KR101031283B1 - 소프트 스위칭 방식의 멀티레벨 dc/dc컨버터 - Google Patents

소프트 스위칭 방식의 멀티레벨 dc/dc컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 DC/DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수 개의 컨버터모듈의 출력단을 직렬로 연결하여 상기 각 컨버터모듈의 온/오프 여부에 따라 멀티레벨의 출력직류전원을 출력할 수 있고, 각 컨버터모듈 내부의 누설리액턴스를 공진에 이용하여 소프트 스위칭을 실현함으로써, 별도의 공진용 리액터가 필요없이 입력직류전원을 고효율로 변압할 수 있는 소프트 스위칭 방식의 고효율 멀티레벨 DC/DC 컨버터에 관한 것이다.
DC/DC컨버터, 소프트 스위칭, 공진, 멀티레벨

Description

소프트 스위칭 방식의 멀티레벨 DC/DC컨버터{Multi-level DC/DC converter using soft-switching}
본 발명은 DC/DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수 개의 컨버터모듈의 출력단을 직렬로 연결하여 상기 각 컨버터모듈의 온/오프 여부에 따라 멀티레벨의 출력직류전원을 출력할 수 있고, 각 컨버터모듈 내부의 누설리액턴스를 공진에 이용하여 소프트 스위칭을 실현함으로써, 별도의 공진용 리액터가 필요없이 입력직류전원을 고효율로 변압할 수 있는 소프트 스위칭 방식의 고효율 멀티레벨 DC/DC 컨버터에 관한 것이다.
최근 신 재생에너지가 기술 개발분야에서 이슈로 떠오르면서 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.
또한, DC/DC컨버터 기술의 고집적화 및 고효율화를 위해서는 스위치의 스위 칭 시점을 스위치의 영전압 또는 영전류에서 이루어지게 하여 스위칭 손실과 스위칭 스트레스를 줄일 수 있는 소프트 스위칭방식이 사용되는데, 이러한 소프트 스위칭방식을 구현하기 위해서는 고주파 공진 특성이 도입된다.
이 경우 소프트 스위칭을 구현하기 위해서는 공진을 위한 공진용 리액터가 필수적으로 존재하여야하므로 비용이 상승하고, 고 전력 밀도화에 불리한 단점이 있다.
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 있으며 고 승압이나 다출력에 유리한 멀티레벨의 DC/DC컨버터의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 스위칭 부의 스위칭주파수를 변압기부의 누설리액턴스에 의한 공진 주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 함으로써 고효율을 실현할 수 있는 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.
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.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 출력측에 고 승압에 유리한 배압회로를 갖는 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 부하의 크기에 따라 요구되는 복수의 출력에 적절한 DC/DC컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것 이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력직류전원을 스위칭, 변압 및 정류하는 복수 개의 컨버터 모듈을 구비하고, 상기 컨버터 모듈들의 출력단은 서로 직렬로 연결되어 출력직류전원을 형성하되, 상기 각 컨버터 모듈의 온/오프 여부에 따라 서로 다른 크기의 출력직류전원을 형성하며, 상기 각 컨버터 모듈은 상기 입력직류전원을 스위칭하여 하기 변압기부로 공급되게 하는 스위칭부, 상기 입력직류전원을 승압하여 승압전원을 출력하며, 입력측 코일 및 출력측 코일을 구비하는 변압기부, 상기 출력측 코일에 연결되고, 상기 승압전원을 정류하며, 애노드가 상기 변압기부의 출력측 코일의 일단에 연결되는 제1 다이오드 및 캐소드가 상기 변압기부의 출력측 코일의 일단에 연결되는 제2 다이오드를 구비하는 정류부및 상기 정류부에서 정류된 승압전원을 충전하며, 일단이 연결되는 정류부의 제1 다이오드의 캐소드에 연결되고 타단은 상기 출력측 코일의 타단에 연결되는 제1 공진 커패시터 및 일단은 상기 제1 다이오드의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되는 제2 공진 커패시터를 구비하는 출력부를 포함하고, 상기 스위칭부의 스위칭주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제1 공진 커패시터 또는 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제2 공진 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 하는 멀티레벨 DC/DC 컨버터를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 컨버터 모듈들의 출력단에 