KR100540559B1 - 고효율 인버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고효율 인버터에 관한 것으로, 상세하게는 배터리의 전압의 세기에 따라 승압용 트랜스포머의 1차측 코일의 권선수를 달리하여 인덕턴스를 조정할 수 있도록 함으로써 인버터의 효율을 증대시켜 배터리 사용 시간을 상대적으로 길게 할 수 있다.
인버터, 배터리, 전압, 효율, 증대

Description

고효율 인버터{HIGH EFFICIENCY INVERTER}
도 1은 종래의 인버터의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 회로도
도 2는 종래의 인버터의 효율을 나타낸 그래프
도 3은 본 발명에 따른 고효율 인버터의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 회로도
도 4는 본 발명에 따른 고효율 인버터의 효율을 나타낸 그래프
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
110, 120 : 제 1, 2드라이버 130 : 분압 저항
140 : 비교기 150 : 승압용 트랜스포머
160 : 스위치 170 : 냉음극관
B+ : 배터리 Cs : 커패시터
Lp1 : 1차측 코일 Lp2 : 1차측 보조 코일
L2 : 2차측 코일 Vref : 기준 전압 공급단
본 발명은 인버터에 관한 것으로, 상세하게는 배터리에 의해 동작되는 인버 터가 최대 효율을 발휘할 수 있도록 각기 다른 전압에서 다수의 효율 최적점을 가지도록 하여 배터리 사용시간을 증가시킬 수 있는 고효율 인버터에 관한 것이다.
일반적으로 인버터는 휴대용 노트북 컴퓨터 등과 같은 휴대용 이동 기기의 디스플레이장치인 티에프티 엘씨디(TFT-LCD) 패널의 백라이트(Back Light)를 점등시키도록 직류 전압을 공급받아 교류 전압으로 변환시키고 변환된 교류 전압을 수백볼트로 승압시켜 티에프티 엘씨디 패널의 백라이트인 냉음극관을 동작시키도록 구성된다.
이러한 인버터는 도 1에 도시된 바와 같이 구동 신호를 발생하는 제 1, 2드라이버(10, 20)와, 제 1, 2드라이버(10, 20)의 각 출력단에 1차측 코일(Lp1)이 연결되어 이들로부터 1차측 코일(Lp1)로 공급되는 구동 신호를 2차측 코일(L2)에서 승압시켜 교류 전원을 발생시키는 승압용 트랜스포머(30)와, 제 2드라이버(20)와 승압용 트랜스포머(30)의 1차측 코일(Lp1) 사이에 연결되어 직류 신호를 제거하는 커패시터(Cs)로 이루어진다. 참조번호 40은 교류 전압에 의해 빛을 발생하는 냉음극관이다.
이러한 인버터의 동작을 간략하게 설명하면, 제 1, 2드라이버(10, 20)로부터 신호가 승압용 트랜스포머(30)의 1차측 코일(Lp1)로 전달되면, 승압용 트랜스포머(30)의 1차측 코일(Lp1)에 축적된 에너지가 2차측 코일(L2)로 전달되고, 이 전달된 신호는 권선비에 의해 일정 크기만큼 교류 전압으로 승압되어 출력된다. 이 출력된 전압은 냉음극관(40)으로 인가된다. 한편 승압용 트랜스포머(30)의 1차측 코일(Lp1)의 권선비가 낮을수록 승압용 트랜스포머(30)의 인덕턴스가 낮아져서 낮은 입력 전원에서도 냉음극관(40)이 빛을 낼 수 있다.
그리고 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 이동 기기에 적용된 인버터는 가장 낮은 배터리 전압에서 동작될 수 있도록 설계를 하는데, 이렇게 설계를 하기 위해서는 상기에서 언급한 바와 같이 1차측 권선수, 즉 인덕턴스를 낮춰 설계한다.
그러나 배터리의 효율은 중심 전압과 최대 전압 사이에서 설정해야 가장 좋고, 또 장시간 사용할 수 있게 되는데, 종래와 같은 인버터는 도 2에 도시된 바와 같이 배터리의 최저 전압에서 고효율을 낼 수 있도록 동작하게 설계되어 있기 때문에 인버터의 효율이 나빠 배터리의 사용 시간이 짧은 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리의 전압의 세기에 따라 승압용 트랜스포머의 1차측 코일의 권선수를 달리하여 인덕턴스를 조정할 수 있도록 함으로써 인버터의 효율을 증대시켜 배터리 사용 시간을 상대적으로 길게 할 수 있도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
구동 신호를 발생하는 제 1, 2드라이버와, 상기 제 1, 2드라이버의 각 출력단에 1차측 코일이 연결되어 이들로부터 1차측 코일로 공급되는 구동 신호를 2차측 코일에서 승압시켜 교류 전원을 발생시키는 승압용 트랜스포머와, 상기 제 2드라이버의 출력단에 연결되어 직류 신호를 제거하는 커패시터로 이루어지는 인버터에 있어서,
기준 전압을 공급하는 기준 전압 공급단과,
시스템에 필요한 전원을 공급하는 배터리 전압 공급단과,
상기 배터리로부터 공급되는 전원을 분압시키는 분압 저항과,
상기 분압 저항으로부터 분압된 배터리 전압과 상기 기준 전압 공급단으로부터 공급되는 기준 전압을 비교하여 비교 결과에 따라 로직 신호를 출력하는 비교기와,
상기 비교기로부터 출력되는 로직 신호에 따라 온/오프되는 스위치와,
상기 승압용 트랜스포머의 1차측 코일과 상기 커패시터 사이에 설치되고, 상기 스위치의 스위칭에 따라 상기 1차측 코일과 전기적으로 접속되는 1차측 보조 코일로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기에서 상기 비교기는,
상기 분압된 배터리 전압이 상기 기준 전압보다 높으면 하이 또는 로우의 로직 신호를 출력한다.
여기에서 또한 상기 스위치는,
상기 비교기의 로직신호에 의해 온(on) 또는 오프(off)되어 상기 승압용 트랜스포머의 1차측 코일과 상기 1차측 보조 코일을 전기적으로 분리 또는 연결시켜 상기 승압용 트랜스포머의 인덕턴스를 증가 또는 유지한다.
여기에서 또 상기 1차측 보조 코일은,
상기 승압용 트랜스포머의 내부에서 일체로 설치된다.
이하, 본 발명에 의한 고효율 인버터의 구성을 도 3을 참조하여 상세하게 설 명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 고효율 인버터의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 회로도이다. 도면중 참조부호 170은 교류 전압에 의해 빛을 발생하는 냉음극관이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 고효율 인버터(100)는, 제 1드라이버(110)와, 제 2드라이버(120)와, 기준 전압 공급단(Vref)과, 배터리(B+)와, 분압 저항(130)과, 비교기(140)와, 승압용 트랜스포머(150)와, 스위치(160) 및 커패시터(Cs)로 구성된다.
제 1, 2드라이버(110, 120)는 구동 신호를 발생한다.
기준 전압 공급단(Vref)은 기준 전압을 공급하고, 배터리(B+)는 시스템에 필요한 각종 전압을 공급한다.
분압 저항(130)은 배터리(B+)로부터 공급되는 전압을 분압시킨다.
비교기(140)는 분압 저항(130)으로부터 분압된 배터리 전압과 기준 전압 공급단(Vref)으로부터 공급되는 기준 전압을 비교하여 비교 결과에 따라 로직 신호를 출력한다. 여기에서 비교기(140)는 분압된 배터리 전압이 기준 전압보다 높으면 로직(하이 또는 로우) 신호를 출력한다.
승압용 트랜스포머(150)는 제 1, 2드라이버(110, 120)의 각 출력단에 연결되는 1차측 코일(Lp1)과, 비교기(140)의 출력단에 연결되고 1차측 코일(Lp1)과 연결 설치되는 1차측 보조 코일(Lp2)과, 1차측 코일(Lp1) 또는 1차측 코일(Lp1)과 1차측 보조 코일(Lp2)에 축적되는 에너지를 권선비에 의해 일정 크기만큼 교류 전원으로 승압시키는 2차측 코일(L2)로 구성된다.
스위치(160)는 비교기(140)로부터 신호가 하이 또는 로우 신호가 출력되면 오프(off)되어 승압용 트랜스포머(150)의 1차측 코일(Lp1)과 1차측 보조 코일(Lp2)을 전기적으로 연결시켜 승압용 트랜스포머(150)의 인덕턴스를 증가시키도록 비교기(140)의 출력단과 승압용 트랜스포머(150)의 1차측 보조 코일(Lp2) 사이에 설치된다.
커패시터(Cs)는 제 2드라이버(120)의 출력단에 연결되어 직류 신호를 제거한다. 또 상기 분압된 배터리 전압이 상기 기준 전압 공급단(Vref)의 기준 전압보다 낮으면, 비교기(140)는 로우 또는 하이 신호를 발생시키면 상기 스위치(160)가 온되어 상기 승압용 트랜스포머(150)의 1차측 보조 코일(Lp2)을 전기적으로 쇼트시켜서 승압용 트랜스포머(150)의 인덕턴스를 1차측 코일(Lp1)만으로 구성된다.
이하 본 발명에 따른 고효율 인버터의 동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 고효율 인버터의 효율을 나타낸 그래프이다.
