KR101031278B1 - Isolated DC/DC converter using full-bridge topology - Google Patents

Isolated DC/DC converter using full-bridge topology Download PDF

Info

Publication number
KR101031278B1
KR101031278B1 KR1020090087606A KR20090087606A KR101031278B1 KR 101031278 B1 KR101031278 B1 KR 101031278B1 KR 1020090087606 A KR1020090087606 A KR 1020090087606A KR 20090087606 A KR20090087606 A KR 20090087606A KR 101031278 B1 KR101031278 B1 KR 101031278B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitor
output
converter
unit
transformer
Prior art date
Application number
KR1020090087606A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110029782A (en
Inventor
박성준
남해곤
허민호
송성근
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 KR1020090087606A priority Critical patent/KR101031278B1/en
Publication of KR20110029782A publication Critical patent/KR20110029782A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101031278B1 publication Critical patent/KR101031278B1/en

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
    • H02M3/22—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
    • H02M3/33569—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 having several active switching elements
    • H02M3/33576—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 having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—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 having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • 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
    • 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

Abstract

본 발명은 DC/DC컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 별도의 공진용 리액터를 구비하지 않고도 변압기부의 누설리액턴스를 이용하여 공진시킴으로써 수동소자 추가의 비용을 절감하고, 풀-브릿지 스위칭부의 스위칭 주파수를 공진 주파수보다 낮게 하여 영전류 스위칭 동작이 가능하게 함으로써 고효율 변압이 가능하게 한 풀-브릿지 방식의 절연형 DC/DC컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a DC / DC converter, and more particularly, by resonating using a leakage reactance of a transformer part without providing a separate resonance reactor, to reduce the cost of adding a passive element, and to reduce the switching frequency of a full-bridge switching part. The present invention relates to a full-bridge isolated DC / DC converter that enables a high current transformer operation by enabling a zero current switching operation by lowering the resonance frequency.

컨버터, 풀-브릿지, 공진주파수, 소프트 스위칭 Converter, Full-Bridge, Resonant Frequency, Soft Switching

Description

풀-브릿지 방식의 절연형 ＤＣ/ＤＣ컨버터{Isolated DC/DC converter using full-bridge topology}Isolated DC / DC converter using full-bridge topology

본 발명은 DC/DC컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 별도의 공진용 리액터를 구비하지 않고도 변압기부의 누설리액턴스를 이용하여 공진시킴으로써 수동소자 추가의 비용을 절감하고, 풀-브릿지 스위칭부의 스위칭 주파수를 공진 주파수보다 낮게 하여 영전류 스위칭 동작이 가능하게 함으로써 고효율 변압이 가능하게 한 풀-브릿지 방식의 절연형 DC/DC컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a DC / DC converter, and more particularly, by resonating using a leakage reactance of a transformer part without providing a separate resonance reactor, to reduce the cost of adding a passive element, and to reduce the switching frequency of a full-bridge switching part. The present invention relates to a full-bridge isolated DC / DC converter that enables a high current transformer operation by enabling a zero current switching operation by lowering the resonance frequency.

산업의 발달과 신 재생에너지의 보급 확대로 대용량 DC/DC컨버터(직류전원 변환장치)는 소형, 경량화의 관점에서 활발하게 연구가 이루어지고 있으며, 방송통신기기, OA기기, 산업전자응용기기, 정밀 컴퓨터, 오존발생기 등의 분야에서 전원장치, 저전압/대전류 변환장치 또는 고전압 변환장치로 다양하게 이용되고 있다.With the development of the industry and the expansion of renewable energy, large-capacity DC / DC converters (DC power converters) are being actively researched in terms of small size and light weight, and are widely used in broadcasting communication equipment, OA equipment, industrial electronic application equipment, and precision equipment. It is widely used as a power supply device, a low voltage / large current converter, or a high voltage converter in fields such as a computer and an ozone generator.

또한, 전기등을 이용하는 무공해 자동차(ZEV:zero-emission vehicle)는 시스템 고효율화를 위한 DC/DC컨버터가 구비되는 것이 일반적이며, 안전을 위해 절연이 필수적이다.In addition, a zero-emission vehicle (ZEV) using an electric lamp is generally equipped with a DC / DC converter for the system high efficiency, the insulation is essential for safety.

