KR20140072544A - 역률 보정 장치 및 그를 이용한 역률 보정 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역률 보정 장치 및 그를 이용한 역률 보정 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 역률 보정 장치는 역률 보정 회로 및 제어 회로를 포함한다. 상기 역률 보정 회로는 입력 전원단과 연결된 제1 및 제2 인덕터를 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕터 각각에 대한 스위칭 동작을 수행하는 제1 및 제2 메인 스위치를 포함한다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 메인 스위치 각각에 제어 신호를 제공하고, 상기 제1 및 제2 인덕터 각각에 흐르는 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 서로 불균형하면, 상기 제1 또는 제2 메인 스위치 중 적어도 하나의 위상을 변경하여 상기 불균형을 보정한다.

Description

역률 보정 장치 및 그를 이용한 역률 보정 제어 방법 {APPARATUS FOR POWER FACTOR CORRECTION AND METHOD FOR POWER FACTOR CORRECTION USING THE SAME}
전원 장치의 역률을 보정할 수 있는 역률 보정 장치 및 그를 이용한 역률 보정 제어 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 여러 국가의 각 정부에서 에너지 효율 정책에 따른 에너지의 효율적인 사용을 권장하고 있으며, 특히 이러한 에너지의 효율적인 사용은 전자 제품, 가전 제품에 널리 권장되고 있다.
이러한 권장에 따라 에너지를 효율적으로 사용하는 데 있어서, 전자 제품, 가전 제품 등에 전원을 공급하는 전원 장치가 주로 에너지의 효율적인 사용에 따른 개선 회로가 적용되고 있다.
이러한 개선 회로로는 역률 보정 회로를 예로 들 수 있는데, 역률 보정 회로는 입력된 전원을 스위칭하여 입력된 전원의 전류와 전압의 위상차(역률)를 조정하여 후단에 전달되는 전원이 효율적으로 전달되도록 하는 회로이다.
역률 보정 회로 중에서 부스트 역률 보정 회로가 일반적으로 이용되고 있으나, 비교적 낮은 효율과 높은 내부 전류, 전압 리플, EMI 노이즈 문제 때문에 중대용량의 전원장치에는 적용되기 힘든 실정이다.
이러한 부스트 역률 보정 회로의 문제점을 해결하기 위하여 종래 부스트 역률 보정 회로를 병렬로 연결한 인터리브 부스트 역률 보정(Interleaved boost PFC) 회로는 전체 출력전원을 병렬로 연결된 각 부스트 역률 보정 회로에서 스위칭 주기 동안 시간차를 두고 균등하게 동작함으로써 입력 전류의 리플과 출력전압의 리플을 동시에 저감할 수 있다. 이로써 입력 EMI 필터의 크기를 감소시킬 수 있다.
그러나, 이러한 인터리브 부스트 역률 보정 회로에서는, 병렬 연결된 인덕터 간의 위상차에 의한 역률 저하를 보상할 수 없는 한계가 있다. 즉, 인덕터 간의 위상차가 어긋나는 경우 이를 보상할 수 없는 한계가 있다.
하기의 선행기술문헌은 이러한 역률 보상 회로에 관한 것이나, 상술한 한계성을 여전히 가지고 있다.
한국 공개특허공보 제2009-0058246호
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 인덕터들의 위상차의 불균형을 검출하고, 이러한 인덕터 각각에 대한 위상을 개별적으로 제어함으로써 위상차의 불균형을 보상할 수 있는 역률 보정 장치 및 그를 이용한 역률 보정 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 기술적인 측면은 역률 보정 장치를 제안한다. 상기 역률 보정 장치는 역률 보정 회로 및 제어 회로를 포함한다. 상기 역률 보정 회로는 입력 전원단과 연결된 제1 및 제2 인덕터를 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕터 각각에 대한 스위칭 동작을 수행하는 제1 및 제2 메인 스위치를 포함한다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 메인 스위치 각각에 제어 신호를 제공하고, 상기 제1 및 제2 인덕터 각각에 흐르는 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 서로 불균형하면, 상기 제1 또는 제2 메인 스위치 중 적어도 하나의 위상을 변경하여 상기 불균형을 보정한다.
일 실시예에서, 상기 제어 회로는, 상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 서로 불균형한지 여부를 검출하는 불균형 검출부 및 상기 위상이 서로 불균형하면, 상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 상호 대칭되도록 상기 제1 또는 제2 메인 스위치 중 적어도 하나의 위상을 지연시켜 상기 제어 신호를 생성하는 보상 신호 생성부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어 회로는, 상기 위상이 불균형하지 않으면, 기 설정된 위상차를 가지도록 상기 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어 회로는, 상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상차가 180도이면, 불균형하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 역률 보정 회로는, 일단은 상기 입력 전원단에, 타단은 부하단에 연결되고, 상호 병렬 연결된 상기 제1 및 제2 인덕터 및 상기 제어 회로로부터 제공된 상기 제어 신호에 따라, 서로 상이한 위상차를 가지도록 상기 제1 및 제2 인덕터 각각을 스위칭 동작시키는 제1 및 제2 메인 스위치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 인덕터는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 스위칭 동작에 의하여, 상기 입력 전원단으로부터 제공되는 전원을 각각 축적 또는 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 역률 보정 회로는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 ON 동작 전에, 상기 제1 및 제2 인덕터에 존재하는 잉여 전원의 전달 경로를 각각 형성하는 제1 및 제2 보조 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 역률 보정 회로는, 상기 제1 및 제2 보조 스위치와 각각 연결되고, 상기 제1 및 제2 보조 스위치의 스위칭 동작에 의하여 상기 잉여 전원을 축적 또는 방출하는 제1 및 제2 보조 인덕터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 보조 스위치는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 스위칭 동작 시점 이전에 스위칭 동작을 수행하고, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 스위칭 동작이 완료된 시점 이후에 스위칭 동작을 완료할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 역률 보정 회로는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치 각각에 병렬 연결되어, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 역전류를 각각 방지하는 제1 및 제2 역전류 방지 다이오드를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 역률 보정 회로는, 상기 제1 메인 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 제1 인덕터로부터 방출되는 전원의 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드 및 상기 제2 메인 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 제2 인덕터로부터 방출되는 전원의 전달 경로를 제공하는 제2 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 기술적인 측면은 역률 보정 제어 방법을 제안한다. 상기 역률 보정 제어 방법은 병렬 연결된 제1 및 제2 인덕터, 및 상기 제1 및 제2 인덕터 각각을 스위칭 동작하는 제1 및 제2 메인 스위치를 포함하는 역률 보정 회로를 제어하는 제어 회로에서 수행된다. 상기 역률 보정 제어 방법은, 상기 제1 및 제2 인덕터 각각에 흐르는 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상을 비교하여, 상호 불균형한지 판단하는 단계 및 상기 위상이 서로 불균형하면, 상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 상호 대칭되도록 상기 제1 또는 제2 메인 스위치 중 적어도 하나의 위상을 지연시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 상호 불균형한지 판단하는 단계는, 상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상차가 180도이면, 불균형하지 않은 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 위상을 지연시키는 단계는, 상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상차가 180도가 아니면, 상기 위상차가 180도에 접근하도록 상기 제1 및 제2 인덕터 전류 중 어느 하나의 위상을 지연시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 역률 보정 제어 방법은, 상기 위상이 불균형하지 않으면, 균형 상태에서 적용되는 기 설정된 위상차를 가지는 제어 신호를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 인덕터들의 위상차의 불균형을 검출하고, 이러한 인덕터 각각에 대한 위상을 개별적으로 제어함으로써 위상차의 불균형을 보상할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 역률 보정 회로의 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 역률 보정 회로의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 역률 보정 회로에 채용된 메인 스위치와 보조 스위치의 제어 신호의 일 예를 도시하는 참고 그래프이다.
도 4는 도3 의 참고 그래프의 일 부분을 확대한 부분 확대 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 역률 보정 회로에 채용된 메인 스위치와 보조 스위치의 제어 신호의 다른 일 예를 도시하는 참고 그래프이다.
도 6은 도 5의 인덕터 전류의 불균형과 그를 보상하기 위한 위상 지연을 설명하기 위한 참고 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제어 회로의 일 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 8은 도 7의 제어 회로를 IC로 구현한 예를 설명하기 위한 IC 내부 블록도이다.
