KR100510143B1

KR100510143B1 - 역률 보상 방법, 이에 적합한 장치 그리고 이를 적용한전원 장치

Info

Publication number: KR100510143B1
Application number: KR10-2003-0044341A
Authority: KR
Inventors: 이진형; 이경근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-08-25
Also published as: US7317624B2; US20050002211A1; KR20050005299A

Abstract

본 발명은 역률 보상 장치에 관한 것으로서, 특히 커패시터 입력형 평활회로를 통해서 직류 전원을 제공하는 전원 장치에 적합한 역률 보상 방법, 이에 적합한 장치, 그리고 이를 적용한 개선된 전원 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 역률 개선 방법은 입력 교류 전압을 정류하고, 커패시터 입력형 평활 회로를 통하여 평활하여 직류 전원을 제공하는 전원 장치의 역률을 개선하는 방법에 있어서, 입력 교류 전압을 정류하는 정류 과정; 상기 정류 과정에서 발생된 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2근처에서 평활 회로로 전달되지 않도록 절단하는 과정; 및 상기 절단 과정에서 발생된 맥류를 평활하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 역률 보상 장치는 전류의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 인 곳에서 형성되지 않게 함으로써 역률을 개선하고 고조파 전류가 감소시키는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 역률 보상 장치는 교류 변압기의 누설 인덕턴스를 최대한 이용하므로 저렴한 가격의 전원 장치를 제공하는 것을 가능하게 한다.

Description

역률 보상 방법, 이에 적합한 장치 그리고 이를 적용한 전원 장치{Method for compensating power factor, appratus therefor and power supplyer thereof}

본 발명은 역률 보상 장치에 관한 것으로서, 특히 패시터 입력형 평활회로를 통해서 직류 전원을 제공하는 전원 장치에 적합한 역률 보상 방법, 이에 적합한 장치, 그리고 이를 적용한 개선된 전원 장치에 관한 것이다.

최근 공장 자동화 기기, 사무 자동화 기기, 정보 기기, 통신 기기 및 전력 시스템 등에 있어서 안정되고 소형 및 경량화 할 수 있는 전원 장치의 응용이 활성화되고 있다. 이와 더불어, 이들 전원 장치의 개발에 있어서 역률 개선과 고조파 저감이 중요한 관심사로 대두되고 있다.

예를 들어, 유럽 연합은 전자파 방해를 야기하는 고조파 전류의 규제를 강제 시행함으로써 전원 장치의 질을 향상시키고 무역 장벽을 높여 자국의 제품을 보호하도록 하고 있다. 일본에서도 고조파 환경 목표 수준을 유지하기 위해 전력 계통의 종합 전압 왜곡률 등의 억제 대책 가이드 라인을 통해 IEC 규격에 준거하여 규제하며, 모든 고조파 발생 기기가 적용 대상이 된다.

이 때문에 수출 대상국에서 규제하는 기준 이상의 고조파 전류가 발생하면 해당 제품의 수출이 불가능하게 되는 심각한 문제가 야기된다. 현재 우리나라의 경우도 92년에 개정된 전파법 내용에 전자파 장해기기를 제작 또는 수입하고자 하는 자는 그 기기에 대하여 전자파 장해 검정을 받아야 한다는 조항이 있다.

일반적으로 전원 장치는 교류 입력을 직류로 변환하는 정류부와 정류부의 출력을 부하 변동 및 입력 전압의 변동에 대해 안정화시키기 위한 직류-직류(DC-DC) 변환부로 나눌 수 있다. 각종 전자 기기용 직류 전원으로 많이 이용되고 있는 커패시터 입력형 정류 회로는 순시 정전에 대한 대응이나, 출력 전압의 변동을 억제시켜 DC-DC 변환부의 부담을 줄이기 위해서 큰 용량의 커패시터를 필요로 한다.

그러나 커패시터 용량이 커질수록 짧은 시간에 많은 양의 에너지를 저장시키기 위한 펄스형 대전류가 흐르게 되며 이때의 피크치는 실효치의 5 - 10배 정도가 된다. 이 펄스형 대전류로 인해 정류기의 입력 전류의 파형은 불연속이 되며, 이에 따른 입력 전압의 왜곡과 입력 전류의 고조파 성분으로 인해 주변 기기에 전자파 장해 등의 영향을 미치게 된다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 스위칭 전원의 DC-DC 변환기에 역률 개선 회로(Power Factor Correction Circuit; PFC)를 추가하는 방법에 대해 많은 노력이 이루어지고 있다.

종래의 전원 장치에서 역률을 개선시키는 회로를 살펴보면 크게 수동 역률 개선 회로(Passive PFC)와 능동 역률 개선 회로(Active PFC)로 구분할 수 있다.

도 1은 종래의 수동 역률 개선 회로를 적용한 전원 장치의 구성을 보이는 블록도이다. 도 1에 도시된 장치는 정류기(102)와 평활 커패시터(C)의 사이에 인덕터(inductor)(L)을 삽입하여, 인덕터(L)의 임피던스에 의해 커패시터(C)의 충전 전류의 도통각이 넓어지고 역률이 개선되도록 한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 장치의 동작을 도식적으로 보이는 파형도들이다. 도 2a는 인덕터가 없을 경우의 충전 전류 Ic를 보이며, 도 2b는 인덕터가 있을 경우의 충전 전류 Ic'를 보인다.

인턱터가 없을 경우 평활 커패시터(C)에 인가되는 전압이 평활 커패시터(C)의 충전 전압을 넘을 경우에만 충전 전류 Ic가 흐르게 되므로 도 2a에 도시된 바와 같이 입력 전압의 피크치 근처 즉 입력 전압의 π/2 및 3π/2위상 부근에서만 펄스형의 큰 전류가 흐른다. 이러한 펄스형 대전류에 의해 역률이 저하되고 많은 고조파 전류들이 유발된다.

인덕터가 있을 경우 인덕터의 전류 위상 지연 및 에너지 충전 특성에 의해 도 2b에 도시된 바와 같이 충전 전류 Ic'의 파형을 도 2a에 도시된 것에 비해 완만하게 변화시켜 역률을 개선하고 고조파 전류들을 저감시킨다.

이와 같은 수동 역률 개선 회로는 주로 낮은 주파수 대역, 낮은 전자기파 간섭(EMI), 고전력을 다루는 분야에서 많이 사용된다.

도 3은 종래의 능동 역률 개선 회로를 적용한 전원 장치의 구성을 보이는 블록도이다. 도 3에 도시된 장치는 정류기(302)에 의해 정류된 입력 전류의 파형을 반도체 스위치(Q2)를 이용하여 정현파에 비슷하게 만들어 줌으로써 입력 전압과 위상을 일치시켜 주는 방식이다. 능동 역률 개선 회로로서 많이 이용되는 것은 이단 역률 개선 회로이다. 이 방식은 기존의 스위칭 전원의 정류 부분을 프리 레귤레이터(Pre-regulator)로서의 역률 개선 회로(304)로 대치하고, 후단의 레귤레이터(306)을 사용하여 DC-DC 변환을 수행하는 방법으로서 넓은 입력 전압 범위 내에서 높은 역률을 유지하므로 다출력이고, 절연이 요구되며 높은 정밀도가 필요한 경우에 적합하다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 역률 개선 장치들은 모두 인덕터 L를 사용하여 역률을 개선하고 있다. 따라서, 이러한 인덕터 L를 사용하여 역률을 개선하는 전원 장치들에서는 입력 교류 전원의 주파수에 대응한 인덕터 설계가 이루어져야 하며 상용 교류 전원의 주파수는 50 Hz 혹은 60Hz에 불과므로, 큰 인덕턴스를 가지는 인덕터가 요구된다. 이에 따라 인덕터의 형상과 무게가 크고, 고가이게 된다. 또한, 인덕터 L를 사용하여 역률을 개선하는 전원 장치들에서는 역률 개선 효과가 입력 전압/전류의 변동, 출력 전압/전류의 변동 등에 크게 영향을 받으며, 후단의 리니어 레귤레이터에서의 전력 손실도 매우 크다는 등의 문제점들이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 입력 교류 전압을 정류하고, 커패시터 입력형 평활 회로를 통하여 평활하여 직류 전원을 제공하는 전원 장치에 있어서, 정류된 전압이 평활부에 제공되는 것을 입력 교류 전압에 동기하여 스위칭함에 의해 역률 및 고조파 특성을 개선할 수 있는 역률 개선 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 역률 개선 방법에 적합한 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 입력 교류 전압을 커패시터 입력형 평활부를 통하여 평활하고, 상기 평활부를 통하여 평활된 직류 전압을 리니어 레귤레이터를 통하여 안정화시키는 전원 장치에 있어서, 정류된 전압이 평활부에 제공되는 것을 스위칭함에 의해 역률 및 고조파 특성을 개선하는 전원 장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 역률 개선 방법은

