KR101910533B1 - Soft-switching full-bridge converter and control method thereof - Google Patents
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Abstract
1차측 권선과 2차측 권선을 포함하여 전압 변환을 수행하는 변압기, 입력 전원을 공급하는 입력 커패시터와 연결되며, 제1 스위치 내지 제4 스위치가 마련된 풀브릿지 회로를 포함하여 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 입력 전원을 상기 1차측 권선으로 전달하는 1차측 회로 및 상기 2차측 권선과 연결되며, 제1 다이오드 내지 제4 다이오드가 마련된 정류 회로, 상기 정류 회로와 연결되는 클램프 커패시터 및 제5 다이오드와, 상기 클램프 커패시터 및 상기 제5 다이오드 사이에 마련되는 제6 다이오드, 상기 클램프 커패시터 및 상기 제6 다이오드 사이에 마련되는 부가 스위치로 구성되는 부가 회로 및 상기 부가 회로와 연결되는 출력 인덕터를 포함하여 상기 1차측 회로로부터 상기 변압기를 통해 전달 받은 에너지를 상기 출력 인덕터 및 상기 부가 회로와 연결되는 출력 커패시터로 전달하는 2차측 회로를 포함하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터가 개시된다.A full bridge circuit including a transformer for performing voltage conversion including a primary side winding and a secondary side winding, an input capacitor for supplying an input power, and a first switch to a fourth switch, A first rectifier circuit connected to the secondary side winding and having a first diode to a fourth diode, a second rectifier circuit connected to the rectifier circuit, And an additional switch comprising a fifth diode, a sixth diode provided between the clamp capacitor and the fifth diode, an additional switch provided between the clamp capacitor and the sixth diode, and an output inductor The energy received from the primary side circuit through the transformer, A soft switching full bridge converter comprising an output inductor and a secondary circuit delivering it to an output capacitor coupled to the additional circuit.
Description
본 발명은 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터 및 그 구동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변압기를 기준으로 1차측에 마련된 스위치 소자들의 소프트 스위칭이 가능한 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터 및 그 구동방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
풀브릿지 dc-dc 컨버터는 전원 공급 장치, 신재생 에너지 시스템, 에너지 저장 시스템 및 전기 차량을 위한 트랙션 시스템 등과 같이 다양한 장치에 적용되고 있다. 이는, 풀브릿지 dc-dc 컨버터가 고출력의 제어가 가능함과 동시에 단순한 토폴로지, 쉬운 제어 및 높은 효율을 달성할 수 있다는 장점을 갖기 때문이다.Full bridge dc-dc converters are being applied to a variety of devices such as power supplies, renewable energy systems, energy storage systems and traction systems for electric vehicles. This is because full-bridge dc-dc converters have the advantage of achieving simple topology, easy control and high efficiency while allowing high-power control.
특히, 풀브릿지 dc-dc 컨버터 중, 위상 천이 제어 방식을 채용하는 위상 천이 방식의 풀브릿지(PSFB: Phase Shift Full-Bridge) 컨버터가 각광받고 있는데, 전력 스위치들의 소프트 스위칭이 가능하고, 전자기 간섭(EMI: Electromagnetic Interference)을 축소시키며, 전력 밀도 및 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.Particularly, among full bridge dc-dc converters, a phase shift full-bridge (PSFB) converter adopting a phase shift control method is in the spotlight. Soft switching of power switches is possible and electromagnetic interference EMI: Electromagnetic Interference) and improve power density and efficiency.
구체적으로는, 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터는 스위치들의 기생 소자들 및 변압기를 이용함으로써, 스위치 소자에 걸리는 전압이 0 인 경우 턴 온되는 소프트 스위칭을 달성할 수 있다. 따라서, 특히 고출력 장치에서의 스위칭 손실을 상당히 줄일 수 있다. Specifically, the full-bridge converter of the phase shift type can achieve the soft switching which is turned on when the voltage applied to the switch element is zero by using the parasitic elements of the switches and the transformer. Therefore, the switching loss in a particularly high power device can be considerably reduced.
그러나, 이러한 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터의 단점으로는, 먼저, 소프트 스위칭 조건은 복잡한 PWM 스위칭 기법에 의해 달성된다는 것이고, 두번째로는 좁은 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching) 범위를 가져, 경부하 조건 하에서는 낮은 효율을 갖는다는 것이다. 따라서, 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터의 넓은 영전압 스위칭 범위를 보장하기 위해서는 변압기의 누설 인덕턴스를 증가시켜야 하는데, 이는 유효 듀티를 감소시키고 순환 전류 주기를 증가시켜 결과적으로는 손실을 증가시키게 된다. 이러한 변압기 1차측에서 발생하는 순환 전류는 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터의 또 다른 단점으로, 전도 손실을 증가시키고 특히 프리휠링(freewheeling) 구간이 지속될 때 효율을 감소시키기 때문이다.However, the disadvantage of this phase-shift full bridge converter is that soft switching conditions are achieved by a complicated PWM switching technique and secondly there is a narrow zero voltage switching (ZVS) Under low conditions. Therefore, in order to ensure the wide zero-voltage switching range of the full-bridge transconductance converter, the leakage inductance of the transformer must be increased, which reduces the effective duty and increases the circulating current period, resulting in increased losses. The cyclic current generated at the primary side of the transformer is another disadvantage of the full bridge converter of the phase shift type because it increases the conduction loss and reduces the efficiency especially when the freewheeling section is continued.
이와 같은, 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터의 단점을 보완하기 위한 다양한 방법이 제안된바 있다. Various methods have been proposed to overcome the shortcomings of the full bridge converter of the phase shift type.
대표적으로는 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터의 1차측에 보조 전류 소스를 부가하여 스위치의 출력 커패시턴스를 방전시키기 위한 충분한 유도성 에너지를 저장함으로써 영전압 스위칭 범위를 확장하는 방법이 있다. 여기서, 보조 전류 소스는 변압기와 직렬로 연결되는 외부의 인덕터, 또는, 변압기에 부가되는 자화 인덕턴스로 구현될 수 있다. 그러나 이러한 방식은 부피가 큰 자기 소자들에 의해 달성 가능하여, 컨버터의 듀티 싸이클의 손실, 부피, 제조 비용 및 전도 손실의 증가라는 문제점이 수반된다.Typically, there is a method of extending the zero voltage switching range by storing an inductive energy sufficient to add an auxiliary current source to the primary side of a phase-shifting full bridge converter to discharge the output capacitance of the switch. Here, the auxiliary current source may be implemented with an external inductor connected in series with the transformer, or a magnetizing inductance added to the transformer. However, this approach is achievable by bulky magnetic elements, which entails the problem of duty cycle loss, volume, manufacturing cost and conduction loss of the converter.
또한, 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터에 스너버(snubber)를 채용하여 이차측 트래션트(transient) 과전압 및 순환 전류 문제를 해결하는 방법이 있다. 이는 스너버에 의해 과도 전압을 억제함으로써 2차측 정류 회로를 1차측 및 2차측 프리휠링 회로로부터 분리하여 순환 전류를 감소시키는 방식이다. In addition, there is a method of solving a secondary side transient overvoltage and circulation current problem by adopting a snubber in a phase bridge type full bridge converter. This is a method of reducing the circulating current by separating the secondary rectifier circuit from the primary and secondary free wheeling circuits by suppressing the transient voltage by the snubber.
예를 들면, 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터에 소모(dissipated) RCD 스너버를 채용하여 정류 다이오드들의 전압 링잉(voltage ringing)을 완화시키는 방식이 제안되었으나, 이와 같은 방식은 추가 손실 및 스너버 저항에 의해 발생하는 열로 인한 문제점이 존재한다. 또한, 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터에 능동 클램프 스너버를 적용한 방식이 있는데, 이와 같은 방식은 보조 구동 회로 및 추가 인덕터가 필요하여 구현이 복잡하고, 회로를 구현하는 데 필요한 소자의 수가 증가한다는 문제점이 있다. 또한, 결합 인덕터 기반의 커패시터-다이오드-다이오드(CDD) 토폴로지가 제안된바 있다. 이는 순환 전류를 줄일 수 있으며 1차측 래깅 레그(lagging-leg)에 마련된 스위치들의 소프트 스위칭 조건 또한 달성할 수 있으나, 순환 전류가 완전히 제거되지 않으며 1차측 리딩 레그(leading-leg)에 마련된 스위치들의 영전류 스위칭(ZCS) 턴오프가 불가능하다. For example, a dissipated RCD snubber is employed in a phase-shifting full bridge converter to mitigate voltage ringing in rectifier diodes. However, such a scheme has the disadvantage that additional loss and snubber resistance There is a problem due to the heat generated by the heat. In addition, there is a method in which an active clamp snubber is applied to a full bridge converter of a phase shift type. Such a method requires an auxiliary driving circuit and an additional inductor, which complicates the implementation and increases the number of elements required to implement the circuit . A coupling-inductor-based capacitor-diode-diode (CDD) topology has also been proposed. This can reduce the circulating current and also achieve the soft switching condition of the switches provided in the primary side lagging legs. However, since the circulating current is not completely removed and the switches of the switches provided on the primary side leg- Current switching (ZCS) can not be turned off.
이처럼, 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터의 단점을 보완하기 위해 제안된 방법들은 순환 전류만을 완벽히 제거할 수 있는 방법이거나, 추가 회로를 부가하거나 스위칭 기법을 복잡하게 하여 소프트 스위칭 범위를 확장하는 방법이 대부분이다.In order to compensate for the disadvantage of the phase-shift full bridge converter, the proposed methods can completely remove only the circulating current, or the method of expanding the soft switching range by adding additional circuits or complicating the switching method to be.
한편, 순환 전류 제거 및 1차측 스위치들의 소프트 스위칭 범위의 확장이 모두 가능한 방법으로는 찾아보기 어려우나, 예를 들면, 2차측에 위상 천이 능동 정류 회로를 포함하는 방법이 있다. 이는 2차측 정류 다이오드의 하나의 레그를 능동 스위치로 대체하여 1차측 및 2차측 스위치 간의 위상 천이 제어를 수행함으로써 출력 전압을 제어할 수 있다. 이때, 1차측 스위치들은 일정한 스위칭 주파수에서의 고정 듀티 사이클(50%)에 따라 제어될 수 있다. 이러한 방법을 채용한 풀브릿지 컨버터는 넓은 부하 범위에서의 동작을 위한 턴오프 스너버 커패시터들의 구현이 복잡하다는 단점이 있으며, 적절한 턴오프 스너버 커패시터들이 구현되더라도, 회로의 기생 인덕터와 공진하여 스위치들의 전압 링잉을 발생시키게 된다. 아울러, 실효 정전 용량(effective capacitance) 값을 변화시켜 경부하 조건에서의 영전압 스위칭 범위가 제한된다. 또 다른 예로, 2차측 스위치에 가포화 인덕터(saturable inductor)를 직렬로 연결하여 1차측의 유도성 에너지를 부가함으로써 1차측 스위치들의 영전압 스위칭을 보장하는 방안이 제안되었으나, 장치 별로 적절한 코어를 선택하는 데 어려움이 있으며 회로 구현을 복잡하게 한다는 단점이 있다.On the other hand, it is hard to find a way to eliminate the circulating current and expand the soft switching range of the primary side switches. For example, there is a method of including a phase shift active rectifying circuit on the secondary side. This can control the output voltage by replacing one leg of the secondary rectifier diode with an active switch to perform phase shift control between the primary and secondary switches. At this time, the primary switches can be controlled according to a fixed duty cycle (50%) at a constant switching frequency. The full bridge converter adopting this method has a disadvantage in that the implementation of turn-off snubber capacitors for operation in a wide load range is complicated and even if proper turn-off snubber capacitors are implemented, resonating with the parasitic inductor of the circuit, Voltage ringing. In addition, changing the effective capacitance value limits the zero voltage switching range at light load conditions. As another example, a method has been proposed in which a saturable inductor is connected in series to a secondary switch to ensure zero voltage switching of the primary switches by adding inductive energy on the primary side. However, And complicates circuit implementation.