또한, DC/DC컨버터 기술의 고집적화 및 고효율화를 위해서는 스위치의 스위칭 시점을 스위치의 영전압 또는 영전류에서 이루어지게 하여 스위칭 손실과 스위칭 스트레스를 줄일 수 있는 소프트 스위칭방식이 사용된다.In addition, in order to achieve high integration and high efficiency of the DC / DC converter technology, a soft switching method is used to reduce switching loss and switching stress by making the switching point of the switch at zero voltage or zero current of the switch.

여기서, 소프트 스위칭방식을 구현하기 위해서는 고주파 공진 특성이 도입되는데, 이 경우 공진을 위한 공진 리액터 및 공진 커패시터가 필수적으로 존재하여야하므로 비용이 상승하고, 고 전력 밀도화에 불리한 단점이 있다.Here, in order to implement the soft switching method, a high frequency resonance characteristic is introduced. In this case, since a resonance reactor and a resonance capacitor for resonance must exist, there is a disadvantage in that the cost is increased and high power density is disadvantageous.

본 발명자들은 별도의 공진 리액터를 구비하지 않고도 소프트 스위칭을 구현할 수 있는 고효율 DC/DC컨버터를 연구 노력한 결과, 공진에 변압기부의 누설리액턴스를 이용함으로써 수동소자 추가에 따른 비용을 절감하고 고효율을 실현할 수 있는 DC/DC컨버터의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors researched a high efficiency DC / DC converter that can implement soft switching without providing a separate resonance reactor. As a result, the leakage reactance of the transformer unit can be used for resonance, thereby reducing the cost of adding passive elements and realizing high efficiency. The technical configuration of the DC / DC converter has been developed to complete the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 입력측에 풀-브릿지 스위칭부를 구비하고, 출력측에는 고승압에 유리한 배압회로를 갖는 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a DC / DC converter having a full-bridge switching section on the input side and a back voltage circuit advantageous for high voltage boosting on the output side.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 풀-브릿지 스위칭부의 스위칭주파수를 변압기부의 누설리액턴스에 의한 공진 주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 함으로써 고효율을 실현할 수 있는 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a DC / DC converter capable of realizing high efficiency by making the switching frequency of the full-bridge switching unit lower than the resonance frequency caused by the leakage reactance of the transformer unit.

또한, 본 발명의 다른 목적은 공진에 별도의 공진 리액터가 필요없이 변압기부의 누설리액턴스를 이용하여 공진시킴으로써 수동소자의 수를 줄여 비용을 낮게 하고, 고 전력 밀도화에 적합한 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a DC / DC converter suitable for high power density by reducing the number of passive elements by reducing the number of passive elements by resonating using the leakage reactance of the transformer without the need for a separate resonance reactor for resonance will be.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력직류전원을 하기 변압기부의 입력측 코일의 양측으로 교대로 공급되게 하며, 브릿지 형태로 연결되는 네 개의 스위치를 구비하는 풀-브릿지 스위칭부, 상기 입력직류전원을 승압하여 승압전원을 출력하며, 입력측 코일 및 출력측 코일을 구비하는 변압기부, 상기 출력측 코일에 연결되고, 상기 승압전원을 정류하며, 애노드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제1 다이오드 및 캐소드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제2 다이오드를 구비하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 승압전원을 충전하여 출력직류전원을 형성하며, 일단은 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결되고 타단은 상기 출력측 코일의 타단에 연결되는 제1 커패시터 및 일단은 상기 제1 다이오드의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되는 제2 커패시터를 구비하는 출력부를 포함하며, 상기 스위칭부의 스위칭주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제1 커패시터 또는 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제2 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 하는 DC/DC 컨버터를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the input DC power is alternately supplied to both sides of an input side coil of a transformer unit, and a full-bridge switching unit having four switches connected in a bridge form, the input DC power supply A booster outputs a boosted power supply, a transformer unit having an input coil and an output coil, a first diode and a cathode connected to the output coil, rectifying the boost power, and an anode connected to one end of the output coil; A rectifier having a second diode connected to one end of the output side coil, and charges up the boosted power rectified in the rectifier to form an output DC power, one end is connected to the cathode of the first diode and the other end is the other end of the output coil A first capacitor connected to the first capacitor and one end of the first capacitor connected to the other end of the first diode, and the other end of the first capacitor An output unit having a second capacitor connected to an anode of two diodes, the switching frequency of the switching unit being resonant due to leakage reactance of the transformer unit and leakage reactance of the first capacitor or the transformer unit, and capacitance of the second capacitor; It provides a DC / DC converter that is lower than frequency to allow soft switching.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 출력부에 연결되며, 상기 출력직류전원을 평활하는 LC필터부를 더 포함한다.In a preferred embodiment, it further comprises an LC filter connected to said output and smoothing said output DC power.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 LC필터부는 일단이 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되는 평활용 인덕터 및 일단이 상기 평활용 인덕터에 연결되고, 타단이 상기 제2 커패시터의 타단에 연결되는 평활용 커패시터를 포함한다.In one embodiment, the LC filter unit has a smoothing inductor having one end connected to one end of the first capacitor and a smoothing capacitor having one end connected to the smoothing inductor and the other end connected to the other end of the second capacitor. Include.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

