KR101958276B1 - Active clamp forward converter - Google Patents

Active clamp forward converter Download PDF

Info

Publication number
KR101958276B1
KR101958276B1 KR1020170146691A KR20170146691A KR101958276B1 KR 101958276 B1 KR101958276 B1 KR 101958276B1 KR 1020170146691 A KR1020170146691 A KR 1020170146691A KR 20170146691 A KR20170146691 A KR 20170146691A KR 101958276 B1 KR101958276 B1 KR 101958276B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
winding
end connected
main switching
turned
Prior art date
Application number
KR1020170146691A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이나영
최재동
Original Assignee
한국항공우주연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국항공우주연구원 filed Critical 한국항공우주연구원
Priority to KR1020170146691A priority Critical patent/KR101958276B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101958276B1 publication Critical patent/KR101958276B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M2001/0054—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

The present invention relates to an active clamp forward converter. According to the present invention, an apparatus includes: an input power source; a transformer unit including a primary winding and a secondary winding to transform a power inputted from the input power source to output the transformed power; a main switching unit having one end connected to the primary winding and having an opposite end connected to the input power source; an auxiliary winding having one end connected to a contact point between the primary winding and the main switching unit and having an opposite end connected to the opposite end of the main switching unit through a first capacitor; a third switch having one end connected to a contact point among the primary winding, the auxiliary winding, and the main switching unit, and having an opposite end connected to the opposite end of the auxiliary winding through a second capacitor; and a rectifying unit for rectifying the power outputted from the transformer unit to output the rectified power. According to the present invention, in the active clamp forward converter, high power density is achieved through high-speed switching, a switch voltage stress is reduced to reduce a switching loss, and a ripple of a discontinuous input current which causes an electromagnetic interference (EMI) is reduced.

Description

능동 클램프 포워드 컨버터{ACTIVE CLAMP FORWARD CONVERTER}Active Clamp Forward Converter {ACTIVE CLAMP FORWARD CONVERTER}

본 발명은 능동 클램프 포워드 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to an active clamp forward converter.

정지궤도 위성의 2차 전원 변환에 사용되는 DC-DC 컨버터는 소자의 개수가 적고, 효율이 비교적 높은 아이솔레이션(isolation) DC-DC 컨버터(converter)인 능동 클램프 포워드 컨버터 방식을 주로 사용한다.DC-DC converters used for secondary power conversion of geostationary satellites mainly use an active clamp forward converter, which is an isolation DC-DC converter with a relatively small number of elements and a relatively high efficiency.

도 1은 종래의 능동 클램프 포워드 컨버터의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a conventional active clamp forward converter.

도 1에 예시한 종래의 능동 클램프 포워드 컨버터 방식은 입력 전류의 리플이 커서 EMI(electro magnetic interference) 문제가 발생하기 때문에 EMI 규격을 만족시키기 위한 EMI 필터가 항상 추가되는 단점이 있었다. 그리고 1차측 스위치에는 높은 내압이 인가되기 때문에 이를 견딜 수 있는 소자를 선정해야 하며, 이러한 내압을 가지는 스위치의 도통 소실이 커서 컨버터의 효율 저감 원인이 된다.The conventional active clamp forward converter scheme shown in FIG. 1 has a disadvantage in that an EMI filter for always meeting EMI standards is always added because an EMI (electro magnetic interference) problem occurs due to a large input current ripple. Since a high internal voltage is applied to the primary side switch, it is necessary to select a device capable of withstanding this, and the loss of conduction of the switch having such a high internal voltage is large, which causes the efficiency of the converter to be reduced.

정지궤도 복합위성과 같이 무게와 크기가 매우 중요한 설계 요소인 경우, 컨버터 역시 초소형 및 초고밀도 특징을 가지는 컨버터 개발이 필요하다. 즉 고속 스위칭을 통하여 고전력밀도화를 달성하며, 스위칭 손실 저감을 위하여 스위치 전압 스트레스를 저감시키면서, 또한 EMI의 원인이 되는 불연속적인 입력전류의 리플을 저감하는 새로운 방식의 능동 클램프 포워드 컨버터 회로가 필요하다. If the weight and size are very important design elements such as geostationary composite satellites, converters also need to develop converters with very small and very high density characteristics. A new type of active clamp forward converter circuit that achieves high power density through high-speed switching, reduces switching voltage stress to reduce switching losses, and reduces discontinuous input current ripple that causes EMI .