이와 같이, 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터의 경우, 정류 회로를 제어하고 독립적인 프리휠링 전류 루프를 형성할 수 있도록 2차측 회로에 능동 스위치 및 프리휠링 다이오드를 부가하는 것이 바람직함을 유추할 수 있다. 이와 관련하여 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.In this way, it can be inferred that, in the case of a phase-shift full bridge converter, it is desirable to add an active switch and a freewheeling diode to the secondary circuit so as to control the rectifier circuit and form an independent freewheeling current loop . This will be described with reference to FIG.
도 1은 2차측 회로에 스위치 및 프리휠링 다이오드가 부가된 풀브릿지 컨버터의 일 예를 도시한 도면이다.1 is a view showing an example of a full bridge converter to which a switch and a freewheeling diode are added to a secondary side circuit.
도 1을 참조하면, 변압기(TR)를 중심으로 스위치 소자들이 마련된 1차측 풀브릿지 회로와, 정류회로, 능동 스위치(Q1) 및 프리휠링 다이오드(Dfwl)이 마련된 2차측 회로로 구성된 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터를 확인할 수 있다. 이러한 도 1에 도시된 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터의 구동방법에 대하여 간략히 설명하면, 2차측 능동 스위치(Q1)는 1차측 스위칭 주파수의 2배로 동작하여 전력을 부하로 전달하며, 그 출력은 2차측 능동 스위치(Q1)의 듀티에 의해 제어될 수 있다. 또한, 1차측 풀브릿지 회로에 마련된 스위치들은 대각선상에 마주보는 스위치끼리 쌍을 이루어 동작하며, 180도의 위상 차를 갖도록 동작함으로써 그 사이의 적은 데드 타임(tdead)에도 불구하고 1차측 회로의 모든 스위치들의 영전압 스위칭 턴온이 가능하다. 이는 변압기(TR)의 자화 인덕턴스에 에너지가 저장되기 때문이다. 이때, 2차측 능동 스위치(Q1)이 1차측 스위치보다 앞서 턴 오프 되는 경우, 1차측 전류를 리셋하여 1차측 스위치들의 영전류 스위칭 턴오프 조건을 만족시킬 수 있다. 아울러, 순환 전류 또한 발생하지 않는데, 1차측 스위치들의 위상 천이가 없기 때문이다. 1, there is shown a phase shift circuit including a primary side full bridge circuit provided with switch elements around a transformer TR and a secondary side circuit provided with a rectifier circuit, an active switch Q 1 and a freewheeling diode D fwl . Type full bridge converter. A brief description will be given to a driving method for such a phase shift key of the full-bridge converter shown in Figure 1, and a secondary side active switch (Q 1) is delivering power to the load by two-fold operations of the primary-side switching frequency, the output of which Can be controlled by the duty of the secondary side active switch Q 1 . Further, the switch provided in the primary-side full-bridge circuits operative done switch between pairs of opposed on a diagonal line, all of the by operating so as to have a 180-degree phase difference despite the small dead time (t dead) therebetween, and the primary circuit Zero voltage switching of the switches is possible. This is because energy is stored in the magnetizing inductance of the transformer (TR). At this time, when the secondary side active switch Q 1 is turned off earlier than the primary side switch, the primary side current may be reset to satisfy the zero current switching turn off condition of the primary side switches. In addition, no circulating current occurs because there is no phase transition of the primary side switches.
그러나, 도 1에 도시된 컨버터의 경우, 2차측 능동 스위치(Q1)가 턴 오프되면, 변압기의 누설 인덕턴스(Llk) 및 2차측 회로의 실효 정전 용량(effective capacitance) 간의 공진에 의해 2차측 능동 스위치(Q1) 및 정류 다이오드(D1~D4)에 링잉 전압이 나타나게 된다. 따라서, 이러한 링잉 전압을 완화하기 위한 적절한 턴오프 스너버 회로가 필요하다. However, in the case of the converter shown in Fig. 1, when the secondary side active switch Q1 is turned off, resonance occurs between the leakage inductance Llk of the transformer and the effective capacitance of the secondary circuit, The ringing voltage appears on the switch Q1 and the rectifier diodes D1 to D4. Therefore, a suitable turn-off snubber circuit is needed to mitigate this ringing voltage.
본 발명의 일측면은 2차측 회로에 비소모(non-dissipative) 스너버 역할을 수행하는 CDD 스너버 회로 및 부가 스위치로 이루어지는 부가 회로가 마련된 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터 및 그 구동방법을 제공한다.One aspect of the present invention provides a soft switching full bridge converter having a CDD snubber circuit and a supplementary switch, which function as a non-dissipative snubber in a secondary circuit, and a driving method thereof.
본 발명의 일측면은 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터에 관한 것으로, 1차측 권선과 2차측 권선을 포함하여 전압 변환을 수행하는 변압기, 입력 전원을 공급하는 입력 커패시터와 연결되며, 제1 스위치 내지 제4 스위치가 마련된 풀브릿지 회로를 포함하여 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 입력 전원을 상기 1차측 권선으로 전달하는 1차측 회로 및 상기 2차측 권선과 연결되며, 제1 다이오드 내지 제4 다이오드가 마련된 정류 회로, 상기 정류 회로와 연결되는 클램프 커패시터 및 제5 다이오드와, 상기 클램프 커패시터 및 상기 제5 다이오드 사이에 마련되는 제6 다이오드, 상기 클램프 커패시터 및 상기 제6 다이오드 사이에 마련되는 부가 스위치로 구성되는 부가 회로 및 상기 부가 회로와 연결되는 출력 인덕터를 포함하여 상기 1차측 회로로부터 상기 변압기를 통해 전달 받은 에너지를 상기 출력 인덕터 및 상기 부가 회로와 연결되는 출력 커패시터로 전달하는 2차측 회로를 포함한다.One aspect of the present invention relates to a soft switching full bridge converter including a transformer for performing voltage conversion including a primary side winding and a secondary side winding and an input capacitor for supplying an input power, A first bridge circuit connected to the primary winding and a second bridge connected to the first winding and the second winding, the first bridge including a full bridge circuit provided to the primary winding and the second winding, A fourth diode provided between the clamp capacitor and the fifth diode, a sixth diode provided between the clamp capacitor and the fifth diode, a second diode provided between the clamp capacitor and the sixth diode, An additional circuit comprising a switch and an output inductor connected to the additional circuit, And a secondary circuit for delivering energy transmitted through the transformer from the primary side circuit group to the output capacitor connected to the output inductor and the adding circuit.
한편, 상기 2차측 회로는, 병렬로 연결된 제3 레그 및 제4 레그를 포함하고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그 상에 상기 제1 다이오드 내지 상기 제4 다이오드가 마련되며, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그를 연결하는 출력 전압선은 상기 2차측 권선과 연결되는 상기 정류 회로를 포함할 수 있다.Meanwhile, the secondary circuit includes a third leg and a fourth leg connected in parallel, and the first diode and the fourth diode are provided on the third leg and the fourth leg, And an output voltage line connecting the fourth leg may include the rectifying circuit connected to the secondary winding.
또한, 상기 2차측 회로는, 상기 클램프 커패시터의 일단 및 상기 제5 다이오드의 캐소드 사이의 접점에 상기 제6 다이오드의 애노드가 연결되고, 상기 클램프 커패시터의 타단 및 상기 제6 다이오드의 캐소드 사이에 마련되는 상기 부가 스위치로 구성되는 상기 부가 회로를 포함할 수 있다.The secondary circuit may further include an anode of the sixth diode connected to a node between the one end of the clamp capacitor and the cathode of the fifth diode and the cathode of the sixth diode being provided between the other end of the clamp capacitor and the cathode of the sixth diode And the additional circuit comprising the additional switch.
또한, 상기 2차측 회로는, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 상측 접점에 상기 클램프 커패시터의 타단 및 상기 부가 스위치의 일단이 접속되고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 하측 접점에 상기 제5 다이오드의 애노드 및 상기 출력 커패시터가 접속될 수 있다.The secondary circuit is connected to the upper contact of the third leg and the fourth leg and the other end of the clamp capacitor and one end of the additional switch are connected to the lower contact of the third leg and the fourth leg, The anode of the fifth diode and the output capacitor may be connected.
또한, 상기 2차측 회로는, 상기 부가 스위치의 타단 및 상기 제6 다이오드의 캐소드가 상기 출력 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 출력 인덕터의 타단이 상기 출력 커패시터와 연결될 수 있다.In the secondary circuit, the other end of the additional switch and the cathode of the sixth diode may be connected to one end of the output inductor, and the other end of the output inductor may be connected to the output capacitor.
또한, 상기 2차측 회로는, 상기 부가 스위치가 턴 오프되면 상기 클램프 커패시터가 충전되고, 상기 부가 스위치가 턴 온되면 상기 클램프 커패시터에 저장된 에너지가 상기 출력 커패시터로 방전될 수 있다.In addition, the secondary side circuit may charge the clamp capacitor when the additional switch is turned off, and the energy stored in the clamp capacitor may be discharged to the output capacitor when the additional switch is turned on.
또한, 상기 2차측 회로는, 상기 출력 인덕터의 프리휠링 전류가 흐를 수 있도록 상기 제5 다이오드 및 상기 제6 다이오드에 의한 폐루프가 형성될 수 있다.In the secondary circuit, a closed loop by the fifth diode and the sixth diode may be formed so that a freewheeling current of the output inductor flows.
또한, 상기 1차측 회로는, 병렬로 연결된 제1 레그 및 제2 레그를 포함하고, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그 상에 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치가 마련되며, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그를 연결하는 입력 전압선 상에 누설 인덕터 및 자화 인덕터가 마련되고, 상기 자화 인덕터가 상기 1차측 권선과 병렬 연결되는 상기 풀브릿지 회로를 포함할 수 있다.The primary side circuit may include a first leg and a second leg connected in parallel, wherein the first switch and the fourth switch are provided on the first leg and the second leg, And a full bridge circuit in which a leakage inductor and a magnetizing inductor are provided on an input voltage line connecting the second leg and the magnetizing inductor is connected in parallel with the primary winding.
