KR20010009962A - 병렬 연결 구조의 분산 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 전력 컨버터 - Google Patents

병렬 연결 구조의 분산 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 전력 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일정 주파수로 펄스폭 변조 방법에 의한 출력 직류(DC)전압 제어를 하며 높은 효율과 높은 전력밀도를 얻기위하여 소프트 스위칭 방식과 병렬 연결된 분산변압기 및 전력 스위치를 갖는 포워드 컨버터, 변형된 포워드 컨버터, 하프 브리지 컨버터 및 변형된 하프 브리지 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 달성하기 위하여 본 발명은 분산 변압기 및 분산 전력 스위치를 유한개 병렬 연결하여 고효율과 작은 부피를 얻을 수 있는 전력 변환기에 있어서, 주 분산 전력 스위치 및 클램프 분산 전력 스위치의 소프트 스위칭이 가능한 주 분산 전력 스위치, 클램프 분산 전력 스위치 및 분산 변압기의 회로 구조, 분산 MOSFET 동기 정류기의 병렬 연결 방식 및 분산 변압기의 보조 출력에 의한 구동이 가능한 회로 수단, 상기 방식의 포워드 컨버터, 변형된 포워드 컨버터, 하프 브리지 컨버터 및 변형된 하프 브리지 컨버터의 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

병렬 연결 구조의 분산 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 전력 컨버터 {Soft switching power converter having distributed transformers and distributed power switches of parallel structure}
본 발명은 일정 주파수로 펄스폭 변조 방법에 의한 출력 직류(DC)전압 제어를 하며 높은 효율과 높은 전력밀도를 얻기위하여 소프트 스위칭 방식과 병렬 연결된 분산변압기 및 전력 스위치를 갖는 포워드 컨버터, 변형된 포워드 컨버터, 하프 브리지 컨버터 및 변형된 하프 브리지 컨버터의 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 입력 전압으로부터 원하는 출력전압을 얻기위해서는 전력 컨버터가 필요하다. 그 중 최근 스위칭 방식에 의한 전원장치가 널리 사용되며 스위칭 전원 장치(전력 컨버터)의 개발에 있어 핵심적인 요소는 부피와 효율이다. 전력 컨버터의 부피를 줄이기 위해서는 스위칭 주파수를 올리는 것이 필터 및 변압기의 크기를 감소시킴으로 유리하다. 그러나 스위칭 주파수의 증가에 의한 스위칭 손실의 발생으로 방열 기구의 크기가 증가한다. 따라서 본 발명에서는 스위칭 주파수를 증가시키면서 스위칭 손실을 최소화시키는 것이 가능하도록 소프트 스위칭 방식의 동작을 한다. 또한 고효율을 얻기 위하여 유한개의 전력 스위치를 병렬 연결시킨 분산 전력 스위치를 사용한다. MOSFET 소자를 전력 스위치로 사용하면 MOSFET 스위치의 도통시 나타나는 도통 손실은 수학식 1과 같이 간략히 표현 할 수 있다.
[수학식 1]
여기서 I는 MOSFET 스위치에 도통시 흐르는 전류이며 R은 MOSFET 스위치 도통시 나타나는 MOSFET 스위치의 등가 저항 성분이다. 따라서 본 발명에서 같이 k개의 작은 용량의 MOSFET 스위치를 병렬 연결하여 사용하면 M0SFET 스위치의 도통시 나타나는 도통 손실은 수학식 2과 같이 간략히 표현 할 수 있다.