먼저, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면 풀-브릿지 스위칭부의 스위치들이 소프트 스위칭 동작을 하므로 스위칭 손실을 줄일 수 있어 변환효율이 매우 우수하고, 변압기부를 이용하여 입력직류전원과 출력직류전원을 절연할 수 있는 장점이 있다.First, according to the DC / DC converter of the present invention, since the switches of the full-bridge switching unit perform the soft switching operation, the switching loss can be reduced, so that the conversion efficiency is very excellent, and the input DC power and the output DC power can be insulated using the transformer unit. There are advantages to it.

또한, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면 소프트 스위칭 동작을 위한 공진에 별도의 공진 리액터가 필요없이 변압기부의 누설리액턴스를 이용하여 공진시킴으로써 수동소자의 수를 줄여 비용이 낮고, 고 전력 밀도화에 적합한 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, according to the DC / DC converter of the present invention, it is possible to reduce the number of passive elements by reducing the number of passive elements by resonating using the leakage reactance of the transformer without the need for a separate resonance reactor for resonance for soft switching operation, and is suitable for high power density. A converter can be provided.

또한, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면 변압기부의 출력측 코일에 두 개의 다이오드와 출력용 커패시터를 배압회로로 사용하여 고승압에 유리한 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, according to the DC / DC converter of the present invention, by using two diodes and an output capacitor as a back-up circuit in the output side coil of the transformer unit, it is possible to provide a converter that is advantageous for high boost.

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.The terms used in the present invention were selected as general terms as widely used as possible, but in some cases, the terms arbitrarily selected by the applicant are included. In this case, the meanings described or used in the detailed description of the present invention are considered, rather than simply the names of the terms. The meaning should be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들(첨부한 도면 및 바람직한 실 시예들)을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the preferred embodiments (attached drawings and preferred embodiments) shown in the accompanying drawings will be described in detail the technical configuration of the present invention.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터를 보여주는 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 동작을 설명하는 도면이다.1 is a view showing a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention, Figures 2 and 3 are views illustrating the operation of the DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 풀-브릿지 스위칭부(110), 변압기부(120), 정류부(130) 및 출력부(140)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the DC / DC converter 100 according to an embodiment of the present invention includes a full-bridge switching unit 110, a transformer unit 120, a rectifier 130, and an output unit 140. Is done.

상기 풀-브릿지 스위칭부(110)는 입력직류전원(Vin)을 아래에서 설명할 변압기부(120)로 공급한다. The full-bridge switching unit 110 supplies an input DC power supply (V in ) to the transformer unit 120 to be described below.

더욱 자세하게는, 상기 풀-브릿지 스위칭부(110)는 상기 변압기부(120)의 입력측 코일(121)의 양방향으로 교번적으로 전류가 흐르도록 상기 입력직류전원(Vin)을 공급한다.More specifically, the full-bridge switching unit 110 supplies the input DC power (V in ) so that current alternately flows in both directions of the input side coil 121 of the transformer unit 120.

또한, 상기 풀-브릿지 스위칭부(110)는 상기 입력직류전원(Vin)에 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112), 상기 입력직류전원(Vin)에 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 제3 스위치(113) 및 제4 스위 치(114)를 포함하여 이루어지고, 상기 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112)의 사이단과 상기 제3 스위치(113) 및 상기 제4 스위치(114)의 사이단은 상기 변압기부(120)의 입력측 코일(121)의 양단에 각각 연결된다.In addition, the full-bridge switching unit 110 is connected to the input DC power supply (V in ) in parallel with each other, the first switch 111 and the second switch 112, the input DC power supply (V). a third switch 113 and the fourth is made, including the switch 114, the end and between the first switch 111 and second switch 112 are connected in parallel in) is connected in series with each other Ends between the third switch 113 and the fourth switch 114 are connected to both ends of the input side coil 121 of the transformer unit 120, respectively.

즉, 상기 풀-브릿지 스위칭부(110)는 상기 입력직류전원(Vin)과 상기 변압기부(120)를 브릿지 방식으로 연결한다.That is, the full-bridge switching unit 110 connects the input DC power (V in ) and the transformer unit 120 in a bridged manner.

또한, 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제4 스위치(114)가 동시에 '온'되거나, 상기 제2 스위치(112) 및 상기 제3 스위치(113)가 동시에 '온'되어 상기 입력측 코일(121)과 교번적으로 폐루프를 이루며 연결된다.In addition, the first switch 111 and the fourth switch 114 are 'on' at the same time, or the second switch 112 and the third switch 113 are 'on' at the same time so that the input side coil 121 ) Are alternately connected in a closed loop.

즉, 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제4 스위치(114) 또는 상기 제2 스위치(112) 및 상기 제3 스위치(113)가 교번적으로 '온'되어 상기 입력측 코일에 서로 다른 방향으로 전류가 흘러가게 한다.That is, the first switch 111 and the fourth switch 114 or the second switch 112 and the third switch 113 are alternately 'on' so that the current to the input side coil in different directions. Let flow.

더욱 자세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 하기로 한다.A more detailed description will be given with reference to FIGS. 2 and 3.

상기 변압기부(120)는 상기 입력직류전원(Vin)을 승압하고, 권선비가 a인 입력측 코일(121) 및 출력측 코일(122)을 포함한다.The transformer unit 120 boosts the input DC power supply V in , and includes an input side coil 121 and an output side coil 122 having a winding ratio a.

또한, 상기 변압기부(120)는 상기 입력직류전원(Vin)과 아래에서 설명할 출력 직류전원(Vout)을 절연하는 역할을 한다.In addition, the transformer unit 120 insulates the input DC power (V in ) and the output DC power (V out ) to be described below.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 변압기부(120)를 고주파변압기로 구비하였다.In the embodiment of the present invention, the transformer unit 120 is provided with a high frequency transformer.

상기 정류부(130)는 상기 변압기부(120)의 출력측 코일(122)에 연결되고, 상 기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 정류한다.The rectifier 130 is connected to the output side coil 122 of the transformer unit 120 and rectifies the boosted power boosted by the transformer unit 120.

또한, 상기 정류부(130)는 애노드가 상기 출력측 코일(122)의 일단에 연결되는 제1 다이오드(131) 및 캐소드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제2 다이오드(132)를 포함한다.In addition, the rectifier 130 includes a first diode 131 having an anode connected to one end of the output side coil 122 and a second diode 132 having a cathode connected to one end of the output side coil 122.

상기 출력부(140)는 상기 정류부(130)에서 정류된 승압전원을 충전하여 출력직류전원을 형성하며, 일단은 상기 제1 다이오드(131)의 캐소드에 연결되고 타단은 상기 출력측 코일(122)의 타단에 연결되는 제1 커패시터(141) 및 일단은 상기 제1 다이오드(131)의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드(132)의 애노드에 연결되는 제2 커패시터(142)를 포함하여 이루어진다.The output unit 140 charges the boosted power rectified by the rectifier 130 to form an output DC power source, one end of which is connected to the cathode of the first diode 131, and the other end of the output side coil 122. A first capacitor 141 connected to the other end and one end thereof are connected to the other end of the first diode 131 and the other end thereof includes a second capacitor 142 connected to the anode of the second diode 132.

즉, 상기 정류부(130) 및 상기 출력부(140)는 상기 변압기부(120)에서 출력되는 승압전원을 배압하여 출력하므로 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 고승압에 유리한 장점이 있다.That is, since the rectifier 130 and the output unit 140 backs up the boosted power output from the transformer unit 120 and outputs the boosted power, the DC / DC converter 100 according to the embodiment of the present invention has a high boost voltage. There is an advantage.

