KR100724313B1 - Method for converting voltage and converter for performing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 전원변환장치의 제 1 실시예인 직류-직류 변환 장치의 개념도이다. 1 is a conceptual diagram of a DC-DC converter as a first embodiment of a power converter according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 전원변환장치의 제 1 실시예인 교류-직류 변환 장치의 개념도이다. 2 is a conceptual diagram of an AC-DC converter as a first embodiment of a power converter according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 전원변환장치의 제 1 실시예인 직류-직류 변환 장치의 블록도이다. 3 is a block diagram of a DC-DC converter as a first embodiment of a power converter according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 전원변환장치의 제 1 실시예인 직류-직류 변환 장치의 회로도이다. 4 is a circuit diagram of a DC-DC converter as a first embodiment of a power converter according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 전원변환장치의 제 2 실시예인 교류-직류 변환 장치의 블록도이다.Fig. 5 is a block diagram of an AC-DC converter as a second embodiment of a power converter according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 전원변환장치의 제 2 실시예인 교류-직류 변환 장치의 회로도이다. Fig. 6 is a circuit diagram of an AC-DC converter as a second embodiment of a power converter according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
102 : 전류제한기 112 : 스위칭회로102: current limiter 112: switching circuit
112 : 스위칭제어부 114 : 제 1 스위칭부 112: switching control unit 114: first switching unit
116 : 제 2 스위칭부 120 : 제 1 커패시터116: second switching unit 120: first capacitor
130 : 제 2 커패시터 130: second capacitor
본 발명은 전원변환방법 및 이를 수행하기 위한 전원변환장치에 관한 것으로, 특히 소용량의 커패시터를 이용하여 스위칭 방식만으로 입력단에서 공급된 전원을 펌핑(pumping)방식에 의하여 출력단에 공급하여 변환 효율을 증진시키고 입력단 및 출력단에 충격을 감소시키기 위한 전원변환방법 및 이를 수행하기 위한 전원변환장치에 관한 것이다. The present invention relates to a power conversion method and a power conversion device for performing the same, and in particular, by supplying the power supplied from the input terminal to the output terminal by the pumping (pumping) method using only a small capacitor to improve the conversion efficiency The present invention relates to a power conversion method for reducing an impact on an input terminal and an output terminal, and a power conversion apparatus for performing the same.
일반적으로, 전원단으로부터 공급된 직류전원을 강압하여 부하단에 공급하는 전원공급장치에서 널리 사용되는 것이 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스 폭 변조) 제어방식이다. PWM 제어방식은 PWM제어부에서 출력되는 펄스폭(Duty)에 따라 입력되는 직류(DC)전압을 스위칭방식으로 강압하여 일정한 전압으로 출력시킨다. 즉, PWM 제어방식은 PWM제어부에서 스위칭소자를 "온(ON)"시키는 경우에 입력되는 직류전압을 트랜스포머에 축적시키며, PWM제어부에서 스위칭소자를 "오프(OFF)"시키는 경우에는 입력되는 직류전압을 차단되고, 트랜스포머의 역기전력에 의해 축적된 전력이 방전되어 원하는 출력 전압을 얻는 방식이다. 이때, 출력 전압은 PWM제어부에서 출력되는 PWM펄스신호의 펄스폭에 따라 결정된다.In general, a pulse width modulation (PWM) control method is widely used in a power supply device for stepping down a DC power supplied from a power supply to supply a load. In the PWM control method, the DC voltage inputted according to the pulse width (Duty) output from the PWM control unit is stepped down by a switching method to output a constant voltage. That is, the PWM control method accumulates the DC voltage input when the switching device is "ON" in the PWM control unit, and the DC voltage input when the switching device is "OFF" in the PWM control unit. Is blocked, and the power accumulated by the counter electromotive force is discharged to obtain a desired output voltage. At this time, the output voltage is determined according to the pulse width of the PWM pulse signal output from the PWM control unit.
