KR102640341B1 - 절연형 스위칭전원 - Google Patents

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Abstract

플라이백방식의 절연형 스위칭전원에 있어서 스위칭소자의 오프시에 트랜스포머의 1차코일에 발생하는 역기전력을 억제한다. 제1트랜스포머와, 제1트랜스포머의 1차코일과 직렬접속되고 또한 제어신호에 의해 온오프제어되는 스위칭소자와, 제1접속점 및 제2접속점에 의해 제1트랜스포머의 2차코일과 병렬접속된 1차코일을 구비하고, 제2접속점이 제2트랜스포머의 2차코일의 일단임과 아울러 제1출력단이기도 한 제2트랜스포머와, 제2출력단으로부터 제1접속점으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제1정류요소와, 제2출력단으로부터 제2트랜스포머의 2차코일의 타단으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제2정류요소와, 제1과 제2 출력단 사이의 콘덴서를 갖는다.

Description

절연형 스위칭전원
본 발명은 서지전압을 억제할 수 있는 플라이백방식의 절연형 스위칭전원에 관한 것이다.
트랜스를 이용하여 입력측과 출력측을 절연하는 절연형 스위칭전원이 알려져 있다. 입력이 교류전압인 경우에는 일반적으로는 AC/DC변환회로의 뒤에 DC/DC컨버터가 배치되어 있다(특허문헌 1 내지 5). 입력이 직류전압인 경우에는 직접 DC/DC컨버터에 입력된다. 스위칭전원의 대표적 방식으로서 플라이백방식과 포워드방식이 있다.
플라이백방식의 스위칭전원에서는 스위칭소자의 온기간에 플라이백용 트랜스의 1차코일에 전류가 흐르지만, 트랜스의 2차코일에 접속된 다이오드가 오프이기 때문에 2차측에는 전류가 흐르지 않고, 트랜스에 자기에너지가 축적된다. 스위칭소자의 오프기간에는 트랜스에 축적된 자기에너지가 다이오드를 통해 2차측에 전력으로서 출력된다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 평7-31150호 공보 특허문헌 2: 일본 특허공개 평8-331860호 공보 특허문헌 3: 일본 특허공개 2002-10632호 공보 특허문헌 4: 일본 특허공개 2005-218224호 공보 특허문헌 5: 일본 특허공개 2007-37297호 공보
플라이백방식의 스위칭전원에 있어서는 스위칭소자가 오프로 된 순간에 트랜스포머의 1차코일에 높은 역기전력(본 명세서에서의 "기전력" 및 "역기전력"은 전압의 의미로 이용함) 즉 서지전압이 발생하여 스위칭소자에 인가된다. 이 때문에 고내압의 스위칭소자를 이용하거나 역기전력을 처리하기 위한 스너버회로 등을 설치할 필요가 있었다.
이상의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 플라이백방식의 절연형 스위칭전원에 있어서 스위칭소자의 오프시에 트랜스포머의 1차코일에 발생하는 역기전력을 억제하여 스위칭소자에 요구되는 내압성을 경감하는 것이다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명의 절연형 스위칭전원의 제1양태는 이하와 같다.
(a) 1차코일과 2차코일을 구비하는 제1트랜스포머와,
(b) 상기 제1트랜스포머의 1차코일과 직렬접속되고 또한 제어신호에 의해 온오프제어되는 스위칭소자와,
(c) 1차코일과 2차코일을 구비하는 제2트랜스포머로서, 상기 제1트랜스포머의 2차코일과 당해 제2트랜스포머의 1차코일이 제1접속점 및 제2접속점에 의해 병렬접속되고, 당해 제2접속점이 당해 제2트랜스포머의 2차코일의 일단임과 아울러 제1출력단이기도 한 상기 제2트랜스포머와,
(d) 제2출력단으로부터 상기 병렬접속에 있어서의 제1접속점으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제1정류요소와,
(e) 제2출력단으로부터 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 타단으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제2정류요소를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 절연형 스위칭전원의 제2양태는 이하와 같다.
