KR102348019B1 - Capacitor isolated balanced converter - Google Patents

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KR102348019B1 KR1020200022430A KR20200022430A KR102348019B1 KR 102348019 B1 KR102348019 B1 KR 102348019B1 KR 1020200022430 A KR1020200022430 A KR 1020200022430A KR 20200022430 A KR20200022430 A KR 20200022430A KR 102348019 B1 KR102348019 B1 KR 102348019B1
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Abstract

본 발명은 변압기를 사용하지 않고 커패시터를 이용하여 절연을 구현하는 커패시터 절연 방식에서 공통모드 전류를 줄일 수 있는 대칭형 컨버터에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면은, 제1 노드와 제2 노드를 통해 입력 직류 전압을 제공받고 제3 노드와 제4 노드를 통해 중간 교류 전압을 출력하는 스위칭 회로; 및 상기 스위칭 회로가 출력한 상기 중간 교류 전압을 정류하여 제5 노드와 제6 노드를 통해 출력 직류 전압을 출력하는 정류 회로;를 포함하되, 상기 스위칭 회로는, 변압기를 포함하지 않으면서 커패시터를 사용하여 절연이 구현되고, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이의 임피던스와 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이의 임피던스가 서로 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터이다.The present invention relates to a symmetrical converter capable of reducing a common mode current in a capacitor insulation method that implements insulation using a capacitor without using a transformer. One aspect of the present invention provides a switching circuit that receives an input DC voltage through a first node and a second node and outputs an intermediate AC voltage through a third node and a fourth node; and a rectifier circuit that rectifies the intermediate AC voltage output by the switching circuit and outputs an output DC voltage through a fifth node and a sixth node, wherein the switching circuit uses a capacitor without including a transformer to implement insulation, and an impedance between the first node and the third node and an impedance between the second node and the fourth node are substantially the same as each other.

Description

커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터{CAPACITOR ISOLATED BALANCED CONVERTER}Capacitor Insulation Symmetric Converter {CAPACITOR ISOLATED BALANCED CONVERTER}

본 발명은 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 변압기를 사용하지 않고 커패시터를 이용하여 절연을 구현하는 커패시터 절연 방식에서 공통모드 전류를 줄일 수 있는 대칭형 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitor-isolated symmetric converter. Specifically, the present invention relates to a symmetrical converter capable of reducing a common mode current in a capacitor insulation method that implements insulation using a capacitor without using a transformer.

상용 교류 전원을 직류로 변환하여 부하에 공급하는 AC-DC 컨버터 또는 직류 전원을 다른 레벨의 직류로 변환하여 부하에 공급하는 DC-DC 컨버터 등에서, 전원측과 부하측 사이에 전기적인 절연이 필요한 경우가 많다. 통상 전원측은 접지된 상태이고 부하측은 접지되지 않은 상태로 동작하지만, 사용 상의 여러 요인으로 인해 부하측이 임피던스(예, 인체)를 통해 접지에 연결되는 경우, 부하측에서 인체 등의 임피던스를 통해 접지로 전류가 흐르면서 안전상의 문제가 발생할 수 있다. In an AC-DC converter that converts commercial AC power to DC and supplies it to a load, or a DC-DC converter that converts DC power to another level of DC and supplies it to the load, electrical insulation is often required between the power supply and the load. . Normally, the power supply side is grounded and the load side operates in an ungrounded state. However, if the load side is connected to the ground through an impedance (eg, human body) due to various factors in use, the current flows from the load side to the ground through the impedance of the human body. As it flows, safety issues may arise.

이러한 이유로 부하측에서 접지로 연결되었을 경우에도 접지로 전류가 흐르지 않도록 하거나 소정의 전류 크기 이하로 제한하는 것이 필요하다. 이러한 전기적 절연을 위해 일반적으로, 변압기를 사용하지만, 변압기는 부피가 크고 무거우며 가격이 비싼 단점이 있다. For this reason, even when the load side is connected to the ground, it is necessary to prevent the current from flowing to the ground or to limit the current to a predetermined level or less. In general, a transformer is used for such electrical insulation, but the transformer is bulky, heavy, and expensive.

변압기의 크기를 줄이는 방법으로서, 컨버터의 스위칭 주파수를 높이는 방법이 있지만 스위칭 주파수가 높아질수록 변압기의 철손이 커져 효율이 낮아지는 문제가 있다. As a method of reducing the size of the transformer, there is a method of increasing the switching frequency of the converter, but there is a problem in that the higher the switching frequency, the greater the iron loss of the transformer, the lower the efficiency.

변압기의 대안으로, 가격이 싸고 부피가 작은 커패시터를 활용해 절연 기능을 수행하려는 시도가 증가하고 있다. 변압기를 사용하지 않고 커패시터를 사용해 절연을 구현할 경우 높은 스위칭 주파수에서 높은 전력 밀도를 가지도록 컨버터를 설계할 수 있다. As an alternative to transformers, attempts are increasingly being made to perform the isolation function by using low-cost, small-volume capacitors. If isolation is implemented using capacitors rather than transformers, the converter can be designed to have high power density at high switching frequencies.

다만, 커패시터를 사용하여 절연을 구현할 경우, 컨버터의 회로에 따라 부하측이 임피던스를 통해 접지에 연결되었을 때 접지로 흐르는 전류(공통모드 전류)가 증가할 가능성이 있으므로 이에 대한 대책이 필요하다.However, when insulation is implemented using a capacitor, the current flowing to the ground (common mode current) may increase when the load side is connected to the ground through the impedance depending on the circuit of the converter, so countermeasures are required.

본 발명은, 실시예에 따라, 커패시터 절연 방식의 컨버터에서 공통모드 전류를 줄일 수 있는 대칭형 컨버터를 제시하고자 한다.The present invention, according to an embodiment, is to propose a symmetrical converter capable of reducing the common mode current in the capacitor insulation type converter.

본 발명은, 실시예에 따라, 커패시터 절연 방식의 컨버터에서 공통모드 전류를 줄일 수 있는 class E 타입의 대칭형 컨버터를 제시하고자 한다.The present invention intends to present a class E-type symmetrical converter capable of reducing a common mode current in a capacitor-isolated converter according to an embodiment.

본 발명은, 실시예에 따라, 커패시터 절연 방식의 컨버터에서 공통모드 전류를 줄일 수 있는 하프브리지 타입의 대칭형 컨버터를 제시하고자 한다.The present invention, according to an embodiment, is to propose a half-bridge type symmetrical converter capable of reducing a common mode current in a capacitor insulation type converter.

본 발명은, 실시예에 따라, 커패시터 절연 방식의 컨버터에서 공통모드 전류를 줄일 수 있는 AC-DC 컨버터를 제시하고자 한다.The present invention intends to present an AC-DC converter capable of reducing a common-mode current in a capacitor-isolated converter according to an embodiment.

본 발명은, 실시예에 따라, 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에서 소스 단자가 플로팅(floating)된 스위치를 효과적으로 구동할 수 있는 구동 회로를 제시하고자 한다.The present invention, according to an embodiment, is to provide a driving circuit capable of effectively driving a switch having a floating source terminal in a capacitor-isolated symmetric converter.

위 해결 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 제1 노드와 제2 노드를 통해 입력 직류 전압을 제공받고 제3 노드와 제4 노드를 통해 중간 교류 전압을 출력하는 스위칭 회로; 및 상기 스위칭 회로가 출력한 상기 중간 교류 전압을 정류하여 제5 노드와 제6 노드를 통해 출력 직류 전압을 출력하는 정류 회로;를 포함하되, 상기 스위칭 회로는, 변압기를 포함하지 않으면서 커패시터를 사용하여 절연이 구현되고, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이의 임피던스와 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이의 임피던스가 서로 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터이다. One aspect of the present invention for achieving the above solution is a switching circuit that receives an input DC voltage through a first node and a second node and outputs an intermediate AC voltage through a third node and a fourth node; and a rectifier circuit that rectifies the intermediate AC voltage output by the switching circuit and outputs an output DC voltage through a fifth node and a sixth node, wherein the switching circuit uses a capacitor without including a transformer to implement insulation, and an impedance between the first node and the third node and an impedance between the second node and the fourth node are substantially the same as each other.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 제1 노드와 상기 제4 노드 사이의 임피던스와 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이의 임피던스도 서로 실질적으로 동일할 수 있다. In the capacitor-isolated symmetric converter, an impedance between the first node and the fourth node and an impedance between the second node and the third node may also be substantially the same.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 제2 노드는 기준 전위에 연결되고, 상기 제6 노드는 접지 임피던스를 통해 상기 기준 전위에 연결된 상태에서, 상기 제1 노드를 통해 상기 스위칭 회로로 들어가는 전류와 상기 제2 노드를 통해 상기 스위칭 회로로 들어가는 전류는 서로 실질적으로 180도의 위상차를 가질 수 있다. In the capacitor-insulated symmetric converter, the second node is connected to a reference potential, and the sixth node is connected to the reference potential through a ground impedance, and a current flowing into the switching circuit through the first node and a current flowing into the switching circuit through the second node may have a phase difference of substantially 180 degrees from each other.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 제2 노드는 기준 전위에 연결되고, 상기 제6 노드는 접지 임피던스를 통해 상기 기준 전위에 연결된 상태에서, 상기 제3 노드를 통해 상기 스위칭 회로로부터 출력되는 전류와 상기 제4 노드를 통해 상기 스위칭 회로로부터 출력되는 전류는 서로 실질적으로 180도의 위상차를 가질 수 있다. In the capacitor-insulated symmetrical converter, the second node is connected to a reference potential, and the sixth node is output from the switching circuit through the third node in a state in which the sixth node is connected to the reference potential through a ground impedance A current and a current output from the switching circuit through the fourth node may have a phase difference of substantially 180 degrees from each other.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 스위칭 회로는, 상기 제1 노드와 제7 노드 사이에 연결된 제1 인덕터; 상기 제2 노드와 제8 노드 사이에 연결된 제2 인덕터; 상기 제7 노드와 상기 제8 노드 사이에 연결된 제1 스위치; 상기 제7 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제3 인덕터 및 제1 커패시터; 및 상기 제8 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제4 인덕터 및 제2 커패시터;를 포함할 수 있다. In the capacitor-isolated symmetric converter, the switching circuit includes: a first inductor connected between the first node and a seventh node; a second inductor connected between the second node and the eighth node; a first switch connected between the seventh node and the eighth node; a third inductor and a first capacitor connected between the seventh node and the third node; and a fourth inductor and a second capacitor connected between the eighth node and the fourth node.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 제1 스위치의 전압이 실질적으로 영(zero)이 된 상태에서 상기 제1 스위치가 턴온될 수 있다. In the capacitor-isolated symmetric converter, the first switch may be turned on in a state in which a voltage of the first switch becomes substantially zero.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 제1 스위치의 구동 신호를 생성하는 제1 스위치 구동 회로를 더 포함하고, 상기 제1 스위치 구동 회로는, 상기 제1 노드에 애노드가 연결된 제1 다이오드; 상기 제1 다이오드의 캐소드에 제1 단자가 연결되고, 상기 제8 노드에 제2 단자가 연결된 제4 커패시터; 및 상기 제4 커패시터로부터 전원을 공급받고 상기 제1 스위치의 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부;를 포함할 수 있다. In the capacitor-insulated symmetric converter, further comprising a first switch driving circuit generating a driving signal of the first switch, the first switch driving circuit comprising: a first diode having an anode connected to the first node; a fourth capacitor having a first terminal connected to the cathode of the first diode and a second terminal connected to the eighth node; and a driving signal generator receiving power from the fourth capacitor and generating a driving signal of the first switch.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 스위칭 회로는, 상기 제1 노드와 제7 노드 사이에 연결된 제1 스위치; 상기 제7 노드와 상기 제8 노드 사이에 연결된 제2 스위치; 상기 제8 노드와 제2 노드 사이에 연결된 제3 스위치; 상기 제7 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제1 인덕터 및 제1 커패시터; 및 상기 제8 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제2 인덕터 및 제2 커패시터;를 포함할 수 있다. In the capacitor-isolated symmetric converter, the switching circuit includes: a first switch connected between the first node and a seventh node; a second switch connected between the seventh node and the eighth node; a third switch connected between the eighth node and the second node; a first inductor and a first capacitor connected between the seventh node and the third node; and a second inductor and a second capacitor connected between the eighth node and the fourth node.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치는 서로 실질적으로 동시에 온/오프 되고, 상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치와 실질적으로 반대로 온/오프될 수 있다. In the capacitor-isolated symmetrical converter, the first switch and the third switch are turned on/off substantially simultaneously with each other, and the second switch is turned on/off substantially opposite to the first switch and the third switch. can be

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 스위칭 회로는 전압 분배 회로를 더 포함하고, 상기 전압 분배 회로는, 상기 제1 노드와 제9 노드 사이에 연결된 제3 커패시터; 상기 제9 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 제4 커패시터; 상기 제9 노드와 상기 제7 노드 사이에 연결된 제1 다이오드; 상기 제9 노드와 상기 제8 노드 사이에 연결된 제2 다이오드; 를 포함할 수 있다. In the capacitor-isolated symmetric converter, the switching circuit further includes a voltage division circuit, the voltage division circuit comprising: a third capacitor connected between the first node and the ninth node; a fourth capacitor connected between the ninth node and the second node; a first diode connected between the ninth node and the seventh node; a second diode connected between the ninth node and the eighth node; may include.

상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에 있어서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 구동 신호를 생성하는 제1 구동 회로 및 상기 제1 스위치의 구동 신호를 생성하는 제2 구동 회로를 더 포함하고, 상기 제1 구동 회로는, 제어 전원과 상기 제8 노드 사이에 직렬로 연결된 제3 다이오드와 제5 커패시터; 및 상기 제5 커패시터로부터 공급받은 전압을 사용하여 상기 제2 스위치의 구동 신호를 생성하는 제1 구동 신호 생성부;를 포함하고, 상기 제2 구동 회로는, 상기 제3 다이오드와 상기 제5 커패시터의 접속 노드와 상기 제7 노드 사이에 직렬로 연결된 제4 다이오드와 제6 커패시터; 및 상기 제6 커패시터로부터 공급받은 전압을 사용하여 상기 제1 스위치의 구동 신호를 생성하는 제2 구동 신호 생성부;를 포함할 수 있다. In the capacitor-isolated symmetric converter, further comprising: a first driving circuit generating driving signals of the second switch and the third switch; and a second driving circuit generating a driving signal of the first switch; The first driving circuit may include: a third diode and a fifth capacitor connected in series between a control power supply and the eighth node; and a first driving signal generator configured to generate a driving signal of the second switch by using the voltage supplied from the fifth capacitor, wherein the second driving circuit comprises: a fourth diode and a sixth capacitor connected in series between a connection node and the seventh node; and a second driving signal generator configured to generate a driving signal of the first switch using the voltage supplied from the sixth capacitor.

본 발명의 다른 일 측면은, 교류 전압을 정류하는 정류기; 및 상기 정류기가 출력하는 직류 전압을 상기 제1 노드와 상기 제2 노드를 통해 제공받는, 상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터;를 포함하는 AC-DC 컨버터이다. Another aspect of the present invention is a rectifier for rectifying an AC voltage; and a symmetrical converter of the capacitor insulation type that receives the DC voltage output from the rectifier through the first node and the second node.

상기 AC-DC 컨버터에 있어서, 상기 정류기와 상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터 사이에는 공진형 필터 및 공통모드 필터 중의 적어도 하나가 배치될 수 있다. In the AC-DC converter, at least one of a resonance filter and a common mode filter may be disposed between the rectifier and the capacitor-isolated symmetric converter.

본 발명의 실시예는 대칭형 컨버터, class E 타입의 대칭형 컨버터, 하프브리지 타입의 대칭형 컨버터 및 AC-DC 컨버터를 포함하고, 이들 컨버터에 의하면 커패시터 절연 방식의 컨버터에서 공통모드 전류를 줄이고 절연 성능을 개선할 수 있다. An embodiment of the present invention includes a symmetrical converter, a class E-type symmetrical converter, a half-bridge-type symmetrical converter, and an AC-DC converter, and according to these converters, a common-mode current is reduced and insulation performance is improved in a capacitor-isolated converter. can do.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터에서 소스 단자가 플로팅(floating)된 스위치를 효과적으로 구동할 수 있다.In addition, the driving circuit according to an embodiment of the present invention can effectively drive a switch having a floating source terminal in a capacitor-isolated symmetric converter.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터를 개념적으로 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 컨버터의 부하측이 임피던스를 통해 접지에 연결되어 공통모드 전류가 흐르는 상황을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 4는 도 3의 컨버터의 동작 파형을 예시하는 도면이다.
도 5는 도 3의 컨버터의 등가 회로를 예시하는 도면이다.
도 6은 도 3의 컨버터의 테브난(thevenin) 등가 회로를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 하프브리지 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 컨버터의 동작 파형을 예시하는 도면이다.
도 10은 도 8의 컨버터의 등가 회로를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 하프브리지 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 12는 커패시터 절연 방식의 하프브리지 타입 대칭형 컨버터에 사용될 수 있는 구동 회로를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터를 포함하는 AC-DC 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 14 및 도 15는 도 13의 AC-DC 컨버터에서 공통모드 전류를 줄이기 위해 공통모드 필터 또는 공진 필터를 사용하는 실시예를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 17은 도 16의 컨버터의 동작 파형을 예시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 양방향 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 19는, 일 실시예로서, 변압기를 사용하는 class E 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 20은, 다른 일 실시예로서, 변압기를 사용하는 하프브리지 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.
1 is a diagram conceptually illustrating a capacitor-isolated symmetric converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining a situation in which a load side of the converter of FIG. 1 is connected to ground through an impedance and a common mode current flows.
3 is a diagram illustrating a class E-type symmetric converter of a capacitor isolation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation waveform of the converter of FIG. 3 .
FIG. 5 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the converter of FIG. 3 .
FIG. 6 is a diagram illustrating a Thevenin equivalent circuit of the converter of FIG. 3 .
7 is a diagram illustrating a class E-type symmetric converter of a capacitor isolation method according to another embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a capacitor-isolated half-bridge type symmetric converter according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an operation waveform of the converter of FIG. 8 .
FIG. 10 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the converter of FIG. 8 .
11 is a diagram illustrating a capacitor-isolated half-bridge type symmetric converter according to another embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a driving circuit that can be used in a capacitor-isolated half-bridge type symmetric converter.
13 is a diagram illustrating an AC-DC converter including a capacitor-isolated symmetrical converter according to an embodiment of the present invention.
14 and 15 are diagrams illustrating an embodiment in which a common mode filter or a resonance filter is used to reduce a common mode current in the AC-DC converter of FIG. 13 .
16 is a diagram illustrating a class E-type symmetric converter of a capacitor isolation method according to another embodiment of the present invention.
17 is a diagram illustrating an operation waveform of the converter of FIG. 16 .
18 is a diagram illustrating a class E-type symmetric bidirectional converter of a capacitor isolation method according to another embodiment of the present invention.
19 is a diagram illustrating a class E type symmetrical converter using a transformer as an embodiment.
20 is a diagram illustrating a half-bridge type symmetrical converter using a transformer as another embodiment.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is formed between each component. It should be understood that elements may also be “connected,” “coupled,” or “connected.”

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터를 개념적으로 예시하는 도면이다. 1 is a diagram conceptually illustrating a capacitor-isolated symmetric converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터(100, 이하 간략히 '컨버터'라고도 함)는 스위칭 회로(110)와 정류 회로(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a capacitor-isolated symmetric converter 100 (hereinafter, simply referred to as a 'converter') may include a switching circuit 110 and a rectifying circuit 120 .

컨버터(100)는 직류 전원(DC source)으로부터 입력 직류 전압(Vdc)을 제공받고, 이를 다른 속성의 출력 직류 전압(Vo)으로 변환하여 직류 부하(DC load)로 공급할 수 있다. 실시예에 따라, 컨버터(100)는 직류 전원(DC source)으로부터 제공받은 입력 직류 전압(Vdc)을 다른 속성의 출력 직류 전압(Vo)으로 변환하는 과정에서 교류에 해당하는 중간 교류 전압(Vac)을 생성할 수 있다.The converter 100 may receive an input DC voltage (V dc ) from a DC source, convert it into an output DC voltage (V o ) having different properties, and supply it as a DC load. According to an embodiment, the converter 100 converts an input DC voltage (V dc ) provided from a DC source into an output DC voltage (V o ) of different properties to an intermediate AC voltage ( V ac ) can be created.

스위칭 회로(110)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)를 통해 입력 직류 전압(Vdc)을 제공받고 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4)를 통해 중간 교류 전압(Vac)을 출력할 수 있다. 이를 위해, 스위칭 회로(110)는 스위치와 인덕터 및 커패시터를 선택적으로 포함할 수 있다. 이 경우, 스위칭 회로(110)는 직류를 교류로 변환하는 인버터(inverter)로 이해될 수 있다.The switching circuit 110 receives the input DC voltage V dc through the first node N1 and the second node N2 and receives an intermediate AC voltage (V dc ) through the third node N3 and the fourth node N4. V ac ) can be output. To this end, the switching circuit 110 may selectively include a switch, an inductor, and a capacitor. In this case, the switching circuit 110 may be understood as an inverter that converts direct current into alternating current.

스위칭 회로(110)에 포함되는 스위치에는 고속으로 동작이 가능한 반도체 스위칭 소자가 사용될 수 있다. 예시적으로, 스위치에는 MOSFET, IGBT, MCT, BJT 등의 반도체 스위칭 소자가 사용될 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.A switch included in the switching circuit 110 may be a semiconductor switching device capable of operating at high speed. For example, a semiconductor switching device such as a MOSFET, an IGBT, an MCT, or a BJT may be used as the switch, but is not limited thereto.

스위칭 회로(110)는 변압기를 포함하지 않으면서 커패시터를 사용하여 절연을 구현하는 커패시터 절연 방식일 수 있다. 이 경우, 스위칭 회로(110)는 절연용 커패시터를 통하지 않고는 스위칭 회로(110)의 입력단(Vdc 측)으로부터 출력단(Vac 측)으로 전류가 흐를 수 없는 구조일 수 있다. The switching circuit 110 may be a capacitor insulation type that implements insulation using a capacitor without including a transformer. In this case, the switching circuit 110 may have a structure in which current cannot flow from the input terminal (V dc side) to the output terminal (V ac side) of the switching circuit 110 without passing through the insulating capacitor.

스위칭 회로(110)는 공통모드 전류를 줄이기 위해 대칭형 구조일 수 있다. 즉, 스위칭 회로(110)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이의 임피던스와 제2 노드(N2)와 제4 노드(N4) 사이의 임피던스가 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 여기에 더하여, 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이의 임피던스와 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이의 임피던스도 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 이 경우, 더 확실한 대칭형 회로가 되어 공통모드 전류를 더욱 줄일 수 있다는 장점이 있다. The switching circuit 110 may have a symmetrical structure to reduce a common mode current. That is, in the switching circuit 110 , the impedance between the first node N1 and the third node N3 and the impedance between the second node N2 and the fourth node N4 may be substantially the same. In addition, the impedance between the first node N1 and the fourth node N4 and the impedance between the second node N2 and the third node N3 may be substantially the same. In this case, there is an advantage that the common-mode current can be further reduced by becoming a more reliable symmetrical circuit.

정류 회로(120)는 스위칭 회로(110)가 출력한 중간 교류 전압(Vac)을 정류하여 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)를 통해 출력 직류 전압(Vo)을 출력할 수 있다. 정류 회로(120)에는 교류를 직류로 변환할 수 있는 통상의 다이오드 정류 회로가 사용될 수 있으나, 공통모드 전류를 줄이기 위해서는 대칭형 정류 회로를 사용하는 것이 바람직하다. 실시예에 따라, 풀브리지(Full Bridge) 정류 회로가 사용될 경우 대칭형으로 동작하므로 공통모드 전류를 줄일 수 있다.The rectifier circuit 120 rectifies the intermediate AC voltage V ac output from the switching circuit 110 to output the output DC voltage V o through the fifth node N5 and the sixth node N6 . have. A conventional diode rectifier circuit capable of converting alternating current to direct current may be used for the rectifier circuit 120 , but in order to reduce the common mode current, it is preferable to use a symmetrical rectifier circuit. According to an embodiment, when a full-bridge rectifier circuit is used, the common-mode current can be reduced because it operates symmetrically.

도 2는 도 1의 컨버터(100)의 부하측이 접지 임피던스(Zg)를 통해 접지(GND)에 연결되어 공통모드 전류(Icm)가 흐르는 상황을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a situation in which the load side of the converter 100 of FIG. 1 is connected to the ground (GND) through the ground impedance (Z g ) and the common mode current (I cm ) flows.

도 2에 예시된 바와 같이, 컨버터(100)의 입력측에는 접지(GND)가 연결되는 것이 일반적이다. 다만, 접지(GND)의 위치는 도 2에 예시된 것과는 다를 수 있다. 컨버터(100)의 동작 중에 사용자의 신체 중의 일부가 컨버터(100)의 부하(10, Load) 측에 접촉될 경우, 사용자의 신체(접지 임피던스 Zg로 표현)와 접지(GND)를 통해 컨버터(100)의 입력측으로 전류가 순환하는 공통모드 전류(Icm)가 흐를 수 있고, 이는 안전상의 문제를 야기할 수 있다. As illustrated in FIG. 2 , a ground (GND) is generally connected to the input side of the converter 100 . However, the position of the ground GND may be different from that illustrated in FIG. 2 . If some of the user's body during the operation of the converter 100 is to be in contact with the load (10, Load) side of the converter 100, the body of the user (represented as ground impedance Z g) to the converter through the ground (GND) ( A common mode current (I cm ) in which the current circulates may flow to the input side of 100), which may cause a safety problem.

변압기를 사용하지 않고 커패시터를 통해 절연을 구현하는 회로에서는 이러한 공통모드 전류(Icm)를 줄이기 위한 대책이 더욱 필요하다. 본 실시예에서는 컨버터(100)를 대칭형으로 설계함으로써 커패시터 절연 방식에서 공통모드 전류(Icm)를 줄이고자 한다.In a circuit that implements insulation through a capacitor without using a transformer, measures to reduce this common mode current (I cm ) are more necessary. In this embodiment, the common mode current (I cm ) is reduced in the capacitor isolation method by designing the converter 100 in a symmetrical shape.

컨버터(100)를 대칭형으로 설계할 경우, 제2 노드(N2)는 기준 전위에 연결되고, 제6 노드(N6)는 접지 임피던스(Zg)를 통해 기준 전위(GND)에 연결된 상태에서, 제1 노드(N1)를 통해 스위칭 회로(110)로 들어가는 전류(I1)와 제2 노드(N2)를 통해 스위칭 회로(110)로 들어가는 전류(I2)는 서로 실질적으로 180도의 위상차를 가질 수 있다. 이 경우, 공통모드 전류(Icm)는 저감될 수 있다. When the converter 100 is designed to be symmetrical, the second node N2 is connected to the reference potential, and the sixth node N6 is connected to the reference potential GND through the ground impedance Z g . The current I 1 entering the switching circuit 110 through the first node N1 and the current I 2 entering the switching circuit 110 through the second node N2 may have a phase difference of substantially 180 degrees from each other. have. In this case, the common mode current I cm may be reduced.

또한, 컨버터(100)를 대칭형으로 설계할 경우, 제2 노드(N2)는 기준 전위(GND)에 연결되고, 제6 노드(N6)는 접지 임피던스(Zg)를 통해 기준 전위(GND)에 연결된 상태에서, 제3 노드(N3)를 통해 스위칭 회로(110)로부터 출력되는 전류(I3)와 제4 노드(N4)를 통해 스위칭 회로(110)로부터 출력되는 전류(I4)는 서로 실질적으로 180도의 위상차를 가질 수 있다. 이 경우, 공통모드 전류(Icm)는 저감될 수 있다. In addition, when the converter 100 is designed to be symmetrical, the second node N2 is connected to the reference potential GND, and the sixth node N6 is connected to the reference potential GND through the ground impedance Z g . In the connected state, the current I 3 output from the switching circuit 110 through the third node N3 and the current I 4 output from the switching circuit 110 through the fourth node N4 are substantially may have a phase difference of 180 degrees. In this case, the common mode current I cm may be reduced.

한편, 도 2에는 입력단의 평활용 커패시터(Cdc)와 출력단의 평활용 커패시터(Co)가 도시되어 있는데, 이들 커패시터(Cdc, Co)는 컨버터의 입출력단에 통상적으로 사용되는 것이지만, 본 실시예에서 이들 커패시터(Cdc, Co)가 반드시 사용되어야 하는 것은 아니다.On the other hand, FIG. 2 shows the smoothing capacitor C dc of the input terminal and the smoothing capacitor C o of the output terminal, and these capacitors C dc , C o are commonly used at the input and output terminals of the converter, In this embodiment, these capacitors (C dc , C o ) are not necessarily used.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a class E-type symmetric converter of a capacitor isolation method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 컨버터(300, 이하 간략히 '컨버터(300)'라고도 함)는 스위칭 회로(310)와 정류 회로(320)를 포함할 수 있다. 컨버터(300)는 도 1을 참조하여 설명한 컨버터(100)의 일 실시예로 이해될 수 있고, 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는다면 도 1을 참조하여 설명한 내용은 도 3에도 적용될 수 있다.Referring to FIG. 3 , a class E-type symmetric converter 300 (hereinafter also simply referred to as a 'converter 300') of the capacitor insulation method may include a switching circuit 310 and a rectifying circuit 320 . The converter 300 may be understood as an exemplary embodiment of the converter 100 described with reference to FIG. 1 , and the contents described with reference to FIG. 1 may also be applied to FIG. 3 unless they are arranged with the contents described below.

스위칭 회로(310)는, 제1 노드(N1)와 제7 노드(N7) 사이에 연결된 제1 인덕터(L1), 제2 노드(N2)와 제8 노드(N8) 사이에 연결된 제2 인덕터(L2), 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8) 사이에 연결된 제1 스위치(S1), 제7 노드(N7)와 제3 노드(N3) 사이에 연결된 제3 인덕터(L3)와 제1 커패시터(C1), 및 제8 노드(N8)와 제4 노드(N4) 사이에 연결된 제4 인덕터(L4)와 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 스위칭 회로(310)는 입력단에 평활용 커패시터(Cdc)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 스위칭 회로(310)는 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8) 사이에 제3 커패시터(C3)를 더 포함할 수 있다.The switching circuit 310 includes a first inductor L1 connected between the first node N1 and the seventh node N7, and a second inductor L1 connected between the second node N2 and the eighth node N8 ( L2), the first switch S1 connected between the seventh node N7 and the eighth node N8, the third inductor L3 and the third connected between the seventh node N7 and the third node N3 A first capacitor C1 and a fourth inductor L4 and a second capacitor C2 connected between the eighth node N8 and the fourth node N4 may be included. According to an embodiment, the switching circuit 310 may include a smoothing capacitor C dc at the input terminal. Also, according to an embodiment, the switching circuit 310 may further include a third capacitor C3 between the seventh node N7 and the eighth node N8 .

제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)는 직류용 인덕터로 동작할 수 있다. 즉, 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)에는 제1 스위치(S1)의 온/오프에 따라 전류가 증감하면서 리플 전류는 생기지만 대체적으로 일정한 크기의 전류가 흐르는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)는 제3 인덕터(L3)와 제4 인덕터(L4)에 비해서는 상대적으로 큰 인덕턴스를 가질 수 있다. 본 실시에에서는 대칭형을 구현하기 위해 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)가 동일한 인덕턴스를 가지도록 설계할 수 있다. The first inductor L1 and the second inductor L2 may operate as inductors for direct current. That is, it can be understood that a ripple current is generated as the current increases or decreases according to the on/off of the first switch S1, but a current of a generally constant size flows in the first inductor L1 and the second inductor L2. . Accordingly, the first inductor L1 and the second inductor L2 may have relatively greater inductance than the third inductor L3 and the fourth inductor L4 . In this embodiment, in order to implement a symmetric type, the first inductor L1 and the second inductor L2 may be designed to have the same inductance.

제1 스위치(S1)는 스위칭 주기 내에서 온/오프를 반복하며 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8)에 형성되는 전압을 조절함으로써 입력 직류 전압(Vdc)으로부터 출력 직류 전압(Vo)으로 전달되는 전력을 조절할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 스위치(S1)의 스위칭 주기에 대한 온 구간의 비율(듀티)을 조절하거나 및/또는 스위칭 주파수를 조절하는 방식으로 입력 직류 전압(Vdc)으로부터 출력 직류 전압(Vo)으로 전달되는 전력을 조절할 수 있다.The first switch S1 repeats on/off within a switching period and adjusts the voltage formed at the seventh node N7 and the eighth node N8 from the input DC voltage V dc to the output DC voltage V o ) to control the power delivered. According to the embodiment, the output DC voltage V o from the input DC voltage (V dc ) in a manner of adjusting the ratio (duty) of the on period to the switching period of the first switch (S1) and/or adjusting the switching frequency ) to control the power delivered to it.

제3 인덕터(L3)와 제1 커패시터(C1)는 제1 공진 임피던스(Z1)를 구성할 수 있다. 제3 인덕터(L3)와 제1 커패시터(C1)는 스위칭 주파수와 유사한 공진 주파수를 가질 수 있고, 이 경우 제3 노드(N3)에 교류 전압이 생성될 수 있다.The third inductor L3 and the first capacitor C1 may constitute a first resonant impedance Z 1 . The third inductor L3 and the first capacitor C1 may have a resonant frequency similar to the switching frequency, and in this case, an AC voltage may be generated at the third node N3 .

제4 인덕터(L4)와 제2 커패시터(C2)는 제2 공진 임피던스(Z2)를 구성할 수 있다. 제4 인덕터(L4)와 제2 커패시터(C2)는 스위칭 주파수와 유사한 공진 주파수를 가질 수 있고, 이 경우 제4 노드(N4)에 교류 전압이 생성될 수 있다.The fourth inductor L4 and the second capacitor C2 may constitute a second resonant impedance Z 2 . The fourth inductor L4 and the second capacitor C2 may have a resonant frequency similar to the switching frequency, and in this case, an AC voltage may be generated at the fourth node N4 .

제1 공진 임피던스(Z1)의 공진 주파수와 제2 공진 임피던스(Z2)의 공진 주파수는 각각 스위칭 주파수와 유사하기는 하지만 미세하게 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 설계될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 대칭형을 구현하여 공통모드 전류를 줄이기 위해, 제1 공진 임피던스(Z1)와 제2 공진 임피던스(Z2)가 서로 동일한 공진 주파수와 공진 특성(예, 특성 임피던스(characteristic impedance))을 가지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제3 인덕터(L3) 및 제1 커패시터(C1)가 제4 인덕터(L4) 및 제2 커패시터(C2)와 각각 동일한 인덕턴스 및 동일한 커패시턴스를 가지도록 설계될 수 있다.Although the resonant frequency of the first resonant impedance Z 1 and the resonant frequency of the second resonant impedance Z 2 are similar to the switching frequency, respectively, they may be designed to have slightly different resonant frequencies. However, in this embodiment, in order to reduce the common mode current by implementing a symmetrical type, the first resonant impedance Z 1 and the second resonant impedance Z 2 have the same resonant frequency and resonant characteristics (eg, characteristic impedance) impedance)). For example, the third inductor L3 and the first capacitor C1 may be designed to have the same inductance and the same capacitance as the fourth inductor L4 and the second capacitor C2, respectively.

제3 커패시터(C3)는 제1 스위치(S1)에 병렬로 연결될 수 있다. 제3 커패시터(C3)는 제1 공진 임피던스(Z1) 및 제2 공진 임피던스(Z2)와 함께 공진 동작을 수행하여 제1 스위치(S1)에 사인파 형태의 전압이 인가되도록 할 수 있다. 이 경우, 제1 스위치(S1)는 소프트 스위칭(예, 영전압 스위칭(zero voltage switching))이 구현될 수 있다. 제3 커패시터(C3)는 제1 스위치(S1)에 병렬로 별도로 부가될 수 있지만, 경우에 따라, 제1 스위치(S1)에 내재된 기생 커패시턴스를 활용할 경우 제3 커패시터(C3)는 별도로 부가되지 않을 수도 있다. The third capacitor C3 may be connected in parallel to the first switch S1 . The third capacitor C3 may perform a resonance operation together with the first resonant impedance Z 1 and the second resonant impedance Z 2 so that a sine wave voltage is applied to the first switch S1 . In this case, soft switching (eg, zero voltage switching) may be implemented for the first switch S1 . The third capacitor C3 may be separately added in parallel to the first switch S1, but in some cases, when the parasitic capacitance inherent in the first switch S1 is utilized, the third capacitor C3 is not added separately. It may not be.

입력단의 평활용 커패시터(Cdc)는 컨버터(300)의 입력단에 사용되어 컨버터(300)에 입력되는 직류 전압(Vdc)을 안정화하는 기능을 수행할 수 있지만, 경우에 따라 사용되지 않을 수 있다.The smoothing capacitor C dc of the input terminal is used at the input terminal of the converter 300 to perform a function of stabilizing the DC voltage V dc input to the converter 300, but may not be used in some cases. .

정류 회로(320)는 스위칭 회로(310)가 출력한 중간 교류 전압(Vac)을 정류하여 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)를 통해 출력 직류 전압(Vo)을 출력할 수 있다. 정류 회로(320)에는 교류를 직류로 변환할 수 있는 통상의 다이오드 정류 회로가 사용될 수 있으나, 공통모드 전류를 줄이기 위해서는 대칭형 정류 회로를 사용하는 것이 바람직하다. 실시예에 따라, 풀브리지(Full Bridge) 정류 회로가 사용될 경우 대칭형으로 동작하므로 공통모드 전류를 줄일 수 있다.The rectifier circuit 320 rectifies the intermediate AC voltage V ac output from the switching circuit 310 to output the output DC voltage V o through the fifth node N5 and the sixth node N6 . have. A conventional diode rectifier circuit capable of converting alternating current to direct current may be used for the rectifier circuit 320 , but in order to reduce the common mode current, it is preferable to use a symmetrical rectifier circuit. According to an embodiment, when a full-bridge rectifier circuit is used, the common-mode current can be reduced because it operates symmetrically.

도 4는 도 3의 컨버터(300)의 동작 파형을 예시하는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating an operation waveform of the converter 300 of FIG. 3 .

도 4를 참조하면, 제1 스위치(S1)는 스위칭 주기(Ts) 내에서 온 구간(Ton)과 오프 구간(Toff)을 교대로 가지도록 온/오프를 반복할 수 있다. 전술한 스위칭 주파수는 스위칭 주기(Ts)의 역수로 정의될 수 있고, 듀티(duty)는 스위칭 주기(Ts)에 대한 턴온 구간(Ton)의 비율(=Ton/Ts)로 정의될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the first switch S1 may repeat on/off to alternately have an on period T on and an off period T off within the switching period T s . Defined as the ratio (= T on / T s) of the turn-on duration (T on) for the above-described switching frequency may be defined as the reciprocal of the switching period (T s), the duty (duty) is the switching period (T s) can be

제1 스위치(S1)의 온/오프 동작에 의해, 제1 공진 임피던스(Z1), 제2 공진 임피던스(Z2) 및 제3 커패시터(C3)의 공진이 발생할 수 있다. 도 4의 공진 전류(Ir)는 제1 공진 임피던스(Z1)를 통해 흐르는 전류를 예시하고, 제1 스위치 전압(VS1)은 제1 스위치(S1)의 드레인-소스 전압을 예시하고 있다. 제1 스위치 전압(VS1)은 제1 스위치의 온 구간(Ton)에서 실질적으로 영(zero)의 값을 유지하고, 오프 구간(Toff)에는 공진에 의해 사인파 형태의 전압이 인가될 수 있다. Resonance of the first resonant impedance Z 1 , the second resonant impedance Z 2 , and the third capacitor C3 may occur by the on/off operation of the first switch S1 . The resonance current I r of FIG. 4 illustrates the current flowing through the first resonant impedance Z 1 , and the first switch voltage V S1 illustrates the drain-source voltage of the first switch S1 . The first switch voltage (V S1 ) maintains a substantially zero value in the on period (T on ) of the first switch, and in the off period (T off ), a sine wave voltage may be applied by resonance. have.

본 실시예에서는, 도 4에 예시된 바와 같이, 제1 스위치의 전압(VS1)이 실질적으로 영(zero)이 된 상태에서 제1 스위치(S1)가 턴온되는(온 구간을 시작하는) 영전압 스위칭(ZVS; zero voltage switching)이 구현됨으로써 높은 스위칭 주파수에서 동작하면서도 고효율이 달성될 수 있다. 또한, 제1 스위치(S1)의 턴오프 시에 제1 스위치 전압(VS1)이 사인파 형태로 서서히 증가함으로써 턴오프 시의 스위칭 손실도 줄일 수 있다.In this embodiment, as illustrated in FIG. 4 , the first switch S1 is turned on (starting the on period) in a state in which the voltage V S1 of the first switch is substantially zero. By implementing zero voltage switching (ZVS), high efficiency can be achieved while operating at a high switching frequency. In addition, when the first switch S1 is turned off, the first switch voltage V S1 gradually increases in a sinusoidal shape, thereby reducing switching loss at turn-off.

컨버터(300)는 제1 스위치(S1)의 스위칭 주파수 및/또는 듀티를 조절함으로써 공진 전류(Ir)의 크기 및/또는 위상을 조절하여 부하측으로 전달되는 전력을 조절할 수 있다.The converter 300 may adjust the power delivered to the load side by adjusting the magnitude and/or phase of the resonance current I r by adjusting the switching frequency and/or duty of the first switch S1 .

제7 노드(N7)에 인가되는 제1 전압(V1)과 제8 노드(N8)에 인가되는 제2 전압(V2)은, 도 4에 예시된 바와 같이, 제1 스위치(S1)의 온 구간(Ton)에서는 일정한 전압(예, Vdc/2)이 되고 제1 스위치(S1)의 오프 구간(Toff)에서는 공진에 의해 사인파 형태일 수 있다. 여기서, 제7 노드(N7)에 인가되는 제1 전압(V1)과 제8 노드(N8)에 인가되는 제2 전압(V2)은 컨버터(300) 입력 전압(Vdc)의 저전위(즉, 제2 노드(N2))를 기준으로 한 전압으로 이해될 수 있다. 이하 본 명세서의 다른 부분에서도 두 노드의 상대적인 전압이 아닌 하나의 노드의 전압이 언급된 경우 동일한 기준으로 이해될 수 있다.As illustrated in FIG. 4 , the first voltage V 1 applied to the seventh node N7 and the second voltage V 2 applied to the eighth node N8 are In the on period (T on ), a constant voltage (eg, V dc /2) is obtained, and in the off period (T off ) of the first switch ( S1 ), it may be in the form of a sine wave due to resonance. Here, the first voltage V 1 applied to the seventh node N7 and the second voltage V 2 applied to the eighth node N8 are the low potential ( V dc ) of the converter 300 input voltage (V dc ). That is, it may be understood as a voltage based on the second node N2). Hereinafter, when the voltage of one node rather than the relative voltage of the two nodes is mentioned in other parts of the present specification, it may be understood as the same reference.

본 실시예에서는, 제1 스위치(S1)의 오프 구간(Toff)에서 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 서로 180도 반전된 위상을 가지도록 만들 수 있는데, 이 경우 공통모드 전류를 줄이는 장점이 있다. 이 부분에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.In the present embodiment, in the off period T off of the first switch S1 , the first voltage V 1 and the second voltage V 2 can be made to have a phase inverted by 180 degrees from each other, in this case This has the advantage of reducing the common-mode current. This part will be described in detail below.

도 5는 도 3의 컨버터(300)의 등가 회로(500)를 예시하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an equivalent circuit 500 of the converter 300 of FIG. 3 .

도 5를 참조하면, 도 3의 컨버터(300)에서 제7 노드(N7)에 인가되는 제1 전압(V1)과 제8 노드(N8)에 인가되는 제2 전압(V2)이 전압원으로 도시되어 있고, 정류 회로(320)의 입력단인 제3 노드(N3) 전압과 제4 노드(N4) 전압이 각각 제1 정류단 전압(Vrec1)과 제2 정류단 전압(Vrec2)으로 도시되어 있다. 여기서, 제1 정류단 전압(Vrec1)과 제2 정류단 전압(Vrec2)은 각각 제6 노드(N6)를 기준으로 한 전압으로 이해될 수 있다. Referring to FIG. 5 , in the converter 300 of FIG. 3 , the first voltage V 1 applied to the seventh node N7 and the second voltage V 2 applied to the eighth node N8 are voltage sources. is shown, and the voltage at the third node N3 and the voltage at the fourth node N4, which are the input terminals of the rectifier circuit 320, are respectively shown as a first rectifying terminal voltage V rec1 and a second rectifying terminal voltage V rec2 . has been Here, the first rectifying terminal voltage V rec1 and the second rectifying terminal voltage V rec2 may be understood as voltages based on the sixth node N6 , respectively.

도 6은 도 3의 컨버터(300)의 테브난(thevenin) 등가 회로(600)를 예시하는 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating the Thevenin equivalent circuit 600 of the converter 300 of FIG. 3 .

도 6의 테브난 등가 회로(600)은 도 5의 등가 회로(500)에서 전압원들(제1 전압(V1), 제2 전압(V2), 제1 정류단 전압(Vrec1) 및 제2 정류단 전압(Vrec2))을 하나의 전압원인 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)으로 통합한 것으로 이해될 수 있다.The Thevenin equivalent circuit 600 of FIG. 6 includes voltage sources (a first voltage V 1 , a second voltage V 2 , a first rectifier terminal voltage V rec1 ) and a second voltage source in the equivalent circuit 500 of FIG. 5 . It can be understood that the rectifier terminal voltage (V rec2 )) is integrated into one voltage source, the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ).

테브난(thevenin) 정리를 이용하면, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)은 아래 수학식 1과 같이 구해질 수 있다.Using Thevenin's theorem, the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) can be obtained as in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020019394811-pat00001
Figure 112020019394811-pat00001

여기서, 제1 공진 임피던스(Z1)와 제2 공진 임피던스(Z2)가 동일하고, 정류 회로(320)에 풀브리지(full bridge) 다이오드 정류 회로를 사용할 경우, 수학식 1은 아래 수학식 2와 같이 간단하게 정리될 수 있다.Here, when the first resonant impedance (Z 1 ) and the second resonant impedance (Z 2 ) are the same and a full bridge diode rectifier circuit is used for the rectifier circuit 320 , Equation 1 is the following Equation 2 It can be arranged as simply as

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020019394811-pat00002
Figure 112020019394811-pat00002

수학식 2에서, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합(즉, V1 + V2)이 직류 성분만을 가진다면(즉, 교류 성분이 없다면), 공통모드 개방 전압(Vcm,ov) 역시 교류 성분을 가지지 않음을 알 수 있다(출력 직류 전압(Vo)은 미세한 리플 전압을 무시하면 직류 성분만을 가지므로). 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 공진 임피던스(Z1)와 제2 공진 임피던스(Z2)에는 직렬로 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)가 배치되어 있어 직류 성분에는 무한대의 임피던스를 가지므로, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)이 직류 성분만을 가질 경우 공통모드 전류(Icm)는 흐르지 않거나 저감될 수 있다. In Equation 2, if the sum of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) (ie, V 1 + V 2 ) has only a DC component (ie, no AC component), the common-mode open-circuit voltage It can be seen that (V cm,ov ) also does not have an AC component (because the output DC voltage (V o ) has only a DC component if the minute ripple voltage is ignored). As shown in FIG. 3 , a first capacitor C1 and a second capacitor C2 are disposed in series between the first resonant impedance Z 1 and the second resonant impedance Z 2 , so that the DC component has an infinite number of values. Since it has an impedance, when the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) has only a DC component, the common-mode current (I cm ) may not flow or may be reduced.

이러한 원리에 근거하여, 본 실시에에서는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합(V1 + V2)이 교류 성분을 가지지 않고 직류 성분만을 가지도록 함으로써 공통모드 전류(Icm)을 저감하는 방법을 사용한다.Based on this principle, in the present embodiment the first voltage (V 1) and a second voltage (V 2) the sum (V 1 + V 2) by so as to have only the direct current component does not have an AC component common mode currents ( I cm ) is reduced.

구체적으로, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합을 계산하면 아래 수학식 3 및 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.Specifically, when the sum of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) is calculated, it can be arranged as shown in Equations 3 and 4 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020019394811-pat00003
Figure 112020019394811-pat00003

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112020019394811-pat00004
Figure 112020019394811-pat00004

L1 = L2인 경우, 수학식 3 및 수학식 4에서 동일하게 V1 + V2 = Vdc 가 된다. 즉, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합(V1 + V2)은 S1의 온 구간(Ton)과 오프 구간(Toff) 모두에서 Vdc로 일정하게 유지되므로, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합은 이론적으로 교류 성분을 가지지 않을 수 있다. 따라서, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)은 교류 성분을 가지지 않게 되고 공통모드 전류는 저감될 수 있다.When L 1 = L 2 , in Equations 3 and 4, V 1 + V 2 = V dc is the same. That is, the sum (V 1 + V 2 ) of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) is kept constant as V dc in both the on period (T on ) and the off period (T off ) of S1 Therefore, the sum of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) may theoretically have no AC component. Accordingly, the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) does not have an AC component and the common-mode current can be reduced.

도 4의 파형을 통해 이러한 현상을 설명하면, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 각각은 제1 스위치(S1)의 오프 구간(Toff)에서 사인파 형태의 교류 성분을 포함하게 되지만, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 서로 180도 반전된 위상이 되어 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합은 교류 성분이 없이 직류 성분만을 가질 수 있는 것으로 이해될 수 있다.When explaining this phenomenon through the waveform of Figure 4, each of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) is a sinusoidal AC component in the off section (T off ) of the first switch (S1) However, the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) are 180 degrees inverted to each other, so that the sum of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) is without an AC component It may be understood that it may have only a direct current component.

요약하면, 본 실시예에서는, 제1 공진 임피던스(Z1)와 제2 공진 임피던스(Z2)를 동일하게 하고(수학식 1 및 수학식 2 관련), 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)를 동일하게 함으로써(수학식 3 및 수학식 4 관련), 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)에 교류 성분이 발생하지 않도록 만들 수 있고(또는 교류 성분을 줄일 수 있고), 이로 인해 공통모드 전류를 줄일 수 있다.In summary, in this embodiment, the first resonant impedance (Z 1 ) and the second resonant impedance (Z 2 ) are made the same (relating to Equations 1 and 2), and the first inductor L1 and the second inductor By making (L2) the same (related to Equations 3 and 4), it is possible to make the AC component not occur in the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) (or to reduce the AC component), thereby Common mode current can be reduced.

본 실시예의 이러한 원리를 다른 관점에서 살펴보면, 컨버터(300)가 대칭형으로 설계됨으로써 공통모드 전류(Icm)을 저감할 수 있는 것으로도 이해될 수 있다.Looking at this principle of the present embodiment from another perspective, it can also be understood that the converter 300 is designed to be symmetrical, thereby reducing the common mode current (I cm ).

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 컨버터(700)를 예시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating a class E-type symmetrical converter 700 of a capacitor insulation method according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 컨버터(700)는 도 3에 예시된 컨버터(300)에 비해 제1 스위치(S1)의 구동 신호를 생성하는 제1 스위치 구동 회로를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명될 내용과 배치되지 않는 한, 도 3을 참조하여 설명한 내용은 도 7에도 적용될 수 있다. Referring to FIG. 7 , the converter 700 is different from the converter 300 illustrated in FIG. 3 in that it further includes a first switch driving circuit that generates a driving signal of the first switch S1 . Unless it is different from the content to be described below, the content described with reference to FIG. 3 may also be applied to FIG. 7 .

제1 스위치 구동 회로는 제1 다이오드(D1), 제4 커패시터(C4) 및 구동 신호 생성부(730)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 스위치 구동 회로는 제1 저항(R1)과 제1 제너 다이오드(ZD1)를 선택적으로 더 포함할 수 있다. The first switch driving circuit may include a first diode D1 , a fourth capacitor C4 , and a driving signal generator 730 . According to an embodiment, the first switch driving circuit may further selectively include a first resistor R1 and a first Zener diode ZD1.

구체적으로, 제1 스위치 구동 회로는 제1 노드(N1)에 애노드가 연결된 제1 다이오드(D1), 제1 다이오드(D1)의 캐소드에 제1 단자가 연결되고 제8 노드(N8)에 제2 단자가 연결된 제4 커패시터(C4), 및 제4 커패시터(C4)로부터 전원을 공급받고 제1 스위치(S1)의 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부(730)를 포함할 수 있다. Specifically, the first switch driving circuit includes a first diode D1 having an anode connected to a first node N1, a first terminal connected to a cathode of the first diode D1, and a second electrode connected to an eighth node N8. It may include a fourth capacitor C4 to which the terminal is connected, and a driving signal generator 730 that receives power from the fourth capacitor C4 and generates a driving signal of the first switch S1 .

여기서, 제1 다이오드(D1)는 제1 노드(N1)로부터 제4 커패시터(C4)로 단방향으로 전력을 공급하는 기능을 수행하고, 제4 커패시터(C4)는 제1 노드(N1)로부터 공급받은 전력을 저장하고 구동 신호 생성부(730)로 전력을 공급하는 기능을 수행할 수 있다.Here, the first diode D1 performs a function of supplying power in one direction from the first node N1 to the fourth capacitor C4, and the fourth capacitor C4 receives the power supplied from the first node N1. A function of storing power and supplying power to the driving signal generator 730 may be performed.

제1 저항(R1)은 제1 노드(N1)로부터 제4 커패시터(C4)로 공급되는 전류를 제한하는 기능을 수행하기 위해 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. 제1 제너 다이오드(ZD1)는 제4 커패시터(C4)의 전압을 제한하여 구동 신호 생성부(730)에 과전압이 인가되는 것을 방지하기 위해 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.The first resistor R1 may be selectively used as needed to limit the current supplied from the first node N1 to the fourth capacitor C4 . The first Zener diode ZD1 may be selectively used as necessary to prevent an overvoltage from being applied to the driving signal generator 730 by limiting the voltage of the fourth capacitor C4 .

구동 신호 생성부(730)는 제4 커패시터(C4)로부터 공급받은 전력을 이용하여 동작하되, 내부 로직에 따라 제1 스위치(S1)를 구동하기 위한 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 신호 생성부(730)의 내부 로직에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 생략하기로 한다. 구동 신호 생성부(730)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같은 하드웨어로 구현되거나, 또는 소프트웨어로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체(메모리 등)에 저장된 상태에서 CPU 등의 연산장치에 의해 그 기능을 수행할 수 있다.The driving signal generator 730 operates using the power supplied from the fourth capacitor C4, and may generate a driving signal for driving the first switch S1 according to internal logic. A description of the internal logic of the driving signal generator 730 will be omitted because it may obscure the gist of the present invention. The driving signal generator 730 is implemented in hardware such as an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), or the like, or implemented in software and stored in a computer-readable storage medium (memory, etc.). The function can be performed by an arithmetic device such as

도 7에 예시된 제1 스위치 구동 회로에 의하면, 제1 스위치(S1)의 구동을 위해 외부로부터 별도의 제어 전원을 공급받을 필요가 없이 입력 직류 전압(Vdc)을 이용하여 제어용 전원을 간단하게 생성할 수 있으므로 회로의 복잡성을 줄이고 가격을 절감할 수 있다.According to the first switch driving circuit illustrated in FIG. 7 , there is no need to receive a separate control power from the outside for driving the first switch S1 , and the control power is simply supplied using the input DC voltage (V dc ). can be created, reducing the complexity of the circuit and reducing the cost.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 하프브리지 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.8 is a diagram illustrating a capacitor-isolated half-bridge type symmetric converter according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 커패시터 절연 방식의 하프브리지 타입 대칭형 컨버터(800, 이하 간략하게 '컨버터(800)'라고도 함)는 스위칭 회로(810)와 정류 회로(820)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 컨버터(800)는 출력단 평활용 커패시터(Co) 또는 입력단 평활용 커패시터(도면 미도시)를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 컨버터(800)는 도 1을 참조하여 설명한 컨버터(100)의 일 실시예로 이해될 수 있고, 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는다면 도 1을 참조하여 설명한 내용은 도 8에도 적용될 수 있다.Referring to FIG. 8 , a capacitor-isolated half-bridge type symmetric converter 800 (hereinafter, also simply referred to as a 'converter 800') may include a switching circuit 810 and a rectifying circuit 820 . According to an embodiment, the converter 800 may further selectively include an output terminal smoothing capacitor (C o ) or an input terminal smoothing capacitor (not shown). The converter 800 may be understood as an embodiment of the converter 100 described with reference to FIG. 1 , and the contents described with reference to FIG. 1 may also be applied to FIG. 8 unless they are arranged with the contents described below.

스위칭 회로(810)는, 제1 노드(N1)와 제7 노드(N7) 사이에 연결된 제1 스위치(S81), 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8) 사이에 연결된 제2 스위치(S82), 제8 노드(N8)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제3 스위치(S83), 제7 노드(N7)와 제3 노드(N3) 사이에 연결된 제1 인덕터(L81)와 제1 커패시터(C81), 및 제8 노드(N8)와 제4 노드(N4) 사이에 연결된 제2 인덕터(L82)와 제2 커패시터(C82)를 포함할 수 있다. The switching circuit 810 includes a first switch S81 connected between the first node N1 and the seventh node N7, and a second switch S81 connected between the seventh node N7 and the eighth node N8. S82), the third switch S83 connected between the eighth node N8 and the second node N2, the first inductor L81 and the third switch S83 connected between the seventh node N7 and the third node N3 It may include a first capacitor C81 and a second inductor L82 and a second capacitor C82 connected between the eighth node N8 and the fourth node N4 .

제1 스위치(S81), 제2 스위치(S82) 및 제3 스위치(S83)의 온/오프 동작에 의해 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8)에 형성되는 전압이 조절됨으로써, 입력 직류 전압(Vdc)으로부터 출력 직류 전압(Vo)으로 전달되는 전력이 조절될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 스위치(S81), 제2 스위치(S82) 및 제3 스위치(S83)의 스위칭 주기에 대한 온 구간의 비율(듀티)을 조절하거나 및/또는 스위칭 주파수를 조절하는 방식을 사용하여 출력 직류 전압(Vo)으로 전달되는 전력이 조절될 수 있다.The voltage formed at the seventh node N7 and the eighth node N8 is adjusted by the on/off operation of the first switch S81, the second switch S82, and the third switch S83, so that the input direct current Power transferred from the voltage (V dc ) to the output DC voltage (V o ) may be adjusted. According to the embodiment, the method of adjusting the ratio (duty) of the on period to the switching period of the first switch (S81), the second switch (S82) and the third switch (S83) and/or adjusting the switching frequency The power delivered to the output DC voltage (V o ) can be regulated by using it.

제1 인덕터(L81)와 제1 커패시터(C81)는 제1 공진 임피던스(Z81)를 구성할 수 있다. 제1 인덕터(L81)와 제1 커패시터(C81)는 스위칭 주파수와 유사한 공진 주파수를 가질 수 있고, 이 경우 제3 노드(N3)에 교류 전압이 생성될 수 있다.The first inductor L81 and the first capacitor C81 may constitute a first resonant impedance Z 81 . The first inductor L81 and the first capacitor C81 may have a resonant frequency similar to the switching frequency, and in this case, an AC voltage may be generated at the third node N3 .

제2 인덕터(L82)와 제2 커패시터(C82)는 제2 공진 임피던스(Z82)를 구성할 수 있다. 제2 인덕터(L82)와 제2 커패시터(C82)는 스위칭 주파수와 유사한 공진 주파수를 가질 수 있고, 이 경우 제4 노드(N4)에 교류 전압이 생성될 수 있다.The second inductor L82 and the second capacitor C82 may constitute a second resonant impedance Z 82 . The second inductor L82 and the second capacitor C82 may have a resonant frequency similar to the switching frequency, and in this case, an AC voltage may be generated at the fourth node N4 .

제1 공진 임피던스(Z81)의 공진 주파수와 제2 공진 임피던스(Z82)의 공진 주파수는 각각 스위칭 주파수와 유사하기는 하지만 미세하게 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 설계될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 대칭형을 구현하여 공통모드 전류를 줄이기 위해, 제1 공진 임피던스(Z81)와 제2 공진 임피던스(Z82)가 서로 동일한 공진 주파수와 공진 특성(예, 특성 임피던스(characteristic impedance))을 가지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 인덕터(L81) 및 제1 커패시터(C81)가 제2 인덕터(L82) 및 제2 커패시터(C82)와 각각 동일한 인덕턴스 및 동일한 커패시턴스를 가지도록 설계될 수 있다.Although the resonant frequency of the first resonant impedance Z 81 and the resonant frequency of the second resonant impedance Z 82 are similar to the switching frequency, respectively, they may be designed to have slightly different resonant frequencies. However, in this embodiment, in order to reduce the common mode current by implementing a symmetrical type, the first resonant impedance Z 81 and the second resonant impedance Z82 have the same resonant frequency and resonant characteristics (eg, characteristic impedance) )) can be designed to have For example, the first inductor L81 and the first capacitor C81 may be designed to have the same inductance and the same capacitance as the second inductor L82 and the second capacitor C82, respectively.

입력단 평활용 커패시터(도면 미도시)와 출력단의 평활용 커패시터(Co)는 각각 컨버터(800)의 입력단 및 출력단에 사용되어 컨버터(800)의 입력 직류 전압(Vdc)과 출력 직류 전압(Vo)을 안정화하는 기능을 수행할 수 있지만, 경우에 따라 사용되지 않을 수 있다.The input terminal smoothing capacitor (not shown) and the output terminal smoothing capacitor (C o ) are used for the input terminal and the output terminal of the converter 800, respectively, and the input DC voltage (V dc ) and the output DC voltage (V) of the converter 800 o ) may perform a stabilizing function, but may not be used in some cases.

정류 회로(820)는 스위칭 회로(810)가 출력한 중간 교류 전압(Vac)을 정류하여 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)를 통해 출력 직류 전압(Vo)을 출력할 수 있다. 정류 회로(820)에는 교류를 직류로 변환할 수 있는 통상의 다이오드 정류 회로가 사용될 수 있으나, 공통모드 전류를 줄이기 위해서는 대칭형 정류 회로를 사용하는 것이 바람직하다. 실시예에 따라, 풀브리지(Full Bridge) 정류 회로가 사용될 경우 대칭형으로 동작하므로 공통모드 전류를 줄일 수 있다.The rectifier circuit 820 rectifies the intermediate AC voltage V ac output from the switching circuit 810 to output the output DC voltage V o through the fifth node N5 and the sixth node N6 . have. A conventional diode rectifier circuit capable of converting alternating current to direct current may be used for the rectifier circuit 820 , but in order to reduce the common mode current, it is preferable to use a symmetrical rectifier circuit. According to an embodiment, when a full-bridge rectifier circuit is used, the common-mode current can be reduced because it operates symmetrically.

도 9는 도 8의 컨버터(800)의 동작 파형을 예시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating an operation waveform of the converter 800 of FIG. 8 .

도 9를 참조하면, 제1 스위치(S81), 제2 스위치(S82) 및 제3 스위치(S83)는 스위칭 주기(Ts) 내에서 온 구간(Ton)과 오프 구간(Toff)을 교대로 가지도록 온/오프를 반복할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)는 서로 실질적으로 동시에 온/오프 되고, 제2 스위치(S82)는 제1 스위치(S81) 및 제3 스위치(S83)와 실질적으로 반대로 온/오프될 수 있다. 스위칭 주파수는 스위칭 주기(Ts)의 역수로 정의될 수 있고, 듀티(duty)는 스위칭 주기(Ts)에 대한 제1 스위치(S81) 또는 제3 스위치(S83)의 온 구간(Ton)의 비율(=Ton/Ts)로 정의될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the first switch S81 , the second switch S82 and the third switch S83 alternate the on period T on and the off period T off within the switching period T s . On/off can be repeated to have . According to an embodiment, the first switch S81 and the third switch S83 are turned on/off substantially simultaneously with each other, and the second switch S82 is substantially the same with the first switch S81 and the third switch S83. can be turned on/off in reverse. The switching frequency may be defined as the reciprocal of the switching period (T s), the duty (duty) is the switching period (T s) a first switch (S81) or the third on-period of the switch (S83) to (T on) It can be defined as the ratio of (=T on /T s ).

제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)가 켜지고 제2 스위치(S82)가 꺼진 구간(Ton)에서 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8) 사이의 전압(Vs)은 입력 직류 전압(Vdc)이 되고, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)가 꺼지고 제2 스위치(S82)가 켜진 구간(Toff)에서 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8) 사이의 전압(Vs)은 영(zero)이 될 수 있다. In the period T on in which the first switch S81 and the third switch S83 are turned on and the second switch S82 is turned off , the voltage V s between the seventh node N7 and the eighth node N8 is and an input direct voltage (V dc), a first switch (S81) and the third switch (S83) is turned off and the second switch (S82) is turned on interval (T off) a seventh node (N7) in the eighth node ( The voltage (V s ) between N8) may be zero.

제1 스위치(S81), 제2 스위치(S82) 및 제3 스위치(S83)의 온/오프에 의해 형성된 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8) 사이의 전압(Vs)은 제1 공진 임피던스(Z81) 및 제2 공진 임피던스(Z82)에 공진을 야기할 수 있다. 도 9의 공진 전류(Ir)는 제1 공진 임피던스(Z81)를 통해 흐르는 전류를 예시한다. The voltage V s between the seventh node N7 and the eighth node N8 formed by on/off of the first switch S81 , the second switch S82 and the third switch S83 is the first Resonance may be caused in the resonant impedance Z 81 and the second resonant impedance Z 82 . The resonance current I r of FIG. 9 illustrates a current flowing through the first resonance impedance Z 81 .

컨버터(800)는 제1 스위치(S81), 제2 스위치(S82) 및 제3 스위치(S83)의 스위칭 주파수 및/또는 듀티를 조절함으로써 공진 전류(Ir)의 크기 및/또는 위상을 조절하여 부하측으로 전달되는 전력을 조절할 수 있다.The converter 800 adjusts the magnitude and/or phase of the resonance current I r by adjusting the switching frequency and/or duty of the first switch S81, the second switch S82, and the third switch S83. The power delivered to the load side can be adjusted.

도 9에 예시된 바와 같이, 제7 노드(N7)에 인가되는 제1 전압(V1)은 제1 스위치(S81)의 온 구간(Ton)에서는 Vdc가 되고 제1 스위치(S81)의 오프 구간(Toff)에서는 소정의 직류 전압(도 9에는 본 실시예에 따른 바람직한 값으로 Vdc/2로 표시됨)이 될 수 있다. 제8 노드(N8)에 인가되는 제2 전압(V2)은 제1 스위치(S81)의 온 구간(Ton)에서는 영(zero)이 되고 제1 스위치(S81)의 오프 구간(Toff)에서는 소정의 직류 전압(도 9에는 본 실시예에 따른 바람직한 값으로 Vdc/2로 표시됨)이 될 수 있다.As illustrated in FIG. 9 , the first voltage V 1 applied to the seventh node N7 becomes V dc in the on period T on of the first switch S81 and In the off section T off , it may be a predetermined DC voltage (in FIG. 9 , a preferred value according to the present embodiment is indicated as V dc /2 ). The second voltage V 2 applied to the eighth node N8 becomes zero during the on period T on of the first switch S81 and the off period T off of the first switch S81 . may be a predetermined DC voltage (in FIG. 9, it is indicated as V dc /2 as a preferred value according to the present embodiment).

본 실시예에서는, 제1 스위치(S81)의 온 구간(Ton)과 오프 구간(Toff)에서 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합이 일정한 값을 유지하도록 만들 수 있는데, 이 경우 공통모드 전류를 줄이는 장점이 있다. 이 부분에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.In this embodiment, in the on period (T on ) and the off period (T off ) of the first switch ( S81 ), the sum of the first voltage ( V 1 ) and the second voltage ( V 2 ) is made to maintain a constant value. In this case, there is an advantage of reducing the common mode current. This part will be described in detail below.

도 10은 도 8의 컨버터(800)의 등가 회로(1000)를 예시하는 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating an equivalent circuit 1000 of the converter 800 of FIG. 8 .

도 10을 참조하면, 도 8의 컨버터(800)에서 제7 노드(N7)에 인가되는 제1 전압(V1)과 제8 노드(N8)에 인가되는 제2 전압(V2)이 전압원으로 도시되어 있고, 정류 회로(820)의 입력단인 제3 노드(N3) 전압과 제4 노드(N4) 전압이 각각 제1 정류단 전압(Vrec1)과 제2 정류단 전압(Vrec2)으로 도시되어 있다. 여기서, 제1 정류단 전압(Vrec1)과 제2 정류단 전압(Vrec2)은 각각 제6 노드(N6)를 기준으로 한 전압으로 이해될 수 있다.Referring to FIG. 10 , in the converter 800 of FIG. 8 , the first voltage V 1 applied to the seventh node N7 and the second voltage V 2 applied to the eighth node N8 are voltage sources. is shown, and the voltage of the third node N3 and the voltage of the fourth node N4, which are the input terminals of the rectifier circuit 820 , are respectively shown as a first rectifying terminal voltage V rec1 and a second rectifying terminal voltage V rec2 . has been Here, the first rectifying terminal voltage V rec1 and the second rectifying terminal voltage V rec2 may be understood as voltages based on the sixth node N6 , respectively.

도 10의 등가 회로(1000)를 도 5의 등가 회로(500)와 비교해 보면 알 수 있는 바와 같이, 도 8의 컨버터(800)는 도 3의 컨버터(300)와 실질적으로 동일한 형태의 등가 회로로 표현될 수 있다. 따라서, 도 10의 등가 회로(1000)를 테브난 등가 회로로 변환하면 도 6에 예시된 바와 동일한 형태를 가질 것이다. As can be seen by comparing the equivalent circuit 1000 of FIG. 10 with the equivalent circuit 500 of FIG. 5 , the converter 800 of FIG. 8 is an equivalent circuit substantially identical to the converter 300 of FIG. 3 . can be expressed Accordingly, if the equivalent circuit 1000 of FIG. 10 is converted into the Thevenin equivalent circuit, it will have the same shape as that illustrated in FIG. 6 .

수학식 1과 유사하게, 도 10의 등가 회로(1000)에 대해 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)을 구하면 아래 수학식 5와 같다.Similarly to Equation 1, the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) for the equivalent circuit 1000 of FIG. 10 is obtained as shown in Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112020019394811-pat00005
Figure 112020019394811-pat00005

여기서, 제1 공진 임피던스(Z81)와 제2 공진 임피던스(Z82)가 동일하고, 정류 회로(820)에 풀브리지(full bridge) 다이오드 정류 회로를 사용할 경우, 수학식 5는 아래 수학식 6과 같이 간단하게 정리될 수 있다.Here, when the first resonant impedance Z 81 and the second resonant impedance Z 82 are the same, and a full bridge diode rectifier circuit is used for the rectifier circuit 820 , Equation 5 is the following Equation 6 It can be arranged as simply as

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112020019394811-pat00006
Figure 112020019394811-pat00006

즉, 컨버터(800)의 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)은 컨버터(300)의 공통모드 개방 전압과 동일한 형태를 가질 수 있다. 다만, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 크기나 형태는 두 컨버터(800, 300)가 서로 상이하므로, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)에서 교류 성분을 제거하기 위한 요건은 별도의 분석이 필요하다.That is, the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) of the converter 800 may have the same shape as the common-mode open-circuit voltage of the converter 300 . However, since the size or shape of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) are different between the two converters ( 800 , 300 ), it is necessary to remove the AC component from the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ). The requirements for this require a separate analysis.

전술한 바와 유사하게, 수학식 6에서, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합(즉, V1 + V2)이 직류 성분만을 가진다면(즉, 교류 성분이 없다면), 공통모드 개방 전압(Vcm,ov) 역시 교류 성분을 가지지 않음을 알 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 공진 임피던스(Z81)와 제2 공진 임피던스(Z82)에는 직렬로 제1 커패시터(C81)와 제2 커패시터(C82)가 배치되어 있으므로, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)이 직류 성분만을 가질 경우 공통모드 전류(Icm)는 흐르지 않거나 저감될 수 있다. Similar to the above, in Equation 6, if the sum (ie, V 1 + V 2 ) of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) has only a DC component (ie, if there is no AC component) ), the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) also has no AC component. As shown in FIG. 8 , since the first capacitor C81 and the second capacitor C82 are disposed in series between the first resonant impedance Z 81 and the second resonant impedance Z 82 , the common mode open-circuit voltage When (V cm,ov ) has only a DC component, the common mode current (I cm ) may not flow or may be reduced.

이러한 원리에 근거하여, 본 실시에에서는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합(V1 + V2)이 교류 성분을 가지지 않고 직류 성분만을 가지도록 함으로써(또는 교류 성분을 줄이도록 함으로써) 공통모드 전류(Icm)를 저감하는 방법을 사용한다.Based on this principle, in this embodiment, the sum (V 1 + V 2 ) of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) has only a DC component without an AC component (or an AC component) by reducing the common mode current (I cm ) is used.

구체적으로 살펴보면, 제1 스위치의 온 구간(Ton)에서 V1 = Vdc, V2 = 0 이므로, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)은 아래 수학식 7과 같다.More specifically, since V 1 = V dc , V 2 = 0 in the on period (T on ) of the first switch, the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) is as shown in Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112020019394811-pat00007
Figure 112020019394811-pat00007

제1 스위치의 오프 구간(Toff)에서 V1 = Vdc - VS81, V2 = VS83 이므로, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)은 아래 수학식 8과 같다.In the off section (T off ) of the first switch, V 1 = V dc - V S81 , V 2 = V S83 , so the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) is as shown in Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112020019394811-pat00008
Figure 112020019394811-pat00008

여기서, VS81은 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압이고, VS83는 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압이다.Here, V S81 is the drain-source voltage of the first switch S81 , and V S83 is the drain-source voltage of the third switch S83 .

수학식 8에서 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)과 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)을 동일하게 만들면, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)은 아래 수학식 9와 같이 될 수 있다.In Equation 8, the first switch (S81) a drain of the source voltage (V S81) and the third drain of the switch (S83) - create the same source voltage (V S83), the common-mode open-circuit voltage (V cm, ov) may be as in Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112020019394811-pat00009
Figure 112020019394811-pat00009

즉, 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)과 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)을 실질적으로 동일하게 만들 경우, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)은 수학식 7 및 수학식 9와 같이 온 구간(Ton)과 오프 구간(Toff)에서 일정한 직류 전압을 유지하게 되므로 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)에는 교류 성분이 포함되지 않거나 감소될 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 공통모드 전류가 이론적으로는 흐르지 않을 수 있다(실제로는 소자 값의 편차 등에 의해 미세하게 흐를 수 있음). That is, when the drain-source voltage V S81 of the first switch S81 and the drain-source voltage V S83 of the third switch S83 are made substantially equal, the common-mode open-circuit voltage V cm,ov ) maintains a constant DC voltage in the on section (T on ) and the off section (T off ) as shown in Equations 7 and 9, so that the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) does not contain an AC component or decreases can be Therefore, as described above, the common mode current may not flow theoretically (in practice, it may flow minutely due to deviation of device values, etc.).

제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)과 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)은, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)의 턴 오프 시에 입력 직류 전압(Vdc)이 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83) 사이에 분배되는 과정에서 결정될 수 있다. 따라서, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)에 동일한 특성을 가진 소자를 사용할 경우, 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)과 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)은 동일 또는 유사할 수 있고, 이로 인해 공통모드 전류(Icm)는 저감될 수 있다. The drain-source voltage V S81 of the first switch S81 and the drain-source voltage V S83 of the third switch S83 are turned off when the first switch S81 and the third switch S83 are turned off. The input DC voltage (V dc ) may be determined in the process of being distributed between the first switch ( S81 ) and the third switch ( S83 ). Therefore, when a device having the same characteristics is used for the first switch S81 and the third switch S83 , the drain-source voltage V S81 of the first switch S81 and the drain-source voltage V S81 of the third switch S83 are- The source voltage V S83 may be the same or similar, whereby the common mode current I cm may be reduced.

도 9의 파형을 통해 살펴보면, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 각각은 제1 스위치(S1)의 온 구간(Ton)과 오프 구간(Toff)에서 전압이 변화하는 형태를 가지지만, 오프 구간(Toff)에서 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 서로 동일한 값(즉, Vdc/2)을 가질 경우 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합은 Vdc로 일정하게 유지되어 교류 성분이 없이 직류 성분만을 가질 수 있는 것으로 이해될 수 있다.Looking through the waveform of Figure 9, each of the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) has a voltage change in the on period (T on ) and the off period (T off ) of the first switch ( S1 ) However, when the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) have the same value (ie, V dc /2) in the off period (T off ), the first voltage (V 1 ) It may be understood that the sum of the and second voltage V 2 is kept constant as V dc so that only a DC component without an AC component may be obtained.

요약하면, 본 실시예에서는, 제1 공진 임피던스(Z81)와 제2 공진 임피던스(Z82)를 실질적으로 동일하게 하고(수학식 5 및 수학식 6 관련), 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)의 특성을 실질적으로 동일하게 함으로써(수학식 7 내지 수학식 9 관련), 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)에 교류 성분이 발생하지 않거나 감소되도록 만들 수 있고, 이로 인해 공통모드 전류를 저감할 수 있다.In summary, in this embodiment, the first resonant impedance (Z 81 ) and the second resonant impedance (Z 82 ) are substantially equal (relating to Equations 5 and 6), and the first switch S81 and the second 3 By making the characteristics of the switch S83 substantially the same (related to Equations 7 to 9), it is possible to make the AC component not generated or reduced in the common-mode open-circuit voltage V cm,ov , and thereby Mode current can be reduced.

본 실시예의 이러한 원리를 다른 관점에서 살펴보면, 컨버터(800)가 대칭형으로 설계됨으로써 공통모드 전류(Icm)을 저감할 수 있는 것으로도 이해될 수 있다.Looking at this principle of the present embodiment from another point of view, it can also be understood that the converter 800 is designed to be symmetrical, thereby reducing the common mode current (I cm ).

제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)가 실질적으로 동일한 특성을 가지는 경우의 예시로서, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)에 동일한 제조사의 동일한 부품 번호를 가지는 소자(즉, 동일하게 설계된 소자)가 사용될 수 있다. 다른 예시로서, 제조사나 부품 번호가 다르더라도 스위칭 특성이 유사한 소자가 사용될 수 있다. 예시적으로, 스위칭 특성의 유사성은 스위치의 다이(die) 사이즈, 스위치의 턴오프 속도 및 스위치에 내재된 기생 커패시턴스 중의 적어도 하나에 기초하여 판단될 수 있다. As an example of a case in which the first switch S81 and the third switch S83 have substantially the same characteristics, the first switch S81 and the third switch S83 have the same part number of the same manufacturer (that is, , identically designed devices) can be used. As another example, devices having similar switching characteristics may be used even though manufacturers or part numbers are different. For example, the similarity of the switching characteristics may be determined based on at least one of a die size of the switch, a turn-off speed of the switch, and a parasitic capacitance inherent in the switch.

다만, 전술한 원리에 의하면, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)가 반드시 동일한 특성을 가져야만 공통모드 전류(Icm)의 저감 효과가 발생하는 것이 아니라, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)의 특성이 유사할수록 공통모드 저감 효과는 증가하므로, 본 실시예가 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)의 특성이 동일한 것을 필수 요건으로 하는 것이 아님은 이해되어야 할 것이다. However, according to the above-described principle, the reduction effect of the common mode current I cm does not occur only when the first switch S81 and the third switch S83 have the same characteristics, but the first switch S81 Since the common mode reduction effect increases as the characteristics of the third switch S83 and the third switch S83 are similar, it should be understood that the present embodiment is not an essential requirement that the characteristics of the first switch S81 and the third switch S83 are the same. something to do.

한편, 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)과 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)이 서로 동일하지 않은 경우를 살펴본다. 예를 들어, 제1 스위치(S81)의 오프 구간(Toff)에서 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)이 2*Vdc/3이고 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)이 Vdc/3인 경우를 가정해 보면, V1 = Vdc - VS81 = Vdc/3가 되고, V2 = VS83 = Vdc/3가 된다. 이 경우, 오프 구간(Toff)에서의 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)은 아래 수학식 10과 같이 Ton 구간(수학식 7 참조)과 상이한 값을 가지게 되어, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)에는 스위칭 주파수 및 그 고조파에 해당하는 교류 성분이 포함되므로 공통모드 전류가 증가할 수 있다.On the other hand, the first switch (S81) of the drain-source voltage looks at the case (V S83) are not identical to each other - the drain source voltage (V S81) and the third switch (S83). For example, in the off period (T off ) of the first switch ( S81 ), the drain-source voltage (V S81 ) of the first switch ( S81 ) is 2*V dc /3 and the drain- of the third switch ( S83 )- Assuming that the source voltage (V S83 ) is V dc /3, V 1 = V dc - V S81 = V dc /3, and V 2 = V S83 = V dc /3. In this case, the common-mode open-circuit voltage (V cm,ov ) in the off period (T off ) has a different value from the T on period (refer to Equation 7) as shown in Equation 10 below, so that the common mode open-circuit voltage (V) cm,ov ) includes an AC component corresponding to the switching frequency and its harmonics, so that the common-mode current may increase.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112020019394811-pat00010
Figure 112020019394811-pat00010

이상의 설명을 통해 본 발명의 실시예에 따른 공통모드 저감 효과는 명백히 이해될 수 있을 것이다.Through the above description, the effect of reducing the common mode according to the embodiment of the present invention will be clearly understood.

한편, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)에 동일 또는 유사한 특성을 가지는 소자를 사용하는 것으로 설계하더라도, 실제 제조 상의 편차에 의해 턴오프 속도나 기생 커패시턴스 등에 차이가 발생할 수 있다. 이 경우 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)과 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)에는 차이가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)의 기생 커패시턴스(Cp)는 동일하지만 두 스위치(S81, S83)의 턴오프 시간에 차이(td)가 있을 경우, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)의 온 구간(Ton)과 오프 구간(Toff)에서의 변화량(ΔVcm)을 계산하면 아래 수학식 11과 같다.Meanwhile, even when devices having the same or similar characteristics are used for the first switch S81 and the third switch S83, differences may occur in turn-off speed or parasitic capacitance due to variations in actual manufacturing. In this case, the first switch (S81) of the drain-to-drain source voltage (V S81) and the third switch (S83)-source voltage (V S83), there may occur a difference. For example, when the parasitic capacitance C p of the first switch S81 and the third switch S83 is the same, but there is a difference t d in the turn-off times of the two switches S81 and S83, the common mode Calculating the amount of change (ΔV cm ) in the on period (T on ) and the off period (T off ) of the open circuit voltage (V cm,ov ) is as shown in Equation 11 below.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112020019394811-pat00011
Figure 112020019394811-pat00011

여기서, Ir(0)는 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)가 턴오프되는 시점의 공진 전류(Ir)의 크기이다. Here, I r ( 0 ) is the magnitude of the resonance current I r at the time when the first switch S81 and the third switch S83 are turned off.

즉, 공통모드 개방 전압(Vcm,ov)의 온 구간(Ton)과 오프 구간(Toff)에서의 변화량(ΔVcm)은 턴오프되는 시점의 공진 전류(Ir)의 크기와 두 스위치(S81, S83)의 턴오프 시간 차이(td)에 비례하고 두 스위치(S81, S83)의 기생 커패시턴스(Cp)에 반비례할 수 있다.That is, the amount of change (ΔV cm ) in the on period (T on ) and the off period (T off ) of the common mode open voltage (V cm,ov ) is the magnitude of the resonance current (I r ) at the time of turning off and the two switches proportional to the difference between the turn-off time (t d) of (S81, S83), and may be inversely proportional to the parasitic capacitance (C p) of the two switches (S81, S83).

이와 같이, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)의 특성(예, 기생 커패시턴스 또는 턴오프 속도)의 차이가 커질수록 공통모드 전류는 증가할 수 있다. As such, as the difference between characteristics (eg, parasitic capacitance or turn-off speed) between the first switch S81 and the third switch S83 increases, the common mode current may increase.

도 11의 실시예는, 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)의 특성에 차이가 있는 경우에도, 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)과 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)의 차이를 줄여 공통모드 전류를 저감할 수 있는 회로를 예시한다.In the embodiment of FIG. 11 , even when there is a difference in the characteristics of the first switch S81 and the third switch S83 , the drain-source voltage V S81 of the first switch S81 and the third switch S83 ), a circuit capable of reducing the common mode current by reducing the difference between the drain-source voltage (V S83 ) is exemplified.

도 11을 참조하면, 컨버터(1100)의 스위칭 회로(1110)는 도 8에 예시된 컨버터(800)에 비해 전압 분배 회로(1130)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명될 내용과 배치되지 않는 한, 도 8을 참조하여 설명한 내용은 도 11에도 적용될 수 있다. Referring to FIG. 11 , the switching circuit 1110 of the converter 1100 is different from the converter 800 illustrated in FIG. 8 in that it further includes a voltage division circuit 1130 . Unless it is different from the content to be described below, the content described with reference to FIG. 8 may also be applied to FIG. 11 .

전압 분배 회로(1130)는, 제1 노드(N1)와 제9 노드(N9) 사이에 연결된 제3 커패시터(C83), 제9 노드(N9)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제4 커패시터(C84), 제9 노드(N9)와 제7 노드(N7) 사이에 연결된 제1 다이오드(D81), 제9 노드(N9)와 제8 노드(N8) 사이에 연결된 제2 다이오드(D82)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 다이오드(D81)는 애노드가 제9 노드(N9)에 연결되고 캐소드가 제7 노드(N7)에 연결될 수 있다. 제2 다이오드(D82)는 애노드가 제8 노드(N8)에 연결되고 캐소드가 제9 노드(N9)에 연결될 수 있다.The voltage divider circuit 1130 includes a third capacitor C83 connected between the first node N1 and the ninth node N9 and a fourth capacitor connected between the ninth node N9 and the second node N2 . (C84), the first diode D81 connected between the ninth node N9 and the seventh node N7, and the second diode D82 connected between the ninth node N9 and the eighth node N8 may include Specifically, the first diode D81 may have an anode connected to the ninth node N9 and a cathode connected to the seventh node N7 . The second diode D82 may have an anode connected to the eighth node N8 and a cathode connected to the ninth node N9.

제3 커패시터(C83)와 제4 커패시터(C84)는 입력 직류 전압(Vdc)을 분압할 수 있다. 즉, 제3 커패시터(C83)와 제4 커패시터(C84)의 각각에는 Vdc/2의 전압이 유지될 수 있다(약간의 리플 전압을 포함할 수 있음). 실시예에 따라, 제3 커패시터(C83)와 제4 커패시터(C84)는 함께 도 3에 예시된 입력단의 평활용 커패시터(Cdc)를 대체하여 전압 평활 기능을 수행함과 동시에 전압 분배에도 기여하는 것으로 이해될 수 있다. The third capacitor C83 and the fourth capacitor C84 may divide the input DC voltage V dc . That is, a voltage of V dc /2 may be maintained at each of the third capacitor C83 and the fourth capacitor C84 (which may include a slight ripple voltage). According to the embodiment, the third capacitor (C83) and the fourth capacitor (C84) together perform a voltage smoothing function by replacing the smoothing capacitor (C dc ) of the input terminal illustrated in FIG. 3 and at the same time contributing to voltage distribution. can be understood

예를 들어, 제1 스위치(S81)가 제3 스위치(S83)에 비해 빨리 턴오프되어 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)이 먼저 Vdc/2에 도달하는 경우, 제1 다이오드(D81)가 턴온되어 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)이 Vdc/2보다 더 높아지지 않도록 할 수 있다. 반대로, 제3 스위치(S83)가 제1 스위치(S81)에 비해 빨리 턴오프되어 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)이 먼저 Vdc/2에 도달하는 경우, 제2 다이오드(D82)가 턴온되어 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)이 Vdc/2보다 더 높아지지 않도록 할 수 있다. For example, when the first switch S81 is turned off faster than the third switch S83 so that the drain-source voltage V S81 of the first switch S81 first reaches V dc /2, the second One diode D81 is turned on to prevent the drain-source voltage V S81 of the first switch S81 from becoming higher than V dc /2. Conversely, when the third switch S83 is turned off faster than the first switch S81 so that the drain-source voltage V S83 of the third switch S83 first reaches V dc /2, the second diode D82 is turned on so that the drain-source voltage V S83 of the third switch S83 does not become higher than V dc /2.

이와 같이, 전압 분배 회로(1130)에 의하면 제1 스위치(S81)와 제3 스위치(S83)의 특성에 차이가 있는 경우에도 제1 스위치(S81)의 드레인-소스 전압(VS81)과 제3 스위치(S83)의 드레인-소스 전압(VS83)을 동일 또는 유사하게 유지함으로써 공통모드 전류를 줄일 수 있다.As such, according to the voltage dividing circuit 1130 , even when there is a difference in characteristics between the first switch S81 and the third switch S83 , the drain-source voltage V S81 of the first switch S81 and the third The common mode current may be reduced by maintaining the drain-source voltage V S83 of the switch S83 to be the same or similar.

도 12는 도 11에 예시된 커패시터 절연 방식의 하프브리지 타입 대칭형 컨버터(1100)에 사용될 수 있는 스위치 구동 회로(1240)를 예시하는 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating a switch driving circuit 1240 that may be used in the half-bridge type symmetric converter 1100 of the capacitor isolation method illustrated in FIG. 11 .

도 12를 참조하면, 스위치 구동 회로(1240)는 제2 스위치(S82)와 제3 스위치(S83)의 구동 신호를 생성하는 제1 구동 회로(1241) 및 제1 스위치(S81)의 구동 신호를 생성하는 제2 구동 회로(1242)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12 , the switch driving circuit 1240 receives the driving signals of the first driving circuit 1241 and the first switch S81 that generate driving signals of the second switch S82 and the third switch S83 . A second driving circuit 1242 for generating may be included.

제1 구동 회로(1241)는, 제어 전원(Vcc)과 제8 노드(N8) 사이에 직렬로 연결된 제3 다이오드(D83)와 제5 커패시터(C85), 및 제2 스위치(S82)와 제3 스위치(S83)의 구동 신호를 생성하는 제1 구동 신호 생성부(1243)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제3 다이오드는 애노드가 제어 전원(Vcc)에 연결되고 캐소드가 제5 커패시터(C85)의 일단에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 구동 회로(1241)는 제3 다이오드(D83)에 직렬로 연결된 전류 제한용 제1 저항(R81)을 선택적으로 더 포함할 수 있다.The first driving circuit 1241 includes a third diode D83 and a fifth capacitor C85 connected in series between the control power source Vcc and the eighth node N8, and a second switch S82 and a third A first driving signal generator 1243 that generates a driving signal of the switch S83 may be included. Specifically, the third diode may have an anode connected to the control power supply Vcc and a cathode connected to one end of the fifth capacitor C85. According to an embodiment, the first driving circuit 1241 may further selectively include a current limiting first resistor R81 connected in series to the third diode D83.

제2 구동 회로(1242)는, 제3 다이오드(D83)와 제5 커패시터(C85)의 접속 노드와 제7 노드 사이에 직렬로 연결된 제4 다이오드(D84)와 제6 커패시터(C86), 및 제6 커패시터(C86)로부터 공급받은 전압을 사용하여 제1 스위치(S81)의 구동 신호를 생성하는 제2 구동 신호 생성부(1244)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제4 다이오드(D84)는 애노드가 제3 다이오드(D83)와 제5 커패시터(C85)의 접속 노드에 연결되고, 캐소드가 제6 커패시터(C86)의 일단에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 제2 구동 회로(1242)는 제4 다이오드(D84)에 직렬로 연결된 전류 제한용 제2 저항(R82)을 선택적으로 더 포함할 수 있다.The second driving circuit 1242 includes a fourth diode D84 and a sixth capacitor C86 connected in series between the connection node of the third diode D83 and the fifth capacitor C85 and the seventh node, and A second driving signal generator 1244 that generates a driving signal of the first switch S81 by using the voltage supplied from the 6 capacitor C86 may be included. Specifically, the fourth diode D84 may have an anode connected to a connection node between the third diode D83 and the fifth capacitor C85 and a cathode connected to one end of the sixth capacitor C86. According to an embodiment, the second driving circuit 1242 may further selectively include a second resistor R82 for limiting current connected in series to the fourth diode D84.

여기서, 제어 전원(Vcc)은 제2 노드(N2)를 기준으로 한 전원으로서, 외부로부터 공급받거나 또는 공지의 회로를 사용하여 자체적으로 생성할 수 있다. 제어 전원(Vcc)의 생성에 대한 자세한 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 생략하기로 한다.Here, the control power Vcc is a power based on the second node N2 and may be supplied from the outside or may be generated by itself using a known circuit. A detailed description of the generation of the control power supply Vcc will be omitted because it may obscure the gist of the present invention.

제3 스위치(S83)는 소스 단자가 제2 노드에 연결되어 있으므로 제어 전원(Vcc)을 사용하여 구동할 수 있다. 그러나 제2 스위치(S82)는 소스 단자가 제8 노드(N8)에 연결되어 있으므로 제2 노드(N2)를 기준 전위로 하는 제어 전원(Vcc)으로는 제2 스위치(S82)를 구동하기가 곤란하다. The third switch S83 may be driven using the control power Vcc because the source terminal is connected to the second node. However, since the source terminal of the second switch S82 is connected to the eighth node N8, it is difficult to drive the second switch S82 with the control power Vcc using the second node N2 as the reference potential. do.

이러한 문제를 해결하기 위해, 제1 구동 회로(1241)는 제2 스위치(S82)의 구동을 위한 전원을 자체적으로 생성할 수 있다. 즉, 제3 스위치(S83)가 턴온되어 제2 노드(N2)와 제8 노드(N8)가 단락되었을 때, 제어 전원(Vcc)이 제3 다이오드(D83)를 통해 제5 커패시터(C85)를 충전할 수 있다. 제5 커패시터(C85)에 충전된 전위는 제8 노드(N8)를 기준으로 하므로 제2 스위치(S82)를 구동하는데 사용될 수 있다.To solve this problem, the first driving circuit 1241 may generate power for driving the second switch S82 by itself. That is, when the third switch S83 is turned on and the second node N2 and the eighth node N8 are short-circuited, the control power supply Vcc connects the fifth capacitor C85 through the third diode D83. can be recharged Since the potential charged in the fifth capacitor C85 is based on the eighth node N8, it may be used to drive the second switch S82.

제1 스위치(S81)의 소스 단자는 제7 노드(N7)에 연결되어 있으므로, 제2 노드(N2)를 기준 전위로 하는 제어 전원(Vcc)이나 제8 노드(N8)를 기준 전위로 하는 제5 커패시터(C85)를 이용하여 제1 스위치(S81)를 구동하기는 곤란하다. Since the source terminal of the first switch S81 is connected to the seventh node N7, the control power source Vcc having the second node N2 as the reference potential or the eighth node N8 as the reference potential 5 It is difficult to drive the first switch S81 using the capacitor C85.

이러한 문제를 해결하기 위해, 제2 구동 회로(1242)는 제1 스위치(S81)의 구동을 위한 전원을 자체적으로 생성할 수 있다. 즉, 제2 스위치(S82)가 턴온되어 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8)가 단락되었을 때, 제5 커패시터(C85)의 전압은 제4 다이오드(D84)를 통해 제6 커패시터(C86)를 충전할 수 있다. 제6 커패시터(C86)에 충전된 전위는 제7 노드(N7)를 기준으로 하므로 제1 스위치(S81)를 구동하는데 사용될 수 있다.To solve this problem, the second driving circuit 1242 may generate power for driving the first switch S81 by itself. That is, when the second switch S82 is turned on and the seventh node N7 and the eighth node N8 are short-circuited, the voltage of the fifth capacitor C85 is transferred through the fourth diode D84 to the sixth capacitor ( C86) can be charged. Since the potential charged in the sixth capacitor C86 is based on the seventh node N7, it may be used to drive the first switch S81.

이와 같이, 본 실시예의 스위치 구동 회로(1240)는 소스 단자가 제어 전원(Vcc)로부터 플로팅(floating)된 스위치가 직렬로 2개(S81, S82) 연결된 경우에도 간단한 회로를 사용하여 스위치 구동 전원을 생성할 수 있다. As described above, the switch driving circuit 1240 of this embodiment uses a simple circuit even when two switches (S81 and S82) with a source terminal floating from the control power source Vcc are connected in series to supply the switch driving power. can create

제1 구동 신호 생성부(1243)와 제2 구동 신호 생성부(1244)는 내부 로직에 따라 스위치(S81, S82, S83)를 구동하기 위한 구동 신호를 생성할 수 있다. 제1 구동 신호 생성부(1243)와 제2 구동 신호 생성부(1244)의 내부 로직에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 생략하기로 한다. 제1 구동 신호 생성부(1241)와 제2 구동 신호 생성부(1242)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같은 하드웨어로 구현되거나, 또는 소프트웨어로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체(메모리 등)에 저장된 상태에서 CPU 등의 연산장치에 의해 그 기능을 수행할 수 있다.The first driving signal generating unit 1243 and the second driving signal generating unit 1244 may generate driving signals for driving the switches S81 , S82 , and S83 according to internal logic. A description of the internal logic of the first driving signal generating unit 1243 and the second driving signal generating unit 1244 will be omitted as it may obscure the gist of the present invention. The first driving signal generating unit 1241 and the second driving signal generating unit 1242 may be implemented as hardware such as an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), a Field Programmable Gate Array (FPGA), or the like, or implemented as software and read by a computer. The function can be performed by an arithmetic device such as a CPU in the state stored in a possible storage medium (memory, etc.).

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터를 포함하는 AC-DC 컨버터를 예시하는 도면이다. 13 is a diagram illustrating an AC-DC converter including a capacitor-isolated symmetrical converter according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, AC-DC 컨버터(1300)는 정류기(1330)와 대칭형 컨버터(100)를 포함할 수 있다. 도 13에는 교류 전원(30)과 부하(10)가 함께 도시되어 있으나, 교류 전원(30)과 부하(10)는 AC-DC 컨버터(1300)의 구성에 포함되지는 않는 것으로 이해될 수 있다.Referring to FIG. 13 , the AC-DC converter 1300 may include a rectifier 1330 and a symmetrical converter 100 . Although the AC power supply 30 and the load 10 are shown together in FIG. 13 , it may be understood that the AC power 30 and the load 10 are not included in the configuration of the AC-DC converter 1300 .

정류기(1330)는 교류 전원(30)이 제공하는 교류 전압을 정류할 수 있다. 정류기(1330)에는 공지의 정류 회로가 사용될 수 있다. 예시적으로, 정류기(1330)에는 풀브리지 다이오드 정류 회로 또는 하프브리지 다이오드 정류 회로가 사용될 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.The rectifier 1330 may rectify the AC voltage provided by the AC power source 30 . A known rectifier circuit may be used for the rectifier 1330 . Illustratively, a full-bridge diode rectifier circuit or a half-bridge diode rectifier circuit may be used for the rectifier 1330, but is not limited thereto.

대칭형 컨버터(100)는 정류기(1330)가 출력하는 직류 전압(Vdc)을 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)를 통해 제공받고, 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)를 통해 출력 직류 전압(Vo)을 부하(10)에 제공할 수 있다. 대칭형 컨버터(100)에는 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터가 사용될 수 있다. 실시예에 따라, 정류기(1330)와 대칭형 컨버터(100) 사이에는 역률 보정 회로(power factor correction circuit) 등의 컨버터가 더 사용될 수 있다.The symmetrical converter 100 receives the DC voltage V dc output from the rectifier 1330 through the first node N1 and the second node N2 , and the fifth node N5 and the sixth node N6 . ) through the output DC voltage (V o ) can be provided to the load (10). As the symmetrical converter 100 , the capacitor-isolated symmetrical converter described with reference to FIGS. 1 to 12 may be used. According to an embodiment, a converter such as a power factor correction circuit may be further used between the rectifier 1330 and the symmetric converter 100 .

이와 같이 구성된 AC-DC 컨버터(1300)는, 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터의 장점을 그대로 포함할 수 있다. 즉, AC-DC 컨버터(1300)는 공통모드 전류를 줄이고 절연 기능을 향상시켜 인체가 부하측에 접촉할 시에도 안전의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.The AC-DC converter 1300 configured as described above may include the advantages of the capacitor-isolated symmetric converter described with reference to FIGS. 1 to 12 . That is, the AC-DC converter 1300 reduces the common-mode current and improves the insulation function to prevent a safety problem from occurring even when the human body contacts the load side.

도 14 및 도 15는 도 13의 AC-DC 컨버터에서 공통모드 전류를 더욱 줄이기 위해 공통모드 필터 또는 공진 필터를 사용하는 실시예를 예시하는 도면이다.14 and 15 are diagrams illustrating an embodiment in which a common mode filter or a resonance filter is used to further reduce a common mode current in the AC-DC converter of FIG. 13 .

도 14에 예시된 AC-DC 컨버터(1400)는 도 13에 예시된 AC-DC 컨버터(1300)에 비해 공통모드 필터(1410)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는 한, 도 13을 참조하여 설명한 내용은 도 14에도 적용될 수 있다.The AC-DC converter 1400 illustrated in FIG. 14 is different from the AC-DC converter 1300 illustrated in FIG. 13 in that it further includes a common mode filter 1410 . Unless it is different from the content to be described below, the content described with reference to FIG. 13 may also be applied to FIG. 14 .

공통모드 필터(1410)는 공통모드 전류를 줄이기 위해 사용될 수 있다. 예시적으로, 공통모드 필터(1410)는 정류기(1330)와 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터(100) 사이에 배치될 수 있다. 공통모드 필터(1410)는 교류 전원(30)과 정류기(1330)의 사이 또는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터(100) 내부에 배치될 수도 있지만, 도 14와 같이 정류기(1330)와 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터(100) 사이에 배치될 경우 필터를 통해 흐르는 전류의 최대치가 감소하여 필터 사이즈를 줄이는 장점이 있다.The common mode filter 1410 may be used to reduce the common mode current. For example, the common mode filter 1410 may be disposed between the rectifier 1330 and the capacitor-isolated symmetric converter 100 . The common mode filter 1410 may be disposed between the AC power supply 30 and the rectifier 1330 or inside the capacitor insulation symmetric converter 100, but as shown in FIG. 14 , the rectifier 1330 and the capacitor insulation symmetrical type filter 1410 When disposed between the converters 100, the maximum value of the current flowing through the filter is reduced, thereby reducing the filter size.

공통모드 필터(1410)는 제1 필터 인덕터(Lf1)와 제2 필터 인덕터(Lf2)를 포함할 수 있다. 제1 필터 인덕터(Lf1)와 제2 필터 인덕터(Lf2)는 자기적으로 결합(도면에서 점선 표시)되어, 제1 필터 인덕터(Lf1)와 제2 필터 인덕터(Lf2)를 통해 순환하는 전류에 대해서는 인덕턴스가 최소화되고, 제1 필터 인덕터(Lf1)와 제2 필터 인덕터(Lf2)를 통해 동일한 방향(도면 상에서)으로 흐르는 전류에 대해서는 큰 인덕턴스로 작용하여 공통모드 전류를 줄일 수 있다. The common mode filter 1410 may include a first filter inductor L f1 and a second filter inductor L f2 . The first filter inductor L f1 and the second filter inductor L f2 are magnetically coupled (indicated by dotted lines in the figure), and circulate through the first filter inductor L f1 and the second filter inductor L f2 . The inductance is minimized for the current flowing through the first filter inductor (L f1 ) and the second filter inductor (L f2 ) in the same direction (on the drawing), acting as a large inductance to reduce the common mode current. have.

필터 효과를 높이기 위해, 자기적으로 결합된 제1 필터 인덕터(Lf1)와 제2 필터 인덕터(Lf2)의 전단 또는 후단에 제1 필터 커패시터(Cp1) 및/또는 제2 필터 커패시터(Cp2)가 선택적으로 추가될 수 있다. To increase the filter effect, a first filter capacitor (C p1 ) and/or a second filter capacitor (C) before or after the magnetically coupled first filter inductor (L f1 ) and the second filter inductor (L f2 ) p2 ) may be optionally added.

도 15에 예시된 AC-DC 컨버터(1500)는 도 13에 예시된 AC-DC 컨버터(1300)에 비해 공진 필터(1510)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는 한, 도 13을 참조하여 설명한 내용은 도 15에도 적용될 수 있다.The AC-DC converter 1500 illustrated in FIG. 15 is different from the AC-DC converter 1300 illustrated in FIG. 13 in that it further includes a resonance filter 1510 . Unless it is different from the content to be described below, the content described with reference to FIG. 13 may also be applied to FIG. 15 .

공진 필터(1510)는 공통모드 전류를 줄이기 위해 사용될 수 있다. 예시적으로, 공진 필터(1510)는 정류기(1330)와 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터(100) 사이에 배치될 수 있다. 공진 필터(1510)는 교류 전원(30)과 정류기(1330)의 사이 또는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터(100) 내부에 배치될 수도 있지만, 도 15와 같이 정류기(1330)와 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터(100) 사이에 배치될 경우 필터를 통해 흐르는 전류의 최대치가 감소하여 필터 사이즈를 줄이는 장점이 있다.The resonant filter 1510 may be used to reduce the common mode current. For example, the resonance filter 1510 may be disposed between the rectifier 1330 and the capacitor-insulated symmetric converter 100 . The resonance filter 1510 may be disposed between the AC power supply 30 and the rectifier 1330 or inside the capacitor-insulated symmetric converter 100, but as shown in FIG. 15, the rectifier 1330 and the capacitor-insulated symmetrical converter (100), the maximum value of the current flowing through the filter decreases, thereby reducing the filter size.

공진 필터(1510)는 인덕터와 커패시터가 서로 병렬로 연결된 단위 공진 필터(RF1, RF2, ...)를 포함할 수 있다. 단위 공진 필터(RF1, RF2, ...)의 각각은 내부의 인덕터와 커패시터에 의해 결정되는 공진 주파수 부근에서는 높은 임피던스를 나타내지만 그 외의 주파수에 대해서는 낮은 임피던스를 가짐으로써, 특정 주파수 성분의 전류가 통과하는 것을 줄일 수 있다. 따라서, 예상되는 공통모드 전류의 주파수 성분에 대해 매칭되는 공진 주파수를 가지는 단위 공진 필터(RF1, RF2, ...)를 사용하면 효과적으로 공통모드 전류를 줄일 수 있다. 만약, 공통모드 전류의 주파수 성분이 다양하다면 다양한 주파수 성분의 각각에 대해 매칭되는 단위 공진 필터(RF1, RF2, ...)를 복수 개 사용할 수 있다. The resonance filter 1510 may include unit resonance filters RF1, RF2, ... in which an inductor and a capacitor are connected in parallel to each other. Each of the unit resonance filters (RF1, RF2, ...) shows high impedance near the resonance frequency determined by the internal inductor and capacitor, but has low impedance for other frequencies, so that the current of a specific frequency component is passing can be reduced. Accordingly, the common mode current can be effectively reduced by using the unit resonance filters RF1, RF2, ... having a resonance frequency that matches the frequency component of the expected common mode current. If the frequency components of the common mode current are varied, a plurality of unit resonance filters (RF1, RF2, ...) matching each of the various frequency components may be used.

또한, 공진 필터(1510)에는 복수의 단위 공진 필터(RF1, RF2, ...)가 대칭형으로 배치될 수 있다. 즉, 제1 노드(N1)에 대응하는 라인과 제2 노드(N2)에 대응하는 라인에 동일한 공진 주파수를 가지는 단위 공진 필터(예, RF1과 RF2가 동일한 특성)가 배치될 수 있다. Also, a plurality of unit resonance filters RF1 , RF2 , ... may be symmetrically disposed in the resonance filter 1510 . That is, a unit resonance filter (eg, RF1 and RF2 having the same characteristic) having the same resonance frequency may be disposed on a line corresponding to the first node N1 and a line corresponding to the second node N2 .

또한, 공진 필터(1510)에는 단위 공진 필터(RF1, RF2, ...)의 각각에 병렬로 커패시터(Cr1, ..., Cm)가 선택적으로 추가될 수 있다. 병렬로 연결된 커패시터(Cr1, ..., Cm)는 공진 필터(1510)의 공통모드 전류 저감 기능을 효과적으로 높일 수 있다. Also, capacitors C r1 , ..., C m may be selectively added to the resonance filter 1510 in parallel to each of the unit resonance filters RF1 , RF2 , ... . The capacitors C r1 , ..., C m connected in parallel can effectively increase the common mode current reduction function of the resonance filter 1510 .

도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시예들의 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터는 대칭 회로를 사용함으로써 공통모드 전류를 줄이는 장점이 있지만, 공통모드 전류는 낮을수록 바람직할 수 있다. 이러한 상황을 고려하여, 필요에 따라 도 14 및 도 15에 예시된 바와 같은 공통모드 필터(1410) 또는 공진 필터(1510)를 보조적으로 사용하여 공통모드 전류를 더욱 줄일 수 있다. 도 14에 예시된 공통모드 필터와 도 15에 예시된 공진 필터는 필요에 따라 함께 사용될 수도 있다. As described with reference to FIGS. 1 to 12 , the capacitor-isolated symmetric converter of the present embodiments has an advantage of reducing the common mode current by using a symmetric circuit, but the lower the common mode current may be preferable. In consideration of this situation, the common mode current may be further reduced by auxiliary use of the common mode filter 1410 or the resonance filter 1510 as illustrated in FIGS. 14 and 15 , if necessary. The common mode filter illustrated in FIG. 14 and the resonance filter illustrated in FIG. 15 may be used together if necessary.

도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다. 16 is a diagram illustrating a class E-type symmetric converter of a capacitor isolation method according to another embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 컨버터(1600, 이하 간략히 '컨버터(1600)'라고도 함)는 도 3에 예시된 컨버터(300)에 비해 정류 회로(1620)가 구체적으로 예시된 점에서 차이가 있다. 컨버터(1600)는 도 3을 참조하여 설명한 컨버터(300)의 일 실시예로 이해될 수 있고, 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는다면 도 3을 참조하여 설명한 내용은 도 16에도 적용될 수 있다.Referring to FIG. 16 , the rectifier circuit 1620 is specifically exemplified in the class E type symmetric converter 1600 (hereinafter also referred to as 'converter 1600' for short) of the capacitor insulation method compared to the converter 300 illustrated in FIG. 3 . There is a difference in that The converter 1600 may be understood as an exemplary embodiment of the converter 300 described with reference to FIG. 3 , and the content described with reference to FIG. 3 may also be applied to FIG. 16 unless it is arranged with the content to be described below.

정류 회로(1620)는 제5 커패시터(C5), 제2 다이오드(D2), 제5 인덕터(L5), 제6 인덕터(L6) 및 출력단 평활용 커패시터(Co)를 포함할 수 있다. 출력단 평활용 커패시터(Co)는 정류 회로(1620)의 일부로 볼 수도 있지만, 경우에 따라 정류 회로(1620) 외부의 구성으로 이해될 수 있다.The rectifier circuit 1620 may include a fifth capacitor C5 , a second diode D2 , a fifth inductor L5 , a sixth inductor L6 , and an output terminal smoothing capacitor C o . The output terminal smoothing capacitor (C o ) may be viewed as a part of the rectifier circuit 1620 , but may be understood as an external configuration of the rectifier circuit 1620 in some cases.

일 실시예로서, 제5 커패시터(C5)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 연결될 수 있다. 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 제3 노드(N3)에 연결되고, 애노드는 제4 노드(N4)에 연결될 수 있다. 제5 인덕터(L5)는 제3 노드(N3)와 제5 노드(N5) 사이에 연결될 수 있다. 제6 인덕터(L6)는 제4 노드(N4)와 제6 노드(N6) 사이에 연결될 수 있다. 출력단 평활용 커패시터(Co)는 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6) 사이에 연결될 수 있다.As an embodiment, the fifth capacitor C5 may be connected between the third node N3 and the fourth node N4 . The cathode of the second diode D2 may be connected to the third node N3 , and the anode may be connected to the fourth node N4 . The fifth inductor L5 may be connected between the third node N3 and the fifth node N5 . The sixth inductor L6 may be connected between the fourth node N4 and the sixth node N6 . The output terminal smoothing capacitor C o may be connected between the fifth node N5 and the sixth node N6.

도 17은 도 16의 컨버터(1600)의 동작 파형을 예시하는 도면이다. 도 17에는 도 4에 비해 중간 교류 전압(Vac)이 더 도시되어 있다.17 is a diagram illustrating an operation waveform of the converter 1600 of FIG. 16 . In FIG. 17 , the intermediate alternating voltage (V ac ) is further illustrated as compared to FIG. 4 .

정류 회로(1620)의 동작에 의해 중간 교류 전압(Vac)에는 스위칭 주기 내의 일부 구간에서 공진에 의해 발생하는 양의 전압이 형성될 수 있다. 제5 인덕터(L5), 제6 인덕터(L6) 및 출력단 평활용 커패시터(Co)의 동작에 의해 출력 직류 전압(Vo)에는 중간 교류 전압(Vac)의 평균값에 해당하는 전압이 형성될 수 있다. By the operation of the rectifier circuit 1620 , a positive voltage generated by resonance may be formed in the intermediate AC voltage V ac in some sections within the switching period. By the operation of the fifth inductor L5, the sixth inductor L6, and the output terminal smoothing capacitor C o , a voltage corresponding to the average value of the intermediate AC voltage V ac is formed in the output DC voltage V o . can

정류 회로(1620)는 대칭형 공진 정류기로 동작함으로써, 대칭형 스위칭 회로(310)와 함께 공통모드 전류를 줄일 수 있다. The rectifier circuit 1620 may reduce a common mode current together with the symmetric switching circuit 310 by operating as a symmetrical resonant rectifier.

도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 양방향 컨버터를 예시하는 도면이다.18 is a diagram illustrating a class E-type symmetric bidirectional converter of a capacitor isolation method according to another embodiment of the present invention.

도 18을 참조하면, 커패시터 절연 방식의 class E 타입 대칭형 양방향 컨버터(1800, 이하 간략히 '컨버터(1800)'라고도 함)는 도 16에 예시된 컨버터(1600)에 비해 정류 회로(1820)에 다이오드(도 16의 D2) 대신 제2 스위치(S2)가 사용된 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는다면 도 16을 참조하여 설명한 내용은 도 18에도 적용될 수 있다.Referring to FIG. 18, the class E type symmetrical bidirectional converter (1800, hereinafter simply referred to as 'converter 1800') of the capacitor insulation method has a diode ( There is a difference in that the second switch S2 is used instead of D2 of FIG. 16 . Unless it is inconsistent with the content to be described below, the content described with reference to FIG. 16 may also be applied to FIG. 18 .

정류 회로(1820)의 제2 스위치(S2)는 온/오프 동작을 통해 제3 노드(N3)로부터 제4 노드(N4)로의 전류를 흐르게 하거나 차단할 수 있다. 제2 스위치(S2)는, 제1 스위치(S1)와 유사하게, 스위칭 주기 내에서 온/오프를 반복하며 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4)에 형성되는 전압을 조절함으로써 입력 직류 전압(Vdc)으로부터 출력 직류 전압(Vo)으로 전달되는 전력을 조절할 수 있다. 실시예에 따라, 제2 스위치(S2)의 스위칭 주기에 대한 온 구간의 비율(듀티)을 조절하거나 및/또는 스위칭 주파수를 조절하는 방식으로 입력 직류 전압(Vdc)으로부터 출력 직류 전압(Vo)으로 전달되는 전력을 조절할 수 있다.The second switch S2 of the rectifying circuit 1820 may flow or block a current from the third node N3 to the fourth node N4 through an on/off operation. The second switch S2, similar to the first switch S1, repeats on/off within a switching period and adjusts the voltage formed at the third node N3 and the fourth node N4, thereby inputting direct current. Power transferred from the voltage (V dc ) to the output DC voltage (V o ) may be adjusted. According to the embodiment, the output DC voltage (V o ) from the input DC voltage (V dc ) by adjusting the ratio (duty) of the on period to the switching period of the second switch (S2) and/or adjusting the switching frequency ) to control the power delivered to it.

또한, 컨버터(1800)에서는 정류 회로(1820)에 제2 스위치(S2)를 사용함으로써 양방향으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 입력 직류 전압(Vdc)으로부터 출력 직류 전압(Vo)으로 전력을 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 출력 직류 전압(Vo)으로부터 입력 직류 전압(Vdc)으로 전력을 전달할 수 있다. 후자의 경우, 제2 스위치(S2)가 메인 스위치로 동작하고, 제1 스위치(S1)는 정류 회로의 일부로 동작하는 것으로 이해될 수 있다. 컨버터(1800)가 전력을 전달하는 방향과 전력의 양은 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)의 제어에 따라 조절될 수 있다.In addition, the converter 1800 may transmit power in both directions by using the second switch S2 in the rectifying circuit 1820 . That is, power may be transmitted from the input DC voltage V dc to the output DC voltage V o , and power may be transmitted from the output DC voltage V o to the input DC voltage V dc . In the latter case, it may be understood that the second switch S2 operates as a main switch, and the first switch S1 operates as a part of the rectifying circuit. The direction in which the converter 1800 transmits power and the amount of power may be adjusted according to the control of the first switch S1 and the second switch S2 .

다음으로, 본 발명의 실시예들에 따른 전술한 대칭형 컨버터는 변압기를 사용하는 경우에도 공통모드 전류를 줄이기 위해 사용될 수 있음을 설명한다.Next, it will be described that the above-described symmetric converter according to embodiments of the present invention can be used to reduce the common mode current even when a transformer is used.

지금까지 도 1 내지 도 18을 참조하여, 변압기를 사용하지 않는 경우에 대해 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터를 사용하여 절연을 수행하면서 동시에 공통모드 전류를 줄이는 것에 대해 설명하였는데, 도 1 내지 도 18을 참조하여 설명한 대칭형 컨버터는 변압기를 사용하는 경우에도 공통모드 전류를 줄이기 위해 활용될 수 있다. 변압기를 사용하는 경우에도 변압기 내부의 기생 커패시턴스 등을 통해 공통모드 전류가 흐를 수 있고 상황에 따라 공통모드 전류를 줄일 필요가 있다. So far, with reference to FIGS. 1 to 18 , it has been described that the common mode current is reduced while performing insulation using a capacitor-isolated symmetric converter for the case where a transformer is not used, see FIGS. 1 to 18 The symmetric converter described above can be utilized to reduce the common mode current even when a transformer is used. Even when a transformer is used, the common mode current may flow through parasitic capacitance inside the transformer, and it is necessary to reduce the common mode current depending on the situation.

도 19는, 일 실시예로서, 변압기를 사용하는 class E 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.19 is a diagram illustrating a class E type symmetrical converter using a transformer as an embodiment.

도 19를 참조하면, 변압기를 사용하는 class E 타입 대칭형 컨버터(1900, 이하 간략히 '컨버터(1900)'라고도 함)는 도 3에 예시된 컨버터(300)에 비해 제1 변압기(TX1)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는다면 도 3을 참조하여 설명한 내용은 도 19에도 적용될 수 있다.Referring to FIG. 19 , the class E type symmetric converter (1900, hereinafter simply referred to as 'converter 1900') using a transformer further includes a first transformer TX1 compared to the converter 300 illustrated in FIG. 3 . There is a difference in that Unless it is inconsistent with the content to be described below, the content described with reference to FIG. 3 may also be applied to FIG. 19 .

실시예에 따라, 제1 변압기(TX1)는 제3 노드(N3)와 정류 회로(320)의 사이 및 제4 노드(N4)와 정류 회로(320)의 사이에 배치될 수 있다. 즉, 제1 변압기(TX1)의 제1 권선(W1)은 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 연결되고, 제1 변압기(TX1)의 제2 권선(W2)은 정류 회로(320)의 입력 노드들(N10, N11) 사이에 연결될 수 있다.According to an embodiment, the first transformer TX1 may be disposed between the third node N3 and the rectifier circuit 320 and between the fourth node N4 and the rectifier circuit 320 . That is, the first winding W1 of the first transformer TX1 is connected between the third node N3 and the fourth node N4 , and the second winding W2 of the first transformer TX1 is a rectifying circuit It may be connected between the input nodes N10 and N11 of 320 .

제1 변압기(TX1)의 제1 권선(W1)과 제2 권선(W2)은 서로 전기적으로 완벽히 절연되는 것이 바람직하지만, 사이즈 등의 제약으로 인해 제1 권선(W1)과 제2 권선(W2) 사이의 거리가 충분하지 않아 두 권선(W1, W2) 사이에 기생 커패시턴스가 존재할 수 있고, 이러한 기생 커패시턴스를 통해 공통모드 전류가 흐를 수 있다. 도 19에 예시된 컨버터(1900)는 대칭형 스위칭 회로(310)를 사용함으로써, 제1 변압기(TX1)에 기생 커패시턴스가 존재하는 경우에도 전술한 바와 같은 작용에 의해 공통모드 전류를 줄일 수 있다.It is preferable that the first winding W1 and the second winding W2 of the first transformer TX1 are completely electrically insulated from each other, but due to restrictions such as size, the first winding W1 and the second winding W2 Since the distance between them is not sufficient, a parasitic capacitance may exist between the two windings W1 and W2, and a common mode current may flow through this parasitic capacitance. By using the symmetrical switching circuit 310 in the converter 1900 illustrated in FIG. 19 , even when a parasitic capacitance exists in the first transformer TX1 , the common mode current can be reduced by the above-described action.

도 20은, 다른 일 실시예로서, 변압기를 사용하는 하프브리지 타입 대칭형 컨버터를 예시하는 도면이다.20 is a diagram illustrating a half-bridge type symmetrical converter using a transformer as another embodiment.

도 20을 참조하면, 변압기를 사용하는 하프브리지 타입 대칭형 컨버터(2000, 이하 간략히 '컨버터(2000)'라고도 함)는 도 8에 예시된 컨버터(800)에 비해 제2 변압기(TX2)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 아래에서 설명할 내용과 배치되지 않는다면 도 8을 참조하여 설명한 내용은 도 20에도 적용될 수 있다.Referring to FIG. 20 , the half-bridge type symmetrical converter 2000 using a transformer (hereinafter also referred to as 'converter 2000' for short) further includes a second transformer TX2 compared to the converter 800 illustrated in FIG. 8 . There is a difference in that Unless it is different from the content to be described below, the content described with reference to FIG. 8 may also be applied to FIG. 20 .

실시예에 따라, 제2 변압기(TX2)는 제3 노드(N3)와 정류 회로(820)의 사이 및 제4 노드(N4)와 정류 회로(820)의 사이에 배치될 수 있다. 즉, 제2 변압기(TX2)의 제1 권선(W1)은 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 연결되고, 제2 변압기(TX2)의 제2 권선(W2)은 정류 회로(820)의 입력 노드들(N10, N11) 사이에 연결될 수 있다.According to an embodiment, the second transformer TX2 may be disposed between the third node N3 and the rectifying circuit 820 and between the fourth node N4 and the rectifying circuit 820 . That is, the first winding W1 of the second transformer TX2 is connected between the third node N3 and the fourth node N4 , and the second winding W2 of the second transformer TX2 is a rectifying circuit It may be connected between the input nodes N10 and N11 of the 820 .

전술한 바와 같이, 제2 변압기(TX2)의 기생 커패시턴스를 통해 공통모드 전류가 흐를 수 있다. 도 20에 예시된 컨버터(2000)는 하프브리지 타입의 대칭형 스위칭 회로(810)를 사용함으로써, 제2 변압기(TX2)에 기생 커패시턴스가 존재하는 경우에도 공통모드 전류를 줄일 수 있다.As described above, a common mode current may flow through the parasitic capacitance of the second transformer TX2. The converter 2000 illustrated in FIG. 20 uses the half-bridge type symmetrical switching circuit 810 to reduce the common mode current even when a parasitic capacitance exists in the second transformer TX2.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 대칭형 컨버터, class E 타입의 대칭형 컨버터, 하프브리지 타입의 대칭형 컨버터, 대칭형 AC-DC 컨버터, class E 타입의 대칭형 양방향 컨버터, 변압기를 사용하는 대칭형 컨버터 등을 포함하고 있고, 이들 컨버터에 의하면 공통모드 전류를 줄이고 절연 성능을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로는 대칭형 컨버터에서 소스 단자가 플로팅(floating)된 스위치를 효과적으로 구동할 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention includes a symmetrical converter, a class E-type symmetrical converter, a half-bridge-type symmetrical converter, a symmetrical AC-DC converter, a class E-type symmetrical bidirectional converter, and a symmetrical converter using a transformer. and according to these converters, it is possible to reduce the common-mode current and improve the insulation performance. In addition, the driving circuit according to an embodiment of the present invention can effectively drive a switch having a floating source terminal in a symmetrical converter.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as "include", "comprise" or "have" described above mean that the corresponding component may be embedded unless otherwise stated, so it does not exclude other components. It should be construed as being able to further include other components. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms commonly used, such as those defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (13)

제1 노드와 제2 노드를 통해 입력 직류 전압을 제공받고 제3 노드와 제4 노드를 통해 중간 교류 전압을 출력하는 스위칭 회로; 및
상기 스위칭 회로가 출력한 상기 중간 교류 전압을 정류하여 제5 노드와 제6 노드를 통해 출력 직류 전압을 출력하는 정류 회로;를 포함하되,
상기 스위칭 회로는,
변압기를 포함하지 않으면서 커패시터를 사용하여 절연이 구현되고,
상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이의 임피던스와 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이의 임피던스가 서로 실질적으로 동일하고,
상기 제1 노드와 상기 제4 노드 사이의 임피던스와 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이의 임피던스도 서로 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
a switching circuit that receives an input DC voltage through a first node and a second node and outputs an intermediate AC voltage through a third node and a fourth node; and
A rectifier circuit for rectifying the intermediate AC voltage output by the switching circuit and outputting an output DC voltage through a fifth node and a sixth node; including,
The switching circuit is
Isolation is implemented using capacitors without including transformers,
an impedance between the first node and the third node and an impedance between the second node and the fourth node are substantially equal to each other;
An impedance between the first node and the fourth node and an impedance between the second node and the third node are also substantially equal to each other.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제2 노드는 기준 전위에 연결되고, 상기 제6 노드는 접지 임피던스를 통해 상기 기준 전위에 연결된 상태에서, 상기 제1 노드를 통해 상기 스위칭 회로로 들어가는 전류와 상기 제2 노드를 통해 상기 스위칭 회로로 들어가는 전류는 서로 실질적으로 180도의 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
The method according to claim 1,
In a state in which the second node is connected to a reference potential and the sixth node is connected to the reference potential through a ground impedance, a current entering the switching circuit through the first node and the switching circuit through the second node A capacitor-isolated symmetrical converter, characterized in that the currents entering the circuit have a phase difference of 180 degrees from each other.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 노드는 기준 전위에 연결되고, 상기 제6 노드는 접지 임피던스를 통해 상기 기준 전위에 연결된 상태에서, 상기 제3 노드를 통해 상기 스위칭 회로로부터 출력되는 전류와 상기 제4 노드를 통해 상기 스위칭 회로로부터 출력되는 전류는 서로 실질적으로 180도의 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
The method according to claim 1,
In a state in which the second node is connected to a reference potential, and the sixth node is connected to the reference potential through a ground impedance, a current output from the switching circuit through the third node and the switching through the fourth node Current output from the circuit is a capacitor-isolated symmetrical converter, characterized in that it has a phase difference of substantially 180 degrees from each other.
제1 노드와 제2 노드를 통해 입력 직류 전압을 제공받고 제3 노드와 제4 노드를 통해 중간 교류 전압을 출력하는 스위칭 회로; 및
상기 스위칭 회로가 출력한 상기 중간 교류 전압을 정류하여 제5 노드와 제6 노드를 통해 출력 직류 전압을 출력하는 정류 회로;를 포함하되,
상기 스위칭 회로는,
상기 제1 노드와 제7 노드 사이에 연결된 제1 인덕터;
상기 제2 노드와 제8 노드 사이에 연결된 제2 인덕터;
상기 제7 노드와 상기 제8 노드 사이에 연결된 제1 스위치;
상기 제7 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제3 인덕터 및 제1 커패시터; 및
상기 제8 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제4 인덕터 및 제2 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
a switching circuit that receives an input DC voltage through a first node and a second node and outputs an intermediate AC voltage through a third node and a fourth node; and
A rectifier circuit for rectifying the intermediate AC voltage output by the switching circuit and outputting an output DC voltage through a fifth node and a sixth node; including,
The switching circuit is
a first inductor connected between the first node and the seventh node;
a second inductor connected between the second node and the eighth node;
a first switch connected between the seventh node and the eighth node;
a third inductor and a first capacitor connected between the seventh node and the third node; and
and a fourth inductor and a second capacitor connected between the eighth node and the fourth node.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 스위치의 전압이 실질적으로 영(zero)이 된 상태에서 상기 제1 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
6. The method of claim 5,
The capacitor insulation type symmetrical converter, characterized in that the first switch is turned on in a state in which the voltage of the first switch becomes substantially zero.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 스위치의 구동 신호를 생성하는 제1 스위치 구동 회로를 더 포함하고,
상기 제1 스위치 구동 회로는,
상기 제1 노드에 애노드가 연결된 제1 다이오드;
상기 제1 다이오드의 캐소드에 제1 단자가 연결되고, 상기 제8 노드에 제2 단자가 연결된 제4 커패시터; 및
상기 제4 커패시터로부터 전원을 공급받고 상기 제1 스위치의 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
6. The method of claim 5,
Further comprising a first switch driving circuit for generating a driving signal of the first switch,
The first switch driving circuit,
a first diode having an anode connected to the first node;
a fourth capacitor having a first terminal connected to the cathode of the first diode and a second terminal connected to the eighth node; and
and a driving signal generator receiving power from the fourth capacitor and generating a driving signal of the first switch.
제1 노드와 제2 노드를 통해 입력 직류 전압을 제공받고 제3 노드와 제4 노드를 통해 중간 교류 전압을 출력하는 스위칭 회로; 및
상기 스위칭 회로가 출력한 상기 중간 교류 전압을 정류하여 제5 노드와 제6 노드를 통해 출력 직류 전압을 출력하는 정류 회로;를 포함하되,
상기 스위칭 회로는,
상기 제1 노드와 제7 노드 사이에 연결된 제1 스위치;
상기 제7 노드와 제8 노드 사이에 연결된 제2 스위치;
상기 제8 노드와 제2 노드 사이에 연결된 제3 스위치;
상기 제7 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제1 인덕터 및 제1 커패시터; 및
상기 제8 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제2 인덕터 및 제2 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
a switching circuit that receives an input DC voltage through a first node and a second node and outputs an intermediate AC voltage through a third node and a fourth node; and
A rectifier circuit for rectifying the intermediate AC voltage output by the switching circuit and outputting an output DC voltage through a fifth node and a sixth node; including,
The switching circuit is
a first switch connected between the first node and the seventh node;
a second switch connected between the seventh node and the eighth node;
a third switch connected between the eighth node and the second node;
a first inductor and a first capacitor connected between the seventh node and the third node; and
and a second inductor and a second capacitor connected between the eighth node and the fourth node.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치는 서로 실질적으로 동시에 온/오프 되고,
상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치와 실질적으로 반대로 온/오프되는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
9. The method of claim 8,
The first switch and the third switch are turned on/off at substantially the same time as each other,
and the second switch is turned on/off substantially opposite to the first switch and the third switch.
청구항 8에 있어서,
상기 스위칭 회로는 전압 분배 회로를 더 포함하고,
상기 전압 분배 회로는,
상기 제1 노드와 제9 노드 사이에 연결된 제3 커패시터;
상기 제9 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 제4 커패시터;
상기 제9 노드와 상기 제7 노드 사이에 연결된 제1 다이오드;
상기 제9 노드와 상기 제8 노드 사이에 연결된 제2 다이오드;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
9. The method of claim 8,
The switching circuit further comprises a voltage divider circuit,
The voltage divider circuit,
a third capacitor connected between the first node and the ninth node;
a fourth capacitor connected between the ninth node and the second node;
a first diode connected between the ninth node and the seventh node;
a second diode connected between the ninth node and the eighth node;
A symmetrical converter of the capacitor insulation method comprising a.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 구동 신호를 생성하는 제1 구동 회로 및 상기 제1 스위치의 구동 신호를 생성하는 제2 구동 회로를 더 포함하고,
상기 제1 구동 회로는,
제어 전원과 상기 제8 노드 사이에 직렬로 연결된 제3 다이오드와 제5 커패시터; 및
상기 제5 커패시터로부터 공급받은 전압을 사용하여 상기 제2 스위치의 구동 신호를 생성하는 제1 구동 신호 생성부;를 포함하고,
상기 제2 구동 회로는,
상기 제3 다이오드와 상기 제5 커패시터의 접속 노드와 상기 제7 노드 사이에 직렬로 연결된 제4 다이오드와 제6 커패시터; 및
상기 제6 커패시터로부터 공급받은 전압을 사용하여 상기 제1 스위치의 구동 신호를 생성하는 제2 구동 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터.
9. The method of claim 8,
A first driving circuit generating a driving signal of the second switch and the third switch, and a second driving circuit generating a driving signal of the first switch,
The first driving circuit,
a third diode and a fifth capacitor connected in series between a control power supply and the eighth node; and
a first driving signal generator configured to generate a driving signal of the second switch using the voltage supplied from the fifth capacitor;
The second driving circuit,
a fourth diode and a sixth capacitor connected in series between the connection node of the third diode and the fifth capacitor and the seventh node; and
and a second driving signal generator configured to generate a driving signal of the first switch by using the voltage supplied from the sixth capacitor.
교류 전압을 정류하는 정류기; 및
상기 정류기가 출력하는 직류 전압을 상기 제1 노드와 상기 제2 노드를 통해 제공받는, 청구항 1, 3 내지 11 중의 어느 하나에 따른 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터;를 포함하는 AC-DC 컨버터.
rectifier for rectifying alternating voltage; and
An AC-DC converter comprising a; the capacitor-insulated symmetrical converter according to any one of claims 1, 3 to 11, wherein the DC voltage output from the rectifier is provided through the first node and the second node.
청구항 12에 있어서,
상기 정류기와 상기 커패시터 절연 방식의 대칭형 컨버터 사이에는 공진형 필터 및 공통모드 필터 중의 적어도 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 AC-DC 컨버터.
13. The method of claim 12,
An AC-DC converter, characterized in that at least one of a resonance filter and a common mode filter is disposed between the rectifier and the capacitor-isolated symmetric converter.
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