KR100378801B1

KR100378801B1 - 직류 전원 회로

Info

Publication number: KR100378801B1
Application number: KR10-2000-0021488A
Authority: KR
Inventors: 이소노카츠오
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-22
Publication date: 2003-04-07
Also published as: US6297976B1; JP2000324837A; KR20010014809A

Abstract

본 발명은 복수의 컨버터로 구성되는 전원 장치를 각 컨버터의 부하 분담을 용이하게 설정하고, 회로 구성을 간략화하여 비용을 절감하기 위한 것이다. 이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위해, 컨버터 트랜스 T₁과, 직류 입력을 단속하여(interrupt) 상기 컨버터 트랜스의 1 차측에 공급하는 스위치 Q₁, Q₂과, 트랜스의 2차측에서 출력되는 전압을 정류하는 정류 회로 D₁, D₂를 가지는 컨버터 21∼23이 복수개 설치되고, 각 컨버터의 출력 전압을 종속 접속하여 합성 출력 전압 V_out를 얻는 출력 회로와, 상기 합성 출력 전압과 기준 전압과의 차에 따라서, 상기 복수의 스위치를 피드 백 제어하는 공통의 제어 회로 25∼30을 구비하여 직류 전원 회로를 구성한다. 각 컨버터의 부하는 각 출력 전압의 설정에 따라서 분담되어진다. 또한, 제어 회로를 공통화하므로써 전원 장치의 비용을 절감할 수 있다.

Description

직류 전원 회로{DIRECT CURRENT SOURCE CIRCUIT}

본 발명은, 직류/직류 컨버터를 사용한 전원 장치에 관한 것이다.

PDP(플라즈마 디스플레이 패널) TV등의 전원 장치로서는, 대용량의 직류/직류 컨버터가 사용된다. 이하, `직류/직류 컨버터'를 단순히 `컨버터'라 칭한다. 이와 같은 PDP TV는 박형(100㎜ 정도가 일반적)인 점에 특징이 있으므로 PDP TV에 수납되는 전원 장치에 대해서도 박형화가 요구된다.

도 1 은 종래의 PDP TV의 전원 회로의 구성을 나타내는 도면이다.

플러그(11)의 후단에 정류기(12, 13)가 접속된다. 정류기(12)의 후단에는 컨버터에 의해 구성되는 대기용 전원(14)이 접속되어 5.6V를 출력한다. 정류기(13)의 후단에는 역률 제어 회로(15)와 콘덴서(16)가 접속되고, 그 후단에 컨버터에 의해 구성되는 패널용 전원(17∼19)이 접속된다.

V_s전원(17)은 패널 서스테인용이며, -160∼-190V, 1.9A를 출력한다. V_d전원(18)은 패널 어드레스용이며, 50∼90V, 1.7A를 출력한다. V_cc전원(19)은 로직부의 제어용이며, 5V, 6A를 출력한다. 신호 처리용 전원(20)은 TV/패널 인터페이스용 전원이다.

도 2는 전원(16∼20)을 구성하는 컨버터의 회로 구성을 나타내고, 도 3 은 컨버터 회로에서의 동작 파형을 나타낸다.

도 2에 도시한 컨버터는 종래의 전류 공진형 컨버터이다. 직류 전원 V_in에 메인 스위치를 구성하는 트랜지스터 Q₁, Q₂가 직렬로 접속된다. 각 트랜지스터 Q₁, Q₂에 병렬로 전류(轉流)용 다이오드 D₁, D₂가 접속된다. 트랜지스터 Q₁, Q₂는, 미도시된 피드 백 제어 회로에 의해 제어 신호 V_gs1, V_gs2가 공급되어, 교대로 온 오프된다.

일측 트랜지스터 Q₂와 병렬로 평활용 콘덴서 C_v와, 트랜스 T₁(컨버터 트랜스)의 1 차측 코일 N_p와 공진용 콘덴서 C_i의 직렬 회로가 접속된다. 트랜스 T₁은 전압을 승압 또는 강압하고, 1차측과 2차측을 전기적으로 분리한다. 트랜스 T₁의 1차측 코일 N_p는 권선 구조가 소결합(loose coupling)되어 있으므로, 그 누설 인덕턴스에 의해 인덕턴스 성분 L_r, L_p가 형성된다. 인덕턴스 성분 L_r, L_p와 콘덴서 C_i에 의해 직렬 공진 회로가 구성된다. 트랜스 T₂의 2차측 권선 N_s와 다이오드 D₃, D₄에 의해 정류 회로가 구성되고, 츨력 전압 V_out가 평활 콘덴서 C₀를 통하여 부하로 공급된다.

