KR20170070394A - 저전압 직류변환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저전압 직류변환장치에 관한 것으로, 상기 저전압 직류변환장치는, 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부를 포함하며, 영전압 스위칭을 통해 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 교류 전압을 변경하는 스위칭부; 상기 스위칭부로부터 출력되는 교류 전압을 저전압으로 변환하는 변압기; 및 상기 고전압 배터리와 상기 스위칭부 사이에 연결되어, 상기 제 1 및 제 2 스위칭부의 동작이 변경되는 시점에 동작하여 상기 스위칭부 내의 잔류 에너지를 소비하는 스위칭부 영전압 스위칭 보조 회로부를 포함한다.

Description

저전압 직류변환장치{Low Voltage DC-DC Converter}
본 발명은 저전압 직류변환장치에 관한 것으로, 상세하게는 영전압 스위칭 보조 회로를 이용하여 안정적인 영전압 스위칭이 이루어지도록 구현된 저전압 직류변환장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 연료 전지인 고전압의 메인 배터리와 차량의 각 전장 부하들에 전압을 공급하기 위한 저전압의 보조 배터리를 구비한다.
그리고, 메인 배터리와 보조 배터리 사이에는 메인 배터리에서 출력되는 전압을 감압하거나, 보조 배터리에서 출력되는 전압을 승압하기 위해서 양방향으로 전압을 변환할 수 있는 저전압 직류변환장치(LDC: Low Voltage DC-DC Converter)가 구비된다.
저전압 직류변환장치는 구현 방식에 따라 다양한 종류로 구분되는데, 절연형의 스위칭 방식으로 대전력 변환에 적합한 방식으로서 풀-브릿지(full-bridge) 방식의 저전압 직류변환장치가 있다.
도 1에는 종래기술에 따른 위상 시프트 제어방식의 저전압 직류변환장치의 일례가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 저전압 직류변환장치는 1차 권선(Np)에 직렬로 제로전압 스위칭용 공진 코일(Lr)을 구비하고, 위상 시프트 제어로 구동되는 풀-브릿지 방식의 스위칭 회로를 구비하며, 제 1 및 제 2 회생(regenerative) 다이오드(D7, D8)가 1차 권선(Np) 및 공진 코일(Lr)의 접속점과 입력 전원(Vin)의 일단과의 사이 및 타단과의 사이에 각각 설치되어 있다.
이와 같은 종래 저전압 직류변화장치의 구성의 경우, 2차측의 정류 다이오드(D1, D2)의 역회복전류에 기인하는 서지 전압을 회생 다이오드(D7, D8)를 통해 입력 전원에 회생시킴으로써, 정류 다이오드(D1, D2)에 가해지는 서지 전압을 저감시킬 수 있고, 내압이 작고 순방향 전압강하가 작은 정류 다이오드를 사용할 수 있도록 한다.
하지만, 종래 저전압 직류변환장치는 서지 전압을 저감시키기 위해 회생 다이오드(D7, D8) 및 공진 코일(Lr)을 구비하여야 하기 때문에, 가격이 상승할 뿐만 아니라, 서지 전압 이상의 사양을 가져야 하기 때문에 고(high) 사양의 회생 다이오드(D7, D8) 및 공진 코일(Lr)을 사용하여야 한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 영전압 스위칭 보조 회로를 이용하여 안정적인 영전압 스위칭이 이루어지도록 구현된 저전압 직류변환장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 저전압 직류변환장치는, 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리로 공급하는 저전압 직류변환장치에 있어서, 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부를 포함하며, 영전압 스위칭을 통해 상기 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 교류 전압을 변경하는 스위칭부; 상기 스위칭부로부터 출력되는 교류 전압을 저전압으로 변환하는 변압기; 및 상기 고전압 배터리와 상기 스위칭부 사이에 연결되어, 상기 제 1 및 제 2 스위칭부의 동작이 변경되는 시점에 동작하여 상기 스위칭부 내의 잔류 에너지를 소비하는 스위칭부 영전압 스위칭 보조 회로부를 포함한다.
상기 영전압 스위칭 보조 회로부는 상기 제 1 스위칭부가 온 상태에서 오프 상태로 변하고, 상기 제 2 스위칭부가 오프 상태에서 온 상태로 변하는 시점에 동작한다.
상기 영전압 스위칭 보조 회로부는 상기 제 2 스위칭부가 온 상태에서 오프 상태로 변하고, 상기 제 1 스위칭부가 오프 상태에서 온 상태로 변하는 시점에 동작한다.
상기 영전압 스위칭 보조 회로부는, 상기 고전압 배터리에 병렬로 연결되며, 서로 직렬로 연결된 보조 캐패시터, 제 1 다이오드 및 제 1 보조 인덕터를 포함하는 제 1 회로부; 상기 보조 캐패시터와 상기 제 1 다이오드의 음극 사이에 일단이 연결되며, 위상천이 제어부로부터 전송되는 스위칭 신호를 수신하여 동작하는 보조 스위치; 및 상기 보조 스위치의 타단과 상기 고전압 배터리의 음극 사이에 연결되며, 서로 직렬로 연결되는 제 2 보조 인덕터와 제 2 다이오드를 포함하는 제 2 회로부를 포함한다.
상기 제 1 다이오드의 음극은 상기 보조 캐패시터를 통해 상기 고전압 배터리의 양극에 연결되고, 상기 제 2 다이오드의 양극은 상기 제 1 보조 인덕터를 통해 상기 고전압 배터리의 음극에 연결된다.
상기 제 2 다이오드의 양극은 상기 보조 스위치의 타단에 연결되고, 상기 제 2 다이오드의 음극은 상기 제 2 인덕터를 통해 상기 고전압 배터리의 음극에 연결된다.
상기 보조 스위치가 온 되는 경우, 상기 제 1 다이오드, 상기 제 1 보조 인덕터, 상기 제 2 보조 인덕터, 상기 제 2 다이오드 및 상기 보조 스위치로 구성되는 폐-회로가 형성된다.
상기 제 1 스위칭부는 상기 고전압 배터리의 양극과 상기 변압기의 일차측의 일단 사이에 연결되는 제 1 스위치와 상기 고전압 배터리의 음극과 상기 변압기의 일차측의 타단 사이에 연결되는 제 4 스위치를 포함하고, 상기 제 2 스위칭부는 상기 고전압 배터리의 음극과 상기 변압기의 일차측의 일단 사이에 연결되는 제 2 스위치와 상기 고전압 배터리의 음극과 상기 변압기의 일차측의 타단 사이에 연결되는 제 3 스위치를 포함한다.
상기 영전압 스위칭 보조 회로는, 상기 제 4 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 되고, 상기 제 3 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 되는 시점 및 상기 제 3 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 되고, 상기 제 4 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 되는 시점에 동작한다.
종래에는 저전압 직류변환장치는 서지 전압을 저감시키기 위해 회생 다이오드 및 공진 코일을 구비하여야 하기 때문에, 가격이 상승할 뿐만 아니라, 서지 전압 이상의 사양을 가져야 하기 때문에 고(high) 사양의 회생 다이오드 및 공진 코일을 필요로 하였다.
하지만, 본 발명에서와 같이 고전압 배터리와 스위칭부 사이에 영전압 스위칭 보조 회로부를 설치하여, 고(high) 사양의 회생 다이오드 및 공진 코일을 필요로 하지 않으면서도, 영전압 스위칭이 안정적으로 이루어지도록 하는 것이 가능하다.
도 1은 종래 기술에 따른 위상 시프트 제어방식의 저전압 직류변환장치의 일례를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 직류변환장치의 일례를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 직류변환장치에 있어서의 스위치의 동작에 따른 변압기 및 정류부의 출력 파형을 도시한 도면이다.
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 도면부호는 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 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 직류변환장치의 구성 및 기능에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 직류변환장치의 일례를 도시한 회로도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 직류변환장치에 있어서의 스위치의 동작에 따른 변압기 및 정류부의 출력 파형을 도시한 도면이다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 직류변환장치(200)는 고전압 배터리(BH)로부터 제공되는 고전압을 저전압 배터리(BL)를 위한 저전압으로 변환하여 저전압 배터리(BL)로 공급한다.
이때, 상기 저전압 직류변환장치(200)는 스위칭부(210), 변압기(230), 브릿지 회로부(250) 및 영전압 스위칭 보조 회로부(270)를 포함하며, 고전압 배터리(BH)와 영전압 스위칭 보조 회로부(270) 사이에 병렬로 연결되는 평활 캐패시터(Cs)를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭부(210)는 위상천이 제어부(미도시)로부터 전송되는 스위칭 신호를 수신하여, 스위칭 신호에 따라 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching) 동작을 한다.
상기 스위칭부(210)는 4개의 스위치(S1, S2, S3, S4)로 구성되는 풀-브릿지(full-bridge) 형태의 스위칭부로서, 제 1 스위치(S1) 및 제 4 스위치(S4)로 이루어지는 제 1 스위칭부와 제 2 스위치(S2) 및 제 3 스위치(S3)로 이루어지는 제 2 스위칭부로 구분된다.
이때, 상기 제 1 스위치(S1)는 고전압 배터리(BH)의 양극과 변압기(230)의 일차측(Np)의 일단 사이에 연결되고, 상기 제 4 스위치(S4)는 고전압 배터리(BH)의 음극과 변압기(230)의 일차측(Np)의 타단 사이에 연결된다.
그리고, 상기 제 2 스위치(S2)는 고전압 배터리(BH)의 음극과 변압기(230)의 일차측(Np)의 일단 사이에 연결되고, 상기 제 3 스위치(S3)는 고전압 배터리(BH)의 음극과 변압기(230)의 일차측(Np)의 타단 사이에 연결된다.
한편, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 온(on) 되거나, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 온(on) 되는 경우에 스위칭부(210)로부터 변압기(230)의 일차측으로 소정의 전압이 출력하며, 제 1 스위칭부(S1, S4) 및 제 2 스위칭부(S2, S3)는 번갈아 온(on) 및 오프(off) 된다. 여기서, 상기 제 1 스위칭부와 상기 제 2 스위칭부는 상보적으로 동작한다.
이때, 상기 스위칭부(210)의 동작에 있어서, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 온(on) 되면, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 오프(off) 되고, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 온(on) 되면, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 오프(off) 된다.
한편, 상기 제 1 스위칭부(S1, S4)가 오프(off) 되는 경우, 제 4 스위치(S4)가 오프(off) 된 후, 제 1 스위치(S1)가 오프(off) 되며, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 온(on) 되는 경우, 제 4 스위치(S4)가 온(on) 된 후, 제 1 스위치(S1)가 온(on) 된다.
그리고, 상기 제 2 스위칭부(S2, S3)가 온(on) 되는 경우, 제 3 스위치(S3)가 온(on) 된 후 제 2 스위치(S2)가 온(on) 되며, 제 3 스위칭부(S2, S3)가 오프(off) 되는 경우, 제 3 스위치(S3)가 오프(off) 된 후 제 2 스위치(S2)가 오프(off) 된다.
상기 변압기(230)는 상기 스위칭부(210)의 출력 전압을 소정 레벨의 전압으로 변환하여 출력한다.
이때, 상기 변압기(230)는 1:n의 턴비를 가지면, 센터 탭(center tap)이 적용된 형태의 변압기로서, 상기 변압기(230)는 기 공지되어 있는 기술로서, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 브릿지 회로부(250)는 상기 변압기(230)의 출력 신호를 정류시켜 상기 저전압 배터리(BL)로 공급하기 위해 구성된다.
이때, 상기 브릿지 회로부(250)는 정류부(251) 및 LC 필터(253)로 구성될 수 있으며, 상기 정류부(251)는 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)로 구성될 수 있고, 상기 LC 필터(253)는 인덕터(La)와 캐패시터(Ca)로 구성될 수 있다.
상기 정류부(251)에 있어서, 상기 제 1 다이오드(D1)의 음극은 변압기(230)의 2차 권선의 일단에 연결되고, 제 2 다이오드(D2)의 음극은 변압기(230)의 2차 권선의 타단에 연결되며, 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)의 양극은 서로 접속됨과 동시에 필터(253)를 통해서 저전압 배터리(BL)의 양극에 연결된다.
그리고, 상기 LC 필터(253)에 있어서, 상기 인덕터(La)는 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)의 양극과 저전압 배터리(BL) 사이에 연결되고, 상기 캐패시터(Ca)는 저전압 배터리(BL)에 병렬로 연결되어, 일측이 인덕터(La)와 저전압 배터리(BL)의 양극 사이에 연결되고, 타측이 저전압 배터리(BL)의 음극과 변압기(230)의 이차측의 센터에 연결된다.
상기 영전압 스위칭 보조 회로부(270)는 고전압 배터리(BL)와 스위칭부(210) 사이에 상기 스위칭부(210)의 스위칭 손실을 방지하기 위하여 구비되며, 위상천이 제어부(미도시)로부터 전송되는 스위칭 신호를 수신하여 동작한다.
이때, 상기 영전압 스위칭 보조 회로부(270)는 제 1 스위칭부(S1, S4) 및 제 2 스위칭부(S2, S3)의 동작이 변경되는 시점에 동작하여 스위칭부(210) 내의 잔류 에너지를 소비한다.
즉, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 되고, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 변경되는 시점에 상기 영전압 스위칭 보조 회로부(270)가 동작하여, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 동작하면서 스위칭부(210) 내에 축적되어 있던 에너지를 소비함으로써, 제 1 스위칭부(S1, S4) 동작 후 스위칭부(210) 내에 축적되어 있던 잔류 에너지가 제 2 스위칭부(S2, S3)의 동작에 영향을 미치지 않도록 한다.
마찬가지로, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 되고, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 되는 시점에 상기 영전압 스위칭 보조 회로부(270)가 동작하여, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 동작하면서 스위칭부(210) 내에 축적되어 있던 에너지를 소비함으로써, 제 2 스위칭부(S2, S3) 동작 후 스위칭부(210) 내에 축적되어 있던 잔류 에너지가 제 1 스위칭부(S1, S4)의 동작에 영향을 미치지 않도록 한다.
상기 영전압 스위칭 보조 회로부(270)의 구조를 살펴보면, 직렬로 연결된 보조 캐패시터(C1), 제 3 다이오드(D3) 및 제 1 보조 인덕터(L1)가 고전압 배터리(BH)와 스위칭부(210) 사이에 병렬로 연결된다. 이하에서는, 상기 보조 캐패시터(C1), 제 3 다이오드(D3) 및 제 1 보조 인덕터(L1)가 직렬로 연결된 회로를 제 1 회로부라고 한다.
이때, 상기 제 3 다이오드(D3)의 음극은 보조 캐패시터(C1)를 통해 고전압 배터리(BH)의 양극에 연결되고, 제 3 다이오드(D3)의 양극은 제 1 보조 인덕터(L1)를 통해 고전압 배터리(BH)의 음극에 연결된다.
그리고, 보조 캐패시터(C1)와 제 3 다이오드(D3)의 음극 사이에 일단이 연결되며, 위상천이 제어부(미도시)로부터 전송되는 스위칭 신호를 수신하여 동작하는 보조 스위치(S5)가 위치한다.
그리고, 보조 스위치(S5)의 타단과 고전압 배터리(BH)의 음극 사이에 제 2 보조 인덕터(L2)와 제 4 다이오드(D4)가 직렬로 연결된다. 이하에서는 상기 제 2 보조 인덕터(L2)와 제 4 다이오드(D4)가 직렬로 연결된 회로를 제 2 회로부라고 한다.
이때, 상기 제 4 다이오드(D4)의 양극은 보조 스위치(S5)의 타단에 연결되고, 상기 제 4 다이오드(D4)의 음극은 제 2 인덕터(L2)를 통해 고전압 배터리(BH)의 음극에 연결된다.
따라서, 상기 보조 스위치(S5)가 온(on) 되는 경우에, ‘D3 - L1 - L2 - D4 - S5’의 경로를 따라 폐-회로(closed-circuit)가 형성된다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 보조 스위치(S5)가 온(on) 되는 시점은, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 되고, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 변경되는 시점 및 제 2 스위칭부(S2, S3)가 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 되고, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 되는 시점이다.
상세하게는, 제 1 스위칭부의 제 4 스위치(S4)가 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 되고, 제 2 스위칭부의 제 3 스위치(S3)가 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 되는 시점 및 제 2 스위칭부의 제 3 스위치(S3)가 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 되고, 제 1 스위칭부의 제 4 스위치(S4)가 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 되는 시점에 상기 보조 스위치(S5)가 온(on) 된다.
이와 같이, 상기 보조 스위치(S5)는, 제 1 스위칭부(S1, S4)와 제 2 스위칭부(S2, S3)가 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 혹은 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 변화는 경우에, 온(on)이 된다.
따라서, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 동작하면서 스위칭부(210) 내에 축적된 에너지는 제 2 스위칭부(S2, S3)가 온(on) 되기 전에 영전압 스위칭 보조 회로부(270)의 동작에 따라 소비되므로, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 동작하는 시점에서, 제 2 스위칭부(S2, S3)는 제 1 스위칭부(S1, S4)가 동작하면서 축적된 스위칭부(310) 내의 잔류 에너지에 의해 영향을 받지 않는다.
마찬가지로, 제 2 스위칭부(S2, S3)가 동작하면서 스위칭부(210) 내에 축적된 에너지는 제 1 스위칭부(S1, S4)가 온(on) 되기 전에 영전압 스위칭 보조 회로부(270)의 동작에 따라 소비되므로, 제 1 스위칭부(S1, S4)가 동작하는 시점에서, 제 1 스위칭부(S1, S4)는 제 2 스위칭부(S2, S3)가 동작하면서 축적된 스위칭부(310) 내의 잔류 에너지에 의해 영향을 받지 않는다.
한편, 본 발명에 따른 저전압 직류변환장치를 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200 : 저전압 직류변환장치
210 : 스위칭부
230 : 변압기
250 : 브릿지 회로부
270 : 영전압 스위칭 보조 회로부
C1, Ca, Cs : 캐패시터
D1, D2, D3, D4 : 다이오드
L1, L2, La : 인덕터
S1, S2, S3, S4, S5 : 스위치

Claims (9)

  1. 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리로 공급하는 저전압 직류변환장치에 있어서,
    제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부를 포함하며, 영전압 스위칭을 통해 상기 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 교류 전압을 변경하는 스위칭부;
    상기 스위칭부로부터 출력되는 교류 전압을 저전압으로 변환하는 변압기; 및
    상기 고전압 배터리와 상기 스위칭부 사이에 연결되어, 상기 제 1 및 제 2 스위칭부의 동작이 변경되는 시점에 동작하여 상기 스위칭부 내의 잔류 에너지를 소비하는 스위칭부 영전압 스위칭 보조 회로부를 포함하는
    저전압 직류변환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영전압 스위칭 보조 회로부는 상기 제 1 스위칭부가 온 상태에서 오프 상태로 변하고, 상기 제 2 스위칭부가 오프 상태에서 온 상태로 변하는 시점에 동작하는 것
    인 저전압 직류변환장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 영전압 스위칭 보조 회로부는 상기 제 2 스위칭부가 온 상태에서 오프 상태로 변하고, 상기 제 1 스위칭부가 오프 상태에서 온 상태로 변하는 시점에 동작하는 것
    인 저전압 직류변환장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 영전압 스위칭 보조 회로부는,
    상기 고전압 배터리에 병렬로 연결되며, 서로 직렬로 연결된 보조 캐패시터, 제 1 다이오드 및 제 1 보조 인덕터를 포함하는 제 1 회로부;
    상기 보조 캐패시터와 상기 제 1 다이오드의 음극 사이에 일단이 연결되며, 위상천이 제어부로부터 전송되는 스위칭 신호를 수신하여 동작하는 보조 스위치; 및
    상기 보조 스위치의 타단과 상기 고전압 배터리의 음극 사이에 연결되며, 서로 직렬로 연결되는 제 2 보조 인덕터와 제 2 다이오드를 포함하는 제 2 회로부를 포함하는 것
    인 저전압 직류변환장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 다이오드의 음극은 상기 보조 캐패시터를 통해 상기 고전압 배터리의 양극에 연결되고, 상기 제 2 다이오드의 양극은 상기 제 1 보조 인덕터를 통해 상기 고전압 배터리의 음극에 연결되는 것
    인 저전압 직류변환장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 다이오드의 양극은 상기 보조 스위치의 타단에 연결되고, 상기 제 2 다이오드의 음극은 상기 제 2 인덕터를 통해 상기 고전압 배터리의 음극에 연결되는 것
    인 저전압 직류변환장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 보조 스위치가 온 되는 경우, 상기 제 1 다이오드, 상기 제 1 보조 인덕터, 상기 제 2 보조 인덕터, 상기 제 2 다이오드 및 상기 보조 스위치로 구성되는 폐-회로가 형성되는 것
    인 저전압 직류변화장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부는 상기 고전압 배터리의 양극과 상기 변압기의 일차측의 일단 사이에 연결되는 제 1 스위치와 상기 고전압 배터리의 음극과 상기 변압기의 일차측의 타단 사이에 연결되는 제 4 스위치를 포함하고,
    상기 제 2 스위칭부는 상기 고전압 배터리의 음극과 상기 변압기의 일차측의 일단 사이에 연결되는 제 2 스위치와 상기 고전압 배터리의 음극과 상기 변압기의 일차측의 타단 사이에 연결되는 제 3 스위치를 포함하는 것
    인 저전압 직류변화장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 영전압 스위칭 보조 회로는,
    상기 제 4 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 되고, 상기 제 3 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 되는 시점 및 상기 제 3 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 되고, 상기 제 4 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 되는 시점에 동작하는 것
    인 저전압 직류변화장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10404179B1 (en) 2018-03-02 2019-09-03 Hyundai Motor Company Low voltage DC-DC converter for vehicle and method of controlling the same
KR20190118084A (ko) * 2018-04-09 2019-10-17 현대자동차주식회사 차량용 전력변환 시스템

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019109950A1 (zh) * 2017-12-08 2019-06-13 南京德朔实业有限公司 升压电路，电源装置及便携式电能系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130223103A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Majid Pahlevaninezhad Load adaptive variable frequency phase-shift full-bridge dc/dc converter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1909381A1 (en) 2005-06-29 2008-04-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dc/dc converter
EP1748539B1 (en) * 2005-07-29 2018-06-06 TDK Corporation Switching power supply with surge voltage suppression
FR2900513B1 (fr) * 2006-04-26 2010-05-21 Thales Sa Dispositif de transfert de puissance isole perfectionne

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130223103A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Majid Pahlevaninezhad Load adaptive variable frequency phase-shift full-bridge dc/dc converter

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mohammadjavad Baei et al.,A ZVS-PWM full-bridge boost converter for applications needing high step-up voltage ratio, 2012 Twenty-Seventh Annual IEEE APEC (2012.3.9.) *
Zhu Lizhi et al.,A novel soft-switching full-bridge PWM DC/DC converter with auxiliary resonant commutating network, Proceedings of Intelec'96 - Intn'l Telecommunications Energy Conference(2002.8.6.)* *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10404179B1 (en) 2018-03-02 2019-09-03 Hyundai Motor Company Low voltage DC-DC converter for vehicle and method of controlling the same
KR20190104815A (ko) 2018-03-02 2019-09-11 현대자동차주식회사 차량용 저전압 직류 변환장치 및 그 제어방법
KR20190118084A (ko) * 2018-04-09 2019-10-17 현대자동차주식회사 차량용 전력변환 시스템
CN110356255A (zh) * 2018-04-09 2019-10-22 现代自动车株式会社 用于车辆的电力转换系统
CN110356255B (zh) * 2018-04-09 2024-06-07 现代自动车株式会社 用于车辆的电力转换系统

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