KR0170206B1 - Power factor compensation circuit for boost type converter - Google Patents
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Abstract
개시된 역률 보상회로는 출력 직류전압의 변동을 보상하여 전류 왜곡을 감소시키고 고역률을 얻으며, 피드 포워드의 구성없이 입력되는 교류전압에 따라 입력전류의 레벨이 증감되고 동상을 유지하여 회로의 구성을 간단하게 한다.The disclosed power factor correction circuit compensates for the variation of the output DC voltage to reduce current distortion and obtain high power factor, and the configuration of the circuit is simplified by maintaining the in-phase and increasing the level of the input current according to the input AC voltage without configuring the feedforward. Let's do it.
본 발명은 승압형 콘버터가 스위칭 트랜지스터의 온 및 오프 상태에 따라 코일에 에너지를 축적 및 코일에 축적된 에너지에 입력 직류전압을 중첩시켜 출력하고, 스위칭 트랜지스터가 온될 경우에 흐르는 전류에 따른 전압신호를 전류 감지부가 발생하고, 승압형 콘버터가 출력하는 출력 직류전압의 변동에 따라 출력 감지부가 레벨이 가변되는 비교 기준 전압신호와 출력 직류전압의 변동을 보상하기 위한 보상 전압신호를 발생하며, 출력 감지부가 발생하는 비교 기준 전압신호 및 전류감지부가 감지한 전압신호를 제1신호 합성부가 합성하여 비교신호를 발생하며, 출력 감지부가 발생하는 보상 전압신호와 역톱니파 신호를 제2신호 합성부가 합성하여 출력 직류전압의 변동이 보상된 역톱니파 신호를 발생하며, 제1신호 합성부의 비교신호와 제2신호 합성부의 보상된 역톱니파 신호를 비교기가 비교하여 스위칭 트랜지스터의 오프 제어신호를 발생하며, 역톱니파 신호의 상승 에지에 동기하는 클럭신호에 따라 구동부가 스위칭 트랜지스터를 턴 온시키고 비교기의 오프 제어신호에 따라 스위칭 트랜지스터를 턴 오프시킨다.According to the present invention, a boost converter accumulates energy in a coil according to an on and off state of a switching transistor and superimposes an input DC voltage on the energy stored in the coil, and outputs a voltage signal corresponding to a current flowing when the switching transistor is turned on. The current sensing unit is generated, and the comparator voltage signal for compensating the variation of the output DC voltage and the comparison reference voltage signal whose level is varied according to the variation of the output DC voltage output by the boost converter is generated. The first signal synthesizing unit synthesizes the generated comparison reference voltage signal and the voltage signal sensed by the current sensing unit to generate a comparison signal, and the second signal synthesizing unit synthesizes the compensation voltage signal and the reverse sawtooth signal generated by the output sensing unit to output the direct current. Generates an inverted sawtooth signal in which voltage fluctuations are compensated for, and a comparison signal and a second signal of the first signal synthesis unit The comparator compares the compensated reverse sawtooth signal of the synthesizer to generate an off control signal of the switching transistor, and the driving unit turns on the switching transistor according to a clock signal synchronized with the rising edge of the reverse sawtooth signal and according to the off control signal of the comparator Turn off the switching transistor.
Description
본 발명은 승압형 콘버터의 역률 보상회로에 관한 것으로 특히 출력 전압변동 보상이 가능한 승압형 콘버터의 역률 보상회로에 관한 것이다.The present invention relates to a power factor correction circuit of a boost converter, and more particularly, to a power factor correction circuit of a boost converter with output voltage fluctuation compensation.
일반적으로 직류전압은 산업용에서 가정용까지 넓은 분야에서 널리 사용되고 있다.In general, DC voltage is widely used in a wide range of fields from industrial to home use.
상기 직류전압을 상용 교류전원으로부터 얻기 위하여 통상적으로 회로의 구성이 간단한 콘덴서 입력형 정류회로를 많이 사용하고 있다.In order to obtain the DC voltage from a commercial AC power source, a capacitor input type rectifier circuit having a simple circuit configuration is commonly used.
그러나 콘덴서 입력형 정류회로는 입력전류가 상용 교류전원의 교류전압의 피크(peak) 부분에서만 흐르므로 펄스형으로 맥동되어 역률이 매우 나쁘다.However, in the condenser input type rectifier circuit, since the input current flows only in the peak part of the AC voltage of the commercial AC power supply, the power factor is very pulsated because it is pulsed.
또한 각종 전기장치에는 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 성분이 조합되어 나타나므로 전류의 위상이 상용 교류전원과 상이하게 되고, 이로 인하여 출력 직류전압이 왜곡되어 나타나게 된다.In addition, since various electrical devices have a combination of resistance, inductance, and capacitance components, the phase of the current is different from that of a commercial AC power source, resulting in a distorted output DC voltage.
