KR102040888B1 - High voltage power supply having single switch and control circuit device for the same - Google Patents
High voltage power supply having single switch and control circuit device for the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102040888B1 KR102040888B1 KR1020170081470A KR20170081470A KR102040888B1 KR 102040888 B1 KR102040888 B1 KR 102040888B1 KR 1020170081470 A KR1020170081470 A KR 1020170081470A KR 20170081470 A KR20170081470 A KR 20170081470A KR 102040888 B1 KR102040888 B1 KR 102040888B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- signal
- comparator
- magnitude
- switch
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
-
- 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
-
- 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
-
- Y02B70/1433—
-
- Y02B70/1491—
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 제어 회로 장치는, 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치의 영전압 스위칭을 위한 제어 회로 장치로서, 기 설정된 종류의 전압의 크기의 비교 결과에 대응하는 펄스 전압을 출력하는 제1 비교기와, 제1 비교기로부터 출력된 펄스 전압의 크기에 따라 단일 스위치의 게이트로 온(ON) 신호를 인가하는 타이머부, 및 기 설정된 종류의 전압의 크기의 차이에 대응하는 에러 전압을 출력하는 제2 비교기를 포함하되, 타이머부는 에러 전압의 크기와 온(ON) 신호의 누적 전압의 크기의 비교 결과에 따라 게이트로 인가되는 온 신호를 차단할 수 있다.A control circuit device according to an aspect of the present invention is a control circuit device for zero voltage switching of a high voltage power supply device having a single switch, the pulse voltage corresponding to a comparison result of the magnitude of a predetermined type of voltage. A first comparator for outputting a signal, a timer for applying an ON signal to a gate of a single switch according to the magnitude of a pulse voltage output from the first comparator, and an error corresponding to a difference between magnitudes of a predetermined type of voltage Including a second comparator for outputting a voltage, the timer unit may block the ON signal applied to the gate according to the comparison result of the magnitude of the error voltage and the magnitude of the accumulated voltage of the ON signal.
Description
본 발명의 기술적 사상은 고전압 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단일 스위치를 갖는 공진형 고전압 전원 공급 장치를 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a high voltage power supply, and more particularly, to an apparatus and method for controlling a resonant high voltage power supply having a single switch.
고전압 전원 공급 장치(HVPS: High Voltage Power Supply)는 수 천 볼트 내지 수 만 볼트의 전압을 필요로 하는 기기에 사용될 수 있다. 고전압 전원 공급 장치가 적용되는 기기는 예를 들어, X-ray 발생기, 전기 집진기, 공기 청정기, 프린터 등 그 종류가 매우 다양한다.High voltage power supplies (HVPS) can be used in devices that require voltages of thousands to tens of thousands of volts. Equipment to which a high voltage power supply is applied is very diverse, for example, X-ray generator, electric dust collector, air purifier, printer and the like.
고전압 전원 공급 장치의 전력 변환 방식으로서, 푸시-풀(push-pull) 방식, 하프-브릿지(half-bridge) 방식, 풀 브릿지(full-bridge) 방식, 플라이백(flyback) 방식 등이 존재하며, 이들 중 푸시-풀 방식, 하프-브릿지 방식 및 풀 브릿지 방식은 수십 와트 이상의 전력을 필요로 하는 X-ray 발생기, 전기 집진기, 공기 청정기 등에 적용된다. 또한, 플라이백 방식은 10W 이하의 전력을 필요로 하는 프린터, 이온 발생기 등에 적용된다.As a power conversion method of a high voltage power supply device, there are a push-pull method, a half-bridge method, a full bridge method, a flyback method, and the like. Among them, push-pull, half-bridge, and full-bridge methods are applied to X-ray generators, electrostatic precipitators, and air cleaners that require power of several tens of watts or more. In addition, the flyback method is applied to printers, ion generators, and the like, which require power of 10W or less.
수십 와트 이상의 전력을 필요로 하는 기기에 플라이백 방식을 적용하지 않는 이유는, 플라이백 방식 적용시 반도체 스위치를 2개 이상 적용하여야 하므로, 스위치의 구동에 있어 그리고 소자 수 등에 있어 회로가 복잡해지며, 그 생산 단가가 증가된다는 단점이 있다. 이에, 2개 이상의 반도체 스위치를 기본적으로 채용하는 푸시-풀 방식, 하프-브릿지 방식 및 풀 브릿지 방식이 많이 활용되고 있는 것이다.The reason why the flyback method is not applied to a device that requires more than tens of watts of power is that two or more semiconductor switches must be applied when the flyback method is applied, which complicates the circuit in driving the switch and in the number of elements. The disadvantage is that the production cost is increased. Accordingly, push-pull, half-bridge, and full-bridge methods, which basically employ two or more semiconductor switches, are widely used.
한편, 단일 스위치를 갖는 공진형 고전압 전원 공급 장치의 경우에는, 변압기의 크기가 감소됨에 따라 고주파(약 100KHz 이상)로 스위칭을 하는 것이 가능해질 수 있다. 그러나, 고주파 스위칭을 하는 경우, 스위칭 전력 손실이 발생할 수 있어 구현에 한계가 있으며, 아직까지는 단일 스위치를 갖는 공진형 고전압 전원 공급 장치에 대한 숙련된 개발자가 거의 없다시피 한 상황이므로, 신뢰성 있는 동작을 보장하기가 어렵다는 문제점이 있다. On the other hand, in the case of a resonant high voltage power supply having a single switch, it may be possible to switch to a high frequency (about 100KHz or more) as the size of the transformer is reduced. However, in the case of high frequency switching, switching power loss may occur, which limits implementation. As a result, there are few experienced developers for a resonant high voltage power supply having a single switch. There is a problem that it is difficult to guarantee.
따라서, 단일 스위치를 갖는 공진형 고전압 전원 공급 장치를 간단한 제어 회로를 통해 신뢰성있게 구동시키기 위한 방안이 요구된다.Therefore, a method for reliably driving a resonant high voltage power supply having a single switch through a simple control circuit is required.
본 발명의 기술적 사상에 따른 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치 및 이를 위한 제어 회로 장치가 이루고자 하는 기술적 과제는, 간단한 회로 구성으로 고전압 전원 공급 장치의 영전압 스위칭을 달성하는 데 있다.The technical problem to be achieved by a high voltage power supply having a single switch and a control circuit device therefor according to the technical idea of the present invention is to achieve zero voltage switching of the high voltage power supply with a simple circuit configuration.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치 및 이를 위한 제어 회로 장치가 이루고자 하는 기술적 과제는, 단일 스위치 고전압 전원 공급 장치의 활용성을 향상시키는데 있다.In addition, a technical problem to be achieved by a high voltage power supply having a single switch and a control circuit device therefor according to the technical idea of the present invention is to improve the utilization of the single switch high voltage power supply.
본 발명의 기술적 사상에 따른 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치 및 이를 위한 제어 회로 장치가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the high-voltage power supply having a single switch and a control circuit device for the same according to the technical idea of the present invention is not limited to the above-mentioned problems, another task that is not mentioned from those skilled in the art Will be clearly understood.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 제어 회로 장치는, 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치의 영전압 스위칭을 위한 제어 회로 장치로서, 기 설정된 종류의 전압의 크기의 비교 결과에 대응하는 펄스 전압을 출력하는 제1 비교기; 상기 제1 비교기로부터 출력된 펄스 전압의 크기에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온(ON) 신호를 인가하는 타이머부; 및 기 설정된 종류의 전압의 크기의 차이에 대응하는 에러 전압을 출력하는 제2 비교기를 포함하되, 상기 타이머부는, 상기 에러 전압의 크기와 상기 온(ON) 신호의 누적 전압의 크기의 비교 결과에 따라 상기 게이트로 인가되는 온 신호를 차단한다.A control circuit device according to an aspect of the present invention is a control circuit device for zero voltage switching of a high voltage power supply device having a single switch, the pulse voltage corresponding to a comparison result of the magnitude of a predetermined type of voltage. A first comparator for outputting a; A timer unit applying an ON signal to a gate of the single switch according to the magnitude of the pulse voltage output from the first comparator; And a second comparator configured to output an error voltage corresponding to a difference in magnitude of a preset type of voltage, wherein the timer unit is further configured to compare the magnitude of the error voltage with a magnitude of the accumulated voltage of the ON signal. Accordingly, the on signal applied to the gate is blocked.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 비교기는, 상기 고전압 전원 공급 장치의 입력 전압과 상기 단일 스위치의 양단에 인가되는 스위치 전압의 크기를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 펄스 전압을 출력할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the first comparator may compare an input voltage of the high voltage power supply with a magnitude of a switch voltage applied to both ends of the single switch, and output a pulse voltage indicating a comparison result.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 비교기는, 상기 고전압 전원 공급 장치의 입력 전압이 상기 스위치 전압의 크기보다 크면 제1 상태의 펄스 전압을 출력할 수 있고, 상기 타이머부는, 상기 제1 상태의 펄스 전압에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온 신호를 인가할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the first comparator may output a pulse voltage of a first state when the input voltage of the high voltage power supply is greater than the size of the switch voltage, the timer unit, The on signal may be applied to the gate of the single switch according to the pulse voltage.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 비교기는, 상기 온 신호의 차단으로 인해 상기 단일 스위치가 차단됨에 따라 상기 스위치 전압의 크기가 상기 고전압 전원 공급 장치의 입력 전압의 크기보다 커지면, 제2 상태의 펄스 전압을 출력할 수 있다.According to an exemplary embodiment, when the magnitude of the switch voltage is greater than the magnitude of the input voltage of the high voltage power supply as the single switch is blocked due to the blocking of the on signal, the first comparator may be configured to be in a second state. The pulse voltage can be output.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 타이머부는, 상기 펄스 전압의 상태에 따라 소정 상태의 설정 신호를 출력하는 제1 비교 소자; 제1 상태의 설정 신호에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온 신호를 인가하는 온/오프 제어 소자; 및 상기 누적 전압과 상기 에러 전압을 인가받고, 누적 전압과 에러 전압의 크기의 비교 결과에 따라 상기 온/오프 제어 소자로 리셋 신호를 출력하는 제2 비교 소자를 포함할 수 있다. According to an exemplary embodiment, the timer unit comprises: a first comparison element for outputting a setting signal of a predetermined state according to the state of the pulse voltage; An on / off control element for applying an on signal to a gate of the single switch according to a setting signal of a first state; And a second comparison element receiving the accumulated voltage and the error voltage and outputting a reset signal to the on / off control element according to a result of comparing the magnitude of the accumulated voltage and the error voltage.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 온/오프 제어 소자는, 상기 리셋 신호에 따라 상기 온 신호의 인가를 차단할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the on / off control element may block the application of the on signal in accordance with the reset signal.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 온/오프 제어 소자는, SR 래치 소자를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the on / off control element may include an SR latch element.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제어 회로 장치는, 상기 온 신호의 전압을 누적하여 상기 타이머부로 전달하는 적분기를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control circuit device may further include an integrator that accumulates and transmits the voltage of the on signal to the timer unit.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제어 회로 장치는, 상기 제1 비교기로부터 출력되는 펄스 전압을 지연시키는 지연기를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control circuit device may further include a delayer for delaying the pulse voltage output from the first comparator.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제어 회로 장치는, 상기 타이머부로부터 출력되는 온 신호를 상기 단일 스위치의 게이트로 전달하는 CMOS 인버터를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control circuit device may further include a CMOS inverter for transmitting the ON signal output from the timer unit to the gate of the single switch.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 고전압 전원 공급 장치는, 입력 전압의 제1 노드에 연결되는 LLC 컨버터; 상기 입력 전압의 제2 노드에 연결되는 단일 스위치; 상기 LLC 컨버터의 변압기의 2차측에 연결되는 전압 증폭기; 및 상기 단일 스위치의 게이트 단자에 연결되어 상기 단일 스위치의 스위칭을 제어하는 제어 회로를 포함한다.According to another aspect of the inventive concept, a high voltage power supply may include: an LLC converter connected to a first node of an input voltage; A single switch connected to the second node of the input voltage; A voltage amplifier connected to the secondary side of the transformer of the LLC converter; And a control circuit connected to the gate terminal of the single switch to control switching of the single switch.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 입력 전압과 상기 단일 스위치의 양단에 인가되는 스위치 전압의 크기를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 펄스 전압을 출력하는 제1 비교기; 상기 제1 비교기로부터 출력된 펄스 전압의 크기에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온(ON) 신호를 인가하는 타이머부; 및 상기 고전압 전원 공급 장치의 출력 전압과 미리 설정된 기준 전압의 차이에 대응하는 에러 전압을 출력하는 제2 비교기를 포함할 수 있되, 상기 타이머부는, 상기 에러 전압의 크기와 상기 온(ON) 신호의 누적 전압의 크기의 비교 결과에 따라 상기 게이트로 인가되는 온 신호를 차단할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control circuit may include: a first comparator comparing the input voltage with a magnitude of a switch voltage applied across the single switch and outputting a pulse voltage indicating a comparison result; A timer unit applying an ON signal to a gate of the single switch according to the magnitude of the pulse voltage output from the first comparator; And a second comparator configured to output an error voltage corresponding to a difference between an output voltage of the high voltage power supply and a preset reference voltage, wherein the timer unit includes a magnitude of the error voltage and an ON signal. The on signal applied to the gate may be blocked according to the comparison result of the magnitude of the accumulated voltage.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 비교기는, 상기 입력 전압이 상기 스위치 전압의 크기보다 크면 제1 상태의 펄스 전압을 출력할 수 있고, 상기 타이머부는, 상기 제1 상태의 펄스 전압에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온 신호를 인가할 수 있다.In example embodiments, the first comparator may output a pulse voltage in a first state when the input voltage is greater than a magnitude of the switch voltage, and the timer unit may be configured according to the pulse voltage of the first state. The on signal can be applied to the gate of a single switch.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 비교기는, 상기 온 신호의 차단으로 인해 상기 단일 스위치가 차단됨에 따라 상기 스위치 전압의 크기가 상기 입력 전압의 크기보다 커지면, 제2 상태의 펄스 전압을 출력할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the first comparator may output a pulse voltage of a second state when the size of the switch voltage is greater than that of the input voltage as the single switch is blocked due to the blocking of the on signal. Can be.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 타이머부는, 상기 펄스 전압의 상태에 따라 소정 상태의 설정 신호를 출력하는 제1 비교 소자; 제1 상태의 설정 신호에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온 신호를 인가하는 온/오프 제어 소자; 및 상기 누적 전압과 상기 에러 전압을 인가받고, 누적 전압과 에러 전압의 크기의 비교 결과에 따라 상기 온/오프 제어 소자로 리셋 신호를 출력하는 제2 비교 소자를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the timer unit comprises: a first comparison element for outputting a setting signal of a predetermined state according to the state of the pulse voltage; An on / off control element for applying an on signal to a gate of the single switch according to a setting signal of a first state; And a second comparison element receiving the accumulated voltage and the error voltage and outputting a reset signal to the on / off control element according to a result of comparing the magnitude of the accumulated voltage and the error voltage.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 온 신호의 전압을 누적하여 상기 타이머부로 전달하는 적분기를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control circuit may further include an integrator that accumulates and transmits the voltage of the on signal to the timer unit.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 제1 비교기로부터 출력되는 펄스 전압을 지연시키는 지연기를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control circuit may further include a delayer for delaying the pulse voltage output from the first comparator.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 타이머부로부터 출력되는 온 신호를 상기 단일 스위치의 게이트로 전달하는 CMOS 인버터를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the electronic device may further include a CMOS inverter configured to transfer an ON signal output from the timer unit to a gate of the single switch.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치 및 이를 위한 제어 회로 장치는, 간단한 회로 구성으로 고전압 전원 공급 장치의 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.The high voltage power supply device having a single switch and the control circuit device therefor according to the embodiments of the inventive concept can achieve zero voltage switching of the high voltage power supply with a simple circuit configuration.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치 및 이를 위한 제어 회로 장치는, 단일 스위치 고전압 전원 공급 장치의 활용성을 향상시킬 수 있다.In addition, a high voltage power supply having a single switch and a control circuit device therefor according to embodiments of the inventive concept may improve the utility of the single switch high voltage power supply.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치 및 이를 위한 제어 회로 장치는, 고주파 스위칭으로 변압기의 크기를 감소시킬 수 있다.In addition, the high voltage power supply apparatus having a single switch and the control circuit apparatus therefor according to the embodiments of the inventive concept may reduce the size of the transformer by high frequency switching.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 단일 스위치를 갖는 고전압 전원 공급 장치 및 이를 위한 제어 회로 장치는, 배압 회로의 커패시터의 용량을 감소시킬 수 있다.In addition, the high voltage power supply apparatus having a single switch and the control circuit apparatus therefor according to the embodiments of the inventive concept may reduce the capacitance of the capacitor of the back voltage circuit.
본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 스위치의 스위칭 동작에 따라 발생하는 전력 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 소프트 스위칭의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 제어 회로가 적용되는 고전압 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 제어 회로의 회로도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제어 회로의 주요 노드에서 측정된 전압 및 전류를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 고전압 전원 공급 장치의 동작 모드별 등가 회로를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 고전압 전원 공급 장치에 대한 실험 결과를 도시하는 도면들이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to better understand the drawings referred to herein, a brief description of each drawing is provided.
1 is a view for explaining the power loss caused by the switching operation of the switch.
2 is a view for explaining the concept of soft switching.
3 is a circuit diagram of a high voltage power supply to which a control circuit according to an embodiment of the inventive concept is applied.
4 is a circuit diagram of a control circuit according to an embodiment of the inventive concept.
FIG. 5 is a diagram showing voltages and currents measured at main nodes of the control circuit shown in FIG. 4.
6A to 6D are diagrams for describing an equivalent circuit for each operation mode of a high voltage power supply device according to an embodiment of the inventive concept.
FIG. 7 is a diagram illustrating experimental results of a high voltage power supply device according to an embodiment of the inventive concept.
본 발명의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 기술적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The technical spirit of the present invention may be variously modified and have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the technical spirit of the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the scope of the technical spirit of the present invention.
본 발명의 기술적 사상을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 기술적 사상의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.In describing the technical idea of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the technical idea of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, numerals (eg, first, second, etc.) used in the description process of the present specification are merely identification symbols for distinguishing one component from another component.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in the present specification, when one component is referred to as "connected" or "connected" with another component, the one component may be directly connected or directly connected to the other component, but in particular It is to be understood that, unless there is an opposite substrate, it may be connected or connected via another component in the middle.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the terms "~ unit", "~ group", "~ ruler", "~ module" as used herein refers to a unit for processing at least one function or operation, which means hardware or software or hardware and It can be implemented in a combination of software.
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.In addition, it is intended to clarify that the division of the components in the present specification is only divided by the main function of each component. That is, two or more components to be described below may be combined into one component, or one component may be provided divided into two or more for each function. Each of the components to be described below may additionally perform some or all of the functions of other components in addition to the main functions of the components, and some of the main functions of each of the components are different. Of course, it may be carried out exclusively by.
이하, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the spirit of the present invention will be described in detail.
도 1은 스위치의 스위칭 동작에 따라 발생하는 전력 손실을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 전력 손실을 방지하기 위한 소프트 스위칭(soft switching)의 개념을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the power loss generated by the switching operation of the switch, Figure 2 is a view for explaining the concept of soft switching (soft switching) to prevent the power loss.
도 1에서 G1 그래프는 스위치의 게이트에 인가되는 전압을 도시하고 있고, G2 그래프는 스위치의 온/오프에 따라 스위치의 양단에 인가되는 전압과 전류의 파형을 도시하고 있고, G3 그래프은 스위치의 양단에 인가되는 전압과 전류에 따라 스위치에서 소비되는 전력을 도시하고 있다.In FIG. 1, the G1 graph shows a voltage applied to the gate of the switch, and the G2 graph shows a waveform of voltage and current applied to both ends of the switch according to on / off of the switch, and the G3 graph shows both ends of the switch. The power dissipated in the switch depends on the voltage and current applied.
G1 그래프에서 게이트에 전압이 인가되어 스위치가 턴 온(turn on) 되면, G2 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 스위치 전류가 상승하게 되는데, 이 경우 스위치 전압이 계속적으로 스위치의 양단에 인가되고 있기 때문에 G3 그래프와 같이, 전력 손실이 발생하게 된다.When the switch is turned on due to the voltage applied to the gate in the G1 graph, as shown in the G2 graph, the switch current increases, in which case the switch voltage is continuously applied across both ends of the switch. As in the G3 graph, power loss occurs.
이러한 전력 손실을 방지하기 위해 소프트 스위칭(soft switching) 방법이 요구되는데, 이상적인 소프트 스위칭에서는 스위치가 턴 오프(turn off)되는 경우, 스위치에 인가되는 전압이 최대치가 되고, 스위치가 턴 온이 되기 직전에 스위치에 인가되는 전압이 0으로 하강하게 된다. 그리고, 스위치가 턴 온이 된 후에 스위치 전류가 최대치로 상승하기 때문에 이상적으로는 전력 손실이 발생하지 않게 된다.Soft switching is required to prevent this loss of power. In ideal soft switching, when the switch is turned off, the voltage applied to the switch is at its maximum and immediately before the switch is turned on. The voltage applied to the switch drops to zero. Since the switch current rises to the maximum value after the switch is turned on, ideally, no power loss occurs.
본 발명의 일 실시예에서는 Op-Amp, 타이머 등의 간단한 회로만으로 소프트 스위칭을 달성할 수 있는데, 이에 대해서는 도 3 이하를 참조하여 설명한다.In the exemplary embodiment of the present invention, soft switching may be achieved using only a simple circuit such as an op amp or a timer, which will be described below with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 제어 회로가 적용될 수 있는 고전압 전원 공급 장치(300)의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a high
도 3을 참조하면, 입력 전압(Vin)의 제1 단자(a1)에는 LLC 컨버터(330)가 연결되며, 입력 전압(Vin)의 제2 단자(a2)에는 단일 스위치(310)가 연결된다. 입력 전압(Vin)은 예를 들어, DC(Direct Current) 전압원일 수 있다. Referring to FIG. 3, the
LLC 컨버터(330)는 공진 커패시터(Cr), 공진 인덕터(Lr), 자화 인덕터(Lm) 및 변압기(338)로 이루어져 있으며, 변압기(338)의 2차측에는 적어도 하나의 다이오드(D1, D2)와 커패시터(351, 357)를 포함하는 전압 증폭기(350)가 연결된다.The
스위치(310)는 예를 들어, MOSFET 반도체 등으로 구성될 수 있으며, 스위치(310)의 스위칭 동작, 및 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr)의 공진 동작에 따라 2차측의 부하(R0)에 출력 전압(Vo)이 인가된다. The
본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에서는, 전압 증폭기(350)가 제1 커패시터(351), 제2 커패시터(357), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)로 이루어진 전압 더블러인 것으로 도시하고 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이다. 전압 증폭기(350)는 다양한 구조의 전압 멀티플라이어로 구현될 수 있다.According to an embodiment of the inventive concept, the
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 제어 회로 장치는 스위치(310)의 게이트 단자(313)에 연결되어 스위치(310)의 온 및 오프를 제어할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제어 회로 장치는 게이트 단자(313)로의 전압 인가 또는 차단을 통해 고전압 전원 공급 장치(300)의 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.The control circuit device according to an embodiment of the inventive concept may be connected to the
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 제어 회로(400)의 회로도이고, 도 5는 도 4에 도시된 제어 회로(400)의 주요 노드에서 측정된 전압 및 전류를 나타내는 도면이다.4 is a circuit diagram of a
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 회로(400)는 제1 비교기(410), 타이머부(430), 제2 비교기(420) 및 적분기(440)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 제어 회로(400)는 구현예에 따라서 지연기(450) 및 CMOS 인버터(460)를 더 포함할 수도 있다.Referring to FIG. 4, the
도 4는 도면의 명확성을 위해 고전압 전원 공급 장치(300)를 간략하게 도시하고 있지만, 예를 들어, 도 3에 도시된 고전압 전원 공급 장치(300)의 스위치(310)의 게이트 단자(313)가 제어 회로(400)의 출력 측에 연결될 수 있다.Although FIG. 4 briefly illustrates the high
제1 비교기(410)는 기 설정된 종류의 전압의 크기의 비교 결과를 나타내는 펄스 전압(Vpulse)을 출력한다. 예를 들어, 제1 비교기(410)는 제1 센서(401)에 의해 측정되는 고전압 전원 공급 장치(300)의 입력 전압(Vin)의 크기와 제2 센서(403)에 의해 측정되는 단일 스위치(310)의 양단에 인가되는 스위치 전압(Vds)의 크기를 비교 소자(412)를 통해 비교하고, 비교 결과에 대응하는 소정 상태의 펄스 전압(Vpulse)을 출력할 수 있다. The
비교 소자(412)는 예를 들어, Op-Amp를 포함할 수 있다. 또한, 제1 센서(401)는 고전압 전원 공급 장치(400)의 입력 전압(Vin)의 단자에 연결되고, 제2 센서(403)는 스위치(310)의 양단 사이에 연결되어 각각 입력 전압(Vin)과 스위치 전압(Vds)을 인가받을 수 있다.The
비교 소자(412)는 입력 전압(Vin)의 크기가 스위치 전압(Vds)의 크기보다 크면 제1 상태(예를 들어, 하이(high) 상태)의 펄스 전압(Vpulse)을 출력하고, 입력 전압(Vin)의 크기가 스위치 전압(Vds)의 크기보다 작으면 제2 상태(예를 들어, 로우(low) 상태)의 펄스 전압(Vpulse)을 출력한다. 최초 입력 전압(Vin)이 인가되면, 스위치(310)는 턴 오프되어 있는 상태이므로, 스위치 전압(Vds)의 크기는 0이며, 이에 따라 제1 상태의 펄스 전압(Vpulse)이 출력된다.The
타이머부(430)는 제1 비교기(410)로부터 출력되는 펄스 전압(Vpulse)의 상태에 따라 단일 스위치(310)의 게이트(313)로 온 신호를 인가하여 단일 스위치(310)를 턴 온시킨다. 타이머부(430)의 동작에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.The
제2 비교기(420)는 기 설정된 종류의 전압의 크기의 차이에 대응하는 에러 전압(Ve)을 출력한다. 예를 들어, 제2 비교기(420)는 비교 소자(422)를 통해 제3 센서(405)의 의해 측정되는 고전압 전원 공급 장치(300)의 출력 전압(Vo)의 크기와 기 설정된 기준 전압(Vref)의 크기 사이의 차이에 해당하는 에러 전압(Ve)을 출력한다. 제2 비교기(420)의 비교 소자(422)는 Op-Amp로 이루어질 수 있다. 또한, 제3 센서(405)는 고전압 전원 공급 장치(300)의 부하(Ro)에 연결되어 출력 전압(Vo)을 인가받을 수 있다.The
적분기(440)는 타이머부(430)로부터 출력되는 온 신호의 전압을 누적하여 타이머부(430)로 전달한다. 도시된 바와 같이, 적분기(440)는 VCCS (전압 조정 전류원, Voltage Controlled Current Source)(442), 방전용 트랜지스터(444) 및 커패시터(446)로 이루어질 수 있는데, 적분기(440)의 구조는 이에 한정되지 않으며, 인가되는 전압을 누적할 수 있는 다양한 형태의 회로가 이용될 수 있다.The
앞서 설명한 바와 같이, 타이머부(430)는 제1 비교기(410)의 펄스 전압(Vpulse)의 상태에 따라 단일 스위치(310)의 게이트(313)로 온 신호를 인가하는데, 이를 위해, 타이머부(430)는 제1 비교 소자(431), 제2 비교 소자(433) 및 온/오프 제어 소자(435)를 포함할 수 있다. 상기 제1 비교 소자(431)와 제2 비교 소자(433)는 Op-Amp로 이루어질 수 있으며, 상기 온/오프 제어 소자(435)는 SR 래치 소자로 이루어질 수 있다.As described above, the
제1 비교 소자(431)의 어느 하나의 단자로는 제1 비교기(410)의 펄스 전압(Vpulse)이 입력되고, 제1 비교 소자(431)의 다른 하나의 단자로는 Vcc로부터 유도되는 기 설정된 크기의 전압이 인가된다. 제1 비교기(410)로부터 출력된 제1 상태의 펄스 전압(Vpulse)이 제1 비교 소자(431)로 인가되면, 제1 비교 소자(431)는 제1 상태(예를 들어, 하이 상태)의 설정 신호를 온/오프 제어 소자(435)로 전달된다. The pulse voltage Vpulse of the
제2 비교 소자(433)의 어느 하나의 단자로는 제2 비교기(420)로부터의 출력인 에러 전압(Ve)이 인가되고, 다른 하나의 단자로는 적분기(440)로부터의 출력인 누적 전압(Vint)이 인가된다. 시간이 지남에 따라 누적 전압(Vint)이 점점 증가하여 에러 전압(Ve)의 크기와 동일해지면, 제2 비교 소자(433)는 리셋 신호를 온/오프 제어 소자(435)로 출력한다.An error voltage Ve, which is an output from the
온/오프 제어 소자(435)는 제1 비교 소자(431)로부터 제1 상태의 설정 신호가 수신되면, 게이트(313)로 온 신호를 전송하는데, 이후, 제2 비교 소자(433)에 의해 리셋 신호가 출력되면, 온 신호의 인가를 차단하여 단일 스위치(310)를 턴 오프시킨다. 이에 따라 적분기(440)의 누적 전압(Vint)은 초기화되고, 제2 비교 소자(433)로부터 더 이상 리셋 신호가 출력되지 않는다.The on / off
단일 스위치(310)가 턴 오프되면, 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr)의 공진에 따라 스위치(310)의 양단에 인가되는 스위치 전압(Vds)의 크기가 점점 증가하게 되는데, 이 스위치 전압(Vds)의 크기가 입력 전압(Vin)의 크기보다 커지면, 제1 비교기(410)는 제2 상태(예를 들어, 로우(low) 상태)의 펄스 전압(Vpulse)을 출력하고, 제2 상태의 펄스 전압(Vpulse)을 수신한 제1 비교 소자(431)는 제2 상태(예를 들어, 로우 상태)의 설정 신호를 온/오프 제어 소자(435)로 전달한다. 온/오프 제어 소자(435)는 제2 상태의 설정 신호에 따라 게이트(313)로의 온 신호 차단 상태를 유지한다.When the
그 후, 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr)의 공진이 종료되면, 스위치 전압(Vds)의 크기가 감소하게 되고, 스위치 전압(Vds)의 크기가 입력 전압(Vin)의 크기보다 낮아지면 제1 비교기(410)는 제1 상태의 펄스 전압(Vpulse)을 다시 출력하여 결국, 스위치(310)가 턴 온되도록 한다.After that, when the resonance of the resonant capacitor Cr and the resonant inductor Lr ends, the magnitude of the switch voltage Vds decreases, and when the magnitude of the switch voltage Vds becomes lower than the magnitude of the input voltage Vin. The
상기 설명한 제어 회로(400)의 동작을 시간 순서에 따라 설명하면 다음과 같다.The operation of the above-described
1) 최초 입력 전압(Vin)이 인가되면, 스위치(310)는 턴 오프 상태이므로 스위치 전압(Vds)은 0이고, 그에 따라 제1 비교기(410)에서 제1 상태의 펄스 전압(Vpulse)이 출력된다.1) When the first input voltage Vin is applied, since the
2) 제1 상태의 펄스 전압(Vpulse)이 출력되었으므로, 온/오프 제어 소자(435)로부터 온 신호가 게이트(313)에 인가되어 스위치(310)가 턴 온된다.2) Since the pulse voltage Vpulse of the first state is output, a signal from the on / off
3) 온 신호가 게이트(313)에 인가되고 있으므로, 적분기(440)에 의해 온 신호의 전압이 누적되고, 이에 따라 누적 전압(Vint)이 선형적으로 증가한다.3) Since the on signal is applied to the
4) 누적 전압(Vint)이 에러 전압(Ve)에 도달하면, 제2 비교 소자(433)로부터 리셋 신호가 출력되어 온/오프 제어 소자(435)에 인가된다.4) When the accumulated voltage Vin reaches the error voltage Ve, a reset signal is output from the
5) 리셋 신호가 온/오프 제어 소자(435)에 인가되면, 게이트(313)로 인가되는 온 신호는 차단되고 이에 따라 적분기(440)는 초기화되며, 스위치(310)는 턴 오프된다. 스위치(310)의 턴 온시간은 에러 전압(Ve)의 크기에 비례하는 것을 알 수 있다.5) When the reset signal is applied to the on / off
6) 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr)의 공진에 따라 스위치 전압(Vds)이 증가하게 되고, 스위치 전압(Vds)이 입력 전압(Vin)의 크기보다 커지면, 제1 비교기(410)로부터 제2 상태의 펄스 전압(Vpulse)이 출력된다.6) When the switch voltage Vds increases with the resonance of the resonant capacitor Cr and the resonant inductor Lr, and the switch voltage Vds becomes larger than the magnitude of the input voltage Vin, from the
7) 공진 완료 후, 스위치 전압(Vds)이 입력 전압(Vin)의 크기보다 작아지게 되면, 제1 비교기(410)로부터 제1 상태의 펄스 전압(Vpulse)이 출력되고, 그에 따라 스위치(310)가 턴 온된다. 이후, 3) 단계 내지 7) 단계가 반복적으로 수행된다.7) After the resonance is completed, when the switch voltage Vds becomes smaller than the magnitude of the input voltage Vin, the pulse voltage Vpulse of the first state is output from the
앞서 설명한 바와 같이, 제어 회로(400)는 지연기(450) 및 CMOS 인버터(460)를 더 포함할 수 있는데. 지연기(450)는 제1 비교기(410)로부터 출력되는 펄스 전압(Vpulse)을 지연시켜 온/오프 제어 소자(435)로 인가되는 신호들의 타이밍을 조절한다. 또한, CMOS 인버터(460)는 온/오프 제어 소자(435)로부터 출력되는 온 신호를 레벨 시프트 없이 게이트(313)에 인가하기 위해 마련된다.As described above, the
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 제어 회로(400)가 적용된 고전압 전원 공급 장치(300)의 동작 모드별 등가 회로를 설명하기 위한 도면들이다. 6A to 6D are diagrams for describing an equivalent circuit for each operation mode of the high voltage
Mode 1: T0 - T1Mode 1: T0-T1
시간 t가 T0때 게이트(313)에 전압(Vgate)이 인가되므로, 스위치(310)는 턴 온되고, 제1 다이오드(D1)는 턴 온되며, 제2 다이오드(D2)는 턴 오프된다. 자화 인덕터(Lm)의 인덕턴스 Lm은 리플(ripple)을 무시할 정도로 큰 것으로 가정한다.Since the voltage Vgate is applied to the
자화 인덕터(Lm)를 흐르는 자화 전류(ILm)는 상수(ILm = Iin = Po/Vin가 되고, 공진 커패시터(Cr)에 인가되는 전압 역시 상수(Vcr(t) = -Vin)가 된다. 자화 인덕터(Lm)에 인가되는 전압은 제1 다이오드(D1)의 턴 온으로 인해 (Vo - Vc)/N으로 클램핑된다.The magnetization current I Lm flowing through the magnetization inductor Lm becomes a constant I Lm = Iin = Po / Vin, and the voltage applied to the resonance capacitor Cr also becomes a constant Vcr (t) = − Vin. The voltage applied to the magnetizing inductor Lm is clamped to (Vo-Vc) / N due to the turn-on of the first diode D1.
공진 인덕터(Lr)에 흐르는 전류(ILr(t)) 및 제1 다이오드(D1)에 흐르는 전류(ID1(t))는 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.The current I Lr (t) flowing through the resonant inductor Lr and the current I D1 (t) flowing through the first diode D1 may be expressed by
시간 t가 T1이 되면, 스위치(310)는 턴 오프되고, ILr(t)는 피크 값이된다.When time t reaches T1,
Mode 2: T1 - T2Mode 2: T1-T2
t가 T1이 되면, 스위치(310)는 턴 오프되어 있는 상태이고, 제1 다이오드(D1)는 턴 온 되어 있는 상태이고, 제2 다이오드(D2)는 턴 오프 되어있는 상태이다. 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr)의 공진이 발생하게 되어, 공진 인덕터(Lr)에 흐르는 전류(ILr)는 감소하고, 스위치 전압(Vds)은 증가한다.When t becomes T1, the
자화 인덕터(Lm)에 인가되는 전압은, 제1 다이오드(D1)가 턴 온되어 있으므로, (Vo-Vc)/N으로 클램핑된다.The voltage applied to the magnetizing inductor Lm is clamped to (Vo-Vc) / N since the first diode D1 is turned on.
공진 인덕터(Lr)에 흐르는 전류(ILr(t))와 공진 커패시터(Cr)에 인가되는 전압(Vcr(t))의 크기는 아래의 수학식 2로 표현될 수 있다.The magnitude of the current I Lr (t) flowing through the resonant inductor Lr and the voltage Vcr (t) applied to the resonant capacitor Cr may be expressed by
, 여기서 초기 조건으로서, ILr(0)은 ILr의 피크 값, Vcr(0)은 -Vin이다. 또한 Cr은 공진 커패시터의 커패시턴스이다. , Where as an initial condition, I Lr (0) is the peak value of I Lr and Vcr (0) is -Vin. Cr is also the capacitance of the resonant capacitor.
t가 T2가 되면, ILr은 ILm까지 감소하게 되고, 모드 2는 종료된다.If t is the T2, I Lr is reduced to I Lm, mode 2 is terminated.
Mode 3: T2 - T3Mode 3: T2-T3
t가 T2가 되면, 제1 다이오드(D1)는 턴 오프되고, 제2 다이오드(D2)는 턴 온된다. 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr) 사이의 공진이 계속 유지되고 있으므로, ILr은 감소하고, Vcr은 증가하여 피크에 도달한 후, 다시 감소한다. 제2 다이오드(D2)가 턴 온되어 있으므로, 자화 인덕터(Lm)에 인가되는 전압은 -Vc/N으로 클램핑된다.When t becomes T2, the first diode D1 is turned off and the second diode D2 is turned on. Since the resonance between the resonant capacitor Cr and the resonant inductor Lr continues to be maintained, I Lr decreases, Vcr increases to reach the peak, and then decreases again. Since the second diode D2 is turned on, the voltage applied to the magnetizing inductor Lm is clamped to -Vc / N.
공진 인덕터(Lr)에 흐르는 전류(ILr(t))와 공진 커패시터(Cr)에 인가되는 전압(Vcr(t))은 아래의 수학식 3으로 표현될 수 있다.The current I Lr (t) flowing through the resonant inductor Lr and the voltage Vcr (t) applied to the resonant capacitor Cr may be expressed by Equation 3 below.
, 초기 조건으로서, ILr(0)은 Iin이고, Vcr(0)은 Vcr(T2)이다. , As an initial condition, I Lr (0) is Iin and Vcr (0) is Vcr (T2).
스위치 전압(Vds = Vin + Vcr)은 피크에 도달하고, 그 후, 0까지 감소된다. t가 T3에 도달하면, 스위치 전압(Vds)은 0으로 감소하게 되고, 모드 3은 종료된다.The switch voltage (Vds = Vin + Vcr) reaches a peak and then decreases to zero. When t reaches T3, the switch voltage Vds decreases to zero, and mode 3 ends.
Mode 4: T3 - T4Mode 4: T3-T4
모드 4에서 영전압 스위칭이 발생한다. t가 T3이 되면, 제1 다이오드(D1)는 턴 오프되고, 제2 다이오드(D2)는 턴 온되며, 스위치(310)의 안티-패러렐(anti-parallel) 다이오드는 통전된다. 스위치 전압(Vds)는 0으로 유지된다.In mode 4 zero voltage switching occurs. When t becomes T3, the first diode D1 is turned off, the second diode D2 is turned on, and the anti-parallel diode of the
공진 인덕터(Lr)에 흐르는 전류(ILr(t))는 선형적으로 증가하고, 공진 커패시터(Cr)에 인가되는 전압(Vcr(t))은 -Vin으로 유지된다. 공진 인덕터(Lr)에 흐르는 전류(ILr(t))는 아래의 수학식 4로 표현될 수 있다.The current I Lr (t) flowing in the resonant inductor Lr increases linearly, and the voltage Vcr (t) applied to the resonant capacitor Cr is maintained at −Vin. The current I Lr (t) flowing through the resonant inductor Lr may be expressed by Equation 4 below.
t가 T4가 되면, 제1 다이오드(D1)는 턴 온되고, 제2 다이오드(D2)는 턴 오프된다. 이후 모드 1부터 다시 수행된다.When t becomes T4, the first diode D1 is turned on and the second diode D2 is turned off. After that, the mode is executed again.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 제어 회로(400)가 적용된 고전압 전원 공급 장치(300)에 대한 실험 결과를 도시하는 도면들이다. 도 7의 (a) 내지 도 7의 (d)에서 I(MOS1)은 스위치(310)에 흐르는 전류이다.FIG. 7 is a diagram illustrating experimental results of a high voltage
도 7의 (a)는 입력 전압(Vin)이 24V이고, 부하의 저항(Ro)이 1350*1016Ω일 때 측정된 그래프로서, 출력 전압(Vo)이 60kV로 레귤레이션되고, 스위칭 주파수는 132kHz이며, 스위치(310)의 턴 오프 시간 간격은 1.4us이고, 스위치(310)의 턴 온 시간 간격은 5.9us인 것으로 측정되었다.FIG. 7A is a graph measured when the input voltage Vin is 24V and the load Ro is 1350 * 10 16 Ω. The output voltage Vo is regulated to 60kV and the switching frequency is 132 kHz. The turn-off time interval of the
도 7의 (b)는 입력 전압이 21V이고, 부하의 저항이 1350*1016Ω일 때 측정된 그래프로서, 출력 전압(Vo)이 60kV로 레귤레이션되고, 스위칭 주파수는 135kHz이며, 스위치(310)의 턴 오프 시간 간격은 1.35us이고, 스위치(310)의 턴 온 시간 간격은 6.0us인 것으로 측정되었다.7B is a graph measured when the input voltage is 21V and the resistance of the load is 1350 * 10 16 Ω. The output voltage Vo is regulated to 60kV, the switching frequency is 135kHz, and the
도 7의 (c)는 입력 전압이 24V이고, 부하의 저항이 1350*1010Ω일 때 측정된 그래프로서, 출력 전압(Vo)이 60kV로 레귤레이션되고, 스위칭 주파수는 126kHz이며, 스위치(310)의 턴 오프 시간 간격은 1.43us이고, 스위치(310)의 턴 온 시간 간격은 6.50us인 것으로 측정되었다.7C is a graph measured when the input voltage is 24V and the resistance of the load is 1350 * 10 10 Ω. The output voltage Vo is regulated to 60kV, the switching frequency is 126kHz, and the
도 7의 (d)는 입력 전압이 26.5V이고, 부하의 저항이 1350*1016Ω일 때 측정된 그래프로서, 출력 전압(Vo)이 60kV로 레귤레이션되고, 스위칭 주파수는 162kHz이며, 스위치(310)의 턴 오프 시간 간격은 1.4us이고, 스위치(310)의 턴 온 시간 간격은 4.75us인 것으로 측정되었다. 도 7의 (a) 내지 도 7의 (d)에서는 모두 영전압 스위칭이 달성된 것으로 확인되었다.FIG. 7D is a graph measured when the input voltage is 26.5 V and the load resistance is 1350 * 10 16 Ω. The output voltage Vo is regulated to 60 kV, and the switching frequency is 162 kHz. The turn-off time interval of) is 1.4us, and the turn-on time interval of the
이상, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.As mentioned above, although the technical idea of the present invention has been described in detail with reference to a preferred embodiment, the technical idea of the present invention is not limited to the above embodiments, and having ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Many modifications and variations are possible.
300: 고전압 전원 공급 장치
310: 단일 스위치
330: LLC 컨버터
338: 변압기
350: 전압 증폭기
400: 제어 회로
410: 제1 비교기
420: 제2 비교기
430: 타이머부
440: 적분기
450: 지연기
460: CMOS 인버터300: high voltage power supply
310: single switch
330: LLC converter
338: transformer
350: voltage amplifier
400: control circuit
410: first comparator
420: second comparator
430: timer unit
440: integrator
450: delay
460: CMOS inverter
Claims (18)
상기 고전압 전원 공급 장치의 입력 전압과 상기 단일 스위치의 양단에 인가되는 스위치 전압의 크기를 비교하고, 비교 결과에 대응하는 펄스 전압을 출력하는 제1 비교기;
상기 제1 비교기로부터 출력된 펄스 전압의 크기에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온(ON) 신호를 인가하는 타이머부; 및
상기 고전압 전원 공급 장치의 출력 전압과 미리 설정된 기준 전압의 크기의 차이에 대응하는 에러 전압을 출력하는 제2 비교기를 포함하되,
상기 타이머부는, 상기 제2 비교기로부터 출력되는 상기 에러 전압의 크기와 상기 온(ON) 신호의 누적 전압의 크기의 비교 결과에 따라 상기 게이트로 인가되는 온 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
A control circuit arrangement for zero voltage switching of a high voltage power supply having a single switch,
A first comparator comparing the input voltage of the high voltage power supply with a magnitude of the switch voltage applied to both ends of the single switch, and outputting a pulse voltage corresponding to the comparison result;
A timer unit applying an ON signal to a gate of the single switch according to the magnitude of the pulse voltage output from the first comparator; And
And a second comparator configured to output an error voltage corresponding to a difference between an output voltage of the high voltage power supply and a preset reference voltage.
The timer unit cuts off an ON signal applied to the gate according to a result of comparing the magnitude of the error voltage output from the second comparator with the magnitude of the accumulated voltage of the ON signal. .
상기 제1 비교기는,
상기 고전압 전원 공급 장치의 입력 전압이 상기 스위치 전압의 크기보다 크면 제1 상태의 펄스 전압을 출력하고,
상기 타이머부는,
상기 제1 상태의 펄스 전압에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
The method of claim 1,
The first comparator,
If the input voltage of the high voltage power supply is greater than the size of the switch voltage, and outputs a pulse voltage of the first state,
The timer unit,
And an on signal is applied to the gate of the single switch according to the pulse voltage of the first state.
상기 제1 비교기는,
상기 온 신호의 차단으로 인해 상기 단일 스위치가 차단됨에 따라 상기 스위치 전압의 크기가 상기 고전압 전원 공급 장치의 입력 전압의 크기보다 커지면, 제2 상태의 펄스 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
The method of claim 1,
The first comparator,
And outputting a pulse voltage in a second state when the size of the switch voltage is greater than the input voltage of the high voltage power supply as the single switch is blocked due to the blocking of the on signal.
상기 타이머부는,
상기 펄스 전압의 상태에 따라 소정 상태의 설정 신호를 출력하는 제1 비교 소자;
제1 상태의 설정 신호에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온 신호를 인가하는 온/오프 제어 소자; 및
상기 누적 전압과 상기 에러 전압을 인가받고, 누적 전압과 에러 전압의 크기의 비교 결과에 따라 상기 온/오프 제어 소자로 리셋 신호를 출력하는 제2 비교 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
The method of claim 1,
The timer unit,
A first comparing element which outputs a setting signal of a predetermined state according to the state of the pulse voltage;
An on / off control element for applying an on signal to a gate of the single switch according to a setting signal of a first state; And
And a second comparison element receiving the accumulated voltage and the error voltage and outputting a reset signal to the on / off control element according to a comparison result of the magnitude of the accumulated voltage and the error voltage.
상기 온/오프 제어 소자는,
상기 리셋 신호에 따라 상기 온 신호의 인가를 차단하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
The method of claim 5,
The on / off control element,
And controlling the application of the on signal in response to the reset signal.
상기 온/오프 제어 소자는,
SR 래치 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
The method of claim 5,
The on / off control element,
A control circuit device comprising an SR latch element.
상기 제어 회로 장치는,
상기 온 신호의 전압을 누적하여 상기 타이머부로 전달하는 적분기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
The method of claim 1,
The control circuit device,
And an integrator that accumulates and transmits the voltage of the on signal to the timer unit.
상기 제어 회로 장치는,
상기 제1 비교기로부터 출력되는 펄스 전압을 지연시키는 지연기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
The method of claim 1,
The control circuit device,
And a delayer for delaying the pulse voltage output from the first comparator.
상기 제어 회로 장치는,
상기 타이머부로부터 출력되는 온 신호를 상기 단일 스위치의 게이트로 전달하는 CMOS 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 장치.
The method of claim 1,
The control circuit device,
And a CMOS inverter for transmitting the ON signal output from the timer unit to the gate of the single switch.
상기 고전압 전원 공급 장치의 입력 전압의 제1 노드에 연결되는 LLC 컨버터;
상기 입력 전압의 제2 노드에 연결되는 단일 스위치;
상기 LLC 컨버터의 변압기의 2차측에 연결되는 전압 증폭기; 및
상기 단일 스위치의 게이트 단자에 연결되어 상기 단일 스위치의 스위칭을 제어하는 제어 회로를 포함하고,
상기 제어 회로는,
상기 입력 전압과 상기 단일 스위치의 양단에 인가되는 스위치 전압의 크기를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 펄스 전압을 출력하는 제1 비교기;
상기 제1 비교기로부터 출력된 펄스 전압의 크기에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온(ON) 신호를 인가하는 타이머부; 및
상기 고전압 전원 공급 장치의 출력 전압과 미리 설정된 기준 전압의 차이에 대응하는 에러 전압을 출력하는 제2 비교기를 포함하되,
상기 타이머부는, 상기 에러 전압의 크기와 상기 온(ON) 신호의 누적 전압의 크기의 비교 결과에 따라 상기 게이트로 인가되는 온 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 공급 장치.
High voltage power supply,
An LLC converter coupled to a first node of an input voltage of the high voltage power supply;
A single switch connected to the second node of the input voltage;
A voltage amplifier connected to the secondary side of the transformer of the LLC converter; And
A control circuit connected to the gate terminal of the single switch to control switching of the single switch,
The control circuit,
A first comparator comparing the input voltage with a magnitude of a switch voltage applied to both ends of the single switch, and outputting a pulse voltage indicating a comparison result;
A timer unit applying an ON signal to a gate of the single switch according to the magnitude of the pulse voltage output from the first comparator; And
A second comparator configured to output an error voltage corresponding to a difference between an output voltage of the high voltage power supply and a preset reference voltage,
The timer unit cuts off the ON signal applied to the gate according to a result of comparing the magnitude of the error voltage and the magnitude of the accumulated voltage of the ON signal.
상기 제1 비교기는,
상기 입력 전압이 상기 스위치 전압의 크기보다 크면 제1 상태의 펄스 전압을 출력하고,
상기 타이머부는,
상기 제1 상태의 펄스 전압에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 공급 장치.
The method of claim 11,
The first comparator,
Outputting a pulse voltage of a first state if the input voltage is greater than the magnitude of the switch voltage,
The timer unit,
And applying an on signal to the gate of the single switch according to the pulse voltage of the first state.
상기 제1 비교기는,
상기 온 신호의 차단으로 인해 상기 단일 스위치가 차단됨에 따라 상기 스위치 전압의 크기가 상기 입력 전압의 크기보다 커지면, 제2 상태의 펄스 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 공급 장치.
The method of claim 11,
The first comparator,
And when the magnitude of the switch voltage is greater than that of the input voltage as the single switch is blocked due to the blocking of the on signal, a pulse voltage in a second state is output.
상기 타이머부는,
상기 펄스 전압의 상태에 따라 소정 상태의 설정 신호를 출력하는 제1 비교 소자;
제1 상태의 설정 신호에 따라 상기 단일 스위치의 게이트로 온 신호를 인가하는 온/오프 제어 소자; 및
상기 누적 전압과 상기 에러 전압을 인가받고, 누적 전압과 에러 전압의 크기의 비교 결과에 따라 상기 온/오프 제어 소자로 리셋 신호를 출력하는 제2 비교 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 공급 장치.
The method of claim 11,
The timer unit,
A first comparing element which outputs a setting signal of a predetermined state according to the state of the pulse voltage;
An on / off control element for applying an on signal to a gate of the single switch according to a setting signal of a first state; And
And a second comparison element receiving the accumulated voltage and the error voltage and outputting a reset signal to the on / off control element according to a comparison result of the magnitude of the accumulated voltage and the error voltage. .
상기 제어 회로는,
상기 온 신호의 전압을 누적하여 상기 타이머부로 전달하는 적분기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 공급 장치.
The method of claim 11,
The control circuit,
And an integrator that accumulates and transmits the voltage of the on signal to the timer unit.
상기 제어 회로는,
상기 제1 비교기로부터 출력되는 펄스 전압을 지연시키는 지연기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 공급 장치.
The method of claim 11,
The control circuit,
And a delayer for delaying the pulse voltage output from the first comparator.
상기 제어 회로는,
상기 타이머부로부터 출력되는 온 신호를 상기 단일 스위치의 게이트로 전달하는 CMOS 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 공급 장치.The method of claim 11,
The control circuit,
And a CMOS inverter for transmitting the ON signal output from the timer unit to the gate of the single switch.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170081470A KR102040888B1 (en) | 2017-06-27 | 2017-06-27 | High voltage power supply having single switch and control circuit device for the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170081470A KR102040888B1 (en) | 2017-06-27 | 2017-06-27 | High voltage power supply having single switch and control circuit device for the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190001457A KR20190001457A (en) | 2019-01-04 |
KR102040888B1 true KR102040888B1 (en) | 2019-11-06 |
Family
ID=65018205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170081470A KR102040888B1 (en) | 2017-06-27 | 2017-06-27 | High voltage power supply having single switch and control circuit device for the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102040888B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102307039B1 (en) | 2019-10-07 | 2021-09-30 | (주)일산전자 | High voltage power supply with digital control |
KR20230138850A (en) * | 2022-03-24 | 2023-10-05 | 엘에스일렉트릭(주) | Power supply device using dc link voltage of high voltage part of solid-state transformer |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010115105A (en) | 2008-11-07 | 2010-05-20 | Power Integrations Inc | Controller used in power factor control (pfc) converter and method for controlling pfc circuit |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2972653B2 (en) * | 1997-06-09 | 1999-11-08 | 甲府日本電気株式会社 | Power failure detection circuit |
-
2017
- 2017-06-27 KR KR1020170081470A patent/KR102040888B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010115105A (en) | 2008-11-07 | 2010-05-20 | Power Integrations Inc | Controller used in power factor control (pfc) converter and method for controlling pfc circuit |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Wei Qin et al.,A current-feed single-switch forward resonant DC transformer (DCX) with secondary diode-clamping, 2017 IEEE Applied Power Electronics Conf. and Expo. (APEC), pp.2945-2949. (2017.3.30) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190001457A (en) | 2019-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107979287B (en) | Zero-voltage switching inverter for main switch switching | |
CN107979288B (en) | Forced zero-voltage switch flyback converter | |
TWI483524B (en) | A system and method for adjusting a power conversion system | |
US7602154B2 (en) | Phase compensation driving scheme for synchronous rectifiers | |
US11349404B2 (en) | Power conversion circuit and power conversion apparatus with same | |
US11955894B2 (en) | Quasi-resonant auto-tuning controller | |
US20100315838A1 (en) | System and Method for Emissions Suppression in a Switch-Mode Power Supply | |
JPH04210775A (en) | Switching power supply | |
KR102116705B1 (en) | Converter and driving method thereof | |
CN109586580B (en) | Control circuit, resonant converter and integrated circuit control chip | |
JP4669306B2 (en) | Quasi-resonant switching power supply device and pseudo-resonant switching power supply circuit using the same | |
KR20010098594A (en) | Switching power supply apparatus with active clamp circuit | |
US11128211B2 (en) | Method for driving an electronic switch in a power converter circuit and control circuit | |
KR100403209B1 (en) | Dc-dc converter | |
CN113572364B (en) | Switching power supply system and synchronous rectification controller thereof | |
KR102040888B1 (en) | High voltage power supply having single switch and control circuit device for the same | |
KR100231227B1 (en) | Ac/dc converter power supply circuit | |
US20030179592A1 (en) | DC/DC converter and method for controlling same | |
US9467071B2 (en) | Voltage resonant inverter, control method, and surface treatment device | |
TWI653813B (en) | Forced zero voltage switching flyback converter and using method | |
US6449175B1 (en) | Switched magamp post regulator | |
JP2003009525A (en) | Voltage converter | |
CN114825975A (en) | Power supply and driving method | |
KR101452461B1 (en) | Phase-shift full-bridge converter | |
FI113916B (en) | Rectifier control connection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |