KR101456654B1 - 공용코어 역률보정 공진 컨버터 - Google Patents

공용코어 역률보정 공진 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR101456654B1
KR101456654B1 KR1020130000533A KR20130000533A KR101456654B1 KR 101456654 B1 KR101456654 B1 KR 101456654B1 KR 1020130000533 A KR1020130000533 A KR 1020130000533A KR 20130000533 A KR20130000533 A KR 20130000533A KR 101456654 B1 KR101456654 B1 KR 101456654B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
terminal
charge storage
storage capacitor
voltage
conversion circuit
Prior art date
Application number
KR1020130000533A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140001084A (ko
Inventor
론커우 창
이원 후앙
한시앙 후앙
Original Assignee
매크로블록 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 매크로블록 인코포레이티드 filed Critical 매크로블록 인코포레이티드
Publication of KR20140001084A publication Critical patent/KR20140001084A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101456654B1 publication Critical patent/KR101456654B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/70—Regulating power factor; Regulating reactive current or power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/125—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M3/135—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M3/137—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Abstract

공용코어 역률보정 공진 컨버터는 에너지변환회로를 구비한다. 에너지변환회로는 입력라인전압을 수신하고 출력전력을 발생한다. 에너지변환회로는 커플링 인덕터와 전하저장 커패시터를 포함한다. 커플링 인덕터와 전하저장 커패시터는 컨트롤 신호에 응답해 입력라인전압에 의해 충전되어 전하저장 커패시터 전압을 발생한다. 전하저장 커패시터 전압이 기설정된 전압레벨까지 충전되면, 커플링 인덕터와 전하저장 커패시터는 컨트롤 신호에 따라 방전된다. 그런 후, 커플링 인덕터 및 전하저장 커패시터에서의 에너지는 출력부하로 변환되고 출력전압 또는 전류제어를 제공한다.

Description

공용코어 역률보정 공진 컨버터{A COMMON-CORE POWER FACTOR CORRECTION RESONANT CONVERTER}
본 발명은 역률보정 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공용코어 역률보정 공진 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로, 역률보정 컨버터의 회로구조는 대개 에너지 저장 디바이스로 인덕터를 사용한다. 인덕터는 에너지가 부하에 전달될 수 있도록 역률보정 효과를 달성하게 부스트 토폴로지 컨트롤 구조와 더 결합된다. 이런 타입의 컨버터의 출력전압은 라인 전원의 전압보다 더 커야만 한다. 따라서, 회로는 저전압출력에 적합하지 않다. 그러므로, 순방향 컨버터와 같은 스텝다운 회로 타입으로 회로를 바꿀 필요가 있다. 그러나, 이 회로는 고역률 기능을 제공할 수 없다.
일반적으로, 부스트 컨버터는 고역률 보정을 달성하기 위해 고역률을 발생하고 출력을 제어하도록 아날로그 곱셈기 및 다른 회로소자와 같이 복잡한 컨트롤 회로를 필요로 한다. 추가로, 상술한 구조는 전자기 간섭(EMI)를 줄이기 위해 주파수 지터(frequency jitter), 준공진(quasi resonant) 또는 밸리 스위칭(valley switching)의 기능을 갖는 회로를 더 필요로 한다.
또한, 역률보정을 위한 부스트 토폴로지 컨트롤 구조의 도입으로 인해, 출력전압은 600V와 같이 고전압레벨로 상승된다. 따라서, 프레임워크에서 스위칭소자 선택시 (가령, 600V 전력 구성성분보다 더 높은) 상대적으로 큰 드레인-소스 절연내전압 소자가 고려되어야 한다.
이런 면에서, 기존 기술은 상기 문제를 해결하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 역률보정 공진 컨버터를 제공한다. 역률보정 공진 컨버터(100)는 소프트 스위칭용 구성부품(110)을 사용하므로, 입력라인전압은 커패시턴스(CP)를 변경시켜 전하저장 커패시터 전압(VCP)을 발생시킨다. 그런 후, 소자(120)를 통한 소프트 스위칭 동작에 의해 에너지 전달동작이 수행되어, 전하저장 커패시터 전압(VCP)가 출력전력으로 변환된다.
더욱이, 역률보정 공진 컨버터(100)의 전하저장 커패시터 전압(VCP)은 기껏해야 입력라인전압과 같은 전압레벨로 변경된다. 그러므로, 상대적으로 낮은 절연 내전압 소자가 사용될 수 있다. 그러나, 역률보정 공진 컨버터는 2개의 별개의 인덕터(각각 소자 110 및 120)를 채택하고, 5개 다이오드를 이용해 실행되므로, 회로소자의 단가 및 부피가 늘어나고, 구성요소 전도손실(conduction loss)도 또한 증가한다. 그러므로, 역률보정회로는 여전히 개선될 필요가 있다.
상기를 고려해, 본 발명은 회로소자들의 단가 및 부피를 줄이기 위해 공용코어 역률보정 공진 컨버터를 제공한다. 게다가, 상대적으로 낮은 절연 내전압 스위치와 커패시턴스 소자가 선택될 수 있다. 그리고 이 회로구조는 전자기 간섭을 줄이고 양호한 역률을 가질 수 있다.
본 발명은 에너지변환 회로를 포함한 공용코어 역률보정 공진 컨버터를 제공한다. 에너지 회로는 제 1 단자, 제 2 단자 및 제 3 단자를 포함한다. 에너지변환회로의 제 1 단자는 입력라인전압을 수신하고, 에너지변환회로의 제 2 단자는 접지되며, 에너지변환회로의 제 3 단자는 출력전력을 발생한다. 또한, 에너지변환회로는 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치, 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 컨트롤 신호에 응답해, 에너지변환회로는 에너지변환회로의 스위칭 동작에 의해 커플링 인덕터와 전하저장 커패시터에 입력라인전압을 충전시켜, 전하저장 커패시터 전압을 발생시킨다. 그런 후, 컨트롤 신호에 따라, 에너지변환회로는 커플링 인덕터와 전하저장 커패시터가 에너지변환회로의 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 제 1 다이오드, 및 제 2 다이오드의 스위칭 동작을 통해 출력 부하로 에너지를 방전하고 전달하게 할 수 있다. 더욱이, 스위칭 동작 컨트롤은 출력 전압 또는 전류 제어를 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 공용코어 역률보정 공진 컨버터를 개시하고 있다. 이는 입력 라인출력을 획득하고 에너지변환동작을 수행해 전력을 출력하기 위해 스위칭 동작으로 다른 공진회로를 활성화시킨다. 그 결과, 본 발명은 전압변환손실, 단가 및 회로의 부피를 줄인다. 또한, 상대적으로 낮은 내전압 소자가 선택될 수 있다. 더욱이, 영향을 줄이는 더 나은 전자기 간섭을 유지하고 더 나은 역률을 얻는다.
본 발명의 내용에 포함됨.
도 1은 본 발명에 따른 역률보정 변환의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 공용코어 역률보정 공진 컨버터의 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 공용코어 역률보정 공진 컨버터의 상세 회로도의 실시예이다.
도 4는 본 발명에서 공용코어 역률보정 공진 컨버터의 파형이다.
도 2는 본 발명의 공용코어 역률보정 공진 컨버터의 회로도이다. 도 3은 도 2에 도시된 공용코어 역률보정 공진 컨버터의 상세 회로도의 실시예이다. 도 2를 참조하면, 공용코어 역률보정 공진 컨버터(200)를 커플링-인덕터 역률보정 공진 컨버터라 할 수 있다. 공용코어 역률보정 공진 컨버터(200)는 에너지변환회로(210)를 포함한다.
에너지변환회로(210)는 제 1 단자(211), 제 2 단자(212), 제 3 단자(213)를 포함한다. 에너지변환회로(210)의 제 1 단자(211)는 입력라인전압(VIN)을 수신하고, 에너지변환회로(210)의 제 2 단자(212)는 접지(GND)되며, 에너지변환회로(210)의 제 3 단자(213)는 출력전압(VO)을 발생한다.
더욱이, 에너지변환회로(210)는 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치, 제 1 다이오드, 및 제 2 다이오드를 포함한다. 에너지변환회로(210)의 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치, 제 1 다이오드, 및 제 2 다이오드가 도 3의 실시예에 도시되어 있다. 또한, 전하저장 커패시터의 용량은 매우 작을 수 있다.
위 사실과 컨트롤 신호(CS1)를 기초로, 에너지변환회로(210)는 스위칭 동작, 즉, 상기 에너지변환회로(210)의 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치, 제 1 다이오드, 및 제 2 다이오드에 의해 입력라인전력으로부터 전력획득 동작을 행하므로, 커플링 인덕터와 전하저장 커패시터가 공진회로를 구성한다. 따라서, 입력라인전압(VIN)은 에너지를 저장하기 위해 커플링 인덕터의 금속화 인덕턴스 및 전하저장 커패시터에 충전되어, 전하저장 커패시터 전압(VCP)을 발생한다.
전하저장 커패시터 전압(VCP)이 계속 올라 전하저장 커패시터 전압(VCP)이 프리셋 전압레벨(가령, 적절한 적압레벨)에 도달하면, 컨트롤 신호(CS1)를 기초로, 입력 라인전력으로부터 저장된 에너지가 출력으로 보내질 수 있다. 다시 말하면, 에너지변환회로(210)는 상기 에너지변환회로(210)의 커플링 인덕터 및 전하저장 커패시터가 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치, 제 1 다이오드, 및 제 2 다이오드의 스위칭 동작을 통해 에너지를 방출하고 전달하게 할 수 있어, 커플링 인덕터 및 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 자화 인덕턴스가 출력전압(VO)으로 변환된다.
이 실시예에서, 입력 라인전력을 출력전력(VO)으로 변환하기 위한 동작모드는 커플링 인덕터 소자의 자화 인덕턴스에 저장된 에너지를 전달하는 것뿐만 아니라 전하저장 커패시터 소자에 전하저장 커패시터 전압(VCP)을 방전하는 것을 포함한다. 전압(VCP)은 0V로 내려가고 전하저장 커패시터 전압(VCP)이 에너지 변환을 통해 출력전력(VO)으로 변환되는 동안 제 2 다이오드에 의해 고정된다. 또한, 입력라인전압(VIN)은 교류전압(AC 전압) 및 직류전압(DC 전압)일 수 있다. 교류전압이 역률보정에 더 적합하다.
공용코어 역률보정 공진 컨버터(200)의 이 실시예는 상술한 바와 같이 스위칭 동작에 의해 동작될 수 있다. 무엇보다도, 실시예는 에너지변환회로(210)의 커플링 인덕터 및 전하저장 커패시터를 통해 전력 및 에너지를 획득한 후, 에너지 변환에 의해 획득된 전력을 출력전력(VO)으로 변환시켜 충분한 출력전압 또는 출력전류 제어를 제공하고 더 나은 역률을 또한 얻는다.
상기는 단지 공용코어 역률보정 공진 컨버터(200)에서 구성부품들의 동작과 관련된 커플링 구조의 간략한 설명이다. 에너지변환회로(210)의 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드 간의 연결은 도시되지 않았다. 이는 하기의 수단으로 나타내질 것이다.
도 3을 참조하면, 공용코어 역률보정 공진 컨버터(300)는 에너지변환회로(310), 컨트롤 유닛(340), 전압변환유닛(350), 및 부하유닛(360)을 포함한다. 이 실시예에서, 에너지변환회로(310)의 동작은 도 2에서 에너지변환회로(210)의 구현을 참고로 할 수 있다. 따라서, 설명을 다시 하지 않는다.
에너지변환회로(310)는 제 1 단자(311), 제 2 단자(312), 및 제 3 단자(313)를 포함한다. 에너지변환회로(310)는 (도 2에서 에너지변환회로(210)의 커플링 인덕터에 해당하는) 커플링 인덕터(320), (도 2에서 에너지변환회로(210)의 전하저장 커패시터에 해당하는) 전하저장 커패시터(330), (도 2에서 에너지변환회로(210)의 스위치에 해당하는) 스위치(SW1), (도 2에서 에너지변환회로(210)의 제 1 다이오드에 해당하는) 다이오드(D1) 및 (도 2에서 에너지변환회로(210)의 제 2 다이오드에 해당하는) 다이오드(D2)를 포함한다.
커플링 인덕터(320)는 공용코어 변압기이다. 커플링 인덕터(320)는 1차측 및 2차측을 포함한다. 커플링 인덕터(320)의 1차측 제 1 단자는 입력라인전압(VIN)을 수신하기 위한 커플링 인덕터(320)의 제 1 단자에 결합되고, 1차측의 제 2 단자 및 커플링 인덕터(320)의 2차측 제 1 단자는 동일한 극성을 갖는다. 도 3에서 표시된 지점에 나타낸 바와 같이, 커플링 인덕터(320)의 1차측 및 2차측은 반대 극성을 갖는다.
커플링 인덕터(320)는 1차 코일(L1) 및 2차 코일(L2)을 더 포함한다. 제 1 코일(L1)의 제 1 단자는 커플링 인덕터(320)의 1차측의 제 1 단자이고, 제 1 코일(L1)의 제 2 단자는 커플링 인덕터(320)의 1차측의 제 2 단자이다. 제 2 코일(L2)의 제 1 단자는 커플링 인덕터(320)의 2차측의 제 1 단자이고, 제 2 코일(L2)의 제 2 단자는 커플링 인덕터(320)의 2차측의 제 2 단자이다.
스위치(SW1)의 제 1 단자는 커플링 인덕터(320)의 1차측의 제 2 단자에 결합된다. 스위치(SW1)의 제 2 단자는 커플링 인덕터(320)의 제 2 차측의 제 2 단자와 전하저장 커패시터(330)의 제 1 단자에 결합된다. 더욱이, 스위치(SW1)의 컨트롤 단자는 컨트롤 신호(CS1)을 수신하고 상기 컨트롤 신호(CS1)에 의해 온 또는 오프 되게 제어된다.
게다가, 스위치(SW1)는 N형 트랜지스터에 의해 구현될 수 있다. 가령, N형 트랜지스터의 드레인은 커플링 인덕터(320)의 1차측의 제 2 단자에 결합되고, N형 트랜지스터의 소스는 커플링 인덕터(320)의 2차측의 제 2 단자에 결합되며, N형 트랜지스터의 게이트는 가령 컨트롤 신호(CS1)를 수신한다. 그러나, 실행 스위치는 N형 트랜지스터에 국한되지 않는다; 이는 구현을 위해 P형 트랜지스터 또는 절연 게이트형 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)를 사용할 수 있다. 또한, 전하저장 커패시터(330)는 커패시턴스(CP)를 포함한다. 가령, 커패시턴스(CP)는 전하저장 커패시터(330)로서 구현된다.
다이오드(D1)의 양극은 커플링 인덕터(320)의 2차측의 제 1 단자에 결합되고, 다이오드(D1)의 음극은 에너지변환회로(310)의 제 3 단자(313)에 결합되어 출력전력(VO)을 발생한다. 전하저장 커패시터(330)의 제 1 단자는 스위치(SW1)의 제 2 단자에 결합되고, 전하저장 커패시터(330)의 제 1 단자는 전하저장 커패시터 전압(VCP)를 발생하고, 전하저장 커패시터(330)의 제 2 단자는 접지(GND)에 결합된다.
다이오드(D2)의 양극은 전하저장 커패시터 성분(330)의 제 2 단자에 결합되고, 다이오드(D2)의 음극은 전하저장 커패시터(330)의 제 1 단자에 결합된다. 컨트롤 유닛(340)은 입력라인전압(VIN), 전하저장 커패시터 전압(VCP), 또는 출력전력(VO)을 수신하도록 적용되어, 입력라인전압(VIN), 전하저장 커패시터 전압(VCP), 또는 출력전력(VO)의 전압레벨에 따라 컨트롤 신호(CS1)를 발생한다.
컨트롤 방법을 예로 들 수 있다. 컨트롤 유닛(340)이 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 전압레벨이 0V인 것을 검출하면, 하이레벨의 컨트롤 신호(CS1)가 스위치(SW1)에 제공되므로, 스위치(SW1)가 온된다. 컨트롤 유닛(340)이 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 전압레벨이 입력라인전압(VIN)의 절반(즉, 1/2*VIN)인 것을 검출하면, 로우레벨을 가진 컨트롤 신호(CS1)가 스위치(SW1)에 제공되어 스위치(SW1)가 오프된다.
전압변환유닛(350)은 교류전압(VAC)을 수신하고 상기 교류전압(VAC)을 입력라인전압(VIN)으로 변환하기 위한 에너지변환회로(310)의 제 1 단자(311)에 결합된다. 더욱이, 전압변환유닛(350)은 브릿지 정류기 및 필터를 통해 교류전압(VAC)을 정류 및 필터하기 위해 가령 브릿지 정류기 및 필터를 포함하여, 교류전압(VAC)이 입력라인전압(VIN)으로 변환되고 그런 후 출력된다.
부하유닛(360)의 제 1 단자가 에너지변환회로(310)의 제 3 단자(313)에 결합되고, 부하유닛(360)의 제 2 단자가 접지단자(GND)에 결합된다. 이 실시예에서, 부하유닛(360)은 커패시터(C1)와 저항(R1)을 포함한다. 커패시터(C1)의 제 1 단자는 에너지변환회로(310)의 제 3 단자(313)에 결합되고, 커패시터(C1)의 제 2 단자는 접지(GND)된다. 저항(R1)의 제 1 단자는 커패시터(C1)의 제 1 단자에 결합되고, 저항(R1)의 제 2 단자는 커패시터(C1)의 제 2 단자에 결합된다.
상술한 바와 같이, 공용코어 역률보정 공진 컨버터(300)의 내부 구성부품들의 커플링 구조를 간략히 예시하였다. 공용코어 역률보정 공진 컨버터(300)의 동작을 다음에 설명한다.
먼저, 입력라인전압(VIN)을 발생하기 위해 전압변환유닛(350)에 의해 교류전압(VAC)이 변환되고 정류된다. 한편, 컨트롤 유닛(340)은 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 전압레벨이 0V인 것을 검출한 후, 컨트롤 유닛(340)은 하이레벨 컨트롤 신호(CS1)을 발생하여 스위치(SW1)를 도전시킨다. 스위치(SW1)의 턴-온으로 인해, 에너지변환회로(310)에서 커플링 인덕터의 제 1 코일(L1)(320)과 전하저장 커패시터 구성부품(330)의 커패시턴스(CP)가 제 1 코일(L1)의 자화 인덕턴스 및 전하저장 커패시터 구성부품(330)의 정전용량(CP)에 입력라인전압(VIN)을 충전시키도록 공진회로를 구성한다. 따라서, 전하저장 커패시터(VCP)의 전압이 계속 상승한다. 다시 말하면, 스위치(SW1)가 온되면, 입력라인전압(VIN)은 커플링 인덕터(320)의 1차측의 자화 인덕턴스를 통해 전하저장 커패시터 구성부품(330)의 정전용량(CP)을 충전한다.
컨트롤 유닛(340)이 전하저장 커패시터의 전압레벨이 소정 전압, 가령 입력라인전압의 절반(즉, 1/2*VIN)에 도달한 것을 검출하면, 컨트롤 유닛(340)은 스위치(SW1)를 단절시키기 위해 로우레벨 제어신호(CS1)를 발생한다. 스위치(SW1)의 단절로 인해, 제 2 코일(L2)의 자화 인덕턴스와 충전 전하 커패시터 성분의 정전용량(CP)을 방전하도록 전하저장 커패시터 구성부품(330)의 정전용량(CP) 및 커플링 인덕터(320)의 제 2 코일(L2)이 공진회로를 구성하므로, 제 2 코일(L2)의 자화 인덕턴스에서 자기에너지 및 전하저장 커패시터 구성부품(330)의 정전용량(CP)의 충전이 에너지 전달을 행하여 출력전력(VO)용 전기 에너지로 변환된다.
즉, 제 2 코일(L2)의 자화 인덕턴스의 에너지 방출 및 에너지 전달 동작에 의한 전하저장 커패시터 구성부품(330)의 정전용량(CP)의 방전에 따라, 에너지는 출력전력(VO)으로 변환되고, 출력전력(VO)의 에너지는 부하(360)로 전달된다. 다시 말하면, 스위치(SW1)가 오프되면, 커플링 인덕터(320)의 극성이 역전되어, 커플링 인덕터(320)의 1차측 상의 전류를 컷오프 시킨다. 커플링 인덕터(320)의 2차측에 전류가 발생되므로, 제 2 코일(L2)의 자화 인덕턴스에서 자화 에너지가 방출을 시작하고 전하저장 커패시터 구성부품(330)의 정전용량(CP) 전압이 방전되고 커플링 인덕터(320)의 2차측을 통해 출력전력(VO)으로 전달된다.
에너지를 방출한 후, (전하저장 커패시터 전압(VCP)의 전압레벨이 0V인 경우) 스위치(SW1)의 다음 스위칭 싸이클이 온으로 대기중이며, 그런 후 상술한 이전 동작이 반복된다. 전압 및 에너지 전달을 각각 획득하는 상술한 공진회로의 스위칭 동작에 따라, 양호한 출력전압 또는 전류규제를 제공하고 또한 더 나은 역률을 얻을 수 있다.
상기 전하저장 커패시터 전압(VCP)는 입력라인전압(VIN)의 절반(1/2)(즉, 1/2*VIN)과 같을 수 있다. 그러나, 본원은 상기 예에 국한되지 않는다. 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 전압레벨은 적절한 전압레벨(즉, 디폴트 전압레벨)로 설계될 수 있다.
하기는 어떻게 공용코어 역률보정 공진 컨버터(300)가 더 나은 역률을 얻는지 예시한 것이다.
먼저, 전류(IL1)가 커플링 인덕터(320)의 1차측을 지나고, 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 초기 전압값 및 입력라인전압(VIN)의 1/2로 충전하는 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 전압값이 각각 하기의 수학식 1, 2, 및 3으로 나타난다:
Figure 112013000536743-pat00001
Figure 112013000536743-pat00002
Figure 112013000536743-pat00003
여기서, tON은 스위치(SW1)의 도전시간으로서, 0V에서 입력라인전압(VIN)의 절반까지 충전하는 전하저장 커패시터 구성부품(330)의 정전용량(CP)의 전압에 대하 시간이다. 이는 고정값이어야 하며 공진회로의 공진 싸이클과 관련 있다.
따라서, 스위치(SW1)이 온되면, 수학식 1, 2, 및 3에 의해 계산한 커플링 인덕터(320)의 제 1 코일(L1)을 통해 흐르는 단일 스위칭 싸이클의 평균 피크 전류값(IL1 . peak ( avg )(t))에 대한 대략적 계산이 수학식 4로 나타내진다:
Figure 112013000536743-pat00004
또한, 입력라인전압(VIN)과 교류전압(VAC) 간의 관계는 하기에서 수학식 5로 나타내진다:
Figure 112013000536743-pat00005
그런 후, 공용코어 역률보정 공진 컨버터(300)가 불연속 도전모드(DCM)의 스위칭 주파수(FSW1)로 동작할 경우, 이어서 흐르는 단일 스위칭 싸이클의 평균입력전류 Iin , avg(t)는 수학식 6으로 계산될 수 있다. 수학식 6은 아래와 같이 나타내진다:
Figure 112013000536743-pat00006
여기서, FSW1은 스위치(SW1)의 스위칭 주파수이고, TSW1은 스위치(SW1)의 스위칭 싸이클이며, FSW1은 TSW1의 역수이다. 즉, FSW1=1/TSW1. 수학식 6에 따르면, Iin,avg(t)는 sinωt에 비례하는 것으로 나타나 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 교류전압(VAC)로서 사인파형이 얻어진다.
도 4를 참조하면, 본원에서 공용코어 역률보정 공진 컨버터의 동작 파형을 나타낸다. 여기서, 곡선(S1)은 입력라인전압(VIN)이고, 곡선(S2)은 전하저장 커패시터 전압(VCP)이며, 곡선(S3)은 스위치(SW1)가 온될 때 커플링 인덕터(320)의 1차측의 제 1 코일(L1)을 지나는 인덕터 전류 IL1(t)이다. 그리고 곡선(S4)은 스위치(SW1)가 온될 때 전하저장 커패시터(330)의 정전용량(CP)을 지나는 평균입력 라인전류 Iin , avg(t)이다.
평균입력 라인전류 Iin , avg(t)(곡선 S4)와 입력라인전압(VIN)(곡선 S1)의 사인파형이 같다는 것을 도 4로부터 알 수 있다. 그러므로, 공용코어 역률보정 공진 컨버터는 양호한 역률을 얻을 수 있다. 또한, 제 1코일(L1)의 각 싸이틀의 인덕터 전류 IL1(t)는 종래 톱니파형 대신 포물선 파형에 가깝다. 이는 전자기 간섭효과가 우수하게 감쇠되는 것으로 예상된다.
컨트롤 스위치(SW1)의 온-오프는 가변주파수 컨트롤 모드에 의해 제어된다. 즉, 스위치(SW1)의 도전을 제어하기 위해 입력라인전압(VIN) 및 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 전압레벨을 검출한다. 그러나, 본원의 구현에 한정되지 않는다. 펄스폭변조(PWM) 주파수 제어방법도 또한 스위치(SW1)의 도전을 제어하는데 사용될 수 있어, 스위치(SW1)의 도전타임(tON)을 제어한다.
일예가 다음에 예시되어 있다. 공용코어 역률보정 공진 컨버터(300)의 입력라인전력 Pin(t)은 수학식 7로 계산될 수 있다. 수학식 7은 하기에 도시되어 있다:
Figure 112013000536743-pat00007
공용코어 역률보정 공진 컨버터(300)의 출력전력 Pout(t)은 수학식 8로 계산될 수 있다. 근사 수학식 8이 아래에 나타나 있다:
Figure 112013000536743-pat00008
여기서, η는 입력라인전력 Pin(t)과 출력전력 Pout(t)간의 효율이다.
이 실시예에서, 정전용량(CP)에 대한 전하저장 커패시터(330)의 전하저장 커패시터 전압(VCP)의 전압레벨은 기껏해야 입력전력전압 VIN의 절반(즉, 1/2*VIN)까지 충전된다. 그러므로, 상대적으로 낮은 내전압이 구현될 수 있다. 또한, 본원에 적용된 입력라인전압(VIN)은 교류전압이다. 그러나, 본원은 입력라인전압(VIN)이 또한 직류전압을 이용할 수 있도록 본 실시예에 국한되지 않는다.
본원은 공용코어 역률보정 공진 컨버터를 제공한다. 이는 전력을 얻고 출력 전력으로 에너지 변환 동작을 수행하기 위해 스위칭 동작에 의한 다른 공진회로를 활성화시킨다. 그 결과, 충분한 출력전압, 전류제어를 발생할 수 있고 더 나은 역률을 또한 얻을 수 있다.
또한, 전하저장 커패시터의 전압은 기껏해야 입력라인전압(VIN)의 절반까지 충전되므로, 상대적으로 낮은 내전압 스위칭 소자 및 커패시티 소자들이 구현될 수 있고 회로소자의 비용과 부피도 또한 줄어들 수 있다. 더욱이, 본원의 에너지변환회로는 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치 및 2개 다이오드를 이용해 구현된다. 종래기술의 역률보정 공진 컨버터에 비해, 본원은 회로의 부피를 효과적으로 줄이고 구성부품들의 도전손실을 줄일 수 있다.
본원은 예시적인 실시에들과 연계해 나타내고 설명하였으나, 특허청구범위에 정의된 바와 같이 본원의 기술사상과 범위로부터 벗어나지 않고 변형 및 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백하다.
100,200,300: 공용코어 역률보정 공진 컨버터
210,310: 에너지변환회로
211: 제 1 단자
212: 제 2 단자
213: 제 3 단자
320: 커플링 인덕터
330: 전하저장 커패시터
350: 전압변환유닛
360: 부하유닛
VIN: 입력라인전압
VO: 출력전압
VCP: 전하저장 커패시터 전압
CSI: 컨트롤 신호
SW1:스위치
D1: 다이오드
L1: 제 1 코일
L2: 제 2 코일

Claims (10)

  1. 입력라인전압을 수신하는 제 1 단자와, 접지되는 제 2 단자와, 출력전력을 발생하는 제 3 단자를 갖는 에너지 변환회로를 구비하고,
    상기 에너지변환회로는 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치, 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드를 포함하며,
    컨트롤 신호에 응답해, 에너지변환회로는 상기 에너지변환회로의 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치, 제 1 다이오드, 및 제 2 다이오드의 스위칭 동작에 의해 커플링 인덕터 및 전하저장 커패시터에 입력라인전압을 충전하여 전하저장 커패시터 전압을 발생하고, 그런 후 컨트롤 신호에 따라 에너지변환회로는 상기 에너지 변환회로의 커플링 인덕터 및 전하저장 커패시터가 커플링 인덕터, 전하저장 커패시터, 스위치, 제 1 다이오드, 및 제 2 다이오드의 스위칭 동작을 통해 출력부하로 에너지를 방전 및 전달할 수 있어, 커플링 인덕터 및 전하저장 커패시터에 저장된 에너지가 출력전력으로 변환되고,
    커플링 인덕터는 공용코어 변압기이고, 커플링 인덕터는 1차측 및 2차측을 구비하며, 1차측의 제 1 단자는 에너지변환회로의 제 1 단자에 결합되고, 1차측의 제 2 단자 및 2차측의 제 1 단자는 극성이 동일하며,
    스위치의 제 1 단자는 1차측의 제 2 단자에 결합되고, 스위치의 제 2 단자는 2차측의 제 2 단자에 결합되며, 스위치의 컨트롤 단자는 컨트롤 신호를 수신하고;
    제 1 다이오드의 양극은 2차측의 제 1 단자에 결합되고, 제 1 다이오드의 음극은 에너지변환회로의 제 3 단자에 결합되며,
    전하저장 커패시터의 제 1 단자는 스위치의 제 2 단자에 결합되고, 전하저장 커패시터의 제 2 단자는 접지되며,
    제 2 다이오드의 양극은 전하저장 커패시터의 제 2 단자에 결합되고, 제 2 다이오드의 음극은 전하저장 커패시터의 제 1 단자에 결합되는 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    커플링 인덕터는 제 1 코일과 제 2 코일을 갖고,
    제 1 코일의 제 1 단자는 1차측의 제 1 단자이고 제 1 코일의 제 2 단자는 1차측의 제 2 단자이며,
    제 2 코일의 제 1 단자는 2차측의 제 1 단자이고 제 2 코일의 제 2 단자는 2차측의 제 2 단자인 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    전하저장 커패시터는 커패시터를 구비하는 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    스위치는 n형 트랜지스터, p형 트랜지스터, 또는 절연게이트 쌍극 트랜지스터인 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    컨트롤 신호를 발생하기 위해 입력라인전압 및 전하저장 커패시터 전압을 수신하거나 펄스폭변조 고정주파수 모드로 컨트롤하기 위한 컨트롤 유닛을 더 구비하는 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    교류전압을 수신하고 상기 교류전압을 입력라인전압으로 전달하기 위해 에너지변환회로의 제 1 단자에 결합된 전압변환유닛을 더 구비하는 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    부하유닛을 더 구비하고,
    부하유닛의 제 1 단자는 에너지변환회로의 제 3 단자에 결합되고, 부하유닛의 제 2 단자는 접지되는 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    부하유닛은
    제 1 단자가 에너지변환회로의 제 3 단자에 결합되고 제 2 단자가 접지되는 커패시터와,
    제 1 단자가 커패시터의 제 1 단자에 결합되고 제 2 단자가 커패시터의 제 2 단자에 결합되는 저항을 구비하는 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    입력라인전압은 교류전압 또는 직류전압인 공용코어 역률보정 공진 컨버터.
KR1020130000533A 2012-06-27 2013-01-03 공용코어 역률보정 공진 컨버터 KR101456654B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101123093 2012-06-27
TW101123093A TWI485961B (zh) 2012-06-27 2012-06-27 共鐵心式功率因數校正諧振轉換器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140001084A KR20140001084A (ko) 2014-01-06
KR101456654B1 true KR101456654B1 (ko) 2014-11-04

Family

ID=47563118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130000533A KR101456654B1 (ko) 2012-06-27 2013-01-03 공용코어 역률보정 공진 컨버터

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8937463B2 (ko)
EP (1) EP2680418B1 (ko)
JP (1) JP5599911B2 (ko)
KR (1) KR101456654B1 (ko)
CN (1) CN103516220B (ko)
TW (1) TWI485961B (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10615692B2 (en) * 2014-04-25 2020-04-07 Texas Instruments Incorporated Series capacitor buck converter having circuitry for precharging the series capacitor
KR102260299B1 (ko) 2014-11-12 2021-06-04 주식회사 솔루엠 전원장치 및 그의 구동방법
TWI645659B (zh) * 2018-01-05 2018-12-21 首利實業股份有限公司 LLC resonant converter efficiency improvement method and structure thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005086957A (ja) 2003-09-11 2005-03-31 Yokogawa Electric Corp スイッチング電源
KR20080034617A (ko) * 2006-10-17 2008-04-22 삼성전기주식회사 스너버회로를 이용한 역률개선회로
KR20090124244A (ko) * 2008-05-29 2009-12-03 페어차일드코리아반도체 주식회사 컨버터

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5502357A (en) * 1994-10-03 1996-03-26 Durel Corporation Low cost inverter for EL lamp
JP3271581B2 (ja) * 1998-04-24 2002-04-02 株式会社村田製作所 偏向高圧一体型電源装置
US6081432A (en) * 1998-05-26 2000-06-27 Artesyn Technologies, Inc. Active reset forward converter employing synchronous rectifiers
TW561675B (en) * 2001-12-10 2003-11-11 Ind Tech Res Inst PFC circuit with a snubber
US7782027B2 (en) * 2006-12-30 2010-08-24 Advanced Analogic Technologies, Inc. High-efficiency DC/DC voltage converter including down inductive switching pre-regulator and capacitive switching post-converter
CN201422076Y (zh) * 2009-04-10 2010-03-10 东莞市冠佳电子设备有限公司 一种升压电路
TWM384460U (en) * 2010-03-01 2010-07-11 Welland Ind Co Ltd Electrical power conversion device with a power factor correction feature
TW201143267A (en) * 2010-05-31 2011-12-01 Univ Nat Cheng Kung Multi-winding high step-up DC-DC converter
US8767417B2 (en) * 2010-06-25 2014-07-01 System General Corp. Dual switches flyback power converter with wide input voltage range

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005086957A (ja) 2003-09-11 2005-03-31 Yokogawa Electric Corp スイッチング電源
KR20080034617A (ko) * 2006-10-17 2008-04-22 삼성전기주식회사 스너버회로를 이용한 역률개선회로
KR20090124244A (ko) * 2008-05-29 2009-12-03 페어차일드코리아반도체 주식회사 컨버터

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Vazquez, N.외 3인, "The Tapped-Inductor Boost Converter", ISIE 2007. IEEE International Symposium on Industrial Electronics, pp.538-543 (2007년) *
Vazquez, N.외 3인, "The Tapped-Inductor Boost Converter", ISIE 2007. IEEE International Symposium on Industrial Electronics, pp.538-543 (2007년)*

Also Published As

Publication number Publication date
CN103516220B (zh) 2015-08-19
EP2680418A3 (en) 2014-09-03
JP5599911B2 (ja) 2014-10-01
TW201401737A (zh) 2014-01-01
US8937463B2 (en) 2015-01-20
JP2014011950A (ja) 2014-01-20
TWI485961B (zh) 2015-05-21
KR20140001084A (ko) 2014-01-06
CN103516220A (zh) 2014-01-15
EP2680418A2 (en) 2014-01-01
US20140002035A1 (en) 2014-01-02
EP2680418B1 (en) 2018-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108352787B (zh) 反激变换器
US10833594B2 (en) System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding
Adib et al. Family of zero current zero voltage transition PWM converters
JP6706811B2 (ja) スナバ回路及びそれを用いた電力変換システム
JP6134479B2 (ja) アクティブ降圧型パワーファクター修正装置
US8901900B2 (en) Buck power factor correction system
US20100328971A1 (en) Boundary mode coupled inductor boost power converter
US9698671B2 (en) Single-stage AC-to-DC converter with variable duty cycle
WO2018169520A1 (en) Single-stage transmitter for wireless power transfer
TWI513164B (zh) 返馳式主動箝位電源轉換器
WO2019102474A1 (en) Constant frequency dc/dc power converter
Shin et al. Bridgeless isolated PFC rectifier using bidirectional switch and dual output windings
TWI580166B (zh) 交錯式升壓轉換器
KR101456654B1 (ko) 공용코어 역률보정 공진 컨버터
JP6393962B2 (ja) スイッチング電源装置
TWI586092B (zh) 單級交流至直流轉換器
Jabbari et al. A novel resonant LLC soft-switching buck converter
Hwu et al. An isolated high step-up converter with continuous input current and LC snubber
TWI580167B (zh) 單級降壓轉換器
US9673716B2 (en) Resonant converter with three switches
Delshad et al. A new active clamping soft switching weinberg converter
Park et al. Coupled-inductor boost converter with simple resonant technique
Hwu et al. A novel passive voltage-clamping snubber applied to coupled-boost converter
Athab et al. An efficient quasi-active power factor correction scheme
KR20180098171A (ko) 작은 출력전류 리플을 갖는 고효율 충전기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 4