동시에 연결되어, 상기 출력직류전원을 평활하며, 평활용 인덕터 및 평활용 커패시터를 구비하는 LC필터부를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 입력직류전원을 상기 변압기부의 입력측 코일 양측으로 공급되게 하며, 상기 입력직류전원에 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 제1 입력용 커패시터 및 제2 입력용 커패시터와 상기 제1 입력용 커패시터 및 상기 제2 입력용 커패시터의 전원을 상기 입력측 코일의 양측으로 교번적으로 공급되게 하는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구비하는 하프-브릿지 스위칭부로 구비된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 입력직류전원을 상기 변압기부의 입력측 코일의 센터탭 양측으로 공급되게 하며, 상기 입력직류전원의 마이너스단과 상기 입력측 코일의 일단에 연결되는 제1 스위치 및 상기 입력직류전원의 마이너스단과 상기 입력측 코일의 타단에 연결되는 제2 스위치를 구비하는 푸쉬-풀 스위칭부로 구비될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 입력직류전원을 상기 변압기부의 입력측 코일의 양측으로 교대로 공급되게 하며, 브릿지 형태로 연결되는 네 개의 스위치를 구비하는 풀-브릿지 스위칭부로 구비될 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면, 복수 개의 컨버터 모듈의 출력단을 서로 직렬연결하여 부하의 크기에 따라 요구되는 복수의 출력이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면, 각 컨버터모듈의 출력부는 두 개의 다이오드 및 공진 커패시터를 포함하는 배압회로로 구성되므로 고 승압에 유리한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 DC/DC컨버터에 의하면, 각 컨버터모듈의 스위칭주파수를 변압기부의 누설리액턴스에 의한 공진 주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 함으로써 고효율 변압을 실현할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 공진을 위한 별도의 공진 리액터가 필요없으므로 수동소자의 수를 줄여 비용을 낮출 수 있고, 고 전력 밀도화에 적합한 장점이 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 구 체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 컨버터를 보여주는 도면, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터를 보여주는 도면, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터를 보여주는 도면, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 입력직류전원(Vin)를 각각 스위칭, 변압 및 정류하여 출력하는 복수 개의 컨버터 모듈(100a,100b,100c,100d)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 컨버터 모듈들(100a,100b,100c,100d)은 각각 상기 입력직류전원(Vin)를 변압하여 출력하며, 출력단들을 서로 직렬로 연결되어 하나의 출력직류전원(Vout)를 출력한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 상기 컨버터 모듈들(100a,100b,100c,100d)을 선택적으로 '온' 또는 '오프'함으로써 서로 다른 크기의 복수 개의 출력직류전원(Vout)을 출력할 수 있다.
또한, 상기 컨버터 모듈들(100a,100b,100c,100d)의 출력단들에는 출력직류전원을 평활하여 필터링하는 하나의 LC필터부(150)가 연결될 수 있고, 상기 LC필터부(150)는 상기 컨버터 모듈들(100a,100b,100c,100d)의 출력단에 병렬로 연결되고, 서로 직렬로 연결되는 평활용 인덕터(151) 및 평활용 커패시터(152)를 포함한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 다양한 크기의 출력 특성을 갖는 연료전지의 전력변환 시스템에 적용이 유리하다.
또한, 상기 각 컨버터 모듈들(100a,100b,100c,100d)은 스위칭부(110), 변압기부(120), 정류부(130) 및 출력부(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 스위칭부(110)는 상기 입력직류전원(Vin)을 스위칭하여 아래에서 설명할 변압기부(120)로 공급되게 하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부(110)는 상기 입력직류전원(Vin)을 상기 변압기부(120)의 입력측 코일(121)의 센터탭(121a)을 중심으로 상기 센터탭(121a)의 양측으로 전류가 흐르게 하는 푸쉬-풀 스위칭부로 구비하였다.
