KR101047339B1 - 전류 모드 제어기에서의 전류 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전류 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회로의 기생 요소(Parasite element)에 기인하여 발생하는 스파이크 노이즈를 제거하고, 안정된 전류 센싱이 가능한 무손실 스너버를 이용한 전류모드 컨버터에서의 전류 검출 시스템에 관한 것이다.

Description

전류 모드 제어기에서의 전류 검출 시스템 {Current Detection System}

본 발명은 전류 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회로의 기생 요소(Parasite element)에 기인하여 발생하는 스파이크 노이즈를 제거하고, 안정된 전류 센싱이 가능한 무손실 스너버를 이용한 전류모드 제어기에서의 전류 검출 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 컨버터는 입력 교류 전원을 직류 전원으로 정류 및 변환시키는 장치로서, 일반 전자기기는 물론 충전기에 전원을 충전하는 회로에 널리 활용되고 있다.

일반적으로 전류모드 컨버터는 트랜스포머, 정류기, 출력 컨버터, PWM 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

여기서, 입력 교류 전원이 트랜스포머로 입력되면, 권선비에 따라 전압이 변환되어 출력되고, 상기 변환되어 출력된 전압은 정류기를 통해 정류되어 출력 컨버터로 입력된다.

그리고 상기 출력 컨버터로 입력된 전압은 출력 직류 전원으로 변환되어 부하 또는 충전전압으로 공급된다.

상기 PWM 컨트롤러는 상기 출력 컨버터의 스위치 소자에 턴온 신호를 인가하고, 상기 출력 컨버터로부터 검출된 전류검출값이 에러 전압에 도달하는 경우 턴오프 신호를 인가하는 역할을 담당한다.

그러나, 종래의 전류 검출 시스템은 상기 스위치 소자에 턴온 신호가 인가되어 온 상태가 되어 전류가 흐르자마자 에러 전압에 도달되어 오프 상태로 전환되어 제어가 원활하지 않을 뿐만 아니라, 안정적인 전류 센싱이 불가능한 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 스너버로 흐르는 전류를 역극성 권선으로 흘려서 회로의 기생 요소(Parasite element)에 기인하여 발생하는 전류의 초기부분 스파이크 노이즈를 제거하고, 안정된 전류의 센싱이 가능한 전류 검출 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전류 검출 시스템은 전류모드 컨버터의 전류 검출 시스템으로서, 출력 컨버터의 변류기(CT1)와 역극성 권선으로 연결된 스너버부와 상기 변류기(CT1)로부터 스위칭된 전류를 Id-Isnb 검출값으로 센싱하는 것을 특징으로 한다.

상기 스너버부는 상기 변환부와 역극성 권선으로 연결된 커패시터(C3)와 스위칭부의 스위치 소자가 온 상태에서 상기 커패시터(C3)로부터 출력된 전류를 통과시키는 제 1 다이오드(D2)와 상기 스위치 소자가 오프 상태에서 상기 커패시터(C3)로 전류를 통과시켜 출력하는 제 2 다이오드(D3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 스위칭부에 게이트 신호를 전송하는 PWM 래치와 상기 PWM 래치의 세팅 신호를 전송하는 오실레이터(OSC)와 상기 출력 컨버터의 스위칭된 전류 검출값이 에러 전압에 도달할 경우 상기 PWM 래치에 리셋 신호를 인가하는 전류 비교기를 구비하는 PWM 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스위칭부의 스위치 소자가 온 상태에서 상기 변류기의 역극성 권선을 통해 상기 커패시터(C3)와 제 1 다이오드(D2)를 통과하는 전류(Isnb)가 에너지를 흡수하여 전류 검출값이 에러 전압에 도달하는 것을 지연시켜 상기 스위치 소자가 턴온 되자마자 오프되는 현상을 방지하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 스위칭부의 스위치 소자가 오프 상태에서 제 2 다이오드(D3)와 커패시터(C3)를 통과하여 흡수된 에너지가 출력으로 환원되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 전류 검출 시스템은 스파이크 노이즈에 의해 출력 컨버터의 스위치 소자가 온 상태에서 스위칭된 전류검출값이 갑작스럽게 에러 전압에 도달되어 온 상태가 되자마자 오프상태로 전환되는 것을 방지하여 원활한 전류 제어가 가능하고, 안정된 전류 센싱이 가능한 탁월한 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류모드 컨버터를 개략적으로 도시한 블럭도이고,
도 2는 도 1의 출력 컨버터와 PWM 컨트롤러의 상세 회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 검출 시스템의 파형도이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류모드 컨버터를 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 2는 도 1의 출력 컨버터와 PWM 컨트롤러의 상세 회로도이다.

여기서, 본 실시예는 380V의 입력 교류 전원을 출력전류가 300A/100V의 정격 전류를 흘릴 수 있는 대용량의 주파수 15khz의 전류모드 컨버터에 관한 것이지만, 모든 전류모드 컨버터에 적용될 수 있음은 자명한 것이다.

도 1 및 2을 참조하면, 본 발명에 따른 전류모드 컨버터는 입력 교류 전원을 권선비에 따라 감압된 전압를 출력하는 트랜스포머(10)와 상기 트랜스포머로부터 출력된 전압을 정류하는 정류기(20)와 상기 정류기로부터 출력된 전압을 정격 전류로 변환하는 출력 컨버터(30) 및 상기 출력 컨버터의 전류를 센싱하는 PWM 컨트롤러(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 전류 검출 시스템은 상기 출력 컨버터(30)와 PWM 컨트롤러(40)를 통해 기능이 수행될 수 있다.

따라서, 출력 컨버터(30)와 PWM 컨트롤러(40)의 구성 및 작용을 중점적으로 설명하고, 나머지 구성은 전류모드 컨버터에 일반적으로 공지된 구성이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 출력 컨버터(30)는 전류를 인가하는 스위칭부(310)와 상기 인가된 전류를 변환하는 변류기(CT1, 320)와 상기 변류기(CT1)의 역방향 권선(3,4)으로 연결된 스너버부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 스위칭부(310)는 PWM 컨트롤러(40)로부터 입력되는 게이트 신호에 따라 전류 패스를 스위칭하는 스위치 소자(Q1)를 포함할 수 있으며, 상기 스위치 소자는 MOSFET, IGBT 등 통상의 트랜지스터 소자로 구성될 수 있다.

그리고 상기 변류기(CT1,320)는 권선된 코일부를 구비하여 상기 권선비에 따라 전류를 조절하는 역할을 담당한다.

상기 스너버부(330)는 상기 코일부와 역방향(역극성) 권선으로 연결된 커패시터(C3)와 상기 커패시터(C3)와 상기 스위치 소자가 온 상태에서 상기 커패시터로부터 출력된 전류를 통과시키는 제 1 다이오드(D2)와 상기 스위치 소자가 오프 상태에서 상기 커패시터로 전류를 통과시켜 출력하는 제 2 다이오드(D3)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 PWM 컨트롤러(40)는 상기 스위칭부(310)에 게이트 신호를 전송하는 PWM 래치(410)와 상기 PWM 래치의 세팅 신호를 전송하는 오실레이터(OSC, 420)와 상기 출력 컨버터로 스위칭된 전류검출값과 에러 전압을 비교하여 상기 전류검출값이 에러전압에 도달한 경우 상기 PWM 래치에 리셋 신호를 인가하는 전류 비교기(430)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 검출 시스템의 파형도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 오실레이터(OSC, 420)에서 PWM 래치에 세팅 신호를 인가하면, 상기 PWM 래치(410)의 Q가 "하이"가 되어 스위칭 부의 스위치 소자(Q1)에 게이트 온 신호가 인가되면 "온" 상태가 되어 Q1(Id) 전류가 흐르게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 역권선으로 연결된 스너버가 없는 경우 도 3a와 같이 변류기를 통과하여 전류 비교기(430)에 입력된 전류 검출값이 갑작스럽게 에러 전압에 도달하게 된다.

따라서, 전류 비교기의 출력전압이 "로우"가 되어 PWM 래치에 리셋 신호가 인가되어 Q의 전압이 "로우"가 되어 Q1이 "오프 상태가 된다.

즉, 상기 스위치 소자(Q1)에 게이트 신호가 인가되어 "온" 상태가 되자마자 "오프"상태로 전환되어 도 1a와 같은 파형을 형성하게 된다. 따라서, 전류 센싱이 어렵고, 원할한 전류 제어가 어렵다.

그러나, 본 발명은 변류기(320)와 역방향 권선으로 연결된 스너버부(330)를 구비하고 있으므로 스위치 소자(Q1)에 게이트 신호가 인가되어 "온" 상태가 된 후 (Id-Isnb)전류가 검출되어 바로 "오프" 상태로 전환되지 않고 일정기간 전류 흐름이 유지되므로 안정된 전류 센싱이 가능하다.

보다 구체적으로, 오실레이터(OSC, 420)에서 PWM 래치(410)에 세팅 신호를 인가하면, 상기 PWM 래치(410)의 Q가 "하이"가 되어 스위칭 부의 스위치 소자(Q1)에 게이트 신호가 인가되면 "온" 상태가 되어 도 3의 Q1(Id)가 흐르게 된다.

그리고 Isb 전류가 변류기(320)와 역방향 권선으로 연결된 스너버의 커패시터(C3)와 제 1 다이오드(D2)를 통하여 흐르게 되고, 이를 통해 스위칭된 전류검출값이 갑작스럽게 에러 전압에 도달하는 것을 방지하게 된다.

따라서, 전류 비교기(430)에서 전류검출값(Current sense)과 에러 앰프의 에러 전압이 만나는 시간이 지연되어 전류 Q1(Id)의 파형이 도 3b와 같이 형성된다.

따라서, 전류검출값(Current sense)과 게이트 신호의 펄스가 증가하여 원활한 전류 제어가 가능하고 안정된 전류 센싱이 가능하다.

그리고 오프 상태에서는 Isb 전류가 제 2 다이오드(D3)와 커패시터(C3)를 통하여 흡수된 에너지가 출력으로 환원된다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 트랜스포머 20 : 정류기
30 : 출력 컨버터 310 : 스위칭부
320 : 변류기 330 : 스너버부
40 : PWM 컨트롤러 410 : PWM 래치
420 : 오실레이터 430 : 전류 비교기

Claims (4)

1. PWM 컨트롤러로부터 입력되는 게이트 신호에 따라 전류를 인가하는 스위치 소자(Q1)를 구비하는 스위칭부와;
   상기 인가된 전류를 변환하는 변류기(CT1)와;
   상기 변류기(CT1)와 역극성 권선으로 연결된 커패시터(C3)와 상기 스위칭부의 스위치 소자(Q1)가 온 상태에서 상기 커패시터(C3)로부터 출력된 전류를 통과시키는 제 1 다이오드(D2)와 상기 스위치 소자(Q1)가 오프 상태에서 상기 커패시터(C3)로 전류를 통과시켜 출력하는 제 2 다이오드(D3)를 포함하는 스너버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 검출 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   스위칭부에 게이트 신호를 전송하는 PWM 래치와;
   상기 PWM 래치의 세팅 신호를 전송하는 오실레이터(OSC)와;
   상기 출력 컨버터의 스위칭된 전류 검출값이 에러 전압에 도달할 경우 상기 PWM 래치에 리셋 신호를 인가하는 전류 비교기를 포함하는 PWM 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 검출 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 스위칭부의 스위치 소자가 온 상태에서
   상기 변류기의 역극성 권선을 통해 상기 커패시터(C3)와 제 1 다이오드(D2) 를 통과하는 전류(Isnb)가 에너지를 흡수하여 전류 검출값이 에러 전압에 도달하는 것을 지연시켜 상기 스위치 소자가 턴온 되자마자 오프되는 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 전류 검출 시스템.
   
   
   
   
   
   
   

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