그리고 산업 분야에서는 고속 스위칭 방식을 이용하여 소정의 전기장치를 제어하므로 고속 스위칭에 의한 많은 잡음이 발생하고, 발생한 잡음에 의하여 동일한 전원 공급라인에 접속된 전기장치들이 상호간에 영향을 주게 된다.In the industrial field, since a predetermined electric device is controlled using a high speed switching method, a lot of noise is generated by the high speed switching, and the electric devices connected to the same power supply line affect each other by the generated noise.
산업용 전기장치는 전기장치의 자체로 흐르는 전류가 상용 교류전원에 미치는 영향을 아주 작게 하기 위하여 동상 입력역률을 높게 설계하고 있다.Industrial electrical devices are designed with high in-phase input power factor in order to minimize the effect of the current flowing into the electrical device itself on the commercial AC power source.
예를 들면, 인덕턴스 성분의 전기장치들은 상용 교류전원의 입력 라인에 커패시턴스 성분을 부가하여 전원으로부터 인덕턴스 및 커패시턴스 각각의 입력전류가 서로 상쇄되도록 하고 있다.For example, inductance components have added a capacitance component to an input line of a commercial AC power source so that the input currents of the inductance and the capacitance from the power supply cancel each other.
그러나 이러한 수동 소자만으로 얻을 수 있는 성능에는 한계가 있다.However, there is a limit to the performance that can be achieved with these passive devices alone.
그러므로 콘버터 시스템의 구동에 있어서는 트랜지스터 등의 능동 소자를 고속으로 스위칭하여 보다 작은 인덕턴스 및 커패시턴스 값으로 잡음을 제거하고, 전압의 왜곡을 억제함으로써 역률을 개선하는 방법이 연구되고 있고, 현재 고역률(HIGH POWER FACTOR)을 만들기 위한 각종 연구와 집적소자가 발표되고 있다.Therefore, in driving a converter system, a method of improving power factor by switching noises such as transistors at high speed, removing noise with smaller inductance and capacitance values, and suppressing voltage distortion has been studied. Various researches and integrated devices for making POWER FACTOR have been published.
특히 고역률을 구현하기 위한 방법으로 연속전류 모드(CONTINUOUS CURRENT MODE : 이하, 'CCM'이라 약칭함) 방식은 단위 역률(UNITY POWER FACTOR)을 얻을 수 있는 가장 근접한 제어방식으로 알려지고 있다.In particular, the continuous current mode (hereinafter, abbreviated as 'CCM') is a method for realizing a high power factor and is known as the closest control method to obtain a unit power factor.
상기 CCM 방식으로는 피크 전류 검출(PEAK CURRENT DETECTION) 방식, 가변 히스테리시스(VARIABLE HYSTERESIS) 제어방식 및 평균 전류(AVERAGE CURRENT) 제어방식 등이 있다.The CCM method includes a peak current detection method, a variable hysteresis control method, an average current control method, and the like.
이러한 CCM 방식들은 높은 역률을 얻을 수 있는 장점이 있다.These CCM schemes have the advantage of obtaining a high power factor.
그러나 상기한 CCM 방식들 중에서 피크 전류 검출방식은 외부의 코일로 흐르는 전류의 왜곡(CURRENT DISTORTION) 및 사각 왜곡(DEAD ANGLE DISTORTION)이 발생하고, 최대 듀티 사이클(MAXIMUN DUTY CYCLE)을 50% 이하로 유지해야 되는 것으로서 정확한 보상을 할 수 없었다.However, among the above CCM methods, in the peak current detection method, current distortion and dead distortion of the current flowing to the external coil are generated, and the maximum duty cycle is maintained at 50% or less. Should not be able to compensate precisely.
그리고 상기 가변 히스테리시스 제어방식은 코일의 전류 감지에 따른 가변 주파수 방식으로 입력전압이 낮아질 경우에 코일로 흐르는 전류의 제어를 위하여 주파수가 무한히 증가하게 되므로 주파수의 제어에 한계가 있다.In addition, the variable hysteresis control method is a variable frequency method according to the current sensing of the coil, so that when the input voltage is lowered, the frequency is infinitely increased to control the current flowing through the coil.
또한 상기 평균전류 제어방식은 단위 역률을 구현하기 위한 제어방식의 구성이 매우 복잡하였다.In addition, the average current control method has a very complicated configuration of a control method for realizing a unit power factor.
따라서 본 발명의 목적은 출력 직류전압의 변동을 보상하여 전류 왜곡을 감소시키고, 고역률을 얻을 수 있는 출력 전압변동 보상이 가능한 승압형 콘버터의 역률 보상회로를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a power factor correction circuit of a boost converter capable of compensating a variation of an output DC voltage to reduce current distortion and compensating an output voltage variation capable of obtaining a high power factor.
본 발명의 다른 목적은 피드 포워드(feed forward)의 구성없이 입력되는 상용 교류전원의 교류전압에 따라 입력전류의 레벨이 증감되고 동상을 유지함으로써 회로의 구성을 간단하게 하는 출력 전압변동 보상이 가능한 승압형 콘버터의 역률 보상회로를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to increase and decrease the level of the input current according to the AC voltage of the commercial AC power input without the configuration of the feed forward (step up) to maintain the in-phase, the output voltage fluctuation compensation to simplify the circuit configuration It is to provide a power factor correction circuit of a type converter.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 출력 전압변동 보상이 가능한 승압형 콘버터의 역률 보상회로에 따르면, 스위칭 트랜지스터의 온 상태에서 코일에 에너지를 축적하고 스위칭 트랜지스터의 오프 상태에서 상기 코일에 축적된 에너지에 입력 직류전압을 중첩시켜 출력하는 승압형 콘버터 및 상기 스위칭 트랜지스터가 온될 경우에 흐르는 전류에 따른 전압신호를 발생하는 전류 감지부를 구비하고, 상기 승압형 콘버터가 출력하는 출력 직류전압의 변동과 상기 전류 감지부가 발생한 전압신호로 상기 스위칭 트랜지스터의 구동을 제어하는 승압형 콘버터의 역률 보상회로에 있어서, 상기 승압형 콘버터가 출력하는 출력 직류전압의 변동에 따라 레벨이 가변되는 비교 기준 전압신호를 발생함과 아울러 출력 직류전압의 변동을 보상하기 위한 보상 전압신호를 발생하는 출력 감지부; 상기 출력 감지부가 발생하는 비교 기준 전압신호 및 상기 전류 감지부가 감지한 전압신호를 합성하여 비교신호를 발생하는 제1신호 합성부; 상기 출력 감지부가 발생하는 보상 전압신호와 역톱니파 신호를 합성하여 출력 직류전압의 변동이 보상된 역톱니파 신호를 발생하는 제2신호 합성부; 상기 제1신호 합성부의 비교신호와 상기 제2신호 합성부의 보상된 역톱니파 신호를 비교하여 상기 스위칭 트랜지스터의 오프 제어신호를 발생하는 비교기; 및 상기 역톱니파 신호를 발생하고 발생한 역톱니파 신호의 상승 에지에 동기하는 클럭신호에 따라 상기 스위칭 트랜지스터를 턴 온시키고 상기 비교기의 오프 제어신호에 따라 스위칭 트랜지스터를 턴 오프시키는 구동부를 구비한 것을 특징으로 한다.According to the power factor correction circuit of a boost type converter capable of compensating the output voltage fluctuation of the present invention, energy is accumulated in the coil in the on state of the switching transistor and the energy stored in the coil in the off state of the switching transistor. A boost converter configured to superimpose and output an input DC voltage, and a current detector configured to generate a voltage signal according to a current flowing when the switching transistor is turned on, and the variation of the output DC voltage output by the boost converter and the current sense In a power factor correction circuit of a boost converter that controls the driving of the switching transistor with an additionally generated voltage signal, a comparison reference voltage signal whose level is changed in accordance with a change in an output DC voltage output by the boost converter is generated. Beam to compensate for fluctuations in output DC voltage An output detecting unit for generating a voltage signal; A first signal synthesizer configured to generate a comparison signal by combining the comparison reference voltage signal generated by the output detector and the voltage signal sensed by the current detector; A second signal synthesizing unit for synthesizing a compensation voltage signal generated by the output sensing unit and a reverse sawtooth wave signal to generate a reverse sawtooth wave signal having a variation in output DC voltage; A comparator for generating an off control signal of the switching transistor by comparing the comparison signal of the first signal synthesis unit with the compensated inverse sawtooth signal of the second signal synthesis unit; And a driving unit generating the reverse sawtooth signal and turning on the switching transistor according to a clock signal synchronized with the rising edge of the generated reverse sawtooth signal and turning off the switching transistor according to the off control signal of the comparator. do.
그리고 상기 상기 출력 감지부는; 상기 승압형 콘버터의 출력 직류전압을 저항으로 분압하는 분압수단; 상기 분압수단의 출력전압을 입력하여 미리 설정된 소정의 제1기준 전압원으로 상기 출력 직류전압의 변동에 따른 에러 전압을 검출하는 에러 증폭기; 상기 에러 증폭기에서 출력되는 에러 전압을 미리 설정된 소정의 제2기준 전압원과 합성하여 비교 기준 전압신호를 발생하는 레벨 기준수단; 및 상기 분압수단의 분압 출력전압과 상기 제1기준 전압원을 합성하여 전압신호를 발생하고 발생한 전압신호의 레벨 이득을 리플의 대소에 따라 조절하여 보상 전압신호를 발생하는 보상전압 발생수단을 구비한 것을 특징으로 한다.And the output detector; Voltage dividing means for dividing the output DC voltage of the boost converter with a resistance; An error amplifier which inputs an output voltage of the voltage dividing means and detects an error voltage according to the change of the output DC voltage to a predetermined first reference voltage source; Level reference means for generating a comparison reference voltage signal by combining the error voltage output from the error amplifier with a predetermined second reference voltage source; And compensating voltage generating means for generating a voltage signal by synthesizing the divided voltage output voltage of the voltage dividing means and the first reference voltage source and adjusting a level gain of the generated voltage signal according to the magnitude of the ripple. It features.
제1도는 본 발명에 따른 역률 보상회로의 구성을 보인 회로도.1 is a circuit diagram showing the configuration of a power factor correction circuit according to the present invention.
제2a도 내지 제2c도는 출력 직류전압의 변동에 따른 전류 왜곡을 설명하기 위한 파형도.2A to 2C are waveform diagrams for explaining current distortion caused by variation in an output DC voltage.
제3도는 본 발명에 따른 역률 보상회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.3 is a waveform diagram illustrating the operation of the power factor correction circuit according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 승압형 콘버터 200 : 역률 보상회로100: boost converter 200: power factor correction circuit
210 : 출력 감지부 212 : 분압수단210: output detector 212: voltage dividing means
214 : 에러 증폭기 216 : 레벨 기준수단214: error amplifier 216: level reference means
218 : 보상전압 발생수단 220 : 전류 감지부218: compensation voltage generating means 220: current detection unit
230 : 제1신호 합성부 240 : 비교기230: first signal synthesizing unit 240: comparator
250 : 구동부 260 : 제2신호 합성부250: driving unit 260: second signal synthesizing unit
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 출력 전압변동 보상이 가능한 승압형 콘버터의 역률 보상회로를 상세히 설명한다.Hereinafter, a power factor correction circuit of a boost converter capable of compensating for output voltage fluctuation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명에 따른 승압형 콘버터의 역률 보상회로의 구성을 보인 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a configuration of a power factor correction circuit of a boost converter according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이 본 발명은 승압형 콘버터(100) 및 역률 보상회로(200)를 구비한다.As shown therein, the present invention includes a boost converter 100 and a power factor correction circuit 200.
상기 승압형 콘버터(100)는, 입력되는 상용 교류전원(AC)이 브리지 정류기(110)에서 정류되고, 정류된 전원은 평활용 콘덴서(C1)에 의해 평활되어 입력 직류전압(Vin)으로 변환된다.In the boost converter 100, the commercial AC power input is rectified by the bridge rectifier 110, and the rectified power is smoothed by the smoothing capacitor C1 and converted into an input DC voltage Vin. .
상기 입력 직류전압(Vin)은 코일(L)을 통해 스위칭 트랜지스터(MT) 및 정류용 다이오드(D)에 인가된다.The input DC voltage Vin is applied to the switching transistor MT and the rectifying diode D through the coil L.
상기 정류용 다이오드(D)의 출력 전원은 평활용 콘덴서(C3)에 의해 평활되어 출력 직류전압(V0)으로 변환되고, 평활용 콘덴서(C3)의 양단에는 부하(Load)가 연결되어 상기 출력 직류전압(V0)이 동작전원으로 인가된다.The output power of the rectifying diode D is smoothed by the smoothing capacitor C3 and converted into an output DC voltage V0, and a load is connected to both ends of the smoothing capacitor C3, thereby outputting the output DC. The voltage V0 is applied to the operating power source.
이러한 CCM 방식의 승압형 콘버터(100)는 입력되는 상용 교류전원(AC)이 브리지 정류기(110)에서 정류되고, 평활용 콘덴서(C1)에 의해 평활되어 입력 직류전압(Vin)으로 변환된다.In the CCM booster type converter 100, the commercial AC power input AC is rectified by the bridge rectifier 110, smoothed by the smoothing capacitor C1, and converted into an input DC voltage Vin.
그리고 스위칭 트랜지스터(MT)가 온 상태일 경우에 상기 입력 직류전압(Vin)의 에너지가 코일(L)에 축적되고, 스위칭 트랜지스터(MT)가 오프 상태일 경우에 상기 코일(L)에 축적된 에너지가 상기 입력 직류전압(Vin)에 중첩된 후 정류용 다이오드(D)에 의해 정류되고, 평활용 콘덴서(C3)에 의해 출력 직류전압(V0)으로 출력되어 부하(Load)에 인가되는 것으로서 입력 직류전압(Vin)보다 높은 레벨의 출력 직류전압(V0)을 얻어 부하(Load)에 공급할 수 있다.The energy of the input DC voltage Vin is stored in the coil L when the switching transistor MT is in the on state, and the energy is stored in the coil L when the switching transistor MT is in the off state. Is superimposed on the input DC voltage Vin, rectified by the rectifying diode D, output as an output DC voltage V0 by the smoothing capacitor C3, and applied to a load. The output DC voltage V0 having a level higher than the voltage Vin may be obtained and supplied to the load.
상기 역률 보상회로(200)는, 출력 감지부(210), 전류 감지부(220), 제1신호 합성부(230), 제2신호 합성부(260), 비교기(240) 및 구동부(250)를 구비한다.The power factor correction circuit 200 may include an output detector 210, a current detector 220, a first signal synthesizer 230, a second signal synthesizer 260, a comparator 240, and a driver 250. It is provided.
상기 출력 감지부(210)는, 상기 승압형 콘버터(100)의 출력 직류전압(V0)의 변동에 따라 레벨이 가변되는 비교 기준 전압신호(V2) 및 보상 전압신호(K2·V4)를 발생하는 것으로서 상기 승압형 콘버터(100)의 출력 직류전압(V0)을 저항(R2)(R3)으로 분압하는 분압수단(212)과, 상기 분압수단(212)의 출력전압을 입력하여 미리 설정된 소정의 제1기준 전압원(Vref)으로 상기 출력 직류전압(V0)의 변동에 따른 에러 전압(Ve0)을 검출하는 연산 증폭기(U1), 저항(R4)(R5), 콘덴서(C4) 및 제1기준 전압원(Vref)으로 구성된 에러 증폭기(214)와, 상기 에러 증폭기(214)에서 출력되는 에러 전압(Ve0)을 미리 설정된 소정의 제2기준 전압원(Vref1)과 합성기(SM1)에서 합성하여 비교 기준 전압신호(V2)를 발생하는 레벨 기준수단(216)과, 상기 분압수단(212)의 분압 출력전압과 상기 제1기준 전압원(Vref)을 합성기(SM2)로 합성하고 합성한 전압신호(V4)의 레벨 이득을 리플의 대소에 따라 조절 수단(CT)에서 조절하여 보상 전압신호(K2·V4)를 발생하는 보상전압 발생수단(218)으로 이루어진다.The output detection unit 210 generates a comparison reference voltage signal V2 and a compensation voltage signal K2 · V4 whose level is changed in accordance with a change in the output DC voltage V0 of the boost converter 100. A voltage divider 212 for dividing the output DC voltage V0 of the boost converter 100 into resistors R2 and R3, and an output voltage of the voltage divider 212 to be input in advance. Operational amplifier U1, resistor R4, R5, condenser C4, and first reference voltage source, which detects an error voltage Ve0 according to the variation of the output DC voltage V0 as a first reference voltage source Vref. An error amplifier 214 composed of Vref and an error voltage Ve0 output from the error amplifier 214 are synthesized by a predetermined second reference voltage source Vref1 and the synthesizer SM1, and the comparison reference voltage signal ( Level reference means 216 for generating V2), the divided output voltage of the voltage dividing means 212 and the first reference voltage source Vref. To the compensating voltage generating means 218 for generating the compensating voltage signals K2 and V4 by adjusting the level gain of the synthesized voltage signal V4 synthesized by the genital generator SM2 according to the magnitude of the ripple. Is done.
이러한 출력 감지부(210)는 분압수단(212)의 출력 전압으로 에러 증폭기(214)가 승압형 콘버터(100)의 출력 직류전압(V0)의 리플(△V0)을 감지하여 에러전압(Ve0)을 출력하는 것으로서 출력 직류전압(V0)의 레벨이 증가될 경우에 에러 전압(Ve0)이 감소되고, 출력 직류전압(V0)의 레벨이 감소될 경우에 에러 전압(Ve0)이 증가된다.The output detector 210 detects the ripple (ΔV0) of the output DC voltage V0 of the boost converter 100 by the error amplifier 214 as the output voltage of the voltage dividing means 212, thereby causing the error voltage Ve0. When the output DC voltage V0 is increased, the error voltage Ve0 is decreased, and when the level of the output DC voltage V0 is decreased, the error voltage Ve0 is increased.
그리고 상기 레벨 기준수단(216)은 후술하는 비교기(240)에 보상된 역톱니파 신호(V5)와 비교되는 비교 기준신호(V3)의 기준을 결정하는 역할을 하는 것으로 V2 = Vref1 - △Ve0의 관계식에 의하여 출력 직류전압(V0)이 증가하면, 비교 기준 전압신호(V2)가 증가하여 비교 기준신호(V3)가 높아되고, 출력 직류전압(V0)이 감소하면, 비교 기준 전압신호(V2)가 감소되어 비교 기준신호(V3)가 낮아지게 된다.The level reference means 216 serves to determine the reference of the comparison reference signal V3 compared with the reverse sawtooth wave signal V5 compensated by the comparator 240 to be described later. V2 = Vref1-ΔVe0 When the output DC voltage V0 increases, the comparison reference voltage signal V2 increases to increase the comparison reference signal V3. When the output DC voltage V0 decreases, the comparison reference voltage signal V2 decreases. This decreases the comparison reference signal V3.
상기 제2기준 전압원(Vref1)은 승압형 콘버터(100)의 출력 직류전압(V0)의 변화에 비례하는 리플(△V0)을 비교기(240)에 입력시키기 위한 기준 전압원이다.The second reference voltage source Vref1 is a reference voltage source for inputting a ripple ΔV0 proportional to a change in the output DC voltage V0 of the boost converter 100 to the comparator 240.
상기 보상전압 발생수단(218)은 출력 직류전압(V0)의 변동에 의해 발생하는 입력 제어전류의 왜곡 발생을 보상하는 역할을 하게 된다.The compensation voltage generator 218 compensates for the occurrence of distortion of the input control current caused by the variation of the output DC voltage V0.
조절 수단(CT)의 이득(K2), 상기 승압형 콘버터(100)의 출력측에 구비되어 있는 콘덴서(C3)에 의해 발생되는 출력 직류전압(V0)의 리플(△V0) 크기에 따라 정확하게 보상하기 위한 것으로서 이득(K2)을 조절함으로써 출력 직류전압(V0)의 리플(△V0)의 크기에 관계없이 입력 제어전류를 입력 직류전압(Vin)과 동상으로 만들게 된다.Compensating accurately according to the gain K2 of the adjusting means CT and the magnitude of the ripple ΔV0 of the output DC voltage V0 generated by the capacitor C3 provided on the output side of the boost converter 100. By adjusting the gain K2, the input control current is in phase with the input DC voltage Vin regardless of the magnitude of the ripple ΔV0 of the output DC voltage V0.
여기서, 제2도의 도면을 참조하여 상기 보상전압 발생수단(218)의 동작을 보다 상세히 설명한다.Here, the operation of the compensation voltage generating means 218 will be described in more detail with reference to the drawing of FIG.
제2a도는 출력 직류전압(V0)의 변화, 입력 직류전압(Vin), 입력 직류전압(Vin)과 동상인 입력 전류(Iin) 및 입력 제어전류의 파형을 보인 도면이다.FIG. 2A shows waveforms of a change in the output DC voltage V0, an input DC voltage Vin, an input current Iin and an input control current in phase with the input DC voltage Vin.
구간(t1)에서 스위칭 트랜지스터(MT)가 오프되었을 경우에 승압형 콘버터(100)의 노드(N1)에서의 전압은 다음의 수학식 1과 같다.When the switching transistor MT is turned off in the period t1, the voltage at the node N1 of the boost converter 100 is expressed by Equation 1 below.
상기 수학식 1에서 - △V0로 인하여 코일(L)로 흐르는 전류(iL)는 - △V0 만큼 감소하게 되고, 원하는 입력 전류(Iin)에 왜곡이 발생하게 된다.In Equation 1, the current iL flowing to the coil L decreases by −ΔV0 due to −ΔV0, and distortion occurs in the desired input current Iin.
이 왜곡을 보상하기 위하여 본 발명에서는 제1기준 전압원(Vref)과 출력 직류전압(V0)을 합성기(SM2)에서 가감하여 다음의 수학식 2와 같이 △V0를 감지한 전압신호(V4)를 얻는다.In order to compensate for this distortion, in the present invention, the first reference voltage source Vref and the output DC voltage V0 are added or subtracted by the synthesizer SM2 to obtain a voltage signal V4 that senses ΔV0 as shown in Equation 2 below. .
이와 같이 얻은 전압신호(V4)는 조절 수단(CT)에서 이득(K2)이 곱셈되어 보상 전압신호(K2·V4)로 출력된다.The voltage signal V4 thus obtained is multiplied by the gain K2 by the adjusting means CT and output as the compensation voltage signal K2 · V4.
상기 전류 감지부(220)는, 상기 스위칭 트랜지스터(MT)가 온될 경우에 스위칭 트랜지스터(MT)로 흐르는 전류를 검출하여 전압 신호(V1)를 발생하기 위한 것으로 전류 감지저항(RS), 저항(R1) 및 콘덴서(C1)로 구성된다.The current sensing unit 220 detects a current flowing through the switching transistor MT and generates a voltage signal V1 when the switching transistor MT is turned on. The current sensing resistor RS and the resistor R1 are configured to generate a voltage signal V1. ) And a capacitor C1.
상기 제1신호 합성부(230)는, 상기 출력 감지부(210)의 비교 기준 전압신호(V2)와 상기 전류 감지부(220)의 전압신호(V1)를 합성기(SM3)로 합성하여 비교 기준신호(V3)를 발생하게 구성된다.The first signal synthesizer 230 synthesizes the comparison reference voltage signal V2 of the output detector 210 and the voltage signal V1 of the current detector 220 by using a synthesizer SM3. It is configured to generate a signal V3.
상기 제2신호 합성부(260)는, 출력 감지부(210)의 보상 전압신호(K2·V4)와 후술하는 발진기(252)에서 출력되는 역톱니파 신호(B)를 합성기(SM4)로 합성하여 보상된 역톱니파 신호(V5)를 발생한다.The second signal synthesizing unit 260 synthesizes the compensating voltage signal K2 · V4 of the output sensing unit 210 and the inverse sawtooth signal B output from the oscillator 252 described later with a synthesizer SM4. Generates a compensated inverse sawtooth signal V5.
상기 비교기(240)는, 상기 신호 합성부(230)의 비교 기준신호(V3)와 상기 제2신호 합성기(260)에서 출력되는 보상된 역톱니파 신호(V5)를 연산 증폭기(U2)로 비교 연산하여 상기 스위칭 트랜지스터(MT)의 오프 제어신호를 발생한다.The comparator 240 compares the comparison reference signal V3 of the signal synthesizer 230 and the compensated inverse sawtooth signal V5 output from the second signal synthesizer 260 with an operational amplifier U2. Thus, the off control signal of the switching transistor MT is generated.
상기 구동부(250)는, 상기 역톱니파 신호(B)의 상승 에지에 동기하는 클럭신호(CLOCK)에 응답하여 상기 스위칭 트랜지스터(MT)를 턴 온시키고, 상기 비교기(240)의 오프 제어신호에 응답하여 상기 스위칭 트랜지스터(MT)를 턴 오프시키는 것으로 발진기(252), 플립플롭(254), 반전 논리 합 게이트(256) 및 드라이버(258)를 구비한다.The driver 250 turns on the switching transistor MT in response to a clock signal CLOCK synchronized with the rising edge of the inverse sawtooth signal B, and responds to an off control signal of the comparator 240. The switching transistor MT is turned off to include an oscillator 252, a flip-flop 254, an inverted logic sum gate 256, and a driver 258.
상기 발진기(252)는, 동일 주파수를 가지는 역톱니파 신호(B) 및 클럭신호(CLOCK)를 발생하고, 상기 플립플롭(254)은, 상기 발진기(252)가 출력하는 클럭신호(CLOCK)의 상승 에지에서 세트되고 상기 비교기(240)가 출력하는 오프 제어신호의 상승 에지에서 리세트되어 클럭신호(CLOCK)의 상승 에지와 오프 제어신호의 상승 에지 사이의 폭을 가지는 펄스 폭 변조신호를 발생한다.The oscillator 252 generates the reverse sawtooth wave signal B and the clock signal CLOCK having the same frequency, and the flip-flop 254 rises the clock signal CLOCK output from the oscillator 252. The pulse width modulation signal is set at an edge and reset at the rising edge of the off control signal output by the comparator 240 to generate a pulse width modulation signal having a width between the rising edge of the clock signal CLOCK and the rising edge of the off control signal.
상기 반전 논리 합 게이트(256)는, 상기 클럭신호(CLOCK)와 상기 플립플롭(254)이 출력하는 펄스 폭 변조신호가 모두 저전위 상태일 경우에 고전위 구간을 가지는 펄스 폭 변조형 구동신호를 발생하고, 상기 드라이버(258)는, 상기 반전 논리 합 게이트(256)가 출력하는 펄스 폭 변조형 구동신호에 응답하여 고전위 구간에서는 상기 스위칭 트랜지스터(MT)가 턴 온되고 저전위 구간에서는 턴 오프되게 구동한다.The inverted logic sum gate 256 supplies a pulse width modulated driving signal having a high potential section when both the clock signal CLOCK and the pulse width modulated signal output from the flip-flop 254 are in a low potential state. In response to the pulse width modulation driving signal output from the inverted logic sum gate 256, the driver 258 turns on the switching transistor MT in the high potential period and turns off the low potential period. Drive it up.
이와 같이 구성된 본 발명의 승압형 콘버터의 역률 보상회로의 작용 및 효과를 제2도 및 제3도의 파형도를 참조하여 설명한다.The operation and effects of the power factor correction circuit of the boost converter of the present invention configured as described above will be described with reference to the waveform diagrams of FIGS. 2 and 3.
입력 직류전압(Vin)이 증가할 경우에 입력전류도 입력 직류전압(Vin)에 비례로 증가하여 전압 및 전류가 동상을 이루어야 된다.When the input DC voltage (Vin) increases, the input current also increases in proportion to the input DC voltage (Vin), so that the voltage and current must be in phase.
제3도에 도시된 바와 같이 입력 직류전압(Vin)이 증가함에 따라 다음의 수학식 3 및 수학식 4와 같이 코일(L)로 흐르는 전류(IL)는 증가 또는 감소하게 된다.As shown in FIG. 3, as the input DC voltage Vin increases, the current IL flowing to the coil L increases or decreases as shown in Equations 3 and 4 below.
여기서, VL은 코일(L)의 전압이다.Here, VL is the voltage of the coil (L).
즉, 상기 출력 감지부(210)에서 감지된 비교 기준 전압신호(V2)와, 상기 전류 감지부(220)에서 감지된 스위칭 트랜지스터(MT)의 턴 온시 흐르는 전류에 대응하는 전압 신호(V1)가 합성기(230)에서 합성되어 비교 기준신호(V3)가 발생된다.That is, the comparison reference voltage signal V2 sensed by the output detector 210 and the voltage signal V1 corresponding to the current flowing when the switching transistor MT sensed by the current detector 220 are turned on The synthesized reference signal V3 is synthesized by the synthesizer 230.
상기 비교 기준신호(V3)가 상기 보정된 역톱니파 신호(V5)와 동일 레벨로 되는 순간에 비교기(240)의 출력신호가 고전위로 반전되므로 플립플롭(254)이 리세트되어 스위칭 트랜지스터(MT)가 턴 오프되고, 비교기(240)의 출력신호는 다시 저전위로 반전된다.When the comparison reference signal V3 becomes at the same level as the corrected inverse sawtooth signal V5, the output signal of the comparator 240 is inverted to high potential, so the flip-flop 254 is reset to switch transistor MT. Is turned off, and the output signal of the comparator 240 is inverted to a low potential again.
그러므로 제3도에 도시된 바와 같이 상기 비교기(240)에서 비교 기준신호(V3)와 보상된 역톱니파 신호(B)와 서로 비교되어 제3도의 펄스 폭 변조된 신호(GATE)를 발생하고, 발생한 펄스 폭 변조신호(GATE)로 스위칭 트랜지스터(MT)의 구동을 제어한다.Therefore, as shown in FIG. 3, in the comparator 240, the comparison reference signal V3 and the compensated inverse sawtooth signal B are compared with each other to generate the pulse width modulated signal GATE of FIG. The driving of the switching transistor MT is controlled by the pulse width modulation signal GATE.
여기서, 상기 보정된 역톱니파 신호(V5)는 V5 = B + K2·V4로 되는 것으로 K2·V4만큼 발생되는 △iL의 증가가, 제2b도에서 △iL의 감소를 보상하게 된다.Here, the corrected reverse sawtooth signal V5 is V5 = B + K2 · V4, so that the increase in ΔiL generated by K2 · V4 compensates for the decrease in ΔiL in FIG. 2b.
제2a도 및 2b도에 도시된 파형에서 알 수 있는 바와 같이 구간(t1)에서 출력 직류전압(V0)이 감소함에 따라 입력전류(Iin)이 증가함으로써 입력 제어전류의 파형이 왜곡된다.As can be seen from the waveforms shown in FIGS. 2A and 2B, the waveform of the input control current is distorted by increasing the input current Iin as the output DC voltage V0 decreases in the period t1.
제2c도는 입력 제어전류의 파형이 왜곡되는 것을 보상하는 동작을 보인 파형도로서 △V0의 보상이 없는 경우 및 △V0의 보상이 있는 경우로 구분하여 설명한다.FIG. 2C is a waveform diagram showing an operation of compensating for distortion of a waveform of an input control current, and will be described separately when there is no compensation of? V0 and when there is compensation of? V0.
1) △V0 ≠ 0이고, △V0의 보상이 없는 경우1) When ΔV0 ≠ 0 and there is no compensation for ΔV0
출력 직류전압(V0)의 변동이 항상 존재하므로 △iL이 발생하고, 이로 인하여 전류의 기울기가 변하며, 비교기(240)에서 비교 기준신호(V3)와 역톱니파 신호(B)가 서로 비교되므로 구간(t′)동안 고전위 상태로 된다.Since the variation of the output DC voltage (V0) is always present, ΔiL occurs, and thus the slope of the current changes, and the comparison reference signal V3 and the reverse sawtooth signal B are compared with each other in the comparator 240 so that the interval ( high potential state during t ').
2) 본 발명에서와 같이 △Vo ≠ 0이고, △V0의 보상이 있는 경우2) When ΔVo ≠ 0 and there is a compensation of ΔV0 as in the present invention
출력 직류전압(V0)의 변동으로 인한 △iL을 보상하는 것으로서 발진기(252)가 발생하는 역톱니파 신호(B)과 보상전압 발생수단(218)이 발생한 보상 전압신호(K2·V4)를 제2신호 합성기(260)에서 합성하여 보상된 역톱니파 신호(V5 = B + K2·V4)를 발생시키고, 이 보상된 역톱니파 신호(V5)를 비교기(240)에 비교 기준신호(V3)와 비교하여 구간(t) 동안 고전위 상태가 된다.The reverse sawtooth wave signal B generated by the oscillator 252 and the compensation voltage signal K2 · V4 generated by the compensation voltage generating means 218 are compensated for compensating? IL due to the variation of the output DC voltage V0. A signal synthesizer 260 synthesizes and generates a compensated reverse sawtooth signal (V5 = B + K2 · V4), and compares the compensated reverse sawtooth signal V5 to the comparator 240 with a comparison reference signal V3. The period t is high.
따라서, 출력 직류전압(V0)의 변동이 없는 경우와 마찬가지의 파형을 얻게 된다.Therefore, the same waveform as in the case where there is no variation in the output DC voltage V0 is obtained.
이러한 본 발명은 출력 직류전압(V0)의 변동으로 인한 전류 왜곡을 보상함으로써 보다 고역률을 얻을 수 있다.The present invention can obtain a higher power factor by compensating for the current distortion caused by the variation of the output DC voltage V0.
또한 본 발명은 입력 직류전압(Vin)에 따라 피드 포워드 없이도 전류 및 전압 파형이 동상으로 되고, 비례적인 크기가 된다. 그 이유는 감지 저항(RS)에 의하여 전류 감지부(220)가 이미 입력 직류전압(Vin)에 대한 정보를 가지고 있기 때문이다.In addition, according to the present invention, the current and voltage waveforms are in phase and become proportional in magnitude without a feed forward according to the input DC voltage Vin. This is because the current sensing unit 220 already has information on the input DC voltage Vin by the sensing resistor RS.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 기존의 CCM 방식의 역률 보상회로들의 많은 단점을 해결하고, 역률이 0.99 이상으로 단위 역률에 가까운 고역률을 달성할 수 있으며, 기존의 방식들에 비하여 훨씬 간단하게 회로를 구성할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to solve many disadvantages of the power factor correction circuits of the conventional CCM method, achieve a high power factor close to the unit power factor with a power factor of 0.99 or more, and much simpler than the existing methods. The circuit can be configured.
Claims (2)
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