그러나, 위와 같은 종래의 PWM 제어방식을 이용한 전압 강압형 전원회로에서 는 스위칭 소자의 스위칭시에 전력손실이 크게 발생하여 전원회로의 효율이 저하되고, 트랜스포머등에서 열이 많이 발생된다. 따라서 열을 방출하기 위해 전원회로에 부착되는 방열 혹은 냉각시스템의 크기가 커지게 되어 전체적인 전원회로의 규모가 커지게 되는 문제점이 있었다. However, in the voltage step-down power supply circuit using the conventional PWM control method as described above, a large power loss occurs during switching of the switching element, thereby reducing the efficiency of the power supply circuit and generating a lot of heat in the transformer. Therefore, the size of the heat dissipation or cooling system attached to the power circuit for dissipating heat is increased, the overall size of the power circuit has a problem.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 전원단에서 공급되는 직류/교류 전원을 스위칭만으로 강압시켜 안정된 직류전원을 부하에 공급할 수 있도록 하기 위하여 소용량의 커패시터를 이용하여 입력단의 전원을 부하단으로 펌핑(pumping)하도록 함으로서 입력 및 출력단에 가해지는 스위칭 노이즈를 감소시키며 커패시터를 제외한 전원변환장치 전부를 하나의 IC로 구현할 수 있어서 변환효율이 증진되는 전원변환방법 및 이를 수행하기 위한 전원변환장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, the power supply of the input terminal by using a small capacitor in order to supply a stable DC power to the load by stepping down the DC / AC power supplied from the power supply only by switching. By converting the pump to the bottom to reduce the switching noise applied to the input and output stages, the power conversion method to improve the conversion efficiency of all the power conversion device except the capacitor can be implemented as a single IC and power conversion device for performing the same The purpose is to provide.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은The present invention for achieving the above object
입력되는 DC 전원를 스위칭시켜 입력단 커패시터에 DC 전압을 충전시키는 제 1 충전단계; A first charging step of charging a DC voltage to an input terminal capacitor by switching an input DC power source;
상기 제 1 충전단계에서 전압이 충전된 상기 입력단 커패시터의 전압을 스위칭시켜 DC 출력단과 접속된 출력단 커패시터에 충전시키는 제 2 충전단계; A second charging step of switching the voltage of the input terminal capacitor charged with the voltage in the first charging step to charge the output terminal capacitor connected to the DC output terminal;
상기 제 2 충전단계후에 출력단 커패시터에서 출력되는 DC전압을 감지하는 출력 전압 감지단계; 및 An output voltage sensing step of sensing a DC voltage output from an output capacitor after the second charging step; And