또한, 상기 1차측 회로는, 소프트 스위칭 조건 하에서 동작하는 상기 제1 스위치 상기 제4 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 입력 전원을 상기 1차측 권선으로 전달할 수 있다.In addition, the primary circuit may transmit the input power to the primary winding in accordance with the switching operation of the first switch and the fourth switch operating under soft switching conditions.
또한, 상기 2차측 회로는, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치와 동일하게 턴온 동작하되, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치보다 먼저 턴오프 동작하는 상기 부가 스위치를 포함할 수 있다.In addition, the secondary circuit may include the additional switch that is turned on in the same manner as the first switch and the fourth switch, but turns off prior to the first switch and the fourth switch.
또한, 상기 2차측 회로는, 소프트 스위칭 조건 하에서 동작하는 상기 제1 다이오드 내지 상기 제4 다이오드와 상기 제5 다이오드에 의해 정류가 이루어질 수 있다.Further, the secondary side circuit may be rectified by the first diode, the fourth diode and the fifth diode operating under soft switching conditions.
한편, 본 발명의 다른 측면은 입력 전원을 공급하는 입력 커패시터와 출력 부하 저항과 병렬 연결되는 출력 커패시터 사이에서 전압 변환을 수행하며, 상기 입력 커패시터와 연결되는 1차측 회로는 제1 스위치 내지 제4 스위치가 마련된 풀브릿지 회로를 포함하고, 상기 출력 커패시터와 연결되는 2차측 회로는 정류 회로, 상기 정류 회로와 연결되는 클램프 커패시터 및 제5 다이오드와, 상기 클램프 커패시터 및 상기 제5 다이오드 사이에 마련되는 제6 다이오드, 상기 클램프 커패시터 및 상기 제6 다이오드 사이에 마련되는 부가 스위치로 구성되는 부가 회로 및 상기 부가 회로와 연결되는 출력 인덕터를 포함하며, 상기 1차측 회로와 상기 2차측 회로 사이에 전압 변환을 수행하는 변압기가 마련된 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 구동방법에 있어서, 상기 1차측 회로에서는, 소프트 스위칭 조건 하에서 동작하는 상기 제1 스위치 상기 제4 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 입력 전원을 상기 변압기로 전달하고, 상기 2차측 회로에서는, 소프트 스위칭 조건 하에서 동작하는 상기 제1 다이오드 내지 상기 제4 다이오드와 상기 제5 다이오드에 의해 상기 변압기를 통해 상기 1차측 회로로부터 전달 받은 상기 입력 전원을 정류하여 상기 출력 커패시터로 전달한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a voltage conversion circuit for converting a voltage between an input capacitor for supplying an input power and an output capacitor connected in parallel to an output load resistor, wherein a primary circuit connected to the input capacitor comprises: Wherein the secondary circuit connected to the output capacitor comprises a rectifying circuit, a clamp capacitor and a fifth diode connected to the rectifying circuit, and a sixth diode provided between the clamp capacitor and the fifth diode, An additional circuit comprising a diode, an additional switch provided between the clamp capacitor and the sixth diode, and an output inductor connected to the additional circuit, wherein the voltage conversion is performed between the primary circuit and the secondary circuit A method of driving a soft switching full bridge converter having a transformer, In the primary circuit, the first switch operating under the soft switching condition transfers the input power to the transformer in accordance with the switching operation of the fourth switch, and in the secondary circuit, the first The rectifier rectifies the input power received from the diode through the fourth diode and the fifth diode through the transformer, and transfers the rectified input power to the output capacitor.
한편, 상기 1차측 회로에서는, 상기 풀브릿지 회로의 대각선상에 마련된 제1 스위치 및 제4 스위치와, 제2 스위치 및 제3 스위치가 쌍을 이루어 동일하게 턴온 또는 턴오프 동작할 수 있다.On the other hand, in the primary side circuit, the first switch and the fourth switch provided on the diagonal line of the full bridge circuit, and the second switch and the third switch are paired, and can be turned on or off in the same manner.
또한, 상기 2차측 회로에서는, 상기 부가 스위치가 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치와 동일하게 턴온 동작하되, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치보다 먼저 턴오프 동작할 수 있다.In addition, in the secondary circuit, the additional switch may be turned on in the same manner as the first switch and the fourth switch, but may be turned off prior to the first switch or the fourth switch.
또한, 상기 2차측 회로에서는, 상기 부가 스위치가 턴 오프되면 상기 클램프 커패시터가 충전되고, 상기 부가 스위치가 턴 온되면 상기 클램프 커패시터에 저장된 에너지가 상기 출력 커패시터로 방전될 수 있다.In addition, in the secondary circuit, when the additional switch is turned off, the clamp capacitor is charged, and when the additional switch is turned on, energy stored in the clamp capacitor can be discharged to the output capacitor.
또한, 상기 2차측 회로에서는, 상기 출력 인덕터의 프리휠링 전류가 흐를 수 있도록 상기 제5 다이오드 및 상기 제6 다이오드에 의한 폐루프가 형성될 수 있다.In the secondary circuit, a closed loop by the fifth diode and the sixth diode may be formed so that a freewheeling current of the output inductor flows.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면 1차측 풀브릿지 회로에 마련되는 스위치 소자들은 전 부하 범위에서의 소프트 스위칭 조건을 달성할 수 있다. 또한, 듀티 사이클 손실이 없으며, 2차측 회로에 마련된 정류 다이오드들 및 부가 스위치의 전압 링잉을 감소시킬 수 있다. According to one aspect of the present invention, the switching elements provided in the primary side full bridge circuit can achieve a soft switching condition in a full load range. Further, there is no duty cycle loss, and the voltage ringing of the rectifying diodes and the additional switches provided in the secondary side circuit can be reduced.
도 1은 2차측 회로에 스위치 및 프리휠링 다이오드가 부가된 풀브릿지 컨버터의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 개략적인 회로도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 각 동작 모드에서의 구동방법을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 각 동작 모드에서 각 소자에 걸리는 전압 또는 각 소자에 흐르는 전류를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1 및 도 2에 도시된 컨버터의 1차측 스위치 및 2차측 스위치에서 측정한 전압 의 일 예이다.
도 6a 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 유리한 효과를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing an example of a full bridge converter to which a switch and a freewheeling diode are added to a secondary side circuit.
2 is a schematic circuit diagram of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
3A to 3G are schematic circuit diagrams for explaining a driving method in each operation mode of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing voltage applied to each element or current flowing in each element in each operation mode of the soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
Figs. 5A to 5C are examples of voltages measured at the primary side switch and the secondary side switch of the converter shown in Figs. 1 and 2.
FIGS. 6A to 10 illustrate advantageous effects of 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 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 개략적인 회로도이다.2 is a schematic 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 풀브릿지 컨버터(1000)는 DC-DC 컨버터로, 변압기(100)를 중심으로 1차측에는 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)가 마련된 풀브릿지 회로를 포함하고, 2차측에는 제1 다이오드(121) 내지 제4 다이오드(124)가 마련된 정류 회로와 부가 스위치(134) 및 CDD(Capacitor-Diode-Diode) 스너버 회로를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, a soft switching
도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 각 구성요소에 대해 구체적으로 살펴보면, 먼저, 변압기(100)는 1차측 회로의 전압을 미리 정해진 1:n의 턴비에 따라 변환하여 2차측 회로로 전달할 수 있다. 즉, 변압기(100)는 1차측 권선 및 2차측 권선으로 구성되며, 1차측 권선은 1차측 회로와 연결되고, 2차측 권선은 2차측 회로와 연결될 수 있다. 2, the
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 1차측 회로는 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)가 마련된 풀브릿지 회로를 포함할 수 있으며, 이때, 풀브릿지 회로는 입력 커패시터(10)와 연결되고, 풀브릿지 회로를 구성하는 한 쌍의 레그를 연결하는 입력 전압선(110-3) 상에는 누설 인덕터(115) 및 자화 인덕터(116)가 마련될 수 있다. 여기서, 자화 인덕터(116)는 변압기(100)의 1차측 권선과 병렬 연결될 수 있다.The primary side circuit of the soft switching
구체적으로는, 1차측 회로에 포함되는 풀브릿지 회로는 병렬로 연결된 제1 레그(110-1) 및 제2 레그(110-2)로 구성되고, 제1 레그(110-1) 및 제2 레그(110-2)의 상측 접점 및 하측 접점은 각각 입력 커패시터(10)의 양단에 연결될 수 있다. 그리고, 제1 레그(110-1)의 상측 및 하측에는 각각 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112)가 마련되고, 제2 레그(110-2)의 상측 및 하측에는 각각 제3 스위치(113) 및 제4 스위치(114)가 마련될 수 있다. 이때, 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)는 일예로, MOSFET 스위치일 수 있으며, 각각 바디 다이오드 및 기생 커패시터가 병렬로 연결되어 부가될 수 있다.Specifically, the full bridge circuit included in the primary side circuit is composed of a first leg 110-1 and a second leg 110-2 connected in parallel, and the first leg 110-1 and the second leg 110-2 are connected in parallel, The upper contact and the lower contact of the input capacitor 110-2 may be connected to both ends of the
또한, 1차측 회로는 이러한 풀브릿지 회로의 제1 레그(110-1) 및 제2 레그(110-2)를 연결하는 입력 전압선(110-3), 구체적으로는, 제1 레그(110-1)에서 제1 스위치(111)와 제2 스위치(112) 사이의 제1 접점(a)과 제2 레그(110-2)에서 제3 스위치(113)와 제4 스위치(114) 사이의 제2 접점(b)을 연결하는 입력 전압선(110-3)을 포함하며, 입력 전압선(110-3) 상에 누설 인덕터(115) 및 자화 인덕터(116)가 마련될 수 있다. 이때, 자화 인덕터(116)는 변압기(100)의 1차측 권선과 병렬 연결될 수 있다.The primary side circuit includes an input voltage line 110-3 connecting the first leg 110-1 and the second leg 110-2 of the full bridge circuit, specifically, the first leg 110-1 The first contact a between the
