KR101384839B1 - Dc-dc 컨버팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 DC-DC 컨버터를 직렬과 병렬로 혼합 연결하여 크기 및 단가를 줄일 수 있도록 하는 DC-DC 컨버팅 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 직류 전원을 공급하는 복수의 전원 입력부; 상기 전원 입력부를 통해 입력받은 직류 전원을 스위칭하여 변압하되, 직렬과 병렬로 혼합 연결되는 복수의 DC-DC 컨버터; 상기 복수의 DC-DC 컨버터 출력단에 직렬 연결되어, 출력 전압을 인가받아 직류 전압으로 정류하는 정류부; 및 각각의 DC-DC 컨버터에 구비된 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 복수의 DC-DC 컨버터를 직렬과 병렬로 혼합 연결함으로써, DC-DC 컨버팅 장치의 크기 및 단가를 줄일 수 있게 된다.

Description

DC-DC 컨버팅 장치{DC-DC CONVERTER}
본 발명은 DC-DC 컨버팅 장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 DC-DC 컨버터를 직렬과 병렬로 혼합 연결하여 사용하는 DC-DC 컨버팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로 DC-DC 컨버터의 경우 전압원 컨버터와 전류원 컨버터로 분류되며, 전류원 컨버터의 대표적인 토폴로지(Topology)로는 풀브리지(Full-bridge) 컨버터, 푸시풀(Push-pull) 컨버터 및 하프브리지(Half-bridge) 컨버터가 있다.
한편, 높은 승압비를 갖는 DC-DC 컨버터 장치를 구현하기 위한 방법으로는 복수 대의 DC-DC 컨버터를 사용하여 컨버터의 출력을 직렬 또는 병렬로 구성하는 방법이 있다.
이때, 푸시풀 컨버터를 이용하여 높은 승압비를 갖는 DC-DC 컨버팅 장치를 구현하고자 하는 경우, 푸시풀 컨버터의 입력단에 사용되는 소자들(MosFET, 고주파 트랜스포머)의 전압/전류 스트레스를 분산시키기 위해 내압이 큰 소자를 사용하거나, 복수의 푸시풀 컨버터를 도 1에 도시하는 바와 같이 서로 병렬 연결하여 사용한다.
그러나, 이와 같이 푸시풀 컨버터를 병렬 연결하는 경우에는, 그 크기가 커지고 컨버터별로 독립적인 정류 회로 및 필터 회로를 가져야 하는 문제점이 있다.
이에 따라, 요구되어 지는 출력이 커질수록 그에 비례하여 DC-DC 컨버팅 장치의 크기가 커지고, 단가도 상승하게 되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1031283호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 DC-DC 컨버터를 직렬과 병렬로 혼합 연결하여 크기 및 단가를 줄일 수 있도록 하는 DC-DC 컨버팅 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버팅 장치는, 직류 전원을 공급하는 복수의 전원 입력부; 상기 전원 입력부를 통해 입력받은 직류 전원을 스위칭하여 변압하되, 직렬과 병렬로 혼합 연결되는 복수의 DC-DC 컨버터; 상기 복수의 DC-DC 컨버터 출력단에 직렬 연결되어, 출력 전압을 인가받아 직류 전압으로 정류하는 정류부; 및 각각의 DC-DC 컨버터에 구비된 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 DC-DC 컨버팅 장치에 따르면, 복수의 DC-DC 컨버터를 직렬과 병렬로 혼합 연결함으로써, DC-DC 컨버팅 장치의 크기 및 단가를 줄일 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 DC-DC 컨버팅 장치의 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버팅 장치의 구성을 보인 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC-DC 컨버팅 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버팅 장치의 구성을 보인 도면이다.
도 2에서 복수의 전원 입력부(10)는 복수의 DC-DC 컨버터(20)와 각각 직렬 연결되어, DC-DC 컨버터(20)에 직류 전원(VDC_IN)을 공급한다.
