KR20130023530A - 동기정류기형 저전압직류변환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동기정류기형 저전압직류변환기에 관한 것으로, 상기 발명은 입력된 직류전압을 제1 PWM제어신호에 의해 스위칭하여 교류전압으로 변환하는 1차측 모스펫부; 상기 1차측 모스펫부에 의해 변환된 교류전압을 감압하는 변압기; 상기 변압기에 의해 감압된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 2차측 모스펫부; 상기 2차측 모스펫부에 의해 변환된 직류전압을 평활하여 부하로 전달하는 평활회로부; 외부로부터 입력된 제2 PWM제어신호를 사전에 정해진 시간만큼 지연하여 출력하는 지연회로부; 및 상기 지연회로부로부터 입력된 상기 제2 PWM제어신호에 의해 상기 2차측 모스펫부를 구동하는 게이트구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 2차측 모스펫의 구동부에 지연회로부를 추가하여 종래 동기정류기형 저전압직류변환기에서 발생하는 순간 단락 전류를 방지함으로써 모스펫의 내구성을 향상할 수 있고 소손을 방지할 수 있다.

Description

동기정류기형 저전압직류변환기{Low voltage DC-DC converter with synchronous rectifier}
본 발명은 동기정류기형 저전압직류변환기에 관한 것으로, 구체적으로 구성부품의 내구성을 향상하기 위한 동기정류기형 저전압직류변환기에 관한 것이다.
종래 동기정류기형 저전압직류변환기는, 고전압 직류전압을 저전압 직류전압으로 변환하며, 도 1에 도시된 바와 같이 입력된 직류 고전압 전원(Vin)을 교류 고전압 전원으로 변환하기 위한 MOS1, MOS2, MOS3 및 MOS4를 포함한 1차측 모스펫과, 1차측 모스펫과 동기화하여 동작하여 변환효율을 상승시키는 MOS5 및 MOS6을 포함한 2차측 모스펫으로 이루어진다.
구체적으로 종래 동기정류기형 저전압직류변환기는 도 2의 파형도에 나타난 바와 같이, 1차측 MOS1 및 MOS4가 제1 PWM제어신호(A,D)에 의해 온(ON)될 때, 제2 PWM제어신호(M1)에 의해 2차측 MOS5는 온(ON), MOS6은 오프(OFF)된다. 제1 PWM제어신호(B,C)에 의해 1차측 MOS2 및 MOS3이 온(ON)될 때, 제2 PWM제어신호(M2)에 의해 2차측 MOS5는 오프(OFF), MOS6은 온(ON) 되어 동기화 동작을 수행함으로써 입력된 직류 고전압 전원(Vin)을 직류 저전압 전원으로 변환하여 부하(Rout)에 제공한다.
그러나 2차측 모스펫이 온 되어 있는 상태에서 1차측 변압기 입력에 전압이 공급되면 2차측의 회로가 단락 상태이기 때문에 1차측에는 도 2에 도시된 바와 같이 순간 단락 전류가 흐르게 되며, 이러한 전류는 모스펫의 내구성을 저하시키고, 심할 경우 모스펫을 소손시키는 문제를 야기한다.
KR 10-2006-0068427 A, 2006. 06. 21, 도면 1
본 발명의 목적은 종래 동기정류기형 저전압직류변환기에서 발생하는 순간단락전류를 방지하기 위한 회로를 추가함으로써 1차측 모스펫의 내구성을 향상할 수 있고, 1차측 모스펫의 소손을 방지할 수 있는 동기정류기형 저전압직류변환기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 동기정류기형 저전압직류변환기에 있어서, 본 동기정류기형 저전압직류변환기는 입력된 직류전압을 제1 PWM제어신호에 의해 스위칭하여 교류전압으로 변환하는 1차측 모스펫부; 상기 1차측 모스펫부에 의해 변환된 교류전압을 감압하는 변압기; 상기 변압기에 의해 감압된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 출력하는 2차측 모스펫부; 상기 2차측 모스펫부에 의해 변환된 직류전압을 평활하여 부하로 전달하는 평활회로부; 외부로부터 입력된 제2 PWM제어신호를 사전에 정해진 시간만큼 지연하는 지연회로부; 및 상기 지연회로부에 의해 지연된 상기 제2 PWM제어신호에 의해 상기 2차측 모스펫부를 구동하는 게이트구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 지연회로부는, 상기 제2 PWM제어신호가 2개의 신호인 경우, 상기 제2 PWM제어신호 각각에 대응하여 독립적으로 동작하는 한 쌍의 트랜지스터와 상기 한쌍의 트랜지스터의 출력단에 병렬로 연결되는 지연용 커패시터로 각각 이루어진 제 1모듈 및 제2 모듈을 구비하고, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 각 트랜지스터의 출력단이 상기 게이트구동부의 입력단에 연결될 수 있다.
여기서 상기 한 쌍의 트랜지스터는 상기 제2 PWM제어신호에 의해 상반되게 스위칭되며, 상기 상반적인 스위칭에 대응하여 상기 지연용 커패시터의 충방전이 발생할 수 있다.
또한 상기 한 쌍의 트랜지스터는 NPN형TR과 PNP형TR이고, 상기 제2 PWM제어신호는 상기 NPN형TR과 PNP형TR의 베이스에 연결되고, 상기 출력단은 상기 NPN형TR의 에미터와 상기 PNP형TR의 컬렉터가 연결되는 접점으로부터 인출될수 있다.
즉, 상기 제1 모듈에 속하는 한 쌍의 트랜지스터는 NPN형TR(Q1)과 PNP형TR(Q2)이고, 상기 제2 PWM제어신호 중 하나는 상기 NPN형TR(Q1)과 PNP형TR(Q2)의 베이스에 연결되고, 상기 출력단은 상기 NPN형TR(Q1)의 에미터와 상기 PNP형TR(Q2)의 컬렉터가 연결되는 접점으로부터 인출되고, 상기 제2 모듈에 속하는 한 쌍의 트랜지스터는 NPN형TR(Q3)과 PNP형TR(Q4)이고, 상기 제2 PWM제어신호 중 다른 하나는 상기 NPN형TR(Q3)과 PNP형TR(Q4)의 베이스에 연결되고, 상기 출력단은 상기 NPN형TR(Q3)의 에미터와 상기 PNP형TR(Q4)의 컬렉터가 연결되는 접점으로부터 인출될 수 있다.
여기서 상기 2차측 모스펫부는 제1모스펫(MOS5)과 제2모스펫(MOS6)을 구비하고, 상기 게이트구동부는, 상기 제2 PWM제어신호 중 하나에 의해 상기 Q1이 온(ON)되고 상기 Q2가 오프(OFF)되면 상기 Q1과 Q2의 출력단에 병렬연결된 지연커패시터(C1)가 충전된 경우 상기 제1모스펫(MOS5)를 구동하거나, 상기 제2 PWM제어신호 중 다른 하나에 의해 상기 Q3이 온(ON)되고 상기 Q4가 오프(OFF)되면 상기 Q3과 Q4의 출력단에 병렬연결된 지연커패시터(C2)가 충전된 경우 상기 제2모스펫(MOS5)을 구동할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 2차측 모스펫의 구동부에 지연회로부를 추가하여 종래 동기정류기형 저전압직류변환기에서 발생하는 순간 단락 전류를 방지함으로써, 1차측 모스펫의 내구성을 향상할 수 있고 1차측 모스펫의 소손을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 동기정류기형 저전압직류변환기의 회로도이다.
도 2는 종래 동기정류기형 저전압직류변환기의 동작을 나타내기 위한 파형도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기정류기형 저전압직류변환기의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기정류기형 저전압직류변환기의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기정류기형 저전압직류변환기의 지연회로부의 제어절차도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동기정류기형 저전압직류변환기에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기정류기형 저전압직류변환기에 대한 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 동기정류기형 저전압직류변환기(1)는 1차측 모스펫부(10), 변압기(20), 2차측 모스펫부(30), 평활회로부(40), 지연회로부(50), 게이트구동부(60)로 이루어진다.
1차측 모스펫부(10)는 입력된 직류전압(Vin)을 제1 PWM제어신호(A,B,C,D)에 의해 스위칭하여 교류전압으로 변환하여 변압기(20)의 1차측으로 제공한다.
1차측 모스펫부(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, MOS1, MOS2, MOS3, MOS4로 이루어지며, 2차측 모스펫부(30)의 MOS5, MOS6과 동기하여 동기하여 동작한다. MOS1 및 MOS4는 'A' 및 'D'의 제1 PWM제어신호에 의해 같이 동작하고, MOS2 및 MOS3은 'B' 및 'C'의 제1 PWM제어신호에 의해 같이 동작한다
변압기(20)는 사전에 정해진 변압비에 의해 1차측 모스펫부(10)에 의해 변환된 교류전압을 감압하여 2차측 모스펫부(30)로 전달한다.
2차측 모스펫부(30)는, 게이트구동부(60)에 의해 게이트가 구동되며, 변압기(20)에 의해 감압된 교류전압을 직류전압으로 정류하여 평활회로부(40)로 전달한다.
2차측 모스펫부(30)의 MOS5 및 MOS6은, 지연회로부(50)를 통해 지연되어 전달된 제2 PWM제어신호(M1,M2)에 대응하여 구동신호를 생성하는 게이트구동부(60)에 의해 구동된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지연회로부(50)에 의한 동작에 의하여 MOS5 및 MOS6의 게이트전압이 지연되어 1차측 전류의 파형에서 순간단락전류가 나타나지 않았다.
또한, 2차측 모스펫부(30)는 1차측 모스펫부(10)와 동기하여 동작한다. 즉, 1차측 MOS1 및 MOS4가 제1 PWM제어신호(A,D)에 의해 온(ON)될 때, 지연회로부(50)에 의해 지연된 제2 PWM제어신호(M1)에 의해 2차측 MOS5는 온(ON), MOS6은 오프(OFF)되어 1차측 모스펫부(10)와 동기화 동작을 수행한다.
제1 PWM제어신호(B,C)에 의해 1차측 MOS2 및 MOS3이 온(ON)될 때, 지연회로부(50)에 의해 지연된 제2 PWM제어신호(M2)에 의해 2차측 MOS5는 오프(OFF) MOS6은 온(ON) 되어 1차측 모스펫부(10)와 동기화 동작을 수행한다.
평활회로부(40)는, 2차측 모스펫부(30)에 의해 변환된 직류전압을 평활하여 부하로 전달한다
지연회로부(50)는 외부로부터 입력된 제2 PWM제어신호(M1,M2)를 사전에 정해진 시간만큼 지연하여 게이트구동부(60)로 출력한다. 지연회로부(50)는 제어신호 각각에 대응하여 독립적으로 동작하는 한 쌍의 트랜지스터와 한 쌍의 트랜지스터의 출력단에 병렬로 연결되는 지연용 커패시터로 각각 이루어진 제 1모듈 및 제2 모듈을 구비할 수 있다.
여기서, 한 쌍의 트랜지스터는 제어신호에 의해 상반되게 스위칭되며, 상기 상반적인 스위칭에 대응하여 상기 지연용 커패시터의 충방전이 발생한다.
제1 모듈 및 제2 모듈의 각 트랜지스터의 출력단이 상기 게이트구동부(60)의 입력단에 연결되어, 지연된 제2 PWM제어신호(M1,M2)를 게이트구동부(60)로 전달한다.
제1 모듈은 도 3에 도시된 바와 같이 제2 PWM제어신호(M1)에 의해 동작하며, NPN형TR(Q1)과 PNP형TR(Q2)과 NPN형TR(Q1)의 에미터와 상기 PNP형TR(Q2)의 컬렉터가 연결되는 접점에 병렬로 연결된 지연용 커패시터(C1)로 이루어진다.
제1 모듈은 제2 PWM제어신호(M1)에 의해 Q1이 온(ON)되고 Q2가 오프(OFF)되면 Q1과 Q2의 출력단에 병렬연결된 지연커패시터(C1)가 충전된 경우 제1모스펫(MOS5)을 구동한다. 즉 M1제어신호는 지연회로부(50)의 제1 모듈에 의해 신호가 지연되어 게이트구동부(60)로 전달되어 제1 모스펫(MOS5)을 구동시킨다.
제2 모듈은 도 3에 도시된 바와 같이 제2 PWM제어신호(M2)에 의해 동작하며, NPN형TR(Q3)과 PNP형TR(Q4)과 NPN형TR(Q3)의 에미터와 PNP형TR(Q4)의 컬렉터가 연결되는 접점에 병렬로 연결된 지연용 커패시터(C2)로 이루어진다.
제2 모듈은 상기 제2 PWM제어신호(M2)에 의해 Q3이 온(ON)되고 Q4가 오프(OFF)되면 상기 Q3과 Q4의 출력단에 병렬연결된 지연커패시터(C2)가 충전된 경우 제2모스펫(MOS6)을 구동한다. 즉 M2제어신호는 지연회로부(50)의 제2 모듈에 의해 신호가 지연되어 게이트구동부(60)로 전달되어 제2 모스펫(MOS6)을 구동시킨다.
이하에서는 도 5를 참조하여, 지연회로부(50)의 동작을 정리한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 지연회로부(50)는 입력된 제2 PWM제어신호(M1)가 인가되면 Q1이 온(ON)되고 Q2가 오프(OFF)되면서 지연커패시터(C1)가 충전되어 게이트구동부(60)를 통해 제1모스펫(MOS5)을 'ON'한다.
반면, 지연회로부(50)는 제2 PWM제어신호(M1)가 인가되지 않으면 Q1이 오프되고 Q2가 온 되면서 지연커패시터(C1)의 전압이 방전되어 제1모스펫(MOS5)을 'OFF'한다.
그리고 지연회로부(50)는 입력된 제2 PWM제어신호(M2)가 인가되면 Q3이 온(ON)되고 Q4가 오프(OFF)되면서 지연커패시터(C1)가 충전되어 게이트구동부(60)를 통해 제2모스펫(MOS6)을 'ON'한다.
반면, 지연회로부(50)는 제2 PWM제어신호(M2)가 인가되지 않으면 Q3이 오프되고 Q4가 온(ON) 되면서 지연커패시터(C1)의 전압이 방전되어 제2모스펫(MOS6)을 'OFF'한다.
이와 같이 2차측 모스펫부(30)가 실질적으로 지연회로부(50)에 의해 지연된 제2 PWM제어신호(M1,M2)에 의하여 구동됨으로써, 종래 동기정류기형 저전압직류변환기에서 발생하는 순간단락전류를 방지할 수 있다.
1: 동기정류기형 저전압직류변환기
10: 1차측 모스펫부
20: 변압기
30: 2차측 모스펫부
40: 평활회로부
50: 지연회로부
60: 게이트구동부

Claims (6)

  1. 동기정류기형 저전압직류변환기에 있어서,
    입력된 직류전압을 제1 PWM제어신호에 의해 스위칭하여 교류전압으로 변환하는 1차측 모스펫부;
    상기 1차측 모스펫부에 의해 변환된 교류전압을 감압하는 변압기;
    상기 변압기에 의해 감압된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 출력하는 2차측 모스펫부;
    상기 2차측 모스펫부에 의해 변환된 직류전압을 평활하여 부하로 전달하는 평활회로부;
    외부로부터 입력된 제2 PWM제어신호를 사전에 정해진 시간만큼 지연하는 지연회로부; 및
    상기 지연회로부에 의해 지연된 상기 제2 PWM제어신호에 의해 상기 2차측 모스펫부를 구동하는 게이트구동부;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 동기정류기형 저전압직류변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지연회로부는, 상기 제2 PWM제어신호가 2개의 신호인 경우, 상기 제2 PWM제어신호 각각에 대응하여 독립적으로 동작하는 한 쌍의 트랜지스터와 상기 한쌍의 트랜지스터의 출력단에 병렬로 연결되는 지연용 커패시터로 각각 이루어진 제 1모듈 및 제2 모듈을 구비하고, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 각 트랜지스터의 출력단이 상기 게이트구동부의 입력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 동기정류기형 저전압직류변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 트랜지스터는 상기 제2 PWM제어신호에 의해 상반되게 스위칭되며, 상기 상반적인 스위칭에 대응하여 상기 지연용 커패시터의 충방전이 발생하는 것을 특징으로 하는 동기정류기형 저전압직류변환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 트랜지스터는 NPN형TR과 PNP형TR이고, 상기 제2 PWM제어신호는 상기 NPN형TR과 PNP형TR의 베이스에 연결되고, 상기 출력단은 상기 NPN형TR의 에미터와 상기 PNP형TR의 컬렉터가 연결되는 접점으로부터 인출되는 것을 특징으로 하는 동기정류기형 저전압직류변환기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 모듈에 속하는 한 쌍의 트랜지스터는 NPN형TR(Q1)과 PNP형TR(Q2)이고, 상기 제2 PWM제어신호 중 하나는 상기 NPN형TR(Q1)과 PNP형TR(Q2)의 베이스에 연결되고, 상기 출력단은 상기 NPN형TR(Q1)의 에미터와 상기 PNP형TR(Q2)의 컬렉터가 연결되는 접점으로부터 인출되고,
    상기 제2 모듈에 속하는 한 쌍의 트랜지스터는 NPN형TR(Q3)과 PNP형TR(Q4)이고, 상기 제2 PWM제어신호 중 다른 하나는 상기 NPN형TR(Q3)과 PNP형TR(Q4)의 베이스에 연결되고, 상기 출력단은 상기 NPN형TR(Q3)의 에미터와 상기 PNP형TR(Q4)의 컬렉터가 연결되는 접점으로부터 인출되는 것을 특징으로 하는 동기정류기형 저전압직류변환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2차측 모스펫부는 제1모스펫(MOS5)과 제2모스펫(MOS6)을 구비하고,
    상기 게이트구동부는, 상기 제2 PWM제어신호 중 하나에 의해 상기 Q1이 온(ON)되고 상기 Q2가 오프(OFF)되면 상기 Q1과 Q2의 출력단에 병렬연결된 지연커패시터(C1)가 충전된 경우 상기 제1모스펫(MOS5)를 구동하거나, 상기 제2 PWM제어신호 중 다른 하나에 의해 상기 Q3이 온(ON)되고 상기 Q4가 오프(OFF)되면 상기 Q3과 Q4의 출력단에 병렬연결된 지연커패시터(C2)가 충전된 경우 상기 제2모스펫(MOS5)을 구동하는 것을 특징으로 동기정류기형 저전압직류변환기.
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