KR20160000638A - Control circuit of switching rectifier with high power factor - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high frequency switching rectifier for converting alternate voltage into direct voltage, in which a boost-type rectifying circuit is used to maintain a high power factor and a particular output voltage. To control the boot-type rectifier, provided are: an error amplifier for amplifying an error of a reference voltage and an output voltage; an input voltage distributor for detecting an input voltage; a multiplier for multiplying two voltage; a triangular wave voltage generator which is proportional to the input voltage; a comparator for comparing a multiplier output with a triangular wave voltage; a zero voltage detector for detecting a zero voltage from a voltage of a boost inductor; and a control circuit of a high power factor switching rectifier, in which a driving voltage of a main switch of a boost converter is adjusted to a high switching frequency through a filter and a pulse latch circuit, so an input power factor and an electric conversion effect are improved and high reliability is ensured.

Description

고역률 스위칭 정류기의 제어회로{CONTROL CIRCUIT OF SWITCHING RECTIFIER WITH HIGH POWER FACTOR}[0001] CONTROL CIRCUIT OF SWITCHING RECTIFIER WITH HIGH POWER FACTOR [0002]

본 발명은 고역률 스위칭 전원장치의 제어회로에 관련한 것으로, 특히 교류를 직류전압으로 변환시켜주는 부스트형 스위칭 정류기의 제어회로에서 필수적으로 사용하였던 전류검출 회로를 사용하지 않고 정류기를 제어 할 수 있는 정류기 제어 회로를 구성하여 스위칭 정류기 전원장치의 소형화와 고효율 설계를 용이하게 수행할 수 있도록 하는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로에 관한 것이다.
The present invention relates to a control circuit of a high-power-factor switching power supply device, and in particular, to a rectifier that can control a rectifier without using a current detection circuit that is essentially used in a control circuit of a boost-type switching rectifier for converting an AC voltage to a DC voltage And more particularly to a control circuit of a high power factor switching rectifier that can easily perform miniaturization and high efficiency design of a switching rectifier power supply apparatus.

일반적으로 스위칭 전원장치는 안정된 출력전압을 목적으로 하는 전력변환 장치이다. 특히, 교류를 입력으로 하는 경우 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 정류회로가 필수적으로 이용되는데 이 때 주로 사용되는 회로방식이 부스트 컨버터이다. In general, switching power supplies are power converters intended for stable output voltages. Particularly, when an alternating current is inputted, a rectifying circuit which converts an alternating voltage into a direct voltage is essentially used, and a boosting converter is mainly used in this case.

부스트 컨버터는 입력전압보다 높은 전압으로 변환하는 경우 사용되는 회로방식이지만 입력단에 인덕터가 있어서 입력전류가 연속적으로 흐름에 따라 입력단 필터의 부담이 작고 간단한 전류 필터구성이 가능하다는 장점이 있다. The boost converter is a circuit type that is used when converting to a voltage higher than the input voltage. However, since there is an inductor at the input terminal, the input filter has a small burden as the input current continuously flows.

부스트 컨버터를 기본으로 하는 스위칭 정류기는 기본적으로 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 기능 외에도 입력전류의 파형을 입력전압 파형과 같아지도록 제어하여 입력 역률을 높이고 고조파를 저감시키는 부가적인 기능을 수행하게 된다. 또한, 고주파 스위칭 동작 때문에 주요 소자의 사이즈를 줄일 수 있고, 내부 손실이 저감됨에 따라 전력변환 효율을 높일 수 있는 정류방식으로 널리 알려져 있다. A switching rectifier based on a boost converter basically performs an additional function of increasing the input power factor and reducing the harmonics by controlling the input current waveform to be equal to the input voltage waveform in addition to the function of converting the AC voltage to the DC voltage. In addition, it is widely known as a rectification method capable of reducing the size of major elements due to high frequency switching operation and increasing the power conversion efficiency as the internal loss is reduced.

부스트 컨버터를 사용하는 역률개선회로 또는 스위칭 정류기는 제어방식에 따라 크게 전류연속모드와 전류경계모드로 나눌 수 있는데, 먼저 전류연속모드 방식은 인덕터 전류가 항상 연속으로 흐르기 때문에 비교적 출력용량이 큰 정류기 회로에 사용된다. A power factor correction circuit or a switching rectifier using a boost converter can be largely divided into a current continuous mode and a current boundary mode according to a control method. First, in the current continuous mode, since the inductor current always flows continuously, .

한편, 전류경계모드는 인덕터의 전류가 영전류 경계면에서 제어되는 방식으로 일반적으로 작은 용량의 스위칭 정류기에 적합한 회로방식으로 알려져 있다. 또한, 전류경계모드 제어방식은 제어방식이 간단하고 높은 역률개선 효과와 효율특성이 좋기 때문에 산업계에서 널리 사용되고 있으며 최근 여러 반도체 제조사로부터 복수개의 제어용 반도체들이 상용화 되어 있다. 예를 들어, 페어차일드사의 FAN7930, 텍사스인스트루먼트사의 UCC38050, 온세미컨덕터사의 NCP1607 등이 있다. On the other hand, the current boundary mode is known as a circuit scheme suitable for a generally small capacity switching rectifier in such a way that the inductor current is controlled at the zero current interface. In addition, the current boundary mode control method is widely used in industry because of simple control method, high power factor improvement effect and high efficiency characteristic, and a plurality of control semiconductors are commercially available from various semiconductor manufacturers. For example, FAN7930 from Fairchild, UCC38050 from Texas Instruments, and NCP1607 from ON Semiconductor.

이러한 전류경계모드 제어방식은 일반적으로 부스트 컨버터의 주스위치의 하단 또는 인덕터 전류방향과 같은 방향에 전류검출용 저항을 사용하여 회로의 전류를 측정하고 측정된 전류를 제어회로에 적용하여 스위칭 주파수와 시비율을 제어하여 전압을 정류해주는 기능과 역률개선 효과를 얻게 된다. Such a current boundary mode control method generally uses a current detection resistor in the same direction as the lower end of the main switch of the boost converter or the inductor current direction and measures the current of the circuit and applies the measured current to the control circuit, The voltage is rectified by controlling the rate and the power factor is improved.

그러나 이러한 전류검출용 저항은 비교적 많은 전류가 지나가는 회로에 위치하기 때문에 전력손실이 발생하고 컨버터의 효율을 낮추게 되며, 전류파형의 고주파 노이즈로 인한 제어회로의 오동작과 인쇄회로기판의 패턴 최적 설계에 방해가 되어 실제 회로 설계에 걸림돌이 되고 있다. However, since such a current detecting resistor is located in a circuit in which a relatively large current flows, power loss occurs, efficiency of the converter is lowered, and malfunction of the control circuit due to high frequency noise of the current waveform and interference with the pattern optimum design of the printed circuit board Which is a stumbling block to the actual circuit design.

도 1은 종래기술에 따른 역률개선회로에 사용된 부스트 컨버터와 전류검출용 저항을 사용한 스위칭 정류기 제어회로를 나타낸 개념도이고, 도 2는 종래기술에 따른 역률개선회로에 사용된 부스트 컨버터와 전류검출용 저항을 사용한 스위칭 정류기의 제어용 반도체를 적용한 회로도를 나타낸 것이다. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a switching rectifier control circuit using a boost converter and a current detecting resistor used in a power factor improving circuit according to the related art. FIG. 2 is a circuit diagram of a boost converter used in the power factor improving circuit according to the related art, A circuit for applying a control semiconductor of a switching rectifier using a resistor is shown.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래기술에 따른 역률개선회로에서는 입력의 브릿지 다이오드와 부스트 컨버터를 결합하고, 부스트 컨버터의 주스위치(MOSFET)를 제어하기 위해서 스위치와 직렬로 저항(Rshunt)을 삽입하여 전류를 검출하고, 입력전압(Vin)을 직렬저항(Rac1, Rac2)로 전압분배하여 입력전압을 검출하여, 인덕터 전류(iL(t))가 적정한 기준값에 이르렀을 때 주스위치가 턴오프 되도록 제어회로를 구성하며, 부스트 인덕터에 권선을 추가하여 인덕터 전류가 0을 지날 때 주스위치가 턴온 되도록 영전류 검출기(Zero Current)를 추가하여 제어회로를 완성하게 된다. 1 and 2, in the power factor correction circuit according to the related art, a resistor (Rshunt) is inserted in series with the switch to control the main switch (MOSFET) of the boost converter by combining the input bridge diode and the boost converter The main switch is turned off when the inductor current i L (t) reaches a proper reference value by detecting the current, detecting the input voltage by distributing the input voltage Vin to the series resistances Rac1 and Rac2, A control circuit is formed. A winding is added to the boost inductor, and a zero current detector is added to turn on the main switch when the inductor current passes zero to complete the control circuit.

그 결과, 인덕터 전류(iL(t))는 항상 0에서 턴온 되어 직선으로 증가하다가 최대값에서 턴오프 되고 이후 다시 0이 될 때까지 직선으로 감소한다. 인덕터 전류(iL(t))가 삼각형 형태가 되고 삼각형 전류의 평균값은 인덕터 전류(iL(t))의 피크값에 비례하게 되어 결국 입력전류(iS(t))는 정현파 형태로 변환되고, 입력전류 역률이 높아지면서 고조파전류가 저감되어 당초 제어회로의 목적을 달성하게 된다. As a result, the inductor current (i L (t)) always turns on at 0 and increases linearly, then turns off at the maximum value, and then decreases to a straight line until it becomes 0 again. The inductor current i L (t) becomes a triangular shape and the average value of the triangular current becomes proportional to the peak value of the inductor current i L (t) so that the input current i S (t) As the input current power factor increases, the harmonic current is reduced, and the purpose of the control circuit is initially achieved.

도 1 및 도 2에서 살펴본 바와 같이, 부스트형 정류기를 제어하기 위해서 인덕터 또는 스위치의 전류를 검출해야 하기 때문에 전류검출용 저항을 회로에 사용하고, 이 저항에 전류가 흐르면서 전력손실이 발생하는 문제가 있다.
As shown in Figs. 1 and 2, since the current of the inductor or the switch must be detected in order to control the boost type rectifier, a problem arises in that a resistor for current detection is used in the circuit and a power loss occurs due to the current flowing in the resistor have.

Hangseok Choi, “Interleaved Boundary Conduction Mode (BCM) Buck Power Factor Correction (PFC) Converter” IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 28, Issue 6, pp. 2629-2634, June. 2013.Hangseok Choi, "Interleaved Boundary Conduction Mode (BCM) Buck Power Factor Correction (PFC) Converter" IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 28, Issue 6, pp. 2629-2634, June. 2013. Xu Xiaojun, Wei Liu, “Two-Phase Interleaved Critical Mode PFC Boost Converter With Closed Loop Interleaving Strategy” IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 24, Issue 12, pp. 3003-3013, Dec. 2009.Xu Xiaojun, Wei Liu, " Two-Phase Interleaved Critical Mode PFC Boost Converter with Closed Loop Interleaving Strategy " IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 24, Issue 12, pp. 3003-3013, Dec. 2009. Zhiliang Zhang, Chuangang Xu, “A Digital Adaptive Discontinuous Current Source Driver for High-Frequency Interleaved Boost PFC Converters” IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 29 Issue 3, pp. 1298-1310, March. 2014.Zhiliang Zhang, Chuangang Xu, " A Digital Adaptive Discontinuous Current Source Driver for High-Frequency Interleaved Boost PFC Converters " IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 29 Issue 3, pp. 1298-1310, March. 2014. Marvi, M, Fotowat-Ahmady, “A Fully ZVS Critical Conduction Mode Boost PFC” IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 27 Issue 4, pp. 1958-1965, April. 2012.Marvi, M., Fotowat-Ahmady, " A Fully ZVS Critical Conduction Mode Boost PFC " IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 27 Issue 4, pp. 1958-1965, April. 2012. Fei Yang, Xinbo Ruan, “Input Differential-Mode EMI of CRM Boost PFC Converter” IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 28 Issue 3, pp. 1177-1188, March. 2013.Fei Yang, Xinbo Ruan, " Input Differential-Mode EMI of CRM Boost PFC Converter " IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 28 Issue 3, pp. 1177-1188, March. 2013. Yong-Seong Roh, Young-Jin Moon, “A Two-Phase Interleaved Power Factor Correction Boost Converter With a Variation-Tolerant Phase Shifting Technique” IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 29 Issue 2, pp. 1032-1040, Feb. 2014.Yong-Seong Roh, Young-Jin Moon, "A Two-Phase Interleaved Power Factor Correction Boost Converter with a Variation-Tolerant Phase Shifting Technique" IEEE Trans. Ind. Electron., VOL. 29 Issue 2, pp. 1032-1040, Feb. 2014.

따라서 상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 부스트 컨버터를 기본회로로 사용하여 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 고주파 스위칭 정류기에서, 높은 역률과 일정한 출력전압을 유지할 수 있도록 부스트형 정류회로를 사용하고, 그 부스트형 정류기를 전류경계모드에서 제어하는 제어회로를 제공함으로써, 부스트 컨버터의 주스위치의 구동전압을 높은 스위칭 주파수로 조정하여 입력 역률과 전력변환 효율을 높이고 고신뢰성의 스위칭 정류기를 제공할 수 있는 제어회로를 제공하는데 있다. Therefore, an object of the present invention to solve the above-mentioned problems is to provide a high-frequency switching rectifier that converts an AC voltage into a DC voltage using a boost converter as a basic circuit, and uses a boost type rectifier circuit to maintain a high power factor and a constant output voltage And a control circuit for controlling the boost type rectifier in the current boundary mode, thereby adjusting the driving voltage of the main switch of the boost converter to a high switching frequency to increase the input power factor and power conversion efficiency and to provide a highly reliable switching rectifier And to provide a control circuit.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전류를 검출하는 전류 검출용 저항을 제어회로에서 제거하여 저항으로 인한 전력손실을 원천적으로 차단하고, 이에 따라 전력변환 손실을 줄이고 전력변환 효율을 높일 수 있는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a high power factor switching device capable of eliminating a current detection resistor for detecting a current from a control circuit so as to fundamentally block power loss due to resistance, And to provide a control circuit of the rectifier.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 에 따른 고역률 스위칭 정류기 회로의 전류를 측정하거나 검출하지 않고도 입력 전류를 입력전압 파형과 같은 형태로 유지하도록 제어함으로써 입력 역률을 높여 무효전력을 저감시키고, 고조파 성분을 현저히 감소시켜 고조파 규제를 극복 할 수 있으며, 간단한 회로방식으로 제품의 가격을 낮출 수 있는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로를 제공하는데 있다.
It is a further object of the present invention to reduce the reactive power by increasing the input power factor by controlling the input current to be maintained in the same form as the input voltage waveform without measuring or detecting the current of the high power factor switching rectifier circuit according to the present invention, And to provide a control circuit of a high power factor switching rectifier which can overcome the harmonic regulation and reduce the price of the product by a simple circuit method.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로는, 기준전압과 출력전압의 오차를 증폭하는 오차증폭기, 입력전압을 검출하는 입력전압 분배기, 두 개의 전압을 곱하는 곱셈기, 입력전압에 비례하는 삼각파 전압 발생기, 곱셈기 출력과 삼각파전압을 비교하는 비교기, 부스트 인덕터의 전압에서 영전압 검출기, 필터 및 펄스 래치 회로를 거쳐서 부스트 컨버터의 주스위치를 높은 스위칭 주파수로 제어하는데 특징이 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a control circuit for a high-power factor switching rectifier including an error amplifier for amplifying an error between a reference voltage and an output voltage, an input voltage divider for detecting an input voltage, a multiplier for multiplying two voltages, It is characterized by a triangular voltage generator proportional to the input voltage, a comparator that compares the multiplier output with a triangular voltage, a zero voltage detector at the voltage of the boost inductor, a filter and a pulse latch circuit to control the main switch of the boost converter at a high switching frequency .

또한, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기의 제어회로는, 전류를 검출하는 전류 검출용 저항을 제어회로에 이용하지 않기 때문에 저항으로 인한 전력손실이 원천적으로 없으며 따라서 전력변환 손실을 줄이고 전력변환 효율을 높일 수 있다는 특징이 있다. Further, since the control circuit of the high-power-factor switching rectifier according to the present invention does not use the current detecting resistor for detecting the current in the control circuit, the power loss due to the resistance is inherently eliminated, It can be increased.

또한, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로는, 회로의 전류를 측정하거나 검출하지 않고도 입력 전류를 입력전압 파형과 같은 형태로 유지하도록 제어하기 때문에 입력 역률을 높일 수 있어서 무효전력이 저감되고 따라서 전력을 효율적으로 사용하기 때문에 효율적인 전력 수급에 기여하게 될 뿐만 아니라, 입력 전류가 정현파의 전압 파형과 같아지기 때문에 고조파 성분이 획기적으로 줄어서 정류기 또는 전원장치의 제품으로서 IEC 61000-3-2와 같은 고조파 규제를 간단하게 극복 할 수 있고, 또한 회로방식이 간단하여 제품의 가격을 낮출 수 있다는 특징이 있다.Further, since the control circuit of the high-power-factor switching rectifier according to the present invention controls the input current to be maintained in the same form as the input voltage waveform without measuring or detecting the current of the circuit, the input power factor can be increased and the reactive power is reduced Therefore, not only does it contribute to efficient power supply, it also contributes to the input voltage being equal to the voltage waveform of sinusoidal wave. Therefore, the harmonic component is reduced drastically, and as a product of rectifier or power supply, IEC 61000-3-2 Harmonic regulation can be easily overcome, and the circuit method is simple, so that the price of the product can be lowered.

또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로는, 교류입력전압이 입력되는 전파정류단자와 직렬연결된 한 개의 부스트 컨버터; 상기 전파정류단자와 직렬연결되어 입력전압을 분배하는 입력전압분배기; 상기 부스트 컨버터의 출력전압을 분배하는 출력전압분배기; 상기 출력전압분배기의 전압과 직류전압으로 구성된 기준전압을 입력받아 출력전압에 반비례하는 오차전압을 발생하는 오차증폭기; 상기 분배된 입력전압과 상기 오차전압을 입력으로 두 전압을 곱셈 연산하는 곱셈기; 상기 전파정류단자와 직렬로 연결된 삼각파발생기; 상기 삼각파발생기의 출력전압과 상기 곱셈기의 출력을 비교하는 비교기; 상기 부스트 컨버터의 인덕터로부터 영전압을 검출하는 영전압검출기; 상기 영전압검출기의 출력을 입력받아 필터링하는 필터; 및 상기 필터의 영전압신호를 S단자의 입력으로 하고, 상기 비교기의 출력전압을 R단자의 입력으로 하는 래치회로;를 포함하며, 상기 래치회로의 주출력은 상기 부스트 컨버터의 주스위치의 제어신호로 연결되고, 보조출력은 상기 삼각파발생기의 발진용 스위치의 제어신호로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a control circuit for a high-power factor switching rectifier, including: a boost converter connected in series with a full-wave rectification terminal to which an AC input voltage is input; An input voltage divider connected in series with the full wave rectification terminal to distribute an input voltage; An output voltage divider for distributing an output voltage of the boost converter; An error amplifier receiving a reference voltage composed of a voltage of the output voltage divider and a direct current voltage and generating an error voltage inversely proportional to the output voltage; A multiplier for multiplying the divided input voltage and the error voltage by two voltages; A triangle wave generator connected in series with the full wave rectification terminal; A comparator for comparing an output voltage of the triangle wave generator with an output of the multiplier; A zero voltage detector for detecting a zero voltage from the inductor of the boost converter; A filter for receiving and filtering the output of the zero voltage detector; And a latch circuit for inputting the zero voltage signal of the filter to the terminal S and an output voltage of the comparator as an input to the terminal R. The main output of the latch circuit is a control signal of the main switch of the boost converter And the auxiliary output is connected to the control signal of the oscillation switch of the triangle wave generator.

이때, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로는, 상기 오차증폭기의 입력과 출력단자 사이에 저항과 커패시터로 구성된 주파수보상 회로;를 더 포함하는 것이 바람직하다.The control circuit of the high power factor switching rectifier according to the present invention may further include a frequency compensation circuit including a resistor and a capacitor between an input terminal and an output terminal of the error amplifier.

또한, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로의 상기 오차증폭기는, 상기 출력전압분배기의 전압이 마이너스 입력단에 연결되고, 직류전압으로 구성된 기준전압이 플러스 입력단자에 연결되는 것을 특징으로 한다.Further, in the error amplifier of the control circuit of the high power factor switching rectifier according to the present invention, the voltage of the output voltage divider is connected to the negative input terminal, and the reference voltage composed of the DC voltage is connected to the positive input terminal.

또한, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로의 상기 삼각파발생기는, 상기 전파정류단자와 직렬로 연결된 시정수용 소자와 발진용 스위치로 구성된 것을 특징으로 한다.Further, the triangle wave generator of the control circuit of the high-power factor switching rectifier according to the present invention is characterized by comprising a visibility receiving element and an oscillation switch connected in series with the full wave rectifying terminal.

또한, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로의 상기 비교기는, 상기 삼각파발생기의 출력전압을 플러스 입력으로 하고, 상기 곱셈기의 출력을 마이너스 입력으로 하는 것을 특징으로 한다.Further, the comparator of the control circuit of the high-power factor switching rectifier according to the present invention is characterized in that the output voltage of the triangle wave generator is a plus input, and the output of the multiplier is a minus input.

또한, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로의 상기 영전압검출기는, 상기 부스트 컨버터의 인덕터의 권선에 보조권선을 추가하고 커패시터와 저항으로 구성된 미분회로인 것을 특징으로 한다.The zero voltage detector of the control circuit of the high power factor switching rectifier according to the present invention is characterized in that it is a differential circuit composed of a capacitor and a resistor by adding an auxiliary winding to the inductor of the inductor of the boost converter.

또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로는, 교류입력전압이 입력되는 전파정류단자와 직렬로 연결되고 서로 병렬로 연결된 제1 및 제2부스트 컨버터; 영전압검출기, 필터, 래치, 삼각파발생기, 비교기로 구성된 제1구동회로모듈; 영전압검출기, 필터, 래치, 삼각파발생기, 비교기로 구성된 제2구동회로모듈; 상기 제1구동회로모듈과 제2구동회로모듈의 래치 보조출력 두 개를 입력으로 하고 두 개의 삼각파발생기 발진스위치 제어신호를 출력으로 하는 위상지연회로; 상기 전파정류단자와 직렬연결되어 입력전압을 분배하는 입력전압분배기; 상기 제1 및 제2부스트 컨버터의 출력전압을 분배하는 출력전압분배기; 상기 출력전압분배기의 전압과 직류전압으로 구성된 기준전압을 입력받아 출력전압에 반비례하는 오차전압을 발생하는 오차증폭기; 및 상기 분배된 입력전압과 상기 오차전압을 입력으로 두 전압을 곱셈 연산하는 곱셈기;를 포함하며, 상기 제1구동회로모듈의 래치회로의 주출력이 상기 제1부스트 컨버터의 주스위치에 연결되고, 상기 제2구동회로모듈의 래치회로의 주출력이 상기 제2부스트 컨버터의 주스위치에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control circuit for a high-power factor switching rectifier, including: first and second boost converters connected in series to a full-wave rectification terminal to which an AC input voltage is input; A first drive circuit module including a zero voltage detector, a filter, a latch, a triangle wave generator, and a comparator; A second drive circuit module composed of a zero voltage detector, a filter, a latch, a triangle wave generator, and a comparator; A phase delay circuit for inputting two latch auxiliary outputs of the first driving circuit module and the second driving circuit module and outputting two triangle wave generator oscillation switch control signals; An input voltage divider connected in series with the full wave rectification terminal to distribute an input voltage; An output voltage divider for distributing output voltages of the first and second boost converters; An error amplifier receiving a reference voltage composed of a voltage of the output voltage divider and a direct current voltage and generating an error voltage inversely proportional to the output voltage; And a multiplier for multiplying the divided input voltage and the error voltage by two voltages, wherein a main output of the latch circuit of the first driving circuit module is connected to a main switch of the first boost converter, And the main output of the latch circuit of the second drive circuit module is connected to the main switch of the second boost converter.

이때, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 의 제어회로는, 상기 오차증폭기의 입력과 출력단자 사이에 저항과 커패시터로 구성된 주파수보상 회로;를 더 포함하는 것이 바람직하다.The control circuit of the high power factor switching rectifier according to the present invention may further include a frequency compensation circuit including a resistor and a capacitor between an input terminal and an output terminal of the error amplifier.

또한, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기의 제어회로의 상기 제1 및 제2구동회로모듈은, 상기 입력전압을 입력받는 삼각파발생기; 상기 삼각파발생기의 출력전압과 상기 곱셈기의 출력을 비교하는 비교기; 상기 제1 및 제2부스트 컨버터의 인덕터로부터 각각 영전압을 검출하는 영전압검출기; 상기 영전압검출기의 출력을 입력받아 필터링하는 필터; 및 상기 필터의 영전압신호를 S단자의 입력으로 하고, 상기 비교기의 출력전압을 R단자의 입력으로 하며, 상기 위상지연회로에 보조출력이 연결된 래치;를 포함하여 각각 구성되는 것을 특징으로 한다.
The first and second driving circuit modules of the control circuit of the high-power factor switching rectifier according to the present invention may further include: a triangle wave generator receiving the input voltage; A comparator for comparing an output voltage of the triangle wave generator with an output of the multiplier; A zero voltage detector for detecting the zero voltage from the inductors of the first and second boost converters, respectively; A filter for receiving and filtering the output of the zero voltage detector; And a latch in which the zero voltage signal of the filter is input to the S terminal, the output voltage of the comparator is input to the R terminal, and the auxiliary output is connected to the phase delay circuit.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고역률 스위칭 정류기에서 부스트 컨버터 내부에전류 검출용 저항을 사용하지 않고 입력전류의 역률을 높은 값으로 유지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect that the power factor of the input current can be maintained at a high value without using a resistor for current detection in the boost converter in the high-power-factor switching rectifier.

이에 따라, 본 발명은 내부 전류검출용 저항을 사용하지 않고도 입력 전류의 고조파를 저감 시킬 수 있으며, 인덕터 전류가 전류경계 모드에서 동작하기 때문에 높은 고주파 스위칭 동작에서도 스위치의 전류가 항상 영전류 스위칭 동작이 가능함에 따라서 스위칭 손실이 원리적으로 없기 때문에 스위칭 정류기의 전력변환 효율을 높이는 효과가 있다.Accordingly, the present invention can reduce harmonics of the input current without using the resistor for detecting the internal current, and since the inductor current operates in the current boundary mode, the current of the switch is always kept at zero current switching operation even in high- There is an effect of increasing the power conversion efficiency of the switching rectifier because there is no switching loss in principle.

또한, 본 발명은 전류검출용 저항이 생략되었기 때문에 저항으로 인한 전력손실이 원천적으로 없으므로 내부전력손실을 최소화할 수 있고, 결과적으로는 전력변환 효율을 개선시킬 수 있으며, 스위칭 전원장치의 내부 발열을 낮춤으로써 수명이 늘어나 높은 신뢰성을 갖는 고효율 전원장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the current detecting resistor is omitted, the present invention does not inherently have a power loss due to the resistance, so that the internal power loss can be minimized, and consequently, the power conversion efficiency can be improved. It is possible to provide a high-efficiency power supply device having high reliability by increasing lifetime.

뿐만 아니라, 본 발명은 정류기 회로의 전류를 측정하거나 검출하지 않고도 입력 전류를 입력전압 파형과 같은 형태로 유지하도록 제어하기 때문에 입력 역률을 높일 수 있어서 무효전력이 저감되고, 이에 따라 전력을 효율적으로 사용하기 때문에 효율적인 전력 수급에 기여하는 효과가 있다. In addition, since the present invention controls the input current to be maintained in the same form as the input voltage waveform without measuring or detecting the current of the rectifier circuit, the input power factor can be increased, so that the reactive power is reduced, So that it has an effect of contributing to efficient power supply and demand.

또한, 본 발명은 입력 전류가 정현파의 전압 파형과 같아지기 때문에 고조파 성분을 획기적으로 감소시킴으로써 정류기 또는 전원장치의 제품으로서 IEC 61000-3-2와 같은 고조파 규제를 극복할 수 있고, 또한 회로방식이 간단하여 제품의 가격을 낮출 수 있는 이점이 있다.
Further, since the input current is equal to the voltage waveform of the sinusoidal wave, the harmonic components can be remarkably reduced, thereby being able to overcome the harmonic regulations such as the IEC 61000-3-2 as a rectifier or a power supply device, There is an advantage that the price of the product can be lowered simply.

도 1은 종래기술에 따른 역률개선회로에 사용된 부스트 컨버터와 전류검출용 저항을 사용한 스위칭 정류기 제어회로를 나타낸 개념도,
도 2는 종래기술에 따른 역률개선회로에 사용된 부스트 컨버터와 전류검출용 저항을 사용한 스위칭 정류기의 제어용 반도체 회로도,
도 3은 전류경계모드에서 동작하는 고역률 개선회로용 부스트 컨버터에 본 발명에 따른 제어회로를 적용한 회로도,
도 4는 도 3의 고역률 스위칭 정류기 제어회로를 구현한 회로도의 일 실시 예를 보인 도면,
도 5는 도 4의 고역률 스위칭 정류기의 제어회로를 도 3의 부스트 컨버터에 적용한 회로도,
도 6은 도 5의 고역률 스위칭 정류기 제어회로의 각 부분의 파형도,
도 7은 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 제어회로가 적용된 부스트 컨버터의 각 부분의 파형도,
도 8은 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 제어회로가 적용된 부스트 컨버터의 입력전류 및 전압과 제어회로의 스위칭 구동전압 파형도,
도 9는 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 제어회로가 적용된 입력전압과 입력전류 및 브릿지 다이오드 전파정류전압 파형도,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고역률 스위칭 정류기를 구현하기 위해 두 개의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시키기 위한 제어회로의 개념도,
도 11은 도 10의 두 개의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시키기 위한 제어회로도,
도 12는 도 11의 두 개의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시켰을 때 부스트 컨버터 주요 부분의 파형도.1 is a conceptual diagram showing a switching rectifier control circuit using a boost converter and a current detecting resistor used in a power factor improving circuit according to the related art,
Fig. 2 is a semiconductor circuit diagram for controlling a switching rectifier using a boost converter and a current detecting resistor used in a power factor improving circuit according to the related art,
3 is a circuit diagram showing a control circuit according to the present invention applied to a boost converter for a high power factor improvement circuit operating in a current boundary mode;
4 illustrates an embodiment of a circuit diagram implementing the high power factor switching rectifier control circuit of FIG. 3;
5 is a circuit diagram of a control circuit of the high power factor switching rectifier of FIG. 4 applied to the boost converter of FIG. 3,
6 is a waveform diagram of each portion of the high power factor switching rectifier control circuit of FIG. 5,
7 is a waveform diagram of each part of the boost converter to which the high power factor switching rectifier control circuit according to the present invention is applied;
8 is a waveform diagram of the input current and voltage of the boost converter to which the high-power factor switching rectifier control circuit according to the present invention is applied and the switching driving voltage waveform of the control circuit,
9 is a waveform diagram of input voltage, input current, and bridge diode full-wave rectified voltage to which the high-power factor switching rectifier control circuit according to the present invention is applied,
10 is a conceptual diagram of a control circuit for driving two boost converters in parallel to implement a high power factor switching rectifier according to another embodiment of the present invention;
11 is a control circuit diagram for driving the two boost converters of Fig. 10 in parallel; Fig.
12 is a waveform diagram of the main portion of the boost converter when the two boost converters of Fig. 11 are driven in parallel; Fig.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same configurations of the drawings denote the same reference numerals as much as possible. It is to be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments and that all changes, modifications, and alterations included within the spirit and scope of the present invention are intended to be illustrative, It is to be understood that the invention includes equivalents and alternatives. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terms used throughout the specification are defined in consideration of the functions of the embodiments of the present invention. Therefore, the definitions of these terms are used in the present specification It should be based on the whole.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 고역률 스위칭 전원장치의 제어회로의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 전류경계모드에서 동작하는 고역률 개선회로용 부스트 컨버터에 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 제어회로를 적용한 회로도이며, 도 4는 도 3의 고역률 스위칭 정류기 제어회로를 구현한 회로도의 일 실시 예를 보인 도면이다. Hereinafter, the configuration and operation of the control circuit of the high power factor switching power supply apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3 and FIG. FIG. 3 is a circuit diagram of a high power factor switching rectifier control circuit according to the present invention applied to a boost converter for a high power factor improvement circuit operating in a current boundary mode. FIG. 4 is a circuit diagram of a high power factor switching rectifier control circuit of FIG. Fig.

도 3 및 도 4를 참조하면, 정현파 교류전압을 입력으로 하고, 브릿지 다이오드를 거쳐서 부스트 컨버터를 직렬로 연결하면, 교류전압을 직류전압으로 변환시켜주는 스위칭 정류기가 구성되며, 부스트 컨버터의 주스위치(MOS1)의 온-오프를 제어하는 제어회로를 하기와 같이 구성한다. 이때, 상기 브릿지 다이오드는 TR, FET, IGBT 등 전파정류단자를 구성할 수 있는 다양한 소자로 구현될 수 있다.3 and 4, when a sinusoidal AC voltage is inputted and a boost converter is connected in series via a bridge diode, a switching rectifier for converting an AC voltage to a DC voltage is constituted. The main switch of the boost converter The control circuit for controlling on-off of the MOS transistors (MOS1) is configured as follows. At this time, the bridge diode may be implemented by various devices capable of configuring a full wave rectification terminal such as TR, FET, IGBT, and the like.

교류입력전압(VIN)에서 브릿지 다이오드(D2, D3, D4, D5)를 지난 전파정류된 입력전압(V14)은 직렬로 연결된 저항(R15, R16)으로 구성된 입력전압분배기(102)를 통해 전압이 분배되고 입력전압에 비례하는 입력분배전압(V4)을 얻게 된다.The full-wave rectified input voltage V14 across the bridge diodes D2, D3, D4 and D5 at the AC input voltage VIN flows through the input voltage divider 102 consisting of resistors R15 and R16 connected in series, And an input distribution voltage V4 that is distributed and proportional to the input voltage is obtained.

또한, 정류기 출력전압(V15)을 직렬 연결된 저항(R12, R13)으로 분배하는 출력전압분배기(100)를 통해 출력전압과 비례하는 출력분배전압(V1)을 만들어서 연산증폭기(OP_AMP1)로 구성된 오차증폭기(101)의 마이너스 입력단에 인가하고, 일정한 직류전압(VREF)으로 구성된 기준전압(V2)를 준비하여 오차증폭기(101)의 플러스 입력단자에 인가하여 출력전압에 반비례하는 오차전압(V3)을 발생시킨다. The output voltage divider 100 distributes the rectifier output voltage V15 to the series connected resistors R12 and R13 and generates an output distribution voltage V1 that is proportional to the output voltage. A reference voltage V2 composed of a constant DC voltage VREF is prepared and applied to the positive input terminal of the error amplifier 101 to generate an error voltage V3 in inverse proportion to the output voltage .

이때, 주파수 응답을 개선하기 위한 주파수보상 소자(R17, R14, C12, C13)를 적용하며, 입력분배전압(V4)와 오차전압(V3)의 전압을 입력으로 곱셈 연산하는 곱셈연산기(103)를 거치면 입력전압과 출력전압에 비례하는 전류기준전압(V6)을 얻게 된다.At this time, a multiplication operator 103 for applying frequency compensation elements R17, R14, C12 and C13 for improving the frequency response and multiplying the input divided voltage V4 and the voltage of the error voltage V3 by the input, The current reference voltage (V6) proportional to the input voltage and the output voltage is obtained.

한편, 입력전압(V14)으로 바이어스 되는 삼각파발생기(106)는 시정수용 소자(R10, C7)에 의해 발진용 스위치(MOS2)가 턴오프 될 때 삼각파전압(V5)의 피크값은 입력전압(V14)에 비례하게 되며, 이 삼각파전압(V5)을 플러스 입력으로 하고, 전류기준전압(V6)을 마이너스 압력으로 하는 연산증폭기(COMP1)로 구성된 비교기(104)는 삼각파전압(V5)이 전류기준전압(V6)보다 클 때 주스위치(MOS1)의 턴오프 신호를 발생해주기 위한 턴오프전압(V7)을 SR래치(SRFF2)로 구성된 래치(105)의 R단자에 입력하게 된다. On the other hand, the triangular wave generator 106 biased by the input voltage V14 has a peak value of the triangular wave voltage V5 when the oscillation switch MOS2 is turned off by the timing receiving elements R10 and C7, And a comparator 104 composed of an operational amplifier COMP1 whose positive input has the triangular wave voltage V5 as a positive input and the current reference voltage V6 as a negative voltage is turned on when the triangular wave voltage V5 is lower than the current reference voltage Off voltage V7 for generating the turn-off signal of the main switch MOS1 is input to the R terminal of the latch 105 composed of the SR latch SRFF2 when the turn-off voltage V7 is larger than the turn-off voltage V6.

또한, 부스트용 인덕터(T1)의 보조권선(N2)에 걸리는 인덕터 전압(V13)을 영전압검출기(108)를 통해 영전압(V8)을 발생시켜 필터(107)에 인가하고, 인버터로직(NOT2, NOT3)으로 구성된 필터(107)에 의해 영전압(V8)신호는 주스위치(MOS1)의 턴온신호전압(V10)을 SR래치(SRFF2)로 구성된 래치(105)의 S단자에 입력된다. The inductor voltage V13 applied to the auxiliary winding N2 of the inductor T1 for boosting is generated by applying the zero voltage V8 to the filter 107 through the zero voltage detector 108 and the inverter logic NOT2 The NOT voltage V8 signal is inputted to the S terminal of the latch 105 composed of the SR latch SRFF2 by the turn-on signal voltage V10 of the main switch MOS1.

래치(105)의 보조출력은 삼각파발생기 스위치(MOS2)의 제어전압(V12)으로 전달되어 적정한 삼각파 발생신호를 보조하고, 래치(105)의 주출력은 두 개의 입력전압(V7, V10)의 신호에 의해 주스위치(MOS1)의 제어신호인 구동전압(V11)을 발생하여, 부스트 컨버터를 높은 스위칭 주파수로 스위칭 하면서 입력전류를 정현파로 만들고 출력전압을 안정화 시키는 정류기 제어회로를 완성한다. The auxiliary output of the latch 105 is transferred to the control voltage V12 of the triangular wave generator switch MOS2 to assure the proper triangle wave generation signal and the main output of the latch 105 is the signal of the two input voltages V7 and V10 Which is a control signal of the main switch MOS1, to switch the boost converter to a high switching frequency, thereby completing the rectifier control circuit for converting the input current into a sinusoidal wave and stabilizing the output voltage.

도 5는 도 4의 고역률 스위칭 정류기의 제어회로를 도 3의 부스트 컨버터에 적용한 회로도이며, 도 6은 도 5의 고역률 스위칭 정류기 제어회로의 각 부분의 파형도이다. FIG. 5 is a circuit diagram of the control circuit of the high power factor switching rectifier of FIG. 4 applied to the boost converter of FIG. 3, and FIG. 6 is a waveform diagram of each portion of the high power factor switching rectifier control circuit of FIG.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 고역률 스위칭 전원장치의 제어회로의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the configuration and operation of the control circuit of the high power factor switching power supply apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5 and FIG.

먼저, 도 3을 참조하여 도 5를 설명하면, 교류입력전압(VIN)에서 브릿지 다이오드(D2, D3, D4, D5)를 지난 전파정류된 입력전압(V14)은 직렬로 연결된 저항(R15, R16)으로 구성된 입력전압분배기(102)를 통해 전압이 분배되고 입력전압에 비례하는 입력분배전압(V4)을 얻게 된다.5, the full-wave rectified input voltage V14 across the bridge diodes D2, D3, D4 and D5 at the AC input voltage VIN is applied to the resistors R15 and R16 And the input distribution voltage V4 proportional to the input voltage is obtained.

또한, 정류기 출력전압(V15)을 직렬 연결된 저항(R12, R13)으로 분배하는 출력전압분배기(100)를 통해 출력전압과 비례하는 출력분배전압(V1)을 만들어서 연산증폭기(OP_AMP1)로 구성된 오차증폭기(101)의 마이너스 입력단에 인가하고, 일정한 직류전압(VREF)으로 구성된 기준전압(V2)를 준비하여 오차증폭기(101)의 플러스 입력단자에 인가하여 출력전압에 반비례하는 오차전압(V3)을 발생시킨다.The output voltage divider 100 distributes the rectifier output voltage V15 to the series connected resistors R12 and R13 and generates an output distribution voltage V1 that is proportional to the output voltage. A reference voltage V2 composed of a constant DC voltage VREF is prepared and applied to the positive input terminal of the error amplifier 101 to generate an error voltage V3 in inverse proportion to the output voltage .

이때, 주파수 응답을 개선하기 위한 주파수보상 소자(R17, R14, C12, C13)를 적용하며, 입력분배전압(V4)와 오차전압(V3)의 전압을 입력으로 곱셈 연산하는 곱셈연산기(103)를 거치면 도 6의 직류전압으로 나타낸 입력전압과 출력전압에 비례하는 전류기준전압(V6)을 얻게 된다.At this time, a multiplication operator 103 for applying frequency compensation elements R17, R14, C12 and C13 for improving the frequency response and multiplying the input divided voltage V4 and the voltage of the error voltage V3 by the input, A current reference voltage V6 proportional to the input voltage and the output voltage expressed by the DC voltage of FIG. 6 is obtained.

한편, 입력전압(V14)으로 바이어스 되는 삼각파발생기(106)는 시정수용 소자(R10, C7)에 의해 발진용 스위치(MOS2)가 턴오프 될 때, 도 6의 파형(V5)에 나타낸 바와 같이 삼각파전압(V5)의 피크값은 입력전압(V14)에 비례하게 되며, 이 삼각파전압(V5)을 플러스 입력으로 하고, 전류기준전압(V6)을 마이너스 압력으로 하는 연산증폭기(COMP1)로 구성된 비교기(104)는 삼각파전압(V5)이 전류기준전압(V6)보다 클 때 주스위치(MOS1)의 턴오프 신호를 도 6의 펄스전압(V7)으로 발생해주기 위한 턴오프전압(V7)을 SR래치(SRFF2)로 구성된 래치(105)의 R단자에 입력하게 된다.On the other hand, when the oscillation switch MOS2 is turned off by the timed state receiving elements R10 and C7, the triangle wave generator 106 biased by the input voltage V14 oscillates in a triangular wave The peak value of the voltage V5 is proportional to the input voltage V14 and the comparator composed of the operational amplifier COMP1 whose plus input is the triangular wave voltage V5 and whose minus voltage is the current reference voltage V6 Off signal V7 for generating the turn-off signal of the main switch MOS1 to the pulse voltage V7 in Fig. 6 when the triangular wave voltage V5 is larger than the current reference voltage V6 is applied to the SR latch To the R terminal of the latch 105 constituted by the SRFF2.

또한, 부스트용 인덕터(T3)에 걸린 전압(VLP)을 검출하기 위해 주권선(N1)에 결합된 보조권선(N2)에서 도 6과 같이 펄스 형태의 인덕터 전압(V13)을 검출하여 미분회로 소자(C11, R11)로 구성된 영전압검출기(108)를 통해 미분파형(V8)과 같은 영전압(V8)을 발생한다. 영전압검출기(108)를 통해 발생된 영전압(V8)신호는 두 개의 인버터 로직(NOT2, NOT3)으로 구성된 필터(107)에 의해 도 6과 같이 주스위치(MOS1)의 턴온신호전압(V10)을 SR래치(SRFF2)로 구성된 래치(105)의 S단자에 입력하게 된다. 6, the inductor voltage V13 is detected in the auxiliary winding N2 coupled to the main winding line N1 to detect the voltage VLP applied to the inductor T3 for boosting, Generates a zero voltage (V8) such as a differential waveform (V8) through a zero voltage detector (108) composed of a plurality of switching elements (C11, R11). The zero voltage V8 signal generated through the zero voltage detector 108 is converted by the filter 107 composed of two inverter logic NOT2 and NOT3 into the turn on signal voltage V10 of the main switch MOS1 as shown in FIG. To the S terminal of the latch 105 constituted by the SR latch SRFF2.

래치(105)의 보조출력은 삼각파발생기 스위치(MOS2)의 제어전압(V12)로 인가되어 적정한 삼각파 발생신호를 보조하고, 래치(105)의 주출력은 두 개의 입력전압(V7, V10)의 신호에 의해 주스위치(MOS1)의 제어신호인 구동전압(V11)을 발생하여 부스트 컨버터를 높은 스위칭 주파수로 스위칭 하면서 입력전류를 정현파로 만들고 출력전압을 안정화 시키는 정류기 제어회로를 완성한다. The auxiliary output of the latch 105 is applied to the control voltage V12 of the triangular wave generator switch MOS2 to assist in the proper triangle wave generation signal and the main output of the latch 105 is the signal of the two input voltages V7 and V10 A rectifier control circuit for converting the input voltage into a sinusoidal wave and stabilizing the output voltage while switching the boost converter to a high switching frequency by generating a driving voltage V11 as a control signal of the main switch MOS1.

도 7은 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 제어회로가 적용된 부스트 컨버터의 각 부분의 파형도로서, 도 5 및 도 6에서 설명한 부스트 컨버터의 주스위치 제어동작이 정상적으로 이뤄지면, 주스위치(MOS1)의 제어신호(V11)는 도 7에서와 같이 턴온과 턴오프 신호(tON, tOFF)를 인가하게 된다. 만약, 제어신호(V11)가 턴온 신호(tON)를 인가하면 스위치의 드레인과 소스 간 전압(VMOS)은 0이되고, 부스트 인덕터에 걸리는 전압(VLP)은 브릿지 다이오드 전파정류전압(V14)과 같게 되므로, 인덕터 전류(IL)는 스위치 전류(ISW)와 같이 0에서 직선으로 증가한다. 만약, 제어신호(V11)가 턴오프 신호(tOFF)를 인가하면 스위치의 드레인과 소스 간 전압(VMOS)은 전압이 부스트 컨버터의 출력전압(VO)이 되고, 부스트 인덕터에 걸리는 전압(VLP)은 출력전압(V15)에서 입력전압(V14)를 뺀 마이너스 전압이 걸리므로, 인덕터 전류(IL)는 다이오드(D1)의 전류(ID)와 같이 최대값에서 직선으로 감소하고 0에 이르게 되면 제어신호가 다시 턴온 신호를 만들어 앞서의 상태를 반복하게 된다.7 is a waveform diagram of each part of the boost converter to which the high power factor switching rectifier control circuit according to the present invention is applied. When the main switch control operation of the boost converter described with reference to FIGS. 5 and 6 is normally performed, The control signal V11 applies the turn-on and turn-off signals t ON and t OFF as shown in FIG. If the control signal V11 is applied with the turn-on signal t ON , the drain-to-source voltage VMOS of the switch becomes 0, and the voltage VLP across the boost inductor becomes equal to the bridge diode full- , The inductor current IL increases linearly from 0, such as the switch current ISW. If the control signal V11 is applied with the turn-off signal t OFF , the voltage of the drain-to-source voltage VMOS of the switch becomes the output voltage VO of the boost converter and the voltage VLP across the boost inductor, The inductor current IL decreases linearly from the maximum value like the current ID of the diode Dl and reaches a value of 0 when the control signal VIN is lower than the input voltage V14 from the output voltage V15. Turns on again and repeats the previous state.

도 8은 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 제어회로가 적용된 부스트 컨버터의 입력전류 및 전압과 제어회로의 스위칭 구동전압 파형도이며, 도 9는 입력전압과 입력전류 및 브릿지 다이오드 전파정류전압 파형도이다.8 is a waveform diagram of input current and voltage of the boost converter to which the high-power factor switching rectifier control circuit according to the present invention is applied and a switching driving voltage waveform of the control circuit, and FIG. 9 is a waveform diagram of input voltage, input current, and full- .

이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기 제어회로가 적용된 부스트 컨버터의 입력전류 및 전압과 제어회로의 스위칭 구동전압 파형도에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the input current and voltage of the boost converter to which the high-power factor switching rectifier control circuit according to the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9 and the switching drive voltage waveform diagram of the control circuit.

본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기의 제어회로를 부스트 컨버터에 적용하게 되면, 도 8에 도시된 바와 같이 오차증폭기(101)의 오차전압(V3)이 발생되고, 입력전압분배기(102)로부터 입력전압에 비례하는 입력분배전압(V4)이 발생된다.The error voltage V3 of the error amplifier 101 is generated as shown in FIG. 8, and the input voltage V2 from the input voltage divider 102 is applied to the boost converter, An input distribution voltage V4 proportional to the input voltage V4 is generated.

이 두 전압(V3, V4)이 곱셈기(103)를 거치게 되면 전류기준전압(V6)이 되며, 입력전압에 피크값이 비례하는 삼각파전압(V5)과 전류기준전압(V6)이 비교기(104)에서 비교되어 턴오프전압(V7)이 발생하며, 래치회로(105)를 거치면서 주스위치(MOS1)의 제어신호(V11)가 완성된다. When the two voltages V3 and V4 pass through the multiplier 103, the triangular wave voltage V5 and the current reference voltage V6, which have a peak value in proportion to the input voltage, become the current reference voltage V6. The turn-off voltage V7 is generated, and the control signal V11 of the main switch MOS1 is completed while passing through the latch circuit 105. [

이 제어신호(V11)는 입력전압에 반비례하는 턴온 시간을 갖도록 제어되므로, 입력전압에 비례하는 전류피크값은 도 9의 입력전류(IIN)와 같이 정현파가 되며, 입력전압(VIN)과 같은 위상에서 같은 형태의 파형이 완성됨으로써, 입력전류의 역률이 개선되고, 전류 고조파가 저감되어 스위칭 정류기가 얻고자 하는 기본적인 목적을 달성하게 된다. Since the control signal V11 is controlled to have a turn-on time that is inversely proportional to the input voltage, the current peak value proportional to the input voltage is sinusoidal like the input current IIN of FIG. 9, The power factor of the input current is improved and the current harmonics are reduced to achieve the basic purpose of obtaining the switching rectifier.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고역률 스위칭 정류기를 구현하기 위해 두 개의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시키기 위한 제어회로의 개념도이고, 도 11은 도 10의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시키기 위한 제어회로도이며, 도 12는 도 11의 두 개의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시켰을 때 부스트 컨버터 주요 부분의 파형도이다.10 is a conceptual diagram of a control circuit for driving two boost converters in parallel in order to implement a high-power factor switching rectifier according to another embodiment of the present invention, FIG. 11 is a block diagram of a control for driving the boost converter of FIG. 10 in parallel 12 is a waveform diagram of a main portion of the boost converter when the two boost converters of Fig. 11 are driven in parallel. Fig.

이하, 도 10 및 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고역률 스위칭 정류기를 구현하기 위해 두 개의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시키기 위한 제어회로의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명한다. 하기에서 설명하는 다수개의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시키기 위한 제어회로는 500W급 이상의 고용량 전력변환장치에서 안정된 출력전압이 요구되는 경우에 더욱 유용하며, 설명의 편의를 위하여 두 개의 부스트 컨버터에 적용된 실시 예를 들어 설명하였을 뿐 부스트 컨버터의 개수에 한정되지 않는다.Hereinafter, the configuration and operation of a control circuit for driving two boost converters in parallel to implement a high-power factor switching rectifier according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 10 and 12. FIG. The control circuit for driving a plurality of boost converters in parallel described below is more useful when a stable output voltage is required in a high-capacity power converter of 500 W or higher class. For convenience of description, in the embodiment applied to two boost converters And is not limited to the number of boost converters.

먼저, 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기를 구현하기 위해 두 개의 부스트 컨버터를 병렬로 구동시키기 위한 제어회로는 도 3에서 설명된 제어회로의 기능에서 영전압검출기(108)과 삼각파발생기(106), 비교기(104), 필터(107), 래치(105)를 제1구동회로 모듈로 구성하고, 영전압검출기(208)과 삼각파발생기(206), 비교기(204), 필터(207), 래치(205)를 제2구동회로 모듈로 구성하며, 제1 및 제2구동회로 모듈의 두 개의 삼각파전압(V5)이 각각 180도 위상차이가 발생하도록 위상지연회로(200)를 거치게 한다. 10, in order to implement the high-power factor switching rectifier according to the present invention, the control circuit for driving two boost converters in parallel includes a zero voltage detector 108, The triangular wave generator 106, the comparator 104, the filter 107 and the latch 105 are constituted by the first drive circuit module and the zero voltage detector 208 and the triangle wave generator 206, the comparator 204, 207 and the latch 205 are constituted by a second driving circuit module and the two triangular wave voltages V5 of the first and second driving circuit modules are passed through the phase delay circuit 200 do.

이에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이 두 개의 부스트 컨버터의 주스위치(MOS1, MOS2)를 제어신호(V11, V21)로 각각 적정하게 제어할 수 있도록 구현한다. Accordingly, as shown in FIG. 11, the main switches (MOS1 and MOS2) of the two boost converters are controlled to be appropriately controlled by the control signals V11 and V21, respectively.

도 12를 참조하면, 제1부스트 컨버터의 제어신호(V11)가 주스위치(MOS1)을 스위칭시켜서 인덕터전압(VL1)과 인덕터전류(IL1)를 발생시키고, 제2부스트 컨버터의 제어신호(V21)가 주스위치(MOS2)을 스위칭시켜서 인덕터전압(VL2)과 인덕터전류(IL2)를 발생시켜, 두 개의 부스트 컨버터가 180도 위상차이로 동작하게 되므로, 두 개의 인덕터 전류(IL1, IL2)가 한 개의 입력전류(IL)로 합쳐져서 입력과 출력의 전류 리플을 저감시키게 되고, 이에 따라 입출력 필터의 사이즈를 소형화할 수 있다.12, the control signal V11 of the first boost converter switches the main switch MOS1 to generate the inductor voltage VL1 and the inductor current IL1, and the control signal V21 of the second boost converter, The inductor voltage VL2 and the inductor current IL2 are generated by switching the main switch MOS2 so that the two boost converters operate at a phase difference of 180 degrees so that the two inductor currents IL1 and IL2 are one And the input current IL are combined to reduce the current ripple of the input and the output. As a result, the size of the input / output filter can be reduced.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고역률 스위칭 정류기의 제어회로는 부스트 컨버터를 기본회로로 사용하여 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 고주파 스위칭 정류기에서, 높은 역률과 일정한 출력전압을 유지할 수 있도록 부스트형 정류회로를 사용하고, 그 부스트형 정류기를 전류경계모드에서 제어하는 제어회로를 제공함으로써, 부스트 컨버터의 주스위치의 구동전압을 높은 스위칭 주파수로 조정하여 입력 역률과 전력변환 효율을 높이고 고신뢰성의 스위칭 정류기를 제공한다.
As described above, the control circuit of the high-power factor switching rectifier according to the present invention is a high-frequency switching rectifier for converting an AC voltage to a DC voltage using a boost converter as a basic circuit, A rectifier circuit and a control circuit for controlling the boosted rectifier in the current boundary mode, thereby adjusting the driving voltage of the main switch of the boost converter to a high switching frequency to increase the input power factor and power conversion efficiency, Thereby providing a rectifier.

본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

Claims (9)

교류입력전압이 입력되는 전파정류단자와 직렬연결된 한 개의 부스트 컨버터;
상기 전파정류단자와 직렬연결되어 입력전압을 분배하는 입력전압분배기;
상기 부스트 컨버터의 출력전압을 분배하는 출력전압분배기;
상기 출력전압분배기의 전압과 직류전압으로 구성된 기준전압을 입력받아 출력전압에 반비례하는 오차전압을 발생하는 오차증폭기;
상기 분배된 입력전압과 상기 오차전압을 입력으로 두 전압을 곱셈 연산하는 곱셈기;
상기 전파정류단자와 직렬로 연결된 삼각파발생기;
상기 삼각파발생기의 출력전압과 상기 곱셈기의 출력을 비교하는 비교기;
상기 부스트 컨버터의 인덕터로부터 영전압을 검출하는 영전압검출기;
상기 영전압검출기의 출력을 입력받아 필터링하는 필터; 및
상기 필터의 영전압신호를 S단자의 입력으로 하고, 상기 비교기의 출력전압을 R단자의 입력으로 하는 래치회로;를 포함하며,
상기 래치회로의 주출력은 상기 부스트 컨버터의 주스위치의 제어신호로 연결되고, 보조출력은 상기 삼각파발생기의 발진용 스위치의 제어신호로 연결되도록 구성된 고역률 스위칭 정류기의 제어회로.
A boost converter connected in series with a full-wave rectification terminal to which an AC input voltage is input;
An input voltage divider connected in series with the full wave rectification terminal to distribute an input voltage;
An output voltage divider for distributing an output voltage of the boost converter;
An error amplifier receiving a reference voltage composed of a voltage of the output voltage divider and a direct current voltage and generating an error voltage inversely proportional to the output voltage;
A multiplier for multiplying the divided input voltage and the error voltage by two voltages;
A triangle wave generator connected in series with the full wave rectification terminal;
A comparator for comparing an output voltage of the triangle wave generator with an output of the multiplier;
A zero voltage detector for detecting a zero voltage from the inductor of the boost converter;
A filter for receiving and filtering the output of the zero voltage detector; And
And a latch circuit which receives the zero voltage signal of the filter as an input of the S terminal and the output voltage of the comparator as an input of the R terminal,
Wherein the main output of the latch circuit is connected to the control signal of the main switch of the boost converter and the auxiliary output is connected to the control signal of the oscillation switch of the triangle wave generator.
제 1항에 있어서,
상기 오차증폭기의 입력과 출력단자 사이에 저항과 커패시터로 구성된 주파수보상 회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로.
The method according to claim 1,
And a frequency compensation circuit configured by a resistor and a capacitor between an input and an output terminal of the error amplifier.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 오차증폭기는,
상기 출력전압분배기의 전압이 마이너스 입력단에 연결되고, 직류전압으로 구성된 기준전압이 플러스 입력단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로.
3. The apparatus of claim 1 or 2, wherein the error amplifier comprises:
Wherein the voltage of the output voltage divider is connected to the negative input terminal and the reference voltage composed of the DC voltage is connected to the positive input terminal.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 삼각파발생기는,
상기 전파정류단자와 직렬로 연결된 시정수용 소자와 발진용 스위치로 구성된 것을 특징으로 하는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로.
The apparatus according to claim 1 or 2, wherein the triangle wave generator comprises:
And a timing adjusting element connected in series to the full-wave rectifying terminal and an oscillating switch.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 비교기는,
상기 삼각파발생기의 출력전압을 플러스 입력으로 하고, 상기 곱셈기의 출력을 마이너스 입력으로 하는 것을 특징으로 하는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로.
3. The apparatus according to claim 1 or 2,
Wherein the output voltage of the triangle wave generator is a plus input, and the output of the multiplier is a minus input.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 영전압검출기는,
상기 부스트 컨버터의 인덕터의 권선에 보조권선을 추가하고 커패시터와 저항으로 구성된 미분회로인 것을 특징으로 하는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로.
The apparatus according to claim 1 or 2, wherein the zero voltage detector comprises:
And a differential circuit composed of a capacitor and a resistor, to which an auxiliary winding is added to a winding of the inductor of the boost converter.
교류입력전압이 입력되는 전파정류단자와 직렬로 연결되고 서로 병렬로 연결된 제1 및 제2부스트 컨버터;
영전압검출기, 필터, 래치, 삼각파발생기, 비교기로 구성된 제1구동회로모듈;
영전압검출기, 필터, 래치, 삼각파발생기, 비교기로 구성된 제2구동회로모듈;
상기 제1구동회로모듈과 제2구동회로모듈의 래치 보조출력 두 개를 입력으로 하고 두 개의 삼각파발생기 발진스위치 제어신호를 출력으로 하는 위상지연회로;
상기 전파정류단자와 직렬연결되어 입력전압을 분배하는 입력전압분배기;
상기 제1 및 제2부스트 컨버터의 출력전압을 분배하는 출력전압분배기;
상기 출력전압분배기의 전압과 직류전압으로 구성된 기준전압을 입력받아 출력전압에 반비례하는 오차전압을 발생하는 오차증폭기; 및
상기 분배된 입력전압과 상기 오차전압을 입력으로 두 전압을 곱셈 연산하는 곱셈기;를 포함하며,
상기 제1구동회로모듈의 래치회로의 주출력이 상기 제1부스트 컨버터의 주스위치에 연결되고, 상기 제2구동회로모듈의 래치회로의 주출력이 상기 제2부스트 컨버터의 주스위치에 연결되도록 구성된 고역률 스위칭 정류기 제어회로.
First and second boost converters connected in series with a full wave rectified terminal to which an AC input voltage is input and connected in parallel with each other;
A first drive circuit module including a zero voltage detector, a filter, a latch, a triangle wave generator, and a comparator;
A second drive circuit module composed of a zero voltage detector, a filter, a latch, a triangle wave generator, and a comparator;
A phase delay circuit for inputting two latch auxiliary outputs of the first driving circuit module and the second driving circuit module and outputting two triangle wave generator oscillation switch control signals;
An input voltage divider connected in series with the full wave rectification terminal to distribute an input voltage;
An output voltage divider for distributing output voltages of the first and second boost converters;
An error amplifier receiving a reference voltage composed of a voltage of the output voltage divider and a direct current voltage and generating an error voltage inversely proportional to the output voltage; And
And a multiplier for multiplying the divided voltages by the input voltage and the error voltage,
The main output of the latch circuit of the first drive circuit module is connected to the main switch of the first boost converter and the main output of the latch circuit of the second drive circuit module is connected to the main switch of the second boost converter High power factor switching rectifier control circuit.
제 7항에 있어서,
상기 오차증폭기의 입력과 출력단자 사이에 저항과 커패시터로 구성된 주파수보상 회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고역률 스위칭 정류기의 제어회로.
8. The method of claim 7,
And a frequency compensation circuit configured by a resistor and a capacitor between an input and an output terminal of the error amplifier.
제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 제1 및 제2구동회로모듈은,
상기 입력전압을 입력받는 삼각파발생기와,
상기 삼각파발생기의 출력전압과 상기 곱셈기의 출력을 비교하는 비교기와,
상기 제1 및 제2부스트 컨버터의 인덕터로부터 각각 영전압을 검출하는 영전압검출기와,
상기 영전압검출기의 출력을 입력받아 필터링하는 필터 및
상기 필터의 영전압신호를 S단자의 입력으로 하고, 상기 비교기의 출력전압을 R단자의 입력으로 하며, 상기 위상지연회로에 보조출력이 연결된 래치를 포함하여 각각 구성되는 것을 특징으로 하는 고역률 스위칭 정류기 제어회로.9. The display device according to claim 7 or 8, wherein the first and second driving circuit modules
A triangular wave generator receiving the input voltage,
A comparator for comparing the output voltage of the triangle wave generator with the output of the multiplier,
A zero voltage detector for detecting a zero voltage from an inductor of each of the first and second boost converters,
A filter for receiving and filtering the output of the zero voltage detector,
And a latch connected to the phase delay circuit and having an auxiliary output connected to the output terminal of the comparator, wherein the zero voltage signal of the filter is input to the S terminal, the output voltage of the comparator is input to the R terminal, Rectifier control circuit.
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