도 3의 파형도를 이용하여, 도 2의 컨버터의 동작을 설명하는데, 도 3의 동작 파형도 종래 공지된 것이므로, 설명을 간략히 한다.

미도시된 제어 회로에 의해서 신호 V_gs1, V_gs2가 트랜지스터 Q₁, Q₂에 공급되면, 트랜지스터 Q₁, Q₂는 같은 듀티비로 교대로 온/오프된다. 또한, 양쪽 트랜지스터 Q₁, Q₂가 동시에 오프 되는 데드 타임기간 (t₃∼t₄,t₇∼t₈)이 형성된다. 도 3에서는 트랜지스터 Q₁, Q₂의 인가 전압이 방형파 V_ds1, V_ds2로 나타나고, 전류가 I_d1, I_d2로 나타난다.

트랜지스터 Q₁, Q₂가 특정 스위칭 주파수에서 교대로 온/오프되면, 인덕턴스 성분 L_r, L_p와 콘덴서 C_i에 의해서 구성되는 직렬 공진 회로에 방형파 전압 V_d2가 인가되고, 직렬 공진 회로에 공진 전류 I_r가 흐른다.

도 4는 컨버터에서의 직렬 공진 회로의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 인덕턴스 성분 L_r, L_p와 콘덴서 C_i에 의해서 구성되는 직렬 공진 회로는 주파수의 변화에 따라서 그 공진 전류가 변화된다. 주파수의 제어 범위를 공진점 F₀이상의 f₁∼f₂로 함으로써, 공진 전류 I_r은 트랜지스터 Q₁, Q₂의 스위칭 주파수에 따라서 변화되고 주파수가 내려가면 증대되고, 올라가면 감소된다.

다시 도 2, 도 3을 설명하면, 공진 전류 I_r에 의해 공진 콘덴서 C_i가 충방전되어, 그 전압 V_ci가 변화된다. 또한, 트랜지스터 Q₁, Q₂가 동시에 오프가 되는 데드 타임 기간에는, 직렬 공진 회로로 평활 콘덴서 C_v로부터 전류 I_cv가 공급된다. 트랜지스터 Q₁, Q₂에 흐르는 전류 I_d1, I_d2를 I_d＞ 0로 제어하면, 전류용 다이오드 D₁, D₂에 전류가 흐르고, 제로 전압 스위칭 또는 제로 전류 스위칭이 실현된다.

이상 설명한 컨버터를 PDP TV에 적용하는 경우, PDP TV의 박형화를 위해, 전원부를 구성하는 컨버터에 대해서도 높이 제한 등이 요구된다. 이와 같은 요구에 부응하기 위해, 도 1의 V_s전원(17) 등의 대용량 전원에 대해서는 소용량의 복수의 컨버터를 병렬로 접속하여 하나의 대용량 컨버터를 구성할 수 있다.

상기와 같이, 복수의 컨버터를 병렬화하기 위해, 각 컨버터의 부하, 즉, 각 컨버터 트랜스에 흐르는 전류를 균일하게 해야 한다는 문제가 있다. 또한, 각 컨버터마다 제어 회로를 설치할 필요가 있으므로 비용이 상승한다는 문제가 있었다.

본 발명은, 복수의 컨버터에 의해 구성되는 전원 장치에 있어서, 각 컨버터의 부하 분담을 용이하게 설정하고, 회로 구성을 간략화 하여 비용을 절감하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것이다. 본 발명에 있어서는 컨버터 트랜스와, 직류 입력을 단속하여 상기 컨버터 트랜스의 1차측에 공급하는 스위치와, 상기 컨버터 트랜스의 2차측에서 출력되는 전압을 정류하는 정류 회로를 가지는 컨버터가 복수개 설치되고, 상기 복수의 컨버터의 각 출력 전압을 종속 접속하여 합성 출력 전압을 얻는 출력 회로와, 상기 합성 출력 전압과 기준 전압과의 차에 따라서, 상기 복수의 스위치를 피드 백 제어하는 공통의 제어 회로를 구비하여 직류 전원 회로를 구성한다.

본 발명에 따르면, 각 컨버터의 출력측이 종속 접속됨으로써, 각 컨버터는 각각의 출력전압에 따라서 부하를 분담하게 된다. 또한, 복수의 컨버터에 대해서 피드 백 제어를 수행하는 제어 회로를 공통화함으로써, 회로 구성이 간략화되어 비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 전원 장치에 사용하는 컨버터로서는 임의의 형식을 가지는 컨버터를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 전류 공진형 컨버터, 전압 공진형 컨버터, 포워드형컨버터, RCC형 컨버터, 플라이 백 컨버터등을 사용할 수 있다.

도1은 종래 PDP TV의 전원 회로의 구성을 나타내는 도면.

도2는 종래의 직류/직류 컨버터의 회로 구성을 나타내는 도면.

도3은 도 2 의 직류/직류 컨버터의 동작 파형을 나타내는 도면

도 4 는 도 2 의 컨버터에서의 공진 회로의 주파수 특성을 나타내는 도면.

도 5 는 본발명을 적용한 전원 장치의 회로 구성을 나타내는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의설명*

11 : 플러그

12, 13 : 정류기

14 : 대기용 전원

15 : 역률 제어 회로

16 : 콘덴서

17 : V_s전원

18 : V_d전원

19 : V_cc전원

20 : 신호 처리용 전원

21, 22, 23 : 컨버터

24 : 출력 전압 비교기

25 : 포토 커플러

26 : 발광 다이오드

27 : 포토 트랜지스터

28 : 공진형 콘트롤러

29 : MOS 드라이버

30 : 승압 회로

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.

도 5는 전원 장치의 회로 구성을 나타낸다. 도시된 전원 장치는 예를 들어, 전술한 도 1의 전원부의 Vs 전원(17)에 적용된다.

전원 장치는 3개의 컨버터(21, 22, 23)와 공통인 하나의 피드 백 제어 회로로 구성된다. 본 예에 있어서, 컨버터(21∼23)로는 이미 설명한 바와 같이 도 2에 도시된 전류 공진형 컨버터를 사용할 수 있으나, 그 외의 컨버터를 사용할 수도 있다.

상기 기타 형식의 컨버터로서는, 트랜스와 그 출력을 정류하는 회로와 평활 콘덴서를 구비하는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전압 공진형 컨버터, FORWARD형 컨버터, RCC형 컨버터, FLYBACK 컨버터 등이 있다. 또한, 컨버터 수는, 3개에 한정하지 않고 2개 이상의 임의의 수를 설치할 수 있다.

상기 각 컨버터(21∼23)의 입력측은 병렬로 접속되고, 직류 입력 전압 Vin이 입력된다. 각 컨버터(21∼23)의 출력은 종속 접속된다. 또한, 각 컨버터(21∼23)는 트랜스의 1차측에 있어서 공진 회로(인덕턴스 성분 L_r, L_p와 콘덴서 C_i)가 병렬로 접속되고, 공진용 콘덴서 C_i가 병렬로 접속된다.

전원 장치의 피드 백 제어 회로는 다음과 같이 구성된다.

전원 장치의 출력 전압 V_out이 2개의 저항 R₀₁,R₀₂과 조정용 저항 R₀₀에 의해 분압되어 검출되어, 출력 전압 비교기(24)로 입력된다. 그러면, 상기 출력 전압 비교기(24)에서는 기준 전압 V_ref와 출력 전압 V_out와의 차를 구한 후, 차 신호가 포토 커플러(25)를 통하여 공진형 콘트롤러(28)로 입력된다. 상기 포토 커플러(25)는 전기 신호를 광신호로 변환하는 발광 다이오드(26)와, 광 신호를 전기 신호로 변환하는 포토 트랜지스터(27)로 구성되어, 상기 컨버터(21∼23)의 고전압부와 저전압부의 사이(트랜스 T₁의 1차측과 2차측의 사이)를 전기적으로 절연한다.

공진형 콘트롤러(28)는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 포함하므로, 전원 장치의 출력 전압 V_out에 대응된 주파수 출력을 얻을 수 있다. 즉, 출력 전압 V_out가 높은 경우에는 높은 주파수, 낮은 경우에는 낮은 주파수가 출력된다. 공진형 콘트롤러(28)의 출력 신호는 MOS 드라이버(29)에 입력된다. 상기 MOS 드라이버(29)는 공진형 콘트롤러(28)로부터 입력된 주파수에 따라서, 하이 사이드의 트랜지스터 Q₁과 로우 사이드의 트랜지스터 Q₂의 게이트에 대해서 도 3에 도시한 신호 V_gs1, V_gs2를 출력한다. 또한, 하이 사이드의 신호 V_gs1을 형성하기 위해, 트랜지스터 Q₁, Q₂간의 전위가 승압 회로(30)를 통하여 입력된다.

이상 설명한 피드 백 제어 회로는, 전원 장치의 출력 전압 V_out가 저하되면, 낮은 주파수(도 4의 f₁측)에서 트랜지스터 Q₁, Q₂를 온/오프한다. 또한, 출력 전압 V_out가 상승하면, 높은 주파수(도 4의 f₂측)에서 트랜지스터 Q₁, Q₂를 온/오프한다. 따라서, 공진 전류가 제어되고, 각 컨버터(21∼23)의 출력 전압 V_out1, V_out2, V_out3가 일정하게유지되어, 그 합인 전원 장치의 출력 전압 V_out가 일정하게 유지된다.

본 예에 있어서는 복수의 컨버터(21∼23)에 대해서 피드 백 제어 회로를 공통화함으로써, 전원 장치의 회로 구성을 간략화할 수 있으며, 비용을 절감할 수 있다.

또한, 각 컨버터(21∼23)의 출력측, 즉, 트랜스 T₁의 출력측을 종속 접속했으므로, 전원 장치의 출력 전압 V_out는 각 컨버터(21∼23)의 출력 전압의 합계 (V_out1+V_out2+V_out3)로 얻어진다. 따라서, 각 컨버터(21∼23)는 각각의 출력 전압에 따른 부하를 분담하게 된다. 예를 들어, 각 트랜스 T₁을 동일한 사양으로 한다면, 각 컨버터(21∼23)의 출력 전압은 전체의 1/3이 되고, 부하 분담도 1/3이 된다. 또한, 트랜스 T₁의 제조상의 편차에 따라서 부하 분담에 다소의 오차가 발생될 수도 있다.

이상 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했으나, 본 발명은 특허 청구의 범위에 기재된 사항의 범위 내에서 다양하게 변경할 수 있다.

본 발명에 따르면, 복수의 컨버터로 구성되는 전원 장치에 있어서, 각 컨버터의 부하 분담을 용이하게 설정할 수 있으며, 복수의 컨버터의 파워 트레인부에 대한 제어 회로를 공통화할 수 있으므로, 회로 구성이 간략화되어 비용을 절감할 수 있다.

Claims

컨버터 트랜스와, 직류 입력을 단속하여 상기 컨버터 트랜스의 1차측에 공급하는 스위치와, 상기 컨버터 트랜스의 2차측에서 출력되는 전압을 정류하는 정류 회로를 각기 가지는 컨버터가 복수개 설치되고,

상기 복수의 컨버터의 각 출력 전압을 종속 접속하여 합성 출력 전압을 얻는 출력 회로와,

상기 합성 출력 전압을 기준 전압과 비교하는 출력전압 비교기의 출력에 따라, 포토 커플러, 공진형 콘트롤러 및 MOS 드라이버를 통해 상기 복수의 스위치를 피드 백 제어하는 공통의 제어 회로를 구비하여 구성된 것을 특징으로하는 직류 전원 회로.
제1 항에 있어서,

상기 복수의 컨버터는, 전류 공진형 컨버터, 전압 공진형 컨버터, 포워드형 컨버터, RCC형 컨버터, 플라이 백 컨버터 중에서 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 직류 전원 회로.
제1 항에 있어서,

상기 제어회로는 전원장치의 출력전압이 낮으면, 저 주파수로 스위치를 온/오프 시키고, 상기 전원장치의 출력전압이 상승하면, 고 주파수로 상기 스위치를 온/오프 시키게 구성된 것을 특징으로 하는 직류 전원 회로.
제1 항에 있어서,

상기 전원장치의 출력전압은 다수개의 저항에 의해 분압된 후 검출되어, 상기 출력 전압 비교기로 입력되게 구성된 것을 특징으로 하는 직류 전원 회로.