KR20200086009A - Low Voltage Isolation DC/DC Converter for Electric Vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 전기 차량용 저전압 절연형 DC/DC 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고입력 전압에서 위상 천이 방식으로 고주파 스위칭이 가능하고, 고용량에 대응하기 위해 분산 설계 구조를 가지며, 분산 설계 시 발생하는 전력 균형 문제를 해결할 수 있는 DC/DC 컨버터에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relates to a low voltage insulated DC/DC converter for an electric vehicle, and more specifically, a high frequency switching is possible by a phase shift method at a high input voltage, and has a distributed design structure to cope with a high capacity, distributed design It relates to a DC / DC converter that can solve the power balance problem that occurs in the city.
전기 차량에는 내부 전장품의 전력을 공급하기 위해 저전압 DC/DC 컨버터를 사용하고 있다. 보통의 승용차의 경우 12V의 출력 전압과 1~2kW의 전력 용량을 가지는 저전압 DC/DC 컨버터가 사용되고, 상용차의 경우 24V의 출력 전압과 2~5kW의 전력 용량을 가지는 저전압 DC/DC 컨버터가 사용된다. Electric vehicles use low-voltage DC/DC converters to supply the power of internal components. A low-voltage DC/DC converter having an output voltage of 12V and a power capacity of 1 to 2kW is used for an ordinary passenger car, and a low-voltage DC/DC converter having an output voltage of 24V and a power capacity of 2 to 5kW is used for a commercial vehicle. .
저전압 DC/DC 컨버터는 배터리 전압을 입력 전원으로 사용하고 있다. 일반적인 배터리의 경우, 약 400V 정도의 공칭 전압을 가지며 배터리 상태에 따라 200V~450V의 넓은 전압범위를 가진다. 이러한 넓은 입력 전압 범위, 12V 또는 24V의 낮은 입력 전압 및 큰 출력 전류에 대응하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같은 센터 탭 정류기를 사용하는 풀 브리지 컨버터가 널리 사용되고 있다. The low voltage DC/DC converter uses the battery voltage as an input power source. In the case of a typical battery, it has a nominal voltage of about 400V and a wide voltage range of 200V to 450V depending on the battery condition. To cope with this wide input voltage range, low input voltage of 12 V or 24 V and large output current, a full bridge converter using a center tap rectifier as shown in FIG. 1 is widely used.
전기 차량용 전력 변환기는 일반적으로 고전력 밀도를 요구하고 있으며, 이를 만족하기 위해서, 종래 기술에서는 스위칭 손실을 저감할 수 있고 소프트 스위칭 동작이 가능하며 간단한 펄스 변압기를 사용할 수 있는 위상 천이 구동 방식의 저전압 DC/DC 컨버터가 사용되고 있다. Power converters for electric vehicles generally require high power density, and in order to satisfy this, in the prior art, a low-voltage DC/phase-shift-driven method capable of reducing switching loss, soft switching operation, and using a simple pulse transformer can be used. DC converters are being used.
최근 자동차의 항속 거리의 증가를 위해, 배터리 전압을 증가시키기 위한 연구 개발이 진행되고 있다. 이러한 고입력 전압과 저전압 DC/DC 컨버터의 전력 밀도의 상승을 위해서는 고주파 스위칭이 가능한 저내압 스위치를 사용할 수 있어야 하며, 또한 분산 설계를 통해 전력 밀도를 최적화할 수 있는 기술 개발이 요구된다. In order to increase the cruising distance of automobiles, research and development for increasing the battery voltage has been recently conducted. In order to increase the power density of these high input voltage and low voltage DC/DC converters, it is necessary to use a low-breakdown voltage switch capable of high-frequency switching, and it is also required to develop a technology capable of optimizing power density through a distributed design.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 고입력 전압에서 위상 천이 방식으로 고주파 스위칭이 가능하고, 고용량에 대응하기 위해 분산 설계 구조를 가지며, 분산 설계 시 발생하는 전력 균형 문제를 해결할 수 있는 저전압 DC/DC 컨버터를 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, in the present invention, high-frequency switching is possible from a high input voltage to a phase shift method, has a distributed design structure to cope with high capacity, and solves the power balance problem that occurs during distributed design. I would like to propose a low voltage DC/DC converter that can be solved.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention may be derived by those skilled in the art through the following examples.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 저전압 절연형 DC/DC 컨버터에 있어서, 전기 차량용 배터리에 충전된 입력 전압에 기초하여 제1 포지티브 전압 및 제1 네거티브 전압을 출력하는 제1 인버터; 상기 입력 전압에 기초하여 제2 포지티브 전압 및 제2 네거티브 전압을 출력하는 제2 인버터; 상기 제1 포지티브 전압 및 상기 제1 네거티브 전압에 기초하여 전압을 변화시키는 제1 변압기; 상기 제2 포지티브 전압 및 상기 제2 네거티브 전압에 기초하여 전압을 변화시키는 제2 변압기; 상기 제1 변압기의 1차측과 상기 제2 변압기의 1차측 사이에 연결되는 전력 균형기; 및 상기 제1 변압기의 2차측 및 상기 제2 변압기의 2차측과 연결되며, 상기 제1 변압기의 2차측 및 제2 변압기의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 출력 전압을 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터가 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, in the low-voltage isolated DC / DC converter, based on the input voltage charged in the battery for the electric vehicle to output the first positive voltage and the first negative voltage A first inverter; A second inverter outputting a second positive voltage and a second negative voltage based on the input voltage; A first transformer that changes a voltage based on the first positive voltage and the first negative voltage; A second transformer that changes a voltage based on the second positive voltage and the second negative voltage; A power balancer connected between the primary side of the first transformer and the primary side of the second transformer; And an output unit connected to the secondary side of the first transformer and the secondary side of the second transformer, and rectifying the voltage output from the secondary side of the first transformer and the secondary side of the second transformer to output an output voltage. A DC/DC converter is provided, which is characterized by including.
상기 전력 균형기는 변압기 구조를 가지는 공통 모드 커플드 인덕터를 포함할 수 있다. The power balancer may include a common mode coupled inductor having a transformer structure.
상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측과 2차측의 권선비는 1:1일 수 있다. The winding ratio between the primary side and the secondary side of the common mode coupled inductor may be 1:1.
상기 공통 모드 커플드 인덕터는 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기의 누설 인덕턴스의 편차에 따라 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기의 전류 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. The common mode coupled inductor can prevent the current deviation between the first transformer and the second transformer from occurring due to the deviation of the leakage inductance of the first transformer and the second transformer.
상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측은 상기 제1 변압기의 1차측과 직렬로 연결되고, 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측은 상기 제2 변압기의 1차측과 직렬로 연결될 수 있다. The primary side of the common mode coupled inductor may be connected in series with the primary side of the first transformer, and the secondary side of the common mode coupled inductor may be connected in series with the primary side of the second transformer.
상기 제1 포지티브 전압은 상기 제1 변압기의 1차측의 권선의 일단에 인가되고, 상기 제1 네거티브 전압은 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측의 권선의 일단에 인가되고, 상기 제1 변압기의 1차측의 권선의 타단과 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측의 권선의 타단은 서로 연결되고, 상기 제2 포지티브 전압은 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측의 권선의 일단에 인가되고, 상기 제2 네거티브 전압은 상기 제2 변압기의 1차측의 권선의 타단으로 인가되고, 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측의 권선의 타단과 상기 제2 변압기의 1차측의 권선의 일단은 서로 연결될 수 있다. The first positive voltage is applied to one end of the winding on the primary side of the first transformer, the first negative voltage is applied to one end of the winding on the primary side of the common mode coupled inductor, and 1 of the first transformer. The other end of the winding on the secondary side and the other end of the winding on the primary side of the common mode coupled inductor are connected to each other, and the second positive voltage is applied to one end of the winding on the secondary side of the common mode coupled inductor, and the second The negative voltage may be applied to the other end of the winding on the primary side of the second transformer, and the other end of the winding on the secondary side of the common mode coupled inductor and one end of the winding on the primary side of the second transformer may be connected to each other.
상기 DC/DC 컨버터는 상기 입력 전압을 제1 전압과 제2 전압으로 분배하는 전압 분배부;를 더 포함하고, 상기 제1 인버터부는 직렬 연결되는 스위칭 소자 1A, 스위칭 소자 2A, 스위칭 소자 3A 및 스위칭 소자 4A를 포함하고, 상기 제2 인버터부는 직렬 연결되는 스위칭 소자 1B, 스위칭 소자 2B, 스위칭 소자 3B 및 스위칭 소자 4B를 포함할 수 있다. The DC/DC converter further includes a voltage divider that divides the input voltage into a first voltage and a second voltage, and the first inverter portion includes a switching element 1A, a switching element 2A, a switching element 3A, and switching connected in series. Element 4A may be included, and the second inverter unit may include a switching element 1B, a switching element 2B, a switching element 3B, and a switching element 4B connected in series.
상기 전압 분배부는 직렬 연결된 제1 입력 캐패시터 및 제2 입력 캐패시터를 포함하고, 상기 제1 입력 캐패시터의 일단, 상기 스위칭 소자 1A의 일단 및 상기 스위칭 소자 4B의 일단은 전기적으로 연결되고, 상기 제1 입력 캐패시터의 타단, 상기 스위칭 소자 2A의 타단, 상기 스위칭 소자 3B의 타단, 상기 제2 입력 캐패시터의 일단, 상기 스위칭 소자 3A의 일단, 상기 스위칭 소자 2B의 일단은 전기적으로 연결되고, 상기 제2 입력 캐패시터의 타단, 상기 스위칭 소자 4A의 타단 및 상기 스위칭 소자 1B의 타단은 전기적으로 연결될 수 있다. The voltage distribution unit includes a first input capacitor and a second input capacitor connected in series, one end of the first input capacitor, one end of the switching element 1A, and one end of the switching element 4B are electrically connected, and the first input The other end of the capacitor, the other end of the switching element 2A, the other end of the switching element 3B, one end of the second input capacitor, one end of the switching element 3A, and one end of the switching element 2B are electrically connected, and the second input capacitor The other end of the, the other end of the switching element 4A and the other end of the switching element 1B may be electrically connected.
상기 제1 포지티브 전압은 상기 스위칭 소자 1A의 타단 및 상기 스위칭 소자 2A의 일단이 연결된 노드에서 출력되고, 상기 제1 네거티브 전압은 상기 스위칭 소자 3A의 타단 및 상기 스위칭 소자 4A의 일단이 연결된 노드에서 출력되고, 상기 제2 포지티브 전압은 상기 스위칭 소자 4B의 타단 및 상기 스위칭 소자 3B의 일단이 연결된 노드에서 출력되고, 상기 제2 네거티브 전압은 상기 스위칭 소자 2B의 타단 및 상기 스위칭 소자 1B의 일단이 연결된 노드에서 출력될 수 있다. The first positive voltage is output from a node to which the other end of the switching element 1A and one end of the switching element 2A are connected, and the first negative voltage is output from a node to which the other end of the switching element 3A and one end of the switching element 4A are connected. The second positive voltage is output from a node to which the other end of the switching element 4B and one end of the switching element 3B are connected, and the second negative voltage is a node to which the other end of the switching element 2B and one end of the switching element 1B are connected. Can be output from
상기 DC/DC 컨버터는 제1 모드, 제2 모드, 제3, 모드, 제4 모드, 제5 모드 및 제6 모드가 순차적으로 반복하여 동작하되, 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드에서, 상기 스위칭 소자 1A, 상기 스위칭 소자 1B, 상기 스위칭 소자 4A 및 상기 스위칭 소자 4B가 온되고, 상기 스위칭 소자 2A, 상기 스위칭 소자 2B, 상기 스위칭 소자 3A 및 상기 스위칭 소자 3B가 오프되며, 상기 제3 모드에서, 상기 스위칭 소자 1A, 상기 스위칭 소자 1B, 상기 스위칭 소자 3A 및 상기 스위칭 소자 3B가 온되고, 상기 스위칭 소자 2A, 상기 스위칭 소자 2B, 상기 스위칭 소자 4A 및 상기 스위칭 소자 4B가 오프되며, 상기 제4 모드 및 상기 제5 모드에서, 상기 스위칭 소자 2A, 상기 스위칭 소자 2B, 상기 스위칭 소자 3A 및 상기 스위칭 소자 3B가 온되고, 상기 스위칭 소자 1A, 상기 스위칭 소자 1B, 상기 스위칭 소자 4A 및 상기 스위칭 소자 4B가 오프되며, 상기 제6 모드에서, 상기 스위칭 소자 2A, 상기 스위칭 소자 2B, 상기 스위칭 소자 4A 및 상기 스위칭 소자 4B가 온되고, 상기 스위칭 소자 1A, 상기 스위칭 소자 1B, 상기 스위칭 소자 3A 및 상기 스위칭 소자 3B가 오프될 수 있다. In the DC/DC converter, the first mode, the second mode, the third mode, the fourth mode, the fifth mode, and the sixth mode are sequentially and repeatedly operated. In the first mode and the second mode, the The switching element 1A, the switching element 1B, the switching element 4A and the switching element 4B are turned on, the switching element 2A, the switching element 2B, the switching element 3A and the switching element 3B are turned off, and in the third mode. , The switching element 1A, the switching element 1B, the switching element 3A and the switching element 3B are turned on, the switching element 2A, the switching element 2B, the switching element 4A and the switching element 4B are turned off, and the fourth In the mode and the fifth mode, the switching element 2A, the switching element 2B, the switching element 3A and the switching element 3B are turned on, the switching element 1A, the switching element 1B, the switching element 4A and the switching element 4B Is off, in the sixth mode, the switching element 2A, the switching element 2B, the switching element 4A and the switching element 4B are turned on, and the switching element 1A, the switching element 1B, the switching element 3A and the switching Device 3B may be turned off.
상기 제1 변압기의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제1 권선 및 제2 권선을 포함하고, 상기 제2 변압기의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제3 권선 및 제4 권선을 포함하며, 상기 출력부는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 정류기와, 출력 인덕터 및 출력 캐패시터를 포함하되, 상기 제1 다이오드의 입력단은 상기 제1 권선의 일단 및 상기 제3 권선의 일단과 연결되고, 상기 제2 다이오드의 입력단은 상기 제2 권선의 타단 및 상기 제4 권선의 타단과 연결되고, 상기 출력 인덕터의 일단은 상기 제1 다이오드의 출력단 및 상기 제2 다이오드의 출력단과 연결되고, 상기 출력 캐패시터의 일단은 상기 출력 인덕터의 타단과 연결되고, 상기 출력 캐패시터의 타단은 상기 제1 권선의 타단, 상기 제3 권선의 타단, 상기 제2 권선의 일단 및 상기 제4 권선의 일단과 연결될 수 있다. The winding on the secondary side of the first transformer includes a first winding and a second winding connected in series, and the winding on the secondary side of the second transformer includes a third winding and a fourth winding connected in series, and the output part comprises A rectifier including one diode and a second diode, an output inductor and an output capacitor, wherein the input terminal of the first diode is connected to one end of the first winding and one end of the third winding, and of the second diode The input terminal is connected to the other end of the second winding and the other end of the fourth winding, one end of the output inductor is connected to the output terminal of the first diode and the output terminal of the second diode, and one end of the output capacitor is the output Connected to the other end of the inductor, the other end of the output capacitor may be connected to the other end of the first winding, the other end of the third winding, one end of the second winding, and one end of the fourth winding.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 저전압 절연형 DC/DC 컨버터에 있어서, 전기 차량용 배터리에 충전된 입력 전압에 기초하여, 제1 출력단으로 제1 포지티브 전압 및 제1 네거티브 전압을 출력하고, 제2 출력단으로 제2 포지티브 전압 및 제2 네거티브 전압을 출력하는 고주파 인버터부; 상기 고주파 인버터부의 제1 출력단과 연결된 제1 변압기; 상기 고주파 인버터부의 제2 출력단과 연결된 제2 변압기; 상기 제1 변압기의 1차측과 상기 제2 변압기의 1차측 사이에 연결되며, 변압기 구조를 가지는 공통 모드 커플드 인덕터; 및 상기 제1 변압기의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 제1 출력 전압을 출력하는 제1 출력부; 및 상기 제2 변압기의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 제2 출력 전압을 출력하는 제2 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터가 제공된다. In addition, according to another embodiment of the present invention, in a low voltage insulated DC/DC converter, the first positive voltage and the first negative voltage are output to the first output terminal based on the input voltage charged in the battery for the electric vehicle, A high frequency inverter unit for outputting a second positive voltage and a second negative voltage to the second output terminal; A first transformer connected to the first output terminal of the high frequency inverter unit; A second transformer connected to the second output terminal of the high frequency inverter unit; A common mode coupled inductor connected between the primary side of the first transformer and the primary side of the second transformer and having a transformer structure; And a first output unit rectifying the voltage output from the secondary side of the first transformer to output a first output voltage. And a second output unit rectifying the voltage output from the secondary side of the second transformer to output a second output voltage.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 저전압 절연형 DC/DC 컨버터에 있어서, 전기 차량용 배터리에 충전된 입력 전압에 기초하여, 제1 출력단으로 제1 포지티브 전압 및 제1 네거티브 전압을 출력하고, 제2 출력단으로 제2 포지티브 전압 및 제2 네거티브 전압을 출력하는 고주파 인버터부; 상기 고주파 인버터부의 제1 출력단 및 제2 출력단과 연결되며, 1차측 및 2차측 각각이 2개의 권선으로 구성된 변압기 - 상기 변압기의 1차측은 제1 권선 및 제2 권선으로 구성되고, 상기 변압기의 2차측은 제3 권선 및 제4 권선으로 구성됨 -; 상기 제1 권선과 상기 제2 권선의 사이에 연결되며, 변압기 구조를 가지는 공통 모드 커플드 인덕터; 및 상기 변압기의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 출력 전압을 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터가 제공된다. In addition, according to another embodiment of the present invention, in a low voltage insulated DC/DC converter, based on an input voltage charged in an electric vehicle battery, the first positive voltage and the first negative voltage are output to the first output terminal, , A high-frequency inverter unit for outputting a second positive voltage and a second negative voltage to the second output terminal; A transformer connected to the first output terminal and the second output terminal of the high-frequency inverter unit, and composed of two windings, each of the primary and secondary sides-the primary side of the transformer is composed of a first winding and a second winding, and 2 of the transformer The secondary side consists of a third winding and a fourth winding -; A common mode coupled inductor connected between the first winding and the second winding and having a transformer structure; And an output unit rectifying the voltage output from the secondary side of the transformer to output the output voltage.
본 발명에 따른 저전압 DC/DC 컨버터는 고입력 전압에서 위상 천이 방식으로 고주파 스위칭이 가능하고, 분산 설계 시 발생하는 전력 균형 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다. The low voltage DC/DC converter according to the present invention has the advantage of being capable of high-frequency switching by a phase shift method at a high input voltage and solving the power balance problem that occurs in distributed design.
또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. In addition, it should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 종래의 저전압 DC/DC 컨버터에서 사용되는 센터 탭 정류기를 사용하는 풀 브리지 컨버터의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터의 개략적인 구성을 도시한 도면이다
도 3 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저전압 DC/DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저전압 절연형 DC/DC 컨버터의 모의실험의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 1 is a view showing an example of a full-bridge converter using a center tap rectifier used in a conventional low-voltage DC/DC converter.
2 is a view showing a schematic configuration of a low-voltage DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention
3 to 9 are diagrams for explaining the operation of the low-voltage DC / DC converter according to the first embodiment of the present invention.
10 to 16 are diagrams for explaining the results of the simulation of the low voltage isolated DC/DC converter according to the first embodiment of the present invention.
17 is a view showing a schematic configuration of a low-voltage DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention.
18 is a view showing a schematic configuration of a low-voltage DC-DC converter according to a third embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "consisting of" or "comprising" should not be construed as including all of the various components, or various steps described in the specification, among which some components or some steps It may not be included, or it should be construed to further include additional components or steps. In addition, terms such as “... unit” and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software. .
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술한다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 2 is a view showing a schematic configuration of a low-voltage DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터는, 전압 분배부(210), 인버터부(220), 스위칭 제어부(230), 제1 변압기(240), 제2 변압기(250), 전력 균형기(260) 및 출력부(270)를 포함한다. 2, the low-voltage DC-DC converter according to the first embodiment of the present invention, the
전압 분배부(210)는 전기 차량용 배터리에 충전된 입력 전압(VDC)를 제1 전압(Vin1)과 제2 전압(Vin2)으로 분배하며, 이를 위해 직렬로 연결된 제1 입력 캐패시터(Cin1) 및 제2 입력 캐패시터(Cin2)를 포함한다. 이 때, 하기에서 설명하는 변압기들(250, 260)의 파라미터가 동일하다면, 제1 입력 캐패시터(Cin1)에 인가된 제1 전압(Vin1)과 및 제2 입력 캐패시터(Cin2)에 인가된 제2 전압(Vin2)는 부하(Load)에 관계없이 항상 입력 전압의 절반(VDC/2)으로 유지된다. The
고주파 인버터부(220)는 제1 인버터(221) 및 제2 인버터(221)를 포함하며, 제1 인버터(221)에서 출력된 신호를 출력하는 제1 출력단(Vpp1, Vpn1)과, 제2 인버터(222)에서 출력된 신호를 출력하는 제2 출력단(Vpp2, Vpn2)를 포함한다. 이 때, 제1 인버터(221) 및 제2 인버터(221)는 하프 브리지 구조일 수 있다. 각각의 인버터(221, 222)의 출력 신호는 제1 변압기(240) 및 제2 변압기(250)로 인가된 후, 출력부(270)에서 정류되어 출력 전압(Vo)를 형성한다. High-
이 때, 제1 인버터(221)는 입력 전압(VDC)을 인가받아 제1 출력단를 통해 제1 포지티브 전압(Vpp1) 및 제1 네거티브 전압(Vpn1)을 출력하며, 이를 위해 직렬 연결되는 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 2A(2212), 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 4A(2214)를 포함한다. 여기서, 제1 포지티브 전압(Vpp1)은 스위칭 소자 1A(2211)의 타단 및 스위칭 소자 2A(2212)의 일단이 연결된 노드에서 출력되고, 제1 네거티브 전압(Vpn1)은 스위칭 소자 3A(2213)의 타단 및 스위칭 소자 4A(2214)의 일단이 연결된 노드에서 출력된다. At this time, the
또한, 제2 인버터(222)는 입력 전압(VDC)을 인가받아 제2 출력단을 통해 제2 포지티브 전압(Vpp2) 및 제2 네거티브 전압(Vpn2)을 출력하며, 이를 위해 직렬 연결되는 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 2B(2222), 스위칭 소자 3B(2223) 및 스위칭 소자 4B(2224)를 포함한다. 여기서, 제2 포지티브 전압(Vpp2)은 스위칭 소자 4B(2224)의 타단 및 스위칭 소자 3B(233)의 일단이 연결된 노드에서 출력되고, 제2 네거티브 전압(Vpn2)은 스위칭 소자 2B(2222)의 타단 및 스위칭 소자 1B(2221)의 일단이 연결된 노드에서 출력된다. In addition, the second inverter 222 receives the input voltage (V DC ) and outputs the second positive voltage (V pp2 ) and the second negative voltage (V pn2 ) through the second output terminal. It includes element 1B 2221, switching element 2B 2222, switching element 3B 2223, and switching
전압 분배부(210)의 구성 요소와, 제1 인버터(221) 및 제2 인버터(222)의 구성 요소의 연결 관계를 살펴보면 다음과 같다. Looking at the connection relationship between the components of the
먼저, 제1 입력 캐패시터(Cin1)의 일단, 스위칭 소자 1A(2211)의 일단 및 스위칭 소자 4B(2224)의 일단은 전기적으로 연결되고, 스위칭 소자 1A(2211)의 타단과 스위칭 소자 2A(222)(221)의 일단은 전기적으로 연결되고, 스위칭 소자 4B(2224)의 타단과 스위칭 소자 3B(2223)의 일단은 전기적으로 연결된다. 그리고, 제1 입력 캐패시터(Cin1)의 타단, 스위칭 소자 2A(2212)의 타단, 스위칭 소자 3B(2223)의 타단, 제2 입력 캐패시터(Cin2)의 일단, 스위칭 소자 3A(2213)의 일단, 스위칭 소자 2B(2222)의 일단은 전기적으로 연결된다. 또한, 제2 입력 캐패시터(Cin2)의 타단, 스위칭 소자 4A(2214)의 타단 및 스위칭 소자 1B(2221)의 타단은 전기적으로 연결되고, 스위칭 소자 3A(2213)의 타단과 스위칭 소자 4A(2214)의 일단은 전기적으로 연결되고, 스위칭 소자 2B(2222)의 타단과 스위칭 소자 1B(2221)의 일단은 전기적으로 연결된다.First, one end of the first input capacitor C in1 , one end of the switching element 1A 2211 and one end of the
한편, 제1 인버터(221) 및 제2 인버터(222)에 포함된 각 스위칭 소자(2221, 2212, 2213, 2214, 2221, 2222, 2223, 2224)는 트랜지스터, 다이오드 및 캐패시터가 병렬 연결된 구조일 수 있으며, PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 동작하는 스위칭 제어부(230)에서 출력된 제어 신호를 통해 온/오프가 제어된다. Meanwhile, each of the
제1 변압기(240)는 고주파 인버터부(220)의 제1 출력단과 연결되며, 제1 포지티브 전압(Vpp1) 및 제1 네거티브 전압(Vpn1)에 기초하여 전압을 변화시킨다. 이 때, 제1 변압기(240)의 2차측은 2개의 탭으로 구성된다. 즉, 제1 변압기(240)의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제1 권선(241) 및 제2 권선(242)을 포함한다. 또한, 제1 변압기(240)의 1차측의 권선과 2차측의 권선의 권선비는 N:1로 설정될 수 있다. A
그리고, 제2 변압기(250)는 고주파 인버터부(220)의 제2 출력단과 연결되며, 제2 포지티브 전압(Vpp2) 및 제2 네거티브 전압(Vpn2)에 기초하여 전압을 변화시킨다. 이 때, 제2 변압기(250)의 2차측은 2개의 탭으로 구성된다. 즉, 제2 변압기(250)의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제3 권선(251) 및 제5 권선(252)을 포함한다. 또한, 제2 변압기(250)의 1차측의 권선과 2차측의 권선의 권선비는 N:1로 설정될 수 있다. Then, the
전력 균형기(260)는 제1 변압기(240)의 1차측과 제2 변압기(250)의 1차측 사이에 연결되며, 제1 변압기(240)와 제2 변압기(250)의 누설 인덕턴스의 편차에 따라 제1 변압기(240)와 제2 변압기(250)의 전류 편차가 발생하는 것을 방지한다. The
본 발명에 따르면, 전력 균형기(260)는 변압기 구조를 가지는 공통 모드 커플드 인덕터(CMCI: Common Mode Coupled Inductor)일 수 있다. 이 경우, 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측(261)은 제1 변압기(240)의 1차측과 직렬로 연결되고, 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측(262)은 제2 변압기(250)의 1차측과 직렬로 연결될 수 있으며, 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측(261)과 2차측(262)의 권선비는 동일한 전력 부하를 감당하도록 1:1로 설정될 수 있다. According to the present invention, the
제1 변압기(240), 제2 변압기(250) 및 전력 균형기(260)의 연결 관계에 대해 더 설명하면 다음과 같다. The connection relationship between the
제1 포지티브 전압(Vpp1)은 직렬 연결된 제1 블록킹 캐패시터(CB1) 및 제1 누설 인덕터(Llk1)를 통해 제1 변압기(240)의 1차측의 권선의 일단에 인가되고, 제1 네거티브 전압(Vpn1)은 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측(261)의 권선의 일단에 인가되고, 제1 변압기(240)의 1차측의 권선의 타단과 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측(261)의 권선의 타단은 서로 연결된다. The first positive voltage (V pp1) has a first blocking capacitor in series (C B1) and the first through the leakage inductor (L lk1) is applied to one end of the winding of the primary winding of the
그리고, 제2 포지티브 전압(Vpp2)은 제2 블록킹 캐패시터(CB2)를 통해 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측(262)의 권선의 일단에 인가되고, 제2 네거티브 전압(Vpn2)은 제2 변압기(250)의 1차측의 권선의 타단으로 인가되고, 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측(262)의 권선의 타단과 제2 변압기(250)의 1차측의 권선의 일단은 제2 누설 인덕터(Llk2)를 통해 서로 연결된다. Then, the second positive voltage (V pp2 ) is applied to one end of the winding of the
또한, 제1 블록킹 캐패시터(CB1)의 양단 전압(VCB1) 및 제2 블록킹 캐패시터(CB2)의 양단 전압(VCB2)은 모두 입력 전압(VDC)의 절반의 전압(VDC/2)로 바이어스될 수 있다. In addition, the voltage across both ends of the first blocking capacitor C B1 (V CB1 ) and the voltage across both ends of the second blocking capacitor C B2 (V CB2 ) are equal to half the voltage of the input voltage V DC (V DC /2) ).
