KR101200820B1 - Soft swithcing boost DC-DC converter - Google Patents

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KR101200820B1
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main switch
inductor
resonance
boost
input power
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KR1020110128260A
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박성준
김승룡
남해곤
김진배
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전남대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A boost converter of a soft switching mode is provided to improve power conversion efficiency by offering switching loss of a main switch through resonance of leakage inductance of a capacitor and a transformer. CONSTITUTION: An anode of a second circulating diode(116) is connected to a terminal between a main switch and an inductor for resonance. A cathode of the second circulating diode is connected to one end of the capacitor for resonance. One end of an auxiliary switch(117) is connected to a terminal between the second circulating diode and the capacitor for resonance. A primary side of a transformer(118) is connected to the other end of the auxiliary switch and a minus terminal of an input power source. A secondary side of the transformer is connected to an output terminal and a plus terminal of the input power source.

Description

소프트 스위칭 방식의 부스트 컨버터{Soft swithcing boost DC-DC converter}Soft switching boost converter {Soft swithcing boost DC-DC converter}

본 발명은 부스트 컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 부스트용 인덕터를 충/방전하기 위한 주 스위치에 흐르는 전류가 불연속이 되게 하여 영 전류 스위칭이 실현되게 하고, 보조 스위치 및 공진용 커패시터를 이용하여 상기 주 스위치의 전압이 불연속이 되게 함으로써, 영 전압 스위칭이 실현되게 하는 소프트 스위칭 방식의 부스트 컨버터에 관한 것이다.
The present invention relates to a boost converter, and more particularly, a current flowing through a main switch for charging / discharging a boost inductor becomes discontinuous so that zero current switching is realized, and the auxiliary switch and the resonance capacitor A soft switching boost converter in which zero voltage switching is realized by causing the voltage of the main switch to be discontinuous.

고효율의 전력변환 시스템을 위해서는 전력변환을 위한 스위치의 스위칭 주파수를 높여야 하지만 그에 비례하여 스위칭 손실이 증가하기 때문에 스위칭 손실 저감을 위한 소프트 스위칭 기법의 연구가 활발하다.For the high efficiency power conversion system, the switching frequency of the switch for power conversion must be increased, but the switching loss increases in proportion to the research on soft switching techniques for reducing the switching loss.

오늘날 고효율의 전력변환 시스템을 요구하는 분야는 기존의 여러 산업분야 뿐만 아니라 일반 가정이나 사무실에서 사용하는 소비 기기들에 걸쳐 광범위하게 존재한다.Today, the demand for high-efficiency power conversion systems is widespread, not only in many existing industries, but also in consumer devices used in homes and offices.

특히, 최근에는 통신 분야, 휴대용 장비분야, 디스플레레이 분야 등과 같은 곡에서 장비의 부피와 공간의 제약성 때문에 고효율의 전력변환 시스템의 요구가 매우 증가하고 있다.In particular, in recent years, such as in the communication field, portable equipment field, display field, etc. due to the constraints of the volume and space of the equipment, the demand for high efficiency power conversion system is increasing very much.

그러나, 부피가 작고 고효율의 전력변환 시스템을 설계하기 위해서는 전력변환을 위한 스위치의 스위칭 주파수를 필수적으로 증가시켜야 하는데, 일반적으로 입력 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터에서 소프트 스위칭을 구현하는데 어려움이 있다.
However, in order to design a small and high efficiency power conversion system, it is necessary to increase the switching frequency of the switch for power conversion. In general, it is difficult to implement soft switching in a boost converter that boosts and outputs an input power source.

