KR200266522Y1 - Energy regenerative snubber circuit for 2-switch forward converter - Google Patents

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Abstract

전력 손실이 없는 2-스위치 포워드 컨버터용 스너버 회로 관한 것으로, 인덕터, 커패시터 및 다이오드를 이용하여 컨버터의 2-스위치를 보호하기 위한 스너버 회로를 구성하여, 2-스위치가 턴 오프될 경우 커패시터에 축적되는 스너버 에너지를 전원단으로 환원함으로써 스너버 회로의 효율을 극대화하여 고주파 스위칭용 전력전자 시스템에 부합할 수 있도록 한다.A snubber circuit for a two-switch forward converter with no power loss, comprising a snubber circuit for protecting a two-switch of a converter using an inductor, a capacitor, and a diode. By reducing the accumulated snubber energy to the power stage, the efficiency of the snubber circuit can be maximized to meet the power electronic system for high frequency switching.

Description

2-스위치 포워드 컨버터용 에너지 재생 스너버 회로Energy Regeneration Snubber Circuit for Two-Switch Forward Converter

본 고안은 2-스위치 포워드 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2-스위치 포워드 컨버터의 전력 전달용 트랜스포머에 존재하는 누설 인덕턴스(leakage inductance)와 배선 회로의 기생 인덕턴스 성분에 의해 2-스위치 양단에 고전압 스트레스가 인가되는 현상을 방지하기 위한 스너버 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a two-switch forward converter, and more particularly, a high voltage across the two-switch due to the leakage inductance and parasitic inductance components of the wiring circuit present in the power transfer transformer of the two-switch forward converter. The present invention relates to a snubber circuit for preventing a stress from being applied.

일반적으로 2-스위치 포워드 컨버터는 직류/직류 컨버터이며, 이 직류/직류컨버터의 출력 직류 전압은 전압 센서에 의해 피이드 백 되어 기준 전압 신호와 비교되고, 피이드 백된 출력 전압과 기준 전압의 오차 신호는 오차증폭기를 거친 후 펄스폭 변조(PWM ; Pulse Width Modulation) 신호로 변환되어 스위칭 소자를 제어함으로써 안정된 출력 직류 전압을 얻는다. 또한, 이 컨버터의 주 스위칭 소자의 동작은 일반적으로 가청 주파수인 20KHz 이상의 고속 스위칭으로 이루어지기 때문에 트랜스포머와 출력 필터의 크기와 무게를 감소시킬 수 있고, 소음도 감소시킬 수 있다.In general, a two-switch forward converter is a DC / DC converter, and the output DC voltage of the DC / DC converter is fed back by a voltage sensor and compared with a reference voltage signal, and an error signal between the fed back output voltage and the reference voltage is an error. After passing through the amplifier, it is converted into a Pulse Width Modulation (PWM) signal to control the switching device to obtain a stable output DC voltage. In addition, the operation of the converter's main switching element typically involves high-speed switching above the audible frequency of 20KHz, which reduces the size and weight of the transformer and output filter, and also reduces noise.

그리고, 2-스위치 포워드 컨버터에 사용되는 고주파 트랜스포머는 등가적으로 내부에 누설 인덕턴스 성분과 자화 인덕턴스(magnetizing inductance) 성분을 갖는다. 이 컨버터는 2-스위치가 동시에 턴 온될 때에는 2-스위치 사이에 직렬로 접속되어 있는 트랜스포머의 인덕턴스 성분에 의해 스위칭 소자에 단락 전류(short current)가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한 2-스위치가 동시에 턴 오프될 경우, 트랜스포머의 자화 인덕턴스에 흐르는 전류는 트랜스포머 1차측에 연결된 순환 다이오드(free-wheeling diode)에 의해 입력 직류 전원으로 계속하여 흐르게 되어 자화에너지는 재생되어지고, 주 스위칭 소자의 전압 스트레스는 단일 스위치 포워드 컨버터에 비해 현저히 감소하는 장점이 있어, 배터리 충전기, 통신용 정류장치, 범용 스위칭 전원공급장치, 용접기용 전원공급장치 등으로 널리 사용되고 있다.In addition, the high frequency transformer used in the two-switch forward converter has a leakage inductance component and a magnetizing inductance component therein. When the two switches are turned on at the same time, the converter can prevent a short current from flowing through the switching element due to the inductance component of the transformer connected in series between the two switches. In addition, when the two switches are turned off at the same time, the current flowing through the magnetizing inductance of the transformer is continuously flowed to the input DC power by a free-wheeling diode connected to the transformer primary side, and the magnetization energy is regenerated. Since the voltage stress of the switching device is significantly reduced compared to the single switch forward converter, it is widely used as a battery charger, a communication stop, a general switching power supply, a power supply for a welding machine, and the like.

