KR100691929B1 - 플로팅 게이트를 가진 동기 정류기에 대한 일반적인 자기 구동 동기 정류 방식 - Google Patents
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Abstract
자기 구동 동기 정류 회로는 신호 변압기 또는 전력 변환기용 플로팅 게이트를 가진 동기 정류기를 갖는다. 상기 회로는 제 1 및 2 단자를 가진 2차 권선을 가진 변압기(49,70), 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 결합되고 접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 가지는 제 1 동기 정류기(SQ1) 및 제 1 동기 정류기의 플로팅 제어 단자에 결합되어 제 1 동기 정류기를 제어하는 제1 디바이스 회로를 포함한다. 제 1 제어 신호는 제 1 구동 회로에 결합되며, 여기서 상기 제 1 제어 신호는 제 1 변압기(49,70) 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 제 1 구동 회로를 제어한다. 제 2 동기 정류기(SQ2)는 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고 접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 갖는다. 제 2 구동 회로는 제 2 동기 정류기의 플로팅 제어 단자에 결합되어 제 2 동기 정류기를 제어한다. 제 2 제어 신호는 제 2 구동 회로에 결합되며, 여기서 상기 제 2 제어 신호는 제 1 변압기(49,70) 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 제 2 구동 회로를 제어한다.
제 1 및 2 변압기, 제 1 및 2 동기 정류기, 제 1 및 2 구동 회로, 제 1 및 2 제어 신호
Description
관련 출원에 대한 크로스-레퍼런스
다음의 미국 특허 출원은 공통 양도되고, 본원에 참조되어 있다.
특허 번호
시리얼 넘버
발명자
명칭
TBD 09/209,733 패링튼 등 자기 구동 동기 정류 방식
본 발명은 일반적으로 전력 변환기 회로에 관한 것이며, 특히 모든 유형의 회로 토폴로지(circuit topology)에 쉽게 적응되는 자기 구동 동기 정류기에 관한 것이다.
논리적인 집적 회로(IC)가 저 전력 소모 및 고 동작 주파수를 탐색하는데 있어서 낮은 동작 전압으로 이동하고, 전체 시스템 크기가 계속 축소됨에 따라, 크기가 더 작고 효율이 더 높은 전원 설계가 요구되고 있다. 효율을 향상시키고, 전력 밀도를 증가시키기 위한 노력에 있어서, 동기 정류가 이런 유형의 애플리케이션에 필요하게 되었다. 동기 정류는 2차 정류기에서 도전 전력 손실을 줄이기 위하여 회로 내의 정류기 소자와 같은 Schottky 다이오드에 대한 대안으로서 MOSFET와 같은 능동 디바이스를 사용하는 것과 관련된다. 최근에, 5 볼트 이하의 출력 전압용 DC/DC 모듈에서 동기 정류기를 구동시키기 위한 바람직한 방법으로서 자기 구동 동기 방식이 업계에서 광범위하게 채택되었다. 자기 구동 동기 방식은 동기 정류를 구현하는 간단하고 비용 효율적이며 신뢰 가능한 방법을 제공한다.
이러한 방식의 대부분은 통상적으로 "D, 1-D"(상보 구동)형 토폴로지로서 공지된 특정 세트의 토폴로지와 함께 사용되도록 설계된다. IEEE APEC 98 회보, 페이지 163-169에서, 코보스, 제이,에이 등에 의한 명칭 "Several alternatives for low output voltage on board converters"을 참조하고, 또한 바우맨 등에 의해 1996년 12월 31일자로 허여되고, 명칭이 "클램프된 모드 전력 변환기내에서의 동기 정류기용 자기 동기 구동 회로"인 미국 특허 제5,590,032호 및, 로프투스에 의해 1993년 12월 28일자로 허여되고, 명칭이 "손실없는 동기 정류 게이트 구동부를 가진 제로-전압 스위칭 전력 변환기"인 미국 특허 제5,274,543호를 참조하라. 이러한 유형의 변환기에서, 디바이스의 게이트는 접지에 관련되고, 2차 권선의 전력 변환기 신호는 정확한 형태 및 타이밍을 가져서, 최소의 노력으로 동기 정류기를 직접 구동시킨다. 더욱이, 정류기는 동기 정류기 게이트 신호가 2차 접지에 대해 플로팅되지 않도록 하고, 쉽게 구동시킬 수 있도록 구성된다. 도 1은 이런 변환기 군의 일례를 도시한 것으로서, 이런 변환기는 능동 클램프 순방향 회로(10) 및, 변압기(18)의 2차 권선과 출력 Vout 사이에 결합된 2개의 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 포함하는 동기 정류 회로(12)에 의해 제공된 자기 구동 동기 정류부를 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 유형의 변환기에 대한 변압기 신호(20)는 2개의 바로 인식 가능한 구간을 가진 사각형을 갖는데, 이들 각각은 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)중의 하나의 "on" 시간에 대응한다.
하드-스위칭된 반-브리지(HB), 전-브리지(FB) 정류기, 및 푸시-풀 토폴로지와 비-"D, 1-D" 형의 토폴로지(예컨대, 수동 리셋을 가진 클램프 순방향부)와 같은 토폴로지에서, 변압기 전압은 인식 가능한 제로 전압 구간을 가져서, 자기 구동 동기 정류를 구현하는 것을 바람직하기 않게 한다. 결과적으로, 이러한 회로의 토폴로지를 가진 외부 구동 회로를 사용하는 것이 필요하다. 구동 방식을 간소화하기 위하여 변압기에 대한 동기 정류기의 배치를 변경하면 접지에 대해 변압기 권선이 플로팅될 수 있고, 이것은 일반적으로 1차 회로와 2차 회로 간의 공동 모드 전류를 증가시켜, EMI 잡음을 증가시킨다. 동기 정류부를 사용하는 정류 회로는 일반적으로 EMI-선호 구성과 다르게 재구성된다.
광범위한 회로 토폴로지와 함께 사용하는데 적합하고 조용한 EMI 잡음을 가지는 변압기의 2차 측에 동기 정류를 제공하는 회로 및 방법이 업계에서 필요로 된다.
