KR20110089889A - 인버터 회로 - Google Patents

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KR20110089889A KR1020097023296A KR20097023296A KR20110089889A KR 20110089889 A KR20110089889 A KR 20110089889A KR 1020097023296 A KR1020097023296 A KR 1020097023296A KR 20097023296 A KR20097023296 A KR 20097023296A KR 20110089889 A KR20110089889 A KR 20110089889A
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하지메 카츠시마
켄지 모리모토
사토시 야마무라
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가부시키가이샤 산샤덴키세이사쿠쇼
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Abstract

인버터 회로는, 제1, 제2스위치 소자와, 상기 제1, 제2스위치 소자 사이에 직렬적으로 접속된 제1의 1차권선을 구비하고, 또한, 출력 전압을 얻기 위한 2차권선을 구비하는 출력 트랜스를 구비한다. 인버터 회로는, 또한, 제1전압원과 제2전압원과 제어부를 구비한다. 제1전압원은, 상기 제1의 1차권선이 상기 제2스위치 소자에 접속된 제1접속점과 상기 제1스위치 소자 사이에 접속되어, 상기 제1의 1차권선을 통하여 상기 제1스위치 소자에 전압을 인가한다. 제2전압원은, 상기 제1의 1차권선이 상기 제1스위치 소자에 접속된 제2접속점과 상기 제2스위치 소자 사이에 접속되어, 상기 제1의 1차권선을 통하여 상기 제2스위치 소자에 전압을 인가한다. 제어부는, 상기 제1스위치 소자와 상기 제2스위치 소자를 교호로 온 오프한다. 인버터 회로는, 또한, 스너버 콘덴서의 충전 전하를 회생하기 위한 제1, 제2회생 스너버 회로를 구비한다.
인버터, 컨버터, 회로, 스위치, 소자, 1차권선, 2차권선, 충전, 전하, 회생, 스너버

Description

인버터 회로{INVERTER CIRCUIT}
본 발명은 풀 브리지(full bridge)형이나 하프 브리지형(half bridge) 등의 인버터 회로와 다른, 신규한 구성의 인버터 회로에 관한 것이다.
종래로부터 잘 알려져 있는 인버터 회로는, 풀 브리지형 인버터 회로, 하프 브리지형 인버터 회로, 센터 탭 푸시 풀(center tap push pull)형 인버터 회로이다. 이들 인버터 회로의 개념도는 도 5에 도시되어 있다.
풀 브리지형은, 스위치 소자(S1~S4)를 브리지 접속하여 구성하고, 전원(V)을 브리지 사이에 접속한다. 스위치 소자 S1,S4와 스위치 소자 S2,S3를 교호로 온 오프하여, 출력 트랜스의 1차 권선(P)에 교번 전류를 흘린다(특허문헌 1 참조).
하프 브리지형은, 스위치 소자(S1,S2)에 각각 전압원(C1,C2)을 병렬 접속하고, 전압원(C1,C2) 사이에 전원(V)을 접속한다. 스위치 소자(S1,S2)를 교호로 온 오프하여, 1차 권선(P)에 교번 전류를 흘린다(특허문헌 2 참조).
센터 탭 푸시 풀형은, 스위치 소자(S1,S2) 사이에 접속된 1차 권선(P)의 센터 탭에 전원(V)을 접속한다. 스위치 소자(S1,S2)를 교호로 온 오프하여, 1차 권선(P)에 교번 전류를 흘린다(특허문헌 3 참조).
특허문헌 1: 특허공개 2007-151225호
특허문헌 2: 특허공개 2005-279774호
특허문헌 3: 특허공개 2001-112253호
그러나, 상기 각종 인버터 회로는, 이하의 점에서 불편함이 있다.
(1) 풀 브리지형
스위치 소자를 4개 사용하기 때문에, 코스트가 높게 된다.
(2) 하프 브리지형
스위치 소자는 2개로 좋으나, 각 스위치 소자(S1,S2) 및 1차 권선(P)에 흐르는 전류는 풀 브리지형이나 센터 탭 푸시 풀형에 비교하여 2배로 된다. 이 때문에, 스위치 소자나 트랜스의 대형화와 고가격을 피할 수 없다.
