KR102273763B1 - Llc 공진 컨버터 - Google Patents
Llc 공진 컨버터 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102273763B1 KR102273763B1 KR1020190152153A KR20190152153A KR102273763B1 KR 102273763 B1 KR102273763 B1 KR 102273763B1 KR 1020190152153 A KR1020190152153 A KR 1020190152153A KR 20190152153 A KR20190152153 A KR 20190152153A KR 102273763 B1 KR102273763 B1 KR 102273763B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- unit
- transformer
- switch
- resonant converter
- llc resonant
- Prior art date
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
- H02M3/33538—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 of the forward type
- H02M3/33546—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 of the forward type with automatic control of the output voltage or current
- H02M3/33553—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 of the forward type with automatic control of the output voltage or current with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
-
- 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
- H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
-
- 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
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
-
- 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)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
본 발명은 LLC 공진 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기자동차 온보드 충전기를 위한 LLC 공진 컨버터로서, 종래의 LLC 공진 컨버터에 비해 회로 구조를 수정하여 복수의 제어 모드로 동작(운전)할 수 있어, 효율을 향상시킬 수 있는 LLC 공진 컨버터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 LLC 공진 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차 온보드 충전기를 위한 LLC 공진 컨버터로서, 종래의 LLC 공진 컨버터에 비해 회로 구조를 수정하여 복수의 제어 모드로 동작(운전)할 수 있어, 효율을 향상시킬 수 있는 LLC 공진 컨버터에 관한 것이다.
최신 플러그인 전기 자동차의 경우, 가장 일반적인 전원 수준인 3.3 kW 또는 6.6 kW인 2단계 2차 온보드 배터리 충전기가 요구되고 있다.
충전기의 주요 구조는 EMI 필터, 역률 보정 기능이 있는 부스트 컨버터 및 절연된 DC-DC 컨버터로 구성되게 된다.
종래의 LLC(Series-parallel Resonant Converter)는 고효율, 고전력 밀도, 낮은 EMI 및 넓은 전압 범위로 DC-DC 컨버터에 가장 널리 쓰였으며, 펄스 주파수 변조(PFM, Pulse Frequency Modulation)는 일반적으로 LLC 컨버터에서 출력 전력을 조정하는데 사용되었다.
이 경우, 낮은 순환 전류 및 소프트 스위칭으로 인해, 공진 주파수(fr)에서 높은 효율이 얻어지지만, 스위칭 주파수가 공진 주파수에서 멀어질 경우, 성능이 저하되는 단점이 있다.
그렇기 때문에, 넓은 전압 범위에 적용하기 위해서는, 레귤레이션 범위의 확장을 위해, 큰 공진 인덕터(Lr)가 요구되었으나, 공진 인덕터로 인해 높은 플럭스(flux), 높은 피크 전압 및 높은 턴 오프 전류를 발생시키게 된다.
이에 따라, LLC 컨버터의 출력 전압 범위를 확장시키기 위하여, 종래에는 공진 LC 회로에 인덕터와 병렬로 다수의 커패시터를 추가하여 구성함으로써, 출력 전압을 광범위하게 조정할 수 있으나, 출력 전압이 주파수에 매우 민감하기 때문에, 출력 전압이 낮을 때는 조정이 어려운 문제점이 있다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 풀 브릿지 LLC 컨버터를 이용할 경우, 충전할 배터리 전압이 낮은 경우 또는 충전 전류가 낮은 경우, 효율이 낮아지는 문제점이 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 듀얼 위상 LLC 컨버터를 이용할 경우, 풀 브릿지 LLC 컨버터 대비 트랜스포커와 인덕터가 나뉘어 있어, 낮은 높이 형성이 가능하고 방열에 유리한 장점이 있고, 저부하의 경우에는 고효율이나, 낮은 출력전압에 대하여 효율이 낮은 문제점을 그대로 포함하고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 LLC 공진 컨버터의 회로 구조를 추가 스위치없이, 간단하게 수정함으로써, 복수의 제어 모드로 운전할 수 있는 LLC 공진 컨버터를 제공하는 것이다.
또한, 저전압 및 저부하 조건에서, 높은 효율을 달성할 수 있어, LLC 공진 컨버터의 효율은 높이면서도, 무게와 사이즈는 줄일 수 있는, LLC 공진 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터는, LLC 공진 컨버터로서, 직류 전원의 양단과 연결되고, 소정의 스위칭 주파수로 스위칭하여 PWM(Pulse Width Modulation) 전압을 출력하는 전력변환부, 상기 전력변환부의 출력단와 1차측 양단이 연결된 절연부, 상기 절연부의 2차측 양단과 입력단이 연결되고, 출력단은 부하에 연결된 정류부, 상기 절연부의 1차측과 상기 직류 전원 사이에 구비된 제1 공진 필터부 및 상기 전력변환부를 제어하여 상기 부하에 공급하는 전압과 전류 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제1 공진 필터부는 상기 전력변환부의 출력단의 선간 전압이 0인 경우에만, 상기 전력변환부로부터 상기 정류부 및 상기 제1 공진 필터부를 통하는 전류 경로를 형성하고, 상기 전류 경로에 커패시턴스 성분을 나타내어 상기 전력변환부의 스위칭 손실을 저감하도록, 상기 절연부의 1차측 중간단과 상기 직류 전원의 음극단 사이에 구비되되, 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 절연부는 직렬로 연결된 제1 변압기 및 제2 변압기;를 포함하되, 상기 제1 변압기의 1차측 코일 일단 및 상기 제2 변압기의 1차측 코일 타단은 각각 상기 절연부의 1차측 양단을 형성하고, 상기 제1 변압기의 1차측 코일 타단 및 상기 제2 변압기의 1차측 코일 일단이 연결된 노드가 상기 절연부의 1차측 중간단을 형성하며, 상기 제1 변압기의 2차측 코일 일단 및 상기 제2 변압기의 2차측 코일 타단은 각각 상기 절연부의 2차측 양단을 형성하고, 상기 제1 변압기의 2차측 코일 타단 및 상기 제2 변압기의 2차측 코인 일단이 연결된 노드가 상기 절연부의 2차측 중간단을 형성하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제1 변압기는 소정의 제1 누설 인덕턴스를 갖고 상기 제2 변압기는 소정의 제2 누설 인덕턴스를 갖되, 상기 제1 누설 인덕턴스와 제2 누설 인덕턴스의 차이가 소정의 허용 오차 이내이고, 상기 제1 누설 인덕턴스와 제2 누설 인덕턴스의 평균값은 상기 스위칭 주파수 및 제2 공진 필터부의 커패시턴스 값에 기초해서 정해지는 소정의 값인 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 정류부는 상기 절연부의 2차측 양단과 입력이 연결되고, 상기 부하와 출력단이 연결된 풀 브릿지 형태의 복수의 정류소자, 상기 부하의 일단과 절연부의 2차측 중간단 사이에 연결된 제1 정류 커패시터 및 상기 부하의 타단과 절연부의 2차측 중간단 사이에 연결된 제2 정류 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 전력변환부와 절연부의 1차측 사이에 소정의 인덕턴스를 갖는 제2 공진 필터부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 전력변환부는 직렬로 연결된 제1, 2 스위치 및 직렬로 연결된 제3 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 제1, 2 스위치의 연결 노드 및 제3, 4 스위치의 연결 노드가 각각 상기 전력변환부의 출력단을 형성하며, 상기 제어부는 상기 제1 내지 제4 스위치를 제어하되, 상기 부하에 인가되는 출력 전압과 출력 전류 정보를 기초로 스위칭 손실을 줄이기 위하여, 복수의 제어 모드로 상기 제1 내지 제4 스위치를 제어하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어부는 상기 출력 전압이 소정의 제1 기준 전압에 비해서 작은 경우, 상기 제1 스위치와 제4 스위치를 동시에 온 또는 오프하고, 상기 제2 스위치와 제3 스위치를 동시에 온 또는 오프하며, 상기 출력 전류가 소정의 일정한 값을 갖도록 정전류 제어하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어부는 상기 출력 전압이 소정의 제1 기준 전압에 비해서 같거나 크고, 상기 제1 기준 전압보다 큰 소정의 제2 기준 전압에 비해서 작은 경우, 상기 제1 스위치와 제3 스위치를 동시에 온 또는 오프하고, 상기 제2 스위치와 제4 스위치를 동시에 온 또는 오프하며, 상기 출력 전류가 소정의 일정한 값을 갖도록 정전류 