먼저 고효율 인버터(100)가 동작되고, 이러한 상태에서 예를 들어 배터리(B+)의 출력 전압이 13V이며, 기준 전압 공급단(Vref)의 기준 전압이 5V인 상태이면 비교기(140)는 분압 저항(130)으로부터 분압된 배터리 전압이 기준 전압보다 높기 때문에 로직(하이 또는 로우) 신호를 출력한다.
이로 인해 스위치(160)가 오프되어 승압용 트랜스포머(150)의 1차측 코일(Lp1)과 1차측 보조 코일(Lp2)이 전기적으로 연결되어 하나의 코일 형태로 되고, 결국 이로 인해 인덕턴스가 증가되기 때문에 도 4에 도시된 바와 같이 인버터 의 효율 최적점(Pole2)이 이동되어 높은 배터리 전압에서 고효율을 낼 수 있게 된다.
반대로 고효율 인버터(100)가 동작되고, 이러한 상태에서 예를 들어 배터리(B+)의 출력 전압이 10V이며, 기준 전압 공급단(Vref)의 기준 전압이 5V인 상태이면 비교기(140)는 분압 저항(130)으로부터 분압된 배터리 전압이 기준 전압보다 낮기 때문에 로직(로우 또는 하이) 신호를 출력한다.
이로 인해 스위치(160)가 온되어 1차측 코일(Lp1)에만 구동 신호가 인가되도록 승압용 트랜스포머(150)의 1차측 코일(Lp1)과 1차측 보조 코일(Lp2)이 전기적으로 분리된 상태로 되어 결국 이로 인해 인덕턴스가 상대적으로 낮기 때문에 도 4에 도시된 바와 같이 인버터의 효율 최적점(Pole1)이 이동되어 낮은 배터리 전압에서 고효율을 낼 수 있게 된다.
한편 전반적인 동작은 종래와 유사하여 제 1, 2드라이버(110, 120)로부터 신호가 증폭되어 승압용 트랜스포머(150)의 1차측 코일(Lp1) 또는 1차측 코일(Lp1)과 1차측 보조 코일(Lp2)로 전달되면, 승압용 트랜스포머(150)의 1차측 코일(Lp1) 또는 1차측 코일(Lp1)과 1차측 보조 코일(Lp2)에 축적된 에너지가 2차측 코일(L2)로 전달되고, 이 전달된 신호는 권선비에 의해 일정 크기만큼 교류 전압으로 승압되어 출력된다. 이 출력된 전압은 냉음극관(170)으로 인가되어 이를 점등시킨다.
따라서 배터리의 출력 전압의 세기에 따라 인버터의 효율 최적점을 이동시킴으로써 배터리의 낮은 전압 및 높은 전압에서도 각각 최대 효율을 발휘할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고효율 인버터에 의하면, 배터리의 전압의 세기에 따라 승압용 트랜스포머의 1차측 코일의 권선수를 달리하여 인덕턴스를 조정할 수 있도록 함으로써 인버터의 효율을 증대시켜 배터리 사용 시간을 상대적으로 길게 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 구동 신호를 발생하는 제 1, 2드라이버와, 상기 제 1, 2드라이버의 각 출력단에 1차측 코일이 연결되어 이들로부터 1차측 코일로 공급되는 구동 신호를 2차측 코일에서 승압시켜 교류 전원을 발생시키는 승압용 트랜스포머와, 상기 제 2드라이버의 출력단에 연결되어 직류 신호를 제거하는 커패시터로 이루어지는 인버터에 있어서,
    기준 전압을 공급하는 기준 전압 공급단과,
    시스템에 필요한 전원을 공급하는 배터리 전압 공급단과,
    상기 배터리로부터 공급되는 전원을 분압시키는 분압 저항과,
    상기 분압 저항으로부터 분압된 배터리 전압과 상기 기준 전압 공급단으로부터 공급되는 기준 전압을 비교하여 비교 결과에 따라 로직 신호를 출력하는 비교기와,
    상기 비교기로부터 출력되는 로직 신호에 따라 온/오프되는 스위치와,
    상기 승압용 트랜스포머의 1차측 코일과 상기 커패시터 사이에 설치되고, 상기 스위치의 스위칭에 따라 상기 1차측 코일과 전기적으로 접속되는 1차측 보조 코일로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 인버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 분압된 배터리 전압이 상기 기준 전압보다 높으면 하이 또는 로우의 로직 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고효율 인버터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치는,
    상기 비교기의 로직 신호에 의해 온 또는 오프되어 상기 승압용 트랜스포머의 1차측 코일과 상기 1차측 보조 코일을 전기적으로 분리 또는 연결시켜 상기 승압용 트랜스포머의 인덕턴스를 증가 또는 유지하는 것을 특징으로 하는 고효율 인버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차측 보조 코일은,
    상기 승압용 트랜스포머의 내부에서 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 고효율 인버터.
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