KR20060072731A - Boost and buck type series resonant converter and boost and buck control method in the same converter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터 및 상기 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function and a step-up and step-down control method in the converter.

본 발명의 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터는, 승압을 위하여, 상기 직렬 공진부에 에너지를 저장하고 상기 저장된 에너지와 입력 전압의 합을 2차측으로 전달하기 위한 파워링 모드 및 강압을 위하여, 상기 직렬 공진부의 에너지 저장을 차단하고 이미 저장된 에너지를 2차측으로 전달하기 위한 자유공진 모드를 주기적으로 반복 수행하도록, 역병렬 다이오드가 각각 연결된 풀 브릿지의 제1~4스위치 및 1차측 전압을 2차측으로 전달하는 트랜스의 온/오프를 제어하는 제5스위치의 스위칭을 제어한다. 이로써 2차측의 출력단에는 승압 및 강압된 전압이 출력된다. The series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function of the present invention includes a powering mode for storing energy in the series resonator unit and transferring the sum of the stored energy and the input voltage to the secondary side for step-up and For the step-down, the first to fourth switch and the primary side of the full bridge to which the anti-parallel diodes are connected, respectively, to periodically repeat the free resonance mode for interrupting the energy storage of the series resonator and transferring the already stored energy to the secondary side. The switching of the fifth switch for controlling the on / off of the transformer for transmitting the voltage to the secondary side. As a result, the boosted and stepped down voltage is output to the output terminal on the secondary side.

풀 브릿지, 공진전류, 직렬 공진, DC/DC 컨버터, 정류부 Full Bridge, Resonant Current, Series Resonance, DC / DC Converter, Rectifier

Description

승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 ＤＣ/ＤＣ 컨버터 및 상기 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법{Boost and Buck Type Series Resonant Converter and Boost and Buck Control Method in the same Converter}Boost and Buck Type Series Resonant Converter and Boost and Buck Control Method in the same Converter}

도 1은 종래의 승압 기능을 갖는 DC/DC 컨버터의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a conventional DC / DC converter having a boost function.

도 2는 종래의 강압 기능을 갖는 DC/DC 컨버터의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a DC / DC converter having a conventional step-down function.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function according to an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.4A to 4H are diagrams for describing an operating state of a series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 스위치부의 스위칭 주기 및 직렬 공진부의 공진 주기를 설명한 도면이다.5 is a view illustrating a switching period of the switch unit and a resonance period of the series resonator unit according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

110 : 직류 전원 120 : 스위치부110: DC power supply 120: switch unit

130 : 직류 공진부 140 : 트랜스130: DC resonator 140: transformer

150 : 제5스위치(S5) 160 : 정류부150: fifth switch (S5) 160: rectifier

170 : 평활 커패시터 180 : 제어부170: smoothing capacitor 180: control unit

S1~S4 : 풀 브릿지 스위치S1 ~ S4: Full Bridge Switch

본 발명은 직류-직류(이하, DC/DC라 함) 컨버터에 관한 것으로서, 특히 1차측의 풀 브릿지(full bridge)의 스위치를 온(TON)/오프(TOFF)함에 따라 직렬 공진부에 에너지를 저장하고, 상기 저장된 에너지를 이용하여 트랜스를 통해 입력 전압보다 높은 전압 및 낮은 전압을 2차측으로 전달하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터 및 상기 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC (hereinafter referred to as DC / DC) converter, and in particular, a series resonant unit is switched on by turning on (T ON ) / OFF (T OFF ) a full bridge switch on the primary side. Step-up and step-down control in a series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function that stores energy and transfers a voltage higher and lower than an input voltage to the secondary side through a transformer using the stored energy. It is about a method.

직류 전압을 다른 크기의 직류 전압으로 변환시키는 DC/DC 컨버터는 다양한 분야에 이용된다. 일례로, 컴퓨터의 제어보드에 전원을 공급하는 전원장치는 DC/DC 컨버터를 내장하고 있다. 특히 제어기 설계에 있어서, 기본 입력 직류 전압보다 크거나 작은 직류 전압을 요구하는 경우가 있는데, 이 경우, 승압 및 강압 기능을 갖는 DC/DC 컨버터가 이용된다. DC / DC converters that convert DC voltages into DC voltages of different sizes are used in various fields. For example, a power supply that supplies power to a computer control board has a built-in DC / DC converter. In particular, in the controller design, a DC voltage larger or smaller than the basic input DC voltage is sometimes required. In this case, a DC / DC converter having a boost and step-down function is used.

도 1은 종래의 승압 가능을 갖는 DC/DC 컨버터의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 직류 전원(Vs)의 (+)측에 인덕터(L) 및 다이오드(D)가 직렬로 접속되고, 상기 인덕터(L)와 다이오드(D)의 접속노드에서 상기 직류 전원(Vs)과 병렬로 스위치(S)가 접속된다. 상기 스위치(S)는 제어부(미도시)의 스위칭 신호에 따라 상기 직류 전원(Vs)의 전압을 출력단으로 스위칭한다. 상기 직류 전원(Vs)에서 상기 다이오드(D)를 통해 출력단으로 전달된 전압은 평활 커패시터(C)에 의해 평활되어 출력된 다. 이와 같이, 상기 스위치(S)가 온되면, 인턱터(L)를 통해 흐르는 전류에 의해 상기 인덕터(L)에 에너지가 저장되고, 이후, 상기 스위치(S)가 오프되면, 직류 전원(Vs)과 상기 인덕터(L)에 저장된 에너지의 합이 출력단으로 전달되어, 상기 출력 전압(Vo)은 항상 입력 전압(Vs)보다 크거나 같게 된다.1 is a circuit diagram of a conventional DC / DC converter having a voltage boost capability. Referring to FIG. 1, an inductor L and a diode D are connected in series to a positive side of a DC power supply Vs, and the DC power supply (A) is connected at a connection node of the inductor L and the diode D. FIG. The switch S is connected in parallel with Vs). The switch S switches the voltage of the DC power supply Vs to an output terminal according to a switching signal of a controller (not shown). The voltage transferred from the DC power supply Vs to the output terminal through the diode D is smoothed and output by the smoothing capacitor C. As such, when the switch S is turned on, energy is stored in the inductor L by the current flowing through the inductor L. Then, when the switch S is turned off, the DC power source Vs and The sum of the energy stored in the inductor L is transferred to the output terminal, so that the output voltage Vo is always greater than or equal to the input voltage Vs.

도 2는 종래의 강압 기능을 갖는 DC/DC 컨버터의 회로도이다. 도 2를 참조하면, 직류 전원(Vs)의 (+)측에 스위치(S)와 역방향 다이오드(D)가 직렬로 접속되고, 상기 스위치(S)와 다이오드(D)의 접속노드에서 상기 직류 전원(Vs)과 병렬로 인덕터(L)가 접속된다. 상기 스위치(S)는 미도시된 제어부의 스위칭 신호에 따라 온/오프 되며, 상기 스위치(S)의 온/오프에 따라 상기 인덕터(L)와 출력단에 전압을 공급한다. 상기 스위치(S)가 온되면, 상기 직류 전원(Vs)로부터 공급된 전류가 상기 인덕터(L)를 통해 흐른다. 이때, 상기 다이오드(D)는 역방향으로 접속되어 있으므로, 출력단으로는 전류가 흐르지 않는다. 이 경우, 상기 전류에 의해 상기 인덕터(L)에는 에너지가 축적된다. 이어, 상기 스위치(S)가 오프되면, 상기 인덕터(L)에 축적된 에너지에 의해 상기 출력단에 전압(Vo)이 평활 커패시터(C)에 의해 평활되어 출력된다. 상기 출력 전압(Vo)은 항상 입력 전압보다 같거나 작다. 2 is a circuit diagram of a DC / DC converter having a conventional step-down function. Referring to FIG. 2, a switch S and a reverse diode D are connected in series to the positive side of a DC power supply Vs, and the DC power supply is connected to a connection node of the switch S and the diode D. FIG. The inductor L is connected in parallel with Vs. The switch S is turned on / off according to a switching signal of a controller (not shown), and supplies a voltage to the inductor L and an output terminal according to the on / off of the switch S. FIG. When the switch S is turned on, a current supplied from the DC power supply Vs flows through the inductor L. At this time, since the diode D is connected in the reverse direction, no current flows through the output terminal. In this case, energy is accumulated in the inductor L by the current. Subsequently, when the switch S is turned off, the voltage Vo is smoothed and outputted to the output terminal by the smoothing capacitor C by the energy accumulated in the inductor L. The output voltage Vo is always equal to or less than the input voltage.

이와 같은 종래의 DC/DC 컨버터는 스위칭시에 발생하는 손실로 인하여 효율이 나쁘다는 문제점이 있었으며, 특히 승압 및 강압 기능을 동시에 갖지 못한다는 단점이 있었다. Such a conventional DC / DC converter has a problem in that the efficiency is poor due to the loss generated during switching, and in particular, there is a disadvantage in that it does not have a boost and step-down function at the same time.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제시된 것으로서, 1차측의 풀 브릿지(full bridge) 스위치의 온/오프 동작에 따라 직렬 공진부에 저장된 에너지와 입력 전압의 합을 트랜스를 통해 2차측으로 보내어, 입력 전압보다 높은 전압을 출력단으로 전달하고, 상기 직렬 공진부에 에너지 저장을 차단하고, 이미 저장된 에너지를 이용하여 상기 트랜스를 통해 입력 전압보다 낮은 전압을 2차측 출력단으로 전달함으로써, 스위칭 손실을 줄이도록 된 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터 및 상기 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, by sending the sum of the energy and the input voltage stored in the series resonator to the secondary side in accordance with the on / off operation of the full bridge switch on the primary side, To reduce switching losses by transmitting a voltage higher than the input voltage to the output stage, blocking energy storage in the series resonator, and using a stored energy to transfer a voltage lower than the input voltage to the secondary output stage through the transformer. It is an object of the present invention to provide a series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function and a step-up and step-down control method in the converter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터는, 직류 전원; 역병렬 다이오드(D1~D4)가 각각 연결된 풀 브릿지의 제1 내지 제4스위치(S1~S4)를 포함하며, 서로 직렬 접속된 제1 및 제2스위치(S1,S2)와, 제3 및 제4스위치(S3,S4)는 각각 상기 직류 전원의 양단에 병렬로 접속되어, 스위칭 신호(SS1~SS4)에 따라 스위칭하는 스위치부; 상기 제1 및 제2스위치(S1,S2)의 접속 노드와, 상기 제3 및 제4스위치(S3,S4)의 접속 노드 사이에 연결된 직렬 공진부; 상기 직렬 공진부와 직렬로 접속된 1차 코일 및 2차 코일을 포함하는 트랜스; 상기 직렬 공진부와 직렬로 접속되고, 상기 트랜스와 병렬로 접속되며, 상기 트랜스의 동작을 온/오프하는 제5스위치(S5); 상기 트랜스에서 출력된 전압을 정류하는 정류부; 상기 정류부에 의해 정류된 전압을 평활하여 출력하는 평활 커패시터; 및 승압을 위하여, 상기 직렬 공진부에 에너지를 저장하고 상기 저장된 에너지와 입력 전압의 합을 2차측 출력단으로 전달하기 위한 파워링 모드 및 강압을 위하여, 상기 직렬 공진부의 에너지 저장을 차단하고 이미 저장된 에너지를 2차측 출력단으로 전달하기 위한 자유공진 모드를 주기적으로 반복 수행하도록, 상기 제1 내지 제4스위치(S1~S4) 및 제5스위치(S5)의 스위칭을 제어하고, 사전에 설정된 출력전압에 따라 상기 파워링 모드 동작 시간 및 상기 자유공진 모드 동작 시간의 비를 제어하는 제어부를 포함한다.A series resonant DC / DC converter having a step-down function of the present invention for achieving the above object is a direct current power source; First and second switches S1 to S4 of the full bridges having the anti-parallel diodes D1 to D4 connected thereto, respectively; Four switches (S3, S4) are respectively connected to both ends of the DC power supply in parallel, the switch unit for switching in accordance with the switching signals (SS1 ~ SS4); A series resonator connected between a connection node of the first and second switches S1 and S2 and a connection node of the third and fourth switches S3 and S4; A transformer including a primary coil and a secondary coil connected in series with the series resonator; A fifth switch (S5) connected in series with said series resonator, and connected in parallel with said transformer, for switching on / off operation of said transformer; A rectifier for rectifying the voltage output from the transformer; A smoothing capacitor that smoothes and outputs the voltage rectified by the rectifier; And a powering mode for storing energy in the series resonator and boosting the sum of the stored energy and an input voltage to a secondary output stage, and for saving the energy, blocking the energy storage of the series resonator and saving already stored energy. Controlling the switching of the first to fourth switches S1 to S4 and the fifth switch S5 so as to periodically repeat the free resonance mode for transmitting the second output stage to the secondary output stage, and according to a preset output voltage. And a controller configured to control a ratio between the powering mode operation time and the free resonant mode operation time.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는, 파워링 모드 동작시, 한 조의 상기 제1 및 제4스위치와, 다른 한 조의 상기 제2 및 제3스위치를 각 조별로 사전에 설정된 스위칭 주기로 온/오프 스위칭을 제어한다. 이때, 상기 제어부는, 상기 직렬 공진부의 공진 전류가 제로인 시점에 상기 각 조별로 온/오프 스위칭을 제어하고, 상기 제5스위치의 온/오프 스위칭을 제어하여 상기 직렬 공진부에 저장되는 에너지의 크기를 제어하며, 상기 제5스위치의 온/오프 스위칭을 제어하여, 상기 출력단의 출력 전압의 크기를 제어한다.In one embodiment of the present invention, the control unit, during the powering mode operation, the pair of the first and fourth switches, and the other set of the second and third switches in each of the groups in a preset switching period for each / Control off switching. At this time, the control unit controls the on / off switching for each of the groups at the time when the resonance current of the series resonator is zero, the size of the energy stored in the series resonator by controlling the on / off switching of the fifth switch And controlling the on / off switching of the fifth switch to control the magnitude of the output voltage of the output terminal.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는, 자유공진 모드 동작시, 한 조의 상기 제2다이오드 및 제4스위치와, 다른 한 조의 상기 제2스위치 및 제4다이오드를 각 조별로 하여, 사전에 설정된 스위칭 주기에 따라 온/오프 스위칭을 제어한다. 이때, 상기 제어부는, 상기 직렬 공진부의 공진 전류가 제로인 시점에 상기 각 조별로 온/오프 스위칭을 제어하고, 상기 제5스위치의 온/오프 스위칭을 제어하여, 출력단의 출력 전압의 크기를 제어한다. In one embodiment of the present invention, the control unit, in the free resonant mode of operation, the set of the second diode and the fourth switch and the other set of the second switch and the fourth diode for each group, the preset Control the on / off switching according to the switching cycle. In this case, the controller controls on / off switching of each of the groups at the time when the resonance current of the series resonator is zero, and controls on / off switching of the fifth switch to control the magnitude of the output voltage of the output terminal. .

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 역병렬 다이오드(D1~D4)가 각각 연결된 풀 브릿지의 제1~4스위치(S1~S4), 상기 제1,2스위치(S1,S2)의 접속노드와, 상기 제3,4스위치(S3,S4)의 접속노드 사이에 연결된 직렬 공진부 및 트랜스, 상기 트랜스에 병렬로 연결된 제5스위치(S5) 및 상기 스위치 및 역병렬 다이오드의 스위칭을 제어하는 제어부를 포함하는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법에 있어서,In addition, the present invention for achieving the above object, the first to fourth switches (S1 ~ S4) of the full bridge connected to the anti-parallel diodes (D1 ~ D4), respectively, the connection of the first and second switches (S1, S2) A series resonator and a transformer connected between a node and a connection node of the third and fourth switches S3 and S4, a fifth switch S5 connected in parallel to the transformer and switching of the switch and the anti-parallel diode. In the step-up and step-down control method in a series resonant DC / DC converter comprising a control unit,

상기 제5스위치(S5)를 온한 상태에서, 한 조의 제1 및 제4스위치(S1,S4)와 다른 한 조의 상기 제2 및 제3스위치(S2,S3)를 각 조별로 교대로 스위칭하여, 상기 직렬 공진부에 에너지를 저장하는 에너지 저장단계; 상기 에너지 저장단계에서, 상기 제5스위치(S5)를 오프하여 상기 직렬 공진부에 저장된 에너지와 입력 전압의 합이 상기 트랜스를 통해 2차측으로 전달하는 승압단계; 상기 제5스위치(S5)를 온한 상태에서, 한 조의 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)와 다른 한 조의 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)를 각 조별로 교대로 스위칭하는 에너지 순환단계; 및 상기 에너지 순환단계에서, 상기 제5스위치(S5)를 오프하여, 상기 직렬 공진부에 저장된 에너지를 상기 트랜스를 통해 2차측으로 전달하는 강압단계를 포함한다.With the fifth switch S5 turned on, one set of first and fourth switches S1 and S4 and the other set of second and third switches S2 and S3 are alternately switched for each group, An energy storage step of storing energy in the series resonator unit; In the energy storage step, the boosting step of turning off the fifth switch (S5) to transfer the sum of the energy and the input voltage stored in the series resonator to the secondary side through the transformer; In the state in which the fifth switch S5 is turned on, one set of the second diode D2 and the fourth switch S4 and the other set of the second switch S2 and the fourth diode D4 are alternately arranged for each group. Switching an energy cycle; And in the energy circulation step, by turning off the fifth switch (S5), the step of transferring the energy stored in the series resonator to the secondary side through the transformer.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 에너지 저장단계는, 상기 직렬 공진부의 공진 전류가 0(zero)되는 시점에서 상기 각 조별로 스위칭을 반복하며, 상기 제5스위치(S5)가 온 되는 시간을 제어하여 상기 직렬 공진부에 저장되는 에너지의 크기를 제어한다.In one embodiment of the present invention, the energy storage step, the switching is repeated for each of the groups at the time when the resonance current of the series resonator is zero (zero), and controls the time that the fifth switch (S5) is turned on The amount of energy stored in the series resonator is controlled.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 승압단계는, 상기 제5스위치(S5)가 온 되는 시간을 제어하여 상기 2차측의 출력 전압의 크기를 제어한다.In one embodiment of the present invention, the boosting step, by controlling the time the fifth switch (S5) is on to control the magnitude of the output voltage of the secondary side.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 에너지 순환단계는, 상기 직렬 공진부의 공진 전류가 0(zero)되는 시점에서 상기 각 조별로 스위칭을 반복한다.In one embodiment of the present invention, the energy circulation step, the switching is repeated for each group at the time when the resonance current of the series resonator is zero.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 강압단계는, 상기 제5스위치(S5)가 온 되는 시간을 제어하여 상기 2차측의 출력 전압의 크기를 제어한다.In one embodiment of the present invention, the step of step down, by controlling the time the fifth switch (S5) is on to control the magnitude of the output voltage of the secondary side.

본 발명은 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터를 제공하고, 또한 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서 승압 및 강압 제어방법을 제공한다. 본 발명은 바람직하게는 풀 브릿지 DC/DC 컨버터에 적용된다. 풀 브릿지 타입의 스위치를 이용하여 직렬 공진회로에 에너지를 저장한 후, 상기 저장된 에너지와 입력 전압의 합을 트랜스를 통해 2차측으로 전달함으로써, 승압 기능을 수행하고, 또한 상기 직렬 공진회로에 저장된 에너지를 상기 트랜스를 통해 2차측으로 전달함으로써, 강압 기능을 수행한다. 이때, 상기 트랜스를 통해 2차측으로 전달되는 시간을 제어함으로써, 승압 및 강압된 출력 전압의 크기를 제어한다.The present invention provides a series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function, and also provides a step-up and step-down control method in a series resonant DC / DC converter. The invention preferably applies to a full bridge DC / DC converter. After energy is stored in the series resonant circuit using a full bridge type switch, the sum of the stored energy and the input voltage is transferred to the secondary side through the transformer, thereby performing a boosting function, and also storing the energy stored in the series resonant circuit. By transmitting to the secondary side through the transformer, the step-down function. At this time, by controlling the time transmitted to the secondary side through the transformer, it controls the magnitude of the boosted and stepped-down output voltage.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태가 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터의 회로도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터는, 직류 전원(110), 역병렬 다이오드(D1~D4)가 각각 연결된 풀 브릿지 구조의 제1 내지 제4스위치(S1~S4)를 포함하며, 서로 직렬 접속된 제1 및 제2스위치(S1,S2)와, 제3 및 제4스위치(S3,S4)는 각각 상기 직류 전원(110)의 양단에 병렬로 접속되어, 스위칭 신호(SS1~SS4)에 따라 스위칭하는 스위치부(120), 상기 제1 및 제2스위치(S1,S2)의 접속 노드와 상기 제3 및 제4스위치(S3,S4)의 접속 노드 사이에 연결된 직렬 공진부(130), 상기 직렬 공진부(130)와 직렬로 접속된 1차 코일(Tr1) 및 2차 코일(Tr2)을 포함하는 트랜스(140), 상기 직렬 공진부(130)와 직렬로 접속되고, 상기 트랜스(140)와 병렬로 접속되며, 상기 트랜스(140)의 동작을 온/오프하는 제5스위치(S5), 상기 트랜스(140)에서 출력된 전압을 정류하는 정류부(160), 상기 정류부(160)에 의해 정류된 전압을 평활하여 출력하는 평활 커패시터(170) 및 승압을 위하여, 상기 직렬 공진부(130)에 에너지를 저장하고 상기 저장된 에너지와 입력 전압(Vs)의 합을 2차측 출력단으로 전달하기 위한 파워링 모드 및 강압을 위하여, 상기 직렬 공진부(130)의 에너지 저장을 차단하고 이미 저장된 에너지를 2차측 출력단으로 전달하기 위한 자유공진 모드를 주기적으로 반복 수행하도록, 상기 제1 내지 제4스위치(S1~S4) 및 제5스위치(S5)의 스위칭을 제어하고, 사전에 설정된 출력 전압(Vo)에 따라 상기 파워링 모드 동작 시간 및 상기 자유공진 모드 동작 시간의 비를 제어하는 제어부(180)를 포함하여 구성된다.3 is a circuit diagram of a series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the series resonant DC / DC converter having the step-up and step-down functions of the present invention may include first to fourth full bridge structures in which a DC power supply 110 and anti-parallel diodes D1 to D4 are connected. The first and second switches S1 and S2 and the third and fourth switches S3 and S4, which include switches S1 to S4 and are connected in series with each other, are parallel to both ends of the DC power supply 110, respectively. Of the switch unit 120, the connection node of the first and second switches S1 and S2 and the third and fourth switches S3 and S4 connected to each other and connected according to the switching signals SS1 to SS4. A series resonator 130 connected between connection nodes, a transformer 140 including a primary coil Tr1 and a secondary coil Tr2 connected in series with the series resonator 130, and the series resonator 130 is connected in series, and connected in parallel with the transformer 140, the fifth switch (S5) for turning on / off the operation of the transformer 140, rectifying the voltage output from the transformer 140The energy is stored in the series resonator 130 for boosting, the smoothing capacitor 170 for smoothing and outputting the voltage rectified by the rectifier 160, and the booster, and the stored energy and the input voltage Vs. For the powering mode and step-down for delivering the sum of N) to the secondary output stage, the free resonance mode for interrupting the energy storage of the series resonator 130 and transferring the already stored energy to the secondary output stage is periodically repeated. To control the switching of the first to fourth switches S1 to S4 and the fifth switch S5, the powering mode operation time and the free resonance mode operation are performed according to a preset output voltage Vo. It is configured to include a controller 180 for controlling the ratio of time.

도 3을 참조하여 본 발명의 직렬 공진형 DC/DC 컨버터를 보다 구체적으로 설명한다. 상기 직류 전원(110)은 풀 브릿지(full bridge) DC/DC 컨버터에 입력 직류 전압(Vs)(전류)을 인가한다. The series resonant DC / DC converter of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3. The DC power supply 110 applies an input DC voltage Vs (current) to a full bridge DC / DC converter.

상기 스위치부(120)는 역병렬 다이오드(D1~D4)가 각각 연결된 풀 브릿지의 제1 내지 제4스위치(S1~S4)를 포함한다. 상기 제1 내지 제4스위치(S1~S4)는 상기 제어부(170)의 스위칭 신호(SS1~SS4)에 따라 온/오프 되어, 상기 스위치(S1~S4)에 연결된 트랜스(140)의 1차측에 전류를 제공한다. 상기 스위치(S1~S4)의 에미터와 컬렉터 사이에는 역병렬 다이오드(D1~D4)가 각각 연결되어 있다. 상기 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)가 서로 직렬로 접속되고, 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)가 서로 직렬로 접속된다. 또한, 상기 서로 직렬 접속된 제1,2스위치(S1,S2)와 제3,4스위치(S3,S4)는 각각 상기 직류 전원(110)의 양단에 병렬로 연결된다. The switch unit 120 includes first to fourth switches S1 to S4 of full bridges to which the antiparallel diodes D1 to D4 are connected. The first to fourth switches S1 to S4 are turned on / off according to the switching signals SS1 to SS4 of the controller 170, and are connected to the primary side of the transformer 140 connected to the switches S1 to S4. Provide current. The antiparallel diodes D1 to D4 are connected between the emitters and the collectors of the switches S1 to S4, respectively. The first switch S1 and the second switch S2 are connected in series with each other, and the third switch S3 and the fourth switch S4 are connected in series with each other. In addition, the first and second switches S1 and S2 and the third and fourth switches S3 and S4 connected in series with each other are connected in parallel to both ends of the DC power supply 110, respectively.

상기 스위치부(110)는 상기 제어부(170)의 온/오프 스위칭 제어에 의해 상기 직류 전원(110)으로부터 제공된 직류 전류를 직렬 공진부(130) 및 트랜스(140)에 전달한다. 이로써, 상기 직렬 공진부(130)에는 에너지가 축적됨과 동시에, 상기 트랜스(140)를 통하여 2차측으로 에너지(또는 전압)가 전달된다. The switch unit 110 transfers the DC current provided from the DC power supply 110 to the series resonator 130 and the transformer 140 by the on / off switching control of the controller 170. As a result, energy is accumulated in the series resonator 130 and energy (or voltage) is transferred to the secondary side through the transformer 140.

상기 직렬 공진부(130)는 상기 제1 및 제2스위치(S1,S2)의 접속노드와 상기 제3 및 제4스위치(S3,S4)의 접속노드 사이에 직렬로 접속되며, 상기 스위치부(120)를 통해 전달받은 에너지를 저장하고, 설정된 공진주기를 갖도록 구성된다. 또한, 상기 직렬 공진부(130)는 상기 스위치부(120) 및 제5스위치(S5)의 스위칭 동작에 따라 상기 저장된 에너지를 방출할 수도 있다.The series resonator 130 is connected in series between a connection node of the first and second switches S1 and S2 and a connection node of the third and fourth switches S3 and S4. The energy received through the 120 is stored and configured to have a set resonance period. In addition, the series resonator 130 may emit the stored energy according to the switching operation of the switch 120 and the fifth switch S5.

상기 트랜스(140)는 상기 직렬 공진부(130)와 직렬로 접속된 1차 코일 및 2차 코일을 포함한다. 상기 트랜스(140)는 상기 제5스위치(S5)의 온/오프 동작에 따라 상기 1차 코일 및 2차 코일의 권선비에 따라 1차측 에너지를 2차측으로 전달한다. 본 발명에서는 권선비를 1:1로 설정하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The transformer 140 includes a primary coil and a secondary coil connected in series with the series resonator 130. The transformer 140 transmits the primary side energy to the secondary side according to the turns ratio of the primary coil and the secondary coil according to the on / off operation of the fifth switch S5. In the present invention, the winding ratio is set to 1: 1, but is not limited thereto.

상기 제5스위치(S5)(150)는 상기 직렬 공진부(130)와 직렬로 접속되고, 상기 트랜스(140)와 병렬로 접속되며, 상기 제어부(180)의 스위칭 제어에 따라 상기 트랜스(140)의 동작을 온/오프한다. 즉 상기 제5스위치(S5)가 온 되면, 상기 트랜스(140)의 동작은 오프되어, 상기 트랜스(140)의 1차측 전압은 2차측으로 전압이 전달되지 않으며, 반대로 상기 제5스위치(S5)가 오프되면, 상기 트랜스(140)의 동작은 온되어, 상기 1차측 전압이 2차측으로 전달된다. 이러한 동작은 하기에서 상세하게 설명된다.The fifth switch S5 and 150 are connected in series with the series resonator 130, are connected in parallel with the transformer 140, and the transformer 140 is controlled according to the switching control of the controller 180. Turns the operation of on / off. That is, when the fifth switch S5 is turned on, the operation of the transformer 140 is turned off, and the voltage of the primary side of the transformer 140 is not transmitted to the secondary side, and conversely, the fifth switch S5. When is off, the operation of the transformer 140 is turned on, so that the primary side voltage is transferred to the secondary side. This operation is described in detail below.

상기 정류부(160)는 상기 트랜스(140)에서 출력되는 전압을 정류하도록 브릿지 다이오드(D5~D8)로 이루어질 수 있다.The rectifier 160 may be formed of bridge diodes D5 to D8 to rectify the voltage output from the transformer 140.

상기 평활 커패시터(170)는 상기 정류부(160)에 의해 정류된 전압을 평활하여 출력한다. The smoothing capacitor 170 smoothes and outputs the voltage rectified by the rectifying unit 160.

상기 제어부(180)는 승압을 위하여, 상기 직렬 공진부(130)에 에너지를 저장하고 상기 저장된 에너지와 입력 전압의 합을 2차측 출력단으로 전달하기 위한 파워링 모드 및 강압을 위하여, 상기 직렬 공진부(130)의 에너지 저장을 차단하고 이미 저장된 에너지를 2차측 출력단으로 전달하기 위한 자유공진 모드를 주기적으로 반복 수행하도록, 상기 제1 내지 제4스위치(S1~S4) 및 제5스위치(S5)의 스위칭을 제어하고, 사전에 설정된 출력전압에 따라 상기 파워링 모드 동작 시간 및 상기 자유공진 모드 동작 시간의 비를 제어한다. 구체적으로, 상기 제어부(180)는 한 조의 제1 및 제4스위치(S1,S4)와, 다른 한조의 제2 및 제3스위치(S2,S3)를 각 조별로 설정된 주기에 따라 온/오프 시켜, 상기 직렬 공진부(130)에 에너지가 저장되도록 하며, 이어, 상기 제5스위치(S5)를 온/오프시켜 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전압이 전달되도록 제어한다. 이러한 동작 모드를 "파워링 모드(powering mode)"라 한다. 이때, 상기 제어부(180)는 영전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching)을 위하여, 상기 직렬 공진부(130)의 공진 전류가 0(zero)되는 시점에 상기 각 조별로 스위칭 온/오프를 반복한다. The controller 180 stores the energy in the series resonator 130 to boost the power, and the series resonator for the powering mode and step-down for transferring the sum of the stored energy and the input voltage to the secondary output terminal. The first to fourth switches S1 to S4 and the fifth switch S5 are periodically interrupted to block the energy storage of the 130 and to periodically repeat the free resonant mode for transferring the stored energy to the secondary output stage. The switching is controlled, and the ratio of the powering mode operating time and the free resonant mode operating time is controlled according to a preset output voltage. Specifically, the controller 180 turns on / off one set of the first and fourth switches S1 and S4 and the other set of the second and third switches S2 and S3 according to a set period for each group. Energy is stored in the series resonator 130, and then the fifth switch S5 is turned on / off to control the voltage to be transferred to the secondary side through the transformer 140. This mode of operation is referred to as a "powering mode". In this case, the controller 180 repeats switching on / off for each of the groups at the time when the resonance current of the series resonator 130 is zero for zero current switching (ZCS). .

또한, 상기 제어부(180)는 한 조의 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)와, 다른 한 조의 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)를 각 조별로 설정된 주기에 따라 온/오프시켜, 상기 직렬 공진부(130)에 저장된 에너지가 순환되도록 하며, 이어, 상기 제5스위치(S5)를 온/오프시켜 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전압이 전달되도록 한다. 이러한 동작 모드를 "자유공진 모드(free resonant mode)"라 한다. 이때, 상기 제어부(180)는 영전류 스위칭(ZCS)을 위하여, 상기 직렬 공진부(130)의 공진 전류가 0(zero)되는 시점에서 상기 각 조별로 스위칭 온/오프를 반복한다. 상기 파워링 모드 및 자유공진 모드에서 상기 제5스위치(S5)의 온/오프 시간을 제어함으로써 상기 2차득으로 전달되는 전압의 크기를 조절할 수 있다.In addition, the controller 180 turns on one set of the second diode D2 and the fourth switch S4 and the other set of the second switch S2 and the fourth diode D4 according to the set period for each group. By turning on / off, the energy stored in the series resonator 130 is circulated. Then, the fifth switch S5 is turned on / off to transmit voltage to the secondary side through the transformer 140. This mode of operation is called "free resonant mode." In this case, the controller 180 repeats switching on / off for each group at the time when the resonance current of the series resonator 130 is zero for zero current switching (ZCS). By controlling the on / off time of the fifth switch S5 in the powering mode and the free resonance mode, the magnitude of the voltage delivered to the second gain can be adjusted.

이와 같이, 상기 파워링 모드에서는, 상기 직렬 공진부(130)에 에너지를 저장하고, 상기 저장된 에너지와 입력 전압의 합이 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으 로 전달됨으로써, 승압 기능을 수행한다. 상기 자유공진 모드에서는, 상기 직렬 공진부(130)에 에너지는 더 이상 저장되지 않으며, 이미 저장되어 있는 에너지가 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전달됨으로써, 강압 기능을 수행한다.As such, in the powering mode, energy is stored in the series resonator 130, and the sum of the stored energy and the input voltage is transferred to the secondary side through the transformer 140, thereby performing a boosting function. . In the free resonant mode, energy is no longer stored in the series resonator 130, and energy that is already stored is transferred to the secondary side through the transformer 140 to perform a step-down function.

따라서, 상기 제어부(170)는 상기 직렬 공진부(130)에 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장과정과, 상기 저장된 에너지와 입력 전압의 합을 상기 트랜스(140)의 2차측으로 전달하는 승압과정과, 상기 직렬 공진부(130)에 더 이상 에너지를 저장하지 않은 상태에서, 상기 에너지를 스위치를 통해 순환시키는 에너지 순환과정과, 상기 직렬 공진부(130)에 이미 저장된 에너지를 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전달하기 위한 강압과정을 제어하기 위하여, 상기 제1 내지 제5스위치(S1~S5)(각 역병렬 다이오드(D1~D4)을 포함)의 스위칭을 제어하는 것이다. 이때, 일반적으로 상기 에너지 저장과정과 승압과정이 "파워링 모드"이고, 상기 에너지 소비과정과 강압과정이 "자유공진 모드"이다. 또한, 상기 제어부(180)는 사전에 설정된 출력전압(Vo)에 따라 상기 파워링 모드 동작 시간 및 상기 자유공진 모드 동작 시간의 비를 제어한다. Therefore, the control unit 170 is an energy storage process for storing energy in the series resonator 130, a boosting process for transferring the sum of the stored energy and the input voltage to the secondary side of the transformer 140, In a state where energy is no longer stored in the series resonator 130, an energy circulation process for circulating the energy through a switch and energy stored in the series resonator 130 through the transformer 140 are performed. In order to control the step-down process for transferring to the secondary side, the switching of the first to fifth switches S1 to S5 (including the antiparallel diodes D1 to D4) is controlled. At this time, generally, the energy storage process and the boosting process are "powering modes", and the energy consumption process and the step-down process are "free resonant modes". In addition, the controller 180 controls the ratio of the powering mode operating time and the free resonant mode operating time according to a preset output voltage Vo.

도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 4a 내지 도 4d는 파워링 모드에서의 전류 흐름도이고, 도 4e 및 도 4h는 자유공진 모드에서의 전류 흐름도이다. 보다 구체적으로는, 도 4a는 파워링 모드시, 1차측의 역병렬 다이오드(D1~D4)가 각각 연결된 4개의 풀 브릿지 스위치(S1~S4) 중 제1 및 제4스위치 (S1,S4)가 온 된 상태(이때, 제2 및 제3 스위치(S2,S3)는 오프됨)에서, 제5스위치(S5)가 온될 때의 전류 흐름도이고, 도 4b는 도 4a에서 상기 제5스위치(S5)가 오프될 때의 전류 흐름도이다. 또한, 도 4c는 파워링 모드시, 상기 1차측의 풀 브릿지 스위치(S1~S4) 중 제2 및 제3스위치(S2,S3)가 온 된 상태(이때, 상기 제1 및 제4스위치(S1,S4)는 오프됨)에서, 상기 제5스위치(S5)가 온 될 때의 전류 흐름도이고, 도 4d는 도 4c에서 상기 제5스위치(S5)가 오프 될 때의 전류 흐름도이다.4A to 4H are diagrams for describing an operating state of a series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function according to the present invention. 4A to 4D are current flow charts in a powering mode, and FIGS. 4E and 4H are current flow charts in a free resonance mode. More specifically, in the powering mode, FIG. 4A illustrates the first and fourth switches S1 and S4 of the four full bridge switches S1 to S4 to which the anti-parallel diodes D1 to D4 on the primary side are respectively connected. In the turned-on state (in this case, the second and third switches S2 and S3 are turned off), a current flow chart when the fifth switch S5 is turned on, and FIG. 4B is the fifth switch S5 in FIG. 4A. Is the current flow when is off. 4C illustrates a state in which the second and third switches S2 and S3 of the primary full bridge switches S1 to S4 are turned on in the powering mode (in this case, the first and fourth switches S1). (S4) is off), and the current flow chart when the fifth switch S5 is turned on, and FIG. 4D is the current flow chart when the fifth switch S5 is turned off in FIG. 4C.

더하여, 도 4e는 자유공진 모드시, 1차측의 한 조의 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)가 온 된 상태(이때, 다른 한 조의 제4다이오드(D4) 및 제2스위치(S2)는 오프됨)에서, 제5스위치(S5)가 온 될 때의 전류 흐름도이고, 도 4f는 도 4e에서 상기 제5스위치(S5)가 오프 될 때의 전류 흐름도이다. 또한, 도 4g는 자유공진 모드시, 1차측의 상기 다른 한조의 제4다이오드(D4) 및 제2스위치(S2)가 온 된 상태(이때, 상기 한 조의 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)는 오프됨)에서, 상기 제5스위치(S5)가 온 될 때의 전류 흐름도이고, 도 4h는 도 4g에서 상기 제5스위치(S5)가 오프 될 때의 전류 흐름도이다. 한편, 도면에는 미도시 되었으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제5스위치(S5)의 스위칭은 상기 제어부(180)에 의해 제어된다. In addition, FIG. 4E shows a state in which one set of the second diode D2 and the fourth switch S4 on the primary side are turned on (in this case, the other set of the fourth diode D4 and the second switch S2). ) Is a current flow chart when the fifth switch S5 is turned on, and FIG. 4F is a current flow chart when the fifth switch S5 is turned off in FIG. 4E. 4G shows a state in which the other set of fourth diode D4 and the second switch S2 on the primary side are turned on (in this case, the set of second diode D2 and the fourth switch). (S4 is off), the current flow chart when the fifth switch S5 is turned on, and FIG. 4H is the current flow chart when the fifth switch S5 is turned off in FIG. 4G. Meanwhile, although not shown in the drawing, as illustrated in FIG. 3, the switching of the fifth switch S5 is controlled by the controller 180.

먼저, 도 4a를 참조하면, 1차측의 제1 및 제4스위치(S1,S4)가 온 되고, 상기 제5스위치(S5)가 온 된 경우, 직류 전원(110)에서 공급된 전류는 제1스위치(S1), 직렬 공진부(130), 제5스위치(S5), 제4스위치(S4)를 통해 흐른다. 이때, 상기 트랜스(140)를 통한 2차측으로의 에너지 전달은 이루어지지 않으며, 상기 직렬 공진부 (130)로 흐르는 전류에 의해 상기 직렬 공진부(130)에는 에너지가 축적된다. First, referring to FIG. 4A, when the first and fourth switches S1 and S4 on the primary side are turned on and the fifth switch S5 is turned on, the current supplied from the DC power supply 110 is the first. Flow through the switch (S1), the series resonator 130, the fifth switch (S5), the fourth switch (S4). At this time, energy is not transferred to the secondary side through the transformer 140, and energy is accumulated in the series resonator 130 by current flowing through the series resonator 130.

이어, 도 4a에서 상기 제5스위치(S5)를 오프하면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 직류 전원(110)에서 공급된 전류는 제1스위치(S1), 직렬 공진부(130), 트랜스(140) 및 제4스위치(S4)를 통해 흐른다. 이때, 입력 전압(Vs)은 상기 직렬 공진부(130)에 이미 저장되어 있던 에너지와 합쳐져서, 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전달된다. 이어, 상기 트랜스(140)의 2차측에 전달된 전압은 정류부(160)에 의해 정류되고, 상기 정류된 전압은 평활 커패시터(170)에 의해 평활된 후, 출력 전압(Vo)으로 출력된다. 이로써, 출력 전압(Vo)은 입력 전압(Vs)보다 높게 나타난다.Subsequently, when the fifth switch S5 is turned off in FIG. 4A, as shown in FIG. 4B, the current supplied from the DC power supply 110 is the first switch S1, the series resonator 130, and the transformer ( 140 and the fourth switch S4. In this case, the input voltage Vs is combined with the energy already stored in the series resonator 130 and transferred to the secondary side through the transformer 140. Subsequently, the voltage transferred to the secondary side of the transformer 140 is rectified by the rectifier 160, and the rectified voltage is smoothed by the smoothing capacitor 170 and then output as an output voltage Vo. As a result, the output voltage Vo is higher than the input voltage Vs.

도 4c를 참조하면, 1차측의 제2 및 제3스위치(S2,S3)가 온 되고, 상기 제5스위치(S5)가 온 된 경우, 직류 전원(110)에서 공급된 전류는 제3스위치(S3), 제5스위치(S5), 직렬 공진부(130) 및 제2스위치(S2)를 통해 흐른다. 이때, 상기 트랜스(140)를 통한 2차측으로의 에너지 전달은 이루어지지 않으며, 상기 직렬 공진부(130)로 흐르는 전류에 의해 상기 직렬 공진부(130)에는 에너지가 축적된다.Referring to FIG. 4C, when the second and third switches S2 and S3 of the primary side are turned on and the fifth switch S5 is turned on, the current supplied from the DC power source 110 is converted into a third switch ( S3), through the fifth switch (S5), the series resonator 130 and the second switch (S2). In this case, energy is not transferred to the secondary side through the transformer 140, and energy is accumulated in the series resonator 130 by current flowing through the series resonator 130.

이어, 도 4c에서 상기 제5스위치(S5)를 오프하면, 도 4d에 도시된 바와 같이, 직류 전원(110)에서 공급된 전류는 제3스위치(S3), 트랜스(140), 직렬 공진부(130), 제2스위치(S2)를 통해 흐른다. 이때, 입력 전압(Vs)은 상기 직렬 공진부(130)에 이미 저장되어 있던 에너지와 합쳐져서 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전달된다. 이어, 상기 트랜스(140)의 2차측에 전달된 전압은 정류부(160)에 의해 정류되고, 상기 정류된 전압은 평활 커패시터(170)에 의해 평활된 후 출력전압(Vo)으로 출력된다. 이로써, 출력 전압(Vo)은 입력 전압(Vs)보다 높게 나타난다.Subsequently, when the fifth switch S5 is turned off in FIG. 4C, as shown in FIG. 4D, the current supplied from the DC power supply 110 may include the third switch S3, the transformer 140, and the series resonator unit ( 130, flows through the second switch (S2). At this time, the input voltage Vs is combined with the energy already stored in the series resonator 130 and transferred to the secondary side through the transformer 140. Subsequently, the voltage transferred to the secondary side of the transformer 140 is rectified by the rectifier 160, and the rectified voltage is smoothed by the smoothing capacitor 170 and then output as an output voltage Vo. As a result, the output voltage Vo is higher than the input voltage Vs.

여기서, 도면에서는 도 4a~도 4d의 순서로 도시되어 있으나, 그 순서는 제어부(180)의 스위칭 순서에 따라 바뀔 수 있다. 특히, 상기 제어부(180)는 도 4a 및 도 4d가 진행되면서 직렬 공진부(130)에 일정량의 에너지를 축적한 후, 도 4b 및 도 4c를 진행하여 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전압을 전달하도록, 해당 스위치의 스위칭을 제어할 수도 있다.Here, although shown in the order of Figures 4a to 4d in the figure, the order may be changed according to the switching order of the controller 180. In particular, the controller 180 accumulates a certain amount of energy in the series resonator 130 as shown in FIGS. 4A and 4D, and then proceeds to FIGS. 4B and 4C to the secondary side through the transformer 140. It is also possible to control the switching of the corresponding switch so as to transmit.

이와 같이, 도 4a~도 4d에 도시된 파워링 모드에서는 승압 기능이 수행되며, 상기 출력 전압(Vo)의 크기는 제1 내지 제4 스위치(S1~S4)의 스위칭 또는 제5스위치(S5)의 스위칭 시간에 따라 결정된다.As described above, in the powering mode illustrated in FIGS. 4A to 4D, the boosting function is performed, and the output voltage Vo has the magnitude of the switching of the first to fourth switches S1 to S4 or the fifth switch S5. Is determined according to the switching time.

계속하여, 자유공진 모드를 설명한다. 상기한 바와 같이, 자유공진 모드에서는, 1차측의 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)가 한 조를 이루고, 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)가 다른 한 조를 이루어, 교대로 스위칭된다. 먼저, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)가 온 된 상태에서, 제5스위치(S5)가 온되면, 직류 전원(110)의 전류는 상기 직렬 공진부(130) 및 트랜스(140)로 공급되지 않으며, 상기 파워링 모드에서 이미 에너지를 축적한 직렬 공진부(130)에서 공급되는 전류가 제5스위치(S5), 제4스위치(S4), 제2다이오드(D2)를 통해 흐른다. 이때는 2차측의 출력단으로 전압이 전달되지 않는다. 경우에 따라서는 평활 커패시터(170)에 저장된 전압이 출력 전압으로 될 수도 있으나, 이는 본 발명의 요지를 벗어나는 내용이다.Subsequently, the free resonance mode will be described. As described above, in the free resonant mode, the second diode D2 and the fourth switch S4 on the primary side form one set, and the second switch S2 and the fourth diode D4 on the other pair. Are alternately switched. First, as shown in FIG. 4E, when the fifth switch S5 is turned on while the second diode D2 and the fourth switch S4 are turned on, the current of the DC power supply 110 is connected to the series. The current supplied from the series resonator 130, which is not supplied to the resonator 130 and the transformer 140, and has already stored energy in the powering mode, may be the fifth switch S5, the fourth switch S4, Flow through the second diode (D2). In this case, no voltage is transmitted to the output terminal of the secondary side. In some cases, the voltage stored in the smoothing capacitor 170 may be an output voltage, which is beyond the scope of the present invention.

이어, 도 4e에서 상기 제5스위치(S5)를 오프시키면, 도 4f에서와 같이, 상기 직렬 공진부(130)에 이미 저장되었던 에너지에 의한 전류가 상기 트랜스(140), 제4스위치(S4), 제2다이오드(D2)를 통해 흐르게 되고, 상기 트랜스(140)를 통해 1차측의 전압이 권선비에 따라 2차측으로 전달된다. 상기 2차측으로 전달된 전압은 정류부(150)에 의해 정류되고, 이어 평활 커패시터(160)에 의해 평활된 후, 출력 전압(Vo)으로 출력된다. 이때, 상기 직렬 공진부(130)의 에너지는 점차 줄어들고, 이로써 상기 트랜스(140)를 통해 출력단에 전달되는 전압의 크기도 작아진다. 따라서, 출력 전압(Vo)은 입력 전압(Vs)보다 같거나 작게 된다. Subsequently, when the fifth switch S5 is turned off in FIG. 4E, as shown in FIG. 4F, current due to energy already stored in the series resonator 130 is transferred to the transformer 140 and the fourth switch S4. , And flows through the second diode D2, and the voltage of the primary side is transferred to the secondary side according to the turns ratio through the transformer 140. The voltage transferred to the secondary side is rectified by the rectifier 150, and then smoothed by the smoothing capacitor 160, and then output as an output voltage Vo. At this time, the energy of the series resonator 130 is gradually reduced, thereby reducing the magnitude of the voltage transmitted to the output terminal through the transformer 140. Therefore, the output voltage Vo is equal to or smaller than the input voltage Vs.

도 4g를 참조하면, 상기 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)가 온 된 상태에서, 제5스위치(S5)가 온되면, 직류 전원(110)의 전류는 상기 직렬 공진부(130) 및 트랜스(140)로 공급되지 않으며, 상기 파워링 모드에서 이미 에너지를 축적한 직렬 공진부(130)에서 공급되는 전류가 제2스위치(S2), 제4다이오드(D4), 제5스위치(S5)를 통해 흐른다. 이때는 2차측의 출력단으로 전압이 전달되지 않는다. Referring to FIG. 4G, when the fifth switch S5 is turned on in the state where the second switch S2 and the fourth diode D4 are turned on, the current of the DC power supply 110 is the series resonator 130. ) And the current supplied from the series resonator 130 in which the energy has already been accumulated in the powering mode is not supplied to the transformer 140 and the second switch S2, the fourth diode D4, and the fifth switch ( Flow through S5). In this case, no voltage is transmitted to the output terminal of the secondary side.

이어, 도 4h에서와 같이, 상기 제5스위치(S5)를 오프시키면, 상기 직렬 공진부(130)에 이미 저장되었던 에너지에 의한 전류가 상기 트랜스(140), 제4스위치(S4), 제2다이오드(D2)를 통해 흐르게 되고, 상기 트랜스(140)를 통해 1차측의 전압이 권선비에 따라 2차측으로 전달된다. 상기 2차측으로 전달된 전압은 정류부(150)에 의해 정류되고, 이어 평활 커패시터(160)에 의해 평활된 후, 출력 전압(Vo)으로 출력된다. 이때, 상기 직렬 공진부(130)의 에너지는 점차 줄어들고, 이로써 상기 트랜스(140)를 통해 출력단에 전달되는 전압의 크기도 작아진다. 따라서, 출력 전압(Vo)은 입력 전압보다 같거나 작게 된다. Subsequently, as shown in FIG. 4H, when the fifth switch S5 is turned off, current by the energy already stored in the series resonator 130 is transferred to the transformer 140, the fourth switch S4, and the second. It flows through the diode D2, and the voltage of the primary side is transmitted to the secondary side according to the turns ratio through the transformer 140. The voltage transferred to the secondary side is rectified by the rectifier 150, and then smoothed by the smoothing capacitor 160, and then output as an output voltage Vo. At this time, the energy of the series resonator 130 is gradually reduced, thereby reducing the magnitude of the voltage transmitted to the output terminal through the transformer 140. Thus, the output voltage Vo is equal to or smaller than the input voltage.

이와 같이, 도 4e 및 도 4h에 도시된 자유공진 모드에서는 출력 전압이 입력 전압보다 같거나 작게 되어 강압기능이 수행되며, 상기 출력 전압의 크기는 제2,4 스위치(S2,S4), 제2,4다이오드(D2,D4) 및 제5스위치(S5)의 스위칭 시간에 따라 결정된다.As described above, in the free resonant mode illustrated in FIGS. 4E and 4H, the output voltage is equal to or smaller than the input voltage so that the step-down function is performed. It is determined according to the switching times of the fourth diodes D2 and D4 and the fifth switch S5.

또한, 파워링 모드에서와 동일하게, 도 4e~도 4h의 순서는 상기 제어부(180)의 스위칭 순서에 따라 바뀔 수 있다. 특히, 도 4e 및 도 4h에서 직렬 공진부(130)에 일정량의 에너지가 도 4f 및 도 4g를 진행하면서 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전압을 전달할 수도 있다.In addition, as in the powering mode, the order of FIGS. 4E to 4H may be changed according to the switching order of the controller 180. In particular, in FIG. 4E and FIG. 4H, a certain amount of energy may be transferred to the secondary resonator 130 through the transformer 140 while the energy of the predetermined amount proceeds to FIGS. 4F and 4G.

상기 파워링 모드 및 자유공진 모드에서, 상기 제어부(180)가 상기 제1 내지 제4스위치(S1~S4)를 각 조별로 스위칭 제어할 때, 상기 직렬 공진부(130)의 공진 전류가 0(zero)인 시점에서 반복하여 스위칭하는 것이 바람직하다.In the powering mode and the free resonant mode, when the control unit 180 switches and controls the first to fourth switches S1 to S4 for each group, the resonance current of the series resonator 130 is 0 ( It is preferable to switch repeatedly at the point of zero).

여기서, 상기 자유공진 모드시, 본 발명의 상세한 설명에는 상기 제어부(180)가 제2,4스위치(S2,S4) 및 제2,4다이오드(D2,D4)의 스위칭을 제어한다고 기재되어 있으나, 도 4e에서와 같이, 제1~3스위치(S1~S3)는 오프시킨 상태에서, 제4스위치(S4)만 온시키면, 상기 직렬 공진부(130)에 저장되어 있던 에너지에 의한 전류가 상기 트랜스(140), 제4스위치(S4)를 통해 흐르게 되며, 상기 전류는 상기 제2다이오드(D2)의 도통으로 인해 상기 직렬 공진부(130)로 흐르게 된다. 이와 같이, 상기 제어부(180)는 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)를 한 조로 하여 온/오프 스위칭 제어를 수행한다고 기재하고 있으나, 이는 제2다이오드(D2)의 도통을 의미하는 것이며, 이러한 역병렬 다이오드(D1~D4)의 도통은 제1~4스위치(S1~S4)를 제어함으 로써 구현될 수 있다.Here, in the free resonance mode, the detailed description of the present invention describes that the controller 180 controls the switching of the second and fourth switches S2 and S4 and the second and fourth diodes D2 and D4. As shown in FIG. 4E, when only the fourth switch S4 is turned on in the state in which the first to third switches S1 to S3 are turned off, the current by the energy stored in the series resonator 130 is transmitted. 140, the fourth switch S4 flows, and the current flows to the series resonator 130 due to the conduction of the second diode D2. As described above, the controller 180 describes that the on / off switching control is performed by using the second diode D2 and the fourth switch S4 as a pair, which means that the second diode D2 is turned on. The conduction of the anti-parallel diodes D1 to D4 may be implemented by controlling the first to fourth switches S1 to S4.

도 5의 (a)는 본 발명에 따른 파워링 모드에서의 스위치부의 스위칭 주기 및 직렬 공진부의 공진주기를 설명하는 도면이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 직렬 공진부(130)의 공진 전류는 구형파 전류이다. 상기 공진 전류가 0인 시점에서 상기 제1,4스위치(S1,S4)를 온시킴과 동시에 상기 제2,3스위치(S2,S3)를 오프시킨다. 이때의 회로 동작은 도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같다. 또한, 공진 전류가 다시 0이 되는 시점에서 상기 제2,3스위치(S2,S3)를 온 시킴과 동시에 상기 제1,4스위치(S1,S4)를 오프시킨다. 이때의 회로 동작은 도 4c 및 도 4d에서 설명한 바와 같다.FIG. 5A is a diagram illustrating a switching period of a switch unit and a resonance period of a series resonator unit in a powering mode according to the present invention. Referring to FIG. 5A, the resonance current of the series resonance unit 130 is a square wave current. When the resonance current is zero, the first and fourth switches S1 and S4 are turned on and the second and third switches S2 and S3 are turned off. The circuit operation at this time is as described with reference to FIGS. 4A and 4B. In addition, when the resonant current becomes zero again, the second and third switches S2 and S3 are turned on and the first and fourth switches S1 and S4 are turned off. The circuit operation at this time is as described with reference to FIGS. 4C and 4D.

또한, 도 5의 (b)는 본 발명에 따른 자유공진 모드에서의 스위치부의 스위칭 주기 및 공진 전류의 주기를 설명한 도면이다. 상기 공진 전류가 0인 시점에서 상기 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)를 온시킴과 동시에, 상기 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)를 오프시킨다. 이때의 회로 동작은 도 4e 및 도 4f에서 설명한 바와 같다. 또한, 공진 전류가 다시 0이 되는 시점에서 상기 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)를 온 시킴과 동시에 상기 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)를 오프시킨다. 이때의 회로 동작은 도 4g 및 도 4h에서 설명한 바와 같다.5B is a view for explaining the switching cycle and the resonant current cycle of the switch unit in the free resonance mode according to the present invention. At the time when the resonance current is 0, the second diode D2 and the fourth switch S4 are turned on, and the second switch S2 and the fourth diode D4 are turned off. The circuit operation at this time is as described with reference to FIGS. 4E and 4F. In addition, when the resonant current becomes zero again, the second switch S2 and the fourth diode D4 are turned on, and the second diode D2 and the fourth switch S4 are turned off. The circuit operation at this time is as described with reference to FIGS. 4G and 4H.

상기에서 알 수 있듯이, 상기 제5스위치(S5)의 온/오프 동작에 따라, 상기 트랜스(140)을 통해 상기 출력단으로 전압이 전달 또는 차단되며, 상기 제5스위치(S5)의 온/오프되는 시간에 따라, 상기 출력단에서의 출력 전압의 크기가 결정된다. As can be seen from above, according to the on / off operation of the fifth switch (S5), the voltage is transmitted or cut off to the output terminal through the transformer 140, the on / off of the fifth switch (S5) Over time, the magnitude of the output voltage at the output stage is determined.

도 6은 본 발명의 제5스위치(S5)의 온/오프 동작 주기를 설명하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 파워링 모드 및 자유공진 모드에서, 제5스위치(S5)의 동작 주기(T)에서 온(TON) 되는 시점에는 출력단에 전압이 전달되지 않으며, 오프(TOFF)되는 시점에는 2차측의 출력단에 전압이 전달된다. 6 is a view for explaining an on / off operation cycle of the fifth switch S5 of the present invention. Referring to Figure 6, in the powering mode and the free resonance mode, the fifth switch (S5), the point being turned on (T ON) in the operating cycle (T) the voltage at the output stage is not passed on, it is turned off (T OFF) At this point, a voltage is delivered to the output stage on the secondary side.

또한, 상기 파워링 모드에서 상기 제5스위치(S5)가 온(TON) 되는 시간이 길면 길수록 상기 직류 공진부(130)에 더 많은 에너지가 축적되고, 이때 오프(TOFF)가 되면 입력 전압과 상기 직류 공진부(130)에 축적된 더 많은 에너지가 상기 출력단으로 전달되어, 출력단에는 상대적으로 더 큰 출력 전압이 발생된다. 이와 같이, 상기 제어부(180)는 상기 제5스위치(S5)의 온(TON)/오프(TOFF) 주기를 제어함으로써, 승압된 출력전압(Vo)의 크기를 조절할 수 있다. Further, in the powering mode, the fifth switch (S5) is turned on (T ON) long, two hours longer to be, and the more energy storage in the direct-current resonating part 130, a case when the off (T OFF), the input voltage And more energy accumulated in the DC resonator 130 is transferred to the output terminal, and a relatively larger output voltage is generated at the output terminal. As such, the controller 180 may adjust the magnitude of the boosted output voltage Vo by controlling the on (T ON ) / off (T OFF ) period of the fifth switch S5.

또한, 자유공진 모드에서는, 상기 제5스위치(S5)가 온되는 시간이 길면 길수록, 상기 직류 공진부(130)에 더 많은 에너지가 소비되고, 이때 오프가 되면 상기 직류 공진부(130)에서 상대적으로 적은 에너지가 상기 출력단으로 전달되어, 출력단에는 상대적으로 더 낮은 출력 전압이 발생된다.In the free resonant mode, the longer the time for which the fifth switch S5 is turned on, the more energy is consumed by the DC resonator 130, and when it is turned off, the DC resonator 130 is relatively As a result, less energy is transferred to the output stage, resulting in a relatively lower output voltage.

이와 같이, 상기 제어부(180)는 상기 제5스위치(S5)의 온(TON)/오프(TOFF) 주기를 제어함으로써, 승압 또는 강압된 출력 전압(Vo)의 크기를 조절할 수 있다. 따라서, 파워링 모드 및 자유공진 모드에서의 듀티비(duty ratio)는 하기 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.As such, the controller 180 may adjust the magnitude of the boosted or stepped-down output voltage Vo by controlling the on (T ON ) / off (T OFF ) period of the fifth switch S5. Therefore, the duty ratio in the powering mode and the free resonance mode may be defined as in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

듀티비(duty ratio) = TON / TDuty ratio = T ON / T

여기서, TON 은 제5스위치(S5)의 온 시간, T는 제5스위치의 동작주기이다.Here, T ON is an on time of the fifth switch S5, and T is an operating cycle of the fifth switch.

이상에서 설명한 바와 같이, 상기 스위치(S1~S4)와, 상기 제2스위치(S2) 및 제4스위치(S4)에 역병렬로 각각 연결된 다이오드(D2,D4)의 스위칭 제어에 따라, 상기 트랜스(140)을 통해 상기 출력단으로 승압된 전압 및 강압된 전압이 전달된다. 또한, 파워링 모드와 자유공진 모드의 실행시간에 따라 상기 트랜스(140)의 2차측으로는 전압의 크기가 결정된다. 나아가, 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전달된 전압은 정류부(160)에서 전파 정류되고, 상기 정류된 전압은 평활 커패시터(170)에 의해 평활된 후 출력된다.As described above, according to the switching control of the switches S1 to S4 and the diodes D2 and D4 connected in anti-parallel to the second switch S2 and the fourth switch S4, respectively, the transformer ( The boosted voltage and the stepped down voltage are transmitted to the output terminal through 140. In addition, the magnitude of the voltage is determined on the secondary side of the transformer 140 according to the execution time of the powering mode and the free resonance mode. Furthermore, the voltage transferred to the secondary side through the transformer 140 is full-wave rectified by the rectifier 160, and the rectified voltage is smoothed by the smoothing capacitor 170 and then output.

본 발명의 기본 회로도가 도 3에 도시되어 있으나, 본 발명의 회로 스위칭 모드는 도 4a 내지 도 4h에 나타난 바와 같이, 8가지 모드로 구성될 수 있다. 풀 브릿지의 제1 내지 제4스위치(S1~S4)(역병렬 다이오드(D1~D4)를 포함)는 직류 공진부(130)의 공진 전류가 0인 시점에서 온/오프를 반복하여 동작되며, 최적의 스위칭을 위해서 공진 주기의 반에서 항상 스위칭이 이루어진다. 또한 스위칭 주기와 공진 주기를 동기시켜, 보다 확실한 영전류 스위칭(ZCS)을 보장할 수 있다.Although the basic circuit diagram of the present invention is shown in FIG. 3, the circuit switching mode of the present invention can be configured in eight modes, as shown in FIGS. 4A to 4H. The first to fourth switches S1 to S4 (including the antiparallel diodes D1 to D4) of the full bridge are repeatedly operated on and off when the resonance current of the DC resonator 130 is zero. Switching is always done at half the resonant period for optimum switching. In addition, the switching period and the resonance period can be synchronized to ensure more reliable zero current switching (ZCS).

본 발명에서 주의할 것은, 본 발명의 상세한 설명 및 도면에는 자유공진 모 드시, 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)를 한 조로 하고, 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)를 다른 한 조로 하여 교대로 스위칭하여, 자유공진 모드를 수행하는 것으로 개시되어 있으나, 이는 일례에 불과하다. 따라서, 당업자라면 상기한 일례를 참고하여 다른 스위치들을 각 조별로 구성할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 제1다이오드(D1) 및 제3스위치(S3)를 한 조로 하고, 제1스위치(S1) 및 제3다이오드(D3)를 다른 한 조로 구성하여, 각 조별로 교대로 스위칭함으로써, 자유공진 모드를 구현할 수 있을 것이다. Note that in the present invention, in the detailed description and the drawings, the second diode (D2) and the fourth switch (S4) as a pair, and the second switch (S2) and the fourth diode (D4) in free resonance mode. ) Is alternately switched to another group to perform the free resonance mode, but this is only an example. Therefore, those skilled in the art will be able to configure other switches for each group with reference to the above example. For example, by combining the first diode D1 and the third switch S3 into one pair, the first switch S1 and the third diode D3 into another pair, and alternately switching each group, Free resonant mode could be implemented.

이상에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은, 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명한 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변경 또는 삭제가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 상세한 설명 및 도면에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되어져야 할 것이다.The detailed description and contents of the drawings described above are limited to the preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited thereto. It will be possible to substitute, change or delete the component according to the present invention within the scope of the technical idea of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the appended claims rather than by the foregoing description and drawings.

본 발명의 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터를 이용하면, 스위칭 손실을 최소화하면서 출력단에서 입력 전압보다 높은 전압 및 낮은 전압을 출력할 수 있다.Using the series resonant DC / DC converter having the step-up and step-down functions of the present invention, it is possible to output a voltage higher and lower than the input voltage at the output terminal while minimizing switching loss.

또한, 본 발명의 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에 의하면, 직렬 공진회로를 이용하여 보다 확실한 영전류 스위칭(ZCS)을 수행할 수 있다.Further, according to the series resonant DC / DC converter of the present invention, more reliable zero current switching (ZCS) can be performed by using a series resonant circuit.

Claims (17)