복수의 DC-DC 컨버터(20)는 각각 직렬 연결되어 있는 전원 입력부(10)를 통해 입력받은 직류 전원(VDC_IN)을 스위칭하여 변압한다.
전술한, 복수의 DC-DC 컨버터(20)는 푸시풀 컨버터로 구현될 수 있다.
이와 같은, 복수의 DC-DC 컨버터(20)는 직렬과 병렬로 혼합 연결되는데, 적어도 두 개 이상의 DC-DC 컨버터(20)가 병렬 연결되고, 병렬 연결된 DC-DC 컨버터(20)에 적어도 하나 이상의 DC-DC 컨버터(20)가 직렬 연결되며, 직렬 연결된 DC-DC 컨버터(20)는 서로 병렬 연결된다.
예를 들어, 도 2에 도시하는 바와 같이, DC-DC 컨버팅 장치가 4개의 DC-DC 컨버터(20)를 구비하여 이루어지는 경우, 제1DC-DC 컨버터(20:#1)와 제3DC-DC 컨버터(20:#3)는 병렬 연결되고, 병렬 연결된 제1DC-DC 컨버터(20:#1)와 제3DC-DC 컨버터(20:#3)에는 각각 제2DC-DC 컨버터(20:#2)와 제4DC-DC 컨버터(20:#4)가 직렬 연결되며, 제1DC-DC 컨버터(20:#1)와 제3DC-DC 컨버터(20:#3)에 각각 직렬 연결되어 있는 제2DC-DC 컨버터(20:#2)와 제4DC-DC 컨버터(20:#4)는 서로 병렬 연결된다.
이에 따라, 도 2에서 제1DC-DC 컨버터(20:#1)와 제3DC-DC 컨버터(20:#3), 제2DC-DC 컨버터(20:#2)와 제4DC-DC 컨버터(20:#4)는 각각 병렬 연결되고, 제1DC-DC 컨버터(20:#1)와 제2DC-DC 컨버터(20:#2), 제3DC-DC 컨버터(20:#3)와 제4DC-DC 컨버터(20:#4)는 각각 직렬 연결되어 동작한다.
전술한, 각각의 DC-DC 컨버터(20)는 스위칭부(23)와 변압기(25)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 스위칭부(23)는 전원 입력부(10)를 통해 입력받은 직류 전원(VDC_IN)을 스위칭 동작을 통해 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation:PWM) 파형을 출력시킨다. 즉, 스위칭부(23)는 변압기(25)를 이용하여 2차측으로 전원을 전달할 때 전원을 구형파로 변환해준다.
전술한, 스위칭부(23)는 2개의 스위칭 소자로 이루어지는 데, 2개의 스위칭 소자는 직류 전원(VDC_IN)의 양단에 병렬 연결된다. 이때, 각 스위칭 소자의 드레인은 직류 전원(VDC_IN)의 양극에 연결되고, 소스는 직류 전원(VDC_IN)의 음극에 연결된다.
전술한, 스위칭 소자는 MOSFET로 이루어질 수 있다.
변압기(25)는 스위칭부(23)의 출력 전압을 승압하여 출력한다. 즉, 변압기(25)는 스위칭 소자를 통해 전달받은 전원을 변압기(25)의 1차 권선과 2차 권선의 권선비(1:N)에 따라 승압하여 2차측으로 전달한다.
이때, 변압기(25)의 1차 권선은 각 스위칭 소자의 드레인에 직렬 연결되고, 변압기(25)의 2차 권선은 다른 변압기(25)의 2차 권선과 서로 직렬 연결되어 하나의 출력단을 가지도록 구현되는 것이 바람직하다.
전술한, 변압기(25)에서 1차 권선과 2차 권선의 권취 시작 부분은 검은 점(●)으로 표시한다.
전술한, 변압기(25)는 고주파 변압기로 이루어질 수 있다.
한편, 정류부(30)는 복수의 DC-DC 컨버터(20) 출력단에 직렬 연결되어, 출력 전압을 인가받아 직류 전압으로 정류한다.
평활부(40)는 정류부(30)에 직렬 연결되어 정류부(30)에서 출력되는 출력 직류 전원을 평활한다.
전술한, 평활부(40)는 평활용 인덕터와 평활용 인덕터에 병렬 연결되는 평활용 커패시터로 이루어지는 LC 필터로 구현될 수 있다.
전압 검출부(50)는 평활부(40)의 출력단에 설치되어, 출력 전압을 검출하고, 검출된 전압 값을 제어부(60)로 인가한다.
제어부(60)는 각각의 DC-DC 컨버터(20)에 구비된 스위칭부(23)의 동작을 제어한다.
즉, 제어부(60)는 DC-DC 컨버터(20)의 스위칭부(23)를 구성하는 스위칭 소자로 각각 스위치 구동 신호를 인가하여 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다. 이와 같이, 스위칭 소자의 온/오프를 제어하여, 펄스폭 변조(PWM) 출력 파형을 생성하는 기능을 수행한다.
전술한, 제어부(60)는 전압 검출부(50)로부터 검출된 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 각각의 스위칭부(23)를 구성하는 스위칭 소자로 인가되는 스위치 구동 신호의 듀티비를 제어한다.
본 발명의 DC-DC 컨버팅 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10. 전원 입력부, 20. DC-DC 컨버터부,
23. 스위칭부, 25. 변압기,
30. 정류부, 40. 평활부,
50. 전압 검출부, 60. 제어부

Claims (7)

  1. 직류 전원을 공급하는 복수의 전원 입력부;
    상기 전원 입력부를 통해 입력받은 직류 전원을 스위칭하여 변압하되, 직렬과 병렬로 혼합 연결되는 복수의 DC-DC 컨버터;
    상기 복수의 DC-DC 컨버터 출력단에 직렬 연결되어, 출력 전압을 인가받아 직류 전압으로 정류하는 정류부; 및
    각각의 DC-DC 컨버터에 구비된 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 각각의 DC-DC 컨버터는,
    전원 입력부를 통해 입력받은 직류 전원을 스위칭 동작을 통해 펄스폭 변조 파형을 출력시키는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부의 출력 전압을 승압하여 출력하는 변압기를 포함하고,
    상기 스위칭부는, 직류 전원의 양단에 병렬 연결되는 2개의 스위칭 소자로 이루어지고,
    상기 변압기는, 1차 권선과 2차 권선으로 이루어지되, 1차 권선은 각 스위칭 소자의 드레인에 각각 직렬 연결되며,
    상기 변압기의 2차 권선은 다른 변압기의 2차 권선과 서로 직렬 연결되는 DC-DC 컨버팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서, DC-DC 컨버팅 장치의 출력단에 설치되어, 출력 전압을 검출하는 전압 검출부를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 전압 검출부로부터 검출된 출력 전압에 의거하여 각각의 스위칭부로 인가되는 스위치 구동 신호의 듀티비를 제어하는 DC-DC 컨버팅 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 정류부에서 출력되는 출력 직류 전원을 평활하는 평활부를 더 포함하여 이루어지는 DC-DC 컨버팅 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 DC-DC 컨버터는,
    푸시풀 컨버터인 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버팅 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 DC-DC 컨버터는,
    적어도 두 개 이상의 DC-DC 컨버터가 병렬 연결되고, 상기 병렬 연결된 DC-DC 컨버터에 적어도 하나 이상의 DC-DC 컨버터가 직렬 연결되며, 상기 직렬 연결된 DC-DC 컨버터는 서로 병렬 연결되는 DC-DC 컨버팅 장치.
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스위칭 전원의 기본설계 서적(출판사: 성안당, 저자: 김희준), 출판일 2002년 1월 12일 *
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