KR20130060992A

KR20130060992A - Ｄｃ-ｄｃ컨버터 및 그 동작 방법

Info

Publication number: KR20130060992A
Application number: KR1020110127339A
Authority: KR
Inventors: 김우섭; 선종인; 이재호; 양천석
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10
Also published as: KR101276983B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 DC-DC컨버터에 있어서, 입력단으로부터 입력측 코일로 공급되는 전원을 변압하여 출력측 코일로 전달하는 복수의 변압기들; 상기 복수의 변압기들을 교번적으로 동작시키기 위한 복수의 입력측 스위치를 포함하는 스위치부; 상기 출력측 코일로부터 출력되는 전원을 출력하기 위한 출력단을 포함하고, 상기 스위치부는 상기 복수의 변압기들 중 일부의 자화 인덕턴스를 이용하여 영전압에서 스위칭함으로써 상기 복수의 변압기들을 교번적으로 동작시킨다.

Description

ＤＣ-ＤＣ컨버터 및 그 동작 방법{a DC-DC converter and a method for operating it}

본 발명은 DC-DC컨버터 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 변압기의 자화 인덕턴스를 이용하여 출력단에 별도의 필터 인덕터를 구비하지 않고도 출력단 손실 감소 및 전류 리플 감소를 가져올 수 있는 DC-DC컨버터 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

산업의 발달과 신 재생에너지의 보급 확대로 대용량 DC/DC컨버터(직류전원 변환장치)는 소형, 경량화의 관점에서 활발하게 연구가 이루어지고 있으며, 방송통신기기, OA기기, 산업전자응용기기, 정밀 컴퓨터, 오존발생기 등의 분야에서 전원장치, 저전압/대전류 변환장치 또는 고전압 변환장치로 다양하게 이용되고 있다.

또한, 전기등을 이용하는 무공해 자동차(ZEV:zero-emission vehicle)는 시스템 고효율화를 위한 DC/DC컨버터가 구비되는 것이 일반적이며, 안전을 위해 절연이 필수적이다.

또한, DC/DC컨버터 기술의 고집적화 및 고효율화를 위해서는 스위치의 스위칭 시점을 스위치의 영전압 또는 영전류에서 이루어지게 하여 스위칭 손실과 스위칭 스트레스를 줄일 수 있는 영전압 또는 영전류 스위칭방식이 사용된다.

도 1은 일반적인 영전압 또는 영전류 스위칭을 달성하기 위한 전력단 구성 회로도이다.

도 1을 참조하면, 인덕터와 콘덴서로 출력필터(평활부)를 구성한 풀 브리지 방식의 DC-DC컨버터 회로가 도시되어 있다. 이와 같은 일반적인 전력단에서는 출력단의 전류 리플 사양을 만족시키고, 필터 콘덴서 용량 및 사용 개수를 감소시키기 위하여 필터 인덕터(10)가 출력단에 삽입되어 있다.

일반적으로, 이와 같은 구성의 회로를 이용하면 변압기의 누설인덕터스와 필터 인덕터에 저장되는 에너지를 이용하여 스위칭시 발생하는 전압의 변화를 완화시키고, 이를 통해 영전압 스위칭을 달성하게 된다.

그러나, 도 1과 같은 일반적인 전력단 회로는 변압기 출력 전류의 리플 성분이 크기 때문에 출력 콘덴서에 직접 인가하는 경우 콘덴서의 용량이 증가하여야 하는 문제점이 있다. 또한, 콘덴서 사용 개수가 증가하게 되어 필터부의 전체 부피가 증가하게 되는 문제점이 있다.

또한, 출력단 전류 변화와 콘덴서 입력 전류 리플을 감소시키기 위하여 필터 인덕터를 추가하는 경우, 출력 전류가 높아질수록 인덕터의 도통 손실 및 코어 손실이 증가하기 때문에 대전류 출력시 효율이 감소하는 문제점이 있다.

그리고, 풀 브리지 스위치를 구성할 경우, 2개의 스위치 동작시 출력 전류와 필터 인덕터를 이용하여 영전압 스위칭이 이루어지지만, 나머지 2개의 스위치 동작시에는 변압기의 누설 인덕턴스에 저장된 에너지만을 이용할 수밖에 없어 공진 인덕터를 증가시키거나, 추가 회로를 탑재하지 않는 한, 경부하에서 영전압 스위칭이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 출력단의 필터 인덕터 없이도 영전압 또는 영전류 스위칭이 가능한 DC-DC컨버터 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

또한, 대전류 출력시에도 효율적인 DC-DC 컨버터 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

그리고, 영전압 스위칭 효율을 증가시킬 수 있으며, 출력 전류 리플을 감소시킬 수 있는 DC-DC컨버터 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC컨버터는, 입력단으로부터 입력측 코일로 공급되는 전원을 변압하여 출력측 코일로 전달하는 복수의 변압기들; 상기 복수의 변압기들을 교번적으로 동작시키기 위한 복수의 입력측 스위치와 복수의 출력측 스위치를 포함하는 스위칭부; 상기 스위칭부를 제어하기 위한 제어부; 및 상기 출력측 코일로부터 출력되는 전원을 출력하기 위한 출력단을 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수의 변압기들 중 일부의 자화 인덕턴스를 이용하여 영전압에서 스위칭이 이루어지도록 제어한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 동작 방법은, DC-DC 컨버터의 동작 방법에 있어서, 입력 전원을 제1 변압기 및 제2 변압기를 포함하는 복수의 변압기들에 공급하는 단계; 상기 제1 변압기의 입력측 및 출력측 스위치를 ON시키는 동안 상기 제2 변압기의 입력측 및 출력측 스위치를 OFF시키는 단계; 상기 제1 변압기의 입력측 및 출력측 스위치를 OFF시키는 단계; 및 상기 제2 변압기 양단 전압이 영전압인 경우, 상기 제2 변압기의 입력측 스위치를 ON 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 출력단의 필터 인덕터 없이도 영전압 또는 영전류 스위칭이 가능하게 된다. 또한, 대전류 출력시 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 변압기의 자화 인덕턴스를 영전압 또는 영전류 스위칭에 이용하여 비용을 저감할 수 있고, 부피를 감소시킬 수 있다.

그리고, 풀 브리지 스위치를 구성할 경우에도, 경부하에서 영전압 스위칭을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 영전압 스위칭 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 전압 전류 파형을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풀 브리지형 DC-DC 컨버터를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 병렬 구조형 DC-DC 컨버터를 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인터리브형 DC-DC컨버터를 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되는 것으로서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터를 도시한 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 전원 입력을 위한 입력단(110), 제1 변압기(131), 제2 변압기(132), 제1 입력측 스위치부(121), 제2 입력측 스위치부(122), 제1 출력측 스위치부(141), 제2 출력측 스위치부(142) 및 출력단(150)을 포함한다. 그리고, 상술한 각 스위치부의 동작을 제어하기 위한 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

입력단(110)은 입력전원을 제1 변압기(131) 및 제2 변압기(132)에 공급한다. 일반적으로, 차량용 DC-DC컨버터는 150~350V의 고전압이 입력되어 12V의 출력으로 변압되는 LDC(low voltage dc-dc converter)일 수 있다. 그리고, 변압된 출력 전원은 차량용 충전장치 설계에 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 변압에 의한 대전류 출력형 이용 분야에서 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 제1 입력측 스위치부(121)와, 제2 입력측 스위치부(122)는 제1 출력측 스위치부(141)과 제2 출력측 스위치부(142)에 동기를 맞추어 교번적으로 동작하면서 출력단(150)에 전원이 공급되도록 한다. 예를 들어, 제1 입력측 스위치부(121)가 ON 상태라면, 제1 출력측 스위치부(141)도 ON 상태가 되어 제1 변압기(131)가 전원을 전달하게 되며, 제2 입력측 스위치부(121)가 ON 상태라면, 제2 출력측 스위치부(141)도 ON 상태가 되어 제2 변압기(132)가 전원을 전달하게 된다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 입력측 스위치부(121)와 제1 출력측 스위치부(141)가 ON 인 동안에는, 제2 입력측 스위치부(122)와 제2 출력측 스위치부(142)는 OFF가 됨으로써, 제2 변압기(132)는 자화 인덕턴스 에너지를 저장하게 된다. 즉, 제2 변압기(132)의 충전이 이루어진다.

