KR101980021B1 - High efficiency multi-output converter with asymmetric powering - Google Patents

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김재국
이범석
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a high efficiency multi-output converter with an asymmetric powering section capable of having high efficiency. According to an embodiment of the present invention, the high efficiency multi-output converter with an asymmetric powering section comprises: an input terminal formed with at least one primary switch; a transformer converting a level of power applied through the input terminal; and an output terminal formed with a plurality of output sections in which power applied through the transformer is outputted. The output terminal is formed with a parallel circuit of the transformer formed with a secondary switch to output voltage having different levels through the plurality of output sections.

Description

비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터{HIGH EFFICIENCY MULTI-OUTPUT CONVERTER WITH ASYMMETRIC POWERING}[0001] HIGH EFFICIENCY MULTI-OUTPUT CONVERTER WITH ASYMMETRIC POWERING [0002]

아래의 실시예들은 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 2차측 회로를 변압기를 통해 병렬로 구성하여 인덕터에 흐르는 RMS(Root Mean Square) 전류를 낮추는 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터에 관한 것이다. The following embodiments relate to a high efficiency multi-output converter having an asymmetric power ring section, and more particularly to a high efficiency multi-output converter having an asymmetrical power ring structure in which a secondary side circuit is configured in parallel via a transformer to lower a root mean square (RMS) To a high efficiency multi-output converter having a high output efficiency.

최근 차량 안전과 자율주행 기술의 발전으로 차량에서 소모하는 전력은 해마다 증가하고 있다. 또한, 이산화탄소(CO2)의 배출 규제로 연비 개선을 위한 마일드 하이브리드(Mild Hybrid) 차량 개발이 진행 중이다. 커져가는 전력공급을 위해 차량 전기 시스템에 대한 관심이 커져가고 있으며 관련 업계에서는 48 V의 전기 시스템을 대안으로 제시하고 있다. 이에, 기존 12 V의 차량 납 배터리와 새로운 48 V의 차량용 리튬이온 배터리를 동시에 충전하는 DC/DC 컨버터(converter)가 주목 받고 있다.With the recent development of vehicle safety and autonomous driving technology, the power consumed by vehicles is increasing every year. In addition, a mild hybrid vehicle is being developed to improve fuel efficiency by regulating the emission of carbon dioxide (CO2). There is growing interest in vehicle electrical systems for the growing power supply, and the industry is offering an alternative to the 48 V electrical system. A DC / DC converter that simultaneously charges a 12 V vehicle lead battery and a new 48 V vehicle lithium ion battery is drawing attention.

차량 전력변환 부품인 LDC는 높은 전력 밀도를 요구하고 있으며 관련 전기 제품의 고효율에 대한 연구가 계속되고 있다. 이러한 이유로 풀 브리지 컨버터(Full-bridge converter)에 비해 스위치의 개수를 줄일 수 있고, 제로 볼트 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS)이 가능하며, 출력 인덕터의 크기를 줄일 수 있는 더블 엔디드 액티브 클램프 포워드 컨버터(Double-ended Active Clamp Forward)가 많은 관심을 받고 있다.The LDC, which is a vehicle power conversion component, requires high power density and studies on the high efficiency of related electric products are continuing. For this reason, double-ended active clamp forward converters, which can reduce the number of switches compared to full-bridge converters, enable zero voltage switching (ZVS), and reduce the size of the output inductor Double-ended Active Clamp Forward) is attracting much attention.

기존의 회로는 LDC의 출력 전압 14 V와 새로운 출력 전압 48 V를 모두 얻기 위해 14 V 출력과 48 V를 직렬로 연결한 컨버터를 많이 사용하였다. 12 V의 납 배터리 충전을 하는 1차측 출력 인덕터에는 48 V의 리튬이온 배터리 충전을 위한 부하 전류까지 같이 흐르게 된다. 이 때, 1차측 출력 인덕터에 큰 부하 전류가 흐르기 때문에 인덕터 설계가 불리해지며 손실 또한 커지는 문제점이 있다.The conventional circuit uses a converter in which a 14 V output and a 48 V are connected in series to obtain both an output voltage of 14 V and a new output voltage of 48 V in the LDC. The primary output inductor, which charges 12 V of lead battery, flows together with the load current to charge the 48 V lithium-ion battery. At this time, since a large load current flows through the primary side output inductor, the design of the inductor becomes disadvantageous and the loss increases.

한국공개특허 10-2016-0122042호는 이러한 단일 인덕터 다중 출력 DC/DC 컨버터에 관한 것으로, 전자기기의 전력 관리 시스템에 사용되는 단일의 인덕터로 입력되어 저장되는 전기 에너지를 복수의 출력 노드에 전달하는 기술을 기재하고 있다.Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2016-0122042 relates to such a single inductor multi-output DC / DC converter. The DC / DC converter includes a single inductor used in a power management system of an electronic apparatus, Technology.

한국공개특허 10-2016-0122042호Korean Patent Publication No. 10-2016-0122042

실시예들은 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 2차측 회로를 변압기를 통해 병렬로 구성하여 인덕터에 흐르는 RMS(Root Mean Square) 전류를 낮추는 기술을 제공한다. Embodiments describe a high efficiency multi-output converter having an asymmetric power ring section, and more specifically, a technique for reducing a root mean square (RMS) current flowing through an inductor by constructing a secondary circuit through a transformer in parallel.

실시예들은 각 출력을 2차측 변압기의 병렬 회로로 구성하여 14 V와 48 V를 출력하는 새로운 더블 엔디드 액티브 클램프 포워드 컨버터(Double-ended Active Clamp Forward)의 회로를 제공하여, 출력 인덕터의 RMS 전류를 기존에 비해 줄임으로써 높은 효율을 얻을 수 있는 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터를 제공하는데 있다. The embodiments provide a circuit of a new double-ended Active Clamp Forward that outputs 14 V and 48 V by configuring each output as a parallel circuit of a secondary transformer to reduce the RMS current of the output inductor Output converter that has an asymmetric power ring section that can achieve high efficiency by reducing power consumption compared to the conventional one.

일 실시예에 따른 적어도 하나 이상의 1차측 스위치가 구성되는 입력단; 상기 입력단을 통해 인가되는 전원의 크기를 변환하는 변압기; 및 상기 변압기를 통해 인가되는 전원이 출력될 수 있는 복수 개의 출력 구간이 구성되는 출력단을 포함하고, 상기 출력단은, 2차측 스위치가 구성된 상기 변압기의 병렬 회로로 구성되어 상기 복수 개의 출력 구간을 통해 서로 다른 크기의 전압을 출력할 수 있다. An input stage in which at least one primary switch is configured according to one embodiment; A transformer for converting a magnitude of a power source applied through the input terminal; And an output stage having a plurality of output sections through which the power applied through the transformer can be output, wherein the output stage is constituted by a parallel circuit of the transformer constituted by the secondary side switches, It is possible to output voltages of different sizes.

