KR20170030856A - Power converter for dc-dc convert - Google Patents

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    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Abstract

A power converter for DC-DC conversion according to an embodiment of the present invention includes a non-resonant converter which receives electric energy of a power source and outputs the electric energy to a load, a resonant converter which receives the electric energy of the power source and outputs the electric energy to the load, and a control unit which controls the non-resonant converter and the resonant converter. The non-resonant converter and the resonant converter are connected in parallel. Accordingly, the present invention can control the resonant converter and the non-resonant converter with a parallel structure.

Description

DC-DC 변환을 위한 전력변환기{POWER CONVERTER FOR DC-DC CONVERT}POWER CONVERTER FOR DC-DC CONVERT FOR DC-DC CONVERTER

본 발명은 DC-DC 변환을 위한 전력변환기에 관한 것으로, 구체적으로는 비공진 컨버터 및 공진 컨버터를 병열구조로 연결시켜 전체적인 시스템을 제어하고, 공진 컨버터의 수위칭 주파수를 증가시키는 전력변확이에 관한 것이다. The present invention relates to a power converter for DC-DC conversion, and more particularly, to a power converter for controlling an overall system by connecting a non-resonant converter and a resonant converter in a parallel arrangement structure and increasing a frequency of the resonant converter will be.

종래의 전력변환기를 이용할 때, 비 절연형 컨버터를 병렬로 연결한다. 이는 병렬운전으로 인한 효율의 최적점을 찾고 인터리빙 제어기법 등을 이용하여 소자의 크기를 줄이기 위함이다. When using conventional power converters, non-isolated converters are connected in parallel. This is to find the optimum point of efficiency due to the parallel operation and to reduce the size of the device by using the interleaving control technique.

또한, 병렬운전으로 시스템의 한 상에 고장이 발생하더라도 나머지 상에서 운전이 가능하기 때문에 시스템의 안정성을 높이는 효과를 갖기도 한다.In addition, even if a failure occurs in one phase of the system due to the parallel operation, it is possible to operate the remaining phases, thereby improving the stability of the system.

도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 병렬 운전의 경우, 전원과 부하 사이에 비 공진형 Power Path 2개가 병렬도 연결되는 구조를 갖는다.As shown in FIG. 1, in the case of general parallel operation, two non-resonance type power paths are connected in parallel between a power source and a load.

그러나, 이 경우에는 비 공진형 컨버터 2개가 병렬로 연결되기 때문에 공진형 컨버터가 갖는 장점을 가질수 없다.However, in this case, since two non-resonant converters are connected in parallel, they can not have the advantages of the resonant converter.

또한, 공진형 컨버터만을 병렬로 연결하는 경우 공진형 컨버터는 출력 전압의 제어 범위가 작기 때문에 Open Loop PWM으로 운전하는 경우가 많다. 따라서 공진형 컨버터를 이용할 경우 Open Loop PWM으로는 제어할 수 없기 때문에 제어가 필요한 시스템에서는 사용이 불가능하다.Also, when only the resonance type converter is connected in parallel, the resonance type converter is often operated by Open Loop PWM because the control range of the output voltage is small. Therefore, when a resonant converter is used, it can not be controlled by Open Loop PWM, so it can not be used in a system requiring control.

하기 선행문헌은 공진 컨버터, 이를 포함하는 전원공급장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 공진컨버터, 제어부, 가변 스위칭부에 관련된 기술적 특징이 기재되어 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 포함하고 있지 않다.The following prior art documents relate to a resonant converter, a power supply including the resonant converter, and a control method thereof, wherein technical features relating to a resonant converter, a control unit, and a variable switching unit are described, and the technical gist of the present invention is not included.

대한민국 공개특허공보 10-2014-0144874Korean Patent Publication No. 10-2014-0144874

본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환을 위한 전력변환기는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.A power converter for DC-DC conversion according to an embodiment of the present invention aims to solve the following problems.

첫째, 비공진 컨버터 및 공진 컨버터를 병렬구조로 제어하고자 한다.First, we want to control the non-resonant converter and the resonant converter in parallel structure.

둘째, 종래의 전력변환기 대비 사이즈를 줄이고자 한다.Second, we want to reduce the size of the conventional power converter.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정하지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to at least solve the problems in the conventional arts.

본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환을 위한 전력변환기는 전원의 전기에너지를 입력받아 부하로 출력하는 비공진 컨버터, 전원의 전기에너지를 입력받아 부하로 출력하는 공진 컨버터, 비공진 컨버터 및 공진 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 비공진 컨버터 및 공진 컨버터는 병렬로 연결된다.A power converter for DC-DC conversion according to an embodiment of the present invention includes a non-resonant converter that receives electrical energy of a power source and outputs the power to a load, a resonant converter that receives electrical energy of the power source and outputs the electrical energy to a load, And a control unit for controlling the converter, wherein the non-resonant converter and the resonant converter are connected in parallel.

비공진 컨버터는 부하의 상태를 피드백 받는다.The non-resonant converter feeds back the status of the load.

제어부는 부하의 상태에 따라 비공진 컨버터의 듀티를 변화시켜 제어한다.The control unit controls the duty of the non-resonant converter according to the state of the load.

제어부는 공진 컨버터를 고정된 듀티로 제어한다.The control unit controls the resonant converter to a fixed duty.

제어부는 공진 컨버터의 제1 스위칭 주파수를 비공진 컨버터의 제2 스위칭 수위칭 주파수 보다 높게하여 제어한다.The control unit controls the first switching frequency of the resonant converter to be higher than the second switching frequency of the non-resonant converter.

공진 컨버터는 복수개로 구비되어 비공진 컨버터와 병렬연결된다.A plurality of resonance converters are provided and are connected in parallel with the non-resonant converter.

본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환을 위한 전력변환기는 비공진 컨버터 및 공진 컨버터를 부하 및 전원 사이에 병렬 구조로 연결함으로써 전체적인 시스템을 제어할 수 있다.The power converter for DC-DC conversion according to the embodiment of the present invention can control the entire system by connecting the non-resonant converter and the resonant converter in parallel between the load and the power source.

또한, 공진 컨버터의 스위칭 주파수를 높게 설정하여 전체적인 전력변환기의 사이즈를 줄일 수 있다.In addition, the switching frequency of the resonant converter can be set high to reduce the overall size of the power converter.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 비 공진형 컨버터를 병렬로 연결한 종래의 전력변환기를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환을 위한 전력변환기를 나타내는 블럭도이다.1 is a block diagram showing a conventional power converter in which non-resonant type converters are connected in parallel.
2 is a block diagram illustrating a power converter for DC-DC conversion according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠다. 첨부한 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사항이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the understanding of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환을 위한 전력변환기는 비공진 컨버터(200), 공진 컨버터(300), 제어부(400)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the power converter for DC-DC conversion according to the embodiment of the present invention includes a non-resonant converter 200, a resonant converter 300, and a controller 400.

공진 컨버터(300)는 전원(100)의 전기에너지를 입력받아 부하(500)로 출력한다.The resonance converter 300 receives the electric energy of the power source 100 and outputs the electric energy to the load 500.

공진 컨버터(300)는 내부에 변압기와 인덕터, 커패시터 소자가 공진 설계되고, 직류 전원으로부터 절연된 직류 전압을 얻는 DC-DC 컨버터로서, 예컨대 전원 전압이나 출력 전압이 넓은 범위에서 변화하는 배터리 충전기로서 적합한 공진형 컨버터로 형성될 수 있다.The resonance converter 300 is a DC-DC converter that has a transformer, an inductor, and a capacitor element resonated therein and obtains a DC voltage isolated from a DC power source. For example, the resonance converter 300 is suitable as a battery charger that varies in power supply voltage and output voltage over a wide range. And may be formed of a resonant converter.

비공진 컨버터(200)는 전원(100)의 전기에너지를 입력받아 부하(500)로 출력한다.The non-resonant converter 200 receives the electric energy of the power source 100 and outputs it to the load 500.

비공진 컨버터로는 풀브리지형, 하프브리지형, 포워드형, 푸시풀형, 액티브 클램프식 포워드형 등으로 형성될 수 있다.The non-resonant converter may be formed of a full-bridge type, a half-bridge type, a forward type, a push-pull type, an active clamp type forward type or the like.

제어부(400)는 비공진 컨버터(200) 및 공진 컨버터(300)를 제어하여 비공진 컨버터(200) 및 공진 컨버터(300)의 듀티(Duty) 및 스위칭 주파수를 변화시킬 수 있다. The control unit 400 can change the duty and switching frequency of the non-resonant converter 200 and the resonant converter 300 by controlling the non-resonant converter 200 and the resonant converter 300.

또한, 비공진 컨버터(200) 및 공진 컨버터(300)는 병렬로 연결된다.Further, the non-resonant converter 200 and the resonant converter 300 are connected in parallel.

비공진 컨버터 2개를 병렬구조로 연결을 하면, 전체적인 시스템을 제어를 할 수 있지만, 공진형 컨버터가 갖는 장점인 스위칭 손실의 감소로 인한 시스템 사이즈의 감소를 얻을 수가 없다.When two non-resonant converters are connected in parallel, the overall system can be controlled, but the system size can not be reduced due to the reduction of the switching loss, which is an advantage of the resonant converter.

또한, 공진 컨버터는 출력전압의 제어 범위가 작기 때문에 Open Loop PWM으로 형성되므로, 공진 컨버터 2개를 병렬구조로 연결할 경우에는 제어할 수 없어 제어가 필요한 시스템에서 사용이 불가능하다.Since the resonance converter is formed by Open Loop PWM because the control range of the output voltage is small, it can not be controlled when two resonance converters are connected in a parallel structure, so that it can not be used in a system requiring control.

따라서, 공진 컨버터 및 비공진 컨버터를 병렬로 연결하였으므로 전체적인 시스템을 제어할 수 있고 스위칭 손실이 감소로 인한 전체적인 사이즈가 감소 될 수 있다.Therefore, since the resonant converter and the non-resonant converter are connected in parallel, the overall system can be controlled and the overall size due to the reduction of the switching loss can be reduced.

본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환을 위한 전력변환기의 비공진 컨버터는 부하(500)의 상태를 피드백 받는다.The non-resonant converter of the power converter for DC-DC conversion according to the embodiment of the present invention receives the feedback of the state of the load 500.

따라서, 비공진 컨버터는 폐루프제어 비공진 컨버터로 형성될 수 있다.Thus, the non-resonant converter can be formed of a closed loop control non-resonant converter.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 비공진 컨버터의 출력에 따라 변화되는 부하의 상태를 제어부가 받게된다. 이후, 제어부(400)는 부하(400)의 상태에 따라 비공진 컨버터(200)의 듀티를 변화시키게 된다.Specifically, as shown in FIG. 2, the control unit receives the state of the load that changes according to the output of the non-resonant converter. Thereafter, the control unit 400 changes the duty of the non-resonant converter 200 according to the state of the load 400. [

따라서, 제어부(400)는 부하(500)의 상태에 따라 상기 비공진 컨버터(200)의 듀티(duty)를 변화시키므로, 비공진 컨버터(200)는 변화 간능한 듀티(Variable Duty)를 갖고 부하 상태를 피드백한 제어부를 통하여 전력변환기 시스템 전체의 제어를 수행할 수 있다.Therefore, the control unit 400 varies the duty of the non-resonant converter 200 according to the state of the load 500. Thus, the non-resonant converter 200 has a variable duty, The control of the entire power converter system can be performed through the control unit.

본 발명의 따른 DC-DC 변환을 위한 전력변환기는 공진 컨버터(300)는 고정된 듀티로 형성될 수 있다.In the power converter for DC-DC conversion according to the present invention, the resonant converter 300 may be formed with a fixed duty.

따라서, 제어부(400)는 공진 컨버터(300)를 고정된 듀티로 제어할 수 있다.Therefore, the control unit 400 can control the resonant converter 300 to a fixed duty.

또한, 공진 컨버터(300)의 스위칭 주파수를 높게 형성할 수 있다,Further, the switching frequency of the resonant converter 300 can be made high,

이에 따라, 스위칭 주파수를 높게 증가시키면, 인덕터, 커패시터 등의 수동소자의 사이즈를 감소시킬수 있고, 전체 시스템 사이즈가 감소 될 수 있다. Accordingly, if the switching frequency is increased to a high level, the size of passive elements such as inductors and capacitors can be reduced, and the overall system size can be reduced.

따라서, 제어부(400)는 공진 컨버터(300)의 제1 스위칭 주파수를 비공진 컨버터(200)의 제2 스위칭 수위칭 주파수보다 높게 제어할 수 있다.Therefore, the controller 400 can control the first switching frequency of the resonant converter 300 to be higher than the second switching frequency of the non-resonant converter 200. [

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 DC-DC 변환을 위한 전력변환기의 공진 컨버터(300)는 복수개로 구비될 수 있다.As shown in FIG. 2, a plurality of resonance converters 300 of a power converter for DC-DC conversion according to the present invention may be provided.

따라서, 복수개로 형성된 공진 컨버터(300)와 비공진 컨버터(200)와 병렬연결된다.Therefore, the resonance converter 300 and the non-resonance converter 200, which are formed in a plurality, are connected in parallel.

이와 같은 병렬운전으로 시스템의 한 상에서 고장이 발생하더라도 나머지 상에서 운전이 가능하므로 시스템의 안정성을 높일 수 있다.Even if a failure occurs in one phase of the system due to the parallel operation, it is possible to operate the remaining phases, thereby improving the stability of the system.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments and the accompanying drawings described in the present specification are merely illustrative of some of the technical ideas included in the invention. Therefore, it is to be understood that the embodiments disclosed herein are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. It should be interpreted.

10 : 종래의 비 공진형 컨버터
20 : 종래의 비 공진형 컨버터
100 : 전원
200 : 비공진 컨버터
300 : 공진 컨버터
400 : 제어부
500 : 부하10: Conventional non-resonant converter
20: Conventional non-resonant converter
100: Power supply
200: Non-resonant converter
300: resonant converter
400:
500: Load

Claims (6)

전원(100)의 전기에너지를 입력받아 부하(500)로 출력하는 비공진 컨버터(200);
상기 전원(100)의 전기에너지를 입력받아 상기 부하(500)로 출력하는 공진 컨버터(300);
상기 비공진 컨버터(200) 및 상기 공진 컨버터(300)를 제어하는 제어부(400);
를 포함하고,
상기 비공진 컨버터(200) 및 상기 공진 컨버터(300)는 병렬로 연결되는 DC-DC 변환을 위한 전력변환기.
A non-resonant converter (200) receiving the electric energy of the power source (100) and outputting it to the load (500);
A resonant converter 300 receiving the electric energy of the power source 100 and outputting the received electric energy to the load 500;
A controller 400 for controlling the non-resonant converter 200 and the resonant converter 300;
Lt; / RTI >
The non-resonant converter (200) and the resonant converter (300) are connected in parallel and the power converter for DC-DC conversion.
제 1항에 있어서,
상기 비공진 컨버터(200)는 상기 부하(500)의 상태를 피드백 받는 DC-DC 변환을 위한 전력변환기.
The method according to claim 1,
The non-resonant converter (200) is a power converter for DC-DC conversion receiving the state of the load (500).
제 2항에 있어서,
상기 제어부(400)는
상기 부하(500)의 상태에 따라 상기 비공진 컨버터(200)의 듀티를 변화시켜 제어하는 DC-DC 변환을 위한 전력변환기.
3. The method of claim 2,
The control unit 400
DC converter for controlling the duty of the non-resonant converter (200) according to a state of the load (500).
제 1항에 있어서,
상기 제어부(400)는
상기 공진 컨버터(300)를 고정된 듀티로 제어하는 DC-DC 변환을 위한 전력변환기.
The method according to claim 1,
The control unit 400
A power converter for DC-DC conversion that controls the resonant converter (300) to a fixed duty.
제 1항에 있어서,
상기 제어부(400)는
상기 공진 컨버터(300)의 제1 스위칭 주파수를 상기 비공진 컨버터(200)의 제2 스위칭 수위칭 주파수보다 높게 제어하는 DC-DC 변환을 위한 전력변환기.
The method according to claim 1,
The control unit 400
DC converter for controlling the first switching frequency of the resonant converter (300) to be higher than the second switching frequency of the non-resonant converter (200).
제 1항에 있어서,
상기 공진 컨버터(300)는 복수개로 구비되어 상기 비공진 컨버터(200)와 병렬연결되는 DC-DC 변환을 위한 전력변환기.The method according to claim 1,
The power converter for DC-DC conversion includes a plurality of resonant converters (300) connected in parallel with the non-resonant converter (200).
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