KR101879772B1 - Pfc 회로 출력전압 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Pfc 회로 출력전압 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법에 있어서, 입력된 AC 전압으로부터 반파 정류된 전압을 AC 감지부에서 확인하여 제어회로부 및 전압제어부에 전달하고, 기준전압과 비교하여 기준전압 범위를 벗어날 경우, 제어회로부를 통하여 스위치를 제어함으로써 범위 밖의 전압은 차단하여 PFC 회로부에 기준전압 범위 내의 AC 전압만 인가하며, 반파 정류된 전압 관련 정보를 전압제어부를 통해 PFC 회로부에 전달하여 PFC 출력전압을 임의로 변경할 수 있는 PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling PFC circuit output voltage}
본 발명은 PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법에 있어서, 입력된 AC 전압으로부터 반파 정류된 전압을 AC 감지부에서 확인하여 제어회로부 및 전압제어부에 전달하고, 기준전압과 비교하여 기준전압 범위를 벗어날 경우, 제어회로부를 통하여 스위치를 제어함으로써 범위 밖의 전압은 차단하여 PFC 회로부에 기준전압 범위 내의 AC 전압만 인가하며, 반파 정류된 전압 관련 정보를 전압제어부를 통해 PFC 회로부에 전달하여 PFC 출력전압을 임의로 변경할 수 있는 PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
PFC 회로는 입력전압에 따라 출력 전압이 변동하는 회로를 말하며, 소비 전력이 75W 이상인 전자 제품의 경우 규격상 PF(Power Factor) 기능을 만족해야 하기 때문에 일반적으로 PF 기능을 위하여 PFC(Power Factor Correction) 회로를 이용하여 제어한다. 세계적으로 판매되는 제품의 경우 각 나라마다 사용하는 입력전압이 다르기 때문에 제품 설계 시 100~240Vac(동작 마진 고려 시 90~264Vac)까지의 전압을 감안하여 설계를 해야 한다. 주로 시장에서 사용되고 있는 종래의 PFC 회로는 부스트 타입(Boost type)으로, 입력되는 전압대비 PFC 회로의 출력전압이 높아야 하는 방식이고, 세계적으로 판매하는 제품의 경우 입력 373Vpeak(264Vac*1.414)보다 PFC 회로의 출력전압을 높게 설정해야만 PFC 회로가 동작할 수 있다. 즉, 입력전압에 관계없이 일정한 PFC 회로의 출력전압으로 상승시켜야 하므로 PFC 회로 부품의 발열, 효율 감소, 수명단축 등 여러 가지 문제점이 존재한다.
또한, PFC 회로의 출력전압을 입력으로 사용하는 DC/DC 전력 변환 회로에서도 PFC 회로의 출력전압을 PFC 회로 및 DC/DC 전력 변환 회로를 포함하는 장치에서 필요한 출력전압으로 전력 변환하는데, 이때 PFC 회로의 출력전압과 장치의 출력전압 차이가 크면 클수록 손실이 크게 발생하여 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 손실에 의한 발열 발생으로 제품 수명 등에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법에 있어서, 입력된 AC 전압 감지 및 제어를 통하여 PFC 회로 출력전압을 임의로 설정할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, PFC 회로 출력전압을 임의로 설정하여 PFC 회로 출력전압과 PFC 회로를 포함하는 장치의 출력전압 차이를 감소시킴으로써 전력 변환 시 소비되는 손실을 최소화하여 고효율 제품을 구현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 PFC 회로 출력전압 제어 장치는, 입력된 AC 전압으로부터 정류된 전압을 확인하여 제어회로부 및 전압제어부에 전달하는 AC 감지부, 상기 AC 감지부로부터 상기 정류된 전압을 전달받아 기준전압과 비교하고, 비교정보를 이용하여 스위치부를 제어하는 제어회로부, 상기 제어회로부에 의하여 제어되는 스위치부, 상기 AC 감지부로부터 상기 정류된 전압을 전달받고, PFC 회로부에 정류된 전압 관련 정보를 전달하는 전압제어부 및 상기 전압제어부로부터 전달된 상기 정류된 전압 관련 정보를 이용하여 PFC 출력전압을 제어하는 PFC 회로부를 포함하고, 상기 정류된 전압이 기준전압 범위를 벗어나는 경우, 스위치부 제어를 통하여 상기 기준전압 범위 내의 AC 전압만 상기 PFC 회로부에 인가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입력된 AC 전압은 상기 AC 감지부로 전달되기 전 반파 정류되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어회로부는 상기 정류된 전압이 상기 기준전압 범위를 벗어나는 경우, PWM 제어를 통해 상기 스위치부를 OFF하여 상기 기준범위 범위 밖의 AC 전압은 차단하고, 상기 기준전압 범위 내의 AC 전압은 PWM 제어를 통해 상기 스위치부를 ON하여 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기준전압 범위는 상기 입력된 AC 전압의 85%이상 100%이하로 설정될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PFC 회로부는 상기 PFC 출력전압을 상기 입력된 AC 전압보다 낮게 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PFC 회로부의 상기 PFC 출력전압과 상기 PFC 회로부를 포함하는 장치의 출력전압 차이를 줄여 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 PFC 회로 출력전압 제어 방법은, 입력된 AC 전압으로부터 정류된 전압을 AC 감지부에서 확인하여 제어회로부 및 전압제어부에 전달하는 단계, 상기 제어회로부가 전달받은 상기 정류된 전압과 기준전압을 비교하여 기준전압 범위를 벗어나는 경우, 스위치부를 제어하여 기준전압 범위 내의 AC 전압만 PFC 회로부에 인가하는 단계, 상기 전압제어부가 상기 정류된 전압을 전달받고, 정류된 전압 관련 정보를 상기 PFC 회로부에 전달하는 단계 및 상기 전압제어부로부터 전달된 상기 정류된 전압 관련 정보를 이용하여 상기 PFC 회로부에서 PFC 출력전압을 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 입력된 AC 전압은 상기 AC 감지부로 전달되기 전 반파 정류되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어회로부는 상기 정류된 전압이 상기 기준전압 범위를 벗어나는 경우, PWM 제어를 통해 상기 스위치부를 OFF하여 상기 기준범위 범위 밖의 AC 전압은 차단하고, 상기 기준전압 범위 내의 AC 전압은 PWM 제어를 통해 상기 스위치부를 ON하여 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기준전압 범위는 상기 입력된 AC 전압의 85%이상 100%이하로 설정될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PFC 회로부는 상기 PFC 출력전압을 상기 입력된 AC 전압보다 낮게 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PFC 회로부의 상기 PFC 출력전압과 상기 PFC 회로부를 포함하는 장치의 출력전압 차이를 줄여 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법은, 입력된 AC 전압을 감지, 제어함으로써 PFC 회로 출력전압을 임의로 설정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법은, PFC 회로 출력전압을 낮게 제어함으로써 전원 변환에서의 효율을 최대화하고, 손실을 줄여 발열의 최소화 및 제품의 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법은, 부품의 정격을 낮출 수 있어 저비용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 PFC 회로를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 PFC 회로 출력전압 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 기준전압 범위 내의 입력전압이 인가된 경우를 나타내는 파형도이다.
도 4는 기준전압 범위를 벗어나는 입력전압이 인가된 경우를 나타내는 파형도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 'PFC 회로 출력전압 제어 장치 및 방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 종래 기술에 따른 PFC 회로를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 입력 소비 전력이 75W 이상인 제품의 경우 규격상 PF 기능을 만족해야 하기 때문에 종래 기술에 따른 PFC 회로부(500)가 사용되었다. 세계적으로 판매되는 제품의 경우 각 나라마다 사용하는 입력전압이 다르기 때문에 100~240Vac까지의 전압을 감안하여 설계해야 하고, 동작 마진을 고려할 경우 90~264Vac까지 감안하여 설계해야 한다. 종래 기술에 따른 PFC 회로부(500)는 주로 부스트 타입(Boost type)으로서, 입력되는 전압 대비 PFC 회로부(500) 출력전압이 높아야 하는 방식이기 때문에 입력전압 373Vpeak(264Vac*1.414)보다 PFC 회로부(500) 출력전압(390V)을 높게 설정해야만 PFC 회로부(500)가 동작할 수 있다. 즉, 입력전압에 관계없이 PFC 회로부(500) 출력전압을 일정하게 상승시켜야 한다.
또한, PFC 회로부(500) 출력전압을 DC/DC 전력 변환 회로에서 입력으로 사용하는 경우, PFC 회로부(500) 출력전압을 이용하여 PFC 회로부(500) 및 DC/DC 전력 변환 회로를 포함하는 장치에서 필요한 출력전압으로 전력을 변환하는데, 이때 PFC 회로부(500) 출력전압과 상기 장치 출력전압의 차이가 크면 클수록 손실이 크게 발생하여 효율이 낮아지고, 손실에 의한 발열 발생으로 상기 장치의 수명이 낮아지게 된다.
도 2는 본 발명의 PFC 회로 출력전압 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 PFC 회로 출력전압 제어 장치는 AC 감지부(100), 제어회로부(200), 스위치부(300), 전압제어부(400) 및 PFC 회로부(500)로 구성될 수 있다.
AC 감지부(100)는 입력된 AC 전압(10)으로부터 제1 및 제2다이오드(30, 50)를 통해 반파 정류된 전압을 확인하고, 제어회로부(200) 및 전압제어부(400)에 전달한다.
제어회로부(200)는 상기 AC 감지부(100)로부터 상기 반파 정류된 전압을 전달받아 기준전압과 비교한다. 이때, 상기 반파 정류된 전압이 기준전압 범위를 벗어나는 경우, OP-AMP(비교기) 등을 이용하여 PWM제어로 상기 스위치부를 OFF 시킴으로써 기준전압 범위를 벗어난 AC 전압은 차단하고, 기준전압 범위 내의 AC 전압은 스위치부(300)를 ON시킴으로써 다이오드 브리지(90)을 통해 PFC 회로부(500)에 인가시킬 수 있다. 이때, 기준전압의 범위는 상기 입력된 AC 전압(10)의 85%이상 100%이하로 설정될 수 있다.
스위치부(300)는 상기 제어회로부(200)의 PWM제어에 의하여 ON 또는 OFF될 수 있다. 이때, 스위치부(300)는 입력된 AC 전압이 PFC 회로부(500)에 전달되는 라인에 위치하고, Relay, Triac, SSR 등으로 구성될 수 있다.
전압제어부(400)는 상기 AC 감지부(100)로부터 제3다이오드(70)를 통해 상기 반파 정류된 전압을 전달받고, 반파 정류된 전압 관련 정보를 PFC 회로부(500)에 전달한다.
PFC 회로부(500)는 상기 다이오드 브리지(90)를 통해 인가된 AC 전압을 전달받고, 상기 전압제어부(400)로부터 전달된 상기 반파 정류된 전압 관련 정보를 이용하여 PFC 출력전압을 제어할 수 있다. 이때, 종래의 PFC 회로와 달리 PFC 회로부(500)는 전달받은 상기 반파 정류된 전압 관련 정보를 이용하여 PFC 출력전압을 임의로 설정할 수 있고, 입력된 AC 전압(10)보다 낮게 설정할 수 도 있다. 결과적으로 입력된 AC 전압(10)보다 낮게 설정하는 경우, PFC 출력전압과 본 발명의 PFC 회로 출력전압 제어 장치의 출력전압 차이를 줄여 일정하게 유지함으로써 전력 변환 효율을 향상시키고, 전력 변환 시 발생하는 손실 감소로 상기 장치의 수명을 높일 수 있다.
한편, PFC 회로 출력전압 제어 방법은, 입력된 AC 전압(10)으로부터 제1 및 제2다이오드(30, 50)를 통해 반파 정류된 전압을 AC 감지부(100)에서 확인하여 제어회로부(200) 및 전압제어부(400)에 전달하고, 상기 제어회로부(200)는 상기 반파 정류된 전압을 전달받아 기준전압과 비교한다. 상기 반파 정류된 전압이 기준전압 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어회로부(200)는 OP-AMP 등을 이용하여 PWM제어로 스위치부(300)를 OFF시킴으로써 기준전압 범위를 벗어난 AC 전압은 차단하고, 기준전압 범위 내의 AC 전압은 스위치부(300)를 ON시킴으로써 다이오드 브리지(90)를 통해 PFC 회로부(500)에 인가시킬 수 있다. 이때, 상기 기준전압 범위는 상기 입력된 AC 전압(10)의 85%이상 100%이하로 설정될 수 있다. 상기 전압제어부(400)는 제3다이오드(70)를 통해 상기 반파 정류된 전압을 전달받고, 반파 정류된 전압 관련 정보를 상기 PFC 회로부(500)에 전달한다. 이후에 PFC 회로부(500)는 상기 다이오드 브리지(90)를 통해 인가된 AC 전압을 전달받고, 상기 전압제어부(400)로부터 전달된 상기 반파 정류된 전압 관련 정보를 이용하여 PFC 출력전압을 제어할 수 있다. 이때, 상기 반파 정류된 전압 관련 정보를 이용하여 PFC 출력전압을 임의로 설정할 수 있는데, 입력된 AC 전압(10)보다 낮게 설정할 경우 PFC 출력전압과 본 발명의 PFC 회로 출력전압 제어 장치의 출력전압 차이를 줄여 일정하게 유지하여 전력 변환 효율을 높일 수 있다.
도 3은 기준전압 범위 내의 입력전압이 인가된 경우를 나타내는 파형도이다.
도 3을 참조하면, 입력된 AC 전압(10)이 반파 정류되어 AC 감지부(100)를 통하여 제어회로부(200)에 전달되고, 기준전압과 비교되어 기준전압 범위를 벗어나지 않을 경우, 제어회로부(200)의 PWM제어에 의해 스위치부(300)가 ON됨으로써 다이오드 브리지(90)를 통해 PFC 회로부(500)로 AC 전압이 입력된 파형을 유지하며 인가될 수 있다.
도 4는 기준전압 범위를 벗어나는 입력전압이 인가된 경우를 나타내는 파형도이다.
도 4를 참조하면, 입력된 AC 전압(10)이 반파 정류되어 AC 감지부(100)를 통하여 제어회로부(200)에 전달되고, 기준전압과 비교되어 기준전압 범위를 벗어나는 경우, 제어회로부(200)의 PWM제어에 의해 스위치부(300)가 OFF됨으로써 기준전압 범위를 벗어나는 AC 전압 부분은 차단되며, 기준전압 범위 내의 AC 전압은 제어회로부(200)의 PWM제어에 의해 스위치부(300)가 ON됨으로써 다이오드 브리지(90)를 통해 PFC 회로부(500)에 인가될 수 있다. 결과적으로 스위치부(300) 뒷단의 AC 전압 파형은 입력된 AC 전압(10)에서 기준전압 범위를 벗어난 부분이 잘린 것처럼 보여질 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 입력된 AC 전압
30 : 제1다이오드
50 : 제2다이오드
70 : 제3다이오드
90 : 다이오드 브리지
100 : AC 감지부
200 : 제어회로부
300 : 스위치부
400 : 전압제어부
500 : PFC 회로부

Claims (12)

  1. 입력된 AC 전압으로부터 정류된 전압을 확인하여 제어회로부 및 전압제어부에 전달하는 AC 감지부;
    상기 AC 감지부로부터 상기 정류된 전압을 전달받아 기준전압과 비교하고, 비교정보를 이용하여 스위치부를 제어하는 제어회로부;
    상기 제어회로부에 의하여 제어되는 스위치부;
    상기 AC 감지부로부터 상기 정류된 전압을 전달받고, PFC 회로부에 정류된 전압 관련 정보를 전달하는 전압제어부; 및
    상기 전압제어부로부터 전달된 상기 정류된 전압 관련 정보를 이용하여 PFC 출력전압을 제어하는 PFC 회로부;
    를 포함하고,
    상기 제어회로부는,
    상기 정류된 전압이 상기 기준전압의 범위를 벗어나는 구간 동안 PWM 제어를 통해 상기 스위치부를 OFF하여 상기 기준전압의 범위를 벗어나는 AC전압을 차단하고,
    상기 정류된 전압이 상기 기준전압의 범위에 속하는 구간 동안 PWM 제어를 통해 상기 스위치부를 ON하여 상기 기준전압의 범위에 속하는 AC전압을 상기 PFC 회로부에 인가하는,
    PFC 회로 출력전압 제어 장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력된 AC 전압은 상기 AC 감지부로 전달되기 전 반파 정류되는 것을 특징으로 하는 PFC 회로 출력전압 제어 장치
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준전압 범위는 상기 입력된 AC 전압의 85%이상 100%이하로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 PFC 회로 출력전압 제어 장치
  5. 제1항에 있어서,
    상기 PFC 회로부는 상기 PFC 출력전압을 상기 입력된 AC 전압보다 낮게 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 PFC 회로 출력전압 제어 장치
  6. 삭제
  7. PFC 회로 출력전압 제어 방법에 있어서,
    입력된 AC 전압으로부터 정류된 전압을 AC 감지부에서 확인하여 제어회로부 및 전압제어부에 전달하는 단계;
    상기 제어회로부가 전달받은 상기 정류된 전압과 기준전압을 비교하여 기준전압 범위를 벗어나는 경우, 스위치부를 제어하여 기준전압 범위 내의 AC 전압만 PFC 회로부에 인가하는 단계;
    상기 전압제어부가 상기 정류된 전압을 전달받고, 정류된 전압 관련 정보를 상기 PFC 회로부에 전달하는 단계; 및
    상기 전압제어부로부터 전달된 상기 정류된 전압 관련 정보를 이용하여 상기 PFC 회로부에서 PFC 출력전압을 제어하는 단계;
    를 포함하는 PFC 회로 출력전압 제어 방법에 있어서,
    상기 인가하는 단계는,
    상기 제어회로부가 상기 정류된 전압이 상기 기준전압의 범위를 벗어나는 구간 동안 PWM 제어를 통해 상기 스위치부를 OFF하여 상기 기준전압의 범위를 벗어나는 AC전압을 차단하는 단계; 및
    상기 제어회로부가 상기 정류된 전압이 상기 기준전압의 범위에 속하는 구간 동안 PWM 제어를 통해 상기 스위치부를 ON하여 상기 기준전압의 범위에 속하는 AC전압을 상기 PFC 회로부에 인가하는 단계;
    를 더 포함하는 PFC 회로 출력전압 제어 방법
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입력된 AC 전압은 상기 AC 감지부로 전달되기 전 반파 정류되는 것을 특징으로 하는 PFC 회로 출력전압 제어 방법
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기준전압 범위는 상기 입력된 AC 전압의 85%이상 100%이하로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 PFC 회로 출력전압 제어 방법
  11. 제7항에 있어서,
    상기 PFC 회로부는 상기 PFC 출력전압을 상기 입력된 AC 전압보다 낮게 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 PFC 회로 출력전압 제어 방법
  12. 삭제
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