KR20210048869A - Llc resonant converter - Google Patents

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KR20210048869A
KR20210048869A KR1020190133078A KR20190133078A KR20210048869A KR 20210048869 A KR20210048869 A KR 20210048869A KR 1020190133078 A KR1020190133078 A KR 1020190133078A KR 20190133078 A KR20190133078 A KR 20190133078A KR 20210048869 A KR20210048869 A KR 20210048869A
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배수호
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

According to an embodiment, an LLC resonant converter comprises: an inverter including a first switch and a second switch for varying a frequency; an impedance unit connected in series with the inverter and including a first impedance including an inductor and a capacitor; and a transformer connected in series with the capacitor to convert and output power output through the inverter. The impedance unit can include a second impedance that allows the entire impedance of the impedance unit to increase faster than the impedance of the inverter according as the frequency increases.

Description

LLC 공진형 컨버터{LLC RESONANT CONVERTER}LLC resonant converter {LLC RESONANT CONVERTER}

본 발명은 LLC 공진형 컨버터에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는 인덕터에 커패시터를 병렬적으로 배치함으로써, 전력 효율은 유지하면서 최대 주파수는 낮출 수 있는 기술에 관한 발명이다. The present invention relates to an LLC resonant converter, and more specifically, to a technique in which a maximum frequency can be lowered while maintaining power efficiency by arranging capacitors in parallel in an inductor.

일반적으로 넓은 입력 전원 범위(110VAC/220VAC)에서 동작되는 노트북 어댑터, 가전기기의 전원장치 및 연료전지와 태양광 등 신재생에너지 발전시스템 등에서는 입력 전압 범위가 넓어 안정된 높은 출력 전압을 얻을 수 있는 DC/DC 컨버터가 필요하다.In general, laptop adapters that operate in a wide input power range (110VAC/220VAC), power supplies for home appliances, and new renewable energy power generation systems such as fuel cells and solar power, have a wide input voltage range to obtain a stable high output voltage. A /DC converter is required.

이와 같이 여러 전원장치에 적용되는 DC/DC 컨버터는 높은 효율특성과 고 집적, 고 신뢰성 그리고 낮은 제작가격을 만족시킬 필요가 있다. 이러한 요구 조건을 만족시키기 위해서는 높은 스위칭 주파수가 필요하지만 스위칭 주파수가 증가됨에 따라 턴-온(Turn-On)과 턴-오프(Turn-Off)에 관련된 스위칭소자들의 손실이 증가하기 때문에 PWM 제어 DC/DC 컨버터는 낮은 효율특성을 가질 수 있다.As such, DC/DC converters applied to various power supplies need to satisfy high efficiency characteristics, high integration, high reliability, and low manufacturing cost. A high switching frequency is required to satisfy these requirements, but as the switching frequency increases, the losses of switching elements related to turn-on and turn-off increase. DC converters can have low efficiency characteristics.

또한, 절연형 DC/DC 컨버터는 낮은 입력전압을 높은 출력전압으로 승압하기 위해 변압기의 1차측과 2차측 간에 높은 턴-수비(Turn-Ratio)를 필요로 하고, 이에 따라 변압기의 누설인덕턴스의 증가로 인해 스위칭시 서지전압(Surge Voltage) 등이 발생함에 따라 스위칭 소자가 파괴되거나 낮은 효율로 동작할 수 있다.In addition, the isolated DC/DC converter requires a high turn-ratio between the primary and secondary sides of the transformer in order to boost the low input voltage to a high output voltage, thereby increasing the leakage inductance of the transformer. As a result, the switching element may be destroyed or operated with low efficiency as a surge voltage or the like occurs during switching.

따라서, 최근에는 이러한 문제점을 해결할 수 있는, 주 스위칭 소자의 영전압스위칭(Zero Voltage Switching: ZVS) 동작을 통해 높은 효율 특성을 가지는 LLC 공진 컨버터가 널리 사용되고 있다.Accordingly, in recent years, LLC resonant converters having high efficiency characteristics through a zero voltage switching (ZVS) operation of the main switching element, which can solve this problem, have been widely used.