본 발명자들은 입력 전원을 승압하여 출력할 수 있는 부스트 컨버터에서 부스트용 인덕터에 에너지를 충전하기 위한 주 스위치가 영 전류 및 영 전압 스위칭이 실현되게 하여 부스트 컨버터의 전력변환효율을 상승시키고자 연구 노력한 결과, 부스트용 인덕터와 주 스위치 사이에 공진용 인덕터를 삽입하고, 상기 주 스위치 양단에 공진용 커패시터를 병렬로 연결하여 상기 주 스위치의 전류 및 전압이 불연속이 되게 함으로써 소프트 스위칭을 실현할 수 있는 부스트 컨버터의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have tried to increase the power conversion efficiency of the boost converter by enabling the zero current and zero voltage switching of the main switch for charging energy in the boost inductor in the boost converter capable of boosting and outputting the input power. And a boost converter capable of realizing soft switching by inserting a resonance inductor between the boost inductor and the main switch and connecting a resonance capacitor in parallel to both ends of the main switch so that the current and voltage of the main switch are discontinuous. The technical construction was developed to complete the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 주 스위치에 흐르는 전류와 주 스위치의 양단 전압이 불연속이 되게 하여 주 스위치가 영 전압 및 영 전류 스위칭 동작을 하게 함으로써 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있는 부스트 컨버터를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a boost converter that can improve power conversion efficiency by causing the main switch to perform zero voltage and zero current switching operations by discontinuing the current flowing through the main switch and the voltage across the main switch. .

또한, 본 발명의 다른 목적은 주 스위치의 스위칭 손실을 출력 측으로 제공하여 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있는 부스트 컨버터를 제공하는 것이다.
In addition, another object of the present invention is to provide a boost converter that can improve the power conversion efficiency by providing the switching loss of the main switch to the output side.

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 not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일 단이 입력 전원의 플러스 단에 연결되고, 상기 입력 전원에 의해 충전 또는 방전하는 부스트용 인덕터, 일 단이 상기 부스트용 인덕터의 타 단과 연결되고 타 단은 상기 입력 전원의 마이너스 단에 연결되어 상기 부스트용 인덕터를 충전 또는 방전시키는 주 스위치 및 애노드가 상기 부스트용 인덕터의 타 단에 연결되고 캐소드가 출력단과 연결되어 상기 주 스위치가 '오프'되었을 때, 상기 입력 전원에 상기 부스트용 인덕터의 전원을 상기 출력단으로 출력하는 제1 환류 다이오드를 포함하는 부스트 컨버터에 있어서, 일 단이 상기 부스트용 인덕터와 상기 제1 환류 다이오드의 사이 단에 연결되고, 타 단은 상기 주 스위치의 일 단에 연결되는 공진용 인덕터; 상기 주 스위치와 병렬로 연결되는 공진용 커패시터; 애노드가 상기 공진용 인덕터와 상기 주 스위치의 사이 단에 연결되고 캐소드가 상기 공진용 커패시터의 일단에 연결되는 제2 환류 다이오드; 일 단이 상기 제2 환류 다이오드와 상기 공진용 커패시터의 사이 단에 연결되는 보조 스위치; 및 일차 측이 상기 보조 스위치의 타 단과 상기 입력 전원의 마이너스 단에 연결되고, 이차 측이 상기 입력 전원의 플러스 단과 상기 출력단에 연결되는 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부스트 컨버터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention has one end connected to a plus end of an input power source, a boost inductor charged or discharged by the input power source, and one end connected to the other end of the boost inductor and the other end is When the main switch and anode connected to the negative terminal of the input power source to charge or discharge the boost inductor are connected to the other end of the boost inductor and the cathode is connected to the output terminal, the main switch is 'off', In a boost converter comprising a first flyback diode for outputting a power supply of the boost inductor to the output terminal to an input power source, one end is connected between the boost inductor and the first flyback diode, the other end A resonance inductor connected to one end of the main switch; A resonance capacitor connected in parallel with the main switch; A second reflux diode having an anode connected to the stage between the resonance inductor and the main switch and a cathode connected to one end of the resonance capacitor; An auxiliary switch having one end connected between the second freewheeling diode and the resonance capacitor; And a transformer having a primary side connected to the other end of the auxiliary switch and a negative end of the input power, and a secondary side connected to the plus end and the output end of the input power.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 부스트 컨버터는, 상기 주 스위치와 상기 보조 스위치를 '온'하여 개시되고, 상기 부스트용 인덕터에 에너지의 충전이 시작되며, 상기 공진용 인덕터에 의해 상기 주 스위치가 영 전류 스위칭 동작을 하게 하고, 상기 공진용 커패시터와 상기 변압기의 누설 인덕턴스가 공진하게 하여 공진에 의해 발생하는 에너지가 출력측으로 전달되게 하는 제1 모드; 상기 보조 스위치에 의해 상기 공진용 커패시터의 에너지 전달이 완료되는 시점에서 개시되고, 개시 후 상기 보조 스위치를 '오프'하며, 상기 주 스위치의 '온' 상태는 유지하여, 상기 부스트용 인덕터에 에너지 충전을 완료하는 제2 모드; 상기 보조 스위치의 '오프' 상태는 유지한 채, 상기 주 스위치를 '오프'하여 개시되고, 상기 공진용 인덕터와 상기 공진용 커패시터의 공진에 의해 상기 주 스위치가 영 전압 스위칭 동작을 하게 하며, 상기 공진용 인덕터의 전류가 '0이 될 때까지 지속되는 제3 모드; 및 상기 주 스위치와 상기 보조 스위치의 '오프'상태를 유지하고, 상기 입력 전원에 상기 부스트용 인덕터의 전원을 합하여 상기 출력단으로 출력하는 제4 모드;를 반복하여 상기 입력 전원을 승압하여 상기 출력단에 출력한다.In a preferred embodiment, the boost converter is started by 'on' the main switch and the auxiliary switch, charging of energy is started in the boost inductor, and the main switch is zero current by the resonance inductor. A first mode configured to perform a switching operation and cause the leakage inductance of the resonance capacitor and the transformer to resonate so that energy generated by the resonance is transferred to an output side; The auxiliary switch is started when the energy transfer of the resonant capacitor is completed, the auxiliary switch is 'off' after the start, and the 'on' state of the main switch is maintained, thereby charging energy in the boost inductor. A second mode of completing; The main switch is started by 'off' the main switch while maintaining the 'off' state, and causes the main switch to perform a zero voltage switching operation by resonance of the resonance inductor and the resonance capacitor. A third mode lasting until the current of the resonant inductor becomes '0'; And a fourth mode of maintaining the 'off' state of the main switch and the auxiliary switch, and adding the power of the boost inductor to the input power and outputting the power to the output terminal. Output

바람직한 실시예에 있어서, 상기 변압기의 변압비는 1:1로 구성된다.
In a preferred embodiment, the transformer ratio of the transformer is 1: 1.

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

먼저, 본 발명의 부스트 컨버터에 의하면, 일반적인 부스트 컨버터에 공진용 인덕터와 공진용 커패시터, 보조 스위치 및 변압기를 구비하여, 상기 보조 스위치의 스위칭에 의해 상기 공진용 인덕터, 상기 공진용 커패시터 및 상기 변압기의 누설 인덕턴스가 공진하게 함으로써 주 스위치의 전류 및 전압이 불연속이 되어, 주 스위치가 소프트 스위칭 동작을 통해 스위칭 손실을 저감할 수 있는 효과가 있다.First, according to the boost converter of the present invention, a general boost converter includes a resonant inductor, a resonant capacitor, an auxiliary switch, and a transformer, and by switching the auxiliary switch, the resonance inductor, the resonance capacitor, and the transformer By causing the leakage inductance to resonate, current and voltage of the main switch become discontinuous, and the main switch has an effect of reducing switching loss through a soft switching operation.

또한, 본 발명의 부스트 컨버터에 의하면 주 스위치의 스위칭 손실을 공진용 커패시터와 변압기의 누설 인덕턴스의 공진에 의해 출력 측으로 제공하여 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
In addition, according to the boost converter of the present invention, the switching loss of the main switch is provided to the output side by resonance of the leakage inductance of the resonance capacitor and the transformer, thereby improving the power conversion efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터를 보여주는 도면,
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 동작모드를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 동작모드별 각부 파형을 보여주는 그래프,
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 주 스위치의 전압 및 전류 파형을 보여주는 그래프이다.1 illustrates a boost converter according to an embodiment of the present invention;
2 to 5 are views for explaining an operation mode of the boost converter according to an embodiment of the present invention;
6 is a graph showing waveforms of respective parts of an operation mode of a boost converter according to an embodiment of the present invention;
7 is a graph showing voltage and current waveforms of a main switch of a boost converter according to an embodiment of the present invention.

