KR20090130954A - Hi-side mosfet driver for switching mode power supply of quasi-resonant type - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A high side MOSFET driving circuit of a quasi-resonant power supply apparatus is provided to reduce switching loss by increasing a switching frequency. CONSTITUTION: A driver circuit includes a rectifier smoothing circuit(10), a DC/DC conversion part(C1,D,Q1) and a feedback control part(R1,R2,R3). The rectifier smoothing circuit changes an AC voltage into a DC voltage. The DC/DC conversion part converts the DC voltage into a DC output voltage according to the winding ratio of a transformer(T). The feedback control part generates a PWM control signal by making the DC output voltage equal to a reference voltage. The feedback control part outputs the PWM control signal to the DC/DC conversion part. The driver circuit further includes an auxiliary switch(Q2) and a driver circuit(B,L3,R3,ZD). The auxiliary switch is connected to the transformer of the DC / DC transformer. The auxiliary switch performs a switching function and an active clamp function. Switching and active functions reversely act about the operation of the main switch(Q1). The driver circuit makes the active clamp function correspond to the auxiliary switch.

Description

의사공진형 전원공급 장치의 하이사이드 모스페트 구동회로{Hi-side MOSFET driver for switching mode power supply of Quasi-resonant type}Hi-side MOSFET driver for switching mode power supply of Quasi-resonant type}

본 발명은 의사공진형 전원공급 장치에 관한 것으로 특히, 의사공진을 이용하는 스위칭 모드 전원공급 장치(SMPS: Switching mode power supply)에서 메인 스위치의 영전압 스위칭을 위한 보조스위치인 하이 사이드 모스 트랜지스터(HIGH SIDE MOSFET)를 구동하는 고가의 전용 드라이브 IC를 사용하지 않고 보조권선을 이용함으로 생산단가를 절감하고 스위칭 주파수를 높여 트랜스포머 및 커패시터를 소형화 경량화하고 효율을 극대화하도록 하는 의사공진형 전원공급 장치의 하이사이드 MOSFET 구동회로에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pseudo-resonant power supply, and more particularly, to a high side MOS transistor (HIGH SIDE) that is an auxiliary switch for zero voltage switching of a main switch in a switching mode power supply (SMPS) using pseudo resonance. Pseudo-resonant power supply high-side MOSFETs that reduce production costs and increase switching frequency, miniaturizing and reducing transformers and capacitors by maximizing efficiency by using auxiliary windings rather than expensive dedicated drive ICs. It is about a driving circuit.

일반적으로, 스위치모드 전원공급 장치는 컴퓨터, 팩스, 디스플레이 등에 적용되어 필요한 전원을 공급한다.In general, a switch mode power supply is applied to a computer, a fax machine, a display, and the like to supply the necessary power.

한편, 최근 스위치모드 전원공급 장치 등의 전원장치 시장에서 점점 더 높은 출력을 요구하고 있으며, 이러한 요구에 따라 효율을 극대화 시켜야 하는데, 효율향상을 위해서는 소프트 스위치(Soft-switching)가 적용되어야 한다.On the other hand, in the power supply market, such as switch mode power supply in recent years, a higher output is required, and the efficiency should be maximized in accordance with this demand, in order to improve efficiency, soft-switching should be applied.

이러한 소프트 스위칭(Soft-switching)을 구현하기 위한 대표적인 기술이 의 사 공진(Quasi-resonant) 또는 공진(Resonant) 기술로써, 이중 의사 공진이 적용되는 종래 전원장치중의 하나가 첨부한 도 1에 도시되어 있다.A representative technique for realizing such soft-switching is a quasi-resonant or resonant technique, and one of the conventional power supplies to which double pseudo resonance is applied is illustrated in FIG. 1. It is.

첨부한 도 1은 종래 의사공진형 전원공급장치의 회로 구성도로서, 220V 또는 110V 등의 교류 입력전압(Vin)에 포함하는 노이즈를 제거하고 전압 및 전류에 대한 역률(power factor)을 개선하여 고전압(대략 400V 이상)의 직류 전압으로 변환하는 정류평활회로(10)와, 상기 정류평활회로(10)에서 출력되는 직류전원을 1차측 권선 코일(L1)의 일측에 입력 받는 트랜스포머(T)와, 상기 트랜스포머(T) 1차측 권선 코일(L1)의 타측이 드레인 단자에 연결되며 게이트 단자에 걸리는 전압의 상태에 따라 온오프 동작하여 온동작시에 한하여 상기 정류평활회로(10)의 출력전원이 상기 트랜스포머(T) 1차측 권선 코일(L1)를 통해 소스단자에 연결된 접지측으로 도통하도록 하는 메인스위치(Q1)와, 상기 트랜스포머(T) 2차측 권선 코일(L2)의 일 출력단에 애노드단자가 연결되는 다이오드(D)와, 상기 다이오드(D)의 캐소드 단자와 상기 트랜스포머(T) 2차측 권선 코일(L2)의 타 출력단에 병렬 연결되는 커패시터(C1)와, 상기 커패시터(C1)에 병렬 연결되어 상기 커패시터(C1)에 걸리는 전원을 구동전원으로 사용하는 부하(20)와, 전체적으로 직렬 연결되어 상기 부하(20)에 걸리는 전압을 분압하여 출력하는 전압 검출부(R1, R2)와, 상기 전압 검출부(R1, R2)를 통해 검출되는 전압을 기준전압과 비교하고 그에 따라 출력되는 펄스신호의 폭을 변동하여 상기 메인스위치(Q1)의 게이트 단자에 인가하는 PWM IC(30)와, 상기 트랜스포머(T) 1차측 권선 코일(L1)의 타측이 게이트 단자에 연결되며 소스단자는 상기 메인스위치(Q1)의 드레인 단자에 연결되는 보조스위치(Q2), 및 상기 보조스위 치(Q2)의 드레인 단자와 상기 정류평활회로(10)의 직류전원 출력단 사이에 연결되는 공진커패시터(Cr)로 구성되어진다.1 is a circuit diagram of a conventional pseudo-resonant power supply device, which removes noise included in an AC input voltage (Vin) such as 220V or 110V and improves a power factor with respect to voltage and current. A rectifier smoothing circuit 10 for converting to a DC voltage of approximately 400V or more, a transformer T for receiving a DC power output from the rectifying smoothing circuit 10 on one side of the primary winding coil L1, The other side of the transformer (T) primary winding coil (L1) is connected to the drain terminal, and the output power of the rectification smoothing circuit (10) is limited to on-off operation according to the state of the voltage applied to the gate terminal. The main switch Q1 is connected to the ground side connected to the source terminal via the transformer T primary winding coil L1, and an anode terminal is connected to one output terminal of the secondary winding coil L2 of the transformer T. Diode (D ), A capacitor C1 connected in parallel to the cathode terminal of the diode D, and the other output terminal of the secondary winding coil L2 of the transformer T, and a capacitor C1 connected in parallel to the capacitor C1. ), The voltage detectors R1 and R2 which are connected in series to the whole, and divide and output the voltage applied to the load 20, and the voltage detectors R1 and R2. The PWM IC 30 and the transformer T primary winding coil which compare the voltage detected through the reference voltage with the reference voltage and change the width of the output pulse signal accordingly, and apply it to the gate terminal of the main switch Q1. The other side of the terminal L1 is connected to the gate terminal, and the source terminal is connected to the drain terminal of the main switch Q1, the auxiliary switch Q2, and the drain terminal of the auxiliary switch Q2 and the rectification smoothing circuit 10. Connection between DC power output terminals It is constructed as a resonant capacitor (Cr).

이때 통상적으로 상기 전압 검출부(R1, R2)와 PWM IC(30)를 묶어 피드백 제어부라 칭하며, 상기 트랜스포머(T)와 메인스위치(Q1)와 다이오드(D)와 커패시터(C1)를 묶어 DC/DC변환부라 칭하는데, 상기 다이오드(D)와 커패시터(C1)는 상기 트랜스포머(T)의 2차측 유도전원에 대한 평활회로이다.At this time, the voltage detection unit (R1, R2) and PWM IC (30) is commonly referred to as a feedback control, the transformer (T), the main switch (Q1), diode (D) and capacitor (C1) by tying the DC / DC The conversion unit, the diode (D) and the capacitor (C1) is a smoothing circuit for the secondary side induction power supply of the transformer (T).

반면에 상기 참조번호 Cr과 Q2로 지칭되는 공진커패시터와 보조스위치는 메인스위치(Q1)의 영전압 스위칭을 위한 구성요소이다.On the other hand, the resonant capacitors and auxiliary switches referred to as Cr and Q2 are components for zero voltage switching of the main switch Q1.

상술한 바와같이 구성되는 종래 의사공진형 전원공급장치의 동작을 간략히 살펴보면, 상용교류전원인 공급전원(Vin)이 입력되면 정류평활회로(10)에서는 내부의 브리지 다이오드를 통해 이를 전파정류하여 고전압의 직류전압으로 변환하여 출력한다.Looking briefly at the operation of the conventional pseudo-resonant power supply device configured as described above, when the supply power (Vin), which is a commercial AC power, is input, the rectification smoothing circuit 10 performs full-wave rectification through an internal bridge diode to direct current of a high voltage. Convert it to voltage and output it.

상기 정류평활회로(10)에서 출력되는 전원은 메인스위치(Q1)의 온오프 동작에 따라 트랜스포머(T)의 1차측 권선코일(L1)을 주기적으로 도통하게 되며 그에따라 2차측 권선코일(L2)에는 유도전원이 형성되어진다.The power output from the rectification smoothing circuit 10 conducts the primary winding coil L1 of the transformer T periodically according to the on / off operation of the main switch Q1 and accordingly the secondary winding coil L2. An induction power source is formed.

