KR20040108749A - Ｌｌｃ 반-브릿지 컨버터 - Google Patents

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KR20040108749A
KR20040108749A KR10-2004-7016902A KR20047016902A KR20040108749A KR 20040108749 A KR20040108749 A KR 20040108749A KR 20047016902 A KR20047016902 A KR 20047016902A KR 20040108749 A KR20040108749 A KR 20040108749A
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

공진 LLC-전력 컨버터는 1차측 권선(LM1, LM2)이 직렬로 연결된 적어도 두 개의 변압기(T1, T2)를 포함한다. 변압기(T1, T2) 각각은 0이 아닌 전류를 동일한 시간 기간(TC) 동안에 동일한 부하(LO)에 공급하는 2차측 권선(W1, W2; W11, W12, W21, W22)을 갖는다.

Description

ＬＬＣ 반-브릿지 컨버터{LLC HALF-BRIDGE CONVERTER}
미국특허(US-A-6,344,979)는 LLC 직렬 공진 DC/DC 컨버터로 불리는 LLC 컨버터를 개시한다. 이러한 LLC 컨버터는 구형파 생성기, LLC 공진 네트워크, 고주파수 변압기, 정류기 회로, 및 출력 필터를 포함한다.
구형파 생성기는 두 개의 스위치를 포함하는 반 브릿지 인버터이다. 반 브릿지 인버터 대신, 풀 브릿지 인버터가 사용될 수 있다. LLC 공진 네트워크는 스위치 중 하나 양단에 결합된다. 스위치는 교대로 턴 온 및 오프한다. LLC 공진 회로는 직렬 커패시터, 직렬 인덕터, 및 병렬 인덕터의 직렬 배열을 포함한다. 병렬 인덕터는 변압기의 1차측 권선과 병렬로 배열된다. 직렬 인덕터는 외부 구성요소나 변압기의 누설 인덕턴스로서 구현될 수 있다. 병렬 인덕터는 외부 구성요소나 변압기의 자기(magnetizing) 인덕턴스로서 구현될 수 있다. 정류기 회로는 DC 출력 전압을 부하에 공급하기 위해 변압기의 2차측 권선에 연결된다. 정류기 회로는 중심-탭(center-tapped) 또는 풀-브릿지 정류기를 포함할 수 있다. 출력 필터는 고주파수 리플을 필터링하기 위해 커패시터를 포함한다.
MOSFET 스위치에 인가된 게이트 신호는 상보적이며, 그 듀티 주기는 50%이다. 가변 동작 주파수 제어는 출력 전압을 조정하는데 사용된다. LLC 컨버터의 동작 원리는 세 가지 경우로 기술된다.
일반적으로 큰 부피의 전자 응용에서, LLC 컨버터의 변압기는 최소 비용으로 필요한 규격에 도달할 수 있게 맞춰질 필요가 있다.
그러나, 만약 LLC 컨버터가 상대적으로 낮은 품질로 판매될 것이라면, 새로운 변압기를 설계하고 생산하기가 경제적으로 적절하지 않을 것이다.
본 발명은 공진 LLC 전력 컨버터(LLC 컨버터로 또한 지칭됨)에 관한 것이고, 이러한 LLC 컨버터를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래기술의 LLC 컨버터의 등가 회로를 도시한 도면.
도 2는 종래기술의 LLC 컨버터의 동작을 설명하는 파형을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LLC 컨버터의 회로도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LLC 컨버터의 회로도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 실시예의 회로도를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 실시예의 회로도를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 실시예의 회로도를 도시한 도면.
도 8은 도 5 및 도 6에 도시된 실시예를 설명하기 위한 파형을 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 실시예의 회로도를 도시한 도면.
도 10은 도 9에 도시된 실시예를 설명하기 위한 파형을 도시한 도면.
본 발명의 목적은 너무 낮아서 LLC 컨버터에서 사용되지 않는 규격을 갖는 기존의 변압기를 LLC 컨버터에 제공하는 것이다.
이 때문에, 본 발명의 제 1 양상은 적어도 두 개의 변압기를 포함하는 LLC 컨버터를 제공하며, 이 적어도 두 개의 변압기의 1차측 권선은 직렬로 결합되고, 적어도 두 개의 변압기 각각은 0이 아닌 전류를 실질적으로 동일한 시간 기간 동안에 동일한 부하에 공급하기 위한 2차측 권선을 갖는다. 본 발명의 제 2 양상은 제 6항에 기재된, LLC 컨버터를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
LLC 컨버터는 전류 구동 전원 토폴로지이다. 변압기의 1차측 권선 내의 전류는 같고, 이는 이들 권선이 직렬로 배열되기 때문이다. 각 변압기에 대해 1차측 전류는 2차측 권선의 전류와 변압기의 자기(magnetizing) 전류의 합이라는 사실이 적용된다. 두 변압기가 전류를 부하에 전달할 때, 변압기 양단의 전압은 실질적으로 같다. 그 결과, 전압-시간 적(volt-seconds product)은 실질적으로 같고, 그에 따라 자기 전류는 실질적으로 같다. 이러한 방식으로, DC 오프셋은 어떤 추가적인 방법 없이도 방지된다. 출력의 전압 제어는 유지되고, 변압기 사이의 평형이 보장된다.
