KR102081411B1 - DC to DC Converting Apparatus - Google Patents
DC to DC Converting Apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- KR102081411B1 KR102081411B1 KR1020180061815A KR20180061815A KR102081411B1 KR 102081411 B1 KR102081411 B1 KR 102081411B1 KR 1020180061815 A KR1020180061815 A KR 1020180061815A KR 20180061815 A KR20180061815 A KR 20180061815A KR 102081411 B1 KR102081411 B1 KR 102081411B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- inductor
- switch
- diode
- series
- converter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/337—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
본 발명은 DC-DC 변환 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 DC-DC 변환 장치는 입력 전원과 출력 사이에 직렬 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 포함하는 입력 인덕터부, 서로 자기적으로 연결된 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하는 변압부, 제3 인덕터에 직렬 연결되는 제1 스위치와 제4 인덕터에 직렬 연결되는 제2 스위치를 포함하는 스위칭부, 제2 인덕터에 직렬 연결되는 제1 다이오드, 제3 인덕터에 병렬 연결되는 제2 다이오드, 제4 인덕터에 병렬 연결되는 제3 다이오드, 그리고 제2 인덕터와 제1 다이오드의 접점과 입력 전원의 음극 사이에 직렬 연결된 제1 커패시터 및 제3 스위치를 포함한다. 본 발명에 의하면 DC-DC 컨버터의 출력 전류 리플을 억제할 수 있다. 또한 출력 전류 리플을 저감함으로써 출력 필터 크기를 저감할 수 있어 DC-DC 컨버터의 부피 저감이 가능하다. 또한 출력 다이오드 전압 내압 조건의 감소를 통해 효율 면에서 더 좋은 사양을 가지는 다이오드의 사용을 가능케 하고 이를 통해 얻는 효율 상승의 이점을 통해 방열 설계 시 부피 저감이 가능한 장점이 있다.The present invention relates to a DC-DC converter, the DC-DC converter according to the present invention is an input inductor unit including a first inductor and a second inductor connected in series between an input power supply and an output, a magnetically connected agent to each other. A transformer comprising a third inductor and a fourth inductor, a switching unit including a first switch connected in series to the third inductor and a second switch connected in series to the fourth inductor, a first diode connected in series to the second inductor, Includes a second diode connected in parallel to the third inductor, a third diode connected in parallel to the fourth inductor, and a first capacitor and a third switch connected in series between the contacts of the second inductor and the first diode and the cathode of the input power do. According to the present invention, the output current ripple of the DC-DC converter can be suppressed. In addition, by reducing the output current ripple, the output filter size can be reduced, thereby reducing the volume of the DC-DC converter. In addition, it is possible to use a diode having a better specification in terms of efficiency through a reduction in the voltage breakdown condition of the output diode, and an advantage of an increase in efficiency obtained through this, it is possible to reduce the volume during heat dissipation design.
Description
본 발명은 DC-DC 변환 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 출력 전류 리플을 저감할 수 있는 DC-DC 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a DC-DC conversion device, and more particularly, to a DC-DC conversion device capable of reducing output current ripple.
종래 궤도 위성의 PCU(Power Control Unit)에 사용되는 BDR(Blocking Discharge Regulator) 컨버터는 부스트에서 파생된 푸시-풀(push-pull) 방식의 토폴로지 구조를 가진다.Blocking Discharge Regulator (BDR) converters used in a power control unit (PCU) of a conventional orbiting satellite have a push-pull-type topology structure derived from boost.
BDR 컨버터는 입력 인덕터, 교번 동작하는 스위치 및 다이오드, 변압기, 출력 필터, 출력 커패시터 등으로 구성되는 DC-DC 컨버터를 이용할 수 있다. 그런데 이러한 궤도 위성용 PCU의 BDR 컨버터의 수명은 구성 부품 중에서 수명이 가장 짧은 출력 커패시터에 의해 결정되는데, 출력 커패시터에 흐르는 전류의 크기가 클수록 BDR 컨버터의 수명이 감소한다.The BDR converter can use a DC-DC converter composed of an input inductor, an alternating switch and diode, a transformer, an output filter, and an output capacitor. However, the lifespan of the BDR converter of the PCU for orbital satellites is determined by the output capacitor having the shortest lifetime among components, and as the current flowing through the output capacitor increases, the life of the BDR converter decreases.
