KR100439414B1

KR100439414B1 - DC/DC converter of Insulation type and Uninterruptible power supply used the same apparatus

Info

Publication number: KR100439414B1
Application number: KR10-2002-0036931A
Authority: KR
Inventors: 최재호; 정환명
Original assignee: 정환명; 최재호
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-07-09
Also published as: KR20040001644A

Abstract

본 발명은 DC/DC 전력변환기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 절연형 DC/DC 전력변환기는 교류상용전원을 정류하여 출력하는 전원 입력단의 양 단자 사이에 직렬로 결합된 인덕터 및 제1스위치와, 상기 제1스위치의 양 단자 사이에 직렬로 결합된 다이오드 및 커패시터와, 상기 커패시터의 일 단자가 1차측 권선의 센터 탭에 접속되는 변압기와, 상기 변압기의 1차측 권선의 일측 탭과 상기 커패시터의 타 단자 사이에 접속되는 제2스위치와, 상기 변압기의 1차측 권선의 일측 탭과 상기 커패시터의 타 단자 사이에 접속되는 제3스위치와, 상기 변압기의 2차측 출력 단에 연결된 정류 회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a DC / DC power converter, and an insulated DC / DC power converter according to the present invention includes an inductor and a first switch coupled in series between both terminals of a power input terminal for rectifying and outputting an AC commercial power; A diode and a capacitor coupled in series between both terminals of the first switch, a transformer in which one terminal of the capacitor is connected to the center tap of the primary winding, one tab of the primary winding of the transformer and the other of the capacitor. And a second switch connected between the terminals, a third switch connected between one side tab of the primary winding of the transformer and the other terminal of the capacitor, and a rectifier circuit connected to the secondary output terminal of the transformer. It features.

Description

Isolated DC / DC Power Converters and Uninterruptible Power Supplies Using the Same {DC / DC converter of Insulation type and Uninterruptible power supply used the same apparatus}

본 발명은 DC/DC 전력변환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커패시터를 이용하여 고주파 인버터의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있는 절연형 DC/DC 전력변환기 및 이를 이용한 무정전 전원공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a DC / DC power converter, and more particularly, to an isolated DC / DC power converter that can reduce the switching loss of a high frequency inverter using a capacitor and an uninterruptible power supply using the same.

반도체 스위치 소자를 이용한 전력 변환에 있어서 그 발전 방향은 소형 경량화와 고 효율화에 관심이 집중되고 있다. 이러한 측면에서 고주파 인버터와 고주파 변압기를 이용한 다양한 방법이 개발되어 소개되고 있다. 이러한 경우 직류 전압을 고주파 인버터를 이용하여 고주파 교류 전압으로 변환한 후, 고주파 변압기를 거쳐 다이오드로 정류시킴으로써 입력과 절연된 직류 전압을 얻는 구조가 대표적이라 할 수 있다.In power conversion using semiconductor switch elements, attention has been focused on miniaturization and high efficiency. In this respect, various methods using a high frequency inverter and a high frequency transformer have been developed and introduced. In this case, a structure in which a DC voltage is converted to a high frequency AC voltage using a high frequency inverter and then rectified by a diode through a high frequency transformer to obtain a DC voltage isolated from the input may be representative.

도 1은 종래의 고주파 인버터를 이용한 DC/DC 전력변환기가 적용된 무정전 공급 장치를 도시한 것으로, 고주파 인버터(11)와 변압기(12)를 이용한 DC/DC 전력변환기(10)를 무정전 전원공급 장치의 직류단에 적용한 것이다. 이러한 구상은 Yamaguchi University의 Katsuya Hirachi, Yuasa Corporation의 Yasuhiro Arai 등에 의해 제시된 것으로, 전원 장치의 출력 단에 사용되는 60Hz의 저주파 변압기에서의 절연과 승압 기능을 대신할 수 있으므로 소형경량화와 교류입력 측의 역률 제어 측면에서 매우 유리한 것으로 평가되고 있다.1 illustrates an uninterruptible power supply device to which a DC / DC power converter using a conventional high frequency inverter is applied. The DC / DC power converter 10 using the high frequency inverter 11 and the transformer 12 may include an uninterruptible power supply. It is applied to DC stage. This concept was presented by Katsuya Hirachi of Yamaguchi University, Yasuhiro Arai of Yuasa Corporation, etc., and can replace the isolation and boosting functions of the 60Hz low-frequency transformer used in the output stage of the power supply unit. It is considered very advantageous in terms of control.

그러나 도 1에 도시된 바와 같이 고주파 인버터를 이용한 전력변환기(10)는 4개의 스위치가 모두 하드 스위칭을 하기 때문에 전체 전력 변환 장치의 효율에 악영향을 끼치게 되는 문제점이 있다.However, as shown in FIG. 1, the power converter 10 using the high frequency inverter has a problem of adversely affecting the efficiency of the entire power converter since all four switches perform hard switching.

또한 변압기의 설계에 있어서 공통적으로 문제가 되는 것이 누설 인덕턴스이다. 이러한 누설 인덕턴스는 변압기의 구조상 발생하는 문제로 0으로 가져가는 것이 불가능하며 이 수치를 작게 하기 위한 많은 노력이 진행되고 있다.A common problem in the design of transformers is leakage inductance. This leakage inductance is a problem that occurs due to the structure of the transformer, it is impossible to bring it to zero, and many efforts are being made to reduce this value.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 고주파 인버터의 스위칭 손실을 저감시켜 전력변환 효율을 향상시킬 수 있는 절연형 DC/DC 전력 변환기 및 이를 이용한 무정전 전원공급 장치를 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the present invention provides an isolated DC / DC power converter that can improve the power conversion efficiency by reducing the switching loss of the high frequency inverter and provides an uninterruptible power supply using the same. The purpose is to.

또한 본 발명은 교류입력전류를 용이하게 제어하여 무정전 전원공급 장치의 역률을 개선할 수 있는 절연형 DC/DC 전력 변환기 및 이를 이용한 무정전 전원공급 장치를 제공하는데 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an isolated DC / DC power converter and an uninterruptible power supply using the same to easily control the AC input current to improve the power factor of the uninterruptible power supply.

도 1은 종래의 고주파 인버터를 이용한 DC/DC 전력변환기가 적용된 무정전 전원공급 장치.1 is an uninterruptible power supply device to which a DC / DC power converter using a conventional high frequency inverter is applied.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정전 전원공급 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.2 is a view schematically showing a configuration of an uninterruptible power supply device according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 절연형 DC/DC 전력변환기의 상세 회로도.Figure 3 is a detailed circuit diagram of the isolated DC / DC power converter shown in FIG.

도 4는 도 3에서의 교류 입력전압과 입력전류 파형을 나타낸 도면.4 is a diagram illustrating an AC input voltage and an input current waveform in FIG. 3.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 절연형 DC/DC 전력변환기의 각 부분의 전압, 전류 파형을 나타낸 도면.5 is a view showing the voltage, current waveform of each part of the isolated DC / DC power converter according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연형 DC/DC 전력변환기의 각 부분의 전압, 전류 파형을 나타낸 도면.Figure 6 is a view showing the voltage, current waveform of each part of the isolated DC / DC power converter according to another embodiment of the present invention.

도 7은 도 3에 도시된 변압기와 입출력 측의 커패시터의 등가회로.7 is an equivalent circuit of the transformer shown in FIG. 3 and the capacitor on the input / output side.

도 8은 도 5의 A상태에서의 전류 흐름도.8 is a current flow chart in the state A of FIG.

도 9는 도 5의 B상태에서의 전류 흐름도.FIG. 9 is a current flow chart in the state B of FIG. 5; FIG.

도 10은 도 5의 C상태에서의 전류 흐름도.10 is a flow chart of current in the state C of FIG.

도 11은 도 5의 D상태에서의 전류 흐름도.FIG. 11 is a current flow chart in the state D of FIG. 5; FIG.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 절연형 DC/DC 전력 변환기는 교류상용전원을 정류하여 출력하는 전원 입력단의 양 단자 사이에 직렬로 결합된 인덕터 및 제1스위치와, 상기 제1스위치의 양 단자 사이에 직렬로 결합된 다이오드 및 커패시터와, 상기 커패시터의 일 단자가 1차측 권선의 센터 탭에 접속되는 변압기와, 상기 변압기의 1차측 권선의 일측 탭과 상기 커패시터의 타 단자사이에 접속되는 제2스위치와, 상기 변압기의 1차측 권선의 일측 탭과 상기 커패시터의 타 단자 사이에 접속되는 제3스위치와, 상기 변압기의 2차측 출력 단에 연결된 정류 회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Insulated DC / DC power converter according to an aspect of the present invention for achieving the above object is an inductor and a first switch coupled in series between both terminals of the power input stage rectifying and outputting the AC commercial power, and the first A diode and a capacitor coupled in series between both terminals of the switch, a transformer in which one terminal of the capacitor is connected to the center tap of the primary winding, and between one tab of the primary winding of the transformer and the other terminal of the capacitor. And a second switch to be connected, a third switch connected between one side tab of the primary winding of the transformer and the other terminal of the capacitor, and a rectifier circuit connected to the secondary output terminal of the transformer. .

본 발명의 이와 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 절연형 DC/DC 전력 변환기는 변압기에서 발생하는 누설 인덕턴스와 커패시터의 공진 현상을 이용하여 스위치 소자가 영전류 부근에서 스위칭되도록 함으로써, 고주파 인버터에 의한 스위칭 손실을 저감시킬 수 있게 된다. 그리고 이에 따라 본 발명에 따른 절연형 DC/DC 전력 변환기를 통한 변환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.According to this aspect of the present invention, the isolated DC / DC power converter according to the present invention uses a leakage inductance generated in a transformer and a resonance phenomenon of a capacitor so that the switching element is switched near zero current, thereby switching by a high frequency inverter. The loss can be reduced. Accordingly, the conversion efficiency through the isolated DC / DC power converter according to the present invention can be improved.

그리고 본 발명의 또 다른 양상에 따라 본 발명에 따른 무정전 전원공급 장치는 본 발명에 따른 절연형 DC/DC 전력변환기를 이용하여 교류입력전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.And according to another aspect of the present invention, the uninterruptible power supply apparatus according to the present invention is characterized by controlling the AC input current using the isolated DC / DC power converter according to the present invention.

본 발명의 이와 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 절연형 DC/DC전력변환기를 이용한 무정전 전원공급 장치는 교류 입력 전류를 전원 전압과 동일한 위상의 정현파 전류 또는 임의의 전류 값으로 제어함으로써, 무정전 전원공급 장치의 역률을 개선시킬 수 있게 된다. 그리고 배터리의 사용 용량에 따라 본 발명에 따른 절연형 DC/DC전력변환기의 직류 입력 측에 배터리를 추가할 수 있으며, 특히 배터리 전압이 낮은 경우 DC/DC전력변환기의 입력 측에 배터리를 추가하여 사용함으로써, 입력 전압을 승압시켜 사용할 수 있는 장점이 있다.According to this aspect of the present invention, the uninterruptible power supply apparatus using the insulated DC / DC power converter according to the present invention supplies an uninterruptible power supply by controlling an AC input current to a sine wave current or an arbitrary current value of the same phase as the power supply voltage. It is possible to improve the power factor of the device. The battery may be added to the DC input side of the insulated DC / DC power converter according to the present invention, and in particular, when the battery voltage is low, the battery may be added to the input side of the DC / DC power converter. By doing so, there is an advantage that can be used by boosting the input voltage.

본 발명의 이와 같은, 또 보조적인 양상은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.These and further auxiliary aspects of the present invention will become more apparent through the following preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the present invention will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce the present invention.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연형 DC/DC 전력변환기를 이용한 무정전 전원공급 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명에 따른 무정전 전원공급 장치는 교류상용전원을 정류하여 출력하는 전원 입력부(100)와, 정전 시 구동 전압을 인가하는 배터리(210)와 배터리의 출력을 단속하는 스위치(220)로 구성된 보조 전원부(200)와, 상기 보조 전원부(200)의 양단에 연결되어 상기 전원 입력부(100)를 통해 입력된 전압을 승압하여 출력하는 DC/DC 전력 변환기(300)와, 상기 DC/DC 전력 변환기(300)를 통해 출력된 직류 성분을 교류로 변환하는 인버터부(400)와, 상기 인버터부(400)를 통해 출력된 교류 전압을 필터링하여 부하측으로 출력하는 필터부(500)와, 상기 DC/DC 전력 변환기(300)와 인버터부(400)를 각각 제어하는 제1,2제어부(600,700)를 포함한다.2 schematically illustrates a configuration of an uninterruptible power supply using an isolated DC / DC power converter according to a preferred embodiment of the present invention. The uninterruptible power supply according to the present invention rectifies and outputs an AC commercial power. An auxiliary power supply unit 200 configured to include a power input unit 100, a battery 210 for applying a driving voltage in case of power failure, and a switch 220 for controlling an output of the battery, and connected to both ends of the auxiliary power supply unit 200. A DC / DC power converter 300 for boosting and outputting a voltage input through the power input unit 100, and an inverter unit 400 for converting a DC component output through the DC / DC power converter 300 to AC. And a filter unit 500 for filtering the AC voltage output through the inverter unit 400 and outputting the filtered AC voltage to the load side, and controlling the DC / DC power converter 300 and the inverter unit 400 respectively. It includes two control unit (600,700).

여기에 있어서 전원 입력부(100)와, 보조 전원부(200)와, 인버터부(400), 필터부(500)는 무정전 전원공급 장치에 널리 사용되는 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하고 본 발명의 주요 부분인 DC/DC 전력변환기(300)와 이를 제어하는 제1,2제어부(600,700)에 대하여 설명하기로 한다.Here, the power input unit 100, the auxiliary power supply unit 200, the inverter unit 400, the filter unit 500 is widely used in the uninterruptible power supply, the detailed description thereof will be omitted and the present invention The DC / DC power converter 300 and the first and second controllers 600 and 700 for controlling the same will be described.

상기 DC/DC 전력변환기를 제어하는 제1제어부(600)는 상기 전원 입력부(100)의 입력단과 상기 DC/DC 전력변환기(300)의 출력 단에 연결되어 상기 DC/DC 전력변환기(300)를 제어한다. 즉 상기 제1제어부(600)는 상기 DC/DC 전력변환기(300)를 통해 인버터부(400)로 출력되는 직류기준 전압을 유지하도록 각 단에 연결된 게이트 입력을 제어함과 동시에, 변압기에서의 교류입력전류를 전원과 동일한 위상의 정현파 전류가 되도록 제어한다.The first controller 600 for controlling the DC / DC power converter is connected to an input terminal of the power input unit 100 and an output terminal of the DC / DC power converter 300 to connect the DC / DC power converter 300. To control. That is, the first controller 600 controls the gate inputs connected to each stage to maintain the DC reference voltage output to the inverter unit 400 through the DC / DC power converter 300, and at the same time, the AC in the transformer The input current is controlled to be a sine wave current of the same phase as the power supply.

그리고 제2제어부(700)는 상기 필터부(500)의 커패시터의 전압에 따라 상기 DC/DC 전력변환기(300)를 통해 입력된 직류 전압에 대한 교류기준전압을 출력하도록 인버터를 구성하는 스위치 소자의 게이트 입력을 제어한다.In addition, the second controller 700 is configured to output an AC reference voltage for the DC voltage input through the DC / DC power converter 300 according to the voltage of the capacitor of the filter unit 500. Control the gate input.

이와 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 무정전 전원공급 장치는 교류상용전원을 정류하여 출력되는 직류 전압을 절연형 DC/DC 변환기의 입력으로 사용하는 경우 교류 입력 전류를 전원 전압과 동 위상의 정현파 전류 또는 임의의 전류 값으로 제어함으로써, 무정전 전원공급 장치의 역률을 개선할 수 있게 된다.According to this aspect, in the uninterruptible power supply according to the present invention, when using a DC voltage output by rectifying AC commercial power as an input of an isolated DC / DC converter, the AC input current is the sinusoidal wave current of the power voltage and the same phase, or By controlling to an arbitrary current value, it is possible to improve the power factor of the uninterruptible power supply.

상기 DC/DC 전력변환기(300)는 이상에서 상술한 바와 같이 무정전 전원공급 장치내에서 저압 입력 전원을 승압시켜 출력하는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 교류상용전원을 정류하여 출력하는 전원 입력부(100) 혹은 배터리(210)로부터 입력되는 직류 전압을 제1제어부(600)로부터 입력되는 제어신호에 따라 일정값 이상의 직류전압으로 승압하여 출력하는데 사용된다.As described above, the DC / DC power converter 300 boosts and outputs a low voltage input power in an uninterruptible power supply, and as shown in FIG. 2, a power input unit rectifying and outputting an AC commercial power ( 100 or the DC voltage input from the battery 210 is used to boost and output the DC voltage above a predetermined value according to the control signal input from the first control unit 600.

한편 본 발명에 따른 DC/DC 전력변환기(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 교류상용전원을 정류하여 출력하는 전원 입력단(100)의 양 단자 사이에 직렬로 결합된 인덕터(L1) 및 제1스위치(Q1)와, 상기 제1스위치(Q1)의 양 단자 사이에 직렬로 결합된 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)와, 상기 커패시터(C1)의 일 단자가 1차측 권선의 센터 탭에 접속되는 변압기(Tr)와, 상기 변압기의 1차측 권선의 일측 탭과 상기 커패시터(C1)의 타 단자 사이에 접속되는 제2스위치(T1)와, 상기 변압기의 1차측 권선의 일측 탭과 상기 커패시터(C1)의 타 단자 사이에 접속되는 제3스위치(T2)와, 상기 변압기의 2차측 출력단 각각에 연결된 정류 회로로 구성되어 있다.Meanwhile, the DC / DC power converter 300 according to the present invention includes an inductor L1 and a first coupled in series between both terminals of a power input terminal 100 rectifying and outputting an AC commercial power as shown in FIG. 3. A diode D1 and a capacitor C1 coupled in series between the switch Q1, both terminals of the first switch Q1, and one terminal of the capacitor C1 are connected to the center tap of the primary winding. A transformer Tr, a second switch T1 connected between one side tap of the primary winding of the transformer and the other terminal of the capacitor C1, one tap of the primary winding of the transformer and the capacitor ( And a third switch T2 connected between the other terminals of C1) and a rectifier circuit connected to each of the secondary output terminals of the transformer.

본 발명의 실시예에 있어서 상기 제1,2,3스위치(Q1,T1,T2)로는 사이리스터(Thyristor), GTO, 또는 IGBT나 Power TR, 혹은 Power MOS-FET 등과 같은 반도체 전력 스위치 소자를 사용하는 것이 유리하다. 그리고 상기 제2,3스위치(T1,T2)는 상기 변압기(Tr) 자체의 누설 인덕턴스와 커패시턴스의 직렬공진 현상을 통해 영전류 부근에서 스위칭 제어된다. 그리고 상기 변압기(Tr)는 2차측 권선에 센터 탭을 가지며, 상기 평활 커패시터(C2)의 일 단자가 상기 센터 탭과 연결되는 것이 바람직하다.In the exemplary embodiment of the present invention, a thyristor, a GTO, or a semiconductor power switch element such as an IGBT, a power TR, or a power MOS-FET is used as the first, second, and third switches Q1, T1, and T2. It is advantageous. The second and third switches T1 and T2 are controlled to be switched near zero current through a series resonant phenomenon of leakage inductance and capacitance of the transformer Tr itself. In addition, the transformer Tr has a center tap on the secondary winding, and one terminal of the smoothing capacitor C2 is preferably connected to the center tap.

이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 DC/DC 전력변환기의 회로 구성 및 이에 따른 동작 설명을 하기로 한다.Hereinafter, the circuit configuration of the DC / DC power converter and the operation thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7.

도 4는 도 2에서의 교류 입력전압(40)과 입력전류(41) 파형 및 인덕터의 전류(43) 파형을 나타낸 것이다. 그리고 도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 절연형 DC/DC 전력변환기의 각 부 전압전류 파형을 나타낸 것으로, 도 4에 도시된 점선 구간(42)을 상세하게 도시한 것이며, 도 5의 50~52는 도 3에 도시된 제1,2,3스위치로 인가되는 게이트 신호를, 53~57은 도 3에 도시된 각 부분의 전류 파형을 나타낸 것이다. 그리고 도 7은 도 3에 도시된 변압기와 입출력 측의 커패시터의 등가회로를 나타낸 것이다.4 illustrates the waveforms of the AC input voltage 40 and the input current 41 and the current 43 of the inductor in FIG. 2. 5 and 6 show negative voltage and current waveforms of the insulated DC / DC power converter according to an embodiment of the present invention, which shows the dotted line section 42 shown in FIG. 4 in detail. 50 to 52 of 5 are gate signals applied to the first, second and third switches shown in FIG. 3, and 53 to 57 are current waveforms of respective parts shown in FIG. FIG. 7 shows an equivalent circuit of the transformer shown in FIG. 3 and the capacitor at the input / output side.

우선 도 5를 참조하면, 도 5의 A구간은 제1스위치(Q1)와 제3스위치(T3)가 동시에 온(On)되어 있는 상태이다. 이 때 커패시터(C1)가 충전되어 있지 않은 상태라고 가정하면, 이 구간에서 전류는 도 8에 도시된 바와 같이 다이오드(D1)를 거쳐 인덕터(L1)와 제1스위치(Q1)로 흐르게 된다. 이 때 전류는 53과 같이 상승되며 인덕터(L1)는 에너지를 축적하게 된다.First, referring to FIG. 5, section A of FIG. 5 is in a state in which the first switch Q1 and the third switch T3 are simultaneously turned on. In this case, it is assumed that the capacitor C1 is not charged. In this section, current flows through the diode D1 to the inductor L1 and the first switch Q1 as shown in FIG. 8. At this time, the current rises as 53, and the inductor L1 accumulates energy.

그리고 B구간에서 제1스위치(Q1)가 오프되고, 제2스위치(T1)가 온이 됨에 따라 전류는 도 9에 도시된 바와 같이 다이오드(D1)와 제2스위치(T1)를 통해 56과 같이 흐르게 된다. 이 때 전류 파형은 도 7의 커패시터(C1)와 평활 커패시터(C2)와 변압기(Tr)에서 발생하는 누설 인덕턴스 등의 값에 의해 결정되며 도 6의 66과 같이 나타날 수도 있다. 이러한 흐름에 따라 이 구간에서 전기 에너지는 고조파 변압기(Tr)를 거쳐 정류 다이오드(D3)를 통해 평활 커패시터(C2)에 충전되게 된다.As the first switch Q1 is turned off and the second switch T1 is turned on in the section B, the current flows through the diode D1 and the second switch T1 as shown in FIG. 9 as shown in FIG. 9. Will flow. At this time, the current waveform is determined by the values of leakage inductance, etc. generated in the capacitor C1, the smoothing capacitor C2, and the transformer Tr of FIG. 7, and may be represented as shown in 66 of FIG. 6. According to this flow, electrical energy is charged to the smoothing capacitor C2 through the rectifying diode D3 via the harmonic transformer Tr in this section.

그리고 C구간에서는 제2스위치(T1)가 온 상태에서 제1스위치(Q1)를 온시킨 것으로, 이 때 인덕터(L1)와 다이오드(D1)를 통해 흐르던 전류는 제1스위치(Q1)가 온됨에 따라, 도 10에 도시된 바와 같이 제1스위치(Q1)로 흐르게 되고, 다이오드(D1) 전류는 순시적으로 0으로 된다. 즉 이 경우 도 7의 상태를 가정하면 커패시터(C1)에 충전된 전압 성분이 변압기(Tr)의 누설 인덕턴스로 인해 방전되는 것으로 전류 파형은 56과 66에서 보는 바와 같이 0으로 감소하게 된다.In the section C, the first switch Q1 is turned on while the second switch T1 is on. At this time, the current flowing through the inductor L1 and the diode D1 is turned on. Accordingly, as shown in FIG. 10, the current flows to the first switch Q1, and the current of the diode D1 becomes instantaneously zero. In this case, assuming the state of FIG. 7, the voltage component charged in the capacitor C1 is discharged due to the leakage inductance of the transformer Tr, and the current waveform is reduced to zero as shown in 56 and 66.

이와 같이 0으로 감소된 전류는 D구간에서 보는 바와 같이 제2스위치(T1)의 전류가 0으로 된 상태이기 때문에, 상기 제2스위치(T1)는 영전류 상태에서 오프하게 되며 제3스위치(T2)는 영전류에서 온 상태로 진행하게 된다. 이러한 스위칭에 따른 D구간의 전류 흐름은 도 11에 나타내고 있다.As described above, the current reduced to zero is in a state in which the current of the second switch T1 becomes zero, as shown in section D, so that the second switch T1 is turned off in the zero current state and the third switch T2. ) Is turned on at zero current. The current flow in the section D according to this switching is shown in FIG.

이러한 과정을 반복적으로 수행함에 따라 제2,3스위치(T1,T1)는 영전류 상태에서 온 동작과 오프 동작을 반복적으로 진행하게 된다. 상기의 과정 중 B구간의 폭이 매우 좁을 경우에는 전류가 미처 0으로 갈 수 없는 상태가 될 수도 있겠지만, 이는 누설 인덕턴스와 커패시턴스에 의해 조절이 가능하다. 또한 B구간의 끝 부근에서는 변압기(Tr)의 자화전류의 증가로 제2스위치(T1) 혹은 제3스위치(T2)의 전류는 0으로 되지 않을 수도 있으나, 자화전류의 크기는 작음으로 문제가 되지 않는다.As the process is repeatedly performed, the second and third switches T1 and T1 repeatedly perform the ON operation and the OFF operation in the zero current state. In the above process, if the width of section B is very narrow, the current may not be able to reach zero, but it can be controlled by leakage inductance and capacitance. In addition, near the end of section B, the current of the second switch T1 or the third switch T2 may not become zero due to an increase in the magnetization current of the transformer Tr, but the magnitude of the magnetization current is not a problem. Do not.

따라서 본 발명에 따른 DC/DC전력 변환기에 있어서 제2스위치 혹은 제3스위치의 전류가 0으로 갈 수 없는 상황이라도 0전류 근처이므로, 제2스위치와 제3스위치가 스위칭하더라도 그 전류의 크기가 작으므로 스위칭에 따른 손실을 무시할 수 있게 된다. 본 발명에 있어서 영전류 부근이라는 용어를 사용한 것은 이와 같은 상태와 제1스위치의 하드 스위칭을 고려한 것이다.Therefore, in the DC / DC power converter according to the present invention, even when the current of the second switch or the third switch cannot go to zero, since the current is near zero current, even if the second switch and the third switch switch, the magnitude of the current is small. Therefore, the loss due to switching can be ignored. The use of the term near zero current in the present invention considers such a state and hard switching of the first switch.

한편 이러한 구성에 따라 상기와 같이 구동하는 DC/DC전력 변환기를 이용한 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전원공급 장치는 교류압력전류를 전원전압과 동일한 위상의 정현파 전류 값으로 제어할 수 있으며, 이 경우 인덕터의 전류의 크기는 제1스위치의 듀티비에 따라 증감되며 제어 대상에 따라 다양한 방법이 가능하다.Meanwhile, the uninterruptible power supply device according to an embodiment of the present invention using the DC / DC power converter driven as described above may control the AC pressure current to the sine wave current value of the same phase as the power voltage. In this case, the magnitude of the current of the inductor increases and decreases according to the duty ratio of the first switch.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 절연형 DC/DC 변환기는 변압기에서 발생되는 누설 인덕턴스와 커패시터의 직렬 공진 현상을 이용하여 영전류 부근에서 스위치 소자의 스위칭이 가능하게 함으로써, 전력 변환 효율을 높일 수 있는장점이 있다.As described above, the insulated DC / DC converter according to the present invention enables the switching of the switch element near the zero current by using the leakage inductance generated in the transformer and the series resonance phenomenon of the capacitor, thereby increasing power conversion efficiency. There is an advantage.

또한 교류상용전원으로부터 다이오드 정류기를 통해 출력된 직류 전압을 절연형 DC/DC 변환기의 입력으로 사용하는 경우 교류 입력 전류를 전원 전압과 동 위상의 정현파 전류 또는 임의의 전류 값으로 제어함으로써, 무정전 전원공급 장치의 역률을 개선할 수 있는 효과가 있다.In addition, when using the DC voltage output from the AC rectifier from the AC rectifier as the input of the isolated DC / DC converter, by controlling the AC input current to the sine wave current or arbitrary current value of the same phase as the power voltage, uninterruptible power supply There is an effect that can improve the power factor of the device.

그리고 종래 방식의 DC/DC변환기에 비해 스위치 소자의 수를 1개 줄일 수 있어 비용을 절감시키는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the number of switch elements can be reduced by one compared to the conventional DC / DC converter, thereby reducing the cost.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many different and obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include many such variations.

Claims

An inductor and a first switch coupled in series between both terminals of a power input terminal for rectifying and outputting an AC commercial power;

A diode and a capacitor coupled in series between both terminals of the first switch;

A transformer having one terminal of the capacitor connected to the center tap of the primary winding;

A second switch connected between one side tab of the primary winding of the transformer and the other terminal of the capacitor;

A third switch connected between one side tab of the primary winding of the transformer and the other terminal of the capacitor;

A rectifier circuit connected to the secondary output stage of the transformer;

Isolated DC / DC power converter comprising a.

The method of claim 1,

And the second and third switches are switched near zero current by a series resonant of a capacitor and a leakage inductance generated from the transformer.

The method of claim 1 or 2, wherein the first, second and third switches are:

Isolated DC / DC power converter, characterized in that it is one of thyristor, GTO, IGBT, Power TR, Power MOS-FET.

The method according to claim 1 or 2,

And the transformer has a center tap on the secondary winding, and one terminal of the smoothing capacitor is connected to the center tap.

An uninterruptible power supply, characterized in that for controlling the AC input current using the isolated DC / DC power converter according to claim 1.

The method of claim 5, wherein the first, second and third switches are:

6. The transformer of claim 5, wherein the transformer is:

An isolated DC / DC power converter having a center tap on a secondary winding, and one terminal of the smoothing capacitor connected to the center tap.