또한, 상기 푸쉬-풀 스위칭부는 상기 입력직류전원의 마이너스단에 각각의 일단에 연결되고, 타단은 각각 상기 입력측 코일(121)의 양단에 연결되는 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112)를 포함하여 이루어진다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 기본적으로 상기 입력직류전원(Vin)을 1/2로 강압하여 상기 변압기부(120)로 공급되게 하는 특징이 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)와 비교하여 상기 스위칭부(110)가 상기 입력직류전원(Vin)을 1/2로 강압하여 상기 변압기부(120)로 공급하기는 하 나, 상기 변압기부(120)의 센터탭이(121a)이 구비되지 않아도 되는 하프-브릿지 스위칭부(110a)로 이루어진다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 변압기부(120a)는 입력측 코일(121a)의 구성이 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)와 비교하여 간단한 장점이 있다.
또한, 상기 하프-브릿지 스위칭부(110a)는 상기 입력직류전원(Vin)을 서로 분압하여 저장하도록, 상기 입력직류전원(Vin)에 병렬로 연결되고, 서로 직렬로 연결되는 제1 입력용 커패시터(111a) 및 제2 입력용 커패시터(112a)와 상기 제1 입력용 커패시터(111a) 및 상기 제2 입력용 커패시터(112a)에 충전된 전원을 각각 상기 변압기부(120a)의 입력측 코일(120a) 양측으로 교번적으로 공급되게 하는 제1 스위치(113a) 및 제2 스위치(114a)를 포함하여 이루어진다.
또한, 도 3을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)와 비교하여 상기 스위칭부(110)가 상기 입력직류전원(Vin)을 강압하지 않고 상기 변압기부(120)로 공급하며, 상기 변압기부(120)의 센터탭이(121a)이 구비되지 않아도 되는 풀-브릿지 스위칭부(110b)로 이루어진다.
즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 변압기부(120b)는 입력측 코일(121b)의 구성이 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)와 비교하여 간단한 장점이 있다.
또한, 상기 풀-브릿지 스위칭부(110b)는 상기 입력직류전원(Vin)을 상기 변압기부(120b)의 입력측 코일(121b)의 양측으로 교대로 공급되게 하며, 브릿지 형태로 연결되는 제1 스위치(111b), 제2 스위치(112b), 제3 스위치(113b) 및 제4 스위치(114b)를 포함하여 이루어진다.
더욱 자세하게는 상기 제1 스위치(111b) 및 상기 제2 스위치(112b)는 서로 직렬로 연결되고 상기 입력직류전원(Vin)에 병렬로 연결되며, 상기 제3 스위치(113b) 및 상기 제4 스위치(114b)는 서로 직렬로 연결되고 상기 입력직류전원(Vin)에 병렬로 연결된다. 또한, 상기 제1 스위치(111b) 및 제2 스위치(112b)의 사이단과 상기 제3 스위치(113b) 및 상기 제4 스위치(114b)의 사이단은 상기 변압기부(120b)의 입력측 코일(121b)의 양단에 각각 연결된다.
따라서, 상기 풀-브릿지 스위칭부(110b)는 상기 제1 스위치(111b) 및 상기 제4 스위치(114b)가 동시에 '온'되어 상기 입력측 코일(121b)의 일측으로 전류가 흐르게 하거나, 상기 제2 스위치(112b) 및 상기 제3 스위치(113b)가 동시에 '온'되어 상기 입력측 코일(121b)의 타측으로 전류가 흐르게 하는 것이다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터 및 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)와 비교하여 상기 스위칭부(110)의 구성과 상기 스위칭부(110)에 따른 변압기부(120)의 구성이 다르고 나머지 구성요소는 실질적으로 동일하다.
상기 변압기부(120)는 상기 입력직류전원(Vin)을 승압하여 승압전원을 출력 하며, 권선비가 a인 입력측 코일(121) 및 출력측 코일(122)을 포함한다.
또한, 상기 입력측 코일(121)의 중앙에는 상기 입력직류전원(Vin)의 플러스 단과 연결되는 센터탭(121a)이 구비된다.
또한, 상기 변압기부(120)는 상기 입력직류전원(Vin)과 아래에서 설명할 출력 직류전원(Vout)을 절연하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 변압기부(120)를 고주파변압기로 구비하였다.
상기 정류부(130)는 상기 변압기부(120)의 출력측 코일(122)에 연결되고, 상기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 정류한다.
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.