출력 커패시터에 흐르는 전류를 최소화하기 위해서 보다 큰 출력 필터의 사용을 고려할 수 있으나, 이는 위성의 무게, 크기, 성능 면에서 부담이 될수 밖에 없다.The use of a larger output filter can be considered to minimize the current flowing through the output capacitor, but this is inevitable for the weight, size and performance of the satellite.
따라서 DC-DC 컨버터인 PCU의 BDR 컨버터에서 출력 전류의 RMS 값을 줄여 출력 커패시터의 수명을 늘리고, 출력 필터 크기는 줄일 수 있는 DC-DC 변환 장치에 대한 필요성이 증대되고 있다.Therefore, in the BDR converter of the PCU, which is a DC-DC converter, there is an increasing need for a DC-DC converter that can reduce the RMS value of the output current to increase the life of the output capacitor and reduce the output filter size.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 출력 커패시터 수명을 길게 가져가고 출력 전류의 RMS 값을 줄여 출력 커패시터의 수명을 늘리고, 출력 필터 크기는 줄일 수 있는 DC-DC 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention takes a long life of the output capacitor to solve the above technical problem and reduces the RMS value of the output current to increase the life of the output capacitor, and the output filter size can be reduced. It is an object to provide a DC-DC conversion device.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치는 입력 전원과 출력 사이에 직렬 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 포함하는 입력 인덕터부, 서로 자기적으로 연결된 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하는 변압부, 상기 제3 인덕터에 직렬 연결되는 제1 스위치와 상기 제4 인덕터에 직렬 연결되는 제2 스위치를 포함하는 스위칭부, 상기 제2 인덕터에 직렬 연결되는 제1 다이오드, 상기 제3 인덕터에 병렬 연결되는 제2 다이오드, 상기 제4 인덕터에 병렬 연결되는 제3 다이오드, 그리고 상기 제2 인덕터와 상기 제1 다이오드의 접점과 상기 입력 전원의 음극 사이에 직렬 연결된 제1 커패시터 및 제3 스위치를 포함한다.A DC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes an input inductor unit including a first inductor and a second inductor connected in series between an input power supply and an output, a third inductor and a fourth inductor magnetically connected to each other A transformer, a first switch connected in series to the third inductor, and a second switch connected in series to the fourth inductor, a first diode connected in series to the second inductor, and a third inductor A second diode connected in parallel, a third diode connected in parallel to the fourth inductor, and a first capacitor and a third switch connected in series between the contact point of the second inductor and the first diode and the cathode of the input power supply. do.
상기 제1 다이오드의 양극에 상기 제2 인덕터의 일단과 상기 제1 캐피시터의 일단이 연결되고, 상기 제2 다이오드의 양극에 상기 제3 인덕터의 일단과 제1 스위치의 일단이 연결되며, 상기 제3 다이오드의 양극에 상기 제4 인덕터의 일단과 제2 스위치의 일단이 연결될 수 있다.One end of the second inductor and one end of the first capacitor are connected to the anode of the first diode, one end of the third inductor and one end of the first switch are connected to the anode of the second diode, and the third One end of the fourth inductor and one end of the second switch may be connected to the anode of the diode.
상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치가 동작하다 턴-오프되면, 상기 제3 스위치가 턴-온되어 동작할 수 있다.When the first switch or the second switch is turned off while operating, the third switch may be turned on to operate.
상기 제3 스위치는 출력 전류가 '0'이 되기 전에 턴-오프될 수 있다.The third switch may be turned off before the output current becomes '0'.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 교번하여 스위칭 동작할 수 있다.The first switch and the second switch may alternately switch.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴-오프 상태일 때, 상기 제1 다이오드를 통해 전류 경로가 형성될 수 있다.When the first switch and the second switch are turned off, a current path may be formed through the first diode.
상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터의 접점과 상기 제3 인덕터 및 상기 제4 인덕터의 접점이 연결될 수 있다.Contacts of the first inductor and the second inductor and contacts of the third inductor and the fourth inductor may be connected.
본 발명에 의하면 출력 전류의 하강시간을 빠르게 하여 출력 전류의 RMS 값을 줄임으로써, 출력 커패시터의 수명을 종래보다 길게 가져갈 수 있고, 출력 필터 크기도 기존 보다 줄일 수 있는 DC-DC 변환 장치를 제공할 수 있다. 또한 출력 다이오드 전압 내압 조건의 감소를 통해 효율 면에서 더 좋은 사양을 가지는 다이오드의 사용을 가능케 하고 이를 통해 얻는 효율 상승의 이점을 통해 방열 설계 시 부피 저감이 가능하다.According to the present invention, by reducing the RMS value of the output current by speeding up the fall time of the output current, it is possible to provide a DC-DC converter that can take longer than the conventional life of the output capacitor and reduce the size of the output filter. You can. In addition, it is possible to use a diode having a better specification in terms of efficiency by reducing the voltage withstand voltage condition of the output diode, and it is possible to reduce the volume in the design of heat dissipation through the advantage of increasing efficiency obtained through this.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 도 1의 DC-DC 변환 장치의 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치를 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 3의 DC-DC 변환 장치의 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 DC-DC 변환 장치의 등가 모델이다.1 is a circuit diagram showing a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an operation waveform of the DC-DC converter of FIG. 1.
3 is a circuit diagram showing a DC-DC converter according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an operation waveform of the DC-DC converter of FIG. 3.
5 is an equivalent model of the DC-DC converter of FIG. 3.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail preferred embodiments that can be easily carried out by the person of ordinary skill in the art. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereby.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.The configuration of the invention for clarifying the solution to the problem to be solved by the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings based on preferred embodiments of the present invention, but the same is used in assigning reference numbers to components of the drawings The same reference numerals are assigned to the components even though they are on different drawings, and it is revealed in advance that components of other drawings may be cited when necessary for the description of the drawings. In addition, in the detailed description of the operating principle for the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known functions or configurations related to the present invention and all other matters may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, The detailed description is omitted.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In addition, throughout the specification, when a part is said to be 'connected' to another part, it is not only 'directly connected', but also 'indirectly connected' with another element in between. Includes. In this specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" or "comprising" excludes the presence or addition of one or more other components, steps, operations, or elements other than the components, steps, operations, or elements mentioned. I never do that.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치를 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치는 입력 인덕터부(110), 변압부(120), 스위칭부(130), 제1 내지 제3 다이오드(D2, D3), 필터부(140) 및 출력 커패시터(Co)를 포함할 수 있으며, 입력 전원(Vs)의 전압을 승압하여 부하(Ro) 측으로 출력할 수 있다.Referring to FIG. 1, the DC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes an
입력 인덕터부(110)는 입력 전원(Vs)과 부하(Ro) 사이에 직렬 연결된 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)를 포함할 수 있다. 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)는 자기적으로 연결될 수 있다. 입력 인덕터부(110)는 기생 인덕턱스 성분(Llkg1)을 포함할 수 있다.The
변압부(120)는 서로 자기적으로 연결된 제3 인덕터(L3) 및 제4 인덕터(L4)를 포함하고, 기생 인덕턱스 성분(Llkgm)을 포함할 수 있다.The
제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)의 접점과 제3 인덕터(L3) 및 제4 인덕터(L4)의 접점이 연결될 수 있다.The contacts of the first inductor L1 and the second inductor L2 and the contacts of the third inductor L3 and the fourth inductor L4 may be connected.
제1 다이오드(D1)는 입력 인덕터부(110)에 직렬 연결될 수 있다. 보다 자세하게는 제1 다이오드(D1)의 양극(anode)은 제2 인덕터(L2)의 일단에 연결되고, 제1 다이오드(D1)의 음극(cathode)은 출력에 연결된다.The first diode D1 may be connected in series to the
제2 다이오드(D2)와 제3 다이오드(D3)는 각각 제3 인덕터(L3)와 제4 인덕터(L4)에 병렬 연결된다.The second diode D2 and the third diode D3 are connected in parallel to the third inductor L3 and the fourth inductor L4, respectively.
제2 다이오드(D2)의 양극에 제3 인덕터(L3)의 일단과 제1 스위치(Q1)의 일단이 연결된다. 그리고 제3 다이오드(D3)의 양극에 제4 인덕터(L4)의 일단과 제2 스위치(Q2)의 일단이 연결된다.One end of the third inductor L3 and one end of the first switch Q 1 are connected to the anode of the second diode D2. In addition, one end of the fourth inductor L4 and one end of the second switch Q 2 are connected to the anode of the third diode D3.
스위칭부(130)는 제3 인덕터(L3)에 직렬 연결되는 제1 스위치(Q1)와 제4 인덕터(L4)에 직렬 연결되는 제2 스위치(Q2)를 포함한다.The
제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)는 FET(Field Effect Transistor), 사이리스터(Thyristor) 등으로 구현할 수 있다.The first switch Q1 and the second switch Q2 may be implemented by a field effect transistor (FET), a thyristor, or the like.
필터부(140)는 인덕터(Lf2)와 커패시터(Cf2)로 구현되어, 부하(Ro)에 고주파 성분이 전달되는 것을 방지할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치는 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)에 스위칭 제어 신호를 인가하여 스위칭 동작을 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.The DC-DC converter according to an embodiment of the present invention may include a control unit (not shown) that controls a switching operation by applying a switching control signal to the first switch Q1 and the second switch Q2. .
제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)는 스위칭 제어 신호 수신에 대응하여 스위칭 동작하는데, 서로 교번하여 턴-온(turn-on)과 턴-오프(turn-off)를 반복할 수 있다. 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 동시에 턴-온되는 구간이 존재하지 않도록 한다.The first switch Q1 and the second switch Q2 are switched in response to the reception of the switching control signal, and may alternately repeat turn-on and turn-off. . A section in which the first switch Q1 and the second switch Q2 are simultaneously turned on does not exist.
스위칭 제어 신호가 인가되어 제1 스위치(Q1)가 턴-온되면, 제3 인덕터(L3)로 인가되는 전류에 의해 제4 인덕터(L4)에 유도 전류가 발생하고, 발생된 유도 전류는 제3 다이오드(D3)를 통해 흐르게 된다.When the switching control signal is applied and the first switch Q1 is turned on, an induced current is generated in the fourth inductor L4 by the current applied to the third inductor L3, and the generated induced current is the third It flows through the diode D3.
한편 스위칭 제어 신호가 인가되어 제2 스위치(Q2)가 턴-온되면, 제4 인덕터(L4)로 인가되는 전류에 의해 제3 인덕터(L3)에 유도 전류가 발생하고, 발생된 유도 전류는 제2 다이오드(D2)를 통해 흐르게 된다.Meanwhile, when the switching control signal is applied and the second switch Q2 is turned on, an induced current is generated in the third inductor L3 by the current applied to the fourth inductor L4, and the generated induced current is 2 flows through the diode D2.
그리고 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 모두 턴-오프 상태일 때, 제1 다이오드(D1)를 통해 전류 경로가 형성되어, 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2) 쪽으로 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다.In addition, when both the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned off, a current path is formed through the first diode D1, so that the first switch Q1 and the second switch Q2 are It is possible to prevent the current from flowing in.
제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 모두 턴-오프 상태일 때, 제1 다이오드(D1)를 통해 전류 경로가 형성되어, 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2) 쪽으로 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다.When both the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned off, a current path is formed through the first diode D1, and toward the first switch Q1 and the second switch Q2. It is possible to prevent the current from flowing.
도 2는 도 1의 DC-DC 변환 장치의 동작 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing an operation waveform of the DC-DC converter of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참고하면, 스위칭부(130)의 도통 구간(제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온 되는 구간)(M1,M2,M5,M6)에서는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3)에 부하 전류(ILOAD)가 흐르게 된다. 그리고 스위칭부(130)의 차단 구간(제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)가 턴-오프 되는 구간)(M3,M4,M7,M8)에서는 제1 다이오드(D1)에 부하 전류(ILOAD)가 흐르게 된다.1 and 2, the conduction section of the switching unit 130 (a section in which the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on) is the first in the M1, M2, M5, and M6. The load current I LOAD flows through the switch Q1, the second switch Q2, the second diode D2, and the third diode D3. In the blocking section of the switching unit 130 (a section in which the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned off) (M3, M4, M7, M8), the load current to the first diode D1 ( I LOAD ) flows.
이상적인 경우 부하 전류(ILOAD)는 일정하고, 출력 커패시터(Co)에는 제1 인덕터(L1)의 전류 리플과 부하 전류(ILOAD)의 차이에 해당하는 전류(ICO)만 흐르게 된다.In an ideal case, the load current I LOAD is constant, and only the current I CO corresponding to the difference between the current ripple of the first inductor L1 and the load current I LOAD flows through the output capacitor Co.
도 1의 DC-DC 변환 장치에서, 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온된 직후와 턴-오프된 직후 기생 인덕턴스 성분(Llkg1, Llkgm)으로 인해 다이오드(D1, D2, D3)의 전류 교차 구간(M1, M3, M5, M7)이 존재한다. 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온된 직후 발생하는 전류 교차 구간(M1, M5)에서는 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3)에 부하 전류(ILOAD)가 나눠 흐른다. 그리고 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-오프된 직후 발생하는 전류 교차 구간(M3, M7)에서는 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3)에 부하 전류(ILOAD)가 나눠 흐르고, 제1 다이오드(D1)에 부하 전류(ILOAD)가 추가로 흐르기 때문에 출력 전류(IO)가 ILOAD에서 2ILOAD로 증가하는 전류 스파이크(spike) 현상이 발생하게 된다. 이 구간은 기생인덕턴스에 흐르는 전류의 크기가 2ILOAD에서 ILOAD로 감소하는 동안 지속된다.In the DC-DC converter of FIG. 1, the diode D1, due to the parasitic inductance components L lkg1 and L lkgm immediately after the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on and immediately after being turned off, D2, D3) current crossing section (M1, M3, M5, M7) is present. The load current I LOAD is applied to the second diode D2 and the third diode D3 in the current crossing sections M1 and M5 that occur immediately after the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on. Divide and flow. And in the current crossing section (M3, M7) that occurs immediately after the first switch (Q1) or the second switch (Q2) is turned off, the load current (I LOAD ) to the second diode (D2) and the third diode (D3) ) Flows, and since the load current (I LOAD ) additionally flows through the first diode (D1), a current spike phenomenon occurs in which the output current (I O ) increases from I LOAD to 2I LOAD . This period continues while the magnitude of the current flowing in the parasitic inductance decreases from 2I LOAD to I LOAD .
전류 교차 구간(M3, M7)은 기생 인덕턴스의 전류가 (VO-VS)/(Llkg1+Llkgm)으로 감소하는 것으로 미뤄 볼 때 입력전압이 클 때 전류 스파이크의 양이 최대로 증가하게 된다. 따라서, 높은 입력 전압에서 전류 스파이크를 고려하게 되면 도 1의 DC-DC 변환 장치에서는 매우 큰 출력 필터 설계가 요구된다.The current crossing section (M3, M7) decreases the current of parasitic inductance to (V O -V S ) / (L lkg1 + L lkgm ), so that the maximum amount of current spike increases when the input voltage is large. do. Therefore, considering the current spike at a high input voltage, a very large output filter design is required in the DC-DC converter of FIG. 1.
이상적일 때 제1 다이오드(D1)는 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온될 때 차단되고, 이때 전압 내압은 입력 전압(VS)으로 일정하게 유지된다. 그런데 기생 성분을 고려하면, 제1 다이오드(D1)는 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온될 때 차단되고, 이 때 기생 인덕턴스 성분과 제1 다이오드(D1)의 기생 커패시터가 공진하며, 제1 다이오드(D1)의 전압 스트레스는 입력 전압(Vs)의 2배로 증가하게 된다.Ideally one first diode (D1) has a first switch (Q1) or second switch (Q2) is turned off when turned on, wherein the voltage breakdown voltage is held constant as the input voltage (V S). However, considering the parasitic component, the first diode D1 is blocked when the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on, and at this time, the parasitic inductance component and the parasitic capacitor of the first diode D1 Is resonant, and the voltage stress of the first diode D1 is increased to twice the input voltage Vs.
따라서 제1 다이오드(D1)의 설계 시 입력 전압의 2배보다 큰 내압을 갖는 소자를 선정해야 하는데, 다이오드의 내압이 큰 소자일수록 순방향 전압 강하가 큰 특성이 있다. 따라서, 제1 다이오드(D1)의 높은 전압 스트레스를 고려한 소자 선정으로 인해 제1 다이오드(D1)의 도통 손실이 크게 발생한다.Therefore, when designing the first diode D1, an element having a breakdown voltage greater than twice the input voltage must be selected. The larger the breakdown voltage of the diode, the greater the forward voltage drop. Therefore, the conduction loss of the first diode D1 is largely caused by the selection of the device considering the high voltage stress of the first diode D1.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치를 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram showing a DC-DC converter according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 도 3의 DC-DC 변환 장치는 도 1의 DC-DC 변환 장치에 예시된 구성 요소를 동일하게 포함하고, 추가로 DC-DC 변환 장치의 양극과 음극 사이를 직렬로 연결하는 제1 커패시터(CA) 및 제3 스위치(QA)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the DC-DC converter of FIG. 3 includes the same components illustrated in the DC-DC converter of FIG. 1, and additionally connects in series between the anode and the cathode of the DC-DC converter It includes a first capacitor (C A ) and a third switch (Q A ).
제1 커패시터(CA)는 제1 다이오드(D1)의 양극과 제2 인덕터(L2)의 접접에 일단이 연결되고, 타단은 제3 스위치(QA)에 연결될 수 있다.The first capacitor C A may have one end connected to the positive electrode of the first diode D1 and the second inductor L2, and the other end connected to the third switch Q A.
제3 스위치(QA)는 일단은 제1 커패시터(CA)에 연결되고, 타단은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치의 음극에 연결될 수 있다. 제3 스위치(QA)는 FET(Field Effect Transistor), 사이리스터(Thyristor) 등으로 구현할 수 있다.One end of the third switch Q A is connected to the first capacitor C A , and the other end of the third switch Q A is connected to the negative electrode of the DC-DC converter according to an exemplary embodiment of the present invention. The third switch Q A may be implemented by a field effect transistor (FET), a thyristor, or the like.
제1 다이오드(D1)의 양극에 제2 인덕터(L2)의 일단과 제1 커패시터(CA)의 일단이 연결될 수 있다.One end of the second inductor L2 and one end of the first capacitor C A may be connected to the anode of the first diode D1.
제어부는 도 1의 실시예에서와 마찬가지로, 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)를 서로 교번하여 턴-온(turn-on)과 턴-오프(turn-off)를 반복하도록 제어할 수 있다. 그리고 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 동시에 턴-온되는 구간이 존재하지 않도록 한다.As in the embodiment of FIG. 1, the control unit controls to alternately turn-on and turn-off the first switch Q1 and the second switch Q2 by alternating with each other. You can. In addition, a section in which the first switch Q1 and the second switch Q2 are simultaneously turned on does not exist.
제어부는 도 1의 DC-DC 변환 장치에서 발생하는 출력 전류의 스파이크 구간을 감소시키기 위해서, 스위칭 제어 신호를 인가하여 제3 스위치(QA)를 다음과 같이 동작하도록 제어할 수 있다.In order to reduce the spike period of the output current generated in the DC-DC converter of FIG. 1, the controller may control the third switch Q A to operate as follows by applying a switching control signal.
제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 동작하다 턴-오프되면 제3 스위치(QA)가 턴-온되어 동작하도록 하고, 출력 전류(Io)가 '0'이 되기 전이나 '0'이 될 때에 제3 스위치(QA)가 턴-오프되게 제어할 수 있다. 이를 위해 제어부는 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 동작하다 턴-오프되는 시점부터 미리 정해진 시간 동안 제3 스위치(QA)가 턴-온되었다가 턴-오프되게 스위칭 제어 신호를 인가하도록 미리 설정될 수 있다.When the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned off while operating, the third switch Q A is turned on to operate, and before or after the output current Io becomes' 0 'or' When it becomes 0 ', the third switch Q A can be controlled to be turned off. To this end, the control unit switches the control signal so that the third switch Q A is turned on and then turned off for a predetermined period of time from the time when the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned off. It may be set in advance to apply.
도 4는 도 3의 DC-DC 변환 장치의 동작 파형을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 DC-DC 변환 장치에서 제1 다이오드의 전압 감소 방식을 설명하기 위해 제공되는 등가 모델이다.FIG. 4 is a diagram showing an operation waveform of the DC-DC converter of FIG. 3, and FIG. 5 is an equivalent model provided to explain the voltage reduction method of the first diode in the DC-DC converter of FIG. 3.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 제3 스위치(QA)가 턴-온되는 구간(M3, M7)에는 DC-DC 변환 장치의 기생 인덕턴스에 흐르는 전류의 기울기가 Vo/(Llkg1+Llkgm)이 된다. 따라서, 기생 인덕턴스에 흐르는 전류가 2ILOAD에서 ILOAD로 감소하는 시간이 입력 전압(Vs)과 무관하게 출력 전압(Vo)에 의해서만 결정될 뿐만 아니라 그 구간(M3, M7)의 크기가 도 1의 DC-DC 변환 장치보다 매우 크게 감소한다.3 to 5, the slope of the current flowing through the parasitic inductance of the DC-DC converter in the period in which the third switch Q A is turned on (M3, M7) is Vo / (L lkg1 + L lkgm ). Therefore, the time at which the current flowing through the parasitic inductance decreases from 2I LOAD to I LOAD is determined not only by the output voltage Vo regardless of the input voltage Vs, but also the size of the sections M3 and M7 is DC of FIG. 1. -It is greatly reduced than the DC converter.
도 3의 DC-DC 변환 장치는 제3 스위치(QA)의 도통을 통해 감소시킨 전류 교차구간을 통해 출력 전류 스파이크가 감소하는 이득을 볼 수 있다.In the DC-DC converter of FIG. 3, the output current spike decreases through a current crossing section reduced through conduction of the third switch Q A.
한편 제1 다이오드(D1)의 차단 직후, 제1 다이오드(D1)의 전압이 VO-VCA를 초과하게 되면 제3 스위치(QA)의 기생 다이오드가 도통된다. 따라서, 제1 다이오드(D1)의 전압은 VO-VCA 이하로 일정하게 유지될 뿐만 아니라, 제1 다이오드(D1)의 공진 에너지가 제3 스위치(QA)를 통해 출력으로 전달되기 때문에 별도의 스너빙 손실이 없다. 이때 커패시터(CA)의 전압(VCA)은 제1 스위치(Q1) 혹은 제2 스위치(Q2)가 턴-오프된 직후 턴-온되는 제3 스위치(QA)의 도통 시간에 비례해 증가하게 되며, 전압(VCA)을 VO-VS으로 일정하게 유지할 경우 제1 다이오드(D1)의 전압 스트레스는 이상적일 때의 제1 다이오드(D1)의 전압 스트레스와 같은 VS까지 감소시킬 수 있다.On the other hand, immediately after the blocking of the first diode D1, when the voltage of the first diode D1 exceeds V O -V CA , the parasitic diode of the third switch Q A is conducted. Therefore, the voltage of the first diode D1 is V O -V CA In addition to being kept constant below, there is no additional snubbing loss because the resonance energy of the first diode D1 is transmitted to the output through the third switch Q A. At this time, the voltage (V CA ) of the capacitor C A increases in proportion to the conduction time of the third switch Q A that is turned on immediately after the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned off. If the voltage (V CA ) is kept constant at V O -V S , the voltage stress of the first diode (D1) can be reduced to V S equal to the voltage stress of the first diode (D1) when it is ideal. have.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (7)
서로 자기적으로 연결된 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하는 변압부,
상기 제3 인덕터에 직렬 연결되는 제1 스위치와 상기 제4 인덕터에 직렬 연결되는 제2 스위치를 포함하는 스위칭부,
상기 제2 인덕터에 직렬 연결되는 제1 다이오드,
상기 제3 인덕터에 병렬 연결되는 제2 다이오드,
상기 제4 인덕터에 병렬 연결되는 제3 다이오드, 그리고
상기 제2 인덕터와 상기 제1 다이오드의 접점과 상기 입력 전원의 음극 사이에 직렬 연결된 제1 커패시터 및 제3 스위치
를 포함하고,
상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치가 동작하다 턴-오프되면, 상기 제3 스위치가 턴-온되어 동작하다가 출력 전류가 '0'이 되기 전에 턴-오프되는 DC-DC 변환 장치.Input inductor unit including a first inductor and a second inductor connected in series between the input power and the output,
Transformer including a third inductor and a fourth inductor magnetically connected to each other,
A switching unit including a first switch connected in series to the third inductor and a second switch connected in series to the fourth inductor,
A first diode connected in series to the second inductor,
A second diode connected in parallel to the third inductor,
A third diode connected in parallel to the fourth inductor, and
A first capacitor and a third switch connected in series between the contact point of the second inductor and the first diode and the negative electrode of the input power supply.
Including,
When the first switch or the second switch is turned off while operating, the third switch is turned on and operated, and then the DC-DC converter is turned off before the output current becomes '0'.
상기 제1 다이오드의 양극에 상기 제2 인덕터의 일단과 상기 제1 커패시터의 일단이 연결되고,
상기 제2 다이오드의 양극에 상기 제3 인덕터의 일단과 제1 스위치의 일단이 연결되며,
상기 제3 다이오드의 양극에 상기 제4 인덕터의 일단과 제2 스위치의 일단이 연결되는 DC-DC 변환 장치.In claim 1,
One end of the second inductor and one end of the first capacitor are connected to the anode of the first diode,
One end of the third inductor and one end of the first switch are connected to the anode of the second diode,
DC-DC converter connected to one end of the fourth inductor and the second switch to the anode of the third diode.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 교번하여 스위칭 동작하는 DC-DC 변환 장치.In claim 1,
The first switch and the second switch are DC-DC converters alternately switching operation.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴-오프 상태일 때, 상기 제1 다이오드를 통해 전류 경로가 형성되는 DC-DC 변환 장치.In claim 1,
When the first switch and the second switch are turned off, a DC-DC conversion device in which a current path is formed through the first diode.
상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터의 접점과 상기 제3 인덕터 및 상기 제4 인덕터의 접점이 연결되는 DC-DC 변환 장치.In claim 1,
DC-DC conversion device to which the contact point of the first inductor and the second inductor is connected to the contact point of the third inductor and the fourth inductor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180061815A KR102081411B1 (en) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | DC to DC Converting Apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180061815A KR102081411B1 (en) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | DC to DC Converting Apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190136294A KR20190136294A (en) | 2019-12-10 |
| KR102081411B1 true KR102081411B1 (en) | 2020-04-23 |
Family
ID=69002503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180061815A KR102081411B1 (en) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | DC to DC Converting Apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102081411B1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102326432B1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-11-15 | 한국항공우주연구원 | Dc-dc converting apparatus with coupled inductor |
| KR102322799B1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-11-09 | 한국항공우주연구원 | Dc-dc converting apparatus |
| CN111934549A (en) * | 2020-07-14 | 2020-11-13 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | Low ripple boost converter |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100201704B1 (en) * | 1991-06-19 | 1999-06-15 | 가나이 쓰도무 | Zero current switching circuit and converting apparatus using the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101214381B1 (en) | 2011-10-26 | 2012-12-21 | 한국전기연구원 | High frequency direct current converter for inhibition of electrical short |
-
2018
- 2018-05-30 KR KR1020180061815A patent/KR102081411B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100201704B1 (en) * | 1991-06-19 | 1999-06-15 | 가나이 쓰도무 | Zero current switching circuit and converting apparatus using the same |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| E. Maset et al. "5kW Weinberg Converter for Battery Discharging in High-Power Communications Satellites". IEEE. 2005. |
| E. Maset et al. "High-Efficiency Weinberg Converter for Battery Discharging in Aerospace Applications". IEEE. 2006. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190136294A (en) | 2019-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Adib et al. | Family of zero-current transition PWM converters | |
| US7061777B2 (en) | Input stage circuit of three-level DC/DC converter | |
| US9780642B2 (en) | Energy recovery snubber | |
| KR102098223B1 (en) | Multiple output dc/dc converter and power supply having the same | |
| US20170098993A1 (en) | Circuitry for power factor correction and methods of operation | |
| US7324355B2 (en) | Dc-DC converter | |
| US20140029312A1 (en) | High power converter architecture | |
| JP2008109775A (en) | Dc-dc converter and control method therefor | |
| US10727753B2 (en) | Bidirectional flyback converter circuit | |
| KR102081411B1 (en) | DC to DC Converting Apparatus | |
| KR102005881B1 (en) | DC to DC Converting System | |
| US20070115697A1 (en) | Method of controlling DC-to-DC converter whereby switching control sequence applied to switching elements suppresses voltage surges at timings of switch-off of switching elements | |
| KR102482820B1 (en) | Insulated switching power supply | |
| KR20110064605A (en) | Circuit of phase-shift full-bridge converter | |
| US6999325B2 (en) | Current/voltage converter arrangement | |
| JP2012239341A (en) | Switching power supply device | |
| US6477064B1 (en) | High efficiency DC-DC power converter with turn-off snubber | |
| US9722599B1 (en) | Driver for the high side switch of the cascode switch | |
| KR102005880B1 (en) | DC to DC Converting System | |
| WO2008105741A1 (en) | Self-coupled driver used in dual-switch forward power converter | |
| JP5202226B2 (en) | Step-down DC-DC converter | |
| JP6393962B2 (en) | Switching power supply | |
| JP5844226B2 (en) | Active clamp type DC-DC converter, switching power supply device and driving method thereof | |
| JP4765615B2 (en) | Power converter | |
| JP3124921B2 (en) | DC-DC converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |