KR20130001031U - 전력 조정가능한 무변압기형 교류―직류 전력 회로 - Google Patents

전력 조정가능한 무변압기형 교류―직류 전력 회로 Download PDF

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Abstract

AC-DC 전력 회로를 포함하는 전력 조정가능한 무변압기형 AC-DC 전력 회로가 개시된다. AC-DC 전력 회로는 루프를 이루기 위해 연결된 제1 리액턴스 성분, 제2 리액턴스 성분, 및 AC 전력으로 이루어진다. 제2 리액턴스 성분은 불안정한 저전압 DC를 출력하기 위해 저전압 AC의 전파 정류를 위한 풀 브리지 정류기에 연결된다. 필터 캐패시터는 불안정한 저전압 DC를 필터링하고 안정된 저전압 직류를 출력하기 위해 풀 브리지 정류기에 연결된다. 따라서, 제조 비용이 급격이 저감되고, 전력이 절감되며, 열이 발생되지 않는다. 또한, 전체 회로의 리액턴스가 저감되어 높은 전력 효율을 얻게 된다. 고주파 방사선이 발생되지 않아 방사선 손상이 없고 전자 장비에 대한 간섭이 없다.

Description

전력 조정가능한 무변압기형 교류―직류 전력 회로{POWER ADJUSTABLE AND TRANSFORMERLESS AC TO DC POWER CIRCUIT}
본 고안은 전력 조정가능한 무변압기형 AC-DC 전력 회로에 관한 것으로, 특히 낮은 비용, 낮은 리액턴스, 및 높은 전력 효율을 갖는 동시에, 고주파 방사선이 발생되지 않아 사용자들에 대한 방사선 손상이 없고 전자장비에 대한 간섭이 없는 전력 조정가능한 무변압기형 AC-DC 전력 회로에 관한 것이다.
이제, 휴대용 전자기기들(예를 들면, 휴대폰들, 노트북들 등)은 모두 버크(buck) 전력공급 회로를 포함한다. 버크 전력 공급 회로는 변압기 및 풀 브리지 정류기를 포함한다.
하지만, 전자기기들의 설계는 콤팩트하고 경량화되고 있다. 변압기의 이용은 전자 디바이스의 컴팩트한 사이즈에 부정적인 영향을 준다. 따라서, 저주파 전력은 고주파 스위칭에 의해 고주파 교류로 변환된다. 따라서, 고압 전류는 소형의 고주파 변압기에 의해 경감되고, 그리고 나서 저압 직류로 정류된다. 더욱이, 고주파의 이용으로 인해 고주파 방사선이 발생된다. 고주파 방사선이 사용자들에게 해로운 영향을 주거나 또는 민감한 전자장비에 간섭을 일으킨다.
따라서, 무변압기형 AC-DC 변환기 회로의 설계가 제공된다.
이 회로는 변압기들없이 안정된 저압 직류를 제공할 수 있지만, 트랜지스터들 및 저항들의 이용에 의해 불충분한 전력 변환 효율을 야기한다. 따라서, 개선의 여지가 있다. 회로의 전력 효율이 개선될 필요가 있다면, 전력 효율 회로가 요구된다.
따라서, 본 고안의 목적은 AC-DC 전력 회로를 포함하는 전력 조정가능한 무변압기형 AC-DC 전력 회로를 제공하는 것이다.
AC-DC 전력 회로는 루프를 이루기 위해 AC 전력과 함께 서로 연결된 제1 리액턴스 성분 및 제2 리액턴스 성분으로 이루어진다. 제2 리액턴스 성분으로부터의 저전압 AC가 전파 정류되고 불안정한 저전압 DC로 변환되도록 제2 리액턴스 성분은 풀 브리지 정류기의 입력단에 연결된다. 불안정한 저전압 DC를 필터링하여 안정된 저전압 직류를 출력하기 위해 필터 캐패시터가 풀 브리지 정류기의 출력단에 연결된다. 이로써, 변압기들을 사용하지 않고 출력될 저전압 DC로 AC가 효과적으로 변환된다.
따라서, 제조비용이 현저하게 저감된다. 변압기들이 없어, 무 손실로 인해 에너지가 절감되고 열이 발생되지 않는다. 더욱이, 전체 회로의 리액턴스는 저감되어 고 전력효율을 얻을 수 있다. 또한, 고주파 방사선이 발생되지 않아 방사선 손상과 민감한 전자장비에 대한 간섭도 없다. 본 고안은 높은 실용적 가치를 갖는다.
바람직한 실시예들의 상세한 설명과 첨부한 도면들을 참조하면 상술한 목적들을 달성하기 위해 본 고안에 의해 사용된 구조 및 기술적 수단이 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 고안에 따른 일실시예의 회로도이다.
도 2는 본 고안에 따른 또 하나의 실시예의 회로도이다.
도 3은 본 고안에 따른 캐패시티브 리액턴스 성분의 회로도이다.
도 4는 본 고안에 따른 추가 실시예의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 고안의 AC-DC 전력 회로(1)는 서로 연결된 제1 리액턴스 성분(11), 제2 리액턴스 성분(12), 풀 브리지 정류기(13), 및 필터 캐패시터(14)를 포함한다.
제1 리액턴스 성분(11), 제2 리액턴스 성분(12), 및 AC 전력(AC/IN)은 루프를 이룬다. 입력단이 제2 리액턴스 성분(12)에 연결된 풀 브리지 정류기(13)는 제2 리액턴스 성분(12)으로부터의 저전압 교류의 전파 정류에 사용되며, 교류를 불안정한 저전압 직류로 변환시킨다. 불안정한 저전압 직류를 필터링하여 안정된 저전압 직류를 출력하기 위해 풀 브리지 정류기(13)의 출력단에 연결된 필터 캐패시터(14)는 AC 캐패시터 또는 전해 캐패시터일 수 있다. 제1 리액턴스 성분(11) 대 제2 리액턴스 성분(12)의 임피던스 비의 조정에 의해, 교류 전력이 저전압 직류 전력으로 효과적으로 변환된다.
도 2를 참조하면, 본 고안의 또 하나의 실시예의 회로도가 개시되어 있다. 제1 리액턴스 성분(11)은 AC 캐패시터이거나 또는 그 실효 임피던스가 정전용량이다. 제1 리액턴스 성분(11)의 일단은 AC 전력(AC/IN)에 연결되는 반면에 타단은 AC 캐패시터이거나 또는 그 실효 임피던스가 정전용량인 제2 리액턴스 성분(12)에 연결된다. 도 3을 참조하면, 캐패시티브 리액턴스 성분의 회로도가 개시되어 있다. 실효 임피던스가 정전용량인 제2 리액턴스 성분(12) 또는 제1 리액턴스 성분(11)은 애노드들 또는 캐소드들에 의해 직렬로 연결된 두개의 전해 캐패시터들을 포함하며, 각 전해 캐패시터의 애노드 및 캐소드는 각각 다이오드의 애노드 및 캐소드에 병렬로 연결된다. 또한, 실효 임피던스가 정전용량인 제1 리액턴스 성분(11) 및 제2 리액턴스 성분(12)은 오로지 AC 캐패시터만이거나 또는 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 AC 캐패시터들로 형성될 수 있다.
따라서, 제2 리액턴스 성분(12)에 인가된 AC 전압은 제1 리액턴스 성분(11) 및 제2 리액턴스 성분(12)의 임피던스 비로 조정될 수 있다. 110V AC 전력을 예로 든다. 제1 리액턴스 성분(11)이 22㎌ 이고, 실효 임피던스가 정전용량인 제2 리액턴스 성분(12)이 1000㎌ 전해 캐패시터를 포함하면, 제1 리액턴스 성분(11)과 제2 리액턴스 성분(12)의 임피던스 비는 45.5:1 이다. 제2 리액턴스 성분(12)의 최대 교류는 110V AC 전력의 연결로 인해 +3.4V이다. 정류를 위한 풀 브리지 정류기(13) 및 필터 캐패시터(14)를 통과한 후, 출력 전압은 6.8V(3.4V + 3.4V = 6.8V)이다. 이는 검출된 직류 전압의 값 7.0V와 일치한다. 따라서, 본 고안은 AC 전력을 저전압 직류 전력으로 변환시킬 수 있다.
제1 리액턴스 성분(11)이 AC 캐패시터이면, 이에 방전 저항이 병렬로 연결된다. AC 전력이 오프되면, 제1 리액턴스 성분(11)에서의 전압은 방전 저항에 의해 빠르게 방전되어 전기 충격을 막는다.
도 4를 참조하면, 본 고안의 추가 실시예가 개시된다. 제1 리액턴스 성분(11)의 실효 임피던스와 제2 리액턴스 성분(12)의 실효 임피던스에 대하여, 하나는 인던턴스인 반면에 나머지 하나는 정전용량이다. 실효 임피던스가 인덕턴스인 제1 리액턴스 성분(11) 또는 제2 리액턴스 성분(12)은 AC 인덕터, 직렬로 연결된 복수의 AC 인덕터들, 또는 병렬로 연결된 복수의 AC 인덕터들일 수 있다. 인덕터의 임피던스와 캐패시터의 임피던스는 서로 상쇄된다. 따라서, 부하와 함께, 전체 회로의 리액턴스는 최소 값으로 저감되어 최대 전력 효율을 얻을 수 있다. 예를 들면, LED 조명들을 구동하기 위해 220V AC 전력에 적용된 AC-DC 전력 회로를 예로 든다. 제1 리액턴스 성분(11)이 1.3mH 이고, 제2 리액턴스 성분(12)이 0.22㎋이고, 필터 캐패시터(14)가 0.068㎌ 이면, 직렬로 연결된 90/3 와트 LED 조명들이 활성화되고, 출력 DC 전압은 243V이고, 출력 DC는 0.1A이다. 30W, 220V AC가 요구되더라도, 0.16A만이 사용되어 전력 효율은 0.9 이상이다. 따라서, 본 고안은 AC 전력을 DC 전력으로 변환시킬 뿐만 아니라, 고 전력효율의 요건을 충족시킬 수 있다.
또한, 제1 리액턴스 성분(11) 및 제2 리액턴스 성분(12)의 실효 임피던스는 저항일 수도 있다. 실효 임피던스가 저항인 제1 리액턴스 성분(11) 및 제2 리액턴스 성분(12)은 한개의 저항, 직렬로 연결된 복수의 저항들, 또는 병렬로 연결된 복수의 저항들일 수 있다. 이러한 설계는 AC 전력을 DC 전력으로 변환시키고 고 전력효율의 요건을 만족시킬 수 있다.
부가적인 장점들 및 수정들이 이 기술분야의 당업자에 의해 쉽게 이루어질 것이다. 따라서, 넓은 측면들에 있어 본 고안은 특정 상세들, 및 여기에 도시되고 설명된 대표적인 디바이스들에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부한 청구항들 및 그 균들물에 의해 정의된 것과 같은 포괄적인 고안 개념의 정신 또는 범위로부터 일탈하지 않고 다양한 변형물들이 만들어질 수 있다.

Claims (3)

  1. 서로 연결된 제1 리액턴스 성분, 제2 리액턴스 성분, 풀 브리지 정류기, 및 필터 캐패시터를 갖는 AC-DC 전력회로를 포함하는 전력 조정가능한 무변압기형 AC-DC 전력 회로로서,
    상기 제1 리액턴스 성분, 상기 제2 리액턴스 성분, 및 AC 전력(AC/IN)은 루프를 이루고,
    입력단이 상기 제2 리액턴스 성분에 연결된 상기 풀 브리지 정류기는 상기 제2 리액턴스 성분으로부터의 저전압 교류의 전파 정류를 위한 것으로, 상기 저전압 교류를 불안정한 저전압 직류로 변환시키고,
    상기 불안정한 저전압 직류를 필터링하여 안정된 저전압 직류를 출력하기 위해 상기 필터 캐패시터가 상기 풀 브리지 정류기의 출력단에 연결된 것을 특징으로 하는 전력 조정가능한 무변압기형 AC-DC 전력 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리액턴스 성분의 실효 임피던스는 정전용량, 인덕턴스, 또는 저항인 것을 특징으로 하는 전력 조정가능한 무변압기형 AC-DC 전력 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 리액턴스 성분의 실효 임피던스는 정전용량, 인덕턴스, 또는 저항인 것을 특징으로 하는 전력 조정가능한 무변압기형 AC-DC 전력 회로.
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