KR20200097237A - Low voltage dc-dc converter and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저전압 직류변환장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low voltage DC converter and a driving method thereof.
저전압 직류변환장치(Low-voltage DC-DC Converter, LDC)는 친환경 차량 내부에 실장되는 전장 부하들의 전원 공급 및 차량 저전압 보조 배터리의 충전을 담당하기 위하여 반드시 요구되는 전원공급 장치이다.A low-voltage DC-DC converter (LDC) is a power supply device that is absolutely required to supply power to electric loads mounted inside an eco-friendly vehicle and to charge the vehicle low voltage auxiliary battery.
이러한 저전압 직류변환장치는 구현 방식에 따라 다양한 종류가 있으며, 대전력 변환에는 절연형의 스위칭 동작을 수행하는 풀-브릿지(Full-Bridge) 방식이 이용된다.There are various types of low-voltage DC converters according to implementation methods, and a full-bridge method that performs an insulated switching operation is used for high power conversion.
하지만, 종래의 저전압 직류변환장치는, 전력 스위칭 소자의 제어 스위칭 동작시 스위칭 전력 손실이 발생한다.However, in the conventional low voltage DC converter, switching power loss occurs during a controlled switching operation of the power switching element.
한편, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 한국공개특허공보 특1998-040074호(발명의 명칭:영전압스위칭 직류-직류 강압형 컨버터)는 전력 스위칭 소자의 영전압 스위칭 기술을 개시하고 있다.On the other hand, in order to solve this problem, Korean Patent Application Publication No. 1998-040074 (name of the invention: zero voltage switching DC-DC step-down converter) discloses a zero voltage switching technology of a power switching device.
즉, 종래기술은 스위칭 전력 손실을 줄이기 위하여 영전압 스위칭 동작을 이용한다.That is, the prior art uses a zero voltage switching operation to reduce switching power loss.
그러나 이러한 종래기술은 영전압 스위칭 동작을 보장하기 위하여 영전압 스위칭 인덕터를 추가로 설치해야 한다.However, in this prior art, it is necessary to additionally install a zero voltage switching inductor to ensure a zero voltage switching operation.
하지만, 영전압 스위칭 인덕터는 전력 스위칭 소자의 고속 스위칭 동작시 발열이 수반되므로, 방열판 등을 이용한 방열구조를 필요로 하게되고 이는 시스템 측면에서 많은 공간을 차지하게 된다.However, since the zero voltage switching inductor is accompanied by heat generation during a high-speed switching operation of the power switching element, a heat dissipation structure using a heat sink or the like is required, which takes up a lot of space in the system.
본 발명의 실시예는 변압기 코어 영역에 공극을 추가하고 변압기의 턴비를 조정하여 제품의 재료비와 크기를 절감하고 전력밀도를 향상시킬 수 있는 저전압 직류변환장치 및 그 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a low voltage DC converter capable of reducing product material cost and size and improving power density by adding a void to a transformer core region and adjusting a turn ratio of a transformer, and a driving method thereof. .
