KR100730088B1 - Ｌｌｃ 공진형 동기정류기 회로 - Google Patents

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유병우
안태영
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 LLC 공진형 동기정류기 회로에 관한 것으로, 상기 동기정류기 회로는, 일차 권선부를 포함하는 일차측 및 제 1 및 제 2의 이차 권선부를 포함하는 이차측을 구비하여 일차측 전압을 이차측으로 유도시키는 트랜스와, 상기 트랜스의 이차측 출력전압을 정류하는 제 1 및 제 2 동기정류기를 구비한 LLC 공진형 동기정류기 회로에 있어서, 상기 트랜스의 이차측에 연결되고, 한 개의 전류 변압기와 논리회로를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 동기정류기의 온/오프를 제어하여 상기 제 1 및 제 2 동기정류기를 교대로 온/오프 시키는 동기정류기 드라이버; 및 상기 제 1 및 제 2 동기정류기를 포함하고 있으며, 상기 동기정류기 드라이버에 연결되어 상기 이차측 전압을 정류하는 동기정류부;를 포함한다. 이러한 본 발명은, 한 개의 전류변압기와 논리회로를 이용함으로써, 저가의 소형화된 회로를 용이하게 구현할 수 있을 뿐 아니라 안정적인 동작을 수행할 수 있으며, 전력변환효율 또한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
LLC 공진형 동기정류기 회로, 동기정류기, 전류변압기, 논리회로

Description

ＬＬＣ 공진형 동기정류기 회로{SYNCHRONOUS RECTIFIER CIRCUIT OF LLC RESONANT TYPE}
도 1은 일반적인 LLC 공진형 컨버터의 기본 회로도로서,
(a)는 일반적인 다이오드 정류방식을 적용한 LLC 공진형 컨버터의 기본 회로도이고,
(b)는 일반적인 동기정류기 정류방식을 적용한 LLC 공진형 컨버터의 기본 회로도이며,
도 2는 정상상태에서의 도 1의 (b) 도면의 등가 회로도이고,
도 3은 도 1의 (b) 도면의 회로가 정상상태 동작시 주요 소자의 전압과 전류 이론파형을 나타낸 그래프이고,
도 4는 종래의 LLC 공진형 동기정류기 회로도이고,
도 5는 종래의 또 다른 LLC 공진형 동기정류기 회로도이고,
도 6은 본 발명에 따른 동기정류기 기본 회로도이고,
도 7은 도 6의 기본 회로도의 일실시예를 나타낸 회로도이고,
도 8은 도 7의 회로가 정상상태 동작시 주요 소자의 전압과 전류 이론파형을 나타낸 그래프이고,
도 9는 도 7의 동기정류기 회로를 LLC 공진형 하프 브릿지 컨버터에 적용시켰을 때, 그 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이고,
도 10 및 도 11은 종래 기술과 본 발명의 출력전류에 대한 전력변환효율 및 전력손실을 시뮬레이션 한 그래프로서,
도 10은 종래 기술과 본 발명의 출력전류에 대한 전력변환효율을 시뮬레이션 한 그래프이고,
도 11은 종래 기술과 본 발명의 출력전류에 대한 전력손실을 시뮬레이션 한 그래프이다.
*도면의 주요 부호에 대한 설명*
701 : 전류/전압 변환부 701a: 전류/전압 변환회로
702 : 전압 분배부 702a: 제 1 전압 분배 수단
702b: 제 2 전압 분배 수단 703 : 논리회로
704 : 게이트 구동부 705 : 동기정류기 드라이버
710 : 동기정류부 Q3, Q4: 제 1 및 제 2 동기정류기
A1, A2: 제 1 및 제 2 앤드 게이트 CT : 전류 변압기
본 발명은 LLC 공진형 동기정류기 회로에 관한 것으로, 상기 본 발명은, 한개의 전류변압기만을 이용함으로써 저가의 소형화된 회로를 용이하게 구현할 수 있을 뿐 아니라, 논리회로를 이용하여 동기정류기의 온/오프를 제어함에 따라 안정적인 동작을 수행하고 전력변환효율 또한 향상시킬 수 있는 LLC 공진형 동기정류기 회로에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 컨버터 정류방식에는 다이오드를 사용하는 다이오드 정류방식과 반도체 스위치 등을 사용하는 동기정류기(Synchronous rectifier) 정류방식이 있다.
도 1은 일반적인 LLC 공진형 컨버터의 기본 회로도를 나타낸 것으로, (a)는 일반적인 다이오드 정류방식을 적용한 LLC 공진형 컨버터의 기본 회로도를 나타내고, (b)는 일반적인 동기정류기 정류방식을 적용한 LLC 공진형 컨버터의 기본 회로도를 나타낸다.
그러나, 최근의 통신기 및 전자기기 등에서 소비전력을 줄이기 위해 저전압 대전류의 출력 특성을 요구하고 있으므로 출력전류에 비례하여 전력손실이 발생되는 다이오드 정류방식은 최근에 요구되는 출력 특성을 만족시킬 수 없는 단점을 가진다.
이에 따라, 최근에는 다이오드 정류방식(a) 대신에 전류에 의한 도통 손실을 줄일 수 있는 동기정류기 정류방식(b)이 많이 사용되고 있다.
또한, 컨버터 방식 중 공진형 컨버터는 이론적으로 스위칭 손실이 없기 때문에 높은 효율과 높은 주파수 및 높은 전력밀도를 갖는 컨버터를 설계할 수 있어 최 근에 가장 많이 주목받고 있다.
특히, 전원장치의 제조가격을 줄일 수 있으면서도 비교적 중대형 이상의 고출력에서 효율적으로 동작할 수 있는 LLC 공진형 하프 브릿지(Half Bridge) 컨버터는, 소프트 스위칭(soft switching) 기술을 사용하기 때문에 스위칭 손실이 적으며, 트랜스와 주요 스위치에 흐르는 전류의 실효 값 또한 작아 고효율 운전이 가능하다는 장점을 가진다.
이하, 일반적인 동기정류기 정류방식을 적용한 LLC 공진형 컨버터의 정상상태 동작과정을 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 정상상태에서의 도 1의 (b) 도면의 등가 회로도를 나타내며, 도 3은 도 1의 (b) 도면의 회로가 정상상태 동작시 주요 소자의 전압과 전류 이론파형을 나타낸 그래프로서, 도 2 및 도 3을 참고로 하여 각 모드별 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
(a)는 모드 1 (여기서 모드 1은 T0∼T1 시간에서의 동작과정을 의미)에서의 회로도로서, (a)에서 도시한 바와 같이, T0에서 스위치 Q1이 오프 될 때, 공진 인덕터 LR에는 역전류(iLR)가 흐르게 되고, 이 역전류(iLR)가 스위치 Q2의 기생 다이오드를 통해 흐르는 동안 스위치 Q2는 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching ;ZVS)에 도달하게 된다.
이때, 트랜스의 일차측 전압 vp 는 입력전압 Vs에 이르게 되고, 이로 인해 트 랜스 이차측에 정전압이 유기됨에 따라 동기정류기 Q3는 턴 온이 되어 전류를 도통시키게 된다. 이때 동기정류기 Q4는 역 바이어스 상태가 되므로 오프 상태가 된다.
(b)는 모드 2 (여기서 모드 2는 T1∼T2 시간에서의 동작과정을 의미)에서의 회로도로서, (b)에서 도시한 바와 같이, 이 구간에서는 스위치 Q2는 턴 온 되고 스위치 Q1은 오프 상태에 있다.
이때, 공진 인덕터 LR에 흐르는 전류(iLR)은 정방향이 되고, 이 전류(iLR)는 사인(sine)곡선을 가지며 증가하게 된다. 이에 따라 점점 증가하다가 시점 T2에서 인덕터 LM과 LR에 흐르는 전류 ILR, ILM은 서로 동일해진다.
(c)는 모드 3 (여기서 모드 3는 T2∼T3 시간에서의 동작과정을 의미)에서의 회로도로서, (c)에서 도시한 바와 같이, 이 구간부터는 ILR과 ILM이 서로 동일해지면서 트랜스 이차측에 흐르는 전류(io)는 0이 된다.
이에 따라 트랜스 2차측의 동기정류기 Q3, Q4는 오프 상태가 되며, 이 구간이 끝나는 T3 직전 시점은 스위칭 Q1 ,, Q2 모두 오프 되어 있는 시점이므로,　데드 타임(dead time)에 해당한다. 나머지 반주기 동작은 상술한 반주기 동작과 마찬가지로 설명할 수 있다.　