한국공개특허 제2016-0066754호Korean Patent Publication No. 2016-0066754

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스위칭 손실 저감을 위하여 스위치 전압 스트레스를 저감시키면서, 또한 EMI의 원인이 되는 불연속적인 입력전류의 리플을 저감할 수 있는 능동 클램프 포워드 컨버터 회로를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an active clamp forward converter circuit capable of reducing switch voltage stress and reducing discontinuous input current ripple, which causes EMI, in order to reduce switching losses.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터는 입력 전원, 1차 권선과 2차 권선을 포함하고, 상기 입력 전원에서 입력되는 전원을 변압하여 출력하는 변압부, 일단은 상기 1차 권선에 연결되고, 타단은 상기 입력 전원에 연결되는 주 스위칭부, 일단은 상기 1차 권선과 상기 주 스위칭부의 접점에 연결되고, 타단은 상기 주 스위칭부의 타단에 제1 커패시터를 통해 연결되는 보조 권선, 일단은 상기 1차 권선, 상기 보조 권선 및 상기 주 스위칭부의 접점에 연결되고, 타단은 제2 커패시터를 통해 상기 보조 권선의 타단에 연결되는 제3 스위치, 그리고 상기 변압부에서 출력되는 전원을 정류하여 출력하는 정류부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an active clamp forward converter including a transformer unit including an input power source, a primary winding and a secondary winding, the transformer unit transforming and outputting a power input from the input power source, And the other end thereof is connected to the contact of the primary winding and the main switching unit and the other end is connected to the other end of the main switching unit through a first capacitor, A third switch having one end connected to the primary winding, the auxiliary winding and the contact of the main switching unit, and the other end connected to the other end of the auxiliary winding through a second capacitor, And outputting the rectified voltage.

상기 주 스위칭부는, 직렬로 연결된 제1 스위치와 제2 스위치를 포함할 수 있다.The main switching unit may include a first switch and a second switch connected in series.

상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 접점과 상기 보조 권선과 상기 제1 커패시터의 접점을 연결하는 다이오드를 더 포함할 수 있다.And a diode connecting the contact point of the first switch and the second switch and the contact point of the auxiliary winding and the first capacitor.

상기 다이오드의 애노드는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 접점에 연결되고, 상기 다이오드의 캐소드는 상기 보조 권선과 상기 제1 커패시터의 접점에 연결될 수 있다.The anode of the diode is connected to the contact of the first switch and the second switch, and the cathode of the diode can be connected to the contact of the auxiliary winding and the first capacitor.

상기 1차 권선과 상기 보조 권선은 동일한 권선수를 가질 수 있다.The primary winding and the auxiliary winding may have the same winding potential.

상기 1차 권선과 상기 보조 권선은 극성이 반대일 수 있다.The polarity of the primary winding and the auxiliary winding may be opposite.

상기 주 스위칭부는 상기 제3 스위치와 교번하여 스위칭될 수 있다.The main switching unit may be switched alternately with the third switch.

상기 능동 클램프 포워드 컨버터는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온 되고, 상기 제3 스위치가 오프 되는 제1 모드와, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 오프 되고, 상기 제3 스위치가 온 되는 제2 모드로 동작할 수 있다.Wherein the active clamp forward converter includes a first mode in which the first switch and the second switch are turned on and the third switch is turned off and a second mode in which the first switch and the second switch are turned off, The second mode can be operated.

상기 정류부는, 제4 스위치 및 제5 스위치를 포함하고, 동기식 정류 방식으로 상기 변압부에서 출력될 수 있다.The rectifying section includes a fourth switch and a fifth switch, and may be output from the transforming section in a synchronous rectification manner.

상기 제1 모드에서 상기 제4 스위치가 온 되고, 상기 제5 스위치는 오프되며, 상기 제2 모드에서 상기 제4 스위치가 오프 되고, 상기 제5 스위치는 온 될 수 있다.In the first mode, the fourth switch is turned on, the fifth switch is turned off, the fourth switch is turned off in the second mode, and the fifth switch is turned on.

본 발명에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터는, 고속 스위칭을 통하여 고전력밀도화를 달성하며, 스위칭 손실 저감을 위하여 스위치 전압 스트레스를 저감시키면서, 또한 EMI의 원인이 되는 불연속적인 입력전류의 리플을 저감할 수 있다.The active clamp forward converter according to the present invention achieves high power density through high-speed switching, reduces switch voltage stress for reducing switching loss, and reduces ripple of discontinuous input current which causes EMI .

도 1은 종래의 능동 클램프 포워드 컨버터의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로의 제1 모드에서의 도통 경로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로의 제2 모드에서의 도통 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로의 주요 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 예시한 종래 능동 클램프 포워드 컨버터 회로의 입력 전류 파형을 나타낸 도면이다.1 is a circuit diagram of a conventional active clamp forward converter.
2 is a circuit diagram of an active clamp forward converter according to one embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a conduction path in a first mode of an active clamp forward converter circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a conduction path in a second mode of an active clamp forward converter circuit according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating the main operation waveforms of an active clamp forward converter circuit according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing input current waveforms of the conventional active clamp forward converter circuit shown in FIG.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art, however, that these examples are provided to further illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: It is to be noted that components are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings, and components of different drawings can be cited when necessary in describing the drawings. In the following detailed description of the principles of operation of the preferred embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited to the details of the known functions and configurations, and other matters may be unnecessarily obscured, A detailed description thereof will be omitted.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. &Quot; comprises " or "comprising" when used herein should be interpreted as excluding the presence or addition of one or more other elements, steps, operations, or elements in addition to the stated element, step, I never do that.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로도이다.2 is a circuit diagram of an active clamp forward converter according to one embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터는 입력 전원(Vin), 1차 권선(Npri)과 2차 권선(Nsec)을 포함하는 변압부(110), 제1 스위치(M11) 및 제2 스위치(M12)를 포함하는 주 스위칭부(120), 제3 스위치(M3), 클램프 커패시터(CL) 및 정류부(130)를 포함한다.2, the active clamp forward converter according to the present invention includes an input power supply V in , a transformer 110 including a primary winding N pri and a secondary winding N sec , a first switch A third switch M3, a clamp capacitor C L and a rectifying unit 130 including a first switch M 11 and a second switch M 12 .

그리고 본 발명에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터는 1차 회로측에 추가로 보조 권선(Naux), DC 차단 커패시터(Cb) 및 클램프 다이오드(Dcl)를 포함할 수 있다.The active clamp forward converter according to the present invention may further include an auxiliary winding (N aux ), a DC blocking capacitor (C b ) and a clamp diode (D cl ) on the primary circuit side.

변압부(110)는 주 스위칭부(120)가 교번하여 스위칭됨에 따라 입력 전원(Vin)을 1차 권선(Npri)과 2차 권선(Nsec)의 권선수에 의해 설정되는 권선비(N:1)로 변압하여 출력한다.The transformer 110 transforms the input power source V in to the winding ratio N (N in) set by the winding of the primary winding N pri and the secondary winding N sec as the main switching unit 120 is alternately switched : 1).

1차 권선(Npri)은 기생 인덕턴스(Lk1)와 자화 인덕턴스(Lm)를 가질 수 있다.The primary winding N pri may have a parasitic inductance L k1 and a magnetizing inductance L m .

주 스위칭부(120)는 일단은 1차 권선(Npri)에 연결되고, 타단은 입력 전원(Vin)에 연결된다. 그리고 주 스위칭부(120)는 직렬 연결되는 제1 스위치(M11) 및 제2 스위치(M12)를 포함할 수 있다.The main switching unit 120 is connected at one end to the primary winding N pri and at the other end to the input power supply V in . The main switching unit 120 may include a first switch M 11 and a second switch M 12 connected in series.

보조 권선(Naux)은 일단은 1차 권선(Npri)과 주 스위칭부(120)의 접점에 연결되고, 타단은 주 스위칭부(120)의 타단에 DC 차단 커패시터(Cb)를 통해 연결될 수 있다. 그리고 보조 권선(Naux)은 기생 인덕턴스(Lk3)를 가질 수 있다. 보조 권선(Naux)은 1차 권선(Npri)과 동일한 권선수(N)를 가지며, 극성이 반대가 되도록 직렬 연결될 수 있다.The auxiliary winding N aux is connected at one end to the contact of the primary winding N pri and the main switching unit 120 and the other end is connected to the other end of the main switching unit 120 through the DC blocking capacitor C b . And the auxiliary winding N aux may have parasitic inductance L k3 . The auxiliary winding N aux has the same winding number N as the primary winding N pri and can be connected in series so that the polarity is opposite.

제3 스위치(M3)는 일단은 1차 권선(Npri), 보조 권선(Naux) 및 주 스위칭부(120)의 접점에 연결되고, 타단은 클램프 커패시터(CL)를 통해 보조 권선(Naux)의 타단에 연결될 수 있다.A third switch (M 3) is one end is connected to the contact point of the primary winding (N pri), the secondary winding (N aux) and a main switching section 120, the other end of the secondary winding through a clamp capacitor (C L) ( N aux ).

제1 스위치(M11), 제2 스위치(M12) 및 제3 스위치(M3)는 전력 FET(field effect transistor)로 구현할 수 있으며, 실시예에 따라 MOSFET 등 다른 전력 스위치 소자로 구현하는 것도 가능하다. The first switch M 11 , the second switch M 12 and the third switch M 3 may be realized by a power FET (Field Effect Transistor) It is possible.

주 스위칭부(120)와 제3 스위치(M3)는 교번하여 스위칭된다.The main switching unit 120 and the third switch M3 are alternately switched.

클램프 다이오드(Dcl)는 제1 스위치(M11)와 제2 스위치(M12)의 접점과 보조 권선(Naux)과 DC 차단 커패시터(Cb)의 접점을 연결할 수 있다. 클램프 다이오드(Dcl)의 애노드(anode)는 제1 스위치(M11)와 제2 스위치(M12)의 접점에 연결되고, 캐소드(cathode)는 보조 권선(Naux)과 DC 차단 커패시터(Cb)의 접점에 연결될 수 있다.The clamp diode D cl may connect the contacts of the first switch M 11 and the second switch M 12 and the contacts of the auxiliary winding N aux and the DC blocking capacitor C b . The anode of the clamp diode D cl is connected to the contact of the first switch M 11 and the second switch M 12 and the cathode is connected to the auxiliary winding N aux and the DC blocking capacitor C b ).

정류부(130)는 제4 스위치(Ms1), 제5 스위치(Ms2), 인덕터(Lo), 커패시터(CO)를 포함할 수 있으며, 변압부(110)에서 출력되는 전원을 정류하여 부하(Ro)로 출력할 수 있다.The rectifying unit 130 may include a fourth switch M s1 , a fifth switch M s2 , an inductor Lo and a capacitor CO. The rectifying unit 130 rectifies the power output from the transforming unit 110, R o ).

제4 스위치(Ms1) 및 제5 스위치(Ms2)는 전력 FET(field effect transistor)로 구현할 수 있으며, 실시예에 따라 MOSFET 등 다른 전력 스위치 소자로 구현하는 것도 가능하다. 제4 스위치(Ms1)와 제5 스위치(Ms2)를 동기식 정류 FET로 구현하면, 기존에 다이오드로 구현하는 경우보다 손실을 저감시켜 줄 수 있다. 물론 제4 스위치(Ms1) 및 제5 스위치(Ms2) 대신에 다이오드를 이용하여 정류부(130)를 구성하는 것도 가능하다.The fourth switch M s1 and the fifth switch M s2 may be implemented as a power FET (field effect transistor), or may be implemented by other power switch elements such as a MOSFET according to an embodiment. If the fourth switch M s1 and the fifth switch M s2 are implemented by a synchronous rectification FET, the loss can be reduced compared with the case where the diode is realized by a diode. It is of course possible to configure the rectifying part 130 by using a diode instead of the fourth switch M s1 and the fifth switch M s2 .

도 2에 예시한 능동 클램프 포워드 컨버터는, 보조 권선(Naux)과 DC 차단 커패시터(Cb)를 추가함으로써, 기존 능동 클램프 포워드 컨버터의 단점인 입력 전류(iin)의 시간에 따른 변화(diin/dt)를 줄일 수 있다. 그리고 DC 차단 커패시터(Cb)를 추가함으로써 전하 균형 법칙(Charge Balance Law)에 의해 보조 권선(Naux)에 의해 흐르는 전류(iaux)는 입력 전류(iin)의 AC 성분만 흐르게 되고, 1차 권선(Npri)에 흐르는 전류(ipri)는 입력 전류의 DC 성분만 흐르게 된다.The active clamp forward converter illustrated in Fig. 2 can be realized by adding the auxiliary winding N aux and the DC blocking capacitor C b to the change of the input current i in , which is a disadvantage of the existing active clamp forward converter, in / dt). And DC blocking capacitor (C b) the current (i aux) flowing by means of a secondary winding (N aux) by the charge balance law (Charge Balance Law) the addition of the flows only the AC component of the input current (i in), 1 The current i pri flowing in the secondary winding N pri flows only the DC component of the input current.

한편 주 스위칭부(120)를 직렬 연결된 제1 스위치(M11) 및 제2 스위치(M12)로 구현함으로써, 스위치의 전압 스트레스를 저감시킬 수 있다. 도 1에서 스위치(M1)의 전압 스트레스는 Vin+Vcl이 걸린다. 이에 반해 도 2에서 제1 스위치(M11) 및 제2 스위치(M12)에는 (Vin+Vcl)/2로 전압 스트레스가 1/2로 줄어든다.On the other hand, by implementing a first switch (M 11) and second switches (M 12) connected in series to the main switch portion 120, it is possible to reduce the voltage stress on the switch. In FIG. 1, the voltage stress of the switch M 1 takes V in + V cl . On the other hand, in (V in + V cl ) / 2 in the first switch M 11 and the second switch M 12 in FIG. 2, the voltage stress is reduced to ½.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로의 제1 모드에서의 도통 경로를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a conduction path in a first mode of an active clamp forward converter circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로는 제1 스위(M11) 및 제2 스위치(M12)가 온(on) 되고, 제3 스위치(M3)가 오프(OFF)되는 제1 모드에서 1차 회로측에 2개의 도통 경로(①, ②)를 가지게 된다.3, in the active clamp forward converter circuit according to the present invention, the first switch M 11 and the second switch M 12 are turned on, the third switch M 3 is turned off, (1) and (2) on the side of the primary circuit in the first mode.

제1 도통 경로(①)는 입력 전원(Vin) ~ 변압부(110)의 1차측 ~ 주 스위칭부(120) ~ 입력 전원(Vin)으로 이루어지고, 제2 도통 경로(②)는 DC 차단 커패시터(Cb) ~ 보조 권선(Naux) ~ 주 스위칭부(120) ~ DC 차단 커패시터(Cb)로 이루어진다.The first conduction path (1) comprises a primary side to a main switching unit 120 to an input power source (V in ) of the input power supply (V in ) to the transforming unit 110. The second conduction path And a blocking capacitor C b to an auxiliary winding N aux to a main switching unit 120 to a DC blocking capacitor C b .

제1 도통 경로(①)에 의해 입력 전원(Vin)의 전압이 기생 인덕턴스(Lk1)와 자화 인덕턴스(Lm)에 분배되어 인가된다. 자화 인덕턴스(Lm)에 걸리는 양단 전압(Vpri)은 보조 권선(Naux)에 동일하게 인가된다. 이 때 전압(VCb)는 Vin으로 일정한 전압원이 되므로, 기생 인덕턴스(Lk3)에 인가되는 전압은 기생 인덕턴스(Lk1)에 인가되는 전압과 동일하다.The voltage of the input power source V in is distributed and applied to the parasitic inductance L k1 and the magnetizing inductance L m by the first conduction path 1. The both-end voltage Vpri applied to the magnetizing inductance L m is applied to the auxiliary winding N aux in the same manner. At this time, since the voltage V Cb becomes a constant voltage source with Vin, the voltage applied to the parasitic inductance L k3 is the same as the voltage applied to the parasitic inductance L k1 .

한편 2차 측 전류(iMs1)은 전류(iLo)와 동일한 전류가 흐르고, 이때 입력 전류(iin)와 보조 권선의 전류(iaux)가 권선비(N:1)에 의해 아래 수식 1과 같아진다.On the other hand, the secondary side current i Ms1 flows in the same current as the current i Lo , and the input current i in and the current i aux of the auxiliary winding are calculated by the winding ratio N: .

[수식 1][Equation 1]

(iin+iaux)·N = iMs1 (i in + i aux ) N = i Ms1

이때 기생 인덕턴스(Lk1)와 기생 인덕턴스(Lk3)에는 동일한 전압이 인가되고 있으므로, 입력 전류(iin)의 변화량은 보조 권선의 전류(iaux)에 비해 매우 작다. 따라서 2차 측 전류(iMs1)의 기울기는 입력 전류(iin)와 보조 권선의 전류(iaux) 중 보조 권선의 전류(iaux)에 모두 나타나며, 입력 전류(iin)는 DC와 같이 흐른다.Since the same voltage is applied to the parasitic inductance L k1 and the parasitic inductance L k3 at this time, the amount of change of the input current i in is much smaller than the current i aux of the auxiliary winding. Therefore, the secondary-side slope of the current (i Ms1) appears in both the current in the secondary windings (i aux) of the input current (i in) and current (i aux) of the secondary winding, as in the DC input current (i in) Flows.

한편 제1 모드에서 1차 회로 측에서 2차 회로 측으로 전력 전달이 되며, 제4 스위치(Ms1)는 온 되고, 제5 스위치(Ms2)는 오프되어, 2차 회로 측에 도 3에 예시한 것과 같은 도통 경로를 가지게 된다.On the other hand, in the first mode, power is transferred from the primary circuit side to the secondary circuit side, the fourth switch M s1 is turned on, the fifth switch M s2 is turned off, It has the same conduction path as the one.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로의 제2 모드에서의 도통 경로를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a conduction path in a second mode of an active clamp forward converter circuit according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로는 제1 스위(M11) 및 제2 스위치(M12)가 오프 되고, 제3 스위치(M3)가 온 되는 제2 모드에서 1차 회로측에 2개의 도통 경로(①, ②)를 가지게 된다.4, in the active clamp forward converter circuit according to the present invention, the first switch M 11 and the second switch M 12 are turned off and the third switch M 3 is turned on. In the second mode in which the third switch M 3 is turned on, And two conduction paths (1, 2) on the side of the car circuit.

제1 도통 경로(①)는 입력 전원(Vin) ~ 변압부(110)의 1차측 ~ 보조 권선(Naux) ~ DC 차단 커패시터(Cb) ~ 입력 전원(Vin)으로 이루어지고, 제2 도통 경로(②)는 클램프 커패시터(CL) ~ 제3 스위치(M3) ~ 보조 권선(Naux) ~ 클램프 커패시터(CL)로 이루어진다.The first conduction path 1 comprises the input power source V in and the primary side to the auxiliary winding N aux to DC blocking capacitor C b to input power source V in of the transforming unit 110, The second conduction path 2 comprises the clamp capacitor C L to the third switch M 3 to the auxiliary winding N aux to the clamp capacitor C L.

제1 스위치(M11) 및 제2 스위치(M12)가 오프되면, 제1 스위(M11) 및 제2 스위치(M12)로 흐르던 입력 전류(iin)는 보조 권선의 전류(iaux)로 흐르며, DC 차단 커패시터(Cb)의 양단 전압(VCb)는 입력 전압과 같으므로 제1 도통 경로(①)에서, KVL(Kirchhoff's voltage law)에 의해 변압부(110)의 1차측과 보조 권선(Naux)의 양단 전압은 동일하다. 이때 자화 인덕턴스(Lm)는 기생 인덕턴스(Lk1, Lk3)에 비해 매우 크기 때문에, 기생 인덕턴스(Lk1, Lk3)에 인가되는 전압은 매우 작아 전류의 변화는 거의 미비하다. 따라서 입력 전류(iin)는 DC와 같게 흐른다.When the first switch M 11 and the second switch M 12 are turned off, the input current i in flowing into the first switch M 11 and the second switch M 12 is equal to the current i aux The voltage V Cb across the DC blocking capacitor C b is equal to the input voltage and therefore the primary side of the transforming unit 110 is connected to the primary side of the transforming unit 110 by KVL (Kirchhoff's voltage law) The voltage across the auxiliary winding (N aux ) is the same. At this time, the magnetizing inductance Lm is the parasitic inductance Lk1 , L k3 ), the parasitic inductance (L k1 , L k3 ) is very small and the change of the current is almost insignificant. Therefore, the input current (i in ) flows equal to DC.

한편 제2 모드에서, 제4 스위치(Ms1)는 오프 되고, 제5 스위치(Ms2)는 온 되어, 2차 회로 측에 도 4에 예시한 것과 같은 도통 경로를 가지게 된다.On the other hand, in the second mode, the fourth switch M s1 is turned off and the fifth switch M s2 is turned on, so that the secondary circuit side has a conduction path as illustrated in Fig.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로의 주요 동작 파형을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1에 예시한 종래 능동 클램프 포워드 컨버터 회로의 입력 전류 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a main operation waveform of an active clamp forward converter circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating input current waveforms of a conventional active clamp forward converter circuit illustrated in FIG.

도 5 및 도 6을 참고하면, 기존 능동 포워드 컨버터 입력 전류(iPri)의 파형이 불연속적이며 리플이 큰 것과 달리, 본 발명에 따른 능동 클램프 포워드 컨버터 회로에서 입력 전류(iin)는 DC와 같이 흐름으로서 연속적이며 리플이 거의 없는 것을 확인할 수 있다.5 and 6, in the active clamp forward converter circuit according to the present invention, the input current (i in ) is not DC and the ripple is large, whereas the waveform of the existing active forward converter input current i pri is discontinuous and the ripple is large. It can be seen that the flow is continuous and there is almost no ripple.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (9)

입력 전원,
1차 권선과 2차 권선을 포함하고, 상기 입력 전원에서 입력되는 전원을 변압하여 출력하는 변압부,
일단은 상기 1차 권선에 연결되고, 타단은 상기 입력 전원에 연결되는 주 스위칭부,
일단은 상기 1차 권선과 상기 주 스위칭부의 접점에 연결되고, 타단은 상기 주 스위칭부의 타단에 제1 커패시터를 통해 연결되는 보조 권선,
일단은 상기 1차 권선, 상기 보조 권선 및 상기 주 스위칭부의 접점에 연결되고, 타단은 제2 커패시터를 통해 상기 보조 권선의 타단에 연결되는 제3 스위치, 그리고
상기 변압부에서 출력되는 전원을 정류하여 출력하는 정류부
를 포함하는 능동 클램프 포워드 컨버터.Input power,
A transformer including a primary winding and a secondary winding and transforming the power inputted from the input power source and outputting the transformed power,
A main switching unit having one end connected to the primary winding and the other end connected to the input power supply,
One end connected to the contact of the primary winding and the main switching unit and the other end connected to the other end of the main switching unit through a first capacitor,
A third switch having one end connected to the primary winding, the auxiliary winding and the contact of the main switching unit and the other end connected to the other end of the auxiliary winding through a second capacitor,
A rectifying unit for rectifying and outputting the power outputted from the transforming unit,
And an active clamp forward converter. 제 1 항에서,
상기 주 스위칭부는,
직렬로 연결된 제1 스위치와 제2 스위치를 포함하는 능동 클램프 포워드 컨버터.The method of claim 1,
The main switching unit includes:
An active clamp forward converter comprising a first switch and a second switch connected in series. 제 2 항에서,
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 접점과 상기 보조 권선과 상기 제1 커패시터의 접점을 연결하는 다이오드
를 더 포함하고,
상기 다이오드의 애노드는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 접점에 연결되고,
상기 다이오드의 캐소드는 상기 보조 권선과 상기 제1 커패시터의 접점에 연결되는 능동 클램프 포워드 컨버터.3. The method of claim 2,
A diode connected between the contact of the first switch and the second switch and the contact of the auxiliary winding and the first capacitor,
Further comprising:
An anode of the diode is connected to a contact of the first switch and the second switch,
And the cathode of the diode is connected to the contact of the auxiliary winding and the first capacitor. 제 1 항에서,
상기 1차 권선과 상기 보조 권선은 동일한 권선수를 가지는 능동 클램프 포워드 컨버터.The method of claim 1,
Wherein the primary winding and the auxiliary winding have the same winding. 제 4 항에서,
상기 1차 권선과 상기 보조 권선은 극성이 반대인 능동 클램프 포워드 컨버터.5. The method of claim 4,
Wherein the primary winding and the auxiliary winding have opposite polarities. 제 2 항에서,
상기 주 스위칭부는 상기 제3 스위치와 교번하여 스위칭되는 능동 클램프 포워드 컨버터.3. The method of claim 2,
Wherein the main switching unit is switched alternately with the third switch. 제 6 항에서,
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온 되고, 상기 제3 스위치가 오프 되는 제1 모드와,
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 오프 되고, 상기 제3 스위치가 온 되는 제2 모드로 동작하는 능동 클램프 포워드 컨버터.The method of claim 6,
A first mode in which the first switch and the second switch are turned on and the third switch is turned off,
Wherein the first switch and the second switch are turned off and the third switch is turned on. 제 7 항에서,
상기 정류부는,
제4 스위치 및 제5 스위치를 포함하고, 동기식 정류 방식으로 상기 변압부에서 출력되는 전원을 정류하는 능동 클램프 포워드 컨버터.8. The method of claim 7,
The rectifying unit includes:
A fourth switch, and a fifth switch, and rectifies the power output from the transforming unit in a synchronous rectification manner. 제 8 항에서,
상기 제1 모드에서 상기 제4 스위치가 온 되고, 상기 제5 스위치는 오프되며,
상기 제2 모드에서 상기 제4 스위치가 오프 되고, 상기 제5 스위치는 온 되는 능동 클램프 포워드 컨버터.9. The method of claim 8,
The fourth switch is turned on and the fifth switch is turned off in the first mode,
And the fourth switch is turned off in the second mode, and the fifth switch is turned on in the second mode.
KR1020170146691A 2017-11-06 2017-11-06 Active clamp forward converter KR101958276B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170146691A KR101958276B1 (en) 2017-11-06 2017-11-06 Active clamp forward converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170146691A KR101958276B1 (en) 2017-11-06 2017-11-06 Active clamp forward converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101958276B1 true KR101958276B1 (en) 2019-03-14

Family

ID=65759579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170146691A KR101958276B1 (en) 2017-11-06 2017-11-06 Active clamp forward converter

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101958276B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111682770A (en) * 2020-06-18 2020-09-18 中南大学 Primary side current sampling double closed-loop digital control method of active clamping forward converter
CN113765389A (en) * 2020-06-03 2021-12-07 苏州明纬科技有限公司 DC-DC converter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020074203A (en) * 2000-11-20 2002-09-28 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. Leakage energy recovering system and method for flyback converter
JP2004297996A (en) * 2003-03-11 2004-10-21 Denso Corp Insulated switching dc/dc converter
JP2009081952A (en) * 2007-09-26 2009-04-16 Yokogawa Electric Corp Synchronous rectifier driving circuit
KR20100027931A (en) * 2008-09-03 2010-03-11 주식회사 아이디코리아 Active clamp forward converter
KR20160066754A (en) 2014-12-03 2016-06-13 현대모비스 주식회사 Improved ZVS active clamp forward converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020074203A (en) * 2000-11-20 2002-09-28 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. Leakage energy recovering system and method for flyback converter
JP2004297996A (en) * 2003-03-11 2004-10-21 Denso Corp Insulated switching dc/dc converter
JP2009081952A (en) * 2007-09-26 2009-04-16 Yokogawa Electric Corp Synchronous rectifier driving circuit
KR20100027931A (en) * 2008-09-03 2010-03-11 주식회사 아이디코리아 Active clamp forward converter
KR20160066754A (en) 2014-12-03 2016-06-13 현대모비스 주식회사 Improved ZVS active clamp forward converter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bum-Sun Lim, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs ( Volume: 51, Issue: 10, Oct. 2004) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113765389A (en) * 2020-06-03 2021-12-07 苏州明纬科技有限公司 DC-DC converter
CN111682770A (en) * 2020-06-18 2020-09-18 中南大学 Primary side current sampling double closed-loop digital control method of active clamping forward converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11909326B2 (en) Parallel hybrid converter apparatus and method
US9812977B2 (en) Resonant converters with an improved voltage regulation range
US9515562B2 (en) LLC resonant converters
US8520414B2 (en) Controller for a power converter
US8169796B2 (en) Isolated switching power supply apparatus
US9350260B2 (en) Startup method and system for resonant converters
JP2011160521A (en) Switching power supply apparatus
US9362831B2 (en) Fly-forward converter with energy recovery snubber
US8970067B2 (en) Hybrid DC/DC converters and methods
US20160094135A1 (en) Serial Hybrid Converter Apparatus and Method
JP5018960B2 (en) Isolated switching power supply
US8742293B2 (en) Inverter output rectifier circuit
US10778095B2 (en) Switching DC/DC converter having power output during on and off periods
KR101958276B1 (en) Active clamp forward converter
US20110199802A1 (en) Single ended power converters operating over 50% duty cycle
US8711588B1 (en) Power supply device
EP3748834B1 (en) Power supply device
JP4438885B2 (en) Isolated switching power supply
KR102075470B1 (en) A flyback converter
JP2006191706A (en) Dc converter
WO2010010746A1 (en) Isolated switching power supply device
KR102537358B1 (en) Insulated switching power supply
Han et al. Efficiency optimized asymmetric half-bridge converter with hold-up time compensation
CN116941173A (en) Switching power supply device and power supply system
JP2020129864A (en) Insulation type switching power supply

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant