터 컨버터는 스위치(S)가 턴-온되는 시간이 주기 T에 대하여 가지는 비율만큼 입력전압(Vi)을 출력전압(Vo)으로 승압시킨다.
도 1은 종래의 일반적인 DC-DC 부스터 컨버터를 나타내는 회로도이고, 도 2 는 종래의 DC-DC 부스터 컨버터의 구성요소들의 동작 파형도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스위치(S)가 턴-온되면, 스위치(S)가 턴-온되는 시간(D) 동안, 부스터 인덕터(L)에 의해 제1 루프(Loop1)에 흐르는 전류(IL)가 서서히 증가한다.
부스터 인덕터(L)에 걸리는 전압을 이용하여 종래의 DC-DC 부스터 컨버터의 승압비(출력전압/입력전압)를 정리하면, 수학식 1과 같다.
Figure 112007080762138-pat00001
Figure 112007080762138-pat00002
Figure 112007080762138-pat00003
그리고, 스위치(S)가 턴-오프되면, 스위치(S)가 턴-오프되는 시간(T-D) 동안, 제1 루프(Loop1)에는 부스터 인덕터(L)에 의해 증가한 만큼의 역방향의 전류(-IL)가 흐른다.
수학식 1을 통해 보면, 종래의 DC-DC 부스터 컨버터는 스위치(S)의 턴-온 시간(D)에 따라, 승압비를 무한대로 출력할 수 있다. 하지만, 실제로 DC-DC 부스터 컨버터는 구성소자들의 기생성분 등에 의해 무한대로 승압비가 무한대로 승압되지 않으며, 실질적으로는 3 ~ 3.5배 승압된다.
따라서, 종래의 DC-DC 부스터 컨버터로 입력전압(Vi)을 3 ~ 3.5배 이상의 높은 출력전압(Vo)으로 승압하기 위해서는, 다수 개의 DC-DC 부스터 컨버터를 직렬 접속시키거나, DC-DC 부스터 컨버터에 고주파 변압기를 더 추가하여야만 한다. 다수 개의 DC-DC 부스터 컨버터를 직렬 접속시키거나, 고주파 변압기를 DC-DC 부스터 컨버터에 추가하면, 소자 수의 증가에 따른 가격상승 및 부피가 증가하는 단점이 있다. 다수 개의 DC-DC 부스터 컨버터를 직렬 접속시킨 DC-DC 부스터 컨버터는 직렬시킨 DC-DC 부스터 컨버터의 갯수배만큼 입력전압(Vi)을 승압시킬 수 있다. 따라서, DC-DC 부스터 컨버터가 고전압 출력을 얻기 위해서는 승압하고자하는 전압만큼의 DC-DC 부스터 컨버터가 필요하다는 단점이 있다. 그리고, 고주파 변압기를 DC-DC 부스터 컨버터에 추가하는 것은 변압기의 기생 인덕턴스와 소자들의 기생 커패시턴스의 공진 현상에 따른 링잉(Ringing) 현상으로 전압 스파이크가 발생하므로 종래의 DC-DC 부스터 컨버터의 정격보다 큰 스위칭 소자를 적용해야 하고, 이러한 부분들을 상쇄하기 위해 스너버 회로를 추가해야하는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 고주파 변압기를 추가하지 않고서도 입력전압을 3.5배 이상의 출력전압으로 승압할 수 있는 무변압기형 부스터 컨버터를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 무변압기형 부스터 컨버터는 입력전압원의 (+)단자에 일측 단자가 접속된 제1 부스터 인덕터와; 상기 제1 부스터 인덕터의 다른 일측 단자에 일측 단자들이 서로 병렬 접속된 제1 다이오드 및 제1 스위치와; 상기 제1 다이오드의 다른 일측 단자에 일측 단자가 접속된 제1 커패시터와; 상기 제1 다이오드의 다른 일측 단자에 상기 제1 커패시터와 서로 병렬 접속되도록 일측 단자가 접속된 제2 인덕터와; 상기 제2 인덕터 및 상기 제1 스위치의 다른 일측 단자에 일측 단자가 접속된 제2 스위치와; 상기 제2 인덕터 및 상기 제1 스위치의 다른 일측 단자에 상기 제2 스위치와 병렬 접속되도록 일측 단자가 접속된 제2 다이오드와; 상기 제2 다이오드의 다른 일측 단자에 서로 병렬 접속되도록 일측 단자들이 접속된 제2 커패시터 및 출력단을 구비한다.
상기 제1 커패시터, 상기 제2 스위치, 상기 제2 커패시터 및 출력단의 다른 일측 단자는 상기 입력전압원의 (-)단자에 공통으로 접속된다.
상기 제1 및 제2 스위치는 트랜지스터, 모스펫(MOSFET), 아이지비티(IGBT), 및 아이지씨티(IGCT) 중 어느 하나로 형성한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무변압기형 부스터 컨버터는 제1 및 제2 부스터 인덕터(L1, L2)와, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)와, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)를 구비한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 무변압기형 부스터 컨버터는 종래의 DC-DC 부스터 컨버터의 승압비의 제곱만큼 크게 입력전압(Vi)을 승압시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 무변압기형 부스터 컨버터는 다수 개의 DC-DC 부스터 컨버터를 직렬 접속시키거나, DC-DC 부스터 컨버터에 고주파 변압기를 더 추가하지 않고도 입력전압(Vi)을 3 ~ 3.5배 이상의 높은 출력전압(Vo)으로 승압시킬 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 부스터 컨버터를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 부스터 컨버터는 제1 및 제2 부스터 인덕터(L1, L2)와, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)와, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)를 구비한다.
