KR20110138996A - 부스트 컨버터 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인가되는 직류 전압을 소정 레벨로 승압하는 인덕터, 인덕터와 직렬로 연결되어 전류의 역류를 방지하는 다이오드, 외부로부터 인가되는 제어 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 승압된 직류 전압을 출력 커패시터에 인가하거나 차단하는 스위칭 소자, 스위칭 소자의 턴 오프 동작 시 발생하는 노이즈를 제거하는 보호 커패시터 및 스위칭 소자에서 인가된 직류 전압을 방전하여 부하로 출력하는 출력 커패시터를 포함하는 부스트 컨버터 회로로 스위칭 소자의 턴 오프 시 고주파 노이즈로 인해 발생하는 링잉 현상을 줄일 수 있다.

Description

부스트 컨버터 회로{Boost converter circuit}
본 발명은 부스트 컨버터 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백라이트를 구성하는 LED를 구동하기 위한 부스트 컨버터 회로에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD)는 경량, 박형, 저소비 전력 구동 등의 특징으로 인해 그 응용 범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있으며, 이러한 추세에 따라 액정 표시 장치는 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등에 이용되고 있다.
상기 액정 표시 장치는 자체 발광을 하지 못하므로 백라이트(backlight)라고 불리는 별도의 광원이 필요하며, 이러한 백라이트로는 발광 다이오드(Light Emitting Diode : 이하, 'LED'라고 함), 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부 전극 형광 램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL) 등이 사용되고 있다.
상기 백라이트를 구성하는 LED를 구동하기 위해서는 직류 전압을 고압의 교류 전압으로 변환하여 LED에 인가하여야 하며, 이를 위해 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 승압한 후, 다시 직류 전압으로 변환하는 승압형 컨버터인 부스트 컨버터 회로가 사용된다.
이러한 부스트 컨버터 회로는 보통 다이오드(Diode), 커패시터(Capacitor) 및 스위칭 소자로 이루어진 폐루프 회로를 형성하나, 이를 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board : PCB)에 설계할 경우, 소자 및 패턴(pattern)들 간의 거리가 제한되었으며, 접지(GND)가 분산됨으로 인해 노이즈가 발생하는 문제가 있었다.
또한, 노이즈로 인해 스위칭 소자가 제대로 스위칭 동작하지 못하는 문제점이 발생한다. 즉, 스위칭 소자가 턴 오프 동작할 때, 고주파 노이즈로 인해 스위칭 소자의 드레인-소스 간의 전압이 진동성 파형으로 동작하는 링잉(ringing, 물결) 현상이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명의 사상은 다이오드의 캐소드 및 접지 사이에 고주파 노이즈를 제거하기 위한 커패시터를 설치하여 스위칭 소자의 턴 오프 시 고주파 노이즈로 인해 발생하는 링잉 현상을 줄일 수 있는 부스트 컨버터 회로를 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 부스트 컨버터 회로는 인가되는 직류 전압을 소정 레벨로 승압하는 인덕터, 상기 인덕터와 직렬로 연결되어 전류의 역류를 방지하는 다이오드, 외부로부터 인가되는 제어 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 상기 승압된 직류 전압을 상기 출력 커패시터에 인가하거나 차단하는 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자의 턴 오프 동작 시 발생하는 노이즈를 제거하는 보호 커패시터 및 상기 스위칭 소자에서 인가된 직류 전압을 방전하여 부하로 출력하는 출력 커패시터를 포함한다.
여기서, 상기 보호 커패시터는 상기 출력 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 다이오드의 캐소드 및 접지 사이에 접속된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 부스트 컨버터 회로는 전원 공급 장치에서 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전압을 상기 인덕터에 인가하는 정류기를 포함한다.
그리고, 상기 스위칭 소자는 상기 인덕터 및 상기 다이오드 사이에서 상기 출력 커패시터와 병렬로 연결된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 부스트 컨버터 회로에 따르면, 다이오드의 캐소드 및 접지 사이에 커패시터를 설치하여 스위칭 소자가 턴 오프 동작할 때, 고주파 노이즈로 인해 스위칭 소자의 드레인-소스 간의 전압이 진동성 파형으로 동작하는 링잉(ringing, 물결) 현상을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 인쇄 회로 기판에 부스트 컨버터 회로의 패턴을 설계할 때, 부스트 컨버터 회로를 구성하는 소자들 간의 거리를 축소시킬 수 있기 때문에 고주파 노이즈가 발생하는 것을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 부스트 컨버터 회로의 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 부스트 컨버터 회로의 구성도를 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 부스트 컨버터 회로(100)는 정류기(110), 인덕터(120), 다이오드(130), 스위칭 소자(140), 보호 커패시터(150) 및 출력 커패시터(160)를 포함하여 구성된다.
우선적으로, 부스트 컨버터(Boost converter, 100)란 DC-DC 컨버터를 대표하는 하나의 회로로서, 입력 전압을 승압시켜 안정된 출력 전압을 발생시키는 회로를 말한다.
이러한 부스트 컨버터는 승압형 컨버터라고도 하며, 입력단과 출력단의 접지가 같은 경우에만 사용할 수 있는 회로이다.