상기 출력단은, 상기 변압기 센터탭(centertap)과 상기 변압기 출력과 연결된 정류 다이오드(rectifier diode) 양단에 제1 출력 인덕터 및 제1 출력 커패시터가 구성되고 제1 출력 부하가 병렬로 연결되어 제1 출력 전압을 출력하고, 정류 다이오드 양단에 제2 출력 인덕터 및 2차측 스위치가 구성되고 병렬로 다이오드 및 제2 출력 커패시터가 구성되며, 제2 출력 부하가 병렬로 연결되어 제2 출력 전압을 출력할 수 있다. The output stage includes a first output inductor and a first output capacitor at both ends of a transformer center tap and a rectifier diode connected to the transformer output, and the first output load is connected in parallel to the first output voltage A second output inductor and a secondary side switch are formed at both ends of the rectifying diode, a diode and a second output capacitor are configured in parallel, and a second output load is connected in parallel to output a second output voltage.

상기 제2 출력 전압의 상기 제2 출력 커패시터와 클램핑 다이오드가 연결되고, 상기 클램핑 다이오드는 상기 변압기의 센터탭(centertap)에 붙어 있다. The second output capacitor of the second output voltage is coupled to a clamping diode, the clamping diode being attached to the centertap of the transformer.

상기 입력단은, 상호보완 관계의 상기 1차측 스위치인 메인 스위치 및 보조 스위치를 포함하고, 상기 출력단은, 상기 메인 스위치가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D1 및 다이오드 D3가 턴온(turn on) 되고, 상기 보조 스위치가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D2 및 다이오드 D4가 턴온(turn on) 되며, 변압기 권선비에 의해 각 경우 2차측 제2 출력 인덕터에 인가되는 전압이 달라질 수 있다. The input terminal includes a main switch and an auxiliary switch which are complementary to each other. The output terminal of the diode D1 and the diode D3 is turned on during a period in which the main switch is on , The diode D2 and the diode D4 are turned on in a period in which the auxiliary switch is on and the voltage applied to the secondary side second output inductor in each case may be varied depending on the transformer winding ratio.

상기 출력단은, 1차측에서 스위치 조작을 통해 상기 제1 출력 전압에서 14V를 출력하고, 상기 제1 출력 전압에서 승압을 통해 상기 제2 출력 전압 48 V를 출력할 수 있다. The output terminal may output 14V from the first output voltage through the switch operation on the primary side and output the second output voltage 48V through the step-up from the first output voltage.

실시예들에 따르면 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 2차측 회로를 변압기를 통해 병렬로 구성하여 인덕터에 흐르는 RMS(Root Mean Square) 전류를 낮추는 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터를 제공할 수 있다.The present invention relates to a high efficiency multi-output converter having an asymmetrical power ring section and more particularly to an asymmetrical power ring section in which a secondary side circuit is formed in parallel through a transformer to lower a root mean square (RMS) Efficiency multi-output converter.

실시예들에 따르면 각 출력을 2차측 변압기의 병렬 회로로 구성하여 14 V와 48 V를 출력하는 새로운 더블 엔디드 액티브 클램프 포워드 컨버터(Double-ended Active Clamp Forward)의 회로를 제공하여, 출력 인덕터의 RMS 전류를 기존에 비해 줄임으로써 높은 효율을 얻을 수 있고, 클램핑 다이오드를 사용해 다이오드 전압 스트레스를 낮추어 낮은 전압의 소자 선정이 가능한 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터를 제공할 수 있다. Embodiments provide a circuit of the double-ended Active Clamp Forward, which is configured as a parallel circuit of the secondary transformer with each output to output 14 V and 48 V, so that the RMS of the output inductor A high efficiency multi-output converter having an asymmetric power ring section capable of obtaining a high efficiency by reducing the current compared with the conventional one and selecting a low voltage element by lowering the diode voltage stress using a clamping diode can be provided.

도 1은 종래의 컨버터 회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 컨버터 회로의 파형을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로의 파형을 나타내는 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로의 파형을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a conventional converter circuit.
2 is a diagram showing a waveform of a conventional converter circuit.
3 is a circuit diagram of a high efficiency multiple output converter having an asymmetrical powering period according to one embodiment.
4 is a circuit diagram of a high efficiency multiple output converter having an asymmetric powering period according to another embodiment.
5 is a waveform diagram of a circuit of a high efficiency multiple output converter having an asymmetrical powering period according to an embodiment.
6 is a diagram showing a waveform of a circuit of a high efficiency multiple output converter having an asymmetrical powering period according to another embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

도 1은 종래의 컨버터 회로를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a conventional converter circuit.

도 1을 참조하면, 종래의 컨버터 회로는 1차측 메인 스위치(S1)과 S2을 통해 제1 출력 전압이 제어되고 제1 출력 전압을 거쳐 높은 제2 출력 전압을 만들 수 있다. Referring to FIG. 1, a conventional converter circuit can control a first output voltage through the primary side main switches S1 and S2 and generate a second high output voltage through the first output voltage.

예컨대, 종래의 컨버터 회로는 14 V와 48 V 전압을 출력할 수 있으며, 1차측 스위치인 메인 스위치(S1)과 보조 스위치(S2)을 통해 제1 출력 전압(Vo1)이 제어되고, 제1 출력 전압(Vo1)(10)을 거쳐 높은 제2 출력 전압(Vo2)(20)를 만들 수 있다. 이 때, 제1 출력 전압(Vo1)(10)은 14 V이고 제2 출력 전압(Vo2)(20)은 48 V일 수 있다. For example, the conventional converter circuit can output voltages of 14 V and 48 V, and the first output voltage Vo1 is controlled through the main switch S1 and the auxiliary switch S2, which are the primary switches, A high second output voltage Vo2 20 can be generated through the voltage Vo1. At this time, the first output voltage Vo1 10 may be 14 V and the second output voltage Vo2 20 may be 48 V.

이와 같은 방식으로 서로 다른 출력 전압인 제1 출력 전압(Vo1)(10) 및 제2 출력 전압(Vo2)(20)을 만들기 때문에 제1 출력 인덕터(Lo1)에 흐르는 전류는 두 부하 전류의 합이 된다. 따라서 제2 출력 전압(Vo2)의 영향으로 제1 출력 인덕터(Lo1)의 부담이 커지게 된다.In this way, since the first output voltage Vo1 10 and the second output voltage Vo2 20 which are different output voltages are produced, the current flowing in the first output inductor Lo1 is the sum of the two load currents do. Therefore, the burden of the first output inductor Lo1 increases due to the influence of the second output voltage Vo2.

도 2는 종래의 컨버터 회로의 파형을 나타내는 도면이다. 2 is a diagram showing a waveform of a conventional converter circuit.

도 2를 참조하면, 도 1의 회로에서 입력 전압 360 V, 제1 출력 전압(Vo1)-[14 V/1.2 kW], 제2 출력Vo2-[48 V/600 W]의 동작의 예를 나타낸다. 도 2a에서, Vg_S1 및 Vg_S2는 각각 메인 스위치(S1) 및 보조 스위치(S2)의 게이트(gate) 파형을 나타낸다. 여기서, Vg_S3/2 파형은 2차측 스위치(S3)의 게이트 파형을 1/2의 배율로 낮추어 나타낸 결과이다. 2, an example of the operation of the input voltage 360 V, the first output voltage Vo 1 - [14 V / 1.2 kW] and the second output Vo 2 - [48 V / 600 W] is shown in the circuit of FIG. . In Fig. 2A, Vg_S1 and Vg_S2 denote the gate waveforms of the main switch S1 and the auxiliary switch S2, respectively. Here, the Vg_S3 / 2 waveform is a result of lowering the gate waveform of the secondary side switch S3 to a half magnification.

1차측 스위치의 동작은 상호 보완적(complementary)으로 스위칭된다. 예컨대 메인 스위치(S1)가 온(on) 상태이고 보조 스위치(S2)가 오프(off) 상태인 경우, 2차측 다이오드 D1을 통해 파워링(Powering) 한다. 다음으로, 보조 스위치(S2)는 온(on) 상태이고 메인 스위치(S1)가 오프(off) 상태인 경우, 변압기(Transformer)가 리셋(reset) 되면서 2차측 다이오드 D2를 통해 파워링 한다. The operation of the primary side switches is complementarily switched. For example, when the main switch S1 is in the on state and the auxiliary switch S2 is in the off state, powering is performed through the secondary side diode D1. Next, when the auxiliary switch S2 is in the on state and the main switch S1 is in the off state, the transformer is reset and powers through the secondary side diode D2.

도 2b에서, V_S1과 V_S2는 각각 메인 스위치(S1) 및 보조 스위치(S2)의 드레인(drain)-소스(source) 양단의 전압이며, 입력 전압과 클램핑(clamping) 커패시터 전압(Cc)의 합으로 클램핑 된다. 2B, V_S1 and V_S2 are the voltages across the drain-source of the main switch S1 and the auxiliary switch S2, respectively, and are the sum of the input voltage and the clamping capacitor voltage Cc Clamped.

그리고, 도 2c에서 I(Lr) 및 I(Lm)은 각각 변압기의 누설(leakage) 인덕터 전류 파형과 자화(magnetizing) 인덕터의 전류 파형을 나타낸다. 이를 통해 1차측 회로에 흐르는 전류를 알 수 있다. 또한, 자화 인덕터 전류 I(Lm)의 오프셋(offset) 전류가 있음을 알 수 있는데, 이는 변압기 2차측에 더블 엔디드(double-ended) 회로를 사용하기 때문이다.In FIG. 2C, I (Lr) and I (Lm) represent the leakage inductor current waveform and the current waveform of the magnetizing inductor, respectively, of the transformer. This allows to know the current flowing in the primary circuit. It can also be seen that there is an offset current of magnetizing inductor current I (Lm) because it uses a double-ended circuit on the secondary side of the transformer.

도 2d에서, V_D1과 V_D2는 각각 2차측 다이오드 D1과 다이오드 D2의 전압 파형이다. 다이오드 D1의 전압과 다이오드 D2의 전압은 1차측 변압기의 자화 인덕터의 양단 전압 V_Lm이 변압기 권선비(Turns ratio)에 의해 결정되어 나타나기 때문인데, 다이오드에 기생 커패시터가 존재하기 때문에 공진이 크게 발생하게 된다. 따라서 다이오드 D1과 다이오드 D2의 전압 스트레스가 큰 단점이다.2D, V_D1 and V_D2 are the voltage waveforms of the secondary side diode D1 and the diode D2, respectively. This is because the voltage of the diode D1 and the voltage of the diode D2 appear because the voltage V_Lm across the magnetizing inductor of the primary transformer is determined by the turn ratio of the transformer. However, resonance occurs largely because the diode has a parasitic capacitor. Therefore, the voltage stress of the diode D1 and the diode D2 is large.

다음으로, 도 2e 및 도 2f에서 I(Lo1)/2와 I(Lo2)/2는 각각 제1 출력 인덕터 및 제2출력 인덕터의 전류 파형을 1/2로 스케일을 낮춘 파형을 나타낸다. 그 이유는 제1 출력 인덕터(Lo1)와 제2 출력 인덕터(Lo2)에 흐르는 전류는 각각 다이오드 D1 및 다이오드 D2 그리고 2차측 스위치(S3), 다이오드 D3에 나눠져서 흐르기 때문에 눈에 알아보기 쉽도록 스케일을 줄여서 표현한 것이다. Next, in FIGS. 2E and 2F, I (Lo1) / 2 and I (Lo2) / 2 represent waveforms in which the current waveforms of the first output inductor and the second output inductor are scaled down by half, respectively. The reason is that the currents flowing through the first output inductor Lo1 and the second output inductor Lo2 are divided into the diode D1 and the diode D2 and the secondary switch S3 and the diode D3, .

여기서, 제1 출력 인덕터(Lo1)는 제1 출력 전압(Vo1)(= 14 V)의 부하 전류와 제2 출력 전압(Vo2)(= 48 V)의 부하 전류를 부담하므로 큰 전류가 흐르게 된다. 이로 인해 RMS(Root Mean Square) 전류가 커지는 단점이 있다. 또한, 제1 출력 인덕터 전류 I(Lo1)는 1차측 스위치인 메인 스위치(S1) 및 보조 스위치(S2)의 온(on)/오프(off)에 따라 다이오드 D1과 다이오드 D2에 나뉘어 흐르게 되므로 다이오드 D1과 다이오드 D2의 평균 전류 또한 커진다.Here, the first output inductor Lo1 burdens the load current of the first output voltage Vo1 (= 14 V) and the load current of the second output voltage Vo2 (= 48 V), so that a large current flows. As a result, the RMS (Root Mean Square) current becomes large. Since the first output inductor current I (Lo1) is divided into the diode D1 and the diode D2 according to the on / off states of the main switch S1 and the auxiliary switch S2 as the primary side switches, the diode D1 And the average current of the diode D2 also increases.

