KR102142630B1 - Driving circuit of voltage driven synchronous rectifier - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동기저항(R det ), 동기다이오드(D det ) 및 펄스저항(R pulse )을 포함하여 동기정류기의 동기신호를 발생시키는 것으로, 플라이백 컨버터 2차측 코일에 전류가 흐르게 되는 경우, 상기 플라이백 컨버터 2차측 코일의 전압레벨이 양(+)이 되어, 상기 동기다이오드를 턴온하고, 상기 동기다이오드 및 펄스저항의 직렬접속점(SYN)에서 양(+)논리의 동기신호를 발생시키고, 플라이백 컨버터 2차측 코일에 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 플라이백 컨버터 2차측 코일의 전압레벨이 0 또는 음(-)이되어, 상기 동기다이오드를 턴오프하고, 상기 동기다이오드 및 펄스저항의 직렬접속점(SYN)에서 음(-)논리의 동기신호를 발생시키는 동기신호발생부, 상기 동기신호발생부로부터 발생되는 양(+)논리의 동기신호에 의해 상기 동기정류기를 턴온하는 턴온구동전압충전부 및 상기 동기신호발생부로부터 발생되는 음(-)논리의 동기신호에 의해 상기 동기정류기를 턴오프하는 턴오프구동전압방전부를 포함하는 플라이백 컨버터용 동기정류기 구동회로인 것을 특징으로 한다.
본 발명을 통해 구조와 구동방식이 간단하고 소요 부품수를 최소화는 동기정류기 구동회로를 제공할 수 있다.The present invention generates a synchronous signal of a synchronous rectifier including a synchronous resistance ( R det ), a synchronous diode ( D det ), and a pulse resistance ( R pulse ), and when current flows through the secondary coil of the flyback converter, the The voltage level of the secondary coil of the flyback converter becomes positive (+), turns on the synchronous diode, and generates a positive (+) synchronous signal at the serial connection point ( SYN ) of the synchronous diode and the pulse resistance. When no current flows through the secondary coil of the back converter, the voltage level of the secondary coil of the flyback converter becomes 0 or negative (-), the synchronous diode is turned off, and the series connection point of the synchronous diode and the pulse resistance ( Synchronization signal generation unit generating a synchronization signal of negative (-) logic in SYN ), a turn-on driving voltage charging unit that turns on the synchronous rectifier by a synchronization signal of positive (+) logic generated from the synchronization signal generation unit, and the synchronization It is characterized in that it is a synchronous rectifier driving circuit for a flyback converter including a turn-off driving voltage discharging unit that turns off the synchronous rectifier by a synchronization signal of negative (-) logic generated from a signal generator.
Through the present invention, it is possible to provide a synchronous rectifier driving circuit having a simple structure and driving method and minimizing the number of required parts.
Description
본 발명은 전압구동형 동기정류기 구동회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라이백 컨버터의 2차측에 적용된 동기정류기를 구동하는 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage-driven synchronous rectifier driving circuit, and more particularly, to a circuit for driving a synchronous rectifier applied to the secondary side of a flyback converter.
발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)는 다른 전통적인 전기광원들에 비하여 높은 광효율, 환경 친화성 및 낮은 유지비용 등의 장점이 있다. 이러한 이유로 LED는 최근 들어 많은 산업현장에서 새로운 대체광원이 되어가고 있으며 오프라인 조명장치 응용에서도 점점 더 인기를 얻고 있다.Light Emitting Diode (LED) has advantages such as high light efficiency, environmental friendliness, and low maintenance cost compared to other conventional electric light sources. For this reason, LEDs are becoming a new alternative light source in many industrial sites in recent years, and are increasingly popular in offline lighting applications.
LED 조명장치용 전원공급장치는 통상적으로 풀브리지 다이오드 정류기(Full-bridge diode rectifier)와 DC-링크 커패시터 및 고주파 DC-DC 컨버터로 이루어지는 AC-DC 컨버터이다. 그러나 이러한 종래의 전원공급장치는 DC-링크 커패시터의 전압이 정류된 라인전압보다 낮을 때만 AC 라인으로부터 전력을 공급 받기 때문에, AC 라인 입력전류가 왜곡되며 결과적으로 역률이 낮아지는 단점이 생긴다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 역률개선(PFC, Power-Factor Correction) AC-DC 컨버터가 연구되고 있다.A power supply for an LED lighting device is generally an AC-DC converter comprising a full-bridge diode rectifier, a DC-link capacitor, and a high-frequency DC-DC converter. However, since such a conventional power supply device receives power from an AC line only when the voltage of the DC-link capacitor is lower than the rectified line voltage, the AC line input current is distorted and as a result, the power factor is lowered. Therefore, various power factor correction (PFC) AC-DC converters are being studied to solve this problem.
PFC AC-DC 컨버터는 2단 또는 단일단 전력구조로 구현된다. 2단 전력구조는 PFC 회로와 고주파 DC-DC 컨버터가 별도로 각기 구성되므로 각각의 스위치와 제어회로를 가진다. 따라서 전력손실과 제조비용이 증가하고 시스템효율도 낮다.The PFC AC-DC converter is implemented in a two-stage or single-stage power structure. The two-stage power structure has separate switches and control circuits since the PFC circuit and the high-frequency DC-DC converter are configured separately. Therefore, power loss and manufacturing cost increase, and system efficiency is low.
그러나 단일단 전력구조는 2단 전력구조의 스위치들과 제어회로들을 각각 공유하여 하나씩만 이용함으로써 2단 전력구조의 단점을 극복할 수 있다.However, the single-stage power structure can overcome the disadvantages of the two-stage power structure by using only one by sharing the switches and control circuits of the two-stage power structure.
하지만 기존의 단일단 AC-DC 컨버터는 다음과 같은 단점을 가진다. 첫째, 2단 전력구조와 유사하게 큰 용량의 DC-링크 전해커패시터와 PFC 동작을 위한 별도의 부스트 인덕터를 필요로 하고, 둘째 주 스위치의 높은 전압스트레스와 큰 스위칭 손실을 가진다.However, the conventional single stage AC-DC converter has the following disadvantages. First, similar to the two-stage power structure, it requires a large-capacity DC-link electrolytic capacitor and a separate boost inductor for PFC operation, and second, it has high voltage stress and large switching loss of the main switch.
한편, 최근 산업계의 조명장치 응용에서는, 조명장치가 점차로 고성능화, 고용량화 되면서 조명장치용 전원공급장치의 DC 출력부의 도통손실(Conduction Loss) 문제가 시스템의 전체 효율 측면에서 중요한 문제로 부상하고 있다.On the other hand, in recent industrial lighting device applications, the problem of conduction loss of the DC output part of the power supply device for lighting devices has emerged as an important problem in terms of the overall efficiency of the system as lighting devices gradually increase in performance and capacity.
이 문제는 DC 출력부에 주로 도통저항이 큰 다이오드 정류기를 사용함으로써 발생하는 것으로, 이러한 다이오드 정류기의 손실문제를 해결하기 위하여, 다이오드 보다 도통저항이 훨씬 작은 전력반도체스위치 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 사용하는 동기정류기(synchronous rectifier)가 제안되었다. 그러나 이러한 동기정류기는 다이오드 정류기와는 달리 전력반도체 스위치 MOSFET을 구동해야 하므로 구동회로를 반드시 필요로 한다.This problem is mainly caused by the use of a diode rectifier having a large conduction resistance in the DC output part.To solve the loss problem of such a diode rectifier, a power semiconductor switch MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) with much smaller conduction resistance than a diode. A synchronous rectifier using) has been proposed. However, unlike a diode rectifier, such a synchronous rectifier must drive a power semiconductor switch MOSFET, so a driving circuit is indispensable.
도 1은 종래 동기정류기를 2차측 정류기로 이용하는 플라이백 컨버터의 개념 회로도로, 상기 동기정류기를 2차측 정류기로 이용하는 플라이백 컨버터는 펄스폭변조 방식에 의해 스위칭하는 전력반도체스위치(MOSFET)(Q 1 ), 전력반도체스위치(MOSFET)의 스위칭으로써 입력전압(V in )이 인가되는 1차 코일(L 1 ), 1차 코일(L 1 )과 2차 코일(L 2 )의 권선비(=2차 코일(L 2 )의 권선수/1차 코일(L 1 )의 권선수)로 전압이 유도되는 2차 코일(L 2 ) 및 내재된 자화인덕턴스(L m )를 포함하여 구성된 변압기(T), 그리고 동기정류기 구동회로 내에 포함된 펄스 변압기(PT)와 동기정류기(SR) 및 출력 캐패시터(C o )를 구비하여 이루어지는 구조를 가지고 있다.1 is a conceptual circuit diagram of a flyback converter using a conventional synchronous rectifier as a secondary-side rectifier. A flyback converter using the synchronous rectifier as a secondary-side rectifier is a power semiconductor switch (MOSFET) switching by a pulse width modulation method ( Q 1 ), a power semiconductor switch (MOSFET) switching, the primary coil ( L 1 ) to which the input voltage ( V in ) is applied, the turns ratio between the primary coil ( L 1 ) and the secondary coil ( L 2 ) (= secondary coil A transformer ( T ) comprising a secondary coil ( L 2 ) and an intrinsic magnetizing inductance ( L m ) in which voltage is induced to the ( L 2 ) number of turns/number of turns of the primary coil ( L 1 ), and a pulse transformer (PT) and a synchronous rectifier (SR) and output capacitor (C o) included in the synchronous rectifier drive circuit has a structure formed by having.
그러나 이러한 형태의 종래 방식의 구동회로들은 설계가 어렵거나 제조비용이 많이 소요되는 등의 문제가 있었다.However, these types of conventional driving circuits have problems such as difficult design or high manufacturing cost.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 컨버터의 2차측 전압구동형 동기정류기를 구동하기 위한 향상된 구동회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an improved driving circuit for driving a secondary-side voltage-driven synchronous rectifier of a converter.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 동기저항(R det ), 동기다이오드(D det ) 및 펄스저항(R pulse )을 포함하여 동기정류기의 동기신호를 발생시키는 것으로, 플라이백 컨버터 2차측 코일에 전류가 흐르게 되는 경우, 상기 플라이백 컨버터 2차측 코일의 전압레벨이 양(+)이 되어, 상기 동기다이오드를 턴온하고, 상기 동기다이오드 및 펄스저항의 직렬접속점(SYN)에서 양(+)논리의 동기신호를 발생시키고, 플라이백 컨버터 2차측 코일에 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 플라이백 컨버터 2차측 코일의 전압레벨이 0 또는 음(-)이 되어, 상기 동기다이오드를 턴오프하고, 상기 동기다이오드 및 펄스저항의 직렬접속점(SYN)에서 음(-)논리의 동기신호를 발생시키는 동기신호발생부, 상기 동기신호발생부로부터 발생되는 양(+)논리의 동기신호에 의해 상기 동기정류기를 턴온하는 턴온구동전압충전부 및 상기 동기신호발생부로부터 발생되는 음(-)논리의 동기신호에 의해 상기 동기정류기를 턴오프하는 턴오프구동전압방전부를 포함하는 플라이백 컨버터용 동기정류기 구동회로인 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the present invention is to generate a synchronization signal of a synchronous rectifier including a synchronous resistance ( R det ), a synchronous diode ( D det ), and a pulse resistance ( R pulse ). When current flows, the voltage level of the secondary coil of the flyback converter becomes positive (+), turns on the synchronous diode, and the positive (+) logic at the serial connection point ( SYN ) of the synchronous diode and the pulse resistance. When a synchronous signal is generated and current does not flow through the secondary coil of the flyback converter, the voltage level of the secondary coil of the flyback converter becomes 0 or negative, and the synchronous diode is turned off, and the synchronous diode And a synchronization signal generator that generates a synchronization signal of negative (-) logic at the serial connection point ( SYN ) of the pulse resistance, and turns on the synchronous rectifier by a synchronization signal of positive (+) logic generated from the synchronization signal generator. A synchronous rectifier driving circuit for a flyback converter comprising a turn-on driving voltage charging unit and a turn-off driving voltage discharging unit for turning off the synchronous rectifier by a negative (-) synchronous signal generated from the synchronous signal generator. do.
또한 상기 동기저항의 일측단자와 상기 동기다이오드의 애노드 단자가 직렬접속되어 구성되며, 상기 동기다이오드와 접속되지 않는 상기 동기저항의 타단은 상기 동기정류기의 구동전원에 접속되고, 상기 동기다이오드의 캐소드 단자는 상기 펄스저항의 일측단자와 직렬접속되어 구성되며, 상기 동기다이오드와 접속되지 않는 상기 펄스저항의 타단은 플라이백 컨버터의 변압기 2차 코일의 일측단자와 상기 동기정류기의 드레인 단자에 공통으로 접속되는 동시에 접지에 접속되는 것을 특징으로 한다.In addition, one terminal of the synchronous resistor and an anode terminal of the synchronous diode are connected in series, and the other end of the synchronous resistor not connected to the synchronous diode is connected to a driving power supply of the synchronous rectifier, and a cathode terminal of the synchronous diode Is configured by being connected in series with one terminal of the pulse resistance, and the other terminal of the pulse resistance not connected to the synchronous diode is commonly connected to one terminal of the secondary coil of the transformer of the flyback converter and the drain terminal of the synchronous rectifier. It is characterized in that it is connected to the ground at the same time.
또한 상기 턴온구동전압충전부는, 구동전류를 제한하는 구동전류제한저항(R drive ), 트랜지스터의 베이스저항(R b ), 동기정류기의 게이트저항(R GS2 ) 및 턴온 트랜지스터(Q on )를 포함하여, 상기 구동전류제한저항의 일측단자는 상기 동기저항의 타단과 함께 동기정류기의 구동전원에 공통으로 접속되고, 상기 구동전류제한저항의 타단은 턴온 트랜지스터 컬렉터 단자에 접속되며, 상기 베이스저항의 일측단자는 상기 동기신호발생부의 펄스저항과 동기다이오드의 직렬연결 접속점에 공통으로 접속되고, 타단은 상기 턴온 트랜지스터의 베이스단자에 접속되며, 상기 턴온 트랜지스터의 에미터 단자는 상기 동기정류기의 게이트저항에 접속되는 것을 특징으로 한다.In addition, the turn-on driving voltage charging unit includes a driving current limiting resistor ( R drive ) for limiting a driving current, a base resistance ( R b ) of a transistor, a gate resistance ( R GS2 ) of a synchronous rectifier, and a turn-on transistor ( Q on ). , One terminal of the driving current limiting resistor is commonly connected to the driving power of the synchronous rectifier together with the other end of the synchronous resistance, the other end of the driving current limiting resistor is connected to a turn-on transistor collector terminal, and one terminal of the base resistor Is connected in common to the pulse resistance of the synchronous signal generator and a serial connection point of the synchronous diode, the other end is connected to the base terminal of the turn-on transistor, and the emitter terminal of the turn-on transistor is connected to the gate resistance of the synchronous rectifier. It is characterized by that.
또한 상기 턴오프구동전압방전부는, 턴오프 트랜지스터(Q off )를 포함하여, 상기 턴오프 트랜지스터의 베이스 단자는 상기 턴온구동전압충전부의 턴온 트랜지스터의 베이스 단자와 함께 상기 턴온구동전압충전부의 베이스 저항 타단에 공통으로 접속되고, 상기 턴오프 트랜지스터의 에미터 단자는 상기 턴온구동전압충전부의 턴온 트랜지스터의 에미터 단자와 함께 상기 턴온구동전압충전부의 동기정류기의 게이트 저항에 공통으로 접속되며, 상기 턴오프 트랜지스터의 컬렉터 단자는 상기 펄스저항의 타단 및 상기 플라이백 컨버터의 변압기 2차 코일의 일측단자와 함께 접지에 공통으로 접속되는 것을 특징으로 한다.In addition, the turn-off driving voltage discharging unit includes a turn-off transistor ( Q off ), and the base terminal of the turn-off transistor is the other end of the base resistance of the turn-on driving voltage charging unit together with the base terminal of the turn-on transistor of the turn-on driving voltage charging unit. And the emitter terminal of the turn-off transistor is commonly connected to the gate resistance of the synchronous rectifier of the turn-on driving voltage charging unit together with the emitter terminal of the turn-on transistor of the turn-on driving voltage charging unit, and the turn-off transistor The collector terminal of is characterized in that it is commonly connected to ground together with the other end of the pulse resistor and one terminal of the secondary transformer coil of the flyback converter.
본 발명의 실시 예들에 따른 전압구동형 동기정류기 구동회로의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the voltage-driven synchronous rectifier driving circuit according to embodiments of the present invention will be described as follows.
본 발명에 따른 전압구동형 동기정류기 구동회로는 구조와 구동방식이 간단하고 소요 부품수를 최소화는 바 제조비용을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.The voltage-driven synchronous rectifier driving circuit according to the present invention has a simple structure and a driving method and minimizes the number of parts required, so that the manufacturing cost can be drastically reduced.
또한 개선된 전압구동 방식의 동기정류기를 포함하여 그 구성과 동작이 간단하다.In addition, the configuration and operation are simple, including an improved voltage-driven synchronous rectifier.
또한 동기정류기를 이용하여 2차측 정류기의 도통손실을 감소시킴으로써 전원공급장치의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, by using a synchronous rectifier to reduce conduction loss of the secondary rectifier, the efficiency of the power supply can be improved.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 전압구동형 동기정류기 구동회로가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the voltage-driven synchronous rectifier driving circuit according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are the technical fields to which the present invention belongs from the following description. It will be able to be clearly understood by those of ordinary skill.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 동기정류기를 2차측 정류기로 이용하는 플라이백 컨버터의 개념 회로도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 동기정류기 구동회로(200)가 적용된 플라이백 컨버터의 전체 회로도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 동기정류기 구동회로(200)가 적용된 플라이백 컨버터의 2차측 상세 회로를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 동기정류기의 턴온(Turn-on) 모드의 등가회로를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 동기정류기의 턴오프(Turn-off) 모드의 등가회로를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라이백 컨버터 동기정류기의 이론적인 동작파형을 도시한 것이다.The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to aid in understanding of the present invention, provide embodiments for the present invention, and describe the technical idea of the present invention together with the detailed description.
1 shows a conceptual circuit diagram of a flyback converter using a conventional synchronous rectifier as a secondary rectifier.
FIG. 2 schematically shows an overall circuit diagram of a flyback converter to which the synchronous
3 shows a detailed secondary circuit of the flyback converter to which the synchronous
4 shows an equivalent circuit in a turn-on mode of the synchronous rectifier according to the present invention.
5 shows an equivalent circuit in a turn-off mode of the synchronous rectifier according to the present invention.
6 shows a theoretical operation waveform of the synchronous rectifier of the flyback converter according to the present invention.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치용 전원공급장치를 상세하게 설명하기로 한다.The terms or words used in this specification and claims are not limited to their usual or dictionary meanings and should not be interpreted, and the inventor shall appropriately define the concept of the term in order to describe his own invention in the best way. Based on the principle that it can be, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so that they can be replaced at the time of application. It should be understood that there may be various equivalents and variations. Hereinafter, a power supply device for an LED lighting device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 동기정류기 구동회로(200)가 적용된 플라이백 컨버터의 전체 회로도를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 2 schematically shows an overall circuit diagram of a flyback converter to which the synchronous
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 동기정류기 구동회로가 적용된 플라이백 컨버터는 변압기(T)의 1차측 회로와 2차측 회로로 구성된다. 상기 플라이백 컨버터 회로의 변압기는 1차권선 N 1 과 2차권선 N 2 로 이루어진 이상변압기 T 와 내재된 자화인덕턴스 L m , 누설인덕턴스 L lk (L m ≫L lk ) 및 회생스너버용 보조권선 N 3 를 포함하여 구성된다.2, the flyback converter to which the synchronous rectifier driving circuit according to the present invention is applied is composed of a primary side circuit and a secondary side circuit of a transformer T. The transformer of the flyback converter circuit consists of an ideal transformer T consisting of a primary winding N 1 and a secondary winding N 2 , an inherent magnetizing inductance L m , a leakage inductance L lk ( L m ≫ L lk ), and an auxiliary winding N for regenerative snubber. It is composed of three .
한편, 본 발명의 플라이백 컨버터의 2차측 회로(1000)는 이상 변압기(T)의 2차 코일(L 2 ), 상기 2차 코일(L 2 )에 접속되는 동기정류기(S 2 )(100), 출력커패시턴스(C o ) 및 상기 동기정류기(S 2 )(100)를 구동하는 동기정류기 구동회로(200)를 포함한다. 상기 동기정류기(S 2 )는 보다 구체적으로 동기정류기의 스위치를 의미하는 것으로, 본 발명에 따른 동기정류기는 도통저항이 작은 전력반도체스위치(MOSFET)를 사용하는 정류기를 의미한다.On the other hand, the
이하에서는 도 2 내지 6을 참조하여, 본 발명에 따른 동기정류기 구동회로를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a synchronous rectifier driving circuit according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6.
도 3은 본 발명에 따른 동기정류기 구동회로(200)가 적용된 플라이백 컨버터의 2차측 상세 회로를 도시한 것이다.3 shows a detailed secondary circuit of the flyback converter to which the synchronous
본 발명에 따른 동기정류기 구동회로(200)는 동기신호발생부(210), 턴온구동전압충전부(220), 턴오프구동전압방전부(230)를 포함한다.The synchronous
상기 동기신호발생부(210)는 동기저항(R det ), 동기다이오드(D det ) 및 펄스저항(R pulse )을 포함하여, 상기 동기저항(R det ), 동기다이오드(D det ) 및 펄스저항(R pulse )에 의해 동기정류기의 동기신호를 발생시켜 동기정류기의 전력반도체 스위치 MOSFET를 구동하기 위하여 턴온구동전압충전부(220)와 턴오프구동전압방전부(230)에 제공한다.The
이러한 동기신호발생부(210)는 동기저항(R det )의 일측단자와 상기 동기다이오드(D det )의 애노드 단자가 직렬접속되어 구성되며, 상기 동기다이오드(D det )와 접속되지 않는 상기 동기저항(R det )의 타단은 상기 동기정류기의 구동전원(V o )에 접속되고, 상기 동기다이오드(D det )의 캐소드 단자는 상기 펄스저항(R pulse )의 일측단자와 직렬접속되어 구성되며, 상기 동기다이오드(D det )와 접속되지 않는 상기 펄스저항(R pulse )의 타단은 플라이백 컨버터의 변압기 2차 코일의 일측단자와 상기 동기정류기(S 2 )(100)의 드레인 단자에 공통으로 접속되며, 동시에 접지에 접속된다.The synchronization
상기 동기신호발생부(210)는 상기 동기정류기(S 2 )의 구동시점을 동기시키기 위한 동기화신호를 발생시키는데, 플라이백 컨버터 2차측 코일(L 2 )에 전류가 흐르게 되는 경우, 상기 플라이백 컨버터 2차측 코일(L 2 )의 전압레벨(v 2 )이 양(+)이 되어, 상기 동기다이오드(D det )를 턴온(Turn-on)하고, 상기 동기다이오드(D det ) 및 펄스저항(R pulse )의 직렬접속점(SYN)에서 높은 레벨(high level)의 동기신호, 즉, 양(+)논리의 동기신호를 발생시키고,If the synchronization
플라이백 컨버터 2차측 코일(L 2 )에 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 플라이백 컨버터 2차측 코일(L 2 )의 전압레벨(v 2 )이 0 또는 음(-)이되어, 상기 동기다이오드(D det )를 턴오프(Turn-off)하고, 상기 동기다이오드(D det ) 및 펄스저항(R pulse )의 직렬접속점(SYN)에서 낮은 레벨(low level)의 동기신호, 즉, 음(-)논리의 동기신호를 발생시킨다.Flyback converter, when the secondary coil (L 2) is the electric current does not flow, the voltage level (v 2) is zero or a negative of the flyback converter, the secondary coil (L 2) (-) is a, the synchronization diode (D det ) is turned off, and a low level synchronization signal, that is, a negative (-) logic, at the serial connection point ( SYN ) of the synchronization diode ( D det ) and the pulse resistance ( R pulse ) It generates a synchronization signal of
상기 턴온구동전압충전부(220)는 구동전류를 제한하는 구동전류제한저항(R drive ), 트랜지스터의 베이스저항(R b ), 동기정류기의 게이트저항(R GS2 ) 및 턴온 트랜지스터(Q on )를 포함한다.The turn-on driving
상기 구동전류제한저항(R drive )의 일측단자는 상기 동기신호발생부(210)의 동기저항(R det )의 타단과 함께 동기정류기(S 2 )(100)의 구동전원(V o )에 공통으로 접속되고, 상기 구동전류제한저항(R drive )의 타단은 턴온 트랜지스터(Q on )의 컬렉터 단자에 접속된다.One terminal of the driving current limiting resistor ( R drive ) is common to the driving power supply ( V o ) of the synchronous rectifier ( S 2 ) 100 together with the other end of the synchronous resistance ( R det ) of the
또한 상기 트랜지스터의 베이스저항(R b )의 일측단자는 상기 동기신호발생부(210)의 펄스저항(R pulse )과 동기다이오드(D det )의 직렬연결 접속점(SYN)에 공통으로 접속되고, 타단은 상기 턴온 트랜지스터(Q on )의 베이스단자에 접속되며, 상기 턴온 트랜지스터(Q on )의 에미터 단자는 상기 동기정류기(S 2 )(100)의 게이트저항에 접속된다.In addition, one terminal of the base resistance ( R b ) of the transistor is connected in common to the pulse resistance ( R pulse ) of the
앞서 언급한 바와 같이, 상기 턴온구동전압충전부(220)는 상기 동기신호발생부(210)로부터 발생되는 양(+)논리의 동기신호에 의해 동기정류기(100)의 게이트 단자로 동기정류기 구동전류를 인가하고, 이로써 동기정류기(S 2 )(100)를 턴온한다.As mentioned above, the turn-on driving
상기 턴오프구동전압방전부(230)는 턴오프 트랜지스터(Q off )를 포함한다. The turn-off driving
상기 턴오프 트랜지스터(Q off )의 베이스 단자는 턴온구동전압충전부(220)의 턴온 트랜지스터(Q on )의 베이스 단자와 함께 턴온구동전압충전부(220)의 트랜지스터의 베이스 저항(R b ) 타단에 공통으로 접속되고, 상기 턴오프 트랜지스터(Q off )의 에미터 단자는 턴온구동전압충전부(220)의 턴온 트랜지스터(Q on )의 에미터 단자와 함께 동기정류기(S 2 )(100)의 게이트 저항(R GS2 ) 에 공통으로 접속된다.The base terminal of the turn-off transistor Q off is common to the other end of the base resistance R b of the transistor of the turn-on driving
또한 상기 턴오프 트랜지스터(Q off )의 컬렉터 단자는 동기신호발생부(210)의 펄스저항(R pulse )의 타단 및 상기 플라이백 컨버터의 변압기 2차 코일(L 2 )의 일측단자와 함께 접지에 공통으로 접속된다.In addition, the collector terminal of the turn-off transistor ( Q off ) is connected to the ground together with the other end of the pulse resistance ( R pulse ) of the
앞서 언급한 바와 같이, 상기 턴오프구동전압방전부(230)는 상기 동기신호발생부(210)로부터 발생되는 음(-)논리의 동기신호에 의해 동기정류기(S 2 )(100)의 게이트에 충전된 전압을 방전시키고, 이로써 동기정류기(S 2 )(100)를 턴오프한다. As mentioned above, the turn-off driving
한편, 본 발명에서는 트랜지스터의 베이스저항(R b ) 및 동기정류기의 게이트저항(R GS2 )을 턴온 턴온구동전압충전부(220)에 포함시켰으나, 상기 트랜지스터의 베이스저항(R b ) 및 동기정류기의 게이트저항(R GS2 )은 턴오프구동전압방전부(230)의 동작에도 또한 관여하는 바 턴오프구동전압방전부(230)의 구성으로 포함되어 설명될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, in the present invention, the base resistance ( R b ) of the transistor and the gate resistance ( R GS2 ) of the synchronous rectifier are included in the turn-on turn-on driving
도 4는 본 발명에 따른 동기정류기의 턴온(Turn-on) 모드의 등가회로를 도시한 것이고, 도 5는 동기정류기의 턴오프(Turn-off) 모드의 등가회로를 도시한 것이며, 도 6은 본 발명에 따른 플라이백 컨버터 동기정류기의 이론적인 동작파형을 도시한 것이다. 도 4 내지 도 6를 참조하여 본 발명에 따른 동기정류기의 턴온 모드, 턴오프 모드를 설명한다.4 shows an equivalent circuit in a turn-on mode of a synchronous rectifier according to the present invention, FIG. 5 shows an equivalent circuit in a turn-off mode of a synchronous rectifier, and FIG. It shows the theoretical operation waveform of the synchronous rectifier of the flyback converter according to the present invention. A turn-on mode and a turn-off mode of the synchronous rectifier according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
도 4는 본 발명에 따른 동기정류기의 턴온 모드(Turn-on) 모드의 등가회로를 도시한 것으로, 동기정류기(S 2 )(100)의 턴온 모드를 설명하면 다음과 같다.FIG. 4 shows an equivalent circuit of a turn-on mode of the synchronous rectifier according to the present invention. The turn-on mode of the synchronous rectifier ( S 2 ) 100 will be described as follows.
직렬접속점(SYN)에서의 높은 레벨(high level)의 동기신호, 즉, 양(+)논리의 동기신호에 의하여 턴온 트랜지스터(Q on )가 턴온되고 턴오프구동전압방전부(230)의 턴오프 트랜지스터(Q off )는 턴오프된다. 그러면 게이트 충전전류가 턴온 트랜지스터(Q on )를 통하여 구동전원(V o )으로부터 구동전류제한저항(R drive )과 동기정류기의 게이트저항(R GS2 )을 거쳐 흐르고, 동기정류기(S 2 )(100)의 게이트를 문턱전압(threshold voltage) 이상으로 충전함으로써 동기정류기(S 2 )(100)가 턴온된다.The turn-on transistor ( Q on ) is turned on by a high-level synchronization signal at the serial connection point ( SYN ), that is, a synchronization signal of positive (+) logic, and the turn-off driving
도 5는 본 발명에 따른 동기정류기의 턴오프 모드(Turn-off) 모드의 등가회로를 도시한 것으로, 동기정류기(S 2 )(100)의 턴오프 모드를 설명하면 다음과 같다.5 shows an equivalent circuit of a turn-off mode of the synchronous rectifier according to the present invention. The turn-off mode of the synchronous rectifier ( S 2 ) 100 will be described as follows.
직렬접속점(SYN)에서의 낮은 레벨(high level)의 동기신호, 즉, 음(-)논리의 동기신호에 의하여 턴온 트랜지스터(Q on )가 턴오프되고 턴오프구동전압방전부(230)의 턴오프 트랜지스터(Q off )는 턴온된다. 그러면 동기정류기(S 2 )(100)의 게이트에 충전된 턴온 충전전압이 턴오프 트랜지스터(Q off )를 통하여, 동기정류기(S 2 )(100)의 게이트저항(R GS2 )을 거쳐 방전되고, 동기정류기(S 2 )(100)는 턴오프된다.The turn-on transistor ( Q on ) is turned off by a high-level synchronization signal at the serial connection point ( SYN ), that is, a synchronization signal of negative (-) logic, and the turn-off driving
도 6은 본 발명에 따른 플라이백 컨버터 동기정류기의 이론적인 동작파형을 도시한 것이다.6 shows a theoretical operation waveform of the synchronous rectifier of the flyback converter according to the present invention.
v GS1 의 파형은 펄스폭변조를 통해 1차측 전력반도체스위치(S 1 )의 게이트 단자에 인가되는 게이트-소스 전압의 파형을 나타낸다.The waveform of v GS1 represents the waveform of the gate-source voltage applied to the gate terminal of the primary power semiconductor switch S 1 through pulse width modulation.
v 2 의 파형은 2차 코일(L 2 )에 유도된 전압의 파형을 나타내고, v SYN 의 파형은 동기신호발생부(210)의 동기다이오드(D det ) 및 펄스저항(R pulse )의 직렬접속점(SYN)에서 발생되는 전압파형을 나타낸다. v 2 The waveform of represents the waveform of the voltage induced in the secondary coil ( L 2 ), v SYN The waveform of is a voltage waveform generated at the serial connection point SYN of the synchronization diode D det and the pulse resistance R pulse of the
v S2 의 파형은 동기정류기(S 2 )의 스위치 전압의 파형을 나태내고, v GS2 의 파형은 동기정류기(S 2 )의 게이트 단자에 인가되는 게이트-소스 전압의 파형을 나타낸다. v S2 of The waveform shows the waveform of the switch voltage of the synchronous rectifier ( S 2 ), v GS2 The waveform of is the waveform of the gate-source voltage applied to the gate terminal of the synchronous rectifier ( S 2 ).
i 2 는 플라이백 컨버터 2차측 전류의 파형을 나타낸다. i 2 represents the waveform of the secondary side current of the flyback converter.
도 2, 도 4 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 동기정류기의 턴온 모드(turn-on mode) 상황을 설명하면 다음과 같다. 1차측 전력반도체스위치(S 1 )가 턴오프되면, 변압기(T)의 1차측의 자화인덕턴스(L m )에 저장된 에너지가 변압기(T)의 1차 코일(L 1 )과 2차 코일(L 2 )에 의해 변압기(T)의 2차측으로 유도되어 2차측에 전류(i 2 )가 흐르게 되고, 동기다이오드(D det )가 턴온된다. 이로인해, 동기신호발생부(210)의 펄스저항(R pulse )과 동기다이오드(D det )의 직렬연결 접속점(SYN)에 높은 레벨(high level)의 동기신호(v SYN ), 즉 양(+)논리의 동기신호가 발생한다.A turn-on mode state of the synchronous rectifier according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 4 and 6 as follows. The primary side power semiconductor switch (S 1) is turned off, a primary coil (L 1) and the secondary coil of the energy stored in the primary side of the transformer (T) the magnetizing inductance (L m) the transformer (T) (L 2 ) is induced to the secondary side of the transformer ( T ), the current ( i 2 ) flows to the secondary side, and the synchronous diode ( D det ) is turned on. Due to this, a high level synchronization signal ( v SYN ), that is, positive (+), is connected to the serial connection point ( SYN ) of the pulse resistance ( R pulse ) of the
반면 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하여 턴오프 모드(turn-off mode) 상황을설명하면 다음과 같다. 1차측 전력반도체스위치(S 1 )가 턴온되면, 1차측 전류(i 1 )가 흐르게 되고, 변압기(T)의 1차 코일(L 1 )에 v dc 와 같은 1차측 전압이 인가된다. 이 때 2차 코일(L 2 )에는 2차측 전류(i 2 )가 흐르지 않게 되고, 동기다이오드(D det )는 턴오프된다. 이로 인해 동기신호발생부(210)의 펄스저항(R pulse )과 동기다이오드(D det )의 직렬연결 접속점(SYN)에는 낮은 레벨(low level)의 동기신호(v SYN ), 즉 음(-)논리의 동기신호가 발생한다.On the other hand, a turn-off mode situation will be described with reference to FIGS. 2, 5 and 6 as follows. When the primary power semiconductor switch ( S 1 ) is turned on, the primary current ( i 1 ) flows, and v dc in the primary coil ( L 1 ) of the transformer ( T ) The primary voltage is applied. At this time, the secondary current i 2 does not flow through the secondary coil L 2 , and the synchronous diode D det is turned off. For this reason, a low level synchronization signal ( v SYN ), that is, a negative (-) connection point ( SYN ) between the pulse resistance ( R pulse ) of the
본 발명에 따른 동기정류기 구동회로를 포함하는 동기정류기는 구조와 구동방식이 간단하고 소요 부품수도 최소화할 수 있어 제조비용을 줄일 수 있다.The synchronous rectifier including the synchronous rectifier driving circuit according to the present invention has a simple structure and driving method, and the number of required parts can be minimized, thereby reducing manufacturing cost.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the exemplary embodiments of the present invention have been described in detail above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. . Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be determined, and should not be defined by the claims to be described later, as well as those equivalent to the claims.
1000 : 플라이백 컨버터의 2차측 회로
100 : 동기정류기
200 : 동기정류기 구동회로
210 : 동기신호발생부
220 : 턴온구동전압충전부
230 : 턴오프구동전압방전부1000: secondary circuit of flyback converter
100: synchronous rectifier
200: Synchronous rectifier driving circuit
210: synchronization signal generator
220: Turn-on driving voltage charging unit
230: Turn-off driving voltage discharge unit
Claims (4)
플라이백 컨버터 2차측 코일에 전류가 흐르게 되는 경우, 상기 플라이백 컨버터 2차측 코일의 전압레벨이 양(+)이 되어, 상기 동기다이오드를 턴온하고, 상기 동기다이오드 및 펄스저항의 직렬접속점(SYN)에서 양(+)논리의 동기신호를 발생시키고,
플라이백 컨버터 2차측 코일에 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 플라이백 컨버터 2차측 코일의 전압레벨이 0 또는 음(-)이 되어, 상기 동기다이오드를 턴오프하고, 상기 동기다이오드 및 펄스저항의 직렬접속점(SYN)에서 음(-)논리의 동기신호를 발생시키는 동기신호발생부;
상기 동기신호발생부로부터 발생되는 양(+)논리의 동기신호에 의해 상기 동기정류기를 턴온하는 턴온구동전압충전부; 및
상기 동기신호발생부로부터 발생되는 음(-)논리의 동기신호에 의해 상기 동기정류기를 턴오프하는 턴오프구동전압방전부;를 포함하고,
상기 동기신호발생부는, 상기 동기저항의 일측단자와 상기 동기다이오드의 애노드 단자가 직렬접속되어 구성되며, 상기 동기다이오드와 접속되지 않는 상기 동기저항의 타단은 상기 동기정류기의 구동전원에 접속되고, 상기 동기다이오드의 캐소드 단자는 상기 펄스저항의 일측단자와 직렬접속되어 구성되며, 상기 동기다이오드와 접속되지 않는 상기 펄스저항의 타단은 플라이백 컨버터의 변압기 2차 코일의 일측단자와 상기 동기정류기의 드레인 단자에 공통으로 접속되는 동시에 접지에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터용 동기정류기 구동회로.It generates a synchronous signal of a synchronous rectifier including a synchronous resistor ( R det ), a synchronous diode ( D det ) and a pulse resistance ( R pulse ) connected in series with each other,
When a current flows through the secondary coil of the flyback converter, the voltage level of the secondary coil of the flyback converter becomes positive (+), turning on the synchronous diode, and a serial connection point ( SYN ) between the synchronous diode and the pulse resistance. Generates a positive (+) synchronous signal at
When no current flows through the secondary coil of the flyback converter, the voltage level of the secondary coil of the flyback converter becomes 0 or negative (-), turning off the synchronous diode, and the serial connection point of the synchronous diode and the pulse resistance. Synchronization signal generator for generating a synchronization signal of negative (-) logic at ( SYN );
A turn-on driving voltage charging unit that turns on the synchronous rectifier by a positive (+) synchronous signal generated from the synchronous signal generator; And
Including; a turn-off driving voltage discharge unit for turning off the synchronous rectifier by the synchronization signal of the negative (-) logic generated from the synchronization signal generator; and
The synchronization signal generator is configured by serially connecting one terminal of the synchronization resistor and an anode terminal of the synchronization diode, and the other end of the synchronization resistor not connected to the synchronization diode is connected to a driving power supply of the synchronization rectifier, and the The cathode terminal of the synchronous diode is connected in series with one terminal of the pulse resistance, and the other end of the pulse resistance not connected to the synchronous diode is one terminal of the secondary coil of the transformer of the flyback converter and the drain terminal of the synchronous rectifier. A synchronous rectifier driving circuit for a flyback converter, characterized in that it is commonly connected to and connected to ground.
상기 턴온구동전압충전부는,
구동전류를 제한하는 구동전류제한저항(Rdrive ), 트랜지스터의 베이스저항(Rb ), 동기정류기의 게이트저항(RGS2 ) 및 턴온 트랜지스터(Qon )를 포함하여,
상기 구동전류제한저항의 일측단자는 상기 동기저항의 타단과 함께 동기정류기의 구동전원에 공통으로 접속되고, 상기 구동전류제한저항의 타단은 턴온 트랜지스터 컬렉터 단자에 접속되며,
상기 베이스저항의 일측단자는 상기 동기신호발생부의 펄스저항과 동기다이오드의 직렬연결 접속점에 공통으로 접속되고, 타단은 상기 턴온 트랜지스터의 베이스단자에 접속되며, 상기 턴온 트랜지스터의 에미터 단자는 상기 동기정류기의 게이트저항에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터용 동기정류기 구동회로.The method of claim 1,
The turn-on driving voltage charging unit,
Including the driving current limiting resistor ( R drive ) that limits the driving current, the base resistance of the transistor ( R b ), the gate resistance of the synchronous rectifier ( R GS2 ) and the turn-on transistor ( Q on ),
One terminal of the driving current limiting resistor is commonly connected to a driving power supply of a synchronous rectifier together with the other end of the synchronous resistor, and the other end of the driving current limiting resistor is connected to a turn-on transistor collector terminal,
One terminal of the base resistor is commonly connected to the pulse resistance of the synchronization signal generator and a serial connection point of the synchronization diode, the other terminal is connected to the base terminal of the turn-on transistor, and the emitter terminal of the turn-on transistor is the synchronous rectifier. A synchronous rectifier driving circuit for a flyback converter, characterized in that connected to the gate resistance of.
상기 턴오프구동전압방전부는,
턴오프 트랜지스터(Q off )를 포함하여,
상기 턴오프 트랜지스터의 베이스 단자는 상기 턴온구동전압충전부의 턴온 트랜지스터의 베이스 단자와 함께 상기 턴온구동전압충전부의 베이스 저항 타단에 공통으로 접속되고,
상기 턴오프 트랜지스터의 에미터 단자는 상기 턴온구동전압충전부의 턴온 트랜지스터의 에미터 단자와 함께 상기 턴온구동전압충전부의 동기정류기의 게이트 저항에 공통으로 접속되며,
상기 턴오프 트랜지스터의 컬렉터 단자는 상기 펄스저항의 타단 및 상기 플라이백 컨버터의 변압기 2차 코일의 일측단자와 함께 접지에 공통으로 접속되는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터용 동기정류기 구동회로.The method of claim 3,
The turn-off driving voltage discharging unit,
Including a turn-off transistor ( Q off ),
The base terminal of the turn-off transistor is commonly connected to the other end of the base resistor of the turn-on driving voltage charging unit together with the base terminal of the turn-on transistor of the turn-on driving voltage charging unit,
The emitter terminal of the turn-off transistor is commonly connected to the gate resistance of the synchronous rectifier of the turn-on driving voltage charging unit together with the emitter terminal of the turn-on transistor of the turn-on driving voltage charging unit,
A synchronous rectifier driving circuit for a flyback converter, characterized in that the collector terminal of the turn-off transistor is commonly connected to ground together with the other end of the pulse resistance and one terminal of the secondary transformer coil of the flyback converter.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |