KR20160032430A - 대기전력 저감을 위한 llc 하프 브릿지 방식의 전원공급장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치에 있어서,
변압기(320) 1차측에 위치하며, 입력전압(Vin)을 공급받는 LLC 하프 브릿지 컨버터(310, 400)와 변압기(320) 2차측에 위치하며, 정상상태 부하에서 출력을 부하로 공급하는 정상상태 정류부(330, 410)와, 변압기(320) 2차측에 위치하며, 대기상태 부하에서 출력을 부하로 공급하는 대기상태 정류부(350, 420)와 정상상태 부하에서는 정상상태 정류부(330, 410)의 전력을 전달하기 위한 출력단 제1 스위치(340)를 온(on)시키며, 대기상태 부하에서 대기상태 정류부(350, 420)전력을 전달하기 위한 출력단 제2 스위치(360)를 온(on)시키는 마이크로프로세서와 대기상태 정류부(350)는 가포화 인덕터(510)를 사용하여 제어하며, 대기상태에서 하프 브릿지 스위치는 버스트(Burst) 모드로 동작하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치를 제공한다.
변압기(320) 1차측에 위치하며, 입력전압(Vin)을 공급받는 LLC 하프 브릿지 컨버터(310, 400)와 변압기(320) 2차측에 위치하며, 정상상태 부하에서 출력을 부하로 공급하는 정상상태 정류부(330, 410)와, 변압기(320) 2차측에 위치하며, 대기상태 부하에서 출력을 부하로 공급하는 대기상태 정류부(350, 420)와 정상상태 부하에서는 정상상태 정류부(330, 410)의 전력을 전달하기 위한 출력단 제1 스위치(340)를 온(on)시키며, 대기상태 부하에서 대기상태 정류부(350, 420)전력을 전달하기 위한 출력단 제2 스위치(360)를 온(on)시키는 마이크로프로세서와 대기상태 정류부(350)는 가포화 인덕터(510)를 사용하여 제어하며, 대기상태에서 하프 브릿지 스위치는 버스트(Burst) 모드로 동작하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치를 제공한다.
Description
본 발명은 중부하(Heavy Load)일 경우, 높은 효율을 갖는 LLC(인덕터-인덕터-커패시터) 공진방식의 하프 브릿지 컨버터와 대기모드일 경우, 노이즈를 저감시키는 것뿐만 아니라 효율을 향상시킬 수 있는 전원공급장치에 관한 것이다.
본 발명의 전원공급장치는 변압기 2차측에 정상상태 정류부와 대기상태 정류부가 단일 변압기를 통하여 대기상태에서부터 중부하(Heavy Load)까지 높은 효율로 동작 시킬 수 있는 것이 특징이며, 대기상태에서 버스트 모드(Burst Mode) 동작을 통하여 가청 노이즈를 저감시키는 전원공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 스위칭방식을 이용하는 전원공급장치에서 대기모드는 부하가 거의 사용되지 않는 상태로서 전원공급장치의 효율이 저감되는 문제점을 지니고 있다.
최근, 전원공급장치의 대기상태에서 효율을 저감하기 위한 다양한 방법이 검토되고 있다.
특히, 대기상태에서 일반적으로 이용되는 방법으로 외부의 마이크로프로세서 제어기를 이용한 입력단 스위치 또는 출력단 스위치를 대기상태에서 오프(off)시켜, 전원장치의 동작을 완전하게 정지시키는 방법이 제안되었다.
하지만, 이 방식에서는 다시 부하가 동작할 때 부하에 전력공급이 빠르게 응답되지 못하는 문제점이 있다.
이를 개선하기 위하여 아래의 [특허문헌1]에서는 교류 전원을 온(on), 오프(off) 시키는 파워 스위치를 구비하고, 교류 전원의 정상 또는 비정상인 상태를 검출하여 정상인 경우 전원장치를 동작시키지만 비정상인 경우 대기모드로 인식하여 주 전원의 입력 전원을 오프(off)시키는 기술을 공개한바 있다.
