KR0160311B1 - 고역률 전원장치 - Google Patents

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아더 엠.킹
제네랄 일렉트릭 캄파니
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Abstract

오프-라인 스위칭 전원 공급 장치는 AC 정류기와, 고역률을 제공하기 위해 이 AC 정류기와 자신으로의 입력 사이에 결합된 하나의 출력 및 전원 공급 장치 출력으로서 DC 전압을 제공하는 또 하나의 출력을 구비하는 2-출력 스위칭 컨버터를 포함한다. 이 2-출력 스위칭 컨버터의 출력은 AC 입력 전류와 전원 공급 장치 출력 전압을 독립적으로 제어가능하도록 충분히 분리된다. 바람직한 실시예에서, 전파 AC 정류기 브릿지가 입력 공진 부스팅 컨버터를 통해 파워 컨버터의 제2출력과 직렬결합된다. DC 링크 전압과 접지 사이에는 완전-브릿지형 DC-AC 컨버터가 결합되어, 부스팅 컨버터를 여기시키기 위한 AC 신호를 제공하고 정규화된 DC 출력 전압을 발생하기 위한 다른 AC 전압을 트랜스포머를 통해 출력 정류기에 제공한다. 정규화된 출력 전압의 진폭은 펄스 폭 변조에 의해 제어되며, AC 입력 전류의 진폭을 제어하기 위하여 부스팅 컨버터의 능동적인 주파수 제어가 제공된다. 대안으로, 부스팅 컨버터의 주파수 제어는 수동적, 즉, 부스팅 컨버터 공진 회로의 이득 특성에 의존한다. 부스팅 컨버터의 입력과 전원 공급 장치의 출력 전압을 완전히 분리하므로써, 본 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치는, 빠른 과도 응답을 갖는 정규화된 DC 출력 전압을 생성하면서 AC 공급원으로부터 고 품질의 전류 파형을 인출할 수 있다.

Description

고역률 전원공급 장치
제1도는 전형적인 2-출력 전원 공급 장치의 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 2-출력 DC-DC 컨버터를 포함하는 전원 공급 장치의 개략도.
제3a도는 본 발명의 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치의 바람직한 실시예의 개략도.
제3b도는 본 발명의 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치에서 유용한 부스팅 컨버터 출력 회로의 다른 실시예의 개략도.
제4도는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작을 제어하는, 적합한 제어 시스템의 개략도.
제5도는 본 발명에 따른 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치의 다른 실시예의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 기존의 전원 공급 장치 2: AC 공급원
4: 고역률 전원 공급 장치 6-9,11-14,30,31: 다이오드
10: 전파 정류기 15: 2-출력 DC-DC컨버터
16: 부스팅 컨버터 출력 회로 22: DC-AC 컨버터
17,18: 부스트 트랜스포머의 2차 권선
24: 부스트 트랜스포머의 1차 권선
26: 트랜스포머의 1차 권선 27: 트랜스포머
28: 트랜스포머의 2차 권선 32: 출력 필터 인덕터
34: 출력 필터 캐패시터 40: 제어부
58: 저항 60: 램프(ramp)발생기
80: 공진 전용 반-브릿지형 컨버터 69: 보상 이득 블록
본 발명은 전반적으로 전원 공급 장치에 관한 것으로, 특히, 그의 출력에 빠른 과도 응답을 유지하는 동시에 고 입력 역률 (high input power factor)로 동작하는 AC-DC 스위칭 컨버터 (ac-to dcswitching converter)를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.
종래의 정류기는, AC 라인으로부터 인출될 수 있는 파워를 이 AC 라인의 정격(rating)중 아주 작은 부분으로 제한하는, 비교적 저 역률을 갖는다.
더욱이 이들 종래의 정류기에 의해 심하게 왜곡된 AC라인 전류가 인출되어, 종종 장치에 과전류 및 과전압을 야기시킴은 물론, 다른 전기 장치와 간섭을 일으킨다.역률을 향상시키기 위한 기법은, 입력 필터를 사용하는 수동적인 파형 정형화 방법(waveformshaping methods)과, 부스트 또는 벅크 컨버터 토플로지(boost or buck converter topologies)를 이용하는 능동적인 방법을 포함한다.
고역률을 얻기 위한 종래의 이러한 능동적 방법은 일반적으로, 고역률을 얻기 위해 AC-DC 컨버터에 후속하는 완전 별개의 업-프론트 컨버터 (up-front converter)를 채용하여 원하는 정규의 DC 출력 전압을 생성 하였다.
따라서, 파워는 두 번 변환되며, 이것은 비용 및 효율면에서 비경제적이다. 더욱이, 이 업-프론트 컨버터는 전달된 전체 파워를 변환해야 한다. 실제로, 이 업-프론트 컨버터는 전달된 평균 파워의 2배에 상당하는 피크 파워를 변환해야 한다.
고역률로 동작하면서 단일의 파워 스테이지(single power stage)를 채용하는 파워 변환 시스템이 1987년 2월 10일자로 알. 엘. 스타이져왈드(R. L. Steigerwald)와 더불유. 피. 콘럼프(W. P. Kornrumpf)에게 특허된, 공동 양도된 미합중국 특허 제 4,642,745 호에 기술되어 있으며, 본 명세서에서 참고로 인용된다.
이 스타이져왈드와 콘럼프의 특허에 따른 파워 변환 시스템은, 전파 AC 정류기(full-wave ac rectifier)와 DC-AC 컨버터와, 1차 권선(primary winding), 밀 -결합된 2차 출력 권선(closely-coupled secondary output winding) 및 소-결합된 2차 부스트 권선(loosely-coupled secondary boost winding)을 구비한 트랜스포머(transformer)와, 이 2차 부스트 권선에 결합된 공진 캐패시터(resonant capacitor)를 포함한다.
이 2차 출력 권선은 펄스 폭 변조(pulse width modulation:PWM)에 의해 제어되고, 2차 부스트 권선은 주파수 변조(frequency modulation)에 의해 제어되므로, 입력 전류와 출력 전압의 제어의 비교적 독립적인 제어를 허용한다.
그러나, 스타이져왈드와 콘럼프의 특허에서 2차 부스트 권선과 1차 부스트 권선은, 비록 소결합이지만 결합되어 있기 때문에,PWM 제어에 의해 DC 출력 전압을 조정할 경우 이러한 조정이 입력 전류 파형에 영향을 미치게 된다.
따라서, 위에서 인용된 스타이져왈드와 콘럼프의 특허에 따른 전원 공급 장치는 단일의 파워 스테이지를 사용하여 비교적 높은 역률을 얻고는 있지만, 몇몇 응용에서는 역률을 더욱 증가 시키거나, 그렇지 않으면 부스팅 컨버터와 전원 공급 장치 출력 전압을 완전히 분리(decoupling)시키므로써(예를 들면, 출력 리플 전류(ripple current)를 낮추므로써) 성능을 향상시키는 것이 바람직할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 2 개의 출력을 구비하며 고역률로 동작하는 단일의 파워 스테이지를 포함하는, 신규의 향상된 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치(off-line switching power supply)를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 빠른 과도 응답을 갖는 정규화된 DC출력 전압을 발생하는 동시에 AC 공급원으로부터 고 품질의 전류 파형을 인출해낼 수 있는, 2-출력 컨버터를 포함하는 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고 역률을 제공하기 위해 입력과 직렬결합된 하나의 출력과, 본 전원 공급장치의 출력으로서 DC전압을 제공하는 다른 하나의 출력을 갖는 2출력 파워 컨버터를 포함하는 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 예를 들면, 분산된 파워 시스템(distributed power system)에서 DC 버스 (bus)를 공급하기에 적합하거나 또는 기존의 저 역률 스위칭 전원 공급 장치를 개조하기에 적합한 고 역률 전위 (front-end)형 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기한 목적 및 기타 목적은, AC정류기와, 이 AC 정류기와 고 역률을 제공하기 위해 자신으로의 입력 사이에 결합된 제1 출력과 전원 공급 장치 출력으로서 DC전압을 제공하는 제 2 출력을 갖는 2-출력 파워 컨버터를 구비한 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치에 의해 달성된다.
이 2-출력 파워 컨버터의 출력은 충분히 분리되어 있어서, AC 입력 전류와 전원 공급 장치 출력 전압의 독립적인 제어를 가능하게 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 전파 AC 정류기 브릿지(full-wave ac rectifier bridge)가 입력 부스팅 컨버터 수단을 통하여 2-출력 스위칭 컨버터의 제 1출력과 직렬 결합된다. 이 부스팅 컨버터 수단은 트랜스포머의 2차 부스트 권선과 공진 캐패시턴스의 병렬 결합을 포함하며, 부스트 정류기(boost rectifier)를 더 포함한다. 부스팅 컨버터 수단의 출력 터미널은 DC 링크(link)에 결합된다.
실질적으로 같은 용량을 갖는 직렬-연결된 한 쌍의 에너지 축적 캐패시터가 이 부스팅 컨버터 수단의 출력에 있는 DC링크와 접지(ground) 사이에 연결된다.
이 DC 링크와 접지 사이에는, 부스팅 컨버터 수단을 여기시키기 위한 제 1 AC 신호를 제공하기 위해 완전-브릿지형(full-bridge) DC-AC 컨버터가 또한 결합된다.
부스트 트랜스포머의 1차 권선은 공진 인덕턴스(inductance)와 직렬결합되며, 이 직렬 결합은 2개의 에너지-축적 캐패시터가 접속되는 중간 탭 (center tap)과 완전-브릿지형 컨버터의 한 레그(leg)사이에 결합된다.
이 완전-브릿지형 컨버터는 트랜스포머를 통해 출력 정류기에 제 2 AC 전압을 공급하여 정규화된 DC 출력 전압을 생성한다.
이 2-출력 컨버터의 2 개의 출력은 독립적으로 제어된다.
예를 들면, 바람직한 실시예에서, 정규화된 출력 전압(즉,제 2 출력)의 진폭을 제어하기 위해 PWM 수단이 제공되며, AC 입력 전류의 진폭을 제어하므로써 제 1출력 전압을 제어하기 위해 부스팅 컨버터 수단의 능동 주파수 제어가 제공된다.
다른 바람직한 실시예에서, 부스팅 컨버터 수단의 이러한 주파수 제어는 수동적, 즉, 부수팅 컨버터 공진 회로의 이득 특성에 의존한다.
이와 같이 입력 부스팅컨버터 수단과 전원 공급 장치 출력 전압을 완전 분리하므로써, 본 발명의 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치는 빠른 과도 응답을 갖는 정규화된 DC출력 전압을 생성하는 동시에 AC공급원으로부터 고 품질의 전류 파형을 인출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 예를 들면, 분산된 파워 시스템에 DC 버스를 공급하거나 또는 기존의 저 역률 스위칭 전원 공급 장치를 개조하기에 적합한, 독립된 고 역률 전위형 전원 공급장치가, AC정류기와, 출력이 이 AC 정류기와 직렬연결된 DC-AC 컨버터의 결합에 의해 제공된다.
바람직한 실시예에서, DC-AC 컨버터는, 그의 출력이 공진 부스트 컨버터 수단(resonant boosting converter means)을 통해 AC 정류기와 직렬연결된, 완전-브릿지형(full-bridge)혹은 반-브릿지형(half-bridge)컨버터를 포함한다.
그 결과, AC 공급원으로 부터 고 품질의 전류 파형이 인출되고, 분산된 파워 시스템에서 시스템 부하에, 예를 들면, 복수의 AC-DC 컨버터에 공급하기 위한 고 역률 DC 출력 전압이 제공된다.
이하 본 발명의 특징 및 장점이 첨부된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
제 1도는 AC파워 공급원(2)으로부터 AC파워 라인 전압을 수신하여 두 개의 독립적으로 제어가능한 출력 전압 Eout1과 Eout2를 제공하는, 당 기술 분야에 잘 알려진 형태의 전원 공급 장치(1)를 도시한다. 이 전원 공급 장치(1)는, 전형적인 2-출력 DC-DC 컨버터(15)에 정류된 AC 라인 전압을 제공하기 위하여, 완전-브릿지형 구성으로 함께 연결된 다이오드(11-14)를 갖는 전파 정류기(10)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 제 2 도에 도시된 바와 같이, 2-출력 컨버터(15)의 2개의 출력중 하나, 즉, Eout1을 정류된 AC 라인 전압과 직렬로 결합하므로써, DC 출력 전압 Eout2를 제공하기 위한 고 역률 전원 공급 장치(4)가 실현된다.
제 3a도는 AC 파워 라인 전압을 정규화된 DC 출력 전압으로 변환하기 위한 본 발명에 따른 오프-라인 스위칭 전원 공급 장치의 한 바람직한 실시예를 도시한다.
제 3a도의 실시예에 따르면, 본 발명의 전원 공급 장치는, AC 파워 공급원(2)에 완전 -브릿지 구성으로 함께 연결된 다이오드(11-14)를 갖는 전파 정류기(10)를 포함한다.
정류기(10)는 b 점과 o 점 사이에 전파 정류된 전압을 제공한다.
제 3a도에 도시한 바와 같이, 부스팅 컨버터 출력 회로(16)는 고주파 필터 인덕터 Lin을 통해 전파-브릿지 정류기와 직렬 결합된다. 또한, 고주파 필터 인덕터 Lin은, 필요한 경우에는, 정류기(10)의 AC측에 연결될 수도 있다. 이 부스팅 컨버터 출력 회로(16)는, 공진 캐패시터 Cr과 병렬결합된 부스트 트랜스포머 Tb의 중간탭 부스트 트랜스포머 2차 권선(18)을 포함한다. 이러한 부스팅 컨버터 출력 회로(16)는, 애노드(anodes)가 공진 캐패시터 Cr의 양단에 제각기 접속된 다이오드(20,21)로 이루어지는 중간탭 트랜스포머형 전파 부스트 정류기(center-tapped transformer, full-wave boost rectifier)를 포함한다. 이들 다이오드(20,21)의 캐소드(cathodes)는 전위 Vao의 DC링크에 연결된 점 a에 함께 연결된다.
제3a도에 도시된 바와 같이, 스위칭 장치(Q1-Q4)의 완전-브릿지형 접속을 포함하는 DC-AC 컨버터(22)는 상기한 DC 링크와 접지 사이에 연결된다.
부스트 트랜스포머 1차 권선(24)과 공진 인덕터 Lr의 직렬 결합은, 컨버터(22)의 스위칭 장치(Q1,Q1)가 결합되는 접속점과 중간탭된 한쌍의 비교적 큰 에너지 축적 캐패시터(Cin/2)가 결합되는 접속점 사이에 결합된다.
(이 때 만약 상기한 직렬 결합이 비교적 큰 다른 에너지 축적 캐패시터(도시하지 않음)와 병렬로 결합된다면, 캐패시터(Cin/2)는 비교적 작을 수도 있다.)
부스팅 컨버터 출력 회로(16)의 다른 실시예는, 제 3b도에 도시된 바와 같이, 다이오드(6-9)와 부스트 트랜스 포머 Tb의 단일 2차 권선(17)으로 이루어 지는 전파 브릿지 정류기 (full wave bridge rectifier)를 포함한다.
더욱이, 제3a도에서는 부스팅 컨버터 출력회로(16)가 병렬 공진 회로를 포함하는 것으로서 도시되어 있으나, 본 발명의 정점은 다른 공진 회로 구성을 사용하여 또한 실현될 수 있음을 알아야 한다.
예를 들면, 다른 캐패시터 Cr2(도시되지 않음)가 트랜스포머 Tb의 1차 또는 2차 측상에 공진 인덕터 Lr과 직렬 결합된, 직/병렬 조합 공진 회로가 채용될 수도 있다. 다른 예로서, 공진 캐패시터 Cr가 트랜스포머 Tb의 1차 또는 2차 측상에서 제3a도에서 도시된 바와 같이 공진 인덕터 Lr와 병렬로 연결되지 않고 이 인덕터 Lr와 직렬로 연결된 직렬 공진 회로 구성이 채용될 수도 있다.
다른 트랜스포머(27)의 1차 권선(26)은 완전-브릿지형 컨버터의 각 레그(legs)의 스위칭 장치들(Q1-Q2), (Q3-Q4)이 접속되는 접속점 간에 가로질러 결합된다.
트랜스포머(27) 2차 권선(28)의 양 단에는 다이오드(30,31)의 애노드가 결합된다.
이 다이오드 (30,31)의 캐소드는 출력 필터 인덕터(32)와 출력 필터 캐패시터(34)에 연결된다.
이 캐패시터(34)의 양단에 정규화된 DC출력 전압 Eout이 제공된다.
동작시, 부스팅 컨버터 출력 회로(16)는 전파 -브릿지 정류기(10)의 출력 전압 |VL|과 DC 링크 전압 Vao사이의 순시 전압 차(instantaneous voltage difference)를 제공한다.
이러한 부스팅 컨버터의 공진 출력 전압은 이 부스팅 컨버터의 공진 회로 Lr과 Cr의 양단 간에 발생된 제 1 AC 신호에 의한 완전-브릿지형 컨버터 스위칭 장치(Q1-Q4)의 스위칭 주파수에 의해 제어되며, DC 출력 전압 Eout은 트랜스포머(27)의 양단간에 발생된 제 2 AC신호의 펄스 폭 변조(PWM)에 의해, 즉, 컨버터 브릿지의 두 레그를 서로에 관해 위상-쉬프트 (phase-shifting)시킴에 의해 제어된다.
이와 같이 완전-브릿지형 컨버터의 두 레그를 위상-쉬프트시키는 것은 공진 회로 Lr과 Cr에 인가되는 전압에 영향을 주지 않으므로, 부스팅 컨버터 전압 Vab은 전원 공급 장치 출력 전압 Eout에 무관하다.
그 결과, 부스팅 컨버터 출력 회로 및 전원 공급 장치 출력 전압에 대해 동시에 빠른 과도 응답이 달성된다.
본 발명의 전원 공급 장치에 적합한 제어 회로가 제 4 도에 도시되며, 앞서 언급된 스타이져왈드와 콘럼프의 미합중국 특허 제 4,642,745 호에 기술되어 있다.
(제4도의 참조 부호는 스타이져왈드와 콘럼프의 특허에서의 참조부호와 동일하다.)
이러한 스타이져왈드와 콘럼프의 특허는, 커맨드된 DC 출력 전압 Eout *과 실제의 DC 출력 전압 Eout간에 에러가 검출된 때마다 인버터 출력 신호의 듀티 사이클을 조정하므로써 정규화된 DC 출력 전압을 제어하기 위한 PWM 제어를 기술한다.
또한 , 스타이져왈드와 콘럼프의 특허는, 우선 실제의 컨버터 입력 전류를 이용 라인 전압과 동위상인 커맨드된 전류와 비교한 후, 어떤 차이가 발생할 경우 부스팅 컨버터를 제어하기 위해 주파수 조정을 하도록 되어 있는 능동적인 주파수 제어를 기술한다.
유리하게도, 부스팅 컨버터와 본 발명의 전원 공급 장치 출력 전압은 완전히 분리되어 있으므로, 상기한 스타이져왈드 및 콘럼프 특허의 제어 시스템을 사용하는 DC출력 전압의 조정은 본 발명의 컨버터에 입력되는 전류에 어떠한 영향도 주지 않는다.
다른 장점으로서, 비록 AC 라인 전류의 어떠한 능동적인 제어가 없더라도, 본 발명의 전원 공급 장치는 병렬 공진 회로 Lr과 Cr의 바람직한 이득 특성으로 인해 비교적 높은 역률과 낮은 피크의 AC라인 전류로 동작하는 것으로 밝혀졌다.
입력되는 AC 전류 파형의 계곡(valley)근처에서 저 파워가 전달되며, 부스팅 컨버터 출력 전압이 필요한 고 부스트, 즉, 순시 AC 라인 전압 |VL| 의 저값 (low value)과 DC 링크 전압 Vao간의 차 (difference)을 제공하기 위해 성취할 수 있도록 공진 회로에는 약간의 부하가 걸린다.
반대로, 입력되는 AC 전류 파형의 피크 근처에서 고 파워가 전달되며, 공진 회로는 매우 높게 댐프(damp)된다.
그 결과, 부스팅 동작이 거의 필요없게 된다.
따라서, 병렬 공진 부스팅 컨버터의 이득 특성은 자연스럽게 전원 공급 장치로 하여금 고역률을 산출하게 한다.
그러므로, 유리하게도, 본 발명의 전원 공급 장치는 고역률을 제공하기 위해 입력되는 AC 전류 파형의 능동적인 제어를 요구하지 않는다.
따라서, 제 4 도에 도시된 제어부 (40)에서 점선으로 이루어진 블록(70)으로 표시된 부분이, 필요한 경우, 보상기 이득 블록(69)의 출력을 저항 (58)을 통해 램프 발생기(ramp generator)(60)의 입력에 연결 (점선 (71)으로 나타내어짐)하므로써 유리하게 제거될 수 있고, 이렇게 하므로써 본 발명의 고역률 전원 공급 장치에 필요한 제어를 간략화 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점으로는, 부하에 전달된 전체 파워를 컨버트하기 위해 부스팅 파워 컨버터가 요구되지 않는다는 것이다.
즉, 실질적으로 AC 입력 전압의 피크 이하인, 즉, AC 입력 전압 피크의 2배 보다 작은 DC 링크 전압의 Vao의 경우, 부스팅 파워 컨버터의 피크 정격이, 스위칭 전원 공급 장치내 부스팅 컨버터의 직력 연결의 결과로, DC 링크로 전달된 피크 파워보다 작다.
예를 들어, DC 링크 전압 Vao가 AC 라인 전압의 피크보다 약25% 높은 경우, 부스팅 컨버터에 의해 변환되는 피크 파워는 전달된 전체 파워의 약78% 이며, 부스팅 컨버터에 의해 처리되는 평균 파워는 전달된 전체 파워의 약 59%이다.
제 5도는, 독립된 AC-DC 전위형 컨버터가 바람직할 수 있는 응용에 적합한, 예를 들면, 분산된 파워 시스템내 DC 버스를 공급하거나 또는 기존의 저역률 스위칭 전원 공급 장치를 개조하기에 특히 적합한 본 발명의 전원 공급 장치의 다른 실시예를 도시한다. 제5도에 도시된 바와 같이, 제3a도의 중간탭된 에너지 -축척 캐페시터(Cin/2)가 단일의 등가 에너지 축척 캐패시터 (Cin)로 대체되었으며, 그를 가로질러 공진 전용 반-브릿지형 컨버터(dedicated resonant half-bridge converter)(80)가 결합되었다. (이와 달리, 제3a도에 도시된 바와 같이 스위칭 장치(Q1-Q4)로 이루어지는 완전-브리짓형 컨버터가 사용될수도 있다). 컨버터(80)는 스위칭 장치(Q1,Q2)의 직렬 결합과, 1차 부스트 권선(24), 공진 인덕턴스 Lr및 캐패시턴스 Cb(또는 제3a도에 도시된 캐패시터(Ccin/2)에 대해서와 마찬가지로 병렬결합된 한 쌍의 캐피시터(Cb/2))의 직렬 결합으로 이루어지는 공진 회로를 포함한다,. 제5도의 공진 부스팅 컨버터는 반-브릿지형 컨버터 스위칭 장치(Q1,Q2)의 스위칭 주파수에 의해 제어될 수도 있으며, 적절한 주파수 제어에 관하여는 앞서 언급되 스타이져왈드와 콘럼프의 미합중국 특허 제4,642,745호에 기술되어 있다. 대안으로서, 공진 부스팅 컨버터는 적절한 PWM제어에 의해 제어될 수 있다.
이상 본 발명에 따른 파워 컨버터가, 출력이 공진 주파수에 의해 제어되거나, PWM 제어되거나, 또는 이들의 조합에 의해 제어되는 2-출력 컨버터를 포함하는 전원 공급 장치를 참조하여 기술되었으나, 본 발명에 따른 전원 공급 장치에서는 본 발명의 장점을 달성하기 위해, 어떤 종류의 2-출력 파워 컨버터도 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 기술되었으나, 이러한 실시예는 단지 예로서 제공되었음이 분명하다. 본 명세서에 개시된 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고, 수 많은 변화, 변경 및 대체가 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위의 정신과 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (18)

  1. 출력 전압을 제공하기 위한 고역률 전원 공급 장치에 있어서, AC 파워 라인에 결합되었을 때 정류된 AC 전압을 제공하기 위한 AC 정류 수단과; 하나의 입력을 갖고, 상기 AC 정류 수단과 상기 하나의 입력사이에 직렬결합된 제1출력 전압 및, 상기 전원 공급 장치의 DC출력 전압을 형성하는 제2출력 전압을 제공하되, 상기 두 출력전압은 독립적으로 제어가능하도록 서로 분리되며, 상기 제1출력전압은 상기 AC 파워 라인으로부터 실질적으로 사인파형 전류(sinusoidal current)을 인출할 수 있도록 동적으로 가변되는 2-출력 파워 컨버터를 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  2. AC파워 라인에 결합되었을 때 정류된 AC 전압을 제공하기위한 AC 정류 수단과; 부스팅 컨버터 수단과 DC-AC 컨버터 수단을 포함하는 2-출력파워 컨버터로서, 상기 부스팅 컨버터 수단은 상기 AC 정류 수단과 DC 링크 전압 사이에 직렬로 결합된 부스트 트랜스포머 2차 권선과, 상기 부스트 트랜스포머, 공진 인덕턴스 및 공진 캐패시턴스의 결합을 구비하는 공진 회로 수단을 포함하며, 상기 DC-AC 컨버터 수단은 상기 DC 링크 전압을 수신하여 제1 및 제2 AC 신호를 발생하되, 상기 제1AC 신호는 상기 부스팅 컨버터 수단을 여기시켜, 상기 부스팅 컨버터 수단으로 입력되는 전류의 진폭이 상기 제1 AC 신호의 주파수에 의존하게 되는 상기 2-출력 파워컨버터와; 상기 제2 AC 신호를 수신하여 그로부터 정규화된 출력 DC 전압을 발생하되, 상기 정규화된 출력 DC 전압은, 상기 정규화된 출력 DC 전압과 상기 공진 회로 수단의 출력 전압이 독립적으로 제어가능하도록 상기 공진 회로 수단의 출력 전압으로부터 분리(decoupling)되며, 상기 공진 회로 수단의 출력 전압은 상기 AC 파워 라인으로부터 실질적으로 사인파형 전류를 인출할 수 있도록 동적으로 가변하는, 출력 정류 수단과; 상기 출력 정류 수단에 결합되어, 상기 제2 AC 신호를 펄스폭 변조하므로써 상기 정규화된 출력 DC 전압의 진폭을 제어하기 위한 펄스 폭 변조 수단(pulse width modulation means)을 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파워 컨버터로 하여금 상기 AC 파워 라인으로부터 상기 파워 라인의 전압과 동위상의 실질적으로 사인파형 전류를 인출하도록 하는 방식으로, 상기 제1 Ac 신호의 주파수를 제어하기 위한 주파수 변조 수단(frequency modulation means)을 더 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부스트 트랜스포머의 2차 권선은, 상기 AC 정류 수단에 결합된 중간탭을 포함하며, 상기 파워 컨버터는 상기 부스트 트랜스포머의 2차 권선에 결합된 중간탭 전파 부스트 정류기(full-wave boost rectifier)를 더 포함하는 고역률 전원 공급 장치
  5. 제2항에 있어서, 2쌍의 직렬 연결된 다이오드의 병렬 결합으로 이루어지는 전파 부스트 정류기를 더 포함하며, 상기 부스트 트랜스포머의 상기 2차 권선은 상기 각 쌍의 다이오드 접속점 사이에 결합되는 고역률 전원 공급 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 공진 캐패시턴스는 상기 부스트 트랜스포머와 병렬로 결합되며, 상기 공진 인덕턴스는 상기 부스트 트랜스포머와 직렬로 결합되는 고역률 전원 공급 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 공진 캐피시턴스는 상기 공진 인덕턴스와 직렬로 결합되며, 상기 공진 캐패시턴스와 상기 공진 인덕턴스의 직렬 결합은 상기 부스트 트랜스포모어와 직렬로 결합되는 고역률 전원 공급 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 공진 캐패시턴스는 상기 부스트 트랜스포머와 병렬로 결합되고, 상기 공진 인덕턴스는 상기 부스트 트랜스포머와 직렬로 결합되며, 상기 공진 회로 수단은 상기 공진 인덕턴스와 직렬로 결합된 부가의 공진 캐패시턴스를 더 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 DC-AC 컨버터 수단은 완전-브리짓형 컨버터(full-bridge converter)를 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  10. AC 파워 라인에 결합되었을 때 정류된 AC 전압을 제공하기 위한 AC 정류 수단과; 상기 AC 정류 수단과 DC 링크 전압 사이에 직렬로 결합된 부스트 트랜스포머의 2차 권선과, 상기 부스트 트랜스포머, 공진 인덕턴스 및 공진 캐패시턴스의 결합으로 이루어지는 공진 회로 수단을 포함하는 부스팅 컨버터 수단과; 상기 DC 링크 전압을 수신하여 제1 및 제2 AC 신호를 발생하되, 상기 제1 AC 신호는 상기 부스팅 컨버터 수단을 여기시켜, 상기 부스팅 컨버터 수단으로 입력되는 전류의 진폭이 상기 AC 신호의 주파수에 의존하게 되는, DC-AC 컨버터 수단과; 상기 제2 AC 신호를 수신하여 그로부터 정규화된 출력 DC 전압을 발생하되, 상기 정규화된 출력 DC 전압은, 상기 정규화된 출력 DC 전압과 상기 공진 회로 수단의 출력 전압이 독립적으로 제어 가능하도록 상기 공진 회로 수단의 출력 전압으로부터 분리되며, 상기 공진 회로 수단의 출력 전압은 상기 AC 파워 라인으로부터 실질적으로 사인파형 전류를 인출할 수 있도록 동적으로 가변하는, 출력 정류 수단을 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 파워 컨버터로 하여금 상기 AC 파워 라인으로부터 상기 파워 라인의 전압과 동위상의 실질적으로 사인파형 전류를 인출하도록 하는 방식으로, 상기 AC 신호의 주파수를 제어하기 위한 주파수 변조 수단을 더 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 부스트 트랜스포머의 2차 권선은 상기 AC 정류 수단에 결합된 중간탭을 포함하며, 상기 부스팅 컨버터 수단은 상기 부스트 트랜스포머의 2차 권선에 결합된 중간탭 전파 부스트 정류기를 더 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  13. 제10항에 있어서, 2쌍의 직렬 연결된 다이오드의 병렬 결합으로 이루어지는 전파 부스트 정류기를 더 포함하되, 상기 부스트 트랜스포머의 2차 권선은 상기 각 쌍의 다이오드의 접속점 사이에 결합되는 고역률 전원 공급 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 공진 캐패시턴스는 상기 부스트 트랜스포머와 병렬로 결합되며, 상기 공진 인덕턴스는 상기 부스트 트랜스포머와 직렬로 결합되는 고역률 전원 공급 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 공진 캐피시턴스는 상기 공진 인덕턴스와 직렬로 결합되며, 상기 공진 캐패시턴스와 상기 공진 인덕턴스의 직렬 결합은 상기 부스트 트랜스포머와 직렬로 결합되는 고역률 전원 공급 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 공진 캐피시턴스는 상기 부스트 트랜스포머와 병렬로 결합되며, 상기 공진 인덕턴스는 상기 부스트 트랜스포머와 직렬로 결합되며, 상기 공진 회로 수단은 상기 공진 인덕턴스와 직렬로 결합된 부가의 공진 캐패시턴스를 더 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 DC-AC 컨버터 수단은 완전-브릿지형 컨버터를 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 DC-AC 컨버터 수단은 반-브릿지형 컨버터를 포함하는 고역률 전원 공급 장치.
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