그에 따라, 변압기 중 하나에 의해 공급될 수 있는 것보다 더 큰 전력을 공급하기 위해, 1차측 권선이 직렬로 배열되고, 변압기 각각의 2차측 권선 중 적어도 하나가 전류를 동일한 시간 기간 동안에 동일한 부하에 공급하는 기존의 변압기를 사용하는 것이 가능하다. 큰 전력을 공급할 수 있는 새로운 단일 변압기를 설계하고 제조하는 것이 필요하지 않다. 변압기 각각의 크기는 단일 변압기의 크기보다 상당히 더 작을 수 있다. 이점은, 변압기의 높이가 예컨대 얇은 두께를 갖는 디스플레이 장치에서 선호되는 얇은 설계를 얻을 수 있을 만큼 작아야 할 때 특히 중요할 수 있다. 또한, 하나보다 많은 수의 변압기를 사용하는 것은 대단히 큰 변압기를 필요로 하지 않고도 가능한 수의 출력 핀을 증가시키는 쉬운 방식이다.
본 발명에 따른 기본적인 아이디어는 두 개의 변압기를 갖는 LLC 컨버터로 제한되지 않으며, 모든 변압기에 대한 전압이 실질적으로 같게 되도록 실질적으로 동일한 시간 기간 동안에 동일한 부하에 모든 변압기가 전류를 전달한다는 조건이 여전히 충족된다면, 두 개보다 많은 변압기의 1차측 권선을 직렬로 배치시키는 것이 가능하다.
변압기 중 적어도 하나가 전력을 다른 부하(회로)에 공급하기 위해 적어도 하나의 추가적인 2차측 권선(보조 권선으로 또한 지칭됨)을 포함하는 것이 가능하다. 전술된 바와 같이, 전력을 동일한 부하에 공급하는 2차측 권선이 공통 시간 기간 동안에 모두 전류를 공급하는 것이 중요하다. 이점은 보조 권선에 의해 공급된 전력에 제약을 가한다. 모든 변압기에 의해 공급된 총 전력은 보조 권선에 공급된 전력보다 더 커야 한다.
시스템은 허용오차에 상당히 덜 민감한 것처럼 보이므로, 변압기 규격의 10%를 넘는 미스매칭은 정확한 동작을 방해하지 않는다.
제 3항의 실시예에서, LLC 컨버터는 제 1 총 전력을 관련 부하에 공급하기 위해 제 1 미리 결정된 수의 추가의 2차측 권선을 갖는 제 1 변압기와, 제 2 총 전력을 관련 부하에 공급하기 위해 제 2 미리 결정된 수의 추가의 2차측 권선을 갖는 제 2 변압기를 포함한다. 제 1 총 전력 - 제 2 총 전력은 제 1 2차측 권선에 의해 공급된 전력보다 더 작아야 한다. 그리고, 제 2 총 전력 - 제 1 총 전력이 제 2 2차측 권선에 의해 공급된 전력보다 더 작아야 한다. 두 개보다 더 많은 변압기의 직렬 배열에 대해 유사한 구속이 유효하다. 이러한 방식으로, 두 변압기는 전류를 부하에 공급할 것이다.
제 2항의 실시예에서, 두 개의 변압기 중 단 하나가 보조 권선을 갖는 경우 유사한 구속이 명기되어 있다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예가 종속항에 한정되어 있다.
이러한 실시예의 장점은 더 많은 핀이 다른 전압을 자유롭게 공급하고, 다이오드가 덜 필요하고, 공간이 덜 필요하다는 점이다.
본 발명의 이들 및 다른 양상은 후술된 실시예로부터 명백하게 되며, 이들 실시예를 참조하여 설명될 것이다.
서로 다른 도면에서의 동일한 참조번호는 동일한 기능을 갖는 동일한 요소를 나타낸다. 모든 도면에서, 변압기의 모든 권선은 동일한 방식으로 극성이 매겨진다. 권선의 극성을 나타내는 점들은 도시되기보다는 모두 모든 권선의 상단 근처에 있거나, 모두 모든 권선의 바닥 근처에 있을 수 있다.
도 1은 공진 커패시터(CR), 직렬 인덕터(LS), 및 병렬 인덕터(LM)의 직렬 배열을 포함하는 종래기술의 LLC 컨버터의 등가회로를 도시한다. 이 직렬 배열은 방형파 입력 전압(VAB)을 수신하기 위해 노드(A 및 B) 사이에 배치된다. (단일 다이오드로 도시된) 정류기 회로(D)와 평활 커패시터(CO)의 직렬 배열은 병렬 인덕터(LM)와 병렬로 결합된다. 출력 부하(LO)가 평활 커패시터(CO)와 병렬로 배열된다. 공진 커패시터(CR)와 직렬 인덕터(LS)를 통과한 전류가 IR로 표기되어 있다. 공진 커패시터(CR) 양단의 전압은 VC로 표기된다. 병렬 인덕터(LM)를 통과하는 전류는 IM으로 표기되어 있다. 정류기 회로(D)를 통과한 전류는 ID로 표기되어 있다. 전류(IO)가 부하(LO)에 공급되며, 출력 전압(VO)이 부하(LO) 양단에 존재한다.
LLC 컨버터의 이러한 등가 회로의 동작은 도 2에 관하여 설명된다.
도 2는 종래기술의 LLC 컨버터의 동작을 설명하는 파형을 도시한다. 정상에서 바닥까지, 파형은 입력 전압(VAB), 전류(IR 및 IM), 전압(VC), 및 전류(ID 및 IO)를 나타낸다.
이들 파형은 LLC 컨버터의 동작 주파수가 제 1 및 제 2 공진 주파수 사이에 있는 경우에 유효하다. 제 1 공진 주파수는 공진 커패시터(CR), 직렬 인덕터(LS), 병렬 인덕터(LM)에 의해 결정된다. 제 2 공진 주파수는 공진 커패시터(CR)와 직렬 컨덕터(LS)에 의해 결정되며, 제 1 공진 주파수보다 더 높다.
인스턴트(t0)에서, 입력 전압(VAB)이 0에서 값(VIN)으로 변할 때, 공진 커패시터(CR)와 직렬 인덕터(LS)에 의해 결정되는 직렬 공진이 일어나며, 사인파 전류가 정류기 회로(D)를 통해 공급된다.
인스턴트(t2)에서, 직렬 공진의 반-주기에서, 다이오드(D)를 통과하는 전류(ID)는 0이 된다. 이제, 공진 커패시터(CR)는 직렬 인덕터(LS)와 병렬 인덕터(LM)의 직렬 배열과 함께 공진한다. LM의 인덕턴스가 LS의 인덕턴스보다 훨씬 더 크기 때문에, 이제 IM인 공진 전류(IR)는 인스턴트(t2 및 T/2) 사이에서 거의 일정하다.
인스턴트(T/2)에서, 전압(VAB)이 0으로 강하할 때, 커패시터(CR)와, 인덕터(LS 및 LM) 사이의 공진은 커패시터(CR)에 저장된 에너지에 의해 활성화된다. 다이오드(D)가 도통하기 시작하면, 공진은 커패시터(CR)와 인덕터(LS)에 의해 다시 결정된다. 인스턴트(t3)에서, 직렬 공진의 반 주기 후, 다이오드(D)는 도통을 정지한다.
다이오드(D)의 도통 주기는 TC로 표기된다. 실제적인 실시예에서, 풀 브릿지 정류기는 단일 다이오드(D) 대신 사용될 수 있다. 풀 브릿지 정류기의 서로 다른 다이오드가 전류(IM)의 양 및 음의 부분 동안에 도통한다.
인스턴트(T)에서, 인스턴트(t0)에서 시작하는 주기와 유사한 그 다음 주기가 다시 시작하며, 입력 전압(VAB)이 0에서 값(VIN)으로 변화하며, 기타 이러한 방식으로 동작한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LLC 컨버터의 회로도를 도시한다.
LLC 컨버터는 전기 스위치(S1)와 전기 스위치(S2)의 직렬 배열을 포함한다. 직렬 배열은 노드(A 및 B) 사이에서 입력 전압(VAB)을 수신한다. 도 3에서, 예컨대, 스위치(S1, S2)는 내부 바디(internal body) 다이오드를 갖는 MOSFET이다. 외부 다이오드를 사용하는 것이 가능하다. 만약 스위치(S1, S2)가 고유한 내부 다이오드없이 사용된다면, 외부 다이오드가 스위치(S1, S2) 각각과 병렬로 추가되어야 한다. 미국특허, US-A-6,344,979에 개시된 바와 같이, 스위치의 풀 브릿지, 또는 두 개의 직렬 반 브릿지를 사용하는 것이 가능하다.
