KR20020095008A - A voltage transformer with diode and condenser - Google Patents

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KR20020095008A
KR20020095008A KR1020010079934A KR20010079934A KR20020095008A KR 20020095008 A KR20020095008 A KR 20020095008A KR 1020010079934 A KR1020010079934 A KR 1020010079934A KR 20010079934 A KR20010079934 A KR 20010079934A KR 20020095008 A KR20020095008 A KR 20020095008A
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박찬홍
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Abstract

PURPOSE: A voltage transformer using a diode and a condenser is provided to boost or lower each voltage according to each circuit by using the condenser instead of a coil and determining output voltages by using a diode. CONSTITUTION: The charge current flows in an order of the first switch(S1), the first condenser(C1), the second diode(D2), the second condenser(C2), the fifth diode(D5), and the third condenser(C3) if the first switch(S1) is turned on. At this time, 1/3 of input voltage is charged into each condenser if the condensers have the same capacity without considering forward voltage. The positive charges of the first condenser(C1) are charged into the fourth condenser(C4) through the second switch(S2) and the negative charges of the first condenser(C1) are charged into the fourth condenser(C4) through first diode(D1) if the first switch(S1) is turned off and the second switch(S2) is turned on. The positive charges of the second condenser(C2) are charged into the fourth condenser(C4) through the third condenser(C3) and the second switch(S2) and the negative charges of the second condenser(C2) are charged into the fourth condenser(C4) through the fourth diode(D4). The positive charges of the third condenser(C3) are charged into the fourth condenser(C4) through sixth diode(D6) and the second condenser(C2) and the negative charges of the third condenser(C3) are charged into the fourth condenser(C).

Description

다이오드와 콘덴서를 이용한 전압변환장치{A voltage transformer with diode and condenser}Voltage converter with diode and condenser {A voltage transformer with diode and condenser}

본 발명은 전원 이나 회로 속의 전압을 사용기기나 회로에 맞게 낮추거나 높이는 기술에 관한 것이다. 현재 이러한 목적을 위하여 코일형 변압기나 스위칭전원전력기술이 널리 사용되고 있는데 코일형은 설계는 쉬우나 무게가 무겁고 스위칭형은 무게는 가벼우나 회로 설계와 제작이 비교적 쉽지 않은 단점이 있다. 또 콘덴서 직렬연결시의 분압특성을 이용하는 방법도 소개는 되고 있으나 이 경우 콘덴서의 용량이 정확히 같아야하고 경년변화도 동일해야 같은 전압이 되므로 조건 맞추기가 쉽지 않다.The present invention relates to a technique for lowering or raising the voltage in a power supply or a circuit to match a used device or a circuit. Currently, coil type transformer or switching power supply technology is widely used for this purpose. Coil type is easy to design but heavy, and switching type is light but circuit design and fabrication is relatively easy. In addition, a method of using the voltage dividing characteristic when the capacitors are connected in series has been introduced, but in this case, the capacity of the capacitors must be exactly the same and the secular variation must be the same so that the same voltage is not easy.

이러한 단점을 해소하기 위해 본 발명은 코일 대신 콘덴서를 이용하되 단순히 전하 축적용으로만 쓰고 출력전압은 다이오드회로에 의해 결정될 수 있게 하고 또 너무 많은 콘덴서나 다이오드가 소요되는 것을 막기 위하여 필요시 다단으로 하여 단간 곱셈구성을 하고자 한다. 이런 작업이 수행되자면 제어파형을 발생시킬 수 있는 별도의 제어회로가 부가되어야 하는 데 여기서는 단순히 전원파를 이용하거나 별도의 발진장치를 연결해 쓸 수 있게 하며 전류소요가 많은 경우는 그 발진 주파수를 높일 수 있게 조정가능용으로 하거나 전압비례발진기(VCO) 등으로 자동조정이 되게하고 스위칭 소자의 절연파괴에 대비 과전압 방지회로를 두고자 한다.In order to solve this disadvantage, the present invention uses a capacitor instead of a coil, but only for charge accumulation, and the output voltage can be determined by a diode circuit, and in order to prevent too many capacitors or diodes, We want to construct a multiplication system between stages. To do this, a separate control circuit that can generate a control waveform must be added. Here, it is possible to simply use a power wave or connect a separate oscillator, and increase the oscillation frequency in case of high current demand. It is possible to make it adjustable or to make automatic adjustment with a voltage proportional oscillator (VCO) and to provide an overvoltage protection circuit against the breakdown of the switching element.