상기 출력전압 감지단계에서 상기 출력되는 DC 전압이 설정치 이하인 경우 상기 제 1 충전단계 및 제 2 충전단계의 스위칭 주기를 증가시키고, 상기 출력전압감지단계에서 출력되는 DC 전압이 설정치 이상인 경우 스위칭 주기를 감소하도록 제어하는 스위칭제어단계를 포함한다. In the output voltage sensing step, the switching period of the first charging step and the second charging step is increased when the output DC voltage is less than or equal to the set value, and the switching period is decreased when the DC voltage output in the output voltage sensing step is greater than or equal to the setting value. And a switching control step of controlling it.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면중 도 1은 본 발명에 따른 전압강하형 전원변환장치의 제 1 실시예인 직류-직류 변환 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전압강하형 전원변환장치의 제 1 실시예인 교류-직류 변환 장치의 개념도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 전압강하형 전원변환장치의 제 1 실시예인 직류-직류 변환 장치의 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전압강하형 전원변환장치의 제 1 실시예인 직류-직류 변환 장치의 회로도이다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 전압강하형 전원변환장치의 제 2 실시예인 교류-직류 변환 장치의 블록도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전압강하형 전원변환장치의 제 2 실시예인 교류-직류 변환 장치의 블록도이다. 1 is a conceptual diagram of a DC-DC converter, which is a first embodiment of a voltage drop type power converter according to the present invention, and FIG. 2 is an AC of a first embodiment of a voltage drop type power converter, according to the present invention. -Conceptual diagram of the DC converter. 3 is a block diagram of a DC-DC converter as a first embodiment of the voltage drop type power converter according to the present invention, and FIG. 4 is a DC-DC diagram as a first embodiment of the voltage drop type power converter according to the present invention. A circuit diagram of a DC converter. 5 is a block diagram of an AC-DC converter as a second embodiment of the voltage drop type power converter according to the present invention, and FIG. 6 is an AC- as a second embodiment of the voltage drop type power converter according to the present invention. A block diagram of a direct current converter.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 전압강하형 전원공급장치는 전원단에서 입력되는 전압과 부하단에 공급되는 출력 전압 사이에 출력 전압을 감지하여 스위칭 온/오프 듀티를 변화시키는 스위칭 회로(110)와 스위칭 회로(110)의 스위칭 동작에 따라 순차적으로 전하를 충전하기 위한 제 1 커패시터(120) 및 제 2 커패시터(130)로 구성된다. 1 and 2, the voltage drop type power supply device according to the present invention detects an output voltage between a voltage input from a power supply terminal and an output voltage supplied to a load terminal to switch switching on / off duty. The
본 발명은 전원단에서 공급되는 직류/교류 전원을 스위칭회로(110)를 이용하 여 제 1 커패시터(120) 및 제 2 커패시터(130)에 순차적으로 충전시키는 방법으로 전원단에서 공급된 전원을 강압시켜 부하단으로 펌핑(pumping)하도록 하는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 전압 강하형 전원공급장치는 스위칭회로(110)에서 스위칭 온/오프로 전환하는 주기나 횟수(듀티)를 변경하여 부하단에 공급되는 전원을 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 1에서 스위칭 회로(110)에서 a와 b접점에 교대로 On/Off 스위칭을 하는데 그 스위칭 횟수를 줄이면 (스위칭 오프 시간에 비하여 스위칭 온 시간을 짧게 하면), 부하에 공급되는 전압 레벨은 작아 진다. According to the present invention, the DC / AC power supplied from the power supply terminal is sequentially charged to the
따라서, 스위칭 오프 시간에 비하여 스위칭 온 시간을 단축하면 공급 전력을 작게 한 것과 실질적으로 동일하게 된다. Therefore, if the switching on time is shortened compared with the switching off time, the supply power is substantially the same.
도 1을 다시 참조하면, 스위칭 회로(110)의 스위칭 단자가 a 단자에 접속되면 입력단의 직류전압이 제 1 커패시터(120)로 충전(pumping)된다. 스위칭회로(110)의 스위칭 단자가 b단자에 연결되면 제 2 커패시터(130)에 충전되는 전압은 전하량 보존 법칙인 Q(총 전하량) = C(커패시터의 용량) × V 에 의하여 변환된다.Referring back to FIG. 1, when the switching terminal of the
예를 들면, 입력단에서의 직류 전압이 DC 141V이고 제1 커패시터(120)의 용량이 10uF이고 제 2 커패시터(130)의 용량이 90uF이면 위 설명대로 동작이면 제 2 커패시터(130)에 충전되어 출력되는 직류 전압은 14.1V가 되고, 충전과정에서의 손실은 거의 없다. 이때 스위칭 회로(110)의 동작은 제 2 커패시터(130)에 충전되어 출력되는 전압을 감지하여 원하는 전압보다 낮으면 스위칭 단자를 a단자로 전환시켜 위의 동작을 반복한다. 제 2 커패시터(130)의 출력단에 접속된 부하(도시되지 않음)에서 전력을 소비하지 않으면 스위칭 회로(110)에서는 동작하지 않으므로 무 부하시에 전력 소모는 거의 없으며 입력/출력단에는 커패시터(120,130)에 충전된 만큼의 충격 노이즈를 주게 되어 일반 스위칭방식에 비하여 리플과 노이즈 특성이 우수하다.For example, if the DC voltage at the input terminal is DC 141V, the capacity of the
도 2는 본 발명의 방식을 이용하여 교류전원(AC)에서 직류전원(DC)로 변환하는 방식을 나타내는 원리도이다. 실질적으로 도 1과 같으나, AC입력단과 제 1 커패시터(120)사이에 AC전원을 전파정류하기 위한 전파정류부(121) 및 충전용 콘덴서(C)를 더 구성하여 AC전원을 전파 정류하여 DC전원으로 변환시킨 다음 충전용 콘덴서(C)에 충전한 후 도 1에서의 동작과 동일하게 전원을 변환시켜 출력시킨다. 2 is a principle diagram showing a method of converting from AC power source AC to DC power source DC using the method of the present invention. Substantially the same as FIG. 1, but further comprises a full-wave rectifying unit 121 and a charging capacitor (C) for full-wave rectifying AC power between the AC input terminal and the
이와 같은 원리에 의하여 동작하는 본 발명에 따른 전원변환장치중 제 1 실시예인 직류-직류 변환장치는 도 3에서 보는 바와 같이, DC 입력단에 전하를 충전하기 위한 제 1 커패시터(120)를 접속하고, DC 출력단에는 제 1 커패시터(120)에서 충전된 전하를 스위칭 동작에 의하여 충전받아 출력시키기 위한 제 2 커패시터(130)를 접속한다. 제 2 캐피시터(130)의 일측에는 제 2 캐피시터(130)에서 출력되는 전압을 감지하여 스위칭 온/오프 듀티를 변화시키는 스위칭 회로(110)가 접속된다. As shown in FIG. 3, the DC-DC converter, which is the first embodiment of the power converter according to the present invention operating according to the same principle, connects a
스위칭 회로(110)는 제 2 커패시터(130)에서 출력되는 전압을 감지하여 설정된 전압에 따라 스위칭 온/오프 듀티를 변환시키기 위한 스위칭 제어부(112) 및 스위칭 제어부(112)의 제어신호에 따라 스위칭 동작하기 위한 제 1 스위칭부(114) 및 제 2 스위칭부(116)로 구성된다. DC 입력단과 제 1 커패시터(120)사이에 형성된 제 1 스위칭부(114)는 DC 입력단로부터 제 1 커패시터(130)에 전압을 충전하는 동작을 스위칭 하며, 제 1 커패시터(120)와 제 2 커패시터(130)사이에 형성되는 제 2 스위칭부(116)는 제 1 커패시터(120)로부터 제 2 커패시터(130)에 전압을 충전하는 동작을 스위칭 한다.The
