KR100774145B1 - 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터 - Google Patents

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임상호
김상만
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주식회사 큐리온
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Abstract

본 발명은 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터에 관한 것으로, 인버터부의 출력인 교류 전원을 입력하는 1차 코일과 다중 코일로 형성된 2차 코일을 포함하여 교류 전압을 소망하는 출력 전압으로 만들어 출력하는 변압기부와, 제1 정류 스위치가 형성된 제1 정류 경로, 제2 정류 스위치가 형성된 제2 정류 경로, 상기 제1 정류 스위치의 동작 전원을 제공하는 제1 구동 경로 및, 상기 제2 정류 스위치의 동작 전원을 제공하는 제2 구동 경로를 포함하며, 상기 변압기로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 만드는 동기 정류기, 및 상기 동기 정류기의 출력을 입력하여 외부로 출력하는 출력부를 포함한다. 이때 상기 제1 구동 경로는 상기 2차 코일과 상기 제1 정류 스위치에 연결되고, 상기 제2 구동 경로는 상기 2차 코일과 상기 제2 정류 스위치에 연결되며, 상기 제1 및 제2 정류 스위치는 교번으로 턴 온/오프한다.
컨버터, 자기 구동, 동기 정류기, 트랜지스터

Description

자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터{Power converter having a self driven synchronous rectifier}
도 1은 일반적인 전력 컨버터의 개략적인 구성을 보인 블록 구성도이다.
도 2는 종래의 실시 예에 따른 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터를 보인 회로도이다.
도 3은 종래의 다른 실시 예에 따른 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터의 요부 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터의 전압 전류 파형도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력컨버터의 회로도이다.
본 발명은 전력 컨버터에 관한 것으로, 특히, 변압기의 2차측에 형성된 동기정류기를 변압기의 2차측에 유도되는 전압을 이용하여 구동시키는 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터에 관한 것이다.
전원공급장치로 사용되는 전력 컨버터는 입력 전압으로부터 소망하는 출력 전압을 출력하는 장치이다. 전력 컨버터는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 구성되어 있다. 도 1은 일반적인 전력 컨버터의 개략적인 구성을 보인 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 전력 컨버터는 인버터부(10), 변압기부(11), 정류기부(12)와 평활 커패시터(Cf)를 포함하여 구성되며, 동기 정류기 컨버터의 경우 동기 정류기 제어부(A)를 더 포함하여 구성된다.
인터버부(10)는 입력되는 직류 전압(Vin)를 교류 전압으로 바꾸어 변압기부(11)로 출력하고, 변압기부(11)는 인버터부(10)에 의해 변환된 교류 전압을 소망하는 출력 전압으로 만들어 출력한다. 그러면, 변압기부(11)의 2차측에 연결된 정류기부(12)에서는 2차측에 유도된 전압을 직류 전압으로 바꾸어 출력하고, 평활 커패시터(Cf)는 정류기부(12)에서 출력된 직류 전압 중 리플 성분이나 노이즈 등을 제거하여 직류 전압을 평활시켜 출력한다.
이러한 전력 컨버터는 인버터부(10)를 이루는 구성에 따라 하프 브리지 컨버터, 풀 브리지 컨버터 등으로 구분되고, 인버터부(10)의 출력 전류를 LC 공진을 통해 변압기부(11)의 1차측 코일에 인가하는지에 따라 공진형 컨버터로 구분되며, 정 류기부(12)가 인버터부(10)의 스위칭 동작에 동기하여 동작하는지에 따라 동기 정류기 컨버터로 구분된다. 또한 전력 컨버터는 이상의 구분 이외에 내부 구성의 형태 또는 동작에 따라 더 많은 종류로 구분된다.
일반적으로 다이오드를 이용하여 정류기를 구성하는 전력 컨버터는 주로 출력 전압이 약 24V 이상의 출력 전압이고 용량이 100 내지 500W의 전력 변환 방식에 주로 사용되며, 대표적으로 하프브리지 공진형 컨버터가 이에 해당된다. 그런데 정류 다이오드를 사용하는 전력 컨버터는 정류 다이오드의 순방향 전압 및 전류에 의한 손실이 출력 전류 증가와 연계하여 증가되어 고효율의 구현이 어려운 문제가 있다.
동기 정류기 컨버터는 정류 다이오드를 대체하여 트랜지스터(예: FET(전계효과 트랜지스터))를 사용함으로써, 정류 다이오드에 의한 효율 저하 문제를 해소하고 있다. 그러나 동기 정류기 컨버터는 도 1에 도시된 바와 같이 트랜지스터를 구동시키기 위한 별도의 구성인 동기정류기 제어부(A)를 필요로 한다.
동기정류기 제어부(A)는 주로 도 2와 트랜지스터를 구동시키기 위해 펄스 변환기와 구동 회로를 포함하는 회로로 이루어지거나, 도 3에 도시된 바와 같이 트랜지스터 구동용 IC칩으로 이루어진다.
따라서 종래의 동기 정류기 컨버터는 동기 정류기를 구성하는 트랜지스터를 구동하기 위한 별도의 구성이 필요함에 따라 구성이 복잡해지고(예: 별도의 동작 전원 필요) 비용이 추가되는 등의 문제가 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동기 정류기 구동을 위한 별도의 구성을 필요로 하지 않는 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터 를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명은 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터부; 상기 인버터부의 출력을 입력하는 1차 코일과 다중 코일로 형성된 2차 코일을 포함하여, 상기 인버터부에서 출력하는 교류 전압을 소망하는 출력 전압으로 만들어 출력하는 변압기부; 제1 정류 스위치가 형성된 제1 정류 경로, 제2 정류 스위치가 형성된 제2 정류 경로, 상기 제1 정류 스위치의 동작 전원을 제공하는 제1 구동 경로 및, 상기 제2 정류 스위치의 동작 전원을 제공하는 제2 구동 경로를 포함하며, 상기 변압기로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 만드는 동기 정류기; 및 상기 동기 정류기의 출력을 입력하여 외부로 출력하는 출력부를 포함하되, 상기 제1 구동 경로는 상기 2차 코일과 상기 제1 정류 스위치에 연결되고, 상기 제2 구동 경로는 상기 2차 코일과 상기 제2 정류 스위치에 연결되며, 상기 제1 및 제2 정류 스위치는 교번으로 턴 온/오프하는 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터를 제공한다.
상기에서 다중 코일은 상기 제1 정류 경로에 유기된 전원을 인가하는 제1 코일, 상기 제2 정류 경로에 유기된 전원을 인가하는 제2 코일, 상기 제1 구동 경로에 유기된 전원을 공급하는 제1 구동 코일, 상기 제2 구동 경로에 유기된 전원을 공급하는 제2 구동 코일을 포함하며, 상기 제1 코일과 상기 제1 구동 코일에 정방 향의 전압이 유기될 때 상기 제2 코일 및 상기 제2 구동 코일에는 부방향의 전압이 유기되게 한다.
그리고 본 발명은 상기 인버터부의 출력단과 상기 변압기부의 입력단 사이에 연결된 LC 공진 회로를 더 포함한다
상기 제1 코일과 제1 구동 코일 및 상기 제2 코일과 제2 구동 코일 각각은 동일한 권선 방향을 가지거나, 상기 제1 및 제2 코일, 상기 제1 및 제2 구동 코일 모두는 동일한 권선 방향을 가진다.
또한, 상기 제1 및 제2 코일은 하나의 코일이거나 서로 다른 코일일 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미 하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터의 블록 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터(100)는 인버터부(110), 변압기부(120), 동기 정류기(130)와, 출력부(140)를 포함한다.
인버터부(110)는 입력되는 직류 전압(Vin)를 교류 전압으로 바꾸어 변압기부(11)로 출력한다. 이때 인버터부(110)는 하프 브리지 형태로 구성되거나 풀 브리지 형태로 구성되거나 그 밖에 당업자 수준에서 알 수 있는 공지된 모든 종류의 형태로 구성될 수 있다. 인버터부(110)에 입력되는 전압(Vg)는 인버터부(110)를 이루는 하나 이상의 스위치(예: 트랜지스터)의 동작 전압으로 인가되며, 스위치가 2 이상인 경우에 각각의 스위치에 교번으로 인가되어 인버터 동작이 이루어지게 한다.
변압기부(120)는 인버터부(10)로부터 입력되는 교류 전압을 소망하는 출력 전압으로 만들어 출력한다. 이를 위해 변압기부(120)는 1차측 코일과 2차측 코일로 이루어져 상호 유도작용으로 전압의 레벨을 변환시켜 출력하는 변압기(transformer)를 포함한다. 이때 변압기의 2차측 코일은 다중 코일로 이루어지고, 다중 코일 중 적어도 N(N=1, 2 등)개는 동기 정류기(130)를 이루는 트랜지스터(이하 "정류 트랜지스터"라 함)를 교번으로 구동시키기 위한 용도로 이용된다. 이하, 정류 트랜지스터를 구동시키기 위한 코일을 "구동 코일"이라 하며, 구동 코일이 복수개인 경우 제1, 제2, 제3의 순서로 구분한다.
구동 코일의 수(N)는 출력부(140)에 연결된 동기 정류기(130)의 정류 경로(path)의 수, 정류 경로 상에 연결된 정류 트랜지스터의 수 및 구동 코일과 정류 트랜지스터 간의 연결 관계 등에 따라 달라질 수 있다.
예컨데, 동기 정류기(130)의 정류 경로가 2개이고 각 정류 경로 상에 하나의 정류 트랜지스터가 형성된 경우에 구동 코일의 수(N)는 2개로 하고 각각을 하나의 정류 트랜지스터를 구동시키도록 하는 것이 이상적이나, 각의 정류 경로 상에 직렬 또는 병렬로 하여 2개의 정류 트랜지스터가 형성된 경우에 구동 코일의 수(N)는 설계 의도에 따라 2개 또는 그 이상이 될 수 있고, 복수의 구동 코일로 하나의 정류 트랜지스터를 구동시키는 경우에도 2개 이상이 될 수 있다.
도 4에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 구동 코일과 정류 트랜지스터와의 관계를 보여주기 위해, 구동 코일과 정류 트랜지스터의 신호 경로를 F1, F2로 도시하였다.
동기 정류기(130)는 변압기부(120)의 2차측 코일에 연결되며, 변압기부(120)의 출력 전압을 직류 전압으로 바꾸어 출력한다. 이때 동기 정류기(130)는 변압기부(120)의 출력단과 출력부(140)를 연결하는 2 이상의 정류 경로를 가지며, 각 정류 경로 상에는 적어도 하나의 정류 트랜지스터가 형성되어 있다.
상기 정류 트랜지스터는 구동 코일로부터 인가되는 신호(전압)에 따라 턴 온/오프 동작을 하고, 턴 온/오프 동작에 따라 변압기부(120)로부터 입력되는 전압을 차단 또는 도통시킨다.
출력부(140)는 정류기부(12)에서 출력된 직류 전압 중 리플 성분이나 노이즈 등을 제거(평활)하여 출력한다. 일반적으로 출력부(140)는 평활용 커패시터(Cf)를 포함한다.
한편, 도 4를 참조로 한 설명에서는 본 발명의 전력 컨버터가 비 공진형 컨버터인 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 전력 컨버터는 공진형 컨버터일 수 있으며, 이 경우에 인버터(110)의 출력단과 변압부(120)의 입력단 사이에 커패시터와 인덕터가 직렬 연결된 LC 공진 회로가 추가된다. 여기서, LC 공진 회로에서 인덕터는 병렬 연결된 2개 이상의 인덕터로 구성될 수 있다.
이하, 도 5를 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터를 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터의 회로도로서, 인버터부(110)를 하프 브리지 형태로 하고 공진 회로가 추가된 경우에 대한 것이다. 여기서, 당업자라면 이하의 설명을 통해 인버터부를 풀 브리지 형태로 하고 공진 회로가 없는 형태를 용이하게 실시할 수 있음이 자명하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력 컨버터는 인버터부(110), 변압기부(120), 동기 정류기(130)와, 출력부(140)를 포함한다. 여기서 공진 회로는 커패시터(Cr)와 인덕터(Lr, Lm)로 이루어지는데, 별도로 표기하지 않았다.
인버터부(110)는 하프 브리지를 구성하는 직렬 연결된 2개의 FET 스위치(Q1, Q2)와, FET 스위치(Q1, Q2)의 접점에 연결된 커패시터(Cr)를 포함한다. FET 스위치(Q1)는 드레인으로 입력 전압(Vin)이 인가되고 소스가 FET 스위치(Q2)의 드레인에 연결된다. 그리고 FET 스위치(Q2)의 소스는 접지단에 연결된다. 여기서 접지단은 입력 전압(Vin)의 음극으로 표기하였다.
변압기부(120)는 커패시터(Cr)에 연결된 인덕터를 포함한다. 이때 인덕터는 등가적으로 표현하면, 누설 인덕턴스를 가지는 누설 인덕터(Lr)과, 자기 인덕턴스를 가지는 자기 인덕터(Lm)로 나타난다.
인덕터(Lr)과, 인덕터(Lr)에 병렬 연결된 인덕터(Lm)을 가진다. 여기서 인덕터(Lr, Lm)은 커패시터(Cr)과 함께 LC 공진을 일으킨다. 변압기부(120)는 인덕터(Lr Lm)의 접점과 접지단 사이에 연결된 1차 코일(Np)과, 1차 코일(Np)에 흐르는 전류를 유도하는 직렬 연결된 4개의 2차 코일(Ns1, Ns2, Ngs1, Ngs2)를 포함한다. 여기서, 2차 코일 중 제1 코일(Ns1) 및 제2 코일(Ns2)는 소정하는 출력 전압을 유도하기 위한 것으로, 제1 코일(Ns1)과 제2 코일(Ns2)의 권선수는 동일한 것이 바람직하다. 그리고 2차 코일 중 제1 구동 코일(Ngs1)과 제2 구동 코일(Ngs2)는 트랜지스터(Qs1, Qs2)를 구동시키기 위한 코일이며, 제1 구동 코일(Ngs1)과 제2 구동 코일(Ngs2)의 권선수는 동일한 것이 바람직하다.
동기 정류기(130)는 제1 구동 코일(Ngs1)의 일단에 연결된 저항(Rg1)와, 제2 구동 코일(Ngs2)의 일단에 연결된 저항(Rg2), 제1 구동 코일(Ngs1)의 타단과 제1 코일(Ns1)의 일단에 소스가 연결되고 저항(Rg1)에 게이트가 연결된 제1 정류 트랜 지스터(Qs1) 및, 제2 구동 코일(Ngs2)의 타단과 제2 코일(Ns2)의 일단에 소스가 연결되고 저항(Rg2)에 게이트가 연결된 제2 정류 트랜지스터(Qs2)로 이루어진다.
여기서, 제1 및 제2 정류 트랜지스터(Qs1, Qs2)의 드레인은 서로 연결되어 있다.
출력부(140)는 평활용 커패시터(Cf)로 구성되는데, 평활용 커패시터(Cf)의 일단은 제1 및 제2 정류 트랜지스터(Qs1, Qs2)의 드레인에 연결되고, 타단은 제1 코일(Ns1)의 타단과 제2 코일(Ns2)의 타단의 접점에 연결된다.
그리고 상기에서 트랜지스터(Q1, Q2)에는 턴 온시의 전류 방향에 반대되는 방향으로 형성되어 있고, 트랜지스터(Qs1, Qs2)에는 턴 온시의 전류 방향으로 바디 다이오드가 형성되어 있다.
이하에서는, 도 6을 참조로 하여 도 5에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기의 동작을 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터의 전압 전류 파형도이다.
도 6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 인버터부(110)의 트랜지스터(Q1, Q2)는 교번으로 턴 온/오프를 반복한다.
우선, 트랜지스터(Q1)가 턴 온 상태이고 트랜지스터(Q2)가 턴 오프 상태인 경우의 동작을 설명한다.
트랜지스터(Q1)가 턴 온되고 트랜지스터(Q2)가 턴 오프되면, 트랜지스터(Q1), -> 커패시터(Cr) -> 인덕터(Lr) -> 1차 코일(Np)의 순서로 전류 경로가 형성된다.
이때 트랜지스터(Q2)는 턴 오프 상태이므로, 트랜지스터(Q2)의 소스와 드레인 간의 전압(즉, 내압)은 도 6의 (c)와 같이 Vin 전압이 된다.
따라서 입력 전압(Vin)을 제공하는 전원에서 제공되는 전류는 트랜지스터(Q1)를 도통하여 커패시터(Cr)에 인가되고, 커패시터(Cr)에 인가된 전류는 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 커패시터(Cr)와 인덕터(Lr, Lm)에 형성된 공진에 의해 증가하고, 이 공진 전류(Lr)는 도 6의 (e)에 도시된 바와 같이 변압기부(120)의 1차측 코일에 정방향으로 흐른다.
그러면 변압기부(120)의 2차측 코일 즉, 다중 코일(Ns1, Ns2, Ngs1, Ngs2)에는 각각의 권선비 및 권선 방향에 따라 해당하는 전압이 유기된다. 도 5에서, 다중 코일 모두의 권선 방향은 1차측 코일의 권선 방향과 동일한 것으로 도시하였다.
그러므로 제1 코일(Ns1)에는 정방향의 전압이 유기되어 제1 정류 트랜지스터(Qs1)의 바디 다이오드로 전류가 흐른다. 이와 동시에 제1 구동 코일(Ngs1)에도 정방향의 전압이 유기되어 저항(Rg1)으로 전류가 인가된다. 그러면 도 6의 (f)에 도시된 바와 같이 저항(Rg1)에 의해 제1 정류 트랜지스터(Qs1)의 동작 전압(Vgs)이 형성되어 제1 정류 트랜지스터(Qs1)가 턴 온 된다. 그리고, 제1 정류 트랜지스터(Qs1)의 턴 온에 의해 평활 커패시터(Cf)에 출력 전류(Io)를 공급된다.
여기서, 제1 정류 트랜지스터(Qs1)가 턴 온되면, FET의 특성 즉, 낮은 드레인과 소스간의 저항(Rds)에 의한 전하 강하값 유지에 의해 정류 다이오드 사용시보다 낮은 전압 강하가 이루어져 전력 손실을 줄일 수 있게 된다.
한편 제2 코일(Ns2)과 제2 구동 코일(Ngs2)에는 부방향의 전압이 유기되고, 그에 따라 저항(Rg2)에 전류가 공급되지 않아 제2 정류 트랜지스터(Qs2)는 제1 정류 트랜지스터(Qs1)이 턴 온 하는 동안에 턴 오프 상태를 유지한다.
다음으로, 트랜지스터(Q1)가 턴 오프 상태이고 트랜지스터(Q2)가 턴 온 상태인 경우의 동작을 설명한다.
트랜지스터(Q1)가 턴 오프되고 트랜지스터(Q2)가 턴 온되면, 1차 코일(Np) ->인덕터(Lr) -> 커패시터(Cr) -> 트랜지스터(Q2)의 순서로 전류 경로가 형성된다.
이때 트랜지스터(Q2)는 턴 온 상태이므로, 트랜지스터(Q2)의 소스와 드레인 간의 전압(즉, 내압)은 도 6의 (c)와 같이 접지 전압이 된다.
따라서 입력 전압(Vin)을 제공하는 전원에서 제공되는 전류는 트랜지스터(Q1)의 턴 오프에 의해 차단되고, 전류는 1차 코일(Np) ->인덕터(Lr) -> 커패시터(Cr) -> 트랜지스터(Q2)의 순서로 전류가 흐른다. 이때 커패시터(Cr)를 통과하는 전류는 커패시터(Cr)와 인덕터(Lr, Lm)에 형성된 공진에 의해 감소하고, 공진 전류(Lr)는 도 6의 (e)에 도시된 바와 같이 변압기부(120)의 1차측 코일에 부방향으로 흐른다.
그러면 변압기부(120)의 2차측 코일 즉, 다중 코일(Ns1, Ns2, Ngs1, Ngs2)에는 각각의 권선비 및 권선 방향에 따라 해당하는 전압이 유기되는데, 제2 코일(Ns2)에는 정방향의 전압이 유기되어 제2 정류 트랜지스터(Qs2)의 바디 다이오드로 전류가 흐른다.
이와 동시에 제2 구동 코일(Ngs2)에도 정방향의 전압이 유기되어 저항(Rg2) 으로 전류가 인가된다. 그러면 도 6의 (g)에 도시된 바와 같이 저항(Rg2)에 의해 제2 정류 트랜지스터(Qs2)의 동작 전압(Vgs)이 형성되어 제2 정류 트랜지스터(Qs2)가 턴 온 된다. 그리고, 제2 정류 제2 트랜지스터(Qs2)의 턴 온에 의해 평활 커패시터(Cf)에 출력 전류(Io)를 공급된다.
한편 제1 코일(Ns1)과 제1 구동 코일(Ngs1)에는 부방향의 전압이 유기되고, 그에 따라 저항(Rg1)에 전류가 공급되지 않아 제1 정류 트랜지스터(Q1)는 제2 정류 트랜지스터(Qs2)이 턴 온하는 동안에 턴 오프 상태를 유지한다.
여기서, 제2 정류 트랜지스터(Qs2)가 턴 온되면, FET의 특성 즉, 낮은 드레인과 소스간의 저항(Rds)에 의한 전하 강하값 유지에 의해 정류 다이오드 사용시보다 낮은 전압 강하가 이루어져 전력 손실을 줄일 수 있게 된다.
전술한 설명에 따르면, 본 발명은 별도의 장치없이 2차측 코일(즉, 구동 코일)을 이용함으로써 트랜지스터(Q1, Q2)의 턴 온/오프에 동기하여 제1 및 제2 정류 트랜지스터(Qs1, Qs2)를 동작시킨다. 따라서 제1 및 제2 정류 트랜지스터(Qs1, Qs2)가 턴 온/오프하는 동안에 평활 커패시터(Cf)에 인가되는 전류(I(Qs1+Qs2)는 도 6의 (h)에 도시된 바와 같다.
여기서, 제1 구동 코일및 제2 구동 코일의 전압은 공진형 컨버터에서 V(Ns1)이 출력 전압(Vo)이므로, Vo *Ngs1/Ns1 및 Vo*Ngs2/Ns1으로 FET의 게이트 동작 전압에 맞춰 권선비를 설계한다.
한편, 전술한 실시 예에서는 2개의 정류 경로에 유기 전원을 공급하는 것으로, 2개의 코일 즉, 제1 및 제2 코일로 도시하였지만, 본 발명은 도 7에 도시된 바 와 같이 하나의 코일을 통해 2개의 정류 경로에 유기 전원을 인가할 수 있다. 여기서 도 7에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터는 도 5를 참조로 한 설명을 통해 당업자가 용이하게 이해됨이 자명하므로 더 이상 설명하지 않는다.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 본 발명은 정류 트랜지스터를 구동시키기 위한 별도의 장치나 회로를 추가하지 않아도 됨으로써, 추가 비용이나 회로의 복잡성을 해소하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 역률보상회로와 함께 사용하면 입력의 변동을 작게 하여 공진 모드를 유지할 수 있어 공진형 컨버터와 동기 정류기의 장점을 최대한 살릴 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터부;
    상기 인버터부의 출력을 입력하는 1차 코일과 다중 코일로 형성된 2차 코일을 포함하여, 상기 인버터부에서 출력하는 교류 전압을 소망하는 출력 전압으로 만들어 출력하는 변압기부;
    제1 정류 스위치가 형성된 제1 정류 경로, 제2 정류 스위치가 형성된 제2 정류 경로, 상기 제1 정류 스위치의 동작 전원을 제공하는 제1 구동 경로 및, 상기 제2 정류 스위치의 동작 전원을 제공하는 제2 구동 경로를 포함하며, 상기 변압기로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 만드는 동기 정류기; 및
    상기 동기 정류기의 출력을 입력하여 외부로 출력하는 출력부를 포함하되,
    상기 제1 구동 경로는 상기 2차 코일과 상기 제1 정류 스위치 사이에 형성되고, 상기 제2 구동 경로는 상기 2차 코일과 상기 제2 정류 스위치 사이에 연결되며, 상기 제1 및 제2 정류 스위치는 교번으로 턴 온/오프하고,
    상기 다중 코일은 유기된 전원을 상기 제1 정류 경로에 인가하는 제1 코일, 유기된 전원을 상기 제2 정류 경로에 인가하는 제2 코일, 유기된 전원을 상기 제1 구동 경로에 인가하는 제1 구동 코일, 유기된 전원을 상기 제2 구동 경로에 인가하는 제2 구동 코일을 포함하며, 상기 제1 코일과 상기 제1 구동 코일에 정방향의 전압이 유기될 때 상기 제2 코일 및 상기 제2 구동 코일에는 부방향의 전압이 유기되도록 하는 것을 특징으로 하는 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인버터부의 출력단과 상기 변압기부의 입력단 사이에 연결된 LC 공진 회로를 더 포함하는 자기 구동 정류기를 갖는 전력 컨버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 코일과 제1 구동 코일 및 상기 제2 코일과 제2 구동 코일 각각은 동일한 권선 방향을 가지는 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일, 상기 제1 및 제2 구동 코일 모두는 동일한 권선 방향을 가지는 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일은 하나의 코일인 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일은 서로 다른 코일인 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터.
  8. 제3항에 있어서
    상기 제1 및 제2 정류 스위치는 트랜지스터이며,
    상기 변압기부는,
    동일한 권선 방향을 가지는 상기 제1 구동 코일, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제2 구동 코일이 직렬로 연결되며, 상기 제1 구동 코일의 일단은 상기 제1 정류 스위치의 게이트에 연결되고, 상기 제1 구동 코일의 타단과 상기 제1 코일의 일단의 접점은 상기 제1 정류 스위치의 입력단에 연결되며, 상기 제2 구동 코일의 일단은 상기 제2 정류 스위치의 게이트에 연결되고, 상기 제2 구동 코일의 타단과 상기 제2 코일의 일단의 접점은 상기 제2 정류 스위치의 입력단에 연결되며, 상기 제1 코일의 타단과 상기 제2 코일의 타단의 접점은 상기 출력부에 연결되고, 이때 상기 제1 및 제2 정류 스위치의 출력단은 서로 공통으로 연결되어 상기 출력부에 연결되는 자기 구동 동기 정류기를 갖는 전력 컨버터.
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KR20170035583A (ko) 2015-09-23 2017-03-31 청주대학교 산학협력단 스위칭 전원장치의 스위치 정류기 구동회로

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