KR19990012879A - 전원공급장치의 역률개선회로 - Google Patents

전원공급장치의 역률개선회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브리지 정류부와, 상기 브리지 정류부 출력의 역률이 개선되도록 제어되는 부스터부와, 상기 부스터부의 출력이 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 변압부와, 상기 부스터부 출력이 스위칭되는 스위칭부와, 상기 변압부의 2차측 출력이 정류되고 평활되는 출력부와, 상기 출력부의 출력전압이 감지되고 궤환되어서 스위칭부가 제어되도록 되는 제어부 및 상기 제어부의 출력에 의하여 부스터부가 제어되어서 변압부에 안정된 전압이 인가되도록 동작되는 구동부로 구성되어서, 고조파 전류가 저감되도록 구동부의 지연되는 출력에 의하여 부스터부가 제어되어서 벌크콘덴서의 전압을 일정하게 유지시키기 때문에 역률이 향상되도록 이단제어 피에프씨 방식의 전원공급장치가 단상제어 피에프씨 방식으로 제어되는 전원공급장치의 역률개선회로에 관한 것이다.

Description

전원공급장치의 역률개선회로
본 발명은 전원공급장치의 역률개선회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고조파 잡음이 저감되도록 제어되는 지연회로가 구비되어서 역률이 향상되는 전원공급장치의 역률개선회로에 관한 것이다.
일반적으로 선로에 흐르는 전압은 주기적인 파형으로 이루어지고, 상기 주기적인 파형의 각 성분 중에서 기본파 이외의 기본파의 n배의 주파수인 제 n 고조파로 되는 고조파 노이즈(Harmonic Noise)인 고조파 전류가 존재하게 된다. 그러나, 근래 각국에서 상기의 송전선로 상에 전압이 공급될 때, 송신손실을 저감시키기 위하여 전압을 상승시켜서 송전하게 되고, 이에 따라서 전원공급장치를 구성하는 변압부 1차측인 입력단에 벌크(Bulk)콘덴서의 전단에 코일(Coil)을 구성하여 벌크콘덴서에 과전압이 인가되는 것을 방지하거나 상기 송전되어 전원공급장치로 인가되는 전압을 스위칭함으로써 쵸핑(Chopping)하는 부스트업(Boost-up) 회로를 구비하여 전원공급장치로 입력되는 전압에서 고조파 전류가 저감되기 때문에 역률이 향상된다.
도 1은 종래 기술에 따른 평활형 전원공급장치 회로도이다.
종래 기술에 따른 평활형 전원공급장치는 입력전압(Vi)이 정류되는 브리지 정류부(Bridge Diode)(10)와, 상기 브리지 정류부(10) 출력전압에서 고조파 전류가 저감되어 역률이 개선되는 평활부(12)와, 상기 평활부(12) 출력이 스위칭부(Q)의 스위칭에 의하여 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 변압부(T)와, 상기 평활부(12) 출력이 제어부(16)의 제어에 의하여 펄스폭 변조되도록 스위칭되는 스위칭부(Q)와, 상기 변압부(T)의 2차측 출력이 정류되고 평활되는 출력부(14) 및 상기 출력부(14)의 출력전압(Vo)이 궤환되어서 스위칭부(Q)가 제어되는 제어부(16)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 평활형 전원공급장치는 입력전압(Vi)이 평활부(12)의 제 2 다이오드(D2)로 연결된 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)의 전위보다 높게 되어 인가되는 경우에는, 상기 제 2 콘덴서(C2)와 제 2 다이오드(D2)의 순방향에 의하여 제 1 콘덴서(C1)에 충전되고, 입력전압(Vi)이 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)의 전위보다 낮게 되어 인가되는 경우에는, 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)의 충전된 전압이 제 1 콘덴서(C1)는 직렬로 연결되는 제 1 다이오드(D1)로 그리고 제 2 콘덴서(C1)(C2)는 직렬로 연결되는 제 3 다이오드(D3)로 이루어지는 폐회로에 의하여 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)에 충전된 전압이 제어부(16)의 제어에 따라서 스위칭되는 스위칭부(Q)에 의하여 변압부(T)로 인가된다.
또한, 상기 입력전압(Vi)에 의하여 전류가 평활부(12)의 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)에 충전될 때, 상기 입력전압(Vi)이 제 2 다이오드(D2)로 연결된 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)의 충전전압보다 높게되어 인가되는 경우에서와 같이, 입력전압(Vi)에 의하여 직렬로 연결되는 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)에 상기의 입력전압(Vi)이 충전되는데, 상기 직렬로 연결되는 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)에 의하여 콘덴서의 용량이 작아지기 때문에, 입력전압(Vi)에 의하여 상기 제 1 및 제 2 콘덴서(C1)(C2)에 충전되는 충전전류는 도통각이 넓게 되어서 고조파 전류가 저감되기 때문에 전원공급장치의 역률이 개선된다.
그러나, 상기 종래 기술에 따른 평활형 전원공급장치는 저가의 방식이기는 하지만 고조파 전류에 관한 국제 규격인 IEC-1000-3-2의 클래스 D 규격이 만족되도록 역률이 개선되지 않는 문제점이 있다.
도 2a는 종래 기술에 따른 이상제어 피에프씨 전원공급장치 회로도이고, (나)는 종래 기술에 따른 단상제어 피에프씨 전원공급장치 회로도이다.
종래 기술에 따른 이상제어(Two Stage) 피에프씨(PFC: Power Factor Correction) 전원공급장치 회로는 입력전압(Vi)이 정류되는 브리지 정류부(20)와, 상기 브리지 정류부(20) 출력의 역률이 개선되도록 제 2 스위칭소자(Q2)가 스위칭되는 피에프씨인 부스터부(22)와, 벌크콘덴서(C)에 인가되는 전압이 감지되고 이에 따라서 부스터부(22)의 제 2 스위칭소자(Q2)가 스위칭되는 구동부(22a)와, 상기 부스터부(22)의 출력이 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 변압부(T)와, 상기 부스터부(22) 출력이 제어부(26)의 제어에 의하여 펄스폭 변조되도록 스위칭되는 스위칭부(Q)와, 상기 변압부(T)의 2차측 출력이 정류되고 평활되는 출력부(14) 및 상기 출력부(14)의 출력전압(Vo)이 궤환되어서 스위칭부(Q)가 제어되는 제어부(26)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 이상제어 피에프씨 전원공급장치 회로는 출력전압제어를 하는 DC-DC 컨버터의 앞단에 역률개선을 하는 컨버터인 부스터부(22)가 별도로 구비된 것으로서, 전원공급장치의 입력단에서 벌크콘덴서(C)에 인가되는 전압이 입력전압(Vi)의 변동에 일정하게 되도록 제어부(26)와는 별도로 동작되는 구동부(22a)에 의하여 부스터부(22)의 제 2 스위칭소자(Q2)가 스위칭됨으로써, 피에프씨인 부스터부(22)의 코일(L)에 인가되는 전류에서 고조파 전류가 저감되어서 역률개선이 이루어지도록 부스터부(22)와 DC-DC 컨버터의 이단으로 동작된다.
즉, 브리지 정류부(20)에서 입력전압(Vi)이 정류되고, 상기 정류된 브리지 정류부(20) 출력전압의 역률이 개선되도록 피에프씨 콘트롤러(Controller)인 구동부(22a)에 의하여 벌크콘덴서(C)에 인가되는 전압과 코일(L)에 인가되는 전압이 감지되고, 비교되어서 벌크콘덴서(C)에 안정된 전압이 인가되도록 제 2 스위칭소자(Q2)가 스위칭된다.
그리고, 스위칭된 상기 부스터부(22)에서의 출력은 벌크콘덴서(C)에 고조파 전류가 저감된 전압을 공급하게 되고, 상기 벌크콘덴서(C)에 충전된 전압은 제어부(26)의 제어에 의한 스위칭부(Q)의 펄스폭 변조되도록 스위칭되어서 변압부(T)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되고, 출력부(14)에서 정류되고 평활되어서 출력전압(Vo)으로 발생된다.
또한, 상기 출력전압(Vo)의 안정적인 출력을 위하여 상기 출력부(14)의 출력전압(Vo)이 궤환되어서 제어부(26)에 의하여 스위칭부(Q)가 스위칭되어 출력전압(Vo)이 제어된다.
상기 부스터부(22)는 벌크콘덴서(C)에 인가되는 전압이 감지되는 구동부(22a)에 의하여 트랜지스터인 능동소자(Active element)로 되는 제 2 스위칭소자(Q2)가 입력전압(Vi)이 스위칭됨으로써, 벌크콘덴서(C)에 안정된 전압이 공급되기 때문에 상기 교류입력으로부터 인가되는 코일(L)을 통한 입력전압(Vi)에서의 고조파가 저감되도록 동작된다.
상기와 같이 고조파가 효과적으로 저감되어서 역률개선이 되도록 부스터부(22)가 더 구비되는 피에프씨 방식의 전원공급장치는 상기 역률개선을 하기 위하여 독립적으로 제어되도록 전용 제어 집적회로가 사용되기 때문에 높은 역률개선이 되고, 110볼트 및 220볼트로 되는 입력전원에서 상기 입력전원을 절환하지 않고 사용이 가능하여서 넓은 입력전원에 사용된다.
그러나, 상기 역률개선을 하기 위하여 독립적으로 제어되는 이단제어 피에프씨 방식은 상기 피에프씨 전용의 집적회로가 별도로 요구되기 때문에 회로가 복잡하게 되고, 이에 따라서 생산비가 증대되는 문제점이 있다.
도 2b의 종래 기술에 따른 단상제어(Single Phase) 피에프씨 전원공급장치 회로는 입력전압(Vi)이 정류되는 브리지 정류부(20)와, 상기 브리지 정류부(20) 출력의 역률이 개선되도록 코일(L)과 다이오드(D) 및 벌크콘덴서(C)로 이루어지는 역률개선부(23)와, 상기 역률개선부(23)의 출력이 1차측 권선에서 출력부인 2차측 권선으로 유기되는 변압부(T)와, 상기 변압부(T)로 인가되는 전압이 스위칭되는 스위칭부(Q)와, 상기 변압부(T)의 2차측 출력이 정류되고 평활되는 출력부(14) 및 상기 출력부(14)의 출력전압(Vo)이 감지되고 궤환되어서 스위칭부(Q)가 제어되는 제어부(26)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 단상제어 피에프씨 전원공급장치 회로는 출력전압제어를 하는 DC-DC 컨버터의 앞단에 역률개선을 하는 컨버터인 부스터부(22)가 별도로 구비되는 도 2a의 이상제어 피에프씨 전원공급장치 회로와는 다른 방식으로 역률개선 컨버터와 DC-DC 컨버터가 일체화된 방식이다.
즉, 브리지 정류부(20)를 경유한 입력전압(Vi)이 코일(L)에서 고조파 전류가 저감되고, 상기 고조파 전류가 저감된 코일(L)의 출력이 각각의 다이오드(D)를 통하여 벌크콘덴서(C)와 스위칭부(Q)로 인가되기 때문에 역률이 개선된다.
따라서, 상기와 같이 동작되는 종래 기술에 따른 단상제어 피에프씨 전원공급장치 회로는 하나의 컨버터로 역률개선과 출력전압 제어를 동시에 하게되도록, 역률개선용 제어 집적회로가 생략되고, 역률개선을 위하여 새롭게 추가된 부품의 수가 적기 때문에 소형 저가격화가 가능하다.
그러나, 단상제어 피에프씨 전원공급장치는 저가의 방식으로 구성되어서 고조파 전류가 저감되지만, 실제 적용에서는 벌크콘덴서의 용량은 소정값으로 설정되어 부하변동 및 입력전압 변동에 따라서 콘덴서의 충전되는 전압이 일정하지 않기 때문에 변압부로 인가되는 전압이 불안정하게 되어서 전원공급장치의 역률이 저감되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 여러 가지 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 발명의 주된 목적은 고조파 전류가 저감되도록 벌크콘덴서의 전압이 일정하게 유지시키는 지연회로인 구동부가 구비되어서 역률이 향상되는 전원공급장치의 역률개선회로를 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 입력전압을 정류하는 브리지 정류부와, 상기 브리지 정류부 출력을 스위칭하는 부스터부와, 상기 부스터부의 출력을 1차측 권선에 인가하고, 이에 따라서 2차측 권선으로 유기시키는 변압부와, 상기 변압부의 1차측 권선에 인가되는 상기 부스터부 출력을 스위칭하는 스위칭부와, 상기 변압부의 2차측 출력을 정류 및 평활하는 출력부와, 상기 출력부의 출력전압을 감지하고 상기 스위칭부로 궤환시키는 제어부 및 상기 제어부의 출력을 소정시간 지연시키는 출력신호에 의하여 부스터부가 제어되어서 변압부에 안정된 전압을 인가하도록 동작하는 구동부로 구성되는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 브리지 정류부를 경유한 입력전압을 스위칭하는 부스터부, 상기 부스터부의 출력을 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기시키는 변압부, 상기 변압부의 출력을 정류하고 평활시키는 출력부, 상기 출력부의 출력전압을 감지하고 이를 입력측으로 궤환시켜서 입력전압을 스위칭하는 제어부로 구성되는 이상제어 피에프씨 전원공급장치에 있어서, 지연된 출력신호에 의하여 상기 부스터부가 제어됨으로써, 변압부에 안정된 전압을 인가하도록 동작하고, 상기 제어부의 출력과 연동하는 구동부가 구비되어서 단상제어 피에프씨로 동작하는 것에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 평활형 전원공급장치 회로도,
도 2a는 종래 기술에 따른 이상제어 피에프씨 전원공급장치 회로도,
도 2b는 종래 기술에 따른 단상제어 피에프씨 전원공급장치 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 전원공급장치 역률개선회로도,
도 4는 도 3의 지연회로도,
도 5는 도 4의 각부 파형도,
도 6a는 최대 입력전압과 최소 부하상태를 나타낸 파형도,
도 6b는 최소 입력전압과 최대 부하상태를 나타낸 파형도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 20, 30 : 브리지 정류부 12 : 평활부
14, 34 : 출력부 16 : 제어부
22, 32 : 부스터부 22a, 40 : 구동부
26, 36 : 제어부 S1 : 제 1 스위칭소자
S2 : 제 2 스위칭소자 S : 스위칭부
42 : 제 1 낸드 게이트 44 : 제 2 낸드 게이트
46 : 제 3 낸드 게이트 48 : 제 4 낸드 게이트
OP1 : 제 1 비교부 OP2 : 제 2 비교부
이하 첨부도면에 의하여 본 발명에 따른 전원공급장치의 역률개선회로의 바람직한 일실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전원공급장치 역률개선회로도이고, 도 4는 도 3의 지연회로도이며, 도 4는 지연회로의 각부 파형도이다.
본 발명에 따른 전원공급장치의 역률개선회로는 입력전압(Vi)을 정류하는 브리지 정류부(30)와, 상기 브리지 정류부(30) 출력을 스위칭하여 역률을 개선하기 위한 부스터부(32)와, 상기 부스터부(32)의 출력이 1차측 권선에 인가되고, 이에 따라서 2차측 권선으로 유기시키는 변압부(T)와, 상기 변압부(T)의 1차측 권선에 인가되는 상기 부스터부(32) 출력을 스위칭하는 스위칭부(S)와, 상기 변압부(T)의 2차측 출력을 정류 및 평활하는 출력부(34)와, 상기 출력부(34)의 출력전압(Vo)을 감지하고 상기 스위칭부로 궤환시키는 제어부(36) 및 상기 제어부(36)의 출력을 소정시간 지연시키는 출력신호에 의하여 부스터부(32)가 제어되어서 변압부(T)에 안정된 전압을 인가하도록 동작하는 구동부(40)로 구성된다.
상기 제어부(36)는 출력전압(Vo)에 의하여 스위칭되는 션트레귤레이터(SR), 상기 션트레귤레이터(SR)의 제어에 의하여 동작되는 포토커플러(Photo Coupler)의 발광다이오드(PC1), 발광다이오드(PC1)에서 발산된 광이 수광되는 포토커플러의 트랜지스터(PC2), 상기 수광부(PC2) 출력이 반전입력단(-)에 연결되고, 기준전압(Vref)이 비반전입력단(+)에 연결되는 제 1 비교부(OP1), 상기 제 1 비교부(OP1)의 출력이 비반전입력단(+)으로 연결되고, 반전입력단(-)에는 톱니파가 인가되어 증폭되는 제 2 비교부(OP2)로 구성된다.
상기 구동부(40)는 상기 제어부(36)의 제 2 비교부(OP2)의 출력이 반전되는 낸드 게이트(NAND Gate)인 제 1 반전소자(42)로 구성되는 제 1 버퍼부(40a)와, 상기 제 1 버퍼부(40b)의 출력이 지연되고, 반전되는 제 2 버퍼부(40c)와, 상기 제어부(36)의 제 1 비교부(OP1)의 출력이 증폭되는 증폭부(40e)와, 상기 제 2 버퍼부(40c)의 출력을 입력으로 하고, 상기 증폭부(40e)의 출력에 의하여 제어되며, 반전되는 제 3 버퍼부(40c)와, 상기 제 3 버퍼부(40c)의 출력이 반전되는 낸드 게이트인 제 4 반전소자(48)로 구성되는 제 4 버퍼부(40d)로 구성된다.
상기 제 2 버퍼부(40b)는 상기 제 1 버퍼부(40a)의 출력을 하나의 입력으로 하고, 다른 입력은 제 1 저항(R1)과 상기 제 1 저항(R1)에 병렬로 연결되는 제 1 콘덴서(C1)에 의하여 지연되어 입력되어서 반전되는 낸드 게이트인 제 2 반전소자(44)로 구성된다.
상기 증폭부(40e)는 상기 제어부(36)의 제 1 비교부(OP1)의 출력이 증폭되도록 반전입력단(-)에 연결되고, 비반전입력단(+)은 제 4 저항(R4)을 통하여 접지로 연결되며, 상기 반전입력단(-)과 출력에 제 5 저항(R5)이 연결되고, 직렬로 연결되는 제 6 저항(R6)에서 출력되도록 구성된다.
상기 제 3 버퍼부(40c)는 상기 제 2 버퍼부(40b)의 출력을 하나의 입력으로 하고, 다른 입력에는 증폭부(40e)와 연동되는 지연회로(46a)가 연결되는 낸드 게이트인 제 3 반전소자(46)로 구성된다.
상기 지연회로(46a)는 상기 증폭부(40e)의 출력에 의하여 제어되는 바이폴라 트랜지스터인 제 2 스위칭소자(Q2)와, 상기 제 2 스위칭소자(Q2)의 콜렉터에 일단이 연결되는 제 3 저항(R3)과, 상기 제 3 저항(R3)의 타단과 제 2 스위칭소자(Q2)의 에미터 사이에 연결되는 제 2 저항(R2) 및 상기 제 2 저항(R2)의 출력에 병렬로 연결되는 제 2 콘덴서(C2)로 구성된다.
상기 부스터부(32)는 브리지 정류부(30)의 출력에 직렬로 연결되는 코일(L1)과, 상기 코일(L1)에 병렬로 연결되고 구동부(40)에 의하여 제어되는 전계효과 트랜지스터인 제 1 스위칭소자(S1)와, 상기 코일(L1)에 직렬로 애노드가 연결되는 다이오드(D1)와, 상기 다이오드(D1)의 캐소우드에 병렬로 연결되는 벌크콘덴서(Cb)로 구성된다.
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태에 대해서 설명한다.
전원공급장치의 역률의 개선정도는 입력전압(Vi)과 벌크콘덴서(Cb)와의 관계에 따르는데 즉, 입력전압(Vi)이 부스터부(32)의 제 1 스위칭소자(S1)의 스위칭에 의하여 벌크콘덴서(Cb)에 고조파 전류가 저감되어서 충전되고, 이에 따라서 변압부(T)의 전단에 구성되는 스위칭부(S)에 상기 벌크콘덴서(Cb)의 안정된 전압이 인가되어서 역률이 개선되는 것이다.
도 6a는 최대 입력전압과 최소 부하상태를 나타낸 파형도이고, (나)는 최소 입력전압과 최대 부하상태를 나타낸 파형도이다.
부스터부(32)의 벌크콘덴서(Cb)에 걸리는 전압이 최대가 되는 때는 도 6a에서와 같이 최대 입력전압 그리고 최소부하일 때이므로, 이때는 부스터부(32)의 제 1 스위칭소자(S1)가 스위칭될 때, 상기 벌크콘덴서(Cb)에 걸리는 전압이 저감되도록 구동부(40)에 의하여 부스터부(32)의 제 1 스위칭소자(S1)가 소정시간의 지연시간(DX)을 갖고 턴-온되도록 제어된다.
또한, 구동부(40)의 제 1 낸드 게이트(42)의 입력신호는 제어부(36)의 제 2 비교부(OP2)의 출력과 제 2 비교부(OP2)의 비반전입력단(+)으로 연결되는 제 1 비교부(OP1)의 출력(Vc)으로 되어서 출력전압(Vo)의 증감과 반비례되도록 구동부(40)에서 출력된다.
즉, 벌크콘덴서(Cb)에 인가되는 전압이 증가될수록 출력부(34)에서 출력되는 출력전압(Vo)은 증가되고, 이에 따라서 비반전입력단(+)에 기준전압(Vref)이 연결된 제어부(36)의 제 1 비교부(OP1)의 반전단입력단(-)의 전압은 상기 기준전압(Vref)보다 크게 되기 때문에 제 1 비교부(OP1)의 출력(Vc)은 감소된다.
제 1 비교부(OP1)의 출력(Vc)이 감소되면 반전입력단(-)에 톱니파가 인가되고, 상기 출력(Vc)이 비반전입력단(+)에 인가되는 제 2 비교부(OP2)의 출력은 펄스로 출력되며, 상기 감소된 출력(Vc)에 의하여 제 2 비교부(OP2)의 펄스의 폭이 증가되어서 게이트로 인가되기 때문에 도 6에서와 같이, 제 1 스위칭소자(S1)가 턴-온되도록 게이트에 인가되는 신호가 구동부(40)에 의하여 지연되어서 인가되기 때문에 소정시간의 지연시간(Dx)이 흐른 뒤에 제 1 스위칭소자(S1)가 턴-온되고, 이에 따라서 벌크콘덴서(Cb)에 인가되는 전압이 감소되며, 이와 같이 궤환에 의하여 벌크콘덴서(Cb)의 증대된 전압이 저감된다.
도 5는 도 4의 각부 파형도이다.
즉, 상기 구동부(40)에서 소정시간의 지연시간(Dx)이 지연되도록 제어부(36)의 도 5의 (A)와 같이 되는 출력이 버퍼인 제 1 낸드 게이트(42)를 통하고, 상기 제 1 낸드 게이트(42)의 제 5 도의 (B)와 같이 반전된 출력이 제 1 저항(R1)과 상기 제 1 저항(R1)에 병렬로 연결되는 제 1 콘덴서(C1)에 의하여 지연되면서 제 2 낸드 게이트(44)로 입력되기 때문에 상기 제 2 낸드 게이트(44)의 출력은 도 5의 (C)에서와 같이 소정시간의 지연시간(Dx)으로 지연되어서 출력된다.
한편, 상기 제어부(36)의 제 1 비교부(OP1)의 출력이 증폭기(OP3)에서 증폭되어서 제 6 저항(R6)을 통하여 바이폴라 트랜지스터인 제 2 스위칭소자(Q2)의 베이스에 인가되어 스위칭되고, 이에 따라서 제 2 저항(R2)과 제 3 저항(R3)에 의한 저항의 병렬회로가 구성되며, 상기 병렬저항회로는 제 2 스위칭소자(Q2)의 스위칭에 따라서 최대 제 2 저항(R2)의 저항값에서 최소 제 2 저항(R2)과 제 3 저항(R3)이 병렬로 구성되는 저항값으로 된다.
따라서, 상기 제 1 비교부(OP1)의 출력과 연동되는 제 2 스위칭소자(Q2)의 스위칭에 의하여 제 2 낸드 게이트(44)의 출력이 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3) 및 제 2 콘덴서(C2)에 의하여 지연되는 정도가 변경된다.
즉, 출력전압(Vo)이 증대되면, 제 1 비교부(OP1)의 출력이 감소되고, 증폭기(OP3)를 경유한 상기 제 1 비교부(OP1)의 감소된 출력은 제 2 스위칭소자(Q2)의 베이스로 작은 전압으로 인가되기 때문에 제 2 스위칭소자(Q2)에서 증폭이 작게 되어서 제 3 저항(R3)의 값은 작아지며, 이에 따라서 제 2 저항(R2)과 제 3 저항(R3)으로 조합되는 저항값은 증대되어서 제 3 낸드 게이트(46)의 입력에 구성된 지연회로에서 지연되는 정도는 증대되기 때문에 결국, 도 5의 (D)에서와 같이 상기 제 3 낸드 게이트(46)에서 소정시간의 지연시간(Dy)이 발생되며, 상기 제 3 낸드 게이트(46)의 출력은 제 4 낸드 게이트(48)에서 도 5의 (E)와 같이 반전되어 출력된다.
따라서, 상기 도 5의 (C)의 지연시간(Dx)은 펄스신호의 상승시간이 지연되는 것이고, 도 5의 (D)의 지연시간(Dy)은 펄스신호의 하강시간이 지연되는 것으로서, 부스터부(32)로 인가되는 구동부(40)의 출력은 제어부(40)의 제 2 비교부(OP2)의 출력신호에서 상승시간과 하강시간이 제어되어 출력되는 것이다.
한편, 출력전압(Vo)이 감소되면, 제 1 비교부(OP1)의 출력은 증대되고, 증폭기(OP3)를 경유한 상기 제 1 비교부(OP1)의 출력은 제 2 스위칭소자(Q2)의 베이스로 큰 전압으로 인가되기 때문에 제 2 스위칭소자(Q2)에서 증폭이 크게 되어서 제 2 저항(R2)과 제 3 저항(R3)으로 조합되어 병렬로 형성되는 저항값은 감소되어서 제 3 낸드 게이트(46)의 입력에 구성된 지연회로에서 지연되는 정도는 감소되기 때문에 결국 소정시간의 지연시간(Dx)이 감소되어서 벌크콘덴서(Cb)에 인가되는 전압은 증대된다.
그리고, 상기 제 2 낸드 게이트(44)의 출력이 하나의 입력으로 되고, 상기 제 2 낸드 게이트(44)의 출력이 상기 제 2 스위칭소자(Q2)의 스위칭에 의하여 제 2 저항(R2)과 제 3 저항(R3)으로 조합되어서 지연되고, 제 3 낸드 게이트(46)의 다른 입력으로 되며, 상기 제 3 낸드 게이트(46)의 출력이 버퍼인 제 4 낸드 게이트(48)를 통하여 출력됨으로써, 부스터부(32)의 제 1 스위칭소자(S1)가 스위칭된다.
상기 구동부(40)를 구성하는 제 1 낸드 게이트(42), 제 2 낸드 게이트(44), 제 3 낸드 게이트(46) 그리고 제 4 낸드 게이트(48)는 집적회로 사용의 바람직한 일실시예를 보인 것으로서 회로구성에 있어서, 제 2 낸드 게이트(44) 그리고 제 3 낸드 게이트(46)로 구성되어도 즉, 제 1 낸드 게이트(42) 그리고 제 4 낸드 게이트(48)가 제거되어서 회로가 구성되어도 신호가 반전되지 않고 지연되기 때문에 거의 동일한 지연효과를 갖는다.
또한, 도 6a에서와 같이 최대 입력전압 그리고 최소부하일 경우와는 반대로 (나)의 입력전압이 최소입력이고, 최대부하상태일 때를 개략적으로 더 설명하면, 벌크콘덴서(Cb)에 인가되는 전압이 감소될수록 제 1 스위칭소자(S1)의 손실이 증대되는데, 최적의 역률을 얻기 위한 최소 벌크콘덴서(Cb) 전압이 필요하다. 그러므로 벌크콘덴서(Cb)의 전압이 일정하게 유지되어 최적의 역률을 얻기 위하여, 도 6b의 최소 입력전압과 최대 부하상태를 나타낸 파형도에서와 같이, 부하가 증대되어서 벌크콘덴서(Cb)의 전압이 감소되는 것이 방지되어야 한다.
즉, 제 1 스위칭소자(S1)의 스위칭에 의하여 벌크콘덴서(Cb)의 전압이 증대되도록 하기 위하여 제 1 스위칭소자(S1)의 턴-온 시간이 소정시간의 지연시간(Dy) 동안 지연되어 동작되도록 구동부(40)에 의하여 제어된다.
또한, 도 6의 DB는 제 1 스위칭소자(S1)의 시비율(Duty)을 나타내고 DF는 스위칭부(S)의 시비율을 나타내는데, 제 1 스위칭소자(S1)의 시비율과 스위칭부(S)의 시비율은 코일(L1)과 각각의 스위칭부(S1)(S2)의 스위칭 주파수에 의하여 결정된다.
즉, 벌크콘덴서(Cb)에 걸리는 입력전압(Vi)은 부스터부(32)의 스위칭에 의하여 짧은 시간 동안의 직류형태인 펄스로 나타나기 때문에 아래의 식에서 직류전압 즉, 전압(VDC)으로 나타내며, 제 1 스위칭소자(S1)의 시비율과 스위칭부(S)의 시비율을 구하는 데 사용된 식을 참고적으로 아래의 식에서 기술한다.
즉, 상기 벌크콘덴서(Cb)에 걸리는 전압(VDC)은 에너지 평형조건에 의하여 아래의 식과 같이된다.
............(1)
(VS: 입력전압[Vrms], DB: S1의 시비율, Io: 부하전류, Vo: 출력전압, L1: 코일, f: 스위칭 주파수, ηB: 부스터부의 효율, ηF: 부스터부 후단의 DC-DC 컨버터 효율)
또한, 입출력 즉, 입력전압(Vi)과 부하의 변동에 상관없이 효율적으로 전원공급장치가 동작되기 위하여 최소 입력전압 및 최대부하상태로 설계되어야 하며, 최대 입력전압에서 역률이 향상되도록 동작되기 위하여 아래의 식을 만족하도록 제 1 스위칭소자(S1)의 시비율인 DB가 설정된다.
......................(2)
한편, 스위칭부(S)의 시비율인 DF는 아래의 식으로 구할 수 있다.
(Vi; 입력전압, Vo; 출력전압, n; 변압부 2차측 권선의 턴수를 1로 하였을 경우의 1차측 권선의 턴수)
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 역률개선회로는 지연회로로 동작되는 구동부가 구비되어서 부스터부에서 스위칭될 때, 벌크콘덴서에 충전되는 전압에 따라서 즉, 부하에서 사용되는 전압의 증대에 의하여 벌크콘덴서에 걸리는 전압이 저감되는 경우에는, 벌크콘덴서에 증대된 전압이 인가되도록 구동부로부터 부스터부 제 1 스위칭소자의 게이트에 인가되는 신호의 시비율이 크게 하여 스위칭함으로써 벌크콘덴서의 전압이 일정하게 유지하고, 이에 따라서 변압부로 안정된 전압이 인가되며, 부하에서 사용되는 전압의 감소에 의하여 벌크콘덴서에 걸리는 전압이 증대되는 경우에는, 벌크콘덴서에 감소된 전압이 인가되도록 구동부로부터 부스터부 제 1 스위칭소자의 게이트에 인가되는 신호의 시비율이 작게 하여 스위칭함으로써, 고조파전류가 저감되어 벌크콘덴서의 전압이 일정하게 유지되어서 변압부로 안정된 전압이 인가되기 때문에 전원공급장치의 역률이 개선되는 효과가 있다.
또한, 부스터부와 스위칭부의 이상제어 피에프씨로 전원공급장치를 구성하지만 구동부로부터 발생하는 지연된 출력신호에 의하여 부스터부를 제어함으로써, 변압부에 안정된 전압을 인가하도록 동작하고, 제어부의 출력과 연동하는 구동부에 의하여 부스터부와 스위칭부를 단상으로 제어하는 단상제어 피에프씨로 동작하기 때문에 종래 기술에 비하여 역률이 크게 향상되며, 생산성이 향상되는 효과가 있는 것이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (18)

  1. 입력전압을 정류하는 브리지 정류부;
    상기 브리지 정류부 출력을 스위칭하는 부스터부;
    상기 부스터부의 출력이 1차측 권선에 인가되고, 이에 따라서 2차측 권선으로 유기시키는 변압부;
    상기 변압부의 1차측 권선에 인가되는 상기 부스터부 출력을 스위칭하는 스위칭부;
    상기 변압부의 2차측 출력을 정류 및 평활하는 출력부;
    상기 출력부의 출력전압을 감지하고 상기 스위칭부로 궤환시키는 제어부; 및
    상기 제어부의 출력을 소정시간 지연시키는 출력신호에 의하여 부스터부가 제어되어서 변압부에 안정된 전압을 인가하도록 동작하는 구동부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부는
    상기 제어부의 제 2 비교부의 출력이 반전되는 제 1 반전소자로 되는 제 1 버퍼부;
    상기 제 1 버퍼부의 출력이 지연되고, 반전되는 제 2 버퍼부;
    상기 제어부의 제 1 비교부의 출력이 증폭되는 증폭부;
    상기 제 2 버퍼부의 출력을 입력으로 하고, 상기 증폭부의 출력에 의하여 제어되는 제 3 버퍼부;
    상기 제 3 버퍼부의 출력이 반전되는 제 4 반전소자로 되는 제 4 버퍼부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 버퍼부는 상기 제 1 버퍼부의 출력을 하나의 입력으로 하고, 다른 입력은 제 1 저항과, 상기 제 1 저항에 병렬로 연결되는 제 1 콘덴서에 의하여 지연되어서 입력되며, 반전되는 제 2 반전소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 버퍼부는 상기 제 2 버퍼부의 출력을 하나의 입력으로 하고, 다른 입력에는 증폭부와 연동되는 지연회로가 연결되는 제 3 반전소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 지연회로는 상기 증폭부의 출력에 의하여 제어되는 제 2 스위칭소자;
    상기 제 2 스위칭소자의 콜렉터에 일단이 연결되는 제 3 저항;
    상기 제 3 저항의 타단과 제 2 스위칭소자의 에미터 사이에 연결되는 제 2 저항; 및
    상기 제 2 저항의 출력에 병렬로 연결되는 제 2 콘덴서로 구성되는 것 을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 반전소자와 제 4 반전소자는 낸드 게이트인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 반전소자는 낸드 게이트인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 반전소자는 낸드 게이트인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 스위칭소자는 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  10. 브리지 정류부를 경유한 입력전압을 스위칭하는 부스터부, 상기 부스터부의 출력을 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기시키는 변압부, 상기 변압부의 출력을 정류하고 평활시키는 출력부, 상기 출력부의 출력전압을 감지하고 이를 입력측으로 궤환 시켜서 입력전압을 스위칭하는 제어부로 구성되는 이상제어 피에프씨 전원공급장치에 있어서, 지연된 출력신호에 의하여 상기 부스터부가 제어됨으로써, 변압부에 안정된 전압을 인가하도록 동작하고, 상기 제어부의 출력과 연동하는 구동부가 구비되어서 단상제어 피에프씨로 동작하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 구동부는
    상기 제어부의 제 2 비교부의 출력이 반전되는 제 1 반전소자로 되는 제 1 버퍼부;
    상기 제 1 버퍼부의 출력이 지연되고, 반전되는 제 2 버퍼부;
    상기 제어부의 제 1 비교부의 출력이 증폭되는 증폭부;
    상기 제 2 버퍼부의 출력을 입력으로 하고, 상기 증폭부의 출력에 의하여 제어되는 제 3 버퍼부; 및
    상기 제 3 버퍼부의 출력이 반전되는 제 4 반전소자로 되는 제 4 버퍼부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 버퍼부는 상기 제 1 버퍼부의 출력을 하나의 입력으로 하고, 다른 입력은 제 1 저항과, 상기 제 1 저항에 병렬로 연결되는 제 1 콘덴서에 의하여 지연되어서 입력되며, 반전되는 제 2 반전소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 3 버퍼부는 상기 제 2 버퍼부의 출력을 하나의 입력으로 하고, 다른 입력에는 증폭부와 연동되는 지연회로가 연결되는 제 3 반전소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 지연회로는 상기 증폭부의 출력에 의하여 제어되는 제 2 스위칭소자;
    상기 제 2 스위칭소자의 콜렉터에 일단이 연결되는 제 3 저항;
    상기 제 3 저항의 타단과 제 2 스위칭소자의 에미터 사이에 연결되는 제 2 저항; 및
    상기 제 2 저항의 출력에 병렬로 연결되는 제 2 콘덴서로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 반전소자와 제 4 반전소자는 낸드 게이트인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 반전소자는 낸드 게이트인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 제 3 반전소자는 낸드 게이트인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 스위칭소자는 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 역률개선회로.
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