KR20160007867A - Full Bridge Low Voltage DC/DC Converter - Google Patents

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KR20160007867A KR1020140084225A KR20140084225A KR20160007867A KR 20160007867 A KR20160007867 A KR 20160007867A KR 1020140084225 A KR1020140084225 A KR 1020140084225A KR 20140084225 A KR20140084225 A KR 20140084225A KR 20160007867 A KR20160007867 A KR 20160007867A
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여인용
송병섭
이대우
양진영
이우영
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현대자동차주식회사
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Abstract

The present invention relates to a full bridge low voltage DC-DC converter and, more specifically, to a full bridge low voltage DC-DC converter enabling common application by the type of vehicle as a buck boost circuit is provided at an input terminal of a low voltage DC-DC converter to respond to a wide range of input voltages. More specifically, the present invention is to provide a full bridge low voltage DC-DC converter enabling common application regardless of the type of vehicle, by improving a low-voltage DC-DC converter for charging a low voltage auxiliary battery to a circuit that can be applied to a wide range of input voltages (a cell voltage of a high voltage battery) and enhancing the low voltage DC-DC converter into a structure which adds a buck boost circuit combining a buck converter and a boost converter, whose polarity is not reversed, to an input terminal of a conventional DC-DC converter.

Description

풀브릿지 저전압 ＤＣ-ＤＣ 컨버터{Full Bridge Low Voltage DC/DC Converter}[0001] The present invention relates to a full bridge low voltage DC / DC converter,

본 발명은 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 넓은 입력전압 범위에 대응할 수 있도록 저전압 DC-DC 컨버터의 입력단에 벅부스트 회로를 구비함으로써, 차종별 공용화가 가능한 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
The present invention relates to a full bridge low voltage DC-DC converter, and more particularly, to a full bridge low voltage DC-DC converter having a buck-boost circuit at the input terminal of a low voltage DC-DC converter to cope with a wide input voltage range, DC converter.

하이브리드 차량(HEV), 연료전지 차량, 연료전지 하이브리드 차량 등과 같은 전기를 이용하는 친환경 자동차에는 12V 배터리(보조 배터리)의 충전 및 12V 전장부하에 전력을 공급하는 저전압 DC-DC 컨버터(Low Voltage DC/DC Converter, LDC)가 탑재되어 있다.Eco-friendly vehicles that use electricity such as hybrid vehicles (HEV), fuel cell vehicles, and fuel cell hybrid vehicles are equipped with low voltage DC / DC converters that supply 12V battery (auxiliary battery) Converter, and LDC).

이렇게 친환경차에는 고전압 배터리(약 100V~450V)에서 저전압 배터리를 충전하기 위한 LDC 즉, 저전압 DC-DC 컨버터가 탑재되어 있고, 고전압 배터리와 저전압 배터리의 그라운드는 분리되어야 하기 때문에 저전압 DC-DC 컨버터에 변압기가 들어가 있는 절연형 직류변환장치를 사용하게 된다.This green car is equipped with a low-voltage DC-DC converter for charging a low-voltage battery from a high-voltage battery (about 100V to 450V), and the ground for the high-voltage battery and the low- An insulated DC converter with a transformer is used.

상기 저전압 DC-DC컨버터는 고전압 배터리로부터 나오는 고전압의 직류전압을 저전압의 직류전압으로 변환하여 12V 보조배터리 등과 같은 차량의 전장부하에 제공하는 역할을 하며, 절연형 풀 브릿지, 포워드 컨버터 등이 사용되고 있다.The low-voltage DC-DC converter converts a high-voltage direct-current voltage generated from a high-voltage battery into a low-voltage direct-current voltage to provide a full load of the vehicle such as a 12V auxiliary battery, and an insulated full bridge and a forward converter are used .