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 저전압 직류변환장치에 포함된 변압기의 턴비(turn ratio) 및 코어(core) 공극을 설정하는 방법에 있어서, 전압 용량, 전류 용량 및 기생 커패시턴스(capacitance)에 기초하여 전력 스위칭(switching) 소자를 결정하는 과정; 상기 전력 스위칭 소자의 영전압 스위칭(zero-voltage switching) 동작을 보장하기 위한 최소 인덕턴스(inductance)를 결정하는 과정; 상기 변압기의 입력 전압 범위를 고려하여 상기 변압기의 턴비 및 코어 공극을 조정하는 과정; 상기 변압기의 누설 인덕턴스를 산출하는 과정; 상기 누설 인덕턴스와 상기 최소 인덕턴스를 비교하는 과정; 및 상기 비교하는 과정의 결과에 따라 상기 조정하는 과정을 적응적으로 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류변환장치에 포함된 변압기의 설정방법을 제공한다.According to an aspect of the present embodiment, in a method of setting a turn ratio and a core void of a transformer included in a low voltage DC converter, power based on voltage capacity, current capacity, and parasitic capacitance (capacitance) Determining a switching element; Determining a minimum inductance for ensuring a zero-voltage switching operation of the power switching device; Adjusting the turn ratio and core void of the transformer in consideration of the input voltage range of the transformer; Calculating leakage inductance of the transformer; Comparing the leakage inductance and the minimum inductance; And adaptively performing the adjusting process according to a result of the comparing process. A method of setting a transformer included in a low voltage DC converter is provided.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 전압 용량, 전류 용량 및 기생 커패시턴스(capacitance)에 기초하여 전력 스위칭(switching) 소자를 결정하는 스위칭 소자 결정부; 상기 전력 스위칭 소자의 영전압 스위칭(zero-voltage switching) 동작을 보장하기 위한 최소 인덕턴스(inductance)를 결정하는 인덕턴스 결정부; 변압기의 입력 전압 범위를 고려하여 상기 변압기의 턴비 및 코어 공극을 조정하는 조정부; 상기 변압기의 누설 인덕턴스를 산출하는 산출부; 및 상기 누설 인덕턴스와 상기 최소 인덕턴스를 비교하는 비교부를 포함하되, 상기 조정부는, 상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 턴비 및 상기 공극을 재조정하는 것을 특징으로 하는 변압기 설정장치를 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, there is provided a switching element determining unit determining a power switching element based on a voltage capacity, a current capacity, and a parasitic capacitance; An inductance determining unit determining a minimum inductance for ensuring a zero-voltage switching operation of the power switching device; An adjustment unit for adjusting a turn ratio and a core gap of the transformer in consideration of the input voltage range of the transformer; A calculator for calculating a leakage inductance of the transformer; And a comparison unit for comparing the leakage inductance and the minimum inductance, wherein the adjustment unit readjusts the turn ratio and the air gap according to the comparison result of the comparison unit.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 변압기 코어 영역에 공극을 추가하고 턴비를 조정함으로써, 제품의 재료비와 크기를 절감할 수 있다.According to any one of the above-described problem solving means of the present invention, by adding a void to the transformer core region and adjusting the turn ratio, it is possible to reduce the material cost and size of the product.
또한 제품의 크기 절감에 따른 저전압 직류변환장치의 전력밀도 향상이 가능하다.In addition, it is possible to improve the power density of the low voltage DC converter by reducing the product size.
도 1은 종래 기술에 따른 풀-브릿지 방식의 저전압 직류변환장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치의 변압기를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치의 구동방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치의 변압기 설정방법의 순서도이다.
도 7은 종래기술 및 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치의 변압기의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 종래기술 및 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치의 출력 파형을 나타낸 도면이다
도 9는 종래기술 및 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치의 출력값을 나타낸 도면이다.1 is a view for explaining a full-bridge type low voltage DC converter according to the prior art.
2 is a block diagram of a low voltage DC converter according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a low voltage DC converter according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a transformer of a low voltage DC converter according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a method of driving a low voltage DC converter according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a method for setting a transformer of a low voltage DC converter according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the internal structure of a transformer of a low voltage DC converter according to the prior art and an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing an output waveform of a low voltage DC converter according to an embodiment of the prior art and the present invention
9 is a view showing an output value of a low voltage DC converter according to an embodiment of the prior art and the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시 할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.Meanwhile, terms used in the present specification are for explaining embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprise" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other constituent elements, step operations and/or elements, or It does not exclude addition.
본 발명은 저전압 직류변환장치(100) 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low
친환경 차량에서 저전압 직류변환장치는, 고전압의 메인 배터리에서 출력되는 고전압으로 저전압의 보조 배터리를 충전하고 차량 내부에 실장되는 각종 전장 부하들의 전원을 공급하기 위한 필수적인 장치이다. 그리고 대전력 변환에는 절연형의 스위칭 동작을 수행하는 풀-브릿지 방식이 이용된다.In an eco-friendly vehicle, a low voltage DC converter is an essential device for charging a low voltage auxiliary battery with a high voltage output from a high voltage main battery and supplying power to various electric loads mounted inside the vehicle. In addition, for high power conversion, a full-bridge method that performs an isolated type switching operation is used.
이하에서는 도 1을 참조하여 종래의 저전압 직류변환장치의 동작을 설명한다.Hereinafter, an operation of a conventional low voltage DC converter will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 종래 기술에 따른 풀-브릿지 방식의 저전압 직류변환장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a full-bridge type low voltage DC converter according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 저전압 직류변환장치는 고전압 배터리(HV)를 입력전원으로 하여 전력 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 스위칭 동작을 통해 변압기(Tr)로 고전압 교류전력을 입력시킨다.As shown in Fig. 1, the low voltage DC converter inputs high voltage AC power to the transformer Tr through the switching operation of the power switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 using a high voltage battery (HV) as an input power source. Let it.
이때, 전력 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 스위칭 동작시 전력 손실이 발생하므로, 이러한 스위칭 전력 손실을 최소화하기 위하여 영전압 스위칭 동작을 이용한다.At this time, since power loss occurs during the switching operation of the power switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4, a zero voltage switching operation is used to minimize such switching power loss.
영전압 스위칭 동작은 전력소자의 고속 스위칭 기법으로, 컨버터 분야의 고효율 달성에 기여하는 중요한 설계 요소이지만, 영전압 스위칭 인덕터(Lzvs)를 필요로 하게된다.The zero voltage switching operation is a high-speed switching technique for power devices, and is an important design factor contributing to achieving high efficiency in the converter field, but requires a zero voltage switching inductor (Lzvs).
하지만, 영전압 스위칭 인덕터(Lzvs)는 전력 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 스위칭 동작시 발열을 수반하므로, 히트싱크 등을 이용한 방열구조나 이를 위한 냉각시스템이 요구되는데, 이는 시스템 측면에서 많은 공간을 차지하게 되어 제품 크기를 증가시킨다.However, since the zero voltage switching inductor (Lzvs) carries heat during the switching operation of the power switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4), a heat dissipation structure using a heat sink or a cooling system for this is required. It takes up a lot of space, increasing the product size.
본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여, 변압기(120)의 코어 영역에 공극을 추가하고 변압기(120)의 턴비를 조정해서 종래의 영전압 스위칭 인덕터를 대체하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention is characterized in that a gap is added to the core region of the
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)에 대하여 설명한다.Hereinafter, a low
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치 (100)의 변압기(120)를 설명하기 위한 도면이다.2 is a block diagram of a low
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치 (100)는 스위칭부(110), 변압기(120), 및 전원공급부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the low
스위칭부(110)는 차량의 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 교류전압으로 변환한다.The
도 3를 참조하면, 스위칭부(110)에는 전력 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 풀-브릿지 방식으로 배치되어, 후술하는 누설 인덕턴스(Llk1)에 의해 영전압 스위칭 동작을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 3, power switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 are arranged in a full-bridge method in the
또한 스위칭부(110)에는 종래 기술에서 영전압 스위칭 동작을 위해 설치되는 인덕터(Lzvs)가 제거되고, 상술한 변압기(120)의 코어 영역의 공극 추가와 턴비 조정을 통하여 변압기(120)의 1차측 누설 인덕턴스(Llk1)로 대체함으로써 제품의 재료비를 절감하고 제품 사이즈를 감소시킬 수 있다. 또한 제품 사이즈를 감소시킴으로써 제품의 전력밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, the inductor Lzvs installed for the zero voltage switching operation in the prior art is removed from the
변압기(120)는 스위칭부(110) 로부터 출력되는교류전압을 저전압으로 강압하여 전원 공급부(130)로 전달한다.The
도 4를 참조하면, 변압기(120)는 코어 영역에 공극이 추가됨으로써, 수학식 1에 따라 자화 인덕턴스(Lm)가 감소된다. Referring to FIG. 4, since a void is added to the core region of the
[수학식 1][Equation 1]
여기에서 Lm은 변압기(120)의 자화인덕턴스, N1은 변압기(120) 1차측 턴비, Rc는 코어 영역의 자기저항, Rg는 공극의 자기저항을 의미한다.Here, Lm is the magnetizing inductance of the
본 발명의 일 실시예에 따른 변압기(120)의 코어는 자성체로써, 자성체가 고유하게 가지는 포화 특성을 상회하는 전류가 인가되어 코어가 포화되면 정상 기능을 할 수없으므로, 자화 전류를 감소시키기 위하여 변압기(120)의 턴비가 같이 고려된다.The core of the
따라서, 변압기(120)의 턴비 조정을 통하여 수학식 2에 의한 변압기(120) 자화전류(im) 감소 효과와 수학식 3에 의한 변압기(120) 1차측 누설인덕턴스 (Llk1) 증가 효과를 얻을 수 있다.Accordingly, the effect of reducing the magnetizing current im of the
[수학식 2][Equation 2]
여기에서 im은 변압기(120) 자화전류, i1은 변압기(120) 1차 입력 전류, N1은 변압기(120) 1차측 턴비, N2는 변압기(120) 2차측 턴비, i2는 변압기(120) 2차 출력전류를 의미한다.Here, im is the transformer (120) magnetizing current, i1 is the transformer (120) primary input current, N1 is the transformer (120) primary turn ratio, N2 is the transformer (120) secondary turn ratio, i2 is the transformer (120) secondary It means the output current.
[수학식 3][Equation 3]
여기에서, Llk1은 변압기(120) 1차측 누설 인덕턴스값, N1은 변압기(120) 1차측 턴비, R1은 변압기(120) 1차 회로저항을 의미한다.Here, Llk1 denotes a primary leakage inductance value of the
전원공급부(130)는 변압기(120)로부터 출력되는 저전압을 정류하여 부하로 공급한다.The
이하에서는 도 5를 참조하여, 저전압 직류변환장치(100)의 구동방법을 설명한다.Hereinafter, a method of driving the low
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)의 구동방법의 순서도이다.5 is a flowchart of a method of driving the low-
도 5을 참조한 저전압 직류변환장치(100)의 구동방법은, 우선 차량의 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 교류전압으로 변환한다(S110).In the driving method of the low
이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 고전압을 교류전압으로 변환하기 위하여 전력 스위칭 소자가 풀-브릿지 방식으로 배치될 수 있다.In this case, according to an embodiment of the present invention, in order to convert a high voltage of a vehicle into an AC voltage, the power switching element may be arranged in a full-bridge method.
다음으로, 교류전압을 코어 영역에 공극이 추가되고 턴비가 조정된 변압기(120)를 이용하여 저전압으로 강압한다.Next, the AC voltage is stepped down to a low voltage using the
이때, 변압기(120)의 코어 영역에 공극이 추가되고 턴비가 조정됨으로써 적용되는 구체적인 내용은 상술한 도 4 및 수학식 1 내지 수학식 3에서 설명하였으므로, 이하 생략하도록 한다.At this time, specific details applied by adding a void to the core region of the
최종적으로, 저전압을 정류하여 차량의 저전압 보조배터리 및 전장 부하로 공급한다(S130).Finally, the low voltage is rectified and supplied to the low voltage auxiliary battery and the electric load of the vehicle (S130).
상술한 설명에서, 단계 S110 내지 S130은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 4에서 이미 기술된 내용은 도 5의 저전압 직류변환장치(100)의 구동방법에도 적용될 수 있다.In the above description, steps S110 to S130 may be further divided into additional steps or may be combined into fewer steps, according to an embodiment of the present invention. In addition, some steps may be omitted as necessary, or the order between steps may be changed. In addition, even if other contents are omitted, the contents already described in FIG. 4 may also be applied to the driving method of the low
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)의 변압기(120)는 도 6과 같은 방법으로 설정될 수 있다.Meanwhile, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)의 변압기(120) 설정방법의 순서도이다.6 is a flowchart of a method of setting the
도 6을 참조하면, 우선 전압/전류 용량 및 기생커패시턴스를 고려하여 전력 스위칭 소자가 설정된다(S210).Referring to FIG. 6, first, a power switching device is set in consideration of voltage/current capacity and parasitic capacitance (S210).
다음으로, 영전압 스위칭 동작을 보장하기 위한 최소 인덕턴스(Lmin) 값을 설정한다(S220)Next, a minimum inductance (Lmin) value for ensuring a zero voltage switching operation is set (S220).
여기에서, 최소 인덕턴스값은 종래의 영전압 스위칭 인덕터가 전력 스위칭 소자의 영전압 스위칭 동작을 보장하기 위한 최소 값을 의미하고, 전력 스위칭 소자의 기생커패시턴스가 영전압 스위칭 인덕터에 저장되는 에너지보다 작도록 설정된다.Here, the minimum inductance value means the minimum value for the conventional zero voltage switching inductor to guarantee the zero voltage switching operation of the power switching element, and the parasitic capacitance of the power switching element is less than the energy stored in the zero voltage switching inductor. Is set.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 변압기(120)의 턴비를 설정하고 공극을 조정한다(S230).Next, the turn ratio of the
이때, 변압기(120)의 턴비 설정 및 코어 영역의 공극 조정에는 입력 전압 범위가 고려된다.In this case, the input voltage range is considered in setting the turn ratio of the
다음으로, 상술한 수학식 3을 이용하여 변압기(120)의 누설 인덕턴스(Llk1) 값을 산출한다(S240).Next, the leakage inductance Llk1 value of the
다음으로, 설정된 최소 인덕턴스(Lmin) 값과 산출된 누설 인덕턴스(Llk1) 값을 비교한다.(S250)Next, the set minimum inductance (Lmin) value and the calculated leakage inductance (Llk1) value are compared (S250).
비교 결과 최소 인덕턴스(Lmin) 값이 누설 인덕턴스(Llk1) 값보다 작을 경우, 감소된 자화전류 및 자화 인덕턴스와 증가된 누설인덕턴스값을 포함하는 것을 조건으로 하는 변압기(120)를 제품에 적용하게 된다(S260).As a result of the comparison, when the minimum inductance (Lmin) value is less than the leakage inductance (Llk1) value, the
반면, 최소 인덕턴스(Lmin) 값이 누설 인덕턴스(Llk1) 값보다 클 경우, 턴비를 설정하고 공극을 조정하는 단계(S230)를 재수행한다.On the other hand, when the minimum inductance (Lmin) value is greater than the leakage inductance (Llk1) value, the step (S230) of setting a turn ratio and adjusting the air gap is performed again.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 종래기술 및 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기(120)의 내부 구조와 변압기(120) 코어 영역의 공극 추가 및 턴비 조정에 따른 출력값 변화에 대하여 설명한다.Hereinafter, an internal structure of the
도 7은 종래기술 및 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)의 변압기(120)의 내부 구조를 나타낸 도면이다.7 is a view showing the internal structure of the
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 종래기술에서 변압기(120)에 추가로 설치되는 영전압 스위칭 인덕터를 제거하고, 변압기(120)의 코어 영역에 공극을 추가하고 변압기(120)의 턴비를 조정함으로써 영전압 스위칭 인덕터를 대체할 수 있다. 이는 종래의 변압기 대비 부품 개수가 감소되어 제품의 재료비를 절감하고 제품 사이즈를 감소시킬 수 있다. 그리고 제품의 크기가 감소됨으로써 제품의 전력밀도를 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 7, an embodiment of the present invention removes the zero voltage switching inductor additionally installed in the
도 8은 종래기술 및 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)의 출력 파형을 나타낸 도면으로, 복수회 시행 결과 중 대비가 용이한 결과를 나타낸 것이다. 도 9는 종래기술 및 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 직류변환장치(100)의 출력값을 나타낸 도면이다.8 is a view showing the output waveform of the low
도 8의 상단은 종래기술의 출력값을 파형으로 나타낸 것이고, 도 8의 하단은 본 발명의 실시예에 따라 변압기(120)의 코어 영역에 공극을 추가하고 턴비를 조정한 후의 출력값을 파형으로 나타낸 것이다.The upper part of FIG. 8 shows the output value of the prior art as a waveform, and the lower part of FIG. 8 shows the output value after adding a void to the core region of the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 턴비는 11:1:1로 조정될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the turn ratio may be adjusted to 11:1:1.
도 9를 참조하면, 입력 전압 및 입력 전류는 같다. 자화 인덕턴스는 종래기술의 경우, 800μH 에서 본 발명의 실시예에 따라 변압기(120)의 코어 영역에 공극을 추가하고 턴비를 조정한 후 210μH으로 감소하였다. 그리고 변압기(120)의 누설 인덕턴스는 2.8μH에서 4.3μH으로 증가하였다.Referring to FIG. 9, the input voltage and the input current are the same. In the case of the prior art, the magnetization inductance was reduced from 800 µH to 210 µH after adding a void to the core region of the
시뮬레이션 결과, 자화 인덕턴스 감소에 따라 자화전류가 감소되어 저전압 직류변환장치(100)의 동작 성능은 기존 대비 동등 이상인 것으로 확인되며, 자화 전류 감소로 기존 대비 입력전류가 감소되어 시스템 효율 상승 효과를 기대할 수 있다. 또한, 변압기(120)의 듀티비에 대한 마진도 확보가 가능한 것으로 확인되었다.As a result of the simulation, it is confirmed that the magnetizing current is reduced as the magnetizing inductance decreases, so that the operating performance of the low-
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.
100: 저전압 직류변환장치 110: 스위칭부
120: 변압기 130: 전원공급부
Q1, Q2, Q3, Q4: 전력 스위칭 소자 Lzvs: 영전압 스위칭인덕터
C1, C2, C3, C4: 기생 커패시턴스 D1, D2: 정류 다이오드100: low voltage DC converter 110: switching unit
120: transformer 130: power supply
Q1, Q2, Q3, Q4: Power switching element Lzvs: Zero voltage switching inductor
C1, C2, C3, C4: parasitic capacitance D1, D2: rectifier diode
Claims (10)
전압 용량, 전류 용량 및 기생 커패시턴스(capacitance)에 기초하여 전력 스위칭(switching) 소자를 결정하는 과정;
상기 전력 스위칭 소자의 영전압 스위칭(zero-voltage switching) 동작을 보장하기 위한 최소 인덕턴스(inductance)를 결정하는 과정;
상기 변압기의 입력 전압 범위를 고려하여 상기 변압기의 턴비 및 코어 공극을 조정하는 과정;
상기 변압기의 누설 인덕턴스를 산출하는 과정;
상기 누설 인덕턴스와 상기 최소 인덕턴스를 비교하는 과정; 및
상기 비교하는 과정의 결과에 따라 상기 조정하는 과정을 적응적으로 수행하는 과정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류변환장치에 포함된 변압기의 설정방법.In the method of setting a turn ratio and core void of a transformer included in a low voltage DC converter,
Determining a power switching element based on voltage capacity, current capacity, and parasitic capacitance;
Determining a minimum inductance for ensuring a zero-voltage switching operation of the power switching device;
Adjusting the turn ratio and core void of the transformer in consideration of the input voltage range of the transformer;
Calculating leakage inductance of the transformer;
Comparing the leakage inductance and the minimum inductance; And
A process of adaptively performing the adjustment process according to the result of the comparison process
A method of setting a transformer included in a low voltage DC converter comprising: a.
상기 최소 인덕턴스를 결정하는 과정은,
상기 전력 스위칭 소자의 기생 커패시턴스에 기초하여 상기 최소 인덕턴스를 결정하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류변환장치에 포함된 변압기의 설정방법.The method of claim 1,
The process of determining the minimum inductance,
The method of setting a transformer included in a low voltage DC converter, characterized in that determining the minimum inductance based on the parasitic capacitance of the power switching element.
상기 조정하는 과정은,
상기 변압기의 1차 입력 전류, 2차 입력 전류, 및 자화전류에 기초하여 상기 턴비를 조정하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류변환장치에 포함된 변압기의 설정방법.The method of claim 1,
The adjusting process,
A method of setting a transformer included in a low-voltage DC converter, characterized in that the turn ratio is adjusted based on the primary input current, the secondary input current, and the magnetizing current of the transformer.
상기 조정하는 과정은,
상기 변압기의 자화 인덕턴스, 1차측 턴비, 코어 영역의 자기저항, 및 상기 코어 공극의 자기저항에 기초하여 상기 코어 공극을 조정하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류변환장치에 포함된 변압기의 설정방법.The method of claim 1,
The adjusting process,
The method of setting a transformer included in a low voltage DC converter, characterized in that the core void is adjusted based on the magnetizing inductance of the transformer, the primary turn ratio, the magnetoresistance of the core region, and the magnetoresistive resistance of the core void.
상기 산출하는 과정은,
상기 변압기의 1차측 누설 인덕턴스, 1차측 턴비, 및 1차측 회로저항에 기초하여 상기 누설 인덕턴스를 산출하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류변환장치에 포함된 변압기의 설정방법.The method of claim 1,
The calculating process,
And calculating the leakage inductance based on the primary-side leakage inductance, the primary-side turn ratio, and the primary-side circuit resistance of the transformer.
상기 전력 스위칭 소자의 영전압 스위칭(zero-voltage switching) 동작을 보장하기 위한 최소 인덕턴스(inductance)를 결정하는 인덕턴스 결정부;
변압기의 입력 전압 범위를 고려하여 상기 변압기의 턴비 및 코어 공극을 조정하는 조정부;
상기 변압기의 누설 인덕턴스를 산출하는 산출부; 및
상기 누설 인덕턴스와 상기 최소 인덕턴스를 비교하는 비교부를 포함하되,
상기 조정부는,
상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 턴비 및 상기 공극을 재조정하는 것을 특징으로 하는 변압기 설정장치.A switching element determining unit determining a power switching element based on a voltage capacity, a current capacity, and a parasitic capacitance;
An inductance determination unit determining a minimum inductance for ensuring a zero-voltage switching operation of the power switching device;
An adjustment unit for adjusting a turn ratio and a core gap of the transformer in consideration of the input voltage range of the transformer;
A calculator for calculating a leakage inductance of the transformer; And
Comprising a comparison unit for comparing the leakage inductance and the minimum inductance,
The adjustment unit,
Transformer setting device, characterized in that readjusted the turn ratio and the air gap according to the comparison result of the comparison unit.
상기 인덕턴스 결정부는,
상기 전력 스위칭 소자의 기생 커패시턴스에 기초하여 상기 최소 인덕턴스를 결정하는 것을 특징으로 하는 변압기 설정장치.The method of claim 6,
The inductance determination unit,
Transformer setting device, characterized in that determining the minimum inductance based on the parasitic capacitance of the power switching element.
상기 조정부는,
상기 변압기의 1차 입력 전류, 2차 입력 전류, 및 자화전류에 기초하여 상기 턴비를 조정하는 것을 특징으로 하는 변압기 설정장치.The method of claim 6,
The adjustment unit,
Transformer setting device, characterized in that adjusting the turn ratio based on the primary input current, the secondary input current, and the magnetizing current of the transformer.
상기 조정부는,
상기 변압기의 자화 인덕턴스, 1차측 턴비, 코어 영역의 자기저항, 및 상기 코어 공극의 자기저항에 기초하여 상기 코어 공극을 조정하는 것을 특징으로 하는 변압기 설정장치.The method of claim 6,
The adjustment unit,
The transformer setting device, wherein the core void is adjusted based on the magnetizing inductance of the transformer, the primary turn ratio, the magnetoresistance of the core region, and the magnetoresistive resistance of the core void.
상기 산출부는,
상기 변압기의 1차측 누설 인덕턴스, 1차측 턴비, 및 1차측 회로저항에 기초하여 상기 누설 인덕턴스를 산출하는 것을 특징으로 하는 변압기 설정장치.The method of claim 6,
The calculation unit,
And calculating the leakage inductance based on a primary leakage inductance, a primary turn ratio, and a primary circuit resistance of the transformer.
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