KR20070006308A - Resonant ac/dc converter of a boost input type - Google Patents

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Abstract

A resonant AC/DC converter of a boost input type is provided to conduct zero voltage switching by using resonance between leakage inductance and a resonance capacitor. A power factor improving circuit(10) has an input inductor and a first switch(S1) which are connected in serial-parallel with a rear end of a rectifying circuit. A clamping circuit(20) has a second switch and a clamping capacitor which are connected in serial-parallel with a rear end of the power factor improving circuit. A resonance circuit(30) has a leakage inductor and a resonance which are connected in serial-parallel with a rear end of the clamping circuit. A transformer(T) is installed to a rear end of the resonance circuit. A comparator compares an electric current output from a multiplier(60) with an electric current output from a first power line. A first drive circuit(80) controls opening/closing of the first switch, and a second drive circuit(90) controls opening/closing of the second switch.

Description

부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터{RESONANT AC/DC CONVERTER OF A BOOST INPUT TYPE}Resonant AC / DC Converter with Boost Input Method {RESONANT AC / DC CONVERTER OF A BOOST INPUT TYPE}

도 1은 일반적인 입력전류 고조파 성분의 IEC 규제치를 도시한 도면이고,1 is a diagram illustrating IEC regulation values of general input current harmonic components,

도 2는 이상적인 정류기의 전압, 전류 및 전력을 나타낸 그래프이고,2 is a graph showing the voltage, current and power of an ideal rectifier,

도 3은 종래기술에 의한 능동 역률개선회로를 나타낸 회로도이고,3 is a circuit diagram showing an active power factor improvement circuit according to the prior art,

도 4는 본 발명에 의한 AC/DC 컨버터의 제어 구성도이고,4 is a control block diagram of an AC / DC converter according to the present invention;

도 5는 도 4의 각 부분의 이론 파형이고,5 is a theoretical waveform of each part of FIG. 4,

도 6a 내지 도 6f는 도 4의 모드별 전류경로를 설명하기 위해 도시한 회로도이고,6A to 6F are circuit diagrams for explaining the current paths in each mode of FIG. 4;

도 7은 본 발명에 의한 입출력 전압 전달비를 나타낸 그래프이고,7 is a graph illustrating an input / output voltage transfer ratio according to the present invention;

도 8은 본 발명에 의한 공진회로의 정상상태 해석을 위한 등가회로를 도시한 것이고,Figure 8 shows an equivalent circuit for the steady state analysis of the resonant circuit according to the present invention,

도 9는 본 발명에 의한 시비율에 따른 출력전압의 변화를 나타낸 그래프이고,9 is a graph showing a change in output voltage according to the ratio of the present invention,

도 10은 본 발명에 의한 AC/DC 컨버터의 역률 및 효율을 나타낸 그래프이고,10 is a graph showing the power factor and efficiency of the AC / DC converter according to the present invention,

도 11은 본 발명에 의한 각 부분의 측정 파형도이고,11 is a measurement waveform diagram of each part according to the present invention,

도 12는 도 11의 스위칭 순간의 확대측정 파형도이고,12 is an enlarged measurement waveform diagram of the switching instant of FIG. 11;

도 13은 본 발명에 의한 변압기의 양단전압(VT) 및 공진전류(ir)를 나타낸 파형도이고,13 is a waveform diagram illustrating the voltage V T and the resonant current ir of the transformer according to the present invention;

도 14는 본 발명에 의한 입력전압과 입력전류를 나타낸 파형도이다.14 is a waveform diagram showing an input voltage and an input current according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10: 역률개선회로부 20: 클램핑회로부10: power factor improvement circuit portion 20: clamping circuit portion

30: 공진회로부 50: 오차증폭기30: resonance circuit 50: error amplifier

60: 승산기 70: 히스테리시스 비교기60: multiplier 70: hysteresis comparator

80: 제 1 구동회로부 90: 제 2 구동회로부80: first driving circuit portion 90: second driving circuit portion

BD: 정류회로 S1: 제 1 스위치수단BD: rectifier circuit S1: first switch means

S2: 제 2 스위치수단 Lr: 누설인덕터S2: second switch means Lr: leakage inductor

Cr: 공진커패시터 T: 변압기Cr: resonant capacitor T: transformer

Ro: 부하Ro: Load

본 발명은 AC/DC 컨버터에 관한 것으로, 특히 변압기의 누설인덕터와 공진커패시터 간의 공진을 이용하여 영전압 스위칭을 구현한 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AC / DC converter, and more particularly, to a resonant AC / DC converter of a boost input type that implements zero voltage switching by using resonance between a leakage inductor and a resonance capacitor of a transformer.

통상 커패시터 입력형 정류 회로는 교류 입력전압의 최대값 부근의 짧은 기간동안만 정류회로가 도통되기 때문에 폭이 좁은 펄스성 전류를 발생시킨다.In general, a capacitor input rectifier circuit generates a narrow pulsed current because the rectifier circuit is conducted only for a short period near the maximum value of the AC input voltage.

이러한 펄스성 전류는 각각의 전자기기에서 동시에 발생하여 동 위상으로 더해지게 되므로 상용 전원측의 전압강하를 발생시키고 많은 고조파 성분을 함유하기 때문에 입력측 역률이 크게 저하되는 문제점을 가지고 있다.Since such pulsed currents are simultaneously generated in each electronic device and added to the same phase, the pulsed current generates a voltage drop on the commercial power supply side and contains a large amount of harmonic components.

이러한 문제에 대하여 IEC 1000-3-2 class D 규정에서는 600[W] 이하의 소형 전자기기를 대상으로 하여 고조파 성분에 의한 입력측 역률저하에 대한 규제를 하고 있다.In response to this problem, IEC 1000-3-2 class D regulates the input power factor reduction caused by harmonic components for small electronic devices of 600 [W] or less.

입력측 역률을 개선하고 고조파 발생을 억제하기 위한 능동 역률개선회로는 최근 들어 능동 클램프 방식의 플라이 백 컨버터나 비대칭 하프브리지 컨버터 방식을 이용한 역률개선회로와 같이 입력측 역률개선과 변압기의 2차측 출력을 동시에 제어할 수 있는 일단계 능동 역률개선회로가 개발되었고, 이에 대한 관심이 증가하고 있다.In recent years, active power factor correction circuits for improving input power factor and suppressing harmonics have been simultaneously controlled such as power factor correction and secondary output of transformers, such as active clamp type flyback converters or asymmetric half bridge converters. A one-step active power factor correction circuit has been developed, and interest in this is increasing.

IEC 규격 1000-3-2 클래스 D에 의한 입력 전류의 제한치를 도 1에서 나타내었다. The limit of the input current according to IEC standard 1000-3-2 class D is shown in FIG.

점선으로 표시되는 값은 입력 전류의 고조파 성분에 대한 IEC 제한치이며, 수직선으로 표시되는 값은 커패시터 입력형 정류회로에서 펄스성 입력전류의 고조파 성분을 나타내는 것으로써 전범위에서 IEC 제한치를 초과하는 것을 알 수 있다.The dashed line represents the IEC limit for the harmonic content of the input current, and the vertical line represents the harmonic content of the pulsed input current in the capacitor input rectifier circuit, indicating that the IEC limit is exceeded over the entire range. have.