[수학식 2]
상기 수학식 2에 보듯이 도통 손실은 k배 감소함을 알 수 있다. 도통 손실의 감소 뿐만 아니라 전력 스위치에 흐르는 전류의 분산에 의하여 스위칭 손실 또한 감소하며 작은 전류 정격의 MOSFET 스위치의 도통 저항은 큰 전류 정격의 MOSFET 스위치의 도통 저항에 비하여 작으므로 더욱 작은 도통 손실이 발생된다. 이와 같이 손실이 감소하면 방역 기구의 부피 또한 감소하여 부피면에서도 매우 유리하다. 또한 본 발명은 n개의 변압기를 1차측 및 2차측을 병렬 연결한 구조로 분산 전력 스위치의 경우와 같이 변압기에 흐르는 전류를 분산시켜 권선의 도통 손실을 감소시킨다. 또한 일반적으로 작은 용량의 변압기는 큰 용량의 변압기에 비하여 부피 및 높이 가 작으므로 낮은 높이의 변압기 n개 병렬 연결함으로써 변압기의 전체 높이를 낮게 할 수 있다. 이러한 장점은 최근의 박막형 전원장치의 필요성을 만족시키는 것이다. 특히 n개의 변압기를 병렬연결 함으로 변압기의 누설 인덕턴스 성분을 n배 감소시키는 효과도 발생하여 누설 인덕턴스에 의한 스위칭 소호시의 손실 및 문제를 저감 시키며 컨버터 동작시 시비율의 감소 등과 같은 문제를 방지 할 수 있다. 본 발명은 정류기단의 손실 저감을 위하여 일반적으로 사용하는 쇼트키 다이오드 대신 MOSFET 스위치를 동기 정류기로 사용함으로 전류기 단에서의 손실을 감소시켰으며 그 구동 방법은 분산 변압기의 보조 출력 권선을 이용하여 구동하는 방식을 취하므로 스위칭 과도시의 쇼트키 다이오드 도통 구간을 제거하였다. 또한 분산 변압기의 보조 출력 권선은 제어기 및 클램프 스위치 구동을 위한 전원으로의 활용이 용이하므로 보조 전원 설계시 매우 유리하다.
따라서 본 발명은 고효율 및 작은 부피로 정확한 출력전압 제어를 행하는 전력 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 분산 변압기 및 분산 전력 스위치를 유한개 병렬 연결하여 고효율과 작은 부피를 얻을 수 있는 전력 변환기에 있어서, 주 분산 전력 스위치 및 클램프 분산 전력 스위치의 소프트 스위칭이 가능한 주 분산 전력 스위치, 클램프 분산 전력 스위치 및 분산 변압기의 회로 구조; 분산 MOSFET 동기 정류기의 병렬 연결 방식 및 분산 변압기의 보조 출력에 의한 구동이 가능한 회로 수단; 상기 방식의 포워드 컨버터, 변형된 포워드 컨버터, 하프 브리지 컨버터 및 변형된 하프 브리지 컨버터의 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기의 연결도
도 1b는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기의 1차측 등가 회로도
도 2a는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기의 연결도
도 2b는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기의 1차측 등가 회로도
도 3는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 전력 스위치
도 4는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 포워드 컨버터
도 5는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 변형된 포워드 컨버터
도 6는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 하프 브리지 컨버터
도 7는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 변형된 하프 브리지 컨버터
도 8는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 포워드 컨버터의 n=3, p=2, m=1, k=2, h=2 인 경우의 예시도
도 9는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 변형된 포워드 컨버터의 n=3, p=2, m=1, k=2, h=2 인 경우의 예시도