본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 2차측 회로는 제1 다이오드(121) 내지 제4 다이오드(124)가 마련된 정류 회로, 클램프 커패시터(131), 제5 다이오드(132) 및 제6 다이오드(133)가 마련된 CDD 스너버 회로 및 부가 스위치(134)를 포함할 수 있으며, CDD 스너버 회로 및 부가 스위치(134)는 직렬로 연결된 출력 인덕터(125) 및 출력 커패시터(20)와 연결될 수 있다. 이때, 출력 커패시터(20)는 출력 부하 저항(30)과 병렬 연결되어 출력 부하 저항(30)으로 출력 전압(Vo)을 전달할 수 있다.The secondary circuit of the soft switching
구체적으로는, 2차측 회로에 포함되는 정류 회로는 병렬로 연결된 제3 레그(120-1) 및 제4 레그(120-2)로 구성되고, 제3 레그(120-1)의 상측 및 하측에는 각각 제1 다이오드(121) 및 제2 다이오드(122)가 마련되고, 제4 레그(120-2)의 상측 및 하측에는 각각 제3 다이오드(123) 및 제4 다이오드(124)가 마련될 수 있다. 그리고, 제3 레그(120-1) 및 제4 레그(120-2)의 상측 접점에는 CDD 스너버 회로에 포함되는 클램프 커패시터(131) 및 부가 스위치(134)의 일단이 연결되고, 제3 레그(120-1) 및 제4 레그(120-2)의 하측 접점에는 CDD 스너버 회로에 포함되는 제5 다이오드(132)가 연결될 수 있다. More specifically, the rectifier circuit included in the secondary circuit is constituted by the third leg 120-1 and the fourth leg 120-2 connected in parallel, and the upper and lower sides of the third leg 120-1 A
또한, 2차측 회로는 이러한 정류 회로의 제3 레그(120-1) 및 제4 레그(120-2)를 연결하는 출력 전압선(120-3), 구체적으로는, 제3 레그(120-1)에서 제1 다이오드(121)와 제2 다이오드(122) 사이의 제3 접점(c)과 제4 레그(120-2)에서 제3 다이오드(123)와 제4 다이오드(124) 사이의 제4 접점(d)을 연결하는 출력 전압선(120-3)을 포함하며, 출력 전압선(120-3) 상에 변압기(100)의 2차측 권선이 마련될 수 있다.The secondary side circuit includes an output voltage line 120-3 connecting the third leg 120-1 and the fourth leg 120-2 of the rectifying circuit, specifically, the third leg 120-1, A third contact c between the
또한, 2차측 회로에 포함되는 CDD 스너버 회로는 정류 회로와 연결되며, 클램프 커패시터(131), 제5 다이오드(132) 및 제6 다이오드(133)를 포함할 수 있다. CDD 스너버 회로는 클램프 커패시터(131) 및 제5 다이오드(132) 사이에 제6 다이오드(133)가 연결된 형태로, 구체적으로는, 클램프 커패시터(131)의 일단과 제5 다이오드(132)의 캐소드 사이의 제5 접점(e)에 제6 다이오드(133)의 애노드가 연결될 수 있다. The CDD snubber circuit included in the secondary side circuit is connected to the rectifying circuit and may include a
여기에서, 2차측 회로에 포함되는 CDD 스너버 회로는 정류 회로와 연결되며, 클램프 커패시터(131), 제5 다이오드(132) 및 제6 다이오드(133)를 포함할 수 있다. CDD 스너버 회로는 클램프 커패시터(131) 및 제5 다이오드(132) 사이에 제6 다이오드(133)가 연결된 형태로, 구체적으로는, 클램프 커패시터(131)의 일단과 제5 다이오드(132)의 캐소드 사이의 제5 접점(e)에 제6 다이오드(133)의 애노드가 연결될 수 있다. 이와 같은 방식으로 연결되는 CCD 스너버 회로 및 부가 스위치(134)를 부가 회로라 하면, 부가 회로의 일측은 정류 회로와 연결되고, 부가 회로의 타측은 출력 인덕터(125) 및 출력 커패시터(20)와 연결될 수 있는데, 구체적으로는, 상술한 바와 같이 정류 회로의 제3 레그(120-1) 및 제4 레그(120-2)의 상측 접점에 클램프 커패시터(131)의 타단 및 부가 스위치(134)의 일단이 접속되고, 제3 레그(120-1)및 제4 레그(120-2)의 하측 접점에 제5 다이오드(132)의 애노드가 접속될 수 있다. 그리고, 제6 다이오드(133)의 캐소드 및 부가 스위치(134)의 타단은 출력 인덕터(125)와 연결되고, 제5 다이오드(132)의 애노드는 출력 커패시터(20)와 연결되며, 이때, 출력 인덕터(125) 및 출력 커패시터(20)는 직렬로 연결된 상태일 수 있으며, 출력 인덕터(125)는 출력 부하 저항(30)과 병렬로 연결될 수 있다.Here, the CDD snubber circuit included in the secondary side circuit is connected to the rectifying circuit, and may include the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 변압기(100)를 중심으로 1차측 회로와 2차측 회로 사이에서의 전압 변환을 수행하며, 특히, 2차측 회로에는 정류 회로와 연결되는 CDD 스너버 회로 및 부가 스위치(134)를 포함하여 1차측 회로에 마련된 스위치들 및 정류 회로를 구성하는 정류 다이오드들의 소프트 스위칭 조건을 달성할 수 있다.As described above, the soft switching
이하에서는, 도 3a 내지 도 3g 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 구동방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of driving the soft switching
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 각 동작 모드에서의 구동방법을 설명하기 위한 개략적인 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 각 동작 모드에서 각 소자에 걸리는 전압 또는 각 소자에 흐르는 전류를 도시한 도면이다.FIGS. 3A to 3G are schematic circuit diagrams for explaining a driving method in each operation mode of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a soft switching full bridge according to an embodiment of the present invention. In which the voltage applied to each element or the current flowing in each element in each operation mode of the bridge converter is shown.
본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 제1 동작 모드 내지 제7 동작 모드의 7개의 동작 모드에 따라 입력 커패시터(10)에 걸리는 입력 전압(Vs)을 변환하여 출력 커패시터(20)로 전달함으로써, 출력 부하 저항(30)에 출력 전압(Vo)을 공급할 수 있다.The soft switching
도 4를 참조하면, 제1 동작 모드 내지 제7 동작 모드에서, 1차측 회로에서는 대각선상에 마련된 스위치들, 즉, 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)와, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 쌍을 이루어 동일하게 턴온 또는 턴오프 제어될 수 있다. 또한, 2차측 회로의 부가 스위치(134)는 1차측 회로의 스위치들과 동일하게 턴온 동작하되, 먼저 턴오프 제어될 수 있다.4, in the first operation mode to the seventh operation mode, the switches provided on the diagonal line in the primary circuit, that is, the
도 3a를 참조하면, 제1 동작 모드[t0~t1]에서, 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 턴온 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 턴오프 상태일 수 있다. 그리고, 2차측 회로에서는 부가 스위치(134)가 턴온 상태일 수 있다. Referring to Figure 3a, the first operation mode [t 0 ~ t 1] from, the primary side circuit, the
이러한 제1 동작 모드에서는, 제1 스위치(111), 제4 스위치(114) 및 부가 스위치(134)를 통해 출력 부하 저항(30)으로 에너지가 전달될 수 있다. 이때, 도 4를 참조하면, 1차측 회로에 흐르는 전류(ipri)는 출력 인덕터(125)의 반사 전류와 동일하며 그 기울기는 아래의 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.In this first mode of operation, energy can be transferred to the
[수학식 1][Equation 1]
수학식 1에서, iLo는 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류를 나타내고, n은 변압기(100) 턴비, Vs는 입력 전압, Vo는 출력 전압 및 Lo는 출력 인덕터(125)의 인덕턴스를 의미한다.In
이후, 도 3b를 참조하면, 제2 동작 모드[t1~t2]에서, 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 턴온 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 턴오프 상태일 수 있다. 그리고, 2차측 회로에서는 부가 스위치(134)가 턴오프 상태일 수 있다. Next, Referring to Figure 3b, second and mode of operation [t 1 ~ t 2] from, the primary side circuit of the
이러한 제2 동작 모드에서는, 부가 스위치(134)가 턴오프 되는 시점(t1)에, 부가 스위치(134)에 부가된 기생 커패시터 및 클램프 커패시터(131)의 충전이 시작될 수 있으며, 또한, 1차측의 누설 인덕터(115) 및 출력 인덕터(125)와의 공진이 시작될 수 있다. 이때, 출력 인덕터(125)의 인덕턴스가 누설 인덕터(115)의 인덕턴스보다 크고(Lo>>Llk) 클램프 커패시터(131)의 커패시턴스가 부가 스위치(134)에 부가된 기생 커패시터의 커패시턴스보다 크기 때문에(Cclamp>>Coss), 전류의 공진 주파수는 대략적으로 로 계산될 수 있으며, 또한, 클램프 커패시터(131)가 충전됨에 따라 제5 다이오드(132)에 걸리는 전압(vD5)는 감소하는데, 제5 다이오드(132)에 걸리는 전압(vD5)는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In this second mode of operation, the charging of the parasitic capacitor and the
[수학식 2]&Quot; (2) "
수학식 2에서 vD5는 제2 동작 모드에서 제5 다이오드(132)에 걸리는 전압을 나타내고, n은 변압기 턴비, Vs는 입력 전압, ic_clamp(t1)은 t1에서 클램프 커패시터(131)에 흐르는 전류, Lo는 출력 인덕터(125)의 인덕턴스, Cclamp는 클램프 커패시터(131)의 커패시턴스를 나타낸다. 이때, t1에서 클램프 커패시터(131)에 흐르는 전류 ic_clamp(t1)은 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류의 최대값(ILo_max)과 동일하다.In the equation (2), v D5 denotes a voltage applied to the
또한, 제2 동작 모드에서는 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압(VC_clamp)이 정류 전압(vrect)과 동일해져 제5 다이오드(132)에 걸리는 전압(vD5)이 0에 도달하는데, 그 시점을 t2라 하면, 제2 동작 모드는 t1과 t2 사이의 동작모드라 할 수 있으며, 따라서, 제2 동작 모드의 시간은 수학식 2를 이용하여 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In the second operation mode, the voltage V C_clamp applied to the
[수학식 3]&Quot; (3) "
수학식 3에서 tmode2는 제2 동작 모드의 시간을 나타내고, Lo는 출력 인덕터(125)의 인덕턴스, Cclamp는 클램프 커패시터(131)의 커패시턴스, n은 변압기 턴비, Vs는 입력 전압, vC_clamp(t1)은 t1에서 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압, ILo_max는 출력 인덕터(125)에 흐르는 최대 전류를 나타낸다.In Equation 3 t mode2 the second represents the time of the operation mode, L o is the inductance, C clamp capacitance, n is the transformer turns ratio, V s of the
또한, 제2 동작 모드에서는 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류는 아래의 수학식 4의 기울기에 따라 프리휠(freewheel)을 시작할 수 있다.Also, in the second operation mode, the current flowing in the
[수학식 4]&Quot; (4) "
수학식 4에서 iLo는 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류를 나타내고, n은 변압기(100) 턴비, Vs는 입력 전압, Vc _clamp는 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압, Vo는 출력 전압 및 Lo는 출력 인덕터(125)의 인덕턴스를 나타낸다.In Equation 4 i Lo denotes a current flowing through the output inductor (125), n is
이후, 도 3c를 참조하면, 제3 동작 모드[t2~t3]에서, 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 턴온 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 턴오프 상태일 수 있다. 그리고, 2차측 회로에서는 부가 스위치(134)가 턴오프 상태일 수 있다.3C, in the third operation mode [t 2 to t 3 ], the
이러한 제3 동작 모드에서는 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압(VC_clamp)이 정류 전압(vrect)과 동일한 상태이기 때문에, 제5 다이오드(132)는 순방향 바이어스 되어, 2차측 회로에서는 제1 다이오드(121) 및 제4 다이오드(124)의 정류 다이오드와 제5 다이오드(132)를 통한 전류의 정류(commutation)가 발생하게 된다. 이때, 제5 다이오드(132)에 흐르는 전류는 제5 다이오드(132)에 걸리는 전압이 0에 도달한 시점으로부터 점차 증가하는 것이므로, 제5 다이오드(132)는 영전류 스위칭 턴온을 달성할 수 있다.In this third operation mode, since the voltage (V C_clamp ) applied to the
