KR20140081494A - 전원 공급 장치 - Google Patents

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KR20140081494A
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김덕유
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Abstract

본 발명은 1차측 전류의 방향이 전환되는 시점에 따라 리딩 레그 스위칭와 레깅 레그 스위치의 스위칭을 제어하는 위상 쉬프트 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge;PSFB) 방식의 전원 공급 장치에 관한 것으로, 위상 쉬프트 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge;PSFB) 방식으로 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 직류 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부의 전원 스위칭시에 발생하는 1차측 전류의 신호 파형을 검출하는 검출부; 및 상기 검출부의 검출된 1차측 전류의 신호 파형에 따라 상기 1차측 전류의 전류 방향이 바뀌는 시점과 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 동기화시키는 제어부를 포함하는 전원 공급 장치를 제안한다.

Description

전원 공급 장치{POWER SUPPLYING APPARATUS}
본 발명은 경부하시에 전력 변환 효율이 개선된 전원 공급 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 사용자의 다양한 요구에 부합되는 여러 종류의 전자 장치들이 사용되고 있다.
이러한 전자 장치들은 내부 또는 외부에 필요한 구동 전원을 공급하는 전원 공급 장치가 필수적으로 채용된다.
한편, 상술한 전원 공급 장치는 고전력 사양의 요구에 부합하여 풀 브리지(full bridge) 컨버터가 널리 사용되는데,페이즈 쉬프트(phase shift) 제어를 이용함으로써 영전압 스위칭이 가능하여 스위칭 손실을 저감할 수 있다.
상술한 풀 브리지 컨버터는 하기의 선행 기술 문헌에 기재된 발명과 같이 2개의 리딩 레그 스위치(leading leg switch)와 2개의 레깅 레그 스위치(lagging leg switch)를 구비할 수 있다.
그러나, 리딩 레그 스위치의 경우 전 부하 영역에서 영전압 스위칭이 가능하지만, 레깅 레그 스위칭의 경우 부하가 작아질수록 영전압 스위칭을 원활하게 수행하지 못하게 되어, 경부하 영역에서 전력 변환 효율이 급격하게 저하되는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2001-0095453호
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 1차측 전류의 방향이 전환되는 시점에 따라 레깅 레그 스위치의 스위칭을 제어하는 위상 쉬프트 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge;PSFB) 방식의 전원 공급 장치를 제안한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면으로는 위상 쉬프트 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge;PSFB) 방식으로 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 직류 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부의 전원 스위칭시에 발생하는 1차측 전류의 신호 파형을 검출하는 검출부; 및상기 검출부의 검출된 1차측 전류의 신호 파형에 따라 상기 1차측 전류의 전류 방향이 바뀌는 시점과 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 동기화시키는 제어부를 포함하는 전원 공급 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부의 풀 브리지는 제1 및 제2 리딩 레그 스위치(leading leg switch); 및 제1 및 제2 레깅 레그 스위치(lagging leg switch)를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 레깅 레그 스위치 중 적어도 하나의 레깅 레그 스위치의 스위칭 동작을 상기 1차측 전류의 전류 방향이 바뀌는 시점과 동기화시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 검출부는 사전에 설정된 권선비에 따라 상기 1차측 전류의 파형을 검출하는 전류 트랜스포머(Current Transformer;CT)를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부는 사전에 설정된 제1 및 제2 리딩 레그 스위칭 제어 신호 및 제1 및 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 1차 전류의 신호 파형과 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 비교하는 비교부; 및 상기 신호 생성부의 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리 연산하여 제1 및 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호 중 적어도 하나의 레깅 레그 스위칭 제어 신호를 지연시키는 상기 논리 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 논리 연산부는 상기 신호 생성부로부터의 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리곱 연산하는 제1 논리곱 연산부; 상기 신호 생성부로부터의 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리곱 연산하는 제2 논리곱 연산부; 상기 신호 생성부로부터의 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 제1 논리곱 연산부로부터의 논리 연산 결과를 논리 연산하는 제1 RS 플립 플롭; 및 상기 신호 생성부로부터의 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 제2 논리곱 연산부로부터의 논리 연산 결과를 논리 연산하는 제2 RS 플립 플롭를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 논리 연산부는 상기 신호 생성부로부터의 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리곱 연산하는 제1 논리곱 연산부; 상기 신호 생성부로부터의 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리곱 연산하는 제2 논리곱 연산부; 상기 신호 생성부로부터의 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 제1 논리합 연산부로부터의 논리 연산 결과를 논리합 연산하는 제1 논리합 연산부; 및 상기 신호 생성부로부터의 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 제2 논리합 연산부로부터의 논리 연산 결과를 논리합 연산하는 제2 논리합 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 1차측 전류의 방향이 전환되는 시점에 따라 레깅 레그 스위치의 스위칭을 제어하는 경부하시에 전력 변환 효율의 저감을 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 회로도.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 검출부의 중부하 및 경부하시의 검출 신호 파형을 나타내는 그래프.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 제어부의 실시형태들과 그에 따른 스위칭 파형을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 전원 공급 장치의 경부하시의 영전압 스위칭을 나타내는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 전원 공급부(110), 검출부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(110)는 제1 및 제2 리딩 레그 스위치(leading leg switch)(S1,S2)와, 제1 및 제2 레깅 레그 스위치(lagging leg switch)(S3,S4)를 갖는 풀 브리지(Full Bridge)를 구비할 수 있으며, 전기적으로 분리되어 상기 1차측에 위치한 일차 권선(Np)과 일차 권선(Np)과 자기 결합되며 2차측에 위치한 이차 권선(Ns)를 갖는 트랜스포머 및 이차 권선(Ns)로부터의 변압된 전원을 각각 정류하는 정류부(SR1,SR2)와, 정류된 전원을 안정화시키는 인덕터(Lo) 및 캐패시터(Co)를 구비할 수 있다. 상기 풀 브리지는 위상 쉬프트 방식으로 스위칭 제어될 수 있다.
검출부(120)는 상기 풀 브리지의 1차측 전류의 신호 파형을 검출할 수 있으며, 이를 위해, 전류 트랜스포머(CT)를 구비할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 검출부의 중부하 및 경부하시의 검출 신호 파형을 나타내는 그래프이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 검출부(120)는 중부하시 및 경부하시의 1차측 전류의 신호 파형을 검출할 수 있으며, 특히, 도 2b에 도시된 바와 같이 경부하시에는 1차측 전류의 전류 방향이 바뀌는 시점에서 검출부(120)의 검출 신호(Vcto)는 '0' 전압에서 플러스 전압 레벨을 갖는 것을 볼 수 있다.
제어부(130)는 검출부(120)의 검출 신호(Vcto)에 기초하여 상기 풀 브리지의 제1 및 제2 리딩 레그 스위치(leading leg switch)(S1,S2)와, 제1 및 제2 레깅 레그 스위치(lagging leg switch)(S3,S4)의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어 신호(S1,S2,S3,S4)를 제공할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 제어부의 실시형태들과 그에 따른 스위칭 파형을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제어부(130)는 비교부(131), 신호 생성부(132) 및 논리 연산부(133)를 포함할 수 있다.
비교부(131)는 검출부(120)의 검출 신호(Vcto)와 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 기준 전압(Vref)를 비교할 수 있으며, 그 비교 결과를 논리 연산부(133)에 전달할 수 있다.
신호 생성부(132)는 사전에 설정된 스위칭 제어 신호(A,B,C,D)를 생성할 수 있으며, 여기서 신호 생성부(132)로부터의 스위칭 제어 신호(A,B)는 제1 및 제2 리딩 레그 스위치(leading leg switch)(S1,S2)의 스위칭을 제어하는 제1 및 제2 리딩 레그 스위칭 제어 신호가 될 수 있다.
그러나 스위칭 제어 신호(C,D)는 비교부(131)의 비교 결과에 따라 지연되어 제1 및 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호(S3,S4)가 될 수 있다.
논리 연산부(133)는 제1 및 제2 논리곱 연산부(Lo1,Lo2)를 구비할 수 있으며, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 RS 플립 플롭(Lo3,Lo4) 또는 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 논리합 연산부(Lo3,Lo4)를 구비할 수 있다.
제1 논리곱 연산부(Lo1)는 신호 생성부(132)로부터의 스위칭 제어 신호(C)와 비교부(131)의 비교 결과(Vcto_Pul)를 논리곱 연산할 수 있으며, 제2 논리곱 연산부(Lo2)는 신호 생성부(132)로부터의 스위칭 제어 신호(D)와 비교부(131)의 비교 결과(Vcto_Pul)를 논리곱 연산할 수 있다.
제1 및 제2 논리곱 연산부(Lo1,Lo2)로부터의 논리 연산 결과(Vcto_C,Vcto_D)는 도 3a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 RS 플립 플롭(Lo3,Lo4)의 셋(set)단자(S)로 입력되거나, 도 3b에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 논리합 연산부(Lo3,Lo4)의 일측 단자로 입력될 수 있다.
제1 및 제2 RS 플립 플롭(Lo3,Lo4)은 리셋(reset) 단자(RS)에 신호 생성부(132)로부터의 스위칭 제어 신호(C,D)를 입력받아 제1 및 제2 논리곱 연산부(Lo1,Lo2)로부터의 논리 연산 결과(Vcto_C,Vcto_D)와 논리 연산하여 제1 및 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호(S3,S4)를 제공할 수 있다.
마찬가지로, 제1 및 제2 논리합 연산부(Lo3,Lo4)는 다측 단자에 신호 생성부(132)로부터의 스위칭 제어 신호(C,D)를 입력받아 제1 및 제2 논리곱 연산부(Lo1,Lo2)로부터의 논리 연산 결과(Vcto_C,Vcto_D)와 논리합 연산하여 제1 및 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호(S3,S4)를 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 전원 공급 장치의 경부하시의 영전압 스위칭을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치는 경부하시에 1차측 전류(ipri)의 전류 방향이 바뀌는 시점에 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호(S3)가 지연되어 동기화되는 것을 볼 수 있다. 이는 도시되지 않았지만 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호(S4) 또한 마찬가지일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 1차측 전류의 방향이 전환되는 시점에 따라 리딩 레그 스위칭와 레깅 레그 스위치의 스위칭을 제어하는 중부시에는 전력 변환 효율을 유지하면서 경부하시에 전력 변환 효율의 저감을 억제할 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: 전원 공급 장치
110: 전원 공급부
120: 검출부
130: 제어부
131: 비교부
132: 신호 생성부
133: 논리 연산부

Claims (7)

  1. 위상 쉬프트 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge;PSFB) 방식으로 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 직류 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부의 전원 스위칭시에 발생하는 1차측 전류의 신호 파형을 검출하는 검출부
    상기 검출부의 검출된 1차측 전류의 신호 파형에 따라 상기 1차측 전류의 전류 방향이 바뀌는 시점과 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 동기화시키는 제어부
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급부의 풀 브리지는
    제1 및 제2 리딩 레그 스위치(leading leg switch); 및
    제1 및 제2 레깅 레그 스위치(lagging leg switch)
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 및 제2 레깅 레그 스위치 중 적어도 하나의 레깅 레그 스위치의 스위칭 동작을 1차측 전류의 전류 방향이 바뀌는 시점과 동기화시키는 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는
    사전에 설정된 권선비에 따라 상기 1차측 전류의 파형을 검출하는 전류 트랜스포머(Current Transformer;CT)를 포함하는 전원 공급 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    사전에 설정된 제1 및 제2 리딩 레그 스위칭 제어 신호 및 제1 및 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호를 생성하는 신호 생성부
    상기 1차 전류의 신호 파형과 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 신호 생성부의 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리 연산하여 제1 및 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호 중 적어도 하나의 레깅 레그 스위칭 제어 신호를 지연시키는 상기 논리 연산부
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 논리 연산부는
    상기 신호 생성부로부터의 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리곱 연산하는 제1 논리곱 연산부;
    상기 신호 생성부로부터의 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리곱 연산하는 제2 논리곱 연산부;
    상기 신호 생성부로부터의 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 제1 논리곱 연산부로부터의 논리 연산 결과를 논리 연산하는 제1 RS 플립 플롭; 및
    상기 신호 생성부로부터의 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 제2 논리곱 연산부로부터의 논리 연산 결과를 논리 연산하는 제2 RS 플립 플롭
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 논리 연산부는
    상기 신호 생성부로부터의 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리곱 연산하는 제1 논리곱 연산부;
    상기 신호 생성부로부터의 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 비교부의 비교 결과를 논리곱 연산하는 제2 논리곱 연산부;
    상기 신호 생성부로부터의 제1 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 제1 논리합 연산부로부터의 논리 연산 결과를 논리합 연산하는 제1 논리합 연산부; 및
    상기 신호 생성부로부터의 제2 레깅 레그 스위칭 제어 신호와 상기 제2 논리합 연산부로부터의 논리 연산 결과를 논리합 연산하는 제2 논리합 연산부
    를 포함하는 전원 공급 장치.
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