KR20060019870A

KR20060019870A - 역률 보상 회로 및 그 출력 전압 제어 방법

Info

Publication number: KR20060019870A
Application number: KR1020040068548A
Authority: KR
Inventors: 이일운
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-03-06
Also published as: KR100637502B1

Abstract

본 발명은 역률 보상 회로 및 그 출력 전압 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 입력 전압의 크기 및 출력 부하의 유무에 따라 역률 보상 회로의 기준 전압을 다르게 설정한다. 즉, 입력 전압의 크기가 소정의 임계값보다 크고 출력 부하가 존재하는 경우에는 기준 전압을 높게 설정하여 출력 전압을 높이며, 출력 부하가 존재하지 않는 경우에는 기준 전압을 낮게 설정하여 출력 전압을 낮춘다. 이를 통해, 역률 보상 회로에서 입력 전압이 출력 전압보다 크거나 같은 경우 또는 출력 부하가 존재하지 않는 경우에 발생되는 소자의 스트레스 및 열 방생 등을 막을 수 있다.

역률 보상 회로, 부스트, 기준 전압, 부하, 입력 전압

Description

역률 보상 회로 및 그 출력 전압 제어 방법{POWER FACTOR CORRECTION CIRCUIT AND CONTROLLING METHOD OF OUTPUT VOLTAGE THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역률 보상 회로와 주변 블록을 나타내는 도면이다.

도 2는 비교기에 입력되는 전압에 따라 출력되는 전압의 파형을 나타내는 도면이다.

본 발명은 역률 보상 회로(Power Factor Correction Circuit) 및 그 출력 전압 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 부스트(Boost) 역률 보상 회로 및 그 출력 전압 제어 방법에 관한 것이다.

최근에는 평면 표시 장치 중에서 플라즈마 표시 장치(plasma display device)는 다른 평면 표시 장치(예를 들면, 액정 표시 장치(LCD), 전계 방출 표시 장치(FED))에 비해 휘도 및 발광효율이 높으며 시야각이 넓은 장점으로 인해 각광을 받고 있다. 플라즈마 표시 장치는 기체 방전에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 문자 또는 영상을 표시하는 평면 표시 장치로서, 그 크기에 따라 수십에서 수백 만개 이상의 화소가 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 플라즈마 표시 장치를 구동하는 방법으로는 플라즈마 표시 장치의 전극들에 다수의 전압을 공급하여 방전을 발생시킴으로써 구동한다. 이때, 플라즈마 표시 장치에서 다수의 전압을 공급하는 전력공급단의 역률 보상 회로로는 부스트(Boost) 회로를 주로 이용하고 있다. 역률 보상 회로는 입력되는 입력 전류가 정류된 입력 전압을 추정하도록 함으로써 역률을 보상하며, 입력되는 교류(AC) 전압을 일정한 직류(DC) 전압으로 출력하는 회로이다.

기존의 부스트 역률 보상 회로는 정상 동작 시 즉, 부스트 역률 보상 회로에 부하가 걸린 상태에서는 설정한 특정 값의 출력 전압을 출력한다. 그러나, 부스트 회로의 고유적인 특성에 의해 출력 부하가 존재하지 않을 시에 출력 전압이 상승하는 문제가 발생한다. 즉, 부스트 역률 보상 회로는 소신호 해석시 라이트 하프 플레인(right half plane)에 제로(Zero)성분이 존재하고 이 제로(Zero)성분에 의해 출력 부하가 존재하지 않을 시에 출력 전압이 설계값에서 제어되지 않고 상승하는 문제가 발생한다. 이러한 출력 전압의 상승은 부스트 역률 보상 회로에 사용되는 소자인 스위치(MOSFET), 다이오드, 커패시터, 저항 등에 과잉 스트레스(stress)가 가해지고 최악의 경우 소자들이 소손되는 일이 발생하게 된다.

그리고, 부스트 역률 보상 회로는 입력 전압과 출력 전압의 크기에 민감하게 반응한다. 특히, 불연속 전류 모드(Discontinuous Current Mode, 'DCM') 동작을 하는 부스트 역률 보상 회로에서 입력 전압의 피크(peak) 값이 출력 전압보다 크거나 같은 경우, 부스트 역류 보상 회로의 스위치의 온 타임(On Time)이 작고 큰 입 력 전압으로 인해 인덕터에 큰 전류가 흐르게 되어, 연속 전류 모드(Continuous Current Mode, 'CCM')동작을 하게 된다. 이에 따라 역률 보상 회로의 다이오드 및 스위치(MOSFET)에 매우 큰 전류가 흐르게 되어 많은 손실과 열이 발생하게 된다. 또한, 이 큰 전류에 의해 교류 라인의 필터(AC line filter)의 커먼 모드 초크(common mode choke)에 소음이 발생하는 문제가 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 출력 부하가 없는 경우 발생되는 출력 전압의 상승을 막으며 입력전압이 출력 전압의 크기보다 크게 되는 경우 발생되는 큰 전류의 발생을 막는 역률 보상 회로 및 그 출력 전압 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 역률 보상 회로는

입력단에 커플링되는 스위치를 포함하며, 상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 출력단에 직류의 출력 전압을 공급하는 부스트 회로;

상기 입력단에 입력되는 전압의 크기와 상기 출력단의 부하의 유무에 따라 기준 전압을 생성하는 마이컴;

상기 입력단에 입력되는 전압 및 전류를 감지하는 입력 감지부; 및

상기 기준 전압, 상기 입력 감지부에서 감지된 입력 전압 및 전류, 상기 출력 전압 및 상기 부스트 회로를 통해 흐르는 전류에 대응하여, 상기 스위치의 통류율을 조절하도록 하는 제어하는 신호를 생성하는 스위칭 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 마이컴은, 상기 입력단에 입력되는 전압의 크기가 소정의 임계값을 초과하지 않고 상기 출력단의 부하가 존재하는 경우 제1 기준 전압을 생성하고, 상기 입력단에 입력되는 전압의 크기가 소정의 임계값을 초과하고 상기 출력단의 부하가 존재하는 경우 상기 제1 기준 전압보다 높은 제2 기준 전압을 생성하며, 상기 출력단의 부하가 존재하지 않는 경우 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제2 기준 전압을 생성한다. 또한, 상기 제1 기준 전압인 경우 제1 출력 전압이 출력되고, 상기 제2 기준 전압인 경우 상기 제1 출력 전압보다 높은 제2 출력 전압이 출력되며, 상기 제3 기준 전압인 경우 상기 제1 출력 전압보다 낮은 제3 출력 전압이 출력된다.

본 발명의 다른 특징에 따른 역률 보상 회로의 출력 전압 제어 방법은

입력단에 커프링되는 스위치 및 상기 스위치의 통류율을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하며 상기 스위칭 제어부의 제어에 따라 출력단에 출력 전압을 공급하는 역률 보상 회로에서 상기 출력 전압을 제어하는 방법에 있어서,

(a) 상기 입력단의 입력 전압의 크기 및 출력단 부하 유무를 감지하는 단계;

(b) 상기 감지된 입력 전압 및 부하 유무에 대응하여, 상기 스위칭 제어부가 상기 스위치를 제어하는데 사용하는 기준 전압을 생성하는 단계; 및

(c) 상기 생성된 기준 전압에 대응하여 상기 출력 전압을 변동시키도록 제어하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 단계(b)에서, 상기 감지된 입력 전압의 크기가 소정의 임계값을 초과하지 않고 상기 감지된 부하가 존재하는 경우 제1 기준 전압을 생성하고, 상기 감지된 입력 전압의 크기가 소정의 임계값을 초과하고 상기 감지된 부하가 존재하는 경우 상기 제1 기준 전압보다 높은 제2 기준 전압을 생성하며, 상기 출력단의 부하가 존재하지 않는 경우 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제3 기준 전압을 생성한다. 또한, 상기 단계(c)에서, 상기 제1 기준 전압인 경우 제1 출력 전압이 출력되도록 제어하며, 상기 제2 기준 전압인 경우 상기 제1 출력 전압보다 높은 제2 출력 전압이 출력되도록 제어하며, 상기 제3 기준 전압인 경우 상기 제1 출력 전압보다 낮은 제3 출력 전압이 출력되는 제어한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역률 보상 회로(100)와 주변 블록을 나타내는 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 역률 보상 회로(100)는 브리지 다이오드(BD)에 의해 정류된 전압(전파 정류 전압)을 입력으로 받아 일정한 직류 전압(Vo)을 출력하며, 출력된 직류 전압(Vo)은 전압 생성부(200)에 입력된다. 여기서, 브리지 다이오드(BD)는 교류 입력(AC)을 다이오드를 통해 정류하며, 전압 생성부(200)는 역률 보상 회로(100)로부터 출력되는 직류 전압(Vo)을 입력받아 DC-DC 컨버터를 이용하여 다수의 직류 전압(Vs, Va, 15V, 5V)을 출력한다. 전압 생성부(200)에 출력되는 다수의 직류 전압(Vs, Va, 15V, 5V) 등이 플라즈마 표시 장치 등을 구동하는 전압으로 이용된다.

이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 역률 보상 회로(100)에 대해서 알아본다.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 역률 보상 회로는, 인덕터(L1), 스위치(Q1), 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)로 구성된 부스트 회로와, 마이컴(120), 스위칭 제어부(140), 입력 감지부(160)를 포함한다. 이하에서는 편의상 인덕터(L1), 스위치(Q1), 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)를 포함하여 '부스트 회로'라 칭한다.

부스트 회로에서 인덕터(L1)의 일단은 브리지 다이오드(BD)의 출력에 연결되며 타단은 다이오드(D1)의 애노드에 연결된다. 다이오드(D1)의 캐소드는 커패시터(C1)의 일단에 연결되며, 커패시터(C1)의 타단은 저항(R1)을 통해 접지에 연결된다. 스위치(Q1)의 드레인 단자는 인덕터(L1)와 다이오드(D1)의 접점에 연결되고 소스 단자는 커패시터(C1)와 저항(R1)의 접점에 연결되며 게이트 단자는 스위칭 제어부(140)의 출력단자에 연결된다. 여기서, 저항(R1)은 부스트 회로를 통해 흐르는 전류를 감지하기 위한 저항이다. 도 1에서 스위치(Q1)를 MOSFET으로 나타내었지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 바이폴라 트랜지스터 등 다른 스위칭 소자를 사용할 수 있다.

부스트 회로는 스위칭 제어부(140)로부터 전송되는 스위칭 제어신호에 의해 스위치(Q1)가 턴온/턴오프 동작하여 입력되는 정류 전압을 커패시터(C1)에 일정한 출력 전압(Vo)을 생성한다. 이때, 부스트 회로에서 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo)의 관계는 아래의 수학식1이 된다.

수학식 1에서 Vin은 부스트 회로에 입력되는 입력 전압을 나타내며, D는 스위치(Q1)의 통류율(Duty Ratio) 즉, 스위칭 주기에 대해 온되는 시간의 비율을 의미한다. 수학식 1에 나타낸 바와 같이 부스트 회로는 스위치(Q1)의 통류율에 따라 출력 전압(Vo)이 결정된다.

마이컴(120)은 부스트 회로의 입력 전압 값과 로드(load)로 출력된 로드 전류를 입력받으며, 입력 전압 값 및 로드 전류값에 따라 기준전압(Vref)을 스위칭 제어부(140)로 출력한다. 본 발명의 실시예에서 마이컴(120)은 센싱된 입력 전압 값과 센싱된 로드 전류값에 따라 세 개의 기준전압(Vref1, Vref2, Vref3)을 출력한다. 센싱된 입력 전압이 임계값(이는 미리 설정해 두는 값으로서 예를 들면 250Vrms)을 초과하고 센싱된 로드 전류가 0A를 초과하는(여기서 로드 전류가 0A 초과를 초과하는 의미는 부하가 존재한 다는 것을 의미함) 경우, 마이컴(120)은 Vref1을 출력한다. 그리고, 센싱된 입력 전압에 관계없이 로드 전류가 0A인 경우(여기서 로드 전류가 0A라는 의미는 부하가 존재하지 않는다는 것을 의미함), 마이 컴(120)은 Vref2를 출력한다. 또한, 입력 전압이 임계값(예를 들면 250Vrms)을 초과하지 않고 로드 전류가 0A를 초과하는 경우, 마이컴(120)은 Vref3을 출력한다. 한편, 기준전압(Vref1, Vref2, Vref3)의 전압레벨은 아래의 수학식 2의 관계가 성립한다.

여기서, 센싱된 입력 전압은 브리지 다이오드(BD)에 의해 정류된 전압의 실효값(순시값)(rms)이며, 실효값을 구하는 방법은 당업자라면 쉽게 알 수 있는바 이하 구체적 설명은 생략한다. 또한, 로드 전류를 구하는 방법은 당업자라면 쉽게 알 수 있는바 이하 구체적 설명은 생략한다.

입력 감지부(160)는 부스트 회로에 입력되는 입력 전압의 실효값(Vrms)을 감지하여 이를 제곱한 값(Vrms², 도 1에서 X^2로 나타내었음)을 스위칭 제어부(140)에 출력하며, 부스트 회로에 입력되는 입력 전류의 실효값(I_AC,여기서 I_AC는 입력 전류의 실효값(순시값)을 의미함)을 감지하여 스위칭 제어부(140)에 출력한다. 여기서, 입력 감지부(160)가 입력 전압의 실효값(Vrms)을 감지하여 이를 제곱하는 방법 및 입력 전류의 실효값(I_AC)을 감지하는 방법은 당업자라면 쉽게 알 수 있는바 이하 구체적 설명은 생략한다.

스위칭 제어부(140)는 출력 전압(Vo), 마이컴(120)으로부터 출력되는 기준전 압(Vref), 입력 감지부(160)로부터 출력되는 두 신호(I_AC,Vrms²)를 입력받아 스위치(Q1)를 제어하는 제어신호를 출력한다. 즉, 스위칭 제어부(140)는 펄스 신호를 스위치(Q1)의 게이트 인가하여 스위치(Q1)의 턴온/턴오프를 제어한다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 제어부(140)는 마이컴(120)으로부터 출력된 기준전압(Vref)의 값에 따라 부스트 회로의 출력전압(Vo)이 다른 값이 되도록 하는 제어신호를 스위치(Q1)에 출력한다.

한편, 도 1에 나타낸 바와 같이 스위칭 제어부(140)는 전압 증폭기(Amp1), 곱셈기(Mul), 전류 증폭기(Amp2), 비교기(Amp3)를 포함한다.

전압 증폭기(Amp1)의 반전단자(-)에는 출력전압(Vo)이 입력되고 비반전단자(+)에는 마이컴(120)의 출력 값인 기준전압(Vref)이 입력되며, 이에 따라 전압 증폭기(Amp1)는 양 전압을 비교하여 비교 값을 출력한다. 즉, 전압 증폭기(Amp1)의 출력 값(V_A)은 수학식 3의 의 관계가 성립한다.

여기서, K1은 비례상수(Amp1의 증폭비)를 의미하며 Vo은 감지된 출력전압을 의미한다.

곱셈기(Mul)는 전압 증폭기(Amp1)의 출력 값(V_A), 입력 감지부(160)로부터 출력되는 I_AC및 입력 감지부(160)로부터 출력되는 Vrms²를 각각 A 단자, B 단자 및 C 단자로 입력받아 아래의 수학식 4에 해당하는 출력 값(Imo)을 출력한다. 즉, 곱셈기(Mul)는 전압 증폭기(Amp1)의 출력 값(A)과 I_AC 곱한 값을 Vrms²로 나눈 값을 출력한다.

수학식 4에서, K2는 곱셈기(Mul)의 비례 상수 이며, V_A는 전압 증폭기(Amp1)의 출력 값을 나타낸다.

전류 증폭기(Amp2)는 저항(R1)에 의해 센싱된 부스트 회로를 통해 흐르는 전류(Isense)를 반전단자(-)로 입력받으며 곱셈기(Mul)의 출력 전류값(Imo)을 비반전단자(+)로 입력받아, 두 전류 값(Isense, Imo)을 비교하여 출력 전압 값(Vs)을 출력한다. 여기서, 출력 전압 값(Vs)은 K3*(Imo-Isense)이 되며, K3은 증폭기의 비례상수이다.

비교기(Amp3)는 기준 램프(Ramp) 파형 전압 및 전류 증폭기(Amp2)의 출력 전압(Vs)을 각각 반전단자(-) 및 비반전단자(+)에 입력받아, 두 전압을 비교하여 일정한 펄스 전압을 출력한다. 즉, 비교기(Amp3)는 전류 증폭기(Amp2)의 출력 전압(Vs)이 기준 램프 파형 전압보다 큰 지점에서는 스위치(Q1)를 턴온할 수 있는 전압을 출력하며 작은 경우에는 스위치(Q1)를 턴오프할 수 있는 전압을 출력한다. 비 교기(Amp3)의 출력 신호가 스위치(Q1)의 게이트에 입력되어 스위치(Q1)가 턴온/턴오프된다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 역률 보상 회로(100)의 동작에 대해서 알아본다. 특히, 마이컴(120)의 기준전압(Vref)이 센싱된 입력 전압 및 센싱된 로드 전류에 따라, Vref1, Vref2 및 Vref3으로 변동하는 경우 출력 전압(Vo)이 변동되는 방법에 대해서 알아본다.

먼저, 기준 전압(Vref3)에서 기준 전압(Vref1)으로 변경되는 경우, 출력전압(Vo)이 Vo3에서 Vo3보다 높은 레벨인 Vo1로 변동되는 동작에 대해서 알아본다. 즉, 입력 전압이 임계값을 초과하지 않고 부하가 존재하는 상황에서, 입력 전압이 임계값을 초과하고 부하가 존재하는 상황으로 변동되는 경우의 출력 전압(Vo)이 Vo3으로 변동되는 방법에 대해서 알아본다. 여기서, Vo3은 기준 전압(Vref3)인 경우의 출력전압(Vo)을 의미하며, Vo1은 기준전압(Vref1)인 경우의 출력전압(Vo)을 나타낸다.

전압 증폭기(Amp1)에 입력되는 기준전압(Vref)이 Vref3에서 Vref3보다 높은 레벨인 Vref1로 변동되는 경우, 전압 증폭기(Amp1)의 출력전압(V_A)이 수학식 3에 관계에 의해 증가한다.

이에 따라, 곱셈기(Mul)의 A 단자의 값(V_A)이 증가한다. 또한, 입력 전압이 증가하므로 곱셈기(Mul)의 B 단자에 입력되는 I_AC 값 및 C 단자에 입력되는 Vrms값도 함께 증가한다. 따라서, 수학식 4에 의해 곱셈기(Mul)의 출력은 그대로 유지한 다. 왜냐하면, 수학식 4에서 분모가 Vrms²이므로 분자의 V_A 값 및 I_AC 값이 증가한다고 하더라도 Vref3인 경우의 값을 유지하게 된다.

이때, 곱셈기(Mul)의 출력값도 그대로 유지되므로 전류 증폭기(Amp2)의 출력도 그대로 유지되며 비교기(Amp3)의 출력도 그대로 유지된다. 따라서, 스위치(Q1)의 통류율(D)이 그대로 유지된다. 여기서, 스위치(Q1)의 통류율(D)은 그대로 유지되나 입력 전압(Vin)이 증가하므로, 수학식 1에 의해 출력전압(Vo)은 증가하게 되어 Vo3 전압보다 높은 레벨로 변동하게 된다. 이와 같은 피드백 동작을 통해 출력전압(Vo)이 일정한 전압(Vo1)을 유지하게 된다.

이와 같이 입력 전압이 증가하고 출력부하가 존재하는 경우에 기준전압(Vref)을 증가시켜 Vref1로 설정하면 출력 전압(Vo)도 증가하여 Vo1이 된다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 역률 보상 회로는 입력 전압이 증가함에 따라 출력 전압도 증가하게 되어 입력 전압이 출력 전압보다 크거나 같게 되는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 기준 전압(Vref3)에서 기준 전압(Vref2)으로 변경되는 경우, 출력전압(Vo)이 Vo3에서 Vo3보다 낮은 레벨인 Vo2로 변동되는 동작에 대해서 알아본다. 즉, 입력 전압이 임계값을 초과하지 않고 부하가 존재하는 상황에서, 입력 전압이 임계값을 초과하는 것에 관계없이 부하가 존재하지 않는 상황으로 변동되는 경우의 출력 전압(Vo)이 낮은 레벨로 변동되는 방법에 대해서 알아본다. 여기서, Vo3은 기준 전압(Vref3)인 경우의 출력전압(Vo)을 의미하며, Vo2는 기준전압(Vref2)인 경 우의 출력전압(Vo)을 나타낸다.

출력 부하가 존재하지 않는 경우 마이컴(120)은 Vref3보다 낮은 Vref2를 출력한다. 그러면, 전압 증폭기(Amp1)의 출력 전압(V_A)이 수학식 3에 의해 감소한다. 그리고, 곱셈기(Mul)의 출력전류(Imo)는 수학식 4에 의해 감소한다. 출력 전류(Imo)가 감소하므로 전류 증폭기(Amp2)의 출력도 감소하게 되며, 이에 따라 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 비교기(Amp1)의 반전단자의 입력이 Vs1에서 Vs2로 감소하게 된다.

도 2는 비교기(Amp3)에 입력되는 전압에 따라 출력되는 전압의 파형을 나타내는 도면으로서, (a)는 비교기(Amp3)에 입력되는 전압 파형을 나타내며, (b)와 (c)는 전류 증폭기(Amp2)의 출력에 따른 비교기(Amp3)의 출력 전압 파형을 나타내는 도면이다. 이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 비교기(Amp1)의 반전단자의 입력이 Vs1에서 Vs2로 감소하는 경우 출력 파형이 도 2의 (b)에서 도 2의 (c)로 변동된다. 따라서, 스위치(Q1)의 턴온 타임이 줄어들게 되어, 스위치(Q1)의 통류율(D)이 감소하게 된다. 스위치(Q1)의 통류율(D)이 감소하게 되며 수학식 1에 의해 출력 전압(Vo)이 감소하게 된다. 이와 같은 피드백 동작을 통해 출력전압(Vo)이 일정한 전압(Vo2)을 유지하게 된다.

즉, 출력 부하가 존재하지 않는 경우에 기준전압(Vref)을 감소시켜 Vref2로 설정하면 출력 전압(Vo)도 Vo2로 감소하게 된다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 역률 보상회로는 출력 부하가 존재하지 않는 경우 출력 전압(Vo)을 감소시키 므로, 출력 부하가 존재하지 않는 경우에 출력 전압을 상승하는 문제를 방지할 수 있다.

한편, 기준 전압(Vref)이 Vref3에서 Vref1로 변동하는 경우 및 Vref3에서 Vref2로 변동하는 경우에, 정상 상태(steady state)에서 입력전압이 변동되어도 출력 전압(Vo)이 각각 Vo1과 Vo2로 일정한 전압을 유지한다. 이하에서는 이에 대해 알아본다.

기준 전압(Vref)이 Vref3에서 Vref1로 증가하는 경우에는 출력 전압이 Vo1 증가하고, Vref2로 감소하는 경우에는 출력 전압이 Vo2로 감소하므로, 정상 상태(steady state)에서는 기준 전압(Vref)과 출력 전압(Vo)이 일정한 전압을 유지한다. 따라서, 전류 증폭기(Amp1)의 출력(V_A)은 일정한 값을 출력한다. 이때, 입력 전압이 증가하여 I_AC 및 Vrms이 증가하는 경우, 수학식 4에 의해 Vrms의 제곱으로 분모에 있고 V_A가 일정하므로, 곱셈기(Mul)의 출력 전류(Imo)가 감소하게 된다. 이에 따라, 전류 증폭기(Amp2)의 출력이 감소하게 되어 도 2의 (c)에서와 같이 스위치(Q1)의 통류율(D)이 감소한다. 그리고, 입력 전압이 증가하는 경우이므로 수학식 1에서 Vin 또한 증가한다. 따라서, 수학식 1에서 Vin이 증가하고 D가 감소하므로 출력 전압(Vo)은 일정한 전압을 유지하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 입력 전압이 증가하고 부하가 존재하는 경우에는 기준 전압을 증가시켜 출력 전압을 상승시킴으로써, 입력 전압이 출력 전압보다 크거나 같게되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 소자에 발생되는 손실과 열을 줄일 수 있다.

또한, 출력 부하가 존재하지 않는 경우 기준 전압을 낮추어 출력 전압을 하강시킴으로써, 출력 전압이 상승하는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 출력 부하가 존재하지 않는 경우 발생되는 소자의 스트레스를 줄 일 수 있다.

Claims

입력단에 커플링되는 스위치를 포함하며, 상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 출력단에 직류의 출력 전압을 공급하는 부스트 회로;

상기 입력단에 입력되는 전압의 크기와 상기 출력단의 부하의 유무에 따라 기준 전압을 생성하는 마이컴;

상기 입력단에 입력되는 전압 및 전류를 감지하는 입력 감지부; 및

상기 기준 전압, 상기 입력 감지부에서 감지된 입력 전압 및 전류, 상기 출력 전압 및 상기 부스트 회로를 통해 흐르는 전류에 대응하여, 상기 스위치의 통류율을 조절하도록 하는 제어하는 신호를 생성하는 스위칭 제어부를 포함하는 역률 보상 회로.
제1항에 있어서,

상기 마이컴은,

상기 입력단에 입력되는 전압의 크기가 소정의 임계값을 초과하지 않고 상기 출력단의 부하가 존재하는 경우 제1 기준 전압을 생성하고,

상기 입력단에 입력되는 전압의 크기가 소정의 임계값을 초과하고 상기 출력단의 부하가 존재하는 경우 상기 제1 기준 전압보다 높은 제2 기준 전압을 생성하며,

상기 출력단의 부하가 존재하지 않는 경우 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제2 기준 전압을 생성하는 역률 보상 회로.
제2항에 있어서,

상기 제1 기준 전압인 경우 제1 출력 전압이 출력되고, 상기 제2 기준 전압인 경우 상기 제1 출력 전압보다 높은 제2 출력 전압이 출력되며, 상기 제3 기준 전압인 경우 상기 제1 출력 전압보다 낮은 제3 출력 전압이 출력되는 역률 보상 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 부스트 회로는,

상기 입력단에 제1 단이 전기적으로 연결되는 인덕터;

상기 인덕터의 제2 단에 애노드가 전기적으로 연결되는 다이오드; 및

상기 다이오드의 캐소드에 제1 단이 연결되는 커패시터를 더 포함하며,

상기 스위치는 제1 인덕터와 다이오드의 접점과 상기 커패시터의 제2 단 사이에 전기적으로 연결되는 역률 보상 회로.
제4항에 있어서,

상기 부스트 회로는 상기 커패시터의 제2 단과 접지 사이에 연결되는 저항을 더 포함하며, 상기 저항을 이용하여 상기 부스트 회로를 통해 흐르는 전류는 측정하는 역률 보상 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스위칭 제어부는,

상기 출력 전압 및 상기 기준 전압이 각각 반전단자 및 비반전 단자에 입력되며, 이를 비교하여 출력하는 전압 증폭기;

상기 전압 증폭기에서 출력되는 전압, 상기 감지부에서 감지된 입력 전류의 실효값 및 상기 감지부에서 감지된 입력 전압의 실효값을 제곱한 값을 각각 제1 단자, 제2 단자 및 제3 단자에 입력받으며, 상기 제1 단자에 입력되는 값을 상기 제2 단자에 입력되는 값에 곱한 값에서 상기 제3 단자에 입력되는 값을 나눈 값에 대응하는 전류를 출력하는 곱셈기;

상기 부스트 회로를 통해 흐르는 전류 및 상기 곱셈기의 출력 전류가 각각 반전 단자 및 비반전단자에 입력되며, 이를 비교하여 출력하는 전류 증폭기; 및

상기 전류 증폭기의 출력 값 및 기준 램프 파형이 각각 반전단자 및 비반전단자에 입력되며, 이를 비교하여 상기 스위치를 턴온 또는 턴오프하도록 하는 제어신호를 출력하는 비교기를 포함하는 역률 보상 회로.
제6항에 있어서,

상기 입력 감지부는 상기 감지한 입력 전압의 실효값을 제곱한 값을 상기 곱셈기의 제3 단자로 출력하며, 상기 감지한 입력 전류의 실효값을 상기 곱셈기의 제2 단자로 출력하는 역률 보상 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 부스트 회로의 입력단에 외부로부터 입력되는 교류 전압을 전파 정류한 전압이 인가되는 역률 보상 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스위치는 MOSFET인 역률 보상 회로.
입력단에 커플링되는 스위치 및 상기 스위치의 통류율을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하며 상기 스위칭 제어부의 제어에 따라 출력단에 출력 전압을 공급하는 역률 보상 회로에서 상기 출력 전압을 제어하는 방법에 있어서,

(a) 상기 입력단의 입력 전압의 크기 및 출력단 부하 유무를 감지하는 단계;

(b) 상기 감지된 입력 전압 및 부하 유무에 대응하여, 상기 스위칭 제어부가 상기 스위치를 제어하는데 사용하는 기준 전압을 생성하는 단계; 및

(c) 상기 생성된 기준 전압에 대응하여 상기 출력 전압을 변동시키도록 제어하는 단계를 포함하는 역률 보상 회로의 출력 전압 제어 방법.
제10항에 있어서,

상기 단계(b)에서,

상기 감지된 입력 전압의 크기가 소정의 임계값을 초과하지 않고 상기 감지 된 부하가 존재하는 경우 제1 기준 전압을 생성하고, 상기 감지된 입력 전압의 크기가 소정의 임계값을 초과하고 상기 감지된 부하가 존재하는 경우 상기 제1 기준 전압보다 높은 제2 기준 전압을 생성하며, 상기 출력단의 부하가 존재하지 않는 경우 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제3 기준 전압을 생성하는 역률 보상 회로의 출력 전압 제어 방법.
제11항에 있어서,

상기 단계(c)에서,

상기 제1 기준 전압인 경우 제1 출력 전압이 출력되도록 제어하며, 상기 제2 기준 전압인 경우 상기 제1 출력 전압보다 높은 제2 출력 전압이 출력되도록 제어하며, 상기 제3 기준 전압인 경우 상기 제1 출력 전압보다 낮은 제3 출력 전압이 출력되는 제어하는 역률 보상 회로의 출력 전압 제어 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,

상기 단계(b)에서, 상기 입력단에 입력되는 전압 및 전류, 상기 출력 전압 및 상기 역률 보상 회로를 통해 흐르는 전류에 대응하여, 상기 출력 전압을 변동시키도록 제어하는 역률 보상 회로의 출력 전압 제어 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,

상기 출력단 부하 유무의 감지는 상기 출력단에서 부하로 흘러나가는 전류의 존재 유무를 통해 감지하는 역률 보상 회로의 출력 전압 제어 방법.