WO2021049720A1 - 다중 구조 변압기를 위한 전압 밸런싱 회로를 가지는 공진형 컨버터 - Google Patents

다중 구조 변압기를 위한 전압 밸런싱 회로를 가지는 공진형 컨버터 Download PDF

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transformers
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rectifying
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장성록
김형석
유찬훈
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한국전기연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a DC/DC converter, and more particularly, a resonance capable of reducing conduction loss and switching loss by improving the waveform of a resonant current, improving efficiency, and performing voltage balancing of a multi-structure transformer included at the same time. It relates to a type converter.
  • DC/DC converters that convert input DC voltage to output DC voltage with different levels are widely used in industrial sites.
  • DC/DC converters convert DC voltage to AC voltage and then boost or step down with a transformer. The voltage is transformed by rectifying it with a DC voltage again.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a typical resonant converter.
  • the resonant converter uses a resonance phenomenon of an inductor Lr and a capacitor Cr, and is of good conversion efficiency.
  • a conventional resonant converter a switching unit including a plurality of switches (S1 to S4) for converting the AC voltage by alternately switching the DC voltage supplied from the input power supply (10) (20) and; LC resonance circuit part 30 which converts the frequency characteristic of the AC voltage transmitted from the switching part 20 by using the resonance phenomenon of the resonance inductor Lr and the resonance capacitor Cr connected to the switching part 20 and connected in series.
  • a transformer (TX) having a predetermined turns ratio for converting an AC voltage transmitted from the LC resonance circuit unit 30, that is, a primary-side voltage to a secondary-side voltage of a predetermined level;
  • a bridge rectifier 40 rectifying the AC voltage induced on the secondary side of the transformer TX into a DC voltage;
  • a gate driving circuit part 51 for controlling the size and shape of the load current by controlling the switching operation of the switching part 20 is used as a basic configuration.
  • the illustrated converter is a full-bridge converter in which four switches (S1 to S4) implemented as semiconductor switches such as IGBTs and MOSFETs are connected in a full-bridge structure, and anti-parallel diodes at both ends of the switches (S1 to S4) of the switching unit 20 (D1 ⁇ D4) and snubber capacitors (C1 ⁇ C4) are connected in parallel.
  • switches S1 to S4 implemented as semiconductor switches such as IGBTs and MOSFETs are connected in a full-bridge structure, and anti-parallel diodes at both ends of the switches (S1 to S4) of the switching unit 20 (D1 ⁇ D4) and snubber capacitors (C1 ⁇ C4) are connected in parallel.
  • a pair of switches (S1 and S2, or S3 and S4) that exist diagonally according to the driving signal of the gate driving circuit unit 51 are simultaneously turned on (Turn-On) or turned off (Turn-Off). After converting the DC voltage to the AC voltage, it is transmitted to the primary side of the transformer TX through the LC resonance circuit unit 30.
  • the LC resonance circuit unit 30 connected to the switching unit 20 is a resonance inductor connected in series to the primary winding TX1 of the transformer TX between the connection node of the switch S1 and the switch S3 and the connection node of the switches S2 and S4. It is composed of Lr) and a resonant capacitor (Cr), and stores energy through a resonant tank composed of a resonant inductor (Lr) and a resonant capacitor (Cr) using the LC resonance phenomenon, and then transfers it to the output.
  • the transformer TX to which the primary winding TX1 is connected to the LC resonance circuit unit 30 converts the resonance voltage transmitted from the LC resonance circuit unit 30 to a voltage of a predetermined level according to the turns ratio, and the secondary winding TX2 Will be output through.
  • the transformed AC voltage output from the secondary winding TX2 is converted into a DC voltage by the rectifier diodes RD1 to RD4 of the bridge rectifier 40, and then the capacitor Cf filters and outputs it to the load 60. do.
  • the gate driving circuit unit 51 controls the turn-on and turn-off operations of each of the switches S1 to S4, and uses a pulse voltage signal as an input signal to control each switch S1 to S4.
  • a driving signal (gate signal) for turning on and off is generated and output.
  • the switches S1 to S4 are turned on and turned on.
  • a period in which voltage and current are simultaneously applied to the switch a period in which voltage and current overlap
  • a switching loss corresponding to the product of voltage and current V ⁇ I
  • a tail current flows for a certain period even after a voltage is sufficiently applied to both ends of the switch during turn-off, and thus switching loss during turn-off is very large.
  • the switching loss as described above not only lowers the efficiency of the converter, but also generates heat as much as the energy loss in the switch where energy is consumed, and the maximum switching frequency of the device because this switching loss increases in proportion to the frequency at which the device is opened and closed. Becomes a limiting factor.
  • Zero-voltage switching (ZVS) switching when the voltage is 0, and zero-current switching (ZVS) switching when the current is 0.
  • ZCS Zero-Voltage and Zero-Current Switching
  • a load resonant converter using an LC resonance phenomenon by connecting an inductor (Lr) and a capacitor (Cr) to the primary side of a transformer (TX) Resonant Converter), and by using this LC resonance phenomenon, voltage and current waveforms that satisfy the zero voltage and zero current conditions can be created, and the resonance circuit of the inductor (Lr) and the capacitor (Cr) By generating current oscillating, ZVS, ZCS, and ZVZCS become possible.
  • another conventional technology provides a high voltage or high current by connecting a plurality of DC/DC converter modules 10-1 to 10-4 in series or parallel, as shown in FIG. 2.
  • the present invention has been devised to solve the above-described conventional problem, and an object of the present invention is to provide a stable resonant converter capable of solving the problem of output voltage imbalance between a plurality of transformers included in the resonant converter.
  • an object of the present invention is to provide a high-efficiency resonant converter capable of improving the waveform of a resonant current that appears during a switching operation, thereby reducing conduction loss and switching loss, and improving efficiency.
