KR101240098B1 - 승압형 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 - Google Patents

승압형 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 승압형 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 별도의 외부전원에서 공급되는 전압을 입력받아 복수개의 스위치를 상보적으로 스위칭하여 전압을 출력하는 스위칭 모듈; 상기 스위칭 모듈의 출력을 입력받아 승압하여 출력하는 변압 모듈; 및 상기 변압 모듈의 출력을 입력받아 전압 더블러(Voltage doubler) 정류를 수행하는 정류 모듈; 을 포함하되,상기 스위칭 모듈은, 상기 별도의 외부전원과 연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터; 상기 제1 인덕터와 직렬연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치; 상기 제2 인덕터와 직렬연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제3 스위치 및 제 4 스위치; 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치 각각에 직렬로 연결되어 있는 2개의 제1 커패시터; 및 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치 각각에 직렬로 연결되어 있는 2개의 제2 커패시터; 를 포함한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 내부에 포함된 커패시터(Capacitor)에 의해 발생하는 공진현상을 이용하여 턴오프(Turn-off)전류 및 스위칭 손실을 저감하여 효율을 향상시킬 수 있고, 나아가 각 상 전류의 불균형을 해소할 수 있는 효과가 있다.

Description

승압형 ＤＣ-ＤＣ 컨버터{Boost DC-DC Converter}
본 발명은 승압형 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부에 포함된 공진 커패시터(Capacitor)에 의해 발생하는 공진현상을 이용하여 스위칭 손실을 감소시켜 효율을 향상하며, 턴오프전류를 감소시켜 신뢰성이 향상된 승압형 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 DC-DC 컨버터의 경우 크게 전압원 컨버터와 전류원 컨버터로 분류되며, 승압형 컨버터의 경우 기본적으로 전압원 컨버터에 비해 승압비가 높으며 전류리플이 작은 전류원 컨버터가 주로 사용되고 있다. 상기 전류원 컨버터의 대표적인 토폴로지(Topology)의 경우 풀브리지(Full-bridge) 컨버터, 푸시풀(Push-pull) 컨버터 및 하프브리지(Half-bridge) 컨버터가 있다.
상기 풀브리지(Full-bridge) 컨버터의 경우 다른 토폴로지에 비해 스위치 수가 많다는 단점이 있으며, 상기 푸시풀(Push-pull) 컨버터의 경우 변압 모듈에 탭이 필요하여 제작이 어려운 단점이 있다. 따라서, 인터리빙(Interleaving) 효과에 의해 전류리플이 감소하며 인덕터의 분산배치에 따라 열이 분산되며 승압비가 높다는 장점이 있는 하프브리지(Half-bridge) 컨버터가 많이 채택되고 있다.
이러한 승압형 DC-DC 컨버터에 관해 종래기술(한국출원 2008-0084758호) 등이 출원된 바 있으나, 본 발명은 상기 종래기술과 달리 공진현상을 이용하여 스위칭 손실을 감소시켜 효율이 향상된 DC-DC 컨버터에 관해 이하와 같이 개시한다.
본 발명의 목적은, 내부에 포함된 공진커패시터(Capacitor) 및 변압기의 누설인덕턴스에 의해 발생하는 공진현상을 이용하여 턴오프 전류를 저감함과 더불어 각 상 전류의 불균형 및 자화전류 오프셋을 상기 변압기에 직렬연결된 커패시터를 통해 제거하여 효율이 향상된 DC-DC 컨버터를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터는, 별도의 외부전원에서 공급되는 전압을 입력받아 복수개의 스위치를 상보적으로 스위칭하여 전압을 출력하는 스위칭 모듈; 상기 스위칭 모듈의 출력을 입력받아 승압하여 출력하는 변압 모듈; 및 상기 변압 모듈의 출력을 입력받아 전압 더블러(Voltage doubler) 정류를 수행하는 정류 모듈; 을 포함하되, 상기 스위칭 모듈은, 상기 별도의 외부전원과 연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터; 상기 제1 인덕터와 직렬연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치; 상기 제2 인덕터와 직렬연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제3 스위치 및 제 4 스위치; 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치 각각에 직렬로 연결되어 있는 2개의 제1 커패시터; 및상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치 각각에 직렬로 연결되어 있는 2개의 제2 커패시터; 를 포함한다.
이때, 상기 변압 모듈은, 상기 스위칭 모듈과 연결된 제1 변압기 및 제2 변압기를 포함하되, 상기 제1 변압기의 1차측 선이 상기 제1 인덕터와 직렬연결되고, 상기 제1 변압기의 중성선은 상기 제1 스위치에 직렬연결된 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 스위치에 직렬연결된 상기 제2 커패시터 간에 연결되며, 상기 제2 변압기의 1차측 선이 상기 제2 인덕터와 직렬연결되고, 상기 제2 변압기의 중성선은 상기 제3 스위치에 직렬연결된 제1 커패시터 및 상기 제4 스위치에 직렬연결된 제2 커패시터 간에 연결되며, 상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기의 2차측은 상기 정류 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 정류 모듈은, 상기 제1 변압기의 2차측과 직렬연결되어 있는 제1 다이오드; 상기 제1 변압기의 2차측과 직렬연결되며 상기 제1 다이오드와 병렬연결되는 제2 다이오드; 상기 제2 변압기의 2차측과 직렬연결되어 있는 제3 다이오드; 상기 제2 변압기의 2차측과 직렬연결되며 상기 제3 다이오드와 병렬연결되는 제4 다이오드; 및 상기 제1 다이오드, 상기 제2 다이오드, 상기 제3 다이오드 및 상기 제4 다이오드 각각에 직렬연결되는 제3 커패시터; 를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 스위칭 모듈은, 상기 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치 중 적어도 어느 하나 이상에 병렬로 연결된 제4 커패시터; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치는 소정의 데드 타임(Dead-time)을 가지며, 외부에서 입력되는 스위치 구동신호에 의해 상보적(Complementary)으로 구동되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 스위칭 모듈은, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치 중 어느 하나 이상이 스위칭되는 경우, 소정의 데드 타임(Dead-time)을 통해 0~1의 듀티 범위에서 동작하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 내부에 포함된 커패시터(Capacitor)에 의해 발생하는 부분적 공진현상을 이용하여 스위칭 손실을 저감할 수 있고, 턴온(Turn-on) 시 영전압스위칭(Zero Voltage Switching, 이하, 'ZVS')이 가능하고 턴오프(Turn-off) 시 전류를 저감하여 스위칭 소자의 수명저감을 방지할 수 있으며, 나아가 각 상 전류의 불균형을 해소할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 전체구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 회로를 예시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 기존의 승압형 DC-DC 컨버터에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 다른 도면이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 구성을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 전체구성을 설명하기 위한 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 회로를 예시한 도면이다.
본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 외부전원에서 공급되는 전압을 입력받아 복수개의 스위치를 상보적으로 스위칭하여 전압을 출력하는 스위칭 모듈(100); 상기 스위칭 모듈(100)의 출력을 입력받아 승압하여 출력하는 변압 모듈(300); 및 상기 변압 모듈(300)의 출력을 입력받아 전압 더블러(Voltage doubler) 정류를 수행하는 정류 모듈(500); 을 포함한다.
도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 스위칭 모듈(100)은, 상기 별도의 외부전원과 연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2); 상기 제1 인덕터(L1)와 직렬연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2); 상기 제2 인덕터(L2)와 직렬연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제3 스위치(S3) 및 제 4 스위치(S4); 상기 제1 스위치(S1)에 직렬로 연결되어 있는 커패시터(Cr1) 및 상기 제3 스위치(S3)에 직렬로 연결되어 있는 커패시터(Cr3)를 의미하는 2개의 제1 커패시터(Cr1,Cr3) ; 및 상기 제2 스위치(S2)에 직렬로 연결되어 있는 커패시터(Cr2) 및 상기 제4 스위치(S4)에 직렬로 연결되어 있는 커패시터(Cr4)를 의미하는 2개의 제2 커패시터(Cr2,Cr4); 를 포함한다.