LLC 공진 컨버터는 1차측 스위칭 소자의 ZVS 동작과 2차측 정류다이오드의 영전류스위칭(Zero Current Switching: ZCS) 동작을 통해 모든 부하범위에서 높은 효율특성을 가지며, 별도의 스너버 회로가 없는 스위칭 회로의 구성이 가능하고, 변압기의 설계에 따라 누설인덕턴스와 자화인덕턴스를 용이하게 제작할 수 있기 때문에 손쉽게 회로를 구성할 수 있다.The LLC resonant converter has high efficiency characteristics in all load ranges through the ZVS operation of the primary switching element and the zero current switching (ZCS) operation of the secondary rectifier diode. Since the configuration is possible and the leakage inductance and magnetizing inductance can be easily manufactured according to the design of the transformer, the circuit can be easily constructed.

그러나, 종래 기술에 따른 LLC 공진형 컨버터의 경우, 주파수를 변화시키는 방법으로 변압기를 통해 출력되는 전력을 조절하였는데, 주파수 변화 대비 전략의 변화율을 크지가 않아 출력 전력을 많이 낮추기 위해서는 주파수의 변화를 크게 해야 하는 문제점이 존재하였다.However, in the case of the LLC resonant converter according to the prior art, the power output through the transformer was adjusted by changing the frequency. There was a problem to be done.

따라서, 일 실시예에 LLC 공진형 컨버터는 상기 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 인버터와 변압기 사이에 별도의 커패시터를 병렬적으로 배치함으로써, 보다 효율적으로 전력의 출력량을 조절할 수 있는 LLC 공진형 컨버터를 제공하기 위함이다. Accordingly, in one embodiment, the LLC resonant converter is an invention devised to solve the above-described problem. By arranging a separate capacitor in parallel between the inverter and the transformer, the LLC resonant type converter can more efficiently control the amount of power output. This is to provide a converter.

일 실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터는 주파수를 가변하는 제1 스위치 및 제2스위치를 포함하는 인버터(Invertor), 상기 인버터와 직렬 연결되며, 인덕터 및 커패시터를 포함하는 제1임피던스를 포함하는 임피던스부 및 상기 커패시터와 직렬 연결되어 상기 인버터를 통해 출력되는 전력을 변환화여 출력하는 변압기를 포함하고 상기 임피던스부는 주파수가 증가함에 띠라 상기 임피던스부의 전체 임피던스가 상기 인버터의 임피던스보다 빠르게 증가하도록 하는 제2임피던스를 포함할 수 있다.The LLC resonant converter according to an embodiment includes an inverter including a first switch and a second switch for varying a frequency, and an impedance unit connected in series with the inverter and including a first impedance including an inductor and a capacitor. And a transformer connected in series with the capacitor to convert and output power output through the inverter, and the impedance unit has a second impedance that increases the total impedance of the impedance unit faster than the impedance of the inverter as the frequency increases. Can include.

상기 제2 임피던스는, 상기 제1임피던스와 병렬 연결될 수 있다.The second impedance may be connected in parallel with the first impedance.

상기 제2임피던스는, 상기 인덕터와 병렬 연결될 수 있다The second impedance may be connected in parallel with the inductor.

상기 인덕터는 상기 제1스위치 및 제2스위치와 연결되며, 상기 커패시터는 상기 변압기와 연결될 수 있다.The inductor may be connected to the first switch and the second switch, and the capacitor may be connected to the transformer.

상기 제2임피던스는, 제2커패시터를 포함할 수 있다.The second impedance may include a second capacitor.

상기 제2커패시터의 임피던스는 상기 제1커패시터의 임피던스 보다 작은 값을 가질 수 있다.The impedance of the second capacitor may have a value smaller than the impedance of the first capacitor.

상기 임피던스부는, 상기 제1스위치 및 제2스위치 사이의 접점과 직렬 연결될 수 있다.The impedance unit may be connected in series with a contact point between the first switch and the second switch.

상기 제2임피던스는, 주파수가 증가함에 따라 상기 인버터의 출력 전압(Vin)과 상기 변압기의 출력 전압(Vout)의 비(Vin/Vout)가 제1임펀더스만 존재할 때보다 빠르게 감소하도록 할 수 있다.The second impedance may be such that a ratio (Vin/Vout) of the output voltage Vin of the inverter and the output voltage Vout of the transformer decreases faster than when only the first impedance exists as the frequency increases. .