입력전류의 고조파 성분에 의한 역률저하를 방지하기 위한 대책으로는 수동 역률개선회로와 능동 역률개선회로로 구분된다. As a countermeasure to prevent the power factor drop due to harmonic components of the input current, it is divided into a passive power factor improvement circuit and an active power factor improvement circuit.

인덕터와 커패시터를 조합한 수동필터를 채용하여 저차 고주파 성분의 크기를 감쇄시키는 수동 역률개선회로의 경우, 구조가 단순하고 경제적이란 점에서 주목할만 하지만 부피와 무게가 커지며 역률개선의 효과는 크지 않다. Passive power factor correction circuit that reduces the size of low frequency high frequency components by adopting passive filter which combines inductor and capacitor is remarkable in terms of simple and economical structure, but the volume and weight are large and the effect of power factor improvement is not great.

반면 스위치모드 전원장치를 이용한 능동 역률개선회로는 한개 이상의 제어회로가 필요함에 따라 회로가 복잡하고 제조비용이 상승하는 단점이 있지만, 역률을 거의 1에 가깝게 만들 수 있는 장점으로 인해 전원 공급 장치뿐만 아니라 전자식 안정기 등의 입력 장치로 널리 사용되고 있다. On the other hand, an active power factor improvement circuit using a switch mode power supply has a disadvantage in that the circuit is complicated and the manufacturing cost increases as one or more control circuits are required. It is widely used as an input device such as an electronic ballast.

능동 역률개선회로는 입력전류를 입력전압과 동위상의 같은 형태로 추종하도록 제어함으로써 역률을 개선하는 회로이다. 즉, 입력전류에 있어서 기본파 성분을 제외한 나머지 성분인 전고조파(Total Harmonics) 성분을 제거함으로써 역률을 개선할 수 있다.The active power factor improvement circuit is a circuit that improves the power factor by controlling the input current to follow the same shape as the input voltage. In other words, the power factor can be improved by removing the total harmonic components, which are components other than the fundamental wave components, in the input current.

전고조파에 의한 파형의 왜곡을 전고조파 왜율(THD: Total Harmonics Distortion)이라고 하며, 전고조파 왜율과 회로의 역률과의 관계를 살펴보면 아래 수학식 1과 같다.The distortion of the waveform due to total harmonics is called total harmonic distortion (THD: Total Harmonics Distortion), and the relationship between the total harmonic distortion and the power factor of the circuit is shown in Equation 1 below.

Figure 112005037001819-PAT00001
Figure 112005037001819-PAT00001

Figure 112005037001819-PAT00002
Figure 112005037001819-PAT00002

여기서, Irms는 전체 전류의 실효치이며, Irms(1)는 기본파 전류의 실효치이다.Here, Irms is the effective value of the total current, and Irms (1) is the effective value of the fundamental wave current.

특히, 커패시터 입력형 정류기인 경우의 전고조파 왜율과 역률과의 관계는 다음 수학식 2와 같이 간단히 나타낼 수 있다.In particular, the relationship between the total harmonic distortion and the power factor in the case of a capacitor input rectifier can be simply expressed as Equation 2 below.

Figure 112005037001819-PAT00003
Figure 112005037001819-PAT00003

도 2는 종래의 능동 역률개선회로에서 입력전류의 고조파 성분이 완전히 제거되었을 경우 즉, 역률이 1인 경우의 입력전압, 전류 및 전력간의 관계를 보여준다.FIG. 2 shows a relationship between input voltage, current, and power when the harmonic component of the input current is completely removed, that is, when the power factor is 1 in the conventional active power factor improving circuit.

도 2를 통해 입력전력(Pin)은 입력전압(vin)과 입력전류(iin)의 곱으로써 교류 입력측 전원 주파수의 두 배에 해당하는 주파수를 갖게 된다.Referring to FIG. 2, the input power Pin has a frequency corresponding to twice the frequency of the AC input side power supply by multiplying the input voltage vin and the input current iin.

능동 역률개선회로는 구성형태에 따라 크게 두 개의 전력변환기가 직렬 접속된 형태의 이단 역률개선회로와 하나의 전력변환기만으로 구성된 일단계 역률개선회로로 구분된다. The active power factor improvement circuit is classified into a two-stage power factor improvement circuit in which two power converters are connected in series and a one-stage power factor improvement circuit composed of only one power converter.

도 3a 및 도 3b는 능동 역률개선회로의 종류별 구성도이다. 3A and 3B are diagrams illustrating types of active power factor improving circuits.

도 3a는 2단계 능동역률개선회로로 넓은 입력전압 범위에서 높은 효율을 유지 할 수 있지만 두개의 컨버터 회로가 직결된 형태이므로 회로가 복잡하며 제조비용이 상승하므로 저가의 전원회로에 적용하기가 곤란하다. 3A is a two-stage active power factor improvement circuit that can maintain high efficiency over a wide input voltage range, but since the two converter circuits are directly connected, the circuit is complicated and the manufacturing cost increases, making it difficult to apply to low-cost power supply circuits. .

반면, 도 3b는 1단계 능동역률개선회로로써 하나의 전력변환기를 통해 출력전압과 입력측 역률을 동시에 제어하므로 전력변환 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니 라 제조비용이 절감되므로 경제적이다.On the other hand, Figure 3b is a one-step active power factor improvement circuit to control the output voltage and the input power factor at the same time through a single power converter, not only can reduce the power conversion loss, but also because the manufacturing cost is economical.

따라서, 본 발명의 목적은 전류 연속모드 펄스폭 변조 방식을 이용한 부스트 입력형 일단계 능동 역률개선회로를 제안한 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a boost input type resonant AC / DC converter which proposes a boost input type one-step active power factor improvement circuit using a current continuous mode pulse width modulation method.

본 발명의 다른 목적은 변압기의 누설인덕터와 공진커패시터 간의 공진을 이용한 영전압 스위칭을 통해 스위칭 손실을 저감할 수 있으며, 단일 제어회로를 사용하므로 구성이 간단한 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to reduce the switching loss through zero voltage switching using the resonance between the leakage inductor and the resonant capacitor of the transformer, a simple control circuit using a boost input type resonant AC / DC converter with a simple configuration To provide.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 입력 교류전원을 정류회로를 통해 정류한 후 역률을 개선하여 부하로 직류전원을 공급하는 공진형 AC/DC 컨버터에 있어서: 상기 정류회로의 후단에 입력인덕터 및 제 1 스위치수단이 직병렬로 설치되어 역률을 개선하게 되는 역률개선회로부; 상기 역률개선회로부의 후단에 제 2 스위치수단 및 클램핑커패시터가 직렬로 설치되어 전압변화를 제한하는 클램핑회로부; 상기 클램핑회로부의 후단에 영전압 구현을 위해 누설인덕터와 공진커패시터가 직병렬로 설치된 공진회로부; 상기 공진회로부의 후단에 설치되되 1차측 전원을 2차측으로 유도 변환하여 부하로 공급하는 변압기; 상기 부하의 출력측으로 부터 검출된 전압과 소정의 기준전압을 각각 제공받아 증폭하는 오차증폭기; 상기 오차증폭기로부터 출력된 전압과 정류회로의 제 1 전원라인으로부터 출력된 전압을 제공받아 곱하는 승산기; 상기 승산기에서 출력된 전류와 정류회로의 제 2 전원라인으로부터 출력된 전류를 비반전 및 반전단자로 각각 제공받아 비교하는 히스테리시스 특성을 갖는 비교기; 상기 비교기의 출력신호를 제공받아 상기 역률개선회로부의 제 1 스위치수단의 개폐를 제어하는 제 1 구동회로부; 및 상기 비교기의 출력신호가 위상반전된 신호를 제공받아 상기 클램핑회로부의 제 2 스위치수단의 개폐를 제어하는 제 2 구동회로부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Technical means of the present invention for achieving the above object, in the resonant AC / DC converter for rectifying the input AC power through the rectifier circuit to improve the power factor to supply the DC power to the load: at the rear end of the rectifier circuit A power factor improving circuit unit in which the input inductor and the first switch means are installed in parallel to improve the power factor; A clamping circuit unit configured to limit a voltage change by installing a second switch means and a clamping capacitor in series at a rear end of the power factor improving circuit unit; A resonant circuit unit in which a leakage inductor and a resonant capacitor are installed in series and in parallel to implement a zero voltage at a rear end of the clamping circuit unit; A transformer installed at the rear end of the resonant circuit part and inductively converting the primary power to the secondary to supply the load; An error amplifier receiving and amplifying a voltage detected from an output side of the load and a predetermined reference voltage, respectively; A multiplier configured to receive and multiply the voltage output from the error amplifier by the voltage output from the first power line of the rectifier circuit; A comparator having hysteresis characteristics for comparing the current output from the multiplier with the current output from the second power line of the rectifier circuit, respectively, as non-inverting and inverting terminals; A first driving circuit unit receiving an output signal of the comparator and controlling opening and closing of the first switch means of the power factor improving circuit unit; And a second driving circuit unit which receives a signal in which the output signal of the comparator is inverted in phase and controls the opening and closing of the second switch means of the clamping circuit unit.

구체적으로, 상기 제 1 스위치수단은, 자신의 전류통로에 병렬로 내장된 제 1 내부다이오드; 및 상기 제 1 스위치수단의 전류통로에 병렬로 형성된 제 1 기생커패시터;를 구비하고, 상기 제 2 스위치수단은, 자신의 전류통로에 병렬로 내장된 제 2 내부다이오드; 및 상기 제 2 스위치수단의 전류통로에 병렬로 형성된 제 2 기생커패시터;를 구비하며, 상기 제 2 스위치수단과 제 2 전원라인 사이에 형성되어 제 2 스위치수단과 함께 능동 클램프 회로를 구성하는 클램핑커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the first switch means, the first internal diode embedded in parallel in its current path; And a first parasitic capacitor formed in parallel in the current path of the first switch means, wherein the second switch means comprises: a second internal diode built in parallel in its current path; And a second parasitic capacitor formed in parallel in the current path of the second switch means, the clamping capacitor being formed between the second switch means and the second power line to form an active clamp circuit together with the second switch means. It characterized in that it further comprises.

또한, 상기 공진회로부는, 제 1 전원라인 및 제 2 전원라인 사이에 각각 직렬로 연결된 제 1 누설인덕터와 제 2 누설인덕터 및 공진커패시터를 구비하며, 상기 변압기는 상기 누설인덕터에 병렬로 연결된 1차측 코일; 및 상기 1차측 코일에 대응되되 제 1 출력라인과 중간탭 및 제 2 출력라인을 가지는 복수의 2차측 코일;을 구비하는 것을 특징으로 한다.The resonant circuit unit may include a first leakage inductor, a second leakage inductor, and a resonance capacitor connected in series between a first power supply line and a second power supply line, respectively, and the transformer may have a primary side connected in parallel to the leakage inductor. coil; And a plurality of secondary side coils corresponding to the primary side coils and having a first output line, an intermediate tab, and a second output line.

아울러, 상기 2차측 코일의 제 1 출력라인과 중간탭 사이의 전류통로에 부하가 연결되고, 상기 제 1 출력라인과 부하 사이에 제 1 정류다이오드와 출력인덕터가 직렬로 연결되고, 상기 제 2 출력라인과 제 1 정류다이오드의 출력노드 사이에 제 2 정류다이오드가 연결되며, 상기 출력인덕터의 출력노드와 중간탭 사이에 부하와 병렬로 출력커패시터가 연결 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, a load is connected to a current path between the first output line and the intermediate tap of the secondary side coil, a first rectifying diode and an output inductor are connected in series between the first output line and the load, and the second output. A second rectifying diode is connected between the line and the output node of the first rectifying diode, characterized in that the output capacitor is connected in parallel with the load between the output node and the middle tap of the output inductor.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 살펴보고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 AC/DC 컨버터의 제어 구성을 나타낸 도면으로서, 정류회로(BD), 역률개선회로부(10), 클램핑회로부(20), 공진회로부(30), 변압기(T), 오차증폭기(50), 승산기(60), 비교기(70), 제 1 구동회로부(80) 및 제 2 구동회로부(90)를 포함한다.4 is a view illustrating a control configuration of an AC / DC converter according to the present invention, and includes a rectifier circuit BD, a power factor improvement circuit unit 10, a clamping circuit unit 20, a resonance circuit unit 30, a transformer T, and an error. The amplifier 50 includes a multiplier 60, a comparator 70, a first driving circuit unit 80, and a second driving circuit unit 90.

상기 정류회로(BD)는 입력 교류전원(Vin)을 제공받아 직류전원으로 변환하는 브리지다이오드로 구성되어 있고, 역률개선회로부(10)는 정류회로(BD)의 후단에 입력인덕터(Li) 및 제 1 스위치수단(S1)이 직병렬로 설치되어 직류전원의 역률을 개선하도록 구성되어 있고, 클램핑회로부(20)는 역률개선회로부(10)의 후단에 제 2 스위치수단(S2) 및 클램핑커패시터(C1)가 직렬로 설치되어 전압변화를 제한하도록 구성되어 있고, 공진회로부(30)는 클램핑회로부(20)의 후단에 영전압 구현을 위해 누설인덕터(Lr)와 공진커패시터(Cr)가 직병렬로 설치되도록 구성되어 있고, 변압기(T)는 공진회로부(30)의 후단에 설치되되 1차측 전원을 2차측으로 유도 변환하여 부하(Ro)로 공급하도록 구성되어 있다.The rectifier circuit BD is composed of a bridge diode that receives an input AC power source Vin and converts it into a DC power source. The power factor improving circuit unit 10 has an input inductor Li and a rear end of the rectifier circuit BD. The first switch means (S1) is installed in series and parallel to improve the power factor of the DC power supply, the clamping circuit unit 20 is the second switch means (S2) and the clamping capacitor (C1) at the rear end of the power factor improvement circuit unit 10 ) Is installed in series to limit the voltage change, and the resonant circuit unit 30 has a leakage inductor (Lr) and a resonant capacitor (Cr) installed in series and parallel to implement zero voltage at the rear end of the clamping circuit unit (20). The transformer T is installed at the rear end of the resonant circuit unit 30, and is configured to inductively convert the primary power to the secondary to supply the load Ro.

또한, 오차증폭기(50)는 부하(Ro)의 출력측으로부터 검출된 전압과 소정의 기준전압(V_ref)을 각각 제공받아 증폭하도록 구성되어 있고, 승산기(60)는 오차증폭기(50)로부터 출력된 전압과 정류회로(BD)의 제 1 전원라인으로부터 출력된 전압(i_model)을 제공받아 곱하도록 구성되어 있고, 비교기(70)는 승산기(60)에서 출력된 전류(i_ref)와 정류회로(BD)의 제 2 전원라인으로부터 출력된 전류(i_real)를 비반전 및 반전단자로 각각 제공받아 비교하는 히스테리시스 특성을 슈미트트리거로 구성되어 있고, 제 1 구동회로부(80)는 비교기(70)의 출력신호를 제공받아 상기 역률개선회로부(10)의 제 1 스위치수단(S1)의 개폐를 제어하도록 구성되어 있고, 제 2 구동회로부(90)는 비교기(70)의 출력신호가 인버터(85)를 통해 위상반전된 신호를 제공받아 상기 클램핑회로부(20)의 제 2 스위치수단(S2)의 개폐를 제어하도록 구성되어 있다.In addition, the error amplifier 50 is configured to receive and amplify the voltage detected from the output side of the load Ro and the predetermined reference voltage V_ref, respectively, and the multiplier 60 outputs the voltage output from the error amplifier 50. And the voltage i_model output from the first power line of the rectifier circuit BD is multiplied, and the comparator 70 is formed of the current i_ref output from the multiplier 60 and the rectifier circuit BD. The Schmitt trigger has hysteresis characteristics for receiving and comparing currents i_real output from the second power line with non-inverting and inverting terminals, respectively, and the first driving circuit unit 80 provides an output signal of the comparator 70. And control the opening and closing of the first switch means (S1) of the power factor improving circuit unit 10, the second drive circuit unit 90 is the output signal of the comparator 70 is phase-inverted through the inverter 85 The second of the clamping circuit unit 20 receives a signal And it is configured to control the opening and closing of the location means (S2).

아울러, 상기 제 1 스위치수단(S1)은, 자신의 전류통로에 병렬로 내장된 제 1 내부다이오드(DS1), 및 상기 제 1 스위치수단(S1)의 전류통로에 병렬로 형성된 제 1 기생커패시터(CS1)를 구비한다.In addition, the first switch means (S1), the first internal diode (DS1) built in parallel in its current path, and the first parasitic capacitor (P1) formed in parallel in the current path of the first switch means (S1) ( CS1).

상기 제 2 스위치수단(S2)은, 자신의 전류통로에 병렬로 내장된 제 2 내부다이오드(DS2), 및 상기 제 2 스위치수단(S2)의 전류통로에 병렬로 형성된 제 2 기생커패시터(CS2)를 더 구비하며, 상기 제 2 스위치수단(S2)과 제 2 전원라인 사이에 형성되어 제 2 스위치수단(S2)과 함께 능동 클램프회로를 구성하는 클램핑커패시터(C1)를 더 구비한다.The second switch means S2 includes a second internal diode DS2 embedded in parallel in its current path, and a second parasitic capacitor CS2 formed in parallel in the current path of the second switch means S2. And a clamping capacitor (C1) formed between the second switch means (S2) and the second power line to form an active clamp circuit together with the second switch means (S2).

상기 공진회로부(30)는, 제 1 전원라인 및 제 2 전원라인 사이에 각각 직렬로 연결된 제 1 누설인덕터(Lr)와 제 2 누설인덕터(Lp) 및 공진커패시터(Cr)로 구성되어 있다.The resonant circuit unit 30 includes a first leakage inductor Lr, a second leakage inductor Lp, and a resonance capacitor Cr connected in series between the first power supply line and the second power supply line, respectively.

상기 변압기(T)는, 상기 제 2 누설인덕터(Lp)에 병렬로 연결된 1차측 코일(N1), 및 상기 1차측 코일(N1)에 대응되되 제 1 출력라인과 중간탭 및 제 2 출력라인을 가지는 복수의 2차측 코일(N2, N3)로 구성되어 있으며, 상기 2차측 제 1 코일(N2)의 제 1 출력라인과 중간탭 사이의 전류통로에 부하(Ro)가 연결되고, 상기 제 1 출력라인과 부하(Ro) 사이에 제 1 정류다이오드(Do1)와 출력인덕터(Lo)가 직렬로 연결되고, 상기 제 2 출력라인과 제 1 정류다이오드(Do1)의 출력노드 사이에 제 2 정류다이오드(Do2)가 연결되며, 상기 출력인덕터(Lo)의 출력노드와 중간탭 사이에 부하(Ro)와 병렬로 출력커패시터(Co)가 연결 구성되어 있다.The transformer T corresponds to a primary coil N1 connected in parallel to the second leakage inductor Lp, and the primary coil N1, and includes a first output line, an intermediate tap, and a second output line. The branch is composed of a plurality of secondary coils N2 and N3, a load Ro is connected to a current path between the first output line and the intermediate tap of the secondary side first coil N2, and the first output. A first rectifying diode Do1 and an output inductor Lo are connected in series between a line and a load Ro, and a second rectifying diode (between the second output line and the output node of the first rectifying diode Do1). Do2) is connected, and the output capacitor Co is configured to be connected in parallel with the load Ro between the output node of the output inductor Lo and the intermediate tap.

즉, 부스트 컨버터 형태의 역률개선회로부(10)는 입력측의 입력인덕터(Li)와 제 1 스위치수단(S1)으로 구성되며, 클램핑회로부(20)는 제 2 스위치수단(S2)과 클램핑커패시터(C1)로 구성된다.That is, the power factor improving circuit portion 10 of the boost converter type is composed of an input inductor Li and a first switch means S1 on the input side, and the clamping circuit portion 20 includes a second switch means S2 and a clamping capacitor C1. It is composed of

제 1 및 제 2 스위치수단(S1, S2)에 각각 병렬로 연결되는 제 1 및 제 2 내부다이오드(DS1, DS2)는 각 스위치수단(S1, S2)에 내장된 다이오드이며, 제 1 및 제 2 스위치수단(S1, S2)은 각각의 기생커패시터(CS1, CS2)의 성분을 갖는다.The first and second internal diodes DS1 and DS2 connected in parallel to the first and second switch means S1 and S2, respectively, are diodes embedded in the respective switch means S1 and S2. The switch means S1, S2 have a component of each parasitic capacitor CS1, CS2.

제 1 및 제 2 스위치수단(S1, S2)의 영전압 구현을 위한 공진회로는 제 2 누설인덕턴스(Lr)와 공진커패시터(Cr)로 구성되며, 필요한 경우 별도의 제 2 누설인덕터(Lp)를 추가해 구성할 수 있다. The resonant circuit for realizing zero voltage of the first and second switch means (S1, S2) is composed of a second leakage inductance (Lr) and a resonant capacitor (Cr), if necessary, a second leakage inductor (Lp) Can be configured in addition.

한 주기 동안 제 1 및 제 2 스위치수단(S1, S2)은 각각 시비율 D 및 (1-D)로 도통되고 두개의 스위치수단(S1, S2)이 모두 턴-온될 경우 영전압 스위칭이 이루어진다. During one period, the first and second switch means S1 and S2 are conducted at the ratio D and (1-D), respectively, and zero voltage switching is performed when both switch means S1 and S2 are turned on.

출력전압 제어를 위해 출력측으로부터 검출된 전압은 오차증폭기(50)에 의해 증폭되고 다시 승산기(60)를 통해 입력전압과 곱해짐으로써 기준전류(i_ref)가 된다. The voltage detected from the output side for output voltage control is amplified by the error amplifier 50 and multiplied by the input voltage through the multiplier 60 to become the reference current i_ref.

제 1 스위치수단(S1)의 게이트 구동신호는 히스테리시스 비교기(70)를 이용해 기준전류 신호(i_ref)와 실제 전류(i_real)를 비교하여 얻어지며, 제 2 스위치수단(S2)의 게이트 구동신호는 제 1 스위치수단(S1)의 구동신호를 반전시킨 파형을 제공받아 동작된다. 이때, 두 신호 간에는 암단락 방지와 영전압 스위칭이 이루어지도록 하기 위해서는 적절한 데드타임을 부여해야 한다. The gate driving signal of the first switching means S1 is obtained by comparing the reference current signal i_ref and the actual current i_real using the hysteresis comparator 70, and the gate driving signal of the second switching means S2 is obtained by comparing the first driving means with the first driving means S1. 1 is operated by receiving a waveform inverting the drive signal of the switch means S1. In this case, an appropriate dead time should be given to prevent dark short and zero voltage switching between the two signals.

아울러, 변압기(T)의 전단에 설치된 제 1 누설인덕터(Lr)와 공진커패시터(Cr) 간의 고유 공진 주파수는, 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the intrinsic resonance frequency between the first leakage inductor Lr and the resonance capacitor Cr provided at the front end of the transformer T may be expressed by Equation 3 below.

Figure 112005037001819-PAT00004
Figure 112005037001819-PAT00004

본 발명에 의해 제안된 컨버터의 해석을 위해 6개의 모드로 구분하였고, 각 모드별 전류경로와 해석을 위한 주요 부분의 이론적 파형을 도 5 및 도 6에 나타내었다.For the analysis of the converter proposed by the present invention is divided into six modes, the theoretical waveform of the main part for the current path and analysis for each mode is shown in Figs.

도 5는 도 4의 회로에서 주요 부분에 대한 이론적 파형을 도시한 파형도이고, 도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 의한 모드별 전류경로를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.FIG. 5 is a waveform diagram illustrating theoretical waveforms of main parts of the circuit of FIG. 4, and FIGS. 6A to 6F are circuit diagrams illustrating a current path for each mode according to the present invention.

■ 모드 1 (t0≤t<t1)Mode 1 (t 0 ≤t <t 1 )

t=t0에서 제 1 및 제 2 스위치수단(S1, S2)은 모두 턴-오프 상태이다.At t = t 0 , both the first and second switch means S1 and S2 are turned off.

도 6a에서와 같이 제 1 기생커패시터(CS1)의 충전전압이 방전되어 제 1 내부다이오드(DS1)의 순방향 전압 강하 이하로 낮아지면 제 1 내부다이오드(DS1)가 턴-온되고, 제 1 누설인덕터(Lr)와 공진커패시터(Cr) 간의 공진전류(ir)가 제 1 내부다이오드(DS1)를 통해 순환하게 되고, 제 1 스위치수단(S1)의 양단은 영전압 상태가 된다. As shown in FIG. 6A, when the charging voltage of the first parasitic capacitor CS1 is discharged and lowers below the forward voltage drop of the first internal diode DS1, the first internal diode DS1 is turned on and the first leakage inductor is turned on. The resonant current ir between Lr and the resonant capacitor Cr is circulated through the first internal diode DS1, and both ends of the first switch means S1 are in a zero voltage state.

상기 제 1 내부다이오드(DS1)가 도통되는 구간동안 제 1 스위치수단(S1)의 양단은 영전압 상태가 되므로 t0≤t<t1에서 제 1 스위치수단(S1)을 턴-온 시킴으로써, 자연스럽게 영전압 스위칭이 이루어진다. Since both ends of the first switch means S1 are in a zero voltage state during the period in which the first internal diode DS1 is conducted, the first switch means S1 is turned on at t 0 ≤ t <t 1 , thereby naturally Zero voltage switching takes place.

모드 1의 구간동안 변압기(T)의 2차측의 전류는 제 1 및 제 2 권선(N2, N3) 및 제 1 및 제 2 정류다이오드(DO1, DO2)를 통해 부하(Ro) 측으로 전달된다.The current of the secondary side of the transformer T is transmitted to the load Ro through the first and second windings N2 and N3 and the first and second rectifying diodes DO1 and DO2 during the mode 1 mode.

■ 모드 2 (t1≤t<t2)Mode 2 (t 1 ≤t <t 2 )

도 6b를 참조하여 보면, t=t1에서 공진전류(ir)는 방향이 반전되고, 제 1 스위치수단(S1)의 전류(is1)는 제 1 스위치수단(S1)의 채널을 통해 흐르게 된다. 변압기(T)의 2차측의 전류는 제 2 권선(N2)과 제 1 정류다이오드(DO1)를 통해 부하(R0) 측으로 전달된다. Referring to FIG. 6B, the resonant current ir is reversed at t = t 1 , and the current is1 of the first switch means S1 flows through the channel of the first switch means S1. The current on the secondary side of the transformer T is transferred to the load R 0 side through the second winding N2 and the first rectifying diode DO1.

■ 모드 3 (t2≤t<t3)Mode 3 (t 2 ≤t <t 3 )

도 6c를 참조하여 보면, t=t2에서 스위치수단(S1)이 턴-오프되면 제 1 스위치수단(S1)의 제 1 기생커패시터(CS1)는

Figure 112005037001819-PAT00005
의 전압으로 충전되고 동시에
Figure 112005037001819-PAT00006
로 충전되어 있던 제 2 스위치수단(S2)의 제 2 기생커패시터(CS2)는 급속히 방전하게 된다.Referring to FIG. 6C, when the switch means S1 is turned off at t = t 2 , the first parasitic capacitor CS1 of the first switch means S1
Figure 112005037001819-PAT00005
Charged at a voltage of
Figure 112005037001819-PAT00006
The second parasitic capacitor CS2 of the second switch means S2, which has been charged with, is rapidly discharged.

■ 모드 4 (t3≤t<t4)Mode 4 (t 3 ≤t <t 4 )

도 6d를 참조하여 보면, t=t3에서 제 2 기생커패시터(CS2)의 충전전압이 방전되어 제 2 내부다이오드(DS2)의 순방향 전압강하 이하로 낮아지면 제 2 내부다이오드(DS2)가 턴-온되고 공진전류(ir)가 제 2 내부다이오드(DS2)를 통하여 흐르게 되며, 이 전류에 의하여 클램핑커패시터(C1)는

Figure 112005037001819-PAT00007
의 값까지 충전하게 된다.Referring to FIG. 6D, when t = t 3 , when the charging voltage of the second parasitic capacitor CS2 is discharged and lowers below the forward voltage drop of the second internal diode DS2, the second internal diode DS2 is turned on. On and the resonant current (ir) flows through the second internal diode (DS2), the clamping capacitor (C1) by this current
Figure 112005037001819-PAT00007
To the value of.

상기 제 2 내부다이오드(DS2)가 도통되는 구간동안 제 2 스위치수단(S2)의 양단은 영전압 상태가 되므로 t3≤t<t4에서 제 2 스위치수단(S2)을 턴-온시킴으로써 자연스럽게 영전압 스위칭이 이루어진다. Both ends of the second switch means S2 are in a zero voltage state during the period in which the second internal diode DS2 is turned on, so that the second switch means S2 is naturally turned on at t 3 ≤ t <t 4 . Voltage switching takes place.

모드 4의 구간동안 변압기(T)의 2차측의 전류는 복수의 권선(N2, N3) 및 두개의 정류다이오드(DO1, DO2)를 통해 부하(Ro) 측으로 전달한다.The current of the secondary side of the transformer T is transferred to the load Ro through the plurality of windings N2 and N3 and two rectifying diodes DO1 and DO2 during the mode 4 mode.

■ 모드 5 (t4≤t<t5)Mode 5 (t 4 ≤t <t 5 )

도 6e를 참조하여 보면, t=t4에서 공진전류(ir)는 방향이 반전되고 제 2 스위치수단(S2)의 전류(is2)는 제 2 스위치수단(S2)의 채널을 통해 흐르게 된다. 공진전류(ir)는 방향이 반전되고, 변압기(T)의 2차측의 전류는 제 2 권선(N3)과 제 2 정류다이오드(DO2)를 통해 부하(Ro) 측으로 전달된다. Referring to FIG. 6E, at t = t 4 , the resonant current ir is reversed and the current is2 of the second switch means S2 flows through the channel of the second switch means S2. The resonant current ir is reversed in direction, and current on the secondary side of the transformer T is transferred to the load Ro through the second winding N3 and the second rectifying diode DO2.

■ 모드 6 (t5≤t<t6)Mode 6 (t 5 ≤t <t 6 )

도 6f를 참조하여 보면, t=t5에서 제 2 스위치수단(S2)이 턴-오프되면 제 2 스위치수단(S2)의 제 2 기생커패시터(CS2)는

Figure 112005037001819-PAT00008
의 전압으로 충전됨과 동시에
Figure 112005037001819-PAT00009
으로 충전되어 있던 제 1 스위치수단(S1)의 제 1 기생커패시터(CS1)는 급속히 방전하게 됨으로써 한 주기가 끝난다.Referring to FIG. 6F, when the second switch means S2 is turned off at t = t 5 , the second parasitic capacitor CS2 of the second switch means S2 is
Figure 112005037001819-PAT00008
While charging at a voltage of
Figure 112005037001819-PAT00009
The first parasitic capacitor CS1 of the first switch means S1, which has been charged by the battery, is rapidly discharged, thereby ending one cycle.

도 4와 같이 제안된 컨버터는 크게 입력측의 입력인덕터(Li)와 주 스위치인 제 1 스위치수단(S1) 및 클램핑커패시터(C1)로 구성된 승압형 컨버터와, 보조용 제 2 스위치수단(S2)과 변압기(T) 및 공진커패시터(Cr)로 구성된 전력 전달부로 구분 지어 해석할 수 있다. As shown in FIG. 4, the proposed converter includes a boost converter including an input inductor Li on the input side, a first switch means S1 and a clamping capacitor C1 as main switches, an auxiliary second switch means S2, and The power transmission unit consisting of a transformer (T) and a resonant capacitor (Cr) can be divided and analyzed.

제 1 스위치수단(S1)의 시비율을 D라고 하면, 승압형 컨버터부의 DC 링크전압인 클램핑커패시터(C1)의 전압은 아래 수학식 4와 같다.When the ratio of the first switch means S1 is D, the voltage of the clamping capacitor C1, which is the DC link voltage of the boost converter, is expressed by Equation 4 below.

Figure 112005037001819-PAT00010
Figure 112005037001819-PAT00010

그리고, 변압기(T)의 권수비,

Figure 112005037001819-PAT00011
를 고려한 2차측 전압은 아래 수학식 5와 같다.And the turn ratio of the transformer T,
Figure 112005037001819-PAT00011
Considering the secondary voltage is as shown in Equation 5 below.

Figure 112005037001819-PAT00012
Figure 112005037001819-PAT00012

실제 회로에서는 입력인덕터(Li) 및 변압기(T)의 권선 저항을 포함한 기생저항 성분이 존재하게 된다. 1차측 기생 저항성분에 의한 영향을 k라고 하면 k는 아래 수학식 6과 같이 나타난다.In an actual circuit, parasitic resistance components including winding resistances of the input inductor Li and the transformer T exist. If k is the influence of the primary parasitic resistance component, k is expressed by Equation 6 below.

Figure 112005037001819-PAT00013
Figure 112005037001819-PAT00013

여기서, R은 부하(Ro)측 저항 성분이며, r은 1차측의 합성 기생저항 성분이다.Here, R is a load Ro side resistance component, and r is a synthetic parasitic resistance component on the primary side.

따라서 이를 고려했을 경우의 2차측 전압은 아래 수학식 7과 같다.Therefore, the secondary voltage when considering this is as shown in Equation 7 below.

Figure 112005037001819-PAT00014
Figure 112005037001819-PAT00014

이를 토대로 시비율 D에 대한 출력전압의 변화를 살펴보면 도 7과 같이 나타난다. Based on this, the change in the output voltage with respect to the ratio D is shown as shown in FIG.

도 7에서 점선은 입력인덕터(Li) 및 변압기(T)의 권선저항을 포함한 저항 성분에 의한 영향을 고려하지 않은 이상적일 경우(N = 1)의 전압 전달비가 되며, 이는 실선과 같은 형태로 나타난다. In FIG. 7, a dotted line is a voltage transfer ratio in an ideal case (N = 1) without considering the influence of resistance components including winding resistances of the input inductor Li and the transformer T, which is represented by a solid line. .

부스트 형태의 제안된 컨버터는 무부하 운전시 입력전압 파형에 추종하는 스위칭 동작으로 인해 DC링크단의 전압이 상승하게 되는 특징을 갖는다.The proposed converter of boost type has a characteristic that the voltage of the DC link stage is increased due to the switching operation following the input voltage waveform during no load operation.

제안된 컨버터 공진회로의 정상상태 해석을 위해 두 스위치수단(S1, S2)간의 데드타임에 의한 영향은 무시하며, 제 1 스위치수단(S1)의 오프시 드레인과 소스간의 전압(VDS1)은 비교적 큰 값을 갖는 클램핑커패시터(C1)에 의해

Figure 112005037001819-PAT00015
의 일정한 값이 된다고 가정할 경우 VDS1을 푸리에 급수로 전개하면 아래 수학식 8과 같다.For the steady state analysis of the proposed converter resonant circuit, the effect of the dead time between the two switch means (S1, S2) is ignored, and the voltage VDS1 between the drain and the source when the first switch means (S1) is off is relatively large. By clamping capacitor C1 having a value
Figure 112005037001819-PAT00015
Assuming a constant value of, VDS1 is expanded to Fourier series as shown in Equation 8 below.

Figure 112005037001819-PAT00016
Figure 112005037001819-PAT00016

여기서, Davg는 시비율 D의 평균값이고,

Figure 112005037001819-PAT00017
이고,
Figure 112005037001819-PAT00018
이며,
Figure 112005037001819-PAT00019
이다.Where Davg is the mean value of the fertilization rate D,
Figure 112005037001819-PAT00017
ego,
Figure 112005037001819-PAT00018
Is,
Figure 112005037001819-PAT00019
to be.

스위칭 주파수

Figure 112005037001819-PAT00020
가 직렬 공진주파수
Figure 112005037001819-PAT00021
에 근접하게 된다고 가정할 경우,
Figure 112005037001819-PAT00022
는 기본파 성분으로 근사화되어 다음 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.Switching frequency
Figure 112005037001819-PAT00020
Series Resonance Frequency
Figure 112005037001819-PAT00021
Assuming you are close to,
Figure 112005037001819-PAT00022
Is approximated to the fundamental wave component and can be expressed as Equation 9 below.

Figure 112005037001819-PAT00023
Figure 112005037001819-PAT00023

Figure 112005037001819-PAT00024
Figure 112005037001819-PAT00024

Figure 112005037001819-PAT00025
Figure 112005037001819-PAT00025

여기서,

Figure 112005037001819-PAT00027
이다.here,
Figure 112005037001819-PAT00027
to be.

도 8은 정상상태에서의 공진 전류(ir)를 구하기 위해 회로의 등가저항(R)을 추가한 등가회로를 나타낸다. 8 shows an equivalent circuit in which the equivalent resistance R of the circuit is added to obtain the resonance current ir in the steady state.

이 등가회로로부터 임피던스 Z를 구하면 아래 수학식 10과 같다.The impedance Z is obtained from the equivalent circuit, as shown in Equation 10 below.

Figure 112005037001819-PAT00028
Figure 112005037001819-PAT00028

Figure 112005037001819-PAT00029
Figure 112005037001819-PAT00029

단,

Figure 112005037001819-PAT00030
이고,
Figure 112005037001819-PAT00031
이며,
Figure 112005037001819-PAT00032
이다. only,
Figure 112005037001819-PAT00030
ego,
Figure 112005037001819-PAT00031
Is,
Figure 112005037001819-PAT00032
to be.

또한 이때의 공진전류

Figure 112005037001819-PAT00033
은 다음 수학식 11과 같다.In addition, the resonance current at this time
Figure 112005037001819-PAT00033
Equation 11 is as follows.

Figure 112005037001819-PAT00034
Figure 112005037001819-PAT00035
Figure 112005037001819-PAT00034
Figure 112005037001819-PAT00035

실험예Experimental Example

본 발명에서 제안한 컨버터의 유효성 확인을 위해 입력전압 AC 120V, 출력 전압 DC 48V, 출력전류 5A의 프로토 타입 컨버터를 제작하여 실험하였다. In order to verify the validity of the proposed converter, a prototype converter with input voltage AC 120V, output voltage DC 48V, and output current 5A was fabricated and tested.

도 9는 제안된 컨버터의 시비율에 따른 출력전압의 변화를 나타낸다. 9 shows the change of the output voltage according to the ratio of the proposed converter.

정상상태의 DC해석을 위해 컨버터 입력전압은 DC 100V이고, 변압기(T)의 권수비 N=1/4이다. For steady-state DC analysis, the converter input voltage is DC 100V and the turn ratio N = 1/4 of the transformer T.

여기서 A는 기생 저항성분을 고려하지 않은 이상적인 경우의 계산치이며, B 는 실제 측정된 값이다.Where A is the ideal value without considering the parasitic resistance component, and B is the actual measured value.

측정결과 시비율 50% 이하의 구간과 비교할 때 시비율 50% 이상의 구간은 1차측 기생저항 성분에 의해 기울기가 완만하게 변화하게 되므로, 전압 전달의 측면에서 유리하지 않음을 알 수 있다.As a result of the measurement, when compared to the section having a fertilization rate of 50% or less, the slope of the section having a fertilization rate of 50% or more is gently changed by the parasitic resistance component of the primary side, so it can be seen that it is not advantageous in terms of voltage transfer.

본 발명에서 제안된 컨버터의 부하(Ro)를 변동에 역률 및 효율을 도 10에 나타내었다. The power factor and efficiency in varying the load Ro of the converter proposed in the present invention are shown in FIG. 10.

경 부하 운전시 제안된 컨버터의 역률 및 효율이 낮은 편이다. In light load operation, the power factor and efficiency of the proposed converter are low.

그러나 중 부하에서 최대 부하 구간에서의 높은 역률 및 효율을 얻을 수 있다. 실험결과 최대 83%의 효율과 99%의 역률을 얻을 수 있었다. However, high power factor and efficiency at maximum load range can be obtained at medium load. As a result, the maximum efficiency of 83% and the power factor of 99% were obtained.

도 11은 정상 동작 상태에서 각 부분의 측정파형이며, 도 12는 도 11의 파형에서 스위칭 순간을 확대하여 측정한 파형이다. FIG. 11 is a measurement waveform of each part in a normal operation state, and FIG. 12 is a waveform measured by enlarging a switching instant in the waveform of FIG. 11.

도 11 상의 VGS1, VDS1, ir 및 iL은 각각 제 1 스위치수단(S1)의 구동 신호, 드레인 소스간의 전압, 전류와 입력인덕터(Li)에 흐르는 전류를 나타낸다.VGS1, VDS1, ir and iL on FIG. 11 represent the drive signal of the first switch means S1, the voltage between the drain source, the current and the current flowing through the input inductor Li, respectively.

도 12의 좌측 파형도에서 턴-온 순간에는 제 1 스위치수단(S1)의 전류(iS)는 제 1 내부다이오드(DS1)를 통해 흐르게 되므로 영전압상태가 확보되고, 이때 제 1 스위치수단(S1)을 턴-온시킴으로써 영전압 스위칭이 이루어짐을 알 수 있다. At the turn-on moment in the left waveform diagram of FIG. 12, the current iS of the first switch means S1 flows through the first internal diode DS1, so that a zero voltage state is secured. It can be seen that zero voltage switching is achieved by turning on.

반면에 도 12의 우측 파형도에서 턴-오프 순간에는 제 1 스위치수단(S1)의 전류(iS)와 제 1 스위치수단(S1)의 양단 전압(Vds1)이 서로 겹치게 됨으로 스위칭 손실이 발생하게 된다. On the other hand, in the right waveform diagram of FIG. 12, the switching loss occurs because the current iS of the first switch means S1 and the voltage Vds1 of both ends of the first switch means S1 overlap each other. .

도 13은 변압기(T)의 1차측 코일(N1)에 인가되는 전압(VT)와 공진전류(ir)를 나타내고 있다. FIG. 13 shows the voltage VT and the resonance current ir applied to the primary coil N1 of the transformer T.

여기서, 공진전류(ir)는 펄스폭 변조로 인해 비대칭적인 형태를 갖게 되지만 양방향성이므로, 두 개의 스위치수단(S1, S2)이 모두 턴-온되기 이전에 역방향 전류구간이 발생할 수 있음을 보여준다. Here, since the resonant current (ir) has an asymmetrical shape due to the pulse width modulation but is bidirectional, it shows that the reverse current section may occur before the two switch means (S1, S2) are both turned on.

도 14는 컨버터에 인가되는 교류 입력 전압 및 전류를 나타낸 것으로써, 입력전류가 입력전압의 형태를 완벽하게 추종함을 보여줌으로써, 역률개선 효과를 확인할 수 있으며, 실제 실험을 통해 99%의 고역율을 얻을 수 있었다.Figure 14 shows the AC input voltage and current applied to the converter, by showing that the input current perfectly follows the shape of the input voltage, it is possible to confirm the power factor improvement effect, a high power factor of 99% through the actual experiment Could get

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.While specific embodiments of the present invention have been described and illustrated above, it will be apparent that the present invention may be embodied in various modifications by those skilled in the art. Such modified embodiments should not be understood individually from the technical spirit or the prospect of the present invention, but should fall within the claims appended to the present invention.

따라서, 본 발명에서는 단일단 부스트 입력방식의 공진형 AC/DC 컨버터를 제안하는 데, 제안된 컨버터는 누설인덕턴스와 공진커패시터 간의 공진을 이용하여 영전압 스위칭을 구현한다는 점에서 기존의 역률개선회로와는 차별화되는 새로운 형태로서, 제안된 컨버터는 LC 공진을 사용한 영전압 스위칭을 통해 스위칭 손실을 저감할 수 있고, 입력측 역률과 출력전압을 동시에 제어하는 일단계 형태이므로 제어회로의 구성이 간단하면서도 펄스폭 변조를 통해 고역률을 얻을 수 있다는 이점이 있다. Therefore, the present invention proposes a resonant AC / DC converter of a single stage boost input method, and the proposed converter implements zero voltage switching by using resonance between a leakage inductance and a resonance capacitor. The proposed converter can reduce switching loss through zero voltage switching using LC resonance, and it is a one-step type that simultaneously controls input power factor and output voltage. There is an advantage that high power factor can be obtained through modulation.

Claims (7)

입력 교류전원을 정류회로를 통해 정류한 후 역률을 개선하여 부하로 직류전원을 공급하는 공진형 AC/DC 컨버터에 있어서:In the resonant AC / DC converter which rectifies the input AC power through the rectifier circuit and improves the power factor to supply DC power to the load: 상기 정류회로의 후단에 입력인덕터 및 제 1 스위치수단이 직병렬로 설치되어 역률을 개선하게 되는 역률개선회로부;A power factor improvement circuit unit in which an input inductor and a first switch means are installed in parallel in a rear end of the rectifier circuit to improve the power factor; 상기 역률개선회로부의 후단에 제 2 스위치수단 및 클램핑커패시터가 직렬로 설치되어 전압변화를 제한하는 클램핑회로부;A clamping circuit unit configured to limit a voltage change by installing a second switch means and a clamping capacitor in series at a rear end of the power factor improving circuit unit; 상기 클램핑회로부의 후단에 영전압 구현을 위해 누설인덕터와 공진커패시터가 직병렬로 설치된 공진회로부;A resonant circuit unit in which a leakage inductor and a resonant capacitor are installed in series and in parallel to implement a zero voltage at a rear end of the clamping circuit unit; 상기 공진회로부의 후단에 설치되되 1차측 전원을 2차측으로 유도 변환하여 부하로 공급하는 변압기;A transformer installed at the rear end of the resonant circuit part and inductively converting the primary power to the secondary to supply the load; 상기 부하의 출력측으로부터 검출된 전압과 소정의 기준전압을 각각 제공받아 증폭하는 오차증폭기;An error amplifier receiving and amplifying a voltage detected from an output side of the load and a predetermined reference voltage, respectively; 상기 오차증폭기로부터 출력된 전압과 정류회로의 제 1 전원라인으로부터 출력된 전압을 제공받아 곱하는 승산기;A multiplier configured to receive and multiply the voltage output from the error amplifier by the voltage output from the first power line of the rectifier circuit; 상기 승산기에서 출력된 전류와 정류회로의 제 2 전원라인으로부터 출력된 전류를 비반전 및 반전단자로 각각 제공받아 비교하는 히스테리시스 특성을 갖는 비교기;A comparator having hysteresis characteristics for comparing the current output from the multiplier with the current output from the second power line of the rectifier circuit, respectively, as non-inverting and inverting terminals; 상기 비교기의 출력신호를 제공받아 상기 역률개선회로부의 제 1 스위치수단 의 개폐를 제어하는 제 1 구동회로부; 및A first driving circuit unit receiving the output signal of the comparator and controlling opening and closing of the first switch means of the power factor improving circuit unit; And 상기 비교기의 출력신호가 위상반전된 신호를 제공받아 상기 클램핑회로부의 제 2 스위치수단의 개폐를 제어하는 제 2 구동회로부;를 포함한 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터.And a second driving circuit unit configured to receive an output signal of which the output signal of the comparator is inverted in phase to control the opening and closing of the second switch means of the clamping circuit unit. 2. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 스위치수단은, 자신의 전류통로에 병렬로 내장된 제 1 내부다이오드; 및 상기 제 1 스위치수단의 전류통로에 병렬로 형성된 제 1 기생커패시터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터.The first switch means includes a first internal diode built in parallel to its current path; And a first parasitic capacitor formed in parallel in the current path of the first switch means. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 2 스위치수단은, 자신의 전류통로에 병렬로 내장된 제 2 내부다이오드; 및 상기 제 2 스위치수단의 전류통로에 병렬로 형성된 제 2 기생커패시터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터.The second switch means may include a second internal diode built in parallel in its current path; And a second parasitic capacitor formed in parallel in the current path of the second switch means. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 제 2 스위치수단과 제 2 전원라인 사이에 형성되어 제 2 스위치수단과 함께 능동 클램프 회로를 구성하는 클램핑커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터.And a clamping capacitor formed between the second switch means and the second power supply line and constituting an active clamp circuit together with the second switch means. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 공진회로부는, 제 1 전원라인 및 제 2 전원라인 사이에 각각 직렬로 연결된 제 1 누설인덕터와 제 2 누설인덕터 및 공진커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터.The resonant circuit unit includes a boost input type resonant AC / DC converter, comprising a first leakage inductor, a second leakage inductor, and a resonance capacitor connected in series between the first power supply line and the second power supply line, respectively. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 변압기는, 상기 누설인덕터에 병렬로 연결된 1차측 코일; 및 상기 1차측 코일에 대응되되 제 1 출력라인과 중간탭 및 제 2 출력라인을 가지는 복수의 2차측 코일;을 구비하는 것을 특징으로 하는 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터.The transformer includes: a primary coil connected in parallel to the leakage inductor; And a plurality of secondary side coils corresponding to the primary side coils and having a first output line, an intermediate tap, and a second output line. 청구항 6에 있어서, The method according to claim 6, 상기 2차측 코일의 제 1 출력라인과 중간탭 사이의 전류통로에 부하가 연결되고, 상기 제 1 출력라인과 부하 사이에 제 1 정류다이오드와 출력인덕터가 직렬 로 연결되고, 상기 제 2 출력라인과 제 1 정류다이오드의 출력노드 사이에 제 2 정류다이오드가 연결되며, 상기 출력인덕터의 출력노드와 중간탭 사이에 부하와 병렬로 출력커패시터가 연결 구성된 것을 특징으로 하는 부스트 입력방식의 공진형 교류/직류 컨버터.A load is connected to a current path between the first output line and the intermediate tap of the secondary coil, a first rectifying diode and an output inductor are connected in series between the first output line and the load, and the second output line The second rectifier diode is connected between the output node of the first rectifier diode, the output capacitor is connected between the output node and the intermediate tap of the output inductor in parallel with the load, resonant AC / DC type of the boost input method Converter.
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