KR100760844B1 - 직류 교류 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 교류 컨버터에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 피드백/클럭 신호의 입력과 시간 지연 회로를 이용한 2개의 하프 브리지 회로로 4개의 스위치용 FET를 간단하게 병렬 제어하는 동시에 전력 제어할 수 있는 직류 교류 컨버터를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 스위칭부가 제1P채널 FET와 제1N채널 FET가 상호 직렬로 연결되고 직류 전원에는 병렬로 연결되며, 제2P채널 FET와 제2N채널 FET가 상호 직렬로 연결되고 직류 전원과는 병렬로 연결되어 이루어지며, 스위칭부와 부하 사이에 부하의 피드백 신호와 오실레레이터의 클럭 신호를 이용하여 기준 신호를 생성 및 출력하는 피드백 제어부가 구비되고, 피드백 제어부의 기준 신호와 오실레이터의 클럭 신호를 이용하여, 제1P채널 FET, 제1N채널 FET, 제2P채널 FET 및 제2N채널 FET를 병렬 제어할 수 있도록 4개의 제어 신호를 동시에 출력하는 시그널 제어부와, 시그널 제어부의 2개 제어 신호를 입력받아 스위칭부의 제1P채널 FET 및 제1N채널 FET로 구동 신호를 출력하는 제1드라이버가 구비되고, 시그널 제어부의 나머지 2개 제어 신호를 입력받아 스위칭부의 제2P채널 FET 및 제2N채널 FET로 구동 신호를 출력하는 제2드라이버가 구비된 FET 드라이버를 포함하여 이루어진 직류 교류 컨버터가 개시된다.
직류 교류 컨버터, FET, CCFL, 하프 브리지 회로, 시간 지연

Description

직류 교류 컨버터{DC AC converter}
도 1은 종래의 직류 교류 컨버터를 도시한 회로도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 직류 교류 컨버터를 도시한 블록도이고, 도 2b는 도 2a중 피드백 제어부, 시그널 제어부 및 FET 드라이버 등을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 직류 교류 컨버터중 시그널 처리부를 위한 논리 회로의 일례이다.
도 4a는 종래 직류 교류 컨버터의 각 FET에 대한 파형을 도시한 파형도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 직류 교류 컨버터의 각 FET에 대한 파형을 도시한 파형도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 직류 교류 컨버터
110; 직류 전원 120; 스위칭부
130; 트랜스포머 131; 제1권선
132; 제2권선 140; 부하
141; CCFL 142; LCD 패널
150; 피드백 제어부 151; 에러 증폭기
152; 비교기 153; 오실레이터
160; 시그널 제어부 161; 제1하프 브리지 회로
162; 제2하프 브리지 회로 170; FET 드라이버
171; 제1드라이버 172; 제2드라이버
P1; 제1P채널 트랜지스터 N1; 제1N채널 트랜지스터
P2; 제2P채널 트랜지스터 N2; 제2N채널 트랜지스터
본 발명은 직류 교류 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세히는 피드백/클럭 신호의 입력과 시간 지연 회로를 이용한 하프 브리지 회로로 이에 상응하는 한쌍의 FET를 구동하고, 다른 하나의 하프 브리지 회로로 이에 상응하는 다른 한쌍의 FET를 구동하는 병렬 방식의 직류 교류 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)는 낮은 전류로 동작하여 저소비전력, 저발열, 고휘도 및 장수명 등의 장점을 갖고, 최근 액정 디스플레이(TFT-LCD) 등의 백 라이트(back light)용으로 주로 이용되고 있다. 이러한 냉음극 형광램프를 점등하기 위해서는 1KV-2KV의 높은 교류 전압이 요구되며, 이러한 높은 교류 전압을 제공하기 위해 직류 교류 컨버터가 이용된다.
도 1을 참조하면, 종래의 직류 교류 컨버터 회로가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 종래의 직류 교류 컨버터는 트랜스포머(TX1)와, 직류 전원(21)과, 직류 전원(21)으로부터 내부 동작에 필요한 바이어스 및 기준 전압을 생성 하는 바이어스/기준 전압 생성부(23)와, 상기 전원(21)으로부터 전압(V1)을 구동 신호에 따라 스위칭하여 상기 트랜스포머(TX1)내 전류 흐름 경로를 제공하기 위한 4개의 FET(스위치A~스위치D)로 이루어진 스위치(28)와, 상기 트랜스포머(TX1)에 의해 동작하는 냉음극 형광 램프(CCFL)를 포함하는 LCD 패널(22)과, 상기 트랜스포머(TX1)의 출력전압(OVP)을 검출하고, 이 출력 전압이 기준 전압을 초과하면 스위핑 정지신호를 제공하는 보호회로(26)와, 오픈 램프 상태에서, 상기 보호회로(26)로부터 정지 신호가 입력되기까지, 상기 출력전압(OVP)이 기준 전압을 초과할 때까지 주파수 스위핑을 수행하여 50% 듀티-사이클의 사각 펄스를 생성하는 주파수 스위퍼(frequency sweeper)(27)와, 상기 보호회로(26)로부터의 피드백 전압과 기준전압을 비교하여 그 비교결과에 따라 스위치의 온타임을 제어하는 피드백 제어부(24)와, 상기 피드백 제어부(24)의 온타임 제어 신호 및 상기 주파수 스위퍼(27)의 사각 펄스에 따라 상기 스위칭 스위치(28)에 구동 신호를 제공하는 구동 회로부(25)를 포함한다.
상기 보호회로(26)는 CMP 신호와 상기 LCD 패널(22)로부터 추출한 전압 신호를 비교하여 상기 추출한 전압(검출전압)이 CMP신호(기준전압)보다 높으면 램프 오픈으로 판단하여 정지 신호를 상기 주파수 스위퍼(27)로 제공하는 비교부(26A)와, 사전에 타임아웃(time out)을 설정하여 상기 검출전압이 기준전압보다 높게 되면 시작하여 타임아웃에 도달하면 상기 비교부(26A)가 정지 신호를 제공하도록 하는 타이머(26B)와, 상기 램프 오픈 상태에 해당하는 전류를 검출하여 상기 주파수 스위퍼(27)를 오프시키는 전류 센서(26C)를 포함한다.
이러한 직류 교류 컨버터는 미국특허번호 6,259,615에 더욱 상세하게 개시되어 있다.
이와 같은 구성의 종래 직류 교류 컨버터는 위상 쉬프트(phase shift) 방식으로서, 먼저 주파수 스위퍼의 신호를 이용하여 한쌍의 스위치 즉, 스위치 A 및 스위치 B를 순차적으로 구동하고, 이어서 그 피드백 신호를 이용하여 다른 한쌍의 스위치 즉, 스위치 C 및 스위치 D를 순차적으로 구동하는 직렬 방식이다.
그러나, 이러한 종래의 직류 교류 컨버터는 제어 방법이 복잡하고 또한 50% 펄스 주파수 스위퍼 등을 이용함으로써, 설계가 복잡해질 뿐만 아니라 제조 비용이 고가로 되는 단점이 있다.
더욱이, 현재 대부분의 업체들이 상기와 같은 위상 쉬프트 방식 또는 이와 유사한 방식으로 직류 교류 컨버터를 제조함으로써, 미국 특허권자와 특허 분쟁이 발생할 확률이 크며 상기와 같은 직류 교류 컨버터의 특허권을 회피하면서도 제어 방법이 간단하고, 설계가 간단하며 또한 제조 비용이 작게 드는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 피드백/클럭 신호의 입력과 시간 지연 회로를 이용한 하프 브리지 회로로 이에 상응하는 한쌍의 FET를 구동하고, 다른 하나의 하프 브리지 회로로 이에 상응하는 다른 한쌍의 FET를 구동하는 병렬 방식의 직류 교류 컨버터를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 직류 전원, 상기 직류 전원의 직류를 다수의 FET를 이용하여 도전 경로를 바꿈으로써 교류로 변환하는 스위칭부와, 상기 스위칭부로부터의 출력 전압을 변압하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머에 연결되어 구동하는 부하로 이루어진 직류 교류 컨버터에 있어서, 상기 스위칭부는 제1P채널 FET와 제1N채널 FET가 상호 직렬로 연결되고 상기 직류 전원에는 병렬로 연결되며, 제2P채널 FET와 제2N채널 FET가 상호 직렬로 연결되고 상기 직류 전원에는 병렬로 연결되어 이루어지며, 상기 스위칭부와 부하 사이에는 상기 부하의 피드백 신호와 오실레레이터의 클럭 신호를 이용하여 소정 신호를 생성 및 출력하는 피드백 제어부가 구비되고, 상기 피드백 제어부의 신호와 오실레이터의 클럭 신호를 이용하여, 상기 제1P채널 FET, 제1N채널 FET, 제2P채널 FET 및 제2N채널 FET를 동시에 병렬 제어할 수 있도록 4개의 제어 신호를 출력하는 시그널 제어부와, 상기 시그널 제어부의 2개 제어 신호를 입력받아 상기 스위칭부의 제1P채널 FET 및 제1N채널 FET로 구동 신호를 출력하는 제1드라이버가 구비되고, 상기 시그널 제어부의 나머지 2개 제어 신호를 입력받아 상기 스위칭부의 제2P채널 FET 및 제2N채널 FET로 구동 신호를 출력하는 제2드라이버가 구비된 FET 드라이버를 포함한다.
여기서, 상기 트랜스포머는 제1권선의 일단이 제1P채널 FET와 제1N채널 FET 사이에 연결되고, 타단이 제2P채널 FET와 제2N채널 FET 사이에 연결되며, 제2권선은 부하에 연결되어 있되, 일단은 상기 제2N채널 FET에 연결될 수 있다.
또한, 상기 시그널 제어부는 상기 제1P채널 FET와 제2N채널 FET를 소정 시간 중복하여 턴온되도록 함으로써 제1권선에 제1도전 경로가 형성되도록 하고, 이어서 제2P채널 FET와 제1N채널 FET를 소정 시간 중복하여 턴온되도록 함으로써 제1권선에 제1도전 경로와 반대인 제2도전 경로가 형성되도록 할 수 있다.
또한, 상기 시그널 제어부는 상기 피드백 제어부의 기준 신호에 따라 상기 제1P채널 FET와 제2N채널 FET의 중복 턴온 시간 및 제2P채널 FET와 제1N채널 FET의 중복 턴온 시간이 변화되도록 할 수 있다.
또한, 상기 시그널 제어부는 제1P채널 FET 및 제1N채널 FET를 제어하기 위한 제1하프 브리지 회로와, 제2P채널 FET 및 제2N채널 FET를 제어하기 위한 제2하프 브리지 회로로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 시그널 제어부는 제1P채널 FET를 제어하기 위해, 오실레이터의 클럭 신호가 입력되는 토글 스위치와, 상기 토글 스위치에 의한 클럭 신호와 피드백 제어부에 의한 기준 신호가 입력되는 제1엔드게이트와, 상기 제1엔드게이트의 신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부와, 상기 시간 지연부의 신호를 인버팅하여 출력하는 제1인버터와, 상기 제1엔드게이트의 신호와 상기 제1인버터의 신호가 입력되는 제2엔드게이트와, 상기 제2엔드게이트의 신호가 입력되는 제2인버터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시그널 제어부는 제1N채널 FET를 제어하기 위해, 오실레이터의 클럭 신호가 입력되는 토글 스위치와, 상기 토글 스위치에 의한 클럭 신호와 피드백 제어부에 의한 기준 신호가 입력되는 제1엔드게이트와, 상기 제1엔드게이트의 신호를 인버팅하여 출력하는 제1인버터와, 상기 제1인버터의 출력 신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부와, 상기 시간 지연부의 신호를 인버팅하여 출력 하는 제2인버터와, 상기 제1인버터의 신호와 상기 제2인버터의 신호가 입력되는 제2엔드게이트와, 상기 제2엔드게이트의 신호가 입력되는 제3인버터와, 상기 제3인버터의 신호가 입력되는 제4인버터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시그널 제어부는 제2P채널 FET를 제어하기 위해, 오실레이터의 클럭 신호가 입력되는 토글 스위치와, 상기 토글 스위치의 신호가 입력되는 제1인버터와, 상기 제1인버터의 신호와 피드백 제어부에 의한 기준 신호가 입력되는 제1엔드게이트와, 상기 제1엔드게이트의 출력신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부와, 상기 시간 지연부의 신호를 인버팅하여 출력하는 제2인버터와, 상기 제1엔드게이트의 신호와 상기 제2인버터의 신호가 입력되는 제2엔드게이트와, 상기 제2엔드게이트의 신호가 입력되는 제3인버터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시그널 제어부는 제2N채널 FET를 제어하기 위해, 오실레이터의 클럭 신호가 입력되는 토글 스위치와, 상기 토글 스위치의 신호가 입력되는 제1인버터와, 상기 제1인버터의 신호와 피드백 제어부에 의한 기준 신호가 입력되는 제1엔드게이트와, 상기 제1엔드게이트의 신호가 입력되는 제2인버터와, 상기 제2인버터의 출력신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부와, 상기 시간 지연부의 신호를 인버팅하여 출력하는 제3인버터와, 상기 제2인버터와 제3인버터의 신호가 입력되는 제2엔드게이트와, 상기 제2엔드게이트의 신호가 입력되는 제4인버터와, 상기 제4인버터의 신호가 입력되는 제5인버터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시간 지연부는 입력 신호에 의해 게이트 전압이 제어되는 P채널 FET와, 상기 P채널 FET의 드레인에 연결된 정전류원과, 상기 P채널 FET와 정전류원 사이에 비반전 단자가 연결되고, 반전 단자는 기준 전압원에 연결된 비교기와, 상기 비교기의 비반전 단자와 접지 단자 사이에 연결된 캐패시터를 포함할 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 직류 교류 컨버터는 스위칭부를 제1,2P채널 FET 및 제1,2N채널 FET로 구성하는 동시에, 하나의 드라이버가 상기 제1P채널 및 제1N채널 FET를 제어하고, 다른 하나의 드라이버가 제2P채널 및 제2N채널 FET를 제어하는 동시에, 상기 두 개의 드라이버를 하나의 시그널 제어부가 병렬 제어하게 된다.
즉, 본 발명은 하나의 하프 브리지 회로로 이에 상응하는 한쌍의 FET를 제어하고, 다른 하나의 하프 브리지 회로로 이에 상응하는 다른 한쌍의 FET를 제어하게 된다.
다르게 말하면, 본 발명은 종래의 직렬 제어 방식이 아닌 병렬 제어 방식으로 다수의 FET를 제어하게 되며, 이에 따라 50% 주파수 스위퍼 등의 회로가 필요없게 된다.
따라서, 본 발명은 간단한 제어 방식 및 간단한 구성 요소를 가지며 종래와 동일한 효율의 직류 교류 컨버터를 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 대부분의 업체들이 이용하고 있는 위상 쉬프트 방식 또는 이와 유사한 방식을 원천적으로 회피할 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2a는 본 발명에 따른 직류 교류 컨버터를 도시한 블록도이고, 도 2b는 도 2a중 피드백 제어부, 시그널 제어부 및 FET 드라이버 등을 도시한 블록도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 직류 교류 컨버터(100)는 직류 전원(110), 스위칭부(120), 트랜스포머(130), 부하(140), 피드백 제어부(150), 시그널 제어부(160) 및 FET 드라이버(170) 등을 포함한다.
먼저 상기 직류 전원(110)은 전원 장치로부터 소정 직류 전압 V1을 출력한다.
상기 스위칭부(120)는 4개의 FET로 이루어질 수 있다. 먼저, 제1P채널 FET(P1)와 제1N채널 FET(N1)가 상호 직렬로 연결된 상태에서 제1P채널 FET(P1)의 소스가 상기 직류 전원(110)의 플러스 단자에 연결되고, 상기 제1N채널 FET(N1)의 소스가 상기 직류 전원(110)의 마이너스 단자에 연결될 수 있다. 또한, 제2P채널 FET(P2)와 제2N채널 FET(N2)가 상호 직렬로 연결된 상태에서 제2P채널 FET(P2)의 소스가 상기 제1P채널 FET(P1)의 소스에 연결되고, 상기 제2N채널 FET(N2)의 소스가 상기 제1N채널 FET(N1)의 소스에 연결될 수 있다. 더불어, 상기 제1P채널 FET(P1) 및 제2P채널 FET(P2)는 드레인에서 소스 방향으로, 제1N채널 FET(N1) 및 제2N채널 FET(N2)는 소스에서 드레인 방향으로 순방향의 바디 다이오드가 형성될 수 있다.
상기 트랜스포머(130)는 제1권선(131)과 제2권선(132)을 포함할 수 있다. 상 기 제1권선(131)은 일단이 상기 스위칭부(120)의 제2P채널 FET(P2)와 제2N채널 FET(N2) 사이에 연결되고, 타단은 캐패시터(C1)를 통하여 상기 스위칭부(120)의 제1P채널 FET(P1)와 제1N채널 FET(N1) 사이에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2권선(132)은 양단이 모두 부하(140)에 연결되어 있고, 일측단이 상기 제2N채널 FET(N2)의 소스에 연결될 수 있다.
상기 부하(140)는 상기 트랜스포머(130)중 제2권선(132)에 병렬로 연결될 수 있다. 물론, 이러한 부하(140)는 LCD 패널(142)에 설치되는 CCFL(141)을 포함할 수 있다. 더불어, 이러한 부하(140)에는 캐패시터(C2,C3,C4), 저항(R1) 및 다이오드(D1)를 포함할 수 있지만 이러한 구성으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 상기 부하(140)의 피드백 신호(FB)는 상기 저항(R1)과 캐패시터(C4) 사이에서 얻을 수 있다.
상기 피드백 제어부(150)는 에러 증폭기(151), 비교기(152) 및 하나의 오실레이터(153)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 에러 증폭기(151)에는 반전 단자에 상기 부하(140)로부터의 피드백 신호(FB)가 입력된다. 물론, 비반전 단자에는 기준 전압(Vref)이 인가된다. 또한, 상기 에러 증폭기(151)로부터의 신호(CMP)는 비교기(152)의 비반전 단자에 입력되고, 오실레이터(153)의 클럭 신호는 반전 단자에 입력된다. 한편, 이러한 비교기(152)에 의한 출력 신호(Comp)는 상기 오실레이터(153)의 클럭 신호(Clock)와 함께 하기할 시그널 제어부(160)로 출력된다.
상기 시그널 제어부(160)는 상기 피드백 제어부(150)의 두신호 즉, 비교기(152)에 의한 출력 신호(Comp)와 오실레이터(153)에 의한 클럭 신호(Clock)를 입력 받아서 상기 스위칭부(120)에 구비된 4개의 FET를 병렬 제어하는 소정 제어 신호(p1in,n1in,p2in,n2in)를 출력하는 역할을 한다.
즉, 상기 시그널 제어부(160)는 제2P채널 FET(P2)와 제1N채널 FET(N1)를 소정 시간 중복하여 턴온되도록 함으로써 제1권선(131)에 제1도전 경로가 형성되도록 하고, 이어서 제1P채널 FET(P1)와 제2N채널 FET(N2)를 소정 시간 중복하여 턴온되도록 함으로써 제1권선(131)에 제1도전 경로와 반대인 제2도전 경로가 형성되도록 하는 제어 신호(p1in,n1in,p2in,n2in)를 출력한다. 물론, 상기 시그널 제어부(160)에 의해 상기 제1P채널 FET(P1)와 제1N채널 FET(N1)가 동시에 턴온되지 않음은 당연하다. 더욱이, 상기 시그널 제어부(160)에 의해 상기 제2P채널 FET(P2)와 제2N채널 FET(N2)도 동시에 턴온되지 않는다.
더욱이, 상기 시그널 제어부(160)는 상기 피드백 제어부(150)의 신호(보다 엄밀히 말하면 부하(140)로부터의 피드백 신호(FB))에 따라 상기 제2P채널 FET(P2)와 제1N채널 FET(N1)의 중복 턴온 시간 및 제2N채널 FET(N2) 및 제1N채널 FET(N1)의 중복 턴온 시간이 변화하도록 제어함으로써, 부하(140)로 전달되는 전력을 변화시킬 수 있다.
한편, 상기 FET 드라이버(170)는 상기 시그널 제어부(160)로부터 2개의 제어 신호(p1in,n1in)를 입력받아 상기 스위칭부(120)의 제1P채널 FET(P1) 및 제1N채널 FET(N1)를 구동하는 제1드라이버(171)와, 상기 시그널 제어부(160)로부터 나머지 2개의 제어 신호(p2in,n2in)를 입력받아 상기 스위칭부(120)의 제2P채널 FET(P2) 및 제2N채널 FET(N2)를 구동하는 제2드라이버(172)를 포함한다. 즉, 상기 제1드라이버 (171)는 P1 out, N1 out 신호를 출력하고, 상기 제2드라이버(172)는 P2 out, N2 out 신호를 출력한다.
도 3은 본 발명의 핵심인 직류 교류 컨버터중 시그널 처리부를 위한 논리 회로의 일례이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 시그널 제어부(160)는 크게 제1P채널 FET(P1) 및 제1N채널 FET(N1)를 제어하기 위한 제1하프 브리지 회로(161)와, 제2P채널 FET(P2) 및 제2N채널 FET(N2)를 제어하기 위한 제2하프 브리지 회로(162)를 포함한다. 물론, 상기 제1하프 브리지 회로(161) 및 제2하프 브리지 회로(162)는 동시에 동작함으로써, 종래와 같이 위상 쉬프트(또는 직렬) 방식이 아니라 병렬 방식으로 4개의 FET를 소정 순서에 따라 제어하게 된다.
상기 제1하프 브리지 회로(161)중 제1P채널 FET(P1)을 제어하기 위한 논리 회로는 오실레이터(153)의 클럭 신호(Clock)가 입력되는 토글 스위치(TG)와, 상기 토글 스위치(TG)에 의한 출력 신호와 피드백 제어부(150)에 의한 소정 신호(Comp)가 입력되는 제1엔드게이트(1)와, 상기 제1엔드게이트(1)의 신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부(TD1)와, 상기 시간 지연부(TD1)의 신호를 인버팅하여 출력하는 제1인버터(11)와, 상기 제1엔드게이트(1)의 신호와 상기 제1인버터(11)의 신호가 입력되는 제2엔드게이트(12)와, 상기 제2엔드게이트(12)의 신호가 입력되는 제2인버터(13)를 포함할 수 있다.
여기서, 도 4b를 참조하면 피드백 제어부(150)중 피드백 신호에 의해 에러 증폭기(151)로부터 출력되는 CMP 신호, 오실레이터(153) 및 비교기(152)로 입력되는 CT 신호, 및 상기 비교기(152)로부터 출력되어 시그널 제어부(160)에 입력되는 Comp 신호 및 오실레이터(153)로부터 출력되어 시그널 제어부(160)에 입력되는 클럭 신호(Clock)가 도시되어 있다.
또한, 상기 제1P채널 FET(P1)를 제어하기 위한 회로중 시간 지연부(TD1)를 통해서 출력되는 신호는 하이(high)에서 로우(low) 상태로 떨어질 때 일정 시간 지연됨을 알 수 있다.(P1 파형 참조)
상기 제1하프 브리지 회로(161)중 제1N채널 FET(N1)를 제어하기 위한 회로는 오실레이터(153)의 클럭 신호(Clock)가 입력되는 토글 스위치(TG)와, 상기 토글 스위치(TG)에 의한 출력 신호와 피드백 제어부(150)에 의한 소정 신호(Comp)가 입력되는 제1엔드게이트(1)와, 상기 제1엔드게이트(1)의 신호를 인버팅하여 출력하는 제1인버터(21)와, 상기 제1인버터(21)의 출력 신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부(TD2)와, 상기 시간 지연부(TD2)의 신호를 인버팅하여 출력하는 제2인버터(22)와, 상기 제1인버터(21)의 신호와 상기 제2인버터(22)의 신호가 입력되는 제2엔드게이트(23)와, 상기 제2엔드게이트(23)의 신호가 입력되는 제3인버터(23)와, 상기 제3인버터(23)의 신호가 입력되는 제4인버터(25)를 포함할 수 있다.
여기서, 도 4b를 참조하면, 상기 제1N채널 FET(N1)의 제어를 위한 회로중 시간 지연부(TD2)를 통해서 출력되는 신호는 하이(high)에서 로우(low) 상태로 떨어질 때 일정 시간 지연됨을 알 수 있다.(N1 파형 참조)
이와 같이 상기 제1하프 브리지 회로(61)는 상대적으로 긴 시간동안 제1N채 널 FET(N1)가 턴온되고, 이와 중첩되지 않도록 상대적으로 짧은 시간동안 제1P채널 FET(P1)가 턴온됨을 알 수 있다.(P1+N1 파형 참조)
상기 제2하프 브리지 회로(162)중 제2P채널 FET(P2)을 제어하기 위한 회로는 오실레이터(153)의 클럭 신호(Clock)가 입력되는 토글 스위치(TG)와, 상기 토글 스위치(TG)의 신호가 입력되는 제1인버터(2)와, 상기 제1인버터(2)의 신호와 피드백 제어부(150)에 의한 소정 신호(Comp)가 입력되는 제1엔드게이트(3)와, 상기 제1엔드게이트(3)의 출력신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부(TD3)와, 상기 시간 지연부(TD3)의 신호를 인버팅하여 출력하는 제2인버터(31)와, 상기 제1엔드게이트(3)의 신호와 상기 제2인버터(31)의 신호가 입력되는 제2엔드게이트(32)와, 상기 제2엔드게이트(32)의 신호가 입력되는 제3인버터(33)를 포함한다.
마찬가지로, 도 4b를 참조하면 상기 제2P채널 FET(P2)를 제어하기 위한 회로중 시간 지연부(TD3)를 통해서 출력되는 신호는 하이(high)에서 로우(low) 상태로 떨어질 때 일정 시간 지연됨을 알 수 있다.(P2 파형 참조)
또한 상기 제2하프 브리지 회로(162)중 상기 제2N채널 FET(N2)를 제어하기 위한 회로는 오실레이터(153)의 클럭 신호(Clock)가 입력되는 토글 스위치(TG)와, 상기 토글 스위치(TG)의 신호가 입력되는 제1인버터(2)와, 상기 제1인버터(2)의 신호와 피드백 제어부(150)에 의한 소정 신호(Comp)가 입력되는 제1엔드게이트(3)와, 상기 제1엔드게이트(3)의 신호가 입력되는 제2인버터(41)와, 상기 제2인버터(41)의 출력신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부(TD4)와, 상기 시간 지연부(TD4)의 신호를 인버팅하여 출력하는 제3인버터(42)와, 상기 제2인버터(41)와 제3 인버터(42)의 신호가 입력되는 제2엔드게이트(43)와, 상기 제2엔드게이트(43)의 신호가 입력되는 제4인버터(44)와, 상기 제4인버터(44)의 신호가 입력되는 제5인버터(45)를 포함한다.
여기서도, 상기 제2N채널 FET(N2)를 제어하기 위한 회로중 시간 지연부(TD4)를 통해서 출력되는 신호는 하이(high)에서 로우(low) 상태로 떨어질 때 일정 시간 지연됨을 알 수 있다.(N2 파형 참조)
이와 같이 상기 제2하프 브리지 회로(162) 역시 상대적으로 긴 시간동안 제2N채널 FET(N2)가 턴온되고, 이와 중첩되지 않도록 상대적으로 짧은 시간동안 제2P채널 FET(P2)가 턴온됨을 알 수 있다.(P2+N2 파형 참조)
상기와 같은 제1하프 브리지 회로(161) 및 제2하프 브리지 회로(162)에 의해, 도 4b의 P1N2+P2N1 파형에서와 같이 제1P채널 FET(P1) 및 제2N채널 FET(N2)가 소정 시간 동안 중복하여 턴온되고, 이어서 제2P채널 FET(P2) 및 제1N채널 FET(N1)가 중복하여 턴온된다. 물론, 이러한 턴온 시간은 반복적으로 수행된다.
따라서, 이러한 도 4b의 P1N2+P2N1 파형은 종래 기술인 도 4a에 도시된 f 파형 즉, B＆C 및 A＆D와 동일하게 나타남을 알 수 있다. 즉, 본 발명과 종래 기술의 최종 파형은 동일하며, 또한 전력 조절 수단도 FET의 턴온 중복 시간으로 결정됨을 알 수 있다.
그러나, 본 발명은 상술한 바와 같이 시그널 제어부(160)가 2개의 하프 브리지 회로(161)(162)를 채용함으로써, 제1하프 브리지 회로(161)가 제1P채널 FET(P1) 및 제1N채널 FET(N1)를 제어하도록 하고, 제2하프 브리지 회로(162)가 제2P채널 FET(P2) 및 제2N채널 FET(N2)를 제어하도록 한다. 즉, 본 발명은 종래와 다르게 위상 쉬프트 방식 또는 직렬 방식이 아닌 병렬 방식으로 4개의 FET를 제어한다. 따라서, 본 발명은 종래에 비해 제어 방식이 간단하고 또한 그만큼 소자 개수도 감소하게 된다.
더불어, 본 발명은 종래와 같이 부하(140)의 피드백 신호(FB)에 의해 피드백 제어부(150)중 에러 증폭기(151)로부터 CMP 신호가 변경되고, 이에 따라 제1P채널 FET(P1) 및 제2N채널 FET(N2)의 턴온 중복 시간 및 제2P채널 FET(P2) 및 제1N채널 FET(N1)의 턴온 중복 시간이 변경됨으로써, 트랜스포머(130)를 통한 출력 전력이 조정된다.
또한, 상술한 모든 시간 지연부(TD1, TD2, TD3, TD4)는 입력 신호에 의해 게이트 전압이 제어되는 P채널 FET와, 상기 P채널 FET의 드레인에 연결된 정전류원과, 상기 P채널 FET와 정전류원 사이에 비반전 단자가 연결되고, 반전 단자는 기준 전압원에 연결된 비교기와, 상기 비교기의 비반전 단자와 접지 단자 사이에 연결된 캐패시터를 포함한다. 따라서, 상기 모든 시간 지연부(TD1, TD2, TD3, TD4)는 내부의 캐패시터 용량에 따라 소정 지연 시간이 결정되어, 실제로 출력 파형에서 시간 지연 효과가 나타난다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 교류 컨버터는 스위칭부를 제1,2P채널 FET 및 제1,2N채널 FET로 구성하는 동시에, 하나의 드라이버가 상기 제1P채널 및 제1N채널 FET를 제어하고, 다른 하나의 드라이버가 제2P채널 및 제2N채널 FET를 제어하는 동시에, 상기 두 개의 드라이버를 하나의 시그널 제어부가 병렬 제어하게 된다.
즉, 본 발명은 하나의 하프 브리지 회로로 이에 상응하는 한쌍의 FET를 제어하고, 다른 하나의 하프 브리지 회로로 이에 상응하는 다른 한쌍의 FET를 제어하게 된다.
다르게 말하면, 본 발명은 종래의 직렬 제어 방식이 아닌 병렬 제어 방식으로 다수의 FET를 제어하게 되며, 이에 따라 종래와 같은 50% 주파수 스위퍼 등의 회로가 필요없게 된다.
따라서, 본 발명은 간단한 제어 방식 및 간단한 구성 요소를 가지며 종래와 동일한 효율의 직류 교류 컨버터를 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 대부분의 업체들이 이용하고 있는 위상 쉬프트 방식 또는 이와 유사한 방식을 원천적으로 회피할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 직류 교류 컨버터를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 직류 전원, 상기 직류 전원의 직류를 다수의 FET를 이용하여 도전 경로를 바꿈으로써 교류로 변환하는 스위칭부와, 상기 스위칭부로부터의 출력 전압을 변압하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머에 연결되어 구동하는 부하로 이루어진 직류 교류 컨버터에 있어서, 상기 스위칭부는 제1P채널 FET와 제1N채널 FET가 상호 직렬로 연결되고 상기 직류 전원에는 병렬로 연결되며, 제2P채널 FET와 제2N채널 FET가 상호 직렬로 연결되고 상기 직류 전원에는 병렬로 연결되어 이루어지며, 상기 스위칭부와 부하 사이에는 상기 부하의 피드백 신호와 오실레이터의 클럭 신호를 이용하여 전기적 신호를 생성 및 출력하는 피드백 제어부가 구비되고, 상기 피드백 제어부의 신호와 오실레이터의 클럭 신호를 이용하여, 상기 제1P채널 FET, 제1N채널 FET, 제2P채널 FET 및 제2N채널 FET를 동시에 병렬 제어할 수 있도록 4개의 제어 신호를 출력하는 시그널 제어부와, 상기 시그널 제어부의 2개 제어 신호를 입력받아 상기 스위칭부의 제1P채널 FET 및 제1N채널 FET로 구동 신호를 출력하는 제1드라이버가 구비되고, 상기 시그널 제어부의 나머지 2개 제어 신호를 입력받아 상기 스위칭부의 제2P채널 FET 및 제2N채널 FET로 구동 신호를 출력하는 제2드라이버가 구비된 FET 드라이버를 포함하고, 상기 시그널 제어부는 상기 제1P채널 FET와 제2N채널 FET를 소정 시간 중복하여 턴온되도록 하고, 이어서 상기 시그널 제어부는 제2P채널 FET와 제1N채널 FET를 소정 시간 중복하여 턴온되도록 함을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 트랜스포머는 제1권선의 일단이 제1P채널 FET와 제1N채널 FET 사이에 연결되고, 타단이 제2P채널 FET와 제2N채널 FET 사이에 연결되며, 제2권선은 부하에 연결되어 있되, 일단은 상기 제2N채널 FET에 연결된 것을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1P채널 FET와 상기 제2N채널 FET가 소정 시간 중복하여 