KR101180534B1 - 전원 회로 - Google Patents

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Abstract

역률을 개선함과 함께, 스위칭 소자의 스위칭에 의한 전원 회로의 입출력의 리플 전류를 작게 할 수 있는 전원 회로를 제공한다.
전원 회로는, 제1 및 제2 스위칭 소자(16, 17)를 포함하는 제1 전원 회로, 제3 및 제4 스위칭 소자(18, 19)를 포함하는 제2 전원 회로 및 제어 회로(26)를 구비하고 있다. 제어 회로(26)는, 교류 전원(10)으로부터의 교류 전압이 플러스일 때에 제1 스위칭 소자(16)와 제3 스위칭 소자(18)가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하고, 교류 전압이 마이너스일 때에 제2 스위칭 소자(17)와 제4 스위칭 소자(19)가 온 및 오프하는 타이밍을 시프트하도록 스위칭 제어를 행한다.

Description

전원 회로{POWER SUPPLY CIRCUIT}
본 발명은, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전원 회로에 관한 것이다.
각종 전자 기기의 전원 회로로서, 정류 회로(예를 들어 다이오드 브리지 회로)와 평활 회로(예를 들어 콘덴서)를 갖고, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전원 회로가 알려져 있다. 그러나, 이와 같은 전원 회로는, 정현파의 교류 전압이 인가된 경우, 정현파의 피크 부근에서만 전원 회로에 전류가 흐르기 때문에, 역률이 나쁘다. 또한, 정현파의 교류 전압을 인가해도 정현파에 비례하지 않는 전류가 흐르는 경우, 고조파가 발생하여 주변 기기에 악영향을 미치는 경우도 있다.
따라서, 다이오드와 병렬로 스위칭 소자를 접속하고, 스위칭 소자를 적당한 타이밍에 스위칭시켜, 전원 회로에 흐르는 전류를 교류 전압의 정현파와 상사형으로 함으로써, 역률 개선, 고조파 억제 및 직류 전압 조정을 행하는 전원 회로가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조).
도 10은, 종래의 전원 회로의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 전원 회로는, 교류 전압을 전파 정류하기 위한 다이오드 브리지 회로를 구성하는 4개의 다이오드(D1, D2, D3 및 D4)와, 전류 검출용의 저항(RX)과, 스위칭 소자(116, 117)와, 구동 회로(124) 및 제어 회로(126)와 출력 전압의 분압 저항(R1, R2)을 구비하고 있다.
교류 전원(110)으로부터의 교류 전압이 리액터(112)를 통하여, 교류 입력 라인인 R 라인에 인가되고, 또 하나의 교류 입력 라인인 S 라인에는 교류 전원(110)으로부터 교류 전압이 직접 입력된다. 교류 전원(110)에 의해 인가되는 교류 전압은, 다이오드(D1, D2, D3, D4)에 의해 전파 정류된 후, P측 전극과 N측 전극 사이에 접속된 콘덴서(123)에 의해 평활화된다.
스위칭 소자(116)는, 저항(RX)과 직렬 접속되고, 또한 저항(RX)과 함께 다이오드(D1)와 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 소자(116)와 다이오드(D1)는 역극성의(역방향의 전류가 흐르는) 방향으로 접속된다.
스위칭 소자(117)는, 저항(RX)과 직렬 접속되고, 또한 저항(RX)과 함께 다이오드(D2)와 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 소자(116)와 다이오드(D2)는 역극성의(역방향의 전류가 흐르는) 방향으로 접속된다. 저항(RX)은, 스위칭 소자(14) 또는 스위칭 소자(116) 중 어느 1개가 온한 기간에 다이오드(D1) 또는 다이오드(D2)에 흐르는 전류를 검출한다.
분압 저항(R1, R2)은, P측 전극과 N측 전극 사이에 직렬로 접속되고, P측 전극과 N측 전극 사이에 발생하는 출력 전압을 분압한다. 즉, 분압 저항(R1, R2)의 접속점으로부터 출력 전압의 분압 신호가 출력된다.
구동 회로(124)는 제어 회로(126)로부터의 입력을 스위칭 소자(116, 117)가 구동할 수 있는 진폭으로 증폭하여 출력한다. 제어 회로(126)는, 저항(RX)의 전류 검출 결과와 출력 전압의 분압 신호에 기초하여, 스위칭 소자(116, 117)가 온 및 오프하는 타이밍을 제어한다.
계속해서, 종래의 전원 회로의 동작을 설명한다. 도 11은, 교류 전원(110)의 교류 전압이 S 라인에 대하여 R 라인이 플러스로 되는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하는 도면이다.
<스위칭 소자(116)가 온인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스이고, 스위칭 소자(116)가 온으로 되는 경우에는 도 11의 일점쇄선으로 나타내는 경로, 즉 R 라인(리액터(112))→스위칭 소자(116)→저항(RX)→다이오드(D2)→S 라인의 경로의 전류가 흐른다. 이 기간에 리액터(112)에 에너지가 축적된다.
<스위칭 소자(116)가 오프인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스이고, 스위칭 소자(116)가 오프로 된 경우, 리액터(112)는, 스위칭 소자(116)가 온인 경우와 동일 방향으로 전류를 흘리고자 한다. 따라서 도 11의 파선으로 나타내는 경로, 즉 R 라인(리액터(112))→다이오드(D3)→콘덴서(123)→다이오드(D2)→S 라인의 경로의 전류가 흘러, 콘덴서(123)가 충전된다. 이 기간에, 리액터(112)에 축적되어 있던 에너지가 콘덴서(123)에 출력되어, P측 전극과 N측 전극 사이에 발생하는 직류 전압(이하, 직류 출력 전압으로 한다)이 승압된다.
도 12는, 교류 전원(110)의 교류 전압이, S 라인에 대하여 R 라인이 부가되는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하는 도면이다.
<스위칭 소자(117)가 온인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스이고, 스위칭 소자(117)가 온이 되는 경우에는 도 12의 일점쇄선으로 나타내는 경로, 즉 S 라인→스위칭 소자(117)→저항(RX)→다이오드(D1)→R 라인(리액터(112))의 경로의 전류가 흐른다. 이 기간에 리액터(112)에 에너지가 축적된다.
<스위칭 소자(117)가 오프인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스이며, 스위칭 소자(117)가 오프가 된 경우, 리액터(112)는 스위칭 소자(117)가 온인 경우와 동일 방향으로 전류를 흘리고자 한다. 따라서 도 12의 파선으로 나타내는 경로, 즉 S 라인→다이오드(D4)→콘덴서(123)→다이오드(D1)→R 라인(리액터(112))의 경로의 전류가 흘러, 콘덴서(123)가 충전된다. 이 기간에, 리액터(112)에 축적되어 있던 에너지가 콘덴서(123)에 출력되어 직류 출력 전압이 승압된다.
이 전원 회로에 의하면, 스위칭 소자(116) 또는 스위칭 소자(117) 중 어느 1개가 온한 경우만 저항(RX)에 전류가 흐르는 구성으로 되어 있다. 그리고, 저항(RX)에 흐르는 전류에 기초하여 스위칭 소자(116) 또는 스위칭 소자(117)의 스위칭의 타이밍을 제어함으로써, 전원 회로에 흐르는 전류를 교류 전압의 정현파와 상사형으로 할 수 있어, 역률을 개선할 수 있다.
일본 특허 공개 제2006-25579호 공보
그러나, 종래의 전원 회로에서는, 스위칭 소자(116 또는 117)의 스위칭에 의한 전원 회로의 입출력의 리플 전류가 크다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 역률을 개선함과 함께, 스위칭 소자의 스위칭에 의한 전원 회로의 입출력의 리플 전류를 작게 할 수 있는 전원 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 플러스측의 출력 단자와, 마이너스측의 출력 단자와, 제1 및 제2 교류 입력 라인과, 4개의 정류 소자가 상기 제1 및 제2 교류 입력 라인에 접속되고, 상기 플러스측의 출력 단자와 상기 마이너스측의 출력 단자 사이에 상기 교류 전압을 전파 정류한 출력 전압을 발생하는 제1 브리지 회로와, 상기 마이너스측의 출력 단자와 접속된 상기 제1 브리지 회로의 한쪽 정류 소자와 병렬로 접속된 제1 스위칭 소자와, 상기 마이너스측의 출력 단자와 접속된 상기 제1 브리지 회로의 다른 쪽 정류 소자와 병렬로 접속된 제2 스위칭 소자를 구비한 제1 전원 회로와,
상기 제1 교류 입력 라인과 접속된 제3 교류 입력 라인과, 상기 제2 교류 입력 라인과 접속된 제4 교류 입력 라인과, 4개의 정류 소자가 상기 제3 및 제4 교류 입력 라인에 접속되고, 상기 플러스측의 출력 단자와 상기 마이너스측의 출력 단자 사이에 출력 전압을 발생하는 제2 브리지 회로와, 상기 마이너스측의 출력 단자와 접속된 상기 제2 브리지 회로의 한쪽 정류 소자와 접속된 제3 스위칭 소자와, 상기 마이너스측의 출력 단자와 접속된 상기 제2 브리지 회로의 다른 쪽 정류 소자와 병렬로 접속된 제4 스위칭 소자를 구비한 제2 전원 회로와,
상기 교류 전압이 플러스일 때에, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제3 스위칭 소자가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하고, 상기 교류 전압이 마이너스일 때에 상기 제2 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하도록 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 2개 이상의 전원 회로(승압 컨버터 회로)를 병렬로 설치하고, 각각의 전원 회로의 스위칭 소자가 온 또는 오프하는 타이밍을 서로 시프트한다는 인터리브 방식을 채용했으므로, 역률을 개선함과 함께 스위칭 소자의 스위칭에 의한 전원 회로의 입출력의 리플 전류를 작게 할 수 있다. 또한, 리플 전류를 제거하기 위하여 필터를 설치하는 경우에는 필터를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전원 회로마다 교류 입력 라인이 설치되므로, 회로 전류는 복수의 리액터를 통하게 되고, 각 교류 입력 라인에 흐르는 교류 전원에 대한 리턴 전류도 종래의 전원 회로보다 작아지는 점에서, 교류 입력 라인에 리액터를 접속하는 경우에 리액터를 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 전원 회로의 구성을 도시하는 회로도.
도 2는 R 라인의 교류 전압이 플러스이며, 제1 스위칭 소자(16)가 온하고 있는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 R 라인의 교류 전압이 플러스이며, 제1 스위칭 소자(16)가 오프하고 있는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 4는 R 라인의 교류 전압이 플러스이며, 제3 스위칭 소자(18)가 온하고 있는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 5는 R 라인의 교류 전압이 플러스이며, 제3 스위칭 소자(18)가 오프하고 있는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 6은 R 라인의 교류 전압이 마이너스이며, 제2 스위칭 소자(17)가 온하고 있는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 7은 R 라인의 교류 전압이 마이너스이며, 제2 스위칭 소자(17)가 오프하고 있는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 8은 R 라인의 교류 전압이 마이너스이며, 제4 스위칭 소자(19)가 온하고 있는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 9는 R 라인의 교류 전압이 마이너스이며, 제4 스위칭 소자(19)가 오프하고 있는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 10은 종래의 전원 회로의 회로도.
도 11은 종래의 전원 회로에 있어서 R 라인의 교류 전압이 플러스인 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 12는 종래의 전원 회로에 있어서 R 라인의 교류 전압이 마이너스인 경우의 전원 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 13은 제1 및 제3 스위칭 소자(16, 18)의 스위칭의 타이밍을 설명하기 위한 도면.
===전체 구성===
도 1은 본 발명의 실시 형태의 전원 회로의 구성을 도시하는 회로도이다. 이 전원 회로는, 기본적으로는 종래의 전원 회로(승압 컨버터 회로)를 2개 병렬로 설치하고, 각각의 전원 회로를 구성하는 각 스위칭 소자가 온/오프하는 타이밍을 서로 시프트하는, 즉 어긋나게 한다는 인터리브 방식을 채용한 것이다.
이 전원 회로는, 제1 전원 회로, 제2 전원 회로 및 제어 회로(26)를 구비하고 있다. 제1 전원 회로는, 교류 전압을 전파 정류하기 위한 제1 다이오드 브리지 회로를 구성하는 4개의 다이오드(D1, D2, D3 및 D4)와, 전류 검출용의 저항(RX1, RX2)과, 제1 스위칭 소자(16), 제2 스위칭 소자(17)와, 구동 회로(24)를 구비하고 있다.
제2 전원 회로는, 제1 전원 회로와 병렬로 설치되고, 교류 전압을 전파 정류하기 위한 제2 다이오드 브리지 회로를 구성하는 4개의 다이오드(D5, D6, D7 및 D8)와, 전류 검출용의 저항(RX2)과, 제3 스위칭 소자(18), 제4 스위칭 소자(19)와, 구동 회로(25)를 구비하고 있다. 다이오드(D1 내지 D8)는 정류 소자의 일례이다.
교류 전원(10)으로부터의 교류 전압은 교류 입력 라인인 R 라인에 인가된다. R 라인은, R1 라인(제1 교류 입력 라인)과 R2 라인(제3 교류 입력 라인)에 접속되어 있다. 즉, R 라인은 R1 라인과 R2 라인으로 분기하고 있다. 교류 전압은, 리액터(12)를 통하여 R1 라인에 인가되고, 리액터(13)를 통하여 R2 라인에 인가된다.
또한, 교류 전원(10)으로부터의 교류 전압은 또 하나의 교류 입력 라인인 S 라인에 인가된다. S 라인은, S1 라인(제2 교류 입력 라인)과 S2 라인(제4 교류 입력 라인)에 접속되어 있다. 즉, S 라인은 S1 라인과 S2 라인으로 분기하고 있다. 교류 전압은, 리액터(14)를 통하여 S1 라인에 인가되고, 리액터(15)를 통하여 S2 라인에 인가된다. 또한, 리액터(12, 13, 14, 15)는, 예를 들어 토로이달 코일 등의 코일이다.
다이오드(D3)는 R1 라인과 출력 라인 사이에 접속되고, 다이오드(D7)는 R2 라인과 출력 라인 사이에 접속되고, 다이오드(D4)는 S1 라인과 출력 라인 사이에 접속되고, 다이오드(D8)는 S2 라인과 출력 라인 사이에 접속되어 있다. 출력 라인은 P측 전극(플러스측의 출력 단자)에 접속되어 있다.
다이오드(D1)는 R1 라인과 접지 라인 사이에 접속되고, 다이오드(D2)는 S1 라인과 접지 라인에 접속되고, 다이오드(D5)는 R2 라인과 접지 라인 사이에 접속되고, 다이오드(D6)는 S2 라인과 접지 라인 사이에 접속되어 있다. 접지 라인은 N측 전극(마이너스측의 출력 단자)에 접속되어 있다.
교류 전원(10)에 의해 인가되는 교류 전압은, 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 이루어지는 제1 다이오드 브리지 회로 및 다이오드(D5, D6, D7, D8)로 이루어지는 제2 다이오드 브리지 회로에 의해 전파 정류된 후, P측 전극과 N측 전극 사이에 접속된 콘덴서(23)로 평활화된다. 이 경우, N측 전극은 접지되고, P측 전극에 플러스의 직류 전압이 출력 전압으로서 발생한다.
제1 스위칭 소자(16)는, R1 라인과 접지 라인 사이에 저항(RX1)과 직렬 접속되고, 또한 저항(RX1)과 함께 다이오드(D1)와 병렬로 접속되어 있다. 제1 스위칭 소자(16)와 다이오드(D1)는 역극성의(역방향의 전류가 흐르는) 방향으로 접속된다.
제2 스위칭 소자(17)는, S1 라인과 접지 라인 사이에 저항(RX1)과 직렬 접속되고, 또한 저항(RX1)과 함께 다이오드(D2)와 병렬로 접속되어 있다. 제2 스위칭 소자(17)와 다이오드(D2)는 역극성의(역방향의 전류가 흐르는) 방향으로 접속된다.
제3 스위칭 소자(18)는, R2 라인과 접지 라인의 사이에 저항(RX2)과 직렬 접속되고, 또한 저항(RX2)과 함께 다이오드(D5)와 병렬로 접속되어 있다. 제3 스위칭 소자(18)와 다이오드(D5)는 역극성의(역방향의 전류가 흐르는) 방향으로 접속된다.
제4 스위칭 소자(19)는, S2 라인과 접지 라인 사이에 저항(RX2)과 직렬 접속되고, 또한 저항(RX2)과 함께 다이오드(D6)와 병렬로 접속되어 있다. 제4 스위칭 소자(19)와 다이오드(D6)는 역극성의(역방향의 전류가 흐르는) 방향으로 접속된다.
제1 내지 제4 스위칭 소자(16, 17, 18, 19)는, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등의 트랜지스터이다.
분압 저항(R3, R4)은, P측 전극과 N측 전극 사이에 직렬로 접속되고, P측 전극과 N측 전극 사이에 발생하는 출력 전압을 분압한다. 즉, 분압 저항(R3, R4)은 출력 전압의 분압 회로를 형성하고, 그들 접속점으로부터 출력 전압의 분압 신호를 출력한다.
구동 회로(24)는, 제어 회로(26)로부터의 입력을 제1 및 제2 스위칭 소자(16, 17)를 구동할 수 있는 진폭으로 증폭하여 출력한다. 구동 회로(25)는, 제어 회로(26)로부터의 입력을 제3 및 제4 스위칭 소자(18, 19)를 구동할 수 있는 진폭으로 증폭하여 출력한다.
제어 회로(26)는, 저항(RX1, RX2)의 전류 검출 결과와 출력 전압의 분압 신호에 기초하여, 제1 내지 제4 스위칭 소자(16, 17, 18, 19)가 온 및 오프하는 타이밍을 제어한다. 특히, 제어 회로(26)는 교류 전원(10)으로부터의 교류 전압이 플러스일 때에 제1 스위칭 소자(16)와 제3 스위칭 소자(18)가 온 및 오프하는 타이밍(시점)을 서로 시프트하도록, 제1 스위칭 소자(16)와 제3 스위칭 소자(18)를 제어한다. 즉, 제1 및 제3 스위칭 소자(16, 18)는 온과 오프를 교대로 반복하지만, 양쪽이 동시에 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭하고, 동시에 온 상태로부터 오프 상태로 스위칭하는 일이 없도록 제어되어 있다.
마찬가지로, 제어 회로(26)는 교류 전원(10)으로부터의 교류 전압이 마이너스일 때에 제2 스위칭 소자(17)와 제4 스위칭 소자(19)가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하도록 제2 스위칭 소자(17)와 제4 스위칭 소자(19)의 스위칭을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 제1 내지 제4 스위칭 소자(16, 17, 18, 19)의 스위칭 노이즈에 의해 발생하는 입출력의 리플을 제거하기 위하여 필터(11)를 설치할 수 있다. 필터(11)는, 예를 들어 코일과 콘덴서를 포함하는 LC 회로로 이루어지고, 교류 전원(10)과 R 라인 및 S 라인 사이에 접속된다.
===전원 회로의 동작===
계속해서, 본 발명의 실시 형태의 전원 회로의 동작을 설명한다. 도 2 내지 도 5는, 교류 전원(10)의 교류 전압이 S 라인(S1 라인, S2 라인)에 대하여 R 라인(R1 라인, R2 라인)이 플러스로 되는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하는 도면이다.
<제1 스위칭 소자(16)가 온인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스이며, 제1 스위칭 소자(16)가 온이 되는 경우에는 도 2의 일점쇄선으로 나타내는 경로, 즉 R1 라인(리액터(12))→제1 스위칭 소자(16)→저항(RX1)의 경로를 거쳐, 다이오드(D2)→S1 라인(리액터(14))의 경로와 다이오드(D6)→S2 라인(리액터(15))이라는 분기된 2개의 경로의 전류가 흐른다. 이 경우, 교류 전원(10)을 향하는 리턴 전류는, S1 라인 및 S2 라인으로 흐르게 된다. 이 기간에 리액터(12, 14, 15)에 에너지가 축적된다.
<제1 스위칭 소자(16)가 오프인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스이며, 제1 스위칭 소자(16)가 오프로 된 경우 리액터(12, 14, 15)는, 제1 스위칭 소자(16)가 온인 경우와 동일한 방향으로 전류를 흘리고자 한다. 따라서 도 3의 파선으로 나타내는 경로, 즉 R1 라인(리액터(12))→다이오드(D3)→콘덴서(23)의 경로를 거쳐, 다이오드(D2)→S1 라인(리액터(14))의 경로와 다이오드(D6)→S2 라인(리액터(15))이라는 분기된 2개의 경로의 전류가 흘러, 콘덴서(23)가 충전된다. 이 기간에, 리액터(12, 14, 15)에 축적되어 있던 에너지가 콘덴서(23)에 출력되어, P측 전극과 N측 전극 사이에 발생하는 직류 전압이 승압된다.
<제3 스위칭 소자(18)가 온인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스이며, 제3 스위칭 소자(18)가 온이 되는 경우에는 도 4의 일점쇄선으로 나타내는 경로, 즉 R2 라인(리액터(13))→제3 스위칭 소자(18)→저항(RX2)의 경로를 거쳐, 다이오드(D2)→S1 라인(리액터(14))의 경로와 다이오드(D6)→S2 라인(리액터(15))이라는 분기된 2개의 경로의 전류가 흐른다. 이 경우, 교류 전원(10)을 향하는 리턴 전류는, S1 라인 및 S2 라인에 흐르게 된다. 이 기간에 리액터(12, 14, 15)에 에너지가 축적된다.
<제3 스위칭 소자(18)가 오프인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스이며, 제3 스위칭 소자(18)가 오프로 된 경우 리액터(13, 14, 15)는, 제3 스위칭 소자(18)가 온인 경우와 동일 방향으로 전류를 흘리고자 한다. 따라서 도 5의 파선으로 나타내는 경로, 즉 R2 라인(리액터(13))→다이오드(D7)→콘덴서(23)의 경로를 거쳐, 다이오드(D2)→S1 라인(리액터(14))의 경로와 다이오드(D6)→S2 라인(리액터(15))이라는 분기된 2개의 경로의 전류가 흘러, 콘덴서(23)가 충전된다. 이 기간에, 리액터(13, 14, 15)에 축적되어 있던 에너지가 콘덴서(23)에 출력되어, P측 전극과 N측 전극 사이에 발생하는 직류 전압이 승압된다.
계속해서, 도 6 내지 도 9는 교류 전원(10)의 교류 전압이 S 라인(S1 라인, S2 라인)에 대하여 R 라인(R1 라인, R2 라인)이 마이너스로 되는 경우의 전원 회로의 동작을 설명하는 도면이다.
<제2 스위칭 소자(17)가 온인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스이며, 제2 스위칭 소자(17)가 온이 되는 경우에는 도 6의 일점쇄선으로 나타내는 경로, 즉 S1 라인(리액터(14))→제2 스위칭 소자(17)→저항(RX1)의 경로를 거쳐, 다이오드(D1)→R1 라인(리액터(12))의 경로와 다이오드(D5)→R2 라인(리액터(13))이라는 분기된 2개의 경로의 전류가 흐른다. 이 경우, 교류 전원(10)을 향하는 리턴 전류는, R1 라인 및R2 라인에 흐르게 된다. 이 기간에 리액터(12, 13, 14)에 에너지가 축적된다.
<제2 스위칭 소자(17)가 오프인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스이며, 제2 스위칭 소자(17)가 오프로 된 경우, 리액터(12, 13, 14)는, 제2 스위칭 소자(17)가 온인 경우와 동일 방향으로 전류를 흘리고자 한다. 따라서 도 7의 파선으로 나타내는 경로, 즉 S1 라인(리액터(14))→다이오드(D4)→콘덴서(23)의 경로를 거쳐, 다이오드(D1)→R1 라인(리액터(12))의 경로와 다이오드(D5)→R2 라인(리액터(13))이라는 분기된 2개의 경로의 전류가 흘러, 콘덴서(23)가 충전된다.
이 기간에, 리액터(12, 13, 14)에 축적되어 있던 에너지가 콘덴서(23)에 출력되어, P측 전극과 N측 전극 사이에 발생하는 직류 전압이 승압된다.
<제4 스위칭 소자(19)가 온인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스이며, 제4 스위칭 소자(19)가 온으로 되는 경우에는 도 8의 일점쇄선으로 나타내는 경로, 즉 S2 라인(리액터(15))→제4 스위칭 소자(19)→저항(RX2)의 경로를 거쳐, 다이오드(D1)→R1 라인(리액터(12))의 경로와 다이오드(D5)→R2 라인(리액터(13))이라는 분기된 2개의 경로의 전류가 흐른다. 이 경우, 교류 전원(10)을 향하는 리턴 전류는, R1 라인 및R2 라인에 흐르게 된다. 이 기간에 리액터(12, 13, 15)에 에너지가 축적된다.
<제4 스위칭 소자(19)가 오프인 경우>
R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스이며, 제4 스위칭 소자(19)가 오프로 된 경우, 리액터(12, 13, 15)는 제4 스위칭 소자(19)가 온인 경우와 동일 방향으로 전류를 흘리고자 한다. 따라서 도 9의 파선으로 나타내는 경로, 즉 S2 라인(리액터(15))→다이오드(D8)→콘덴서(23)의 경로를 거쳐, 다이오드(D1)→R1 라인(리액터(12))의 경로와 다이오드(D5)→R2 라인(리액터(13))이라는 분기된 2개의 경로의 전류가 흘러, 콘덴서(23)가 충전된다.
이 기간에, 리액터(12, 13, 15)에 축적되어 있던 에너지가 콘덴서(23)에 출력되어, P측 전극과 N측 전극의 사이에 발생하는 직류 전압이 승압된다.
상술한 바와 같이, R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스인 경우, 제1 스위칭 소자(16)와 제3 스위칭 소자(18)가 온과 오프를 반복하지만, 제어 회로(26)는, 제1 스위칭 소자(16)와 제3 스위칭 소자(18)가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하도록 제어를 행한다.
즉, 제어 회로(26)는, 제1 스위칭 소자(16)와 제3 스위칭 소자(18)가 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭하는 타이밍을 서로 시프트하고, 온 상태로부터 오프 상태로 스위칭하는 타이밍을 서로 시프트하고 있다.
또한, R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스인 경우, 제2 스위칭 소자(17)와 제4 스위칭 소자(19)가 온 및 오프하지만, 제어 회로(26)는, 제2 스위칭 소자(17)와 제4 스위칭 소자(19)가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하도록 제어를 행한다. 즉, 제어 회로(26)는, 제2 스위칭 소자(17)와 제4 스위칭 소자(19)가 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭하는 타이밍을 서로 시프트하고, 온 상태로부터 오프 상태로 스위칭하는 타이밍을 서로 시프트하고 있다.
이에 의해, 제1 내지 제4 스위칭 소자(16, 17, 18, 19)의 스위칭에 의한 전원 회로의 입출력의 리플 전류를 작게 할 수 있다. 또한, 리플 전류를 제거하기 위하여 필터(11)를 설치하는 경우에는, 리플 전류 그 자체가 작게 되어 있으므로 필터(11)를 소형화할 수 있다.
도 13은, R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스인 경우에, 제1 및 제3 스위칭 소자(16, 18)의 스위칭의 타이밍을 설명하기 위한 도면이다. 제1 및 제3 스위칭 소자(16, 18)는, 온과 오프를 교대로 반복, 동일한 스위칭 주기(온 기간과 이것에 이어지는 오프 기간의 합)를 가지고 있지만, 동시에 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭하고, 동시에 온 상태로부터 오프 상태로 스위칭하는 일이 없도록 제어되어 있다. 제1 스위칭 소자(16)의 스위칭에 의한 R1 라인의 전류 파형, 제3 스위칭 소자(18)의 스위칭에 의한 R2 라인의 전류 파형도 모식적으로 도시되어 있다.
이와 같이, 제1 및 제3 스위칭 소자(16, 18)의 스위칭의 타이밍이 어긋나게 되는 결과, R1 라인과 R2 라인의 전류 파형의 위상도 서로 시프트된다. R 라인의 전류 파형은 R1 라인과 R2 라인의 전류 파형이 합성된 것이 되고, 제1 및 제3 스위칭 소자(16, 18)의 스위칭에 의한 리플 전류는 작아지는 것을 알았다. 또한, 도 13 중 0A라는 부호가 붙어 있는 가로선은, 전류 제로의 선을 나타내고 있다.
또한, 교류 전원(10)에 대한 리턴 전류는, R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스인 경우에는 S1 라인, S2 라인으로 나뉘어 흐르고, R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스인 경우에는 R1 라인, R2 라인으로 나뉘어 흐르므로, 리액터(12, 13, 14, 15)를 접속하는 경우에 리액터(12, 13, 14, 15)를 소형화할 수 있다.
또한, 교류 전원(10)에 대한 리턴 전류는, R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 플러스인 경우에는 다이오드(D2, D6)로 나뉘어 흐르고, R 라인의 교류 전압이 S 라인에 대하여 마이너스인 경우에는 다이오드(D1, D5)로 나뉘어 흐르므로, 마이너스측의 다이오드(D1, D2, D5, D6)는, 플러스측의 다이오드(D3, D4, D7, D8)에 비하여, 전류 용량이 작은 것을 사용할 수 있어, 비용 절감을 도모할 수 있다.
또한, 저항(RX1, RX2)의 전류 검출 결과와 출력 전압의 분압 신호에 기초하여, 제1 내지 제4 스위칭 소자(16, 17, 18, 19)가 온 및 오프하는 타이밍을 제어함으로써, 전원 회로의 역률 개선, 고조파 억제 및 직류 전압 조정을 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태는, 전원 회로(승압 컨버터 회로)를 2개 병렬로 설치하고, 각각의 전원 회로를 구성하는 각 스위칭 소자가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트한다는 인터리브 방식을 채용한 것이지만, 3개 이상의 전원 회로(승압 컨버터 회로)를 병렬로 설치하고, 각각의 전원 회로를 구성하는 각 스위칭 소자가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하도록 구성해도 좋다.
10: 교류 전원
11: 필터
12, 13, 14, 15: 리액터
16: 제1 스위칭 소자
17: 제2 스위칭 소자
18: 제3 스위칭 소자
19: 제4 스위칭 소자
23: 콘덴서
24, 25: 구동 회로
26: 제어 회로

Claims (4)

  1. 플러스측의 출력 단자와,
    마이너스측의 출력 단자와,
    제1 및 제2 교류 입력 라인과, 4개의 정류 소자가 상기 제1 및 제2 교류 입력 라인에 접속되고, 상기 플러스측의 출력 단자와 상기 마이너스측의 출력 단자 사이에 상기 교류 전압을 전파 정류한 출력 전압을 발생하는 제1 브리지 회로와, 상기 마이너스측의 출력 단자와 접속된 상기 제1 브리지 회로의 한쪽 정류 소자와 병렬로 접속된 제1 스위칭 소자와, 상기 마이너스측의 출력 단자와 접속된 상기 제1 브리지 회로의 다른 쪽 정류 소자와 병렬로 접속된 제2 스위칭 소자를 구비한 제1 전원 회로와,
    상기 제1 교류 입력 라인과 접속된 제3 교류 입력 라인과, 상기 제2 교류 입력 라인과 접속된 제4 교류 입력 라인과, 4개의 정류 소자가 상기 제3 및 제4 교류 입력 라인에 접속되고, 상기 플러스측의 출력 단자와 상기 마이너스측의 출력 단자 사이에 출력 전압을 발생하는 제2 브리지 회로와, 상기 마이너스측의 출력 단자와 접속된 상기 제2 브리지 회로의 한쪽 정류 소자와 접속된 제3 스위칭 소자와, 상기 마이너스측의 출력 단자와 접속된 상기 제2 브리지 회로의 다른 쪽 정류 소자와 병렬로 접속된 제4 스위칭 소자를 구비한 제2 전원 회로와,
    상기 교류 전압이 플러스일 때에 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제3 스위칭 소자가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하고, 상기 교류 전압이 마이너스일 때에 상기 제2 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자가 온 및 오프하는 타이밍을 서로 시프트하도록 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 교류 입력 라인에 각각 접속된 제1 내지 제4 리액터를 구비하고, 상기 제1 내지 제4 교류 입력 라인에는, 각각 제1 내지 제4 리액터를 통하여 교류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자의 스위칭에 의해 발생하는 리플을 제거하는 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 제1 전류 검출 소자와,
    상기 제3 및 제4 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 제2 전류 검출 소자를 구비하고, 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 전류 검출 소자의 검출 결과와 상기 출력 전압의 분압 신호에 기초하여, 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
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