KR100326462B1 - Self-oscillating circuit with class e power amp and pwm modulator capable of controlling the wide range input voltage - Google Patents
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Abstract
외부 환경요인에 의해 발생하게 되는 각 소자특성의 변화를 최소화시킬 수 있는 장점이 있는 자려 발진 회로에 관한 것으로, 공진 주파수가 틀어지고 부가적인 DC-DC 변환기단이 필요하다는 문제점을 해결하기 위해, 넓은 범위의 입력 라인 레귤레이션(Input line regulation)이 가능한 1 단 자려 발진 회로로서, 부하, 전원 공급 단자, 전원 공급 단자에 접속된 전력 증폭 수단, 인덕터와 커페시터로 이루어지고 전력 증폭 수단에 접속된 필터, 부하를 구동하고 필터에 접속된 트랜스 수단, 트랜스 수단에 접속되고, 트랜스 수단에서 출력된 신호를 이용해 자려 발진 주파수에 해당하는 톱니파를 형성하는 펄스 형성(Pulse shaper) 수단, 부하에 접속되고, 미리 설정된 부하 전류값과 부하에서의 실제 전류값을 비교하는 오차 증폭 수단 및 펄스 형성 수단에서 형성된 톱니파 신호와 오차 증폭 수단에서의 비교 신호에 따라 듀티비를 조절하기 위한 자려 발진 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 수단을 포함하고, 이 펄스 폭 변조 수단의 출력 신호로 전체 회로의 입력 라인 레귤레이션이 가능하게 되는 구성으로 하였다. 이러한 회로를 이용하는 것에 의해, 입력 전압이 넓은 범위에서 변화하여도 출력 부하에서 일정한 전압,전류를 얻을수 있다.The present invention relates to a self-excited oscillation circuit having an advantage of minimizing a change in characteristic of each device caused by external environmental factors. In order to solve the problem that a resonance frequency is changed and an additional DC-DC converter stage is required, Power amplification means connected to a load, a power supply terminal, a power supply terminal, a filter formed of an inductor and a capacitor and connected to the power amplification means, a load Pulse shaping means connected to the load and connected to the transformer means and forming a sawtooth wave corresponding to the self-oscillating frequency by using the signal outputted from the transformer means; Error amplifying means for comparing the current value with the actual current value in the load, and a saw formed in the pulse forming means And a pulse width modulation means for generating a self-excited oscillation signal for adjusting a duty ratio in accordance with a comparison signal in the error amplifying means, wherein the output signal of the pulse width modulation means enables input line regulation of the entire circuit Respectively. By using such a circuit, even if the input voltage changes in a wide range, a constant voltage and current can be obtained in the output load.
Description
본 발명은 입력 라인 레귤레이션(Input line regulation)이 가능하고 주위의 온도, 습도, 충격 등과 같은 외부 환경요인에 의해 발생하게 되는 각 소자특성의 변화를 최소화시킬 수 있는 장점이 있는 자려 발진 회로에 관한 것으로, 특히 액정 디스플레이(LCD)용 백라이트 인버터 회로에 적용하여 유용한 자려 발진 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a self-excited oscillation circuit capable of input line regulation and minimizing variation in characteristics of each device caused by external environmental factors such as ambient temperature, humidity, impact, and the like To a backlight inverter circuit for a liquid crystal display (LCD).
기존의 실용화되고 있는 인버터는 크게 마그네틱 트랜스를 이용한 것과 PCT(Piezo-ceramic transformer)를 이용한 인버터가 있다.Conventionally, there are inverters using magnetic transformer and PCT (Piezo-ceramic transformer).
일반적으로 두 종류의 인버터 모두 구동 회로가 복잡하며, 입력 전압변화의 범위가 넓은 응용 회로에서는 일정한 입력 전압을 공급하기 위해 입력단에 DC-DC 변환기가 필요하다는 문제점을 갖고 있다.Generally, the driving circuit of both types of inverters is complicated. In the application circuit having a wide input voltage variation range, a DC-DC converter is required at the input stage to supply a constant input voltage.
