KR102650677B1 - 액티브 클램프를 갖는 전력 변환기 - Google Patents

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Abstract

전력 변환기는 입력 전압을 수신하기 위한 입력 측, 출력 전압을 제공하기 위한 출력 측, 메인 스위치, 제어기, 메인 스위치를 입력 측에 연결하는 1차 권선을 갖는 변압기, 액티브 클램프 커패시터에 의해 입력 측으로 연결되는 액티브 클램프 스위치, 및 액티브 클램프 제어기 회로를 포함한다. 액티브 클램프 제어기 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하기 위한 샘플링 회로, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 생성하기 위한 지연 회로, 전압 비교 회로, 및 i) 샘플링된 메인 스위치 전압과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제1 비교를 기초로 액티브 클램프 스위치를 활성화하고, ii) 샘플링된 메인 스위치 전압과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제2 비교를 기초로 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성된 액티브 클램프 스위치 제어 회로를 포함한다.

Description

액티브 클램프를 갖는 전력 변환기
관련 출원
본 출원은 2017년12월21일자 미국 가특허출원 번호 62/609,033 발명의 명칭 "Integrated Adaptive Active Clamp"의 우선권을 주장하는 2018년12월17일자 미국 정규특허출원 번호 16/221,945 발명의 명칭 "Power Converter with Active Clamp"의 우선권을 주장하고, 2018년09월28일자 미국 특허출원번호 16/145,819 발명의 명칭 "Integrated Self-Driven Active Clamp"와 관련되며, 이들 모두 본 명세서에 모든 목적으로 참조로서 포함된다.
스위치-모드 전력 공급기(SMPS)("전력 변환기")가 현재 전자 장치 내 전력 관리 구성요소이다. 이들은, 그 밖의 다른 것들 외에도, 복수의 부하에 효율적이며 전기적으로 절연된 전력을 제공한다. 고 전력 처리 효율 및/또는 전기적 절연을 이루기 위해, 종래에는, 하나 이상의 자기적으로 연결된 요소, 반도체 스위치 및 이와 연관된 게이트 드라이버 회로가 필요하다.
전력 변환기의 자기적으로 연결된 요소는 종종, 사소하지 않은 누설 인덕턴스 현상을 문제로 겪는데, 이로 인해 반도체 스위치 피크 드레인-소스 간 전압을 제어하기 위해 적절한 전압 스너버 회로가 필요하다. 전력 변환기의 가격-민감한 속성 때문에, 종래에는 스너버 회로가 비용 효율적인 수동 및 전력 손실 저항기-커패시터-다이오드(RCD: resistor-capacitor-diode) 구성에 국한된다.
일부 실시예에서, 전력 변환기가 입력 전압을 수신하도록 구성된 입력 측, 및 출력 전압을 제공하도록 구성된 출력 측을 포함한다. 전력 변환기는 메인 스위치, 제어기, 메인 스위치를 전력 변환기의 입력 측으로 연결하는 1차 권선을 갖는 변압기, 액티브 클램프 스위치, 액티브 클램프 스위치를 전력 변환기의 입력 측으로 연결하는 액티브 클램프 커패시터 - 상기 액티브 클램프 커패시터는 액티브 클램프 스위치와 직렬 회로 조합으로 연결됨 - , 및 액티브 클램프 제어기 회로를 포함한다. 액티브 클램프 제어기 회로는 메인 스위치 전압을 수신하도록 메인 스위치에 연결되고, 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성된 샘플링 회로, 샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 샘플링 회로에 연결되며, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성된 지연 회로, 샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 샘플링 회로에 연결되고, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 수신하도록 지연 회로에 연결된 제1 전압 비교 회로, 및 액티브 클램프 스위치 제어 회로를 포함한다. 액티브 클램프 스위치 제어 회로는 i) 제1 전압 비교 회로에 의한, 샘플링된 메인 스위치 전압과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제1 비교를 기초로, 액티브 클램프 스위치를 활성화하고, ii) 제1 전압 비교 회로에 의한, 샘플링된 메인 스위치 전압과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제2 비교를 기초로, 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 방법은, 전력 변환기의 입력 측에서, 입력 전압을 수신하는 단계를 포함하며, 전력 변환기의 입력 측은 전력 변환기의 변압기의 1차 권선에 연결된다. 전력 변환기의 메인 스위치는 전력 변환기의 출력 측 상에서 출력 전압을 생성하도록 1차 권선을 통과하는 전류를 제어한다. 전력 변환기의 샘플링 회로는 메인 스위치의 메인 스위치 전압을 기초로 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성한다. 전력 변환기의 지연 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압을 기초로 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 생성한다. 전력 변환기의 제1 전압 비교 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압의 제1 비교를 수행한다. 전력 변환기의 액티브 클램프 스위치가 제1 비교를 기초로 활성화되어 메인 스위치 전압을 최대 메인 스위치 전압으로 클램핑할 수 있다. 제1 전압 비교 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압의 제2 비교를 수행하며, 액티브 클램프 스위치는 제2 비교를 기초로 비활성화된다.
도 1은 종래의 전력 변환기의 단순화된 회로도이다.
도 2는 일부 실시예에 따라, 액티브 클램프를 갖는 전력 변환기의 단순화된 회로도이다.
도 3-4는 일부 실시예에 따라, 도 2에 도시된 전력 변환기의 일부분의 단순화된 회로도이다.
도 5-6은 일부 실시예에 따라, 도 2-4에 도시된 전력 변환기와 관련된 신호의 단순화된 플롯을 보여준다.
도 7-8은 일부 실시예에 따라, 도 3-4에 도시된 액티브 클램프 회로를 이용해 도 2에 도시된 전력 변환기의 메인 스위치의 전압을 클램핑하기 위한 프로세스의 일부분이다.
본 명세서에 기재된 일부 실시예는 일체형 액티브 클램프 회로("액티브 클램프")를 갖는 스위치-모드 전력 공급기("전력 변환기")를 제공한다. 이러한 실시예에서, 전력 변환기는 변압기의 1차 권선을 통과하는 전류를 제어함으로써 변압기의 1차 측(primary side) 상의 입력 전압을 변압기의 2차 측(secondary side) 상의 출력 전압으로 변환한다. 전력 변환기는 1차 측 스위치("메인 스위치")를 이용해 1차 권선을 통과하는 전류를 제어한다.
전력 변환기의 자기적으로 연결된 요소들은 종종, 사소하지 않은 누설 인덕턴스 현상을 문제로 겪는데, 이로 인해 종종 메인 스위치의 피크 드레인-소스 간 전압을 제어하기 위해 적절한 전압 스너버 회로가 필요하다. 전력 변환기의 가격에 민감한 속성 때문에, 종래에는 이러한 스너버 회로가 비용 효율적인 수동 및 전력 손실 레지스터-커패시터-다이오드(RCD: resistor-capacitor-diode) 구성에 국한됐다.
그러나, 전력 손실 및 발열에 민감한 전력 변환기에서, 열의 형태로 된 손실성 구성요소에서 전력 소산이 적합하지 않다. 따라서, 전력 변환기 내에서의 액티브 클램핑 구성을 이용한 에너지의 재활용이 시스템 폼-팩터 축소 및 전력 효율 개선을 위한 기회를 제공한다. 덧붙여, 스위칭 전력 트랜지스터의 최대 드레인-소스 전압을 클램핑함으로써, 스위칭 전력 트랜지스터의 장치 신뢰성이 증가한다. 덧붙여, 스위칭 전력 트랜지스터의 최대 드레인-소스 전압을 클램핑함으로써, 전력 변환기 리액티브 구성요소의 크기 및 비용이 감소한다.
액티브 클램프 회로는, 저항기-커패시터-다이오드("RCD") 스너버 회로에 비교될 때, 바람직하게도 변압기의 누설 인덕턴스에 저장된 에너지를 재활용함으로써 전력 변환기의 전력 처리 효율을 증가시킨다. 일부 실시예에 따르면, 액티브 클램프 회로는 전력 변환기의 메인 스위치의 1차 측 피크 전압을 클램핑하며, 이로써 전력 변환기가 더 낮은 전압 정격을 갖는 1차 측 및/또는 2차 측 스위치를 이용할 수 있어서, 스위치 전도 및/또는 스위칭 동안 전력 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 액티브 클램프는 종래의 액티브 클램프 회로에 비교할 때, 경-중 부하(가령, 전력 변환기의 최대 전력의 30퍼센트 미만) 및 전력 변환기의 저-라인 입력 전압(가령, 140V rms 미만) 동작 모드에 대한 효율 최적화를 제공한다. 이러한 효율 최적화는 메인 스위치 양단의 전압("메인 스위치 전압")이 프로그램 가능 값보다 높을 때만 액티브 클램프를 활성화함으로써 이뤄진다. 일부 실시예에서, 프로그램 가능 값은 메인 스위치의 최대 전압 정격보다 10 내지 20 퍼센트 낮고 전력 변환기의 입력 전압을 기초로 조절된다. 또한, 액티브 클램프의 동작이 액티브 클램프의 커패시터("액티브 클램프 커패시터") 양단의 전압을 변조한다. 이러한 변조는 전압에 대한 커패시턴스 값 변동을 최소화함으로써, 필름 커패시터에 비교할 때 더 낮은 비용의 세라믹 커패시터가 액티브 클램프 커패시터로서 사용될 수 있게 한다.
또한, 액티브 클램프 스위칭이 메인 스위치 턴-온 타임과 일치할 필요가 없기 때문에 액티브 클램프 회로의 온-타임(on-time)이 종래의 액티브 클램프 솔루션에 비교할 때 바람직하게 감소될 수 있다. 따라서, 액티브 클램프 회로 공진 주기가 더 짧기 때문에 종래의 클램핑 회로에서 사용되는 것과 비교해서 더 작은 액티브 클램프 커패시터가 사용될 수 있다. 액티브 클램프 커패시터는 고전압 구성요소이기 때문에, 더 작은 커패시턴스가 상당한 비용 효율 혜택을 도출할 수 있다.
도 1은 종래의 전력 변환기(100)의 단순화된 회로도이다. 전력 변환기(100)의 설명을 단순화하기 위해 전력 변환기(100)의 일부 요소가 도 1에서 생략되었지만, 존재하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 전력 변환기(100)는 입력 전압(Vin')을 수신하도록 구성된 입력 측 및 입력 전압으로부터 출력 전압(Vout)을 제공하도록 구성된 출력 측을 포함하며, 상기 입력 측은 변압기(102)에 의해 출력 측에 연결되어 있다. 변압기(102)는 전력을 전력 변환기(100)의 입력 측으로부터 전력 변환기(100)의 출력 측으로 전송하고 일반적으로 1차 권선(104) 및 2차 권선(106)을 포함한다. 1차 권선(104)은 제1 권선 노드(108) 및 제2 권선 노드(110)를 포함한다. 전력 변환기(100)의 입력 측은 일반적으로 입력 전압 필터 블록(122), 정류기 블록(116)(AC 입력의 경우), 입력 전압 버퍼 커패시터(C1), 메인 스위치(M1'), 게이트 드라이버 회로(128), 메인 스위치 제어 논리 회로("제어기")(118), 및 커패시터(C2), 저항기(R1) 및 다이오드(D1)를 포함하는 RCD 스너버 회로(114)를 포함한다. 변압기(102)의 자화 인덕턴스(LM)는 권선(105)으로서 도시되어 있다. 전력 변환기(100)의 출력 측은 일반적으로 출력 버퍼 회로(112), 동기식 정류기 스위치(M2'), 동기식 정류기 스위치 제어기 회로("Sync. Ctrl.")(120) 및 부하(RL')를 포함한다. 보상기 회로(130) 및 아이솔레이터 회로(126)를 통한 피드백 경로는 출력 전압(Vout)의 측정치를 제어기(118)에 제공한다.
전압원(Vin')은 전력 변환기(100)에서 수신된다. Vin'은 교류(AC) 또는 직류(DC)로서 제공 될 수 있다. 메인 스위치(M1')는 게이트 드라이버 회로(128)를 통해 제어기(118)에 의해 생성된 펄스-폭-변조(PWM) 신호 PWMM1'에 의해 구동된다. 입력 전압 필터 블록(122), 정류기 블록(116) 및 입력 버퍼 커패시터(C1)가 필터링, 버퍼링, 정류, 또는 그 밖의 다른 방식으로 조절된 입력 전압 Vin을 변압기(102)로 제공한다. 변압기(102)는 전력을 전력 변환기(100)의 입력 측으로부터 전력 변환기(100)의 출력 측으로 전송한다.
제1 권선 노드(108)는 입력 전압(Vin)을 수신한다. 제2 권선 노드(110)는 메인 스위치(M1')의 드레인 노드에 연결된다. 메인 스위치(M1')는 전력 변환기(100)의 스위칭 사이클의 제1 부분 동안 변압기(102)의 자화 인덕턴스(LM)(105)를 충전하기 위해 1차 권선(104)을 통한 전류를 제어한다. 동기식 정류기 스위치(M2')는 2차 권선(106)을 통과하는 전류 흐름을 제어하여, 스위칭 사이클의 후속 부분 동안 변압기(102)를 출력 버퍼 회로(112) 및 부하(RL')로 방전시킬 수 있다.
상세히 설명하면, 스위칭 사이클의 제1 부분 동안 메인 스위치(M1')가 제어기(118)에 의해 활성화(enable)될 때, 전류는 1차 권선(104)을 통해 접지와 같은 전압 바이어스 노드로 흐른다. 1차 권선(104)을 통한 전류 흐름은 에너지가 자화 인덕턴스(LM)(105) 및 변압기(102)의 누설 인덕턴스(LL)(도시되지 않음)에 저장되게 한다. 메인 스위치(M1')가 스위칭 사이클의 후속 부분에서 비활성화(disable)될 때, 출력 전압(Vout)은 출력 버퍼 회로(112)에서 생성되어 부하(RL')로 제공된다. 메인 스위치(M1')가 꺼질 때, 반사된 전압(nVout)은 제2 권선 노드(110)의 메인 스위치(M1')의 드레인 노드에서 발생된다. 제2 권선 노드(110)에서 메인 스위치(M1')의 드레인-소스 전압(VdsM1')에 대한 반사된 전압(nVout)의 기여는 다음과 같이 표현된다:
VdsM1' = Vin + nVout (수식 1)
여기서 n은 변압기(102)의 권선 비이다. 변압기(102)의 누설 인덕턴스(LL)에 저장된 에너지는 또한 제2 권선 노드(110)에서 발생된 전압(VdsM1')에 기여한다.
RCD 스너버 회로(114)는 전압(VdsM1')이 메인 스위치(M1')를 손상시키는 레벨로 증가하는 것을 방지한다. VdsM1'이 상승함에 따라 다이오드(D1)는 순방향 바이어스되고 전류는 커패시터(C2) 및 저항기(R1)로 흘러 에너지를 소산시킴으로써, VdsM1'을 메인 스위치(M1')의 안전한 작동 범위 내에 있는 레벨로 클램핑할 수 있다. 그러나, 전력 손실 및 발열에 민감한 시스템에서, 열 형태의 손실 성분(예를 들어, 저항기(R1))에서의 소산은 적합하지 않다.
도 2는 일부 실시예에 따른 일체형 액티브 클램프 회로(224)를 갖는 전력 변환기(200)의 단순화된 회로도이다. 전력 변환기(200)의 설명을 단순화하기 위해 전력 변환기(200)의 일부 요소가 도 2에서 생략되었지만, 존재하는 것으로 이해된다. 전력 변환기(200)의 일부 요소는 전력 변환기(100)의 요소와 유사하다(예를 들어, 메인 스위치(M1)는 메인 스위치(M1')와 유사하다). 그러나, 도시된 실시예에서, 전력 변환기(100)의 RCD 스너버 회로(114)가 일체형 액티브 클램프 회로("액티브 클램프 회로")(224)로 대체되었다.
일반적으로, 전력 변환기(200)는 입력 전압(Vin')을 수신하도록 구성된 입력 측 및 입력 전압을 사용하여 출력 전압(Vout)을 제공하도록 구성된 출력 측을 포함한다. 입력 측은 변압기(202)에 의해 출력 측에 연결된다. 변압기(202)는 전력 변환기(200)의 입력 측으로부터 전력 변환기(200)의 출력 측으로 전력을 전송하며, 일반적으로 1차 권선(204) 및 2차 권선(206)을 포함한다. 1차 권선(204)은 제1 권선 노드(208) 및 제2 권선 노드(210)를 포함한다. 전력 변환기(200)의 입력 측은 일반적으로 입력 필터 블록(222), 정류기 블록(216)(AC 입력의 경우), 입력 전압 버퍼 커패시터(C1), 메인 스위치(M1), 게이트 드라이버 회로(228), 액티브 클램프 회로(224), 및 메인 스위치 제어 논리 회로("제어기")(218)를 포함한다. 변압기(202)의 자화 인덕턴스(LM)는 권선(205)으로서 도시되어 있다.
전력 변환기(200)의 출력 측은 일반적으로 출력 버퍼(212), 동기식 정류기 스위치(M2), 동기식 정류기 스위치 제어기 회로("Sync. Ctrl.")(220)를 포함하고, 부하(RL)에 연결되도록 구성된다. 보상기 회로(230) 및 아이솔레이터 회로(226)를 통한 피드백 경로는 출력 전압(Vout)의 측정치를 제어기(218)에 제공한다. 일부 실시예에서, 메인 스위치(M1) 및/또는 동기식 정류기 스위치(M2) 중 하나 또는 둘 모두는 전계-효과 트랜지스터(FET)이며, 각각은 드레인 노드, 소스 노드, 및 게이트 노드를 갖고 드레인 노드와 소스 노드 간 전류의 전도를 제어할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 동기식 정류기 스위치(M2)는 다이오드로 대체된다.
노드(232 및 234)가 또한 도시된다. 액티브 클램프 회로(224)와 제어기(218) 사이에서 교환되는 신호는 노드(232)에서 입력 전압(Vin)의 디지털 표현 VinDig 및 모드(234)에서 (예를 들어, 신호 버스를 통해) 집성된 액티브 클램프 신호(ACctl)를 포함한다. 메인 스위치(M1)는 제어기(218)에 의해 생성되는 게이트 드라이버 회로(228)를 통해 제어 신호(PWMM1)에 의해 구동된다.
도 1의 제1 권선 노드(108) 및 제2 권선 노드(110)를 참조하여 설명된 것과 유사하게, 제1 권선 노드(208)는 입력 전압(Vin)을 수신하고 제2 권선 노드(210)는 메인 스위치(M1)의 드레인-소스 전압("메인 스위치 전압)(VdsM1)을 수신한다. 도시된 바와 같이, 액티브 클램프 회로(224)는 제1 권선 노드(208)와 제2 권선 노드(210) 사이에 연결되고 제어기(218)에 통신 가능하게 연결된다. 액티브 클램프 회로(224)는 메인 스위치(M1)의 최대 특정 전압보다 낮은 전압으로 메인 스위치 전압(VdsM1)을 클램핑(즉, 제한)한다.
도 3은 일부 실시예에 따른 전력 변환기(200)의 액티브 클램프 회로(224)의 단순화된 회로도이다. 액티브 클램프 회로(224)의 설명을 단순화하기 위해 액티브 클램프 회로(224)의 일부 요소는 도 3에서 생략되었지만, 존재하는 것으로 이해된다. 액티브 클램프 회로(224)는 일반적으로, 도시된 바와 같이 연결된, 아날로그-디지털 변환기 회로("ADC")(302), 레벨 시프터 회로(304), 액티브 클램프 제어기 회로("AC 제어기")(306), 게이트 드라이버 회로(308), 액티브 클램프 커패시터(C3), 및 액티브 클램프 스위치(M3)를 포함한다. 액티브 클램프 스위치(M3)는 바디-다이오드, 드레인 노드('D'), 소스 노드('S') 및 게이트 노드('G')(즉, 스위치 제어 노드)를 포함한다.
노드(312, 314, 316, 318, 320) 및 노드(208, 210, 232 및 234)가 또한 도시되어 있다. 일반적으로, 액티브 클램프 회로(224)의 동작과 관련된 신호는 제1 권선 노드(208)에서의 입력 전압(Vin), 노드(210, 310)에서의 메인 스위치 전압(VdsM1), 액티브 클램프 스위치(M3)를 통해 흐르는 액티브 클램프 스위치 전류(iac), 노드(232)에서의 입력 전압의 디지털 표현(VinDig), 모드(312)에서의 액티브 클램프 스위치 제어 신호(ACPWM), 노드(314)에서의 액티브 클램프 샘플 신호(ACsmp), 노드(316)에서의 액티브 클램프 활성화 신호(ACen), 노드(318)에서의 디지털 액티브 클램프 임계 전압 레벨(ACrefDig), 액티브 클램프 커패시터(C3) 양단의 전압(Vsn), 및 노드(320)에서의 액티브 클램프 스위치 제로 전류 크로싱 검출 신호(ACZCD)를 포함한다. (312, 314, 316, 318, 및 320)에서의 신호는 논의를 간단하게 하기 위해 노드(234)에서 신호 버스상의 액티브 클램프 신호(ACctl)로 집성된다.
액티브 클램프 커패시터(C3)는 액티브 클램프 스위치(M3)와 직렬 회로 조합으로 연결된다. 레벨 시프터 회로(304)는 게이트 드라이버 회로(308)를 통해 액티브 클램프 스위치(M3)의 게이트 노드(G)에 연결된다. 레벨 시프터 회로(304)는 노드(312)에서 제어기(218)로부터 수신되는 액티브 클램프 스위치 제어 신호(ACPWM)를 기초로, 게이트 드라이버 회로(308)를 통해, 액티브 클램프 스위치(M3)를 활성화 및 비활성화한다.
게이트 드라이버 회로(308)는 액티브 클램프 스위치(M3)를 구동(즉, 활성화 및 비활성화)한다. 일부 실시예에서, 액티브 클램프 스위치(M3)는 전류-양방향 2-상한 스위치(current-bidirectional two-quadrant switch)이다. 액티브 클램프 스위치(M3)의 게이트 노드(G)는 드레인 노드(D)와 소스 노드(S) 사이의 전류 전도를 제어한다. 액티브 클램프 스위치(M3)의 드레인 노드(D)와 소스 노드(S)는 액티브 클램프 커패시터(C3)와 직렬 회로 조합이다. 일부 실시예에서, 액티브 클램프 스위치(M3)는 다이오드가 순방향 바이어스될 때(가령, 액티브 클램프 스위치(M3)의 소스와 드레인에 걸쳐 충분한 전압이 발생될 때), 소스 노드(S)와 드레인 노드(D) 사이의 전류(제1 전류 방향)를 통과 시키도록 구성된, 바디-다이오드 이외의 다이오드를 포함한다. 액티브 클램프 스위치(M3)의 게이트 노드(G)가 액티브 클램프 스위치 제어 신호(ACPWM)에 응답하여 구동 될 때, 액티브 클램프 스위치(M3)는 활성화되고 양방향으로 전류를 통과시킨다(예를 들어, 제1 전류 방향 및/또는 제2 전류 방향). 제1 전류 방향에서, 전류는 1차 권선(204)으로부터 액티브 클램프 스위치(M3)를 통해 액티브 클램프 커패시터(C3)로 흐른다. 제2 전류 방향에서, 전류는 액티브 클램프 커패시터(C3)로부터, 액티브 클램프 스위치(M3)를 통해, 1차 권선(204)으로 흐른다.
전력 변환기(200)의 스위칭 사이클의 일부 동안, 메인 스위치(M1) 및 액티브 클램프 스위치(M3)가 모두 오프(off)일 때, 액티브 클램프 스위치 전류(iac)는 1차 권선(204)으로부터, 액티브 클램프 스위치(M3)의 바디-다이오드를 통해, 액티브 클램프 커패시터(C3)로 흐른다. 스위칭 사이클의 후속 부분 동안 메인 스위치(M1)가 오프(off) 상태이고 액티브 클램프 스위치(M3)가 온(on) 상태일 때 전류(iac)는 액티브 클램프 커패시터(C3), 자화 인덕턴스(LM) 및 전력 변환기(200)의 그 밖의 다른 의도된 또는 기생 리액티브 요소 간에 공진한다.
ADC(302)는 제1 권선 노드(208)로부터 입력 전압(Vin)을 수신하고 입력 전압(Vin)의 디지털 표현(VinDig)을 생성하도록 구성된다. 액티브 클램프 제어기 회로(306)는 노드(310)로부터 메인 스위치 전압(VdsM1)을 수신하고, 노드(314)로부터 액티브 클램프 샘플 신호(ACsmp)를 수신하며, 노드(318)로부터 디지털 액티브 클램프 임계 전압 레벨(ACrefDig)을 수신하도록 구성된다. 노드(310, 314, 및 318)로부터 수신된 신호를 기초로, 액티브 클램프 제어기 회로(306)는 액티브 클램프 활성화 신호(ACen) 및 액티브 클램프 스위치 제로 전류 크로싱 검출 신호(ACZCD)를 생성한다. 액티브 클램프 활성화 신호(ACen) 및 액티브 클램프 스위치 제로 전류 크로싱 검출 신호(ACZCD)에 기초하여, 제어기(218)는 도 4를 참조하여 기재될 바와 같이, 액티브 클램프 스위치 제어 신호(ACPWM)를 생성한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 액티브 클램프 회로(224)의 액티브 클램프 제어기 회로(306)의 단순화된 회로도이다. 액티브 클램프 제어기 회로(306)의 설명을 단순화하기 위해 액티브 클램프 제어기 회로(306)의 일부 요소는 도 4에서 생략되었지만, 존재하는 것으로 이해된다. 액티브 클램프 제어기 회로(306)는 일반적으로, 도시된 바와 같이 연결된, 액티브 클램프 활성화 회로(402), 액티브 클램프 스위치 제어 회로(410), 샘플링 회로(414) 및 지연 회로(420)를 포함한다. 액티브 클램프 활성화 회로(402)는 일반적으로 히스테리시스를 갖도록 구성된 전압 비교 회로(404) 및 디지털-아날로그 변환기 회로(DAC)(406)를 포함한다. 액티브 클램프 스위치 제어 회로(410)는 일반적으로 히스테리시스를 갖도록 구성된 전압 비교 회로(412)를 포함한다. 샘플링 회로(414)는 일반적으로 게이트 드라이버 회로(416), 샘플링 스위치(M4) 및 전압 분배기 회로(R2, R3)(즉, 전압 감쇠 회로)를 포함한다. 신호 노드(418)가 또한 도시되어 있다.
일반적으로, 액티브 클램프 제어기 회로(306)의 동작과 관련된 신호는 노드(310)로부터 샘플링 회로(414)에 의해 수신된 메인 스위치 전압(VdsM1), 노드(418)에서 샘플링 회로(414)에 의해 생성된 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp), 지연 회로(420)에 의해 생성된 지연된 샘플 메인 스위치 전압 신호(VdsSmpDel), 노드(314)에서의 액티브 클램프 샘플 신호(ACsmp), 노드(316)에서의 액티브 클램프 활성화 신호(ACen), 노드(318)에서의 디지털 액티브 클램프 임계 전압 레벨(ACrefDig), DAC(406)에 의해 생성된 임계 전압(VdsThr), 및 노드(320)에서의 액티브 클램프 스위치 제로 전류 크로싱 검출 신호(ACZCD)를 포함한다. 일부 실시예에서, 지연 회로(420)는 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)을 전압 비교 회로(412)의 최소 변환 시간보다 길고 전력 변환기(200)의 공진 주파수의 주기의 약 4분의 1보다 작은 시간만큼 지연시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 지연은 전력 변환기(200)의 공진 주파수의 주기의 8분의 1보다 작다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 지연은 100ns보다 크고 약 160ns보다 작다.
액티브 클램프 회로(224) 및 액티브 클램프 제어기 회로(306)의 동작이 도 5 및 도 6을 참조하여 기재된다.
도 5는 일부 실시예에 따라, 도 2-4에서 나타난 전력 변환기(200)와 관련된 신호의 단순화된 플롯(500)을 도시한다. 플롯(500)은 액티브 클램프 스위치 전류(iac)의 플롯(502), 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)의 플롯(504), 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)의 플롯(506), 임계 전압(VdsThr)의 플롯(508), 메인 스위치(M1) 제어 신호(PWMM1)의 플롯(510), 액티브 클램프 스위치 제로 전류 크로싱 검출 신호(ACZCD)의 플롯(512), 액티브 클램프 스위치(M3) 제어 신호(PWMAC)의 플롯(514), 및 액티브 클램프 활성화 신호(ACen)의 플롯(516), 및 액티브 클램프 샘플 신호(ACsmp)의 플롯(518)을 포함한다.
메인 스위치 제어 신호(PWMM1)(510)의 하강 에지를 생성할 때, 제어기(218)는 어서트(assesrt)된 액티브 클램프 샘플 신호(ACsmp)(518)를 게이트 드라이버 회로(416)에 전송함으로써, 액티브 클램프 샘플 신호(ACsmp)(518)가 차후 디-어서트(de-assert)될 때까지 플링 스위치(M4)를 활성화할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(218)가 디-어서트된 액티브 클램프 활성화 신호(ACen)(516)를 수신하는 것에 응답하여, 액티브 클램프 샘플 신호(ACsmp)(518)가 제어기(218)에 의해 차후 디-어서트된다. 따라서, 샘플링 회로(414)의 샘플링 주기는 메인 스위치(M1) 제어 신호(PWMM1)가 디-어서트될 때 시작되고 액티브 클램프 활성화 신호(ACen)(516)가 디-어서트될 때(즉, 샘플링된 메인 스위치 전압 신호(VdsSmp)의 전압 레벨(VdsThr)에 대응) 만료된다. 샘플링 스위치(M4)가 활성화되는 시간 동안, 메인 스위치 전압(VdsM1)은 저항기(R2, R3)에 의해 분압되어 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504)을 생성할 수 있다. 따라서, 메인 스위치 전압(VdsM1)으로부터의 전력은 샘플링 스위치(M4)가 활성화될 때 액티브 클램프 제어기 회로(306) 내에서만 소산되어, 종래의 액티브 클램프 회로의 전력 효율에 비교할 때, 액티브 클램프 제어기 회로(306)의 전력 효율을 증가시킬 수 있다. 샘플링 스위치(M4)가 활성화되는 시간 동안, 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504)은 액티브 클램프 활성화 회로(402)의 전압 비교 회로(404)의 제1 단자에서 수신된다. 또한, 임계 전압(VdsThr)(508)이 전압 비교 회로(404)의 제2 단자에서 수신된다. 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504)이 임계 전압(VdsThr)(508)보다 크거나 같은 경우, 전압 비교 회로(404)는 어서트된 액티브 클램프 활성화 신호(ACen)(516)를 제어기(218)로 전송한다 일부 실시예에서, 임계 전압(VdsThr)은 메인 스위치(M1)의 최대 안전 동작 전압의 임계 범위(예를 들어, 10% 내지 20%) 내에 있는 전압 레벨을 나타내며, 전압 변환기(200)의 입력 전압(Vin)을 기초로 더 조절된다. 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504)은 또한 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)(506)을 생성하는 지연 회로(420)에서 수신된다. 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504)은 액티브 클램프 스위치 활성화 회로(410)의 전압 비교 회로(412)의 제1 단자에서 수신되고, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)(506)은 전압 비교 회로(412)의 제2 단자에서 수신된다. 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)(506)이 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504)보다 크거나 같을 때, 전압 비교 회로(412)는 어서트된 액티브 클램프 제로 크로싱 검출 신호(ACZCD)(512)(즉, 액티브 클램프 스위치 전류 iac(502)의 제로 크로싱을 나타냄)를 생성한다.
어서트된 액티브 클램프 제로 크로싱 검출 신호 ACZCD(512)를 수신하면, 제어기(218)는 액티브 클램프 활성화 신호 ACen(516)이 어서트되는 경우, 어서트된 액티브 클램프 스위치(M3) 제어 신호(PWMAC)를 생성한다. 액티브 클램프 활성화 신호 ACen(516)이 어서트되지 않는 경우, 제어기(218)는 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmp)의 비교에 관계없이, 어서트된 액티브 클램프 스위치(M3) 제어 신호(PWMAC)를 생성하지 않는다.
어서트된 액티브 클램프 스위치(M3) 제어 신호(PWMAC)(514)가 레벨 시프터 회로(304)에서 수신 될 때, 액티브 클램프 스위치(M3)는 게이트 드라이버 회로(308)를 사용하여 레벨 시프터(304)에 의해 활성화된다. 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)(506)이 더는 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504)보다 크거나 같지 않을 때, 액티브 클램프 제로 크로싱 검출 신호(ACZCD)(512)는 디 -어서트된다. 디-어서트된 액티브 클램프 제로 크로싱 검출 신호 ACZCD(512)를 수신하면, 제어기(218)는 액티브 클램프 스위치(M3) 제어 신호(PWMAC)(514)를 디-어서트한다. 디-어서트된 액티브 클램프 스위치(M3) 제어 신호(PWMAC)(514)는 레벨 시프터 회로(304)에서 수신되고, 이는 게이트 드라이버 회로(308)를 이용하여 액티브 클램프 스위치(M3)를 비활성화한다.
샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504)이 더는 임계 전압(VdsThr)(508)보다 크거나 같지 않은 전압 레벨로 강하되면, 액티브 클램프 활성화 회로(402)의 전압 비교 회로(404)는 디-어서트 된 액티브 클램프 활성화 신호 ACen(516)를 제어기(218)로 전송한다. 앞서 기재된 바와 같이, 디-어서트된 액티브 클램프 활성화 신호(ACen)(516)를 수신하면, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)(506)과 샘플링된 메인 스위치 전압(VdsSmp)(504) 간 비교와 무관하게, 제어기(218)는 어서트된 액티브 클램프 스위치(M3) 제어 신호(PWMAC)(514)를 송신하지 않을 것이다. 따라서, 바람직하게도, 액티브 클램프 스위치(M3)는 전력 변환기(200)의 경-중 부하(light-to-medium load) 동작에 대해 활성화되지 않는다.
도 6은 일부 실시예에 따라, 도 2-4에서 도시된 전력 변환기(200)와 관련된 신호의 단순화된 플롯(600)을 도시한다. 플롯(600)은 액티브 클램프 임계 전압 레벨(ACref)의 플롯(602) 및 전력 변환기(200)의 입력 전압(Vin)의 플롯(604)을 포함한다. 디지털 액티브 클램프 임계 전압 레벨(ACrefDig)은 구간별 함수(piecewise function)에 따르는 (ADC(302)에 의해 생성된) 입력 전압(Vin)의 디지털 표현(VinDig)을 기초로, 제어기(218)에 의해 생성된다. 액티브 클램프 임계 레벨(ACref)은 디지털 액티브 클램프 임계 전압 레벨(ACrefDig)을 사용하여 DAC(406)에 의해 생성된다. 도시된 바와 같이, 구간별 함수의 제1 영역에서, ACref (및 따라서 ACrefDig)는 Vin(및 VinDig)이 Vin start에 대응하는 레벨에 도달 할 때까지 최소 레벨 ACref min과 동일하다. 구간별 함수의 제2 영역에서, Vin이 Vin start를 능가한 후 Vin이 Vin max에 대응하는 레벨에 도달할 때까지 ACref는 Vin에 선형으로 대응한다. 일부 실시예에서, 구간별 함수의 제2 영역에서의 ACref의 기울기는 Vin이 Vin max에 대응하는 레벨에 도달할 때까지 Vin의 기울기와 동일하다. 일부 실시예에서, ACref는 고정된 값(예를 들어, 0, Vsn 또는 또 다른 값)만큼 Vin으로부터 오프셋된다. 구간별 함수의 제3 영역에서 Vin이 Vin max를 능가한 후 ACref는 최대 레벨 ACref max와 동일하다. 따라서, (즉, 어서트된 ACen 신호에 의해) 액티브 클램프 회로(224)가 활성화되는 전압 레벨은 입력 전압(Vin)의 함수로서 유리하게 적응된다.
Vin start, Vin max, ACref min 및 ACref max의 전압 레벨을 결정하기 위한 예시적인 기준은 i) 액티브 클램프 커패시터(C3)의 최대 전압 정격, ii) 메인 스위치(M1)의 최대 전압 정격, 및 iii) 변환기(200)의 효율을 포함한다. 예시적인 기준 (i)과 관련하여, 일부 실시예에서, 액티브 클램프 회로(224)가 입력 전압(Vin) 및 액티브 클램프 커패시터(C3) 양단의 전압(Vsn)을 기초로 활성화되도록 ACref min 및 ACref max가 선택된다. 이러한 실시예에서, 예를 들어, 액티브 클램프 회로(224)는 액티브 클램프 커패시터(C3) 양단의 전압(Vsn)이 액티브 클램프 커패시터(C3)의 최대 전압 정격의 임계 값 내에 있을 때 활성화된다. 예시적 기준 (ii)와 관련하여, 메인 스위치(M1) 양단의 전압(VdsM1)이 메인 스위치(M1)의 최대 전압 정격의 임계 값 내에 있을 때 액티브 클램프 회로(224)가 활성화되도록 ACref min 및 ACref max가 선택된다. 예시적인 기준(iii)과 관련하여, 일부 실시예에서, 입력 전압(Vin)이 임계 값(가령, Vin start) 이하에 있을 때 액티브 클램프 회로(224)가 활성화되지 않도록 ACref min 및 ACref max가 선택된다. 일부 실시예에서, Vin start는 약 300-400V이고, Vsn는 약 100-200V이며, Vin max는 약 450-550V이다.
임계 전압(VdsThr)은 디지털 액티브 클램프 임계 전압 레벨(ACrefDig)에 응답하여 DAC(406)에 의해 생성된다. 따라서 일부 실시예에서, VdsThr를 생성하기 위해 DAC(406)와 함께 동작하는 제어기(218)의 일부분이 "임계 전압 생성기 회로"라고 간주된다.
도 7은 일부 실시예에 따른 전력 변환기(200)의 메인 스위치(M1)의 전압을 클램핑하기 위한 예시적 프로세스(700)의 일부분이다. 특정 단계, 단계 순서, 및 단계 조합은 단지 예시적이고 설명적인 목적으로 도시된다. 그 밖의 다른 실시예가 유사한 기능 또는 결과를 달성하기 위해 상이한 특정 단계, 단계 순서 및 단계 조합을 구현할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스(700)의 모든 또는 일부 단계가 전력 변환기(200), 특히 제어기(218) 및 액티브 클램프 회로(224)에 의해 수행된다. 단계(702)에서, 입력 전압(Vin)은 전력 변환기(200)의 변압기(202)의 1차 권선(204)에서 수신된다. 단계(704)에서, 1차 권선(204)을 통한 전류는 전력 변환기(200)의 메인 스위치(M1)를 사용하여 제어된다. 단계(706)에서, 메인 스위치(M1)의 전압(VdsM1)을 (예를 들어, 샘플링 회로(414)에 의해) 샘플링함으로써 전압(VdsSmp)이 생성된다. 단계(708)에서, 입력 전압(Vin)을 (예를 들어, ADC(302)에 의해) 샘플링함으로써 임계 전압(VdsThr)이 (예를 들어, 제어기(218) 및 DAC(406)에 의해) 생성된다. 단계(710)에서, 전압(VdsSmp)은 임계 전압(VdsThr)에 비교된다. 단계(712)에서, 전압(VdsSmp)이 임계 전압(VdsThr) 이상인지 여부가 결정된다. 단계(712)에서 전압(VdsSmp)이 임계 전압(VdsThr) 이상이 아니라고 결정되면, 프로세스(700)의 흐름은 단계(710)로 복귀한다. 단계(712)에서 전압(VdsSmp)이 임계 전압(VdsThr) 이상이라고 결정되면, 프로세스(700)의 흐름이 단계(714)로 계속된다. 단계(714)에서, 메인 스위치 전압(VdsM1)은 전력 변환기(200)의 액티브 클램프 회로(224)의 액티브 클램프 스위치(M3)를 사용하여 그리고 전압(VdsSmp)과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)의 비교를 기초로 최대 전압으로 클램핑된다.
일부 실시예에 따라 단계(714)의 세부 사항은 도 8에 제시되어있다. 특정 단계, 단계 순서, 및 단계 조합은 단지 예시적이고 설명적인 목적으로 도시된다. 그 밖의 다른 실시예가 유사한 기능 또는 결과를 달성하기 위해 상이한 특정 단계, 단계 순서 및 단계 조합을 구현할 수 있다.
단계(804)에서, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압(VdsSmpDel)은 전압(VdsSmp)을 사용하여(예를 들어, 지연 회로(420)에 의해) 생성된다. 단계(806)에서, 전압(VdsSmpDel)은 전압(VdsSmp)에 비교된다. 단계(808)에서, 전압(VdsSmpDel)이 전압(VdsSmp) 이상인지 여부가 결정된다. 단계(808)에서 전압(VdsSmpDel)이 전압(VdsSmp) 이상이 아니라고 결정되면, 프로세스(700)의 흐름은 단계(806)로 복귀한다. 단계(808)에서 전압(VdsSmpDel)이 전압(VdsSmp) 이상이라고 결정되면, 프로세스(700)의 흐름은 단계(810)로 계속된다. 단계(810)에서, 액티브 클램프 스위치(M3)는 (예를 들어, 어서트된 PWMAC 신호에 의해) 활성화된다.
단계(812)에서, 전압(VdsSmpDel)은 전압(VdsSmp)에 비교된다. 단계(814)에서, 전압(VdsSmpDel)이 전압(VdsSmp) 미만인지 여부가 결정된다. 단계(814)에서 전압(VdsSmpDel)이 전압(VdsSmp) 미만이 아니라고 결정되면, 프로세스(700)의 흐름은 단계(812)로 복귀한다. 단계(814)에서 전압(VdsSmpDel)이 전압(VdsSmp) 미만으로 결정되면, 프로세스(700)의 흐름이 단계(816)로 계속된다. 단계(816)에서, 액티브 클램프 스위치(M3)는 (예를 들어, 디-어서트된 PWMAC 신호에 의해) 비활성화된다.
개시된 발명의 실시예에 대해 상세히 언급되었으며, 이들의 하나 이상의 예시가 첨부된 도면에 도시되어 있다. 각각의 예시는 본 기술의 한정이 아니라 본 기술의 설명을 위해 제공되었다. 실제로, 본 명세서는 본 발명의 특정 실시예와 관련하여 상세하게 설명되었지만, 해당 분야의 통상의 기술자는 상기의 내용을 이해하면, 이들 실시예의 변경, 변형, 및 균등예를 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예의 일부로서 도시되거나 기재된 특징은 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 만들 수 있다. 따라서, 본 발명의 주제 사항은 첨부된 청구 범위 및 그 균등물의 범위 내에서 이러한 모든 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다. 본 발명에 대한 이들 및 다른 수정 및 변형은 이하의 청구항에서 더 구체적으로 제공되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 해당 분야의 통상의 기술자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 해당 분야의 통상의 기술자라면 상기의 기재가 단지 예시에 불과하며 발명을 한정하려는 것이 아님을 알 것이다.

Claims (40)

  1. 전력 변환기로서,
    입력 전압을 수신하도록 구성된 입력 측, 및 출력 전압을 제공하도록 구성된 출력 측,
    메인 스위치,
    제어기,
    메인 스위치를 전력 변환기의 입력 측으로 연결하는 1차 권선을 갖는 변압기,
    액티브 클램프 스위치,
    액티브 클램프 스위치를 전력 변환기의 입력 측으로 연결하는 액티브 클램프 커패시터 - 상기 액티브 클램프 커패시터는 액티브 클램프 스위치와 직렬 회로 조합으로 연결됨 - , 및
    액티브 클램프 제어기 회로 - 상기 액티브 클램프 제어기 회로는
    메인 스위치 전압을 수신하도록 메인 스위치에 연결되며, 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성된 샘플링 회로,
    샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 샘플링 회로에 연결되며, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성된 지연 회로,
    샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 샘플링 회로에 연결되며, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 수신하도록 지연 회로에 연결된 제1 전압 비교 회로, 및
    i) 제1 전압 비교 회로에 의한, 샘플링된 메인 스위치 전압과 상기 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제1 비교를 기초로 액티브 클램프 스위치를 활성화하고, ii) 제1 전압 비교 회로에 의한, 샘플링된 메인 스위치 전압과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제2 비교를 기초로 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성된 액티브 클램프 스위치 제어 회로
    를 포함함 -
    을 포함하는, 전력 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    액티브 클램프 활성화 회로 - 액티브 클램프 활성화 회로는 제1 비교 및 제2 비교와 무관하게, 샘플링된 메인 스위치 전압을 기초로 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성됨 - 를 더 포함하는, 전력 변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    액티브 클램프 활성화 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압이 메인 스위치의 최대 전압 정격으로부터의 임계 범위 미만인 경우 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되는, 전력 변환기.
  4. 제3항에 있어서,
    임계 범위는 10 퍼센트인, 전력 변환기.
  5. 제3항에 있어서,
    임계 범위는 20 퍼센트인, 전력 변환기.
  6. 제2항에 있어서,
    액티브 클램프 활성화 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압과 임계 전압 간 제3 비교를 기초로 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되며, 임계 전압은 전력 변환기의 입력 측에서 수신된 입력 전압을 기초로 하는, 전력 변환기.
  7. 제6항에 있어서,
    임계 전압은 구간별 함수(piecewise function)에 따른 입력 전압을 기초로 하는, 전력 변환기.
  8. 제6항에 있어서, 액티브 클램프 활성화 회로는
    임계 전압을 생성하기 위한 임계 전압 생성기 회로, 및
    샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 샘플링 회로에 연결되고, 임계 전압을 수신하도록 임계 전압 생성기 회로에 연결된 제2 전압 비교 회로 - 제2 전압 비교 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압이 임계 전압 미만인 경우 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 전력 변환기.
  9. 제8항에 있어서,
    임계 전압 생성기 회로는 전력 변환기의 입력 측에서 수신된 입력 전압을 기초로 임계 전압을 생성하도록 구성되는, 전력 변환기.
  10. 제1항에 있어서, 샘플링 회로는
    메인 스위치 전압을 수신하도록 메인 스위치에 연결된 샘플링 스위치, 및
    샘플링 스위치에 연결된 전압 감쇠 회로
    를 포함하며,
    상기 샘플링 스위치는 샘플링 스위치가 활성화될 때 전압 감쇠 회로로 메인 스위치 전압을 전달하도록 구성되고,
    전압 감쇠 회로는 메인 스위치 전압을 기초로 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성되는, 전력 변환기.
  11. 제10항에 있어서,
    샘플링 스위치는 샘플링 주기 동안 활성화되고, 샘플링 주기의 시작은 메인 스위치가 비활성화되는 것에 대응하며, 샘플링 주기의 만료는 샘플링된 메인 스위치 전압의 전압 레벨에 대응하고, 샘플링 스위치는 샘플링 주기의 만료에서 비활성화되는, 전력 변환기.
  12. 방법으로서,
    전력 변환기의 입력 측에서, 입력 전압을 수신하는 단계 - 전력 변환기의 입력 측은 전력 변환기의 변압기의 1차 권선에 연결됨 - ,
    전력 변환기의 출력 측에서 출력 전압을 생성하도록 1차 권선을 통과하는 전류를 전력 변환기의 메인 스위치가 제어하는 단계,
    전력 변환기의 샘플링 회로가 메인 스위치의 메인 스위치 전압을 기초로, 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하는 단계,
    전력 변환기의 지연 회로가 샘플링된 메인 스위치 전압을 기초로, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 생성하는 단계,
    전력 변환기의 제1 전압 비교 회로가 상기 샘플링된 메인 스위치 전압과 상기 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압의 제1 비교를 수행하는 단계,
    제1 비교를 기초로, 메인 스위치 전압을 최대 메인 스위치 전압으로 클램핑하도록 전력 변환기의 액티브 클램프 스위치를 활성화하는 단계,
    제1 전압 비교 회로가 샘플링된 메인 스위치 전압과 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압의 제2 비교를 수행하는 단계, 및
    제2 비교를 기초로, 액티브 클램프 스위치를 비활성화하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    제1 비교 및 제2 비교와 무관하게, 전력 변환기의 액티브 클램프 활성화 회로가 샘플링된 메인 스위치 전압을 기초로 액티브 클램프 스위치를 비활성화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    액티브 클램프 활성화 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압이 메인 스위치의 최대 전압 정격으로부터의 임계 범위 미만인 경우 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    임계 범위는 10 퍼센트인, 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    임계 범위는 20 퍼센트인, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 방법은
    임계 전압 생성기 회로가 전력 변환기의 입력 측에서 수신된 입력 전압을 기초로 하는 임계 전압을 생성하는 단계, 및
    샘플링된 메인 스위치 전압과 임계 전압 간 제3 비교를 기초로 액티브 클램프 스위치를 비활성화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    임계 전압은 구간별 함수에 따른 입력 전압을 기초로 하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 액티브 클램프 활성화 회로는
    임계 전압을 생성하기 위한 임계 전압 생성기 회로, 및
    샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 샘플링 회로에 연결되며, 임계 전압을 수신하도록 임계 전압 생성기 회로에 연결된 제2 전압 비교 회로 - 상기 제2 전압 비교 회로는 샘플링된 메인 스위치 전압이 임계 전압 미만인 경우 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 방법.
  20. 제12항에 있어서, 샘플링 회로는
    메인 스위치 전압을 수신하도록 메인 스위치에 연결된 샘플링 스위치, 및
    샘플링 스위치에 연결된 전압 감쇠 회로
    를 포함하며,
    샘플링 스위치는 샘플링 스위치가 활성화될 때 전압 감쇠 회로로 메인 스위치 전압을 전달하도록 구성되며,
    전압 감쇠 회로는 메인 스위치 전압을 기초로 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성되는, 방법.
  21. 액티브 클램프 제어기 회로로서,
    전력 변환기의 메인 스위치로부터 메인 스위치 전압을 수신하도록 구성되고 상기 메인 스위치 전압을 기초로, 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성된 샘플링 회로,
    상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 상기 샘플링 회로에 연결되며, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성된 지연 회로,
    상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 상기 샘플링 회로에 연결되며, 상기 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 수신하도록 상기 지연 회로에 연결된 제1 전압 비교 회로, 및
    상기 제1 전압 비교 회로를 포함하는 액티브 클램프 스위치 제어기 회로를 포함하고,
    상기 액티브 클램프 스위치 제어기 회로는,
    i) 상기 제1 전압 비교 회로에 의한, 상기 샘플링된 메인 스위치 전압과 상기 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제1 비교를 기초로 상기 전력 변환기의 액티브 클램프 스위치를 활성화하고, 그리고 ii) 상기 제1 전압 비교 회로에 의한, 상기 샘플링된 메인 스위치 전압과 상기 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제2 비교를 기초로 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되는, 액티브 클램프 제어기 회로.
  22. 제21항에 있어서,
    액티브 클램프 활성화 회로 - 상기 액티브 클램프 활성화 회로는 상기 제1 비교 및 상기 제2 비교와 무관하게, 상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 기초로 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성됨 - 를 더 포함하는,
    액티브 클램프 제어기 회로.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 액티브 클램프 활성화 회로는 상기 샘플링된 메인 스위치 전압이 상기 메인 스위치의 최대 전압 정격으로부터의 임계 전압 범위 내에 있는 임계 전압 미만인 경우 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되는, 액티브 클램프 제어기 회로.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 임계 전압 범위는 10 퍼센트인, 액티브 클램프 제어기 회로.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 임계 전압 범위는 20 퍼센트인, 액티브 클램프 제어기 회로.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 액티브 클램프 활성화 회로는 상기 샘플링된 메인 스위치 전압과 임계 전압 간 제3 비교를 기초로 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되는, 액티브 클램프 제어기 회로.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 임계 전압은 구간별 함수에 따라 생성되는, 액티브 클램프 제어기 회로.
  28. 제26항에 있어서, 상기 액티브 클램프 활성화 회로는
    상기 임계 전압을 생성하기 위한 임계 전압 생성기 회로, 및
    상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 상기 샘플링 회로에 연결되고, 상기 임계 전압을 수신하도록 상기 임계 전압 생성기 회로에 연결된 제2 전압 비교 회로 - 상기 제2 전압 비교 회로는 상기 샘플링된 메인 스위치 전압이 상기 임계 전압 미만인 경우 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 액티브 클램프 제어기 회로.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 샘플링 회로는,
    상기 메인 스위치 전압을 수신하는 샘플링 스위치, 및
    상기 샘플링 스위치에 연결된 전압 감쇠 회로
    를 포함하며,
    상기 샘플링 스위치는 상기 샘플링 스위치가 활성화될 때 상기 전압 감쇠 회로로 상기 메인 스위치 전압을 전달하도록 구성되고,
    상기 전압 감쇠 회로는 상기 메인 스위치 전압을 기초로 상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성되는, 액티브 클램프 제어기 회로.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 샘플링 스위치는 샘플링 주기 동안 활성화되고, 상기 샘플링 주기의 시작은 상기 메인 스위치가 비활성화되는 것에 대응하며, 상기 샘플링 주기의 만료는 상기 샘플링된 메인 스위치 전압의 전압 레벨에 대응하고, 상기 샘플링 스위치는 상기 샘플링 주기의 만료에서 비활성화되는, 액티브 클램프 제어기 회로.
  31. 액티브 클램프 회로로서,
    전력 변환기의 메인 스위치에 연결되도록 구성된 액티브 클램프 스위치,
    상기 액티브 클램프 스위치와 직렬 회로 조합으로 연결되는 액티브 클램프 커패시터, 및
    상기 액티브 클램프 스위치에 연결되는 액티브 클램프 제어기 회로
    를 포함하고,
    상기 액티브 클램프 제어기 회로는,
    상기 전력 변환기의 상기 메인 스위치로부터 메인 스위치 전압을 수신하도록 구성되고 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성된 샘플링 회로,
    상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 상기 샘플링 회로에 연결되며, 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성된 지연 회로,
    상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 상기 샘플링 회로에 연결되며, 상기 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압을 수신하도록 상기 지연 회로에 연결된 제1 전압 비교 회로, 및
    상기 제1 전압 비교 회로를 포함하는 액티브 클램프 스위치 제어기 회로를 포함하고,
    상기 액티브 클램프 스위치 제어기 회로는,
    i) 상기 제1 전압 비교 회로에 의한, 상기 샘플링된 메인 스위치 전압과 상기 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제1 비교를 기초로 상기 액티브 클램프 스위치를 활성화하고, 그리고 ii) 상기 제1 전압 비교 회로에 의한, 상기 샘플링된 메인 스위치 전압과 상기 샘플링되고 지연된 메인 스위치 전압 간 제2 비교를 기초로 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되는,
    액티브 클램프 회로.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 액티브 클램프 제어기 회로는,
    액티브 클램프 활성화 회로 - 상기 액티브 클램프 활성화 회로는 상기 제1 비교 및 상기 제2 비교와 무관하게, 상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 기초로 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성됨 - 를 더 포함하는,
    액티브 클램프 회로.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 액티브 클램프 활성화 회로는 상기 샘플링된 메인 스위치 전압이 상기 메인 스위치의 최대 전압 정격으로부터의 임계 전압 범위 내에 있는 임계 전압 미만인 경우 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되는, 액티브 클램프 회로.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 임계 전압 범위는 10 퍼센트인, 액티브 클램프 회로.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 임계 전압 범위는 20 퍼센트인, 액티브 클램프 회로.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 액티브 클램프 활성화 회로는 상기 샘플링된 메인 스위치 전압과 임계 전압 간 제3 비교를 기초로 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성되는, 액티브 클램프 회로.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 임계 전압은 구간별 함수에 따라 생성되는, 액티브 클램프 회로.
  38. 제36항에 있어서, 상기 액티브 클램프 활성화 회로는
    상기 임계 전압을 생성하기 위한 임계 전압 생성기 회로, 및
    상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 수신하도록 상기 샘플링 회로에 연결되고, 상기 임계 전압을 수신하도록 상기 임계 전압 생성기 회로에 연결된 제2 전압 비교 회로 - 상기 제2 전압 비교 회로는 상기 샘플링된 메인 스위치 전압이 상기 임계 전압 미만인 경우 상기 액티브 클램프 스위치를 비활성화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 액티브 클램프 회로.
  39. 제31항에 있어서,
    상기 샘플링 회로는,
    상기 메인 스위치 전압을 수신하는 샘플링 스위치, 및
    상기 샘플링 스위치에 연결된 전압 감쇠 회로
    를 포함하며,
    상기 샘플링 스위치는 상기 샘플링 스위치가 활성화될 때 상기 전압 감쇠 회로로 상기 메인 스위치 전압을 전달하도록 구성되고,
    상기 전압 감쇠 회로는 상기 메인 스위치 전압을 기초로 상기 샘플링된 메인 스위치 전압을 생성하도록 구성되는, 액티브 클램프 회로.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 샘플링 스위치는 샘플링 주기 동안 활성화되고, 상기 샘플링 주기의 시작은 상기 메인 스위치가 비활성화되는 것에 대응하며, 상기 샘플링 주기의 만료는 상기 샘플링된 메인 스위치 전압의 전압 레벨에 대응하고, 상기 샘플링 스위치는 상기 샘플링 주기의 만료에서 비활성화되는, 액티브 클램프 회로.
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