요컨대, 제1 인덕터(221) 및 제2 인덕터(222)는 동일한 신호로 동작하지만, 변압기 누설 등 파라미터의 편차에 의해 변압기들(240, 250)에 전력이 일정하게 분배되지 않을 수 있으며, 이를 방지하기 위해 제1 변압기(240) 및 제2 변압기(250)의 1차측에는 1:1의 권선비를 갖는 공통 모드 커플드 인덕터가 배치된다. In short, the
출력부(270)는 제1 변압기(240)의 2차측 및 제2 변압기(250)의 2차측과 연결되며, 제1 변압기(240)의 2차측 및 제2 변압기(250)의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 출력 전압을 출력한다. 이를 위해, 출력부(270)는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 출력 인덕터(LO) 및 출력 캐패시터(CO)를 포함한다. The
보다 상세하게, 제1 다이오드(D1)의 입력단은 제1 권선(241)의 일단 및 제3 권선(252)의 일단과 연결되고, 제2 다이오드(D2)의 입력단은 제2 권선(242)의 타단 및 제4 권선(252)의 타단과 연결되고, 출력 인덕터(LO)의 일단은 제1 다이오드(D1)의 출력단 및 제2 다이오드(D2)의 출력단과 연결되고, 출력 캐패시터(CO)의 일단은 출력 인덕터(LO)의 타단과 연결되고, 출력 캐패시터(CO)의 타단은 제1 권선(241)의 타단, 제3 권선(251)의 타단, 제2 권선(242)의 일단 및 제4 권선(252)의 일단과 연결된다. In more detail, the input terminal of the first diode D 1 is connected to one end of the first winding 241 and one end of the third winding 252, and the input terminal of the second diode D 2 is the second winding 242 ) And the other end of the fourth winding 252, one end of the output inductor L O is connected to the output terminal of the first diode D 1 and the output terminal of the second diode D 2 , and the output capacitor One end of (C O ) is connected to the other end of the output inductor (L O ), the other end of the output capacitor (C O ) is the other end of the first winding 241, the other end of the third winding 251, the second winding ( 242) and one end of the fourth winding 252.
한편, 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터는 제1 모드(mode), 제2 모드, 제3, 모드, 제4 모드, 제5 모드 및 제6 모드가 순차적으로 반복하여 동작한다. 도 3에는 본 발명에 따른 저전압 DC/DC 컨버터의 동작 파형을 도시한 도면이다. 이하, 도 3 및 아래에서 설명하는 도 4 내지 도 9를 참조하여 각 모드 별 동작을 상세하게 설명한다. Meanwhile, in the DC/DC converter according to the present invention, the first mode, the second mode, the third mode, the fourth mode, the fifth mode, and the sixth mode are sequentially and repeatedly operated. 3 is a diagram showing an operating waveform of the low voltage DC/DC converter according to the present invention. Hereinafter, the operation for each mode will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4 to 9 described below.
1. 모드 11.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 모드 1에서 동작하는 저전압 DC/DC 컨버터를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a low voltage DC/DC converter operating in
도 3 및 도 4를 참조하면, 모드 1에서는 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)가 온되고, 스위칭 소자 2A(2212), 스위칭 소자 2B(2222), 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)가 오프된다. 3 and 4, in
이 때, 스위칭 소자 1A(2211) 및 스위칭 소자 1B(2221)가 도통되기 전에는 제1 변압기(240)의 1차측 전류(ip1) 및 제2 변압기(250)의 1차측 전류(ip2)가 음의 방향으로 흐르므로, 스위칭 소자 2A(2212) 및 스위칭 소자 2B(2222)가 차단된다. 그리고, 스위칭 소자 1A(2211) 및 스위칭 소자 1B(2221)가 도통되면, 변압기 누설에 의해 제1 변압기(240)의 1차측 전류(ip1) 및 제2 변압기(250)의 1차측 전류(ip2)의 방향이 기울기를 가지고 전환된다. At this time, the primary current (i p1 ) of the
따라서, 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)의 바디 다이오드를 통해 전류가 흐르면서 상승하고, 전류가 양의 값을 가지면, 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224) 각각의 채널을 통해 전류가 흐른다. 그리고, 모드 1 동안에는 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 모두 도통된다. 제1 변압기(240)의 1차측 전류(ip1)과 제2 변압기(250)의 1차측 전류(ip2)가, 출력 전류(iLo)를 제1 변압기(240) 및 제2 변압기(250)의 1차측에서 바라본 환원 전류와 동일해지면 모드 1이 종료된다. Accordingly, as the current flows through the body diodes of the switching element 1A 2211, the switching element 1B 2221, the
2. 모드 22.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 모드 2에서 동작하는 저전압 DC/DC 컨버터를 도시한 도면이다. 5 is a view showing a low voltage DC/DC converter operating in
도 3 및 도 5를 참조하면, 모드 2는 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)를 통해 전력이 공급되는 모드로서, 모드 1과 동일하게 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)가 온되고, 스위칭 소자 2A(2212), 스위칭 소자 2B(2222), 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)가 오프된다. 따라서, 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)의 채널을 통해 전류가 흐르며, 제1 다이오드(D1)가 도통된다. 3 and 5,
이 때, 제1 인버터(2211)의 출력 전압(Vpp1-Vpn1)과 제2 인버터(2212)의 출력 전압(Vpp2-Vpn2)는 각각 입력 전압(VDC)이며, 제1 블록킹 캐패시터(CB1)과 제2 블록킹 캐패시터(CB2)는 VDC/2로 바이어스되어 있으므로, 제1 변압기(240) 및 제2 변압기(250) 각각의 1차측은 VDC/2의 전압이 인가된다. 따라서, 출력 인덕터(LO)의 전류는 (VDC/2n-Vo)/Lo의 기울기로 상승한다.And this time, the first output voltage (V pp1 -V pn1) and output voltage (V pn2 pp2 -V) are respectively the input voltage (V DC) of the second inverter 2212 in 2211, the first blocking capacitor (C B1) and the second blocking capacitor (C B2) is because it is biased to V DC / 2, the
3. 모드 33.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 모드 3에서 동작하는 저전압 DC/DC 컨버터를 도시한 도면이다. 6 is a diagram illustrating a low voltage DC/DC converter operating in
도 3 및 도 6을 참조하면, 모드 3에서는 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)가 온되고, 스위칭 소자 2A(2212), 스위칭 소자 2B(2222), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)가 오프된다. 즉, 스위칭 소자 1A(2211) 및 스위칭 소자 1B(2221)가 도통된 상태에서, 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)가 차단되고, 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)가 도통된다.3 and 6, in
그리고, 제1 인버터(2211)의 출력 전압(Vpp1-Vpn1)과 제2 인버터(2212)의 출력 전압(Vpp2-Vpn2)는 각각 VDC/2가 되며, 제1 블록킹 캐패시터(CB1)과 제2 블록킹 캐패시터(CB2)는 VDC/2로 바이어스되어 있으므로, 제1 변압기(240) 및 제2 변압기(250) 각각의 1차측은 0의 전압이 인가된다.Then, the first inverter (2211) outputs a voltage (V pp1 -V pn1) and output voltage (V pn2 pp2 -V) of the second inverter 2212 is of a V DC / 2, respectively, a first blocking capacitor (C Since B1 ) and the second blocking capacitor C B2 are biased to V DC /2, a voltage of 0 is applied to the primary side of each of the
따라서, 변압기 누설에 흐르던 전류는, 스위칭 소자 1A(2211) 및 스위칭 소자 1B(2221)의 채널과, 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)의 바디 다이오드로 순환되며, 제1 변압기(240) 및 제2 변압기(250) 각각의 1차측 전압의 거의 0이 되므로, 출력 인덕터(LO)의 전류는 -Vo/Lo의 기울기로 하강한다.Therefore, the current flowing in the transformer leakage is circulated through the channels of the switching elements 1A 2211 and 1B 2221 and the body diodes of the switching elements 3A 2213 and 3B 2223, and the first transformer ( 240) and the
4. 모드 44.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 모드 4에서 동작하는 저전압 DC/DC 컨버터를 도시한 도면이다. 7 is a view showing a low voltage DC/DC converter operating in
도 3 및 도 7을 참조하면, 모드 7에서는 스위칭 소자 2A(2212), 스위칭 소자 2B(2222), 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)가 온되고, 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)가 오프된다. 따라서, 모드 4에서의 동작은 상기에서 설명한 모드 1에서의 동작과 유사하게 수행된다. 3 and 7, in mode 7, the switching element 2A 2212, the switching element 2B 2222, the switching element 3A 2213 and the switching element 3B 2223 are turned on, and the switching element 1A 2211, Switching element 1B 2221, switching
5. 모드 55.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 모드 5에서 동작하는 저전압 DC/DC 컨버터를 도시한 도면이다. 8 is a diagram illustrating a low voltage DC/DC converter operating in
도 3 및 도 8을 참조하면, 모드 5는 스위칭 소자 2A(2212), 스위칭 소자 2B(2222), 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)를 통해 전력이 공급되는 모드로서, 모드 4와 동일하게 스위칭 소자 2A(2212), 스위칭 소자 2B(2222), 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)가 온되고, 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)가 오프된다. 따라서, 모드 5에서의 동작은 상기에서 설명한 모드 2에서의 동작과 유사하게 수행된다. Referring to FIGS. 3 and 8,
6. 모드 66.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 모드 6에서 동작하는 저전압 DC/DC 컨버터를 도시한 도면이다. 9 is a diagram illustrating a low voltage DC/DC converter operating in
도 3 및 도 9를 참조하면, 모드 6에서는 스위칭 소자 2A(2212), 스위칭 소자 2B(2222), 스위칭 소자 4A(2214) 및 스위칭 소자 4B(2224)가 온되고, 스위칭 소자 1A(2211), 스위칭 소자 1B(2221), 스위칭 소자 3A(2213) 및 스위칭 소자 3B(2223)가 오프된다. 따라서, 모드 6에서의 동작은 상기에서 설명한 모드 3에서의 동작과 유사하게 수행된다. 3 and 9, in
한편, 모드 1 내지 모드 6의 동작을 통한 본 발명의 저전압 DC/DC 컨버터의 전압 균형 및 전류 균형은 다음과 같이 정리된다. Meanwhile, the voltage balance and current balance of the low voltage DC/DC converter of the present invention through the operation of
가. 전압 균형end. Voltage balance
제1 입력 캐패시터(Cin1)의 양단 전압(Vin1)과 제2 입력 캐패시터(Cin2)의 양단 전압(Vin2)이 동일한 전압 VDC/2로 유지하려면, 컨버터의 시비율 변화와 무관하게 제1 입력 캐패시터(Cin1)에 흐르는 전류(iCin1)와 제2 입력 캐패시터(Cin2)에 흐르는 전류(iCin2)가 동일하여야 한다. 이 때, 제1 입력 캐패시터(Cin1)에 흐르는 전류(iCin1)와 제2 입력 캐패시터(Cin2)에 흐르는 전류(iCin2)는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. A first input capacitor (C in1) both-end voltage (V in1) and the second input capacitor a voltage equal to the both-end voltage (V in2) of (C in2) of V DC / 2 to remain, regardless of the duty ratio change of the converter the first is to be the same current (iC in2) flowing in the current (iC in1) and a second input capacitor (C in2) flowing through the input capacitor (C in1). At this time, the first electric current (iC in2) flowing in the current (iC in1) and a second input capacitor (C in2) flowing through the input capacitor (C in1) can be expressed as shown in
이 때, 도 3을 참조하면, 스위칭 소자 1A(221)의 전류(iM1A(221)) 및 스위칭 소자 1B(2221)의 전류(iM1B(232))와, 스위칭 소자 4A(2214)의 전류(iM4A(224))와 스위칭 소자 4B(2224)의 전류(iM4B(234))는 동일한 전류이므로, 제1 입력 캐패시터(Cin1)에 흐르는 전류(iCin1)와 제2 입력 캐패시터(Cin2)에 흐르는 전류(iCin2)는 컨버터의 동작과 무관하게 동일한 전류가 되며, 제1 입력 캐패시터(Cin1)의 양단 전압(Vin1) 및 제2 입력 캐패시터(Cin2)의 양단 전압(Vin2)는 항상 VDC/2를 유지한다. At this time, referring to FIG. 3, the current (i M1A 221) of the
나. 전력 균형I. Power balance
제1 인버터(220)의 출력 전압(Vpp1-Vpn1)과 제2 인버터(230)의 출력 전압(Vpp2-Vpn2)에 따른 제1 변압기(240)의 1차측 전류(ip1)와 제2 변압기(250)의 1차측 전류(ip2)가 동일하면 전력 균형을 달성할 수 있다. 그런데, 공통 모드 커플드 인덕터의 연결 구조는 권선비가 1:1변압기와 동일하므로, 공통 모드 커플드 인덕터의 자화 인덕턴스가 충분히 크면 제1 변압기(240)의 1차측 전류(ip1)와 제1 변압기(250)의 1차측 전류(ip2)는 항상 같은 전류가 되고, 따라서 제1 변압기(240) 및 제2 변압기(250)가 전달하는 전력도 항상 동일하게 된다. A first inverter output voltage (V pp1 -V pn1) and the primary current (i p1) of the
요컨대, 본 발명의 제1 실시예에 따른 저전압 DC/DC 컨버터는 고입력 전압을 갖는 대용량 LDC의 설계를 용이하게 하기 위해 저압 스위치를 사용한다. 저압 스위치를 안정적으로 사용하기 위해서는 전압 밸런싱이 중요하며, 본 발명에서는 회로 구조적으로 이를 해결하는 방법을 제시한다. 모듈 설계의 가장 중요한 부분은 모듈 별 전력의 균형이며, 본 발명에서는 제어를 통하지 않고 간단한 공통 모드 커플드 인덕터를 이용하여 구현할 수 있다. 또한, 구동 회로의 구성을 단순화하기 위한 위상 천이 방식을 채용한다. In short, the low voltage DC/DC converter according to the first embodiment of the present invention uses a low voltage switch to facilitate the design of a large capacity LDC having a high input voltage. In order to stably use the low voltage switch, voltage balancing is important, and the present invention proposes a method for solving this in a circuit structure. The most important part of module design is the balance of power for each module, and in the present invention, it can be implemented using a simple common mode coupled inductor without going through control. In addition, a phase shift method is employed to simplify the configuration of the driving circuit.
이하, 도 10 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 저전압 절연형 DC/DC 컨버터의 모의실험에 대해 설명한다. Hereinafter, a simulation of the low-voltage isolated DC/DC converter of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 16.
제안된 컨버터의 동작을 확인하기 위해, 입력 전압(VDC)는 800V로, 제1 변압기(240) 및 제2 변압기(250)의 권선비(N)는 6으로, 스위칭 주파수(fs)는 100kHz로 실험하였다. To confirm the operation of the proposed converter, the input voltage (V DC ) is 800 V, the turns ratio (N) of the
도 10은 본 발명에 따른 저전압 절연형 DC/DC 컨버터를 검증하기 위한 모의 실험 회로도이다. 10 is a simulation circuit diagram for verifying a low voltage isolated DC/DC converter according to the present invention.
그리고, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 저전압 절연형 DC/DC 컨버터에서 부하에 따른 입력 캐패시터들(Cin1, Cin2)의 전압의 균형 상태를 보여주기 위한 모의실험이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 부하에 따라 제1 입력 캐패시터(Cin1)의 전압(Vin1) 및 제2 입력 캐패시터(Cin2)의 전압(Vin2)은 입력 전압의 1/2로 잘 유지되고 있음을 확인할 수 있다. And, Figures 11 and 12 is a simulation experiment to show the balance of the voltage of the input capacitors (C in1 , C in2 ) according to the load in the low-voltage isolated DC/DC converter according to the present invention. 11 and 12, voltage (V in2) of the first input capacitor voltage (V in1) and second input capacitor (C in2) of (C in1) according to the load is good with 1/2 of the input voltage It can be confirmed that it is maintained.
또한, 도 13 및 도 14는 누설 편차에 따라 변압기들(240, 250)의 1차측에 흐르는 전력 균형 여부를 확인하기 위한 모의실험이다. 여기서, 누설 편차는 50%로 가정하였으며, 누설 편차에서 전력 균형을 위한 공통 모드 커플드 인덕터의 유무에 따라 모의실험을 진행하였다. In addition, FIGS. 13 and 14 are simulations for checking whether power balance flowing to the primary side of the
도 13 및 도 14를 참조하면, 공통 모드 커플드 인덕터가 존재하는 경우에는 변압기들(240, 250)의 1차측 전류는 동일하게 유지되고 있으며, 입력 전압의 편차도 6%로 제한된다. 이 경우, 제1 변압기(240)의 피상 전력은 4.49kVA, 제2 변압기(250)의 피상 전력은 4.48kVA로서, 전력 균형이 잘 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 13 and 14, when a common mode coupled inductor is present, the primary currents of the
하지만, 공통 모드 커플드 인덕터가 존재하지 않는 경우, 누설이 작은 변압기로 전력 편향이 발생하며, 입력 전압 편차도 8.5%로 상승한다. 이 경우, 제1 변압기(240)의 피상 전력은 5.60kVA, 제2 변압기(250)의 피상 전력은 3.75kVA로서, 입력 전압의 편차는 크지 않으나 입력전류의 편차로 인해 변압기의 피상전력의 차이가 크다. However, in the absence of a common mode coupled inductor, power deflection occurs with a low-leakage transformer, and the input voltage deviation also rises to 8.5%. In this case, the apparent power of the
또한, 도 16을 참조하면, 공통 모드 커플드 인덕터가 없는 경우 변압기들(240, 250)의 1차측 전류의 왜곡으로 인해, leading-leg의 스위치 전압이 완전히 0로 감소하지 못한 상태에서 스위칭을 하므로, leading-leg 스위치가 영전압 스위칭(ZVS: Zero-Voltage-Switching)으로 동작하지 않아 스위칭 손실과 스위칭 노이즈를 발생시킨다. 하지만, 도 15에서와 같이 공통 모드 커플드 인덕터가 존재하는 경우에는 변압기들(240, 250)의 1차측 전류의 왜곡이 없어 ZVS가 가능하다.Also, referring to FIG. 16, in the absence of a common mode coupled inductor, the switching of the leading-leg switch voltage is not completely reduced to 0 due to the distortion of the primary currents of the
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 17 is a view showing a schematic configuration of a low-voltage DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터는, 출력부(1700)의 구조가 상이한 것을 제외하고는 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터와 동일하다. 따라서, 출력부(1700)의 구조에 대해서만 설명하기로 한다. 17, the low voltage DC-DC converter according to the second embodiment of the present invention, except that the structure of the
출력부(1700)는 제1 출력부(1710) 및 제2 출력부(1720)을 포함한다. 이 때, 제1 출력부(1710)는 제1 변압기(T1)의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 제1 출력 전압(Vo1P, Vo1N)을 출력하고, 제2 출력부(1720)는 제2 변압기(T2)의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 제2 출력 전압(Vo2P, Vo2N)을 출력한다. The
보다 상세하게, 제1 변압기(T1)의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제1 권선(1731) 및 제2 권선(1732)을 포함하고, 제2 변압기(T2)의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제3 권선(1741) 및 제4 권선(1742)을 포함한다. 그리고, 제1 출력부(1710)는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 제1 출력 인덕터(LO1) 및 제1 출력 캐패시터(CO1)를 포함하고, 제2 출력부(1720)는 제3 다이오드(D3), 제4 다이오드(D4), 제2 출력 인덕터(LO2) 및 제2 출력 캐패시터(CO2)를 포함한다. More specifically, the winding on the secondary side of the first transformer T1 includes the first winding 1173 and the second winding 1732 connected in series, and the winding on the secondary side of the second transformer T2 is connected in series. It includes a third winding (1741) and a fourth winding (1742). In addition, the
여기서, 제1 다이오드(D1)의 입력단은 제1 권선(1731)의 일단과 연결되고, 제2 다이오드(D2)의 입력단은 제2 권선(1732)의 타단과 연결되고, 제1 출력 인덕터(LO1)의 일단은 제1 다이오드(D1)의 출력단 및 제2 다이오드(D2)의 출력단과 연결되고, 제1 출력 캐패시터(CO1)의 일단은 제1 출력 인덕터(LO1)의 타단과 연결되고, 제1 출력 캐패시터(CO1)의 타단은 제1 권선(1731)의 타단 및 제2 권선(1732)의 타단과 연결된다. Here, the input terminal of the first diode (D 1 ) is connected to one end of the first winding (1731), the input terminal of the second diode (D 2 ) is connected to the other end of the second winding (1732), the first output inductor One end of (L O1 ) is connected to the output terminal of the first diode (D 1 ) and the output terminal of the second diode (D 2 ), and one end of the first output capacitor (C O1 ) is of the first output inductor (L O1 ). It is connected to the other end, and the other end of the first output capacitor C O1 is connected to the other end of the first winding 1173 and the other end of the second winding 1732.
그리고, 제3 다이오드(D3)의 입력단은 제3 권선(1741)의 일단과 연결되고, 제4 다이오드(D4)의 입력단은 제4 권선(1742)의 타단과 연결되고, 제2 출력 인덕터(LO2)의 일단은 제3 다이오드(D3)의 출력단 및 제4 다이오드(D4)의 출력단과 연결되고, 제2 출력 캐패시터(CO2)의 일단은 제2 출력 인덕터(LO2)의 타단과 연결되고, 제2 출력 캐패시터(CO2)의 타단은 제3 권선(1741)의 타단 및 제4 권선(1742)의 타단과 연결된다. And, the input terminal of the third diode (D 3 ) is connected to one end of the third winding (1741), the input terminal of the fourth diode (D 4 ) is connected to the other end of the fourth winding (1742), the second output inductor One end of (L O2 ) is connected to the output terminal of the third diode (D 3 ) and the output terminal of the fourth diode (D 4 ), and one end of the second output capacitor (C O2 ) is of the second output inductor (L O2 ). It is connected to the other end, and the other end of the second output capacitor C O2 is connected to the other end of the third winding 1742 and the other end of the fourth winding 1742.
요컨대, 본 발명의 제2 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터는, 2개의 출력부(1710, 1720), 즉 2개의 정류기를 사용한다. 이 경우, 2개의 전압 VO1 및 VO2가 형성되고, 상기한 전압들은 동일한 전압이므로, 12V와 같은 저전압인 경우 병렬화하여 회로를 구성할 수 있으며, 24V인 경우 직렬화하여 회로를 구성할 수 있다. 따라서, 동일한 회로를 설계하여 2개의 출력 전압에 대응할 수 있다.In short, the low voltage DC-DC converter according to the second embodiment of the present invention uses two
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 18 is a view showing a schematic configuration of a low-voltage DC-DC converter according to a third embodiment of the present invention.
도 18을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터는, 변압기(1810) 및 출력부(1820)의 구조가 상이한 것을 제외하고는 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터와 동일하다. 따라서, 변압기(1810) 및 출력부(1820)의 구조에 대해서만 설명하기로 한다. Referring to FIG. 18, in the low voltage DC-DC converter according to the third embodiment of the present invention, except that the structures of the
본 발명의 제3 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터는 하나의 변압기(1810)만을 사용한다. 이 때, 변압기(1810)의 1차측 및 2차측은 2개의 탭으로 구성된다. 즉, 변압기(1810)의 1차측은 제1 권선(1811) 및 제2 권선(1812)으로 구성되고, 변압기(1810)의 2차측은 제3 권선(1813) 및 제4 권선(1814)로 구성된다. The low voltage DC-DC converter according to the third embodiment of the present invention uses only one
이 때, 제1 포지티브 전압(Vpp1)은 직렬 연결된 제1 블록킹 캐패시터(CB1) 및 제1 누설 인덕터(Llk1)를 통해 제1 권선(1811)의 일단에 인가되고, 제1 네거티브 전압(Vpn1)은 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측(1831)의 권선의 일단에 인가되고, 제1 권선(1811)의 타단과 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측(1831)의 권선의 타단은 서로 연결된다. At this time, the first positive voltage (V pp1) through the series-connected first blocking capacitor (C B1) and a first leakage inductor (L lk1) is applied to one end of the
또한, 제2 포지티브 전압(Vpp2)은 제2 블록킹 캐패시터(CB2)를 통해 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측(1832)의 권선의 일단에 인가되고, 제2 네거티브 전압(Vpn2)은 제2 권선(1812)의 타단으로 인가되고, 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측(1832)의 권선의 타단과 제2 권선(1812)의 일단은 제2 누설 인덕터(Llk2)를 통해 서로 연결된다. Further, the second positive voltage V pp2 is applied to one end of the winding of the secondary side 1832 of the common mode coupled inductor through the second blocking capacitor C B2 , and the second negative voltage V pn2 is 2 is applied to the other end of the winding 1812, and the other end of the winding of the secondary side 1832 of the common mode coupled inductor and one end of the second winding 1812 are connected to each other through the second leakage inductor L lk2 .
그리고, 출력부(1820)는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 출력 인덕터(LO) 및 출력 캐패시터(CO)를 포함한다. 이 때, 제1 다이오드(D1)의 입력단은 제3 권선(1813)의 일단과 연결되고, 제2 다이오드(D2)의 입력단은 제4 권선(1814)의 타단과 연결되고, 출력 인덕터(LO)의 일단은 제1 다이오드(D1)의 출력단 및 제2 다이오드(D2)의 출력단과 연결되고, 출력 캐패시터(CO)의 일단은 출력 인덕터(LO)의 타단과 연결되고, 출력 캐패시터(CO)의 타단은 제3 권선(1813)의 타단 및 제4 권선(1814)의 일단과 연결된다. In addition, the
요컨대, 본 발명의 제3 실시예에 따른 저전압 DC-DC 컨버터는 하나의 변압기(1820)를 사용하며, 이에 따라 고압 저용량 설계에 적용할 수 있다.In short, the low voltage DC-DC converter according to the third embodiment of the present invention uses one
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, in the present invention, it has been described by specific matters such as specific components, etc. and limited embodiments and drawings, which are provided to help the overall understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiments, Those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should not be determined, and all claims that are equivalent or equivalent to the scope of the claims as well as the claims described below will be included in the scope of the spirit of the invention. .
Claims (16)
전기 차량용 배터리에 충전된 입력 전압에 기초하여 제1 포지티브 전압 및 제1 네거티브 전압을 출력하는 제1 인버터;
상기 입력 전압에 기초하여 제2 포지티브 전압 및 제2 네거티브 전압을 출력하는 제2 인버터;
상기 제1 포지티브 전압 및 상기 제1 네거티브 전압에 기초하여 전압을 변화시키는 제1 변압기;
상기 제2 포지티브 전압 및 상기 제2 네거티브 전압에 기초하여 전압을 변화시키는 제2 변압기;
상기 제1 변압기의 1차측과 상기 제2 변압기의 1차측 사이에 연결되는 전력 균형기; 및
상기 제1 변압기의 2차측 및 상기 제2 변압기의 2차측과 연결되며, 상기 제1 변압기의 2차측 및 제2 변압기의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 출력 전압을 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.In the low-voltage isolated DC/DC converter,
A first inverter outputting a first positive voltage and a first negative voltage based on the input voltage charged in the battery for the electric vehicle;
A second inverter outputting a second positive voltage and a second negative voltage based on the input voltage;
A first transformer that changes a voltage based on the first positive voltage and the first negative voltage;
A second transformer that changes a voltage based on the second positive voltage and the second negative voltage;
A power balancer connected between the primary side of the first transformer and the primary side of the second transformer; And
And an output unit connected to the secondary side of the first transformer and the secondary side of the second transformer, and rectifying the voltage output from the secondary side of the first transformer and the secondary side of the second transformer to output an output voltage. DC/DC converter, characterized in that.
상기 전력 균형기는 변압기 구조를 가지는 공통 모드 커플드 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.According to claim 1,
The power balancer DC / DC converter, characterized in that it comprises a common mode coupled inductor having a transformer structure.
상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측과 2차측의 권선비는 1:1인 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.According to claim 2,
DC/DC converter, characterized in that the winding ratio between the primary and secondary sides of the common mode coupled inductor is 1:1.
상기 공통 모드 커플드 인덕터는 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기의 누설 인덕턴스의 편차에 따라 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기의 전류 편차가 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.According to claim 2,
The common mode coupled inductor DC/DC converter, characterized in that to prevent the current deviation of the first transformer and the second transformer according to the deviation of the leakage inductance of the first transformer and the second transformer.
상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측은 상기 제1 변압기의 1차측과 직렬로 연결되고, 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측은 상기 제2 변압기의 1차측과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.According to claim 2,
DC characterized in that the primary side of the common mode coupled inductor is connected in series with the primary side of the first transformer, and the secondary side of the common mode coupled inductor is connected in series with the primary side of the second transformer. /DC converter.
상기 제1 포지티브 전압은 상기 제1 변압기의 1차측의 권선의 일단에 인가되고, 상기 제1 네거티브 전압은 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측의 권선의 일단에 인가되고, 상기 제1 변압기의 1차측의 권선의 타단과 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측의 권선의 타단은 서로 연결되고,
상기 제2 포지티브 전압은 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측의 권선의 일단에 인가되고, 상기 제2 네거티브 전압은 상기 제2 변압기의 1차측의 권선의 타단으로 인가되고, 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측의 권선의 타단과 상기 제2 변압기의 1차측의 권선의 일단은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.The method of claim 5,
The first positive voltage is applied to one end of the winding on the primary side of the first transformer, the first negative voltage is applied to one end of the winding on the primary side of the common mode coupled inductor, and 1 of the first transformer. The other end of the winding on the secondary side and the other end of the winding on the primary side of the common mode coupled inductor are connected to each other,
The second positive voltage is applied to one end of the winding on the secondary side of the common mode coupled inductor, the second negative voltage is applied to the other end of the winding on the primary side of the second transformer, and the common mode coupled inductor DC / DC converter, characterized in that the other end of the secondary winding of the winding and one end of the primary winding of the second transformer are connected to each other.
상기 DC/DC 컨버터는 상기 입력 전압을 제1 전압과 제2 전압으로 분배하는 전압 분배부;를 더 포함하고,
상기 제1 인버터부는 직렬 연결되는 스위칭 소자 1A, 스위칭 소자 2A, 스위칭 소자 3A 및 스위칭 소자 4A를 포함하고, 상기 제2 인버터부는 직렬 연결되는 스위칭 소자 1B, 스위칭 소자 2B, 스위칭 소자 3B 및 스위칭 소자 4B를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.According to claim 1,
The DC/DC converter further includes a voltage divider that divides the input voltage into a first voltage and a second voltage,
The first inverter portion includes a switching element 1A, a switching element 2A, a switching element 3A and a switching element 4A connected in series, and the second inverter portion is a switching element 1B, a switching element 2B, a switching element 3B and a switching element 4B connected in series. DC / DC converter comprising a.
상기 전압 분배부는 직렬 연결된 제1 입력 캐패시터 및 제2 입력 캐패시터를 포함하고,
상기 제1 입력 캐패시터의 일단, 상기 스위칭 소자 1A의 일단 및 상기 스위칭 소자 4B의 일단은 전기적으로 연결되고, 상기 제1 입력 캐패시터의 타단, 상기 스위칭 소자 2A의 타단, 상기 스위칭 소자 3B의 타단, 상기 제2 입력 캐패시터의 일단, 상기 스위칭 소자 3A의 일단, 상기 스위칭 소자 2B의 일단은 전기적으로 연결되고, 상기 제2 입력 캐패시터의 타단, 상기 스위칭 소자 4A의 타단 및 상기 스위칭 소자 1B의 타단은 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.The method of claim 7,
The voltage distribution unit includes a first input capacitor and a second input capacitor connected in series,
One end of the first input capacitor, one end of the switching element 1A and one end of the switching element 4B are electrically connected, the other end of the first input capacitor, the other end of the switching element 2A, the other end of the switching element 3B, the One end of the second input capacitor, one end of the switching element 3A, one end of the switching element 2B is electrically connected, the other end of the second input capacitor, the other end of the switching element 4A and the other end of the switching element 1B are electrically DC/DC converter characterized in that it is connected.
상기 제1 포지티브 전압은 상기 스위칭 소자 1A의 타단 및 상기 스위칭 소자 2A의 일단이 연결된 노드에서 출력되고, 상기 제1 네거티브 전압은 상기 스위칭 소자 3A의 타단 및 상기 스위칭 소자 4A의 일단이 연결된 노드에서 출력되고, 상기 제2 포지티브 전압은 상기 스위칭 소자 4B의 타단 및 상기 스위칭 소자 3B의 일단이 연결된 노드에서 출력되고, 상기 제2 네거티브 전압은 상기 스위칭 소자 2B의 타단 및 상기 스위칭 소자 1B의 일단이 연결된 노드에서 출력되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.The method of claim 8,
The first positive voltage is output from a node to which the other end of the switching element 1A and one end of the switching element 2A are connected, and the first negative voltage is output from a node to which the other end of the switching element 3A and one end of the switching element 4A are connected. The second positive voltage is output from a node to which the other end of the switching element 4B and one end of the switching element 3B are connected, and the second negative voltage is a node to which the other end of the switching element 2B and one end of the switching element 1B are connected. DC / DC converter characterized in that the output.
상기 DC/DC 컨버터는 제1 모드, 제2 모드, 제3, 모드, 제4 모드, 제5 모드 및 제6 모드가 순차적으로 반복하여 동작하되,
상기 제1 모드 및 상기 제2 모드에서, 상기 스위칭 소자 1A, 상기 스위칭 소자 1B, 상기 스위칭 소자 4A 및 상기 스위칭 소자 4B가 온되고, 상기 스위칭 소자 2A, 상기 스위칭 소자 2B, 상기 스위칭 소자 3A 및 상기 스위칭 소자 3B가 오프되며,
상기 제3 모드에서, 상기 스위칭 소자 1A, 상기 스위칭 소자 1B, 상기 스위칭 소자 3A 및 상기 스위칭 소자 3B가 온되고, 상기 스위칭 소자 2A, 상기 스위칭 소자 2B, 상기 스위칭 소자 4A 및 상기 스위칭 소자 4B가 오프되며,
상기 제4 모드 및 상기 제5 모드에서, 상기 스위칭 소자 2A, 상기 스위칭 소자 2B, 상기 스위칭 소자 3A 및 상기 스위칭 소자 3B가 온되고, 상기 스위칭 소자 1A, 상기 스위칭 소자 1B, 상기 스위칭 소자 4A 및 상기 스위칭 소자 4B가 오프되며,
상기 제6 모드에서, 상기 스위칭 소자 2A, 상기 스위칭 소자 2B, 상기 스위칭 소자 4A 및 상기 스위칭 소자 4B가 온되고, 상기 스위칭 소자 1A, 상기 스위칭 소자 1B, 상기 스위칭 소자 3A 및 상기 스위칭 소자 3B가 오프되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.The method of claim 9,
In the DC/DC converter, the first mode, the second mode, the third mode, the fourth mode, the fifth mode, and the sixth mode are sequentially and repeatedly operated.
In the first mode and the second mode, the switching element 1A, the switching element 1B, the switching element 4A and the switching element 4B are turned on, and the switching element 2A, the switching element 2B, the switching element 3A and the Switching element 3B is off,
In the third mode, the switching element 1A, the switching element 1B, the switching element 3A and the switching element 3B are turned on, and the switching element 2A, the switching element 2B, the switching element 4A and the switching element 4B are off. And
In the fourth mode and the fifth mode, the switching element 2A, the switching element 2B, the switching element 3A and the switching element 3B are turned on, and the switching element 1A, the switching element 1B, the switching element 4A and the Switching element 4B is off,
In the sixth mode, the switching element 2A, the switching element 2B, the switching element 4A and the switching element 4B are turned on, and the switching element 1A, the switching element 1B, the switching element 3A and the switching element 3B are off. DC / DC converter, characterized in that.
상기 제1 변압기의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제1 권선 및 제2 권선을 포함하고, 상기 제2 변압기의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제3 권선 및 제4 권선을 포함하며,
상기 출력부는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 정류기와, 출력 인덕터 및 출력 캐패시터를 포함하되,
상기 제1 다이오드의 입력단은 상기 제1 권선의 일단 및 상기 제3 권선의 일단과 연결되고, 상기 제2 다이오드의 입력단은 상기 제2 권선의 타단 및 상기 제4 권선의 타단과 연결되고, 상기 출력 인덕터의 일단은 상기 제1 다이오드의 출력단 및 상기 제2 다이오드의 출력단과 연결되고, 상기 출력 캐패시터의 일단은 상기 출력 인덕터의 타단과 연결되고, 상기 출력 캐패시터의 타단은 상기 제1 권선의 타단, 상기 제3 권선의 타단, 상기 제2 권선의 일단 및 상기 제4 권선의 일단과 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.According to claim 1,
The winding on the secondary side of the first transformer includes a first winding and a second winding connected in series, and the winding on the secondary side of the second transformer includes a third winding and a fourth winding connected in series,
The output unit includes a rectifier including a first diode and a second diode, an output inductor and an output capacitor,
The input terminal of the first diode is connected to one end of the first winding and one end of the third winding, and the input terminal of the second diode is connected to the other end of the second winding and the other end of the fourth winding, and the output One end of the inductor is connected to the output terminal of the first diode and the output terminal of the second diode, one end of the output capacitor is connected to the other end of the output inductor, the other end of the output capacitor is the other end of the first winding, the DC / DC converter, characterized in that connected to the other end of the third winding, one end of the second winding and one end of the fourth winding.
전기 차량용 배터리에 충전된 입력 전압에 기초하여, 제1 출력단으로 제1 포지티브 전압 및 제1 네거티브 전압을 출력하고, 제2 출력단으로 제2 포지티브 전압 및 제2 네거티브 전압을 출력하는 고주파 인버터부;
상기 고주파 인버터부의 제1 출력단과 연결된 제1 변압기;
상기 고주파 인버터부의 제2 출력단과 연결된 제2 변압기;
상기 제1 변압기의 1차측과 상기 제2 변압기의 1차측 사이에 연결되며, 변압기 구조를 가지는 공통 모드 커플드 인덕터; 및
상기 제1 변압기의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 제1 출력 전압을 출력하는 제1 출력부; 및
상기 제2 변압기의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 제2 출력 전압을 출력하는 제2 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.In the low-voltage isolated DC/DC converter,
A high frequency inverter unit for outputting a first positive voltage and a first negative voltage to the first output terminal and outputting a second positive voltage and a second negative voltage to the second output terminal based on the input voltage charged in the battery for the electric vehicle;
A first transformer connected to the first output terminal of the high frequency inverter unit;
A second transformer connected to the second output terminal of the high frequency inverter unit;
A common mode coupled inductor connected between the primary side of the first transformer and the primary side of the second transformer and having a transformer structure; And
A first output unit rectifying the voltage output from the secondary side of the first transformer to output a first output voltage; And
And a second output unit rectifying the voltage output from the secondary side of the second transformer to output a second output voltage.
상기 제1 출력부는 제1 다이오드, 제2 다이오드, 제1 출력 인덕터 및 제1 출력 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 출력부는 제3 다이오드, 제4 다이오드, 제2 출력 인덕터 및 제2 출력 캐패시터를 포함하되,
상기 제1 변압기의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제1 권선 및 제2 권선을 포함하고, 상기 제2 변압기의 2차측의 권선은 직렬 연결된 제3 권선 및 제4 권선을 포함하며,
상기 제1 다이오드의 입력단은 상기 제1 권선의 일단과 연결되고, 상기 제2 다이오드의 입력단은 상기 제2 권선의 타단과 연결되고, 상기 제1 출력 인덕터의 일단은 상기 제1 다이오드의 출력단 및 상기 제2 다이오드의 출력단과 연결되고, 상기 제1 출력 캐패시터의 일단은 상기 제1 출력 인덕터의 타단과 연결되고, 상기 제1 출력 캐패시터의 타단은 상기 제1 권선의 타단 및 상기 제2 권선의 타단과 연결되고,
상기 제3 다이오드의 입력단은 상기 제3 권선의 일단과 연결되고, 상기 제4 다이오드의 입력단은 상기 제4 권선의 타단과 연결되고, 상기 제2 출력 인덕터의 일단은 상기 제3 다이오드의 출력단 및 상기 제4 다이오드의 출력단과 연결되고, 상기 제2 출력 캐패시터의 일단은 상기 제2 출력 인덕터의 타단과 연결되고, 상기 제2 출력 캐패시터의 타단은 상기 제3 권선의 타단 및 상기 제4 권선의 타단과 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.The method of claim 12,
The first output part includes a first diode, a second diode, a first output inductor and a first output capacitor, and the second output part includes a third diode, a fourth diode, a second output inductor and a second output capacitor Ha,
The winding on the secondary side of the first transformer includes a first winding and a second winding connected in series, and the winding on the secondary side of the second transformer includes a third winding and a fourth winding connected in series,
The input terminal of the first diode is connected to one end of the first winding, the input terminal of the second diode is connected to the other end of the second winding, and one end of the first output inductor is the output terminal of the first diode and the Is connected to the output terminal of the second diode, one end of the first output capacitor is connected to the other end of the first output inductor, the other end of the first output capacitor is the other end of the first winding and the other end of the second winding Connected,
The input terminal of the third diode is connected to one end of the third winding, the input terminal of the fourth diode is connected to the other end of the fourth winding, and one end of the second output inductor is the output terminal of the third diode and the It is connected to the output terminal of the fourth diode, one end of the second output capacitor is connected to the other end of the second output inductor, the other end of the second output capacitor is the other end of the third winding and the other end of the fourth winding DC/DC converter characterized in that it is connected.
전기 차량용 배터리에 충전된 입력 전압에 기초하여, 제1 출력단으로 제1 포지티브 전압 및 제1 네거티브 전압을 출력하고, 제2 출력단으로 제2 포지티브 전압 및 제2 네거티브 전압을 출력하는 고주파 인버터부;
상기 고주파 인버터부의 제1 출력단 및 제2 출력단과 연결되며, 1차측 및 2차측 각각이 2개의 권선으로 구성된 변압기 - 상기 변압기의 1차측은 제1 권선 및 제2 권선으로 구성되고, 상기 변압기의 2차측은 제3 권선 및 제4 권선으로 구성됨 -;
상기 제1 권선과 상기 제2 권선의 사이에 연결되며, 변압기 구조를 가지는 공통 모드 커플드 인덕터; 및
상기 변압기의 2차측에서 출력된 전압을 정류하여 출력 전압을 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.In the low-voltage isolated DC/DC converter,
A high frequency inverter unit for outputting a first positive voltage and a first negative voltage to the first output terminal and outputting a second positive voltage and a second negative voltage to the second output terminal based on the input voltage charged in the battery for the electric vehicle;
A transformer connected to the first output terminal and the second output terminal of the high-frequency inverter unit, each of which is composed of two windings on the primary side and the secondary side-the primary side of the transformer is composed of a first winding and a second winding, and 2 of the transformer The secondary side consists of a third winding and a fourth winding -;
A common mode coupled inductor connected between the first winding and the second winding and having a transformer structure; And
DC / DC converter comprising a; output unit for rectifying the voltage output from the secondary side of the transformer to output the output voltage.
상기 제1 포지티브 전압은 상기 제1 권선의 일단에 인가되고, 상기 제1 네거티브 전압은 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측의 권선의 일단에 인가되고, 상기 제1 권선의 타단과 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 1차측의 권선의 타단은 서로 연결되고,
상기 제2 포지티브 전압은 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측의 권선의 일단에 인가되고, 상기 제2 네거티브 전압은 상기 제2 권선의 타단으로 인가되고, 상기 공통 모드 커플드 인덕터의 2차측의 권선의 타단과 상기 제2 권선의 일단은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.The method of claim 14,
The first positive voltage is applied to one end of the first winding, the first negative voltage is applied to one end of the winding on the primary side of the common mode coupled inductor, and the other end of the first winding and the common mode couple The other end of the winding on the primary side of the de-inductor
The second positive voltage is applied to one end of the winding on the secondary side of the common mode coupled inductor, the second negative voltage is applied to the other end of the second winding, and the winding on the secondary side of the common mode coupled inductor. DC / DC converter, characterized in that the other end of the second winding is connected to each other.
상기 출력부는 제1 다이오드, 제2 다이오드, 출력 인덕터 및 출력 캐패시터를 포함하되,
상기 제1 다이오드의 입력단은 상기 제3 권선의 일단과 연결되고, 상기 제2 다이오드의 입력단은 상기 제4 권선의 타단과 연결되고, 상기 출력 인덕터의 일단은 상기 제1 다이오드의 출력단 및 상기 제2 다이오드의 출력단과 연결되고, 상기 출력 캐패시터의 일단은 상기 출력 인덕터의 타단과 연결되고, 상기 출력 캐패시터의 타단은 상기 제3 권선의 타단 및 제4 권선의 일단과 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
The method of claim 14,
The output unit includes a first diode, a second diode, an output inductor and an output capacitor,
The input terminal of the first diode is connected to one end of the third winding, the input terminal of the second diode is connected to the other end of the fourth winding, and one end of the output inductor is the output terminal of the first diode and the second DC/DC, which is connected to the output terminal of the diode, one end of the output capacitor is connected to the other end of the output inductor, and the other end of the output capacitor is connected to the other end of the third winding and one end of the fourth winding. Converter.
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KR20090098473A (en) * | 2008-03-14 | 2009-09-17 | 삼성전기주식회사 | Switching power supplies using parallel transformer for current sharing |
KR20130078386A (en) * | 2011-12-30 | 2013-07-10 | 엘에스산전 주식회사 | Dc to dc converter for a charger of an electric vehicle |
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