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.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

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 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터(100)는 종래의 부스트 컨버터에 공진용 인덕터(114), 공진용 커패시터(115), 제2 환류 다이오드(116), 보조 스위치(117) 및 변압기(118)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, a boost converter 100 according to an embodiment of the present invention includes a resonance inductor 114, a resonance capacitor 115, a second reflux diode 116, and an auxiliary switch in a conventional boost converter. 117 and transformer 118.

또한, 종래의 부스트 컨버터는 입력전원(10)을 승압하여 출력할 수 있는 모든 컨버터를 포함하고, 적어도 일단이 입력 전원(10)의 플러스 단에 연결되고, 상기 입력 전원(10)에 의해 충전 또는 방전되며, 충전된 상기 입력 전원(10)에 충전된 전원을 더하여 출력함으로써 승압된 전원을 출력할 수 있는 부스트용 인덕터(111), 일 단이 상기 부스트용 인덕터(111)의 타 단에 연결되고 타 단은 상기 입력 전원(10)의 마이너스 단에 연결되며, '온'되면, 상기 부스트용 인덕터(111)를 충전하고, '오프'되면, 상기 입력 전원(10)과 상기 부스트용 인덕터(111)의 전원이 합해져 출력되게 하는 주 스위치(112) 및 상기 주 스위치(112)가 '오프'될 때, 전원이 출력단으로 출력되게 하는 제1 환류 다이오드(113)를 포함한다.In addition, the conventional boost converter includes all converters capable of boosting and outputting the input power source 10, at least one of which is connected to the plus terminal of the input power source 10 and charged or charged by the input power source 10. A discharge inductor 111 capable of outputting boosted power by outputting the charged power by adding the charged power to the charged input power 10, and one end thereof is connected to the other end of the boost inductor 111; The other end is connected to the negative end of the input power source 10, and when 'on', charges the boost inductor 111, and when 'off', the input power source 10 and the boost inductor 111 ) Includes a main switch 112 for summating and outputting power, and a first flyback diode 113 for outputting power to an output terminal when the main switch 112 is 'off'.

즉, 본 발명의 일 실 시예에 따른 부스트 컨버터(100)는 상기 부스트용 인덕터(111), 상기 주 스위치(112), 상기 제1 환류 다이오드(113), 공진용 인덕터(114), 공진용 커패시터(115), 제2 환류 다이오드(116), 보조 스위치(117) 및 변압기(118)를 포함하여 이루어지며, 상기 부스트용 인덕터(111), 상기 주 스위치(112) 및 상기 제1 환류 다이오드(113)는 종래의 부스트 컨버터에서 하는 기능과 실질적으로 동일한 기능을 하므로 설명을 생략한다.That is, the boost converter 100 according to the exemplary embodiment of the present invention includes the boost inductor 111, the main switch 112, the first flyback diode 113, the resonance inductor 114, and the resonance capacitor. And a second freewheeling diode 116, an auxiliary switch 117, and a transformer 118. The boost inductor 111, the main switch 112, and the first freewheeling diode 113. ) Has substantially the same function as that of the conventional boost converter, and thus description thereof is omitted.

상기 공진용 인덕터(114)는 일 단이 상기 부스트용 인덕터(111)와 상기 제1 환류 다이오드(113)의 사이 단에 연결되고, 타 단은 상기 주 스위치(112)의 일 단에 연결되며, 아래에서 설명할 공진용 커패시터(115)와 공진하여 상기 주 스위치(112)에 흐르는 전류가 불연속이 되게 함으로써 상기 주 스위치(112)가 '온' 또는 '오프'될 때, 영 전류 스위칭이 구현되게 한다.One end of the resonance inductor 114 is connected between the boost inductor 111 and the first flyback diode 113, and the other end is connected to one end of the main switch 112, When the main switch 112 is 'on' or 'off' by resonating with the resonant capacitor 115 to be described below, the current flowing through the main switch 112 becomes discontinuous, so that zero current switching is realized. do.

상기 공진용 커패시터(115)는 상기 주 스위치(112)의 양 단에 병렬로 연결되며, 아래에서 설명할 보조 스위치(117)에 의해 변압기(118)의 누설 인덕턴스와 공진하여 에너지를 출력측으로 공급하거나, 상기 공진용 인덕터(114)와 공진하여 상기 주 스위치(112)에 흐르는 전류와 상기 주 스위치(112)의 양단 전압이 불연속이 되게 한다.The resonant capacitor 115 is connected in parallel to both ends of the main switch 112, by the auxiliary switch 117 to be described later to resonate with the leakage inductance of the transformer 118 to supply energy to the output side or The resonance of the resonance inductor 114 causes the current flowing through the main switch 112 and the voltages of both ends of the main switch 112 to be discontinuous.

상기 제2 환류 다이오드(116)는 애노드가 상기 공진용 인덕터(114)와 상기 주 스위치(112)의 사이 단에 연결되고 캐소드가 상기 공진용 커패시터(115)의 일단에 연결된다.The second freewheeling diode 116 has an anode connected to the stage between the resonance inductor 114 and the main switch 112 and the cathode is connected to one end of the resonance capacitor 115.

또한, 상기 제2 환류 다이오드(116)는 상기 주 스위치(112)가 '오프'될 경우 도통되며, 도통하였을 때, 상기 공진용 인덕터(114)와 상기 공진용 커패시터(115)가 공진하게 하여 상기 주 스위치(112)가 영 전압 스위칭 동작을 하게 한다.In addition, the second freewheeling diode 116 conducts when the main switch 112 is 'off', and when conducting, causes the resonance inductor 114 and the resonance capacitor 115 to resonate. Main switch 112 causes zero voltage switching operation.

상기 보조 스위치(117)는 일 단이 상기 제2 환류 다이오드(116)와 상기 공진용 커패시터(115)의 사이 단에 연결되며, 타 단은 아래에서 설명할 변압기(118)의 일차 측과 연결된다.One end of the auxiliary switch 117 is connected between the second flyback diode 116 and the resonance capacitor 115, and the other end thereof is connected to the primary side of the transformer 118, which will be described below. .

또한, 상기 보조 스위치(117)는 상기 공진용 커패시터(115)와 상기 변압기(118)의 누설 인덕턴스가 서로 공진하게 하여 상기 주 스위치(112)의 스위칭 손실을 출력단으로 출력해준다.In addition, the auxiliary switch 117 outputs the switching loss of the main switch 112 by causing the resonance capacitor 115 and the leakage inductance of the transformer 118 to resonate with each other.

상기 변압기(118)는 입력 측이 상기 보조 스위치(117)의 타 단과 상기 입력 전원(10)의 마이너스 단에 연결되고, 출력 측이 상기 입력 전원(10)의 플러스 단과 상기 출력단에 연결된다. 또한, 상기 변압기(118)는 권선비를 1:1로 하는 것이 바람직하다.The transformer 118 has an input side connected to the other end of the auxiliary switch 117 and a negative end of the input power source 10, and an output side thereof is connected to the plus end and the output terminal of the input power source 10. In addition, the transformer 118 preferably has a turns ratio of 1: 1.

또한, 상기 변압기(118)는 절연 변압기로써 상술한 바와 같이 상기 보조 스위치(117)에 의해 누설 인덕턴스가 발생하고, 발생하는 누설 인덕턴스는 상기 공진용 커패시터(115)와 공진하며, 상기 공진용 커패시터(115)가 공진할 때 발생하는 에너지를 출력단으로 출력해준다.
In addition, the transformer 118 is an isolation transformer, and as described above, leakage inductance is generated by the auxiliary switch 117, and the leakage inductance generated resonates with the resonance capacitor 115, and the resonance capacitor ( 115) outputs energy generated when resonating to the output stage.

도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명의 부스트 컨버터(100)는 제1 모드(Mode1), 제2 모드(Mode2), 제3 모드(Mode3) 및 제4 모드(Mode4)의 네 가지 모드가 반복되며 동작한다. 또한, 도 6은 상기 각 모드들에서 각 부 파형을 보여주는 도면이다.2 to 5, the boost converter 100 of the present invention repeats four modes of the first mode Mode1, the second mode Mode2, the third mode Mode3, and the fourth mode Mode4. And it works. 6 is a diagram illustrating each sub waveform in the above modes.