일 실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터는 전력 조절을 위한 최대 주파수를 낮춤으로써 전계효과트랜지스터(MOSFET)로 과도한 전류(shoot through)가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The LLC resonant converter according to an embodiment may prevent excessive current (shoot through) from flowing through a field effect transistor (MOSFET) by lowering a maximum frequency for power regulation.

또한, 최대 주파수를 낮춤으로써 제로 전압 스위치(ZVS)를 유지할 수 있어 전력 효율을 높일 수 있으며, MOSFET 및 다이오드의 커패시터의 충전 및 방전에 의한 전력 낭비 증가를 방지할 수 있다.In addition, by lowering the maximum frequency, the zero voltage switch (ZVS) can be maintained, thereby increasing power efficiency, and an increase in power waste due to charging and discharging of the capacitors of the MOSFET and the diode can be prevented.

또한, 주파수의 변화가 작아져 변압기의 코어에서 발생하는 전력 손실이 적어 가변할 수 있는 전력량의 범위를 증가시킬 수 있는 장점이 존재한다.In addition, since the frequency change is small, the power loss generated in the core of the transformer is small, and thus the range of the variable amount of power can be increased.

도 1은 종래 실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 구성 요소를 도시한 회로도이다.
도 2는 종래 실시예에 따라, 주파수의 변화에 따른 입력 전압과 출력 전압의 비를 도시한 그래프이다.
도 3은 일 실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 구성 요소를 도시한 회로도이다.
도 4는 일 실시예에 따라, 주파수의 변화에 따른 입력 전압과 출력 전압의 비를 도시한 그래프이다.
1 is a circuit diagram showing components of an LLC resonant converter according to a conventional embodiment.
2 is a graph showing a ratio of an input voltage and an output voltage according to a change in frequency according to a conventional embodiment.
3 is a circuit diagram showing components of an LLC resonant converter according to an embodiment.
4 is a graph illustrating a ratio of an input voltage and an output voltage according to a change in frequency, according to an exemplary embodiment.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are preferred examples of the disclosed invention, and there may be various modifications that can replace the embodiments and drawings of the present specification at the time of filing of the present application.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In addition, terms used in the present specification are used to describe embodiments, and are not intended to limit and/or limit the disclosed invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않으며, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. In the present specification, terms such as "comprise", "include" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification. Or the presence or addition of other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, or a combination thereof, and includes ordinal numbers such as "first" and "second" used herein. The terms described above may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.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 may easily implement the present invention. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.

도 1은 종래 실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 구성 요소를 도시한 회로도이며, 도 2는 종래 실시예에 따라, 주파수의 변화에 따른 입력 전압과 출력 전압의 비를 도시한 그래프이다.1 is a circuit diagram showing components of an LLC resonant converter according to a conventional embodiment, and FIG. 2 is a graph showing a ratio of an input voltage and an output voltage according to a change in frequency according to a conventional embodiment.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 LLC 공진형 인버터의 경우 하프 브릿지(Half bridge)형 인버터에 공진용 인덕터와 캐패시터가 직렬로 연결되어 있으며, 변압기를 통해 출력 전압이 전화되는 구성을 취하고 있다. Referring to FIG. 1, in the case of an LLC resonant inverter according to the prior art, a resonance inductor and a capacitor are connected in series to a half bridge inverter, and an output voltage is converted through a transformer.

그리고 이러한 구성을 가지는 경우 변압기를 통해 출력되는 전압을 조절하기 위해서 인버터의 스위치 주파수를 가변하는 방식을 사용하는데, 이러한 경우 주파수 변화에 따른 Vout/Vin의 변화율은 도 2에 도시된 바와 같이 변화가 된다.In addition, in the case of such a configuration, a method of varying the frequency of the switch of the inverter is used to adjust the voltage output through the transformer. In this case, the rate of change of Vout/Vin according to the frequency change is changed as shown in FIG. .

즉, 제로 볼트 스위치(ZVS)를 위해서는 유도성 전류가 흘러야 하고, 실제로 작동되는 주파수의 범위는 공진 주파수(도 2에서 약 250khz)의 오른쪽 부분에서 작동되며, 변압기를 통해 출력되는 전력을 낮추고 싶은 경우 스위칭 주파수를 올리면 Voltage gain(Vout/Vin)이 낮아지므로 출력되는 전력이 낮아질 수 있다.That is, inductive current must flow for the zero volt switch (ZVS), and the range of the actual operating frequency is operated in the right part of the resonant frequency (about 250khz in Fig. 2), and if you want to lower the power output through the transformer. Increasing the switching frequency lowers the voltage gain (Vout/Vin), so the output power may decrease.

그러나 도 2에 도시된 바와 같이 변압기를 통해 출력되는 전력을 최대 출력에서 40% 수준으로 낮추기 위해서는 주파수가 470kHz가 되어야 하며, 더 나아가 최대 출력의 10% 수준이 되기 위해서는 1400kHz까지 올려야 하는바(그래프 범위에서 벗어남) 주파수의 변화가 심한 문제가 존재하였다.However, as shown in FIG. 2, in order to reduce the power output through the transformer to a level of 40% from the maximum output, the frequency must be 470 kHz, and furthermore, in order to reach a level of 10% of the maximum output, the frequency must be increased to 1400 kHz (graph range). Deviated from) There was a problem with severe frequency change.

즉, 종래 기술에 따를 경우 최대 출력을 낮추기 위해서는 주파수를 상대적으로 많이 증가시켜야 하는데, LLC 공진형 회로에서 주파수를 많이 증가시키는 경우 MOSFET이 손상되는 문제가 발생할 수 있다. That is, according to the prior art, in order to lower the maximum output, the frequency must be increased relatively much. However, if the frequency is increased a lot in the LLC resonant circuit, the MOSFET may be damaged.

예를 들어, 도 1에서 제1스위치(Q1)가 on이 되고 제2스위치(Q2) off 인 상태에서 제1스위치가 Off 되면 제2스위치의 다이오드를 통해 전류가 흐르는 상태가 된다. For example, in FIG. 1, when the first switch Q1 is turned on and the second switch Q2 is turned off, when the first switch is turned off, a current flows through the diode of the second switch.

즉, 제2스위치가 다시 턴 온(turn-on)되고, 다시 턴 오프(turn-off) 되는 동안에 제1스위치의 다이오드를 통해 전류가 흐르며, 제1스위치가 턴 온(turn on)되는 순간에도 제2스위치(Q2)의 다이오드를 통해 전류가 흐르게 되므로, 이에 따라 제1스위치(Q1)와 제2스위치(Q2)에 과도한 전류(shoot through)흐르는 문제가 발생하여 제1스위치(Q1) 및 제2스위치(Q2)가 데미지(damage)를 입는 문제가 발생한다. That is, while the second switch is turned on again and is turned off again, current flows through the diode of the first switch, and even at the moment the first switch is turned on. Since a current flows through the diode of the second switch Q2, there is a problem in that an excessive current flows through the first switch Q1 and the second switch Q2. 2 There is a problem that the switch Q2 is damaged.

또한, 주파수가 과도하게 증가함에 따라 효율이 열화되며 발열이 증가하는바 MOSFET에 damage가 발생할 수 있으며, 변압기에서 코어 로스(Core loss) 도 발생하는 문제점이 존재하였다. In addition, as the frequency is excessively increased, efficiency deteriorates and heat generation increases, so that damage to the MOSFET may occur, and a core loss may occur in the transformer.

따라서, 종래 기술에 따르는 경우 이러한 문제점이 발생되지 않도록 주파수를 가변하였는바, 가변 할 수 있는 주파수가 제한 되어 있으므로, 제어 할 수 있는 전력량이 제한되는 문제점이 있다. Therefore, according to the prior art, since the frequency is changed so that such a problem does not occur, the frequency that can be changed is limited, and thus the amount of power that can be controlled is limited.

그러나 일 실시예에 LLC 공진형 컨버터(100)는 상기 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 인버터와 변압기 사이에 별도의 커패시터를 병렬적으로 배치함으로써, 보다 효율적으로 전력의 출력량을 조절할 수 있는 LLC 공진형 컨버터를 제공하기 위함이다. 이하 도면을 통해 자세히 알아보도록 한다. However, in one embodiment, the LLC resonant converter 100 is an invention designed to solve the above-described problem, and by arranging a separate capacitor in parallel between the inverter and the transformer, the LLC resonant converter 100 can more efficiently control the amount of power output. It is to provide a resonant converter. It will be described in detail through the drawings below.

