(57)【要約】【課題】本発明は、スイッチのオン−オフ動作時にスイッチング損失が低減できる給電装置を提供するためのものである。【解決手段】本発明は、第１巻線及び第２巻線を有するトランス、第１ノードと第２ノード及び前記第１巻線の両端と連結されているハーフブリッジ回路、そして第３ノードと第４ノード及び前記第２巻線の両端と連結されているフルブリッジ回路を含み、前記ハーフブリッジ回路は前記第１ノードと第２ノードとの間に直列連結されている第１スイッチ及び第２スイッチ、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に直列連結されている第１キャパシタ及び第２キャパシタを含む給電装置を提供する。したがって、トランスの漏洩インダクタンスとハーフブリッジ回路のブリッジキャパシタが直流共振タンクを形成してスイッチのオン−オフ動作時にスイッチング損失を減らす。【選択図】図１
2014054176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１巻線及び第２巻線を有するトランスと、
第１ノードと第２ノード及び前記第１巻線の両端と連結されているハーフブリッジ回路と、
第３ノードと第４ノード及び前記第２巻線の両端と連結されているフルブリッジ回路と、
を含むことを特徴とする、給電装置。
【請求項２】
前記ハーフブリッジ回路は、前記第１ノードと第２ノードとの間に直列連結されている第１スイッチ及び第２スイッチ、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に直列連結されている第１キャパシタ及び第２キャパシタを含むことを特徴とする、請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記フルブリッジ回路は、前記第３ノードと第４ノードとの間に直列連結されている第３スイッチ及び第４スイッチ、前記第３ノードと前記第４ノードとの間に直列連結されている第５スイッチ及び第６スイッチを含むことを特徴とする、請求項２に記載の給電装置。
【請求項４】
前記第１巻線の両端は前記第１スイッチと第２スイッチとの間、及び前記第１及び第２キャパシタとの間に連結されていることを特徴とする、請求項２に記載の給電装置。
【請求項５】
前記第２巻線の両端は前記第３スイッチと第４スイッチとの間、及び前記第５及び第６スイッチの間に連結されていることを特徴とする、請求項３に記載の給電装置。
【請求項６】
前記第１乃至第６スイッチはトランジスタであることを特徴とする、請求項３に記載の給電装置。
【請求項７】
各々の前記第１乃至第６スイッチの両端にダイオードを含むことを特徴とする、請求項６に記載の給電装置。
【請求項８】
前記第１及び第２スイッチは交互に動作することを特徴とする、請求項２に記載の給電装置。
【請求項９】
前記第１及び第２スイッチは１／２のデューティ比で動作することを特徴とする、請求項８に記載の給電装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２スイッチのスイッチング周波数は前記トランスの漏洩インダクタンスと前記第１及び第２キャパシタの共振周波数と同一であることを特徴とする、請求項８に記載の給電装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２キャパシタは同一のキャパシタンスを有することを特徴とする、請求項２に記載の給電装置。
【請求項１２】
前記給電装置は第１乃至第６スイッチを駆動する制御部をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の給電装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２スイッチが交互に動作する時、前記第３乃至第６スイッチはターンオフされることを特徴とする、請求項１２に記載の給電装置。
【請求項１４】
前記第３乃至第６スイッチが交互に動作する時、前記第１及び第２スイッチがターンオフされることを特徴とする、請求項１３に記載の給電装置。
【請求項１５】
前記ダイオードは互いに逆方向に連結されていることを特徴とする、請求項７に記載の給電装置。
【請求項１６】
前記給電装置は第１及び第２ノードの間に第１出力キャパシタを含み、第３及び第４ノードの間に第２出力キャパシタを含むことを特徴とする、請求項１に記載の給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給電装置はコンバータを含み、コンバータはＡＣ−ＤＣコンバータまたはＤＣ−ＤＣコンバータでありうる。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータは直流入力に対して直流出力に変換するものであって、入力と出力との比によって負荷モードと発電モードで動作する。
【０００４】
このようなＤＣ−ＤＣコンバータは１つのトランスを含み、整流のための整流器にフルブリッジ回路を含むことができる。
【０００５】
この際、前記フルブリッジ回路のスイッチ動作時にゼロ電圧スイッチングにも関わらずノイズが発生し、素子間導通遅延偏差によってノイズの大きさと周期が一定でなくなる。これを抑制するために駆動スイッチにスナバコンデンサを追加することができるが、追加的な費用と有効導通時間と効率が減少する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、スイッチのオン−オフ動作時にスイッチング損失が低減できる給電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１巻線及び第２巻線を有するトランス、第１ノードと第２ノード及び前記第１巻線の両端と連結されているハーフブリッジ回路、そして第３ノードと第４ノード及び前記第２巻線の両端と連結されているフルブリッジ回路を含み、前記ハーフブリッジ回路は、前記第１ノードと第２ノードとの間に直列連結されている第１スイッチ及び第２スイッチ、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に直列連結されている第１キャパシタ及び第２キャパシタを含む給電装置を提供する。
【０００８】
前記フルブリッジ回路は、前記第３ノードと第４ノードとの間に直列連結されている第３スイッチ及び第４スイッチ、前記第３ノードと前記第４ノードとの間に直列連結されている第５キャパシタ及び第６キャパシタを含むことができる。
【０００９】
前記第１巻線の両端は前記第１スイッチと第２スイッチとの間、及び前記第１及び第２キャパシタの間に連結できる。
【００１０】
前記第２巻線の両端は、前記第３スイッチと第４スイッチとの間、及び前記第５及び第６スイッチの間に連結できる。
【００１１】
前記第１乃至第６スイッチはトランジスタでありうる。
【００１２】
各々の前記第１乃至第６スイッチの両端にダイオードを含むことができる。
【００１３】
前記第１及び第２スイッチは交互に動作することができる。
【００１４】
前記第１及び第２スイッチは１／２のデューティ比で動作することができる。
【００１５】
前記第１及び第２スイッチのスイッチング周波数は、前記トランスの漏洩インダクタンスと前記第１及び第２キャパシタの共振周波数と同一でありうる。
【００１６】
前記第１及び第２キャパシタは同一のキャパシタンスを有することができる。
【００１７】
前記給電装置は第１乃至第６スイッチを駆動する制御部をさらに含むことができる。
【００１８】
前記第１及び第２スイッチが交互に動作する時、前記第３乃至第６スイッチはターンオフできる。
【００１９】
前記第３乃至第６スイッチが交互に動作する時、前記第１及び第２スイッチがターンオフできる。
【００２０】
前記ダイオードは互いに逆方向に連結できる。
【００２１】
前記給電装置は第１及び第２ノードの間に第１出力キャパシタを含み、第３及び第４ノードの間に第２出力キャパシタを含むことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、トランスの漏洩インダクタンスとハーフブリッジ回路のブリッジキャパシタが直流共振タンクを形成してスイッチのオン−オフ動作時にスイッチング損失を減らす。
【００２３】
したがって、電力変換効率が向上し、ノイズを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に従う給電装置の回路図である。
【図２】図１の給電装置の負荷モードでの動作を説明する波形図である。
【図３】図１の給電装置の発電モードでの動作を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付した図面を参考にして本発明の実施形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかしながら、本発明は多様な相異する形態に具現されることができ、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
明細書の全体で、どの部分がどの構成要素を“含む”とする時、これは特別に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外するものでなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に従う給電装置１００の回路図である。
【００２８】
図１を参照すると、本発明の実施形態に従う給電装置１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０及び制御部１２０を含む。
【００２９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０は、トランス（Ｔ）を基準に左側に位置する第１回路部及び前記トランス（Ｔ）の右側に位置する第２回路部を含む。
【００３０】
前記第１回路部は、第１ノード（ｎ１）及び第２ノード（ｎ２）の間に形成されている第１キャパシタ（Ｃ１）を含み、第１ノード（ｎ１）及び第２ノード（ｎ２）の間に第１スイッチ（Ｑ１）及び第２スイッチ（Ｑ２）が直列に連結されている。
【００３１】
一方、前記第１及び第２ノード（ｎ１、ｎ２）の間に第３及び第４キャパシタ（Ｃ３、Ｃ４）が直列に連結されている。
【００３２】
前記第１及び第２スイッチ（Ｑ１、Ｑ２）の間の第３ノード（ｎ３）、及び第３及び第４キャパシタ（Ｃ３、Ｃ４）の間の第４ノード（ｎ４）の間に連結されている第１巻線がトランス（Ｔ）に含まれる。
【００３３】
したがって、第１乃至第４ノード（ｎ１−ｎ４）の間を第１及び第２スイッチ（Ｑ１、Ｑ２）と第３及び第４キャパシタ（Ｃ３、Ｃ４）がハーフブリッジ（half bridge）を形成する。
【００３４】
この際、第１及び第２スイッチ（Ｑ１、Ｑ２）はトランジスタであることがあり、各々のトランジスタのソースとドレインとの間に第１及び第２ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）が形成されている。
【００３５】
即ち、第１ダイオード（Ｄ１）は第１及び第３ノード（ｎ１、ｎ３）の間に逆方向に形成され、第３ノード（ｎ３）と第２ノード（ｎ２）との間に第２ダイオード（Ｄ２）が逆方向に形成されている。
【００３６】
一方、第２回路部は第５ノード（ｎ５）及び第６ノード（ｎ６）の間に形成されている第２キャパシタ（Ｃ２）を含む。
【００３７】
前記第５ノード（ｎ５）及び第６ノード（ｎ６）の間には第３乃至第６スイッチ（Ｑ３−Ｑ６）がフルブリッジ（full bridge）を成して形成されている。
【００３８】
即ち、第３スイッチ（Ｑ３）は第５ノード（ｎ５）と第７ノード（ｎ７）との間に連結されており、第４スイッチ（Ｑ４）は第７ノード（ｎ７）と第６ノード（ｎ６）との間に連結されており、第５スイッチ（Ｑ５）は第５ノード（ｎ５）と第８ノード（ｎ８）との間に連結されており、第６スイッチ（Ｑ６）は第８ノード（ｎ８）と第６ノード（ｎ６）との間に連結されている。
【００３９】
前記スイッチ（Ｑ３−Ｑ６）の間の第７ノード（ｎ７）と第８ノード（ｎ８）とを連結し、トランス（Ｔ）を成す第２巻線が形成されている。
【００４０】
また、各々のスイッチ（Ｑ３−Ｑ６）はトランジスタであることがあり、各々のトランジスタのソースとドレインとを連結するダイオード（Ｄ３−Ｄ６）が形成されている。
【００４１】
即ち、第３ダイオード（Ｄ３）は第５及び第７ノード（ｎ５、ｎ７）の間に逆方向に形成され、第４ダイオード（Ｄ４）は第７及び第６ノード（ｎ７、ｎ６）の間に逆方向に形成され、第５ノード（ｎ５）と第８ノード（ｎ８）との間に第５ダイオード（Ｄ５）が逆方向に形成されており、第８ノード（ｎ８）と第６ノード（ｎ６）との間に第６ダイオード（Ｄ６）が逆方向に形成されている。
【００４２】
トランス（Ｔ）の第１及び第２巻線は所定の巻線比（ｎ：ｍ）を成して形成できる。
【００４３】
この際、トランス（Ｔ）で発生する漏洩インダクタンスと第１回路部のブリッジキャパシタである第３及び第４キャパシタ（Ｃ３、Ｃ４）が成す共振周波数に合せて前記第１及び第２スイッチ（Ｑ１、Ｑ２）をオン−オフして回路の共振を誘導すれば、スイッチ（Ｑ１、Ｑ２）のオン−オフに従う電流ロスを減らすことができる。
【００４４】
この際、前記第３及び第４キャパシタ（Ｃ３、Ｃ４）は同一のキャパシタンスを有することができる。
【００４５】
前記給電装置１００は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０の第１乃至第６スイッチ（Ｑ１−Ｑ６）を制御する制御信号を出力する制御部１２０を含む。
【００４６】
前記制御部１２０は、給電装置１００のモードによって、第１回路部または第２回路部の出力を制御して負荷モードまたは発電モードで動作することができる。
【００４７】
以下、図２及び図３を参照して本発明に従う給電装置１００の動作を説明する。
【００４８】
図２は、図１のＤＣ−ＤＣコンバータ１１０の負荷モードでの動作を説明する波形図である。
【００４９】
前記トランス（Ｔ）の巻線比（ｎ：ｍ）は固定されており、前記第２巻線が第１巻線より小さい値を有することができる。
【００５０】
第１回路部の第１ノード（ｎ１）と第２ノード（ｎ２）との間に入力ＤＣ電圧が掛かる場合、第２回路部はトランス（Ｔ）の巻線比（ｎ：ｍ）により入力ＤＣ電圧より小さい電圧を出力して前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０が負荷モードで動作する。
【００５１】
より詳しくは、制御部１２０は第１スイッチ（Ｑ１）と第２スイッチ（Ｑ２）とを交互にオン−オフする。
【００５２】
即ち、第１区間（ｄ１）の間は第１スイッチ（Ｑ１）をターンオンし、第２スイッチ（Ｑ２）をターンオフし、第２区間（ｄ２）の間は第２スイッチ（Ｑ２）をターンオンし、第１スイッチ（Ｑ１）をターンオフする。
【００５３】
前記第１及び第２区間（ｄ１、ｄ２）は同一のデューティ比を有することができ、前記デューティ比は１／２を満たすことができる。
【００５４】
前記スイッチング周波数は共振周波数と同一でありうる。
【００５５】
この際、前記制御部１２０は前記第２回路部のブリッジ回路を成す第３乃至第６スイッチ（Ｑ３−Ｑ６）をターンオフさせる。
【００５６】
負荷モードで、第１スイッチ（Ｑ１）がターンオンされ、第２スイッチ（Ｑ２）がターンオフされれば、第１ノード（ｎ１）及び第２ノード（ｎ２）の間に印加される入力ＤＣ電圧が第１スイッチ（Ｑ１）に沿って第３ノード（ｎ３）に印加される。したがって、入力ＤＣ電圧に対する電荷が第４キャパシタ（Ｃ４）に充電されて第３ノード（ｎ３）の電圧及び電流は図２のように形成される。
【００５７】
したがって、トランス（Ｔ）で誘導される誘導電流は図２のように形成される。
【００５８】
この際、前記トランス（Ｔ）の巻線比によって前記誘導電流により第７ノード（ｎ７）と第８ノード（ｎ８）との間に電圧が掛かり、前記電流は第３ダイオード（Ｄ３）に沿って第５ノード（ｎ５）に伝えられる。
【００５９】
したがって、第４スイッチ（Ｑ４）に流れる電流は０の値を有するが、電圧は第７ノード（ｎ７）の電圧を有する。
【００６０】
次に、第２区間（ｄ２）で第１スイッチ（Ｑ１）がターンオフされ、第２スイッチ（Ｑ２）がターンオンされれば、第３ノード（ｎ３）が接地され、入力ＤＣ電圧に対する電荷が第３キャパシタ（Ｃ３）に充電されて第３ノード（ｎ３）の電圧は０を有するが、第４ノード（ｎ４）の電圧が第３ノード（ｎ３）の第１区間と同一の値を有する。
【００６１】
したがって、トランス（Ｔ）の第１巻線に流れる共振電流は正弦波を有し、共振電圧は半周期毎に正の値と負の値を有する。
【００６２】
この際、第２回路部の第３乃至第６スイッチ（Ｑ３−Ｑ６）はオフされており、電流の方向が反対に流れるので第４及び第５ダイオード（Ｄ４、Ｄ５）がターンオンされて出力電圧は同一に維持される。
【００６３】
したがって、第２回路部は第１及び第２区間（ｄ１、ｄ２）全てで同一の値を有する出力電圧を有する整流部として機能する。
【００６４】
このように、第２及び第３キャパシタ（Ｃ２、Ｃ３）により第１及び第２区間（ｄ１、ｄ２）に全て電流が発生するので、インターリーブ（interleave）のように機能して電流効率が高まる。
【００６５】
また、ＬＣ共振のための別途のインダクタ無しで漏洩インダクタンスと共振を成すキャパシタを形成することによって、効率が向上する。
【００６６】
図３は、図１のＤＣ−ＤＣコンバータ１１０の発電モードでの動作を説明する波形図である。
【００６７】
第２回路部の第５ノード（ｎ５）と第６ノード（ｎ６）との間に入力ＤＣ電圧が掛かる場合、第１回路部は入力ＤＣ電圧より大きい電圧を出力して前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０が発電モードで動作する。
【００６８】
より詳しくは、制御部１２０は第１スイッチ（Ｑ１）と第２スイッチ（Ｑ２）をターンオフする。
【００６９】
前記制御部１２０は、第２回路部のフルブリッジ回路を交互にターンオンする。
【００７０】
即ち、第１区間（ｄ１）の間は第３及び第６スイッチ（Ｑ３、Ｑ６）をターンオンし、第２区間（ｄ２）の間は第４及び第５スイッチ（Ｑ４、Ｑ５）をターンオンする。
【００７１】
前記第１及び第２区間（ｄ１、ｄ２）は同一のデューティ比を有することができ、前記デューティ比は１／２を満たすことができる。
【００７２】
前記スイッチング周波数は共振周波数と同一でありうる。
【００７３】
発電モードで、第３及び第６スイッチ（Ｑ３、Ｑ６）がターンオンされれば、前記入力ＤＣ電圧は第３、第６スイッチ（Ｑ３、Ｑ６）及び第２巻線により電圧分配され、前記第２巻線に分配された電圧及び前記第２巻線に流れる電流により誘導された電流が第１巻線に流れる。
【００７４】
前記誘導電流により第３ノード（ｎ３）に正の電圧が掛かり、前記第１ダイオード（Ｄ１）がターンオンされて第１及び第２ノード（ｎ１、ｎ２）の間に出力ＤＣ電圧が掛かる。
【００７５】
次に、第２区間（ｄ２）で第４及び第５スイッチ（Ｑ４、Ｑ５）がターンオンされれば、第２巻線に反対方向の電流及び電圧が掛かり、これによって、トランス（Ｔ）の第１巻線に流れる共振電流は正弦波を有し、共振電圧は半周期毎に正の値と負の値を有する。
【００７６】
このように、前記共振電流に対するエネルギーが第１区間（ｄ１）で第３キャパシタ（Ｃ３）に格納されてから、第２区間（ｄ２）で第４キャパシタ（Ｃ４）に格納されるので、第１及び第２区間（ｄ１、ｄ２）でのスイッチングによるリップルが防止される。
【００７７】
このように、第３及び第４キャパシタ（Ｃ３、Ｃ４）により第１及び第２区間（ｄ１、ｄ２）に全て電流が発生するので、インターリーブのように機能して電流効率が高まる。
【００７８】
また、ＬＣ共振のための別途のインダクタ無しで漏洩インダクタンスと共振を成すキャパシタを形成することによって、効率が向上する。
【００７９】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者のさまざまな変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００８０】
１００    給電装置
１１０    ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２０    制御部
【図１】
2014054176.tif 000003
【図２】
2014054176.tif 000004
【図３】
2014054176.tif 000005