KR20100018061A - 다중 출력 스위칭 전원 장치 - Google Patents

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요이치 교노
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

다중 출력 스위칭 전원 장치는 직류전원(1)을 단속하여 펄스 전압을 발생하는 전압 발생 회로(Q1, Q2, T1a, 10a)와, 전류 공진 커패시터(Cri2)와 변압기(T2)의 1차 권선(P2)와 스위칭 소자(Q3)를 가지며 전압 발생 회로에서 발생한 펄스 전압이 인가되는 직렬 공진 회로와, 변압기의 2차 권선(S2)에 발생하는 전압을 정류 평활하여 직류 출력 전압을 출력하는 정류 평활 회로(D2, C2)와, 상기 직류 출력 전압에 기초하여 스위칭 소자를 온오프시키는 제어 회로(11)을 구비한다.

Description

다중 출력 스위칭 전원 장치{MULTI-OUTPUT SWITCHING POWER SUPPLY DEVICE}
본 발명은 복수의 출력을 갖는 다중 출력 스위칭 전원 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 공진형의 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 다중 출력 스위칭 전원 장치의 변압기(T1)의 일차 측에서, 전파 정류 회로(2)는, 상용 전원(1)으로부터의 교류 전압을 정류한다. 평활 커패시터(C3)는, 전파 정류 회로(2)의 출력 단자 사이에 접속되고 한편 전파 정류 회로(2)의 출력을 평활한다. 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)는, 평활 커패시터(C3)의 양단간에 직렬로 접속되고, 한편 평활 커패시터(C3)의 양단 전압이 직류 입력 전압(Vin)으로서 인가된다. 제어 회로(10)는, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 온오프를 제어한다. 전압 공진 커패시터(Crv)는, 제2 스위칭 소자(Q2)에 병렬로 접속된다.
직렬 공진 회로는, 전압 공진 커패시터(Crv)의 양단에 접속되어, 변압기(T1)의 1차 권선(P1)(권선 수 N1)과, 리액터(Lr1)와, 전류 공진 커패시터(Cri)가 직렬접속되어 구성된다. 덧붙여, 리액터(Lr1)는, 예를 들면, 변압기(T1)의 1차-2차간의 리키지 인덕턴스로부터 이루어진다.
또한, 변압기(T1)의 2차측에는, 변압기(T1)의 1차 권선(P1)의 전압에 대해서 역상의 전압이 발생하도록 권취된 제1 2차 권선(S1)(권선 수 N2)에 접속된 제1 정류 평활 회로와 변압기(T1)의 1차 권선(P1)의 전압에 대해서 역상의 전압이 발생하도록 권취된 제2 2차 권선(S2)(권선 수 N3)에 접속된 제2 정류 평활 회로가 설치된다.
제1 정류 평활 회로는, 다이오드(D1)와 평활 커패시터(C1)로부터 구성되어 변압기(T1)의 제1 2차 권선(S1)에 유기된 전압을 정류 및 평활하여, 제1 출력 단자로부터 제1 출력 전압(Vo1)으로서 출력한다. 제2 정류 평활 회로는, 다이오드(D2)와 평활 커패시터(C2)로부터 구성되어, 변압기(T1)의 제2 2차 권선(S2)에 유도된 전압을 정류 및 평활하여, 제2 출력 단자로부터 제2 출력 전압(Vo2)으로서 출력한다.
또한, 이 다중 출력 스위칭 전원 장치는, 제1 출력 전압(Vo1)에 따른 신호를 1차측에 피드백하기 위한 귀환 회로(5)를 구비한다. 귀환 회로(5)의 입력측은, 제1 출력 단자에 접속된다. 이 귀환 회로(5)는, 평활 커패시터(C1)의 양단 전압과 소정의 기준 전압을 비교하고, 오차 전압을, 전압 오차 신호로서 1차측의 제어 회로(10)에 피드백한다.
제어 회로(10)은, 귀환 회로(5)로부터 피드백된 전압 오차 신호에 기초하여 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)를 교대로 온/오프 시켜 PWM 제어를 수항해고, 제1 출력 전압(Vo1)이 일정하게 되도록 제어한다. 이 경우, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 각 게이트에는, 제어 신호로서 수 100 nS정도의 데드 타임을 갖게 하는 전압이 인가된다. 이에 의해, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 각 온 기간이 중복하지 않으면서 교대로 온/오프 된다.
다음으로, 이와 같이 구성된 종래의 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작이, 도 2에 도시된 파형도를 참조하여 설명된다.
도 2에서, Vds(Q2)는 제2 스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간의 전압, Id(Q1)는 제1 스위칭 소자(Q1)의 드레인에 흐르는 전류, Id(Q2)는 제2 스위칭 소자(Q2)의 드레인에 흐르는 전류, I(Cri)는 전류 공진 커패시터(Cri)에 흐르는 전류, V(Cri)는 전류 공진 커패시터(Cri)의 양단 전압, If(D1)는 다이오드(D1)에 흐르는 전류, If(D2)는 다이오드(D2)에 흐르는 전류를 나타낸다.
제1 출력 전압(Vo1)의 제어는, 제1 정류 평활 회로로부터 귀환 회로(5)를 통해서 1차측에 피드백되는 전압 오차 신호를 수취한 제어 회로(10)가 제1 스위칭 소자(Q1)를 PWM 제어함으로써 수행된다. 이 경우, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)는, 상술한 바와 같이, 제어 회로(10)로부터의 제어 신호에 따라, 수 100 nS정도의 데드 타임을 가지고 교대로 온오프 한다.
우선, 제1 스위칭 소자(Q1)의 온 기간(예를 들면, 시각 t11~t12)에서, 변압기(T1)의 1차 권선(P1)의 여자 인덕턴스와 리액터(Lr1)(변압기(T1)의 1차-2차간의 리키지 인덕턴스)를 통해서 전류 공진 커패시터(Cri)에 에너지를 축적할 수 있다.
다음으로, 제2 스위칭 소자(Q2)의 온 기간(예를 들면, 시각 t12~t14)에서, 전류 공진 커패시터(Cri)에 축적된 에너지에 의해 리액터(Lr1)와 전류 공진 커패시터(Cri)에 의한 공진 전류가 흘러, 에너지가 2차측으로 보내진다. 또한, 1차 권선(P1)의 여자 인덕턴스의 여자 에너지가 리셋트된다.
더욱 상세하게는, 제2 스위칭 소자(Q2)의 온 기간에서, 1차 권선(P1)에는, 전류 공진 커패시터(Cri)의 양단 전압 V(Cri)를, 1차 권선(P1)의 여자 인덕턴스와 리액터(Lr1)로 분압한 전압이 인가된다. 그리고, 1차 권선(P1)에 인가된 전압이 (Vo1＋Vf)×N1/N2가 되면 클램프되어 전류 공진 커패시터(Cri)와 리액터(Lr1)에 의한 공진 전류가 흘러 에너지가 2차측으로 보내진다. 이에 의해, 다이오드(D1)에 전류 If(D1)가 흐른다. 1차 권선(P1)의 전압이 (Vo1＋Vf)×N1/N2 미만일 때는, 에너지는 변압기(T1)의 2차측으로 전달되지 않고, 변압기(T1)의 1차 권선(P1)의 여자 인덕턴스와 리액터(Lr1)와 전류 공진 커패시터(Cri)에 의한 1차측만의 공진 동작을 한다.
제2 스위칭 소자(Q2)의 온 기간은, 주파수 고정으로 제1 스위칭 소자(Q1)의 온 기간에 의해 정해지는 시간이나 또는 임의의 일정시간으로 설정되는 것이 일반적이다. 제1 스위칭 소자(Q1)의 온 기간이 변화되어 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티비가 변화되면, 전류 공진 커패시터(Cri)의 전압이 변화하므로, 2차측으로 보내지는 에너지량을 제어할 수가 있다.
또한, 제1 2차 권선(S1)과 제2 2차 권선(S2)은 서로 같은 극성으로 결합한다. 이 때문에, 제2 스위칭 소자(Q2)의 온 기간에, 제1 2차 권선(S1)으로부터 얻은 에너지가 제1 출력 전압(Vo1)으로서 출력되는 동안에, 제2 2차 권선(S2)으로부터 얻을 수 있던 에너지도 제2 출력 전압(Vo2)으로서 출력되어 이 제2 출력 전압(Vo2)은, 거의 Vo1×N3/N2가 된다.
그렇지만, 실제로는, 제1 2차 권선(S1) 및 제2 2차 권선(S2)에 발생하는 전압은, 제1 출력 전압(Vo1) 및 제2 출력 전압(Vo2)보다도 다이오드(D1) 및 다이오드(D2)의 순방향의 강하 전압(Vf)만 높기 때문에, 각 출력의 부하변동에 의한 Vf의 변화에 의해 크로스 레귤레이션이 악화된다. 또한, 출력 전압을 가변할 수 있는 사양을 가지는 전원 장치에서는, 한쪽의 출력 전압이 변화하면, 거기에 비례하여 다른 쪽의 출력도 변화해 버리기 때문에, 권선으로부터 복수의 출력을 직접 출력하는 것이 불가능하게 된다.
도 3은 종래의 다른 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 다중 출력 스위칭 전원 장치에서는, 도 1에 도시된 제2 정류 평활 회로 대신에, 드로퍼나 강압 쵸퍼라고 하는 레귤레이터(12)가 설치된다. 이 레귤레이터(12)를 이용하여 제1 출력 전압(Vo1)으로부터 제2 출력 전압(Vo2)을 생성함으로써 출력의 안정화가 도모된다. 이 다중 출력 스위칭 전원 장치에 의하면, 2개의 출력의 크로스 레귤레이션의 문제를 해결할 수 있다.
제2 출력 전압(Vo2)의 출력 전류가 작을 때에는 드로퍼에 의해 염가로 회로를 구성할 수 있다. 그렇지만, 제2 출력 전압(vo2)의 출력 전류가 커지면, 강압 초퍼등으로 회로를 구성할 필요가 있다. 이 때문에, 스위칭 소자, 초크 코일, 컨트롤 IC라는 부품의 추가에 의한 코스트 및 실장 면적의 증대를 초래한다. 더욱이 대전류가 흐르고 있는 경로를 스위칭 소자가 ON, OFF 하기 위해, 과대한 스위칭 손실이 발생하는 것 외에, 노이즈의 발생도 피할 수 없다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 스위칭 전원 장치에 있어서, 전류 공진형 DC-DC컨버터의 변압기의 제2 2차 권선에 정류 다이오드, 스위칭 소자, 평활 커패시터가 직렬로 접속되어 평활 커패시터의 전압에 기초하여 스위칭 소자가 온/오프하여 직류 출력이 출력된다. 그리고, 변압기의 누설 인덕턴스와 정류 다이오드, 스위칭 소자, 및 평활 커패시터가, 초퍼 회로로서 동작하여, 직류 출력을 안정화할 수 있다.
특허문헌1:일본특허공개2006-197755호공보
상술한 바와 같이, 종래의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서는, 각 출력의 부하변동에 의해 크로스 레규레이션이 악화되는 문제나 출력 전압 가변의 사양을 갖는는 전원에서는 권선으로부터 복수의 출력을 직접 출력할 수 없는 문제가 있다. 또한, 크로스 레귤레이션의 문제를 해소하기 위해서, 2차측에 레귤레이터를 마련하는 구성에서는, 레귤레이터에 의한 손실이 증대하여, 부품의 추가에 의한 코스트 및 실장 면적이 증대하고, 더욱이 레귤레이터에 의한 노이즈가 발생한다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 1에 개시된 스위칭 전원 장치는, 강압 초퍼로서 동작하므로, 입력 전압보다 낮은 전압을 출력할 뿐이어서, 입력 전압보다도 높은 전압을 출력할 수 없다.
본 발명의 과제는, 부하변동이 있어도 복수의 출력의 안정화를 도모할 수 있는 다중 출력 스위칭 전원 장치를 제공한다.
제1 발명은, 직류 전원을 단속하여 펄스 전압을 발생하는 전압 발생 회로와, 전류 공진 커패시터와 변압기의 1차 권선과 스위칭 소자를 가지며, 상기 전압 발생 회로에서 발생한 상기 펄스 전압이 인가되는 직렬 공진 회로와, 상기 변압기의 2차 권선에 발생하는 전압을 정류 평활하여 직류 출력 전압을 출력하는 정류 평활 회로와, 상기 직류 출력 전압에 기초하여 상기 스위칭 소자를 온오프시키는 제어 회로를 구비한다.
제2 발명은, 제1 발명의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서, 상기 제어 회로는, 상기 펄스 전압이 인가되는 기간에 상기 스위칭 소자를 온시키고, 상기 펄스 전압의 상승에 동기하여 상기 스위칭 소자를 오프시켜, 상기 직류 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자가 오프하고 있는 기간을 조정한다.
제3 발명은, 제1 발명의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서, 상기 제어 회로는, 상기 펄스 전압이 인가되는 기간에 상기 스위칭 소자를 온시키고, 상기 펄스 전압이 인가되어 있지 않은 기간에 소정의 시간 경과 후 상기 스위칭 소자를 오프시켜, 상기 직류 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자가 오프 하고 있는 기간을 조정한다.
제4 발명은, 제1 발명의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서, 상기 직렬 공진 회로의 상기 전류 공진 커패시터와 상기 변압기의 1차 권선과의 직렬 회로에 병렬로 회생용의 다이오드가 접속된다.
제5 발명은, 제4 발명의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서, 상기 제어 회로는, 상기 펄스 전압의 하강에 동기하여 상기 스위칭 소자를 온시키고, 상기 직류 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자가 온하고 있는 기간을 조정한다.
제6 발명은, 제4 발명의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서, 상기 제어 회로는, 상기 펄스 전압의 상승에 동기하여 상기 스위칭 소자를 온시키고, 상기 직류 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자가 온하고 있는 기간을 조정한다.