도 3은 일 실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 구성 요소를 도시한 회로도이며, 도 4는 일 실시예에 따라, 주파수의 변화에 따른 입력 전압과 출력 전압의 비를 도시한 그래프이다.3 is a circuit diagram showing components of an LLC resonant converter according to an embodiment, and FIG. 4 is a graph showing a ratio of an input voltage and an output voltage according to a change in frequency, according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터(100)의 경우 제1스위치(Q1)와 제2스위치(Q2)를 포함하는 하프 브릿지(Half bridge)형 인버터에 임피던스부(Z)가 직렬로 연결되어 있는데, 구체적으로 임피던스부(Z)는 공진용 인덕터(Ls)와 제1캐패시터(Cr)를 포함하는 제1임피던스(Z1)와 커패시터(Cp)를 포함하는 제2임피던스(Z2)를 포함할 수 있다. 그리고 임피던스부(Z)는 직렬로 변압기(T)와 연결되어 있어, 변압기(T)를 통해 출력 전압이 전화되는 구성을 취하고 있다. 또한 여기서 제2커패시터(Cp)의 임피던스는 제1커패시터(Cr)의 임피던스 보다 작은 값을 가지도록 구성할 수 있다.Referring to FIG. 3, in the case of the LLC resonant converter 100 according to an embodiment, an impedance unit Z in a half bridge type inverter including a first switch Q1 and a second switch Q2. Are connected in series, and specifically, the impedance unit Z includes a first impedance Z1 including a resonance inductor Ls and a first capacitor Cr, and a second impedance Z2 including a capacitor Cp. ) Can be included. In addition, since the impedance unit Z is connected to the transformer T in series, the output voltage is converted through the transformer T. In addition, the impedance of the second capacitor Cp may be configured to have a value smaller than the impedance of the first capacitor Cr.

종래 기술에 따른 LLC 공진형 컨버터에서 주파수가 증가할 수록 출력 전력이 감소하는 이유는 주파수가 상승함에 따라 인덕터와 커패시터를 포함하고 있는 공진부의 임피던스가 증가하기 때문이다. The reason why the output power decreases as the frequency increases in the LLC resonant converter according to the prior art is that the impedance of the resonator including the inductor and the capacitor increases as the frequency increases.

그러나, 도 3에 도시된 바와 같이 제2임피던스(Z2) 구체적으로 제2커패시터(Cp)를 인덕터(Ls)와 병렬로 연결하는 경우, 종래 기술보다 주파수가 변함에 따라 전체 임피던스가 빠르게 증가하여 출력되는 전압을 낮춰 보다 빠르게 전력의 출력을 낮출 수 있는 효과가 존재한다.However, as shown in FIG. 3, when the second impedance Z2 is specifically connected to the second capacitor Cp in parallel with the inductor Ls, the total impedance increases faster as the frequency changes than in the prior art, and output There is an effect that can lower the power output faster by lowering the voltage.

이를 구체적으로 살펴보면, 종래 기술에 의한 경우 주파수가 상승함에 따라 인덕터와 커패시터를 포함하고 있는 공진부의 임피던스는 j*w*Ls +1/(j*w*Cr)로 정의 될 수 있는바 주파수가 증가함에 따라 전체 임피던스는 증가한다. 이에 배해 본원 발명과 같은 구성을 취하는 경우 전체 임피던스는 아래 식(1)과 같이 정의 될 수 있고, 식(1)을 정리하면 전체 임피던스는 식(2)와 같이 정리 될 수 있다.Specifically, according to the prior art, as the frequency increases, the impedance of the resonance part including the inductor and the capacitor can be defined as j*w*Ls +1/(j*w*Cr), and the frequency increases. As it increases, the total impedance increases. In addition, when the configuration as in the present invention is taken, the total impedance can be defined as in Equation (1) below, and if Equation (1) is summarized, the total impedance can be summarized as in Equation (2).

식 (1) -

Figure pat00001
Equation (1)-
Figure pat00001

식 (2) -

Figure pat00002
Equation (2)-
Figure pat00002

즉, 본원 발명의 전체 임피던스는 분모에 (1-w2*Ls*Cp) 성분이 존재하여 주파수가 증가함에 따라 종래 기술에 따른 임피던스보다 빠르게 증가하므로, 변압기(T)를 통해 출력되는 전압의 비는 도 4에 도시된 바와 같이 빠르게 감소하는 것을 알 수 있다.That is, the total impedance of the present invention increases faster than the impedance according to the prior art as the frequency increases due to the presence of the (1-w2*Ls*Cp) component in the denominator, the ratio of the voltage output through the transformer (T) is It can be seen that it decreases rapidly as shown in FIG. 4.