좀 더 상세하게는, 상기 저전압 DC-DC 컨버터는 일반 가솔린 차량의 알터네이터 역할을 하는 장치로서, 메인 고전압 배터리의 고전압을 다운시켜 전압 12V를 공급하며, 고전압 배터리 혹은 구동모터에 의한 회생에너지의 고전압(DC)을 12V(DC)로 변환하여 보조 배터리(12V 배터리)를 충전시키거나 전장부하에 전력을 공급한다.More specifically, the low-voltage DC-DC converter serves as an alternator of a general gasoline vehicle. The low-voltage DC-DC converter supplies a voltage of 12V by downing the high voltage of the main high-voltage battery. The high- DC) to 12V (DC) to charge the auxiliary battery (12V battery) or to supply the electric field load.

상기 저전압 DC-DC 컨버터의 입력 전압은 전기 자동차 및 하이브리드 자동차에 탑재되는 고전압 배터리이며 차량의 종류에 따라 고전압 배터리 전압 범위가 최소 약 100V에서 최대 450V 까지 매우 다르다.The input voltage of the low-voltage DC-DC converter is a high-voltage battery mounted in an electric vehicle and a hybrid vehicle, and the high-voltage battery voltage range is very different from a minimum of about 100 V to a maximum of 450 V depending on the type of vehicle.

이렇게 고전압 배터리의 범위가 매우 다양하기 때문에 변압기의 턴 비는 풀 브릿지 컨버터의 경우 작게는 5:1 부터 약 15:1 까지 다양해 질 수 있고, 변압기의 턴 비가 달라 질 경우(고전압 배터리의 크기가 달라 질 경우), 절연형 컨버터의 1차 측에 흐르는 전류의 크기가 달라지므로 반도체 소자의 사양도 변경이 필요하고, 그에 따라 친환경차의 저전압 DC-DC 컨버터 공용화가 불가능하여, 고전압 배터리의 크기가 변할 때 마다 재설계가 필요하여 제조 원가 상승의 원인이 되고 있다.Because of the wide range of high-voltage batteries, the turn ratio of the transformer can be varied from 5: 1 to about 15: 1 for a full bridge converter, and when the turn ratio of the transformer is different The size of the current flowing in the primary side of the insulated converter is changed, so that the specification of the semiconductor device needs to be changed. As a result, it is impossible to share the low-voltage DC-DC converter with the environmentally friendly car, It is necessary to redesign every time, which causes a rise in manufacturing cost.

결국, 종래에는 차종별로 저전압 DC-DC 컨버터 공용화가 불가능하여, 절연형 컨버터 등의 변압기의 턴 비와 턴 수가 고전압 배터리의 크기에 따라 달라지게 되고, 다른 파워 부품 소자의 사양 변경도 불가피하게 되면서 차량의 종류마다 컨버터의 설계 사양이 크게 바뀌는 문제점이 있다.
As a result, it is not possible to commonly use a low-voltage DC-DC converter for each type of vehicle. Thus, the turn ratio and the number of turns of the transformer such as an insulated converter vary depending on the size of the high-voltage battery. There is a problem in that the design specifications of the converter are largely changed for each type.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 저전압(12/24V) 배터리용 충전을 위한 저전압 DC-DC 컨버터를 넓은 입력 전압(고전압 배터리의 셀 전압) 범위에 모두 적용할 수 있는 회로로 개선하되, 기존의 저전압 DC-DC 컨버터의 입력단에 극성이 반전되지 않는 벅(Buck) 컨버터와 부스트(Boost) 컨버터가 결합된 회로를 추가하는 구조로 개선시킴으로써, 차량의 종류와 상관없이 공용화가 가능도록 한 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a low-voltage DC-DC converter for charging a low-voltage (12 / 24V) battery to a wide input voltage (cell voltage of a high- By improving the structure of the existing low-voltage DC-DC converter with a combination of a buck converter and a boost converter that does not have polarity reversal at the input stage, it can be shared regardless of the type of vehicle. The present invention provides a full-bridge low-voltage DC-DC converter.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 직류를 교번으로 스위칭하여 출력하는 스위칭부와, 스위칭부에서 출력되는 교류 전압을 차량에서 사용 가능한 12V 수준으로 다운시키는 변압부와, 다운된 전압을 일정한 전압으로 정류시키는 정류부를 포함하는 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터에 있어서, 상기 스위칭부의 입력단에 극성이 반전되지 않는 전압 출력이 가능한 벅부스트 회로를 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a DC-DC converter including: a switching unit for alternately switching and outputting direct currents; a transformer for lowering the AC voltage output from the switching unit to a level of 12V usable in a vehicle; Wherein a buck-boost circuit capable of outputting a voltage whose polarity is not reversed is connected to an input terminal of the switching unit, wherein the full-bridge low-voltage DC-DC converter includes: to provide.

특히, 본 발명의 벅부스트 회로는: 고전압 배터리와 직렬로 연결되는 벅 스위치와; 벅 스위치와 직렬로 연결되는 인덕터와; 벅 스위치와 병렬로 연결되는 제1다이오드와; 인덕터의 출력단과 직렬로 연결되는 제2다이오드와; 인덕터와 제2다이오드 사이에 병렬로 연결되는 부스트 스위치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In particular, the buck-boost circuit of the present invention comprises: a buck switch connected in series with a high voltage battery; An inductor coupled in series with the buck switch; A first diode connected in parallel with the buck switch; A second diode connected in series with an output terminal of the inductor; And a boost switch connected in parallel between the inductor and the second diode.

바람직하게는, 상기 고전압 배터리의 입력전압 크기가 기준전압 보다 클 경우, 벅 스위치는 정해진 듀티비에 따라 온/오프를 반복하는 동시에 부스트 스위치는 항상 오프로 작동하는 것을 특징으로 한다.Advantageously, when the input voltage magnitude of the high voltage battery is greater than the reference voltage, the buck switch is repeatedly turned on / off according to a predetermined duty ratio, while the boost switch is always off.

또한, 상기 고전압 배터리의 입력전압 크기가 기준전압 보다 작을 경우, 부스트 스위치는 정해진 듀비티에 따라 온/오프를 반복하는 동시에 벅 스위치는 항상 온으로 작동하는 것을 특징으로 한다.
When the input voltage of the high voltage battery is smaller than the reference voltage, the boost switch is repeatedly turned on and off according to a predetermined duty ratio, and the buck switch is always on.

상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.The present invention provides the following effects through the above-mentioned problem solving means.

첫째, 고전압 배터리의 전압 크기와 관계없이 풀 브릿지 DC/DC 컨버터 회로의 입력단 전압을 일정하게 해줄 수 있고, 항상 높은 수준의 효율로 동작이 가능한 장점이 있다.First, the input voltage of the full bridge DC / DC converter circuit can be kept constant regardless of the voltage level of the high voltage battery, and the operation can be always performed at a high level of efficiency.

둘째, 풀 브릿지 DC/DC 컨버터의 입력단 전압이 일정하게 됨에 따라, 차량의 종류와 상관없이 저전압 DC-DC 컨버터의 공용화가 가능한 장점이 있다.Second, since the input terminal voltage of the full bridge DC / DC converter becomes constant, the low voltage DC-DC converter can be shared regardless of the type of vehicle.

셋째, 저전압 DC-DC 컨버터의 공용화에 따라, 변압기 및 반도체 소자들의 공용화가 가능해지고, 제품 개발 시 원가 절감 및 설계 사양 변경 시 반영이 매우 유리한 장점이 있다.
Third, the commonality of low-voltage DC-DC converters makes it possible to share transformers and semiconductor devices, and it is very advantageous to reduce costs when designing products and to reflect them when changing design specifications.

도 1은 종래의 센터 캡 풀브릿지 컨버터를 나타낸 회로도,
도 2는 종래의 커런트 더블러 풀브릿지 컨버터를 나타낸 회로도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터를 나타낸 회로도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터를 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram showing a conventional center cap full bridge converter,
2 is a circuit diagram showing a conventional current doubler full bridge converter,
3 is a circuit diagram showing a full-bridge low-voltage DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram showing a full-bridge low-voltage DC-DC converter according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 저전압 DC-DC 컨버터의 일례인 종래의 풀브릿지 컨버터의 구성을 살펴보면 다음과 같다.First, to facilitate understanding of the present invention, the construction of a conventional full bridge converter, which is an example of a low-voltage DC-DC converter, will be described.

첨부한 도 1은 종래의 센터 캡 풀브릿지 컨버터(Center tap full bridge converter)를 나타내고, 도 2는 종래의 커런트 더블러 풀브릿지 컨버터(Current Doubler full bridge converter)를 나타낸다.FIG. 1 shows a conventional center tap full bridge converter, and FIG. 2 shows a conventional current doubler full bridge converter.

도 1 및 도 2에 도시된 풀브릿지 컨버터 회로는 저전압 DC-DC 컨버터 회로로 많이 쓰이는 회로이며, 특히 1kW급 이상의 직류변환장치에는 풀 브릿지 컨버터가 많이 사용되고 있다.The full bridge converter circuit shown in FIGS. 1 and 2 is a circuit widely used as a low voltage DC-DC converter circuit. Particularly, a full bridge converter is widely used for a DC converter of 1 kW or higher.

이러한 풀브릿지 컨버터는 위상전이 방식을 사용하고, 변압기의 누설 인덕터와 스위치의 기생 커패시터 성분의 공진을 이용하여 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 보장하면서 높은 효율과 넓은 부하 범위에도 사용이 가능하다.These full bridge converters use phase shifting and can be used with high efficiency and wide load range while ensuring Zero Voltage Switching (ZVS) operation by using resonance of parasitic capacitor components of the transformer's leakage inductors and switches.

도 1 및 도 2에서 보듯이, 풀브릿지 컨버터(100)는 직류를 교번으로 스위칭하여 출력하는 스위칭부(20)와, 스위칭부(20)에서 출력되는 교류 전압을 차량에서 사용 가능한 12V 수준으로 다운시키는 변압부(30)와, 다운된 전압을 일정한 전압으로 정류시키는 정류부(40)를 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the full bridge converter 100 includes a switching unit 20 for alternately switching and outputting a direct current, and a switching unit 20 for switching the AC voltage output from the switching unit 20 down to a level of 12V And a rectifying unit 40 for rectifying the down voltage to a constant voltage.

이렇게 풀브릿지 컨버터의 입력 전압 즉, 고전압 배터리로부터 풀브릿지 컨버터(100)의 스위칭부(20)로 입력되는 전압은 차량의 종류에 따라 고전압 배터리 전압 범위가 최소 약 100V에서 최대 450V 까지 매우 다르기 때문에, 변압부의 턴 비 및 턴 수가 달라지게 되고, 다른 파워 부품 소자의 설계 사양도 불가피하게 변경해야 하는 번거로움이 있다.Since the input voltage of the full bridge converter, that is, the voltage input from the high voltage battery to the switching unit 20 of the full bridge converter 100 is very different from the minimum voltage range of about 100 V to the maximum voltage of 450 V according to the vehicle type, The turn ratio and the number of turns of the transformer vary, and the design specifications of other power parts are inevitably changed.

즉, 친환경차의 종류가 하이브리드, 수소연료전지차, 플러그인 하이브리드, 전기자동차 등 다양해짐에 따라, 고전압 배터리의 크기가 약 100V 부터 450V 까지 차종별로 차이가 나게 되고, 그에 따라 차종마다 고전압 배터리의 입력전압 크기가 다르므로, 저전압 DC-DC 컨버터의 공용화가 어려운 문제점이 있고, 그에 따라 차종마다 변압기 사양, 반도체 소자 사양 등이 모두 달라지게 되며, 이렇게 부품 사양들이 변경됨에 따라 컨버터의 설계, 양산 및 관리 비용이 상승하게 되고, 효율 특성도 차이가 나게 되는 문제점이 따르게 된다.That is, as the types of environment-friendly cars are diversified, such as hybrid electric vehicles, hydrogen fuel cell vehicles, plug-in hybrids, and electric vehicles, the size of the high voltage battery varies from 100V to 450V by vehicle type, Since the size is different, there is a problem that the low voltage DC-DC converter is difficult to be used in common. As a result, transformer specifications and semiconductor device specifications are different for each vehicle type. And the efficiency characteristics are also different.