그리고, 제1 입력측 스위치부(121)와 제1 출력측 스위치부(141)가 OFF 되면, 제2 입력측 스위치부(122)와 제2 출력측 스위치부(142)는 OFF인 상태에서 제2 변압기(132)에서 저장된 자화 인덕턴스가 전류 형태로 출력되면서 방전이 이루어진다. 방전이 완료되는 시점에서 제2 변압기(132) 양단 전압이 0이 되는 경우, 제2 입력측 스위치부(122)와 제2 출력측 스위치부(142)가 ON이 되면서 제2 변압기(132)가 전원을 전달하게 된다. 한편, 제1 입력측 스위치부(121)와 제1 출력측 스위치부(141)가 OFF 되어 있으므로, 그 동안 제1 변압기(131)는 자화 인덕턴스를 충전하게 된다. 따라서 위 과정을 반복하게 되면서 영전압 스위칭이 이루어 질 수 있게 된다.

한편, 제1 변압기(131)와 제2 변압기(132)의 입력측 코일들은 직렬로 연결되며, 출력측 코일들은 병렬로 연결되어 있어, 상술한 교번적 전원 전달이 가능하게 된다.

이와 같은 동작을 통해, 변압기의 자화 인덕턴스에 저장되는 에너지가 영전압 스위칭의 에너지원으로 사용되므로, 출력단의 필터 인덕터 없이도 영전압 스위칭이 가능하며, 부하의 경중에 관계없이 전 부하에서 영전압 스위칭이 가능하게 된다.

한편, 제1 출력단 스위치부(141)와 제2 출력단 스위치부(142)는 정류부를 포함할 수 있다. 또한 정류부는 정류를 위하여 동기 정류기 스위치 또는 다이오드 정류기를 포함할 수 있다. 동기 정류기 스위치는 출력단에서도 각 동기에 맞추어 스위칭하게 함으로써 대전류에서도 영전류 스위칭을 효과적으로 가능하게 한다.

또한, 도 2에서는 제1 출력단 스위치부(141)와 제2 출력단 스위치부(142)에 정류부로서 동기 전류기 스위치가 포함된 회로를 도시하고 있으나, 동기 정류기 스위칭이 아닌 다이오드 정류기를 포함하더라도, 본 발명의 실시예에 따른 영전압 스위칭이 가능하며, 리플 전류를 감소시키는 출력측 특성의 효과를 얻을 수 있다.

도 3은 도 2에서의 회로에 따른 본 발명의 일 실시예의 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 동작 파형 그래프이다.

도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 입력 전원이 입력단(110)으로부터 입력되면, 제1 입력측 스위치부(121)인 S1이 ON이 되고, 제1 출력측 스위치부(141)인 SR1이 ON 이 되어 연결된 제1 변압기(131)가 출력단(150)과 연결되고, 전원이 전달되게 된다. 위와 같이 S1과 SR1이 ON인 동안에는, 제2 입력측 스위치부(122)인 S2와 제2 출력측 스위치부(142) SR2는 OFF가 된다. 결과적으로, 제2 변압기(132)는 출력단(150)과 연결되지 않으며, 전원을 전달시키지 못하고 입력 전류에 따라 자화 인덕턴스가 충전된다.