입력 교류 전압을 정류하고, 커패시터 입력형 평활 회로를 통하여 평활하여 직류 전원을 제공하는 전원 장치의 역률을 개선하는 방법에 있어서,

입력 교류 전압을 정류하는 정류 과정;

상기 정류 과정에서 발생된 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2근처에서 평활 회로로 전달되지 않도록 절단하는 과정; 및

상기 절단 과정에서 발생된 맥류를 평활하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 역률 개선 장치는

입력 교류 전압을 커패시터 입력형 평활부를 통하여 평활하여 직류 전원을 제공하는 전원 장치의 역률을 개선하는 장치에 있어서,

입력 교류 전압을 변성하여 출력하는 교류 변압기;

상기 교류 변압기에서 제공되는 교류 전압을 정류하는 정류부;

상기 정류부와 상기의 평활부의 사이에 삽입되는 스위치;

상기 교류 변압기에 인가되는 입력 교류 전압에 동기된 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부; 및

상기 펄스 발생부에서 인가되는 펄스 신호에 응답하여, 상기 정류부에서 출력되는 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 근처에서는 상기 평활부로 전달되지 않도록 상기 스위치를 제어하는 스위칭 제어 신호를 발생하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 또 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 전원 장치는

입력 교류 전압을 커패시터 입력형 평활부를 통하여 평활하고, 상기 평활부를 통하여 평활된 직류 전압을 리니어 레귤레이터를 통하여 안정화시키는 전원 장치에 있어서,

입력 교류 전압을 변성하여 출력하는 교류 변압기;

상기 정류부와 상기의 평활부의 사이에 삽입되는 스위치;

상기 교류 변압기에 인가되는 입력 교류 전압에 동기된 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부;

상기 정류부에서 출력되는 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 근처에서는 상기 평활부로 전달되지 않도록 상기 스위치를 제어하는 스위칭 제어 신호를 발생하는 스위칭 제어부; 및

상기 리니어 레귤레이터 양단의 전압차를 검출하여 스위칭 제어부에 제공하는 드롭 아웃 검출기를 포함하고,

여기서, 상기 스위칭 제어부는 상기 펄스 발생부에서 인가되는 펄스 신호 및 상기 드롭 아웃 검출기에서 제공되는 드롭 아웃에 응답하여, 상기 스위치를 제어하는 스위칭 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 통하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 역률 개선 방법을 보이는 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 역률 개선 방법은 정류 과정, 절단 과정, 그리고 평활 과정을 포함한다.

정류 과정(s402)에서는 교류 변압기에서 제공되는 교류 전압을 정류한다. 이러한 정류 과정은 통상의 브리지 정류기 등에 의해 수행된다.

한편, 교류 변압기를 통하여 교류 전압을 변성함에 있어서 교류 변압기의 누설 인덕턴스를 제어하여 입력 전류의 고조파를 저감시키도록 할 수 있다. 교류 변압기의 누설 인덕턴스에 의한 전류 위상 지연 및 에너지 충전 특성에 의해 역률 개선 및 고조파 저감을 달성할 수 있다. 이와 같이 교류 변압기의 누설 인덕턴스 특성을 이용하면 별도의 인덕터를 사용하지 않고도 우수한 역률 개선 효과를 달성할 수 있다.

절단 과정(s404)에서는 정류 과정(s402)에서 얻어진 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 인 곳을 전후로 하여 절단한다. 즉, 정류 과정(s402)에서 얻어진 맥류가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2근처에서 정류기로 전달되지 않도록, 바람직하게는 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서만 통과시킨다. 이러한 절단 과정(s404)은 정류기와 평활 회로의 사이에 스위치를 삽입하고, 이 스위치를 입력 교류 전압의 위상이 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서만 도통시킴으로서 수행된다.