도 10는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 하프 브리지 컨버터의 n=3, p=2, m=2, k=2, h=2 인 경우의 예시도
도 11는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 하프 브리지 컨버터의 n=3, p=2, m=2, k=2, h=2 인 경우의 예시도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
104: n개의 단권 변압기
105: n개의 단권 변압기가 병렬연결된 변압기 1차측 전압
106: n개의 단권 변압기가 병렬연결된 변압기 2차측 전압
119: n개의 복권 변압기
120: n개의 복권 변압기가 병렬연결된 변압기 1차측 전압
121: n개의 복권 변압기가 병렬연결된 변압기 2차측 전압
131: 병렬 연결되는 첫 번째 분산 전력 스위치
134: 병렬 연결되는 k번째 분산 전력 스위치
136: 입력 전압
137: 클램프 전압원
138: m개의 병렬연결된 보조 분산 전력 스위치
139: p개의 병렬연결된 보조 분산 전력 스위치
140: 병렬연결된 분산 변압기의 첫 번째 변압기의 보조 출력
143: k개의 병렬연결된 분산 MOSFETs 동기 정류기 전력 스위치
144: h개의 병렬연결된 분산 MOSFETs 동기 정류기 전력 스위치
145: 출력 인덕터
146: 출력 커패시터
147: 부하 저항
149: 변형된 포워드 컨버터의 클램프 커패시터
162: 하프 브리지 컨버터의 위쪽 입력단 전압 분류기 커패시터
163: 하프 브리지 컨버터의 아래쪽 입력단 전압 분류기 커패시터
176: 변형된 하프 브리지 컨버터의 클램프 커패시터
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기의 연결도로서, 분산 변압기(104)를 구성하는 첫 번째 변압기 101의 경우 1차측 권선 1개 및 단자 2개로 구성되며 2차측 권선 2개 단자 4개로 구성되어 있다. 101과 같은 변압기를 본 발명에서는 단권 변압기라 한다. 분산 변압기(104)는 101과 같은 변압기 n개로 구성되어 있으며 1차측 및 2차측 주 출력 권선은 병렬연결 되는 것을 특징으로 한다. 또한 2차측 보조 출력 107, 108, 109는 2차측 MOSFET 동기 정류기 구동 및 제어기 보조 전원 등으로 활용한다.
도 1b는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기의 1차측 등가 회로도로서, 단권 변압기 n개의 병렬연결에 의하여 상기 도 1a의 분산 변압기 1차측 단자 105에서 보는 분산 변압기의 누설 인덕턴스는 Llk1/n으로 한 개의 단권 변압기 101에 비하여 n배 작아짐을 알 수 있다. 물론 자화 인덕턴스 또한 Lm1/n으로 n배 작아진다.
도 2a는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기의 연결도로서, 분산 변압기(119)를 구성하는 첫 번째 변압기 116의 경우 1차측 권선 1개 및 단자 2개로 구성되며 2차측 권선 3개 단자 5개로 구성되어 있다. 116과 같은 변압기를 본 발명에서는 복권 변압기라 한다. 분산 변압기(119)는 116과 같은 변압기 n개로 구성되어 있으며 1차측 및 2차측 주 출력 권선은 병렬연결 되는 것을 특징으로 한다. 또한 2차측 보조 출력 122, 123, 124는 2차측 MOSFET 동기 정류기 구동 및 제어기 보조 전원 등으로 활용한다.
도 2b는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기의 1차측 등가 회로도로서, 복권 변압기 n개의 병렬연결에 의하여 상기 제 2-a도의 분산 변압기 1차측 단자 120에서 보는 분산 변압기의 누설 인덕턴스는 Llk1/n으로 한 개의 단권 변압기 116에 비하여 n배 작아짐을 알 수 있다. 물론 자화 인덕턴스 또한 Lm1/n으로 n배 작아진다.