본 발명은 플로팅 게이트를 가진 동기 정류기의 자기 구동 동기 정류 방식으로서 기술적인 장점을 달성한다. 상기 방식은 효율적인 자기 구동 동기 정류 방식이 가능하지 않았던 하드-스위칭된 HB, FB 및 푸시-풀 변환기를 포함한 모든 유형의 토폴로지에 쉽게 적응될 수 있다.
본 발명은 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로인데, 상기 회로는 1차 권선 및 2차 권선을 가진 제 1 변압기를 포함하고, 상기 2차 권선은 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는다. 제 1 동기 정류기는 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 결합되고, 접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 갖는다. 제 1 구동 회로는 제 1 동기 정류기의 플로팅 제어 단자에 결합되어, 제 1 동기 정류기를 제어한다. 제 1 제어 신호는 제 1 구동 회로에 결합되고, 여기서 상기 제 1 제어 신호는 제 1 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 제 1 구동 회로를 제어한다. 제 1 제어 신호는 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터의 신호이거나, 신호 변압기의 제 2 변압기의 2차 권선 단자로부터의 신호일 수 있다.
상기 회로는 또한 접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 가진 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합된 제 2 동기 정류기, 및 제 2 동기 정류기의 플로팅 제어 단자에 결합되어 제 2 동기 정류기를 제어하는 제 2 구동 회로를 더 포함할 수 있다. 제 2 제어 신호는 제 2 구동 회로에 결합될 수 있고, 여기서 상기 제 2 제어 신호는 제 1 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 제 2 구동 회로를 제어한다. 제 1 구동 회로는 토템 폴(totem pole) 배열의 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 포함할 수 있고, 제 2 구동 회로는 토템 폴 배열의 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함할 수 있고, 여기서 상기 스위치들은 MOSFET이다.
1차 권선 및 2차 권선을 가진 제 1 변압기를 구비한 자기 구동 동기 정류기를 사용하여 전력 변환기로부터 가변 전압을 정류하는 방법이 또한 게시되어 있고, 여기서, 2차 권선은 제 1 및 2 단자를 갖는다. 상기 방법은 제 1 변압기의 1차 권선에 가변 신호를 제공하는 단계, 및 제 제어 단자를 가진 제 1 동기 정류기가 제 1 변압기의 2차 권선을 통해 전류를 도통시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 제어 단자는 접지에 대해 플로팅된다. 제 1 구동 회로는 제 1 동기 정류기를 제어하고, 제 1 제어 신호는 제 1 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 제 1 구동 회로를 제어한다. 제어 단자를 가진 제 2 동기 정류기는 제 1 변압기의 2차 권선을 통해 전류를 도통시키며, 제어 단자는 접지에 대해 플로팅된다. 제 2 구동 회로는 제 2 동기 정류기를 제어하고, 제 2 제어 신호는 제 1 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 제 2 구동 회로를 제어한다.
본 발명의 상기 특성은 첨부 도면에 관련하여 다음의 설명을 고려 시에 더욱 명백하게 이해될 수 있다.
도 1은 자기 구동 동기 정류부를 가진 종래 기술의 능동 클램프 순방향 변환기를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 "D, 1-D" 형 변환기에 대한 전형적인 변압기 전압을 도시한 도면.
도 3A는 수동 리셋을 가진 종래 기술의 클램프 순방향 회로를 도시한 도면.
도 3B는 도 3A에 도시된 종래 기술의 회로에 대한 전형적인 2차 변압기의 전압 파형을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예를 사용하는 수동 리셋을 가진 클램프 순방향 회로를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 수동 리셋을 가진 클램프 순방향 회로에 대한 본 발명의 제 1 실시예의 자기 구동 동기 정류 회로의 전압 파형을 도시한 도면.
도 6은 외부 인덕터 및 본 발명의 반파 정류기와 함께 사용되는 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 7은 전파 정류기용으로 구성된 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 도면.
도 8은 전파 정류기 및 구동 회로의 대안적인 게이트 접속부를 가진 본 발명의 제 4 실시예를 도시한 도면.
도 9A는 전파 정류기용으로 구성되고, 인덕터가 변압기의 2차 권선 중심 탭 및 출력 복귀 전압과 직렬로 결합된 본 발명의 제 5 실시예를 도시한 도면.
도 9B는 전파 정류기용으로 구성되고, 구동 회로 양단의 대안적인 다이오드 구성을 가진 본 발명의 제 6 실시예를 도시한 도면.
도 10A는 능동 클램프 순방향 회로용으로 구성된 본 발명의 제 7 실시예를 도시한 도면.
도 10B는 능동 클램프 순방향-플라이백(forward-flyback) 회로용으로 구성된 본 발명의 제 8 실시예를 도시한 도면.
도 11은 선택적인 전류 제한 저항기를 가진 전파 정류기에 대한 본 발명의 자기 구동 동기 방식의 제 9 실시예를 도시한 도면.
도 12는 선택적인 게이트 전압 제한기를 가진 본 발명의 자기 구동 동기 전파 정류기의 제 10 실시예를 도시한 것이다.
도 13은 하드-스위칭된 푸시-풀형 토폴로지에 대한 동기 정류기의 전류 파형을 도시한 도면.
도 14는 포화 인덕터를 가진 본 발명의 제 11 실시예를 도시한 도면.
도 15는 포화 인덕터를 가진 제 11 실시예에 대한 파형을 도시한 도면.
도 16은 신호 변압기와 함께 사용하도록 구성된 제 12 실시예를 도시한 도면.
다르게 표시되지 않는다면, 여러 도면에서 대응하는 요소에는 대응하는 번호 및 기호가 참조된다.
본 발명의 방법 및 구조가 다음에 설명된다. 종래 기술의 회로가 우선, 본 발명의 여러 바람직한 실시예와 이의 대안의 설명, 및 장점의 설명 이전에 논의될 것이다.
도 1에 도시된 종래 기술의 동기 정류기는 하드-스위칭된 반-브리지(HB), 전-브리지(FB) 정류기, 및 푸시-풀 토폴로지와 비-"D, 1-D" 형의 토폴로지(예컨대, 수동 리셋을 가진 클램프 순방향부)와 같은 어떤 회로 토폴로지와 함께 사용하는데 바람직하지 않다. 변압기 전압은 인식 가능한 제로 전압 구간을 가져서, 자기 구동 동기 정류를 구현하는 것을 바람직하기 않게 한다. 결과적으로, 이러한 회로 토폴로지를 가진 외부 구동 회로를 사용할 필요가 있다. 게다가, 동기 정류기 양단의 전압 응력을 제한하고 전압 발진을 완충하기 위하여 소산 스너버(dissipative snubber)가 통상적으로 필요로 된다.
더욱이, 이러한 회로 토폴로지를 위해 동기 정류기를 구동시키는데 변압기 전압을 사용하면, 프리휠링 구간(freewheeling interval)의 상당한 부분에 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에 사용된 MOSFET의 기생 역병렬 다이오드가 도통되어, 바람직하지 않게 모듈의 효율에 악영향을 준다. 공진 리셋 순방향용의 어떤 자기 구동 구현 방식이 보고되었다. IEEE APEC 1994 회보, 페이지 786-792에서 무라까미, 엔 등에 의한 명칭 "전기 통신 시스템을 위한 고 효율 저-프로파일 300 더블유 전력 팩" 및, IEEE APEC 1995 회보, 페이지 297-302에서 야마시따, 엔 등에 의한 명칭 "전기 통신 시스템을 위한 복잡한 고 효율 50 더블유 온 보드 전력 공급 모듈"이 참조된다. 이런 구현방식에서, 공진 리셋 구간은 프리휠 구간 동안, 정확한 게이트 구동 신호를 제공하도록 조정되었다. 다른 설계에서, 2-스위치 순방향 변환기에 대한 자기 구동 정류의 구현방식이 제시되어 있다. IEEE INTELEC 1998 회보, 페이지 398-403에서 나까야시끼, 와이 등에 의한 명칭 "동기 정류기를 가진 고 효율 스위칭 전력 공급 유닛"을 참조하라.
동기 정류기를 직접 구동시키기 위해 변압기 신호를 사용하여, 동기 전류기가 접지와 관련되도록 도 1의 종래 기술의 회로의 동기 정류기의 배치를 변경하는 것은 바람직하지 않는데, 그 이유는 변압기 권선이 접지에 대해 플로팅되기 때문이다. 일반적으로, 플로팅 변압기를 가진 정류기는 1차 회로와 2차 회로 사이에서 증가된 공동 모드 전류를 발생시키고, 이로 인해, 전자기 간섭(EMI)이 증가된다. 바람직하고, EMI가 적은 2차측 회로 구성은 동기 정류기 중 하나 이상이 접지에 대해 플로팅되는 게이트 구동 신호를 갖는 것을 필요로 한다. 이것은 일반적으로 구동 회로의 복잡성을 증가시킨다.
도 3A는 수동 리셋을 가진 종래 기술의 클램프 순방향 회로(22)를 도시한 것이고, 도 3B는 관련된 전형적인 2차 변압기의 전압 파형(28)을 도시한 것이다. 종래의 자기 구동 동기 방식이 이 토폴로지와 함께 사용되면, 프리휠링 단계 동안 도통되는 동기 정류기는 시간 기간(30)에서 이 단계가 종료되기 전에 턴 오프된다는 것이 제시되어 있다. 이 경우에, MOSFET의 역병렬 다이오드가 도통하여, 손실을 증가시킨다. 고 효율을 달성하기 위하여, 이 MOSFET이 전체 프리휠링 단계 동안에 도통되는 것이 필요하다. 더욱이, 2차 회로의 구성을 재배열하지 않고, 플로팅 게이트 구동부는 다이오드(D3)를 대신하여 동기 정류기를 구동시킬 필요가 있다.
종래의 자기 구동 동기 정류 방식은 변압기에 의해 발생된 전압을 사용하여 대응하는 동기 정류기를 턴-온하도록 하고, 이 전압이 0으로 감쇠될 때, 동기 정류기는 턴오프된다. 그러나, 정류기(다이오드)는 이 방식으로 동작하지 않는다. 일반적으로, 다이오드는 턴 오프할 반대 극성의 전압을 필요로 한다. 그러므로, 종래의 구동 방식은 제한된 수의 회로 구성으로 실제 솔루션을 제공한다.
본 발명은 실리콘 다이오드와 같은 원리를 사용하는 자기 구동 동기 정류 방식으로서의 기술적인 장점을 달성하며, 모든 유형의 회로 토폴로지 구성에서 쉽게 구현될 수 있다. 본 발명은 도 4의 제 1 실시예에서 도시된 바와 같이, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)가 접지에 대해 플로팅되는 게이트를 가지는 동기 정류 방식(40)이다. 변압기(49)는 1차 권선 및 2차 권선을 가지고 있다. 회로(42)는 변압기(49)의 2차 권선의 제 1 단부에 결합되고, 동기 정류기(SQ1)의 게이트에 결합된 2개의 작은 스위치(SQ3 및 SQ4)를 포함한다. 회로(42)는 또한 Cc2 및 D3로 구성된 플로팅 공급 전압을 포함한다. 회로(46)에 대해서도 마찬가지로, 2개의 작은 스위치(SQ5 및 SQ6)는 동기 정류기(SQ2)의 게이트에 결합된다. 회로(46)는 또한 Cc3 및 D4로 구성된 플로팅 공급 전압을 포함한다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 회로(46)와 출력 전압 단자(47) 사이에 인덕터(LO)가 직렬로 결합되어 전류 리플(ripple)을 평활화시키고, 커패시터(CO)가 레일 양단에 결합되어, 전압을 평활화시킨다.
동기 정류기(SQ1 및 SQ2) 및 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 바람직하게는, 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함하고, 더 바람직하게는, 금속 산화물 반도체 FET(MOSFET)를 포함하는데, 상기 스위치 MOSFET(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 동기 정류기 MOSFET(SQ1 및 SQ2)보다 더 작다. 각각의 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에 대해, 2개의 작은 스위치(SQ3, SQ4) 및 (SQ5 및 SQ6)는 접지에 대해 각각 플로팅되며, 각각의 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 제어하도록 적응되는 제 1 및 2 토템-폴 구동 회로를 형성한다. 특히, 본 발명에 따르면, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)의 게이트는 접지에 대해 플로팅된다. 바람직하게는, 스위치(SQ3 및 SQ5)는 N-형 MOSFET이고, 스위치(SQ4 및 SQ6)는 P-형 FET이다.
