KR102004771B1 - 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 에너지 저장부를 구비한 SEPIC/ZETA 컨버터; 상기 SEPIC/ZETA 컨버터의 에너지 저장부에 저장된 에너지를 부하단으로 전달하는 전력 패스부;를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.

Description

전원 공급 장치{POWER SEPPLY DEVICE}
본 발명은 효율이 향상된 전원 공급 장치에 관한 것이다.
양방향 DC-DC 컨버터는 두 개의 전원 사이에서 양방향으로 전력의 흐름을 제어하는 컨버터다. 단방향 컨버터로 양방향 전력 흐름을 제어하기 위해서는 각 방향으로 하나의 단방향 DC-DC 컨버터가 필요로 하므로 총 두 개의 DC-DC 컨버터가 필요하지만, 양방향 컨버터를 이용할 경우 하나의 회로 구조에서 양방향 전력 제어가 가능하므로 시스템을 단순화시켜 전체 회로 시스템의 크기와 부피를 줄일 수 있다. 양방향 컨버터로는 입력과 출력 사이에 트랜스포머를 이용한 절연형 타입과 트랜스포머를 사용하지 않은 비절연형 타입이 있다. 절연형 타입은 입력과 출력 사이 전기적 절연이 필요할 때나 높은 전압 변환비를 필요로 하는 경우 사용된다. 하지만, 트랜스포머의 사이즈와 가격 문제로 중대형 고출력전압 분야에서 많이 활용된다. 비절연형 타입은 전기적 절연과 높은 승압/강압 비를 구현할 수는 없지만 비교적 저렴한 가격과 간단한 회로 구성의 장점이 있어서 60V 이하 중소형 전력분야에서 많이 사용된다.
　
최근 양방향 DC-DC 컨버터를 필요로 하는 응용 분야는 점차 증가하고 있으며 현재 주 응용 분야로는 배터리 충전기, dc UPS (Uninterruptible power supply), 전기자동차용 전동기 구동 등의 분야가 있다.
한국공개특허 제2012-0048154호
본 명세서는 고효율의 양방향 승압, 강압이 가능한 전원 공급 장치를 제공하고자 한다.
또, 본 명세서는 스위치 소자의 스위칭 손실 및 도통 손실을 저감할 수 있는 전원 공급 장치를 제공하고자 한다.
또, 본 명세서는 인덕터 리플 전류 및 커패시터 리플 전압을 감소시켜 회로 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 전원 공급 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 전원 공급 장치는, 에너지 저장부를 구비한 SEPIC/ZETA 컨버터; 상기 SEPIC/ZETA 컨버터의 에너지 저장부에 저장된 에너지를 부하단으로 전달하는 전력 패스부;를 포함할 수 있다.
상기 SEPIC/ZETA 컨버터는, 제1 노드와 제2 노드 사이에 접속된 제1 인덕터; 상기 제2 노드와 기저 전원 사이에 접속되어 제1 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 제1 스위치; 상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 접속된 분리 커패시터; 상기 제3 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 제2 인덕터; 상기 제3 노드와 제4 노드에 접속된 제2 스위치;를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 장치는, 상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 입력 커패시터; 상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 출력 커패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 패스부는, 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 형성될 수 있다.
상기 전력 패스부는, 서로 직렬 연결된 제3 스위치, 제4 스위치 및 보조 인덕터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 장치는, 제1 노드와 제2 노드 사이에 접속된 제1 인덕터; 상기 제2 노드와 기저 전원 사이에 접속되어 제1 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 제1 스위치; 상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 접속된 분리 커패시터; 상기 제3 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 제2 인덕터; 상기 제3 노드와 제4 노드에 접속된 제2 스위치; 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 형성되어 전력 전달 경로를 제공하는 전력 패스부;를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 장치는, 상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 입력 커패시터; 상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 출력 커패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 패스부는, 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 형성될 수 있다.
상기 전력 패스부는, 서로 직렬 연결된 제3 스위치, 제4 스위치 및 보조 인덕터를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 장치는, 상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 전원 입력부가 연결되고, 상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 부하가 연결될 수 있다.