직류 전원;DC power supply; 역병렬 다이오드(D1~D4)가 각각 연결된 풀 브릿지의 제1 내지 제4스위치(S1~S4)를 포함하며, 서로 직렬 접속된 제1 및 제2스위치(S1,S2)와, 제3 및 제4스위치(S3,S4)는 각각 상기 직류 전원의 양단에 병렬로 접속되어, 스위칭 신호(SS1~SS4)에 따라 스위칭하는 스위치부;First and second switches S1 to S4 of the full bridges having the anti-parallel diodes D1 to D4 connected thereto, respectively; Four switches (S3, S4) are respectively connected to both ends of the DC power supply in parallel, the switch unit for switching in accordance with the switching signals (SS1 ~ SS4); 상기 제1 및 제2스위치(S1,S2)의 접속 노드와, 상기 제3 및 제4스위치(S3,S4)의 접속 노드 사이에 연결된 직렬 공진부;A series resonator connected between a connection node of the first and second switches S1 and S2 and a connection node of the third and fourth switches S3 and S4; 상기 직렬 공진부와 직렬로 접속된 1차 코일 및 2차 코일을 포함하는 트랜스;A transformer including a primary coil and a secondary coil connected in series with the series resonator; 상기 직렬 공진부와 직렬로 접속되고, 상기 트랜스와 병렬로 접속되며, 상기 트랜스의 동작을 온/오프하는 제5스위치(S5);A fifth switch (S5) connected in series with said series resonator, and connected in parallel with said transformer, for switching on / off operation of said transformer; 상기 트랜스에서 출력된 전압을 정류하는 정류부; A rectifier for rectifying the voltage output from the transformer; 상기 정류부에 의해 정류된 전압을 평활하여 출력하는 평활 커패시터; 및A smoothing capacitor that smoothes and outputs the voltage rectified by the rectifier; And 승압을 위하여, 상기 직렬 공진부에 에너지를 저장하고 상기 저장된 에너지와 입력 전압의 합을 2차측 출력단으로 전달하기 위한 파워링 모드 및 강압을 위하여, 상기 직렬 공진부의 에너지 저장을 차단하고 이미 저장된 에너지를 2차측 출력단으로 전달하기 위한 자유공진 모드를 주기적으로 반복 수행하도록, 상기 제1 내지 제4스위치(S1~S4) 및 제5스위치(S5)의 스위칭을 제어하고, 사전에 설정된 출력 전압에 따라 상기 파워링 모드 동작 시간 및 상기 자유공진 모드 동작 시간의 비를 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.In order to boost the power, the energy is stored in the series resonator unit and a powering mode for transferring the sum of the stored energy and the input voltage to the secondary output terminal, and for the step-down, cuts off the energy storage of the series resonator unit and stores the stored energy. To control the switching of the first to fourth switches S1 to S4 and the fifth switch S5 so as to periodically repeat the free resonant mode for transmitting to the secondary output stage, and according to the preset output voltage A control unit controlling a ratio of a powering mode operation time and the free resonant mode operation time; Series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, The method of claim 1, wherein the control unit, 파워링 모드 동작시, 한 조의 상기 제1 및 제4스위치(S1,S4)와, 다른 한 조의 상기 제2 및 제3스위치(S2,S3)를 각 조별로 교대로 사전에 설정된 스위칭 주기로 온/오프 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.In the powering mode operation, one set of the first and fourth switches S1 and S4 and the other set of the second and third switches S2 and S3 are alternately turned on / off in a preset switching cycle for each group. A series resonant DC / DC converter having step-up and step-down functions characterized by controlling off switching. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 2, wherein the control unit, 상기 직렬 공진부의 공진 전류가 0(zero)가 되는 시점에 상기 제1 내지 제4스위치를 각 조별로 교대로 온/오프 전환시키는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.When the resonance current of the series resonator becomes zero, the series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function may be switched on and off alternately for each group. . 제2항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 2, wherein the control unit, 상기 제5스위치(S5)의 온/오프 스위칭을 제어하여 상기 직렬 공진부에 저장되는 에너지의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.The series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function, characterized in that by controlling the on / off switching of the fifth switch (S5) to control the amount of energy stored in the series resonator. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 2, wherein the control unit, 상기 제5스위치(S5)의 온/오프 스위칭을 제어하여, 상기 출력단의 출력 전압의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.The series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function, by controlling the on / off switching of the fifth switch (S5), the output voltage of the output terminal. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, The method of claim 1, wherein the control unit, 자유공진 모드 동작시, 한 조의 상기 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)와, 다른 한 조의 상기 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)를 각 조별로 하여, 사전에 설정된 스위칭 주기에 따라 온/오프 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.In the free resonant mode operation, a set of the second diode D2 and the fourth switch S4 and a pair of the second switch S2 and the fourth diode D4 are set in advance. A series resonant DC / DC converter having step-up and step-down functions characterized by controlling on / off switching in accordance with a switching cycle. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 6, wherein the control unit, 상기 직렬 공진부의 공진 전류가 0(zero)되는 시점에 상기 각 조별로 교대로 온/오프 시키는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.The series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function, characterized in that each of the groups are turned on / off alternately when the resonant current of the series resonator is zero (zero). 제2항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 2, wherein the control unit, 상기 제5스위치(S5)의 온/오프 스위칭을 제어하여, 출력단의 출력 전압의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.The series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function, by controlling the on / off switching of the fifth switch (S5), the output voltage of the output terminal. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, The method of claim 1, wherein the control unit, 자유공진 모드 동작시, 한 조의 상기 제1다이오드(D1) 및 제3스위치(S3)와, 다른 한 조의 상기 제1스위치(S1) 및 제3다이오드(D3)를 각 조별로 하여, 사전에 설정된 스위칭 주기에 따라 온/오프 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.In the free resonant mode operation, the first diode D1 and the third switch S3 of the pair and the first switch S1 and the third diode D3 of the other group are set in advance and set in advance. A series resonant DC / DC converter having step-up and step-down functions characterized by controlling on / off switching in accordance with a switching cycle. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 9, wherein the control unit, 상기 직렬 공진부의 공진 전류가 0(zero)되는 시점에 상기 각 조별로 교대로 온/오프 시키는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.The series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function, characterized in that each of the groups are turned on / off alternately when the resonant current of the series resonator is zero (zero). 제9항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 9, wherein the control unit, 상기 제5스위치(S5)의 온/오프 스위칭을 제어하여, 출력단의 출력 전압의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 승압 및 강압 기능을 갖는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터.The series resonant DC / DC converter having a step-up and step-down function, by controlling the on / off switching of the fifth switch (S5), the output voltage of the output terminal. 역병렬 다이오드(D1~D4)가 각각 연결된 풀 브릿지의 제1~4스위치(S1~S4), 상기 제1,2스위치(S1,S2)의 접속노드와, 상기 제3,4스위치(S3,S4)의 접속노드 사이에 연결된 직렬 공진부(130) 및 트랜스(140), 상기 트랜스(140)에 병렬로 연결된 제5 스위치(S5) 및 상기 스위치(S1~S5) 및 역병렬 다이오드(D1~D4)의 스위칭을 제어하는 제어부를 포함하는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법에 있어서,Connection nodes of the first to fourth switches S1 to S4 and the first and second switches S1 and S2 of the full bridge to which the antiparallel diodes D1 to D4 are connected, and the third and fourth switches S3 and A series resonator 130 and a transformer 140 connected between connection nodes of S4, a fifth switch S5 connected in parallel to the transformer 140, the switches S1 to S5, and an antiparallel diode D1 to S4. In the step-up and step-down control method in a series resonant DC / DC converter comprising a control unit for controlling the switching of D4), 상기 제5스위치(S5)를 온한 상태에서, 한 조의 제1 및 제4스위치(S1,S4)와 다른 한 조의 상기 제2 및 제3스위치(S2,S3)를 각 조별로 교대로 스위칭하여, 상기 직렬 공진부(130)에 에너지를 저장하는 에너지 저장단계;With the fifth switch S5 turned on, one set of first and fourth switches S1 and S4 and the other set of second and third switches S2 and S3 are alternately switched for each group, An energy storage step of storing energy in the series resonator 130; 상기 에너지 저장단계에서, 상기 제5스위치(S5)를 오프하여 상기 직렬 공진부(130)에 저장된 에너지와 입력 전압의 합이 상기 트랜스를 통해 2차측으로 전달하는 승압단계;In the energy storage step, the boosting step of turning off the fifth switch (S5) to transfer the sum of the energy and the input voltage stored in the series resonator 130 to the secondary side through the transformer; 상기 제5스위치(S5)를 온한 상태에서, 한 조의 제2다이오드(D2) 및 제4스위치(S4)와 다른 한 조의 제2스위치(S2) 및 제4다이오드(D4)를 각 조별로 교대로 스위칭하는 에너지 순환단계; 및In the state in which the fifth switch S5 is turned on, one set of the second diode D2 and the fourth switch S4 and the other set of the second switch S2 and the fourth diode D4 are alternately arranged for each group. Switching an energy cycle; And 상기 에너지 순환단계에서, 상기 제5스위치(S5)를 오프하여, 상기 직렬 공진부(130)에 저장된 에너지를 상기 트랜스(140)를 통해 2차측으로 전달하는 강압단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법.In the energy circulation step, the step of turning off the fifth switch (S5), transferring the energy stored in the series resonator 130 to the secondary side through the transformer 140; Step-up and step-down control method in a series resonant DC / DC converter comprising a. 제12항에 있어서, 상기 에너지 저장단계는,The method of claim 12, wherein the energy storage step, 상기 직렬 공진부(130)의 공진 전류가 0(zero)되는 시점에서 상기 각 조별로 스위칭을 반복하는 것을 특징으로 하는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법.The step-up and step-down control method of the series resonant DC / DC converter, characterized in that for each group of the repetition switching at the time when the resonant current of the series resonator 130 is zero (zero). 제12항에 있어서, 상기 에너지 저장단계는,The method of claim 12, wherein the energy storage step, 상기 제5스위치(S5)가 온 되는 시간을 제어하여 상기 직렬 공진부(130)에 저장되는 에너지의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법.The step-up and step-down control method of the series resonant DC / DC converter, characterized in that for controlling the amount of energy stored in the series resonator 130 by controlling the time that the fifth switch (S5) is turned on. 제12항에 있어서, 상기 승압단계는,The method of claim 12, wherein the boosting step, 상기 제5스위치(S5)가 온 되는 시간을 제어하여 상기 2차측의 출력 전압의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법.The step-up and step-down control method of the series resonant DC / DC converter, characterized in that by controlling the time that the fifth switch (S5) is turned on to control the magnitude of the output voltage of the secondary side. 제12항에 있어서, 상기 에너지 순환단계는,The method of claim 12, wherein the energy circulation step, 상기 직렬 공진부(130)의 공진 전류가 0(zero)되는 시점에서 상기 각 조별로 스위칭을 반복하는 것을 특징으로 하는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서의 승압 및 강압 제어방법.The step-up and step-down control method of the series resonant DC / DC converter, characterized in that for each group of the repetition switching at the time when the resonant current of the series resonator 130 is zero (zero). 제12항에 있어서, 상기 강압단계는,The method of claim 12, wherein the step of depressing, 상기 제5스위치(S5)가 온 되는 시간을 제어하여 상기 2차측의 출력 전압의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 직렬 공진형 DC/DC 컨버터에서의 승압 및 강 압 제어방법.The step-up and step-down control method of the series resonant DC / DC converter, characterized in that by controlling the time the fifth switch (S5) is turned on to control the magnitude of the output voltage of the secondary side.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8970575B2 (en) 2010-01-18 2015-03-03 Samsung Display Co., Ltd. Power source circuit and liquid crystal display apparatus having the same
KR20160001340A (en) * 2014-06-27 2016-01-06 동국대학교 산학협력단 The power supply for driving lamp
CN112204864A (en) * 2019-08-29 2021-01-08 深圳市大疆创新科技有限公司 Drive circuit, drive circuit board and driver

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63299775A (en) * 1987-05-29 1988-12-07 Mitsubishi Electric Corp Series resonance type dc/dc converter
US5057698A (en) * 1989-11-13 1991-10-15 Exide Electronics Shunt circuit for reducing audible noise at low loading conditions of a power supply employing a high frequency resonant converter
KR0177873B1 (en) * 1995-12-02 1999-05-15 변승봉 Soft switching full bridge dc-dc converter with high frequency of a circulating free current type
KR100352804B1 (en) * 1999-10-29 2002-09-16 전성즙 Zero voltage and zero current switching full bridge dc-dc converter
JP2002238257A (en) * 2001-02-06 2002-08-23 Toshiba Corp Control method for resonance dc-dc converter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8970575B2 (en) 2010-01-18 2015-03-03 Samsung Display Co., Ltd. Power source circuit and liquid crystal display apparatus having the same
KR20160001340A (en) * 2014-06-27 2016-01-06 동국대학교 산학협력단 The power supply for driving lamp
CN112204864A (en) * 2019-08-29 2021-01-08 深圳市大疆创新科技有限公司 Drive circuit, drive circuit board and driver

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