KR101936230B1 - 절연형 dc-dc 컨버터 - Google Patents

절연형 dc-dc 컨버터 Download PDF

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강경수
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유혜미
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오승재
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국민대학교 산학협력단
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    • Y02B70/1433—

Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 제1 입력단과 제2 입력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제1 커패시터 및 제2 커패시터, 제1 입력단과 제2 입력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치, 제1 출력단과 제2 출력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제3 커패시터 및 제4 커패시터, 제1 출력단과 제2 출력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치, 및 제1 커패시터 및 제2 커패시터의 공통 노드인 제1 노드와 제3 스위치 및 제4 스위치의 공통 노드인 제2 노드 사이, 및 제1 스위치 및 제2 스위치의 공통 노드인 제3 노드와 제3 커패시터 및 제4 커패시터의 공통 노드인 제4 노드 사이 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 절연형 DC-DC 컨버터가 게시된다.

Description

절연형 DC-DC 컨버터{ISOLATED DC TO DC CONVERTER}
본 발명의 기술적 사상은 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 입력측과 출력측이 절연되는 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
전원 장치(SMPS) 등의 컨버터는 갈바닉 절연(galvanic isolation)이 요구된다. 갈바닉 절연은 작업자의 안전을 보장하고, 저전압 장치들을 고전압으로부터 보호하기 위함이다.
도 1은 일반적인 절연 방법을 도시하고 있는데, 도 1(a)는 포토 커플러(photo-coupler)를 이용한 절연 회로로서, 이는 소전력, 약 1W 미만에 사용 가능하다. 또한, 도 1(b)는 트랜스포머를 이용한 절연 회로인데, 대용량에 적용될 수 있다는 장점 때문에 일반적으로 이용되고 있다. 그러나, 트랜스포머는 컨버터의 부피 및 무게를 증가시키며, 높은 비용의 요구와 함께 전력 변환 효율을 저하시키므로 온전한 대안이 되기는 어려운 면이 존재한다.
도 1(c)는 커패시터를 이용한 절연 회로인데, 커패시터 절연은 고주파에서 사용 가능하며, 가격도 저렴하기 때문에 트랜스포머 절연의 문제점을 해결하기 위한 방안이 될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 절연형 DC-DC 컨버터가 이루고자 하는 기술적 과제는, 갈바닉 절연이 가능한 DC-DC 컨버터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 절연형 DC-DC 컨버터가 이루고자 하는 기술적 과제는, DC-DC 컨버터의 제조비용을 저감시키는데 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 절연형 DC-DC 컨버터가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 절연형 DC-DC 컨버터는, 제1 입력단과 제2 입력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제1 커패시터 및 제2 커패시터; 상기 제1 입력단과 상기 제2 입력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치; 제1 출력단과 제2 출력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제3 커패시터 및 제4 커패시터; 상기 제1 출력단과 상기 제2 출력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치; 및 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 공통 노드인 제1 노드와 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치의 공통 노드인 제2 노드 사이, 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 공통 노드인 제3 노드와 상기 제3 커패시터 및 상기 제4 커패시터의 공통 노드인 제4 노드 사이 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 인덕터;를 포함한다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 제1 입력단과 상기 제2 입력단 사이에서 입력측 회로를 구성할 수 있고, 상기 제3 커패시터, 상기 제4 커패시터, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 상기 제1 출력단과 상기 제2 출력단 사이에서 출력측 회로를 구성할 수 있고, 상기 입력측 회로와 상기 출력측 회로는, 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터, 상기 제3 커패시터 및 상기 제4 커패시터에 의해 서로 절연될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는, 서로 상보적으로 스위칭 동작할 수 있고, 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치는, 서로 상보적으로 스위칭 동작할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나의 스위칭 제어 신호와 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치 중 어느 하나의 스위칭 제어 신호는, 소정의 위상 차이를 가질 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 사이의 전압과 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이의 전압은, 상기 소정의 위상 차이에 대응하는 위상 차이를 가질 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는, 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, FET일 수 있고, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는, 다이오드일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 인덕터는, 제1 및 제2 인덕터로 구성될 수 있되, 상기 제1 인덕터는, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 배치될 수 있고, 상기 제2 인덕터는, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절연형 DC-DC 컨버터는, 간단한 회로 구성으로 갈바닉 절연이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절연형 DC-DC 컨버터는, 제조비용이 저감될 수 있다.
본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 컨버터에 적용 가능한 절연 회로를 도시하는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터를 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 절연형 DC-DC 컨버터의 등가 회로를 도시하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 절연형 DC-DC 컨버터의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터에서의 각 신호 파형을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사항에 의한 다른 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터를 도시하는 도면이다.
본 발명의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 기술적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 기술적 사상을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 기술적 사상의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터(200)를 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터(200)는 입력 전압원(205), 제1 커패시터(210), 제2 커패시터(215), 제3 커패시터(230), 제4 커패시터(235), 제1 스위치(220), 제2 스위치(225), 제3 스위치(240), 제4 스위치(245) 및 부하(250)를 포함할 수 있다. 또한, 절연형 DC-DC 컨버터(200)는 제1 스위치(220), 제2 스위치(225), 제3 스위치(240) 및 제4 스위치(245)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어기(270)를 더 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 입력 전압원(205), 부하(250) 및 제어기(270)가 절연형 DC-DC 컨버터(200)에 포함되는 것으로 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 입력 전압원(205), 부하(250) 및 제어기(270) 중 적어도 하나는 절연형 DC-DC 컨버터(200)와 별도로 구성될 수 있다.
제1 커패시터(210)와 제2 커패시터(215)는, 입력 전압원(205)의 양단과 연결되는 제1 입력단(Ni1) 및 제2 입력단(Ni2) 사이에 배치되며, 서로 직렬로 연결된다. 제1 커패시터(210) 및 제2 커패시터(215)는 입력 전압원(205)으로부터 DC 전압을 인가받을 수 있고, 인가된 DC 전압에 의해 충전될 수 있다.
제1 스위치(220)와 제2 스위치(225)는, 제1 입력단(Ni1)과 제2 입력단(Ni2) 사이에 배치되며, 서로 직렬로 연결된다. 제1 스위치(220)와 제2 스위치(225)는, 제1 커패시터(210) 및 제2 커패시터(215)와는 병렬로 연결된다.
제1 스위치(220)와 제2 스위치(225)는, 각각 제어기(270)로부터 제공되는 스위칭 제어 신호에 응답하여 온/오프 스위칭 동작을 한다. 제1 스위치(220)와 제2 스위치(225)는 서로 상보적으로 스위칭 동작할 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(220)가 온 상태인 경우, 제2 스위치(225)는 오프 상태일 수 있고, 제1 스위치(220)가 오프 상태인 경우, 제2 스위치(225)는 온 상태일 수 있다.
제1 스위치(220) 및 제2 스위치(225)는 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 스위치(220) 및 제2 스위치(225)는 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT) 등과 같은 다른 스위치 소자로 구성될 수 있다.
제3 커패시터(230)와 제4 커패시터(235)는, 부하(250)의 양단과 연결되는 제1 출력단(No1) 및 제2 출력단(No2) 사이에 배치되며, 서로 직렬로 연결된다. 제3 커패시터(230)와 제4 커패시터(235)는, 충전된 제1 커패시터(210) 및 제2 커패시터(215)로부터 출력되는 전류가 제1 인덕터(255) 및 제2 인덕터(260)로 공급되도록 전류 경로를 제공할 수 있다.
제3 스위치(240)와 제4 스위치(245)는, 제1 출력단(No1)과 제2 출력단(No2) 사이에 배치되며, 서로 직렬로 연결된다. 제3 스위치(240)와 제4 스위치(245)는, 제3 커패시터(230) 및 제4 커패시터(235)와는 병렬로 연결된다.
제3 스위치(240)와 제4 스위치(245)는, 각각 제어기(270)로부터 제공되는 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 스위칭 동작을 한다. 제3 스위치(240)와 제4 스위치(245)도 서로 상보적으로 스위칭 동작할 수 있다. 구체적으로, 제3 스위치(240)가 온 상태인 경우, 제4 스위치(245)는 오프 상태일 수 있고, 제3 스위치(240)가 오프 상태인 경우, 제4 스위치(245)는 온 상태일 수 있다.
한편, 제3 스위치(240)는 제1 스위치(220)와, 제4 스위치(245)는 제2 스위치(225)와 소정의 위상 차이를 갖고 스위칭 동작할 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 더 상세히 설명한다.
제3 스위치(240) 및 제4 스위치(245)는 FET일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 스위치(240) 및 제4 스위치(245)는 BJT 등과 같은 다른 스위치 소자로 구성될 수 있다.
제1 커패시터(210)와 제2 커패시터(215) 사이의 공통 노드인 노드(Na)와, 제3 스위치(240)와 제4 스위치(245) 사이의 공통 노드인 노드(Nb)에는 제1 인덕터(255)가 연결되고, 제1 스위치(220)와 제2 스위치(225) 사이의 공통 노드인 노드(Nc)와 제3 커패시터(230)와 제4 커패시터(235) 사이의 공통 노드인 노드(Nd)에는 제2 인덕터(260)가 연결된다.
제1 인덕터(255) 및 제2 인덕터(260)는, 제1 내지 제4 스위치(220 내지 245)의 스위칭 동작에 따라, 충전된 제1 커패시터(210) 및 제2 커패시터(215)로부터 출력되는 전류를 공급받아 전력을 저장할 수 있고 방전되어 저장된 전력을 부하로 공급할 수 있다.
제어기(270)는 제1 스위치(220), 제2 스위치(225), 제3 스위치(240) 및 제4 스위치(245)로 스위칭 제어 신호를 인가하여, 이들의 스위칭 동작, 즉 턴 온 및 턴 오프를 제어한다.
제1 스위치(220)와 제2 스위치(225)를 입력측 스위치들이라 하고, 제3 스위치(240)와 제4 스위치(245)를 출력측 스위치들이라 하면, 제어기(270)는 입력측 스위치들과 출력측 스위치들이 소정의 위상 차이를 갖고 스위칭 동작하도록 제어할 수 있다.
예컨대, 제어기(270)는, 제1 스위치(220)가 턴 온 되고 제2 스위치(225)가 턴 오프 되는 시점으로부터 소정의 위상 차이 이후에 제3 스위치(240)가 턴 온 되고 제4 스위치(245)는 턴 오프 되도록 제어할 수 있다.
제어기(270)는 프로세서(Processor), 마이크로 프로세서(Micro Processer), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), APU(Accelerate Processor Unit), DSP(Digital Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등으로 구현될 수 있다.
제어기(270)의 제어에 따른 절연형 DC-DC 컨버터(200)의 동작을 구체적으로 설명한다.
먼저, 제1 스위치(220)가 턴 온 되고 제2 스위치(225)가 턴 오프 되면, 제1 커패시터(210)에 인가된 전압이 노드(Na)와 노드(Nc) 사이에 인가된다. 이어서, 제1 스위치(220)가 턴 오프 되고 제2 스위치(225)가 턴 온 되면, 제2 커패시터(215)에 인가된 전압이 노드(Na)와 노드(Nc) 사이에 인가된다.
이와 마찬가지로, 제3 스위치(240)가 턴 온 되고 제4 스위치(245)가 턴 오프 되면, 제3 커패시터(230)에 충전되는 전압이 노드(Nb)와 노드(Nd) 사이에 인가되고, 제3 스위치(240)가 턴 오프 되고 제4 스위치(245)가 턴 온 되면, 제4 커패시터(235)에 충전되는 전압이 노드(Nb)와 노드(Nd) 사이에 인가된다.
노드(Na)와 노드(Nc) 사이에 인가되는 전압(V1)과 노드(Nb)와 노드(Nd) 사이에 인가되는 전압(V2)은 상술한 입력측 스위치들과 상기 출력 스위치들 간의 위상 차이에 대응하는 위상 차이를 갖게 되고, 상기 위상 차이에 따라 제1 인덕터(255)와 제2 인덕터(260)에 전류가 흐르면서 전력이 저장된다.
제1 인덕터(255)와 제2 인덕터(260)에 저장된 전력은 부하(250)로 전달 되고, 그에 따라 부하(250) 양단에는 전압이 인가된다. 부하(250) 양단에 인가되는 전압은, 초기 값으로부터 소정 값이 될 때까지 증가하게 된다. 여기서 소정 값은 입력 전압원(205)의 DC 전압 값보다 낮은 값이다.
