KR20190136294A - DC to DC Converting Apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 DC-DC 변환 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 출력 전류 리플을 저감할 수 있는 DC-DC 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a DC-DC converter, and more particularly to a DC-DC converter that can reduce the output current ripple.
종래 궤도 위성의 PCU(Power Control Unit)에 사용되는 BDR(Blocking Discharge Regulator) 컨버터는 부스트에서 파생된 푸시-풀(push-pull) 방식의 토폴로지 구조를 가진다.A BDR (Blocking Discharge Regulator) converter used in a power control unit (PCU) of a conventional orbit satellite has a push-pull topology structure derived from boost.
BDR 컨버터는 입력 인덕터, 교번 동작하는 스위치 및 다이오드, 변압기, 출력 필터, 출력 커패시터 등으로 구성되는 DC-DC 컨버터를 이용할 수 있다. 그런데 이러한 궤도 위성용 PCU의 BDR 컨버터의 수명은 구성 부품 중에서 수명이 가장 짧은 출력 커패시터에 의해 결정되는데, 출력 커패시터에 흐르는 전류의 크기가 클수록 BDR 컨버터의 수명이 감소한다.BDR converters can use DC-DC converters consisting of input inductors, alternating switches and diodes, transformers, output filters, and output capacitors. However, the life of the BDR converter of the PCU for orbital satellite is determined by the output capacitor having the shortest life span among the components, and the life of the BDR converter decreases as the amount of current flowing through the output capacitor increases.
출력 커패시터에 흐르는 전류를 최소화하기 위해서 보다 큰 출력 필터의 사용을 고려할 수 있으나, 이는 위성의 무게, 크기, 성능 면에서 부담이 될수 밖에 없다.Consider using a larger output filter to minimize the current through the output capacitor, but this is a burden on the weight, size, and performance of the satellite.
따라서 DC-DC 컨버터인 PCU의 BDR 컨버터에서 출력 전류의 RMS 값을 줄여 출력 커패시터의 수명을 늘리고, 출력 필터 크기는 줄일 수 있는 DC-DC 변환 장치에 대한 필요성이 증대되고 있다.Therefore, the need for a DC-DC converter that can extend the life of the output capacitor by reducing the RMS value of the output current in the BDR converter of the PCU DC-DC converter, the output filter size can be increased.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 출력 커패시터 수명을 길게 가져가고 출력 전류의 RMS 값을 줄여 출력 커패시터의 수명을 늘리고, 출력 필터 크기는 줄일 수 있는 DC-DC 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has a long output capacitor life to solve the above technical problem and reduce the RMS value of the output current to increase the life of the output capacitor, the output filter size can be reduced It is an object to provide a DC-DC converter.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치는 입력 전원과 출력 사이에 직렬 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 포함하는 입력 인덕터부, 서로 자기적으로 연결된 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하는 변압부, 상기 제3 인덕터에 직렬 연결되는 제1 스위치와 상기 제4 인덕터에 직렬 연결되는 제2 스위치를 포함하는 스위칭부, 상기 제2 인덕터에 직렬 연결되는 제1 다이오드, 상기 제3 인덕터에 병렬 연결되는 제2 다이오드, 상기 제4 인덕터에 병렬 연결되는 제3 다이오드, 그리고 상기 제2 인덕터와 상기 제1 다이오드의 접점과 상기 입력 전원의 음극 사이에 직렬 연결된 제1 커패시터 및 제3 스위치를 포함한다.The DC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes an input inductor unit including a first inductor and a second inductor connected in series between an input power source and an output, a third inductor and a fourth inductor magnetically connected to each other. A switching unit including a transformer, a first switch connected in series with the third inductor, and a second switch connected in series with the fourth inductor, a first diode connected in series with the second inductor, and a third inductor. A second diode connected in parallel, a third diode connected in parallel to the fourth inductor, and a first capacitor and a third switch connected in series between a contact of the second inductor and the first diode and a cathode of the input power source; do.
상기 제1 다이오드의 양극에 상기 제2 인덕터의 일단과 상기 제1 캐피시터의 일단이 연결되고, 상기 제2 다이오드의 양극에 상기 제3 인덕터의 일단과 제1 스위치의 일단이 연결되며, 상기 제3 다이오드의 양극에 상기 제4 인덕터의 일단과 제2 스위치의 일단이 연결될 수 있다.One end of the second inductor and one end of the first capacitor are connected to the anode of the first diode, one end of the third inductor and one end of the first switch are connected to the anode of the second diode, and the third One end of the fourth inductor and one end of the second switch may be connected to the anode of the diode.
상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치가 동작하다 턴-오프되면, 상기 제3 스위치가 턴-온되어 동작할 수 있다.When the first switch or the second switch is operated and turned off, the third switch may be turned on to operate.
상기 제3 스위치는 출력 전류가 '0'이 되기 전에 턴-오프될 수 있다.The third switch may be turned off before the output current becomes '0'.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 교번하여 스위칭 동작할 수 있다.The first switch and the second switch may be alternately switched.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴-오프 상태일 때, 상기 제1 다이오드를 통해 전류 경로가 형성될 수 있다.When the first switch and the second switch are turned off, a current path may be formed through the first diode.
상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터의 접점과 상기 제3 인덕터 및 상기 제4 인덕터의 접점이 연결될 수 있다.Contacts of the first inductor and the second inductor may be connected to contacts of the third inductor and the fourth inductor.
본 발명에 의하면 출력 전류의 하강시간을 빠르게 하여 출력 전류의 RMS 값을 줄임으로써, 출력 커패시터의 수명을 종래보다 길게 가져갈 수 있고, 출력 필터 크기도 기존 보다 줄일 수 있는 DC-DC 변환 장치를 제공할 수 있다. 또한 출력 다이오드 전압 내압 조건의 감소를 통해 효율 면에서 더 좋은 사양을 가지는 다이오드의 사용을 가능케 하고 이를 통해 얻는 효율 상승의 이점을 통해 방열 설계 시 부피 저감이 가능하다.According to the present invention, by reducing the RMS value of the output current by increasing the fall time of the output current, it is possible to provide a DC-DC conversion device that can take the life of the output capacitor longer than before, and also reduce the output filter size than conventionally. Can be. In addition, the reduced output diode voltage breakdown condition enables the use of diodes with better specifications in terms of efficiency, and the resulting increase in efficiency enables volume reduction in heat dissipation designs.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 도 1의 DC-DC 변환 장치의 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치를 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 3의 DC-DC 변환 장치의 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 DC-DC 변환 장치의 등가 모델이다.1 is a circuit diagram showing a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation waveform of the DC-DC converter of FIG. 1.
3 is a circuit diagram illustrating a DC-DC converter according to another embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating an operating waveform of the DC-DC converter of FIG. 3.
FIG. 5 is an equivalent model of the DC-DC converter of FIG. 3.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.The configuration of the invention for clarifying the solution to the problem to be solved by the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings based on the preferred embodiment of the present invention, the same in the reference numerals to the components of the drawings The same reference numerals are used to refer to the components even though they are on different drawings, and it is to be noted that in the description of the drawings, components of other drawings may be cited if necessary. In addition, in describing the operation principle of the preferred embodiment of the present invention in detail, when it is determined that the detailed description of the known function or configuration and other matters related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, The detailed description is omitted.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element in between. Include. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” or “comprising” excludes the presence or addition of one or more other components, steps, operations, or elements in addition to the components, steps, operations, or elements mentioned. I never do that.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치를 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치는 입력 인덕터부(110), 변압부(120), 스위칭부(130), 제1 내지 제3 다이오드(D2, D3), 필터부(140) 및 출력 커패시터(Co)를 포함할 수 있으며, 입력 전원(Vs)의 전압을 승압하여 부하(Ro) 측으로 출력할 수 있다.Referring to FIG. 1, a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes an
입력 인덕터부(110)는 입력 전원(Vs)과 부하(Ro) 사이에 직렬 연결된 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)를 포함할 수 있다. 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)는 자기적으로 연결될 수 있다. 입력 인덕터부(110)는 기생 인덕턱스 성분(Llkg1)을 포함할 수 있다.The
변압부(120)는 서로 자기적으로 연결된 제3 인덕터(L3) 및 제4 인덕터(L4)를 포함하고, 기생 인덕턱스 성분(Llkgm)을 포함할 수 있다.The
제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)의 접점과 제3 인덕터(L3) 및 제4 인덕터(L4)의 접점이 연결될 수 있다.The contacts of the first inductor L1 and the second inductor L2 and the contacts of the third inductor L3 and the fourth inductor L4 may be connected.