부하 측의 LED 입장에서 볼 때, 전류가 주기적으로 흘러 들어오다 끊어지다를 반복하기 때문에 전류원(current-fed) 방식이라고 불리며, 출력단의 전류는 항상 입력단의 전류보다 작고, 회로 동작의 원리상 손실 성분이 없기 때문에 입력 전류 * 입력 전압 = 출력 전류 * 출력 전압의 관계식에서부터 출력 전압이 입력 전압보다 항상 높게 나타난다는 것을 알 수 있다.
정류기(110)는 전원 공급 장치(112)에서 인가된 교류 전압을 정류하고 평활하여 직류 전압으로 변환하는 수단으로서, 복수 개의 다이오드(114)로 구성된다.
인덕터(120, L1)는 정류기(110)에서 인가되는 직류 전압을 소정 레벨로 승압하는 수단으로서, 부스트 컨버터 회로(100)의 입력단인 정류기(110)와 직렬로 연결된다.
다이오드(130)는 인덕터(110)와 직렬 연결되어 직류 전압에 상응하는 전류의 역류를 방지한다. 또한, 다이오드(130)의 출력인 캐소드(cathode)는 부하(50)인 LED와 연결된다.
스위칭 소자(140)는 인덕터(120) 및 다이오드(130) 사이에 병렬로 연결되고, 외부로부터 인가되는 제어 신호에 따라 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 동작하여 승압된 직류 전압을 부하(50)인 LED에 인가하거나 차단하는 동작을 수행한다.
상기 스위칭 소자(140)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 스위칭 소자(140)에는 게이트 제어 전압(VG)에 응답하여 변화하는 전류가 흐르며, 스위칭 소자(140)가 턴 온 동작하면, 스위칭 소자(140)가 턴 온 동작하는 동안은 직류 전압이 인덕터(120) 양단에 연결되어 전압의 충전이 이루어지고, 인덕터(120) 전류는 스위칭 소자(140)의 드레인(Drain : D)단으로 유입된다.
만약, 스위칭 소자(140)가 턴 오프 동작하면, 인덕터(120)에 충전된 전압이 다이오드(130)를 통해 출력 커패시터(160)로 전달되어 부하(50)인 LED에 인가된다. 이러한 스위칭 소자(140)는 큰 전류를 흘릴 수 있는 소자로서 MOSFET 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성될 수 있다.
보호 커패시터(150)는 스위칭 소자(140)의 턴 오프 동작 시 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거용 소자이다.
이러한 보호 커패시터(150)는 출력 커패시터(160)와 병렬로 연결되고, 다이오드(130)의 캐소드(Cathode) 및 접지(GND) 사이에 접속되어 스위칭 소자(140)의 턴 오프 동작 시 P선에서와 같이, 고주파 노이즈가 보호 커패시터(150)로 이동하여 고주파 성분의 노이즈를 제거할 수 있게 하는 것이다.
출력 커패시터(160)는 인덕터(120)에서 승압된 직류 전압을 방전하여 출력하는 수단으로서, 보호 커패시터(150)를 통해 고주파 성분의 노이즈가 제거된 전류가 인가되기 때문에 부하(50)인 LED에는 안정된 직류 전압만이 공급될 수 있는 것이다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 부스트 컨버터 회로의 동작 과정에 대하여 설명하도록 한다.
스위칭 소자(140)의 게이트(Gate : G)단으로 스위칭 소자를 턴 온 동작시키기 위한 제어 신호가 인가되면, 스위칭 소자는 턴 온 동작하게 된다.
이러한 제어 신호는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로, PFC(Power Factor Correction) 제어부(미도시)나 PWM 생성부(미도시)에서 PWM 신호를 생성하여 인가할 수 있다.
다음으로, 전원 공급 장치(112)에서 인가된 교류 전압은 복수 개의 다이오드(114)를 통해 직류 전압으로 변환되고, 스위칭 소자(140)가 턴 온 동작하는 동안은 직류 전압이 인덕터(120) 양단에 연결되어 전압의 충전이 이루어진다. 그리고, 인덕터(120) 전류는 스위칭 소자(140)의 드레인(Drain : D)단으로 유입된다.
만약, 스위칭 소자(140)가 턴 오프 동작하면, 인덕터(120)에 충전된 전압이 다이오드(130)를 통해 보호 커패시터(150) 및 출력 커패시터(160)로 전달되고, 이 중에서 고주파 성분의 노이즈는 P선에서와 같이, 보호 커패시터(150)로 인가되어 안정적인 직류 전압이 부하(50)인 LED에 인가되게 한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100...부스트 컨버터 회로
110...정류기 120...인덕터
130...다이오드 140...스위칭 소자
150...보호 커패시터 160...출력 커패시터

Claims (4)

  1. 인가되는 직류 전압을 소정 레벨로 승압하는 인덕터;
    상기 인덕터와 직렬로 연결되어 전류의 역류를 방지하는 다이오드;
    외부로부터 인가되는 제어 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 상기 승압된 직류 전압을 상기 출력 커패시터에 인가하거나 차단하는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 턴 오프 동작 시 발생하는 노이즈를 제거하는 보호 커패시터;
    상기 스위칭 소자에서 인가된 직류 전압을 방전하여 부하로 출력하는 출력 커패시터를 포함하는 부스트 컨버터 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 커패시터는,
    상기 출력 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 다이오드의 캐소드 및 접지 사이에 접속되는 부스트 컨버터 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전원 공급 장치에서 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전압을 상기 인덕터에 인가하는 정류기를 포함하는 부스트 컨버터 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는,
    상기 인덕터 및 상기 다이오드 사이에서 상기 출력 커패시터와 병렬로 연결되는 부스트 컨버터 회로.




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