한편 [특허문헌2]에서는 더욱 개선된 방식으로 피드백 전압과 스위치 전류를 통해서 대기상태를 검출하고, 주파수를 특정 저주파수에서만 동작시키는 버스트 모드(Burst Mode) 제어방식을 제안하여 대기 모드에서 효율향상과 함께 가청 주파수영역의 노이즈를 저감시키는 스위칭 제어장치를 제안한바 있다.
본 발명의 실시 예들은 공진 방식의 하프 브릿지 컨버터에 대해 스위칭 손실을 최소화시킬 수 있으며 또한 대기상태에서 버스트 모드 동작을 통하여 가청 노이즈를 저감시키는 전원공급장치를 제공한다.
종래의 포워드 또는 플라이백 컨버터는 변압기 이용률이 매우 제한되기 때문에 전원공급장치의 효율이 저감되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본원발명은 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치에 관한 것으로서, 변압기(320) 1차측에 위치하며, 입력전압(Vin)을 공급받는 LLC 하프 브릿지 컨버터(310, 400)와 변압기(320) 2차측에 위치하며, 정상상태 부하에서 출력을 부하로 공급하는 정상상태 정류부(330, 410)와 변압기(320) 2차측에 위치하며, 대기상태 부하에서 출력을 부하로 공급하는 대기상태 정류부(350, 420)와 정상상태 부하에서는 정상상태 정류부(330, 410)의 전력을 전달하기 위한 출력단 제1 스위치(340)를 온(on)시키며, 대기상태 부하에서 대기상태 정류부(350, 420)전력을 전달하기 위한 출력단 제2 스위치(360)를 온(on)시키는 마이크로프로세서와 대기상태 정류부(350)는 가포화 인덕터(510)를 사용하여 제어하며, 대기상태에서 하프 브릿지 스위치는 버스트(Burst) 모드로 동작하는 것을 특징으로 하고,
상기 LLC 하프 브릿지 컨버터(400)는 변압기(320) 1차측 제1, 제2 주스위치(460, 470)가 하프 브릿지 구조이며, 제1 스위치(460)와 제2 스위치(470)의 접점에서 변압기 1차측 일단에 공진 커패시터(480)가 위치하며 변압기 1차측 타단에 공진 인덕터(490)가 위치하며,
상기 대기상태 정류부(350)에서 가포화 인덕터(510)는 제1,2 분압저항(610,620)의 검출값과 기준전압(600)을 비교하는 비교기(590)의 제어신호를 바탕으로 포화 여부가 결정되고,
상기 대기상태 정류부(350)부의 출력 전압은 정상상태 정류부(330)의 출력 전압과 비교하여 10 내지 20% 저감되어 출력전압이 출력되는 것을 특징으로 하며,
상기 정상상태 정류부(410)에서는 정상상태모드에서 대기상태모드로 전환하기 위하여 출력단 제1 스위치(340)가 배치되며, 상기 대기상태 정류부(420)에서는 대기상태모드에서 정상상태모드로 전환하기 위하여 출력단 제2 스위치(360) 및 출력단 제3 스위치(560)가 배치되고,
상기 정상상태모드에서 대기상태모드로 전환하면 출력단 제1 스위치(340)는 온(on)에서 오프(off)로 전환되며, 출력단 제2 스위치(360)는 오프(off)에서 온(on)으로 전환되며, 출력단 제3 스위치(560)은 오프(off)에서 온(on)으로 전환되는 것을 특징으로 하며,
상기 대기상태모드에서 정상상태모드로 전환하면 출력단 제1 스위치(340)는 오프(off)에서 온(on)로 전환되며, 출력단 제2 스위치(360)는 온(on)에서 오프(off)으로 전환되며, 출력단 제3 스위치(560)은 온(on)에서 오프(off)로 전환되고,
상기 가포화 인덕터(510)는 비교기(590)의 출력값에 따라 스위칭 하는 출력단 제4 스위치(502)의 출력에 따라서 가포화 인덕터(510)의 포화 특성이 제어되며,
상기 가포화 인덕터(510)는 출력단 제4 스위치(502)의 출력이 제1 제어 다이오드(530)을 통해서 가포화 인덕터(510)의 포화 특성이 제어되고,
상기 정상모드 동작구간(810)의 스위칭 주파수는 20 내지 200kHz이며,
상기 버스터 모드(Burst Mode) 동작구간(830)의 버스트 모드 스위칭 군(831) 사이의 주파수는 100Hz이고, 상기 버스트 모드 스위칭 군의 내부의 스위칭 주파수는 20 내지 200kHz인 것을 특징으로 하고,
상기 공진 커패시터(480), 변압기의 인덕터 및 공진 인덕터(490)의 공진을 통하여 LLC(인덕터-인덕터-커패시터) 공진을 하며,
상기 LLC(인덕터-인덕터-커패시터) 공진을 통하여 1차측 제1,2 주스위치(460, 470)가 영전압 스위칭(ZVS:Zero Voltage Switching, 230,260) 하는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치에 관한 것이다.
본 발명은 정상상태의 부하에서 변압기 1차측에 LLC 공진을 통하여 주 스위치가 모두 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching)이 됨으로써, 효율을 향상시키고 대기상태에서는 가포화 인덕터(Mag Amp)를 이용하여 대기상태 정류부를 통해서 출력함으로써, 효율이 향상되는 특징을 지니고 있다.
또한, 대기상태에서 변압기 1차측의 제1,2 주스위치(460, 470)가 버스트 모드(Burst Mode)로 동작함으로써, 가청 주파수영역의 노이즈가 저감되는 전원공급장치를 제공한다.
도 1은 종래의 포워드 컨버터 예시도,
도 2는 본 발명에서 사용된 LLC 하프 브릿지 컨버터 예시도,
도 3은 도2의 LLC 하프 브릿지 컨버터의 스위치 전압 전류 파형 및 변압기 전압 전류 파형도,
도 4는 LLC 하프 브릿지 컨버터 정상상태 정류부 및 대기상태 정류부로 구성된 본 발명의 전체 구성도,
도 5는 도4의 세부적인 회로도,
도 6은 본 발명의 대기상태 정류부 및 가포화 인덕터를 이용한 제어 방법을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 대기상태 정류부의 세부적인 회로도,
도 8은 정상상태 동작, 스킵 모드(Skip Mode) 동작, 버스트 모드(Burst Mode) 동작 파형도.
도 2는 본 발명에서 사용된 LLC 하프 브릿지 컨버터 예시도,
도 3은 도2의 LLC 하프 브릿지 컨버터의 스위치 전압 전류 파형 및 변압기 전압 전류 파형도,
도 4는 LLC 하프 브릿지 컨버터 정상상태 정류부 및 대기상태 정류부로 구성된 본 발명의 전체 구성도,
도 5는 도4의 세부적인 회로도,
도 6은 본 발명의 대기상태 정류부 및 가포화 인덕터를 이용한 제어 방법을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 대기상태 정류부의 세부적인 회로도,
도 8은 정상상태 동작, 스킵 모드(Skip Mode) 동작, 버스트 모드(Burst Mode) 동작 파형도.
본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 포워드 컨버터를 나타낸다. 포워드 컨버터는 입력전원(10)을 변압기(50)를 통하여 출력부하(90)로 전력을 전달하는 일반적인 방식이다.
무엇보다 주 스위치(30)의 스위칭 동작으로 변압기(50)는 시간에 따라 전류변화가 발생하고, 전력이 전달되는데 변압기(50)에 한 방향으로 전력이 전달되어 이로 인해 변압기(50)가 포화되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여 리셋 권선(20)이 반드시 필수적이지만, 변압기(50)의 잔존 에너지가 리셋 권선(20)을 통해서 전원측으로 완전하게 리셋 되지 않는다면, 주 스위치(30)에 손실이 증가하는 문제점이 발생하고 이로 인하여 효율이 낮은 특징이 있다.
