KR101957062B1 - Dual input boost converter having single inductor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한 개의 인덕터 만으로 듀얼 입력에 대해 승압이 가능한 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a dual input single inductor boost converter, and more particularly, to a dual input single inductor boost converter capable of boosting a dual input with only one inductor.
화석 연료의 고갈로 인해 CO2 저감을 위한 신재생 에너지를 이용한 발전이 주목을 받고 있다. 보통, 태양광과 풍력 같은 신재생 에너지들은 서로 다른 전기적 특성을 가지며, 부하가 급변할 때 필요한 전력을 전달할 수 없다. 따라서, 안정성을 높이기 위해 두 종류의 신재생 에너지를 개별적인 컨버터를 사용하여 부하에 전력을 전달한다. Due to the depletion of fossil fuels, development using renewable energy for CO2 reduction is attracting attention. Normally, renewable energies such as solar and wind have different electrical characteristics and can not deliver the required power when the load changes rapidly. Therefore, to increase stability, two types of renewable energy are transferred to the load using individual converters.
그러나, 이러한 시스템은 부피가 크고, 제어가 복잡하며, 비용이 비싼 단점이 있다. 이에 따라, 개별적 컨버터들을 통합시킨 Multi Input Converter(이하, MIC)에 대한 연구가 요구되었다. MIC는 비용 감소, 향상된 신뢰성과 동적 특성, 부피 감소 등의 장점을 가진다. However, such a system is disadvantageous in that it is bulky, is complicated in control, and is expensive. As a result, research has been required on Multi Input Converter (MIC) that integrates individual converters. The MIC has advantages such as cost reduction, improved reliability and dynamic characteristics, and volume reduction.
이러한 MIC의 기본적인 컨버터로 멀티 입력 부스트 컨버터(Multi-Input-Boost-Converter)가 있으며, 입력을 승압하여 출력하는데 적합하다. 하지만, 기존의 멀티 입력 부스트 컨버터는 입력의 개수에 대응하여 복수의 인덕터를 사용하고 있으며, 이로 인해 전력 밀도가 감소하는 단점이 있다. The basic converter of this MIC is a multi-input-boost converter, which is suitable for boosting and outputting the input. However, the conventional multi-input boost converter uses a plurality of inductors corresponding to the number of inputs, which causes a disadvantage that the power density is reduced.
도 1은 종래의 멀티 입력 부스트 컨버터의 구조를 나타낸 도면이다. 종래의 멀티 입력 부스트 컨버터는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 각각 입력되는 두 개의 입력 포트, 두 개의 스위치(SW1,SW2), 두 개의 인덕터(L1,L2), 다이오드(Diode) 및 커패시터(C)를 포함한다. 1 is a diagram showing a structure of a conventional multi-input boost converter. The conventional multi-input boost converter has two input ports, two switches SW1 and SW2, two inductors L1 and L2, and a diode Diode (not shown), which receive a first voltage V1 and a second voltage V2, ) And a capacitor (C).
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 동작을 설명하는 도면이다. 회로 동작은 하나의 입력으로만 동작하는 경우(도 2a 및 도 2b)와, 두 개의 입력으로 동작하는 경우(도 2c)로 나누어진다.2A to 2C are diagrams for explaining the operation of FIG. The circuit operation is divided into a case of operating with only one input (Figs. 2A and 2B) and a case of operating with two inputs (Fig. 2C).
도 2a는 제1 전압(V1) 만으로 동작하는 모드를 등가적으로 나타낸 것으로, 이 경우 SW2를 오프시키고 SW1만 스위칭 제어하면 된다. 이때, SW1이 턴 온되면, L1에 전류가 누적되어 빌드업(bulid-up) 되고, SW1이 턴 오프되면 L1의 빌드업 전류가 C에 충전되고 부하(Load)가 파워링(Powering) 된다.FIG. 2A shows a mode equivalent to operating with only the first voltage V1. In this case, the switch SW2 is turned off and only the switch SW1 is controlled to be switched. At this time, when SW1 is turned on, a current is accumulated in L1, and when SW1 is turned off, the build-up current of L1 is charged to C and the load is powered.
도 2b는 제2 전압(V2) 만으로 동작하는 모드를 등가적으로 나타낸 것으로, 이 경우 SW1을 오프시키고 SW2만 스위칭 제어하면 된다. 그 동작 원리는 앞서와 동일하다.FIG. 2B is equivalent to a mode in which only the second voltage V2 is operated. In this case, SW1 may be turned off and SW2 may be controlled to be switched. The operation principle is the same as the above.
도 2c는 두 개의 전압(V1,V2)으로 동작하는 모드이며, 이 경우 SW1과 SW2를 동일한 게이트 신호(Gate Signal)로 동시에 스위칭 제어하면 된다. 이때, SW1과 SW2가 모두 턴 온되면, L1과 L2에 전류가 누적되어 빌드 업되고, SW1과 SW2가 모두 턴오프되면 L1 및 L2의 빌드업 전류가 C에 충전되고 부하가 파워링된다.FIG. 2C shows a mode in which two voltages V1 and V2 are operated. In this case, SW1 and SW2 may be simultaneously controlled by switching to the same gate signal (Gate signal). At this time, when SW1 and SW2 are both turned on, current builds up in L1 and L2. When both SW1 and SW2 are turned off, the build-up currents of L1 and L2 are charged to C and the load is powered.
도 3은 도 1에서 두 개의 입력 중 어느 하나의 입력만 받는 경우의 동작 파형을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2a 또는 도 2b에 대한 동작 파형으로, V1=20V(혹은 V2=20V), 스위칭 주파수=100kHz, duty=58.3%, C=100μF, L=100μH, 부하의 출력 전압(Vout)=48V, Power=96\일 때 각 부분의 주요 파형을 나타낸다.FIG. 3 is a diagram showing an operation waveform when only one of the two inputs is received in FIG. FIG. 3 is a waveform diagram of operation of FIG. 2A or FIG. 2B. In FIG. 3, V1 = 20 V (or V2 = 20 V), switching frequency = 100 kHz, duty = 58.3%, C = 100 μF, L = 100 μH, 48V, and Power = 96 \, respectively.
PWM_SW는 스위치 SW1(혹은 SW2)의 게이트 파형이며, I(L1)은 인덕터 L1(혹은 L2)의 전류 파형이다. Iout과 Vout은 각각 부하(Load)의 전류, 전압 파형이다. 위 파형들을 통해 입력 전압이 하나만 있어도 Boost Converter 동작과 동일하게 동작함을 알 수 있다.PWM_SW is the gate waveform of the switch SW1 (or SW2), and I (L1) is the current waveform of the inductor L1 (or L2). Iout and Vout are the current and voltage waveforms of the load, respectively. It can be seen that even though only one input voltage is present through the above waveforms, it operates in the same manner as Boost Converter operation.
도 4는 도 1에서 두 개의 입력을 모두 받는 경우의 동작 파형을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 2c에 대한 동작 파형으로, V1=20V, V2=20V, 스위칭 주파수=100kHz, duty=16.6%, C=100μF, L=100μH, 부하의 출력 전압=48V, Power=96W일 때 각 부분의 주요 파형을 나타낸다. FIG. 4 is a diagram illustrating an operation waveform when two inputs are received in FIG. Fig. 4 is an operational waveform diagram of Fig. 2C showing the operation waveforms when V1 = 20V, V2 = 20V, switching frequency = 100kHz, duty = 16.6%, C = 100μF, L = 100μH, the output voltage of the load = 48V, The main waveform of the part is shown.
PWM_SW1과 PWM_SW2는 SW1, SW2의 게이트 파형이며 I(L1), I(L2)는 각각 L1, L2의 전류 파형이다. Iout과 Vout은 각각 부하의 전류, 전압 파형이다. 위 파형들을 통해 입력 두 개를 동시에 모두 받아도 Boost Converter 동작과 동일하게 동작함을 알 수 있다. PWM_SW1 and PWM_SW2 are gate waveforms of SW1 and SW2, and I (L1) and I (L2) are current waveforms of L1 and L2, respectively. Iout and Vout are the current and voltage waveforms of the load, respectively. It can be seen that the Boost Converter operates in the same way even if both inputs are received at the same time through the above waveforms.
하지만, 이와 같은 기존의 Multi-Input-Boost-Converter은 Boost Converter와 같이 승압형이며, 인덕터 2개가 필요함을 알 수 있다.However, the conventional Multi-Input-Boost-Converter is a boost type like Boost Converter, and it shows that two inductors are required.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1251064호(2013.04.05 공고)에 개시되어 있다.The technology of the background of the present invention is disclosed in Korean Patent No. 10-1251064 (published on Apr. 03, 2013).
본 발명은 한 개의 인덕터 만으로 듀얼 입력에 대해 승압이 가능하고 전력 밀도를 높일 수 있는 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터를 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a dual input single-ended inductor boost converter capable of boosting a dual input with only one inductor and increasing a power density.
본 발명은, 제1 및 제2 입력 전압이 각각 인가되는 제1 및 제2 입력 포트와, 제1 단이 상기 제1 입력 포트의 제1 단과 연결되고 제2 단이 상기 제2 입력 포트의 제1 단과 연결된 인덕터와, 캐소드가 상기 인덕터의 제2 단과 연결된 제1 다이오드와, 애노드가 상기 인덕터의 제1 단과 연결된 제2 다이오드와, 애노드가 상기 제1 다이오드의 애노드와 연결되고 캐소드가 상기 제2 다이오드의 캐소드와 연결된 제3 다이오드와, 제1 단이 상기 제1 입력 포트의 제2 단과 연결되고 제2 단이 상기 제3 다이오드의 애노드와 연결된 제1 트랜지스터와, 제1 단이 상기 제3 다이오드의 캐소드와 연결되고 제2 단이 상기 제2 입력 포트의 제2 단과 연결된 제2 트랜지스터와, 애노드가 상기 제1 트랜지스터의 제1 단과 연결된 메인 다이오드, 및 상기 메인 다이오드의 캐소드와 상기 제2 트랜지스터의 제2 단 사이에 연결되어, 부하에 출력 전압을 제공하는 커패시터를 포함하는 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터를 제공한다.The first input port is connected to the first input port of the first input port. The first input port is connected to the first input port of the first input port. The second input port is connected to the first input port of the second input port. A first diode having a cathode connected to the second end of the inductor, an anode connected to the first end of the inductor, a second diode connected to the anode of the first diode, and a cathode connected to the second end of the inductor, A first transistor having a first end connected to a second end of the first input port and a second end connected to an anode of the third diode; A second transistor connected at a second end to the second end of the second input port, an anode connected to the first end of the first transistor, and a cathode connected to the cathode of the main diode, And a capacitor coupled between the second terminal of the two transistors to provide an output voltage to the load.
또한, 상기 제1 입력 포트의 제1 단 및 상기 제2 입력 포트의 제2 단은 음의 단자이고, 상기 제1 입력 포트의 제2 단 및 상기 제2 입력 포트의 제1 단은 양의 단자일 수 있다.The first end of the first input port and the second end of the second input port are negative terminals and the first end of the first input port and the first end of the second input port are positive terminals, Lt; / RTI >
또한, 상기 제1 및 제2 트랜지스터 각각은, 제1 단이 드레인 단이고, 제2 단이 소스 단일 수 있다.In addition, each of the first and second transistors may have a first end as a drain terminal and a second end as a source single.
또한, 상기 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터는, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 제3 단에 제어 신호를 인가하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The dual input single inductor boost converter may further include a control unit for applying a control signal to a third terminal of the first and second transistors.
또한, 상기 제어 신호는, 상기 제1 및 제2 트랜지스터 중 하나를 턴 오프 시킨 상태에서 나머지 하나를 스위칭 제어하는 신호이거나, 상기 제1 및 제2 트랜지스터를 동일한 듀티로 동시 스위칭 제어하는 신호일 수 있다.The control signal may be a signal for switching control of the other one in a state where one of the first and second transistors is turned off, or may be a signal for simultaneously controlling switching of the first and second transistors to the same duty.
또한, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 제3 단에 인가되는 제어 신호에 따라 복수의 구동 모드를 포함하되, 상기 제2 트랜지스터를 턴 오프 시킨 상태에서 상기 제1 트랜지스터를 스위칭 제어하는 제1 모드, 상기 제1 트랜지스터를 턴 오프 시킨 상태에서 상기 제2 트랜지스터를 스위칭 제어하는 제2 모드, 및 상기 제1 및 제2 트랜지스터를 동일한 듀티로 동시 스위칭 제어하는 제3 모드를 포함할 수 있다.A first mode including a plurality of driving modes in accordance with a control signal applied to a third terminal of the first and second transistors, the first transistor switching-controlling the first transistor with the second transistor turned off, A second mode for switching-controlling the second transistor in a state where the first transistor is turned off, and a third mode for simultaneously controlling the first and second transistors to have the same duty.
또한, 상기 제1 모드일 때, 상기 제1 트랜지스터가 턴 온되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 제1 트랜지스터, 상기 제1 다이오드 및 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 인덕터가 빌드 업(Build-up)되고, 상기 제1 트랜지스터가 턴 오프 되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 메인 다이오드, 상기 커패시터, 상기 제2 입력 포트 및 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 커패시터가 충전되어 상기 부하가 파워링(Powering)될 수 있다.In addition, in the first mode, when the first transistor is turned on, the inductor is turned on through a current path formed by the first input port, the first transistor, the first diode, and the inductor, up, and when the first transistor is turned off, the capacitor is charged through a current path by the first input port, the main diode, the capacitor, the second input port and the inductor, (Powering).
또한, 상기 제2 모드일 때, 상기 제2 트랜지스터가 턴 온 되면, 상기 제2 입력 포트, 상기 인덕터, 상기 제2 다이오드 및 상기 제2 트랜지스터에 의한 전류 경로를 통해 상기 인덕터가 빌드 업(Build-up)되고, 상기 제2 트랜지스터가 턴 오프 되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 메인 다이오드, 상기 커패시터, 상기 제2 입력 포트 및 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 커패시터가 충전되어 상기 부하가 파워링(Powering)될 수 있다.In addition, in the second mode, when the second transistor is turned on, the inductor is connected through a current path formed by the second input port, the inductor, the second diode and the second transistor to a build- up, and when the second transistor is turned off, the capacitor is charged through a current path by the first input port, the main diode, the capacitor, the second input port, and the inductor, (Powering).
또한, 상기 제3 모드일 때, 상기 제1 및 제2 트랜지스터가 동시 턴 온 되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 제1 트랜지스터, 상기 제3 다이오드, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제2 입력 포트, 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 인덕터가 빌드 업(Build-up)되고, 상기 제1 및 제2 트랜지스터가 동시 턴 오프 되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 메인 다이오드, 상기 커패시터, 상기 제2 입력 포트 및 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 커패시터가 충전되어 상기 부하가 파워링(Powering)될 수 있다.In addition, in the third mode, when the first and second transistors are simultaneously turned on, the first input port, the first transistor, the third diode, the second transistor, the second input port, The inductor is build-up through a current path by an inductor, and when the first and second transistors are simultaneously turned off, the first input port, the main diode, the capacitor, And the capacitor may be charged through a current path by the inductor so that the load may be powered.
본 발명에 따르면, 한 개의 인덕터로 두 개의 입력에 대해 승압이 가능하므로 전력 밀도를 높일 수 있음은 물론, 두 개의 입력 전압 중 하나를 스위칭하거나 두 개를 동시에 스위칭하여 승압하는 방식을 모두 사용하여 부하로 에너지를 전달할 수 있어 시스템의 안전성과 연속성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to increase the power density by boosting the two inputs by one inductor, and by using either of the two input voltages or switching the two simultaneously, Energy can be transferred to the system to improve the safety and continuity of the system.
도 1은 종래의 멀티 입력 부스트 컨버터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에서 두 개의 입력 중 어느 하나의 입력만 받는 경우의 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에서 두 개의 입력을 모두 받는 경우의 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6a 또는 도 6b에 대한 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6c에 대한 동작 파형을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a structure of a conventional multi-input boost converter.
2A to 2C are diagrams for explaining the operation of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an operation waveform when only one of the two inputs is received in FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation waveform when two inputs are received in FIG.
5 is a diagram illustrating a configuration of a dual input single inductor boost converter according to an embodiment of the present invention.
6A to 6C are diagrams for explaining the operation of FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an operation waveform of FIG. 6A or FIG. 6B.
FIG. 8 is a diagram showing an operation waveform for FIG. 6C.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of a dual input single inductor boost converter according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터는 제1 및 제2 입력 포트(P1,P2), 인덕터(L), 제1 및 제2 트랜지스터(SW1,SW2), 제1 내지 제3 다이오드(D1,D2,D3), 메인 다이오드(Diode), 그리고 커패시터(C)를 포함한다.The dual input single inductor boost converter according to the embodiment of the present invention includes first and second input ports P1 and P2, an inductor L, first and second transistors SW1 and SW2, (D1, D2, D3), a main diode (Diode), and a capacitor (C).
제1 입력 포트(P1)는 제1 입력 전압(V1)이 인가되고, 제2 입력 포트(P2)는 제2 입력 전압(V2)이 인가된다. 제1 및 제2 입력 포트(P1,P2)는 인덕터(L)를 사이에 두고 서로 직렬 관계를 가진다. 인가된 전압은 트랜지스터의 스위칭 동작을 통해 승압되어 출력될 수 있다.The first input port P1 is applied with the first input voltage V1 and the second input port P2 is applied with the second input voltage V2. The first and second input ports P1 and P2 have a series relationship with each other with the inductor L therebetween. The applied voltage can be boosted and output through the switching operation of the transistor.
인덕터(L)는 제1 단이 제1 입력 포트(P1)의 제1 단과 연결되고 제2 단이 제2 입력 포트(P2)의 제1 단과 연결된다. 제1 입력 포트(P1)의 제1 단은 음의 단자, 제2 단은 양의 단자이며, 제2 입력 포트(P2)의 제1 단은 양의 단자, 제2 단은 음의 단자이다.The inductor L has a first end connected to the first end of the first input port P1 and a second end connected to the first end of the second input port P2. The first end of the first input port P1 is a negative terminal, the second end is a positive terminal, the first end of the second input port P2 is a positive terminal, and the second end is a negative terminal.
