KR20190012034A - Ripple reduction interleaved DC/DC converter by single inductor and time division switching - Google Patents

Ripple reduction interleaved DC/DC converter by single inductor and time division switching Download PDF

Info

Publication number
KR20190012034A
KR20190012034A KR1020170094899A KR20170094899A KR20190012034A KR 20190012034 A KR20190012034 A KR 20190012034A KR 1020170094899 A KR1020170094899 A KR 1020170094899A KR 20170094899 A KR20170094899 A KR 20170094899A KR 20190012034 A KR20190012034 A KR 20190012034A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
single inductor
inductor
voltage
converter
Prior art date
Application number
KR1020170094899A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박성준
박성미
임상길
Original Assignee
전남대학교산학협력단
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 전남대학교산학협력단 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to KR1020170094899A priority Critical patent/KR20190012034A/en
Publication of KR20190012034A publication Critical patent/KR20190012034A/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
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H02M2003/1586—

Abstract

The present invention relates to a ripple reduction interleaved DC/DC converter by time division switching with a single inductor, which is capable of outputting an output voltage which is increased more than an input voltage by charging or discharging the voltage by using time division switching for the single inductor without using a plurality of inductors. The interleaved DC/DC converter comprises: a single inductor charging or discharging power; a first switch unit having a plurality of first switches; a second switch unit discharging the voltage; and a capacitor supplying the voltage to a load.

Description

단일 인덕터와 시분할 스위칭을 통한 리플저감형 인터리브드 DC/DC 컨버터{Ripple reduction interleaved DC/DC converter by single inductor and time division switching}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ripple-reducing interleaved DC / DC converter using a single inductor and a time-

본 발명은 단일 인덕터와 시분할 스위칭에 의한 리플저감 인터리브드 DC/DC 컨버터에 관한 것으로 복수 개의 인덕터를 사용하지 않고 단일 인덕터에 시분할 스위칭을 이용하여 전압이 충전 및 방전되게 함으로써, 출력전압이 입력전압보다 상승되어 출력되게 할 수 있는 단일 인덕터와 시분할 스위칭을 통한 리플저감형 인터리브드 DC/DC 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a single inductor and a ripple-reduced interleaved DC / DC converter by time division switching, wherein a plurality of inductors are not used and a single inductor is charged and discharged using time division switching, To a ripple-reduced interleaved DC / DC converter with time-division switching.

마이크로 그리드 시스템에서 배터리 충, 방전 DC/DC 컨버터의 경우 계속 충, 방전 동작을 하기 때문에 가장 많은 전력변환단계를 거치며 이와 더불어 전력변환 손실이 크게 나타난다.In the micro grid system, the battery charge and discharge DC / DC converters continue to charge and discharge continuously, so they undergo the most power conversion steps and the power conversion loss is large.

상기 배터리 충, 방전 DC/DC 컨버터의 경우 DC 배전 계통에 직접적으로 연계되기 때문에 출력전압의 리플이 적고 스위칭 주파수가 낮은 컨버터가 사용되고 있다.In the case of the above-described battery charge / discharge DC / DC converter, a converter having a low output voltage ripple and a low switching frequency is used because it is directly connected to the DC power distribution system.

그 중 가장 많이 사용되는 배터리 충, 방전 DC/DC 컨버터로 인터리브드 DC/DC 컨버터가 있다.Among them, interleaved DC / DC converters are the most popular battery charge / discharge DC / DC converters.

또한, 상기 인터리브드 DC/DC 컨버터는 단방향과 양방향 컨버터로 나누어질 수 있다.In addition, the interleaved DC / DC converter can be divided into a unidirectional converter and a bidirectional converter.

도 1은 종래의 단방향 인터리브드 DC/DC 컨버터를 보여주는 도면으로, 도 1을 참조하면 상기 단방향 인터리브드 DC/DC 컨버터(10)는 전원을 공급하는 입력전원(11), 서로 병렬로 연결되어 상기 입력전원을 충, 방전하는 제1 인덕터(12) 및 제2 인턱더(13), 상기 제1 인덕터(12)와 접지단을 연결하는 제1 스위치(14) 및 상기 제2 인덕터(13)와 접지단을 서로 연결하는 제2 스위치(15), 상기 제1 인덕터(12) 또는 상기 제2 인덕터(13)에 충전된 전압이 인가되고 부하(19)로 전압을 공급하는 커패시터(18), 상기 제1 인덕터(12)와 상기 커패시터(18)를 연결하는 제1 다이오드(16)와 상기 제2 인덕터(13)와 상기 커패시터(18)를 연결하는 제2 다이오드(17)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, the unidirectional interleaved DC / DC converter 10 includes an input power supply 11 for supplying power to the unidirectional interleaved DC / DC converter 10, A first inductor 12 and a second inductor 13 for charging and discharging input power, a first switch 14 for connecting the first inductor 12 and a ground terminal, A capacitor 18 for applying a voltage charged to the first inductor 12 or the second inductor 13 and supplying a voltage to the load 19, a second switch 15 for connecting the ground ends to each other, A first diode 16 connecting the first inductor 12 and the capacitor 18 and a second diode 17 connecting the second inductor 13 and the capacitor 18.

또한, 상기 단방향 인터리브드 DC/DC 컨버터(10)의 동작은 상기 제1 스위치(14)와 상기 제2 스위치(15)가 서로 180도의 위상차를 가지고 '온/오프' 하며 제1 스위치(14)가 '온'일 경우 제1 인덕터(12)에 전압이 충전되고 제2 스위치(15)가 '온'일 경우 제2 인덕터(13)에 전압이 충전되며 각 스위치들(14,15)이 '오프'일 경우 각각의 인덕터에 충전된 전압과 입력전압이 더해져 상기 다이오드들(16,17)을 통해 상기 커패시터(18)로 공급되고 상기 커패시터(18)는 공급된 전압을 상기 부하(19)로 출력한다Also, the operation of the unidirectional interleaved DC / DC converter 10 is such that the first switch 14 and the second switch 15 are 'on / off' with a phase difference of 180 degrees from each other, A voltage is charged in the first inductor 12 and a voltage is charged in the second inductor 13 when the second switch 15 is turned on and the switches 14 and 15 are ' Off ', the voltage charged in each inductor and the input voltage are added to the capacitor 18 through the diodes 16 and 17, and the capacitor 18 supplies the supplied voltage to the load 19 Output

또한, 상기 다이오드들(16,17)에 의해 전력을 한쪽 방향으로만 전달할 수 있는 단점이 있으나, 역방향 전력 블록킹이 가능한 장점이 있다.In addition, there is a disadvantage in that power can be transmitted only in one direction by the diodes 16 and 17, but reverse power blocking is advantageous.

도 2는 종래의 양방향 인터리브드 DC/DC 컨버터를 보여주는 도면으로, 도 2를 참조하면 상기 양방향 인터리브드 DC/DC 컨버터(20)는 전원을 출력하는 전원을 공급하는 입력전원(21)과 연결되어 전압을 충, 방전하는 제1 인덕터(22), 상기 제1 인덕터(22)와 병렬로 연결되고 상기 입력전원(21)과 연결되어 전압을 충, 방전하는 제2 인덕터(23), 상기 제1 인덕터(22)와 접지단을 연결하는 제1 스위치(24), 상기 제2 인덕터(23)와 접지단을 연결하는 제2 스위치(25),상기 제1 인덕터(22) 또는 상기 제2 인덕터(23)에 충전된 전압이 인가되고 부하(29)로 전압을 공급하는 커패시터(28). 상기 제1 인덕터(22)와 상기 커패시터(28)를 연결하는 제3 스위치(26), 상기 제2 인덕터(23)와 커패시터(28)를 연결하는 제4 스위치(27)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 2, the bidirectional interleaved DC / DC converter 20 is connected to an input power supply 21 for supplying power for outputting power. The bidirectional interleaved DC / A second inductor 23 connected in parallel with the first inductor 22 and connected to the input power source 21 for charging and discharging a voltage, a second inductor 22 connected in parallel with the first inductor 22, A first switch 24 for connecting the inductor 22 and the ground terminal, a second switch 25 for connecting the second inductor 23 and the ground terminal, the first inductor 22 or the second inductor 23) to which a voltage is applied and supplies a voltage to the load (29). A third switch 26 connecting the first inductor 22 and the capacitor 28 and a fourth switch 27 connecting the second inductor 23 and the capacitor 28.

또한, 상기 양방향 인터리브드 DC/DC 컨버터(20)는 단방향 인터리브드 DC/DC 컨버터 구조에서 다이오드 부분이 스위치로 변경된 구조로 각 인덕터(22,23)에 대해 전압의 충전과 방전 제어하고, 상기 입력전원(21)을 상기 커패시터(28)측으로 전달하거나 상기 커패시터(28)의 전압을 상기 입력전원(21) 측으로 전달할 수 있다.In addition, the bidirectional interleaved DC / DC converter 20 controls the charging and discharging of the inductors 22 and 23 with a structure in which the diode portion is changed to a switch in the unidirectional interleaved DC / DC converter structure, The power source 21 may be transmitted to the capacitor 28 side or the voltage of the capacitor 28 may be transmitted to the input power source 21 side.

또한, 상기 제1 인덕터(22)와 연결된 제1 스위치(24)와 제3 스위치(26)는 세트로 '온/오프' 동작하고 상기 제2 인덕터(24)와 연결된 제2 스위치(25)와 제4 스위치(27)가 세트로 '온/오프' 동작한다.The first switch 24 and the third switch 26 connected to the first inductor 22 are turned on / off in a set manner and the second switch 25 connected to the second inductor 24, And the fourth switch 27 operates 'on / off' as a set.

또한, 각 세트는 180도 위상차를 가지고 동작하며 각 스위치들은 순차적으로 서로 다른 시간에 동작한다.Also, each set operates with a phase difference of 180 degrees, and each switch sequentially operates at a different time.

또한, 상기 제1 스위치(24)가 '온'일 경우 상기 제1 인덕터(22)에 전압을 충전하고 제3 스위치(26)가 '온'일 경우 상기 제1 인덕터(22)에 충전된 전압을 방전하여 상기 입력전압과 더해져 상기 커패시터(28)를 통해 부하(29)로 공급되고, 상기 제2 인덕터(23)와 연결된 제2 스위치(25)가 '온'일 경우 상기 제2 인덕터(23)에 전압을 충전하고 제4 스위치(27)가 '온'일 경우 상기 제2 인덕터(23)에 충전된 전압을 방전하여 상기 제2 인덕터(23)에 인가되는 전원과 더해져 상기 커패시터(28)를 통해 상기 부하(29)로 출력된다. When the first switch 24 is on, the first inductor 22 is charged with a voltage and when the third switch 26 is on, the first inductor 22 is charged with a voltage And the second switch 25 connected to the second inductor 23 is 'ON', the second inductor 23 is connected to the second inductor 23, And when the fourth switch 27 is turned on, a voltage charged in the second inductor 23 is discharged to be supplied to the second inductor 23 to be supplied to the capacitor 28, To the load (29).

또한, 상기 양방향 인터리브드 DC/DC 컨버터(20)는 전력수수 방향의 속응성 개선을 위해 인터록 기능에 의해 스위칭을 함으로써, 출력 전류의 리플이 작다는 장점이 있다.In addition, the bidirectional interleaved DC / DC converter 20 has an advantage that the ripple of the output current is small by switching by the interlock function to improve the speed dependency in the power delivery direction.

그러나, 종래의 인터리브드 DC/DC 컨버터는 병렬 운전 및 부하 분담 알고리즘의 복잡성, 순환전류 발생 및 인덕터의 전류 리플저감 한계로 히스테리시스 손실 문제 등이 있다.However, the conventional interleaved DC / DC converter has a problem of hysteresis loss due to the complexity of parallel operation and load sharing algorithm, cyclic current generation, and current ripple reduction limit of the inductor.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 복수 개로 이루어진 인덕터의 병렬 구조로 인한 순환전류와 리플 현상 발생 문제를 최소화하여 전력변환 시 전력손실을 줄일 수 있는 인터리브드 DC/DC 컨버터를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide an interleaved DC / DC converter capable of minimizing a circulating current and a ripple phenomenon caused by a parallel structure of a plurality of inductors, DC converter.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일단이 입력전원과 연결되고, 상기 입력전원을 인가받아 전원을 충전 또는 방전하는 단일 인덕터; 일단은 상기 단일 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 접지단에 연결되며, 상기 단일 인덕터에 전압을 충전하는 복수 개의 제1 스위치를 갖는 제1 스위치부; 일단은 상기 단일 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 아래의 커패시터와 연결되며, 상기 단일 인덕터에 충전된 전압을 방전하는 제2 스위치부; 및 일단은 상기 제2 스위치부의 타단에 연결되고, 타단은 상기 접지단에 연결되며, 상기 제2 스위치부에서 출력되는 전압을 부하로 공급하기 위한 커패시터;를 포함하고, 상기 제1 스위치들과 상기 제2 스위치들의 개수는 서로 동일하고, 상기 각 제1 스위치는 어느 하나의 제2 스위치와 서로 스위치 세트를 이루며, 상기 스위치 세트들은 하나의 스위칭 주기 내에서 순차로 동작하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 DC/DC 컨버터을 제공하는 것이다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a power supply circuit comprising: a single inductor, one end of which is connected to an input power supply, A first switch unit having a first end connected to the other end of the single inductor and a second end connected to a ground terminal, the first switch having a plurality of first switches for charging a voltage to the single inductor; A second switch part connected to the other end of the single inductor at one end and connected to a capacitor at the other end, and discharging a voltage charged in the single inductor; And a capacitor connected at one end to the other end of the second switch unit and at the other end to the ground terminal and for supplying a voltage output from the second switch unit to a load, Characterized in that the number of the second switches is equal to each other and each of the first switches constitutes a switch set with one of the second switches and that the sets of switches operate sequentially in one switching period. / DC converter.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 스위치 세트 내의 제1 스위치와 제2 스위치는 서로 교번하여 '온/오프'되고, 상기 제1 스위치가 '온'될 경우, 상기 입력전원, 상기 단일 인덕터, 상기 제1 스위치 및 상기 접지단이 폐회로를 이루어 상기 단일 인덕터에 전압이 충전된다.In a preferred embodiment, the first switch and the second switch in the respective switch sets are alternately 'on / off' and when the first switch is turned 'on', the input power, the single inductor, 1 switch and the ground terminal form a closed circuit so that the single inductor is charged with a voltage.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 스위치가 '온'될 경우, 상기 입력전원, 상기 단일 인덕터, 상기 제2 스위치, 상기 커패시터 및 상기 접지단이 폐회로를 이루어, 상기 입력전원과 상기 단일 인덕터의 전원이 더해져 상기 커패시터로 출력된다.In a preferred embodiment, when the second switch is turned on, the input power source, the single inductor, the second switch, the capacitor, and the ground terminal form a closed circuit, and the power source of the input power source and the single inductor And is output to the capacitor.

본 발명의 단일 인덕터와 시분할 스위칭을 통한 리플저감형 인터리브드 DC/DC 컨버터에 의하면 복수 개의 인덕터를 사용하지 않고 단일 인덕터만을 이용하여 시분할 스위칭을 통해 상기 단일 인덕터 전압의 충전과 방전을 제어함으로써, 입력전압보다 상승된 출력 전압을 출력할 수 있어 순환전류 발생을 방지할 수 있고, 리플 현상을 최소화할 수 있어 전력변환 시 발생하는 전력손실을 줄일 수 있다.According to the single inductor of the present invention and the ripple-reduction interleaved DC / DC converter through time-division switching, charge and discharge of the single inductor voltage are controlled through time-division switching using only a single inductor without using a plurality of inductors, It is possible to output an output voltage that is higher than the voltage, thereby preventing the generation of the circulating current, minimizing the ripple phenomenon, and reducing the power loss during power conversion.

도 1은 종래의 단방향 인터리브드 DC/DC 컨버터의 회로를 보여주는 도면,
도 2는 종래의 양방향 인터리브드 DC/DC 컨버터의 회로를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 DC/DC 컨버터의 회로를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 DC/DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 DC/DC 컨버터의 스위칭 패턴과 단일 인덕터에 출력되는 전압 및 전류를 보여주는 도면이다.1 is a circuit diagram of a conventional unidirectional interleaved DC / DC converter,
2 is a circuit diagram of a conventional bidirectional interleaved DC / DC converter,
3 is a circuit diagram of an interleaved DC / DC converter according to an embodiment of the present invention,
4 is a view for explaining the operation of an interleaved DC / DC converter according to an embodiment of the present invention;
5 is a diagram showing a switching pattern of an interleaved DC / DC converter according to an exemplary embodiment of the present invention, and a voltage and a current output to a single inductor.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 DC/DC 컨버터 회로를 보여주는 것으로, 도 3을 참조하면 상기 인터리브드 DC/DC 컨버터(100)는 입력전원(110)으로부터 전원을 인가받아 충전 또는 방전하는 단일 인덕터(120), 상기 단일 인덕터(120)의 충전을 제어하는 제1 스위치부(130)와 방전을 제어하는 제2 스위치부(140) 및 상기 제2 스위치부(140)로부터 출력되는 전압을 공급받아 부하(160)로 출력하는 커패시터(150)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3, the interleaved DC / DC converter 100 receives power from an input power source 110 to charge or decode the interleaved DC / DC converter 100, A first switch unit 130 for controlling the charging of the single inductor 120, a second switch unit 140 for controlling discharge, and a second switch unit 140 for controlling the discharge of the single inductor 120, And a capacitor 150 receiving the voltage and outputting the voltage to the load 160.

또한, 상기 단일 인덕터(120)는 일단이 입력전원(110)과 연결되고 타단은 상기 제1 스위치부(130)와 상기 제2 스위치부(140)로 연결된다.The single inductor 120 has one end connected to the input power source 110 and the other end connected to the first switch unit 130 and the second switch unit 140.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 DC/DC 컨버터(100)는 복수 개의 인덕터를 사용하는 것이 아니라 하나의 인덕터만을 사용하므로 순환전류가 발생할 문제점을 원천적으로 차단한다.That is, since the interleaved DC / DC converter 100 according to the embodiment of the present invention uses only one inductor instead of using a plurality of inductors, the problem that the circulating current is generated is essentially blocked.

또한, 상기 제1 스위치부(130)는 복수 개의 제1 스위치(131)로 구성되고, 각 제1 스위치(131)의 일단은 상기 단일 인덕터(120)의 타단에 연결되며 타단은 접지단에 연결된다.The first switch unit 130 includes a plurality of first switches 131. One end of each first switch 131 is connected to the other end of the single inductor 120 and the other end is connected to the ground terminal. do.

또한, 상기 제2 스위치부(140)는 복수 개의 제2 스위치(141)로 구성되고, 각 제2 스위치(141)의 일단은 상기 단일 인덕터(120)의 타단에 연결되며 타단은 상기 커패시터(150)와 연결된다.One end of each second switch 141 is connected to the other end of the single inductor 120 and the other end of the second switch 141 is connected to the capacitor 150 ).

또한, 상기 제1 스위치부(130)와 상기 제2 스위치부(140)의 스위치들의 개수는 서로 동일하다.The number of switches of the first switch unit 130 and the second switch unit 140 are the same.

또한, 어느 하나의 제1 스위치(SWd1)는 어느 하나의 제2 스위치(SWu1)와 서로 스위치 세트를 이루며, 다른 하나의 제1 스위츠(SWd2)는 다른 하나의 제2 스위치(SWu2)와 서로 스위치 세트를 이룬다.One of the first switches SWd1 and SWd2 constitutes a switch set with one of the second switches SWu1 and the other switch SWd2 is connected to the other switch SWu2 of the other switch SWu2, Set.

또한, 상기 스위치 세트들은 하나의 스위칭 주기 내에서 순차로 동작한다.In addition, the switch sets operate sequentially within one switching period.

이하에서는 도 4와 도 5를 참조하여 인터리브드 DC/DC 컨버터의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the interleaved DC / DC converter will be described with reference to FIGS.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 DC/DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면으로 제1 스위치부(130)와 제2 스위치부(140)의 스위치가 각각 2개로 이루어진 구조를 상정하여 설명한다.FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the interleaved DC / DC converter according to an embodiment of the present invention. It is assumed that the first switch unit 130 and the second switch unit 140 have two switches, respectively. .

먼저, 입력전원(110)으로부터 상기 단일 인덕터(120)가 전원을 인가받으면 상기 제1 스위치부(130)의 제1-1 스위치(SW1)가 '온'이 되고 나머지 스위치들(SW2,SW3,SW4)은 '오프'가 된다.First, when the single inductor 120 is powered from the input power source 110, the 1-1 switch SW 1 of the first switch unit 130 is turned on and the remaining switches SW 2 , SW 3 , and SW 4 ) are turned off.

또한, 상기 제1-1 스위치(SW1)가 '온'이 되면 상기 입력전원(110)과 상기 단일 인덕터(120) 및 접지단이 연결되어 폐회로가 구성되고 이로 인해 상기 단일 인덕터(120)에 전압이 충전된다.Further, in the first-first switch (SW 1) is when the "on" the input power source 110 and the single inductor 120 and the ground terminal is connected and a closed-circuit configuration Thus the single inductor 120 The voltage is charged.

다음, 상기 제2 스위치부(140)의 제2-1 스위치(SW3)가 '온'이 되고 나머지 스위치들(SW1,SW2,SW4)은 '오프'가 된다.Next, the second-1 switch SW 3 of the second switch unit 140 is turned on and the remaining switches SW 1 , SW 2 , and SW 4 are turned off.

또한, 상기 제2-1 스위치(SW3)가 '온'이 되면 상기 입력전원(110)과 상기 단일 인덕터(120) 그리고 상기 커패시터(150) 및 접지단이 연결되어 폐회로가 구성되고 상기 단일 인덕터(120)에 충전된 전압과 상기 단일 인덕터(120)로 인가된 전압(Vin)이 더해져 상기 커패시터(150)로 방전되어 출력된다.When the second-1 switch SW 3 is turned on, the input power source 110, the single inductor 120, the capacitor 150, and the ground terminal are connected to constitute a closed circuit, The voltage charged in the capacitor 120 and the voltage Vin applied to the single inductor 120 are added to each other and are discharged to the capacitor 150 and outputted.

다음, 상기 제1 스위치부(130)의 제1-2 스위치(SW2)가 '온'이 되고 나머지 스위치들(SW1,SW3,SW4)은 '오프'가 된다.Next, each of the second and the first-second switch (SW 2) is "on" the first switch unit 130, the remaining switches (SW 1, SW 3, SW 4) is the "off".

또한, 상기 제1-2 스위치(SW2)가 '온'이 되면 상기 입력전원(110)과 상기 단일 인덕터(120) 및 접지단이 연결되어 폐회로가 구성되고 상기 단일 인덕터(120)에 전압이 충전된다.In addition, the first-second switch (SW 2) that when the "on" the input power source 110 and the single inductor 120 and the ground terminal is connected and a closed-circuit configuration is the voltage on the single inductor 120 Is charged.

다음, 상기 제2 스위치부(140)의 제 2-2 스위치(SW4)가 '온'이 되고 나머지 스위치들(SW1,SW2,SW3)은 '오프'가 된다.Next, the second is the second-second switch (SW 4) of the switching unit 140 to be "on" the other switch (SW 1, SW 2, SW 3) is the "off".

또한, 상기 제2-2 스위치(SW4)가 '온'이 되면 상기 입력전원(110)과 상기 단일 인덕터(120) 그리고 상기 커패시터(150) 및 접지단이 연결되어 폐회로가 구성되고 상기 단일 인덕터(120)에 충전된 전압과 상기 단일 인덕터(120)로 인가된 전압이 더해져 상기 공용 커패시터로 방전되어 출력된다.In addition, the second-second switch (SW 4) that when the "on" the input power source 110 and the single inductor 120 and the capacitor 150 and the ground terminal is connected to the closed-circuit is configured and the single inductor The voltage charged in the capacitor 120 and the voltage applied to the single inductor 120 are added and discharged to the common capacitor.

즉, 상기 제1 스위치(131)가 '온'일 경우 상기 입력전원(110)과 상기 단일 인덕터(120) 및 상기 접지단이 연결되어 폐회로를 이루고 상기 단일 인덕터(120)에 전압이 충전되며, 상기 제2 스위치(141)가 '온'일 경우 상기 입력전원(110)과 상기 단일 인덕터(120), 상기 커패시터(150) 및 상기 접지단이 폐회로를 이루고 상기 단일 인덕터(120)에 충전된 전압과 상기 입력전원(110)의 전압이 더해져 상기 커패시터(150)로 출력하게 된다.That is, when the first switch 131 is 'ON', the input power source 110, the single inductor 120 and the ground terminal are connected to form a closed circuit, the single inductor 120 is charged with a voltage, When the second switch 141 is on, the input power source 110, the single inductor 120, the capacitor 150, and the ground terminal form a closed circuit, and the voltage charged in the single inductor 120 And the voltage of the input power source 110 are added to each other and output to the capacitor 150.

도 5는 도 4에서 상정한 인터리브드 DC/DC 컨버터의 스위치 패턴과 단일 인덕터에 출력되는 전압 및 전류를 보여주는 도면으로, 실제로 스위치 제어를 위해 PWM 신호를 발생하여 출력된 결과이다.FIG. 5 is a diagram showing the switch pattern of the interleaved DC / DC converter assumed in FIG. 4 and the voltages and currents output to the single inductor, and is a result of outputting a PWM signal for actually controlling the switch.

도 5를 참조하면, 상기 스위치들을 한 주기(Tt) 내에서 동작하며 어느 하나의 스위치 세트(제1-1 스위치와 제2-1 스위치)는 반주기(Te) 동안 소정의 듀티비(d/d')로 '온/오프'되고 다른 하나의 스위치 세트(제1-2 스위치와 제2-2 스위치)는 나머지 반주기(Te) 동안 소정의 듀티비(d/d')를 갖고 '온/오프' 된다.5, the operation of the switch within one cycle (T t) and one of the set of switches (the switches 1-1 and 2-1 switch) is a half period (T e) of a predetermined duty ratio (d while / d ') and the other switch set (the 1-2 switch and the 2-2 switch) has a predetermined duty ratio (d / d') during the remaining half period (T e ) On / off '.

즉, 상기 스위치 세트들은 서로 인터리브드 동작을 수행한다.That is, the switch sets perform interleaved operation with each other.

또한, 상기 제1-1 스위치(SW1)와 상기 제1-2 스위치(SW2)가 '온'될 경우 인덕터 전압(VL)은 'High'가 되고 인덕터 전류(iL)는 증가하며, 상기 제 1-1 스위치(SW1)와 상기 제1-2 스위치(SW2)가 '오프'될 경우 상기 인덕터 전압(VL)은 'Low'가 되고 상기 인덕터 전류(iL)는 감소하는 것을 알 수 있다.When the 1-1 switch (SW1) and the 1-2 switch (SW2) are turned on, the inductor voltage (V L ) becomes high and the inductor current (i L ) When the 1-1 switch (SW1) and the 1-2 switch (SW2) are turned off, the inductor voltage (V L ) becomes Low and the inductor current (i L ) have.

따라서, 본 발명의 인터리브드 DC/DC 컨버터(100)는 입력전원(110)과 병렬로 복수 개 구성된 인덕터를 사용하여 전력변환을 수행하지 않고 상기 단일 인덕터(120)와 상기 단일 인덕터(120)에 연결된 복수 개의 스위치 소자의 시분할 스위칭을 이용하여 상기 단일 인덕터(120)의 충전과 방전을 통해 출력전압이 입력전압보다 상승되어 출력되게 할 수 있음으로 순환전류 발생을 방지할 수 있고, 리플 현상을 최소화할 수 있어 전력변환 시 발생하는 전력손실을 줄일 수 있다.Therefore, the interleaved DC / DC converter 100 according to the present invention can be used for a single inductor 120 and a single inductor 120 without performing power conversion using a plurality of inductors in parallel with the input power source 110. [ The output voltage can be increased to be higher than the input voltage through the charging and discharging of the single inductor 120 by using the time division switching of a plurality of connected switching elements, thereby preventing the generation of the circulating current and minimizing the ripple phenomenon The power loss occurring in the power conversion can be reduced.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 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 embodiments, but, on the contrary, Various changes and modifications will be possible.

100:인터리브드 DC/DC 컨버터 110:입력전원
120:단일 인덕터 130:제1 스위치부
140:제2 스위치부 150:커패시터
160:부하 100: interleaved DC / DC converter 110: input power
120: single inductor 130: first switch part
140: second switch unit 150: capacitor
160: Load

Claims (3)

일단이 입력전원과 연결되고, 상기 입력전원을 인가받아 전원을 충전 또는 방전하는 단일 인덕터;
일단은 상기 단일 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 접지단에 연결되며, 상기 단일 인덕터에 전압을 충전하는 복수 개의 제1 스위치를 갖는 제1 스위치부;
일단은 상기 단일 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 아래의 커패시터와 연결되며, 상기 단일 인덕터에 충전된 전압을 방전하는 제2 스위치부; 및
일단은 상기 제2 스위치부의 타단에 연결되고, 타단은 상기 접지단에 연결되며, 상기 제2 스위치부에서 출력되는 전압을 부하로 공급하기 위한 커패시터;를 포함하고,
상기 제1 스위치들과 상기 제2 스위치들의 개수는 서로 동일하고, 상기 각 제1 스위치는 어느 하나의 제2 스위치와 서로 스위치 세트를 이루며, 상기 스위치 세트들은 하나의 스위칭 주기 내에서 순차로 동작하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 DC/DC 컨버터A single inductor connected to the input power source at one end and charged or discharged by receiving the input power;
A first switch unit having a first end connected to the other end of the single inductor and a second end connected to a ground terminal, the first switch having a plurality of first switches for charging a voltage to the single inductor;
A second switch part connected to the other end of the single inductor at one end and connected to a capacitor at the other end, and discharging a voltage charged in the single inductor; And
And a capacitor connected to the other end of the second switch unit at one end and to the ground terminal at the other end to supply a voltage output from the second switch unit to the load,
Wherein the number of the first switches and the number of the second switches are equal to each other, each of the first switches constitutes a switch set with one of the second switches, and the sets of switches operate sequentially in one switching period An interleaved DC / DC converter 제 1 항에 있어서,
상기 각 스위치 세트 내의 제1 스위치와 제2 스위치는 서로 교번하여 '온/오프'되고, 상기 제1 스위치가 '온'될 경우, 상기 입력전원, 상기 단일 인덕터, 상기 제1 스위치 및 상기 접지단이 폐회로를 이루어 상기 단일 인덕터에 전압이 충전되는 것을 특징으로 하는 인터리브드 DC/DC 컨버터The method according to claim 1,
The first switch and the second switch in the respective switch sets are alternately 'on / off', and when the first switch is turned 'on', the input power, the single inductor, the first switch, And the voltage is charged in the single inductor in the closed circuit. 제 2 항에 있어서,
상기 제2 스위치가 '온'될 경우, 상기 입력전원, 상기 단일 인덕터, 상기 제2 스위치, 상기 커패시터 및 상기 접지단이 폐회로를 이루어, 상기 입력전원과 상기 단일 인덕터의 전원이 더해져 상기 커패시터로 출력되는 것을 특징으로 하는 인터리브드 DC/DC 컨버터
3. The method of claim 2,
When the second switch is turned on, the input power source, the single inductor, the second switch, the capacitor, and the ground terminal form a closed circuit, and the power of the input power source and the single inductor are added, To-DC converter
KR1020170094899A 2017-07-26 2017-07-26 Ripple reduction interleaved DC/DC converter by single inductor and time division switching KR20190012034A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170094899A KR20190012034A (en) 2017-07-26 2017-07-26 Ripple reduction interleaved DC/DC converter by single inductor and time division switching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170094899A KR20190012034A (en) 2017-07-26 2017-07-26 Ripple reduction interleaved DC/DC converter by single inductor and time division switching

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190012034A true KR20190012034A (en) 2019-02-08

Family

ID=65365103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170094899A KR20190012034A (en) 2017-07-26 2017-07-26 Ripple reduction interleaved DC/DC converter by single inductor and time division switching

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20190012034A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230007867A (en) * 2021-07-06 2023-01-13 경북대학교 산학협력단 Pwm converter with common-ground structure
CN115995966A (en) * 2023-03-23 2023-04-21 深圳市永联科技股份有限公司 Bidirectional non-isolated DCDC topology control circuit and related device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230007867A (en) * 2021-07-06 2023-01-13 경북대학교 산학협력단 Pwm converter with common-ground structure
CN115995966A (en) * 2023-03-23 2023-04-21 深圳市永联科技股份有限公司 Bidirectional non-isolated DCDC topology control circuit and related device
CN115995966B (en) * 2023-03-23 2023-07-18 深圳市永联科技股份有限公司 Bidirectional non-isolated DCDC topology control circuit and related device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11038424B2 (en) Direct current-direct current converter
US10615697B1 (en) Multi-level switching converter with flying capacitor voltage regulation
US7696735B2 (en) Switched capacitor converters
US9529375B2 (en) Single inductor-multiple output DC-DC converter, method for operating the same and electronic device comprising the converter
US11011991B1 (en) Regulation loop circuit
US10673324B2 (en) Isolated converter with switched capacitors
US6636022B2 (en) Controlled multi-output DC/DC converter
US8466665B1 (en) Adaptive digital pulse width modulation generator for buck converters
US8089788B2 (en) Switched capacitor voltage regulator having multiple conversion ratios
US8358520B2 (en) High efficiency charge-and-add adjustable DC-DC converter
USRE46256E1 (en) Asymmetric topology to boost low load efficiency in multi-phase switch-mode power conversion
US9331578B2 (en) Multi-phase buck DC converter
US10622900B1 (en) Single-inductor multiple-output DC-DC converter
US11469672B2 (en) Interleaved multi-level buck-boost switching power converter with pulse-width modulation
US11831240B2 (en) Parallel output converters connected to a split midpoint node on an input converter
JP2004304987A (en) Multi-output dc-dc converter
US20050088160A1 (en) Multi output DC-DC converter
KR20190012034A (en) Ripple reduction interleaved DC/DC converter by single inductor and time division switching
KR20200033026A (en) Switched capacitor converter
US9071138B2 (en) Adaptive digital pulse width modulation generator for buck converters
US20210167685A1 (en) Reconfigurable ladder switched-capacitor converter
EP1704635B1 (en) Method of operating a dc/dc up/down converter
KR20220048732A (en) Dc to dc voltage conversion method and circuit using single inductor
TWI411210B (en) Freewheel charge-pump controlled single-inductor multiple-output dc-dc converter
TWI777559B (en) Charging system, power supply system and dual mode power conversion circuit thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application