KR20010003073A - 소비전력 저감이 가능한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터 - Google Patents

소비전력 저감이 가능한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경부하시에 소비 전력을 저감시킬 수 있도록 하여 LCD 모니터용 어댑터(adaptor)에 적용이 가능하도록 한 소비전력 저감이 가능한 푸시풀(Push-Pull) 디씨/디씨(DC/DC) 컨버터에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 상호 직렬연결된 제 1 및 제 2 스위칭 소자에 직렬 연결된 전류 검출 저항과, 트랜스와, 상기 부하에 공급되는 전원과 상기 전류 검출 저항에 의해 검출된 값에 따라 상기 스위칭 소자의 구동을 제어하여 출력 전압을 조정하는 스위칭 제어부와, 스위칭 제어부로부터 출력되는 제 2 스위칭소자 구동신호를 반전하여 일입력신호로 입력받아 상기 제 2 스위칭소자의 구동신호로 출력하는 앤드 게이트와, 상기 전류 검출 저항에 의해 검출된 1차측 전류신호와 기준신호를 비교하여 경부하인가를 판단하는 경부하 검출부와, 경부하인 경우 상기 앤드 게이트의 타 입력단자에 로우 레벨의 신호를 출력하여 상기 제 2 스위칭소자가 온되는 경우 온시간을 제한하는 스위칭 전류 제한부와, 경부하에서 정격부하로 전환되는 경우 상기 경부하검출부 및 상기 스위칭 전류 제한부의 동작을 정격부하에 적합한 동작상태로 신속하게 전환시키기 위한 정격부하 전환부를 구비하여 이루어진다.

Description

소비전력 저감이 가능한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터{PUSH PULL DC/DC CONVERTER HAVING FUNCTION OF REDUCING POWER WASTE}
본 발명은 푸시풀 디씨/디씨 컨버터에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 경부하시에 소비 전력을 저감시킬 수 있도록 하여 LCD 모니터용 어댑터(adaptor)에 적용이 가능하도록 한 소비전력 저감이 가능한 푸시풀(Push-Pull) 디씨/디씨(DC/DC) 컨버터에 관한 것이다.
최근의 전자기기의 발달로 IC화에 의한 고성능화, 소형 경량화가 진행됨과 동시에 이들 장치에 불가결한 전원장치도 소형 경량화가 요구되고 있다. 이 요구를 충족시키는 안정화 전원으로써 스위칭 방식에 의한 전원이 그 주류를 점하고 있다. 이러한 스위칭 방식에 의한 정전압 전원 장치는 초퍼 방식과 인버터에 의한 DC/DC 컨버터 방식으로 구분할 수 있으며, DC/DC 컨버터 방식으로는 푸시풀 컨버터, 하프브리지컨버터 및 풀 브리지 컨버터등이 있다.
도 1은 종래의 푸시풀 DC/DC 컨버터의 개략적인 구성을 보인 회로도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 푸시풀 DC/DC 컨버터는 DC 입력전원을 상호 교번하여 스위칭하도록 상호 직렬 연결된 두 개의 전력 스위칭 소장 일예로 전계효과 트랜지스터(이하 FET)(Q1)(Q2)와, 상기 두 개의 FET(Q1)(Q2)가 교번하여 스위칭됨에 따라 인가되는 전원을 1차측에 인가받아 2차측 부하에서 요구하는 소정 레벨의 전압으로 변환하여 출력하는 트랜스(transformer)(T1)와, 상기 트랜스(T1)의 2차측에 인가된 전압을 정류하는 다이오드(D1) 및 콘덴서(C2)와, 상기 2차측 전압을 분압하여 출력 전압을 검출하는 분압저항(R2)(R3)과, 상기 분압저항(R2)(R3)에 의해 검출된 트랜스(T1)의 2차측 전압을 피드백받아 설정된 기준전압과의 차에 따라 상기 각 FET의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부(10) 및 상기 트랜스(T1)의 1차측 전류를 검출하도록 상기 FET와 직렬 연결된 전류검출저항(R1)을 구비하여 이루어진다.
이러한 구성에 있어서, 상기 스위칭 제어부(10)는 일예로 PWM IC로 구성되어 피드백되는 트랜스의 2차측 전압에 따라 FET의 게이트단자에 인가되는 펄스신호의 폭을 가변시킴에 따라 FET의 온시간과 오프시간의 비(듀티비)를 변화시켜 출력 전압을 제어하게 된다.
도 2는 종래 푸시풀 DC/DC 컨버터의 각 부의 동작 파형을 보인 파형도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 푸시풀 DC/DC 컨버터의 동작을 설명하면 다음과 같다. 스위칭 제어부(10)의 출력 단자로부터 하이 레벨의 신호가 출력되면 제 1FET(Q1)는 온되고, 제 2 FET(Q2)는 오프되며, 로우 레벨의 신호가 출력되면 제 1 FET(Q1)는 오프되고 제 2 FET(Q2)는 온되게 된다. 이 중에서 제 1 FET(Q1)가 온되고, 제 2 FET(Q2)가 오프되는 경우에 트랜스(T1)의 1차측에 인가되는 입력 전원이 2차측에 전달되게 된다.
또한, 트랜스(T1)의 2차측에 전달된 전압은 다이오드 및 콘덴서를 통해 정류된 후 출력측에 접속된 부하의 구동 전원으로 공급되게 되며 분압저항(R2)(R3)에 의해 분압된 후 스위칭 제어부(10)의 피드백 단자로 트랜스(T1)의 2차측 전압 검출값을 입력하게 된다. 따라서, 스위칭 제어부(10)는 피드백된 출력측 전압과 트랜스(T1)의 1차측에 접속된 전류 검출 저항(R1)에 의해 검출된 전류를 비교하여 출력측 전압이 정격으로 유지될 수 있도록 FET(Q1)(Q2)의 듀티비를 제어하게 된다. 상기의 경우 즉, 정격부하인 경우 푸시풀 DC/DC컨버터 각 부의 동작 파형은 도 2(b)에 도시한 것과 같다.
한편, 노트북등에 사용되는 LCD 디스플레이등의 경우에는 사용자가 현재 사용중이지 않은 경우에는 소비 전력을 줄이기 위해서 부하를 절전모드로 동작시키게 되는 데, 이러한 경 부하(light load)시에는 전원장치의 소비 전력도 제한할 필요가 있게 된다.
그러나, 상기한 종래의 푸시풀 DC/DC 컨버터의 경우에는 도 2(a)에 도시한 바와 같이, i1전류의 경우 평균치는 작지만 전류가 (+)(-)로 교번하여 흐르기 때문에 스위칭 소자인 FET의 도통 손실 및 트랜스(T1)의 여자 손실이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 FET 및 트랜스(T1)의 손실로 인한 효율 저하로 인하여 LCD 디스플레이에서 요구하는 경부하시의 정격 소비 전력을 만족시킬 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 경부하시의 소비전력을 줄여 효율을 향상시킴으로써 LCD 모니터용 전원장치에 적용할 수 있도록 된 소비전력 저감이 가능한 푸시풀 DC/DC 컨버터를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래 푸시풀 DC/DC 컨버터의 구성을 보인 회로도이다.
도 2는 종래 푸시풀 DC/DC 컨버터의 각부의 동작파형을 보인 파형도이다.
도 3은 본 발명에 따른 소비전력 저감이 가능한 DC/DC 컨버터의 구성을 보인 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시한 본 발명의 DC/DC컨버터의 각 부의 동작 파형도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10...스위칭 제어부 20...스위칭 전류 제한부
30...경부하 검출부 40...정격 부하 전환부
50...앤드게이트 Q1,Q2...FET
T1...트랜스 Q3...NPN트랜지스터.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 소비전력 저감이 가능한 푸시풀 DC/DC 컨버터는 상호 직렬연결된 제 1 및 제 2 스위칭 소자에 직렬 연결된 전류 검출 저항과, 상기 스위칭 소자의 구동으로 공급되는 전원을 2차측에 소정 레벨의 전압신호로 변환하여 부하에 공급하는 트랜스와, 상기 부하에 공급되는 전원과 상기 전류 검출 저항에 의해 검출된 값에 따라 상기 스위칭 소자의 구동을 제어하여 출력 전압을 조정하는 스위칭 제어부를 구비한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터에 있어서,
상기 스위칭 제어부로부터 출력되는 제 2 스위칭소자 구동신호를 반전하여 일입력신호로 입력받아 상기 제 2 스위칭소자의 구동신호로 출력하는 앤드 게이트와, 상기 전류 검출 저항에 의해 검출된 1차측 전류신호와 기준신호를 비교하여 경부하인가를 판단하는 경부하 검출부와, 경부하인 경우 상기 앤드 게이트의 타 입력단자에 로우 레벨의 신호를 출력하여 상기 제 2 스위칭소자가 온되는 경우 온시간을 제한하는 스위칭 전류 제한부와, 경부하에서 정격부하로 전환되는 경우 상기 경부하검출부 및 상기 스위칭 전류 제한부의 동작을 정격부하에 적합한 동작상태로 신속하게 전환시키기 위한 정격부하 전환부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하에는 본 발명에 따른 소비 전력 저감이 가능한 푸시풀 DC/DC컨버터의 구성 및 작용 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 소비 전력 저감이 가능한 푸시풀 DC/DC컨버터의 구성을 보인 회로도이며, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하며 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소비전력 저감이 가능한 푸시풀 DC/DC 컨버터는 스위칭 제어부(10)로부터 출력되는 FET 제어신호의 반전 신호를 일입력신호로 하는 앤드 게이트(50)와, 전류 검출 저항(R1)에 의해 검출된 1차측 전류신호와 기준신호를 비교하여 경부하인가를 판단하는 경부하 검출부(30)와, 경부하인 경우 상기 앤드 게이트(50)의 타 입력단자에 로우 레벨의 신호를 출력하여 상기 제 2 FET(Q2)가 온되는 경우 온시간을 제한하는 스위칭 전류 제한부(20)와, 경부하에서 정격부하로 전환되는 경우 상기 경부하검출부(30) 및 상기 스위칭 전류 제한부(20)의 동작을 정격부하에 적합한 동작상태로 신속하게 전환시키기 위한 정격부하 전환부(40)를 구비하여 이루어진다.
전술한 구성에 있어서, 상기 경부하 검출부(30)는 상기 전류 검출 저항(R1)의 양단간 전압을 저항(R7) 및 콘덴서(C4)를 통해 필터링한 후 반전 단자(-)에 입력받고, 비반전 단자(+)측에 저항(R10) 및 저항(R11)에 의해 분압된 기준 전압과 비교하여 그 차에 따른 소정 레벨의 신호를 스위칭 전류 제한부(20)로 출력하는 제 1 비교기(IC2)로 이루어진다.
또한, 상기 스위칭 전류 제한부(20)는 상기 경부하 검출부(30)의 제 1 비교기(IC2)의 출력 신호를 반전단자(-)의 입력 신호로 입력받아 비반전단에 설정된 기준 전압과 비교하여 그 결과를 상기 앤드 게이트(10)의 타입력신호로 출력하는 제 2 비교기(IC3)를 구비하고, 상기 제 2 비교기(IC3)의 비반전단자는 상호 병렬연결된 다이오드(D2) 및 저항(R13)을 통해 스위칭 제어부(10)의 제어신호 출력단자(out)에 접속되어 있다.
이때, 제 2 비교기(IC3)의 비반전 단자에는 스위칭 제어부(10)로부터 각 FET의 구동신호로 하이 레벨의 신호가 출력되는 경우에는 다이오드(D2)를 통해 하이 레벨의 신호가 인가되게 되고, 로우 레벨의 신호가 출력되는 경우에는 저항(R12)을 통해 Vcc전압이 인가되게 된다.
한편, 상기 정격부하 전환부(40)는 상기 전류검출저항(R1)의 양단간 전압이 로우레벨에서 하이레벨로 전환되는 경우 즉, 경부하상태에서 정격부하상태로 전환되는 경우 저항(R4), 저항(R5) 및 저항(R6)을 통해 베이스 구동 신호를 인가받는 NPN 트랜지스터(Q3)를 구비한다. 이때, 상기 NPN트랜지스터(Q3)의 에미터단은 상기 경부하 검출부(30)의 저항(R7) 및 콘덴서(C4)의 중간탭에 접속된다. NPN트랜지스터(Q3)의 베이스단에 접속된 저항(R6) 및 베이스단과 에미터단에 각각 양단이 접속된 콘덴서(C3)는 노이즈에 의한 NPN트랜지스터(Q3)의 오동작을 방지하기 위한 필터역할을 한다.
이러한 구성으로 LCD 모니터의 동작 상태가 절전 모드에 따른 경부하상태에서 정격부하로 전환되는 경우에는 전류검출저항(R1)의 양단 전압이 Vref,저항(R4) 및 저항(R5)를 통해 레벨 업(level up)되어 NPN 트랜지스터(Q3)를 턴온시킴에 따라 경부하 검출부(30)의 제 1 비교기(IC2)의 반전단자(-)에 하이 레벨의 신호가 인가되게 된다. 이에 따라 제 1 비교기(IC2)의 출력은 로우레벨(정격부하 상태)로 전환된다.
이때, 제 2 비교기(IC3)의 출력은 항상 하이레벨이 되어 앤드 게이트(50)의 출력에는 영향을 주지 않게 된다. 즉, 정격 부하시에는 제 2 FET(Q2)의 온시간을 제한하지 않고 스위칭 제어부(10)로부터 출력되는 펄스신호에 따라 온시간이 제어되게 된다.
이하에는 본 발명에 따른 소비전력 저감이 가능한 푸시풀 DC/DC 컨버터의 동작 및 작용효과를 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 4는 본 발명에 따른 푸시풀 DC/DC 컨버터의 각 부의 동작을 보인 파형도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 푸시풀 DC/DC 컨버터의 경부하시 및 정격 부하시의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 정격 부하인 경우 스위칭 제어부(10)는 출력단으로 소정 주기의 펄스 신호를 출력하게 된다. 이때, 하이 레벨의 신호가 출력되는 경우에는 제 1 FET(Q1)는 온되고 제 2 FET(Q2)는 오프되게 된다. 제 1 FET(Q1)가 온되는 경우에는 트랜스(T1)의 1차측에 도 2(b)에 도시된 바와 같은 파형의 전류가 흐르게 되고, 그에 따라 트랜스(T1)의 2차측에는 소정 레벨의 전압이 유기되고 다이오드(D1) 및 콘덴서(C2)를 통해 정류된 후 부하측에 구동전원으로 제공되게 된다. 이때, 앤드 게이트(50)의 일입력단자에는 스위칭 제어부(10)로부터 출력된 하이레벨의 신호가 인버터에 의해 반전된 후 입력되기 때문에 스위칭 전류 제한부(20)로부터 출력되는 신호의 레벨에 관계없이 제 2 FET(Q2)는 항상 오프되게 된다.
한편, 스위칭 제어부(10)로부터 로우 레벨의 신호가 출력되는 경우에는 제 1 FET(Q1)는 오프되고, 제 2 FET(Q2)는 온되게 되어 전류 i1은 흐르지 않는다. 이때, 전류검출저항(R1)의 양단간의 전압은 하이 레벨이므로 정격 부하 전환부(의 저항(R4)(R5)를 통해 트랜지스터(Q3)가 온됨에 따라 경부하 검출부(30)의 제 1 비교기(IC2)는 로우 레벨의 신호를 출력하게 되고, 스위칭 전류 제한부(20)의 제 2 비교기(IC3)는 앤드 게이트(50)의 타입력단측에 하이 레벨의 신호를 출력하게 된다. 이때, 제 2 비교기(IC3)의 비반전단자에는 저항(R12) 및 저항(R13)에 의해 분압된 전압이 기준전압으로 인가된다. 따라서, 앤드 게이트(50)는 하이레벨의 신호를 제 2 FET(Q2)의 구동신호로 인가하여 제 2 FET(Q2)가 온되게 된다. 이때 제 2 FET(Q2)의 온시간은 정격부하인 경우에 제 1 FET(Q1)의 온시간의 약 2배에 해당된다.
반면, 정격 부하로 구동되는 중에 절전기능을 수행하기 위한 경부하 상태로 전환되는 경우에 본 발명에서는 제 2 FET(Q2)의 온시간을 제한하게 된다. 즉, 경부하상태에서 제 2 FET(Q2)가 온되면 전류검출저항(R1)의 양단에는 로우 레벨의 전압이 걸리게 되고, 상기 전류 검출 저항(R1)에 의해 검출된 로우 레벨의 전압신호는 정격부하 전환부(40) 및 경부하 검출부(30)로 각각 인가되게 된다.
이때, 정격부하 전환부(40)는 저항(R4)(R5)를 통해 트랜지스터(Q3)의 베이스단에 인가되는 신호레벨이 구동 레벨이하이기 때문에 트랜지스터(Q3)가 오프된다. 또한, 경부하검출부(30)는 저항(R7)및 콘덴서(C4)를 통해 필터링된 로우 레벨의 신호를 제 1 비교기(IC2)의 반전단자에 입력받고, 비반전단자에 입력되는 기준전압이하이므로 스위칭 전류 제한부(20)의 제 2 비교기(IC3)로 하이레벨의 신호를 출력하게 된다.
따라서, 제 2 비교기(IC3)는 반전 단자에 하이레벨의 신호가 입력됨에 따라 비반전 단자에 입력되는 기준 전압과 비교하고, 그 결과로써 로우 레벨의 신호를 앤드 게이트(50)의 타 입력단자로 출력한다.
이에 앤드 게이트(50)의 일입력단자에 스위칭 제어부(10)로부터 제 2 FET(Q2)의 구동신호가 인가되는 가의 여부에 관계없이 스위칭 전류 제한부(20)로부터 로우 레벨의 신호가 인가되는 동안에는 제 2 FET(Q2)를 오프시키게 된다. 이러한 경우 스위칭 전류 i1은 도 4(a)에 도시된 바와 같이 적은 전류 피크치를 나타내게 되어 경부하시 FET의 도통 손실 및 트랜스(T1)의 여자 손실을 줄여 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
본 발명에 따른 소비전력 저감이 가능한 푸시풀 DC/DC 컨버터는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 소비전력 저감이 가능한 푸시풀 DC/DC 컨버터에서는 제 2 FET의 구동시에 경부하검출부로부터 경부하가 검출되면 스위칭 전류 제한부를 구동시켜 제 2 FET의 구동을 오프시킴으로써 스위칭 전류(i1)의 피크치가 줄어들어 스위칭 손실 및 트랜스의 여자 손실을 감소시킬 수 있다. 따라서, 경부하시의 소비 전력을 저감시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

Claims (4)

  1. 상호 직렬연결된 제 1 및 제 2 스위칭 소자에 직렬 연결된 전류 검출 저항과, 상기 스위칭 소자의 구동으로 공급되는 전원을 2차측에 소정 레벨의 전압신호로 변환하여 부하에 공급하는 트랜스와, 상기 부하에 공급되는 전원과 상기 전류 검출 저항에 의해 검출된 값에 따라 상기 스위칭 소자의 구동을 제어하여 출력 전압을 조정하는 스위칭 제어부를 구비한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터에 있어서,
    상기 스위칭 제어부로부터 출력되는 제 2 스위칭소자 구동신호를 반전하여 일입력신호로 입력받아 상기 제 2 스위칭소자의 구동신호로 출력하는 앤드 게이트와,
    상기 전류 검출 저항에 의해 검출된 1차측 전류신호와 기준신호를 비교하여 경부하인가를 판단하는 경부하 검출부와,
    경부하인 경우 상기 앤드 게이트의 타 입력단자에 로우 레벨의 신호를 출력하여 상기 제 2 스위칭소자가 온되는 경우 온시간을 제한하는 스위칭 전류 제한부와,
    경부하에서 정격부하로 전환되는 경우 상기 경부하검출부 및 상기 스위칭 전류 제한부의 동작을 정격부하에 적합한 동작상태로 신속하게 전환시키기 위한 정격부하 전환부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소비 전력 저감이 가능한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 경부하 검출부는
    상기 전류 검출 저항의 양단간 전압을 저항 및 콘덴서를 통해 필터링한 후 반전 단자(-)에 입력받고, 비반전 단자(+)측에 설정된 기준 전압과 비교하여 그 차에 따른 소정 레벨의 신호를 상기 스위칭 전류 제한부로 출력하는 제 1 비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 소비전력저감이 가능한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 전류 제한부는
    상기 경부하 검출부의 제 1 비교기의 출력 신호를 반전단자(-)의 입력 신호로 입력받아 비반전단에 설정된 기준 전압과 비교하여 그 결과를 상기 앤드 게이트의 타입력신호로 출력하는 제 2 비교기를 구비하고, 상기 제 2 비교기의 비반전단자는 상호 병렬연결된 다이오드 및 저항을 통해 상기 스위칭 제어부의 제어신호 출력단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 소비 전력 저감이 가능한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 정격부하 전환부는
    상기 전류검출저항의 양단간 전압이 경부하상태에서 정격부하상태로 전환되는 경우 다수개의 저항을 통해 베이스 구동 신호를 인가받는 NPN 트랜지스터를 구비하며, 상기 NPN트랜지스터의 에미터단은 상기 경부하 검출부의 저항 및 콘덴서의 중간탭에 접속된 것을 특징으로 하는 소비 전력 저감이 가능한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터.
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KR1019990023220A KR20010003073A (ko) 1999-06-21 1999-06-21 소비전력 저감이 가능한 푸시풀 디씨/디씨 컨버터

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010061843A (ko) * 1999-12-29 2001-07-07 박종섭 극성 신호를 이용한 액정 표시 장치의 ｄｃ-ｄｃ 컨버터
KR100597415B1 (ko) * 2004-12-16 2006-07-05 삼성전자주식회사 가변저항 조절에 의해 개선된 스위칭 동작을 수행하는동기 정류형 직류/직류 컨버터
KR100836313B1 (ko) * 2006-12-13 2008-06-09 현대자동차주식회사 Ｄｃ- ｄｃ 컨버터의 고장 진단 장치 및 그 방법

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