KR101693587B1 - Soft switching full bridge converter and control method thereof - Google Patents

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유선호
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Abstract

Provided is a soft switching full bridge converter including a transformer including a primary winding and a secondary winding to perform voltage transformation, a primary circuit, and a secondary circuit. The primary circuit receives input power and includes a first leg and a second leg which are connected in parallel, wherein first to fourth switches are prepared in the first leg and the second leg, and an input voltage line connecting the first leg and the second leg is connected to the primary winding. The secondary circuit includes a third leg and a fourth leg which are connected in parallel, wherein first to fourth diodes are prepared in the third leg and the fourth leg, an output voltage line connecting the third leg and the fourth leg is connected to the secondary winding, one end of a delay switch is connected to an upper contact of the third leg and the fourth leg, the other end of the delay switch is connected to an inductor and a circulation diode connected in parallel, and the circulation diode and the inductor are connected to an output load.

Description

소프트 스위칭 풀브리지 컨버터 및 그 구동방법{SOFT SWITCHING FULL BRIDGE CONVERTER AND CONTROL METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a soft-switching full-bridge converter,

본 발명은 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터 및 그 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위상천이가 없는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a soft switching full bridge converter and a driving method thereof, and more particularly, to a soft switching full bridge converter without a phase shift and a driving method thereof.

위상천이 풀브리지 컨버터는 1차측 풀브리지 회로에 마련된 스위치 소자의 기생 커패시터와 변압기의 누설 인덕턴스를 이용하여 별다른 추가 회로 없이 1차측 스위치의 영전압 스위칭(ZVS:Zero Voltage Switching), 즉, 소프트 스위칭이 가능하기 때문에 높은 효율을 가지며 이에 따라, 산업현장에서 대전력 변환에 적용되어 널리 사용되고 있다. The phase shift full bridge converter utilizes the leakage inductance of the transformer and the parasitic capacitor of the switching element provided in the primary side full bridge circuit, so that zero voltage switching (ZVS) of the primary side switch, that is, soft switching Therefore, it is widely used for large power conversion in the industrial field.

도 1은 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a conventional phase shift full bridge converter.

도 1에 개시된 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터는 변압기를 중심으로 1차측 회로(10)와 2차측 회로(20)가 전기적으로 절연된 절연형 컨버터로서, 1차측 회로(10)는 4개의 스위치 소자(S1, S2, S3, S4) 및 누설 인덕터(Llk)를 포함하고, 2차측 회로(20)는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 포함하여 구성된다. The conventional phase shift full bridge converter disclosed in FIG. 1 is an insulated converter in which a primary side circuit 10 and a secondary side circuit 20 are electrically insulated from each other around a transformer. The primary side circuit 10 includes four switching elements (S 1, S 2, S 3, S 4) and a leakage inductor (L lk) comprises, and the secondary side circuit 20 to have, including four diodes (D 1, D 2, D 3, D 4) .

종래의 위상천이 풀브리지 컨버터는 1차측 회로(10)의 4개의 스위치 소자(S1, S2, S3, S4)가 위상천이 방식에 의해 스위칭하여, 2차측 회로(20)로 입력 전원(Vin)을 전달할 수 있다. 이때, 1차측 회로(10)의 4개의 스위치 소자(S1, S2, S3, S4)에는 각각 다이오드 및 커패시터가 병렬로 연결됨으로써, 상술한 바와 영전압 스위칭(ZVS)이 가능하다.The conventional phase shift full bridge converter is configured such that the four switch elements S 1 , S 2 , S 3 and S 4 of the primary side circuit 10 are switched by the phase shift method, (V in ). At this time, the diode and the capacitor are connected in parallel to the four switch elements S 1 , S 2 , S 3 and S 4 of the primary side circuit 10, respectively, so that the above-described zero voltage switching (ZVS) is possible.

그러나, 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터는 1차측 회로(10)의 4개의 스위치 소자(S1, S2, S3, S4)는 영전압 스위칭(ZVS)에 있어서 범위가 한정적이며, 이를 극복하기 위해서는 변압기의 누설 인덕턴스가 커져야 하는데, 이에 따른 변압기의 듀티 손실이 발생하고, 또한, 1차측 회로(10)의 4개의 스위치 소자(S1, S2, S3, S4)의 위상천이 구간에서 1차측 회로(10)에 흐르는 순환전류에 의해 손실이 발생할 수 있다. 특히, 경부하시(20%부하 이하구간) 순환전류에 의한 손실 증가로 인해 컨버터의 효율이 낮아지고, 2차측 회로(20)의 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)에는 전압 링잉이 발생한다는 단점이 있다. However, in the conventional phase shift full bridge converter, the four switch elements S 1 , S 2 , S 3 and S 4 of the primary side circuit 10 have a limited range in the zero voltage switching (ZVS) The leakage inductance of the transformer must be increased in order to prevent the occurrence of a duty loss of the transformer and also the phase transition period of the four switch elements S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 of the primary side circuit 10 A loss may occur due to the circulating current flowing in the primary side circuit 10 in the power supply circuit. In particular, the light load of four diodes (20% load or less duration) is, the efficiency of the converter decreases because of a loss increase caused by the circulating current, the secondary side circuit (20) (D 1, D 2, D 3, D 4), the Voltage ringing occurs.

이에 따라, 상기 위상천이 풀브리지 컨버터의 단점을 극복하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.Accordingly, various studies for overcoming the shortcomings of the phase shift full bridge converter have been conducted.

대표적으로 2차측에 스너버 회로를 추가함으로써 변압기의 누설 인덕턴스에 의해 발생하는 전압 링잉의 발생을 줄여줌과 동시에 1차측 순환전류를 줄일 수 있는 방법이 제안되었다. 그러나, 이와 같은 방법은 스너버 회로의 소자수 증가와 함께 스너버에 의한 손실 때문에 컨버터의 전체적인 효율 증대에는 한계가 존재한다.Typically, a snubber circuit is added to the secondary to reduce the voltage ringing caused by the leakage inductance of the transformer, and at the same time reduce the primary side circulation current. However, such a method has a limitation in increasing the overall efficiency of the converter due to the increase in the number of snubber circuits and the loss due to the snubber.

또한, 2개의 변압기를 직렬로 결합하여 변압기의 누설 인덕턴스의 증가 없이 1차측 스위치의 영전압 스위칭(ZVS) 범위를 확대시키는 방법이 제안되었으나, 1차측의 순환전류가 완벽히 없어지지 않으며 오히려 추가된 변압기로 인해 부피, 무게 및 가격이 증가한다는 단점이 있다.In addition, a method has been proposed in which two transformers are connected in series to increase the ZVS range of the primary switch without increasing the leakage inductance of the transformer. However, the circulation current of the primary does not completely disappear, Which leads to an increase in volume, weight and cost.

따라서, 위상천이 풀브리지 컨버터의 단점을 극복할 수 있으며, 소프트 스위칭에 따른 높은 효율을 갖는 새로운 컨버터의 개발이 필요한 상황이다. Therefore, it is necessary to develop a new converter that overcomes the shortcomings of the phase shift full bridge converter and has high efficiency due to soft switching.

본 발명의 일측면은 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터 및 그 구동방법에 관한 것으로, 1차측 회로에 포함되는 스위치는 위상천이 없이 PWM 제어되며, 2차측 회로에는 프리휠링을 위한 스위치와 다이오드를 추가한 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터 및 그 구동방법을 제공한다.One aspect of the present invention relates to a soft switching full bridge converter and a driving method thereof, in which a switch included in a primary circuit is PWM-controlled without a phase shift, and a secondary switching circuit includes a switch for freewheeling and a soft switching Bridge converter and a driving method thereof.

본 발명의 일 측면은 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터에 관한 것으로, 1차측 권선과 2차측 권선을 포함하여 전압 변환을 수행하는 변압기; 입력 전원을 공급받으며, 병렬로 연결된 제1 레그 및 제2 레그를 포함하고, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그에는 제1 스위치 내지 제4 스위치가 마련되고, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그를 연결하는 입력 전압선은 상기 1차측 권선과 연결되는 1차측 회로; 및 병렬로 연결된 제3 레그 및 제4 레그를 포함하고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그에는 제1 다이오드 내지 제4 다이오드가 마련되며, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그를 연결하는 출력 전압선은 상기 2차측 권선과 연결되고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 상측 접점에는 지연 스위치의 일단이 연결되고, 상기 지연 스위치의 타단은 병렬로 연결된 순환 다이오드 및 인덕터와 연결되며, 상기 순환 다이오드 및 상기 인덕터는 출력 부하와 연결되는 2차측 회로를 포함한다.One aspect of the invention relates to a soft switching full bridge converter, comprising: a transformer including a primary winding and a secondary winding to perform voltage conversion; The first and second legs being provided with a first leg and a second leg connected in parallel, the first leg and the second leg being provided with first to fourth switches, A primary side circuit connected to the primary side winding; And a third leg and a fourth leg connected in parallel, wherein the third leg and the fourth leg are provided with first to fourth diodes, and the output voltage line connecting the third leg and the fourth leg, One end of a delay switch is connected to an upper contact of the third leg and the fourth leg, the other end of the delay switch is connected to a circulation diode and an inductor connected in parallel, And the inductor includes a secondary circuit connected to the output load.

한편, 상기 2차측 회로는, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 상측 접점에는 상기 지연 스위치의 드레인 단자가 연결되고, 상기 지연 스위치의 소스 단자는 상기 순환 다이오드의 캐소드 및 상기 인덕터의 일단과 연결되며, 상기 순환 다이오드의 애노드는 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 하측 접점 및 상기 출력 부하와 연결되고, 상기 인덕터의 타단은 상기 출력 부하와 연결될 수 있다.In the secondary circuit, a drain terminal of the delay switch is connected to an upper contact of the third leg and the fourth leg, and a source terminal of the delay switch is connected to a cathode of the circulating diode and one end of the inductor An anode of the circulating diode may be connected to the lower contact and the output load of the third leg and the fourth leg, and the other end of the inductor may be connected to the output load.

또한, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치는, 영전압 스위칭(ZVS:zero voltage switching)에 의해 턴 온 되고, 영전류 스위칭(ZCS:zero current switching)에 의해 턴 오프 될 수 있다.The first switch to the fourth switch may be turned on by zero voltage switching (ZVS) and may be turned off by zero current switching (ZCS).

또한, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치는, 각각 기생 커패시터 및 바디 다이오드가 병렬로 연결될 수 있다.The first switch and the fourth switch may be connected in parallel with a parasitic capacitor and a body diode, respectively.

또한, 상기 지연 스위치는, 기생 커패시터 및 바디 다이오드가 병렬로 연결될 수 있다.Also, the delay switch may be connected in parallel with a parasitic capacitor and a body diode.

또한, 상기 지연 스위치는, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치와 지연 시간을 가지고 동기화되어 스위칭 동작할 수 있다.In addition, the delay switch may be switched in synchronization with the first switch to the fourth switch with a delay time.

또한, 상기 지연 스위치는, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 두 배의 스위칭 주파수를 가질 수 있다.The delay switch may have a switching frequency twice that of the first switch to the fourth switch.

한편, 본 발명의 다른 측면은 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법에 관한 것으로, 입력 전원을 공급받고, 병렬로 연결된 제1 레그 및 제2 레그 상에 마련된 제1 스위치 내지 제4 스위치를 포함하는 1차측 회로와, 상기 1차측 회로를 통해 상기 입력 전원을 전달받고, 상기 입력 전원을 변환하는 변압기와, 병렬로 연결된 제3 레그 및 제4 레그를 포함하고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그에는 제1 다이오드 내지 제4 다이오드가 마련되며, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 상측 접점에는 지연 스위치의 일단이 연결되고, 상기 지연 스위치의 타단은 병렬로 연결된 순환 다이오드 및 인덕터와 연결되며, 상기 순환 다이오드 및 상기 인덕터는 출력 부하와 연결되어 상기 변압기로부터 변환된 상기 입력 전원을 전달 받아 상기 출력 부하로 공급하는 2차측 회로를 포함하는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법에 있어서, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하고, 상기 지연 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 상기 변압기로부터 변환된 상기 입력 전원을 전달 받아 상기 출력 부하로 공급하거나, 상기 순환 다이오드, 상기 인덕터 및 상기 출력 부하의 폐회로를 형성하여 상기 인덕터에 저장된 전원을 상기 출력 부하로 공급한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a soft-switching full-bridge converter, including a first switch connected in parallel and a first switch provided on a second leg, A transformer for receiving the input power through the primary side circuit and converting the input power, and a third leg and a fourth leg connected in parallel, wherein the third leg and the fourth leg One end of a delay switch is connected to an upper contact of the third leg and the fourth leg, the other end of the delay switch is connected to a circulation diode and an inductor connected in parallel, The circulating diode and the inductor are connected to the output load, and receive the converted input power from the transformer, The method comprising the steps of: transferring the input power to the transformer according to a turn-on or a turn-off operation of the first switch to the fourth switch; Receives the input power converted from the transformer according to a turn-off operation, supplies the converted input power to the output load, or forms a closed circuit of the circulating diode, the inductor, and the output load to supply the power stored in the inductor to the output load .

한편, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하는 것은, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 온 시 영전압 스위칭(ZVS:zero voltage switching)으로 동작하고, 턴 오프 시 영전류 스위칭(ZCS:zero current switching)으로 동작하여 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하는 것일 수 있다.Meanwhile, the transmission of the input power to the transformer in accordance with the turn-on or turn-off operation of the first switch to the fourth switch may include switching the ZVS: zero voltage switching and operating with zero current switching (ZCS) at turn-off to deliver the input power to the transformer.

또한, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하는 것은, 상기 제1 레그의 상측에 마련된 상기 제1 스위치 및 상기 제2 레그의 하측에 마련된 상기 제4 스위치는 동일하게 턴 온 또는 턴 오프 동작하고, 상기 제1 레그의 하측에 마련된 상기 제2 스위치 및 상기 제2 레그의 상측에 마련된 상기 제3 스위치는 동일하게 턴 온 또는 턴 오프 동작하며, 상기 제1 레그 상에 마련된 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 상기 제2 레그 상에 마련된 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 대칭적으로 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하는 것일 수 있다.It is preferable that the transmission of the input power to the transformer in accordance with the turn-on or turn-off operation of the first switch to the fourth switch is performed by the first switch provided on the upper side of the first leg, The second switch provided on the lower side of the first leg and the third switch provided on the upper side of the second leg are turned on or off in the same manner, Wherein the first switch and the second switch provided on the first leg and the third switch and the fourth switch provided on the second leg are symmetrically turned on or off so that the transformer And may transmit the input power.

또한, 상기 지연 스위치의 턴 오프 시 상기 1차측 회로와 상기 2차측 회로는 단락될 수 있다.Further, when the delay switch is turned off, the primary side circuit and the secondary side circuit may be short-circuited.

또한, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치는, 각각 기생 커패시터 및 바디 다이오드가 병렬로 연결될 수 있다.The first switch and the fourth switch may be connected in parallel with a parasitic capacitor and a body diode, respectively.

또한, 상기 지연 스위치는, 기생 커패시터 및 바디 다이오드가 병렬로 연결될 수 있다.Also, the delay switch may be connected in parallel with a parasitic capacitor and a body diode.

또한, 상기 지연 스위치는, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치와 지연 시간을 가지고 동기화되어 스위칭 동작할 수 있다. In addition, the delay switch may be switched in synchronization with the first switch to the fourth switch with a delay time.

또한, 상기 지연 스위치는, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 두 배의 스위칭 주파수를 가질 수 있다.The delay switch may have a switching frequency twice that of the first switch to the fourth switch.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 1차측 회로에 포함되는 스위치는 위상천이 없이 PWM 제어되며, 2차측 회로에는 프리휠링을 위한 스위치와 다이오드를 추가한 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터를 제공함으로써, 높은 DC 전압이득을 달성하고 변압기 듀티 손실 또한 최소화 할 수 있으며, 전 부하 구간(0~100%)에서 1차측 회로에 마련된 스위치의 영전압 스위칭(ZVS) 턴 온 및 영전류 스위칭(ZCS) 턴 오프가 가능해지고, 또한, 변압기와 스위칭 소자의 도통 손실을 최소화 함으로써 컨버터의 전체 효율을 높일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the switch included in the primary side circuit is PWM-controlled without phase shift, and the secondary side circuit is provided with a soft switching full bridge converter with a switch and diode for freewheeling, Voltage gain and transformer duty loss can also be minimized and zero voltage switching (ZVS) turn-off and zero current switching (ZCS) turn-off of the switches provided in the primary circuit in the full load range (0 to 100%) And the conduction loss of the transformer and the switching element is minimized, thereby improving the overall efficiency of the converter.

도 1은 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 소자에 흐르는 전류 또는 소자에 걸리는 전압에 대한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 동작모드를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 동작모드를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 동작모드를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터와 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득을 비교한 그래프이다.
도 8은 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터와 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 영전압 스위칭(ZVS) 범위를 비교한 그래프이다.
도 9는 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터와 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 변압기 1차측 전류에 대한 그래프이다.
도 10은 경부하시 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터와 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 변압기 1차측 전류에 대한 그래프이다.1 is a circuit diagram of a conventional phase shift full bridge converter.
2 is a circuit diagram of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph of the current flowing through or the voltage across a device of a soft switching full bridge converter in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating an operation mode of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram for illustrating an operation mode of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram illustrating an operation mode of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph comparing a DC voltage gain of a conventional phase shift full bridge converter and a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph comparing zero voltage switching (ZVS) ranges of a conventional phase shift full bridge converter and a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph of a transformer primary current of a conventional phase shift full bridge converter and a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph of a transformer primary current of a conventional phase shift full bridge converter and a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 변압기를 중심으로 1차측 회로와 2차측 회로가 전기적으로 절연된 절연형 컨버터로서, 1차측 회로는 제1 풀브리지 회로(110)를 포함할 수 있으며, 2차측 회로는 제2 풀브리지 회로(120) 및 제2 풀브리지 회로(120)와 연결되는 지연 스위치(130)와 순환 다이오드(140)를 포함할 수 있다.2, a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention is an isolated converter in which a primary side circuit and a secondary side circuit are electrically insulated from each other around a transformer, and a primary side circuit includes a first full bridge circuit The secondary side circuit may include a delay switch 130 and a circulation diode 140 connected to the second full bridge circuit 120 and the second full bridge circuit 120.

본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 1차측 회로는 입력 전원(100)과 제1 풀브리지 회로(110)가 직렬로 연결되며, 제1 풀브리지 회로(110)는 입력 전원(100)으로부터 전원을 공급받을 수 있다.In the primary circuit of the soft switching full bridge converter according to the embodiment of the present invention, the input power supply 100 and the first full bridge circuit 110 are connected in series, and the first full bridge circuit 110 is connected to the input power supply 100).

제1 풀브리지 회로(100)는 병렬로 연결된 제1 레그(110-1)와 제2 레그(110-2) 및 제1 레그(110-1)와 제2 레그(110-2)를 연결하는 입력 전압선(115)을 포함할 수 있다. 제1 레그(110-1)의 상측(high side)에는 제1 스위치(111)가 마련되고, 제1 레그(110-1)의 하측(low side)에는 제2 스위치(112)가 마련될 수 있으며, 제2 레그(110-2)의 상측(high side)에는 제3 스위치(113)가 마련되고, 제2 레그(110-2)의 하측(low side)에는 제4 스위치(114)가 마련될 수 있다. 입력 전압선(115)은 제1 스위치(111)와 제2 스위치(112) 사이의 제1 노드(a)와 제 제3 스위치(113)와 제4 스위치(114) 사이의 제2 노드(b)를 연결할 수 있으며, 입력 전압선(115) 상에는 누설 인덕터(118) 및 1차측 권선(119)이 마련될 수 있다. The first full bridge circuit 100 connects the first leg 110-1 and the second leg 110-2 connected in parallel and the first leg 110-1 and the second leg 110-2 And may include an input voltage line 115. A first switch 111 is provided on the high side of the first leg 110-1 and a second switch 112 is provided on the low side of the first leg 110-1. A third switch 113 is provided on the high side of the second leg 110-2 and a fourth switch 114 is provided on the low side of the second leg 110-2 . The input voltage line 115 is connected to the first node a between the first switch 111 and the second switch 112 and the second node b between the third switch 113 and the fourth switch 114, And a leakage inductor 118 and a primary winding 119 may be provided on the input voltage line 115. [

여기서, 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)로는 BJT, JFET, MOSFET, MOS 트랜지스터 등이 사용될 수 있으며, 주로, MOS 트랜지스터가 가장 많이 사용될 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서는 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)가 MOS 트랜지스터로 마련된 것을 예로 들어 설명한다.Here, as the first switch 111 to the fourth switch 114, a BJT, a JFET, a MOSFET, a MOS transistor, or the like can be used, and a MOS transistor is mainly used. Therefore, in the following description, it is assumed that the first switch 111 to the fourth switch 114 are MOS transistors.

또한, 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)에는 제1 바디 다이오드(DS1) 내지 제4 바디 다이오드(DS4) 및 제1 기생 커패시터(CS1) 내지 제4 기생 커패시터(CS4)가 병렬로 연결되어 부가될 수 있다. 일예로, 제1 스위치(111)의 드레인 단자는 제1 바디 다이오드(DS1)의 캐소드 및 제1 기생 커패시터(CS1)의 일단과 병렬 연결되고, 제1 스위치(111)의 소스 단자는 제1 바디 다이오드(DS1)의 애노드 및 제1 기생 커패시터(CS1)의 타단과 병렬 연결될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 제2 스위치(112) 내지 제4 스위치(114) 또한 제2 바디 다이오드(DS2) 내지 제4 바디 다이오드(DS4) 및 제1 기생 커패시터(CS1) 내지 제4 기생 커패시터(CS4)가 병렬 연결될 수 있다. The first to fourth switches 111 to 114 are connected to the first body diode D S1 to the fourth body diode D S4 and the first parasitic capacitor C S1 to the fourth parasitic capacitor C S4 May be connected in parallel. For example, the drain terminal of the first switch 111 is connected in parallel with the cathode of the first body diode D S1 and one end of the first parasitic capacitor C S1 , May be connected in parallel with the anode of the first body diode (D S1 ) and the other end of the first parasitic capacitor (C S1 ). In this manner, the second switch 112 to the fourth switch 114 are also connected to the second body diode D S2 to the fourth body diode D S4 and the first parasitic capacitors C S1 to the fourth parasitic capacitors (C S4 ) may be connected in parallel.

구체적으로는, 제1 풀브리지 회로(110)의 병렬로 연결된 제1 레그(110-1)와 제2 레그(110-2)의 상측(high side) 접점(c) 및 제1 레그(110-1)와 제2 레그(110-2)의 하측(low side) 접점(d)는 입력 전원(100)과 연결될 수 있다. Specifically, the high side contact c of the first leg 110-1 and the second leg 110-2 connected in parallel with the first full bridge circuit 110 and the first leg 110- 1 of the second leg 110-2 and the low side contact d of the second leg 110-2 may be connected to the input power source 100. [

또한, 제1 레그(110-1)의 상측(high side)에 마련된 제1 스위치(111)의 드레인 단자는 입력 전원(100)과 연결되고, 제1 스위치(111)의 소스 단자는 제1 레그(110-1)의 하측(low side)에 마련된 제2 스위치(112)의 드레인 단자와 연결될 수 있다. 따라서, 제1 레그(110-1)의 하측(low side)에 마련된 제2 스위치(112)의 드레인 단자는 제1 스위치(111)의 소스 단자와 연결되고, 제2 스위치(112)의 소스 단자는 입력 전원(100)과 연결될 수 있다.The drain terminal of the first switch 111 provided on the high side of the first leg 110-1 is connected to the input power source 100 and the source terminal of the first switch 111 is connected to the input terminal of the first leg 110. [ And the drain terminal of the second switch 112 provided on the low side of the first switch 110-1. The drain terminal of the second switch 112 provided on the low side of the first leg 110-1 is connected to the source terminal of the first switch 111 and the source terminal of the second switch 112 is connected to the source terminal of the second switch 112. [ May be connected to the input power source 100.

또한, 제2 레그(110-2)의 상측(high side)에 마련된 제3 스위치(113)의 드레인 단자는 입력 전원(100)과 연결되고, 제3 스위치(113)의 소스 단자는 제2 레그(110-2)의 하측(low side)에 마련된 제4 스위치(114)의 드레인 단자와 연결될 수 있다. 따라서, 제2 레그(110-2)의 하측(low side)에 마련된 제4 스위치(114)의 드레인 단자는 제3 스위치(113)의 소스 단자와 연결되고, 제4 스위치(114)의 소스 단자는 입력 전원(100)과 연결될 수 있다.The drain terminal of the third switch 113 provided on the high side of the second leg 110-2 is connected to the input power source 100 and the source terminal of the third switch 113 is connected to the second leg 110. [ And the drain terminal of the fourth switch 114 provided on the lower side of the first switch 110-2. The drain terminal of the fourth switch 114 provided on the low side of the second leg 110-2 is connected to the source terminal of the third switch 113, May be connected to the input power source 100.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 2차측 회로는 1차측 회로로부터 에너지를 전달받는 제2 풀브리지 회로(120) 및 제2 풀브리지 회로(120)와 연결되는 지연 스위치(130), 순환 다이오드(140), 인덕터(150), 출력 커패시터(160) 및 출력 부하(170)를 포함할 수 있다. Meanwhile, the secondary circuit of the soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention includes a second full bridge circuit 120 receiving energy from the primary circuit and a delay switch 120 connected to the second full bridge circuit 120, An inductor 150, an output capacitor 160, and an output load 170. In this case,

제2 풀브리지 회로(120)는 병렬로 연결된 제3 레그(120-1)와 제4 레그(120-2) 및 제3 레그(120-1)와 제4 레그(120-2)를 연결하는 출력 전압선(125)을 포함할 수 있다. 제3 레그(120-1)의 상측(high side)에는 제1 다이오드(121)가 마련되고, 제3 레그(120-1)의 하측(low side)에는 제2 다이오드(122)가 마련될 수 있으며, 제4 레그(120-2)의 상측(high side)에는 제3 다이오드(123)가 마련되고, 제4 레그(120-2)의 하측(low side)에는 제4 다이오드(124)가 마련될 수 있다. 출력 전압선(125)은 제1 다이오드(121)와 제2 다이오드(122) 사이의 제3 노드(e)와 제3 다이오드(123)와 제4 다이오드(124) 사이의 제4 노드(f)를 연결할 수 있으며, 출력 전압선(125) 상에는 2차측 권선(129)이 마련될 수 있다. The second full bridge circuit 120 connects the third leg 120-1 and the fourth leg 120-2 connected in parallel and the third leg 120-1 and the fourth leg 120-2 And an output voltage line 125. A first diode 121 is provided on the high side of the third leg 120-1 and a second diode 122 is provided on the low side of the third leg 120-1. A third diode 123 is provided on the high side of the fourth leg 120-2 and a fourth diode 124 is provided on the low side of the fourth leg 120-2 . The output voltage line 125 is connected between the third node e between the first diode 121 and the second diode 122 and the fourth node f between the third diode 123 and the fourth diode 124 And a secondary winding 129 may be provided on the output voltage line 125.

여기서, 2차측 권선(129)은 1차측 권선(119)와 자기 결합되어 변압기를 형성하고, 1차측 권선(119)으로부터 에너지를 전달받을 수 있다. 즉, 1차측 회로로부터 변압기 턴비(1:n)에 의해 변환된 입력 전압(Vs)이 2차측 회로로 전달될 수 있다. Here, the secondary winding 129 is magnetically coupled to the primary winding 119 to form a transformer and receive energy from the primary winding 119. That is, the input voltage V s converted by the transformer turn ratio (1: n) from the primary circuit can be transferred to the secondary circuit.

또한, 제2 풀브리지 회로(120)의 제3 레그(120-1)와 제4 레그(120-2)의 상측 접점(g)에 지연 스위치(130)가 연결될 수 있다. 이때, 지연 스위치(130)는 MOS 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하며, 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)와 같이 바디 다이오드(DQ1)와 기생 커패시터(CQ1)가 병렬로 연결되어 부가될 수 있다. 지연 스위치(130)의 드레인 단자는 제3 레그(120-1)와 제4 레그(120-2)의 상측 접점(g)에 연결되고, 지연 스위치(130)의 소스 단자는 병렬로 연결된 순환 다이오드(140) 및 인덕터(150)와 연결될 수 있다.The delay switch 130 may be connected to the upper contact g of the third leg 120-1 and the fourth leg 120-2 of the second full bridge circuit 120. At this time, it is preferable that the delay switch 130 is implemented by a MOS transistor, and the body diode D Q1 and the parasitic capacitor C Q1 are connected in parallel, like the first switch 111 to the fourth switch 114 Can be added. The drain terminal of the delay switch 130 is connected to the upper contact g of the third leg 120-1 and the fourth leg 120-2 and the source terminal of the delay switch 130 is connected to the circulation diode (140) and the inductor (150).

순환 다이오드(140)의 캐소드 및 인덕터(150)의 일단은 지연 스위치(130)의 소스 단자와 연결될 수 있으며, 순환 다이오드(140)의 애노드 및 인덕터(150)의 타단은 병렬로 연결된 출력 커패시터(160) 및 출력 부하(170)와 연결될 수 있다. One end of the cathode of the circulating diode 140 and one end of the inductor 150 may be connected to the source terminal of the delay switch 130. The other end of the anode of the circulating diode 140 and the other end of the inductor 150 are connected to the output capacitor 160 And an output load 170. [0033]

이와 같은, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법은 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터가 제1 전압(또는 입력 전압)을 입력 받고, 제1 동작 모드 내지 제6 동작 모드를 기반으로 제1 전압을 제2 전압(또는 출력 전압)으로 변환할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 1차측 회로에 마련된 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 변압기로 입력 전원을 전달하고, 지연 스위치(130)의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 변압기로부터 변환된 입력 전원을 전달 받아 출력 부하(170)로 공급하거나, 순환 다이오드(140), 인덕터(150) 및 출력 부하(170)의 폐회로를 형성하여 인덕터(150)에 저장된 에너지를 출력 부하(170)로 공급할 수 있다.The method of driving a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention includes the steps of receiving a first voltage (or input voltage) from a soft switching full bridge converter, The first voltage can be converted to the second voltage (or the output voltage). That is, the soft switching full bridge converter according to the embodiment of the present invention transmits the input power to the transformer according to the turn-on or turn-off operation of the first switch 111 to the fourth switch 114 provided in the primary circuit The input power supplied from the transformer is supplied to the output load 170 according to the turn-on or turn-off operation of the delay switch 130 or the input power is supplied to the output end of the circulating diode 140, the inductor 150, And the energy stored in the inductor 150 can be supplied to the output load 170 by forming a closed circuit.

이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구체적인 구동방법에 대하여 설명할 수 있다.Hereinafter, a specific driving method of the soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 제1 동작 모드 내지 제6 동작 모드에서 각 소자에 흐르는 전류 또는 각 소자에 걸리는 전압에 대한 그래프이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 제1 동작 모드 내지 제6 동작 모드를 설명하기 위한 회로도이다.3 is a graph of a current flowing through each element or a voltage applied to each element in the first to sixth operation modes of the soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention, Fig. 6 is a circuit diagram for explaining the first to sixth operation modes of the soft switching full bridge converter according to the embodiment of the present invention; Fig.

먼저, 도 3을 참조하면, 한 주기(T) 동안 제1 풀브리지 회로(110)의 대각선상에 위치한 스위치들, 즉, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 동일하게 동작하고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113) 또한 동일하게 동작하며, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)와 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 서로 대칭적으로 동작할 수 있다. 또한, 2차측 회로에 마련된 지연 스위치(130)는 제1 풀브리지 회로(110)에 마련된 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)와 동기화되어 동작하되, 소정의 지연시간을 가지고 동작할 수 있다. 즉, 지연 스위치(130)는 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)의 두 배의 스위칭 주파수를 가지며 동작할 수 있다.3, the switches located on the diagonal line of the first full bridge circuit 110 during a period T, i.e., the first switch 111 and the fourth switch 114 operate in the same manner The second switch 112 and the third switch 113 operate in the same manner and the first switch 111 and the fourth switch 114 and the second switch 112 and the third switch 113 operate symmetrically It can be operated as an enemy. The delay switch 130 provided in the secondary side circuit operates in synchronization with the first switch 111 to the fourth switch 114 provided in the first full bridge circuit 110 and operates with a predetermined delay time . That is, the delay switch 130 can operate with a switching frequency twice that of the first switch 111 to the fourth switch 114. [

이하에서는, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 턴 온 동작하는 반 주기(T/2)를 예로 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 동작 모드를 설명할 수 있다.Hereinafter, an operation mode of the soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention will be described by taking as an example a half cycle (T / 2) in which the first switch 111 and the fourth switch 114 are turned on .

먼저, 도 4의 (a)를 참조하면, 제1 동작 모드[t0~t1]에서 1차측 회로의 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 턴 오프 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 t0에서 턴 오프 되며, 2차측 회로의 지연 스위치(130) 또한 턴 오프 상태이다.Referring to FIG. 4A, in the first operation mode [t 0 to t 1 ], the first switch 111 and the fourth switch 114 of the primary circuit are in a turned off state, The first switch 112 and the third switch 113 are turned off at t 0 , and the delay switch 130 of the secondary circuit is also turned off.

이때, 1차측 회로에서는 누설 인덕터(118)에 의해 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)에 병렬 연결된 제1 기생 커패시터(Cs1) 내지 제4 기생 커패시터(Cs4)는 충방전 될 수 있다. 즉, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)에 병렬 연결된 제1 기생 커패시터(Cs1) 및 제4 기생 커패시터(Cs4)는 방전되고, 제2 스위치(111) 및 제3 스위치(113)에 병렬 연결된 제2 기생 커패시터(Cs2) 및 제3 기생 커패시터(Cs3)는 입력 전압(Vs)만큼 충전될 수 있다. At this time, in the primary side circuit, the first parasitic capacitors C s1 to C s4 connected in parallel to the first switch 111 to the fourth switch 114 are charged and discharged by the leakage inductor 118 . That is, the first parasitic capacitor C s1 and the fourth parasitic capacitor C s4 connected in parallel to the first switch 111 and the fourth switch 114 are discharged and the second switch 111 and the third switch The second parasitic capacitor C s2 and the third parasitic capacitor C s3 connected in parallel to each other may be charged by the input voltage V s .

또한, 변압기의 1차측 전류(Ipri)는 거의 "0"으로 줄어들고, 2차측 회로의 지연 스위치(130) 또한 턴 오프 상태이므로, 1차측 회로와 2차측 회로는 단락될 수 있으며, 2차측 회로에서는 순환 다이오드(140), 인덕터(150) 및 출력 부하(170)가 폐회로를 형성하여, 출력 부하(170)는 인덕터(150)에 저장되어 있던 에너지를 지속적으로 공급받을 수 있다.Further, the primary side current (I pri ) of the transformer is substantially reduced to "0 ", and the delay circuit 130 of the secondary side circuit is also in the turned off state, so that the primary side circuit and the secondary side circuit can be short- The circulating diode 140, the inductor 150 and the output load 170 form a closed circuit so that the output load 170 can be continuously supplied with the energy stored in the inductor 150.

이후, 도 4의 (b)를 참조하면, 제2 동작 모드[t1~t2]에서 1차측 회로의 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 t1에서 턴 온 되고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 턴 오프 상태이며, 2차측 회로의 지연 스위치(130) 또한 턴 오프 상태이다.Then, as shown in (b) of Figure 4, the second operation mode [t 1 ~ t 2] 1-side circuit of the first switch 111 and fourth switch 114 in is turned on at t 1, the 2 switch 112 and the third switch 113 are turned off, and the delay switch 130 of the secondary circuit is also turned off.

이때, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 영전압 스위칭(ZVS)에 의해 턴 온 될 수 있다. 즉, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)에 병렬 연결된 제1 기생 커패시터(Cs1) 및 제4 기생 커패시터(Cs4)가 완전 방전되면, 제1 바디 다이오드(Ds1) 및 제4 바디 다이오드(Ds4)가 도통되며, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 영전압 스위칭(ZVS)에 의해 턴 온 될 수 있다.At this time, the first switch 111 and the fourth switch 114 can be turned on by the zero voltage switching (ZVS). That is, when the first parasitic capacitor C s1 and the fourth parasitic capacitor C s4 connected in parallel to the first switch 111 and the fourth switch 114 are completely discharged, the first body diode D s1 , The fourth body diode D s4 is conducted, and the first switch 111 and the fourth switch 114 can be turned on by the zero voltage switching (ZVS).

또한, 2차측 회로의 지연 스위치(130)는 상술한 바와 같이 1차측 회로의 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)와 동기화되어 동작하되, 소정의 지연시간을 가지고 스위칭 되므로, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 턴 온 되어도, 여전히 턴 오프 상태일 수 있다. 따라서, 제1 동작 모드와 같이 1차측 회로와 2차측 회로는 단락된 상태이며, 변압기의 1차측 전류(Ipri) 또한 거의 "0"일 수 있다. Since the delay switch 130 of the secondary side circuit is operated in synchronization with the first switch 111 to the fourth switch 114 of the primary side circuit as described above and is switched with a predetermined delay time, Even when the switch 111 and the fourth switch 114 are turned on, they can still be turned off. Thus, as in the first mode of operation, the primary and secondary circuits are short-circuited, and the primary current I pri of the transformer may also be substantially "0 ".

이후, 도 5의 (a)를 참조하면, 제3 동작 모드[t2~t3]에서 1차측 회로의 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 턴 온 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 턴 오프 상태이며, 2차측 회로의 지연 스위치(130)는 t2에서 턴 온 된다.5 (a), in the third operation mode [t 2 to t 3 ], the first switch 111 and the fourth switch 114 of the primary side circuit are turned on, and the second switch The first switch 112 and the third switch 113 are turned off, and the delay switch 130 of the secondary circuit is turned on at t 2 .

이때, 1차측 회로에서는 입력 전원(100)으로부터 공급되는 에너지가 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)를 따라 1차측 권선(119)으로 전달될 수 있다. 여기에서, 변압기의 1차측 전류(Ipri)는 아래의 수학식 1을 이용하여 구할 수 있다.At this time, in the primary side circuit, the energy supplied from the input power source 100 can be transmitted to the primary side winding 119 along the first switch 111 and the fourth switch 114. Here, the primary side current (I pri ) of the transformer can be obtained by using the following equation (1).

Figure 112015065261404-pat00001
Figure 112015065261404-pat00001

수학식 1에서 Ipri(t3)은 t3에서의 변압기의 1차측 전류를 의미하고, Vs 는 입력 전압, Llk 는 누설 인덕턴스를 의미한다. In Equation 1, I pri (t 3 ) denotes the primary current of the transformer at t 3 , V s denotes the input voltage, and L lk denotes the leakage inductance.

이후, 도 5의 (b)를 참조하면, 제4 동작 모드[t3~t4]에서는 제3 동작 모드와 같이 1차측 회로의 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 턴 온 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 턴 오프 상태이며, 2차측 회로의 지연 스위치(130)는 턴 온 상태이다.5 (b), in the fourth operation mode [t 3 to t 4 ], the first switch 111 and the fourth switch 114 of the primary side circuit, like the third operation mode, are turned on The second switch 112 and the third switch 113 are turned off, and the delay switch 130 of the secondary circuit is turned on.

이때, 입력 전원(100)으로부터 공급되는 에너지가 출력 부하(170)로 전달될 수 있다. 즉, 제3 동작 모드에서 1차측 권선(119)으로 전달된 에너지는 2차측 권선(129)으로 유도되며, 2차측 회로에서는 순환 다이오드(140)가 차단되고, 제1 다이오드(121) 및 제4 다이오드(124)가 도통되어 1차측 회로로부터 전달 받은 에너지는 제1 다이오드(121), 제4 다이오드(124) 및 지연 스위치(130)를 따라 출력 부하(170)로 전달될 수 있다. 여기에서, 변압기의 1차측 전류(Ipri)는 아래의 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.At this time, the energy supplied from the input power source 100 may be transferred to the output load 170. In other words, in the third operation mode, the energy transferred to the primary winding 119 is guided to the secondary winding 129, the circulating diode 140 is cut off in the secondary circuit, and the first diode 121 and the fourth The energy that is received by the diode 124 and transmitted from the primary circuit may be transmitted to the output load 170 along the first diode 121, the fourth diode 124, and the delay switch 130. Here, the primary side current (I pri ) of the transformer can be obtained by using the following equation (2).

Figure 112015065261404-pat00002
Figure 112015065261404-pat00002

수학식 2에서, Ipri(t) 는 제4 동작 모드에서의 변압기의 1차측 전류를 의미하고, Vs 는 입력 전압, Llk 는 누설 인덕턴스, Ipri(t0)은 t0 에서의 변압기의 1차측 전류를 의미한다. In Equation 2, I pri (t) is a transformer in the fourth means to the primary current of the transformer in the active mode, and V s is the input voltage, L lk is the leakage inductance, I pri (t 0) is t 0 Quot; primary current "

또한, 출력 부하(170)에 흐르는 출력 전류(Io)는 아래의 수학식 3을 이용하여 구할 수 있다.The output current Io flowing in the output load 170 can be obtained by using the following equation (3).

Figure 112015065261404-pat00003
Figure 112015065261404-pat00003

수학식 3에서, Io(t)는 제4 동작 모드에서의 출력 전류를 의미하고, Vs 는 입력 전압, Vo 는 출력 전압을 의미하며, L은 출력 인덕턴스, Io(to)는 t0 에서의 출력 전류를 의미한다.In Equation 3, I o (t) is the fourth means an output current of the mode of operation, and V s is the input voltage, V o represents the power voltage and, L is the output inductance, I o (t o) is and the output current at t 0 .

이후, 도 6의 (a)를 참조하면, 제5 동작 모드[t4~t5]에서는 제4 동작 모드와 같이 1차측 회로의 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 턴 온 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 턴 오프 상태이나, 2차측 회로의 지연 스위치(130)는 t4에서 턴 오프 된다.6 (a), in the fifth operation mode [t 4 to t 5 ], the first switch 111 and the fourth switch 114 of the primary side circuit, like the fourth operation mode, are turned on state, and the second switch 112 and third switch 113, delay switch 130 is turned off, or the secondary side circuit is turned off at t 4.

이때, 2차측 회로의 지연 스위치(130)는 상술한 바와 같이 1차측 회로의 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)와 동기화되어 동작하되, 소정의 지연시간을 가지고 스위칭 되므로, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)보다 먼저 턴 오프 될 수 있다. 따라서, 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)에 흐르는 전류가 줄어들 수 있다. At this time, since the delay switch 130 of the secondary side circuit is operated in synchronization with the first to fourth switches 111 to 114 of the primary side circuit as described above and is switched with a predetermined delay time, Can be turned off earlier than the switch 111 and the fourth switch 114. Therefore, in the primary side circuit, the current flowing in the first switch 111 and the fourth switch 114 can be reduced.

또한, 2차측 회로에서는 지연 스위치(130)가 턴 오프 되어도 지연 스위치(130)에 병렬 연결된 기생 커패시터(CQ1)에 의해 도통된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 지연 스위치(130)에 병렬 연결된 기생 커패시터(CQ1)가 충전됨으로써 제1 다이오드(121) 및 제4 다이오드(124)에 발생하는 전압 링잉을 감소시킬 수 있다.In addition, in the secondary side circuit, even when the delay switch 130 is turned off, the parasitic capacitor C Q1 connected in parallel to the delay switch 130 can maintain the conduction state. That is, by charging the parasitic capacitor C Q1 connected in parallel to the delay switch 130, voltage ringing occurring in the first diode 121 and the fourth diode 124 can be reduced.

마지막으로, 도 6의 (b)를 참조하면, 제6 동작 모드[t5~t6]에서는 1차측 회로의 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 t6에서 턴 오프 되며, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 턴 오프 상태이고, 2차측 회로의 지연 스위치(130) 또한 턴 오프 상태이다.Finally, referring to FIG. 6B, in the sixth operation mode [t 5 to t 6 ], the first switch 111 and the fourth switch 114 of the primary side circuit are turned off at t 6 , The second switch 112 and the third switch 113 are turned off, and the delay switch 130 of the secondary circuit is also turned off.

이때, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 영전류 스위칭(ZCS)에 의해 턴 오프 될 수 있다. 즉, 제5 동작 모드에서 먼저 턴 오프 된 지연 스위치(130)에 의해 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)에 흐르는 전류가 줄어들어 거의 "0"이 되고, 따라서, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)는 영전류 스위칭(ZCS)에 의해 턴 오프 될 수 있다.At this time, the first switch 111 and the fourth switch 114 may be turned off by the zero current switching (ZCS). In other words, in the primary side circuit, the current flowing through the first switch 111 and the fourth switch 114 is reduced to almost "0" by the delay switch 130 turned off first in the fifth operation mode, 1 switch 111 and the fourth switch 114 may be turned off by the zero current switching (ZCS).

또한, 2차측 회로에서는 지연 스위치(130)에 병렬 연결된 기생 커패시터(CQ1)가 완전히 충전되면, 제1 다이오드(121) 및 제4 다이오드(124)는 차단되고, 따라서, 1차측 회로와 2차측 회로는 단락될 수 있으며, 순환 다이오드(140)는 도통되어, 순환 다이오드(140), 인덕터(150) 및 출력 부하(170)가 폐회로를 형성하고, 인덕터(150)에 저장되어 있던 에너지에 의해 출력 부하(170)로 에너지가 지속적으로 공급될 수 있다.In the secondary circuit, when the parasitic capacitor C Q1 connected in parallel to the delay switch 130 is fully charged, the first diode 121 and the fourth diode 124 are shut off, and therefore, The circuit can be short circuited and the circulating diode 140 is made conductive so that the circulating diode 140, the inductor 150 and the output load 170 form a closed circuit, and the energy stored in the inductor 150 Energy can be continuously supplied to the load 170.

이후, 반 주기(T/2) 동안에는 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 상술한 제1 동작 모드 내지 제6 동작 모드와 같이 턴 온 동작하여 입력 전원(100)으로부터 공급되는 전압(Vs)을 출력 부하(170)로 전달할 수 있다.Thereafter, during the half period T / 2, the second switch 112 and the third switch 113 are turned on as in the first to sixth operation modes described above, and the voltage supplied from the input power supply 100 (V s ) to the output load 170.

이하에서는, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터(이하, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터(SSFB: Soft Switching Full Bridge))와 도 1에 도시된 종래의 위상천이 풀브리지 컨버터(이하, 위상천이 풀브리지 컨버터(PSFB: Phase Shift Full Bridge))를 비교하여 개선된 효과를 설명할 수 있다.Hereinafter, a soft switching full bridge converter (hereinafter, referred to as a soft switching full bridge (SSFB)) according to an embodiment of the present invention and a conventional soft switching full bridge converter A phase shift full bridge converter (hereinafter referred to as a phase shift full bridge (PSFB)) can be compared to explain the improved effect.

도 7은 위상천이 풀브리지 컨버터와 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득을 비교한 그래프이다.7 is a graph comparing DC voltage gains of a phase shift full bridge converter and a soft switching full bridge converter.

도 7에서는, 아래의 표 1과 같은 사양의 위상천이 풀브리지 컨버터(PSFB)와 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터(SSFB)의 DC 전압이득을 비교한 그래프가 개시된다.In Fig. 7, a graph comparing the DC voltage gain of the phase shift full bridge converter (PSFB) and the soft switching full bridge converter (SSFB) with the specifications shown in Table 1 below is disclosed.

Figure 112015065261404-pat00004
Figure 112015065261404-pat00004

도 7을 참하면, 위상천이 브리지 컨버터(PSFB)의 듀티 변화에 따른 DC 전압이득은 "□"로 연결되고, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터(SSFB)의 듀티 변화에 따른 DC 전압이득은 "○"로 연결될 수 있다. 7, the DC voltage gain according to the duty change of the phase shift bridge converter PSFB is connected to "", and the DC voltage gain according to the duty change of the soft switching full bridge converter SSFB is" Can be connected.

일반적으로, 변압기의 명목 듀티는 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.In general, the nominal duty of the transformer can be expressed as: " (4) "

Figure 112015065261404-pat00005
Figure 112015065261404-pat00005

수학식 4에서, D는 변압기의 명목 듀티를 의미하고, Deff 는 변압기의 실질 듀티, △D는 듀티 손실을 의미한다.In Equation (4), D denotes the nominal duty of the transformer, D eff denotes the actual duty of the transformer, and D denotes the duty loss.

또한, 위상천이 풀브리지 컨버터의 변압기 듀티 손실은 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.In addition, the transformer duty loss of the phase shift full bridge converter can be expressed by Equation (5) below.

Figure 112015065261404-pat00006
Figure 112015065261404-pat00006

수학식 5에서, △DPSFB 는 위상천이 풀브리지 컨버터의 변압기 듀티 손실을 의미하고, n은 변압기 턴비, Llk 는 누설 인덕턴스, Vs는 입력 전압, T는 주기, Io 는 출력 전류, Vo 는 출력 전압, L 은 출력 인덕턴스, D는 변압기의 명목 듀티를 의미한다.In equation (5), ΔD PSFB denotes the transformer duty loss of the phase-shift full bridge converter, n is the transformer turn ratio, L lk is the leakage inductance, V s is the input voltage, T is the period, I o is the output current, V o is the output voltage, L is the output inductance, and D is the nominal duty of the transformer.

또한, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 듀티 손실은 아래의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the duty loss of the soft switching full bridge converter can be expressed by Equation (6) below.

Figure 112015065261404-pat00007
Figure 112015065261404-pat00007

수학식 6에서, △DSSFB 는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 변압기 듀티 손실을 의미하고, n은 변압기 턴비, Llk 는 누설 인덕턴스, Vs는 입력 전압, T는 주기, D는 변압기의 명목 듀티, DSEC 는 변압기 2차측의 명목 듀티, Vo 는 출력 전압, L 은 출력 인덕턴스를 의미한다.In Equation 6, ΔD SSFB denotes the transformer duty loss of the soft switching full bridge converter, n is the transformer turn ratio, L lk is the leakage inductance, V s is the input voltage, T is the period, D is the nominal duty of the transformer, D SEC is the nominal duty of the transformer secondary, V o is the output voltage, and L is the output inductance.

위상천이 풀브리지 컨버터의 변압기 듀티 손실은 1차측 회로의 누설 인덕터의 인덕턴스에 의해 발생할 수 있다. 즉, 1차측 회로의 누설 인덕턴스가 커지면 영전압 스위칭(ZVS) 범위가 늘어나지만, 누설 인덕턴스에 의해 듀티 손실 또한 커질 수 있다. 따라서, 수학식 5와 같이 위상천이 풀브리지 컨버터의 듀티 손실은 1차측 회로의 전류 방향이 바뀌며 2차측 회로의 다이오드가 도통되는 구간에서 나타나므로, 출력 전류(Io)가 듀티 손실과 연관될 수 있다.The transformer duty loss of the phase shift full bridge converter can be caused by the inductance of the leakage inductor of the primary circuit. That is, when the leakage inductance of the primary side circuit increases, the ZVS range is increased, but the duty loss can also be increased by the leakage inductance. Thus, the mathematical duty loss of phase-shift full-bridge converter as shown in equation (5) are represented in the period in which the current direction of the primary circuit will change the diode of the secondary circuit continuity, the output current (I o) can be associated with a duty loss have.

반면, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 변압기 듀티 손실은 상술한 제3 동작 모드와 같이 1차측 회로에 마련된 스위치와 2차측 회로에 마련된 지연 스위치(130)의 지연 구간에서만 발생하므로, 수학식 6과 같이 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 변압기 듀티 손실은 출력 전류(Io)와 연관되지 않으며, 따라서, 위상천이 풀브리지 컨버터에 비해 변압기 듀티 손실이 적을 수 있다.On the other hand, since the transformer duty loss of the soft switching full bridge converter occurs only in the delay period of the switch provided in the primary side circuit and the delay switch 130 provided in the secondary side circuit as in the third operation mode described above, The transformer duty loss of the switching full bridge converter is not related to the output current (I o ), and therefore the transformer duty loss may be less than that of the phase shift full bridge converter.

또한, 일반적으로, 컨버터의 DC 전압이득(M)은 아래의 수학식 7을 이용하여 구할 수 있다.In general, the DC voltage gain (M) of the converter can be obtained by using the following equation (7).

Figure 112015065261404-pat00008
Figure 112015065261404-pat00008

수학식 7에서, M은 컨버터의 DC 전압이득을 의미하고, Vo 는 출력 전압, Vs 은 입력 전압을 의미하며, n은 변압기 턴비, D는 변압기의 명목 듀티, △D는 변압기의 듀티 손실을 의미하고, Deff 는 변압기의 실질 듀티를 의미한다.In the equation 7, M denotes a DC voltage gain of the converter and, V o is the output voltage, V s denotes the input voltage, and, n is the transformer turns ratio, D is the nominal duty, △ D is the duty loss of the transformer of the transformer , And D eff means the actual duty of the transformer.

수학식 5 및 7에 따라, 위상천이 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득은 아래의 수학식 8을 이용하여 구할 수 있다.According to Equations (5) and (7), the DC voltage gain of the phase shift full bridge converter can be obtained using the following equation (8).

Figure 112015065261404-pat00009
Figure 112015065261404-pat00009

수학식 8에서, MPSFB은 위상천이 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득을 의미하고, n은 변압기 턴비, D는 변압기의 명목 듀티, △D는 변압기의 듀티 손실을 의미하며, Llk 는 누설 인덕턴스, Vs는 입력 전압, T는 주기, Io 는 출력 전류, Vo 는 출력 전압, L 은 출력 인덕턴스를 의미한다.In Equation (8), M PSFB denotes the DC voltage gain of the phase-shift full bridge converter, n denotes the transformer turn ratio, D denotes the nominal duty of the transformer, ΔD denotes the duty loss of the transformer, L lk denotes the leakage inductance, V s is the input voltage, T is the period, I o is the output current, V o is the output voltage, and L is the output inductance.

또한, 수학식 6 및 7에 따라, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득은 아래의 수학식 9를 이용하여 구할 수 있다.Further, according to Equations (6) and (7), the DC voltage gain of the soft switching full bridge converter can be obtained using Equation (9) below.

Figure 112015065261404-pat00010
Figure 112015065261404-pat00010

수학식 9에서, MSSFB은 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득을 의미하고, n은 변압기 턴비, D는 변압기의 명목 듀티, △D는 변압기의 듀티 손실을 의미하며, Llk 는 누설 인덕턴스, Vs는 입력 전압, T는 주기, DSEC 는 변압기 2차측의 명목 듀티, Vo 는 출력 전압, L은 출력 인덕턴스를 의미한다.D is the nominal duty of the transformer, ΔD is the duty loss of the transformer, L lk is the leakage inductance of the transformer, V s is the input voltage, T is the period, D SEC is the nominal duty of the transformer secondary, V o is the output voltage, and L is the output inductance.

따라서, 수학식 8을 이용하여 산출한 위상천이 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득(MPSFB) 및 수학식 9를 이용하여 산출한 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득(MSSFB)이 도 7에 개시될 수 있다.Therefore, the DC voltage gain (M PSFB ) of the phase-shift full-bridge converter calculated using Equation (8) and the DC voltage gain (M SSFB ) of the soft switching full bridge converter calculated using Equation .

이때, 최대 듀티(0.48)에서 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 DC 전압이득이 위상천이 풀브리지 컨버터에 비해 57% 가량 개선된 것을 확인할 수 있다.At this time, it can be seen that the DC voltage gain of the soft switching full bridge converter is improved by 57% compared with the phase shift full bridge converter at the maximum duty (0.48).

이와 같이, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 위상천이 풀브리지 컨버터에 비해 동일한 변압기 듀티에서 높은 DC 전압이득을 달성할 수 있으며 변압기 듀티 손실 또한 최소화 할 수 있다.Thus, a soft-switching full-bridge converter can achieve a high DC voltage gain at the same transformer duty as a phase-shifted full-bridge converter, and also minimize transformer duty losses.

한편, 도 8은 위상천이 풀브리지 컨버터와 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 영전압 스위칭(ZVS) 범위를 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing zero voltage switching (ZVS) ranges of the phase shift full bridge converter and the soft switching full bridge converter.

도 8을 참조하면, 위상천이 풀브리지 컨버터와 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 전 부하 구간(0~100%)에서의 영전압 스위칭(ZVS)을 위해 필요한 누설 인덕턴스를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, the leakage inductance required for zero voltage switching (ZVS) in the full load section (0 to 100%) of the phase shift full bridge converter and the soft switching full bridge converter can be confirmed.

위상천이 풀브리지 컨버터와 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 1차측 회로에 흐르는 전류의 최대값은 아래의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.The maximum value of the current flowing in the primary side circuit of the phase shift full bridge converter and the soft switching full bridge converter can be expressed by Equation (10) below.

Figure 112015065261404-pat00011
Figure 112015065261404-pat00011

수학식 10에서, Ipri(0)은 1차측 회로에 흐르는 전류의 최대값을 의미하고, im은 변압기의 자화 인덕턴스에 의한 전류, Io 는 출력 전류, n은 변압기 턴비를 의미한다.In Equation (10), I pri (0) means the maximum value of the current flowing in the primary circuit, i m is the current due to the magnetizing inductance of the transformer, I o Is the output current, and n is the transformer turn ratio.

수학식 10에 따르면, 1차측 회로에 흐르는 전류는 출력 전류(Io)와 연관되어 있음을 확인할 수 있다.According to Equation (10), it can be seen that the current flowing in the primary side circuit is related to the output current I o .

또한, 수학식 10에 따라 위상천이 풀브리지 컨버터의 변압기 자화 인덕턴스에 의한 전류의 최대값은 아래의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.The maximum value of the current due to the transformer magnetization inductance of the phase shift full bridge converter according to Equation (10) can be expressed by Equation (11) below.

Figure 112015065261404-pat00012
Figure 112015065261404-pat00012

수학식 11에서, Imp_ PSFB 는 위상천이 풀브리지 컨버터의 변압기 자화 인덕턴스에 의한 전류의 최대값을 의미하고, Vs 는 입력 전압, Llk 는 누설 인덕턴스, Lm 은 자화 인덕턴스, T는 주기, tph 는 위상천이 구간 동안의 시간을 의미한다.In equation 11, I mp_ PSFB means the maximum current due to transformer magnetizing inductance of a phase-shift full-bridge converter, and V s is the input voltage, L lk is the leakage inductance, L m is the magnetization inductance, T is the period, t ph is the time during the phase transition period.

또한, 수학식 10에 따라 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 변압기 자화 인덕턴스에 의한 전류의 최대값은 아래의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.The maximum value of the current due to the transformer magnetizing inductance of the soft switching full bridge converter according to Equation (10) can be expressed by Equation (12) below.

Figure 112015065261404-pat00013
Figure 112015065261404-pat00013

수학식 12에서, Imp_ SSFB 는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 변압기 자화 인덕턴스에 의한 전류의 최대값을 의미하고, Vs 는 입력 전압, Llk 는 누설 인덕턴스, Lm 은 자화 인덕턴스, T는 주기, Dpri 는 변압기 일차측의 명목 듀티를 의미한다.In Equation 12, I mp - SSFB denotes the maximum value of the current due to the transformer magnetizing inductance of the soft switching full bridge converter, V s is the input voltage, L lk is the leakage inductance, L m is the magnetizing inductance, T is the period, D pri denotes the nominal duty of the primary side of the transformer.

한편, 위상천이 풀브리지 컨버터 및 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터 모두 영전압 스위칭(ZVS) 턴 온을 위해서는 아래의 수학식 13과 같은 조건을 만족하여야 한다.On the other hand, both the phase shift full bridge converter and the soft switching full bridge converter must satisfy the following Equation 13 for ZVS turn-on.

Figure 112015065261404-pat00014
Figure 112015065261404-pat00014

수학식 13에서, Llk 는 누설 인덕턴스, Ipri 는 변압기의 1차측 전류를 의미하고, Coss 는 MOSFET 스위치의 출력 등가 커패시터, Vs 는 입력 전압을 의미한다.In Equation 13, L lk denotes a leakage inductance, I pri denotes a primary current of the transformer, C oss denotes an output equivalent capacitor of the MOSFET switch, and V s denotes an input voltage.

여기에서, 수학식 13에 따른 조건을 만족시키기 위해서는 위상천이 풀브리지 컨버터와 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 1차측 회로에는 각각 수학식 11 및 수학식 12에 따른 전류가 흘러야 한다.In order to satisfy the condition according to Equation (13), the currents according to Equations (11) and (12) must flow through the primary side circuit of the phase shift full bridge converter and the soft switching full bridge converter, respectively.

이때, 수학식 11에 따르면 위상천이 풀브리지 컨버터는 위상천이가 늘어날수록 1차측 회로에 흐르는 전류가 감소하므로, 수학식 13에 따른 조건을 만족시킬 수 없어 영전압 스위칭(ZVS)에 제한이 있을 수 있다. According to Equation (11), the phase shift full bridge converter can not satisfy the condition according to Equation (13) because the current flowing through the primary side circuit decreases as the phase transition increases, so that the zero voltage switching (ZVS) have.

반면, 수학식 12에 따르면 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 위상천이가 없으므로, 일정값 이상의 누설인덕턴스의 값만 보장되면 전 부하 구간(0~100%)에서 영전압 스위칭(ZVS) 턴 온이 가능해진다.On the other hand, according to Equation (12), since the soft switching full bridge converter has no phase transition, zero voltage switching (ZVS) turn-on becomes possible in the full load period (0 to 100%) if only the leakage inductance value of a certain value or more is guaranteed.

이에 더하여, 위상천이 풀브리지 컨버터 및 소프트 스위칭 컨버터의 2차측 회로에 마련되는 인덕터(140), 즉, 출력 인덕터의 인덕턴스는 모두 수학식 13에 따라 결정될 수 있으며, 아래의 수학식 14를 이용하여 구할 수 있다.In addition, the inductance of the inductor 140, i.e., the output inductor, provided in the secondary side circuit of the phase-shift full bridge converter and the soft switching converter can all be determined according to Equation (13) .

Figure 112015065261404-pat00015
Figure 112015065261404-pat00015

수학식 14에서, L은 출력 인덕턴스를 의미하고, Vo,max 는 최대 출력 전압, Dmin 는 변압기 1차측 명목 듀티의 최소값, △IL 은 출력 인덕터 전류의 리플, fs 는 스위칭 주파수를 의미한다.In Equation 14, L denotes the output inductance, V o, max denotes the maximum output voltage, D min denotes the minimum value of the transformer primary side nominal duty, ΔI L denotes the ripple of the output inductor current, and f s denotes the switching frequency do.

이때, 소프트 스위칭 컨버터의 2차측 회로에는 지연 스위치(130)가 추가되고, 지연 스위치(130)는 1차측 회로에 마련되는 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)의 2배의 스위칭 주파수로 동작하므로, 출력필터의 크기는 1/2로 줄어들고, 듀티 손실 또한 작기 때문에 소프트 스위칭 컨버터의 2차측 회로에 마련되는 인덕터(140)의 인덕턴스는 위상천이 풀브리지 컨버터의 2차측 회로에 마련되는 인덕터의 인덕턴스보다 더 작은 값을 가질 수 있다. 이와 같이, 소프트 스위칭 컨버터의 2차측 회로에 마련되는 수동 소자의 크기 또한 현저히 감소시킬 수 있다.At this time, a delay switch 130 is added to the secondary circuit of the soft switching converter, and the delay switch 130 is connected to the first switch 111 through the fourth switch 114 provided in the primary circuit, The inductance of the inductor 140 provided in the secondary side circuit of the soft switching converter is lower than the inductance of the inductor 140 provided in the secondary side circuit of the phase shift full bridge converter since the size of the output filter is reduced to 1/2 and the duty loss is also small, Lt; RTI ID = 0.0 > inductance. ≪ / RTI > As described above, the size of passive elements provided in the secondary circuit of the soft switching converter can also be significantly reduced.

한편, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 2차측 회로에 마련된 지연 스위치(130)의 턴 오프 이후, 1차측 회로에 마련된 스위치의 영전류 스위칭(ZCS) 턴 오프가 가능하며, 이때, 아래의 수학식 15를 만족하여야 한다.On the other hand, the soft switching full bridge converter is capable of turning off the ZCS of the switch provided in the primary side circuit after the delay switch 130 provided in the secondary side circuit is turned off. Should be satisfied.

Figure 112015065261404-pat00016
Figure 112015065261404-pat00016

수학식 15에서, △tZCS 는 영전류 스위칭(ZCS)을 위한 데드타임을 의미하고, n은 변압기 턴비, Llk 는 누설 인덕턴스, Vs 는 입력 전압, Io 는 출력 전류를 의미한다.In equation (15), Δt ZCS denotes the dead time for zero current switching (ZCS), n is the transformer turn ratio, L lk is the leakage inductance, V s is the input voltage, I o Is the output current.

여기에서, 지연 스위치(130)의 오프 듀티의 최소값을 0.1 정도로 가정하면 전 부하 구간(0~100%)에서 수학식 15를 만족하여 1차측 회로에 마련된 스위치의 영전류 스위칭(ZCS) 턴 오프가 이루어질 수 있다.Assuming that the minimum value of the off-duty of the delay switch 130 is about 0.1, the zero-current switching (ZCS) turn-off of the switch provided in the primary-side circuit satisfies the expression (15) in the full load period Lt; / RTI >

한편, 도 9는 위상천이 풀브리지 컨버터와 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 1차측 회로에 흐르는 전류에 대한 그래프이고, 도 10은 경부하시 위상천이 풀브리지 컨버터와 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 1차측 회로에 흐르는 전류에 대한 그래프이다.9 is a graph of the current flowing in the primary side circuit of the phase shift full bridge converter and the soft switching full bridge converter and FIG. 10 is a graph showing the current flowing in the primary side circuit of the light load phase shift full bridge converter and the soft switching full bridge converter. Fig.

먼저, 도 9의 (a)를 참조하면, 위상천이 풀브리지 컨버터의 1차측 회로에 흐르는 전류를 확인할 수 있다. 위상천이 풀브리지 컨버터는 1차측 회로의 스위치의 위상천이 구간에서 1차측 회로에 순환전류(Circulating Current)가 발생할 수 있다. 이에 따라, 위상천이 풀브리지 컨버터의 변압기와 스위칭 소자에는 도통 손실이 발생할 수 있다.First, referring to FIG. 9A, the current flowing in the primary side circuit of the phase shift full bridge converter can be confirmed. The phase shift full bridge converter can generate a circulating current in the primary circuit in the phase transition period of the switch of the primary circuit. Accordingly, conduction loss may occur in the transformer and the switching element of the phase shift full bridge converter.

반면, 도 9의 (b)를 참조하면, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 1차측 회로에 흐르는 전류를 확인할 수 있다. 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 상술한 제2 동작 모드 및 제6 동작 모드와 같이 2차측의 전류가 순환 다이오드(140)에 의해 바이패스되어 1차측 회로에는 순환전류(Circulating Current)가 거의 발생하지 않을 수 있다. 이에 따라, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 변압기와 스위칭 소자의 도통 손실을 최소화 할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 9 (b), the current flowing in the primary side circuit of the soft switching full bridge converter can be confirmed. The soft switching full bridge converter is configured such that the current of the secondary side is bypassed by the circulating diode 140 as in the second operation mode and the sixth operation mode and thus the circulating current is hardly generated in the primary circuit have. Thus, the soft switching full bridge converter can minimize the conduction losses of the transformer and the switching element.

또한, 도 10의 (a)를 참조하면, 경부하시 위상천이 풀브리지 컨버터의 1차측 회로에 흐르는 전류를 확인할 수 있다. 경부하시 위상천이 풀브리지 컨버터는 1차측 회로의 스위치의 위상천이 구간이 늘어나며, 이에 따라, 위상천이 구간에서 1차측 회로에 발생하는 순환전류(Circulating Current)의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 위상천이 풀브리지 컨버터는 특히 경부하시 컨버터의 변압기와 스위칭 소자에는 더 큰 도통 손실이 발생할 수 있다.10 (a), the current flowing in the primary circuit of the light-load phase-shift full-bridge converter can be confirmed. In the phase shift full bridge converter under light load, the phase transition period of the switch of the primary side circuit is increased, so that the magnitude of the circulating current generated in the primary side circuit in the phase transition period can be increased. Thus, phase shift full bridge converters can cause greater conduction losses, especially for transformers and switching elements in light load converters.

반면, 도 10의 (b)를 참조하면, 경부하시 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 1차측 회로에 흐르는 전류를 확인할 수 있다. 경부하시 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 1차측 및 2차측 회로의 스위치 듀티가 함께 줄어들며, 효용 듀티 구간 외에는 1차측 회로의 스위치는 턴 오프 상태이므로 1차측 회로에는 순환전류(Circulating Current)가 거의 발생하지 않을 수 있다. 이와 같이, 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터는 특히, 경부하시 변압기와 스위칭 소자의 도통 손실을 최소화하여 컨버터의 전체 효율을 높일 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 10 (b), the current flowing in the primary side circuit of the light load soft switching full bridge converter can be confirmed. In the soft switching full-bridge converter, the switch duty of the primary side and the secondary side circuit is reduced together, and since the switch of the primary side circuit is turned off except for the utility duty period, the circulating current is hardly generated in the primary side circuit . In this way, the soft switching full bridge converter can minimize the conduction losses of the light load transformer and the switching element, in particular, thereby improving the overall efficiency of the converter.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.

100: 입력 전원 140: 순환 다이오드
110: 제1 풀브리지 회로 150: 인덕터
120: 제2 풀브리지 회로 160: 출력 커패시터
130: 지연 스위치 170: 출력 부하100: input power supply 140: circulating diode
110: first full bridge circuit 150: inductor
120: second full bridge circuit 160: output capacitor
130: Delay switch 170: Output load

Claims (15)

1차측 권선과 2차측 권선을 포함하여 전압 변환을 수행하는 변압기;
입력 전원을 공급받으며, 병렬로 연결된 제1 레그 및 제2 레그를 포함하고, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그에는 제1 스위치 내지 제4 스위치가 마련되고, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그를 연결하는 입력 전압선은 상기 1차측 권선과 연결되는 1차측 회로; 및
병렬로 연결된 제3 레그 및 제4 레그를 포함하고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그에는 제1 다이오드 내지 제4 다이오드가 마련되며, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그를 연결하는 출력 전압선은 상기 2차측 권선과 연결되고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 상측 접점에는 지연 스위치의 일단이 연결되고, 상기 지연 스위치의 타단은 병렬로 연결된 순환 다이오드 및 인덕터와 연결되며, 상기 순환 다이오드 및 상기 인덕터는 출력 부하와 연결되는 2차측 회로를 포함하고,
상기 지연 스위치는 기생 커패시터 및 바디 다이오드가 병렬로 연결되어, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 오프 동작보다 먼저 턴 오프 되는 경우, 상기 지연 스위치에 연결된 기생 커패시터가 충전되어 상기 2차측 회로의 도통 상태를 유지하는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터.A transformer for performing voltage conversion including a primary winding and a secondary winding;
The first and second legs being provided with a first leg and a second leg connected in parallel, the first leg and the second leg being provided with first to fourth switches, A primary side circuit connected to the primary side winding; And
A third diode, and a fourth diode, wherein the third and fourth legs are connected in parallel, and wherein the output voltage line connecting the third leg and the fourth leg comprises: One end of a delay switch is connected to an upper contact of the third leg and the fourth leg, the other end of the delay switch is connected to a circulation diode and an inductor connected in parallel, Wherein the inductor includes a secondary circuit connected to an output load,
Wherein when the parasitic capacitor and the body diode are connected in parallel and turned off prior to the turn-off operation of the first switch and the fourth switch, the delay switch is charged with a parasitic capacitor connected to the delay switch, Soft-switching full-bridge converter maintains conduction. 제1항에 있어서,
상기 2차측 회로는,
상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 상측 접점에는 상기 지연 스위치의 드레인 단자가 연결되고, 상기 지연 스위치의 소스 단자는 상기 순환 다이오드의 캐소드 및 상기 인덕터의 일단과 연결되며, 상기 순환 다이오드의 애노드는 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 하측 접점 및 상기 출력 부하와 연결되고, 상기 인덕터의 타단은 상기 출력 부하와 연결되는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터.The method according to claim 1,
The secondary side circuit includes:
The drain terminal of the delay switch is connected to the upper contact of the third leg and the fourth leg, the source terminal of the delay switch is connected to the cathode of the circulating diode and one end of the inductor, The lower contact of the third leg and the fourth leg and the output load, and the other end of the inductor is connected to the output load. 제1항에 있어서,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치는,
영전압 스위칭(ZVS:zero voltage switching)에 의해 턴 온 되고, 영전류 스위칭(ZCS:zero current switching)에 의해 턴 오프 되는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the first switch to the fourth switch comprises:
A soft switching full bridge converter that is turned on by zero voltage switching (ZVS) and turned off by zero current switching (ZCS). 제1항에 있어서,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치는,
각각 기생 커패시터 및 바디 다이오드가 병렬로 연결되는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the first switch to the fourth switch comprises:
A soft-switching full-bridge converter in which parasitic capacitors and body diodes are connected in parallel. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 지연 스위치는,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치와 지연 시간을 가지고 동기화되어 스위칭 동작하는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터.The method according to claim 1,
The delay switch includes:
Wherein the first and second switches are switched in synchronization with the first switch and the fourth switch with a delay time. 제1항에 있어서,
상기 지연 스위치는,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 두 배의 스위칭 주파수를 갖는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터.The method according to claim 1,
The delay switch includes:
And a switching frequency that is twice as high as that of the first switch to the fourth switch. 입력 전원을 공급받고, 병렬로 연결된 제1 레그 및 제2 레그 상에 마련된 제1 스위치 내지 제4 스위치를 포함하는 1차측 회로와, 상기 1차측 회로를 통해 상기 입력 전원을 전달받고, 상기 입력 전원을 변환하는 변압기와, 병렬로 연결된 제3 레그 및 제4 레그를 포함하고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그에는 제1 다이오드 내지 제4 다이오드가 마련되며, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 상측 접점에는 지연 스위치의 일단이 연결되고, 상기 지연 스위치의 타단은 병렬로 연결된 순환 다이오드 및 인덕터와 연결되며, 상기 순환 다이오드 및 상기 인덕터는 출력 부하와 연결되어 상기 변압기로부터 변환된 상기 입력 전원을 전달 받아 상기 출력 부하로 공급하는 2차측 회로를 포함하는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법에 있어서,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하고,
상기 지연 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 상기 변압기로부터 변환된 상기 입력 전원을 전달 받아 상기 출력 부하로 공급하거나, 상기 순환 다이오드, 상기 인덕터 및 상기 출력 부하의 폐회로를 형성하여 상기 인덕터에 저장된 전원을 상기 출력 부하로 공급하며,
상기 지연 스위치는 기생 커패시터 및 바디 다이오드가 병렬로 연결되어, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 오프 동작보다 먼저 턴 오프 되는 경우, 상기 지연 스위치에 연결된 기생 커패시터가 충전되어 상기 2차측 회로의 도통 상태를 유지하는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법.A primary side circuit including first to fourth switches provided on first legs and second legs connected in parallel and supplied with input power; and a control circuit receiving the input power through the primary side circuit, And a third and fourth legs connected in parallel, wherein the third leg and the fourth leg are provided with a first diode to a fourth diode, the third leg and the fourth leg are provided, And the other end of the delay switch is connected to a circulating diode and an inductor connected in parallel, and the circulating diode and the inductor are connected to an output load, and the input power, which is converted from the transformer, A method for driving a soft switching full-bridge converter including a secondary side circuit that receives and supplies power to the output load,
The input power is transmitted to the transformer according to a turn-on or a turn-off operation of the first switch to the fourth switch,
Wherein the switching power supply includes a switching power supply for supplying power to the output load by receiving the input power converted from the transformer according to a turn-on or turning-off operation of the delay switch, or forming a closed circuit of the circulating diode, To the output load,
Wherein when the parasitic capacitor and the body diode are connected in parallel and turned off prior to the turn-off operation of the first switch and the fourth switch, the delay switch is charged with a parasitic capacitor connected to the delay switch, A method of driving a soft switching full bridge converter maintaining conduction state. 제8항에 있어서,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하는 것은,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 온 시 영전압 스위칭(ZVS:zero voltage switching)으로 동작하고, 턴 오프 시 영전류 스위칭(ZCS:zero current switching)으로 동작하여 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하는 것인 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법.9. The method of claim 8,
The transmission of the input power to the transformer in response to a turn-on or turn-off operation of the first switch to the fourth switch,
Wherein the first switch and the fourth switch operate at zero voltage switching (ZVS) during turn-on and operate at zero current switching (ZCS) during turn-off, Wherein the soft switching full bridge converter is configured to transmit the soft switching full bridge converter. 제8항에 있어서,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하는 것은,
상기 제1 레그의 상측에 마련된 상기 제1 스위치 및 상기 제2 레그의 하측에 마련된 상기 제4 스위치는 동일하게 턴 온 또는 턴 오프 동작하고,
상기 제1 레그의 하측에 마련된 상기 제2 스위치 및 상기 제2 레그의 상측에 마련된 상기 제3 스위치는 동일하게 턴 온 또는 턴 오프 동작하며,
상기 제1 레그 상에 마련된 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 상기 제2 레그 상에 마련된 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 대칭적으로 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 상기 변압기로 상기 입력 전원을 전달하는 것인 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법.9. The method of claim 8,
The transmission of the input power to the transformer in response to a turn-on or turn-off operation of the first switch to the fourth switch,
The first switch provided on the upper side of the first leg and the fourth switch provided on the lower side of the second leg are turned on or off in the same manner,
The second switch provided on the lower side of the first leg and the third switch provided on the upper side of the second leg are turned on or off in the same manner,
Wherein the first switch and the second switch provided on the first leg and the third switch and the fourth switch provided on the second leg are symmetrically turned on or turned off so that the input power Wherein the soft switching full bridge converter is configured to transmit the soft switching full bridge converter. 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치는,
각각 기생 커패시터 및 바디 다이오드가 병렬로 연결되는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법.9. The method of claim 8,
Wherein the first switch to the fourth switch comprises:
A method of driving a soft-switching full-bridge converter in which parasitic capacitors and body diodes are connected in parallel. 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 지연 스위치는,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치와 지연 시간을 가지고 동기화되어 스위칭 동작하는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법.9. The method of claim 8,
The delay switch includes:
Wherein the first switch and the fourth switch are synchronized with each other with a delay time to perform a switching operation. 제8항에 있어서,
상기 지연 스위치는,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 두 배의 스위칭 주파수를 갖는 소프트 스위칭 풀브리지 컨버터의 구동방법.9. The method of claim 8,
The delay switch includes:
And a second switch having a switching frequency twice that of the first switch to the fourth switch.
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