KR100255768B1 - 스너버전력을 이용한 역률개선회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스너버전력을 이용한 역률개선회로에 관한 것으로 특히, 스너버회로부의 인덕터에 축적된 에너지를 이용해 역률을 개선시키기 위한 스너버 전력을 이용한 역률개선회로에 관한 것이다.

종래 전력궤환을 이용한 부스트업 역률개선회로에서는 누설 인덕턴스에 의해 오버슈트가 발생되어 펄스폭변조부의 트랜지스터에 부담을 주게 되고 또한 회로가 복잡하며 부품수가 많아 원가 상승의 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 전력궤환부의 인덕터를 스너버회로에 추가하여 누설 인덕턴스에 의한 오버슈트를 흡수하고 또한 인덕터에 축적된 에너지를 역률개선회로부에 궤환시킴으로서 역률을 개선시키는데 그 주된 목적이 있다.

Description

스너버전력을 이용한 역률개선회로

본 발명은 스너버전력을 이용한 역률개선회로에 관한 것으로 특히, 스너버회로부의 인덕터에 축적된 에너지를 이용해 역률을 개선시키기 위한 스너버 전력을 이용한 역률개선회로에 관한 것이다.

종래 전력궤환을 이용한 부스트업 역률개선회로의 구성은 제1도에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 전파 정류하는 정류부(11)와, 상기 정류부(11)에서 정류된 전원의 역률을 개선시켜 출력하는 부스트업 역률개선부(12)와, 상기 부스트업 역률개선부(12)에서 출력된 전원에 따라 스위칭 제어 동작하는 펄스폭변조부(13)와, 상기 펄스폭변조부(13)의 스위칭 제어에 따라 권선 전류를 스위칭하여 자화 인덕턴스에 의해 에너지를 축적시키는 트랜스퍼머(14)와, 상기 트랜스퍼머(14)의 자화 인덕턴스에 의해 축적된 에너지를 전력궤환시키는 전력궤환부(15)로 구성된다.

미설명 부호 R1, R2는 저항, D2, D3, D4는 다이오드, C1, C2는 콘덴서, Q1은 트랜지스터이다.

상기와 같이 구성된 종래 전력궤환을 이용한 부스트업 역률개선회로의 동작을 제1도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 교류(AC)전원이 정류부(11)로 입력되면 상기 정류부(11)에서는 입력된 교류전원을 직류전원(DC)으로 전파 정류하여 부스트업 역률개선부(12)로 출력시키고, 상기 부스트업 역률개선부(12)에서는 입력된 직류전원을 권선(N_2-1)과 다이오드(D2)를 통해 콘덴서(C1)로 출력시킨다.

상기 콘덴서(C1)는 부스트업 역률개선부(12)에서 출력된 직류전인을 평활시키는데 이때, 펄스폭변조부(13)의 스위칭 제어동작에 의해 트랜스퍼머(14)의 권선전류가 스위칭되어진다.

즉, 상기 펄스폭변조부(13)의 트랜지스터(Q1)가 온되면 트랜스퍼머(14)의 2차측 권선에는 1차측 권선과 반대 극성의 전압이 발생되므로 다이오드(D3)(D4)에는 역바이어스(-)의 전류가 흘러 차단되고 따라서, 2차측 권선에는 전류가 흐르지 못해 1차측 권선으로만 전류가 흘러 자화 인덕턴스에 의해 자기 에너지가 축적된다.

이때, 펄스폭변조부(13)의 트랜지스터(Q1)가 오프되면 트랜스퍼머(14)의 2차측 권선에는 전상태와 반대 극성의 전압이 발생되므로 다이오드(D3)(D4)에는 정바이어스(+)의 전류가 흘러 온되고, 자화 인덕턴스에 의해 축적된 에너지는 다이오드(D3)(D4)를 통해 방출된다.

또한, 전력궤환부(15)의 다이오드(D3) 및 저항(R1)을 통해 방출된 에너지에 의해 트랜스퍼머(T₁)의 권선(N_1-1)에 전류가 흐르게 되며 이때, 저항(R1)은 다이오드(D3)의 방출전류를 제어함과 동시에 역률개선부(12)의 역률도 제어할 수 있다.

즉, 다이오드(D3) 및 저항(R1)을 통해 방출된 전류는 권선(N_1-1)의 자화 인덕턴스에 의해 트랜스퍼머(T₁)에 다시 에너지로 축적되며, 이 축적된 에너지는 펄스폭변조부(13)의 온 스위칭 시 트랜스퍼머(T₁)의 권선(N_2-1)에 영향을 주게 되어 자기 에너지가 축적된다.

결국, 권선(N_2-1)에 축적된 자기 에너지는 다이오드(D2)를 통하여 콘덴서(C1)에서 부스트업되어 역률을 개선시키게 된다.

그러나, 종래 전력궤환을 이용한 부스트업 역률개선회로에서는 전력궤환부의 누설 인덕턴스에 의해 제2(a)도의 파형과 같이 펄스폭변조부의 트랜지스터(Q1)에 오버슈트가 발생되고 또한 회로가 복잡하며 부품수가 많아 원가 상승의 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 전력궤환부의 인덕터를 스너버회로에 추가하여 누설 인덕턴스에 의한 오버슈트를 흡수하고 또한, 인덕터에 축적된 에너지를 역률개선회로부에 궤환시킴으로서 역률을 개선시키는데 그 주된 목적이 있다.

제1도는 종래 전력궤환을 이용한 부스트업 역률개선회로의 회로도.

제2도는 종래기술에서 각부 출력파형도.

제3도는 본 발명 스너버전력을 이용한 역률개선회로의 회로도.

제4도는 본 발명에서 각부 출력파형도.

상기 목적달성을 위한 본 발명 스너버전력을 이용한 역률개선회로의 구성은 제2도에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류전원을 직류전원으로 전파 정류하는 정류부(21)와, 상기 정류부(21)에서 정류된 전원의 역률을 개선시켜 콘덴서(C2)에 충전하는 역률개선부(22)와, 인가되는 스위칭 제어펄스에 따라 스위칭 동작하여 콘덴서(C2)로부터 방전되는 전압을 입력받아 부하에 공급하도록 하는 전원공급부(SMPS; Switching mode power supply)(23)와, 스위칭 동작에 따라 전원공급부(23)에 축적된 콘덴서(C2)의 방전전압을 입력받아 상기 역률개선부(22)로 궤환시키는 스너버회로(24)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전원공급부(23)는 베이스로 입력되는 스위칭 제어펄스에 따라 온/오프 스위칭 동작하는 트랜지스터(Q1)와, 트랜지스터(Q1)의 스위칭 동작에 따라 1차측으로 축적되는 콘덴서(C2)의 방전전압을 2차측으로 유기시켜 콘덴서(C3)를 통해 충방전하여 부하에 공급하는 트랜스(T2)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 스너버회로(24)는 상기 트랜지스터(Q1)의 오프동작시 전원공급부(23)의 트랜스(T2)의 1차측에 축적된 전압을 충전하고, 트랜지스터(Q1)의 온동작시 방전하는 콘덴서(C1)와, 저항(R1)을 통해 전달되는 콘덴서(C1)의 방전전압을 역률개선부(22)로 전달하는 트랜스(T1)를 포함하여 구성된다.

미설명 부호 D1, D2, D3는 다이오드이다.

상기와 같이 구성된 본 발명 스너버전력을 이용한 역률개선회로의 작용효과를 제3도와 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 교류(AC)전원이 브리지다이오드(BD1)로 이루어진 정류부(21)로 인가되면, 상기 정류부(21)에서는 입력된 교류전원을 직류(DC)전원으로 전파 정류시켜 역률개선부(33)로 출력한다.

상기 역률개선부(22)로 입력된 직류전압은 트랜스(T1)의 권선(N₂) 및 다이오드(D1)를 통해 콘덴서(C2)에 충전된다.

이와 같이 충전된 콘덴서(C2)의 전압은 전원공급부(23)의 스위칭동작에 따라서 충전과 방전작용을 하게 되는 바, 이는 스위칭 제어펄스에 따라 동작하는 트랜지스터(Q1)의 온/오프 동작에 따라 트랜스(T2)의 권선전류가 스위칭되면서, 1차측 권선(N₁)으로 유기된 전력이 2차측 권선(N₂)으로 전달되기 때문이다.

즉, 트랜지스터(Q1)가 온동작하면 콘덴서(C2)에 충전된 전압이 방전되면서, 트랜스(T2)의 2차측 권선(N₂)에는 1차측 권선(N₁)과 반대 극성의 전압이 발생되므로 다이오드(D3)에는 역바이어스 전류가 흘러 트랜스(T2)의 2차측(N₂)에는 전류가 흐르지 않고 트랜스(T2)의 1차측 권선(N₁)에만 전류가 흘러 1차측 권선(N₁)에는 자기 에너지(e=½LI²)가 축적된다.

이때, 트랜지스터(Q1)가 오프동작으로 변환되면 트랜스(T2)의 2차측 권선(N₂)에는 전상태와 반대 극성의 전압이 발생되므로 트랜스(T2)의 1차측 권선(N₁)에 축적된 에너지(e=½LI²)는 다이오드(D3)를 통해 콘덴서(C3)로 충전되어 영상기기에 전원전압이 공급된다.

이때, 상기 트랜지스터(Q1)가 오프되면, 트랜스(T2)의 1차측 권선(N₁)에 축적된 전압이 다이오드(D2)를 통해 콘덴서(C1)에 충전된다.

이후, 트랜지스터(Q1)가 온 동작하게 되면, 상기 콘덴서(C1)의 충전전압이 저항(R1)과 트랜스(T1)의 1차측 권선(N1)으로 이루어진 루프(loop)를 통해 방전되고, 이와 같이 1차측 권선(N1)에 유기된 전압은 2차측 권선(N₂)으로 전달되어 역률개선부(22)로 공급된다.

이와 같이 트랜스(T2)의 2차측 권선(N₂)에 유기된 전압은 다이오드(D1)을 통해 다시 콘덴서(C2)에 충전되어 앞서 설명한 바와 같은 스위칭 전원전압으로 사용되는 것이다.

이때, 상기 콘덴서(C2)에 트랜지스터(Q1)의 스위칭주파수와 같은 주파수로 에너지가 축적된다.

따라서, 상용주파수 1주기의 넓은 범위에 걸쳐 콘덴서(C2)에 PWM제어부(23a)의 스위칭주파수와 같은 주파수로 전력이 충전됨으로서 부하측에서는 제4도와 같은 전압과 사인파에 가까운 전류가 출력되어 역률이 개선되어진다.

한편, 전원공급부(23)에서 이상전압이 발생되어 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단전압 즉 b점 전압이 스너버회로(24)의 a점 전압보다 높아질 경우에 있어서도, 전원공급부(23)의 트랜스(T2)의 1차측 권선(N₁)에 축적된 전압이 다이오드(D2)를 통해 콘덴서(C1)에 충전된다.

따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 콘덴서(C1)에 충전된 전압은 전원공급부(23)의 트랜지스터(Q1)가 온 동작하게 되면 방전되어 콘덴서(C2)에 충전된다.

상기와 같이 작용하는 본 발명 스너버전력을 이용한 역률개선회로는 스너버회로부의 인덕터에 축적된 에너지를 궤환시킴으로서 역률을 개선시킬수 있고, 또한 인덕터에 축적된 에너지를 다른 에너지원으로 사용하여 절전에 기여할 수 있으며, 역률이 개선됨으로 변압기 및 발전소의 손상을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 입력되는 교류전원을 직류전원으로 전파 정류하는 정류부(21)와, 상기 정류부(21)에서 정류된 전원의 역률을 개선시켜 콘덴서(C2)에 충전하는 역률개선부(22)와, 인가되는 스위칭 제어펄스에 따라 스위칭 동작하여 콘덴서(C2)로부터 방전되는 전압을 입력받아 부하에 공급하도록 하는 전원공급부(23)와, 스위칭 동작에 따라 전원공급부(23)에 축적된 콘덴서(C2)의 방전전압을 입력받아 상기 역률개선부(22)로 궤환시키는 스너버회로(24)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스너버전력을 이용한 역률개선회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 스너버회로(24)는 전원공급부(23)의 스위칭 동작시, 스위칭 동작에 따라 전원공급부(23)에 축적된 콘덴서(C2)의 방전전압에 대한 경로를 지정하고 전원공급부(23)로의 역바이어스로 전류가 흐르게 됨을 방지하는 다이오드(D2)와, 다이오드(D2)를 통해 입력된 전압을 충전하는 콘덴서(C1)과, 전원공급부(23)의 스위칭 동작에 따라 저항(R1)을 통해 방전되는 콘덴서(C1)의 전압을 역률개선부(22)로 전달하는 트랜스(T1)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스너버전력을 이용한 역률개선회로.

Images