KR20160057269A - 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터에 관한 것으로, 전원측에 인덕터를 사용하는 전류원 컨버터에서 제1스위치 및 제2스위치의 턴오프 되어 서로 겹치는 시간을 포함하는 일정 구간 동안에 제3스위치를 턴온하여 변압기에 전류가 흐 르지 않도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 부하에 전류가 전달되지 않는 기간 동안 변압기에 전류가 흐르지 않게 되어 전력손실을 줄일 수 있으므로, 푸시풀 컨버터의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터{Push-pull converter using a plurality of switch}

본 발명은 전원측에 인덕터를 사용하는 전류원 컨버터에 관한 것으로서, 특히 복수의 스위치를 사용하여 변압기 실효전류 증가로 인한 손실을 감소시키는데 적합한 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터에 관한 것이다.

푸시풀 컨버터(Push-pull converter)는, 쌍으로 존재하는 전력용 MOSFET, 트랜지스터 IGBT 등의 반도체 스위치 또는 임의의 회로 블럭이 서로 교대로 동작하여 출력에 해당하는 부분에서 둘의 응답이 번갈아 나타나는 회로로서, 쌍으로 존재하는 회로 블럭이 서로 밀고 당기듯이 번갈아 가며 동작하는 형상으로 푸쉬-풀이라 한다.

도 1은 종래기술에 따른 푸시풀 컨버터의 동작 겹침모드(overlapping mode) 파형도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 일반적으로 전원측에 인덕터(Inductor)를 사용하는 전류원 컨버터의 경우, 출력 전압의 조절을 위해서는 쌍으로 존재하는 스위치 Q1, Q2의 턴온 시간이 도 1의 참조번호 100과 같이 겹쳐지게 되며, 겹쳐지는 기간이 반드시 존재하게 된다.

다만 이러한 경우, 스위치 Q1, Q2의 턴온 시간이 겹쳐지는 시간 동안 인덕터 전류는 부하에 전달되지 않고 인덕터 L에서 변압기(Transformer)를 거쳐 Q1 혹은 Q2로 흐르게 된다. 이때, 변압기의 권선 저항은 도선저항에 비하여 실질적으로 매우 커서 큰 전력 손실을 초래하게 된다.

상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 따른 푸시풀 컨버터의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예는, 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예는, 전원측에 인덕터를 사용하는 전류원 컨버터에서 제1 및 제2스위치가 턴오프되어 서로 겹쳐지는 시간을 포함하는 일정 구간 동안에 제3스위치를 턴온하여 변압기에 전류가 흐르지 않도록 할 수 있는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터를 제공할 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

인덕터, 적어도 어느 한쪽이 턴온되는 제1스위치, 제2스위치 및 정류 회로를 포함하는 푸쉬풀 컨버터에 있어서, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치가 턴오프되어 있는 시간동안 제3스위치를 턴온하여 변압기로 흐르는 전류를 차단하는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터에 의해 달성된다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

인덕터, 적어도 어느 한쪽이 턴온되는 제1스위치, 제2스위치 및 정류 회로를 포함하는 푸쉬풀 컨버터에 있어서, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치가 턴오프되어 있는 시간을 포함하는 일정 구간동안 제3스위치를 턴온하여 변압기로 흐르는 전류를 차단하는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터에 의해서도 달성된다.

또, 상기 제3스위치는,

적어도 하나의 스위치가 병렬로 연결될 수 있다.

또, 상기 제3스위치는,

상기 인덕터와, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치 사이에 연결되고, 적어도 하나의 스위치가 병렬로 연결될 수 있다.

또, 상기 인덕터는,

커플드 인덕터일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터에 의하면, 부하에 전류가 전달되지 않는 기간 동안 권선 저항이 구성된 변압기에 전류가 흐르지 않게 되어 손실을 줄일 수 있으며, 푸시풀 컨버터의 효율을 크게 증가 시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 푸시풀 컨버터의 동작 겹침모드 파형도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 스위치가 구성된 푸시풀 컨버터의 회로도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수의 스위치가 구성된 푸시풀 컨버터의 회로도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 푸시풀 컨버터의 동작 겹침모드 파형도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대 로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 실시 예는, 전원측에 인덕터를 사용하는 전류원 컨버터에서 제1 및 제2스위치의 턴오프가 겹쳐지는 시간 동안에 제3스위치를 턴온하여 변압기에 전류가 흐르지 않도록 하는 것이다.

여기서, 제1스위치는 Q1 스위치에 해당하고, 제2스위치는 Q2 스위치에 해당하며, 제3스위치는 Q3 스위치 및 Q4 스위치 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기 로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 스위치가 구성된 푸시풀 컨버터의 회로도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수의 스위치가 구성된 푸시풀 컨버터의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 전원측에 인덕터(L)를 사용하는 전류원 컨버터로서, 인덕터는 커플드 인덕터 등이 사용될 수 있다.

여기에 Q1 스위치 및 Q2 스위치에 Q3 스위치를 추가로 구성할 수 있으며, 이때 Q1 스위치, Q2 스위치 및 Q3 스위치는 모두 반도체 스위치로 구성될 수 있다. Q1 및 Q2 스위치는 번갈아 스위칭함으로써, 출력전압 전류는 Q1 및 Q2 스위치 중 적어도 하나를 통하여 흐르게 되어 변압기로 전류를 전달할 수 있다.

그리고 Q1 및 Q2 스위치는 부하로 전류를 전달할 경우에만 사용하고, 종래의 동작이 겹쳐지는 동안에는 Q3 스위치를 온상태로 활성화할 수 있다.

이를 통해 전류 i_L는 Q3 스위치로 흐르고 변압기로 전류가 전달되지 않게된다. 변압기의 저항이 도선의 저항에 비하여 비교적 큰 편이므로 변압기로 전류를 흐르지 않게 스위칭을 수행함으로써, 효율을 크게 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

도 3을 참조하면, 다른 구성은 도 2와 동일하며, Q1 스위치, Q2 스위치, Q3 스위치에 Q4 스위치를 추가로 구성할 수 있으며, 이때 Q1 내지 Q4 스위치는 모두 반도체 스위치로 구성될 수 있다. 즉, Q1 및 Q2 스위치는 부하로 전류를 전달할 경우에만 사용하고, 종래의 상태로 활성화할 수 있다.

따라서, Q3 스위치 및 Q4 스위치 중 어느 하나가 오작동 하더라도 Q3 스위치와 Q3 스위치는 동일한 기능을 수행함으로써, 본 발명의 오작동을 최소화할 수 있다.

특히, 제3스위치를 복수의 스위치로 구비하고 병렬로 연결하여 배치함으로써, Q3 스위치에 형성되는 저항을 Q4 스위치로 분산시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 손실을 더욱 줄일 수 있어서 푸쉬풀 컨버터의 효율을 극대화할 수 있다.

한편, 인버터를 병렬로 연결하고, 이때 인덕터는 커플드 인덕터로 구성될 수 있다.

상술한 커플드 인덕터는 주지된 기술 및 주지된 구성을 이용하는바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터의 동작 겹침모드 파형도이다.

도 4를 참조하면, Q1 및 Q2 스위치가 턴온되어 서로 겹치는 시간이 없고, 턴오프되어 겹치는 시간만 존재하게 된다. 즉, 도 1의 Q1 및 Q2 스위치가 턴온 되어 서로 겹치는 시간에 변압기로 흘러간 전류 i_L에 의해 전력 손실이 발생하게 되는 것이므로, 기존의 Q1 및 Q2 스위치가 턴온되어 서로 겹치는 시간에 손실이 발생한다.

그러나, 본 발명에서는 도 2에서와 같이 Q1 및 Q2 스위치를 턴오프 시키고, 턴오프되어 서로 겹치는 시간 동안에 Q3 스위치를 턴온시키게 된다.

즉, Q1 및 Q2 스위치의 동작이 겹쳐지는 기간에 Q3 스위치를 켠다면, 부하에 전류가 전달되지 않는 기간 동안 변압기에도 전류가 흐르지 않게 되므로 출력 전압을 효과적으로 제어할 수 있다.

한편, Q1 및 Q2 스위치가 턴오프되어 서로 겹치는 시간 동안에만 Q3 스위치를 턴온 시키는 것은 아니며, Q1 및 Q2 스위치가 턴오프 되어 서로 겹치는 시간을 포함하는 일정 구간 동안에 Q3 스위치를 턴온 시키는 것이 가능하다.

더욱 상세하게는, Q1 및 Q2 스위치가 동시에 턴오프되는 구간에는 반드시 Q3 스위치가 턴온 되고, Q1 및 Q2 스위치 중 적어도 어느 하나가 턴온되어 있는 구간 즉, 턴온되는 시작 구간 및 턴온이 끝나는 구간 중 어느 한 구간에도 Q3 스위치를 턴온 시켜 겹치게 함으로써, 전류가 원활하게 잘 흐를 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터는, 전원측에 인덕터를 사용하는 전류원 컨버터에서 제1 및 제2스위치가 턴오프되어 서로 겹치는 시간을 포함하는 일정 구간 동안에 제3스위치를 턴온하여 변압기에 전류가 흐르지 않도록 한다.

여기서, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하 였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 전원측에 인덕터를 사용하는 전류원 컨버터로서, 인덕터는 커플드 인덕터가 될 수 있으며, 컨버터가 병렬 운전하는 경우에도 적용될 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 겹침모드

Claims (7)

1. 인덕터, 적어도 어느 한쪽이 턴온되는 제1스위치, 제2스위치 및 정류 회로를 포함하는 푸쉬풀 컨버터에 있어서,
   상기 제1스위치 및 상기 제2스위치가 턴오프되어 있는 시간동안 제3스위치를 턴온하여 변압기로 흐르는 전류를 차단하는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제3스위치는,
   상기 인덕터와, 상기 제1스위치 및 제2스위치 사이에 연결되고, 적어도 하나의 스위치가 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 인덕터는,
   커플드 인덕터인 것을 특징으로 하는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터.
   
4. 인덕터, 적어도 어느 한쪽이 턴온되는 제1스위치, 제2스위치 및 정류 회로를 포함하는 푸쉬풀 컨버터에 있어서,
   상기 제1스위치 및 상기 제2스위치가 턴오프되어 있는 시간을 포함하는 일정 구간동안 제3스위치를 턴온하여 변압기로 흐르는 전류를 차단하는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제3스위치는,
   상기 인덕터와, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치 사이에 연결되고, 적어도 하나의 스위치가 병렬 연결된 것을 특징으로 하는의 복수의 스위 치를 이용한 푸시풀 컨버터.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 인덕터는,
   커플드 인덕터인 것을 특징으로 하는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제3스위치는,
   적어도 하나의 스위치가 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 복수의 스위치를 이용한 푸시풀 컨버터.
   

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