제1 부스터 인덕터(L1)는 입력전압(Vi)의 (+)단자에 일측 단자가 접속되고, 다른 일측 단자에 제1 다이오드(D1) 및 제1 스위치(S1)가 서로 병렬 접속된다.
제1 다이오드(D1)는 제1 부스터 인덕터(L1)에 일측 단자가 접속되고, 다른 일측 단자에 제1 커패시터(C1) 및 제2 인덕터(L2)가 서로 병렬 접속된다.
제1 스위치(S1)는 제1 부스터 인덕터(L1)에 일측 단자가 접속되고, 다른 일측 단자에 제2 스위치(S2) 및 제2 다이오드(D2)가 서로 병렬 접속된다.
제2 인덕터(L2)는 제1 다이오드(D1)의 다른 일측 단자에 제1 커패시터(C1)와 서로 병렬 접속되도록 일측 단자가 접속되고, 다른 일측 단자에 제2 스위치(S2) 및 제2 다이오드(D2)가 서로 병렬 접속된다.
제2 다이오드(D2)는 제2 인덕터(L2) 및 제1 스위치(S1)의 다른 일측 단자에 일측 단자가 제2 스위치(S2)와 병렬 접속되도록 접속되고, 다른 일측 단자에 제2 커패시터(C2) 및 출력단(R)이 서로 병렬 접속된다.
제2 스위치(S2)는 제2 인덕터(L2) 및 제1 스위치(S1)의 다른 일측 단자에 일측 단자가 접속된다.
그리고, 제1 커패시터(C1), 제2 스위치(S2), 제2 커패시터(C2) 및 출력단(R)의 다른 일측 단자는 입력전압(Vi)의 (-)단자에 공통으로 접속된다.
본 발명의 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 트랜지스터, 모스펫, 아이지비티, 및 아이지씨티(Integrated Gate Communicated Thyristor 이하, IGCT) 중 어느 하나로 형성한다.
본 발명의 DC-DC 부스터 컨버터는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴-온되는 시간이 주기 T에 대하여 가지는 비율만큼 입력전압(Vi)을 출력전압(Vo)으로 승압시킨다.
도 4a 및 도 5를 참조하면, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴-온되면, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴-온되는 시간(D) 동안, 제1 부스터 인덕터(L1)에 의해 제1 루프(Loop1)에 흐르는 전류(IL1)가 서서히 증가한다.
이때, 제1 부스터 인덕터(L1)에 걸리는 전압을 정리하면, 수학식 2와 같다.
Figure 112007080762138-pat00004
Figure 112007080762138-pat00005
Figure 112007080762138-pat00006
그리고, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴-온되면, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴-온되는 시간(D) 동안, 제2 부스터 인덕터(L2)에 의해 제2 루프(Loop2)에 흐르는 전류(IL2)가 서서히 증가한다.
이때, 제1 부스터 인덕터(L1)에 걸리는 전압을 정리하면, 수학식 3과 같다.
Figure 112007080762138-pat00007
Figure 112007080762138-pat00008
Figure 112007080762138-pat00009
이때, VC2 = VO 이므로,
Figure 112007080762138-pat00010
그리고, 도 4b 및 도 5를 참조하면, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴-오프되면, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴-오프되는 시간(T-D) 동안, 제1 및 제2 루 프(Loop1, Loop2)에는 제1 및 제2 부스터 인덕터(L1, L2)에 의해 증가한 만큼의 역방향의 전류(-IL1, -IL2)가 흐른다.
수학식 2 및 3을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 부스터 컨버터는 종래의 DC-DC 부스터 컨버터의 승압비의 제곱만큼 크게 입력전압(Vi)을 승압시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 부스터 컨버터는 다수 개의 DC-DC 부스터 컨버터를 직렬 접속시키거나, DC-DC 부스터 컨버터에 고주파 변압기를 더 추가하지 않고도 입력전압(Vi)을 3 ~ 3.5배 이상의 높은 출력전압(Vo)으로 승압시킬 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 DC-DC 부스터 컨버터를 나타내는 회로도,
도 2는 도 1에 도시된 DC-DC 부스터 컨버터의 동작 파형도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 부스터 컨버터를 나타내는 회로도,
도 4a는 도 3에 도시된 제1 및 제2 스위치가 턴-온된 상태 및 도 4b는 도 3에 도시된 제1 및 제2 스위치가 턴-오프된 상태의 회로도,
도 5는 도 3에 도시된 DC-DC 부스터 컨버터의 동작 파형도이다.

Claims (3)

  1. 입력전압원의 (+)단자에 일측 단자가 접속된 제1 부스터 인덕터와;
    상기 제1 부스터 인덕터의 다른 일측 단자에 일측 단자들이 서로 병렬 접속된 제1 다이오드 및 제1 스위치와;
    상기 제1 다이오드의 다른 일측 단자에 일측 단자가 접속된 제1 커패시터와;
    상기 제1 다이오드의 다른 일측 단자에 상기 제1 커패시터와 서로 병렬 접속되도록 일측 단자가 접속된 제2 인덕터와;
    상기 제2 인덕터 및 상기 제1 스위치의 다른 일측 단자에 일측 단자가 접속된 제2 스위치와;
    상기 제2 인덕터 및 상기 제1 스위치의 다른 일측 단자에 상기 제2 스위치와 병렬 접속되도록 일측 단자가 접속된 제2 다이오드와;
    상기 제2 다이오드의 다른 일측 단자에 서로 병렬 접속되도록 일측 단자들이 접속된 제2 커패시터 및 출력단을 구비하는 것을 특징으로 하는 무변압기형 부스터 컨버터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 커패시터, 상기 제2 스위치, 상기 제2 커패시터 및 출력단의 다른 일측 단자는 상기 입력전압원의 (-)단자에 공통으로 접속된 것을 특징으로 하는 무 변압기형 부스터 컨버터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위치는 트랜지스터, 모스펫(MOSFET), 아이지비티(IGBT), 및 아이지씨티(IGCT) 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 무변압기형 부스터 컨버터.
KR1020070114653A 2007-11-12 2007-11-12 무변압기형 부스터 컨버터 KR100916902B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070114653A KR100916902B1 (ko) 2007-11-12 2007-11-12 무변압기형 부스터 컨버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070114653A KR100916902B1 (ko) 2007-11-12 2007-11-12 무변압기형 부스터 컨버터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090048678A KR20090048678A (ko) 2009-05-15
KR100916902B1 true KR100916902B1 (ko) 2009-09-09

Family

ID=40857599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070114653A KR100916902B1 (ko) 2007-11-12 2007-11-12 무변압기형 부스터 컨버터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100916902B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8624700B2 (en) 2009-06-12 2014-01-07 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Electromechanical inductors and transformers
CN103296883B (zh) * 2013-05-21 2015-10-14 西南交通大学 一种宽输入电压宽负载范围直直变换器控制方法及其装置
CN104410272A (zh) * 2014-11-07 2015-03-11 国家电网公司 一种改进的二次型Boost变换器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09103071A (ja) * 1995-10-06 1997-04-15 Japan Storage Battery Co Ltd 時分割並列運転式昇圧チョッパ−回路
KR20030085899A (ko) * 2002-05-02 2003-11-07 한국전기연구원 승압형 컨버터의 직렬 배열 구조를 갖는 펄스전압발생회로
JP2005137142A (ja) 2003-10-31 2005-05-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 昇圧コンバータ及びそれを含むモータ駆動回路
JP2006271101A (ja) 2005-03-24 2006-10-05 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 高昇圧比昇圧形ｄｃ−ｄｃコンバータ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09103071A (ja) * 1995-10-06 1997-04-15 Japan Storage Battery Co Ltd 時分割並列運転式昇圧チョッパ−回路
KR20030085899A (ko) * 2002-05-02 2003-11-07 한국전기연구원 승압형 컨버터의 직렬 배열 구조를 갖는 펄스전압발생회로
JP2005137142A (ja) 2003-10-31 2005-05-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 昇圧コンバータ及びそれを含むモータ駆動回路
JP2006271101A (ja) 2005-03-24 2006-10-05 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 高昇圧比昇圧形ｄｃ−ｄｃコンバータ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090048678A (ko) 2009-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11444534B2 (en) Power converter with a plurality of switching power stage circuits
Jang et al. Multiphase buck converters with extended duty cycle
US6188209B1 (en) Stepping inductor for fast transient response of switching converter
US7535733B2 (en) Method of controlling DC-to-DC converter whereby switching control sequence applied to switching elements suppresses voltage surges at timings of switch-off of switching elements
US20130336012A1 (en) Switched-Mode Power Supply and a Two-Phase DC to DC Converter
JPH07101986B2 (ja) Ｄｃ・ｄｃコンバータ
WO2013023343A1 (en) Clamp circuits for power converters
US20100237843A1 (en) Switched-mode power supply
WO2010117410A1 (en) Buck converter with iii-nitride switch for substantially increased input-to-output voltage ratio
US11527959B2 (en) Control method of power conversion device
TWI414139B (zh) 高電壓增益電源轉換器
CN108933515A (zh) 反激式转换器控制器、反激式转换器及其操作方法
TWI646768B (zh) High boost converter
Vinnikov et al. Quasi-Z-source half-bridge DC-DC converter for photovoltaic applications
CN111245236B (zh) 一种降压式直流-直流转换器拓扑结构
US20030021130A1 (en) Switching power converter apparatus and methods using switching cycle with energy holding state
KR100916902B1 (ko) 무변압기형 부스터 컨버터
US10432081B2 (en) Waveform shaping circuit, semiconductor device, and switching power supply device
US10790750B2 (en) Isolated DC-DC converter circuit for power conversion and driving method thereof
US10523118B2 (en) Reverse recovery charge elimination in DC/DC power converters
US6707690B1 (en) Power converter employing switched split transformer primary
Hafeez et al. A low-cost multi-phase 3A buck converter with improved ripple cancellation for wide supply range
Asghari A nonisolated soft switching interleaved converter with extended duty cycle and low output current ripple
WO2008105741A1 (en) Self-coupled driver used in dual-switch forward power converter
US7796409B2 (en) Multilevel push pull power converter

Legal Events

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

Payment date: 20130708

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140711

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150629

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160629

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170717

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180730

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190715

Year of fee payment: 11