이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명은 저전압 DC-DC 컨버터를 넓은 입력 전압(고전압 배터리의 셀 전압) 범위에 모두 적용할 수 있도록 저전압 DC-DC 컨버터의 입력단에 극성이 반전되지 않는 벅(Buck) 컨버터와 부스트(Boost) 컨버터가 결합된 벅부스트 회로를 구비함으로써, 차종에 따른 고전압배터리와 상관없이 공용화가 가능한 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터를 제공하고자 한 것이다.In order to solve such a problem, the present invention provides a low-voltage DC-DC converter, in which a low-voltage DC-DC converter is applied to a wide input voltage (high-voltage battery cell voltage) And a boost converter coupled to the boost converter to provide a full bridge low voltage DC-DC converter that can be shared regardless of the type of the high voltage battery.

첨부한 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터를 나타낸 회로도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터를 나타낸 회로도이다.FIG. 3 is a circuit diagram showing a full bridge low voltage DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram showing a full bridge low voltage DC-DC converter according to another embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4에서 보듯이, 본 발명에 따른 풀브릿지 컨버터(100)는 직류를 교번으로 스위칭하여 출력하는 스위칭부(20)와, 스위칭부(20)에서 출력되는 교류 전압을 차량에서 사용 가능한 12V 수준으로 다운시키는 변압부(30)와, 다운된 전압을 일정한 전압으로 정류시키는 정류부(40)를 포함하되, 상기 스위칭부(20)의 입력단에 극성이 반전되지 않는 전압 출력이 가능한 벅부스트 회로(10)가 연결된 점에 특징이 있다.3 and 4, the full bridge converter 100 according to the present invention includes a switching unit 20 for alternately switching and outputting direct current, and a switching unit 20 for switching the AC voltage output from the switching unit 20 And a rectifying unit (40) for rectifying the down voltage to a constant voltage. The buck-boost circuit (20) includes a buck-boost circuit (10) are connected to each other.

상기 벅부스트 회로(10)는 고전압 배터리로부터의 입력전압을 강압시키는 벅 모드와, 고전압 배터리로부터의 입력전압을 승압시키는 부스트 모드로 동작하고, 회로 구성상 극성이 반전되지 않는 즉, 출력전압의 방향을 항상 일정하게 (+) 방향으로 출력하는 특성을 갖는다.The buck-boost circuit 10 operates in a buck mode for reducing the input voltage from the high-voltage battery and a boost mode for boosting the input voltage from the high-voltage battery, and the polarity of the circuit is reversed, In the (+) direction constantly.

이를 위해, 상기 벅부스트 회로(10)는 저전압 DC-DC 컨버터의 입력단에 벅 모드를 위한 벅 스위치(11) 및 제1다이오드(13)와, 부스트 모드를 위한 부스트 스위치(15) 및 제2다이오드(14)와, 벅 스위치와 부스트 스위치 간에 연결되는 인덕터(12)가 극성이 반전되지 않는 배열로 연결된 점에 특징이 있다.To this end, the buck-boost circuit 10 comprises a buck switch 11 and a first diode 13 for the buck mode at the input of the low-voltage DC-DC converter, a boost switch 15 for the boost mode, And the inductor 12 connected between the buck switch and the boost switch are connected in an arrangement in which the polarity is not inverted.

보다 상세하게는, 상기 벅부스트 회로(10)는 고전압 배터리와 직렬로 연결되는 벅 스위치(11)와, 벅 스위치(11)와 직렬로 연결되는 인덕터(12)와, 벅 스위치(11)와 인덕터(12) 사이에 병렬로 연결되는 제1다이오드(13)와, 인덕터(12)의 출력단과 직렬로 연결되는 제2다이오드(14)와, 인덕터(12)와 제2다이오드(14) 사이에 병렬로 연결되는 부스트 스위치(15)를 포함하여 구성된다.More specifically, the buck-boost circuit 10 includes a buck switch 11 connected in series with a high-voltage battery, an inductor 12 connected in series with the buck switch 11, a buck switch 11, A second diode 14 connected in series with an output terminal of the inductor 12 and a second diode 14 connected in parallel between the inductor 12 and the second diode 14. The first diode 13 is connected in parallel between the inductor 12 and the inductor 12, And a boost switch 15 connected to the switch 15.