여기서 , DC 입력단과 제 1 스위칭부(114)의 사이에는 DC 입력단으로 서지 전류가 인가되는 것을 방지하여 DC 입력단을 보호하기 위한 전류제한기(102)가 더 형성될 수 있다. 또한, 제 1 커패시터(120)는 인덕턴스 성분이 큰 커패시터를 사용하며, 제 2 커패시터(130)는 인덕턴스 성분이 적은 커패시터를 사용함으로써, 입력단과 출력단의 각단의 스위칭 충격을 경감시킬 수 있다. Here, a
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전원변환장치는 DC 입력단에서 DC 입력을 받아 전류 제한기(102)를 통과하면 스위칭 제어부(112)에서 제 1 스위칭부(114)를 동작 시켜 일정량의 직류전원을 제 1 커패시터(120)에 충전시킨다. 제 1 커패시터(120)에 충전된 전압은 스위칭 제어부(112)의 제어에 의하여 제 2 스위칭부(116)를 동작시켜 제 2 커패시터(130)에 이동시키는데 이때의 전압감소는, 전하량 보존 법칙에 의하여 제 1 커패시터(120)의 용량이 10uF이고, 제 2 커패시터(130)의 용량이 90uF이며 DC 입력이 100V가 전달되었다면, Q= C × V에 의하여 전체 전하량 Q= 10uF × 100V =(10uF + 90uF) × 10V가 되어 제 2 커패시터(130)에 충전되는 전압은 10V의 전압이 된다.When the power conversion device according to the first embodiment of the present invention configured as described above receives a DC input from the DC input terminal and passes the
제 2 커패시터(130)는 제 1 커패시터(120)보다 인덕턴스 성분이 적은 커패시터를 사용해야 스파이크성 노이즈가 적어진다. 스위칭 제어부(112)는 DC 출력전압을 감지하여 스위칭 동작을 제어하는 데, 출력 전압이 설정된 전압보다 낮으면 스 위칭 횟수를 증가(듀티를 가변)시켜 더 많은 횟수를(스위칭을 빠르게) DC 입력단으로부터 제 1 커패시터(120)로 충전시키게 된다. 설정된 전압를 넘어서면 스위칭 제어부(112)는 스위칭 동작을 멈추어 설정전류이상이 출력되지 못하게 된다. 근래에는 고압 스위칭 소자들의 발달로 효율적인 스위칭 동작이 가능하며, 본 발명에서는 단순 고압 스위칭으로 구성 되어있어 충전용 커패시터(120, 130)을 제외하고는 하나의 반도체로 구현이 가능함으로 하나의 반도체와 2개의 적은 용량의 커패시터로 직류전원공급이 가능해진 새로운 방식인 것이다The
도 3에서 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류-직류변환기는 도 4의 회로로도 구현할 수 있는 데, 도 4에 도시된 회로도의 구성은, DC 입력단과 접속된 제 1 커패시터(120)는 일측으로 저항(R9)을 통하여 NPN형 트랜지스터인 제 5 트랜지스터(Q5) 및 제 3트랜지스터(Q3)의 콜렉터단과 접속되며, 제 5트랜지스터(Q5)의 베이스단은 저항(R8)을 통하여 제 3트랜지스터(Q3)의 에미터단과 접속되고, 제 5 트랜지스터(Q5)의 에미터단은 DC 입력단과 접속된다. The DC-DC converter according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 3 may also be implemented with the circuit of FIG. 4. The circuit diagram of FIG. 4 includes a
또한, DC 입력단과 접속된 제 2 커패시터(130)는 일측으로 저항(R11)을 통하여 PNP형 트랜지스터인 제 6 트랜지스터(Q6) 및 제 4트랜지스터(Q4)의 콜렉터단과 접속되며, 제 6트랜지스터(Q6)의 베이스단은 저항(R10)을 통하여 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터단과 접속되고, 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단은 제 1 커패시터(120)와 저항(R9)의 사이에 접속된다.In addition, the
제 3트랜지스터(Q3)의 베이스단은 DC 입력단의 양단에 접속된 NPN형 트랜지스터인 제 1트랜지스터(Q1)의 콜렉터단과 접속되며, 제 4트랜지스터(Q4)의 베이스 단은 DC 입력단의 양단에 접속된 NPN형 트랜지스터인 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단과 접속된다. The base terminal of the third transistor Q3 is connected to the collector terminal of the first transistor Q1, which is an NPN transistor connected to both ends of the DC input terminal, and the base terminal of the fourth transistor Q4 is connected to both ends of the DC input terminal. It is connected to the collector terminal of the second transistor Q2 which is an NPN transistor.
제 1 커패시터(120)와 NPN형 트랜지스터인 제 5 트랜지스터(Q5) 및 제 3트랜지스터(Q3)의 콜렉터단의 사이에 접속되는 저항(R9)과 제 2 커패시터(130)와 PNP형 트랜지스터인 제 6 트랜지스터(Q6) 및 제 4트랜지스터(Q4)의 사이에 접속되는 저항(R11)은 콘덴서의 특성상 순간적으로 흐르게 되는 전류를 안정된 값 이하로 제한해 주도록 형성 된다.A resistor R9 connected between the
또한, NPN형 트랜지스터인 제 5 트랜지스터(Q5) 및 제 3트랜지스터(Q3)와 PNP형 트랜지스터인 제 6 트랜지스터(Q6) 및 제 4트랜지스터(Q4)는 상반된 동작으로 동작하도록 구성되는 데, 제 5트랜지스터(Q5)가 도통할 때는 제 6트랜지스터(Q6)는 불통되고 제 6 트랜지스터(Q6)가 도통할 때는 제 5 트랜지스터(Q5)는 불통되도록 동작된다.In addition, the fifth transistor Q5 and the third transistor Q3, which are NPN transistors, and the sixth transistor Q6 and the fourth transistor Q4, which are PNP transistors, are configured to operate in opposite operations. When Q5 is conducting, the sixth transistor Q6 is turned off and when the sixth transistor Q6 is turned on, the fifth transistor Q5 is turned on.
그리고, 제 2커패시터(130)의 일측과 저항(R1)을 통하여 제 2 커패시터(130)에서 출력되는 전류값을 설정하기 위한 가변저항(R2)이 접속된다. 가변저항(R2)의 출력측은 전압신호크기를 주파수 신호인 횟수로 변환시키기 위한 V/F 변환기(Voltage-to-Frequency Controller) (113)의 입력측에 접속되며, V/F 변환기(113)의 출력측은 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단에 접속된다. V/F 변환기(113)의 입력단자중 하나는 저항(R12)을 통하여 DC 출력단과 접속된다. 이 동작은 V/F대신에 전압이 낮으면 동작하는 단안정 오실레이터나 타이머도 동일한 효과를 얻게 된다. The variable resistor R2 for setting the current value output from the
이와 같이 구성된 본 발명의 전원변환장치의 제 1 실시 예에 따른 회로도의 동작은 V/F 변환기(113)에서는 제 2 커패시터(130)에서 출력되는 전압이 가변저항(R2)에 의하여 설정된 전압값 보다 낮을 경우는, 낮은 전압 만큼과 반비례하는 주파수(스위칭 횟수)로 제 1 트랜지스터(Q1)에 턴온 및 턴오프 신호를 반복하여 출력한다. V/F변환기(113)에서 출력되는 주파수에 따라 제 1 트랜지스터(Q1)에 턴온 신호가 인가되어 제 1 트랜지스터가 턴온되면, 이에 따라 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴온된다. 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1,Q2)의 턴온에 따라 제 3트랜지스터(Q3)가 턴온되고, 제 5트랜지스터(Q5)도 턴온되어 제 1 커패시터(120)에는 DC 입력부에서 공급된 전원이 충전된다. The operation of the circuit diagram according to the first embodiment of the power conversion device of the present invention configured as described above is such that the voltage output from the
또한, 턴온 및 턴오프 신호를 반복하여 출력하는 V/F변환기(113)에서 제 1 트랜지스터(Q1)에 턴 오프 신호가 인가되어 제 1 트랜지스터가 턴 오프되면, 이에 따라 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴오프된다. 제 2 트랜지스터(Q2)의 턴 오프에 따라 제 4 트랜지스터(Q4)가 턴온되고, 제 6트랜지스터(Q6)도 턴온되어 제 1 커패시터(120)에 충전된 전압을 제 2 캐피시터(130)로 공급하게 된다. In addition, when the turn-off signal is applied to the first transistor Q1 in the V /
즉, V/F변환기(113)는 제 2 커패시터(130)에서 출력되는 전압이 저 전압일때 더 높은 주파수를 출력시키게 되는 데, 제 2 캐피시터(130)의 출력전압이 저항(R1)을 통하여 가변저항(R2)에 의하여 설정된 전압에 따라 낮으면, 제 1 트랜지스터(Q1)에 턴온 및 턴오프 신호의 횟수(듀티비)를 더 증가시켜 제 2 커패시터(130)의 출력전압은 일정한 DC전압을 갖게 된다.That is, the V /
또한, V/F변환기(113)는 저항(R11)을 통하여 제 2 커패시터(130)의 출력전류를 감지하여 출력전류가 설정치 이내일 경우에는 동작을 정지하여 설정전류 이내를 출력시킬 수 있다. V/F 변환기(113)는 통상의 타이머 IC로도 동일 동작을 할 수 있으며, 전압에 따라 On/Off 신호를 출력 시키는 회로들은 이용이 가능하다.In addition, the V /
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 도 4의 회로에서 전원의 입/출력단에 충전용 커패시터와 이를 동작시키기 위하여 도 3의 스위칭 제어부(112)의 제어를 받는 스위칭부를 더 추가하여 구성할 수 있는 데, 전원의 입/출력단에 충전용 커패시터와 스위칭부를 더 추가하는 경우의 장점은 입출력단에 충전시 가해지는 충격을 더욱 줄일 수 (방지할 수) 있으며, 이때의 스위칭 동작도 도 3의 스위칭 제어부(112)의 온/오프동작에 의하여 동작된다. In addition, in the preferred embodiment of the present invention, in the circuit of FIG. 4, the charging capacitor and the switching unit under the control of the switching
또한, 본 발명에 따른 다른 실시에에는 도 5에서 보는 바와 같이, 입력단의 전원이 AC일 경우에는 도 2의 개념도와 동일한 방법으로 DC 전압을 출력하는 전원변환장치를 나타낸다. 도 5에서는 AC 입력단에 AC 입력을 전파정류하기 위한 정류기(104) 및 정류기(102)에서 출력된 DC 전압을 저장하기 위한 DC 충전용 커패시터(106)가 추가되는 것을 제외하고는 도 3의 구성이 동일하여 동일 구성에 동일 부호를 부여한다. In addition, according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, when the power source of the input terminal is AC, a power conversion apparatus for outputting a DC voltage in the same manner as the concept of FIG. In FIG. 5, the configuration of FIG. 3 is added except that a
도 5를 다시 참조하면, 입력된 AC 전압은 정류기(102)를 통과하면 교류전압은 제곱 평균의 제곱근을 취함으로 입력된 전압의 배 전압으로 DC 충전용 커패시터(106)에 충전된다. DC 충전용 커패시터(106)에 충전된 전원은 제 1 스위칭부(114)의 동작에 의하여 제 1 커패시터(120)에 충전되는 데, 제 1 커패시터(120)에 충전되는 전원은 DC 충전용 커패시터(106) 및 제 1 커패시터(120)의 용량에 반비례하는 전압으로 Q=C×V 에 의하여 강압된다. (용량이 동일할 경우는 1/2로 강압됨)마찬가지로, AC 입력단에 전류제한기(도시되지 않음)를 형성하면 입력 전원에 대하여는 전류제한에 의하여 러쉬적인 충격이 흡수된다.Referring again to FIG. 5, when the input AC voltage passes through the
제 1 커패시터(120)에 충전된 전압은 다시 스위칭제어부(112)의 제어를 받은 제 2 스위칭부(116)에 의하여 제 2 커패시터(130)로 이동되는데 역시 이때도 제1 커패시터(120) 및 제 2 커패시터(130)의 용량에 반비례하는 전압으로 Q=C×V 에 의하여 강압된다. 예를 들면, 제 1 커패시터(120)의 용량이 10uF이고, 충전된 전압이 100V라고 하고, 제 2 커패시터(130)의 용량이 90uF라면 전하량 보존의법칙에 의하여 Q=C×V가 되고, 100V*10uF=(10uF+90uF)*10V가 되어 제 2 커패시터(130)의 전압은 정확하게 10V로 강압된다. 전력적인 에너지로는 동일하기 위하여 전류량은 10배로 증가한다. 그러므로, 제 2 커패시터(130)의 리드와 용량 사이에 일반 전해 커패시터보다는 인덕턴스 성분이 적은 무유도 감이형 커패시터(Non-inductive winding capacitor)를 사용하여야 출력에 스파이크적인 노이즈가 적어진다. The voltage charged in the
본 발명의 제 2 실시예의 교류-직류의 전원변환장치에서도 교류 입력에 충격적인 전류흐름을 주지 않고 손실이 적고 출력 직류전압의 품질이 우수한 직류 전원공급 장치를 구현할 수 있으며, 커패시터를 제외한 나머지구성 요소 부품들은 하나의 Monolithic IC 반도체로 구성이 가능하며, 도 5의 경우는 반도체 하나와 커패시터 3개로만 구성되는 것이다.In the AC-DC power converter of the second embodiment of the present invention, a DC power supply device having low loss and excellent output DC voltage quality without impulsive current flow to the AC input can be implemented, and the rest of the component parts except capacitors. Can be composed of one monolithic IC semiconductor, and in FIG. 5, only one semiconductor and three capacitors are used.
이러한 도 3 및 도 5의 전원변환장치는 트랜스를 이용한 종래의 전원변환장치보다 손실이 훨씬 적으며 적은 용량의 커패시터로 좋은 품질의 직류전원을 공급하게 되며 SMPS 방식같이 입력/출력 측에 노이즈를 감소시키며 효율이 높은 동작이 가능하다.The power converter of FIGS. 3 and 5 has much less loss than a conventional power converter using a transformer, and supplies a good quality DC power with a small capacitor and reduces noise on the input / output side as in the SMPS method. Highly efficient operation is possible.
도 6은 도 5의 블록도를 구현한 회로도인데 회로도의 구성은 AC 입력단측에 FIG. 6 is a circuit diagram implementing the block diagram of FIG. 5.
AC 입력을 전파정류하기 위한 정류기(104) 및 정류기(102)에서 출력된 DC 전압을 저장하기 위한 DC 충전용 커패시터(106)가 추가되며, 제 2 스위칭부의 트랜지스터들(Q3~Q6)가 NPN형으로 구성되는 것을 제외하고는 도 3의 구성이 동일하며 동작 역시 같으므로 구성 설명 및 동작설명을 생략한다. A
본 발명에 따른 전원변환장치는 DC 출력 전압이 적정수준 이하로 떨어지는 경우 스위칭 제어부로 사용되는 V/F 변환기(113) 또는 타이머 IC의 출력 주파수(횟수)를 증가시키고, DC 출력 전압이 적정 수준 이상이 될 경우에는 V/F 변환기(113) 또는 타이머 IC의 출력 주파수가 감소하도록 제어함으로서, 출력단의 전압을 부하 전류에 관계없이 일정하게 유지할 수 있다. The power converter according to the present invention increases the output frequency (number of times) of the V /
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전원변환장치는 전원단에서 공급되는 직류/교류 전원을 스위칭만으로 강압시켜 안정된 직류전원을 부하에 공급할 수 있도록 하기 위하여 소용량의 커패시터를 이용하여 입력단의 전원을 부하단으로 펌핑(pumping)하도록 함으로서 입력 및 출력단에 가해지는 스위칭 노이즈를 방지하며 커패시터를 제외한 전원공급장치를 하나의 Monolithic IC로 구현할 수 있어서 변환효율이 높고 크기가 작고 중량이 가벼우며 경제성도 높은 전원공급장치가 되며 대기전력소모가 거의 없는 효과가 있다.As described above, the power conversion device according to the present invention by stepping down the DC / AC power supplied from the power supply only by switching to supply a stable direct current power supply to the load by using a small capacitor to load the power supply of the load end It prevents switching noise applied to the input and output stages by pumping the power supply, and the power supply except the capacitor can be implemented as a single monolithic IC, so it has high conversion efficiency, small size, light weight and economical power supply. There is little effect on standby power consumption.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto and may be improved or modified by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
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