KR101013816B1 - Boost Power Factor Correction Circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부스트 역률 보상 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a boost power factor correction circuit.
본 발명은 전원 입력측과 상기 인덕터의 사이에 설치되어 전원 초기 입력 시에 초기 유입 전류를 상기 인덕터로는 인가되지 않게 차단하고 상기 캐패시터로 직접 인가하는 인러시 전류 방지 회로부를 포함한다.The present invention includes an inrush current prevention circuit unit installed between a power input side and the inductor to block an initial inflow current from being applied to the inductor at the initial power input and directly apply the capacitor to the capacitor.
부스트, 역률 보상, 인러시 Boost, power factor compensation, inrush
Description
본 발명은 부스트 역률 보상 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a boost power factor correction circuit.
일반적인, 부스트(Boost) PFC(Power Factor Correction)는, 라인 필터(line filter), 전류 제한 요소(current limiting device ), 정류기, 인덕터, 스위칭 소자, 다이오드 및, PFC 출력 커패시터로 이루어진다. In general, Boost PFC (Power Factor Correction) consists of a line filter, a current limiting device, a rectifier, an inductor, a switching element, a diode, and a PFC output capacitor.
상기한 PFC 회로의 동작 메커니즘은 통상적으로 널리 알려져 있다. 상기 전류 제한 요소는 저항이나 인덕터를 주로 사용하고, 써미스터나 기동 저항들이 사용되기도 한다. 이러한 전류 제한 요소는, 교류 전원이 PFC 회로에 인가될 때, 캐패시터가 충전이 되어있지 않아 입출력 전압차가 커지면서 입력 전류가 과도하게 PFC단의 인덕터로 흘러 들어가는 것을 방지하기 위해 적용되고 있다.The operating mechanism of the PFC circuit described above is generally well known. The current limiting element mainly uses resistors or inductors, and thermistors or starting resistors are also used. This current limiting element is applied to prevent the input current from excessively flowing into the inductor of the PFC stage when the AC power is applied to the PFC circuit, the capacitor is not charged and the input / output voltage difference increases.
상기 전류 제한 요소들은 적용 방법에 따라, 회로 기동 시뿐만 아니라 정상 동작 중에도 계속하여 전류가 흐르는 상시 동작형(constant type)과, 기동 시에만 연결되어 돌입 전류(In-rush current)를 제한하는 기동형이 있다. 상기 저항과 인덕터 및 써미스터가 상시 동작형이며, 상기 기동 저항이 기동형이다.The current limiting elements are a constant type in which current continues to flow not only at the start of a circuit but also during normal operation, and a start type that is connected only at start to limit in-rush current. have. The resistor, the inductor and thermistor are always in operation, and the starting resistor is in the starting type.
상시 동작형 중에서, 저항은 회로 동작 시 계속해서 전류를 흘리므로 손실로 인한 발열이 심하며 전체 시스템의 에너지 효율을 저하시키는 문제점이 있으며, 인덕터의 경우에는, 전원 주파수(50~60Hz)의 전압이 인가되므로 크고 비싼 문제점이 있다. 써미스터는 손실로 인한 발열이 심하고, 온도가 증가한 상태에서 재기동을 하면 전류 제한 기능이 무력화되는 문제점이 있으며, 기동형인 기동 저항은 스위치가 동작하지 않고 개방되어 있으면 상기 저항과 동일하게 회로 동작 시 계속해서 전류를 흘리므로 손실로 인한 발열이 심하며 전체 시스템의 에너지 효율을 저하시키는 문제점이 있다. In the always-on type, since the resistance continuously flows during circuit operation, the heat generation due to loss is severe and there is a problem of lowering the energy efficiency of the entire system.In the case of the inductor, a voltage of a power frequency (50 to 60 Hz) is applied. There is a big and expensive problem. Thermistor generates a lot of heat due to loss, and restarts in a state where the temperature is increased. The current limiting function is disabled. The starter type starting resistor is the same as the above resistor if the switch is open without a switch. Since the current flows, the heat generated by the loss is severe and there is a problem of lowering the energy efficiency of the entire system.
그 이외에 또 다른 전류 제한 요소로서 퓨저블(Fusable)저항도 있으나 온/오프시 고장 확률이 높은 문제가 있다. In addition, there is a fusible resistor as another current limiting element, but there is a problem of high probability of failure upon turning on and off.
본 발명의 실시예는 역률 보상 회로의 초기 전원 인가 시의 인러시 전류를 방지할 수 있다.The embodiment of the present invention can prevent the inrush current when the initial power is applied to the power factor correction circuit.
본 발명의 일 실시예는 인덕터와 캐패시터 및 스위칭 소자를 포함하는 부스트 역률 보상 회로로서, 전원 입력측과 상기 인덕터의 사이에 설치되어 전원 초기 입력 시에 초기 유입 전류를 상기 인덕터로는 인가되지 않게 차단하고 상기 캐패시 터로 직접 인가하는 인러시 전류 방지 회로부를 포함한다.An embodiment of the present invention is a boost power factor correction circuit including an inductor, a capacitor, and a switching element, and is installed between a power input side and the inductor to block an initial inflow current from being applied to the inductor during initial power input. And an inrush current preventing circuit unit directly applied to the capacitor.
본 발명은 전원 입력 초기에 인덕터에 전압을 인가하지 않고 PFC 출력 캐패시터에 직접적으로 전압을 충전하고 일정 시간이 경과하면 PFC 출력 캐패시터에 대한 직접 전압 충전은 중단하고 인덕터에 전압을 인가함으로써, 역률 보상 회로의 초기 전원 인가 시의 인러시 전류를 방지할 수 있다.The present invention provides a power factor correction circuit by charging a voltage directly to a PFC output capacitor without applying a voltage to an inductor at an initial stage of power input, and stopping direct voltage charging to a PFC output capacitor after a predetermined time and applying a voltage to the inductor. It is possible to prevent the inrush current when the initial power is applied.
또한, 본 발명의 실시예는, 전원 입력 초기에 인덕터에 전압을 인가하지 않고 PFC 출력 캐패시터에 직접적으로 전압을 충전하기 위한 스위치에 고장이 발생하더라도 스위치와 캐패시터 간의 연결 라인에 설치된 저항값에 의해 부하를 차단하고 발열 발생을 방지할 수 있다.In addition, the embodiment of the present invention, even if a failure occurs in the switch for directly charging the voltage to the PFC output capacitor without applying a voltage to the inductor at the beginning of the power input by the resistance value installed in the connection line between the switch and the capacitor It can cut off and prevent the generation of heat.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 역률 보상 회로의 회로구성도이다.1 is a circuit diagram illustrating a boost power factor correction circuit according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부스트 역률 보상 회로는, 라인 필터(10)와 정류기(20)와 인덕터(NLM)와 제 1 다이오드(D1)와 제 1 스위칭 소자(M1)와 PFC 출력 캐패시터(VPFC)와 인러시 전류 방지 회로부(100) 및 스위칭 소자(M1)의 스위칭 동작을 제어하는 제어 IC(도시되지 않음)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a boost power factor correction circuit according to an embodiment of the present invention includes a
상기 라인 필터(10)는 입력 교류전압(VAC)의 양단에 연결되고, 상기 정류기(20)는 상기 라인 필터(10)의 출력측 양단에 연결된다.The
상기 인덕터(NLM)는 정류기(20)의 일단에 직렬로 연결되고, 상기 제 1 다이오드(D1)는 애노드가 인덕터(NLM)의 일단에 연결되고 캐소드가 캐패시터(VPFC)의 일단에 연결된다.The inductor N LM is connected in series with one end of the
상기 제 1 스위칭 소자(M1)는, 예컨대, MOSFET(Metaloxide Semiconductor Field-Effect Transistor)일 수 있으며, 제 1 스위칭 소자(M1)의 제2단인 드레인단은 인덕터(NLM)와 제 1 다이오드(D1)의 사이에 연결되고 제1단인 소스단은 접지단에 연결되며, 제3단인 게이트단은 제어 IC에 연결되어 제어 IC의 제어에 따라 스위칭 동작된다.The first switching device M1 may be, for example, a MOSFET (Metaloxide Semiconductor Field-Effect Transistor), and the second terminal of the first switching device M1 may include an inductor N LM and a first diode D1. The first end is connected to ground and the third end is connected to the ground, and the third end is connected to the control IC and is switched according to the control of the control IC.
상기 캐패시터(VPFC)의 일단은 제 1 다이오드(D1)의 캐소드와 인러시 전류 방지 회로부(100)에 연결되고 타단은 접지된다.One end of the capacitor V PFC is connected to the cathode of the first diode D1 and the inrush current
상기 인러시 전류 방지 회로부(100)는 스위치(S1)와 연결 라인(110)과 다이오드(D10) 및 저항(R10)을 포함한다.The inrush current
상기 스위치(S1)는 일단이 라인 필터(10)를 통해 입력 교류전압(VAC)의 양극(+)단에 연결되고 타단이 정류기(20)를 통해 인덕터(NLM)에 연결되며, 상기 연결 라인(110)은 (라인 필터(10)를 통해) 입력 교류전압(VAC)의 양극(+)단과 스위치(S1)의 사이를 캐패시터(VPFC)에 연결한다. 상기 다이오드(D10) 및 저항(R10)은 연결 라인(110)에 직렬로 연결된다.One end of the switch S1 is connected to the positive terminal of the input AC voltage V AC through the
이제 상기와 같이 본 발명의 실시예의 동작을 설명한다.The operation of the embodiment of the present invention will now be described as above.
초기 상태에서는, 인러시 전류 방지 회로부(100)의 스위치(S1)가 개방(open)되어 있고, 교류전압(VAC)이 인가되면 인러시 전류 방지 회로부(100)의 다이오드(D10)가 도통되어 저항(R10)을 통해 PFC 출력 캐패시터(VPFC)에 입력 전압 최대값으로 충전 및 유지된다.In the initial state, the switch S1 of the inrush current
일정 시간 후, 제어 IC에 의해 스위치(S1)가 폐쇄(close)되면 저항(R10)을 통해 전류는 흐르지 않고 PFC 동작만 하게 된다.After a certain time, when the switch S1 is closed by the control IC, no current flows through the resistor R10 and only the PFC operation is performed.
만약, 스위치(S1)가 정상적으로 동작이 되지 않아 스위치(S1)만 개방되어 있는 상태에서, 역률 보상 회로의 다른 기능들은 정상 동작을 하게 될 때, 저항(R10)값에 의해, PFC 출력에 부하가 걸리는 경우에도 저항(R10)에서의 전압 강하로 인해, PFC 출력 캐패시터(VPFC)의 전압이 낮아지므로, 부하는 동작을 멈추게 된다. 따라서, 저항(R10)에서의 발열은 없게 된다.If the switch S1 does not operate normally and only the switch S1 is opened, the other functions of the power factor correction circuit may operate normally. Even when caught, the voltage of the PFC output capacitor V PFC is lowered due to the voltage drop in the resistor R10, so that the load stops the operation. Therefore, no heat is generated in the resistor R10.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부스트 역률 보상 회로의 회로구성도 이다. 도 2의 본 발명의 다른 실시예는, 역률 보상 회로가 브리지리스(Bridgeless) 부스트 역률 보상 회로인 점에서만 차이가 있을 뿐, 그 외의 점에서는 도 1의 실시예와 동일하다.2 is a circuit diagram illustrating a boost power factor correction circuit according to another embodiment of the present invention. The other embodiment of the present invention of FIG. 2 differs only in that the power factor correction circuit is a bridgeless boost power factor correction circuit, and is otherwise identical to the embodiment of FIG.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 브리지리스 부스트 역률 보상 회로는, 라인 필터(10)와 인덕터(NLM)와 제 1, 2 다이오드(D1, D2)와 제1,2 스위칭 소자(M1, M2)와 PFC 출력 캐패시터(VPFC)와 인러시 전류 방지 회로부(100) 및 스위칭 소자(M1, M2)의 스위칭 동작을 제어하는 제어 IC(도시되지 않음)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the bridgeless boost power factor correction circuit according to another embodiment of the present invention includes a
상기 라인 필터(10)는 입력 교류전압(VAC)의 양단에 연결되고, 상기 인덕터(NLM)는 라인 필터(10)를 통해 입력 교류전압(VAC)의 양극(+)단에 직렬로 연결된다.The
상기 제 1 다이오드(D1)는 애노드가 인덕터(NLM)의 일단에 연결되고 캐소드가 캐패시터(VPFC)의 일단에 연결되며, 상기 제 2 다이오드(D2)는 애노드가 라인 필터(10)를 통해 입력 교류전압(VAC)의 음극(-)단에 연결되고 캐소드가 캐패시터(VPFC)의 일단에 연결된다.The first diode D1 has an anode connected to one end of an inductor N LM , and the cathode is connected to one end of a capacitor V PFC , and the second diode D2 has an anode connected through a
상기 제 1, 2 스위칭 소자(M1, M2)는, 예컨대, MOSFET일 수 있으며, 제 1 스위칭 소자(M1)의 제2단인 드레인단은 인덕터(NLM)와 제 1 다이오드(D1)의 사이에 연결되고 제1단인 소스단은 접지단에 연결되며, 제 2 스위칭 소자(M2)의 제2단인 드레인단은 (라인 필터(10)를 통해) 입력 교류전압(VAC)의 음극(-)단과 다이오드(D2)의 사이에 연결되고 소스단은 접지단에 연결된다.The first and second switching elements M1 and M2 may be, for example, MOSFETs, and a drain terminal, which is a second end of the first switching element M1, may be disposed between the inductor N LM and the first diode D1. The first terminal connected to the ground terminal is connected to the ground terminal, and the second terminal drain terminal of the second switching element M2 is connected to the negative terminal (-) of the input AC voltage V AC (via the line filter 10). It is connected between the diodes D2 and the source terminal is connected to the ground terminal.
제 1, 2 스위칭 소자(M1, M2)의 제3단인 각각의 게이트단은 제어 IC에 연결되어 제어 IC의 제어에 따라 스위칭 동작된다.Each gate end, which is the third end of the first and second switching elements M1 and M2, is connected to the control IC and switched according to the control of the control IC.
상기 캐패시터(VPFC)의 일단은 제 1 다이오드(D1)의 캐소드와 제 2 다이오드(D2)의 캐소드 및 인러시 전류 방지 회로부(100)에 연결되고 타단은 접지된다.One end of the capacitor V PFC is connected to the cathode of the first diode D1 and the cathode and inrush current
상기 인러시 전류 방지 회로부(100)는 스위치(S1)와 연결 라인(110)과 다이오드(D10) 및 저항(R10)을 포함한다.The inrush current
상기 스위치(S1)는 일단이 라인 필터(10)를 통해 입력 교류전압(VAC)의 양극(+)단에 연결되고 타단이 인덕터(NLM)에 연결되며, 상기 연결 라인(110)은 (라인 필터(10)를 통해) 입력 교류전압(VAC)의 양극(+)단과 스위치(S1)의 사이를 캐패시터(VPFC)에 연결한다. 상기 다이오드(D10) 및 저항(R10)은 연결 라인(110)에 직렬로 연결된다.One end of the switch S1 is connected to the positive terminal (+) of the input AC voltage V AC through the
이제 상기와 같이 본 발명의 다른 실시예의 동작을 설명한다.The operation of another embodiment of the present invention will now be described as above.
초기 상태에서는, 인러시 전류 방지 회로부(100)의 스위치(S1)가 개방되어 있고, 교류전압(VAC)이 인가되면 인러시 전류 방지 회로부(100)의 다이오드(D10)가 도통되어 저항(R10)을 통해 PFC 출력 캐패시터(VPFC)에 입력 전압 최대값으로 충전 및 유지된다.In the initial state, when the switch S1 of the inrush current
일정 시간 후, 제어 IC에 의해 스위치(S1)가 폐쇄되면 저항(R10)을 통해 전류는 흐르지 않고 PFC 동작만 하게 된다.After a certain time, when the switch S1 is closed by the control IC, no current flows through the resistor R10 and only the PFC operation is performed.
만약, 스위치(S1)가 정상적으로 동작이 되지 않아 스위치(S1)만 개방되어 있는 상태에서, 역률 보상 회로의 다른 기능들은 정상 동작을 하게 될 때, 저항(R10)값에 의해, PFC 출력에 부하가 걸리는 경우에도 저항(R10)에서의 전압 강하로 인해, PFC 출력 캐패시터(VPFC)의 전압이 낮아지므로, 부하는 동작을 멈추게 된다. 따라서, 저항(R10)에서의 발열은 없게 된다.If the switch S1 does not operate normally and only the switch S1 is opened, the other functions of the power factor correction circuit may operate normally. Even when caught, the voltage of the PFC output capacitor V PFC is lowered due to the voltage drop in the resistor R10, so that the load stops the operation. Therefore, no heat is generated in the resistor R10.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiment (s) have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiment (s), but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부스트 역률 보상 회로의 회로구성도.1 is a circuit diagram of a boost power factor correction circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부스트 역률 보상 회로의 회로구성도.2 is a circuit diagram illustrating a boost power factor correction circuit according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명><Description of the code used in the main part of the drawing>
10: 라인 필터 20: 정류기10: line filter 20: rectifier
100: 인러시 전류 방지 회로부 NLM: 인덕터100: inrush current prevention circuit portion N LM : inductor
D1, D10: 다이오드 M1: 스위칭 소자D1, D10: Diode M1: Switching Element
VPFC: 캐패시터 R10: 저항V PFC : Capacitor R10: Resistor
S1: 스위치S1: switch
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