또한, 제3 동작 모드에서는, 클램프 커패시터(131)는 누설 인덕터(115)와의 공진이 시작되는데, 변압기(100)의 프리휠링 전류가 제5 다이오드(132) 및 제6 다이오드(133)를 통해 흐르기 때문이다. 이때, 제3 동작 모드에서 클램프 커패시터(131)에 흐르는 전류는 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있으며, 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압은 아래의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.Also, in the third mode of operation, the
[수학식 5]&Quot; (5) "
[수학식 6]&Quot; (6) "
수학식 5 및 6에서 에서 iC_clamp는 클램프 커패시터(131)에 흐르는 전류, vC_clamp는 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압을 나타내고, iC_clamp(t2)는 t2에서 클램프 커패시터(131)에 흐르는 전류, vC_clamp(t2)는 t2에서 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압, n은 변압기 턴비, Llk는 누설 인덕터(115)의 인덕턴스, Cclamp는 클램프 커패시터(131)의 커패시턴스, Vs는 입력 전압, vC_clamp(t2)는 t2에서 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압을 나타낸다.In Equations (5) and (6), i C_clamp represents the current flowing through the
수학식 6에 따르면, 누설 인덕터(115)의 인덕턴스가 큰 값을 가지면, 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압이 높아짐을 알 수 있다. 이는 종래의 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터와는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 누설 인덕터(115)의 인덕턴스 값이 1차측 회로에 마련된 스위치들의 영전압 스위칭 조건과 무관하기 때문이며, 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 누설 인덕터(115)의 인덕턴스 값을 작게 하여도 이상적인 변압기(100)의 설계가 가능하다.According to Equation (6), it can be seen that when the inductance of the leakage inductor (115) is large, the voltage applied to the clamp capacitor (131) increases. This is because, unlike the conventional full-bridge full bridge converter, the soft switching
또한, 제3 동작모드에서는 제1 다이오드(121) 및 제4 다이오드(124)를 통한 전류의 정류가 끝나고, 1차측 회로에 흐르는 전류(ipri)가 변압기의 자화 전류(iLm)과 동일해지는데, 그 시점을 t3이라 하면, 제3 동작 모드는 t2와 t3 사이의 동작모드라 할 수 있으며, 따라서, 제3 동작 모드의 시간은 수학식 5를 이용하여 아래의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다. 이때, t3에서의 클램프 커패시터(131)에 흐르는 전류(iC_clamp(t3))는 0이라 할 수 있다.In the third operation mode, the rectification of the current through the
[수학식 7]&Quot; (7) "
수학식 7에서 tmode3은 제3 동작 모드의 시간을 나타내고, n은 변압기 턴비, Llk는 누설 인덕터(115)의 인덕턴스, Cclamp는 클램프 커패시터(131)의 커패시턴스, iC_clamp(t2)는 t2에서 클램프 커패시터(131)에 흐르는 전류, Vs는 입력 전압, vcclamp(t2)는 t2에서 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압을 나타낸다.In Equation 7 t mode3 is a time period in the third mode of operation, n is the transformer turns ratio, L lk is the capacitance, i C_clamp (t 2) of the inductance, C clamp the
여기에서, 수학식 7에서 vc_clamp(t2)=nVs라 할 수 있으며, 이와 같은 경우, 제3 동작 모드의 시간 tmode3은 로 계산될 수 있다. Here, to c_clamp v (t 2) = nV s d in Equation (7), and this case, the third time t of the operation mode is mode3 Lt; / RTI >
이와 같이, 제2 동작 모드 및 제3 동작 모드에 걸쳐 클램프 커패시터(131)가 충전되며, 그 충전 시간은 아래의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.Thus, the
[수학식 8]&Quot; (8) "
수학식 8에서 tC _clamp는 클램프 커패시터(131)가 충전되는 시간을 나타내고, tmode2 및 tmode3은 각각 제2 동작 모드 및 제3 동작 모드에 걸리는 시간으로 수학식 3 및 수학식 7로부터 구할 수 있다.In the equation 8 t C _clamp the
또한, 제3 동작 모드에서는 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류는 아래의 수학식 9의 기울기에 따라 계속해서 프리휠될 수 있다.Further, in the third operation mode, the current flowing in the
[수학식 9]&Quot; (9) "
수학식 9에서, iLo는 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류를 나타내고, Vo는 출력 전압, Lo는 출력 인덕터(125)의 인덕턴스를 나타낸다.In Equation 9, i Lo represents the current flowing in the
한편, 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류의 기울기를 나타내는 수학식 9와 수학식 4는 다른 것으로 보여질 수 있으나, 제3 동작 모드에서 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압 및 변압기(100) 1차측 반사 전압이 동일해지므로, 수학식 9와 수학식 4는 실질적으로 동일하다.Equations (9) and (4) showing the slope of the current flowing through the
이후, 도 3d를 참조하면, 제4 동작 모드[t3~t4]에서, 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 턴온 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 턴오프 상태일 수 있다. 그리고, 2차측 회로에서는 부가 스위치(134)가 턴오프 상태일 수 있다.3D, in the fourth operation mode [t 3 to t 4 ], the
이러한 제4 동작 모드에서는 1차측 회로에 매우 작은 자화 전류(iLm)만이 흐르게 되어, t4에서의 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)와 정류 회로에 마련된 제1 다이오드(121) 및 제4 다이오드(124)의 영전류 스위칭 조건을 만족시킬 수 있다.In this fourth operation mode, only a very small magnetizing current (i Lm ) flows through the primary side circuit, and the
또한, 제4 동작 모드에서는, 2차측 회로에 프리휠링을 위한 폐루프(closed loop)가 형성되는데, 이때, 제5 다이오드(132) 및 제6 다이오드(133)는 이러한 폐루프에 포함될 수 있다.In the fourth operation mode, a closed loop for freewheeling is formed in the secondary side circuit, and the
이후, 도 3e를 참조하면, 제5 동작 모드[t4~t5]에서, 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)가 모두 턴오프 상태일 수 있다. 그리고, 2차측 회로에서는 부가 스위치(134)가 턴오프 상태일 수 있다.Referring to FIG. 3E, in the fifth operation mode [t 4 to t 5 ], the
이러한 제5 동작 모드에서는 1차측 회로에서 자화 전류(iLm)에 의한 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)에 부가된 기생 커패시터의 충전이 시작될 수 있으며, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)에 부가된 기생 커패시터의 방전이 시작되어 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)에 걸리는 전압은 0으로 감소할 수 있다. 또한, 1차측 회로에서 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 턴온 되기 전에 1차측 전류(iPri)는 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)에 부가된 바디 다이오드를 통해 흐르기 때문에, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 영전압 스위칭 턴온 조건을 달성할 수 있다.In this fifth operation mode, the charging of the parasitic capacitors added to the
또한, 제5 동작모드에서는 2차측 회로에서 정류 전압(vRect) 및 부가 스위치(134)에 걸리는 전압(vDS_Q1)은 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압(Cclamp)에 의해 클램프(clamp)될 수 있다.In the fifth operation mode, the rectified voltage v Rect in the secondary side circuit and the voltage v DS_Q1 applied to the
이후, 도 3f를 참조하면, 제6 동작 모드[t5~t6]에서, 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 턴오프 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 턴온 상태일 수 있다. 그리고, 2차측 회로에서는 부가 스위치(134)가 턴온 상태일 수 있다. 3F, in the sixth operation mode [t 5 to t 6 ], the
이러한 제6 동작 모드에서는 t5에서 제2 스위치(112), 제3 스위치(113) 및 부가 스위치(134)가 동시에 턴온될 수 있다. 이때, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)는 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.In this sixth operation mode, the
또한, 제6 동작 모드에서는, 2차측 회로에서 클램프 커패시터(131)가 출력 부하 저항(30)으로 흡수된 에너지를 방전할 수 있으며, 클램프 커패시터(131)와 출력 인덕터(125) 간의 공진이 발생할 수 있다. 이때, 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압은 아래의 수학식 10과 같이 점차 감소할 수 있다.In the sixth operation mode, the
[수학식 10]&Quot; (10) "
Where, Where,
수학식 10에서 VC_clamp(t)는 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압을 나타내고, VC_clamp(t5) 및 iC_clamp(t5)는 각각 t5에서 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압 및 클램프 커패시터(131)에 흐르는 전류, Lo는 출력 인덕터(125)의 인덕턴스, Cclamp는 클램프 커패시터(131)의 커패시턴스를 나타낸다.V C_clamp (t) denotes the voltage across the
수학식 10에 따르면, 제6 동작 모드에서는 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압이 변압기(100)의 2차측 권선에 걸리는 전압보다 큰 값을 가지므로(VC_clamp>nVs), 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 턴온 되더라도 변압기(100) 1차측으로부터 2차측으로 에너지가 전달될 수 없다. According to equation (10), a sixth operating mode, because of a value greater than the voltage across the secondary coil of the
이에 따라, 클램프 커패시터(131)에 저장되어 있던 에너지가 출력 부하 저항(30)으로 전달되는데, 클램프 커패시터(131)는 이러한 특성을 가져 비소모 스너버(non-dissipative)라 할 수 있다. 아울러, 제6 동작 모드 및 후술하는 제7 동작 모드에서는 클램프 커패시터(131)가 전류원의 역할을 수행하므로, 부가 스위치(134)가 턴온 되자마자 에너지 전달이 지속될 수 있으며, 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 듀티 손실이 없다.Accordingly, the energy stored in the
한편, 제6 동작 모드는 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압이 nVs, 즉, 2차측 권선에 걸리는 전압과 같아지는 t6에서 종료될 수 있다.On the other hand, the sixth mode of operation may be terminated at t 6 , when the voltage across the
또한, 제6 동작 모드에서는 2차측 회로의 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류는 아래의 수학식 11의 기울기에 따라 증가할 수 있다.Further, in the sixth operation mode, the current flowing in the
[수학식 11]&Quot; (11) "
수학식 11에서 iLo는 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류를 나태내고, vC_clamp(t5)는 t5에서 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압, Vo는 출력 전압, Lo는 출력 인덕터(125)의 인덕턴스를 나타낸다.In the equation (11), Lo represents the current flowing in the
마지막으로, 도 3g를 참조하면, 제7 동작 모드[t6~t7]에서, 1차측 회로에서는 제1 스위치(111) 및 제4 스위치(114)가 턴오프 상태이고, 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(113)가 턴온 상태일 수 있다. 그리고, 2차측 회로에서는 부가 스위치(134)가 턴온 상태일 수 있다. 3G, in the seventh operation mode [t 6 to t 7 ], in the primary circuit, the
이러한 제7 동작 모드에서는, t6에서 1차측 전류(ipri)가 이전과는 반대 방향으로 흐르게 되며, 1차측 회로로부터 2차측 회로로 에너지 전달이 시작될 수 있다. 이때, 2차측 회로에서는 제2 다이오드(122) 및 제3 다이오드(123)를 통해 에너지가 전달될 수 있다. In this seventh mode of operation, at t 6 , the primary current i pri flows in a direction opposite to the previous one, and energy transfer from the primary circuit to the secondary circuit can begin. At this time, in the secondary circuit, energy can be transmitted through the