변압기(49)의 2차 권선의 제 2 단자로부터 유도된 제 1 제어 신호는 변압기(49) 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 제 1 구동 회로를 제어한다. 변압기의 2차 권선의 제 1 단자로부터 유도된 제 2 제어 신호는 변압기(49) 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 제 2 구동 회로를 제어한다. 이 구동 방식에서, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)는 변압기 신호가 종래의 자기 구동 방식에서와 같이 제로가 될 때 턴오프되는 것이 아니라, 오히려, 변압기 전압이 극성을 전환할 때 턴오프된다. 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)는 종래 기술의 자기 구동 방식과 대조적으로, 변압기 신호가 제로가 될 때 온으로 유지되어 도통된다. 본 발명에 따르면, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)는 변압기 전압이 극성을 전환할 때 턴오프된다. 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)는 자신의 각 토템-폴 구동 회로를 통해 턴온되고, 각 토템-폴 구동 회로를 통해 변압기 전압이 극성을 전환할 때 턴오프된다.
커패시터(Cc1 및 Cc2) 및 다이오드(D3 및 D4)는 SQ1 및 SQ2를 구동시키는데 필요한 플로팅 공급 전압을 발생시킨다. 플로팅 공급 전압을 이 방식으로 구현함으로써, 다이오드(D3) 및 커패시터(Cc1)가 동기 정류기(SQ1) 양단의 전압을 클램핑하고, 다이오드(D4) 및 커패시터(Cc2)가 동기 정류기(SQ2) 양단의 전압을 클램핑한다는 점에서 부가적인 장점이 달성된다. 커패시터(Cc1 및 Cc2)는 동기 정류기 양단의 전압 응력을 2차측으로 반영된 입력 전압의 거의 두 배로 제한한다(~2*Vin*Ns/N1).
일반적으로, 동기 정류기의 출력 커패시턴스 및 변압기의 누설 인덕턴스의 상호작용은 정류기 양단의 전압 응력을 증가시킨다. 이 증가된 전압 응력은 동기 정류기에 사용될 수 있는 디바이스의 유형을 제한한다. 동기 정류의 충분한 장점을을 취하기 위하여, 가능한 최소 Rds(on)을 가진 디바이스가 사용되는 것이 바람직하다. 반도체 물리학은 저 전압-정격 디바이스가 전형적으로 저 Rds(on)을 갖도록 한다. 그러므로, 회로 기생부들의 상호작용으로 인해 증가된 전압 응력을 최소화시키는 것이 중요하다. 본 발명은 이러한 디바이스의 출력 커패시턴스보다 훨씬 더 큰 값을 가진 커패시터를 구비한 동기 정류기 양단의 전압 응력을 클램핑함으로써 이러한 기생 효과의 영향을 최소화시킨다. 클램프 커패시터(Cc2 및 Cc3)에 저장된 에너지는 본 발명의 회로에서 사용되어 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 각각 구동시킨다.
일견에는, 이 자기 구동 동기 정류 방식이 기본 결점을 갖는 것처럼 보일 수 있다. 도 5의 파형을 참조하면, 시간 T ＜ t0에서, 정류기(SQ1)는 오프이고(신호(52)), 정류기(SQ2)는 도통되고 있다(신호(54)). 변압기 전압은 신호(56)로 도시되어 있다. 시간 T = t0에서, 1차 스위치(Q1)는 턴온되고(신호(50)), 새로운 스위칭 사이클을 개시하려고 한다. 이상적인 변압기(49)(비누설 인덕턴스 및 비직렬 저항)와 2차 회로의 모든 기생부의 부재를 가정하면, 1차 스위치(Q1)는 단락 회로로 턴온된다. 그 시퀀스는 다음과 같다: 1차 스위치(Q1)가 턴온되는 시간에, 정류기(SQ1)의 역병렬 다이오드는 여전히 온 상태인 정류기(SQ2)와 순시적으로 도통되도록 하여, 변압기(49)의 2차 권선에서 단락이 발생된다. 정류기(SQ2)는 턴오프되도록 하기 위해 극성을 반전시키는 변압기(49)의 전압을 필요로 하지만, 이 전압은 정류기(SQ2)가 턴오프되기 전에는 반전할 수 없다. 그러나, 이 개념은 이상 부품 및 회로 배치를 가정한다. 그래서, 표유 인덕턴스(stray inductance) 및 저항이 논의에 포함되면, 수 킬로헤르쯔의 스위칭 주파수에서, 전형적인 변환기 배치에서 발견되는 표유 인덕턴스 및 저항은 충분한 전압이 2차에서 발생되도록 하여, 정류기(SQ2)를 턴오프시키도록 한다는 것이 (실험적으로, 그리고 시뮬레이션에 의해) 쉽게 제시될 수 있다. 정류기(SQ1)는 순시 "단락 회로"로 턴온된다.
본 발명의 구동 방식은 스위칭 전이 동안 "슈트 쓰루(shoot through)" 전류(단락 회로로 인한 피크 전류)를 발생시키는데, 이것은 본원에 설명된 바와 같이 보상될 수 있다. 대부분의 보드-장착 전력 모듈이 설계되는 전류 레벨 및 스위칭 주파수에 대해, 이 슈트 쓰루 전류는 과도하지 않다. 슈트 쓰루 전류는 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 "늦게" 턴온함으로써 발생하고, 종래의 자기 구동 동기 방식의 경우에서와 같이 이들의 기생 역병렬 다이오드가 도통될 때 모든 동기 정류기에 고유한 역회복 효과로 인해 발생된 슈트 쓰루 전류보다 과도하지 않다. 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에 사용된 MOSFET의 기생 역병렬 다이오드는 매우 느리고, 이 유형의 애플리케이션에서 고속으로 턴오프되지 않으므로; 슈트 쓰루 전류가 발생된다. 이러한 전류는 특히 전 부하에서 과도하여, 모듈의 성능과 절충될 수 있다. 동기 정류가 고 스위칭 주파수(＞ 500kHz)에서 사용되지 않도록 하는 영향들 중 하나는 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에서 역회복으로 인한 손실이라는 것이 인식된다.
