KR102431876B1 - 전원 공급 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 기술적 측면에 따른 전원 공급 장치는, 입력된 직류 전원의 전압 레벨을 변환하는 직류 직류 변환부 및 상기 직류 직류 변환부의 출력을 변환하여 출력하는 출력부를 포함할 수 있다. 상기 출력부는 상기 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 이상이면, 상기 직류 직류 변환부의 출력을 감압하여 출력할 수 있다.
Description
본 발명은 전원 공급 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템에 관한 것이다.
전원 공급 장치는 전원이 공급되는 전자 장치에 따라 다양한 요구 사항이 존재한다.
특히 서버 등과 같이 고전압의 전력을 요구하는 경우, 해당 장치까지 전원 전송을 위하여 요구되는 장비도 다양하고 그에 따라 전력 전송 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
종래에는 교류 전압의 형태로 전원을 분배하고, 분배된 교류 전압을 직류로 변환한 후 다시 부하에 맞춰서 직류 직류 변환을 수행하는 시스템이 사용되었다. 그러나 교류 전압으로 분배를 수행할 때 전력 전송의 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
특히 서버 등과 같이 고전압의 전력을 요구하는 경우, 해당 장치까지 전원 전송을 위하여 요구되는 장비도 다양하고 그에 따라 전력 전송 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
종래에는 교류 전압의 형태로 전원을 분배하고, 분배된 교류 전압을 직류로 변환한 후 다시 부하에 맞춰서 직류 직류 변환을 수행하는 시스템이 사용되었다. 그러나 교류 전압으로 분배를 수행할 때 전력 전송의 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은 입력된 직류 전원의 전압 레벨에 대응하여 직류 직류 변환 후에 추가적인 감압을 수행할 수 있는 전원 공급 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 기술적 측면은 전원 공급 장치를 제안한다. 상기 전원 공급 장치는, 입력된 직류 전원의 전압 레벨을 변환하는 직류 직류 변환부 및 상기 직류 직류 변환부의 출력을 변환하여 출력하는 출력부를 포함할 수 있다. 상기 출력부는 상기 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 이상이면, 상기 직류 직류 변환부의 출력을 감압하여 출력할 수 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 전원 공급 시스템을 제안한다. 상기 전원 공급 시스템은, 교류 입력 전원을 정류하는 정류 장치, 상기 정류 장치의 출력을 분배하여, 직류 전원을 출력하는 전원 분배 장치 및 상기 직류 전원을 입력받고, 부하에서 요구하는 전압 레벨로 변환하여 출력하는 전원 공급 장치를 포함한다. 상기 직류 전원은 소정의 범위 내에서 변동 가능하다. 상기 전원 공급 장치는 상기 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 이상이면 직류 직류 변환 이후에 감압을 수행할 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 전원 공급 시스템을 제안한다. 상기 전원 공급 시스템은, 교류 입력 전원을 정류하는 정류 장치, 상기 정류 장치의 출력을 분배하여, 직류 전원을 출력하는 전원 분배 장치 및 상기 직류 전원을 입력받고, 부하에서 요구하는 전압 레벨로 변환하여 출력하는 전원 공급 장치를 포함한다. 상기 직류 전원은 소정의 범위 내에서 변동 가능하다. 상기 전원 공급 장치는 상기 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 이상이면 직류 직류 변환 이후에 감압을 수행할 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 신호 전송 장치는, 입력된 직류 전원의 전압 레벨에 대응하여 직류 직류 변환 후에 추가적인 감압을 수행할 수 있어, 입력 전원의 범위가 넓은 경우에서도 높은 효율로 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하는 회로도이다.
도 4는 공진형 LLC 컨버터에서 k 값에 따른 이득을 도시하는 그래프이다.
도 5 및 도 6은 공진형 컨버터에서 k값에 따른 1차측 전류의 파형을 도시하는 그래프들이다.
도 7은 부하의 변화에 따른 효율을 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하는 회로도이다.
도 4는 공진형 LLC 컨버터에서 k 값에 따른 이득을 도시하는 그래프이다.
도 5 및 도 6은 공진형 컨버터에서 k값에 따른 1차측 전류의 파형을 도시하는 그래프들이다.
도 7은 부하의 변화에 따른 효율을 도시하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전원 공급 시스템(100)은 정류 장치(110), 전원 분배 장치(120) 및 전원 공급 장치(130)를 포함할 수 있다.
정류 장치(110)는 교류 전원(AC)을 입력받아 직류 전원(DC)으로 정류할 수 있다.
전원 분배 장치(120)는 정류 장치(110)에서 출력된 직류 전원(DC)을 분배할 수 있다. 즉, 전원 분배 장치(120)는 정류 장치(110)의 출력을 분배하여, 직류 전원을 출력할 수 있다.
도시된 예에서는 전원 분배 장치(120)가 하나의 전원으로 분배하는 예를 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 전원 분배 장치(120)는 입력받은 직류 전원을 다수의 전원 공급 장치에 분배할 수 있다.
전원 공급 장치(130)는 전원 분배 장치(120)에서 제공된 직류 전원을 입력받고, 이를 부하에서 요구하는 전압 레벨로 변환하여 출력할 수 있다.
전원 공급 장치(130)는 넓은 전압 입력 범위를 가질 수 있다. 즉, 전원 공급 장치(130)에 입력되는 직류 전원은 소정의 범위 내에서 변동 가능하다.
전원 공급 장치(130)는 넓은 전압 입력 범위에 대하여 높은 효율을 가지도록, 입력되는 직류 전원의 전압 레벨에 따라 전압직류 직류 변환 후에 별도의 감압을 수행할 수 있다. 예컨대, 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 이상이면 직류 직류 변환 이후에 감압을 수행할 수 있다.
종래의 전원 공급 시스템의 경우, 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후, 이를 다시 교류 전원으로 변환하여 전원을 분배하였으나, 이러한 종래 방식은 본 발명과 같이 직류 전원으로 전원을 분배하는 방식 보다 변환이 다수 이루어지므로 그로 인한 효율이 낮다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후 그 직류 전원을 이용하여 전원을 분배할 수 있다. 이에 따라, 종래 보다 변환 횟수가 줄어들어 전원 변환의 효율이 높다.
또한, 본 발명의 일 실시예에로서 전원 공급 장치(130)는, 분배되는 직류 전원, 즉, 전원 공급 장치(130)에 입력되는 직류 전원의 전압 범위가 넓은 경우에도 효율적으로 전원 공급을 수행할 수 있다.
이하 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전원 공급 장치(130)는 직류 직류 변환부(210) 및 출력부(220)를 포함할 수 있다.
직류 직류 변환부(210)는 입력된 직류 전원의 전압 레벨을 변환할 수 있다.
출력부(220)는 직류 직류 변환부(210)의 출력을 변환하여 출력할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치는 넓은 입력 범위에서도 효율적으로 동작할 수 있도록, 출력부(220)는 상기 직류 전원의 전압 레벨에 따라 별도의 감압 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 출력부(220)는 상기 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 이상이면, 직류 직류 변환부(210)의 출력을 감압하여 출력할 수 있다.
다른 예를 들어, 출력부(220)는 상기 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 미만이면, 직류 직류 변환부(210)의 출력에 대하여 감압을 수행하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 직류 직류 변환부(310)는 공진형 LLC 컨버터를 포함할 수 있다. 직류 직류 변환부(310)는 직류 전압(Vin)을 입력받고, 1차측의 주 스위치(Q1, Q2)의 교번적인 스위칭 동작에 따라, 공진 회로(Lr, Lm, Cr)을 통하여 1차측의 전원을 2차측으로 전달할 수 있다. 2차측에는 동기 정류기(SR1, SR2)의 스위칭 동작에 의하여 직류 전압의 부하 전압(Vo)를 부하(Ro)에 제공할 수 있다.
직류 직류 변환부(310)에 입력되는 직류 전원의 전압 범위가 넓게 설정될 수 있으므로, 직류 직류 변환부(310)의 k 값의 범위가 넓게 설정될 수 있다. k값은 인덕터 Lm에 대한 인덕터 Lr의 비율과 관련된 값으로서, k값의 크기에 따라 주파수 변동에 따른 컨버터의 전압 이득의 범위가 다르게 설정된다.
도 4는 공진형 LLC 컨버터에서 k 값에 따른 이득을 도시하는 그래프로서, 도 4에 도시된 바와 같이, k값을 작게 설계 할수록 주파수 변동에 따른 컨버터의 전압 이득의 범위가 넓어짐을 알 수 있다. 따라서, 종래의 경우에는 k값을 작게 설계하여 출력 전압의 레귤레이션을 확보하도록 하였다.
그러나, k값이 작은 경우, 변환시의 효율이 낮아지게 된다. 도 5 및 도 6은 공진형 컨버터에서 k값에 따른 1차측 전류의 파형을 도시하고 있으며, 이하 도 5 및 도 6을 참조하여 k값에 따른 변환 효율을 설명한다.
도 5는 k값이 크게 설정된 경우, 즉, 인덕터 Lm의 값이 상대적으로 큰 경우의 1차측 전류 ILm과 Ir을 도시하고 있다. 한편 도 6은 k값이 작게 설정된 경우, 즉, 인덕터 Lm의 값이 상대적으로 작은 경우의 1차측 전류 ILm과 Ir을 도시하고 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 공진형 컨버터의 k값이 작은 경우, 1차측에 흐르는 전류의 실효값(RMS, Root mean square)이 커지고, 주 스위치(Q1, Q2)의 턴-오프 시의 전류량이 많아 지게 된다. 이러한 많은 전류량에 의하여 공진형 컨버터의 도통 손실과 스위칭 손실이 증가되게 될 수 있으며, 그로 인하여 전체적인 변환 효율이 낮아지게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 k값의 범위를 종래에 비하여 상대적으로 크게 하여 변환 효율을 높이고, 높은 k값에 의하여 넓은 입력 범위에서도 레귤레이션 효율을 높이기 위하여, 출력부(320)는 필터 및 감압 회로를 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 출력부(320)에 대하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 출력부(320)는 필터 및 감압 회로를 포함할 수 있다.
필터는 적어도 하나의 인턱터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 예에서 출력부(320)는 CLC 필터를 포함하고 있으나, 이는 다른 필터의 종류로서도 대체 가능하다.
출력부(320)는 또한 감압 회로를 포함할 수 있으며, 감압 회로는 필터의 소자 중 적어도 일부를 이용하여 구성될 수 있다. 예컨대, 출력부(320)는 스위치를 이용하여 필터의 적어도 일부 소자를 동작시켜 감압을 수행하는 감압형 컨버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 출력부(320)는, 직류 직류 변환부(310)의 출력단에 병렬 연결되는 제1 커패시터 (Co1), 일단이 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되고 타단이 상기 출력부의 출력단에 연결되는 제1 인덕터(Lo) 및 일단이 상기 제1 인턱터의 타단에 연결되고 타단이 상기 제1 커패시터의 타단에 연결되는 제2 커패시터(Co2)로 구성된 CLC 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 커패시터(Co1)는 적층형 세라믹 커패시터일 수 있고, 제2 커패시터(Co2)는 전해형 커패시터일 수 있다. 이러한 실시예는, 필터의 앞 단에서 전류 용량이 큰 적층형 세라믹 커패시터를 이용하여 전류 리플을 흡수하고, 뒷 단에 큰 용량의 전해 캐패시터를 사용함으로써 전력 밀도가 크게 향상될 수 있다. 그에 따라 큰 출력 전류에서도 안정적인 출력을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 출력부(320)는 벅 컨버터를 포함할 수 있다. 벅 컨버터는 벅 스위치(QA)와 다이오드(DA)를 포함할 수 있다.
벅 스위치(QA)는 일단이 제1 커패시터(Co1)의 일단에 연결되고, 타단이 제1 인덕터(Lo)의 일단 사이에 연결될 수 있다.
다이오드(DA)는 일단이 벅 스위치(QA)의 타단에 연결되고, 타단이 제1 커패시터(Co1)의 타단에 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 출력부(320)는 벅 컨버터 외의 다른 감압형 컨버터를 이용할 수 도 있다.
출력부(320)는 넓은 입력 전압 범위에서 높은 입력 전압(예컨대, 기준 레벨 이상의 입력 전압)이 입력되면 경우, 벅 컨버터를 이용하여 감압을 수행하여 출력할 수 있다. 한편, 정상 상태의 입력 전압(예컨대, 기준 레벨 미만의 입력 전압)이 입력되게 되면, 벅 스위치(QA)를 턴 온 상태로 유지함으로써 감압을 수행하지 않고 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 종래의 공진형 컨버터에 비하여 k값을 더 크게 설정할 수 있으므로, 변환에 의한 손실을 줄일 수 있다.
도 7은 부하의 변화에 따른 효율을 도시하는 그래프로서, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예와 종래 방식의 효율을 비교하여 설명한다.
도시된 그래프는 입력 전압은 260V 내지 400V 이고 기준 전압은 336V, 출력 전력은 750W인 예의 경우의 부하 대비 성능을 도시하고 있다. 본 발명의 일 실시예는 종래의 비교예보다 높은 k값으로 설계되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 전 부하에서 종래의 비교예보다 높은 효율을 가짐을 알 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 종래의 비교예보다 높은 k값을 가지고 있으며, 출력부의 감압 컨버터를 활용하여 출력 전압을 생성하기 때문이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전원 공급 시스템(100)은 정류 장치(110), 전원 분배 장치(120) 및 전원 공급 장치(130)를 포함할 수 있다.
정류 장치(110)는 교류 전원(AC)을 입력받아 직류 전원(DC)으로 정류할 수 있다.
전원 분배 장치(120)는 정류 장치(110)에서 출력된 직류 전원(DC)을 분배할 수 있다. 즉, 전원 분배 장치(120)는 정류 장치(110)의 출력을 분배하여, 직류 전원을 출력할 수 있다.
도시된 예에서는 전원 분배 장치(120)가 하나의 전원으로 분배하는 예를 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 전원 분배 장치(120)는 입력받은 직류 전원을 다수의 전원 공급 장치에 분배할 수 있다.
전원 공급 장치(130)는 전원 분배 장치(120)에서 제공된 직류 전원을 입력받고, 이를 부하에서 요구하는 전압 레벨로 변환하여 출력할 수 있다.
전원 공급 장치(130)는 넓은 전압 입력 범위를 가질 수 있다. 즉, 전원 공급 장치(130)에 입력되는 직류 전원은 소정의 범위 내에서 변동 가능하다.
전원 공급 장치(130)는 넓은 전압 입력 범위에 대하여 높은 효율을 가지도록, 입력되는 직류 전원의 전압 레벨에 따라 전압직류 직류 변환 후에 별도의 감압을 수행할 수 있다. 예컨대, 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 이상이면 직류 직류 변환 이후에 감압을 수행할 수 있다.
종래의 전원 공급 시스템의 경우, 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후, 이를 다시 교류 전원으로 변환하여 전원을 분배하였으나, 이러한 종래 방식은 본 발명과 같이 직류 전원으로 전원을 분배하는 방식 보다 변환이 다수 이루어지므로 그로 인한 효율이 낮다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후 그 직류 전원을 이용하여 전원을 분배할 수 있다. 이에 따라, 종래 보다 변환 횟수가 줄어들어 전원 변환의 효율이 높다.
또한, 본 발명의 일 실시예에로서 전원 공급 장치(130)는, 분배되는 직류 전원, 즉, 전원 공급 장치(130)에 입력되는 직류 전원의 전압 범위가 넓은 경우에도 효율적으로 전원 공급을 수행할 수 있다.
이하 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전원 공급 장치(130)는 직류 직류 변환부(210) 및 출력부(220)를 포함할 수 있다.
직류 직류 변환부(210)는 입력된 직류 전원의 전압 레벨을 변환할 수 있다.
출력부(220)는 직류 직류 변환부(210)의 출력을 변환하여 출력할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치는 넓은 입력 범위에서도 효율적으로 동작할 수 있도록, 출력부(220)는 상기 직류 전원의 전압 레벨에 따라 별도의 감압 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 출력부(220)는 상기 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 이상이면, 직류 직류 변환부(210)의 출력을 감압하여 출력할 수 있다.
다른 예를 들어, 출력부(220)는 상기 직류 전원의 전압 레벨이 기준 레벨 미만이면, 직류 직류 변환부(210)의 출력에 대하여 감압을 수행하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 직류 직류 변환부(310)는 공진형 LLC 컨버터를 포함할 수 있다. 직류 직류 변환부(310)는 직류 전압(Vin)을 입력받고, 1차측의 주 스위치(Q1, Q2)의 교번적인 스위칭 동작에 따라, 공진 회로(Lr, Lm, Cr)을 통하여 1차측의 전원을 2차측으로 전달할 수 있다. 2차측에는 동기 정류기(SR1, SR2)의 스위칭 동작에 의하여 직류 전압의 부하 전압(Vo)를 부하(Ro)에 제공할 수 있다.
직류 직류 변환부(310)에 입력되는 직류 전원의 전압 범위가 넓게 설정될 수 있으므로, 직류 직류 변환부(310)의 k 값의 범위가 넓게 설정될 수 있다. k값은 인덕터 Lm에 대한 인덕터 Lr의 비율과 관련된 값으로서, k값의 크기에 따라 주파수 변동에 따른 컨버터의 전압 이득의 범위가 다르게 설정된다.
도 4는 공진형 LLC 컨버터에서 k 값에 따른 이득을 도시하는 그래프로서, 도 4에 도시된 바와 같이, k값을 작게 설계 할수록 주파수 변동에 따른 컨버터의 전압 이득의 범위가 넓어짐을 알 수 있다. 따라서, 종래의 경우에는 k값을 작게 설계하여 출력 전압의 레귤레이션을 확보하도록 하였다.
그러나, k값이 작은 경우, 변환시의 효율이 낮아지게 된다. 도 5 및 도 6은 공진형 컨버터에서 k값에 따른 1차측 전류의 파형을 도시하고 있으며, 이하 도 5 및 도 6을 참조하여 k값에 따른 변환 효율을 설명한다.
도 5는 k값이 크게 설정된 경우, 즉, 인덕터 Lm의 값이 상대적으로 큰 경우의 1차측 전류 ILm과 Ir을 도시하고 있다. 한편 도 6은 k값이 작게 설정된 경우, 즉, 인덕터 Lm의 값이 상대적으로 작은 경우의 1차측 전류 ILm과 Ir을 도시하고 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 공진형 컨버터의 k값이 작은 경우, 1차측에 흐르는 전류의 실효값(RMS, Root mean square)이 커지고, 주 스위치(Q1, Q2)의 턴-오프 시의 전류량이 많아 지게 된다. 이러한 많은 전류량에 의하여 공진형 컨버터의 도통 손실과 스위칭 손실이 증가되게 될 수 있으며, 그로 인하여 전체적인 변환 효율이 낮아지게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 k값의 범위를 종래에 비하여 상대적으로 크게 하여 변환 효율을 높이고, 높은 k값에 의하여 넓은 입력 범위에서도 레귤레이션 효율을 높이기 위하여, 출력부(320)는 필터 및 감압 회로를 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 출력부(320)에 대하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 출력부(320)는 필터 및 감압 회로를 포함할 수 있다.
필터는 적어도 하나의 인턱터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 예에서 출력부(320)는 CLC 필터를 포함하고 있으나, 이는 다른 필터의 종류로서도 대체 가능하다.
출력부(320)는 또한 감압 회로를 포함할 수 있으며, 감압 회로는 필터의 소자 중 적어도 일부를 이용하여 구성될 수 있다. 예컨대, 출력부(320)는 스위치를 이용하여 필터의 적어도 일부 소자를 동작시켜 감압을 수행하는 감압형 컨버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 출력부(320)는, 직류 직류 변환부(310)의 출력단에 병렬 연결되는 제1 커패시터 (Co1), 일단이 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되고 타단이 상기 출력부의 출력단에 연결되는 제1 인덕터(Lo) 및 일단이 상기 제1 인턱터의 타단에 연결되고 타단이 상기 제1 커패시터의 타단에 연결되는 제2 커패시터(Co2)로 구성된 CLC 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 커패시터(Co1)는 적층형 세라믹 커패시터일 수 있고, 제2 커패시터(Co2)는 전해형 커패시터일 수 있다. 이러한 실시예는, 필터의 앞 단에서 전류 용량이 큰 적층형 세라믹 커패시터를 이용하여 전류 리플을 흡수하고, 뒷 단에 큰 용량의 전해 캐패시터를 사용함으로써 전력 밀도가 크게 향상될 수 있다. 그에 따라 큰 출력 전류에서도 안정적인 출력을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 출력부(320)는 벅 컨버터를 포함할 수 있다. 벅 컨버터는 벅 스위치(QA)와 다이오드(DA)를 포함할 수 있다.
벅 스위치(QA)는 일단이 제1 커패시터(Co1)의 일단에 연결되고, 타단이 제1 인덕터(Lo)의 일단 사이에 연결될 수 있다.
다이오드(DA)는 일단이 벅 스위치(QA)의 타단에 연결되고, 타단이 제1 커패시터(Co1)의 타단에 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 출력부(320)는 벅 컨버터 외의 다른 감압형 컨버터를 이용할 수 도 있다.
출력부(320)는 넓은 입력 전압 범위에서 높은 입력 전압(예컨대, 기준 레벨 이상의 입력 전압)이 입력되면 경우, 벅 컨버터를 이용하여 감압을 수행하여 출력할 수 있다. 한편, 정상 상태의 입력 전압(예컨대, 기준 레벨 미만의 입력 전압)이 입력되게 되면, 벅 스위치(QA)를 턴 온 상태로 유지함으로써 감압을 수행하지 않고 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 종래의 공진형 컨버터에 비하여 k값을 더 크게 설정할 수 있으므로, 변환에 의한 손실을 줄일 수 있다.
도 7은 부하의 변화에 따른 효율을 도시하는 그래프로서, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예와 종래 방식의 효율을 비교하여 설명한다.
도시된 그래프는 입력 전압은 260V 내지 400V 이고 기준 전압은 336V, 출력 전력은 750W인 예의 경우의 부하 대비 성능을 도시하고 있다. 본 발명의 일 실시예는 종래의 비교예보다 높은 k값으로 설계되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 전 부하에서 종래의 비교예보다 높은 효율을 가짐을 알 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 종래의 비교예보다 높은 k값을 가지고 있으며, 출력부의 감압 컨버터를 활용하여 출력 전압을 생성하기 때문이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 전원 공급 시스템
110 : 정류 장치
120: 전원 분배 장치
130 : 전원 공급 장치
210, 310 : 직류 직류 변환부
220, 320 : 출력부
110 : 정류 장치
120: 전원 분배 장치
130 : 전원 공급 장치
210, 310 : 직류 직류 변환부
220, 320 : 출력부
Claims (10)
- 입력된 직류 전원의 전압 레벨을 변환하는 직류 직류 변환부; 및
상기 전압 레벨이 변환된 직류 전원의 전압 레벨에 기초하여 추가 감압 여부를 판단하는 출력부;를 포함하고,
상기 출력부는,
적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 필터;를 포함하고,
상기 필터는,
상기 직류 직류 변환부의 출력단에 병렬 연결되는 제1 커패시터(Co1), 상기 제1 커패시터(Co1)의 일단과 상기 출력부의 출력단 사이에 연결되는 제1 인덕터(Lo) 및 상기 제1 인덕터(Lo)의 일단과 상기 제1 커패시터(Co1)의 일단 사이에 연결되는 제2 커패시터(Co2)를 포함하며,
상기 제1 커패시터(Co1)는 적층형 세라믹 커패시터이고, 상기 제2 커패시터(Co2)는 전해형 커패시터이고,
상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨이 기 설정된 레벨 이상이면, 상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨을 감압하여 출력하고, 상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨이 기 설정된 레벨 미만이면, 상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨을 감압하지 않고 출력하는, 전원 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 직류 직류 변환부는,
교번적으로 스위칭하는 스위치부; 및
상기 스위치부의 스위칭 동작에 따라 상기 입력된 직류 전원을 2차측으로 전달하는 공진 회로;를 포함하고,
상기 공진 회로는,
상기 스위칭 동작에 따라 자화 인덕터(Lm), 누설 인덕터(Lr) 및 공진 커패시터(Cr)을 포함하는, 전원 공급 장치. - 제2항에 있어서,
상기 직류 직류 변환부는,
상기 누설 인덕터(Lr)의 인덕턴스 값을 기준으로 상기 자화 인덕터(Lm)의 인덕턴스 값과의 비율이 기 설정된 값보다 크도록 상기 자화 인덕터(Lm) 및 상기 누설 인덕터(Lr)의 인덕턴스 값이 설정되는, 전원 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 출력부는,
상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨을 감압하는 감압 회로;를 더 포함하는 전원 공급 장치. - 삭제
- 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 감압 회로는,
상기 필터의 일부 소자를 포함하는, 전원 공급 장치. - 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 정류하는 정류 장치;
상기 정류 장치에서 정류된 직류 전원을 분배하여 적어도 하나의 전원 공급 장치로 상기 분배된 직류 전원을 출력하는 전원 분배 장치;
상기 분배된 직류 전원을 입력받고, 부하에서 요구하는 전압 레벨로 변환하여 출력하는 전원 공급 장치;를 포함하고,
상기 전원 공급 장치는,
입력된 직류 전원의 전압 레벨을 변환하는 직류 직류 변환부, 상기 전압 레벨이 변환된 직류 전원의 전압 레벨에 기초하여 추가 감압 여부를 판단하는 출력부를 포함하고, 상기 출력부는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 필터를 포함하고, 상기 필터는 상기 직류 직류 변환부의 출력단에 병렬 연결되는 제1 커패시터(Co1), 상기 제1 커패시터(Co1)의 일단과 상기 출력부의 출력단 사이에 연결되는 제1 인덕터(Lo) 및 상기 제1 인덕터(Lo)의 일단과 상기 제1 커패시터(Co1)의 일단 사이에 연결되는 제2 커패시터(Co2)를 포함하며, 상기 제1 커패시터(Co1)는 적층형 세라믹 커패시터이고, 상기 제2 커패시터(Co2)는 전해형 커패시터이고, 상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨이 기 설정된 레벨 이상이면, 상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨을 감압하여 출력하고, 상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨이 기 설정된 레벨 미만이면, 상기 변환된 직류 전원의 전압 레벨을 감압하지 않고 출력하는, 전원 공급 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는,
교번적으로 스위칭하는 스위치부 및 상기 스위치부의 스위칭 동작에 따라 상기 입력된 직류 전원을 2차측으로 전달하는 공진 회로를 더 포함하고, 상기 공진 회로는 상기 스위칭 동작에 따라 자화 인덕터(Lm), 누설 인덕터(Lr) 및 공진 커패시터(Cr)를 포함하는, 전원 공급 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는,
상기 누설 인덕터(Lr)의 인덕턴스 값을 기준으로 상기 자화 인덕터(Lm)의 인덕턴스 값과의 비율이 기 설정된 값보다 크도록 상기 자화 인덕터(Lm) 및 상기 누설 인덕터(Lr)의 인덕턴스 값이 설정되는, 전원 공급 시스템.
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| KR1020150121242A KR102431876B1 (ko) | 2015-08-27 | 2015-08-27 | 전원 공급 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020150121242A KR102431876B1 (ko) | 2015-08-27 | 2015-08-27 | 전원 공급 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템 |
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| KR20170026782A KR20170026782A (ko) | 2017-03-09 |
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