제7 발명은, 제1 발명의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서, 상기 전압 발생 회로는, 상기 직류 전원의 양극 사이에 직렬로 접속되어, 온오프하여 상기 펄스 전압을 발생하는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자와, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자에 병렬로 접속된 제1 변압기의 1차 권선과 제1 전류 공진 커패시터로 이루어지는 제1 직렬 공진 회로를 포함하며, 상기 직렬 공진 회로에는, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온오프에 의해 발생한 상기 펄스 전압 또는 상기 제1 변압기에 발생한 상기 펄스 전압이 인가되고, 상기 제1 변압기의 2차 권선에 발생하는 펄스 전압을 정류 평활하여 제1 출력 전압을 출력하는 제1 정류 평활 회로와, 상기 제1 출력 전압에 기초하여 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 교대로 온오프시키는 제1 제어 회로가 포함된다.
제1 발명에 의하면, 종래의 컨버터에 전류 공진 커패시터와 변압기와 스위칭 소자가 추가 될 뿐으로, 제2 출력의 안정화가 도모되고, 염가로 고효율로 저노이즈의 다중 출력 스위칭 전원 장치를 구성할 수 있다. 또한, 직류 전압을 단속하여 생성된 펄스 전압이 직렬 공진 회로에 인가되어 제어 회로는 제2 출력 전압에 기초하여 스위칭 소자를 온오프시키므로, 제어 신호에 따라 온오프의 듀티가 제어되면, 직렬 공진 회로의 변압기로부터 출력되는 전압을 제어 신호에 의해 조정할 수 있다. 제어 회로는 제2 출력 전압에 기초하여 스위칭 소자를 온오프시키므로, 간단한 제어 회로를 가지는 공진형의 스위칭 전원 장치를 구성할 수 있다.
제2 발명에 의하면, 제어 회로는, 입력되는 펄스 전압의 상승에 동기하여 스위칭 소자를 오프시키고, 펄스 전압이 인가되는 기간에 소정의 시간 경과하고 나서 스위칭 소자를 온시키므로, 스위칭 소자의 오프 기간을 제어하면, 변압기의 여자 전류, 즉, 전류 공진 커패시터의 충전 전류를 제어할 수 있다. 이에 의해, 변압기의 2차 권선의 펄스 전압을 정류평활한 출력 전압을 조정한다. 또한, 펄스 전압이 인가되지 않는 기간에, 변압기의 여자 에너지가 리셋트되어, 그 후, 전류 공진 커패시터의 방전에 의한 공진 전류에 의해 변압기가 역방향으로 여자되지만, 이 기간도 스위칭 소자를 온하므로, 손실이 적다. 제어 회로는, 직류 출력 전압에 기초하여, 스위칭 소자가 오프하고 있는 기간을 조정하므로, 부하 변동이 있어도 출력을 안정화할 수가 있다.
제3 발명에 의하면, 제어 회로는, 입력되는 펄스 전압이 인가되지 않는 기간에 소정의 시간 경과후 스위칭 소자를 오프시키고, 펄스 전압이 인가되는 기간에 소정의 시간 경과하고 나서 스위칭 소자를 온시키므로, 펄스 전압이 인가되고 나서 스위칭 소자의 오프 기간을 제어하면, 변압기의 여자 전류, 즉, 전류 공진 커패시터의 충전 전류를 제어할 수 있다. 이에 의해, 변압기의 2차 권선의 펄스 전압을 정류 평활한 출력 전압을 조정한다. 또한, 펄스 전압이 인가되지 않는 기간에, 변압기의 여자 에너지가 리셋트되어, 그 후, 전류 공진 커패시터의 방전에 의한 공진전류에 의해 역방향으로 변압기가 여자 되지만, 이 공진전류는 스위칭 소자의 바디 다이오드를 흐르므로, 이 기간에 스위칭 소자를 오프한다. 스위칭 소자에 전압이 인가되어 있지 않기 때문에, 스위칭 로스가 없다. 제어 회로는, 직류 출력 전압에 기초하여, 스위칭 소자가 오프하고 있는 기간을 조정하므로, 부하 변동이 있어도 출력을 안정화할 수가 있다.
제4 발명에 의하면, 직렬 공진 회로의 전류 공진 커패시터와 변압기의 1차 권선과의 직렬회로에 병렬로 회생용의 다이오드가 접속되므로, 스위칭 소자가 오프했을 때에, 변압기의 여자 에너지에 의해 스위칭 소자에 인가되는 전압이 펄스 전압 이상이 되지 않게 클램프할 수 있다. 이에 의해, 저내압의 스위칭 소자를 사용할 수 있다.
제5 발명에 의하면, 제어 회로는, 펄스 전압의 하강에 동기하여 스위칭 소자를 온시키고, 직류 출력 전압에 기초하여, 스위칭 소자가 온인 기간을 조정하므로, 전류 공진 커패시터의 충전 전류를 제어할 수 있다. 이에 의해, 변압기의 2차 권선의 펄스 전압을 정류 평활한 출력 전압을 조정한다.
제6 발명에 의하면, 제어 회로는, 펄스 전압의 상승에 동기하여 스위칭 소자를 온시키고, 직류 출력 전압에 기초하여, 스위칭 소자가 온인 기간을 조정하므로, 전류 공진 커패시터의 충전 전류를 제어할 수 있다. 이에 의해, 변압기의 2차 권선의 펄스 전압을 정류 평활한 출력 전압을 조정한다.
제7 발명에 의하면, DC-DC컨버터에 공진형을 사용하면, 모든 컨버터를 공진형으로 설정할 수 있어 저노이즈로 고효율의 다중 출력 스위칭 전원을 구성할 수 있다.
도 1은 종래의 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는 종래의 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 3은 종래의 다른 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 제2 제어 회로의 예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 출력(Vo2)이 중부하일 때 및 경부하일 때의 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 3에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 4에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 4에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 14는 본 발명의 실시예 5에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 15는 본 발명의 실시예 5에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 16은 본 발명의 실시예 6에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
이하, 본 발명의 다중 출력 스위칭 전원 장치의 실시예를 도면을 참조하면서 상세에 설명한다.
(실시예 1)
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 다중 출력 스위칭 전원 장치에서, 변압기(T1a)(제1 변압기)와 변압기(T2)(제2 변압기)가 설치된다.
변압기(T1a)의 1차측에서, 전파 정류 회로(2)는, 상용 전원(1)으로부터의 교류 전압을 정류한다. 평활 커패시터(C3)는, 전파 정류 회로(2)의 출력 단자 사이에 접속되고 전파 정류 회로(2)의 출력을 평활한다. 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)는, 평활 커패시터(C3)의 양단간에 직렬로 접속되는 한편 평활 커패시터(C3)의 양단의 전압이 직류 입력 전압(Vin)으로서 인가되고, 예를 들면, MOSFET으로 이루어진다. 제어 회로(10a)는, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 온오프를 제어한다. 전압 공진 커패시터(Crv)는, 제2 스위칭 소자(Q2)에 병렬로 접속된다.
제1 직렬 공진 회로는, 전압 공진 커패시터(Crv)의 양단에 접속되어 변압기(T1a)의 1차 권선(P1)(권선 수 N1)와 제1 공진 리액터(Lr1)와 제1 전류 공진 커패시터(Cri)가 직렬로 접속되는 것으로 구성된다. 또한, 제1 공진 리액터(Lr1)는, 예를 들면, 변압기(T1a)의 일차-2차간의 리키지 인덕턴스로부터 이루어진다.
제1 스위칭 소자(Q1)와, 제2 스위칭 소자(Q2)와, 제어 회로(10)와, 변압기(T1a)는, 평활 커패시터(C3)의 양단 전압을 단속함으로써 펄스 전압을 발생하는 전압 발생 회로를 구성한다.
변압기(T1a)의 2차측에는, 변압기(T1a)의 1차 권선(P1)의 전압에 대해서 역상의 전압이 발생하도록 권취된 2차 권선(S1)(권선 수 N2)에 접속된 제1 정류 평활 회로가 설치된다.
제1 정류 평활 회로는, 다이오드(D1)와 평활 커패시터(C1)로부터 구성된다. 다이오드(D1)의 아노드는 2차 권선(S1)의 일단에 접속되고, 캐소드는 제1 출력 단자에 접속된다. 평활 커패시터(C1)는, 다이오드(D1)의 캐소드(제1 출력 단자)와 2차 권선(S1)의 타단(GND 단말기)의 사이에 접속된다. 제1 정류 평활 회로는, 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)에 유기된 전압을 정류 및 평활하여, 제1 출력 단자에서 제1 출력 전압(Vo1)으로서 출력한다.
또한, 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)의 양단에는, 제2 직렬 공진 회로가 설치되고 있다. 제2 직렬 공진 회로는, 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)의 일단에 일단이 접속된 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)와, 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)의 타단에 일단이 접속되어 타단이, 예를 들면, MOSFET로부터 이루어지는 제3 스위칭 소자(Q3)의 드레인 단자에 접속된 변압기(T2)의 1차 권선(P2)과, 제3 스위칭 소자(Q3)로 구성된다. 또한, 제2 공진 리액터(Lr2)는, 예를 들면, 변압기(T2)의 1차-2차간의 리키지 인덕턴스로부터 이루어진다. 스위칭 소자(Q3)의 소스 단자는 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)의 타단에 접속되고, 게이트 단자는 제2 제어 회로(11)에 접속된다. 변압기(T2)의 2차측에는, 변압기(T2)의 1차 권선(P2)(권선 수 N3)의 전압에 대해서 역상의 전압이 발생하도록 권취된 2차 권선(S2)(권선 수 N4)에 접속된 제2 정류 평활 회로가 설치된다.
제2 정류 평활 회로는, 다이오드(D2)와 평활 커패시터(C2)로부터 구성된다. 다이오드(D2)의 아노드는, 변압기(T2)의 2차 권선(S2)에 접속되고, 캐소드는 제2 출력 단자에 접속된다. 평활 커패시터(C2)는, 다이오드(D2)의 캐소드(제2 출력 단자)와 2차 권선(S2)의 타단(GND 단자)의 사이에 접속되어 평활 커패시터(C2)의 양단 전압을 출력 전압(Vo2)으로서 출력한다. 제2 출력 전압(Vo2)는 제2 제어 회로(11)에 피드백된다.
또한, 이 다중 출력 스위칭 전원 장치는, 제1 출력 전압(Vo1)을 일차 측에 피드백하기 위한 귀환 회로(5)를 갖추고 있다. 귀환 회로(5)는, 제1 출력 단자에 출력되는 제1 출력 전압 Vo1와 소정의 기준 전압을 비교 해, 그 오차 전압을, 제1 전압 오차 신호로서 일차측의 제어 회로(10)에 피드백한다.
제어 회로(10)는, 귀환 회로(5)로부터의 제1 전압 오차 신호에 기초하여 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)를 교대로 온/오프 시켜 PWM 제어를 수행하여, 제1 출력 전압(Vo1)가 일정하게 되도록 제어한다. 이 경우, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 각 게이트에는, 제어 신호로서 수 100 nS정도의 데드 타임을 갖게 하는 전압이 인가된다. 이에 의해, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 각 온 기간이 중복하지 않으면서 교대로 온/오프된다.
다음으로, 본 발명의 실시예 1의 제2 제어 회로(11)의 일례를 도 6에 도시된 회로도와 도 7에 도시된 동작 파형도를 참조하여 설명한다.
도 6에 도시된 제2 제어 회로(11)에서, 저항(R11)과 저항(R12)의 접속점에는 오차 증폭기(EAMP)의 ＋ 입력 단자가 접속되고, 오차 증폭기(EAMP)의 － 입력 단자는 기준 전압(Vref)에 접속된다. 오차 증폭기(EAMP)는, 기준 전압(Vref)과 제2 출력 전압(Vo2)의 양단 전압을 저항(R11)와 저항(R12)으로 분압한 전압을 비교하여, 그 오차 전압 신호를 컴퍼레이터(CMP)의 － 입력 단자에 출력한다.
컴퍼레이터(CMP)의 ＋ 입력 단자는, 커패시터(C11)와 저항(R13)의 일단과 다이오드(D11)의 아노드의 접속점에 접속된다. 저항(R13)의 타단과 다이오드(D11)의 캐소드는 플립플롭(110)(이하, RSF/F110)의 반전 출력 단자에 접속된다. RSF/F110의 S(세트) 입력 단자에는, 컴퍼레이터(CMP)의 출력이 접속되고, R(리셋트) 입력 단자는 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)의 일단에 접속된다. RSF/F110의 정상 출력 단자(Q)가 제3 스위칭 소자(Q3)의 게이트 단자에 접속된다.
다음으로, 도 6에 도시된 제2 제어 회로(11)의 동작을 도 7에 도시된 중부하시 및 경부하시의 각부의 동작 파형도를 참조하면서 설명한다. 우선, 스위칭 소자(Q2)가 온했을 때, 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)에 유기하는 전압이 RSF/F110의 R 입력 단자에 입력되면, 이 전압의 상승 에지에 의해 RSF/F110의 정상 출력(Q)이 L레벨이 되고, 반전 출력(Q)이 H레벨이 된다.
그러면, 저항(R13)를 통해서 커패시터(C11)가 충전된다. 이 커패시터(C11)의 전압이 오차 증폭기(EAMP)의 출력 전압에 이르면, 컴퍼레이터(CMP)의 출력은 H레벨이 되고, 그 상승 에지에서 RSF/F110의 정상 출력(Q)이 H레벨이 되어, 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 게이트 신호가 출력된다.
이 때, 동시에 RSF/F110의 반전 출력(Q)이 L레벨이 되기 때문에, 커패시터(C11)의 전압은, 다이오드(D11)를 통해서 방전된다. 스위칭 소자(Q3)에 인가된 게이트 신호는, 다음에 스위칭 소자(Q2)가 온할 때까지 유지되어 이 기간이 스위칭 소자(Q3)의 온 기간이 된다.