슈트 쓰루 전류가 회로의 정상 동작과 간섭하면, 도 6의 본 발명의 제 2 실시예에서 도시된 바와 같이, 선택적인 외부 인덕터(LS1 및/또는 LS2)가 각각 동기 정류기(SQ1 및/또는 SQ2) 및 LO와 직렬로 부가될 수 있다. 이러한 외부 인덕터(LS1 및 LS2)는 바람직하게는, 포화하게 되는 1-권선(one-turn) 페라이트 인덕터, 또는 사각형 루프 재료를 더 전형적인 포화 가능한 인덕터이다. 포화 가능한 인덕터를 사용하면 슈트 쓰루 전류를 제거하면서 회로의 전체 성능에 대한 인덕터의 영향이 최소화된다. 2개의 인덕터(LS1 및 LS2) 중 하나만이 슈트 쓰루 전류를 제한하는데 필요로 되는데, 그 이유는 LS1 및 LS2가 스위칭 전이 동안에 효과적으로 직렬 상태가 되기 때문이다. 더욱이, 이런 외부 인덕터(LS1 및 LS2)는 바람직하게는, 클램프 회로(Cc2) 및 (D3), 또는 (Cc3) 및 (D4)와 직렬로 배치되어, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2) 양단의 전압 응력을 감소시킬 시에 클램프 회로의 효율을 제한하지 않도록 한다.
전파(full-wave) 정류기와 함께 사용하기 위한 본 발명의 구현방식은 반파 정류기와 유사하고, 도 7의 제 3 실시예에 도시되어 있다. 변압기(70)의 중심 탭은 복귀 전압 단자에 결합되고, 회로(42 및 46)는 도 4에 기술되어 있는 바와 같은 변압기에 결합된다. 전파 정류기에 대해 도시된 구성에서, N-형 FET (SQ3 및 SQ5)의 게이트에서 소스까지의 최대 전압 응력은 2*Vin*Ns/N1과 거의 동일하다. P-형 FET (SQ4 및 SQ6)의 전압 응력은 4*Vin*Ns/N1과 거의 동일하다. P-형 FET의 게이트에 의한 전압 응력을 감소시키기 위해, 이 디바이스의 게이트는 예컨대, 회로의 전체 동작을 변화시키지 않고 접지 Vo+, 또는 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)의 드레인에 결합될 수 있다.
단독 또는 결합하여 구현될 수 있는 많은 대안 및 선택적인 회로 소자가 본 발명과 함께 고려된다. 도 8은 본 발명의 제 4 실시예를 도시하고, 도 7에 도시된 전파 정류기에 대한 대안이다. 이 실시예에서, 회로(72 및 74)는 SQ4 및 SQ6의 게이트가 이전 실시예의 회로(42 및 46)에서와 같이 SQ3 및 SQ4의 게이트보다는 오히려, 인덕터(LO)에 결합되도록 구성된다. 이 구성에서, P-FET (SQ4 및 SQ6)에 의한 최대 게이트-소스 전압 응력은 2*Vin*Ns/N1과 거의 동일하다.
도 9A는 회로(72 및 74)를 가진 제 5 실시예를 도시한 것이며, 인덕터(LO)는 변압기(70)의 중심 탭과 Vout의 복귀 전압 단자 사이에 접속된다. 도 9B는 제 6 실시예를 도시한 것으로서, 여기서 회로(76 및 78)의 동기 정류기의 플로팅 공급 전압은 변압기(70) 양단에 커패시터(Cc1 및 Cc2)와 다이오드(D3 및 D4)를 직접 접속함으로써 발생된다. 그러나, 이 구성에서, 동기 정류기 양단의 전압 응력은 도 7에 도시된 제 3 실시예에서 만큼 효과적으로 클램핑되지 않는다.
도 10A는 능동 클램프 순방향 회로로 구현된 본 발명의 제 7 실시예를 도시한 것이고, 도 10B는 능동 클램프 순방향-플라이백 변환기로 구현된 제 8 실시예를 도시한 것이다. 게이트 구동부의 슈트-쓰루 전류들이 관련이 있는 경우, 도 11의 제 9 실시예에 도시된 바와 같이, 저항기(R2)가 스위치(SQ4)와 직렬로 배치되고, 저항기(R4)기 스위치(SQ6)와 직렬로 배치되어, 이 영향을 최소화시킬 수 있다. 더욱이, 1차 회로 임피던스가 충분히 낮은 경우, 클램프 커패시터(Cc1 및 Cc2)는 과도한 피크 충전 전류를 발생시킬 수 있다. 이 경우에, 도 11에 도시된 바와 같이, 저항기(R1)는 다이오드(D3)와 직렬로 부가되고, 저항기(R3)는 다이오드(D4)와 직렬로 부가될 수 있다. 클램프 커패시터의 값을 감소시키면 이러한 충전 전류의 피크값이 또한 감소된다.
많은 애플리케이션에서, 도 12의 제 10 실시예에 도시된 바와 같이, 게이트의 항복 전압을 초과하지 않도록 하기 위하여 게이트-구동 신호를 소정 값으로 클램핑하는 것이 필요할 수 있다. 2개의 N-형 MOSFET(SQ7 및 SQ8)은 회로(88 및 90)에 각각 부가되어, 동기 정류기의 게이트 상의 전압을 VCC 마이너스 임계 전압, 예컨대, 1-2 볼트로 제한할 수 있다.
하드-스위칭된 반-브리지, 전-브리지 및 푸시-풀 토폴로지에 대해 본 발명의 자기 구동 동기 정류기를 구현함으로써, 게이트 구동부에 의해 다중 펄싱이 발생될 수 있다. 이런 현상을 이해하는데 있어서, 이러한 회로 토폴로지에서 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 통해 도 13에서 신호(66)로 도시된 전류(ISQ1) 및 신호(64)로 도시된 전류(ISQ2)가 도 13에 도시된 바와 같이 계단형 형상을 가진다는 점에 주의해야 한다. 전이(TR1 및 TR2)는 동일한 극성을 가진 기생 인덕턴스 및 저항의 전압을 발생시킨다. 이러한 기생 회로 양단에 발생하는 전압은 전이(TR2) 동안 스위치(SQ1)를 턴오프시킨다. 그러므로, 동일한 현상이 전이(TR1) 동안 스위치(SQ1)를 턴오프하여, SQ1에 대한 전압 신호(50)의 멀티-펄싱 영역(68)에 도시된 게이트 구동 신호의 멀티-펄싱을 발생시킨다. SQ2의 전압은 신호(60)로 도시된다.
멀티-펄싱을 최소화하기 위하여, 포화 가능한 인덕터(LS3 및 LS4)가 도 14에 도시된 바와 같이 변압기(70) 및 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)와 직렬로 부가될 수 있다. 포화 가능한 인덕터(LS3 및LS4)가 사각형 재료를 가진다고 가정하고, 이의 포화된 인덕턴스가 2차 회로의 동작을 지배한다고 가정하면, 자기 구동 동기 정류기의 동작을 나타내는 파형은 도 15에 도시된 바와 같은데, 여기서, SQ1 및 SQ2에 대한 전류는 신호(66 및 64)로 각각 도시되고, SQ1 및 SQ2에 대한 전압은 신호(50 및 60)로 각각 도시되며, LS3 및 LS4에 대한 전압은 신호(108 및 106)로 각각 도시된다. 바람직한 바와 같이, 전이(TR1) 동안보다 전이(TR2) 동안에 상당히 더 높은 전압이 스위치(SQ3)의 게이트에서 발생된다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 동기 정류기 구동 회로가 변압기 전압을 사용하여 동기 정류기를 구동시키기 때문에, 구동 신호는 또한 도 16에 도시된 바와 같이 신호 변압기로부터 발생될 수 있다. 신호 변압기(100)를 사용하면 동기 정류기 및 1차 스위치의 턴온 및 턴오프 간에 타이밍이 조정된다. 본 발명의 구현방식이 푸시-풀 형 토폴로지와 함께 제시되는데, 여기서 구동부 1 및 구동부 2, 1차 스위치에 대한 구동부는 또한 신호 변압기(100)를 구동시킨다. 회로(96 및 98)는 변압기(70)의 2차 측에 동기 정류를 제공한다. 도 16에 도시된 회로가 적절하게 동작하도록 하기 위하여, 신호 변압기(100)는 P-FET를 턴오프할 만큼 충분한 전압을 발생시킬 수 있어야 한다. 신호 변압기가 접지에 관련되는 경우, 변압기에 의해 발생된 최대 전압은 적어도 3*Vin*Ns/N1일 필요가 있다. 토템 폴을 적절하게 구동시키는데 필요한 전압은 도 11에서 이미 논의된 바와 같이, FET (SQ7 및 SQ8)를 제한하는 게이트 전압을 부가함으로써 감소될 수 있다.
플로팅 동기 정류기 게이트를 가진 본 발명의 자기 구동 동기 정류기 방식의 신규한 회로 및 방법은 전력 변환기 또는 신호 변압기에 자기 구동 동기 정류를 효율적으로 제공하기 때문에 바람직한데, 여기서 동기 정류기는 변압기의 2차 권선 양단의 전압이 거의 제로일 때 계속적으로 도통된다. 본 발명의 자기 구동 방식은 종래 기술의 동기 정류 회로에서 발견된 역 회복 문제를 해결한다. 본 발명의 동기 자기 구동 방식의 부가적인 장점은 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에 대한 구동 회로의 역할을 하는 부가적인 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)가 SQ1 및 SQ2의 게이트 구동 신호에 대한 능동 댐퍼(damper)로 작용하여, 반도체 디바이스의 출력 커패시턴스 및 표유 인덕턴스의 상호작용으로 인해 2차 변압기 권선에서 통상적으로 나타나는 기생 발진에 대한 버퍼를 제공한다는 것이다. 이것은 종래 기술에서 통상적으로 필요로 되는 부가적인 버퍼 요소의 필요성을 제거한다. 다양한 회로 토폴로지와 함께 양호하게 동작하는 본 발명의 융통성을 설명한 여러 실시예가 기술되었다. 본 발명은 임의의 유형의 변환기 토폴로지에 쉽게 적응될 수 있다.
본 발명은 또한 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)의 전압 응력을 비소산 방식으로 제한하고, 회로 설계에서의 소산 스너버의 필요성을 제거하는 수단을 제공한다. 본 발명은 또한 조용한 전자기 간섭(EMI) 회로를 제공한다. 하드-스위칭된 반-브리지(HB), 전-브리지(FB), 푸시-풀 토폴로지, 및 다른 비-"D, 1-d" 형의 토폴로지, 예컨대, 수동 리셋을 가진 클램프 순방향부와 같은 어떤 종래 기술 토폴로지에 필요로 되는 부가적인 구동 회로가 필요하지 않게 된다.
다른 장점은 SQ1 및 SQ2를 구동시키는데 필요한 커패시터(Cc1 및 Cc2) 및 다이오드(D3 및 D4)로 플로팅 공급 전압을 발생시킴으로써, 다이오드(D3) 및 커패시터(Cc1)는 동기 정류기(SQ1) 양단의 전압을 클램핑하고, 다이오드(D4) 및 커패시터(Cc2)는 동기 정류기(SQ2) 양단의 전압을 클램핑한다는 것이다.
본 발명이 도시한 실시예를 참조로 기술되었지만, 이런 기술은 제한하는 의미로 의도되지 않는다. 설명한 실시예 뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예를 결합한 다양한 수정이 상기 기술을 참조로 본 기술 분야의 숙련자에게는 가능하다. 본 발명은 DC-DC 전력 변환기로 사용하기 위해 기술되었지만, 예컨대 AC-AC와 같은 다른 형의 전력 변환기에 따른 기술적인 장점을 유도한다.
동기 정류기(SQ1 및 SQ2), 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6) 및 전압 구동기(SQ7 및 SQ8)는 MOSFET로 도시되었지만, 다른 유형의 FET 또는 스위칭 디바이스가 본 발명에서 사용하는데 적합한 것으로 고려된다. 또한, 게이트-구동 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 변압기(49,70)의 2차 권선의 출력 단자에 접속되는 것으로 본원에 도시되어 있다. 그러나, 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 구동 전압을 스케일(scale)하기 위해 변압기 권선의 어느 장소로부터 탭핑될 수 있다. 예컨대, 매우 작은 전압 애플리케이션을 위해, 구동 신호를 승압하도록 2차 변압기 권선을 확장할 필요가 있다. 더욱이, 이런 개념은 공진형 변환기 뿐만 아니라 전류 더블 정류 회로로 쉽게 확장될 수 있다. 그러므로, 첨부한 청구 범위는 어느 수정 또는 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.
Claims (30)
- 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로 회로에 있어서:1차 권선, 및 제 1 단자와 제 2 단자를 가진 2차 권선을 가지는 변압기:상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 결합되고, 접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 가지는 제 1 동기 정류기;상기 제 1 동기 정류기의 플로팅 제어 단자에 결합되어 상기 제 1 동기 정류기를 제어하는 제 1 구동 회로; 및상기 제 1 구동 회로에 결합된 제 1 제어 신호를 포함하며, 상기 제 1 제어 신호는 상기 제 1 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 상기 제 1 구동 회로를 제어하는, 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 제어 신호는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터 도출되고, 상기 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로 회로는:상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고 접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 가지는 제 2 동기 정류기;상기 제 2 동기 정류기의 플로팅 제어 단자에 결합되어 상기 제 2 동기 정류기를 제어하는 제 2 구동 회로; 및상기 제 2 구동 회로에 결합된 제 2 제어 신호를 더 포함하며, 상기 제 2 제어 신호는 상기 제 1 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 상기 제 2 구동 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 구동 회로는 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 포함하고, 상기 제 2 구동 회로는 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 및 3 스위치는 N-형 MOSFET를 포함하고, 상기 제 2 및 4 스위치는 P-형 MOSFET를 포함하며, 상기 제 1 및 2 스위치는 토템 폴 배열로 접속되고, 상기 제 3 및 4 스위치는 토템 폴 배열로 접속되며, 상기 제 1 및 2 동기 정류기는 MOSFET를 포함하고, 상기 제 1 및 2 동기 정류기의 상기 제어 단자는 게이트인 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1, 2, 3 및 4 스위치는 게이트를 가지고, 상기 제 1 및 2 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 접속되며, 상기 제 3 및 4 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 및 2 스위치 양단에 결합되고 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되는 제 1 커패시터;상기 제 1 커패시터와 상기 제 1 동기 정류기 사이에 결합되는 제 1 다이오드;상기 제 3 및 4 스위치 양단에 결합되고 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 접속되는 제 2 커패시터; 및상기 제 2 커패시터와 상기 제 2 동기 정류기 사이에 결합되는 제 2 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 6 항에 있어서,출력 전압 단자 및 복귀 전압 단자;상기 제 1 동기 정류기와 상기 출력 전압 단자 사이에 결합되는 제 1 인덕터; 및상기 출력 전압 단자와 상기 복귀 전압 단자 사이에서 병렬로 결합되는 제 3 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 인덕터와 상기 제 2 동기 정류기 사이에서 직렬로 결합되는 제 2 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 인덕터와 상기 출력 전압 단자 사이에서 직렬로 결합되는 제 3 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 변압기의 2차 권선은 중심 탭, 및 상기 중심 탭에 접속된 복귀 출력 전압 단자를 더 포함하고, 상기 제 1, 2, 3 및 4 스위치는 게이트를 가지며, 상기 제 1 및 2 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 접속되고, 상기 제 3 및 4 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 변압기의 2차 권선은 중심 탭, 및 상기 중심 탭에 접속된 복귀 출력 전압 단자를 더 포함하고, 상기 제 1, 2, 3 및 4 스위치는 게이트를 가지며, 상기 제 1 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고, 상기 제 3 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되고, 상기 제 2 및 4 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 인덕터의 상기 제 1 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 변압기의 2차 권선은 중심 탭을 더 포함하고, 상기 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로는:상기 제 1 변압기의 2차 권선의 상기 중심 탭에 결합되는 제 1 인덕터;상기 제 1 및 2 다이오드에 결합되는 출력 전압 단자, 및상기 출력 전압 단자 및 상기 제 1 인덕터와 병렬로 결합된 제 3 커패시터를 더 포함하며, 상기 제 1 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고, 상기 제 3 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되며, 상기 제 2 및 4 스위치의 상기 게이트는 상기 출력 전압 단자에 결합되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 5 항에 있어서,제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 커패시터로서, 상기 제 1 커패시터의 제 1 단부는 상기 제 1 스위치에 결합되고, 상기 제 1 커패시터의 제 2 단부는 상기 제 2 스위치에 결합되는, 제 1 커패시터;제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 다이오드로서, 상기 제 1 다이오드의 제 1 단부는 상기 제 1 및 2 스위치의 상기 게이트에 결합되고, 상기 제 1 다이오드의 제 2 단부는 상기 제 2 스위치에 결합되는, 제 1 다이오드;제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 커패시터로서, 상기 제 2 커패시터의 제 1 단부는 상기 제 3 스위치에 결합되고, 상기 제 2 커패시터의 제 2 단부는 상기 제 4 스위치에 결합되는, 제 2 커패시터; 및제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 다이오드로서, 상기 제 2 다이오드의 제 1 단부는 상기 제 3 및 4 스위치의 상기 게이트에 결합되고, 상기 제 2 다이오드의 제 2 단부는 상기 제 4 스위치에 결합되는, 제 2 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 3 항에 있어서,제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 커패시터로서, 상기 제 1 커패시터의 제 1 단부는 상기 제 1 스위치에 결합되는, 제 1 커패시터;제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 다이오드로서, 상기 제 1 다이오드의 제 1 단부는 상기 제 1 커패시터의 제 2 단부에 결합되는, 제 1 다이오드;제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 커패시터로서, 상기 제 2 커패시터의 제 1 단부는 상기 제 3 스위치에 결합되는, 제 2 커패시터;제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 다이오드로서, 상기 제 2 다이오드의 제 1 단부는 상기 제 2 커패시터의 제 2 단부에 결합되는, 제 2 다이오드;제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 전류 제한 저항기로서, 상기 제 1 전류 제한 저항기의 제 1 단부는 상기 제 1 커패시터의 제 2 단부 및 상기 제 1 다이오드의 제 1 단부에 결합되고, 상기 제 1 전류 제한 저항기의 제 2 단부는 상기 제 2 스위치에 결합되는, 제 1 전류 제한 저항기;제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 전류 제한 저항기로서, 상기 제 2 전류 제한 저항기의 제 1 단부는 상기 제 1 다이오드의 제 2 단부에 결합되고, 상기 제 2 전류 제한 저항기의 제 2 단부는 상기 제 1 동기 정류기에 결합되는, 제 2 전류 제한 저항기;제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 3 전류 제한 저항기로서, 상기 제 3 전류 제한 저항기의 제 1 단부는 상기 제 2 커패시터의 제 2 단부 및 상기 제 2 다이오드의 제 1 단부에 결합되고, 상기 제 3 전류 제한 저항기의 제 2 단부는 상기 제 4 스위치에 결합되는, 제 3 전류 제한 저항기; 및제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 4 전류 제한 저항기로서, 상기 제 4 전류 제한 저항기의 제 1 단부는 상기 제 2 다이오드의 제 2 단부에 결합되고, 상기 제 4 전류 제한 저항기의 제 2 단부는 상기 제 2 동기 정류기에 결합되는, 제 4 전류 제한 저항기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1 동기 정류기와 상기 제 1 전류 제한 저항기 사이에서 직렬로 결합되는 게이트를 가진 제 1 전압 제한기로서, 상기 제 1 전압 제한기의 상기 게이트는 전압원에 결합되는, 제 1 전압 제한기; 및상기 제 2 동기 정류기와 상기 제 3 전류 제한 저항기 사이에서 직렬로 결합되는 게이트를 가진 제 2 전압 제한기로서, 상기 제 2 전압 제한기의 상기 게이트는 상기 전압원에 결합되는, 제 2 전압 제한기를 더 포함하며, 상기 제 1 및 2 전압 제한기는 게이트 전압을 제한하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 및 2 전압 제한기는 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자와 상기 제 1 동기 정류기 사이에서 직렬로 결합되는 제 2 인덕터; 및상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자와 상기 제 2 동기 정류기 사이에서 직렬로 결합되는 제 3 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 2 및 3 인덕터는 포화 가능한 인덕터인 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 변압기는 중심 탭을 가지며,1차 권선 및 2차 권선을 가진 제 2 변압기로서, 상기 2차 권선은 제 1 단자, 제 2 단자 및 중심탭을 가지며, 상기 제 1 제어 신호는 상기 제 2 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터의 신호를 포함하는, 제 2 변압기;상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고 접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 가지는 제 2 동기 정류기;상기 제 2 동기 정류기의 제어 단자에 결합되어 상기 제 2 동기 정류기를 제어하는 제 2 구동 회로; 및상기 제 2 구동 회로에 결합된 제 2 제어 신호를 더 포함하며, 상기 제 2 제어 신호는 상기 제 2 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 상기 제 2 구동 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 2 변압기는 신호 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
- 1차 권선, 및 제 1과 제 2 단자를 가진 2차 권선을 가지는 제 1 변압기를 구비한 구동되는 동기 정류기를 사용하여 전력 변환기로부터 가변 전압을 정류하는 방법에 있어서:상기 제 1 변압기의 상기 1차 권선에 가변 신호를 제공하는 단계;접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 가지는 제 1 동기 정류기가 상기 제 1 변압기의 2차 권선을 통해 전류를 도통시키는 단계;제 1 구동 회로가 상기 제 1 동기 정류기를 제어하는 단계;제 1 제어 신호가 제 1 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 상기 제 1 구동 회로를 제어하는 단계;접지에 대해 플로팅되는 제어 단자를 가지는 제 2 동기 정류기가 상기 제 1 변압기의 2차 권선을 통해 전류를 도통시키는 단계;제 2 구동 회로가 상기 제 2 동기 정류기를 제어하는 단계; 및제 2 제어 신호가 상기 제 1 변압기 양단의 전압 극성 반전의 함수로서 상기 제 2 구동 회로를 제어하는 단계를 포함하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 제 1 제어 신호는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터의 신호인 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 제 2 제어 신호는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자로부터의 신호인 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 제 1 및 2 동기 정류기는 게이트를 가진 MOSFET를 포함하고, 상기 제 1 동기 정류기의 상기 게이트는 상기 제 1 구동 회로에 의해 제어되며, 상기 제 2 동기 정류기의 상기 게이트는 상기 제 2 구동 회로에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 제 1 및 2 구동 회로는 2개의 스위치를 포함하며, 상기 스위치 중 하나는 N-형이고, 상기 스위치 중 다른 스위치는 P-형인 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 제 1 및 2 구동 회로는 플로팅 공급 전압을 통해 접지에 대해 플로팅되고, 상기 플로팅 공급 전압은 커패시터 및 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,제 1 전압 제한기가 상기 제 1 동기 정류기를 제어하는 단계; 및제 2 전압 제한기가 상기 제 2 동기 정류기를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,제 1 인덕터로 멀티-펄싱을 제어하는 단계; 및제 2 인덕터로 멀티-펄싱을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,제 1 전류 제한 저항기를 가진 제 1 구동 회로의 전류를 제한하는 단계; 및제 2 전류 제한 저항기를 가진 제 2 구동 회로의 전류를 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 동기 정류 회로는 1차 권선 및 2차 권선을 가진 제 2 변압기를 더 포함하고, 상기 2차 권선은 제 1 단자, 제 2 단자 및 중심 탭을 가지며, 상기 제 1 제어 신호는 상기 제 2 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터의 신호인 것을 특징으로 하는 가변 전압 정류 방법.
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