(3) 센터 탭 푸시 풀형
스위치 소자는 2개로 좋고, 각 스위치 소자(S1,S2) 및 1차 권선(P)에 흐르는 전류는 풀 브리지형과 동일하게 크게 되지 않는다. 그러나, 전원(V)을 1차 권선(P)의 센터 탭에 접속하기 때문에, 권선(P)의 좌우 결합에 리키지 인덕턴스가 개재한다. 이 때문에, 제1스위치 소자를 턴 오프할 때에 발생하는 서지 전압은, 상기 리키지 인덕턴스를 개재하여, 제2스위치 소자에 접속된 프리 휠 다이오드에서 클램프된다. 상기 리키지 인덕턴스의 존재 때문에, 완전한 클램프가 될 수 없고, 제1스위치 소자에 과대한 서지 전압이 인가되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 스위치 소자가 2개로 좋고, 스위치 소자에 흐르는 전류값도 작으며, 또한, 스위치 소자에 과대한 서지 전압이 인가되지 않는 인버터 회로를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 인버터 회로는 도 1에 나타낸 바와 같은 구성을 구비한다. 인버터 회로는, 스위치 소자로서, 제1스위치 소자(S1)와, 제2스위치 소자(S2)를 구비한다. 이들 스위치 소자는, 반도체 스위치 소자로 구성되는데, 예를 들면, IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터)나 MOS-FET으로 구성된다. 또한, 이 인버터 회로는, 상기 제1스위치 소자(S1)와 상기 제2스위치 소자(S2) 사이에 직렬적으로 접속되는 제1의 1차 권선(P1)을 구비하고, 또한 출력전압을 얻기 위한 2차 권선을 구비하는 출력 트랜스를 구비한다. 접속예로서, 제1의 1차 권선(P1)은, 제1스위치 소자(S1)와, 제2스위치 소자(S2) 각각의 정극측에 접속된다. 또한, 이 인버터 회로는, 전압원을 2개 구비하고 있다(도 1에서는 전압원을 전원으로서 나타내고 있다). 제1전압원인 제1전원(V1)은, 상기 제1의 1차 권선(P1)이 상기 제2스위치 소자(S2)에 접속되는 제1접속점(A1)과 상기 제1스위치 소자(S1) 사이에 접속된다. 이에 의해, 제1전원(V1)은, 상기 제1의 1차 권선(P1)을 통하여 상기 제1스위치 소자(S1)에 전압을 인가한다. 제2전원(V2)은, 상기 제1의 1차 권선(P1)이 상기 제1스위치 소자(S1)에 접속되는 제2접속점(A2)과 상기 제2스위치 소자(S2) 사이에 접속된다. 이에 의해, 제2전원(V2)은, 상기 제1의 1차 권선(P1)을 통하여 제2스위치 소자(S2)에 전압을 인가한다.
제어부는, 상기 제1스위치 소자(S1)와 상기 제2스위치 소자(S2)를 교호로 온 오프하는 제어를 수행한다.
이상의 구성으로 된 인버터 회로를, 본 명세서에서는, 커런트 밸런스드 푸시 풀형(Current Balanced P.P) 인버터 회로로 칭한다.
상기 인버터 회로의 변형예는, 도 2에 도시된 바와 같이, 다음과 같이 구성될 수 있다.
즉, 제2전압원(도 2에서는 콘덴서 C1)은, 그의 정극측이 상기 제1접속점에 접속되고, 상기 제2전압원(도 2에서는 콘텐서 C2)은, 그의 정극측이 상기 제2접속점에 접속되며, 또한, 상기 제1전압원의 부극측과 상기 제2전압원의 부극측 사이에 접속되는 제2의 1차 권선(P2)을 구비한다. 또한, 상기 제1의 1차 권선(P1)의 센터 탭과, 상기 제2의 1차 권선(P2)의 센터 탭 사이에 접속되어, 상기 제1, 제2전압원에 대하여 상기 제1의 1차 권선(P1) 및 상기 제2의 1차 권선(P2)을 통하여 에너지 공급하는 전원(V)을 구비한다.
상기 구성에서는, 전원(V)로부터 제1전압원과 제2전압원에 대하여 상시 충전 전류가 흐른다(에너지가 공급된다). 제1스위치 소자(S1)가 온하면, 제1전압원으로부터 제1의 1차 권선(P1)을 통하여 제1스위치 소자(S1)에 흐르는 전류성분과, 제2전압원으로부터 제2의 1차 권선(P2)을 통하여 제1스위치 소자(S1)에 흐르는 전류성분이 합성되고, 이 합성된 전류가 제1스위치 소자(S1)에 흐른다. 바꾸어 말하면, 제1스위치 소자(S1)에 흐르는 전류는, 제1의 1차 권선(P1)과 제2의 1차 권선(P2)으로 분류(shunt)한다.
본 발명의 인버터 회로는, 스너버 회로(sunbber circuit)와 회생 회로를 구비하는 것으로, ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 가능하게 하고, 또 손실을 저감할 수 있다. 스너버 회로는, 상기 제1스위치 소자(S1)에 병렬로 접속되고, 제1스너버 다이오드와 제1스너버 콘덴서의 직렬회로를 포함하는 제1스너버 회로와, 상기 제2스위치 소자에 병렬로 접속되고, 제2스너버 다이오드와 제2스너버 콘덴서의 직렬회로를 포함하는 제2스너버 회로로 구성된다. 제1스너버 회로의 동작은 이하와 같다.
제1스위치 소자(S1)가 오프(턴 오프) 하면, 트랜스의 리키지 인덕턴스의 작용에 의해 제1스너버 콘덴서에 충전 전류가 흐르고, 서지 전압성분이 이 콘덴서에 충전된다. 이 때의 충전전압 변화는 서서히 상승하는 것으로 되기 때문에, 스위칭 동작은 ZVS 동작으로 된다. 한편, 제1스위치 소자가 온(턴 온)하면, 트랜스의 리키지 인덕턴스의 감류 작용에 의해, 전류가 직선상으로 경사져 상승하는 것으로 되기 때문에, 스위칭 동작은 ZCS(Zero Current Switching) 동작으로 된다. 이 때, 제1스너버 콘덴서의 충전 전하는 제1스너버 다이오드의 저지에 의해 제1스위치 소자(S1)를 통하여 방전되는 것은 아니며, 제1회생 회로에 의해 제1전압원으로 회생된다. 한편, 회생 회로를 구비하지 않은 일반적인 스너버 회로에서는, 제1스너버 콘덴서에 병렬로 스너버 저항(Rs1)이 접속되어 있어, 스너버 콘덴서의 충전 전하는 스너버 저항(Rs1)으로 방전된다. 방전전류(if)는 이 스너버 저항(Rs1)에서 열변환(if×if×Rs1) 된다. 이 때문에, 회생 회로를 구비하지 않는 일반적인 스너버 회로에서는 열손실이 크고, 인버터 회로는 저효율로 된다.
본 발명에서는, 스너버 저항(Rs1)을 접속시키지 않고, 제1회생 회로를 설치하고 있다. 제1회생 회로에서는, 제1스너버 콘덴서의 충전 전하를 제1전압원으로 회생한다.
제1회생 회로는, 상기 제1전압원의 정극측과 상기 제1스너버 콘덴서 사이에 접속된다. 제1회생 회로는, 제3스위치 소자(S3)와, 상기 제3스위치 소자(S3)와 상기 제1전압원의 정극측 사이에 접속된 제1리액터와, 상기 제3스위치 소자(S3)와 상기 제1스너버 콘덴서 사이에 접속되어 제1스너버 콘덴서의 충전을 저지하는 제1회생용 다이오드를 포함하고 있다. 제어부는, 상기 제1스위치 소자(S1)의 온 기간 내에 상기 제3스위치 소자(S3)를 온하는 제어를 수행한다. 이에 의해, 제1스너버 콘덴서에 축적된 전하를 제1전압원으로 회생시킨다. 회생에 의해 인버터 회로를 고효율로 할 수 있다.
제2스너버 회로와 제2회생 회로는, 상기 제1스너버 회로와 제1회생 회로와 같은 구성을 구비한다.
본 발명에 의하면, 스위치 소자가 2개로 좋고, 스위치 소자에 흐르는 전류값도 작으며, 또한, 스위치 소자에 과대한 서지 전압이 인가되지 않는다. 또한, 스너버 회로와 회생 회로를 접속하는 것에 의해, 스위치 소자의 ZVS 동작을 가능하게 하고, 또, 손실을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 형태를 도시한다.
도 3은 인버터 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 인버터 회로의 타이밍 챠트이다.
도 5는 풀 브리지형, 하프 브리지형, 센터 탭 푸시 풀형, 커런트 밸런스드 푸시 풀형의 각 인버터 회로의 개념도를 도시하고 있다.
도 6은 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
도 7은 DC-DC 컨버터 회로의 타이밍 챠트이다.
도 8은 변형한 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
도 9는 변형한 다른 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
도 10은 변형한 또 다른 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
도 11은 변형한 또 다른 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
<부호의 설명>
C1 - 제1전압원인 콘덴서
C2 - 제2전압원인 콘덴서
V - 전원
S1 - 제1스위치 소자
S2 - 제2스위치 소자
S3 - 제3스위치 소자
S4 - 제4스위치 소자
P1 - 제1의 1차 권선
P2 - 제2의 1차 권선
INV - 인버터 회로
SN1 - 제1회생 스너버 회로
SN2 - 제2회생 스너버 회로
OUT - 출력 회로
도 1은, 본 발명의 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로의 개념도이다.
이 인버터 회로는, 제1스위치 소자(S1)와, 제2스위치 소자(S2)와, 제1스위치 소자(S1)와 제2스위치 소자(S2) 사이에 직렬적으로 접속된 제1의 1차 권선(P1)을 구비하고 또한 출력전압을 얻기 위한 2차 권선을 구비하는 출력 트랜스(도시안됨)를 구비하고 있다.
또한, 이 인버터 회로는, 제1의 1차 권선(P1)이 제2스위치 소자(S2)에 접속되는 제1접속점(A1)과 제1스위치 소자(S1) 사이에 접속되고, 제1의 1차 권선(P1)을 통하여 제1스위치 소자(S1)에 전압을 인가하는 제1전원(V1)과,
제1의 1차 권선(P1)이 제1스위치 소자(S1)에 접속되는 제2접속점(A2)과 제2스위치 소자(S2) 사이에 접속되고, 제1의 1차 권선(P1)을 통하여 제2스위치 소자(S2)에 전압을 인가하는 제2전원(V2)을 구비하고 있다.
제1스위치 소자(S1)와 제2스위치 소자(S2)는, 제어부(도시하지 않음)에 의해 교호로 온 오프 된다.
상기 인버터 회로에 있어서, 제1스위치 소자(S1)가 온 하면, 제1의 1차 권선(P1)에 제1전원(V1)으로부터 좌방향으로 전류(ID1)가 흐르고, 제2스위치 소자(S2)가 온 하면, 제1의 1차 권선(P1)에 제2전원(V2)으로부터 우방향으로 전류(ID2)가 흐른다. 제1스위치 소자(S1)와 제2스위치 소자(S2)를 교호로 온 오프 하는 것으로, 제1의 1차 권선(P1)에 전류(ID1)와 전류(ID2)가 교호로 흘러 들어가므로, 트랜스의 2차 권선에 교류 출력전압이 발생한다.
도 2는, 본 발명의 제1실시형태를 나타낸다. 이 실시형태는, 2개의 1차 권선을 이용한 인버터 회로이다.
이 인버터 회로는, 도 1의 제1전원(V1)이 제1전압원인 콘덴서(C1)로 치환되고, 도 1의 제2전원(V2)이 제2전압원인 콘덴서(C2)로 치환되어 있다.
또한, 제1전압원(C1)의 부극측과 제2전압원(C2)의 부극측 사이에 제2의 1차 권선(P2)이 접속되어 있다.
또한, 제1의 1차 권선(P1)의 센터 탭과 제2의 1차 권선(P2)의 센터 탭 사이에, 제1전압원(C1)과 제2전압원(C2)에 대하여 제1의 1차 권선(P1) 및 제2의 1차 권선(P2)을 통하여 에너지 공급하는 전원(V)을 구비하고 있다.
도 3은, 상기 인버터 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 타이밍 챠트이다. 도 4에서, 기간(D)은 제1스위치 소자(S1) 또는 제2스위치 소자(S2)가 온하는 기간이다. 이 기간(D)의 최대값은 여기서는 0.5이다. 기간(0.5-D)은, 스위치 소자(S1,S2)가 함께 오프 하고 있는 휴지기간이다.
도 3에서, 제1의 1차 권선(P1)은, 센터 탭을 중심으로 권선 P1a과 P1b로 구성되고, 제2의 1차 권선(P2)은, 센터 탭을 중심으로 권선 P2a과 P2b로 구성된다. 또한, 트랜스(T)의 2차 권선(S)에는, 다이오드 브리지 정류회로가 접속되어 전체로서 DC-DC 컨버터 회로가 구성되고, 게다가, 정류출력을 평활하는 리액터(L0)와 부하(R0)가 접속되어 있다. 그외 다른 구성은 도 2와 동일하다.
제1스위치 소자(S1)가 온하여, 제1전압원인 콘덴서(C1)와 제2전압원인 콘덴서(C2)에 의해, 제1의 1차 권선(P1), 제2의 1차 권선(P2)에 각각 전원(V)가 인가되어, 2차 권선(S)에 출력전압(Vs)이 발생하면, 부하(R0)에 출력전류(I0)가 흐른다. 이에 의해, 1차 권선(P1,P2)에는 각각 0.5I0·a가 흐른다(트랜스의 권선비 = 1:a). 이 때, 콘덴서(C1)로부터 스위치 소자(S1)에 흐르는 전류와, 콘덴서(C2)로부터 스위치 소자(S1)에 흐르는 전류를 합성한 소자전류(ID1)는, ID1 = I0·a이다.
콘덴서(C1), 콘덴서(C2)의 충전전류(직류)(Ic1', Ic2')는, 각각 출력전력을 전원전압에서 제한 Ii의 반분(0.5Ii)이다. 따라서, 콘덴서(C1), 콘덴서(C2)에 흐른 합성전류(Ic1, Ic2)는, 각각 방전전류 - 충전전류 = 0.5(ID1-Ii)로 된다.
한편, 1차 권선(P1a, P2b)에 흐르는 전류는 충전전류가 감산된 것으로 되고, 1차 권선(P1b, P2a)에 흐르는 전류는 충전전류가 가산된 것으로 된다. 즉,
IP1a, Ip2b = 0.5(ID1 - Ii)
IP1b, Ip2a = 0.5(ID1 + Ii)
이다. 이 전류 언밸런스는 문제없다. 왜냐하면, 스위치 소자(S1,S2)가 교호로 온 오프하는 것으로(전류(轉流) 하는 것으로) 평균 권선전류의 평형이 유지되기 때문이다. 따라서, 특히 트랜스의 코어가 편자(偏磁) 한다고 하는 문제를 발생시킬 것은 없다.
또한, 전원(V)으로부터 보아서, P1a, P1b, P2a, P2b 각 권선의 극성은 각각 역극성이다. 이 때문에, 전원전압으로 트랜스(T)를 직접, 여자(勵磁) 하는 것은 아니다. 또한, 1차 권선 P1과 P2에 각각 유입하는 충전전류 Ic1'과 Ic2'는 역방향이기 때문에, 코어가 직류 자화한다고 하는 문제도 없다.
상기의 구성으로, 제1의 1차 권선(P1)과 제2의 1차 권선(P2)에 각각 인가되는 교번 전압은 전원전압(V)으로 되어, 풀 브리지형과 동일하게 된다. 또한, 제1의 1차 권선(P1)과 제2의 1차 권선(P2)에 설치된 센터 탭은 전원(V)으로부터의 에너지 공급용이고, 출력 전력 공급에는, 도 3의 태선으로 나타낸 전류가 흐르는 것에 의해, 제1의 1차 권선(P1)과 제2의 1차 권선(P2)의 전권선이 이용된다. 이 때문에, 센터 탭 푸시 풀형과 같이, 반사이클 마다 유휴 권선이 생기는 것이 아니다. 즉, P1a과 P1b 사이의 리키지 인덕턴스, 및 P2a와 P2b 사이의 리키지 인덕턴스를 고려할 필요가 없고, 그 때문에 전류(轉流)시에 서지 전압이 발생하는 것이 아니다. 따라서, 서지 전압을 방지할 목적으로서, P1a과 P1b 사이, P2a와 P2b 사이, P1과 P2 사이를 밀착 결합시킬 필요가 없다. 또한, 전원(V)으로부터는, 콘덴서 C1,C2에 대하여, 상시, 충전전류 0.5Ii이 제1의 1차 권선(P1)과 제2의 1차 권선(P2)을 통하여 흐르고 있다. 이 충전시에 있어서는, 그들의 권선 P1, P2 사이의 누설 인덕턴스가 리플 성분을 제거하는 필터로서 기능 하기 때문에, 전원(V)으로부터 공급되는 전류(Ii)는 연속한 직류로 된다. 그 때문에, 전원(V)으로서는, 리플(ripple) 성분을 피하는(리플에 의해 수명특성을 나쁘게 하는) 전지, 예를 들면 연료전지를 사용할 수 있다. 또한, 제1의 1차 권선(P1)과 2차 권선(S)의 결합, 및 제2의 1차 권선(P2)과 2차 권선(S)의 결합은, 분류를 평형시키는 것이 필요한 것으로부터 대칭으로 되지 않으면 안된다.
도 5는, 참고를 위해, 풀 브리지형, 하프 브리지형, 센터 탭 푸시 풀형, 커런트 밸런스드 푸시 풀형의 각 인버터 회로의 개념도를 도시한 것이다.
상기 설명과 같이, 본 실시형태의 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로에서는, 스위치 소자가 2개로 좋고, 각 스위치 소자에 유입하는 전류가 하프 브리지형에 비교하여 2분의 1로 좋으며, 또한, 스위치 소자에 과대한 서지 전압이 인가되지 않는 이점이 있다. 또한, 전원(V)에는, 리플(ripple) 성분을 피하는(리플에 의해 수명특성을 나쁘게 하는) 전지, 예를 들면 연료전지를 사용할 수 있다.
다음, 본 발명의 제2실시형태를 나타내 보인다.
도 6은, 상기 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다. 도 7은 타이밍 챠트이다.
이 컨버터 회로는, 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로(INV)와, 이 인버터 회로(INV)의 교류출력을 정류하여 부하로 출력하는 출력회로(OUT)와, 제1회생 스너버회로(SN1)와, 제2회생 스너버회로(SN2)를 구비하고 있다.
인버터 회로(INV)는, 도 2 또는 도 3에 도시한 회로와 동일하다(도 6과 도 3 에서는, 콘덴서 C1과 C2의 표시위치가 서로에 역이다). 인버터 회로(INV)의 제1스위치 소자(S1)에는, 제1회생 스너버회로(SN1)가 접속되고, 제2스위치 소자(S2)에는, 제2회생 스너버회로(SN2)가 접속되어 있다. 또한, 제1스위치 소자(S1), 제2스위치 소자(S2)로는, 반도체 스위치 소자, 예를 들면 IGBT나 MOS-FET 등이 사용된다.
출력회로(OUT)는, 트랜스(T)의 2차 권선(S)에 접속된 정류용 다이오드(D9~D12)와, 평활용의 리액터(L3) 및 콘덴서(C5)로 구성되고, 출력회로(OUT)에 부하(R0)가 접속되어 있다.
제1회생 스너버회로(SN1)는, 스위치 소자(S1)에 역병렬로 접속된 제1프리 휠 다이오드(D1)와, 스위치 소자(S1)에 병렬로 접속된 제1스너버 회로를 구비한다. 제1스너버 회로는, 제1스너버 다이오드(D3)와 제1스너버 콘덴서(C3)의 직렬회로를 포함한다. 또, 회생 스너버회로(SN1)는, 제1전압원인 콘덴서(C1)의 정극측과 스너버 콘덴서(C3) 사이에 접속된 제1회생회로를 구비한다. 제1회생회로는, 제3스위치 소자(S3)와, 스위치 소자(S3)와 콘덴서(C1)의 정극측 사이에 접속된 제1리액터(L1)와, 스위치 소자(S3)와 스너버 콘덴서(C3) 사이에 접속된 제1회생용 다이오드(D5)를 구비한다.
제2회생 스너버회로(SN2)는, 제1회생 스너버회로(SN1)와 동일한 구성을 구비하고 있다. 즉, 제2회생 스너버회로(SN2)는, 스위치 소자(S2)에 역병렬로 접속된 제2프리 휠 다이오드(D2)와, 스위치 소자(S2)에 병렬로 접속된 제2스너버 회로를 구비한다. 제2스너버 회로는, 제2스너버 다이오드(D4)와 제2스너버 콘덴서(C4)의 직렬회로를 포함한다. 또한, 회생 스너버회로(SN2)는, 제2전압원인 콘덴서(C2)의 정극측과 스너버 콘덴서(C4) 사이에 접속된 제2회생회로를 구비한다. 제2회생회로는, 제4스위치 소자(S4)와, 스위치 소자(S4)와 콘덴서(C2)의 정극측 사이에 접속된 제2리액터(L2)와, 스위치 소자(S4)와 스너버 콘덴서(C4) 사이에 접속된 제2회생용 다이오드(D6)를 구비한다.
컨버터 회로는, 또한, 제어부(CT)를 구비하고, 이 제어부(CT)는 스위치 소자(S1~S4)를 온 오프 제어하기 위한 게이트 신호(G1~G4)를 생성한다. 게이트 신호(G1~G4)는, 각각 스위치 소자(S1~S4)의 게이트 단자에 공급되고 있다.
다음, 도 7를 참조하여 동작을 설명한다.
제1회생 스너버회로(SN1)의 동작을 설명한다.
t0의 직전에서는 전류원인 리액터(L3)(트랜스(T)의 2차측 권선에 접속되어 있다)의 작용에 의해 정류용 다이오드(D9~D12)가 프리 휠 상태에 있다. t0에서 스위치 소자(S1)가 온한 때, 1차 권선 P1(P1a, P1b), P2(P2a,P2b)의 리키지 인덕턴스의 감류 작용에 의해, 스위치 소자(S1)에 흐르는 전류(S1Id)는 일정 경사로 직선적으로 증가한다. 이 때문에, 스위칭 동작은 ZCS(Zero Current Switching) 동작으로 된다.
또한, 스위치 소자(S1)가 오프한 때, 상기 리키지 인덕턴스의 축적 에너지로 스너버 콘덴서(C3)가 서서히 충전되어 간다. 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전위(VC3)의 변위는, 충전 기간의 후반에서 상기 리키지 인덕턴스와 스너버 콘덴서(C3)의 공 진계에 의한 것으로 되고, 최종적으로 2V(콘덴서 C1의 전위를 V라고 한다)로 클램프 된다. 이 때문에, 서지 전압이 스위치 소자(S1)에 인가되는 것이 방지되어, 스위치 소자(S1)의 양단 전압(S1Vds)은, 도 7과 같이 서서히 상승한다. 따라서, 스위칭 동작은 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작으로 된다.
스위치 소자(S1)가 오프한 때에 스너버 콘덴서(C3)에 충전된 전하는, 종래의 회로와 같이 스너버 저항에서 소비되지 않고, 제1전압원인 콘덴서(C1)로 회생된다.
즉, 스위치 소자(S1)가 온함과 동시에 스위치 소자(S3)가 온한다. 이 때, 스너버 콘덴서(C3)와 제1리액터(L1)의 공진계에 의해, 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전하(전위는 2V)에 기초하여 회생전류(공진 전류)의 정극분이 스위치 소자(S3)에 흐르고, 상기 전하는 콘덴서(C1)(전위 V)로 회생된다. 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전위(2V)는 콘덴서(C1)의 충전 전위(V)의 2배이기 때문에, 회생전류(공진전류)가 제로로 된 때에 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전하가 모두 회생된다(공진식을 해석하는 것으로 분명하다). 또한, 부극분은 회생 다이오드((D5)의 충전 저지에 의해, 다시 스너버 콘덴서(C3)를 충전하지 않는다. 상기 공진계에 흐르는 회생 전류가 제로로 되기 까지의 기간을 t0-t1으로 하면, 스위치 소자(S3)가 온하는 기간은, 이 t0-t1의 기간보다 긴 Tb(t0-t2)으로 설정된다.
이와 같이, 스위치 소자(S1)가 온하면, 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전하는, 종래의 스너버 회로와 같이 스너버 저항에서 소비되지 않고, 제1전압원인 콘덴서(C1)로 회생되기 때문에, 인버터 회로의 효율을 향상할 수 있다.
제2회생 스너버회로(SN2)의 동작에 대해서도, 상술과 동일하다.
다음, 본 발명의 제3실시형태를 나타내 보인다.
도 8은, 변형한 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
도 8의 회로가 도 6의 회로와 상위한 점은 다음과 같다.
(A1) 도 1에 나타낸 구성의 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 이용하였다. 즉, 전압원으로 된 콘덴서 C1,C2 대신에 제1전원(V1)과 제2전원(V2)을 이용하였다.
이 회로에서는, 1차 권선에 센터 탭을 설치할 필요가 없고, 또한, 1차 권선은 1개의 권선으로 좋다.
다음, 본 발명의 제4실시형태를 나타내 보인다.
도 9는 변형한 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
도 9의 회로가 도 6의 회로와 상위한 점은 다음과 같다.
(B1) 전압원으로 된 콘덴서(C2) 대신에 전원(V)을 이용하였다.
(B2) 1차 권선 P1, P2의 센터 탭을 없앴다.
이 회로에서는, 1차 권선에 센터 탭을 설치할 필요가 없고, 또한, 전원이 1개로 좋다.
다음, 본 발명의 제5실시형태를 나타내 보인다.
도 10은 더욱 변형한 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
도 10의 회로가 도 6의 회로와 상위한 점은 다음과 같다.
(C1) 트랜스(T)에, 제1의 3차 권선(S20)과, 제2의 3차 권선(S30)을 설치하고, 이 제1의 3차 권선(S20)에 생기는 유도 전압(α1)을 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전위(2V)에 추가한다(스너버 콘덴서 C3의 충전 전위를 늘린다). 또한, 제2의 3차 권선(S30)에 생기는 유도 전압(α2)을 스너버 콘덴서(C4)의 충전 전위(2V)에 추가한다.
스너버 콘덴서(C3)의 충전 전위는, 콘덴서(C1)의 충전 전위의 2배 이므로, 이상적으로는 스위치 소자((S3)가 온하는 것에 의해 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전위는 완전 방전한다. 그러나, 회생회로의 로스 등을 원인으로 하여 스너버 콘덴서(C3)에 전하가 잔류하여, ZVS 동작의 장해로 되는 것이 있다. 그래서, 제1의 3차권(S20)에 생기는 유도 전압(α1)을 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전위(2V)에 추가하도록 하여, 스너버 콘덴서(C3)의 충전 전하의 방전을 촉진한다.
상기 어떤 실시형태에서도, 동작은 도 6에 나타낸 제2실시형태와 동일하다.
다음, 본 발명의 제6실시형태를 나타내 보인다.
도 11은 더욱 변형한 커런트 밸런스드 푸시 풀형 인버터 회로를 사용한 DC-DC 컨버터 회로의 회로도이다.
도 11의 회로가 도 6의 회로와 상위한 점은 다음과 같다.
(D1) 제1회생 스너버회로(SN1)에, 제3프리 휠 다이오드(D13)을 설치하고, 애노드 측을 스너버 콘덴서(C3)와 제1전압원인 콘덴서(C1)의 접속점에, 캐소드 측을 제1리액터(L1)과 제3스위치 소자(S3)의 접속점에, 각각 접속한다. 만약, 스너버 콘 덴서(C3)의 충전 전하에 기초하여 회생 전류가 스위치 소자(S3)에 흐르고 있는 도중에 스위치 소자(S3)가 오프 하면, 리액터(L1)에 축적되어 있는 에너지에 의해 스위치 소자(S3)에 서지 전압이 더해진다. 그래서, 이와 같은 경우에, 상기 에너지에 의한 전류가 프리 휠 다이오드(D13)을 흐르도록 한다.
제2회생 스너버회로(SN2)에도, 동일하게 제4프리 휠 다이오드(D14)를 설치하고 있다.

Claims (5)

  1. 제1스위치 소자와,
    제2스위치 소자와,
    상기 제1스위치 소자와 상기 제2스위치 소자 사이에 직렬적으로 접속된 제1의 1차권선을 구비하고, 또한 출력전압을 얻기 위한 2차권선을 구비하는 출력 트랜스와,
    상기 제1의 1차권선이 상기 제2스위치 소자에 접속된 제1접속점과 상기 제1스위치 소자 사이에 접속되고, 상기 제1의 1차권선을 통하여 상기 제1스위치 소자에 전압을 인가하는 제1전압원과,
    상기 제1의 1차권선이 상기 제1스위치 소자에 접속된 제2접속점과 상기 제2스위치 소자 사이에 접속되고, 상기 제1의 1차권선을 통하여 상기 제2스위치 소자에 전압을 인가하는 제2전압원과,
    상기 제1스위치 소자와 상기 제2스위치 소자를 교호로 온 오프하는 제어부를 구비하는 인버터 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전압원은, 정극측이 상기 제1접속점에 접속되고,
    상기 제2전압원은, 정극측이 상기 제2접속점에 접속되며, 또한,
    상기 제1전압원의 부극측과 상기 제2전압원의 부극측 사이에 접속된 제2의 1 차권선과,
    상기 제1의 1차권선의 센터 탭과, 상기 제2의 1차권선의 센터 탭 사이에 접속되어, 상기 제1, 제2전압원에 대하여 상기 제1의 1차권선 및 상기 제2의 1차권선을 통하여 에너지 공급하는 전원을 구비하는 인버터 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전압원은, 정극측이 상기 제1접속점에 접속되고,
    상기 제2전압원은, 정극측이 상기 제2접속점에 접속되며, 또한,
    상기 제1전압원의 부극측과 상기 제2전압원의 부극측 사이에 접속된 제2의 1차권선을 구비하고,
    상기 제1전압원과 상기 제2전압원 중 어느 한 쪽, 또는 양쪽을 전원으로 구성한 인버터 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1스위치 소자에 역병렬로 접속된 제1프리 휠 다이오드와,
    상기 제1스위치 소자에 병렬로 접속되고, 제1스너버 다이오드와 제1스너버 콘덴서의 직렬회로를 포함하는 제1스너버 회로와,
    상기 제1전압원의 정극측과 상기 제1스너버 콘덴서 사이에 접속된 제1회생회로를 구비하고,
    상기 제1회생회로는, 제3스위치 소자와, 상기 제3스위치 소자와 상기 제1전 압원의 정극측 사이에 접속된 제1리액터와, 상기 제3스위치 소자와 상기 제1스너버 콘덴서 사이에 접속된 제1회생용 다이오드를 포함하며,
    상기 제2스위치 소자에 역병렬로 접속된 제2프리 휠 다이오드와,
    상기 제2스위치 소자에 병렬로 접속되고, 제2스너버 다이오드와 제2스너버 콘덴서의 직렬회로를 포함하는 제2스너버 회로와,
    상기 제2전압원의 정극측과 상기 제2스너버 콘덴서 사이에 접속된 제2회생회로를 구비하고,
    상기 제2회생회로는, 제4스위치 소자와, 상기 제4스위치 소자와 상기 전압원의 정극측 사이에 접속된 제2리액터와, 상기 제4스위치 소자와 상기 제2스너버 콘덴서 사이에 접속된 제2회생용 다이오드를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 제1스위치 소자의 온 기간 내에 상기 제3스위치 소자를 온 하는 제어와, 상기 제2스위치 소자의 온 기간 내에 상기 제4스위치 소자를 온 하는 제어를 수행하고, 이에 의해, 상기 제1, 제2스너버 콘덴서에 축적된 전하를 각각 상기 제1전압원, 제2전압원으로 회생시키는 인버터 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1회생회로는, 제3프리 휠 다이오드를 구비하고, 이 제3프리 휠 다이오드는, 애노드 측을 상기 제1스너버 콘덴서와 상기 제1전압원의 접속점에, 캐소드 측을 상기 제1리액터와 상기 제3스위치 소자의 접속점에, 각각 접속하고,
    상기 제2회생회로는, 제4프리 휠 다이오드를 구비하고, 이 제4프리 휠 다이 오드는, 애노드 측을 상기 제2스위치 콘덴서와 상기 제2전압원의 접속점에, 캐소드 측을 상기 제2리액터와 상기 제4스위치 소자의 접속점에, 각각 접속한 것을 특징으로 하는 인버터 회로,
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