한편, 제1 커패시터(210), 제2 커패시터(215), 제1 스위치(220) 및 제2 스위치(225)는 입력측 회로를 구성하고, 제3 커패시터(230), 제4 커패시터(235), 제3 스위치(240) 및 제4 스위치(245)는 출력측 회로를 구성하는데, 상기 입력측 회로와 상기 출력측 회로는 제1 커패시터(210), 제2 커패시터(215), 제3 커패시터(230) 및 제4 커패시터(235)에 의해 서로 절연될 수 있다.
도 2에 도시된 절연형 DC-DC 컨버터(200)의 등가 회로를 도시하는 도면인 도 3a 및 도 3b를 더 참조하여 설명한다. 도 3a 및 도 3b는 제1 스위치(220)와 제3 스위치(240)가 턴 오프되고, 제2 스위치(225)와 제4 스위치(245)가 턴 온되는 경우의 절연형 DC-DC 컨버터(200)의 등가 회로를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b를 더 참조하면, 입력측 회로의 제2 스위치(225)에 걸리는 전압을 등가적으로 Vi_pulse로 나타낼 수 있고, 마찬가지로, 출력측 회로의 제4 스위치(245)에 걸리는 전압을 등가적으로 Vo_pulse로 나타낼 수 있다.
이들을 기초로 절연형 DC-DC 컨버터(200)를 등가적으로 표현하면, 도 3b에 도시된 바와 같이 입력측 회로와 출력측 회로가 제1 커패시터(210) 내지 제4 커패시터(235)에 의해 절연되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 절연형 DC-DC 컨버터(200)는 트랜스포머 없이 커패시터들만으로 입력측 회로와 출력측 회로가 절연되면서, 입력된 DC 전압을 소정의 레벨로 변환하여 출력할 수 있다. 이에 따라 절연형 DC-DC 컨버터(200)는 높은 안전성을 가지면서도 회로 복잡도 감소 및 경량화가 가능하고, 제조 비용의 저감이 가능하다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 절연형 DC-DC 컨버터(200)의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 제1 인덕터(255)와 제2 인덕터(260) 중 제1 인덕터(255)가 생략될 수 있으며, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 인덕터(255)와 제2 인덕터(260) 중 제2 인덕터(260)가 생략될 수도 있다. 즉, 제1 인덕터(255)와 제2 인덕터(260) 중 어느 하나가 생략되더라도 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터(200)의 기능은 달성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터에서의 각 신호 파형을 도시하는 도면이다. 도 5는 도 2의 절연형 DC-DC 컨버터(200)의 변형예로서 도 4b에 도시된 절연형 DC-DC 컨버터(200b)에서의 각 신호 파형을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5에서 Q1은 제1 스위치(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 스위칭 제어 신호의 파형이고, Q2는 제2 스위치(225)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 스위칭 제어 신호의 파형이고, Q3는 제3 스위치(240)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 스위칭 제어 신호의 파형이다. 또한, Q4은 제4 스위치(245)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 스위칭 제어 신호의 파형이다.
앞서 설명한 바와 같이, Q1과 Q2, Q3와 Q4는 서로 간에 상보적이며, Q1과 Q2, 그리고, Q3와 Q4는 서로 간에 소정 위상 차이(φ)가 있는 것을 알 수 있다.
스위칭 제어 신호에 따라 노드(Na)와 노드(Nc) 사이에 인가되는 전압(V1)과, 노드(Nb)와 노드(Nd) 사이에 인가되는 전압(V2)은 상기 위상 차이(φ)에 상응하는 위상 차이를 갖는 구형파들로 출력될 수 있다.
iL은 제1 인덕터(255) 에 흐르는 전류의 파형을 나타내는데, iL은 구체적으로 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112017094770807-pat00001
상기 수학식 1에서 L1은 제1 인덕터(255)의 인덕턴스를 나타낸다.
도 5를 보면, wt가 0에서 φ 사이인 경우 및 wt가 φ에서 π 사이인 경우에는 제1 인덕터(255)에 흐르는 전류가 증가하고, wt가 π에서 2π 사이인 경우에는 제1 인덕터(255)에 흐르는 전류가 감소한다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 도 6은 도 2의 절연형 DC-DC 컨버터(200)의 변형예로서 도 4b에 도시된 절연형 DC-DC 컨버터(200b)에 대한 시뮬레이션 결과를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6(a)는 출력 전압의 파형을 나타내며, 도 6(b)는 제1 인덕터(255)에 흐르는 전류의 파형을 나타내고, 도 6(c) 및 도 6(d)는 입력측 회로의 스위치(210, 215)에 인가되는 스위칭 제어 신호 파형 및 출력측 회로의 스위치(240, 245)에 인가되는 스위칭 제어 신호 파형을 나타낸다.
본 시뮬레이션에서는 입력 전압을 300V, 출력 전압을 47V, 스위치들의 시비율을 0.5, 제1 커패시터(210)와 제2 커패시터(215)의 커패시턴스를 22uF, 제3 커패시터(230)와 제4 커패시터(235)의 커패시턴스를 220uF, 제1 인덕터(255)의 인덕턴스를 400uL로 설정하였다.
도 6(b)를 보면, 앞서 살펴본 도 5의 인덕터 전류의 파형과 거의 동일한 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사항에 의한 다른 실시예에 따른 절연형 DC-DC 컨버터(700)를 도시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 절연형 DC-DC 컨버터(700)는, 도 2에 도시된 절연형 DC-DC 컨버터(200)과 달리 제3 스위치(740)와 제4 스위치(745)가 FET 대신 다이오드로 치환된 것을 알 수 있다.
이 경우에도, 제1 스위치(220), 제2 스위치(225)의 상보적인 스위칭 동작을 통해서, 입력된 DC 전압을 소정의 레벨로 변환하여 출력할 수 있으며, 제1 커패시터(210), 제2 커패시터(215), 제3 커패시터(230) 및 제4 커패시터(235)에 의해 입력측 회로와 출력측 회로는 절연될 수 있다.
이상, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
200, 700: 절연형 DC-DC 컨버터
205: 입력 전압원
210: 제1 커패시터
215: 제2 커패시터
220: 제1 스위치
225: 제2 스위치
230: 제3 커패시터
235: 제4 커패시터
240, 740: 제3 스위치
245, 745: 제4 스위치
250: 부하
255: 제1 인덕터
260: 제2 인덕터
270: 제어기

Claims (8)

  1. 제1 입력단과 제2 입력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제1 커패시터 및 제2 커패시터;
    상기 제1 입력단과 상기 제2 입력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치;
    제1 출력단과 제2 출력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제3 커패시터 및 제4 커패시터;
    상기 제1 출력단과 상기 제2 출력단 사이에서 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치; 및
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 공통 노드인 제1 노드와 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치의 공통 노드인 제2 노드 사이, 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 공통 노드인 제3 노드와 상기 제3 커패시터 및 상기 제4 커패시터의 공통 노드인 제4 노드 사이 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 인덕터;
    를 포함하는 절연형 DC-DC 컨버터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 제1 입력단과 상기 제2 입력단 사이에서 입력측 회로를 구성하고,
    상기 제3 커패시터, 상기 제4 커패시터, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 상기 제1 출력단과 상기 제2 출력단 사이에서 출력측 회로를 구성하고,
    상기 입력측 회로와 상기 출력측 회로는,
    상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터, 상기 제3 커패시터 및 상기 제4 커패시터에 의해 서로 절연되는 것을 특징으로 하는 절연형 DC-DC 컨버터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는, 서로 상보적으로 스위칭 동작하고,
    상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치는, 서로 상보적으로 스위칭 동작하는 것을 특징으로 하는 절연형 DC-DC 컨버터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나의 스위칭 제어 신호와 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치 중 어느 하나의 스위칭 제어 신호는, 소정의 위상 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 절연형 DC-DC 컨버터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 사이의 전압과 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이의 전압은, 상기 소정의 위상 차이에 대응하는 위상 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 절연형 DC-DC 컨버터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는,
    전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)인 것을 특징으로 하는 절연형 DC-DC 컨버터.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, FET이고,
    상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는, 다이오드인 것을 특징으로 하는 절연형 DC-DC 컨버터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인덕터는, 제1 및 제2 인덕터로 구성되되,
    상기 제1 인덕터는, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 배치되고,
    상기 제2 인덕터는, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 절연형 DC-DC 컨버터.
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