KR101101488B1 - 분리 권선 구조의 트랜스포머를 갖는 인터리브드 방식 역률 개선 회로 - Google Patents

분리 권선 구조의 트랜스포머를 갖는 인터리브드 방식 역률 개선 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두개의 인턱터를 하나의 트랜스포머에 각각 분리하여 권선한 구조로 집적화한 분리 권선 구조의 트랜스포머를 갖는 인터리브드 방식 역률 개선 회로에 관한 것으로, 정류된 전원을 각각 입력받아 스위칭 동작에 따라 에너지 충전 및 방전하는 제1 및 제2 인덕터 권선과, 사전에 설정된 길이를 갖는 보빈 몸체 및 상기 보빈 몸체에 상기 길이 방향으로 관통된 관통공 및 상기 보빈 몸체의 외주면에 형성되어 상기 제1 및 제2 인덕터 권선이 권선되고 상기 제1 및 제2 인덕터 권선을 물리적으로 분리하는 격벽을 갖는 권선 영역을 갖는 보빈부와, 상기 보빈부의 상기 관통공을 통해 자기 결합하여 제1 레그를 형성하고 상기 관통공을 통하지 않고 자기 결합하여 각각 제2 및 제3 레그를 형성하는 한쌍의 코어를 갖는 코어부를 구비하는 트랜스포머를 갖는 인터리브드 방식 역률 개선 회로를 제공하는 것이다.

Description

분리 권선 구조의 트랜스포머를 갖는 인터리브드 방식 역률 개선 회로{INTERLEAVED TYPE POWER FACTOR CORRECTION CIRCUIT HAVING TRANSFORMER FORMING SEPERATED WIRING STRUCTURE}
본 발명은 역률 개선 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두개의 인턱터를 하나의 트랜스포머에 각각 분리하여 권선한 구조로 집적화한 분리 권선 구조의 트랜스포머를 갖는 인터리브드 방식 역률 개선 회로에 관한 것이다.
최근 들어, 전자 제품의 개인화 및 소형화의 추세에 따라 전자 제품에 구동 전원을 공급하는 전원 장치 또한 소형화를 요구받고 있다.
상술한 전원 장치는 일반적으로 상용 교류 전원을 상기 구동 전원으로 변환하여 공급하는데, 이를 위해 상용 교류 전원이 정류된 전원을 스위칭하여 정류된 전류와 전압의 위상차를 보정하여 역률을 개선하는 역률 개선 회로, 역률 개선된 전원을 상기 구동 전원으로 변환하는 전원 변환 회로 등이 상술한 전원 장치에 채용될 수 있다.
즉, 상술한 전원 장치가 소형화를 요구받고 있으므로, 전원 장치에 채용된 역률 개선 회로 또한 소형화될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 두개의 인턱터를 하나의 트랜스포머에 각각 분리하여 권선한 구조로 집적화한 분리 권선 구조의 트랜스포머를 갖는 인터리브드 방식 역률 개선 회로를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 사용 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터의 정류된 전원을 각각 입력받아 스위칭 동작에 따라 에너지 충전 및 방전하는 제1 및 제2 인덕터 권선과, 사전에 설정된 길이를 갖는 보빈 몸체 및 상기 보빈 몸체에 상기 길이 방향으로 관통된 관통공 및 상기 보빈 몸체의 외주면에 형성되어 상기 제1 및 제2 인덕터 권선이 권선되고 상기 제1 및 제2 인덕터 권선을 물리적으로 분리하는 격벽을 갖는 권선 영역을 갖는 보빈부와, 상기 보빈부의 상기 관통공을 통해 자기 결합하여 제1 레그를 형성하고 상기 관통공을 통하지 않고 자기 결합하여 각각 제2 및 제3 레그를 형성하는 한쌍의 코어를 갖는 코어부를 구비하는 트랜스포머; 상기 제1 및 제2 인덕터 권선에 전달되는 전원을 각각 스위칭하는 스위칭부; 스위칭된 전원의 전압과 전류 간의 위상차가 사전에 설정된 위상차를 만족하도록 상기 스위칭부의 스위칭을 제어하는 제어부; 및 상기 스위칭부로부터의 스위칭된 전원을 안정화시키는 안정화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 권선 구조의 트랜스포머를 갖는 인터리브드 방식 역률 개선 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 인덕터 권선과 상기 제2 인덕터 권선은 권선 방향이 서로 동일할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스위칭부는 상기 제1 인덕터 권선에 전달된 전원을 스위칭하는 제1 스위치와, 상기 제2 인덕터 권선에 전달된 전원을 스위칭하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 안정화부는 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 제1 인덕터 권선으로부터 전달되는 전원의 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드와, 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 제2 인덕터 권선으로부터 전달되는 전원의 전달 경로를 제공하는 제2 다이오드와, 상기 제1 및 제2 다이오드로부터 전달되는 전원을 충전하여 전원을 안정화시키는 캐패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 다이오드로부터 상기 캐패시터에 전달되는 전원의 상태에 따라 상기 스위칭부의 스위칭을 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인터리브드 방식 역률 개선 회로에 두개의 인턱터를 하나의 트랜스포머에 각각 분리하여 권선한 구조로 집적화한 분리 권선 구조의 트랜스포머를 채용하여 소형화 및 제조 비용 절감을 달성하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 인터리브드 방식 역률 개선 회로의 개략적인 구성도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 인터리브드 방식 역률 개선 회로에 채용된 트랜스포머의 개략적인 평면도 및 측면도.
도 3은 본 발명의 트랜스포머에 의한 동작 파형 그래프.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 인터리브드 방식 역률 개선 회로의 전기적인 특성을 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 인터리브드 방식 역률 개선 회로의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 인터리브드 방식 역률 개선 회로(100)는 정류부(110), 트랜스포머(120), 스위칭부(130), 제어부(140) 및 안정화부(150)를 포함할 수 있다.
정류부(110)는 브릿지 다이오드와 캐패시터로 구성되어 입력되는 상용 교류 전원(Vac)을 전파 정류하여 정류된 전원(Vin)을 트랜스포머(120)에 전달할 수 있다.
트랜스포머(120)는 제1 및 제2 인덕터 권선(L1,L2)을 하나의 트랜스포머 구조에 집적화하고, 제1 및 제2 인덕터 권선(L1,L2)에는 정류부(110)로부터의 정류된 전원이 각각 입력될 수 있다. 스위칭에 따라 제1 및 제2 인덕터 권선(L1,L2)은 정류된 전원의 에너지를 충전 및 방전할 수 있다. 트랜스포머(120)에 관한 상세한 설명은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 보다 상세하게 후술하도록 한다.
스위칭부(130)는 트랜스포머(120)의 제1 및 제2 인덕터 권선(L1,L2)에 전달되는 전원을 스위칭하여 제1 및 제2 인덕터 권선(L1,L2)에 충전된 에너지가 방전되어 안정화부(150)에 전달하도록 한다.
이를 위해, 스위칭부(130)는 제1 인덕터 권선(L1)에 전기적으로 연결되어 제1 인덕터 권선(L1)에 충전된 에너지를 방전시키는 제1 스위치(Q1)와, 제2 인덕터 권선(L2)에 전기적으로 연결되어 제2 인덕터 권선(L2)에 충전된 에너지를 방전시키는 제2 스위치(Q2)를 구비할 수 있다.
제어부(140)는 스위칭부(130)의 스위칭을 제어하는데, 스위칭부(130)에서 안정화부(150)로 전달된 전원의 상태에 따라 스위칭부(130)의 스위칭을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 스위칭된 전원의 전류 및 전압 간의 위상차가 사전에 설정된 위상차를 만족할 수 있도록 스위칭부(130)의 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 스위칭 동작을 제어할 수 있으며, 이를 위한 스위칭 제어 신호는 저항(R1,R2)를 통해 각각 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)에 전달될 수 있다.
안정화부(150)는 스위칭부(130)로부터 스위칭된 전원을 안정화시켜서 출력한다.
이를 위해, 안정화부(150)는 제1 및 제2 다이오드(D1,D2)와 캐패시터(C)를 구비할 수 있으며, 제1 다이오드(D1)은 제1 인덕터 권선(L1)으로부터 전달된 전원의 전달 경로를 형성하고, 제2 다이오드(D2)는 제2 인덕터 권선(L2)으로부터 전달된 전원의 전달 경로를 형성할 수 있으며, 캐패시터(C)는 제1 다이오드(D1)과 제2 다이오드(D2)로부터 전달되는 전원을 충전하여 안정화시킬 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 인터리브드 방식 역률 개선 회로에 채용된 트랜스포머의 개략적인 평면도 및 측면도이다.
도 1과 함께 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 트랜스포머(120)는 보빈부(121) 및 코어부(122)를 구비할 수 있다.
보빈부(121)는 일정 길이를 갖는 보빈 몸체를 가질 수 있으며, 상기 보빈 몸체는 상기 길이 방향으로 관통된 관통공이 구비될 수 있으며, 상기 관통공이 형성된 보빈 몸체의 외주면에는 제1 및 제2 인덕터 권선(L1,L2)이 권선될 수 있는 권선 영역(121a,121b)이 마련될 수 있다.
상기 권선 영역(121a,121b)은 제1 권선 영역(121a)과 제2 권선 영역(121b)를 구비할 수 있으며, 제1 권선 영역(121a)에는 제1 인덕터 권선(L1)이 권선되고, 제2 권선 영역(121b)에는 제2 인덕터 권선(L2)이 권선될 수 있다. 제1 인덕터 권선(L1)과 제2 인덕터 권선(L2)이 서로 물리적으로 분리되기 위해 제1 권선 영역(121a)과 제2 권선 영역(121b) 사이에는 격벽(121c)이 형성될 수 있다.
제1 인덕터 권선(L1)과 제2 인덕터 권선(L2)은 서로 물리적으로 분리되어 트랜스포머의 누설 인덕턴스가 증가될 수 있어, 필요한 만큼의 누설 인덕턴스 확보를 위한 별도의 인덕터가 필요하지 않을 수 있다.
즉, 트랜스포머에 있어서 권선간의 결합도에 의해 누설 인덕턴스의 양이 결정될 수 있는데, 제1 인덕터 권선(L1)과 제2 인덕터 권선(L2)은 서로 물리적으로 분리되어 트랜스포머의 누설 인덕턴스가 증가된다.
도 3의 식별부호 A와 같이 제1 인덕터(L1)이 충전되고, 제2 인덕터(L2)가 방전되는 서로 반대의 동작을 할 때, 권선에 의한 주 인덕턴스는 존재하지 않게 된다. 이는 같은 방향으로 권선된 두개의 코일에 서로 반대방향으로 전류가 흐르면 트랜스포머의 코어에는 플럭스(flux)가 발생되지 않기 때문이다. 이에 따라 주 인덕턴스는 없어지고 제1 인덕터 권선(L1)과 제2 인덕터 권선(L2)에는 누설 인덕턴스가 남아서 식별부호 B와 같이 전류가 흐를 수 있게 한다. 이때, 누설 인덕턴스가 매우 작거나 없으면 역률보정 회로는 오동작을 일으키거나, 전압 승압 동작을 수행할 수 없을 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 인터리브드 방식 역률 보정 회로에서 2개의 인덕터 권선을 하나의 트랜스포머에 집적화시키되 권선 영역을 분리하여 제1 인덕터 권선(L1)과 제2 인덕터 권선(L2)은 서로 물리적으로 분리시켜, 역률 회로가 정상적인 역활을 수행하기에 충분하도록 누설 인덕턴스를 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 인덕터 권선(L1)과 제2 인덕터 권선(L2)은 동일한 전기적인 효과를 얻기 위해 권선 방향이 동일할 수 있다.
코어부(122)는 한쌍의 코어(122a,122b)를 구비할 수 있고, 도시된 바와 같이 상기 한쌍의 코어는 EE코어일 수 있으나 그 결합한 형상이 동일한 EI코어일 수도 있다.
한쌍의 코어(122a,122b)는 보빈부(121)의 관통공에 삽입되어 자기 결합하는 제1 레그(Leg1)와 상기 관통공에 삽입되지않고 자기 결합하는 제2 및 제3 레그(Leg2,Leg3)를 구비할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 인터리브드 방식 역률 개선 회로의 전기적인 특성을 나타내는 도면이다.
도 1과 함께 도 4a를 참조하면, 입력되는 상용 교류 전원(Vac)의 전압 레벨을 각각 90V, 110V, 220V 및 264V로 변경하는 경우, 역률은 각각 0.985, 0.980, 0.922 및 0.897을 유지하여 역률 개선 효과를 확인할 수 있으면서, 고조파 성분은 사전에 설정된 레벨 이하의 정상임을 확인할 수 있다.
도 1과 함께 도 4b를 참조하면, 입력되는 상용 교류 전원(Vac)의 전압 레벨을 각각 90V, 110V, 220V 및 240V로 변경하는 경우, 역률은 각각 0.985, 0.980, 0.936 및 0.922을 유지하여 역률 개선 효과를 확인할 수 있으면서, 출력 파형은 안정화되는 것을 확인할 수 있다.
도 1과 함께 도 4c를 참조하면, 본 발명의 인터리브드 방식 역률 개선 회로는 물리적으로 분리된 2개의 인덕터를 갖는 일반적인 인터리브드 방식 역률 개선 회로에 대비하여 효율은 각각 93.9%와 94%로, 입출력 전력에 대비하여 거의 동일한 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 물리적으로 분리된 2개의 인덕터를 하나의 트랜스포머 구조에 집적화하되, 2개의 인덕터 권선을 분리 권선함으로써, 2개의 인덕터를 채용할 때와 대비하여 부품의 비용을 저감하고 회로 면적 또한 저감할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100...역률 개선 회로
110...정류부
120...트랜스포머
130...스위칭부
140...제어부
150...안정화부

Claims (5)

  1. 사용 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터의 정류된 전원을 각각 입력받아 스위칭 동작에 따라 에너지 충전 및 방전하는 제1 및 제2 인덕터 권선과, 사전에 설정된 길이를 갖는 보빈 몸체 및 상기 보빈 몸체에 상기 길이 방향으로 관통된 관통공 및 상기 보빈 몸체의 외주면에 형성되어 상기 제1 및 제2 인덕터 권선이 권선되고 상기 제1 및 제2 인덕터 권선을 물리적으로 분리하는 격벽을 갖는 권선 영역을 갖는 보빈부와, 상기 보빈부의 상기 관통공을 통해 자기 결합하여 제1 레그를 형성하고 상기 관통공을 통하지 않고 자기 결합하여 각각 제2 및 제3 레그를 형성하는 한쌍의 코어를 갖는 코어부를 구비하는 트랜스포머;
    상기 제1 및 제2 인덕터 권선에 전달되는 전원을 각각 스위칭하는 스위칭부;
    스위칭된 전원의 전압과 전류 간의 위상차가 사전에 설정된 위상차를 만족하도록 상기 스위칭부의 스위칭을 제어하는 제어부; 및
    상기 스위칭부로부터의 스위칭된 전원을 안정화시키는 안정화부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식 역률 개선 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인덕터 권선과 상기 제2 인덕터 권선은 권선 방향이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식 역률 개선 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는
    상기 제1 인덕터 권선에 전달된 전원을 스위칭하는 제1 스위치; 및
    상기 제2 인덕터 권선에 전달된 전원을 스위칭하는 제2 스위치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식 역률 개선 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 안정화부는
    상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 제1 인덕터 권선으로부터 전달되는 전원의 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드;
    상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 제2 인덕터 권선으로부터 전달되는 전원의 전달 경로를 제공하는 제2 다이오드; 및
    상기 제1 및 제2 다이오드로부터 전달되는 전원을 충전하여 전원을 안정화시키는 캐패시터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식 역률 개선 회로.
  5. 제4에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 다이오드로부터 상기 캐패시터에 전달되는 전원의 상태에 따라 상기 스위칭부의 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식 역률 개선 회로.
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