도 2는 상기 제1 모드를 설명하기 위한 것으로, 상기 제1 모드는 상기 주 스위치(112) 및 상기 보조 스위치(117)가 '온'되어 개시된다. 또한, 상기 제1 모드는 개시될 때, 상기 부스트용 인덕터(111)에 일정한 전류가 상기 제1 환류 다이오드(113)로 흐르고 있다는 것을 전제한다.2 is for explaining the first mode, and the first mode is started when the main switch 112 and the auxiliary switch 117 are 'on'. In addition, when the first mode is started, it is assumed that a constant current flows in the first inverting diode 113 in the boost inductor 111.

또한, 상기 제1 모드에서는 상기 공진용 인덕터(114)에 전류가 증가하면서 상기 주 스위치(112)가 영 전류 스위칭 동작을 한다.In addition, in the first mode, the main switch 112 performs a zero current switching operation while a current increases in the resonance inductor 114.

또한, 상기 보조 스위치(117)에 의해 상기 공진용 커패시터(115)와 상기 변압기(118)의 누설 인덕턴스가 출력 측으로 에너지를 전달하면서 공진하게 된다.In addition, the leakage inductance of the resonant capacitor 115 and the transformer 118 is resonated by the auxiliary switch 117 while transferring energy to the output side.

이때, 상기 보조 스위치(119)도 영 전류 스위칭 동작을 한다.At this time, the auxiliary switch 119 also performs a zero current switching operation.

또한, 상기 부스트용 인덕터(111)에 에너지 충전이 시작된다.In addition, energy charging is started in the boost inductor 111.

도 3은 상기 제2 모드를 설명하기 위한 것으로, 상기 보조 스위치(117)에 의해 상기 공진용 커패시터(115)의 에너지 전달이 끝나는 시점에서 개시된다.3 is for explaining the second mode, and is started when the energy transfer of the resonance capacitor 115 is completed by the auxiliary switch 117.

또한, 상기 공진용 커패시터(115)의 에니지 전달이 종료된 후, 상기 보조 스위치(117)가 '오프'되고, 상기 주 스위치(112)의 '온' 상태는 유지되어, 상기 부스트용 인덕터(111)에 에너지 충전을 완료한다.In addition, after the transfer of the energy of the resonance capacitor 115 is finished, the auxiliary switch 117 is 'off', the 'on' state of the main switch 112 is maintained, the boost inductor ( 111) complete the energy charging.

즉, 상기 제2 모드는 종래의 부스트 컨버터의 스위치 '온' 모드와 실질적으로 동일한 동작을 한다.That is, the second mode operates substantially the same as the switch 'on' mode of the conventional boost converter.

도 4는 상기 제3 모드를 설명하기 위한 것으로, 상기 보조 스위치(117)의 '오프' 상태는 유지한 채, 상기 주 스위치(112)를 '오프'하여 개시되고, 상기 공진용 인덕터(114)와 상기 공진용 커패시터(115)의 공진에 의해 상기 주 스위치(112)가 영 전압 스위칭 동작을 하게 된다.FIG. 4 is for explaining the third mode, and is started by 'off' the main switch 112 while maintaining the 'off' state of the auxiliary switch 117 and the resonance inductor 114. And the main switch 112 performs the zero voltage switching operation by the resonance of the resonance capacitor 115.

또한, 상기 제3 모드는 상기 공진용 인덕터(114)의 전류가 '0'이 될 때까지 지속된다.In addition, the third mode lasts until the current of the resonance inductor 114 becomes '0'.

도 5는 상기 제4 모드를 설명하기 위한 것으로, 상기 제3 모드에서 상기 공진용 인덕터(114)의 전류가 '0'이 되면 개시되고, 상기 주 스위치(112)와 상기 보조 스위치(117)의 '오프'상태는 유지된다.FIG. 5 is for explaining the fourth mode, and is started when the current of the resonance inductor 114 becomes '0' in the third mode, and starts from the main switch 112 and the auxiliary switch 117. The 'off' state is maintained.

