KR200293258Y1 - Single stage high power factor converter - Google Patents
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Abstract
본 고안은 단일 전력단 고역률 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a single power stage high power factor converter.
이를 위하여 본 고안은 외부로부터 인가된 입력전압을 필터링하는 입력필터 회로; 상기 입력필터 회로를 통해 필터링된 입력전압을 정류하는 정류회로; 부하전압과 부하전류를 센싱하는 PWM 제어회로에서 출력된 PWM 신호에 의해 스위치를 온시켜 제1 인덕터에 전류가 출력되어 고역률 동작이 이루어지도록 하는 고역률 전력 회로; 및 상기 고역률 전력회로를 통해 출력된 고역률과 출력전압을 제어하는 출력 제어회로를 포함하는 단일 전력단 고역률 컨버터에 있어서, 상기 정류회로의 양 출력단 사이에 연결된 제1 커패시터와, 정류회로의 출력단에 애노드(ANODE) 단이 연결되고 고역률 전력회로의 입력단에 캐소드(CATHODE) 단이 연결된 제1 다이오드로 구성되어, 정류된 입력전압이 출력되면 고역률과 출력전압을 제어하기 위한 스위치의 스위칭으로 인해 제1 인덕터에서 발생하는 잡음을 저감하고, 역방향으로 흐르는 전류를 방지하는 잡음 및 역전류 방지회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention includes an input filter circuit for filtering an input voltage applied from the outside; A rectifier circuit for rectifying the input voltage filtered through the input filter circuit; A high power factor power circuit configured to turn on a switch by a PWM signal output from a PWM control circuit sensing a load voltage and a load current to output a current to the first inductor to perform a high power factor operation; And an output control circuit for controlling a high power factor and an output voltage output through the high power factor power circuit, the single power stage high power factor converter comprising: a first capacitor connected between both output terminals of the rectifier circuit; Anode is connected to the output terminal and the first diode is connected to the cathode terminal to the input terminal of the high power factor power circuit.When the rectified input voltage is output, switching of the switch for controlling the high power factor and output voltage Therefore, the noise generated from the first inductor and a noise and reverse current prevention circuit for preventing the current flowing in the reverse direction is characterized in that it is configured.
Description
본 고안은 가전제품, 측정장비, 산업용 제품에 사용되는 전원장치에 적용하기 위한 단일 전력단 고역률 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전원장치의 사용에 있어서 고역률화를 위해 단일 스위치를 사용하고, 불연속 전류를 포함하는 매우 큰 고주파 노이즈 전류를 효과적으로 저감할 수 있도록 하기 위하여 입력필터를 개선하는 동시에 링크 커패시터 전압을 저감시킬 수 있도록 개선한 단일 전력단 고역률 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a single power stage high power factor converter for application to power supplies used in home appliances, measuring equipment, and industrial products. More specifically, it uses a single switch for high power factor in the use of power supplies. The present invention relates to a single power stage high power factor converter that is designed to reduce the link capacitor voltage while improving the input filter to effectively reduce very high frequency noise current including discontinuous current.
일반적인 컨버터 전원 시스템은 입력 전원부, 제어부 및 컨버터 부분으로 구성된다. 이때, 상기 입력 전원부는 입력 다이오드 정류기에 의하여 입력전압을 정류함으로써 컨버터의 DC 전원을 얻게 된다. 그러나, 다이오드 정류기는 입력전류의 역률 저하와 고주파 발생 등의 여러 가지 문제점이 발생하게 된다.A typical converter power system is composed of an input power supply unit, a control unit and a converter unit. In this case, the input power supply unit obtains the DC power of the converter by rectifying the input voltage by the input diode rectifier. However, diode rectifiers have various problems such as reduced power factor of input current and high frequency generation.
직류 전원을 출력으로 하는 컨버터 회로에서 고역률을 이루기 위해서 일반적으로 사용되는 방법이 도 1에 도시되어 있다. 상기 도 1을 참조하면, AC 입력전원, 입력필터, 다이오드 정류기, 고역률 회로, DC/DC 컨버터가 순차적으로 연결되어 구성된다. 즉, 기존의 컨버터에 고역률 회로를 추가한 것이다.A method generally used to achieve high power factor in a converter circuit that outputs a DC power source is shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, an AC input power source, an input filter, a diode rectifier, a high power factor circuit, and a DC / DC converter are sequentially connected. That is, the high power factor circuit is added to the existing converter.
이 방법은 사용하고자 하는 컨버터에 고역률 회로가 추가되어 제품의 가격이 상승하고 제품의 무게 및 크기가 커지는 문제점이 발생하고 있다.In this method, a high power factor circuit is added to the converter to be used, causing a problem in that the price of the product increases and the weight and size of the product increase.
최근에는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 한 개의 스위치(Q1)를 사용하여, 고역률 제어용 IC가 필요 없도록 하는 컨버터 기술이 제시되고 있다. 이때, 도 2에서 역률제어가 스위치(Q1)의 동작에 의해 자동으로 이루어지므로 역률제어를 위한 별도의 제어기는 필요 없게 된다.Recently, in order to overcome this problem, a converter technology has been proposed that eliminates the need for a high power factor control IC by using one switch Q1 as shown in FIG. 2. In this case, since the power factor control is automatically performed by the operation of the switch Q1 in FIG. 2, a separate controller for power factor control is not necessary.
그러나, 상기 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같은 단일 스위치를 갖는 회로에서는, 스위치(Q1)의 스위칭 동작으로 인해 불연속 전류를 포함하는 매우 큰 고주파 노이즈 전류가 발생되고, DC단에서 고주파 전류의 효과적인 필터링이 어려운 문제점이 있었다.However, in the circuit having a single switch as shown in FIG. 2, the switching operation of the switch Q1 generates a very large high frequency noise current including a discontinuous current, and effectively filters the high frequency current at the DC stage. There was this difficult issue.
더욱 상세히 설명하면, 종래 기술에 의한 단일 스위치(Q1)를 갖는 고역률 컨버터의 경우, 다이오드 정류기의 각 정류 다이오드(DR1,DR2,DR3,DR4)는 저가의 상용 다이오드를 사용하게 되는데, 이 경우 정류 다이오드가 고속으로 스위칭 되면 그 스위칭 동작에 따라 스위칭 손실이 매우 증가하고, 각 정류 다이오드의 스위칭 노이즈는 더욱 증가하는 문제점이 발생한다.In more detail, in the case of the high power factor converter having a single switch Q1 according to the related art, each rectifier diode DR1, DR2, DR3, DR4 of the diode rectifier uses a low-cost commercial diode, in which case the rectification is performed. When the diode is switched at a high speed, the switching loss is greatly increased according to the switching operation, and the switching noise of each rectifier diode is further increased.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은기존의 단일 스위치를 사용한 고역률 컨버터의 단점인 스위치(Q1)의 스위칭으로 인해 발생하는 불연속 전류를 포함하는 매우 큰 고주파 노이즈 전류를 효과적으로 저감할 수 있는 단일 전력단 고역률 컨버터를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of which is a very high frequency noise current including a discontinuous current caused by the switching of the switch (Q1), which is a disadvantage of the high power factor converter using a conventional single switch To provide a single power stage high power factor converter that can effectively reduce the power consumption.
또한, 본 고안의 다른 목적은 전력회로와 고가의 고역률 IC를 포함하지 않고 고역률을 이루면서 출력전압을 동시에 제어할 수 있도록 하는 단일 전력단 고역률 컨버터를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a single power stage high power factor converter capable of simultaneously controlling the output voltage while achieving a high power factor without including a power circuit and an expensive high power factor IC.
또한, 본 고안의 또 다른 목적은 역방향 전류를 방지하는 회로를 구비함으로써 노이즈의 저감에도 불구하고 회로가 파괴되지 않고 원활히 동작할 수 있는 단일 전력단 고역률 컨버터를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a single power stage high power factor converter that can operate smoothly without breaking the circuit despite the reduction of noise by providing a circuit for preventing the reverse current.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일 측면에 따르면, 외부로부터 인가된 입력전압을 필터링하는 입력필터 회로; 상기 입력필터 회로를 통해 필터링된 입력전압을 정류하는 정류회로; 부하전압과 부하전류를 센싱하는 PWM 제어회로에서 출력된 PWM 신호에 의해 스위치를 온(on)시켜 제1 인덕터에 전류가 출력되어 고역률 동작이 이루어지도록 하는 고역률 전력 회로; 및 상기 고역률 전력회로를 통해 출력된 고역률과 출력전압을 제어하는 출력 제어회로를 포함하되; 상기 정류회로의 양 출력단 사이에 연결된 제1 커패시터와, 정류회로의 출력단에 애노드(ANODE) 단이 연결되고 고역률 전력회로의 입력단에 캐소드(CATHODE) 단이 연결된 제1 다이오드로 구성되어, 정류된 입력전압이 출력되면 고역률과 출력전압을 제어하기 위한 스위치의 스위칭으로 인해 제1 인덕터에서 발생하는 잡음을 저감하고, 역방향으로 흐르는 전류를 방지하는 잡음 및 역전류 방지회로를 포함하여 구성된 단일 전력단고역률 컨버터를 제공한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, an input filter circuit for filtering an input voltage applied from the outside; A rectifier circuit for rectifying the input voltage filtered through the input filter circuit; A high power factor power circuit for turning on the switch by a PWM signal output from a PWM control circuit sensing a load voltage and a load current to output a current to the first inductor to perform a high power factor operation; And an output control circuit for controlling the high power factor and the output voltage output through the high power factor power circuit; And a first capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit and a first diode connected to the output terminal of the rectifier circuit and the cathode terminal connected to the input terminal of the high power factor power circuit. When the input voltage is output, a single power unit including a noise and reverse current prevention circuit that reduces noise generated in the first inductor and prevents current flowing in the reverse direction due to switching of a high power factor and a switch for controlling the output voltage. Provide a power factor converter.
이때, 본 고안의 부가적인 특징에 따르면, 상기 PWM 제어회로는 고역률 전력회로에 포함된 제1 인덕터에 커플링되어 전원을 발생시키는 인덕터 수단, 또는 출력 제어회로에 포함된 제2 인덕터에 커플링되어 전원을 발생시키는 인덕터 수단 중 어느 하나로부터 제어전원을 공급받는 것이 바람직하다.In this case, according to an additional feature of the present invention, the PWM control circuit is coupled to the first inductor included in the high power factor power circuit to generate a power source, or the coupling to the second inductor included in the output control circuit It is preferable to receive the control power from any one of the inductor means to generate power.
또한, 본 고안의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 고역률 전력회로에는 상기 제1 인덕터와 LC회로를 이루는 DC 링크 커패시터와, 상기 DC 링크 커패시터의 전압상승을 줄이기 위하여 센터 탭을 가지는 변압기(T)가 포함되는 것이 바람직하다.According to another additional feature of the present invention, the high power factor power circuit includes a DC link capacitor constituting the first inductor and an LC circuit, and a transformer having a center tap to reduce a voltage rise of the DC link capacitor. It is preferable to include.
도 1은 종래 기술에 의한 고역률 컨버터의 구성을 나타내는 블록도1 is a block diagram showing the configuration of a high power factor converter according to the prior art;
도 2는 종래 기술에 의하여 한 개의 스위치를 구비한 고역률 컨버터의 구성을 나타내는 회로도2 is a circuit diagram showing the configuration of a high power factor converter having one switch according to the prior art.
도 3은 본 고안에 의한 단일 전력단 고역률 컨버터의 구성을 나타내는 블록도3 is a block diagram showing the configuration of a single power stage high power factor converter according to the present invention.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 단일 전력단 고역률 컨버터의 구성을 나타내는 회로도4 is a circuit diagram showing the configuration of a single power stage high power factor converter according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 고안의 다른 실시예에 따른 단일 전력단 고역률 컨버터의 구성을 나타내는 회로도5 is a circuit diagram showing the configuration of a single power stage high power factor converter according to another embodiment of the present invention.
도 6은 도 4의 제1 인덕터에서 제어전원을 발생시키는 구성을 설명하기 위한 도면FIG. 6 is a diagram for describing a configuration of generating control power in the first inductor of FIG. 4. FIG.
도 7은 도 4의 제2 인덕터에서 제어전원을 발생시키는 구성을 설명하기 위한 도면FIG. 7 is a diagram for describing a configuration of generating control power in the second inductor of FIG. 4. FIG.
도 8은 본 고안의 단일 전력단 고역률 컨버터에서 전압 및 전류 센싱부를 도시한 회로도8 is a circuit diagram illustrating a voltage and current sensing unit in a single power stage high power factor converter of the present invention.
도 9는 본 고안의 기술적 사항을 플라이백 컨버터에 적용한 구성을 나타내는회로도9 is a circuit diagram showing a configuration in which the technical details of the present invention are applied to a flyback converter.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
5 : AC전원 10 : 입력필터회로5: AC power supply 10: input filter circuit
20 : 정류회로 30 : 잡음 및 역전류 방지회로20: rectifier circuit 30: noise and reverse current prevention circuit
40 : 고역률 전력회로 50 : 출력제어회로40: high power factor power circuit 50: output control circuit
60 : 부하 70 : PWM 제어회로60: load 70: PWM control circuit
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하에서의 본 고안은 가전제품, 측정장비, 산업용 제품에 사용되는 전원장치에 적용하기 위한 단일 전력단 고역률 컨버터를 바람직한 실시예로써 설명할 것이나, 본 고안의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.The present invention below will describe a single power stage high power factor converter for application to power supplies used in home appliances, measurement equipment, and industrial products as a preferred embodiment, but the technical idea of the present invention is not limited thereto. Of course, it can be variously modified by those skilled in the art.
본 고안의 실시예에 따른 단일 전력단 고역률 컨버터에 대해 도 3 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.A single power stage high power factor converter according to an embodiment of the present invention is described in detail with reference to FIGS. 3 to 9 as follows.
첨부도면 도 3은 본 고안에 의한 단일 전력단 고역률 컨버터의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 단일 전력단 고역률 컨버터의구성을 나타내는 회로도이다.3 is a block diagram illustrating a configuration of a single power stage high power factor converter according to the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of a single power stage high power factor converter according to an embodiment of the present invention.
상기 첨부도면 도 3 및 도 4를 참조하면, 참조번호 5는 외부로부터 인가되는 AC전원을 나타내고, 10은 상기 AC전원(5)으로부터 입력된 전압에 포함된 불필요한 부분을 필터링하는 입력필터 회로를 나타내며, 20은 상기 입력필터 회로(10)를 통해 필터링된 입력전압에 대한 정류를 수행하기 위한 정류회로를 나타낸다. 이때, 상기 정류회로(20)는 다수의 다이오드(DR1,DR2,DR3,DR4)를 포함하는 다이오드 브릿지로 구성된다.3 and 4, reference numeral 5 denotes an AC power source applied from the outside, and 10 denotes an input filter circuit for filtering an unnecessary portion included in the voltage input from the AC power source 5. 20 denotes a rectification circuit for performing rectification on the input voltage filtered through the input filter circuit 10. At this time, the rectifier circuit 20 is composed of a diode bridge including a plurality of diodes (DR1, DR2, DR3, DR4).
또한, 참조번호 30은 스위칭 노이즈를 효과적으로 저감하고 그와 동시에 전류가 역방향으로 흐르는 것을 방지하는 잡음 및 역전류 방지회로를 나타내고, 40은 입력되는 PWM 제어신호에 따라 고역률 동작을 수행하는 고역률 전력회로를 나타내고, 50은 상기 고역률 전력회로(40)를 통해 출력된 출력전압을 제어하는 출력제어 회로를 나타내고, 60은 부하를 나타내고, 70은 부하전압과 부하전류를 센싱하여 그 결과에 따라 상기 고역률 전력회로(40)에 PWM 제어신호를 출력하는 PWM 제어회로를 나타낸다.In addition, reference numeral 30 denotes a noise and reverse current prevention circuit that effectively reduces switching noise and simultaneously prevents current from flowing in the reverse direction, and 40 denotes a high power factor power for performing a high power factor operation according to an input PWM control signal. A circuit represents a circuit, 50 represents an output control circuit for controlling the output voltage output through the high power factor power circuit 40, 60 represents a load, 70 represents a load voltage and a load current, and accordingly, A PWM control circuit for outputting a PWM control signal to the high power factor power circuit 40 is shown.
이때, 상기 잡음 및 역전류 방지회로(30)는 역방향으로 흐르는 전류를 방지하기 위한 제1 다이오드(D1)와, 고역률과 출력전압을 제어하기 위한 스위치(Q1)의 스위칭으로 인하여 제1 인덕터(L1)에서 발생되는 잡음을 저감하기 위해 정류회로(20)의 양 출력단 사이에 연결되는 제1 커패시터(C1)로 구성된다.At this time, the noise and reverse current prevention circuit 30 is the first inductor (D1) due to the switching of the first diode (D1) for preventing the current flowing in the reverse direction, and the switch (Q1) for controlling the high power factor and output voltage ( In order to reduce noise generated in L1), the first capacitor C1 is connected between both output terminals of the rectifier circuit 20.
또한, 상기 고역률 전력회로(40)에는 LC 회로를 이루는 제1 인덕터(L1) 및 DC 링크 커패시터(C3)와, 출력전압을 부하(60)에 맞는 전압으로 변환시키는변압기(T)와, 상기 변압기(T)의 1차측에 연결되고 상기 PWM 제어회로(70)의 PWM 제어신호에 따라 온/오프 동작하는 스위치(Q1)와, 상기 정류회로(20)의 출력전압(Vs)이 낮은 경우에도 제1 인덕터(L1)를 통해 전류가 흐르도록 하여 입력역률을 높이는 기능을 수행하는 제2 다이오드(D2) 및 제2 커패시터(C2)가 포함된다.In addition, the high power factor power circuit 40 includes a first inductor L1 and a DC link capacitor C3 constituting an LC circuit, a transformer T for converting an output voltage into a voltage suitable for the load 60, and The switch Q1 connected to the primary side of the transformer T and on / off operating according to the PWM control signal of the PWM control circuit 70 and the output voltage Vs of the rectifier circuit 20 are low. A second diode (D2) and a second capacitor (C2) are included to perform a function of increasing the input power factor by allowing a current to flow through the first inductor (L1).
또한, 상기 출력제어 회로(50)는 DC-DC 컨버터로 구성되는데, 상기 변압기(T)의 2차측 출력단에 연결되어 역전류를 방지하는 제3 다이오드(D3) 및 제4 다이오드(D4)와, 상기 PWM 제어회로(70)의 제어전원을 얻기 위해 변압기(T)의 2차측 출력단에 연결된 제2 인덕터(L2)와, 부하(60)의 입력단에 연결된 제4 커패시터(C4)가 포함된다.In addition, the output control circuit 50 is composed of a DC-DC converter, the third diode (D3) and the fourth diode (D4) and connected to the secondary output terminal of the transformer (T) to prevent reverse current, A second inductor L2 connected to the secondary output terminal of the transformer T and a fourth capacitor C4 connected to the input terminal of the load 60 are included to obtain a control power supply of the PWM control circuit 70.
이때, 상기 PWM 제어회로(70)는 출력전압을 제어하는 기존의 IC를 포함하는 PWM 제어기를 나타내며, PWM 제어로 스위치(Q1)에 의해 자동으로 이루어지므로 역률제어를 위한 별도의 제어기는 필요없다.At this time, the PWM control circuit 70 represents a PWM controller including an existing IC for controlling the output voltage, and is automatically made by the switch Q1 in the PWM control, there is no need for a separate controller for power factor control.
상기와 같은 구성을 갖는 본 고안의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention having the configuration as described above in detail.
상기 스위치(Q1)의 스위칭으로 인하여 제1 인덕터(L1)에 불연속 전류를 포함하는 매우 큰 고주파 노이즈 성분이 포함될 수 있는데, 이 노이즈 전류는 정류회로(20) 다음 단의 DC 전원부 즉, 잡음 및 역전류 방지회로(30)에서 필터링해 주는 것이 효과적이다. 따라서 본 고안에서는 상기 잡음 및 역전류 방지회로(30)에 제1 커패시터(C1)를 추가하여 노이즈를 효과적으로 저감하는 것이다. 이때, 상기 제1 다이오드(D1)는 제1 인덕터(L1)의 역방향 전류를 방지하고 부하 및 입력전압의 변동에 따라서 회로가 파괴되지 않고 원활하게 동작하도록 한다.Due to the switching of the switch Q1, a very large high frequency noise component including a discontinuous current may be included in the first inductor L1. The noise current may be a DC power supply unit next to the rectifier circuit 20, that is, noise and inversion. It is effective to filter by the current prevention circuit 30. Therefore, the present invention effectively reduces noise by adding the first capacitor C1 to the noise and reverse current prevention circuit 30. In this case, the first diode D1 prevents the reverse current of the first inductor L1 and operates smoothly without breaking the circuit according to the change of the load and the input voltage.
상기의 동작이 이루어지는 중에, 상기 출력제어 회로(50)와 PWM 제어회로(70)의 동작은 일반적인 경우와 동일한 동작을 수행한다. 즉, 상기 PWM 제어회로(70)의 동작을 살펴보면, 출력전압과 상기 스위치(Q1)에 흐르는 전류 중 부하(60)에 전달되는 전류를 센싱하여 그 결과에 따라 이루어진다. 이때, 상기 스위치(Q1)에는 부하(60)로 전달되는 전류 외에 제2 커패시터(C2)에 흐르는 전류가 포함되어 있으므로 전류센싱부를 이용하여 부하(60) 측에 전달되는 성분만을 센싱해야 한다.During the above operation, the operation of the output control circuit 50 and the PWM control circuit 70 performs the same operation as the general case. That is, referring to the operation of the PWM control circuit 70, the current delivered to the load 60 of the output voltage and the current flowing through the switch (Q1) is sensed based on the result. At this time, since the switch Q1 includes a current flowing in the second capacitor C2 in addition to the current delivered to the load 60, only the component transmitted to the load 60 side should be sensed using the current sensing unit.
따라서, 전류의 센싱은 회로의 출력 측에서 수행될 수 있으며, 변압기(T)의 1차 측에서 센싱할 수도 있다. 즉, 전류센싱부1,2는 스위치(Q1)의 전류가 PWM 출력전류 외에 고역률을 위해 제2 커패시터(C2)의 전류가 포함되므로 이를 제거하기 위한 것이다.Therefore, the sensing of the current may be performed at the output side of the circuit and may be sensed at the primary side of the transformer T. That is, the current sensing units 1 and 2 are intended to remove the current because the current of the switch Q1 includes the current of the second capacitor C2 for the high power factor in addition to the PWM output current.
한편, 상기 고역률 전력회로(40)의 동작을 살펴보면, 제2 다이오드(D2)와 제2 커패시터(C2)가 없다면 이는 일반 LC 필터회로가 되며, DC 링크 커패시터(C3)의 전압이 제1 커패시터(C1)의 출력전압 즉, 정류전압(Vs) 보다 낮은 경우 상기 DC 링크 커패시터(C3)는 제1 인덕터(L1)를 통하여 충전되며, 상기 DC 링크 커패시터(C3)의 전압 보다 정류전압(Vs)이 낮으면 전류가 흐르지 않게 된다. 이 경우 입력역률은 매우 낮게 된다.Meanwhile, referring to the operation of the high power factor power circuit 40, if there is no second diode D2 and the second capacitor C2, this becomes a general LC filter circuit, and the voltage of the DC link capacitor C3 is the first capacitor. When the output voltage of (C1) is lower than the rectified voltage (Vs), the DC link capacitor (C3) is charged through the first inductor (L1), the rectified voltage (Vs) than the voltage of the DC link capacitor (C3) If this is low, no current flows. In this case, the input power factor is very low.
상기 입력역률을 높이려면 정류전압(Vs)이 낮은 경우에도 정류전압(Vs)과 거의 비례한 전류를 제1 인덕터(L1)를 통하여 흘려주면 가능하게 된다. 이 기능을 상기 제2 다이오드(D2)와 제2 커패시터(C2)가 수행하게 된다.In order to increase the input power factor, even when the rectified voltage Vs is low, a current substantially proportional to the rectified voltage Vs is allowed to flow through the first inductor L1. This function is performed by the second diode D2 and the second capacitor C2.
이 경우 상기 제1 커패시터(C1)에는 입력전압이 낮은 경우에도 제1 인덕터(L1)에 전류가 흐를 수 있어서 역률을 높일 수 있다. 즉, 스위치(Q1)가 온(ON) 되면 상기 제2 커패시터(C2)의 전압은 초기에 입력 정류전압(Vs) 보다 낮으므로 제1 인덕터(L1)의 전류는 제2 다이오드(D2)를 통하여 흐르지 않고 제2 커패시터(C2)를 거쳐 스위치(Q1)를 통하여 흐르게 되어 제1 인덕터(L1) 전류를 상승시킨다.In this case, even if the input voltage is low in the first capacitor C1, a current may flow in the first inductor L1, thereby increasing the power factor. That is, when the switch Q1 is ON, the voltage of the second capacitor C2 is initially lower than the input rectified voltage Vs, so that the current of the first inductor L1 is transmitted through the second diode D2. It flows through the switch Q1 through the second capacitor C2 without flowing, thereby increasing the current of the first inductor L1.
상기 제1 인덕터(L1) 전류의 상승은 상기 제2 커패시터(C2)의 전압이 입력전압 즉, 정류전압(Vs)과 같아질 때까지 이루어진다. 이때, 상기 제1 인덕터(L1) 전류는 제2 커패시터(C2)의 전압이 DC 링크 커패시터(C3)의 전압과 같아질 때까지 상기 제2 커패시터(C2)를 통하여 흐른다. 즉, 상기 제2 커패시터(C2)의 전압이 DC 링크 커패시터(C3)의 전압보다 크면 바로 제2 다이오드(D2)가 턴 온(TURN ON) 하여 제1 인덕터(L1)의 전류는 제2 커패시터(C2)로 흐르지 않고 제2 다이오드(D2)를 거쳐 DC 링크 커패시터(C3)를 충전시킨다.The increase in the current of the first inductor L1 is performed until the voltage of the second capacitor C2 becomes equal to the input voltage, that is, the rectified voltage Vs. In this case, the first inductor L1 current flows through the second capacitor C2 until the voltage of the second capacitor C2 is equal to the voltage of the DC link capacitor C3. That is, when the voltage of the second capacitor C2 is greater than the voltage of the DC link capacitor C3, the second diode D2 is turned on so that the current of the first inductor L1 is changed to the second capacitor ( The DC link capacitor C3 is charged through the second diode D2 without flowing to C2).
또한, 상기 스위치(Q1)가 턴 오프(TURN OFF) 된 경우는 변압기(T)의 자화 인덕터 전류가 제2 커패시터(C2)로 방전되면서 상기 제2 커패시터(C2)의 전압을 반대로 충전시키게 된다. 이때, 제1 인덕터(L1)의 전류가 "0"이 될 수 있는 데, 상기 노이즈 저감을 위해 연결된 제1 커패시터(C1)에 의해 변압기(T)와 제1 인덕터(L1)에는 정류전압과 DC링크 전압과의 차 전압이 걸리게 된다.In addition, when the switch Q1 is turned off, the magnetizing inductor current of the transformer T is discharged to the second capacitor C2 to charge the voltage of the second capacitor C2 in reverse. In this case, the current of the first inductor L1 may be “0”, and the rectified voltage and the DC are connected to the transformer T and the first inductor L1 by the first capacitor C1 connected for noise reduction. The voltage difference from the link voltage is applied.
이는 상기 변압기(T)가 포화현상을 일으킬 수 있다는 것을 의미하며, 이를 방지하는 기능이 상기 제1 다이오드(D1)에 의해 수행된다. 즉, 제1 다이오드(D1)가없다면 부하변동이나 입력전압의 갑작스런 변동이 있을 경우 변압기(T)를 포화시킬 수 있어서 제2 다이오드(D2)와 스위치(Q1)의 파괴원인이 된다.This means that the transformer T may cause saturation, and the function of preventing the transformer T is performed by the first diode D1. That is, if there is no first diode D1, the transformer T may be saturated when there is a load change or a sudden change in the input voltage, thereby causing the breakdown of the second diode D2 and the switch Q1.
따라서, 상기 제1 다이오드(D1)가 없는 회로는 이와 같은 단점으로 인하여 거의 사용이 불가능한 원인이 되고 있다.Therefore, the circuit without the first diode D1 is a cause which is almost impossible to use due to such a disadvantage.
상기 DC 링크 커패시터(C3)의 전압은 무부하에서는 매우 낮지만 부하(60)가 증가하면서 서서히 증가하여 최대가 된 후 부하가 더 증가하면 다시 낮아지는 특성을 갖는다. 이때, DC 링크 커패시터(C3)의 DC 링크 전압의 최대값은 제2 다이오드(D2)와 제2 커패시터(C2)가 없는 기존의 LC 필터 만 있는 회로에 비해서 더 높은 값을 갖는다.Although the voltage of the DC link capacitor C3 is very low at no load, the voltage of the DC link capacitor C3 increases gradually as the load 60 increases and becomes maximum, and then decreases again when the load increases further. At this time, the maximum value of the DC link voltage of the DC link capacitor C3 has a higher value than a circuit having only the existing LC filter without the second diode D2 and the second capacitor C2.
상기 DC 링크 커패시터(C3)의 DC 링크 전압의 증가는 가격상승과 부피상승을 초래하여 단점이 되기 때문에 변압기(T)에 센터 탭을 연결하여 이를 감소시킬 수 있다. 상기 센서 탭의 존재는 DC 링크 커패시터(C3)의 전압이 큰 경우 센터 탭 하단의 전압부분이 증가하여 스위치(Q1)가 온(ON) 될 때 제1 인덕터(L1)의 전류증가를 둔화시키므로 DC 링크 커패시터(C3)의 전압상승을 줄일 수 있다.An increase in the DC link voltage of the DC link capacitor C3 causes a price increase and a volume increase, which may be a disadvantage, and thus may be reduced by connecting a center tap to the transformer T. Since the presence of the sensor tap increases the voltage portion at the bottom of the center tap when the voltage of the DC link capacitor C3 is large, the current increase of the first inductor L1 is slowed down when the switch Q1 is turned on. The voltage rise of the link capacitor C3 can be reduced.
한편, 상기 첨부도면 도 6 및 도 7은 DC 링크 커패시터(C3) 전압의 상승을 줄이기 위해서 사용된 회로를 나타내는 도면으로서, 도 6은 제1 인덕터(L1)에서 제어전원을 발생시키는 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 제2 인덕터(L2)에서 제어전원을 발생시키는 구성을 설명하기 위한 도면이다.6 and 7 illustrate circuits used to reduce an increase in the voltage of the DC link capacitor C3, and FIG. 6 illustrates a configuration of generating control power in the first inductor L1. FIG. 7 is a diagram for describing a configuration of generating control power in the second inductor L2.
상기 첨부도면 도 6을 참조하면, 제1 인덕터(L1)에 커플링하여 PWM 제어회로(70)의 전원을 얻는 과정을 보여준다. 이때, 제1 인덕터(L1)에 전류가 흐르기 시작하면 커플링된 회로인 제어회로 전원에 전력을 공급해 주게 된다. 이때, 제어회로인 부하(60)는 전력이 매우 작지만 스위치(Q1)의 온/오프(ON/OFF) 직후인 기간 중 제1 인덕터(L1)의 전압 변동이 이루어진다. 즉, 제2 커패시터(C2)에 전류가 흐르는 기간 중 짧은 구간동안에만 제어회로에 전력을 공급한다. 이는 DC 링크 커패시터(C3)의 전압을 크게 상승시키는 낮은 부하에서는 DC 링크 전압상승을 크게 낮출 수 있다는 것을 의미한다.Referring to FIG. 6, a process of obtaining a power source of the PWM control circuit 70 by coupling to the first inductor L1 is illustrated. At this time, when current begins to flow in the first inductor L1, power is supplied to a control circuit power source, which is a coupled circuit. At this time, the load 60, which is a control circuit, has a very small power, but a voltage variation of the first inductor L1 occurs during a period immediately after the ON / OFF of the switch Q1. That is, power is supplied to the control circuit only during a short period of time during which current flows in the second capacitor C2. This means that the DC link voltage rise can be significantly lowered at a low load which greatly increases the voltage of the DC link capacitor C3.
따라서, 회로의 특성 상 제어전원을 변압기(T)가 아닌 제1 인덕터(L1) 또는 제2 인덕터(L2)로부터 얻는 회로는 DC 링크 커패시터(C3)의 전압을 저감할 수 있는 큰 장점이 있다.Therefore, a circuit having a control power source from the first inductor L1 or the second inductor L2 rather than the transformer T has a great advantage of reducing the voltage of the DC link capacitor C3.
첨부도면 도 8은 전류 센싱부를 중심으로 회로를 구성한 것이다.8 is a circuit diagram of a current sensing unit.
상기 첨부도면 도 8을 참조하면, PWM 제어회로(70)에서 PWM 제어신호를 출력하기 위해서는 전압 및 전류를 센싱해야 되는데, 그를 위하여 전압센싱부, 전류센싱부1, 전류센싱부2가 구비된다. 스위치(Q1)의 전류는 PWM 제어회로(70)의 전류모드 제어를 위해 필요한 데, 스위치(Q1)의 전류는 고역률 전력회로(40)의 전류가 추가되어 사용이 불가능하다. 따라서, 전류 센싱부1,2는 회로의 특성상 도 8에서와 같이 변압기 1차 측 또는 변압기 2차 측에서 센싱해야 한다. 또한, 전압센싱부는 출력제어회로(50)의 출력단에서 센싱을 수행한다.Referring to FIG. 8, in order to output a PWM control signal from the PWM control circuit 70, a voltage and a current must be sensed. A voltage sensing unit, a current sensing unit 1, and a current sensing unit 2 are provided for this purpose. The current of the switch Q1 is necessary for the current mode control of the PWM control circuit 70, but the current of the switch Q1 cannot be used because the current of the high power factor power circuit 40 is added. Therefore, the current sensing units 1 and 2 should be sensed on the transformer primary side or the transformer secondary side as shown in FIG. 8. In addition, the voltage sensing unit senses at the output terminal of the output control circuit 50.
이상의 본 고안은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다. 예를 들어, 본 고안의 기술적 사상은 첨부도면 도 9와 같이 플라이백 컨버터에 적용할 수 있다.The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the present invention defined in the appended claims. For example, the technical idea of the present invention can be applied to a flyback converter as shown in FIG. 9.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안의 단일 전력단 고역률 컨버터를 적용하면, 전력회로와 고가의 고역률 IC를 포함하고 있지 않지만, 고역률을 이루면서 출력전압을 동시에 제어할 수 있기 때문에 전체 시스템의 크기, 무게 및 제품가격을 낮출 수 있는 효과가 있다.As described above, the single power stage high power factor converter of the present invention does not include a power circuit and an expensive high power factor IC, but can control the output voltage simultaneously while achieving a high power factor. This has the effect of lowering weight, weight and product price.
또한, 본 고안에서는 단일 스위치를 사용함으로써 발생하는 불연속 고주파 노이즈를 포함하는 노이즈 전류를 DC부에서 효과적으로 제거하도록 함으로써 입력필터회로의 부담을 줄일 수 있게 되는 효과가 있으며, DC 링크 전압을 효과적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of effectively reducing the burden on the input filter circuit by effectively removing the noise current including the discontinuous high frequency noise generated by using a single switch in the DC unit, and can effectively reduce the DC link voltage It works.
또한, 본 고안에서는 역방향 전류를 방지하는 회로를 구비함으로써 노이즈의 저감에도 불구하고 회로가 파괴되지 않고 원활히 동작할 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the circuit to prevent the reverse current can be operated smoothly without breaking the circuit despite the reduction of noise.
Claims (3)
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KR100858501B1 (en) * | 2007-07-05 | 2008-09-16 | 엘지전자 주식회사 | Air conditioner |
CN106981974A (en) * | 2017-04-05 | 2017-07-25 | 延锋伟世通电子科技(上海)有限公司 | A kind of vehicle power interface circuit for suppressing engine noise |
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