KR100353803B1

KR100353803B1 - 직류 전압 변환기

Info

Publication number: KR100353803B1
Application number: KR1019990060449A
Authority: KR
Inventors: 한주열; 김송강; 김성겸; 이덕형; 윤병기
Original assignee: 주식회사 팬택앤큐리텔
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2002-09-26
Also published as: KR20010063382A

Abstract

교류전원을 인가받아 직류전압으로 변환하는 정류부와, 상기 정류부에 의해 정류된 전압을 스위칭 증폭하는 다수의 트랜지스터와, 상기 각 트랜지스터의 온 타임 듀티(Duty)를 조절하기 위한 신호를 제공하는 펄스폭변조회로와, 상기 트랜지스터의 스위칭 상태에 따라 충·방전 동작하는 다수의 전하저장소자를 포함하여 구성되는 직류전압변환기.

Description

직류 전압 변환기{A DC voltage converter}

본 발명은 전원 공급기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인덕터와 트랜스포머없이 트랜지스터와 캐패시터만을 이용하여 직류전원을 출력할 수 있는 변환기에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 직류전압 변환기는 도 1에 나타난 바와 같이, 정류회로(BD)와 캐패시터(C1)를 통해 정류된 직류전압을 트랜스포머(T1)를 통해 1차측에서 2차측으로 유도되는 전압(Va∼Vd)을 이용하는 회로로 구성되어 있다. 펄스폭변조회로(Pulse Width Modulation IC)를 이용하여 트랜스포머(T1)의 1차측 전압을 스위칭(Q1)하므로써 회로의 크기가 매우 큰 단점이 있다.

또한, 각 코일간의 결합계수가 유한하다. 특히 플라이백트랜스처럼 코어에 갭을 넣으면 결합계수 및 인덕턴스값이 더욱 작아져 누설자속이 발생한다. 따라서, 히스테리시스 손실(Hysterisis Loss), 와전류손실(Eddy current Loss) 및 권선저항손실등의 변압기의 손실이 있다.

선형 레귤레이터(Linear Regulator)방식의 경우 입력 전압 변위가 좁고, 파워밀도(Power Density)도 작기 때문에 효율면에서 스위칭 파워 써플라이(Switching Power Supply)방식보다 훨씬 떨어져 효율이 매우 작은 단점이 있다.

본 발명은 파워밀도가 높은 직류 전압 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 홀드-업 타임을 길게 할 수 있는 직류 전압 변환기를 제공하는 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 교류전원을 입력받아 정류된 직류전압을 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor: 이하 FET라 함)나 바이폴라정션트랜지스터(Bipolar Junction Transistor)를 이용하여 스위칭하여 캐패시터에 충전시켜 직류전원을 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 변환기의 구성의 특징은 교류전원을 인가받아 직류전압으로 변환하는 정류부와, 상기 정류부에 의해 정류된 전압을 스위칭 증폭하는 다수의 트랜지스터와, 상기 각 트랜지스터의 온 타임 듀티(Duty)를 조절하기 위한 신호를 제공하는 펄스폭변조회로와, 상기 트랜지스터의 스위칭 상태에 따라 충·방전 동작하는 다수의 전하저장소자를 포함하여 구성된 점이다.

도 1은 종래 기술에 따른 직류전압 변환기의 개략적 회로도,

도 2는 본 발명에 따른 직류전압 변환기의 회로도,

도 3a 내지 도 3f는 도 2의 각 점에서의 신호를 나타낸 파형도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 구성과 그에 따른 동작을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 파워 써플라이의 구성을 나타낸 회로도이다. 교류전압을 인가받아 직류전압으로 변환하는 정류부를 이루는 다이오드(D7) 및 캐패시터(C7)와, 각 게이트단을 통해 펄스폭변조 신호를 인가받아 스위칭동작하는 다수의 전계효과트랜지스터(FET)(Q2, Q3, Q4, Q5)들과, 상기 각 FET의 스위칭 동작에 따라 충·방전 동작하는 캐패시터(C8, C9)와, 상기 트랜지스터(Q3, A5)의 소오스단을 드레인단을 통해 출력되는 전압을 정류하는 다이오드(D8, D10) 및 캐패시터(C10, C11)을 포함하여 구성된다.

도 3a는 교류전원(Vi)을 도 3b는 정류된 후의 전압(V1)을 나타낸다. 입력전원을 V₀COSωt라 하고, 캐패시터(C8, C9)의 용량이 같다고 하면, 도 3c와 같이 펄스폭변조 클럭이 각 FET의 게이트단에 제공되면 a점의 전위와 b점의 전위가 Vo/2로 같아진다.

마지막 단계에서 d점의 전위는 Vo/2와 거의 가까운 직류(DC)전원을 얻게 된다.

한편, 캐패시터(C8, C9)의 용량값의 비를 적당히 맞추면 서로 다른 출력전압을 얻을 수 있다. 따라서, a점의 전위는 도 3d에서와 같이 나타나고, c점의 전압은 도 3e와 같이 C9/(C8+C9)*Vo, d 점의 전압은 도 3f에서와 같이 C8/(C8+C9)*Vo 가 된다.

만약 캐패시터(C8)의 용량이 커패시터(C9) 용량의 두 배이고, a 점의 전압이3V 라 가정하자. 각 FET가 스위칭 동작하여 캐패시터 C8는 1V, 캐패시터 C9에는 2V가 충전된다. 최종적으로 정류되어 출력되는 전압은 c점에서의 전위는 1V, d점의 전위는 2V의 전압이 출력된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 인덕터(Inductor)와 트랜스포머(Transformer)없이 직류전압을 제공하므로써 반도체에 단일칩화를 기대할 수 있다. 또한, 캐패시터와 트랜지스터를 다수개 구성하여 다중 출력을 얻어낼 수 있는 직류-직류 변환기를 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 전원의 효율을 향상시킬 수 있어 전원 절감의 효과를 가진다.

Claims

하나의 교류 입력 전압 포트 및 두 개의 직류 출력 전압 포트를 갖는 직류 전압 변환기에 있어서,

상기 입력 전압 포트에 접속되어 입력 교류 전압을 정류하는 입력 정류부(D7, C7);

상기 직류 전압 포트에 각각 접속되어 정류된 직류 출력 전압을 상기 직류 전압 포트로 제공하는 출력 정류부(D8, C10, D10, C11);

상기 입력 정류부와 드래인단이 접속되어 상기 입력 정류부로부터 출력되는 정류 전압을 스위칭 하는 제1전계효과트랜지스터(Q2);

상기 제1전계효과트랜지스터(Q2)의 소스단에 접속되어 상기 제1전계효과트랜지스터(Q2)의 스위칭 상태에 따라 충방전 동작하도록 직렬 연결된 제1커패시터(C8) 및 제2커패시터(C9);

상기 제1커패시터(C8) 및 제2커패시터(C9)의 연결 노드와 드래인단이 접속되어 상기 제1커패시터(C8) 및 제2커패시터(C9)가 방전동작하도록 상기 제1전계효과트랜지스터(Q2)와 반대로 스위칭 동작하는 제2전계효과트랜지스터(Q4);

상기 제1전계효과트랜지스터(Q2)의 소스단과 드래인단이 접속되어 상기 제1커패시터(C8)의 방전 전압을 상기 출력 정류부(D8, C10)로 제공하도록 상기 제1전계효과트랜지스터(Q2)와 반대로 스위칭 동작하는 제3전계효과트랜지스터(Q3);

상기 제1커패시터(C8) 및 제2커패시터(C9)의 연결 노드와 드래인단이 접속되어 상기 제2커패시터(C9)의 방전 전압을 상기 출력 정류부(D10, C11)로 제공하도록 상기 제1전계효과트랜지스터(Q2)와 반대로 스위칭 동작하는 제4전계효과트랜지스터(Q5); 및

상기 제1전계효과트랜지스터 내지 제4전계효과트랜지스터(Q2, Q3, Q4, Q5)의 게이트단으로 온 타임 듀티(Duty)를 조절하기 위한 신호를 제공하는 펼스폭변조회로(PWM)를 포함하는 직류 전압 변환기.
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