KR100208805B1

KR100208805B1 - Forward converter

Info

Publication number: KR100208805B1
Application number: KR1019960057210A
Authority: KR
Inventors: 이종운
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR19980038327A

Abstract

본 발명은 스위칭모드전원공급장치에서 전원공급의 오동작을 방지하고 무효전력을 감소시키는 포워드컨버터를 구현하기 위한 것이다. 이러한 본 발명은: 교류입력전압을 전파정류하여 제1직류전압을 출력하는 브리지다이오드와; 상기 제1직류전압을 평활하여 제2직류전압을 출력하는 제1평활캐패시터와; 상기 제2직류전압이 입력됨에 응답하여 소정 주기를 가지는 스위칭 제어신호를 발생하는 제어회로와; 상기 제1평활캐패시터와 접지단의 사이에 접속되며 상기 스위칭 제어신호에 응답하여 스위칭온 또는 스위칭오프되는 스위칭소자와; 상기 브리지다이오드와 상기 제1평활캐패시터의 사이에 순방향접속되는 제1다이오드와; 상기 제1평활캐패시터에 대해 병렬로 상기 제1다이오드와 상기 스위칭소자의 사이에 접속된 1차측 권선과 소정 부하에 접속된 2차측 권선으로 이루어지며, 상기 스위칭소자가 스위칭온될 시 상기 제2직류전압을 상기 1차측 권선에 축적하여 상기 2차측 권선으로 유기시키는 주트랜스포머와; 상기 주트랜스포머의 2차측 권선의 전류입력측과 상기 부하의 사이에 순방향 접속되어 상기 주트랜스포머의 2차측 권선에 유기된 전압을 정류하여 출력하는 제2다이오드와; 상기 주트랜스포머의 2차측 권선의 전류출력측과 상기 부하의 사이에 순방향 접속되어 상기 주트랜스포머의 2차측 권선에 유기된 전압을 정류하여 출력하는 제3다이오드와; 상기 부하에 대해 병렬로 접속되어 상기 제2다이오드 또는 상기 제3다이오드를 통해 출력되는 전압을 평활하여 안정된 전압이 상기 부하로 공급되도록 하는 제2평활캐패시터와; 상기 제1다이오드와 상기 주트랜스포머의 1차측 권선의 전류입력측 사이에 접속되어 상기 제1평활캐패시터로 흐르는 전류의 고조파 성분을 제거하는 초크코일과; 상기 제1다이오드에 대해 병렬로 접속되며, 일측이 상기 초크코일에 접속되는 캐패시터와; 상기 제2다이오드 및 상기 제3다이오드의 캐소드단자에 전류입력측이 접속되며 전류출력측이 상기 제2평활캐패시터에 접속되는 1차측 권선과, 이 1차측 권선에 대응하며 상기 브리지다이오드에 전류출력측이 접속되며 전류입력측이 상기 캐패시터의 다른 일측에 접속되는 2차측 권선으로 이루어지며, 상기 스위칭소자의 스위칭온시 상기 초크코일을 통해 흐르는 전류를 증가시키고 상기 스위칭소자의 스위칭오프시 상기 초크코일을 통해 역방향의 전류가 흐르도록 제어하는 보조트랜스포머를 포함하여 이루어지는 포워드컨버터를 제공한다.The present invention is to implement a forward converter to prevent the malfunction of the power supply in the switching mode power supply device and to reduce the reactive power. This invention comprises: a bridge diode for full-wave rectifying an AC input voltage and outputting a first DC voltage; A first smoothing capacitor that smoothes the first DC voltage and outputs a second DC voltage; A control circuit for generating a switching control signal having a predetermined period in response to the input of the second DC voltage; A switching element connected between the first smoothing capacitor and a ground terminal and switched on or off in response to the switching control signal; A first diode forward connected between the bridge diode and the first smoothing capacitor; And a secondary winding connected to a first load and a primary winding connected between the first diode and the switching element in parallel with respect to the first smoothing capacitor, and the second direct current when the switching element is switched on. A main transformer which accumulates a voltage in the primary winding and induces the secondary winding; A second diode connected forward between the current input side of the secondary winding of the main transformer and the load to rectify and output a voltage induced in the secondary winding of the main transformer; A third diode connected forward between the current output side of the secondary winding of the main transformer and the load to rectify and output a voltage induced in the secondary winding of the main transformer; A second smoothing capacitor connected in parallel with the load to smooth a voltage output through the second diode or the third diode so that a stable voltage is supplied to the load; A choke coil connected between the first diode and the current input side of the primary winding of the main transformer to remove harmonic components of the current flowing to the first smooth capacitor; A capacitor connected in parallel with the first diode and having one side connected to the choke coil; A current input side is connected to the cathode terminals of the second diode and the third diode, a primary winding having a current output side connected to the second smoothing capacitor, a primary winding connected to the primary winding, and a current output side connected to the bridge diode; The current input side comprises a secondary winding connected to the other side of the capacitor, increases the current flowing through the choke coil when switching on the switching element, and reverses the current through the choke coil when switching off the switching element. It provides a forward converter comprising an auxiliary transformer for controlling the flow.

Description

Forward Converter {FORWARD CONVERTER}

본 발명은 스위칭모드전원공급장치에 관한 것으로, 특히 전원공급의 오동작을 방지하고 무효전력을 감소시키는 포워드컨버터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switched mode power supply, and more particularly, to a forward converter that prevents a malfunction of a power supply and reduces reactive power.

통상 스위칭모드전원공급장치(Switching Mode Power Supply: 이하 SMPS라 칭함)라 함은 입력전압을 스위칭모드의 동작에 따라 입력받아 안정된 전압으로 변환한 후 부하측으로 공급하는 동작을 행하는 전원공급장치를 말한다. SMPS는 소형이고 경량이며 고효율을 특징으로 하기 때문에 요즈음과 같이 경박단소(輕薄短小), 에너지절약 등의 시대적 요구에 부합하는 전원공급장치라 할 수 있다. 이러한 특징을 가지는 SMPS는 포워드방식의 컨버터(이하 포워드컨버터라 칭함)와 플라이백(flyback)방식의 컨버터로 구분될 수 있다.The switching mode power supply (hereinafter referred to as SMPS) refers to a power supply device that receives an input voltage according to the operation of the switching mode, converts it into a stable voltage, and supplies it to the load side. SMPS is small, light weight and high efficiency, so it can be called a power supply device that meets the needs of the times such as light and small and small energy saving, such as these days. SMPS having such a feature may be classified into a forward type converter (hereinafter referred to as a forward converter) and a flyback type converter.

도 1은 전형적인 포워드컨버터(forward converter)의 구성을 보여주는 도면으로, 입력측에는 브리지다이오드(bridge diode) BD와, 캐패시터 C1과, 스위칭소자(switching element) Q와, 다이오드 D1과, 제어회로 2 및 트랜스포머 (transformer) T1의 1차측 권선 Lp와 리셋권선 Lr이 연결되며, 출력측에는 트랜스포머 T1의 2차측 권선 Ls와, 다이오드 D2,D3와, 초크코일(choke coil) L1과, 캐패시터 C2 및 부하(load) 4가 연결된다.FIG. 1 shows a typical forward converter configuration, in which a bridge diode BD, a capacitor C1, a switching element Q, a diode D1, a control circuit 2, and a transformer are provided on the input side. The primary winding Lp of the T1 and the reset winding Lr are connected, and on the output side, the secondary winding Ls of the transformer T1, the diodes D2 and D3, the choke coil L1, the capacitor C2 and the load are connected. 4 is connected.

도 1을 참조하면, 브리지다이오드 BD는 교류입력전압 Vinac를 전파정류하여 출력하고, 캐패시터 C1은 브리지다이오드 BD에 의해 전파정류된 전압을 평활하여 평활된 직류전압을 제어회로 2 및 트랜스포머 T1의 Lp권선으로 제공한다. 제어회로 2는 상기 평활캐패시터 C1에 의해 평활된 직류전압이 입력됨에 응답하여 소정 주기를 가지는 스위칭 제어펄스를 발생한다. 스위칭소자 Q는 평활캐패시터 C1과 접지단의 사이에 접속되며 제어회로 2에서 발생된 스위칭 제어펄스에 응답하여 스위칭온 또는 스위칭오프된다. 트랜스포머 T1은 평활캐패시터 C1과 스위칭소자 Q의 사이에 접속된 1차측 권선 Lp와 상기 평활캐패시터 C1과 다이오드 D1의 사이에 접속된 리셋권선 Lr과 소정 부하 4에 접속된 2차측 권선 Ls로 이루어지며, 상기 스위칭소자 Q가 스위칭온될 시 평활캐패시터 C1에 의해 평활된 직류전압을 1차측 권선 Lp에 축적하여 2차측 권선 Ls로 유기시키고 스위칭소자 Q가 스위칭오프될 시 1차측 권선 Lp에 축적된 에너지를 리셋권선 Lr과 다이오드 D1을 통해 접지단으로 흘려버린다. 상기 권선 Lr과 다이오드 D1은 위에서 언급한 바와 같은 기능을 수행하기 때문에 통상 리셋용 권선 및 리셋용 다이오드라 불리우며 스위칭소자 Q의 파괴를 막아주는 역할을 한다. 다이오드 D2와 다이오드 D3는 각각 트랜스포머 T1의 2차측 권선 Ls의 일측과 부하 4의 사이와, 트랜스포머 T1의 2차측 권선 Ls의 다른 일측과 부하 4의 사이에 순방향 접속되어 트랜스포머 T1의 2차측 권선 Ls에 유기된 전압을 정류하여 출력하는 정류소자이다. 그리고 미설명한 캐패시터 C2는 부하 4에 대해 병렬로 접속되어 정류소자인 다이오드 D2 또는 D3을 통해 출력되는 전압을 평활하여 안정된 전압이 부하 4로 공급되도록 하는 평활용 캐패시터이다. 상기에서 다이오드 D3은 통상 플라이휠(flywheel) 다이오드라 불리운다.Referring to FIG. 1, the bridge diode BD full-wave rectifies and outputs the AC input voltage Vinac, and the capacitor C1 smoothes the full-wave rectified voltage by the bridge diode BD to convert the smoothed DC voltage to the Lp winding of the control circuit 2 and the transformer T1. To provide. The control circuit 2 generates a switching control pulse having a predetermined period in response to the input of the DC voltage smoothed by the smoothing capacitor C1. The switching element Q is connected between the smoothing capacitor C1 and the ground terminal, and switched on or off in response to the switching control pulse generated in the control circuit 2. Transformer T1 consists of a primary winding Lp connected between the smoothing capacitor C1 and the switching element Q, a reset winding Lr connected between the smoothing capacitor C1 and the diode D1, and a secondary winding Ls connected to the predetermined load 4, When the switching element Q is switched on, the DC voltage smoothed by the smoothing capacitor C1 is accumulated in the primary winding Lp, induced into the secondary winding Ls, and the energy accumulated in the primary winding Lp when the switching device Q is switched off. It flows through the reset winding Lr and the diode D1 to the ground terminal. Since the winding Lr and the diode D1 perform the same function as mentioned above, they are commonly referred to as a reset winding and a reset diode and prevent the destruction of the switching element Q. Diode D2 and diode D3 are forwardly connected between one side of the secondary winding Ls of transformer T1 and the load 4, and between the other side of the secondary winding Ls of the transformer T1 and the load 4, respectively, to the secondary winding Ls of the transformer T1. Rectifier for rectifying and outputting the induced voltage. The capacitor C2, which is not described, is a smoothing capacitor connected in parallel with the load 4 to smooth the voltage output through the diode D2 or D3, which is a rectifying element, so that a stable voltage is supplied to the load 4. In the above, the diode D3 is commonly referred to as a flywheel diode.

지금, 도 1에서 교류입력전압 Vinac가 인가되면 브리지다이오드 BD 및 평활캐패시터 C1은 이 인가된 전압을 정류하고 평활하여 대응하는 직류전압을 출력한다. 이 직류전압은 제어회로 2 및 트랜스포머 T1의 Lp권선으로 공급된다. 상기 제어회로 2는 공급되는 직류전압에 따라 동작을 개시하여 스위칭 제어펄스를 생성출력하고, 이에 응답하여 스위칭소자 Q는 스위칭온 또는 스위칭오프 동작을 반복적으로 수행한다. 상기 스위칭소자 Q가 스위칭온 또는 스위칭오프됨에 응답하여 트랜스포머 T1은 Lp권선에 공급된 직류전압을 Ls권선으로 유기시키는 동작을 수행한다. 상기 트랜스포머 T1의 Ls권선에 유기된 직류전압은 출력다이오드 D2 또는 플라이휠 다이오드 D3에 의해 정류된 후 초크코일 L1을 거쳐 캐패시터 C2에 의해 평활된 후 부하 4로 공급된다.1, when the AC input voltage Vinac is applied, the bridge diode BD and the smoothing capacitor C1 rectify and smooth the applied voltage to output a corresponding DC voltage. This DC voltage is supplied to the Lp winding of the control circuit 2 and the transformer T1. The control circuit 2 starts an operation according to the supplied DC voltage to generate and output a switching control pulse, and in response, the switching element Q repeatedly performs the switching on or switching off operation. In response to the switching element Q being switched on or switched off, the transformer T1 performs an operation of inducing the DC voltage supplied to the Lp winding to the Ls winding. The DC voltage induced in the Ls winding of the transformer T1 is rectified by the output diode D2 or the flywheel diode D3 and then smoothed by the capacitor C2 via the choke coil L1 and then supplied to the load 4.

한편 상기 도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 포워드컨버터에서 브리지다이오드 BD의 뒷단에는 브리지다이오드 BD에 의해 정류된 전압을 평활하기 위한 캐패시터 C1이 접속된다. 그러므로 캐패시터 C1을 흐르는 충전전류의 형태는 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 펄스형태에 가깝게 된다. 왜냐하면, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 브리지다이오드 BD에 의해 정류된 전압(맥류전압)과 캐패시터 C1에 의해 평활된 전압의 파형은 0과 최대값 사이를 반주기로 계속적으로 반복하게 되고, 이 경우에는 브리지다이오드 BD에 의해 정류된 전압보다 캐패시터 C1의 단자전압이 높은 전압값을 나타내는 구간이 길기 때문이다. 즉, 이 구간동안에는 캐패시터 C1에는 전류가 흐르지 않고 맥류전압의 최대값 부근의 아주 짧은 구간에서만 전류가 흐르기 때문에 캐패시터 C1을 통해 흐르는 전류의 형태는 펄스형태에 가깝게 된다. 이러한 형태의 전류는 역률을 저하시키는 요인으로서 작용할 뿐만 아니라 고조파 노이즈를 발생시키는 요인으로도 작용하여 포워드컨버터의 오동작을 야기시키고 무효전력을 증가시키는 문제점이 있다.On the other hand, as shown in FIG. 1, a capacitor C1 for smoothing the voltage rectified by the bridge diode BD is connected to the rear end of the bridge diode BD in the forward converter according to the prior art. Therefore, the shape of the charging current flowing through the capacitor C1 is close to the pulse shape as shown in FIG. Because, as shown in (c) of FIG. 2, the waveform of the voltage rectified by the bridge diode BD (pulsation voltage) and the voltage smoothed by the capacitor C1 is continuously repeated in a half cycle between 0 and the maximum value, This is because the interval in which the terminal voltage of the capacitor C1 is higher than the voltage rectified by the bridge diode BD is long. That is, during this period, no current flows through the capacitor C1, and the current flows only in a very short section near the maximum value of the pulse voltage, so that the current flowing through the capacitor C1 becomes close to the pulse shape. This type of current not only acts as a factor for lowering the power factor but also acts as a factor for generating harmonic noise, causing a malfunction of the forward converter and increasing reactive power.

따라서 본 발명의 목적은 포워드컨버터의 역률을 개선함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to improve the power factor of the forward converter.

본 발명의 다른 목적은 포워드컨버터에서 고조파 노이즈의 발생을 방지함에 있다.Another object of the present invention is to prevent the generation of harmonic noise in the forward converter.

본 발명의 또다른 목적은 포워드컨버터의 오동작을 방지함에 있다.Another object of the present invention is to prevent a malfunction of the forward converter.

본 발명의 또다른 목적은 포워드컨버터에서 무효전력을 개선함에 있다.It is another object of the present invention to improve reactive power in a forward converter.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포워드컨버터는: 교류입력전압을 전파정류하여 제1직류전압을 출력하는 브리지다이오드와; 상기 제1직류전압을 평활하여 제2직류전압을 출력하는 제1평활캐패시터와; 상기 제2직류전압이 입력됨에 응답하여 소정 주기를 가지는 스위칭 제어신호를 발생하는 제어회로와; 상기 제1평활캐패시터와 접지단의 사이에 접속되며 상기 스위칭 제어신호에 응답하여 스위칭온 또는 스위칭오프되는 스위칭소자와; 상기 브리지다이오드와 상기 제1평활캐패시터의 사이에 순방향접속되는 제1다이오드와; 상기 제1평활캐패시터에 대해 병렬로 상기 제1다이오드와 상기 스위칭소자의 사이에 접속된 1차측 권선과 소정 부하에 접속된 2차측 권선으로 이루어지며, 상기 스위칭소자가 스위칭온될 시 상기 제2직류전압을 상기 1차측 권선에 축적하여 상기 2차측 권선으로 유기시키는 주트랜스포머와; 상기 주트랜스포머의 2차측 권선의 전류입력측과 상기 부하의 사이에 순방향 접속되어 상기 주트랜스포머의 2차측 권선에 유기된 전압을 정류하여 출력하는 제2다이오드와; 상기 주트랜스포머의 2차측 권선의 전류출력측과 상기 부하의 사이에 순방향 접속되어 상기 주트랜스포머의 2차측 권선에 유기된 전압을 정류하여 출력하는 제3다이오드와; 상기 부하에 대해 병렬로 접속되어 상기 제2다이오드 또는 상기 제3다이오드를 통해 출력되는 전압을 평활하여 안정된 전압이 상기 부하로 공급되도록 하는 제2평활캐패시터와; 상기 제1다이오드와 상기 주트랜스포머의 1차측 권선의 전류입력측 사이에 접속되어 상기 제1평활캐패시터로 흐르는 전류의 고조파 성분을 제거하는 초크코일과; 상기 제1다이오드에 대해 병렬로 접속되며, 일측이 상기 초크코일에 접속되는 캐패시터와; 상기 제2다이오드 및 상기 제3다이오드의 캐소드단자에 전류입력측이 접속되며 전류출력측이 상기 제2평활캐패시터에 접속되는 1차측 권선과, 이 1차측 권선에 대응하며 상기 브리지다이오드에 전류출력측이 접속되며 전류입력측이 상기 캐패시터의 다른 일측에 접속되는 2차측 권선으로 이루어지며, 상기 스위칭소자의 스위칭온시 상기 초크코일을 통해 흐르는 전류를 증가시키고 상기 스위칭소자의 스위칭오프시 상기 초크코일을 통해 역방향의 전류가 흐르도록 제어하는 보조트랜스포머를 포함하여 이루어진다.A forward converter according to the present invention for achieving the above object includes: a bridge diode for full-wave rectifying the AC input voltage to output a first DC voltage; A first smoothing capacitor that smoothes the first DC voltage and outputs a second DC voltage; A control circuit for generating a switching control signal having a predetermined period in response to the input of the second DC voltage; A switching element connected between the first smoothing capacitor and a ground terminal and switched on or off in response to the switching control signal; A first diode forward connected between the bridge diode and the first smoothing capacitor; And a secondary winding connected to a first load and a primary winding connected between the first diode and the switching element in parallel with respect to the first smoothing capacitor, and the second direct current when the switching element is switched on. A main transformer which accumulates a voltage in the primary winding and induces the secondary winding; A second diode connected forward between the current input side of the secondary winding of the main transformer and the load to rectify and output a voltage induced in the secondary winding of the main transformer; A third diode connected forward between the current output side of the secondary winding of the main transformer and the load to rectify and output a voltage induced in the secondary winding of the main transformer; A second smoothing capacitor connected in parallel with the load to smooth a voltage output through the second diode or the third diode so that a stable voltage is supplied to the load; A choke coil connected between the first diode and the current input side of the primary winding of the main transformer to remove harmonic components of the current flowing to the first smooth capacitor; A capacitor connected in parallel with the first diode and having one side connected to the choke coil; A current input side is connected to the cathode terminals of the second diode and the third diode, a primary winding having a current output side connected to the second smoothing capacitor, a primary winding connected to the primary winding, and a current output side connected to the bridge diode; The current input side comprises a secondary winding connected to the other side of the capacitor, increases the current flowing through the choke coil when switching on the switching element, and reverses the current through the choke coil when switching off the switching element. It includes an auxiliary transformer to control the flow.

도 1은 종래 기술에 따른 포워드컨버터의 구성을 보여주는 도면.1 is a view showing the configuration of a forward converter according to the prior art.

도 2는 도 1에 도시된 포워드컨버터의 동작 파형을 보여주는 도면.FIG. 2 is a view illustrating an operation waveform of the forward converter shown in FIG. 1.

도 3은 본 발명의 개념에 따른 동작을 보여주는 도면.3 illustrates an operation in accordance with the inventive concept.

도 4는 본 발명에 따른 포워드컨버터의 구성을 보여주는 도면.4 is a view showing the configuration of a forward converter according to the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 포워드컨버터의 동작 파형을 보여주는 도면.5A and 5B show an operation waveform of a forward converter according to the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.DETAILED DESCRIPTION A detailed description of preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 포워드컨버터는 종래 기술에 따른 포워드컨버터와 동일하게 입력측에는 브리지다이오드 BD와, 평활캐패시터 C1과, 제어회로 2와, 스위칭소자 Q와, 트랜스포머 T1의 1차측(Lp)권선이 연결되고, 출력측에는 트랜스포머 T1의 2차측(Ls)권선과, 다이오드 D2 및 D3와, 평활캐패시터 C2와, 부하 4가 연결된다. 그러나 스위칭소자 Q가 스위칭오프된 경우에 스위칭소자 Q가 파손됨을 막아주는 역할을 하는 리셋용 다이오드 D1과 트랜스포머 T1의 Lr권선은 찾아볼 수 없다.Referring to FIG. 4, the forward converter according to the present invention has a bridge diode BD, a smoothing capacitor C1, a control circuit 2, a switching element Q, and a primary side of the transformer T1 on the input side in the same manner as the forward converter according to the prior art. Lp) winding is connected, and on the output side, the secondary winding (Ls) winding of transformer T1, diodes D2 and D3, smoothing capacitor C2, and load 4 are connected. However, the Lr winding of the reset diode D1 and the transformer T1, which prevents the switching device Q from being damaged when the switching device Q is switched off, cannot be found.

한편 본 발명에 따른 포워드컨버터는 브리지다이오드 BD와 평활캐패시터 C1의 사이에 순방향 접속된 다이오드 D4와, 이 다이오드 D4에 대해 병렬로 접속된 초크코일 CH를 더 포함하며, 또한 정류소자 D2 및 D3의 캐소드단자의 접속점과 평활캐패시터 C2의 사이에 각각 전류입력측과 전류출력측이 접속된 1차측 권선 L1과, 캐패시터 C3과 함께 상기 다이오드 D4에 대해 병렬로 접속된 2차측 권선 Lms로 이루어지는 트랜스포머 T2를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 다이오드 D4와 캐패시터 C3은 종래 기술에 따른 리셋용 다이오드 D1과 리셋용 권선 Lr을 대신하여 스위칭소자 Q가 스위칭오프된 경우에 스위칭소자 Q가 파손됨을 막아주는 역할을 하는 구성요소들이다. 그리고 초크코일 CH는 입력측에서 발생한 신호의 노이즈성분을 억제하고, 입력라인의 임피던스를 증가시킴으로써 순간적인 전류의 변화를 억제하는 역할을 수행하는 구성요소이다.Meanwhile, the forward converter according to the present invention further includes a diode D4 forward connected between the bridge diode BD and the smoothing capacitor C1, and a choke coil CH connected in parallel with the diode D4, and further includes a cathode of the rectifying elements D2 and D3. And a transformer T2 consisting of a primary winding L1 having a current input side and a current output side connected between the connection point of the terminal and the smoothing capacitor C2, respectively, and a secondary winding Lms connected in parallel with the diode D4 together with the capacitor C3. It is characterized by. The diode D4 and the capacitor C3 serve to prevent the switching device Q from being damaged when the switching device Q is switched off in place of the reset diode D1 and the reset winding Lr according to the prior art. The choke coil CH is a component that suppresses the noise component of the signal generated at the input side and suppresses the change of the instantaneous current by increasing the impedance of the input line.

상기 도 4에서 주트랜스포머 T1의 1차측(Lp) 권선의 전류입력측은 초크코일에 접속되고 전류출력측은 스위칭소자 Q에 접속되며, 2차측(Ls) 권선의 전류입력측은 다이오드 D2의 애노드단자에 접속되고 전류출력측은 다이오드 D3의 애노드단자에 접속된다. 보조트랜스포머 T2의 1차측(L1) 권선의 전류입력측은 다이오드 D2 및 D3의 캐소드단자에 접속되고, 전류출력측은 부하 4에 대해 병렬로 접속된 캐패시터 C2에 접속되며, 2차측(Lms) 권선의 전류입력측은 캐패시터 C3에 접속되고 전류출력측은 브리지다이오드 BD에 접속된다.In FIG. 4, the current input side of the primary winding (Lp) of the main transformer T1 is connected to the choke coil, the current output side is connected to the switching element Q, and the current input side of the secondary winding (Ls) is connected to the anode terminal of the diode D2. The current output side is connected to the anode terminal of the diode D3. The current input side of the primary (L1) winding of the auxiliary transformer T2 is connected to the cathode terminals of the diodes D2 and D3, and the current output side is connected to the capacitor C2 connected in parallel to the load 4, the current of the secondary (Lms) winding The input side is connected to the capacitor C3 and the current output side is connected to the bridge diode BD.

도 3은 이러한 본 발명에 따른 포워드컨버터의 동작을 개념적으로 보여주는 도면이다. 종래 기술에 따르면, 입력측 평활캐패시터 C1을 통해 흐르는 전류는 도 2에 도시된 바와 같이 펄스형태를 가진다. 그러나, 본 발명에 따른 포워드컨버터는 입력전류의 위상이 입력전압의 위상에 가깝도록 하고, 평활캐패시터 C1을 통해 흐르는 입력전류의 파형이 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이 사인파의 형태에 근접하도록 처리한다.3 is a view conceptually illustrating the operation of the forward converter according to the present invention. According to the prior art, the current flowing through the input side smoothing capacitor C1 has a pulse shape as shown in FIG. However, in the forward converter according to the present invention, the phase of the input current is close to the phase of the input voltage, and the waveform of the input current flowing through the smoothing capacitor C1 is close to the shape of the sine wave as shown in FIG. Do it.

지금, 도 4의 브리지다이오드 BD로 교류입력전압 Vinac가 인가된다고 가정하면 이 인가된 교류입력전압 Vinac는 전파정류된 후 트랜스포머 T2의 2차측 권선 Lms로 인가되고, 이와 동시에 다이오드 D4로도 인가된다. 상기와 같이 인가된 직류전압은 초크코일 CH를 거친 후 평활캐패시터 C1에 의해 평활되어 제어회로 2와 트랜스포머 T1의 Lp권선으로 인가된다. 그러면 상기 제어회로 2는 소정 주기를 가지는 스위칭 제어신호(스위칭 온/오프 신호)를 발생하고, 스위칭소자 Q는 이 발생된 스위칭 제어신호에 따라 반복적으로 스위칭온 또는 스위칭오프된다.Now, assuming that an AC input voltage Vinac is applied to the bridge diode BD of Fig. 4, this applied AC input voltage Vinac is applied to the secondary winding Lms of the transformer T2 after being full-wave rectified, and at the same time to the diode D4. The DC voltage applied as described above is smoothed by the smoothing capacitor C1 after passing through the choke coil CH and is applied to the Lp winding of the control circuit 2 and the transformer T1. Then, the control circuit 2 generates a switching control signal (switching on / off signal) having a predetermined period, and the switching element Q is repeatedly switched on or off in accordance with the generated switching control signal.

먼저 스위칭소자 Q가 스위칭온되는 경우에 있어서 본 발명에 따른 포워드컨버터의 동작을 설명한다.First, when the switching element Q is switched on, the operation of the forward converter according to the present invention will be described.

스위칭소자 Q가 스위칭온되면 트랜스포머 T1의 Lp권선에 축전된 평활캐패시터 C1에 의해 평활된 직류전압이 Ls권선, 즉 2차측 권선으로 유기된다. 이 유기된 직류전압은 다이오드 D2에 의해 정류된 후 트랜스포머 T2의 L1권선으로 전달된다. 상기 L1권선에 전달된 직류전압은 출력 평활캐패시터 C2에 의해 평활된 후 부하 4로 공급됨과 동시에 트랜스포머 T2의 Lms권선으로도 전달된다. 이때 트랜스포머 T2의 Lms권선에 전달되는 전압은 트랜스포머 T2의 L1권선과 Lms권선비에 의한 전압과 다이오드 D2를 통해 정류된 전압에 의해 결정된다. 상기 트랜스포머 T2의 Lms권선에 전달된 전압은 캐패시터 C3를 거쳐 초크코일 CH로 인가된다. 초크코일 CH에는 다이오드 D2를 통한 전압과 캐패시터 C3을 통과한 Lms권선에 전달된 전압을 합한 전압에서 캐패시터 C3의 전압과 평활캐패시터 C1의 전압에 의해 결정된 전압이 인가된다. 이에 따라 초크코일 CH에 흐르는 전류는 증가하게 된다. 이때 캐패시터 C3은 초크코일 CH를 통해 흐르는 전류로 충전되고 초크코일 CH에 인가되는 전압은 기울기(초크코일 CH를 흐르는 전류/캐패시터 C3의 용량값)로 감소하게 된다.When the switching element Q is switched on, the DC voltage smoothed by the smoothing capacitor C1 stored in the Lp winding of the transformer T1 is induced to the Ls winding, that is, the secondary winding. This induced DC voltage is rectified by diode D2 and transferred to the L1 winding of transformer T2. The DC voltage transmitted to the L1 winding is smoothed by the output smoothing capacitor C2 and then supplied to the load 4 and also to the Lms winding of the transformer T2. At this time, the voltage delivered to the Lms winding of the transformer T2 is determined by the voltage obtained by the ratio of the L1 winding and the Lms winding of the transformer T2 and the voltage rectified through the diode D2. The voltage transferred to the Lms winding of the transformer T2 is applied to the choke coil CH through the capacitor C3. The choke coil CH is applied with the voltage determined by the voltage of the capacitor C3 and the voltage of the smoothing capacitor C1 at the sum of the voltage through the diode D2 and the voltage transmitted to the Lms winding passing through the capacitor C3. As a result, the current flowing in the choke coil CH increases. At this time, the capacitor C3 is charged with the current flowing through the choke coil CH, and the voltage applied to the choke coil CH is reduced to the slope (the current flowing through the choke coil CH / capacity value of the capacitor C3).

다음에 스위칭소자 Q가 스위칭오프되는 경우에 있어서 본 발명에 따른 포워드컨버터의 동작을 설명한다.Next, the operation of the forward converter according to the present invention in the case where the switching element Q is switched off will be described.

스위칭소자 Q가 스위칭오프되면 트랜스포머 2의 Lms권선에 의한 여자인덕턴스와 캐패시터 C3으로 이루어진 직렬공진회로가 공진을 개시하고 이에 따라 다이오드 D4가 도통된다. 그러므로 초크코일 CH로는 다이오드 D4를 통한 전류가 흐르게 된다. 이때 트랜스포머 2의 Lms권선에 연결된 캐패시터 C3의 부분에는 양(+)의 전압이 나타나고 Lms권선에는 순방향 전압이 나타나기 때문에 트랜스포머 T2의 Lms권선은 L1권선으로 전력을 유기시켜 부하 4에 직류전압이 공급되도록 한다. 이러한 직류전압이 공급되는 중에 캐패시터 C3의 전압이 0볼트로 되면 Lms권선을 통한 부하 4로의 전원공급은 없어지고, Lms권선과 캐패시터 C3에 의한 공진전류는 점점 감소하여 역방향으로 흐르기 시작한다. 역방향의 공진전류는 초크코일 CH를 흐르는 전류를 상쇄시키고 제로가 될 때까지 증가하게 된다. 브리지다이오드 BD를 흐르는 전류가 제로가 되면 초크코일 CH를 흐르는 전류는 Lms권선과 캐패시터 C3을 통해 흐르게 되고, Lms권선에는 전압이 축적되지 않게 된다. 이때 부하 4로의 전원공급은 플라이휠 다이오드 D3을 통해 이루어지며, Lms권선이 전압을 갖지 않기 때문에 초크코일 CH에 인가되는 전압이 증가되고 캐패시터 C3은 초크코일 CH를 흐르는 전류에 의해 충전된다.When the switching element Q is switched off, the series resonant circuit composed of the excitation inductance by the Lms winding of the transformer 2 and the capacitor C3 starts resonance, and thus the diode D4 becomes conductive. Therefore, current flows through the diode D4 through the choke coil CH. At this time, positive voltage appears on the part of capacitor C3 connected to the Lms winding of transformer 2 and forward voltage appears on the Lms winding. Therefore, Lms winding of transformer T2 draws power to the L1 winding so that DC voltage is supplied to load 4. do. When the voltage of capacitor C3 becomes 0 volts while the DC voltage is supplied, the power supply to the load 4 through the Lms winding is lost, and the resonance current by the Lms winding and the capacitor C3 gradually decreases and starts to flow in the reverse direction. The resonant current in the reverse direction cancels the current flowing through the choke coil CH and increases until it becomes zero. When the current flowing through the bridge diode BD becomes zero, the current flowing through the choke coil CH flows through the Lms winding and the capacitor C3, and no voltage is accumulated in the Lms winding. At this time, power is supplied to the load 4 through the flywheel diode D3. Since the Lms winding has no voltage, the voltage applied to the choke coil CH is increased and the capacitor C3 is charged by the current flowing through the choke coil CH.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 포워드컨버터의 동작파형을 보여주는 도면으로, 참조부호 T1은 스위칭소자 Q가 스위칭온된 구간을 나타내며 T2는 스위칭소자 Q가 스위칭오프된 구간을 나타낸다. 상기 도 5a에서 (a)는 교류입력전압 Vinac을 나타내고, (b)는 교류입력전압 Iin을 나타낸다. 도 5b에서 (c)는 스위칭소자 Q(트랜지스터)의 베이스단자와 이미터단자 양단의 전압을 나타내고, (d)는 스위칭소자 Q의 컬렉터단자와 이미터단자 양단의 전압을 나타내고, (e)는 스위칭소자 Q의 컬렉터단자를 흐르는 전류를 나타낸다. (f)는 다이오드 D4의 전압을 나타내고, (g)는 다이오드 D4를 통해 흐르는 전류를 나타낸다. (h)는 캐패시터 C3의 전압을 나타내고, (i)는 캐패시터 C3를 통해 흐르는 전류를 나타낸다. (j)는 트랜스포머 T2의 Lms권선의 전압을 나타내고, (k)는 초크코일 CH를 통해 흐르는 전류를 나타내고, (l)은 부하 4를 통해 흐르는 출력전류를 나타낸다.5A and 5B are diagrams illustrating operating waveforms of the forward converter according to the present invention, in which reference numeral T1 denotes a section in which the switching device Q is switched on and T2 denotes a section in which the switching device Q is switched off. In FIG. 5A, (a) represents an AC input voltage Vinac, and (b) represents an AC input voltage Iin. In FIG. 5B, (c) shows voltages across the base terminal and the emitter terminal of the switching element Q (transistor), (d) shows the voltages across the collector terminal and the emitter terminal of the switching element Q, and (e) The current flowing through the collector terminal of the switching element Q is shown. (f) shows the voltage of diode D4, and (g) shows the current flowing through diode D4. (h) shows the voltage of capacitor C3, and (i) shows the current flowing through capacitor C3. (j) shows the voltage of the Lms winding of the transformer T2, (k) shows the current flowing through the choke coil CH, and (l) shows the output current flowing through the load 4.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 포워드컨버터의 스위칭온동작시 스위칭소자 Q의 베이스단자에 하이레벨의 스위칭 제어신호가 인가됨에 따라 스위칭소자 Q는 스위칭온된다. 이에 따라 트랜스포머 T1의 Lp권선에 축적된 직류전압이 Ls권선으로 유기되고 이 유기된 전압이 다이오드 D2에 의해 정류되고 평활캐패시터 C2에 의해 평활된 후 부하 4로 공급된다. 이와 동시에 다이오드 D2에 의해 정류된 직류전압은 트랜스포머 T2의 Lms권선으로 전달되므로 초크코일 CH에 흐르는 전류는 (k)에 도시된 바와 같이 증가한다.5A and 5B, the switching device Q is switched on as a high level switching control signal is applied to the base terminal of the switching device Q during the switching-on operation of the forward converter according to the present invention. Accordingly, the DC voltage accumulated in the Lp winding of the transformer T1 is induced to the Ls winding, and the induced voltage is rectified by the diode D2 and smoothed by the smoothing capacitor C2 and then supplied to the load 4. At the same time, the DC voltage rectified by the diode D2 is transferred to the Lms winding of the transformer T2, so that the current flowing in the choke coil CH increases as shown in (k).

한편 본 발명에 따른 포워드컨버터의 스위칭오프동작시 스위칭소자 Q의 베이스단자에 로우레벨의 스위칭 제어신호가 인가됨에 따라 스위칭소자 Q는 오프되고, 트랜스포머 T2의 Lms권선과 캐패시터 C3은 공진을 개시한다. 그러면 이 공진회로, 즉 트랜스포머 T2의 Lms권선과 캐패시터 C3은 (i)에 도시된 바와 같은 역방향의 전류를 초크코일 CH로 흘려보낸다. 이러한 역방향의 전류는 (i)에 도시된 바와 같이 초크코일 CH를 통해 흐르는 전류가 제로가 될 때까지 증가한다.On the other hand, as the low level switching control signal is applied to the base terminal of the switching element Q during the switching-off operation of the forward converter according to the present invention, the switching element Q is turned off, and the Lms winding of the transformer T2 and the capacitor C3 start resonance. This resonant circuit, i.e., the Lms winding of the transformer T2 and the capacitor C3, send current in the reverse direction to the choke coil CH as shown in (i). This reverse current increases as shown in (i) until the current flowing through the choke coil CH becomes zero.

요약하면, 본 발명에 따른 포워드컨버터는 브리지다이오드 BD와 평활캐패시터 C1의 사이에 순방향으로 접속된 다이오드 D4를 구비하고 있으며, 상기 다이오드 D4에 대해서는 직렬접속된 Lms권선과 캐패시터 C3이 병렬로 접속된다. 상기 Lms권선은 출력측의 정류소자 D2,D3와 평활캐패시터 C2의 사이에 접속된 L1권선에 대응하는 것으로, 상기 L1권선과 Lms권선은 각각 트랜스포머 T2의 1차측 권선 및 2차측 권선을 구성한다. 또한 본 발명에 따른 포워드컨버터는 다이오드 D4의 역방향단자와 평활캐패시터 C1의 사이에 접속된 초크코일 CH를 더 포함하여 이루어진다.In summary, the forward converter according to the present invention includes a diode D4 connected in the forward direction between the bridge diode BD and the smoothing capacitor C1, and the Lms winding and the capacitor C3 connected in series are connected in parallel with the diode D4. The Lms windings correspond to the L1 windings connected between the rectifying elements D2 and D3 on the output side and the smoothing capacitor C2. The L1 windings and the Lms windings constitute the primary winding and the secondary winding of the transformer T2, respectively. In addition, the forward converter according to the present invention further comprises a choke coil CH connected between the reverse terminal of the diode D4 and the smoothing capacitor C1.

이러한 본 발명에 따른 포워드컨버터의 스위칭온 동작시 상기 직렬접속된 Lms권선과 캐패시터 C3에는 전압이 전달되고 이에 따라 평활캐패시터 C1을 통해 흐르는 전류, 즉 초크코일 CH를 통해 흐르는 전류가 증가한다. 이와 달리 포워드컨버터의 스위칭오프 동작시 상기 직렬접속된 Lms권선과 캐패시터 C3으로 구성되는 공진회로는 공진을 개시하여 초크코일 CH를 통해 흐르는 전류가 다이오드 D4를 통해 흐르도록 한다. 그리고 상기 공진회로는 역방향의 공진전류를 생성하여 상기 초크코일 CH를 통해 흐르는 전류를 상쇄시키고 이 전류가 제로가 될 때가지 공진전류를 증가시킨다.During the switching-on operation of the forward converter according to the present invention, a voltage is transmitted to the Lms winding and the capacitor C3 connected in series, thereby increasing the current flowing through the smoothing capacitor C1, that is, the current flowing through the choke coil CH. In contrast, in the switching-off operation of the forward converter, the resonant circuit composed of the series-connected Lms windings and the capacitor C3 starts resonance so that a current flowing through the choke coil CH flows through the diode D4. The resonant circuit generates a reverse resonant current to cancel the current flowing through the choke coil CH and increases the resonant current until the current becomes zero.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 포워드컨버터는 스위칭온 동작시에는 평활캐패시터를 통해 흐르는 전류를 증가시키고 스위칭오프 동작시에는 역방향 전류를 생성하여 상기 평활캐패시터로 역방향의 전류가 흐르도록 함으로써 그 전류파형이 사인파의 형태에 근접하도록 한다. 이에 따라 포워드컨버터의 역률을 개선시킬 수 있으며, 포워드컨버터의 오동작을 막을 수 있으며, 무효전력을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the forward converter according to the present invention increases the current flowing through the smoothing capacitor during the switching-on operation, and generates a reverse current during the switching-off operation so that the reverse current flows to the smoothing capacitor, so that the current waveform is reduced. Get close to the shape of a sine wave. Accordingly, the power factor of the forward converter can be improved, the malfunction of the forward converter can be prevented, and the reactive power can be reduced.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

Claims

In a forward converter:

A bridge diode for full-wave rectifying the AC input voltage to output a first DC voltage;

A first smoothing capacitor that smoothes the first DC voltage and outputs a second DC voltage;

A control circuit for generating a switching control signal having a predetermined period in response to the input of the second DC voltage;

A switching element connected between the first smoothing capacitor and a ground terminal and switched on or off in response to the switching control signal;

A first diode forward connected between the bridge diode and the first smoothing capacitor;

And a secondary winding connected to a first load and a primary winding connected between the first diode and the switching element in parallel with respect to the first smoothing capacitor, and the second direct current when the switching element is switched on. A main transformer which accumulates a voltage in the primary winding and induces the secondary winding;

A second diode connected forward between the current input side of the secondary winding of the main transformer and the load to rectify and output a voltage induced in the secondary winding of the main transformer;

A third diode connected forward between the current output side of the secondary winding of the main transformer and the load to rectify and output a voltage induced in the secondary winding of the main transformer;

A second smoothing capacitor connected in parallel with the load to smooth a voltage output through the second diode or the third diode so that a stable voltage is supplied to the load;

A choke coil connected between the first diode and the current input side of the primary winding of the main transformer to remove harmonic components of the current flowing to the first smooth capacitor;

A capacitor connected in parallel with the first diode and having one side connected to the choke coil;

A current input side is connected to the cathode terminals of the second diode and the third diode, a primary winding having a current output side connected to the second smoothing capacitor, a primary winding connected to the primary winding, and a current output side connected to the bridge diode; The current input side comprises a secondary winding connected to the other side of the capacitor, increases the current flowing through the choke coil when switching on the switching element, and reverses the current through the choke coil when switching off the switching element. Forward converter comprising a secondary transformer for controlling the flow.