LLC 컨버터는 또한 변압기(T1)의 1차측 권선(LM1)과 변압기(T2)의 1차측 권선(LM2)의 직렬 배열을 포함한다. 이러한 직렬 배열은 노드(N1 및 B) 사이에 결합된다.
공진 커패시터(CR)와 직렬 인덕터(LS)의 직렬 배열이 노드(N1)와 스위치(S1 및 S2)의 접합부 사이에 결합된다.
제 1 변압기(T1)는 전류를 다이오드(D11)를 통해 부하(LO)에 공급하는 2차측 권선(W11)과, 전류를 다이오드(D12)를 통해 부하(LO)에 공급하는 2차측 권선(W12)을 갖는다. 정류기 회로(RE1)는 다이오드(D11 및 D12)를 포함한다. 변압기(T1)에 의해 공급된 총 전류는 I1으로 표기된다.
제 2 변압기(T2)는 전류를 다이오드(D21)를 통해 부하(LO)에 공급하는 2차측 권선(W21)과, 전류를 다이오드(D22)를 통해 부하(LO)에 공급하는 2차측 권선(W22)을 갖는다. 정류기 회로(RE2)는 다이오드(D21 및 D22)를 포함한다. 변압기(T2)에 의해 공급된 총 전류는 I2로 표기된다.
평활 커패시터(CO)는 부하(LO)와 병렬로 결합된다. 부하(LO) 양단의 전압은 VO로 표기되어 있다. 직렬 인덕턴스(LS)를 통과한 전류가 IR로 표기되어 있고, 변압기의 1차측(LM1 및 LM2)을 통과한 전류는 IM이다.
본 발명에 따른 이 실시예에서, 변압기(T1 및 T2)의 1차측(LM1 및 LM2)은 직렬로 연결된다. 부하 LO는 다이오드(D11, D21 및 D12, D22)가 도통인 시간(TC)의 동일한 기간 동안에 변압기(T1 및 T2)의 2차측 권선(W11, W12 및 W21, W22)으로부터 전력을 수신한다.
1차측 권선(LM1 및 LM2)의 전류(IM)는 이들이 직렬로 배열되어 있기 때문에동일하다. 1차측 권선(LM1)을 통과한 전류(IM)는 2차측 권선(W11, W12)에서의 전류와, 변압기(T1)의 자기 전류(magnetizing current)의 합이다. 1차측 권선(LM2)을 통과한 전류(IM)는 2차측 권선(W21, W22)에서의 전류와 변압기(T2)에서의 자기 전류의 합이다.
두 변압기(T1, T2)가 전류(I1, I2)를 부하(LO)에 전달할 때, 변압기(T1, T2) 양단의 전압(VP1, VP2)은 실질적으로 같다. 그 결과, 전압-시간의 적(volt-seconds products)은 실질적으로 같으며, 그에 따라 자기 전류는 실질적으로 같다. 이러한 방식으로, DC 오프셋은 어떤 추가적인 조치 없이도 방지된다. 출력 전압(VO)의 제어가 유지되며, 변압기(T1, T2) 사이의 평형이 보장된다.
권선(W11)의 감긴 수는 권선(W21)의 감긴 수와 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 LLC 컨버터의 회로도를 도시한다.
변압기(T1)는 1차측 권선(LM1)과 2차측 권선(W1 및 WA1)을 포함한다. 변압기(T2)는 1차측 권선(LM2)과 2차측 권선(W2 및 WA2)을 포함한다.
1차측 권선(LM1 및 LM2)은 도 3에서 정의된 바와 같이 노드(N1 및 B) 사이에 직렬로 배열된다. 2차측 권선(W1)은 전류(I1)를 정류기 회로(RE10)를 통해 부하(LO)에 공급한다. 2차측 권선(W2)은 전류(I2)를 정류기 회로(RE20)를 통해 부하(LO)에 공급한다. 평활 커패시터(CO)는 부하(LO)와 병렬로 배열된다.
2차, 또는 보조 권선(WA1)은 전류를 정류기 회로(RE11)를 통해 부하(LA1)에 공급한다. 평활 커패시터(CA1)는 부하(LA1)와 병렬로 배열된다. 2차, 보조 권선(WA2)은 전류를 정류기 회로(RE21)를 통해 부하(LA2)에 공급한다. 평활 커패시터(CA2)는 부하(LA2)와 병렬로 배열된다.
바람직하게, 정류기 회로(RE10, RE20, RE11 및 RE21)는 풀 브릿지이다.
보조 권선(WA1)은 제 1 전력을 부하(LA1)에 공급하며, 보조 권선(WA2)은 제 2 전력을 부하(LA2)에 공급한다. 변압기(T1 및 T2)에 걸친 전압이 전력이 부하(LO)에 공급되는 시간 기간(TC) 동안에 실질적으로 같은 것이 LLC 컨버터의 정확한 동작에 있어 중요한 문제이기 때문에, 변압기(T1 및 T2)는 전류(I1 및 I2)를 각각 부하(LO)에 공급해야 한다. 이것은, 제 1 전력 - 제 2 전력이 제 1 2차측 권선(W1)에 의해 공급된 전력보다 더 작은 경우, 및 제 2 전력 - 제 1 전력이 제 2 2차측 권선(W2)에 의해 공급된 전력보다 더 작은 경우에 보장된다. 이러한 방식으로, 두 변압기(T1 및 T2)는 전류(I1, I2)를 부하(LO)에 공급할 것이다.
유사한 제약이 두 개 보다 많은 변압기의 직렬 배열에서 유효하다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예의 회로도를 도시한다. 변압기(T101)는 1차측 권선(LM101)과, 바닥에서 정상까지 W14, W12, W11, W13 순서로 직렬로 배열된 2차측 권선(W11 내지 W14)을 갖는다. 권선(W11 및 W12)의 접합부는 접지에 연결된다. 다이오드(D100)는 권선(W11 및 W13)의 접합부에 결합되고, (플라즈마 디스플레이 패널에서 필요한 지속 전압일 수 있는) 출력 전압(VS)을 주 부하(LO)에 공급한다. 다이오드(D101)는 권선(W12 및 W14)의 부하(LO)에 대한 접합부에 결합된다. 권선(W13)의 아직까지는 자유단은 다이오드(D104)를 통해 부하 전압(VAU1)을 공급하기 위해 부하(LA1)에 결합된다. 권선(W14)의 아직까지는 자유단은 다이오드(D106)를 통해서 보조 전압(VAU2)을 공급하기 위해 부하(LA2)에 결합된다.
변압기(T102)는 1차측 권선(LM102)과, 바닥에서 정상까지 W24, W22, W21, W23 순서로 직렬로 배열된 2차측 권선(W21 내지 W24)을 갖는다. 권선(W21 및 W22)의 접합부는 접지에 연결된다. 권선(W21과 W23) 사이의 접합부는 다이오드(D102)를 통해 주 부하(LO)에 결합된다. 권선(W22 및 W24) 사이의 접합부는 다이오드(D103)를 통해 부하(LO)에 결합된다. 권선(W23)의 아직까지는 자유단은 다이오드(D105)를 통해 부하(LA1)에 결합된다. 권선(W24)의 아직까지는 자유단은 다이오드(D107)를 통해 부하(LA2)에 결합된다. 모든 전압(VAU1, VAU2, 및 VS)은 접지에 대해 정의된다.
1차측 권선(LM101 및 LM102)은 노드(N1 및 B) 사이에 직렬로 배열된다.
회로는 완전히 대칭이며, 그에 따라 동일한 단계 동안에 대응하는 다이오드를 통과하는 전류는 같다. 예컨대, 다른 다이오드는 차단 상태인 동안에 다이오드(D104, D100, D105, D102)가 도통이 되도록 2차측 권선 양단 전압이 걸리는 단계 동안에, 권선(W13 및 W23)은 동일한 전류를 공급하고 있고, 그에 따라, 권선(W11 및 W21)은 동일한 전류를 공급하고 있다. 이 단계 동안에, 권선(W11)에 의해 공급된 전력은 변압기(T101)를 갖는 전력 컨버터에 의해 공급된 총 전력 - 권선(W13)에 의해 공급된 전력이다.
만약 보조 전압(VAU1 및 VAU2)에서의 부하가 같다면, 변압기 양단의 모든 전압이 반대 극성을 갖는 그 다음 기간에, 동일한 전류가 공급된다. 예컨대, 권선(W12 및 W22)은 선행하는 단계 동안에 권선(W11 및 W21)에 의해 공급된 전류와 동일한 같은 전류를 공급한다.
모든 단계 동안에, 보조 전압(VAU1, VAU2)에 공급된 전력은 전력 컨버터가 변압기(T101 및 T102)의 2차측에 전달해야 하는 총 전력보다 더 낮아야 한다. 이점은, 각 단계 동안에 두 변압기(T101 및 T102)가 전류를 부하(LO)에 공급한다는 점을 보장한다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예의 회로도를 도시한다. 변압기(T111)는 1차측 권선(LM111)과, W12, W11, W13의 순서로 직렬로 배열된 2차측 권선(W11 내지 W13)을 갖는다. 권선(W11 및 W12)의 접합부는 접지에 연결된다. 권선(W11 및 W13)의 접합부는 다이오드(D110)를 통해 지속 전압(VS)을 공급하기 위해 부하(LO)에 결합된다. 권선(W12)의 아직까지는 자유단은 부하(LO)에 다이오드(D111)를 통해 결합된다. 권선(W13)의 아직까지는 자유단은 보조 전압(VAU1)을 부하(LA1) 양단에 다이오드(D114)를 통해 공급한다.
변압기(T112)는 1차측 권선(LM112)과, W24, W22, W21의 순서로 직렬로 배열된 2차측 권선을 갖는다. 권선(W21 및 W22)의 접합부는 접지에 연결된다. 권선(W22 및 W24)의 접합부는 다이오드(D113)를 통해 부하(L0)에 결합된다. 권선(W21)의 아직까지는 자유단은 부하(LO)에 다이오드(D112)를 통해 결합된다. 권선(W24)의 아직까지는 자유단은 보조 전압(VAU1)을 다이오드(D115)를 통해 공급한다.
1차측 권선(LM111 및 LM112)은 노드(N1과 B) 사이에 직렬로 배열된다.
권선(W11, W12, W13, W21, W22, W24)에서 흐르는 전류의 파형이 도 8에 도시되어 있다.
권선(W13)의 감긴 수는 권선(W24)의 감긴 수와 같다.
도 7은 본 발명에 다른 실시예의 회로도를 도시한다. 도 7은 도 6을 기반으로 하며, 그 차이점들이 이제 다음에서 설명될 것이다. 전류를 주 부하(LO)에 공급하는 각 2차측 권선에 대해 별도의 다이오드를 제공하는 대신에, 2차측 권선(W11 및 W21)은 병렬로 배열되어 있고, 그들의 전류를 동일한 다이오드(D121)를 통해서 부하(LO)에 공급한다. 동일하게, 2차측 권선(W12 및 W22)은 병렬로 배열되어 있고, 그들의 전류를 동일한 다이오드(D120)를 통해 주 부하에 공급한다. 회로는 동일하게 이처럼 동작하며, 도 6에 도시된 회로와 동일한 전류 파형을 보이지만, 유리하게는 더 적은 수의 다이오드를 필요로 한다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 실시예의 동작을 설명하기 위해 전류를 시간의 함수로서 도시한다.
도 8의 (a)는 권선(W13)에서의 전류(I13)를 도시하고, 도 8의 (b)는 권선(W11)에서의 전류(I11)를 도시하고, 도 8의 (c)는 권선(W12)에서의 전류(I12)를 도시하고, 도 8의 (d)는 권선(W21)에서의 전류(I21)를 도시하고, 도 8의 (e)는 권선(W24)에서의 전류(I24)를 도시하며, 도 8의 (f)는 권선(W22)에서의 전류(I22)를 도시한다.
제 1 위상(P1)은 인스턴트(t10)에서 시작하고, 인스턴트(t11)에서 종료한다. 제 2 위상(P2)은 인스턴트(t11)에서 시작하고, 인스턴트(t12)에서 종료한다. 위상(P1) 동안에, 변압기 권선(W11, W12, W13, W21, W22, W24) 양단의 전압은 다이오드(D111, D113, 및 D115){도 6에서, 또는 도 7에서는 다이오드(D120 및 D124)}가 비-도통인 동안에 다이오드(D110, D112, 및 D114){도 6에서, 또는 도 7에서는 다이오드(D121 및 D123)}는 도통이 되는 극성을 갖는다.
도 8의 (a) 및 8의 (b)는 보조 권선(W13)에 의해 보조 부하(LA1)에 공급된 전류(I13)가 상대적으로 크고, 그에 따라 동일한 변압기(T111)에 의해 권선(W11)을 통해 주 부하(LO)에 공급된 전류(I11)가 상대적으로 작음을 도시한다. 변압기(T112)가 전류를 제 1 위상(P1) 동안에 보조 부하(LA1)에 공급하지 않기 때문에, 주 부하(LO)로의 주 전력은 변압기(T112)의 권선(W21)에 의해 공급된다.
위상(P2) 동안에, 변압기(T111)는 모든 전력을 주 부하(LO)에 공급하는 반면, 변압기(T112)는 전력의 대부분이 보조 부하(LA1)에 공급되어야 하기 때문에 상대적으로 작은 전력을 주 부하(LO)에 공급한다.
이러한 비대칭 회로는 출력 전력의 상당히 큰 부분을 보조 부하(LA1)에 공급하게 한다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예의 회로도를 도시한다. 변압기(T131)는 1차측 권선(LM131)과, 바닥에서 정상으로 W14, W12, W11의 순서로 직렬로 배열된 세 개의 2차측 권선을 갖는다. 권선(W11 및 W12)의 접합부는 접지에 연결된다. 권선(W12 및 W14)의 접합부는 다이오드(D132)를 통해 전압(VS)을 공급하기 위해 부하(LO)에 결합된다. 권선(W11)의 아직까지는 자유단은 보조 전압(VAU1)을 부하(LA1)에 다이오드(D134)를 통해 공급한다.
변압기(T132)는 1차측 권선(LM132)과, W24, W22, W21의 순서로 직렬로 배열된 세 개의 2차측 권선을 갖는다. 권선(W21 및 W22)의 접합부는 접지에 연결된다. 권선(W22 및 W24)의 접합부는 다이오드(D133)를 통해 부하(LO)에 결합된다. 권선(W21)의 아직까지는 자유단은 부하(L0)에 다이오드(D131)를 통해 결합된다. 권선(W24)의 아직까지는 자유단은 보조 전압(VAU1)을 다이오드(D135)를 통해 공급한다.
1차측 권선(LM131 및 LM132)은 노드(N1 및 B) 사이에 직렬로 배열된다.
권선(W11, W12, W14, W21, W22, 및 W24)을 흐르는 전류의 파형이 도 10에 도시되어 있다.
도 10은 도 9에 도시된 실시예를 설명하기 위해 파형을 시간의 함수로서 도시한다.
도 10의 (a)는 권선(W14)에서의 전류(I14)를 도시하고, 도 10의 (b)는 권선(W12)에서의 전류(I12)를 도시하고, 도 10의 (c)는 권선(W11)에서의 전류(I11)를 도시하고, 도 10의 (d)는 권선(W21)에서의 전류(I21)를 도시하고, 도 10의 (e)는 권선(W24)에서의 전류(I24)를 도시하며, 도 10의 (f)는 권선(W22)에서의 전류(I22)를 도시한다.
제 1 위상(P10)은 인스턴트(t100)에서 시작하고, 인스턴트(t101)에서 종료한다. 제 2 위상(P11)은 인스턴트(t101)에서 시작하고, 인스턴트(t102)에서 종료한다. 위상(P10) 동안에, 변압기 권선(W12, W14, W22, W24) 양단의 전압은 도 9의 다이오드(D130 및 D131)가 비-도통인 동안에 도 9의 다이오드(D132, D134, D133, 및 D135)가 도통이 되도록 극성을 갖는다.
도 10의 (a), (b), (e), 및 (f)는 보조 권선(W14 및 W24)에 의해 각각 보조 부하(LA1)에 공급된 전류(I14 및 I24)는 상대적으로 크며, 그에 따라 권선(W12 및 W22) 각각을 통해 주 부하(LO)에 공급되는 전류(I12 및 I22)는 상대적으로 작음을도시한다. 주 부하(LO)로의 주 전력은 권선(W11 및 W21)에 의해 공급되며, 이는 어떠한 전류도 위상(P2) 동안에 보조 부하(LA1)에 공급되지 않기 때문이다.
도 6, 도 7, 및 도 9는 변압기 양단의 전압을 균등화하는 특징을 보존하면서 변압기에서의 DC 바이어스 방지를 희생시키지 않고도, 더 적은 수의 출력 다이오드를 사용하는 본 발명에 따른 실시예를 나타낸다. 각 실시예에서, 두 변압기 중 임의의 변압기는 추가적인 보조 출력 전압을 제공하며, 각 전압은 (두 개의 다이오드를 통해) 중심-탭의 2차측 권선에 의해 공급될 수 있고, 하나의 권선 및 정류기 브릿지에 의해 공급될 수 있다.
도 5와, 도 6, 7 및 9 사이의 주된 차이점은, 도 5에서는 두 변압기(T101 및 T102) 각각이 출력 전력을 브릿지 전류의 두 위상에서의 보조 출력에 전달하고, 도 6, 도 7, 및 도 9에서 두 변압기 각각은 보조 전력의 일부분을 전달하고, 그에 따라 보조 출력 전력의 분배는, 두 변압기 사이의 온도 상승이 같게 되어 변압기 조합에 의해 전달될 수 있는 출력 전력의 최대 가능 레벨의 절대치를 허용하도록 선택된다는 것이다.
전술한 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 예시하며, 당업자는 첨부된 청구항의 범위에서 벗어나지 않고 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있을 것임을 주목해야 한다.
청구항에서, 괄호 사이의 임의의 참조부호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 단어, "포함하다"는 청구항에 기재된 요소 또는 단계가 아닌 것의 존재를 배제하지 않는다. 단수로 기재된 요소는 이러한 요소가 복수 개 존재함을 배제하지 않는다. 본 발명은 몇 개의 개별적인 요소를 포함하는 하드웨어 및, 적절하게 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 몇 개의 수단을 열거하고 있는 디바이스 청구항에서, 이들 수단 중 몇 개는 동일한 하드웨어 아이템에 의해 구현될 수 있다. 특정한 방법이 서로 다른 종속항에서 열거되어 있다는 단순한 사실이 이들 방법의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 점을 나타내지는 않는다.
요약하면, 본 발명은 1차측 권선이 직렬로 연결된 적어도 두 개의 변압기를 포함하는 공진 LLC-전력 컨버터에 관한 것이다. 변압기 각각은 0이 아닌 전류를 동일한 시간 기간 동안에 동일한 부하에 공급하는 2차측 권선을 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 공진 LLC 전력 컨버터에 이용된다.

Claims (6)

  1. 공진 LLC 전력 컨버터로서,
    적어도 두 개의 변압기를 포함하며, 상기 적어도 두 개의 변압기의 1차측 권선은 직렬로 결합되고, 상기 적어도 두 개의 변압기 각각은 0이 아닌 전류를 실질적으로 동일한 시간 기간 동안에 동일한 부하에 공급하기 위해 2차측 권선을 갖는,
    공진 LLC 전력 컨버터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 변압기는 제 1 총 전력을 관련된 부하에 공급하기 위해 제 1 미리 결정된 수의 추가의 2차측 권선을 가지며, 상기 제 1 총 전력은 상기 제 2 2차측 권선에 의해 공급된 전력보다 더 작은, 공진 LLC 전력 컨버터.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 변압기는 제 2 총 전력을 관련된 부하에 공급하기 위해 제 2 미리 결정된 수의 추가의 2차측 권선을 가지며, 상기 제 1 총 전력 - 상기 제 2 총 전력은 상기 제 1 2차측 권선에 의해 공급된 전력보다 더 작으며, 상기 제 2 총 전력 - 상기 제 1 총 전력은 상기 제 2 2차측 권선에 의해 공급된 전력보다 더 작은, 공진 LLC 전력 컨버터.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 미리 결정된 수의 추가의 2차측 권선 및 관련 정류기 중 적어도 하나는 제 1 극성을 갖는 제 1 변압기에서 공진 전류의 반파 동안에 관련 부하 중 적어도 하나에 전력을 전달하기 위한 극성을 가지며, 상기 제 2 미리 결정된 수의 추가의 2차측 권선과 관련된 정류기 중 적어도 하나는, 상기 제 1 극성과 반대인 극성을 갖는 상기 제 2 변압기에서 공진 전류의 반파 동안에 관련 부하 중 적어도 하나에 전력을 공급하기 위한 극성을 갖는, 공진 LLC 전력 컨버터.
  5. 제 1항에 있어서, 공진 커패시터와,
    직류 입력 전압을 수신하기 위한 제 1 전자 스위치 및 제 2 전자 스위치로 된 직렬 배열을 포함하며,
    상기 적어도 두 개의 변압기는, 상기 제 1 정류기 회로의 도통 기간 동안에 전류를 부하에 공급하기 위해 제 1 정류기 회로를 통해 상기 부하에 결합되는 제 1 1차측 권선 및 제 1 2차측 권선을 갖는 제 1 변압기와,
    상기 제 2 정류기의 도통 기간 동안에 부하에 전류를 공급하기 위해 상기 부하에 제 2 정류기 회로를 통해 결합되는 제 2 1차측 권선 및 제 2 2차측 권선을 갖는 제 2 변압기를 포함하며,
    여기서, 상기 제 1 1차측 권선, 상기 제 2 1차측 권선, 및 상기 공진 커패시터는 상기 제 2 전자 스위치 양단에 직렬로 배열되며,
    상기 제 1 1차측 권선 및 상기 제 2 1차측 권선과, 상기 제 1 정류기 회로 및 상기 제 2 정류기 회로는, 상기 제 1 정류기 회로의 도통 기간 동안에 상기 제 2 1차측 권선 양단의 제 2 전압과 실질적으로 같은 상기 제 1 1차측 권선 양단의 제 1 전압을 얻기 위해, 상기 제 1 정류기 회로의 도통 기간과 상기 제 2 정류기 회로의 도통 기간을 실질적으로 일치시키도록 극성을 갖게 되는, 공진 LLC 전력 컨버터.
  6. 전자 장치로서,
    적어도 두 개의 변압기를 갖는 공진 LLC 전력 컨버터를 포함하며, 상기 적어도 두 개의 변압기의 1차측 권선은 직렬로 결합되고, 상기 적어도 두 개의 변압기 각각은 실질적으로 동일한 시간 기간 동안에 0이 아닌 전류를 동일한 부하에 공급하기 위해 2차측 권선을 갖는, 공진 LLC 전력 컨버터.
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