KR100988561B1

KR100988561B1 - 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치

Info

Publication number: KR100988561B1
Application number: KR1020100082488A
Authority: KR
Inventors: 이동현; 엄태민; 김용
Original assignee: 주식회사 티엠에스아이엔씨
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2010-10-18

Abstract

본 발명은 스위칭 전원장치를 직류-직류 컨버터를 이용하여 효율은 높이고 부피는 감소시키며 후단에 선형 레귤레이터를 직렬 연결하여 노이즈와 리플을 제거할 수 있도록 하는 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치에 관한 것으로서, 입력전원의 역률개선을 하며 직류전압을 출력하는 교류-직류 역률개선 컨버터(210)와, 상기 교류-직류 역률개선 컨버터(210)의 출력을 다른 레벨의 직류전압으로 변환하는 직류-직류 컨버터(220)와, 상기 직류-직류 컨버터(220)의 출력에서 고주파 리플전압을 제거하는 선형 레귤레이터(230)와, 상기 직류-직류 컨버터(220)와 상기 선형 레귤레이터(230)의 반도체 스위치를 제어하는 콘트롤러(240)와, 상기 콘트롤러(240)는 선형레귤레이터(230)의 출력전압과 드롭다운보정전압(242)을 가산하여 직류-직류컨버터의 출력전압(244)을 설정하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치{Power converter using switched converter and linear regulator}

본 발명은 스위칭 컨버터 및 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 스위칭 전원장치를 프리 레귤레이터를 이용하여 효율은 높이고 부피는 감소시키며 후단에 선형 레귤레이터를 직렬 연결하여 노이즈와 리플을 제거할 수 있도록 하는 스위칭 컨버터 및 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치에 관한 것이다.

일반적으로 전원장치는 선형 전원 공급장치와 스위칭 전원장치로 나눌 수 있다.

상기 선형 전원 공급장치의 일반적인 구성은 상용전원이 220V의 교류전원을 입력받는 입력전원부, 상기 입력전원부에 연결되는 변압기, 브릿지 다이오드로 이루어진 교류-직류변환부와 커패시턴으로 이루어진 직류 평활부로 이루어지며, 그 작용에 대해서 살펴보면, 입력전원부를 통해 교류전원을 인가받으면 1차 코일 및 2차 코일로 이루어진 변압기에서 교류 전원을 전압으로 변압시키고 브릿지 다이오드로 이루어진 직류 평활부를 통해 직류 전원이 평활되고 평활된 직류 전원은 선형 공급장치와 연결되어 있는 전자기기로 공급되어, 전자기기가 동작 되도록 한다.

그리고 스위치 모드 파워 서플라이(SMPS)는, 스위칭 전원공급장치로서, 이와 관련된 기술의 발달로 인하여 선형 전원보다 소형 화 , 경량화 되어가고 있다.

도 1은 일반적인 스위칭 모드 전원공급장치의 구성을 도시한 회로도로, 입력전원을 인가 받아 각 기기에 소정의 직류전원을 공급하는 스위칭 모드 전원회로는, 변압기(10)와, 정류평활부(20)와, 피드백부(30)와 스위칭부(40)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 변압기(10)는, 1차측 권선의 입력전원에 따라 2차측으로 권선비에 비례하는 출력전압을 유기시키며, 상기 정류평활부(20)는, 상기 변압기의 2차측의 출력단과 연결되어, 상기 변압기의 2차측에 유기되는 출력전압을 정류 및 평활화하여 일정 레벨의 유기 전압을 출력하게 한다.

또한, 상기 피드백부(30)는, 상기 트랜스의 2차측 출력단과 직렬 연결되어 있으며, 상기 정류평활부(20)에 의해 정류 및 평활화된 출력전압의 오차를 검출하여 이를 스위칭부(40)로 피드백 시킴과 아울러, 출력전압을 레귤레이터에 인가시킨다,

이에, 상기 스위칭부(40)는, 상기 검출 신호의 전압레벨에 따라, 트랜스의 1차측 온-오프의 듀티비를 변환시키는 PWM IC를 포함하여 구성하여, 도 1에 도시되지 아니한 상기 변압기의 1차측에 접속한 내부 스위칭소자에 상기 PWM IC의 펄스폭 발진에 따라 제어신호를 보내어 상기 스위칭소자를 온-오프 동작을 반복적으로 수행하게 되며, 상기 트랜스의 2차측 유기전압은 레귤레이터부를 통해 출력전압을 일정하게 유지하게 된다.

그러나 선형전원장치는 노이즈가 적고 구조가 간단하다는 장점은 있으나, 무게가 무겁고 부피가 크며, 효율이 낮다는 단점을 가지고 있다.

그리고 스위칭 전원장치는 부피가 적고 무게가 가벼우며 효율이 높은 반면 출력에 노이즈 성분이 많이 생긴다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스위칭 전원장치를 직류-직류 컨버터를 이용하여 효율은 높이고 부피는 감소시키며 후단에 선형 레귤레이터를 직렬 연결하여 노이즈와 리플을 제거할 수 있도록 하는 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 일 실시예는, 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치에 있어서, 입력전원의 역률개선을 하며 직류전압을 출력하는 교류-직류 역률개선 컨버터(210)와, 상기 교류-직류 역률개선 컨버터(210)의 출력을 다른 레벨의 직류전압으로 변환하는 직류-직류 컨버터(220)와, 상기 직류-직류 컨버터(220)의 출력에서 고주파 리플전압을 제거하는 선형 레귤레이터(230)와, 상기 직류-직류 컨버터(220)와 상기 선형 레귤레이터(230)의 반도체 스위치를 제어하는 콘트롤러(240)와, 상기 콘트롤러(240)는 선형레귤레이터(230)의 출력전압과 드롭다운보정전압(242)을 가산하여 직류-직류컨버터(220)의 출력전압을 설정하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 선형 레귤레이터(230)는, 상기 직류-직류 컨버터의 출력전압(244)에 포함되어 있는 리플과 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 드롭다운 보정전압(242)은, 회로소자에 의해 그 값이 미리 결정되는 것을 특징으로 한다.

상기 콘트롤러(240)는, 선형 레귤레이터의 출력전압(241)과 드롭다운 보정전압(242)을 가산기(243)를 통하여 가산하여 직류-직류 컨버터의 출력전압(244)을 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 선형 레귤레이터(230)는 입출력 상호간의 전위차를 드롭다운 전압만큼 발생되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명은 스위칭 전원에 비해 리플과 노이즈가 적으며, 선형전원에 비하여 무게 및 부피가 줄어들 뿐만 아니라 효율이 높아진다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 피드백 민감도를 적게 가져갈 수 있으며, 즉응성이 향상된다는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스위칭 전원 공급장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 적용된 전원장치의 콘트롤러를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치는 도 2에 도시된 바와 같이 입력전원의 역률개선을 하며 직류전압을 출력하는 교류-직류 역률개선 컨버터(210)와, 상기 교류-직류 역률개선 컨버터(210)의 출력을 다른 레벨의 직류전압으로 변환하는 직류-직류 컨버터(220)와, 상기 직류-직류 컨버터(220)의 출력에서 고주파 리플전압을 제거하는 선형 레귤레이터(230)와, 상기 직류-직류 컨버터(220)와, 상기 선형 레귤레이터(230)의 반도체 스위치를 제어하는 콘트롤러(240)와 ,상기 콘트롤러(240)는 선형레귤레이터(230)의 출력전압과 드롭다운보정전압(242)을 가산하여 직류-직류컨버터의 출력전압(244)을 설정하여 이루어진다.

상기 선형 레귤레이터(230)는, 상기 직류-직류 컨버터의 출력전압(244)에 포함되어 있는 리플과 노이즈를 제거한다.

상기 드롭다운 보정전압(242)은, 회로소자에 의해 그 값이 미리 결정된다.

상기 콘트롤러(240)는, 상기 콘트롤러(240)는 상기 선형 레귤레이터의 출력전압(241)과 드롭다운 보정전압(242)을 가산기(243)를 통하여 가산하여 직류-직류 컨버터의 출력전압(244)을 설정한다.

상기 선형 레귤레이터(230)는 입출력 상호간의 전위차를 드롭다운 전압만큼 발생하게 된다.

상기와 같이 구성된 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이 교류-직류 역률개선 컨버터(210)는 입력전원의 역률을 개선하여 교류전압을 직류전압으로 변환하여 직류-직류 컨버터(220)로 출력한다.

그러면, 직류-직류 컨버터(220)는 상기 교류-직류 역률개선 컨버터(210)의 출력을 입력받아 다른 레벨의 직류전압으로 변환하고, 직류전압에 포함되어 있는 고주파 리플전압을 제거한 후 선형 레귤레이터(230)로 출력한다. 이때 상기 직류-직류 컨버터(220)와 선형 레귤레이터(230)의 반도체 스위치는 상기 콘트롤러(240)에 의해 제어된다.

즉, 직류-직류 컨버터(220)에서 출력되는 최소 입력전압은 선형 레귤레이터의 출력전압(241)에 선형 레귤레이터(230)에 구비된 반도체 소자의 드롭다운 전압을 보정할 수 있는 드롭다운 보정전압을 가산시킨 값을 가지게 된다.

여기서 선형 레귤레이터(230)에 구비된 반도체소자는 전계효과 트랜지스터(FET) 또는 트랜지스터(TR) 등을 포함한다.

상기 선형 레귤레이터(230)는 직류-직류 컨버터(220)에서 출력되는 최소 입력전압을 입력받아 전압에 포함되어 있는 노이즈를 제거하고, 상기 콘트롤러(240)의 제어에 응하여 상기 최소 입력전압을 미리 설정되어 있는 출력레벨을 가지는 구동전압으로 변환시켜 부하로 출력한다.

이때, 콘트롤러(240)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 선형 레귤레이터 출력전압(241)을 입력받고, 상기 입력되는 출력전압에 미리 설정되어 있거나, 내부 메모리(미도시)에 저장되어 있는 계산 프로그램에 의해 계산된 드롭다운 보정전압(242)을 가산기(243)를 통하여 가산시켜 상기 직류-직류 컨버터의 출력전압이 출력되도록 제어한다.

그리고 콘트롤러(240)는 상기 선형 레귤레이터(230)에서도 미리 설정되어 있는 일정한 전압이 항상 출력되도록 제어하게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있을 것이지만, 이는 첨부된 청구항에서 포함되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

210 : 교류-직류 역률개선 컨버터
220 : 직류-직류 컨버터
230 : 선형 레귤레이터
240 : 콘트롤러
241 : 선형레귤레이터의 출력전압
242 : 드롭다운 보정전압
243 : 가산기
244 : 직류-직류 컨버터의 출력전압

Claims

스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치에 있어서,
입력전원의 역률개선을 하며 직류전압을 출력하는 교류-직류 역률개선 컨버터(210);
상기 교류-직류 역률개선 컨버터(210)의 출력을 다른 레벨의 직류전압으로 변환하는 직류-직류 컨버터(220);
상기 직류-직류 컨버터(220)의 출력에서 고주파 리플전압을 제거하는 선형 레귤레이터(230);
상기 직류-직류 컨버터(220)와 상기 선형 레귤레이터(230)의 반도체 스위치를 제어하는 콘트롤러(240);
상기 콘트롤러(240)는 선형레귤레이터(230)의 출력전압과 드롭 다운 보정전압(242)을 가산하여 직류-직류컨버터의 출력전압(244)을 설정하는 것을 특징으로 하는 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형 레귤레이터(230)는, 상기 직류-직류 컨버터의 출력전압(244)에 포함되어 있는 리플과 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치.
제 1 항에 있어서,
상기 드롭다운 보정전압(242)은, 회로소자에 의해 그 값이 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치.
제 1 항에 있어서,
상기 콘트롤러(240)는, 선형 레귤레이터의 출력전압(241)과 드롭다운 보정전압(242)을 가산기(243)를 통하여 가산하여 직류-직류 컨버터의 출력전압(244)을 설정하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형 레귤레이터(230)는 입출력 상호간의 전위차를 드롭다운 전압만큼 발생되는 것을 특징으로 하는 스위칭 컨버터와 선형 레귤레이터를 이용한 전력변환장치.