KR100634615B1 - 저전압 입력용 전원 공급장치 - Google Patents

저전압 입력용 전원 공급장치 Download PDF

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Abstract

디지털 오디오 앰프에 동작 전원을 공급하기 위해 고효율 및 초박형으로 적용되는 저전압 입력용 전원 공급장치에 관한 것이다.
본 발명은 비대칭으로 제어되는 하프 브리지의 형태로 구성되며, 입력단에 부스터 컨버터가 결합되고, 출력단에 전압 체배기가 결합되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하여, 스위칭 손실 및 도통 손실이 최소화되어 부하에의 동작 전원 공급에 높은 효율성이 제공하고, 자기 소자 및 반도체 소자의 수가 적음으로써 제작원가의 절감과 박형의 전원 공급장치가 구현되는 장점이 있다.
그리고, 발생되는 EMI 및 스위칭 노이즈가 최소화 혹은 배제됨에 따라 저전압이 입력되는 차량용 오디오 앰프의 전원으로 적합하게 사용되어진다.
전원 공급장치, 부스터 인덕터, 전압 체배기, 변압기

Description

저전압 입력용 전원 공급장치{A POWER SUPPLY FOR LOW VOLTAGE INPUT APPLICATION}
도 1은 본 발명에 따른 저전압 입력용 전원 공급장치의 구성도.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 저전압 입력용 전원 공급장치의 동작모드 해석에 대한 도면.
도 6은 도 2 내지 도 5의 동작 모드 해석에 따른 각 소자별 동작 파형도.
도 7은 본 발명에 따른 저전압 입력용 전원 공급장치에서 듀티 비에 따른 입출력 전압의 변환비를 도시한 그래프.
도 8은 도 1에서 변압기에 대한 모델링 도면.
도 9는 도 1에서 2차측 정류 다이오드와 출력 커패시터만을 간략화한 도면.
도 10은 도 1에서 두 개의 스위칭에 대하여 간략화한 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
VS ; 배터리 LIN ; 부스트 인덕터
CL ; 링크 커패시터 QM ; 주 스위치
QA ; 보조 스위치 CH : 하프 브리지 커패시터
Lk ; 누설 인덕턴스 LM ; 자화 인덕턴스
NP ; 변압기 1차측 NS ; 변압기 2차측
DSA,DSB ; 정류 다이오도 CSA,CSB ; 정류 커패시터
CO ; 출력 커패시터 RO ; 출력 부하 저항
본 발명은 전원 공급장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 디지털 오디오 앰프에 동작 전원을 공급하기 위해 고효율 및 초박형으로 적용되는 저전압 입력용 전원 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 오디오 앰프로는 아날로그 방식의 앰프, 디지털 방식의 앰프 및 아날로그 방식과 디지털 방식이 혼용으로 적용되는 혼용방식이 사용되고 있다.
아날로그 방식의 앰프는 선형 영역에서 동작하는 반도체 소자를 사용하고 있으며, 빠른 응답속도와 강한 원음 재생력을 갖는 장점이 있으나 낮은 효율과 발열양이 많은에 따라 큰 방열판이 구비되어야 하고, 높은 생산 원가가 요구되는 단점이 있다.
그리고, 디지털 방식의 앰프는 스위칭 영역에서 동작하는 반도체 소자를 사용하고 있으며, 높은 효율과 작은 방열판 구조 및 낮은 생산 단가가 요구되는 장점이 있으나 느린 응답성 및 약한 원음 재생력을 갖는 단점이 있다.
또한, 혼용방식의 앰프는 아날로그 방식과 디지털 방식의 장점만을 결합한 것으로, 높은 효율과 빠른 응답성 및 강한 원음 재생력을 갖는 장점이 있으나 높은 생산 단가와 복잡한 제어 특성을 갖는 단점이 있다.
상기한 장점 및 단점의 특정을 갖는 오디오 앰프에 동작 전원을 공급하는 전원공급장치로는 선형 전원 공급장치와 스위칭 전원 공급장치가 제공되고 있다.
선형 전원 공급장치는 선형 영역에서 동작하는 반도체 소자를 사용함에 따라 깨끗한 출력 전압과 빠른 응답 속도를 갖는 장점이 있으나 낮은 효율과 큰 방열판 구조 및 높은 생산 원가가 요구되는 단점이 있다.
스위칭 전원 공급장치는 스위칭 영역에서 동작하는 반도체 소자를 사용함에 따라 높은 효율과 작은 방열판 구조 및 낮은 생산원가를 갖는 장점이 있으나 스위칭 리플 및 스위칭 노이즈, 느린 응답 속도를 갖는 단점이 있다.
통상적으로 아날로그 방식 및 디지털 방식의 오디오 시스템에 적용되는 전원 공급장치로 스위칭 전원 공급장치를 적용하고 있는데, 이는 입력단에 부스트 컨버터(Boost Converter)를 구성하고, 출력단에 푸시 풀 컨버터(Push Pull Converter)를 구성하는 2 단형(Two Stage)로 구성함으로써, 입력단의 부스트 컨버터와 출력단의 푸시 풀 컨버터가 최적의 동작이 가능하도록 하고 있다.
그리고, 배터리에서의 입력 전류가 연속적이므로 입력 필터의 크기가 최소화되는 장점과 변압기의 평균 자화 전류가 '0'이 되므로 변압기의 크기를 최소화할 수 있는 장점을 갖고 있다.
그러나, 카 오디오 시스템에 사용되는 전원 공급장치는 많은 자기 소자(Magnetic Component)와 반도체 소자를 사용하기 때문에 도통 손실이 증가하며, 이 에 따른 생산 비용이 증가하게 되고, 크기 또한 증가하게 되는 단점이 있다.
또한, 전원 공급장치에 사용되는 스위치와 출력측의 다이오드가 하드 스위칭 (Hard Switching)하므로 이에 따른 전압 스트레스의 증가에 의해 심각한 EMI(Electromagnetic Interference) 및 스위칭 노이즈가 발생하며 이로 인해 디지털 카 오디오 앰프의 음질을 저하시키는 단점이 있다.
이러한 효과를 해결하기 위해 스너버를 추가하는 경우가 있으나 이 경우에는 효율이 감소하게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같이 기존의 전원 공급장치가 갖는 단점을 극복하기 위해 발명한 것으로, 디지털 오디오 앰프에 동작 전원을 공급하기 위한 전원 공급장치를 고효율 및 초박형으로 구현하며, EMI 및 스위칭 노이즈가 발생되지 않도록 함으로써, 오디오 앰프의 음질 저하가 발생되지 않도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 비대칭으로 제어되는 하프 브리지의 형태로 구성되며, 입력단에 부스터 컨버터가 결합되고, 출력단에 전압 체배기가 결합되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저전압 입력용 전원 공급장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 따른 저전압 입력용 전원 공급장치는, 비대칭으로 제어되는 하프 브리지의 형태로 구성되며, 입력단에는 부스터 컨버터(A)가 결합되고, 출력단에는 전압 체배기(Doubler ; B)가 결합되는 구조를 갖는다.
상기 입력단을 구성하는 부스터 컨버터(A)는 부스터 인덕터(LIN)와, 링크 커패시터(CL), 주 스위치(QM), 보조 스위치(QA), 하프 브리지 커패시터(C H), 누설 인덕턴스(Lk), 자화 인덕턴스(LM) 및 변압기 1차측(NP)을 포함하여 구성된다.
부스터 인덕터(LIN)는 입력 전압원인 배터리(VS)의 일측 단자(+)와 연결되고 다른 일측단은 변압기 1차측(NP)에 연결된다.
링크 커패시터(CL)는 일측단자(-)가 상기 배터리(VS)의 일측단자(-)에 연결되고 다른 일측단자(+)는 하프 브리지 커패시터(CH)의 일측단자(+)와 연결된다.
주 스위치(QM)와 보조 스위치(QA)는 MOS FET 소자로 이루어지며, 도시되지 않은 제어기에서 게이트 단자에 인가되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 의해 스위칭 동작되며, 주 스위치(QM)는 드레인 단자가 부스터 인덕터(LIN)의 일측 단자에 연결되고, 소오스 단자는 입력 전압원인 배터리(VS)의 일측단자(-)와 링크 커패시터(CL)의 일측단자(-)에 병렬로 접속된다.
그리고, 보조 스위치(QA)는 드레인 단자가 상기 링크 커패시터(CL)와 하프 브리지 커패시터(CH)의 사이에 병렬로 연결되고, 소오스 단자는 상기 부스터 인덕터 (LIN)의 다른 일측 단자에 연결된다.
하프 브리지 커패시터(CH)는 일측 단자(+)에 링크 커패시터(CL)의 일측 단자(+)과 보조 스위치(QA)의 드레인 단자를 접속하고, 다른 일측 단자(-)는 누설 인덕턴스(Lk)에 연결된다.
누설 인덕턴스(Lk)는 다른 일측 단자에 자화 인덕턴스(LM)와 변압기 1차측(NP)을 병렬로 연결하며, 자화 인덕턴스(LM)는 변압기 1차측(NP)과 병렬 관계로 부스터 인덕터(LIN)에 연결되고, 변압기 1차측(NP)은 상기 부스터 인덕터(LIN)에 직렬로 연결된다.
또한, 전압 체배기(B)로 구성되는 출력단은 변압기 2차측(NS)과, 정류 다이오드(DSA,DSB), 정류 커패시터(CSA,CSB) 및 출력 커패시터(C O)를 포함하여 구성된다.
변압기 2차측(NS)은 입력단에 구성되는 변압기 1차측(NP)와 설정된 비로 권선되어 상기 주 스위치(QM) 및 보조 스위치(QA)의 스위칭 동작 따른 단속에 의해 변압기 1차측(NP)에서 유기되는 배터리(VS)의 전압을 고전압으로 승압하며, 일측 단자가 정류 다이오드(DSA)의 애노드 단자에 연결되고, 다른 일측 단자는 정류 커패시터(CSB)의 일측 단자(+)에 연결된다.
정류 다이오드(DSA,DSB)는 상호 직렬로 연결되어 변압기 2차측(NS)에서 유기되 는 고전압을 반파 정류하여 DC 전압으로 출력하고, 출력 부하 저항(RO)과 직렬로 연결된다.
정류 커패시터(CSA,CSB) 및 출력 커패시터(CO)는 상기 정류 다이오드(D SA,DSB)와 출력 부하 저항(RO)의 사이에 각각 병렬로 연결되고, 정류 커패시터(CSA,CSB ) 상호간은 직렬로 연결된다.
전술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 저전압 입력용 전원 공급장치의 순차적인 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
출력 부하 저항(R0)으로 승압된 고전압의 전원 공급은 MOS FET 소자로 이루어지는 주 스위치(QM)와 보조 스위치(QA)의 동작에 의해 결정된다.
먼저, 주 스위치(QM)가 턴 온되는 제1모드에 대하여 해석하면 다음과 같다.
도시되지 않은 제어기로부터 인가되는 PWM 신호에 의해 주 스위치(QN)가 t0 ~ t1 시간 동안 턴 온 되면 도 2에 도시된 바와 같은 전류 루프가 형성된다.
이때, 배터리(VS) 전압의 인가에 따라 부스터 인덕터(LIN)에서의 전류 선형 증가의 기울기는 하기의 수학식 1로 정의된다.
Figure 112004060969110-pat00001
그리고, 링크 커패시터(CL)와 하프 브리지 커패시터(CH)를 통해 누설 인덕터(LK)에 인가되는 전류의 선형 증가의 기울기는 하기의 수학식 2로 정의된다.
Figure 112004060969110-pat00002
또한, 도시되지 않은 제어기가 PWM 신호를 통해 주 스위치(QM)와 보조 스위치(QA)를 반복적으로 스위칭 제어함에 있어 중첩되는 것을 방지하기 위하여 주 스위치(QM)를 턴 온 상태에서 턴 오프로 하고, 보조 스위치(QA)를 턴 오프의 상태에서 턴 온의 상태로 절환하는 과정에서 설정된 시간, t1 ~ t2 동안의 지연을 갖는다.
이때, 보조 스위치(QA)의 드레인 단자와 소오스 단자에 바이패스로 연결되어 있는 다이오드가 턴 온 되어 도 3에 도시된 바와 같은 전류 루프가 형성된다.
따라서, 부스터 인덕터(LIN)에서의 전류 선형 증가의 기울기는 하기의 수학식 3로 정의되며, 감소 기울기가 형성된다.
Figure 112004060969110-pat00003
그리고, 링크 커패시터(CL)와 하프 브리지 커패시터(CH)를 통해 누설 인덕터 (LK)에 인가되는 전류의 선형 증가 기울기는 하기의 수학식 4로 정의되며, 역시 감소 기울기로 형성된다.
Figure 112004060969110-pat00004
이후, 도시되지 않은 제어기로부터 인가되는 PWM 신호에 의해 보조 스위치(QA) t2~ t3 시간 동안 턴 온 되면 도 4에 도시된 바와 같은 전류 루프가 형성된다.
이때, 배터리(VS) 전압의 인가에 따라 부스터 인덕터(LIN)에서의 전류 선형 증가의 기울기는 하기의 수학식 5로 정의된다.
Figure 112004060969110-pat00005
그리고, 링크 커패시터(CL)와 하프 브리지 커패시터(CH)를 통해 누설 인덕터(LK)에 인가되는 전류의 선형 증가의 기울기는 하기의 수학식 6으로 정의된다.
Figure 112004060969110-pat00006
또한, 도시되지 않은 제어기가 PWM 신호를 통해 주 스위치(QM)와 보조 스위 치(QA)를 반복적으로 스위칭 제어함에 있어 중첩되는 것을 방지하기 위하여 주 스위치(QM)를 턴 온 상태에서 턴 오프로 하고, 보조 스위치(QA)를 턴 오프의 상태에서 턴 온의 상태로 절환하는 과정에서 설정된 시간, t3 ~ t4 동안의 지연을 갖는다.
이때, 보조 스위치(QM)의 드레인 단자와 소오스 단자에 바이패스로 연결되어 있는 다이오드가 턴 온 되어 도 5에 도시된 바와 같은 전류 루프가 형성된다.
따라서, 부스터 인덕터(LIN)에서의 전류 선형 증가의 기울기는 하기의 수학식 7로 정의된다.
Figure 112004060969110-pat00007
그리고, 링크 커패시터(CL)와 하프 브리지 커패시터(CH)를 통해 누설 인덕터(LK)에 인가되는 전류의 선형 증가 기울기는 하기의 수학식 8로 정의된다.
Figure 112004060969110-pat00008
상기한 바와 같이 입력단 하프 브리지 컨버터에 대한 각 모드별 동작 관계의 타이밍은 도 7에 도시된 바와 같다.
상기한 설명에서 입력단을 주 스위치(QM)와 보조 스위치(QA)를 이용하는 부 스터 컨버터로 구성함으로써 입력전류가 연속적이기 때문에 입력 필터의 크기를 줄일 수 있으며, 입력 전류의 RMS(Root Mean Square) 값이 낮아지므로 도통 손실이 절감되고 스위칭 노이즈 출력측으로 전달되지 않게 된다.
즉, 전원 공급장치로 일정한 출력전력을 공급한다는 가정하에 입력 전류의 평균값은 부스트 컨버터의 존재 여부에 관계없이 일정하게 된다.
따라서, 부스터 컨버터가 존재하는 경우에는 부스터 인덕터의 전류가 입력 전류가 되나, 부스터 컨버터가 존재하지 않는 경우에는 입력 전류의 불연속이 발생됨에 따라 두배 정도의 피크값을 가지게 된다.
그러므로, 부스터 컨버터가 적용되지 않는 경우에는 입력 전류의 변동이 크므로 입력 필터의 크기가 커지며, 큰 피크(Peak) 전류에 의한 도통 손실이 발생하게 된다.
이와 같이 부스터 컨버터(A)로 이루어지는 입력단의 전압 을 체배시켜 부하단에 공급하는 출력단의 동작은 다음과 같이 수행된다.
입력단에 구성되는 부스터 인덕터(LIN)와 누설 인덕터(LK) 및 자화 인덕터(LM)에 대하여 전압 2차 방정식을 적용하면 하기의 수학식 9와 같이 각 인덕터에 대한 전압(VL)과 하프 브리지 커패시터에 대한 전압(VH), 정류 다이오드에 대한 전압(VSA,VSB)이 결정된다.
Figure 112004060969110-pat00009
상기한 수학식 9를 이용하여 출력단에 구비되는 정류 다이오드(DSA,DSB)의 첨두 전류를 산출하면 하기의 수학식 10에 의해 결정된다.
Figure 112004060969110-pat00010
따라서, 부하 저항(VO)에 공급되는 출력 전류는 하기의 수학시 11을 통해 결정된다.
Figure 112004060969110-pat00011
그러므로, 전술한 수학식들을 대입하여 정리하면 하기의 수학식 12와 같이 입력 전압대 출력 전압의 관계가 결정된다.
Figure 112004060969110-pat00012
또한, 본 발명에서 제안되는 변압기는 도 7에 도시된 바와 같이 모델링 할 수 있다.
따라서, 키르히호프 전류 법칙으로부터 '1차 전류 = 자화전류 + (NS/NP) × 2차전류"의 조건을 항상 만족한다.
그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 스위칭 상태에 관계없이 변압기 1차측(NP)에는 하프 브리지 커패시터(CH)가 직렬로 연결되어 있고, 변압기 2차측(NS)에는 정류 커패시터(CSA,CSB)가 직렬로 항상 연결되어 있어 이들 커패시터(CH,CSA,CSB)의 "Steady - State" 조건을 만족시키기 위하여 평균 전류는 '0'A를 유지하여야 한다.
따라서, 1차 전류의 평균값이 '0' A이고 2차 전류의 평균값도 '0'A가 되어야 하는데, 상기 키르히호프 전류 법칙으로 도출도는 "1차 전류 = 자화전류 + (NS/NP) × 2차전류"의 조건에 의해 자화 전류의 평균값은 항상 '0' A를 만족한다.
그러므로, 변압기의 크기가 최소화되는 특징을 갖는다.
또한, 도 1에서 전압 체배기의 구조를 갖는 출력단(B)에서 정류 다이오드(DSA,DSB)와 출력 커패시터(CO)의 관계를 간략하게 표시하면 도 8과 같이 표현된다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이 정류 다이오드(DSA)가 턴 온 되면 정류 다이 오드(DSB)에는 출력 커패시터(CO)의 출력 전압(VO)가 걸리게 되고, 반대의 상황에서 정류 다이오드(DSB)가 턴 온되면 정류 다이오드(DSA)에는 출력 커패시터(CO)의 출력 전압(VO)가 걸리게 된다.
따라서, 정류 다이오드(DSA,DSB)의 전압은 출력 커패시터(CO)의 출력 전압(V O)에 의해 클램프(Clamp) 되므로, 정류 다이오드(DSA,DSB)는 낮은 전압 스트레스를 갖게 된다.
또한, 정류 다이오드(DSA,DSB)의 경우 소자 자체의 특징으로, 내압이 감소하면 정방향 전압 강하가 작아지게 됨에 따라 낮은 전압 스트레스를 가지므로, 정방향 전압 강하가 작은 다이오드를 사용할 수 있게 되고, 이로 인해서 전압과 전류에 의한 의한 도통 손실을 줄일 수 있다,
그리고, 입력단의 주 스위치(QM)와 보조 스위치(QA)에 대하여 간략하게 나타내면 도 9와 같이 표시할 수 있게 된다.
