KR101351971B1 - 예컨대 광원들을 위한 전원 디바이스 - Google Patents

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Abstract

2-스위치(14a, 14b) 플라이백 전원 디바이스는:
- 부하(L)를 피딩하기 위해, 일차 권선(T1) 및 이차 권선(T2)을 갖는 변압기(T),
- 변압기(T)의 일차 권선(T1)을 입력선(12)에 연결시키고 상기 변압기의 일차 권선(T1)을 피딩하기 위해, 온 그리고 오프로 교번적으로 스위칭 가능한 한 쌍의 전자식 스위치들(14a, 14b) ― 상기 전자식 스위치들(14a, 14b) 중 적어도 하나의 전자식 스위치(14a)는 접지에 관하여 플로팅하는 제어 전극을 갖는 전자식 스위치임 ―,
- 입력선(12)과 회로의 접지 사이에 배열되는 용량성 분압기(C1, C2) ― 상기 용량성 분압기(C1, C2)의 분압점은 상기 변압기(T)의 상기 일차 권선(T1)의 중간점(20)에 연결됨 ―, 및
- 전자식 스위치들(14a, 14b) 중 상기 적어도 하나의 전자식 스위치(14a)의 상기 제어 전극을 피딩하는, 상기 변압기(T) 내의 예비 이차 권선(T2AUX)
을 포함한다.

Description

예컨대 광원들을 위한 전원 디바이스{POWER SUPPLY DEVICE， FOR EXAMPLE FOR LIGHT SOURCES}
본 기재는 전기 전원 디바이스들에 관한 것이다.
다양한 실시예들에서, 설명은 LED 광원들과 같은 광원들을 위해 이용되도록 적응된 전원 디바이스들과 관련 있을 수 있다.
다양한 실시예들에서, 설명은 소위 "2-스위치 플라이백" 타입의 전원 디바이스들과 관련 있을 수 있다.
도 1은, 예컨대, 일정한 공급 전압(Vin)으로부터 소위 LED 스트링(string)과 같은 예컨대 LED 광원을 포함하는 부하(L)에 전압을 공급하기 위해 사용될 수 있는 2-스위치 플라이백 타입의 전원 디바이스의 기본적인 설계를 개략적으로 나타낸다.
잘 알려진 토폴로지에 따라, 전체적으로 보아 10으로 표기되는 상기 전원 디바이스는, 일차 권선(T1) 및 이차 권선(T2)을 갖는 변압기(T) 주변에 만들어진다.
일차 권선(T1)은, 상호 교번적으로 전도성("온")이 되고 그리고 비 전도성("오프")이 되도록 적응된 두 개의 전자식 스위치들(14a, 14b)을 통해, 12로 표기된 입력선으로 전압(Vin)에 연결된다; 다시 말해, 14a가 온 일 때, 14b는 오프이고 또는 그 반대이다. 다양한 실시예들에서, 상기 스위치들은 mosfet들로 구성된다.
각각의 스위치(14a, 14b)는 어레인지먼트 내에서 자신과 연관된 개별 다이오드(D3, D4)를 갖는다:
- 스위치(14a)("하이(high)" 스위치로 불림)는 입력선(12)과 다이오드(D4)의 캐소드 사이에 삽입되고, 상기 다이오드(D4)의 애노드는 회로 접지에 결합된다,
- 스위치(14b)("로우(low)" 스위치로 불림)는 접지와 다이오드(D3)의 애노드 사이에 삽입되고, 상기 다이오드(D3)의 캐소드는 입력선(12)에 연결된다, 그리고
- 변압기(T)의 일차 권선(T1)의 양쪽 단부들 모두는, 하이 스위치(14a)와 다이오드(D4) 사이의 중간점 그리고 다이오드(D3)와 로우 스위치(14b) 사이의 중간점에 각각 연결된다.
변압기의 이차 권선(T2)은 일반적으로 정류/안정화 네트워크를 포함하고, 상기 정류/안정화 네트워크는 여기서 다이오드(D1) 및 출력 커패시터(C)로서 개략적으로 도시되고, 전압(Vout)이 상기 출력 커패시터(C) 양단에 존재하며, 상기 전압(Vout)이 부하(L) 양단의 전압에 대응하며 전류가 상기 부하(L)를 향해 강도(iout)로 공급된다.
도 1의 기본적인 어레인지먼트는, 하기에서 상세한 설명을 불필요하게 만들기 위하여, 본 기술분야에 잘 알려진 동작 요구사항들을 충족한다.
도 1의 2-스위치 플라이백 컨버터의 어레인지먼트는, 단일-스위치 플라이백 컨버터와 비교할 때, 최대 반사(reflected) 전압이, 고전압을 mosfet들에 인가하지 않고도 제로 전압 스위칭(ZVS)을 지원하는 메인(main) 전압과 같다는 장점을 갖는다.
이는 놀라운 장점인데, 그 이유는 더욱 효율적일 뿐만 아니라 덜 값비싸기도 한 더 낮은 드레인-소스 전압 값들을 갖는 mosfet들을 이용하는 것이 가능하기 때문이다.
그러나, 도 1의 어레인지먼트는, 하이 스위치(14a)가 접지에 관하여 플로팅(floating)하는 게이트를 갖고, 이는 구동 장애들 그리고 결과적으로 가능한 효율성 저하 및 더 낮은 스위칭 속도를 유발할 수 있다는 점에서 단점을 갖는다.
발명자들은 이러한 문제점이, 적어도 이론적으로, 회로의 하이 측에 연결된 예비 공급원들에 의지함으로써 해결될 수 있다는 것을 관찰했다.
그러나, 이러한 솔루션은, 예컨대 500-600 V만큼 높은 전압들을 견딜 수 있는 구동기에 의지함으로 인해, 컴포넌트들의 원하지 않는 부가 및 더 높은 비용들과 함께, 동일 회로 내에 추가의 공급원의 제공을 수반한다: 비록 이용 가능할지라도, 이러한 컴포넌트들은 상당히 값비싼 경향이 있다.
이들 팩터(factor)들은, 특히 소비 애플리케이션들에 대하여, 비용 및 전력 흡수량을 가능한 한 낮게 가져야 하는 현재 고려되고 있는 솔루션들과 양립되지 않는다.
게다가, 발명자들은 다른 가능성이 펄스 변압기의 이용을 수반할 수 있다는 것을 관찰했다. 이는, 다시, 상당히 값비싼 솔루션을 야기하는데, 그 이유는 변압기 및 펄스 변압기에 의해 요구되는 고전류들로 동작하도록 적응된 구동기 모두가 당연히 꽤 값비싸고, 전문 섹터들에서의 고전력 애플리케이션들에 이러한 솔루션의 이용을 제한시킬 것이기 때문이다. 게다가, 펄스 변압기의 제공을 수반하는 솔루션은 듀티 사이클에도 제약들을 가할 것이다(듀티 사이클은 50%보다 더 높을 수 없다).
본 발명의 목적은 앞서 윤곽이 잡힌 어레인지먼트들의 단점들에 대한 솔루션을 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은, 후술되는 청구항들에서 구체적으로 전개되는 특징들을 갖는 디바이스를 통해 달성된다.
청구항들은 본 명세서에 제공되는 본 발명의 기술적 지침의 통합 부분이다.
다양한 실시예들에서, 훨씬 더 값비싼 솔루션들과 동등한 속도 성능들을 달성하는 것이 가능하다.
다양한 실시예들에서, 저전력 애플리케이션들에서 2-스위치 플라이백 컨버터를 이용하기 위한 가능성은, 우수한 효율성을 획득하기를 허용하는데, 그 이유는 각각의 스위칭을 위해 mosfet은 단일 스위치의 경우에서보다 더 낮은 전압 레벨로부터 시작해 자신의 용량을 방전시켜야 하기 때문이다.
다양한 실시예들에서, 더 적은 개수의 컴포넌트들이 이용될 수 있다; 일부 실시예들에서, 단 두 개의 커패시터들만이 부가될 필요가 있다.
다양한 실시예들에서, 더 적은 누설들이 달성되는데, 그 이유는 어레인지먼트가 전압을 공급받을 필요가 있을 수 있고 그에 따라 누설들을 발생시킬 수도 있는 어떠한 부가적인 구동기도 요구하지 않기 때문이다.
본 발명은 이제, 동봉된 도면들을 참조하여, 단지 비-제한적인 예를 통해 설명될 것이다.
도 1은 도입부에서 이미 설명되었다.
도 2는 실시예의 블록도이다.
후술되는 설명에서는, 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 주어진다. 실시예들은, 한 개 또는 여러 개의 특정 세부사항들 없이, 또는 다른 방법들, 컴포넌트들, 재료들 등을 이용하여 실행될 수 있다. 다른 예시들에서, 실시예들의 양상들을 불명료하게 하는 것을 방지하기 위하여, 잘 알려진 구조들, 재료들, 또는 동작들은 도시되지 않거나 또는 상세히 설명되지 않는다.
"일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 본 명세서 전체에 걸친 참조는 실시예와 관련하여 설명되는 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 전체에 결쳐서 다양한 장소들에서 문구들 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 등장들이 반드시 동일한 실시예를 전부 지칭하지는 않는다. 또한, 특정한 특징들, 구조들, 또는 특색들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
본 명세서에서 제공되는 제목들은 단지 편의를 위한 것이며, 실시예들의 범위 또는 의미를 해석하지 않는다.
도 2의 도면은, 그 기본적인 어레인지먼트에 있어서, 도 1과 관련하여 설명된 일반적인 도면에 대응하는, 전기 공급을 위한 2-스위치 플라이백 컨버터를 도시한다.
그러므로, 도 1을 참조하여 설명된 것들과 동일하거나 또는 동등한 부품들, 엘리먼트들 및 컴포넌트들은 도 2에서 동일한 참조 부호들로 표기되고, 이는, 하기에서 이러한 엘리먼트들, 부품들 또는 컴포넌트들의 특징들 및 동작의 상세한 설명을 반복하는 것을 불필요하게 만든다.
다양한 실시예들에서, "하이" 스위치(mosfet)(14a)는 말하자면 자가-구동된다.
입력선(12)과 접지 사이에는, (비록 강제적인 것은 아니더라도, 동일한 커패시턴스 값을 갖는 것으로 가정될 수 있는) 두 개의 커패시터들(C1, C2)을 포함하는 용량성 분압기가 제공되고, 상기 두 개의 커패시터들(C1, C2)의 분압점 또는 중간점은 20으로 표기된, 변압기(T)의 일차 권선(T1)의 중간점에 연결된다. 그러므로, 이러한 일차 권선(T1)은 "하이" 측(T1a) 및 "로우" 측(T1b)을 포함하는 것으로서 간주될 수 있다.
변압기(T)의 이차 권선(T2)의 측으로, 예비 이차 권선(T2AUX)(일반적으로, 감소된 개수의 턴들을 가짐)이 또한 제공되고, 상기 예비 이차 권선(T2AUX)의 단부들 중 하나의 단부는 "하이" 스위치(14a)의 게이트에 연결되고, 반대편 단부는 예컨대 다이오드(D4)의 캐소드, 즉 "로우" 스위치(14b)의 드레인-소스 라인에 연결되며, 하기에서는, 상기 "로우" 스위치(14b)가 알려진 기준들에 따라 동작하는, 알려진 종류의 플라이-백 제어기(16)에 의해 구동되는 것으로 가정될 것이다.
도 2의 어레인지먼트의 동작을 이해하기 위하여, 시작점으로서, "로우" 스위치/mosfet(14b)이 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭하여 전도하는 것을 시작하는 조건이 가정될 수 있고, 이때 "하이" 스위치/mosfet(14a)이 오프에 있다.
전력의 제1 부분은 커패시터들에 의해 주어지는데, 그 이유는 하이 mosfet(14a)이 오프이기 때문이다.
그러므로, 전류는 처음에, 용량성 분압기(C1, C2)로부터 T1B(일차 권선의 로우 측)를 향하여, 그런 다음에 mosfet(14b) 및 상기 전원 네거티브를 통과해 흐르기를 시작한다.
이 시점에서, 변압기의 모든 다른 권선들은 극성화된다.
이러한 조건들에서, 특히 이차 권선들 그리고 구체적으로는 예비 권선(T2AUX) 상에는, 턴들의 개수에 비례하고 오프로부터 온으로 "하이" 스위치(14a)를 턴하도록 지향되는 전압이 존재한다.
그러므로, 권선들의 극성화 때문에(점들 참조), 예비 권선(T2AUX) 양단의 전압은 포지티브이다. 이러한 전압은 "하이" 스위치(14a)를 전도성으로 유지시킬 수 있다.
그 다음에, 전류는 공급선(12)으로부터 스위치(14a)를 통과해 흐르고, 후속하여, 변압기의 권선들(T1a, T1b)로 흐르며, 그 다음에 다시 14b를 통과해 전원 네거티브에 도달한다.
"로우" mosfet(14b)이 전도성인 특정 기간 이후, "오프" 단계가 이어지고, 그래서 변압기는, 라인으로부터 연결 해제되고, 이차 권선을 향해 에너지가 없다.
그렇게 하기 위하여, "로우" mosfet(14b)은 턴 오프 되고, 변압기에 저장된 누설 에너지는 일차 측 상에 배열된 다이오드들(즉, 다이오드들(D3, D4))을 향하여 프리휠링을 경험하는 경향이 있다. 이는, 모든 권선들이 각자의 극성 그리고 그에 따라 권선들의 전압들 전부를 반전(reverse)시키도록 유발한다.
이러한 극성 반전(inversion)은, 예비 권선(T2AUX)에 의해서도 감지되고, "하이" 스위치(14a)가 오프 조건이 되도록 강제하는 추가의 효과를 갖는다.
결과적으로, "하이" 스위치(14a)는 14b를 뒤따르고, 그래서 하이 스위치는 자가 구동을 수행한다. 이제, 부하(L)를 피딩하기 위하여, 저장된 에너지 전부가, 다이오드(D1)를 통과해, 이차 권선을 향하여 전달된다.
물론, 본 발명의 기본 원리에 대한 선입견 없이, 세부사항들 및 실시예들은, 심지어 주목할만하게, 단지 예를 통해 설명된 것에 관하여, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 가변할 수 있다.

Claims (6)

  1. 2-스위치(14a, 14b) 플라이백 전원 디바이스로서,
    부하(L)를 피딩하기 위해, 일차 권선(T1) 및 이차 권선(T2)을 갖는 변압기(T),
    상기 변압기(T)의 상기 일차 권선(T1)을 입력선(12)에 연결시켜 상기 변압기의 상기 일차 권선(T1)을 피딩하기 위해, 온 그리고 오프로 교번적으로 스위칭 가능한 한 쌍의 전자식 스위치들(14a, 14b) ― 상기 전자식 스위치들(14a, 14b) 중 적어도 하나의 전자식 스위치(14a)는 접지에 관하여 플로팅(floating)하는 제어 전극을 갖는 전자식 스위치임 ―,
    상기 입력선(12)과 상기 디바이스의 상기 접지 사이에 배열되는 용량성 분압기(C1, C2) ― 상기 용량성 분압기(C1, C2)의 분압점은 상기 변압기(T)의 상기 일차 권선(T1)의 중간점(20)에 연결됨 ―, 및
    상기 변압기(T) 내의 예비 이차 권선(T2AUX) ― 상기 예비 이차 권선(T2AUX)은 상기 전자식 스위치들(14a, 14b) 중 상기 적어도 하나의 전자식 스위치(14a)의 상기 제어 전극을 피딩함 ―
    을 포함하고,
    상기 전자식 스위치들(14a, 14b) 중 상기 적어도 하나의 전자식 스위치(14a)는 상기 입력선(12)과 상기 변압기(T)의 상기 일차 권선(T1) 사이에 삽입되는,
    2-스위치(14a, 14b) 플라이백 전원 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자식 스위치들(14a, 14b) 중 다른 전자식 스위치(14b)는 상기 변압기(T)의 상기 일차 권선(T1)과 상기 디바이스의 상기 접지 사이에 삽입되고, 상기 입력선(12)과 상기 다른 전자식 스위치(14b) 사이에 다이오드(D3)가 삽입되며, 상기 다이오드(D3)의 캐소드는 상기 입력선(12)을 향하는,
    2-스위치(14a, 14b) 플라이백 전원 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 예비 이차 권선(T2AUX)과 상기 디바이스의 상기 접지 사이에 삽입되는 추가의 다이오드(D4)를 포함하고, 상기 추가의 다이오드(D4)의 애노드는 상기 디바이스의 상기 접지를 향하는,
    2-스위치(14a, 14b) 플라이백 전원 디바이스.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전자식 스위치들(14a, 14b) 중 상기 적어도 하나의 전자식 스위치(14a)는 mosfet인,
    2-스위치(14a, 14b) 플라이백 전원 디바이스.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 부하(L)는 LED 광원과 같은 광원인,
    2-스위치(14a, 14b) 플라이백 전원 디바이스.
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