KR20010110659A - 부동 게이트를 가진 동기 정류기를 위한 일반적인 자기구동 동기 정류 방식 - Google Patents
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Abstract
자기 구동 동기 정류 회로는 전력 변환기 또는 신호 변압기에 대한 부동 게이트를 가진 동기 정류기를 가지고 있다. 이런 회로는 제 1 및 2 단자를 가진 2차 권선을 가진 변압기(49,70)를 포함한다. 제 1 동기 정류기(SQ1)는 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 결합되고, 접지에 대해 부동인 제어 단자를 갖는다. 제 1 디바이스 회로는 제 1 동기 정류기의 부동 제어 단자에 결합되어, 제 1 동기 정류기를 제어한다. 제 1 제어 신호는 제 1 구동 회로에 결합되는데, 제 1 제어 신호는 제 1 변압기(49,70)에 걸친 역전압 극성의 함수로서 제 1 구동 회로를 제어한다. 제 2 동기 정류기(SQ2)는 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고, 접지에 대해 부동인 제어 단자를 가지고 있다. 제 2 구동 회로는 제 2 동기 정류기의 부동 제어 단자에 결합되어, 제 2 동기 정류기를 제어한다. 제 2 제어 신호는 제 2 구동 회로에 결합되는데, 제 2 제어 신호는 제 1 변압기(49,70)에 걸친 역전압 극성의 함수로서 제 2 구동 회로를 제어한다.
Description
관련 출원에 대한 크로스-레퍼런스
다음의 미국 특허 출원은 보통 양도되고, 여기서 참조로 포함된다.
특허 번호
시리얼 넘버
발명자
명칭
TBD 09/209,733 패링튼 등 자기 구동 동기 정류 방식
논리 집적 회로(IC)가 저 전력 소모 및 고 동작 주파수를 위해 탐색할 시에 저 작업 전압으로 이동하고, 전체 시스템 사이즈가 계속 축소되어 왔음에 따라, 더욱 소형화하고, 고 효율을 위한 전원 설계가 요구되어 왔다. 효율을 향상시키고, 전력 밀도를 증가시키기 위한 노력에서, 동기 정류가 이런 유형의 출원에 필요하게 되었다. 동기 정류는, 2차 정류기에서 도전 전력 손실을 줄이도록 회로내의 정류 소자로 쇼트키 다이오드를 대체할 시에 MOSFET와 같은 능동 디바이스를 이용한다.최근에, 5 볼트 이하의 출력 전압용 DC/DC 모듈의 동기 정류기를 구동하기 위한 바람직한 방법으로서 자기 구동 동기 방식이 산업상에서 광범위하게 채택되어 왔다. 자기 구동 동기 방식은 동기 정류를 구현하기 위해 간단하고 비용이 효율적이고 신뢰 가능한 방법을 제공한다.
이런 방식의 대부분은, 보통 "D, 1-D"(상보 구동)형 토폴로지로서 공지된 특정 세트의 토폴로지로 이용되도록 설계된다. IEEE APEC 98 회보, 페이지 163-169에서, 코보스, 제이,에이 등에 의한 명칭 "Several alternatives for low output voltage on board converters"을 참조하고, 또한 바우맨 등에 의해 1996년 12월 31일자로 허여되고, 명칭이 "클램프된 모드 전력 변환기내에서의 동기 정류기용 자기 동기 구동 회로"인 미국 특허 제5,590,032호 및, 로프투스에 의해 1993년 12월 28일자로 허여되고, 명칭이 "손실없는 동기 정류 게이트 구동부를 가진 제로-전압 스위칭 전력 변환기"인 미국 특허 제5,274,543호를 참조한다. 이런 유형의 변환기에서, 상기 디바이스의 게이트는 접지로 기준이 되고, 2차 권선의 전력 변환기 신호는 정확한 형태 및 타이밍을 가져 최소의 노력으로 동기 정류기를 직접 구동시킨다. 더욱이, 동기 정류기의 게이트 신호가 2차 접지에 대해 부동하지 않고, 쉽게 구동시킬 수 있도록 정류기는 구성된다. 도 1은 이런 변환기의 패밀리의 일례를 도시한 것으로서, 이런 변환기는 능동 클램프 순방향 회로(10) 및, 동기 정류 회로(12)에 의해 제공된 자기 구동 동기 정류부를 가지며, 상기 동기 정류 회로(12)는 변압기(18)의 2차 권선과 출력 Vout 사이에 결합된 2개의 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이런 유형의 변환기의변압기 신호(20)는 2개의 바로 인식 가능한 구간을 가진 사각형을 갖는데, 각 구간은 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)중의 하나의 "on" 시간에 대응한다.
하드-스위치된 반-브리지(HB), 전-브리지(FB) 및, 푸시-풀 토폴로지와 비-"D, 1-D" 형의 토폴로지(예컨대, 수동 리세트를 가진 클램프 순방향부)와 같은 토폴로지에서, 변압기 전압은, 인식 가능한 제로 전압 구간을 가져, 자기 구동 동기 정류를 구현하는데 바람직하기 않게 한다. 결과적으로, 이런 회로의 토폴로지를 가진 외부 구동 회로를 사용할 필요가 있다. 구동 방식을 간략화하도록 변압기에 대한 동기 정류기의 배치를 변경함으로써, 접지에 대해 변압기의 권선이 부동으로 되고, 이는 일반적으로 1차 회로와 2차 회로 간의 공동 모드 전류를 증가시켜, EMI 노이즈가 증가된다. 동기 정류부를 채용한 정류 회로는 일반적으로 EMI-양호한 구성으로부터 재구성된다.
본 기술 분야에서 필요로 하는 것은, 광범위한 회로 토폴로지로 사용하기에 적당하고, 저 EMI 노이즈를 가진 변압기의 2차측에 동기 정류를 제공하는 회로 및 방법이다.
본 발명은 일반적으로 전력 변환 회로에 관한 것으로써, 특히 모든 유형의 회선 토폴로지(circuit topology)에 쉽게 적응되는 자기 구동 동기 정류기에 관한 것이다.
본 발명의 상기 특성은 첨부한 도면에 관련하여 아래의 설명으로부터 더욱 명백하게 이해될 수 있다.
도 1은 자기 구동 동기 정류부를 가진 종래 기술의 능동 클램프 순방향 변환기를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 "D, 1-D" 형 변환기의 통상적인 변압기의 전압을 설명한 것이다.
도 3A는 수동 리세트를 가진 종래 기술의 클램프 순방향 회로를 도시한 것이다.
도 3B는 도 3A에 도시된 종래 기술의 회로에 대한 통상적인 2차 변압기의 전압 파형을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예를 이용하여 수동 리세트를 가진 클램프 순방향 회로를 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 수동 리세트를 가진 클램프 순방향 회로에 대해 본 발명의 제 1 실시예의 자기 구동 동기 정류 회로의 전압 파형을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명 및 외부 인덕터를 가진 반파 정류기로 이용하는 제 2 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 전파 정류기에 구성된 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 것이다.
도 8은 전파 정류기 및 구동 회로의 선택적인 게이트 접속부를 가진 본 발명의 제 4 실시예를 도시한 것이다.
도 9A는 전파 정류기에 구성되고, 변압기의 2차 권선 중심 탭 및 출력 복귀 전압과 직렬로 결합된 인덕터를 가진 본 발명의 제 5 실시예를 도시한 것이다.
도 9B는 전파 정류기에 구성되고, 구동 회로에 걸친 다이오드의 선택적인 구성을 가진 본 발명의 제 6 실시예를 도시한 것이다.
도 10A는 능동 클램프 순방향 회로에 구성된 본 발명의 제 7 실시예를 도시한 것이다.
도 10B는 능동 클램프 순방향-플라이백(forward-flyback) 회로에 구성된 본 발명의 제 8 실시예를 도시한 것이다.
도 11은 선택적인 전류 제한 저항기를 가진 전파 정류기를 구비한 본 자기 구동 동기 방식의 제 9 실시예를 도시한 것이다.
도 12는 선택적인 게이트 전압 제한기를 가진 본 자기 구동 동기 전파 정류기의 제 10 실시예를 도시한 것이다.
도 13은 하드-스위치된 푸시-풀형 토폴로지에 대한 동기 정류기의 전류 파형을 도시한 것이다.
도 14는 포화 인덕터를 가진 본 발명의 제 11 실시예를 도시한 것이다.
도 15는 포화 인덕터를 가진 제 11 실시예에 대한 파형을 도시한 것이다.
도 16은 신호 변압기로 사용하기 위해 구성된 제 12 실시예를 도시한 것이다.
상이한 도면에서의 대응 번호 및 기호는 달리 표시되지 않으면 대응하는 부분을 나타낸다.
본 발명은 부동 게이트를 가진 동기 정류기에 따른 자기 구동 동기 정류 방식으로서의 기술적인 잇점을 달성한다. 이런 방식은, 이전에는 자기 구동 동기 정류 방식을 효과적으로 이용할 수 없는 하드-스위치된 HB, FB 및 푸시-풀 변환기를 포함하는 모든 유형의 토폴로지에 쉽게 적응될 수 있다.
본 발명은 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로인데, 이런 회로는 1차권선 및 2차 권선을 가진 제 1 변압기를 포함하고, 상기 2차 권선은 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는다. 제 1 동기 정류기는 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 결합되고, 접지에 대해 부동인 제어 단자를 갖는다. 제 1 구동 회로는 제 1 동기 정류기의 부동 제어 단자에 결합되어, 제 1 동기 정류기를 제어한다. 제 1 제어 신호는 제 1 구동 회로에 결합되는데, 제 1 제어 신호는 제 1 변압기 양단의 역전압 극성의 함수로서 제 1 구동 회로를 제어한다. 제 1 제어 신호는 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터의 신호이거나, 신호 변압기의 제 2 변압기의 2차 권선 단자로부터의 신호일 수 있다.
이런 회로는 또한 접지에 대해 부동인 제어 단자를 가진 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합된 제 2 동기 정류기 및, 제 2 동기 정류기의 부동 제어 단자에 결합되어, 제 2 동기 정류기를 제어하는 제 2 구동 회로를 더 포함할 수 있다. 제 2 제어 신호는 제 2 구동 회로에 결합될 수 있는데, 제 2 제어 신호는 제 1 변압기 양단의 역전압 극성의 함수로서 제 2 구동 회로를 제어한다. 제 1 구동 회로는 토템 폴(totem pole) 장치내의 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 포함할 수 있고, 제 2 구동 회로는 토템 폴 장치내의 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함할 수 있는데, 여기서 스위치는 MOSFET이다.
또한, 개시된 것은, 1차 권선 및 2차 권선을 가진 제 1 변압기를 구비한 자기 구동 동기 정류기를 이용한 전력 변환기로부터 가변 전압을 정류시키는 방법인데, 여기 2차 권선은 제 1 및 2 단자를 갖는다. 이런 방법은, 제 1 변압기의 1차 권선 및 제 1 동기 정류기에 가변 신호를 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 제 1동기 정류기는 제 1 변압기의 2차 권선을 통해 전류를 도통시키는 제어 단자를 가지며, 제어 단자는 접지에 대해 부동이다. 제 1 구동 회로는 제 1 동기 정류기를 제어하고, 제 1 제어 신호는 제 1 변압기 양단의 역전압 극성의 함수로서 제 1 구동 회로를 제어한다. 제어 단자를 가진 제 2 동기 정류기는 제 1 변압기의 2차 권선을 통해 전류를 도통시키며, 제어 단자는 접지에 대해 부동이다. 제 2 구동 회로는 제 2 동기 정류기를 제어하고, 제 2 제어 신호는 제 1 변압기 양단의 역전압 극성의 함수로서 제 2 구동 회로를 제어한다.
다음은 본 발명의 방법 및 구조를 설명한 것이다. 종래 기술이 먼저 기술되고 나서, 본 발명의 수개의 양호한 실시예 선택적인 사항과 잇점이 기술된다.
도 1에 도시된 종래 기술의 동기 정류기는, 하드-스위치된 반-브리지(HB), 전-브리지(FB) 정류기 및, 푸시-풀 토폴로지와 비-"D, 1-D" 형의 토폴로지(예컨대, 수동 리세트를 가진 클램프 순방향부)와 같은 어떤 회로 토폴로지로 사용하기에 바람직하지 않다. 변압기 전압은, 인식 가능한 제로 전압 구간을 가져, 자기 구동 동기 정류를 구현하는데 바람직하기 않게 한다. 결과적으로, 이런 회로의 토폴로지를 가진 외부 구동 회로를 사용할 필요가 있다. 게다가, 소산 스너버(dissipative snubber)는 보통 동기 정류기에 걸친 전압 응력을 제한하여, 전압 발진을 약화시키는데 요구된다.
더욱이, 변압기 전압을 이용하여 이런 회로 토폴로지를 위한 동기 정류기를 구동시킴으로서, 프리휠(freewheel) 구간의 상당한 부분에 대해 동기 정류기(SQ1및 SQ2)에 이용된 MOSFET의 기생 역병렬 다이오드가 도전되어, 바람직하지 않게도 모듈의 효율에 악영향을 준다. 공진 리세트 순방향을 위한 어떤 자기 구동 구현 방식이 보고되었다. IEEE APEC 1994 회보, 페이지 786-792에서 무라까미, 엔 등에 의한 명칭 "전기 통신 시스템을 위한 고 효율 저-프로파일 300 더블유 전력 팩" 및, IEEE APEC 1995 회보, 페이지 297-302에서 야마시따, 엔 등에 의한 명칭 "전기 통신 시스템을 위한 복잡한 고 효율 50 더블유 온 보드 전력 공급 모듈"이 참조된다. 이런 구현 방식에, 공진 리세트 구간은 프리휠 구간 동안에 정확한 게이트 구동 신호를 제공하도록 조정되어 왔다. 다른 설계에서는 자기 구동 정류에 대한 구현 방식이 2-스위치 순방향 변환기를 위해 나타낸다. IEEE INTELEC 1998 회보, 페이지 398-403에서 나까야시끼, 와이 등에 의한 명칭 "동기 정류기를 가진 고 효율 스위칭 전력 공급 유니트"가 참조된다.
변압기의 신호를 이용하여 동기 정류기를 직접 구동시키도록 접지에 기준이 되는 도 1의 종래 기술의 회로의 동기 정류기의 배치 변경은 바람직하지 않는데, 그 이유는 변압기 권선이 접지에 대해 부동이기 때문이다. 일반적으로, 부동 변압기를 가진 정류기는 결과적으로 전자기 간섭(EMI)을 증가시키는 1차 회로와 2차 회로 간에 공동 모드 전류를 증가시킨다. 양호한 EMI 2차측 회로 구성에서는 하나 이상의 동기 정류기가 접지에 대해 부동인 게이트 구동 신호를 가질 필요가 있다. 이는 일반적으로 구동 회로의 복잡성을 증가시킨다.
도 3A는 수동 리세트를 가진 종래 기술의 클램프 회로(22)를 도시한 것이고, 도 3B는 관련된 통상의 2차 변압기의 전압 파형(28)을 도시한 것이다. 통상의 자기구동 동기 방식이 이런 토폴로지로 이용된다면, 프리휠 스테이지 동안에 도통하는 동기 정류기는 이런 스테이지가 시간 주기(30)로 종료하기 전에 턴 오프하는 것을 나타낼 수 있다. 이런 경우에, MOSFET의 역병렬 다이오드는 도통하여 손실을 증가시킨다. 고 효율을 달성하기 위하여서는 이런 MOSFET가 전 프리휠 스테이지 동안에 도통하게 할 필요가 있다. 더욱이, 2차 회로의 구성을 재배치하지 않고, 부동 게이트 구동은 다이오드(D3)를 대신하는 동기 정류기를 구동시키도록 요구된다.
통상의 자기 구동 동기 정류 방식은 변압기에 의해 발생된 전압을 이용하여 대응하는 동기 정류기를 턴-온하도록 하고, 이런 전압이 0으로 될 시에, 동기 정류기는 턴오프된다. 그러나, 정류기(다이오드)는 이런 식으로 동작하지 않는다. 일반적으로, 다이오드는 턴오프할 대향 극성의 전압을 필요로 한다. 그래서, 통상의 구동 방식은 제한된 수의 회로 구성에 실제적인 솔루션을 제공한다.
본 발명은, 실리콘 다이오드와 같은 원리를 이용하는 자기 구동 동기 정류 방식으로서 기술적인 잇점을 달성하여, 모든 유형의 회로 토폴로지 구성에서 쉽게 구현될 수 있다. 본 발명은, 도 4의 제 1 실시예에서 도시된 바와 같이, 접지에 대해 부동인 게이트를 가진 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 구비한 동기 정류 방식(40)이다. 변압기(49)는 1차 권선 및 2차 권선을 가지고 있다. 회로(42)는 변압기(49)의 2차 권선의 제 1 단부에 결합되고, 동기 정류기(SQ1)의 게이트에 결합된 2개의 작은 스위치(SQ3 및 SQ4)를 포함한다. 회로(42)는 또한 Cc2 및 D3로 구성된 부동 공급 전압을 포함한다. 또한 회로(46)에 대해서는, 2개의 작은 스위치(SQ5 및 SQ6)는 동기 정류기(SQ2)의 게이트에 결합된다. 회로(46)는 또한 Cc3 및 D4로 구성된 부동공급 전압을 포함한다. 양호하게도, 인덕터(LO)는 회로(46)와 출력 전압 단자(47) 사이에서 직렬로 결합되어 전류 리플(ripple)을 평활시키고, 캐패시터(CO)는 도시된 바와 같이 레일에 걸쳐 결합되어 전압을 평활시킨다.
동기 정류기(SQ1 및 SQ2) 및 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 양호하게도 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함하고, 더욱 양호하게는 금속 산화 반도체 FET(MOSFET)를 포함하는데, 스위치 MOSFET(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 동기 정류기 MOSFET(SQ1 및 SQ2) 보다 작다. 제각기 각 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에 대해 2개의 작은 스위치(SQ3, SQ4) 및 (SQ5 및 SQ6)는 제각기 접지에 대해 부동인 제 1 및 2 토템-폴 구동 회로를 형성하고, 각 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 제어하는데 적합하다. 특히 본 발명에 따르면, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)의 게이트는 접지에 대해 부동이다. 양호하게도, 스위치(SQ3 및 SQ5)는 N-형 MOSFET이고, 스위치(SQ4 및 SQ6)는 P-형 FET이다.
변압기(49)의 2차 권선의 제 2 단자로부터 유도된 제 1 제어 신호는 변압기(49)에 걸친 역전압의 극성의 함수로서 제 1 구동 회로를 제어한다. 변압기의 2차 권선의 제 1 단자로부터 유도된 제 2 제어 신호는 변압기(49)에 걸친 역전압의 극성의 함수로서 제 2 구동 회로를 제어한다. 이런 구동 방식에서, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)는, 변압기 신호가 통상의 자기 구동 방식에서와 같이 제로로 될시에는 턴오프되지 않고, 오히려 변압기 전압이 극성을 전환시킬 시에 턴오프된다. 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)는, 종래 기술의 통상의 자기 구동 방식과는 대조적으로,변압기 신호가 제로로 될 시에 온하여 도통한다. 본 발명에 따르면, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)는 변압기 전압이 극성을 전환시킬 시에 턴오프된다. 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)는 그의 각 토템-폴 구동 회로를 통해 턴온되고, 각 토템-폴 구동 회로를 통해 변압기 전압이 극성을 전환시킬 시에 턴오프된다.
캐패시터(Cc1 및 Cc2) 및 다이오드(D3 및 D4)는 SQ1 및 SQ2를 구동시키는데 필요한 부동 공급 전압을 생성시킨다. 부동 공급 전압을 이런 식으로 구현함으로써, 다이오드(D3) 및 캐패시터(Cc1)가 동기 정류기(SQ1)에 걸친 전압을 클램프하고, 다이오드(D4) 및 캐패시터(Cc2)가 동기 정류기(SQ2)에 걸친 전압을 클램프한다는 점에서 부가적인 잇점을 달성한다. 캐패시터(Cc1 및 Cc2)는 동기 정류기에 걸친 전압 응력을 제한하여, 입력 전압을 2차측으로 거의 두배 반영시킨다(~2*Vin*Ns/N1).
일반적으로, 동기 정류기의 출력 캐패시턴스의 상호 작용 및 변압기의 누설 인덕턴스는 결과적으로 정류기에 걸친 전압 응력을 증가시킨다. 이런 증가된 전압 응력은 동기 정류기에 이용될 수 있는 디바이스의 형을 제한한다. 동기 정류의 전 잇점을 달성하기 위하여, 최소 가능 Rds(on)을 가진 디바이스가 양호하게도 이용된다. 반도체 물리학은 저 전압-레이트된 디바이스가 통상적으로 저 Rds(on)을 갖도록 한다. 그래서, 회로 기생의 상호 작용으로 인해 증가된 전압 응력을 최소화시키는 것이 중요하다. 본 발명은, 이런 디바이스의 출력 캐패시턴스 보다 더 큰 값을 가진 캐패시터를 구비한 동기 정류기에 걸친 전압 응력을 클램프함으로써 상기 기생 효과를 최소화시킨다. 클램프 캐패시터(Cc2 및 Cc3)에 저장된 에너지는 본 회로내에 사용되어 제각기 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 구동시킨다.
제 1 글랜스(glance)에서, 이런 자기 구동 동기 정류 방식은 기본 플로오(flaw)를 갖는 것처럼 보일 수 있다. 도 5의 파형을 참조하면, 시간 T ＜ t0에서, 정류기(SQ1)는 오프이고(신호(52)), 정류기(SQ2)는 도통한다(신호(54)). 변압기의 전압은 신호(56)로 도시된다. 시간 T = t0에서, 1차 스위치(Q1)는 턴온하고(신호(50)), 새로운 스위칭 사이클을 개시할려고 한다. 이상(ideal) 변압기(49)(비누설 인덕턴스 및 비직렬 저항)과 2차 회로의 모든 기생부(parasitics)의 부재로 추정하면, 1차 스위치(Q1)는 단락 회로로 턴온한다. 이런 시퀀스는 다음과 같다. 즉, 1차 스위치(Q1)가 턴온할 시에, 정류기(SQ1)의 역병렬 다이오드는 순간적으로 정류기(SQ2)를 여전히 온으로 도통시켜, 결과적으로 변압기(49)의 2차 권선에서 단락된다. 정류기(SQ2)는 턴오프하도록 하기 위해 극성을 반전시킬 변압기(49)의 전압을 필요로 하지만, 이런 전압은 정류기(SQ2)가 턴오프하기 전에는 반전할 수 없다. 그러나, 이런 개념은 이상 부품 및 회로 배치를 지닌다. 그래서, 표유(stray) 인덕턴스 및 저항이 기술되는 식으로 포함된다면, 수 킬로헤르쯔의 스위칭 주파수에서, 통상의 변환기 배치에 있는 표유 인덕턴스 및 저항은 정류기(SQ2)를 턴오프시키도록 2차에서 충분한 전압을 발생시키도록 하는 것으로 (실험적 및 시뮬레이션으로) 쉽게 나타낼 수 있다. 정류기(SQ1)는 순시 "단락 회로"로 턴온한다.
본 발명의 구동 방식은 결과적으로 스위칭 전이 동안에 "슈트 스루(shoot through)" 전류(단락 회로로 인한 피크 전류)를 생성시키는데, 이는 여기서 기술되는 바와 같이 보상될 수 있다. 최고 보드-설치된 전력 모듈을 설계하는 전류 레벨 및 스위칭 주파수에 대해, 이런 슈트 스루 전류는 과도하지 않다. 이런 슈트 스루 전류는 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 "늦게" 턴온함으로서 발생하고, 모든 동기 정류기에 고유한 역회복 효과로 인해 발생된 슈트 스루 전류 보다는 과도하지 않는데, 이때 기생 역병렬 다이오드는 통상의 자기 구동 동기 방식의 경우에서와 같이 도통되도록 한다. 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에 사용된 MOSFET의 기생 역병렬 다이오드는 매우 느리고, 이런 형의 응용에서 고속으로 턴오프하지 않아, 슈트 스루 전류가 발생된다. 이런 전류는 특히 전 부하에서 과도할 수 있어, 모듈의 성능을 저하시킬 수 있다. 동기 정류가 고 스위칭 주파수(＞ 500kHz)로 사용되지 않게 하는 효과중의 하나는 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에서 역회복으로부터 손실을 유발시킨다는 것을 알 수 있다.
슈트 스루 전류가 회로의 정상 동작을 간섭한다면, 선택적인 외부 인덕터(LS1 및/또는 LS2)는 도 6에서 본 발명의 제 2 실시예에서 도시된 바와 같이 제각기 동기 정류기(SQ1 및/또는 SQ2) 및 LO와 직렬로 가산될 수 있다. 이런 외부 인덕터(LS1 및 LS2)는 양호하게도 포화되는 1-회전(one-turn) 페라이트 인덕터, 또는 사각 루프 재료를 가진 통상의 더욱 더 포화 가능한 인덕터이다. 포화 가능 인덕터를 이용함으로써, 슈트 스루 전류를 제거하면서 회로의 전 성능에서 인덕터의 효과가 최소화된다. 2개의 인덕터(LS1 및 LS2) 중의 하나만이 슈트 스루 전류를 제하도록 요구되는데, 그 이유는 LS1 및 LS2가 스위칭 전이 동안에 효과적으로 직렬상태에 있기 때문이다. 더욱이, 이런 외부 인덕터(LS1 및 LS2)는 양호하게도 클램프 회로(Cc2) 및 (D3), 또는 (Cc3) 및 (D4)와 직렬로 배치되어, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에 걸친 전압 응력을 감소시킬 시에 클램프 회로의 효율을 제한하지 않도록 한다.
전파(full-wave) 정류기로 사용하기 위한 본 발명의 구현 방식은 반파 정류기의 것과 유사하고, 도 7의 제 3 실시예에 도시되어 있다. 변압기(70)의 중심 탭은 복귀 전압 단자에 결합되고, 회로(42 및 46)는 도 4에 기술되어 있는 바와 같은 변압기에 결합된다. 전파 정류기에 대해 도시된 구성에서, N-형 FET (SQ3 및 SQ5)의 게이트 대 소스로부터 생성된 최대 전압 응력은 2*Vin*Ns/N1과 거의 동일하다. P-형 FET (SQ4 및 SQ6)의 전압 응력은 4*Vin*Ns/N1과 거의 동일하다. P-형 FET의 게이트에 의해 생성된 전압 응력을 감소시키기 위해, 이런 디바이스의 게이트는, 예컨대 회로의 전 동작을 변화시키지 않고, 접지 Vo+, 또는 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)의 드레인에 결합될 수 있다.
많은 선택적인 회로 소자는 단독 또는 결합하여 구현될 수 있는 본 발명에 고려된다. 도 8은 본 발명의 제 4 실시예를 도시하고, 도 7에 도시된 전파 정류기에 대한 대안 도면이다. 이런 실시예에서, 회로(72 및 74)는, SQ4 및 SQ6의 게이트가 이전의 실시예의 회로(42 및 46)에서와 같이 SQ3 및 SQ4의 게이트 보다는 오히려 인덕터(LO)에 결합되도록 구성된다. 이런 구성에서, P-FET (SQ4 및 SQ6)에 의해 생성된 최대 게이트-소스 전압 응력은 2*Vin*Ns/N1과 거의 동일하다.
도 9A는 회로(72 및 74)를 가진 제 5 실시예를 설명한 것으로서, 여기서, 인덕터(LO)는 변압기(70)의 중심 탭과 Vout의 복귀 전압 단자 사이에 접속된다. 도 9B는 제 6 실시예를 도시한 것으로서, 여기서 회로(76 및 78)의 동기 정류기의 부동 공급 전압은 변압기(70)에 직접 걸쳐 캐패시터(Cc1 및 Cc2)와 다이오드(D3 및 D4)를 접속함으로써 발생된다. 그러나, 이런 구성에서, 동기 정류기에 걸친 전압 응력은 도 7에 도시된 제 3 실시예에서 만큼 효과적으로 클램프되지 않는다.
도 10A는 능동 클램프 순방향 회로로 구현된 본 발명의 제 7 실시예를 도시한 것이고, 도 10B는 능동 클램프 순방향-플라이백 변환기로 구현된 제 8 실시예를 도시한 것이다. 게이트 구동부의 슈트-스루 전류가 서로 관계가 있을 경우, 도 11의 제 9 실시예에 도시된 바와 같이, 저항기(R2)는 스위치(SQ4)와 직렬로 배치되고, 저항기(R4)는 스위치(SQ6)와 직렬로 배치되어 이런 효과를 최소화시킬 수 있다. 더욱이, 1차 회로 임피던스가 매우 낮을 경우에, 클램프 캐패시터(Cc1 및 Cc2)는 과도한 피크 충전 전류를 발생시킬 수 있다. 이런 경우에, 도 11에 도시된 바와 같이, 저항기(R1)는 다이오드(D3)와 직렬로 가산되고, 저항기(R3)는 다이오드(D4)와 직렬로 가산될 수 있다. 또한, 클램프 캐패시터의 값을 감소시킴으로써, 이런 충전 전류의 피크값이 감소된다.
많은 응용에서, 도 12의 제 10 실시예에 도시된 바와 같이, 게이트의 항복 전압을 초과하지 않도록 하기 위하여 미리 정해진 값으로 게이트-구동 신호를 클램프할 필요가 있다. 2개의 N-형 MOSFET (SQ7 및 SQ8)는 제각기 회로(88 및 90)에 가산되어, 동기 정류기의 게이트 상의 전압을 VCC 마이너스 임계 전압, 예컨대 1-2 볼트로 제한할 수 있다.
하드-스위치된 반-브리지, 전-브리지 및 푸시-풀 토폴로지에 대한 본 자기 구동 동기 정류기를 구현함으로써, 게이트 구동부에 의해 다중 펄싱이 생성될 수 있다. 이런 현상을 이해함에 있어서, 이런 회로 토폴로지에서 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)를 통해 도 13에서 신호(66)로 도시된 전류(ISQ1) 및 신호(64)로 도시된 전류(ISQ2)는 도 13에 도시된 바와 같이 계단형 형태를 가지고 있음을 알 수 있다. 전이부(TR1및 TR2)는 동일한 극성을 가진 기생 인덕턴스 및 저항의 전압을 발생시킨다. 이런 기생 회로에 걸쳐 발생하는 전압은 전이부(TR2) 동안에 스위치(SQ1)를 턴오프하는 것이다. 그래서, 동일한 현상이 전이부(TR1) 동안에 스위치(SQ1)를 턴오프하여, 결과적으로 SQ1에 대한 전압 신호(50)의 멀티-펄싱 영역(68)에 도시된 게이트 구동 신호의 멀티-펄싱을 생성시킨다. SQ2의 전압은 신호(60)로 도시된다.
멀티-펄싱을 최소화하기 위하여, 포화 인덕터(LS3 및 LS4)가 사각형 재료를 갖도록 하고, 그의 포화 인덕턴스는 2차 회로의 동작을 억제하도록 할 경우에, 자기 구동 동기 정류기의 동작을 나타내는 파형은 도 15에 도시된 바와 같은데, 여기서, SQ1 및 SQ2에 대한 전류는 제각기 신호(66 및 64)로 도시되고, SQ1 및 SQ2에 대한 전압은 제각기 신호(50 및 60)로 도시되며, LS3 및 LS4에 대한 전압은 제각기 신호(108 및 106)로 도시된다. 상당한 고 전압이, 바라는 바대로 전이부(TR1) 동안에서 보다 전이부(TR2) 동안에 스위치(SQ3)의 게이트에서 발생되는 것을 알 수 있다.
본 동기 정류기 구동 회로가 변압기 전압을 이용하여 동기 정류기를 구동하기 때문에, 구동 신호는 또한 도 16에 도시된 바와 같이 신호 변압기로부터 발생될 수 있다. 신호 변압기(100)를 이용함으로써, 동기 정류기 및 1차 스위치의 턴온 및 턴오프 간에 타이밍을 조정한다. 본 발명의 구현 방식은 푸시-풀 형 토폴로지로 나타내는데, 여기서 구동부 1 및 구동부 2, 1차 스위치에 대한 구동부는 또한 신호 변압기(100)를 구동한다. 회로(96 및 98)는 변압기(70)의 2차측에 동기 정류를 제공한다. 적당히 동작하는 도 16에 도시된 회로에 대해, 신호 변압기(100)는 충분한 전압을 발생시켜 P-FET를 턴오프하도록 할 수 있다. 신호 변압기가 접지를 기준으로 할 경우, 변압기에 의해 발생된 최대 전압은 적어도 3*Vin*Ns/N1일 필요가 있다. 토템 폴을 적당히 구동시키도록 요구된 전압은 도 11에서 전술된 바와 같이 FET (SQ7 및 SQ8)를 제한하는 게이트 전압을 가산함으로써 감소될 수 있다.
부동 동기 정류기 게이트를 가진 본 자기 구동 동기 정류기 방식의 신규 회로 및 방법은 전력 변환기 또는 신호 변압기에 자기 구동 동기 정류를 효율적으로 제공하기 때문에 바람직한데, 여기서 동기 정류기는 변압기의 2차 권선에 걸친 전압이 거의 제로일 시에 계속 도통한다. 본 발명의 자기 구동 방식은 종래 기술의 동기 정류 회로에서 발견된 역회복 문제를 해결하는 것이다. 본 동기 자기 구동 방식의 부가적인 잇점으로서, 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)에 대한 구동 회로 역할을 하는 부가적인 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 SQ1 및 SQ2의 게이트 구동 신호에 대한 능동 댐퍼(damper)로 작용하며, 반도체 디바이스의 출력 캐패시턴스 및 표유 인덕턴스의 상호 작용으로 인해 2차 변압기 권선에서 보통 발생하는 기생 발진에서 버퍼를 제공한다. 이는 보통 종래 기술에서는 요구되는 부가적인 버퍼 부품의 필요성을 제거한다. 다양한 회로 토폴로지로 작업하는 본 발명의 가변성을 설명한 수개의 실시예가 기술되었다. 본 발명은 어느 형의 변환기 토폴로지에 쉽게 적응될 수 있다.
본 발명은 또한 동기 정류기(SQ1 및 SQ2)의 전압 응력을 비소산 방식으로 제한하고, 회로 설계에서의 소산 스너버의 필요성을 제거하는 수단을 제공한다. 본 발명은 또한 정지성(quiet) 전자기 간섭(EMI) 회로를 제공한다. 하드-스위치된 반-브리지(HB), 전-브리지(FB), 푸시-풀 토폴로지 및, 다른 비-"D, 1-d" 형의 토폴로지, 예컨대, 수동 리세트를 가진 클램프 순방향부와 같은 토폴로지로 어떤 종래 기술에서는 요구되는 부가적인 구동 회로의 필요성을 제거한다.
다른 잇점으로서, SQ1 및 SQ2를 구동시키는데 요구된 캐패시터(Cc1 및 Cc2) 및 다이오드(D3 및 D4)로 부동 공급 전압을 발생시킴으로써, 다이오드(D3) 및 캐패시터(Cc1)는 동기 정류기(SQ1)에 걸친 전압을 클램프하고, 다이오드(D4) 및 캐패시터(Cc2)는 동기 정류기(SQ2)에 걸친 전압을 클램프한다.
본 발명이 도시한 실시예를 참조로 기술되었지만, 이런 기술은 제한하는 의미로 의도되지 않는다. 설명한 실시예 뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예를 결합한 다양한 수정이 상기 기술을 참조로 본 기술 분야의 숙련자에게는 가능하다. 본 발명은 DC-DC 전력 변환기로 사용하기 위해 기술되었지만, 예컨대 AC-AC와 같은 다른 형의 전력 변환기에 따른 기술적인 잇점을 유도한다.
동기 정류기(SQ1 및 SQ2), 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6) 및 전압 구동기(SQ7 및 SQ8)는 MOSFET로 도시되었지만, 다른 형의 FET 또는 스위칭 디바이스가 본 발명에서 이용하기에 적당한 것으로 이해된다. 또한, 게이트-구동 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 변압기(49,70)의 2차 권선의 출력 단자에 접속되는 것으로 도시된다. 그러나, 스위치(SQ3, SQ4, SQ5 및 SQ6)는 구동 전압을 스케일(scale)하기 위해 변압기 권선의 어느 장소로부터 탭될 수 있다. 예컨대, 매우 작은 전압 응용을 위해, 구동 신호를 부스트하도록 2차 변압기 권선을 확장할 필요가 있다. 더욱이, 이런 개념은 공진형 변환기 뿐만 아니라 전류 더블 정류 회로로 쉽게 확장될 수 있다. 그래서, 첨부한 청구 범위는 어느 수정 또는 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.
Claims (30)
1차 권선 및 2차 권선을 갖는데, 상기 2차 권선은 제 1 단자 및 제 2 단자를 가진 제 1 변압기,
상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 결합되고, 접지에 대해 부동인 제어 단자를 가진 제 1 동기 정류기,
상기 제 1 동기 정류기의 부동 제어 단자에 결합되어, 상기 제 1 동기 정류기를 제어하는 제 1 구동 회로 및,
상기 제 1 구동 회로에 결합된 제 1 제어 신호를 구비하는데, 상기 제 1 제어 신호는 상기 제 1 변압기에 걸친 역전압 극성의 함수로서 상기 제 1 구동 회로를 제어하는, 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 제어 신호는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터 발생되고, 상기 회로는,
상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고, 접지에 대해 부동인 제어 단자를 가진 제 2 동기 정류기,
상기 제 2 동기 정류기의 부동 제어 단자에 결합되어, 상기 제 2 동기 정류기를 제어하는 제 2 구동 회로 및,
상기 제 2 구동 회로에 결합된 제 2 제어 신호를 더 포함하는데, 상기 제 2제어 신호는 상기 제 1 변압기에 걸친 역전압 극성의 함수로서 상기 제 2 구동 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 구동 회로는 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 포함하고, 상기 제 2 구동 회로는 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 및 3 스위치는 N-형 MOSFET를 포함하고, 상기 제 2 및 4 스위치는 P-형 MOSFET를 포함하며, 상기 제 1 및 2 스위치는 토템 폴 배치로 접속되고, 상기 제 3 및 4 스위치는 토템 폴 배치로 접속되며, 상기 제 1 및 2 동기 정류기는 MOSFET를 포함하고, 상기 제 1 및 2 동기 정류기의 상기 제어 단자는 게이트인 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1, 2, 3 및 4 스위치는 게이트를 가지고, 상기 제 1 및 2 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 접속되며, 상기 제 3 및 4 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 및 2 스위치에 걸쳐 결합되고, 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속된 제 1 캐패시터,
상기 제 1 캐패시터와 상기 제 1 동기 정류기 사이에 결합된 제 1 다이오드,
상기 제 3 및 4 스위치에 걸쳐 결합되고, 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 접속된 제 2 캐패시터 및,
상기 제 2 캐패시터와 상기 제 2 동기 정류기 사이에 결합된 제 2 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 6 항에 있어서,
출력 전압 단자 및 복귀 전압 단자,
상기 제 1 동기 정류기와 상기 출력 전압 단자 사이에 결합된 제 1 인덕터, 및,
상기 출력 전압 단자와 상기 복귀 전압 단자 사이에서 병렬로 결합된 제 3 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 인덕터와 상기 제 2 동기 정류기 사이에서 직렬로 결합된 제 2 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 인덕터와 상기 출력 전압 단자 사이에서 직렬로 결합된 제 3 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 변압기의 2차 권선은 중심탭 및, 상기 중심탭에 접속된 복귀 출력 전압 단자를 더 포함하고, 상기 제 1, 2, 3 및 4 스위치는 게이트를 가지고, 상기 제 1 및 2 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 접속되며, 상기 제 3 및 4 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 변압기의 2차 권선은 중심탭 및, 상기 중심탭에 접속된 복귀 출력 전압 단자를 더 포함하고, 상기 제 1, 2, 3 및 4 스위치는 게이트를 가지고, 상기 제 1 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되며, 상기 제 3 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되고, 상기 제 2 및 4 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 인덕터의 상기 제1 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 변압기의 2차 권선은 중심탭을 더 포함하고, 상기 회로는,
상기 제 1 변압기의 2차 권선의 상기 중심탭에 결합된 제 1 인덕터,
상기 제 1 및 2 다이오드에 결합된 출력 전압 단자 및,
상기 출력 전압 단자 및 상기 제 1 인덕터와 병렬로 결합된 제 3 캐패시터를 더 포함하는데, 상기 제 1 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고, 상기 제 3 스위치의 상기 게이트는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자에 접속되며, 상기 제 2 및 4 스위치의 상기 게이트는 상기 출력 전압 단자에 결합되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 5 항에 있어서,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 캐패시터로서, 상기 제 1 캐패시터의 제 1 단부는 상기 제 1 스위치에 결합되고, 상기 제 1 캐패시터의 제 2 단부는 상기 제 2 스위치에 결합되는 제 1 캐패시터,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 다이오드로서, 상기 제 1 다이오드의 제 1 단부는 상기 제 1 및 2 스위치의 상기 게이트에 결합되고, 상기 제 1 다이오드의 제 2 단부는 상기 제 2 스위치에 결합되는 제 1 다이오드,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 캐패시터로서, 상기 제 2 캐패시터의 제 1 단부는 상기 제 3 스위치에 결합되고, 상기 제 2 캐패시터의 제 2 단부는 상기 제 4 스위치에 결합되는 제 2 캐패시터 및,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 다이오드로서, 상기 제 2 다이오드의 제 1 단부는 상기 제 3 및 4 스위치의 상기 게이트에 결합되고, 상기 제 2 다이오드의 제 2 단부는 상기 제 4 스위치에 결합되는 제 2 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 3 항에 있어서,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 캐패시터로서, 상기 제 1 캐패시터의 제 1 단부는 상기 제 1 스위치에 결합되는 제 1 캐패시터,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 다이오드로서, 상기 제 1 다이오드의 제 1 단부는 상기 제 1 캐패시터의 제 2 단부에 결합되는 제 1 다이오드,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 캐패시터로서, 상기 제 2 캐패시터의 제 1 단부는 상기 제 3 스위치에 결합되는 제 2 캐패시터,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 다이오드로서, 상기 제 2 다이오드의 제 1 단부는 상기 제 2 캐패시터의 제 2 단부에 결합되는 제 2 다이오드,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 전류 제한 저항기로서, 상기 제 1 전류 제한 저항기의 제 1 단부는 상기 제 1 캐패시터의 제 2 단부 및 상기 제 1 다이오드의 제 1 단부에 결합되고, 상기 제 1 전류 제한 저항기의 제 2 단부는 상기 제 2스위치에 결합되는 제 1 전류 제한 저항기,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 2 전류 제한 저항기로서, 상기 제 2 전류 제한 저항기의 제 1 단부는 상기 제 1 다이오드의 제 2 단부에 결합되고, 상기 제 2 전류 제한 저항기의 제 2 단부는 상기 제 1 동기 정류기에 결합되는 제 2 전류 제한 저항기,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 3 전류 제한 저항기로서, 상기 제 3 전류 제한 저항기의 제 1 단부는 상기 제 2 캐패시터의 제 2 단부 및 상기 제 2 다이오드의 제 1 단부에 결합되고, 상기 제 3 전류 제한 저항기의 제 2 단부는 상기 제 4 스위치에 결합되는 제 3 전류 제한 저항기 및,
제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 4 전류 제한 저항기로서, 상기 제 4 전류 제한 저항기의 제 1 단부는 상기 제 2 다이오드의 제 2 단부에 결합되고, 상기 제 4 전류 제한 저항기의 제 2 단부는 상기 제 2 동기 정류기에 결합되는 제 4 전류 제한 저항기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 동기 정류기와 상기 제 1 전류 제한 저항기 사이에서 직렬로 결합된 게이트를 가진 제 1 전압 제한기로서, 상기 제 1 전압 제한기의 상기 게이트는 전압원에 결합되는 제 1 전압 제한기 및,
상기 제 2 동기 정류기와 상기 제 3 전류 제한 저항기 사이에서 직렬로 결합된 게이트를 가진 제 2 전압 제한기로서, 상기 제 2 전압 제한기의 상기 게이트는 상기 전압원에 결합되는 제 2 전압 제한기를 더 포함하는데, 상기 제 1 및 2 전압 제한기는 게이트 전압을 제한하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 및 2 전압 제한기는 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자와 상기 제 1 동기 정류기 사이에서 직렬로 결합된 제 2 인덕터 및,
상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자와 상기 제 2 동기 정류기 사이에서 직렬로 결합된 제 3 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 17 항에 있어서,
상기 제 2 및 3 인덕터는 포화 인덕터인 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 1 항에 있어서,
1차 권선 및 2차 권선을 가진 제 2 변압기로서, 상기 2차 권선은 제 1 단자, 제 2 단자 및 중심탭을 가지며, 상기 제 1 제어 신호는 상기 제 2 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터의 신호를 포함하는 제 2 변압기,
상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자에 결합되고, 접지에 대해 부동인 제어 단자를 가진 제 2 동기 정류기,
상기 제 2 동기 정류기의 제어 단자에 결합되어, 상기 제 2 동기 정류기를 제어하는 제 2 구동 회로 및,
상기 제 2 구동 회로에 결합된 제 2 제어 신호를 구비하는데, 상기 제 2 제어 신호는 상기 제 2 변압기에 걸친 역전압 극성의 함수로서 상기 제 2 구동 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
제 19 항에 있어서,
상기 제 2 변압기는 신호 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기용 자기 구동 동기 정류 회로.
1차 권선 및 2차 권선을 갖는데, 상기 2차 권선은 제 1 및 2 단자를 가진 제 1 변압기를 구비한 자기 구동 동기 정류기를 이용하여 전력 변환기로부터 가변 전압을 정류시키는 방법으로서,
상기 제 1 변압기의 상기 1차 권선에 가변 신호를 제공하고,
제 1 동기 정류기는 상기 제 1 변압기의 2차 권선을 통해 전류를 도통시키고, 접지에 대해 부동인 제어 단자를 가지며,
제 1 구동 회로는 상기 제 1 동기 정류기를 제어하고,
제 1 제어 신호는 제 1 변압기에 걸친 역전압 극성의 함수로서 상기 제 1 구동 회로를 제어하며,
제 2 동기 정류기는 상기 제 1 변압기의 2차 권선을 통해 전류를 도통시키고, 접지에 대해 부동인 제어 단자를 가지며,
제 2 구동 회로는 상기 제 2 동기 정류기를 제어하고,
제 2 제어 신호는 상기 제 1 변압기에 걸친 역전압 극성의 함수로서 상기 제 2 구동 회로를 제어하는 단계를 포함하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 제 1 제어 신호는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터의 신호인 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 제 2 제어 신호는 상기 제 1 변압기의 2차 권선의 제 1 단자로부터의 신호인 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 및 2 동기 정류기는 게이트를 가진 MOSFET를 포함하고, 상기 제 1 동기 정류기의 상기 게이트는 상기 제 1 구동 회로에 의해 제어되며, 상기 제 2 동기 정류기의 상기 게이트는 상기 제 2 구동 회로에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 및 2 구동 회로는 2개의 스위치를 포함하는데, 상기 스위치 중의 하나는 N-형이고, 상기 스위치 중의 다른 것은 P-형인 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 및 2 구동 회로는 부동 공급 전압을 통해 접지에 대해 부동이고, 상기 부동 공급 전압은 캐패시터 및 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 20 항에 있어서,
제 1 전압 제한기는 상기 제 1 동기 정류기를 제어하는 단계 및,
제 2 전압 제한기는 상기 제 2 동기 정류기를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 20 항에 있어서,
제 1 인덕터로 멀티-펄싱을 제어하는 단계 및,
제 2 인덕터로 멀티-펄싱을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 20 항에 있어서,
하나 이상의 제 1 전류 제한 저항기를 가진 제 1 구동 회로의 전류를 제한하는 단계 및,
하나 이상의 제 2 전류 제한 저항기를 가진 제 2 구동 회로의 전류를 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 동기 정류 회로는 1차 권선 및 2차 권선을 가진 제 2 변압기를 더 포함하고, 상기 2차 권선은 제 1 단자, 제 2 단자 및 중심탭을 가지며, 상기 제 1 제어 신호는 상기 제 2 변압기의 2차 권선의 제 2 단자로부터의 신호인 것을 특징으로 하는 전력 변환기로부터의 가변 전압 정류 방법.
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