  • the resonant converter according to the present invention includes a switching unit, a resonance circuit unit, a transformer unit, a rectifying unit, and a balancing unit.
  • the switching unit includes a plurality of switches that alternately switch the DC voltage to convert it into an AC voltage
  • the resonance circuit unit is connected to the switching unit and the frequency of the AC voltage transmitted from the switching unit using the resonance phenomenon of the resonant inductor and the resonant capacitor.
  • the characteristics are converted, and the transformer unit includes a primary winding connected to the resonant circuit unit and a secondary winding provided at a predetermined turn ratio with respect to the primary winding, and the primary winding includes a plurality of transformers connected in parallel with each other, and the rectifying unit includes a plurality of transformers.
  • a plurality of rectifier circuits including a plurality of rectifier diodes for rectifying the AC voltage induced on each secondary side of each transformer to a DC voltage, corresponding to each of the plurality of transformers, and the balancing unit is a secondary terminal of a plurality of different transformers. It includes a balancing unit including a plurality of capacitors each connected therebetween, and the plurality of capacitors are cyclically connected within the transformer unit.
  • the balancing unit including a plurality of capacitors each connected between a plurality of different transformer secondary terminals and cyclically connected between the entire plurality of transformers, the waveform of the resonance current that appears during the switching operation is improved. Through this, it is possible to solve the problem of output voltage imbalance between a plurality of transformers included in the converter while providing advantages of reducing conduction loss and switching loss and increasing efficiency.
  • the rectifying circuit may further include a plurality of capacitors connected in parallel with each of the plurality of rectifying diodes. According to this configuration, the waveform of the resonant current can be further improved due to the influence of the capacitor connected to both ends of the rectifier diode in the rectifier circuit, and at the same time, the capacitor can maintain the voltage balance of the rectifier diodes.
  • the resonant converter according to the present invention may further include a control unit for controlling the switching unit, and the switching unit may further include a gate driving unit for driving the gates of the plurality of switches under the control of the control unit.
  • the gate driver may include a voltage sensing unit that detects voltages at drains of the plurality of switches, and a gate voltage generation unit that receives signals from the control unit and generates gate voltages of the plurality of switches.
  • the gate voltage generator may apply a gate driving voltage when the voltage across the switch is a zero voltage.
  • the control unit may control the switching unit according to the voltage measured at the output terminal responsible for outputting the lowest level voltage among the output terminals of the plurality of rectifier circuits. According to this configuration, it is possible to reduce the design burden of the voltage sensing circuit and simplify the control of the entire converter.
  • the balancing unit including a plurality of capacitors each connected between a plurality of different secondary terminals of a plurality of transformers and cyclically connected between the entire plurality of transformers, the waveform of the resonant current that appears during the switching operation is improved and this Through this, it is possible to solve the problem of output voltage imbalance between a plurality of transformers included in the converter, while providing advantages of reducing conduction loss and switching loss and increasing efficiency.
  • the waveform of the resonant current can be further improved due to the influence of the capacitor connected to both ends of the rectifier diode in the rectifier circuit, and at the same time, the capacitor can maintain the voltage balance of the rectifier diodes.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional typical resonant converter.
  • Fig. 2 is a diagram showing the configuration of a conventional DC/DC converter that outputs a high voltage by connecting a plurality of DC/DC converter modules in series.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a resonant converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a more detailed configuration diagram of the resonant converter of FIG. 3.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a resonant converter according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a more detailed configuration diagram of the resonant converter of FIG. 3.
  • the resonant converter 100 includes a switching unit 110, a resonance circuit unit 120, a transformer unit 130, a rectifying unit 140, a balancing unit 150, and a control unit 160. Includes.
  • the switching unit 110 includes a plurality of switches 112 that alternately switch the DC voltage and convert the DC voltage into an AC voltage. That is, the DC/AC inverter of the switching unit 110 includes a plurality of switching elements 112 therein, and generates an AC voltage by switching the input DC voltage at a high frequency and outputs the AC voltage to the transformer 132. In this case, a full bridge circuit, a half bridge circuit, etc. may be variously applied to the DC/AC inverter.
  • the switching unit 110 may be implemented to include one inverter, but may be implemented to include a plurality of inverters. For example, it may be implemented by including a number of inverters corresponding to each of a plurality of transformers connected to the rear end.
  • the gate driver 114 drives the gates of the plurality of switches 112 under the control of the controller 160.
  • the gate driver 114 receives a signal from the voltage sensing unit 114-1 for detecting voltages at the drains of the plurality of switches 112, and the gate of the plurality of switches 112 It may include a gate voltage generator 114-2 that generates a voltage.
  • the gate voltage generator 114-2 may apply a gate driving voltage when the voltage across the switch 112 is a zero voltage.
  • the resonance circuit unit 120 is connected to the switching unit 110 and converts the frequency characteristic of the AC voltage transmitted from the switching unit 110 by using the resonance phenomenon of the resonance inductor 122 and the resonance capacitor 124.
  • the gate driving circuit unit 114 applies a driving signal (gate signal) for turning on and off each of the switches 112 in the switching unit 110, and by this driving signal, a diagonally present in the switching unit 110
  • gate signal a driving signal
  • the transformer 130 includes a primary winding connected to the resonant circuit unit 120 and a secondary winding provided with a predetermined turn ratio with respect to the primary winding, and includes a plurality of transformers 132 in which the primary windings are connected in parallel with each other. .
  • the transformer 132 steps down or boosts the AC voltage input from the DC/AC inverter 110 through the primary winding and outputs it to the AC/DC rectifier 140 connected to the secondary winding.