도 1은 본 발명의 기본회로도로서 (가)는 강압장치, (나)는 승압장치1 is a basic circuit diagram of the present invention (a) step-down device, (b) step-up device

도 2a는 용량에 관계없이 등분압되는 기능 설명을 위한 회로도2A is a circuit diagram for explaining a function of dividing equally regardless of capacity

도 2b는 위 기능 설명을 위한 콘덴서 전압 변화도2b is a capacitor voltage change diagram for explaining the above function

도 3a는 VCO를 부가한 회로도3A is a circuit diagram with the addition of a VCO

도 3b는 반고정발진기, 과전압방지 및 선형정전압회로를 부가한 회로도3B is a circuit diagram of a semi-fixed oscillator, overvoltage protection, and a linear constant voltage circuit.

도 3c는 VCO와 2단 변압을 가한 회로도Figure 3c is a circuit diagram with a VCO and a two-stage transformation

도 4a는 상용전원을 구동원으로 활용한 강압회로도(1단구성)Figure 4a is a step-down circuit diagram using a commercial power source as a drive source (single configuration)

도 4b는 상용전원을 구동원으로 활용한 강압회로도(다단구성)Figure 4b is a step-down circuit diagram using a commercial power source as a drive source (multi-stage configuration)

도 4c는 상용전원을 구동원으로 활용한 강압회로도(양파출력)4C is a step-down circuit diagram using commercial power as a driving source (onion output)

도 5a는 상용전원을 구동원으로 활용한 강압회로(전력용FET사용,반파출력)Figure 5a is a step-down circuit using a commercial power source as a drive source (using a power FET, half-wave output)

도 5b는 상용전원을 구동원으로 활용한 강압회로(전력용FET사용,양파출력)5b is a step-down circuit using a commercial power source as a driving source (using a power FET, onion output)

도 5c는 상용전원을 구동원으로 활용한 강압회로(전력용FET사용,교류출력)Figure 5c is a step-down circuit using a commercial power source as a drive source (using a power FET, AC output)

도 6은 상용전원을 구동원으로 활용한 승압회로도6 is a boost circuit diagram using a commercial power source as a drive source

도 7a는 승ㆍ강압 겸용회로 모듈의 회로도7A is a circuit diagram of a boost / step-down circuit module.

도 7b는 교류전원을 쓰는 광스위칭 구동 회로도7B is an optical switching drive circuit diagram using an AC power source

도 7c는 자체발진기를 쓰는 광스위칭 구동 회로도7C is an optical switching drive circuit diagram using a self-oscillator

본 발명은 단순히 건전지나 충전된 콘덴서의 직렬 또는 병렬의 연결상태가 직렬->병렬로 바뀔 때 출력은 분압, 병렬->직렬로 바뀔 때 배압으로 되는 것을 활용한 것인으로서 도 1은 그러한 전환을 다이오드와 스위칭소자를 써서 자동으로 이루어 지게 꾸민 것이다. 도 1의 (가)는 강압기본회로, (나)는 승압기본회로 구성을 나타내었다.The present invention merely utilizes that the output is divided into partial pressure when the series or parallel connection state of the battery or charged capacitor is changed in series-> parallel and back-pressure when it is changed in parallel-> serial. It is designed to be done automatically using diodes and switching elements. 1 (a) shows the step-down base circuit, (b) shows the configuration of the step-up base circuit.

도 1 (가)에서 S1이 온(ON)이 되면 충전전류가 S1->C1->D2->C2->D5->C3로 흐르며 이 때 각각의 콘덴서에는 용량이 같고 다이오드의 순방향전압을 무시할 경우 각각 입력전압의 1/3이 충전된다. 이어 S1이 오프(OFF)가 되고 S2가 온이 되면 C1의 +전하는 S2를 거쳐 C4로, -전하는 D1을 거쳐 C4로 충전된다. C2의 +전하는 D3->S2->C4, -전하는 D4->C4, C3의 +전하는 D6->S2->C4, -전하는 곧바로 C4로 충전되는데 이 때 C4에는 C1,C2,C3의 전압이 개별적 즉 병렬로 걸리므로 전원전압의 약1/3이 충전되고 위 스위칭을 반복하면 완전한 1/3이 되어 강압기능을 달성하게 된다.In FIG. 1A, when S1 is turned ON, the charging current flows from S1-> C1-> D2-> C2-> D5-> C3. At this time, each capacitor has the same capacity and ignores the forward voltage of the diode. In each case, 1/3 of the input voltage is charged. Then, when S1 turns off and S2 turns on, the positive charge of C1 is charged to C4 via S2, and the negative charge is charged to C4 via D1. The positive charge of C2 is D3-> S2-> C4, the negative charge is D4-> C4, and the positive charge of C3 is charged D6-> S2-> C4, the negative charge is immediately charged to C4, where C4 is the voltage of C1, C2, C3 Separately or in parallel, approximately one third of the supply voltage is charged, and the above switching is repeated to achieve a complete third to achieve the step-down function.

도 1 (나)에서는 S1이 온되면 입력전류는 D1->C1->D2, D3->C2->D4, D5->C3->D6로 병렬충전되어 C1,C2,C3 각각의 전압이 전원 전압과 같게 된다. 이후 S1이 오프되고 S21,S22가 온되면 C3->S22->C2->S21->C1으로 직렬연결이 되어 전원전압의 약 3배전압이 C4에 충전되고 이것이 반복되면 완전한 3배전압이 되어 승압기능을 이루게 된다.In FIG. 1 (b), when S1 is turned on, the input current is charged in parallel to D1-> C1-> D2, D3-> C2-> D4, D5-> C3-> D6, and the voltage of each of C1, C2, and C3 is powered. Equal to voltage. After S1 is off and S21 and S22 are on, C3-> S22-> C2-> S21-> C1 is connected in series, and about 3 times of the power voltage is charged to C4, and when it is repeated, it is completely 3 times Boosting function is achieved.

그런데 콘덴서는 같은 것을 사용한다 해도 용량이 불균일 할 수 있고 또 열화될 수도 있다. 이 경우 승압회로는 별 문제 없으나 강압회로에서는 개별콘덴서에 등분압에서 벗어난 전압이 충전되고 방전되므로 상당한 문제가 된다. 도 2a, 도 2b는 본 발명에 의한 회로가 이런 문제도 해결해 줄 수 있음을 보여주기 위한 것으로 고의로 C1=10uF, C2=90uF을 설정하였다. 도 2a에서 S1을 닫아 충전하면 C1에는 90V, C2에는 10V가 형성된다. S1을 열고 S2를 닫으면 C3에는 10V보다 낮은 전압이 충전될 것이다. 여기까지는 일반적인 경우와 같으나 S1, S2를 교대로 온, 오프하기를 여러 번 반복하면 상황이 달라진다. C3가 충분히 크면 이럴 때 Vout 전압은 정확히 입력의 1/2인 50V에서 일정하게 된다. 도 2b는 이것의 진행 과정을 설명한 것으로 먼저 C1에 충전된 90V가 S1이 오프된 순간부터는 상대적으로 최고전압이 되므로 C2가 D4를 거쳐 방전하려는 것을 막는다. 그래서 S2가 도통되어도 C2의 전하는 거의 보존되고 C1만 주로 방전을 하게 되며 C3의 용량이 커 C2의 전압보다 낮아지려 할 때 비로소 C2도 조금 방전을 하게 된다. 이후 S2가 오프, S1이 온되어 새로이 충전이 될 때 방전이 많이 된 C1덕분에 C2도 새로이 충전되므로 C2양단의 전압은 높아진다. 그런데 이 때 C2에 충전되는 전압은 이전의 C2에 충전되었던 전압 10V보다 높아지나 C1에는 그전 전압 90V보다 낮은 전압이 충전된다. 이것의 증명은 다음과 같다.However, even if the same capacitor is used, the capacity may be uneven or deteriorated. In this case, the step-up circuit is not a problem, but in the step-down circuit is a considerable problem, because the voltage outside the equal voltage is charged and discharged to the individual capacitor. 2A and 2B are intended to show that the circuit according to the present invention can solve this problem, and deliberately set C1 = 10uF and C2 = 90uF. In FIG. 2A, when S1 is closed and charged, 90 V is formed at C1 and 10 V is formed at C2. Opening S1 and closing S2 will charge C3 with a voltage lower than 10V. This is the same as usual, but the situation is different if you repeatedly turn on and off S1 and S2 alternately. If C3 is large enough, then the Vout voltage will be constant at 50V, exactly 1/2 of the input. FIG. 2B illustrates the progress of this process. First, since 90V charged in C1 becomes a relatively high voltage from the moment S1 is turned off, C2 prevents C2 from discharging through D4. Therefore, even when S2 is conducted, the charge of C2 is almost preserved and only C1 is discharged, and when C3 is larger and lowers than the voltage of C2, C2 also discharges slightly. After that, when S2 turns off and S1 turns on and is newly charged, C2 is also newly charged due to the high discharge of C1, so the voltage across C2 is increased. At this time, the voltage charged to C2 is higher than the voltage 10V previously charged to C2, but C1 is charged to a voltage lower than the previous voltage of 90V. The proof of this is as follows.

도 2a에서 출력평활 콘덴서 C3가 충분히 크면 입력전압 Vi에 의해 충전된 C1,C2가 S2에 의한 방전 후 C1,C2,C3 각각의 전압 V1,V2,V3 모두 같은 전압 Va가 된다. 이후 새 충전이 되었을 때 V1과 V2에 충전되는 전압의 증감 부호를 계산해보면In FIG. 2A, when the output smoothing capacitor C3 is sufficiently large, C1, C2 charged by the input voltage Vi becomes the same voltage Va for each of the voltages V1, V2, V3 of C1, C2, C3 after discharge by S2. After that, when the new charge is calculated, the increase and decrease sign of the voltage charged to V1 and V2

이므로 Because of

따라서 작은 용량의 콘덴서 C1의 전압 V1은 점점 감소하고 큰용량의 전압 V2는 점점증가하여 도 2b처럼 나중에는 둘다 1/2Vi로 된다. 이 때 사용되는 출력평활콘덴서 C3의 용량은 평활된 전압V3가 V2보다 작아야 V2나 V3가 높은상태에서 멈춰버리는 현상을 막을 수 있으므로 이러한 조건에 의해 C3의 용량을 결정하는 유도과정을 보면(입력전압:Vi, Cn양단전압:Vn, 출력전압:Vo)Therefore, the voltage V1 of the small capacitor C1 gradually decreases, and the voltage V2 of the large capacitor gradually increases, so that both later become 1/2 Vi as shown in FIG. 2B. The capacity of the output smoothing capacitor C3 used at this time can be prevented from stopping when V2 or V3 is high when the smoothed voltage V3 is less than V2. : Vi, Cn voltage between both ends: Vn, output voltage: Vo)

V2 > V3이어야 하므로 Should be V2> V3

∴ C3 > C2-C1 ∴ C3> C2-C1

즉 C3는 C1과 C2의 용량차 이상이면 충족되며 C1=C2이거나 적당한 부하저항이 항상 걸려 있는 경우라면 없어도 되나 평활을 위해서라도 있는 것이 바람직하다. 만약 2직렬이 아닌 3직렬이면 어떻게 될 것인가를 두고 2직렬 경우처럼 콘덴서 용량을 일부러 틀리게 설정한 후 반복 충방전시 낮은 쪽 전압이 높아져 1/3으로 될 수 있나를 다음에서 조사해 본다.That is, C3 is satisfied if it is equal to or larger than the capacitance difference between C1 and C2, and C1 = C2 or if a proper load resistance is always applied, but it is preferable to be smooth. If the capacitor capacity is set incorrectly as in the case of 2 series, what happens if it is 3 series instead of 2 series, then investigate whether the lower voltage increases to 1/3 when repeated charging and discharging.

C1,C2,C3가 도 1처럼 구성되고 그 용량이 C1<C2<C3이고 출력평활 콘덴서 C4가 충분히 크면 S2에 의한 방전후 C1,C2,C3,C4의 전압은 모두 같은 전압 Va로 된다. 이후 새 충전이 되었을 때 V1과 V3에 충전되는 전압의 증감 부호를 계산해 보면If C1, C2, C3 is configured as shown in Fig. 1, and its capacity is C1 <C2 <C3 and the output smoothing capacitor C4 is sufficiently large, the voltages of C1, C2, C3, C4 after discharge by S2 are all the same voltage Va. After that, when the new charge is calculated, the increase and decrease sign of the voltage charged to V1 and V3 is calculated.

,이므로 , Because of

즉 용량이 작아 높은 전압을 가진 V1은 점점 감소하고 용량이 커서 낮은 전압이 된 V3는 점점 높아져 입력전압의 1/3이 되어갈 것이다. 또 이렇게 되기위해 필요한 출력평활콘덴서 C4의 최소용량은 다음과 같이 구해진다That is, the smaller the capacity, the higher voltage V1 will gradually decrease, and the larger the capacity, the lower voltage, V3, will gradually increase to one third of the input voltage. In addition, the minimum capacity of the output smoothing capacitor C4 required to achieve this is obtained as follows.

, ,

V3 > V4이어야 하므로Should be V3> V4

∴ C4 > C3-C14 C4> C3-C1

따라서 출력평활콘덴서 C4의 용량은 직렬에 참가한 콘덴서용량의 최대치-최소치 이상이면 가능함을 알 수 있고 이것은 2직렬 때와 같아 4직렬, 5직렬 때도 같으리라 유추할 수 있다.Therefore, it can be seen that the capacity of the output smoothing capacitor C4 is equal to or greater than the maximum-minimum value of the capacitors participating in the series. It can be inferred that this is the same as in the case of 4 series and 5 series.

도 3a는 도1의 변환기본회로를 종래의 스위칭전원회로(SMPS)에 적용해 본 것으로 편의상 강압회로만 표시하였지만 승압회로도 VCO의 OUT단자에 S1을 -OUT단자에 S21,S22를 연결하면된다. 도 3a회로는 출력전압을 VCO가 감지하여 전압이 낮을 때는 펄스출력주파수를 증가시키고 낮을 때는 반대로 하여 스위칭 소자를 통해 충방전 횟수를 조정하는 것을 통해 정전압을 구현하는 방식이다. 종래 스위칭전원에서는 듀티비나 주파수가 높아지면 전압이 계속 높아지나 본 발명에 의한 장치는 콘덴서의 분압 또는 배압 특성을 이용하므로 주파수 아무리 높아져도 전원전압과의 강압비 또는 승압비에 의한 전압이상으로는 절대로 높아지지 않는다는 특징을 가진다. 따라서 스위칭 소자가 허용하는 한 무조건 고주파 충방전을 하여도 무방하므로 제어가 매우 용이하다. 그래서 도 3b에서는 VCO가 아닌 고정형태의 펄스발진기를 채택하고 사용초기에 소요전류량을 파악하여 반고정저항으로 사용주파수를 미리 결정하는 방식을 그려보았다. 만약을 대비하여 과전압 방지회로(ZD1,Q5)와 선형정전압회로(ZD2,Q6)도 부가하였다.FIG. 3A illustrates the converter main circuit of FIG. 1 applied to a conventional switching power supply circuit (SMPS). For the sake of convenience, only the step-down circuit is shown. However, the boost circuit may be connected to S1 at the OUT terminal of the VCO and S21 and S22 at the -OUT terminal. In the circuit of FIG. 3A, the output voltage is sensed by the VCO to increase the pulse output frequency when the voltage is low and vice versa to adjust the number of charge / discharge cycles through the switching element. In the conventional switching power supply, the voltage continues to increase as the duty ratio or frequency increases, but the device according to the present invention utilizes the voltage divider or the back pressure characteristic of the capacitor, so that no matter how high the frequency, the voltage is higher than the voltage due to the step-down ratio or the boost ratio. It is characterized by not being high. Therefore, as long as the switching element allows, high frequency charging and discharging can be performed unconditionally, so control is very easy. Therefore, in FIG. 3b, a method of adopting a fixed pulse oscillator other than VCO and grasping the required current amount at the beginning of use is used to determine the use frequency with a semi-fixed resistor. In addition, overvoltage protection circuits ZD1 and Q5 and linear constant voltage circuits ZD2 and Q6 were added.

본 발명에 의한 장치의 단점은 변환비가 높아질 경우 사용될 콘덴서의 수도 같이 증가하는 것인데 이러한 문제해결을 위해서 도 3c에서는 다단구성을 취해 보았다. 그림에서는 편의상 수를 줄여 1/2*1/3=1/6에 불과하지만 만약 1단이 3배, 2단이 4배, 3단이 5배면 콘덴서 3+4+5=12개로 3*4*5=60배의 배율을 얻게 될 것이다.The disadvantage of the apparatus according to the present invention is that the number of capacitors to be used increases when the conversion ratio is high. In order to solve this problem, a multistage configuration is taken in FIG. In the figure, for convenience, the number is reduced to 1/2 * 1/3 = 1/6, but if the first stage is 3 times, the second stage is 4 times, and the third stage is 5 times, the condenser 3 + 4 + 5 = 12 is 3 * 4 * 5 = 60 times magnification.

도 4a부터는 이러한 승강압회로 스위칭 소자의 구동원으로 상용교류전원자체를 활용한 회로예를 나타내고자 하는데 먼저 도 4a를 설명하면 다이오드D1,D5를 통해 인가된 교류전원이 +반파인 때 D1->C1->D3->C2->D5를 통해 충전이 일어나며 직렬 콘덴서 C1,C2가 같은 용량이면 각각에 입력전압 최고치의 1/2 전압이 충전된다. 이 때 Q1,Q2의 에미터 베이스간에는 역바이어스가 걸리므로 전원의 고압성분은 통과되지 못해 안전하다. 이어 -반파가 되면 D1,D3,D5는 차단상태가 되고 Q1,Q2에는 그 -반파에 의해 순방향 바이어스가 걸리므로 C1에 충전되었던 전하는 C1->Q1->C3->Q2->D2->C1, C2에 충전되었던 전하는 C2->D4->Q1->C3->Q2->C2 의 경로로 각각 방전된다. 이 때는 전원전압이 D1,D5에 의해 차단된 상태이므로 당연히 콘덴서의 전압만 검출된다. 교류파의 주기가 여러 번 반복되면 출력평활 콘덴서의 전압은 입력 최고치의 1/2배로 나타날 것이다. 스위칭소자가 두 개나 쓰인 것은 입ㆍ출력간의 절연을 위한 것이다. 도 4b는 이 기본회로를 다단 연결한 것으로 1/3 * 1/3 = 1/9배로 출력될 수 있는 회로를 구성하였으며 충방전을 교대로 하기 위해 R3,R4는 반대로 연결하였다. 도 4c는 이러한 전원강압회로에서 양파정류회로처럼 +반파와 -반파 모두에서 출력전압을 얻게 하여 전압의 리플을 크게 줄인 것이고 입력과 출력간의 절연이 중요시 되지 않는 경우를 적용 (-)출력선에만 스위칭 트랜지스터(Q1,Q2)를 사용하였다. 여기서 R3은 Q1,또는 Q2의 바이어스전류 통로가 되며 C9,C10,C11은 속응성 콘덴서이다.4A illustrates a circuit example using a commercial AC power source as a driving source of the step-up / down circuit switching element. Referring to FIG. 4A, when the AC power applied through the diodes D1 and D5 is + half-wave, D1-> C1. Charging occurs through D3-> C2-> D5. If the series capacitors C1 and C2 have the same capacity, they are charged at half the maximum input voltage. At this time, the reverse bias is applied between the emitter bases of Q1 and Q2. Then, when the half-wave becomes D1, D3, D5 is blocked and Q1, Q2 is forward-biased by the half-wave, so the charge charged in C1 is C1-> Q1-> C3-> Q2-> D2-> C1 The charges charged at C2 are discharged in the paths C2-> D4-> Q1-> C3-> Q2-> C2. At this time, since the power supply voltage is cut off by D1 and D5, naturally only the capacitor voltage is detected. If the cycle of the alternating wave is repeated several times, the voltage of the output smoothing capacitor will appear half the input maximum. Two switching elements are used for isolation between input and output. Figure 4b is a multi-stage connection of this basic circuit constituted a circuit that can be output 1/3 / 1/3 = 1/9 times, and R3, R4 are connected in reverse to alternate charge and discharge. 4c shows a case where the output voltage is obtained in both the + half wave and the-half wave like the onion rectification circuit in the power step-down circuit, and the voltage ripple is greatly reduced, and the insulation between the input and the output is not important. Transistors Q1 and Q2 were used. R3 is a bias current path of Q1 or Q2, and C9, C10 and C11 are fast response capacitors.

도 5a는 역시 상용전원을 구동용으로 쓰고 있지만 출력 스위칭소자로 전력용 FET(POWER MOSFET)를 사용하는 예를 든 것이며 입력 출력간의 절연도 완화하여 1선만 처리 하였다. 또 평활 콘덴서도 달지 않아 출력파형은 분압된 전압을 최고치로 하는 맥류펄스가 되는데 이것은 다음 도의 기본 단위회로로 쓰기 위해서이다. 도 5b에서는 도 5a를 두 벌 만들어 입력은 다른 위치의 선을 연결하고 출력은 같은 위치의 선을 서로 연결하여 도 4c와 같은 양파정류형태가 되며 도 5c에서는 역시 도 5a를 두 벌 사용하는데 이 때는 출력선을 반대로 연결하므로 교류펄스파형이 얻어져 비록 사인파는 아니지만 마치 코일형 트랜스를 쓴 것처럼 교류입력->변압->교류출력 방식이 구현되게 된다.5A also uses a commercial power source for driving, but an example of using a power FET (POWER MOSFET) as an output switching device, and only one wire was processed by reducing the insulation between the input and output. In addition, since there is no smoothing capacitor, the output waveform becomes a pulse pulse with the maximum voltage divided by it to be used as the basic unit circuit of the following figure. In FIG. 5B, two sets of FIG. 5A are made, the inputs are connected to lines at different positions, and the outputs are connected to each other at the same positions, so that the onion is rectified as shown in FIG. 4C. In FIG. 5C, two sets are also used. By connecting the output lines in reverse, an AC pulse waveform is obtained, and although it is not a sine wave, AC input-> transformation-> AC output method is realized as if a coil type transformer is used.

도 6은 이러한 상용전원 활용을 승압회로에 적용한 것으로 도 1의 (나)에서 스위치 S1은 생략하고 S21,S22는 스위칭 트랜지스터(BJT)로 대체한 것이며 보호회로만 추가하면 당연히 FET나 IGBT로도 사용이 가능하고 두 벌사용시의 응용도 유사하다.FIG. 6 applies such a commercial power supply to a booster circuit. In FIG. 1B, the switch S1 is omitted, and S21 and S22 are replaced by switching transistors (BJTs). If only a protection circuit is added, it is naturally used as a FET or an IGBT. It is possible and the application in two suits is similar.

이러한 상용전원의 교류특성을 활용한 회로의 특징은 도 1 기본회로에서 보이는 입력개폐스위치 S1에 해당하는 스위칭 반도체소자를 생략할 수 있으며 발진회로 역시 불필요해진다. 당연히 회로가 매우 간단해진다는 장점이 있다.The characteristic of the circuit utilizing the AC characteristics of the commercial power source can omit the switching semiconductor element corresponding to the input switch switch S1 shown in the basic circuit of FIG. Naturally, the circuit is very simple.

도 7a는 승ㆍ강압 겸용회로로 모듈화되어 입출력을 바꿔 꼽으면 승ㆍ강압배율이 역으로 되게 꾸민 것이다. 스위치 S1이 온,오프일 때 S21,S22,S3는 한 조가 되어 그 역인 오프,온이 되게 스위치 구동회로로 연결된다. 승압상태는 A,B단자가 입력 C,D단자가 출력인 경우이며 S1이 온, S21,S22,S3이 오프인 순간 C1,C2,C3에 병렬로 충전되며 이어 S1이 오프, S21,S22,S3이 온이 되면서 C1,C2,C3이 직렬로 승압이 되어 출력된다. 이 모듈을 180도 돌려 A,B단자 위치에 D,C가 각각 오게 하면 D,C가 입력, B,A가 출력이 되며 S1이 오프, S21,S22,S3이 온인 순간 D,C의 입력전압이 C1,C2,C3에 직렬로 충전되며 이어 S1이 온, S21,S22,S3이 오프 되면서 C1,C2,C3이 병렬로 강압이 되어 B,A단자로 출력된다. 이러한 겸용회로는 스위칭 구동부가 스위칭 소자와 절연이 되는 것이 더 더욱요구되는데 도 7b는 이러한 목적으로 광스위칭 소자를 활용한 것으로 교류전원을 LED구동용으로 써서 모듈내의 스위칭 소자 온ㆍ오프를 제어한다. 도 7c는 외부 또는 모듈입력전원으로 가동되는 펄스발진회로에 의해 LED를 켜고 꺼서 모듈의 스위칭 소자를 구동시킨다. 또 발진주파수를 조정할 수 있게 하여 고주파시에는 전력 공급이 늘어나거나 그 만큼 콘덴서 용량이 작아도 되게 하였다.Fig. 7A is modularized with a boost / step-down circuit, so that if the input / output is switched, the boost / step-down ratio is reversed. When the switch S1 is on and off, S21, S22 and S3 are connected to the switch driving circuit so as to be a pair and vice versa. The boosted condition is when the A and B terminals are input C and D terminals as outputs, and when S1 is on and S21, S22 and S3 are off, they are charged in parallel to C1, C2 and C3, and then S1 is off, S21, S22, When S3 is turned on, C1, C2, and C3 are boosted in series and output. Turn the module 180 degrees so that D and C are in the A and B terminals, respectively, D and C are input, B and A are output, and S1 is off and S21, S22 and S3 are on. The C1, C2, and C3 are charged in series, and then S1 is turned on, S21, S22, and S3 are turned off, and C1, C2, and C3 are stepped down in parallel and outputted to the B and A terminals. Such a dual circuit further requires that the switching driver is insulated from the switching element. FIG. 7B uses an optical switching element for controlling the switching element on / off in the module by using an AC power source for driving the LED. FIG. 7C shows a LED being turned on and off by a pulse oscillation circuit operated by an external or module input power source to drive a switching element of the module. In addition, the oscillation frequency can be adjusted so that the power supply may be increased or the capacitor capacity may be smaller at high frequency.

본 발명의 실시예에 의한 전압변환장치는 종래의 배전압회로 등과 같이 단순한 신호수준의 변환만 하는 것이 아니라 전력으로 쓸 수 있는 변환이 이루어 지므로 전원부에 활용되면 회로 기판위에 소형으로 저손실의 전원회로가 구성될 수 있고 부피, 무게 등에서 장점이 있으며 그 동안 소형 가전기기 사용에 있어 전원 어댑터(adapter)를 같이 들고 다녀야 했던 불편을 사라지게 할 수 있고 스위칭전원부에서와 같은 코일사용이 없으므로 노이즈(noise)나 전자파의 부담도 줄어들게 될 것이다. 또 직류전압변환에 이 모듈을 씀으로 해서 코일형트랜스를 사용해 교류 전압을 승강압하는 것같은 편리를 직류전원에도 제공할 것이다.Voltage conversion device according to an embodiment of the present invention is not only a simple conversion of the signal level, such as a conventional double voltage circuit, but also a conversion that can be used as a power is made, so when used in the power supply unit is a small and low loss power supply circuit on the circuit board It can be configured, has advantages in volume, weight, etc., and can eliminate the inconvenience of having to carry a power adapter together with small appliances, and there is no use of coils such as in switching power supply. Will also reduce the burden. Using this module for DC voltage conversion will also provide the DC power supply with the convenience of stepping up and down an AC voltage using a coiled transformer.

Claims (5)

콘덴서를 사용하는 전압변환장치에 있어서In a voltage converter using a capacitor 직렬연결된 다이오드[도1(가)D1-D2-D3,D4-D5-D6]와 이것의 가운데 다이오드(D2,D5)를 통해 필요한 전압배율만큼의 여러 콘덴서[도1(가)C1,C2,C3]를 직렬연결한 구조가 포함됨을 특징으로 하는 전압변환장치.Through the series-connected diodes [Fig. 1 (a) D1-D2-D3, D4-D5-D6] and the center diodes (D2, D5), several capacitors [Fig. 1 (c) C1, C2, C3] a voltage converter comprising a structure in series connection. 콘덴서를 사용하는 전압변환장치에 있어서In a voltage converter using a capacitor 다이오드-콘덴서-다이오드[도1(나)D1-C1-D2]를 한 조로 하여 필요한 전압배율만큼의 다른 조[도1(나)D3-C2-D4,D5-C3-D6]를 스위칭소자[도1(나)S21,S22]를 통해 결합시킨 구조가 포함됨을 특징으로 하는 전압변환장치By using the diode-capacitor-diode [Fig. 1 (b) D1-C1-D2] as a pair, another group [Fig. 1 (b) D3-C2-D4, D5-C3-D6] as much as necessary voltage switching element is used. Voltage conversion device characterized in that the structure is coupled through the (1) S21, S22] 제1항 또는 제2항의 장치를 이용한 전압변환장치에 있어서In the voltage conversion device using the device of claim 1 or 2 입력을 위한 스위칭소자[도1(가)S1,도1(나)S1]와 출력을 위한 스위칭 소자[도1(가)S2,도1(나)S21,S22]를 둔 것과With switching elements [Fig. 1 (a) S1, 1 (b) S1] for input and switching elements [Fig. 1 (a) S2, 1 (b) S21, S22] for output. 이것을 구동시키기 위한 발진회로[도1(가)OSC,도1(나)OSC]를 둔 것을 특징으로 하는 전압변환장치Voltage conversion device characterized by having an oscillation circuit (Fig. 1 (i) OSC, Fig. 1 (b) OSC) for driving this. 제 3항에 있어서The method of claim 3 입력 스위칭소자 와 발진회로를 두지 않고 전원의 교류특성을 이용하여 출력스위칭소자(도4a Q1 Q2, 도 5a Q1,도 6 Q1 Q2)를 구동하는 것을 특징으로 하는 전압변환장치Voltage conversion device for driving the output switching device (Fig. 4a Q1 Q2, Fig. 5a Q1, Fig. 6 Q1 Q2) by using the AC characteristics of the power supply without the input switching device and the oscillation circuit 제 2항의 장치를 이용한 전압변환장치에 있어서In the voltage converter using the apparatus of claim 2 입력 스위칭소자(도7a S1)를 둔 것과With an input switching element (Fig. 7A S1) 별도의 입출력스위칭소자(도7a S3)를 하나 더 두어 입출력 결합스위칭소자(도7 S21,S22)와 같이 제어되게 구성한 것과Another separate I / O switching element (FIG. 7A S3) is provided to control the same as the I / O coupling switching element (FIG. 7 S21, S22). 그리하여 입출력단자(도7 A B,C D)를 바꿀 때는 승압이 강압으로 또는 강압이 승압으로 되는 승ㆍ강압겸용기능을 갖춘 것을 특징으로 하는 전압변환장치Thus, when changing the input / output terminals (Fig. 7 A B, C D), the voltage converter includes a step-up / step-down function in which step-up or step-down are step-up.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62144565A (en) * 1985-12-18 1987-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Booster circuit
JPH0739142A (en) * 1993-07-15 1995-02-07 Matsushita Electric Works Ltd Power supply apparatus
KR950035026A (en) * 1994-03-10 1995-12-30 가나이 쯔도무 Series multiple power converter
JPH10304653A (en) * 1997-04-22 1998-11-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor step-up circuit
KR20010088926A (en) * 2001-08-07 2001-09-29 윤문수 Pulsed or step-like high-voltage generator composed of semiconductor switches and high-frequency transformers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62144565A (en) * 1985-12-18 1987-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Booster circuit
JPH0739142A (en) * 1993-07-15 1995-02-07 Matsushita Electric Works Ltd Power supply apparatus
KR950035026A (en) * 1994-03-10 1995-12-30 가나이 쯔도무 Series multiple power converter
JPH10304653A (en) * 1997-04-22 1998-11-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor step-up circuit
KR20010088926A (en) * 2001-08-07 2001-09-29 윤문수 Pulsed or step-like high-voltage generator composed of semiconductor switches and high-frequency transformers

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