이후, 소정 시간이 지면, 제1 입력측 스위치부(121)인 S1은 OFF가 되고, 제1 출력측 스위치부(141)인 SR1도 OFF가 된다. 그리고, S1과 SR1이 OFF가 된 직후부터 충전된 제2 변압기(132)의 자화 인덕턴스에 충전된 전원에 의해 전류가 흐르게 되면서 S1의 DS(drain to source) 전압이 상승하고, S2의 DS전압이 감소하게 된다.

이후, S2의 인가 전압이 감소하여 0이 되면서 S2에 연결된 다이오드가 도통되면 S2가 ON이 되면서 영전압 스위칭이 이루어 지게 된다.

그리고, 제2 입력측 스위치부(122)인 S2를 ON하게 되면 제2 변압기(132)에 전달되는 입력 전압의 극성이 바뀌게 되고, 이에 따라서 제1 변압기(131)의 자화 인덕턴스 충전이 이루어지게 된다.

한편, 제2 변압기(132)는 제2 출력측 스위치부(142)에 포함된 다이오드를 통하여 출력단(150)으로 전원을 전달하게 된다. 전원을 전달하게 되는 시점에 제2 출력측 스위치부(142)의 SR2를 ON 시킴으로써 영전압 스위칭을 가능하게 한다. 또한, 제1 출력측 스위치부(141)와 제2 출력측 스위치부(142)에 포함된 정류부의 전류가 영전류이거나 전압이 영전압인 경우에 SR2가 ON되도록 스위칭 할 수도 있다.

그리고, 제1 출력측 스위치부(141)는 제1 변압기의 자화 및 누설 인덕턴스에 따른 제1 출력측 스위치부(141) OFF시의 전압 감소 천이시간을 고려함으로써 영전류 스위칭이 가능하게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로의 동작에 따라 결과적으로 제1 출력측 스위치부(141)의 동기 전류기와 제2 출력측 스위치부(142)의 동기 전류기에 흐르는 파형이 도 3 하단에 도시되어 있다. ISR1과 ISR2를 비교하면, 제1 및 제2 변압기(131, 312)의 교번 동작에 의해 출력단의 전류는 중첩 형태를 이루게 된다.

그리고, 이러한 중첩 형태에 따라 최하단에 도시된 부하 전류 Io는 전류 리플성분이 크게 감소된 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면 변압기의 교번 동작에 의한 ISR1과 ISR2의 전류 중첩이 이루어지며, 이에 따른 부하 전류 Io의 리플이 감소되는 것을 도 3을 통하여 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풀 브리지형 DC-DC 컨버터를 도시한 회로도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 입력단을 풀 브리지 형태(160)로 구성할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 풀 브리지로 구성된 입력단(160)의 한 쌍의 S3 스위치와 한 쌍의 S4 스위치는 각각 제1 모듈(161) 및 제2 모듈(162)을 구성할 수 있으며, 각 모듈은 도 3에서 설명한 S1 스위치와 S2 스위치에 각각 대응하며, 교번적으로 동작할 수 있다, 따라서 제1 모듈(161)과 제2 모듈(162)간의 스위칭이 도 3에서 서술한 바와 동일한 순서로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 모듈(161)이 ON, 제2 모듈(162)이 OFF되는 경우는 제1 변압기부(131)가 전력을 전달하고, 제2 변압기부(132)의 자화 인덕턴스가 충전되는 순서로 동작할 수 있으며, 이후의 동작은 상술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.

도 4에서 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 풀 브리지형 DC-DC 컨버터 회로는 도 3에서의 DC-DC 컨버터와 마찬가지로 변압기의 자화 인덕턴스를 이용하여 영전압 스위칭이 가능할 뿐만 아니라, 교번적으로 변압기를 구동시켜 출력측 전류를 중첩시키고, 전류리플을 감소시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 풀 브리지 형태의 구성을 이용함으로써, 고전압 입력시에도 영전압 스위칭이 가능하게 하는 장점이 있다.