제1 다이오드(D1)는 입력 인덕터부(110)에 직렬 연결될 수 있다. 보다 자세하게는 제1 다이오드(D1)의 양극(anode)은 제2 인덕터(L2)의 일단에 연결되고, 제1 다이오드(D1)의 음극(cathode)은 출력에 연결된다.The first diode D1 may be connected in series to the
제2 다이오드(D2)와 제3 다이오드(D3)는 각각 제3 인덕터(L3)와 제4 인덕터(L4)에 병렬 연결된다.The second diode D2 and the third diode D3 are connected in parallel with the third inductor L3 and the fourth inductor L4, respectively.
제2 다이오드(D2)의 양극에 제3 인덕터(L3)의 일단과 제1 스위치(Q1)의 일단이 연결된다. 그리고 제3 다이오드(D3)의 양극에 제4 인덕터(L4)의 일단과 제2 스위치(Q2)의 일단이 연결된다.One end of the third inductor L3 and one end of the first switch Q 1 are connected to the anode of the second diode D2. One end of the fourth inductor L4 and one end of the second switch Q 2 are connected to the anode of the third diode D3.
스위칭부(130)는 제3 인덕터(L3)에 직렬 연결되는 제1 스위치(Q1)와 제4 인덕터(L4)에 직렬 연결되는 제2 스위치(Q2)를 포함한다.The
제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)는 FET(Field Effect Transistor), 사이리스터(Thyristor) 등으로 구현할 수 있다.The first switch Q1 and the second switch Q2 may be implemented by a field effect transistor (FET), a thyristor, or the like.
필터부(140)는 인덕터(Lf2)와 커패시터(Cf2)로 구현되어, 부하(Ro)에 고주파 성분이 전달되는 것을 방지할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치는 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)에 스위칭 제어 신호를 인가하여 스위칭 동작을 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.The DC-DC converter according to an embodiment of the present invention may include a controller (not shown) for controlling a switching operation by applying a switching control signal to the first switch Q1 and the second switch Q2. .
제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)는 스위칭 제어 신호 수신에 대응하여 스위칭 동작하는데, 서로 교번하여 턴-온(turn-on)과 턴-오프(turn-off)를 반복할 수 있다. 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 동시에 턴-온되는 구간이 존재하지 않도록 한다.The first switch Q1 and the second switch Q2 switch in response to the reception of the switching control signal, and may alternately repeat turn-on and turn-off. . There is no section in which the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned on at the same time.
스위칭 제어 신호가 인가되어 제1 스위치(Q1)가 턴-온되면, 제3 인덕터(L3)로 인가되는 전류에 의해 제4 인덕터(L4)에 유도 전류가 발생하고, 발생된 유도 전류는 제3 다이오드(D3)를 통해 흐르게 된다.When the switching control signal is applied and the first switch Q1 is turned on, an induction current is generated in the fourth inductor L4 by the current applied to the third inductor L3, and the generated induction current is the third. It flows through the diode D3.
한편 스위칭 제어 신호가 인가되어 제2 스위치(Q2)가 턴-온되면, 제4 인덕터(L4)로 인가되는 전류에 의해 제3 인덕터(L3)에 유도 전류가 발생하고, 발생된 유도 전류는 제2 다이오드(D2)를 통해 흐르게 된다.On the other hand, when the switching control signal is applied and the second switch Q2 is turned on, an induction current is generated in the third inductor L3 by the current applied to the fourth inductor L4, and the generated induction current is zero. It flows through two diodes D2.
그리고 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 모두 턴-오프 상태일 때, 제1 다이오드(D1)를 통해 전류 경로가 형성되어, 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2) 쪽으로 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다.When the first switch Q1 and the second switch Q2 are both turned off, a current path is formed through the first diode D1, so that the first switch Q1 and the second switch Q2 are formed. Current can be prevented from flowing to the side.
제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 모두 턴-오프 상태일 때, 제1 다이오드(D1)를 통해 전류 경로가 형성되어, 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2) 쪽으로 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다.When both the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned off, a current path is formed through the first diode D1 to the first switch Q1 and the second switch Q2. Inflow of current can be prevented.
도 2는 도 1의 DC-DC 변환 장치의 동작 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an operation waveform of the DC-DC converter of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참고하면, 스위칭부(130)의 도통 구간(제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온 되는 구간)(M1,M2,M5,M6)에서는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3)에 부하 전류(ILOAD)가 흐르게 된다. 그리고 스위칭부(130)의 차단 구간(제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)가 턴-오프 되는 구간)(M3,M4,M7,M8)에서는 제1 다이오드(D1)에 부하 전류(ILOAD)가 흐르게 된다.1 and 2, in the conduction section of the switching unit 130 (section in which the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on) (M1, M2, M5, M6), the first section may be used. The load current I LOAD flows through the switch Q1, the second switch Q2, the second diode D2, and the third diode D3. In the interruption period of the switching unit 130 (a period in which the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned off) (M3, M4, M7, and M8), the load current (1) is applied to the first diode D1. I LOAD ) flows.
이상적인 경우 부하 전류(ILOAD)는 일정하고, 출력 커패시터(Co)에는 제1 인덕터(L1)의 전류 리플과 부하 전류(ILOAD)의 차이에 해당하는 전류(ICO)만 흐르게 된다.In an ideal case, the load current I LOAD is constant, and only the current I CO corresponding to the difference between the current ripple of the first inductor L1 and the load current I LOAD flows through the output capacitor Co.
도 1의 DC-DC 변환 장치에서, 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온된 직후와 턴-오프된 직후 기생 인덕턴스 성분(Llkg1, Llkgm)으로 인해 다이오드(D1, D2, D3)의 전류 교차 구간(M1, M3, M5, M7)이 존재한다. 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온된 직후 발생하는 전류 교차 구간(M1, M5)에서는 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3)에 부하 전류(ILOAD)가 나눠 흐른다. 그리고 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-오프된 직후 발생하는 전류 교차 구간(M3, M7)에서는 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3)에 부하 전류(ILOAD)가 나눠 흐르고, 제1 다이오드(D1)에 부하 전류(ILOAD)가 추가로 흐르기 때문에 출력 전류(IO)가 ILOAD에서 2ILOAD로 증가하는 전류 스파이크(spike) 현상이 발생하게 된다. 이 구간은 기생인덕턴스에 흐르는 전류의 크기가 2ILOAD에서 ILOAD로 감소하는 동안 지속된다.In the DC-DC conversion device of FIG. 1, the diodes D1, D1, L2 are due to the parasitic inductance components L lkg1 and L lkgm immediately after the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on and immediately after the turned off. There are current cross sections M1, M3, M5, M7 of D2, D3. In the current crossing periods M1 and M5 that occur immediately after the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on, the load current I LOAD is applied to the second diode D2 and the third diode D3. Flows out In the current crossing periods M3 and M7 which occur immediately after the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned off, the load current I LOAD is applied to the second diode D2 and the third diode D3. ) Is divided and the load current I LOAD flows additionally in the first diode D1, so that a current spike phenomenon occurs in which the output current I O increases from I LOAD to 2I LOAD . This period lasts while the magnitude of the current flowing through the parasitic inductance decreases from 2I LOAD to I LOAD .
전류 교차 구간(M3, M7)은 기생 인덕턴스의 전류가 (VO-VS)/(Llkg1+Llkgm)으로 감소하는 것으로 미뤄 볼 때 입력전압이 클 때 전류 스파이크의 양이 최대로 증가하게 된다. 따라서, 높은 입력 전압에서 전류 스파이크를 고려하게 되면 도 1의 DC-DC 변환 장치에서는 매우 큰 출력 필터 설계가 요구된다.The current cross section (M3, M7) is that the current of the parasitic inductance decreases to (V O -V S ) / (L lkg1 + L lkgm ), so that the amount of current spike increases when the input voltage is large. do. Therefore, considering the current spike at high input voltage, very large output filter design is required in the DC-DC converter of FIG.
이상적일 때 제1 다이오드(D1)는 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온될 때 차단되고, 이때 전압 내압은 입력 전압(VS)으로 일정하게 유지된다. 그런데 기생 성분을 고려하면, 제1 다이오드(D1)는 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 턴-온될 때 차단되고, 이 때 기생 인덕턴스 성분과 제1 다이오드(D1)의 기생 커패시터가 공진하며, 제1 다이오드(D1)의 전압 스트레스는 입력 전압(Vs)의 2배로 증가하게 된다.Ideally, the first diode D1 is cut off when the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on, where the voltage withstand voltage remains constant at the input voltage V S. However, in consideration of the parasitic component, the first diode D1 is cut off when the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned on, and at this time, the parasitic inductance component and the parasitic capacitor of the first diode D1 are Resonates, and the voltage stress of the first diode D1 is increased to twice the input voltage Vs.
따라서 제1 다이오드(D1)의 설계 시 입력 전압의 2배보다 큰 내압을 갖는 소자를 선정해야 하는데, 다이오드의 내압이 큰 소자일수록 순방향 전압 강하가 큰 특성이 있다. 따라서, 제1 다이오드(D1)의 높은 전압 스트레스를 고려한 소자 선정으로 인해 제1 다이오드(D1)의 도통 손실이 크게 발생한다.Therefore, when designing the first diode D1, a device having a withstand voltage greater than twice the input voltage should be selected. A device having a higher breakdown voltage has a larger forward voltage drop. Therefore, the conduction loss of the first diode D1 is greatly generated due to the device selection considering the high voltage stress of the first diode D1.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치를 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a DC-DC converter according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 도 3의 DC-DC 변환 장치는 도 1의 DC-DC 변환 장치에 예시된 구성 요소를 동일하게 포함하고, 추가로 DC-DC 변환 장치의 양극과 음극 사이를 직렬로 연결하는 제1 커패시터(CA) 및 제3 스위치(QA)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the DC-DC converter of FIG. 3 includes the same components as those illustrated in the DC-DC converter of FIG. 1, and further connects the anode and the cathode of the DC-DC converter in series. Includes a first capacitor C A and a third switch Q A.
제1 커패시터(CA)는 제1 다이오드(D1)의 양극과 제2 인덕터(L2)의 접접에 일단이 연결되고, 타단은 제3 스위치(QA)에 연결될 수 있다.One end of the first capacitor C A may be connected to a contact of the anode of the first diode D1 and the second inductor L2, and the other end thereof may be connected to the third switch Q A.
제3 스위치(QA)는 일단은 제1 커패시터(CA)에 연결되고, 타단은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환 장치의 음극에 연결될 수 있다. 제3 스위치(QA)는 FET(Field Effect Transistor), 사이리스터(Thyristor) 등으로 구현할 수 있다.One end of the third switch Q A may be connected to the first capacitor C A , and the other end thereof may be connected to the negative electrode of the DC-DC converter according to the embodiment of the present invention. The third switch Q A may be implemented by a field effect transistor (FET), a thyristor, or the like.
제1 다이오드(D1)의 양극에 제2 인덕터(L2)의 일단과 제1 커패시터(CA)의 일단이 연결될 수 있다.One end of the second inductor L2 and one end of the first capacitor C A may be connected to the anode of the first diode D1.
제어부는 도 1의 실시예에서와 마찬가지로, 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)를 서로 교번하여 턴-온(turn-on)과 턴-오프(turn-off)를 반복하도록 제어할 수 있다. 그리고 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 동시에 턴-온되는 구간이 존재하지 않도록 한다.As in the embodiment of FIG. 1, the controller controls the first switch Q1 and the second switch Q2 to alternate with each other to repeat turn-on and turn-off. Can be. In addition, there is no section in which the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned on at the same time.
제어부는 도 1의 DC-DC 변환 장치에서 발생하는 출력 전류의 스파이크 구간을 감소시키기 위해서, 스위칭 제어 신호를 인가하여 제3 스위치(QA)를 다음과 같이 동작하도록 제어할 수 있다.The controller may control the third switch Q A to operate as follows by applying a switching control signal to reduce the spike period of the output current generated by the DC-DC converter of FIG. 1.
제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 동작하다 턴-오프되면 제3 스위치(QA)가 턴-온되어 동작하도록 하고, 출력 전류(Io)가 '0'이 되기 전이나 '0'이 될 때에 제3 스위치(QA)가 턴-오프되게 제어할 수 있다. 이를 위해 제어부는 제1 스위치(Q1) 또는 제2 스위치(Q2)가 동작하다 턴-오프되는 시점부터 미리 정해진 시간 동안 제3 스위치(QA)가 턴-온되었다가 턴-오프되게 스위칭 제어 신호를 인가하도록 미리 설정될 수 있다.When the first switch Q1 or the second switch Q2 operates and is turned off, the third switch Q A is turned on to operate, and before the output current Io becomes' 0 'or' When it becomes 0 ', the third switch Q A can be controlled to be turned off. To this end, the controller controls the switching control signal such that the third switch Q A is turned on and then turned off for a predetermined time from the time when the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned off. It may be preset to apply.
도 4는 도 3의 DC-DC 변환 장치의 동작 파형을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 DC-DC 변환 장치에서 제1 다이오드의 전압 감소 방식을 설명하기 위해 제공되는 등가 모델이다.4 is a view illustrating an operating waveform of the DC-DC converter of FIG. 3, and FIG. 5 is an equivalent model provided to explain a voltage reduction method of the first diode in the DC-DC converter of FIG. 3.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 제3 스위치(QA)가 턴-온되는 구간(M3, M7)에는 DC-DC 변환 장치의 기생 인덕턴스에 흐르는 전류의 기울기가 Vo/(Llkg1+Llkgm)이 된다. 따라서, 기생 인덕턴스에 흐르는 전류가 2ILOAD에서 ILOAD로 감소하는 시간이 입력 전압(Vs)과 무관하게 출력 전압(Vo)에 의해서만 결정될 뿐만 아니라 그 구간(M3, M7)의 크기가 도 1의 DC-DC 변환 장치보다 매우 크게 감소한다.3 to 5, in the periods M3 and M7 where the third switch Q A is turned on, the slope of the current flowing through the parasitic inductance of the DC-DC converter is Vo / (L lkg1 + L lkgm). ) Therefore, the time that the current flowing in the parasitic inductance decreases from 2I LOAD to I LOAD is not only determined by the output voltage Vo regardless of the input voltage Vs, but the magnitudes of the periods M3 and M7 are determined by the DC of FIG. 1. Very much less than a DC converter.
도 3의 DC-DC 변환 장치는 제3 스위치(QA)의 도통을 통해 감소시킨 전류 교차구간을 통해 출력 전류 스파이크가 감소하는 이득을 볼 수 있다.In the DC-DC converter of FIG. 3, the output current spike may be reduced through the current cross section reduced through the conduction of the third switch Q A.