제어하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어부는 상기 출력 전압이 소정의 제2 기준 전압에 비해서 같거나 크고, 상기 출력 전류가 소정의 제1 기준 전류보다 큰 경우, 상기 제1 스위치와 제3 스위치를 동시에 온 또는 오프하고, 상기 제2 스위치와 제4 스위치를 동시에 온 또는 오프하며, 상기 출력 전압이 소정의 일정한 값을 갖도록 정전압 제어하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어부는 상기 출력 전압이 소정의 제2 기준 전압에 비해서 같거나 크고, 상기 출력 전류가 소정의 제1 기준 전류보다 작은 경우, 상기 제1과 제2 스위치를 교번 또는 상기 제3과 제4 스위치를 교번하여 온 또는 오프하며, 상기 출력 전압이 소정의 일정한 값을 갖도록 정전압 제어하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 LLC 공진 컨버터는, 커패시터의 위치를 변경하고 공진 인덕터의 구성을 제거하여 회로를 구성함으로써, 출력 전압과 출력 전류의 정보를 기초로 스위칭 손실을 줄이기 위한 복수의 제어 모드로 동작을 제어함으로써, 저전압 및 저부하 조건에서, 높은 효율을 달성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 구성의 간략화를 통해서, 무게와 사이즈는 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 풀 브릿지 LLC 컨버터의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 2는 종래의 듀얼 위상 LLC 컨버터의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(100)의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(100)를 이용한 복수의 제어모드에 따라 동작상태를 나타낸 예시도이다.
도 2는 종래의 듀얼 위상 LLC 컨버터의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(100)의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(100)를 이용한 복수의 제어모드에 따라 동작상태를 나타낸 예시도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 LLC 공진 컨버터를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(100)의 구성을 나타낸 예시도로서, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(100)를 상세하게 설명한다.
상기 LLC 공진 컨버터(100)는 직류 전원(Vin)의 양단(p, n)과 연결되고, 소정의 스위칭 주파수(fs)로 스위칭하여 PWM(Pulse Width Modulation) 전압을 출력하는 전력변환부(110)와, 상기 전력변환부(110)의 출력단(a, b)과 1차측 양단(g, h)이 연결되는 절연부(130)와, 상기 절연부(130)의 2차측 양단(j, k)과 입력단(j, k)이 연결되고 출력단(m. o)은 부하에 연결되는 정류부(120)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 LLC 공진 컨버터(100)는 상기 절연부(130)의 1차측과 상기 직류 전원(Vin) 사이에 구비되는 제1 공진 필터부(140)와 상기 전력변환부(110)를 제어하여 상기 부하에 공급하는 전압과 전류 중 적어도 하나를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제1 공진 필터부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 커패시터(Cr)을 포함하여 구성되되, 상기 전력변환부(110)의 출력단의 선간 전압이 '0'인 경우에만, 상기 전력변환부(110)로부터 상기 정류부 및 상기 제1 공진 필터부(140)를 통하는 전류 경로를 형성하고, 상기 전류 경로에 커패시턴스 성분을 나타내어 상기 전력변환부(110)의 스위칭 손실을 저감하도록 상기 절연부(130)의 1차측 중간단(i)과 상기 직류 전원(Vin)의 음극단(n)사이에 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절연부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 변압기(131)와 제2 변압기(132)를 포함하여 구성되되, 상기 제1 변압기(131)와 제2 변압기(132)는 직렬로 연결되는 것이 바람직하다.
상기 절연부(130)는 상세하게는, 상기 제1 변압기(131)의 1차측 코일 일단과 상기 제2 변압기(132)의 1차측 코일 타단은 각각 상기 절연부(130)의 1차측 양단을 형성하고, 상기 제1 변압기(131)의 1차측 코일 타단과 상기 제2 변압기(132)의 1차측 코일 일단이 연결된 노드가 상기 절연부(130)의 1차측 중간단을 형성하는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 제1 변압기(131)의 2차측 코일 일단과 상기 제2 변압기(132)의 2차측 코일 타단은 각각 상기 절연부(130)의 2차측 양단을 형성하고, 상기 제1 변압기(131)의 2차측 코일 타단과 상기 제2 변압기의 2차측 코일 일단이 연결된 노드가 상기 절연부(130)의 2차측 중간단을 형성하는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 제1 변압기(131)는 소정의 제1 누설 인덕턴스를 갖고, 상기 제2 변압기(132)는 소정의 제2 누설 인덕턴스를 갖는 것이 바람직하며, 상기 제1 누설 인덕턴스와 제2 누설 인덕턴스의 차이가 소정의 허용 오차 이내인 것이 바람직하다.
뿐만 아니라, 상기 제1 누설 인덕턴스와 제2 누설 인덕턴스의 평균값은 상기 스위칭 주파수(fs) 및 상기 제1 공진 필터부(140)의 커패시턴스 값에 기초해서 정해지는 것이 소정의 값인 것이 바람직하다.
상기 정류부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 절연부(130)의 2차측 양단과 입력이 연결되고, 상기 부하와 출력단이 연결되는 풀 브릿지 형태의 복수의 정류 소자(121 내지 124)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 정류 소자는 다이오드 또는 전력 반도체인 것이 바람직하다.
또한, 상기 정류부(120)는 상기 부하의 일단과 절연부(130)의 2차측 중간단 사이에 연결되는 제1 정류 커패시터(125)와, 상기 부하의 타단과 절연부(130)의 2차측 중간단 사이에 연결되는 제2 정류 커패시터(126)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(100)는 상기 제2 공진 필터부(150)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 공진 필터부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전력변환부(110)와 절연부(130)의 1차측 사이에 소정의 인덕턴스를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(100)의 구성들을 통해서, 상기 제어부는 모드 제어를 수행하게 되며, 이를 위해, 상기 전력변환부(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 4개의 반도체 스위치, 즉, 직렬로 연결되는 제1, 2 스위치(111, 112)와 직렬로 연결되는 제3, 4 스위치(113, 114)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1, 2 스위치(111, 112)의 연결 노드 및 상기 제3, 4 스위치(113, 114)의 연결 노드가 각각 상기 전력변환부(110)의 출력단(a, b)을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상술한 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 스위치(111 내지 114)의 제어하되, 상기 부하에 인가되는 출력 전압(V0)과 출력 전류(I0) 정보를 기초로 스위칭 손실을 줄이기 위하여, 복수의 제어 모드로 상기 제1 내지 제4 스위치(111 내지 114)를 제어하는 것이 바람직하다.
각각의 복수의 제어 모드에 대해서 자세히 알아보자면,
도 4는 MODE 1에 의한 제어 실시예를 나타낸 예시도이며, 도 4의 a)와 b)는 풀 브릿지 스위칭에 대한 등가회로도이다.
이러한 제어는 주파수 변조(FBFM, Full-Bridge converter with Frequency Modulation) 기능을 갖춘 풀 브릿지 컨버터 모드로서, 상기 제어부는 대각선에 위치하고 있는 스위치들을 동시에 켜고 끄게 된다.
즉, 상기 제어부는, 상기 부하에 인가되는 출력 전압(V0)이 소정의 제1 기준 전압(V1)에 비해서 작은 경우, 상기 제1 스위치(111)와 제4 스위치(114)를 동시에 온 또는 오프 제어하고, 상기 제2 스위치(112)와 제3 스위치(113)를 동시에 온 또는 오프 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 출력 전류(I0)가 소정의 일정한 값을 갖도록 제어하는 것이 바람직하다.
도 5는 MODE 2에 의한 제어 실시예를 나타낸 예시도이며, 도 5의 a)와 b)는 하프 브릿지 듀얼 스위칭에 대한 등가회로도이다.
정전류 모드로 제어시, 상기 제어부는 상기 부하에 인가되는 출력 전압(V0)이 소정의 제1 기준 전압(V1)에 비해서 같거나 크고 상기 제1 기준 전압(V1)보다 큰 소정의 제2 기준 전압(V2)에 비해서 작은 경우, 상기 제1 스위치(111)와 제3 스위치(113)를 동시에 온 또는 오프 제어하고, 상기 제2 스위치(112)와 제4 스위치(114)를 동시에 온 또는 오프 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 출력 전류(I0)가 소정의 일정한 값을 갖도록 정전류 제어하는 것이 바람직하다.
정전압 모드로 제어시, 상기 제어부는 상기 부하에 인가되는 출력 전압(V0)이 소정의 제2 기준 전압(V2)에 비해서 같거나 크고, 상기 출력 전류(I0)가 소정의 제1 기준 전류(I1)보다 큰 경우, 상기 제1 스위치(111)와 제3 스위치(113)를 동시에 온 또는 오프 제어하고, 상기 제2 스위치(112)와 제4 스위치(114)를 동시에 온 또는 오프 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 출력 전압(V0)이 소정의 일정한 값을 갖도록 정전압 제어하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 6은 MODE 3에 의한 제어 실시예를 나타낸 예시도이며, 도 6의 a)와 b)는 하프 브릿지 싱글 스위칭에 대한 등가회로도이다.
이러한 제어를 위해, 상기 제어부는 상기 부하에 인가되는 출력 전압(V0)이 소정의 제2 기준 전압(V2)에 비해서 같거나 크고, 상기 출력 전류(I0)가 소정의 제1 기준 전류(I1)보다 작은 경우, 상기 제1 스위치(111)와 제2 스위치(112)를 교번 또는, 상기 제3 스위치(113)와 제4 스위치(114)를 교번하여 온 또는 오프 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 출력 전압(V0)이 소정의 일정한 값을 갖도록 제어하는 것이 바람직하다.
이러한 모드 제어는 부하의 조건(출력 전압 및 전류, 스위칭 주파수 및 효율 등)에 의해 구분되는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : LLC 공진 컨버터
110 : 전력 변환부
111 내지 114 : 제1 스위치 내지 제4 스위치
120 : 정류부
121 내지 124 : 정류 소자 125, 126 : 정류 커패시터
130 : 절연부
140 : 제1 공진 필터부 150 : 제2 공진 필터부
151, 152 : 공진 인덕터
110 : 전력 변환부
111 내지 114 : 제1 스위치 내지 제4 스위치
120 : 정류부
121 내지 124 : 정류 소자 125, 126 : 정류 커패시터
130 : 절연부
140 : 제1 공진 필터부 150 : 제2 공진 필터부
151, 152 : 공진 인덕터
Claims (11)
- LLC 공진 컨버터로서,
직류 전원의 양단과 연결되고, 소정의 스위칭 주파수로 스위칭하여 PWM(Pulse Width Modulation) 전압을 출력하는 전력변환부(110);
상기 전력변환부의 출력단과 1차측 양단이 연결된 절연부(130);
상기 절연부의 2차측 양단과 입력단이 연결되고, 출력단은 부하에 연결된 정류부(120);
상기 절연부의 1차측과 상기 직류 전원 사이에 구비된 제1 공진 필터부(140); 및
상기 전력변환부를 제어하여 상기 부하에 공급하는 전압과 전류 중 적어도 하나를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제1 공진 필터부(140)는,
상기 전력변환부의 출력단의 선간 전압이 0인 경우에만, 상기 전력변환부로부터 상기 정류부 및 상기 제1 공진 필터부를 통하는 전류 경로를 형성하고, 상기 전류 경로에 커패시턴스 성분을 나타내어 상기 전력변환부의 스위칭 손실을 저감하도록, 상기 절연부의 1차측 중간단과 상기 직류 전원의 음극단 사이에 구비되되, 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 절연부는
직렬로 연결된 제1 변압기 및 제2 변압기;를 포함하되,
상기 제1 변압기의 1차측 코일 일단 및 상기 제2 변압기의 1차측 코일 타단은 각각 상기 절연부의 1차측 양단을 형성하고,
상기 제1 변압기의 1차측 코일 타단 및 상기 제2 변압기의 1차측 코일 일단이 연결된 노드가 상기 절연부의 1차측 중간단을 형성하며,
상기 제1 변압기의 2차측 코일 일단 및 상기 제2 변압기의 2차측 코일 타단은 각각 상기 절연부의 2차측 양단을 형성하고,
상기 제1 변압기의 2차측 코일 타단 및 상기 제2 변압기의 2차측 코인 일단이 연결된 노드가 상기 절연부의 2차측 중간단을 형성하는 것;
을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 제 3항에 있어서,
상기 제1 변압기는 소정의 제1 누설 인덕턴스를 갖고
상기 제2 변압기는 소정의 제2 누설 인덕턴스를 갖되,
상기 제1 누설 인덕턴스와 제2 누설 인덕턴스의 차이가 소정의 허용 오차 이내이고,
상기 제1 누설 인덕턴스와 제2 누설 인덕턴스의 평균값은 상기 스위칭 주파수 및 제2 공진 필터부의 커패시턴스 값에 기초해서 정해지는 소정의 값인 것;
을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 제 3항에 있어서,
상기 정류부는
상기 절연부의 2차측 양단과 입력이 연결되고, 상기 부하와 출력단이 연결된 풀 브릿지 형태의 복수의 정류소자;
상기 부하의 일단과 절연부의 2차측 중간단 사이에 연결된 제1 정류 커패시터; 및
상기 부하의 타단과 절연부의 2차측 중간단 사이에 연결된 제2 정류 커패시터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 제 1항에 있어서,
상기 전력변환부와 절연부의 1차측 사이에 소정의 인덕턴스를 갖는 제2 공진 필터부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 제 1항에 있어서,
상기 전력변환부는
직렬로 연결된 제1, 2 스위치 및 직렬로 연결된 제3 및 제4 스위치를 포함하고,
상기 제1, 2 스위치의 연결 노드 및 제3, 4 스위치의 연결 노드가 각각 상기 전력변환부의 출력단을 형성하며,
상기 제어부는
상기 제1 내지 제4 스위치를 제어하되,
상기 부하에 인가되는 출력 전압과 출력 전류 정보를 기초로 스위칭 손실을 줄이기 위하여, 복수의 제어 모드로 상기 제1 내지 제4 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 제 7항에 있어서,
상기 제어부는
상기 출력 전압이 소정의 제1 기준 전압에 비해서 작은 경우,
상기 제1 스위치와 제4 스위치를 동시에 온 또는 오프하고,
상기 제2 스위치와 제3 스위치를 동시에 온 또는 오프하며,
상기 출력 전류가 소정의 일정한 값을 갖도록 정전류 제어하는 것을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 제 7항에 있어서,
상기 제어부는
상기 출력 전압이 소정의 제1 기준 전압에 비해서 같거나 크고, 상기 제1 기준 전압보다 큰 소정의 제2 기준 전압에 비해서 작은 경우,
상기 제1 스위치와 제3 스위치를 동시에 온 또는 오프하고,
상기 제2 스위치와 제4 스위치를 동시에 온 또는 오프하며,
상기 출력 전류가 소정의 일정한 값을 갖도록 정전류 제어하는 것을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 제 7항에 있어서,
상기 제어부는
상기 출력 전압이 소정의 제2 기준 전압에 비해서 같거나 크고, 상기 출력 전류가 소정의 제1 기준 전류보다 큰 경우,
상기 제1 스위치와 제3 스위치를 동시에 온 또는 오프하고,
상기 제2 스위치와 제4 스위치를 동시에 온 또는 오프하며,
상기 출력 전압이 소정의 일정한 값을 갖도록 정전압 제어하는 것을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
- 제 7항에 있어서,
상기 제어부는
상기 출력 전압이 소정의 제2 기준 전압에 비해서 같거나 크고, 상기 출력 전류가 소정의 제1 기준 전류보다 작은 경우,
상기 제1과 제2 스위치를 교번 또는 상기 제3과 제4 스위치를 교번하여 온 또는 오프하며,
상기 출력 전압이 소정의 일정한 값을 갖도록 정전압 제어하는 것을 특징으로 하는 LLC 공진 컨버터.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190152153A KR102273763B1 (ko) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | Llc 공진 컨버터 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190152153A KR102273763B1 (ko) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | Llc 공진 컨버터 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210063707A KR20210063707A (ko) | 2021-06-02 |
KR102273763B1 true KR102273763B1 (ko) | 2021-07-06 |
Family
ID=76372987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190152153A KR102273763B1 (ko) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | Llc 공진 컨버터 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102273763B1 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102671899B1 (ko) | 2023-12-29 | 2024-06-03 | 주식회사 유아이티글로벌 | 동종, 이종간 동시충전이 가능한 멀티 충전기 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018174648A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | オムロン株式会社 | Llc共振コンバータ |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100439414B1 (ko) * | 2002-06-28 | 2004-07-09 | 정환명 | 절연형 디씨/디씨 전력변환기 및 이를 이용한 무정전전원공급 장치 |
KR101907119B1 (ko) * | 2016-07-04 | 2018-10-11 | 숭실대학교산학협력단 | 하이브리드 풀브릿지 llc 컨버터 및 그 구동방법 |
-
2019
- 2019-11-25 KR KR1020190152153A patent/KR102273763B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018174648A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | オムロン株式会社 | Llc共振コンバータ |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102671899B1 (ko) | 2023-12-29 | 2024-06-03 | 주식회사 유아이티글로벌 | 동종, 이종간 동시충전이 가능한 멀티 충전기 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210063707A (ko) | 2021-06-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6942852B2 (ja) | 広出力電圧範囲用の絶縁型dc/dcコンバータ及びその制御方法 | |
CN110168896B (zh) | Dc到dc变流器和控制方法 | |
CN108028605B (zh) | 具有保持操作的转换器 | |
CN112054691B (zh) | 一种共用整流结构的单级调压变换电路及控制方法 | |
US20170163163A1 (en) | Soft-switched bidirectional buck-boost converters | |
KR101191137B1 (ko) | 양방향 충전 시스템 | |
KR101923317B1 (ko) | 양방향 풀브릿지 컨버터 및 그 구동방법 | |
US9118254B2 (en) | DC-DC converter utilizing output power to turn off switches | |
Kutkut | A full bridge soft switched telecom power supply with a current doubler rectifier | |
US20200266713A1 (en) | DC-DC converter | |
KR102453825B1 (ko) | 직류-직류 컨버터 | |
KR20200080385A (ko) | 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치 | |
JP2021191228A (ja) | 電力コンバータ | |
Qian et al. | Buck/half-bridge input-series two-stage converter | |
KR102273763B1 (ko) | Llc 공진 컨버터 | |
KR102306880B1 (ko) | 고효율 절연형 pfc 컨버터 | |
KR20210099813A (ko) | 전기자동차용 고전압 dc-dc 컨버터 | |
KR102144616B1 (ko) | 결합 인덕터를 갖는 절연형 컨버터 | |
KR101813778B1 (ko) | 하이브리드 방식 led 전원장치 | |
KR102329733B1 (ko) | 소프트 스위칭 컨버터 | |
KR102030918B1 (ko) | 작은 출력전류 리플을 갖는 고효율 충전기 | |
JP6994580B2 (ja) | 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 | |
US20240186908A1 (en) | Power supply apparatus, three-phase transformer circuit, and charging pile | |
EP4354695A1 (en) | Electrical system for dc voltage conversion and for charging of batteries of a vehicle | |
US20240128008A1 (en) | Transformer of an electrical system for dc voltage conversion and for charging of batteries of a vehicle |
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 |