KR101011705B1 - 디씨-디씨 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전압 컨버터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 입력받은 미세한 직류전압을 사용자의 요구에 따라 가변적으로 승압시켜 출력할 수 있는 디씨-디씨 컨버터에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터는, 승압 가능한 전압 범위인 다수의 전압레벨값 중 어느 하나의 전압레벨값을 선택하기 위한 출력전압스위칭부; 코일의 역기전력을 이용하여 입력단을 통해 인가받은 직류전압을 상기 전압레벨값까지 단계적으로 승압시키는 승압부; 및 상기 코일에 역기전력을 발생시키기 위해 상기 승압부가 상기 코일을 충전 또는 방전하도록 제어하는 충방전제어부를 포함한다.

본 발명의 디씨-디씨 컨버터에 따르면, 정해진 규격이 아닌 미세한 전압으로도 사용자가 필요한 수준의 충분한 전압을 출력할 수 있다.

나아가, 본 발명의 디씨-디씨 컨버터는 출력전압을 가변적으로 제공할 수 있어 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

DC-DC 컨버터, 스텝업, 부스트, 스위칭

Description

디씨-디씨 컨버터{DC-DC converter}

본 발명은 전압 컨버터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 입력받은 미세한 직류전압을 사용자의 요구에 따라 가변적으로 승압시켜 출력할 수 있는 디씨-디씨 컨버터에 관한 것이다.

컨버터란, 회로망 또는 변환기라고도 불리는 것으로 주파수나 전압 등을 사용자가 요구하는 규격으로 변환하는데 이용되며, 널리 알려진 바로는 교류전압을 직류전압으로 변환하는 장치가 이에 포함된다.

특히 이 중에서 디씨-디씨 컨버터는 입력되는 일정 크기의 직류전압을 다른 크기의 직류전압으로 변환하는데 이용된다.

이러한 디씨-디씨 컨버터는 말 그대로 직류입력을 넣어 전압과 전류를 정해진 규격으로 변환한 다음 다시 직류로 출력되는 컨버터를 뜻하는 것으로, 저발열 고효율의 직류전압 변환을 위해 이용되고 있다.

종래의 디씨-디씨 컨버터에서는 기기마다 입력과 출력의 전압이 정해져 있어, 범용적인 사용이 어려운 문제점이 있었다.

예를 들면, 종래의 디씨-디씨 컨버터는 입력은 4V, 출력은 12V 등과 같이 기 기가 출고될 때 정해진 규격으로만 동작하였으므로, 입력전압이 정해진 값(위의 경우 4V)미만으로 공급될 경우 컨버터가 동작하지 않는 문제점이 있었다.

또한, 출력되는 전압도 정해져 있어, 서로 다른 정격전압을 갖는 기기를 구동하기 위해서는 이에 해당하는 출력값을 갖는 디씨-디씨 컨버터를 일일이 구매하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정해진 규격이 아닌 미세한 전압이 입력되어도 사용자가 필요한 수준의 전압으로 승압시킬 수 있는 디씨-디씨 컨버터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 사용자의 요구에 따라 가변적인 출력전압을 제공할 수 있는 디씨-디씨 컨버터를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터는, 승압 가능한 전압 범위인 다수의 전압레벨값 중 어느 하나의 전압레벨값을 선택하기 위한 출력전압스위칭부; 코일의 역기전력을 이용하여 입력단을 통해 인가받은 직류전압을 상기 전압레벨값까지 단계적으로 승압시키는 승압부; 및 상기 코일에 역기전력을 발생시키기 위해 상기 승압부가 상기 코일을 충전 또는 방전하도록 제어하는 충방전제어부를 포함한다.

나아가, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터는, 상기 코일을 통해 출력되는 출력전류를 감지하고, 상기 출력전류의 통전상태를 표시하기 위한 상태신호를 출력하는 감지부; 및 서로 다른 색의 LED를 구비하며, 상기 감지부로부터 출력된 상기 상태신호에 따라 상기 서로 다른 색의 LED를 점등하여 사용자가 상기 출력전류의 통전상태를 알 수 있도록 하는 상태표시부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 디씨-디씨컨버터는, 상기 승압부로 입력되는 직류전압의 노이즈를 제거하기 위한 입력노이즈제거부를 더 포함하고, 상기 입력노이즈제거부는 다수개의 소용량 커패시터가 서로 병렬연결되어 구성되는 것이 바람직하다.

이와 더불어, 본 발명의 디씨-디씨컨버터는, 상기 승압부를 통해 출력되는 출력전류의 보상을 위한 출력보상부를 더 포함하고, 상기 출력보상부는 다수개의 소용량 커패시터가 서로 병렬연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 디씨-디씨컨버터.

본 발명의 디씨-디씨 컨버터에 따르면, 정해진 규격이 아닌 미세한 전압으로도 사용자가 필요한 수준의 충분한 전압을 출력할 수 있다.

나아가, 본 발명의 디씨-디씨 컨버터는 출력전압을 가변적으로 제공할 수 있어 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

더불어, 출력상태를 사용자가 육안으로 확인할 수 있도록 함으로써 기기의 고장유무를 용이하게 인식할 수 있으며, 본 발명에 연계된 피충전물이 과충전되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 노이즈제거와 출력보상을 위해 이용도는 고용량의 커패시터를 서로 병렬연결된 소형 커패시터로 대체하여 이용함으로써 사용자가 휴대가능하도록 소형으로 제작 가능한 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터의 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터(100)는 기본적으로 승압부(110), 충방전제어부(120) 및 출력전압스위칭부(130)를 포함한다.

출력전압스위칭부(130)는 사용자 조작에 따라 승압부(110)가 서로 다른 둘 이상의 출력전압을 출력할 수 있도록 한다.

즉, 출력전압스위칭부(130)는 승압부(110)가 입력받은 직류전압을 승압부(110)가 승압 가능한 전압범위 내에서 승압하고자 하는 목적범위인 전압레벨값을 지정하는데 이용되며, 이와 같은 기능을 수행하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 출력전압스위칭부(130)는 서로 다른 값을 갖는 두 개의 저항(R3, R4)을 통해 상호 배타적인 피드백전압이 승압부(110)로 피드백될 수 있도록 한다.

다시 말해, 서로 다른 두 저항값에 의해 변환되는 전류값이 승압부(110)로 피드백되면, 승압부(110)는 상기 피드백된 전압값을 참조하여 입력된 직류전압을 승압시키게 된다.

본 발명에서는 바람직하게 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 저항(R3, R4)을 이용하여 승압부(110)의 출력전압을 14V와 28V로 변환할 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 저항의 갯수나 출력전압의 범위 등은 얼마든지 변경될 수 있다.

승압부(110)는 코일, 즉 인덕터(L1)의 역기전력을 이용하여 입력단을 통해 인가받은 직류전압을 출력전압스위칭부(130)에 의해 선택된 전압레벨까지 승압시킨다.

이렇게 승압부(110)가 전압을 승압시키는 원리는 승압단(112)에 의한 스위칭에 있는데, 코일(L1)의 출력측과 연결된 승압제어단(112)의 4번째 출력라인(이하, '4번 스위치'라 함)을 통해, 코일(L1)을 경유하여 출력되는 전류에 대해 스위치온 또는 스위치오프 제어를 함으로써, 역기전력을 일으키는 것이다.

좀 더 자세히 설명하면, 승압제어단(112)의 상기 4번 스위치에 의해 스위치온 상태가 되면 코일(L1)에 의해 다소 시간이 지체되어 전류가 흐르고, 스위치오프 상태가 되면 바로 전류가 끊기지 않고 시정수에 의해서 서서히 줄어들게 된다.

이렇게 코일(L1)이 내부에 가지고 있는 자계에 의해서 마치 전류원처럼 전류를 흘리는 상태에서 다시 4번 스위치를 스위치온 시키면, 상기 4번 스위치가 스위치온되는 시점의 입력전압과 코일(L1)에 남아있는 에너지가 합해져서 결국 입력되었던 직류전압이 승압되는 것이다.

인덕터는 그 특성에 의해 그 양단에 가해진 전압에 비례하는 기울기로 전류가 변하므로, 상기 4번 스위치가 '온(on)' 상태인 동안에는 입력전압(Vi)이 걸리면서 전류는 양의 기울기로 증가하게 되고, 상기 4번 스위치가 '오프(off)' 상태인 동안에는 전류가 음의 기울기로 감소하기 위해 인덕터 양단의 전압의 부호가 바뀌게 된다.

즉, Vo는 Vi보다 커야만 하고, 그 차이 Vo-Vi에 비례하는 기울기로 전류가 감소하며, 인덕터 전류가 감소하여 처음으로 상기 4번 스위치가 '온' 상태가 되던 순간의 값이 되면 다시 상기 4번 스위치를 '온' 하면서 새로운 주기를 시작한다.

여기서, 만일 상기 4번 스위치가 일찍 '온' 상태가 되면서 전류가 처음 주기 시작 때의 전류에 이르지 못했는데 한 주기가 끝나고 새 주기가 시작되면, 보다 높은 전류에서 다시 주기를 시작하게 되고 이에 따라 상기 4번 스위치가 '오프'상태가 되면 더 많은 전류가 커패시터와 부하에 흐르게 된다.

그리하여, Vo는 더 상승하게 되고 Vo-Vi는 더 커져서 전류의 감소량도 더 증가하게 되며, 이렇게 스위칭 주기가 반복되면, 결국은 더 높은 Vo에서 정상상태에 이르게 된다.

이러한 원리로 본 발명은 미세한 입력 전압으로부터 사용자가 요구하는 수준의 전압을 만들어낼 수 있는 것이다.

여기서, 본 발명의 승압단(112)은 바람직하게 내셔널 세미컨덕터 사(社)의 'LM2585'칩을 이용할 수 있으나, 승압단(112)의 구성이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 기능을 수행할 수 있다면 다른 IC으로 대체하여 사용하는 것도 얼 마든지 가능하다.

충방전제어부(120)는 코일에 역기전력을 발생시키기 위해 승압부(110)가 코일(L1)을 충전 또는 방전하도록 제어한다.

즉, 본 발명의 승압부(110)는 충방전제어부(120)의 제어에 따라 입력전압을 승압하게 되며, 따라서, 본 발명의 상기 4번 스위치의 스위칭 주기 등과 같은 실제적인 승압동작은 충방전제어부(120)의 설정에 따라 변화된다.

이러한 충방전제어부(120)의 기능은 충방전제어단(122)에 의해 이루어지는 것으로, 바람직하게 충방전제어단(122)은 내셔널 세미컨덕터 사(社)의 'LM2904'칩을 이용할 수 있다.

한편, 본 발명은 감지부(140)와 상태표시부(150)를 더 포함할 수 있는데, 이러한 감지부(140)와 상태표시부(150)의 기능 및 역할은 다음과 같다.

우선, 감지부(140)는 승압부(110)의 코일(L1)을 통해 출력되는 출력전류를 감지하고, 이러한 출력전류의 통전상태에 대한 상태신호를 출력한다.

즉, 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이 승압을 위해 코일(L1)에 흐르는 전류를 제어하게 되므로, 이러한 전류의 제어에 따른 출력상태 또는 비출력상태를 표시하기 위한 상태신호를 출력한다.

예를 들면 이러한 상태신호를 통해 출력단에 전원을 공급하기 위한 대상이 연결되어 있을 때, 코일이 스위치 'on'상태일 경우 적색LED가, off시에는 녹색LED가 구동되도록 할 수 있으며, 이러한 구성을 통해 본 발명은 사용자가 육안으로 고장유무를 확인할 수 있으며, 나아가 본 발명에 연계된 피충전물이 과충전되는 것을 사용자가 인식할 수 있도록 하여 이에 따른 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 상태표시부(150)는 서로 다른 색의 LED(LED1, LED2)를 구비하며, 감지부(140)로부터 출력된 상기 상태신호에 따라 서로 다른 색의 LED(LED1, LED2)를 점등하여 상기 출력전류의 통전상태를 알 수 있도록 한다.

즉, 상기 출력전류가 출력되고 있다면 푸른색의 LED를 점등하고, 상기 출력전류가 비출력상태일 경우 붉은색의 LED를 점등하는 것과 같은 구성에 의해 사용자가 쉽게 본 발명의 출력상태를 가늠할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 본 발명은 승압부(110)로 입력되는 직류전압의 노이즈를 제거하기 위한 입력노이즈제거부(160)를 더 포함할 수 있는데, 이러한 입력노이즈제거부(160)는 다수개의 소용량 커패시터(C3, C6, C7, C8)가 서로 병렬연결되어 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 통해 본 발명은 입력되는 전압의 노이즈를 제거함으로써 좀 더 나은 성능을 발휘할 수 있을 뿐 아니라, 대형의 커패시터를 병렬 연결된 소형 커패시터로 대신 함으로 기기의 크기를 줄일 수 있어 사용자의 휴대가 간편한 장점이 있다.

여기서, 입력노이즈제거부(160)는 본 발명에 따른 컨버터의 원활한 도 1에 도시된 것과 같이 역전류를 방지하기 위한 다이오드(D5)가 구비될 수 있다.

이와 더불어, 본 발명은 승압부(110)를 통해 출력되는 전류의 보상을 위한 출력보상부(170)를 더 포함하는 것도 가능하다.

앞서 승압부(110)의 원리에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 코일(L1)의 역기전력을 이용해야 하므로 전류의 공급이 불가피하게 중단되게 되는데, 이러한 문제점을 출력보상부(170)의 커패시터(C13, C16, C17, C20, C19, C18)이 보상해 줌으로써 출력단으로 연속적인 전류가 출력되도록 한다.

이렇게 출력보상부(170)를 입력노이즈제거부(160)와 유사하게 다수개의 소용량 커패시터가 서로 병렬연결되도록 구성함으로써 본 발명에 따른 디씨-디씨 컨버터를 소형으로 제작하는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터의 회로도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 승압부 112 : 승압단

120 : 충방전제어부 122 : 충방전제어단

130 : 출력전압스위칭부 140 : 감지부

142 : 감지단 150 : 상태표시부

160 : 입력노이즈제거부 170 : 출력보상부

Claims (4)

1. 승압 가능한 전압 범위인 다수의 전압레벨값 중 어느 하나의 전압레벨값을 선택하기 위한 출력전압스위칭부;

   코일의 역기전력을 이용하여 입력단을 통해 인가받은 직류전압을 상기 전압레벨값까지 단계적으로 승압시키는 승압부; 및

   상기 코일에 역기전력을 발생시키기 위해 상기 승압부가 상기 코일을 충전 또는 방전하도록 제어하는 충방전 제어부;

   상기 코일을 통해 출력되는 출력전류를 감지하고, 상기 출력전류의 통전상태를 표시하기 위한 상태신호를 출력하는 감지부;

   서로 다른 색의 LED를 구비하며, 상기 감지부로부터 출력된 상기 상태신호에 따라 상기 서로 다른 색의 LED를 점등하여 사용자가 상기 출력전류의 통전상태를 알 수 있도록 하는 상태표시부;

   상기 승압부로 입력되는 직류전압의 노이즈를 제거하기 위한 다수개의 소용량 커패시터가 서로 병렬로 구성된 입력노이즈제거부; 및;

   상기 승압부를 통해 출력되는 전류의 보상을 위한 다수개의 소용량 커패시터가 서로 병렬연결된 출력보상부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디씨-디씨컨버터.
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