이렇게 상기 벅부스트 회로(10)가 풀 브릿지 컨버터의 입력단에 결합되어 입력전압의 승압 및 강압 조절이 가능해짐에 따라, 차종에 따른 고전압 배터리의 크기와 상관없이, 즉 친환경 차량의 종류와 관계없이 넓은 입력 전압 범위에서 동일한 회로 및 소자 부품 사용이 가능하고, 풀 브릿지 컨버터의 입력단에 대한 출력전압(Vdc)값을 일정하게 조절할 수 있다.As the buck-boost circuit 10 is coupled to the input terminal of the full bridge converter, it is possible to increase and decrease the input voltage and to control the step-down of the input voltage. Therefore, regardless of the size of the high- It is possible to use the same circuit and element parts in the input voltage range and to adjust the output voltage (Vdc) value to the input terminal of the full bridge converter constantly.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 벅부스트 회로의 동작 흐름을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the operational flow of the buck-boost circuit having the above-described configuration will be described.

본 발명에 따른 풀 브릿지 컨버터는 고정 듀티로 동작을 하며, 벅부스트 회로에서 PWM 제어를 함으로써, 출력 전압을 일정한 수준으로 제어할 수 있다.The full bridge converter according to the present invention operates with a fixed duty, and the output voltage can be controlled to a constant level by PWM control in a buck boost circuit.

먼저, 제어부(미도시됨)에서 풀 브릿지 컨버터의 입력단 즉, 스위칭부(20)에 대하여 출력하는 기준 출력전압(Vdc)값을 결정하되, 고효율 동작 전압으로 결정한다.First, a reference output voltage (Vdc) value output to the input terminal of the full bridge converter, that is, the switching unit 20, is determined in a control unit (not shown), and the high efficiency operation voltage is determined.

이때, 고전압 배터리로부터 벅부스트 회로(10)로 입력되는 입력전압 크기가 기준 출력전압(Vdc)보다 클 경우, 벅부스트 회로(10)는 제어부의 제어에 의하여 벅 컨버터와 같이 벅 스위치(11)가 온되는 벅 모드로 동작하게 되며, 이때 부스트 스위치(15)는 항상 오프로 동작한다.At this time, if the magnitude of the input voltage input from the high voltage battery to the buck-boost circuit 10 is greater than the reference output voltage Vdc, the buck-boost circuit 10 controls the buck switch 11 In which the boost switch 15 is always off.

즉, 상기 고전압 배터리의 입력전압 크기가 기준전압 보다 클 경우, 벅 스위치(11)는 제어부의 제어에 의거 정해진 듀티비에 따라 온/오프를 반복하는 동시에 부스트 스위치(15)는 항상 오프로 작동하게 되어, 고전압 배터리의 입력전압 크기가 강압되어 풀 브릿지 컨버터의 스위칭부(20)에 대하여 기준 출력전압(Vdc)에 맞게 출력된다.That is, when the input voltage of the high voltage battery is larger than the reference voltage, the buck switch 11 repeatedly turns on / off according to the duty ratio determined by the control unit, The input voltage magnitude of the high voltage battery is reduced and output to the switching unit 20 of the full bridge converter in accordance with the reference output voltage Vdc.

보다 상세하게는, 상기 벅 스위치(11)가 온될 때 인덕터(12)로 전류가 흐르면서 인덕터(12)에 에너지가 축적되는 동시에 커패시터와 스위칭부(20)로 전류가 흐르게 되고, 벅 스위치(11)가 오프될 때 제1다이오드(13)가 인덕터(12)에 축적된 에너지인 인덕터 전류가 커패시터와 스위칭부(20)로 흐르도록 통로를 만들어주고, 벅 스위치(11)가 온될 때까지 인덕터 전류가 감소된다.More specifically, when the buck switch 11 is turned on, current flows to the inductor 12, energy is accumulated in the inductor 12, current flows to the capacitor and the switching unit 20, The inductor current, which is the energy stored in the inductor 12, flows through the capacitor and the switching unit 20 when the first diode 13 is turned off and the inductor current is increased until the buck switch 11 is turned on .