또한, 제7 동작 모드에서는 이전의 동작 모드에서 발생한 클램프 커패시터(131)와 출력 인덕터(125) 간의 공진이 지속되고, 클램프 커패시터(131)는 t7에서 완전히 방전될 수 있다.Further, in the seventh operation mode, the resonance between the
또한, 제7 동작 모드에서는 1차측 전류(ipri)가 증가하여 t7에서 출력 인덕터(125)의 반사 전류와 동일해지고, 출력 부하 저항(30)으로의 에너지 전달을 준비할 수 있다.In the seventh operation mode, the primary side current i pri increases to be equal to the reflection current of the
이와 같은 제1 동작 모드 내지 제7 동작 모드는 스위칭 주기(Ts)의 반 주기를 설명한 것이며, 이후 반 주기 동안 제1 동작 모드 내지 제7 동작 모드와는 전류의 방향이 다를 뿐, 동일한 동작 모드가 반복될 수 있다.The first to seventh operation modes describe the half period of the switching period T s . Thereafter, during the half period, the direction of the current is different from that of the first to seventh operation modes, Can be repeated.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)가 상술한 제1 동작 모드 내지 제7 동작 모드에 따라 구동되는 경우의 유리한 효과에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, advantageous effects in the case where the soft switching
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 전 부하 범위에서 1차측 회로에 마련된 모든 스위치들의 영전압 스위칭 턴온이 가능하다. 이와 관련하여, 1차측 회로의 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)에 부가된 기생 커패시터의 커패시턴스가 모두 동일하고, 제4 동작 모드(t3~t4) 동안에 자화 전류가 일정하다고 가정하고 설명하기로 한다.First, the soft switching
제5 동작 모드에서는 1차측 회로의 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)가 2차측 회로와는 분리되는데, 2차측 회로에서 출력 인덕터(125)의 프리휠링 전류가 제5 다이오드(132) 및 제6 다이오드(133)를 통해 흐르기 때문이다. 따라서, 1차측 스위치의 스위칭 주기의 데드 타임 동안에 유도성 에너지(inductive energy)가 1차측에 저장됨에 따라 1차측 회로에 마련된 스위치 소자들의 영전압 스위칭 조건을 달성할 수 있다.In the fifth operation mode, the
구체적으로는, 1차측 회로에 마련된 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)의 영전압 스위칭 조건을 달성하기 위해서는, 자화 인덕터(116) 및 변압기(100)의 누설 인덕터(115)에 저장된 에너지(EZVS)는 1차측 회로에 마련된 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치 중 동일하게 동작하는 한 쌍의 스위치에 부가된 기생 커패시터들은 완전히 방전시키고, 다른 한 쌍의 스위치에 부가된 기생 커패시터들은 완전히 충전시킬 수 있어야 한다. 이러한 조건을 만족시키기 위해, 변압기(100)는 아래의 수학식 12와 같은 조건을 만족시킬 수 있도록 설계되어야 하는데, 수학식 12에 따르면, 자화 인덕터(116)의 인덕턴스가 누설 인덕터(115)의 인덕턴스보다 상당히 큰 값을 가짐을 알 수 있으며, 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 부하의 범위와는 무관하게 1차측 회로에 마련된 스위치 소자들의 영전압 스위칭이 가능하다.More specifically, in order to achieve the zero voltage switching conditions of the
[수학식 12]&Quot; (12) "
수학식 12에서 Lm은 자화 인덕터(116)의 인덕턴스, Im은 변압기(100)의 자화 전류를 나타내고, Coss는 1차측 회로에 마련된 스위치에 부가된 기생 커패시터의 커패시턴스, Vin은 입력 전압을 나타낸다. 이때, 변압기(100)의 자화 전류 (Im)은 아래의 수학식 13으로부터 계산될 수 있다.Math inductance, I m represents the magnetizing current of the transformer (100), C oss is the capacitance, V in the parasitic capacitors in addition to the switch provided in the primary circuit of L m is the
[수학식 13]&Quot; (13) "
수학식 13에서 Vs는 입력 전압, Lm은 자화 인덕터(116)의 인덕턴스를 나타내고, fs는 부가 스위치(134)의 스위칭 주파수를 나타낸다.In Equation 13, V s represents the input voltage, L m represents the inductance of the magnetizing
또한, 수학식 12 및 수학식 13으로부터 자화 인덕터(116)의 인덕턴스는 아래의 수학식 14와 같이 계산될 수 있다.The inductance of the magnetizing
[수학식 14]&Quot; (14) "
수학식 14에서 fs는 부가 스위치(134)의 스위칭 주파수, Coss는 1차측 스위치에 부가된 기생 커패시터의 커패시턴스를 나타낸다.In Equation 14, f s represents the switching frequency of the
따라서, 1차측 회로에 마련된 스위치들의 영전압 스위칭 조건을 달성하기 위한 최소 데드 타임, 즉, 1차측 회로에 마련된 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)에 부가된 기생 커패시터들을 완전히 충전시키거나 완전히 방전시키기 위한 최소한의 데드 타임은 아래의 수학식 15와 같이 계산될 수 있다.Therefore, the minimum dead time for achieving the zero voltage switching condition of the switches provided in the primary side circuit, that is, the parasitic capacitors added to the
[수학식 15]&Quot; (15) "
수학식 14에서 fs는 부가 스위치(134)의 스위칭 주파수, Coss는 1차측 스위치에 부가된 기생 커패시터의 커패시턴스, Lm은 자화 인덕터(116)의 인덕턴스를 나타낸다.In Equation 14, f s is the switching frequency of the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 1차측 회로에 마련된 모든 스위치들의 영전류 스위칭 턴오프가 가능하다. Meanwhile, the soft switching
구체적으로는, 일반적으로 1차측 회로에 마련된 스위치들은 출력 인덕터(125)의 반사 전류와 함께 턴오프 되는 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 2차측 회로에 부가 스위치(134)를 포함하며, 이러한 부가 스위치(134)는 1차측 회로에 마련된 스위치보다 먼저 턴오프됨으로써, 1차측 회로에 마련된 모든 스위치들의 영전류 스위칭 턴오프가 가능하다. 도 4를 참조하면, 영전류 스위칭 시간(tZCS) 동안, 1차측 전류(ipri)의 크기는 감소하여 자화 전류(iLm)의 크기와 같아질 수 있다. 따라서, 1차측 회로에 마련된 스위치들의 턴 오프 시 그 손실은 무시해도 될 정도이다. 이를 위해 필요한 영전류 스위칭 시간(tZCS)는 아래의 수학식 16과 같이 클램프 커패시터(131)의 충전 시간보다 길어야 한다.Specifically, in general, the switches provided in the primary side circuit are turned off together with the reflected current of the
[수학식 16]&Quot; (16) "
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 2차측 회로에 포함되는 정류 회로에 마련된 제1 다이오드(121) 내지 제4 다이오드(124)와, 스너버 회로에 마련된 제5 다이오드(132)의 영전류 스위칭 턴온 및 영전류 스위칭 턴오프가 가능하고, 역회복(reverse recovery) 문제의 해결이 가능하다.The soft switching
구체적으로는, 2차측 회로에 포함되는 정류 회로에 마련된 제1 다이오드(121) 내지 제4 다이오드(124)와, 스너버 회로에 마련된 제5 다이오드(132)의 바이어스 조건은 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압에 의해 결정될 수 있으며, 제1 다이오드(121) 내지 제5 다이오드(132)가 순방향 바이어스된 이후 전류의 정류가 이루어질 수 있으므로, 2차측 회로에 포함되는 정류 회로에 마련된 제1 다이오드(121) 내지 제4 다이오드(124)와, 스너버 회로에 마련된 제5 다이오드(132)의 영전류 스위칭 턴온 및 영전류 스위칭 턴오프가 가능하며, 영전류 스위칭 턴오프에 의해 역회복 문제의 해결 또한 가능한다.Specifically, the bias conditions of the
반면, 2차측 회로에 마련된 제6 다이오드(133)의 경우, 소프트 스위칭이 불가능한데, 제6 다이오드(133)의 바이어스 조건은 부가 스위치(134)의 스위칭 동작 및 클램프 커패시터(131)에 의해 결정되기 때문이다. 따라서, 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압이 증가할수록 스위칭 손실이 불가피하다.On the other hand, in the case of the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 듀티 사이클 손실이 없다.Meanwhile, the soft switching
구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 출력 인덕터(125)에 흐르는 전류는 제6 동작 모드, 제7 동작 모드 및 제1 동작 모드 동안 증가하고, 제2 동작 모드 내지 제5 동작 모드에서 감소한다. 이에 따라, 전압 이득은 volt-second balance 규칙을 이용하고, 수학식 1, 9 및 11을 참조하여 아래의 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 4, the current flowing in the
[수학식 17]&Quot; (17) "
수학식 17에서 VC_clamp는 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압, Vo는 출력 전압, Lo는 출력 인덕터의 인덕턴스, n은 변압기(100) 턴비, Vs는 입력 전압을 나타내고, 을 나타내며, (=1/fs ) 로 부가 스위치(134)의 스위칭 주기를 의미한다.V o is the output voltage, L o is the inductance of the output inductor, n is the turn ratio of the
수학식 17로부터 출력 전압은 아래의 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.The output voltage from Equation (17) can be expressed as Equation (18) below.
[수학식 18]&Quot; (18) "
이때, t5~t7에서 클램프 커패시터(131)에 걸리는 전압의 평균값은 1차측 전압의 반사 전압인 nVs와 동일하며, 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 전압 이득은 아래의 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다. In this case, the average value of the voltage applied to the
[수학식 19]&Quot; (19) "
수학식 19에서 D는 부가 스위치(134)의 듀티를 의미한다.In Equation 19, D means the duty of the
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 부가 스위치(134)가 턴 오프된 이후의 t1~t3 동안 클램프 커패시터(131)가 충전되고, 부가 스위치(134)가 턴 온된 이후의 t5~t7 동안 클램프 커패시터(131)가 방전될 수 있다. 이때, 클램프 커패시터(131)는 t5~t7 동안 전압 소스의 역할을 수행함으로써 듀티 손실이 발생하지 않으며, 높은 DC 전압 이득을 가질 수 있다.As described above, the soft switching
아울러, 출력 인덕터(125)의 전류 리플 및 전압 리플은 각각 아래의 수학식 20 및 21과 같이 계산될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 듀티 손실이 없기 때문에 전류 및 전압 리플 또한 종래의 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터에 비해 작게 산출될 수 있다.In addition, the current ripple and the voltage ripple of the
[수학식 20]&Quot; (20) "
[수학식 21]&Quot; (21) "
수학식 20 및 21에서 Vo는 출력 전압, D는 부가 스위치(134)의 듀티, Ts는 스위칭 주기, Co는 출력 커패시터(20)의 커패시턴스, Lo는 출력 인덕터(125)의 인덕턴스를 나타낸다.In the
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 2차측 회로에 마련된 정류 다이오드들 및 부가 스위치의 전압 링잉을 감소시킬 수 있으며, 2차측 회로에 마련된 스너버 회로는 비소모(non-dissipative) 턴업 스너버의 역할을 수행할 수 있다.Lastly, the soft switching
구체적으로는, 일반적으로 정류 다이오드들의 전압 링잉은 변압기의 누설 인덕턴스와 정류기의 정션 커패시턴스 사이의 공진에 의해 발생하며, 이러한 현상은 정류 다이오드들의 정류 작업 이후에 1차측 전류가 출력 인덕터의 반사 전류에 도달할 때 발생하게 된다. 또한, 변압기의 2차측 권선에 걸리는 전압이 0이 되고, 출력 인덕터의 전류가 최저 전류에 도달하는 경우, 전압 링잉의 피크 값은 입력 전압의 2배가 된다.Specifically, voltage ringing of rectifier diodes is generally caused by resonance between the leakage inductance of the transformer and the junction capacitance of the rectifier, and this phenomenon occurs after the rectifying operation of the rectifier diodes, when the primary current reaches the output current of the output inductor . Also, when the voltage across the secondary winding of the transformer is zero and the current of the output inductor reaches the lowest current, the peak value of voltage ringing is twice the input voltage.
한편, 도 1과 같이 2차측 회로에 스위치(Q1)가 부가되었으나, 스너버 회로가 마련되지 않은 경우, 전압 링잉은 2차측 스위치(Q1)이 턴오프 된 이후에 발생하게 되는데, 이는 변압기의 누설 인덕턴스와 정류기의 정션 커패시턴스 및 2차측 스위치(Q1)의 유효 커패시턴스(Ceff) 간의 공진 때문이다. 이때, 변압기 2차측 권선의 전압은 nVs와 같아지고, 출력 인덕터의 전류는 그 최대값인 ILO_max가 될 수 있다. 이때, 2차측 회로의 누설 인덕턴스에 저장된 유도성 에너지(inductive energy)는 아래의 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, when the switch Q 1 is added to the secondary circuit as shown in Fig. 1, but the snubber circuit is not provided, the voltage ringing occurs after the secondary switch Q 1 is turned off, The resonance between the leakage inductance of the rectifier and the junction capacitance of the rectifier and the effective capacitance C eff of the secondary switch Q 1 . At this time, the voltage of the secondary winding of the transformer becomes equal to nVs, and the current of the output inductor can be the maximum value I LO_max . In this case, the inductive energy stored in the leakage inductance of the secondary side circuit can be expressed by Equation (22).
[수학식 22]&Quot; (22) "
수학식 22에서, WL _ lk는 2차측 회로의 유도성 에너지를 나타내고, n은 변압기 턴비, Llk는 누설 인덕터의 인덕턴스, ILO_max는 출력 인덕터에 흐르는 최대 전류를 나타낸다.In Equation 22, W L _ 1k represents the inductive energy of the secondary circuit, n represents the transformer turn ratio, L lk represents the inductance of the leakage inductor, and I LO_max represents the maximum current flowing through the output inductor.
또한, 용량성 에너지(capacitive energy)와 전압의 관계는 아래의 수학식 23과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the relationship between the capacitive energy and the voltage can be expressed by Equation 23 below.
[수학식 23]&Quot; (23) "
수학식 23에서 Ceff는 2차측 스위치(Q1)의 유효 커패시턴스(effective capacitance)를 나타낸다.In Equation 23, C eff represents an effective capacitance of the secondary side switch Q 1 .
도 1의 경우, 수학식 22 및 23에 따라, 2차측 스위치(Q1)가 턴오프 되면, 유효 커패시턴스의 전압 증가는 아래의 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다.In the case of FIG. 1, when the secondary side switch Q 1 is turned off according to the equations (22) and (23), the voltage increase of the effective capacitance can be expressed by the following equation (24).
[수학식 24]&Quot; (24) "
이처럼, 도 1과 같이 2차측 회로에 스위치(Q1)가 부가되었으나, 스너버 회로가 마련되지 않은 경우, 2차측 회로에 부가된 스위치(Q1)에 전압 링잉 현상이 발생하게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터는 2차측 회로에 스너버 회로를 추가함으로써 이러한 현상을 방지할 수 있다. 이와 관련하여 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명하기로 한다.Thus, even there is to the secondary side when the circuit switch (Q 1), but in addition to, the snubber circuit is not provided, the voltage ringing the switch (Q 1) in addition to the secondary circuit occurs, such as 1, the present invention The soft switching full bridge converter according to one embodiment of the present invention can prevent this phenomenon by adding a snubber circuit to the secondary circuit. This will be described with reference to Figs. 5A to 5C.
도 5a 내지 도 5c는 도 1 및 도 2에 도시된 1차측 또는 2차측 스위치에서 측정한 전압 의 일 예이다.5A to 5C are examples of voltages measured at the primary or secondary switch shown in Figs. 1 and 2. Fig.
도 5a를 참조하면, 1차측 회로에 마련된 스위치 소자들과 2차측 스위치(Q1)의 턴온 또는 턴오프 동작을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5A, the turn-on or turn-off operation of the switch elements provided in the primary circuit and the secondary switch Q 1 can be confirmed.
또한, 도 5b를 참조하면, 짧은 기간 동안 2차측 스위치(Q1)의 전압이 급격하게 증가함을 확인할 수 있는데, 이는 2차측 스위치(Q1)의 유효 커패시턴스(Ceff)가 매우 작은 값을 갖기 때문이다.Referring to FIG. 5B, it can be seen that the voltage of the secondary side switch Q 1 increases sharply during a short period of time because the effective capacitance C eff of the secondary side switch Q 1 is very small .
반면, 도 5c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 2차측 회로에 비소모(non-dissipative) CDD 스너버 회로가 마련됨으로써, 2차측에 부가된 부가 스위치(134)가 클램프 됨을 확인할 수 있으며, 그 피크 값은 상술한 수학식 6에 의해 산출될 수 있다.5C, a soft switching
이하에서는, 도 6a 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 유리한 효과를 검증하기로 한다.Hereinafter, a beneficial effect of the soft switching
도 6a 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 유리한 효과를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 6A to 10 illustrate advantageous effects of a soft switching full bridge converter according to an embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 동작 특성을 확인하고, 그 효과를 확인하기 위해 아래 표 1 및 표 2와 같은 사양의 컨버터를 설계하였으며, 각 소자에 흐르는 전류 및 각 소자에 걸리는 전압을 측정하는 실험을 수행하였다.First, to confirm the operation characteristics of the soft switching
(22nF)
N113152287
(4.7nF)Z112688575
(22nF)
N113152287
(4.7 nF)
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 1차측 회로에 마련된 제1 스위치(111) 및 2차측 정류 회로의 정류 다이오드인 제1 다이오드(121)가 영전압 스위칭 턴온 및 영전류 스위칭 턴오프를 달성함을 확인할 수 있다. 이때, 제1 다이오드(121)와 같은 정류 다이오드의 역할을 수행하는 제2 다이오드(122) 내지 제4 다이오드(124)의 영전류 스위칭 턴오프가 가능하며 이에 따라 역회복(reverse recovery) 문제 또한 발생하지 않음을 확인할 수 있다.6A and 6B, it can be seen that the
또한, 도 6c를 참조하면, 2차측 회로에 마련된 부가 스위치(134)가 610V로 완벽히 클램프됨을 확인할 수 있는데, 이는 2차측 회로에 마련된 비소모 CDD 스너버 회로 때문이다.Referring to FIG. 6C, it can be confirmed that the
2차측 회로의 스너버 회로에 대하여 살펴보면, 도 7a를 참조하면, 2차측 회로의 스너버 회로에 포함되는 클램프 커패시터(131)가 공진에 의해 610V까지 충전됨을 확인할 수 있다. 이러한 에너지는 제5 다이오드(132)를 통해 출력단으로 전달될 수 있으며, 이때, 도 7b를 참조하면 제5 다이오드(132)는 영전류 스위칭 턴오프 및 영전류 스위칭 턴온을 달성할 수 있음을 확인할 수 있다. 한편, 도 7c를 참조하면, 제6 다이오드(133)는 하드 스위칭에 의해 동작함을 확인할 수 있으나, 그럼에도 불구하고 610V로 클램프됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7A, it can be seen that the
또한, 도 8a는 경부하 조건(300W, 10% load) 하에서의 1차측 스위치에 흐르는 전류 및 1차측 스위치에 걸리는 전압의 일 예를 나타내며, 도 8a를 참조하면, 경부하 조건 하에서도 1차측 회로에 마련된 제1 스위치(111) 내지 제4 스위치(114)는 소프트 스위칭 조건 하에서 동작함을 확인할 수 있다. 이는 변압기(100)가 부하 조건과는 무관하게 데드 타임 동안 1차측 회로에 마련된 스위치들의 출력 커패시턴스를 충분히 방전시킬 수 있도록 설계 가능하기 때문이다. 또한, 도 8b를 참조하면, 경부하 조건(300W, 10% load) 하에서도 2차측에 마련된 정류 회로의 정류 다이오드들 또한 소프트 스위칭 조건 하에서 동작함을 확인할 수 있다. 반면, 도 8c를 참조하면, 2차측 회로에 마련된 부가 스위치(134)는 경부하 조건 하에서는 하드 스위칭 조건 하에서 동작함을 확인할 수 있는데, 이에 따라 발생하는 손실이 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 가장 큰 손실이라 할 수 있다.8A shows an example of a current flowing in the primary side switch and a voltage applied to the primary side switch under a light load condition (300 W, 10% load). Referring to FIG. 8A, It can be confirmed that the first to
또한, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)와 종래의 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터(PSFB)가 300W~3kW의 부하 조건 하에서 200V의 입력 전압으로부터 400V의 출력 전압을 출력하는 경우의 효율을 측정한 그래프이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 500W의 출력 조건 하에서 96%의 최대 효율을 가짐을 확인할 수 있다. 특히, 경부하 조건 하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)가 종래의 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터(PSFB)에 비해 더 높은 효율을 가짐을 확인할 수 있다. 이는, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)는 1차측 회로에 마련된 스위치 및 정류 다이오드들의 소프트 스위칭이 가능하고, 순환 전류로부터 자유로우며 비소모 스너버의 역할을 수행하기 때문이다. 한편, 출력 전력이 증가할수록 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)와 종래의 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터(PSFB) 간의 효율에 차이가 작아짐을 확인할 수 있는데, 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)의 2차측 회로에 마련된 제6 다이오드의 하드 스위칭에 의해 손실이 증가하기 때문이다.9 is a graph showing the relationship between the output voltage of the soft switching
도 10은 서로 다른 부하 조건 하에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터(1000)와 종래의 위상 천이 방식의 풀브릿지 컨버터(PSFB)의 손실을 분석한 그래프이다. 도 10을 참조하면, 두 컨버터 간의 손실은 1차측 회로에 마련된 스위치들 및 정류 회로의 다이오드들에 의해 큰 차이가 발생함을 확인할 수 있다. FIG. 10 is a graph illustrating loss of a soft switching
이상에서는 실시예들을 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.