상기 전원 공급 장치는, 상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 부하가 연결되고, 상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 전원 입력부가 연결될 수 있다.
본 명세서의 개시에 의하여, 고효율의 양방향 승압, 강압이 가능한 전원 공급 장치를 제공할 수 있다.
또, 본 명세서의 개시에 의하여, 스위치 소자의 스위칭 손실 및 도통 손실을 저감할 수 있는 전원 공급 장치를 제공할 수 있다.
또, 본 명세서의 개시에 의하여, 인덕터 리플 전류 및 커패시터 리플 전압을 감소시켜 회로 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 전원 공급 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 전원 공급 장치의 시뮬레이션 테스트 회로 구조이다.
도 4는 도 3에 도시된 회로 각 부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 전원 공급 장치의 시뮬레이션 테스트 회로 구조이다.
도 6은 도 5에 도시된 회로 각 부의 파형을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는 입력 전원(Vi), 전력 변환부(110), 및 다이렉트(Direct) 전력 패스(Pass)부(120)를 포함하여 구성된다.
상기 전력 변환부(110)는 SEPIC(Single-Ended Primary-Inductor Converter)/ZETA(known as the inverted SEPIC) 토폴로지가 적용될 수 있다.
상기 SEPIC 컨버터, ZETA 컨버터는 승압, 강압을 모두 수행할 수 있다.
상기 SEPIC/ZETA 컨버터는 일 방향에서는 SEPIC 컨버터로 동작하며, 다른 방향에서는 ZETA 컨버터로 동작할 수 있는 컨버터를 의미할 수 있다.
즉, 기존 SEPIC 컨버터와 ZETA 컨버터에서 다이오드 소자를 능동 스위치 소자로 변환하고, 도 1과 같이 회로를 구성하면, 화살표 오른쪽 방향으로는 SEPIC 컨버터, 화살표 왼쪽 방향으로는 ZETA 컨버터로 동작할 수 있다. 즉, 상기 전력 변환부(110)는 양방향으로 승압 및 강압이 자유로운 DC/DC 컨버터로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치(100)는 양방향 SEPIC/ZETA 컨버터로 동작할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치(100)는 일 방향에서 SEPIC 컨버터로 동작할 수 있으며, 타 방향에서는 ZETA 컨버터로 동작할 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 이하의 실시예에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치가 SEPIC 컨버터로 동작하는 상황을 설명하기로 한다.
입력 전원(Vi)은 제 1 전력 변환부(110)의 제 1 노드(Node; N1)와 기저 전원 사이에 접속된다. 이러한, 입력 전원(Vi)은 소정 레벨(Level)의 입력 전압을 제 1 전력 변환부(110)에 공급하는 것으로, 벽 전원 또는 배터리(Battery)가 될 수 있다.
전력 변환부(110)는 입력 커패시터(Ci), 제1 인덕터(L1), 제1 스위치 소자(S1), 분리 커패시터(Cs), 제 2 인덕터(L2), 제2 스위치 소자(S2) 및 출력 커패시터(Co)를 포함하여 구성된다.
입력 커패시터(Ci)는 제 1 노드(N1)와 기저 전원 사이에 접속된다. 이러한, 입력 커패시터(Cin)는 메인 스위치 소자(S1)의 스위칭에 따라 입력 전원(Vi)으로부터 공급되는 전압을 저장하고, 저장된 에너지를 출력한다.
제 1 인덕터(L1)는 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 접속된다. 즉, 제 1 인덕터(L1)의 일단은 제 1 노드(N1)에 접속되고, 타단은 제 2 노드(N2)를 통해 분리 커패시터(Cs)의 일단에 접속된다. 이러한, 제 1 인덕터(L1)는 메인 스위치 소자(S1)의 스위칭에 따라 입력 전원(Vi) 및/또는 입력 커패시터(Ci)로부터 공급되는 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 출력한다.
