KR20010097683A - Power factor compensation circuit having function of pulse width modulation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로에 관한 것으로, 특히 브리지 다이오드를 통해 정류되어진 교류전원을 평활하는 평활부와; 입력되는 제어신호에 의해 온/오프 동작하며 온동작시 상기 평활부를 통해 출력되는 전압을 저항(R3)을 통해 접지단으로 도통시키고 오프동작시 후단이 구비되어 있는 DC-DC 컨버터측으로 전달하는 스위칭부와, 스위칭부의 상기 저항(R3)에 걸리는 전압에 의해 충전되는 콘덴서와, 스위칭부에서 오프동작시 DC-DC 컨버터측으로 전달하는 전압을 입력받아 분안하는 전압분압부, 및 상기 분압부에서 분압되어진 전압과 상기 콘덴서에 충전되는 전압을 입력받아 비교하여 상기 스위칭부의 온/오프 동작을 제어하는 펄스폭 변조 신호 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로는 EMI 필터의 크기를 줄임으로써 소형화가 가능하게 되고, 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a power factor correction circuit having a pulse width modulation function, and in particular, a smoothing unit for smoothing an AC power source rectified through a bridge diode; A switching unit which is turned on / off by an input control signal and conducts the voltage outputted through the smoothing unit during the on operation to the ground terminal through the resistor R3, and transmits the voltage to the DC-DC converter side having the rear stage during the off operation. And a voltage divider configured to receive and balance a capacitor charged by the voltage applied to the resistor R3 of the switching unit, a voltage transferred from the switching unit to the DC-DC converter during the off operation, and a voltage divided by the voltage divider. And a pulse width modulation signal generating means for controlling an on / off operation of the switching unit by receiving and comparing a voltage charged in the capacitor with the power factor correction circuit having a pulse width modulation function. By reducing, miniaturization becomes possible, and there exists an effect which can improve the reliability of operation.
또한, 동작전류의 피크치가 낮고, 스위칭 손실이 적기 때문에 효율이 우수하며, 고가의 역률보상용 집적회로를 사용하지 않더라도 통상의 PWM IC를 상요할 수 있어 생산단가의 절감을 가져오며, 고정주파수로 동작하기 때문에 동작의안정성이 높다는 효과가 있다.In addition, since the peak value of the operating current is low and the switching loss is small, the efficiency is excellent, and even without using an expensive power factor correction integrated circuit, a conventional PWM IC can be used, resulting in a reduction in production cost and a fixed frequency. Since it operates, the stability of the operation is high.
Description
본 발명은 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 범용의 펄스폭변조(PWM) IC를 사용하여 역률보상 기능을 수행하도록 함으로써 EMI의 발생량을 줄여 동작의 안정성을 확보할 수 있는 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a power factor correction circuit having a pulse width modulation function, and more particularly, to perform a power factor correction function using a general-purpose pulse width modulation (PWM) IC, thereby reducing the amount of EMI generated to secure operation stability. The present invention relates to a power factor correction circuit having a pulse width modulation function.
도 1은 종래 기술에 의한 역률보상 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a power factor correction circuit according to the prior art.
도 1을 참조하면, 참조번호 1은 입력 교류전압을 나타내고, 2는 브리지 다이오드로 이루어지는 정류부를 나타내고, 참조부호 C1은 상기 정류부(2)에서 출력되는 전압을 평활하기 위한 필름형 커패시터를 나타낸다. 또한, 참조부호 R1 및 R2는평활된 전압을 분압하여 제공하는 분압저항을 나타내고, T1은 역률보상을 위한 쵸크 인덕터(choke inductor)로 사용되는 트랜스포머를 나타낸다.Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes an input AC voltage, 2 denotes a rectifying portion made of a bridge diode, and reference numeral C1 denotes a film capacitor for smoothing the voltage output from the rectifying portion 2. In addition, reference numerals R1 and R2 denote voltage divider resistances provided by dividing the smoothed voltage, and T1 denotes a transformer used as a choke inductor for power factor correction.
한편, 참조부호 Q1은 NMOSFET를 사용하는 스위칭소자를 나타내고, IC1은 각 검출신호를 입력받아 회로의 동작을 제어하는 역률보상용 집적회로를 나타내고, 참조번호 3은 출력단이 부하(load)와 연결되는 DC-DC 컨버터를 나타낸다.On the other hand, reference numeral Q1 denotes a switching element using an NMOSFET, IC1 denotes a power factor correction integrated circuit for controlling the operation of the circuit by receiving each detection signal, and reference numeral 3 denotes an output terminal connected to a load. Represents a DC-DC converter.
상기 집적회로(IC1)에서 "Mnlt"란 단자는 상기 분압저항(R1, R2)으로부터 분압된 전압을 입력받아 입력전압의 존재를 검출하는 단자를 나타내고, "CS"란 단자는 상기 스위칭소자(Q1)의 소오스 단자에 연결되어 전류를 감지함으로써 상기 스위칭소자(Q1)의 온/오프 상태를 감지하는 단자를 나타내고, "ZCD"란 단자는 상기 트랜스포머(T1)의 2차측 코일에 연결되어 제로전류를 검출하는 단자를 나타낸다.In the integrated circuit IC1, a terminal "Mnlt" denotes a terminal that receives a voltage divided by the voltage divider resistors R1 and R2 to detect the presence of an input voltage, and a terminal "CS" denotes a terminal of the switching element Q1. Is a terminal for sensing the on / off state of the switching element Q1 by sensing a current connected to a source terminal of the transistor), and a terminal "ZCD" is connected to a secondary coil of the transformer T1 to generate a zero current. Indicates the terminal to detect.
또한, 도 1에서 미설명 부호 D1,D2는 다이오드를 나타내고, C2,C3,C4는 커패시터를 나타내며, R3,R4,R5는 저항을 나타낸다.1, reference numerals D1 and D2 denote diodes, C2, C3 and C4 denote capacitors, and R3, R4 and R5 denote resistors.
상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the prior art having the configuration as described above is as follows.
상기 트랜스포머(T1)에서 W1 만큼 권선된 1차측 코일에서 발생된 권선전압을 집적회로(IC1)의 ZCD 단자를 통하여 감지한다. 이때, 상기 집적회로(IC1)의 ZCD 단자를 통하여 감지된 전압이 제로(zero)이면 상기 집적회로(IC1)에서는 제어신호를 출력하여 상기 스위칭소자(Q1)를 온(on) 시키게 된다.The winding voltage generated from the primary coil wound as much as W1 in the transformer T1 is sensed through the ZCD terminal of the integrated circuit IC1. In this case, when the voltage sensed through the ZCD terminal of the integrated circuit IC1 is zero, the integrated circuit IC1 outputs a control signal to turn on the switching element Q1.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 "i1" 파형이 제로가 되면 상기 스위칭소자(Q1)를 다시 온(on) 시키게 되는 것이다.That is, as shown in FIG. 2, when the waveform "i1" becomes zero, the switching element Q1 is turned on again.
결국, 종래 기술의 역률보상 회로에서는 DCM(discontinuous current mode)방식으로 동작하기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 "i1"의 피크전류가 크게 되고, 그에 따라 EMI의 발생량이 매우 크고, 쵸크의 손실 및 스위칭 손실이 크다.As a result, since the power factor correction circuit of the prior art operates in a discontinuous current mode (DCM) method, as shown in FIG. 2, the peak current of "i1" becomes large, resulting in a large amount of EMI generation, loss of choke and The switching loss is large.
또한, 제로 전류 스위칭 방식을 적용하기 위해 동작 주파수를 가변하기 위해 고가의 IC를 사용하지만, 동작 주파수 가변 특성으로 인해 EMI 대책이 복잡해지고 어려워진다는 문제점이 발생되었다.In addition, although an expensive IC is used to vary the operating frequency to apply the zero current switching scheme, a problem arises that the EMI countermeasure becomes complicated and difficult due to the variable operating frequency.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 DCM 방식을 CCM 방식으로 변경함으로써 EMI의 발생을 줄이고 효율을 개선할 수 있는 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a power factor correction circuit having a pulse width modulation function that can reduce the occurrence of EMI and improve the efficiency by changing the DCM method to the CCM method. .
도 1은 종래 기술에 의한 역률보상 회로의 구성을 나타내는 회로도,1 is a circuit diagram showing the configuration of a power factor correction circuit according to the prior art;
도 2는 도 1의 동작을 나타내는 파형도,2 is a waveform diagram showing the operation of FIG.
도 3은 본 발명에 의한 역률보상 회로의 구성을 나타내는 회로도,3 is a circuit diagram showing the configuration of a power factor correction circuit according to the present invention;
도 4는 도 3의 동작을 나타내는 파형도.4 is a waveform diagram showing the operation of FIG. 3;
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로에 있어서, 브리지 다이오드를 통해 정류되어진 교류전원을 평활하는 평활부와; 입력되는 제어신호에 의해 온/오프 동작하며 온동작시 상기 평활부를 통해 출력되는 전압을 저항(R3)을 통해 접지단으로 도통시키고 오프동작시 후단이 구비되어 있는 DC-DC 컨버터측으로 전달하는 스위칭부와, 스위칭부의 상기 저항(R3)에 걸리는 전압에 의해 충전되는 콘덴서와, 스위칭부에서 오프동작시 DC-DC 컨버터측으로 전달하는 전압을 입력받아 분안하는 전압분압부; 및 상기 분압부에서 분압되어진 전압과 상기 콘덴서에 충전되는 전압을 입력받아 비교하여 상기 스위칭부의 온/오프 동작을 제어하는 펄스폭 변조 신호 발생수단을 포함하는 데 있다.A feature of the present invention for achieving the above object is a power factor correction circuit having a pulse width modulation function, the smoothing unit for smoothing the AC power rectified through the bridge diode; A switching unit which is turned on / off by an input control signal and conducts the voltage outputted through the smoothing unit during the on operation to the ground terminal through the resistor R3, and transmits the voltage to the DC-DC converter side having the rear stage during the off operation. And a voltage divider configured to receive a capacitor charged by the voltage applied to the resistor R3 of the switching unit and a voltage supplied to the DC-DC converter when the switching unit is turned off. And a pulse width modulation signal generating means for controlling the on / off operation of the switching unit by comparing the voltage divided by the voltage dividing unit with the voltage charged in the capacitor.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로의 구성 예시도로서, 참조번호 1은 입력 교류전압을 나타내고, 2는 브리지 다이오드로 이루어지는 정류부를 나타내고, 참조부호 C1은 상기 정류부(2)에서 출력되는 전압을 평활하기 위한 필름형 커패시터를 나타낸다.3 is an exemplary configuration diagram of a power factor correction circuit having a pulse width modulation function according to an exemplary embodiment of the present invention, in which reference numeral 1 denotes an input AC voltage, 2 denotes a rectifying portion formed of a bridge diode, and reference numeral C1 denotes the rectifying portion 2. ) Shows a film capacitor for smoothing the voltage output from
또한, 참조번호 T1은 역률보상을 위한 쵸크 인덕터(choke inductor)로 사용되는 트랜스포머를 나타내며, 참조부호 Q1은 NMOSFET를 사용하는 스위칭소자를 나타내고, IC1은 종래의 역률 보상용 집적회로가 아니라 통상의 PWM IC를 칭하며, 참조번호 3은 출력단이 부하(load)와 연결되는 DC-DC 컨버터를 나타낸다.In addition, reference numeral T1 denotes a transformer used as a choke inductor for power factor correction, reference numeral Q1 denotes a switching element using an NMOSFET, and IC1 is a conventional PWM, not a conventional power factor correction integrated circuit. The IC is referred to, and reference numeral 3 denotes a DC-DC converter having an output terminal connected to a load.
또한, 상기 집적회로(IC1)에서 "CS"란 단자는 상기 스위칭소자(Q1)의 소오스 단자에 연결되어 전류를 감지함으로써 상기 스위칭소자(Q1)의 온/오프 상태를 감지하는 단자를 나타낸다.In addition, in the integrated circuit IC1, a terminal “CS” denotes a terminal connected to a source terminal of the switching element Q1 to sense an on / off state of the switching element Q1 by sensing a current.
이때, 상기 PWM IC(IC1)의 기준전압(Vref) 출력단에 걸리는 전압을 콜렉터 단자에 입력받고 상기 콜렉터 단자에 걸리는 전압을 제 4저항(R4)을 통해 베이스 단자에 입력받는 제 2트랜지스터(Q2)와, 상기 PWM IC(IC1)의 "CS" 단자와 상기 제 2트랜지스터(Q2)의 에미터 단자를 연결하는 제 2저항(R2)과, 상기 PWM IC(IC1)의 "CS" 단자와 접지간에 연결되어 있으며 상기 제 2트랜지스터(Q2)의 에미터 단자를통해 상기 "CS" 단자에 걸리는 전압을 일정하게 유지시켜주는 제 4콘덴서(C4)와, 상기 PWM IC(IC1)의 출력발진 주파수의 기준 주파수를 생성하기 위한 RC발진 주파수를 입력받는 "RT/CT"단와 접지단 사이에 연결되는 제 5콘덴서(C5)와, 상기 트랜스포머(T1)의 1차측 코일을 통해 출력되는 전압을 분압하는 제 5, 6 저항(R5, R6)으로 구성된다.At this time, the second transistor Q2 receives the voltage applied to the output terminal of the reference voltage Vref of the PWM IC IC1 to the collector terminal and the voltage applied to the collector terminal to the base terminal through the fourth resistor R4. And a second resistor R2 connecting the " CS " terminal of the PWM IC IC1 and the emitter terminal of the second transistor Q2, between the " CS " terminal of the PWM IC IC1 and ground. A fourth capacitor C4 connected to and maintaining a constant voltage across the " CS " terminal through the emitter terminal of the second transistor Q2 and a reference of the output oscillation frequency of the PWM IC IC1. A fifth capacitor C5 connected between the “RT / CT” terminal receiving the RC oscillation frequency for generating the frequency and the ground terminal, and a fifth voltage divider output through the primary coil of the transformer T1. , 6 resistors (R5, R6).
상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the prior art having the configuration as described above is as follows.
상기 트랜스포머(T1)에서 W1 만큼 권선된 1차측 코일에서 발생된 권선전압은 PWM IC(IC1)의 구동전압(Vcc)으로 입력된다.The winding voltage generated from the primary coil wound as much as W1 in the transformer T1 is input to the driving voltage Vcc of the PWM IC IC1.
이때, 상기 트랜스포머(T1)에서 W1 만큼 권선된 1차측 코일을 통해 출력되는 정류전압은 제 2다이오드(D2)를 통해 직렬연결되어 있는 제 5저항(R5)과 제 6저항(R6)에 인가되고, 상기 제 5저항(R5)과 제 6저항(R6)에 의해 분압되어진다.At this time, the rectified voltage output through the primary coil wound as much as W1 in the transformer T1 is applied to the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6 connected in series through the second diode D2. The voltage is divided by the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6.
상기 제 5저항(R5)과 제 6저항(R6)에 의해 분압되어진 전압은 상기 PWM IC(IC1)의 피드백 단자(FB)에 입력되어지며, 상기 PWM IC(IC1)는 피드백 단자를 통해 입력되는 전압을 크기를 감지하여 정상상태인지 과전압 상태인지를 판단하게 된다.The voltage divided by the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6 is input to the feedback terminal FB of the PWM IC IC1, and the PWM IC IC1 is input through the feedback terminal. The magnitude of the voltage is sensed to determine whether it is normal or overvoltage.
상기 PWM IC(IC1)의 피드백 단자(FB)에 입력되는 분압전압이 존재하는 경우 우선적으로 상기 PWM IC(IC1)는 PWM펄스 신호를 발생시키게 된다. 이에 의해 일단 스위칭 소자(Q1)와 제 2트랜지스터(Q2)는 온동작하며, 제 4저항(R4)과 제 5콘덴서(C5)에 의해 상기 PWM IC(IC1)의 동작을 위한 기준주파수 생성을 위한 RC공진이 이루어진다.When there is a divided voltage input to the feedback terminal FB of the PWM IC IC1, the PWM IC IC1 generates a PWM pulse signal. As a result, once the switching element Q1 and the second transistor Q2 are turned on, the fourth resistor R4 and the fifth capacitor C5 are used to generate a reference frequency for the operation of the PWM IC IC1. RC resonance is performed.
이때, 실제적으로 도시되어 있지는 않지만 상기 PWM IC(IC1)의 내부에 구비되어 있는 비교기는 5V로 일정한 기준전압(Vref)과 "FB"단자를 통해 유입되는 분압전압의 크기를 비교하고, 그 비교신호는 다시 이차 비교기의 일 입력으로 제공된다.At this time, although not shown in actuality, the comparator provided inside the PWM IC IC1 compares the magnitude of the divided voltage introduced through the constant reference voltage Vref and the “FB” terminal at 5V, and the comparison signal. Is again provided as one input of the secondary comparator.
상기 이차 비교기의 다른 입력으로는 상기 스위칭 소자(Q1)혹은 제 2트랜지스터(Q2)의 온동작시 턴온동작에 따라 출력되는 전압에 의해 축전되어지는 제 4콘덴서(C4)의 충전전압 상태가 사용되며, 그로 인해 상기 PWM IC(IC1)의 출력신호인 PWM 펄스가 정해지는 것이다.As another input of the secondary comparator, a charged voltage state of the fourth capacitor C4 that is stored by a voltage outputted according to a turn-on operation when the switching element Q1 or the second transistor Q2 is turned on is used. Therefore, the PWM pulse that is the output signal of the PWM IC (IC1) is determined.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로의 동작을 첨부한 도 4를 참조하여 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 "i1" 파형이 연속전류로 동작함으로써, 역률 보정 쵸크의 전류피크치가 낮아 EMI노이즈의 발생량이 적고, 스위칭 손실도 적다는 것을 알 수 있다.The operation of the power factor correction circuit having the pulse width modulation function according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. 4. As shown in FIG. 4, the "i1" waveform operates as a continuous current, thereby correcting the power factor. It can be seen that the choke's current peak value is low, resulting in less EMI noise and less switching losses.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the appended claims. Anyone can grow up easily.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로는 EMI 필터의 크기를 줄임으로써 소형화가 가능하게 되고, 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The power factor correction circuit having the pulse width modulation function of the present invention as described above can be miniaturized by reducing the size of the EMI filter, and the reliability of the operation can be improved.
또한, 동작전류의 피크치가 낮고, 스위칭 손실이 적기 때문에 효율이 우수하며, 고가의 역률보상용 집적회로를 사용하지 않더라도 통상의 PWM IC를 상요할 수 있어 생산단가의 절감을 가져오며, 고정주파수로 동작하기 때문에 동작의안정성이 높다는 효과가 있다.In addition, since the peak value of the operating current is low and the switching loss is small, the efficiency is excellent, and even without using an expensive power factor correction integrated circuit, a conventional PWM IC can be used, resulting in a reduction in production cost and a fixed frequency. Since it operates, the stability of the operation is high.
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| CN107465341A (en) * | 2017-09-08 | 2017-12-12 | 西南交通大学 | A kind of control method and control circuit of DCMBoost power factor correcting converters |
| CN109004840A (en) * | 2018-07-17 | 2018-12-14 | 东南大学 | A kind of control method improving Switching Power Supply output accuracy |
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