KR100865178B1 - 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류컨버터 - Google Patents

영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류(DC/DC) 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 직류/직류(DC/DC) 컨버터에서 일반적으로 사용하는 정류 다이오드를 사용하는 방식에서 MOSFET를 사용하는 방식으로 전력용 MOSFET를 온/오프(ON/OFF)하여 전력을 변환하는 주 스위치의 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation:PWM) 또는 주파수 변조(Frequency Modulation:FM)신호를 받아 동기를 제어하고 주 스위치의 온/오프(ON/OFF) 시간을 감시하여 정류 스위치의 온/오프(ON/OFF)를 제어하여 영전류 스위칭을 구현하며 정류 시 발생하는 전력 손실을 최소화함으로서 방열판 면적을 2/3 이상 줄일 수 있는 직류/직류(DC/DC) 컨버터 전원 공급 장치의 효율향상을 위한 기법에 관한 것이다.
전원에서 접지로 직렬 연결된 제1 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스위치는 위상의 동일 레벨이 서로 중첩되지 않는 제1 및 제2 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하는 주 스위치부; 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부의 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 신호와 구동부의 증폭된 구동전압을 이용하여 상기 주 스위치부를 온/오프 하기 위한 스위칭부; 상기 주 스위치부를 온/오프하는데 필요한 구동 전압을 증폭하기 위한 구동부; 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 변환하고, 1차 권선의 인덕터 및 커패시터에 의해 공진이 이루어지는 트랜스부; 상기 트랜스부로부터의 전압을 정류하여 직류전압으로 변환하는 제3 및 제4 스위치 및 커패시터를 포함하는 정류부; 및 상기 제3 및 제4 스위치를 구동하기 위한 동기 제어부 그리고 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 신호 발생 및 제어 기능을 가진 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부 및 출력 전압을 검출하는 검출부로 이루어진 제어부를 포함하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터를 포함한다.
직류/직류(DC/DC) 컨버터, 영전류 스위칭, 동기 제어, MOSFET

Description

영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터{The high efficiency synchronization control DC/DC converter using zero-current switching}
본 발명은 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류(DC/DC) 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 직류/직류(DC/DC)컨버터에서 일반적으로 정류 다이오드를 사용하는 방식이 아닌, MOSFET방식의 사용을 통해 전력용 MOSFET를 온/오프(ON/OFF)하여 전력을 변환하는 주 스위치의 펄스 폭 변조 또는 주파수 변조 신호를 받아 동기를 제어하고, 주 스위치의 온/오프(ON/OFF) 시간을 검출하여 정류 스위치의 온/오프(ON/OFF)를 제어함으로써, 영전류 스위칭을 구현하고, 정류 시 발생하는 전력손실을 최소화함으로서 방열판 면적을 2/3 이상 줄일 수 있는 직류/직류(DC/DC) 컨버터 전원 공급 장치의 효율향상을 위한 기법에 관한 것이다.
일반적으로, 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply : 이하, SMPS라 함)는 전력용 MOSFET 등 반도체 소자를 스위치로 사용하여 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후, 필터에 의해 변환되는 직류 출력 전압을 공급하는 전원장치이다.
이러한 SMPS는, 반도체 소자의 스위칭 프로세서를 이용하여 전력의 흐름을 제어함으로 종래의 리니어 방식의 전원 공급 장치에 비해 효율이 높고 내구성이 강하며, 소형, 경량화에 유리한 안정화 전원 장치이다.
종래 전원장치에 포함되는 하프-브리지 주파수 변조형 전류 공진 직류/직류(DC/DC) 컨버터를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래 비대칭 하프-브리지 직류/직류(DC/DC) 컨버터의 구성도이다.
도 1에 도시된 종래 비대칭 하프-브리지(Asymmetrical Half-Bridge:AHB) 직류/직류(DC/DC) 컨버터는, 비대칭 고정주파수 펄스폭 변조 컨버터로서, 위상의 동일 레벨이 서로 중첩되지 않고 대칭인 2개의 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1,SW2)를 제공하는 스위칭 제어부(11)와 전원(Vin)에서 접지로 연결된 2개의 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)를 포함한다.
제1 스위치(Q1)는 제1 스위칭신호(SW1)에 따라 스위칭 동작하고, 제2 스위치(Q2)는 제2 스위칭신호(SW2)에 따라 스위칭 동작하는 스위칭부(12)와, 스위칭부(12)의 스위칭에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 변환하는 트랜스부(13)와, 트랜스부(13)로부터의 전압을 정류하고 평활하는 정류부(14)와, 정류부(14)를 통해 출력되는 전압을 검출하여 스위칭 제어부(11)로 공급하여 출력전압을 일정하게 유지시키는 피드백 회로부(15)를 포함한다.
이와 같은 종래 비대칭 하프-브리지 직류/직류(DC/DC) 컨버터에서는, 영전류가 아닌 상태에서 온/오프(ON/OFF)되어, 정류 시 전력손실이 발생되는 문제점이 있다. 주 스위치부의 제1 스위치(Q1)에 흐르는 전류(IQ1)는 영전류가 아닌 상태에서 온/오프(ON/OFF)되고, 또한 주 스위치의 제2 스위치(Q2)도 영전류가 아닌 상태에서 온/오프(ON/OFF)되어, 정류 시 발생하는 전력손실에 따라 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 이와 같은 컨버터는 제1 및 제2 스위치의 스위칭신호 (SW1,SW2)를 스위칭 제어부에서 상호 위상이 다른 신호로 스위칭하고 제1 스위치(Q1)가 온(ON)될 때 공진 커패시터, 트랜스의 1차 인덕턴스를 통해 공진 전류가 흐를 때 제1 정류 다이오드(D1)를 통하여 커패시터에 전압을 충전하고 제2 스위치(Q2)가 온(ON)될 때는 커패시터에 충전된 전류을 방전하게 되고 방전 전류가 흐를 때 제2 정류 다이오드(D2)를 통하여 커패시터에 전압을 충전하게 된다.
이때, 흐르는 충전 전류는 제1 및 제2 정류 다이오드(D1,D2)의 온(ON) 전압까지 도달해야 커패시터에 충전 전류가 흐르게 되므로 이것이 전력손실로 나타나게 된다. 상기 손실은 열로 발생하게 되며 다음과 같이 계산할 수 있다.
발생 되는 손실(Ploss)=다이오드 온(ON) 전압(Vdon)×출력 전류(Iout)
본 발명은 종래 기술의 정류 시 발생하는 전력손실과 정류 다이오드의 턴온 전압에 의한 손실로 효율이 감소되는 문제를 해결하기 위하여 트랜스부로 받은 전압을 커패시터에 충전할 때 턴온 전압에 의한 손실이 적은 MOSFET를 사용하고 MOSFET를 주 스위치의 스위칭 온/오프(ON/OFF) 시간을 감시하여 제어하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류(DC/DC) 컨버터를 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 전원에서 접지로 직렬 연결된 제1 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스위치는 위상의 동일 레벨이 서로 중첩되지 않는 제1 및 제2 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하는 주 스위치부; 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부의 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 신호와 구동부의 증폭된 구동전압을 이용하여 상기 주 스위치부를 온/오프(ON/OFF)하기 위한 스위칭부; 상기 주 스위치부를 온/오프(ON/OFF)하는데 필요한 구동 전압을 증폭하기 위한 구동부; 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 변환하고, 1차 권선의 인덕터 및 커패시터에 의해 공진이 이루어지는 트랜스부; 상기 트랜스부로부터의 전압을 정류하여 직류전압으로 변환하는 제3 및 제4 스위치 및 커패시터를 포함하는 정류부; 및 상기 제3 및 제4 스위치를 구동하기 위한 동기 제어부 그리고 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 신호 발생 및 제어 기능을 가진 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부 및 출력 전압을 검출하는 검출부로 이루어진 제어부를 포함하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류(DC/DC) 컨버터에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고효율 영전류 스위칭을 이용한 동기 직류/직류 컨버터의 제어 방법에 있어서, 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부에서 생성되는 제1 및 제2 스위칭 신호에 의해 주 스위치부의 제1 스위치가 온된 이후, 정류부의 제3 스위치가 온되거나 주 스위치부의 제2 스위치가 온된 이후, 정류부의 제4 스위치가 온되어 정류부의 커패시터에 충전을 개시하는 충전개시모드를 수행하는 단계; 및 동기 제어부에서 생성되는 제3 및 제4 스위칭 신호에 의해 정류부의 제3 스위치가 오프된 이후, 주 스위치부의 제1 스위치가 오프되거나 정류부의 제4 스위치가 오프된 이후, 주 스위치부의 제2 스위치가 오프되어 정류부의 커패시터에 충전완료하는 충전완료모드를 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 충전개시모드와 충전완료모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터의 제어방법에 의해서도 달성된다.
본 발명은 종래 기술의 정류 시 발생하는 전력손실과 정류 다이오드의 턴온 전압에 의한 손실로 효율이 감소되는 문제를 해결하기 위하여 트랜스부로 받은 전압을 커패시터에 충전할 때 턴온 전압에 의한 손실이 적은 MOSFET를 사용하여 손실로 인한 열을 감소함으로써 방열판의 면적을 2/3으로 줄이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 MOSFET를 주 스위치부의 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 스위칭 온/오프(ON/OFF) 시간을 감시하여 제어하는 기술을 통하여 종래의 영전류 스위칭 방식보다 개선된 영전류 스위칭을 구현함으로써 손실을 감소하여 효율을 증대하여 에너지 절감에 기여하는 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 고효율 영전류 스위칭을 이용한 동기 제어형 직류/직 류(DC/DC) 컨버터의 일실시예를 나타내는 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고효율 하프-브리지 직류/직류(DC/DC) 컨버터는, 제어부(100), 주 스위치부(200), 스위칭부(300), 구동부(400), 트랜스부(500), 정류부(600)를 포함한다.
제어부(100)는 제3 및 제4 스위치(Q3,Q4)를 구동하기 위한 스위칭 신호(SW3,SW4)를 발생하는 동기 제어부(130) 그리고 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 신호 발생 및 제어기능을 가진 펄스 폭 변조및 주파수 변조 제어부(110) 및 출력 전압을 검출하는 검출부(120)로 이루어진다.
펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부(110)는 위상의 동일 레벨이 서로 중첩되지 않고 가변되는 펄스폭을 갖는 2개의 비대칭 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1,SW2)를 제공하고, 검출부에서 검출한 출력전압의 크기에 따라 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1,SW2)를 펄스 폭 변조 및 주파수 변조방식으로 가변하여 스위칭부(300)로 제공한다.
검출부(120)는 출력전압을 일정하게 유지하기 위해, 정류부(600)를 통해 출력되는 전압을 검출하여 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부(110)로 공급한다.
동기 제어부(130)는 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부(110)에서 생성한 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 스위칭 온/오프(ON/OFF) 시간을 검출하여 제3 및 제4 스위칭 신호(SW3,SW4)를 생성하여, 제3 스위치(Q3)가 오프(OFF)되면 제1 스위치(Q1)가 오프(OFF)되거나 제4 스위치(Q4)가 오프(OFF)됨에 따라 제2 스위치(Q2)가 오프(OFF)되는 것을 가능케 하여 종래의 영전류 스위칭 방식보다 개선된 영전류 스위칭을 구현할 수 있다.
또한, 제어부(100)는 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1,SW2)에 따라 충전개시모드와 충전완료모드를 반복 수행하며, 스위칭부(300)에 의해 제1 스위치(Q1)가 온(ON)된 이후, 제3 스위치(Q3)가 온(ON)되거나 제2 스위치(Q2)가 온(ON)된 이후, 제4 스위치(Q4)가 온(ON)되어 정류부(600)의 커패시터(C)에 충전을 개시하는 충전개시모드와 동기 제어부(130)에 의해 제3 스위치(Q3)가 오프(OFF)된 이후, 제1 스위치(Q1)가 오프(OFF)되거나 제4 스위치(Q4)가 오프(OFF)된 이후, 제2 스위치(Q2)가 오프(OFF)되어 정류부(600)의 커패시터(C)에 충전완료하는 충전완료모드를 수행한다.
주 스위치부(200)는, 전원(Vin)에서 접지로 직렬로 연결된 2개의 제1, 제2 스위치(Q1,Q2)를 포함하고, 제1 스위치(Q1)는 제1 스위칭신호(SW1)에 따라 스위칭 동작하고, 제2 스위치(Q2)는 제2 스위칭신호(SW2)에 따라 스위칭 동작한다.
스위칭부(300)는, 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부(110)의 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1,SW2)와 구동부(400)의 증폭된 구동전압을 이용하여 주 스위치부의 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 스위칭 동작을 제어한다.
구동부(400)는 하프브리지 방식이나 풀 브리지 방식을 이용하여 상기 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)를 온/오프(ON/OFF)하는데 필요한 구동 전압을 증폭시킨다.
트랜스부(500)는 주 스위치부(200)의 스위칭에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 변환하고, 1차 권선의 인덕터(Lr,Lm)의 인덕턴스 및 커패시터(Cr)의 커패시턴스에 의해 전류 공진이 이루어진다.
정류부(600)는 상기 트랜스부(500)로부터의 전압을 정류 트랜지스터인 제3 및 제 4 스위치(Q3,Q4)를 이용해서 정류하여 직류전압으로 변환한다.
충전완료모드에서 제1 스위치(Q1)는 제3 스위치(Q3)가 오프(OFF)되면 제1 스위치(Q1)는 영전류 상태이고, 제2 스위치(Q2)는 제4 스위치(Q4)가 오프(OFF)되면 제2 스위치(Q2)가 영전류 상태이다. 또한, 충전개시모드에서 제2 스위치(Q2)가 닫힌 상태에서 제4 스위치(Q4)가 온(ON)되어 제2 스위치(Q2)가 닫힌 상태에서 충전 전류가 흐르므로 주 스위치인 제2 스위치(Q2)는 영전류 상태가 되어 제1 및 제2 스위치(Q1, Q2)는 영전류 상태에서 스위칭되는 영전류 스위칭을 수행한다.
도 3은 본 발명의 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류(DC/DC) 컨버터의 동작 시 주요 신호 파형도이다.
도 3에서 P1은 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)가 스위칭 상태가 변화되는 구간이다.
도 4의 (A)내지 (D)는 도3의 스위칭에 따른 동작별 회로이다.
도 4의 (A),(C)는 본 발명의 컨버터의 제1 스위치(Q1)가 온(ON)된 이후 제3 스위치(Q3)가 온(ON)되거나 제2 스위치(Q2)가 온(ON)된 이후 제4 스위치(Q4)가 온(ON)되어 상기 정류부의 커패시터(C)에 충전을 개시하는 충전개시모드일 때의 전류흐름도이고, 도 5의 (B),(D)는 본 발명의 컨버터의 제3 스위치(Q3)가 오프(OFF)된 이후 제1 스위치(Q1)가 오프(OFF)되거나 제4 스위치(Q4)가 오프(OFF)된 이후 제2 스위치(Q2)가 오프(OFF)되어 정류부(600)의 커패시터(C)에 충전완료하는 충전완료모드일 때의 전류흐름도이다.
도 5은 본 발명의 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류(DC/DC) 컨버터의 제어방법을 보이는 흐름도이다.
도 5에서 S510은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation:PWM) 및 주파수 변조(Frequency Modulation:FM)제어부(110)의 제1 스위칭 신호(SW1)에 의해 주 스위치부(200)의 상기 제1 스위치(Q1)가 온(ON)되면, Cr, Lr, Lm으로 구성된 트랜스부(500)로 순방향 충전 전류가 흐르고 이 공진 전류에 의해 발생된 자속의 변화에 의해 트랜스포머 2차측의 정류부(600)의 정류 스위치인 제3 스위치(Q3)에 연결된 순방향 권선으로 전압이 발생한다. 발생된 전압은 정류부(600)의 정류 스위치인 제3 스위치(Q3)가 온(ON)되어 정류부(600)의 정류용 커패시터(C)에 전압을 충전하기 시작하는 충전개시모드를 제어하는 단계이다.
S520은 정류 스위치인 제3 스위치(Q3)가 동기 제어부(130)의 제 3 스위칭 신신호(SW3)에 의해 먼저 오프(OFF)되고 주 스위치인 제1 스위치(Q1)가 오프(OFF)되면 제2 스위치(Q2)의 바디 다이오드를 통하여 정류용 커패시터(C)가 전원 전압까지 충전하는 충전완료모드를 제어하는 단계이다. 이때, 전류의 흐름을 보면 주 스위치인 제1 스위치(Q1)가 닫힌 상태에서 제3 스위치(Q3)를 오프(OFF)되어 전류가 흐르지 않는 상태에서 주 스위치인 제1 스위치(Q1)는 영전류 상태에서 오프(OFF)된다.
S530은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation:PWM) 및 주파수 변조(Frequency Modulation:FM)제어부(110)의 제2 스위칭 신호(SW2)에 의해 주 스위치부(200)의 제2 스위치(Q2)가 온(ON)되면, Cr, Lr, Lm으로 구성된 트랜스부(500)로 역방향 충전 전류가 흐르고 이 공진 전류에 의해 발생된 자속의 변화에 의해 트랜스포머 2차측의 정류부(600)의 정류 스위치인 제4 스위치(Q4)에 연결된 역방향 권선으로 전압이 발생한다. 발생된 전압은 정류부(600)의 정류 스위치인 제4 스위치(Q4)가 온(ON)되어 정류부(600)의 정류용 커패시터(C)에 전압을 충전하기 시작하는 충전개시모드를 제어하는 단계이다. 이때, 전류의 흐름을 보면 주 스위치인 제2 스위치(Q2)가 닫힌 상태에서 전류가 흐르므로 주 스위치인 제2 스위치(Q2)는 영전류 상태에서 온(ON)된다.
S540은 정류 스위치인 제4 스위치(Q4)가 상기 동기 제어부(130)의 제 4 스위칭 신호(SW4)에 의해 먼저 오프(OFF)되고 주 스위치인 제2 스위치(Q2)가 오프(OFF)되면 제1 스위치(Q1)의 바디 다이오드를 통하여 정류용 커패시터(C)가 전원 전압까지 충전하는 충전완료모드를 제어하는 단계이다. 이때, 전류의 흐름을 보면 주 스위치인 제2 스위치(Q2)가 닫힌 상태에서 제4 스위치(Q4)를 오프(OFF)되어 전류가 흐르지 않는 상태에서 주 스위치인 제2 스위치(Q2)는 영전류 상태에서 오프(OFF)된다.
도 6(A) 및 (B)는 정류 시 생기는 전력손실 비교한 것이고, 면적을 대비하면 정류시 생기는 전력손실의 면적이 적음을 알 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래 비대칭 하프-브리지 직류/직류(DC/DC) 컨버터의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 영전류 스위칭을 고효율 이용한 동기 제어형직류/직류(DC/DC) 컨버터의 구성도,
도 3은 본 발명의 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류(DC/DC) 컨버터의 동작 시 주요 신호 파형도,
도 4의 (A)내지 (D)는 도3의 스위칭에 따른 동작별 회로도,
도 5는 본 발명의 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류(DC/DC) 컨버터의 제어방법을 보이는 흐름도,
도 6의 (A) 및 (B)는 정류 시 생기는 손실 비교 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 제어부 200 : 주 스위치부
300 : 스위칭부 400 : 구동부
500 : 트랜스부 600 : 정류부
Q1~Q4 : 제1~제4 스위치 SW1,SW2 : 제1 , 제2 스위칭신호

Claims (8)

  1. 전원에서 접지로 직렬 연결된 제1 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스위치는 위상의 동일 레벨이 서로 중첩되지 않는 제1 및 제2 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하는 주 스위치부;
    펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부의 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 신호와 구동부의 증폭된 구동전압을 이용하여 상기 주 스위치부를 온/오프하기 위한 스위칭부;
    상기 주 스위치부를 온/오프하는데 필요한 구동 전압을 증폭하기 위한 구동부;
    상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 변환하고, 1차 권선의 인덕터 및 커패시터에 의해 공진이 이루어지는 트랜스부;
    상기 트랜스부로부터의 전압을 정류하여 직류전압으로 변환하는 제3 및 제4 스위치 및 커패시터를 포함하는 정류부; 및
    상기 제3 및 제4 스위치를 구동하기 위한 동기 제어부 그리고 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 신호 발생 및 제어 기능을 가진 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부 및 출력 전압을 검출하는 검출부로 이루어진 제어부
    를 포함하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3, 제4 스위치는,
    턴온 전압에 의한 손실이 적은 MOSFET를 사용하는 것을 특징으로 하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 스위칭 신호에 의해 상기 제1 스위치가 온된 이후 상기 제3 스위치가 온되거나
    상기 제2 스위치가 온된 이후 상기 제4 스위치가 온되어
    상기 정류부의 커패시터에 충전을 개시하는 충전개시모드와
    상기 동기 제어부의 제3 및 제4 스위칭 신호에 의해 상기 제3 스위치가 오프된 이후 상기 제1 스위치가 오프되거나
    상기 제4 스위치가 오프된 이후 상기 제2 스위치가 오프되어
    상기 정류부의 커패시터에 충전완료하는 충전완료모드를 제어하는 것을 특징으로 하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 동기 제어부는
    상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭 온/오프 시간을 검출하여 상기 제3 및 제4 스위치에 제3 및 제4 스위칭 신호를 인가함으로써, 제3 스위치가 오프된 이후, 제1 스위치가 오프되거나 제4 스위치가 오프된 이후, 제2 스위치가 오프되는 것을 특징으로 하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위치는,
    충전완료모드에서 상기 제3 스위치가 오프된 이후 제1 스위치가 오프되어 제1 스위치가 영전류 상태가 되거나
    상기 제4 스위치가 오프된 이후 제2 스위치가 오프되어 제2 스위치가 영전류 상태가 되거나
    충전개시모드에서 제2 스위치가 닫힌 상태에서 제4 스위치가 온되어 제2 스위치는 영전류 상태에서 영전류 스위칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터.
  6. 제3항에 있어서, 상기 검출부는
    상기 정류부에서 생성된 출력전압을 검출하여 상기 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부로 전달하여, 상기 정류부를 통해 출력되는 출력전압을 일정한 전압으로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터.
  7. 제3항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부는
    펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부는 위상의 동일 레벨이 서로 중첩되지 않고 가변되는 펄스폭을 갖는 2개의 비대칭 제1 및 제2 스위칭 신호를 제공하고, 상기 검출부에 의해 검출된 출력전압의 크기에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭 신호를 펄스 폭 변조 및 주파수 변조방식으로 가변하는 것을 특징으로 하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터.
  8. 고효율 영전류 스위칭을 이용한 동기 직류/직류 컨버터의 제어 방법에 있어서,
    펄스 폭 변조 및 주파수 변조 제어부에서 생성되는 제1 및 제2 스위칭 신호에 의해 주 스위치부의 제1 스위치가 온된 이후, 정류부의 제3 스위치가 온되거나 주 스위치부의 제2 스위치가 온된 이후, 정류부의 제4 스위치가 온되어 정류부의 커패시터에 충전을 개시하는 충전개시모드를 수행하는 단계; 및
    동기 제어부에서 생성되는 제3 및 제4 스위칭 신호에 의해 정류부의 제3 스위치가 오프된 이후, 주 스위치부의 제1 스위치가 오프되거나 정류부의 제4 스위치가 오프된 이후, 주 스위치부의 제2 스위치가 오프되어 정류부의 커패시터에 충전완료하는 충전완료모드를 수행하는 단계
    를 포함하고, 상기 충전개시모드와 충전완료모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 영전류 스위칭을 이용한 고효율 동기 제어형 직류/직류 컨버터의 제어방법.
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