제1 스위치 소자(S1)는, 외부의 듀티(Duty) 제어부(미도시)로부터 공급되는 소정의 온(ON) 듀티를 가지는 제 1 스위칭 신호에 따라 스위칭되어 전력 변환부(110) 내의 전류 흐름을 제어한다. 이를 위해, 제1 스위치 소자(S1)는 제 1 스위칭 신호가 공급되는 게이트 단자, 제 2 노드(N2)에 접속된 드레인 단자, 및 기저 전원에 접속된 소스 단자를 포함하여 구성된다. 이러한, 제1 스위치 소자(S1)는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT), 또는 통합 게이트 정류 사이리스터(Integrated Gate Commutated Thyristor, IGCT)가 될 수 있다.
상기의 제1 스위치 소자(S1)는 소스 단자로부터 드레인 단자 쪽으로 순방향 바이어스되도록 형성된 내부 다이오드를 더 포함하여 구성될 수 있다.
분리 커패시터(Cs)는 제 2 노드(N2)와 제 3 노드(N3) 사이에 접속된다. 즉, 분리 커패시터(Cs)의 일단은 제 2 노드(N2)에 접속되고, 타단은 제 3 노드(N3)에 접속된다. 이러한, 분리 커패시터(Cs)는 제1 스위치 소자(S1)의 스위칭에 따라 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 부하(Load)로 출력한다.
제 2 인덕터(L2)는 제 3 노드(N3)와 기저 전원 사이에 접속된다. 즉, 제 2 인덕터(L2)의 일단은 제 3 노드(N3)에 접속되고, 타단은 기저 전원에 접속된다. 이러한, 제 2 인덕터(L2)는 제1 스위치 소자(S1)의 스위칭에 따라 공급되는 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 부하(Load)로 출력하거나, 분리 커패시터(Cs)로 출력하여 분리 커패시터(Cs)를 충전시킨다.
제2 스위치 소자(S2)는, 외부의 듀티(Duty) 제어부(미도시)로부터 공급되는 소정의 온(ON) 듀티를 가지는 제 2 스위칭 신호에 따라 스위칭되어 전력 변환부(110) 내의 전류 흐름을 제어한다. 이를 위해, 제2 스위치 소자(S2)는 제 2 스위칭 신호가 공급되는 게이트 단자, 제 3 노드(N3)에 접속된 드레인 단자, 및 제 4 노드(N4)에 접속된 소스 단자를 포함하여 구성된다. 이러한, 제2 스위치 소자(S2)는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT), 또는 통합 게이트 정류 사이리스터(Integrated Gate Commutated Thyristor, IGCT)가 될 수 있다.
상기의 제2 스위치 소자(S2)는 소스 단자로부터 드레인 단자 쪽으로 순방향 바이어스되도록 형성된 내부 다이오드를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2 스위치 소자(S2)에 형성된 내부 다이오드는 제 3 노드(N3)와 제 4 노드(N4) 사이에 접속된다. 즉, 상기 내부 다이오드의 애노드 단자는 제 3 노드(N3)에 접속되고, 캐소드 단자는 제 4 노드(N4)에 접속된다. 이러한, 내부 다이오드는 제 3 노드(N3)와 제 4 노드(N4)의 전압 레벨에 따라 도통되어 제 1 및 제 2 인덕터(L1, L2)에 저장된 에너지를 제 4 노드(N4)로 출력한다. 또한, 상기 내부 다이오드는 제 4 노드(N4)로부터 제 3 노드(N3) 쪽으로 흐르는 역방향 전류를 차단한다.
출력 커패시터(Co)는 제 4 노드(N4)와 기저 전원 사이에 접속된다. 즉, 출력 커패시터(Co)의 일단은 제 4 노드(N4)에 접속되고, 타단은 기저 전원에 접속된다. 이러한, 출력 커패시터(Co)는 제1 스위치 소자(S1)의 온(ON)시 제 4 노드(N4)를 통해 부하(Load)로 출력되는 전압을 일정하게 평활함과 아울러 저장하고, 메인 스위치 소자(S1)의 오프(OFF)시 저장된 전압을 제 4 노드(N4)를 통해 부하(Load)로 출력한다. 여기서, 부하(Load)는 발광 다이오드(LED), 발광 다이오드 어레이(LED Array), 백 라이트 유닛, 각종 정보 기기, 또는 디스플레이 장치 등이 될 수 있다.