도 3는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 전력 스위치로서, 전력 스위치(131)의 경우 내부 다이오드와 출력 커패시턴스를 포함하고 있으며 131과 같은 전력 스위치 132, 133, 134 등 k개의 전력 스위치가 병렬연결된 구조로 분산 전력 스위치를 구성한다. 주 전력 스위치의 경우 p개, 클램프 전력 스위치의 경우 m개, MOSFET 전력 스위치의 경우 k개 및 h개로 구성되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 포워드 컨버터로서, 주 분산 전력 스위치(139)의 도통시 분산 변압기(135)의 2차측 주 출력 단자에 입력 전원 136의 에너지가 전달되며 분산 MOSFET 동기 정류기(143)이 도통하여 출력 인덕터(145)에 흐르는 전류를 증가시킨다. 주 분산 전력 스위치 130이 소호되면 분산 변압기(135)의 누설 및 자화 인덕턴스 전류는 분산 클램프 전력 스위치(138)의 내부 다이오드를 통하여 클램프 전원(137)로 흐른다. 그 후 분산 변압기(135)의 자화 인덕턴스 전류는 영으로 감소하며 분산 클램프 전력 스위치(138)을 통하여 역방향으로 흐른다. 또한 주 분산 전력 스위치 130이 소호되면 분산 변압기(135)의 2차측 주 출력 단자에 입력 전원 136의 에너지가 전달되지 못하며 분산 MOSFET 동기 정류기(143)은 소호되고 분산 MOSFET 동기 정류기 144가 도통하여 출력 인덕터(145)에 흐르는 전류는 145, 146과 147, 144를 통하여 환류하면서 감소된다. 그 후 분산 클램프 전력 스위치(138)를 소호시키면 역 방향으로 흐르던 분산 변압기(135)의 자화 인덕턴스 전류는 주 분산 전력 스위치(139)의 출력 커패시터의 전하를 방전 시키며 입력전원 136으로 흐른다. 이 과정에서 주 분산 전력 스위치(139)에 인가된 136의 전압 (Vs)와 클램프 전원(137) (Vc)의 합 Vs+Vc의 전압은 영으로 된다. 상기와 같이 주 분산 전력 스위치(139)의 전압이 영으로 된 이후에 주 분산 전력 스위치(139)의 게이트 신호를 인가하여 소프트 스위칭을 얻을 수 있다. 주 분산 전력 스위치(139)의 도통시 주 분산 전력 스위치(139)의 전압과 전류의 겹치는 부분이 발생하지 않으므로 Turn On 손실을 제거할 수 있다. 상기와 같은 동작 설명에서 모든 전류는 분산 변압기와 분산 전력 스위치를 통하여 분산되므로 도통 손실이 감소된다. 따라서 고효율을 얻는 것이 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 변형된 포워드 컨버터로서, 주 분산 전력 스위치(152)의 도통시 분산 변압기(148)의 2차측 주 출력 단자에 입력 전원(150) (Vs)와 클램프커패시터 전압 149 (Vc)의 차, Vs-Vc,에 해당하는 에너지가 전달되며 분산 MOSFET 동기 정류기(153)이 도통하여 출력 인덕터(158)에 흐르는 전류를 증가시킨다. 주 분산 전력 스위치(152)이 소호되면 분산 변압기(148)의 누설 및 자화 인덕턴스 전류는 분산 클램프 전력 스위치(151)의 내부 다이오드를 통하여 클램프 커패시터(149)로 흐른다. 그 후 분산 변압기(148)의 자화 인덕턴스 전류는 영으로 감소하며 분산 클램프 전력 스위치(151)을 통하여 역방향으로 흐른다. 또한 주 분산 전력 스위치(152)이 소호되면 분산 변압기(148)의 2차측 주 출력 단자에 입력 전원(150) (Vs)와 클램프커패시터 전압 149 (Vc)의 차, Vs-Vc,에 해당하는 에너지가 전달되지 못하며 분산 MOSFET 동기 정류기(153)은 소호되고 분산 MOSFET 동기 정류기 154가 도통하여 출력 인덕터(158)에 흐르는 전류는 158, 159와 160, 154를 통하여 환류하면서 감소된다. 그 후 분산 클램프 전력 스위치(151)을 소호시키면 역 방향으로 흐르던 분산 변압기(148)의 자화 인덕턴스 전류는 주 분산 전력 스위치(152)의 출력 커패시터의 전하를 방전 시키며 클램프 커패시터(149) 및 입력전원(150)으로 흐른다. 이 과정에서 주 분산 전력 스위치(152)에 인가된 150의 전압 (Vs)은 영으로 된다. 상기와 같이 주 분산 전력 스위치(152)의 전압이 영으로 된 이후에 주 분산 전력 스위치(152)의 게이트 신호를 인가하여 소프트 스위칭을 얻을 수 있다. 주 분산 전력 스위치(152)의 도통시 주 분산 전력 스위치(152)의 전압과 전류의 겹치는 부분이 발생하지 않으므로 Turn On 손실을 제거할 수 있다. 상기와 같은 동작 설명에서 모든 전류는 분산 변압기와 분산 전력 스위치를 통하여 분산되므로 도통 손실이 감소된다. 따라서 고효율을 얻는 것이 가능하다.
도 6는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 하프 브리지 컨버터로서, 상보적 제어를 적용하여 주 분산 전력 스위치 166이 시비율 D로 동작될 때 보조 분산 전력 스위치 165는 1-D로 동작한다. 시비율이 0.5를 벗어날 때 하프 브리지의 입력단 전압분류기 C1 162 및 C2 163의 전압은 한 주기 동안 변압기에 인가되는 전압의 전압-시간 평형 조건에 의하여 아래 수학식 3 및 수학식 4으로 결정된다.
[수학식 3]
Vc1= Vs(1-D)
[수학식 4]
Vc2= VsD
변압기 2차측 출력전압은 수학식 5으로 표현된다.
[수학식 5]
여기서 Ns는 복권 변압기의 2차측 권선수이며 Np는 1차측 권선수이다. 하프 브리지 컨버터에 있어서 상보적 제어 방식은 기존의 펄스폭 변조 방식에 비하여 출력전압의 맥동성분이 저감되는 장점을 지닌다. 따라서 필터의 크기를 감소시킬 수 있으며 고효율을 얻는 것이 가능하다. 시비율이 0.5로 동작될 경우 변압기기의 자화전류 평균값에는 옵셋이 발생하지 않으나 시비율이 변화할 때 자화전류의 평균값은 다음과 같이 수학식 6으로 표현된다.
[수학식 6]
여기서 ILo/(Ns/Np) 는 출력 인덕터 172에 흐르는 출력전류에 대한 1차측 전류값이다. 주 분산 전력 스위치 166이 도통시에 주 분산 전력 스위치 166에 흐르느 전류는 수학식 7과 같다.
[수학식 7]
보조 분산 전력 스위치 165가 도통시에 주 분산 전력 스위치 165에 흐르느 전류는 수학식 8과 같다.
[수학식 8]
소프트 스위칭은 분산 변압기 161의 1차측 누설 인덕터에 저장된 에너지와 분산 전력 스위치 165 및 166의 출력 커패시턴스와의 공진 현상에 의하여 이루어 진다. 주 분산 전력 스위치 166의 도통시 분산 MOSFET 동기 정류기 171이 도통하여 출력 인덕터 172에 흐르는 전류를 증가시킨다. 또한 보조 분산 전력 스위치 165의 도통시 분산 MOSFET 동기 정류기 171은 소호되고 분산 MOSFET 동기 정류기 170가 도통하여 출력 인덕터(158)에 흐르는 전류는 감소된다. 상기와 같은 동작 설명에서 모든 전류는 분산 변압기와 분산 전력 스위치를 통하여 분산되므로 도통 손실이 감소된다. 따라서 고효율을 얻는 것이 가능하다.
도 7는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 변형된 하프 브리지 컨버터로서, 상기 제 6도의 회로와 같이 상보적 제어를 적용하여 주 분산 전력 스위치 179는 시비율 D로 동작되며 도통시에 입력전압 Vs 189와 클램프 커패시터 전압 Vc 190의 차 Vs-Vc가 분산 변압기의 1차측에 인가된다. 또한 보조 분산 전력 스위치 178은 1-D로 동작하며 클램프 커패시터 전압 -Vc 190이 분산 변압기의 1차측에 인가된다. 소프트 스위칭은 분산 변압기 175의 1차측 누설 인덕터에 저장된 에너지와 분산 전력 스위치 179 및 178의 출력 커패시턴스와의 공진 현상에 의하여 이루어 진다. 주 분산 전력 스위치 179의 도통시 분산 MOSFET 동기 정류기 184가 도통하여 출력 인덕터 185에 흐르는 전류를 증가시킨다. 또한 보조 분산 전력 스위치 178의 도통시 분산 MOSFET 동기 정류기 184는 소호되고 분산 M0SFET 동기 정류기 183이 도통하여 출력 인덕터 185에 흐르는 전류는 감소된다. 상기와 같은 동작 설명에서 모든 전류는 분산 변압기와 분산 전력 스위치를 통하여 분산되므로 도통 손실이 감소된다. 따라서 고효율을 얻는 것이 가능하다.
도 8는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 포워드 컨버터의 n=3, p=2, m=1, k=2, h=2 인 경우의 예로서, 주 분산 전력 스위치 192의 도통시 분산 변압기 188의 첫 번째 변압기 T1의 보조 출력 단자전압이 Vgsa가 양의 값을 가지므로 MOSFET 동기 정류기 193이 도통하여 출력 인덕터 195에 흐르는 전류를 증가시킨다. 또한 주 분산 전력 스위치 192가 소호되면 분산 변압기 188의 T2의 보조 출력 단자전압이 Vgsa가 양의 값을 가지므로 MOSFET 동기 정류기 194가 도통하여 출력 인덕터 195에 흐르는 전류는 환류하면서 감소된다. 또한 제어기의 보조전원 201은 분산 변압기 175의 세 번째 변압기 T3의 보조 출력을 이용하여 공급한다.
도 9는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 변형된 포워드 컨버터의 n=3, p=2, m=1, k=2, h=2 인 경우의 예로서, 주 분산 전력 스위치 206의 도통시 분산 변압기 202의 첫 번째 변압기 T1의 보조 출력 단자전압 Vgsa가 양의 값을 가지므로 MOSFET 동기 정류기 207이 도통하여 출력 인덕터 209에 흐르는 전류를 증가시킨다. 또한 주 분산 전력 스위치 206가 소호되면 분산 변압기 202의 T2의 보조 출력 단자전압 Vgsa가 양의 값을 가지므로 MOSFET 동기 정류기 208이 도통하여 출력 인덕터 209에 흐르는 전류는 환류하면서 감소된다. 또한 제어기의 보조전원 215는 분산 변압기 202의 세 번째 변압기 T3의 보조 출력을 이용하여 공급한다.
도 10는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 하프 브리지 컨버터의 n=3, p=2, m=2, k=2, h=2 인 경우의 예로서, 주 분산 전력 스위치 221의 도통시 분산 변압기 216의 첫 번째 변압기 T1의 보조 출력 단자전압이 양의 값을 가지므로 분산 MOSFET 동기 정류기 223이 도통하여 출력 인덕터 224에 흐르는 전류를 증가시킨다. 또한 보조 분산 전력 스위치 220의 도통시 분산 변압기 216의 두 번째 변압기 T2의 보조 출력 단자전압이 양의 값을 가지므로 분산 M0SFET 동기 정류기 223은 소호되고 분산 MOSFET 동기 정류기 222가 도통하여 출력 인덕터 224에 흐르는 전류는 감소된다. 또한 제어기의 보조전원 230은 분산 변압기 216의 세 번째 변압기 T3의 보조 출력을 이용하여 공급한다.
도 11는 본 발명에 따른 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 하프 브리지 컨버터의 n=3, p=2, m=2, k=2, h=2 인 경우의 예로서, 주 분산 전력 스위치 235의 도통시 분산 변압기 231의 첫 번째 변압기 T1의 보조 출력 단자전압이 양의 값을 가지므로 분산 MOSFET 동기 정류기 237이 도통하여 출력 인덕터 238에 흐르는 전류를 증가시킨다. 또한 보조 분산 전력 스위치 234의 도통시 분산 변압기 231의 두 번째 변압기 T2의 보조 출력 단자전압이 양의 값을 가지므로 분산 M0SFET 동기 정류기 237은 소호되고 분산 MOSFET 동기 정류기 236가 도통하여 출력 인덕터 238에 흐르는 전류는 감소된다. 또한 제어기의 보조전원 244는 분산 변압기 231의 세 번째 변압기 T3의 보조 출력을 이용하여 공급한다.
따라서 전술한 바와 같이 본 발명의 분산 변압기 및 분산 전력 스위치를 유한개 병렬 연결하여 소프트 스위칭이 가능한 포워드 컨버터, 변형된 포워드 컨버터, 하프 브리지 컨버터 및 변형된 하프 브리지 컨버터의 회로는 고효율과 작은 부피를 얻을 수 있는 전력 변환기에 저당하며 특히 낮은 높이의 전력 컨버터에 매우 유용하다.

Claims (4)

  1. 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 포워드 컨버터에 있어서,
    p가 1이상, m이 1이상, n이 2이상, k가 1이상, h가 1이상인 방식으로 도 4와 같은 구조의 회로 수단;
    도 4와 같은 구조의 회로 수단으로 주 분산 전력 스위치(139) 및 클램프 분산전력 스위치(138)의 소프트 스위칭이 가능한 주 분산 전력 스위치(139) 및 클램프 분산전력 스위치(138)의 구동 수단;
    도 8과 같이 분산 변압기(188)의 보조 출력을 이용한 MOSFET 동기 정류기 193 및 194의 구동 수단;
    도 8과 같이 분산 변압기(188)의 보조 출력을 이용한 제어기 등의 보조전원으로의 활용 수단
    을 포함하는 포워드 컨버터.
  2. 병렬 연결 구조의 분산 단권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 변형된 포워드 컨버터에 있어서,
    p가 1이상, m이 1이상, n이 2이상, k가 1이상, h가 1이상인 방식으로 제 5도와 같은 구조의 회로 수단;
    도 5와 같은 구조의 회로 수단으로 주 분산 전력 스위치(152) 및 클램프 분산전력 스위치(152)의 소프트 스위칭이 가능한 주 분산 전력 스위치(152) 및 클램프 분산전력 스위치(151)의 구동 수단;
    도 9와 같이 분산 변압기(202)의 보조 출력을 이용한 MOSFET 동기 정류기 207 및 208의 구동 수단;
    도 9와 같이 분산 변압기(202)의 보조 출력을 이용한 제어기 등의 보조전원으로의 활용 수단
    을 포함하는 포워드 컨버터.
  3. 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 하프 브리지 컨버터에 있어서,
    p가 1이상, m이 1이상, n이 2이상, k가 1이상, h가 1이상인 방식으로 도 6과 같은 구조의 회로 수단;
    도 6과 같은 구조의 회로 수단으로 주 분산 전력 스위치(166) 및 보조 분산전력 스위치(165)의 소프트 스위칭이 가능한 주 분산 전력 스위치(166) 및 보조 분산전력 스위치(165)의 구동 수단;
    도 10과 같이 분산 변압기(216)의 보조 출력을 이용한 MOSFET 동기 정류기 222 및 223의 구동 수단;
    도 10과 같이 분산 변압기(216)의 보조 출력을 이용한 제어기 등의 보조전원으로의 활용 수단
    을 포함하는 하프 브리지 컨버터.
  4. 병렬 연결 구조의 분산 복권 변압기 및 분산 전력 스위치를 갖는 소프트 스위칭 방식의 변형된 하프 브리지 컨버터에 있어서,
    p가 1이상, m이 1이상, n이 2이상, k가 1이상, h가 1이상인 방식으로 도 7과 같은 구조의 회로 수단;
    도 7과 같은 구조의 회로 수단으로 주 분산 전력 스위치(179) 및 보조 분산전력 스위치(178)의 소프트 스위칭이 가능한 주 분산 전력 스위치(179) 및 보조 분산전력 스위치(178)의 구동 수단;
    도 11과 같이 분산 변압기(231)의 보조 출력을 이용한 MOSFET 동기 정류기 236 및 237의 구동 수단;
    도 11과 같이 분산 변압기(231)의 보조 출력을 이용한 제어기 등의 보조전원으로의 활용 수단
    을 포함하는 하프 브리지 컨버터.
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