KR101381940B1 - 무선 전력 전송을 위한 정류기 및 그의 입력 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정류기와 정류기의 입력을 제어하는 방법에 관한 것으로; 더욱 상세하게는 정류기의 입력이 높아지는 것을 방지할 수 있는 정류기 및 정류기의 입력을 제어하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 정류기는 입력되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 출력하는 정류부; 상기 정류부의 출력단에 연결되는 부하부; 상기 정류부에 입력되는 교류전력이 높아지는 것을 감지하고, 상기 정류부에 입력되는 교류전력을 조절하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖춘 본 발명에 따른 비교부에서 정류부로 입력되는 교류전력을 직접 입력시키기 때문에 부하가 작아짐에 따라 정류기의 출력이 커지더라도 이를 조절할 수 있기 때문에 정류기와 연결된 응용회로를 설계할 때, 낮은 내압 특성을 가지는 소자를 사용할 수 있다는 효과가 있다.

Description

무선 전력 전송을 위한 정류기 및 그의 입력 제어 방법{RECTIFIER AND INPUT CONTROLING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 무선전력 전송을 위한 정류기와 정류기의 입력을 제어하는 방법에 관한 것으로; 더욱 상세하게는 정류기의 입력이 높아지는 것을 방지할 수 있는 무선전력 전송을 위한 정류기 및 정류기의 입력을 제어하는 방법에 관한 것이다.
정류기는 교류전력에서 직류전력을 얻기 위해 정류작용에 중점을 두고 만들어진 전기적인 회로소자 또는 장치이며 한 방향으로만 전류를 통과시키는 기능을 가졌다. 대부분의 전원장치에서는 실리콘 다이오드가 사용되며 제어 정류기 응용 부분에서는 사이리스터가 광범위하게 사용된다.
이러한 정류기는 다양한 분야에서 사용되고 있는데, 무선 전력을 전송하는데 사용되는 정류기는 부하에 따라 정류기에 입력되는 교류전력이 커지는 경우가 발생한다. 이는 정류기에 능동소자를 단순히 스위치로 적용하여 사용하기 때문에 이러한 정류기와 연결되는 응용회로에는 내압 특성이 높은 소자를 사용하여야 한다. 내압 특성이 높으면 높을수록 가격이 증가할 뿐만 아니라, 응용회로의 크기도 커지게 된다.
그래서 이렇게 내압 특성이 높은 소자를 사용하지 않기 위해 정류기의 출력단에 연결되어 정류기의 출력전압의 역률을 보상하여 정류기의 출력이 낮은 전압으로 출력되도록 하는 전원공급회로에 대한 기술도 개시되었다. 이러한 전원공급회로는 상용교류전원을 정류하는 정류부, 정류부의 출력전압의 역률을 보상하여 출력하는 역률보상부, 역률보상부의 출력을 서로 다른 두 경로를 통해 출력하는 출력부, 출력부의 출력전압을 변환하여 출력하는 주 트랜스미션, 주 트랜스미션의 동작상태 감지 결과에 따라 제어신호를 출력하는 동작상태검출부, 제어부의 제어에 따라 온오프 제어되어 부하에 주 트랜스미션의 출력전압을 인가하는 파워 트랜지스터, 동작상태 검출부의 제어신호를 근거로 출력부의 출력전압을 분압하여 출력하는 검출부 및 검출부의 출력전압을 인가받아 최초 1차 설정된 전압을 출력하도록 역률보상부를 제어함과 아울러 검출부의 검출전압에 변화가 있는 경우 2차 설정된 전압인 정상동작 전압을 출력하도록 역률보상부를 제어하는 역률보상 제어부를 포함한다.
그렇지만, 상기와 같은 구성을 이용하여 역률보상부에서의 출력전압이 정상전압보다 낮거나 같게 유지하여 내압 특성이 낮은 소자를 사용할 수는 있지만, 상기에서와 같이 구성이 복잡하다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명은 복잡하지 않으면서 정류기에서의 출력이 높아지지 않도록 하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 정류기는 입력되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 출력하는 정류부; 상기 정류부의 출력단에 연결되는 부하부; 상기 정류부에 입력되는 교류전력이 높아지는 것을 감지하고, 상기 정류부에 입력되는 교류전력을 조절하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 비교부는 상기 부하부에 연결되고, 상기 부하부의 부하 크기를 감지하여 상기 정류부의 입력 교류전력이 높아지는 것을 감지하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 비교부에서 출력되는 교류전력을 상기 정류부에 입력하기 위해 구비된 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정류부는 수동소자를 이용하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 것을 특징으로 하고, 상기 정류기는 능동소자 및 수동소자를 같이 사용하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 능동소자는 N채널 트랜지스터이고, 상기 수동소자는 다이오드인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 능동소자는 크로스 커플드된 N채널 트랜지스터이고, 상기 수동소자는 다이오드일 수 있고, 상기 능동소자는 N채널 트랜지스터 및 P채널 트랜지스터이고, 상기 수동소자는 다이오드이며, N채널 트랜지스터는 다이오드에 병렬로 연결될 수도 있다. 그리고 상기 능동소자는 N채널 트랜지스터 및 크로스 커플드된 P채널 트랜지스터이고, 상기 수동소자는 다이오드이며, N채널 트랜지스터는 다이오드에 병렬로 연결될 수도 있다.
그리고 상기 정류기는 능동소자를 이용하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 능동소자는 N채널 트랜지스터 및 P채널 트랜지스터일 수 있고, 상기 능동소자는 N채널 트랜지스터 및 크로스커플드된 P채널 트린지스터일 수도 있다. 그리고 상기 능동소자는 P채널 트랜지스터 및 크로스커플드된 N채널 트랜지스터일 수도 있다.
한편, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 정류기 입력 제어 방법은 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기에 연결된 부하의 크기를 감지하는 1단계; 상기 1단계에서 부하의 크기를 기준 값과 비교하는 2단계; 및 상기 2단계에서 부하의 크기가 기준 값보다 작은 경우, 정류기로 설정된 크기의 교류전력을 입력시키는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 3단계는 정류기의 입력단에 구비된 스위치를 제어하여 정류기에 설정된 크기의 교류전력을 입력시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖춘 본 발명에 따른 비교부에서 정류부로 입력되는 교류전력을 직접 입력시키기 때문에 부하가 작아짐에 따라 정류기의 출력이 커지더라도 이를 조절할 수 있기 때문에 무선 전력 전송을 위한 정류기와 연결된 응용회로를 설계할 때, 낮은 내압 특성을 가지는 소자를 사용할 수 있다는 효과가 있다. 그로써, 낮은 내압 특성을 가지는 응용회로를 설계할 수 있어, 정류기 및 응용회로의 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 효과가 있다.
또한, 고출력이 요구되는 응용분야에서 쉽게 발생하는 과전압을 동시에 해결할 수 있고, 기존에 사용하던 스위치로 사용되던 트랜지스터를 그대로 사용할 수 있기 때문에 칩 사이즈를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 정류기를 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 정류기에 수동소자가 사용된 것을 도시한 회로도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 정류기에 수동소자 및 능동소자가 사용된 것을 도시한 회로도이다.
도 8 내지 도10은 본 발명의 정류기에 능동소자가 사용된 것을 도시한 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
본 발명의 무선 전력 전송을 위한 정류기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 정류부(110), 부하부(120) 및 비교부(130)를 포함하여 구성되고, 도 2 내지 도 10에 도시된 도면을 참조하여 설명한다.
정류부(110)는 교류전력이 입력되어 이를 직류전력으로 변환하여 출력한다. 그리고 정류작용을 하기 위해 전기적인 회로 소자나 장치이다. 이런 정류부(110)는 도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 다이오드(210) 등의 수동소자가 이용된 것도 있고, 트랜지스터 등의 능동소자가 이용된 것도 있다.
부하부(120)는 정류기의 출력단에 배치되어, 정류기에서 출력되는 직류전력이 입력된다.
비교부(130)는 정류부(110)에 입력되는 교류전력이 높아지는 것을 감지하고, 정류부(110)에 입력되는 교류전력을 조절한다. 그래서 비교부(130)는 부하부(120)에 연결된 상태에서 부하부(120)의 크기를 감지함으로써, 정류부(110)에 입력되는 교류전력이 높음을 알 수 있다. 이에 대해 좀 더 설명하면 다음과 같다.
정류부(110)의 교류전력은 출력단에 위치한 부하부(120)가 작아지면 입력되는 교류전력이 높아질 수 있다. 이때, 정류부(110)에 입력되는 교류전력은 LC 공진에 의해 발생된 것이다. 즉, 부하부(120)의 크기에 따라서 정류된 전압의 크기와 정류부(110)에 입력되는 교류전력의 크기가 결정된다.
이를 정리하면, 부하부(120)가 크면 정류부(110)의 출력은 작아지고, 부하부(120)가 작으면 정류부(110)의 출력은 커지게 된다. 그리고 정류부(110)의 출력이 커지면 그에 따라 정류부(110)의 입력도 커지게 된다. 즉, 부하부(120)가 커지면 정류부(110)의 입력은 작아지고, 부하부(120)가 작아지면 정류부(110)의 입력은 커지는 관계가 있다.
그래서 비교부(130)는 부하부(120)와 연결되어, 부하부(120)의 크기를 감지함으로써, 정류부(110)의 입력이 큰지 아닌지를 확인할 수 있다.
이렇게 비교부(130)에서 확인한 결과, 정류부(110)의 입력이 높아질 경우에 비교부(130)는 정류부(110)의 동작을 중지시키고, 정류부(110)에 입력되는 교류전력을 설정된 값으로 입력시킨다. 물론, 비교부(130)에서 설정된 값은 정류부(110)에 낮은 교류전력이 입력되도록 하기 위해 설정된 값이다. 그래서 정류부(110)의 출력 값이 낮아질 수 있다.
이러한 무선 전력 전송을 위한 정류기(100)를 이용하여 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수동소자인 다이오드(210)가 사용된 경우에 대해 설명한다. 정류부(110)에 수동소자인 다이오드(210)를 사용하면 부하부(120)가 작아지게 된다. 그에 따라 정류부(110)의 출력전압과 입력전압이 상승하게 되기 때문에 비교부(130)에서는 부하부(120)의 크기를 확인해서 부하부(120)가 작아지면 직접 정류부(110)에 설정된 전압을 가지는 교류전력을 입력시킨다.
그리고 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 능동소자인 스위치와 수동소자인 다이오드가 결합되어 사용되는 정류부(110)가 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 정류부(110)의 상측에는 수동소자인 다이오드(210)가 배치되고, 정류부(110)의 하측에는 N채널 트랜지스터(220)이 배치된다.
여기서, N채널 트랜지스터(220)는 정류작용을 위한 스위치가 그대로 이용된다. 그리고 부하부(120)가 작아지면 출력이 상승하기 때문에 비교부(130)는 이를 감지하여 하측의 N채널 트랜지스터(220)을 모두 턴온 시켜 입력되는 교류전력을 낮춘다. 그러므로 입력 전력인 낮아짐에 따라 출력 전력이 높아지는 것을 방지하여 사용자가 원하는 동작 전압 범위를 가지도록 제한할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 하측에 배치된 능동소자인 N채널 트랜지스터(220)은 크로스커플드된 상태이다. 여기서, N채널 트랜지스터(220)는 정류작용을 위한 스위치가 그대로 이용된다. 이때, 부하가 작아지면 부하부(120)의 출력이 상승하고, 비교부(130)는 이를 감지하여 정류부(110)의 하측에 배치된 N채널 트랜지스터(220)과 연결된 스위치를 모두 턴오프시킨다. 그리고 N채널 트랜지스터(220)은 모두 턴온시킴으로써, 정류부(110)에 입력되는 교류전력을 낮춘다.
도 6에는 하측에 수동소자인 다이오드(210)가 배치되고, 다이오드(210)와 병렬로 연결된 N채널 트랜지스터(220)이 배치되며, 상측에 P채널 트랜지스터(230)가 배치된 정류부(110)가 도시되어 있다. 여기서, N채널 트랜지스터(220)는 과전압 보호용으로 사용되는 스위치가 그대로 이용된다. 이때, 부하부(120)가 작아지면 정류부(110)의 출력이 상승하고, 비교부(130)는 이를 감지한다. 비교부(130)는 상측의 P채널 트랜지스터(230)를 모두 턴온시키고, 하측의 다이오드(210)와 병렬로 연결된 N채널 트랜지스터(220)을 모두 턴온 시켜 정류부(110)의 입력 전력을 낮춘다.
도 7에는 하측에 다이오드(210)와 다이오드(210)에 병렬로 연결된 N채널 트랜지스터(220) 및 상측에 P채널 트랜지스터(230)가 크로스커플드된 상태로 배치된 것을 도시했다. 이 경우, 비교부(130)에서 부하가 작아지는 것을 감지하면, 상측의 P채널 트랜지스터(230)를 턴오프시키고, 하측의 다이오드(210)와 병렬로 연결된 N채널 트랜지스터(220)을 모두 턴온시킨다. 그러므로 정류부(110)의 입력 전력을 낮출 수 있다. 여기서, P채널 트랜지스터(230)은 정류작용을 위한 스위치가 이용되고, N채널 트래지스터(220)은 과전압 보호를 위해 사용되는 스위치가 그대로 이용된다.
또한, 도 8 내지 도 10에는 능동소자만이 이용된 정류부(110)에 대해 도시하였으며, 이에 대해 설명한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 정류부(110)의 상측에 P채널 트랜지스터(230)와 하측에 N채널 트랜지스터(220)이 각각 배치된다. 여기서, P채널 트랜지스터(230)와 N채널 트랜지스터(220)는 정류작용을 위한 스위치가 그대로 이용된다. 비교부(130)는 부하부(120)가 작아짐을 감지하면 상측의 P채널 트랜지스터(230)를 모두 턴오프시키고, 하측의 N채널 트랜지스터(220)을 턴온시켜 정류부(110)의 입력 전력을 낮춘다.
그리고 도 9에는 정류부(110)의 상측에 크로스커플드된 P채널 트랜지스터(230)가, 하측에는 N채널 트랜지스터(220)이 배치된 것을 도시하였다. 이때, 비교부(130)는 부하부(120)가 작아지는 것을 감지하면 상측의 P채널 트랜지스터(230)와 스위치를 모두 턴오프시키고, 하측의 N채널 트랜지스터(220)을 턴온시켜 정류부(110)의 입력전력을 낮춘다. 여기서, N채널 트랜지스터(220)는 정류작용을 위한 스위치가 그대로 이용된다.
도 10에는 정류부(110)의 상측에 P채널 트랜지스터(230)와 하측에 크로스커플드된 N채널 트랜지스터(220)이 배치된 것을 도시하였다. 비교부(130)는 부하부(120)가 작아지는 것을 감지하면 상측의 P채널 트랜지스터(230)와 하측의 스위치를 모두 턴오프시키고, N채널 트랜지스터(220)을 턴온시켜 정류부(110)의 입력전력을 낮춘다. 여기서, P채널 트랜지스터(230)와 N채널 트랜지스터(220)은 정류작용을 위한 스위치가 그대로 이용된다.
또한, 도 2 내지 도 10에서 부하부(120)의 왼쪽에 배치된 커패시터가 연결된 형태에서도 적용하는 것이 무방하고, 커패시터가 연결되지 않은 경우에도 무방하게 적용 가능하다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100: 정류기 110: 정류부
120: 부하부 130: 비교부
210: 다이오드 220: N채널 트랜지스터
230: P채널 트랜지스터

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  12. N채널 트랜지스터 및 크로스커플드된 P채널 트랜지스터를 포함하는 능동소자에 의해 입력되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 출력하는 정류부;
    상기 정류부의 출력단에 연결되는 부하부;
    상기 정류부에 입력되는 교류전력이 높아지는 것을 감지하고, 상기 정류부에 입력되는 교류전력을 조절하는 비교부를 포함하되,
    상기 정류부는 능동소자를 이용하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송을 위한 정류기.
  13. P채널 트랜지스터 및 크로스커플드된 N채널 트린지스터를 포함하는 능동소자에 의해 입력되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 출력하는 정류부;
    상기 정류부의 출력단에 연결되는 부하부;
    상기 정류부에 입력되는 교류전력이 높아지는 것을 감지하고, 상기 정류부에 입력되는 교류전력을 조절하는 비교부를 포함하되,
    상기 정류부는 능동소자를 이용하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송을 위한 정류기.
  14. P채널 트랜지스터 및 크로스커플드된 N채널 트린지스터를 포함하는 능동소자로 이루어진 브릿지 회로에 의해 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기에 연결된 부하의 크기를 감지하는 1단계;
    상기 1단계에서 부하의 크기를 기준 값과 비교하는 2단계; 및
    상기 2단계에서 부하의 크기가 기준 값보다 작은 경우, 정류기로 설정된 크기의 교류전력을 입력시키는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송을 위한 정류기 입력 제어 방법.
  15. N채널 트랜지스터 및 크로스커플드된 P채널 트랜지스터를 포함하는 능동소자로 이루어진 브릿지 회로에 의해 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기에 연결된 부하의 크기를 감지하는 1단계;
    상기 1단계에서 부하의 크기를 기준 값과 비교하는 2단계; 및
    상기 2단계에서 부하의 크기가 기준 값보다 작은 경우, 정류기로 설정된 크기의 교류전력을 입력시키는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송을 위한 정류기 입력 제어 방법.
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