제1 트랜지스터(SW1)는 제1 단(드레인 단)이 제1 입력 포트(P1)의 제2 단과 연결되고, 제2 단(소스 단)이 제3 다이오드(D3)의 애노드와 연결된다. 제2 트랜지스터(SW2)는 제1 단(드레인 단)이 제3 다이오드(D3)의 캐소드와 연결되고 제2 단(소스 단)이 제2 입력 포트(P2)의 제2 단과 연결된다. The first transistor SW1 has a first end connected to the second end of the first input port P1 and a second end connected to the anode of the third diode D3. The second transistor SW2 has a first terminal (drain terminal) connected to the cathode of the third diode D3 and a second terminal (source terminal) connected to the second terminal of the second input port P2.
각 트랜지스터(SW1,SW2)의 제3 단(게이트 단)을 통해서는 제어 신호가 인가되며 제어 신호에 따라 트랜지스터가 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다. A control signal is applied through the third stage (gate stage) of each of the transistors SW1 and SW2, and the transistor can be turned on or off according to the control signal.
제1 다이오드(D1)는 애노드가 제1 트랜지스터(SW1)의 제2 단과 연결되고 캐소드가 인덕터(L)의 제2 단과 연결된다. 제2 다이오드(D2)는 애노드가 인덕터(L)의 제1 단과 연결되고 캐소드가 제2 트랜지스터(SW2)의 제1 단과 연결된다.The first diode D1 has an anode connected to the second end of the first transistor SW1 and a cathode connected to the second end of the inductor L. [ The second diode D2 has an anode connected to the first end of the inductor L and a cathode connected to the first end of the second transistor SW2.
제3 다이오드(D3)의 애노드는 제1 다이오드(D1)의 애노드와 연결되고, 캐소드가 제2 다이오드(D2)의 캐소드와 연결된다.The anode of the third diode D3 is connected to the anode of the first diode D1 and the cathode is connected to the cathode of the second diode D2.
메인 다이오드(Diode)는 애노드가 제1 트랜지스터(SW1)의 제1 단과 연결되고 캐소드는 커패시터(C)와 연결되어 있다.The anode of the main diode is connected to the first end of the first transistor SW1 and the cathode of the main diode is connected to the capacitor C.
커패시터(C)는 부하(Load)와 병렬 연결되어 있다. 커패시터(C)는 메인 다이오드(Diode)의 캐소드 및 제2 트랜지스터(SW2)의 제2 단 사이에 연결되어, 컨버터의 출력 전압을 부하에 제공한다. The capacitor C is connected in parallel with the load. The capacitor C is connected between the cathode of the main diode and the second end of the second transistor SW2 to provide the output voltage of the converter to the load.
제어부(미도시)는 두 트랜지스터(SW1,SW2)의 제3 단(드레인 단)에 제어 신호를 인가한다. 여기서, 제어 신호는 두 트랜지스터(SW1,SW2) 중 하나를 턴 오프한 상태에서 나머지 하나를 스위칭 제어하는 신호이거나, 두 트랜지스터(SW1,SW2)를 동일한 듀티로 동시 스위칭 제어하는 신호일 수 있다.A control unit (not shown) applies control signals to the third stage (drain stage) of the two transistors SW1 and SW2. Here, the control signal may be a signal for switching control of the other one of the two transistors SW1 and SW2 while turning off one of the two transistors SW1 and SW2, or may be a signal for simultaneously switching the two transistors SW1 and SW2 to the same duty.
이러한 본 발명의 실시예는 두 입력 포트에 전압이 인가되는 상태에서, 트랜지스터의 제어 상태에 따라 각기 다른 동작 모드로 구분된다. 즉, 본 실시예에 따른 부스트 컨버터는 제1 및 제2 트랜지스터(SW1,SW2)의 제3 단에 인가되는 제어 신호에 따라 복수의 구동 모드를 포함한다.In this embodiment of the present invention, voltages are applied to two input ports, and the operation modes are classified into different operation modes according to the control states of the transistors. That is, the boost converter according to the present embodiment includes a plurality of drive modes according to a control signal applied to the third end of the first and second transistors SW1 and SW2.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 동작을 설명하는 도면이다. 도 6a 내지 도 6c는 각각 제1 내지 제3 모드의 동작을 등가적으로 나타낸 것이다.6A to 6C are diagrams for explaining the operation of FIG. 6A to 6C are equivalent views of operations of the first to third modes, respectively.
도 6a는 제2 트랜지스터(SW2)를 턴 오프 시킨 상태에서 제1 트랜지스터(SW1)를 스위칭 제어하는 제1 모드를 나타낸다. 6A shows a first mode for switching-controlling the first transistor SW1 in a state in which the second transistor SW2 is turned off.
제1 모드일 때, 제1 트랜지스터(SW1)가 턴 온되면, 제1 입력 포트(P1), 제1 트랜지스터(SW1), 제1 다이오드(D1) 및 인덕터(L)에 의해 형성된 전류 경로를 통해 인덕터(L)에 전류가 쌓여 빌드 업(Build-up) 된다. In the first mode, when the first transistor SW1 is turned on, a current path formed by the first input port P1, the first transistor SW1, the first diode D1 and the inductor L Current builds up in the inductor L and builds up.
다시 제1 트랜지스터(SW1)가 턴 오프 되면, 제1 입력 포트(P1), 메인 다이오드(Diode), 커패시터(C), 제2 입력 포트(P2) 및 인덕터(L)에 의해 형성된 전류 경로를 통해 커패시터(C)가 충전되고 부하가 파워링(Powering)된다.When the first transistor SW1 is again turned off, the current path formed by the first input port P1, the main diode, the capacitor C, the second input port P2 and the inductor L The capacitor C is charged and the load is powered.
도 6b는 제1 트랜지스터(SW1)를 턴 오프 시킨 상태에서 제2 트랜지스터(SW2)를 스위칭 제어하는 제2 모드를 나타낸다. 6B shows a second mode for switching-controlling the second transistor SW2 in a state in which the first transistor SW1 is turned off.
제2 모드일 때, 제2 트랜지스터(SW2)가 턴 온 되면, 제2 입력 포트(P2), 인덕터(L), 제2 다이오드(D2) 및 제2 트랜지스터(SW2)에 의해 형성된 전류 경로를 통해 인덕터(L)가 빌드 업된다.In the second mode, when the second transistor SW2 is turned on, a current path formed by the second input port P2, the inductor L, the second diode D2 and the second transistor SW2 The inductor L is built up.
다시 제2 트랜지스터(SW2)가 턴 오프 되면, 제1 입력 포트(P1), 메인 다이오드(Diode), 커패시터(C), 제2 입력 포트(P2) 및 인덕터(L)에 의해 형성된 전류 경로를 통해 커패시터(C)가 충전되고 부하가 파워링된다.When the second transistor SW2 is again turned off, the current path formed by the first input port P1, the main diode, the capacitor C, the second input port P2 and the inductor L The capacitor C is charged and the load is powered.
도 6c는 제1 및 제2 트랜지스터(SW1,SW2)를 동일한 듀티로 동시 스위칭 제어하는 제3 모드를 나타낸다. FIG. 6C shows a third mode in which the first and second transistors SW1 and SW2 are simultaneously switched and controlled to have the same duty.
제3 모드일 때, 제1 및 제2 트랜지스터(SW1,SW2)가 동시 턴 온 되면, 제1 입력 포트(P1), 제1 트랜지스터(SW1), 제3 다이오드(D3), 제2 트랜지스터(SW2), 제2 입력 포트(P2), 인덕터(L)에 의해 형성된 전류 경로를 통해 인덕터(L)가 빌드 업된다. In the third mode, when the first and second transistors SW1 and SW2 are simultaneously turned on, the first input port P1, the first transistor SW1, the third diode D3, the second transistor SW2 ), The second input port P2, and the inductor L, the inductor L is built up.
다시 제1 및 제2 트랜지스터(SW2)가 동시 턴 오프 되면, 제1 입력 포트(P1), 메인 다이오드(Diode), 커패시터(C), 제2 입력 포트(P2) 및 인덕터(L)에 의해 형성된 전류 경로를 통해 커패시터(C)가 충전되고 부하가 파워링된다.When the first and second transistors SW2 are turned off simultaneously, the first and second transistors SW1 and SW2 are turned on and off by the first input port P1, the main diode, the capacitor C, the second input port P2, and the inductor L The capacitor C is charged through the current path and the load is powered.
도 7은 도 6a 또는 도 6b에 대한 동작 파형을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 6c에 대한 동작 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a view showing an operation waveform of FIG. 6A or FIG. 6B, and FIG. 8 is an operation waveform of FIG. 6C.
도 7은 V1=20V, V2=20V, SW1의 스위칭 주파수=100kHz, duty=28.5%, C=100μF, L=100μH, 부하의 출력 전압(Vout)=48V, Power=96W일 때 각 부분의 주요 파형이다. PWM_SW는 스위치의 SW1(혹은 SW2)의 게이트 파형이고, I(L)은 L의 전류 파형이다. Iout과 Vout은 각각 부하의 전류, 전압 파형이다.Fig. 7 is a graph showing the relationship between the output voltage (Vout) of the load and the output voltage (Vout) of the load when the switching frequency of SW1 = 100 kHz, duty = 28.5%, C = 100 μF, L = 100 μH, Vout = It is a waveform. PWM_SW is the gate waveform of SW1 (or SW2) of the switch, and I (L) is the current waveform of L. Iout and Vout are the current and voltage waveforms of the load, respectively.
도 8은 V1=20V, V2=20V, SW1과 SW2의 스위칭 주파수=100 kHz, duty=16.6%, C=100μF, L=100μH, 부하의 출력 전압(Vout)=48V, Power=96W일 때 각 부분의 주요 파형이다. PWM_SW1과 PWM_SW2는 SW1, SW2의 게이트 파형이며, I(L)은 L의 전류 파형이다. Iout과 Vout은 각각 부하의 전류, 전압 파형이다. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the output voltage Vout and the output voltage Vout of the load when the switching frequency of SW1 and SW2 is 100 kHz, duty = 16.6%, C = 100 μF, L = 100 μH, This is the main waveform of the part. PWM_SW1 and PWM_SW2 are gate waveforms of SW1 and SW2, and I (L) is a current waveform of L. Iout and Vout are the current and voltage waveforms of the load, respectively.
위 파형들을 통하여, 본 발명의 실시예는 기존의 멀티 입력 부스트 컨버터와 동일한 조건에서 동일한 출력 전압을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 즉, 입력 전압을 승압할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상술한 예시를 통해 본 발명의 실시예는 승압이 가능한 멀티 입력 컨버터임을 확인할 수 있다.It can be seen from the above waveforms that the embodiment of the present invention can obtain the same output voltage under the same conditions as the conventional multi-input boost converter. That is, it can be seen that the input voltage can be boosted. In addition, it can be seen from the above-mentioned examples that the embodiment of the present invention is a multi-input converter capable of boosting.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 기존의 멀티 입력 부스트 컨버터와 달리 1개의 인덕터로 승압이 가능하므로 기존보다 전력 밀도를 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 두 개의 입력 전압 중 하나를 스위칭하거나 두 개를 동시에 스위칭하여 승압하는 방식을 모두 사용하여 부하로 에너지를 전달할 수 있어 시스템의 안전성과 연속성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, unlike the conventional multi-input boost converter, since the voltage can be boosted to one inductor, the power density can be increased. In addition, the present invention can transfer energy to the load by using either the switching of one of the two input voltages or the switching of the two at the same time, thereby improving the safety and continuity of the system.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
P1: 제1 입력 포트 P2: 제2 입력 포트
L: 인덕터 D1: 제1 다이오드
D2: 제2 다이오드 D3: 제3 다이오드
SW1: 제1 트랜지스터 SW2: 제2 트랜지스터
Diode: 메인 다이오드 C: 커패시터P1: first input port P2: second input port
L: inductor D1: first diode
D2: second diode D3: third diode
SW1: first transistor SW2: second transistor
Diode: Main diode C: Capacitor
Claims (9)
제1 단이 상기 제1 입력 포트의 제1 단과 연결되고 제2 단이 상기 제2 입력 포트의 제1 단과 연결된 인덕터;
캐소드가 상기 인덕터의 제2 단과 연결된 제1 다이오드;
애노드가 상기 인덕터의 제1 단과 연결된 제2 다이오드;
애노드가 상기 제1 다이오드의 애노드와 연결되고 캐소드가 상기 제2 다이오드의 캐소드와 연결된 제3 다이오드;
제1 단이 상기 제1 입력 포트의 제2 단과 연결되고 제2 단이 상기 제3 다이오드의 애노드와 연결된 제1 트랜지스터;
제1 단이 상기 제3 다이오드의 캐소드와 연결되고 제2 단이 상기 제2 입력 포트의 제2 단과 연결된 제2 트랜지스터;
애노드가 상기 제1 트랜지스터의 제1 단과 연결된 메인 다이오드; 및
상기 메인 다이오드의 캐소드와 상기 제2 트랜지스터의 제2 단 사이에 연결되어, 부하에 출력 전압을 제공하는 커패시터를 포함하는 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.First and second input ports to which first and second input voltages are respectively applied;
An inductor having a first end connected to a first end of the first input port and a second end connected to a first end of the second input port;
A first diode having a cathode connected to a second end of the inductor;
A second diode having an anode connected to a first end of the inductor;
A third diode having an anode connected to the anode of the first diode and a cathode connected to the cathode of the second diode;
A first transistor having a first end connected to a second end of the first input port and a second end connected to an anode of the third diode;
A second transistor having a first end connected to the cathode of the third diode and a second end connected to a second end of the second input port;
A main diode having an anode connected to a first end of the first transistor; And
And a capacitor coupled between the cathode of the main diode and a second end of the second transistor to provide an output voltage to the load.
상기 제1 입력 포트의 제1 단 및 상기 제2 입력 포트의 제2 단은 음의 단자이고, 상기 제1 입력 포트의 제2 단 및 상기 제2 입력 포트의 제1 단은 양의 단자인 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the first end of the first input port and the second end of the second input port are negative terminals and the first end of the first input port and the first end of the second input port are dual terminals Input single inductor boost converter.
상기 제1 및 제2 트랜지스터 각각은,
제1 단이 드레인 단이고, 제2 단이 소스 단인 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein each of the first and second transistors includes:
A dual input single-ended inductor boost converter, wherein the first stage is a drain stage and the second stage is a source stage.
상기 제1 및 제2 트랜지스터의 제3 단에 제어 신호를 인가하는 제어부를 더 포함하는 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.The method according to claim 1,
And a control unit for applying a control signal to a third terminal of the first and second transistors.
상기 제어 신호는,
상기 제1 및 제2 트랜지스터 중 하나를 턴 오프 시킨 상태에서 나머지 하나를 스위칭 제어하는 신호이거나, 상기 제1 및 제2 트랜지스터를 동일한 듀티로 동시 스위칭 제어하는 신호인 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.The method of claim 4,
Wherein the control signal comprises:
Wherein the signal is a signal for switching control of the remaining one of the first and second transistors in a turned-off state, or a signal for simultaneously controlling switching of the first and second transistors to the same duty.
상기 제1 및 제2 트랜지스터의 제3 단에 인가되는 제어 신호에 따라 복수의 구동 모드를 포함하되,
상기 제2 트랜지스터를 턴 오프 시킨 상태에서 상기 제1 트랜지스터를 스위칭 제어하는 제1 모드, 상기 제1 트랜지스터를 턴 오프 시킨 상태에서 상기 제2 트랜지스터를 스위칭 제어하는 제2 모드, 및 상기 제1 및 제2 트랜지스터를 동일한 듀티로 동시 스위칭 제어하는 제3 모드를 포함하는 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.The method according to claim 1,
A plurality of driving modes according to a control signal applied to a third terminal of the first and second transistors,
A first mode for switching-controlling the first transistor in a state in which the second transistor is turned off, a second mode for switching-controlling the second transistor in a state in which the first transistor is turned off, And a third mode for simultaneously controlling switching of two transistors to the same duty.
상기 제1 모드일 때, 상기 제1 트랜지스터가 턴 온되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 제1 트랜지스터, 상기 제1 다이오드 및 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 인덕터가 빌드 업(Build-up)되고,
상기 제1 트랜지스터가 턴 오프 되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 메인 다이오드, 상기 커패시터, 상기 제2 입력 포트 및 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 커패시터가 충전되어 상기 부하가 파워링(Powering)되는 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.The method of claim 6,
In the first mode, when the first transistor is turned on, the inductor builds up through a current path by the first input port, the first transistor, the first diode, and the inductor, And,
When the first transistor is turned off, the capacitor is charged through a current path by the first input port, the main diode, the capacitor, the second input port, and the inductor so that the load is powered Dual Input Single Inductor Boost Converter.
상기 제2 모드일 때, 상기 제2 트랜지스터가 턴 온 되면, 상기 제2 입력 포트, 상기 인덕터, 상기 제2 다이오드 및 상기 제2 트랜지스터에 의한 전류 경로를 통해 상기 인덕터가 빌드 업(Build-up)되고,
상기 제2 트랜지스터가 턴 오프 되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 메인 다이오드, 상기 커패시터, 상기 제2 입력 포트 및 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 커패시터가 충전되어 상기 부하가 파워링(Powering)되는 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.The method of claim 6,
In the second mode, when the second transistor is turned on, the inductor builds up through a current path by the second input port, the inductor, the second diode, and the second transistor. And,
When the second transistor is turned off, the capacitor is charged through the current path by the first input port, the main diode, the capacitor, the second input port, and the inductor so that the load is powered Dual Input Single Inductor Boost Converter.
상기 제3 모드일 때, 상기 제1 및 제2 트랜지스터가 동시 턴 온 되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 제1 트랜지스터, 상기 제3 다이오드, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제2 입력 포트, 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 인덕터가 빌드 업(Build-up)되고,
상기 제1 및 제2 트랜지스터가 동시 턴 오프 되면, 상기 제1 입력 포트, 상기 메인 다이오드, 상기 커패시터, 상기 제2 입력 포트 및 상기 인덕터에 의한 전류 경로를 통해 상기 커패시터가 충전되어 상기 부하가 파워링(Powering)되는 듀얼 입력 싱글 인덕터 부스트 컨버터.The method of claim 6,
The first transistor, the third diode, the second transistor, the second input port, and the inductor, when the first and second transistors are simultaneously turned on in the third mode, The inductor is built up through a current path of the inductor,
Wherein when the first and second transistors are simultaneously turned off, the capacitor is charged through a current path by the first input port, the main diode, the capacitor, the second input port, and the inductor, Dual inductor single inductor boost converter powered.
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