KR100998064B1 - Ｚｃｓ를 위해 누설 인덕터를 ｚｃｓ용 인덕터로 사용하는 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 - Google Patents

Ｚｃｓ를 위해 누설 인덕터를 ｚｃｓ용 인덕터로 사용하는 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR100998064B1
KR100998064B1 KR1020090001590A KR20090001590A KR100998064B1 KR 100998064 B1 KR100998064 B1 KR 100998064B1 KR 1020090001590 A KR1020090001590 A KR 1020090001590A KR 20090001590 A KR20090001590 A KR 20090001590A KR 100998064 B1 KR100998064 B1 KR 100998064B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
leakage inductor
inductor
voltage
converter
switching
Prior art date
Application number
KR1020090001590A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100082209A (ko
Inventor
박성준
송성근
이민중
주홍주
Original Assignee
전남대학교산학협력단
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 전남대학교산학협력단 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to KR1020090001590A priority Critical patent/KR100998064B1/ko
Publication of KR20100082209A publication Critical patent/KR20100082209A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100998064B1 publication Critical patent/KR100998064B1/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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits 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
    • 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
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • 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
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion 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
    • H02M3/325—Conversion 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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion 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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion 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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/13—Modifications for switching at zero crossing
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies 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

본 발명은 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 영 전류 스위칭을 위해 누설 인덕터를 ZCS용 인덕터로 사용하여, ZCS용 인덕터에 의한 효율저하를 방지하는 동시에 영 전류 스위칭을 구현할 수 있는 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
영 전류 스위칭, 컨버터, 누설 인덕터, 고주파 변압기, 직렬공진