이와 같은 2-스위치 포워드 컨버터는 기본적으로 도 1에서와 같이, 제1 스위치(SW1)의 일측단(1)이 직류 전압원(V1)의 정극성(+) 단자에 접속되며, 제2 스위치(SW2)의 일측단(4)이 직류 전압원(V1)의 부극성(-) 단자에 접속되고, 제1 스위치(SW1)의 일측단(2)과 제2 스위치(SW2)의 일측단(3)에 트랜스포머(TX1)의 1차측 권선이 직렬 접속되어 있다. 그리고, 순환 다이오드(free-wheeling diode)(D1)의 애노드단이 제2 스위치(SW2)의 일측단(3)에 접속되며, 캐소드단이 직류 전압원(V1)의 정극성(+) 단자에 접속되고, 순환 다이오드(D2)의 애노드단이 직류 전압원(V1)의 부극성(-) 단자에 접속되고, 캐소드단이 제1 스위치(SW1)의 일측단(2)에 접속된다. 또한, 트랜스포머(TX1)의 2차측 권선에는 다이오드(DR1,DR2)로 이루어진 정류기(REC)와, 인덕터(Lf)와 커패시터(Cf)로 이루어진 저대역 필터(FIL)의 출력부가 접속된다.In the two-switch forward converter, basically, as shown in FIG. 1, one end 1 of the first switch SW1 is connected to the positive polarity (+) terminal of the DC voltage source V1 and the second switch SW2. One end 4 of) is connected to the negative (-) terminal of the DC voltage source V1, and one end 2 of the first switch SW1 and one end 3 of the second switch SW2. The primary winding of the transformer TX1 is connected in series. The anode end of the free-wheeling diode D1 is connected to one end 3 of the second switch SW2, and the cathode end is connected to the positive terminal of the DC voltage source V1. The anode end of the circulating diode D2 is connected to the negative (-) terminal of the DC voltage source V1, and the cathode end is connected to one end 2 of the first switch SW1. In addition, the secondary winding of the transformer TX1 is connected to the rectifier REC including the diodes DR1 and DR2 and the output of the low pass filter FIL including the inductor Lf and the capacitor Cf.

이러한 2-스위치 포워드 컨버터에서는 직류 전압원(V1)에 접속된 제1, 2 스위치(SW1,SW2)를 동시에 턴 온 또는 턴 오프시켜 전력 전달용 고주파 트랜스포머(TX1)의 1차측 권선에 교류전압을 인가시키고, 인가되어진 1차측 교류전력을 트랜스포머(TX1)를 통해 2차측으로 자기적 결합을 이용하여 전달시킨 후, 다이오드 정류기(REC)로 정류하고, 출력 저대역 필터(FIL)를 통하여 안정된 출력 직류 전압을 얻는다.In the two-switch forward converter, the first and second switches SW1 and SW2 connected to the DC voltage source V1 are simultaneously turned on or off to apply an AC voltage to the primary winding of the high frequency transformer TX1 for power transmission. Then, the applied primary side AC power is transferred to the secondary side through the transformer (TX1) by using magnetic coupling, rectified by the diode rectifier (REC), and stable output DC voltage through the output low band filter (FIL). Get

즉, 제1, 2 스위치(SW1,SW2)가 동시에 턴 온되는 스위칭 시간 동안에 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2) 사이에 직렬로 접속되어 있는 트랜스포머(TX1)에 존재하는 등가 인덕턴스에 의해 반도체 소자인 제1, 2 스위치(SW1,SW2)에 흐르는 전류의 상승을 억제하여 제1, 2 스위치(SW1,SW2)의 턴 온 손실을 거의 없게 하고, 제1, 2 스위치(SW1,SW2) 접점의 일부에 전류가 집중되는 파열점(hot spot) 현상을 방지한다. 그리고, 제1, 2 스위치(SW1,SW2)가 도통 상태인 동안에 고주파 트랜스포머(TX1)의 자화 인덕턴스 전류와 누설 인덕턴스 전류는 증가하고 출력 저대역 필터(FIL) 인덕터(Lf)의 전류는 정류기(REC) 다이오드(DR1)를 통해 흐르며, 이 기간 동안에 트랜스포머(TX1)의 1차측 권선과 2차측 권 사이에 전력 전달이 이루어진다.That is, during the switching time in which the first and second switches SW1 and SW2 are simultaneously turned on, the equivalent inductances present in the transformer TX1 connected in series between the first switch SW1 and the second switch SW2 are provided. As a result, the increase in current flowing through the first and second switches SW1 and SW2, which are semiconductor devices, is suppressed, thereby reducing the turn-on loss of the first and second switches SW1 and SW2, and the first and second switches SW1 and SW2. ) Prevents hot spots where current is concentrated at some of the contacts. In addition, while the first and second switches SW1 and SW2 are in a conductive state, the magnetizing inductance current and the leakage inductance current of the high frequency transformer TX1 increase, and the current of the output low band filter FIL inductor Lf becomes the rectifier REC. ) Flows through the diode DR1, during which time power transfer occurs between the primary winding of the transformer TX1 and the secondary winding.

그런데, 제1, 2 스위치(SW1,SW2)가 동시에 턴 오프되는 동안에는 트랜스포머(TX1)의 누설 인덕턴스 전류와 자화 인덕턴스 전류는 계속하여 흐르며, 제1, 2 스위치(SW1,SW2) 턴 오프 후에는 트랜스포머(TX1)의 누설 인덕턴스 전류와 자화 인덕턴스 전류의 경로는 즉시 순환 다이오드(D1) - 트랜스포머(TX1) - 순환 다이오드(D2)로 전환되어 트랜스포머(TX1)의 등가 인덕터에 저장된 에너지가 직류 전압원(V1)으로 환원되어야만 한다.However, while the first and second switches SW1 and SW2 are turned off simultaneously, the leakage inductance current and the magnetizing inductance current of the transformer TX1 continue to flow, and after the first and second switches SW1 and SW2 are turned off, the transformer is turned off. The path of leakage inductance current and magnetizing inductance current of (TX1) is immediately converted into circulating diode (D1)-transformer (TX1)-circulating diode (D2) so that the energy stored in the equivalent inductor of transformer (TX1) is DC voltage source (V1). Must be reduced to

그러나, 실제의 구현 회로에서는 전기 배선 회로에 존재하는 기생 인덕턴스로 인해, 트랜스포머(TX1)의 누설 인덕턴스 전류와 자화 인덕턴스 전류가 흐르는 방향 전환이 즉시 일어나지 않고, 어느 정도의 시간지연이 소요되므로 전류의 방향이 계속하여 제1 스위치(SW1) - 제2 스위치(SW2)를 향하여 흘러, 제1, 2 스위치(SW1,SW2) 양단에는 큰 전압 서지가 발생하게 되며, 이로 인해 스위치(SW1,SW2)의 턴 오프 손실이 증대되고 과전압에 의해 반도체 소자인 제1, 2 스위치(SW1,SW2)의 파손을 초래하게 된다.However, in the actual implementation circuit, due to the parasitic inductance present in the electrical wiring circuit, the direction change of the leakage inductance current and the magnetizing inductance current of the transformer TX1 does not occur immediately, and some time delay is required, so the direction of the current This continuous flow flows toward the first switch SW1-the second switch SW2, and a large voltage surge is generated at both ends of the first and second switches SW1 and SW2, thereby turning the switches SW1 and SW2. Off-loss is increased and overvoltage causes damage to the first and second switches SW1 and SW2 which are semiconductor devices.

따라서, 2-스위치 포워드 컨버터에서는 제1, 2 스위치(SW1,SW2)가 턴 오프시에 스위칭 소자 양단에 발생하는 전압 스트레스를 완화하기 위하여 도2에서와 같은 스너버 회로(SC)를 제1, 2 스위치(SW1,SW2)에 각각 접속하고 있다.Accordingly, in the two-switch forward converter, the snubber circuit SC as shown in FIG. 2 is applied to the first and second switches SW1 and SW2 in order to alleviate voltage stress occurring across the switching element when the first and second switches SW1 and SW2 are turned off. It is connected to the two switches SW1 and SW2, respectively.

도 2에 도시한 스너버 회로는 종래의 일반적인 손실형 스너버로, 저항(Rps)과 커패시터(Cps)를 직렬 접속하며, 저항(Rps)에 다이오드(Dps)를 병렬 접속한 것으로, 2-스위치 포워드 컨버터의 제1, 2 스위치(SW1,SW2)에 각각 병렬로 접속하였다.The snubber circuit shown in FIG. 2 is a conventional lossy snubber, in which a resistor (Rps) and a capacitor (Cps) are connected in series, and a diode (Dps) is connected in parallel to the resistor (Rps). The first and second switches SW1 and SW2 of the forward converter were connected in parallel, respectively.

이러한 손실형 스너버 회로(SC)는 2-스위치 포워드 컨버터의 제1, 2 스위치(SW1,SW2)가 동시에 턴 오프될 때 전기 배선 회로에 존재하는 기생 인덕턴스에 의해 제1, 2 스위치(SW1,SW2) 양단에 고전압이 인가될 경우, 다이오드(Dps)가 도통되면서 제1, 2 스위치(SW1,SW2) 양단에 인가되는 고전압을 커패시터(Cps)에 충전함으로써 제1, 2 스위치(SW1,SW2) 양단의 전압 상승을 억제한다. 그리고, 제1, 2 스위치(SW1,SW2)가 턴 온될 때, 커패시터(Cps)에 저장된 스너버 에너지는 커패시터(Cps) - 저항(Rps)의 경로를 통해 방전하여 저항(Rps)에서 스너버 에너지를 열로 소비한다.The lossy snubber circuit SC has a first switch and a second switch SW1, caused by a parasitic inductance present in the electrical wiring circuit when the first and second switches SW1 and SW2 of the two-switch forward converter are turned off at the same time. When a high voltage is applied across both ends of the switch SW2), the diode Dps is turned on to charge the capacitor Cps with a high voltage applied to both ends of the first and second switches SW1 and SW2, thereby switching the first and second switches SW1 and SW2. Suppress the voltage rise at both ends. When the first and second switches SW1 and SW2 are turned on, the snubber energy stored in the capacitor Cps is discharged through the path of the capacitor Cps through the resistor Rps to snubber the energy in the resistor Rps. Consumes as heat.

이와 같은 종래의 손실형 스너버는 설계가 용이하고 사용이 간단하지만 스너버 에너지를 스너버 회로의 저항에서 소비함으로써 에너지 손실이 증대된다. 또한, 저항성 스너버는 스위칭 주파수에 비례하여 손실이 증가하므로 고주파 스위칭 기술을 이용하는 전력전자 시스템 응용에는 적합하지 못하다.Such a conventional lossy snubber is easy to design and simple to use, but energy loss is increased by consuming snubber energy from the resistance of the snubber circuit. In addition, resistive snubbers increase losses in proportion to the switching frequency, making them unsuitable for power electronic system applications using high frequency switching technology.

이에, 본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 고안의 목적은 에너지 손실을 방지함과 아울러 고주파 스위칭 기술을 이용하는 전력전자 시스템 응용에 적합한 2-스위치 포워드 컨버터용 에너지 재생 스너버 회로를제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been devised to solve such a problem, and an object of the present invention is to prevent energy loss and to provide energy regeneration snubber circuits for two-switch forward converters suitable for power electronic system applications using high frequency switching technology. To provide.

도 1은 기본적인 2-스위치 포워드 컨버터를 개략적으로 도시한 회로 구성도이고,1 is a circuit diagram schematically showing a basic two-switch forward converter,

도 2는 종래의 손실형 스너버 회로를 구비한 2-스위치 포워드 컨버터를 도시한 회로 구성도이고,2 is a circuit diagram showing a two-switch forward converter with a conventional lossy snubber circuit,

도 3은 본 고안에 따른 에너지 재생 스너버 회로를 구비한 2-스위치 포워드 컨버터를 도시한 회로 구성도이고,3 is a circuit diagram illustrating a two-switch forward converter having an energy regeneration snubber circuit according to the present invention;

도 4는 본 고안에 따른 에너지 재생 스너버 회로를 구비한 2-스위치 포워드 컨버터의 동작시 2-스위치의 전압 및 전류 파형을 도시한 신호 파형도이다.4 is a signal waveform diagram illustrating voltage and current waveforms of a two-switch during operation of a two-switch forward converter having an energy regeneration snubber circuit according to the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 하나의 특징에 따른 2-스위치 포워드 컨버터용 에너지 재생 스너버 회로는, 직류 전압을 공급하는 직류전압원과, 1차측의 에너지를 2차측으로 전달하는 고주파용 트랜스포머와, 상기 고주파용 트랜스포머에 동시에 턴 온, 턴 오프되어 교류를 공급하는 제1,2 스위칭 소자와, 상기 제1,2 스위칭 소자가 동시에 턴 오프되었을 때 배선회로의 기생 인덕턴스 성분과 트랜스포머에 존재하는 누설 인덕턴스 성분에 의하여 발생하는 고전압 에너지를 직류입력전원으로 흐르게 하여 상기 에너지를 재생하는 제1,2 순환 다이오드와, 상기 고주파용 트랜스포머의 1차측에서 전달된 고주파 전력을 정류하는 정류부와, 상기 정류부에 의하여 정류된 전력을 필터링하는 필터링부로 구성되는 2-스위치 포워드 컨버터에 있어서,In order to achieve the above object, an energy regeneration snubber circuit for a two-switch forward converter according to one feature of the present invention includes a DC voltage source for supplying a DC voltage and a high frequency for transmitting energy of the primary side to the secondary side. Parasitic inductance components and transformers in the wiring circuit when the first and second switching elements are turned on and turned off to supply alternating current to the high frequency transformer and the first and second switching elements are simultaneously turned off. First and second circulating diodes for regenerating the energy by flowing high voltage energy generated by the leakage inductance component present to a DC input power source, and a rectifier for rectifying the high frequency power transmitted from the primary side of the high frequency transformer; In the two-switch forward converter composed of a filtering unit for filtering the rectified power by the rectifier ,

캐소드단이 상기 제1 스위칭 소자와 상기 트랜스포머의 공통단에 연결된 제1 스너버 다이오드;A first snubber diode having a cathode end connected to a common end of the first switching element and the transformer;

일단이 상기 제1 스너버 다이오드의 애노드단에 연결되고, 타단이 상기 트랜스포머와 상기 제2 스위칭 소자의 공통단에 연결된 캐패시터;A capacitor having one end connected to an anode end of the first snubber diode and the other end connected to a common end of the transformer and the second switching element;

일단이 상기 제1 스너버 다이오드와 상기 캐패시터의 공통단에 연결된 인덕터; 및An inductor having one end connected to a common end of the first snubber diode and the capacitor; And

캐소드단이 상기 인덕터의 타단에 연결되고, 애노드단이 상기 제2 스위칭 소자의 타단에 연결된 제2 스너버 다이오드를 포함하여 이루어진다.A cathode end is connected to the other end of the inductor, the anode end comprises a second snubber diode connected to the other end of the second switching element.

이러한 2-스위치 포워드 컨버터용 에너지 재생 스너버 회로에 따르면, 손실형 스너버 회로에서 사용되는 저항 대신에 인덕터, 커패시터와 다이오드를 이용하여 공진 회로를 가진 스너버 회로를 구성함으로써 커패시터에 저장되는 스너버 에너지를 재생할 수 있다.According to the energy regeneration snubber circuit for a two-switch forward converter, a snubber stored in a capacitor is formed by constructing a snubber circuit having a resonant circuit using an inductor, a capacitor, and a diode instead of a resistor used in a lossy snubber circuit. Can regenerate energy

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment according to the present invention.

도 3은 본 고안에 따른 에너지 재생 스너버 회로를 구비한 2-스위치 포워드 컨버터로, 에너지 재생 스너버 회로(SC1)는 제1, 2 스너버 다이오드(Ds1, Ds2)와 커패시터(Cs), 인덕터(Ls)로 이루어지며, 2-스위치 포워드 컨버터의 제2 스위치(SW2)의 일측단(4)에 제2 스너버 다이오드(Ds2)의 애노드단을 접속하고, 제2 스너버 다이오드(Ds2)의 캐소단은 인덕터(Ls)의 일측 단자에 접속하고, 인덕터(Ls)의 타측 단자는 제1 스너버 다이오드(Ds1)의 애노드단에 접속하고, 제1 스너버 다이오드(Ds1)의 캐소드단은 2-스위치 포워드 컨버터의 제1 스위치(SW1)의 일측단(2)에 접속하며, 2-스위치 포워드 컨버터의 제2 스위치(SW2) 일측단에는 커패시터(Cs)의 일측 단자를 접속하고, 커패시터(Cs)의 타측 단자는 제1 스너버 다이오드(Ds1)의 애노드단에 접속한다.3 is a two-switch forward converter having an energy regenerative snubber circuit according to the present invention, wherein the energy regenerative snubber circuit SC1 includes first and second snubber diodes Ds1 and Ds2, a capacitor Cs, and an inductor. Ls, the anode end of the second snubber diode Ds2 is connected to one end 4 of the second switch SW2 of the two-switch forward converter, and the second snubber diode Ds2 The cathode end is connected to one terminal of the inductor Ls, the other terminal of the inductor Ls is connected to the anode end of the first snubber diode Ds1, and the cathode end of the first snubber diode Ds1 is 2 A terminal of one side of the capacitor Cs is connected to one end 2 of the first switch SW1 of the switch forward converter, and one terminal of the capacitor Cs is connected to one end of the second switch SW2 of the two-switch forward converter. The other terminal of) is connected to the anode terminal of the first snubber diode Ds1.

이와 같은 에너지 재생 스너버 회로(SC1)를 구비한 2-스위치 포워드 컨버터의 동작을 도 3과 도 4를 참조하여 설명한다.The operation of the two-switch forward converter including the energy regeneration snubber circuit SC1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

먼저, 도 4의 'a'에서와 같이 T4가 되는 순간, 제1, 2 스위칭 소자(SW1,SW2)가 동시에 '턴 오프'되면, 트랜스포머(TX1)의 누설 인덕턴스와 전기배선회로의 기생 인덕턴스에 의하여 스위칭 소자에 과전압이 인가되어 큰 전류가 흐르게 되며, 이 때 전류는 커패시터(CS)-제1 스너버 다이오드(DS1)-트랜스포머(TX1)를 거쳐 흐르게 되어 도4의 'b'와 'd'의 T4-T5 구간에서 보는 바와 같이 스위치 소자에 갑작스런 전압 상승으로 고전압이 걸리는 현상을 막을 수 있게 된다.First, as shown in 'a' of FIG. 4, when the first and second switching devices SW1 and SW2 are 'turned off' at the same time, the leakage inductance of the transformer TX1 and the parasitic inductance of the electric wiring circuit are changed. As a result, an overvoltage is applied to the switching element so that a large current flows. At this time, the current flows through the capacitor C S -the first snubber diode D S 1 -transformer TX1, and thus, 'b' and ' As can be seen in the T4-T5 section of d ', a sudden increase in the voltage of the switch element can prevent the phenomenon of high voltage being applied.

그리고, 도 4의 T5-T6구간에서는 커패시터(CS)의 충전전압이 입력 직류 전압(V1)과 비슷해지면, 트랜스포머(TX1)의 등가 인덕터 전류의 흐름은 점진적으로 제1 다이오드(D1) - 제2 다이오드(D2) - 트랜스포머(TX1)를 통해 흐르게 됨으로써 자화에너지는 입력으로 재생되고, 제1, 2 스위칭 소자(SW1,SW2)의 양단간의 전압상승은 도 4의 'b'와 'd'에서 보는 바와 같이 커패시터(CS)와 제1 스너버 다이오드(DS1)에 걸리는 전압에 의하여 제한된다.In the period T5-T6 of FIG. 4, when the charging voltage of the capacitor C S becomes similar to the input DC voltage V1, the flow of the equivalent inductor current of the transformer TX1 gradually increases from the first diode D1 to the first voltage. By flowing through the two diodes D2 to transformer TX1, the magnetization energy is regenerated as an input, and the voltage rise between both ends of the first and second switching elements SW1 and SW2 is increased at 'b' and 'd' of FIG. As shown, it is limited by the voltage across the capacitor C S and the first snubber diode D S1 .

그리고, 도4의 T6-T7구간에서는 트랜스포머의 자화전류가 '0'이 되어 순환 다이오드(D1,D2)가 차단되면, 제1, 2 스위칭 소자(SW1, SW2)의 기생 커패시터에 충전된 에너지는 트랜스포머(TX1)을 통하여 입력전원으로 환원되어 두 스위칭 소자 양단의 전압은 서서히 감소하여 도 4의 'b'와 'd'의 파형을 형성하게 되고, T7 이후의 구간에서 다음 스위칭 사이클 시작 시간까지는 제1, 2 스위칭 소자(SW1,SW2)의 양단 전압이 안정된 상태로 나타나게 되며, 이 때 제1, 2 스위칭 소자(SW1,SW2)의 양단전압은 주변회로에 의해 서로 동일하게 된다.In the T6-T7 section of FIG. 4, when the magnetization current of the transformer becomes '0' and the circulating diodes D1 and D2 are blocked, the energy charged in the parasitic capacitors of the first and second switching elements SW1 and SW2 is The voltage across the two switching elements is gradually reduced to reduce the input power through the transformer TX1 to form a waveform of 'b' and 'd' of FIG. 4. The voltages at both ends of the first and second switching elements SW1 and SW2 appear to be in a stable state. At this time, the voltages at both ends of the first and second switching elements SW1 and SW2 are equal to each other by the peripheral circuit.

다음으로, 도 4의 'a'의 T1에서 제1, 2 스위칭 소자(SW1, SW2)가 동시에 '턴 온'이 되면, T1-T2구간에서는 트랜스포머(TX1)의 등가 인덕턴스의 역기전력에 의해스위칭 소자에 흐르는 전류의 상승은 도 4의 'c'와 'e'의 파형과 같이 급격하게 상승되는 것이 억제된다.Next, when the first and second switching devices SW1 and SW2 are turned on at the same time in T1 of FIG. 4A, the switching device is set by the counter electromotive force of the equivalent inductance of the transformer TX1 in the T1-T2 section. The increase in the current flowing in the flow is suppressed to rise sharply as in the waveforms of 'c' and 'e' of FIG. 4.

그 후 도 4의 'e'의 T2 - T3구간에서는 커패시터(CS)에 충전된 에너지가 제1,2 스위칭 소자(SW1,SW2)가 도통됨에 따라 제2 스위칭 소자(SW2), 제2 스너버 다이오드(DS2), 인덕턴스(LS)를 통하여 전류가 흐름에 따라 공진을 하게 되고, 이 때 커패시터(CS)의 극성은 반전되며, 'e'의 T2 - T3구간에서 전류의 크기는 도 4의 'c'의 T2 - T3 구간보다 크게 나타난다.Subsequently, in the sections T2 to T3 of 'e' of FIG. 4, the energy charged in the capacitor C S is transferred to the second switching element SW2 and the second switch as the first and second switching elements SW1 and SW2 are conducted. As the current flows through the nubber diode D S2 and inductance L S , the polarity of the capacitor C S is reversed, and the magnitude of the current in the T2-T3 section of 'e' It is larger than the T2-T3 section of 'c' of FIG.

도 4의 'c'와 'e'의 파형의 T3 - T4 구간은 두 스위치 도통기간 동안 일정한 전류가 제1,2 스위치 소자(SW1,SW2)에 흐르게 된다.In the periods T3-T4 of the waveforms 'c' and 'e' of FIG. 4, a constant current flows through the first and second switch elements SW1 and SW2 during two switch conduction periods.

이 때 제1 스너버 다이오드(DS1)는 입력전원전압에 의하여 차단상태이므로 상기 커패시터(CS)에 저장된 전하는 제1,2 스위칭 소자(SW1,SW2)가 '턴 오프'될 때 방전을 시작하여 스위치 역할을 하는 모스 트랜지스터의 스위칭을 원활하게 해주면서 트랜스포머(TX1)의 자화 인덕턴스와 순환 다이오드(D1,D2)를 통하여 입력 직류 전원으로 흐름으로써 에너지가 재생되는 동작을 한다.At this time, since the first snubber diode D S1 is blocked by an input power supply voltage, the charge stored in the capacitor C S starts to discharge when the first and second switching elements SW1 and SW2 are 'turned off'. By switching the MOS transistor acting as a switch to facilitate the switching of energy by flowing to the input DC power through the magnetizing inductance of the transformer (TX1) and the circulating diodes (D1, D2).

이와 같은 동작이 계속하여 반복됨으로써 스위칭 소자가 '턴 오프' 되거나 '턴 온'될 때 커패시터에 저장되는 에너지가 소비되지 않고 재생되게 된다.This operation is repeated repeatedly so that when the switching element is 'turned off' or 'turned on', the energy stored in the capacitor is not consumed and regenerated.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 2-스위치 포워드 컨버터의 스위칭 소자가 '턴 오프'될 때 누설 인덕턴스와 전기 배선 회로의 기생 인덕턴스에 의하여 스위칭 소자에 과전압이 인가될 때의 에너지를 커패시터에 충전하고, 직류입력전압원 이상의 에너지를 순환다이오드로 흘림으로써, 스위칭 양단간의 전압을 제어하고, 일정 시간의 경과와 함께 스위치가 '턴 온'이 되면 상기 커패시터에 저장되어 있던 에너지가 방전되면서 다이오드, 커패시터, 인덕터로 이루어지는 공진회로에 의하여 커패시터의 충전 극성이 변하게 되고, 일정 시간의 경과와 함께 스위치가 다시 '턴 오프'될 때 극성이 바뀌어 커패시터에 저장된 전하가 트랜스포머에서 순환 다이오드를 거쳐 입력 직류 전원으로 흐름으로써, 스위칭 소자의 동작을 원활하게 수행하는데 도움을 줄 뿐만 아니라 커패시터에 저장된 에너지를 재생할 수 있게 된다.As described above, when the switching element of the two-switch forward converter according to the present invention is 'turned off', the capacitor charges energy when an overvoltage is applied to the switching element by the leakage inductance and the parasitic inductance of the electrical wiring circuit. And, by flowing the energy of the DC input voltage source to the circulating diode, the voltage between the both ends of the switching is controlled, and when the switch is 'turned on' with a lapse of time, the energy stored in the capacitor is discharged while the diode, capacitor, The charging polarity of the capacitor is changed by a resonant circuit composed of an inductor, and when the switch is 'turned off' again with a lapse of time, the polarity is changed so that the charge stored in the capacitor flows from the transformer through the circulating diode to the input DC power source. To smoothly operate the switching element. As well as a line is able to play the energy stored in the capacitor.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면 저항, 다이오드 및 커패시터로 구성된 종래의 손실형 스너버 회로에 비해, 인덕터, 커패시터 및 다이오드를 통한 공진 회로로 스너버 회로를 구성하여 2-스위치 포워드 컨버터에서 전기 배선 회로의 기생 인덕턴스로 인한 스너버 에너지를 손실없이 효과적으로 재생할 수 있으므로 고주파 스위칭을 이용한 전력전자 시스템 응용에 유용하게 적용할 수 있다.As described above, according to the present invention, compared to a conventional lossy snubber circuit composed of a resistor, a diode, and a capacitor, a snubber circuit is formed of a resonant circuit through an inductor, a capacitor, and a diode, so that the two-switch forward converter The snubber energy due to the parasitic inductance of the wiring circuit can be effectively reproduced without loss, which is useful for power electronic system applications using high frequency switching.

Claims (1)

직류 전압을 공급하는 직류전압원과, 1차측의 에너지를 2차측으로 전달하는 고주파용 트랜스포머와, 상기 고주파용 트랜스포머에 동시에 턴 온, 턴 오프되어 교류를 공급하는 제1,2 스위칭 소자와, 상기 제1,2 스위칭 소자가 동시에 턴 오프되었을 때 배선회로의 기생 인덕턴스 성분과 트랜스포머에 존재하는 누설 인덕턴스 성분에 의하여 발생하는 고전압 에너지를 직류입력전원으로 흐르게 하여 상기 에너지를 재생하는 제1,2 순환 다이오드와, 상기 고주파용 트랜스포머의 1차측에서 전달된 고주파 전력을 정류하는 정류부와, 상기 정류부에 의하여 정류된 전력을 필터링하는 필터링부로 구성되는 2-스위치 포워드 컨버터에 있어서,A direct current voltage source for supplying a direct current voltage, a high frequency transformer for transmitting energy on the primary side to the secondary side, first and second switching elements for turning on and off at the same time to supply the alternating current to the high frequency transformer; First and second circulating diodes for regenerating the energy by flowing high voltage energy generated by parasitic inductance component of the wiring circuit and leakage inductance component present in the transformer when the 1,2 switching elements are turned off at the same time to the DC input power source; In the two-switch forward converter comprising a rectifying unit for rectifying the high frequency power transmitted from the primary side of the high-frequency transformer, and a filtering unit for filtering the power rectified by the rectifying unit, 캐소드단이 상기 제1 스위칭 소자와 상기 트랜스포머의 공통단에 연결된 제1스너버 다이오드;A first snubber diode having a cathode end connected to a common end of the first switching element and the transformer; 일단이 상기 제1 스너버 다이오드의 애노드단에 연결되고, 타단이 상기 트랜스포머와 상기 제2 스위칭 소자의 공통단에 연결된 캐패시터;A capacitor having one end connected to an anode end of the first snubber diode and the other end connected to a common end of the transformer and the second switching element; 일단이 상기 제1 스너버 다이오드와 상기 캐패시터의 공통단에 연결된 인덕터; 및An inductor having one end connected to a common end of the first snubber diode and the capacitor; And 캐소드단이 상기 인덕터의 타단에 연결되고, 애노드단이 상기 제2 스위칭 소자의 타단에 연결된 제2 스너버 다이오드를 포함하는 것을 특징을 하는 2-스위치 포워드 컨버터용 에너지 재생 스너버회로.And a second snubber diode having a cathode terminal connected to the other end of the inductor and an anode terminal connected to the other end of the second switching element.
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