제2 출력 인덕터(Lo2)에 흐르는 제2 출력 인덕터 전류 I(Lo2)는 2차측 스위치(S3)와 다이오드 D3의 전류 파형으로 구성된다. 제1 출력 전압(Vo1)(= 12 V)에서 제2 출력 전압(Vo2)(= 48 V)를 만들기 위해 2차측 스위치(S3)이 온(on)일 때 제2 출력 인덕터(Lo2)는 빌드업(build-up)한다. 이후, 2차측 스위치(S3)가 오프(off)되면 다이오드 D5를 통해 파워링을 한다. 제1 출력 전압(Vo1)에 비해 제2 출력 전압(Vo2)의 전압 상승폭이 4배 정도로 크며, 이로 인해 2차측 스위치(S3)의 듀티비(duty ratio)가 커짐으로써 전류 스트레스가 큰 단점이 있다.
The second output inductor current I (Lo2) flowing through the second output inductor Lo2 is composed of the current waveform of the secondary switch S3 and the diode D3. When the secondary side switch S3 is turned on to make the second output voltage Vo2 (= 48 V) at the first output voltage Vo1 (= 12 V), the second output inductor Lo2, Build-up. Thereafter, when the secondary side switch S3 is turned off, power is supplied through the diode D5. The voltage increase width of the second output voltage Vo2 is about four times larger than the first output voltage Vo1 and the duty ratio of the secondary side switch S3 is increased thereby causing a large current stress .

도 3은 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로를 나타내는 도면이다. 3 is a circuit diagram of a high efficiency multiple output converter having an asymmetrical powering period according to one embodiment.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터는 전원 변환을 위한 회로(100)를 포함할 수 있으며, 입력단(110), 변압기(120) 및 출력단(130)을 포함할 수 있다. 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터는 전원 변환을 위한 회로(100)에 신호를 인가하는 별도의 제어 회로를 더 포함할 수도 있다. 3, a high efficiency multi-output converter having an asymmetrical power ring duration according to an embodiment may include a circuit 100 for power conversion and includes an input stage 110, a transformer 120, and an output stage 130, . ≪ / RTI > The high efficiency multiple output converter having an asymmetrical power ring section may further include a separate control circuit for applying a signal to the circuit 100 for power conversion.

입력단(110)은 1차측 스위치를 포함하고, 1차측 스위치는 적어도 하나 마련될 수 있다. 예컨대, 입력단(110)은 1차측 스위치인 메인 스위치(S1) 및 보조 스위치(S2)를 포함할 수 있다. The input terminal 110 may include a primary side switch, and at least one primary side switch may be provided. For example, the input terminal 110 may include a primary switch S1 and an auxiliary switch S2, which are primary-side switches.

입력단(110)은 입력 직류 전원을 통해 전원을 인가 받으며, 예컨대 제어 회로를 통해 PWM 신호(펄스 폭 변조 신호, Pulse Width Modulation Signal)를 전송 받고, 인가되는 입력 직류 전원을 PWM 신호에 따라 변압기(120)에 전달할 수 있다.The input terminal 110 receives a PWM signal (pulse width modulation signal) through a control circuit, receives input DC power from the input terminal 110 through a transformer 120 ).

입력단(110)은 상호보완 관계의 1차측 스위치인 메인 스위치 및 보조 스위치를 포함할 수 있다. The input stage 110 may include a main switch and an auxiliary switch, which are mutually complementary primary switches.

변압기(120)는 입력 전원을 변환하여 변환된 전원을 출력할 수 있다. 즉, 변압기(120)는 입력 전원을 승압하여 승압 전원을 출력하며, 권선비가 n : 1인 1차측 코일 및 2차측 코일을 포함할 수 있다.The transformer 120 can convert the input power and output the converted power. That is, the transformer 120 may include a primary coil and a secondary coil having a winding ratio of n: 1, which boosts the input power to output the boosted power.

변압기(120)를 통해 인가되는 입력 전원을 스위칭하여 출력단(130)에 전송할 수 있도록 2차측 스위치(S3)를 포함할 수 있다. 2차측 스위치(S3)는 제어 회로를 통해 인가되는 제어 신호에 따라 시분할 방식으로 스위치를 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다.And may include a secondary side switch S3 to switch the input power applied through the transformer 120 and transmit the same to the output stage 130. [ The secondary side switch S3 may be turned on or off in a time division manner in accordance with a control signal applied through the control circuit.

출력단(130)은 복수 개의 출력 구간(Secondary output 1, Secondary output 2,... Secondary output n)을 포함하며, 복수 개의 출력 구간은 2차측 스위치(S3)에 연결되어 출력 전압을 인가 받을 수 있다.The output stage 130 includes a plurality of output periods (Secondary output 1, Secondary output 2, ... Secondary output n), and a plurality of output periods may be connected to the secondary side switch S3 to receive the output voltage .

출력단(130)은 메인 스위치(S1)가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D1 및 다이오드 D3가 턴온(turn on) 되고, 보조 스위치(S2)가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D2 및 다이오드 D4가 턴온(turn on) 되며, 변압기 권선비에 의해 각 경우 2차측 제2 출력 인덕터에 인가되는 전압이 달라질 수 있다. The output terminal 130 is turned on when the main switch S1 is on and the diode D1 and the diode D3 are turned on while the auxiliary switch S2 is in the on state, D4 are turned on and the voltage applied to the secondary side second output inductor in each case can be changed by the transformer winding ratio.

예컨대, 출력단(130)은 변압기(120)를 통해 인가되는 전원이 출력될 수 있는 2개의 출력 구간을 포함하며, 2개의 출력 구간은 2차측 스위치(S3)에 연결되어 시분할 방식으로 출력 전압을 인가 받을 수 있다. 출력단(130)은 2차측 스위치가 구성된 변압기의 병렬 회로로 구성되어 복수 개의 출력 구간을 통해 서로 다른 크기의 전압인 제1 출력 전압(131) 및 제2 출력 전압(132)을 출력할 수 있다. 일례로, 출력단(130)은 1차측에서 스위치 조작을 통해 제1 출력 전압(131)에서 14V를 출력하고, 제1 출력 전압(131)에서 승압을 통해 제2 출력 전압(132) 48 V를 출력할 수 있다. For example, the output stage 130 includes two output stages through which the power applied through the transformer 120 can be output, and the two output stages are connected to the secondary side switch S3 to apply the output voltage in a time- Can receive. The output stage 130 is composed of a parallel circuit of a transformer configured with a secondary side switch, and can output the first output voltage 131 and the second output voltage 132, which are voltages having different sizes, through a plurality of output periods. For example, the output stage 130 outputs 14V from the first output voltage 131 through the switch operation on the primary side, and outputs the second output voltage 132V from the first output voltage 131 can do.

보다 구체적으로, 출력단(130)은 변압기(120) 센터탭(centertap)과 변압기(120) 출력과 연결된 정류 다이오드(rectifier diode) 양단에 제1 출력 인덕터 및 제1 출력 커패시터가 구성되고, 제1 출력 커패시터에 제1 출력 부하가 병렬로 연결되어 제1 출력 전압(131)을 출력하며, 또 다른 정류 다이오드 양단에 제2 출력 인덕터 및 2차측 스위치가 구성되고, 2차측 스위치에 병렬로 다이오드 및 제2 출력 커패시터가 구성되며, 제2 출력 커패시터에 제2 출력 부하가 병렬로 연결되어 제2 출력 전압(132)을 출력할 수 있다. More specifically, the output stage 130 includes a first output inductor and a first output capacitor at both ends of a center tap of the transformer 120 and a rectifier diode connected to the output of the transformer 120, A first output load is connected in parallel to the capacitor to output a first output voltage 131, a second output inductor and a second-side switch are configured at both ends of another rectifying diode, and a diode and a second An output capacitor is configured and a second output load is connected in parallel to the second output capacitor to output the second output voltage 132. [

제2 출력 전압(132)의 제2 출력 커패시터와 클램핑 다이오드가 연결되고, 클램핑 다이오드는 변압기의 센터탭(centertap)에 붙어 있다.
A second output capacitor of the second output voltage 132 is connected to a clamping diode, and the clamping diode is attached to the centertap of the transformer.

일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로의 1차측 회로는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 종래의 컨버터 회로와 동일하며 2차측 회로 구성에 있어서 차이가 있다. 아래에서는 2차측 회로를 중심으로 설명하기로 한다. The primary side circuit of the circuit of the high efficiency multiple output converter having the asymmetric power ring period according to the embodiment is the same as the conventional converter circuit described with reference to FIG. 1 and FIG. 2, and there is a difference in the secondary side circuit configuration. In the following, the secondary side circuit will be mainly described.

먼저, 1차측 스위치의 동작은 상호 보완적(complementary)으로 스위칭된다. 예컨대 메인 스위치(S1)가 온(on) 상태이고 보조 스위치(S2)가 오프(off) 상태인 경우, 2차측 다이오드 D1 및 다이오드 D3을 통해 파워링(Powering) 동작을 한다. 다음으로, 보조 스위치(S2)는 온(on) 상태이고 메인 스위치(S1)가 오프(off) 상태인 경우, 변압기(Transformer)가 리셋(reset) 되면서 2차측 다이오드 D2 및 다이오드 D4를 통해 파워링 동작을 한다. First, the operations of the primary side switches are complementarily switched. For example, when the main switch S1 is in an on state and the auxiliary switch S2 is in an off state, powering operation is performed through the secondary side diode D1 and the diode D3. Next, when the auxiliary switch S2 is in the on state and the main switch S1 is in the off state, the transformer is reset and the power is supplied through the secondary side diode D2 and the diode D4, It works.

2차측 회로의 구성은 변압기 센터탭(centertap)과 변압기 출력과 연결된 정류 다이오드(rectifier diode) 양단에 제1 출력 인덕터(Lo1) 및 제1 출력 커패시터(Co1)와 이에 병렬로 연결된 제1 출력 부하(Ro1)가 구성될 수 있다. The configuration of the secondary circuit includes a first output inductor Lo1 and a first output capacitor Co1 at both ends of a transformer center tap and a rectifier diode connected to the transformer output and a first output load Ro1) can be constructed.

또 다른 출력은 정류 다이오드 양단에 제2 출력 인덕터(Lo2) 및 2차측 스위치가 구성되고 병렬로 다이오드 및 제2 출력 커패시터(Co2)가 구성되며, 병렬로 제2 출력 부하(Ro2)가 연결되어 있다. In another output, a second output inductor Lo2 and a secondary-side switch are formed at both ends of the rectifying diode, a diode and a second output capacitor Co2 are configured in parallel, and a second output load Ro2 is connected in parallel .

그리고 2차측 제2 출력 전압(Vo2)의 제2 출력 커패시터(Co2)와 클램핑 다이오드(D6)가 연결되어 있다. 클램핑 다이오드(D6)는 변압기의 센터탭(centertap)에 붙어있다. 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 클램핑 다이오드(D6)는 변압기의 도트(dot)에 붙어있을 수 있다. And the second output capacitor Co2 of the secondary side second output voltage Vo2 is connected to the clamping diode D6. The clamping diode (D6) is attached to the centertap of the transformer. First, as shown in Fig. 3, the clamping diode D6 may be attached to the dot of the transformer.

이러한 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로는 2차측 정류 다이오드가 비대칭적으로 구성되어 있기에 기존 회로와 다른 동작 특성을 가질 수 있다. 1차측 메인 스위치(S1)가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D1 및 다이오드 D3가 턴온(turn on) 되고, 1차측 보조 스위치(S2)가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D2 및 다이오드 D4가 턴온(turn on) 되며, 변압기 권선비에 의해 각 경우 2차측 제2 출력 인덕터(Lo2)에 인가되는 전압이 달라진다. 2차측 다이오드 D1 및 다이오드 D3가 온(on) 상태인 구간에서 제2 출력 인덕터(Lo2)에는 Vs/n의 전압이 보이며, 다이오드 D2 및 다이오드 D4가 온(on) 상태인 구간에서는 2*(V_Cc/n)의 전압이 보이게 된다. The circuit of the high efficiency multi-output converter having the asymmetric power ring period according to this embodiment has the operation characteristics different from those of the conventional circuit because the secondary rectifier diode is configured asymmetrically. The diode D1 and the diode D3 are turned on during a period in which the primary side main switch S1 is on and the diode D2 and the diode D4 are turned on during a period in which the primary side auxiliary switch S2 is on. Turns on and the voltage applied to the secondary side second output inductor Lo2 varies in each case depending on the transformer turns ratio. The voltage of Vs / n is seen in the second output inductor Lo2 in the section where the secondary side diode D1 and the diode D3 are on, and in the section where the diode D2 and the diode D4 are in the on state, 2 * (V_Cc / n).

이와 같이, 2차측 회로를 변압기를 통해 병렬로 구성하여 인덕터에 흐르는 RMS(Root Mean Square) 전류를 낮추는 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터를 제공할 수 있다.Thus, it is possible to provide a high-efficiency multiple-output converter having an asymmetric power ring period in which the secondary side circuit is configured in parallel via a transformer to lower the RMS (Root Mean Square) current flowing in the inductor.

특히, 1차측에서 스위치 조작을 통해 제1 출력 전압(131)에서 14V 출력을 만들고, 만든 전압에서 승압을 해서 제2 출력 전압(132)에서 48 V를 출력할 수 있다.
Particularly, the primary side can make a 14V output from the first output voltage 131 through the switch operation, and can output 48V from the second output voltage 132 by boosting the generated voltage.

도 4는 다른 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로를 나타내는 도면이다. 4 is a circuit diagram of a high efficiency multiple output converter having an asymmetric powering period according to another embodiment.

도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로에서 2차측 회로의 구성은 변압기 센터탭(centertap)과 변압기 출력과 연결된 정류 다이오드(rectifier diode) 양단에 제1 출력 인덕터(Lo1) 및 제1 출력 커패시터(Co1)와 이에 병렬로 연결된 제1 출력 부하(Ro1)가 구성될 수 있다. Referring to FIG. 4, in a circuit of a high efficiency multi-output converter having an asymmetrical powering period according to another embodiment, the configuration of a secondary circuit includes a transformer center tap and a rectifier diode connected to a transformer output A first output inductor Lo1 and a first output capacitor Co1 and a first output load Ro1 connected thereto in parallel can be configured.

또 다른 출력은 정류 다이오드 양단에 제2 출력 인덕터(Lo2) 및 2차측 스위치가 구성되고 병렬로 다이오드 및 제2 출력 커패시터(Co2)가 구성되며, 병렬로 제2 출력 부하(Ro2)가 연결되어 있다. In another output, a second output inductor Lo2 and a secondary-side switch are formed at both ends of the rectifying diode, a diode and a second output capacitor Co2 are configured in parallel, and a second output load Ro2 is connected in parallel .

그리고 2차측 제2 출력 전압(Vo2)의 제2 출력 커패시터(Co2)와 클램핑 다이오드(D6)가 연결되어 있다. 클램핑 다이오드(D6)는 변압기의 센터탭(centertap)에 붙어있다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 클램핑 다이오드(D6)는 변압기의 언도트(undot)에 붙어있을 수 있다. And the second output capacitor Co2 of the secondary side second output voltage Vo2 is connected to the clamping diode D6. The clamping diode (D6) is attached to the centertap of the transformer. And, as shown in Fig. 4, the clamping diode D6 may be attached to the undot of the transformer.

이러한 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로는 2차측 정류 다이오드가 비대칭적으로 구성되어 있기에 기존 회로와 다른 동작 특성을 가질 수 있다. 1차측 메인 스위치(S1)가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D1 및 다이오드 D3가 턴온(turn on) 되고, 1차측 보조 스위치(S2)가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D2 및 다이오드 D4가 턴온(turn on) 되며, 변압기 권선비에 의해 각 경우 2차측 제2 출력 인덕터(Lo2)에 인가되는 전압이 달라진다. 2차측 다이오드 D1 및 다이오드 D3가 온(on) 상태인 구간에서 제2 출력 인덕터(Lo2)에는 Vs/n의 전압이 보이며, 다이오드 D2 및 다이오드 D4가 온(on) 상태인 구간에서는 2*(V_Cc/n)의 전압이 보이게 된다. The circuit of the high efficiency multi-output converter having the asymmetric power ring period according to this embodiment has the operation characteristics different from those of the conventional circuit because the secondary rectifier diode is configured asymmetrically. The diode D1 and the diode D3 are turned on during a period in which the primary side main switch S1 is on and the diode D2 and the diode D4 are turned on during a period in which the primary side auxiliary switch S2 is on. Turns on and the voltage applied to the secondary side second output inductor Lo2 varies in each case depending on the transformer turns ratio. The voltage of Vs / n is seen in the second output inductor Lo2 in the section where the secondary side diode D1 and the diode D3 are on, and in the section where the diode D2 and the diode D4 are in the on state, 2 * (V_Cc / n).

같은 이유로, 도 4에서 제2 출력 인덕터(Lo2)에 걸리는 전압은 2차측 다이오드 D1 및 다이오드 D3이 온(on) 상태인 구간에서는 2*(Vs/n)의 전압이고, 다이오드 D2 및 다이오드 D4가 온(on) 상태인 구간에서 V_Cc/n의 전압으로 나타난다.4, the voltage applied to the second output inductor Lo2 is a voltage of 2 * (Vs / n) in the section where the secondary side diode D1 and the diode D3 are on, and the diode D2 and the diode D4 It appears as the voltage of V_Cc / n in the ON state.

실시예들에 따르면 각 출력을 2차측 변압기의 병렬 회로로 구성하여 14 V와 48 V를 출력하는 새로운 더블 엔디드 액티브 클램프 포워드 컨버터(Double-ended Active Clamp Forward) 컨버터의 회로를 제공하여, 출력 인덕터의 RMS 전류를 기존에 비해 줄임으로써 높은 효율을 얻을 수 있고, 클램핑 다이오드를 사용해 다이오드 전압 스트레스를 낮추어 낮은 전압의 소자 선정이 가능하다.
Embodiments provide a circuit for a new double-ended Active Clamp Forward converter, in which each output is configured as a parallel circuit of a secondary transformer to output 14 V and 48 V, so that the output inductor By reducing the RMS current compared to the conventional one, high efficiency can be obtained. By using a clamping diode, the diode voltage stress can be lowered to select a low voltage device.

도 5는 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로의 파형을 나타내는 도면이다. 5 is a waveform diagram of a circuit of a high efficiency multiple output converter having an asymmetrical powering period according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 도 3에서 설명한 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로에서 입력 전압 360 V, 제1 출력 전압 Vo1-[14 V/1.2 kW] 및 제2 출력 전압 Vo2-[48 V/600W]의 동작을 나타내는 예이다. 5, in the circuit of the high efficiency multi-output converter having the asymmetrical powering period according to the embodiment described with reference to FIG. 3, the input voltage 360 V, the first output voltage Vo1- [14 V / 1.2 kW] Is an example showing the operation of the voltage Vo2- [48 V / 600 W].

도 5a에서, Vg_S1 및 Vg_S2는 각각 메인 스위치(S1) 및 보조 스위치(S2)의 게이트(gate) 파형을 나타낸다. 여기서, Vg_S3/2 파형은 2차측 스위치(S3)의 게이트 파형을 1/2의 배율로 낮추어 나타낸 결과이다. 5A, Vg_S1 and Vg_S2 represent the gate waveforms of the main switch S1 and the auxiliary switch S2, respectively. Here, the Vg_S3 / 2 waveform is a result of lowering the gate waveform of the secondary side switch S3 to a half magnification.

도 5b에서, V_sec1+V_sec2는 변압기 2차측에서바라 본 전압 파형을 나타내며, 도 5c에서 I(D6)는 클램핑 다이오드(D6)에 흐르는 전류의 파형을 나타낸다. 클램핑 다이오드(D6)에 전류가 흐르는 조건은 변압기 2차측 전압 V_sec1+V_sec2이 제2 출력 전압(Vo2) 전압보다 클 때이며, 도 3의 경우 메인 스위치(S1)가 온(on) 상태인 구간에서 클램핑 다이오드(D6)가 도통된다. In FIG. 5B, V_sec1 + V_sec2 represents the voltage waveform viewed from the secondary side of the transformer, and I (D6) in FIG. 5C represents the waveform of the current flowing through the clamping diode D6. The condition in which the current flows through the clamping diode D6 is when the secondary side voltage V_sec1 + V_sec2 of the transformer is larger than the second output voltage Vo2. In the case where the main switch S1 is in the ON state in FIG. 3, The diode D6 is turned on.

도 5d 및 도 5e에서, V_D1, V_D2는 2차측 다이오드 D1, 다이오드 D2의 양단 전답을 나타낸 파형이며, V_D3, V_D4는 다이오드 D3, 다이오드 D4의 양단 전압을 나타낸 파형이고 클램핑 다이오드(D6)에 의해 다이오드 전압은 클램핑 된다. 도 3의 경우 다이오드 D4는 Vo2/2인 24 V로 클램핑 되고 D2는 Vo2 전압인 48 V로 클램핑 될 수 있다. 따라서 기존 회로에 비해 전압 스트레스가 줄어들며 전압 레이팅(rating)이 낮은 소자를 사용할 수 있다는 장점을 가진다.5D and 5E, V_D1 and V_D2 are waveforms representing the opposite ends of the secondary side diode D1 and the diode D2. V_D3 and V_D4 are waveforms showing voltages across the diodes D3 and D4, respectively, and the clamping diode D6, The voltage is clamped. In Fig. 3, the diode D4 is clamped to 24 V, which is Vo2 / 2, and D2 can be clamped to 48 V, the Vo2 voltage. Therefore, the voltage stress is reduced and the voltage rating is lower than that of the conventional circuit.

도 5f 및 도 5g에서, I(Lo1)와 I(Lo2)는 각각 제1 출력 인덕터의 전류 파형 및 제2 출력 인덕터의 전류 파형을 나타낸다. 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로의 경우 제1 출력 인덕터(Lo1)의 전류인 I(Lo1)의 RMS(Root Mean Square) 전류가 크게 줄어듦을 알 수 있는데, 이는 각 출력을 변압기의 병렬 회로로 구성함으로써 제1 출력 인덕터(Lo1)의 부담이 줄어들었기 때문이다. 따라서 인덕터에서 발생하는 손실을 줄일 수 있고 인덕터의 포화 문제를 개선시킬 수 있다.
In FIGS. 5F and 5G, I (Lo1) and I (Lo2) represent the current waveform of the first output inductor and the current waveform of the second output inductor, respectively. It can be seen that the RMS (Root Mean Square) current of I (Lo1), which is the current of the first output inductor Lo1, is greatly reduced in the circuit of the high efficiency multi-output converter having the asymmetric powering period according to an embodiment, This is because the burden on the first output inductor Lo1 is reduced by configuring each output with a parallel circuit of a transformer. Therefore, it is possible to reduce the loss occurring in the inductor and to improve the saturation problem of the inductor.

도 6은 다른 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로의 파형을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram showing a waveform of a circuit of a high efficiency multiple output converter having an asymmetrical powering period according to another embodiment.

도 6을 참조하면, 도 4에서 설명한 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로에서 입력 전압 360 V, 제1 출력 전압 Vo1-[14 V/1.2 kW] 및 제2 출력 전압 Vo2-[48 V/600W]의 동작을 나타내는 예이다. Referring to FIG. 6, in the circuit of the high efficiency multiple output converter having the asymmetrical power ring period according to the embodiment described with reference to FIG. 4, the input voltage 360 V, the first output voltage Vo1- [14 V / 1.2 kW] Is an example showing the operation of the voltage Vo2- [48 V / 600 W].

도 6a에서, Vg_S1 및 Vg_S2는 각각 메인 스위치(S1) 및 보조 스위치(S2)의 게이트(gate) 파형을 나타낸다. 여기서, Vg_S3/2 파형은 2차측 스위치(S3)의 게이트 파형을 1/2의 배율로 낮추어 나타낸 결과이다. 6A, Vg_S1 and Vg_S2 denote the gate waveforms of the main switch S1 and the auxiliary switch S2, respectively. Here, the Vg_S3 / 2 waveform is a result of lowering the gate waveform of the secondary side switch S3 to a half magnification.

도 6b에서, V_sec1+V_sec2는 변압기 2차측에서 바라 본 전압 파형을 나타내며, 도 6c에서 I(D6)는 클램핑 다이오드(D6)에 흐르는 전류의 파형을 나타낸다. 클램핑 다이오드(D6)에 전류가 흐르는 조건은 변압기 2차측 전압 V_sec1+V_sec2이 제2 출력 전압(Vo2) 전압보다 클 때이며, 도 4의 경우 보조 스위치(S2)가 온(on) 상태인 구간에서 클램핑 다이오드(D6)가 도통된다.6B, V_sec1 + V_sec2 represents the voltage waveform viewed from the secondary side of the transformer, and I (D6) in FIG. 6C represents the waveform of the current flowing through the clamping diode D6. The condition in which the current flows through the clamping diode D6 is when the secondary side voltage V_sec1 + V_sec2 of the transformer is larger than the second output voltage Vo2. In the case where the auxiliary switch S2 is in the ON state in FIG. 4, The diode D6 is turned on.

도 6d 및 도 6e에서, V_D1, V_D2는 2차측 다이오드 D1, 다이오드 D2의 양단 전답을 나타낸 파형이며, V_D3, V_D4는 다이오드 D3, 다이오드 D4의 양단 전압을 나타낸 파형이고 클램핑 다이오드(D6)에 의해 다이오드 전압은 클램핑 된다. 도 4의 경우 다이오드 D3는 Vo2/2인 24 V로 다이오드 D1는 Vo2 전압인 48 V로 클램핑 되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 기존 회로에 비해 전압 스트레스가 줄어들며 전압 레이팅(rating)이 낮은 소자를 사용할 수 있다는 장점을 가진다.6D and 6E, V_D1 and V_D2 are waveforms representing the opposite ends of the secondary side diode D1 and the diode D2. V_D3 and V_D4 are waveforms showing voltages across the diodes D3 and D4, respectively, and the clamping diode D6, The voltage is clamped. In the case of FIG. 4, the diode D3 is clamped to 24 V of Vo2 / 2 and the diode D1 is clamped to the voltage Vo2 of 48V. Therefore, the voltage stress is reduced and the voltage rating is lower than that of the conventional circuit.

도 6f 및 도 6g에서, I(Lo1)와 I(Lo2)는 각각 제1 출력 인덕터의 전류 파형 및 제2 출력 인덕터의 전류 파형을 나타낸다. 일 실시예에 따른 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터의 회로의 경우 제1 출력 인덕터(Lo1)의 전류인 I(Lo1)의 RMS(Root Mean Square) 전류가 크게 줄어듦을 알 수 있는데, 이는 각 출력을 변압기의 병렬 회로로 구성함으로써 제1 출력 인덕터(Lo1)의 부담이 줄어들었기 때문이다. 따라서 인덕터에서 발생하는 손실을 줄일 수 있고 인덕터의 포화 문제를 개선시킬 수 있다.
6F and 6G, I (Lo1) and I (Lo2) represent the current waveform of the first output inductor and the current waveform of the second output inductor, respectively. It can be seen that the RMS (Root Mean Square) current of I (Lo1), which is the current of the first output inductor Lo1, is greatly reduced in the circuit of the high efficiency multi-output converter having the asymmetric powering period according to an embodiment, This is because the burden on the first output inductor Lo1 is reduced by configuring each output with a parallel circuit of a transformer. Therefore, it is possible to reduce the loss occurring in the inductor and to improve the saturation problem of the inductor.

수많은 전자 기술이 차량에 탑재되어 감에 따라 차량의 전력수요가 해마다 커져가고 있다. 이로 인해 자동차 업계에서는 부족한 전력 수요를 해결하기 위해 48 V 차량 전기시스템 설계에 관심이 커져가고 있다. 이러한 이유로 기존 LDC 출력 전압인 14 V와 차세대 차량 전기시스템의 전압 48 V를 동시에 출력하는 DC/DC 컨버터가 주목 받고 있다.As many electronic technologies have been installed in vehicles, the demand for electric power in vehicles is increasing every year. As a result, the automotive industry is increasingly interested in designing 48V vehicle electrical systems to address the scarce power needs. For this reason, a DC / DC converter that simultaneously outputs a voltage of 14 V, which is an output voltage of a conventional LDC, and a voltage of 48 V, which is a next generation vehicle electrical system, is receiving attention.

기존의 차량용 전력변환장치는 컨버터를 직렬로 연결한 구조를 많이 채택하고 있다. 이러한 방식은 전력 변환을 두 번에 걸쳐 변환하기에 출력 인덕터에 큰 부하 전류가 흐르는 단점이 존재한다. 그러므로 손실(Loss)이 크고 효율이 낮아지는 문제가 존재한다. Conventional automotive power conversion devices adopt a structure in which converters are connected in series. This approach has the drawback that a large load current flows through the output inductor to convert the power conversion twice. Therefore, there is a problem that the loss is large and the efficiency is low.

이러한 문제를 개선하기 위해 각 출력을 2차측 변압기의 병렬 회로로 구성하여 14 V와 48 V를 출력하는 새로운 더블 엔디드 액티브 클램프 포워드 컨버터(Double-ended Active Clamp Forward) 회로를 제공하여, 출력 인덕터의 RMS 전류를 기존에 비해 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서 기존 회로보다 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한 본 제안 회로는 클램핑 다이오드를 사용해 다이오드 전압 스트레스를 낮추어 낮은 전압의 소자 선정이 가능한 추가적인 장점을 가진다. 따라서 본 회로를 통해 기존 회로보다 높은 전력 밀도와 낮은 가격의 다중 출력 컨버터의 제작이 가능하다.
To remedy this problem, a new double-ended Active Clamp Forward circuit, with each output configured as a parallel circuit of the secondary transformer, outputs 14 V and 48 V, providing the RMS of the output inductor The current can be reduced compared with the conventional one. Therefore, higher efficiency than existing circuit can be obtained. The proposed circuit also has the additional advantage of lowering the diode voltage stress by using a clamping diode to select a low voltage device. Therefore, it is possible to manufacture a multi-output converter with higher power density and lower price than existing circuits through this circuit.

이상에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.In the above, when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but there may be other elements in between It should be understood. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the terms " part, " " module, " and the like, which are described in the specification, mean a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (5)

삭제delete 적어도 하나 이상의 1차측 스위치가 구성되는 입력단;
상기 입력단을 통해 인가되는 전원의 크기를 변환하는 변압기; 및
상기 변압기를 통해 인가되는 전원이 출력될 수 있는 복수 개의 출력 구간이 구성되는 출력단을 포함하고,
상기 출력단은,
2차측 스위치가 구성된 상기 변압기의 병렬 회로로 구성되어 상기 복수 개의 출력 구간을 통해 서로 다른 크기의 전압을 출력하며, 상기 변압기 센터탭(centertap)과 상기 변압기 출력과 연결된 정류 다이오드(rectifier diode) 양단에 제1 출력 인덕터 및 제1 출력 커패시터가 구성되고, 상기 제1 출력 커패시터에 제1 출력 부하가 병렬로 연결되어 제1 출력 전압을 출력하며, 정류 다이오드 양단에 제2 출력 인덕터 및 2차측 스위치가 구성되고, 상기 2차측 스위치에 병렬로 다이오드 및 제2 출력 커패시터가 구성되며, 상기 제2 출력 커패시터에 제2 출력 부하가 병렬로 연결되어 제2 출력 전압을 출력하는 것
을 특징으로 하는, 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터.An input terminal in which at least one primary-side switch is configured;
A transformer for converting a magnitude of a power source applied through the input terminal; And
And an output terminal having a plurality of output sections through which the power supplied through the transformer can be output,
Wherein,
And a rectifier diode connected to the transformer center tap and the transformer output. The rectifier diode includes a transformer center tap and a rectifier diode connected to the transformer output, A first output inductor and a first output capacitor are configured, a first output load is connected in parallel to the first output capacitor to output a first output voltage, and a second output inductor and a secondary switch are configured at both ends of the rectifier diode A diode and a second output capacitor are formed in parallel with the secondary side switch, and a second output load is connected in parallel to the second output capacitor to output a second output voltage
Wherein the high efficiency multi-output converter has an asymmetrical power ring section. 제2항에 있어서,
상기 제2 출력 전압의 상기 제2 출력 커패시터와 클램핑 다이오드가 연결되고, 상기 클램핑 다이오드는 상기 변압기의 센터탭(centertap)에 붙어있는 것
을 특징으로 하는, 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터.3. The method of claim 2,
The second output capacitor of the second output voltage is coupled to a clamping diode, the clamping diode being attached to a centertap of the transformer
Wherein the high efficiency multi-output converter has an asymmetrical power ring section. 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 입력단은,
상호보완 관계의 상기 1차측 스위치인 메인 스위치 및 보조 스위치를 포함하고,
상기 출력단은,
상기 메인 스위치가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D1 및 다이오드 D3가 턴온(turn on) 되고, 상기 보조 스위치가 온(on) 상태인 구간에서는 다이오드 D2 및 다이오드 D4가 턴온(turn on) 되며, 변압기 권선비에 의해 각 경우 2차측 제2 출력 인덕터에 인가되는 전압이 달라지는 것
을 특징으로 하는, 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터.The method according to claim 2 or 3,
Wherein,
And a main switch and an auxiliary switch, which are the primary side switches of mutually complementary relation,
Wherein,
The diode D1 and the diode D3 are turned on in a period in which the main switch is on and the diode D2 and the diode D4 are turned on in a period in which the auxiliary switch is in an on state, The voltage applied to the secondary side second output inductor in each case varies depending on the transformer winding ratio
Wherein the high efficiency multi-output converter has an asymmetrical power ring section. 제3항에 있어서,
상기 출력단은,
1차측에서 스위치 조작을 통해 상기 제1 출력 전압에서 14V를 출력하고, 상기 제1 출력 전압에서 승압을 통해 상기 제2 출력 전압 48 V를 출력하는 것
을 특징으로 하는, 비대칭 파워링 구간을 갖는 고효율 다중 출력 컨버터.The method of claim 3,
Wherein,
Outputting 14V from the first output voltage through a switch operation on the primary side and outputting the second output voltage 48V from the first output voltage through step-up
Wherein the high efficiency multi-output converter has an asymmetrical power ring section.
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