KR20030032764A - 고역률 하프 브리지형 컨버터 - Google Patents

고역률 하프 브리지형 컨버터 Download PDF

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Abstract

역률을 개선한 하프 브리지형 컨버터가 개시된다. 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터는, 브리지 다이오드부(bridge diodes), 전압 평활부, 스위칭부 및 역률 개선부를 포함한다. 브리지 다이오드부는 역률 개선부에 전류 통로를 제공하며 에너지를 전압 평활부로 전달한다. 전압 평활부는 브리지 다이오드부에서 전달되는 에너지를 저장한다. 스위칭부는 전압 평활부의 양단 간에 직렬 연결된 두 개의 스위치들을 포함하고, 역률 개선부는 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점 및 입력 전압원의 양단 사이에 각각 연결되어 입력 전압을 분배하는 두 개의 입력 커패시터들을 포함하며, 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하여, 입력 전압원에서 공급되는 입력 전류를 입력 전압의 변화에 따라 증감시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 의하여, 스위칭 부에서 발생되는 도통 손실을 줄이면서 동시에 입력단의 역률을 개선할 수 있다.

Description

고역률 하프 브리지형 컨버터 {Half-bridge converter with high power factor}
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로서, 특히 스위칭 전압을 입력 전압원에 결합하여, 역률을 향상시킨 하프 브리지형 컨버터에 관한 것이다.
일반적인 정류기는 교류 전원을 인가 받아, 직류 전원을 출력한다. 또한, DC-DC 컨버터는 직류를 교류로 변환한 후, 승압 또는 강압한 후 정류한다. 이러한 컨버터에는 펄스폭 변조(pulse width modulation) 컨버터, 준공진형(quasi-resonant) 컨버터 및 다중 공진형(multi-resonant) 컨버터 등이 있다.
최근의 전자 장치는 직류 전원 전압의 리플(ripple)에 특성이 매우 민감하게 변화되므로, 출력 직류 전원의 리플을 줄이기 위한 연구가 계속되어 왔다. 이러한 목적으로 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위하여 콘덴서 입력형 정류 방식을 사용한다. 이 방식은, 입력단에 다이오드로 구성된 풀 브리지형(full-bridge) 정류기 및 큰 정전 용량(capacitance)을 가지는 콘덴서를 포함한다.
그런데, 정전 용량이 큰 콘덴서를 이용하면, 이 콘덴서의 충전 전류 때문에 교류 입력단의 역률이 0.55-0.60 정도로 저하된다. 역률이 저하되면 입력단의 효율이 감소되므로 바람직하지 않다.
도 1a는 종래 기술에 의한 컨버터의 일 실시예이며, 도 1b는 종래 기술에 의한 컨버터의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 1a를 참조하면, 반사이클 동안 다이오드(D1, D4)가 도통되고, 나머지 사이클에서는 다이오드(D2, D3)가 도통되어, 출력 파형은 도 1b에 도시된 바와 같다.
출력 전압이 상승되는 구간[0, t1]에서는 콘덴서(Cs)에 충전되는 전압(Vc)보다, 공급되는 전압이 높기 때문에, 충전 전류가 흐른다. 반면에, 출력 전압이 하강되는 구간[t1, t2]에서는 콘덴서는 방전되고, 전압 강하되는 구간의 시정수(time constant)는 부하(RL) 및 콘덴서의 정전용량(Cs)의 곱에 해당된다. 안정된 평활 전류를 얻기 위하여 [0, t1] 구간은 [t1, t2]의 구간보다 훨씬 작다. 기호 [a, b]는 a부터 b까지의 구간을 나타낸다. 그런데, 도 1a에 도시된 컨버터는 출력 전압의 리플 현상을 방지하기 위하여 사용된 콘덴서(Cs)의 충전 전류 때문에 역률이 저하된다. 또한, 입력 전압(Vi)이 콘덴서 양단의 전압(Vc)보다 클 경우에만, 입력 전류가 흐르기 때문에, 입력 전류는 입력 전압의 최대값 부근에서 펄스형으로 흐르게 되어, 정현파 전류에 비해 많은 고조파 성분을 포함한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 입력 부분에 역률 개선부를 도입한다.
