KR20020045443A - 역률 보상 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로에 관한 것으로 특히, 입력전압의 검출시 입력교류전원에 포함되어 있는 노이즈나 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 고주파 간섭에 의해 맥류성분의 왜곡(distortion) 현상을 방지하기 위한 역률 보상 회로에 관한 것으로, 그 구성은 입력되는 교류전원을 전파 정류하는 브리지 다이오드로 이루어진 정류부와, 상기 정류부를 통해 정류되어진 교류전원을 평활하는 평활부와, 입력되는 제어신호에 의해 온/오프 동작하며 온동작시 에너지를 인덕터에 저장시키고 오프동작시 후단이 구비되어 있는 DC-DC 컨버터측으로 전달하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 출력전압에 의해 충전되며 이를 통해 상기 DC-DC 컨버터측으로 전달되는 전압을 평활하는 콘덴서와, 상기 정류부에 인가되는 교류전원을 반파 정류하는 반파 정류부, 및 상기 반파 정류부에서 정류되어진 전압과 상기 콘덴서에 충전되는 전압을 입력받아 비교하여 상기 스위칭부의 온/오프 동작을 제어하는 펄스폭 변조 신호 발생수단으로 이루어진다.

Description

역률 보상 회로 { Power factor compensation circuit }

본 발명은 부스트(Boost) 방식에 따른 스위칭 모드 전원 공급장치에서의 역률 보상회로에 관한 것으로 특히, 입력전압의 검출시 입력교류전원에 포함되어 있는 노이즈나 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 고주파 간섭에 의해 맥류성분의 왜곡(distortion) 현상을 방지하기 위한 역률 보상 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 통신 기기 혹은 컴퓨터시스템 및 대용량 전자기기의 경우에는 사용교류전원을 입력받아 직류전원으로 변환한 후 이를 스위칭 수단을 사용하여 동일전력의 직류전원으로 재 변환하는 스위칭 모드 전원 공급장치가 만이 사용되고 있다.

이때, 스위칭 모드 전원 공급장치는 필연적으로 스위칭 노이즈가 발생되므로 근래 들어 주시되고 있는 전자파 환경 공해의 주범으로 인식되고 있지만, 저전력 소모형 전자기기에서는 발생되는 전자파 즉, 스위칭 노이즈가 큰 문제로 부각되지 않지만 고출력의 경우 전자파 환경 공해가 심각하다고 할 수 있다.

따라서, 근래 들어 유럽 및 일본 등지에서는 현재 전원 공급장치에서 발생되는 고조파 노이즈를 제거하기 위해서 IEC 1000-3-2 규격을 제정하여 의무적으로 입력소비전력 75와트(WATT) 이상 급의 스위칭 모드 전원 공급장치는 전력계수 집적 방식을 적용 받도록 하고 있다.

이와 같이 규제를 강화하는 이유는 근래 들어 주시되고 있는 전자파 환경 공해를 억제하여 자국민의 건강을 돌보기 위한 행정처분으로써 전자파 공해 관련 규제는 점차 확대되어질 전망이다.

그러나, 첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 PWM 부스트 업 IC를 사용하여 스위칭 모드 전원 공급장치를 전력계수 집적 방식으로 설계하는 경우가 대부분인데, 첨부한 도 1에 도시되어 있는 종래 기술에 의한 역률 보상 회로의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

참조번호 AC는 입력 교류전압을 나타내고, BD는 브리지 다이오드로 이루어지는 정류부를 나타내고, 참조부호 C1은 상기 정류부(BD)에서 출력되는 전압을 평활하기 위한 필름형 커패시터를 나타낸다.

또한, 참조부호 Q1은 NMOSFET를 사용하는 스위칭소자를 나타내고, 참조번호 10은 상기 NMOSFET(Q1)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭제어용 PWM IC를 나타낸다. 또한, 참조부호 C3은 상기 NMOSFET(Q1)의 스위칭 동작에 따라 충전되어 출력되는 전압을 평활하기 위한 커패시터이며, 출력되는 직류전압은 대략 380볼트(Voltage)정도가 된다.

또한, 참조번호 R2, R3 및 C2로 이루어진 회로는 상기 NMOSFET(Q1)의 게이트 단자의 안정화를 위한 회로이며 통상적인 구성을 갖는다.

상술한 도 1의 구성은 종래 기술의 동작을 설명하기 위한 대략적인 구성으로써, 그 세부적인 구성은 생략되었는데, 상기 PWM IC(10)는 정류부(BD)에서 정류되어 출력되는 전압을 참조번호 "A"로 표현되는 지점에서 도시하지 않은 전압검출회로를 통해 입력받게 된다.

따라서, 상기 PWM IC(10)는 참조번호 "A"로 표현되는 지점에 걸리는 전압을 입력받아 그 크기의 변동에 따라 상기 NMOSFET(Q1)의 게이트 단자에 걸어주는 펄스의 온/오프 주기를 변동시켜 출력전압의 크기를 유지시켜주는 기능을 수행하는 것이다.

물론, 상기 PWM IC(10)가 단순히 입력전압의 변동분에 대응하여 구동하는 것은 아니며, 상기 참조번호 C3으로 표현되어진 커패시터에 걸리는 전압을 입력받아 출력되는 전압을 상태를 판단하게 되는 데, 이는 종래 기술의 문제점을 설명하는데불필요한 부분이므로 도시하지 않았다.

첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 기술에서는 입력전압의 크기를 인식하기 위해 상기 정류부(BD)에서 정류되어 출력되는 전압을 참조번호 "A"로 표현되는 지점에서 직접적으로 검출하기 때문에 다음과 같은 문제점이 발생되어진다.

첫 번째로, 입력되는 교류전압(AC)에는 노이즈와 왜곡(distortion)에 따른 신호성분이 섞여있기 때문에 정류부(BD)를 통해 정류되어진다 하더라도, 정류되어진 입력전압에는 고주파 간섭에 의해 맥류성분에 노이즈와 왜곡(distortion)이 존재하게 된다.

따라서, 상기 PWM IC(10)가 입력전압의 변동을 검출하는데 있어 오동작할 수 있으며, 실제적으로 상기 PWM IC(10)에서 출력되는 PWM 신호의 온/오프 펄스폭의 주기에 따라 구동하는 상기 NMOSFET(Q1)의 온/오프 주기가 변동하면 출력전압의 크기가 유지되기 어렵게된다는 문제점이 발생되었다.

두 번째로, 종래 기술에서는 상기 입력전압의 검출을 위한 포인트(A)가 온/오프 동작하는 상기 NMOSFET(Q1)의 드레인 단자에 연결되어 있기 때문에 교류전압(AC)에 노이즈가 섞이지 않은 상태라 하더라도 상기 NMOSFET(Q1)의 온/오프에 따른 고주파 간섭에 의해 맥류성분에 노이즈와 왜곡(distortion)이 존재하게 됨에 따라 전술하였던 문제점을 내포하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 부스트(Boost) 방식에 따른 스위칭 모드 전원 공급장치에서의 역률 보상 회로에 관한 것으로 특히, 입력전압의 검출시 입력교류전원에 포함되어 있는 노이즈나 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 고주파 간섭에 의해 맥류성분의 왜곡(distortion) 현상을 방지하여 고역율 보상 회로를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 역률 보상 회로의 간략 구성 예시도

도 2는 본 발명에 따른 역률 보상 회로의 간략 구성 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