1000: 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터 121: 제1 다이오드
10: 입력 커패시터 122: 제2 다이오드
20: 출력 커패시터 123: 제3 다이오드
30: 출력 부하 저항 124: 제4 다이오드
100: 변압기 125: 출력 인덕터
111: 제1 스위치 130: 부가 회로
112: 제2 스위치 131: 클램프 커패시터
113: 제3 스위치 132: 제5 다이오드
114: 제4 스위치 133: 제6 다이오드
115: 누설 인덕터 134: 부가 스위치
116: 자화 인덕터1000: Soft switching full bridge converter 121: First diode
10: input capacitor 122: second diode
20: Output capacitor 123: Third diode
30: output load resistor 124: fourth diode
100: Transformer 125: Output inductor
111: first switch 130:
112: second switch 131: clamp capacitor
113: third switch 132: fifth diode
114: fourth switch 133: sixth diode
115: Leakage inductor 134: Additional switch
116: magnetizing inductor
Claims (16)
입력 전원을 공급하는 입력 커패시터와 연결되며, 제1 스위치 내지 제4 스위치가 마련된 풀브릿지 회로를 포함하여 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 입력 전원을 상기 1차측 권선으로 전달하는 1차측 회로; 및
상기 2차측 권선과 연결되며, 제1 다이오드 내지 제4 다이오드가 마련된 정류 회로, 상기 정류 회로와 연결되는 클램프 커패시터 및 제5 다이오드와, 상기 클램프 커패시터 및 상기 제5 다이오드 사이에 마련되는 제6 다이오드, 상기 클램프 커패시터 및 상기 제6 다이오드 사이에 마련되는 부가 스위치로 구성되는 부가 회로 및 상기 부가 회로와 연결되는 출력 인덕터를 포함하여 상기 1차측 회로로부터 상기 변압기를 통해 전달 받은 에너지를 상기 출력 인덕터 및 상기 부가 회로와 연결되는 출력 커패시터로 전달하는 2차측 회로를 포함하고,
상기 2차측 회로는,
소프트 스위칭 조건 하에서 동작하는 상기 제1 다이오드 내지 상기 제4 다이오드와 상기 제5 다이오드에 의해 정류가 이루어지는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.A transformer for performing voltage conversion including a primary winding and a secondary winding;
And a full bridge circuit connected to an input capacitor for supplying an input power and provided with first to fourth switches so that the input power is transmitted to the primary winding in accordance with a switching operation of the first switch to the fourth switch A primary side circuit; And
A rectifier circuit connected to the secondary winding and having a first diode to a fourth diode, a clamp capacitor and a fifth diode connected to the rectifier circuit, a sixth diode provided between the clamp capacitor and the fifth diode, An additional circuit comprising an additional switch provided between the clamp capacitor and the sixth diode and an output inductor connected to the additional circuit so that the energy received from the primary circuit through the transformer is supplied to the output inductor and the additional And a secondary side circuit for transferring the output signal to an output capacitor connected to the circuit,
The secondary side circuit includes:
Wherein the rectifier is rectified by the first diode, the fourth diode and the fifth diode operating under soft switching conditions.
상기 2차측 회로는,
병렬로 연결된 제3 레그 및 제4 레그를 포함하고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그 상에 상기 제1 다이오드 내지 상기 제4 다이오드가 마련되며, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그를 연결하는 출력 전압선은 상기 2차측 권선과 연결되는 상기 정류 회로를 포함하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.The method according to claim 1,
The secondary side circuit includes:
Wherein the first diode and the fourth diode are provided on the third leg and the fourth leg, and the third leg and the fourth leg are connected in parallel, and the first diode and the fourth diode are provided on the third leg and the fourth leg, And the output voltage line includes the rectification circuit coupled to the secondary side winding.
상기 2차측 회로는,
상기 클램프 커패시터의 일단 및 상기 제5 다이오드의 캐소드 사이의 접점에 상기 제6 다이오드의 애노드가 연결되고, 상기 클램프 커패시터의 타단 및 상기 제6 다이오드의 캐소드 사이에 마련되는 상기 부가 스위치로 구성되는 상기 부가 회로를 포함하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.3. The method of claim 2,
The secondary side circuit includes:
Wherein the anode of the sixth diode is connected to the contact between the one end of the clamp capacitor and the cathode of the fifth diode and the additional switch provided between the other end of the clamp capacitor and the cathode of the sixth diode Soft-switching full-bridge converter with circuitry.
상기 2차측 회로는,
상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 상측 접점에 상기 클램프 커패시터의 타단 및 상기 부가 스위치의 일단이 접속되고, 상기 제3 레그 및 상기 제4 레그의 하측 접점에 상기 제5 다이오드의 애노드 및 상기 출력 커패시터가 접속되는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.The method of claim 3,
The secondary side circuit includes:
The other end of the clamp capacitor and the one end of the additional switch are connected to the upper contact of the third leg and the fourth leg and the anode and the output of the fifth diode are connected to the lower contacts of the third leg and the fourth leg, Soft-switching full-bridge converter with capacitors connected.
상기 2차측 회로는,
상기 부가 스위치의 타단 및 상기 제6 다이오드의 캐소드가 상기 출력 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 출력 인덕터의 타단이 상기 출력 커패시터와 연결되는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.5. The method of claim 4,
The secondary side circuit includes:
The other end of the additional switch and the cathode of the sixth diode are connected to one end of the output inductor and the other end of the output inductor is connected to the output capacitor.
상기 2차측 회로는,
상기 부가 스위치가 턴 오프되면 상기 클램프 커패시터가 충전되고, 상기 부가 스위치가 턴 온되면 상기 클램프 커패시터에 저장된 에너지가 상기 출력 커패시터로 방전되는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.The method according to claim 1,
The secondary side circuit includes:
Wherein when the additional switch is turned off, the clamp capacitor is charged, and when the additional switch is turned on, the energy stored in the clamp capacitor is discharged to the output capacitor.
상기 2차측 회로는,
상기 출력 인덕터의 프리휠링 전류가 흐를 수 있도록 상기 제5 다이오드 및 상기 제6 다이오드에 의한 폐루프가 형성되는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.The method according to claim 1,
The secondary side circuit includes:
And a closed loop by the fifth diode and the sixth diode is formed so that a freewheeling current of the output inductor can flow.
상기 1차측 회로는,
병렬로 연결된 제1 레그 및 제2 레그를 포함하고, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그 상에 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치가 마련되며, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그를 연결하는 입력 전압선 상에 누설 인덕터 및 자화 인덕터가 마련되고, 상기 자화 인덕터가 상기 1차측 권선과 병렬 연결되는 상기 풀브릿지 회로를 포함하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.The method according to claim 1,
The primary side circuit includes:
A first switch and a second switch are provided on the first leg and the second leg, and the first switch and the second switch are connected to each other, A full bridge circuit in which a leakage inductor and a magnetizing inductor are provided on an input voltage line and the magnetizing inductor is connected in parallel with the primary winding.
상기 1차측 회로는,
소프트 스위칭 조건 하에서 동작하는 상기 제1 스위치 상기 제4 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 입력 전원을 상기 1차측 권선으로 전달하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.The method according to claim 1,
The primary side circuit includes:
And said first switch operating under soft switching conditions transfers said input power to said primary winding in accordance with a switching operation of said fourth switch.
상기 2차측 회로는,
상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치와 동일하게 턴온 동작하되, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치보다 먼저 턴오프 동작하는 상기 부가 스위치를 포함하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터.The method according to claim 1,
The secondary side circuit includes:
And the additional switch is turned on in the same manner as the first switch and the fourth switch, but turns off prior to the first switch and the fourth switch.
상기 1차측 회로에서는,
소프트 스위칭 조건 하에서 동작하는 상기 제1 스위치 상기 제4 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 입력 전원을 상기 변압기로 전달하고,
상기 2차측 회로에서는,
소프트 스위칭 조건 하에서 동작하는 제1 다이오드 내지 제4 다이오드와 상기 제5 다이오드에 의해 상기 변압기를 통해 상기 1차측 회로로부터 전달 받은 상기 입력 전원을 정류하여 상기 출력 커패시터로 전달하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 구동방법.A primary side circuit connected to the input capacitor performs a voltage conversion between an input capacitor for supplying input power and an output capacitor connected in parallel to the output load resistor, and the primary side circuit includes a full bridge circuit provided with the first to fourth switches And a secondary side circuit connected to the output capacitor includes a rectifying circuit, a clamp capacitor and a fifth diode connected to the rectifying circuit, a sixth diode provided between the clamp capacitor and the fifth diode, the clamp capacitor, A soft switching full bridge converter having an additional circuit comprising an additional switch provided between the primary and secondary circuits and an output inductor connected to the additional circuit and having a transformer for performing voltage conversion between the primary circuit and the secondary circuit, , The method comprising:
In the primary side circuit,
The first switch operating under the soft switching condition transmits the input power to the transformer according to the switching operation of the fourth switch,
In the secondary circuit,
A first diode to a fourth diode operating under soft switching conditions and a soft switching full bridge converter for rectifying the input power received from the primary side circuit through the transformer by the fifth diode and delivering the rectified input power to the output capacitor Way.
상기 1차측 회로에서는,
상기 풀브릿지 회로의 대각선상에 마련된 제1 스위치 및 제4 스위치와, 제2 스위치 및 제3 스위치가 쌍을 이루어 동일하게 턴온 또는 턴오프 동작하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 구동방법.13. The method of claim 12,
In the primary side circuit,
Wherein the first switch and the fourth switch provided on the diagonal line of the full bridge circuit and the second switch and the third switch are paired to turn on or off in the same manner.
상기 2차측 회로에서는,
상기 부가 스위치가 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치와 동일하게 턴온 동작하되, 상기 제1 스위치 내지 상기 제4 스위치보다 먼저 턴오프 동작하는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 구동방법.14. The method of claim 13,
In the secondary circuit,
Wherein the additional switch is turned on in the same manner as the first switch to the fourth switch, but is turned off earlier than the first switch to the fourth switch.
상기 2차측 회로에서는,
상기 부가 스위치가 턴 오프되면 상기 클램프 커패시터가 충전되고, 상기 부가 스위치가 턴 온되면 상기 클램프 커패시터에 저장된 에너지가 상기 출력 커패시터로 방전되는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 구동방법.15. The method of claim 14,
In the secondary circuit,
Wherein when the additional switch is turned off, the clamp capacitor is charged, and when the additional switch is turned on, the energy stored in the clamp capacitor is discharged to the output capacitor.
상기 2차측 회로에서는,
상기 출력 인덕터의 프리휠링 전류가 흐를 수 있도록 상기 제5 다이오드 및 상기 제6 다이오드에 의한 폐루프가 형성되는 소프트 스위칭 풀브릿지 컨버터의 구동방법.
16. The method of claim 15,
In the secondary circuit,
Wherein a closed loop is formed by the fifth diode and the sixth diode so that a freewheeling current of the output inductor can flow through the soft switching full bridge converter.
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