또한, 상기 출력부(140)에는 상기 출력직류전원을 평활하는 LC필터부(150)가 연결될수 있고, 상기 LC필터부(150)는 일단이 상기 제1 커패시터(141)의 일단에 연결되는 평활용 인덕터(151) 및 일단이 상기 평활용 인덕터(151)에 연결되고, 타단이 상기 제2 커패시터의 타단에 연결되는 평활용 커패시터(152)를 포함할 수 있다.In addition, the output unit 140 may be connected to the LC filter unit 150 for smoothing the output DC power supply, the LC filter unit 150 is one end is connected to one end of the first capacitor 141 The utilization inductor 151 and one end thereof may be connected to the smoothing inductor 151, and the other end thereof may include a smoothing capacitor 152 connected to the other end of the second capacitor.

또한, 상기 평활용 커패시터(152)는 상기 커패시터들(141,142)과 함께 상기 출력직류전원을 평활하므로 용량이 작아지는 장점이 있다.In addition, the smoothing capacitor 152 smoothes the output DC power together with the capacitors 141 and 142, so that the capacity is reduced.

도 2 및 도 3를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)의 동작을 설명하면, 먼저, 상기 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 '온'되고, 상기 입력직류전원(Vin), 상기 제1 스위치(111), 상기 입력측 코일(121) 및 상기 제4 스위치(114)가 하나의 폐루프를 형성하며, 상기 입력측 코일(121)에는 일 측 방향(ⓐ)으로 전류가 흐르게 된다.Referring to FIGS. 2 and 3, the operation of the DC / DC converter 100 according to an embodiment of the present invention will be described. First, the first switch 111 and the fourth switch 114 are 'on'. The input DC power supply V in , the first switch 111, the input side coil 121, and the fourth switch 114 form one closed loop, and the input side coil 121 has one side. Current flows in the direction ⓐ.

그러나, 상기 제2 스위치(112) 및 상기 제3 스위치(113)가 먼저 '온'될 수 있음은 물론이다.However, of course, the second switch 112 and the third switch 113 may be 'on' first.

다음, 상기 출력측 코일(122)에 상기 입력측 코일(121)의 전류방향(ⓐ)에 대응하는 방향(ⓑ)으로 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(122), 상기 제2 다이오드(132) 및 상기 제2 커패시터(142)가 하나의 폐루프를 형성하여, 상기 제2 커패시터(142)는 상기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 충전한다.Next, a current is induced in the output side coil 122 in a direction ⓑ corresponding to the current direction ⓐ of the input side coil 121, and the output side coil 122, the second diode 132, and the The second capacitor 142 forms one closed loop, and the second capacitor 142 charges the boosted power boosted by the transformer unit 120.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 상기 변압기부(120)의 누설리액턴스(Ll)와 상기 제2 커패시터(142)의 커패시턴스(Cs)에 의해 공진을 하게 된다.At this time, the DC / DC converter 100 according to the embodiment of the present invention causes resonance by the leakage reactance L 1 of the transformer unit 120 and the capacitance C s of the second capacitor 142. do.

또한, 상기 누설리액턴스(Ll)의 값은 아래의 수학식 1과 같이 상기 변압기부(120)의 입력측 코일(121)의 누설리액턴스(Ll1)에 출력측 코일(122)의 누설리액턴스(Ll2)를 입력측으로 환원하여 합한 값으로 표현할 수 있다.In addition, the leakage reactance of the leakage reactance of the output coil (122) to (L l1) of the input-side coil 121 of the transformer 120 as shown in Equation 1 below, the value of the leakage reactance (L l) (L l2 ) Can be reduced to the input side and expressed as a sum.

Figure 112009057027284-pat00001
Figure 112009057027284-pat00001

여기서, a는 상기 변압기부(120)의 권수비이다.Here, a is the turn ratio of the transformer unit 120.

또한, 상기 제2 커패시터(142)의 커패시턴스(Cs) 역시 아래의 수학식2와 같이 상기 변압기부(120)의 입력측으로 환원하여 계산된다.In addition, the capacitance C s of the second capacitor 142 is also calculated by reducing to the input side of the transformer unit 120 as shown in Equation 2 below.

Figure 112009057027284-pat00002
Figure 112009057027284-pat00002

여기서, a는 상기 변압기부(120)의 권수비이다.Here, a is the turn ratio of the transformer unit 120.

또한, 공진주파수(fo)는 아래의 수학식 3과 같다.In addition, the resonance frequency f o is as shown in Equation 3 below.

Figure 112009057027284-pat00003
Figure 112009057027284-pat00003

또한, 상기 공진주파수(fo)가 상기 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)의 스위칭 주파수보다 크다면, 상기 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)에 흐르는 전류는 불연속이 되며, 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제4 스위치(114)는 각 스위치들에서 흐르는 전류가 0[A]인 상태에서 '온'되어, 영전류 스위칭(ZCS:Zero current swiching)동작을 하고, 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제4 스위치(114)가 '오프'되기 전 공진이 종료되어 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제4 스위치(114)에 흐르는 전류는 0[A]이 되므로, 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제4 스위치(114)는 '온' 및 '오프'시에 모두 소프트 스위칭이 이루어져 스위칭 손실이 없게 된다.In addition, when the resonant frequency f o is greater than the switching frequencies of the first switch 111 and the fourth switch 114, the current flowing through the first switch 111 and the fourth switch 114 is discontinuous. The first switch 111 and the fourth switch 114 are 'on' while the current flowing through the switches is 0 [A], thereby performing zero current switching (ZCS) operation. In addition, the resonance is terminated before the first switch 111 and the fourth switch 114 is 'off', so that the current flowing through the first switch 111 and the fourth switch 114 is 0 [A]. Thus, the first switch 111 and the fourth switch 114 is soft switching at both 'on' and 'off', there is no switching loss.

또한, 별도의 공진용 리액터를 구비하지 않고도 소프트 스위칭을 구현할 수 있으므로 수동소자가 추가되는 것을 줄일 수 있다.In addition, since the soft switching can be implemented without a separate resonance reactor, it is possible to reduce the addition of passive elements.

다음, 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제4 스위치(114)가 '오프'되고, 상기 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 '온'되며, 상기 입력직류전원(Vin), 상기 제3 스위치(113), 상기 입력측 코일(121) 및 상기 제2 스위치(112)가 하나의 폐루프를 형성하고, 상기 입력측 코일(121)에 타 측 방향(ⓒ)으로 전류가 흐르게 된다.Next, the first switch 111 and the fourth switch 114 are 'off', the second switch 112 and the third switch 113 is 'on', the input DC power (V in ), The third switch 113, the input side coil 121 and the second switch 112 forms a closed loop, and the current flows in the other direction ⓒ to the input side coil 121. do.

다음, 상기 출력측 코일(121)에 상기 타 측 방향(ⓒ)에 대응하는 방향(ⓓ)으로 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(121), 상기 제1 다이오드(133) 및 상기 제1 커패시터(141)가 하나의 폐루프를 형성하여, 상기 제1 커패시터(141)는 상기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 충전한다.Next, a current is induced in the output side coil 121 in a direction ⓓ corresponding to the other direction ⓒ, and the output side coil 121, the first diode 133, and the first capacitor 141. ) Forms a closed loop, and the first capacitor 141 charges the boosted power boosted by the transformer unit 120.

또한, 상기 제2 스위치(112) 및 상기 제3 스위치(113)의 영전류 스위칭 동작은 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제4 스위치(114)의 영전류 스위칭 동작과 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.In addition, the zero current switching operation of the second switch 112 and the third switch 113 is the same as the zero current switching operation of the first switch 111 and the fourth switch 114, and will not be described. Shall be.

따라서, 상기 스위치들(111,112,113,114)은 모두 소프트 스위칭이 가능하다.Accordingly, the switches 111, 112, 113, and 114 can all be soft switched.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터를 보여주는 도면이고, 1 is a view showing a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention,

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 동작을 설명하는 도면이다.2 and 3 are diagrams illustrating the operation of the DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.In the drawings according to the present invention, the same reference numerals are used for components having substantially the same configuration and function.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100:DC/DC컨버터 110:풀-브릿지 스위칭부100: DC / DC converter 110: full bridge switching unit

111:제1 스위치 112:제2 스위치111: first switch 112: second switch

113:제3 스위치 114:제4 스위치113: third switch 114: fourth switch

120:변압기부 121:입력측 코일120: transformer section 121: input side coil

122:출력측 코일 130:정류부122: output side coil 130: rectifier

131:제1 다이오드 132:제2 다이오드131: first diode 132: second diode

140:출력부 141:제1 커패시터140: output unit 141: first capacitor

142:제2 커패시터 150:필터부142: second capacitor 150: filter unit

151:평활용 인덕터 152:평활용 커패시터151: smoothing inductor 152: smoothing capacitor

Claims (3)

입력직류전원을 하기 변압기부의 입력측 코일의 양측으로 교대로 공급되게 하며, 브릿지 형태로 연결되는 네 개의 스위치를 포함하되, 수동소자인 공진용 리액터를 구비하지 않는 풀-브릿지 스위칭부;A full-bridge switching unit configured to alternately supply input DC power to both sides of an input side coil of a transformer unit, including four switches connected in a bridge form, and not including a resonance reactor as a passive element; 상기 입력직류전원을 승압하여 승압전원을 출력하며, 입력측 코일 및 출력측 코일을 구비하는 변압기부;A transformer unit for boosting the input DC power to output a boosted power, the transformer unit having an input side coil and an output side coil; 상기 출력측 코일에 연결되고, 상기 승압전원을 정류하며, 애노드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제1 다이오드 및 캐소드가 상기 출력측 코일의 일단에 연결되는 제2 다이오드를 구비하는 정류부;A rectifier connected to the output side coil, rectifying the boosted power source, and having a first diode connected to an end of the output side coil and a second diode connected to a first end of the output coil; 상기 정류부에서 정류된 승압전원을 충전하여 출력직류전원을 형성하며, 일단은 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결되고 타단은 상기 출력측 코일의 타단에 연결되는 제1 커패시터 및 일단은 상기 제1 다이오드의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되는 제2 커패시터를 구비하는 출력부;를 포함하며,Charges the boosted power rectified by the rectifier to form an output DC power source, one end of which is connected to the cathode of the first diode and the other end of which is connected to the other end of the output side coil, and one end of the other end of the first diode. And an output having a second capacitor connected to the other end of the second diode and connected to an anode of the second diode. 상기 스위칭부의 스위칭주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제1 커패시터 또는 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제2 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 하며, 상기 공진주파수는 아래의 수학식을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 DC/DC컨버터.The switching frequency of the switching unit is lower than the resonance frequency caused by the leakage reactance of the transformer unit and the leakage reactance of the first capacitor or the transformer unit and the capacitance of the second capacitor, so that soft switching is performed. DC / DC converter, characterized in that calculated using the formula. [수학식][Equation]
Figure 112011022090199-pat00007
Figure 112011022090199-pat00007
 ;
Figure 112011022090199-pat00008
;
Figure 112011022090199-pat00008
 ;
Figure 112011022090199-pat00009
;
Figure 112011022090199-pat00009
 여기서, f0는 상기 공진주파수이고, Ll은 상기 변압기부의 누설리액턴스이고, Ll1은 상기 변압기부의 입력측 누설리액턴스이고, Ll2은 상기 변압기부의 출력측 누설리액턴스이고, Cs는 상기 제1 커패시터 또는 상기 제2 커패시터를 상기 변압기부의 입력측으로 환원한 커패시턴스이고, C는 상기 제1 커패시터 또는 상기 제2 커패시터의 용량이다.Here, f 0 is the resonant frequency, L l is the leakage reactance of the transformer portion, L l1 is an input side leakage reactance of the transformer portion, L l2 is output leakage reactance of the transformer unit, C s is the first capacitor or It is a capacitance which reduced the said 2nd capacitor to the input side of the said transformer part, and C is the capacitance of the said 1st capacitor or the said 2nd capacitor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 출력부에 연결되며, 상기 출력직류전원을 평활하는 LC필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC컨버터.And an LC filter unit connected to the output unit and smoothing the output DC power supply. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 LC필터부는 일단이 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되는 평활용 인덕터 및 일단이 상기 평활용 인덕터에 연결되고, 타단이 상기 제2 커패시터의 타단에 연결되는 평활용 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC컨버터.The LC filter unit includes a smoothing inductor having one end connected to one end of the first capacitor and a smoothing capacitor having one end connected to the smoothing inductor and the other end connected to the other end of the second capacitor. DC / DC converter.
KR1020090087606A 2009-09-16 2009-09-16 Isolated DC/DC converter using full-bridge topology KR101031278B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090087606A KR101031278B1 (en) 2009-09-16 2009-09-16 Isolated DC/DC converter using full-bridge topology

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090087606A KR101031278B1 (en) 2009-09-16 2009-09-16 Isolated DC/DC converter using full-bridge topology

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110029782A KR20110029782A (en) 2011-03-23
KR101031278B1 true KR101031278B1 (en) 2011-04-29

Family

ID=43935624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090087606A KR101031278B1 (en) 2009-09-16 2009-09-16 Isolated DC/DC converter using full-bridge topology

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101031278B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101203882B1 (en) 2011-12-06 2012-11-23 이정표 Insulated Bi-Directional Charging System
KR20180065271A (en) 2016-12-07 2018-06-18 이주호 DC/DC Converter circuit using synchronous rectifying switching regulator
KR20190025196A (en) 2017-08-31 2019-03-11 전자부품연구원 Isolated DC-DC converter and driving method thereof

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101813778B1 (en) 2015-01-06 2018-01-02 단국대학교 산학협력단 Hybride type LED Power Supply
KR101721321B1 (en) 2015-01-28 2017-03-31 단국대학교 산학협력단 Hybride type LED Power Supply
KR102030918B1 (en) 2017-02-24 2019-10-10 단국대학교 산학협력단 High Efficiency EV Charger with Small Ripple Current
KR101868755B1 (en) * 2017-10-11 2018-06-18 재단법인 자동차융합기술원 Anti-Start Air Conditioner Compressor L-C Resonant DC/DC Converter for Commercial Vehicle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6356462B1 (en) 2000-08-31 2002-03-12 Delta Electronics, Inc. Soft-switched full-bridge converters
US6697265B2 (en) 2001-05-23 2004-02-24 Advanced Energy Industries, Inc. Wide range DC power supply utilizing voltage doubling output capacitors and inductive choke to extend full power load impedance range

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6356462B1 (en) 2000-08-31 2002-03-12 Delta Electronics, Inc. Soft-switched full-bridge converters
US6697265B2 (en) 2001-05-23 2004-02-24 Advanced Energy Industries, Inc. Wide range DC power supply utilizing voltage doubling output capacitors and inductive choke to extend full power load impedance range

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE 논문(제목: A New Phase-Shifted Full-Bridge Converter With Voltage-Doubler-Type Rectifier for High-Efficiency PDP Sustaining Power Module), 발표일 2008.06*
대한전기학회 추계학술대회 논문(제목: 공진형 컨버터를 사용한 UPS 시스템), 발표일 2008.12.06*

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101203882B1 (en) 2011-12-06 2012-11-23 이정표 Insulated Bi-Directional Charging System
KR20180065271A (en) 2016-12-07 2018-06-18 이주호 DC/DC Converter circuit using synchronous rectifying switching regulator
KR20190025196A (en) 2017-08-31 2019-03-11 전자부품연구원 Isolated DC-DC converter and driving method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110029782A (en) 2011-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101031278B1 (en) Isolated DC/DC converter using full-bridge topology
Hou et al. A primary full-integrated active filter auxiliary power module in electrified vehicles with single-phase onboard chargers
CN101588139B (en) High power factor isolated buck-type power factor correction converter
Jung et al. High efficiency bidirectional LLC resonant converter for 380V DC power distribution system using digital control scheme
US11411502B2 (en) Single-stage isolated DC-DC converters
KR101066093B1 (en) DC uninterrupted power supply employing bidirectional energy flows
US20070247877A1 (en) Active-clamp current-source push-pull dc-dc converter
US20120044722A1 (en) Isolated switching converter
JP2008187821A (en) Insulated ac-dc converter and dc power supply unit for led using it
JP2015208171A (en) Power supply unit
US20100135051A1 (en) Three-phase inverter for converting dc power from a generator into three-phase ac power
KR102344534B1 (en) Power converter
US20130077356A1 (en) Dc-dc converters
KR101464478B1 (en) Multi input llc resonant type dc-dc converter
KR101457887B1 (en) Resonant DC-to-DC Converter and Interleaving Resonant DC-to-DC Converter using the same
EP2975753B1 (en) A three-level converter
Narimani et al. A new interleaved three-phase single-stage PFC AC–DC converter with flying capacitor
KR101918062B1 (en) Apparatus for converting dc power
CN113950790A (en) DC voltage converter having a secondary resonant circuit capacitor, and method for operating a DC voltage converter
CN109120156A (en) A kind of isolation BUCK-BOOST circuit and its control method
JP2017005861A (en) Resonance type bidirectional dc/dc converter
KR101031282B1 (en) DC/DC converter using half-bridge
KR101031283B1 (en) Multi-level DC/DC converter using soft-switching
CN112564497B (en) Three-phase LLC resonant DC converter
CN111740622B (en) LLC circuit of single-stage PFC

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: 20140326

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160405

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180405

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee