KR101200251B1 - Power supply apparatus - Google Patents

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류홍제
장성록
안석호
옥승복
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한국전기연구원
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Abstract

PURPOSE: A power supply device is provided to gradationally control and supply a controlled voltage and current by controlling each switch of a second power conversion unit at each mode. CONSTITUTION: A first power conversion unit(10) converts a DC voltage to an AC voltage. The first power conversion unit has a switching unit including a plurality of switches(SW1-SW4). A transformer(TX) transforms the primary side AC voltage to a secondary side AC voltage according to a winding ratio. A second power conversion unit(20) converts the transformed secondary side AC voltage to a DC voltage. A controller controls the output of the first power conversion unit and the second power conversion unit.

Description

전원공급장치{Power supply apparatus}Power supply apparatus

본 발명은 전원공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 부하 장치에 널리 적용될 수 있으면서 간단한 회로 구성 및 제어 로직에 의해 전압 및 전류 인가 상태를 다양하게 제어할 수 있는 전원공급장치에 대한 것이다.
The present invention relates to a power supply device, and more particularly, to a power supply device that can be widely applied to various load devices and can control various voltage and current application states by simple circuit configuration and control logic.

오늘날 각종 산업용 부하 장치에 전원을 공급하기 위한 다양한 형태의 전원공급장치들이 사용되고 있다. Today, various types of power supplies are used to power various industrial load devices.

예를 들면, 고전압 통전 가열 장치 등에는 필요 수준의 고전압을 인가할 수 있는 고압전원장치가 필요하다. 이러한 고압전원장치에서는 부하 장치에 대해 공급 전력을 다양하게 변환(AC-DC/DC-AC 변환, 승압/강압 등)하거나, 공정 조건 혹은 시간에 따라 전압 및 전류 상태를 다양하게 제어하여 공급할 수 있는 회로 구성이 요구되고 있다.For example, a high voltage energizing heating device or the like requires a high voltage power supply device capable of applying a high voltage of a required level. In such a high voltage power supply device, the supply power can be varied for the load device (AC-DC / DC-AC conversion, step-up / step-down, etc.), or various voltage and current states can be controlled and supplied according to process conditions or time. Circuit configuration is required.

그러나, 이를 충족하기 위한 종래의 전원공급장치는 복잡한 회로 구성을 가지거나, 실제 공정에서 요구되는 전압 및 전류 상태로 정밀 제어하는데 있어서 한계가 있는 것이 사실이다. 또한 전원공급장치의 용량이 대전압, 대전류 조건으로 설계됨에 따라 전체 시스템이 대용량화되는 문제점이 발생한다. 특히, 전압 및 전류를 공정 조건 또는 시간에 따라 단계적으로 변화시켜 제어하거나 특정 형태로 변화시키는 것이 용이하지 않고, 제어의 용이함 및 정밀도 측면에서 미흡함이 있는 실정이다.
However, it is true that conventional power supplies to meet this have limitations in having complicated circuit configurations or precisely controlling the voltage and current states required in actual processes. In addition, as the capacity of the power supply is designed under the conditions of high voltage and high current, the entire system becomes large in capacity. In particular, it is not easy to control or change the voltage and current step by step according to the process conditions or time, and there is a lack in terms of ease of control and precision.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 각종 부하 장치에 널리 적용될 수 있으면서 간단한 회로 구성 및 제어 로직에 의해 전압 및 전류 인가 상태를 다양하게 제어할 수 있는 전원공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and can be widely applied to various load devices, and provides a power supply apparatus capable of controlling various states of voltage and current application by simple circuit configuration and control logic. Its purpose is to.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 제1전력변환부와, 상기 제1전력변환부에서 출력되는 일차측 교류 전압을 권선비에 따라 이차측 교류 전압으로 변압하되, 복수개의 이차측 권선을 갖는 변압기와, 상기 변압기에 의해 변압된 이차측 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 부하에 인가하는 제2전력변환부와, 상기 제1전력변환부와 제2전력변환부의 출력을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되고, In order to achieve the above object, the present invention, the first power conversion unit for converting a DC voltage into an AC voltage, and transforms the primary side AC voltage output from the first power conversion unit to a secondary side AC voltage according to the winding ratio However, a transformer having a plurality of secondary windings, a second power conversion unit for converting the secondary side AC voltage transformed by the transformer to a direct current voltage applied to the load, the first power conversion unit and the second power conversion It is configured to include a control unit for controlling the negative output,

상기 제2전력변환부는,The second power converter,

각각의 이차측 권선이 연결되는 복수개의 정류회로부와;A plurality of rectifier circuits to which respective secondary windings are connected;

상기 각 정류회로부 사이에 개재되는 복수개의 스위치와;A plurality of switches interposed between the rectifier circuits;

상기 스위치의 턴온/턴오프시 상기 부하측에 대해 이차측 권선들 및 정류회로부들 간에 전기적으로 병렬 연결되도록 하기 위한 전류 경로를 형성하는 복수개의 다이오드;A plurality of diodes forming a current path for electrically connecting in parallel between the secondary side windings and the rectifier circuit parts with respect to the load side when the switch is turned on / off;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치를 제공한다.It provides a power supply, characterized in that configured to include.

바람직한 실시예에서, 상기 각 스위치는 이웃한 두 정류회로부 사이에서 일측 정류회로부의 (+)단과 타측 정류회로부의 (-)단 사이를 개폐하도록 개재되어, 스위치 양단에 연결된 두 정류회로부, 및 각 정류회로부에 연결된 두 이차측 권선들을 스위치 온 상태에서는 직렬 연결상태로, 스위치 오프 상태에서는 병렬 연결상태로 전환시키는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, each switch is interposed to open and close between the (+) end of one rectifier circuit portion and the (-) end of the other rectifier circuit portion between two neighboring rectifier circuit portion, two rectifier circuit portions connected to both ends of the switch, and each rectification The two secondary windings connected to the circuit part are switched to the series connection state in the switched on state, and to the parallel connection state in the switched off state.

또한 상기 복수개의 다이오드는 이웃한 다이오드 간 (+)(애노드)단과 (-)(캐소드)단이 연결된 제1군의 다이오드들과, 이웃한 다이오드 간 (+)단과 (-)단이 연결된 제2군의 다이오드들로 구성되되, 상기 제1군의 다이오드들은 (-)단이 정류회로부의 (-)단에, (+)단은 스위치의 에미터에 연결되고, 상기 제2군의 다이오드들은 (+)단이 정류회로부의 (+)단에, (-)단은 스위치의 컬렉터에 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the plurality of diodes may include a first group of diodes having a (+) (anode) terminal and a (-) (cathode) terminal between neighboring diodes, and a second terminal having a (+) terminal and a (-) terminal between neighboring diodes connected. The first group of diodes are connected to the (-) end of the rectifier circuit portion, the (+) end of the diode of the group, and the second group of diodes ( The + stage is connected to the (+) stage of the rectifier circuit unit, and the (-) stage is connected to the collector of the switch.

또한 상기 스위치는 IGBT인 것을 특징으로 한다.In addition, the switch is characterized in that the IGBT.

또한 본 발명의 전원공급장치는, 부하단에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출부와; 정류회로부의 양단 전압을 검출하기 위한 전압검출부;를 더 포함하고, 상기 제어부가 전류검출부와 전압검출부에 의해 검출되는 전류 및 전압에 기초하여 모드별 상기 스위치들의 턴온/턴오프를 제어함으로써 부하에 인가되는 전압 및 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the power supply of the present invention, the current detection unit for detecting a current flowing in the load end; And a voltage detector configured to detect voltages at both ends of the rectifier circuit, wherein the controller controls the turn-on / turn-off of the switches for each mode based on the current and voltage detected by the current detector and the voltage detector. It is characterized by controlling the voltage and current.

여기서, 상기 제어부는 전류검출부와 전압검출부에 의해 검출되는 전류 및 전압으로부터 부하 저항을 계산하고, 계산된 부하 저항을 설정값들과 비교하여 모드를 결정한 뒤 스위치들의 턴온/턴오프를 제어하는 것을 특징으로 한다.Here, the controller calculates the load resistance from the current and voltage detected by the current detector and the voltage detector, and compares the calculated load resistance with the set values to determine the mode, and then controls the turn on / off of the switches. It is done.

또한 상기 제1전력변환부는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하기 위해 제어부에서 출력되는 게이트 신호에 따라 턴온/턴오프 제어되는 4개의 스위치가 풀브리지 구조로 연결된 스위칭부와, 상기 스위칭부에 의해 변환된 교류 전압을 변압기에 전달하는 공진 인덕터와 공진 커패시터로 이루어진 LC 공진 회로부를 포함하는 공진형 인버터인 것을 특징으로 한다.In addition, the first power converter is a switching unit connected to the four switches turn-on / turn-off in accordance with the gate signal output from the control unit in order to convert the DC voltage into an alternating voltage in a full bridge structure, and the conversion by the switching unit Characterized in that the resonant inverter including an LC resonant circuit portion consisting of a resonant inductor and a resonant capacitor to transfer an AC voltage to the transformer.

또한 본 발명의 전원공급장치는, 부하단에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출부와; 정류회로부의 양단 전압을 검출하기 위한 전압검출부;를 더 포함하고, 상기 제어부가 전류검출부와 전압검출부에 의해 검출되는 전류 및 전압에 기초하여 제1전력변환부 내 스위치의 턴온/턴오프를 제어함으로써 제1전력변환부의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the power supply of the present invention, the current detection unit for detecting a current flowing in the load end; And a voltage detector for detecting a voltage at both ends of the rectifier circuit, wherein the controller controls the turn-on / turn-off of the switch in the first power converter based on the current and voltage detected by the current detector and the voltage detector. And controlling the output of the first power converter.

여기서, 상기 제어부는 제어신호를 출력하는 PI 제어기와, 상기 PI 제어기에서 출력되는 제어신호의 펄스 변조를 수행하는 펄스 변조부와, 상기 펄스 변조부에서 출력되는 변조된 신호로부터 제1전력변환부 내 스위치의 턴온/턴오프 제어를 위한 게이트 신호를 출력하는 게이트 구동 회로부를 포함하되,The controller may include a PI controller for outputting a control signal, a pulse modulator for performing pulse modulation of the control signal output from the PI controller, and a modulated signal output from the pulse modulator. A gate driving circuit for outputting a gate signal for the turn on / off control of the switch,

상기 PI 제어기는,The PI controller,

상기 전압검출부에 의해 검출된 전압값과 설정된 전압 레퍼런스값의 차이에 따른 제어신호를 출력하는 PI 전압 제어기와;A PI voltage controller configured to output a control signal according to a difference between the voltage value detected by the voltage detector and a set voltage reference value;

상기 전류검출부에 의해 검출된 전류값과 설정된 전류 레퍼런스값의 차이에 따른 제어신호를 출력하는 PI 전류 제어기;A PI current controller configured to output a control signal according to a difference between the current value detected by the current detector and a set current reference value;

로 구성되고, 상기 전압값과 전류값에 따라 PI 전압 제어기와 PI 전류 제어기가 선택 동작됨으로써 제1전력변환부에 대한 전압 제어모드 또는 전류 제어모드가 수행되는 것을 특징으로 한다.And the PI voltage controller and the PI current controller are selectively operated according to the voltage value and the current value, thereby performing a voltage control mode or a current control mode for the first power converter.

또한 상기 PI 전압 제어기의 출력단과 PI 전류 제어기의 출력단이 접속된 상태로 펄스 변조부에 연결되고, PI 전압 제어기의 출력단과 PI 전류 제어기의 출력단에 두 제어기의 선택 동작을 위한 다이오드가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the output terminal of the PI voltage controller and the output terminal of the PI current controller is connected to the pulse modulation unit, the diodes for the selective operation of the two controllers are respectively installed at the output terminal of the PI voltage controller and the output terminal of the PI current controller. It features.

또한 상기 각 다이오드는 (-)단이 해당 제어기의 출력단에, (+)단이 두 출력단의 접속 노드에 연결되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
In addition, each diode is characterized in that the (-) terminal is installed so that the output terminal of the controller, (+) terminal is connected to the connection node of the two output terminals.

이에 따라 본 발명의 전원공급장치에서는 제2전력변환부의 각 스위치를 모드별로 적절히 턴온/턴오프 제어함으로써 부하가 필요로 하는 제어된 전압 및 전류를 단계적으로 조절하여 인가할 수 있게 된다. Accordingly, in the power supply apparatus of the present invention, by controlling each switch of the second power conversion unit on / off appropriately for each mode, it is possible to adjust and apply the controlled voltage and current required by the load step by step.

이러한 본 발명의 전원공급장치는 각종 부하 장치에 널리 적용될 수 있는 것으로서, 간단한 회로 구성 및 제어 로직으로 전압 및 전류 인가 상태를 다양하게 제어할 수 있는 이점을 가진다.
The power supply device of the present invention can be widely applied to various load devices, and has an advantage of controlling various voltage and current application states with a simple circuit configuration and control logic.

도 1은 본 발명에 따른 전원공급장치의 회로 구성을 간략히 예시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 전원공급장치에 대한 일 구현예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 전원공급장치에서 제2전력변환부의 모드별 스위치 턴온/턴오프 제어상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 전원공급장치에서 모드 변환을 통해 부하에 인가되는 전압과 전류의 제어상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 전원공급장치에서 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a circuit diagram briefly illustrating a circuit configuration of a power supply apparatus according to the present invention.
Figure 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the power supply of the present invention.
3 is a view illustrating a switch turn on / turn off control state for each mode of the second power converter in the power supply device of the present invention.
4 is a view showing a control state of the voltage and current applied to the load through the mode conversion in the power supply of the present invention.
5 is a view showing the configuration of the control unit in the power supply of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

본 발명은 전원공급장치에 관한 것으로서, 각종 부하 장치에 널리 적용될 수 있으면서 간단한 회로 구성 및 제어 로직에 의해 전압 및 전류 인가 상태를 다양하게 제어할 수 있는 전원공급장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power supply device, and to a power supply device that can be widely applied to various load devices and can control various voltage and current application states by simple circuit configuration and control logic.

도 1은 본 발명에 따른 전원공급장치의 회로 구성을 간략히 예시한 회로도이다.1 is a circuit diagram briefly illustrating a circuit configuration of a power supply apparatus according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전원공급장치는 전체적으로 볼 때 입력 전원(Vdc)의 직류 전압을 소정의 변환 과정을 거친 직류 전압으로 최종 출력하는 전력변환장치(컨버터)의 회로 구성을 가진다.As shown, the power supply apparatus according to the present invention generally has a circuit configuration of a power converter (converter) for finally outputting the DC voltage of the input power supply (V dc ) to a DC voltage through a predetermined conversion process.

또한 본 발명의 전원공급장치는 복수개의 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)을 가지는 변압기(TX)와, 각 이차측 권선에 대해 변압기의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 개별 정류회로부(RC1~RC4)를 가진다. In addition, the power supply device of the present invention is a transformer (TX) having a plurality of secondary side windings (TX2-1 ~ TX2-4), and a separate rectifying circuit unit for converting the AC voltage of the transformer into a DC voltage for each secondary side winding ( RC1 to RC4).

또한 모든 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)들과 정류회로부(RC1~RC4)들을 부하(LOAD)(50)에 대해 전기적으로 직렬 연결된 상태, 또는 2개 회로의 병렬(2 병렬) 연결상태, 또는 각 이차측 권선들과 정류회로부들을 개별로 병렬 연결상태(도 1에 도시된 실시예에서는 전체 4개의 이차측 권선 회로의 전기적 4 병렬 연결상태)로 전환시킬 수 있게 구비되는 복수개의 스위치(S1~S3)를 갖는다.In addition, all secondary windings TX2-1 to TX2-4 and rectifier circuits RC1 to RC4 are electrically connected in series to the load 50, or two circuits in parallel (2 parallel) are connected. State, or a plurality of switches provided to be able to switch each secondary windings and rectifier circuit parts individually in parallel connection state (in the embodiment shown in FIG. 1, the electrical four parallel connection states of all four secondary side winding circuits) It has (S1-S3).

이러한 본 발명의 전원공급장치의 구성을 좀더 구체적으로 나열하면, 입력 전원(Vdc)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 제1전력변환부(10)와, 상기 제1전력변환부(10)에서 출력되는 일차측 교류 전압을 소정의 권선비에 따라 이차측 교류 전압으로 변압하는 변압기(TX)와, 상기 변압기(TX)에 의해 변압된 이차측 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하는 제2전력변환부(20)를 포함하여 구성된다. The configuration of the power supply device of the present invention in more detail, the first power conversion unit 10 for converting the DC voltage of the input power supply (V dc ) into an AC voltage, and the first power conversion unit 10 A transformer (TX) for converting the primary side AC voltage output from the secondary side AC voltage according to a predetermined turns ratio, and a second power for converting the secondary side AC voltage transformed by the transformer (TX) into a DC voltage and outputting the DC voltage. It is configured to include a converter 20.

여기서, 상기 제1전력변환부(10)는 공진형 인버터의 회로 구성을 가질 수 있으며, 예시된 바와 같이 입력 전원(Vdc)으로부터 공급되는 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수의 스위치(SW1~SW4)를 포함하는 스위칭부와, LC 공진 현상을 이용하여 스위칭부에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하는 LC 공진 회로부를 포함하는 구성을 가진다.Here, the first power conversion unit 10 may have a circuit configuration of a resonant inverter, and as illustrated, a plurality of alternating DC voltages supplied from an input power source V dc to be converted into AC voltages. And a switching unit including switches SW1 to SW4, and an LC resonance circuit unit for converting frequency characteristics of an AC voltage transmitted from the switching unit using an LC resonance phenomenon.

상기 스위칭부는 IGBT, MOSFET 등의 반도체 스위치로 구현되는 4개의 스위치(SW1~SW4)가 풀브리지 구조로 연결된 구성을 가지며, 각 스위치(SW1~SW4)의 양단에 다이오드(DI1~DI4)가 역병렬로 연결되고, 이 역병렬 다이오드(DI1~DI4)에 스너버 커패시터(CS1~CS4)가 병렬로 연결된다.The switching unit has a configuration in which four switches SW1 to SW4 implemented as semiconductor switches such as IGBTs and MOSFETs are connected in a full bridge structure, and diodes DI1 to DI4 are inversely parallel at both ends of the switches SW1 to SW4. The snubber capacitors CS1 to CS4 are connected in parallel to the antiparallel diodes DI1 to DI4.

상기 스위칭부에서는 게이트 구동 회로부(도 1에는 미도시됨)(도 5의 도면부호 45임)의 구동신호(게이트 신호)에 따라 대각선으로 존재하는 스위치 쌍(SW1 및 SW4, 또는 SW2 및 SW3)이 동시에 턴온(Turn-On) 또는 턴오프(Turn-Off)되어 직류 전압을 교류 전압으로 변환하며, 변환된 교류 전압이 공진 인덕터(Lr) 및 공진 커패시터(Cr)로 이루어지는 LC 공진 회로부를 통해 변압기(TX)의 일차측 권선(TX1)으로 전달되게 된다. In the switching section, a pair of switches SW1 and SW4 or SW2 and SW3 that exist diagonally in accordance with the driving signal (gate signal) of the gate driving circuit section (not shown in FIG. 1) (reference numeral 45 in FIG. 5) is provided. At the same time, it is turned on or turned off to convert a DC voltage into an AC voltage, and the converted AC voltage is converted into a transformer through an LC resonant circuit part including a resonant inductor Lr and a resonant capacitor Cr. Is transferred to the primary winding TX1 of TX.

상기 스위칭부에 연결된 LC 공진 회로부는 LC 공진 현상을 이용하여 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)에 에너지를 저장하였다가 출력으로 전달하게 된다.The LC resonant circuit connected to the switching unit stores energy in the resonant inductor Lr and the resonant capacitor Cr using the LC resonant phenomenon, and transfers the energy to the output.

또한 LC 공진 회로부에 일차측 권선(TX1)이 연결된 변압기(TX)는 LC 공진 회로부로부터 전달되는 공진 전압(제1전력변환부의 출력 전압)을 권선비에 따른 소정 레벨의 전압으로 변압하여 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)을 통해 제2전력변환부(20)로 인가하게 된다.In addition, the transformer TX to which the primary winding TX1 is connected to the LC resonant circuit part converts the resonant voltage (output voltage of the first power conversion part) transmitted from the LC resonant circuit part to a voltage having a predetermined level according to the turns ratio, thereby allowing the secondary winding ( TX2-1 to TX2-4 are applied to the second power converter 20.

본 발명에서 변압기(TX)는 도시된 바와 같이 제2전력전환부(20)에 연결되는 복수개의 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)을 가지며, 각 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)은 제2전력전환부(20)에 구성되는 정류회로부(RC1~RC4)와 연결된다.In the present invention, the transformer TX has a plurality of secondary side windings TX2-1 to TX2-4 connected to the second power conversion unit 20 as shown, and each secondary side winding TX2-1 to TX2. -4) is connected to the rectifier circuits RC1 to RC4 configured in the second power conversion unit 20.

이에 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)에서 출력되는 변압된 교류 전압은 제2전력변환부(20)의 정류회로부(RC1~RC2)에서 직류 전압으로 변환되어 부하(LOAD)(50)측으로 인가되게 된다.Accordingly, the transformed AC voltage output from the secondary windings TX2-1 to TX2-4 is converted into a DC voltage by the rectifying circuit units RC1 to RC2 of the second power conversion unit 20 to load LOAD 50. It is applied to the side.

상기 제2전력전환부(20)는 각각의 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)이 연결되는 복수개의 정류회로부(RC1~RC4)와, 각 정류회로부(RC1~RC4) 사이에 개재되는 복수개의 스위치(S1~S3), 그리고 상기 스위치(S1~S3)의 턴온/턴오프시 부하(50)측에 대해 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)들 및 정류회로부(RC1~RC4)들 간에 전기적으로 병렬 연결되도록 하기 위한 전류 경로를 형성하는 복수개의 다이오드(DC1~DC6)를 포함하는 구성을 가진다.The second power conversion unit 20 is interposed between the plurality of rectifier circuits (RC1 ~ RC4) connected to each of the secondary windings (TX2-1 ~ TX2-4), and each of the rectifier circuits (RC1 ~ RC4) Secondary windings TX2-1 to TX2-4 and rectifier circuits RC1 to RC4 with respect to the plurality of switches S1 to S3 and the load 50 when the switches S1 to S3 are turned on and off. ) Has a configuration including a plurality of diodes (DC1 ~ DC6) to form a current path to be electrically connected in parallel.

상기 정류회로부(RC1~RC4)는 각 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)으로 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 구성부로서, 각각의 정류회로부(RC1~RC4)는 이차측 교류 전압을 전파 정류하여 직류 전압으로 변환해주는 복수개의 정류 다이오드들로 구성된 브리지 정류 회로 구성을 갖는다(도 2 참조). The rectifier circuits RC1 to RC4 are components that rectify the AC voltage induced by the secondary windings TX2-1 to TX2-4 to a DC voltage, and each rectifier circuit unit RC1 to RC4 is a secondary AC. It has a bridge rectifying circuit configuration composed of a plurality of rectifying diodes for full-wave rectifying and converting the voltage into a DC voltage (see FIG. 2).

이와 함께 각각의 정류회로부(RC1~RC4)는 변압기(TX)의 전체 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)들 간, 그리고 정류회로부 간의 전압 밸런싱을 위한 커패시터와 저항을 포함하는 구성이 될 수 있다(도 2 참조).In addition, each of the rectifier circuits RC1 to RC4 may be configured to include a capacitor and a resistor for voltage balancing between the entire secondary side windings TX2-1 to TX2-4 of the transformer TX and between the rectifier circuits. (See FIG. 2).

상기 제2전력변환부(20)를 구성하는 모든 정류회로부(RC1~RC4) 간에는 스위치(S1~S3)가 개재된 상태로 회로 연결되는데, 이웃한 정류회로부 중 일측 정류회로부의 (+)단과 타측 정류회로부의 (-)단 사이를 개폐하도록 각 스위치가 개재된다.All the rectifier circuits RC1 to RC4 constituting the second power conversion unit 20 are connected to the circuit with the switches S1 to S3 interposed therebetween. Each switch is interposed so as to open and close between the negative ends of the rectifier circuit portion.

상기 스위치(S1~S3)는 온/오프 상태에 따라 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)들과 정류회로부(RC1~RC4)들의 연결상태를 직, 병렬로 다양하게 변경시켜주기 위한 것으로서, 스위치 온 상태에서는 양단에 연결된 두 정류회로부 및 각 정류회로부에 연결된 두 이차측 권선들을 전기적으로 직렬 상태로 만들어주고, 스위치 오프 상태에서는 병렬 상태로 만들어준다.The switches S1 to S3 are used to change the connection state of the secondary windings TX2-1 to TX2-4 and the rectifier circuits RC1 to RC4 in various ways, in parallel, according to an on / off state. In the switched-on state, two rectifier circuit parts connected to both ends and two secondary windings connected to each rectifier circuit part are electrically connected in series, and in the switched-off state, they are made in parallel.

각 스위치(S1~S3)가 이웃한 두 정류회로부(RC1~RC3) 사이의 회로를 개폐하게 되므로 스위치의 온/오프 상태에 따라 두 정류회로부가 부하(50)측에 대해 직, 병렬 선택 연결될 수 있는 것이다.Since each switch S1 to S3 opens and closes a circuit between two neighboring rectifier circuit units RC1 to RC3, the two rectifier circuit units may be connected directly or in parallel to the load 50 according to the on / off state of the switch. It is.

상기 제2전력변환부(20)의 스위치(S1~S3)로는 반도체 스위치 중 IGBT가 사용될 수 있다.IGBTs among semiconductor switches may be used as the switches S1 to S3 of the second power converter 20.

또한 제2전력변환부(20)의 다이오드(DC1~DC6)는 스위치 오프시 도통되어 부하(50)측에 대해 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)들 및 정류회로(RC1~RC4)부들이 병렬 연결되도록 하기 위한 전류 경로를 형성하게 되는데, 제1군의 다이오드(DC1~DC3)들과 제2군의 다이오드(DC4~DC6)들로 구분될 수 있다.In addition, the diodes DC1 to DC6 of the second power conversion unit 20 are turned on when the switch is turned off so that the secondary windings TX2-1 to TX2-4 and the rectifier circuits RC1 to RC4 with respect to the load 50 side. The current path is formed to allow the parts to be connected in parallel, and may be divided into the first group of diodes DC1 to DC3 and the second group of diodes DC4 to DC6.

도면상 좌측으로 배치되는 제1군의 다이오드(DC1~DC3)들은 이웃한 다이오드 간에 (+)단과 (-)단이 연결되되, 각 다이오드의 (-)단이 정류회로부(RC2~RC4)의 (-)단에 연결되고, 각 다이오드의 (+)단은 스위치(IGBT)(S1~S3)의 에미터에 연결되는 구조로 구비된다.In the first group of diodes DC1 to DC3 arranged to the left in the drawing, (+) and (-) ends are connected between neighboring diodes, and the (-) end of each diode is connected to the rectifier circuits RC2 to RC4. (+) Terminal of each diode is provided in a structure connected to the emitter of the switch (IGBT) (S1 ~ S3).

또한 도면상 우측으로 배치되는 제2군의 다이오드(DC4~DC6)들은 이웃한 다이오드 간에 (+)단과 (-)단이 연결되되, 각 다이오드의 (+)단이 정류회로부(RC1~RC3)의 (+)단에 연결되고, 각 다이오드의 (-)단은 스위치(S1~S3)의 컬렉터에 연결되는 구조로 구비된다.Also, in the second group of diodes DC4 to DC6 disposed to the right in the drawing, (+) and (-) ends are connected between neighboring diodes, and the (+) end of each diode is connected to the rectifier circuits RC1 to RC3. It is connected to the (+) stage, the (-) terminal of each diode is provided in a structure connected to the collector of the switches (S1 ~ S3).

결국, 도 1의 구성에 대해 간단히 요약하면, 본 발명의 전원공급장치는 입력 전원(Vdc)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(제1전력변환부)(10)와, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터(제2전력변환부)(20)가 변압기(TX)로 연결되어, 이들 구성부가 전체적으로 볼 때 부하(50)에 직류 전압을 최종 출력하는 컨버터의 구성을 가진다.As a result, briefly summarizing the configuration of FIG. 1, the power supply apparatus of the present invention includes an inverter (first power conversion unit) 10 for converting a DC voltage of an input power supply V dc into an AC voltage, and an AC voltage. A converter (second power conversion section) 20 for converting to a DC voltage is connected to the transformer TX, and these components have a configuration of a converter for finally outputting a DC voltage to the load 50 as a whole.

또한 전체적으로 볼 때 복수개의 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4) 및 각 이차측 권선에 대해 개별 정류회로부(RC1~RC4)를 가지는 컨버터의 회로 구성을 갖는 동시에, 모든 이차측 권선들과 정류회로부들이 부하에 대해 전기적으로 직렬 연결된 상태(후술하는 모드 1의 상태임), 또는 2개 회로의 전기적 병렬(2 병렬) 연결상태(후술하는 모드 2의 상태임), 또는 각 이차측 권선과 정류회로부들이 모두 개별로 병렬(4 병렬) 연결되는 상태(후술하는 모드 3의 상태임)로 전환시킬 수 있게 구비되는 복수개의 스위치(S1~S3)를 갖는다.In addition, as a whole, it has a circuit configuration of a converter having a plurality of secondary windings TX2-1 to TX2-4 and individual rectifying circuit portions RC1 to RC4 for each secondary winding, and at the same time, all secondary windings and rectification. The circuits are electrically connected in series to the load (in Mode 1, described below), or the electrical parallel (2 parallel) connections of two circuits (in Mode 2, described below), or commutated with each secondary winding. The circuit parts have a plurality of switches S1 to S3 which can be switched to a state in which all of the circuit parts are individually connected in parallel (4 parallel).

이상으로 본 발명에 따른 전원공급장치의 회로 구성에 대해 설명하였는바, 도 1의 구성은 변압기(TX)의 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)이 총 4개이고, 제2전력변환부(20)에서 각 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)으로 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류회로부(RC1~RC4)가 총 4개이며, 각 정류회로부 사이에 위치되는 스위치(S1~S3)가 총 3개인 실시예이다.As described above, the circuit configuration of the power supply apparatus according to the present invention has been described. In the configuration of FIG. 1, the secondary windings TX2-1 to TX2-4 of the transformer TX are four in total, and the second power conversion unit is constructed. A total of four rectifier circuits RC1 to RC4 rectifying the alternating voltage induced by the secondary windings TX2-1 to TX2-4 to the DC voltage at 20 are located between each rectifier circuit part. S1 to S3) are three embodiments in total.

결국, 전체 스위치(S1~S3)가 온 상태(모드 1)에서는 각 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)과 정류회로부(RC1~RC4)가 부하(50)에 대해 전기적으로 직렬 연결된 상태가 되고, 스위치 S2의 온 상태에서 나머지 스위치(S1,S3)가 턴오프되면(모드 2) 스위치 S1, S3 양 단의 정류회로부(RC1 및 RC2, 그리고 RC3 및 RC4)가 전기적으로 단절된 상태가 되어 제2전력변환부(20)의 회로가 2개의 병렬(2 병렬) 회로로 구분되며, 전체 스위치(S1~S3)가 모두 턴오프되면(모드 3) 모든 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4) 및 정류회로부(RC1~RC4)들이 개별적으로 병렬(4 병렬) 연결되는 상태로 전환될 수 있다.As a result, in the state where all of the switches S1 to S3 are turned on (mode 1), each of the secondary windings TX2-1 to TX2-4 and the rectifier circuits RC1 to RC4 are electrically connected in series with the load 50. When the remaining switches S1 and S3 are turned off in the ON state of the switch S2 (mode 2), the rectifier circuit portions RC1 and RC2 and RC3 and RC4 at both ends of the switches S1 and S3 are electrically disconnected. The circuit of the second power converter 20 is divided into two parallel (two parallel) circuits, and when all the switches S1 to S3 are turned off (mode 3), all secondary windings TX2-1 to TX2- 4) and the rectifier circuits RC1 to RC4 may be switched to a state where they are individually connected in parallel (4 parallel).

이러한 본 발명의 구성에서 이차측 권선과 정류회로부, 스위치의 개수는 확장이 가능한데, 예컨대 이차측 권선이 8개, 각 이차측 권선이 연결되는 정류회로부가 8개, 정류회로부 사이에 위치되는 스위치 7개를 사용할 경우, 스위치의 턴온/턴오프 제어상태에 따라, 모든 이차측 권선 및 정류회로부의 전체 직렬 연결 모드, 2 병렬 연결 모드, 4 병렬 연결 모드, 8 병렬 연결 모드(모든 이차측 권선 및 정류회로부들이 개별적으로 병렬 연결)로 모드의 변환이 가능해진다.In the configuration of the present invention, the number of secondary windings, rectifier circuits, and switches can be expanded. For example, eight secondary windings, eight rectifying circuits to which each secondary winding is connected, and a switch located between the rectifying circuits 7 Can be used, the total series connection mode, 2 parallel connection mode, 4 parallel connection mode, 8 parallel connection mode (all secondary winding and rectification) of all secondary windings and rectifier The circuits can be switched individually in parallel).

물론, 제2전력변환부(20)에서 전류 경로 형성을 위한 다이오드(DC1~DC6)는 정류회로부의 (-)단과 스위치의 에미터, 정류회로부의 (+)단과 스위치의 컬렉터 사이에 연결되어야 하므로 이차측 권선 및 정류회로부, 스위치의 개수가 증가될 경우 다이오드의 개수 또한 상응하게 증가되어야 한다. Of course, the diodes DC1 to DC6 for forming the current path in the second power converter 20 should be connected between the negative terminal of the rectifier circuit part, the emitter of the switch, the positive terminal of the rectifier circuit part, and the collector of the switch. If the number of secondary windings, rectifier circuits, and switches is increased, the number of diodes must be correspondingly increased.

도 2는 전술한 본 발명의 전원공급장치에 대한 일 구현예를 나타내는 도면으로서, 상세한 회로 구성을 보여주고 있으며, 도시된 바와 같이 공진형 인버터 회로 구성을 갖는 제1전력변환부에서는 4개의 스위치(SW1~SW4))가 풀브리지 구조로 연결되고 각 스위치(SW1~SW4)의 양단에 다이오드(D6,D7,D16,D14)와 스너버 커패시터(C4,C5,C13,C14)가 병렬로 연결됨을 볼 수 있다.2 is a view showing an embodiment of the power supply of the present invention described above, showing a detailed circuit configuration, four switches (1) in the first power conversion unit having a resonant inverter circuit configuration as shown SW1 ~ SW4)) are connected in full bridge structure, and diodes D6, D7, D16, D14 and snubber capacitors C4, C5, C13, and C14 are connected in parallel at both ends of each switch SW1 to SW4. can see.

또한 변압기(TX7)의 이차측 권선이 복수개로 구비되고, 제2전력변환부에서 정류회로부가 각 이차측 권선에 연결되는바, 각 정류회로부는 이차측 교류 전압을 전파 정류하여 직류 전압으로 변환해주는 복수개의 정류 다이오드(D10,D12,D18,D19,D20~D31)들로 구성된 브리지 정류 회로 구성을 갖는다. In addition, a plurality of secondary windings of the transformer TX7 are provided, and the rectifying circuit part is connected to each secondary winding in the second power converter, and each rectifying circuit part rectifies and converts the secondary AC voltage into a DC voltage. It has a bridge rectifying circuit configuration consisting of a plurality of rectifying diodes (D10, D12, D18, D19, D20 ~ D31).

이와 함께 각각의 정류회로부에는 전압 밸런싱을 위한 커패시터(C8,C10,C12,C18)와 저항(R18,R23,R24,R27)이 연결되어 있다.In addition, capacitors C8, C10, C12, and C18 and resistors R18, R23, R24, and R27 for voltage balancing are connected to each rectifier circuit part.

또한 제2전력변환부에서 정류회로부 사이에는 직, 병렬 전환을 위한 스위치(U5~U7)이 개재되고, 스위치의 턴오프 제어에 따라 병렬 전환시 선택적으로 도통되어 전류 경로를 형성하는 다이오드(D32~D37)가 구비되어 있다. In addition, a switch (U5 to U7) for direct and parallel switching is interposed between the rectifier circuit unit and the rectifier circuit unit, and diodes (D32 to form a current path are selectively conducted when switching in parallel according to the turn-off control of the switch). D37).

상기한 구성에서 각 스위치의 온/오프 구동에 따른 부하단의 전압, 전류 제어상태를 살펴보면, 도 3은 각 모드(모드 1~모드 3)의 스위치(S1~S3) 턴온/턴오프 제어상태를 나타내는 도면이다.Looking at the voltage and current control state of the load stage according to the on / off driving of each switch in the above configuration, Figure 3 shows the turn-on / turn-off control state of the switch (S1 ~ S3) of each mode (mode 1 ~ mode 3) It is a figure which shows.

또한 도 4는 모드 변환을 통해 부하(50)에 인가되는 전압과 전류의 제어상태를 보여주고 있으며, 스위치 제어를 통해 점차로 전압을 낮추면서 전류량을 차츰 증가시키는 예를 나타내고 있다.4 shows a control state of voltage and current applied to the load 50 through mode conversion, and shows an example of gradually increasing the amount of current while gradually decreasing the voltage through the switch control.

모드 1은 도 3에서와 같이 제2전력변환부(20)의 전체 스위치(S1~S3)가 온 상태로 제어 및 유지되며, 이 상태에서는 전체의 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4)과 정류회로부(RC1~RC4)가 모두 전기적으로 직렬 연결된 상태가 되어, 도 4에 나타낸 바와 같이 전원공급장치로부터 부하로 상대적으로 높은 전압과 낮은 전류 상태의 출력이 이루어진다.Mode 1 is controlled and maintained with all the switches S1 to S3 of the second power conversion unit 20 turned on as shown in FIG. 3, and in this state, the secondary windings TX2-1 to TX2-4 of the entire state. The over-rectifier circuits RC1 to RC4 are all electrically connected in series, and as shown in FIG. 4, the output of the high voltage and the low current state is achieved from the power supply to the load.

이어 모드 2에서는 스위치 S1, S3를 턴오프시키는 동시에 S2는 온 상태로 유지됨에 따라 제2전력변환부(20)가 2 병렬 상태로 변환되게 된다. 이때, 제2전력변환부(20) 내에서 2개의 회로가 부하에 전기적으로 병렬 상태가 되어 연결되는데, 스위치 S2의 온 상태에서 S1, S3가 턴오프되면서, S2에 의해 직렬 연결된 2개의 이차측 권선(TX2-2,TX2-3) 및 정류회로부(RC2,RC3)와, 나머지 직렬 연결된 2개의 이차측 권선(TX2-1,TX2-4) 및 정류회로부(RC1,RC4)가 전기적으로 분리되어 부하(50)에 대해 병렬 연결된 상태가 된다.Subsequently, in mode 2, as the switches S1 and S3 are turned off and S2 is kept in an on state, the second power converter 20 is converted into two parallel states. At this time, the two circuits in the second power converter 20 are electrically connected in parallel to the load, and the two secondary sides connected in series by S2 while S1 and S3 are turned off while the switch S2 is on. The windings TX2-2 and TX2-3 and the rectifier circuit parts RC2 and RC3, and the remaining two secondary side windings TX2-1 and TX2-4 and the rectifier circuit parts RC1 and RC4 connected in series are electrically separated from each other. It is in a state of being connected in parallel with the load 50.

즉, 도 1을 참조할 때, 다이오드 DC1, DC6이 도통되면서 직렬 연결상태인 DC1, RC3, S2, RC2, DC6 경로의 회로와, 다이오드 DC4, DC3가 도통되면서 직렬 연결상태인 RC4, DC4, S2, DC3, RC1 경로의 회로가 병렬로 전환되는 것이다.That is, referring to FIG. 1, the circuits of the DC1, RC3, S2, RC2, and DC6 paths in which the diodes DC1 and DC6 are connected in series are connected, and the RC4, DC4, and S2 in series connection while the diodes DC4 and DC3 are connected. The circuits in the DC3 and RC1 paths are switched in parallel.

이러한 2 병렬 상태의 모드 2에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 모드 1에 비해 부하에 걸리는 전압은 낮아지고 전류는 증가하게 된다. In mode 2 of the two parallel states, as shown in FIG. 4, the voltage applied to the load is lowered and the current is increased as compared to the mode 1.

또한 모드 3에서는 전체 스위치를(S1~S3) 모두 턴오프시키며, 이에 제2전력변환부(20)가 4 병렬 상태로 변환되게 된다. 이때, 제2전력변환부(20) 내의 회로가 전기적으로 병렬 상태인 4개의 회로로 분리되어 부하에 연결되는데, 전체 스위치(S1~S3)가 턴오프되면서, 각 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4) 및 정류회로부(RC1~RC4)가 부하(50)에 대해 모두 개별적으로 병렬 연결된 상태가 된다.In addition, in mode 3, all the switches S1 to S3 are turned off, so that the second power converter 20 is converted into four parallel states. At this time, the circuit in the second power converter 20 is separated into four circuits in an electrically parallel state and connected to the load. As the entire switches S1 to S3 are turned off, the secondary windings TX2-1 to TX2-4) and rectifier circuits RC1 to RC4 are both connected to the load 50 individually in parallel.

즉, 도 1을 참조할 때, 다이오드 DC1~DC6이 모두 도통되면서 개별 이차측 권선(TX2-1 ~ TX2-4) 및 정류회로부(RC1~RC4)가 모두 부하(50)에 대해 전기적으로 병렬 연결된 상태가 되는 것이다.That is, referring to FIG. 1, all of the secondary secondary windings TX2-1 to TX2-4 and the rectifier circuits RC1 to RC4 are electrically connected to the load 50 while all of the diodes DC1 to DC6 are conducted. It becomes a state.

이러한 4 병렬 상태의 모드 3에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 모드 2에 비해 부하에 걸리는 전압은 더욱 낮아지고 전류량은 크게 증가하게 된다.In mode 3 of the 4 parallel state, as shown in FIG. 4, the voltage applied to the load is further lowered and the amount of current is greatly increased as compared to mode 2.

물론, 각 모드 동안에도, 반응기 내 시드 로드의 온도가 상승하면 비저항은 점차 낮아지는바, 부하에 걸리는 전압은 차츰 감소하는 형태, 전류는 차츰 증가하는 형태를 보이게 된다.Of course, even during each mode, as the temperature of the seed rod in the reactor increases, the specific resistance gradually decreases, and thus the voltage applied to the load gradually decreases, and the current gradually increases.

한편, 본 발명의 전원공급장치는 부하단에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출부(31)와, 정류회로부(RC4)의 양단 전압을 검출하기 위한 전압검출부(32)와, 상기 전류검출부(31)와 전압검출부(32)에 의해 검출되는 전류 및 전압에 기초하여 제1전력변환부(10)와 제2전력변환부(2)의 출력 제어, 즉 각 스위치(SW1~SW4,S1~S3)의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함한다.On the other hand, the power supply of the present invention is a current detector 31 for detecting a current flowing through the load terminal, a voltage detector 32 for detecting the voltage across the rectifier circuit RC4, and the current detector 31 And output control of the first power converter 10 and the second power converter 2 based on the current and voltage detected by the voltage detector 32, that is, the respective switches SW1 to SW4 and S1 to S3. It further includes a control unit for controlling the driving.

본 발명에서 제1전력변환부(10)와 제2전력변환부(20)의 각 스위치(SW1~SW4,S1~S3)는 부하단에서 검출되는 전류값과 정류회로부(RC4)에서 검출되는 전압값에 기초하여 온/오프 제어되며, 특히 전류검출부(31)와 전압검출부(32)에 의해 검출된 전류 및 전압이 제어부에 입력되면, 이에 기초하여 제어부가 각 스위치의 턴온/턴오프 동작을 제어하게 된다.In the present invention, each of the switches SW1 to SW4, S1 to S3 of the first power conversion unit 10 and the second power conversion unit 20 has a current value detected at the load stage and a voltage detected at the rectifier circuit RC4. On / off control is performed based on the value, and in particular, when the current and voltage detected by the current detector 31 and the voltage detector 32 are input to the controller, the controller controls the turn-on / turn-off operation of each switch based on this. Done.

이러한 제어부(40)의 구성을 도 5에 나타내었으며, 제1전력변환부(공진형 인버터)(10)의 스위칭부를 구성하는 각 스위치(SW1~SW4)에 대한 게이트 신호를 생성하여 출력하는 제1제어블럭(41)과, 제2전력변환부(컨버터)(20)의 각 스위치(S1~S3)에 대해 모드 1~모드 3의 상태로 턴온/턴오프 제어하기 위한 게이트 신호를 생성하여 출력하는 제2제어블럭(46)을 포함한다.The configuration of the control unit 40 is illustrated in FIG. 5, and the first unit generates and outputs a gate signal for each of the switches SW1 to SW4 constituting the switching unit of the first power converter (resonant inverter) 10. Generating and outputting a gate signal for controlling the turn-on / turn-off state of the mode 1 to the mode 3 with respect to each of the switches S1 to S3 of the control block 41 and the second power converter (converter) 20. A second control block 46 is included.

먼저, 제1제어블럭(41)은 제1전력변환부(10) 내 각 스위치(SW1~SW4)의 턴온 및 턴오프 동작을 제어하여 제1전력변환부의 출력을 제어하게 되는데, 전압검출부(32)에 의해 검출된 전압 또는 전류검출부(31)에 의해 검출된 전류에 기초하여 각 스위치(SW1~SW4)의 턴온/턴오프 구동을 위한 구동신호(게이트 신호)를 생성하여 출력하게 된다.First, the first control block 41 controls the turn-on and turn-off operations of the switches SW1 to SW4 in the first power conversion unit 10 to control the output of the first power conversion unit. The voltage detection unit 32 The driving signal (gate signal) for the turn-on / turn-off driving of each switch SW1 to SW4 is generated and output based on the voltage detected by the T1 or the current detected by the current detector 31.

특히, 본 발명에서 제1제어블럭(41)은 제어신호를 출력하는 PI 제어기(42,43), PI 제어기(42,43)에서 출력되는 제어신호의 펄스 변조를 수행하는 펄스 변조부(44), 펄스 변조부(44)에서 출력되는 펄스 변조 신호로부터 제1전력변환부(10) 내 스위치(SW1~SW4)의 턴온/턴오프 제어를 위한 게이트 신호를 생성, 출력하는 게이트 구동 회로부(45)를 기본 구성으로 하되, 2개의 PI 제어기(42,43)가 선택 사용되는 점에 특징이 있다.In particular, in the present invention, the first control block 41 is a PI controller 42, 43 for outputting a control signal, the pulse modulator 44 for performing a pulse modulation of the control signal output from the PI controller 42, 43 The gate driving circuit unit 45 generates and outputs a gate signal for turn-on / turn-off control of the switches SW1 to SW4 in the first power converter 10 from the pulse modulated signal output from the pulse modulator 44. The basic configuration is characterized in that two PI controllers 42 and 43 are selected and used.

즉, 정류회로부(RC4)에서 전압검출부(32)에 의해 실시간으로 검출되는 전압값(Vreal)을 입력으로 하여 PI 제어신호를 생성 및 출력하는 PI 전압 제어기(42)와, 부하단에서 전류검출부(31)에 의해 실시간 검출되는 전류값(Ireal)을 입력으로 하여 PI 제어신호를 생성 및 출력하는 PI 전류 제어기(43)를 가지며, PI 전압 제어기(42)의 출력단과 PI 전류 제어기(43)의 출력단이 접속된 상태에서 각 제어기의 출력단에는 제1다이오드(D41)와 제2다이오드(D42)가 설치된다.That is, the PI voltage controller 42 generates and outputs a PI control signal by inputting the voltage value V real detected in real time by the voltage detector 32 in the rectifier circuit RC4, and the current detector in the load stage. It has a PI current controller 43 for generating and outputting a PI control signal by inputting a current value I real detected in real time by the 31, and an output terminal of the PI voltage controller 42 and a PI current controller 43. The first diode D41 and the second diode D42 are provided at the output terminal of each controller while the output terminal of the controller is connected.

상기 각 다이오드(D41,D42)는 (-)단이 해당 제어기(42,43)의 출력단에, (+)단이 두 제어기의 접속 노드에 연결되도록 설치된다. Each diode (D41, D42) is installed so that the (-) terminal is connected to the output terminal of the controller 42,43, and the (+) terminal is connected to the connection node of the two controllers.

이러한 구성에서 두 개의 PI 제어기(42,43)는 각각 전압과 전류를 제어하기 위해 사용되는데, 각 제어기의 출력단에 연결되어 있는 제1 및 제2다이오드(D41,D42)는 2개의 제어기 중 어느 하나를 선택하기 위해 구비되는 것이다.In this configuration, two PI controllers 42 and 43 are used to control voltage and current, respectively. The first and second diodes D41 and D42 connected to the output terminal of each controller are either one of two controllers. It is provided to select.

즉, 두 제어기(42,43) 중 어느 하나가 전압 또는 전류를 제어하면서 나머지 하나가 전압 또는 전류를 제한하는 역할을 하는바, 각 제어기가 전류검출부(31) 및 전압검출부(32)에 의해 검출되는 실측값(Vreal;,Ireal)과 레퍼런스값(Vref/Iref)의 차이에 따른 제어신호를 출력하게 되면, 다이오드(DC41,DC42)는 작은 값의 제어신호를 출력하는 제어기가 동작하도록 동작하게 된다.That is, one of the two controllers 42 and 43 controls the voltage or the current while the other controls the voltage or the current, and each controller is detected by the current detector 31 and the voltage detector 32. When the control signal is output according to the difference between the measured value (V real ; I real ) and the reference value (V ref / I ref ), the diodes DC41 and DC42 operate a controller that outputs a small control signal. To work.

예를 들어, 두 제어기(42,43)의 전압 레퍼런스값(Vref)과 전류 레퍼런스값(Irev)을 부하측에 인가되는 전압, 전류값을 고려하여 최대값으로 설정해 놓은 뒤, 실제 공정에서 정류회로부의 고전압 영역, 즉 전압 실측값(Vreal)이 높은 영역에서는 전압 제어기(42)에서 실측값(Vreal)과 레퍼런스값(Vref)의 차이가 작으므로, 작은 값의 제어신호를 출력하는 전압 제어기(42)의 출력단에 연결된 제1다이오드(DC41)가 도통되고 전류 제어기(43)의 출력단에 연결된 제2다이오드(DC42)는 역바이어스된다.For example, the voltage reference value (V ref ) and the current reference value (I rev ) of the two controllers 42 and 43 are set to maximum values in consideration of the voltage and current values applied to the load side, and then rectified in the actual process. In the high voltage region of the circuit portion, that is, the region where the voltage actual value V real is high, the difference between the actual value V real and the reference value V ref is small in the voltage controller 42, so that a small control signal is output. The first diode DC41 connected to the output terminal of the voltage controller 42 is turned on and the second diode DC42 connected to the output terminal of the current controller 43 is reverse biased.

이는 전압 제어모드로 동작하는 상태로서, PI 전압 제어기(42)에서 출력되는 전압 제어신호가 펄스 변조부(44)(펄스 폭 또는 주파수 또는 위상 변조 수행)를 거쳐 게이트 구동 회로부(45)로 인가되며, 결국 PI 전압 제어신호에 의해 생성된 게이트 신호가 출력되어 제1전력변환부(10)의 스위치(SW1~SW4)가 턴온/턴오프 제어되게 된다.This is a state of operating in the voltage control mode, the voltage control signal output from the PI voltage controller 42 is applied to the gate driving circuit section 45 via the pulse modulator 44 (performing pulse width or frequency or phase modulation). As a result, the gate signal generated by the PI voltage control signal is output so that the switches SW1 to SW4 of the first power converter 10 are turned on / off.

반면, 전압 실측값(Vreal)이 점차 낮아지고 전류 실측값(Ireal)이 점차 높아지면 전류 제어기(43)에서 실측값(Ireal)과 레퍼런스값(Iref)의 차이가 작아지므로, 이 시점부터는 작은 값의 제어신호를 출력하는 전류 제어기(43)의 출력단에 연결된 제2다이오드(D42)가 도통되고 전압 제어기(42)의 출력단에 연결된 제1다이오드(D41)는 역바이어스된다.On the other hand, if the voltage actual value V real gradually decreases and the current actual value I real gradually increases, the difference between the actual value I real and the reference value I ref is decreased in the current controller 43. From this point of time, the second diode D42 connected to the output terminal of the current controller 43 which outputs a small value control signal is turned on and the first diode D41 connected to the output terminal of the voltage controller 42 is reverse biased.

이는 전류 제어모드로 동작하는 상태로서, PI 전류 제어기(43)에서 출력되는 전류 제어신호가 펄스 변조부(44)를 거쳐 게이트 구동 회로부(45)로 인가되며, 결국 PI 전류 제어신호에 의해 생성된 게이트 신호가 출력되어 제1전력변환부(10)의 스위치(SW1~SW4)가 턴온/턴오프 제어되게 된다.This is a state of operating in the current control mode, the current control signal output from the PI current controller 43 is applied to the gate driving circuit section 45 through the pulse modulator 44, and eventually generated by the PI current control signal The gate signal is output so that the switches SW1 to SW4 of the first power converter 10 are turned on / off.

그리고, 제2제어블럭(46)은 제2전력변환부(20) 내 각 스위치(S1~S3)의 턴온 및 턴오프 동작을 제어하여 모드 1~3의 변환을 제어하는데, 전류검출부(31)에 의해 검출된 전류(Ireal) 및 전압검출부(32)에 의해 검출된 전압(Vreal)에 기초하여 각 스위치(S1~S3)의 턴온/턴오프 구동을 위한 구동신호(게이트 신호)를 생성하여 출력하게 된다.In addition, the second control block 46 controls the conversion of the modes 1 to 3 by controlling the turn-on and turn-off operations of the switches S1 to S3 in the second power converter 20, and the current detector 31. Generates a drive signal (gate signal) for turn-on / turn-off driving of each switch S1 to S3 based on the current I real detected by and the voltage V real detected by the voltage detector 32. Will print.

보다 상세하게는 전류검출부(31) 및 전압검출부(32)에 의해 검출된 전류(Ireal)와 전압(Vreal)으로부터 부하 저항(Load Resistance)(Rload)을 계산하고, 계산된 부하 저항(Rload)을 설정값(Rref1~Rref3)과 비교하여 모드를 결정한 뒤 제2전력변환부(20)의 스위치(S1~S3)를 턴온/턴오프하기 위한 구동신호(게이트 신호)를 출력하게 된다.More specifically, the load resistance (R load ) is calculated from the current I real and the voltage V real detected by the current detector 31 and the voltage detector 32, and the calculated load resistance ( R load), the set value (R ref1 ~ R ref3) and compared to decide the mode after the second power converter 20 switches (S1 ~ S3), the turn-on / turn-off to output a drive signal (gate signal) for the Done.

전술한 각 모드의 설명에서와 같이 모드 1에서는 전체 스위치(S1~S3)를 턴온 상태로, 모드 2에서는 스위치 S2를 턴온 상태로 유지하면서 S1, S3를 턴오프시키고, 모드 3에서는 스위치 S1~S3을 모두 턴오프시킨다.As described in each of the modes described above, in mode 1, the entire switches S1 to S3 are turned on, in mode 2, S1 and S3 are turned off while the switch S2 is turned on, and in modes 3, switches S1 to S3. Turn off all of them.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 전원공급장치에서는 제2전력변환부의 각 스위치를 각 동작모드별로 적절히 턴온/턴오프시켜 원하는 전압 및 전류를 부하에 제공할 수 있게 된다.In this manner, in the power supply apparatus according to the present invention, each switch of the second power conversion unit may be appropriately turned on / off for each operation mode to provide a desired voltage and current to the load.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
The embodiments of the present invention have been described in detail above, but the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims and Improved forms are also included in the scope of the present invention.

10 : 제1전력변환부 20 : 제2전력변환부
31 : 전류검출부 32 : 전압검출부
40 : 제어부 41 : 제1제어블럭
42 : PI 전압 제어기 43 : PI 전류 제어기
44 : 펄스 변조부 45 : 게이트 구동 회로부
46 : 제2제어블럭 50 : 부하
TX : 변압기 TX1 : 일차측 권선
TX2-1 ~ TX2-4 : 이차측 권선 RC1 ~ RC4 :정류회로부
S1 ~ S4 : 스위치 DC1 ~ DC6 : 다이오드 10: first power conversion unit 20: second power conversion unit
31: current detector 32: voltage detector
40: control unit 41: first control block
42: PI voltage controller 43: PI current controller
44 pulse modulator 45 gate driving circuit portion
46: second control block 50: load
TX: Transformer TX1: Primary winding
TX2-1 ~ TX2-4: Secondary winding RC1 ~ RC4: Rectifier circuit part
S1 ~ S4: Switch DC1 ~ DC6: Diode

Claims (11)

직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 제1전력변환부와, 상기 제1전력변환부에서 출력되는 일차측 교류 전압을 권선비에 따라 이차측 교류 전압으로 변압하되, 복수개의 이차측 권선을 갖는 변압기와, 상기 변압기에 의해 변압된 이차측 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 부하에 인가하는 제2전력변환부와, 상기 제1전력변환부와 제2전력변환부의 출력을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되고,
상기 제2전력변환부는,
각각의 이차측 권선이 연결되는 복수개의 정류회로부와;
상기 각 정류회로부 사이에 개재되는 복수개의 스위치와;
상기 스위치의 턴온/턴오프시 상기 부하측에 대해 이차측 권선들 및 정류회로부들 간에 전기적으로 병렬 연결되도록 하기 위한 전류 경로를 형성하는 복수개의 다이오드;
를 포함하여 구성되며,
부하단에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출부와;
정류회로부의 양단 전압을 검출하기 위한 전압검출부;
를 더 포함하고, 상기 제어부가 전류검출부와 전압검출부에 의해 검출되는 전류 및 전압에 기초하여 모드별 상기 스위치들의 턴온/턴오프를 제어함으로써 부하에 인가되는 전압 및 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
A first power converting unit converting a DC voltage into an AC voltage, a transformer having a plurality of secondary windings, the primary side AC voltage output from the first power converting unit being transformed into a secondary side AC voltage according to a turns ratio, And a second power conversion unit converting the secondary side AC voltage transformed by the transformer into a DC voltage and applying the load to a load, and a control unit for controlling outputs of the first power conversion unit and the second power conversion unit. ,
The second power converter,
A plurality of rectifier circuits to which respective secondary windings are connected;
A plurality of switches interposed between the rectifier circuits;
A plurality of diodes forming a current path for electrically connecting in parallel between the secondary side windings and the rectifier circuit parts with respect to the load side when the switch is turned on / off;
And,
A current detector for detecting a current flowing through the load end;
A voltage detector for detecting a voltage at both ends of the rectifier circuit;
The apparatus further includes a power supply for controlling the voltage and current applied to the load by controlling the turn on / off of the switches for each mode based on the current and voltage detected by the current detector and the voltage detector. Feeder.
청구항 1에 있어서,
상기 각 스위치는 이웃한 두 정류회로부 사이에서 일측 정류회로부의 (+)단과 타측 정류회로부의 (-)단 사이를 개폐하도록 개재되어, 스위치 양단에 연결된 두 정류회로부, 및 각 정류회로부에 연결된 두 이차측 권선들을 스위치 온 상태에서는 직렬 연결상태로, 스위치 오프 상태에서는 병렬 연결상태로 전환시키는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
The method according to claim 1,
Each switch is interposed so as to open and close between (+) end of one rectifier circuit part and (-) end of the other rectifier circuit part between two neighboring rectifier circuit parts, two rectifier circuit parts connected to both ends of the switch, and two secondary connected to each rectifier circuit part. A power supply characterized in that the side windings are switched in series connection state in the switched-on state and in parallel connection state in the switched-off state.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 다이오드는 이웃한 다이오드 간 (+)단과 (-)단이 연결된 제1군의 다이오드들과, 이웃한 다이오드 간 (+)단과 (-)단이 연결된 제2군의 다이오드들로 구성되되,
상기 제1군의 다이오드들은 (-)단이 정류회로부의 (-)단에, (+)단은 스위치의 에미터에 연결되고,
상기 제2군의 다이오드들은 (+)단이 정류회로부의 (+)단에, (-)단은 스위치의 컬렉터에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
The method according to claim 1,
The plurality of diodes include a first group of diodes connected between (+) and (-) ends between neighboring diodes, and a second group of diodes connected with (+) and (-) ends between neighboring diodes. ,
The first group of diodes (-) terminal is connected to the (-) terminal of the rectifier circuit portion, (+) terminal is connected to the emitter of the switch,
The second group of diodes is a power supply characterized in that the (+) terminal is connected to the (+) terminal of the rectifier circuit portion, and the (-) terminal is connected to the collector of the switch.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위치는 IGBT인 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
The method according to any one of claims 1 to 3,
And the switch is an IGBT.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 전류검출부와 전압검출부에 의해 검출되는 전류 및 전압으로부터 부하 저항을 계산하고, 계산된 부하 저항을 설정값들과 비교하여 모드를 결정한 뒤 스위치들의 턴온/턴오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
The method according to claim 1,
The controller calculates a load resistance from the current and voltage detected by the current detector and the voltage detector, compares the calculated load resistance with the set values, determines a mode, and controls turn on / off of the switches. Power supply.
청구항 1에 있어서,
상기 제1전력변환부는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하기 위해 제어부에서 출력되는 게이트 신호에 따라 턴온/턴오프 제어되는 4개의 스위치가 풀브리지 구조로 연결된 스위칭부와, 상기 스위칭부에 의해 변환된 교류 전압을 변압기에 전달하는 공진 인덕터와 공진 커패시터로 이루어진 LC 공진 회로부를 포함하는 공진형 인버터인 것을 특징으로 전원공급장치.
The method according to claim 1,
The first power converter includes a switching unit in which four switches are turned on / off and controlled in a full bridge structure according to a gate signal output from a controller to convert a DC voltage into an AC voltage, and an AC converted by the switching unit. And a resonant inverter including an LC resonant circuit unit comprising a resonant inductor and a resonant capacitor for transmitting a voltage to a transformer.
청구항 7에 있어서,
부하단에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출부와;
정류회로부의 양단 전압을 검출하기 위한 전압검출부;
를 더 포함하고, 상기 제어부가 전류검출부와 전압검출부에 의해 검출되는 전류 및 전압에 기초하여 제1전력변환부 내 스위치의 턴온/턴오프를 제어함으로써 제1전력변환부의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
The method of claim 7,
A current detector for detecting a current flowing through the load end;
A voltage detector for detecting a voltage at both ends of the rectifier circuit;
The controller may further include controlling the output of the first power converter by controlling the turn on / off of the switch in the first power converter based on the current and voltage detected by the current detector and the voltage detector. Power supply.
청구항 8에 있어서,
상기 제어부는 제어신호를 출력하는 PI 제어기와, 상기 PI 제어기에서 출력되는 제어신호의 펄스 변조를 수행하는 펄스 변조부와, 상기 펄스 변조부에서 출력되는 변조된 신호로부터 제1전력변환부 내 스위치의 턴온/턴오프 제어를 위한 게이트 신호를 출력하는 게이트 구동 회로부를 포함하되,
상기 PI 제어기는,
상기 전압검출부에 의해 검출된 전압값과 설정된 전압 레퍼런스값의 차이에 따른 제어신호를 출력하는 PI 전압 제어기와;
상기 전류검출부에 의해 검출된 전류값과 설정된 전류 레퍼런스값의 차이에 따른 제어신호를 출력하는 PI 전류 제어기;
로 구성되고, 상기 전압값과 전류값에 따라 PI 전압 제어기와 PI 전류 제어기가 선택 동작됨으로써 제1전력변환부에 대한 전압 제어모드 또는 전류 제어모드가 수행되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
The method according to claim 8,
The controller may include a PI controller for outputting a control signal, a pulse modulator for performing pulse modulation of a control signal output from the PI controller, and a modulated signal output from the pulse modulator. The gate driving circuit unit for outputting a gate signal for turn on / off control,
The PI controller,
A PI voltage controller configured to output a control signal according to a difference between the voltage value detected by the voltage detector and a set voltage reference value;
A PI current controller configured to output a control signal according to a difference between the current value detected by the current detector and a set current reference value;
And a PI voltage controller and a PI current controller are selected and operated according to the voltage value and the current value, thereby performing a voltage control mode or a current control mode for the first power converter.
청구항 9에 있어서,
상기 PI 전압 제어기의 출력단과 PI 전류 제어기의 출력단이 접속된 상태로 펄스 변조부에 연결되고, PI 전압 제어기의 출력단과 PI 전류 제어기의 출력단에 두 제어기의 선택 동작을 위한 다이오드가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
The method according to claim 9,
The output terminal of the PI voltage controller and the output terminal of the PI current controller is connected to the pulse modulation unit, and the diodes for the selective operation of the two controllers are installed at the output terminal of the PI voltage controller and the output terminal of the PI current controller, respectively. Power supply.
청구항 10에 있어서,
상기 각 다이오드는 (-)단이 해당 제어기의 출력단에, (+)단이 두 출력단의 접속 노드에 연결되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.

The method of claim 10,
Each of the diodes is a power supply characterized in that the (-) terminal is installed so that the output terminal of the controller, (+) terminal is connected to the connection node of the two output terminals.

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