이와 같은 전력 변환부(110)는 제 1 스위칭 신호에 따른 제1 스위치 소자(S1)의 온(ON)시, 제 1 인덕터(L1)를 충전시킴과 동시에 분리 커패시터(Cs)에 저장된 에너지의 방전을 통해 제 2 인덕터(L2)를 충전시키고, 제 1 스위칭 신호에 따른 제 1 스위치 소자(S1)의 오프(OFF)시, 제 1 및 제 2 인덕터(L1, L2)에 저장된 에너지를 제 4 노드(N4)로 출력함과 아울러 출력 커패시터(Cout)를 충전시킨다.
상기 전력 패스부(120)는 추가 전력 전달 패스를 형성할 수 있다.
전력 패스부(120)는 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4), 보조 인덕터 소자(La)를 포함할 수 있다.
상기 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4), 보조 인덕터 소자(La)는 서로 직렬 연결될 수 있다.
상기 제3 스위치(S3)의 일 단은 제 2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 상기 보조 인덕터 소자(La)의 일 단은 제 4 노드(N4)에 연결될 수 있다.
상기의 제3 스위치 소자(S3)는 소스 단자로부터 드레인 단자 쪽으로 순방향 바이어스되도록 형성된 내부 다이오드를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또, 상기의 제4 스위치 소자(S4)는 소스 단자로부터 드레인 단자 쪽으로 순방향 바이어스되도록 형성된 내부 다이오드를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제3 스위치 소자(S3)의 드레인 단자와 상기 제4 스위치 소자(S4)의 드레인 단자는 서로 연결될 수 있다.
상기 제3 스위치 소자(S3), 제4 스위치 소자(S4)는 제 2 노드(N2)를 통해 공급되는 전류를 보조 인덕터 소자(La)에 공급할 수 있다.
상기 보조 인덕터 소자(La)는 제3 스위치 소자(S3), 제4 스위치 소자(S4)의 스위칭에 따라 공급되는 에너지를 저장함으로써 제1 스위치 소자(S1)에 흐르는 전류 레벨 및 스위칭 손실을 감소시켜 메인 스위치 소자(S1)를 소프트 스위칭(Soft Switching)시킨다.
이와 같은 전력 패스부(120)는 메인 스위칭 소자(S1)의 턴-오프된 이후에, 제3 스위치 소자, 제4 스위치 소자를 소프트 스위칭시킴으로써 보조 인덕터 소자(La)를 통해 제 1 인덕터(L1)와 제4 노드(N4)의 전력 패스를 직접 형성하여 스위칭 손실 없이 고효율로 직접 전달되는 상당한 량의 전력을 제4 노드(N4)로 직접 출력한다.
또한, 전력 패스부(120)는 제1 스위치 소자(S1)의 턴-온시 보조 인덕터 소자(La)의 전류 특성을 이용하여 제1 스위치 소자(S1)에 흐르는 전류를 선형적으로 천천히 증가시켜 제1 스위치 소자(S1)를 소프트 스위칭시킴으로써 제1 스위치 소자(S1)의 턴-온 로스 및 제3, 4 스위치 소자(S2)의 턴-오프 로스를 제거한다.
나아가, 전력 패스부(120)는 보조 인덕터 소자(La)의 전류 특성을 이용하여 제 2 스위치를 경유한 경로가 차단되는 경우, 제3, 4 스위치 소자(S3, S4)에 흐르는 전류를 선형적으로 천천히 증가시켜 제 2 스위치(S2)에 흐르는 전류를 선형적으로 천천히 감소시킴으로써 제 2 스위치(S2)의 턴-오프 로스와 제3, 4 스위치의 턴-온 로스를 제거한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 전원 공급 장치는 전력 패스부(120)를 통해 제 1 인덕터(L1)와 제4 노드(N4) 사이의 전류 패스를 직접 형성하여 보조 인덕터 소자(La)를 통해 상당한 양의 전력이 스위칭 손실 없이 부하(Load)로 직접 출력함과 아울러 나머지 전압 및 전류 변환에 필요한 전력 량을 전력 변환부(110)를 통해 부하(Load)로 출력한다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는 전력 패스부(120)를 통해 각 스위칭 소자의 전력 손실을 감소시켜 직류-직류 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
지금까지, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치가 SEPIC 컨버터로 동작하는 상황을 설명하였다. 앞에서 전원 입력부와 부하의 위치를 바꾸는 경우, 상기 전원 공급 장치는 ZETA 컨버터로 동작할 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이므로, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
즉, ZETA 컨버터로 동작되는 경우, 상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 부하가 연결되고, 상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 전원 입력부가 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치가 ZETA 컨버터로 동작하는 경우, 제2 스위치 소자(S2)가 제1 스위치 소자(S1)의 역할을 대신할 수 있다.
