KR101385979B1 - 효율 개선 및 정류부의 전압 밸런싱을 위한 회로를 가지는 공진형 컨버터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공진형 컨버터에 관한 것으로서, 공진 전류의 파형이 개선됨으로써 도전 손실 및 스위칭 손실이 저감될 수 있고 효율이 개선될 수 있는 동시에 고전압 전원장치로의 적용시 정류부 내 직렬 스태킹된 정류 다이오드들의 전압 밸런스가 유지될 수 있는 공진형 컨버터를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 간단한 회로 추가를 통해 하드 스위칭이나 암단락과 같은 고장 발생을 검출할 수 있는 공진형 컨버터를 제공함에 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 스위칭부와; 공진 인덕터와 공진 커패시터의 공진 현상을 이용하여 스위칭부에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하는 LC 공진 회로부와; 상기 LC 공진 회로부에 연결된 일차측 권선, 및 상기 일차측 권선에 대해 소정의 권선비로 구비되는 이차측 권선을 포함하는 변압기와; 상기 변압기의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부를 포함하는 공진형 컨버터에 있어서, 복수개의 정류 다이오드가 직렬로 연결된 정류부에서 각 정류 다이오드 양단에 각각 공진 전류 파형 개선 및 정류 다이오드 간 전압 밸런싱을 위한 커패시터가 설치되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
Description
본 발명은 공진형 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공진 전류의 파형을 개선하여 도전 손실 및 스위칭 손실을 저감하고 효율을 개선함과 동시에 정류부 내 정류 다이오드들의 전압 밸런스를 유지시킬 수 있는 효율 개선 및 정류부 전압 밸런싱용 회로를 가지는 공진형 컨버터에 관한 것이다.
입력 직류 전압을 다른 레벨을 갖는 출력 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터가 산업상에 다양하게 이용되고 있는데, 일반적으로 DC/DC 컨버터는 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 뒤 변압기로 승압 또는 강압하고 다시 직류 전압으로 정류함으로써 전압을 변압하게 된다.
이러한 DC/DC 컨버터를 구현하기 위한 회로 방식은 다양하게 존재하며, 그 한 예가 공진형 컨버터이다.
도 1은 전형적인 공진형 컨버터의 구성을 나타내는 회로도로서, 공진형 컨버터는 인덕터(Lr)와 커패시터(Cr)의 공진 현상을 이용하는 것으로, 변환 효율이 양호한 편에 속한다.
도 1을 참조하여 구성을 살펴보면, 통상의 공진형 컨버터는, 입력 전원(10)으로부터 공급되는 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수개의 스위치(S1~S4)를 포함하는 스위칭부(20)와; 상기 스위칭부(20)에 연결되어 직렬 접속된 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)의 공진 현상을 이용해 스위칭부(20)에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하는 LC 공진 회로부(30)와; 상기 LC 공진 회로부(30)에서 전달되는 교류 전압, 즉 일차측 전압을 소정 레벨의 이차측 전압으로 변환하는 소정 권선비의 변압기(TX)와; 상기 변압기(TX)의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 브리지 정류부(40)와; 상기 스위칭부(20)의 스위칭 동작을 제어하여 부하 전류의 크기 및 형태를 제어하는 게이트 구동 회로부(51);를 기본 구성으로 한다.
이러한 구성에서 브리지 정류부(40)에 의해 정류된 직류 전압을 필터링하여 부하(60)측으로 인가하는 커패시터(Cf)가 부가된다.
도시된 컨버터는 IGBT, MOSFET 등의 반도체 스위치로 구현되는 4개의 스위치(S1~S4)가 풀브리지 구조로 연결된 풀브리지 컨버터로서, 스위칭부(20)의 스위치(S1~S4) 양단에 역병렬 다이오드(D1~D4)와 스너버 커패시터(C1~C4)가 병렬로 연결되어 있다.
스위칭부(20)에서는 게이트 구동 회로부(51)의 구동신호에 따라 대각선으로 존재하는 스위치 쌍(S1 및 S2, 또는 S3 및 S4)이 동시에 턴온(Turn-On) 또는 턴오프(Turn-Off)되어 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 뒤 LC 공진 회로부(30)를 통해 변압기(TX)의 일차측으로 전달하게 되어 있다.
스위칭부(20)에 연결된 LC 공진 회로부(30)는 스위치 S1과 스위치 S3의 접속 노드와 스위치 S2와 S4의 접속 노드 사이에 변압기(TX)의 일차측 권선(TX1)에 직렬로 연결된 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)로 구성되며, LC 공진 현상을 이용하여 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)로 구성된 공진 탱크를 통해 에너지를 저장하였다가 출력으로 전달하게 된다.
또한 LC 공진 회로부(30)에 일차측 권선(TX1)이 연결된 변압기(TX)는 LC 공진 회로부(30)로부터 전달되는 공진 전압을 권선비에 따른 소정 레벨의 전압으로 변환하여 이차측 권선(TX2)을 통해 출력하게 된다.
이어 이차측 권선(TX2)에서 출력되는 변압된 교류 전압을 브리지 정류부(40)의 정류 다이오드(RD1~RD4)가 직류 전압으로 변환하고, 이어 커패시터(Cf)가 필터링하여 부하(60)측으로 출력하게 된다.
이와 같은 컨버터의 구동 및 전력 변환 과정에서 게이트 구동 회로부(51)는 각 스위치(S1~S4)의 턴온 및 턴오프 동작을 제어하는데, 펄스 전압 신호를 입력 신호로 하여 각 스위치(S1~S4)를 턴온 및 턴오프하기 위한 구동신호(게이트 신호)를 생성하여 출력하게 된다.
그리고, 상기와 같은 컨버터에 사용되는 전력용 반도체 스위치(S1~S4)의 스위칭 동작에서는 전압과 전류가 스위칭 소자에 따라 일정한 지연과 기울기를 가지고 변화하기 때문에, 스위치(S1~S4)를 턴온 및 턴오프시키는 경우 스위치에 전압과 전류가 동시에 가해지는 구간(전압과 전류가 겹치는 구간)이 발생하게 되며, 이 구간 동안에는 전압과 전류의 곱(V×I)에 해당하는 스위칭 손실이 발생하게 된다.
특히, IGBT와 같은 소자는 턴오프시에 꼬리(tail)전류가 스위치 양단에 전압이 충분히 가해진 후에도 일정 구간 동안 흐르기 때문에 턴오프시의 스위칭 손실이 매우 크다.
상기와 같은 스위칭 손실은 컨버터의 효율을 저하시킴은 물론 에너지가 소비되고 있는 스위치에서 손실 에너지만큼의 열을 발생시키며, 이러한 스위칭 손실이 소자가 개폐되는 주파수에 비례해서 증가하기 때문에 소자의 최대 스위칭 주파수를 제한하는 요소가 된다.
따라서, 스위칭 손실을 줄이기 위한 다양한 스위칭 방법이 제안된 바 있는데, 전압이 0인 상태에서 스위칭하는 영전압 스위칭(Zero-Voltage Switching; ZVS), 전류가 0인 상태에서 스위칭하는 영전류 스위칭(Zero-Current Switching; ZCS), 그리고 영전압 스위칭 및 영전류 스위칭을 모두 구현하는 영전압-영전류 스위칭(Zero-Voltage and Zero-Current Switching; ZVZCS)의 방법이 이용되고 있다.
스위칭 손실을 줄이는 ZVS, ZCS, ZVZCS를 구현하기 위해서 도 1에 나타낸 바와 같이 변압기(TX)의 일차측에 인덕터(Lr)와 커패시터(Cr)를 연결하여 LC 공진 현상을 이용하는 부하 공진형 컨버터(Load Resonant Converter)를 구성하는 것이며, 이러한 LC 공진 현상을 이용하면 영전압, 영전류 조건을 만족시키는 전압, 전류 파형을 만들어줄 수 있고, 인덕터(Lr)와 커패시터(Cr)의 공진 회로가 부하 전압 및 전류의 오실레이팅(oscillating)을 발생시켜서 ZVS, ZCS, ZVZCS이 가능해진다.
한편, 상기한 공진형 컨버터에서 동일 주파수 동작 조건으로 스위치 턴온시 공진 전류(iL)를 급격히 상승시켜 구형파 형태에 가깝게 공진 전류 파형을 개선할 경우 전류의 실효치가 증가하고, 이는 컨버터의 효율을 상승시키게 된다.
이에 공진 전류(iL)의 급격한 상승을 유도하여 컨버터의 효율을 증가시킬 수 있는 방안이 필요하다.
또한 도 1의 컨버터는 정류부(40)의 정류 다이오드(RD1~RD4)를 2개씩 직렬로 연결한 저압 컨버터의 간단한 예를 나타낸 것이나, 이를 고전압 전원장치(예를 들면, 수 kV 급에서 수십 kV 급)에 적용할 경우에는 더욱 많은 개수의 정류 다이오드를 직렬로 연결하여 회로를 구성해야 한다.
그러나, 전압 정격이 높은 정류 다이오드 여러 개를 직렬로 연결한 구성에서 각 다이오드에 균일한 전압이 걸려야 하지만, 임피던스 차이 등으로 인해 실제 정류 다이오드마다 양단에 걸리는 전압이 다를 수 있고, 정류 다이오드 모두에서 전압을 균등한 수준으로 유지시키기가 어렵다.
이에 따라 고전압 적용시의 경우 정류부 내 직렬로 연결된 정류 다이오드들에 동일한 수준의 전압이 걸릴 수 있도록 전압 밸런스(balance)를 맞춰주는 부가적인 회로 구성이 필요하다.
또한 게이트 구동 회로나 제어부가 제대로 동작하지 않거나 문제가 생겼을 경우 컨버터 내 스위치의 하드 스위칭이 발생하여 그로 인한 스위칭 손실이 크게 발생할 수 있고, 이는 발열이나 출력 저하 등의 문제를 초래한다.
이뿐만 아니라 컨버터의 구동 중에 제어나 스위칭 신호의 문제 등으로 인하여 DC 링크단에서의 단락 등 컨버터 내 회로에서 암단락이 발생할 수 있는 문제가 있다.
이에 하드 스위칭이나 암단락 등 발생시에 이를 감지하고 보호할 수 있는 고장 검출 및 보호 회로가 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 스위칭 동작시 나타나는 공진 전류의 파형을 개선하고, 이를 통해 도전 손실 및 스위칭 손실의 저감 및 효율 상승의 이점을 제공할 수 있는 고효율의 공진형 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 고전압 적용시에 정류부 내 정류 다이오드들에 대하여 전압 밸런스를 맞춰줄 수 있는 간단한 회로 구성과, 하드 스위칭이나 암단락 발생시 이를 감지하고 보호할 수 있는 고장 검출 및 보호 회로를 구비한 컨버터를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수개의 스위치(S1~S4)를 포함하는 스위칭부(20)와; 상기 스위칭부(20)에 연결되어 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)의 공진 현상을 이용하여 스위칭부(20)에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하는 LC 공진 회로부(30)와; 상기 LC 공진 회로부(30)에 연결된 일차측 권선(TX1), 및 상기 일차측 권선(TX1)에 대해 소정의 권선비로 구비되는 이차측 권선(TX2)을 포함하는 변압기(TX)와; 상기 변압기(TX)의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 복수개의 정류 다이오드(RD)를 포함하는 정류부(40)를 포함하는 공진형 컨버터에 있어서, 상기 정류부(40)는 하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되어, 상기 변압기의 이차측 권선의 일단에는 애노드가 연결되고 캐소드는 부하측의 일단에 연결되는 제1 다이오드부; 상기 제1 다이오드부의 하나 이상의 다이오드들의 각각에 병렬로 연결되는 커패시터들을 포함하는 제1 커패시터부; 하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되어, 상기 변압기의 이차측 권선의 일단에는 캐소드가 연결되고 애노드는 부하측의 타단에 연결되는 제2 다이오드부; 상기 제2 다이오드부의 하나 이상의 다이오드들의 각각에 병렬로 연결되는 커패시터들을 포함하는 제2 커패시터부; 하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되어, 상기 변압기의 이차측 권선의 타단에는 애노드의 연결되고 캐소드는 부하측에 일단에 연결되는 제3 다이오드부; 상기 제3 다이오드부의 하나 이상의 다이오드들의 각각에 병렬로 연결되는 커패시터들을 포함하는 제3 커패시터부; 하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되어, 상기 변압기의 이차측 권선의 타단에는 캐소드가 연결되고 애노드는 부하측에 타단에 연결되는 제4 다이오드부; 상기 제4 다이오드부의 하나 이상의 다이오드들의 각각에 병렬로 연결되는 커패시터들을 포함하는 제4 커패시터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 컨버터는 상기 스위칭부에서 두 스위치 사이의 접속 노드와 상기 두 스위치에 병렬로 연결된 두 스너버 커패시터 사이의 접속 노드를 연결하는 제1회로, 및 상기 스위칭부 내 또 다른 두 스위치 사이의 접속 노드와 상기 또 다른 두 스위치에 병렬로 연결된 두 스너버 커패시터 사이의 접속 노드를 연결하는 제2회로에 대하여, 상기 제1회로와 제2회로의 전류 또는 전압 상태를 검출하기 위한 검출수단과; 상기 검출수단의 신호로부터 상기 스위치의 하드 스위칭이나 컨버터 내 회로의 암단락을 포함하는 컨버터 이상 발생 여부를 나타내는 신호를 출력하는 신호처리부;를 포함하는 이상 검출 회로를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 검출수단은 제1회로와 제2회로를 각각 1차측으로 하면서 2차측 코일이 서로 직렬로 연결된 두 변압기로 구성되며, 직렬로 연결된 변압기 2차측 코일이 상기 신호처리부로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 직렬로 연결된 변압기 2차측 코일이 접지 저항에 연결되고, 신호처리부는 직렬로 연결된 변압기 2차측 코일을 통해 입력되는 전압값을 기준값과 비교하여 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 각 변압기는 2차측 코일이 권선된 코어를 제1회로 및 제2회로가 형성된 PCB 기판에 상기 제1회로 및 제2회로와 절연된 상태로 부착하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 공진형 컨버터에서는 정류부 내 정류 다이오드의 양단에 연결되는 커패시터의 영향으로 인해 공진 전류의 파형이 개선될 수 있고, 동시에 이 커패시터가 정류 다이오드들의 전압 밸런스를 유지시킬 수 있게 된다.
결국, 정류 다이오드에 커패시터를 연결하는 것만으로 간단히 전류 파형 개선, 도전 손실 및 스위칭 손실 저감, 컨버터 효율 개선, 정류 다이오드 간 전압 밸런싱을 달성할 수 있게 된다.
또한 본 발명에서는 간단한 회로를 추가하여 스위칭부 내 스위치의 하드 스위칭이나 컨버터 회로의 암단락 등을 자동으로 감지할 수 있고, 이를 이용하여 컨버터를 보호할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 전형적인 공진형 컨버터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공진형 컨버터의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명과 종래기술에 따른 공진형 컨버터의 공진 전류 파형을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 이상 검출 회로의 변압기를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전류를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전압을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 이상 검출 회로의 비교기 입력 전압을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전류를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전압을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 비교기 입력 전압을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전류를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전압을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 비교기 입력 전압을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공진형 컨버터의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명과 종래기술에 따른 공진형 컨버터의 공진 전류 파형을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 이상 검출 회로의 변압기를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전류를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전압을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 이상 검출 회로의 비교기 입력 전압을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전류를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전압을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 비교기 입력 전압을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전류를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전압을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 비교기 입력 전압을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 컨버터 내 스위치의 동작 동안 나타나는 공진 전류의 파형이 개선되어 도전 손실 및 스위칭 손실의 저감과 고효율의 성능을 나타낼 수 있는 동시에 정류부 내 정류 다이오드의 전압 밸런스가 유지될 수 있는 고효율의 공진형 컨버터에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고효율 공진형 컨버터의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 본 발명에서는 정류부(40)에 공진 전류의 파형 개선을 위한 것이면서 정류 다이오드(RD)들의 전압 밸런스 유지를 위한 커패시터(Cb)가 추가된다.
상기 커패시터(Cb)는 전류 파형 개선의 용도와 전압 밸런스 유지의 용도를 겸하도록 설치되는 것으로서, 정류부(40)를 구성하고 있는 각 정류 다이오드(RD) 양단 사이에 연결되어 설치된다.
도 2의 예를 참조하여 설명하면, 컨버터가 고전압 전원장치로 적용될 경우에 정류부(40) 내에는 도 1의 예와 비교하여 더욱 많은 수의 정류 다이오드(RD)들이 직렬로 연결(직렬 스태킹(stacking))되어야 한다.
이때, 각 정류 다이오드(RD)의 전압 밸런스를 유지해주는 것이 필요하며, 본 발명에서는 직렬로 연결된 각 정류 다이오드(RD)마다 전류 파형 개선 및 전압 밸런싱을 위한 커패시터(Cb)를 연결하여 설치한다.
각 커패시터(Cb)는 기본적으로 직렬 연결된 정류 다이오드(RD)들의 전압 수준을 균등하게 맞춰주는 전압 밸런스 유지(전압 밸런싱)의 작용을 하는 소자이면서, 동시에 공진 전류(iL)의 파형을 개선시키는 작용을 한다.
본 출원인 및 발명자는 공진 전류의 파형을 개선하여 도전 손실 및 스위칭 손실을 저감하고 고효율의 성능을 낼 수 있는 공진형 컨버터를 특허 출원하여 등록한 바 있으며(한국등록특허 제10-1000561호), 이 등록특허(이하, 선행특허라 함)에 제시된 공진형 컨버터는 변압기(TX)의 이차측에 변압기와 병렬로 연결되는 하나의 커패시터를 추가하여 상기 이차측의 커패시터 하나에 의해 공진 전류의 파형이 개선될 수 있도록 한 것이다.
이와 달리, 본 발명에서는, 상기의 선행특허에서와 같이 변압기의 이차측 코일에 하나의 커패시터를 설치하는 것 대신에, 직렬로 연결된 각 정류 다이오드(RD)의 양단에 각각 커패시터(Cb)를 연결하여, 각 정류 다이오드(RD)의 커패시터(Cb)가 기본적으로 전체 정류 다이오드(RD) 간의 전압 밸런스를 맞춰주는 보상 작용을 하도록 함과 더불어, 선행특허에서의 이차측 커패시터의 역할, 즉 컨버터의 공진 전류 파형을 개선시키는 작용을 할 수 있도록 한다.
요컨대, 정류 다이오드(RD)의 전압 밸런스 유지를 위한 커패시터(Cb)가 컨버터의 공진 전류 파형을 개선하는 커패시터로 사용되는 것이며, 이렇게 각 정류 다이오드(RD)에 간단히 커패시터(Cb)를 추가하는 것만으로 정류 다이오드(RD)의 전압 밸런싱과 전류 파형 개선, 컨버터의 효율 향상을 동시에 도모할 수 있는 회로가 구현될 수 있는 것이다.
물론, 본 발명의 컨버터에서 도 2에 나타낸 각 소자 및 회로의 기본적인 동작 과정은 공지의 공진형 컨버터와 차이가 없다.
기본적으로 게이트 구동 회로부(51)가 스위칭부(20) 내 각 스위치(S1~S4)를 턴온 및 턴오프하기 위한 구동신호(게이트 신호)를 인가하고, 이 구동신호에 의해 스위칭부(20) 내에 대각선으로 존재하는 스위치 쌍(S1 및 S2, 또는 S3 및 S4)이 정확한 시점에서 동시에 턴온 또는 턴오프되면, 직류 전압이 교류 전압으로 변환되어 LC 공진 회로부(30)를 통해 변압기(TX)의 이차측으로 전달되는바, 이러한 스위칭 제어를 통해 이루어지는 단계적인 각 모드 동작에 대해서는 상기의 선행특허에 이미 공지된 사항이므로 본 명세서에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
다만, 본 발명의 컨버터에서는 직렬로 연결된 정류 다이오드(RD)의 양단에 각각 설치된 커패시터(Cb)의 영향으로 인해 선행특허에서와 마찬가지로 일차측의 공진 전류(iL)를 종래의 컨버터에 비해 보다 급격히 상승시킬 수 있게 되고, 이에 대략 사다리꼴 형태를 갖는 전류 파형을 얻을 수 있는 바, 동일 주파수 운전시 기존의 사인파 형태의 전류 파형에 비해 실효 전류를 증대시킬 수 있게 된다.
그리고, 이러한 도면 2도 상에서 정류부(40)의 각각의 가지를 형성하는 다이오드들은 개개의 가지별로 제1 내지 제4 다이오드부로 지칭될 수 있다. 보다 구체적으로는, 변압기의 이차측 권선의 일단에 애노드가 연결되고 순차적으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 최종적으로 캐소드가 부하단의 일단에 연결되는 정류부(40)의 회로 가지는 제1 다이오드부로, 변압기의 이차측 권선의 일단에 캐소드가 연결되고 순차적으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 최종적으로 애노드가 부하단의 타단에 연결되는 정류부(40)의 회로 가지는 제2 다이오드부로 지칭될 수 있다. 그리고, 이와 유사하게 변압기의 이차측 권선의 타단에 애노드가 연결되고 순차적으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 최종적으로 캐소드가 부하단의 일단에 연결되는 정류부(40)의 회로 가지는 제3 다이오드부로, 변압기의 이차측 권선의 타단에 캐소드가 연결되고 순차적으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 최종적으로 애노드가 부하단의 타단에 연결되는 정류부(40)의 회로 가지는 제4 다이오드부로 지칭될 수 있다. 또한, 이러한 제1 내지 제4 다이오드부의 각각의 다이오드에 병렬로 연결되는 커패시터들은 제1 내지 제4 커패시터부로 지칭될 수 있다.
그리고, 이러한 도면 2도 상에서 정류부(40)의 각각의 가지를 형성하는 다이오드들은 개개의 가지별로 제1 내지 제4 다이오드부로 지칭될 수 있다. 보다 구체적으로는, 변압기의 이차측 권선의 일단에 애노드가 연결되고 순차적으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 최종적으로 캐소드가 부하단의 일단에 연결되는 정류부(40)의 회로 가지는 제1 다이오드부로, 변압기의 이차측 권선의 일단에 캐소드가 연결되고 순차적으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 최종적으로 애노드가 부하단의 타단에 연결되는 정류부(40)의 회로 가지는 제2 다이오드부로 지칭될 수 있다. 그리고, 이와 유사하게 변압기의 이차측 권선의 타단에 애노드가 연결되고 순차적으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 최종적으로 캐소드가 부하단의 일단에 연결되는 정류부(40)의 회로 가지는 제3 다이오드부로, 변압기의 이차측 권선의 타단에 캐소드가 연결되고 순차적으로 다이오드들이 직렬로 연결되어 최종적으로 애노드가 부하단의 타단에 연결되는 정류부(40)의 회로 가지는 제4 다이오드부로 지칭될 수 있다. 또한, 이러한 제1 내지 제4 다이오드부의 각각의 다이오드에 병렬로 연결되는 커패시터들은 제1 내지 제4 커패시터부로 지칭될 수 있다.
도 3은 본 발명과 종래의 공진형 컨버터에서 나타나는 공진 전류(iL) 파형을 비교하여 나타낸 도면으로서, 본 발명의 공진형 컨버터에서는 종래의 공진형 컨버터에 비해 빠른 전류(iL) 상승으로 동일 스위칭 주파수에서 빗금친 부분('A+C-B')만큼의 실효 전류를 증가시키게 되어 효율 향상을 가져 올 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 간단히 정류 다이오드(RD)의 양단에 커패시터를 연결하여, 전류 파형 개선 및 효율 향상을 위한 커패시터가 고압 정류 회로의 전압 밸런스 보상 회로에 사용될 수 있도록 함으로써 효과적인 고전압 컨버터를 구현할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 컨버터는 스위칭부 내 각 스위치의 하드 스위칭이나 컨버터 내 암단락 발생을 검출할 수 있는 이상 검출 회로를 더 포함하여 구성된다.
하드 스위칭은 게이트 구동 회로부(51)나 제어부(50)가 고장 등의 원인으로 인해 제대로 동작하지 않을 경우나 문제가 생긴 경우 등에서 정상적인 소프트 스위칭이 이루어지지 않는 비정상적인 경우를 모두 포함하는 의미로서, 예컨대 스너버 커패시터(C1~C4)의 완전 방전 후 역병렬 다이오드(D1~D4)의 도통 상태(스위치 양단의 영전압 상태)에서 게이트 구동 회로부(51)가 출력하는 게이트 신호에 의해 스위치(S1~S4)가 턴온되어야 하나, 스너버 커패시터(C1~C4)의 방전이 완전히 이루어지지 않은 상태 및 스위치(S1~S4) 양단 전압이 있는 상태에서 스위치를 턴온시켜 전류가 급격히 증가하는 경우 등을 포함한다.
본 발명의 컨버터는 이러한 하드 스위칭을 포함하여 컨버터 내 회로의 암단락 발생과 같은 고장 및 이상 상태 발생을 검출하기 위한 이상 검출 회로를 포함하며, 이는 하드 스위칭이나 암단락 등의 이상 상태를 검출하기 위한 검출수단과, 상기 검출수단의 신호를 처리하여 이상 발생 여부를 나타내는 신호를 발생시키는 신호처리부를 포함한다.
본 발명에서 컨버터에서 발생한 하드 스위칭이나 암단락 등의 이상 상태를 검출하는 기본 원리에 대해 설명하면, 도 2에 나타낸 공진형 컨버터에서는 게이트 신호에 의해 대각선으로 존재하는 스위치 쌍(S1과 S2 또는 S3와 S4)이 동시에 턴온 또는 턴오프되고, 또한 대각선으로 존재하는 스너버 커패시터 쌍(C1과 C2 또는 C3와 C4)이 동시에 충전되거나 방전된다.
즉, 도 2의 스위치 S1과 S2가 동시에 턴오프되는 과정에서는 스너버 커패시터 C3, C4는 방전, 스너버 커패시터 C1, C2는 충전되는데, 스너버 커패시터 C3, C4가 완전히 방전됨과 더불어 스위치 S1, S2가 완전히 오프된 상태가 되며, 이후 역병렬 다이오드 D3, D4의 도통 상태에서 턴온 게이트 신호가 인가되어 스위치 S3 및 S4가 턴온된다.
반대로 스위치 S3와 S4가 동시에 턴오프되는 과정에서는 스너버 커패시터 C1, C2는 방전, 스너버 커패시터 C2, C3는 충전되는데, 스너버 커패시터 C1, C2가 완전히 방전됨과 더불어 스위치 S3, S4가 완전히 오프된 상태가 되며, 이후 역병렬 다이오드 D1, D2의 도통 상태에서 턴온 게이트 신호가 인가되어 스위치 S1 및 S2가 턴온된다.
이러한 동작 모드에서, 도 2에서와 같이 스위칭부(20) 내 두 스위치(S1,S3)가 연결된 접속 노드와 이들 두 스위치(S1,S3)에 병렬로 연결된 두 스너버 커패시터(C1,C3)가 연결된 접속 노드 사이를 연결하는 회로를 제1회로(21)라 하고, 또 다른 두 스위치(S2,S4)가 연결된 접속 노드와 상기 또 다른 두 스위치(S2,S4)에 병렬로 연결된 두 스너버 커패시터(C2,C4)가 연결된 접속 노드 사이를 연결하는 회로를 제2회로(23)라 할 때, 컨버터의 정상 동작 상태인 경우 상기 제1회로(21)와 제2회로(23)를 흐르는 전류는 크기가 같으면서 전류 방향이 반대가 되며, 또한 두 회로에서의 전압은 크기가 같으면서 극성이 반대가 된다.
반면, 하드 스위칭이나 암단락 발생시에는 제1회로(21)의 전류 크기와 제2회로(23)의 전류 크기가 서로 달라지고, 더불어 두 회로 간의 전압 크기도 서로 달라지게 된다.
이에 따라, 상기 제1회로(21)와 제2회로(23)의 두 회로에서 전류 또는 전압을 측정하여 두 회로를 흐르는 전류의 합 또는 두 회로의 전압의 합이 0 이상인 경우 하드 스위칭이나 암단락 등의 이상이 발생한 것으로 볼 수 있다.
이 점에 착안하여, 본 발명의 컨버터에서는, 하드 스위칭이나 암단락 등과 같은 컨버터 이상 상태를 검출하기 위한 회로 구성으로서, 두 회로를 흐르는 전류 또는 전압 상태를 검출하기 위한 검출수단과, 상기 검출수단으로부터 인가되는 검출 신호를 처리하여 이상 발생 여부를 나타내는 신호를 발생시키는 신호처리부를 포함하는 이상 검출 회로를 구비한다.
바람직한 실시예에서, 상기 검출수단은 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 접속 노드 간을 연결하는 두 회로, 즉 제1회로(21)와 제2회로(23)를 1차측으로 하면서 2차측 코일이 서로 직렬로 연결된 두 변압기(22,24)로 구성될 수 있다.
상기 각 변압기(22,24)는 제1회로(21)와 제2회로(23)를 흐르는 전류의 합 또는 두 회로에 걸리는 전압의 합을 검출하기 위한 수단이 되는 것으로서, 본 발명에서는 상기 검출수단으로서, 두 회로에서의 전류 또는 전압을 직접 검출하는 방식이 아닌, 전류의 합 또는 전압의 합이 0이 되지 않는 상태를 2차측 코일의 전류 또는 전압을 통해 간접적으로 감지할 수 있도록 해주는 변압기(22,24)가 사용된다.
이하, 본 명세서에서는 두 변압기(22,24)를 각각 제1변압기와 제2변압기라 칭하기로 하며, 제1변압기(22)와 제2변압기(24)의 2차측 코일(22a,24a)이 서로 직렬로 연결된 상태에서 이 2차측 코일(22a,24a)이 신호처리부로 최종 연결된다.
상기와 같은 이상 검출 회로의 변압기(22,24)는 PCB 기판(1)에 2차측 코일(22a,24a)이 권선된 코어(22b,24b)를 부착한 간단한 구성으로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 컨버터에서 하드 스위칭 또는 암단락 등의 이상 발생을 검출하기 위한 변압기(22,24)의 사시도로서, 도시된 바와 같이 스위칭부의 스위치 및 역병렬 다이오드, 스너버 커패시터 등이 실장된 PCB 기판(1)에 제1회로(21) 및 제2회로(23)의 패턴(동판 회선)과 접촉되지 않도록 2차측 코일(22a,24a)이 권선된 코어(22b,24b)를 각 회로 패턴 주변으로 부착한다.
이때, 상기 코어(22b,24b)로는 'ㄷ' 자 형상으로 제작된 것이 사용될 수 있으며, 코어(22b,24b)의 다리 끝 부분을 접착제로 PCB 기판(1)에 접착함으로써 간단히 PCB 기판에 코어를 부착, 고정할 수 있다.
또한 제1회로(21) 및 제2회로(23)의 패턴과는 코어(22b,24b)가 접촉되지 않은 절연 상태가 되도록 부착하며, 2차측 코일(22a,24a)이 감겨진 코어 중간 부분이 PCB 기판(1) 위에서 각 회로(21,23) 패턴을 횡방향으로 지날 수 있게 부착한다.
또한 코어(22b,24b)에 권선된 두 변압기(22,24)의 2차측 코일(22a,24a)을 서로 연결한 뒤, 직렬 연결된 코일의 종단이 되는 변압기 2차측 출력단(도 2에서 도면부호 25로 나타냄)을 저항(R)과 비교기(26)에 연결하여, 2차측 코일(22a,24a)을 따라 전류가 흐를 경우 2차측 코일에 흐르는 전류가 저항(R)에 의해 전압 신호로 변환된 뒤 비교기(26)로 입력될 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이 제1회로(21)와 제2회로(23)를 각각 1차측으로 하는 변압기(22,24)가 설치되어야 하므로 PCB 기판(1)에는 제1회로(21)를 1차측으로 하는 제1변압기(22)와, 제2회로(23)를 1차측으로 하는 제2변압기(24)로 구성되는 총 2개의 변압기가 각기 다른 위치에 설치된다.
상기 신호처리부는 2차측 코일(22a,24a)에 걸리는 전압 신호를 기준값(Vref)과 비교하여 하드 스위칭이나 암단락 등 이상 상태의 발생 여부를 나타내는 신호를 출력하게 되는데, 도 2에 나타낸 바와 같이 직렬 연결된 변압기(22,24)의 2차측 코일(22a,24a)은 접지된 저항(R)에 연결되고, 이에 2차측 코일에 전류가 흐르게 될 경우 저항에 의해 전류에 상응하는 전압 신호가 신호처리부로 인가될 수 있게 된다.
여기서, 신호처리부는 전술한 바와 같이 저항(R)에 연결된 2차측 코일(22a,24a)의 전압 신호를 입력받아 기준값(Vref)과 비교하여 이상 발생 여부를 나타내는 신호를 출력하는 비교기(26)가 될 수 있다.
상기한 제1변압기(22)와 제2변압기(24)를 설치한 구성에서, 하드 스위칭이나 암단락 등이 발생하지 않은 경우, 제1변압기(22)에서의 2차측 유기 전압과 제2변압기(24)에서의 2차측 유기 전압은 같은 크기이면서 극성이 반대이고, 또한 두 변압기에서의 2차측 전압의 합은 0이 되므로, 직렬 연결된 변압기 2차측 코일의 출력단(25)을 통해 비교기(26)로 입력되는 전압은 0이 되어야 한다.
반면, 하드 스위칭이나 암단락 등의 이상이 발생한 경우에는 두 변압기(22,24)에서의 1차측 및 2차측 전압의 크기 차이가 발생하므로, 직렬 연결된 2차측 코일의 출력단(25)을 통해 비교기(26)로 입력되는 전압은 0이 아닌 값이 된다.
따라서, 비교기(26)에는 변압기 2차측 코일 출력단(25)에서 입력되는 전압 신호가 0인 경우(정상적인 상태)와 그렇지 않은 경우(고장 등의 이상 발생 상태)를 구분하여 신호를 출력할 수 있도록 적절한 기준값(Vref)이 설정되며, 변압기 2차측 코일 출력단(25)으로부터 입력되는 전압값과 기준값(Vref)을 비교하여 기준값 미만인 경우 정상 상태를 나타내는 신호를, 기준값 이상인 경우에는 하드 스위칭이나 암단락 등의 이상이 발생한 상태를 나타내는 신호를 출력하게 된다.
상기와 같은 이상 검출 회로에서 비교기(26)는 제어부(50)에 연결될 수 있는데, 제어부(50)는 2차측 코일(22a,24a)을 통한 입력 전압이 기준값(Vref) 이상일 때의 비교기(26) 출력 신호를 입력받아 컨버터의 이상이 발생한 것으로 판단하게 된다.
이때, 제어부(50)는 컨버터의 회로 보호를 위해 스위칭부(20)의 스위치(S1~S4)를 턴오프시키기 위한 제어신호를 게이트 구동 회로부(51)에 인가하도록 설정될 수 있고, 이를 통해 스위칭부(20)의 스위치(S1~S4)가 오프 상태가 되도록 하여(스위칭 중지) 컨버터의 회로를 보호하게 된다.
그리고, 컨버터의 정상 동작시와 하드 스위칭 및 암단락의 이상 발생시에 이상 검출 회로의 각 변압기에서 나타나는 전류와 전압을 비교하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 이상 검출 회로의 두 변압기(22,24) 1차측 전류를 나타내는 도면이다.
또한 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 두 변압기(22,24)의 1차측 전압을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 정상 동작시 이상 검출 회로의 비교기(26) 입력 전압을 나타내는 도면이다.
먼저, 컨버터가 정상 동작하는 경우에는, 즉 하드 스위칭이나 암단락 등의 이상이 발생하지 않은 경우에는 도 5에 나타낸 바와 같이 두 변압기(22,24) 1차측의 전류 크기는 같으면서 전류 방향은 반대가 된다.
이와 더불어, 정상 동작의 경우 도 6에 나타낸 바와 같이 두 변압기 1차측의 전압은 크기가 같으면서 극성은 반대이며, 크기가 같고 극성이 반대인 1차측 전압에서 유기된 두 변압기의 2차측 전압 역시 도면으로 나타내지는 않았으나 크기가 같고 극성은 반대이다.
결국, 직렬로 연결된 두 변압기(22,24)의 2차측 코일(22a,24a)을 통해 신호처리부인 비교기(26)로 입력되는 전압은 도 7에 나타낸 바와 같이 0V가 된다.
반면, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 변압기(22,24) 1차측 전류를 나타내는 도면이다.
이에 나타낸 바와 같이, 하드 스위칭이 발생한 경우에는 정상 동작시와 비교하여 두 변압기(22,24)에서의 전류 균형이 깨지면서 도 5와는 다른 전류 파형 양상이 나타남을 알 수 있다.
또한 도 9는 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전압을 나타내는 도면이고, 도 10은 하드 스위칭 발생시 이상 검출 회로의 비교기 입력 전압을 나타내는 도면으로서, 하드 스위칭 발생시에는 변압기 1차측 및 2차측 모두에서 두 변압기(22,24) 간의 전압 크기 차이가 분명히 발생한다.
이로 인해 직렬로 연결된 두 변압기 2차측 코일(22a,24a)을 통해 비교기(26)로 입력되는 전압은 0V 값이 아닌 상기 전압 기준값(Vref) 이상의 전압 상태를 나타내게 된다.
따라서, 비교기(26)에서 변압기 2차측 코일 출력단(25)을 통해 입력되는 전압이 기준값(Vref)과 비교되어 0V가 아닌 기준값 이상의 전압이 입력되는 경우라면 하드 스위칭이 발생한 것으로 감지될 수 있고, 비교기(26)에서 하드 스위칭 발생을 나타내는 신호가 출력될 수 있다.
물론, 변압기 2차측 코일을 통해 비교기에 입력되는 전압이 0V이거나 0V에 가까운 전압 상태, 즉 기준값 미만의 전압 상태라면, 비교기에서는 정상 동작 상태임을 나타내는 신호가 출력될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 하드 스위칭 검출의 원리는 암단락 검출에서도 유사하며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전류를 나타내는 도면으로, 암단락이 발생한 경우에도 정상 동작시와 비교하여 두 변압기(22,24)에서의 전류 균형이 깨지면서 도 5와는 분명히 다른 전류 파형 양상이 나타난다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 변압기 1차측 전압을 나타내는 도면이며, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터에서 암단락 발생시 이상 검출 회로의 비교기 입력 전압을 나타내는 도면으로서, 암단락 발생시에도 변압기 1차측 및 2차측 모두에서 두 변압기 간 전압 크기의 차이가 분명히 발생한다.
이로 인해 직렬로 연결된 두 변압기 2차측 코일을 통해 비교기(26)로 입력되는 전압은 0V 값이 아닌 상기 전압 기준값(Vref) 이상의 전압 상태를 나타내게 되며, 결국 비교기에서 변압기 2차측 코일 출력단을 통해 입력되는 전압을 기준값과 비교하여 0V가 아닌 기준값 이상의 전압이 입력되는 경우라면 암단락이 발생한 것으로 감지될 수 있고, 비교기에서 암단락 발생을 나타내는 신호가 출력될 수 있다.
물론, 변압기 2차측 코일을 통해 입력되는 전압이 기준값 미만의 0V이거나 0V에 가까운 기준값 미만의 전압 상태라면, 비교기에서 정상 동작 상태임을 나타내는 신호가 출력될 수 있다
이와 같이 상기한 이상 검출 회로에 의하면, 컨버터의 동작 동안에 하드 스위칭이나 암단락과 같은 이상 동작이 발생함을 감지하여 신호로 출력할 수 있게 된다.
결국, 본 발명에서는 변압기와 비교기로 이루어진 간단한 구성의 이상 검출 회로를 이용하여 컨버터 내 이상 발생 여부를 검출할 수 있으며, 이상 검출 회로의 출력 신호, 즉 비교기의 출력 신호에 따라 게이트 구동 회로부의 게이트 신호 출력이 제어되도록 하는 경우, 예컨대 이상 발생시 비교기에서 출력되는 신호에 의해 컨버터의 스위치를 턴오프시키도록 게이트 구동 회로부가 구성되거나 게이트 구동 회로부의 신호 출력을 제어하는 제어부가 구성된다면 이상 발생시 자동으로 컨버터를 보호할 수 있는 보호 회로가 구현될 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 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.
1 : PCB 기판 10 : 입력 전원
20 : 스위칭부 21 : 제1회로
22 : 제1변압기 22a : 2차측 코일
22b : 코어 23 : 제2회로
24 : 제1변압기 24a : 2차측 코일
24b : 코어 26 : 비교기
30 : LC 공진 회로부 40 : 정류부
50 : 제어부 51 : 게이트 구동 회로부
60 : 부하
S1 ~ S4 : 스위치 D1 ~ D4 : 역병렬 다이오드
C1 ~ C4 : 스너버 커패시터 TX : 변압기
Lr : 공진 인덕터 Cr : 공진 커패시터
RD : 정류 다이오드 Cb : 커패시터
R : 저항
20 : 스위칭부 21 : 제1회로
22 : 제1변압기 22a : 2차측 코일
22b : 코어 23 : 제2회로
24 : 제1변압기 24a : 2차측 코일
24b : 코어 26 : 비교기
30 : LC 공진 회로부 40 : 정류부
50 : 제어부 51 : 게이트 구동 회로부
60 : 부하
S1 ~ S4 : 스위치 D1 ~ D4 : 역병렬 다이오드
C1 ~ C4 : 스너버 커패시터 TX : 변압기
Lr : 공진 인덕터 Cr : 공진 커패시터
RD : 정류 다이오드 Cb : 커패시터
R : 저항
Claims (8)
- 직류 전압을 교번적으로 스위칭하여 교류 전압으로 변환하는 복수개의 스위치(S1~S4)를 포함하는 스위칭부(20)와; 상기 스위칭부(20)에 연결되어 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)의 공진 현상을 이용하여 스위칭부(20)에서 전달되는 교류 전압의 주파수 특성을 변환하는 LC 공진 회로부(30)와; 상기 LC 공진 회로부(30)에 연결된 일차측 권선(TX1), 및 상기 일차측 권선(TX1)에 대해 소정의 권선비로 구비되는 이차측 권선(TX2)을 포함하는 변압기(TX)와; 상기 변압기(TX)의 이차측에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 복수개의 정류 다이오드(RD)를 포함하는 정류부(40)를 포함하는 공진형 컨버터에 있어서,
상기 정류부(40)는
하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되어, 상기 변압기의 이차측 권선의 일단에는 애노드가 연결되고 캐소드는 부하측의 일단에 연결되는 제1 다이오드부;
상기 제1 다이오드부의 하나 이상의 다이오드들의 각각에 병렬로 연결되는 커패시터들을 포함하는 제1 커패시터부;
하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되어, 상기 변압기의 이차측 권선의 일단에는 캐소드가 연결되고 애노드는 부하측의 타단에 연결되는 제2 다이오드부;
상기 제2 다이오드부의 하나 이상의 다이오드들의 각각에 병렬로 연결되는 커패시터들을 포함하는 제2 커패시터부;
하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되어, 상기 변압기의 이차측 권선의 타단에는 애노드의 연결되고 캐소드는 부하측에 일단에 연결되는 제3 다이오드부;
상기 제3 다이오드부의 하나 이상의 다이오드들의 각각에 병렬로 연결되는 커패시터들을 포함하는 제3 커패시터부;
하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되어, 상기 변압기의 이차측 권선의 타단에는 캐소드가 연결되고 애노드는 부하측에 타단에 연결되는 제4 다이오드부;
상기 제4 다이오드부의 하나 이상의 다이오드들의 각각에 병렬로 연결되는 커패시터들을 포함하는 제4 커패시터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
- 청구항 1에 있어서,
상기 스위칭부(20)에서 두 스위치(S1,S3) 사이의 접속 노드와 상기 두 스위치(S1,S3)에 병렬로 연결된 두 스너버 커패시터(C1,C3) 사이의 접속 노드를 연결하는 제1회로(21), 및 상기 스위칭부(20) 내 또 다른 두 스위치(S2,S4) 사이의 접속 노드와 상기 또 다른 두 스위치(S2,S4)에 병렬로 연결된 두 스너버 커패시터(C2,C4) 사이의 접속 노드를 연결하는 제2회로(23)에 대하여, 상기 제1회로(21)와 제2회로(23)의 전류 또는 전압 상태를 검출하기 위한 검출수단과;
상기 검출수단의 신호로부터 상기 스위치(S1~S4)의 하드 스위칭이나 컨버터 내 회로의 암단락을 포함하는 컨버터 이상 발생 여부를 나타내는 신호를 출력하는 신호처리부;
를 포함하는 이상 검출 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
- 청구항 2에 있어서,
상기 검출수단은 제1회로(21)와 제2회로(23)를 각각 1차측으로 하면서 2차측 코일(22a,24a)이 서로 직렬로 연결된 두 변압기(22,24)로 구성되며, 직렬로 연결된 변압기 2차측 코일(22a,24a)이 상기 신호처리부로 연결되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
- 청구항 3에 있어서,
상기 직렬로 연결된 변압기 2차측 코일(22a,24a)이 접지 저항(R)에 연결되고, 신호처리부는 직렬로 연결된 변압기 2차측 코일(22a,24a)을 통해 입력되는 전압값을 기준값과 비교하여 신호를 출력하는 비교기(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
- 청구항 4에 있어서,
상기 비교기(26)가 제어부(50)에 연결되고, 제어부(50)는 상기 2차측 코일(22a,24a)을 통해 입력되는 전압이 기준값 이상일 경우에 출력되는 비교기(26)의 신호로부터 컨버터의 이상이 발생한 것으로 판단하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제어부(50)는 컨버터의 이상 발생을 판단하는 경우 게이트 구동 회로부(51)를 통해 스위칭부(20)의 스위치(S1~S4)를 오프시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
- 청구항 3에 있어서,
상기 각 변압기(22,24)는 2차측 코일(22a,24a)이 권선된 코어(22b,24b)를 제1회로(21) 및 제2회로(23)가 형성된 PCB 기판(1)에 상기 제1회로(21) 및 제2회로(23)와 절연된 상태로 부착하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
- 청구항 7에 있어서,
상기 코어(22b,24b)는 'ㄷ' 자 형상을 가지며, 2차측 코일(22a,24a)이 감겨진 코어 중간 부분이 PCB 기판(1) 위의 회로(21,23) 패턴을 가로질러 지나도록 하여 코어 다리 끝 부분이 PCB 기판(1)에 부착, 고정되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
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