KR100568319B1

KR100568319B1 - 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터

Info

Publication number: KR100568319B1
Application number: KR1020040084637A
Authority: KR
Inventors: 장찬규; 안태영; 김용주; 김성철; 박태욱
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2006-04-05
Also published as: US7209372B2; JP2006121885A; TWI295873B; US20060087868A1; CN100382425C; CN1764053A; TW200614632A

Abstract

본 발명은 노트북 PC 등의 휴대용 컴퓨터 전원장치에 적용되는 플라이백 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 출력전압이 제로 크로싱되는 시점에서 메인 스위치를 온/오프 스위칭하는 크리티칼 컨덕션 모드로 동작하도록 구현하고, 출력전압을 이용하여 동기 스위치의 구동전압으로 공급하도록 구현함으로써, 트랜스포머의 2차 보조코일이 불필요하고, 동기 스위치에 병렬로 접속되는 쇼트키 다이오드도 불필요하며, 회로설계를 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

노트북 컴퓨터, 전원장치, 플라이백 컨버터, 동기 정류기, 동기 스위치

Description

동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터{FLYBACK CONVERTER WITH SYNCHRONOUS RECTIFIER}

도 1은 종래의 플라이백 컨버터의 구성도이다.

도 2는 도 1의 회로의 주요 파형도이다.

도 3은 종래의 플라이백 컨버터의 회로도이다.

도 4는 도 3의 플라이백 컨버터의 각 동작모드별 전류 파형도이다.

도 5는 도 3의 플라이백 컨버터에서의 역회복 전류의 파형도이다.

도 6은 본 발명에 따른 플라이백 컨버터의 구성도이다.

도 7은 본 발명의 플라이백 컨버터의 주요 신호 파형도이다.

도 8은 본 발명의 플라이백 컨버터의 전류 파형도이다.

도 9는 본 발명의 동기 스위치 동작 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 플라이백 스위칭 제어부 200 : 피드백 제어부

300 : 전류/전압 변환부 400 : 제1 스위치

500 : 제2 스위치 600 : 정전압원

700 : 턴온 스위치 800 : 턴오프 스위치

MS : 메인 스위치 TF : 트랜스포머

L1,L2 : 1차 및 2차 코일 OL1,OL2 : 제1,제2 출력라인

SS : 동기 스위치 CT : 전류 검출부

Q1~Q4 : 제1 ~ 제4 트랜지스터 ZD : 제너다이오드

본 발명은 노트북 PC 등의 휴대용 컴퓨터 전원장치에 적용되는 플라이백 컨버터에 관한 것으로, 특히 출력전압이 제로 크로싱되는 시점에서 메인 스위치를 온/오프 스위칭하는 크리티칼 컨덕션 모드로 동작하도록 구현하고, 출력전압을 이용하여 동기 스위치의 구동전압으로 공급하도록 구현함으로써, 트랜스포머의 2차 보조코일이 불필요하고, 동기 스위치에 병렬로 접속되는 쇼트키 다이오드도 불필요하며, 회로설계를 단순화시킬 수 있는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터에 관한 것이다.

최근, 전자 및 전기 기기 등에서 소비자가 요구하는 기능이 증가하고, 이러한 다 기능을 구현하기 위해 더욱더 디지털화 되는 추세에 있으며, 또한, 다양한 소비자의 요구에 알맞은 적절한 서비스를 위해서는 각 제품에 소형이면서 고효율의 전원공급 장치가 절실히 요구되고 있다.

한편, 전원장치중 플라이백(Flyback)형 전원장치가 전원장치의 기본 회로 방식으로 가장 널리 사용되고 있는데, 이는 부품 구성 수가 적어 제조 가격이 저렴하면서 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

그런데, 최근의 전자기기 등에서 요구하는 전원의 전압이 낮아지고 전류가 커지면서 기존 플라이백 컨버터에서 사용하는 다이오드 정류방식은 더 이상 고객이 요구하는 소형, 박형 및 고효율의 조건을 만족시킬 수가 없다. 또한, 통상의 다이오드 정류방식은 출력전류에 비례하여 큰 손실이 발생하기 때문에 대전류에서는 과도한 전력손실이 발생하는 단점이 존재한다.

이에 따라, 도통 손실이 적은 MOS 트랜지스터와 같은 반도체 스위치 등을 사용하는 동기 정류기(Synchronous rectifier) 방식이 다이오드 정류기를 대체하는 방식으로 제안되어 왔다.