(a) 1차코일과 2차코일을 구비하는 제1트랜스포머와,
(b) 상기 제1트랜스포머의 1차코일과 직렬접속되고 또한 제어신호에 의해 온오프제어되는 스위칭소자와,
(c) 1차코일과 2차코일을 구비하는 제2트랜스포머로서, 상기 제1트랜스포머의 2차코일과 당해 제2트랜스포머의 1차코일이 제1접속점 및 제2접속점에 의해 병렬접속되고, 당해 제2접속점이 제1출력단인 상기 제2트랜스포머와,
(d) 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 일단과 상기 제1출력단의 사이에 접속된 인덕터와,
(e) 제2출력단으로부터 상기 병렬접속에 있어서의 제1접속점으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제1정류요소와,
(f) 제2출력단으로부터 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 타단으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제2정류요소와,
(g) 제2출력단으로부터 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 일단으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제3정류요소를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 절연형 스위칭전원에 있어서 스위칭소자의 오프시에 트랜스포머의 1차코일에 발생하는 역기전력 즉 서지전압을 억제하여 스위칭소자에 요구되는 내압성을 경감하는 것이 실현된다.
도 1은 본 발명의 절연형 스위칭전원의 제1실시형태의 회로구성예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2의 (a) (b)는 각각 도 1의 회로에 있어서의 온기간 및 오프기간의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3의 (a) (b)는 각각 도 1의 회로에 있어서의 온기간 및 오프기간의 트랜스포머 2차측의 전위관계의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 절연형 스위칭전원의 제2실시형태의 회로구성예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5의 (a) (b)는 각각 도 4의 회로에 있어서의 온기간 및 오프기간의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6의 (a) (b)는 각각 도 4의 회로에 있어서의 온기간 및 오프기간의 트랜스포머 2차측의 전위관계의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 실시예를 나타낸 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 절연형 스위칭전원의 실시형태에 대하여 설명한다. 각 실시형태의 도면에 있어서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 부호로 나타내고 있다.
이하에서는 직류전압이 입력되는 DC/DC컨버터의 경우를 실시예로 하여 본 발명의 절연형 스위칭전원을 설명한다. 그러나 본 발명의 절연형 스위칭전원은 전압이 일정한 직류 이외에 전압이 변동하는 맥류 혹은 구형파 또는 교류 등 어떤 파형의 전압이 입력되어도 마찬가지로 기능하여 직류전압을 출력할 수 있는 전력변환장치이다.
(1) 제1실시형태
(1-1) 제1실시형태의 회로구성
도 1은 본 발명의 절연형 스위칭전원의 제1실시형태의 회로구성예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여 제1실시형태의 회로구성을 설명한다. 본 회로는 트랜스포머에 의해 입력측과 출력측을 전기적으로 절연하는 절연형 스위칭전원이고, 플라이백방식을 베이스로 하고 있다. 이 스위칭전원은 제1트랜스포머(T1) 및 제2트랜스포머(T2)를 가진다. 트랜스포머(T1)에 의해 1차측과 2차측이 절연되어 있다. 트랜스포머(T1)는 1차코일(1Np)과 2차코일(1Ns)을 구비한다. 트랜스포머(T2)는 1차코일(2Np)과 2차코일(2Ns)을 구비한다. 트랜스포머(T1) 및 트랜스포머(T2)는 모두 1차코일과 2차코일의 극성이 역방향이고, 일반적인 플라이백방식의 트랜스포머와 동일하다. 트랜스포머(T1) 및 트랜스포머(T2)는 모두 결합도를 가능한 한 높게 하는 즉 1차코일과 2차코일을 밀결합으로 하는 것이 바람직하다.
도면 중 각 코일의 감기개시단을 검은 점으로 나타내고 있다. 본 명세서에서 코일에 대하여 "일단"과 "타단"이라고 하는 경우에는 각각 "감기개시단"과 "감기종료단"에 대응하는 경우와 "감기종료단"과 "감기개시단"에 대응하는 경우의 모두를 포함하는 것으로 한다. 이하의 설명에서는 각 코일에 대하여 감기개시단을 일단이라고 칭하고, 감기종료단을 타단이라고 칭한다.
입력전압은 제1입력단(1)과 제2입력단(2)으로 이루어지는 한쌍의 단자 사이에 인가된다. 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)의 일단은 입력단(1)에 접속되어 있다. 여기서는 입력단(2)이 입력측 기준전위단이다.
스위칭소자(Q)가 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)에 직렬접속되어 있다. 여기서는 스위칭소자(Q)는 1차코일(1Np)과 입력단(2)의 사이에 접속되어 있다. 스위칭소자(Q)는 제어단을 구비하고, 제어단은 1차코일(1Np)을 포함한 전류로를 도통 또는 차단하도록 온오프제어된다.
스위칭소자(Q)의 제어단은 제어신호(Vg)에 의해 제어된다. 제어신호(Vg)는 예를 들어 소정의 주파수 및 듀티비의 펄스파형을 갖는 PWM신호이다. 도시한 예에서는 스위칭소자(Q)가 n채널형 MOSFET(이하 "FETQ"라고 칭함)이고, 일단이 드레인, 타단이 소스, 제어단이 게이트이다. 이 경우, 제어신호(Vg)는 전압신호이다.
또한 FET 이외의 스위칭소자로서 예를 들어 IGBT 또는 바이폴러트랜지스터를 이용할 수도 있다.
트랜스포머(T1)의 2차측에는 제1출력단인 양극출력단(p)과 제2출력단인 음극출력단(n)이 설치되어 있다. 양극출력단(p)과 음극출력단(n)의 사이에 직류전압이 출력된다. 여기서는 음극출력단(n)이 2차측 기준전위단이다. 양극출력단(p)과 음극출력단(n)의 사이에 접속된 부하(도시생략)에 출력전압이 인가되고, 출력전류가 공급된다.
트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)에 대하여 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)이 병렬접속되어 있다. 여기서는 제1접속점(a)에 있어서 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)의 일단과 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)의 일단이 접속됨과 아울러 제2접속점(b)에 있어서 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)의 타단과 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)의 타단이 접속되어 있다.
또한 제2접속점(b)은 트랜스포머(T2)의 2차코일(2Ns)의 일단이기도 하고, 또한 제2접속점(b)은 양극출력단(p)이기도 하다.
또한 제1접속점(a)과 음극출력단(n)의 사이에 제1정류요소(D1)가 접속되어 있다. 정류요소(D1)는 음극출력단(n)으로부터 제1접속점(a)으로 흐르는 전류를 도통시키고, 이와는 역방향의 전류를 차단할 수 있도록 접속되어 있다. 따라서 정류요소(D1)가 다이오드인 경우, 다이오드(D1)는 애노드가 음극출력단(n)에, 캐소드가 제1접속점(a)에 접속되어 있다.
또한 트랜스포머(T2)의 2차코일(2Ns)의 타단과 음극출력단(n)의 사이에 제2정류요소(D2)가 접속되어 있다. 정류요소(D2)는 음극출력단(n)으로부터 2차코일(2Ns)의 타단으로 흐르는 전류를 도통시키고, 이와는 역방향의 전류를 차단할 수 있도록 접속되어 있다. 따라서 정류요소(D2)가 예를 들어 다이오드인 경우, 다이오드(D2)는 애노드가 음극출력단(n)에, 캐소드가 2차코일(2Ns)의 타단에 접속되어 있다.
본 회로에 있어서의 다이오드 등의 정류요소는 순방향 전압강하가 작고 또한 고속동작을 수행하는 것이 바람직하다. 또한 다이오드 이외의 정류요소의 예로서는 동등한 정류기능을 갖는 다른 소자 또는 회로를 이용할 수 있다(이하의 실시형태의 각 정류요소에 대해서도 동일함).
또한 양극출력단(p)과 음극출력단(n)의 사이에는 평활용 콘덴서(C)가 접속되어 있다.
도시하지 않지만, 스위칭소자(Q)를 위한 제어신호(Vg)를 발생하는 제어부를 갖는 것이 바람직하다. 일례로서 제어부는 입력전압 및/또는 출력전압을 검출하고, 검출한 전압에 기초하여 제어신호(Vg)의 듀티비를 결정하고, 이에 기초하여 소정의 고주파펄스의 제어신호(Vg)를 생성한다. 이와 같은 제어부의 주요부로서 PWMIC를 이용할 수 있다(이하의 실시형태에 있어서도 동일함).
(1-2) 제1실시형태의 동작
도 2 및 도 3을 참조하여 도 1에 도시한 회로의 동작을 설명한다. 도 2의 (a) 및 (b)는 각각 온기간 및 오프기간에 있어서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시하고 있다(화살표는 전류의 방향을 나타냄). 도 3의 (a) 및 (b)는 각각 온기간 및 오프기간에 있어서의 트랜스포머(T1)의 2차측의 각 구성요소의 전위관계의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3의 (a) (b)에서는 상하방향이 전위의 높낮이에 대응하고 있고, 2차측 기준전위(음극출력단(n)의 전위)를 굵은선으로 나타내고 있다. 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns), 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np) 및 2차코일(2Ns), 및 콘덴서(C)의 양단전압을 쌍화살표로 나타내고 있다. 또한 각 코일에 대해서는 감기개시단측을 검은 점으로 나타내고 있다(다른 실시형태의 전위관계도에 대해서도 동일함).
또한 본 회로의 시동시 및 정지시의 과도적 동작은 예외로 하고, 본 회로가 정상상태에 있는 경우의 동작에 대하여 설명한다. 정상상태에서는 평활용 콘덴서(C)는 리플적인 변동을 제외하고 거의 일정한 양단전압으로 충전되어 있다. 이하의 설명에서는 콘덴서(C)의 충방전전류 및 각 다이오드의 순방향 전압강하에 대해서는 무시한다(다른 실시형태에 대해서도 동일함).
(1-2-1) 온기간에 있어서의 트랜스포머(T1)의 1차측 및 2차측의 동작
[온기간: 1차측]
트랜스포머(T1)의 1차측에서는 온기간에 제어신호(Vg)가 온이 되면 FETQ가 온이 되어 전류로가 도통한다. 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)에는 입력전압에 의한 입력전류(i1)가 이하의 경로로 흐른다.
·입력전류(i1): 입력단(1)→트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)→FETQ→입력단(2)
트랜스포머(T1)는 1차코일(1Np)에 전류(i1)가 흐름으로써 여자되어 온기간에 소정의 자기에너지가 축적된다.
[온기간: 2차측]
도 2(a)에 나타내는 바와 같이 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)에 입력전류(i1)가 흐름으로써 2차코일(1Ns)에 기전력이 발생하고, 단락전류인 전류(i2)가 이하의 경로로 흐른다. 다이오드(D1)는 역바이어스가 되기 때문에 차단되어 있다.
·전류(i2): 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)→트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)
도 3의 (a)의 전위관계도에 나타내는 바와 같이 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)의 양단전압은 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)에 발생한 기전력과 동일한 크기이다. 트랜스포머(T2)에 있어서는 1차코일(2Np)에 전류(i2)가 흐름으로써 2차코일(2Ns)에 기전력이 발생한다. 다이오드(D2)는 순바이어스가 되기 때문에 도통하고, 이하의 경로로 전류(i3)가 흐른다.
·전류(i3): 음극출력단(n)→다이오드(D2)→트랜스포머(T2)의 2차코일(2Ns)→양극출력단(p)
트랜스포머(T2)는 포워드방식에 있어서의 외부부착 인덕터와 마찬가지로 회로시동시에 있어서의 콘덴서(C)로의 돌입전류를 억제하는 효과도 있다.
트랜스포머(T2)는 1차코일(2Np)에 흐르는 전류(i2)에 의해 여자되어 자기에너지가 축적됨과 동시에 상호유도에 의해 2차코일(2Ns)에 전류(i3)가 흘러 출력됨으로써 전력전달이 수행된다.
여기서 트랜스포머(T1)는 통상의 플라이백방식과 달리 2차코일(1Ns)에 상호유도에 의한 전류(i2)가 흐르기 때문에 통상의 플라이백방식에 비하여 트랜스포머(T1)에 축적되는 자기에너지는 작아진다. 그 저감된 만큼의 자기에너지는 트랜스포머(T2)에 이행한다.
바람직하게는 트랜스포머(T1)에 축적되는 자기에너지보다 트랜스포머(T2)에 이행하는 에너지 쪽을 크게 한다. 트랜스포머(T2)에 이행한 에너지는 트랜스포머(T2)에 축적되는 자기에너지와 트랜스포머(T2)로부터의 출력전력(전류(i3))이 된다.
따라서 본 회로는 플라이백방식을 베이스로 하고 있음에도 불구하고 온기간에 외부부착 인덕터에 자기에너지를 축적시키고 또한 전력을 출력하는 포워드방식 전원과 유사하다고도 말할 수 있다. 트랜스포머(T1, T2)의 각 코일의 인덕턴스, 권수비 및 권선수 등을 적절히 설계함으로써 온기간에 트랜스포머(T2)에 의해 큰 에너지를 이행시키는 것을 실현할 수 있다.
(1-2-2) 오프기간에 있어서의 트랜스포머(T1)의 1차측 및 2차측의 동작
[오프기간: 1차측]
도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 트랜스포머(T1)의 1차측에서는 제어신호(Vg)가 오프가 되면 FETQ도 오프가 된다. 이에 의해 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)의 전류로는 차단되고, 전류가 영이 된다. 그 결과, 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np) 및 2차코일(1Ns)에 각각 역기전력이 발생한다.
전술한 바와 같이 본 회로에서는 트랜스포머(T2)를 설치함으로써 통상의 플라이백방식 전원에 비하여 온기간에 트랜스포머(T1)에 축적되는 자기에너지가 적어지기 때문에 오프가 된 순간에 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)에 발생하는 역기전력 즉 서지전압도 작아진다.
스위칭소자(Q)(FET의 경우, 드레인소스간)에는 입력전압과 1차코일(1Np)에 발생하는 역기전력을 가산한 전압이 인가된다. 따라서 본 회로에서는 스위칭소자(Q)에 요구되는 내압성이 경감됨과 아울러 스너버회로 등의 처리용량을 저감할 수 있다. 마찬가지로 트랜스포머(T1)의 자기포화의 가능성도 작아지는 점에서 트랜스포머(T1)의 사이즈를 작게 할 수 있다.
[오프기간: 2차측]
도 3의 (b)의 전위관계도에 나타내는 바와 같이 오프기간이 되면 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns), 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np) 및 2차코일(2Ns)의 각각의 양단의 전위관계가 반전된다. 다이오드(D2)는 역바이어스가 되어 차단된다. 한편, 다이오드(D1)가 순바이어스가 되어 도통하고, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 전류(i4) 및 전류(i5)가 이하의 경로로 흐른다.
·전류(i4): 음극출력단(n)→다이오드(D1)→트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)→양극출력단(p)
·전류(i5): 음극출력단(n)→다이오드(D1)→트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)→양극출력단(p)
전류(i4)가 흐름으로써 트랜스포머(T2)에 온기간에 축적된 자기에너지가 오프기간에 전력으로서 출력된다. 또한 전류(i5)가 흐름으로써 트랜스포머(T1)에 온기간에 축적된 자기에너지가 오프기간에 전력으로서 출력된다. 바람직한 설계에 있어서는 트랜스포머(T1)에 축적된 자기에너지는 트랜스포머(T2)에 축적된 자기에너지보다 작기 때문에 전류(i5)는 전류(i4)에 비하여 작다.
(2) 제2실시형태
(2-1) 제2실시형태의 회로구성
본 발명의 절연형 스위칭전원의 제2실시형태는 제1실시형태의 변형형태이다. 도 4는 제2실시형태의 회로구성예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 각각 온기간 및 오프기간의 전류의 흐름을 개략적으로 도시하고 있다.
제2실시형태에 있어서도 플라이백방식의 2개의 트랜스포머(T1, T2)를 이용하고 있다. 트랜스포머(T1)의 1차측의 구성은 제1실시형태와 동일하다. 또한 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)과 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)이 병렬접속된 구성, 그 병렬접속에 있어서의 제1접속점(a)과 음극출력단(n)의 사이에 다이오드(D1)가 접속된 구성, 트랜스포머(T2)의 2차코일(2Ns)의 타단과 음극출력단(n)의 사이에 다이오드(D2)가 접속된 구성, 및 출력단(p, n)의 사이에 평활용 콘덴서(C)가 접속된 구성도 제1실시형태와 동일하다.
제2실시형태에서는 트랜스포머(T2)의 2차코일(2Ns)의 일단과 제2접속점(b) 즉 양극출력단(p)의 사이에 인덕터(L)가 접속되어 있다.
또한 트랜스포머(T2)의 2차코일(2Ns)의 일단과 음극출력단(n)의 사이에 제3정류요소(D3)가 접속되어 있다. 정류요소(D3)는 음극출력단(n)으로부터 2차코일(2Ns)의 일단으로 흐르는 전류를 도통시키고, 이와는 역방향의 전류를 차단할 수 있도록 접속되어 있다. 따라서 정류요소(D3)가 예를 들어 다이오드인 경우, 다이오드(D3)는 애노드가 음극출력단(n)에, 캐소드가 2차코일(2Ns)의 일단에 접속되어 있다.
(2-2) 제2실시형태의 동작설명
도 5 및 도 6을 참조하여 제2실시형태의 동작에 대하여 주로 제1실시형태와 상이한 점을 설명한다. 도 5의 (a) 및 (b)는 각각 온기간 및 오프기간에 있어서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시하고 있다(화살표는 전류의 방향을 나타냄). 도 6의 (a) 및 (b)는 각각 온기간 및 오프기간에 있어서의 트랜스포머(T1)의 2차측의 각 구성요소의 전위관계의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다.
(2-2-1) 온기간에 있어서의 트랜스포머(T1)의 1차측 및 2차측의 동작
[온기간: 1차측]
트랜스포머(T1)의 1차측에서는 온기간에 제어신호(Vg)가 온이 되면 FETQ가 온이 되어 전류로가 도통한다. 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)에는 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이 입력전압에 의한 입력전류(i1)가 이하의 경로로 흐른다.
·입력전류(i1): 입력단(1)→트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)→FETQ→입력단(2)
[온기간: 2차측]
도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)에 입력전류(i1)가 흐름으로써 2차코일(1Ns)에 기전력이 발생하고, 단락전류인 전류(i2)가 이하의 경로로 흐른다. 다이오드(D1)는 역바이어스이기 때문에 차단되어 있다.
·전류(i2): 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)→트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)
도 6의 (a)의 전위관계도에 나타내는 바와 같이 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)과 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)은 병렬이기 때문에 양단전압은 동일한 크기이다. 트랜스포머(T2)에 있어서는 1차코일(2Np)에 전류(i2)가 흐름으로써 2차코일(2Ns)에 기전력이 발생한다. 다이오드(D2)는 순바이어스가 되기 때문에 도통하고, 이하의 경로로 전류(i3)가 흐른다.
·전류(i3): 음극출력단(n)→다이오드(D2)→트랜스포머(T2)의 2차코일(2Ns)→인덕터(L)→양극출력단(p)
온기간의 트랜스포머(T2)에 있어서는 1차코일(2Np)에 흐르는 전류(i2)에 의해 여자되어 자기에너지가 축적됨과 동시에 상호유도에 의해 2차코일(2Ns)에 전류(i3)가 흘러 출력됨으로써 전력전달도 수행된다.
인덕터(L)는 통상의 포워드방식에 있어서의 인덕터와 마찬가지로 전류(i3)가 흐름으로써 여자되어 자기에너지가 축적된다. 또한 인덕터(L)는 회로시동시에 있어서의 콘덴서(C)로의 돌입전류를 억제하는 역할도 한다.
또한 다이오드(D3)는 역바이어스가 되기 때문에 차단되어 있다. 그 외의 온기간의 동작에 대해서는 제1실시형태와 동일하다.
제2실시형태에 있어서의 온기간의 전류의 흐름은 제1실시형태와 동일하다. 제2실시형태에 있어서도 트랜스포머(T1)에 축적시키는 자기에너지보다 트랜스포머(T2) 및 인덕터(L)에 이행시키는 에너지 쪽을 크게 하는 것이 바람직하다.
(2-2-2) 오프기간에 있어서의 트랜스포머(T1)의 1차측 및 2차측의 동작의 상세
[오프기간: 1차측]
트랜스포머(T1)의 1차측에서는 제어신호(Vg)가 오프가 되면 FETQ도 오프가 되어 스위치가 열린다. 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np)의 전류로는 차단되고, 전류가 영이 된다. 이에 의해 트랜스포머(T1)의 1차코일(1Np) 및 2차코일(1Ns)에 각각 역기전력이 발생한다.
[오프기간: 2차측]
도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 오프기간이 되면 트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns), 트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np) 및 2차코일(2Ns), 및 인덕터(L)의 각각의 양단의 전위관계가 반전된다. 제1실시형태와 마찬가지로 다이오드(D2)가 역바이어스가 되어 차단되는 한편 다이오드(D1)가 순바이어스가 되어 도통하고, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 전류(i4) 및 전류(i5)가 이하의 경로로 흐른다.
·전류(i4): 음극출력단(n)→다이오드(D1)→트랜스포머(T2)의 1차코일(2Np)→양극출력단(p)
·전류(i5): 음극출력단(n)→다이오드(D1)→트랜스포머(T1)의 2차코일(1Ns)→양극출력단(p)
전류(i4)가 흐름으로써 트랜스포머(T2)에 온기간에 축적된 자기에너지가 오프기간에 전력으로서 출력된다. 또한 전류(i5)가 흐름으로써 트랜스포머(T1)에 온기간에 축적된 자기에너지가 오프기간에 전력으로서 출력된다.
또한 제2실시형태에 있어서는 다이오드(D3)가 순바이어스가 되어 도통하고, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 전류(i6)가 이하의 경로로 흐른다.
·전류(i6): 음극출력단(n)→다이오드(D3)→인덕터(L)→양극출력단(p)
제2실시형태에서는 제1실시형태보다 오프기간의 전류의 경로가 많다. 전류가 분산됨으로써 각 구성요소에 요구되는 처리용량이 경감되며 결과적으로 고출력화가 가능해진다.
1: 입력단 2: 입력단
p: 제1출력단(양극출력단) n: 제2출력단(음극출력단)
T1, T2: 트랜스포머 1Np, 2Np: 1차코일
1Ns, 2Ns: 2차코일 Q: 스위칭소자(FET)
D1, D2, D3: 정류요소(다이오드) C: 콘덴서
L: 인덕터

Claims (2)

  1. (a) 1차코일과 2차코일을 구비하는 제1트랜스포머와,
    (b) 상기 제1트랜스포머의 1차코일과 직렬접속되고 또한 제어신호에 의해 온오프제어되는 스위칭소자와,
    (c) 1차코일과 2차코일을 구비하는 제2트랜스포머로서, 상기 제1트랜스포머의 2차코일과 상기 제2트랜스포머의 1차코일이 제1접속점 및 제2접속점에 의해 병렬접속되고, 상기 제2접속점이 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 일단임과 아울러 제1출력단이기도 한 상기 제2트랜스포머와,
    (d) 제2출력단으로부터 상기 병렬접속에 있어서의 제1접속점으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제1정류요소와,
    (e) 제2출력단으로부터 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 타단으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제2정류요소를 갖는 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
  2. (a) 1차코일과 2차코일을 구비하는 제1트랜스포머와,
    (b) 상기 제1트랜스포머의 1차코일과 직렬접속되고 또한 제어신호에 의해 온오프제어되는 스위칭소자와,
    (c) 1차코일과 2차코일을 구비하는 제2트랜스포머로서, 상기 제1트랜스포머의 2차코일과 상기 제2트랜스포머의 1차코일이 제1접속점 및 제2접속점에 의해 병렬접속되고, 상기 제2접속점이 제1출력단인 상기 제2트랜스포머와,
    (d) 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 일단과 상기 제1출력단의 사이에 접속된 인덕터와,
    (e) 제2출력단으로부터 상기 병렬접속에 있어서의 제1접속점으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제1정류요소와,
    (f) 제2출력단으로부터 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 타단으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제2정류요소와,
    (g) 제2출력단으로부터 상기 제2트랜스포머의 2차코일의 일단으로 흐르는 전류를 도통시키고 또한 그 역방향의 전류를 차단하도록 접속된 제3정류요소를 갖는 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010273536A (ja) 2009-05-22 2010-12-02 Chi Mei Electronics Corp 拡充可能なスイッチング電源回路

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0731150A (ja) 1993-07-09 1995-01-31 Shindengen Electric Mfg Co Ltd スイッチング電源装置
JP3261010B2 (ja) 1995-05-31 2002-02-25 オークマ株式会社 電力変換装置
JP4144715B2 (ja) * 1998-03-23 2008-09-03 Ｔｄｋ株式会社 Ｄｃーｄｃコンバータ
JP2002010632A (ja) 2000-06-16 2002-01-11 Origin Electric Co Ltd Ａｃ／ｄｃコンバータ及びｄｃ−ｄｃコンバータ
JP4466089B2 (ja) 2004-01-29 2010-05-26 サンケン電気株式会社 力率改善回路
JP2007037297A (ja) 2005-07-27 2007-02-08 Sanken Electric Co Ltd 力率改善回路
US7944085B2 (en) * 2005-10-03 2011-05-17 Sanken Electric Co., Ltd. Multiple output switching power source apparatus including multiple series resonant circuits
JP2010225568A (ja) * 2009-02-26 2010-10-07 Sanken Electric Co Ltd 電流均衡化装置及びその方法、ｌｅｄ照明器具、ｌｃｄｂ／ｌモジュール、ｌｃｄ表示機器
JP6193029B2 (ja) * 2013-07-12 2017-09-06 株式会社東芝 スイッチング素子駆動電源回路
JP6111970B2 (ja) * 2013-10-11 2017-04-12 株式会社デンソー 電力変換装置の制御方法
KR101589608B1 (ko) * 2014-01-06 2016-01-28 한국과학기술원 변압기 결합 재사용 스너버 회로
TWI536727B (zh) * 2014-05-06 2016-06-01 國立清華大學 脈衝電流漣波消除電路與轉換系統

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010273536A (ja) 2009-05-22 2010-12-02 Chi Mei Electronics Corp 拡充可能なスイッチング電源回路

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