KR20110105919A - 인터리브 방식의 ｐｆｃ 플라이백 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터에 관한 것으로, 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 전원입력부와; 상기 전원입력부의 전력효율을 향상시키기 위해 형성된 PFC(Power.Factor.Correction) 컨버터 제어부와; 상기 PFC컨버터제어부로부터 수신되는 신호로 인해 활성화되는 트랜스포머(T1, T2)와; 상기 PFC컨버터제어부로부터 검출된 전류 파형으로 인해 상기 트랜스포머(T1, T2)를 선택적으로 도통 또는 단락(ON/OFF)시키는 스위치(Q1, Q2)와, 상기 스위치(Q1, Q2)가 도통됨에 따라 동작되는 트랜스포머(T1, T2)로부터 출력된 전압을 정류시키는 다이오드(D1,D2)와; 상기 다이오드(D1,D2)에 의해 정류된 직류를 다시 교류로 변환시킬 수 있도록 형성된 인버터 컨트롤러을 포함함으로서, 회로에 흐르는 전류를 검출하여 경부하일 경우에는 단일 스위칭구동을 하며, 중부하일 경우에는 180°의 위상차를 가지고 스위치 Q1과 Q2는 서로 교번으로 온오프 동작을 하여, 트랜스포머, 스위칭소자, 다이오드류 등에 흐르는 전류를 1/2로 감소시켜 각각의 소자에 발열을 줄임으로서, 제어장치의 수명을 연장시킬 수 있고, 소자선택에 있어서 용이한 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터에 관한 것이다.

Description

인터리브 방식의 ＰＦＣ 플라이백 컨버터{Interleaved PFC Flyback Converter}
본 발명은 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터에 관한 것으로, 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 전원입력부와; 상기 전원입력부의 전력효율을 향상시키기 위해 형성된 PFC(Power.Factor.Correction) 컨버터 제어부와; 상기 PFC컨버터제어부로부터 수신되는 신호로 인해 활성화되는 트랜스포머(T1, T2)와; 상기 PFC컨버터제어부로부터 검출된 전류 파형으로 인해 상기 트랜스포머(T1, T2)를 선택적으로 도통 또는 단락(ON/OFF)시키는 스위치(Q1, Q2)와, 상기 스위치(Q1, Q2)가 도통됨에 따라 동작되는 트랜스포머(T1, T2)로부터 출력된 전압을 정류시키는 다이오드(D1,D2)와; 상기 다이오드(D1,D2)에 의해 정류된 직류를 다시 교류로 변환시킬 수 있도록 형성된 인버터 컨트롤러를 포함함으로서, 회로에 흐르는 전류를 검출하여 경부하일 경우에는 단일 스위칭구동을 하며, 중부하일 경우에는 180°의 위상차를 가지고 스위치 Q1과 Q2는 서로 교번으로 온오프 동작을 하여, 트랜스포머, 스위칭소자, 다이오드류 등에 흐르는 전류를 1/2로 감소시켜 각각의 소자에 발열을 줄임으로서, 제어장치의 수명을 연장시킬 수 있고, 소자선택에 있어서 용이한 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터에 관한 것이다.
종래의 Interleaved PFC는 그 출력전압이 AC를 정류하여 쓰게 되었을 경우에 단일 스테이지에서 380~400Vdc 이상을 출력하게 되는 부스트 컨버터 형식이다.
그러므로 강압된 전압을 쓰게 될 경우에는 추가로 DC to DC stage가 필요로 하게 되며 공진형, 벅타입, 포워드타입, 플라이백타입의 회로등이 사용되어야 한다. 이렇게 추가된 회로에 인해서 단가가 늘어나고 사이즈가 커지며 효율이 감소하는 단점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 단일 스위칭 방식과 달리 2-Phase 병렬구동을 하므로 기존 방식에 비해 트랜스포머, 스위칭 소자, 다이오드류 등에 흐르는 전류를 1/2로 감소 시켜 각각의 소자에 발열을 줄여 제어장치의 수명을 연장시킬 수 있고 소자선택에 있어서 용이한 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 출력컨덴서에 충전되는 리플전류를 줄여 커패시터의 스트레스가 감소되어 출력 커패시터용량을 줄일 수 있는 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제논평판형광램프용 전자식 제어장치로서 중요한 트랜스포머, EMI 필터 등 각 소자의 크기를 줄여 슬림한 형태의 제어장치의 설계가 가능한 효과를 도모할 수 있는 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 출력측에 단락시 기존방식에서는 인버터의 동작만을 멈추고 컨버터의 동작을 최소의 듀티(Duty)로 동작하던 방식을 본 발명에서는 입력단의 컨버터의 동작을 멈춰 출력측 단락시 대기 전력을 최소화하여 에너지 절감을 이루어내며, 안정성을 증대시킬 수 있는 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터는 하기와 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 전원입력부(10)와; 상기 전원입력부의 전력효율을 향상시키기 위해 형성된 PFC(Power.Factor.Correction) 컨버터 제어부(20)와; 상기 PFC컨버터제어부로부터 수신되는 신호로 인해 활성화되는 트랜스포머 (30) (T1, T2)와; 상기 PFC컨버터제어부로부터 검출된 전류 파형으로 