이렇게 상기 고전압 배터리의 입력전압 크기가 기준전압 보다 클 경우, 부스트 스위치(15)를 오프시킨 상태에서 주기적으로 벅 스위치(11)를 정해진 듀티비에 따라 온/오프를 반복시킴으로써, 고전압 배터리로부터의 입력전압 대비 보다 낮은 펄스 모양의 전압을 평활하여 스위칭부에 출력하게 된다.When the input voltage of the high-voltage battery is larger than the reference voltage, the buck switch 11 is periodically turned on / off according to a predetermined duty ratio in a state where the boost switch 15 is turned off, Smoothing the voltage of the pulse shape lower than the voltage and outputting it to the switching unit.

반면, 상기 고전압 배터리로부터 벅부스트 회로(10)로 입력되는 입력전압 크기가 기준 출력전압(Vdc)보다 작은 경우, 벅부스트 회로(10)는 제어부의 제어에 의하여 부스트 컨버터와 같이 부스트 스위치(15)가 온되는 부스트 모드로 동작하게 되며, 이때 벅 스위치(11)는 항상 온으로 동작한다.When the input voltage input from the high voltage battery to the buck-boost circuit 10 is smaller than the reference output voltage Vdc, the buck-boost circuit 10 controls the boost switch 15, such as a boost converter, The buck switch 11 is always operated in the on mode.

즉, 상기 고전압 배터리의 입력전압 크기가 기준전압 보다 작을 경우, 부스트 스위치(15)는 제어부의 제어에 의거 정해진 듀티비에 따라 온/오프를 반복하는 동시에 벅 스위치(11)는 항상 온으로 작동하게 되어, 고전압 배터리의 입력전압 크기가 승압되어 풀 브릿지 컨버터의 스위칭부(20)에 대하여 기준 출력전압(Vdc)에 맞게 출력된다.That is, when the input voltage level of the high voltage battery is smaller than the reference voltage, the boost switch 15 repeats on / off according to a duty ratio determined by the control unit, and the buck switch 11 is always turned on So that the input voltage magnitude of the high voltage battery is boosted and output to the switching unit 20 of the full bridge converter in accordance with the reference output voltage Vdc.

보다 상세하게는, 상기 벅 스위치(11)가 온으로 유지된 상태에서 부스트 스위치(15)가 온될 때 인덕터(12)로 전류가 흐르면서 인덕터(12)에 에너지가 축적되는 동시에 제2다이오드(14)를 통해 스위칭부(20)로 전류가 흐르지 않으므로 커패시터에 축적된 에너지가 소비되고, 반면 부스트 스위치(15)가 오프되면 고전압 배터리로부터의 입력전압에 인덕터(12)에 축적된 에너지가 더해져서 제2다이오드(14)를 통해 출력되는 전압이 인덕터에 축적된 에너지 전압만큼 증가하여 승압이 이루어진다.More specifically, when the boost switch 15 is turned on while the buck switch 11 is kept on, energy is accumulated in the inductor 12 while current flows through the inductor 12, and at the same time, The energy stored in the capacitor is consumed because the current does not flow to the switching unit 20 through the switching unit 20. On the other hand, when the boost switch 15 is turned off, the energy stored in the inductor 12 is added to the input voltage from the high- The voltage output through the diode 14 increases by the energy voltage accumulated in the inductor so that the voltage is increased.

이렇게 상기 고전압 배터리의 입력전압 크기가 기준전압 보다 작은 경우, 벅 스위치(11)를 온시킨 상태에서 주기적으로 부스트 스위치(15)를 정해진 듀티비에 따라 온/오프를 반복시킴으로써, 고전압 배터리로부터의 입력전압 대비 보다 높은 전압을 스위칭부에 출력하게 된다.When the input voltage of the high voltage battery is smaller than the reference voltage, the boost switch 15 is periodically turned on and off according to a predetermined duty ratio in a state where the buck switch 11 is turned on, A voltage higher than the voltage is output to the switching unit.