  • the rectifier 140 includes a plurality of rectifier circuits 142 including a plurality of rectifier diodes 142-1 for rectifying the AC voltage induced at the secondary side of each of the plurality of transformers 132 to a DC voltage. It includes corresponding to each of (132).
  • the AC/DC rectifier 142 includes a plurality of diodes 142-1 therein to convert the AC voltage input from the secondary winding of the transformer 132 into a DC voltage and output it to the output terminal.
  • the AC/DC rectifier 142 can also be applied in various ways, such as a full-wave rectifier circuit and a double voltage rectifier circuit.
  • the balancing unit 150 includes a plurality of capacitors 152 each connected between the secondary terminals of a plurality of different transformers 132, and the plurality of capacitors 152 are within the transformer unit 130, that is, the entire It is cyclically connected between the transformers 132.
  • the transformer uses an existing transformer as it is and connects the connected parallel capacitors to be connected to an adjacent transformer as shown in FIGS. 3 and 4. Accordingly, the stage shares the resonance parameters only by changing the connection structure without changing the structure of the transformer, so that the voltage is well balanced.
  • the rectifying circuit 142 may further include a plurality of capacitors 144 connected in parallel with each of the plurality of rectifying diodes. According to this configuration, the waveform of the resonant current can be further improved due to the influence of the capacitor 144 connected to both ends of the rectifier diode 142-1 in the rectifier circuit, and at the same time, the capacitor is used as the rectifier diode 142-1. ) To maintain the voltage balance.
  • the converter 100 of FIG. 4 shows a simple example of a low-voltage converter in which two rectifier diodes 142-1 of the rectifier 140 are connected in series. kV class), a larger number of rectifier diodes 142-1 may be connected in series to form a circuit.
  • a capacitor 144 is added to the rectifying unit 140 for improving the waveform of the resonance current and maintaining the voltage balance of the rectifying diodes 142-1.
  • the added capacitor 144 is installed to serve both the purpose of improving the current waveform and maintaining the voltage balance, and is connected and installed between both ends of each rectifying diode 142-1 constituting the rectifying unit 140.
  • capacitors 144 are connected to both ends of each rectifier diode 142-1 connected in series, so that the capacitor 144 of each rectifier diode 142-1 is basically the entire rectifier diode 142-1. In addition to performing a compensation action for matching the voltage balance between the two, that is, it can serve to improve the resonant current waveform of the converter.
  • the capacitor 144 for maintaining the voltage balance of the rectifier diode 142-1 is used as a capacitor to improve the resonant current waveform of the converter, and in this way, a capacitor 144 is simply added to each rectifier diode 142-1.
  • a circuit capable of simultaneously achieving voltage balancing of the rectifier diode 142-1, improvement of the current waveform, and improvement of the efficiency of the converter can be implemented.
  • the control unit 160 controls the switching unit 110.
  • a control signal output from the controller 160 to the switching unit 110 may be a control signal for controlling switching timing of switching elements included in the full bridge circuit.
  • the output terminals of the plurality of rectifier circuits are connected in series with each other, and the control unit 160 controls the switching unit 110 according to the voltage measured at the output terminal responsible for outputting the lowest level voltage among the output terminals of the plurality of rectifier circuits. can do.
  • the present invention is a small value connected in parallel to the rectifier diode to balance the voltage of the rectifier diodes when the gate driving circuit and the diodes of the rectifier are stacked in series with the gate driving circuit capable of adjusting the dead time for zero voltage switching in the full-bridge inverter.
  • a resonant converter including a capacitor having a and a capacitor connected in series between adjacent modules for balancing and parallel resonance between modules.
  • the gate driving circuit includes a voltage sensing unit that senses a voltage at the drain terminal of the inverter switch and a gate voltage generation unit that receives a signal from the controller and generates a gate voltage.
  • the gate voltage generation unit senses the voltage at the voltage sensing unit that senses the voltage at the drain terminal of the switch so that the gate signal can be applied when the voltage across the switch reaches zero voltage, thereby enabling more efficient zero voltage switching. do.
  • the capacitor connected to the rectifier diode operates to balance the voltage between the diodes when the diodes used in the rectifier are connected in series to withstand a high voltage withstand voltage by connecting a capacitor having a very small value to the rectifier diode.
  • a capacitor connected in series between modules is a structure that is connected from one end of the secondary side of each transformer to the secondary side of an adjacent module, and the capacitors connected in series share the resonant capacitors in series, so that the voltage balance between the modules can be balanced. do.

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Abstract

스위칭부는 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수개의 스위치를 포함하고, 공진 회로부는 스위칭부에 연결되어 공진 인덕터와 공진 커패시터의 공진 현상을 이용하여 스위칭부에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하고, 변압부는 공진 회로부에 연결된 일차측 권선 및 일차측 권선에 대해 소정의 권선비로 구비되는 이차측 권선을 포함하고 일차측 권선이 서로 병렬 연결된 복수의 변압기를 포함하고, 정류부는 복수의 변압기 각각의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 복수개의 정류 다이오드를 포함하는 복수의 정류 회로를 복수의 변압기 각각에 대응하여 포함하고, 밸런싱부는 서로 다른 복수의 변압기의 2차측 단자 사이에 각각 연결되는 복수의 커패시터를 포함하는 밸런싱부를 포함하며, 복수의 커패시터는 변압부 내에서 순환적으로 연결된다.

Description

다중 구조 변압기를 위한 전압 밸런싱 회로를 가지는 공진형 컨버터
본 발명은 DC/DC 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공진 전류의 파형을 개선하여 도전 손실 및 스위칭 손실을 저감하고 효율을 개선함과 동시에 포함된 다중 구조 변압기의 전압 밸런싱을 수행할 수 있는 공진형 컨버터에 관한 것이다.
입력 직류 전압을 다른 레벨을 갖는 출력 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터가 산업 현장에서 다양하게 이용되고 있으며, 일반적으로 DC/DC 컨버터는 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 뒤 변압기로 승압 또는 강압하고 다시 직류 전압으로 정류함으로써 전압을 변압하게 된다.
이러한 DC/DC 컨버터를 구현하기 위한 회로 방식은 다양하게 존재하며, 그 한 예가 공진형 컨버터이다. 도 1은 전형적인 공진형 컨버터의 구성을 나타내는 회로도로서, 공진형 컨버터는 인덕터(Lr)와 커패시터(Cr)의 공진 현상을 이용하는 것으로서, 변환 효율이 양호한 편에 속한다.
도 1을 참조하여 구성을 살펴보면, 통상의 공진형 컨버터는, 입력 전원(10)으로부터 공급되는 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수개의 스위치(S1~S4)를 포함하는 스위칭부(20)와; 상기 스위칭부(20)에 연결되어 직렬 접속된 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)의 공진 현상을 이용해 스위칭부(20)에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하는 LC 공진 회로부(30)와; 상기 LC 공진 회로부(30)에서 전달되는 교류 전압, 즉 일차측 전압을 소정 레벨의 이차측 전압으로 변환하는 소정 권선비의 변압기(TX)와; 상기 변압기(TX)의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 브리지 정류부(40)와; 상기 스위칭부(20)의 스위칭 동작을 제어하여 부하 전류의 크기 및 형태를 제어하는 게이트 구동 회로부(51)를 기본 구성으로 한다.
이러한 구성에서 브리지 정류부(40)에 의해 정류된 직류 전압을 필터링하여 부하(60)측으로 인가하는 커패시터(Cf)가 부가된다. 도시된 컨버터는 IGBT, MOSFET 등의 반도체 스위치로 구현되는 4개의 스위치(S1~S4)가 풀브리지 구조로 연결된 풀브리지 컨버터로서, 스위칭부(20)의 스위치(S1~S4) 양단에 역병렬 다이오드(D1~D4)와 스너버 커패시터(C1~C4)가 병렬로 연결되어 있다.
스위칭부(20)에서는 게이트 구동 회로부(51)의 구동신호에 따라 대각선으로 존재하는 스위치 쌍(S1 및 S2, 또는 S3 및 S4)이 동시에 턴온(Turn-On) 또는 턴오프(Turn-Off)되어 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 뒤 LC 공진 회로부(30)를 통해 변압기(TX)의 일차측으로 전달하게 되어 있다.
스위칭부(20)에 연결된 LC 공진 회로부(30)는 스위치 S1과 스위치 S3의 접속 노드와 스위치 S2와 S4의 접속 노드 사이에 변압기(TX)의 일차측 권선(TX1)에 직렬로 연결된 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)로 구성되며, LC 공진 현상을 이용하여 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)로 구성된 공진 탱크를 통해 에너지를 저장하였다가 출력으로 전달하게 된다.
또한, LC 공진 회로부(30)에 일차측 권선(TX1)이 연결된 변압기(TX)는 LC 공진 회로부(30)로부터 전달되는 공진 전압을 권선비에 따른 소정 레벨의 전압으로 변환하여 이차측 권선(TX2)을 통해 출력하게 된다.
이어 이차측 권선(TX2)에서 출력되는 변압된 교류 전압을 브리지 정류부(40)의 정류 다이오드(RD1~RD4)가 직류 전압으로 변환하고, 이어 커패시터(Cf)가 필터링하여 부하(60)측으로 출력하게 된다.
이와 같은 컨버터의 구동 및 전력 변환 과정에서 게이트 구동 회로부(51)는 각 스위치(S1~S4)의 턴온 및 턴오프 동작을 제어하는데, 펄스 전압 신호를 입력 신호로 하여 각 스위치(S1~S4)를 턴온 및 턴오프하기 위한 구동신호(게이트 신호)를 생성하여 출력하게 된다.
그리고, 상기와 같은 컨버터에 사용되는 전력용 반도체 스위치(S1~S4)의 스위칭 동작에서는 전압과 전류가 스위칭 소자에 따라 일정한 지연과 기울기를 가지고 변화하기 때문에, 스위치(S1~S4)를 턴온 및 턴오프시키는 경우 스위치에 전압과 전류가 동시에 가해지는 구간(전압과 전류가 겹치는 구간)이 발생하게 되며, 이 구간 동안에는 전압과 전류의 곱(V×I)에 해당하는 스위칭 손실이 발생하게 된다.
특히, IGBT와 같은 소자는 턴오프시에 꼬리(tail)전류가 스위치 양단에 전압이 충분히 가해진 후에도 일정 구간 동안 흐르기 때문에 턴오프시의 스위칭 손실이 매우 크다.
상기와 같은 스위칭 손실은 컨버터의 효율을 저하시킴은 물론 에너지가 소비되고 있는 스위치에서 손실 에너지만큼의 열을 발생시키며, 이러한 스위칭 손실이 소자가 개폐되는 주파수에 비례해서 증가하기 때문에 소자의 최대 스위칭 주파수를 제한하는 요소가 된다.
따라서, 스위칭 손실을 줄이기 위한 다양한 스위칭 방법이 제안된 바 있는데, 전압이 0인 상태에서 스위칭하는 영전압 스위칭(Zero-Voltage Switching; ZVS), 전류가 0인 상태에서 스위칭하는 영전류 스위칭(Zero-Current Switching; ZCS), 그리고 영전압 스위칭 및 영전류 스위칭을 모두 구현하는 영전압-영전류 스위칭(Zero-Voltage and Zero-Current Switching; ZVZCS)의 방법이 이용되고 있다.
스위칭 손실을 줄이는 ZVS, ZCS, ZVZCS를 구현하기 위해서 도 1에 나타낸 바와 같이 변압기(TX)의 일차측에 인덕터(Lr)와 커패시터(Cr)를 연결하여 LC 공진 현상을 이용하는 부하 공진형 컨버터(Load Resonant Converter)를 구성하는 것이며, 이러한 LC 공진 현상을 이용하면 영전압, 영전류 조건을 만족시키는 전압, 전류 파형을 만들어줄 수 있고, 인덕터(Lr)와 커패시터(Cr)의 공진 회로가 부하 전압 및 전류의 오실레이팅(oscillating)을 발생시켜서 ZVS, ZCS, ZVZCS이 가능해진다.
상기한 공진형 컨버터에서 동일 주파수 동작 조건으로 스위치 턴온시 공진 전류(iL)를 급격히 상승시켜 구형파 형태에 가깝게 공진 전류 파형을 개선할 경우 전류의 실효치가 증가하고, 이는 컨버터의 효율을 상승시키게 된다.
한편, 하나의 DC/DC 컨버터가 출력할 수 있는 전압 및 전류에는 한계가 있어, 고전압 또는 고전류가 요구되는 응용 분야에서는 적용하기 어려운 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래의 다른 기술은 도 2와 같이, 복수의 DC/DC 컨버터 모듈(10-1~10-4)을 직렬 또는 병렬로 연결하여 고전압 또는 고전류를 제공하였다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 DC/DC 컨버터 모듈(10-1~10-4)을 직렬 또는 병렬로 연결하는 경우에, 각각의 출력 전압을 제어하기 위해서 각 모듈마다 전압 센싱 회로와 제어기를 구비해야 하므로, 전체적인 제어 과정이 복잡한 문제점이 존재한다.
또한, 각 모듈(10-1~10-4)의 전압 센싱 회로 중 고전압 출력에 연결되는 모듈의 출력 전압 센싱은 절연을 고려해야 하기 때문에 최대 출력 전압이 올라갈수록 전압 센싱이 매우 까다로운 문제점이 존재한다.
이에, 단일 제어기로 하나의 모듈 전압을 제어하면서, DC/AC 인버터로 출력하는 스위칭 제어 신호를 다른 모듈들과 공유하는 방안을 생각할 수 있으나, 컨버터 모듈의 모든 파라미터를 동일하게 제작하는 것이 매우 어렵기 때문에 복수 모듈들의 출력 전압간 불균형은 불가피하였다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 공진형 컨버터에 포함되는 복수의 변압기 사이의 출력 전압 불균형 문제를 해결할 수 있는 안정적인 공진형 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 스위칭 동작시 나타나는 공진 전류의 파형을 개선하고, 이를 통해 도전 손실 및 스위칭 손실의 저감 및 효율 상승의 이점을 제공할 수 있는 고효율의 공진형 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 공진형 컨버터는 스위칭부, 공진 회로부, 변압부, 정류부, 및 밸런싱부를 포함한다.
스위칭부는 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수개의 스위치를 포함하고, 공진 회로부는 스위칭부에 연결되어 공진 인덕터와 공진 커패시터의 공진 현상을 이용하여 스위칭부에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하고, 변압부는 공진 회로부에 연결된 일차측 권선 및 일차측 권선에 대해 소정의 권선비로 구비되는 이차측 권선을 포함하고 일차측 권선이 서로 병렬 연결된 복수의 변압기를 포함하고, 정류부는 복수의 변압기 각각의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 복수개의 정류 다이오드를 포함하는 복수의 정류 회로를 복수의 변압기 각각에 대응하여 포함하고, 밸런싱부는 서로 다른 복수의 변압기의 2차측 단자 사이에 각각 연결되는 복수의 커패시터를 포함하는 밸런싱부를 포함하며, 복수의 커패시터는 변압부 내에서 순환적으로 연결된다.
이와 같은 구성에 의하면, 서로 다른 복수의 변압기 2차측 단자 사이에 각각 연결되어 전체 복수 변압기 사이에서 순환적으로 연결되는 복수의 커패시터를 포함하는 밸런싱부로 인해, 스위칭 동작시 나타나는 공진 전류의 파형을 개선하고 이를 통해 도전 손실 및 스위칭 손실의 저감 및 효율 상승의 이점을 제공하면서도, 컨버터에 포함되는 복수의 변압기 사이의 출력 전압 불균형 문제를 해결할 수 있게 된다.
이때, 정류 회로는 복수개의 정류 다이오드 각각과 병렬 연결되는 복수의 커패시터를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 정류 회로 내 정류 다이오드의 양단에 연결되는 커패시터의 영향으로 인해 공진 전류의 파형이 더욱 개선될 수 있고, 동시에 이 커패시터가 정류 다이오드들의 전압 밸런스를 유지시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 공진형 컨버터는 스위칭부를 제어하는 제어부를 더 포함하며, 스위칭부는 제어부의 제어에 따라 복수의 스위치의 게이트를 구동하는 게이트 구동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 게이트 구동부는, 복수의 스위치의 드레인에서의 전압을 검출하는 전압 센싱부, 및 제어부로부터 신호를 받아 복수의 스위치의 게이트 전압을 생성하는 게이트 전압 생성부를 포함할 수 있다.
또한, 게이트 전압 생성부는 스위치 양단의 전압이 영전압인 경우 게이트 구동 전압을 인가할 수 있다.
또한, 복수의 정류 회로의 출력단은 서로 직렬로 연결되고, 제어부는 복수의 정류 회로의 출력단 중 가장 낮은 레벨의 전압 출력을 담당하는 출력단에서 측정된 전압에 따라 스위칭부를 제어할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 전압 센싱 회로의 설계 부담을 줄이고, 전체 컨버터의 제어를 단순화할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 복수의 변압기 2차측 단자 사이에 각각 연결되어 전체 복수 변압기 사이에서 순환적으로 연결되는 복수의 커패시터를 포함하는 밸런싱부로 인해, 스위칭 동작시 나타나는 공진 전류의 파형을 개선하고 이를 통해 도전 손실 및 스위칭 손실의 저감 및 효율 상승의 이점을 제공하면서도, 컨버터에 포함되는 복수의 변압기 사이의 출력 전압 불균형 문제를 해결할 수 있게 된다.
또한, 정류 회로 내 정류 다이오드의 양단에 연결되는 커패시터의 영향으로 인해 공진 전류의 파형이 더욱 개선될 수 있고, 동시에 이 커패시터가 정류 다이오드들의 전압 밸런스를 유지시킬 수 있게 된다.
또한, 전압 센싱 회로의 설계 부담을 줄이고, 전체 컨버터의 제어를 단순화할 수 있게 된다.
도 1은 종래 전형적인 공진형 컨버터의 구성을 나타내는 회로도.
도 2는 복수의 DC/DC 컨버터 모듈을 직렬 연결하여 고전압을 출력하는 종래 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진형 컨버터의 개략적인 구성도.
도 4는 도 3의 공진형 컨버터의 보다 구체적인 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진형 컨버터의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3의 공진형 컨버터의 보다 구체적인 구성도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 공진형 컨버터(100)는 스위칭부(110), 공진 회로부(120), 변압부(130), 정류부(140), 밸런싱부(150), 및 제어부(160)를 포함한다.
스위칭부(110)는 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수개의 스위치(112)를 포함한다. 즉, 스위칭부(110)의 DC/AC 인버터는 내부에 복수의 스위칭 소자(112)를 포함하여, 입력되는 DC 전압을 고주파수로 스위칭하여 AC 전압을 생성하여 변압기(132)로 출력한다. 이때, DC/AC 인버터에는 풀브릿지회로, 하프 브릿지 회로 등이 다양하게 적용될 수 있다.
이때, 스위칭부(110)는 하나의 인버터를 포함하여 구현될 수도 있지만, 복수의 인버터를 포함하도록 구현될 수도 있다. 예를 들어, 후단에 연결되는 복수의 변압기 각각에 대응하는 수의 인버터를 포함하여 구현될 수도 있다.
게이트 구동부(114)는 제어부(160)의 제어에 따라 복수의 스위치(112)의 게이트를 구동한다. 이를 위해, 게이트 구동부(114)는, 복수의 스위치(112)의 드레인에서의 전압을 검출하는 전압 센싱부(114-1), 및 제어부(160)로부터 신호를 받아 복수의 스위치(112)의 게이트 전압을 생성하는 게이트 전압 생성부(114-2)를 포함할 수 있다. 이때, 게이트 전압 생성부(114-2)는 스위치(112) 양단의 전압이 영전압인 경우 게이트 구동 전압을 인가할 수 있다.
공진 회로부(120)는 스위칭부(110)에 연결되어 공진 인덕터(122)와 공진 커패시터(124)의 공진 현상을 이용하여 스위칭부(110)에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환한다.
게이트 구동 회로부(114)가 스위칭부(110) 내 각 스위치(112)를 턴온 및 턴오프하기 위한 구동신호(게이트 신호)를 인가하고, 이 구동신호에 의해 스위칭부(110) 내에 대각선으로 존재하는 스위치 쌍이 정확한 시점에서 동시에 턴온 또는 턴오프되면, 직류 전압이 교류 전압으로 변환되어 LC 공진 회로부(120)를 통해 변압기(TX; 132)의 이차측으로 전달되는 것이다.
변압부(130)는 공진 회로부(120)에 연결된 일차측 권선 및 일차측 권선에 대해 소정의 권선비로 구비되는 이차측 권선을 포함하고 일차측 권선이 서로 병렬 연결된 복수의 변압기(132)를 포함한다.
이때, 변압기(132)는 1차 권선을 통해서 DC/AC 인버터(110)로부터 입력된 AC 전압을 강압 또는 승압하여 2차 권선에 연결된 AC/DC 정류기(140)로 출력한다.
정류부(140)는 복수의 변압기(132) 각각의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 복수개의 정류 다이오드(142-1)를 포함하는 복수의 정류 회로(142)를 복수의 변압기(132) 각각에 대응하여 포함한다.
즉, AC/DC 정류기(142)는 내부에 복수의 다이오드(142-1)를 포함하여 변압기(132)의 2차 권선으로부터 입력된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 출력단으로 출력한다. AC/DC 정류기(142) 역시 전파 정류회로, 배전압 정류 회로 등 다양하게 적용될 수 있다.
밸런싱부(150)는 서로 다른 복수의 변압기(132)의 2차측 단자 사이에 각각 연결되는 복수의 커패시터(152)를 포함하며, 복수의 커패시터(152)는 변압부(130) 내에서, 즉 전체 변압기(132) 사이에서 순환적으로 연결된다.
병렬 공진 커패시터를 공유하는 구조로서, 변압기는 기존의 변압기를 그대로 사용하고 연결되는 병렬 커패시터의 결선을 도 3 및 도 4에서와 같이 인접 변압기에 연결되도록 결선하는 것이다. 이에 따라, 변압기의 구조 변경 없이 연결구조의 변경만으로 스테이지가 공진 파라미터를 공유하게 되면서 전압의 밸런싱이 잘 이루어지게 된다.
즉, 공진형 컨버터에서 고전압을 발생시키기 위해 변압기의 출력단을 직렬로 결선시켜서 사용하는 경우 발생할 수 있는 문제를 해결할 수 있다. 보다 구체적으로, 변압기 제작상의 오차로 인해 기생 성분이 다르게 발생함으로써 2차측의 출력 전압의 불균형이 발생하게 되어 회로의 신뢰성이 낮아지고, 사용되는 소자의 정격을 높여야 하거나 소자가 파손될 가능성이 높아지는 문제를 해결할 수 있다.
이와 함께, 일차측의 공진 전류를 종래의 컨버터에 비해 보다 급격히 상승시킬 수 있게 되고 이에 대략 사다리꼴 형태를 갖는 전류 파형을 얻을 수 있는 바, 동일 주파수 운전시 기존의 사인파 형태의 전류 파형에 비해 실효 전류를 증대시킬 수 있게 된다.
이와 더불어, 정류 회로(142)는 복수개의 정류 다이오드 각각과 병렬 연결되는 복수의 커패시터(144)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 정류 회로 내 정류 다이오드(142-1)의 양단에 연결되는 커패시터(144)의 영향으로 인해 공진 전류의 파형이 더욱 개선될 수 있고, 동시에 이 커패시터가 정류 다이오드(142-1)들의 전압 밸런스를 유지시킬 수 있게 된다.
도 4의 컨버터(100)는 정류부(140)의 정류 다이오드(142-1)를 2개씩 직렬로 연결한 저압 컨버터의 간단한 예를 나타낸 것이나, 이를 고전압 전원장치(예를 들면, 수 kV 급에서 수십 kV 급)에 적용할 경우에는 더욱 많은 개수의 정류 다이오드(142-1)를 직렬로 연결하여 회로를 구성할 수도 있다.
전압 정격이 높은 정류 다이오드 여러 개를 직렬로 연결한 구성에서 각 다이오드에는 균일한 전압이 걸려야 하지만, 임피던스 차이 등으로 인해 실제 정류 다이오드마다 양단에 걸리는 전압이 다를 수 있고, 정류 다이오드 모두에서 전압을 균등한 수준으로 유지시키기가 어렵다.
이에 따라, 고전압 적용시는 정류부 내 직렬로 연결된 정류 다이오드들에 동일한 수준의 전압이 걸릴 수 있도록 전압 밸런스(balance)를 맞춰주는 부가적인 회로 구성이 필요하다.
이를 위해, 본 발명에서는 정류부(140)에 공진 전류의 파형 개선을 위한 것이면서 정류 다이오드(142-1)들의 전압 밸런스 유지를 위한 커패시터(144)가 추가된다. 추가되는 커패시터(144)는 전류 파형 개선의 용도와 전압 밸런스 유지의 용도를 겸하도록 설치되는 것으로서, 정류부(140)를 구성하고 있는 각 정류 다이오드(142-1) 양단 사이에 연결되어 설치된다.
이와 같이, 직렬로 연결된 각 정류 다이오드(142-1)의 양단에 각각 커패시터(144)를 연결하여, 각 정류 다이오드(142-1)의 커패시터(144)가 기본적으로 전체 정류 다이오드(142-1) 간의 전압 밸런스를 맞춰주는 보상 작용을 하도록 함과 더불어, 즉 컨버터의 공진 전류 파형을 개선시키는 작용을 할 수 있게 된다.
정류 다이오드(142-1)의 전압 밸런스 유지를 위한 커패시터(144)가 컨버터의 공진 전류 파형을 개선하는 커패시터로 사용되는 것이며, 이렇게 각 정류 다이오드(142-1)에 간단히 커패시터(144)를 추가하는 것만으로 정류 다이오드(142-1)의 전압 밸런싱과 전류 파형 개선, 컨버터의 효율 향상을 동시에 도모할 수 있는 회로가 구현될 수 있는 것이다.
제어부(160)는 스위칭부(110)를 제어한다. 도 4에서, 제어부(160)로부터 스위칭부(110)로 출력되는 제어 신호는 풀 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자들의 스위칭 타이밍을 제어하는 제어 신호일 수 있다.
또한, 복수의 정류 회로의 출력단은 서로 직렬로 연결되고, 제어부(160)는 복수의 정류 회로의 출력단 중 가장 낮은 레벨의 전압 출력을 담당하는 출력단에서 측정된 전압에 따라 스위칭부(110)를 제어할 수 있다.
이와 같이, 모든 변압기(132)의 출력단이 서로 직렬로 연결되면, DC/DC 컨버터의 출력 전압은 각 변압기들의 출력 전압의 합이 되지만, 상기 구성에 의하면, 전압 센싱 회로의 설계 부담을 줄이고 전체 컨버터의 제어를 단순화할 수 있게 된다.
즉, 컨버터 모듈들이 연결되어 구성되는 DC/DC 컨버터의 출력 전압 중에서 가장 낮은 레벨의 전압 출력을 센싱함으로써, 전압 센싱 회로의 설계 부담을 최소화할 수 있게 된다.
이에 따라, 스위칭부(110)의 모든 스위칭 소자(112)는 동일한 스위칭 제어 신호에 의해서 동일한 타이밍에 온/오프되도록 제어되고, 따라서, DC/DC 컨버터 전체가 하나의 제어기(160) 만으로 제어가 가능해져, 전체 DC/DC 컨버터의 제어가 단순하고 효율적으로 수행될 수 있다.
정리하면, 본 발명은 풀-브리지 인버터에 영전압 스위칭을 위한 데드타임 조절이 가능한 게이트 구동회로와 정류기의 다이오드들이 직렬 스태킹되는 경우 정류다이오드들의 전압 밸런스를 맞출 수 있도록 정류기 다이오드에 병렬로 연결된 작은 값을 가지는 커패시터, 그리고 모듈간 밸런싱 및 병렬 공진을 위해 인접 모듈간 직렬로 연결되는 커패시터를 포함하는 공진형 컨버터를 개시한다.
이때, 게이트 구동회로는 인버터 스위치의 드레인단의 전압을 센싱하는 전압 센싱부 및 제어기로부터 신호를 받아서 게이트 전압을 만들어주는 게이트 전압 생성부로 이루어진다.
이에 따라, 게이트 전압 생성부는 스위치의 드레인단의 전압을 센싱하는 전압 센싱부에서 전압을 센싱하여 스위치 양단 전압이 영전압이 되었을 때 게이트 신호가 인가될 수 있도록 하여, 보다 효율적인 영전압 스위칭이 가능하게 된다.
또한, 정류다이오드에 연결되는 커패시터는 아주 작은 값을 가지는 커패시터를 정류다이오드에 연결하여 정류기에 사용되는 다이오드들이 높은 전압 내압을 견디기 위해 직렬 연결되는 경우 다이오드들 간의 전압 밸런싱을 맞출 수 있도록 동작하게 된다.
모듈간 직렬로 연결되는 커패시터는 각 변압기의 2차측의 한쪽 단에서 인접한 모듈의 2차측으로 연결되는 구조이며, 직렬 연결되는 커패시터들이 공진 커패시터들을 직렬로 공유함으로써 모듈 간의 전압 밸런싱을 맞출 수 있도록 동작하게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수개의 스위치를 포함하는 스위칭부;
    상기 스위칭부에 연결되어 공진 인덕터와 공진 커패시터의 공진 현상을 이용하여 상기 스위칭부에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하는 공진 회로부;
    상기 공진 회로부에 연결된 일차측 권선, 및 상기 일차측 권선에 대해 소정의 권선비로 구비되는 이차측 권선을 포함하고 상기 일차측 권선이 서로 병렬 연결된 복수의 변압기를 포함하는 변압부;
    상기 복수의 변압기 각각의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 복수개의 정류 다이오드를 포함하는 복수의 정류 회로를 상기 복수의 변압기 각각에 대응하여 포함하는 정류부; 및
    서로 다른 상기 복수의 변압기의 2차측 단자 사이에 각각 연결되는 복수의 커패시터를 포함하는 밸런싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 커패시터는 상기 복수의 변압기들 사이에서 순환적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 정류 회로는 상기 복수개의 정류 다이오드와 각각 병렬 연결되는 복수의 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 스위칭부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 복수개의 스위치의 게이트를 구동하는 게이트 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 게이트 구동부는,
    상기 복수개의 스위치의 양단의 전압을 검출하는 전압 센싱부; 및
    상기 검출된 전압과 상기 제어부로부터 신호를 입력받아 상기 복수개의 스위치의 게이트 전압을 생성하는 게이트 전압 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전압 센싱부는 드레인 전압을 이용하여 상기 복수개의 스위치의 양단의 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 게이트 전압 생성부는,
    상기 스위치 양단의 전압이 영전압인 경우 게이트 구동 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 정류 회로의 출력단은 서로 직렬로 연결되고,
    상기 제어부는 상기 복수의 정류 회로의 출력단 중 가장 낮은 레벨의 전압 출력을 담당하는 출력단에서 측정된 전압에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭부는 복수의 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 복수의 변압기와 동일한 수의 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113541493A (zh) * 2021-07-15 2021-10-22 深圳市优优绿能电气有限公司 一种超大功率宽范围恒功率变换器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102399086B1 (ko) * 2020-12-30 2022-05-17 경상국립대학교산학협력단 Llc 공진 컨버터 출력 전압 센싱 방법
KR20240030061A (ko) * 2022-08-29 2024-03-07 삼성전자주식회사 복수의 컨버터를 구비한 전자 장치 및 그 제조 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0549257A (ja) * 1991-08-08 1993-02-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイツチング電源装置
KR20110029742A (ko) * 2009-09-16 2011-03-23 전남대학교산학협력단 소프트 스위칭 방식의 멀티레벨 dc/dc컨버터
KR101200251B1 (ko) * 2011-06-13 2012-11-09 한국전기연구원 전원공급장치
KR101385979B1 (ko) * 2012-11-26 2014-04-16 한국전기연구원 효율 개선 및 정류부의 전압 밸런싱을 위한 회로를 가지는 공진형 컨버터
KR20190011024A (ko) * 2017-07-24 2019-02-01 울산과학기술원 공진형 컨버터의 출력전압 제어 방법 및 장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101558337B1 (ko) 2014-03-27 2015-10-19 (주)에스엔 절연형 dc-dc변환방식에 의한 다중출력 직류전원 공급 장치
KR20170064076A (ko) 2015-11-30 2017-06-09 (주)엘탑 자속 공유형 대전압용 전원 공급 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0549257A (ja) * 1991-08-08 1993-02-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイツチング電源装置
KR20110029742A (ko) * 2009-09-16 2011-03-23 전남대학교산학협력단 소프트 스위칭 방식의 멀티레벨 dc/dc컨버터
KR101200251B1 (ko) * 2011-06-13 2012-11-09 한국전기연구원 전원공급장치
KR101385979B1 (ko) * 2012-11-26 2014-04-16 한국전기연구원 효율 개선 및 정류부의 전압 밸런싱을 위한 회로를 가지는 공진형 컨버터
KR20190011024A (ko) * 2017-07-24 2019-02-01 울산과학기술원 공진형 컨버터의 출력전압 제어 방법 및 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113541493A (zh) * 2021-07-15 2021-10-22 深圳市优优绿能电气有限公司 一种超大功率宽范围恒功率变换器

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Publication number Publication date
KR102102924B1 (ko) 2020-04-21

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