일반적으로 사용되는 불연속 전류 모드 승압형(boost) 컨버터의 경우에는, 전원 전류가 전원 전압의 정현파 모양을 자연히 따르게 된다. 하지만, 역률 개선부의 출력 전압이 입력 전압의 최대치보다 훨씬 커야 역률이 개선된다. 그런데, 역률 개선부의 출력 전압이 커지면 반도체 소자들에 인가되는 전압들도 커지므로, 이러한 전압 스트레스(stress)를 견디기 위하여는 정격 전압이 큰 반도체 스위치를 사용해야 한다. 반면에, 정격 전압이 큰 반도체 스위치는 도통 저항 역시 커지므로 도통 손실이 커지고, 도통 손실이 커지면 시스템 전체의 효율이 저하되는 단점을 가진다.
그러므로, 반도체 소자의 도통 손실을 줄이면서 입력단의 역률을 개선하여 시스템 전체의 효율을 개선할 수 있는 컨버터의 개발이 절실히 요구되었다.
본 발명의 목적은 컨버터의 스위칭부의 전압을 입력단에 궤환함으로써, 스위칭 부에서 발생되는 도통 손실을 줄이면서, 동시에 입력단의 역률을 개선할 수 있는 고역률 컨버터를 제공하는 것이다.
도 1a는 종래 기술에 의한 컨버터의 일 실시예이며, 도 1b는 종래 기술에 의한 컨버터의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 2는 본 발명에 의한 하프 브리지형 컨버터를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 의한 하프 브리지형 컨버터의 일 실시예를 도시하는 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 하프 브리지형 컨버터(300)의 각 부분의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 실장되는 역률 개선부의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 실장되는 역률 개선부의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 실장되는 역률 개선부의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 실장되는 역률 개선부의 또다른 예를 도시하는 도면이다.
도 9은 도 3에 도시된 하프 브리지 컨버터의 실험 파형도이다.
<도면의 주요 부재 번호에 대한 설명>
역률 개선부...210, 310, 510, 610, 710, 810
브리지 다이오드부...220, 320
스위칭부...230, 330
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 브리지 다이오드부(bridge diodes), 전압 평활부, 스위칭부 및 역률 개선부를 포함하는 하프 브리지형 컨버터에 관한 것으로서, 브리지 다이오드부는 역률 개선부에 전류 통로를 제공하며 에너지를 전압 평활부로 전달한다. 전압 평활부는 브리지 다이오드부에서 전달되는 에너지를 저장한다. 스위칭부는 전압 평활부의 양단 간에 직렬 연결된 두 개의 스위치들을 포함하고, 역률 개선부는 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점 및 입력 전압원의 양단 사이에 각각 연결되어 입력 전압을 분배하는 두 개의 입력 커패시터들을 포함하며, 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하여, 입력 전압원에서 공급되는 입력 전류를 입력 전압의 변화에 따라 증감시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 역률 개선부는 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하는 궤환 인덕터 및 입력 전압원의 일단 및 브리지 다이오드부의 일단 사이에 1차측 권선이 연결되고 입력 전압원의 타단 및 브리지 다이오드의 타단 사이에 2차측 권선이 연결되며, 1차측 권선 및 2차측 권선이 상호 결합된 결합 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또는, 역률 개선부는 입력 전압원의 일단 및 브리지 다이오드부의 일단 사이에 1차측 권선이 연결되고 입력 전압원의 타단 및 브리지 다이오드의 타단 사이에 2차측 권선이 연결되며, 1차측 권선 및 2차측 권선이 상호 결합된 결합 인덕터, 입력 전압원의 일단 및 결합 인덕터의 1차측 권선 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 1 인덕터 및 입력 전압원의 타단 및 결합 인덕터의 2차측 권선 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 2 인덕터를 포함하며, 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점이 입력 커패시터들의 공통 연결점에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또는, 역률 개선부는 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하는 궤환 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또는, 역률 개선부는 입력 전압원의 일단 및 브리지 다이오드부의 일단 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 1 인덕터 및 입력 전압원의 타단 및 브리지 다이오드부의 타단 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 2 인덕터를 포함하며, 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통연결점이 입력 커패시터들의 공통연결점에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 하프 브리지형 컨버터에 의하여, 입력단의 역률이 개선된다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 하프 브리지형 컨버터를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2에 도시된 하프 브리지형 컨버터(200)는, 입력 전압원(), 역률 개선부(210), 브리지 다이오드부(220), 스위칭부(230) 및 평활 커패시터(Cd)를 포함한다.
