KR102230134B1

KR102230134B1 - 역률 보정 장치

Info

Publication number: KR102230134B1
Application number: KR1020140000750A
Authority: KR
Inventors: 김정은
Original assignee: 주식회사 솔루엠; 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-01-03
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2021-03-19
Also published as: KR20150081105A

Abstract

본 발명은 부스트 컨버터와 벅 컨버터가 조합된 역률 보정 장치에 관한 것으로, 입력 전원의 전압 레벨이 사전에 설정된 전압 레벨 이하이면 스위칭 온되어 상기 입력 전원을 바이패스하고, 사전에 설정된 전압 레벨 이상이면 제어에 따라 입력 전원을 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭하는 제1 스위칭부; 및 제어에 따라 상기 제1 스위칭부로부터 전달받은 전원을 PWM 스위칭하여 전압 레벨을 승압시키는 제2 스위칭부를 포함하는 역률 보정 장치를 제안한다.

Description

역률 보정 장치{POWER FACTOR CORRECTION APPRATUS}

본 발명은 입력 전원의 역률을 보정하여 전원을 공급하는 역률 보정 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 여러 국가의 각 정부에서 에너지 효율 정책에 따른 에너지의 효율적인 사용을 권장하고 있으며, 특히 이러한 에너지의 효율적인 사용은 전자 제품, 가전 제품에 널리 권장되고 있다.

이러한 권장에 따라 에너지를 효율적으로 사용하는 데 있어서, 전자 제품, 가전 제품 등에 전원을 공급하는 전원 장치가 주로 에너지의 효율적인 사용에 따른 개선 회로가 적용되고 있다.

이러한 개선 회로로는 역률 보정 회로를 예로 들 수 있는데, 역률 보정 회로는 입력된 전원을 스위칭하여 입력된 전원의 전류와 전압의 위상차(역률)를 조정하여 후단에 전달되는 전원이 효율적으로 전달되도록 하는 회로이다.

그러나, 이러한 역률 보정 회로에는 초기 스위칭 동작시 돌입 전류를 저감시키기 위해 릴레이 스위치를 전원 입력단에 사용하나 이는 회로 면적 및 제조 비용이 증가되는 문제점이 있다.

또한, 역률 보정 회로는 입력 전원과 출력 전원 간의 전압 차이가 적을수록 전력 변환 효율이 증가하는데, 상용 교류 전원을 기준으로 380~400V의 고정된 직류 전원을 출력하는 역률 보정 회로는 입력 전원의 전압 레벨이 낮을수록 전력 변환 효율이 저감되는 문제점이 있다.

선행 기술 문헌과 같이 역률 개선 회로에서 복수의 스위치를 구비하여 스위칭 손실을 저감시키는 기술이 공개되었으나, 돌입 전류를 저감시키기 위한 기술 내용과 입력 전원의 전압 레벨이 낮을수록 전력 변환 효율이 저감되는 문제를 해소하기 위한 기술 내용이 기재되어 있지 않다.

일본공개특허공보 제2010-273431호

본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 부스트 컨버터와 벅 컨버터가 조합된 역률 보정 장치를 제안한다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면으로, 입력 전원의 전압 레벨이 사전에 설정된 전압 레벨 이하이면 스위칭 온되어 상기 입력 전원을 바이패스하고, 사전에 설정된 전압 레벨 이상이면 제어에 따라 입력 전원을 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭하는 제1 스위칭부; 및

제어에 따라 상기 제1 스위칭부로부터 전달받은 전원을 PWM 스위칭하여 전압 레벨을 승압시키는 제2 스위칭부를 포함하는 역률 보정 장치를 제안한다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 입력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 제1 스위칭부의 바이 패스 또는 PWM 스위칭을 제어하고, 출력 전원의 전압 레벨에 따라 제2 스위칭부의 PWM 스위칭을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 입력 전원의 피크(peak) 전압 레벨이 상기 제2 스위칭부의 출력 전원의 전압 레벨보다 크면 상기 제1 스위칭부의 PWM 스위칭 동작을 개시시킬 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 입력 전원의 RMS(Root Mean Square) 값을 상기 출력 전원과 비교하여 상기 제1 스위칭부의 스위칭을 제어할 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부는 동작 초기시 사전에 설정된 시간 동안 상기 제1 스위칭부를 PWM 스위칭 제어할 수 있다..

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 스위칭부는 벅(BUCK) 컨버터일 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제2 스위칭부는 부스트(BOOST) 컨버터일 수 있다.

본 발명에 따르면, 부스트 컨버터와 벅 컨버터를 조합하고, 입력 전원의 전압 레벨과 출력 전원의 전압 레벨을 비교하여 벅 컨버터를 PWM 스위칭 제어하거나 스위칭 온시켜 입력 전원을 바이패스시킴으로써 전력 변환 효율을 증가시키고, 동작 초기시 일정 시간 동안 벅 컨버터를 PWM 스위칭 제어하여 돌입 전류를 저감시킴으로써 낮은 회로 면적 및 제조 비용으로 돌입 전류를 저감시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 역률 보정 장치의 개략적인 블럭도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 역률 보정 장치의 개략적인 회로도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.

또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 역률 보정 장치의 개략적인 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 역류 보정 장치(100)는 제1 스위칭부(110), 제2 스위칭부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있으며, 필터부(F) 및 정류부(R)를 더 포함할 수 있다.

필터부(F)는 입력된 교류 전원(AC)의 전자기 간섭을 필터링할 수 있다.

정류부(R)는 필터부(F)에 의해 필터링된 전원을 정류하여 제1 스위칭부(110)에 전달할 수 있다.

필터부(F) 또는 정류부(R)는 필터링된 전원 또는 정류된 전원을 평활할 수 있다.

제1 스위칭부(110)는 제어부(130)에 따라 정류된 전원을 바이패스 하거나 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭할 수 있다.

제2 스위칭부(120)는 정류된 전원의 전압 레벨에 무관하게 제1 스위칭부(110)로부터 전달받은 전원을 PWM 스위칭할 수 있다.

제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭부(110,120)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

이때, 제어부(130)는 입력 전원의 전압 레벨(Deta)에 따라 제1 스위칭부(110)의 스위칭 동작을 제어할 수 있고, 출력 전원의 전압 레벨(Detb)에 따라 제2 스위칭부(120)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

보다 상세하게는 제어부(130)는 입력 전원의 전압 레벨을 출력 전원의 전압 레벨과 비교하여 그 비교 결과에 따라 제1 스위칭부(110)의 스위칭을 제어할 수 있으며, 출력 전원의 전압 레벨(Detb)이 목표 출력 전원을 추종하도록 제2 스위칭부(120)의 스위칭을 제어할 수 있다.

제어부(130)는 입력 전원의 전압 레벨(Deta)에 따라 제1 스위칭부(110)의 스위칭 제어시 입력 전원의 순시치가 아닌 RMS(Root Mean Square) 값에 기초하여 제1 스위칭부(110)의 스위칭을 제어할 수 있다.

더하여, 제어부(130)는 역률 보정 장치(100)의 동작 초기시 사전에 설정된 시간 동안 제1 스위칭부(110)의 스위칭을 제어하여 돌입 전류를 저감시킬 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 역률 보정 장치의 개략적인 회로도이다.

도 1과 함께, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 스위칭부(110)는 브릿지 다이오드로 구성된 정류부(R)의 전원 라인에 직렬 연결된 스위치(QA)와 스위치(QA)의 후단과 접지 사이에 연결된 다이오드(DA)를 갖는 벅(Buck) 컨버터일 수 있고, 제2 스위칭부(120)는 전원 라인과 접지간에 연결된 스위치(QB)와 스위치(QB)의 스위칭에 따라 에너지를 충방전하는 인덕터(LB)를 갖는 부스트(Boost) 컨버터일 수 있다.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, 제어부(130)의 제어에 따라 제1 스위칭부(110)는 스위칭 온된 상태가 유지되어 정류부(R)로부터의 정류된 전원을 바이패스할 수 있고, 정류부(R)로부터의 정류된 전원을 PWM 스위칭하여 전압 레벨을 감압할 수 있다.

예를 들어, 교류 전원(AC)의 전압 레벨이 100~240V에 해당되면 스위치(QA)의 스위칭 온을 유지시켜, 정류된 전원을 제2 스위칭부(120)에 바이패스시키고, 제2 스위칭부(120)의 스위치(QB)는 제어부(130)의 제어에 따라 목표 출력 전원의 전압 레벨을 추종하도록 PWM 스위칭하여 바이패스된 전원을 승압할 수 있다.

이때, 목표 출력 전원(VPFC)의 전압 레벨은 통상적인 380~400V의 역률 보정된 전원의 전압 레벨보다 낮게 설정될 수 있으며 예를 들어 340V로 설정될 수 있다. 즉, 입력 전원과 출력 전원 간의 전압 레벨 차이를 저감시켜 전력 변환 효율이 저감되는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하면, 교류 전원(AC)의 전압 레벨이 240~264V에 해당되면 스위치(QA)의 스위칭을 PWM 제어하여, 정류된 전원의 전압 레벨을 감압하고, 제2 스위칭부(120)의 스위치(QB)는 PWM 제어되어 감압된 전원의 전압 레벨을 340V로 승압시킬 수 있다. 즉, 벅-부스트 동작을 수행할 수 있다.

상술한 제1 스위칭부(110)의 PWM 스위칭은 역률 보정 장치가 동작 시작한 동작 초기에 사전에 설정된 시간 동안 수행되어 돌입 전류를 저감시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 본 발명의 역률 보정 장치는 부스트 컨버터와 벅 컨버터를 조합하고, 입력 전원의 전압 레벨과 출력 전원의 전압 레벨을 비교하여 벅 컨버터를 PWM 스위칭 제어하거나 스위칭 온시켜 입력 전원을 바이패스시킴으로써 전력 변환 효율을 증가시키고, 동작 초기시 일정 시간 동안 벅 컨버터를 PWM 스위칭 제어하여 돌입 전류를 저감시킴으로써 낮은 회로 면적 및 제조 비용으로 돌입 전류를 저감시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 역률 보정 장치
110: 제1 스위칭부
120: 제2 스위칭부
130: 제어부

Claims

입력 전원의 전압 레벨이 사전에 설정된 전압 레벨 이하이면 스위칭 온되어 상기 입력 전원을 바이패스하고, 사전에 설정된 전압 레벨 이상이면 제어에 따라 입력 전원을 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭하는 제1 스위칭부
제어에 따라 상기 제1 스위칭부로부터 전달받은 전원을 PWM 스위칭하여 전압 레벨을 승압시키는 제2 스위칭부; 및
상기 입력 전원의 전압 레벨이 상기 사전에 설정된 전압 레벨 이하이면, 상기 제1 스위칭부의 스위칭 온을 유지시켜 상기 입력 전원을 상기 제2 스위칭부에 바이패스시키고, 상기 제2 스위칭부를 PWM 스위칭 제어하여 상기 바이패스된 전원을 승압하고,
상기 입력 전원의 전압 레벨이 상기 사전에 설정된 전압 레벨 이상이면, 상기 제1 스위칭부를 PWM 스위칭 제어하여 상기 입력 전원의 전압 레벨을 감압하고, 상기 제2 스위칭부를 PWM 스위칭 제어하여 상기 감압된 전원의 전압 레벨을 승압하는 제어부를 포함하는 역률 보정 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 입력 전원의 피크(peak) 전압 레벨이 상기 제2 스위칭부의 출력 전원의 전압 레벨보다 크면 상기 제1 스위칭부의 PWM 스위칭 동작을 개시시키는 역률 보정 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 입력 전원의 RMS(Root Mean Square) 값을 상기 출력 전원과 비교하여 상기 제1 스위칭부의 스위칭을 제어하는 역률 보정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 동작 초기시 사전에 설정된 시간 동안 상기 제1 스위칭부를 PWM 스위칭 제어하는 역률 보정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 스위칭부는 벅(BUCK) 컨버터인 역률 보정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 스위칭부는 부스트(BOOST) 컨버터인 역률 보정 장치.