KR19980037910A - 첨두 역전압 제거 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회로에서 발생하는 급격한 역방향 과도전압을 효과적으로 제거할 수 있는 첨두 역전압 제거회로에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 역방향 과도전압의 충전수단과, 역방향 과도전압을 정류시켜 주는 스위칭 정류수단 및 충전된 전압을 방전시켜 주는 방전 수단을 제공함으로써, 출력전압의 레벨이 급격히 변화하는 회로의 출력단에 부가되는 회로부분에서 발생하는 역서지 전압 및 역링잉 전압등과 같은 순간적인 역방향 과도전압을 주파수 대역에 제한을 받지않으면서도 효과적으로 제거할 수 있다. 그리고, 부가되는 회로부분에 역내전압값이 낮은 소자를 사용할 수 있으므로 기기의 원가를 절감할 수 있고, 발열에 의한 기기내부의 온도 상승이 줄어듦에 따른 기기의 안정성도 제고할 수 있다.

Description

첨두 역전압 제거 회로
본 발명은 단시간내에 급격히 변화하는 과도적인 전압을 흡수하여 제거시켜 주는 스너버(Snubber) 회로에 관한 것으로서, 특히 역서지 전압 및 역링잉 전압 등을 효과적으로 제거할 수 있도록 한 첨두 역전압 제거회로에 관한 것이다.
일반적으로 정류회로나 코일을 포함하는 회로등 전류의 변화에 따른 역기전력이 발생하는 인덕턴스회로나, 그외 펄스형태로 변화하는 전압을 출력하는 회로에 접속되는 회로는, 상기한 회로들의 급격한 출력전압값의 변화에 따른 임펄스성 돌입 서지전압이나 진동성 과도링잉 전압 등에 의한 스트레스를 받게 된다. 이러한 순간적인 과도전압의 유입은 다음단 회로에 영향을 미쳐, 오동작을 유발시킬 뿐만아니라, 각 회로소자들 및 전체 기기의 수명을 단축시키게 되며, 심한 경우에는 기기의 파손으로도 이어지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 통상적으로 콘덴서 또는 저항과 콘덴서의 직렬접속으로 이루어진 스너버(Snubber) 회로를 사용하며, 그 두 실시예를 도1 및 도2에 나타내었다.
도1은 직류-직류 변환회로의 정류 회로를 구성하는 정류용 다이오우드(D1) 양단에 병렬로 접속된 충전용 콘덴서(C2)만으로 구성된 종래의 스너버 회로의 일실시예를 나타낸 것으로, 그 구성 및 동작은 다음과 같다.
도1은 소스 단자가 접지되었으며, 스위칭 펄스에 의해 온/오프 동작을 하는 스위칭용 전계효과 트랜지스터(Q1)와, 이 스위칭용 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인 단자와 인가 직류전원(+Vcc)사이에 1차측 코일이 접속된 전원변압기(T1)와, 일단이 접지된 전원변압기(T1)의 2차측 코일의 타단에 접속된 정류회로로 구성되어 있다. 상기 정류회로는 전원변압기(T1)의 2차측의 일단에 애노드가 접속된 정류용 다이오우드(D1)와, 이 다이오우드(D1)이 캐소드에 양극이 접속되며 음극은 접지된 충전용 콘덴서(C1)로 구성되며, 스너버 회로는 상기 정류용 다이오우드(D1)의 양단에 충전용 콘덴서(C2)가 병렬로 접속되어 구성된다.
이와같이 구성된 통상적인 스너버 회로의 동작은 다음과 같다. 전원변압기(T1)은 스위칭 펄스에 의해 온/오프 스위칭을 반복하는 스위칭용 전계효과 트랜지스터(Q1)에 의해 1차코일로 부터 에너지를 단속적으로 유기시켜, 2차측에 펄스형태의 전압을 형성하며, 이와같이 형성된 전원변압기(T1)의 2차측 전압은 정류용 다이오우드(D1)와 충전용 콘덴서(C1)에 의해 정류 및 평활되어 최종 직류(DC)전압을 출력시킨다.
상기와 같은 동작과정중, 전원변압기(T1)의 2차측 전압이 저전위 상태에서 고전위 상태로 변하게 되면, 천이순간에 고압의 짧은 정서지전압이 정류용 다이오우드(D1)로 유입되게 되는데, 정류용 다이오우드(D1)와 충전용 콘덴서(C1)에 의해 흡수되어 제거된다. 한편, 전원변압기(T1)의 2차측 전압이 고전위 상태에서 저전위 상태로 변하게 되면, 천이순간에 고압의 짧은 첨두 역전압(역서지전압)이 정류용 다이오우드(D1)로 유입되게 되는데, 이 첨두 역전압값이 부품의 역내전압값보다 클 경우는 정류용 다이오우드(D1)가 파손될 수 있다. 이 경우, 전원변압기(T1)의 2차측 전압이 고전위 상태일 때 충전되었던, 정류용 다이오우드(D1)와 병렬로 접속되어 스너버 회로를 구성하는, 충전용 콘덴서(C2) 가 전원변압기(T1)의 2차측 코일을 통해 방전되면서 정류용 다이오우드(D1) 양단에 걸린 첨두역전압을 바이패스(Bypass) 시켜줌으로써 제거시켜 주게 된다.
하지만 상기 회로에서는 충전용 콘덴서(C2)값이 제한되게 되는 바, 충전용 콘덴서(C2)값이 크면 콘덴서의 전류식에 의해서 펄스폭이 좁은 첨두역전압에 대한, 즉 큰값에 대한, iC2의 증가로 인해 충방전용 콘덴서(C2)가 발열하게 되고, 자체 발열에 의한 콘덴서(C2)의 파괴 및 기기 내부의 온도 상승으로 인해 전체적으로 기기의 안정성에 나쁜 영향을 주게 된다. 또한 특정 주파수 이상의 고주파 첨두 역전압은 충전용 콘덴서(C2)의 방전시간의 제약으로 인해 충분히 제거할 수 없게 된다.
도2는 도1과 같이, 직류-직류 변환회로의 정류 회로를 구성하는 정류용 다이오우드(D1) 양단에 병렬로 구성된 종래의 스너버 회로의 또다른 실시예를 나타낸 것으로, 도1의 충전용 콘덴서(C2)에 직렬로 저항(R1)을 연결한 것이다.
도2의 회로의 동작은 첨두 역전압 발생시 방전루프상에 저항(R1)을 포함시켜, 저항값을 감소시키면서 충전용 콘덴서(C2)값을 증가시킬 수 있다는 것을 제외하면, 상기한 도1의 회로와 같으며, 역시 저항(R1) 및 콘덴서(C2)에 의한 주파수 제한과 충전용 콘덴서(C2)의 용량증가와 저항(R1)값의 감소로 인한 발열문제는 여전하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 첨두역전압 제거회로에 스위칭 정류회로를 채용함으로써, 출력전압의 레벨이 급격히 변화하는 회로의 출력단에 부가되는 회로부분에서 발생하는 역 서지 전압 및 역링잉 전압등과 같은 순간적인 역방향 과도전압을 주파수 대역에 제한을 받지않으면서도 효과적으로 제거할 수 있을뿐만 아니라, 발열에 의해 기기가 불안정하게 되는 것도 막을 수 있는 첨두 역전압 제거 회로를 제공함에 있다.
도 1 은 종래의 스너버 회로의 일실시예를 나타내는 회로도,
도 2 는 종래의 스너버 회로의 또다른 실시예를 나타내는 회로도,
도 3a 는 본 발명이 적용된 첨두 역전압 제거회로의 일실시예를 구비한 직류-직류 변환회로를 나타내는 블럭도,
도 3b 는 본 발명이 적용된 첨두 역전압 제거회로의 일실시예를 구비한 직류-직류 변환회로를 나타내는 상세 회로도,
도 4a 는 본 발명 적용전의 서지전압을 나타내는 파형도,
도 4b 는 도4a의 일부분을 확대한 파형도,
도 5a 는 본 발명 적용시, 감쇄된 첨두 역전압을 나타내는 파형도,
도 5b 는 도5a의 일부분을 확대한 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 *
1 : 펄스전압 발생부
2 : 첨두 역전압 제거회로부
3 : 정류 회로부
+Vcc : 전원전압
Q1 : 스위칭용 전계효과 트랜지스터(JFET)
T1 : 변압기
D1,D2 : 스위칭용 다이오드
R1 : 방전용 저항
C1,C2 : 충전용 콘덴서
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 첨두 역전압 제거 회로의 특징은 전압충전 수단과, 스위칭 정류수단 및 충전된 전압을 방전시켜 주는 방전 수단으로 구성된 스너버 회로를 제공한 것에 있다.
이하, 본 발명에 따른 첨두 역전압 제거 회로의 바람직한 하나의 실시예를 첨부된 도3, 도4 그리고 도5를 참조하여 상세히 설명한다. 첨부도3b는 본 발명 적용회로의 상세도이며, 도3a는 그 블럭도이다.
도3a에 제시된 바와 같이, 첨두 역전압 제거 회로는 전압의 레벨이 급격히 변화하는 펄스형태의 전압을 발생하는 펄스전압 발생부(1)와, 이 펄스전압 발생부(1)의 전압을 인가받아 정류작용 과 정서지 및 정링잉 전압을 억제시켜 주는 정류회로부(3)와, 상기 정류 회로부(3)에 병렬로 접속되어 역서지 및 역링잉 전압을 제거시켜 주는 첨두 역전압 제거 회로부(2)로 구성된다.
상기 첨두 역전압 제거 회로부(2)는 상기 정류 회로부(3)의 정류용 다이오우드(D1)의 캐소드와 접속된 충방전 수단인 충전용 콘덴서(C2)와, 이 충전용 콘덴서(C2)와 병렬로 접속된 방전용 소자인 저항(R1)과, 상기 RC병렬회로와 직렬로 접속되며 캐소드가 상기 정류용 다이오우드(D1)의 애노드와 접속된 스위칭 정류수단인 다이오우드(D2)로 구성 된다. 상기 펄스전압 발생부(1)와 정류 회로부(3)는 종래의 스너버 회로와 그 구성 및 작용이 동일하므로, 본 발명이 적용된 첨두 역전압 회로부(2)를 중심으로 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
전원변압기(T1)는 스위칭 펄스에 의해 온/오프 스위칭을 반복하는 스위칭용 전계효과 트랜지스터(Q1)에 의해 1차코일로 부터 에너지를 단속적으로 유기시켜, 2차측에 펄스형태의 전압을 형성하며, 이와같이 형성된 전원변압기(T1)의 2차측 전압은 정류용 다이오우드(D1)와 충전용 콘덴서(C1)에 의해 정류 및 평활되어 최종 직류(DC)전압을 출력시킨다.
상기와 같은 동작과정중, 전원변압기(T1)의 2차측 전압이 저전위 상태에서 고전위 상태로 변하게 되면, 천이순간에 고압의 짧은 정서지전압이 정류용 다이오우드(D1)로 유입되게 되는데, 정류용 다이오우드(D1)과 충전용 콘덴서(C1)에 의해 흡수되어 제거된다(도4 및 도5의 A부분 참조). 그리고 고전위 상태가 유지되는 동안에 스위칭용 다이오드(D2)에는 역방향 전압이 인가되므로 방전용 저항(R1)과 충전용 콘덴서(C2)에는 충전전류가 흐르지 못하고 저전위 상태동안 충전용 콘덴서(C2)에 충전되었던 전압이 방전용 저항(R1)을 통해 방전하게 된다. 이때 방전전류는 방전용 저항(R1)값을 수백 킬로오옴(kΩ)―수 메가오옴(MΩ) 정도로 정해줌으로써 극히 미약하게 해줄 수 있다.
전원변압기(T1)의 2차측 전압이 고전위 상태에서 저전위 상태로 변하게 되면, 천이순간에 고압의 짧은 첨두 역전압(역서지전압)이 정류용 다이오우드(D1)로 유입되게 되는데(도4의 B부분 참조), 이 역첨두 전압값이 부품의 역내전압값보다클 경우는 정류용 다이오우드(D1)가 파손될 수 있다.
이 경우 첨두 역전압(역서지전압)은 스위칭용 다이오우드(D2)에 의해 정류 되어지고 충전용 콘덴서(C2)에 의해 직류(DC) 성분으로 필터링(Filtering)되어 지는데, 이때, 충전용 콘덴서(C2)와 방전용 저항(R1)의 충방전 시정수에 의해 도5의 B부분과 같이 윈래의 역첨두치(도4의 B부분 참조)를 유지하지 못하고 감쇄되어 진다. 따라서, 정류용 다이오드(D1)의 역내전압값을 낮게 설정할 수 있다. 또한, 충전전류는 전원변압기(T1)의 2차측 전압이 저전위 상태인 동안에 충전용 콘덴서(C2)와 스위칭용 다이오드(D2)를 통하여 흐르게 되는데, 통상 스위칭 전원회로에서 2차측에 유기되는 펄스의 저전위 상태 기간이 고전위 상태인 경우보다 짧기 때문에(보통 한 주기의 15-20 % 정도) 그 값도 상당히 작다.
이와같이 상기 충전전류 및 방전전류 값이 작으므로, 이로인한 기기 내부의 온도상승과 그로인한 기기의 안정성이 떨어지게 되는 문제도 발생하지 않는다.
이상에서는 본 발명의 일실시예가 직류-직류 변환회로의 정류회로부에 적용된 경우를 설명하였고, 과도전압도 서지전압을 주로 하여 설명하였으나, 본 발명은 단시간내에 급격히 변화하는 펄스형태의 전압이 발생하는 회로부분이면 어느 곳이나 적용 가능하다. 그리고, 과도전압의 형태도 서지전압 뿐만 아니라, 진동성 링잉전압이나 전송선로로 유입되는 이상전압등도 포함한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 첨두 역전압 제거 회로에 의하면, 스위칭 정류회로를 채용한 첨두역전압 제거회로를 제공함으로써, 서지전압 및 링잉전압등과 같은 순간적인 과도전압을 포함하는 펄스형태의 출력전압이 발생하는 회로의 출력단에 부가되는 회로부분에서 주파수 대역에 제한을 받지않으면서도 효과적으로 역방향 과도전압을 제거할 수 있으며, 발열에 의한 기기내부의 온도 상승이 줄어듦에 따른 기기의 안정성도 제고할 수 있다. 그리고, 정류용 다이오드를 비롯한 소자들의 역내전압값을 낮게 설정할 수 있으므로 기기의 원가도 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 스너버 회로에있어서,
    역방향 과도전압이 충전되는 충전수단과,
    상기 충전수단에 병렬접속되어, 충전전압을 방전시켜 주기 위한 방전수단과,
    상기 과도전압을 정류시켜 주는 스위칭 정류수단으로 구성됨을 특징으로 하첨두 역전압 제거 회로.
  2. 청구항 1 에 있어서, 상기 충전수단은 콘덴서임을 특징으로 하는 첨두역전압 제거회로.
  3. 청구항 1 에 있어서, 상기 방전수단은 저항임을 특징으로 하는 첨두역전압 제거회로.
  4. 청구항 1 에 있어서, 상기 스위칭 정류수단은 다이오드임을 특징으로 하는 첨두역전압 제거회로.
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