도 4는 종래의 LLC 공진형 동기정류기 회로도를 나타낸 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 도 4의 동기정류기 회로는 두 개의 전류변압기(CT)를 적용하여 구현하였다.
트랜스 1차측의 스위치(미도시)가 턴 온 되어 트랜스 2차측으로 전류가 유기되면, 이 전류는 전류변압기(CT)에 의해 증폭되고, 증폭된 전류는 전류/전압 변환기(I/V)에 의해 전압으로 변환된다. 이 변환된 전압이 문턱전압에 이르게 되면 2차측 동기정류기(Q3, Q4) 중 어느 하나가 턴 온 된다.
상기 도 4의 동기정류기 회로는 전류/전압 변환기(I/V)에서 시정수를 설정할 수 있어 역전류에 따른 전압스트레스를 방지할 수 있는 장점을 가진다.
도 5는 종래의 또 다른 LLC 공진형 동기정류기 회로도를 나타낸 것으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 도 5의 동기정류기 회로는, 도 4와는 달리 전류변압기 대신 전압변압기를 적용하여 구현하였다.
상기 도 5의 동기정류기 회로는 전류변압기 없이 동기정류기를 구동시킬 수 있어 회로를 용이하게 구현할 수 있는 장점을 가진다.
그러나, 도 4의 동기정류기 회로는, 두 개의 전류변압기를 사용하여 회로를 구현해야 하므로, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board ; PCB)을 효율적으로 이용할 수 없게 되어 저가의 소형화된 회로 구현이 용이하지 않을 뿐 아니라, 회로가 복잡해지는 문제점이 있었다.
또한, 도 5의 동기정류기 회로는, 데드 타임을 설정할 수 없으므로 역전류가 동기정류기에 흐르게 되고, 이에 따라 동기정류기에 과전류가 흐르게 되어 동기정류기가 단락(short)되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 한 개의 전류변압기만으로도 구현할 수 있어, 저가의 소형화된 회로 구현이 용이할 뿐 아니라 회로구성을 간단하게 할 수 있는 LLC 공진형 동기정류기 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 논리회로를 이용하여 동기정류기의 온/오프를 제어함으로써, 두 개의 동기정류기에 대한 데드 타임을 설정할 수 있게 되고, 이에 따라 동기정류기를 안정적으로 구동시킬 수 있는 LLC 공진형 동기정류기 회로를 제공하는데 다른 목적이 있다.
아울러, 본 발명은, 논리회로를 이용하여 동기정류기의 온/오프를 제어함으로써, 전압과 전류 정보 모두를 이용할 수 있게 되며, 이에 따라 전력손실을 감소시키고 전력변환효율 또한 향상시킬 수 있는 LLC 공진형 동기정류기 회로를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
발명의 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들 은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LLC 공진형 동기정류기 회로는, 일차 권선부를 포함하는 일차측 및 제 1 및 제 2의 이차 권선부를 포함하는 이차측을 구비하여 일차측 전압을 이차측으로 유도시키는 트랜스와, 상기 트랜스의 이차측 출력전압을 정류하는 제 1 및 제 2 동기정류기를 구비하며, 상기 트랜스의 이차측에 연결되고, 한 개의 전류 변압기와 논리회로를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 동기정류기의 온/오프를 제어하여 상기 제 1 및 제 2 동기정류기를 교대로 온/오프 시키는 동기정류기 드라이버; 및 상기 제 1 및 제 2 동기정류기를 포함하고 있으며, 상기 동기정류기 드라이버에 연결되어 상기 이차측 전압을 정류하는 동기정류부;를 포함한다.
여기서, 상기 동기정류기 드라이버는, 상기 트랜스의 이차측 전류를 일정이득의 전압으로 변환하여 출력하는 전류/전압 변환부; 상기 제 1 및 제 2 동기정류기에 걸리는 전압을 분배하여 출력하는 전압 분배부; 및 상기 전류/전압 변환부에서 출력된 전압과 상기 전압 분배부에서 출력된 전압이 입력으로 인가되고, 이에 대한 출력신호를 상기 제 1 및 제 2 동기정류기의 온/오프 제어신호로 제공하여 상기 제 1 및 제 2 동기정류기를 교대로 온/오프 시키는 논리회로;를 포함한다.
이때, 상기 동기정류기 드라이버는, 상기 제 1 및 제 2 동기정류기의 온/오 프 제어신호의 크기를 증가시키는 게이트 구동부를 더 포함한다.
또한, 상기 전류/전압 변환부는, 상기 트랜스의 제 1 및 제 2의 이차 권선부 접점에 연결되어 상기 트랜스의 이차측 전류를 증폭시키는 전류 변압기; 및 상기 전류 변압기에서 증폭된 이차측 전류를 일정이득의 전압으로 변환하여 출력하는 전류/전압 변환회로;를 포함한다.
이때, 상기 전류/전압 변환회로는, 상기 전류 변압기 일단에 연결된 다이오드; 및 상기 다이오드와 접지단 사이에 병렬로 연결된 제 1 저항;을 포함한다.
또한, 상기 전압 분배부는, 복수의 저항으로 구성되어 상기 트랜스의 제 1 이차 권선부에 연결되고, 상기 제 1 동기정류기에 걸리는 전압을 분배하여 상기 분배된 전압을 상기 논리회로로 출력하는 제 1 전압 분배 수단; 및 복수의 저항으로 구성되어 상기 트랜스의 제 2 이차 권선부에 연결되고, 상기 제 2 동기정류기에 걸리는 전압을 분배하여 상기 분배된 전압을 상기 논리회로로 출력하는 제 2 전압 분배 수단;을 포함한다.
또한, 상기 논리회로는, 상기 전류/전압 변환부에서 출력된 전압과 상기 제 1 전압 분배 수단에서 출력된 전압이 입력으로 인가되어 이에 대한 출력신호를 상기 제 1 동기정류기의 온/오프 제어신호로 제공하는 제 1 앤드 게이트; 및 상기 전류/전압 변환부에서 출력된 전압과 상기 제 2 전압 분배 수단에서 출력된 전압이 입력으로 인가되어 이에 대한 출력신호를 상기 제 2 동기정류기의 온/오프 제어신호로 제공하는 제 2 앤드 게이트;를 포함한다.
또한, 상기 게이트 구동부는, 상기 제 1 앤드 게이트에 연결되어 상기 제 1 동기정류기의 온/오프 제어신호 크기를 증가시키는 제 1 게이트 구동 수단; 및
상기 제 2 앤드 게이트에 연결되어 상기 제 2 동기정류기의 온/오프 제어신호 크기를 증가시키는 제 2 게이트 구동 수단;을 포함한다.
한편, 상기 동기정류부는, 상기 트랜스의 이차측 전압 출력단과 접지단 사이에 병렬 연결되어 있는 제 1 캐패시터; 및 상기 트랜스의 제 1 및 제 2의 이차 권선부에 각각 연결되어 상기 이차측 전압을 정류하는 제 1 및 제 2 동기정류기;를 포함한다.
이때, 상기 언급한 제 1 및 제 2 동기정류기는, MOSFET 인 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 동기정류기 기본 회로도로서, 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 동기정류기 기본회로(600)는, 일차 권선부(NP)를 포함하는 일차측 및 제 1 및 제 2의 이차 권선부(NS1, NS2)를 포함하는 이차측을 구비하여 일차 측 전압을 이차측으로 유도시키는 트랜스(T)와, 상기 트랜스(T)의 이차측 출력전압을 정류하는 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)를 구비한 LLC 공진형 동기정류기 회로(600)이며, 또한, 상기 본 발명은 동기정류기 드라이버(605)와 동기정류부(610)를 포함하고 있다.
이때, 상기 동기정류기 드라이버(605)는, 상기 트랜스(T)의 이차측에 연결되고, 한 개의 전류 변압기(CT)와 논리회로(603)를 포함하며, 상기 논리회로(603)에서 출력된 신호에 의해 상기 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)의 온/오프를 제어하여 상기 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)를 교대로 온/오프 시킨다.
상기와 같이, 본 발명은 한 개의 전류변압기(CT)만으로도 구현할 수 있어, 저가의 소형화된 회로 구현이 용이할 뿐 아니라 회로 구성을 간단하게 할 수 있는 이점을 가진다.
한편, 상기 동기정류부(610)는 상기 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)를 포함하고 있으며, 상기 동기정류기 드라이버(605)에 연결되어 상기 이차측 전압을 정류한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 도 6의 기본 회로도의 일실시예를 나타낸 회로도이며, 도 8은 도 7의 회로가 정상상태 동작시 주요 소자의 전압과 전류 이론파형을 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 LLC 공진형 동기정류기 회로(700)의 동기정류기 드라이버(705)는, 전류/전압 변환부(701), 전압 분배부(702), 논리회로(703)로 구성될 수 있으며, 여기에 보다 효율적으로 동기정류기를 구동시키기 위해 온/오프 제어신호의 크기를 증가시킬 수 있는 게이트 구동부(704)를 더 포함시킬 수 있다. 이때, 상기 게이트 구동부(704)는 상기 제 1 동기정류기(Q3)의 온/오프 제어신호 크기를 증가시켜주는 제 1 게이트 구동 수단(704a) 및 상기 제 2 동기정류기(Q4)의 온/오프 제어신호 크기를 증가시켜주는 제 2 게이트 구동 수단(704b)를 포함한다.
여기서, 상기 전류/전압 변환부(701)는, 상기 트랜스의 이차측 전류(io)를 일정이득의 전압(VR1)으로 변환하여 출력하며, 전류변압기(CT)와 전류/전압 변환회로(701a)를 포함하고 있다.
이때, 상기 전류변압기(CT)는 상기 트랜스(T)의 제 1 및 제 2의 이차 권선부(NS1, NS2) 접점에 연결되어 상기 트랜스의 이차측 전류(io)를 증폭시키고, 상기 전류/전압 변환회로(701a)는 상기 전류변압기(CT) 일단에 연결된 다이오드(d1) 및 상기 다이오드(d1)와 접지단 사이에 병렬로 연결된 제 1 저항(R1)으로 구성되어 있으며, 상기 전류변압기(CT)에서 증폭된 이차측 전류(io)를 일정이득의 전압(VR1)으로 변환하여 출력한다. 이때, 전압(VR1)의 크기는 전류변압기(CT)의 권선비와 상기 제 1 저항(R1)값을 조절하여 가변시킬 수 있으며, 그 형태는 도 8에 도시된 iO 와 동일하게 된다.
또한, 상기 전압 분배부(702)는, 상기 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)에 걸리는 전압(VDS3, VDS4)을 분배하여 출력하며, 제 1 전압 분배 수단(702a)과 제 2 전압 분배 수단(702b)을 포함하고 있다.
이때, 상기 제 1 전압 분배 수단(702a)은 복수의 저항(R3, R5)으로 구성되어 상기 트랜스의 제 1 이차 권선부(NS1)에 연결되고, 상기 제 1 동기정류기(Q3)에 걸리는 전압(VDS3)을 분배하여 상기 분배된 전압(VR5)을 상기 논리회로(703)로 출력시키며, 상기 제 2 전압 분배 수단(702b) 또한 복수의 저항(R2, R4)으로 구성되어 상기 트랜스의 제 2 이차 권선부(NS2)에 연결되고, 상기 제 2 동기정류기(Q4)에 걸리는 전압(VDS4)을 분배하여 상기 분배된 전압(VR4)을 상기 논리회로(703)로 출력시킨다.
또한, 상기 논리회로(703)는, 상기 전류/전압 변환부(701)에서 출력된 전압 (VR1)과 상기 전압 분배부(702)에서 출력된 전압(VR5, VR4)이 입력으로 인가되고, 이에 대한 출력신호를 상기 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)의 온/오프 제어신호로 제공하여 상기 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)를 교대로 온/오프 시킨다.
이때, 상기 논리회로(703)는, 제 1 및 제 2 앤드 게이트(A1, A2)로 구성되어 있는데, 상기 제 1 앤드 게이트(A1)는 상기 전류/전압 변환부(701)에서 출력된 전압(VR1)과 상기 제 1 전압 분배 수단(702a)에서 출력된 전압(VR5)이 입력으로 인가되어 이에 대한 출력신호를 상기 제 1 동기정류기(Q3)의 온/오프 제어신호로 제공하며, 상기 제 2 앤드 게이트(A2)는 상기 전류/전압 변환부(701)에서 출력된 전압(VR1)과 상기 제 2 전압 분배 수단(702b)에서 출력된 전압(VR4)이 입력으로 인가되어 이에 대한 출력신호를 상기 제 2 동기정류기(Q4)의 온/오프 제어신호로 제공한다.
한편, 상기 동기정류부(710)는, 상기 트랜스(T)의 이차측 전압 출력단과 접지단 사이에 병렬 연결되어 있는 제 1 캐패시터(CO)와 상기 트랜스(T)의 제 1 및 제 2의 이차 권선부(NS1, NS2)에 각각 연결되어 있는 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)를 포함하고 있으며, 상기 트랜스(T) 이차측 전압을 정류하는 역할을 한다.
이때, 지금까지 언급한 제 1 및 제 2 동기정류기(Q3, Q4)는, MOSFET을 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 동기정류기(Q3, Q4)가 턴 온 될 때, 트랜스 (T) 이차측에 흐르는 출력전류(iO) 모두 턴 온된 동기정류기로 흐르게 되므로, 낮은 온 저항을 갖는 MOSFET을 동기정류기로 사용하는 것이 전류 도통 손실을 줄일 수 있으며, 이로 인해 전체적으로 전력변환효율을 향상시킬 수 있어 회로 내부에 발생되는 발열량을 최소화시킬 수 있기 때문이다.
지금까지 상술한 내용을 정리하여 본 발명의 일실시예에 의한 LLC 공진형 동기정류기 회로의 동작을 간단히 설명하면 다음과 같다.
전류/전압 변환부(701)를 통해 출력전류(iO)의 파형을 전압(VR1)으로 변환시키고, 이 전압(VR1)과 각 동기정류기(Q3, Q4)에 걸리는 전압(VDS3, VDS4)을 상기 논리회로(703)의 입력으로 인가시키면, 상기 논리회로(703)는 동기정류기 온/오프 제어신호를 출력하여 상기 두 개의 동기정류기(Q3, Q4)를 교대로 온/오프 시킨다.
도 9는 도 7의 동기정류기 회로를 LLC 공진형 하프 브리지 컨버터에 적용시켰을 때, 그 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로서, 이때 적용된 입력전압은 380V, 출력전압은 12V, 출력전력은 200W로 하였으며, 출력전류(IO)의 경우, (a)는 0A, (b)는 4A, (c)는 8A, (d)는 17A로 하였다.
또한, 도 9에 도시된 각 파형은, 위로부터 트랜스 일차측 전류(ILR), 제 1 및 제 2 동기정류기 구동전압(VGS3, VGS4), 제 1 및 제 2 동기정류기에 걸리는 전압(VDS3, VDS4), 출력전류(IO)를 나타낸다.
도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 LLC 공진형 동기정류기 회로는, 논리회로를 통해 동기정류기(Q3, Q4)의 온/오프를 제어함으로써, 두 개의 동기정류기(Q3, Q4)에 대한 데드 타임을 설정할 수 있으며, 이에 따라 상기 동기정류기(Q3, Q4)를 구동시킬 수 있는 전압(VGS3, VGS4)을 상보관계의 형태로 출력시킬 수 있어 보다 안정적으로 구동시킬 수 있는 이점을 가지게 된다.
도 10 및 도 11은 종래 기술과 본 발명의 출력전류(Output Current)에 대한 전력변환효율(Efficieny) 및 전력손실(Power Loss)을 시뮬레이션 한 그래프로서, 상기 도 10 및 도 11은 다이오드 정류방식과, 두 개의 전류변압기를 사용한 종래의 동기정류기 방식 및, 본 발명에 의한 동기정류기 방식의 시뮬레이션 결과를 각각 나타낸다.
