KR101015471B1 - Current sensing circuit and power converter - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A current measuring circuit and a power converting device using the same are provided to improve the performance of a device by including an inductor part, a voltage dropping part, and a voltage detecting part. CONSTITUTION: A voltage dropping part(120) attenuates a common mode voltage applied to both ends of an inductor part. A voltage detecting part(130) detects the attenuated voltage. The voltage dropping part includes a voltage distributing circuit which is composed of a plurality of resistors. The resistors are connected in parallel with each other in the inductor part. The voltage distributing circuit determines the voltage on both ends of the inductor part based on the voltage value of both ends of an inductor.

Description

전류측정회로 및 이를 이용한 전력변환장치{Current sensing circuit and power converter} Current measuring circuit and power converter using same {Current sensing circuit and power converter}

본 발명은 전류측정회로 및 이를 이용한 전력변환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 공통 모드 전압을 갖는 전력변환장치에서 인덕터 전류를 측정할 수 있는 전류측정회로 및 이를 이용한 전력변환장치에 관한 것이다. The present invention relates to a current measuring circuit and a power converter using the same, and more particularly, to a current measuring circuit capable of measuring the inductor current in a power converter having a high common mode voltage and a power converter using the same.

스위칭 전력 변환장치에서 인덕터의 전류 제어를 하려면 전류센서가 필요하며, 전력 변환장치의 효율향상을 위해서는 전력손실이 적고 간단한 전류 센싱 방법이 필요하다. 일반적으로 인덕터 전류센싱을 위해서는 션트(Shunt)저항이나 변압기(transformer)를 사용하는 방법이 가장 많이 이용된다. 하지만 션트 저항을 이용한 방법은 저항에서 전력손실이 발생해 문제가 발생한다. 그리고 변압기를 이용한 전류센싱방법은 무손실 전류 측정방법이지만, 변압기의 리셋 회로가 필요하기 때문에 전류센싱회로가 복잡해진다.Current control of the inductor in the switching power converter requires a current sensor. In order to improve the efficiency of the power converter, low power loss and a simple current sensing method are required. In general, a shunt resistor or a transformer is most commonly used for inductor current sensing. However, the method using a shunt resistor causes a problem due to power loss in the resistor. The current sensing method using a transformer is a lossless current measurement method, but the current sensing circuit is complicated because a reset circuit of the transformer is required.

DCR 기법은 이러한 문제점을 해결하는 방법 중 하나로 측정회로가 간단하고 값이 싸며 전력 손실이 거의 없어 실제 응용분야에 많이 사용된다. 그러나 부스트 PFC 컨버터와 같이 높은 공통모드 전압을 가지는 컨버터의 경우 연산증폭기의 공통 모드 전압 범위를 넘어서기 때문에 구현이 불가능하다.The DCR technique is one of the solutions to this problem, and it is widely used in practical applications because the measurement circuit is simple, inexpensive, and there is little power loss. However, converters with high common-mode voltages, such as boost PFC converters, cannot be implemented because they exceed the common-mode voltage range of the operational amplifier.

도 1은 종래 기술에 의한 인덕터 전류측정회로의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of an inductor current measuring circuit according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 전류측정회로는, 인덕터(L)와 등가저항(RL)과 병렬로 연결된 저항(Rs)와 커패시터(Cs), 커패시터 양단전압을 측정하여 적절한 배율로 증폭하는 증폭기(g)로 구성된다. As shown in FIG. 1, a conventional current measuring circuit includes an amplifier (Rs), a capacitor (Cs), and an amplifier measuring the voltages across the capacitors connected in parallel with the inductor (L) and the equivalent resistor (RL) and amplifying at an appropriate magnification. (g).

이하에서, 도 1에 도시된 전류측정회로의 작용, 동작에 대해 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the operation and operation of the current measuring circuit shown in FIG. 1 will be described in detail.

도 1에 도시된 바와 같이, 인덕터(L)에 흐르는 전류(iL)에 의해 인덕터(L)와 등가저항(RL) 양단에 인가되는 전압(VL)은 수학식 1과 같다.As shown in FIG. 1, the voltage V L applied across the inductor L and the equivalent resistance R L by the current i L flowing in the inductor L is represented by Equation 1 below.

Figure 112009073930038-pat00001
Figure 112009073930038-pat00001

한편, 인덕터(L)와 등가저항(RL)에 병렬로 연결된 저항(Rs)와 커패시터(Cs)회로에서 커패시터(Cs) 양단에 인가되는 전압은 수학식 2와 같다.On the other hand, the voltage applied across the capacitor (Cs) in the resistor (Rs) and the capacitor (Cs) circuit connected in parallel to the inductor (L) and equivalent resistor (R L ) is shown in equation (2).

Figure 112009073930038-pat00002
Figure 112009073930038-pat00002

수학식 2로부터 일 경우,

Figure 112009073930038-pat00003
인 경우
Figure 112009073930038-pat00004
이 된다. 따라서,
Figure 112009073930038-pat00005
조건을 만족하도록 저항(Rs)와 커패시터(Cs) 값을 설정해 주면 커패시터(Cs) 양단전압(Vc)은 인덕터 전류(iL)과 비례하는 관계를 가지게 된다. 이러한 방법으로 얻어진 커패시터 양단전압(Vc)을, 적절한 이득을 가진 증폭기(g)를 이용하여 크기를 변환하면, 증폭기 출력전압(VM1)은 인덕터(L)에 흐르는 전류의 측정 값으로 사용할 수 있다. If from Equation 2,
Figure 112009073930038-pat00003
If
Figure 112009073930038-pat00004
Becomes therefore,
Figure 112009073930038-pat00005
If the resistance (Rs) and the capacitor (Cs) are set to satisfy the condition, the voltage across the capacitor (Cs) Vc has a relationship proportional to the inductor current (iL). If the voltage across the capacitor (Vc) obtained in this way is converted into a size by using an amplifier (g) having an appropriate gain, the amplifier output voltage (V M1 ) can be used as a measured value of the current flowing through the inductor (L). .

상술한 전류측정방법은 인덕터에 직렬로 직접 저항을 삽입하여 전류를 측정하는 방법에 비해 전력손실이 매우 작다는 장점이 있다. 그러나, 역률보정회로와 같이 도 1의 입력 (Vi)또는 출력전압(Vo)이 높은 경우, 인덕터 양단전압(VL)은 낮지만 회로의 공통모드전압은 매우 높아지게 된다. The current measuring method described above has the advantage that the power loss is very small compared to the method of measuring the current by inserting a resistor directly in series with the inductor. However, when the input Vi or the output voltage Vo of FIG. 1 is high as in the power factor correction circuit, the voltage across the inductor V L is low but the common mode voltage of the circuit is very high.

한편, 현재 사용되는 증폭기(g)는 대부분 수 십 볼트 정도의 낮은 공통모드 전압에서 동작한다. 그러나 역률보정회로의 경우 400V 정도의 높은 공통모드 전압을 가지므로 도 1의 회로를 적용할 경우 증폭기가 파손되므로 적용이 불가능하다.On the other hand, currently used amplifier g operates at a common mode voltage as low as several tens of volts. However, since the power factor correction circuit has a high common mode voltage of about 400V, the amplifier is damaged when the circuit of FIG. 1 is applied.

도 2는 종래 기술에 의한 역률보정회로에서 사용되는 전류측정회로의 구성을 나타내는 도면이다. 2 is a view showing the configuration of a current measuring circuit used in the power factor correction circuit according to the prior art.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 역률보정회로의 인덕터 전류측정회로는 높은 공통모드 전압에서도 전류 측정이 가능하도록 전류측정용 변압기(T1)과, 2차측 전류를 전압으로 변환하는 저항(RT), 그리고 RC 필터(21)로 구성된다. As shown in FIG. 2, the inductor current measuring circuit of the conventional power factor correction circuit includes a current measuring transformer T 1 and a resistor R for converting a secondary current into a voltage so that current can be measured even at a high common mode voltage. T ), and RC filter 21.

도 2에서 도시된 역률보정회로에서 전류 측정 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the current measurement operation in the power factor correction circuit shown in Figure 2 as follows.

변압기(T1)의 2차 측에 흐르는 전류에 비례하는 전류가 흐르게 되며 저항 RT에서 이를 전압으로 변환하게 된다. 이 전압은 펄스 형태로 구성되어 있으므로 RC 필터(21)에서 평활화된다. 평활화된 출력전압(VM2)는 인덕터에 흐르는 전류와 비례하는 파형을 가지게 된다. 그러나 도 2의 방법은 변압기가 사용되어 회로가 복잡하고, 인덕터 전류를 직접 측정하는 것이 아니라 스위치(M)의 전류를 이용하므로 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.A current proportional to the current flowing in the secondary side of the transformer T 1 flows and is converted into a voltage by the resistor R T. Since this voltage is comprised in the form of a pulse, it is smoothed by the RC filter 21. FIG. The smoothed output voltage V M2 has a waveform proportional to the current flowing in the inductor. However, the method of FIG. 2 has a problem in that a circuit is complicated because a transformer is used, and accuracy is decreased because the current of the switch M is used instead of directly measuring the inductor current.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 높은 공토모드 전압을 갖는 전력변환장치에서 인덕터 전류를 측정할 수 있는 전류측정회로를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a current measuring circuit capable of measuring the inductor current in a power converter having a high earth mode voltage.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류측정회로는 인덕터부, 상기 인덕터부 양단에 인가되는 전압을 감쇄시키기 위한 전압 강하부 및 상기 전압 강하부에 의해 감쇄된 전압을 검출하기 위한 전압 검출부를 포함한다.The current measuring circuit according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is an inductor unit, a voltage drop unit for attenuating the voltage applied across the inductor unit and for detecting a voltage attenuated by the voltage drop unit It includes a voltage detector.

또한, 상기 전압 검출부에 의해 검출된 전압을 전류값으로 환산하기 위한 필터부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a filter unit for converting the voltage detected by the voltage detector into a current value.

이 경우 상기 전압 검출부는, 두 입력 신호의 전압차를 증폭하는 차동 증폭기로 구현될 수 있다. In this case, the voltage detector may be implemented as a differential amplifier for amplifying a voltage difference between two input signals.

또한, 상기 전압 강하부는, 상기 인덕터부에 병렬로 연결된 복수 개의 저항으로 구성되는 전압분배회로가 될 수 있다.The voltage drop unit may be a voltage distribution circuit including a plurality of resistors connected in parallel to the inductor unit.

또한, 상기 필터부는, 저항 및 커패시터로 구성되는 RC 필터가 될 수 있다.In addition, the filter unit may be an RC filter composed of a resistor and a capacitor.

한편, 상술한 실시 예에 따른 전류측정회로를 구비한 전력변환장치를 제공할 수 있다. On the other hand, it is possible to provide a power conversion device having a current measuring circuit according to the above-described embodiment.

이에 따라 낮은 공통모드에서만 사용되던 인덕터 전류측정회로를 개선하여 높은 공통모드전압에서 동작이 가능하고, 간단하고 저가의 인덕터 전류측정회로를 구성할 수 있게 된다. 이에 따라 전력변환장치의 성능향상과 가격절감을 이룰 수 있게 된다. As a result, the inductor current measuring circuit used only in the low common mode can be improved to operate at a high common mode voltage, and a simple and low cost inductor current measuring circuit can be constructed. Accordingly, the performance of the power converter and the price can be reduced.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류측정회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a current measuring circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3에 따르면 본 전류측정회로는 인덕터부(110), 전압 강하부(120), 전압 검출부(130) 및 필터부(140)를 포함한다.According to FIG. 3, the current measuring circuit includes an inductor 110, a voltage dropping unit 120, a voltage detecting unit 130, and a filter unit 140.

본 전류측정회로(100)는 가전기기, 컴퓨터 및 통신용 전원장치와 같은 전력변환장치의 주요 구성품으로 사용되는 인덕터에 흐르는 전류를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 전력변환장치에서 인덕터에 흐르는 전류를 원하는 값으로 제어하기 위해서는 인덕터 전류의 측정하기 위한 회로가 필요하다.The current measuring circuit 100 may be used to measure the current flowing through an inductor used as a main component of a power converter such as a home appliance, a computer, and a communication power supply. In order to control the current flowing through the inductor to a desired value in the power converter, a circuit for measuring the inductor current is required.

본 전류측정회로(100)는 인덕터의 전류측정방법 중 인덕터의 등가직렬저 항(RL)을 이용하여 전류를 측정하는 DCR 기법을 적용할 수 있다. 여기서, DCR 기법이란, 인덕터의 시정수와 동일한 시정수를 갖는 R-C 값을 사용하여 인덕터 전류를 측정하는 방법이다. The current measurement circuit 100 may apply a DCR technique for measuring current using the equivalent series resistance (R L ) of the inductor of the current measurement method of the inductor. Here, the DCR technique is a method of measuring the inductor current using an RC value having the same time constant as the time constant of the inductor.

본 전류측정회로(100)는 DCR을 이용한 전류측정방법에 전압분배회로를 추가한 것으로, 인덕터 양단에 각기 큰 저항값으로 인덕터 양단의 전압을 분배하고, 분배된 전압을 차등증폭을 거처 인덕터의 R-L값과 R-C의 값을 일치시키는 방법을 사용할 수 있다. 따라서 공통모드전압도 인덕터 양단의 저항값에 비에 의해서 전압이 분배됨으로 공통모드 전압이 낮아지게 되어 DCR을 이용한 전류 측정방법이 가능해진다. The current measuring circuit 100 adds a voltage distribution circuit to a current measuring method using DCR, and distributes the voltage across the inductor with a large resistance value at each end of the inductor, and differentially amplifies the divided voltage to increase the RL of the inductor. You can use the method of matching the value of RC with the value. Therefore, the common mode voltage is also divided by the ratio of the resistances across the inductor, so that the common mode voltage is lowered, thereby enabling a current measuring method using DCR.

인덕터부(110)는 인덕터(L)와 등가저항(RL)으로 구현된다.The inductor unit 110 is implemented with an inductor L and an equivalent resistance R L.

전압 강하부(120)는 인덕터부(110) 양단에 인가되는 전압을 감쇄시키는 기능을 한다. 구체적으로, 전압 강하부(120)는 복수 개의 저항으로 구성되는 전압분배회로 형태로 구현될 수 있다. 전압 강하부(120)는 인덕터부(120)에 병렬로 연결될 수 있다. The voltage drop unit 120 functions to attenuate the voltage applied across the inductor unit 110. Specifically, the voltage drop unit 120 may be implemented in the form of a voltage distribution circuit composed of a plurality of resistors. The voltage drop unit 120 may be connected to the inductor unit 120 in parallel.

전압 검출부(130)는 전압 강하부(120)에 의해 감쇄된 전압을 검출하기 위한 기능을 할 수 있다. 구체적으로, 전압 검출부(130)는 /- 입력 단자의 전압차를 증폭하는 회로인 차동 증폭기(Differential Amplifier)로 구현될 수 있다. 차동 증폭기는 연산 증폭기나 Emitter coupled 논리 게이트의 입력단에 주로 쓰인다. 여기서, +/- 두 입력 단자에 공통으로 인가되는 전압을 공통 모드 전압(common-mode voltage)라고 한다. The voltage detector 130 may function to detect a voltage attenuated by the voltage dropper 120. Specifically, the voltage detector 130 may be implemented as a differential amplifier which is a circuit for amplifying the voltage difference between the / − input terminals. Differential amplifiers are often used at the input of op amps or emitter coupled logic gates. Here, the voltage commonly applied to the +/− two input terminals is referred to as a common-mode voltage.

필터부(140)는 전압 검출부(130)에 의해 검출된 전압을 전류값으로 환산하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 필터부(140)는 저항 및 커패시터로 구성되는 RC 필터로 구현될 수 있다. The filter unit 140 may perform a function for converting the voltage detected by the voltage detector 130 into a current value. Specifically, the filter unit 140 may be implemented as an RC filter consisting of a resistor and a capacitor.

이하에서는, 도 3을 참조하여 본 전류측정회로(100)의 동작을 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the current measuring circuit 100 will be described in detail with reference to FIG. 3.

도 3에 도시된 바와 같이, 인덕터(L)에 흐르는 전류(iL)에 의해 인덕터(L)와 등가저항(RL) 양단에 인가되는 전압(VL)은 수학식 3과 같다. As shown in FIG. 3, the voltage V L applied across the inductor L and the equivalent resistance R L by the current i L flowing in the inductor L is represented by Equation 3 below.

Figure 112009073930038-pat00006
Figure 112009073930038-pat00006

한편, 인덕터(L)와 등가저항(RL)에 병렬로 연결된 전압 강하부(120)의 출력전압(Vd)은 수학식 4와 같다.On the other hand, the output voltage (Vd) of the voltage drop unit 120 connected in parallel with the inductor (L) and equivalent resistor (R L ) is shown in Equation 4.

Figure 112009073930038-pat00007
Figure 112009073930038-pat00007

수학식 4에서 R1 / R2 = R3 / R4 라고 두면, 전압 강하부(120)의 출력전압(Vd)은 수학식 5과 같다.In Equation 4, R1 / R2 = R3 / R4 In this case, the output voltage Vd of the voltage drop unit 120 is expressed by Equation 5 below.

Figure 112009073930038-pat00008
Figure 112009073930038-pat00008

따라서, 전압 강하부(120)는 인덕터부(110)의 양단 전압(VL)을 전압감쇄비 R1/(R1+R2)만큼 강하시키는 역할을 한다. Therefore, the voltage dropping unit 120 lowers the voltage V L of both ends of the inductor 110 by the voltage reduction ratio R1 / (R1 + R2).

전압 강하부(120)에 의해 강하된 출력 전압 Vd이 차동 증폭기로 구현되는 전압 검출부(130)에 의해 증폭되고, 필터부(140)를 통과하면, 최종적인 출력전압 VM은 수학식 6과 같다.When the output voltage Vd dropped by the voltage drop unit 120 is amplified by the voltage detector 130 implemented as a differential amplifier and passes through the filter unit 140, the final output voltage V M is expressed by Equation 6 below. .

Figure 112009073930038-pat00009
Figure 112009073930038-pat00009

수학식 4로부터

Figure 112009073930038-pat00010
일 경우, 수학식 2를 참조하면,
Figure 112009073930038-pat00011
이 된다. From equation (4)
Figure 112009073930038-pat00010
In the case of Equation 2,
Figure 112009073930038-pat00011
Becomes

따라서, 본 전류측정회로의 출력전압(VM)은 인덕터 전류(iL)와 비례하는 관계를 가지게 되며, 출력전압(VM)을 측정하면 인덕터 전류(iL)의 값을 알 수 있다.Therefore, the output voltage (V M) of the current measuring circuit is to have a relationship that is proportional to the inductor current (i L), by measuring the output voltage (V M) can be seen the value of the inductor current (i L).

본 발명에서 고안된 도 3의 회로에서는 수학식 4에서 기술한 바와 같이 인덕터의 양단의 입력전압(Vi)와 출력전압(Vo) 값이 크더라도 전압 강하부(120)에서 저항비 또는 만큼 감쇄가 되므로 공통모드 전압이 낮은 차동증폭기를 이용하여 증폭할 수 있다. 따라서 종래의 전류측정회로와 달리 높은 공통모드 전압에서 동작이 가능하다.In the circuit of FIG. 3 designed in accordance with the present invention, even if the input voltage Vi and the output voltage Vo of both ends of the inductor are large, the voltage dropping unit 120 attenuates the resistance ratio or the like. It can be amplified using a differential amplifier with a low common-mode voltage. Therefore, unlike the conventional current measurement circuit, it is possible to operate at a high common mode voltage.

도 4는 도 3에 도시된 전류측정회로를 승압형 전력변환기에 적용한 예를 나타내는 도면이다. 4 is a diagram illustrating an example in which the current measurement circuit shown in FIG. 3 is applied to a boost type power converter.

도 4에 도시된 바에 따르면, 도 3에 도시된 형태의 전류측정회로를 역률보정(Power Factor Correction;PFC) 회로에 사용되는 승압형 전력변환기(Boost converter)에 적용하는 경우, 변압기가 없이 간단하게 회로를 구성할 수 있고, 인덕터 전류를 직접 측정할 수 있게 된다. As shown in FIG. 4, when the current measurement circuit of the type shown in FIG. 3 is applied to a boost converter used in a power factor correction (PFC) circuit, it is simply possible without a transformer. The circuit can be configured and the inductor current can be measured directly.

도 5는 도 3에 도시된 전류측정회로를 승압형(Boost) PFC 컨버터 회로에 적용된 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the current measurement circuit shown in FIG. 3 is applied to a boost PFC converter circuit.

도 5에서는 전압 강하부(120)가 2개의 R1 저항과 두 개의 R2 저항으로 구성된 전압분배회로로 구현된 경우를 예를 들어 설명하도록 한다. In FIG. 5, an example in which the voltage drop unit 120 is implemented as a voltage distribution circuit including two R1 resistors and two R2 resistors will be described.

도 5에 도시된 바에 따르면, 이득이 1인 경우(g=1), 전압분배회로에 의해 강하된 인덕터 전압은 수학식 7과 같다.As shown in FIG. 5, when the gain is 1 (g = 1), the inductor voltage dropped by the voltage distribution circuit is expressed by Equation 7 below.

Figure 112009073930038-pat00012
Figure 112009073930038-pat00012

이 경우, VI는 수학식 8과 같다. In this case, V I is equal to Equation (8).

Figure 112009073930038-pat00013
Figure 112009073930038-pat00013

수학식 8에 수학식 7과 수학식 1을 대입하여 정리하면 수학식 9와 같다.Equation (7) and equation (1) by substituting the equation (8) is as shown in equation (9).

Figure 112009073930038-pat00014
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수학식 9에서 RSCS=L/RL이 된다면 출력전압 VL은 인덕터의 전류와 비례하는 값을 얻을 수 있게 된다. If R S C S = L / R L in Equation 9, the output voltage V L can be obtained in proportion to the current of the inductor.

또한, 이 경우 공통 모드 전압 V'CM은 수학식 10과 같다.In this case, the common mode voltage V ' CM is expressed by Equation 10.

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즉, 공통모드 전압이 수학식 10과 같이 감소하므로 연산 증폭기를 구현할 수 있게 된다. That is, since the common mode voltage decreases as in Equation 10, an operational amplifier can be implemented.

도 6a 내지 8b은 제안된 전류측정방법의 효과를 검증하기 위해 부스트 PFC 컨버터를 구성하고 실험한 결과를 나타내는 도면들이다. 6A to 8B are diagrams showing the results of constructing and testing a boost PFC converter to verify the effectiveness of the proposed current measuring method.

한편, 실험과 시뮬레이션에 사용된 컨버터는 입력전압은 AC 60Hz 220V, 출력전압은 DC 380V 스위칭 주파수는 100kHz로 동작하는 컨버터이다.On the other hand, the converter used in the experiment and simulation is a converter which operates with AC 60Hz 220V input voltage and DC 380V switching frequency 100kHz.

인덕턴스(L)와 등가직렬저항(Rl)은 LCR미터기로 측정한 값이고, 컨버터의 전압분배 회로에서 R1과 R2의 저항값은 분배된 전압이 1/40이 되도록 정하였다. Inductance (L) and equivalent series resistance (Rl) are measured with an LCR meter, and the resistance values of R1 and R2 in the voltage distribution circuit of the converter are determined so that the divided voltage is 1/40.

연산증폭기에 입력되는 최대의 공통모드 전압은 출력전압의 1/40인 9.5V이다. RS/RG 역시 증폭배율을 결정한다. RS와 RG의 저항값은 전압분배회로의 감소비율을 보상하기 위해서 40배 증폭되도록 저항값을 정하였다. The maximum common mode voltage input to the operational amplifier is 9.5V, which is 1/40 of the output voltage. R S / R G also determines the amplification factor. The resistance values of R S and R G were set to be 40 times amplified to compensate for the reduction ratio of the voltage distribution circuit.

최종적으로 출력되는 VI는 인덕터에 흐르는 전류 값과 인덕터 등가 직렬저항과 곱으로 표현된다. The final output V I is expressed as the product of the current flowing through the inductor and the inductor equivalent series resistance.

상단의 파형은 인덕터에 흐르는 전류파형이고 하단에 있는 파형은 측정된 전류파형이다. The top waveform is the current waveform flowing through the inductor and the bottom waveform is the measured current waveform.

도 6a 및 도 6b는 전체적인 PFC전류를 나타내고, 도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b를 확대한 도면이다. 도 6a 내지 도 7b에 따르면 측정된 전류가 인덕터의 전류와 같음을 알 수 있다.6A and 6B show an overall PFC current, and FIGS. 7A and 7B are enlarged views of FIGS. 6A and 6B. 6A to 7B, it can be seen that the measured current is equal to the current of the inductor.

도 8a 및 도 8b은 표 1에 나타난 파라미터로 직접 부스트 PFC 컨버터로 실험한 인덕터 전류 파형을 나타낸 것이며. 도 8a의 파형은 전류 프로브에서 측정한 전류파형이고, 도 8b의 파형은 측정된 전류파형이다. 8A and 8B show inductor current waveforms tested with a direct boost PFC converter with the parameters shown in Table 1. FIG. The waveform of FIG. 8A is the current waveform measured by the current probe, and the waveform of FIG. 8B is the measured current waveform.

도 8a 및 도 8b에서 높은 공통모드를 가진 컨버터 회로에서 인덕터의 전류가 측정된 것을 확인할 수 있다.8A and 8B, it can be seen that the current of the inductor is measured in the converter circuit having the high common mode.

한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전류측정회로는 역률보정(Power Factor Correction; PFC)회로, 승압형 컨버터(Boost converter), 가전기기 전원장치, 컴퓨터 및 서버 전원장치, 신재생 에너지 전력변환장치 등에 이용될 수 있다. Meanwhile, the current measuring circuit according to various embodiments of the present disclosure includes a power factor correction (PFC) circuit, a boost converter, a home appliance power supply device, a computer and server power supply device, and renewable energy power. It can be used for an inverter or the like.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 역률보정(PFC)회로와 같이 높은 공통모드전압을 가진 전력변환장치에서 간단하고 손실 없이 전류를 측정하는 방법을 제공할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a simple and lossless method of measuring current in a power converter having a high common mode voltage, such as a power factor correction (PFC) circuit.

이에 따라 기존 DCR을 이용한 전류측정방법에 전압분배회로를 추가하여 공통전압을 감소시킬 수 있게 되므로, 높은 공통모드 전압을 가진 전력변환장치에도 DCR을 이용한 방법이 적용 가능하게 된다. 따라서, 제안된 전류 측정 기법은 높은 공통모드전압을 가진 여러 가지 전력변환 장치에서 전류 측정 방법으로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 전류측정회로를 간단하게 구현할 수 있어 이를 이용하는 전력변환장치의 성능향상과 가격절감을 이룰 수 있다. Accordingly, since the common voltage can be reduced by adding a voltage distribution circuit to the current measuring method using the DCR, the DCR method can be applied to a power converter having a high common mode voltage. Therefore, the proposed current measuring technique can be used as a current measuring method in various power conversion devices with high common mode voltage. In addition, since the current measurement circuit can be easily implemented, the performance improvement and the price reduction of the power converter using the same can be achieved.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiment, the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

도 1은 종래 기술에 의한 인덕터 전류측정회로의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of an inductor current measuring circuit according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 의한 역률보정회로에서 사용되는 전류측정회로의 구성을 나타내는 도면이다. 2 is a view showing the configuration of a current measuring circuit used in the power factor correction circuit according to the prior art.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류측정회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a current measuring circuit according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 전류측정회로를 승압형 전력변환기에 적용한 예를 나타내는 도면이다. 4 is a diagram illustrating an example in which the current measurement circuit shown in FIG. 3 is applied to a boost type power converter.

도 5는 도 3에 도시된 전류측정회로를 부스트(Boost) PFC 컨버터 회로에 적용된 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the current measurement circuit shown in FIG. 3 is applied to a boost PFC converter circuit.

도 6a 내지 8b은 제안된 전류측정방법의 효과를 검증하기 위해 부스트 PFC 컨버터를 구성하고 실험한 결과를 나타내는 도면들이다. 6A to 8B are diagrams showing the results of constructing and testing a boost PFC converter to verify the effectiveness of the proposed current measuring method.

* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawing

110 : 인덕터부 120 : 전압 강하부110: inductor unit 120: voltage drop unit

130 : 전압 검출부 140 : 필터부130: voltage detection unit 140: filter unit

Claims (6)

인덕터부;Inductor unit; 상기 인덕터부 양단에 인가되는 공통 모드 전압을 감쇄시키기 위한 전압 강하부; 및A voltage drop unit for attenuating the common mode voltage applied across the inductor unit; And 상기 전압 강하부에 의해 감쇄된 전압을 검출하기 위한 전압 검출부;를 포함하며,And a voltage detector for detecting a voltage attenuated by the voltage drop unit. 상기 전압 강하부는,The voltage drop unit, 상기 인덕터부에 병렬로 연결된 복수 개의 저항으로 구성되는 전압분배회로이며, Is a voltage distribution circuit composed of a plurality of resistors connected in parallel to the inductor, 상기 전압분배회로는,The voltage distribution circuit, 상기 인덕터부 양단 전압을 상기 복수 개의 저항에 따른 인덕터 양단의 전압값에 의해 결정되는 전압 감쇄비만큼 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 전류측정회로.And reducing the voltage across the inductor unit by a voltage reduction ratio determined by voltage values across the inductor according to the plurality of resistors. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전압 검출부에 의해 검출된 전압을 전류값으로 환산하기 위한 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정회로.And a filter unit for converting the voltage detected by the voltage detector into a current value. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 전압 검출부는, The voltage detector, 두 입력 신호의 전압차를 증폭하는 차동 증폭기로 구현되는 것을 특징으로 하는 전류측정회로.A current measuring circuit comprising a differential amplifier for amplifying the voltage difference between two input signals. 삭제delete 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 필터부는, The filter unit, 저항 및 커패시터로 구성되는 RC 필터인 것을 특징으로 하는 전류측정회로.Current measuring circuit, characterized in that the RC filter consisting of a resistor and a capacitor. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 따른 전류측정회로를 구비한 전력변환장치.A power conversion device comprising the current measuring circuit according to any one of claims 1, 2, 3 or 5.
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