KR20160066754A - Improved ZVS active clamp forward converter - Google Patents

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KR20160066754A
KR20160066754A KR1020140171911A KR20140171911A KR20160066754A KR 20160066754 A KR20160066754 A KR 20160066754A KR 1020140171911 A KR1020140171911 A KR 1020140171911A KR 20140171911 A KR20140171911 A KR 20140171911A KR 20160066754 A KR20160066754 A KR 20160066754A
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김두호
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현대모비스 주식회사
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

Disclosed is an improved zero voltage switching active clamp forward converter capable of improving the efficiency through zero voltage switching in an entire load range. According to an embodiment, the improved zero voltage switching active clamp forward converter comprises: a clamping switch unit alternately switching an input power after clamping the same; a first winding unit receiving the switched power from the clamping switch unit; and a voltage transforming unit, having a second winding unit, for transforming a voltage level of the switched power by forming a predetermined winding ratio by being electromagnetically combined to the first winding unit; and a rectifier unit for rectifying the transformed voltage and outputting the same. The voltage transforming unit comprises a core unit, a first bobbin and a second bobbin which are penetrated and supported by the core unit. The first wire is winding around the first bobbin to form a first winding unit, while a second wire is winding around the second bobbin to form a second winding unit. Here, the first winding unit and the second winding unit are apart from each other to a certain distance.

Description

개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터{Improved ZVS active clamp forward converter}Improved ZVS active clamp forward converter Abstract:

본 발명은 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전 부하영역에서 영전압 스위칭을 통해 효율을 향상시킬 수 있는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to an improved zero voltage switch active clamp forward converter, and more particularly to an improved zero voltage switch active clamp forward converter capable of improving efficiency through zero voltage switching in a full load region.

일반적으로 엔진과 모터로 구동하는 하이브리드 자동차와 모터만으로 구동하는 전기자동차의 모터를 구동하려면 높은 전압과 전류를 필요로 하게 되고, 이로 인해 파워컨트롤 유닛인 HPCU(Hybrid Power Control Unit)가 요구된다. HPCU는 LDC(Low Voltage DC-DC Converter), Inverter, HCU(Hybrid Control Unit)등과 같은 전원공급 제품으로 이루어 진다. In general, a hybrid electric vehicle driven by an engine and a motor and a motor driven by an electric motor require high voltage and current to drive a motor, and a hybrid control unit (HPCU), which is a power control unit, is required. The HPCU consists of power supply products such as LDC (Low Voltage DC-DC Converter), Inverter, and HCU (Hybrid Control Unit).

이중 LDC는 리튬이온 배터리로부터 받는 높은 입력전압을 저전압으로 변환하여 자동차 전장품에 전기에너지를 공급하는데, 파워부 및 파워부를 제어하는 제어부로 구성된다. The dual LDC consists of a control unit that controls the power unit and the power unit to convert the high input voltage received from the lithium ion battery to low voltage to supply electric energy to the automotive electrical equipment.

파워부는 파워보드(Power Board), 변압기(Transformer), 출력보드(Output Board)등으로 구성되고, 제어부는 제어보드(Control Board)로 구성된다.The power unit is composed of a power board, a transformer, an output board and the like, and the control unit is composed of a control board.

파워보드는 LDC의 출력용량에 따라 사용될 수 있는 회로가 다양한데, 소용량 LDC의 경우 액티브클램프 포워드 컨버터가 적합하다.  Power boards have a variety of circuits that can be used depending on the output capacitance of the LDC. For small LDCs, active clamp forward converters are suitable.

한편, 파워보드를 통해서 도 1에 도시된 바와 같은 시간에 따라 변하는 구형파 모양의 고전압이 변압기 1차측에 인가되면, 1차측 코일을 통해서 전류가 흐르게 되여 코어 내부에는 자속이 발생한다. On the other hand, when a high voltage of a square wave shape which varies with time as shown in FIG. 1 is applied to the primary side of the transformer through the power board, a current flows through the primary side coil and a magnetic flux is generated inside the core.

이때, 자속은 2차측 코일을 통과하면서 유도기전력을 발생시키시는데 이런 원리를 통해서 1차측의 에너지는 2차측으로 전달된다. 사용자는 1차측 및 2차측 코일의 턴비와, 1차측에 전압이 인가되는 시간을 조절하여, 승압 및 감압을 할 수 있다. At this time, the magnetic flux passes through the secondary coil to generate the induced electromotive force. Through this principle, the energy of the primary is transmitted to the secondary. The user can adjust the turn ratio of the primary side and secondary side coils and the time the voltage is applied to the primary side so as to increase and decrease the pressure.

이때, 변압기에 입력 전압이 인가되는 시간(Duty ratio, 0<D<1)을 조절하는 것이 스위치(MOSFET)이다. Duty는 입력전압이 낮을수록, 원하는 출력전압이 클 수록, 혹은 출력 전류가 클 수록 커져야 한다.  At this time, it is the switch (MOSFET) that controls the time (Duty ratio, 0 <D <1) during which the input voltage is applied to the transformer. The duty should be increased as the input voltage is lower, the desired output voltage is greater, or the output current is greater.

이상적인 스위치일 경우 스위치가 켜지고 꺼지는 순간에 스위치에 인가된 전압과 스위치를 통해 흐르는 전류의 곱은 도 2에 도시된 바와 같이 항상 0이다. 액티브클램프 포워드컨버터의 경우 경부하 조건에서 회로에 존재하는 기생성분(변압기의 누설인덕턴스, MOSFET의 출력 캐패시턴스)의 공진으로 (영전압 스위칭) 스위치가 켜질 때 발생하는 스위칭 손실은 0에 가깝다.  In the case of an ideal switch, the product of the voltage applied to the switch and the current flowing through the switch at the instant the switch is turned on and off is always zero, as shown in FIG. For an active clamp forward converter, the switching loss occurring when the switch is turned on (zero voltage switching) by resonance of the parasitic components present in the circuit under light load conditions (leakage inductance of the transformer, MOSFET output capacitance) is close to zero.

위와 같은 방식으로 회로가 동작하지만 일반적인 MOSFET의 경우 주변회로의 기생성분과 스위치 자체의 딜레이에 의해 스위칭 순간에 전압과 전류의 곱이 발생하고, 이는 도 3에 도시된 바와 같은 전력소모로 나타난다(P=VI, W=Pt). 이것을 스위칭 손실이라고 하며 액티브클램프 포워드 컨버터의 경우 일반적인 풀브릿지타입의 회로와는 반대로 부하가 클 경우 스위칭 손실이 크게 발생한다. 일반적으로 100kHz로 스위치가 동작하는데, 손실이 너무 커서 발열량이 많아지고, 그 열이 제대로 방출되지 않을 경우 스위치의 소손을 유발시킬 수 있으며, LDC 전체의 동작이 멈추게 된다.In the case of a general MOSFET, the parasitic component of the peripheral circuit and the delay of the switch itself cause a product of voltage and current at the moment of switching, which is represented by the power consumption as shown in FIG. 3 (P = VI, W = Pt). This is called switching loss. In the case of an active clamp forward converter, in contrast to a normal full bridge type circuit, a large switching loss occurs when the load is large. Generally, the switch operates at 100kHz, the loss is too large to generate a large amount of heat, and if the heat is not properly discharged, the switch may be burned out, and the operation of the entire LDC may be stopped.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 넓은 입력전압 범위와 출력 전압의 범위, 그리고 넓은 출력전류 영역에 의해 Duty ratio가 큰 값을 갖게 될 경우, 변압기의 리셋시간이 부족하여 변압기가 포화되거나, 스위치에 높은 순간 전압을 인가하게 되어 회로가 소손될 위험성이 있다.  Also, as shown in FIG. 4, when the duty ratio is large due to a wide input voltage range, a wide output voltage range, and a wide output current range, the transformer is saturated due to insufficient reset time of the transformer, A high instantaneous voltage may be applied and the circuit may be damaged.

이를 방지하고자 변압기의 턴비를 조절하는데, 2차단의 턴수를 높이면 이 위험을 낮출 수 있다. 하지만 기존의 동판으로 2차단 와이어를 구성할 경우 두 개의 동판을 볼트와 너트로 체결해야 하는데, 이는 변압기가 차지하는 공간과 사용되는 부품 수를 늘리는 문제점이 있다.To prevent this, the turn ratio of the transformer is adjusted. Increasing the number of turn of 2 cutoff can reduce this risk. However, if two copper wires are used as a conventional copper plate, the two copper plates must be fastened with bolts and nuts, which increases the space occupied by the transformer and the number of parts used.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전 부하영역에서 영전압 스위칭을 통해 효율을 향상시킬 수 있는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an improved zero voltage switch active clamp forward converter capable of improving efficiency through zero voltage switching in a full load region.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터는 입력전원을 클램핑하여 교번 스위칭하는 클램핑 스위치부와; 상기 클램핑 스위치로부터의 스위칭된 전원을 입력 받는 제1 권선부와, 상기 제1 권선부와 전자기 결합하여 사전에 설정된 권선비를 형성해서 상기 스위칭된 전원의 전압 레벨을 변압하는 제2 권선부를 갖는 변압부; 및 상기 변압부로부터의 변압된 전압을 정류하여 출력하는 정류부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an improved zero voltage switch active clamp forward converter including: a clamping switch unit for clamping an input power supply for alternating switching; A transformer unit having a first winding unit for receiving a switched power source from the clamping switch and a second winding unit for electromagnetic coupling with the first winding unit to form a predetermined winding ratio to transform the voltage level of the switched power source, ; And a rectification section for rectifying and outputting the transformed voltage from the transforming section.

상기 변압부는 코어부와, 상기 코어부에 의해 관통 지지되는 제1 및 제2 보빈을 포함하고, 상기 제1 보빈은 제1 와이어가 권취되어 제1 권선부를 형성하고, 상기 제2 보빈은 제2 와이어가 권취되어 제2 권선부를 형성하되, 상기 제1 권선부와, 상기 제2 권선부는 소정 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 한다.Wherein the transforming portion includes a core portion and first and second bobbins penetrated and supported by the core portion, wherein the first bobbin is wound around a first wire to form a first winding portion, And the wire is wound to form a second winding portion, wherein the first winding portion and the second winding portion are separated by a predetermined distance.

상기 제1 와이어와 상기 제2 와이어는 서로 다른 재질인 것을 특징으로 한다.The first wire and the second wire may be made of different materials.

상기 제2 와이어는 휨 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.And the second wire has a flexural characteristic.

또한, 상기 제2 와이어는 동각 코일인 것을 특징으로 한다.The second wire is a coaxial coil.

또한, 상기 제2 권선부에서 상기 제2 와이어는 층상 구조로 권취되는 것을 특징으로 한다.Further, in the second winding portion, the second wire is wound in a layered structure.

또한, 상기 제2 권선부에서 상기 동각 코일은 층상 구조로 권취되는 것을 특징으로 한다. Further, in the second winding portion, the moving coil is wound in a layered structure.

또한, 상기 제1 와이어는 리츠 와이어(Litz wire)인 것을 특징으로 한다. In addition, the first wire is a Litz wire.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 기존의 LDC에 사용된 변압기 보다 높은 누설 인덕턴스를 가지며, 소용량에 맞게 기존에 사용된 동판대신 2차측 와이어를 동각 코일로 변경하여 2차측 턴비를 높이는 데에 용이하다.As described above, according to the present invention, a leakage inductance is higher than that of a transformer used in a conventional LDC, and the secondary side wire is replaced with a copper coin instead of a copper plate used for a small capacity to facilitate a rise in the secondary side turn ratio Do.

또한, 기존에 비해 공간 및 동판 체결을 위한 볼트와 너트를 생략할 수 있다. 이는 경부하뿐만 아니라 중부하 상황에서도 액티브클램프 포워드컨버터에서 발생하는 스위칭 손실을 줄이는 데에 유리하다.Further, the bolts and nuts for space and copper plate fastening can be omitted as compared with the conventional ones. This is advantageous in reducing switching losses occurring in active clamp forward converters, even in light loads as well as in heavy loads.

도 1은 시간에 따라 변하는 구형파 모양의 입력 전원을 도시한 도면.
도 2는 이상적인 스위치일 경우 스위치가 켜지고 꺼지는 순간에 스위치에 인가된 전압과 스위치를 통해 흐르는 전류를 도시한 도면.
도 3은 일반적인 MOSFET의 경우 주변회로의 기생성분과 스위치 자체의 딜레이에 의해 스위칭 순간에 스위치에 인가된 전압과 스위치를 통해 흐르는 전류를 도시한 도면.
도 4는 넓은 입력전압 범위와 출력 전압의 범위, 그리고 넓은 출력전류 영역에 의해 Duty ratio가 큰 값이 발생하는 예를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 클램프 포워드 컨버터의 개략적인 회로도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변압부의 권선 구조를 도시한 단면도.
1 is a diagram showing a square-wave-shaped input power source which varies with time;
Figure 2 shows the voltage applied to the switch and the current flowing through the switch at the moment the switch is turned on and off in the case of an ideal switch.
3 is a diagram showing a voltage applied to a switch at the moment of switching by a parasitic component of a peripheral circuit and a delay of the switch itself in a general MOSFET and a current flowing through the switch.
FIG. 4 is a diagram for explaining an example in which a wide input voltage range, a range of an output voltage, and a large duty ratio are generated by a wide output current region.
5 is a schematic circuit diagram of an active clamp forward converter according to an embodiment of the present invention;
6 is a sectional view showing a winding structure of a transformer according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. And is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined by the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that " comprises, " or "comprising," as used herein, means the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Do not exclude the addition.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout. In the drawings, like reference numerals are used to denote like elements, and in the description of the present invention, In the following description, a detailed description of the present invention will be omitted.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 클램프 포워드 컨버터의 개략적인 회로도이다.5 is a schematic circuit diagram of an active clamp forward converter according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액티브 클램프 포워드 컨버터(100)는 클램프 스위칭부(110), 변압부(120) 및 정류부(130)를 포함할 수 있다.5, the active clamp forward converter 100 according to the embodiment of the present invention may include a clamp switch 110, a transformer 120, and a rectifier 130.

클램프 스위칭부(110)는 입력 전원(Vin)을 클램핑하여 교번 스위칭할 수 있다. 이를 위해, 클램프 스위칭부(110)는 클램프 캐패시터(Cc), 제1 스위치(QA) 및 제2 스위치(Qm)를 구비할 수 있다.The clamp switching unit 110 may alternately switch the input power Vin by clamping it. To this end, the clamp switching unit 110 may include a clamp capacitor Cc, a first switch QA, and a second switch Qm.

클램프 캐패시터(Cc)의 일단은 입력 전원(Vin)에 연결될 수 있고, 클램프 캐패시터(Cc)의 타단은 제1 스위치(QA)의 일단에 연결될 수 있다. 제1 스위치(QA)는 클램프 캐패시터(Cc)의 타단과 변압부(120) 사이에 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 스위치(Qm)는 변압부(120)와 접지 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.One end of the clamp capacitor Cc may be connected to the input power supply Vin and the other end of the clamp capacitor Cc may be connected to one end of the first switch QA. The first switch QA may be electrically connected between the other end of the clamp capacitor Cc and the transforming unit 120 and the second switch Qm may be electrically connected between the transforming unit 120 and the ground.

클램프 캐패시터(Cc)는 입력 전원(Vin)을 클램핑하여 제1 스위치(QA)에 전달할 수 있고, 제1 스위치(QA)와 제2 스위치(Qm)는 교번 스위칭하여 클램핑된 전원(Vc)을 스위칭하여 변압부(120)에 전달할 수 있다.The clamp capacitor Cc can clamp the input power supply Vin and transmit the clamped power supply Vin to the first switch QA and the first switch QA and the second switch Qm are alternately switched to switch the clamped power supply Vc And transmit it to the transforming unit 120.

변압부(120)는 사전에 설정된 권선비를 통해 스위칭부(110)에 의해 스위칭된 전원의 전압 레벨을 변압하여 출력할 수 있다. 이를 위해, 변압부(120)는 스위칭된 전원을 입력받는 제1 권선부(Np)과, 사전에 설정된 권선수를 구비하여 제1 권선부(Np)과 상기 권선비를 형성하고, 변압된 전원을 출력하는 제2 권선부 (Ns)를 구비할 수 있다.The transforming unit 120 may transform the voltage level of the power source switched by the switching unit 110 and output the converted voltage level through a preset winding ratio. To this end, the transforming unit 120 includes a first winding unit Np for receiving a switched power source, and a pre-set winding to form the first winding unit Np and the winding ratio, And a second winding section Ns for outputting the second winding section Ns.

제1 권선부(Np)의 일단은 클램프 캐패시터(Cc)의 일단에 연결될 수 있고, 제1 권선부(Np)의 타단은 제1 스위치(QA)의 타단에 연결될 수 있다. 더하여, 제1 권선부(Np)는 누설 인덕턴스 성분(Lk)와 자화 인덕턴스 성분(Lm)을 포함할 수 있다.One end of the first winding section Np may be connected to one end of the clamp capacitor Cc and the other end of the first winding section Np may be connected to the other end of the first switch QA. In addition, the first winding portion Np may include a leakage inductance component Lk and a magnetizing inductance component Lm.

정류부(130)는 변압부(120)의 제2 권선부(Ns)로부터의 변압된 전원을 정류하여 출력할 수 있다.The rectifying unit 130 rectifies the transformed power from the second winding Ns of the transforming unit 120 and outputs the rectified power.

이를 위해, 정류부(130)는 제1 및 제2 다이오드(D1,D2), 출력 인덕터(Lo) 및 출력 캐패시터(Co)를 포함할 수 있다.For this purpose, the rectifying part 130 may include first and second diodes D1 and D2, an output inductor Lo and an output capacitor Co.

제1 다이오드(D1)의 애노드는 제1 제2 권선부(Ns1)의 일단에 연결되어 제1 제2 권선부(Ns1)으로부터의 변압된 전원을 정류할 수 있다.The anode of the first diode D1 may be connected to one end of the first second winding section Ns1 to rectify the transformed power from the first second winding section Ns1.

제2 다이오드(D2)의 애노드는 제2 권선부(Ns2)의 타단에 연결되어 제2 권선부 (Ns2)으로부터의 변압된 전원을 정류할 수 있다.The anode of the second diode D2 is connected to the other end of the second winding Ns2 to rectify the transformed power from the second winding Ns2.

출력 인덕터(Lo)의 일단은 제1 및 제2 다이오드(D1,D2)의 캐소드에 연결될 수 있고, 출력 인덕터(Lo)의 타단은 출력 캐패시터(Co)에 연결될 수 있다. 출력 캐패시터(Co)의 일단은 출력 인덕터(Lo)의 타단에 연결될 수 있고, 출력 인덕터(Lo)와 출력 캐패시터(Co)는 제1 및 제2 다이오드(D1,D2)로부터의 정류된 전원을 안정화시켜서 출력 전원(Vo)를 부하(R)에 전달할 수 있다.One end of the output inductor Lo may be connected to the cathode of the first and second diodes D1 and D2 and the other end of the output inductor Lo may be connected to the output capacitor Co. One end of the output capacitor Co may be connected to the other end of the output inductor Lo and the output inductor Lo and the output capacitor Co may stabilize the rectified power from the first and second diodes D1 and D2 So that the output power Vo can be transmitted to the load R.

한편, 스위칭 손실을 줄이는 영전압 스위칭을 얻기 위해서는 스위치가 켜지기 직전, 회로에 흐르는 전류와 입력전압, 스위치 양단의 전압 등 여러 가지 항목이 연관되어 만들어내는 조건을 만족시켜야 한다. 그 결과를 정리하면 아래 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
On the other hand, in order to obtain zero voltage switching to reduce switching loss, it is necessary to satisfy the condition that various items such as the current flowing in the circuit, the input voltage, and the voltage across the switch are generated immediately before the switch is turned on. The results are summarized in the following equations (1) and (2).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001

Figure pat00001

여기서, Lk는 제1 권선부의 누설 인덕턴스 성분, Lm은 제1 권선부의 자화 인덕턴스 성분, IL _ max는 최대 누설전류, Coss는 제2 스위치(Qm)의 기생 커패시턴스 성분, VDS1은 제2 스위치(Qm) 양단에 걸리는 전압을 의미한다.
Where, L k is the first coil portion leakage inductance, L m is the first coil portion magnetizing inductance component, I L _ max is the maximum leakage current, C oss is the parasitic capacitance components of the second switch (Qm), V DS1 is Quot; means a voltage across both ends of the second switch Qm.

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Figure pat00002

Figure pat00002

수학식 1은 특정부하 이하 영역에서 영전압 스위칭을 하기 위한 조건이다. 여기서, Lk는 제1 권선부의 누설 인덕턴스 성분, IL _ max는 최대 누설전류, Coss는 제2 스위치(Qm)의 기생 커패시턴스 성분, VDS1은 제2 스위치(Qm) 양단에 걸리는 전압을 의미한다.Equation (1) is a condition for performing zero voltage switching in a region under a specific load. Where, L k is the first coil portion leakage inductance component, I L _ max is the maximum leakage current, C oss is the parasitic capacitance components of the second switch (Qm), V DS1 is the voltage across the second switch (Qm) it means.

변압기의 기생성분인 누설 인덕턴스와 자화 인덕턴스가 영전압 스위칭에 도움을 주기 때문에 특정부하 이하에서 영전압 스위칭을 얻을 수 있다. 특정부하의 기준은 2차단 출력 인덕터의 전류가 한 주기 내에 0 이하로 떨어지는 것을 의미하며, 이는 아래 수학식 3으로 판단할 수 있다.
Since the leakage inductance and magnetizing inductance, which are parasitic components of the transformer, contribute to zero voltage switching, zero voltage switching can be obtained below a certain load. The reference of a particular load means that the current of the two blocking output inductor falls below zero within one period, which can be determined by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Io는 출력 인덕터에 흐르는 전류, Lo는 출력 인덕터의 인덕턴스 성분, DT는 클램핑 시간, Ns는 제2 권선부의 권선수, Np는 제1 권선부의 권선수, Vin은 입력 전압, Vo는 출력 전압을 의미한다.In this case, I o is the current flowing through the output inductor, Lo is the inductance component of the output inductor, DT is the clamping time, Ns is the winding of the second winding, Np is the winding of the first winding, Vin is the input voltage, Vo is the output Voltage.

하지만, 수학식 3을 만족하지 않는 경우, 위 수학식 2에서와 같이 자화인덕턴스 성분(Lm)이 영전압 스위칭에 영향을 주지 않기 때문에 영전압 스위칭을 얻기 힘들어진다.However, when Equation (3) is not satisfied, zero voltage switching becomes difficult to obtain because the magnetizing inductance component (Lm) does not affect the zero voltage switching as in Equation (2).

따라서, 전 부하 영역에서 영전압 스위칭을 얻기 위해서는, 누설 인덕턴스 성분을 크게 할 필요가 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터는 누설 인덕턴스 성분을 크게 할 수 있는 방안을 제공한다. Therefore, in order to obtain zero voltage switching in the full load region, it is necessary to increase the leakage inductance component, and the zero voltage switch active clamp forward converter according to the embodiment of the present invention provides a measure for increasing the leakage inductance component .

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변압부의 권선 구조를 도시한 단면도이다. 6 is a cross-sectional view illustrating a winding structure of a transformer according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변압부(120)는 클램핑 스위치부(110)로부터의 스위칭된 전원을 입력 받는 제1 권선부(120_1)와, 상기 제1 권선부(120_1)와 전자기 결합하여 사전에 설정된 권선비를 형성해서 상기 스위칭된 전원의 전압 레벨을 변압하는 제2 권선부(120_2)를 포함하여 구성된다. 5 and 6, the transformer 120 according to the embodiment of the present invention includes a first winding part 120_1 for receiving switched power from the clamping switch part 110, And a second winding part 120_2 which is electromagnetically coupled with the first winding part 120_1 to transform the voltage level of the switched power source by forming a preset winding ratio.

상기 제1 권선부(120_1)는 코어부(미도시)와, 상기 코어부에 의해 관통 지지되는 제1 보빈(121)으로 구성되고, 상기 제1 보빈(121)에는 제1 와이어(123)가 권취된다.The first wire portion 120_1 includes a core portion and a first bobbin 121 penetrated and supported by the core portion. The first wire 123 is connected to the first bobbin 121, Is wound.

상기 제2 권선부(120_2)는 상기 제1 권선부(120_1)에 대향 배치되고, 코어부(미도시)와, 상기 코어부에 의해 관통 지지되는 제2 보빈(122)으로 구성되고, 상기 제2 보빈(122)에는 제2 와이어(124)가 권취된다.The second winding part 120_2 is disposed opposite to the first winding part 120_1 and is composed of a core part (not shown) and a second bobbin 122 penetrated and supported by the core part, The second wire (124) is wound around the bobbin (122).

본 발명의 실시예에서 상기 제1 권선부(120_1)와 상기 제2 권선부(120_2)는 소정 거리(d)의 간격을 두고 이격 배치되는 것을 특징으로 한다. 종래 변압기는 1차단 혹은 2차단 와이어를 보빈에 권선한 후, 그 위에 2차단 혹은 1차단 와이어를 권선하는 방식으로 제작된다. 이 경우, 1차단 와이어와, 2차단 와이어 사이 간격이 없기 때문에 누설 인덕턴스 성분이 매우 작게 되어 전 부하 영역에서 영전압 스위칭을 얻기가 곤란하였다. In the embodiment of the present invention, the first winding part 120_1 and the second winding part 120_2 are spaced apart from each other by a predetermined distance d. Conventional transformers are manufactured by winding a 1-cut or 2-cut wire on a bobbin, then winding 2-cut or 1-cut wire on it. In this case, since there is no gap between one blocking wire and two blocking wires, the leakage inductance component becomes very small, making it difficult to obtain zero voltage switching in the full load region.

본 발명의 실시예에서는 제1 보빈(121)에 제1 와이어(123)를 권취하여 제1 권선부(120_1)를 형성하고, 이와 별개로 제2 보빈(122)에 제2 와이어(124)를 권취하여 제2 권선부(120_2)를 형성함으로써, 제1 와이어(123)와 제2 와이어(124) 사이에 간격을 둘 수 있게 된다. 따라서, 누설 인덕턴스 성분을 증가하게 되고, 추가적인 영전압 스위치용 인덕터의 삽입이 없더라도 전 부하영역에서 영전압 스위칭을 가능하게 한다.In the embodiment of the present invention, the first wire 123 is wound on the first bobbin 121 to form the first wire portion 120_1, and the second wire 124 is separately provided on the second bobbin 122 By forming the second winding portion 120_2 by winding, a gap can be provided between the first wire 123 and the second wire 124. [ Thus, the leakage inductance component is increased and zero voltage switching is possible in the full load region even without the insertion of an additional inductor for a zero voltage switch.

또한, 상기 제1 와이어(123)와 상기 제2 와이어(124)는 서로 다른 재질일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 와이어(123)는 리츠 와이어(Litz wire) 재질일 수 있고, 상기 제2 와이어(124)는 동각 코일 재질일 수 있다.The first wire 123 and the second wire 124 may be made of different materials. For example, the first wire 123 may be a Litz wire material, and the second wire 124 may be an angular coil material.

동각 코일의 경우, 휨 특성을 가지기 때문에 상기 제2 보빈(122)에 권취가 용이하고, 턴수를 증가할 경우에도 기존의 방식과는 다르게 볼트와 너트를 체결할 필요가 없으므로 제작에 필요한 공간 및 재료비를 절약할 수 있다.  In the case of the angle coil, since it has a bending characteristic, it is easy to wind on the second bobbin 122 and it is not necessary to fasten the bolt and the nut differently from the conventional method even when the number of turns is increased. Therefore, . &Lt; / RTI &gt;

또한, 상기 제2 와이어(124)는 상기 제2 보빈(122)에 층상 구조로 권취될 수 있다.The second wire 124 may be wound on the second bobbin 122 in a layered structure.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the scope of the claims and their equivalents shall be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (7)

입력전원을 클램핑하여 교번 스위칭하는 클램핑 스위치부와; 상기 클램핑 스위치로부터의 스위칭된 전원을 입력 받는 제1 권선부와, 상기 제1 권선부와 전자기 결합하여 사전에 설정된 권선비를 형성해서 상기 스위칭된 전원의 전압 레벨을 변압하는 제2 권선부를 갖는 변압부; 및 상기 변압부로부터의 변압된 전압을 정류하여 출력하는 정류부를 포함하는 액티브 클램프 포워드 컨버터에 있어서,
상기 변압부는 코어부와, 상기 코어부에 의해 관통 지지되는 제1 및 제2 보빈을 포함하고, 상기 제1 보빈은 제1 와이어가 권취되어 상기 제1 권선부를 형성하고, 상기 제2 보빈은 제2 와이어가 권취되어 상기 제2 권선부를 형성하되, 상기 제1 권선부와, 상기 제2 권선부는 소정 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터.
A clamping switch unit for alternately switching the input power source; A transformer unit having a first winding unit for receiving a switched power source from the clamping switch and a second winding unit for electromagnetic coupling with the first winding unit to form a predetermined winding ratio to transform the voltage level of the switched power source, ; And a rectification section for rectifying and outputting a transformed voltage from the transforming section, the active clamp forward converter comprising:
Wherein the transforming portion includes a core portion and first and second bobbins penetrated and supported by the core portion, wherein the first bobbin is wound around a first wire to form the first winding portion, Wherein the first winding portion and the second winding portion are separated from each other by a predetermined distance, wherein the first winding portion and the second winding portion are separated by a predetermined distance.
제1항에 있어서,
상기 제1 와이어와 상기 제2 와이어는 서로 다른 재질인 것을 특징으로 하는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the first wire and the second wire are of different materials. &Lt; Desc / Clms Page number 20 &gt;
제1항에 있어서,
상기 제2 와이어는 휨 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the second wire has a flexural characteristic. &Lt; Desc / Clms Page number 15 &gt;
제1항에 있어서,
상기 제2 와이어는 동각 코일인 것을 특징으로 하는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the second wire is a coaxial coil. &Lt; Desc / Clms Page number 15 &gt;
제1항에 있어서,
상기 제2 권선부에서 상기 제2 와이어는 층상 구조로 권취되는 것을 특징으로 하는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the second wire in the second winding portion is wound in a layered structure. &Lt; Desc / Clms Page number 13 &gt;
제4항에 있어서,
상기 제2 권선부에서 상기 동각 코일은 층상 구조로 권취되는 것을 특징으로 하는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터.
5. The method of claim 4,
And wherein in the second winding portion the coiling coil is wound in a layered configuration.
제1항에 있어서,
상기 제1 와이어는 리츠 와이어(Litz wire)인 것을 특징으로 하는 개선된 영전압 스위치 액티브 클램프 포워드 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the first wire is a Litz wire. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 31. &lt; / RTI &gt;
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