도 5와 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 병렬 구조형 DC-DC 컨버터와 인터리브형 DC-DC 컨버터의 회로도를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 도 3에서의 DC-DC 컨버터 회로를 병렬로 구성하여, 대전류에서도 고효율의 출력이 가능한 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다. 도 5에서의 상단 컨버터 회로의 S1, S2 스위치부(171)는 교번적으로 동작하여 상단 컨버터 회로의 변압기부(181)의 한 쌍의 변압기를 도 3에서 설명한 바와 같이 교번적으로 동작시켜 자화 인덕턴스에 의한 영전압 스위칭을 수행시킬 수 있다. 또한 하단 컨버터 회로의 S1, S2 스위치부(172)는 하단 컨버터 회로의 변압기부(182)의 한 쌍의 변압기를 이용하여 상술한 바와 같이 영전압 스위칭 할 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에서는 도 5에서의 병렬 형태의 구조를 사용하되 각 스위치 S1, S2, S3 및 S4의 스위치간 90도의 위상차를 갖도록 동작시키는 인터리브형 DC-DC 컨버터를 사용할 수 있다.

인터리브형 DC-DC 컨버터는 각 모듈의 스위치 동작을 위상차를 갖도록 제어함으로써, 상술한 바와 같은 출력단의 필터 인덕터를 제거한 형태로 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 자화 인덕턴스를 이용하여 영전압 스위칭이 가능한 본 발명의 특징을 그대로 유지하면서 동작 모드에 따라 출력 리플을 크게 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 도 5 및 도 6에서의 회로 구조의 경우, 출력단(150)에 변압기의 포화 방지를 위한 콘덴서부를 더 구비할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 먼저 제1 변압기(131)를 동작시키기 위해 제1 입력측 스위치(121)와 제1 출력측 스위치(141)를 ON 시킨다(S100).

그리고, 제2 변압기(132)에 연결된 제2 입력측 스위치(132)와 제2 출력측 스위치(142)는 OFF 시킨다(S110). 여기서, 제2 변압기(132)는 출력측 스위치(142)가 OFF되어 있으므로, 전력 전달 동작을 하지 못하고, 자화 인덕턴스로 에너지를 충전할 수있다(S120).

이후, 소정 시간이 지나면 제1 입력측 스위치(121)을 OFF 시킨다(S130). 제1 입력측 스위치(121)가 OFF되면, S120 단계에서 저장된 제2 변압기(132)의 자화 인덕턴스로 인하여, 제2 입력측 스위치(122)전압이 유지되다가 일정 천이 시간동안 감소하게 된다.

그리고, 제2 입력측 스위치(122)의 양단 전압이 0V가 되는지 판단한다(S140).

이후, 제2 입력측 스위치(122) 양단 전압이 OV가 되는 순간 제2 입력측 스위치(122)를 ON으로 변경한다(S150). 이와 같이 스위치 양단 전압이 0V에서 전원을 ON할 수 있게 됨으로써, 제2 변압기(132)에 의한 전원 공급으로 전환하는 영전압 스위칭이 이루어 지게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 DC-DC컨버터 및 그 동작 방법에 의해 필터 인덕터가 필요 없는 출력단 설계가 가능하게 된다. 그리고, 복수의 변압기의 자화 인덕턴스를 이용하여 영전압 또는 영전류 스위칭이 가능하게 된다. 이로인한 출력 전류는 중첩되어 리플 성분을 저감시킬 수 있으며, 대전류형 출력시에도 인덕터로 인한 도통손실 및 코어 손실을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 인덕터 삽입에 따른 대전류형 출력 패턴 설계상의 PCB 및 busbar 형상과 경로 설계의 문제를 해결할 수 있다.

특히, 일반적인 누설인덕턴스 또는 공진 인덕터 추가가 필요 없이 변압기 자체의 자화 인덕턴스를 통해 모든 스위치의 영전압 스위칭이 가능하여 전류 기생성분을 최소화 시키는 효과가 있다.

그리고, 상술한 DC-DC컨버터에서의 복수의 변압기는 모두 동일한 스펙으로 제작 가능하므로, 변압기의 설계 변수 증가 및 편차에 따른 성능 저하를 저감시킬 수 있는 효과도 가져올 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터의 동작 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

110: 입력단 121,122: 입력측 스위치부
131, 132: 변압기부 141,142: 출력측 스위치부
150: 출력단

Claims

DC-DC컨버터에 있어서,
입력단으로부터 입력측 코일로 공급되는 전원을 변압하여 출력측 코일로 전달하는 복수의 변압기들;
상기 복수의 변압기들을 교번적으로 동작시키기 위한 복수의 입력측 스위치를 포함하는 스위치부;
상기 출력측 코일로부터 출력되는 전원을 출력하기 위한 출력단을 포함하고,
상기 스위치부는 상기 복수의 변압기들 중 일부의 자화 인덕턴스를 이용하여 영전압에서 스위칭함으로써 상기 복수의 변압기들을 교번적으로 동작시키는 DC-DC컨버터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 변압기의 출력측 코일로부터 출력된 전원을 정류하기 위한 정류부를 더 포함하고,
상기 정류부는 동기 정류기 스위치 또는 다이오드 정류기 중 적어도 하나를 포함하는 DC-DC컨버터.
제2항에 있어서,
상기 스위칭부는 상기 정류부의 전류가 영전류이거나 전압이 영전압인 경우 스위칭이 이루어지는 DC-DC컨버터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 변압기들의 입력측 코일들은 직렬로 연결되며, 상기 복수의 변압기들의 출력측 코일들은 병렬로 연결되는 DC-DC컨버터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 변압기는 제1 변압기 및 제2 변압기를 포함하고,
상기 DC-DC 컨버터에 입력 전압이 인가되는 경우, 제1 변압기를 동작시키기 위한 제1 입력측 스위치가 ON 되면, 상기 제2 변압기를 동작시키기 위한 제2 입력측 스위치가 OFF되어 상기 제2 변압기의 자화 인덕턴스가 충전되는 DC-DC컨버터.
제5항에 있어서,
상기 스위칭부는 제1 입력측 스위치가 OFF되고, 상기 제2 입력측 스위치 양단 전압이 영전압인 경우 상기 제2 입력측 스위치를 ON으로 스위칭하는 DC-DC컨버터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 입력측 스위치는 풀 브릿지 형태로 연결되어 교번적으로 스위칭이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 입력측 스위치는 복수의 모듈로 구성되며, 상기 제어부는 상기 복수의 모듈이 각각 동시에 동작하여 교번적으로 스위칭이 이루어지도록 제어하는 DC-DC컨버터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 입력측 스위치는 복수의 모듈로 구성되며, 상기 제어부는 상기 복수의 모듈이 각 90도의 위상차를 갖도록 스위칭하는 DC-DC 컨버터.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 출력단은 상기 복수의 변압기의 포화 방지를 위한 콘덴서부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
DC-DC 컨버터의 동작 방법에 있어서,
제1 변압기와 제2 변압기의 교번적 동작을 위한 제1 입력측 스위치와 제2 입력측 스위치를 연결하는 단계;
입력 전원을 공급하는 단계;
상기 제1 입력측 스위치를 ON시키는 동안 상기 제2 입력측 스위치를 OFF시키는 단계;
상기 제1 입력측 스위치를 OFF시키는 단계; 및
상기 제2 입력측 스위치 양단 전압이 영전압인 경우, 상기 제2 입력측 스위치를 ON 하는 단계를 포함하는 DC-DC 컨버터의 동작 방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 입력측 스위치를 OFF시키는 단계는,
상기 제2 변압기의 자화 인덕턴스가 충전되는 단계를 포함하는 DC-DC컨버터의 동작 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 변압기 및 제2 변압기의 입력측 코일들은 직렬로 연결하고, 상기 제1 변압기 및 제2 변압기의 출력측 코일들을 병렬로 연결하는 단계를 더 포함하는 DC-DC 컨버터의 동작 방법.