인해 상기 트랜스포머(30)(T1, T2)를 선택적으로 도통 또는 단락(ON/OFF)시키는 스위치(40)(Q1, Q2)와, 상기 스위치(40)(Q1, Q2)가 도통됨에 따라 동작되는 트랜스포머(30)(T1, T2)로부터 출력된 전압을 정류시키는 다이오드(50)(D1,D2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 트랜스포머(T1,T2)가 활성되면 2차측 보조권선으로 제어부에서 영전압을 검출하게 되며 전류 검출저항으로 동작되는 전류를 감지하여 입력 전압파형과 전류의 파형의 위상을 동조시켜 역률개선을 수행함과 동시에 병렬 연결된 스위치(Q1)과 또 다른 스위치(Q2)가 180도 위상 반전될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 스위치가 동작됨과 동시에 트랜스포머는 인덕터로 활용하며, 스위치가 on 되면 변압기의 자화 인덕턴스가 충전되고, 스위치가 off 되면 자화 인덕턴스의 전류가 변압기 2 차 측으로 넘어가면서 출력전압을 만들어 내는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기의 구성과 결합관계에 의하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터는 단일 스위칭 방식과 달리 2-Phase 병렬구동을 하므로 기존 방식에 비해 트랜스포머, 스위칭 소자, 다이오드류 등에 흐르는 전류를 1/2로 감소 시켜 각각의 소자에 발열을 줄여 제어장치의 수명을 연장시킬 수 있고 소자선택에 있어서 용이한 효과를 지닌다.
본 발명의 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터는 출력컨덴서에 충전되는 리플전류를 줄여 커패시터의 스트레스가 감소되어 출력 커패시터용량을 줄일 수 있는 효과를 도모할 수 있다.
본 발명의 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터는 제논평판형광램프용 전자식 제어장치로서 중요한 트랜스포머, EMI 필터 등 각 소자의 크기를 줄여 슬림한 형태의 제어장치의 설계가 가능한 효과를 도모할 수 있다.
본 발명의 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터는 출력측에 단락시 기존방식에서는 인버터의 동작만을 멈추고 컨버터의 동작을 최소의 듀티(Duty)로 동작하던 방식을 본 발명에서는 입력단의 컨버터의 동작을 멈춰 출력측 단락시 대기 전력을 최소화하여 에너지 절감을 이루어내며, 안정성을 증대시킬 수 있는 효과를 지닌다.
도1 내지 도2는 본 발명에 따른 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터에 관한 회로 구성도
본 발명은 스튜디오 조명과 같은 특수 조명에 삽입되는 컨버터에 관한 것으로, 회로에 흐르는 전류를 검출하여 경부하일 경우에는 단일 스위칭구동을 하며, 중부하일 경우에는 180°의 위상차를 가지고 스위치 Q1과 Q2는 서로 교번으로 온오프 동작을 하여, 프랜스포머, 스위칭소자, 다이오드류 등에 흐르는 전류를 1/2로 감소시켜 각각의 소자에 발열을 줄임으로서, 제어장치의 수명을 연장시킬 수 있고, 소자선택에 있어서 용이한 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터에 관한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본원발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 특히 이하에 기술될 구성, 방법 기타의 실시예는 실시에 필요한 설명을 위한 것 일뿐 발명의 범위를 한정하기 위함이 아니다.
도1 내지 2는 본 발명에 따른 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터에 관한 회로 구성도이다.
도 1 내지 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터는 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 전원입력부(10)와;
상기 전원입력부의 전력효율을 향상시키기 위해 형성된 PFC(Power.Factor.Correction) 컨버터 제어부(20)와;
상기 PFC컨버터제어부로부터 수신되는 신호로 인해 활성화되는 트랜스포머 (30) (T1, T2)와;
상기 PFC컨버터제어부로부터 검출된 전류 파형으로 인해 상기 트랜스포머(30)(T1, T2)를 선택적으로 도통 또는 단락(ON/OFF)시키는 스위치(40)(Q1, Q2)와,
상기 스위치(40)(Q1, Q2)가 도통됨에 따라 동작되는 트랜스포머(30)(T1, T2)로부터 출력된 전압을 정류시키는 다이오드(50)(D1,D2)와;
상기 다이오드(50)(D1,D2)에 의해 정류된 직류를 다시 교류로 변환시킬 수 있도록 형성된 인버터컨트롤러(60)을 포함한다.
상기 전원입력부(10)는 브릿지다이오드(11)(BD1)와, 입력컨덴서(12)(C1)를 포함하여 AC INPUT으로 부터 인가되는 교류를 직류로 변환할 수 있도록 한다.
상기 PFC(Power.Factor.Correction) 컨버터 제어부(20)는 Drive IC가 포함되어 사용하는데, 초기 점등시 컨버터 출력단에 피드백 전압이 없으면 Drive IC는 동작을 하지 않으므로 초기 시동시 정류된 상용전원을 이용하여 순시적으로 피드백 전압을 만들어 Drive IC를 동작시킬수 있도록 한다.
상기 트랜스포머 (30) (T1, T2)는 고주파동작을 하는 Converter를 2-Phase 방식으로 병렬구동을 하므로 PCB 패턴에 있어 고주파에 영향을 받지 않도록 주의하여 설계하고, 상기 트랜스포머 (30) (T1, T2)의 누설 성분으로 인한 불필요한 공진이 발생하여 스위칭 손실 및 파괴에 대한 위험성을 제기하기 위하여 트랜스포머 설계시 누설 성분을 최소로 줄이도록 설계하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 트랜스포머의 인덕턴스는 설계식 1를 따르게 하고,
Figure pat00001
(1)
트랜스모머의 턴 비는 설계식(2)을 따르게 한다.
Figure pat00002
(2)
도1 내지 도2를 참조하여 본 발명의 컨버터 회로의 동작을 설명한다.
상용전원을 공급받아 브릿지다이오드(BD1)로 정류된 1차 전압을 PFC(Power.Factor.Correction)컨버터의 제어부에서 검출하고 초기 시동을 위해서 제어부로 전원신호가 들어가 제어부에서 최초의 게이트 펄스를 스위치(40)(Q1)이 동작하여 트랜스포머(30)(T1)를 활성화시키게 된다.
상기 트랜스포머(30)(T1)가 활성화되면 1차측 보조권선으로 제어부에서 영전압을 검출하게 되며 전류 검출저항으로 동작되는 전류를 감지하여 입력 전압파형과 전류의 파형의 위상을 동조시켜 역률개선을 수행함과 동시에 병렬 연결된 스위치(40)(Q1)과 또 다른 스위치(40)(Q2)가 180도 위상 반전함으로서,
위상이 반전된 스위치(40)(Q2)가 동작됨과 동시에 트랜스포머(30)(T2)는 자화인덕턴스 성분을 인덕터로 활용하며, 스위치가 on 되면 변압기의 자화 인덕턴스가 충전되고, 스위치가 off 되면 자화 인덕턴스의 전류가 변압기 2 차 측으로 넘어가면서 출력전압을 만들어 낸다.
출력전압을 얻기 위하여 컨버터는 기본적으로 입력전압의 위상에 전류의 위상을 동조하여 역률 개선을 함과 동시에 강압된 전압을 출력하게 된다.
따라서, 본 발명은 단일 스위칭 방식과 달리 2-Phase 병렬구동을 하므로 트랜스포머, 스위칭 소자, 다이오드류 등에 흐르는 전류를 1/2로 감소시켜 각각의 소자에 발열을 줄여 제어장치의 수명을 연장시킬 수 있고, 소자선택에 있어서 용이한 이점이 있으며, 출력컨덴서에 충전되는 리플전류를 줄여 커패시터의 스트레스가 감소됨으로 출력 커패시터용량을 줄일 수 있고, 제논평판형광램프용 전자식 제어장치로서 중요한 트랜스포머, EMI 필터 등 각 소자의 크기를 줄여 슬림한 형태의 제어장치의 설계가 가능하다.
또한, 입력단의 컨버터의 동작을 멈춰 출력측 단락시 대기 전력을 최소화하여 에너지 절감을 이루어내며, 안정성을 증대시켜 미연에 사고를 방지할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 전원입력부 11 : 브릿지다이오드
12 : 입력컨덴서 20 : PFC컨버터제어부
30 : 트랜스포머 40 : 스위치
50 : 다이오드 60 : 인버터컨트롤러

Claims (3)

  1. 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 전원입력부(10)와;
    상기 전원입력부의 전력효율을 향상시키기 위해 형성된 PFC(Power.Factor.Correction) 컨버터 제어부(20)와;
    상기 PFC컨버터제어부로부터 수신되는 신호로 인해 활성화되는 트랜스포머 (30) (T1, T2)와;
    상기 PFC컨버터제어부로부터 검출된 전류 파형으로 인해 상기 트랜스포머(30)(T1, T2)를 선택적으로 도통 또는 단락(ON/OFF)시키는 스위치(40)(Q1, Q2)와,
    상기 스위치(40)(Q1, Q2)가 도통됨에 따라 동작되는 트랜스포머(30)(T1, T2)로부터 출력된 전압을 정류시키는 다이오드(50)(D1,D2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스포머(T1,T2)가 활성되면 1차측 보조권선으로 제어부에서 영전압을 검출하게 되며 전류 검출저항으로 동작되는 전류를 감지하여 입력 전압파형과 전류의 파형의 위상을 동조시켜 역률개선을 수행함과 동시에 병렬 연결된 스위치(Q1)과 또 다른 스위치(Q2)가 180도 위상 반전될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치가 동작됨과 동시에 트랜스포머는 인덕터로 활용하며, 스위치가 on 되면 변압기의 자화 인덕턴스가 충전되고, 스위치가 off 되면 자화 인덕턴스의 전류가 변압기 2 차 측으로 넘어가면서 출력전압을 만들어 내는 것을 특징으로 하는 인터리브 방식의 PFC 플라이백 컨버터
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