도 1은 종래의 플라이백 컨버터의 회로도이고, 도 2는 도 1의 회로의 주요 파형도이다.

도 1 및 도 2에서, AC 입력전압(Vin)이 정류기(11)에서 정류되어 트랜스포머(TF)로 제공되고, 이때, 플라이백 스위칭 회로(12)는 메인 스위치(MS)를 스위칭시키고, 이에 따라 도 2에 도시한 바와 같이 메인 스위치(MS)는 온/오프 스위칭을 반복하게 된다.

상기 메인 스위치(MS)의 온/오프 동작에 따라, 상기 메인 스위치(MS)의 드레인-소오스간 전압(Vds1)은 도 2에 도시한 바와 같이 변한다.

즉, 상기 메인 스위치(MS) 온되면, 상기 메인 스위치(MS)를 통해 상기 트랜스포머(TF)의 1차 코일(L1)에 1차 전류(I1)가 도 2와 같이 흐르고, 이와 동시에 동기 스위치(SS)는 동기 스위칭 회로(14)에 의해 오프된다. 또한, 상기 메인 스위치(MS)가 오프되면, 이와 동시에 동기 스위치(SS)는 동기 스위칭 회로(14)에 의해 온되어, 상기 트랜스포머(TF)의 1차 코일(L1)의 에너지가 2차 코일(L21)로 유기되어 2차 전류(I2)가 도 2와 같이 흐르게 된다.

여기서, Vds1은 메인 스위치(MS) 양단에 걸리는 전압이고, Vds2는 동기 스위치(SS) 양단에 걸리는 전압이다.

상기 동기 스위치(SS)의 온/오프에 따라, 상기 동기 스위치(SS)의 드레인-소오스간 전압(Vds2)은 도 2에 도시한 바와 같이 변한다. 여기서, 상기 동기 스위칭 회로(14)는 상기 트랜스포머(TF)의 2차 주코일(L21)에 연결된 보조코일(L22)로부터 구동전압을 공급받는다.

이러한 동작 과정을 통해서, 상기 트랜스포머(TF)의 2차 주코일(L21)의 전압이 출력커패시터(Co)를 통해 출력전압(Vout)으로 공급된다.

상기 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 동기 스위치(SS)의 동기 스위칭 회로(14)는 플라이백 스위칭 회로(12)와 동기되어 온/오프 동작되고, 이에 따라 MOS 트랜지스터인 동기 스위치(SS)는 정류기로 동작한다.

이러한 플라이백 컨버터에서, 메인 스위치와 동기 스위치의 구동방법, 동기 스위치의 구동회로 설계 등의 구체적인 기술적인 내용에 따라 다양한 종류가 있으며, 이러한 다양한 종류의 종래 플라이백 컨버터중의 하나를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 3은 종래의 플라이백 컨버터의 회로도이다.

도 3에서, 전원과, 전원을 수신받아 스위치(S1)로 높은 주파수 펄스를 출력하는 플라이백 스위치 회로(20)와, 높은 주파수 펄스를 수신받기 위해 플라이백 스위치 회로에 연결된 1차 코일을 갖고, 마스트전원 및 부전원용 2개의 2차 코일을 갖는 트랜스포머(T1)와, 전류센서와 서브전원에 연결되어 구동 펄스를 출력하는 동기 정류기(30)와, 출력 다이오드와 병렬로 연결되어 구동 펄스를 수신하는 동기 스위치(M1)와, 마스트전원에 연결된 일측과, 출력 커패시터에 병렬로 연결된 부하에 연결된 타측을 갖는 출력 다이오드(D2)와, 부하 전류를 검출하기 위해 부하에 직렬 접속으로 연결되고, 부하 전류를 동기 정류기에 전송하는 전류 센서(40)를 포함한다. 여기서, V1은 전원이고, 21은 피드백회로이고, 25는 게이트 제어회로이며, 50은 부하이다.

이와 같은 도 3의 플라이백 컨버터에 대한 구체적인 설명은 미국특허 제6,353,544호에 개시되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 종래의 플라이백 컨버터에서는, 상기 스위치(S1) 가 고정된 주파수로 동작하는데, 이에 따라 도 4a의 DCM(Discontinuous Conduction Mode) 및 도 4b의 CCM(continuous Conduction Mode)에 적합하다.