상기 트랜스포머(T)의 2차측 권선코일(L2)에 유도되어진 전원은 다이오드(D)와 커패시터(C1)를 통해 평활되어진 후 부하(20)측에 구동전원으로 공급되는데, 상기 부하(20)측에 걸리는 전압의 크기에 대한 정보는 전압 검출부(R1, R2)를 통해 PWM IC(30)측으로 제공되어 진다.The power induced in the secondary winding coil L2 of the transformer T is smoothed through the diode D and the capacitor C1 and then supplied to the load 20 as a driving power. The load 20 is supplied to the load 20. Information about the magnitude of the voltage applied to the signal is provided to the PWM IC 30 through the voltage detectors R1 and R2.

상기 PWM IC(30)에서는 상기 전압 검출부(R1, R2)에서 분압되어 입력되는 전 압과 기준전압을 비교하여 그 비교차가 허용범위인 경우는 현재 출력하고 있는 펄스신호를 유지하며, 허용범위를 벗어나는 경우 출력되고 있는 펄스신호의 폭을 조절하여 허용오차범위내로 수렴하도록 제어한다.The PWM IC 30 compares the input voltage divided by the voltage detectors R1 and R2 with a reference voltage. When the comparison difference is within the allowable range, the PWM IC 30 maintains the currently output pulse signal and is out of the allowable range. In this case, it controls to converge within the tolerance range by adjusting the width of the output pulse signal.

이때 상기 공진커패시터(Cr)와 보조스위치(Q2)는 상기 메인스위치(Q1)의 스위칭 동작에 따른 전력손실을 줄이기 위해 구비되는 구성요소인데, 상기 보조스위치(Q2)로 사용되는 하이 사이드 모스 트랜지스터(HIGH SIDE MOSFET)는 도시하지는 않았으나 고가의 드라이브 전용 IC를 통해 구동되어지는 것이 일반적이다.At this time, the resonant capacitor Cr and the auxiliary switch Q2 are components provided to reduce power loss due to the switching operation of the main switch Q1. The high side MOS transistor used as the auxiliary switch Q2 ( Although not shown, HIGH SIDE MOSFETs are typically driven by expensive drive-only ICs.

그러나 하이 사이드 모스 트랜지스터 드라이브 전용 IC가 고가라는 부분은 생산원가를 줄여야 하는 생산자의 입장에서는 상당한 부담으로 작용하게 되는 문제점이 발생되었다. However, the high cost of the high-side MOS transistor drive IC is a significant burden for the producer to reduce production costs.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 의사공진을 이용하는 스위칭 모드 전원공급 장치에서 메인 스위치의 영전압 스위칭을 위한 보조스위치인 하이 사이드 모스 트랜지스터(HIGH SIDE MOSFET)를 구동하는 고가의 전용 드라이브 IC를 사용하지 않고 보조권선을 사용함으로써 생산단가를 절감하고 스위칭 주파수를 높여 트랜스포머 및 커패시터를 소형화 경량화하고 효율을 극대화하도록 하는 의사공진형 전원공급 장치의 하이사이드 MOSFET 구동회로를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is an expensive dedicated drive IC for driving a high side MOS transistor (HIGH SIDE MOSFET) which is an auxiliary switch for zero voltage switching of a main switch in a switching mode power supply using pseudo resonance. The use of auxiliary windings, rather than the use of low voltage, reduces the cost of production and increases the switching frequency, thereby miniaturizing the transformer and capacitors, and providing a high-side MOSFET driving circuit of a pseudo-resonant power supply.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 특징은, 입력되는 교류 전압의 역률을 개선하고 교류 전압을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하는 정류평활회로와; PWM 제어신호에 따라 온/오프 스위칭 동작하는 메인스위치를 통해 상기 정류평활회로에서 출력되는 직류 전압을 트랜스포머의 1차측에 입력받아 권선비에 의해 기 설정된 비율로 2차측으로 유도하고 이를 평활하여 직류 출력전압으로 변환 출력하는 DC/DC 변환부; 및 상기 DC/DC 변환부의 출력전압을 검출하고 검출된 전압과 기 설정된 기준전압과 같아지게 하는 상기 PWM 제어신호를 생성하여 상기 DC/DC 변환부로 출력하는 피드백 제어부를 갖는 의사공진형 전원공급 장치에 있어서: 상기 DC/DC 변환부의 트랜스포머와 연결되어 상기 메인스위치의 동작에 대해 역으로 동작하는 스위칭 기능과 액티브 클램프 기능을 수행하는 보조스위치와; 상기 보조스위치가 액티브 클램프 기능을 수행하도록 상기 보조스위치를 구동하는 구 동회로를 포함하는 데 있다.A feature according to the present invention for achieving the above object is a rectification smoothing circuit for improving the power factor of the input AC voltage and converting the AC voltage into a predetermined DC voltage; The DC voltage output from the rectifier smoothing circuit is input to the primary side of the transformer through the main switch operating on / off switching according to the PWM control signal and induced to the secondary side at a predetermined ratio by the winding ratio, and smoothed to the DC output voltage. A DC / DC converter converting and outputting the converted signal; And a feedback control unit for detecting the output voltage of the DC / DC converter and generating the PWM control signal to be equal to the detected voltage and a preset reference voltage, and outputting the PWM control signal to the DC / DC converter. An auxiliary switch connected to a transformer of the DC / DC converter to perform a switching function and an active clamp function that operate in reverse to the operation of the main switch; And a driving circuit for driving the auxiliary switch so that the auxiliary switch performs an active clamp function.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 특징은, 입력되는 교류 전압의 역률을 개선하고 교류 전압을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하는 정류평활회로와; PWM 제어신호에 따라 온/오프 스위칭 동작하는 메인스위치를 통해 상기 정류평활회로에서 출력되는 직류 전압을 트랜스포머의 1차측에 입력받아 권선비에 의해 기 설정된 비율로 2차측으로 유도하고 이를 평활하여 직류 출력전압으로 변환 출력하는 DC/DC 변환부; 및 상기 DC/DC 변환부의 출력전압을 검출하고 검출된 전압과 기 설정된 기준전압과 같아지게 하는 상기 PWM 제어신호를 생성하여 상기 DC/DC 변환부로 출력하는 피드백 제어부를 갖는 의사공진형 전원공급 장치에 있어서: 상기 메인스위치의 드레인 단자에 소스 단자가 연결되어진 보조스위치와; 상기 보조스위치의 드레인 단자와 상기 정류평활회로(10)의 직류전원 출력단 사이에 연결되는 공진커패시터와; 상기 보조스위치의 소스 단자에 애노드 단자가 연결되며 상기 보조스위치의 게이트 단자에 캐소드 단자가 연결되는 제너다이어드와; 상기 트랜스포머 1차측에 DC/DC 변환을 위한 권선 코일과 별개로 권선되어며 일단이 상기 메인스위치의 드레인 단자에 연결되어진 상기 트랜스포머 1차측 부가권선 코일과; 상기 트랜스포머 1차측 부가 권선 코일의 타단에 일단이 연결되어진 저항; 및 상기 저항의 타단과 상기 보조스위치의 게이트 단자에 연결되어진 인덕턴스를 포함하는 데 있다.Another feature according to the present invention for achieving the above object is a rectification smoothing circuit for improving the power factor of the input AC voltage and converting the AC voltage into a predetermined DC voltage; The DC voltage output from the rectifier smoothing circuit is input to the primary side of the transformer through the main switch operating on / off switching according to the PWM control signal and induced to the secondary side at a predetermined ratio by the winding ratio, and smoothed to the DC output voltage. A DC / DC converter converting and outputting the converted signal; And a feedback control unit for detecting the output voltage of the DC / DC converter and generating the PWM control signal to be equal to the detected voltage and a preset reference voltage, and outputting the PWM control signal to the DC / DC converter. The auxiliary switch comprising: an auxiliary switch having a source terminal connected to a drain terminal of the main switch; A resonance capacitor connected between the drain terminal of the auxiliary switch and the DC power output terminal of the rectification smoothing circuit 10; A Zener diode having an anode terminal connected to a source terminal of the auxiliary switch and a cathode terminal connected to a gate terminal of the auxiliary switch; A transformer primary side additional winding coil wound separately from a winding coil for DC / DC conversion on the transformer primary side and one end of which is connected to a drain terminal of the main switch; A resistor having one end connected to the other end of the transformer primary side additional winding coil; And an inductance connected to the other end of the resistor and the gate terminal of the auxiliary switch.

상술한 본 발명에 따른 특징으로 인해 기대되는 효과로는, 의사공진형 방식 을 이용하여 전용 드라이브 IC없이 하이 사이드 모스 트랜지스터(HIGH SIDE MOSFET)를 구동시킴으로써 생산단가를 절감할 수 있으며, 이로 인해 스위칭손실이 감소됨에 따라 트랜스포머 및 커패시터를 소형화 경량화하고 효율을 극대화할 수 있어 방열판의 최소화를 통해 전원공급 장치 자체의 부피를 개선할 수 있게 되었다.As expected effects due to the above-described features of the present invention, by using a pseudo resonance method, a high side MOS transistor (HIGH SIDE MOSFET) can be driven without a dedicated drive IC, thereby reducing the production cost, and thus switching loss. This reduction has allowed the transformers and capacitors to be miniaturized, lightweight, and maximized in efficiency, minimizing heat sinks and improving the volume of the power supply itself.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above object and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 의사공진형 전원공급장치의 회로 구성도로서, 220V 또는 110V 등의 교류 입력전압(Vin)에 포함하는 노이즈를 제거하고 전압 및 전류에 대한 역률(power factor)을 개선하여 고전압(대략 400V 이상)의 직류 전압으로 변환하는 정류평활회로(10)와, 상기 정류평활회로(10)에서 출력되는 직류전원을 1차측 제 1권선 코일(L1)의 일측에 입력 받는 트랜스포머(T)와, 상기 트랜스포머(T) 1차측 제 1권선 코일(L1)의 타측이 드레인 단자에 연결되며 게이트 단자에 걸리는 전압의 상태에 따라 온오프 동작하여 온동작시에 한하여 상기 정류평활회로(10)의 출력전원이 상기 트랜스포머(T) 1차측 제 1권선 코일(L1)를 통해 소스단자에 연결된 접지측으로 도통하도록 하는 메인스위치(Q1)와, 상기 트랜스포머(T) 2차측 권선 코일(L2)의 일 출력단에 애노드단자가 연결되는 다이오드(D)와, 상기 다이오드(D)의 캐소드 단자와 상기 트랜스포머(T) 2차측 권선 코일(L2)의 타 출력단에 병렬 연결되는 커패시터(C1)와, 상기 커패시터(C1)에 병렬 연결되어 상기 커패시터(C1)에 걸리는 전원을 구동전원으로 사용하는 부하(20)와, 전체적으로 직렬 연결되어 상기 부하(20)에 걸리는 전압을 분압하여 출력하는 전압 검출부(R1, R2)와, 상기 전압 검출부(R1, R2)를 통해 검출되는 전압을 기준전압과 비교하고 그에 따라 출력되는 펄스신호의 폭을 변동하여 상기 메인스위치(Q1)의 게이트 단자에 인가하는 PWM IC(30)와, 상기 메인스위치(Q1)의 드레인 단자에 소스 단자가 연결되어진 보조스위치(Q2)와, 상기 보조스위치(Q2)의 드레인 단자와 상기 정류평활회로(10)의 직류전원 출력단 사이에 연결되는 공진커패시터(Cr)와, 상기 보조스위치(Q2)의 소스 단자에 애노드 단자가 연결되며 상기 보조스위치(Q2)의 게이트 단자에 캐소드 단자가 연결되는 제너다이어드(ZD)와, 상기 트랜스포머(T) 1차측에 상기 제 1권선 코일(L1)과 별개로 권선되어며 일단이 상기 메인스위치(Q1)의 드레인 단자에 연결되어진 상기 트랜스포머(T) 1차측 제 2권선 코일(L3)와, 상기 트랜스포머(T) 1차측 제 2권선 코일(L3)의 타단에 일단이 연결되어진 제 3저항(R3), 및 상기 제 3저항(R3)의 타단과 상기 보조스위치(Q2)의 게이트 단자에 연결되어진 인덕턴스(B)로 구성되어 진다.2 is a circuit diagram of a pseudo-resonant power supply apparatus according to the present invention, which removes noise included in an AC input voltage (Vin) such as 220V or 110V and improves a power factor for voltage and current. A rectifier smoothing circuit 10 for converting a DC voltage having a high voltage (approximately 400 V or more) and a DC power output from the rectifying smoothing circuit 10 to one side of the primary winding coil L1 on a side (T). And the other side of the first winding coil L1 of the transformer T is connected to the drain terminal, and the ON / OFF operation is performed according to the voltage applied to the gate terminal. One of the main switch Q1 and the transformer T secondary winding coil L2 so that the output power of the transformer T conducts to the ground side connected to the source terminal through the primary winding primary coil L1. Anode terminal connected to the output Is a diode (D), a capacitor (C1) connected in parallel to the cathode terminal of the diode (D) and the other output terminal of the transformer (T) secondary winding coil (L2), and is connected in parallel to the capacitor (C1) A load 20 using the power applied to the capacitor C1 as a driving power source, voltage detection units R1 and R2 connected in series to divide the voltage applied to the load 20, and output the divided voltage; A PWM IC 30 for comparing the voltage detected through R1 and R2 with a reference voltage and varying the width of the pulse signal output accordingly and applying it to the gate terminal of the main switch Q1, and the main switch Q1. And an auxiliary switch Q2 having a source terminal connected to the drain terminal of the second terminal, a resonant capacitor Cr connected between the drain terminal of the auxiliary switch Q2 and the DC power output terminal of the rectification smoothing circuit 10, and Source terminal of auxiliary switch (Q2) An anode terminal is connected, and a Zener diode (ZD) having a cathode terminal connected to a gate terminal of the auxiliary switch (Q2), and a winding separately from the first winding coil (L1) on the primary side of the transformer (T), One end of the transformer T primary side second winding coil L3 connected to the drain terminal of the main switch Q1 and the other end of the primary winding second winding coil L3 of the transformer T is connected to one end thereof. The third resistor R3 and the inductance B are connected to the other end of the third resistor R3 and the gate terminal of the auxiliary switch Q2.

이때 통상적으로 상기 전압 검출부(R1, R2)와 PWM IC(30)를 묶어 피드백 제어부라 칭하며, 상기 트랜스포머(T)와 메인스위치(Q1)와 다이오드(D)와 커패시터(C1)를 묶어 DC/DC변환부라 칭하는데, 상기 다이오드(D)와 커패시터(C1)는 상기 트랜스포머(T)의 2차측 유도전원에 대한 평활회로이다.At this time, the voltage detection unit (R1, R2) and PWM IC (30) is commonly referred to as a feedback control, the transformer (T), the main switch (Q1), diode (D) and capacitor (C1) by tying the DC / DC The conversion unit, the diode (D) and the capacitor (C1) is a smoothing circuit for the secondary side induction power supply of the transformer (T).

반면에 상기 참조번호 Cr과 Q2로 지칭되는 공진커패시터와 보조스위치는 메인스위치(Q1)의 영전압 스위칭을 위한 구성요소이다.On the other hand, the resonant capacitors and auxiliary switches referred to as Cr and Q2 are components for zero voltage switching of the main switch Q1.

또한, 상기 제너다이어드(ZD)와, 트랜스포머(T) 1차측 제 2권선 코일(L3)와, 전류제한용 제 3저항(R3) 및 서지방지용 인덕턴스(B)는 보조스위치(Q2)의 구동을 위한 회로이다.In addition, the Zener diode (ZD), the transformer (T) primary side second winding coil (L3), the current limiting third resistor (R3) and the surge prevention inductance (B) is driven by the auxiliary switch (Q2). It is a circuit for.

종래 기술을 설명하고 있는 도 1의 구성과 동일한 구성에 대해서는 본 발명을 설명한 도 2에서도 동일 참조번호를 부여하였음을 미리 밝혀둔다. The same reference numerals are given to the same configurations as those of FIG. 1 describing the prior art.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 의사공진형 전원공급장치의 동작을 간략히 살펴보면, 상용교류전원인 공급전원(Vin)이 입력되면 정류평활회로(10)에서는 내부의 브리지 다이오드를 통해 이를 전파정류하여 고전압의 직류전압으로 변환하여 출력한다.Looking briefly at the operation of the pseudo-resonant power supply device according to the present invention configured as described above, when the supply power (Vin), which is a commercial AC power is input, the rectification smoothing circuit 10 is full-wave rectified through an internal bridge diode The output is converted into DC voltage of high voltage.

상기 정류평활회로(10)에서 출력되는 전원은 메인스위치(Q1)의 온오프 동작에 따라 트랜스포머(T)의 1차측 제 1권선코일(L1)을 주기적으로 도통하게 되며 그에 따라 2차측 권선코일(L2)에는 유도전원이 형성되어진다.The power output from the rectification smoothing circuit 10 periodically conducts the primary winding coil L1 of the transformer T according to the on / off operation of the main switch Q1, and accordingly, the secondary winding coil ( An induction power source is formed in L2).

이때 상기 트랜스포머(T)의 1차측 제 1권선코일(L1)에 전류가 도통되는 순간 상기 트랜스포머(T)의 2차측 권선코일(L2)에 유도되어진 전원은 다이오드(D)와 커패시터(C1)를 통해 평활되어진 후 부하(20)측에 구동전원으로 공급되는데, 상기 부하(20)측에 걸리는 전압의 크기에 대한 정보는 전압 검출부(R1, R2)를 통해 PWM IC(30)측으로 제공되어 진다.At this time, when the current is conducted to the primary winding coil L1 of the transformer T, the power induced by the secondary winding coil L2 of the transformer T is connected to the diode D and the capacitor C1. After being smoothed through, it is supplied to the driving power to the load 20 side, and the information about the magnitude of the voltage applied to the load 20 side is provided to the PWM IC 30 side through the voltage detectors R1 and R2.

상기 PWM IC(30)에서는 상기 전압 검출부(R1, R2)에서 분압되어 입력되는 전압과 기준전압을 비교하여 그 비교차가 허용범위인 경우는 현재 출력하고 있는 펄스신호를 유지하며, 허용범위를 벗어나는 경우 출력되고 있는 펄스신호의 폭을 조절하여 부하(20)에 걸리는 전압을 허용오차범위내로 수렴하도록 제어한다.The PWM IC 30 compares the voltage inputted by the voltage detectors R1 and R2 with the reference voltage, and if the comparison difference is within the allowable range, maintains the pulse signal currently being output and is out of the allowable range. The width of the pulse signal being output is adjusted to control the voltage applied to the load 20 to converge within the tolerance range.

이때, 상기 트랜스포머(T)의 1차측 제 1권선코일(L1)과 1차측 제 2권선코일(L3)은 극성이 반대이기 때문에 상기 메인스위치(Q1)가 턴온하는 경우에 상기 보조스위치(Q2)는 턴오프하며, 상기 메인스위치(Q1)가 턴오프하는 경우에 상기 보조스위치(Q2)는 턴온하게 되어 상기 메인스위치(Q1)와 보조스위치(Q2)는 반동관계를 갖게 된다.At this time, since the polarity of the primary side primary winding coil L1 and the primary side secondary winding coil L3 of the transformer T is opposite, the auxiliary switch Q2 when the main switch Q1 is turned on. Is turned off, and when the main switch Q1 is turned off, the auxiliary switch Q2 is turned on so that the main switch Q1 and the auxiliary switch Q2 have a reaction relationship.

즉, PWM IC(30)에 의해 메인스위치(Q1)가 턴온되면 상기 정류평활회로(10)에서 출력되는 전원은 상기 트랜스포머(T)의 1차측 제 1권선코일(L1)과 메인스위치(Q1)를 통해 접지 측으로 전류가 흐르게 된다.That is, when the main switch Q1 is turned on by the PWM IC 30, the power output from the rectification smoothing circuit 10 is the primary winding coil L1 and the main switch Q1 of the transformer T. Through this current flows to the ground side.

반면에 상기 메인스위치(Q1)가 턴오프되는 순간 상기 메인스위치(Q1)의 게이트단자와 소스 단자사이의 기생 커패시터가 서서히 전압을 충전하게 되는데 이때 순간적으로 상기 트랜스포머(T)의 1차측 제 1권선코일(L1)에 역기전력이 발생하게되며 보조스위치(Q2)는 턴오프됨에 따라 클램프 커패시터(Cr)와 상기 트랜스포머(T)의 1차측 제 1권선코일(L1)의 누설 인덕턴스가 공진하게 되며, 공진되는 주파수가 낮은 주파수이기 때문에 공진전압은 매우 작다.On the other hand, when the main switch Q1 is turned off, the parasitic capacitor between the gate terminal and the source terminal of the main switch Q1 gradually charges the voltage. At this moment, the primary winding of the primary side of the transformer T is instantaneously charged. As the counter electromotive force is generated in the coil L1 and the auxiliary switch Q2 is turned off, the leakage inductance of the clamp capacitor Cr and the primary winding coil L1 of the transformer T is resonant and resonates. The resonance voltage is very small because the frequency is low.

바로 이때 공진전압에 의해 상기 보조스위치(Q2)의 바디 다이오드를 통해 전 류가 흐르게 되며, 상기 트랜스포머(T)의 1차측 제 2권선코일(L3)으로부터 보조스위치(Q2)의 게이트 단자와 소스단자 사이에 턴온전압이 걸리면서 소스단자와 드레인 단자가 도통되어 상기 보조스위치(Q2)는 턴온하게 된다.At this time, current flows through the body diode of the auxiliary switch Q2 due to the resonant voltage, and the gate terminal and the source terminal of the auxiliary switch Q2 are formed from the secondary winding coil L3 of the primary side of the transformer T. While the turn-on voltage is applied between the source terminal and the drain terminal, the auxiliary switch Q2 is turned on.

반면에 상기 메인스위치(Q1)은 기생 커패시터가 만충전됨에 따라 오프상태를 유지하게 되는 것이다.On the other hand, the main switch Q1 maintains the off state as the parasitic capacitor is fully charged.

보조스위치(Q2)의 소스 단자에 걸리는 전압과 메인스위치(Q1)의 드레인 단자에 걸리는 전압이 동일하기 때문에 트랜스포머(T)의 1차측 제 2권선코일(L3)에 유기전압이 걸리게 된다.Since the voltage applied to the source terminal of the auxiliary switch Q2 and the voltage applied to the drain terminal of the main switch Q1 are the same, an induced voltage is applied to the primary winding 2 coil L3 of the transformer T.

이때 상기 보조스위치(Q2)의 게이트-소스간 전압(Vgs)이 상대적으로 높기 때문에 상기 보조스위치(Q2)가 턴온동작하여 정상적인 동작을 수행한다.At this time, since the gate-source voltage Vgs of the auxiliary switch Q2 is relatively high, the auxiliary switch Q2 is turned on to perform a normal operation.

또한, 상기 보조스위치(Q2)의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 연결되어져 있는 제너다이오드(ZD)에 의해 상기 트랜스포머(T)의 1차측 제 2권선코일(L3)에 유기전압이 마이너스인 경우는 동작하지 않고 플러스인 경우에 한하여 동작하게 된다.In addition, when the induced voltage is negative to the primary winding 2 coil L3 of the transformer T by a zener diode ZD connected between the gate terminal and the source terminal of the auxiliary switch Q2. If it is not positive, it will only operate.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments thereof, it is well known in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the claims. Anyone who owns it can easily find out.

도 1은 종래 의사공진형 전원공급 장치의 구성 예시도1 is an exemplary configuration of a conventional pseudo resonance power supply device

도 2는 본 발명에 따른 의사공진형 전원공급 장치의 하이사이드 MOSFET 구동회로의 구성 예시도2 is an exemplary configuration diagram of a high side MOSFET driving circuit of a pseudo-resonant power supply device according to the present invention.

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

10 : 정류평활회로10: rectification smoothing circuit

20 : 부하20: load

30 : PWM IC30: PWM IC

T : 트랜스포머T: Transformer

Q1, Q2 : 스위치Q1, Q2: switch

Claims (2)

입력되는 교류 전압의 역률을 개선하고 교류 전압을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하는 정류평활회로와; PWM 제어신호에 따라 온/오프 스위칭 동작하는 메인스위치를 통해 상기 정류평활회로에서 출력되는 직류 전압을 트랜스포머의 1차측에 입력받아 권선비에 의해 기 설정된 비율로 2차측으로 유도하고 이를 평활하여 직류 출력전압으로 변환 출력하는 DC/DC 변환부; 및 상기 DC/DC 변환부의 출력전압을 검출하고 검출된 전압과 기 설정된 기준전압과 같아지게 하는 상기 PWM 제어신호를 생성하여 상기 DC/DC 변환부로 출력하는 피드백 제어부를 갖는 의사공진형 전원공급 장치에 있어서:A rectification smoothing circuit for improving the power factor of the input AC voltage and converting the AC voltage into a preset DC voltage; The DC voltage output from the rectifier smoothing circuit is input to the primary side of the transformer through the main switch operating on / off switching according to the PWM control signal and induced to the secondary side at a predetermined ratio by the winding ratio, and smoothed to the DC output voltage. A DC / DC converter converting and outputting the converted signal; And a feedback control unit for detecting the output voltage of the DC / DC converter and generating the PWM control signal to be equal to the detected voltage and a preset reference voltage, and outputting the PWM control signal to the DC / DC converter. In: 상기 DC/DC 변환부의 트랜스포머와 연결되어 상기 메인스위치의 동작에 대해 역으로 동작하는 스위칭 기능과 액티브 클램프 기능을 수행하는 보조스위치와;An auxiliary switch connected to the transformer of the DC / DC converter and performing a switching function and an active clamp function which operate in reverse to the operation of the main switch; 상기 보조스위치가 액티브 클램프 기능을 수행하도록 상기 보조스위치를 구동하는 구동회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 의사공진형 전원공급 장치의 하이사이드 MOSFET 구동회로.And a driving circuit for driving the auxiliary switch so that the auxiliary switch performs an active clamp function. 입력되는 교류 전압의 역률을 개선하고 교류 전압을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하는 정류평활회로와; PWM 제어신호에 따라 온/오프 스위칭 동작하는 메인스위치를 통해 상기 정류평활회로에서 출력되는 직류 전압을 트랜스포머의 1차 측에 입력받아 권선비에 의해 기 설정된 비율로 2차측으로 유도하고 이를 평활하여 직류 출력전압으로 변환 출력하는 DC/DC 변환부; 및 상기 DC/DC 변환부의 출력전압을 검출하고 검출된 전압과 기 설정된 기준전압과 같아지게 하는 상기 PWM 제어신호를 생성하여 상기 DC/DC 변환부로 출력하는 피드백 제어부를 갖는 의사공진형 전원공급 장치에 있어서:A rectification smoothing circuit for improving the power factor of the input AC voltage and converting the AC voltage into a preset DC voltage; The DC voltage output from the rectifier smoothing circuit is input to the primary side of the transformer through the main switch operating on / off switching according to the PWM control signal, and induced to the secondary side at a predetermined ratio by the winding ratio and smoothed to output the DC. A DC / DC converter converting and outputting a voltage; And a feedback control unit for detecting the output voltage of the DC / DC converter and generating the PWM control signal to be equal to the detected voltage and a preset reference voltage, and outputting the PWM control signal to the DC / DC converter. In: 상기 메인스위치의 드레인 단자에 소스 단자가 연결되어진 보조스위치와;An auxiliary switch having a source terminal connected to a drain terminal of the main switch; 상기 보조스위치의 드레인 단자와 상기 정류평활회로(10)의 직류전원 출력단 사이에 연결되는 공진커패시터와;A resonance capacitor connected between the drain terminal of the auxiliary switch and the DC power output terminal of the rectification smoothing circuit 10; 상기 보조스위치의 소스 단자에 애노드 단자가 연결되며 상기 보조스위치의 게이트 단자에 캐소드 단자가 연결되는 제너다이어드와;A Zener diode having an anode terminal connected to a source terminal of the auxiliary switch and a cathode terminal connected to a gate terminal of the auxiliary switch; 상기 트랜스포머 1차측에 DC/DC 변환을 위한 권선 코일과 별개로 권선되어며 일단이 상기 메인스위치의 드레인 단자에 연결되어진 상기 트랜스포머 1차측 부가권선 코일과;A transformer primary side additional winding coil wound separately from a winding coil for DC / DC conversion on the transformer primary side and one end of which is connected to a drain terminal of the main switch; 상기 트랜스포머 1차측 부가 권선 코일의 타단에 일단이 연결되어진 저항; 및A resistor having one end connected to the other end of the transformer primary side additional winding coil; And 상기 저항의 타단과 상기 보조스위치의 게이트 단자에 연결되어진 인덕턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 의사공진형 전원공급 장치의 하이사이드 MOSFET 구동회로.And a high side MOSFET driving circuit comprising an inductance connected to the other end of the resistor and the gate terminal of the auxiliary switch.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103438264A (en) * 2013-09-12 2013-12-11 中国北方发动机研究所(天津) High-end driving circuit based on suspension power supply

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