또한, 상기 제1 환류 다이오드(113)는 도통하여 상기 입력 전원(10)에 상기 부스트용 인덕터(111)의 전원이 합해져 상기 출력단으로 출력된다.In addition, the first flyback diode 113 is electrically connected to the input power supply 10 and the power of the boost inductor 111 is added to the output terminal.

즉, 상기 제4 모드는 종래의 부스트 컨버터의 스위치 '오프'모드와 실질적으로 동일한 모드이다.
That is, the fourth mode is substantially the same mode as the switch 'off' mode of the conventional boost converter.

도 7은 상기 주 스위치(112)에 흐르는 전류(I)와 상기 주 스위치(112) 양단 전압(V) 및 상기 주 스위치(112)의 스위칭 신호(SW1)를 보여주는 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating a current I flowing through the main switch 112, a voltage V across the main switch 112, and a switching signal SW1 of the main switch 112.

또한, 도 7의 그래프를 얻기 위해 PSIM을 이용하여 시뮬레이션하였으며, 상기 입력전압(10)은 200[v], 출력 전압읍 800[v] 상기 스위치들(112,117)의 스위칭 주파수는 20[kHz], 상기 부스트용 인덕터(111)의 용량은 1[mH], 상기 공진용 인덕터(114)의 용량은 15[μH], 상기 공진용 커패시터(115)의 용량은 0.1[μF], 상기 변압기(118)의 권수비는 1:1의 비로 설정하였다.In addition, the simulation using PSIM to obtain the graph of Figure 7, the input voltage 10 is 200 [v], the output voltage 800 [v] the switching frequency of the switches 112, 117 is 20 [kHz], The boost inductor 111 has a capacity of 1 [mH], the resonance inductor 114 has a capacity of 15 [μH], the resonance capacitor 115 has a capacity of 0.1 [μF], and the transformer 118. The number of turns ratio was set to a ratio of 1: 1.

도 7에서도 알 수 있듯이 상기 주 스위치(122)가 '온' 또는 '오프'될 때, 여영 전류 스위칭 동작을 하고 있는 것을 확인할 수 있고, 상기 주 스위치(122)가 '오프'될 때, 영 전압 스위칭 동작을 하고 있은 확인할 수 있다.
As can be seen in FIG. 7, when the main switch 122 is 'on' or 'off', it can be seen that the zero current switching operation is performed, and when the main switch 122 is 'off', zero voltage You can check the switching operation.

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 in the present invention. Various changes and modifications will be possible.

100:부스트 컨버터 111:부스트용 인덕터
112:주 스위치 113:제1 환류 다이오드
114:공진용 인덕터 115:공진용 커패시터
116:제2 환류 다이오드 117:보조 스위치
118:변압기100: boost converter 111: boost inductor
112: main switch 113: first flyback diode
114: resonant inductor 115: resonant capacitor
116: second reflux diode 117: auxiliary switch
118: transformer

Claims (3)

