KR20150089480A - 벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치 - Google Patents

벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20150089480A
KR20150089480A KR1020140010150A KR20140010150A KR20150089480A KR 20150089480 A KR20150089480 A KR 20150089480A KR 1020140010150 A KR1020140010150 A KR 1020140010150A KR 20140010150 A KR20140010150 A KR 20140010150A KR 20150089480 A KR20150089480 A KR 20150089480A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
power supply
mode
switch
buck
Prior art date
Application number
KR1020140010150A
Other languages
English (en)
Inventor
히사노리 조
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020140010150A priority Critical patent/KR20150089480A/ko
Publication of KR20150089480A publication Critical patent/KR20150089480A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

실시 형태는 스위칭 모드 전원 공급 장치 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치에 관한 것이다.
실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 전원을 공급하는 전원부, 상기 전원부로부터 입력되는 전압을 강압 또는 승압시키는 변환부, 및 상기 변환부에서 변압되어 출력된 전압이 인가되는 부하부를 포함하고, 상기 변환부는, 제1 모드 및 제2 모드에 따라 상기 변환부를 흐르는 전류의 흐름을 변경하는 스위치부, 상기 제1 모드에서 에너지를 저장하고 상기 제2 모드에서 에너지를 방출하는 인덕터부, 상기 제1 모드에서 에너지를 방출하고, 제2 모드에서 에너지를 저장하는 커패시터부, 및 상기 제1 모드와 상기 제2 모드에서 전류의 역방향 흐름을 방지하는 다이오드부를 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 부품수를 증가시키지 않고 리플(ripple) 전류를 줄일 수 있다.

Description

벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치{BUCK BOOST CONVERTER AND SWITCHING MODE POWER SUPPLY USING THE SAME}
실시 형태는 벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치에 관한 것이다.
DC-DC 컨버터는 직류 전압을 입력받아 다른 크기의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 장치로써 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 이러한 DC-DC 컨버터의 종류로는 전압원 방식으로 동작하며 출력 전압이 입력 전압보다 항상 낮은 벅 컨버터(Buck converter), 전류원 방식으로 동작하며 출력 전압이 입력 전압보다 항상 높은 부스트 컨버터(Boost converter), 및 벅 컨버터와 부스트 컨버터의 일체형으로써 입력된 직류 전압에 대한 승압과 강압을 모두 수행할 수 있는 벅-부스트 컨버터(Buck-boost converter) 등이 있다. 이 중 벅 부스트 컨버터의 경우 입력된 직류 전압에 대한 승압과 강압을 모두 수행할 수 있으므로 입력 전압 범위가 넓고 입력 전압의 전 범위에서 고효율을 달성할 수 있다는 장점이 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다.
이러한 벅 부스트 컨버터는 스위치 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply : SMPS)의 응용에 있어서 절연형 및 비절연형 방식으로 이용된다. 절연형의 경우, 입력과 출력 사이를 절연시킬 수 있어서 유용하나, 스위치가 온일 경우 또는 오프일 경우에만 변압기의 1차측 에너지가 2차측 출력으로 전달되므로 변압기의 이용이 제한될 수 밖에 없다. 그리고, 비절연형의 경우, 입력 리플 전류가 크기 때문에 컨버터의 입력에 필터 회로가 필요하다. 또한, 입력 리플 전류가 작은 회로 구성도 필요하지만, 기본 회로 구성에 비해 부품이 추가로 필요하다. 기존의 벅 부스트 컨버터는 입력이 순간적으로 차단되는 경우, 출력 전압을 유지할 수 없었다. 따라서, 부하 측에 배치되는 컨버터(백 엔드 컨버터, back end converter)에는 매우 낮은 레귤레이션(regulation) 전압이 요구되었으며, 따라서 전원 전체의 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
실시 형태는 부품을 증가시키지 않고 리플 전류를 줄일 수 있는 벅 부스트 컨버터를 제공한다.
실시 형태는 입력이 순간적으로 차단되는 경우에도, 출력 전압을 유지할 수 있는 벅 부스트 컨버터를 제공한다.
실시 형태에 따른 컨버터를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치는 역률 개선효과가 있다.
실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 전원을 공급하는 전원부, 상기 전원부로부터 입력되는 전압을 강압 또는 승압시키는 변환부, 및 상기 변환부에서 변압되어 출력된 전압이 인가되는 부하부를 포함하고, 상기 변환부는, 제1 모드 및 제2 모드에 따라 상기 변환부를 흐르는 전류의 흐름을 변경하는 스위치부, 상기 제1 모드에서 에너지를 저장하고 상기 제2 모드에서 에너지를 방출하는 인덕터부, 상기 제1 모드에서 에너지를 방출하고, 제2 모드에서 에너지를 저장하는 커패시터부, 및 상기 제1 모드와 상기 제2 모드에서 전류의 역방향 흐름을 방지하는 다이오드부를 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 부품수를 증가시키지 않고 리플(ripple) 전류를 줄일 수 있다.
여기서, 상기 커패시터부는, 상기 전원부의 순단(瞬斷)시에 상기 부하부에 전원을 공급할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 입력이 순간적으로 차단되는 경우에도, 상당 시간동안 출력 전압을 유지할 수 있다.
여기서, 상기 커패시터부는, 아래의 수학식을 만족할 수 있다.
[수학식]
Vc = 1 / (1-D) * Vi, Vo = D / (1-D) * Vi
여기에서, Vc는 상기 커패시터부에 인가되는 전압, Vi는 입력 전압, Vo는 상기 부하부에 인가되는 출력 전압, D는 상기 스위치부의 시비율(Duty ratio)를 의미한다. 이러한 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 커패시터 전압과 출력 전압의 차이를 이용하여 순단시에도 상당 시간동안 출력 전압을 유지할 수 있다.
여기서, 상기 인덕터부의 일단은 상기 전원부의 양극 및 상기 부하부의 일단과 연결되고, 타단은 상기 스위치부의 일단 및 상기 다이오드부의 양극과 연결되고, 상기 커패시터부의 일단은 상기 전원부의 음극 및 상기 스위치부의 타단과 연결되고, 타단은 상기 다이오드부의 음극 및 상기 부하부의 타단과 연결될 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 부품수를 증가시키지 않고 리플(ripple) 전류를 줄일 수 있고, 입력이 순간적으로 차단되는 경우에도, 상당 시간동안 출력 전압을 유지할 수 있다.
여기서, 상기 전원부는, 교류전원과 상기 교류전원을 정류하여 상기 변환부로 전달하는 정류부를 포함하고, 상기 스위치부의 스위칭 주기는 상기 교류전원의 주기에 매칭될 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 역률을 개선할 수 있다.
여기서, 상기 교류전원의 주기의 1/2이 상기 스위치부의 스위칭 주기의 정수배일 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 입력 전압과 전류의 주기를 일치시켜 역률을 개선할 수 있다.
실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터는, 전원부로부터의 입력 전압을 강압 또는 승압하여 부하부에 출력하는 벅 부스트 컨버터에 있어서, 일단이 상기 전원부의 양극 및 상기 부하부의 일단과 연결되는 인덕터부, 양극이 상기 인덕터부의 타단과 연결되고, 음극이 상기 부하부의 타단과 연결되는 다이오드부, 일단이 상기 전원부의 음극 및 상기 부하부의 타단과 연결되는 커패시터부 및 상기 커패시터부의 일단 및 상기 인덕터부의 타단 사이에 연결되어 전류의 흐름을 온/오프 제어하는 스위치부를 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터는, 부품수를 증가시키지 않고 리플(ripple) 전류를 줄일 수 있다.
여기서, 상기 인덕터부는, 상기 스위치부가 온 상태일 때 에너지를 저장하고, 오프 상태일 때 에너지를 방출하고, 상기 커패시터부는, 상기 스위치부가 오프 상태일 때 에너지를 저장하고, 온 상태일 때 에너지를 방출할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터는, 부품수를 증가시키지 않고 리플(ripple) 전류를 줄일 수 있다.
여기서, 상기 커패시터부는 상기 전원부의 순단(瞬斷)시에 상기 부하부에 전원을 공급할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터는, 입력이 순간적으로 차단되는 경우에도, 상당 시간동안 출력 전압을 유지할 수 있다.
실시 형태에 벅 부스트 컨버터는 부품을 증가시키지 않고 리블 전류를 줄일 수 있다.
실시 형태에 따른 컨버터는 입력이 순간적으로 차단되는 경우에도, 출력 전압을 유지할 수 있다.
실시 형태에 따른 컨버터를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치는 역률 개선효과가 있다.
도 1a은 기본적인 벅 부스트 컨터버를 이용한 스위칭 모드 전원 공급장치(SMPS, Single Mode Power Supply)의 회로도이고, 도 1b는 브리지형 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이고, 도 1c는 비반전 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이고, 도 1d는 SEPIC형 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이고, 도 1e는 ZETA형 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이고, 도 1f는 Cuk형 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS의 회로도이다.
도 3a는 스위치부(121)가 온 상태일 때의 전류의 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 3b는 스위치부(121)가 오프 상태일 때의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 4a는 도 1a에 도시된 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS가 정상 상태일 때의 여러 신호의 파형도이고, 도 4b는 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS가 정상 상태일 때의 여러 신호의 파형도이다.
도 5a는 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터 회로의 입력전원이 순단된 회로도이고, 도 5b는 도 5a회로의 등가회로도이다.
도 6은 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터가 역률개선(Power Factor Correction, PFC)회로에 이용된 회로도이다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 형태의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 설명한다.
도 1a은 기본적인 벅 부스트 컨터버를 이용한 스위칭 모드 전원 공급장치(SMPS, Single Mode Power Supply)의 회로도이고, 도 1b는 브리지형 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이고, 도 1c는 비반전 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이고, 도 1d는 SEPIC형 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이고, 도 1e는 ZETA형 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이고, 도 1f는 Cuk형 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS 회로도이다.
도 1a를 참조하면, 도 1a의 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS(1)는 전원을 공급하는 전원부(10), 전원부(10)로부터 입력되는 전압 및 전류를 입력 받아, 입력 받은 전압을 변압하는 변압부(20), 변압부(20)에서 변압되어 출력된 전압이 인가되는 부하부(30)를 포함한다. 도 1a의 벅 부스트 컨버터 회로의 동작을 간단히 설명하면, 벅 부스트 컨버터는 벅(buck) 기능과 부스트(boost) 기능을 모두 할 수 있도록, 시비율(duty ratio)에 따라 강압 또는 승압을 결정해 줄 수 있는 레귤레이터(regulator)다. 즉, 시비율이 0.5보다 크면 승압이 되고, 0.5보다 작으면 강압이 된다. 구체적으로, 도 1a의 스위치(Q1)가 온(on) 상태가 되면, 전원부(10)의 직류 전원은 인덕터(L1)을 통해 흐르게 되고, 이 때 인덕터(L1)에는 에너지가 저장된다. 스위치(Q1)가 오프(off) 상태가 되면, 다이오드(D1)의 방향에 따라, 인덕터(L1)가 방전되면서 역방향 전류가 부하(R1)과 커패시터(C1)에 흐르게 된다. 따라서, 스위치(Q1)가 온 상태일 때와 오프 상태일 때, 전원의 극성은 바뀌게 되고, 시비율에 따라 부하(R1)에 인가되는 출력전압의 크기는 전원부(10)의 입력전압(Vi)보다 작거나 클 수 있다. 이때, 전원부(10)로부터 변압부(20)로 입력되는 입력전류(Iin)는 스위치(Q1)가 전원부(10)와 변압부(20)의 연결을 온/오프시킴에 따라, 펄스(pulse)파형을 갖게 되고, 스위치(Q1)의 온/오프 시에 리플이 발생한다. 또한, 도 1a의 벅 부스트 컨버터(1)는 전원부(10)로부터의 전원공급이 순단(瞬斷)되면, 부하단의 출력전압은 점차 감소하게 되어, 요구되는 최저 전압보다 낮아지게 된다.
도 1b 내지 도 1f의 SMPS에 이용된 벅 부스트 컨버터는 도 1a의 리플을 줄이고, 요구되는 최저 전압보다 출력전압이 낮아지는 것을 방지하기 위한 벅 부스트 컨버터이다. 그러나, 도 1b 내지 도 1f의 벅 부스트 컨버터는 도 1a의 벅 부스트 컨버터보다 소자들이 더 필요하여 비용이 많이 들고 전원 SMPS의 사이즈가 커지는 단점이 있다.
도 2는 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS(100)는 전원부(110), 전원부(110)로부터 입력되는 전압 및 전류를 입력 받고, 입력 받은 전압을 변압하는 변압부(120), 변압부(120)에서 변압되어 출력된 전압이 인가되는 부하부(130)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전원부(110)는 직류전원을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 교류전원과 이를 정류하는 정류부를 포함할 수 수 있다. 이때, 정류부는 다이오드 브리지 등이 사용될 수 있다.
변압부(120)는 전류의 흐름을 온/오프시켜 전류의 경로를 변경해주는 스위치부(121), 스위치부(121)의 온/오프에 따라 에너지를 저장 또는 방출하는 인덕터부(122), 전류의 역방향 흐름을 방지하는 다이오드부(123) 및 스위치부(121)의 정상 상태에서 에너지를 저장하고, 순단시에 에너지를 방출하는 커패시터부(124)를 포함할 수 있다. 스위치부(121)는 트랜지스터(Q1)과 트랜지스터(Q1)에 병렬로 연결된 기생 다이오드(D1)를 포함할 수 있다. 인덕터부(122) 적어도 하나의 인덕터(LF1)을 포함할 수 있다. 다이오드부(123)는 직렬 또는 병롤로 연결된 적어도 하나의 다이오드(D2)를 포함할 수 있다. 커패시터부(124)는 적어도 하나의 평활 커패시터(Cint)를 포함할 수 있다.
부하부(130)는 변압부(120)에 연결되는 부하(RL)를 포함할 수 있다. 부하(RL)는 일반 저항성분일 수도 있으며, 특정 성분으로 한정되지 않는다. 예를 들면, LED 등의 발광소자일 수도 있다.
도 2에 도시된 SMPS(100)의 전원부(110)의 양극과, 인덕터부(122) 및 부하부(130)의 일단은 접지될 수 있다. 전원부(110)의 음극은 커패시터부(124)의 일단 및 스위치부(121)의 일단과 연결될 수 있다. 인덕터부(122)의 타단과 스위치부(121)의 타단 및 다이오드부(123)의 양극은 연결될 수 있다. 다이오드부(123)의 음극은 커패시터부(124)의 타단 및 부하부(130)의 타단, 즉 출력단에 연결될 수 있다.
도 3a는 스위치부(121)가 온 상태일 때의 전류의 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 3b는 스위치부(121)가 오프 상태일 때의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다. 도 4a는 도 1a에 도시된 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS가 정상 상태일 때의 여러 신호의 파형도이고, 도 4b는 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS가 정상 상태일 때의 여러 신호의 파형도이다.
도 2 내지 도 4b를 이용하여 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS의 동작을 설명한다.
먼저, 스위치부(121)가 최초 온 상태가 되면, 전류는 전원부(110)의 양극으로부터 인덕터부(122)와 스위치부(121)를 따라 흐른다. 이때, 인덕터부(122)에는 에너지가 충전된다. 이때, 커패시터부(124)나 부하부(130)으로는 전류가 흐르지 않는다.
다음으로, 스위치(Q1)가 오프 상태가 되면, 전류는 전원부(110)으로부터 인덕터부(122) 및 다이오드부(123)으로 흐르게 된다. 다이오드부(123)를 거친 전류는 부하부(130) 및 커패시터부(124)로 나뉘어 흐르게 된다. 이때, 인덕터부(122)는 에너지를 방출하고, 커패시터부(124)에는 에너지가 저장된다.
스위치(Q1)가 온/오프 동작을 계속 하게 되면, 벅 부스트 컨버터는 정상 상태에 이르게 된다. 정상 상태(steady state)에서의 동작에 대해서 설명하도록 한다.
정상 상태에서, 스위치부(121)가 온 상태가 되면, 전원부(110)으로부터의 입력전류(Iin)는 인덕터부(122)와 스위치부(121)를 따라 흐른다. 커패시터부(124)는 스위치부(121)가 오프 상태였을 때 저장한 에너지를 이용하여 부하부(130)와 인덕터부(122) 및 스위치부(121)를 따라 전류가 흐르도록 한다.
스위치(Q2)가 오프 상태가 되면, 전원부(110)로부터 인덕터부(122) 및 다이오드부(123)로 흐르게 된다. 다이오드부(123)를 거친 전류는 부하부(130) 및 커패시터부(124)로 나뉘어 흐르게 된다. 이때, 커패시터부(124)에는 에너지가 저장된다.
도 1a 내지 도 1f에 도시된 벅 부스트 컨버터는 스위치부가 온 오프 됨에 따라 전원부로부터의 입력이 변환부로 전달되지 않으므로, 스위치부가 온 상태에서 오프 상태로 변할 때 입력전류가 급격히 줄어든다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 스위치부(121)가 온 상태일 때와 오프 상태일 때 입력전류(Iin)는 거의 일정하다. 구체적으로, 스위치부(121)가 온 상태일 때, 입력전류(Iin)는 전원부(110)로부터 접지단으로 흐르고, 스위치부(121)가 오프 상태일 때도 입력전류(Iin)는 전원부(110)으로부터 접지단으로 흐른다. 따라서, 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터의 입력전류(Iin)는 일정하게 유지되므로, 급격한 입력전류(Iin) 변화로 인한 리플 현상을 현저히 개선할 수 있다.
도 5a는 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터 회로의 입력전원이 순단된 회로도이고, 도 5b는 도 5a회로의 등가회로도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 커패시터부(124)는 순단회로의 전원으로 동작한다. 다시 말하면, 커패시터부(124)는 회로가 순단되기 전에 에너지를 저장하고, 회로가 순단되면 에너지를 방출하여 출력 전압을 조정한다. 도 1a 내지 도 1f의 벅 부스트 컨버터에 있어서, 시비율을 D=Vo/(Vo-Vi)라고 하면, 커패시터부 및 부하부에 인가되는 출력 전압은 D/(1-D)*Vi이다. 그러나, 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터에 있어서, 커패시터부(124)에 인가되는 커패시터 전압(Vc)은 출력전압 Vo에서 입력전압 Vi를 뺀 값(즉, Vo-Vi)이므로, Vc = 1/(1-D) * Vi가 된다. 그리고, 출력전압 Vo는 D/(1-D) * Vi이며, D는 0이상 1이하이므로 커패시터 전압(Vc)는 출력전압(Vo)보다 크다. 따라서, 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터는 입력전원이 순단 되어도, 커패시터부(124)에 저장된 에너지를 이용하여 상당 시간동안 전원으로서 동작할 수 있다. 따라서, 입력전원이 순단되에도 출력 전압을 안정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 6은 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터가 역률개선(Power Factor Correction, PFC)회로에 이용된 회로도이다.
도 6을 참조하면, 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 이용한 역률개선회로(200)는, 전원부(210)가 교류전원(211)과 교류전원(211)을 정류하는 정류부(212)를 포함할 수 있다. 정류부(212)는 브릿지 형태의 다이오드를 포함할 수 있다. 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 이용한 역률개선회로(200)는 입력되는 교류전원(211)의 주기에 따라 스위칭의 주기를 매칭시키면, 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터는 역률을 개선하는 회로에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 교류전원(211)의 정류된 신호의 주기가 스위치부(221)의 스위칭 주기의 정수배이면 입력전압의 주기와 SMPS에 흐르는 전류의 주기가 같아지므로, 역률이 개선되는 효과가 있다.
표 1은, 도 1a 내지 도 1f의 벅 부스트 컨버터와 본 발명의 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터의 입력전류 및 소자의 개수를 비교한 것이다.
회로유형 입력전류 출력전압 스위치 다이오드 인덕터 커패시터
일반회로
도 1a		 펄스 반전 1개 1개 1개 1개
비반전형
도 1b		 펄스 비반전 1개 1개 1개 1개
H브리지형
도 1c		 펄스 비반전 2개 2개 1개 1개
SEPIC형
도 1d		 직류+리플 비반전 1개 1개 2개 2개
ZETA형
도 1e		 펄스 비반전 1개 1개 2개 2개
Cuk형
도 1f		 직류+리플 반전 1개 1개 2개 2개
실시형태
도 2		 직류+리플 반전 1개 1개 1개 1개
표 1을 참조하면, 도 1 내지 도 1c 및 도 1e의 벅 부스트 컨버터는 입력전류가 펄스형태이므로 리플이 발생하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 1c 내지 도 1f의 벅 부스트 컨버터는 스위치, 다이오드, 인덕터 및 커패시터 중 일부의 개수가 2개인 것을 알 수 있다. 따라서, 도 1a 내지 도 1f의 벅 부스트 컨버터는 리플 전류가 크거나, 리플 전류를 줄이기 위한 추가적인 소자가 사용되고 있다.
그러나, 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터는 추가적인 소자를 사용하지 않고, 입력전류가 펄스파가 아니므로 상대적으로 작은 리플전류를 가지는 것을 알 수 있다.
이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 100: 벅 부스트 컨버터를 이용한 SMPS
10, 110, 210: 전원부
20, 120: 변압부
30, 130: 부하부
121: 스위치부
122: 인덕터부
123: 다이오드부
124: 커패시터부
211: 교류전원
212: 정류부

Claims (10)

  1. 전원을 공급하는 전원부;
    상기 전원부로부터 입력되는 전압을 강압 또는 승압시키는 변환부; 및
    상기 변환부에서 변압되어 출력된 전압이 인가되는 부하부
    를 포함하고,
    상기 변환부는,
    제1 모드 및 제2 모드에 따라 상기 변환부를 흐르는 전류의 흐름을 변경하는 스위치부,
    상기 제1 모드에서 에너지를 저장하고 상기 제2 모드에서 에너지를 방출하는 인덕터부,
    상기 제1 모드에서 에너지를 방출하고, 제2 모드에서 에너지를 저장하는 커패시터부, 및
    상기 제1 모드와 상기 제2 모드에서 전류의 역방향 흐름을 방지하는 다이오드부를 포함하는,
    스위칭 모드 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터부는, 상기 전원부의 순단(瞬斷)시에 상기 부하부에 전원을 공급하는,
    스위칭 모드 전원 공급 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커패시터부에 인가되는 입력 전압과 상기 부하부에 인가되는 출력 전압은, 아래의 수학식을 만족하는,
    스위칭 모드 전원 공급 장치.
    [수학식]
    Vc = 1 / (1-D) * Vi, Vo = D / (1-D) * Vi
    여기에서, Vc는 상기 커패시터부에 인가되는 전압, Vi는 입력 전압, Vo는 상기 부하부에 인가되는 출력 전압, D는 상기 스위치부의 시비율(Duty ratio)를 의미한다.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인덕터부의 일단은 상기 전원부의 양극 및 상기 부하부의 일단과 연결되고, 타단은 상기 스위치부의 일단 및 상기 다이오드부의 양극과 연결되고,
    상기 커패시터부의 일단은 상기 전원부의 음극 및 상기 스위치부의 타단과 연결되고, 타단은 상기 다이오드부의 음극 및 상기 부하부의 타단과 연결되는,
    스위칭 모드 전원 공급 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전원부는, 교류전원과 상기 교류전원을 정류하여 상기 변환부로 전달하는 정류부를 포함하고,
    상기 스위치부의 스위칭 주기는 상기 교류전원의 주기에 매칭되는,
    스위칭 모드 전원 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 교류전원의 주기의 1/2이 상기 스위치부의 스위칭 주기의 정수배인,
    스위칭 모드 전원 공급 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 모드는 상기 스위치부가 온(on) 상태이고, 상기 제2 모드는 상기 스위치부가 오프(off) 상태인, 스위칭 모드 전원 공급 장치.
  8. 전원부로부터의 입력 전압을 강압 또는 승압하여 부하부에 출력하는 벅 부스트 컨버터에 있어서,
    일단이 상기 전원부의 양극 및 상기 부하부의 일단과 연결되는 인덕터부;
    양극이 상기 인덕터부의 타단과 연결되고, 음극이 상기 부하부의 타단과 연결되는 다이오드부;
    일단이 상기 전원부의 음극 및 상기 부하부의 타단과 연결되는 커패시터부; 및
    상기 커패시터부의 일단 및 상기 인덕터부의 타단 사이에 연결되어 전류의 흐름을 온/오프 제어하는 스위치부
    를 포함하는,
    벅 부스트 컨버터
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인덕터부는,
    상기 스위치부가 온 상태일 때 에너지를 저장하고, 오프 상태일 때 에너지를 방출하고,
    상기 커패시터부는,
    상기 스위치부가 오프 상태일 때 에너지를 저장하고, 온 상태일 때 에너지를 방출하는,
    벅 부스트 컨버터.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 커패시터부는,
    상기 전원부의 순단(瞬斷)시에 상기 부하부에 전원을 공급하는,
    벅 부스트 컨버터.
KR1020140010150A 2014-01-28 2014-01-28 벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치 KR20150089480A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140010150A KR20150089480A (ko) 2014-01-28 2014-01-28 벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140010150A KR20150089480A (ko) 2014-01-28 2014-01-28 벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150089480A true KR20150089480A (ko) 2015-08-05

Family

ID=53885917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140010150A KR20150089480A (ko) 2014-01-28 2014-01-28 벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150089480A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180092990A (ko) * 2015-11-16 2018-08-20 시러스 로직 인터내셔널 세미컨덕터 리미티드 다중 입력/다중 출력 스위칭 컨버터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180092990A (ko) * 2015-11-16 2018-08-20 시러스 로직 인터내셔널 세미컨덕터 리미티드 다중 입력/다중 출력 스위칭 컨버터

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8488340B2 (en) Power converter with boost-buck-buck configuration utilizing an intermediate power regulating circuit
EP3243264B1 (en) Power conversion device
US8194417B2 (en) Two-stage switching power supply
US11128210B2 (en) PFWM control system for switching-mode power supply circuit
US8680783B2 (en) Bias voltage generation using a load in series with a switch
US8395915B2 (en) DC/DC converter
US8787039B2 (en) Hybrid adaptive power factor correction schemes for switching power converters
US20050030772A1 (en) Circuit for maintaining hold-up time while reducing bulk capacitor size and improving efficiency in a power supply
US10924004B2 (en) AC-DC converter circuit arrangement and method for operating a respective AC-DC converter circuit arrangement
KR20120056162A (ko) Ｌｅｄ 구동장치
JP6962687B2 (ja) スイッチング電源装置
US20120306466A1 (en) Step-up dc-dc converter
US20210226544A1 (en) Detection circuit and switching converter
JP2012029363A (ja) 電源回路
US9078317B1 (en) Floating output voltage boost regulator driving LEDs using a buck controller
Hong 11.6 A 1.46 mm 2 Simultaneous Energy-Transferring Single-Inductor Bipolar-Output Converter with a Flying Capacitor for Highly Efficient AMOLED Display in 0.5 µm CMOS
CN113381626B (zh) 一种适于调光驱动的负载供电系统和调光驱动系统
JP2015216044A (ja) 点灯装置および照明器具
CN114531033A (zh) 转换器
US11245338B2 (en) Alternating current-direct current conversion circuit, alternating current-direct current conversion method and charger
KR20150089480A (ko) 벅 부스트 컨버터 및 이를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치
CN115884463A (zh) 平均电流控制电路和方法
JP2017005793A (ja) スイッチングコンバータ、それを用いた照明装置
JP6791486B2 (ja) 発光素子駆動装置及びその駆動方法
JP7065397B2 (ja) 点灯装置、および非常用照明器具

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application