평활 과정(s406)에서는 절단 과정(s304)에서 절단된 맥류를 평활한다. 평활 과정(s406)은 통상의 커패시터 입력형 평활 회로에 의해 수행된다.

EMI(Electromagnetic Interference)는 장애물이 없는 장소에서 방사되거나 전원 리드선이나 신호 리드선을 따라 전도되는 모든 전자기 신호 또는 기타 방사되는 것을 말하며, 신호나 무선 항곡 또는 기타 안전 서비스 기능을 저해하며, 무선 통신 서비스를 심각할 정도로 방해하거나 지속적으로 차단시킨다.

근래 들어 유럽 및 일본 등지에서는 전자파 환경 공해를 억제하여 자국민의 건강을 돌보기 위한 행정 처분의 일환으로서 전원 공급 장치에서 발생되는 고조파 노이즈를 규제하기 위한 규정들을 제정하여 운영하고 있으며, 이러한 전자파 공해 관련 규제는 더욱 확대되어질 전망이다.

예를 들어, 유럽 연합의 EMC(Electromagnetic Compatibility; 전자파 환경에서 여러 전자 장치가 함께 제대로 작동하는 지를 나타내는 능력) 보호 규정인 EN 61000-3-2는 최대 정격 전류가 16A이하인 장치의 전원 공급 장치에서의 전압 유입 및 변동을 제한하는 것으로서, 입력 파워 및 사용 기기의 종류, 입력 전류의 파형에 따라 Class A, B, C, D로 구분하며, 일반 정보기기는 Class D로 분류된다.

도 5는 Class A와 Class D의 구분을 도식적으로 보이기 위해 도시된 것이다. 도 5에 도시된 것은 입력 교류 전압의 반파 즉, 0 ∼ π의 범위만을 보이는 것으로서 π∼ 2π의 범위에 대해서는 도 5에 준하여 판단하면 된다.

도 5에 도시된 바와 같이 입력 전류의 피크 엔벨로프가 입력 전압의 π/2 근처 즉, π/3 ∼ 2π/3 이내에 존재할 경우에는 Class D를 적용받게 되고, 그렇지 않을 경우에는 Class A를 적용받게 된다.

표 1은 EN 61000-3-2에서 Class A 및 Class D의 규격 제한을 보이는 것이다.

표 1에 있어서 좌측 열은 고조파의 차수를 나타내며, 가운데 열은 Class A인 경우의 규격치로서 고정값이고, 우측 열은 Class D인 경우의 규격치로서 입력 파워에 따라 비례적으로 가변하는 가변치이다.

예를 들어, 3차 고조파인 경우 Class A의 경우는 입력 파워에 상관없이 최대 2300mAmps(밀리 암페어)를 만족하면 되지만, Class D의 경우는 1W당 최대 3.4mAmps를 만족하여야 한다. 입력 파워가 최대 적용 한도인 600W인 경우 Class A는 2300mAmps 이내이면 되지만 Class D는 2040mAmps이므로 Class D 보다는 Class A를 적용받는 것이 유리함을 알 수 있다.

본 발명의 역률 개선 방법에 따르면 입력 전류의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/3 ∼ 2π/3 이내인 곳에서 형성되지 않고 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 이내인 곳에서 형성되게 된다. 이에 따라 본 발명에 따른 역률 개선 방법을 적용한 전원 장치는 보다 완화된 규격인 EN 61000-3-2의 Class D를 적용받을 수 있게 된다.

본 발명에 따른 역률 개선 방법에 있어서 교류 변압기의 누설 인덕턴스에 의해 평활 회로에 인가되는 충전 전류는 입력 교류 전압의 제로 크로싱 포인트에서도 계속적으로 흐르게 되며, 그것의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 인 곳에서 형성되지 않고 π/3, 2π/3, 4π/3, 그리고 6π/3 부근에서 형성되게 된다. 이에 따라 역률이 개선되고 고조파 전류가 감소하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 역률 개선 방법은 종래의 역률 개선 장치에서와 같이 인덕터를 사용하지 않고 교류 변압기의 누설 인덕턴스 특성을 이용하므로 가격부담이 적으면서도 역률이 개선되는 전원 장치를 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 역률 개선 장치의 바람직한 실시예의 구성을 보이는 블록도이다.

도 6에 도시된 장치는 교류 변압기(602), 정류부(604), 스위치(606), 펄스 발생부(608), 스위칭 제어부(610), 그리고 평활부(612)를 포함한다.

교류 변압기(602)는 입력 교류 전압을 변성하여 출력하며, 평활부(612)에 제공되는 전류 파형의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 근처에서 발생하지 않도록, 바람직하게는 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서 발생하도록 하는 정도의 누설 인덕턴스를 가지도록 설계된다. 여기서 누설 인덕턴스는 입출력 전압/전류 조건에 따라 선정된다.

정류부(604)는 교류 변압기(602)에서 제공되는 교류 전압을 정류한다.

스위치(606)는 정류부(604)와 평활부(612)의 사이에 삽입되며, 스위칭 제어부(610)의 제어에 의해 스위칭 동작이 제어된다.

펄스 발생부(608)는 교류 변압기(602)에 인가되는 입력 교류 전압의 제로 크로싱 포인트를 검출하고, 이에 동기된 펄스 신호를 발생하여 스위칭 제어부(610)에 제공한다.

스위칭 제어부(610)는 펄스 발생부(608)에서 인가되는 펄스 신호 즉, 입력 교류 전압의 제로 크로싱 포인트에서 발생되는 펄스 신호에 응답하여, 정류부(404)에서 출력되는 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 근처에서는 정류부(612)로 전달되지 않도록 하며, 바람직하게는 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서만 통과시키게 하는 스위칭 제어 신호를 발생한다. 이 스위칭 제어 신호는 평활부(612)에 인가되는 전압을 조정할 수 있도록 펄스폭 변조 신호인 것이 바람직하다.

도 7a 내지 도 7f는 도 6에 도시된 장치의 동작을 도식적으로 보이기 위한 파형도이다.

도 7a는 교류 변압기(602)에 입력되는 입력 교류 전압을 보이는 것이고, 도 7b는 정류부(604)에서 출력되는 전파 정류된 신호를 보이는 것이고, 도 7c는 펄스 발생부(608)에서 발생되는 펄스 신호를 보이는 것이고, 도 7d는 스위칭 제어부(610)에서 발생된 스위칭 제어 신호를 보이는 것이고, 도 7e는 스위치(606) 양단의 전압 변화를 보이는 것이며, 그리고 도 7f는 스위치(608)에 흐르는 전류를 보이는 것이다.

도 7f에 있어서, 입력 교류 전압의 제로 크로싱 포인트 즉, 입력 교류 전압의 위상이 π 인 곳에서 전류가 흐르는 것은 교류 변압기(502)의 누설 인덕턴스에 의한 것이다.

도 7a 내지 도 7f을 참조하면 평활부(612)에 인가되는 전류는 입력 교류 전압의 제로 크로싱 포인트에서도 계속적으로 흐르게 되며, 그것의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 인 곳에서 형성되지 않고 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 범위 내에서 형성되게 된다. 이에 따라 역률이 개선되고 고조파 전류가 감소하게 되는 것을 알 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 직류 전원 장치의 바람직한 실시예를 보이는 블록도이다.

도 8에 도시된 장치는 교류 변압기(802), 정류부(804), 스위치(806), 펄스 발생부(808), 스위칭 제어부(810), 평활부(812), 리니어 레귤레이터(814), 그리고 드롭 아웃 검출기(816)를 포함한다.

도 8에 도시된 장치에 있어서, 교류 변압기(802), 정류부(804), 스위치(806), 펄스 발생부(8l0), 그리고 평활부(812)의 동작은 도 5에 도시된 그것들과 유사하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

리니어 레귤레이터(814)는 정류부(804)에서 발생한 불안정한 전압 및 전류를 입력이나 출력 부하의 변화에 관계없이 일정하게 유지하기 위한 것이다.

도 8에 적용된 리니어 레귤레이터(814)는 시리즈 방식으로서 입력과 출력 전압의 차를 레귤레이터에서 흡수한다. 이에 따라 리니어 레귤레이터(814)의 양단에는 전압차(드롭 아웃)이 존재한다.

그렇지만 이 드롭 아웃은 입력 교류 전압의 변동 및 부하의 전류의 변동에 따라 변동하므로 이를 최소화해주는 것이 관건이 된다.

본 발명에 따른 전원 장치에서는 드롭아웃의 크기를 검출하고, 이를 스위칭 제어부(810)에 피드백시켜 평활부(812)에 인가되는 전압을 제어한다. 드롭아웃의 크기는 드롭 아웃 검출기(816)에 의해 검출된다.

드롭 아웃 검출기(816)는 리니어 레귤레이터(814) 양단의 전압차와 기준와의 차를 검출하여 스위칭 제어부(810)에 제공한다. 여기서 기준치는 리니어 레귤레이터(814)에서 흡수할 수 있는 적절한 값으로 결정되며, 이 기준값은 최대 드롭아웃보다 작다.

스위칭 제어부(810)는 드롭 아웃 검출기(816)에서 제공되는 오차의 크기에 따라 펄스 폭이 가변되는 스위칭 제어 신호를 발생하여 스위치(806)에 제공한다.

스위칭 제어부(810)는 드롭 아웃 검출기(816)에서 제공되는 오차의 크기에 따라 평활부(812)에 인가되는 전압의 도통 범위를 넓히거나 좁히도록 스위치(806)의 도통 범위를 조정한다.

스위칭 제어부(810)의 스위칭 제어 동작에 의해 평활부(812)에서 출력되는 전압이 리니어 레귤레이터(814)의 출력 전압과 비슷한 값 즉, 리니어 레귤레이터(814)의 출력 전압에 기준값을 더해준 값으로 유지되게 된다. 이에 따라 리니어 레귤레이터(814)에서 소모되는 전력을 최소한으로 유지할 수 있다.

도 9는 도 8에 도시된 장치에 의한 역률 개선 효과를 보이기 위한 파형도이다. 도 9에 도시된 바와 같이 전류의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 인 곳에서 형성되지 않고 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 범위 내에서 형성되게 된다. 이에 따라 역률이 개선되고 고조파 전류가 감소하게 된다.

도 10은 도 8에 도시된 장치에 의한 고조파 개선 효과를 보이기 위한 그래프이다. 도 10에 도시된 그래프에 있어서 종축은 전류값을 나타내고, 횡축은 고조파를 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이 실선으로 도시된 Class A의 규격 제한값을 충분히 만족하는 정도로 고조파들이 억제되고 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 전원 장치는 인덕터를 사용하지 않고 교류 변압기의 누설 인덕턴스 특성을 이용하므로 가격이 저렴한 전원 장치를 제공할 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따른 전원 장치는 리니어 레귤레이터의 드롭 아웃을 최소화함으로써 방열판의 크기 및 리니어 레귤레이터에 사용되는 트랜지스터의 크기를 줄일 수 있으므로 높은 집적도의 전원 장치를 제공할 수 있게 한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 역률 보상 장치는 전류의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 인 곳에서 형성되지 않게 함으로써 역률을 개선하고 고조파 전류가 감소시키는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 수동 역률 개선 회로를 적용한 전원 장치의 구성을 보이는 블록도이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 장치의 동작을 도식적으로 보이는 파형도들이다.

도 3은 종래의 능동 역률 개선 회로를 적용한 전원 장치의 구성을 보이는 블록도이다.

도 5는 Class A와 Class D의 구분을 도식적으로 보이기 위해 도시된 것이다.

도 7a 및 7f는 도 6에 도시된 장치의 동작을 도식적으로 보이기 위한 파형도이다.

도 9는 도 8에 도시된 장치에 의한 역률 개선 효과를 보이기 위한 파형도이다.

도 10은 도 8에 도시된 장치에 의한 고조파 개선 효과를 보이기 위한 그래프이다.

Claims

입력 교류 전압을 정류하고, 커패시터 입력형 평활 회로를 통하여 평활하여 직류 전원을 제공하는 전원 장치의 역률을 개선하는 방법에 있어서,

입력 교류 전압을 정류하는 정류 과정;

상기 정류 과정에서 발생된 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2근처에서 평활 회로로 전달되지 않도록 절단하는 과정; 및

상기 절단 과정에서 발생된 맥류를 평활하는 과정을 포함하는 역률 보상 방법.
제1항에 있어서, 상기 절단 과정은

입력 교류 전압의 위상이 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서만 통과시키는 것을 특징으로 하는 역률 보상 방법.
제1항에 있어서,

입력 전류의 고조파를 저감하도록 입력 교류 전압을 변성하는 교류 변압기의 누설 인덕턴스를 제어하는 과정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 방법.
입력 교류 전압을 커패시터 입력형 평활부를 통하여 평활하여 직류 전원을 제공하는 전원 장치의 역률을 개선하는 장치에 있어서,

입력 교류 전압을 변성하여 출력하는 교류 변압기;

상기 교류 변압기에서 제공되는 교류 전압을 정류하는 정류부;

상기 정류부와 상기의 평활부의 사이에 삽입되는 스위치;

상기 교류 변압기에 인가되는 입력 교류 전압에 동기된 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부; 및

상기 펄스 발생부에서 인가되는 펄스 신호에 응답하여, 상기 정류부에서 출력되는 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 근처에서는 상기 평활부로 전달되지 않도록 상기 스위치를 제어하는 스위칭 제어 신호를 발생하는 스위칭 제어부를 포함하는 역률 개선 장치.
제4항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는 입력 교류 전압의 위상이 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서만 통과시키게 하는 스위칭 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 역률 개선 장치.
제4항에 있어서, 상기 교류 변압기는 상기 평활부에 제공되는 전류 파형의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 근처에서 발생하지 않도록 하는 정도의 누설 인덕턴스를 가지는 것을 특징으로 하는 역률 개선 장치.
제6항에 있어서, 상기 교류 변압기는 전류 파형의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서 발생하도록 하는 정도의 누설 인덕턴스를 가지는 것을 특징으로 하는 역률 개선 장치.
제4항에 있어서, 상기 펄스 신호 발생부는 입력 교류 전압의 제로 크로싱 포인트를 검출하고, 이에 동기된 펄스 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 역률 개선 장치.
입력 교류 전압을 커패시터 입력형 평활부를 통하여 평활하고, 상기 평활부를 통하여 평활된 직류 전압을 리니어 레귤레이터를 통하여 안정화시키는 전원 장치에 있어서,

입력 교류 전압을 변성하여 출력하는 교류 변압기;

상기 교류 변압기에서 제공되는 교류 전압을 정류하는 정류부;

상기 정류부와 상기의 평활부의 사이에 삽입되는 스위치;

상기 교류 변압기에 인가되는 입력 교류 전압에 동기된 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부;

상기 정류부에서 출력되는 맥류를 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 근처에서는 상기 평활부로 전달되지 않도록 상기 스위치를 제어하는 스위칭 제어 신호를 발생하는 스위칭 제어부; 및

상기 리니어 레귤레이터 양단의 전압차를 검출하여 스위칭 제어부에 제공하는 드롭 아웃 검출기를 포함하고,

여기서, 상기 스위칭 제어부는 상기 펄스 발생부에서 인가되는 펄스 신호 및 상기 드롭 아웃 검출기에서 제공되는 드롭 아웃에 응답하여, 상기 스위치를 제어하는 스위칭 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제9항에 있어서, 상기 드롭아웃 검출기는 상기 리이너 레귤레이터 양단의 전압차와 소정의 기준치와의 차를 검출하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제10항에 있어서, 기준치는 상기 리니어 레귤레이터에서 흡수할 수 있는 최대 드롭아웃에 상당하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제9항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는 상기 드롭 아웃 검출기에서 제공되는 오차의 크기에 따라 펄스 폭이 가변되는 스위칭 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제9항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는 입력 교류 전압의 위상이 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서만 통과시키게 하는 스위칭 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제9항에 있어서, 상기 교류 변압기는 상기 평활부에 제공되는 전류 파형의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 π/2 및 3π/2 근처에서 발생하지 않도록 하는 정도의 누설 인덕턴스를 가지는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제14항에 있어서, 상기 교류 변압기는 전류 파형의 피크 엔벨로프가 입력 교류 전압의 위상이 2π/3 ∼ 4π/3, 6π/3 ∼ π/3 인 범위에서 발생하도록 하는 정도의 누설 인덕턴스를 가지는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제9항에 있어서, 상기 펄스 신호 발생기는 입력 교류 전압의 제로 크로싱 포인트를 검출하고, 이에 동기된 펄스 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.