턴온되면 제1권선에 제1도전 경로가 형성되고, 이어서 상기 제2P채널 FET와 상기 제1N채널 FET가 소정 시간 중복하여 턴온되되면 제1권선에 제1도전 경로와 반대인 제2도전 경로가 형성됨을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는 상기 부하의 피드백 신호(FB)와 미리 정해진 기준 전압(Vref)을 에러 증폭하여 얻은 CMP 신호 및 오실레이터의 클럭 신호(Clock)를 상호 비교하여 얻은 출력 신호(Comp)와, 상기 오실레이터의 클럭 신호(Clock)에 따라 상기 시그널 제어부가 상기 제1P채널 FET와 제2N채널 FET의 중복 턴온 시간 및 제2P채널 FET와 제1N채널 FET의 중복 턴온 시간이 변화되도록 함을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 시그널 제어부는 제1P채널 FET 및 제1N채널 FET를 제어하기 위한 제1하프 브리지 회로와, 제2P채널 FET 및 제2N채널 FET를 제어하기 위한 제2하프 브리지 회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 시그널 제어부는 제1P채널 FET를 제어하기 위해,
    상기 오실레이터의 클럭 신호(Clock)가 입력되는 토글 스위치와,
    상기 토글 스위치에 의한 클럭 신호(Clock)와 상기 피드백 제어부에 의한 출력 신호(Comp)가 입력되는 제1엔드게이트와,
    상기 제1엔드게이트의 신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부와,
    상기 시간 지연부의 신호를 인버팅하여 출력하는 제1인버터와,
    상기 제1엔드게이트의 신호와 상기 제1인버터의 신호가 입력되는 제2엔드게이트와,
    상기 제2엔드게이트의 신호가 입력되는 제2인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 시그널 제어부는 제1N채널 FET를 제어하기 위해,
    상기 오실레이터의 클럭 신호(Clock)가 입력되는 토글 스위치와,
    상기 토글 스위치에 의한 클럭 신호(Clock)와 상기 피드백 제어부에 의한 출력 신호(Comp)가 입력되는 제1엔드게이트와,
    상기 제1엔드게이트의 신호를 인버팅하여 출력하는 제1인버터와,
    상기 제1인버터의 출력 신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부와,
    상기 시간 지연부의 신호를 인버팅하여 출력하는 제2인버터와,
    상기 제1인버터의 신호와 상기 제2인버터의 신호가 입력되는 제2엔드게이트와,
    상기 제2엔드게이트의 신호가 입력되는 제3인버터와,
    상기 제3인버터의 신호가 입력되는 제4인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 시그널 제어부는 제2P채널 FET를 제어하기 위해,
    상기 오실레이터의 클럭 신호(Clock)가 입력되는 토글 스위치와,
    상기 토글 스위치의 신호가 입력되는 제1인버터와,
    상기 제1인버터의 신호와 상기 피드백 제어부에 의한 출력 신호(Comp)가 입력되는 제1엔드게이트와,
    상기 제1엔드게이트의 출력신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부와,
    상기 시간 지연부의 신호를 인버팅하여 출력하는 제2인버터와,
    상기 제1엔드게이트의 신호와 상기 제2인버터의 신호가 입력되는 제2엔드게이트와,
    상기 제2엔드게이트의 신호가 입력되는 제3인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 시그널 제어부는 제2N채널 FET를 제어하기 위해,
    상기 오실레이터의 클럭 신호(Clock)가 입력되는 토글 스위치와,
    상기 토글 스위치의 신호가 입력되는 제1인버터와,
    상기 제1인버터의 신호와 상기 피드백 제어부에 의한 출력 신호(Comp)가 입력되는 제1엔드게이트와,
    상기 제1엔드게이트의 신호가 입력되는 제2인버터와,
    상기 제2인버터의 출력신호를 소정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연부와,
    상기 시간 지연부의 신호를 인버팅하여 출력하는 제3인버터와,
    상기 제2인버터와 제3인버터의 신호가 입력되는 제2엔드게이트와,
    상기 제2엔드게이트의 신호가 입력되는 제4인버터와,
    상기 제4인버터의 신호가 입력되는 제5인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 시간 지연부는
    입력 신호에 의해 게이트 전압이 제어되는 P채널 FET와,
    상기 P채널 FET의 드레인에 연결된 정전류원과,
    상기 P채널 FET와 정전류원 사이에 비반전 단자가 연결되고, 반전 단자는 기준 전압원에 연결된 비교기와,
    상기 비교기의 비반전 단자와 접지 단자 사이에 연결된 캐패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 교류 컨버터.
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