브리지 다이오드부(220)는 역률 개선부(210)에 전류 통로를 제공하며 에너지를 평활 커패시터(Cd)로 전달한다. 평활 커패시터(Cd)는 브리지 다이오드부(220)에서 전달되는 에너지를 저장한다. 스위칭부(230)는 평활 커패시터(Cd)의 양단 간에 직렬 연결된 두 개의 스위치들을 포함하고, 역률 개선부(210)는 스위칭부(230)를구성하는 스위치들의 공통 연결점 및 입력 전압원()의 양단 사이에 각각 연결되어 입력 전압을 분배하는 두 개의 입력 커패시터들을 포함하며, 스위칭부(230)를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하여, 입력 전압원()에서 공급되는 입력 전류()를 입력 전압의 변화에 따라 증감시키는 것을 특징으로 한다.
스위칭부(230)는 듀티비(duty ratio)에 의하여 서로 상보적으로 턴온되며, 서로 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함할 수 있다. 이러한 듀티비에 의하여 도 2에 도시된 하프 브리지형 컨버터(200)의 출력 전력이 조절된다. 뿐만 아니라, 스위칭부(230)를 구성하는 스위치들은 출력 전력을 제어함과 동시에 입력단의 역률을 향상시키는 단일단(single-stage) 전력 제어 기능을 수행한다. 이하, 역률 개선부(210)의 다양한 실시예를 첨부된 도면을 통하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 하프 브리지형 컨버터의 일 실시예를 도시하는 회로도이다.
도 3에 도시된 하프 브리지형 컨버터(300)는, 입력 전압원(), 역률 개선부(310), 브리지 다이오드부(320), 스위칭부(330) 및 평활 커패시터(Cd)를 포함한다. 브리지 다이오드부(320)는 풀 브리지 형태로 연결된 네 개의 브리지 다이오드들(D1, D2, D3, D4)을 포함한다. 스위칭부(330)는 평활 커패시터(Cd)의 양단 간에 직렬로 연결된 두 개의 스위치들(S1, S2)을 포함한다. 역률 개선부(310)는 입력 전압()을 분배하고 평활 동작을 수행하는 두 개의 입력 커패시터들(Cf1, Cf2)을 포함하며, 스위치들(S1, S2)의 공통 연결점을 두 개의 입력 커패시터들(Cf1, Cf2)의 공통 연결점에 궤환하는 궤환 인덕터(L3) 및, 입력 전압원()의 일단 및 브리지 다이오드부(320)의 일단 사이에 1차측 권선이 연결되고, 입력 전압원()의 타단 및 브리지 다이오드부(320)의 타단 사이에 2차측 권선이 연결되며, 1차측 권선 및 2차측 권선은 상호 결합되어 있는 결합 인덕터(T1)를 포함한다. 설명의 편의를 위하여 결합 인덕터(T1)의 자화 인덕턴스(Lm)는 흐르는 전류가 일정하도록 충분히 크고, 1차측 권선 및 2차측 권선 간의 권선비는 1:1인 이상적인 소자로서 모델링 되었다. 하지만, 이러한 모델링은 소자의 동작에 대한 설명의 편의를 위한 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것은 아니 점에 주의하여야 한다.
도 3에 도시된 하프 브리지형 컨버터(300)의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 제 1 스위치(S1)가 턴온된다고 가정한다. 그러면, 제1 다이오드(D1)가 턴온되어 결합인덕터(T1)의 1차측 권선 및 2차측 권선에 흐르던 일정한 전류가 줄어들기 시작한다. 이 경우, 제1 다이오드(D1)와 제4 다이오드(D4)가 모두 도통상태이므로 결합인덕터(T1)의 양단간의 전압()이 일정하고 궤환인덕터(L3)의 양단에 인가되는 전압()의 크기도 일정하게 유지된다. 따라서, 결합인덕터(T1)의 1차측 권선 및 2차측 권선에 흐르는 전류 및 궤환인덕터(L3)에 흐르는 전류는 선형적으로 변한다. 1차측 권선 및 2차측 권선에 흐르는 전류가 0으로 줄어들면, 제4 다이오드(D4)가 턴오프되며 결합인덕터(T1)의 자화 인덕턴스(Lm)에 흐르는 일정한전류가 모두 궤환인덕터(L3)에 흐르게 된다. 위 과정에서 입력 전압원()에서 공급되는 입력 전류()는 항상 자화 인덕턴스(Lm)에 일정하게 흐르는 전류의 0.5배가 되며, 자화 인덕턴스(Lm)에 일정하게 흐르는 전류는 입력전압에 비례하므로 공급되는 입력 전류()는 입력 전압()의 변화에 따라 증감하게 된다.
도 4는 도 3에 도시된 하프 브리지형 컨버터(300)의 각 부분의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
우선,시각 이전에는 제 1 스위치(S1)는 턴온되어 있으며 제 2 스위치(S2)는 턴오프되어 있다고 가정한다. 이제,시각에서 제 1 스위치(S1)는 턴오프되기 시작하여시각까지 턴오프된다. 그러므로, 제 1 스위치(S1) 양단 간의 전압()은 0에서 평활 커패시터(Cd) 양단 간의 전압(Vd)까지 증가한다. 반면에, 제 2 스위치(S2) 양단 간의 전압()은 평활 커패시터(Cd) 양단 간의 전압(Vd)에서 0까지 감소한다.시각 이전에는, 궤환 인덕터(L3)를 흐르는 전류()는 그 최소값인 -이었다가시각부터시각까지 선형적으로 증가되어 결국 최대값인 +의 값을 갖는다.시각 이후로는, 결합인덕터(T1)의 자화 인덕턴스(Lm)에 흐르는 일정한 전류가 모두 궤환 인덕터(L3)로 흘러서 궤환 인덕터(L3) 양단간의 전압은 0이 된다. 궤환 인덕터(L3)를 흐르는 전류()가 선형적으로 변화되는 이유는, 결합 인덕터(T1) 양단간의 전압이 일정하고 궤환 인덕터(L3) 양단간의 전압도 일정하기 때문이라는 것은 전술된 바와 같다.
[,] 에서의 결합 인덕터(T1) 2차측 권선 양단 간의 전압()은 다음과 같다. 우선,시각 이전에는 제 1 스위치(S1)가 턴온된 상태이고, 제 2 스위치(S2)가 턴 오프된 상태이므로, 제 1 입력 커패시터(Cf1), 결합 인덕터(T1) 및 궤환 인덕터(L3)를 통하여 KVL을 적용하면, 다음 [수학식 1]를 얻는다.
[수학식 1]
설명의 편의를 위하여 다이오드(D1)의 전압 강하는 무시되었으나, 이는 본 발명의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 그런데,시각 이전에는 궤환 인덕터(L3) 양단 간의 전압()은 0이며, 입력 커패시터들(Cf1, Cf2)의 용량은 동일하다고 가정하면,는 0.5의 일정한 값을 갖는다. 스위칭 동작이 진행되어시각에 도달하면, 제 1 스위치(S1)가 턴오프된 상태이고, 제 2 스위치(S2)가 턴온된 상태이고, 제 1 다이오드(D1)와 제 4 다이오드(D4)가 턴온상태이므로, 입력 전압원(), 결합 인덕터(T1) 및 평활 커패시터()를 통하여 KVL을 적용하면, 다음 [수학식 2]을 얻는다.
[수학식 2]
즉,는 이 구간동안 -0.5(-)의 일정한 값을 갖는다. 이때, 궤환 인덕터(L3) 양단 간의 전압()은 다음 [수학식 3]을 만족한다.
[수학식 3]
이때, 제 2 입력 커패시터(Cf2)의 전압()은 0.5이고,는 -0.5(-)이므로 궤환 인덕터(L3) 양단 간의 전압()은 0.5로 일정하다. 따라서, [,] 에서의 궤환 인덕터(L3)를 흐르는 전류()의 기울기는 0.5Vd/L3인 것을 알 수 있다.
또한, 궤환 인덕터(L3)를 흐르는 전류() 및 결합 인덕터(T1)를 흐르는 전류() 간에는 [수학식 4]와 같은 관계가 성립된다.
[수학식 4]
그러므로, [,]에서 전류()는 일정하게 증가하여 궤환 인덕터(L3)에 흐르는 전류()의 최대값에 도달한다. 그런데, 전이되는 전류()는 결합 인덕터(T1)의 1차측 권선에 흐르는 전류()의 역상이고, 자화 인덕턴스(Lm)에 흐르는 전류()는 +을 일정하게 유지하므로, 다음 [수학식 5]에서을 구할 수 있다.
[수학식 5]
또한, 입력 커패시터들의 대칭성에서, 제 1 입력 커패시터(Cf1)를 흐르는 전류는 다음 [수학식 6]을 만족한다.
[수학식 6]
뿐만 아니라,이므로, 입력 전압원으로부터 공급되는 전류()는 0.5의 값을 일정하게 유지한다.
정리하면, 전 구간에서 전류()의 값은 일정하게 유지되며, 입력 전류()의 파형이 입력 전압()에 따라 변하게 되므로 역률이 향상된다.
도 3에 도시된 회로의 역률 개선부(310)의 구성은 한정적인 것이 아니다. 오히려, 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하여 입력 전류()를 입력 전압()에 따라 변하게 하는 어떠한 구성도 가능하다. 따라서, 지금부터, 본 발명의 역률 개선부(310)로서 구현 가능한 다양한 실시예가 도면과 함께 설명될 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 실장되는 역률 개선부의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5에 도시된 역률 개선부(510)는, 입력 전압원(미도시)의 일단(NA) 및 브리지 다이오드부(미도시)의 일단(NB) 사이에 1차측 권선이 연결되고 입력 전압원의 타단(NC) 및 브리지 다이오드의 타단(ND) 사이에 2차측 권선이 연결되며, 1차측 권선 및 2차측 권선이 상호 결합된 결합 인덕터(T1)를 포함한다. 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 입력 커패시터들의 공통 연결점(NE)에 궤환하는 궤환 인덕터(L3)를 포함한다.
도 5에 도시된 역률 개선부(510)의 동작은 도 4에 도시되어있다.
도 6은 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 실장되는 역률 개선부의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 6에 도시된 역률 개선부(610)는, 입력 전압원(미도시)의 일단(NA) 및 브리지 다이오드부(미도시)의 일단(NB) 사이에 1차측 권선이 연결되고 입력 전압원의 타단(NC) 및 브리지 다이오드의 타단(ND) 사이에 2차측 권선이 연결되며, 1차측 권선 및 2차측 권선이 상호 결합된 결합 인덕터(T1), 입력 전압원의 일단(NA) 및 결합 인덕터의 1차측 권선 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 1 인덕터(L1) 및 입력 전압원의 타단(NB) 및 결합 인덕터의 2차측 권선 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 2 인덕터(L2)를 포함한다. 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점은 입력 커패시터들의 공통 연결점(NE)에 연결된다.
도 6에 도시된 역률 개선부(610)의 동작은 도 3에 도시된 역률 개선부(310)의 동작과 유사하다. 다만, 도 3에 도시된 역률 개선부(310)의 궤환 인덕터(L3)에 일정하게 인가되었던 전압이 제 1 및 제 2 인덕터(L1, L2)에 인가된다는 점이 다를 뿐이다. 따라서, 명세서의 간략화를 위하여 더 이상의 설명은 생략된다.
도 7은 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 실장되는 역률 개선부의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 7에 도시된 역률 개선부(710)는, 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 입력 커패시터들의 공통 연결점(NE)에 궤환하는 궤환 인덕터(L3)를 포함한다.
도 7에 도시된 역률 개선부(710)의 동작은 도 6에 도시된 역률 개선부(610)의 동작과 유사하다. 다만, 도6에 도시된 역률 개선부(610)의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 1 및 제 2 인덕터(L1,L2)가 도 7에 도시된 역률 개선부(710)에서는 궤환 인덕터(L3) 하나로 모델링 되었다는 점이 다를 뿐이다. 따라서, 명세서의 간략화를 위하여 더 이상의 설명은 생략된다.
도 8은 본 발명에 따른 하프 브리지형 컨버터에 실장되는 역률 개선부의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8에 도시된 역률 개선부(810)는, 입력 전압원(미도시)의 일단(NA) 및 브리지 다이오드부(미도시)의 일단(NB) 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 1 인덕터(L1) 및 입력 전압원의 타단(NC) 및 브리지 다이오드부의 타단(ND) 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 2 인덕터(L2)를 포함한다. 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점은 입력 커패시터들의 공통 연결점(NE)에 연결된다.
도 8에 도시된 역률 개선부(810)의 동작은 도 6에 도시된 역률 개선부(610)의 동작과 유사하다. 도8에 도시된 역률 개선부(810)에서도 전류를 선형적으로 변화시켜주는 역할을 제 1 및 제 2 인덕터(L1, L2)가 수행한다. 따라서, 명세서의 간략화를 위하여 더 이상의 설명은 생략된다.
도 9는 도 3에 도시된 하프 브리지 컨버터의 실험 파형도이다. 도 9에 도시된 바와 같이 입력 전류가 입력 전압의 파형을 충실히 따르므로, 실험에 의하여 측정된 역률은 0.99 이상임을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 스위칭부(230)는 서로 상보적으로 턴온되는 직렬 연결된 두 개의 스위치를 포함하는 것으로 설명되었다. 그러나, 스위칭 동작을 더욱 바람직하게 수행하기 위하여, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)와 같은 반도체 소자를 스위칭 소자로 사용할 수도 있다. 또는, 낮은 손실 및 높은 전압 및 전류 정격을 갖는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 스위치로 사용할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하여, 스위칭부의 전압을 입력단에 궤환함으로써, 낮은 전압 및 전류 정격을 갖는 소자를 스위칭 소자로 사용하면서도, 스위칭 부에서 발생되는 도통 손실을 줄이면서 동시에 입력단의 역률을 개선할 수 있는 고역률 컨버터가 제공되었다.

Claims (5)

  1. 역률 개선부에 전류 통로를 제공하며 에너지를 전압 평활부로 전달하는 브리지 다이오드(bridge diodes)부, 상기 브리지 다이오드부에서 전달되는 에너지를 저장하는 전압 평활부, 상기 평활부의 양단 간에 직렬 연결된 두 개의 스위치들을 포함하는 스위칭부를 포함하는 하프 브리지형 컨버터에 있어서,
    상기 스위칭부를 구성하는 상기 스위치들의 공통 연결점을 상기 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하여 상기 입력 전압원에서 공급되는 입력 전류를 상기 입력 전압의 변화에 따라 증감시키는 역률 개선부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고역률 하프 브리지형 컨버터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 역률 개선부는,
    상기 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 상기 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하는 궤환 인덕터 및 상기 입력 전압원의 일단 및 상기 브리지 다이오드부의 일단 사이에 1차측 권선이 연결되고 상기 입력 전압원의 타단 및 상기 브리지 다이오드의 타단 사이에 2차측 권선이 연결되며, 상기 1차측 권선 및 상기 2차측 권선이 상호 결합된 결합 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고역률 하프 브리지형 컨버터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 역률 개선부는,
    상기 입력 전압원의 일단 및 상기 브리지 다이오드부의 일단 사이에 1차측권선이 연결되고 상기 입력 전압원의 타단 및 상기 브리지 다이오드의 타단 사이에 2차측 권선이 연결되며, 상기 1차측 권선 및 상기 2차측 권선이 상호 결합된 결합 인덕터;
    상기 입력 전압원의 일단 및 상기 결합 인덕터의 1차측 권선 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 1 인덕터 및
    상기 입력 전압원의 타단 및 상기 결합 인덕터의 2차측 권선 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 2 인덕터를 포함하며,
    상기 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점이 상기 입력 커패시터들의 공통 연결점에 연결되는 것을 특징으로 하는 고역률 하프 브리지형 컨버터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 역률 개선부는,
    상기 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점을 상기 입력 커패시터들의 공통 연결점에 궤환하는 궤환 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고역률 하프 브리지형 컨버터.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 역률 개선부는,
    상기 입력 전압원의 일단 및 상기 브리지 다이오드부의 일단 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 1 인덕터 및
    상기 입력 전압원의 타단 및 상기 브리지 다이오드부의 타단 사이의 전류를 선형적으로 변화시켜주는 제 2 인덕터를 포함하며,
    상기 스위칭부를 구성하는 스위치들의 공통 연결점이 상기 입력 커패시터들의 공통 연결점에 연결되는 것을 특징으로 하는 고역률 하프 브리지형 컨버터.
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