KR100387430B1 - A power transfer equipment of pulse width modulatin ladder type - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PWM 고주파 사다리파형 전원변환장치로서, 고주파 스위칭 소자를 활용하여 전원변환장치의 무소음화, 경박 단소화, 고효율화를 추구하기 위한 것이다.The present invention is a PWM high frequency ladder waveform power conversion device, by utilizing a high frequency switching device to pursue the noise-free, light and short, high efficiency of the power conversion device.
특히 컴퓨터, 프린터, 모니터등 교류를 정류하여 사용하는 부하에 적합하도록 출력 파형을 사다리 파형으로 하여 정류효율을 극대화하는 한편, 평균전류를 증가시켜 소자의 발열량을 감소시킴과 아울러, 정현파가 정류부하에서는 피크부분에서만 전류가 집중하게 되는 까닭에 전압강하가 크고 비효율적으로 되는 문제점을 개선하기 위해서 이를 사다리파로 구성함을 특징으로 하는 전원변환장치임.In particular, the output waveform is used as a ladder waveform to suit the load used by rectifying alternating current such as computers, printers, and monitors, maximizing rectification efficiency, increasing the average current, reducing the amount of heat generated by the device, and sine wave peaking at the rectified load. Because current is concentrated only in the part, it is a power converter which consists of a ladder wave to improve the problem of large voltage drop and inefficiency.
Description
본 발명은 전원변환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 고주파 사다리파형 전원변환장치로서, 고주파 스위칭 소자를 활용하여 전원변환장치의 무소음화, 경박 단소화, 고효율화를 추구하며,The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to PWM (PULSE WIDTH MODULATION) high frequency ladder wave type power conversion device, which utilizes a high frequency switching device to pursue noise-free, light and short, and high efficiency of the power conversion device.
특히 컴퓨터, 프린터, 모니터등 교류를 정류하여 사용하는 부하에 적합하도록 출력 파형을 사다리파형으로 하여 정류효율을 극대화하는 한편, 평균전류를 증가시켜 소자의 발열량을 감소시킴과 아울러, 정현파가 정류부하에서는 피크부분에서만 전류가 집중하게 되는 까닭에 전압강하가 크고 비효율적으로 되는 문제점을 개선하기 위해서 이를 사다리파로 구성함을 특징으로 하는 전원변환장치에 관한 것이다.In particular, the output waveform is a ladder waveform to suit the load used by rectifying alternating current such as computers, printers, and monitors, maximizing rectification efficiency, increasing the average current, reducing the amount of heat generated by the device, and sine wave peaking at the rectified load. In order to improve the problem that the voltage drop is large and inefficient because the current is concentrated only in the part, the present invention relates to a power conversion device characterized by comprising a ladder wave.
종래기술의 문제점을 도면을 중심으로 하여 살펴보면 다음과 같다.Looking at the problem of the prior art with reference to the drawings as follows.
도 1a 내지 도 1c는 정현파의 경우 각 파형을 나타낸 도면으로, 1a는 정현파 전원전압 파형, 1b는 정류부하에서의 부하전류파형, 1c는 저항부하에서의 부하전류파형을 나타낸 도면이고,1A to 1C are diagrams showing respective waveforms in the case of sine wave, 1a is a sine wave power voltage waveform, 1b is a load current waveform at rectified load, 1c is a load current waveform at resistance load,
도 2a 내지 도 2d는 방형파의 경우 각 파형을 나타낸 도면으로, 2a는 방형파 전원전압 파형, 2b는 정류부하에서의 부하전류 파형, 2c는 저항부하에서의 부하전류파형, 2d는 인덕터가 포함된 부하에서의 부하전류파형을 나타낸 도면이며,Figures 2a to 2d is a diagram showing each waveform in the case of a square wave, 2a is a square wave power supply voltage waveform, 2b is a load current waveform at a rectified load, 2c is a load current waveform at a resistance load, 2d is a load including an inductor Shows the load current waveform at
도 3a 내지 3c는 사다리파의 경우 각 파형을 나타낸 도면으로, 3a는 사다리파 전원전압 파형, 3b는 정류부하에서의 부하전류파형, 3c는 저항부하에서의 부하전류파형을 나타낸 도면이다.3A to 3C are diagrams showing each waveform in the case of a ladder wave, 3a is a ladder wave power voltage waveform, 3b is a load current waveform at a rectified load, and 3c is a load current waveform at a resistance load.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 사인파(SINE)에서는 저항부하의 전류 변화는 전압파형과 같은 사인파 곡선으로 나타나지만, 정류부하에서는 사인파의 파두 부분만 이용하게 되므로 그 외 부분은 불필요하게 된다. 따라서 그 시간은 실제로 일을 하지 않는 휴지 시간이 되며, 그로 인해 전원변환장치의 이용율은 저하되고 특정주기에만 부하전류가 집중하는 폐단이 따르게 되며, 이에 따른 전류의 증가로 손실이 증가하고 효율이 저하되는 문제점이 발생하였다.As shown in FIGS. 1A to 1C, the current change of the resistance load in the sine wave SINE is represented by a sinusoidal curve similar to the voltage waveform. However, only the wave part of the sine wave is used in the rectified load so that other parts are unnecessary. Therefore, the time is the idle time which does not actually work, and as a result, the utilization rate of the power converter decreases and the closing end of the load current is concentrated only in a certain period. As a result, the current increases and the loss increases and the efficiency decreases. There was a problem.
또한, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이 방형(PULSE)파에서는 dt의 크기가 2~20㎲ 이내이므로 역기전력이 대단히 큰 값으로 된다. 이를 실제의 값으로 계산하면 AC 220V에서의 파고치는 311V 나 된다. 사인값의 변화는 0에 가까울 때 변화율이 가장 크므로 이를 방형파와 동일한 조건으로 비교하면, 초기 0에서 2~20㎲ 동안의 변화는 60Hz의 1/4주기가 4,167㎲이므로 산술 평균일 때 역기전력의 크기는 약 200~2.000배의 차이가 난다는 것을 알 수 있다. 이 역기전력은 큰 잡음으로 작용하여 인덕터에서의 소음 발생의 원인이 되거나, 모니터의 화면, PC등의 네트워크에 악 영향을 끼치게 된다.In addition, as shown in FIGS. 2A to 2D, in the PULSE wave, since the magnitude of dt is within 2 to 20 kW, the counter electromotive force is very large. If we calculate this as the actual value, the peak value at AC 220V is 311V. Since the change rate of sine is close to zero, the rate of change is the largest, and compared with the same conditions as the square wave, the change during the initial 0 to 2 ~ 20 는 is 4,167 60 of 60Hz, so the counter electromotive force It can be seen that the size is about 200 ~ 2.000 times difference. This counter electromotive force acts as a loud noise, causing noise in the inductor, or adversely affecting the network of the monitor screen and the PC.
따라서, 본 출원인은 사인파 및 방형파가 갖는 단점을 보완하고 사인파 및 방형파가 갖는 장점을 살리므로서 도 3a 내지 3c에 도시된 바와 같은 특성을 갖는 고주파 사다리파형 전원변환장치를 개발하게 되었으며, 보다 자세히 설명하면 사인파는 유도성 부하에서의 장점으로 자계의 변화가 사인값에 의하므로 인덕터에 의한 역기전력 E = -di/dt발생이 극히 미미하게 되므로, 본 발명에서는 정류부하에서의 사인파와 방형파의 장점을 살리고 양 파형의 단점을 제거한 고주파 사다리파형 전원변환장치를 개발하기에 이르렀다.Accordingly, the present applicant has developed a high frequency ladder waveform power converter having the characteristics as shown in FIGS. 3A to 3C by supplementing the disadvantages of sinusoidal and square waves and utilizing the advantages of sinusoidal and square waves. In detail, the sine wave is an advantage of the inductive load, and since the change of the magnetic field depends on the sine value, the generation of the counter electromotive force E = -di / dt by the inductor is extremely small. It has led to the development of a high frequency ladder waveform power converter that saves the shortcomings of both waveforms.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 제1의 목적은, 고주파 스위칭 소자를 활용하여 무소음화, 경박 단소화, 고효율화된 펄스폭변조(PULSE WIDTH MODULATION) 고주파 사다리파형 전원변환장치를 제공하는데 있으며,The present invention has been made to solve the above problems of the prior art as a first object, by using a high frequency switching device, noise-free, light and short, high efficiency pulse width modulation (PULSE WIDTH MODULATION) high frequency ladder waveform To provide a power converter,
제2의 목적은, 컴퓨터, 프린터, 모니터등 교류를 정류하여 사용하는 부하에 적합하도록 출력 파형을 사다리 파형으로 하여 정류효율을 극대화하는 한편, 평균전류를 증가시켜 소자의 발열량을 감소시킴 동시에 정현파가 정류부하에서는 피크부분에서만 전류가 집중하게 됨에 따라 전압강하가 크고 비효율적으로 되는 문제점을 개선하기 위해 이를 사다리파로 구성함을 특징으로 하는 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 고주파 사다리파형 전원변환장치를 제공하는데 있다.The second purpose is to maximize the rectification efficiency by using the output waveform as a ladder waveform to suit the load used to rectify alternating current such as computers, printers, monitors, etc. In the rectifying load, as the current concentrates only at the peak part, it is to provide a PWM (PULSE WIDTH MODULATION) high frequency ladder waveform power converter, which is configured as a ladder wave to improve the problem that the voltage drop becomes large and inefficient.
도 1a 내지 도 1c는 정현(사인)파의 경우 각 파형을 나타낸 도면으로,1A to 1C are diagrams illustrating respective waveforms in the case of a sine wave;
1a는 정현파 전원전압 파형,1a is the sine wave power voltage waveform,
1b는 정류부하에서의 부하전류파형,1b is the load current waveform at the rectified load,
1c는 저항부하에서의 부하전류파형을 나타낸다.1c shows the load current waveform at the resistance load.
도 2a 내지 도 2d는 방형(펄스)파의 경우 각 파형을 나타낸 도면으로,2A to 2D are diagrams illustrating respective waveforms in the case of a square (pulse) wave,
2a는 방형파 전원전압 파형,2a is a square wave supply voltage waveform,
2b는 정류부하에서의 부하전류 파형,2b is the load current waveform at the rectified load,
2c는 저항부하에서의 부하전류파형,2c is the load current waveform at the resistance load,
2d는 인덕터가 포함된 부하에서의 부하전류파형을 나타낸다.2d shows the load current waveform at the load including the inductor.
도 3a 내지 3c는 사다리파의 경우 각 파형을 나타낸 도면으로,3A to 3C are diagrams showing each waveform in the case of a ladder wave,
3a는 사다리파 전원전압 파형,3a is a ladder wave power voltage waveform,
3b는 정류부하에서의 부하전류파형,3b is the load current waveform at the rectified load,
3c는 저항부하에서의 부하전류파형을 나타낸다.3c shows the load current waveform at the resistance load.
도 4는 사다리파 PWM의 동작원리를 설명하기 위한 파형도.4 is a waveform diagram for explaining the operation principle of ladder wave PWM.
도 5는 본 발명에 따른 고주파 사다리파형 전원변환장치의 제어 블럭도.5 is a control block diagram of a high frequency ladder waveform power converter according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 사다리파형 펄스 발생부의 상세도.Figure 6 is a detailed view of the ladder waveform pulse generator according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 극성반전회로의 동작상태 파형도.7 is a waveform diagram of an operating state of the polarity inversion circuit according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 지연회로의 상세도.8 is a detailed view of a delay circuit according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 구동회로의 상세도.9 is a detailed view of a drive circuit according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 구동전원 공급회로의 상세도.10 is a detailed view of a drive power supply circuit according to the present invention.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 주전원 변환부의 상세도로서, 도 11은 단일전원의 풀브릿지방식, 도 12는 양전원의 하프브릿지방식을 나타낸다.11 and 12 are detailed views of the main power conversion unit according to the present invention. FIG. 11 shows a full bridge method of a single power supply, and FIG. 12 shows a half bridge method of both power supplies.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 LC필터부의 작용 및 구성을 나타낸 도면.13a to 13c is a view showing the operation and configuration of the LC filter unit according to the present invention.
도 14는 본 발명에 따른 출력회로의 상세도.14 is a detailed view of an output circuit according to the present invention.
도 15는 본 발명에 따른 제어전원 및 구동전원 공급부의 상세도.15 is a detailed view of a control power supply and a drive power supply according to the present invention.
도 16은 본 발명에 따른 입력필터부의 상세도.16 is a detailed view of an input filter unit according to the present invention.
도 17은 본 발명에 따른 전압 제어부의 상세도.17 is a detailed view of a voltage controller according to the present invention.
도 18은 본 발명에 따른 과전류 보호회로의 상세도.18 is a detailed view of an overcurrent protection circuit in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 제어전원 및 구동전원 공급부 110 : 입력필터부100: control power supply and drive power supply 110: input filter
120 : 스위칭 DC-DC 컨버터부 130 : 사다리파 스위칭부120: switching DC-DC converter unit 130: ladder wave switching unit
140 : LC필터부 150 : 출력회로140: LC filter unit 150: output circuit
160 : 검출부 170 : 극성반전회로160: detector 170: polarity inversion circuit
180 : 지연회로 190 : 구동전원 공급회로180: delay circuit 190: drive power supply circuit
200 : 전압 제어부 210 : 과전류 보호회로200: voltage controller 210: overcurrent protection circuit
220 : 사다리파형 펄스 발생부220: ladder waveform pulse generator
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 콘버터부의 PWM IC의 제어전원, 디지털 회로부 전원, 주 스위칭회로 구동회로용 전원등으로 구성되어 상호 영향이 없도록 분리 구성한 제어전원 및 구동전원 공급부(100)와, EMI필터로 구성한 입력필터부(110)와, HALF BRIDGE 방식으로 이루어진 스위칭 DC-DC 컨버터부(120)와, FULL BRIDGE 방식으로 이루어진 사다리파 스위칭부(130)와, 저역 통과 필터로 구성되며 고주파로 변조된 PWM파를 저주파로 복원하는 기능을 담당하는 LC필터부(140)와, 대지(접지)와 각 선간에 콘덴서를 부착하여 저주파에서는 임피던스를 매우 높게 유지하고 고주파에서는 임피던스를 매우 낮게 하여 저주파는 통과시키고 고주파는 제거하여 부하회로에 영향을 미치지 않도록 구성한 출력회로(150)와, 과전압 또는 과전류를 검출하기 위한 검출부(160)와, FET1이나 FET2 중 어느 하나가 동작중일 때는 다른 하나는 비동작 상태로 되게 하기 위하여 "+"또는 "-"중 하나의 단일 극성을 반전시키는 극성반전회로(170)와, CR 적분회로에 의해 상하 스위칭 소자의 단락을 방지하는 지연회로(180)와, 역류방지용 다이오드와 콘덴서를 이용함으로서 구동전원을 한 개로 단일화 한 구동전원 공급회로(190)와, 출력전압을 콘버터부 PWM IC의 ERR AMP입력단자에 접속하고 직류전압을 정전압화하여 입력전압이 변화하더라도 사다리파 출력전압이 안정화되도록 한 전압 제어부(200)와, 과전류 보호회로(210)와, 일정 조건을 만족하는 펄스를 프로그램 하여 ROM(222)에 저장하며 이 프로그램에 의하여 MPU(221)에서 방형파로 변조된 PWM파형이 생성되도록 한 사다리파형 펄스 발생부(220)로 구성된다.The present invention for achieving the above object, the control power supply and the drive power supply unit 100 is composed of a control power supply, a digital circuit power supply, a power supply for the main switching circuit drive circuit, etc. of the converter unit separated from each other so as not to influence each other. And an input filter unit 110 configured as an EMI filter, a switching DC-DC converter unit 120 made of a HALF BRIDGE method, a ladder wave switching unit 130 made of a FULL BRIDGE method, and a low pass filter. The LC filter unit 140, which is responsible for restoring the high frequency modulated PWM wave to the low frequency, and a capacitor between the ground (ground) and each line are attached to keep the impedance very high at low frequency and very low at high frequency. Output circuit 150 configured to pass low frequency and remove high frequency so as not to affect load circuit, and detection unit 160 for detecting overvoltage or overcurrent When either one of FET1 or FET2 is in operation, the polarity inversion circuit 170 inverts a single polarity of one of "+" or "-" to make the other one inactive, and the CR integrating circuit The delay circuit 180 which prevents a short circuit of the switching element, the drive power supply circuit 190 which unifies the driving power by using a backflow prevention diode and a capacitor, and the ERR AMP input terminal of the output voltage of the converter PWM IC. A voltage controller 200, an overcurrent protection circuit 210, and a pulse satisfying a predetermined condition are programmed to be connected to the DC voltage and the DC voltage is made constant so that the ladder wave output voltage is stabilized even if the input voltage changes. And a ladder waveform pulse generator 220 for generating a PWM waveform modulated into a square wave in the MPU 221 by this program.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 고주파 사다리파형 전원변환장치의 제어 블록도이다.5 is a control block diagram of a high frequency ladder waveform power converter according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명은 제어전원 및 구동전원 공급부(100)와, 입력필터부(110)와, 스위칭 DC-DC 컨버터부(120)와, 사다리파 스위칭부(130)와, LC필터부(140)와, 출력회로(150)와, 검출부(160)와, 극성반전회로(170)와, 지연회로(180)와, 구동회로 및 전원공급부(190)와, 전압 제어부(200)와, 과전류 보호회로(210)와, 사다리파형 펄스 발생부(220)로 구성된다.As shown, the present invention is a control power supply and drive power supply unit 100, the input filter unit 110, the switching DC-DC converter unit 120, ladder wave switching unit 130, LC filter unit 140, an output circuit 150, a detector 160, a polarity inversion circuit 170, a delay circuit 180, a drive circuit and a power supply unit 190, a voltage controller 200, And an overcurrent protection circuit 210 and a ladder waveform pulse generator 220.
도 6은 본 발명에 따른 사다리파형 펄스 발생부의 상세도로서, 고주파 스위칭을 위해서 PWM 파형을 생성키 위한 MPU(MICRO PROCESSOR UNIT)(221)와 펄스를 프로그램하기 위한 ROM(READ ONLY MEMORY)(222)을 기본 구성으로 하며, 기본스위칭 주파수는 스위칭 소자에 따라 20kHz에서 500kHz로 하고 주파수 최소 분해능은 1㎲이상 되도록 한다. 이에 따라 위 조건을 만족하는 펄스를 프로그램 하여 ROM(222)에 저장하며 이 프로그램에 의하여 MPU(221)에서 구형파(방형파) 형태로 변조된 PWM파형이 생성된다. PWM파는 상하가 비대칭 파형으로 자성재료를 이용한 변압회로에서는 자기포화현상으로 단락전류가 발생하여 TRANSFORMER를 사용할 수 없으므로 극성 반전을 이용한 교류전원의 생성이 불가피하게 된다. 본 발명에서는 주파수 발생, PWM파 생성을 MPU와 ROM으로 구성함으로서 외부의 잡음에 의한 불안정한 요소를 원천적으로 제거하였으며 생성되는 교류 파형의 상부와 하부의 적분의 크기를 동일하게 하여 자기회로부하에서의 자기불평형을 완벽히 제거하여 CRT(CATHODE RAY TUBE)모니터의 DEGAUSSING회로에 영향이 없도록 상하 완전 대칭파로 구성하였다.6 is a detailed view of a ladder waveform pulse generator according to the present invention, an MPU (MICRO PROCESSOR UNIT) 221 for generating a PWM waveform for high frequency switching, and a ROM (READ ONLY MEMORY) 222 for programming a pulse. The basic switching frequency is 20kHz to 500kHz depending on the switching device, and the minimum frequency resolution is 1kHz or more. Accordingly, a pulse that satisfies the above condition is programmed and stored in the ROM 222, and a PWM waveform modulated in the form of a square wave (square wave) by the MPU 221 is generated by the program. As the PWM wave is asymmetrical waveform up and down, in the transformer circuit using magnetic materials, short-circuit current occurs due to magnetic saturation, so the transformer cannot be used. Therefore, generation of AC power source using polarity inversion is inevitable. In the present invention, the frequency generation and the PWM wave generation are composed of the MPU and the ROM to remove unstable elements caused by external noise at the source. By completely eliminating the unbalance, it is composed of up-and-down perfect symmetry wave so as not to affect the DEGAUSSING circuit of the CRT (CATHODE RAY TUBE) monitor.
도 7은 본 발명에 따른 극성반전회로의 동작상태 파형도로서, 디지털 회로에서 출력되는 펄스파는 "+"또는 "-"중 하나의 단일 극성으로 출력된다. 스위칭회로의 스위칭 소자는 FET1이 동작 상태일 때에는 FET2는 비동작 상태로 되며, FET2 가 동작중일 때는 FET1은 비동작 상태로 되게 하기 위한 회로이다.7 is a waveform diagram of an operation state of the polarity inversion circuit according to the present invention, in which a pulse wave output from a digital circuit is output with a single polarity of "+" or "-". The switching element of the switching circuit is a circuit for causing FET2 to be in an inoperative state when FET1 is in an operating state and FET1 to be in an inactive state when FET2 is in operation.
도 8은 본 발명에 따른 지연회로의 상세도로서, 스위칭회로에 사용되는 스위칭소자(TR, FET, IGBT)가 반도체에 존재하는 전자(정공)의 회복시간에 의해 기립 하강에 지연시간이 생겨 2개 이상의 소자를 직렬로 사용하여 극성을 반전하는 회로에서 2개의 소자에서 단락 되는 현상이 발생하여 소자를 파괴하게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 CR 적분회로에 의한 지연회로를 구성하여 상하 스위칭 소자의 단락을 방지하도록 한 것이다.8 is a detailed view of the delay circuit according to the present invention, in which the delay time occurs when the switching elements (TR, FET, IGBT) used in the switching circuit are standing down due to the recovery time of electrons (holes) present in the semiconductor. In a circuit in which two or more devices are used in series to reverse polarity, a short circuit occurs between two devices, and the device is destroyed. In order to compensate for this disadvantage, a delay circuit by a CR integrating circuit is configured to prevent a short circuit of the upper and lower switching elements.
도 9는 본 발명에 따른 구동회로의 상세도로서, MPU 및GATE IC의 사용전압은 DC 12V 이내의 저전압이지만 그러나 스위칭회로의 주전원 전압은 DC 240V~DC 340V의 높은 전압이 공급되어 2개 회로를 직접 접속할 경우에는 디지털 IC는 파괴되어 버리고 만다. 이를 해소하기 위해 본 발명에서는 고속형 광결합 소자를 이용하여 저압측과 고전압측을 전기적으로 절연하고 스위칭회로에서 발생하는 잡음의 영향이 없도록 구성하였다.9 is a detailed view of the driving circuit according to the present invention, the voltage of the MPU and GATE IC is a low voltage within 12V DC, but the main power supply voltage of the switching circuit is supplied with a high voltage of DC 240V ~ DC 340V two circuits In case of direct connection, the digital IC will be destroyed. In order to solve this problem, the present invention is configured to electrically insulate the low voltage side and the high voltage side by using a high speed optical coupling device and to avoid the influence of noise generated in the switching circuit.
도 10은 본 발명에 따른 구동전원 공급회로의 상세도로서, FET 또는 IGBT의 구동 펄스 전위는 소스 또는 에미터 전위를 기준하여 구동한다. N형 구동소자의 경우에는 "-"를 기준전위로 하여 주스위칭회로의 하부 Q2(Q4)의 전위는 구동전원을 직접 공급하여도 문제가 발생치 않는다. 다만 Q1(Q3)과 Q2(Q4)의 구동전원을 동일전원으로 사용하면 구동회로에 고전압이 유기되어 구동회로를 파괴한다.(Q1, Q3, Q2와 Q4의 구동전원을 3개의 다른 별도의 전원을 공급하면 문제가 없음) 이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명에서는 역류방지용 다이오드와 콘덴서를 이용하여 상부의 Q1의 GATE구동전원을 공급하도록 하여 구동전원을 한 개로 단일화하였다. 이 회로의 동작원리는 C1의 "+"단자는 항상 다이오드"D1"으로 부터 전원을 공급받는 상태로 되며 동 다이오드 "D1'은 역류를 저지하는 기능도 있으므로 이 상태로는 "C1"에는 "-"쪽의 전원이 공급되지 못하여 정상적으로 PC1에 구동전원을 공급하지 못한다. Q2가 동작되면 "C1"의 "-"쪽에는 Q2에서 구동전원 "-"를 연결하는 동작이 구성된다. 이 시간 동안 C1에는 Q1의 구동전력을 공급하기 위한 충분한 전력을 C1에 충전하여 둔다. 같은 원리로 C2에는 Q4가 동작되면 "C2"의 "-"쪽에는 Q4에서 구동전원"-"를 연결하는 동작이 구성된다. 이 시간 동안 C2에는 Q3 의 구동전력을 공급하기 위한 충분한 전력을 C2에 충전하여 둔다.10 is a detailed view of a drive power supply circuit according to the present invention, wherein the drive pulse potential of the FET or IGBT is driven based on the source or emitter potential. In the case of the N-type driving element, the potential of the lower Q2 (Q4) of the juice switching circuit is set to "-" as the reference potential, even if the driving power is directly supplied. However, if the driving power source of Q1 (Q3) and Q2 (Q4) is used as the same power source, high voltage is induced in the driving circuit and destroys the driving circuit. (The driving power of Q1, Q3, Q2 and Q4 is divided into three different power sources. In order to compensate for these disadvantages, in the present invention, the driving power is unified to one by supplying the GATE driving power of Q1 in the upper part by using a backflow prevention diode and a capacitor. The operating principle of this circuit is that the "+" terminal of C1 is always powered from the diode "D1", and the diode "D1" also has the function to block the reverse flow, so in this state "-" terminal "-" The power supply on the side cannot be supplied and the drive power cannot be supplied to PC1 normally. If Q2 is operated, the "-" side of "C1" is configured to connect the drive power "-" at Q2. During this time, C1 In C2, sufficient power to supply the driving power of Q1 is charged in the same manner.In the same principle, when Q4 is operated at C2, an operation of connecting the driving power at Q4 to the "-" side of "C2" is configured. During this time, C2 is charged with sufficient power to supply the driving power of Q3.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 주전원 변환부의 상세도로서, 도 11은 단일전원의 풀 브릿지 방식, 도 12는 양전원의 하프 브릿지 방식을 나타낸다.11 and 12 are detailed views of the main power conversion unit according to the present invention, and FIG. 11 shows a full bridge method of a single power supply and FIG. 12 shows a half bridge method of both power supplies.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 LC필터부의 작용 및 구성을 나타낸 도면으로서, LC필터는 저역 통과 필터로 구성되며 고주파로 변조된 PWM파를 저주파로 복원하는 기능을 담당한다.13A to 13C are diagrams illustrating the operation and configuration of the LC filter unit according to the present invention, wherein the LC filter is configured as a low pass filter and functions to restore a high frequency modulated PWM wave to a low frequency.
도 14는 본 발명에 따른 출력회로의 상세도로서, LC필터를 통과한 저주파에는 고주파가 상당히 함유되어 있어 부하측에 장애를 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 대지(접지)와 각 선간에 콘덴서를 부착하여 저주파에서는 임피던스를 매우 높게 유지하고 고주파에서는 임피던스를 매우 낮게 하여 저주파는 통과시키고 고주파는 대부분 제거하여 부하회로에 영향이 없도록 구성하였다.Figure 14 is a detailed view of the output circuit according to the present invention, the low frequency passed through the LC filter contains a large amount of high frequency may cause a failure on the load side. In order to prevent this, a capacitor is attached between the ground (ground) and each line to keep the impedance very high at low frequency, and to make the impedance very low at high frequency to pass the low frequency and to remove most of the high frequency so that it does not affect the load circuit.
도 15는 본 발명에 따른 제어전원 및 구동전원 공급부의 상세도로서, 이 회로는 콘버터부의 PWM IC의 제어전원, 디지털 회로부 전원, 주 스위칭회로 구동회로용 전원 등으로 구성되어 상호 영향이 없도록 분리 구성하였다.15 is a detailed view of a control power supply and a driving power supply unit according to the present invention, and this circuit is composed of a control power supply of a PWM IC of a converter unit, a digital circuit unit power supply, a power supply for a main switching circuit driving circuit, and the like, and is separated from each other so as not to influence each other. It was.
도 16은 본 발명에 따른 입력필터부의 상세도로서, 콘버터 및 고주파 전원변환회로에는 큰 노이즈가 발생하여 주변회로에 영향을 미칠 수 있으므로 이를 방지하기 위한 EMI필터를 구성하였다.FIG. 16 is a detailed view of the input filter unit according to the present invention. Since a large noise may be generated in the converter and the high frequency power conversion circuit, an EMI filter may be configured to prevent the peripheral circuit.
도 17은 본 발명에 따른 전압 제어부의 상세도로서, 출력전압을 콘버터부 PWM IC의 ERR AMP입력단자에 접속하여 직류전압을 정전압화하여 입력전압이 변화하더라도 사다리파 출력전압이 안정화되도록 하였으며, 도 18은 본 발명에 따른 과전류 보호회로의 상세도이다.FIG. 17 is a detailed view of the voltage controller according to the present invention. The output voltage is connected to the ERR AMP input terminal of the converter PWM IC to stabilize the DC voltage so that the ladder wave output voltage is stabilized even when the input voltage is changed. 18 is a detailed view of the overcurrent protection circuit according to the present invention.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 이를 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되지 아니하며, 청구범위에서 정하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.In the above described and illustrated with respect to the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited only to the above-described embodiment, the general knowledge in the field to which the present invention belongs without departing from the spirit of the invention defined in the claims Anyone with a variety of modifications can be made, as well as such modifications are within the scope of the claims.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, PWM 고주파 사다리파형 전원변환장치를 고주파 스위칭 소자를 활용하여 무소음화하고 경박 단소화하는 한편, 고효율화 할 수 있으며,As described above, according to the present invention, the PWM high-frequency ladder waveform power converter can be made noise-free, light-weighted, and highly efficient by utilizing a high-frequency switching element.
특히 컴퓨터, 프린터, 모니터등 교류를 정류하여 사용하는 부하에는 그 부하에 적합하도록 출력 파형을 사다리 파형으로 하여 정류효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라,Especially for loads using rectifying AC, such as computers, printers, and monitors, the output waveform can be used as a ladder waveform to suit the load.
평균전류를 증가시켜 소자의 발열량을 감소시키고 또한 정현파가 정류부하에서는 피크부분에서만 전류가 집중하게 되므로 전압강하가 크고 비효율적으로 되는 문제점을 개선하는 효과가 있다.Increasing the average current reduces the amount of heat generated by the device, and since the current is concentrated only at the peak portion of the sine wave at the rectifying load, there is an effect of improving the problem that the voltage drop is large and inefficient.
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