KR102569138B1 - LLC resonant converter for D-Class AMP by use of voltage-gain variation control - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적으로 D-Class 앰프를 위한 LLC 공진형 컨버터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 D-Class 앰프의 동작 상태를 모니터링하여 D-Class 앰프가 기동 중인 동안에는 컨버터의 전압이득을 낮게 설정하고 D-Class 앰프가 정상상태로 진입하면 컨버터의 전압이득을 상대적으로 더 높게 설정함으로써 무부하 전압상승에 따른 D-Class 앰프의 기동시 불안정성과 최대부하 전압강하에 따른 D-Class 앰프의 최대출력 성능 하락이라는 종래기술의 문제를 모두 해결할 수 있는 전압이득 가변제어 기반의 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 D-Class 앰프를 위한 LLC 공진형 컨버터에서 작은 용량의 트랜스 소자를 사용하는 것이 가능해져 제조비용 절감과 제품의 고효율화, 경량화, 소형화를 달성할 수 있는 장점이 있다. The present invention generally relates to an LLC resonant converter for a D-Class amplifier. In particular, the present invention monitors the operating state of the D-Class amplifier, sets the voltage gain of the converter low while the D-Class amplifier is operating, and relatively raises the voltage gain of the converter when the D-Class amplifier enters the normal state. By setting, the D-Class based on variable voltage gain control can solve all the problems of the prior art, such as instability during startup of the D-Class amplifier due to the rise in no-load voltage and decrease in the maximum output performance of the D-Class amplifier due to the drop in the maximum load voltage. It relates to an LLC resonant converter for an amplifier. According to the present invention, it is possible to use a small-capacity transformer element in the LLC resonant converter for the D-Class amplifier, thereby reducing manufacturing cost and achieving high efficiency, light weight, and miniaturization of the product.
Description
본 발명은 일반적으로 D-Class 앰프를 위한 LLC 공진형 컨버터에 관한 것이다. The present invention generally relates to an LLC resonant converter for a D-Class amplifier.
특히, 본 발명은 D-Class 앰프의 동작 상태를 모니터링하여 D-Class 앰프가 기동 중인 동안에는 컨버터의 전압이득을 낮게 설정하고 D-Class 앰프가 정상상태로 진입하면 컨버터의 전압이득을 상대적으로 더 높게 설정함으로써 무부하 전압상승에 따른 D-Class 앰프의 기동시 불안정성과 최대부하 전압강하에 따른 D-Class 앰프의 최대출력 성능 하락이라는 종래기술의 문제를 모두 해결할 수 있는 전압이득 가변제어 기반의 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터에 관한 것이다. In particular, the present invention monitors the operating state of the D-Class amplifier, sets the voltage gain of the converter low while the D-Class amplifier is operating, and relatively raises the voltage gain of the converter when the D-Class amplifier enters the normal state. By setting, the D-Class based on variable voltage gain control can solve all the problems of the prior art, such as instability during startup of the D-Class amplifier due to the rise in no-load voltage and decrease in the maximum output performance of the D-Class amplifier due to the drop in the maximum load voltage. It relates to an LLC resonant converter for an amplifier.
현재 D-Class 앰프의 전원으로 LLC 공진형 컨버터(LLC Resonant converter)를 사용하는 것이 일반적이다. 다양한 토폴로지로 D-Class 앰프의 전원을 설계하는 것도 가능하지만, 300W 이상의 D-Class 앰프에 LLC 공진형 컨버터가 아닌 다른 토폴로지를 적용할 경우에는 손실이 커져 비효율적이다.Currently, it is common to use an LLC resonant converter as a power source for D-Class amplifiers. It is possible to design the power supply of the D-Class amplifier with various topologies, but if a topology other than the LLC resonant converter is applied to the D-Class amplifier of 300W or more, the loss increases and it is inefficient.
[도 1]은 LLC 공진형 컨버터의 일반적인 회로 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing a general circuit configuration of an LLC resonant converter.
일반적으로 LLC 공진형 컨버터는 커패시터와 인덕터 사이의 공진 현상을 이용한다. 즉, LLC 공진형 컨버터는 공진현상을 일으키기 위한 공진 커패시터와 공진 인덕터를 포함한다. 또한, LLC 공진형 컨버터는 구동을 위해서 스위치들을 포함하는데 스위치들의 온/오프 동작에 따라 입력 전류가 불연속적일 수 있다. 입력 전류가 불연속적이게 되면 노이즈가 발생하게 되므로 이를 방지하기 위해 LC 필터가 사용된다. LLC 공진형 컨버터에서 출력 전압의 비율은 변압기 부품에 포함된 권선부들 사이의 턴비(turn-ratio)에 의해 주로 결정된다.In general, an LLC resonant converter uses a resonance phenomenon between a capacitor and an inductor. That is, the LLC resonant converter includes a resonant capacitor and a resonant inductor for generating a resonant phenomenon. In addition, the LLC resonant converter includes switches for driving, and the input current may be discontinuous according to the on/off operation of the switches. When the input current becomes discontinuous, noise is generated. To prevent this, an LC filter is used. In the LLC resonant converter, the output voltage ratio is mainly determined by a turn-ratio between windings included in a transformer component.
[도 1]을 참조하면, LLC 공진형 컨버터는 직류 입력전원(Vg)이 인가되어 스위칭 소자의 교번 스위칭 동작에 의해 직사각형 파상 전원(Vs)을 출력하는 스위치부(11)와, 직사각형 파상 전원(Vs)이 인가되어 누설 인덕터(Lr), 여자 인덕터(Lm), 공진 콘덴서(Cr)에 의해 LLC 공진하는 공진탱크(12)와, 공진탱크(12)로부터 인가되는 1차측 교류전원(Vpri)을 트랜스 턴비(turn-ratio)(n2/n1)에 따른 전압레벨을 갖는 2차측 교류전원(Vsec)으로 변환 출력하는 변압부(13)와, 변압부(13)로부터 출력되는 2차측 교류전원(Vsec)을 정류하여 직류 출력전원(Vo)를 출력하는 정류부(14)를 구비한다. Referring to FIG. 1, the LLC resonant converter includes a switch unit 11 for outputting a rectangular wave power source Vs by an alternating switching operation of a switching element when a DC input power source Vg is applied, and a rectangular wave power source ( The
이때, 스위치부(11)는 풀브릿지(Full Bridge) 스위칭 회로(11a)로 구현될 수도 있고 하프브릿지(Half Bridge) 스위칭 회로(11b)로 구현될 수도 있다. 공진탱크(12)는 일반적으로 누설 인덕터(Lr), 여자 인덕터(Lm), 공진 콘덴서(Cr)에 의해 공진 회로를 구성한다. 변압부(13)는 공진탱크(12)와 정류부(14)를 연결하는 부품으로 턴비(n2/n1)에 의해 LLC 공진형 컨버터의 출력을 조절하고 전원 입출력 간에 절연도 제공한다. 정류부(14)는 다이오드와 커패시터의 조합에 의해 풀브릿지 또는 하프브릿지 또는 역률개선형 브릿지를 구성하며 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압(Vo)을 생성한다. 본 발명에서는 스위치부(11)와 정류부(14)의 형식을 제한하지 않는다. At this time, the switch unit 11 may be implemented as a full
일반적으로 LLC 공진형 컨버터는 스위치부(11)의 영전압 스위칭(ZVS)과 정류부(14)의 영전류 스위칭(ZCS)이 가능하기 때문에 높은 주파수에서도 고효율 동작이 가능하고 출력전압에 노이즈가 작기 때문에 D-Class 앰프에 특히 적합하다. In general, since the LLC resonant converter is capable of zero voltage switching (ZVS) of the switch unit 11 and zero current switching (ZCS) of the
반면, LLC 공진형 컨버터에는 무부하 조건에서 출력 전압이 상승하는 단점이 있다. D-Class 앰프가 기동하기 전에는 일시적으로 무부하 상태로 되는데, 이때 LLC 공진형 컨버터가 출력 전압이 상승하여 문제를 일으킬 수 있다. 이를 방지하기 위해 변압부(13)에 큰 용량의 트랜스 부품을 사용해야 하는데, 이로 인해 D-Class 앰프의 전력 손실이 커질 뿐만 아니라 제조비용이 상승하며 제품이 커지고 무거워지는 문제점이 발생한다. On the other hand, the LLC resonant converter has a disadvantage that the output voltage rises under no-load conditions. Before the D-Class amplifier starts, there is a temporary no-load condition, and at this time, the output voltage of the LLC resonant converter rises and may cause problems. In order to prevent this, a high-capacity transformer component must be used in the
본 발명의 목적은 일반적으로 D-Class 앰프를 위한 LLC 공진형 컨버터를 제공하는 것이다. An object of the present invention is generally to provide an LLC resonant converter for a D-Class amplifier.
특히, 본 발명의 목적은 D-Class 앰프의 동작 상태를 모니터링하여 D-Class 앰프가 기동 중인 동안에는 컨버터의 전압이득을 낮게 설정하고 D-Class 앰프가 정상상태로 진입하면 컨버터의 전압이득을 상대적으로 더 높게 설정함으로써 무부하 전압상승에 따른 D-Class 앰프의 기동시 불안정성과 최대부하 전압강하에 따른 D-Class 앰프의 최대출력 성능 하락이라는 종래기술의 문제를 모두 해결할 수 있는 전압이득 가변제어 기반의 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터를 제공하는 것이다. In particular, an object of the present invention is to monitor the operating state of the D-Class amplifier, set the voltage gain of the converter low while the D-Class amplifier is running, and set the voltage gain of the converter relatively when the D-Class amplifier enters the normal state. Voltage gain variable control based D -It is to provide LLC resonant converter for class amplifier.
한편, 본 발명의 해결 과제는 이들 사항에 제한되지 않으며 본 명세서의 기재로부터 다른 해결 과제가 이해될 수 있다. On the other hand, the problem of the present invention is not limited to these matters, and other problems can be understood from the description of this specification.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전압이득 가변제어 기반의 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터는, 직류 입력전원(Vg)이 인가되어 스위칭 소자의 교번 스위칭 동작에 의해 직사각형 파상 전원(Vs)을 출력하는 스위치부(110); 스위치부(110)로부터 직사각형 파상 전원(Vs)이 인가되어 누설 인덕턴스(Lr), 여자 인덕턴스(Lm), 공진 커패시턴스(Cr)에 의해 LLC 공진하는 공진탱크(120); 상기 공진탱크(120)로부터 인가되는 1차측 교류전원(Vpri)을 트랜스 턴비(turn-ratio)에 따른 전압레벨을 갖는 2차측 교류전원(Vsec)으로 변환 출력하는 변압부(130)로서, 1차측과 2차측 중의 적어도 한 측에 탭(tap)을 구비하여 복수의 턴비를 제공할 수 있도록 구성된 변압부(130); 변압부(130)로부터 출력되는 2차측 교류전원(Vsec)을 정류하여 직류 출력전원(Vo)를 출력하는 정류부(140); D-Class 앰프(150)의 동작 상태를 모니터링하여 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 동안에는 LLC 공진형 컨버터가 미리 설정된 제 1 전압이득을 제공하도록 제 1 전압이득 제어명령을 생성하고 D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 LLC 공진형 컨버터가 제 1 전압이득보다 더 큰 값으로 미리 설정된 제 2 전압이득을 제공하도록 제 2 전압이득 제어명령을 생성하는 전압이득 제어부(160); 제 1 및 제 2 전압이득 제어명령에 대응하여 변압부(130)와 공진탱크(120) 간의 연결과 변압부(130)와 정류부(140) 간의 연결 중의 적어도 하나를 스위칭 제어함으로써 제 1 전압이득 제어명령에 대해 미리 설정된 제 1 턴비를 제공하도록 변압부(130)를 설정하고 제 2 전압이득 제어명령에 대해 제 1 턴비보다 더 큰 값으로 미리 설정된 제 2 턴비를 제공하도록 변압부(130)를 설정하는 턴비설정부(170);를 포함하여 구성될 수 있다. In order to achieve the above object, the LLC resonant converter for a D-Class amplifier based on variable voltage gain control according to the present invention is applied with a DC input power supply (Vg) and the rectangular wave power supply (Vs) by the alternating switching operation of the switching element. ) The
본 발명에서 턴비설정부(170)는 변압부(130)와 공진탱크(120) 간의 연결 스위칭에 의한 여자 인덕턴스(Lm) 변경에 대응하여 공진탱크(120)의 LLC 공진 조건을 만족하도록 공진탱크(120)의 공진 커패시턴스(Cr1, Cr2) 연결을 스위칭 제어하도록 구성될 수 있다. In the present invention, the turn
본 발명에서 변압부(130)는 2차측에 3개의 탭을 구비할 수 있다-- 이를 순서대로 T1, T2, T3라 함 --. 이때, 턴비설정부(170)는 변압부(130)의 2차측에서 T1과 T2 간에 스위칭하는 제 1 스위치(SW1) 및 T2와 T3 간에 스위칭하는 제 2 스위치(SW2)를 구비하고, 제 1 전압이득 제어명령을 수신하면 제 1 스위치(SW1)를 T1로 스위칭하고 제 2 스위치(SW2)를 T3로 스위칭하고, 제 2 전압이득 제어명령을 수신하면 제 1 스위치(SW1)와 싱기 제 2 스위치(SW2)를 T2로 스위칭하도록 구성될 수 있다. In the present invention, the
또한, 본 발명에서 변압부(130)는 1차측에 하나의 탭(T4)을 구비할 수 있다. 이때, 턴비설정부(170)는 변압부(130)의 1차측에서 일측단(Tm)과 T4 간에 스위칭하는 제 3 스위치(SW3)를 구비하고, 제 1 전압이득 제어명령을 수신하면 제 3 스위치(SW3)를 Tm으로 스위칭하고, 제 2 전압이득 제어명령을 수신하면 제 3 스위치(SW3)를 T4로 스위칭하도록 구성될 수 있다. Also, in the present invention, the
본 발명에 따르면 D-Class 앰프를 위한 LLC 공진형 컨버터에서 작은 용량의 트랜스 소자를 사용하는 것이 가능해져 제조비용 절감과 제품의 고효율화, 경량화, 소형화를 달성할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, it is possible to use a small-capacity transformer element in the LLC resonant converter for the D-Class amplifier, thereby reducing manufacturing cost and achieving high efficiency, light weight, and miniaturization of the product.
[도 1]은 LLC 공진형 컨버터의 일반적인 회로 구성을 나타내는 도면.
[도 2]는 LLC 공진형 컨버터의 주파수 변화에 따른 전압이득 곡선을 나타내는 도면.
[도 3]은 LLC 공진형 컨버터의 출력부하 변화에 따른 전압이득 곡선을 나타내는 도면.
[도 4]는 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터의 전체 구성을 나타내는 도면.
[도 5]는 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터의 제 1 실시예를 나타내는 도면.
[도 6]은 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터의 제 2 실시예를 나타내는 도면.
[도 7]은 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터의 제 3 실시예를 나타내는 도면.
[도 8]은 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터의 제 4 실시예를 나타내는 도면.1] is a diagram showing a general circuit configuration of an LLC resonant converter.
[Fig. 2] is a diagram showing a voltage gain curve according to a change in frequency of an LLC resonant converter.
[Figure 3] is a diagram showing a voltage gain curve according to the output load change of the LLC resonant converter.
[Figure 4] is a diagram showing the overall configuration of the LLC resonant converter for D-Class amplifier according to the present invention.
[Fig. 5] is a diagram showing a first embodiment of an LLC resonant converter for a D-Class amplifier according to the present invention.
[Fig. 6] is a diagram showing a second embodiment of an LLC resonant converter for a D-Class amplifier according to the present invention.
[Fig. 7] is a diagram showing a third embodiment of an LLC resonant converter for a D-Class amplifier according to the present invention.
[Fig. 8] is a diagram showing a fourth embodiment of an LLC resonant converter for a D-Class amplifier according to the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[도 2]는 LLC 공진형 컨버터의 주파수 변화에 따른 전압이득(voltage gain) 곡선을 나타내는 도면이다. 2 is a diagram showing a voltage gain curve according to a change in frequency of an LLC resonant converter.
[도 2]에서 Region 3은 역전류 영역이므로 부품 파손 방지를 위해 사용하지 않는다. Region 1과 2를 살펴보면, 전압이득이 감소하려면 동작주파수(fs)가 높아져야 하지만 일정 수준(대략 0.33) 이하로는 내려가지 않는다. [도 2]를 참조하면, 무부하 상태에서의 전압상승을 동작주파수(fs) 제어에 의해 억제하기가 곤란하다는 사실을 확인할 수 있다. In [Figure 2],
LLC 공진형 컨버터에서 무부하 전압상승을 억제하는 한가지 접근은 공진탱크(12)를 조정하는 것이다. 하지만, 공진탱크(12)를 조정하려면 누설 인덕턴스(Lk), 여자 인덕턴스(Lm), 공진 커패시턴스(Cr)를 변경해야 하는데, 이들 파라미터(Lk, Lm, Cr)를 변경하면 LLC 공진형 컨버터의 최대 부하 동작에 영향을 줄 수 있어 매우 민감한 문제이다. 이들 파라미터에 대해서는 미세 조정만 가능하며, 공진탱크(12) 조정을 통해 무부하 전압상승을 억제할 수 있는 여지가 크지 않다.One approach to suppressing no-load voltage rise in an LLC resonant converter is to adjust the
무부하 전압상승을 억제하는 다른 접근은 변압부(13)의 트랜스 턴비(turn-ratio)를 조정하는 것이다. 하지만, 트랜스 턴비를 변경하는 경우에도 LLC 공진형 컨버터의 최대 부하 동작에 영향을 주기 때문에 이 역시 미세 조정만 가능하며, 그에 따라 변압부(13)의 턴비 조정을 통해 무부하 전압상승을 억제할 수 있는 여지가 크지 않다.Another approach to suppressing no-load voltage rise is to adjust the transformer turn-ratio of
한편, LLC 공진형 컨버터는 무부하에서 전압상승이 발생하는 문제 뿐만 아니라, 최대 부하에서 전압강하가 발생하는 문제점도 가지고 있다. 최대 부하에서 전압강하가 발생하는 이유는 Region 3에 진입하면 역전류에 의한 부품 파손 위험이 있기에 [도 2]에서 동작주파수(fs)를 최저주파수(fr2) 이하로 사용하지 못하도록 제한하여 동작시키는 것 때문이다. Meanwhile, the LLC resonant converter has a voltage drop at maximum load as well as a voltage rise at no load. The reason why the voltage drop occurs at the maximum load is that there is a risk of component damage due to reverse current when entering
LLC 공진형 컨버터에서는 PFM (Pulse Frequency Modulation) 방식으로 제어하는데, PFM 제어에서는 부하(15)가 증가하면 전압이득 증가를 위해 동작주파수(fs)를 낮추어 공진을 통한 출력전류를 증가시키고, 입력전압(Vg)이 증가하면 전압이득 감소를 위해 동작주파수(fs)를 높이는 방식으로 작동한다. 상용 LLC 컨트롤러(예: ST L6599)는 이와 같은 동작을 자동으로 수행하도록 설계되어 있다. 최대 부하 조건에서는 전압이득을 증가시켜 출력전압(Vo)을 보상하기 위해 동작주파수(fs)를 낮추어 동작시키는데, 동작주파수(fs)를 최저주파수(fr2)까지 낮추어 동작시키더라도 공진탱크(12), 변압부(13), 정류부(14)를 통해 전달 가능한 에너지의 한계로 인해 출력전압(Vo)에 전압강하가 발생하게 된다.The LLC resonant converter is controlled by PFM (Pulse Frequency Modulation) method. In PFM control, when the load 15 increases, the operating frequency (fs) is lowered to increase the voltage gain to increase the output current through resonance, and the input voltage ( When Vg) increases, it works by increasing the operating frequency fs to reduce the voltage gain. Commercial LLC controllers (such as the ST L6599) are designed to do this automatically. In the maximum load condition, the operating frequency fs is lowered to compensate for the output voltage Vo by increasing the voltage gain. Even if the operating frequency fs is lowered to the lowest frequency fr2, the resonance tank 12 A voltage drop occurs in the output voltage Vo due to the limit of energy transferable through the
[도 3]은 LLC 공진형 컨버터의 출력부하 변화에 따른 전압이득 곡선을 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing a voltage gain curve according to a change in the output load of the LLC resonant converter.
[도 1]에 나타낸 LLC 공진형 컨버터의 전압이득은 [수학식 1]과 같이 표현 가능하며, [도 3]은 [수학식 1]을 그래프로 나타낸 것이다. The voltage gain of the LLC resonant converter shown in [Fig. 1] can be expressed as [Equation 1], and [Fig. 3] shows [Equation 1] as a graph.
[도 3]에는 Q 인자(Quality factor) 변경에 따른 전압이득 곡선의 변화도 나타내었다. Q 인자는 공진회로에서 그 공진의 예리함을 나타내는 값인데, LLC 공진형 컨버터에서는 부하(load)(15)가 작을수록 Q 인자의 값이 커진다. [도 3]을 참조하면, Q 값이 클수록 최대 전압이득(에너지 축적률)이 커지고 주파수 선택도가 좋아지는 반면, 대역폭은 좁아지고 공진이 날카롭게 된다. 3 also shows the change of the voltage gain curve according to the change of the Q factor (Quality factor). The Q factor is a value representing the sharpness of the resonance in the resonant circuit. In the LLC resonant converter, the value of the Q factor increases as the load 15 decreases. Referring to FIG. 3, as the Q value increases, the maximum voltage gain (energy accumulation rate) increases and the frequency selectivity improves, while the bandwidth narrows and the resonance sharpens.
D-Class 앰프(15)는 피크성 부하로 동작하는 성질이 있다. 이러한 피크성 부하 상황에서도 D-Class 앰프(15)가 정상 동작할 수 있도록 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터의 유효사용 영역은 [도 3]에서 우측의 음영 처리된 부분이다.The D-Class amplifier 15 has a property of operating with a peak load. The effective use area of the LLC resonant converter for the D-Class amplifier is the shaded part on the right side in [Fig.
또한, 동일 부하 조건에서 입력전압(Vg)의 변화에 따른 동작조건을 비교하면, 입력전압(Vg)이 낮아질수록 전압이득(gain)을 높이기 위해 동작주파수(fs)를 최저주파수(fr2)에 더 가깝게 동작하게 되며, 이 상태에서 피크성 부하가 발생하면 전압강하가 두드러지게 발생한다. In addition, comparing the operating conditions according to the change of the input voltage (Vg) under the same load condition, the lower the input voltage (Vg), the more the operating frequency (fs) is set to the lowest frequency (fr2) to increase the voltage gain. In this state, when a peak load occurs, a noticeable voltage drop occurs.
LLC 공진형 컨버터에서 입력전압(Vg)이 고정이고 부하(15)에 따른 전압강하가 발생할 경우에 이를 개선하기 위한 통상의 접근법은 트랜스 턴비를 높이고 큰 용량의 트랜스 부품을 사용하는 것이다. In the LLC resonant converter, when the input voltage (Vg) is fixed and a voltage drop occurs due to the load 15, a conventional approach to improve this is to increase the transformer turns ratio and use high-capacity transformer parts.
일반적으로 최대 출력(최대 부하)에서의 전압강하 문제를 개선하기 위해서는 전압이득을 높여야 한다. [도 2]에서 최저주파수(fr2)에 Region 2 안에서 동작하는 경우에도 전압이득이 충분하지 않다면 변압부(13)의 트랜스 턴비(n2/n1)를 더 높이는 접근을 취한다. In general, to improve the voltage drop problem at maximum output (full load), the voltage gain must be increased. 2, if the voltage gain is not sufficient even in the case of operating in Region 2 at the lowest frequency (fr2), an approach to increase the transformer turn ratio (n2/n1) of the
그런데, 트랜스 턴비를 조정하여 최대 출력의 전압강하를 개선하면 무부하 조건에서 출력 전압이 상승해버리는 문제가 발생한다. 이에 대한 대비책으로 상용 LLC 컨트롤러에서는 스킵 모드(skip mode) 혹은 버스트 모드(Burst mode)를 제안한다. D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터는 통상적으로 하나의 트랜스 부품으로 구성하기 때문에 스킵 모드나 버스트 모드로 동작시키면 스위치부(11)의 스위칭 동작이 정지하는 구간이 발생한다. 이 경우에는 D-Class 앰프를 구동하기 위한 보조 전원이 강하되어 D-Class 앰프의 기동이 불가능해진다. 이 문제를 해결하기 위해 트랜스 부품을 큰 용량으로 사용하는 것이다. 오디오(audio) 출력의 특성상 최대 출력과 평균 출력의 관계는 약 8배 정도로 보는데, 최대 출력에 맞추다 보면 과설계가 이루어진다. 보조 전원을 다른 트랜스에서 만들어서 연결하는 방식도 생각할 수 있는데, 이 경우에는 전원 노이즈가 커지기 때문에 필터용 커패시터와 필터용 인덕터가 추가되어야 하므로 이 역시 단점이 존재한다. However, if the voltage drop of the maximum output is improved by adjusting the transformer turn ratio, a problem arises in that the output voltage rises under no-load conditions. As a countermeasure against this, a commercial LLC controller proposes a skip mode or a burst mode. Since the LLC resonant converter for the D-Class amplifier is normally composed of one transformer component, when operated in skip mode or burst mode, a section in which the switching operation of the switch unit 11 stops occurs. In this case, the auxiliary power to drive the D-Class amplifier drops, making it impossible to start the D-Class amplifier. To solve this problem, transformer parts are used with large capacities. Due to the nature of audio output, the relationship between maximum output and average output is considered to be about 8 times. A method of connecting auxiliary power by making it in another transformer can also be considered. In this case, since power noise increases, filter capacitors and filter inductors must be added, so this also has a disadvantage.
한편, 외부에서 공급되는 입력전압(Vg)이 불안정해지는 일도 발생할 수 있다. LLC 공진형 컨버터에서 입력전압(Vg)이 강하되는 경우에는 LLC 공진형 컨버터의 출력전압(Vo)이 강하되면서 D-Class 앰프의 동작에 문제가 발생할 수 있다. 일반적으로 입력전압(Vg)이 정상상태에 비해 10% 이상 강하되면 D-Class 앰프에서 오디오 출력 제한이 걸리면서 클리핑(clipping)된 소리가 나오게 된다. On the other hand, it may happen that the input voltage (Vg) supplied from the outside becomes unstable. When the input voltage (Vg) of the LLC resonant converter drops, the output voltage Vo of the LLC resonant converter drops, causing problems in the operation of the D-Class amplifier. In general, if the input voltage (Vg) drops more than 10% compared to the normal state, the D-Class amplifier limits the audio output and produces a clipped sound.
[도 4]는 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터(100)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing the overall configuration of the LLC
[도 4]를 참조하면, LLC 공진형 컨버터(100)는 D-Class 앰프(150)에 전원을 공급하기 위한 장치이며 본 발명에 따른 LLC 공진형 컨버터(100)는 스위치부(110), 공진탱크(120), 변압부(130), 정류뷰(140), 턴비설정부(170), 전압이득 제어부(160)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 4, the LLC
일반적으로 D-Class 앰프(150)는 MAIN 전원(+/-HV), PRE AMP 전원(+/-15V), 앰프 Drive IC 구동전원(FVCC +15V) 등을 LLC 공진형 컨버터(100)로부터 공급받는다. In general, the D-
[도 1]을 참조하면, D-Class 앰프(15)의 구조상 LLC 공진형 컨버터가 동작하고 있는 상태에서 D-Class 앰프(15)가 기동하는 순간이 가장 불안정한 상태임이 알려져 있는데, 그 원인은 다음과 같다. Referring to [Fig. 1], it is known that the moment when the D-Class amplifier 15 starts in the state where the LLC resonant converter is operating due to the structure of the D-Class amplifier 15 is the most unstable state. Same as
종래의 LLC 공진형 컨버터에서는 변압부(13)에 구비된 하나의 트랜스 소자에서 D-Class 앰프(15)를 위한 PRE AMP 전원(OP-AMP 전원), 앰프 Drive IC 전원(MOSFET GATE ON/OFF 전원) 등을 구동한다. 이때, 무부하 상태에서 출력전압상승을 방지하기 위해 LLC 공진형 컨버터의 스위치부(11)가 스위칭을 중간중간 쉬는 동작을 하도록 구성되어 있다면 D-Class 앰프(15)가 기동하는 과정에서 MOSFET GATE 전압강하, AMP Drive IC 동작 전압강하가 발생되어 D-Class 앰프(150)가 정상 기동하지 못하고 재기동하는 현상이 발생할 수 있고 PRE AMP 전원이 불안정해지면서 스피커로 돌발 사운드가 출력될 수도 있다. In the conventional LLC resonant converter, a PRE AMP power supply (OP-AMP power supply) and amplifier Drive IC power supply (MOSFET GATE ON/OFF power supply) for the D-Class amplifier 15 in one transformer element provided in the transformer 13 ), etc. At this time, if the switch unit 11 of the LLC resonant converter is configured to stop switching in the middle in order to prevent an increase in output voltage in a no-load state, the MOSFET GATE voltage drops in the process of starting the D-Class amplifier 15 , AMP Drive IC operation voltage drop occurs, and D-
기동 과정이 완료되어 D-Class 앰프(150)가 정상상태(steady-state)로 진입하면 D-Class 앰프(150)의 구동 회로는 High side Low side 듀티 50%로 동작하고 이 상태에서는 수 Watt 이상의 전력손실을 발생시키므로 무부하 상태를 벗어나게 된다. 따라서, 정상상태에서는 LLC 공진형 컨버터의 무부하 전압상승을 걱정할 일이 벌어지지 않으며, D-Class 앰프(150)가 기동하는 동안에 LLC 공진형 컨버터의 무부하 전압상승이 문제된다. When the starting process is completed and the D-
따라서, D-Class 앰프(150)로 안정적인 전원을 공급하여 D-Class 앰프(150)가 안정적으로 기동할 수 있도록 LLC 공진형 컨버터(100)를 구성하는 것이 중요하다. 이를 위해, 본 발명에 따른 LLC 공진형 컨버터(100)는 스위치부(110), 공진탱크(120), 변압부(130), 정류뷰(140), 전압이득 제어부(160), 턴비설정부(170)를 포함하여 구성된다. Therefore, it is important to configure the LLC
본 발명에 따른 LLC 공진형 컨버터(100)는 D-Class 앰프(150)의 상태정보에 대응하여 컨버터의 전압이득을 가변 제어함으로써 무부하 전압상승에 따른 D-Class 앰프(150)의 기동시 불안정성과 최대부하 전압강하에 따른 D-Class 앰프(150)의 최대출력 성능 하락이라는 종래기술의 문제를 모두 해결할 수 있는 구성을 갖는다. 이를 위해, LLC 공진형 컨버터(100)는 변압부(130)와 공진탱크(120) 또는 정류부(140) 간의 연결을 스위칭 가능하도록 구성하고, 전압이득 제어부(160)가 D-Class 앰프(150)의 동작 상태를 모니터링하여 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 동안에는 컨버터의 전압이득을 낮게 설정하고 D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 컨버터의 전압이득을 더 높게 설정하도록 동작한다. The LLC
먼저, 스위치부(110)는 직류 입력전원(Vg)이 인가되어 스위칭 소자의 교번 스위칭 동작에 의해 직사각형 파상 전원(Vs)을 출력하는 구성요소이다. First, the
공진탱크(120)는 스위치부(110)로부터 직사각형 파상 전원(Vs)이 인가되어 누설 인덕턴스(Lr), 여자 인덕턴스(Lm), 공진 커패시턴스(Cr)에 의해 LLC 공진하는 구성요소이다. The
변압부(130)는 공진탱크(120)로부터 인가되는 1차측 교류전원(Vpri)을 승압 또는 강하시켜 2차측 교류전원(Vsec)으로 변환 출력하는 구성요소이다. 이때, 2차측 교류전원(Vsec)은 변압부(130) 내부의 트랜스 소자의 턴비(turn-ratio)에 의해 1차측 교류전원(Vpri)을 승압 또는 강하시킨 전압레벨을 갖는다. [도 5] 내지 [도 8]에 나타내는 바와 같이, 변압부(130)는 1차측과 2차측 중의 적어도 한 측에 탭(tap)을 구비하여 복수의 턴비를 제공할 수 있도록 구성된다. The
정류뷰(140)는 변압부(130)로부터 출력되는 2차측 교류전원(Vsec)을 정류하여 직류 출력전원(Vo)를 출력하는 구성요소이다. The
전압이득 제어부(160)는 D-Class 앰프(150)의 동작 상태를 모니터링하여 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 동안에는 LLC 공진형 컨버터(100)가 낮은 전압이득을 나타내도록 제어하고 D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 LLC 공진형 컨버터(100)가 상대적으로 더 높은 전압이득을 나타내도록 제어하는 구성요소이다. 이를 위해, 전압이득 제어부(160)는 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 동안에는 LLC 공진형 컨버터(100)가 낮은 전압이득('제 1 전압이득')을 나타내도록 제 1 전압이득 제어명령을 생성하고, D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 LLC 공진형 컨버터(100)가 상대적으로 더 높은 전압이득('제 2 전압이득')을 나타내도록 제 2 전압이득 제어명령을 생성한다. The
이때, 전압이득 제어부(160)가 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 상태인지 아니면 정상상태로 진입하였는지 식별하는 구성은 여러가지가 가능하다.At this time, various configurations are possible for the voltage
첫번째로, 상용 AMP IC에 마련되어 있는 상태표시용 단자를 이용하는 방식이 가능하다. 상용 AMP IC는 대부분 상태표시용 단자가 마련되어 있는데, 이 단자는 하이(high) 또는 로우(low) 레벨에 의해 D-Class 앰프(150)가 정상상태인지 아니면 프로텍션(Protection) 동작 중인지를 나타낸다. 따라서, 전압이득 제어부(160)는 D-Class 앰프(150)에 포함된 AMP IC의 상태표시용 단자가 하이 레벨인지 아니면 로우 레벨인지에 따라 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 상태인지 아니면 정상상태로 진입하였는지 식별할 수 있다.First, it is possible to use a terminal for status display provided in a commercial AMP IC. Most commercial AMP ICs have a status display terminal, which indicates whether the D-
두번째로, 상용 AMP IC에 마련되어 있는 소프트스타트(softstart) 단자를 이용하는 방식도 가능하다. D-Class 앰프(150)가 정상상태일 경우에는 소프트스타트 단자는 일정 이상의 전압레벨을 유지한다. 따라서, 전압이득 제어부(160)는 D-Class 앰프(150)에 포함된 AMP IC의 소프트스타트 단자가 일정 이상의 전압레벨인지 여부에 따라 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 상태인지 아니면 정상상태로 진입하였는지 식별할 수 있다.Second, a method using a soft start terminal provided in a commercial AMP IC is also possible. When the D-
세번째로, 전압이득 제어부(160)는 D-Class 앰프(150)에 포함된 파워스위칭 소자(MOSFET)의 게이트 전압(Vgs)과 드레인-소스 전압(Vds)의 상태를 검출하여 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 상태인지 아니면 정상상태로 진입하였는지 식별하는 것도 가능하다. Thirdly, the
턴비설정부(170)는 전압이득 제어부(160)가 생성하는 전압이득 제어명령에 대응하여 변압부(130)의 트랜스 턴비를 설정하고, 추가로 필요한 경우에는 공진탱크(120)의 공진조건을 설정한다. The turn
이를 위해, 턴비설정부(170)는 변압부(130)와 공진탱크(120) 간의 연결과 변압부(130)와 정류부(140) 간의 연결 중의 적어도 하나를 스위칭 제어한다. 이러한 스위칭 제어에 의해 변압부(130)의 1차측과 2차측 중의 적어도 한 측에 존재하는 탭의 유효 연결이 변경되고, 그에 따라 변압부(130)의 트랜스 턴비가 변경된다. 컨버터의 낮은 전압이득에 대응하는 제 1 전압이득 제어명령을 수신하면, 턴비설정부(170)는 연결 스위칭을 통하여 낮은 턴비('제 1 턴비')를 제공하도록 변압부(130)를 설정한다. 더 높은 전압이득에 대응하는 제 2 전압이득 제어명령을 수신하면, 턴비설정부(170)는 연결 스위칭을 통하여 상대적으로 더 높은 턴비('제 2 턴비')를 제공하도록 변압부(130)를 설정한다. To this end, the turn
이때, 변압부(130)의 트랜스 턴비를 변경하기 위해 변압부(130)와 공진탱크(120) 간의 연결을 스위칭하는 경우에는 여자 인덕턴스(Lm)가 변경되어 공진탱크(120)의 LLC 공진 조건이 깨질 우려가 있다. 그에 따라, 변압부(130)와 공진탱크(120) 간의 연결 스위칭에 의해 여자 인덕턴스(Lm)가 변경되는 경우에는, 턴비설정부(170)는 여자 인덕턴스(Lm)의 변경에 대응하여 공진탱크(120)의 공진 커패시턴스(Cr1, Cr2) 연결을 스위칭 제어하여 공진탱크(120)의 LLC 공진 조건이 만족되도록 제어한다. At this time, when the connection between the
한편, 턴비설정부(170)의 스위칭 회로는 릴레이(Relay), MOSFET, IGBT 등을 사용하여 구현할 수 있다. Meanwhile, the switching circuit of the turn
[도 5] (a)는 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터(100)의 제 1 실시예를 나타내는 도면이고, [도 5] (b), (c)는 본 발명의 제 1 실시예에서 전압이득 제어 동작을 나타내는 도면이다.[Fig. 5] (a) is a diagram showing the first embodiment of the LLC
[도 5]의 제 1 실시예는 D-Class 앰프(150)의 동작상태에 대응하여 변압부(130)의 2차측 탭 연결을 스위칭하는 방식이다. 2차측 탭 연결의 스위칭에 의해 변압부(130)의 트랜스 턴비가 변경되고, 그에 따라 LLC 공진형 컨버터(100)의 전압이득도 변경된다. The first embodiment of FIG. 5 is a method of switching the secondary side tap connection of the
이를 위해, 변압부(130)는 2차측에 3개의 탭을 구비하는데, 편의상 이들을 순서대로 T1, T2, T3라 표기한다. 그리고, 턴비설정부(170)는 변압부(130)의 2차측에서 T1과 T2 간에 스위칭하는 제 1 스위치(SW1) 및 T2와 T3 간에 스위칭하는 제 2 스위치(SW2)를 구비한다. To this end, the
D-Class 앰프(150)가 처음 기동할 때에는 전압이득 제어부(160)의 제 1 전압이득 제어명령에 의해 턴비설정부(170)는 [도 5] (b)와 같이 제 1 스위치(SW1)를 T1로 스위칭하고 제 2 스위치(SW2)를 T3로 스위칭하여 2차측 탭 연결을 설정하는데, 이 경우에 변압부(130)의 트랜스 턴비는 N : (M1+M4)이다. When the D-
D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 전압이득 제어부(160)의 제 2 전압이득 제어명령에 의해 턴비설정부(170)는 [도 5] (c)와 같이 제 1 스위치(SW1)와 제 2 스위치(SW2)를 T2로 스위칭하여 2차측 탭 연결을 설정하는데, 이 경우에 변압부(130)의 트랜스 턴비는 N : (M1+M2+M3+M4)이 된다. When the D-
따라서, 변압부(130)는 D-Class 앰프(150)가 처음 기동할 때에 낮은 턴비(즉, (M1+M4)/N)를 나타내다가 D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 상대적으로 더 높은 턴비(즉, (M1+M2+M3+M4)/N)를 나타내도록 설정된다. Therefore, the
이때, M2와 M3의 턴비는 D-Class 앰프(150)의 동작 분석을 통해 선택될 수 있는데, 경험상 1 내지 3 턴 정도가 적당하다.At this time, the turn ratio of M2 and M3 can be selected through the operation analysis of the D-
[도 6] (a)는 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터(100)의 제 2 실시예를 나타내는 도면이고, [도 6] (b), (c)는 본 발명의 제 2 실시예에서 전압이득 제어 동작을 나타내는 도면이다.[Fig. 6] (a) is a diagram showing the second embodiment of the LLC
[도 6]의 제 2 실시예는 D-Class 앰프(150)의 동작상태에 대응하여 변압부(130)의 1차측 탭 연결을 스위칭하는 방식이다. 1차측 탭 연결의 스위칭에 의해 변압부(130)의 트랜스 턴비가 변경되고, 그에 따라 LLC 공진형 컨버터(100)의 전압이득도 변경된다. 이를 위해, 변압부(130)는 1차측에 하나의 탭(T4)을 구비하고, 턴비설정부(170)는 변압부(130)의 1차측에서 일측단(Tm)과 T4 간에 스위칭하는 제 3 스위치(SW3)를 구비한다. The second embodiment of [FIG. 6] is a method of switching the primary-side tap connection of the
D-Class 앰프(150)가 처음 기동할 때에는 전압이득 제어부(160)의 제 1 전압이득 제어명령에 의해 턴비설정부(170)는 [도 6] (b)와 같이 제 3 스위치(SW3)를 Tm으로 스위칭하여 1차측 탭 연결을 설정하는데, 이 경우에 변압부(130)의 트랜스 턴비는 (N1+N2) : M이다. When the D-
D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 전압이득 제어부(160)의 제 2 전압이득 제어명령에 의해 턴비설정부(170)는 [도 6] (c)와 같이 제 3 스위치(SW3)를 T4로 스위칭하여 1차측 탭 연결을 설정하는데, 이 경우에 변압부(130)의 트랜스 턴비는 N2 : M이 된다. When the D-
따라서, 변압부(130)는 D-Class 앰프(150)가 처음 기동할 때에 낮은 턴비(즉, M/(N1+N2))를 나타내다가 D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 상대적으로 더 높은 턴비(즉, M/N2)를 나타내도록 설정된다. Therefore, the
D-Class 앰프(150)의 음원은 +/- 전압이 존재해야 하기 때문에 변압부(130)에서 2차측에서 2턴 올리는 효과는 1차측에서 1턴 올리는 효과와 동일하다. 즉, 1차측 턴비를 조정하는 방식이 2차측 턴비를 조정하는 방식보다 LLC 공진형 컨버터(100)의 전압이득에 크게 영향을 미친다. D-Class 앰프(150)의 출력 전압이 높을수록 D-Class 앰프(150)를 오디오 신호(audio signal)가 없는 대기상태의 소비전력은 증가하므로, 높은 출력을 필요로하는 D-Class 앰프(150)일수록 [도 5]의 2차측 턴비 조정 방식보다 [도 6]의 1차측 턴비 조정이 더 효과적이다.Since the sound source of the D-
[도 7] (a)는 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터(100)의 제 3 실시예를 나타내는 도면이고, [도 7] (b), (c)는 본 발명의 제 3 실시예에서 전압이득 제어 동작을 나타내는 도면이다.[Fig. 7] (a) is a diagram showing the third embodiment of the LLC
[도 7]의 제 3 실시예는 D-Class 앰프(150)의 동작상태에 대응하여 변압부(130)의 1차측 탭 연결을 스위칭하는 방식이라는 점에서는 [도 6]의 제 2 실시예와 공통된다. The third embodiment of [Fig. 7] is different from the second embodiment of [Fig. Common
변압부(130)에서 1차측의 턴비 변경이 일정 임계치 이상으로 커지는 경우에는 여자 인덕턴스(Lm)의 변화로 인해 공진탱크(120)의 LLC 공진 조건이 깨질 수 있다. 제 3 실시예에서는 턴비설정부(170)의 스위칭 동작 전후에 LLC 공진조건을 유지하기 위해 턴비설정부(170)가 변압부(130)의 트랜스 턴비를 스위칭하는 동작과 동기시켜(sync) 공진탱크(120)에서 공진 커패시턴스(Cr1, Cr2) 연결도 스위칭 제어한다. 즉, 여자 인덕턴스(Lm)의 변화에 대응하도록 공진 커패시턴스(Cr)도 변화시켜 공진탱크(120)의 LLC 공진조건을 유지시키는 것이다. When the primary-side turn ratio change in the
제 3 실시예를 이용하면 PFC(Power Factor Correction) 부스트 컨버터(Boost converter) 없이 100~120[Vac] 지역과 220~240[Vac] 지역에서 별다른 조작 없이 모두 동작 가능하도록 할 수 있다. 즉, 상용전원에 따른 입력전압(Vgs)의 전압레벨을 검출하여 다른 나라의 전압 사양을 판단하고 그에 대응하여 턴비설정부(170)의 경로스위치를 동작시켜서 안정적인 출력을 보장할 수 있다.If the third embodiment is used, it is possible to operate both in the 100 to 120 [Vac] region and the 220 to 240 [Vac] region without any manipulation without a power factor correction (PFC) boost converter. That is, it is possible to ensure stable output by detecting the voltage level of the input voltage (Vgs) according to the commercial power source, determining the voltage specification of other countries, and operating the path switch of the turn
[도 8]은 본 발명에 따른 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터(100)의 제 4 실시예를 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing a fourth embodiment of an LLC
[도 8]의 제 4 실시예는 앞서 살펴본 [도 5]의 제 1 실시예와 [도 6]의 제 2 실시예를 조합한 방식이다. 변압부(130)의 1차측과 2차측 중 어느 하나의 턴비만 조정하는 것보다 1차측 턴비와 2차측 턴비를 모두 조정하는 경우에 다양한 전압이득 조정이 가능해지고 그에 따라 시스템 안정성도 얻을 수 있다. 변압부(130)의 1차측 턴비를 조정하기 위해 제 1 턴비설정부(170a)가 구비되어 있고, 변압부(130)의 2차측 턴비를 조정하기 위해 제 2 턴비설정부(170b)가 구비되어 있다. The fourth embodiment of [Fig. 8] combines the first embodiment of [Fig. 5] and the second embodiment of [Fig. 6]. Rather than adjusting only one of the primary and secondary side turn ratios of the
100 : LLC 공진형 컨버터
110 : 스위치부
120 : 공진탱크
130 : 변압부
140 : 정류뷰
150 : D-Class 앰프
160 : 전압이득 제어부
170 : 턴비설정부100: LLC resonant converter
110: switch unit
120: resonance tank
130: transformer unit
140: rectification view
150 : D-Class Amplifier
160: voltage gain controller
170: turn ratio setting unit
Claims (4)
상기 스위치부(110)로부터 직사각형 파상 전원(Vs)이 인가되어 누설 인덕턴스(Lr), 여자 인덕턴스(Lm), 공진 커패시턴스(Cr)에 의해 LLC 공진하는 공진탱크(120);
상기 공진탱크(120)로부터 인가되는 1차측 교류전원(Vpri)을 트랜스 턴비(turn-ratio)에 따른 전압레벨을 갖는 2차측 교류전원(Vsec)으로 변환 출력하는 변압부(130)로서, 적어도 1차측에 탭(tap)(T4)을 구비하여 복수의 턴비를 제공할 수 있도록 구성된 변압부(130) -- 상기 변압부(130)는 또한 2차측에 3개의 탭(T1, T2, T3)을 구비함 --;
상기 변압부(130)로부터 출력되는 2차측 교류전원(Vsec)을 정류하여 직류 출력전원(Vo)를 출력하는 정류부(140);
D-Class 앰프(150)의 동작 상태를 모니터링하여 상기 D-Class 앰프(150)가 기동 중인 동안에는 LLC 공진형 컨버터가 미리 설정된 제 1 전압이득을 제공하도록 제 1 전압이득 제어명령을 생성하고 상기 D-Class 앰프(150)가 정상상태로 진입하면 LLC 공진형 컨버터가 상기 제 1 전압이득보다 더 큰 값으로 미리 설정된 제 2 전압이득을 제공하도록 제 2 전압이득 제어명령을 생성하는 전압이득 제어부(160);
상기 제 1 및 제 2 전압이득 제어명령에 대응하여 상기 변압부(130)와 상기 공진탱크(120) 간의 연결을 스위칭 제어함으로써 상기 여자 인덕턴스(Lm)를 변경하여, 그리고 상기 제1 및 제2 전압이득 제어명령에 대응하여 상기 변압부(130)와 상기 정류부(140) 간의 연결을 스위칭 제어함으로써, 상기 트랜스 턴비를 변경하고, 상기 여자 인덕턴스(Lm)의 상기 변경에 대응하여 상기 공진탱크(120)의 LLC 공진 조건이 유지되도록 상기 트랜스 턴비의 상기 변경과 동기시켜(sync) 상기 공진탱크(120)의 공진 커패시턴스(Cr1, Cr2) 연결을 스위칭 제어하는 턴비설정부(170)-- 상기 변압부(130)와 상기 공진탱크(120) 간의 상기 연결은 상기 T4와 상기 공진탱크(120) 간의 연결을 포함하고, 상기 트랜스 턴비의 상기 변경은 상기 제 1 전압이득 제어명령에 대해 미리 설정된 제 1 턴비를 제공하도록 상기 변압부(130)를 설정하고 상기 제 2 전압이득 제어명령에 대해 상기 제 1 턴비보다 더 큰 값으로 미리 설정된 제 2 턴비를 제공하도록 상기 변압부(130)를 설정하는 것을 포함함 --;
를 포함하여 구성되되, 상기 턴비설정부(170)는 상기 변압부(130)의 2차측에서 상기 T1과 T2 간에 스위칭하는 제 1 스위치(SW1) 및 상기 T2와 T3 간에 스위칭하는 제 2 스위치(SW2)를 구비하고, 상기 제 1 전압이득 제어명령을 수신하면 상기 제 1 스위치(SW1)를 상기 T1로 스위칭하고 상기 제 2 스위치(SW2)를 상기 T3로 스위칭하고, 상기 제 2 전압이득 제어명령을 수신하면 상기 제 1 스위치(SW1)와 상기 제 2 스위치(SW2)를 상기 T2로 스위칭함으로써 상기 변압부(130)와 상기 정류부(140) 간의 상기 연결을 스위칭하도록 구성되고, 상기 턴비설정부(170)는 또한 상기 변압부(130)의 1차측에서 일측단(Tm)과 상기 T4 간에 스위칭하는 제 3 스위치(SW3)를 구비하고, 상기 제 1 전압이득 제어명령을 수신하면 상기 제 3 스위치(SW3)를 상기 Tm으로 스위칭하고, 상기 제 2 전압이득 제어명령을 수신하면 상기 제 3 스위치(SW3)를 상기 T4로 스위칭함으로써 상기 T4와 상기 공진탱크(120) 간의 상기 연결을 스위칭하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전압이득 가변제어 기반의 D-Class 앰프용 LLC 공진형 컨버터. a switch unit 110 for outputting rectangular wave power (Vs) by an alternating switching operation of a switching element to which DC input power (Vg) is applied;
a resonance tank 120 in which a rectangular wave power source Vs is applied from the switch unit 110 and LLC resonates by a leakage inductance Lr, an excitation inductance Lm, and a resonance capacitance Cr;
The transformer 130 converts the primary side AC power Vpri applied from the resonance tank 120 into the secondary side AC power Vsec having a voltage level according to the transformer turn ratio, and outputs the voltage, at least one A transformer 130 configured to provide a plurality of turn ratios by having a tap T4 on the primary side -- The transformer 130 also includes three taps T1, T2, and T3 on the secondary side. have --;
a rectifier 140 for outputting DC output power Vo by rectifying the secondary side AC power Vsec output from the transformer 130;
By monitoring the operating state of the D-Class amplifier 150, while the D-Class amplifier 150 is operating, a first voltage gain control command is generated so that the LLC resonant converter provides a preset first voltage gain, and the D-Class amplifier 150 generates a first voltage gain control command. - When the class amplifier 150 enters a steady state, a voltage gain control unit 160 for generating a second voltage gain control command so that the LLC resonant converter provides a second voltage gain preset as a value greater than the first voltage gain );
In response to the first and second voltage gain control commands, the excitation inductance (Lm) is changed by switching and controlling the connection between the transformer 130 and the resonance tank 120, and the first and second voltages The transformer turns ratio is changed by switching and controlling the connection between the transformer 130 and the rectifier 140 in response to a gain control command, and the resonance tank 120 responds to the change in the excitation inductance Lm. Turn ratio setting unit 170 for switching and controlling the connection of the resonance capacitances (Cr1, Cr2) of the resonance tank 120 in synchronization with the change of the transformer turn ratio so that the LLC resonance condition of is maintained--the transformer ( 130) and the resonance tank 120 includes the connection between the T4 and the resonance tank 120, and the change of the transformer turn ratio sets a preset first turn ratio for the first voltage gain control command. Setting the transformer 130 to provide and setting the transformer 130 to provide a second turn ratio preset as a value greater than the first turn ratio for the second voltage gain control command - -;
The turn ratio setting unit 170 includes a first switch SW1 for switching between T1 and T2 and a second switch SW2 for switching between T2 and T3 on the secondary side of the transformer 130. ), and when the first voltage gain control command is received, the first switch SW1 is switched to T1, the second switch SW2 is switched to T3, and the second voltage gain control command is issued. When received, the first switch SW1 and the second switch SW2 are switched to T2 to switch the connection between the transformer 130 and the rectifier 140, and the turn ratio setting unit 170 ) also includes a third switch (SW3) for switching between the one end (Tm) and the T4 on the primary side of the transformer 130, and when receiving the first voltage gain control command, the third switch (SW3) ) to the Tm, and when the second voltage gain control command is received, the third switch (SW3) is switched to the T4 to switch the connection between the T4 and the resonance tank 120. LLC resonant converter for D-Class amplifier based on variable voltage gain control.
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GRNT | Written decision to grant |