KR101188057B1 - 전원 공급 장치 - Google Patents

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KR101188057B1
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김주래
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Abstract

본 발명은 출력 전류에 있어서 저주파 대역의 리플이 저감된 전원 공급 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 입력 전원을 스위칭하여 상기 입력 전원을 플라이 백(Fly-Back) 방식으로 상기 스위칭에 따른 전압 레벨을 갖는 제1 전원으로 변환하고, 상기 입력 전원을 포워드 방식으로 상기 스위칭에 따른 전압 레벨을 갖는 제2 전원으로 변환하는 전원 변환부와, 상기 전원 변환부의 상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 결합한 구동 전원을 부하에 출력하는 출력 결합부와, 상기 출력 결합부의 출력 전원에 기초하여 상기 전원 변환부의 스위칭 주파수를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치를 제공한다.

Description

전원 공급 장치{POWER SUPPLY}
본 발명은 출력 전류에 있어서 저주파 대역의 리플이 저감된 전원 공급 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 디스플레이 장치 중 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display;LCD)는 소형 및 슬림화와 저전력 소모의 장점으로 인해 컴퓨터, 노트북, AV 기기 등의 다양한 제품에 이용되고 있다.
이러한 액정 표시 장치에는 화소에 필요한 광을 방출하는 백라이트 유닛이 채용된다.
상기 백라이트 유닛은 바(Bar) 형태의 복수의 램프, 상기 램프에 전원을 공급하고 다른 회로의 구동 전원을 공급하는 전원 회로와 상기 구동 전원을 공급받아 램프의 휘도를 조정하는 제어부를 포함한다.
한편, 상술한 램프로는 일반적으로 냉음극관 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL)를 사용하고 있으나, 처리 속도, 전력 소모 및 수명 등을 고려하여 발광 다이오드(Light Emitting Diode)를 광원으로 채택한 백라이트 유닛이 등장하고 있다.
이러한 발광 다이오드를 광원으로 채택한 백라이트 유닛은 발광 다이오드를 구동하기 위한 구동 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 필수적으로 채용한다.
상기한 전원 공급 장치는 상용 교류 전원을 정류 및 평활한 후 정류 및 평활된 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 구동 전원으로 변환하는 싱글 스테이지(Single Stage) 방식과, 정류 및 평활된 전원을 1차 스위칭하여 역률 보정 동작을 수행하고 이후 역률 보정된 전원을 2차 스위칭하여 구동 전원으로 변환하는 투 스테이지(Two Stage) 방식을 구현될 수 있다.
상술한 싱글 스테이지 방식은 구조가 간단하여 저가격화에 유리하지만 구동 전원의 출력 전류 중 120Hz 대역의 저주파 리플의 제거가 용이하지 않은 문제점이 있고, 투 스테이지 방식은 역률 보정 동작에 의해 120Hz 대역의 저주파 리플의 제거는 용이하지만 소자수가 많고 복잡하여 제조 비용이 고가이고, 2단계의 전력 변환 과정에 의해서 전력 변환 효율이 저감되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 출력 전류에 있어서 저주파 대역의 리플을 저감하면서 전력 변화 효율의 저감을 방지할 수 있는 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 입력 전원을 스위칭하여 상기 입력 전원을 플라이 백(Fly-Back) 방식으로 상기 스위칭에 따른 전압 레벨을 갖는 제1 전원으로 변환하고, 상기 입력 전원을 포워드 방식으로 상기 스위칭에 따른 전압 레벨을 갖는 제2 전원으로 변환하는 전원 변환부와, 상기 전원 변환부의 상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 결합한 구동 전원을 부하에 출력하는 출력 결합부와, 상기 출력 결합부의 출력 전원에 기초하여 상기 전원 변환부의 스위칭 주파수를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 출력 결합부는 상기 구동 전원을 적어도 하나의 발광 다이오드에 공급할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 전원의 전압 레벨과, 구동 전원의 전류 레벨 및 상기 부하에 흐르는 전류를 검출한 검출 전압에 기초해서 상기 전원 변환부의 스위칭 주파수를 제어하여 상기 제1 전원의 전원 변환을 제어하고, 상기 전원 변환부의 스위칭 듀티를 제어하여 상기 제2 전원의 전원 변환을 제어할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 구동 전원의 전류 레벨과 사전에 설정된 기준 전류 레벨을 비교하는 제1 비교부와, 제어 신호에 따라 주파수가 제어되는 삼각파를 발생시키는 삼각파 발생부와, 제1 비교부의 비교 신호와 상기 삼각파 발생부의 삼각파를 비교하여 상기 전원 변환부의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 제2 비교부와, 상기 제1 전원의 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압 레벨을 비교하고, 그 비교 결과와 상기 검출 전압을 연산하여 상기 삼각파 발생부의 주파수를 제어하는 제어 신호를 제공하는 주파수 제어부를 포함할 수 있다
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 주파수 발생부는 상기 구동 전원의 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압 레벨을 비교하는 제3 비교부와, 상기 검출 전압의 제곱값과 상기 제3 비교부의 비교 결과를 곱하는 제1 연산부와, 상기 제1 연산부의 연산 결과에 사전에 설정된 주파수 상수를 곱하는 제2 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상기 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위치와, 상기 스위칭된 전원을 사전에 설정된 권선비에 따라 플라이백 방식과 포워드 방식으로 전압 레벨 변환하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머로부터 변환된 전원을 각각 정류하는 제1 및 제2 정류 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 트랜스포머의 전원의 순환 경로를 제공하는 경로 제공부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 트랜스포머는 사전에 설정된 권선 시작점을 갖고, 일단으로 상기 입력 전원을 전달받으며, 상기 스위치에 타단이 연결된 제1 일차 권선과, 상기 제1 일차 권선과 반대의 권선 시작점을 갖고, 일단이 상기 경로 제공부에 연결되며, 타단은 일차측 접지에 연결되는 제2 일차 권선과, 상기 제1 일차 권선과 동일한 권선 시작점을 갖고, 상기 스위치의 스위칭 온시에 상기 제1 일차 권선으로부터 전원을 유기받는 제1 이차 권선과, 상기 제1 일차 권선과 반대의 권선 시작점을 갖고, 상기 스위치의 스위칭 오프시에 상기 제1 일차 권선으로부터 전원을 유기받는 제2 이차 권선을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 경로 제공부는 상기 제1 일차 권선의 일단에 연결된 캐소드를 갖는 제1 다이오드와, 상기 제1 다이오드의 애노드와 연결된 캐소드를 갖고, 상기 제2 일차 권선의 일단에 연결되는 애노드를 갖는 제2 다이오드와, 상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결된 일단과, 일차측 접지에 연결된 타단을 갖는 캐패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 출력 결합부는 상기 제1 정류 다이오드의 캐소드에 연결된 캐소드를 갖고, 상기 제2 정류 다이오드의 캐소드에 연결된 애노드를 갖는 출력 다이오드와, 상기 출력 다이오드의 애노드에 연결되는 일단과, 이차측 접지에 연결되는 타단을 갖는 출력 캐패시터와, 상기 출력 다이오드의 캐소드에 연결된 일단과, 부하에 연결된 타단을 갖는 인덕터와, 상기 인덕터의 타단에 연결된 일단과, 이차측 접지에 연결된 타단을 갖는 안정화 캐패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상용 교류 전원을 정류 및 평활하여 상기 전원 변환부에 전달하는 정류부를 더 포함할 수 있고, 상기 상용 교류 전원에 포함된 전자기 간섭을 필터링하여 상기 정류부에 전달하는 전자기 간섭 필터부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 입력 전원을 스위칭하는 스위칭 온 오프시에 각각 플라이백 방식 및 포워드 방식으로 전력을 변환함으로써, 출력 전류에 있어서 저주파 대역의 리플을 저감하면서 전력 변화 효율의 저감을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치의 전원이 전달되는 경로를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 전원 공급 장치의 주요 동작 파형 그래프.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작 모드를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 전원 공급 장치에 입력되는 입력 전원 그래프.
도 6은 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 제어부의 개략적인 구성도.
도 7a는 일반적인 싱글 스테이지 방식을 채용한 전원 공급 장치의 출력 전원 리플 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 전원 공급 장치의 출력 전원 리플 그래프.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 전원 변환부(130), 출력 결합부(140), 제어부(150) 및 경로 제공부(160)을 포함할 수 있으며, 더하여, 전자기 간섭 필터부(110)와, 정류부(120)를 더 포함할 수 있다.
전자기 간섭 필터부(110)는 상용 교류 전원에 포함된 전자기 간섭 성분을 필터링하여 정류부(120)에 전달할 수 있다.
정류부(120)는 전자기 간섭이 제거된 전원을 정류 및 평활하여 전원 변환부(130)에 전달할 수 있다.
전원 변환부(130)는 정류부(120)로부터 입력되는 입력 전원(Vin)을 스위칭하여 플라이 백(Fly-Back) 방식과 포워드(Forward) 방식으로 입력 전원(Vin)을 각각 제1 전원(Vo1)과 제2 전원(Vo2)으로 변환할 수 있다.
이를 위해, 전원 변환부(130)는 스위치(Q), 트랜스포머(T)와 제1 및 제2 정류 다이오드(D1,D2)를 포함할 수 있다.
스위치(Q)는 제어부(150)의 스위칭 제어 신호에 따라 턴 온 및 턴 오프하여 입력 전원(Vin)을 스위칭할 수 있다.
트랜스포머(T)는 제1 및 제2 일차 권선(NP1,NP2)와 제1 및 제2 이차 권선(NS1,NS2)를 포함할 수 있다.
제1 일차 권선(NP1)은 일단이 정류부에 연결되어 입력 전원(Vin)을 전달받고, 타단이 스위치(Q)에 연결되어 스위치(Q)의 턴 온 오프에 따라 전자기 결합된 이차 권선에 전력을 전달할 수 있다. 제2 일차 권선(NP2)은 일단이 경로 제공부(160)에 연결되고, 타단이 일차측 접지에 연결될 수 있다. 이때, 제1 일차 권선(NP1)과 제2 일차 권선(NP2)의 권선 시작점(도면에 표시된 점)으로 서로 반대 방향일 수 있다.
제1 이차 권선(NS1)의 일단은 제1 정류 다이오드(D1)의 애노드에 연결되고, 타단은 출력 결합부(140)에 연결될 수 있다. 제1 이차 권선(NS1)의 권선 시작점은 제1 일차 권선(NP1)의 권선 시작점과 동일한 위치를 가질 수 있고, 이에 따라 스위치(Q)의 턴 온시에 제1 일차 권선(NP1)으로부터 전원을 유기받을 수 있다. 제2 이차 권선(NS2)의 일단은 출력 결합부(140)에 연결되고, 타단은 이차측 접지에 연결될 수 있다. 제2 이차 권선(NS2)의 권선 시작점은 제1 일차 권선(NP1)의 권선 시작점과 반대의 위치를 가질 수 있고, 이에 따라 스위치(Q)의 턴 오프시에 제1 일차 권선(NP1)으로부터 전원을 유기받을 수 있다.
제1 정류 다이오드(D1)는 제1 이차 권선(NS1)로부터의 전원을 정류하여 제2 전원(Vo2)을 출력하고, 제2 정류 다이오드(D2)는 제2 이차 권선(NS2)로부터의 전원을 정류하여 제1 전원(Vo1)을 출력할 수 있다.
출력 결합부(140)는 전원 변환부(130)로부터의 제1 전원(Vo1)과 제2 전원(Vo2)를 결합하여 출력할 수 있다.
이를 위해, 출력 결합부(140)는 출력 다이오드(D3), 출력 캐패시터(Clink), 인덕터(Lo) 및 안정화 캐패시터(Co)를 포함할 수 있다.
출력 다이오드(D3)의 캐소드는 제1 정류 다이오드(D1)의 캐소드에 연결될 수 있고, 출력 다이오드(D3)의 애노드는 제2 정류 다이오드(D2)의 캐소드에 연결될 수 있다. 출력 캐패시터(Clink)의 일단은 출력 다이오드(D3)의 애노드 및 제2 정류 다이오드(D2)의 캐소드에 연결되고, 타단은 이차측 접지에 연결될 수 있다. 인덕터(Lo)의 일단은 출력 다이오드(D3)의 캐소드에 연결되고, 타단은 안정화 캐패시터(Co)에 연결될 수 있다. 안정화 캐패시터(Co)의 일단은 인덕터(Lo)의 타단에 연결되고, 안정화 캐패시터(Co)의 타단은 이차측 접지에 연결될 수 있다.
제어부(150)는 제1 전원(Vo1)의 전압 레벨과 출력 전원의 전류(Io) 레벨 및 부하에 흐르는 전류를 전압으로 검출한 검출 전압(Vi,sense)에 기초하여 스위치(Q)의 턴 온 및 턴 오프를 제어하는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다. 제어부(150)의 상세 구성에 관해서는 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
경로 제공부(160)는 스위치(Q)의 턴 온 및 턴 오프에 의한 전원의 순환 경로를 제공할 수 있다.
이를 위해, 경로 제공부(160)는 제1 및 제2 다이오드(D4,D5) 및 캐패시터(C1)을 포함할 수 있다. 제1 다이오드(D4)의 애노드는 제2 일차 권선(NP2)의 일단에 연결되고, 제1 다이오드(D4)의 캐소드는 제2 다이오드(D5)의 애노드에 연결될 수 있다. 제2 다이오드(D5)의 캐소드는 제1 일차 권선(NP1)의 일단에 연결될 수 있다. 캐패시터(C1)의 일단은 제1 다이오드(D4)의 애노드에 연결될 수 있고, 타단은 일차측 접지에 연결될 수 있다.
정류부로부터의 입력 전원(Vin)은 도 5에 도시된 바와 같이, 120Hz 주기를 가질 수 있고, 캐패시터(C1)에 충전되는 전원(Vdead)는 도시된 그래프와 같이 유지될 수 있다.여기서,
Figure 112010085672519-pat00001
는 입력 전원의 최대값을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치의 전원이 전달되는 경로를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전원 공급 장치는 플라이 백 방식과 포워드 방식으로 각각 제1 전원(Vo1)과 제2 전원(Vo2)를 생성하여 그 출력을 결합하여 부하 특히 발광 다이오드에 전달함으로써 전력 변환 효율이 높을 수 있다.
(수식1)
Figure 112010085672519-pat00002
η1과 η2는 제1 및 제2 이차 권선 각각으로 유기되는 전력 변환의 효율을 의미하며, 여기서 k는 다음의 수식2와 같이 표현될 수 있다.
(수식2)
Figure 112010085672519-pat00003
즉, k는 입력 전력과 플라이백 회로의 전력의 비로 나타낼 수 있다. k의 값은 커질수록 전력 변환 효율의 상승 효과가 감소하고, 작아지면 역률이 감소하므로, 효율과 역률의 트레이드 오프를 고려하여 k값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 출력 전원(Vo)의 전압 레벨이 24V이고, 제1 전원(Vo1)의 전압 레벨이 20V이며, 효율과 역률을 각각 90%로 설정할 경우, 일반적인 투 스테이지 방식의 전원 공급 장치에서는 전력 변환 효율 81% 정도이지만, 본 발명의 전력 변환 효율은 88.5%로 그 값을 높일 수 있다.
도 2를 참조하면, 도시된 화살표와 같이 플라이 백 방식으로 스위치(Q)의 턴 오프시에 제1 전원(Vo1)이 출력되고, 포워드 방식으로 스위치(Q)의 턴 온시에 제2 전원(Vo2)이 출력될 수 있다. 스위치(Q)의 턴 온 및 오프는 제어부(150)으로부터의 스위칭 제어 신호에 의해 제어되며, 하나의 스위치(Q)를 공유하여 플라이 백 방식과 포워드 방식의 전력 변환 동작을 수행하기 위해, 제1 전원(Vo1)은 스위칭 주파수 제어에 의해 전압 레벨이 조절되고, 제2 전원(Vo2)은 스위칭 듀티 제어에 의해 전압 레벨이 조절될 수 있다.
즉, 스위치(Q)의 턴 오프시에 제1 전원(Vo1)이 출력되고, 포워드 방식으로 스위치(Q)의 턴 온시에 제2 전원(Vo2)이 출력될 수 있으므로, 스위치(Q)의 턴 오프시에는 제1 전원(Vo1)의 전압은 증가하게 되고, 제2 전원(Vo2)의 전압은 감소하게 되며, 반대로, 스위치(Q)의 턴 온시에는 제1 전원(Vo1)의 전압은 감소하게 되고, 제2 전원(Vo2)의 전압은 증가하게 된다.
따라서, 출력 전원(Vo)은 제1 전원(Vo1)과 제2 전원(Vo2)의 합이므로 서로의 리플이 상쇄되어 출력 전원(Vo)에 포함되는 리플 성분이 저감될 수 있다.
도 3은 본 발명의 전원 공급 장치의 주요 동작 파형 그래프이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작 모드를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 동작 파형 그래프 중 제1 모드(t0-t1) 내지 제3 모드(t2-t3)으 동작을 나타낸다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 먼저, 스위치(Q)가 턴 온 되면 트랜스포머(T)의 권선 시작점에 양의 전압이 인가되므로 제1 정류 다이오드(D1)은 턴 온 되고, 출력 다이오드(D3)에는 (NS1/NP1)Vin 전압이 인가되고, 제2 정류 다이오드(D2)에는 VO1+(NS2/NP1)Vin 전압이 인가되어 제2 정류 다이오드(D2)와 출력 다이오드(D3) 모두 턴 오프 되므로 도 4a의 실선과 같은 전류의 도통 경로가 형성된다. 자화인덕터(Lm)양단에는 입력 전원(Vin)의 전압이 인가되어 Vin/Lm의 기울기로 전류가 상승한다. 또 제1 정류 다이오드(D1)이 도통되어 있으므로 인덕터(Lo)양단에는 (NS1/NP1)Vin +VO1-VO전압이 인가되어 ((NS1/NP1)Vin +VO1 -VO)/LO의 기울기로 전류가 상승한다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, 다음으로, 스위치(Q)가 턴 오프하면 도 4b와 같이 트랜스포머(T)의 자화인덕터 전류가 트랜스포머(T)의 권선 시작점의 반대 방향으로 흘러 제2 정류 다이오드(D2)와, 출력 다이오드(D3)는 턴 온 되고, 제1 정류 다이오드(D1)에는 (NS1/NP1)Vin 전압이 인가되어 턴 오프되어 도 4b의 실선과 같은 전류의 도통 경로가 형성된다. 제2 정류 다이오드(D2)이 도통되어 있기 때문에 자화인덕터(Lm) 양단 전압은 -(NP1/NS2)VO1 이 되고, 이때 전류는 -(NP1/NS2)VO1/Lm의 기울기로 감소하게 된다. 스위치(Q)가 턴 오프되어 있으므로 스위치 양단 전압 VDS는 Vin+(NP1/NS2)VO1이 되고, 제2 정류 다이오드(D2)에 흐르는 전류(ID2)는 -(NP2/NS2)2VO1/Lm의 기울기로 감소한다. 출력 인덕터 양단에는 VO-VO1전압이 인가되고 전류 ILo는 (VO-VO1)/LO의 기울기로 감소한다. 자화인덕터(Lm)에 흐르는 전류(ILm)이 '0'이 되면 제2 모드(t1-t2)가 종료된다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 자화인덕터(Lm)에 흐르는 전류(ILm)이 0이 되고 나면 도 4a와 같이 제2 정류 다이오드(D2)이 오프되고 출력 다이오드(D3)만 도통되어 인덕터(Lo)에 흐르는 전류(ILo)는 (VO-VO1)/LO의 기울기로 계속 감소하고, 이 구간에서 전류는 프리 휠링(freewheeling) 하게 된다.
도 6은 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 제어부의 개략적인 구성도이다.
도 1과 함께 도 6을 참조하면, 상술한 바와 같이, 본 발명의 전원 공급 장치는 전력 변환 방식에 있어서 하나의 스위치를 공유하여 플라이 백 방식과 포워드 방식으로 전력을 변환한다.
이에 따라 입출력 관계식은 다음의 수식3과 같다.
(수식3)
Figure 112010085672519-pat00004
Figure 112010085672519-pat00005
Figure 112010085672519-pat00006
이때의 최소 입력 전압은 도 5에 도시된 바와 같이 경로 제공부(160)의 캐패시터(C)에 의해 Vdead이 되고, 시비율은 최대가 되므로, 이때의 입출력 관계식을 다시 정리하면, 다음의 수식4와 같다.
(수식4)
Figure 112010085672519-pat00007
한편, 트랜스포머(T)의 자화 인덕터(Lm)에 흐르는 전류의 평균 전류(Ip)는 다음의 수식5와 같이 유도될 수 있다.
(수식5)
Figure 112010085672519-pat00008
역률이 1이 되기 위한 조건은 입력 임피던스가 저항성분(Re)으로 보이는 경우로 아래의 수식6과 같이 나타낼 수 있다.
(수식6)
Figure 112010085672519-pat00009
수식3과 수식5에 의해 주파수는 다음의 수식7과 같을 수 있다.
(수식7)
Figure 112010085672519-pat00010
상술한 수식7은 본 발명의 스위칭 주파수 제어 원리이며, 제1 전원(Vo1)이 사전에 설정된 전압을 추종하도록 제어부(150)을 구성하여 입력 임피던스의 저항 성분(Re)를 간접적으로 추종할 수 있다.
상술한 수식8을 성립시키기 위해, 본 발명의 전원 공급 장치(100)에 채용된 제어부(150)는 제1 비교부(151), 삼각파 발생부(152), 제2 비교부(153) 및 주파수 제어부(154)를 포함할 수 있다.
제1 비교부(151)는 구동 전원의 전류(Io) 레벨과 사전에 설정된 기준 전류(Io,ref) 레벨을 비교하여 그 비교 결과를 제2 비교부(153)에 전달할 수 있다.
삼각파 발생부(152)는 제공되는 제어 신호에 따라 주파수가 제어되는 삼각파를 발생시킬 수 있다.
제2 비교부(153)는 제1 비교부(151)의 비교 결과와 삼각파 발생부(152)의 삼각파를 비교하여, 스위치(Q)의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다. 스위칭 제어 신호의 주파수 제어 정보는 상술한 수식8을 만족시킬 수 있다.
주파수 제어부(154)는 제1 전원(Vo1)의 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압(Vo1,ref) 레벨을 비교하고, 그 비교 결과와 검출 전압을 연산하여 상기 삼각파 발생부의 주파수를 제어하는 제어 신호를 제공할 수 있다.
이를 위해, 주파수 제어부(154)는 제3 비교부(154a), 제1 연산부(154b) 및 제2 연산부(154c)를 포함할 수 있다.
제3 비교부(154a)는 제1 전원(Vo1)의 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압(Vo1,ref)의 전압 레벨을 비교하여 그 비교 결과를 제1 연산부(154b)에 전달한다.
제1 연산부(154b)는 제3 비교부(154a)로부터의 비교 결과와 부하에 흐르는 전류는 검출한 검출 전압(Vi,sense)를 곱셈 연산할 수 있다.
제2 연산부(154c)는 제1 연산부(154b)의 연산 결과와 사전에 설정된 주파수 상수(K)를 곱셈 연산하여, 삼각파 발생부(152)의 주파수를 제어할 수 있는 제어 신호를 제공한다.
상술한 주파수 제어부(154)의 동작을 수식으로 나타내면 다음의 수식8과 같다.
상술한 수식7은 다음의 수식8과 같이 정리될 수 있다.
(수식8)
Figure 112010085672519-pat00011
여기서, T는 삼각파 발생부(152)의 삼각파의 주파수이다.
상술한 제어부(150)의 스위칭 주파수 제어에 관하여 설명하도록 한다.
제어부(150)는 스위치(Q)의 스위칭 주파수 제어를 통해 제1 전원(Vo1)의 전압을 제어한다. 즉, 제1 전원(Vo1)의 전압이 증가하여 제3 비교부(154a)의 비교 결과(Vc1)이 감소하면 상술한 수식8에 의해 삼각파 발생부(152)에서 생성되는 삼각파의 주기가 감소하여 삼각파의 주파수가 증가하고, 제1 전원(Vo1)의 전압이 감소하여 제3 비교부(154a)의 비교 결과(Vc1)이 증가하면 삼각파의 주기가 증가해 삼각파의 주파수가 감소하게 된다. 마찬가지로, 검출 전압(Vi,sense)의 전압 레벨이 낮은 경우 삼각파의 주파수가 증가하고, 검출 전압(Vi,sense)의 전압 레벨이 높은 경우 삼각파의 주파수가 감소한다.
이에 따라, 제2 비교부(153)는 제1 비교부(151)의 비교 결과와 삼각파를 비교하여 스위칭 제어 신호를 제공하므로, 부하에 흐르는 전류(Io)가 증가하여 제1 비교부(151)의 비교 결과(Vc)가 감소하면 시비율이 감소하고, 부하에 흐르는 전류가 감소하여 제1 비교부(151)의 비교 결과(Vc)가 시비율이 증가하여 부하에 공급되는 전원의 정전류 제어가 가능해진다. 특히, 부하가 발광 다이오드일 경우 발광 다이오드를 구동할 수 있는 정전류 제어가 가능해진다.
도 7a는 일반적인 싱글 스테이지 방식을 채용한 전원 공급 장치의 출력 전원 리플 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 전원 공급 장치의 출력 전원 리플 그래프이다.
도 7a를 참조하면, 일반적인 싱글 스테이지 방식을 채용한 전원 공급 장치의 경우 출력 전류에 약 56% 정도의 큰 리플이 발생함을 알 수 있다. 반면에, 도 7b를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치의 출력 전류 리플이 5% 이내로 매우 작음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 부하, 특히 발광 다이오드에 구동 전원을 공급시 하나의 스위치를 공유하여 플라이 백 방식과 포워드 방식으로 전력 변환 동작을 수행하여, 전력 변환 효율을 높게 유지하면서, 출력 전류의 저주파 대역 리플을 저감시킬 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...전원 공급 장치
110...전자기 간섭 필터부
120...정류부
130...전원 변환부
140...출력 결합부
150...제어부
151...제1 비교부
152...삼각파 발생부
153...제2 비교부
154...주파수 제어부
154a...제3 비교부
154b...제1 연산부
154c...제2 연산부
160...경로 제공부

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 입력 전원을 스위칭하여 상기 입력 전원을 플라이 백(Fly-Back) 방식으로 상기 스위칭에 따른 전압 레벨을 갖는 제1 전원으로 변환하고, 상기 입력 전원을 포워드 방식으로 상기 스위칭에 따른 전압 레벨을 갖는 제2 전원으로 변환하는 전원 변환부;
    상기 전원 변환부의 상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 결합한 구동 전원을 부하에 출력하는 출력 결합부; 및
    상기 출력 결합부의 출력 전원에 기초해서, 상기 전원 변환부의 스위칭 주파수를 제어하여 상기 제1 전원의 전원 변환을 제어하고, 상기 전원 변환부의 스위칭 듀티를 제어하여 상기 제2 전원의 전원 변환을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 결합부는 상기 구동 전원을 적어도 하나의 발광 다이오드에 공급하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전원의 전압 레벨과, 상기 구동 전원의 전류 레벨 및 상기 부하에 흐르는 전류를 검출한 검출 전압에 기초해서 상기 전원 변환부의 스위칭 주파수를 제어하여 상기 제1 전원의 전원 변환을 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 구동 전원의 전류 레벨과 사전에 설정된 기준 전류 레벨을 비교하는 제1 비교부;
    제어 신호에 따라 주파수가 제어되는 삼각파를 발생시키는 삼각파 발생부;
    제1 비교부의 비교 신호와 상기 삼각파 발생부의 삼각파를 비교하여 상기 전원 변환부의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 제2 비교부; 및
    상기 제1 전원의 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압 레벨을 비교하고, 그 비교 결과와 상기 검출 전압을 연산하여 상기 삼각파 발생부의 주파수를 제어하는 제어 신호를 제공하는 주파수 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주파수 발생부는
    상기 구동 전원의 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압 레벨을 비교하는 제3 비교부;
    상기 검출 전압의 제곱값과 상기 제3 비교부의 비교 결과를 곱하는 제1 연산부; 및
    상기 제1 연산부의 연산 결과에 사전에 설정된 주파수 상수를 곱하는 제2 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전원 변환부는
    상기 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위치;
    상기 스위칭된 전원을 사전에 설정된 권선비에 따라 플라이백 방식과 포워드 방식으로 전압 레벨 변환하는 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머로부터 변환된 전원을 각각 정류하는 제1 및 제2 정류 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 전원의 순환 경로를 제공하는 경로 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  8. 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 입력 전원을 스위칭하여 상기 입력 전원을 플라이 백(Fly-Back) 방식으로 상기 스위칭에 따른 전압 레벨을 갖는 제1 전원으로 변환하고, 상기 입력 전원을 포워드 방식으로 상기 스위칭에 따른 전압 레벨을 갖는 제2 전원으로 변환하는 전원 변환부;
    상기 전원 변환부의 상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 결합한 구동 전원을 부하에 출력하는 출력 결합부; 및
    상기 출력 결합부의 출력 전원에 기초하여 상기 전원 변환부의 스위칭 주파수를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 전원 변환부는
    상기 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위치;
    상기 스위칭된 전원을 사전에 설정된 권선비에 따라 플라이백 방식과 포워드 방식으로 전압 레벨 변환하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머로부터 변환된 전원을 각각 정류하는 제1 및 제2 정류 다이오드; 및
    상기 트랜스포머의 전원의 순환 경로를 제공하는 경로 제공부를 포함하며,
    상기 트랜스포머는
    사전에 설정된 권선 시작점을 갖고, 일단으로 상기 입력 전원을 전달받으며, 상기 스위치에 타단이 연결된 제1 일차 권선;
    상기 제1 일차 권선과 반대의 권선 시작점을 갖고, 일단이 상기 경로 제공부에 연결되며, 타단은 일차측 접지에 연결되는 제2 일차 권선;
    상기 제1 일차 권선과 동일한 권선 시작점을 갖고, 상기 스위치의 스위칭 온시에 상기 제1 일차 권선으로부터 전원을 유기받는 제1 이차 권선; 및
    상기 제1 일차 권선과 반대의 권선 시작점을 갖고, 상기 스위치의 스위칭 오프시에 상기 제1 일차 권선으로부터 전원을 유기받는 제2 이차 권선
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 경로 제공부는
    상기 제1 일차 권선의 일단에 연결된 캐소드를 갖는 제1 다이오드;
    상기 제1 다이오드의 애노드와 연결된 캐소드를 갖고, 상기 제2 일차 권선의 일단에 연결되는 애노드를 갖는 제2 다이오드; 및
    상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결된 일단과, 일차측 접지에 연결된 타단을 갖는 캐패시터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 출력 결합부는
    상기 제1 정류 다이오드의 캐소드에 연결된 캐소드를 갖고, 상기 제2 정류 다이오드의 캐소드에 연결된 애노드를 갖는 출력 다이오드;
    상기 출력 다이오드의 애노드에 연결되는 일단과, 이차측 접지에 연결되는 타단을 갖는 출력 캐패시터;
    상기 출력 다이오드의 캐소드에 연결된 일단과, 부하에 연결된 타단을 갖는 인덕터; 및
    상기 인덕터의 타단에 연결된 일단과, 이차측 접지에 연결된 타단을 갖는 안정화 캐패시터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상용 교류 전원을 정류 및 평활하여 상기 전원 변환부에 전달하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상용 교류 전원에 포함된 전자기 간섭을 필터링하여 상기 정류부에 전달하는 전자기 간섭 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101472457B1 (ko) 2013-08-27 2014-12-12 전자부품연구원 Pfc 제어장치 및 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101600565B1 (ko) * 2015-04-15 2016-03-07 포항공과대학교 산학협력단 싱글 스테이지 포워드-플라이백을 이용한 태양광 마이크로 인버터
KR101958005B1 (ko) * 2017-06-01 2019-03-13 포항공과대학교 산학협력단 포워드-플라이백 컨버터 기반의 열전발전 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7403402B2 (en) 2004-06-07 2008-07-22 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for extending the operating range of a flyforward converter
US20100067259A1 (en) * 2008-09-17 2010-03-18 Delta Electronics, Inc. Forward-flyback converter with active-clamp circuit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7403402B2 (en) 2004-06-07 2008-07-22 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for extending the operating range of a flyforward converter
US20100067259A1 (en) * 2008-09-17 2010-03-18 Delta Electronics, Inc. Forward-flyback converter with active-clamp circuit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
월간 전자부품(제목: 전류 모드 제어형 Flyback 컨버터 및 Forward 컨버터) 발표일 2000년 11월*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101472457B1 (ko) 2013-08-27 2014-12-12 전자부품연구원 Pfc 제어장치 및 방법

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