Description

ＺＣＳ를 위해 누설 인덕터를 ＺＣＳ용 인덕터로 사용하는 ＤＣ-ＤＣ 컨버터{DC-DC converter using leakage inductor for Zero Current Swithching}
본 발명은 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 영 전류 스위칭을 위해 누설 인덕터를 ZCS용 인덕터로 사용하여, ZCS용 인덕터에 의한 효율저하를 방지하는 동시에 영 전류 스위칭을 구현할 수 있는 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
DC-DC 컨버터는 이동용 전기, 전가 및 제어기기의 직류 안정화 전원으로 널리 이용되는 컨버터로써 반도체 소자의 발전에 따라 고효율, 소형 및 경량화로 발전하고 있다.
일반적으로 영 전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching)을 위해서는 ZCS용 인덕터가 필수적으로 존재하여야하는데, 이런 ZCS용 인덕터는 철손으로 인덕터의 개수 당 약 1~2[%]의 컨버터효율 저하를 초래한다.
따라서, 고효율의 DC-DC 컨버터를 제작하기 위해서는 ZCS용 인덕터를 최소화 하는 것이 관건이다.
특히, 내부에 입력전압을 승압 또는 강압하는 다중레벨 DC-DC 컨버터의 경우 복수 개의 컨버터 모듈을 포함하는데 컨버터 모듈마다 ZCS용 인덕터를 구비하여야 하므로 컨버터의 효율이 매우 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 DC-DC컨버터는 일반적으로 하드 스위칭(hard-switching)방식을 사용하므로 스위칭 손실이 심해 컨버터의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 고효율 DC-DC컨버터의 제작을 위해 ZCS용 인덕터의 개수를 최소화하고, 소프트 스위칭방식을 구현하여 스위칭 손실을 최소화하는 연구를 수행할 필요가 있다.
본 발명자들은 DC-DC 컨버터의 효율을 상승시키고자 연구 노력한 결과, 별도의 ZCS용 인덕터를 구비하지 않고, 영 전류 스위칭을 구현할 수 있는 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 영 전류 스위칭을 위한 별도의 ZCS용 인덕터의 구비가 필요없이 누설 인덕터를 ZCS용 인덕터로 사용하는 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 입력 및 출력측을 고주파 변압기에 의해 절연할 수 있는 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 영 전류 스위칭이 가능하게 함으로써 스위칭 손실을 최소화할 수 있는 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 1차 코일, 2차 코일 및 상기 1차 코일의 중앙에 연결되는 누설 인덕터를 포함하며, 입력측과 출력측을 절연하는 고주파 변압기부; ⅰ)일 단이 상기 누설 인덕터와 연결되어 상기 누설 인덕터에 누설 인덕터 전류를 인가하는 DC입력전압, ⅱ)각각의 일 단이 상기 DC입력전압의 타 단과 연결되고 타 단들은 상기 1차 코일의 양단에 각각 연결되어, 상기 누설 인덕터 전류가 상기 1차 코일의 중앙을 기준으로 양측으로 교대로 흐르게 하는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 포함하는 DC전압 입력부; 및 상기 2차 코일에 각각 연결되며, 상기 1차 코일에 흐르는 누설 인덕터 전류의 방향에 따라 교대로 출력전압이 충전되는 제1 콘덴서 및 제2 콘덴서를 포함하는 DC전압 출력부;를 포함하고, 상기 누설 인덕터와 상기 각 콘덴서들은 서로 직렬 공진을 이루며, 상기 누설 인덕터는 용량이 상기 누설 인덕터에 흐르는 전류가 불연속이 되도록, 상기 각 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 상기 각 콘덴서들의 직렬 공진의 공진 주파수보다 작은 것을 만족하며 구비되고, 상기 각 스위칭 소자는 상기 누설 인덕터에 흐르는 전류가 0[A]일 때, '온' 또는 '오프'되게 하여, 영 전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching)을 실현하는 것을 특징으로 하는 누설 인덕터를 ZCS용 인덕터로 사용하는 DC-DC컨버터를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 DC전압 출력부는 상기 콘덴서들과 서로 연결되어, 상기 출력전압의 전압리플을 저감하여 DC출력전압을 출력하는 L-C필터를 더 포함하는 DC-DC컨버터를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 누설 인덕터와 상기 콘덴서들은 상기 누설 인덕터에 흐르는 인덕터 전류가 불연속이 되도록 각각의 용량이 아래의 수학식1을 만족하며 구비되고, 상기 각 스위칭 소자는 상기 인덕터 전류가 0[A]일 때 '온' 또는 '오프'되어 영 전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching) 동작을 하는 DC-DC컨버터를 제공한다.
Figure 112009001181419-pat00001
여기서, Ll은 상기 누설 인덕터의 용량이고, C는 각 콘덴서의 용량이며, f0는 상기 누설 인덕터와 상기 각 콘덴서의 직렬공진 주파수이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인덕터 전류는 상기 각 스위칭 소자들이 '온'될 때, 흐르기 시작하여 상기 각 스위칭 소자들이 '오프'되기 전에 흐름이 중단됨으로써, 상기 스위칭 소자들이 영 전류 스위칭 동작을 하는 DC-DC 컨버터를 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명에 의하면 영 전류 스위칭을 위한 별도의 ZCS용 인덕터의 구비가 필요없이, 고주파 변압기의 누설 인덕터를 이용하여 영 전류 스위칭을 구현할 수 있으므로, ZCS용 인덕터의 철손에 의한 효율저하를 최소화한 DC-DC 컨버터를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 누설 인덕터에 흐르는 누설 인덕터 전류가 불연속이 되게 하여 영 전류 스위칭이 가능하게 함으로써 스위칭 손실을 최소화할 수 있는 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 입력 및 출력측을 고주파 변압기에 의해 절연하여 안정적으로 DC전원을 외부기기에 공급할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 L-C필터를 단순화한 도면이다.
도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 고주파 변압기부(110), DC전압 입력부(120) 및 DC전압 출력부(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 고주파 변압기부(110)는 입력 측과 출력 측 즉, 아래에서 설명할 DC전압 입력부(120)와 DC전압 출력부(130)를 서로 절연하고, 입력되는 DC입력전압(121)을 승압하거나 감압하기위해 구비된다.
또한, 상기 고주파 변압기부(110)는 1차 코일(111), 2차 코일(112) 및 상기 1차 코일(111)의 중앙에 연결되는 누설 인덕터(113)를 포함한다.
더욱 자세하게는, 상기 누설 인덕터(113)는 상기 1차 코일(111)의 센터 탭에 연결되는 형태이다.
또한, 상기 누설 인덕터(113)는 상기 고주파 변압기부(110) 자체의 누설 인덕터로써 일반적인 종래의 ZCS용 인덕터와 구분된다.
상기 DC전압 입력부(120)는 일단이 상기 고주파 변압기부(110)의 누설 인덕터(113)와 연결되어, 상기 누설 인덕터(113)에 누설 인덕터 전류(il)를 유기시키는 DC입력전압(121) 및 상기 DC입력전압(121)을 상기 1차 코일(111)의 중앙 즉, 상기 누설 인덕터(113)가 연결된 노드를 중심으로 양측으로 교대로 상기 누설 인덕터 전류(il)가 흐르게 하는 스위칭 소자들(122,123)을 포함하여 이루어진다.
더욱 자세하게는 상기 스위칭 소자들은(122,123)은 일 단이 상기 DC입력전압(121)의 타 단과 연결되고, 타 단이 상기 고주파 변압기부(110)의 1차 코일(111)의 일 단에 연결되는 제1 스위칭 소자(122) 및 일 단이 상기 DC입력전압(121)의 타 단과 연결되고, 타 단이 상기 1차 코일(111)의 타 단과 연결되는 제2 스위칭 소자(123)로 구성된다.
즉, 상기 스위칭 소자들(122,123)과 상기 DC입력전압(121)은 상기 1차 코일(111)에 하프 브리지 형태 또는 푸쉬 풀 형태로 연결된다.
상기 DC전압 출력부(130)는 상기 고주파 변압기부(110)의 2차 코일(112)에 각각 연결되어 상기 2차 코일(112)에 유기되는 변압기 전류(itr)에 의해 출력전압(Vu,Vd)을 각각 충전하는 제1 콘덴서(131) 및 제2 콘덴서(132)를 포함하고, 상기 출력전압(Vu,Vd)들은 제1 다이오드(134) 및 제2 다이오드(135)에 의해 교대로 충전된다.
또한, 상기 DC전압 출력부(130)는 상기 콘덴서들(131,132)에 함께 연결되고, 상기 콘덴서들(131,132)에 충전된 출력전압(Vu,Vd)의 리플을 저감하여 DC출력전압(Vf)을 출력하는 L-C필터(133)를 포함한다.
또한, 상기 L-C필터(133)의 차단주파수가 상기 스위칭 소자들(122,123)의 스위칭 주파수보다 작다면 상기 L-C필터(133)에 흐르는 인덕터 전류(iLf)는 일정한 값이 되고, 도 2에 도시한 바와 같이 정 전류원(iLf)으로 간략화하여 표현할 수 있다.
이때, 상기 정 전류원(iLf)은 상기 콘덴서들(131,132)에 충전된 출력전압(Vu,Vd)과 부하(10)의 등가저항(RL)으로 표현이 가능하며, 그 값은 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112009001181419-pat00002
또한, 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 기본적으로 2개의 스위칭소자들(122,123)을 이용하여, 교번적으로 상기 각 콘덴서들(131,132)에 상기 DC입력전압(121)을 인가하는 방식으로, 출력전압은 상기 콘덴서들(131,132)에 각각 충전되 는 출력전압들(Vu,Vd)의 합으로 나타나며, 상기 각 콘덴서들(131,132)의 평균전압은 상기 DC입력전압에 상기 코일들(111,112)의 권수비를 곱한 값과 동일하므로 승압비가 두 배인 컨버터가 된다.
그러나 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 상기 승압비나 상기 콘덴서들(131,132)의 개수에 관계없이 별도의 ZCS 인덕터를 구비하지 않고, 상기 고주파 변압기부(110)에 구비된 누설 인덕터(113)를 이용하여, 영 전류 스위칭을 구현한다면 충분하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 동작 중 제1 모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 동작 중 제2 모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 모드 1의 등가회로를 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 동작에 따른 각부 파형을 보여주는 도면이다.
이하에서는 도 1 및 도 2와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략하고 동일한 부호를 참조하기로 한다.
도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 상기 DC전압 입력부(120)의 제1 스위칭소자(122)가 '온'되었을 때, 상기 DC입력전압(121)이 상기 1차 코일(111) 중 상기 누설 인덕터(113)가 연결되는 중앙을 기준으로 일 측 코일(111a)에 -Vin로 인가되는 제1 모드 및 상기 제1 스위칭소자(122)가 '오프'되고, 상기 제2 스위칭소자(123)가 '온'되어 상기 DC입력전압(121)이 상기 1차 코일(111) 중 상기 누설 인덕터(113)가 연결되는 중앙을 기준으로 타 측 코일(111b)에 Vin로 인가되는 제2 모드로 교대로 동작한다.
또한, 상기 모드들은 상기 2차 코일(112)에서 출력되는 변압기 전류(itr)가 상기 제1 콘덴서들(131,132) 중 어느 콘덴서에 충전되는지의 차이가 있을 뿐 실질적으로 동일하므로 상기 제1 모드만을 설명하고 상기 제2 모드의 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 상기 DC-DC 컨버터(100)가 제1 모드일 때 등가회로를 보여주는 도면으로 상기 누설 인덕터(113)과 상기 제1 콘덴서(131)는 직렬 공진의 형태를 취하고 있으며 이때 전압방정식은 아래의 수학식 3 및 수학식 4과 같다.
Figure 112009001181419-pat00003
Figure 112009001181419-pat00004
또한, 누설 인덕터 전류(il)과 상기 제1 콘덴서(131)의 출력전압(V'u)의 초기조건은 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112009001181419-pat00005
또한, 상기 수학식 3와 상기 수학식 5에서 누설 인덕터 전류(il)과 상기 제1 콘덴서(131)의 출력전압(V'u)은 아래의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009001181419-pat00006
Figure 112009001181419-pat00007
여기서, ㅿV는 상기 제1 콘덴서(131)의 전압 변동률 즉, 전압리플을 나타내고 Ipick는 상기 누설 인덕터(113)의 피크전류를 나타낸다.
또한, 상기 제1 스위칭소자(122)가 '온'하는 시점에서 상기 DC입력전압(121)이 상기 제1 콘덴서(C'u)에 충전되고, 이때 충전전류는 상기 누설 인덕터(113)와 상기 제1 콘덴서(131)를 통한 직렬공진 형태가 되며, 공진 주파수(f0)는 아래의 수학식 7과 같다.
Figure 112009001181419-pat00008
만약, 상기 공진 주파수(f0)가 상기 스위칭소자들(122,123)의 스위칭 주파수보다 크다면 상기 누설 인덕터(113)에 흐르는 누설 인덕터 전류는 불연속이 되며, 이 조건을 만족하는 누설 인덕터(Ll)의 값은 아래의 수학식 8과 같다.
Figure 112009001181419-pat00009
또한, 도 6에서도 알 수 있듯이 상기 제1 스위칭 소자(122)가 '온'하는 순간 상기 누설 인덕터(113)에 흐르는 누설 인덕터 전류(iLl)가 흐르기 시작하여 영 전류 스위칭 동작을 하고, 상기 누설 인덕터(113)가 '오프'되기 전에 상기 누설 인덕터 전류(iLl)가 0[A]로 중단되어 영 전류 스위칭 동작을 한다.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 시뮬레이션 결과이다.
이하에서는 도 1 내지 도 6과 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 설명을 생략하고 동일한 부호를 참조하기로 한다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터(100)의 타당성을 검증하기 위해 상기 DC입력전압(121)이 25[V]이고 상기 콘덴서들(131,132)에 충전되는 전체 출력전압(Vu+Vd)이 100[V]인 컨버터를 상정하였다.
또한, 상기 누설 인덕터(113)의 리액턴스를 12[μH]로 상기 각 콘덴서(131,132)의 커패시턴스를 10[㎌]으로 설정하였다.
도 7은 상기 제1 스위칭소자(122)의 게이트 신호 파형이고, 도 8 및 도 9는 각각 상기 제1 스위칭 소자(122)의 스위칭 전류 및 스위칭 전압을 보여주는 도면이다.
또한, 도 10은 상기 누설 인덕터(113)의 인덕터 전류(iL)의 파형을 보여주는 도면으로 피크치가 12.4[A]로 나타났으며, 상기 제1 스위칭 소자(122)는 상기 인덕터 전류(iL)가 0[A]일 때, '온' 또는 '오프'되어 양호한 영 전류 스위칭 동작을 하고 있는 것으로 나타났다.
또한, 도 11 및 도 12는 각각 상기 콘덴서들(131,132)에서 출력되는 출력전압(Vu+Vd) 및 상기 출력전압(Vu+Vd)이 상기 L-C필터(133)에 의해 전압리플이 제거된 DC출력전압(Vf)을 보여주는 도면이다.
도면들에서도 알 수 있듯이 상기 출력전압(Vu+Vd)에는 전압리플분이 있으나 상기 DC출력전압(Vf)의 리플은 약 0.01[V]로 양호한 DC출력전압(Vf)을 출력하는 것으로 나타났다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터를 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 L-C필터를 단순화한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 동작 중 제1 모드를 설명하기 위한 도면이고,
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 동작 중 제2 모드를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 모드 1의 등가회로를 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 동작에 따른 각부 파형을 보여주는 도면이고,
도 7 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 시뮬레이션 결과이다.
본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100,100a:DC-DC컨버터 110:고주파 변압기부
111:1차 코일 112:2차 코일
113:누설 인덕터 120:DC전압 입력부
121:DC입력 전압 122:제1 스위칭 소자
123:제2 스위칭 소자 130:DC전압 출력부
131:제1 콘덴서 132:제2 콘덴서
133:L-C필터

Claims (4)

1차 코일, 2차 코일 및 상기 1차 코일의 중앙에 연결되는 누설 인덕터를 포함하며, 입력측과 출력측을 절연하는 고주파 변압기부;
ⅰ)일 단이 상기 누설 인덕터와 연결되어 상기 누설 인덕터에 누설 인덕터 전류를 인가하는 DC입력전압, ⅱ)각각의 일 단이 상기 DC입력전압의 타 단과 연결되고 타 단들은 상기 1차 코일의 양단에 각각 연결되어, 상기 누설 인덕터 전류가 상기 1차 코일의 중앙을 기준으로 양측으로 교대로 흐르게 하는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 포함하는 DC전압 입력부; 및
상기 2차 코일에 각각 연결되며, 상기 1차 코일에 흐르는 누설 인덕터 전류의 방향에 따라 교대로 출력전압이 충전되는 제1 콘덴서 및 제2 콘덴서를 포함하는 DC전압 출력부;를 포함하고,
상기 누설 인덕터와 상기 각 콘덴서들은 서로 직렬 공진을 이루며,
상기 누설 인덕터는 용량이 상기 누설 인덕터에 흐르는 전류가 불연속이 되도록, 상기 각 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 상기 각 콘덴서들의 직렬 공진의 공진 주파수보다 작은 것을 만족하며 구비되고,
상기 각 스위칭 소자는 상기 누설 인덕터에 흐르는 전류가 0[A]일 때, '온' 및 '오프'되게 하여, 영 전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching)을 실현하는 것을 특징으로 하는 누설 인덕터를 ZCS용 인덕터로 사용하는 DC-DC컨버터.
제 1 항에 있어서,
상기 DC전압 출력부는 상기 콘덴서들과 서로 연결되어, 상기 출력전압의 전압리플을 저감하여 DC출력전압을 출력하는 L-C필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 인덕터를 ZCS용 인덕터로 사용하는 DC-DC컨버터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 누설 인덕터와 상기 콘덴서들은 상기 누설 인덕터에 흐르는 누설 인덕터 전류가 불연속이 되도록 각각의 용량이 아래의 수학식을 만족하며 구비되고,
상기 각 스위칭 소자는 상기 누설 인덕터 전류가 0[A]일 때 '온' 또는 '오프'되어 영 전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching) 동작을 하는 것을 특징으로 하는 누설 인덕터를 ZCS용 인덕터로 사용하는 DC-DC컨버터.
[수학식]
Figure 112010072757755-pat00010
여기서, Ll은 상기 누설 인덕터의 용량이고, C는 각 콘덴서의 용량이며, f0는 상기 누설 인덕터와 상기 각 콘덴서의 직렬공진 주파수이다.
삭제
KR1020090001590A 2009-01-08 2009-01-08 Ｚｃｓ를 위해 누설 인덕터를 ｚｃｓ용 인덕터로 사용하는 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 KR100998064B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090001590A KR100998064B1 (ko) 2009-01-08 2009-01-08 Ｚｃｓ를 위해 누설 인덕터를 ｚｃｓ용 인덕터로 사용하는 ｄｃ-ｄｃ 컨버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090001590A KR100998064B1 (ko) 2009-01-08 2009-01-08 Ｚｃｓ를 위해 누설 인덕터를 ｚｃｓ용 인덕터로 사용하는 ｄｃ-ｄｃ 컨버터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100082209A KR20100082209A (ko) 2010-07-16
KR100998064B1 true KR100998064B1 (ko) 2010-12-03

Family

ID=42642392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090001590A KR100998064B1 (ko) 2009-01-08 2009-01-08 Ｚｃｓ를 위해 누설 인덕터를 ｚｃｓ용 인덕터로 사용하는 ｄｃ-ｄｃ 컨버터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100998064B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9789774B2 (en) 2015-04-02 2017-10-17 Hyundai Motor Company Charger for vehicles

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101877777B1 (ko) * 2011-08-23 2018-07-12 엘지디스플레이 주식회사 스위칭 모드 파워 서플라이 및 그를 포함하는 액정표시장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6404176B1 (en) 2001-07-31 2002-06-11 Hewlett-Packard Company Push-pull auto transformer
US7352596B2 (en) * 2004-12-23 2008-04-01 Astec International Limited Method of operating a resonant push-pull converter in an above resonant frequency mode

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6404176B1 (en) 2001-07-31 2002-06-11 Hewlett-Packard Company Push-pull auto transformer
US7352596B2 (en) * 2004-12-23 2008-04-01 Astec International Limited Method of operating a resonant push-pull converter in an above resonant frequency mode

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
전력전자학술대회 논문집(제목: PDP 유지전원단을 위한 높은 효율을 갖는 새로운 페이지쉬트프 풀브리지 컨버터), 발표일 2005.07*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9789774B2 (en) 2015-04-02 2017-10-17 Hyundai Motor Company Charger for vehicles

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100082209A (ko) 2010-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6246599B1 (en) Constant frequency resonant inverters with a pair of resonant inductors
US7554820B2 (en) Series resonant DC-DC converter
JP4935499B2 (ja) 直流変換装置
US20090290389A1 (en) Series resonant converter
US20120044722A1 (en) Isolated switching converter
CN111656661B (zh) 恒频dc / dc功率转换器
US10020749B2 (en) Power conversion unit
US20140001858A1 (en) Multiple-input soft-switching power converters
US9509221B2 (en) Forward boost power converters with tapped transformers and related methods
JP2008072856A (ja) Ｄｃ／ｄｃ電力変換装置
KR20130013092A (ko) 대칭형 양방향 공진형 컨버터
Shin et al. Analysis of LLC resonant converter with current-doubler rectification circuit
KR101031278B1 (ko) 풀-브릿지 방식의 절연형 ｄｃ/ｄｃ컨버터
KR20060055415A (ko) 영전압-영전류 스위칭을 이용한 3 레벨 직류-직류 컨버터
CN109120156A (zh) 一种隔离buck-boost电路及其控制方法
KR100998064B1 (ko) Ｚｃｓ를 위해 누설 인덕터를 ｚｃｓ용 인덕터로 사용하는 ｄｃ-ｄｃ 컨버터
KR101492965B1 (ko) 보조인덕터 적용 양방향 전력수수를 위한 sllc 공진컨버터
US20080278971A1 (en) Forward-forward converter
KR20080036027A (ko) 영전압-영전류 스위칭을 이용한 3레벨 직류-직류 컨버터
KR20180000943A (ko) 단상 트랜스 z 소스 ac-ac 컨버터
KR20100082084A (ko) 소프트 스위칭 기법을 이용한 부스트 컨버터
EP1313203A2 (en) Half-bridge converters
Pistollato et al. Analysis and performance evaluation of the dab and ibci dc-dc converter topologies
EP4418518A1 (en) Three-level zeta asymmetrical half-bridge
KR20170104434A (ko) 공진형 dc-dc 컨버터

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: 20131126

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141111

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151126

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170126

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180515

Year of fee payment: 8