이와 같이, 상기한 풀 브릿지 컨버터 회로를 고정 듀티로 동작시키고, 벅부스트 회로를 이용하여 스위칭부에 대한 출력전압 값을 일정하게 유지시킴으로써, 항상 고효율 동작점에서 컨버터를 동작시킬 수 있다.Thus, by operating the full bridge converter circuit with fixed duty and keeping the output voltage value to the switching unit constant using the buck-boost circuit, the converter can always be operated at a high efficiency operating point.

또한, 차종별로 고전압 배터리의 사양이 변경되어도, 즉 친환경차 종류와 상관없이 저전압 DC-DC 컨버터의 공용화가 가능하여, 원가 절감이 가능하고 항상 고효율 동작을 보장할 수 있다.
In addition, even if the specifications of the high-voltage battery are changed according to the type of vehicle, that is, the low-voltage DC-DC converter can be shared regardless of the type of the environmentally friendly vehicle, cost reduction is possible and high efficiency operation can be guaranteed at all times.

10 : 벅부스트 회로
11 : 벅 스위치
12 : 인덕터
13 : 제1다이오드
14 : 제2다이오드
15 : 부스트 스위치
20 : 스위칭부
30 : 변압부
40 : 정류부
100 : 풀브릿지 컨버터10: Buck-boost circuit
11: Buck Switch
12: Inductor
13: first diode
14: second diode
15: Boost switch
20:
30: Transformer
40: rectification part
100: Full bridge converter

Claims (4)

직류를 교번으로 스위칭하여 출력하는 스위칭부(32)와, 스위칭부(32)에서 출력되는 교류 전압을 차량에서 사용 가능한 12V 수준으로 다운시키는 변압부(34)와, 다운된 전압을 일정한 전압으로 정류시키는 정류부(36)를 포함하는 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터에 있어서,
상기 스위칭부의 입력단에 극성이 반전되지 않는 전압 출력이 가능한 벅부스트 회로를 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터.
A switching unit 32 for alternately switching and outputting direct currents, a transforming unit 34 for bringing the alternating voltage output from the switching unit 32 down to a level of 12V usable in the vehicle, Voltage DC-DC converter including a rectifying section (36)
And a buck-boost circuit capable of outputting a voltage whose polarity is not inverted is connected to an input terminal of the switching unit.
청구항 1에 있어서,
상기 벅부스트 회로는:
고전압 배터리와 직렬로 연결되는 벅 스위치와;
벅 스위치와 직렬로 연결되는 인덕터와;
벅 스위치와 병렬로 연결되는 제1다이오드와;
인덕터의 출력단과 직렬로 연결되는 제2다이오드와;
인덕터와 제2다이오드 사이에 병렬로 연결되는 부스트 스위치;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터.
The method according to claim 1,
The buck-boost circuit comprises:
A buck switch in series with a high voltage battery;
An inductor coupled in series with the buck switch;
A first diode connected in parallel with the buck switch;
A second diode connected in series with an output terminal of the inductor;
A boost switch connected in parallel between the inductor and the second diode;
Voltage DC-DC converter.
청구항 2에 있어서,
상기 고전압 배터리의 입력전압 크기가 기준전압 보다 클 경우, 벅 스위치는 정해진 듀티비에 따라 온/오프를 반복하는 동시에 부스트 스위치는 항상 오프로 작동하는 것을 특징으로 하는 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터.
The method of claim 2,
Wherein the buck switch repeatedly turns on / off according to a predetermined duty ratio when the input voltage magnitude of the high voltage battery is greater than a reference voltage, while the boost switch always operates off.
청구항 2에 있어서,
상기 고전압 배터리의 입력전압 크기가 기준전압 보다 작을 경우, 부스트 스위치는 정해진 듀비티에 따라 온/오프를 반복하는 동시에 벅 스위치는 항상 온으로 작동하는 것을 특징으로 하는 풀브릿지 저전압 DC-DC 컨버터.The method of claim 2,
Wherein when the input voltage magnitude of the high voltage battery is smaller than the reference voltage, the boost switch repeats on / off according to a predetermined duty ratio, and the buck switch always operates on.
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