도 1은 종래의 마그네틱 트랜스 인버터의 블록도로서, 자려 발진 방식을 사용하고 있다.Fig. 1 is a block diagram of a conventional magnetic trans- < RTI ID = 0.0 >inverter; < / RTI >
도 1에 있어서, L은 인덕터, C는 인덕터 L에 직렬로 접속된 커페시터, (11)은 공급 전원 VIN에서 공급되는 전원을 ON/OFF시키는 반도체 스위치, (12)는 반도체 스위치(11)과 인덕터 L 사이에 접속된 환류 다이오드, (13)은 인덕터 L과 커페시터 C 사이에 접속된 자려 발진회로, (14)는 커페시터 C에 직렬로 접속된 출력 부하, (15)는 출력 부하(14)와 접지 사이에 접속된 출력 전압 감지 저항(Sensing resistor), (16)은 출력 부하(14)와 저항(15)의 사이와 스위치(11)사이에 접속된 PWM변조기이다.1 denotes a capacitor connected in series to the inductor L, 11 denotes a semiconductor switch for turning on / off the power supplied from the power supply V IN , 12 denotes a semiconductor switch 11, An inductor L connected between the inductor L and the inductor L, a self-excited oscillation circuit connected between the inductor L and the capacitor C, (14) an output load connected in series to the capacitor C, (15) 16 is a PWM modulator connected between the output load 14 and the resistor 15 and between the switch 11 and the output 11,
그러나 이 방식은 입력 라인 레귤레이션을 위해 부가적인 DC-DC 변환기단을 이용하므로, 도 1에 도시된 바와 같이 전체 회로가 2단으로 구성되어 진다.However, since this method uses an additional DC-DC converter stage for input line regulation, the entire circuit is composed of two stages as shown in Fig.
도 2는 종래의 PCT 인버터의 블록도로서, 2단 푸시풀 압전 세라믹 인버터를 나타낸다.2 is a block diagram of a conventional PCT inverter, which shows a two-stage push-pull piezoelectric ceramic inverter.
도 2에 있어서는 인덕터 L1과 L2의 2개의 인덕터로 분리되고 커페시터C가 인덕터 L1및 L2와 병렬로 접속되고, 또한 PCT가 이 커페시터와 병렬로 접속되는 구조이다. 즉, PCT가 부하(14)에 직렬로 접속되고, 스위치(11)의 출력이 인덕터 L1과 L2사이에 연결된다.In FIG. 2, the inductors L 1 and L 2 are separated into two inductors, the capacitor C is connected in parallel with the inductors L 1 and L 2, and the PCT is connected in parallel with the capacitor. That is, the PCT is connected in series to the load 14, and the output of the switch 11 is connected between the inductors L 1 and L 2 .
또, 인덕터 L1과 L2의 양단에는 전력 증폭기(21)이 접속되고, 이 전력 증폭기(21)가 PWM 변조기(16)에 접속된다. 또, 출력 부하(14)의 출력이 오차 증폭기(22)로 공급된 후 PWM 변조기(16)으로 전달되며, VCO(Voltage Controlled Oscillator)(23)의 출력도 PWM 변조기(16)에 공급된다.A power amplifier 21 is connected to both ends of the inductors L 1 and L 2 , and the power amplifier 21 is connected to the PWM modulator 16. The output of the output load 14 is supplied to the error amplifier 22 and then to the PWM modulator 16. The output of the voltage controlled oscillator 23 is also supplied to the PWM modulator 16. [
그러나, 이 방식은 도 2에 도시된 바와 같이, 외부에 각 트랜스 구동에 필요한 복잡한 회로가 필요하며, 주위 온도변화 및 충격과 같은 외부 환경변화에 따라 구동회로의 VCO(23)의 주파수와 PCT의 공진 주파수가 틀어지는 근본적인 문제점을 안고 있다.However, as shown in FIG. 2, this method requires a complicated circuit required for external driving of each transformer, and the frequency of the VCO 23 of the driving circuit and the frequency of the PCT Resonance frequency is distorted.
또한 마그네틱 트랜스를 이용한 도 1의 인버터에서처럼 부가적인 DC-DC 변환기단이 필요하다.In addition, an additional DC-DC converter stage is required as in the inverter of FIG. 1 using a magnetic transformer.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 종래의 인버터 회로에서 발생된 외부 환경요인의 변화에 따른 트랜스 의 공진 주파수와 구동 회로단의 주파수간의 불일치를 해결하기 위한 자려 발진 회로를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a self-excited oscillation circuit for solving a mismatch between a resonance frequency of a transformer and a frequency of a drive circuit end, .
본 발명의 다른 목적은 종래에 사용된 DC-DC변환기와 같은 부가적인 조정 단이 아니라 자려 발진 회로의 듀티비(Duty ratio)를 조정하는 방식으로 입력 전압이 넓은 범위에서 변화하여도 출력 부하에 일정 전압 및 전류가 흐를 수 있는 기술을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of adjusting a duty ratio of a self-oscillating circuit instead of an additional adjusting step such as a conventional DC-DC converter, Voltage, and current.
도 1은 마그네틱 트랜스를 이용한 종래의 자려 발진 회로의 블록도,1 is a block diagram of a conventional self-excited oscillation circuit using a magnetic transformer,
도 2는 PCT(Piezo-ceramic transformer)를 이용한 종래의 인버터 회로의 블록도,2 is a block diagram of a conventional inverter circuit using a PCT (Piezo-ceramic transformer)
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 1단의 자려 발진 회로를 나타내는 블록도,3 is a block diagram showing a self-excited oscillation circuit of a first stage according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 입력 라인 레귤레이션을 설명하기 위해, 입력 전압에 따라 변하게 되는 펄스 폭의 변화를 하프 브리지단 출력에서 본 파형도,FIG. 4 is a waveform diagram of a pulse width variation according to an input voltage as viewed from a half bridge stage output in order to explain the input line regulation according to the present invention.
도 5는 본 발명의 E급 전력 증폭기중 하나인 하프 브리지 전력 증폭기를 PCT에 적용한 도면,5 is a diagram illustrating a half bridge power amplifier, which is one of the class E power amplifiers of the present invention, applied to a PCT,
도 6은 본 발명의 E급 전력 증폭기중 하나인 하프 브리지 전력 증폭기를 마그네틱 트랜스에 적용한 도면,6 is a diagram illustrating a half bridge power amplifier, which is one of the class E power amplifiers of the present invention, applied to a magnetic transformer,
도 7은 본 발명의 입력 라인 레귤레이션을 설명하기 위해, 입력 전압에 따라 변하게 되는 펄스 폭의 변화를 풀 브리지단 출력에서 본 파형도,FIG. 7 is a waveform diagram showing a change in pulse width that varies according to an input voltage from the output of the full-bridge stage, in order to explain the input line regulation of the present invention.
도 8은 본 발명의 E급 전력 증폭기중 하나인 풀 브리지 전력 증폭기를 PCT에 적용한 도면,8 is a diagram illustrating a full-bridge power amplifier, which is one of the class E power amplifiers of the present invention, applied to a PCT,
도 9는 본 발명의 E급 전력 증폭기중 하나인 풀 브리지 전력 증폭기를 마그네틱 트랜스에 적용한 도면.9 is a view showing a full-bridge power amplifier, which is one of the class E power amplifiers of the present invention, applied to a magnetic transformer.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
1 : E급 전력 증폭기 2 : LC필터단1: Class E power amplifier 2: LC filter stage
3 : PWM 변조기 4 : 펄스 형성기3: PWM modulator 4: Pulse generator
5 : 오차 증폭기 6 : 트랜스5: Error amplifier 6: Trance
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자려 발진 회로는 넓은 범위의 입력 라인 레귤레이션이 가능한 1 단 자려 발진 회로로서, 부하, 전원 공급 단자, 전원공급 단자에 접속된 전력 증폭 수단, 인덕터와 커페시터로 이루어져 전력 증폭 수단에 접속된 필터, 부하를 구동하고 필터에 접속된 트랜스 수단, 트랜스 수단에 접속되고, 트랜스 수단에서 출력된 신호에서 자려 발진 주파수에 해당하는 톱니파를 형성하는 펄스 형성 수단, 부하에 접속되고, 미리 설정된 부하 전류값과 부하에서의 실제 전류값을 비교하는 오차 증폭 수단 및 펄스 형성 수단에서 형성된 톱니파 신호와 오차 증폭 수단에서의 비교 신호에 따라 자려 발진 신호의 듀티비를 조절하는 펄스 폭 변조 수단을 포함하고, 이렇게 펄스폭이 변조된 자려 발진 신호에 의해 전체 회로의 입력 라인 레귤레이션이 이루어 진다.In order to achieve the above object, the self-oscillating circuit of the present invention is a one-stage self-oscillating circuit capable of performing a wide range of input line regulation. The self-oscillating circuit includes a load, a power supply terminal, a power amplifier connected to a power supply terminal, an inductor and a capacitor, Pulse generating means for generating a sawtooth wave corresponding to the self-excited oscillation frequency in the signal output from the transformer means, the pulse generating means being connected to the load, Error amplifying means for comparing a predetermined load current value with an actual current value in the load, and pulse width modulating means for adjusting a duty ratio of the self-excited oscillation signal in accordance with the sawtooth signal formed in the pulse forming means and the comparison signal in the error amplifying means And by the pulse-width-modulated self-oscillating signal, Regulation is done.
또, 본 발명의 자려 발진 회로에 있어서는 자려 발진 신호 자체를 이용하여 상기 펄스 형성 수단, 상기 오차 증폭수단 및 상기 펄스 폭 변조 수단으로 펄스 폭을 변조시킨다.In the self-excited oscillating circuit of the present invention, the pulse width is modulated by the pulse forming means, the error amplifying means, and the pulse width modulating means by using the self-oscillating signal itself.
또, 본 발명의 자려 발진 회로에 있어서는 상기 트랜스 수단은 압전 세라믹 트랜스 또는 마그네틱 트랜스로 구성되고, 상기 압전 세라믹 트랜스 또는 마그네틱 트랜스를 구동시키기 위한 하프 브리지 증폭단 또는 풀 브리지 증폭단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, in the self-excited oscillation circuit of the present invention, the transformer means is composed of a piezoelectric ceramic transformer or a magnetic transformer, and further comprises a half bridge amplifying stage or a full bridge amplifying stage for driving the piezoelectric ceramic transformer or the magnetic transformer .
또, 본 발명의 자려 발진 회로에 있어서는 상기 펄스 폭 변조 방식에서 펄스의 듀티비(Duty ratio)가 매우 좁아지는 경우, 스위칭 손실이 크게 늘어나는 것을 방지하기 위해, 상기 하프 브리지 증폭단 또는 풀 브리지 증폭단에 차지 펌프 회로를 적용한 구성으로 한다.In the self-excited oscillation circuit of the present invention, in order to prevent the switching loss from being greatly increased when the duty ratio of the pulse is very narrow in the pulse width modulation system, the half bridge amplification stage or the full bridge amplification stage Pump circuit is applied.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
또한, 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 그 반복적인 설명은 생략한다.In addition, the same portions are denoted by the same reference numerals, and a repetitive description thereof will be omitted.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 1단의 자려 발진 회로를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram showing a self-excited oscillating circuit of a first stage according to an embodiment of the present invention.
도 3에 있어서 입력단에는 E급 전력 증폭기(1)이 접속되고, 이 전력 증폭기(1)의 출력이 인덕터 L과 커페시터 C로 이루어진 LC필터(2)로 공급된다. 트랜스(6)은 LC필터(2)의 출력을 받아 부하(7)을 기동하기 위한 제1의 신호와 서로 직렬로 접속된 저항 R1와 R2를 통해 전체 회로의 자려 발진을 위한 제2의 신호를 출력한다.3, an input terminal is connected to an E-class power amplifier 1, and the output of the power amplifier 1 is supplied to an LC filter 2 composed of an inductor L and a capacitor C. The transformer 6 receives the output of the LC filter 2 and receives a first signal for starting the load 7 and a second signal for self-oscillation of the entire circuit through resistors R 1 and R 2 connected in series with each other. And outputs a signal.
펄스 형성기(4)는 저항 R1와 R2의 직렬 접속 점에 연결되어, 트렌스(6)의 출력 신호를 이용해 자려 발진 주파수에 해당하는 톱니파를 형성한다. 오차 증폭기(5)는 미리 설정된 부하 전류값과 부하(7)에서의 실제 전류값을 비교한 출력 전압 신호를 생성한다.The pulse generator 4 is connected to the series connection point of the resistors R 1 and R 2 and forms a sawtooth wave corresponding to the oscillation frequency by using the output signal of the transmission 6. The error amplifier 5 generates an output voltage signal that compares the pre-set load current value with the actual current value at the load 7.
PWM 변조기(3)은 펄스 형성기(4)에서 형성된 톱니파 신호와 오차 증폭기(5)에서의 비교 신호에 따라 자려 발진 신호의 펄스폭을 변조하게 되는데, 이렇게 변조된 자려 발진 신호에 의해 전체 회로의 입력 라인 레귤레이션(Input line regulation)이 이루어 진다.The PWM modulator 3 modulates the pulse width of the self-excited oscillation signal in accordance with the sawtooth signal generated in the pulse generator 4 and the comparison signal in the error amplifier 5. The pulse amplitude of the self- Input line regulation is performed.
다음에, 도 3에 도시된 본 발명의 자려 발진 원리를 설명하면 다음과 같다.Next, the self-excited oscillation principle of the present invention shown in FIG. 3 will be described as follows.
일반적으로 궤환 회로에서 자려 발진이 일어나기 위해서는 바르크하우젠 기준(Barkhausen Criterion)을 만족하여야 한다. 즉, 궤환회로의 궤환 이득(Closed loop gain) AF가In general, for the self-excited oscillation to occur in the feedback circuit, the Barkhausen Criterion must be satisfied. That is, the closed loop gain A F of the feedback circuit
(여기서, AO는 오픈 루프 이득이다)(Where A o is the open loop gain)
이므로, 루프 이득(Loop gain) T는Therefore, the loop gain T
가 되는데 이 루프가 발진하기 위해서는 다음과 같은 조건을 만족해야 한다.In order for this loop to oscillate, the following condition must be satisfied.
1) One)
2) 전체 루프단의 위상 이동(Phase shift)이가 되어야 한다.2) Phase shift of the entire loop stage .
도 3의 본 발명에서 전체 루프 이득 T는In the present invention of FIG. 3, the total loop gain T
( 여기서: LC 필터 이득( here : LC filter gain
: PCT 또는 MT 이득 : PCT or MT gain
: 오차 증폭기 이득 : Error amplifier gain
: 전력 증폭기 이득 ) : Power amplifier gain)
와 같이 된다..
따라서 위의 발진 조건에 의해 전체 이득의 절대 크기는Therefore, according to the above oscillation condition, the absolute magnitude of the total gain is
루프단의 위상 이동은The phase shift of the loop stage
와 같이 되도록 루프단을 구성해 주면 자려 발진을 하게된다.So that a self-oscillation occurs.
본 발명의 입력 라인 레귤레이션(Input line regulation)을 설명하면 아래와 같다.The input line regulation of the present invention will be described below.
상술한 종래의 DC-DC 변환기를 이용한 2단의 인버터와는 달리 본 발명은 자려 발진회로의 듀티비를 조절하는 방식으로 입력 라인 레귤제이션을 하였다.Unlike the conventional two-stage inverter using the DC-DC converter, the present invention regulates the input line by adjusting the duty ratio of the self-excited oscillation circuit.
즉, 본 발명에 있어서는 도 3 에 도시한 바와 같이, 트랜스(6) 출력단에서 두 개의 신호를 얻어낸다. 제1의 출력 신호는 부하(7)에 흐르는 전류를 감지한 신호이며, 제2의 출력 신호는 전체 회로의 자려 발진 신호이다.That is, in the present invention, as shown in FIG. 3, two signals are obtained at the output terminal of the transformer 6. The first output signal is a signal that senses a current flowing in the load 7, and the second output signal is a self-oscillating signal of the entire circuit.
이렇게 얻은 두 신호 중 전류 감지 신호는 오차 증폭기(5)를 통해 설정된 부하 전류값과 비교한 출력 전압 신호를 만들고, 자려 발진 신호는 펄스 형성기(4)를 통해 자려 발진 주파수에 해당하는 톱니파를 만들게 된다.Among the two signals thus obtained, the current sense signal makes an output voltage signal compared with the load current value set through the error amplifier 5, and the self-excited oscillation signal makes a sawtooth wave corresponding to the self-oscillating frequency through the pulse generator 4 .
본 발명은 이렇게 만들어진 두 신호를 펄스 폭 변조기(3)를 통해 듀티비를 조절하며, 이렇게 변조된 신호는 전체 회로의 입력 라인 레귤레이션을 수행하게 된다.The present invention adjusts the duty ratio of the two signals through the pulse width modulator 3, and the modulated signal performs input line regulation of the entire circuit.
이 방식은 종래에 외부 VCO의 듀티를 제어하여 입력 라인 레귤레이션을 수행한 방식과 달리 외부 환경 요인으로 발생하게 되는 VCO와 트랜스 공진 주파수간의 불일치 현상을 방지할 수 있다.Unlike the conventional method in which the duty of the external VCO is controlled to perform the input line regulation, this method can prevent the inconsistency between the VCO and the trans-resonance frequency caused by external environmental factors.
자려 발진회로의 듀티비를 조절하여 인버터의 입력 라인 레귤레이션이 이루어지는 방식을 좀더 자세히 설명하면 아래와 같다.The method of adjusting the input line of the inverter by adjusting the duty ratio of the self-excited oscillation circuit will be described in more detail as follows.
즉 입력 라인 레귤레이션(Input line regulation)에 있어서 가장 낮은 입력전압값을이라 하고 가장 높은 전압값을라 하면 일반적으로 입력전압이일 때 듀티비는 50%가 된다. 그리고 입력 전압이방향으로 증가하게 되면 아래 수학식 6 및 도 4와 같이 입력 전압()에 대해 듀티비가 줄어들게 되어 입력 라인 레귤레이션이 이루어지게 된다. 도 4는 본 발명에 따른 입력 라인 레귤레이션을 설명하기 위해, 입력 전압에 따라 변하게 되는 펄스 폭의 변화를 도 3의 하프 브리지의 E급 증폭기(1)의 출력 A점에서 본 파형도이다.That is, the lowest input voltage value for input line regulation And the highest voltage value Generally, the input voltage is The duty ratio becomes 50%. And the input voltage , The input voltage (< RTI ID = 0.0 > ), The duty ratio is reduced, and the input line regulation is performed. FIG. 4 is a waveform diagram of a change in the pulse width depending on the input voltage, which is viewed from the output A point of the class-E amplifier 1 of the half bridge of FIG. 3 in order to explain the input line regulation according to the present invention.
(여기서: 입력 전압이일 때의 듀티비)(here : Input voltage is Duty ratio )
이때 발생하는 문제점은값이값에 비해 매우 클 때 듀티비는 매우 작아 지게 된다는 것이다.The problem The value is When the value is very large compared to the duty ratio Is very small.
일반적으로 입력 전압이 8V에서 듀티비를 50%로 했을 때, 입력 전압이 20V가 되면, 듀티비는 13%로 줄어들게 된다. 이렇게 듀티비가 줄어들게 되면 인버터 전력 증폭기단(Power amp.)의 스위칭 손실이 커지게 된다.Generally, when the input voltage is 20V at 8V and the duty ratio is 50%, the duty ratio is reduced to 13%. When the duty ratio is reduced, the switching loss of the inverter power amplifier stage becomes large.
따라서, 본 발명은 자려 발진신호의 듀티비 조절을 이용해 넓은 범위위 입력라인 레귤레이션을 할 때 발생할 수 있는 스위칭 손실을 줄이기 위해 도 5 및 도 6과 같은 차지 펌프(Charge pump)회로(8)를 사용하였다. 즉, 도 5 및 도 6에 있어서는 전압 레귤레이터(9)는 입력단 VIN및 차지 펌프 회로의 다이오드 D에 연결되어, 입력 전압에 관계없이 일정한 전압()이 커페시터 C1에 충전 되도록 해주며, 차지 펌프 회로(8)은 입력단 VIN과 트렌지스터 Q2의 게이트와 소스단에 연결되어, 펄스 폭 변조방식 에서 펄스의 듀티비가 매우 좁아지는 경우 스위칭 손실이 크게 늘어나게 되는데 이를 방지하기 위해 하프 브리지 증폭기에 적용하여 사용한 것이다. 트렌지스터 Q1은 PWM 모듈레이터단과 트렌지스터 Q2의 게이트 단에 연결되어, PWM 출력 신호를 반전 시켜 Q2에 공급해 주기 위해 사용되었다.Therefore, the present invention uses a charge pump circuit 8 as shown in FIGS. 5 and 6 to reduce the switching loss that may occur when performing a wide range input line regulation by adjusting the duty ratio of the self-excited oscillation signal. Respectively. 5 and 6, the voltage regulator 9 is connected to the input terminal V IN and the diode D of the charge pump circuit so that a constant voltage ) Is charged to the capacitor C1. The charge pump circuit 8 is connected to the input terminal V IN and the gate and source terminals of the transistor Q 2. When the duty ratio of the pulse is very narrow in the pulse width modulation system, the switching loss is greatly increased In order to prevent this, it is applied to a half bridge amplifier. Transistor Q1 is connected to the PWM modulator stage and the gate terminal of transistor Q2 and is used to invert the PWM output signal and supply it to Q2.
도 5는 본 발명의 E급 전력 증폭기중 하나인 하프 브리지 전력 증폭기를 PCT에 적용한 도면이고, 도 6은 본 발명의 E급 전력 증폭기중 하나인 하프 브리지 전력 증폭기를 마그네틱 트랜스에 적용한 도면이다. 즉, 도 3에 있어서, 트랜스(6)을 각각 PCT(56)과 마그네틱 트랜스(66)에 적용시키고, E급 전력 증폭기(1)을 차지 펌프 회로(8)로 대체한 것이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a half bridge power amplifier as one of the class E power amplifiers of the present invention applied to a PCT. FIG. 6 is a diagram illustrating a half bridge power amplifier as one of the class E power amplifiers of the present invention applied to a magnetic transformer. That is, in FIG. 3, the transformer 6 is applied to the PCT 56 and the magnetic transformer 66, respectively, and the charge pump circuit 8 is substituted for the class E power amplifier 1.
이 회로를 설명하면, 먼저 트랜지스터Q1과 Q3가 온 되었을 때, 차지 펌프 회로(8)내의 다이오드 D를 통해값만큼 콘덴서C1에 충전된다. 트랜지스터Q1과 Q3가 오프될 때, 트랜지스터Q2의 게이트 전압은 콘덴서C1에 충전된 위의 전압만큼 올라가게 되어 트랜지스터Q2가 온되게 된다.In this circuit, first, when the transistors Q1 and Q3 are turned on, through the diode D in the charge pump circuit 8 Quot; C " When the transistors Q1 and Q3 are turned off, the gate voltage of the transistor Q2 rises by the above voltage charged in the capacitor C1, and the transistor Q2 is turned on.
또한 트랜지스터Q2의 입력 임피던스가 매우 높기 때문에 콘덴서C1에 충전된 전압은 트랜지스터Q2가 완전히 온 될 때까지 충분히 오랫동안 유지 할 수 있으며, 이를 위해 콘덴서C1은 이 충전을 유지할 수 있을 정도로 충분히 커야 한다.Also, since the input impedance of transistor Q2 is very high, the voltage charged in capacitor C1 can be kept long enough for transistor Q2 to be fully on, so that capacitor C1 must be large enough to hold this charge.
결과적으로 트랜지스터Q2의 스위칭 스피드를 매우 향상시켜 듀티비가 매우 적을 때, 심지어 듀티비가 5%이하로 줄어들더라도 스위칭 손실을 줄일 수 있게 된다.As a result, the switching speed of the transistor Q2 is greatly improved, so that when the duty ratio is very small, the switching loss can be reduced even if the duty ratio is reduced to 5% or less.
다음에 본 발명의 전력 증폭단을 풀 브리지(Full bridge)단에 적용한 예에 대해서 설명한다.Next, an example in which the power amplifier stage of the present invention is applied to a full bridge stage will be described.
도 7 은 본 발명의 입력 라인 레귤레이션을 설명하기 위해, 입력 전압에 따라 변하게 되는 펄스 폭의 변화를 풀 브리지단 출력에서 본 파형도이다. 도 8 및 9에서 D, D`, C1, C1`, Q1, Q1`, Q2, Q2`, 8, 8`의 역할은 각각 도 5 및 6의 D, C1, Q1, Q2, 8의 역할과 같다.FIG. 7 is a waveform diagram of a change in the pulse width which is changed according to an input voltage from the output of the full-bridge stage in order to explain the input line regulation of the present invention. The roles of D, D`, C1, C1`, Q1, Q1`, Q2, Q2`, 8, and 8` in FIGS. 8 and 9 are shown in FIGS. 5 and 6 as D, C1, Q1, Q2, same.
도 8은 본 발명의 E급 전력 증폭기중 하나인 풀 브리지 전력 증폭기를 PCT에 적용한 도면이며, 도 9는 본 발명의 E급 전력 증폭기중 하나인 풀 브리지 전력 증폭기를 마그네틱 트랜스에 적용한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a full bridge power amplifier as one of the class E power amplifiers of the present invention applied to a PCT. FIG. 9 is a diagram illustrating a full bridge power amplifier as one of the class E power amplifiers of the present invention applied to a magnetic transformer.
즉, 도 5 및 도 6의 차지 펌프 회로(8)를 적용한 하프 브리지단을 풀 브리지단으로 구성한 것이다.That is, the half bridge stage to which the charge pump circuit 8 of FIGS. 5 and 6 is applied is constituted by a full bridge stage.
전력 증폭기단을 풀 브리지로 구현하였을 때, 입력 라인 레귤레이션을 위한 듀티 비의 제어는 도 5 및 도 6의 하프 브리지 방식과 동일하다. 왜냐하면, 제어하고자 하는 듀티비는 수학식 6에서 보는 것과 같이, 입력 전압의 절대 크기의 비에 비례하기 때문이다.When the power amplifier stage is implemented as a full bridge, the control of the duty ratio for input line regulation is the same as that of the half bridge system of FIGS. 5 and 6. Because the duty ratio to be controlled is, as shown in Equation 6, And the ratio of the absolute magnitudes to the absolute magnitudes.
전력 증폭기단을 풀 브리지로 하였을 경우 장점은 PCT(56)나 마그네틱 트랜스(66)의 승압비가 하프 브리지의 절반정도로 설계하여도 같은 출력 파워를 얻을 수 있다는 것이다.The advantage of using the power amplifier stage as a full bridge is that the same output power can be obtained even when the boost ratio of the PCT 56 or the magnetic transformer 66 is designed to be about half of the half bridge.
따라서, PCT(56) 또는 마그네틱 트랜스(66)의 전체 부피를 줄일 수 있으므로, 전체 인버터를 더욱 소형 박형화 할 수 있다.Therefore, the total volume of the PCT 56 or the magnetic transformer 66 can be reduced, so that the entire inverter can be further reduced in size and thickness.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명의 자려 발진 회로에 의하면 외부 환경 요인에 의해 발생할 수 있는 주파수 불일치 현상을 방지 할 수 있으며, 입력 전압이 넓은 범위에서 변화하여도 부가적인 변환기단이 없이 스위칭 손실을 줄이면서 출력 부하에서 일정한 전압, 전류를 얻을 수 있다.As described above, according to the self-excited oscillation circuit of the present invention, it is possible to prevent a frequency mismatch phenomenon that may be caused by an external environmental factor, and even if the input voltage changes in a wide range, A constant voltage and current can be obtained at the output load.
또한, 전력 증폭기 단을 하프 브리지뿐만 아니라 풀 브리지에도 적용하여 PCT 또는 마그네틱 트랜스의 승압비를 절반 정도로 낮출 수 있게 하였다. 따라서 PCT 및 마그네틱 트랜스의 부피를 줄여, 전체 인버터를 더욱 소형, 박형화 할 수 있다.In addition, by applying the power amplifier stage to not only the half bridge but also the full bridge, the boost ratio of the PCT or the magnetic transformer can be reduced to about half. Therefore, the volume of the PCT and the magnetic transformer can be reduced, and the entire inverter can be made smaller and thinner.
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