KR20090076766A - 전력 공급 장치 - Google Patents

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KR20090076766A
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Abstract

전력 공급 장치(3)는, 제1 및 제2 출력 코일(312, 313)을 포함하여 입력 전압(Vin)으로부터 제1 중간 전압(Vo11, Vo21)을 생성하는 출력 변압기(31); 1차 및 2차 코일(341, 342)을 포함하는 전압 조절 변압기(34); 제1 출력 코일(312)에 연결되어 제1 출력 코일(312)로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)으로부터 제1 출력 전압(Vo1)을 생성하는 제1 정류-필터 회로(32); 제1 출력 코일(312)에 병렬적으로 연결되는 1차 코일(341), 제2 출력 코일(313)에 직렬적으로 연결되고 1차 코일(341)에 결합되어 제1 출력 코일(312)로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)으로부터 제2 중간 전압(Vo22)을 생성하는 2차 코일(342); 및 2차 코일(342)에 연결되어 2차 코일(342)로부터 획득되는 제2 중간 전압(Vo22)과 제2 출력 코일(313)로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)을 결합하는 결합 전압으로부터 제2 출력 전압(Vo2)을 생성하는 제2 정류-필터 회로(33)를 포함한다.
전력 공급 장치, 변압기, 코일, 컨버터

Description

전력 공급 장치{POWER SUPPLYING DEVICE}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 발명은 2008년 1월 7일자로 출원된 대만 출원 제097100561호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 전력 공급 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 조절 가능한 출력 전압을 제공할 수 있는 전력 공급 장치에 관한 것이다.
텔레비전, 모니터, 스테레오 시스템, 컴퓨터 등과 같은 대부분의 전자 기기의 내부 소자들은 상이한 직류(DC) 전압을 필요로 하기 때문에, 이러한 전자 기기의 내부 소자 각각에 다양한 DC 출력 전압을 공급하기 위하여, DC 입력 전압을 다양한 DC 출력 전압으로 변환할 수 있는 스위칭 전력 공급 장치가 전자 기기에 사용된다.
그러나, 종래 스위칭 전력 공급 장치에 사용되는 출력 변압기의 각 출력 코일에서의 지나치게 큰 유도 전압 때문에, 통상적으로 실제 DC 출력 전압과 내부 소자에 의해 요구되는 전압 사이에는 차이가 존재한다. 통상적으로, 각 출력 코일은 회로 구성 및 설계 파라미터에 따라 1.5V 내지 6V의 유도 전압을 갖는다. 따라서, 종래 스위칭 전력 공급 장치는 전자 기기의 내부 소자가 요구하는 전압을 충족시키기 위하여 출력 전압을 조절할 수 있는 추가적인 구성요소를 필요로 한다. 예를 들어, 도 1에 도시되는 바와 같은 종래의 LLC 하프브리지(half-bridge) 전력 공급 장치(1)는 추가적인 DC-DC 컨버터(20)를 필요로 한다. 다른 예로서, 도 2에 도시된 바와 같은 다른 종래의 LLC 하프브리지 전력 공급 장치(2)는 추가적인 선형 레귤레이터(30)를 필요로 한다.
종래의 DC-DC 컨버터의 상세한 회로 구성으로는 리니어 테크놀로지(LINEAR TECHNOLOGY)로부터 입수가능한 모델번호 LTC1624 제어기의 사양을 참조할 수 있다.종래의 선형 레귤레이터의 일례로서는 내셔널 세미컨덕터(National Semicondutor)로부터 입수가능한 모델번호 LM117QML이 있다.
그러나, 이러한 DC-DC 컨버터는 복잡한 회로 구성을 갖고 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 무선 주파수 간섭(Radio Frequency Interference; RFI)와 같은 방사 문제가 쉽게 발생한다. 한편, 이러한 선형 레귤레이터는 전압을 감소시키는 데에만 사용 가능하고, 특히 입력 전압과 출력 전압 간의 차이가 클 때 이의 전력 변환 효율은 매우 낮다. 또한, 출력 전압을 초과하는 입력 전압의 전압 레벨이 열 에너지의 형태로서 소비되기 때문에, 이 전압 레벨은 출력 회로에 인가될 수 없고, 심지어는 열 방출(heat dissipation)을 가속시키기 위한 외부 열 방출 메커니즘이 요구된다.
본 발명의 목적은 상대적으로 높은 전력 변환 효율을 갖고, 상대적으로 간소화된 회로 구성을 갖으며, 상대적으로 저비용임과 동시에, 조절 가능한 출력 전압을 제공하는 전력 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력 전압을 적어도 하나의 출력 전압으로 변환하는 전력 공급 장치가 제공된다. 전력 공급 장치는 출력 변압기, 제1 및 제2 정류-필터 회로, 및 전압 조절 변압기를 포함한다. 출력 변압기는 입력 전압을 수신하는 입력 코일 유닛, 및 제1 및 제2 출력 코일 유닛을 포함한다. 제1 및 제2 출력 코일 유닛 각각은 입력 코일 유닛에 전자기적으로 결합되고, 입력 전압으로부터 각각 제1 중간 전압을 생성한다. 전압 조절 변압기는 1차 코일 유닛 및 2차 코일 유닛을 포함한다.
제1 정류-필터 회로는 출력 변압기의 제1 출력 코일 유닛에 전기적으로 연결되고, 제1 출력 코일 유닛으로부터 획득되는 제1 중간 전압을 제1 출력 전압으로 정류 및 필터링한다. 전압 조절 변압기의 1차 코일 유닛은 출력 변압기의 제1 출력 코일 유닛에 병렬적으로 연결된다. 전압 조절 변압기의 2차 코일 유닛은 출력 변압기의 제2 출력 코일 유닛에 직렬적으로 연결되고, 1차 코일 유닛에 전자기적으로 결합되어 제1 출력 코일 유닛으로부터 획득되는 제1 중간 전압으로부터 제2 중간 전압을 생성한다. 제2 정류-필터 회로는 전압 조절 변압기의 2차 코일 유닛에 연결되어 2차 코일 유닛으로부터 획득되는 제2 중간 전압과 제2 출력 코일 유닛으로부터 획득되는 제1 중간 전압을 결합한 결합 전압을 제2 출력 전압으로 정류 및 필터링한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 입력 전압을 출력 전압으로 변환하는 전력 공급 장치가 제공된다. 전력 공급 장치는 출력 변압기, 정류-필터 회로, 및 전압 조절 변압기를 포함한다. 출력 변압기는 입력 전압을 수신하는 입력 코일 유닛, 및 입력 코일 유닛에 전자기적으로 결합되고 입력 전압으로부터 제1 중간 전압을 생성하는 출력 코일 유닛을 포함한다. 전압 조절 변압기는 출력 변압기의 출력 코일 유닛에 병렬적으로 연결되는 1차 코일 유닛, 및 출력 변압기의 출력 코일 유닛과 정류-필터 회로 사이에 직렬적으로 연결되고 1차 코일 유닛에 전자기적으로 결합되어 출력 코일 유닛으로부터 획득되는 제1 중간 전압으로부터 제2 중간 전압을 생성하는 2차 코일 유닛을 포함한다.
정류-필터 회로는 2차 코일 유닛으로부터 획득되는 제2 중간 전압과 출력 코일 유닛으로부터 획득되는 제1 중간 전압을 결합하는 결합 전압을 제2 출력 전압으로 정류 및 필터링한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 입력 전압을 적어도 하나의 출력 전압으로 변환하는 전력 공급 장치가 제공된다. 전력 공급 장치는 출력 변압기, 제1, 제2 및 제3 정류-필터 회로, 및 전압 조절 변압기를 포함한다.
출력 변압기는 입력 전압을 수신하는 입력 코일 유닛, 및 제1 및 제2 출력 코일 유닛을 포함한다. 제1 및 제2 출력 코일 유닛 각각은 입력 코일 유닛에 전자 기적으로 결합되고 입력 전압으로부터 각각 제1 중간 전압을 생성한다.
제1 정류-필터 회로는 출력 변압기의 제1 출력 코일 유닛에 전기적으로 연결되고, 제1 출력 코일 유닛으로부터 획득되는 제1 중간 전압을 제1 출력 전압으로 정류 및 필터링한다.
전압 조절 변압기는 출력 변압기의 제1 출력 코일 유닛에 병렬적으로 연결되는 1차 코일 유닛, 및 2개의 직렬-연결 2차 코일을 포함하는 2차 코일 유닛을 포함한다. 각각의 2차 코일 유닛은 1차 코일 유닛에 전자기적으로 결합되어 제1 출력 코일 유닛으로부터 획득되는 제1 중간 전압으로부터 각각 제2 중간 전압을 생성한다.
제2 정류-필터 회로는 출력 변압기의 제2 출력 코일 유닛 및 전압 조절 변압기의 2차 코일 유닛의 2차 코일의 공통 노드에 전기적으로 연결되고, 제1 서브-출력 전압을 생성한다.
제3 정류-필터 회로는 전압 조절 변압기의 2차 코일 유닛의 2차 코일에 전기적으로 연결되고, 제2 서브-출력 전압을 생성한다.
제1 및 제2 서브-출력 전압은 제2 출력 전압으로 결합된다.
본 발명에 따른 전력 공급 장치는 상대적으로 높은 전력 변환 효율을 갖고, 상대적으로 간소화된 회로 구성을 갖으며, 상대적으로 저비용임과 동시에, 조절 가능한 출력 전압을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 다른 특장점은 첨부되는 도면에 대한 참조와 함께 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명확해진다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에 유사한 구성요소는 전체 명세서에서 동일한 참조 번호로서 표시됨을 알아야 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 공급 장치(3)는 입력 전압(Vin)을 2개의 출력 전압(Vo1, Vo2)으로 변환한다. 전력 공급 장치(3)는 출력 변압기(31), 제1 및 제2 정류-필터 회로(32, 33) 및 전압 조절 변압기(34)를 포함한다. 본 실시예에서, 전력 공급 장치(3)는 플라이백(flyback) 형 전력 공급 장치이다.
출력 변압기(31)는 입력 전압(Vin)을 수신하는 입력 코일 유닛(311) 및 제1 및 제2 출력 코일 유닛(312, 313)을 포함한다. 제1 및 제2 출력 코일 유닛(312, 313) 각각은 입력 코일 유닛(311)에 전자기적으로 결합되고, 입력 코일 유닛(311)과 제1 및 제2 출력 코일 유닛(312, 313) 중 대응하는 출력 코일 유닛 사이의 권선비에 따라 입력 전압(Vin)으로부터 각각의 제1 중간 전압(Vo11, Vo22)을 생성한다. 본 실시예에서, 입력 코일 유닛(311)과 제1 및 제2 출력 코일 유닛(312, 313) 사이의 권선비는 상이하다.
본 실시예에서, 입력 코일 유닛(311)은 입력 전압(Vin)에 전기적으로 연결되는 점이 찍히지 않은 단자(음의 단자로 알려짐), 및 트랜지스터 스위치(35)에 연결되는 점 찍힌 단자(양의 단자로 알려짐)를 포함한다. 트랜지스터 스위치(35)는 입 력 전압(Vin)이 적절한 시간에 입력 코일 유닛(311)에 의해 수신될 수 있도록 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 제어기(36)에 의해 제어된다.
제1 정류-필터 회로(32)는 출력 변압기(31)의 제1 출력 코일 유닛(312)에 전기적으로 연결되고, 제1 출력 코일 유닛(312)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)을 제1 출력 전압(Vo1)으로 정류 및 필터링한다. 본 실시예에서, 제1 정류-필터 회로(32)는 제1 출력 코일 유닛(312)에 병렬적으로 연결된다.
전압 조절 변압기(34)는 1차 코일 유닛(341) 및 2차 코일 유닛(342)을 포함한다. 1차 코일 유닛(341)은 출력 변압기(31)의 제1 출력 코일 유닛(312)에 병렬적으로 연결된다. 2차 코일 유닛(342)은 출력 변압기(31)의 제2 출력 코일 유닛(313)에 직렬적으로 연결되고, 1차 코일 유닛(341)에 전자기적으로 결합되어 제1 출력 코일 유닛(312)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)으로부터 제2 중간 전압(Vo22)을 생성한다. 본 실시예에서, 출력 변압기(31)의 제1 및 제2 출력 코일 유닛(312, 313) 및 전압 조절 변압기(34)의 1차 및 2차 코일 유닛(341, 342)은 순방향으로, 즉, 이들의 점 찍힌 단자가 모두 동일한 측에 있도록 연결된다.
따라서, 제2 출력 코일 유닛(313)은 제2 출력 코일 유닛(313)과 입력 코일 유닛(311) 사이의 권선비에 따라 입력 전압(Vin)으로부터 제1 중간 전압(Vo21)을 생성하고, 2차 코일 유닛(342)은 2차 코일 유닛(342)과 1차 코일 유닛(341) 사이의 권선비에 따라 제1 출력 코일 유닛(312)으로부터 1차 코일 유닛(341)에 의해 획득 되는 제1 중간 전압(Vo11)으로부터 제2 중간 전압(Vo22)을 생성한다.
제2 정류-필터 회로(33)는 전압 조절 변압기(34)의 2차 코일 유닛(342)에 연결되어 2차 코일 유닛(342)으로부터 획득되는 제2 중간 전압(Vo22)과 제2 출력 코일 유닛(313)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)을 결합한 결합 전압을 제2 출력 전압(Vo2)으로 정류 및 필터링한다.
상기로부터, 출력 변압기(31)의 제1 및 제2 출력 코일 유닛(312, 313) 및 전압 조절 변압기(34)의 1차 및 2차 코일 유닛(341, 342)이 순방향으로 연결됨에 의해, 그리고 제2 출력 코일 유닛(313)과 입력 코일 유닛(311) 사이의 권선비와 1차 및 2차 코일 유닛(341, 342) 사이의 권선비가 적절히 설계됨에 의해, 제1 중간 전압(Vo21) 및 제2 중간 전압(Vo22)의 결합 전압이 정류 및 필터링된 제2 출력 전압(Vo2)은 본 발명의 전력 공급 장치(3)에 연결되는 로드 회로(미도시됨)의 요구를 충족시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 4에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 공급 장치(4)는 포워드(forward) 형 전력 공급 장치이고, 출력 변압기(41), 제1 및 제2 정류-필터 회로(42, 43), 및 전압 조절 변압기(44)를 포함한다. 출력 변압기(41)는 입력 코일 유닛(411), 세트 코일 유닛(412), 제1 및 제2 출력 코일 유닛(413, 414)을 포함한다. 입력 코일 유닛(411)은 입력 전압(Vin)에 연결되는 점 찍힌 단자, 및 트랜지스터 스위치(45)에 연결되는 점이 찍히지 않은 단자를 포함한다. 트랜지스 터 스위치(45)는 입력 전압(Vin)이 적절한 시간에 입력 코일 유닛(411)에 의해 수신될 수 있도록 펄스폭 변조(PWM) 제어기(46)에 의해 제어된다.
제1 실시예와 유사하게, 전압 조절 변압기(44)의 1차 코일 유닛(441)은 출력 변압기(41)의 제1 출력 코일 유닛(413)에 병렬적으로 연결되고, 전압 조절 변압기(44)의 2차 권선(442)은 출력 변압기(41)의 제2 출력 코일 유닛(414)과 제2 정류-필터 회로(42) 사이에 직렬적으로 연결된다. 제1 실시예와 제2 실시예의 차이점은 제2 실시예에서의 2차 코일 유닛(442)의 점 찍힌 단자가 제1 실시예에서의 그것과 반대인 것, 즉 2차 코일 유닛(442)이 출력 변압기(41)의 제2 출력 코일 유닛(414)에 역방향으로 연결된다는 것에 있다. 따라서, 제2 정류-필터 회로(43)에 의해 정류 및 필터링된 결합 전압은 2차 코일 유닛(442)으로부터 획득되는 제2 차 중간 전압(Vo22)만큼 감소된 제2 출력 코일 유닛(414)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)이다. 즉, 제2 중간 전압(Vo22)은 제2 출력 전압(Vo2)을 실질적으로 감소시킨다.
상기의 바람직한 실시예들에 대한 설명으로부터, 전압 조절 변압기(34)의 2차 코일 유닛(342)을 순방향으로 연결하는 것(도 3 참조)은 제2 출력 전압(Vo2)을 증가시키게 되고, 전압 조절 변압기(44)의 2차 코일 유닛(442)을 역방향으로 연결하는 것(도 4 참조)은 제2 출력 전압(Vo2)을 감소시키게 된다는 것을 알 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 공급 장치(5)는 포워드 형 전력 공급 장치이고, 전압 조절 변압기(44)의 연결에 있어서 제2 실시예와 차이가 있다. 특히, 전압 조절 변압기(44)의 1차 코일 유닛(441)은 제1 출력 코일 유닛(413) 대신 출력 변압기(41)의 제2 출력 코일 유닛(414)에 병렬적으로 연결된다. 또한, 2차 코일 유닛(442)과 제2 출력 코일 유닛(414)은 순방향으로 연결된다. 결과적으로, 1차 코일 유닛(441)에 전자기적으로 연결되는 2차 코일 유닛(442)은 1차 및 2차 코일 유닛(441, 442) 사이의 권선비에 따라 제2 출력 코일 유닛(414)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)으로부터 제2 중간 전압(Vo22)을 생성한다. 제2 실시예와 유사하게, 제2 정류-필터 회로(43)는 2차 코일 유닛(442)으로부터 획득되는 제2 중간 전압(Vo22)과 제2 출력 코일 유닛(414)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)을 결합한 결합 전압을 제2 출력 전압(Vo2)으로 정류 및 필터링한다.
제2 및 제3 실시예로부터, 전압 조절 변압기(44)의 1차 및 2차 코일(441, 442)이 제1 출력 코일 유닛(413)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)을 활용하여 제2 출력 코일 유닛(414)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)을 조절함으로써 결과적으로 제2 출력 전압(Vo2)을 출력하기 위해 각각 출력 변압기(41)의 제1 및 제2 출력 코일 유닛(413, 414)에 연결될 수 있을 뿐만 아니라, 전압 조절 변압기(44)의 1차 및 2차 코일 유닛(441, 442)은 조절을 위해 제2 출력 코일 유닛(414)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)을 활용함으로써 결과적으로 제2 출력 전압(Vo2)을 출력하기 위해 출력 변압기(44)의 제2 출력 코일 유닛(414)에 연결될 수도 있음을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 공급 장치(6)는 하프브리지 회로 구성을 갖고, 출력 변압기(61), 제1 및 제2 정류-필터 회로(62, 63), 및 전압 조절 변압기(64)를 포함한다.
출력 변압기(61)는 입력 코일 유닛(611), 및 제1 및 제2 출력 코일 유닛(612, 613)을 포함한다. 입력 코일 유닛(611)은 2 개의 트랜지스터 스위치(66, 67)에 연결되는 점 찍힌 단자를 갖는다. 트랜지스터 스위치(66, 67)는 입력 전압(Vin)이 적절한 시간에 입력 코일 유닛(611)에 의해 수신될 수 있도록 펄스폭 변조(PWM) 제어기(65)에 의해 제어된다.
전력 공급 장치(6)는 출력 변압기(61)의 제1 및 제2 출력 코일 유닛(612, 613) 각각이 (그라운드에) 센터 탭 되어(center tapped) 제1 및 제2 출력 코일 유닛(612, 613) 각각이 제1 코일부(614, 615) 및 제2 코일부(616, 617)를 포함할 수 있다는 점에서 제3 실시예와 차이가 있다.
본 실시예에서, 전압 조절 변압기(64)의 1차 코일 유닛(641)은 출력 변압기(61)의 제1 출력 코일 유닛(612)에 병렬적으로 연결된다. 전압 조절 변압기(64)의 2차 코일 유닛(642)은 각각이 출력 변압기(61)의 제2 출력 코일 유닛(613)의 제1 및 제2 코일부(615, 617) 중 대응되는 코일부와 제2 정류-필터 회로(63) 사이에 직렬적으로 연결되는 2 개의 2차 코일(643, 644)을 포함하고, 1차 코일 유닛(641)에 전자기적으로 연결되어 제1 출력 코일 유닛(614)으로부터 획득되는 제1 중간 전 압(Vo11)으로부터 각각의 제2 중간 전압(Vo22, Vo22')을 생성한다.
또한, 2차 코일(642, 643)은 제2 출력 코일 유닛(613)의 제1 및 제2 코일부(615, 617)에 순방향으로 연결된다. 결과적으로, 제1 코일부(615)로부터 획득되는 전압은 2차 코일(643)로부터 획득되는 전압과 결합되고, 제2 코일부(617)로부터 획득되는 전압은 2차 코일(644)로부터 획득되는 전압과 결합되어 제2 출력 전압(Vo2)을 실질적으로 증가시킨다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 전력 공급 장치(7)는 하프브리지 LLC 직렬-연결 공진 회로 구성을 갖는다는 점에서 제4 실시예와 차이가 있다. 본 실시예의 전력 공급 장치(7)에서의 전압 조절 변압기(74)의 동작은 제4 실시예의 전력 공급 장치(6)에서의 전압 조절 변압기(64)의 그것과 동일하며, 이러한 공통점에 대한 상세한 설명은 간략화를 위해 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 다른 전력 공급 장치(7')는 전압 조절 변압기(74)의 1차 코일 유닛(741)이 출력 변압기(71)의 제1 출력 코일 유닛(712)의 제1 코일부(714)에 병렬적으로 연결된다는 점에서 제5 실시예와 차이가 있다. 결과적으로, 2차 코일 유닛(742)의 2차 코일(743, 744)은 제1 출력 코일 유닛(712)의 제1 코일부(714)로부터 획득되는 전압(Vo11a)으로부터 제2 중간 전압(Vo22, Vo22')를 생성한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 전력 공급 장치(8)는 출력 변압기(81), 제1, 제2 및 제3 정류-필터 회로(82, 83, 85), 및 전압 조절 변압 기(84)를 포함한다. 본 실시예에서, 전력 공급 장치(8)는 하프브리지 LLC 회로 구성을 갖는다.
출력 변압기(81)는 입력 전압(Vin)을 수신하는 입력 코일 유닛(811), 및 각각이 입력 코일 유닛(811)에 전자기적으로 결합되어 입력 전압(Vin)으로부터 각각 제1 중간 전압(Vo11, Vo21)을 생성하는 제1 및 제2 출력 코일 유닛(812, 813)을 포함한다.
제1 정류-필터 회로(82)는 출력 변압기(81)의 제1 출력 코일 유닛(812)에 전기적으로 연결되고, 제1 출력 코일 유닛(812)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)을 제1 출력 전압(Vo1)으로 정류 및 필터링한다.
전압 조절 변압기(84)는 출력 변압기(81)의 제1 출력 코일 유닛(812)에 병렬적으로 연결되는 1차 코일 유닛(841), 및 2 개의 직렬-연결 2차 코일(843, 844)을 포함하는 2차 코일 유닛(842)을 포함한다. 2차 코일(843, 844) 각각은 1차 코일 유닛(841)에 전자기적으로 결합되어 제1 출력 코일 유닛(812)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)으로부터 각각 제2 중간 전압(Vo22, Vo22')을 생성한다.
제2 정류-필터 회로(83)는 출력 변압기(81)의 제2 출력 코일 유닛(813) 및 전압 조절 변압기(84)의 2차 코일 유닛(842)의 2차 코일(843, 844)의 공통 노드에 전기적으로 연결되고, 제1 출력 서브-전압(Vo23)을 생성한다.
제3 정류-필터 회로(85)는 2차 코일 유닛(842)의 2차 코일(843, 844)의 반대 단자에 전기적으로 연결되고, 제2 출력 서브-전압(Vo24)을 생성한다.
제1 및 제2 출력 서브-전압(Vo23, Vo24)은 제2 출력 전압(Vo2)으로 결합된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 전력 공급 장치(9)는 푸시-풀(push-pull) 회로 구성을 갖고, 출력 변압기(91)의 입력 코일 유닛(911)이 제1 입력 코일부(918) 및 제2 입력 코일부(919)를 포함하고, 이들은 공통 단자에서 입력 전압(Vin)에 연결되고, 다른 단자에서 각각 트랜지스터 스위치(96, 97)에 연결된다는 점에서 제4 실시예(도 6 참조)와 차이가 있다. 트랜지스터 스위치(96, 97)는 PWM 제어기(95)에 연결된다. PWM 제어기(95)는 트랜지스터 스위치(96, 97)를 제어하여 제1 및 제2 입력 코일부(918, 919) 중 어느 것이 입력 전압(Vin)을 수신하도록 할 것인지를 결정한다.
전력 공급 장치(9)의 동작이 제4 실시예에서의 그것과 동일하기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 간략화를 위해 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 전력 공급 장치(10)는 하프브리지 LLC 회로 구성을 갖고, 출력 변압기(11)가 입력 코일 유닛(111) 및 제1 및 제2 출력 코일 유닛(112, 113)과 함께 제3 출력 코일 유닛(114)을 더 포함한다는 점에서 제5 실시예(도 7 참조)와 차이가 있다. 또한, 제1 및 제2 정류-필터 회로(12, 13)와 함께 제3 정류-필터 회로(14)를 포함된다. 제1, 제2 및 제3 출력 코일 유닛(112, 113, 114)은 상이한 권선비를 갖는다. 제1, 제2 및 제3 정류-필터 회로(12, 13, 14)는 각각 제1, 제2 및 제3 출력 코일 유닛(112, 113, 114)에 대응 하고, 각각 제1, 제2 및 제3 출력 전압(Vo1, Vo2, Vo3)을 출력한다. 또한, 본 실시예에서, 전압 조절 변압기(15)는 1차 코일 유닛(151) 및 2차 코일 유닛(152)을 포함한다. 2차 코일 유닛(152)은 4 개의 2차 코일(153, 154, 155, 156)을 포함한다. 제4 실시예와 유사하게, 제2 및 제3 출력 코일 유닛(113, 114) 각각은 제1 코일부(115, 115') 및 제2 코일부(117, 117')를 갖는다. 2차 코일(153, 154) 각각은 제2 출력 코일 유닛(113)의 제1 및 제2 코일부(115, 117) 중 대응되는 하나와 제2 정류-필터 회로(13) 사이에 직렬적으로 연결되고, 2차 코일(155, 156) 각각은 제3 출력 코일 유닛(114)의 제1 및 제2 코일부(115', 117') 중 대응되는 하나와 제3 정류-필터 회로(14) 사이에 직렬적으로 연결된다. 제2 및 제3 출력 전압(Vo2, Vo3)이 생성되는 방식은 제4 실시예에 개시된 제2 출력 전압(Vo2)을 생성하는 방식과 동일하기 때문에, 이러한 공통점에 대한 상세한 설명은 간략화를 위해 생략하기로 한다.
제9 실시예로부터, 2차 코일 유닛(152)에 복수개의 2차 코일(153~156)이 포함됨으로써, 본 발명에 따라 단일 전압 조절 변압기(15)가 복수개의 조절된 출력 전압(Vo2, Vo3)을 충분히 생성할 수 있음을 알 수 있다.
요컨대, 여기에서 설명된 대부분의 실시예에서, 전력 공급 장치(3~10, 7')가 입력 전압(Vin)을 전압 조절 변압기(34, 44, 64, 74, 84)에 의해 조절되는 제2 출력 전압(Vo2)을 포함하는 2개의 출력 전압(Vo1, Vo2)으로 변환함에 비해, 제9 실시예에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 전력 공급 장치(10)는 입력 전압(Vin)을 어플리케이션의 요구에 따라 전압 조절 변압기(15)에 의해 조절되는 2개의 출력 전압(Vo2, Vo3)을 포함하는 2개의 출력 전압(제9 실시예에서는 3개의 출력 전압) 이상으로 변환한다. 본 발명의 전력 공급 장치에 의해 생성되는 출력 전압의 개수는 여기에 개시된 것에 한정되지 않으며, 전압 조절 변압기에 의해 조절되는 전압의 개수 또한 여기에 개시된 것에 한정되지 않는다. 특히, 전력 공급 장치는 임의의 개수의 출력 코일 유닛을 포함하는 출력 변압기, 및 출력 전압이 전력 공급 장치에 연결되는 로드 회로의 요구 조건을 충족시키도록 요구되는 출력 전압의 개수에 대응하는 임의의 개수의 2차 코일을 갖는 2차 코일 유닛을 포함하는 전압 조절 변압기를 포함할 수도 있다.
또한, 종래의 DC-DC 컨버터(20)(도 1 참조) 및 선형 레귤레이터(30)(도 2 참조)와 비교할 때, 본 발명의 전력 공급 장치에 활용되는 전압 조절 변압기는 상대적으로 저비용이고, 상대적으로 간소화된 회로 구성을 가지며, 전압 조절 변압기가 자화 손실 및 구리 손실만을 수반하기 때문에 상대적으로 높은 전력 변환 효율(보통 98% 이상)을 갖는다.
요컨대, 본 발명의 전력 공급 장치는 적절히 연결된(예를 들면, 순방향 또는 역방향 등으로 연결된) 출력 변압기 및 전압 조절 변압기, 및 전압 조절 변압기의 2차 코일 유닛으로부터 획득되는 전압이 출력 변압기로부터 획득되는 전압에 더해지거나 빼질 수 있도록 적절히 설계된 전압 조절 변압기의 1차 코일 유닛과 2차 코 일 유닛 사이의 권선비를 활용하여, 출력 변압기로부터 획득되는 전압이 증가 또는 감소되어 전력 공급 장치에 연결되는 로드 회로(미도시됨)의 요구 조건을 충족시키는 출력 전압이 될 수 있도록 한다.
본 발명이 현실적이고 바람직한 실시예와 연관되어 설명되었다고 하더라도, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니며, 모든 수정 및 균등 범위 내의 변형을 포함하기 위한 최광의 해석의 정신 및 범위 내에 포함되는 다양한 변형을 포함한다.
도 1은 DC-DC 컨버터를 이용하는 종래 LLC 하프브리지 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 선형 레귤레이터를 이용하는 종래 LLC 하프브리지 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라이백 형 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포워드 형 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 포워드 형 전력 공급 장치의 개략적인 회로도인다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하프브리지 회로 구성을 갖는 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 하프브리지 LLC 직렬-연결 공진 회로 구성을 갖는 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 하프브리지 LLC 직렬-연결 공진 회로 구성을 갖는 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 하프브리지 LLC 회로 구성을 갖는 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제8 실시예에 따른 푸시-풀 회로 구성을 갖는 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 11은 본 발명의 제9 실시예에 따른 하프브리지 LLC 회로 구성을 갖는 전력 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
3: 전력 공급 장치
31: 출력 변압기:
32, 33: 제1 및 제2 정류-필터 회로:
34: 전압 조절 변압기
311: 입력 코일 유닛
312, 313: 제1 및 제2 출력 코일 유닛
341, 342: 1차 및 2차 코일 유닛

Claims (12)

  1. 입력 전압(Vin)을 적어도 하나의 출력 전압(Vo1)으로 변환하는 전력 공급 장치(3)로서,
    상기 입력 전압(Vin)을 수신하는 입력 코일 유닛(311), 및 각각이 상기 입력 코일 유닛(311)에 전자기적으로 결합되고 상기 입력 전압(Vin)으로부터 각각 제1 중간 전압(Vo11, Vo21)을 생성하는 제1 및 제2 출력 코일 유닛(312, 313)을 포함하는 출력 변압기(31);
    제1 및 제2 정류-필터 회로(32, 33); 및
    1차 코일 유닛(341) 및 2차 코일 유닛(342)을 포함하는 전압 조절 변압기(34)를 포함하고,
    상기 제1 정류-필터 회로(32)는 상기 출력 변압기(31)의 상기 제1 출력 코일 유닛(312)에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 출력 코일 유닛(312)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)을 제1 출력 전압(Vo1)으로 정류 및 필터링하고,
    상기 전압 조절 변압기(34)의 상기 1차 코일 유닛(341)은 상기 출력 변압기(31)의 상기 제1 출력 코일 유닛(312)에 병렬적으로 연결되고,
    상기 전압 조절 변압기(34)의 상기 2차 코일 유닛(342)은 상기 출력 변압기(31)의 상기 제2 출력 코일 유닛(313)에 직렬적으로 연결되고, 상기 1차 코일 유 닛(341)에 전자기적으로 결합되어 상기 제1 출력 코일 유닛(312)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)으로부터 제2 중간 전압(Vo22)을 생성하고,
    상기 제2 정류-필터 회로(33)는 상기 전압 조절 변압기(34)의 상기 2차 코일 유닛(342)에 연결되어 상기 2차 코일 유닛(343)으로부터 획득되는 제2 중간 전압(Vo22)과 상기 제2 출력 코일 유닛(313)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)을 결합한 결합 전압을 제2 출력 전압(Vo2)으로 정류 및 필터링하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(3)는 플라이백(flyback) 형 전력 공급 장치인 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(4)는 포워드(forward) 형 전력 공급 장치인 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(6)는 하프브리지(half-bridge) 회로 구성, 풀브리지(full-bridge) 회로 구성, 하프브리지 LLC 직렬-연결 공진 회로 구성, 풀브리지 LLC 직렬-연결 공진 회로 구성, 및 푸시-풀(push-pull) 회로 구성 중 어느 하나의 회로 구성을 갖고,
    상기 출력 변압기(61)의 상기 제1 및 제2 출력 코일 유닛(612, 613) 각각은 센터 탭되어(center tapped) 상기 제1 및 제2 출력 코일 유닛(612, 613) 각각이 제1 코일부(614, 615) 및 제2 코일부(616, 617)를 포함하도록 하고,
    상기 전압 조절 변압기(64)의 상기 2차 코일 유닛(642)은 2개의 2차 코일(643, 644)을 포함하고, 상기 2차 코일(643, 644) 각각은 상기 출력 변압기(61)의 상기 제2 출력 코일 유닛(613)의 상기 제1 및 제2 코일부(615, 617) 중 대응되는 하나와 상기 제2 정류-필터 회로(63) 사이에 직렬적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전압(Vin)은 직류(DC) 전압인 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  6. 입력 전압(Vin)을 출력 전압(Vo1)으로 변환하는 전력 공급 장치(5)로서,
    상기 입력 전압(Vin)을 수신하는 입력 코일 유닛(411), 및 상기 입력 코일 유닛(411)에 전자기적으로 결합되고 상기 입력 전압(Vin)으로부터 제1 중간 전 압(Vo21)을 생성하는 출력 코일 유닛(414)을 포함하는 출력 변압기(41);
    정류-필터 회로(43); 및
    상기 출력 변압기(41)의 상기 출력 코일 유닛(414)에 병렬적으로 연결된 1차 코일 유닛(441), 및 상기 출력 변압기(41)의 상기 출력 코일 유닛(414)과 상기 정류-필터 회로(43) 사이에 직렬적으로 연결되고 상기 1차 코일 유닛(441)에 전자기적으로 결합되어 상기 출력 코일 유닛(414)로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)으로부터 제2 중간 전압(Vo22)을 생성하는 2차 코일 유닛(442)을 포함하는 전압 조절 변압기(44)를 포함하고,
    상기 정류-필터 회로(43)는 상기 2차 코일 유닛(442)으로부터 획득되는 제2 중간 전압(Vo22)과 상기 출력 코일 유닛(414)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo21)을 결합한 결합 전압을 제2 출력 전압(Vo2)으로 정류 및 필터링하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(5)는 플라이백 형 전력 공급 장치인 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(9)는 포워드 형 전력 공급 장치이고, 상기 출력 변압기(91)의 상기 입력 코일 유닛(911)은 2개의 입력 코일(918, 919)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(6)는 하프브리지 회로 구성, 풀브리지 회로 구성, 하프브리지 LLC 직렬-연결 공진 회로 구성, 풀브리지 LLC 직렬-연결 공진 회로 구성, 및 푸시-풀 회로 구성 중 어느 하나의 회로 구성을 갖고,
    상기 출력 변압기(61)의 상기 출력 코일 유닛(613)은 센터 탭되어 상기 출력 코일 유닛(613)이 제1 코일부(615) 및 제2 코일부(617)를 포함하도록 하고,
    상기 전압 조절 변압기(64)의 상기 2차 코일 유닛(642)은 2개의 2차 코일(643, 644)을 포함하고, 상기 2차 코일(643, 644) 각각은 상기 출력 변압기(61)의 상기 출력 코일 유닛(613)의 상기 제1 및 제2 코일부(615, 617) 중 대응되는 하나와 상기 정류-필터 회로(63) 사이에 직렬적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 입력 전압(Vin)은 직류(DC) 전압인 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  11. 입력 전압(Vin)을 적어도 하나의 출력 전압(Vo1)으로 변환하는 전력 공급 장치(8)로서,
    상기 입력 전압(Vin)을 수신하는 입력 코일 유닛(811), 및 각각이 상기 입력 코일 유닛(811)에 전자기적으로 결합되고 상기 입력 전압(Vin)으로부터 각각 제1 중간 전압(Vo11, Vo21)을 생성하는 제1 및 제2 출력 코일 유닛(812, 813)을 포함하는 출력 변압기(81);
    상기 출력 변압기(81)의 상기 제1 출력 코일 유닛(812)에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 출력 코일 유닛(812)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)을 제1 출력 전압(Vo1)으로 정류 및 필터링하는 제1 정류-필터 회로(82);
    상기 출력 변압기(81)의 상기 제1 출력 코일 유닛(812)에 병렬적으로 연결되는 1차 코일 유닛(841), 및 각각이 상기 1차 코일 유닛(841)에 전자기적으로 결합되어 상기 제1 출력 코일 유닛(812)으로부터 획득되는 제1 중간 전압(Vo11)으로부터 각각 제2 중간 전압(Vo22, Vo22')을 생성하는 2개의 직렬-연결 2차 코일(843, 844)을 포함하는 2차 코일 유닛(842)을 포함하는 전압 조절 변압기(84);
    상기 출력 변압기(81)의 상기 제2 출력 코일 유닛(813) 및 상기 전압 조절 변압기(84)의 상기 2차 코일 유닛(842)의 상기 2차 코일(843, 844)의 공통 노드에 전기적으로 연결되고, 제1 서브-출력 전압(Vo23)을 생성하는 제2 정류-필터 회 로(83); 및
    상기 전압 조절 변압기(84)의 상기 2차 코일 유닛(842)의 상기 2차 코일(843, 844)에 전기적으로 연결되고, 제2 서브-출력 전압(Vo24)을 생성하는 제3 정류-필터 회로(85)를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 서브-출력 전압(Vo23, Vo24)은 결합되어 제2 출력 전압(Vo2)이 되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(10)는 LLC 하프브리지 회로 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
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