KR102220335B1 - Dc/dc converter for reducing voltage spike of transformer secondary side - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터는 일단이 직류 입력전압의 일단에 연결되며, 상기 입력전압을 불연속으로 만드는 제1스위치, 상기 제1스위치의 타단과 상기 입력전압의 타단에 연결되어 상기 입력전압을 스위칭하여 교류전압을 출력하는 인버터부, 상기 교류전압을 변압하는 변압기, 상기 인버터부와 동기되어 스위칭되고, 상기 변압기의 출력전압을 정류하여 직류 출력전압을 출력하는 정류부, 상기 정류부의 출력단에 연결되고, 상기 직류 출력전압을 평활하는 L-C필터부, 및 상기 정류부 및 상기 L-C필터부에 연결되어, 상기 정류부의 전압 스파이크를 감소시키는 전압 스파이크 감소부를 포함할 수 있다.The DC/DC converter for reducing the voltage spike on the secondary side of the transformer according to an embodiment of the present invention has one end connected to one end of the DC input voltage, a first switch making the input voltage discontinuous, the other end of the first switch, and An inverter unit connected to the other end of the input voltage to switch the input voltage to output an AC voltage, a transformer converting the AC voltage, and a DC output voltage that is switched in synchronization with the inverter unit, and rectifies the output voltage of the transformer A rectifier outputting a rectifier, an LC filter part connected to the output terminal of the rectification part and smoothing the DC output voltage, and a voltage spike reduction part connected to the rectification part and the LC filter part to reduce a voltage spike of the rectification part. I can.
Description
본 발명은 고강압 컨버터의 효율을 향상시키고, 변압기 2차측에서 발생되는 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a DC/DC converter that improves the efficiency of a high step-down converter and reduces voltage spikes generated at a secondary side of a transformer.
일반적으로 종래의 DC/DC컨버터는 출력 전압 제어를 위해 하드 스위칭 방식을 이용하므로 스위칭 소자가 온 또는 오프될 때, 발생하는 스위칭 손실로 인해 전력 변환의 효율향상에 한계가 있다.In general, since a conventional DC/DC converter uses a hard switching method for controlling an output voltage, there is a limit to improving the efficiency of power conversion due to a switching loss that occurs when a switching element is turned on or off.
또한, 이러한 하드 스위칭 방식의 DC/DC컨버터는 스위칭 스트레스 및 리플전압 감소를 위한 스위칭 수파수 증가로 전력 변환 효율이 감소하는 단점이 있고, 고주파 변압기의 누설성분을 인해 변압기 2차측의 정류부의 전압 스파이크가 발생하는 문제가 있다.In addition, such a hard-switching DC/DC converter has a disadvantage in that power conversion efficiency decreases due to an increase in the switching frequency for reducing switching stress and ripple voltage, and voltage spikes in the rectifier on the secondary side of the transformer due to the leakage component of the high frequency transformer. There is a problem that occurs.
따라서, 최근, DC/DC컨버터를 설계함에 있어서, 스위칭 손실이나 정류 손실을 최소화하여 전력변환의 효율을 향상시키기 위한 소프트 스위칭 방식인 영 전압스위칭에 관한 연구가 활발하다.Therefore, in recent years, in designing a DC/DC converter, studies on zero voltage switching, which is a soft switching method, to improve the efficiency of power conversion by minimizing switching loss or rectification loss are active.
본 발명의 목적은 효율에는 영향을 미치지 않고, 전압 스파이크를 감소시킬 수 있는 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a DC/DC converter that reduces voltage spikes on the secondary side of a transformer capable of reducing voltage spikes without affecting efficiency.
본 발명의 다른 목적은 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시켜, 시스템의 안정화가 증가되는 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a DC/DC converter that reduces the voltage spike on the secondary side of the transformer, thereby reducing the voltage spike on the secondary side of the transformer, which increases the stabilization of the system.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터는 일단이 직류 입력전압의 일단에 연결되며, 상기 입력전압을 불연속으로 만드는 제1스위치, 상기 제1스위치의 타단과 상기 입력전압의 타단에 연결되어 상기 입력전압을 스위칭하여 교류전압을 출력하는 인버터부, 상기 교류전압을 변압하는 변압기, 상기 인버터부와 동기되어 스위칭되고, 상기 변압기의 출력전압을 정류하여 직류 출력전압을 출력하는 정류부, 상기 정류부의 출력단에 연결되고, 상기 직류 출력전압을 평활하는 L-C필터부, 및 상기 정류부 및 상기 L-C필터부에 연결되어, 상기 정류부의 전압 스파이크를 감소시키는 전압 스파이크 감소부를 포함할 수 있다.In order to solve the above technical problem, the DC/DC converter for reducing the voltage spike on the secondary side of the transformer according to an embodiment of the present invention has one end connected to one end of the direct current input voltage, and an agent for making the input voltage discontinuous. 1 switch, an inverter unit connected to the other end of the first switch and the other end of the input voltage to switch the input voltage to output an AC voltage, a transformer converting the AC voltage, and the inverter unit is switched in synchronization with the A rectifier unit that rectifies the output voltage of a transformer to output a DC output voltage, an LC filter unit connected to the output terminal of the rectification unit and smoothing the DC output voltage, and the rectification unit and the LC filter unit, the voltage of the rectification unit It may include a voltage spike reducing unit to reduce the spike.
실시 예에 있어서, 상기 전압 스파이크 감소부는 적어도 2개 이상의 다이오드, 및 상기 전압 스파이크에 대응되는 전압을 충전하는 콘덴서(condenser)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the voltage spike reducing unit may include at least two diodes and a capacitor for charging a voltage corresponding to the voltage spike.
실시 예에 있어서, 상기 인버터부는 상기 제1스위치가 오프(off)되어 상기 인버터부의 양단 전압이 0V일 때, 상기 입력전압을 스위칭하여 영전압 스위칭(ZVS, zero voltage switching) 동작을 수행하고, 상기 콘덴서는 상기 인버터부의 양단 전압이 0V일 때, 충전된 전압을 방전할 수 있다.In an embodiment, the inverter unit performs a zero voltage switching (ZVS) operation by switching the input voltage when the first switch is off and the voltage across the inverter unit is 0V, and the When the voltage across the inverter part is 0V, the capacitor may discharge the charged voltage.
실시 예에 있어서, 일단은 상기 제1스위치의 타단과 연결되고 타단은 상기 입력전압의 타단에 연결되며, 상기 제1스위치가 오프되었을 때, 상기 인버터부와 폐루프를 이루어 전류가 환류되게 하는 제2스위치를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, one end is connected to the other end of the first switch and the other end is connected to the other end of the input voltage, and when the first switch is turned off, it forms a closed loop with the inverter unit so that the current is refluxed. It may further include two switches.
실시 예에 있어서, 상기 인버터부 및 상기 정류부 각각은 4개의 스위칭 소자가 브리지 형태로 연결될 수 있다.In an embodiment, each of the inverter unit and the rectifying unit may have four switching elements connected in a bridge form.
실시 예에 있어서, 상기 인버터부는 4개의 IGBT(insulated gate bipolar transistor) 스위치가 브리지 형태로 연결되고, 상기 정류부는 4개의 다이오드가 브리지 형태로 연결되고, 상기 IGBT 스위치들 중 제1 및 제4IGBT 스위치와 상기 다이오드들 중 제1 및 제4다이오드는 서로 동기되어 동작하고, 상기 IGBT 스위치들 중 제2 및 제3IGBT 스위치와 상기 다이오드들 중 제2 및 제3다이오드는 서로 동기되어 동작하고, 상기 제1 및 제4IGBT 스위치 및 상기 제2 및 제3IGBT 스위치는 서로 번갈아 온(on) 또는 오프될 수 있다.In an embodiment, the inverter unit is connected to four insulated gate bipolar transistor (IGBT) switches in a bridge form, and the rectifier unit is connected to four diodes in a bridge form, and the first and fourth IGBT switches among the IGBT switches The first and fourth diodes of the diodes operate in synchronization with each other, the second and third IGBT switches of the IGBT switches and the second and third diodes of the diodes operate in synchronization with each other, and the first and The fourth IGBT switch and the second and third IGBT switches may be turned on or off alternately.
본 발명에 따른 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the DC/DC converter for reducing the voltage spike on the secondary side of the transformer according to the present invention will be described as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 효율에는 영향을 미치지 않고, 전압 스파이크를 감소시킬 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, the voltage spike can be reduced without affecting efficiency.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시켜, 시스템의 안정화가 증가될 수 있다.Further, according to at least one of the embodiments of the present invention, by reducing the voltage peak of the secondary side of the transformer, the stabilization of the system may be increased.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터의 모드별 동작을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 모드별 동작에 대응되는 스위칭 패턴을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a DC/DC converter for reducing a voltage peak on a secondary side of a transformer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram sequentially illustrating an operation of a DC/DC converter for reducing a voltage peak on a secondary side of a transformer according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a switching pattern corresponding to an operation of each mode of FIG. 2.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or similar elements are denoted by the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used interchangeably in consideration of only the ease of preparation of the specification, and do not have meanings or roles that are distinguished from each other by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the subject matter of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is obvious to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터의 모드별 동작을 순차적으로 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing a DC/DC converter for reducing a secondary voltage peak of a transformer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a DC/DC converter for reducing a secondary voltage peak of a transformer according to an embodiment of the present invention. It is a diagram sequentially showing the operation of the converter for each mode.
그리고, 도 3은 도 2의 모드별 동작에 대응되는 스위칭 패턴을 나타내는 도면이다.And, FIG. 3 is a diagram illustrating a switching pattern corresponding to the operation of each mode of FIG. 2.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 DC/DC컨버터는 제1스위치(SW1), 인버터부(Q1 내지 Q4), 제2스위치(SW2), 변압기, 정류부(4개의 다이오드), L-C필터부(Lf, Cf) 및 전압 스파이크 감소부(Cs 및 2개의 다이오드)를 포함할 수 있다.1 to 3, a DC/DC converter according to an embodiment of the present invention includes a first switch SW1, an inverter unit Q1 to Q4, a second switch SW2, a transformer, and a rectifier unit (four diodes). ), LC filter units Lf and Cf, and voltage spike reduction units Cs and two diodes.
먼저, 제1스위치(SW1)는 직류 입력전압(Vin)을 불연속적인 직류로 만드는 역할을 할 수 있다. 여기서, 제1스위치(SW1)의 일단은 입력전압(Vin)의 플러스 단에 연결될 수 있고, 나머지 타단은 인버터부(Q1 내지 Q4)에 연결되어 입력전압(Vin)을 인버터부(Q1 내지 Q4)에 전달해주는 기능을 수행할 수 있다.First, the first switch SW1 may serve to make the DC input voltage Vin into discontinuous DC. Here, one end of the first switch SW1 may be connected to the plus end of the input voltage Vin, and the other end is connected to the inverter units Q1 to Q4 to transfer the input voltage Vin to the inverter units Q1 to Q4. It can perform the function of delivering to.
구체적으로, 도 3의 그래프(SW1)는 제1스위치(SW1)의 스위칭 파형을 보여주는 것으로, 도시한 바와 같이 주기적으로 온(ON) 및 오프(OFF)되어 입력전압(Vin)이 불연속적인 입력전압이 되도록 한다.Specifically, the graph SW1 of FIG. 3 shows the switching waveform of the first switch SW1, and the input voltage Vin is discontinuous input voltage by periodically ON and OFF as shown. Let this be.
이는, 제1스위치(SW1)가 오프되어 인버터부(Q1 내지 Q4)의 양단 전압이 0 V가 될 때, 영전압 스위칭(ZVS, zero voltage switching)이 이루어지게 하기 위함이다.This is to allow zero voltage switching (ZVS) to be performed when the first switch SW1 is turned off and the voltage at both ends of the inverter units Q1 to Q4 becomes 0 V.
그리고, 인버터부(Q1 내지 Q4)는 제1스위치(SW1)의 타단과 입력전압(Vin)의 마이너스 단에 연결될 수 있고, 입력전압(Vin)을 스위칭하여 변압기로 입력해 줄 교류전압을 출력할 수 있다.In addition, the inverter units Q1 to Q4 may be connected to the other end of the first switch SW1 and the negative end of the input voltage Vin, and switch the input voltage Vin to output an AC voltage to be input to the transformer. I can.
또한, 인버터부(Q1 내지 Q4)는 4개의 IGBT(insulated gate bipolar transistor) 스위치가 풀-브리지 형태로 연결되어 구성될 수 있고, 한 쌍의 IGBT 스위치가 서로 번갈아 온 또는 오프되어, 입력전압(Vin)을 교류로 변환하여 변압기로 공급할 수 있다.In addition, the inverter units (Q1 to Q4) may be configured by connecting four IGBT (insulated gate bipolar transistor) switches in a full-bridge form, and a pair of IGBT switches are alternately turned on or off, so that the input voltage (Vin ) Can be converted to AC and supplied to a transformer.
구체적으로, 인버터부(Q1 내지 Q4)는 제1IGBT 스위치(Q1), 제2IGBT 스위치(Q2), 제3IGBT 스위치(Q3) 및 제4IGBT 스위치(Q4)를 포함할 수 있고, 제1IGBT 스위치(Q1) 및 제2IGBT 스위치(Q2)는 서로 직렬로 연결되며, 제3IGBT 스위치(Q3) 및 제4IGBT 스위치(Q4)는 서로 직렬로 연결되는 동시에 제1IGBT 스위치(Q1) 및 제2IGBT 스위치(Q2)에 병렬로 연결될 수 있다.Specifically, the inverter units Q1 to Q4 may include a first IGBT switch Q1, a second IGBT switch Q2, a third IGBT switch Q3, and a fourth IGBT switch Q4, and the first IGBT switch Q1 And the second IGBT switch Q2 are connected in series with each other, and the third IGBT switch Q3 and the fourth IGBT switch Q4 are connected in series with each other in parallel to the first IGBT switch Q1 and the second IGBT switch Q2. Can be connected.
즉, 제1IGBT 스위치(Q1) 및 제2IGBT 스위치(Q2)와, 제3IGBT 스위치(Q3) 및 제4IGBT 스위치(Q4)는 각각 서로 직렬로 연결되고, 제1스위치(SW1)를 사이에 두고 각각 입력전압(Vin)에 병렬로 연결되는 형태가 될 것이다.That is, the first and second IGBT switches Q1 and Q2 and the third and third IGBT switches Q3 and Q4 are connected in series with each other, and each input is made with the first switch SW1 interposed therebetween. It will be connected in parallel to the voltage Vin.
또한, 제1IGBT 스위치(Q1) 및 제2IGBT 스위치(Q2)의 사이단과, 제3IGBT 스위치(Q3) 및 제4IGBT 스위치(Q4)의 사이단은 변압기의 입력측 양단에 각각 연결되어 풀-브리지의 형태를 이룰 수 있다.In addition, the ends between the first and second IGBT switches Q1 and Q2 and between the third and third IGBT switches Q3 and Q4 are connected to both ends of the input side of the transformer to form a full-bridge. It can be achieved.
또한, 제1IGBT 스위치(Q1)와 제4IGBT 스위치(Q4)는 서로 동시에 온 또는 오프되고, 제2IGBT 스위치(Q2)와 제3IGBT 스위치(Q3)는 서로 동시에 온 또는 오프될 수 있으며, 제1IGBT 스위치(Q1)와 제3GBT 스위치(Q3)는 서로 번갈아 온 또는 오프될 수 있다.In addition, the first IGBT switch Q1 and the fourth IGBT switch Q4 may be turned on or off at the same time, the second IGBT switch Q2 and the third IGBT switch Q3 may be turned on or off at the same time, and the first IGBT switch ( Q1) and the third GBT switch Q3 may be alternately turned on or off.
즉, 제1IGBT 스위치(Q1)와 제4IGBT 스위치(Q4)가 온되었을 때, 제2IGBT 스위치(Q2)와 제3IGBT 스위치(Q3)는 오프된다. 그리고, 제1IGBT 스위치(Q1)와 제4IGBT 스위치(Q4)가 오프되었을 때, 제2IGBT 스위치(Q2)와 제3IGBT 스위치(Q3)는 온되는 것이다.That is, when the first IGBT switch Q1 and the fourth IGBT switch Q4 are turned on, the second IGBT switch Q2 and the third IGBT switch Q3 are turned off. In addition, when the first and fourth IGBT switches Q1 and Q4 are turned off, the second and third IGBT switches Q2 and Q3 are turned on.
또한, 도 3의 그래프(Q1,4)는 제1IGBT 스위치(Q1)와 제4IGBT 스위치(Q4)의 스위칭 파형을 보여주는 것이고, 그래프(Q2,3)는 제2IGBT 스위치(Q2)와 제3IGBT 스위치(Q3)의 스위칭 파형을 보여준다. 도 3에서 도시한 바와 같이 제1IGBT 스위치(Q1) 및 제4IGBT 스위치(Q4)와 제2IGBT 스위치(Q2) 및 제3IGBT 스위치(Q3)는 서로 번갈아 온 또는 오프됨을 확인할 수 있다.In addition, the graphs Q1 and 4 of FIG. 3 show the switching waveforms of the first and fourth IGBT switches Q1 and Q4, and the graphs Q2 and 3 are the second and third IGBT switches Q2 and 3 It shows the switching waveform of Q3). As shown in FIG. 3, it can be seen that the first and fourth IGBT switches Q1 and Q4 and the second and third IGBT switches Q2 and Q3 are alternately turned on or off.
또한, 인버터부(Q1 내지 Q4)의 IGBT 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4)은 도 3의 그래프(Q1,4) 및 그래프(Q2,3)에 도시된 바와 같이 제1스위치(SW1)가 오프되는 구간(mode 2)에서 온에서 오프되거나 또는 오프에서 온된다.In addition, the IGBT switches Q1, Q2, Q3, Q4 of the inverter units Q1 to Q4 are the first switch SW1 as shown in the graphs Q1, 4 and Q2, 3 of FIG. Is turned off from on in the off period (mode 2) or turned on from off.
즉, 본 발명에 따르면 제1스위치(SW1)가 오프되어 인버터부(Q1 내지 Q4)의 양단 전압이 0 V가 될 경우, IGBT 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4)을 온 및 오프하여 영전압 스위칭(ZVS)을 실현함으로써 스위칭 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.That is, according to the present invention, when the first switch SW1 is turned off and the voltage across the inverter units Q1 to Q4 becomes 0 V, the IGBT switches Q1, Q2, Q3, and Q4 are turned on and off to zero. By realizing the voltage switching (ZVS), there is an effect of reducing the switching loss.
그리고, 제2스위치(SW2)는 제1스위치(SW1)가 오프되고, 인버터부(Q1 내지 Q4)의 제2IGBT 스위치(Q2) 및 제3IGBT 스위치(Q3)가 온될 때, 인버터부(Q1 내지 Q4)에 전류가 역으로 흐를 수 있도록 환류 패스를 만들어 주는 기능을 수행할 수 있다.In addition, when the first switch SW1 is turned off and the second IGBT switch Q2 and the third IGBT switch Q3 of the inverter units Q1 to Q4 are turned on, the inverter units Q1 to Q4 are turned on. ) Can perform the function of making a reflux path so that the current flows in reverse.
그리고, 변압기는 인버터부(Q1 내지 Q4)에서 출력되는 교류전압을 입력받아 일정한 크기의 전압으로 승압 또는 강압하는 역할을 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 DC/DC컨버터는 1500 Vdc또는 750 Vdc 등의 고압 입력전압을 380 Vdc의 전압으로 가정이나 사무실에 출력하는 저압직류배전에 적용되는 강압형 컨버터이므로, 본 발명에 포함되는 변압기는 고강압이 요구되는 고주파 변압기일 수 있다.In addition, the transformer may receive an AC voltage output from the inverter units Q1 to Q4 and boost or step down the voltage to a predetermined voltage. However, the DC/DC converter according to the present invention is a step-down converter applied to low-voltage DC distribution that outputs a high-voltage input voltage such as 1500 Vdc or 750 Vdc to a home or office at a voltage of 380 Vdc, so the transformer included in the present invention May be a high-frequency transformer requiring high voltage step-down.
또한, 변압기는 절연형 변압기로 구현될 수 있고, 인버터부(Q1 내지 Q4)와 정류부(4개의 다이오드)를 절연하여 전력 사고 등으로부터 입력측(고압부) 및 출력측(저압부)을 안전하게 보호할 수 있다.In addition, the transformer may be implemented as an isolated transformer, and the input side (high voltage part) and the output side (low voltage part) can be safely protected from power accidents by insulating the inverter units (Q1 to Q4) and the rectifying unit (four diodes). .
그리고, 정류부(4개의 다이오드)는 변압기의 출력전압을 전파정류하고, L-C필터부(Lf, Cf)는 전파정류된 출력전압을 평활하여 직류전압이 출력되게 할 수 있다. 여기서, L-C필터부(Lf, Cf)는 평활 인덕터(Lf) 및 커패시터(Cf)로 구성될 수 있다.In addition, the rectifying unit (four diodes) may full-wave rectify the output voltage of the transformer, and the L-C filter units Lf and Cf smooth the full-wave rectified output voltage to output a DC voltage. Here, the L-C filter units Lf and Cf may include a smoothing inductor Lf and a capacitor Cf.
또한, 정류부(4개의 다이오드)는 4개의 다이오드가 풀-브리지 형태로 연결될 수 있되며, 앞서 설명한 인버터부(Q1 내지 Q4)의 스위칭 동작과 동기되어 스위칭 동작을 수행할 수 있다.In addition, the rectifier unit (four diodes) may have four diodes connected in a full-bridge form, and may perform a switching operation in synchronization with the switching operation of the inverter units Q1 to Q4 described above.
한편, 변압기의 누설성분을 인해 변압기 2차측 정류부(4개의 다이오드)에 전압 스파이크가 발생할 수 있는데, 이는 시스템의 안정화에 방해가 되는 요인이다.Meanwhile, a voltage spike may occur in the secondary side rectifier (four diodes) of the transformer due to the leakage component of the transformer, which is a factor that interferes with the stabilization of the system.
이를 해결하고자, 본 발명에 따른 DC/DC컨버터는 전압 스파이크 감소부(Cs 및 2개의 다이오드)를 포함할 수 있다. 여기서, 전압 스파이크 감소부(Cs 및 2개의 다이오드)는 정류부(4개의 다이오드) 및 L-C필터부(Lf, Cf)에 연결되어, 정류부(4개의 다이오드)의 전압 스파이크를 감소시킬 수 있다.To solve this, the DC/DC converter according to the present invention may include a voltage spike reducing unit (Cs and two diodes). Here, the voltage spike reduction unit (Cs and two diodes) is connected to the rectifier unit (4 diodes) and the L-C filter unit (Lf, Cf) to reduce the voltage spike of the rectifier unit (4 diodes).
구체적으로, 전압 스파이크 감소부(Cs 및 2개의 다이오드)는 2개 이상의 다이오드와 함께, 콘덴서(Cs)를 포함할 수 있는데, 여기서, 콘덴서(Cs)는 정류부(4개의 다이오드)에서 발생된 전압 스파이크에 대응되는 전압을 충전할 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1스위치(SW1)가 온된 상태에서, Cs 및 Cf 양단전압의 합보다 큰 전압이 변압기의 2차측에 발생되면, 콘덴서(Cs)는 충전 기능을 수행할 수 있다. 즉, 콘덴서(Cs)를 통해 전압 스파이크에 대응되는 전압이 충전되고, 이후에 전압이 감소되면 L-C필터부(Lf, Cf)에 포함되는 평활 인덕터(Lf)를 통하여 전력이 출력되는 것이다.Specifically, the voltage spike reduction unit (Cs and two diodes) may include a capacitor (Cs) along with two or more diodes, where the capacitor (Cs) is a voltage spike generated by the rectifier unit (4 diodes). You can charge the voltage corresponding to. Referring to FIG. 2, when a voltage greater than the sum of voltages at both ends of Cs and Cf is generated at the secondary side of the transformer while the first switch SW1 is turned on, the capacitor Cs may perform a charging function. That is, when the voltage corresponding to the voltage spike is charged through the capacitor Cs and the voltage is decreased thereafter, power is output through the smoothing inductors Lf included in the L-C filter units Lf and Cf.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 영전압 스위칭(ZVS) 동작을 위해 제1스위치(SW1)가 오프되고, 제2스위치(SW2)가 온되면, 변압기에 전압이 인가되지 않는다. 이때, 부하에 공급되는 전원은 앞서 설명한 바와 같이 전압 스파이크 감소부 에 포함되는 콘덴서(Cs)에 충전된 전압에 의해 공급될 수 있다. 이후 제1스위치(SW1)가 온되고, 제2스위치(SW2)가 오프되면, 처음과 같은 사이클이 반복될 수 있다.Meanwhile, as described above, when the first switch SW1 is turned off and the second switch SW2 is turned on for the zero voltage switching (ZVS) operation, a voltage is not applied to the transformer. In this case, power supplied to the load may be supplied by a voltage charged in the capacitor Cs included in the voltage spike reduction unit as described above. Thereafter, when the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned off, the same cycle as the first time may be repeated.
이를 통하여, 본 발명에 따른 DC/DC컨버터는 효율에는 영향을 미치기 않고 변압기 2차측 전압 스파이크를 감소시킬 수 있고, 그로 인해 전체 시스템의 안정화를 증가시길 수 있게 된다.Through this, the DC/DC converter according to the present invention can reduce the voltage spike on the secondary side of the transformer without affecting efficiency, thereby increasing the stabilization of the entire system.
도 3을 통해서, 각 단계를 모드 1 내지 모드 3으로 구분하여 보다 구체적으로 설명한다.Referring to FIG. 3, each step is divided into
먼저, 모드 1은 정방향 스위칭이 수행됨에 따라, 변압기에 전압이 인가되는 구간으로, 이때 1차측에 구형파의 전압이 발생하면 2차측에 스파이크성 전압이 발생하게 되는데, 이러한 스파이크 전압은 전압 스파이크 감소부에 포함되는 콘덴서(Cs)를 통하여 충전되고, 이후 충전이 끝나게 되면 평활 인덕터(Lf)를 통하여 전력이 출력될 수 있다.First,
그리고, 모드 2는 영전압 스위칭(ZVS) 동작을 위해 제1스위치(SW1)가 오프되고, 제2스위치(SW2)가 온되어, 변압기 1차측의 역기전력을 도통시켜주는 구간으로, 이때 풀-브릿지에 인가되는 전압은 0 V이기 때문에 스위칭시 손실이 발생하지 않는다.In addition,
그리고, 모드 3은 제1스위치(SW1)가 다시 온 됨에 따라, 변압기에 역방향 전원이 인가되는 구간으로, 모드 1과 마찬가지로 전압 스파이크 감소부가 동작하며 전원을 공급하게 된다.In addition,
결국, 본 발명에 따른 변압기 2차측 전압 파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터는 효율에는 영향을 미치지 않고, 전압 스파이크를 감소시킬 수 있고, 그에 따라 시스템의 안정화가 증가될 수 있도록 한다.Consequently, the DC/DC converter for reducing the voltage spike on the secondary side of the transformer according to the present invention can reduce the voltage spike without affecting the efficiency, thereby increasing the stabilization of the system.
따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Therefore, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (6)
상기 제1스위치의 타단과 상기 입력전압의 타단에 연결되어 상기 입력전압을 스위칭하여 교류전압을 출력하는 인버터부;
상기 교류전압을 변압하는 변압기;
상기 인버터부와 동기되어 스위칭되고, 상기 변압기의 출력전압을 정류하여 직류 출력전압을 출력하는 정류부;
상기 정류부의 출력단에 연결되고, 상기 직류 출력전압을 평활하는 L-C필터부; 및
상기 정류부 및 상기 L-C필터부에 연결되어, 상기 정류부의 전압 스파이크를 감소시키는 전압 스파이크 감소부를 포함하고,
상기 전압 스파이크 감소부는,
적어도 2개 이상의 다이오드; 및
상기 전압 스파이크에 대응되는 전압을 충전하는 콘덴서(condenser)를 포함하고,
상기 인버터부는,
상기 제1스위치가 오프(off)되어 상기 인버터부의 양단 전압이 0V일 때, 상기 입력전압을 스위칭하여 영전압 스위칭(ZVS, zero voltage switching) 동작을 수행하고,
상기 콘덴서는,
상기 인버터부의 양단 전압이 0V일 때, 충전된 전압을 방전하는 변압기 2차측 전압 스파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터.A first switch having one end connected to one end of the DC input voltage and making the input voltage discontinuous;
An inverter unit connected to the other end of the first switch and the other end of the input voltage to switch the input voltage to output an AC voltage;
A transformer converting the AC voltage;
A rectifying unit that is switched in synchronization with the inverter unit and outputs a DC output voltage by rectifying the output voltage of the transformer;
An LC filter unit connected to the output terminal of the rectifying unit and smoothing the DC output voltage; And
A voltage spike reducing part connected to the rectifying part and the LC filter part to reduce a voltage spike of the rectifying part,
The voltage spike reducing unit,
At least two or more diodes; And
Includes a capacitor (condenser) for charging a voltage corresponding to the voltage spike,
The inverter unit,
When the first switch is off and the voltage across the inverter unit is 0V, the input voltage is switched to perform a zero voltage switching (ZVS) operation,
The capacitor,
A DC/DC converter for reducing a voltage spike on a secondary side of a transformer discharging the charged voltage when the voltage across the inverter is 0V.
일단은 상기 제1스위치의 타단과 연결되고 타단은 상기 입력전압의 타단에 연결되며, 상기 제1스위치가 오프되었을 때, 상기 인버터부와 폐루프를 이루어 전류가 환류되게 하는 제2스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 2차측 전압 스파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터.The method of claim 1,
One end is connected to the other end of the first switch and the other end is connected to the other end of the input voltage, and when the first switch is turned off, a second switch is formed to form a closed loop with the inverter unit so that the current is refluxed. A DC/DC converter for reducing a voltage spike on a secondary side of a transformer, characterized in that.
상기 인버터부 및 상기 정류부 각각은,
4개의 스위칭 소자가 브리지 형태로 연결된 것을 특징으로 하는 변압기 2차측 전압 스파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터.The method of claim 1,
Each of the inverter unit and the rectifying unit,
A DC/DC converter for reducing voltage spikes on the secondary side of a transformer, characterized in that four switching elements are connected in a bridge form.
상기 인버터부는,
4개의 IGBT(insulated gate bipolar transistor) 스위치가 브리지 형태로 연결되고,
상기 정류부는,
4개의 다이오드가 브리지 형태로 연결되고,
상기 IGBT 스위치들 중 제1 및 제4IGBT 스위치와 상기 다이오드들 중 제1 및 제4다이오드는 서로 동기되어 동작하고, 상기 IGBT 스위치들 중 제2 및 제3IGBT 스위치와 상기 다이오드들 중 제2 및 제3다이오드는 서로 동기되어 동작하고,
상기 제1 및 제4IGBT 스위치 및 상기 제2 및 제3IGBT 스위치는,
서로 번갈아 온(on) 또는 오프되는 것을 특징으로 하는 변압기 2차측 전압 스파이크를 감소시키는 ＤＣ/ＤＣ컨버터.The method of claim 5,
The inverter unit,
Four IGBT (insulated gate bipolar transistor) switches are connected in the form of a bridge,
The rectifying part,
4 diodes are connected in the form of a bridge,
The first and fourth IGBT switches among the IGBT switches and the first and fourth diodes among the diodes operate in synchronization with each other, and the second and third IGBT switches among the IGBT switches and the second and third among the diodes The diodes operate in synchronization with each other,
The first and fourth IGBT switches and the second and third IGBT switches,
A DC/DC converter for reducing voltage spikes on a secondary side of a transformer, characterized in that they are alternately turned on or off.
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