AC : 입력 교류전압 BD : 정류부

C1, C2, C3 : 커패시터 Q1 : NMOSFET

10 : PWM IC R1, R2, R3 : 저항

D1, D2 : 다이오드

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로에 있어서, 입력되는 교류전원을 전파 정류하는 브리지 다이오드로 이루어진 정류부와, 상기 정류부를 통해 정류되어진 교류전원을 평활하는 평활부와, 입력되는 제어신호에 의해 온/오프 동작하며 온동작시 에너지를 인덕터에 저장시키고 오프동작시 후단이 구비되어 있는 DC-DC 컨버터측으로 전달하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 출력전압에 의해 충전되며 이를 통해 상기 DC-DC 컨버터측으로 전달되는 전압을 평활하는 콘덴서와, 상기 정류부에 인가되는 교류전원을 반파 정류하는 반파 정류부, 및 상기 반파 정류부에서 정류되어진 전압과 상기 콘덴서에 충전되는 전압을 입력받아 비교하여 상기 스위칭부의 온/오프 동작을 제어하는 펄스폭 변조 신호 발생수단을 포함하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부가적인 특징은, 상기 반파 정류부는 상기 정류부를 구성하는 브리지 다이오드의 전압 입력단 중 일단에 애노드 단자가연결되어 있는 제 1다이오드와, 상기 브리지 다이오드의 전압 입력단 중 다른 일단에 애노드 단자가 연결되고 캐소드 단자가 상기 제 1다이오드의 캐소드 단자에 연결되는 제 2다이오드로 구성되는 데 있다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

우선, 본 발명에 적용된 기술적 사상을 간략히 살펴보기로 한다.

첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 종래의 역률 보상 회로에서 고 역률을 구현하지 못한 이유가 회로 상호간의 간섭과 발진에 의한 것이므로, 특히 입력전압의 센싱을 위한 검출포인트에 가장 많은 문제점이 도출되기 때문에 역률 보상을 위한 입력전압 검출 포인트와 관련된 회로를 변경하고 해당 포인트가 다른 주변의 회로들과 간섭과 발진하지 않도록 차폐회로를 부가하도록 한다면 전술하였던 종래 기술에서의 문제점을 해소 할 수 있다는 점에 착안한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 역률 보상 회로의 구성을 간략히 도시한 것으로, 참조번호 AC는 입력 교류전압을 나타내고, BD는 브리지 다이오드로 이루어지는 정류부를 나타내고, 참조부호 C1은 상기 정류부(2)에서 출력되는 전압을 평활하기 위한 필름형 커패시터를 나타낸다.

또한, 참조부호 Q1은 NMOSFET를 사용하는 스위칭소자를 나타내고, 참조번호10은 상기 NMOSFET(Q1)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭제어용 PWM IC를 나타낸다. 또한, 참조부호 C3은 상기 NMOSFET(Q1)의 스위칭 동작에 따라 충전되어 출력되는 전압을 평활하기 위한 커패시터이며, 출력되는 직류전압은 대략 380볼트(Voltage)정도가 된다.

또한, 참조번호 R2, R3 및 C2로 이루어진 회로는 상기 NMOSFET(Q1)의 게이트 단자의 안정화를 위한 회로이며 통상적인 구성을 갖는다.

상술한 도 2의 구성은 본 발명에 따른 기술의 동작을 설명하기 위한 대략적인 구성으로써, 그 세부적인 구성은 생략되었는데, 상기 PWM IC(10)는 입력되는 전압의 크기와 출력전압의 크기를 비교하여 그 크기의 변동분에 따라 상기 NMOSFET(Q1)의 게이트 단자에 걸어주는 펄스의 온/오프 주기를 변동시켜 출력전압의 크기를 유지시켜주는 기능을 수행하는 것이다.

이때, 상기 PWM IC(10)가 출력전압의 크기를 인식하기 위해 상기 참조번호 C3으로 표현되어진 커패시터에 걸리는 전압을 입력받기 위한 회로가 필수적이지만, 이는 본 발명의 요지를 설명하는데 불필요한 부분이므로 도시하지 않았다.

본 발명에 따른 펄스폭 변조 기능을 갖는 역률보상 회로의 구성은, 입력되는 교류전원(AC)을 전파 정류하는 브리지 다이오드로 이루어진 정류부(BD)와, 상기 정류부(BD)를 통해 정류되어진 교류전원을 평활하는 필름형 커패시터(C1)와, 입력되는 제어신호에 의해 온/오프 동작하며 온동작시 에너지를 인덕터(L1)에 저장시키고 상기 필름형 커패시터(C1)를 통해 출력되는 전압을 접지단으로 도통시키고 오프동작시 후단이 구비되어 있는 DC-DC 컨버터측으로 전달하는 NMOSFET(Q1)와, 상기NMOSFET(Q1)의 출력전압에 의해 충전되며 이를 통해 상기 DC-DC 컨버터측으로 전달되는 전압을 평활하는 커패시터(C3)와, 캐소드 단자가 공통 연결되어 병렬 연결되어진 두 개의 다이오드로 이루어져 상기 정류부(BD)에 인가되는 교류전원을 반파 정류하는 반파 정류부(D1, D2), 및 상기 반파 정류부(D1, D2)에서 정류되어진 전압과 상기 커패시터(C3)에 충전되는 전압을 입력받아 비교하여 상기 NMOSFET(Q1)의 온/오프 동작을 제어하는 PWM IC(10)으로 구성되는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 참조번호 "B"로 지칭되는 포인트에 걸리는 전압을 도시하지 않은 전압검출회로를 통해 검출하여 입력전압의 크기를 인식하게 되는 데, 상기 검출 포인트(B)는 상기 정류부(BD)를 구성하는 브리지 다이오드의 전압 입력단 중 일단에 애노드 단자가 연결되어 있는 제 1다이오드(D1)와, 상기 브리지 다이오드의 전압 입력단 중 다른 일단에 애노드 단자가 연결되어 있는 제 2다이오드(D2)의 공통 캐소드 단자를 사용한다.

따라서, 애노드 단자는 상기 정류부(BD)를 구성하는 브리지 다이오드의 전압 입력단에 연결되고 공통의 캐소드 단자를 갖는 제 1다이오드(D1)와 제 2다이오드(D2)에 의해 상기 정류부(BD)에 걸리는 입력 교류전원(AC)이 반파 정류되어진다.

이때, 상기 제 1다이오드(D1)와 제 2다이오드(D2)에 의해 반파 정류되어진 입력 교류전원은 도시하지 않은 검압 검출회로(통상 분압회로를 사용)를 통해 상기 PWM IC(10)의 입력전압 인식단자에 입력되어진다.

이러한 본 발명에 따른 역률 보상 회로에서는 상기 PWM IC(10)의 제어에 따라 온/오프 동작하는 상기 NMOSFET(Q1)의 드레인 단자 혹은 소오스 단자와 상기 정류부(BD)에 의해 차폐되어지기 때문에 상기 NMOSFET(Q1)의 온/오프에 따른 고주파 간섭에 의해 맥류성분에 노이즈와 왜곡(distortion)이 존재하는 것을 방지할 수 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 동작하는 본 발명에 따른 역률 보상 회로를 제공하면 입력전압의 검출시 입력교류전원에 포함되어 있는 노이즈나 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 고주파 간섭에 의해 맥류성분의 왜곡(distortion) 현상을 방지하여 고역율 보상을 창출하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 펄스폭변조 기능을 갖는 역률보상 회로에 있어서,

   입력되는 교류전원을 전파 정류하는 브리지 다이오드로 이루어진 정류부와;

   상기 정류부를 통해 정류되어진 교류전원을 평활하는 평활부와;

   입력되는 제어신호에 의해 온/오프 동작하며 온동작시 에너지를 인덕터에 저장시키고 오프동작시 후단이 구비되어 있는 DC-DC 컨버터측으로 전달하는 스위칭부와;

   상기 스위칭부의 출력전압에 의해 충전되며 이를 통해 상기 DC-DC 컨버터측으로 전달되는 전압을 평활하는 콘덴서와;

   상기 정류부에 인가되는 교류전원을 반파 정류하는 반파 정류부; 및

   상기 반파 정류부에서 정류되어진 전압과 상기 콘덴서에 충전되는 전압을 입력받아 비교하여 상기 스위칭부의 온/오프 동작을 제어하는 펄스폭 변조 신호 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 반파 정류부는 상기 정류부를 구성하는 브리지 다이오드의 전압 입력단 중 일단에 애노드 단자가 연결되어 있는 제 1다이오드와,

   상기 브리지 다이오드의 전압 입력단 중 다른 일단에 애노드 단자가 연결되고 캐소드 단자가 상기 제 1다이오드의 캐소드 단자에 연결되는 제 2다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 역률 보상 회로.