즉, 공진주파수(250khz)는 거의 변함이 없으나, 출력을 40%로 조정하는 경우 종래기술의 경우 470khz가 증가시켜야 했으나 일 실시예에 따른 공진기의 경우280khz까지만 증가시켜도 출력을 조절할 수 있으며, 출력을 10%로 조정하는 경우 종래기술의 경우 1400khz가 증가시켜야 했으나 일 실시예에 따른 공진기의 경우 400khz까지만 증가시켜도 출력을 조절할 수 있는바 보다 쉽게 출력을 조절할 수 있는 장점이 존재한다.That is, the resonant frequency (250khz) is almost unchanged, but in the case of adjusting the output to 40%, in the case of the prior art, 470khz had to be increased. In the case of adjusting to 10%, in the case of the prior art, 1400khz had to be increased, but in the case of the resonator according to an embodiment, the output can be adjusted only by increasing it up to 400khz, so there is an advantage in that the output can be more easily adjusted.

따라서, 출력을 조절하기 위해 제어되는 가변주파수의 범위가 종래 기술보다 좁아 전계효과트랜지스터(MOSFET)로 과도한 전류(shoot through)가 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 전력 변환을 위한 최대 주파수를 낮춤으로써 제로 전압 스위치(ZVS)를 유지할 수 있어 전력 효율을 높일 수 있으며, MOSFET 및 다이오드의 커패시터의 충전 및 방전에 의한 전력 낭비 증가를 방지할 수 있는 효과가 존재한다. Therefore, since the range of the variable frequency controlled to adjust the output is narrower than that of the prior art, excessive current (shoot through) can be prevented from flowing through the field effect transistor (MOSFET), and the maximum frequency for power conversion is reduced to zero voltage. Since the switch ZVS can be maintained, power efficiency can be increased, and there is an effect of preventing an increase in power waste due to charging and discharging of the capacitors of the MOSFET and the diode.

또한 도 3의 경우 제2임피던스(Z2)를 제2케패시터(Cp)로 한정하여 기술하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 전체 임피던스를 줄일 수 있는 구성요소이면 이에 포함될 수 있다. In addition, in the case of FIG. 3, the second impedance Z2 is limited to the second capacitor Cp, but the description is not limited thereto, and any component capable of reducing the total impedance may be included therein.

즉, 제2임피던스(Z2)는 주파수가 증가함에 따라 인버터의 출력 전압(Vin)과 상기 변압기의 출력 전압(Vout)의 비(Vout/Vin)가 제1임펀더스만 존재할 때보다 빠르게 감소하도록 구성될 수 있다. That is, the second impedance (Z2) is configured such that as the frequency increases, the ratio (Vout/Vin) of the output voltage (Vin) of the inverter and the output voltage (Vout) of the transformer (Vout/Vin) decreases faster than when only the first impedance is present. Can be.

종래 기술에 따른 LLC 공진형 컨버터의 경우, 주파수를 변화시키는 방법으로 변압기를 통해 출력되는 전력을 조절하였는데, 주파수 변화 대비 전략의 변화율을 크지가 않아 출력 전력을 많이 낮추기 위해서는 주파수의 변화를 크게 해야 하는 문제점이 존재하였다.In the case of the LLC resonant converter according to the prior art, the power output through the transformer was adjusted by changing the frequency.However, the rate of change of the strategy versus the frequency change is not large. There was a problem.

그러나 일 실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터는 전력 조절을 위한 최대 주파수를 낮춤으로써 전계효과트랜지스터(MOSFET)로 과도한 전류(shoot through)가 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 전력 변환을 위한 최대 주파수를 낮춤으로써 제로 전압 스위치(ZVS)를 유지할 수 있어 전력 효율을 높일 수 있으며, MOSFET 및 다이오드의 커패시터의 충전 및 방전에 의한 전력 낭비 증가를 방지할 수 있다.However, the LLC resonant converter according to an embodiment can prevent excessive current (shoot through) from flowing through the field effect transistor (MOSFET) by lowering the maximum frequency for power regulation, and by lowering the maximum frequency for power conversion. Since the zero voltage switch ZVS can be maintained, power efficiency can be increased, and an increase in power waste due to charging and discharging of the capacitors of the MOSFET and the diode can be prevented.

또한, 주파수의 변화가 작아져 변압기의 코어에서 발생하는 전력 손실이 적어 가변할 수 있는 전력량의 범위를 증가시킬 수 있는 장점이 존재한다.In addition, since the frequency change is small, the power loss generated in the core of the transformer is small, and thus the range of the variable amount of power can be increased.

지금까지 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 실시 예들 및 특허 청구 범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although the embodiments have been described with reference to limited embodiments and drawings, various modifications and variations can be made from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved. Therefore, other embodiments and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

Q1: 제1스위치:
Q2: 제2 스위치
Ls: 인덕터
Cr: 제1커패시터
Cs: 제2커패시터
T: 변압기
Z1:제1임피던스
Z2:제 2임피던스
Z: 임피던스부
Q1: Switch #1:
Q2: 2nd switch
Ls: inductor
Cr: first capacitor
Cs: second capacitor
T: transformer
Z1: first impedance
Z2: second impedance
Z: impedance part

Claims (8)

주파수를 가변하는 제1 스위치 및 제2스위치를 포함하는 인버터(Invertor);
상기 인버터와 직렬 연결되며, 인덕터 및 커패시터를 포함하는 제1임피던스를 포함하는 임피던스부; 및
상기 커패시터와 직렬 연결되어 상기 인버터를 통해 출력되는 전력을 변환화여 출력하는 변압기;를 포함하고
상기 임피던스부는,
주파수가 증가함에 띠라 상기 임피던스부의 전체 임피던스가 상기 인버터의 임피던스보다 빠르게 증가하도록 하는 제2임피던스;를 포함하는 LLC 공진형 컨버터.
An inverter including a first switch and a second switch for varying a frequency;
An impedance unit connected in series with the inverter and including a first impedance including an inductor and a capacitor; And
A transformer connected in series with the capacitor to convert and output power output through the inverter; and
The impedance unit,
LLC resonant converter comprising a; second impedance for increasing the total impedance of the impedance portion faster than the impedance of the inverter as the frequency increases.
제1 항에 있어서,
상기 제2 임피던스는,
상기 제1임피던스와 병렬 연결되는 LLC 공진형 컨버터.
The method of claim 1,
The second impedance is,
LLC resonant converter connected in parallel with the first impedance.
제2 항에 있어서,
상기 제2임피던스는,
상기 인덕터와 병렬 연결되는 LLC 공진형 컨버터
The method of claim 2,
The second impedance is,
LLC resonant converter connected in parallel with the inductor
제1 항에 있어서,
상기 인덕터는 상기 제1스위치 및 제2스위치와 연결되며,
상기 커패시터는 상기 변압기와 연결되는 LLC 공진형 컨버터
The method of claim 1,
The inductor is connected to the first switch and the second switch,
The capacitor is an LLC resonant converter connected to the transformer
제1 항에 있어서,
상기 제2임피던스는,
제2커패시터를 포함하는 LLC 공진형 컨버터
The method of claim 1,
The second impedance is,
LLC resonant converter including second capacitor
제5 항에 있어서,
상기 제2커패시터의 임피던스는 상기 제1커패시터의 임피던스 보다 작은 값을 가지는 LLC 공진형 컨버터.
The method of claim 5,
The LLC resonant converter having an impedance of the second capacitor less than that of the first capacitor.
제1 항에 있어서,
상기 임피던스부는,
상기 제1스위치 및 제2스위치 사이의 접점과 직렬 연결되는 LLC 공진형 컨버터.
The method of claim 1,
The impedance unit,
LLC resonant converter connected in series with a contact point between the first switch and the second switch.
제1항에 있어서,
상기 제2임피던스는,
주파수가 증가함에 따라 상기 인버터의 출력 전압(Vin)과 상기 변압기의 출력 전압(Vout)의 비(Vout/Vin)가 제1임펀더스만 존재할 때보다 빠르게 감소하도록 하는 LLC 공진형 컨버터.
The method of claim 1,
The second impedance is,
As the frequency increases, the ratio (Vout/Vin) of the output voltage (Vin) of the inverter and the output voltage (Vout) of the transformer decreases faster than when only the first impulder exists.
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