전력 패스부(120)에 의한 추가전력 전달 패스는 입력과 출력 사이에 직접적인 전력 전달 역할을 수행할 수 있다.
이 때, SEPIC 동작 시의 입출력 변환비는 Vo/Vi=(1-D2)/(1-D1)으로 나타낼 수 있다. 또, ZETA 동작 시의 입출력 변환비는 Vo/Vi=(1-D1)/(1-D2)로 나타낼 수 있다.
여기서, D1은 제1 스위치(S1)의 도통 비율, D2는 제2 스위치(S2)의 도통 비율을 의미한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 전원 공급 장치는 기존의 양방향 컨버터와 달리 입출력간의 승압 또는 강압이 자유롭다. 예컨대, 입력이 10 내지 20V라고 가정하고, 출력이 10 내지 20V 라고 가정하는 경우, 입력과 출력 전압 범위가 겹칠 때에도 본 발명의 일 실시예에 의한 전원 공급 장치가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 전원 공급 장치는 추가 전력 전달 패스로 전력이 전달될 때, 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2)에 인가되는 전압이 Vi-Vo으로 감소하여 전류 리플이 감소한다. 리플 전류가 감소하면 회로 내 rms 전류가 감소하여 인덕터 dc 저항 손실과 커패시터 직렬 저항 손실이 감소하여 효율이 상승할 수 있다. 즉, 추가 전력 전달 패스로 전력이 전달되는 시간이 증가할수록 효율 상승 효과는 커질 수 있다.
또, 추가된 전력 전달 패스상의 보조 인덕터(La)는 스위칭 소자간의 소프트 전류 정류(soft current commutation)를 유도하여 영전류 스위칭(Zero Current Switching, ZCS)을 가능하게 할 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 의한 전원 공급 장치는 기존의 다이오드를 능동 스위치로 대치함에 따라 영전압 스위칭이 가능하여 스위칭 도통 손실을 저감할 수 있다.
또, 스위치 소자내에 포함되어 있는 내부 다이오드가 도통되어 있는 상태에서 스위치가 턴온/오프되면 영전압 스위칭이 가능하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
전력 변환부의 구성은 앞서 설명한 것과 동일하므로, 여기서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
전력 패스부(120)는 두 가지 전력 전달 경로를 구비할 수 있다. 즉, 다이오드 소자, 제3 스위치 소자(S3), 보조 인덕터 소자(La)에 의하여 SEPIC 컨버터 동작에 따른 전력 전달 경로가 형성될 수 있다. 상기 다이오드 소자, 제3 스위치 소자(S3) 및 보조 인덕터 소자(La)는 서로 직렬 연결되며, 제2 노드(N2)와 제4 노드(N4) 간에 형성될 수 있다.
또, 다이오드 소자, 제4 스위치 소자(S4), 보조 인덕터 소자(La)에 의하여 ZETA 컨버터 동작에 따른 전력 전달 경로가 형성될 수 있다. 상기 다이오드 소자, 제4 스위치 소자(S4) 및 보조 인덕터 소자(La)는 서로 직렬 연결되며, 제2 노드(N2)와 제4 노드(N4) 간에 형성될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 전원 공급 장치의 시뮬레이션 테스트 회로 구조이다. 도 3은 SEPIC 컨버터 동작을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 회로 각 부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 추가 전력 전달 패스로 인하여 인덕터 리플 전류가 감소함을 확인할 수 있다.
한편, 보조 인덕터(La)의 소프트 전류 정류(soft current commutation)와 적절한 스위치 제어에 의하여 스위치 소자들의 ZCS, ZVS를 확인할 수 있다.
즉, 스위칭 소자(Q1)는 턴 온 시에 영전류 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다. 또, 스위칭 소자(Q2)는 턴 온/오프 시에 영전압 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다.
또, 스위칭 소자(Q2)의 내부 다이오드(DQ2)는 턴 오프시에 영전류 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다. 또, 스위칭 소자(Q3)의 내부 다이오드(DQ3)는 턴 온/오프 시에 영전류 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다.
또, 스위칭 소자(Q3, Q4)는 턴 온/오프 싱에 영전류 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다.
또, 스위칭 소자(Q2, Q3)의 영전압 스위칭 동작도 확인할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 전원 공급 장치의 시뮬레이션 테스트 회로 구조이다. 도 5는 ZETA 컨버터 동작을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5에 도시된 회로 각 부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 추가 전력 전달 패스로 인하여 인덕터 리플 전류가 감소함을 확인할 수 있다.
한편, 보조 인덕터(La)의 소프트 전류 정류(soft current commutation)와 적절한 스위치 제어에 의하여 스위치 소자들의 ZCS, ZVS를 확인할 수 있다.
즉, 스위칭 소자(Q5)는 턴 온 시에 영전류 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다. 또, 스위칭 소자(Q6)는 턴 온/오프 시에 영전압 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다.
또, 스위칭 소자(Q6)의 내부 다이오드(DQ6)는 턴 오프시에 영전류 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다. 또, 스위칭 소자(Q7)의 내부 다이오드(DQ7)는 턴 온/오프 시에 영전류 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다.
또, 스위칭 소자(Q7, Q8)는 턴 온/오프 싱에 영전류 스위칭이 가능함을 확인할 수 있다.
또, 스위칭 소자(Q6, Q7)의 영전압 스위칭 동작도 확인할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 전력 변환부
120 : 전력 패스부

Claims (11)

  1. 에너지 저장부를 구비한 SEPIC/ZETA 컨버터; 및
    상기 SEPIC/ZETA 컨버터의 에너지 저장부에 저장된 에너지를 부하단으로 전달하는 전력 패스부를 포함하고,
    상기 SEPIC/ZETA 컨버터는,
    제1 노드와 제2 노드 사이에 접속된 제1 인덕터;
    상기 제2 노드와 기저 전원 사이에 접속되어 제1 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 제1 스위치;
    상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 접속된 분리 커패시터;
    상기 제3 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 제2 인덕터; 및
    상기 제3 노드와 제4 노드에 접속된 제2 스위치;
    를 포함하며,
    상기 전력 패스부는,
    상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 형성되어 상기 제 1 인덕터와 상기 제4 노드사이의 전류 패스를 직접 형성하는 전원 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 입력 커패시터; 및
    상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 출력 커패시터를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 전력 패스부는,
    서로 직렬 연결된 제3 스위치, 제4 스위치 및 보조 인덕터를 포함하는 전원 공급 장치.
  6. 제1 노드와 제2 노드 사이에 접속된 제1 인덕터;
    상기 제2 노드와 기저 전원 사이에 접속되어 제1 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 제1 스위치;
    상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 접속된 분리 커패시터;
    상기 제3 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 제2 인덕터;
    상기 제3 노드와 제4 노드에 접속된 제2 스위치; 및
    상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 형성되어 전력 전달 경로를 제공하는 전력 패스부를 포함하고,
    상기 전력 패스부는, 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 형성되어 상기 제 1 인덕터와 상기 제4 노드사이의 전류 패스를 직접 형성하는 전원 공급 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 입력 커패시터; 및
    상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 접속된 출력 커패시터를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  8. 삭제
  9. 제6 항에 있어서, 상기 전력 패스부는,
    서로 직렬 연결된 제3 스위치, 제4 스위치 및 보조 인덕터를 포함하는 전원 공급 장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 전원 입력부가 연결되고, 상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 부하가 연결되는 전원 공급 장치.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 기저 전원 사이에 부하가 연결되고, 상기 제4 노드와 상기 기저 전원 사이에 전원 입력부가 연결되는 전원 공급 장치.
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