KR101203918B1

KR101203918B1 - 스위칭 전원 장치

Info

Publication number: KR101203918B1
Application number: KR1020107023942A
Authority: KR
Inventors: 요이치 쿄노
Original assignee: 산켄덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2012-11-23
Also published as: TW201027889A; JP4525817B2; KR20100125454A; US20110051468A1; CN102017379B; JP2010110114A; WO2010050476A1; TWI443945B; CN102017379A; US8542501B2

Abstract

스위칭 전원 장치의 제1 컨버터(3)와, 직류 전원(Vin)의 양단에 스위칭 소자(Q11, Q12)가 직렬로 접속되고, 스위칭 소자(Q12)의 양단에 보조 권선(Na1)을 갖는 트랜스(T1)의 1차 권선(Np1)과 커패시터(Ci1)가 직렬로 접속되고, 트랜스(T1)의 2차 권선(Ns11, Ns12)에 발생한 전압을 정류하는 다이오드(D11, D12)를 구비한다. 제2 컨버터(4)는 직류 전원(Vin)의 양단에 스위칭 소자(Q21, Q22)가 직렬로 접속되고, 스위칭 소자(Q22)의 양단에 트랜스(T2)의 1차 권선(Np2)과 커패시터(Ci2)가 직렬로 접속되고, 트랜스(T2)의 2차 권선(Ns21, Ns22)에 발생한 전압을 정류하는 다이오드(D21, D22)를 구비한다. 직렬 공진 회로(1)는 보조 권선(Na)에 직렬로 접속된 공진 리액터(L1)와 공진 커패시터(C1)로 이루어지고, 제어 회로(11)는 직렬 공진 회로(1)에 흐르는 전류에 따라 스위칭 소자(Q21, Q22)를 온/오프시킨다.

Description

스위칭 전원 장치{SWITCHING POWER-SUPPLY APPARATUS}

본 발명은, 간단하고 염가의 스위칭 전원 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 1에 도시된 스위칭 전원 장치는, 전류 공진형 스위칭 전원 장치로 불리는 방식으로, 예를 들면 상용 전원으로부터의 교류 전압을 정류 평활한 직류 전압을 직류 입력 전압(Vin)으로서 입력한다. 직류 입력 전압(Vin)을 공급하는 직류 전원(Vin)의 양단에는 MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q11)(제1 스위칭 소자)와 MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q12)(제2 스위칭 소자)가 직렬로 접속된다.

스위칭 소자(Q12)의 드레인-소스간(또는 스위칭 소자(Q11)의 드레인-소스간이라도 된다)에는 전압 공진 커패시터(Cv1)가 접속되는 동시에, 공진 리액터(Lr1)와 트랜스(T1)의 1차 권선(Np1)과 전류 공진 커패시터(Ci1)로 이루어지는 제1 공진 회로가 접속된다. 공진 리액터(Lr1)는 예를 들면 트랜스(T1)의 리키지 인덕턴스에 의해 대용된다.

스위칭 소자(Q12)의 드레인-소스간에는 다이오드(D1)가 접속되고, 스위칭 소자(Q11)의 드레인-소스간에는 다이오드(D2)가 접속된다. 다이오드(D1, D2)는, 스위칭 소자(Q11, Q12)의 기생 다이오드이어도 된다.

또한, 트랜스(T1)의 2차측에는, 각각이 역상이 되도록 권취된 2차 권선(Ns11, Ns12)이 직렬로 접속된다. 2차 권선(Ns11, Ns12)에 발생하는 전압은 다이오드(D11, D12)에 의해 정류되고, 출력 평활 커패시터(Co1)에 의해 평활되어 출력 전압(Vo1)으로서 출력된다.

스위칭 소자(Q11, Q12)가 동시에 온이 되는 것을 방지하는 데드 타임을 마련한 게이트 신호가, 제어 회로(10)로부터 스위칭 소자(Q11, Q12)의 게이트에 교대로 같은 온(on)폭으로 입력된다.

스위칭 소자(Q11, Q12)가 교대로 온/오프하면, 스위칭 소자(Q11, Q12)에는 도 2에 도시된 바와 같은 공진 전류(Q11i, Q12i)가 흐르고, 트랜스(T1)의 2차측에는 다이오드(D11, D12)를 통해 정현파 모양의 공진 전류(D11i, D12i)가 방출된다.

출력 전압(Vo1)은, 도시하지 않은 포트 커플러 등의 절연 수단을 통해서 1차측의 제어 회로(10)로 귀환되고, 제어 회로(10)에 의해 출력 전압(Vo1)이 소정값이 되도록 스위칭 소자(Q11, Q12)의 스위칭 주파수가 제어된다.

이 전류 공진형 스위칭 전원 장치에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 스위칭 소자(Q11, Q12)의 온 시에는, 전류가 마이너스 방향(다이오드(D2, D1)에 흐르는 전류)으로 흐르고 있기 때문에, 스위칭 손실이 발생하지 않는다. 또한, 공진 동작을 실시하고 있기 때문에, 스위칭 소자(Q11, Q12)의 오프 시의 서지 전압도 발생하지 않는다. 이 때문에, 저내압의 스위칭 소자를 사용할 수 있어, 고효율의 전원을 구성하는데 매우 유효한 방식이다.

그렇지만, 도 1에 도시된 전류 공진형 스위칭 전원 장치에서는, 2차측에는 정현파 모양의 전류(D11i, D12i)가 교대로 흐르기 때문에, 전류(D11i, D12i)는 불연속 동작으로 된다. 이 때문에, 출력 평활 커패시터(Co1)에 흐르는 리플 전류(Co1i)는, 출력 전류의 대략 0.5 ~ 0.7배 정도가 되어, 전류가 연속적으로 흐르는 포워드 컨버터 등에 비교하면 크다. 출력 평활 커패시터(Co1)에 일반적으로 사용되는 전해 커패시터는, 허용 리플 전류의 규정이 있어, 이 규정을 만족하기 위해서는 전해 커패시터를 몇 개 병렬로 접속해야 한다. 이 때문에, 코스트 및 실장 면적이 증가한다는 과제를 가지고 있었다.

이 과제를 해결하는 것으로서, 특허 문헌 1은, 복수의 회로를 병렬로 접속하여, 각각의 회로의 위상을 다르게 하여 동작시키는 것으로 전해 커패시터의 리플 전류를 경감하는 방법을 개시한다.

일본특허공개 평4-105552호 공보

그렇지만, 특허 문헌 1의 방식에서는, 제어 회로 내의 고주파 발진 회로가 출력하는 펄스 신호를 분할하는 회로 등이 필요하게 되어, 제어 회로가 복잡해지는 동시에 고가로 된다는 문제가 있다.

본 발명은, 간단한 한편 염가의 회로에 의해 위상을 조금씩 다르게 하여 병렬 동작을 실현할 수 있는 스위칭 전원 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 제1 발명은, 직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 보조 권선을 가지는 제1 트랜스의 1차 권선과 제1 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제1 정류 회로를 구비한 제1 컨버터와, 상기 직류 전원의 양단에 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자가 직렬로 접속 되고, 상기 제3 스위칭 소자 또는 상기 제4 스위칭 소자의 양단에 제2 트랜스의 1차 권선과 제2 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제2 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제2 정류 회로를 구비한 제2 컨버터와, 상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로로부터 출력되는 전류를 평활하는 평활 회로와, 상기 보조 권선에 직렬로 접속된 공진 리액터와 공진 커패시터로 이루어지는 직렬 공진 회로와, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류에 따라 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제2 발명은, 직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 서로 반대 극성으로 권취된 제1 보조 권선과 제2 보조 권선을 가지는 제1 트랜스의 1차 권선과 제1 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제1 정류 회로를 구비한 제1 컨버터와, 상기 직류 전원의 양단에 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제3 스위칭 소자 또는 상기 제4 스위칭 소자의 양단에 제2 트랜스의 1차 권선과 제2 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제2 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제2 정류 회로를 구비한 제2 컨버터와, 상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로로부터 출력되는 전류를 평활하는 평활 회로와, 상기 제1 보조 권선에 직렬로 접속된 제1 공진 리액터와 제1 공진 커패시터로 이루어진 제1 직렬 공진 회로와, 상기 제1 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제3 스위칭 소자를 온/오프시키는 제1 제어 회로와, 상기 제2 보조 권선에 직렬로 접속된 제2 공진 리액터와 제2 공진 커패시터로 이루어진 제2 직렬 공진 회로와, 상기 제2 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 제2 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제3 발명은, 직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 제1 트랜스의 1차 권선과 제1 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제1 정류 회로를 구비한 제1 컨버터와, 상기 직류 전원의 양단에 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제3 스위칭 소자 또는 상기 제4 스위칭 소자의 양단에 제2 트랜스의 1차 권선과 제2 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제2 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제2 정류 회로를 구비한 제2 컨버터와, 상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로로부터 출력되는 전류를 평활하는 평활 회로와, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 접속된 공진 리액터와 공진 커패시터로 이루어지는 직렬 공진 회로와, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류에 따라 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제4 발명은, 직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 제1 트랜스의 1차 권선과 제1 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 서로 반대 극성으로 권취된 제1의 2차 권선 및 제2의 2차 권선을 가지는 제3 트랜스의 1차 권선과 제3 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제1 정류 회로를 구비한 제1 컨버터와, 상기 직류 전원의 양단에 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제3 스위칭 소자 또는 상기 제4 스위칭 소자의 양단에 제2 트랜스의 1차 권선과 제2 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제2 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제2 정류 회로를 구비한 제2 컨버터와, 상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로로부터 출력되는 전류를 평활하는 평활 회로와, 상기 제3 트랜스의 제1의 2차 권선에 직렬로 접속된 제1 공진 리액터와 제1 공진 커패시터로 이루어지는 제1 직렬 공진 회로와, 상기 제1 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제3 스위칭 소자를 온/오프시키는 제1 제어 회로와, 상기 제3 트랜스의 제2의 2차 권선에 직렬로 접속된 제2 공진 리액터와 제2 공진 커패시터로 이루어지는 제2 직렬 공진 회로와, 상기 제2 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 제2 제어 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.

제5 발명은, 청구항 1 내지 청구항 8의 어느 한 항에 기재된 스위칭 전원 장치에서, 상기 직류 전원에 대신하여, 제1 역률 개선 회로와 제2 역률 개선 회로를 설치하고, 상기 제1 역률 개선 회로는, 교류 전원의 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제1 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 소정의 직류 전압으로 변환하여 상기 제1 컨버터에 공급하고, 상기 제2 역률 개선 회로는, 상기 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제2 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 상기 제1 역률 개선 회로의 제1 스위치의 온폭과 같은 온폭으로 직류 전압으로 변환하여 상기 제2 컨버터에 공급하는 것을 특징으로 한다.

제6 발명은, 청구항 1 내지 청구항 8의 어느 한 항에 기재된 스위칭 전원 장치에서, 상기 직류 전원에 대신하여, 분압용 직류 전원을 설치하는 것과 동시에, 상기 분압용 직류 전원의 양단에 제1 분압 커패시터와 제2 분압 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제1 컨버터에 공급되고, 상기 제2 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제2 컨버터에 공급되는 것을 특징으로 한다.

제7 발명은, 공진 리액터와 공진 커패시터로 이루어지는 직렬 공진 회로와, 상기 직렬 공진 회로에 직렬로 접속되는 권선을 가지는 제1 트랜스를 적어도 1개 구비하고, 제1 스위치 회로의 온/오프 동작에 의해 제1 직류 전원으로부터 입력 전력을 입력받고, 상기 제1 트랜스의 2차측으로부터, 또는 다른 트랜스의 2차측에서 출력 전력을 출력하는 제1 컨버터와, 제2 트랜스를 구비하고, 제2 스위치 회로의 온/오프 동작에 의해 상기 제1 직류 전원 또는 제2 직류 전원으로부터 입력 전력을 입력받고, 상기 제2 트랜스의 2차측에서 출력 전력을 출력하는 제2 컨버터와, 상기 제1 컨버터와 상기 제2 컨버터로부터 출력되는 출력 전력을 정류 평활 하여 직류 출력을 취출하는 정류 평활 회로와, 상기 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제2 스위치 회로의 온/오프 동작을 제어하는 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 회로는, 공진 리액터와 공진 커패시터로 이루어지는 직렬 공진 회로의 전류에 따라 제2 컨버터의 스위칭 소자를 온/오프시킨다. 이 때문에, 제2 컨버터로부터 출력으로 방출되는 전류는, 제1 컨버터로부터 출력되는 전류에 대해서 위상이 어긋난 전류로 된다. 이 때문에, 간단한 회로를 추가하는 것만으로, 위상을 쉬프트시킨 병렬 동작을 실현할 수 있어, 출력 평활 커패시터의 리플 전류를 큰 폭으로 경감할 수 있다.

도 1은 종래의 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는 종래의 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 실시예 1에 관한 스위칭 전원 장치의 제어 회로(11)의 내부 회로도이다.
도 5는 실시예 1에 관한 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7은 실시예 2에 관한 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 9는 실시예 3에 관한 스위칭 전원 장치의 제1 변형예의 회로도이다.
도 10은 실시예 3에 관한 스위칭 전원 장치의 제2 변형예의 회로도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 4에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 5에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 6에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.

이하, 본 발명의 스위칭 전원 장치의 실시 형태를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 3에 도시된 스위칭 전원 장치는, 직류 전원(Vin)(제1 직류 전원), 제1 컨버터(3), 제2 컨버터(4), 출력 평활 커패시터(Co1)를 가지고 있다.

제1 컨버터(3)는, 도 1에 도시된 종래의 스위칭 전원 장치에 대해서, 1차 권선(Np1)과 2차 권선(Ns11, Ns12)과 보조 권선(Na1)을 가지는 트랜스(T1a)(제1 트랜스)를 설치한 점이 다를 뿐이며, 그 외의 구성은 같으므로, 그 설명은 생략한다.

제2 컨버터(4)는, 제1 컨버터(3)와 같이, 직류 전원(Vin)의 양단에는 MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q21)(제3 스위칭 소자)와 MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자(Q22)(제4 스위칭 소자)가 직렬로 접속된다.

또한, 스위칭 소자(Q11)와 스위칭 소자(Q12)는, 제1 스위치 회로를 구성하고, 스위칭 소자(Q21)와 스위칭 소자(Q22)는, 제2 스위치 회로를 구성한다.

스위칭 소자(Q22)의 드레인-소스간(또는 스위칭 소자(Q21)의 드레인-소스간이라도 된다)에는 전압 공진 커패시터(Cv2)가 접속되는 동시에, 공진 리액터(Lr2)와 트랜스(T2)(제2 트랜스)의 1차 권선(Np2)와 전류 공진 커패시터(Ci2)로 이루어지는 제2 공진 회로가 접속된다. 공진 리액터(Lr2)는 예를 들면 트랜스(T2)의 리키지 인덕턴스에 의해 대용된다.

스위칭 소자(Q22)의 드레인-소스간에는 다이오드(D3)가 접속되고, 스위칭 소자(Q21)의 드레인-소스간에는 다이오드(D4)가 접속된다. 다이오드(D3, D4)는, 스위칭 소자(Q21, Q22)의 기생 다이오드이어도 된다.

또한, 트랜스(T2)의 2차측에는, 각각이 역상(반대 극성)이 되도록 권취된 2차 권선(Ns21, Ns22)이 직렬로 접속된다. 2차 권선(Ns21, Ns22)에 발생하는 전압은 다이오드(D21, D22)에 의해 정류되고, 출력 평활 커패시터(Co1)에 의해 평활되어 출력 전압(Vo1)으로서 출력된다.

또한, 다이오드(D11, D12, D21, D22)와 출력 평활 커패시터(Co1)는, 정류 평활 회로를 구성한다.

스위칭 소자(Q21, Q22)의 게이트에는 제어 회로(11)가 접속되고, 제어 회로(11)에는, 트랜스(T1a)의 보조 권선(Na1)에 접속된 공진 리액터(L1)와 공진 커패시터(C1)로 이루어지는 직렬 공진 회로(1)(직렬 공진 회로)가 접속된다.

도 4는 실시예 1에 관한 스위칭 전원 장치의 제어 회로(11)의 내부 회로도이다. 도 4에 도시된 제어 회로(11)에서, 트랜지스터(Q1)의 베이스-이미터간에는, 정류용의 다이오드(D5)가 접속되는 동시에, 직렬 공진 회로(1)와 트랜스(T1a)의 보조 권선(Na1)의 직렬 회로가 접속된다.

트랜지스터(Q1)의 컬렉터는, 예를 들면 제어 회로(11)의 동작 전원(Vcc1)에 저항(R1)을 통해서 접속된다. 트랜지스터(Q1)의 컬렉터와 저항(R1)의 접속점에는 드라이버(14)가 접속되고, 드라이버(14)의 출력은 스위칭 소자(Q22)의 게이트에 접속된다.

또한, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터와 저항(R1)의 접속점에는 인버터 회로(12)가 접속되고, 인버터 회로(12)의 출력은 드라이버(13)를 통해서 스위칭 소자(Q21)의 게이트에 접속된다. 드라이버(13)는, 도시하고 있지 않지만, 내부에서 레벨 시프트 회로가 구성되어, 그라운드 전위를 기준으로 한 신호를 스위칭(Q21)와 스위칭(Q22)의 접속점을 기준으로 한 신호로 변환한다.

다음으로, 이와 같이 구성된 실시예 1의 스위칭 전원 장치의 동작에 대하여, 도 5에 도시된 동작 파형도를 참조하면서 설명한다.

우선, 제1 컨버터(3)은, 도 1에 도시된 종래의 예와 같이 스위칭 소자(Q11)와 스위칭 소자(Q12)가 교대로 같은 온폭으로 온/오프를 반복하고, 트랜스(T1a)의 2차측에는 정현파 모양의 공진 전류(D11i, D12i)가 방출된다.

스위칭 소자(Q11)와 스위칭 소자(Q12)가 교대로 온/오프함으로써, 트랜스(T1a)의 보조 권선(Na1)에는 정부(正負) 대칭의 방형파 모양의 교류 전압(Na1v)이 발생한다. 이 교류 전압(Na1v)이 공진 리액터(L1)와 공진 커패시터(C1)의 직렬 공진 회로(1)에 인가되는 것으로, 직렬 공진 회로(1)에는 트랜지스터(Q1)의 베이스-이미터간, 또는 다이오드(D5)를 통해 삼각파 모양의 전류(L1i)가 흐른다.

이러한 공진 리액터(L1)와 공진 커패시터(C1)의 직렬 공진 회로(1)에 교류 전압(Na1v)를 인가했을 경우, 전류는 전압에 대해서 90°위상이 지연된다. 이 때문에, 직렬 공진 회로(1)에 흐르는 전류(L1i)는, 스위칭 소자(Q11, Q12)의 온 기간의 중간점(예를 들면 시각 t2)에서 정부가 바뀐다.

이 전류(L1i)는 트랜지스터(Q1)의 베이스 전류로서 흐르기 때문에, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 전압(Q1vce)은, 스위칭 소자(Q11, Q12)의 온 기간의 중간점(예를 들면 시각 t2)에서 전압 레벨이 바뀐다.

트랜지스터(Q1)의 컬렉터 전압은, 드라이버(14)를 통해 스위칭 소자(Q22)의 게이트 신호(Q22vgs)로서 출력된다. 또한, 인버터 회로(12)에 의해 반전된 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 전압은, 드라이버(13)를 통해서 스위칭 소자(Q21)의 게이트 신호(Q21vgs)로서 출력된다.

또한, 드라이버(13, 14)는, 도시하고 있지 않지만, 스위칭 소자(Q21, Q22)의 동시 온을 방지하기 위한 지연 회로를 내부에 가지고 있다.

이러한 게이트 신호(Q21vgs, Q22vgs)가 스위칭 소자(Q21, Q22)의 게이트에 입력되는 것으로, 제2 컨버터(4)는, 제1 컨버터(3)에 대해서 주파수가 동일하고, 위상이 90° 어긋나서 동작된다.

제2 공진 회로를 구성하는 공진 리액터(Lr2)와 트랜스(T2)의 1차 권선(Np2)과 전류 공진 커패시터(Ci2)의 공진 시정수를, 제1 공진 회로를 구성하는 공진 리액터(Lr1)와 트랜스(T1a)의 1차 권선(Np1)과 전류 공진 커패시터(Ci1)의 공진 시정수와 같은 값으로 했을 경우에는, 제2 컨버터(4)로부터 출력으로 방출되는 전류(D21i, D22i)는, 제1 컨버터(3)로부터 출력되는 전류(D11i, D12i)에 대해서 위상이 90° 어긋난 전류로 된다. 이 때문에, 출력 평활 커패시터(Co1)에 흐르는 리플 전류(Co1i)는, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 하나의 컨버터로 구성했을 경우에 비하여, 대략 5분의 1 정도로 경감된다.

이와 같이 실시예 1의 스위칭 전원 장치에 의하면, 제어 회로(11)는, 공진 리액터(L1)와 공진 커패시터(C1)로 이루어지는 직렬 공진 회로(1)의 전류(L1i)에 따라 제2 컨버터(4)의 스위칭 소자(Q21, Q22)를 온/오프 시킨다. 즉, 간단한 회로를 추가하는 것만으로, 위상을 쉬프트시킨 병렬 동작을 실현할 수 있어, 출력 평활 커패시터(Co1)의 리플 전류(Co1i)를 큰 폭으로 경감할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 6에 도시된 실시예 2의 스위칭 전원 장치는, 도 3에 도시된 실시예 1의 스위칭 전원 장치에 대해서, 트랜스(T1b), 트랜지스터(Q1, Q2), 다이오드(D5, D6)만이 다르므로, 이 부분만을 설명한다.

트랜스(T1b)(제1 트랜스)는, 1차 권선(Np1)과 2차 권선(Ns11, Ns12)과 보조 권선(Nb1, Nb2)을 가지고 있다. 보조 권선(Nb1)(제1 보조 권선)과 보조 권선(Nb2)(제2 보조 권선)은, 서로 역상(반대 극성)이 되도록 권취된다.

트랜지스터(Q1)(제1 제어 회로)의 베이스-이미터간에는, 정류용의 다이오드(D5)가 접속되는 것과 동시에, 공진 리액터(L1)와 공진 커패시터(C1)로 이루어지는 직렬 공진 회로(1)(제1 직렬 공진 회로)와, 트랜스(T1b)의 보조 권선(Nb1)의 직렬 회로가 접속된다. 트랜지스터(Q1)의 이미터는, 스위칭 소자(Q21)의 소스에 접속 되고, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터는, 스위칭 소자(Q21)의 게이트에 접속된다. 트랜지스터(Q1)의 컬렉터는, 저항(R1)을 통해서, 스위칭 소자(Q21)와 스위칭 소자(Q22)의 접속점을 기준으로 한 동작 전원(Vcc2)에 접속된다.

트랜지스터(Q2)(제2 제어 회로)의 베이스-이미터간에는, 정류용의 다이오드(D6)가 접속되는 동시에, 공진 리액터(L2)와 공진 커패시터(C2)로 이루어지는 직렬 공진 회로(2)(제2 직렬 공진 회로)와, 트랜스(T1b)의 보조 권선(Nb2)의 직렬 회로가 접속된다. 트랜지스터(Q2)의 이미터는, 스위칭 소자(Q22)의 소스에 접속되고, 트랜지스터(Q2)의 컬렉터는, 스위칭 소자(Q22)의 게이트에 접속된다. 트랜지스터(Q2)의 컬렉터는, 저항(R2)을 통해서, 그라운드를 기준으로 한 동작 전원(Vcc3)에 접속된다.

다음으로 이와 같이 구성된 실시예 2의 스위칭 전원 장치의 동작에 대하여, 도 7에 도시된 동작 파형도를 참조하면서 설명한다.

우선, 제1 컨버터(3a)는, 도 1에 도시된 종래의 예와 같이 스위칭 소자(Q11)와 스위칭 소자(Q12)가 교대로 같은 온 폭으로 온/오프를 반복하고, 트랜스(T1b)의 2차측에는 정현파 모양의 공진 전류(D11i, D12i)가 방출된다.

스위칭 소자(Q11)와 스위칭 소자(Q12)가 교대로 온/오프함으로써, 트랜스(T1b)의 보조 권선(Nb1, Nb2)에는 정부 대칭의 방형파 모양의 교류 전압(Nb1v, Nb2v)이 각각 정부 반전한 파형으로서 발생한다. 이 교류 전압(Nb1v, Nb2v)이 공진 리액터(L1, L2)와 공진 커패시터(C1, C2)의 직렬 공진 회로(1, 2)에 인가되는 것으로, 직렬 공진 회로(1, 2)에는 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스-이미터간, 또는 다이오드(D5, D6)를 통해 삼각파 모양의 전류(L1i, L2i)가 흐른다.

이러한 공진 리액터(L1, L2)와 공진 커패시터(C1, C2)의 직렬 공진 회로(1, 2)에 교류 전압(Nb1v, Nb2v)을 인가했을 경우, 전류는 전압에 대해서 90° 위상이 지연된다. 이 때문에, 직렬 공진 회로(1, 2)에 흐르는 전류(L1i, L2i)는, 스위칭 소자(Q11, Q12)의 온 기간의 중간점(예를 들면 시각 t2)에서 정부가 바뀐다.

이 전류(L1i, L2i)는 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스 전류로서 흐르기 때문에, 트랜지스터(Q1, Q2)는, 직렬 공진 회로(1, 2)에 정의 전류가 흐르고 있는 기간만 온이 된다. 트랜지스터(Q1, Q2)가 오프인 기간에는 저항(R1, R2)에 의해 스위칭 소자(Q21, Q22)에 게이트 신호가 입력된다.

즉, 도 6에 도시된 구성을 채용하는 것으로, 직렬 공진 회로(1, 2)의 전류(L1i, L2i)는 정부 반전한 전류이므로, 스위칭 소자(Q21, Q22)에는 제1 컨버터(3a)에 대해서 주파수가 동일하고, 위상이 90° 어긋난 게이트 신호(Q21vgs, Q22vgs)가 교대로 입력된다.

이에 의해, 실시예 1과 같이 출력 평활 커패시터(Co1)의 리플 전류(Co1i)를 경감할 수가 있다. 또한, 데드 타임은, 저항(R1, R2)과 스위칭 소자(Q21, Q22)의 게이트 용량과의 시정수에 의해, 온 시각을 늦추는 것으로 생성할 수 있어 실시예 1에 비해, 지연 회로나 레벨 시프트 회로를 삭제할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예 3에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 8에 도시된 실시예 3의 스위칭 전원 장치는, 도 6에 도시된 실시예 2의 스위칭 전원 장치에 대해서, 토템폴 형으로 접속된 트랜지스터(Q1, Q3)(제1 드라이브 회로)와 토템폴 형으로 접속된 트랜지스터(Q2, Q4)(제2 드라이브 회로)를 설치한 점이 다르다.

공진 리액터(L1)와 공진 커패시터(C1)의 직렬 공진 회로(1)의 일단은, 트랜지스터(Q1, Q3)의 베이스에 접속되고, 트랜지스터(Q1, Q3)의 이미터는, 스위칭 소자(Q21)의 게이트에 접속된다. 트랜지스터(Q3)의 컬렉터는, 스위칭 소자(Q21)의 소스에 접속되고, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터는, 저항(R1)을 통해서 동작 전원(Vcc2)에 접속된다.

공진 리액터(L2)와 공진 커패시터(C2)의 직렬 공진 회로(2)의 일단은, 트랜지스터(Q2, Q4)의 베이스에 접속되고, 트랜지스터(Q2, Q4)의 이미터는, 스위칭 소자(Q22)의 게이트에 접속된다. 트랜지스터(Q4)의 컬렉터는, 스위칭 소자(Q22)의 소스에 접속되고, 트랜지스터(Q2)의 컬렉터는, 저항(R2)을 통해서 동작 전원(Vcc3)에 접속된다.

이러한 구성에서, 직렬 공진 회로(1, 2)에는 실시예 2와 같이 제1 컨버터(3a)에 대해서 90° 위상이 어긋난 정부 대칭의 삼각파 모양의 전류가, 트랜지스터(Q1, Q3) 및 트랜지스터(Q2, Q4)의 베이스-이미터 사이에 흐른다.

직렬 공진 회로(1, 2)의 전류가 정인 기간에는 트랜지스터(Q1, Q2)에 베이스 전류가 흘러, 트랜지스터(Q1, Q2)의 증폭 작용에 의해 동작 전원(Vcc2, Vcc3)으로부터 스위칭 소자(Q21, Q22)의 게이트에 전압이 인가된다.

한편, 직렬 공진 회로(1, 2)의 전류가 부인 기간에는 트랜지스터(Q3, Q4)에 베이스 전류가 흘러, 트랜지스터(Q3, Q4)의 증폭 작용에 의해 스위칭 소자(Q21, Q22)의 게이트 전압이 뽑아내어 진다.

즉, 스위칭 소자(Q21, Q22)에는 제1 컨버터(3a)에 대해서 주파수가 동일하고, 위상이 90° 어긋난 게이트 신호가 교대로 입력된다. 이에 의해, 실시예 1과 같이 출력 평활 커패시터(Co1)의 리플 전류를 경감할 수 있다.

다음으로, 실시예 3의 토템폴 형으로 접속한 트랜지스터에 의한 드라이브 회로의 변형예에 대해 설명한다. 포화 상태의 트랜지스터가 오프로 바뀔 때, 소수 캐리어의 영향으로 트랜지스터의 오프에 지연 시간이 생긴다. 토템폴 형으로 접속된 트랜지스터에 구형파 모양의 전압을 입력했을 경우, 입력 전압의 교체시에 트랜지스터의 베이스-이미터간이 역바이어스 된다. 이 때문에, 소수 캐리어가 급속히 뽑아 내어져 출력의 지연 시간을 짧게 할 수 있어 스위칭 전원의 드라이브 회로로서 넓게 이용되고 있다.

그러나, 본 발명의 실시예 3에서는, 토템폴 형의 드라이브 회로에의 입력 신호는, 전압원이 아니고, 직렬 공진 회로(1, 2)로부터의 전류원이므로, 직렬 공진 회로(1, 2)의 전류가 반전하여도, 그 전류값이 트랜지스터의 베이스에 축적된 소수 캐리어의 전하량에 이를 때까지는 트랜지스터를 오프하지 못하고, 전류의 방향의 교체에 대해서 지연 시간이 생긴다.

도 9는 실시예 3에 관한 스위칭 전원 장치의 제1 변형예의 회로도이다. 이 제1 변형예는, 드라이브 회로의 지연 시간을 해소한 것이다. 도 9의 제1 변형예는, 도 8에 도시된 실시예 3에 대해서 드라이브 회로만이 다르기 때문에, 그 외의 공통부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 9에서, 트랜지스터(Q1, Q3)의 컬렉터 베이스간에, 예를 들면 쇼트키 리어 다이오드 등의 순방향 전압 강하가 낮은 다이오드(D7, D8)를 추가한다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 트랜지스터(Q2, Q4)에 대해서도 마찬가지로 다이오드를 추가한다.

이와 같이 구성하는 것으로, 트랜지스터(Q1, Q3)가 온으로 바뀌었을 때에 베이스에 흐르고 있는 직렬 공진 회로(1, 2)의 전류는, 추가한 다이오드(D7, D8)(제1 다이오드)를 통해, 컬렉터 이미터간을 흐르게 된다. 이 때문에, 트랜지스터(Q1, Q3)의 베이스에는 여분의 전하가 축적되지 않고, 직렬 공진 회로(1, 2)의 전류가 반전하고 나서의 지연 시간을 짧게 할 수 있다.

도 10은 실시예 3에 관한 스위칭 전원 장치의 제2 변형예의 회로도이다. 도 10에 도시된 제2 변형예는, 도 9에 도시된 제1 변형예에 대해서, 직렬 공진 회로(1)와 트랜지스터(Q1, Q3)의 베이스의 사이에 다이오드(D9, D10)(제2 다이오드)를 추가하고, 트랜지스터(Q1)의 베이스-이미터간에 저항(R3)을 추가한다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 트랜지스터(Q2, Q4)에도 마찬가지로 다이오드와 저항을 추가한다.

이렇게 구성하는 것으로, 트랜지스터(Q1, Q3)의 오프에 대해서는 도 9에 도시된 드라이브 회로와 같이 지연 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 직렬 공진 회로(1, 2)의 전류가 부로부터 정으로 바뀔 때, 처음에는 저항(R3)에 전류가 흐르기 때문에, 트랜지스터(Q1)는 즉시 온하지 않는다. 저항(R3)의 전압 강하가 트랜지스터(Q1)의 베이스-이미터간 전압에 이른 후에 베이스 전류가 유입하여, 트랜지스터(Q1)가 온이 된다. 따라서, 저항(R1, R2)의 저항값에 의해 스위칭 소자(Q21, Q22)가 오프로부터 온에 바뀌는 타이밍, 즉, 데드 타임을 조정할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예 4에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 8에 도시된 실시예 3에서는, 직렬 공진 회로(1, 2)를 트랜스(T1b)의 보조 권선(Nb1, Nb2)에 접속하였다.

이에 대해서, 도 11에 도시된 실시예 4에서는, 1차 권선(Np3)과 2차 권선(Ns31, Ns32)을 가지는 트랜스(T3)(제1 트랜스)를 설치하여, 트랜스(T3)의 2차 권선(Ns31)의 일단에 직렬 공진 회로(1)의 일단을 접속하고, 트랜스(T3)의 2차 권선(Ns32)의 일단에 직렬 공진 회로(2)의 일단을 접속한다. 스위칭 소자(Q12)의 양단에, 커패시터(C3)와 트랜스(T3)의 1차 권선(Np3)의 직렬 회로를 접속한다. 또한, 트랜스(T1)는, 다른 트랜스를 구성한다.

이러한 구성에서도, 트랜스(T3)의 2차 권선(Ns31, Ns32)에 발생하는 전압은, 정부 대칭의 교류 전압이므로, 실시예 3의 효과와 같은 효과를 얻을 수 있다.

실시예 1 내지 실시예 4에서는, 제1 컨버터와 제2 컨버터를 위상을 다르게 하여 병렬 운전하는 방법에 대해 설명했다. 제1, 제2 컨버터는, 공진 리액터(Lr1, Lr2), 트랜스(T1a), T2의 1차 권선(Np1, Np2), 전류 공진 커패시터(Ci1, Ci2)에 의한 제1 공진 회로 및 제2 공진 회로의 공진 동작에 의해, 전류 공진 커패시터(Ci1, Ci2)를 진폭시키고, 그 전압을 2차 권선(Ns11, Ns12, Ns21, Ns22)에 발생시켜 에너지를 전달한다.

이 때문에, 공진 리액터(Lr1, Lr2), 1차 권선의 인덕턴스, 전류 공진 커패시터(Ci1, Ci2)의 용량 등의 불균일에 의해, 트랜스(T1a, T2)의 2차 권선(Ns11, Ns12, Ns21, Ns22)에 발생하는 전압이 크게 다른 경우가 있다. 트랜스(T1a, T2)의 2차측은 정류 다이오드(D11, D12, D21, D22)와 출력 평활 커패시터(Co1)의 사이에 전류를 제어하는 것이 없기 때문에, 2차 권선 전압이 낮은 쪽은 2차 권선 전압이 출력 평활 커패시터(Co1)의 전압보다 낮은 전압으로 된다. 이 때문에, 정류 다이오드(D11, D12 또는 D21, D22)가 도통하지 않고 , 2개의 컨버터(3, 4) 중의 일방의 컨버터만으로 전력을 공급하게 된다. 즉, 본래, 2개의 컨버터(3, 4)로 공급하는 전력을 1개의 컨버터가 맡게 되어, 각 스위칭 소자의 발열 등의 우려가 있다.

여기에서, 실시예 5의 스위칭 전원 장치는, 이 과제를 해결한 것이다. 도 12는 본 발명의 실시예 5에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 12에 도시된 실시예 5의 스위칭 전원 장치는, 도 11에 도시된 실시예 4의 스위칭 전원 장치의 직류 전원(Vin)에 대신해, 교류 전원(AC), 전파 정류 회로(DB), 승압 리액터(L31)와 MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자(Q31)(제1 스위치)와 다이오드(D31)와 커패시터(C31)(제1 직류 전원)로 이루어지는 제1 PFC 회로(23)(제1 역률 개선 회로), 승압 리액터(L41)와 MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q41)(제2 스위치)와 다이오드(D41)와 커패시터(C41)(제2 직류 전원)로 이루어지는 제2 PFC 회로(24)(제2 역률 개선 회로), 제어 회로(15)를 설치한 점이 다르다.

제1 PFC 회로(23)는, 스위칭 소자(Q11)와 스위칭 소자(Q12)의 직렬 회로의 양단에 접속되어, 교류 전원(AC)의 교류 전압을 전파 정류 회로(DB)로 정류한 정류 전압을, 스위칭 소자(Q31)를 제어 회로(15)의 제어에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 소정의 직류 전압으로 변환한다.

제2 PFC 회로(24)는, 스위칭 소자(Q21)와 스위칭 소자(Q22)의 직렬 회로의 양단에 접속되어, 교류 전원(AC)의 교류 전압을 전파 정류 회로(DB)로 정류한 정류 전압을, 스위칭 소자(Q41)를 제어 회로(15)의 제어에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 제1 PFC 회로(23)의 온폭과 같은 온폭으로 직류 전압으로 변환한다.

2개의 PFC 회로(23, 24)는, 1개의 제어 회로(15)에 의해 제어된다. 즉, 제1 컨버터(3b)에 접속되는 측의 제1 PFC 회로(23)의 출력 전압만 제어 회로(15)에 의해 제어되고, 제2 PFC 회로(24)의 출력 전압은 감시되지 않고, 전압 제어되는 제1 PFC 회로(23)의 온폭(스위칭 소자(Q31)의 온폭)과 같은 온폭(스위칭 소자(Q41)의 온폭)으로 동작시키고 있다.

이상의 구성에서, 제1 공진 회로와 제2 공진 회로에 불균일이 없는 경우, 2개의 PFC 회로(23, 24)의 출력 전압은 대략 같은 전압으로 된다. 그러나, 제1 공진 회로와 제2 공진 회로에 불균일이 생겼을 경우, 트랜스(T1, T2)의 2차측에 방출되는 전력이 제1 컨버터(3b)와 제2 컨버터(4)에서 달라진다.

제1 컨버터(3b)에 비교하여, 제2 컨버터(4)가 출력하는 전력이 큰 경우, 제2 PFC 회로(24)의 출력 전압은 제1 PFC 회로(23)의 출력 전압보다도 낮아진다. 이에 대해서, 제1 컨버터(3b)에 비교하여, 제2 컨버터(4)가 출력하는 전력이 작은 경우, 제2 PFC 회로(24)의 출력 전압은 제1 PFC 회로(23)의 출력 전압보다도 높아진다.

이와 같이 제1 컨버터(3b)와 제2 컨버터(4)에 입력되는 전압이 변화하면, 전류 공진 커패시터(Ci2)의 전압이 변화하여, 트랜스(T2)의 2차 권선(Ns21, Ns22)에 발생하는 전압에 변화가 발생한다. 예를 들면, 제1 컨버터(3b)에 비교하여, 제2 컨버터(4)가 출력하는 전력이 큰 경우, 제2 PFC 회로(24)의 출력 전압이 저하하고, 아울러 트랜스(T2)의 2차 권선(Ns21, Ns22)에 발생하는 전압이 저하하여, 제2 컨버터(4)로부터 출력되는 전력이 저하한다. 이 때문에, 제1 컨버터(3b)와 제2 컨버터(4)가 출력하는 전력이 균형을 이루어 안정된 동작으로 된다. 즉, 복잡한 제어를 실시하는 일 없이, PFC 회로(23, 24)를 추가하는 것만으로, 2개의 컨버터(3b, 4)의 전류 균형을 실현할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예 6에 관한 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 실시예 6에서는, 직류 전원(Vin)의 양단에는, 분압 커패시터(C33)(제1 분압 커패시터, 제1 직류 전원)와 분압 커패시터(C43)(제2 분압 커패시터, 제2 직류 전원)가 직렬로 접속된다.

스위칭 소자(Q11)와 스위칭 소자(Q12)의 직렬 회로는, 분압 커패시터(C33)의 양단에 접속되고, 스위칭 소자(Q21)와 스위칭 소자(Q22)의 직렬 회로는, 분압 커패시터(C43)의 양단에 접속된다.

제1 컨버터(3b)와 제2 컨버터(4)가 출력에 공급하는 전력이 동일한 경우, 분압 커패시터(C33, C43)의 양단 전압은, 직류 전원(Vin)의 직류 전압을 절반으로 분압한 전압으로 된다.

그러나, 제1 공진 회로와 제2 공진 회로에 불균일이 생겨, 각각의 컨버터(3b, 4)로부터 출력에 공급되는 전력이 다른 경우, 분압 커패시터(C33)와 분압 커패시터(C43)의 분압비에 차이가 발생한다. 예를 들면, 제1 컨버터(3b)에 비교하여, 제2 컨버터(4)가 출력하는 전력이 큰 경우, 분압 커패시터(C33)의 양단 전압에 비교하여 분압 커패시터(C43)의 양단 전압이 저하한다.

즉, 제2 컨버터(4)의 입력 전압이 저하하게 되어, 트랜스(T2)의 2차 권선(Ns21, Ns22)에 발생하는 전압이 저하하고, 제2 컨버터(4)로부터 출력되는 전력이 저하한다. 이 때문에, 제1 컨버터(3b)와 제2 컨버터(4)가 출력하는 전력이 균형을 이루어 안정된 동작으로 된다.

이에 대하여, 제1 컨버터(3b)에 비교하여, 제2 컨버터(4)가 출력하는 전력이 작은 경우, 분압 커패시터(C33)의 양단 전압에 비교하여 분압 커패시터(C43)의 양단 전압이 상승한다. 즉, 제2 컨버터(4)의 입력 전압이 상승하게 되어, 트랜스(T2)의 2차 권선(Ns21, Ns22)에 발생하는 전압이 상승하고, 제2 컨버터(4)로부터 출력되는 전력이 증가한다. 이 때문에, 제1 컨버터(3b)와 제2 컨버터(4)가 출력하는 전력이 균형을 이루어 안정된 동작으로 된다. 즉, 간단한 구성으로, 2개의 컨버터(3b, 4)의 전류 균형을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 실시예 1 내지 실시예 6에서는 전류 공진형 스위칭 전원 장치를 예시했지만, 푸시-풀 형의 스위칭 전원 장치 등에도 적용할 수 있다.

또한, 도 12에 도시된 실시예 5의 스위칭 전원 장치의 제1 PFC 회로(23) 및 제2 PFC 회로(24)는, 실시예 1 내지 실시예 3의 어느 하나의 스위칭 전원 장치에 적용하여도 된다.

또한, 도 13에 도시된 실시예 6의 스위칭 전원 장치의 분압 커패시터(C33) 및 분압 커패시터(C43)는, 실시예 1 내지 실시예 3의 어느 하나의 스위칭 전원 장치에 적용하여도 된다.

1, 2 직렬 공진 회로
3, 3a, 3b 제1 컨버터
4 제2 컨버터
10, 11, 15 제어 회로
12 인버터 회로
13, 14 드라이버
23 제1 PFC 회로
24 제2 PFC 회로
Vin 직류 전원
Q11, Q12, Q21, Q22, Q31, Q41 스위칭 소자
Q1 ~ Q4 트랜지스터
D1 ~ D12, D21, D22, D31, D41 다이오드
T1, T1a, T1b, T2, T3 트랜스
Np1, Np2, Np3 1차 권선
Ns11, Ns12, Ns21, Ns22, Ns31, Ns32 2차 권선
Na1, Nb1, Nb2 보조 권선
C33, C43 분압 커패시터
Co1 출력 평활 커패시터
L31, L41 승압 리액터
Lr1, Lr2, L1, L2 공진 리액터
C1, C2 공진 커패시터
Ci1, Ci2 전류 공진 커패시터
Cv1, Cv2 전압 공진 커패시터
R1, R2 저항
AC 교류 전원
DB 전파 정류 회로

Claims

직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 보조 권선을 가지는 제1 트랜스의 1차 권선과 제1 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제1 정류 회로를 구비한 제1 컨버터;
상기 직류 전원의 양단에 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자가 직렬로 접속 되고, 상기 제3 스위칭 소자 또는 상기 제4 스위칭 소자의 양단에 제2 트랜스의 1차 권선과 제2 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제2 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제2 정류 회로를 구비한 제2 컨버터;
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로로부터 출력되는 전류를 평활하는 평활 회로;
상기 보조 권선에 직렬로 접속된 공진 리액터와 공진 커패시터로 이루어지는 직렬 공진 회로; 및
상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류에 따라 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어 회로
를 포함하고,
상기 직렬 공진 회로에는 상기 보조 권선에 발생하는 전압에 대하여 90° 위상이 지연된 전류가 흘러, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류에 의해, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 것으로, 상기 제2 컨버터가 상기 제1 컨버터에 대하여 90° 위상이 어긋나서 동작되는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류가 정(正)일 때에 상기 제3 스위칭 소자를 온시키고, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류가 부(負)일 때에 상기 제4 스위칭 소자를 온시키는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 서로 반대 극성으로 권취된 제1 보조 권선과 제2 보조 권선을 가지는 제1 트랜스의 1차 권선과 제1 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제1 정류 회로를 구비한 제1 컨버터;
상기 직류 전원의 양단에 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제3 스위칭 소자 또는 상기 제4 스위칭 소자의 양단에 제2 트랜스의 1차 권선과 제2 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제2 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제2 정류 회로를 구비한 제2 컨버터;
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로로부터 출력되는 전류를 평활하는 평활 회로;
상기 제1 보조 권선에 직렬로 접속된 제1 공진 리액터와 제1 공진 커패시터로 이루어진 제1 직렬 공진 회로;
상기 제1 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제3 스위칭 소자를 온/오프시키는 제1 제어 회로;
상기 제2 보조 권선에 직렬로 접속된 제2 공진 리액터와 제2 공진 커패시터로 이루어진 제2 직렬 공진 회로; 및
상기 제2 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 제2 제어 회로
를 포함하고,
상기 직렬 공진 회로에는 상기 제1 보조 권선에 발생하는 전압에 대하여 90° 위상이 지연된 전류가 흘러, 상기 제1 직렬 공진 회로에 흐르는 전류에 의해, 상기 제3 스위칭 소자를 온/오프시키고, 상기 제2 직렬 공진 회로에는 상기 제2 보조 권선에 발생하는 전압에 대하여 90° 위상이 지연된 전류가 흘러, 상기 제2 직렬 공진 회로에 흐르는 전류에 의해 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 것으로, 상기 제2 컨버터가 상기 제1 컨버터에 대하여 90° 위상이 어긋나서 동작되는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 제어 회로는, 토템폴 접속된 제1 및 제2 트랜지스터를 가지고, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 각 베이스 단자가 상기 제1 직렬 공진 회로와 상기 제1 보조 권선으로 이루어지는 직렬 회로의 일단에 접속되고, 각 이미터 단자가 상기 제1 직렬 공진 회로와 상기 제1 보조 권선으로 이루어지는 직렬 회로의 타단과 상기 제3 스위칭 소자의 제어 단자에 접속된 제1 드라이브 회로를 구비하고,
상기 제2 제어 회로는, 토템폴 접속된 제3 및 제4 트랜지스터를 가지고, 상기 제3 및 제4 트랜지스터의 각 베이스 단자가 상기 제2 직렬 공진 회로와 상기 제2 보조 권선으로 이루어지는 직렬 회로의 일단에 접속되고, 각 이미터 단자가 상기 제2 직렬 공진 회로와 상기 제2 보조 권선으로 이루어지는 직렬 회로의 타단과 상기 제4 스위칭 소자의 제어 단자에 접속된 제2 드라이브 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 드라이브 회로 및 상기 제2 드라이브 회로의 각각은, 각 트랜지스터에 대하여 베이스 단자와 컬렉터 단자의 사이에 접속된 다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 제어 회로는, 토템폴 접속된 제1 및 제2 트랜지스터를 가지고, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 각 베이스 단자 및 각 컬렉터 단자가 각각 다이오드를 통해서 상기 제1 직렬 공진 회로와 상기 제1 보조 권선으로 이루어지는 직렬 회로의 일단에 접속되고, 각 이미터 단자가 상기 제1 직렬 공진 회로와 상기 제1 보조 권선으로 이루어지는 직렬 회로의 타단과 상기 제3 스위칭 소자의 제어 단자에 접속되고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자 및 이미터 단자 사이에 저항이 접속된 제1 드라이브 회로를 구비하고,
상기 제2 제어 회로는, 토템폴 접속된 제3 및 제4 트랜지스터를 가지고, 상기 제3 및 제4 트랜지스터의 각 베이스 단자 및 각 컬렉터 단자가 각각 다이오드를 통해서 상기 제2 직렬 공진 회로와 상기 제2 보조 권선으로 이루어지는 직렬 회로의 일단에 접속되고, 각 이미터 단자가 상기 제2 직렬 공진 회로와 상기 제2 보조 권선으로 이루어지는 직렬 회로의 타단과 상기 제4 스위칭 소자의 제어 단자에 접속되고, 상기 제3 트랜지스터의 베이스 단자 및 이미터 단자 사이에 저항이 접속된 제2 드라이브 회로를 구비한 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 제1 트랜스의 1차 권선과 제1 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제1 정류 회로를 구비한 제1 컨버터;
상기 직류 전원의 양단에 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제3 스위칭 소자 또는 상기 제4 스위칭 소자의 양단에 제2 트랜스의 1차 권선과 제2 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제2 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제2 정류 회로를 구비한 제2 컨버터;
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로로부터 출력되는 전류를 평활하는 평활 회로;
상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 접속된 공진 리액터와 공진 커패시터로 이루어지는 직렬 공진 회로; 및
상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류에 따라 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어 회로
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 제1 트랜스의 1차 권선과 제1 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 서로 반대 극성으로 권취된 제1의 2차 권선 및 제2의 2차 권선을 가지는 제3 트랜스의 1차 권선과 제3 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제1 정류 회로를 구비한 제1 컨버터;
상기 직류 전원의 양단에 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자가 직렬로 접속되고, 상기 제3 스위칭 소자 또는 상기 제4 스위칭 소자의 양단에 제2 트랜스의 1차 권선과 제2 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제2 트랜스의 2차 권선에 발생한 전압을 정류하는 제2 정류 회로를 구비한 제2 컨버터;
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로로부터 출력되는 전류를 평활하는 평활 회로;
상기 제3 트랜스의 제1의 2차 권선에 직렬로 접속된 제1 공진 리액터와 제1 공진 커패시터로 이루어지는 제1 직렬 공진 회로;
상기 제1 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제3 스위칭 소자를 온/오프시키는 제1 제어 회로;
상기 제3 트랜스의 제2의 2차 권선에 직렬로 접속된 제2 공진 리액터와 제2 공진 커패시터로 이루어지는 제2 직렬 공진 회로; 및
상기 제2 직렬 공진 회로의 전류에 따라 상기 제4 스위칭 소자를 온/오프시키는 제2 제어 회로
를 구비한 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 직류 전원에 대신하여, 제1 역률 개선 회로와 제2 역률 개선 회로를 설치하고,
상기 제1 역률 개선 회로는, 교류 전원의 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제1 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 소정의 직류 전압으로 변환하여 상기 제1 컨버터에 공급하고,
상기 제2 역률 개선 회로는, 상기 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제2 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 상기 제1 역률 개선 회로의 제1 스위치의 온폭과 같은 온폭으로 직류 전압으로 변환하여 상기 제2 컨버터에 공급하는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제3항에 있어서,
상기 직류 전원에 대신하여, 제1 역률 개선 회로와 제2 역률 개선 회로를 설치하고,
상기 제1 역률 개선 회로는, 교류 전원의 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제1 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 소정의 직류 전압으로 변환하여 상기 제1 컨버터에 공급하고,
상기 제2 역률 개선 회로는, 상기 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제2 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 상기 제1 역률 개선 회로의 제1 스위치의 온폭과 같은 온폭으로 직류 전압으로 변환하여 상기 제2 컨버터에 공급하는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제7항에 있어서,
상기 직류 전원에 대신하여, 제1 역률 개선 회로와 제2 역률 개선 회로를 설치하고,
상기 제1 역률 개선 회로는, 교류 전원의 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제1 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 소정의 직류 전압으로 변환하여 상기 제1 컨버터에 공급하고,
상기 제2 역률 개선 회로는, 상기 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제2 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 상기 제1 역률 개선 회로의 제1 스위치의 온폭과 같은 온폭으로 직류 전압으로 변환하여 상기 제2 컨버터에 공급하는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제8항에 있어서,
상기 직류 전원에 대신하여, 제1 역률 개선 회로와 제2 역률 개선 회로를 설치하고,
상기 제1 역률 개선 회로는, 교류 전원의 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제1 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 소정의 직류 전압으로 변환하여 상기 제1 컨버터에 공급하고,
상기 제2 역률 개선 회로는, 상기 교류 전압을 정류한 정류 전압을 제2 스위치에 의해 온/오프하여 역률을 개선함과 함께 상기 제1 역률 개선 회로의 제1 스위치의 온폭과 같은 온폭으로 직류 전압으로 변환하여 상기 제2 컨버터에 공급하는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 직류 전원에 대신하여, 분압용 직류 전원을 설치하는 것과 동시에, 상기 분압용 직류 전원의 양단에 제1 분압 커패시터와 제2 분압 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제1 컨버터에 공급되고, 상기 제2 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제2 컨버터에 공급되는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제3항에 있어서,
상기 직류 전원에 대신하여, 분압용 직류 전원을 설치하는 것과 동시에, 상기 분압용 직류 전원의 양단에 제1 분압 커패시터와 제2 분압 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제1 컨버터에 공급되고, 상기 제2 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제2 컨버터에 공급되는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제7항에 있어서,
상기 직류 전원에 대신하여, 분압용 직류 전원을 설치하는 것과 동시에, 상기 분압용 직류 전원의 양단에 제1 분압 커패시터와 제2 분압 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제1 컨버터에 공급되고, 상기 제2 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제2 컨버터에 공급되는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
제8항에 있어서,
상기 직류 전원에 대신하여, 분압용 직류 전원을 설치하는 것과 동시에, 상기 분압용 직류 전원의 양단에 제1 분압 커패시터와 제2 분압 커패시터가 직렬로 접속되고, 상기 제1 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제1 컨버터에 공급되고, 상기 제2 분압 커패시터의 직류 전압이 상기 제2 컨버터에 공급되는 것을 특징으로 하는,
스위칭 전원 장치.
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