일 단이 입력 전원의 플러스 단에 연결되고, 상기 입력 전원에 의해 충전 또는 방전하는 부스트용 인덕터, 일 단이 상기 부스트용 인덕터의 타 단과 연결되고 타 단은 상기 입력 전원의 마이너스 단에 연결되어 상기 부스트용 인덕터를 충전 또는 방전시키는 주 스위치 및 애노드가 상기 부스트용 인덕터의 타 단에 연결되고 캐소드가 출력단과 연결되어 상기 주 스위치가 '오프'되었을 때, 상기 입력 전원에 상기 부스트용 인덕터의 전원을 상기 출력단으로 출력하는 제1 환류 다이오드를 포함하는 부스트(boost) 컨버터에 있어서,
일 단이 상기 부스트용 인덕터와 상기 제1 환류 다이오드의 사이 단에 연결되고, 타 단은 상기 주 스위치의 일 단에 연결되는 공진용 인덕터;
상기 주 스위치와 병렬로 연결되는 공진용 커패시터;
애노드가 상기 공진용 인덕터와 상기 주 스위치의 사이 단에 연결되고 캐소드가 상기 공진용 커패시터의 일단에 연결되는 제2 환류 다이오드;
일 단이 상기 제2 환류 다이오드와 상기 공진용 커패시터의 사이 단에 연결되는 보조 스위치; 및
일차 측이 상기 보조 스위치의 타 단과 상기 입력 전원의 마이너스 단에 연결되고, 이차 측이 상기 입력 전원의 플러스 단과 상기 출력단에 연결되는 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부스트 컨버터.
One end is connected to the plus end of the input power, the boost inductor charged or discharged by the input power, one end is connected to the other end of the boost inductor and the other end is connected to the negative end of the input power When the main switch and the anode for charging or discharging the boost inductor are connected to the other end of the boost inductor and the cathode is connected to the output terminal, the main switch is 'off' to supply the power of the boost inductor to the input power source. A boost converter comprising a first flyback diode outputting to the output terminal,
A resonant inductor having one end connected to a stage between the boost inductor and the first flyback diode and the other end connected to one end of the main switch;
A resonance capacitor connected in parallel with the main switch;
A second reflux diode having an anode connected to the stage between the resonance inductor and the main switch and a cathode connected to one end of the resonance capacitor;
An auxiliary switch having one end connected between the second freewheeling diode and the resonance capacitor; And
And a transformer having a primary side connected to the other end of the auxiliary switch and a negative end of the input power, and a secondary side connected to the plus end and the output end of the input power.
제 1 항에 있어서,
상기 부스트 컨버터는,
상기 주 스위치와 상기 보조 스위치를 '온'하여 개시되고, 상기 부스트용 인덕터에 에너지의 충전이 시작되며, 상기 공진용 인덕터에 의해 상기 주 스위치가 영 전류 스위칭 동작을 하게 하고, 상기 공진용 커패시터와 상기 변압기의 누설 인덕턴스가 공진하게 하여 공진에 의해 발생하는 에너지가 출력측으로 전달되게 하는 제1 모드;
상기 보조 스위치에 의해 상기 공진용 커패시터의 에너지 전달이 완료되는 시점에서 개시되고, 개시 후 상기 보조 스위치를 '오프'하며, 상기 주 스위치의 '온' 상태는 유지하여, 상기 부스트용 인덕터에 에너지 충전을 완료하는 제2 모드;
상기 보조 스위치의 '오프' 상태는 유지한 채, 상기 주 스위치를 '오프'하여 개시되고, 상기 공진용 인덕터와 상기 공진용 커패시터의 공진에 의해 상기 주 스위치가 영 전압 스위칭 동작을 하게 하며, 상기 공진용 인덕터의 전류가 '0이 될 때까지 지속되는 제3 모드; 및
상기 주 스위치와 상기 보조 스위치의 '오프'상태를 유지하고, 상기 입력 전원에 상기 부스트용 인덕터의 전원을 합하여 상기 출력단으로 출력하는 제4 모드;를 반복하여 상기 입력 전원을 승압하여 상기 출력단에 출력하는 것을 특징으로 하는 부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The boost converter,
The main switch and the auxiliary switch are started by 'on', charging of energy is started to the boost inductor, and the main switch causes zero current switching operation by the resonance inductor, and the resonance capacitor and A first mode causing the leakage inductance of the transformer to resonate so that energy generated by the resonance is transferred to the output side;
The auxiliary switch is started when the energy transfer of the resonant capacitor is completed, the auxiliary switch is 'off' after the start, and the 'on' state of the main switch is maintained, thereby charging energy in the boost inductor. A second mode of completing;
The main switch is started by 'off' the main switch while maintaining the 'off' state, and causes the main switch to perform a zero voltage switching operation by resonance of the resonance inductor and the resonance capacitor. A third mode lasting until the current of the resonant inductor becomes '0'; And
A fourth mode of maintaining the 'off' state of the main switch and the auxiliary switch, and adding the power of the boost inductor to the input power and outputting the power to the output terminal; repeatedly boosting the input power to output the output power to the output terminal. Boost converter, characterized in that.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 변압기의 변압비는 1:1인 것을 특징으로 하는 부스트 컨버터.The method according to claim 1 or 2,
Boost transformer, characterized in that the transformer ratio of 1: 1.
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