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 공진 커패시터(141) 및 일단은 상기 제1 다이오드(131)의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드(132)의 애노드에 연결되는 제2 공진 커패시터(142)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 정류부(130) 및 상기 출력부(140)는 상기 변압기부(120)에서 출력되는 승압전원을 배압하여 출력하므로 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버 터(100)는 고승압에 유리한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)의 각 컨버터 모듈(110a,100b,100c,100d)의 동작을 도 4 및 도 5를 참조하여 간단히 설명하면, 먼저, 상기 제1 스위치(111)가 '온'되고, 상기 센터탭(121a)을 중심으로 상기 입력측 코일(121)의 일 측 방향으로 전류가 흐르게 된다.
그러나, 상기 제2 스위치(112)가 먼저 '온'될 수 있음은 물론이다.
다음, 상기 출력측 코일(122)에 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(122), 상기 제2 다이오드(132) 및 상기 제2 공진 커패시터(142)가 하나의 폐루프를 형성하여, 상기 제2 공진 커패시터(142)는 상기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 충전한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터(100)는 상기 변압기부(120)의 누설리액턴스(Ll)와 상기 제2 공진 커패시터(142)의 커패시턴스(Cs)에 의해 공진을 하게 된다.
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.
Figure 112009057000465-pat00001
여기서, a는 상기 변압기부(120)의 권수비이다.
또한, 상기 제2 공진 커패시터(142)의 커패시턴스(Cs) 역시 아래의 수학식2와 같이 상기 변압기부(120)의 입력측으로 환원하여 계산된다.
Figure 112009057000465-pat00002
여기서, a는 상기 변압기부(120)의 권수비이고, C2는 상기 제2 공진 커패시터(142)의 용량이다.
또한, 공진주파수(fo)는 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112009057000465-pat00003
또한, 상기 공진주파수(fo)가 상기 제1 스위치(111)의 스위칭 주파수보다 크다면, 인덕터 전류(Il)는 불연속이 되며, 상기 제1 스위치(111)가 '온'되는 순간 상기 인덕터 전류(Il)는 0[A]에서 시작되어 영전류 스위칭(ZCS:Zero current swiching)동작이 되고, 상기 제1 스위치(111)가 '오프'되기 전 공진이 종료되어 상 기 제1 스위치(111)에 흐르는 전류는 0[A]이 되므로, 상기 제1 스위치(111)는 '온' 및 '오프'시에 모두 소프트 스위칭이 이루어져 스위칭 손실이 없게 된다.
즉, 별도의 공진용 리액터를 구비하지 않고도 소프트 스위칭을 구현할 수 있으므로 수동소자가 추가되는 것을 줄일 수 있다.
다음, 상기 제1 스위치(111)가 '오프'되고, 상기 제2 스위치(112)가 '온'되며, 상기 센터탭(121a)을 중심으로 상기 입력측 코일(121)의 타 측 방향으로 전류가 흐르게 된다.
다음, 상기 출력측 코일(121)에 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(121), 상기 제1 다이오드(131) 및 상기 제1 공진 커패시터(141)가 하나의 폐루프를 형성하여, 상기 제1 공진 커패시터(141)는 상기 변압기부(120)에서 승압된 승압전원을 충전한다.
또한, 상기 제2 스위치(112)의 영전류 스위칭 동작은 상기 제1 스위치(111)의 영전류 스위칭 동작과 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
따라서, 상기 스위치들(111,112)은 모두 소프트 스위칭 구현이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 시뮬레이션은 상기 누설리액턴스(Ll)를 2[uH], 상기 커패시턴스(Cs)를 8[uF]으로 설정하여 수행하 였으며, 스위칭 주파수를 17[kHz]가 되게 하였다.
그 결과, 상기 제1 스위치(111)에 각각 흐르는 전류는 불연속이며, 상기 제1 스위치(111)가 '온'된 후에 선형적으로 상승하기 시작하여 상기 제1 스위치(111)가 '오프'되기 전에 0[A]로 감소하여 영전류 스위칭 즉, 소프트 스위칭이 실현되는 것을 알 수 있다.
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 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DC/DC컨버터를 보여주는 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC컨버터의 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:DC/DC컨버터 100a,100b,100c,100d:컨버터 모듈
110,110a,110b:스위칭부 120:변압기부
121:입력측 코일 121a:센터탭
122:출력측 코일 130:정류부
131:제1 다이오드 132:제2 다이오드
140:출력부 141:제1 공진 커패시터
142:제2 공진 커패시터 150:LC필터부

Claims (5)

  1. 입력직류전원을 스위칭, 변압 및 정류하는 복수 개의 컨버터 모듈을 구비하고, 상기 컨버터 모듈들의 출력단은 서로 직렬로 연결되어 출력직류전원을 형성하되, 상기 각 컨버터 모듈의 온/오프 여부에 따라 서로 다른 크기의 출력직류전원을 형성하며,
    상기 각 컨버터 모듈:은
    상기 입력직류전원을 스위칭하여 하기 변압기부로 공급되게 하는 스위칭부;
    상기 입력직류전원을 승압하여 승압전원을 출력하고, 입력측 코일 및 출력측 코일을 구비하되, 상기 입력측 코일에는 센터탭이 구비되고, 상기 출력측 코일은 하나의 코일로 이루어지는 변압기부;
    상기 출력측 코일에 연결되고, 상기 승압전원을 정류하며, 애노드가 상기 변압기부의 출력측 코일의 일단에 연결되는 제1 다이오드 및 캐소드가 상기 변압기부의 출력측 코일의 일단에 연결되는 제2 다이오드를 구비하는 정류부;및
    상기 정류부에서 정류된 승압전원을 충전하며, 일단이 연결되는 정류부의 제1 다이오드의 캐소드에 연결되고 타단은 상기 출력측 코일의 타단에 연결되는 제1 공진 커패시터 및 일단은 상기 제1 다이오드의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되는 제2 공진 커패시터를 구비하는 출력부;를 포함하고,
    상기 스위칭부의 스위칭주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제1 공진 커패시터 또는 상기 변압기부의 누설리액턴스와 상기 제2 공진 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 하여 소프트 스위칭이 이루어지게 하며,
    상기 변압기부의 누설리액턴스는 아래의 수학식1에 의해 계산되고,
    [수학식1]
    Figure 112011018766060-pat00010
    (여기서, Ll1은 상기 입력측 코일의 누설리액턴스이고, Ll2은 상기 출력측 코일의 누설리액턴스이며, a는 상기 변압기부의 권수비이다.)
    상기 제1 공진 커패시터 또는 상기 제2 공진 커패시터의 커패시턴스는 아래의 수학식2에 의해 계산되며,
    [수학식2]
    Figure 112011018766060-pat00011
    (여기서, C는 상기 제1 공진 커패시터 또는 상기 제2 공진 커패시터의 커패시턴스, C는 상기 제1 공진 커패시터 또는 상기 제2 공진 커패시터의 용량이다.)
    상기 공진주파수는 아래의 수학식 3에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨DC/DC 컨버터.
    [수학식3]
    Figure 112011018766060-pat00012
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터 모듈들의 출력단에 동시에 연결되어, 상기 출력직류전원을 평활하며, 평활용 인덕터 및 평활용 커패시터를 구비하는 LC필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 DC/DC 컨버터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 입력직류전원을 상기 변압기부의 입력측 코일 양측으로 공급되게 하며, 상기 입력직류전원에 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 제1 입력용 커패시터 및 제2 입력용 커패시터와 상기 제1 입력용 커패시터 및 상기 제2 입력용 커패시터의 전원을 상기 입력측 코일의 양측으로 교번적으로 공급되게 하는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구비하는 하프-브릿지 스위칭부로 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 DC/DC 컨버터.
  4. 제1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 입력직류전원을 상기 변압기부의 입력측 코일의 센터 탭 양측으로 공급되게 하며, 상기 입력직류전원의 마이너스단과 상기 입력측 코일의 일단에 연결되는 제1 스위치 및 상기 입력직류전원의 마이너스단과 상기 입력측 코일의 타단에 연결되는 제2 스위치를 구비하는 푸쉬-풀 스위칭부로 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 DC/DC 컨버터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 입력직류전원을 상기 변압기부의 입력측 코일의 양측으로 교대로 공급되게 하며, 브릿지 형태로 연결되는 네 개의 스위치를 구비하는 풀-브릿지 스위칭부로 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 DC/DC 컨버터.
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