도 10 및 도 11에서 도시한 바와 같이, 본 발명은, 출력전류와 동기정류기에 걸리는 전압이 인가되는 논리회로를 이용함으로써, 전압과 전류 정보 모두를 이용할 수 있으며, 이에 따라 전력손실을 감소시키고 전력변환효율 또한 향상시킬 수 있는 이점을 가지게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 일실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 LLC 공진형 동기정류기 회로는, 한 개의 전류변압기만으로도 구현할 수 있어, 저가의 소형화된 회로 구현이 용이할 뿐 아니라 회로구성이 간단해지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 논리회로를 이용하여 동기정류기의 온/오프를 제어함으로써, 두 개의 동기정류기에 대한 데드 타임을 설정할 수 있게 되고, 이에 따라 동기정류기를 안정적으로 구동시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은, 논리회로를 이용하여 동기정류기의 온/오프를 제어함으로써, 전압과 전류 정보 모두를 이용할 수 있게 되며, 이에 따라 전력손실을 감소시키고 전력변환효율 또한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 일차 권선부를 포함하는 일차측 및 제 1 및 제 2의 이차 권선부를 포함하는 이차측을 구비하여 일차측 전압을 이차측으로 유도시키는 트랜스와, 상기 트랜스의 이차측 출력전압을 정류하는 제 1 및 제 2 동기정류기를 구비한 LLC 공진형 동기정류기 회로에 있어서,
    상기 트랜스의 이차측에 연결되고, 한 개의 전류 변압기와 논리회로를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 동기정류기의 온/오프를 제어하여 상기 제 1 및 제 2 동기정류기를 교대로 온/오프 시키는 동기정류기 드라이버; 및
    상기 제 1 및 제 2 동기정류기를 포함하고 있으며, 상기 동기정류기 드라이버에 연결되어 상기 이차측 전압을 정류하는 동기정류부;를 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 동기정류기 드라이버는,
    상기 트랜스의 이차측 전류를 일정이득의 전압으로 변환하여 출력하는 전류/전압 변환부;
    상기 제 1 및 제 2 동기정류기에 걸리는 전압을 분배하여 출력하는 전압 분배부; 및
    상기 전류/전압 변환부에서 출력된 전압과 상기 전압 분배부에서 출력된 전 압이 입력으로 인가되고, 이에 대한 출력신호를 상기 제 1 및 제 2 동기정류기의 온/오프 제어신호로 제공하여 상기 제 1 및 제 2 동기정류기를 교대로 온/오프 시키는 논리회로;를 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 전류/전압 변환부는,
    상기 트랜스의 제 1 및 제 2의 이차 권선부 접점에 연결되어 상기 트랜스의 이차측 전류를 증폭시키는 전류 변압기; 및
    상기 전류 변압기에서 증폭된 이차측 전류를 일정이득의 전압으로 변환하여 출력하는 전류/전압 변환회로;를 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  4. 제 3항에 있어서, 전류/전압 변환회로는,
    상기 전류 변압기 일단에 연결된 다이오드; 및
    상기 다이오드와 접지단 사이에 병렬로 연결된 제 1 저항;을 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 전압 분배부는,
    복수의 저항으로 구성되어 상기 트랜스의 제 1 이차 권선부에 연결되고, 상 기 제 1 동기정류기에 걸리는 전압을 분배하여 상기 분배된 전압을 상기 논리회로로 출력하는 제 1 전압 분배 수단; 및
    복수의 저항으로 구성되어 상기 트랜스의 제 2 이차 권선부에 연결되고, 상기 제 2 동기정류기에 걸리는 전압을 분배하여 상기 분배된 전압을 상기 논리회로로 출력하는 제 2 전압 분배 수단;을 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 논리회로는,
    상기 전류/전압 변환부에서 출력된 전압과 상기 제 1 전압 분배 수단에서 출력된 전압이 입력으로 인가되어 이에 대한 출력신호를 상기 제 1 동기정류기의 온/오프 제어신호로 제공하는 제 1 앤드 게이트; 및
    상기 전류/전압 변환부에서 출력된 전압과 상기 제 2 전압 분배 수단에서 출력된 전압이 입력으로 인가되어 이에 대한 출력신호를 상기 제 2 동기정류기의 온/오프 제어신호로 제공하는 제 2 앤드 게이트;를 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 동기정류기 드라이버는,
    상기 제 1 및 제 2 동기정류기의 온/오프 제어신호 크기를 증가시키는 게이트 구동부를 더 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 게이트 구동부는,
    상기 제 1 앤드 게이트에 연결되어 상기 제 1 동기정류기의 온/오프 제어신호 크기를 증가시키는 제 1 게이트 구동 수단; 및
    상기 제 2 앤드 게이트에 연결되어 상기 제 2 동기정류기의 온/오프 제어신호 크기를 증가시키는 제 2 게이트 구동 수단;을 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 동기정류부는,
    상기 트랜스의 이차측 전압 출력단과 접지단 사이에 병렬 연결되어 있는 제 1 캐패시터; 및
    상기 트랜스의 제 1 및 제 2의 이차 권선부에 각각 연결되어 상기 이차측 전압을 정류하는 제 1 및 제 2 동기정류기;를 포함하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 동기정류기는, MOSFET 인 것을 특징으로 하는 LLC 공진형 동기정류기 회로.
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