KR101701509B1 - 2단계 출력제어형 ｌｌｃ 공진 컨버터 - Google Patents

2단계 출력제어형 ｌｌｃ 공진 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터에 관한 것이다. 본 발명의 컨버터는 변압기; 변압기의 1차측에 접속되며, 직류 전원을 인가받아 교류 전압을 공급하는 하프 브리지(half-bridge) 회로와 LLC 직렬 공진회로의 조합으로 이루어지는 H/B LLC 회로부; 변압기의 2차측 권선코일 중 제1 권선코일에 접속되며, 소정 크기의 제1 직류 전압을 출력하는 제1 출력 회로부; 변압기의 2차측 권선코일 중 제2 권선코일에 접속되며, 소정 크기의 제2 직류 전압을 출력하는 제2 출력 회로부; 및 제2 출력 회로부의 출력 전압을 조정하는 전압 조정부를 포함하고, 제2 출력 회로부의 제2 권선코일의 제1 다이오드가 접속된 회로단에는 제3 권선코일, 제3 다이오드 및 반도체 스위칭 소자의 직렬 회로부가 병렬로 더 접속되며, 제2 출력 회로부의 제2 권선코일의 제2 다이오드가 접속된 회로단에는 제4 권선코일과 제4 다이오드의 직렬 회로부의 일측 단부가 접속되고, 그 직렬 회로부의 타측 단부는 상기 제3 다이오드와 반도체 스위칭 소자 사이의 회로 라인 상에 접속된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 컨버터의 구동 후 2단계로 제어되는 출력A의 전압이 210V에서 190V로 하강하는 경우, 그에 따라 함께 하강하는 레귤레이터의 입력단 전압을 추가된 회로의 반도체 스위칭 소자와 다이오드에 의해 보상해 줌으로써 레귤레이터에 의한 출력B의 조정(regulation)을 지속적으로 유지할 수 있다.

Description

2단계 출력제어형 ＬＬＣ 공진 컨버터{two-step output controlled inductor-inductor-capacitor resonant converter}
본 발명은 2단계 출력제어형 LLC(inductor-inductor-capacitor) 공진 컨버터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 컨버터의 구동 후 2단계로 제어되는 출력A의 전압이 210V에서 190V로 하강하는 경우, 그에 따라 함께 하강하는 레귤레이터의 입력단 전압을 보상해 줌으로써 레귤레이터에 의한 출력B의 조정(regulation)을 지속적으로 유지할 수 있는 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터에 관한 것이다.
오늘날, TV는 고화질/대화면 특성을 만족시키기 위해 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel) 등을 이용한 디지털 TV가 주류를 이루고 있다. 특히, PDP TV의 경우, 그 구조적 특성상 기존의 CRT(cathode ray tube)에 비해 두께를 상당히 얇게 제조할 수 있고, LCD에 비해 휘도 특성이 뛰어나 TV로서의 기술 요건을 만족하고 있으며, 벽면 설치 등 레이아웃 특성이 뛰어나 차세대 TV로서 각광받고 있다.
그러나 이와 같은 PDP는 그 동작 특성상 고전압을 필요로 하기 때문에, 전원 관련 제어가 PDP TV의 완성을 위한 기술 요건 중의 하나라고 할 수 있다. 이러한 PDP는 상판과 하판이 서로 접착되어 구성되는데, 상판은 서로 평행하게 형성된 스캔(scan) 전극과 서스테인(sustain) 전극, 그리고 스캔 전극과 서스테인 전극을 포함한 상판 상에 형성된 유전층 및 보호막을 구비한다. 그리고 하판은 어드레스 (address) 전극과, 어드레스 전극을 포함한 기판 전면에 형성된 유전체막, 어드레스 전극 사이의 유전체막 위에 형성된 격벽, 그리고 각 방전 셀 내의 격벽 및 유전체막 표면에 형성된 형광체를 구비한다. 또한 상판과 하판 사이의 공간은 헬륨 (He), 크세논(Xe) 등의 불활성 가스가 혼합된 방전 가스가 채워져 방전 영역을 이루고 있다.
이상과 같은 PDP는 상기 전극들에 소정 전압이 인가됨에 따라 상기 방전 가스가 방전하고 이때 발생된 자외선에 의해 형광체가 여기(勵起)되어 색상을 구현하게 된다. 따라서, 상기 전극에 기설정된 타이밍에 따라 소정 전압이 인가되도록 PDP 모듈의 구동을 제어하기 위한 전원공급 장치가 필요하다.
도 1은 전원공급 장치로서의 종래 LLC 공진 컨버터의 회로 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 LLC(inductor-inductor-capacitor) 공진 컨버터는 2개의 출력(출력A, 출력B)을 가지며, 이 중에서 출력A는 피드백(feedback) 제어하고, 출력B는 별도의 제어용 IC 없이 리니어 레귤레이터(linear regulator)(110)를 사용하여 정전압 제어한다.
이와 같은 종래 LLC 공진 컨버터(100)는 2단계로 제어되는 출력A의 전압이 210V에서 190V로 떨어지게 되면, 리니어 레귤레이터(110)로 인가된 출력B의 입력전압도 또한 떨어지게 되어 출력B의 조정(regulation)이 무너지게 된다. 따라서, 이와 같이 리니어 레귤레이터(110)의 입력단의 전압이 떨어지는 것을 방지하기 위하여(즉, 출력B의 조정을 위해) 리니어 레귤레이터(110)의 입력단 전압을 높게 설계하는 방안을 생각해 볼 수 있겠으나, 그와 같이 설계할 경우 컨버터의 구동 초기에 210V로 동작하는 구간 동안 리니어 레귤레이터(110)에서 열이 발생하게 되고, 그로 인해 부품의 열화(劣化) 또는 고장(failure)이 발생할 수 있다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 컨버터의 구동 후 2단계로 제어되는 출력A의 전압이 210V에서 190V로 하강하는 경우, 그에 따라 함께 하강하는 레귤레이터의 입력단 전압을 보상해 줌으로써 레귤레이터에 의한 출력B의 조정(regulation)을 지속적으로 유지할 수 있는 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터는,
1,2차측 권선코일의 권선비에 따라 입력전압에 대해 변환된 값의 출력전압을 공급하는 변압기;
상기 변압기의 1차측 권선코일에 접속되며, 직류 전원을 인가받아 교류 전압을 공급하는 하프 브리지(half-bridge) 회로와 LLC 직렬 공진회로의 조합으로 이루어지는 H/B LLC 회로부;
상기 변압기의 2차측 권선코일 중 제1 권선코일에 접속되며, 상기 1차측 권선코일에 대한 권선비에 따른 유도전압을 인가받아 소정 크기의 제1 직류 전압을 출력하는 제1 출력 회로부;
상기 변압기의 2차측 권선코일 중 제2 권선코일에 접속되며, 상기 1차측 권선코일에 대한 권선비에 따른 유도전압을 인가받아 소정 크기의 제2 직류 전압을 출력하는 제2 출력 회로부; 및
상기 제2 출력 회로부의 출력단에 접속되며, 제2 출력 회로부의 출력 전압을 조정하는 전압 조정부를 포함하며,
상기 제2 출력 회로부의 제2 권선코일의 제1 다이오드가 접속된 회로단에는 제3 권선코일, 제3 다이오드 및 반도체 스위칭 소자의 직렬 회로부가 병렬로 더 접속되고,
상기 제2 출력 회로부의 제2 권선코일의 제2 다이오드가 접속된 회로단에는 제4 권선코일과 제4 다이오드의 직렬 회로부의 일측 단부가 접속되고, 그 직렬 회로부의 타측 단부는 상기 제3 다이오드와 반도체 스위칭 소자 사이의 회로 라인 상에 접속되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 전압 조정부로는 리니어 레귤레이터가 사용될 수 있다.
또한, 상기 반도체 스위칭 소자로는 바람직하게는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)이 사용된다.
또한, 상기 MOSFET의 소스 단자와 드레인 단자 사이에는 다이오드가 병렬로 더 접속된다.
또한, 상기 반도체 스위칭 소자는 상기 제1 출력 회로부로부터 출력된 초기의 전압이 일정 시간 경과 후 그 초기의 전압보다 더 낮은 전압으로 하강할 때, 그 하강과 동시에 턴-온(turn-on)하도록 제어부(미도시)에 의해 제어된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 컨버터의 구동 후 2단계로 제어되는 출력A의 전압이 210V에서 190V로 하강하는 경우, 그에 따라 함께 하강하는 레귤레이터의 입력단 전압을 추가된 회로의 반도체 스위칭 소자와 다이오드에 의해 보상해 줌으로써 레귤레이터에 의한 출력B의 조정(regulation)을 지속적으로 유지할 수 있다.
도 1은 종래 LLC 공진 컨버터의 회로 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터의 회로 구성을 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터의 회로 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터는 변압기(210), H/B LLC 회로부(220), 제1 출력 회로부(230), 제2 출력 회로부(240), 전압 조정부(250)를 포함한다.
상기 변압기(210)는 1,2차측 권선코일의 권선비에 따라 입력전압에 대해 변환된 값의 출력전압을 공급한다.
상기 H/B LLC 회로부(220)는 상기 변압기(210)의 1차측 권선코일(210f)에 접속되며, 직류 전원을 인가받아 교류 전압을 공급하는 하프 브리지(half-bridge) 회로와 LLC(inductor-inductor-capacitor) 직렬 공진회로의 조합으로 이루어진다.
상기 제1 출력 회로부(230)는 상기 변압기(210)의 2차측 권선코일 중 제1 권선코일(210s1)에 접속되며, 상기 1차측 권선코일(210f)에 대한 권선비에 따른 유도전압을 인가받아 소정 크기의 제1 직류 전압(출력A)(예를 들면, 210V)을 출력한다.
상기 제2 출력 회로부(240)는 상기 변압기(210)의 2차측 권선코일 중 제2 권선코일(210s2)에 접속되며, 상기 1차측 권선코일(210f)에 대한 권선비에 따른 유도전압을 인가받아 소정 크기의 제2 직류 전압(출력B)(예를 들면, 60V)을 출력한다.
상기 전압 조정부(250)는 상기 제2 출력 회로부(240)의 출력단에 접속되며, 제2 출력 회로부(240)의 출력 전압을 조정한다. 이와 같은 전압 조정부(250)로는 리니어 레귤레이터가 사용될 수 있다.
여기서, 상기 제2 출력 회로부(240)의 제2 권선코일(210s2)의 제1 다이오드(D1)가 접속된 회로단에는 제3 권선코일(260), 제3 다이오드(D3) 및 반도체 스위칭 소자(280)의 직렬 회로부가 병렬로 더 접속된다. 여기서, 상기 제3 권선코일(260)은 결국 변압기(210)의 2차측 권선코일 역할을 하게 되는 것으로, 상기 제2 권선코일(210s2)의 턴(turn) 수와는 다른 턴 수를 갖는다.
또한, 상기 제2 출력 회로부(240)의 제2 권선코일(210s2)의 제2 다이오드 (D2)가 접속된 회로단에는 제4 권선코일(270)과 제4 다이오드(D4)의 직렬 회로부의 일측 단부가 접속되고, 그 직렬 회로부의 타측 단부는 상기 제3 다이오드(D3)와 상기 반도체 스위칭 소자(280) 사이의 회로 라인 상에 접속된다. 여기서, 상기 제4 권선코일(270)도 상기 제3 권선코일(260)과 마찬가지로 상기 변압기(210)의 2차측 권선코일 역할을 하게 된다. 또한, 이 제4 권선코일(270)도 상기 제2 권선코일 (210s2)의 턴 수와는 다른 턴 수를 갖는다.
또한, 상기 반도체 스위칭 소자(280)로는 바람직하게는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)이 사용된다.
그리고, 바람직하게는 이 MOSFET(280)의 소스 단자와 드레인 단자 사이에는 다이오드가 병렬로 더 접속된다.
또한, 상기 반도체 스위칭 소자(280)는 상기 제1 출력 회로부(230)로부터 출력된 초기의 전압(예를 들면, 220V)이 일정 시간 경과 후, 그 초기의 전압보다 더 낮은 전압(예를 들면, 190V)으로 할 때, 그 하강과 동시에 턴-온(turn-on)하도록 제어부(미도시)에 의해 제어된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터의 동작에 대하여 간략히 설명해 보기로 한다.
외부로부터의 교류 전원이 전원공급장치(예를 들면, SMPS(switching mode power supply))(미도시)에 의해 직류로 변환된, 그 직류 전원이 본 발명의 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터에 인가되면, 상기 H/B LLC 회로부(220)는 그 직류 전원을 교류 전압으로 변환하여 출력한다.
상기 H/B LLC 회로부(220)로부터 출력된 전압은 변압기(210)의 1차측 권선코일(210f)에 입력되고, 변압기(210)의 2차측 권선코일들(210s1, 210s2)을 통해 상기 1차측 권선코일(210f)에 대한 권선비에 따라 각각 소정 크기의 유도전압이 출력된다.
제1 출력 회로부(230)는 상기 변압기(210)의 2차측 권선코일 중 제1 권선코일(210s1)을 통해 출력되는 유도전압을 인가받아 소정 크기의 제1 직류 전압(출력A)(예를 들면, 210V)을 출력한다. 즉, 메인 피드백인 출력A가 210V로 제어된다.
또한, 제2 출력 회로부(240)는 상기 변압기(210)의 2차측 권선코일 중 제2 권선코일(210s2)을 통해 출력되는 유도전압을 인가받아 소정 크기의 제2 직류 전압(출력B)(예를 들면, 60V)을 출력한다. 즉, 출력B는 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)를 통해 상승하여 60V로 제어된다. 이때, 전압 조정부(리니어 레귤레이터)(250)는 출력B가 일정한 값을 유지하도록 조정한다.
출력A가 210V로 제어되는 상태에서 일정 시간이 경과된 후, 출력A는 210V에서 190V로 하강하게 되는데, 출력A가 하강하는 것과 동시에, MOSFET(Qn)(280)이 제어부(미도시)의 제어에 의해턴-온하게 된다. MOSFET(Qn)(280)이 턴-온하게 되면, 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 회로 라인을 통해서도 전류가 흐르게 되며, 이는 곧 출력A의 하강 폭(20V) 만큼에 대응하여 비례적으로 하강하는 출력B의 전압을 상승시켜 주어 결국 출력B의 하강 전압을 보상해주게 된다.
한편, 이상과 같이 MOSFET(Qn)(280)이 턴-온하게 되면, 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)의 회로 라인에 걸리는 전압으로 인해 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)에 의해 출력되는 전압 레벨이 상대적으로 낮아지게 되며, 따라서 결국 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)는 턴-오프(turn-off)된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터는 컨버터의 구동 후 2단계로 제어되는 출력A의 전압이 210V에서 190V로 하강하는 경우, 그에 따라 함께 하강하는 출력B의 전압을 추가된 회로의 구동에 의해 보상해 줌으로써 레귤레이터에 의한 출력B의 조정(regulation)을 지속적으로 유지할 수 있다.
또한, 출력B의 하강을 보상해주기 위한 방안으로서 별도의 부품이나 모듈을 새로 설치하는 것이 아니라, 기존의 회로에 약간의 회로를 추가하는 방식을 취함으로써, 얻어지는 효과 대비 투여되는 비용 측면을 고려할 때, 비용을 효과적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210: 변압기 220: H/B LLC 회로부
230: 제1 출력 회로부 240: 제2 출력 회로부
250: 전압 조정부 260: (변압기 2차측) 제3 권선코일
270: (변압기 2차측) 제4 권선코일 280: 반도체 스위칭 소자

Claims (5)

1,2차측 권선코일의 권선비에 따라 입력전압에 대해 변환된 값의 출력전압을 공급하는 변압기;
상기 변압기의 1차측 권선코일에 접속되며, 직류 전원을 인가받아 교류 전압을 공급하는 하프 브리지(half-bridge) 회로와 LLC 직렬 공진회로의 조합으로 이루어지는 H/B LLC 회로부;
상기 변압기의 2차측 권선코일 중 제1 권선코일에 접속되며, 상기 1차측 권선코일에 대한 권선비에 따른 유도전압을 인가받아 소정 크기의 제1 직류 전압을 출력하는 제1 출력 회로부;
상기 변압기의 2차측 권선코일 중 제2 권선코일에 접속되며, 상기 1차측 권선코일에 대한 권선비에 따른 유도전압을 인가받아 소정 크기의 제2 직류 전압을 출력하는 제2 출력 회로부; 및
상기 제2 출력 회로부의 출력단에 접속되며, 제2 출력 회로부의 출력 전압을 조정하는 전압 조정부를 포함하며,
상기 제2 출력 회로부의 제2 권선코일의 제1 다이오드가 접속된 회로단에는 제3 권선코일, 제3 다이오드 및 반도체 스위칭 소자의 직렬 회로부가 병렬로 더 접속되고,
상기 제2 출력 회로부의 제2 권선코일의 제2 다이오드가 접속된 회로단에는 제4 권선코일과 제4 다이오드의 직렬 회로부의 일측 단부가 접속되고, 그 직렬 회로부의 타측 단부는 상기 제3 다이오드와 반도체 스위칭 소자 사이의 회로 라인 상에 접속되고,
상기 반도체 스위칭 소자는 상기 제1 출력 회로부로부터 출력된 초기의 전압이 일정 시간 경과 후 그 초기의 전압보다 더 낮은 소정 전압으로 하강할 때, 그 하강과 동시에 턴-온(turn-on)하도록 제어부에 의해 제어되는 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터.
제1항에 있어서,
상기 전압 조정부는 리니어 레귤레이터인 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터.
제1항에 있어서,
상기 반도체 스위칭 소자는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)인 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터.
제3항에 있어서,
상기 MOSFET의 소스 단자와 드레인 단자 사이에는 다이오드가 병렬로 더 접속되는 2단계 출력제어형 LLC 공진 컨버터.
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