한편 제1 다이오드(D1)의 차단 직후, 제1 다이오드(D1)의 전압이 VO-VCA를 초과하게 되면 제3 스위치(QA)의 기생 다이오드가 도통된다. 따라서, 제1 다이오드(D1)의 전압은 VO-VCA 이하로 일정하게 유지될 뿐만 아니라, 제1 다이오드(D1)의 공진 에너지가 제3 스위치(QA)를 통해 출력으로 전달되기 때문에 별도의 스너빙 손실이 없다. 이때 커패시터(CA)의 전압(VCA)은 제1 스위치(Q1) 혹은 제2 스위치(Q2)가 턴-오프된 직후 턴-온되는 제3 스위치(QA)의 도통 시간에 비례해 증가하게 되며, 전압(VCA)을 VO-VS으로 일정하게 유지할 경우 제1 다이오드(D1)의 전압 스트레스는 이상적일 때의 제1 다이오드(D1)의 전압 스트레스와 같은 VS까지 감소시킬 수 있다.On the other hand, immediately after the blocking of the first diode D1, the parasitic diode of the third switch Q A becomes conductive when the voltage of the first diode D1 exceeds V O -V CA. Therefore, the voltage of the first diode D1 is V O -V CA In addition to being kept constant below, since the resonance energy of the first diode D1 is transferred to the output through the third switch Q A , there is no separate snubing loss. At this time, the voltage V CA of the capacitor C A increases in proportion to the conduction time of the third switch Q A which is turned on immediately after the first switch Q1 or the second switch Q2 is turned off. If the voltage V CA is kept constant at V O -V S , the voltage stress of the first diode D1 may be reduced to V S, which is the same as the voltage stress of the first diode D1 when it is ideal. have.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (7)
서로 자기적으로 연결된 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하는 변압부,
상기 제3 인덕터에 직렬 연결되는 제1 스위치와 상기 제4 인덕터에 직렬 연결되는 제2 스위치를 포함하는 스위칭부,
상기 제2 인덕터에 직렬 연결되는 제1 다이오드,
상기 제3 인덕터에 병렬 연결되는 제2 다이오드,
상기 제4 인덕터에 병렬 연결되는 제3 다이오드, 그리고
상기 제2 인덕터와 상기 제1 다이오드의 접점과 상기 입력 전원의 음극 사이에 직렬 연결된 제1 커패시터 및 제3 스위치
를 포함하는 DC-DC 변환 장치.An input inductor unit including a first inductor and a second inductor connected in series between an input power supply and an output;
A transformer including a third inductor and a fourth inductor magnetically connected to each other,
A switching unit including a first switch connected in series with the third inductor and a second switch connected in series with the fourth inductor;
A first diode connected in series with the second inductor,
A second diode connected in parallel with the third inductor,
A third diode connected in parallel with the fourth inductor, and
A first capacitor and a third switch connected in series between a contact point of the second inductor and the first diode and a cathode of the input power source
DC-DC conversion device comprising a.
상기 제1 다이오드의 양극에 상기 제2 인덕터의 일단과 상기 제1 캐피시터의 일단이 연결되고,
상기 제2 다이오드의 양극에 상기 제3 인덕터의 일단과 제1 스위치의 일단이 연결되며,
상기 제3 다이오드의 양극에 상기 제4 인덕터의 일단과 제2 스위치의 일단이 연결되는 DC-DC 변환 장치.In claim 1,
One end of the second inductor and one end of the first capacitor are connected to an anode of the first diode,
One end of the third inductor and one end of the first switch are connected to the anode of the second diode,
One end of the fourth inductor and one end of the second switch is connected to the anode of the third diode.
상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치가 동작하다 턴-오프되면, 상기 제3 스위치가 턴-온되어 동작하는 DC-DC 변환 장치.In claim 2,
And the third switch is turned on to operate when the first switch or the second switch is turned off.
상기 제3 스위치는,
출력 전류가 '0'이 되기 전에 턴-오프되는 DC-DC 변환 장치.In claim 3,
The third switch,
DC-DC converters that are turned off before the output current becomes '0'.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 교번하여 스위칭 동작하는 DC-DC 변환 장치.In claim 1,
And the first switch and the second switch are alternately switched.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴-오프 상태일 때, 상기 제1 다이오드를 통해 전류 경로가 형성되는 DC-DC 변환 장치.In claim 1,
And a current path is formed through the first diode when the first switch and the second switch are turned off.
상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터의 접점과 상기 제3 인덕터 및 상기 제4 인덕터의 접점이 연결되는 DC-DC 변환 장치.In claim 1,
And a contact point of the first inductor and the second inductor and a contact point of the third inductor and the fourth inductor.
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