KR20120001522A

KR20120001522A - Ｌｌｃ 공진 컨버터

Info

Publication number: KR20120001522A
Application number: KR1020100062349A
Authority: KR
Inventors: 박종준
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-04
Also published as: KR101731111B1

Abstract

본 발명은 직류 전원의 두 전극 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 스위칭부, 제1 및 제2 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 공진 인덕터 및 공진 커패시터를 이용하여 공진을 수행하는 공진부, 공진부의 공진 동작에 따라 제1 트랜스포머의 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제1 전압을 출력하는 제1 출력부 및 공진부의 공진 동작에 따라 제2 트랜스포머의 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제2 전압을 출력하는 제2 출력부를 포함하는 LLC 공진 컨버터로 한 개의 공진부를 이용하여 복수의 전압을 출력할 수 있다.

Description

ＬＬＣ 공진 컨버터{Inductor-inductor-capacitor resonant converter}

본 발명은 LLC 공진 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply : SMPS) 등의 전원 장치에 적용되는 LLC 공진 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)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.

상기와 같은 액정 표시 장치를 구동하기 위해서는 스위칭 모드 파워 서플라이와 같은 전원 장치를 필요로 하는데, 여기서 스위칭 모드 파워 서플라이란 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)과 같은 스위칭 소자를 이용하여 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후, 필터를 통해 제어된 직류 전압을 출력하는 장치를 말한다. 이때, 스위칭 모드 파워 서플라이와 같은 전원 장치는 LLC 공진 컨버터를 이용하여 원하는 레벨의 직류 전압을 출력한다.

한편, 전원 장치에서는 백라이트나 백라이트를 구동하기 위한 전원 공급 유닛으로 서로 다른 전압을 생성하여 출력해야 하는데, 이를 위해 LLC 공진 컨버터를 복수 개 설치하여 각각의 LLC 공진 컨버터에서 서로 다른 전압을 출력하게 하였다.

그러나, 서로 다른 출력 전압을 생성하기 위해 LLC 공진 컨버터를 복수 개 설치하는 종래의 구성은 전원 장치의 회로가 복잡해지는 문제점이 있었으며, 이로 인해 전원 장치의 제조 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명의 사상은 한 개의 공진부를 이용하여 복수의 전압을 출력할 수 있는 LLC 공진 컨버터를 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 LLC 공진 컨버터는 직류 전원의 두 전극 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 스위칭부; 상기 제1 및 제2 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 공진 인덕터 및 공진 커패시터를 이용하여 공진을 수행하는 공진부; 상기 공진부의 공진 동작에 따라 제1 트랜스포머의 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제1 전압을 출력하는 제1 출력부 및 상기 공진부의 공진 동작에 따라 제2 트랜스포머의 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제2 전압을 출력하는 제2 출력부를 포함한다.

여기서, 상기 제1 전압 및 제2 전압은 상기 제1 및 제2 트랜스포머의 1차 및 2차 권선 비에 따라 달라진다.

그리고, 상기 공진 인덕터 및 상기 공진 커패시터는 상기 제1 트랜스포머의 1차 권선 양측에 연결되고, 상기 제2 트랜스포머의 1차 권선 양측에는 상기 공진 인덕터와 상기 제1 트랜스포머의 공통 접점 및 상기 공진 커패시터와 상기 제1 트랜스포머의 공통 점점이 각각 접속된다.

게다가, 상기 제1 출력부는 상기 제1 트랜스포머의 2차 권선에 유도된 전압을 정류하고 평활하는 제1 정류 평활부를 포함하고, 상기 제2 출력부는 상기 제2 트랜스포머의 2차 권선에 유도된 전압을 정류하고 평활하는 제2 정류 평활부를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 LLC 공진 컨버터에 따르면, 한 개의 공진부를 이용하여 복수의 전압을 출력할 수 있기 때문에 LLC 공진 컨버터가 적용된 전원 장치의 회로를 간소화할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 전원 장치의 회로를 간소화함에 따라 전원 장치의 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 창출한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 LLC 공진 컨버터의 회로 구성도이다.
도 2는 도 1의 제1 출력부에서 출력되는 제1 전압을 보여주는 결과 그래프이다.
도 3은 도 1의 제2 출력부에서 출력되는 제2 전압을 보여주는 결과 그래프이다.

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.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 LLC 공진 컨버터의 회로 구성도, 도 2는 도 1의 제1 출력부에서 출력되는 제1 전압을 보여주는 결과 그래프 및 도 3은 도 1의 제2 출력부에서 출력되는 제2 전압을 보여주는 결과 그래프를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, LLC 공진 컨버터(100)는 제1 스위칭부(110), 제2 스위칭부(120), 공진부(130), 제1 출력부(140) 및 제2 출력부(150)를 포함하여 구성된다.

제1 및 제2 스위칭부(110)(120)는 직류 전원(10)의 두 전극인 (+) 전극 및 (-) 전극 사이에 직렬로 연결되며, MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)으로 구성된다.

그리고, 제1 및 제2 스위칭부(110)(120)는 게이트(Gate)단과 각각 접속된 교류 전원(20)(30)으로부터 위상이 서로 다른 2개의 제1 및 제2 스위칭 신호를 인가받아 교대로 온/오프 동작을 수행한다. 즉, 제1 스위칭부(110)가 온 동작하면, 제2 스위칭부(120)는 오프 동작하여 제1 및 제2 스위칭부(110)(120)의 온 동작하는 기간이 중복되지 않게 한다.

공진부(130)는 제1 및 제2 스위칭부(110)(120)의 스위칭 동작에 따라 공진 인덕터(132) 및 공진 커패시터(134 : 134a, 134b)를 이용하여 LLC 공진을 수행한다.

보다 구체적으로 설명하면, 제1 스위칭부(110)가 온 동작하고, 제2 스위칭부(120)가 오프 동작하면, 공진부(130)로 전원이 인가되어 공진 인덕터(132) 및 공진 커패시터(134: 134a, 134b)는 공진 동작을 수행하고, 공진 인덕터(132)에 전압(에너지)이 충전되게 된다.

그리고, 제1 스위칭부(110)가 오프 동작하면, 공진 인덕터(132)에 충전된 전압을 방전시켜 제1 및 제2 트랜스포머(142 : 142a, 142b)의 1차 권선으로 인가하고, 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도한다.

이때, 제2 스위칭부(120)가 온 동작하면, 공진 인덕터(132) 및 공진 커패시터(134: 134a, 134b)에 의해 LLC 공진이 수행되어 전압이 다시 충전되게 된다.

제1 출력부(140)는 공진부(130)의 공진 동작에 따라 제1 트랜스포머(142)의 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제1 전압을 출력한다.

그리고, 제1 출력부(140)는 제1 정류 평활부(144)를 포함하여 제1 트랜스포머(142)의 2차 권선에 유도된 전압을 정류하고 평활하여 직류 전압인 제1 전압을 출력한다. 이때, 제1 트랜스포머(142)의 1차 권선 양측에는 공진 인덕터(132) 및 공진 커패시터(134)가 연결된다.

보다 자세하게 설명하면, 제1 출력부(140)는 공진 인덕터(132)에서 방전된 전압을 제1 트랜스포머(142)의 1차 권선에서 인가받고, 제1 트랜스포머(142)의 1차 및 2차 권선비에 따라 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하면, 도 2에서와 같이 대략 100V의 교류 형태인 제1 전압을 출력하고, 제1 정류 평활부(144)를 이용하여 직류 전압으로 변환된 제1 전압을 출력한다.

제2 출력부(150)는 공진부(130)의 공진 동작 에 따라 제2 트랜스포머(152)의 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유기하여 제2 전압을 출력한다.

그리고, 제2 출력부(150)는 제2 정류 평활부(154)를 포함하여 제2 트랜스포머(152)의 2차 권선에 유도된 전압을 정류하고 평활하여 직류 전압인 제2 전압을 출력한다. 이때, 제2 트랜스포머(152)의 1차 권선 양측에는 공진 인덕터(132)와 제1 트랜스포머(142)의 공통 접점 및 공진 커패시터(134)와 제1 트랜스포머(142)의 공통 점점이 각각 접속된다.

보다 상세하게 설명하면, 제2 출력부(150)는 공진 인덕터(132)에서 방전된 전압을 제2 트랜스포머(152)의 1차 권선에서 인가받고, 제2 트랜스포머(152)의 1차 및 2차 권선비에 따라 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하면, 도 3에서와 같이 대략 24V의 교류 형태인 제2 전압을 출력하고, 제2 정류 평활부(154)를 이용하여 직류 전압으로 변환된 제2 전압을 출력한다.

상술한 제1 전압 및 제2 전압은 제1 및 제2 트랜스포머(142)(152)의 1차 및 2차 권선비에 따라 각각 달라지도록 구성된다.

즉, 제1 및 제2 트랜스포머(142)(152)의 1차 권선 코일의 턴 수가 동일하다면, 제1 트랜스포머(142)의 2차 권선 코일은 제2 트랜스포머(152)의 2차 권선 코일의 턴 수와는 다른 턴 수를 갖는다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 LLC 공진 컨버터가 동작하는 과정에 대하여 설명하도록 한다.

제1 스위칭부(110)가 온 동작하고, 제2 스위칭부(120)가 오프 동작하면, 공진부(130)로 직류 전원이 인가되어 공진 인덕터(132) 및 공진 커패시터(134)에 의해 LLC 공진 동작이 수행되고, 공진 인덕터(132)에 전압이 충전된다.

그런 다음, 제1 스위칭부(110)가 오프 동작하는 데드 타임(Dead time) 동안에는, 공진 인덕터(132)에 충전된 전압을 방전시켜 제1 및 제2 트랜스포머(142)(152)의 1차 권선으로 전달하게 된다.

그러면, 제1 출력부(140)는 제1 트랜스포머(142)의 1차 및 2차 권선비에 따라 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제1 전압(예를 들면, 대략 100V)을 출력하고, 제2 출력부(150)는 제2 트랜스포머(152)의 1차 및 2차 권선비에 따라 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제2 전압(예를 들면, 대략 24V)을 출력한다.

결론적으로, 하나의 공진부(130)를 이용하여 공진 동작을 수행하고, 공진 인덕터(132)에 충전된 전압을 제1 및 제2 트랜스포머(142)(152)의 1차 권선으로 각각 인가하여 인가된 전압을 제1 및 제2 트랜스포머(142)(152)의 2차 권선으로 유도함으로써 복수의 전압인 제1 및 제2 전압을 출력할 수 있게 된다.

이로 인해, LLC 공진 컨버터(100)의 회로가 간소화되고 제조 비용을 절감할 수 있게 된다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100...LLC 공진 컨버터 110...제1 스위칭부
120...제2 스위칭부 130...공진부
140...제1 출력부 150...제2 출력부

Claims

직류 전원의 두 전극 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 스위칭부;
상기 제1 및 제2 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 공진 인덕터 및 공진 커패시터를 이용하여 공진을 수행하는 공진부;
상기 공진부의 공진 동작에 따라 제1 트랜스포머의 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제1 전압을 출력하는 제1 출력부;
상기 공진부의 공진 동작에 따라 제2 트랜스포머의 1차 권선에 인가된 전압을 2차 권선으로 유도하여 제2 전압을 출력하는 제2 출력부를 포함하는 LLC 공진 컨버터.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 전압 및 제2 전압은,
상기 제1 및 제2 트랜스포머의 1차 및 2차 권선 비에 따라 달라지는 LLC 공진 컨버터.
제 1 항에 있어서,
상기 공진 인덕터 및 상기 공진 커패시터는,
상기 제1 트랜스포머의 1차 권선 양측에 연결되고,
상기 제2 트랜스포머의 1차 권선 양측에는 상기 공진 인덕터와 상기 제1 트랜스포머의 공통 접점 및 상기 공진 커패시터와 상기 제1 트랜스포머의 공통 점점이 각각 접속되는 LLC 공진 컨버터.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 출력부는,
상기 제1 트랜스포머의 2차 권선에 유도된 전압을 정류하고 평활하는 제1 정류 평활부를 포함하고,
상기 제2 출력부는,
상기 제2 트랜스포머의 2차 권선에 유도된 전압을 정류하고 평활하는 제2 정류 평활부를 포함하는 LLC 공진 컨버터.