제2 출력(Vo2)가 중부하에서 경부하로 바뀌면, 제2 출력(Vo2)의 출력 전압이 상승하는 방향으로 향한다. 그러면, 오차 증폭기(EAMP)로부터 출력되는 오차 전압신호가 증가하고, 컴퍼레이터(CMP)의 － 입력 단자에 입력되는 전압이 커진다. 이 때문에, 커패시터(C11)의 전압이 컴퍼레이터(CMP)의 － 입력 단자의 전압에 이를 때까지의 시간이 길어져, 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 게이트 신호가 인가되는 시간이 짧아진다. 이와 같이, 제2 출력(Vo2)의 전압에 따라 스위칭 소자(Q3)가 오프하고 있는 기간이 제어된다.
다음으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 실시예 1에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을, 도 5에 도시된 파형도를 참조하면서 설명한다. 도 5에서, Vds(Q2)는 제2 스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간의 전압, I(Cri)는 제1 전류 공진 커패시터(Cri)에 흐르는 전류, If(D1)는 다이오드(D1)에 흐르는 전류, Vgs(Q3)는 제3 스위칭 소자(Q3)의 게이트-소스간의 전압, I(Cri2)는 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)에 흐르는 전류, Vds(Q3)는 제3 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간의 전압, If(D2)는 다이오드(D2)에 흐르는 전류를 나타낸다.
제1 출력 전압(Vo1)의 제어는, 종래의 다중 출력 스위칭 전원 장치과 마찬가지로, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티를 제어함으로써 수행된다. 즉, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티비를 바꾸는 것으로, 제1 스위칭 소자(Q1)의 온 기간에서, 제1 전류 공진 커패시터(Cri)에 축적할 수 있는 전압이 조정된다. 제2 스위칭 소자(Q2)의 온 기간에서, 제1 전류 공진 커패시터(Cri)에 축적할 수 있었던 에너지에 의해 제1 공진 리액터(Lr1)와 제1 전류 공진 커패시터(Cri)에 의한 공진 전류로, 2차측으로 에너지가 보내지므로, 2차측으로 보내지는 에너지를 제어할 수가 있다. 그리고, 2차 권선(S1)에 발생된 전압이, 다이오드(D1) 및 평활 커패시터(C1)로 이루어지는 제1 정류 평활 회로에 의해 정류 및 평활되어 제1 출력 단자로부터 제1 출력 전압(Vo1)으로서 출력된다.
제2 출력 전압 Vo2의 제어는, 아래와 같이 수행된다. 우선, 스위칭 소자(Q2)가 온 하면(시각 t21), 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)에는 다이오드(D1)를 도통시키는 방향의 전압이 발생한다. 이 때, 스위칭 소자(Q3)는 오프 상태이기 (위해)때문에, 제2 직렬 공진 회로에는 전류는 흐르지 않는다. 그 후, 어느 기간이 경과한 후에, 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 게이트 신호가 인가되어 스위칭 소자(Q3)가 온 상태로 된다(시각 t22). 그러면, 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)에 유기하는 전압에 의해, 제2 직렬 공진 회로에 여자전류가 흘러, 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)가 충전된다.
다음으로, 제2 스위칭 소자(Q2)가 오프하고 제1 스위칭 소자(Q1)가 온하면(시각 t23), 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)에는 역방향의 전압이 발생한다. 그러면, 제2 직렬 공진 회로에 인가되는 전압이 반전하고, 변압기(T2)의 2차 권선(S2)에는 다이오드(D2)를 도통시키는 방향의 전압이 발생하여, 제2 출력(Vo2)에 에너지가 보내지는 것과 동시에, 공진 동작에 의해 변압기(T2)의 여자 전류도 서서히 리셋트되고, 또한 역방향에의 여자 전류가 흐른다.
다음으로, 제1 스위칭 소자(Q1)가 오프하고 제2 스위칭 소자(Q2)가 온하는데 동기하여 제3 스위칭 소자(Q3)가 오프한다(시각 t24). 이 때, 변압기(T2)의 1차 권선(P2)에는, 스위칭 소자(Q3)의 소스로부터 드레인으로 향하는 여자 전류가 흐르기 때문에, 스위칭 손실은 발생하지 않는다. 또한, 스위칭 소자(Q3)가 오프한 후도 기생의 보디 다이오드를 통해 여자 전류는 리셋트된다.
이상과 같이 스위칭 소자(Q3)가 온 시에는 0A로부터 전류가 흐르고 스위칭 소자(Q3)가 오프 시에는 마이너스 방향의 전류가 흐르고 있기 때문에, 턴 온, 턴 오프 시의 스위칭 손실이 매우 작고, 염가의 스위칭 소자(Q3)를 사용할 수 있다.
또한, 부하 변동 혹은 출력 전압을 가변시키는 경우에는, 스위칭 소자(Q3)가 오프 하고 있는 기간(시각 t21~t22)이 제어된다. 예를 들면, 부하가 중부하로부터 경부하로 바뀌었을 경우, 스위칭 소자(Q3)가 오프하고 있는 기간(시각 t21~t22)이 길어지고, 제2 직렬 공진 회로가 여자 되는 기간이 짧아져, 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)에 축적할 수 있는 에너지의 양이 적게 되어, 제1 스위칭 소자(Q1)가 온인 기간에 제2 출력(Vo2)에 보내지는 에너지를 줄일 수가 있다.
(실시예 2)
도 8은 본 발명의 실시예 2에 관한 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 8에 도시된 다중 출력 스위칭 전원 장치는, 도 4에 도시된 실시예 1의 다중 출력 스위칭 전원 장치에 대해서, 변압기(T1a)의 2차 권선(S1)의 양단에 접속된 제2 직렬 공진 회로가, 제2 스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간에 접속되는 점이 다르다. 또한, 제2 제어 회로(11a)는, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)와의 접속점에 접속되어 제2 스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간 전압의 상승 에지를 검출한다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 제2 제어 회로(11a)는 포트 커플러 등의 절연 수단을 통해서 제2 출력 전압(Vo2)의 오차 신호를 검출한다.
다음으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 실시예 2에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을, 도 9에 도시된 파형도를 참조하면서 설명한다.
제1 출력 전압(Vo1)의 제어는, 실시예 1의 제1 출력 전압(Vo1)의 제어와 동일한 것으로 설명은 생략한다.
제2 출력 전압(Vo2)의 제어는, 아래와 같이 수행된다. 우선, 스위칭 소자(Q1)가 온하면(시각 t31), 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)의 접속점의 전위는 입력 전압으로 된다. 이 때, 제3 스위칭 소자(Q3)는 오프 상태이기 때문에, 제2 직렬 공진 회로에는 전류는 흐르지 않는다. 그 후, 어느 기간이 경과한 후에, 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 게이트 신호가 인가되어 스위칭 소자(Q3)가 온 상태로 된다(시각 t32). 그러면, 제2 직렬 공진 회로에는 스위칭 소자(Q1)를 통해서 입력 전압이 인가되고 제2 직렬 공진 회로에 여자전류가 흘러, 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)가 충전된다.
다음으로, 제1 스위칭 소자(Q1)가 오프하고 제2 스위칭 소자(Q2)가 온하면(시각 t33), 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)의 접속점의 전위는 GND 전위로 된다. 그러면, 변압기(T2)의 1차 권선(P2)의 전압이 반전하고, 변압기(T2)의 2차 권선(S2)에는 다이오드(D2)를 도통시키는 방향의 전압이 발생하여, 제2 출력(Vo2)에 에너지가 보내지는 것과 동시에, 공진 동작에 의해 변압기(T2)의 여자 전류도 서서히 리셋트되고, 또한 역방향에의 여자 전류가 흐른다.
다음으로, 제2 스위칭 소자(Q2)가 오프하고 제1 스위칭 소자(Q1)가 온하는데 동기하여 제3 스위칭 소자(Q3)가 오프한다(시각 t34). 이 때, 변압기(T2)의 1차 권선(P2)에는, 스위칭 소자(Q3)의 소스로부터 드레인으로 향하는 여자 전류가 흐르고 있기 때문에, 스위칭 손실은 발생하지 않는다. 또한, 스위칭 소자(Q3)가 오프한 후도 기생의 보디 다이오드를 통해 여자 전류는 리셋트 된다.
이상과 같이 도 9에 도시된 실시예 2에서도 도 4에 도시된 실시예 1과 마찬가지로, 스위칭 소자(Q3)가 온시에는 0 A로부터 전류가 흘러 스위칭 소자가 오프 시에는 마이너스 방향의 전류가 흐른다. 이 때문에, 턴 온, 턴 오프 시의 스위칭 손실이 매우 작고, 염가의 스위칭 소자를 사용할 수 있다. 또한, 스위칭 소자(Q3)의 스위칭 손실이 매우 작은 것 외에, 다이오드(D2)도 전류가 제로로 온오프 하므로, 노이즈의 발생도 매우 작다.
또한, 부하 변동 혹은 출력 전압을 가변시키는 경우에도 도 4에 도시된 실시예 1과 마찬기자로, 스위칭 소자(Q3)가 오프하고 있는 기간(시각 t31~t32)이 제어된다. 예를 들면, 부하가 중부하로부터 경부하로 바뀌었을 경우, 스위칭 소자(Q3)가 오프하고 있는 기간(시각 t31~t32)이 길어지고, 제2 직렬 공진 회로가 여자 되는 기간이 짧아져, 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)에 축적할 수 있는 에너지의 양이 적게 되어, 제2 스위칭 소자(Q2)가 온의 기간에 제2 출력 전압(Vo2)에 보내지는 에너지를 줄일 수 있다.
(실시예 3)
도 10은 본 발명의 실시예 3에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 다중 출력 스위칭 전원 장치는, 도 8에 도시된 실시예 2의 다중 출력 스위칭 전원 장치에 대해서, 제3 스위칭 소자(Q3)의 드레인에 아노드가 접속되고 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)의 일단에 캐소드가 접속된, 다이오드(D3)가 추가된 점이 다르고, 그 외의 구성은 동일한 구성이다.
다음으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 실시예 3에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 도 11에 도시된 파형도를 참조하여 설명한다.
제1 출력 전압(Vo1)의 제어는, 실시예 1의 제1 출력 전압 Vo1의 제어와 동일한 것으로, 설명은 생략한다.
제2 출력 전압(Vo2)의 제어는 도 8에 도시된 실시예 2와 동일하게 수행된다. 즉, 도 11에 도시된 실시예 3의 시각 t41~t44까지의 동작은, 도 8에 도시된 실시예 2의 시각 t31~t34까지의 동작과 동일한 것으로, 그 설명은 생략한다.
여자 전류의 리셋트가 종료 하면(시각 t45), 스위칭 소자(Q3)는 오프 상태이기 때문에, 제2 직렬 공진 회로에는 전류가 흐르지 않을 것이다. 그러나, 실제로는 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간의 용량이나, 보디 다이오드의 리커버리의 영향으로, 제2 직렬 공진 회로에는 미소하지만 여자 전류가 흐른다.
게다가 이 여자 전류에 의해, 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간의 용량과 변압기(T2)의 1차 권선(P2)과 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)가 공진 동작하여, 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간의 전압은 최대로 입력 전압의 2배의 전압으로 뛰어 버린다.
그러나, 도 10에 도시된 실시예 3의 회로에서는, 스위칭 소자(Q3)의 드레인과 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)의 접속점의 사이에 다이오드(D3)가 접속된다. 이 때문에, 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간의 전압이 입력 전압보다 커지면, 변압기(T2)의 1차 권선(P2)에 흐르는 여자 전류는, 다이오드(D3)를 통해 흐른다. 이 때문에, 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간의 전압은 입력 전압보다 커지지 않고, 고내압의 스위칭 소자를 사용할 필요가 없어진다. 또한, 다이오드(D3)에는, 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간의 용량이나, 보디 다이오드의 리커버리 전류에 의해 변압기(T2)의 1차 권선(P2)에 흐른 여자 전류를 회생하는 전류가 흐를 뿐이다. 이 때문에, 다이오드(D3)는 전류 정격이 작은 다이오드이어도 좋고, 대폭적인 코스트, 실장 면적의 증대가 없이 염가의 스위칭 소자(Q3)를 사용할 수가 있다.
(실시예 4)
도 12는 본 발명의 실시예 4에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 다중 출력 스위칭 전원 장치는, 도 10에 도시된 실시예 3의 다중 출력 스위칭 전원 장치에 대해서, 변압기(T1b)에 일단이 제1 2차 권선(S1)의 타단(GND)에 접속된 제2 2차 권선(S3)이 추가된다. 제2 2차 권선(S3)의 타단에 아노드가 접속되는 한편 다이오드(D1)의 캐소드에 캐소드가 접속된 다이오드(D4)가 추가된다. 그 외의 구성은 동일 구성이다.
다음으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 실시예 4에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을, 도 13에 도시된 파형도를 참조하여 설명한다.
제1 출력 전압(Vo1)를 출력하는 컨버터는, 전파 정류 형태의 전류 공진 컨버터로서 알려진다. 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)는 듀티 50%로 교대로 온오프를 반복한다. 제1 출력 전압(Vo1)의 제어는, 제어 회로(10)에 의해 주파수를 조정함으로써 제1 전류 공진 커패시터(Cri)의 진폭을 제어하여 수행된다.
우선, 제1 스위칭 소자(Q1)가 온 하면, 제1 직렬 공진 회로에 입력 전압이 인가되어 변압기(T1b)의 1차 권선(P1)에는 입력 전압과 제1 전류 공진 커패시터(Cri)의 전압의 차의 전압이 인가되어 변압기(T1b)의 제1 2차 권선(S1)에는 다이오드(D1)를 도통시키는 방향으로 전압이 발생하여, 제1 출력(Vo1)에는 제1 리키지 인덕턴스(Lri1)와 제1 전류 공진 커패시터(Cri)에 의한 공진 전류가 공급된다.
다음으로, 제1 스위칭 소자(Q1)가 오프하고, 제2 스위칭 소자(Q2)가 온하면, 변압기(T1b)의 1차 권선(P1)에는 제1 전류 공진 커패시터(Cri)의 전압이 인가되어 변압기(T1b)의 제2 2차 권선(S3)에는 다이오드(D4)를 도통시키는 방향으로 전압이 발생하여, 제1 출력(Vo1)에는 제1 리키지 인덕턴스(Lri1)와 제1 전류 공진 커패시터(Cri)에 의한 공진 전류가 공급된다. 즉, 제1 출력(Vo1)에 보내는 에너지는 제1 전류 공진 커패시터(Cri)의 전압에 의해 결정된다.
스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)가 듀티 50%로 교대로 온오프를 반복하면, 제1 전류 공진 커패시터(Cri)에는, 제1 출력(Vo1)에 보내는 전류 외에, 변압기(T1b)의 1차 권선(P1)과의 공진 동작에 의한 여자 전류가 흘러 입력 전압의 1/2의 전압을 중심으로 발진한다.
이 제1 전류 공진 커패시터(Cri)의 진폭은, 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)의 스위칭 주파수를 바꾸면 변화한다. 즉, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 스위칭 주파수를 바꾸는 것으로, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 온 기간에서, 변압기(T1b)의 1차 권선(P1)에 인가하는 전압이 조정되어 2차측으로 보내지는 에너지를 제어할 수 있다. 그리고, 2차 권선(S1, S3)에 발생한 전압이 다이오드(D1) 및 평활 커패시터(C1)로부터 완성되는 제1 정류 평활 회로에 의해 정류 및 평활되어 제1 출력 단자로부터 제1 출력 전압(Vo1)으로서 출력된다.
제2 출력 전압(Vo2)의 제어는 도 8에 도시된 실시예 3과 동일하게 수행되므로, 그 설명은 생략한다.
이와 같이 실시예 4에 의하면, 변압기(T1b)의 2차측 전파 정류 형태의 전류 공진형 컨버터에서도, 실시예 1 내지 3와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 4에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치에서는, 제1 직렬 공진 회로는 제2 스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간에 접속되었지만, 제1 스위칭 소자(Q1)의 드레인-소스간에 접속하여도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서는, 변압기(T1)의 2차 권선(S1)은, 1차 권선(P1)에 인가되는 전압에 대해서 반대 극성을 가지는 방향으로 권취되었지만, 1차 권선(P1)에 인가되는 전압에 대해서 같은 극성을 가지는 방향으로 권취되어도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 2 내지 4의 다중 출력 스위칭 전원 장치에서는, 스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간의 전압의 상승 에지를 검출해 동기를 취하고 있었지만, 스위칭 소자(Q2)의 게이트-소스간의 전압의 하강 에지를 검출해 동기를 취하는 등 방법에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 4의 다중 출력 스위칭 전원 장치는, 2차측 반파 정류나 2차측 전파 정류 형태의 전류 공진 컨버터에 의해 제1 출력 전압을 출력하는 컨버터에 적용했지만, 플라이 백 컨버터나 전송 컨버터에 의해 제1 출력 전압을 출력하는 컨버터에 적용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 5)
도 14는 본 발명의 실시예 5에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 14에 도시된 실시예 5는, 도 10에 도시된 실시예 3에 대해서, 펄스 전압의 상승에 동기하여 스위칭 소자(Q3)를 온시키고, 제2 출력 전압(Vo2)에 기초하여, 스위칭 소자(Q3)가 온 하고 있는 기간을 조정하는 제2 제어 회로(11d)를 이용한 점이 상이하고, 그 외의 구성은 동일한 구성이다.
제2 제어 회로(11d)는, 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)의 접속점에 접속되어 스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간의 전압의 상승을 검출하여 스위칭 소자(Q3)의 게이트 단자에 온 신호를 출력한다.
다음으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 실시예 5에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을, 도 15에 도시된 파형도를 참조하여 설명한다.
제1 출력 전압(Vo1)의 제어는, 실시예 1의 제1 출력 전압(Vo1)의 제어와 동일한 것으로, 설명은 생략한다.
제2 출력 전압(Vo2)의 제어는, 아래와 같이 수행된다. 우선, 스위칭 소자(Q1)가 온 하면(시각 t61), 이와 동시에, 제2 제어 회로(11d)로부터 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 게이트 신호가 인가되어 스위칭 소자(Q3)는 온한다(시각 t62). 이 때, 제2 직렬 공진 회로에는 평활 커패시터(C3) → 스위칭 소자(Q1) → 제2 전류 공진 커패시터(Cri2) → 변압기(T2)의 1차 권선(P2) → 스위칭 소자(Q3)의 경로로 여자 전류가 흘러 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)가 충전된다.
다음으로, 스위칭 소자(Q1)의 온 기간의 소정의 시간이 경과한 후에, 스위칭 소자(Q3)에 인가되는 게이트 신호가 L레벨이 되어, 스위칭 소자(Q3)가 오프하면(시각 t62), 변압기(T2)의 전압이 반전 한다. 이 때문에, 제2 직렬 회로의 공진 전류는 제2 전류 공진 커패시터(Cri2) → 변압기(T2)의 1차 권선(P2) → 다이오드(D3)의 경로로 흘러 변압기(T2)의 2차측에는 다이오드(D2)를 통해 공진 전류가 방출된다.
다음으로, 스위칭 소자(Q1)가 오프하고, 스위칭 소자(Q2)가 온하면(시각 t63), 제2 직렬 공진 회로에 흐르는 전류는, 제2 전류 공진 커패시터(Cri2) → 스위칭 소자(Q2) → 스위칭 소자(Q3)의 보디 다이오드 → 변압기(T2)의 1차 권선(P2)의 경로로 흐른다. 제2 직렬 공진 회로의 동작으로서는, 기간 t62~t63의 동작이 유지되므로, 계속 변압기(T2)의 2차측에는 다이오드(D2)를 통해 공진 전류가 방출된다.
다음으로, 스위칭 소자(Q2)가 오프하고, 스위칭 소자(Q1)가 온하면(시각 t64), 시각 t61과 동일하게, 스위칭 소자(Q3)가 온하여, 동일한 동작이 반복된다.
또한, 부하 변동 또는 출력 전압을 가변시키는 경우에는, 제2 제어 회로(11d)는, 제2 출력(Vo2)으로부터의 귀환 신호에 따라, 스위칭 소자(Q3)가 온하고 있는 기간을 조정한다. 이에 의해, 제2 전류 공진 커패시터(Cri2)에 충전되는 전압이 바뀌어, 제2 출력(Vo2)에 보내지는 에너지를 조정할 수 있다.
(실시예 6)
도 16은 본 발명의 실시예 6에 관한 다중 출력 스위칭 전원 장치의 동작을 나타내는 파형도이다. 실시예 6의 다중 출력 스위칭 전원 장치의 회로 구성은, 도 14에 도시된 실시예 5의 다중 출력 스위칭 전원 장치의 회로 구성과 실질적으로 동일하고, 제2 제어 회로(11d)의 기능이 다르다.
실시예 5에서는, 제2 제어 회로(11d)는 전압 공진 커패시터(Crv)의 전압의 상승에 동기하여 스위칭 소자(Q3)에 게이트 신호를 인가했지만, 실시예 6에서는, 제2 제어 회로는 전압 공진 커패시터(Crv)의 전압의 하강에 동기하여 스위칭 소자(Q3)에 게이트 신호를 인가한 점이 다르다.
실시예 5에서는, 스위칭 소자(Q3)가 오프한 후의 제2 직렬 공진 회로의 전류 I(Cri2)는, 전류의 방향이 정으로부터 부로 바뀔 때까지는, 다이오드(D3)를 통해 전류 If(D3)로서 흘렀다.
이에 대해서, 실시예 6에서는, 스위칭 소자(Q2)가 온하는 것과 동시에 스위칭 소자(Q3)가 온한다(시각 t73). 이 때문에, 스위칭 소자(Q3)가 온한 후의 공진 전류는, 스위칭 소자(Q3)를 통해 흐르므로, 다이오드(D3)의 전류 스트레스가 감소한다.
또한, 실시예 5에서는, 공진전류의 방향이 정으로부터 부로 바뀐 후에는, 스위칭 소자(Q3)의 보디 다이오드를 통해 공진 전류가 흘렀지만, 일반적으로 보디 다이오드의 순방향 전압 강하에 의한 손실에 의한 MOSFET 온저항에서의 손실분이 작다. 이 때문에, 스위칭 소자(Q3)를 온함으로써 공진 전류가 스위칭 소자(Q3)를 흐를 때의 손실을 경감할 수가 있다.
덧붙여, 본 발명은, 실시예 1 내지 6의 다중 출력 스위칭 전원 장치으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 실시예 2의 제2 제어 회로(11a)는, 펄스 전압이 인가되는 기간에 스위칭 소자(Q3)를 온시키고, 펄스 전압의 상승에 동기하여 스위칭 소자(Q3)를 오프시켜, 제2 출력(Vo2)에 기초하여 스위칭 소자(Q3)가 오프하고 있는 기간을 조정했다.
예를 들면, 제어 회로는, 펄스 전압이 인가되는 기간에 스위칭 소자(Q3)를 온시키고, 펄스 전압이 인가되어 있지 않은 기간에 소정의 시간 경과후 스위칭 소자(Q3)를 오프시켜, 제2 출력(Vo2)에 기초하여, 스위칭 소자(Q3)가 오프하고 있는 기간을 조정해도 좋다.
이 경우, 제어 회로는, 입력되는 펄스 전압이 인가되지 않는 기간에 소정의 시간 경과 후 스위칭 소자(Q3)를 오프시키고, 펄스 전압이 인가되는 기간에 소정의 시간 경과하고 나서 스위칭 소자(Q3)를 온 시키므로, 펄스 전압이 인가되고 나서 스위칭 소자(Q3)의 오프 기간을 제어하면, 변압기(T2)의 여자 전류, 즉, 전류 공진 커패시터(Cri2)의 충전 전류를 제어할 수 있다.
이에 의해, 변압기(T2)의 2차 권선(S2)의 펄스 전압을 정류 평활한 제2 출(Vo2)을 조정한다. 또한, 펄스 전압이 인가되지 않는 기간에, 변압기(T2)의 여자 에너지가 리셋트되고, 그 후, 전류 공진 커패시터(Cri2)의 방전에 의한 공진 전류에 의해 역방향에 여자되지만, 이 공진 전류는 스위칭 소자(Q3)의 보디 다이오드를 흐르므로, 이 기간에 스위칭 소자(Q3)를 오프한다. 스위칭 소자(Q3)에 전압이 인가되어 있지 않기 때문에, 스위칭 로스가 없다.
또한, 제어 회로는, 제2 출력(Vo2)에 기초하여 스위칭 소자(Q3)가 오프하고 있는 기간을 조정하므로, 부하 변동이 있어도 출력을 안정화할 수 있다.
본 발명은, AC-DC 컨버터 등의 전원 장치에 적용 가능하다.
1 상용 전원
2 전파 정류 회로
5 귀환 회로
10 제어 회로
11 제2 제어 회로
12 레귤레이터
110 RSF/F
Q1 제1 스위칭 소자
Q2 제2 스위칭 소자
Q3 제3 스위칭 소자
C1, C2, C3, C11 평활 커패시터
Cri, Cri2 전류 공진 커패시터
Crv 전압 공진 커패시터
D1, D2, D3, D4, D11 다이오드
Lr1 제1 공진 리액터
Lr2 제2 공진 리액터
T1, T2, T1a, T1b 변압기
R11, R12, R13 저항
P1, P2 1차 권선
S1, S2 2차 권선
CMP 컴퍼레이터
EAMP 오차 증폭기

Claims (7)

  1. 직류 전원을 단속하여 펄스 전압을 발생하는 전압 발생 회로;
    전류 공진 커패시터와, 변압기의 1차 권선과, 스위칭 소자를 가지며, 상기 전압 발생 회로에서 발생한 상기 펄스 전압이 인가되는 직렬 공진 회로;
    상기 변압기의 2차 권선에 발생하는 전압을 정류 평활하여 직류 출력 전압을 출력하는 정류 평활 회로; 및
    상기 직류 출력 전압에 기초하여 상기 스위칭 소자를 온오프시키는 제어 회로;
    를 포함하는
    다중 출력 스위칭 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 펄스 전압이 인가되는 기간에 상기 스위칭 소자를 온시키고, 상기 펄스 전압의 상승에 동기하여 상기 스위칭 소자를 오프시켜, 상기 직류 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자가 오프하고 있는 기간을 조정하는,
    다중 출력 스위칭 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 펄스 전압이 인가되는 기간에 상기 스위칭 소자를 온시키고, 상기 펄스 전압이 인가되어 있지 않은 기간에 소정의 시간 경과 후 상기 스위칭 소자를 오프시켜, 상기 직류 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자가 오프 하고 있는 기간을 조정하는,
    다중 출력 스위칭 전원 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직렬 공진 회로의 상기 전류 공진 커패시터와 상기 변압기의 1차 권선과의 직렬 회로에 병렬로 회생용의 다이오드가 접속된,
    다중 출력 스위칭 전원 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 펄스 전압의 하강에 동기하여 상기 스위칭 소자를 온시키고, 상기 직류 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자가 온하고 있는 기간을 조정하는,
    다중 출력 스위칭 전원 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 펄스 전압의 상승에 동기하여 상기 스위칭 소자를 온시키고, 상기 직류 출력 전압에 기초하여, 상기 스위칭 소자가 온하고 있는 기간을 조정하는,
    다중 출력 스위칭 전원 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전압 발생 회로는,
    상기 직류 전원의 양극 사이에 직렬로 접속되어, 온오프하여 상기 펄스 전압을 발생하는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자; 및
    상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자에 병렬로 접속된 제1 변압기의 1차 권선과 제1 전류 공진 커패시터로 이루어지는 제1 직렬 공진 회로;
    를 포함하며,
    상기 직렬 공진 회로에는,
    상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온오프에 의해 발생한 상기 펄스 전압 또는 상기 제1 변압기에 발생한 상기 펄스 전압이 인가되고,
    상기 제1 변압기의 2차 권선에 발생하는 펄스 전압을 정류 평활하여 제1 출력 전압을 출력하는 제1 정류 평활 회로; 및
    상기 제1 출력 전압에 기초하여 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 교대로 온오프시키는 제1 제어 회로;
    가 포함되는,
    다중 출력 스위칭 전원 장치.
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Effective date: 20111221