도 5를 참조하면, 도 3의 종래의 플라이백 컨버터에서는, CCM이 주동작모드인데, 이 CCM에서는 많은 양의 2차 전류(I2)가 흐르는 동안에, 스위치(S1)가 온되는 시점에서 동기 스위치(M1)가 오프되는데, 이 경우에 동기 스위치(M1)의 PN 접합 특성상 순간적인 역회복전류(Reverse Recovery Current;RRC)가 발생될 수 있는데, 이러한 역회복 전류를 방지하기 위해서 상기 동기 스위치(M1)에 병렬로 쇼트키 다이오드인 출력 다이오드(D2)가 연결되어, 역회복시간이 거의 없는 쇼트키 다이오드에 의해서 역회복 전류의 발생이 방지된다.

그런데, 이러한 종래의 플라이백 컨버터에서는, 동기 스위치의 구동전압의 공급을 위해서 2차 보조코일이 반드시 필요하고, 또한 종래의 플라이백 컨버터는 DCM 모드, CCM 모드가 공존하는 동작을 수행하므로 동기 스위치를 구동하기 위한 회로가 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 역회복 전류의 발생을 차단하기 위해서, 동기 스위치에 병렬로 쇼트키 다이오드를 사용해야 하므로, 사용할 수 있는 PCB의 면적을 줄이게 되고, 그 만큼 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 출력전압이 제로 크로싱되는 시점에서 메인 스위치를 온/오프 스위칭하는 크리티칼 컨덕션 모드로 동작하도록 구현하고, 출력전압을 이용하여 동기 스위치의 구동전압으로 공급하도록 구현함으로써, 트랜스포머의 2차 보조코일이 불필요하고, 동기 스위치에 병렬로 접속되는 쇼트키 다이오드도 불필요하며, 회로설계를 단순화시킬 수 있는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터는,

피드백전압에 기초해서 크리티칼 컨덕션 모드로 메인 스위치를 스위칭시켜 전원을 높은 주파수 펄스로 변환하는 플라이백 스위칭 제어부;

상기 높은 주파수 펄스를 받는 1차 코일과, 2차 코일을 갖는 트랜스포머;

상기 2차 코일의 양단에 연결된 제1,제2 출력라인중 어느 하나의 출력라인상에 소오스 및 드레인이 연결된 MOSFET로 이루어진 동기 스위치;

상기 제1,제2 출력라인간의 출력전압을 검출하여 상기 플라이백 스위칭 제어부에 피드백전압을 출력하는 피드백 제어부;

상기 제1,제2 출력라인중 어느 하나의 출력라인에 흐르는 부하전류를 1차 및 2차 전류검출용 코일의 권선비율에 따라 검출하는 전류 검출부;

상기 전류 검출부에 의한 검출전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 변환부; 및

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인에 연결되어, 상기 전류/전압 변환부의 출력 전압에 따라 온/오프 스위칭하는 제1 스위치;

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인에 연결되어, 상기 제1 스위치의 온/오프 스위칭 동작에 따라 역으로 오프/온 스위칭 동작하는 제2 스위치;

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인에 연결되어, 상기 제1 출력라인의 전압을 사전에 설정된 정전압으로 변환하여 공급하는 정전압원;

상기 정전압원의 전압에 따라, 상기 제1 출력라인과 상기 동기 스위치의 게이트와의 연결을 스위칭하는 턴온 스위치; 및

상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 연동하여, 상기 동기 스위치의 게이트와 소오스간의 연결을 스위칭하는 턴오프 스위치

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 플라이백 컨버터의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 플라이백 컨버터는 피드백전압에 기초해서 크리티칼 컨덕션 모드로 메인 스위치(MS)를 스위칭시켜 전원(Vs)을 높은 주파수 펄스로 변환하는 플라이백 스위칭 제어부(100)와, 상기 높은 주파수 펄스를 받는 1차 코일(L1)과, 2차 코일(L2)을 갖는 트랜스포머(TF)와, 상기 2차 코일(L2)의 양단에 연결된 제1,제2 출력라인(OL1,OL2)중 제2 출력라인(OL2)상에 소오스 및 드레인이 연결된 MOSFET로 이루어진 동기 스위치(SS)와, 상기 제1,제2 출력라인(OL1,OL2)간의 출력전압을 검출하여 상기 플라이백 스위칭 제어부(100)에 피드백전압을 출력하는 피드백 제어부(200)와, 상기 제2 출력라인(OL2)에 흐르는 부하전류를 1차 및 2차 전류검출용 코일(L31,L32)의 권선비율에 따라 검출하는 전류 검출부(CT)와, 상기 전류 검출부(CT)에 의한 검출전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 변환부(300)와, 상기 제1 출력라인(OL1)에 저항(R3)을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인(OL2)에 연결되어, 상기 전류/전압 변환부(300)의 출력 전압에 따라 온/오프 스위칭하는 제1 스위치(400)와, 상기 제1 출력라인(OL1)에 저항(R4)을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인(OL2)에 연결되어, 상기 제1 스위치(400)의 온/오프 스위칭 동작에 따라 역으로 오프/온 스위칭 동작하는 제2 스위치(500)와, 상기 제1 출력라인(OL1)에 저항(R4)을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인(OL2)에 연결되어, 상기 제1 출력라인(OL1)의 전압을 사전에 설정된 정전압으로 변환하여 공급하는 정전압원(600)과, 상기 정전압원(600)의 전압에 따라, 상기 제1 출력라인(OL1)과 상기 동기 스위치(SS)의 게이트와의 연결을 스위칭하는 턴온 스위치(700) 와, 상기 제2 스위치(500)의 스위칭 동작에 연동하여, 상기 동기 스위치(SS)의 게이트와 소오스간의 연결을 스위칭하는 턴오프 스위치(800)를 포함한다.

상기 전류 검출부(CT)는 상기 메인 스위치(MS)의 온시점 소정시간(TD) 이전에, 상기 턴오프 스위치(800)가 온되도록, 1차 및 2차 전류검출용 코일(L31,L32)의 권선비율이 설정되어 이루어진다.

상기 전류/전압 변환부(300)는 상기 전류 검출부(CT)의 2차 코일의 양(+)전압단에 연결된 애노드를 갖는 다이오드(D1)와, 상기 다이오드(D1)의 캐소드와 상기 전류 검출부(CT)의 2차 코일의 음(-)전압단에 연결된 전압검출용 저항(R1)을 포함한다.

상기 제1 스위치(400)는 상기 제1 출력라인(OL1)에 저항(R3)을 통해 연결된 컬렉터와, 상기 제2 출력라인(OL2)에 연결된 에미터와, 상기 전류/전압 변환부(300)의 출력단에 저항(R2)을 통해 연결된 베이스를 갖는 NPN타입의 제1 트랜지스터(Q1)로 이루어진다.

상기 제2 스위치(500)는 상기 제1 출력라인(OL1)에 저항(R4)을 통해 연결된 컬렉터와, 상기 제2 출력라인(OL2)에 연결된 에미터와, 상기 제1 스위치(400)의 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 연결된 베이스를 갖는 NPN타입의 제2 트랜지스터(Q2) 로 이루어진다.

상기 정전압원(600)은 상기 제1 출력라인(OL1)에 저항(R4)을 통해 연결된 캐소드와, 상기 제2 출력라인(OL2)에 연결된 애노드를 갖는 제너다이오드(ZD)로 이루어진다.

상기 턴온 스위치(700)는 상기 제1 출력라인(OL1)에 연결된 컬렉터단과, 상기 동기 스위치(SS)의 게이트에 연결된 에미터와, 상기 정전압원(600)의 제너다이오드의 캐소드에 연결된 베이스를 갖는 NPN타입의 제3 트랜지스터(Q3)로 이루어진다.

상기 턴오프 스위치(800)는 상기 동기 스위치(SS)의 게이트에 연결된 에미터와, 상기 동기 스위치(SS)의 소오스에 연결된 컬렉터와, 상기 정전압원(600)의 제너다이오드의 캐소드에 연결된 베이스를 갖는 PNP타입의 제4 트랜지스터(Q4)로 이루어진다.

여기서, 도면중 미설명 부호인 Co는 출력 커패시터이다.

도 7은 본 발명의 플라이백 컨버터의 주요 신호 파형도이다.

도 7에서, TMS는 메인 스위치의 온/오프 타임밍이고, I1은 트랜스포머의 1차 전류이고, I2는 트랜스포머의 2차 전류이고, VR1은 전압검출용 저항(R1)에서 검출 된 전압이고, TQ4는 턴오프 스위치의 제4 트랜지스터(Q4)의 온/오프 타이밍이며, VGS는 상기 동기 스위치(SS)의 게이트-소오스간 전압이다. 그리고, TSS는 동기 스위치의 온/오프 타이밍이다.

도 8은 본 발명의 플라이백 컨버터의 전류 파형도이다.

도 8에서, I1은 트랜스포머의 1차 전류이고, I2는 트랜스포머의 2차 전류로서, 본 발명의 동기 정류기 구동회로는 영점에서 1차 전류가 흐르기 시작되고, 영점에서 2차 전류의 흐름이 끝나는 크리티칼 모드로 동작하는 것을 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 동기 스위치 동작 설명도이다.

도 9에서, I2는 트랜스포머의 2차 전류이고, VR1은 전압검출용 저항(R1)에서 검출된 전압이고, TQ4는 턴오프 스위치의 제4 트랜지스터(Q4)의 온/오프 타이밍이며, VGS는 상기 동기 스위치(SS)의 게이트-소오스간 전압이다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 플라이백 컨버터에서, 플라이백 스위칭 제어부(100)는 피드백전압에 기초해서 크리티칼 컨덕션 모드로 메인 스위치(MS)를 스위칭시켜 전원부(PS)의 전원(Vs)을 높은 주파수 펄스로 변환한다. 상기 높은 주파수 펄스는 트랜스포머(TF)의 1차 코일(L1)에서 2차 코일(L2)로 유기된다.

이때, 본 발명의 피드백 제어부(200)는 상기 2차 코일(L2)의 양단에 각각 연결된 제1,제2 출력라인(OL1,OL2)간의 출력전압을 검출하여 상기 플라이백 스위칭 제어부(100)에 피드백전압을 출력한다.

여기서, 본 발명의 플라이백 컨버터에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 메인스위치(MS)가 스위칭신호(SW)에 따라 턴온시에 트랜스포머(TF)의 1차 코일(L1)에 1차 전류가 흐르고, 메인스위치(MS)가 스위칭신호(SW)에 따라 턴오프되는 경우에는 상기 트랜스포머(TF)의 2차 코일(L2)에는 2차 전류(I2)가 흐르기 시작한다.

이와 같은 본 발명의 플라이백 컨버터는, 크리티칼 컨덕션 모드로 이루어지는데, 본 발명의 플라이백 컨버터에 적용된 크리티칼 컨덕션 모드에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 플라이백 스위칭 제어부(100) 및 피드백 제어부(200)에 의해서, 영점에서 1차 전류가 흐르기 시작되고, 영점에서 2차 전류의 흐름이 끝난다.

한편, 상기 트랜스포머(TF)의 제1 출력라인(OL1) 또는 제2 출력라인(OL2)중 어느 하나의 출력라인에 동기 스위치(SS)가 연결될 수 있는데, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 컨버터에서의 동기 스위치(SS)는, 상기 제2 출력라인(OL2)에 연결된 MOS 트랜지스터로 구현되어 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 상기 2차 전류(I2)가 흐르면, 본 발명의 전류 검출부(CT)는 상기 제1,제2 출력라인(OL1,OL2)중 제2 출력라인(OL2)에 흐르는 부하전류 를 1차 및 2차 전류검출용 코일(L31,L32)의 권선비율에 따라 검출하여 전류/전압 변환부(300)로 출력한다.

상기 전류/전압 변환부(300)는 상기 전류 검출부(CT)에 의한 검출전류를 전압으로 변환하는데, 즉, 상기 전류/전압 변환부(300)의 다이오드(D1)는 상기 전류 검출부(CT)의 2차 코일의 전류를 정류하고, 이 정류된 전류에 해당되는 전압이 저항(R1)에 의해 검출된다.

이때, 제1 스위치(400)는 상기 전류/전압 변환부(300)의 출력 전압에 따라 저항(R3)을 통한 상기 제1 출력라인(OL1)과 상기 제2 출력라인(OL2)과의 연결을 온/오프 스위칭한다. 그리고, 제2 스위치(500)는 상기 제1 스위치(400)의 온/오프 스위칭 동작에 따라 저항(R4)을 통한 상기 제1 출력라인(OL1)과 상기 제2 출력라인(OL2)과의 연결을 상기 제1 스위칭 온/오프 스위칭 동작과는 역으로 오프/온 스위칭 동작한다.

예를 들어, 상기 전류 검출부(CT)에 의해서 2차 전류의 검출이 이루어지면, 상기 전류/전압 변환부(300)는 사전에 설정된 전압, 예를 들면 상기 제1 스위치(400)의 턴온전압 이상을 출력하게 된다.

이때, 상기 제1 스위치(400)의 제1 트랜지스터(Q1)는 턴온되고, 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터가 접지레벨이 되어, 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 베이스가 연결된 상기 제2 스위치(500)의 제2 트랜지스터(Q2)는 턴오프된다.

이어서, 본 발명의 정전압원(600)에서 상기 제1 출력라인(OL1)의 전압을 사전에 설정된 정전압으로 변환하여 공급하므로, 이 정전압원(600)의 정전압에 의해서 턴온 스위치(700)가 턴온되고, 상기 턴온 스위치(700)의 턴온에 따라, 상기 제1 출력라인(OL1)과 상기 동기 스위치(SS)의 게이트와의 연결되어, 상기 제1 출력라인(OL1)의 전압이 동기 스위치(SS)의 게이트에 공급되어, 상기 동기 스위치(SS)가 턴온된다.

이와 같이, 2차 전류(I2)가 흐르기 시작하면, 상기 동기 스위치(SS)가 턴온되어, 손실이 거의 없는 MOSFET으로 이루어진 동기 스위치(SS)를 통해 2차 전류(I2)가 흐르게 된다.

이에 반해, 상기 전류 검출부(CT)에 의해서 2차 전류의 검출이 이루어지지 않으면, 상기 전류/전압 변환부(300)는 사전에 설정된 전압, 예를 들면 상기 제1 스위치(400)의 턴온전압 보다 낮은 전압인 거의 영전압을 출력하게 된다.

이때, 상기 제1 스위치(400)의 제1 트랜지스터(Q1)는 턴오프되고, 상기 출력전압이 저항(R3)을 통해 상기 제2 스위치(500)의 제2 트랜지스터(Q2)에 공급되어, 상기 제2 스위치(500)의 제2 트랜지스터(Q2)는 턴온된다.

이어서, 상기 제2 스위치(500)의 제2 트랜지스터(Q2)가 턴온되면, 상기 정전압원(600)의 정전압 공급단(VT)이 제2 출력라인(OL2)에 연결되므로 실질적으로 접지레벨이 된다. 이에 따라, 상기 턴온 스위치(700)는 턴오프되고, 상기 턴오프 스 위치(800)가 턴온된다. 결국, 상기 턴오프 스위치(800)의 턴온에 따라, 상기 제4 트랜지스터(Q4) 및 제2 트랜지스터(Q2)를 통해 상기 동기 스위치(SS)의 게이트와 소오스가 서로 연결되어 상기 동기 스위치(SS)가 턴오프된다.

이와 같이, 2차 전류(I2)가 흐르지 않으면, 상기 동기 스위치(SS)가 턴오프된다.

전술한 바에 따르면, 2차 전류(I2)가 흐르면, 상기 동기 스위치(SS)가 턴온되어, 2차 전류가 동기 스위치(SS)를 통해 흐르고, 이에 반해 2차 전류(I2)가 흐르지 않으면, 상기 동기 스위치(SS)가 턴오프되어, 동기 스위치(SS)가 동기 정류기 역할을 수행하게 된다.

한편, 상기 전류 검출부(CT)는 상기 메인 스위치(MS)의 온시점 소정시간(TD) 이전에, 상기 턴오프 스위치(800)가 온되도록, 1차 및 2차 전류검출용 코일(L31,L32)의 권선비율이 설정되어 이루어지므로, 상기 전류 검출부(CT)는 1차 및 2차 전류검출용 코일(L31,L32)의 권선비율의 설정을 통해, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 메인 스위치(MS)가 온되기 소정시간(TD) 전에 상기 턴오프 스위치(800)가 온되는 것이 바람직하다.

이 경우, 2차 전류는 상기 동기 스위치(SS)의 바디 다이오드(도시생략)를 통해 흐르게 되는데, 이 바디 다이오드를 통한 손실이 있지만, 역회복전류의 발생을 방지할 수 있게 된다.

즉, MOSFET에 흐르는 전류가 갑자기 차단되는 경우에, MOSFET의 PN접합 특성상 발생되는 역회복 전류를 사전에 차단시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 노트북 PC 등의 휴대용 컴퓨터 전원장치에 적용되는 플라이백 컨버터에서, 출력전압이 제로 크로싱되는 시점에서 메인 스위치를 온/오프 스위칭하는 크리티칼 컨덕션 모드로 동작하도록 구현하고, 출력전압을 이용하여 동기 스위치의 구동전압으로 공급하도록 구현함으로써, 트랜스포머의 2차 보조코일이 불필요하고, 동기 스위치에 병렬로 접속되는 쇼트키 다이오드도 불필요하며, 회로설계를 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

피드백전압에 기초해서 크리티칼 컨덕션 모드로 메인 스위치를 스위칭시켜 전원을 높은 주파수 펄스로 변환하는 플라이백 스위칭 제어부;

상기 높은 주파수 펄스를 받는 1차 코일과, 2차 코일을 갖는 트랜스포머;

상기 2차 코일의 양단에 연결된 제1,제2 출력라인중 어느 하나의 출력라인상에 소오스 및 드레인이 연결된 MOSFET로 이루어진 동기 스위치;

상기 제1,제2 출력라인간의 출력전압을 검출하여 상기 플라이백 스위칭 제어부에 피드백전압을 출력하는 피드백 제어부;

상기 제1,제2 출력라인중 어느 하나의 출력라인에 흐르는 부하전류를 1차 및 2차 전류검출용 코일의 권선비율에 따라 검출하는 전류 검출부;

상기 전류 검출부에 의한 검출전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 변환부; 및

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인에 연결되어, 상기 전류/전압 변환부의 출력 전압에 따라 온/오프 스위칭하는 제1 스위치;

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인에 연결되어, 상기 제1 스위치의 온/오프 스위칭 동작에 따라 역으로 오프/온 스위칭 동작하는 제2 스위치;

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결됨과 동시에, 상기 제2 출력라인에 연 결되어, 상기 제1 출력라인의 전압을 사전에 설정된 정전압으로 변환하여 공급하는 정전압원;

상기 정전압원의 전압에 따라, 상기 제1 출력라인과 상기 동기 스위치의 게이트와의 연결을 스위칭하는 턴온 스위치; 및

상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 연동하여, 상기 동기 스위치의 게이트와 소오스간의 연결을 스위칭하는 턴오프 스위치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 전류 검출부는

상기 메인 스위치의 온시점 소정시간 이전에, 상기 턴오프 스위치가 온되도록, 1차 및 2차 전류검출용 코일의 권선비율이 설정되어 이루어진 것을 특징으로 하는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 전류/전압 변환부는

상기 전류 검출부의 2차 코일의 양전압단에 연결된 애노드를 갖는 다이오드; 및

상기 다이오드의 캐소드와 상기 전류 검출부의 2차 코일의 음전압단에 연결된 전압검출용 저항

을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터.
제3항에 있어서, 상기 제1 스위치는

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결된 컬렉터와, 상기 제2 출력라인에 연결된 에미터와, 상기 전류/전압 변환부의 출력단에 저항을 통해 연결된 베이스를 갖는 NPN타입의 제1 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터.
제4항에 있어서, 상기 제2 스위치는

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결된 컬렉터와, 상기 제2 출력라인에 연결된 에미터와, 상기 제1 스위치의 제1 트랜지스터의 컬렉터에 연결된 베이스를 갖는 NPN타입의 제2 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터.
제4항에 있어서, 상기 정전압원은

상기 제1 출력라인에 저항을 통해 연결된 캐소드와, 상기 제2 출력라인에 연결된 애노드를 갖는 제너다이오드로 이루어진 것을 특징으로 하는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터.
제6항에 있어서, 상기 턴온 스위치는

상기 제1 출력라인에 연결된 컬렉터단과, 상기 동기 스위치의 게이트에 연결된 에미터와, 상기 정전압원의 제너다이오드의 캐소드에 연결된 베이스를 갖는 NPN타입의 제3 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터.
제7항에 있어서, 상기 턴오프 스위치는

상기 동기 스위치의 게이트에 연결된 에미터와, 상기 동기 스위치의 소오스에 연결된 컬렉터와, 상기 정전압원의 제너다이오드의 캐소드에 연결된 베이스를 갖는 PNP타입의 제4 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 동기 정류기를 갖는 플라이백 컨버터.