도 9는 본 발명에 따른 역률 보정 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 역률 보정 회로의 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 1을 참조하면, 역률 보정 회로(100)는 입력 전원단(110), 인덕터부(120), 다이오드부(130), 메인 스위치부(140), 보조 인덕터부(150), 보조 스위치부(160) 및 부하단(170)를 포함할 수 있다.
입력 전원단(110)은 외부 입력을 역률 보정 회로(100)에 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 입력 전원단(110)은 정류 소자를 포함할 수 있다.
인덕터부(120)는 입력 전원이 인가되는 입력 전원단(IN)과 메인 스위치부(140) 사이에 연결되어, 메인 스위치부(140)의 스위칭에 따라 전원을 축적 또는 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 인덕터부(120)는 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)를 포함할 수 있다. 제1 인덕터(L1)는 입력 전원단(IN)과 제1 메인 스위치(S1) 사이에 연결될 수 있다. 제2 인덕터(L2)는 입력 전원단(IN)과 제2 메인 스위치(S2) 사이에 연결될 수 있다. 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)는 각각 제1 제1 메인 스위치(S1) 및 제1 메인 스위치(S1)의 스위칭 동작에 따라 전원을 축적 또는 방출할 수 있다.
다이오드부(130)는 메인 스위치부(140)의 스위칭 동작에 따라 인덕터부(120)로부터 방출되는 전원의 전달 경로를 제공할 수 있다. 구체적으로 다이오드부(130)는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2)를 포함할 수 있다. 제1 다이오드(D1)는 제1 메인 스위치(S1)의 스위칭 동작에 따라 제1 인덕터(L1)로부터 방출하는 전원의 전달 경로를 제공할 수 있다. 또, 제2 다이오드(D2)는 제2 메인 스위치(S2)의 스위칭 동작에 따라 제2 인덕터(L2)로부터 방출하는 전원의 전달 경로를 제공할 수 있다.
메인 스위치부(140)는 입력 전원의 역률을 개선하기 위하여 소정의 위상차를 가지고 스위칭 동작하는 제1 메인 스위치(S1) 및 제2 메인 스위치(S2)를 포함할 수 있다.
메인 스위치부(140)는 제1 역전류 방지 다이오드(DI1) 및 제2 역전류 방지 다이오드(DI2)를 포함할 수 있다. 제1 역전류 방지 다이오드(DI1)는 제1 메인 스위치(S1)의 역전류를 방지할 수 있고, 제2 역전류 방지 다이오드(DI2)는 제2 메인 스위치(S2)의 역전류를 방지할 수 있다.
제1 역전류 방지 다이오드(DI1) 및 제2 역전류 방지 다이오드(DI2)는 제1 메인 스위치(S1) 및 제2 메인 스위치(S2)가 트랜지스터로 구성되는 경우에 바디에 형성되는 다이오드일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 별도로 부가된 다이오드로 구현될 수도 있다.
보조 인덕터부(150)는 보조 스위치부(160)의 스위칭 동작시 보조 스위치부(160)에 흐르는 전류량을 조절할 수 있다. 보조 인덕터부(150)는 제1 보조 인덕터(Ls1) 및 제2 보조 인덕터(Ls2)를 포함할 수 있다. 제1 보조 인덕터(Ls1) 및 제2 보조 인덕터(Ls2)는 제1 보조 스위치(Ss1) 및 제2 보조 스위치(Ss2)와 각각 연결되고, 제1 보조 스위치(Ss1) 및 제2 보조 스위치(Ss2)의 스위칭 동작에 의하여 잉여 전원을 축적 또는 방출할 수 있다.
보조 스위치부(160)는 제1 보조 스위치(Ss1) 및 제2 보조 스위치(Ss2)를 포함할 수 있다. 제1 보조 스위치(Ss1)는 제1 메인 스위치(S1)와 병렬로 연결되고, 제2 보조 스위치(Ss2)는 제2 메인 스위치(S2)와 병렬로 연결될 수 있다.
여기에서, 보조 스위치부(160)가 메인 스위치부(140)의 잉여 전원의 전달 경로를 형성하여 메인 스위치부(140)의 스위칭 손실을 저감할 수 있으나, 보조 스위치부(160)의 스위칭 손실이 발생할 수 있다.
다시 말하면, 보조 스위치부(160)의 오프 동작시점에 과도 전원에 따른 피크성 전압이 보조 스위치부(160)의 양단에 발생하여 스위칭 손실이 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 역률 보정 회로(100)는 보조 스위치부(160)의 스위칭 동작시 보조 스위치부(160)에 흐르는 전류량을 조절하는 보조 인덕터부(150)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제1 보조 스위치(Ss1)에는 제1 보조 인덕터(Ls1)가, 제2 보조 스위치(Ss2)에는 제2 보조 인덕터(Ls2)가 각각 연결되어 스위칭 동작시 흐르는 전류량을 조절함으로써 스위칭 손실을 보상할 수 있다.
부하단(170)은 병렬 연결된 캐패시터(C)를 포함할 수 있다. 캐패시터(C)는 다이오드부(130)로부터 출력되는 전원을 안정화할 수 있다.
본 발명의 제1 메인 스위치(S1), 제2 메인 스위치(S2), 제1 보조 스위치(Ss1) 및 제2 보조 스위치(Ss2)는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor), MOS-FET(metal oxide semiconductor field-effect transistor) 및 BJT(bipolar junction transistor) 중 하나로 구성될 수 있다.
도 1에는 보조 인덕터(Ls1, Ls2)가 2개로 구성되어, 제1 보조 스위치(Ss1) 및 제2 보조 스위치(Ss2)와 각각 연결되는 예를 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 보조 인덕터는 1개로 구현될 수도 있으며, 이러한 실시예에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 역률 보정 회로(200)의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 2에 도시된 역률 보정 회로(200)는 도 1에서 도시된 역률 보정 회로(100)와 보조 스위치부(250) 및 보조 인덕터부(260)의 구성만이 상이하므로, 그 외 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 2에 도시된 역률 보정 회로(200)는, 하나의 보조 인덕터(Ls)와 두 개의 보조 스위치(Ss1, Ss2)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서는, 하나의 보조 인덕터(Ls)를 공유하는 구조가 되므로, 회로의 구성이 간단해질 수 있다. 이는, 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)에 걸리는 전원은 비교적 큰 용량이므로, 병렬적(Interleaved)으로 구성하여 회로의 안정성을 보장하는 것이 필요한 반면, 보조 인덕터(Ls)의 경우 비교적 작은 전원이 걸리므로 하나의 소자를 이용하여 사용하는 경우에도 안정적으로 동작이 가능하기 때문이다.
또한, 제1 메인 스위치(S1), 제2 메인 스위치(S2), 제1 보조 스위치(Sn1) 및 제2 보조 스위치(Sn2)는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor), MOS-FET(metal oxide semiconductor field-effect transistor) 및 BJT(bipolar junction transistor) 중 하나로 구성될 수 있음은 상술한 바와 같다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 역률 보정 회로(100, 200)는 2상의 인터리브드 방식(Interleaved)에 의하여 구현되므로, 한 상의 역률 보정 소자가 고장난 경우에도 나머지 한 상의 역률 보정 소자를 이용함으로써 출력을 연속적으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 역률 보정 회로(100, 200)는 후술할 제어 회로(300)에서 제공되는 제어 신호에 따라 동작할 수 있다. 이러한 구체적인 동작에 대해서는, 도 3 내지 도 6을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.
도 3는 역률 보정 회로(100, 200)에 채용된 메인 스위치와 보조 스위치의 제어 신호의 일 예를 도시하는 참고 그래프이고, 도 4은 도3 의 참고 그래프의 일 부분을 확대한 부분 확대 그래프이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 역률 보정 회로(100)의 보조 스위치부(160)는 메인 스위치부(140)의 동작 전에 잉여 전원의 전달 경로를 형성할 수 있다. 즉, 다시 말하면, 보조 스위치부(160)는 메인 스위치부(140)의 영전압 스위칭 조건을 제공함으로써 스위칭 손실을 제거할 수 있다.
잉여 전원의 전달 경로 형성을 위하여, 보조 스위치부(160)는 메인 스위치부(140)의 스위칭 동작 시점 이전에 스위칭 동작을 수행하고, 메인 스위치부(140)의 스위칭 동작이 완료된 시점 이후에 스위칭 동작을 완료할 수 있다. 메인 스위치부(140) 및 보조 스위치부(160)는 후술할 제어 회로에서 제공되는 제어 신호에 따라 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호는 (G1, G2, Gs1, Gs2)와 같이 표현될 수 있고, 여기서 G1 및 G2는 제1 및 제2 메인 스위치(S1, S2)에 대한 제어 신호이고, Gs1 및 Gs2는 제1 및 제2 보조 스위치(Ss1, Ss2)에 대한 제어 신호일 수 있다. 제어 신호가 하이(HIGH) 신호 일 때 각 스위치(S1, S2, Ss1, Ss2)는 온(ON) 동작하고, 제어 신호가 로우(LOW) 신호 일 때, 각 스위치(S1, S2, Ss1, Ss2)는 오프(OFF) 동작할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제1 보조 스위치(Ss1)는 제1 메인 스위치(S1)의 온 동작 전에 존재하는 잉여 전원의 전달 경로를 형성하며, 제2 보조 스위치(Ss2)는 제2 메인 스위치(S2)의 온 동작전에 존재하는 잉여 전원의 전달 경로를 형성할 수 있다.
도 3에서, 제1 메인 스위치(S1)와 제2 메인 스위치(S2)의 제어 신호 Gs1과 Gs2는 180도의 위상차를 가지고 있음을 알 수 있다. 이러한 예는, 이상적인 상태에서 동작하는 예이며, 위상차가 180도를 유지하는 경우 역률 보상이 최대의 효율을 가짐을 알 수 있다.
또한, 도 4에서, 제1 보조 스위치(Ss1)는 제1 메인 스위치(S1)가 온 동작하기 전에 온 동작하고, 제1 메인 스위치(S1)가 온 동작을 완료한 후에 오프 동작할 수 있다. 또한, 제2 보조 스위치(Ss2)에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 제1 보조 스위치(Ss1)에 대한 신호 Gs1과, 제1 메인 스위치(S1)에 대한 신호 G1을 비교하여 보면, G1이 하이로 되기 전에 시간 간격 TQ1 -D를 두고 Gs1이 하이로 전환됨을 알 수 있다. 마찬가지로, G1이 하이인 상태에서 Gs1은 로우로 전환될 수 있다. 따라서, Gs1이 하이를 유지하는 시간 간격 T S1 - PW는 TQ1 -D보다 큰 것을 알 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 일 예에서는, 제어 신호가 180도의 위상차를 가지고 있다. 즉, 이는 제1 인덕터(L1)의 L1 전류와, 제2 인덕터(L2)의 L2 전류가 이상적인 위상차를 가지고 있는 예를 도시하고 있다.
그러나, 실제적 동작에 있어서, L1 전류와 LW 전류의 위상차가 발생할 수 있으며, 이러한 경우에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 이하에서 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 역률 보정 회로에 채용된 메인 스위치와 보조 스위치의 제어 신호의 다른 일 예를 도시하는 참고 그래프이고, 도 6은 도 5의 인덕터 전류의 불균형과 그를 보상하기 위한 위상 지연을 설명하기 위한 참고 그래프이다.
도 1, 2 및 5를 참조하면, 제어 신호 G1과 G2가 180도가 아닌 위상차를 가지고 있음을 알 수 있다. 즉, 실제 역률 보정 회로(100, 200)의 동작이 진행되는 과정에서, L1 전류와 L2 전류의 위상의 불균형이 발생할 수 있다. 여기에서, 위상이 균형적이라는 것은 180도 또는 180도를 기준으로 하는 오차 범위(정상 범위) 내에 위상차가 존재하는 것을 의미하고, 위상이 불균형적이라는 것은 위상차가 상기 정상 범위를 이탈한 경우를 의미한다.
도 5에서, α는 정상 범위를 벗어난 오차라고 하면, 현재 제1 인덕터(L1)과 제2 인덕터(L2)는 불균형 상태임을 알 수 있다. 이러한 불균형 상태에서는 역률이 나빠지므로, 이를 보정하는 것이 요구된다.
도 6은 이러한 불균형 상태를 보상하는 일 예를 도시하고 있으며, 도시된 예에서, 굵은 선은 제1 인덕터 전류(L1 전류)이고, 일점 쇠선은 제2 인덕터 전류(L2 전류)라 하자. 도 6에서, L1 전류와 L2 전류의 위상차는 180도에 미치지 못하므로, 불균형 상태가 된다.
본 발명은 이와 같은 불균형 상태가 발생하면, 이를 감지하고 이러한 불균형 상태를 보상할 수 있다. 도 6에 도시된 예에서는, L1 전류의 위상을 지연시켜 L2 전류와의 위상차를 보상하는 예를 도시하고 있다.
즉, 본 발명은 인덕터부(120)에 흐르는 인덕터들의 위상을 비교하여 불균형 여부을 검출하고, 불균형 상태이면 제1 또는 제2 메인 스위치(S1, S2) 중 적어도 하나의 위상을 변경하여 불균형을 보정할 수 있다.
여기에서, 제1 또는 제2 메인 스위치(S1, S2)의 위상을 변경하는 것은, 제어 신호의 지연 시간을 조절함으로써 이루어질 수 있으며, 이러한 것들은 제어 회로에 의하여 수행될 수 있다.
이하에서는, 도 7 및 도 8을 참조하여 제어 회로에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제어 회로의 일 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 8은 도 7의 제어 회로를 IC로 구현한 예를 설명하기 위한 IC 내부 블록도이다.
도 1, 도2, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제어 회로(300)는 불균형 검출부(310) 및 신호 생성부(320)를 포함할 수 있다.
불균형 검출부(310)는 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)의 전류(L1 전류, L2 전류)의 위상이 서로 불균형한지 여부를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 불균형 검출부(310)는 L1 전류와 L2 전류의 위상차가 180도이면, 불균형하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 불균형 검출부(310)는 180도 위상차에 소정의 오차 범위를 부여한 정상 범위를 이용하여 불균형 여부를 판단할 수 있다. 이러한 정상 범위에 포함되는 오차 범위는 기 설정된 값으로 결정될 수 있다.
신호 생성부(320)는 상술한 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 신호는 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 메인 스위치(S1, S2) 각각에 대한 제어 신호 G1, G2와, 제1 및 제2 보조 스위치(Ss1, Ss2) 각각에 대한 제어 신호 Gs1, Gs2를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 실시예에서, 신호 생성부(320)는 보상신호 생성부(321) 및 제어 신호 생성부(322)를 포함할 수 있다.
보상신호 생성부(321)는 불균형 검출부(310)에 의하여 불균형 상태라고 판단된 경우, 보상 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 즉, 보상신호 생성부(321)는 L1 전류 및 L2 전류의 위상이 상호 대칭되도록(즉, 균형상태에 이르도록), 제1 또는 제2 메인 스위치(S1, S2) 중 적어도 하나의 위상을 변경하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기에서, 제1 또는 제2 메인 스위치(S1, S2) 중 적어도 하나의 위상을 변경하는 것은, 제1 또는 제2 메인 스위치(S1, S2)의 제어 신호 G1 또는 G2에 소정의 지연 시간을 반영하여 이루어질 수 있음은 상술한 바와 같다.
일 실시예에서, 보상신호 생성부(321)는 위상이 균형 상태로 되도록 보상 신호를 생성함에 있어서, 제1 또는 제2 메인 스위치(S1, S2) 중 적어도 하나의 위상을 지연시킬 수 있다. 예를 들어, L1 전류를 기준으로 L2 전류와의 위상차가 180도 보다 작아 불균형이 이루어지는 경우, L2 전류의 위상을 지연시켜 180도의 위상차를 가지도록 위상 변경을 수행할 수 있다. 다른 예를 들어, L1 전류를 기준으로 L2 전류와의 위상차가 180도를 초과하는 경우, L1 전류의 위상을 지연시켜 180도의 위상차를 가지도록 위상 변경을 수행할 수 있다.
상술한 실시예에서, 보상신호 생성부(321)에 대하여 위상을 지연시키는 방식을 설명하였으나, 실시예에 따라 어느 하나의 제어 신호의 위상을 앞당기거나, 또는 적어도 하나의 제어 신호의 위상을 지연 또는 앞당겨 위상의 균형을 맞출 수 있다.
제어 신호 생성부(322)는 위상이 균형 상태인 경우, 제어 신호를 생성하여 제공할 수 있다. 제어 신호 생성부(322)는 균형 상태에 상응하는 기 설정된 위상차를 가지도록 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 위상차가 180도인 경우를 균형 상태라 하면, 제어 신호 생성부(322)는 180도의 위상차를 가지는 제어 신호를 생성할 수 있다.
도 8은 도 7의 제어 회로를 IC로 구현한 일 예를 도시하고 있다. 도 8에서, 신호 생성부(320)는 하나의 블록으로 구성될 수 있다.
불균형 검출부(310)는 L1 전류 및 L2 전류(IN_IL1, IN_IL1)를 입력받아, 위상차를 이용하여 불균형 상태로 판단되면, 불균형 신호 A에 하이 값을 인가하여 신호 생성부(320)에 제공할 수 있다.
신호 생성부(320)는 불균형 신호 A와 PWM 신호(IN_PWM)을 이용하여 복수의 스위치들(제1 및 제2 메인 스위치, 제1 및 제2 보조 스위치) 각각에 대한 제어 신호를 생성하도록 아웃풋 드라이버들에 신호 (B, C, D, E)를 제공할 수 있다.
신호 생성부(320)는 불균형 신호 A가 로우이면, PWM 신호(IN_PWM)를 반영하여 현재의 위상차를 유지할 수 있도록 아웃풋 드라이버를 제어할 수 있다.
반면, 불균형 신호 A가 하이이면, 신호 생성부(320)는 제1 또는 제2 메인 스위치 중 어느 하나에 대한 위상 변경을 반영하여 제어 신호를 생성하도록 아웃풋 드라이버를 제어할 수 있다. 이러한 경우, 메인 스위치에 대한 위상 지연이 발생하면, 해당 메인 스위치와 연관된 보조 스위치에도 마찬가지로 위상 지연을 발생시킬 수 있다. 이는, 보조 스위치의 ON 시점은 메인 스위치의 ON 시점을 기준으로 결정되기 때문이다.
아웃풋 드라이버는 신호 생성부(320)에서 생성되는 신호에 따라 각 스위치들에 제공되는 신호를 생성할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 역률 보정 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는, 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 역률 보정 제어 방법의 일 실시예를 설명한다. 본 발명에 따른 역률 보정 제어 방법의 일 실시예는, 도 1 내지 도 8를 참조하여 상술한 역률 보정 회로(100, 200) 및 제어 회로(300)를 기초로 하므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 1, 도 2 및 도 9를 참조하면, 제어 회로(300)는 제1 및 제2 인덕터(L1, L2) 각각에 흐르는 제1 및 제2 인덕터 전류(L1 전류, L2 전류)의 위상을 검출할 수 있다(S910).
제어 회로(300)는 제1 및 제2 인덕터 전류(L1 전류, L2 전류)의 위상을 비교하여, 상호 불균형한지 판단하고(S920), 만일 위상이 서로 불균형하면(단계 S920, 예), 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 상호 대칭되도록 제1 또는 제2 메인 스위치(S1, S2) 중 적어도 하나의 위상을 지연시킬 수 있다(S930).
S920에 대한 일 실시예에서, 제어 회로(300)는 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상차가 180도이면, 불균형하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
S930에 대한 일 실시예에서, 제어 회로(300)는 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상차가 180도가 아니면, 위상차가 180도에 접근하도록 제1 및 제2 인덕터 전류 중 어느 하나의 위상을 지연시킬 수 있다. 즉, 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)에 대한 제1 및 제2 메인 스위치(S1, S2) 중 어느 하나에 대하여, 위상이 지연된 제어 신호를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 역률 보정 제어 방법은 위상이 균형될 때의 처리 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 위상이 불균형하지 않으면, 제어 회로(300)는 균형 상태에서 적용되는 기 설정된 위상차를 가지는 제어 신호를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100, 200 : 역률 보정 회로
110, 210 : 입력 전원단
120, 220 : 인덕터부
130, 230 : 다이오드부
140, 240 : 메인 스위치부
150, 250 : 보조 인덕터부
160, 260 : 보조 스위치부
170, 270 : 부하단
300 : 제어 회로
310 : 불균형 검출부
320 : 신호 생성부
321 : 보상신호 생성부
322 : 제어 신호 생성부

Claims (15)

  1. 입력 전원단과 연결된 제1 및 제2 인덕터를 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕터 각각에 대한 스위칭 동작을 수행하는 제1 및 제2 메인 스위치를 포함하는 역률 보정 회로; 및
    상기 제1 및 제2 메인 스위치 각각에 제어 신호를 제공하고, 상기 제1 및 제2 인덕터 각각에 흐르는 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 서로 불균형하면, 상기 제1 또는 제2 메인 스위치 중 적어도 하나의 위상을 변경하여 상기 불균형을 보정하는 제어 회로; 를 포함하는 역률 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는
    상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 서로 불균형한지 여부를 검출하는 불균형 검출부; 및
    상기 위상이 서로 불균형하면, 상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 상호 대칭되도록 상기 제1 또는 제2 메인 스위치 중 적어도 하나의 위상을 지연시켜 상기 제어 신호를 생성하는 보상 신호 생성부; 를 포함하는 역률 보정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로는
    상기 위상이 불균형하지 않으면, 기 설정된 위상차를 가지도록 상기 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부; 를 더 포함하는 역률 보정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는
    상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상차가 180도이면, 불균형하지 않은 것으로 판단하는 역률 보정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 역률 보정 회로는
    일단은 상기 입력 전원단에, 타단은 부하단에 연결되고, 상호 병렬 연결된 상기 제1 및 제2 인덕터; 및
    상기 제어 회로로부터 제공된 상기 제어 신호에 따라, 서로 상이한 위상차를 가지도록 상기 제1 및 제2 인덕터 각각을 스위칭 동작시키는 제1 및 제2 메인 스위치; 를 포함하는 역률 보정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 인덕터는
    상기 제1 및 제2 메인 스위치의 스위칭 동작에 의하여, 상기 입력 전원단으로부터 제공되는 전원을 각각 축적 또는 방출하는 역률 보정 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 역률 보정 회로는
    상기 제1 및 제2 메인 스위치의 ON 동작 전에, 상기 제1 및 제2 인덕터에 존재하는 잉여 전원의 전달 경로를 각각 형성하는 제1 및 제2 보조 스위치; 를 더 포함하는 역률 보정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 역률 보정 회로는
    상기 제1 및 제2 보조 스위치와 각각 연결되고, 상기 제1 및 제2 보조 스위치의 스위칭 동작에 의하여 상기 잉여 전원을 축적 또는 방출하는 제1 및 제2 보조 인덕터; 를 더 포함하는 역률 보정 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 보조 스위치는
    상기 제1 및 제2 메인 스위치의 스위칭 동작 시점 이전에 스위칭 동작을 수행하고, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 스위칭 동작이 완료된 시점 이후에 스위칭 동작을 완료하는 역률 보정 장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 역률 보정 회로는
    상기 제1 및 제2 메인 스위치 각각에 병렬 연결되어, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 역전류를 각각 방지하는 제1 및 제2 역전류 방지 다이오드; 를 더 포함하는 역률 보정 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 역률 보정 회로는
    상기 제1 메인 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 제1 인덕터로부터 방출되는 전원의 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드; 및
    상기 제2 메인 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 제2 인덕터로부터 방출되는 전원의 전달 경로를 제공하는 제2 다이오드; 를 더 포함하는 역률 보정 장치.
  12. 병렬 연결된 제1 및 제2 인덕터, 및 상기 제1 및 제2 인덕터 각각을 스위칭 동작하는 제1 및 제2 메인 스위치를 포함하는 역률 보정 회로를 제어하는 제어 회로에서 수행되는 역률 보정 제어 방법에 있어서,
    상기 제1 및 제2 인덕터 각각에 흐르는 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상을 비교하여, 상호 불균형한지 판단하는 단계; 및
    상기 위상이 서로 불균형하면, 상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상이 상호 대칭되도록 상기 제1 또는 제2 메인 스위치 중 적어도 하나의 위상을 지연시키는 단계; 를 포함하는 역률 보정 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 상호 불균형한지 판단하는 단계는
    상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상차가 180도이면, 불균형하지 않은 것으로 판단하는 단계; 를 포함하는 역률 보정 제어 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 위상을 지연시키는 단계는
    상기 제1 및 제2 인덕터 전류의 위상차가 180도가 아니면, 상기 위상차가 180도에 접근하도록 상기 제1 및 제2 인덕터 전류 중 어느 하나의 위상을 지연시키는 단계; 를 포함하는 역률 보정 제어 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 역률 보정 제어 방법은
    상기 위상이 불균형하지 않으면, 균형 상태에서 적용되는 기 설정된 위상차를 가지는 제어 신호를 제공하는 단계; 를 더 포함하는 역률 보정 제어 방법.
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