KR19990058750A - Switching control circuit of boost converter for soft switching power factor control - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소프트 스위칭 역률제어용 승압형 컨버터의 스위칭 제어회로에 관한 것으로, 종래에는 스위칭소자 온/오프시 발생하는 전압과 전류의 곱이 각 소자에서 발생하는 스위칭손실인데, 각 소자의 전압 및 전류의 파형이 겹치는 부분이 많아 손실이 커지고, 특히 다이오드에는 역회복 특성으로 인한 손실등으로 인해서 효율이 떨어지고, 이러한 손실을 방열시켜 주기 위해서는 큰 방열판의 사용 및 큰 풍량의 팬을 사용해야 하는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 정류부와 승압형 컨버터부 및 소프트 스위칭부로 구성된 승압형 컨버터의 스위치를 영전압에서 스위칭할 수 있도록 하기 위하여 듀티신호 결정부(20), 발진부(30), 스위칭주기 선택부(40) 및 스위칭 구동부(50)를 이용하여 스위칭 제어신호를 생성하여 영전압에서 각 스위치를 스위칭함으로써 스위치 및 다이오드의 스위칭 손실을 최소화하여 스위칭시 다이오드의 역회복 특성으로 인한 손실을 거의 영으로 줄이고, 이 스위칭 손실을 방열시켜 주기 위한 큰 방열판의 사용 및 큰 풍량의 팬을 제거할 수 있도록 하여 전체 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있도록 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching control circuit of a boost converter for soft switching power factor control. Conventionally, a product of voltage and current generated when switching elements are turned on and off is a switching loss generated in each element. Many of these overlapping parts cause a large loss. In particular, diodes have a low efficiency due to loss due to reverse recovery characteristics, and in order to dissipate these losses, a large heat sink and a large fan must be used. Therefore, in the present invention, the duty signal determiner 20, the oscillator 30, and the switching cycle selector 40 are configured to switch the voltage of the boost converter including the rectifier, the boost converter and the soft switch at zero voltage. And generating a switching control signal using the switching driver 50 to switch each switch at zero voltage to minimize switching losses of the switch and the diode, thereby reducing the loss due to the reverse recovery characteristic of the diode to almost zero. The use of a large heat sink to dissipate the losses and the elimination of large airflow fans allows for compact system construction.
Description
본 발명은 스위치 및 다이오드의 스위칭 손실을 최소로 할 수 있는 소프트 스위칭 역률제어용 승압형 컨버터의 스위칭 제어회로에 관한 것으로, 특히 스위칭시 다이오드의 역회복 특성으로 인한 손실을 거의 영으로 줄임으로써 스위칭 손실을 방열시켜 주기 위한 큰 방열판의 사용 및 큰 풍량의 팬을 제거할 수 있어서 전체 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있도록 한 소프트 스위칭 역률제어용 승압형 컨버터의 스위칭 제어회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching control circuit of a boost type converter for soft switching power factor control capable of minimizing switching losses of switches and diodes. The present invention relates to a switching control circuit of a step-up converter for soft switching power factor control, in which a large heat sink for heat dissipation and a large air volume fan can be removed, thereby making the whole system compact.
종래 역률 제어 기능이 없는 전원공급 회로는, 도 1에 도시된 바와같이, 입력되는 상용 전원을 정류하고 그 정류된 직류전압을 출력하는 정류부(10)와, 상기 정류부(10)에서 출력되는 직류전압을 필터링하여 부하(12)로 공급하는 필터용 캐패시터(C)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the power supply circuit having no power factor control function includes a rectifying unit 10 for rectifying an input commercial power and outputting the rectified DC voltage, and a DC voltage output from the rectifying unit 10. It is composed of a filter capacitor (C) for filtering the supply to the load (12).
그리고, 종래 역률제어용 승압형 컨버터에 대한 회로구성은, 도 3에 도시된 바와같이, 입력되는 상용 전원을 정류하고 그 정류된 직류전압을 출력하는 정류부(10)와, 상기 정류부(10)에서 출력되는 전압에 대해 역률을 개선하기 위한 동작을 수행하는 승압형 컨버터부(11)와, 상기 승압형 컨버터부(11)에서 출력하는 전압을 필터링하여 부하(12)로 공급하기 위한 필터용 캐패시터(C)와, 입력되는 전류를 검출하는 전류 검출부(13)와, 입력되는 전압을 검출하는 입력전압 검출부(14)와, 상기 부하(12) 동작시 발생하는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부(15)와, 상기 검출부(13~15)를 통해 검출한 전류 및 전압값을 이용하여 역률 제어를 위한 스위칭신호를 상기 승압형 컨버터부(11)로 출력하는 역률 제어부(16)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the circuit configuration of the conventional power factor control boost converter includes a rectifying unit 10 for rectifying an input commercial power and outputting the rectified DC voltage, and outputting from the rectifying unit 10. Step-up converter section 11 for performing an operation for improving the power factor with respect to the voltage, and a filter capacitor (C) for filtering the voltage output from the step-up converter section 11 to supply to the load 12 ), A current detector 13 for detecting an input current, an input voltage detector 14 for detecting an input voltage, and an output voltage detector 15 for detecting an output voltage generated when the load 12 is operated. And a power factor controller 16 for outputting a switching signal for power factor control to the boost converter 11 using the current and voltage values detected by the detectors 13 to 15.
이와같이 구성된 종래 기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the prior art configured in this way in detail as follows.
먼저, 역률 제어 기능이 없는 전원공급 회로에 대하여 도 1과 도 2에 의거하여 살펴보면, 전원공급단을 통해 상용전원과 그에 비례하는 도 2의 (나)에서와 같은 상용 전류(
그러면 정류부(10)는 입력되는 상용전원을 브리지 다이오드를 이용하여 정류하여 직류전압으로 만들고, 이 정류된 직류전압을 필터용 캐패시터(C)로 출력한다.Then, the rectifier 10 rectifies the input commercial power using a bridge diode to make a DC voltage, and outputs the rectified DC voltage to the filter capacitor C.
이때 상기 필터용 캐패시터(C)에 공급되는 입력전류(IIN)는 도 2의 (다)에 도시한 바와같다.At this time, the input current I IN supplied to the filter capacitor C is as shown in FIG.
상기에서와 같은 입력전류(IIN)와 직류전압을 공급받은 필터용 캐패시터(C)는 필터링하고, 그 필터링한 전압, 즉 도 2의 (가)에서와 같은 출력전압(Vo)을 부하(13)로 공급하여 동작하도록 한다.The filter capacitor C receiving the input current I IN and the DC voltage as described above is filtered, and the filtered voltage, that is, the output voltage Vo as shown in FIG. ) To operate.
이상에서와 같이 동작하는 회로의 역률은 보통 0.4~0.7 사이의 수치를 갖는다.The power factor of a circuit operating as described above usually has a value between 0.4 and 0.7.
게다가 고조파(Harmonics) 성분이 크기 때문에 국제규격인 IEC 1000-3을 만족할 수 없다.In addition, the harmonics component is too large to meet the international standard IEC 1000-3.
역률이 낮으면 실효전력도 작아지기 때문에 가정내에서 사용할 수 있는 전력이 감소하는 문제점이 있다.When the power factor is low, the effective power is also reduced, which reduces the power available in the home.
따라서 역률제어용 회로를 삽입하여 역률 및 고조파를 줄이고 있다.Therefore, a power factor control circuit is inserted to reduce power factor and harmonics.
이와같은 회로는 도 3에 도시하였으며, 도 3에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Such a circuit is illustrated in FIG. 3, which is described below with reference to FIG. 3.
상용전원을 정류부(10)로 공급하면, 상기 정류부(10)는 입력전압을 정류하고 이 정류된 전압(VIN)을 승압형 컨버터(11)로 출력하는데, 상기 정류된 전압(VIN)은 입력전원 주파수(50/60Hz)의 두배 주파수를 갖는 전압이 나온다.When supplying commercial power to the rectifier 10, the rectifier 10 rectifies the input voltage and outputs the rectified voltage (V IN ) to the boost converter 11, the rectified voltage (V IN ) is A voltage with twice the frequency of the input supply frequency (50/60 Hz) comes out.
이 전압(VIN)을 입력으로 해서 승압형 컨버터부(11)로 출력하면, 인덕터(L)에는 입력전압(VIN)과 동상인 전류가 흐르고, 상용전원에서 보면 50/60Hz의 입력전압에 동상인 싸인파 전류가 흘러서 역률이 거의 1.0에 가깝게 된다.When this voltage (V IN ) is input and output to the boost converter 11, a current in phase with the input voltage (V IN ) flows through the inductor (L). The in-phase sine wave current flows and the power factor is nearly 1.0.
이때 다이오드(D)와 필터용 캐패시터(C)를 거쳐 필터링되어 부하(12)에 공급되는 출력전압(Vo)은 입력전압(VIN)의 피크치보다 큰 전압이 된다.At this time, the output voltage Vo that is filtered through the diode D and the filter capacitor C and supplied to the load 12 becomes a voltage larger than the peak value of the input voltage V IN .
상기 출력전압(Vo)은 출력전압 검출부(15)에서 검출하여 역률 제어부(16)로 출력하면, 상기 역률 제어부(16)는 출력전압이 설정치로 안정하게 동작하도록 제어해준다.When the output voltage Vo is detected by the output voltage detector 15 and output to the power factor controller 16, the power factor controller 16 controls the output voltage to operate stably.
그리고, 인덕터(L)의 전류가 입력전압(VIN)을 추종하도록 역률 제어부(16)에서 제어하는데, 이는 입력전압 검출부(14)에서 검출한 입력전압과 전류 검출부(13)에서 검출한 입력전류를 이용하여 제어한다.The power factor controller 16 controls the current of the inductor L to follow the input voltage V IN , which is an input voltage detected by the input voltage detector 14 and an input current detected by the current detector 13. Control by using.
상기 스위칭소자(S1)는 50KHz 이상의 높은 주파수로 동작하기 때문에 각 스위칭시에 인덕터(L)의 전류는 전류원과 같은 역할을 한다.Since the switching element S1 operates at a high frequency of 50 KHz or more, the current of the inductor L serves as a current source during each switching.
이상에서와 같은 동작에 의해 역률 제어부(16)에서 승압형 컨버터부(11)의 스위칭소자(S1)를 온시키면 인덕터(L)에는 정류부(10)를 통해 정류된 전압(VIN)이 걸리고, 인덕터 전류(IL)는 선형적으로 상승한다.When the switching element S1 of the boost converter 11 is turned on by the power factor controller 16 by the operation as described above, the inductor L receives the voltage V IN rectified through the rectifier 10, The inductor current I L rises linearly.
이때 필터용 캐패시터(C)에 충전된 에너지가 부하(12)로 공급되고, 다이오드(D)는 역전압이 걸려 있어서 오프되어 있다.At this time, the energy charged in the filter capacitor C is supplied to the load 12, and the diode D is turned off because of a reverse voltage applied thereto.
그리고 역률 제어부(16)에 의해서 승압형 컨버터부(11)의 스위칭소자(S1)가 오프되면 다이오드(D)가 도통하여 인덕터(L)에는 (Vo-VIN)전압이 걸리고, 인덕터 전류(IL)는 선형적으로 감소한다.When the switching element S1 of the boost converter 11 is turned off by the power factor controller 16, the diode D is turned on so that the inductor L receives the (Vo-V IN ) voltage and the inductor current I L ) decreases linearly.
이 경우 입력에서 출력으로 파워를 공급하여 필터용 캐패시터(C)를 충전하고 부하(12)에 에너지를 공급한다.In this case, power is supplied from the input to the output to charge the filter capacitor C and supply energy to the load 12.
이상에서와 같은 동작을 반복하여 인덕터전류(IL)가 입력전압의 모양을 추종하며 전원측의 역률을 개선한다.By repeating the above operation, the inductor current I L follows the shape of the input voltage and improves the power factor on the power supply side.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 스위칭소자 온/오프시 발생하는 전압과 전류의 곱이 각 소자에서 발생하는 스위칭손실인데, 각 소자의 전압 및 전류의 파형이 겹치는 부분이 많아 손실이 커지고, 특히 다이오드(D)의 역회복(Reverse Recovery) 기간동안 다이오드(D)에는 전류가 다이오드(D)→스위칭소자(S1)→필터용 캐패시터(C)의 패스로 흐르는데 이는 스위칭소자(S1)와 다이오드(D)의 손실을 상당히 크게하는 역할을 한다. 따라서 효율이 상당히 낮아지고, 이러한 손실을 방열시켜 주기 위해서는 큰 방열판의 사용 및 큰 풍량의 팬을 사용해야 하는 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, the product of voltage and current generated when switching devices are turned on and off is a switching loss generated in each device. During the reverse recovery period of (D), a current flows in the diode D through the path of the diode D → switching element S1 → filter capacitor C, which is the switching element S1 and diode D. ) Significantly increases the loss. Therefore, the efficiency is considerably lowered, and in order to dissipate these losses, there is a problem of using a large heat sink and a fan of a large air volume.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 각 스위칭시 항상 소프트 스위칭을 해서 손실을 최소화하도록 하여 손실로 인한 효율이 저하되는 것을 방지하도록 한 소프트 스위칭 역률제어용 승압형 컨버터의 스위칭 제어회로를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to switch the soft converter power factor converter for soft switching power factor control to prevent the loss of efficiency by reducing the loss by always soft switching at each switching In providing a control circuit.
본 발명의 다른 목적은 스위치 및 다이오드의 스위칭 손실을 거의 영으로 줄임으로써 손실을 방열시켜 주기 위한 방열판 등을 제거하여 전체 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있도록 한 소프트 스위칭 역률제어용 승압형 컨버터의 스위칭 제어회로를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to reduce the switching losses of the switch and diode to almost zero, the switching control circuit of the step-up converter for soft switching power factor control to remove the heat sink for heat dissipation, etc. to compactly configure the whole system In providing.
도 1은 종래 역률 제어 기능이 없는 전원공급 회로도.1 is a power supply circuit diagram without a conventional power factor control.
도 2는 도 1에 대한 출력전압 및 입력전류에 대한 동작 파형도.2 is an operating waveform diagram of an output voltage and an input current of FIG. 1.
도 3은 종래의 역률 제어용 승압형 컨버터의 회로 구성도.3 is a circuit diagram of a conventional power factor-type boost converter.
도 4는 도 3에서, 스위칭시의 전압 및 전류 파형도.4 is a voltage and current waveform diagram at the time of switching in FIG.
도 5는 본 발명 소프트 스위칭 역률제어용 승압형 컨버터의 스위칭 제어회로도.5 is a switching control circuit diagram of the boost converter for soft switching power factor control of the present invention.
도 6은 도 5에 대한 출력전압 및 입력전류에 대한 동작 파형도.6 is an operating waveform diagram of an output voltage and an input current of FIG. 5.
도 7은 도 5에서, 듀티신호 결정부, 발진부 및 스위칭주기 선택부의 상세 회로도.FIG. 7 is a detailed circuit diagram of a duty signal determiner, an oscillator, and a switching cycle selector in FIG. 5; FIG.
도 8은 도 7에서, 입출력신호 파형도.8 is a waveform diagram of input and output signals in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 역률 제어부 20 : 듀티신호 결정부10: power factor controller 20: duty signal determiner
21 : 정류부 22 : 소프트 스위칭부21: rectifier 22: soft switching unit
23 : 부하 24 : 전류 검출부23: load 24: current detector
25 : 입력전압 검출부 26 : 출력전압 검출부25: input voltage detector 26: output voltage detector
30 : 발진부 40 : 스위칭주기 선택부30: oscillator 40: switching cycle selector
50 : 스위칭 구동부50: switching driver
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상용전원을 정류하는 정류부의 출력을 받아 역률 제어기능을 수행하는 승압형 컨버터부와, 상기 승압형 컨버터부의 역률을 개선하기 위하여 소프트 스위칭동작을 행하여 손실을 줄이도록 한 소프트 스위칭부와, 상기 스위칭 동작을 위해 전압 및 전류를 검출하는 검출부와, 상기 검출부의 출력을 받아 상기 승압형 컨버터부와 소프트 스위칭부의 스위치를 각각 제어하는 역률 제어부와, 상기 역률 제어부에서 출력되는 신호에 의거하여 주파수의 듀티를 변화시키는 듀티신호 결정부와, 상기 듀티신호 결정부의 출력신호를 입력받아 스위칭 소자의 구동주기를 결정하는 스위칭주기 선택부와, 상기 스위칭주기 선택부의 출력 신호를 입력받아 스위칭 소자를 구동시켜주는 스위칭 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is to boost the converter to perform the power factor control function to receive the output of the rectifier rectifying the commercial power source, and to reduce the loss by performing a soft switching operation to improve the power factor of the boost converter portion. A soft switching unit, a detection unit for detecting a voltage and a current for the switching operation, a power factor control unit for receiving the output of the detection unit and controlling the switches of the boost converter unit and the soft switching unit, respectively; A duty signal determiner for varying the duty of the frequency based on the signal, a switching cycle selector configured to receive an output signal of the duty signal determiner, and determine a driving cycle of the switching element, and an output signal of the switching cycle selector Characterized in that consisting of a switching drive unit for driving the switching element .
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명 소프트 스위칭 역률제어용 승압형 컨버터의 스위칭 제어회로도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 상용 전원을 정류하고 그 정류된 직류전압을 출력하는 정류부(21)와, 상기 정류부(21)에서 출력되는 전압에 대해 역률을 개선하기 위한 동작을 수행하는 승압형 컨버터부(22)와, 상기 승압형 컨버터부(22)의 역률을 개선하기 위하여 소프트 스위칭동작을 행하여 손실을 줄이도록 한 소프트 스위칭부(23)와, 상기 승압형 컨버터부(22)에서 출력하는 전압을 필터링하여 부하로 공급하기 위한 필터용 캐패시터(C)와, 상기 승압형 컨버터부(22)의 인덕터로 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(24)와, 상기 정류부(21)에서 승압형 컨버터부(22)로 공급되는 전압을 검출하는 입력전압 검출부(25)와, 상기 부하 동작시 발생하는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부(26)와, 상기 검출부(24~26)를 통해 검출한 전류 및 전압값을 이용하여 역률 제어를 위한 스위칭신호를 상기 승압형 컨버터부(22)와 소프트 스위칭부(23)의 스위치로 각각 출력하는 역률 제어부(10)와, 상기 역률 제어부(10)에서 출력되는 신호에 의거하여 주파수의 듀티를 변화시키는 듀티신호 결정부(20)와, 상기 듀티신호 결정부(20)의 출력신호를 입력받아 스위칭 소자의 구동주기를 결정하는 스위칭주기 선택부(40)와, 상기 스위칭주기 선택부(40)의 출력 신호를 입력받아 스위칭 소자를 구동시켜주는 스위칭 구동부(50)로 구성한다.5 is a switching control circuit diagram of a boost converter for soft switching power factor control according to the present invention. As shown therein, a rectifying unit 21 rectifies an input commercial power and outputs the rectified DC voltage, and the rectifying unit 21. Step-up converter unit 22 performing an operation to improve the power factor with respect to the voltage output from the step, and soft switching to reduce the loss by performing a soft switching operation to improve the power factor of the step-up converter unit 22 A filter 23 for filtering the voltage output from the boost converter unit 22 and supplying it to a load and a current flowing through the inductor of the boost converter unit 22 are detected. An input voltage detector 25 for detecting a voltage supplied from the current detector 24, the rectifier 21 to the boost converter 22, and an output for detecting an output voltage generated during the load operation. By using the voltage detector 26 and the current and voltage values detected by the detectors 24 to 26, a switching signal for power factor control is switched to the boost converter 22 and the soft switch 23. Outputting the output power of the power factor controller 10, the duty signal determiner 20 that changes the duty of the frequency based on the signal output from the power factor controller 10, and the duty signal determiner 20, respectively. A switching cycle selector 40 which receives the input and determines the driving cycle of the switching element, and a switching driver 50 which receives the output signal of the switching cycle selector 40 to drive the switching element.
상기 듀티신호 결정부(20)는, 도 7에 도시한 바와같이, 입력되는 펄스에 대하여 저항(R1)(R8)과 콘덴서(C1)(C3)를 이용하여 적분하는 적분기와, 상기 적분기를 통해 적분된 전압을 비반전단자로 입력받고 저항(R3,R4)(R10,R11)에 의해 조정된 기준전압을 반전단자로 입력받아 두 값을 비교하여 신호의 듀티를 결정하는 연산증폭기(OP1)(OP2)로 구성한다.As shown in FIG. 7, the duty signal determiner 20 integrates the input pulses using resistors R1 (R8) and capacitors (C1) and C3 through the integrator and through the integrator. Operational amplifier (OP1) that inputs the integrated voltage to the non-inverting terminal and receives the reference voltage adjusted by the resistors R3 and R4 (R10 and R11) as the inverting terminal and compares the two values to determine the duty of the signal. OP2).
또한 상기 스위칭주기 선택부(40)는, 도 7에 도시한 바와같이, 신호 듀티에 의해 각각 설정된 소정의 펄스를 앤드조합하여 소프트 스위칭부의 스위치(Sa)를 구동하는 신호를 생성하는 앤드게이트(ADD)와, 상기 앤드게이트(ADD)로 입력되는 두 펄스와 상기 앤드게이트(ADD)에서 출력되는 펄스를 노아링하는 제1노아게이트(NOR1)와, 상기 제1노아게이트(NOR1)의 출력펄스와 상기 앤드게이트(ADD)의 출력펄스를 노아링하여 승압형 컨버터부의 스위치를 구동하는 신호를 생성하는 제2노아게이트(NOR2)로 구성한다.In addition, as shown in FIG. 7, the switching period selector 40 performs an AND-combination of predetermined pulses set by signal duty to generate a signal for driving a switch Sa of the soft switching unit. ), A first NOR gate NOR1 for noring two pulses input to the AND gate ADD, and a pulse output from the AND gate ADD, an output pulse of the first NOR gate NOR1, A second NOR gate NOR2 for generating a signal for driving the switch of the boost type converter unit by generating the output pulse of the AND gate ADD.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.
도 5에서, 상용전원이 공급되면 이를 정류부(21)에서 입력받아 정류하고, 그 정류된 직류전압과 이 전압에 비례하는 전류는 승압형 컨버터부(22)로 공급된다.In FIG. 5, when commercial power is supplied, the rectifier 21 is rectified by the rectifier 21, and the rectified DC voltage and a current proportional to the voltage are supplied to the boost converter 22.
그러면 전류 검출부(24)는 승압형 컨버터부(22)의 인덕터(L)로 흐르는 전류를 검출저항(Rs)을 통해 검출하여 역률 제어부(10)로 출력하고, 입력전압 검출부(25)는 인덕터(L)로 공급되는 입력전압을 검출하여 상기 역률 제어부(10)로 출력하고, 또한 출력전압 검출부(26)는 부하가 동작할 경우 그때 발생되는 출력전압을 검출하여 상기 역률 제어부(10)로 출력한다.Then, the current detector 24 detects the current flowing through the inductor L of the boost converter 22 through the detection resistor Rs and outputs it to the power factor controller 10, and the input voltage detector 25 receives the inductor ( Detects an input voltage supplied to L) and outputs it to the power factor controller 10, and the output voltage detector 26 detects an output voltage generated at the time when the load operates and outputs it to the power factor controller 10. .
이에 상기 역률 제어부(10)는 각 검출부(24~26)에서 공급되는 전류 및 전압을 이용하여 승압형 컨버터부(22)의 스위치(S1)와 소프트 스위칭부(23)의 보조스위치(Sa)를 영전류 및 영전압 조건에서 스위칭하기 위한 스위칭 제어신호를 출력한다.Accordingly, the power factor control unit 10 switches the switch S1 of the boost type converter unit 22 and the auxiliary switch Sa of the soft switching unit 23 by using currents and voltages supplied from the respective detection units 24 to 26. Outputs a switching control signal for switching under zero current and zero voltage conditions.
이때 도 6의 (a)에서와 같이 초기상태에서는 승압형 컨버터부(22)의 스위치(S1)가 오프되어 있어서, 인덕터(L)의 전류(
그러면 상기 다이오드(D)에 흐르는 전류(
이때 역률 제어부(10)에서 승압형 컨버터부(22)의 스위치(S1)를 온시키려면 이에 앞서서 소프트 스위칭부(23)의 보조 스위치(Sa)를 도 6의 (b)에서와 같이 스위칭 제어신호를 영전류 조건에서 출력하여 온시킨다.(t0)At this time, in order to turn on the switch S1 of the boost type converter unit 22 in the power factor control unit 10, the auxiliary switch Sa of the soft switching unit 23 is switched as shown in FIG. Output at zero current condition and turn it on. (T0)
그러면 소프트 스위칭부(23)의 공진 인덕터(Lr)에는 출력전압(Vo)이 걸리고 전류(
이 전류(
그러면 다이오드(D)의 전압(
t2 구간부터는 공진 인덕터(L)의 전류(
일정시간 후 도 6의 (b)와 (a)에서와 같이 소프트 스위칭부(23)의 보조 스위치(Sa)가 오프되고, 승압형 컨버터부(22)의 스위치(S1)가 온되면, 공진 인덕터(L)의 전류(
t3에서의 두 스위치(S1, Sa)의 스위칭은 영전압에서 스위칭을 해서 손실이 거의없다.The switching of the two switches S1 and Sa at t3 switches at zero voltage, resulting in little loss.
상기 공진 인덕터(L)의 전류(
공진 캐패시터(Cr2)의 전압(
역률 제어부(10)에 의해서 승압형 컨버터부(22)의 스위치(S1)를 오프시키면(t6구간) Lr- Cr1 - Da 패스로 공진을 해서 공진 캐패시터(Cr1)의 전압인 스위치(S1)의 전압이 도 6의 (e)에서와 같이 출력전압(Vo)까지 상승하고, 다이오드(D)의 전압(
이때도 스위치(S1)는 영전압에서 오프되어 손실이 거의없어진다.At this time as well, the switch S1 is turned off at zero voltage so that there is almost no loss.
스위치(S1)의 전압이 출력전압(Vo)과 같아지면 다이오드(D)가 도통하여 인덕터(L)의 전류(
이후 역률 제어부(10)에서 다시 스위치(S1)을 온 시키라는 신호가 나오기 전까지는 이 상태가 유지되어 한 주기가 끝난다. 이와같이 스위칭시는 항상 소프트 스위칭을 해서 손실을 최소화 한다.After this, the state is maintained until the power factor control unit 10 turns on the switch S1 again, thereby ending one cycle. In this way, switching is always done with soft switching to minimize losses.
이와같이 동작하는 승압형 컨버터부(22)와 소프트 스위칭부(23)의 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 스위칭 제어신호를 역률 제어부(10)에서 그의 A,B단자를 통해 듀티신호 결정부(20)로 출력한다.The switching control signal for turning on or off the switch of the boost converter 22 and the soft switching unit 23 operating as described above is transferred from the power factor controller 10 to the duty signal determination unit 20 through its A and B terminals. Output
그러면 듀티신호 결정부(20)의 제1듀티 결정부(20a)에서는 저항(R1) 및 콘덴서(C1)에 의해 적분된 후 제1연산증폭기(OP1)의 비반전단자(+)로 전달된다.Then, the first duty determiner 20a of the duty signal determiner 20 is integrated by the resistor R1 and the condenser C1 and then transferred to the non-inverting terminal (+) of the first operational amplifier OP1.
그리고 상기 제1연산증폭기(OP1)의 반전단자(-)에는 저항(R3,R4)에 의해 조정되는 기준전압이 입력된다.The reference voltage adjusted by the resistors R3 and R4 is input to the inverting terminal (−) of the first operational amplifier OP1.
이에 상기 제1연산증폭기(OP1)는 비반전단자(+) 및 반전단자(-)로 입력되는 두 값을 비교하고 그에 따른 값을 발진부(30)의 제1타이머(30a)의 전압제어단자(Vcon)로 출력한다.Accordingly, the first operational amplifier OP1 compares two values input to the non-inverting terminal (+) and the inverting terminal (-), and compares the values according to the voltage control terminal of the first timer 30a of the oscillator 30 ( Vcon).
그러면 상기 제1타이머(30a)는 도 8의 (a)에서와 같은 형태로 펄스(a점파형)를 출력한다.Then, the first timer 30a outputs a pulse (a dot waveform) in the form as shown in FIG.
이때 듀티신호 결정부(20)의 제2듀티 결정부(20b)와 발진부(30)의 제2타이머(30b)도 앞에서와 같은 동일한 과정을 통하여 도 8의 (b)에서와 같은 형태로 펄스(b점파형)를 출력한다.At this time, the second duty determiner 20b of the duty signal determiner 20 and the second timer 30b of the oscillator 30 also have the same pulse as in FIG. b point waveform) is output.
따라서 스위칭 주기 선택부(40)의 앤드게이트(AND)는 a점과 b점 파형의 하이구간 일때만 온 되어 도 8의 (c)에서와 같은 펄스(c점파형)를 제1노아게이트(NOR1)로 출력한다.Therefore, the AND gate AND of the switching period selector 40 is turned on only when the high point of the a- and b-point waveforms is turned on, and the first gate NOR1 receives a pulse (point C waveform) as shown in FIG. )
그러면 상기 제1노아게이트(NOR1)는 a점, b점, c점 파형을 각각 입력받아 노아링하는데, 이 경우 a,b,c점 파형이 모두 로우(LOW) 구간인때만 온되어 하이(HIGH)가 되어져 도 8의 (d)에서와 같은 펄스(d점파형)를 제2노아게이트(NOR2)로 출력한다.Then, the first NOR gate NOR1 receives the a point, the b point, and the c point waveforms, respectively. In this case, the first NOR gate NOR1 is turned on only when the a, b, and c point waveforms are all low. ) And outputs a pulse (d dot waveform) as shown in FIG. 8D to the second NOR gate NOR2.
이에 상기 제2노아게이트(NOR2)는 c점과 d점 파형을 입력받아 노아링하는데, 이 경우에는 c,d점 파형이 로우(LOW)구간일때만 온되어 하이신호를 출력하는데 이는 도 8의 (e)에서와 같은 펄스(e점파형)를 출력한다.In this case, the second NOR gate NOR2 receives the c-point and d-point waveforms and noarses. In this case, the second NOR gate NOR2 outputs a high signal by turning on only when the c- and d-point waveforms are in a low section. Outputs the same pulse (e point waveform) as in (e).
이때 소프트 스위칭부(23)의 스위치(Sa)와 승압형 컨버터부(22)의 스위치(S1)로 각각 입력되는 전압은 앤드게이트(ADD)를 통해 출력되는 c점파형과 제2노아게이트(NOR2)를 통해 출력되는 e점파형이 된다.At this time, the voltages input to the switch Sa of the soft switching unit 23 and the switch S1 of the boost type converter unit 22 are respectively a c-dot waveform and a second NOR gate NOR2 output through the AND gate ADD. ) Becomes the e-dot waveform output through
상기 c점 파형과 e점 파형은 스위칭 구동부(50)을 통하여 해당하는 스위치를 구동시킨다.The c-point waveform and the e-point waveform drive the corresponding switch through the switching driver 50.
이상에서와 같이 소프트 스위칭 동작에 의해 손실을 최소화시키기 위한 승압형 컨버터의 스위치를 제어하기 위한 스위칭 제어회로를 이용하여 해당하는 스위칭 제어신호를 공급하여 영전압 또는 영전류의 조건에서 스위칭하도록 한다.As described above, by using a switching control circuit for controlling the switch of the boost type converter for minimizing the loss by the soft switching operation, a corresponding switching control signal is supplied to switch under the condition of zero voltage or zero current.
따라서, 본 발명은 스위치 및 다이오드의 스위칭 손실을 최소로 하기 위하여 영전압 또는 영전류의 조건에서 스위칭할 수 있도록 하는 스위칭 제어신호를 승압형 컨버터로 공급하여 스위칭시 다이오드의 역회복 특성으로 인한 손실을 거의 영으로 줄이고, 이 스위칭 손실을 방열시켜 주기 위한 큰 방열판의 사용 및 큰 풍량의 팬을 제거할 수 있도록 하여 전체 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있도록 한 효과가 있다.Therefore, the present invention provides a switching control signal for switching under zero voltage or zero current to a boost converter in order to minimize the switching loss of the switch and the diode, thereby reducing the loss due to the reverse recovery characteristic of the diode during switching. It has the effect of making the entire system compact, by reducing it to nearly zero, using large heat sinks to eliminate this switching loss, and removing large airflow fans.
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