KR0162382B1 - Power controlling circuit for half-bridge inverter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하프 브릿지 인버터의 전력 제어회로에 관한 것으로, 종래에는 2개의 프리 휠 다이오드의 통전전류를 각각 검출하기 위해 별도의 2개의 전류트랜스(CT)를 통해 전류를 검출코져 하는 각각의 프리 휠 다이오드에 직렬 접속시켜야 하므로, 상대적으로 고가 및 사이즈가 큰 전류트랜스가 2개가 필요하여 가격의 상승 및 소형화가 곤란한 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 인버터의 영전압 스위치동작(ZVS)을 위해 프리 휠 다이오드의 통전전류를 검출하여 온타임을 설정함에 있어, 2개의 프리 휠 다이오드의 통전전류를 단 1개의 전류트랜스(CT)로 감지하여 각각 병렬접속된 스위칭소자의 영전압 스위칭 턴온을 가능하도록 함으로써 2개의 프리 휠 다이오드의 전류를 안정적으로 검출할 수 있도록 함과 아울러 원가상승을 방지하도록 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power control circuit of a half-bridge inverter. In the related art, each freewheel diode detects a current through two separate current transformers (CT) in order to detect an energized current of two freewheel diodes. Since it must be connected in series, two current transformers, which are relatively expensive and large in size, are required, which makes it difficult to increase the price and reduce the size. Therefore, the present invention detects the conduction current of two freewheel diodes with only one current transformer (CT) in setting the on-time by detecting the conduction current of the freewheel diode for the zero voltage switch operation (ZVS) of the inverter. By enabling the zero voltage switching turn-on of the switching elements connected in parallel to each other, it is possible to stably detect the current of the two free wheel diodes and to prevent the cost increase.
Description
제1도는 종래 하프 브릿지 인버터의 전력 제어회로도.1 is a power control circuit diagram of a conventional half bridge inverter.
제2도는 제1도에서, 프리 휠 다이오드와 콘덴서의 접속 관계를 보인 예시도.2 is an exemplary view showing a connection relationship between a free wheel diode and a capacitor in FIG.
제3도는 오프시간(dead time)시 전류경로를 보인 예시도.3 is an exemplary view showing a current path at a dead time.
제4도는 종래 일실시예의 회로도.4 is a circuit diagram of a conventional embodiment.
제5도는 제1도에 대한 각 부의 파형도.5 is a waveform diagram of each part with respect to FIG.
제6도는 제1도에서, 전류감지부의 다른 예를 보여주는 예시도.6 is an exemplary view showing another example of the current sensing unit in FIG.
제7도는 본 발명 하프 브릿지 인버터의 전력 제어회로도.7 is a power control circuit diagram of the half-bridge inverter of the present invention.
제8도는 제7도에서, 구동 제어부의 상세회로도.FIG. 8 is a detailed circuit diagram of the driving controller in FIG.
제9도는 제7도에서, 스위칭소자인 트랜지스터(Q1)(Q2)의 턴온시 루우프 상태를 보여주는 설명도.FIG. 9 is an explanatory diagram showing a loop state at the time of turning on transistors Q1 and Q2 which are switching elements in FIG.
제10도는 제7도에서 전류트랜스(CT)의 다른 실시예.FIG. 10 is another embodiment of the current transformer CT in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
110 : 인버터부 120,130 : 제1,제2구동부110: inverter unit 120, 130: first and second drive unit
140,150 :제1,제2구동 제어부 160 : 전류감지부140,150: first and second drive control unit 160: current sensing unit
170 : 기동펄스 발생부 Q1,Q2 : 스위칭소자170: starting pulse generator Q1, Q2: switching device
FWD1,FWD2 : 프리 휠 다이오드 CT : 전류트랜스FWD1, FWD2: Freewheel Diode CT: Current Transformer
본 발명은 하프 브릿지(half bridge) 인버터의 전력 제어회로에 관한 것으로, 특히 인버터의 영전압 스위칭(ZVS) 동작을 위해 프리 휠 다이오드(FWD)의 통전 전류를 검출하여 온 타임을 설정함에 있어 2개의 프리 휠 다이오드의 전류를 안정적으로 검출할 수 있도록 한 하프 브릿지 인버터의 전력 제어회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power control circuit of a half bridge inverter. In particular, the present invention relates to a power control circuit of a half bridge inverter. The present invention relates to a power control circuit of a half bridge inverter capable of stably detecting a current of a free wheel diode.
제1도는 종래 하프 브릿지 인버터의 전력 제어회로도로서, 이에 도시된 바와같이, 직렬 접속된 스위칭 소자인 트랜지스터(Q1)(Q2)에 프리 휠 다이오드 및 콘덴서(FWD1,C11)(FWD2,C12)를 각기 병렬 접속하고, 상기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 접속점에 워킹 코일(HL1), 공진 콘덴서(C2)가 순차 접속되어 고주파 전류를 발생시키는 인버터(11)와, 상기 프리 휠 다이오드(FWD1)(FWD2)의 통전 전류를 검출하여 일정 레벨의 전류보다 크면 온 타임을 설정하여 구동 신호를 발생시키는 구동 제어부(10)와, 이 구동 제어부(10)의 구동 신호(DR1)(DR2)에 따라 상기 인버터(11)의 트랜지스터(Q1)(Q2)를 각기 턴온 또는 턴오프시키는 제1,제2구동부(12)(13)로 구성된다.FIG. 1 is a power control circuit diagram of a conventional half-bridge inverter. As shown therein, freewheel diodes and capacitors FWD1 and C11 (FWD2 and C12) are respectively connected to transistors Q1 and Q2 which are serially connected switching elements. An inverter 11 connected in parallel and a working coil HL1 and a resonant capacitor C2 are sequentially connected to a connection point of the transistors Q1 and Q2 to generate a high frequency current; and the free wheel diode FWD1 and FWD2. The drive control unit 10 detects an energized current of the drive current and generates a drive signal by setting an on time and generates the drive signal, and the inverter according to the drive signals DR1 and DR2 of the drive control unit 10. The first and second drivers 12 and 13 turn the transistors Q1 and Q2 of the transistor 11 to turn on or off, respectively.
그리고, 상기 구동 제어부(10)는 인버터(11)의 프리 휠 다이오드(FWD1) 또는 (FWD2)의 통전 전류를 전류 트랜스(CT)로 감지하여 정류 평활하는 전류 감지부(14)와, 이 전류 감지부(14)의 출력을 기준 전압(Vref)과 비교하는 비교부(17)와, 이 비교부(17)의 출력을 래치시키는 래치부(18)와, 이 래치부(18)와 상기 전류 감지부(14)의 출력을 합산하여 상기 비교부(17)에 출력하는 가산기(16)와, 상기 비교부(17)의 출력을 전력 제어부(21)의 출력과 비교하여 인버터(11)내 트랜지스터(Q1,Q2)의 온타임을 설정하는 온타임 설정부(19)와, 이 온타임 설정부(19)의 출력에 따라 제1,제2구동부(12)(13)에 구동 신호(DR1)(DR2)를 발생하는 구동 신호 발생부(20)와, 초기에 인버터(11)의 트랜지스터(Q1)를 구동시키기 위하여 가산기(16)에 기동 펄스를 공급하는 기동 펄스 발생부(15)로 구성된다.In addition, the driving control unit 10 detects the energizing current of the freewheel diode FWD1 or FWD2 of the inverter 11 with the current transformer CT to rectify and smooth the rectification current, and detects the current. A comparator 17 for comparing the output of the unit 14 with a reference voltage Vref, a latch unit 18 for latching the output of the comparator 17, the latch unit 18 and the current sensing An adder 16 that sums the outputs of the unit 14 and outputs them to the comparator 17, and compares the outputs of the comparator 17 with the outputs of the power control unit 21 to convert the transistors in the inverter 11 ( On-time setting unit 19 for setting on-times of Q1 and Q2, and driving signals DR1 (1) to first and second driving units 12 and 13 in accordance with the output of this on-time setting unit 19. A drive signal generator 20 for generating DR2 and a start pulse generator 15 for initially supplying a start pulse to the adder 16 for driving the transistor Q1 of the inverter 11 are constituted.
이와같이 구성된 종래의 기술에 대하여 제1도 내지 제5도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The prior art thus constructed will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5 as follows.
종래의 기술은 제3b도에서와 같이 프리 휠 다이오드(FWD2)가 통전되는 순간을 검지하여 스위칭 소자인 트랜지스터(Q2)를 구동시키고, 제3d도와 같이 프리 휠 다이오드(FWD1)가 통전되는 순간에 스위칭 소자인 트랜지스터(Q1)를 구동시킨다면 연속적인 자려 발진이 가능하게 된다.The prior art detects the moment when the freewheel diode FWD2 is energized as shown in FIG. 3b to drive the transistor Q2 which is a switching element, and switches at the moment when the freewheel diode FWD1 is energized as shown in FIG. 3d. Driving the transistor Q1, which is an element, enables continuous self-oscillation.
상기의 기술동작에 대하여 제1도에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.The technical operation described above will be described with reference to FIG. 1.
연속적인 동작 상태 중일 때 현재의 인버터(11) 상태가 트랜지스터(Q2)의 오프후라고 가정하면, 제3c,d도와 같이 워킹 코일(HL1) 및 공진 콘덴서(C2)로 이루어진 LC 탱크에 축적된 에너지 전류는 상기 공진 콘덴서(C12)를 충전시킨 후 프리 휠 다이오드(FWD1)의 도통 전류를 발생시킨다.Assuming that the current inverter 11 state is after the transistor Q2 is off after the continuous operation state, the energy accumulated in the LC tank composed of the working coil HL1 and the resonant capacitor C2 as shown in 3c and d. The current generates the conduction current of the free wheel diode FWD1 after charging the resonance capacitor C12.
이때, 구동 제어부(10)의 전류 감지부(14)가 프리 휠 다이오드(FWD1)의 통전 전류를 전류 트랜스(CT1)를 통해 전달받아 전압으로 변환하고, 이 변환된 전압을 정류 평활부에서 정류 및 평활하여 가산기(16)를 통해 비교부(17)의 정입력 단자(+)에 인가하게 된다. 이에 따라, 비교부(17)는 정입력 단자(+)로 정류 감지부(14)의 출력전압과 부입력 단자(-)로 공급되는 기준 전압(Vref)을 각각 인가받아 두 전압을 비교한다. 비교 결과, 상기 프리 휠 다이오드(FWD1)의 통전전류에 따른 전압이 기준전압(Vref) 보다 크면 정(+) 신호를, 상기 기준전압(Vref) 보다 작으면 부(-) 신호를 온타임 설정부(19)로 제공한다. 그러면, 상기 온타임 설정부(19)는 전력 제어부(21)에서 제공하는 전력 제어전압에 비례하는 온타임을 설정하여 구동신호 발생부(20)로 출력한다. 이에따라 상기 구동신호 발생부(20)는 온타임에 따른 구동신호(DR1)를 제1구동부(12)로 출력한다.At this time, the current sensing unit 14 of the driving controller 10 receives the conduction current of the freewheel diode FWD1 through the current transformer CT1 and converts the converted voltage into a voltage, and rectifies and converts the converted voltage in the rectifying smoothing unit. Smooth and applied to the positive input terminal (+) of the comparator 17 through the adder (16). Accordingly, the comparator 17 compares the two voltages by receiving the output voltage of the rectifying detection unit 14 and the reference voltage Vref supplied to the negative input terminal − through the positive input terminal (+), respectively. As a result of comparison, when the voltage according to the conduction current of the freewheel diode FWD1 is greater than the reference voltage Vref, a positive signal is generated, and when the voltage is less than the reference voltage Vref, a negative signal is set on time. Provided by 19. Then, the on time setting unit 19 sets an on time proportional to the power control voltage provided by the power control unit 21 and outputs the on time to the driving signal generator 20. Accordingly, the driving signal generator 20 outputs the driving signal DR1 according to the on time to the first driver 12.
결국 상기 제1구동부(12)는 인버터(11)의 트랜지스터(Q1)를 온타임 설정부(19)에서 설정된 온타임 만큼 도통시킨 후 턴오프시킨다.As a result, the first driver 12 conducts the transistor Q1 of the inverter 11 by the on time set by the on time setting unit 19 and then turns it off.
이후, 트랜지스터(Q1)가 턴오프된 직후 부터 제3a,b도와 같이 트랜지스터(Q1)의 온타임동안 공급된 에너지가 워킹 코일(HL1) 및 공진 콘덴서(C2)로 이루어진 LC 탱크에 축적되어 있으며 상기 트랜지스터(Q1)의 턴온 기간중에 흐르던 온 전류는 급변할 수 없으므로 콘덴서(C11)에 충전 전류를 공급하고, 상기 콘덴서(C11)가 충전 전압이상으로 충전된 후에는 프리 휠 다이오드(FWD2)를 통전시키게 된다.Thereafter, the energy supplied during the on time of the transistor Q1 immediately after the transistor Q1 is turned off is accumulated in the LC tank including the working coil HL1 and the resonant capacitor C2 as shown in FIGS. 3a and b. Since the on current flowing during the turn-on period of the transistor Q1 cannot be changed rapidly, the charging current is supplied to the capacitor C11, and the free wheel diode FWD2 is energized after the capacitor C11 is charged above the charging voltage. do.
따라서, 프리 휠 다이오드(FWD2)를 통해 흐르는 전류량은 전류 감지부(14)의 전류 트랜스(CT2)에 의해 검출되어 전압으로 변환된 후 정류 평활되고, 이 정류 평활된 전압이 일정 기준전압(Vref) 이상이면 비교부(17)의 출력에 의해 온타임 설정부(19)가 인에이블되어 설정된 전력 제어부(21)의 전력 제어전압에 비례하는 온타임동안 구동신호 발생부(20)가 제2구동부(13)를 인에이블시키므로써 인버터(11)의 스위칭 소자인 트랜지스터(Q2)를 설정된 온타임만큼 도통시킨 후 턴오프시키게 된다.Accordingly, the amount of current flowing through the freewheel diode FWD2 is detected by the current transformer CT2 of the current sensing unit 14 and converted into a voltage, and rectified and smoothed. The rectified smoothed voltage is a constant reference voltage Vref. If it is abnormal, the driving signal generator 20 is driven by the output of the comparator 17 during the on-time proportional to the power control voltage of the power control unit 21 set by the on-time setting unit 19. By enabling 13), the transistor Q2, which is a switching element of the inverter 11, is turned on for a set on time and then turned off.
한편, 구동 초기에 구동 제어부(10)의 기동 펄스 공급부(15)에서 기동 펄스가 발생되어 가산기(16)을 통해 비교부(17)의 정입력 단자(+)에 인가되므로, 상기 비교부(17)의 출력에 따라 온타임 설정부(19)에서 온타임이 설정되어 발생하게 된다. 이에 따라, 온타임 설정부(19)의 출력에 의해 구동 신호 발생부(20)가 구동 신호를 발생시키므로 제1구동부(12)에 의해 인버터(11)의 트랜지스터(Q1)가 온타임 동안 도통되어진다.On the other hand, since the start pulse is generated in the start pulse supply unit 15 of the drive control unit 10 and applied to the positive input terminal (+) of the comparator 17 through the adder 16 at the beginning of the drive, the comparator 17 On time is set and generated by the on time setting unit 19 according to the output of Accordingly, since the drive signal generator 20 generates a drive signal by the output of the on-time setting unit 19, the transistor Q1 of the inverter 11 is turned on during the on-time by the first driver 12. Lose.
그리고, 종래기술에 대한 실시예에 대하여 제4도에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.And, based on Figure 4 with respect to the embodiment of the prior art as follows.
제4도의 실시예는 제1도의 구동 제어부(10)를 ,제1,제2구동 제어부(100)(200)으로 분할하여 구성한 것으로, 상기 제1구동 제어부(100)는 상기 프리 휠 다이오드(FWD1)의 통전 전류를 전류 트랜스(CT1)로 감지하여 저항(R21), 다이오드(D1) 및 콘덴서(C21)를 통해 정류 평활하는 전류 감지부(14)와, 이 전류 감지부(14)의 출력을 정입력 단자(+)에 인가된 비교기(OP1)의 부입력 단자(-)에 전압(Vcc)을 저항(R22)(R23)을 통해 분압한 기준 전압(Vref)을 인가하여 비교함에 따라 제1구동부(12)에 구동 신호를 출력하는 비교부(17)와, 이 비교부(17)의 출력을 저항(R24) 및 다이오드(D2)를 통해 상기 비교기(OP1)의 정입력 단자(+)에 순방향 궤환시키는 래치부(18)와, 상기 비교부(17)의 출력을 저항(R26)(R27) 및 콘덴서(C22)를 통해 충전하고 이 충전 전압을 부입력 단자(-)에 전력 제어부(21)의 출력(Vcon)이 인가된 비교기(OP2)의 정입력 단자(+)에 인가하여 비교함에 의해 상기 비교부(17)의 출력을 제어하여 온타임을 설정하는 온타임 설정부(19)로 구성하고, 상기 제2구동 제어부(200)는 상기 프리 휠 다이오드(FWD2)의 통전 전류를 검출하여 상기 트랜지스터(Q2)의 구동을 제어하기 위하여 제2구동부(13)에 구동 신호를 출력하도록 상기 제1구동제어부(100)와 동일하게 구성한다.In FIG. 4, the driving control unit 10 of FIG. 1 is divided into first and second driving control units 100 and 200, and the first driving control unit 100 includes the free wheel diode FWD1. Current sensing unit 14 and rectifying and smoothing through the resistor R21, diode D1 and condenser C21, and the output of the current sensing unit 14 The voltage Vcc is applied to the negative input terminal (-) of the comparator OP1 applied to the positive input terminal (+) by applying the divided voltage Rref through the resistors R22 and R23 to compare the first voltage. A comparator 17 for outputting a drive signal to the driver 12 and the output of the comparator 17 to the positive input terminal + of the comparator OP1 via a resistor R24 and a diode D2. The latch unit 18 for forward feedback and the output of the comparison unit 17 are charged through the resistors R26 and R27 and the capacitor C22, and the charging voltage is supplied to the negative input terminal (-). ) Output (Vcon) An on-time setting unit 19 which controls the output of the comparing unit 17 to set on time by applying the positive input terminal + of the applied comparator OP2 to make a comparison, The driving control unit 200 detects the energizing current of the free wheel diode FWD2 and outputs a driving signal to the second driving unit 13 to control the driving of the transistor Q2. Configure in the same way.
상기 제1구동 제어부(100)는 인버터(11)의 트랜지스터(Q1)를 초기에 구동시키기 위하여 비교부(17)의 정입력단자(+)에 기동 펄스(Ps)를 인가하는 기동 펄스 공급부(15)를 포함하여 구성한다.The first driving control unit 100 applies a start pulse supply unit 15 for applying a start pulse Ps to the positive input terminal + of the comparator 17 to initially drive the transistor Q1 of the inverter 11. ), Including
한편, 프리 휠 다이오드(FWD1)의 통전 전류가 제5도의 빗금친 부분과 같이 발생하면 제1구동 제어부(100)에서 검출하는데, 전류 감지부(14)의 전류 트랜스(CT1) 및 저항(R21)에 의해 전압으로 변환되어 다이오드(D1) 및 콘덴서(C21)에 의해 정류 평활된 후 비교부(17)의 비교기(OP1)에 출력하고 상기 정류 평활된 전압을 정입력 단자(+)에 입력받은 상기 비교기(OP1)는 부입력 단자(-)에 인가된 아래와 같은 식으로 표시되는 저항(R22)(R23)에 의한 전원 분압인 기준 전압(Vref)과 비교하게 된다.On the other hand, if the conduction current of the free wheel diode FWD1 occurs in the same way as the hatched portion of FIG. 5, the first driving control unit 100 detects the current transformer CT1 and the resistor R21 of the current sensing unit 14. Is converted into a voltage by the rectifier and rectified and smoothed by the diode D1 and the capacitor C21, and then output to the comparator OP1 of the comparator 17 and the rectified smoothed voltage is input to the positive input terminal (+). The comparator OP1 is compared with the reference voltage Vref, which is the power supply voltage divided by the resistors R22 and R23 applied to the negative input terminal (−).
이때, 프리 휠 다이오드(FWD1)에 기준 전압(Vref) 보다 큰 전압에 해당하는 전류가 흐르게 되면 비교기(OP1)는 정(+)신호를 출력하며 그 정(+)신호가 래치부(18)의 저항(R24)과 다이오드(D2)를 통해 궤환되므로 상기 비교기(OP1)의 출력은 정(+)신호를 유지하게 된다.At this time, when a current corresponding to a voltage greater than the reference voltage Vref flows to the freewheel diode FWD1, the comparator OP1 outputs a positive signal, and the positive signal is applied to the latch unit 18. Since the feedback is made through the resistor R24 and the diode D2, the output of the comparator OP1 maintains a positive signal.
이에 따라, 비교기(OP1)의 정(+)신호 출력이 온타임 설정부(19)를 동작시킴에 있어 저항(R26) 및 콘덴서(C22)로 구성된 충전 회로가 충전되기 시작하고 이 충전 전압이 전력 제어부(21)로부터의 제어 전압보다 작은 전압인 시간 동안은 계속하여 비교기(OP2)가 정(+)신호를 출력하여 다이오드(D3)(D4)는 오픈 상태를 유지하게 된다.Accordingly, when the positive signal output of the comparator OP1 operates the on-time setting unit 19, the charging circuit composed of the resistor R26 and the condenser C22 starts to be charged, and this charging voltage becomes the power. The comparator OP2 continuously outputs a positive (+) signal for a period of time less than the control voltage from the control unit 21, so that the diodes D3 and D4 remain open.
따라서, 이 기간동안은 계속하여 비교기(OP1)의 래치 출력이 인버터(11)의 스위칭 소자인 트랜지스터(Q1)을 구동하기 위한 제1구동부(12)에 도통 신호를 공급하고 충전 회로인 저항(R26)과 콘덴서(C12)의 충전 전압이 전력 제어부(21)로부터의 제어전압보다 높아진 직 후 비교기(OP2)가 저전위 신호를 출력하므로 다이오드(D3)(D4)가 도통되어 상기 충전 회로의 충전 전압을 강제적으로 방전시킴과 아울러 비교기(OP1)에서 제1구동부(12)로 공급되는 구동 신호가 저전위가 되게 한다.Therefore, during this period, the latch output of the comparator OP1 supplies the conduction signal to the first driver 12 for driving the transistor Q1, which is the switching element of the inverter 11, and the resistor R26 which is the charging circuit. ) And the comparator OP2 outputs a low potential signal immediately after the charge voltage of the capacitor C12 and the capacitor C12 becomes higher than the control voltage from the power control unit 21, so that the diodes D3 and D4 are turned on to charge the charge voltage of the charging circuit. And the driving signal supplied from the comparator OP1 to the first driving unit 12 become low potential.
여기서, 스위칭 소자인 트랜지스터(Q1)의 구동 온 시간은 저항(R26) 및 콘덴서(C22)에 의한 충전 전압(Vc2)이 전력 제어부(21)의 제어 신호(Vcon)과 같아질 때까지의 충전 시간이 되는데, 이상적인 경우에 온타임(tON)은 아래와 같은 식으로 표시된다.(단 VH는 OP1의 고전위 출력 전압)Here, the driving-on time of the transistor Q1 as the switching element is charged until the charging voltage Vc 2 by the resistor R26 and the capacitor C22 is equal to the control signal Vcon of the power control unit 21. In the ideal case, the on time (t ON ) is expressed as follows (where V H is the high potential output voltage of OP1):
상기와 같은 동작을 수행하기 위해 프리 휠 다이오드(FWD1)(FWD2)와 스위칭 소자인 트랜지스터(Q1)(Q2)를 병렬 접속할 때 가장 근접하게 배치시킴으로써 링잉(ringing)등의 잡음 발생을 억제하는 것이 보통인데, 상기 트랜지스터(Q2)에 흐르는 전류를 is, 상기 프리 휠 다이오드(FWD2)에 흐르는 전류를 id라고 하면 ic=is+id와 같이 표시되며 iL은 워킹 코일(HL1)에 흐르는 전류, Vc는 공진 콘덴서(C2)의 전압, Vs는 상기 트랜지스터(Q1)의 구동 전압으로 인버터(11)의 각부 파형은 제5도에 도시한 바와 같다.In order to perform the above operation, it is common to suppress the occurrence of noise such as ringing by placing the freewheel diodes FWD1 and FWD2 and the switching elements Q1 and Q2 closest to each other in parallel connection. If the current flowing through the transistor Q2 is i s and the current flowing through the freewheel diode FWD2 is i d , i c = i s + i d , and i L is applied to the working coil HL1. The flowing current, Vc, is the voltage of the resonant capacitor C2, Vs is the driving voltage of the transistor Q1, and the waveform of each part of the inverter 11 is as shown in FIG.
한편, 정상 동작중 연속 동작 상태가 아닌 초기 기동시에는 프리 휠 다이오드(FWD1)(FWD2)의 어느 쪽도 전류가 흐르지 않으므로 발진이 개시되지 않는다.On the other hand, at the time of initial startup which is not a continuous operation state during normal operation, oscillation is not started because neither of the freewheel diodes FWD1 and FWD2 flows current.
따라서, 초기 기동을 위한 트랜지스터(Q1)의 구동을 위하여 제1구동부(12)에 구동 신호를 입력시키기 위하여 기동 펄스 공급부(15)에서 비교기(OP1)에 제어 신호인 온타임 펄스를 출력하게 된다.Therefore, the start pulse supply unit 15 outputs an on-time pulse that is a control signal to the comparator OP1 in order to input a drive signal to the first driver 12 to drive the transistor Q1 for initial startup.
프리 휠 다이오드(FWD1)(FWD2)의 통전 전류를 감지하기 위한 다른 실시예로서 제6a도에 도시한 바와 같이, 프리 휠 다이오드 자체를 발광 다이오드의 일부를 적용함에 있어 포토 트라이액, 포토 레지스터, 포토 인터럽트등의 포토 소자를 이용하여 프리 휠 다이오드의 전류를 검출할 수 있다. 또한, 제6b도와 같이 프리 휠 다이오드를 2개이상 직렬 또는 저항을 직렬시키는 등 강하 전위차를 발생시키는 소자를 프리 휠 다이오드에 직렬 접속시킨 후 양단의 전위차를 이용하는 경우와, 제6c도와 같은 포토 소자 또는 트랜스등으로 프리 휠 다이오드의 통전 전류를 검출할 수 있다.As another embodiment for sensing the conduction current of the freewheel diodes FWD1 and FWD2, as shown in FIG. 6A, the freewheel diode itself is applied to the phototriac, photoresist, photo The current of the free wheel diode can be detected using a photo element such as an interrupt. Also, as shown in FIG. 6B, a device that generates a drop potential difference such as two or more free wheel diodes in series or a resistor in series is connected to the free wheel diode in series, and then the potential difference between both ends is used. The conduction current of the freewheel diode can be detected by a transformer or the like.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 종래의 기술은 초기 기동시 기동 펄스만을 제공함으로써 완전 자려 발진이 가능하게 되어 별도의 발진 회로등이 불필요하고 2개의 스위칭 소자의 동시 턴온을 방지하는 오프 시간 발생기를 별도로 구현할 필요가 없으므로 구현 회로가 단순해진다. 또한, 동작 중에 자동적으로 최소의 오프 시간(Td)을 발생시키므로 전원 전압의 변동이나 전력의 가변시 가장 이상적인 범위까지 최대의 전력 조절(듀티비의 극대화)이 가능하여 스위칭 소자의 전류 스트레스를 극소화할 수 있음은 물론 오프 시간(dead time)의 설정 오류로 인한 트랜지스터의 파손 원인이 될 수 있는 단락 전류의 발생을 방지할 수 있고, 영전압 스위칭을 위한 프리 휠 다이오드의 도통 전류의 최소량에서 스위칭시키므로 일정 부하시 프리 휠 다이오드의 전류 스트레스를 극소화할 수 있다.As described in detail above, the conventional technology enables full oscillation by providing only a start pulse at initial startup, so that separate oscillation circuits are unnecessary, and an off time generator for preventing simultaneous turn-on of two switching elements is required. Implementation circuitry is simplified. In addition, since the minimum off time (Td) is automatically generated during operation, it is possible to adjust the maximum power (maximum duty ratio) up to the most ideal range in the case of fluctuations in the power supply voltage or the power, thereby minimizing the current stress of the switching element. In addition, it is possible to prevent the occurrence of short circuit current which may cause the transistor to be damaged due to the setting error of the dead time, and to switch at the minimum amount of the conduction current of the freewheel diode for zero voltage switching. It is possible to minimize the current stress of the freewheel diode under load.
그러나, 상기에서와 같은 종래의 기술에 있어서 2개의 프리 휠 다이오드의 통전전류를 각각 검출하기 위해 별도의 2개의 전류트랜스(CT)를 통해 전류를 검출코져하는 각각의 프리 휠 다이오드에 직렬 접속시켜야 하므로, 상대적으로 고가 및 사이즈가 큰 전류트랜스가 2개가 필요하여 가격의 상승 및 소형화가 곤란한 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, in order to detect the conduction currents of the two freewheel diodes, respectively, it is necessary to connect them in series to each freewheel diode detecting the current through two separate current transformers (CT). For this reason, two current transformers, which are relatively expensive and large in size, are required, which makes it difficult to increase the price and reduce the size.
따라서, 본 발명의 목적은 인버터의 영전압 스위치동작(ZVS)을 위해 프리 휠 다이오드의 통전전류를 검출하여 온타임을 설정함에 있어 2개의 프리 휠 다이오드의 전류를 안정적으로 검출할 수 있도록 한 하프 브릿지 인버터의 전력 제어회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is a half bridge for stably detecting the current of two freewheel diodes in setting the on-time by detecting the energizing current of the freewheel diode for the zero voltage switch operation (ZVS) of the inverter. It is to provide a power control circuit of the inverter.
본 발명의 또 다른 목적은 2개의 프리 휠 다이오드의 통전전류를 단 1개의 전류 트랜스(CT)로 감지하여 각각 병렬접속된 스위칭소자의 영전압 스위칭 턴온을 가능하도록 한 하프 브릿지 인버터의 전력 제어회로를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a power control circuit of a half-bridge inverter that senses the energizing current of two free wheel diodes with only one current transformer (CT) to enable zero voltage switching turn-on of switching elements connected in parallel. In providing.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인버터의 스위칭소자에 병렬접속된 프리 휠 다이오드의 통전 전류를 감지하는 전류감지수단과, 상기 전류감지수단을 통해 프리 휠 다이오드의 전류를 감지하고, 그 감지된 전류를 일정전압으로 변환하여 일정레벨 이상이면 온타임을 설정하고, 이 온타임에 따른 구동신호를 발생하는 제1,2구동제어수단과, 상기 제1,2구동 제어수단의 출력신호에 따라 상기 스위칭소자를 구동하는 제1,2구동수단과, 초기에 기동펄스를 발생시키는 기동펄스 발생수단으로 구성한다.The present invention for achieving the above object is a current sensing means for sensing the conduction current of the free wheel diode connected in parallel to the switching element of the inverter, and through the current sensing means for detecting the current of the free wheel diode, the sensed current Is converted to a constant voltage to set the on-time when a predetermined level or more, and the switching according to the first and second drive control means for generating a drive signal according to the on time, and the output signal of the first and second drive control means First and second driving means for driving the element, and starting pulse generating means for initially generating a starting pulse.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, look at on the basis of the accompanying drawings as follows.
제7도는 본 발명 하프 브릿지 인버터의 전력 제어회로도로서, 이에 도시한 바와같이, 직렬접속된 스위칭소자인 트랜지스터(Q1)(Q2)에 콘덴서(C11,C12)를 병렬 접속하고 상기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 접속됨에 워킹코일(HL1), 공진콘덴서(C2)가 순차 접속되어 고주파 전류를 발생하는 인버터부(110)와, 상기 인버터부(110)의 스위칭소자에 병렬 접속된 프리 휠 다이오드(FWD1) 또는 (FWD2)의 통전 전류를 검출하는 전류감지부(160)와, 구동신호(DR1)(DR2)에 따라 상기 인버터부(110)의 트랜지스터(Q1)(Q2)를 턴온시키는 제1,2 구동부(120)(130)와, 상기 프리 휠 다이오드(FWD1)(FWD2)의 통전 전류를 검출하여 일정 레벨의 전류보다 크면 온 타임을 설정하여 구동신호를 발생하는 제1,2구동 제어부(140)(150)와, 초기에 기동펄스를 발생하여 상기 제1구동 제어부(140)에 출력하는 기동펄스 발생부(170)로 구성한다.FIG. 7 is a power control circuit diagram of the half-bridge inverter of the present invention. As shown therein, capacitors C11 and C12 are connected in parallel to transistors Q1 and Q2 which are switching elements connected in series, and the transistor Q1 ( Working coil HL1 and resonant capacitor C2 are sequentially connected to each other when Q2) is connected to the inverter unit 110 to generate a high frequency current, and the freewheel diode FWD1 connected in parallel to the switching element of the inverter unit 110. ) Or first and second to turn on transistors Q1 and Q2 of the inverter unit 110 according to the current sensing unit 160 for detecting the energizing current of FWD2 and the driving signals DR1 and DR2. First and second driving controllers 140 for detecting the energizing currents of the driving units 120 and 130 and the freewheel diodes FWD1 and FWD2 and setting the on-time to generate a driving signal when the current is greater than a predetermined level. 150 and a start pulse generator 1 for generating a start pulse at an initial stage and outputting the start pulse to the first drive control unit 140. 70).
그리고, 상기에서 제1,2구동 제어부(140)(150)는 제1도의 구동제어부(10)와 동일한 구성을 갖는다.In addition, the first and second driving controllers 140 and 150 have the same configuration as the driving control unit 10 of FIG. 1.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with respect to the operation and effect of the present invention configured as described above.
연속적인 동작 상태중 일때 현재의 인버터부(110)에서 트랜지스터(Q2)의 오프 후라고 가정하면 워킹코일(HL1)과 공진 콘덴서(C2)로 이루어진 LC탱크에 축전된 에너지 전류를 공진 콘덴서(C12)에 충전되고, 그 충전된 에너지 전류에 의해 프리 휠 다이오드(FWD1)가 도통상태가 된다.Assuming that the current inverter unit 110 is off after the transistor Q2 is in the continuous operation state, the energy current stored in the LC tank including the working coil HL1 and the resonant capacitor C2 is converted into a resonant capacitor C12. Is charged and the freewheel diode FWD1 is brought into a conductive state by the charged energy current.
그러면 제9a도에서와 같은 루우프가 형성되고 전류 감지부(160)의 전류 트랜스 코일의 ⓐ 측에 상기 프리 휠 다이오드(FWD1)에 흐르는 도통전류에 비례하는 전압이 유기되고 다이오드(D1)를 통해 정류되어 제1구동 제어부(120)로 전달된다.Then, a loop as shown in FIG. 9A is formed, and a voltage proportional to the conduction current flowing through the freewheel diode FWD1 is induced on the ⓐ side of the current transformer coil of the current sensing unit 160, and rectified through the diode D1. And the first driving control unit 120 is transferred.
상기 전류 감지부(160)에서 전류 트랜스 코일은 하나의 코일중간탭에 접지단자와 연결하여 전류의 방향에 따라 제1구동 제어부(140) 또는 제2구동 제어부(150)로 전류가 흐르도록 한 구성을 갖는다.The current transformer coil in the current sensing unit 160 is connected to the ground terminal to one coil middle tap so that the current flows to the first driving control unit 140 or the second driving control unit 150 according to the direction of the current. Has
상기 전류 감지부(160)와 다이오드(D1)를 통해 검출된 전압은 제8도에서와 같은 구성을 갖는 제1구동 제어부(140)의 가산기(16)를 통해 비교부(17)의 정(+) 입력단자로 입력되어 그의 부(-)입력단자로 입력되는 기준전압(Vref)과 비교되어 온타임 설정부(19)에 입력되는데, 이때 프리 휠 다이오드(FWD1)의 통전 전류에 따른 전압이 일정 레벨의 기준전압(Vref) 보다 크면 정(+) 신호를 출력한다.The voltage detected by the current sensing unit 160 and the diode D1 is positive (+) of the comparator 17 through the adder 16 of the first driving control unit 140 having the configuration as shown in FIG. ) Is input to the on-time setting unit 19 compared with a reference voltage Vref inputted to an input terminal thereof and a negative input terminal thereof, and at this time, the voltage according to the energizing current of the freewheel diode FWD1 is constant. If the level is greater than the reference voltage Vref, a positive signal is output.
상기 비교부(17)의 출력을 입력받은 온타임 설정부(19)는 전력제어부(21)의 전력 제어전압에 비례하는 온타임을 설정하여 구동신호 발생부(20)로 출력한다. 그러면 상기 온타임 설정부(19)에 의해 설정된 온타임을 전달받은 상기 구동신호 발생부(20)가 구동신호(DR1)를 출력함에 따라 제1구동부(120)가 인버터부(110)의 트랜지스터(Q1)를 설정된 온타임만큼 도통시킨 후 턴오프시키게 된다.The on-time setting unit 19 receiving the output of the comparator 17 sets an on time proportional to the power control voltage of the power control unit 21 and outputs the on-time to the driving signal generator 20. Then, as the driving signal generator 20 receives the on-time set by the on-time setting unit 19 and outputs the driving signal DR1, the first driving unit 120 performs the transistors of the inverter unit 110. Q1) is turned on after conduction for the set on time.
상기 트랜지스터(Q1)가 설정된 온타임만큼 도통된 후 오프상태가 되면 트랜지스터(Q1)의 설정 온타임동안 공급된 에너지가 워킹코일(HL1) 및 공진 콘덴서(C2)로 이루어진 LC탱크에 축적되어 있으며, 상기 트랜지스터(Q1)의 턴온 기간중 흐르던 온전류는 공진 콘덴서(C11)에 충전 전류를 공급하고 상기 공진 콘덴서(C11)가 충전전압 이상으로 충전된 후에는 프리 휠 다이오드(FWD2)를 통전시키게 한다.When the transistor Q1 is turned on after being turned on for a set on time, energy supplied during the set on time of the transistor Q1 is accumulated in an LC tank including a working coil HL1 and a resonant capacitor C2. The on-current flowing during the turn-on period of the transistor Q1 supplies the charging current to the resonant capacitor C11 and energizes the freewheel diode FWD2 after the resonant capacitor C11 is charged above the charging voltage.
그러면 제9b도에서와 같은 루우프가 형성되고, 전류 감지부(160)의 전류 트랜스 코일의 ⓑ측에 상기 프리 휠 다이오드(FWD2)에 흐르는 도통전류에 비례하는 전압이 유기되고 다이오드(D2)를 통해 정류되어 제2구동 제어부(120)로 전달된다.Then, a loop as shown in FIG. 9B is formed, and a voltage proportional to the conduction current flowing through the freewheel diode FWD2 is induced on the ⓑ side of the current transformer coil of the current sensing unit 160 and is driven through the diode D2. It is rectified and transmitted to the second driving controller 120.
따라서, 상기 전류 감지부(160)를 통해 정류된 전압이 일정 기준전압 이상이면 제8도에 도시한 제2구동 제어부(150)내 비교부(17)의 출력에 의해 온타임 설정부(19)가 인에이블되어 전력에 비례하는 온타임 동안 구동신호 발생부(20)가 제2구동부(130)를 인에이블시키므로써 인버터부(110)의 스위칭 소자인 트랜지스터(Q2)를 설정된 온 타임만큼 도통시킨 후 턴오프 시키게 한다.Therefore, when the voltage rectified by the current sensing unit 160 is equal to or greater than a predetermined reference voltage, the on-time setting unit 19 is output by the output of the comparator 17 in the second driving controller 150 shown in FIG. 8. Is enabled and the driving signal generator 20 enables the second driver 130 to turn on the transistor Q2 which is the switching element of the inverter unit 110 for a set on time during the on time proportional to the power. Then turn it off.
한편, 구동초기에 기동펄스 발생부(170)는 기동펄스를 발생시켜 제2구동 제어부(130)의 가산기(16)를 통해 비교부(17)의 정(+) 입력단자에 인가되므로, 상기 비교부(17)의 출력에 따라 온타임 설정부(19)에서 구동 제어신호가 발생하게 된다.On the other hand, since the start pulse generator 170 generates a start pulse and is applied to the positive input terminal of the comparator 17 through the adder 16 of the second drive controller 130, the comparison is performed. The driving control signal is generated by the on-time setting unit 19 according to the output of the unit 17.
이에따라, 온타임 설정부(19)의 출력에 의해 구동신호 발생부(20)가 구동신호를 발생시키므로 제1구동부(12)에 의해 인버터부(110)의 트랜지스터(Q1)가 온타임 동안 도통된다.Accordingly, since the driving signal generator 20 generates the driving signal by the output of the on-time setting unit 19, the transistor Q1 of the inverter unit 110 is turned on during the on-time by the first driving unit 12. .
정상 동작중 연속 동작상태가 아닌 초기 기동시에는 프리 휠 다이오드(FWD1)(FWD2)의 어느 쪽도 전류가 흐르지 않으므로 발진이 개시되지 않는다.During the initial startup, which is not in the continuous operation state during normal operation, oscillation is not started because neither of the freewheel diodes FWD1 and FWD2 flows current.
따라서, 초기 기동을 위한 트랜지스터(Q1)의 구동을 위하여 제1구동부(12)에 구동신호를 입력시키기 위하여 기동펄스 발생부(170)에서 제1구동 제어부(140)의 비교부(17)에 제어신호인 온타임 펄스를 출력하는 것이다.Therefore, the start pulse generator 170 controls the comparator 17 of the first drive controller 140 to input the drive signal to the first driver 12 to drive the transistor Q1 for initial startup. It outputs an on-time pulse that is a signal.
그리고, 프리 휠 다이오드(FWD1)(FWD2)의 통전 전류를 검출하기 위한 다른 실시예로서 제10a도에 도시한 바와 같이, 전류 트랜스 코일을 두개로 설치하고 전류의 방향에 따라 두 콩일중 하나의 코일에 유기되도록 한 복권구조를 이용하는 경우와 제10b도에서와 같이 전류 트랜스 코일과 병렬로 정,역방향 다이오드(D30(D40) 및 제1,2방향 전류감지부(160a)(160b)를 형성하여 전류의 방향에 따라 제1방향 또는 제2방향에서 전류를 검출하도록 하는 단권식 정류방식을 이용한다.As another embodiment for detecting the conduction current of the freewheel diodes FWD1 and FWD2, as shown in FIG. 10A, two current transformer coils are provided and one coil of two bean foils is disposed depending on the direction of the current. In the case of using a lottery structure to be induced in the current and as shown in FIG. 10b, the forward and reverse diodes D30 (D40) and the first and second direction current sensing units 160a and 160b are formed in parallel with the current transformer coils. A single winding rectification method is used to detect current in the first direction or the second direction according to the direction of.
상기에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 초기기동시 기동 펄스만을 제공함으로써 완전 자려발진이 가능하게 되며, 2개의 프리 휠 다이오드의 통전전류를 단 1개의 전류 트랜스로 감지하여 각각 병렬 접속된 스위칭소자의 영전압 스위칭동작을 가능하게 함으로써 원가절감의 효과와 소형화할 수 있도록 한 효과가 있다.As described in detail above, the present invention enables full self-oscillation by providing only a start pulse at initial startup, and detects the conduction current of two freewheel diodes with only one current transformer, respectively. By enabling the voltage switching operation, there is an effect of reducing the cost and miniaturization.
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Applications Claiming Priority (1)
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KR1019950024112A KR0162382B1 (en) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | Power controlling circuit for half-bridge inverter |
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Family Applications (1)
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1995
- 1995-08-04 KR KR1019950024112A patent/KR0162382B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
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