통상적으로 전력용 MOSFET는 소자특성상 역방향 다이오드과 기생 커패시터를 가진다.
따라서, 주 스위치(QM)가 온 되고 보조 스위치(QA)가 온되기 이전까지는 유입되는 누설 인덕턴스 전류(ILK)는 (+) 값을 가지게 되고, 유입되는 누설 인덕턴스(ILK)는 주 스위치(QM)의 기생 커패시터를 충전시키며, 보조 스위치(QA)의 기생 커패 시터를 방전시킨다.
보조 스위치(QA)의 기생 커패시터가 완전히 방전되어 보조 스위치(QA)의 전압이 '0' V가 된 후 보조 스위치(QA)가 온 되면, 보조 스위치(QA)의 영전압 스위칭을 이룰 수 있으며, 주 스위치(QM)의 기생 커패시터 전압이 누설 인덕턴스 전류(ILK)에 의하여 완전히 충전 된 후 링크 전압으로 클램핑 되므로, 주 스위치(QM)의 턴 오프시 링잉(Ringing)이 발생되지 않으며, 반대의 경우 역시 동일하게 작용한다.
즉, 주 스위치(QM)와 보조 스위치(QA)가 비대칭으로 제어되며, 영전압 스위칭을 수행하므로, 턴 온시의 스위칭 손실이 제거되며, 턴 오프시에 발생하는 스위칭 전압의 링잉 현상이 발생되지 않아 EMI 및 스위칭 노이즈가 방지된다.
또한, 주 스위치(QM)가 턴 오프됨에 따라 출력단의 전류(ISEC)가 서서히 감소하여 '0' A가 되면 정류 다이오드(DSA)는 오프되고 정류 다이오드(DSB)는 턴 온된다.
즉, 출력단에 구성되는 정류 다이오드(DSA,DSB)가 동시에 턴 온되는 구간이 발생되지 않도록 소프트 턴 오프하므로 턴 오프시의 스위칭 손실이 제게되며, 이에 따라 링잉 현상이 발생되지 않는다.
그리고, 출력단에 인덕터가 구성되지 않고 있어 출력단에서의 도통 손실이 발생되지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전원 공급장치는 스위칭 손실 및 도통 손실이 최소화됨으로써, 부하에의 동작 전원 공급에 높은 효율성이 제공된다.
또한, 자기 소자 및 반도체 소자의 수가 적음으로써 제작원가의 절감과 박형의 전원 공급장치가 구현되는 장점이 있다.
그리고, 발생되는 EMI 및 스위칭 노이즈가 최소화 혹은 배제됨에 따라 저전압이 입력되는 차량용 오디오 앰프의 전원으로 적합하게 사용되어진다.

Claims (8)

  1. 비대칭으로 제어되는 하프 브리지의 형태로 구성되며, 입력단에 부스터 컨버터가 결합되고, 출력단에 전압 체배기가 결합되는 구조로 이루어지는 저전압 입력용 전원 공급장치에 있어서,
    상기 입력단은 입력 전압원인 배터리(VS)의 일측 단자(+)와 연결되고 다른 일측단은 변압기 1차측(NP)에 연결되는 부스터 인덕터(LIN)와;
    상기 배터리(VS)의 일측단자(-)에 일측 단자(-)가 연결되고 다른 일측단자(+)는 하프 브리지 커패시터(CH)의 일측단자(+)에 연결되는 링크 커패시터(CL)와;
    MOS FET 소자로 이루어지며, 제어기에서 게이트 단자에 인가되는 PWM 신호에 의해 스위칭 동작되고, 드레인 단자가 부스터 인덕터(LIN)의 일측 단자에 연결되고, 소오스 단자는 배터리(VS)의 일측단자(-)와 링크 커패시터(CL)의 일측단자(-)에 병렬로 접속되는 주 스위치(QM)와;
    MOS FET 소자로 이루어지며, 제어기에서 게이트 단자에 인가되는 PWM 신호에 의해 스위칭 동작되고, 드레인 단자가 상기 링크 커패시터(CL)와 하프 브리지 커패시터(CH)의 사이에 병렬로 연결되고, 소오스 단자는 상기 부스터 인덕터(LIN)의 다른 일측 단자에 연결되는 보조 스위치(QA)와;
    링크 커패시터(CL)의 일측 단자(+)과 보조 스위치(QA)의 드레인 단자에 일측단자(+)가 접속되고, 다른 일측 단자(-)는 누설 인덕턴스(Lk)에 연결되는 하프 브리지 커패시터(CH)와;
    자화 인덕턴스(LM)와 변압기 1차측(NP)을 병렬로 연결하는 누설 인덕턴스(Lk)와;
    변압기 1차측(NP)과 병렬 관계로 부스터 인덕터(LIN)에 연결되는 자화 인덕턴스(LM) 및;
    상기 부스터 인덕터(LIN)에 직렬로 연결되는 변압기 1차측(NP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 입력용 전원 공급장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리(VS)와 링크 커패시터(CL), 하브 브리지 커패시터(CH), 누설 인덕터(LK), 변압기 1차측(NP) 및 누설 인덕터(LIN)에 대하여 직렬 연결 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 저전압 입력용 전원 공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주 스위치(QM)와 보조 스위치(QA)의 스위칭 동작은 중첩이 발생되지 않도록 설정시간의 지연시간이 유지되는 것을 특징으로 하는 저전압 입력용 전원 공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주 스위치(QM)와 보조 스위치(QA)은 비대칭으로 제어되며, 영전압 스위칭을 하는 것을 특징으로 하는 저전압 입력용 전원 공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 체배기로 구성되는 출력단은,
    상기 입력단에 구성되는 변압기 1차측(NP)와 설정된 비로 권선되어 상기 주 스위치(QM) 및 보조 스위치(QA)의 스위칭 동작 따른 단속에 의해 변압기 1차측(NP )에서 유기되는 배터리(VS)의 전압을 고전압으로 승압하며, 일측 단자가 정류 다이오드(DSA)의 애노드 단자에 연결되고, 다른 일측 단자는 정류 커패시터(CSB)의 일측 단자(+)에 연결되는 변압기 2차측(NS)과;
    상호 직렬로 연결되어 변압기 2차측(NS)에서 유기되는 고전압을 반파 정류하 여 DC 전압으로 출력하고, 출력 부하 저항(RO)과 직렬로 연결되는 정류 다이오드(DSA,DSB)와;
    상호 직렬로 연결되며, 상기 정류 다이오드(DSA,DSB)와 출력 부하 저항(RO)의 사이에 각각 병렬로 연결되는 정류 커패시터(CSA,CSB) 및;
    상기 정류 다이오드(DSA,DSB)와 출력 부하 저항(RO)의 사이에 각 병렬로 연결되는 출력 커패시터(CO)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 입력용 전원 공급장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입력단에 구비되는 변압기의 1차측과 출력단에 구비되는 변압기 2차측에 대하여 직렬 구조로 연결하여 변압기의 평균 자화 전류를 '0' A로 유지하는 것을 특징으로 하는 저전압 입력용 전원 공급장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 정류 다이오드(DSA,DSB)와 출력 커패시터(CO)에 대하여 직렬 구조로 연결하여, 정류 다이오드(DSA,DSB)의 출력 전압이 출력 커패시터(Co)의 전압에 의해 클림프되도록 하는 것을 특징으로 하는 저전압 입력용 전원 공급장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100206299B1 (ko) 1992-01-09 1999-07-01 윤종용 고압 전원장치
JP2000125560A (ja) 1998-10-15 2000-04-28 Nagano Japan Radio Co スイッチング電源装置
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