KR19980062790U - 역률개선용 컨버터 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야:다출력 스위칭 전원공급장치의 플라이백 컨버터에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제:상용 교류입력전원의 전류형태를 입력전압과 동위상으로 하여 전원라인상의 역률을 향상시켜 무효전력을 개선함과 동시에, 전원주파수에 부가적으로 발생하는 고조파 노이즈를 억제할 수 있는 역률개선용 컨버터를 제공함에 있다.

다. 그 고안의 해결방법의 요지:상용 교류입력전원을 전파정류하여 출력하는 브리지 정류다이오드와, 소정의 권선비를 갖는 트랜스포머를 갖는 플라이백 컨버터에 있어서, 상기 브리지 정류다이오드의 출력단에 일측이 접속되어 입력측에서 발생한 노이즈를 억제하고 라인임피던스를 증가시켜 순간적인 전류변화를 억제하는 코일과, 상기 코일의 타측과 트랜스포머의 1차측권선 사이에 접속되어 상기 코일의 자기작용을 이용하여 교류입력라인의 전류형태를 사인파형태로 변형시키는 마크네틱 스위치권선으로 구성함을 특징으로 한다.

라. 고안의 중요한 용도:다출력 스위칭 전원공급장치에 사용할 수 있다.

Description

역률개선용 컨버터

본 고안은 다출력 스위칭 전원공급장치(Switching Mode Power Supply)중 플라이백 컨버터에 관한 것으로, 특히 마그네틱 스위치(Magnetic Switch)권선을 구성하여 상용 교류전원을 사용하는 전자기기의 입력전류형태를 사인파형태로 바꾸어 역률을 개선하기 위한 컨버터에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 플라이백 컨버터(Flyback Converter)의 회로도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1중 입력 평활콘덴서(C1)가 제거된 콘덴서리스 플라이백 컨버터의 회로도를 도시한 것이다. 일반적인 플라이백 컨버터는 도 1에 도시된 바와 같이 상용 교류전원을 정류하기 위한 입력정류 다이오드 D1과, 스위칭소자 Q1, 그리고 상기 스위칭소자 Q1을 온/오프 제어하는 스위칭제어부(10)와, 트랜스포머 T1 및 출력정류 다이오드 D2, 입/출력 평활용 콘덴서 C1, C2로 구성된다. 최근에 널리 사용되고 있는 콘덴서리스 플라이백 컨버터는 도 2에 도시된 바와 같이 도 1의 구성에서 입력 평활콘덴서 C1이 제거된 구조를 갖는다. 이하 콘덴서리스 컨버터의 동작을 설명하면, 우선 상용 교류전원(AC)이 인가되면 정류다이오드 D1을 거친 맥류전압이 트랜스포머 T1의 Np권선 및 스위칭 제어부(10)에 공급된다. 이때 스위칭제어부(10)의 제어에 의해 스위칭소자 Q1이 턴-온상태가 된다면 출력전압은 나타나지 않고 트랜스포머 T1의 Np권선은 에너지를 축적하게 된다. 이후 스위칭소자 Q1이 턴-오프 되면 트랜스포머 T1의 Np권선으로부터 Ns권선으로 에너지가 전달되고 출력 정류다이오드 D2와 콘덴서 C2에 의해 정류 및 평활된 소정 레벨의 DC전압이 부하(20)측으로 공급된다.

상술한 콘덴서리스 플라이백 컨버터에서는 입력 평활콘덴서가 없기 때문에 맥류전압을 스위칭하는 관계로 입력주파수에 상응하는 리플(ripple)성분이 출력측에 그대로 나타나게 된다. 따라서 이를 억제하기 위해 출력 평활콘덴서의 용량을 크게 하여야 하며 정전압회로를 추가구성하야야 하는 문제점이 있었다. 또한 리플성분이 크기 때문에 저전압출력의 전원에는 부적합하고, 제어계의 응답특성이 빠르면 입력전류가 사인파형태로 되지 않는등의 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 상용 교류입력전원의 전류형태를 입력전압과 동위상으로 하여 전원라인상의 역률을 향상시켜 무효전력을 개선함과 동시에, 전원주파수에 부가적으로 발생하는 고조파 노이즈를 억제할 수 있는 역률개선용 컨버터를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 상용 교류입력전원을 전파정류하여 출력하는 브리지 정류다이오드와, 소정의 권선비를 갖는 트랜스포머를 갖는 플라이백 컨버터에 있어서,

상기 브리지 정류다이오드의 출력단에 일측이 접속되어 입력측에서 발생한 노이즈를 억제하고 라인임피던스를 증가시켜 순간적인 전류변화를 억제하는 코일과,

상기 코일의 타측과 트랜스포머의 1차측권선 사이에 접속되어 상기 코일의 자기작용을 이용하여 교류입력라인의 전류형태를 사인파형태로 변형시키는 마크네틱 스위치권선으로 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 플라이백 컨버터(Flyback Converter)의 회로도.

도 2는 도 1중 입력 평활콘덴서가 제거된 콘덴서리스 플라이백 컨버터의 회로도.

도 3은 본 고안에 따른 마그네틱 스위치부가 접속된 플라이백 컨버터의 회로도.

도 4는 도 3의 구성을 갖는 회로에서 각 소자들의 출력전압 및 전류파형도.

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명에서 동일한 구성요소들은 가능한 한 동일한 참조부호를 사용하였으며, 구체적인 회로소자등과 같은 많은 특정 상세들이 본 고안의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 고안이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명할 것이다. 그리고 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 고안에 따른 역률개선용 플라이백 컨버터의 회로도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3의 구성을 갖는 컨버터에서 각 소자들의 출력전압 및 전류파형도를 도시한 것이다. 우선 도 3을 참조하면, 본 고안에 따른 역률개선용 컨버터는 상용 교류입력전압을 정류하는 정류 다이오드 D1과, 상기 정류 다이오드 D1과 트랜스포머 T1의 1차측권선 Np 사이에 접속되어 입력측에서 발생한 노이즈를 억제하고 라인임피던스를 증가시켜 순간적인 전류변화를 억제하는 마그네틱 스위치부(40)와, 드레인과 소오스가 각각 상기 트랜스포머 T1의 1차측권선 Np와 접지단에 접속되어 게이트에 인가되는 제어신호에 의해 턴-온 및 턴-오프 동작하는 스위칭소자 Q1과, 상기 마그네틱 스위치부(40) 출력단으로부터 소정 레벨의 전원을 공급받으며 상기 스위칭소자 Q1을 스위칭제어하기 위한 제어전압을 출력하는 스위칭제어부(10)와, 상기 트랜스포머 T1의 1차측권선 Np와 접지단 사이에 접속된 입력 평활 콘덴서 C1과, 상기 트랜스포머 T1의 2차측권선에 접속되어 출력전압을 각각 정류 및 평활하는 다이오드 D2와 콘덴서 C2로 구성된다. 그리고 상기 마그네틱 스위치부(40)는 다시 상기 브리지 정류 다이오드 D1의 출력단과 1차측권선 Np 사이에 직렬접속된 코일 L1과 마그네틱 작용을 이용하기 위한 마그네틱 스위치권선(이하라함)으로 이루어진다. 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 본 고안에 따른 역률개선용 컨버터의 동작을 설명하면 다음과 같다.

우선 상용 교류입력전압(AC)이 공급되면, 브리지 정류 다이오드 D1을 통해 정류된 전류는 입력코일 L1 및 트랜스포머 T1에 권선된을 통해 입력 평활콘덴서 C1에 충전된다. 또한 브리지 정류 다이오드 D1에 의해 정류된 전압은 스위칭제어부(10)의 Vcc로도 공급된다. 이러한 경우 스위칭제어부(10)로부터 제어전압이 스위칭소자 Q1의 게이트에 인가되면 스위칭소자 Q1은 턴-온되며 트랜스포머 T1의 1차측권선 Np는 에너지를 축적하게 된다.이때 트랜스포머 T1의은 Np권선과는 달리 역극성으로 에너지를 축적하게 되며, 입력 코일 L1에는 입력전압의 전파정류 파형이 인가되는 형태가 도니다. 이후 스위칭제어부(10)보루터 스위칭소자 Q1을 턴-오프시기기 위한 제어신호가 인가되면 트랜스포머 T1의 Np권선에 축적되어 있던 에너지는 2차측권선 Ns로 전달된다. 이와 같이 전달된 에너지는 다이오드 D2와 콘덴서 C2에 의해 정류 및 평활되어 직류출력전압으로 부하(20)에 공급된다. 그리고 입력코일 L1에 축적되었던 에너지는권선을 통해 입력콘덴서 C1에 충전됨으로서 상기 스위칭소자 Q1의 턴-온 및 턴-오프 반복동작에 의해 입력전류의 형태는 사인파형태로 변형될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안은 고조파 규격을 만족시킴과 동시에 종래 플라이백 컨버터의 트랜스포머에 권선 하나만을 추가함으로서 기존 부품의 변경ㆄ이 사용할 수 있는 잇점이 있다. 특히 보통의 전원은 역률이 약 0.6정도인데 반하여 본 고안은 0.8정도로 역률을 향상시킴과 동시에 텔레비젼 및 기타 전자기기등의 고조파 노이즈를 억제하여 잡음장애로 인한 오동작을 방지하고 무효전력을 감소시킬 수 있는 장점도 있다.

Claims (2)

1. 상용 교류입력전원을 전파정류하여 출력하는 브리지 정류다이오드와, 소정의 권선비를 갖는 트랜스포머를 갖는 플라이백 컨버터에 있어서,

   상기 브리지 정류다이오드의 출력단에 일측이 접속되어 입력측에서 발생한 노이즈를 억제하고 라인임피던스를 증가시켜 순간적인 전류변화를 억제하는 코일과,

   상기 코일의 타측과 트랜스포머의 1차측권선 사이에 접속되어 상기 코일의 자기작용을 이용하여 교류입력라인의 전류형태를 사인파형태로 변형시키는 마크네틱 스위치권선으로 구성함을 특징으로 하는 역률개선용 컨버터.
2. 상용 교류입력전원을 전파정류하여 출력하는 브리지 정류다이오드와, 1차측과 2차측 권선들 사이에 소정의 권선비를 갖는 트랜스포머와, 상기 브리지 정류다이오드의 출력전압을 평활시키기 위한 평활용 콘덴서를 구비하는 다출력 스위칭 전원공급장치에 있어서,

   상기 브리지 정류다이오드의 출력단에 일측이 접속되어 입력측에서 발생한 노이즈를 억제하고 라인임피던스를 증가시켜 순간적인 전류변화를 억제하는 코일과,

   상기 코일의 타측과 트랜스포머 1차측권선 사이에 접속되어 상기 코일의 자기작용을 이용하여 교류입력라인의 전류형태를 사인파형태로 변형시키는 마크네틱 스위치권선으로 구성함을 특징으로 하는 역률개선용 컨버터.