이때, 상기 스위칭 모듈(100) 내 상기 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 소정의 데드 타임(Dead-time)을 가지며, 외부에서 입력되는 스위치 구동신호에 의해 상보적(Complementary)으로 구동되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 스위칭 모듈(100) 내 상기 제1 스위치(S1), 상기 제2 스위치(S2), 상기 제3 스위치(S3) 및 상기 제4 스위치(S4) 중 어느 하나 이상이 스위칭되는 경우, 소정의 데드 타임(Dead-time)을 통해 0~1의 듀티 범위에서 동작하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 인 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1 커패시터, 즉, 상기 제1 스위치(S1)에 직렬연결되어 있는 커패시터(Cr1) 및 상기 제3 스위치(S3)에 직렬연결되어 있는 커패시터(Cr3)의 소자값은 동일한 것이 바람직하며, 상기 제1 커패시터의 소자값은 다음과 같은 수식에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
Figure 112011105310321-pat00001
상기 수학식 1에 있어서, C1은 상기 제1 커패시터의 소자값이며, Lr1은 상기 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스 값이며, Ts는 스위칭 구동신호의 주기값이며, Dnom는 상기 컨버터가 최적으로 동작하기 위해 설정되는 듀티값을 의미한다.
이때, 상기 제2 커패시터, 즉, 상기 제2 스위치(S2)에 직렬로 연결되어 있는 커패시터(Cr2) 및 상기 제4 스위치(S4)에 직렬로 연결되어 있는 커패시터(Cr4)의 소자값은 동일한 것이 바람직하며, 상기 제2 커패시터의 소자값은 다음과 같은 수식에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
Figure 112011105310321-pat00002
상기 수학식 2에 있어서, C2은 상기 제2 커패시터의 소자값이며, Lr1은 상기 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스값이며, Ts는 스위칭 구동신호의 주기값이며, Dnom는 상기 컨버터가 최적으로 동작하기 위해 설정되는 듀티값을 의미한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터는, 변압 모듈의 내부 인턱턴스와 상기 제1 커패시터 및 제2 커패시터에 의해 발생하는 공진현상을 이용하여 스위치의 턴오프 전류를 저감하며, 아울러 각 상 전류의 불균형 및 자화전류 오프셋을 제거할 수 있다.
이때, 상기 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치 (S4) 중 적어도 어느 하나 이상에 병렬로 연결된 제4 커패시터(Cq); 를 더 포함하는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 경우와 같이 상기 제1 스위치(S1) 및 상기 제3 스위치(S3)에 각각 1개의 제4 커패시터(Cq)가 병렬연결되어 있으나 이에 한정되지 아니한다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 스위치(S1) 및 상기 제2 스위치(S2) 중 어느 하나에 상기 제4 커패시터(Cq)가 병렬연결되며, 상기 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4) 중 어느 하나에 상기 제4 커패시터(Cq)가 병렬연결되도록 하여, 총 2개의 제4 커패시터(Cq)를 사용하는 것이 바람직하나, 다만 이에 한정되지 아니한다.
상기 제4 커패시터(Cq)는 상기 제1 스위치(S1) 및 상기 제3 스위치(S3)가 턴온(Turn-on) 또는 턴오프(Turn-off)되는 시점에 상기 제1 스위치(S1) 및 상기 제3 스위치(S3)에 인가되는 전압의 시간당 변화(dv/dt)를 완만하게 함으로써, 스위칭 손실을 감소하는 기능을 수행한다.
다음으로, 상기 변압 모듈(300)의 경우, 상기 스위칭 모듈(100)과 연결된 제1 변압기(310) 및 제2 변압기(330)를 포함하되, 상기 제1 변압기(310)의 1차측 선은 상기 제1 인덕터(L1)와 직렬연결되고, 상기 제1 변압기(310)의 중성선은 상기 2개의 제1 커패시터 중 상기 제1 스위치(S1)에 직렬연결된 커패시터(Cr1) 및 상기 2개의 제2 커패시터 중 상기 제2 스위치(S2)에 직렬연결된 커패시터(Cr2) 간에 연결된다.
그리고, 상기 제2 변압기(330)의 1차측 선은 상기 제2 인덕터(L2)와 직렬연결되고, 상기 제2 변압기(330)의 중성선은 상기 제1 커패시터 중 상기 제3 스위치(S3)에 직렬연결되어 있는 커패시터(Cr3) 및 상기 제2 커패시터 중 상기 제4 스위치(S4)에 직렬연결된 커패시터(Cr4) 간에 연결되며, 상기 제1 변압기(310) 및 상기 제2 변압기(330)의 2차측은 상기 정류 모듈(500)과 연결되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 변압 모듈(300)의 전압전달비는, 상기 변압 모듈(300)의 누설인덕턴스를 고려하여 하기의 수학식에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
Figure 112011105310321-pat00003
상기 수학식 3에 있어서, n은 변압 모듈(300)의 턴수비, Lk는 즉, 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스(Lr1) 또는 제2 변압기(330)의 공진인덕턴스(Lr2)와 동일한 값을 가지며, D는 듀티 비, Ro는 출력저항, fs는 스위칭 주파수를 의미한다.
마지막으로, 상기 정류 모듈(500)은, 상기 제1 변압기(310)의 2차측과 직렬연결되어 있는 제1 다이오드(D1); 상기 제1 변압기(310)의 2차측과 직렬연결되며 상기 제1 다이오드(D1)와 병렬연결되는 제2 다이오드(D2); 상기 제2 변압기(330)의 2차측과 직렬연결되어 있는 제3 다이오드(D3); 상기 제2 변압기(330)의 2차측과 직렬연결되며 상기 제3 다이오드(D3)와 병렬연결되는 제4 다이오드(D4); 및 상기 제1 다이오드(D1)에 직렬연결되는 커패시터(Co1), 상기 제2 다이오드(D2)에 직렬연결되는 커패시터(Co2), 상기 제3 다이오드(D3)에 직렬연결되는 커패시터(Co3) 및 상기 제4 다이오드(D4)에 직렬연결되는 커패시터(Co4)를 포함하는 제3 커패시터(Co1,Co2,Co3,Co4); 로 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 동작을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 경우, 도 3a에 도시된 바와 같은 동작파형을 갖는 것이 바람직하며, 상기 도 3b 내지 도 3f에는 전술한 제4 커패시터(Cq)의 도시가 생략되어 있다.
상기 동작파형의 경우 크게 M1 구간(t1~t2), M2 구간(t2~t3), M3 구간(t3~t4), M4 구간(t4~t5) 및 M5 구간(t5~t6)으로 나뉘게 되며, 상기 구간별로 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 동작을 도 3b 내지 도 3f를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 상기 M1 구간(t1~t2) 내 동작에 대해 도 3b를 참조하여 설명하면, 외부에서 입력되는 스위칭 구동신호에 의해 상기 제2 스위치(S2)가 오프(Off)되는 시점(t1)에서 시작되며, 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스(Lr1)에 흐르는 전류(Ir1)가 급격히 감소함과 동시에 제1 다이오드(D1)에 흐르는 전류(ID1)가 동일한 기울기로 감소한다. 이에 따라서, 내부 다이오드가 도통되게 됨에 따라 상기 제1 스위치(S1)가 영전압스위칭(ZVS)에 의해 턴온되게 되며, 상기 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스(Lr1)에 흐르는 전류(Ir1)가 0이 될때 상기 제1 다이오드(D1)가 영전류스위칭(Zero Current Switching; 이하, 'ZCS')에 의해 턴오프되며 구간이 종료된다.
다음으로, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 상기 M2 구간(t2~t3) 내 동작에 대해 도 3c를 참조하여 설명하면, 상기 M1 구간의 동작이 종료된 이후 상기 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스(Lr1)와 상기 제1 스위치(S1)에 직렬연결된 제1 커패시터(Cr1)에 의해 공진이 발생하게 되고, 상기 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스에 흐르는 전류(Ir1)와 상기 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류(IL1)의 합이 상기 제1 스위치(S1)로 흐르게 된다. 이후, 상기 제1 스위치(S1)에 흐르는 전류(IS1)와 상기 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류(IL1)가 같은 값을 가질 때, 상기 제2 다이오드(D2)가 영전류스위칭(ZCS)에 의해 턴오프되며 구간이 종료된다.
다음으로, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 상기 M3 구간(t3~t4) 내 동작에 대해 도 3d를 참조하여 설명하면, 상기 M2 구간의 동작이 종료된 시점(t3)이후 상기 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류(IL1)가 모두 상기 제1 스위치(S1)에 흐르게 되며, 외부에서 입력되는 스위칭 구동신호에 의해 상기 제1 스위치(S1)가 오프(Off)되는 시점(t4)에서 구간이 종료된다.
다음으로, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 상기 M4 구간(t4~t5) 내 동작에 대해 도 3e를 참조하여 설명하면, 상기 M3 구간의 동작이 종료되어 상기 제1 스위치(S1)가 오프(Off)된 이후, 내부 다이오드가 도통되게 됨에 따라 상기 제2 스위치(S2)가 영전압스위칭(ZVS)에 의해 턴온되며 구간이 종료된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 상기 M5 구간(t5~t6) 내 동작에 대해 도 3f를 참조하여 설명하면, 상기 M4 구간의 동작이 종료된 이후 상기 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스(Lr1)와 상기 제2 스위치(S2)에 직렬연결된 제2 커패시터(Cr2)에 의해 공진이 발생하게 된다. 그리고, 상기 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류(IL1)와 상기 제1 변압기(310)의 공진인덕턴스(Lr1)에 흐르는 전류(Ir1)의 차가 상기 제2 스위치(S2)로 흐르는 전류(IS2)가 되며, 외부에서 입력되는 스위칭 구동신호에 의해 전술한 제2 스위치가 오프(Off)되는 시점(t6)에 구간이 종료된다.
이하, 기존의 승압형 DC-DC 컨버터와 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 턴오프 전류를 시뮬레이션한 결과를 첨부한 예시도면을 토대로 설명한다. 도 4는 기존의 승압형 DC-DC 컨버터에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 다른 도면이다.
설명하기에 앞서, 도 4의 ⒜에 도시한 기존의 승압형 DC-DC 컨버터 및 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 경우 동일조건(입력전압(Vin)= 16V, 출력전압(Vout) = 360V, 스위칭 주파수(fs) = 30㎑, 입력전류의 리플율(△Iin) = 3%, 출력전압의 리플율(△Vout) = 2%)에서 시뮬레이션을 수행하였다
그 결과, 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 구조에 따른 제1 스위치(S1)의 턴오프 전류값은 37.5[A]로 도 4의 ⒜에 도시한 기존의 승압형 DC-DC 컨버터의 구조에 따른 제1 스위치(S1)의 턴오프 전류값이 88.5[A]임에 비해 저감됨을 알 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 승압형 DC-DC 컨버터의 경우, 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)에 흐르는 전류가 상기 변압 모듈(300)에 직렬연결된 제3 커패시터(Co1, Co2, Co3, Co4)에 의해 불균형이 없이 잘 제어되고 있는 것을 알 수 있다.
이상으로, 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 상기 설명 및 도시 대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니다. 아울러 본 발명의 기술적 사상의 범주를 일탈하지 않는 범위 내에서 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자는 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 모든 적절한 변경 및 수정이 가해진 발명 및 본 발명의 균등물에 속하는 발명들도 본 발명에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 스위칭 모듈
L1 : 제1 인덕터 L2 : 제2 인덕터
S1 : 제1 스위치 S2 : 제2 스위치
S3 : 제3 스위치 S4 : 제4 스위치
Cr1, Cr3: 제1 커패시터
Cr2, Cr4: 제2 커패시터
Cq : 제4 커패시터
300 : 변압 모듈
310 : 제1 변압기 330 : 제2 변압기
500 : 정류 모듈
D1 : 제1 다이오드 D2 : 제2 다이오드
D3 : 제3 다이오드 D4 : 제4 다이오드
Co1, Co2, Co3, Co4 : 제3 커패시터

Claims (7)

  1. 별도의 외부전원에서 공급되는 전압을 승압시키는 승압형 DC-DC 컨버터에 있어서,
    상기 별도의 외부전원에서 공급되는 전압을 입력받아 복수개의 스위치를 상보적으로 스위칭하여 전압을 출력하는 스위칭 모듈(100); 상기 스위칭 모듈(100)의 출력을 입력받아 승압하여 출력하는 변압 모듈(300); 및 상기 변압 모듈(300)의 출력을 입력받아 전압 더블러(Voltage doubler) 정류를 수행하는 정류 모듈(500); 을 포함하되,
    상기 스위칭 모듈(100)은,
    상기 별도의 외부전원과 연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2);
    상기 제1 인덕터(L1)와 직렬연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2);
    상기 제2 인덕터(L2)와 직렬연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제3 스위치(S3) 및 제 4 스위치(S4);
    상기 제1 스위치(S1) 및 상기 제3 스위치(S3) 각각에 직렬로 연결되어 있는 2개의 제1 커패시터(Cr1, Cr3); 및
    상기 제2 스위치(S2) 및 상기 제4 스위치(S4) 각각에 직렬로 연결되어 있는 2개의 제2 커패시터(Cr2, Cr4); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 승압형 DC-DC 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압 모듈(300)은,
    상기 스위칭 모듈(100)과 연결된 제1 변압기(310) 및 제2 변압기(330)를 포함하되,
    상기 제1 변압기(310)의 1차측 선이 상기 제1 인덕터(L1)와 직렬연결되고, 상기 제1 변압기(310)의 중성선은 상기 제1 스위치(S1)에 직렬연결된 상기 제1 커패시터(Cr1) 및 상기 제2 스위치(S2)에 직렬연결된 상기 제2 커패시터(Cr2) 간에 연결되며,
    상기 제2 변압기(330)의 1차측 선이 상기 제2 인덕터(L2)와 직렬연결되고, 상기 제2 변압기(330)의 중성선은 상기 제3 스위치(S3)에 직렬연결된 제1 커패시터(Cr3) 및 상기 제4 스위치(S4)에 직렬연결된 제2 커패시터(Cr4) 간에 연결되며,
    상기 제1 변압기(310) 및 상기 제2 변압기(330)의 2차측은 상기 정류 모듈(500)과 연결되는 것을 특징으로 하는 승압형 DC-DC 컨버터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정류 모듈(500)은,
    상기 제1 변압기(310)의 2차측과 직렬연결되어 있는 제1 다이오드(D1);
    상기 제1 변압기(310)의 2차측과 직렬연결되며 상기 제1 다이오드(D1)와 병렬연결되는 제2 다이오드(D2);
    상기 제2 변압기(330)의 2차측과 직렬연결되어 있는 제3 다이오드(D3);
    상기 제2 변압기(330)의 2차측과 직렬연결되며 상기 제3 다이오드(D3)와 병렬연결되는 제4 다이오드(D4); 및
    상기 제1 다이오드(D1),상기 제2 다이오드(D2),상기 제3 다이오드(D3) 및 상기 제4 다이오드(D4) 각각에 직렬연결되는 제3 커패시터(Co1, Co2, Co3, Co4); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 승압형 DC-DC 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 모듈(100)은,
    상기 제1 스위치(S1), 상기 제2 스위치(S2), 상기 제3 스위치(S3) 및 상기 제4 스위치(S4) 중 적어도 어느 하나 이상에 병렬로 연결된 제4 커패시터(Cq); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 승압형 DC-DC 컨버터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치(S1), 상기 제2 스위치(S2), 상기 제3 스위치(S3) 및 상기 제4 스위치(S4)는 소정의 데드 타임(Dead-time)을 가지며, 외부에서 입력되는 스위치 구동신호에 의해 상보적(Complementary)으로 구동되는 것을 특징으로 하는 승압형 DC-DC 컨버터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 모듈(100)은,
    상기 제1 스위치(S1), 상기 제2 스위치(S2), 상기 제3 스위치(S3) 및 상기 제4 스위치(S4) 중 어느 하나 이상이 스위칭되는 경우, 소정의 데드 타임(Dead-time)을 통해 0~1의 듀티 범위에서 동작하는 것을 특징으로 하는 승압형 DC-DC 컨버터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스위치(S1), 상기 제2 스위치(S2), 상기 제3 스위치(S3) 및 상기 제4 스위치(S4)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 인 것을 특징으로 하는 승압형 DC-DC 컨버터.
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