도 2는 LLC 하프 브릿지(Half-Bridge) 회로도를 나타내며 도1의 종래 포워드 컨버터에서 리셋권선이 없어진 것이 장점이다.
특히, 공진 커패시터(140), 변압기(170), 공진 인덕터(160)가 서로 공진하므로 LLC 공진으로 인하여 제1 및 제2 주스위치(120, 130)를 영전압으로 스위칭하는 특성이 있다.
또한, 공진 커패시터(140)를 변압기(170) 1차측과 제1 주스위치(120) 및 제2 주스위치(130)의 접점에 연결할 경우, 스위칭 특성이 우수한 특징이 있다.
2차측 출력 브릿지 다이오드(180)은 풀브리지(Full-Bridge) 방식이지만, 부하에서 요구하는 전압에 따라 센터 탭(Center-Tap) 방식, 배전압(Voltage-Doubler) 방식, 배전류(Current-Doubler) 방식 등 다양한 정류 방식의 변경이 가능하다.
도 3은 도2 회로의 제1 및 제2 주스위치(120,130), 변압기(170)의 전압 및 전류 파형을 나타낸다.
특히, 도3(a)는 제1 주스위치(120)의 제1 스위치 전압 및 전류(210, 210) 파형이고, 도3(b)는 제2 주스위치(130)의 제2스위치 전압 및 전류(240, 250) 파형이며 도3(c)는 변압기 전압 및 전류(270, 280) 파형을 나타내는 것으로 제1 및 제2 주스위치가 영전압 상태에서 제1 및 제2 스위치의 영전압 스위칭(ZVS:Zero Voltage Switching)파형(230, 260)이 턴온(turn on)되는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 대표도이며 전체의 개념도를 나타낸다.
본 발명은 도 2와 같은 고효율 특성의 LLC 공진 방식을 이용하는 것으로 입력전압(Vin)을 공급받는 LLC 하프 브릿지 컨버터(310)를 변압기(320) 1차측에 연결하고, 상기 변압기(320) 2차측에는 정상상태 정류부(330)와 대기상태 정류부(350)가 자기적으로 결합된 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 부하와 연결된 출력단 제1 스위치(340)는 정상상태 동작에서 온(on)상태를 유지하여 LLC 하프 브릿지 컨버터(310)가 정상상태 정류부(330)를 통해서 부하로 전력을 전달하는 역할을 하고, 대기상태에서는 출력단 제2 스위치(360)가 오프(off) 상태를 유지한다.
이와 반대로 출력단 부하와 연결된 출력단 제2 스위치(360)가 대기모드에서 온(on)상태를 유지하면, 정상상태에서는 오프(off)를 함으로써 대기상태에서 부하에 전력을 전달한다.
특히, 출력단에 연결된 출력단 제1 및 제2스위치(340, 360)는 마이크로프로세서 또는 Op-Amp 등 디지털 및 아날로그 제어기를 통하여 제어가 가능하다.
도 5는 본 발명의 개념도인 도4의 세부적인 회로를 나타낸다.
도5에 도시된 바와 같이 본 발명의 LCC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치는 1차측의 LCC 하프 브릿지 컨버터(400), 2차측의 정상상태 정류부(410), 대기상태 정류부(420), 출력 부하(430)를 포함할 수 있다.
1차측의 일반적인 LCC 하프 브릿지 컨버터(400)는 입력전원(440)으로부터 입력 커패시터(450)로 인가된 전원을 포함하며 변압기(320)의 1차측 제1 주스위치(460)및 제2 주스위치(470)가 하프브릿지 스위칭 방식으로 주스위치와 보조스위치의 역할을 수행한다.
제1 스위치가 온(on)되고 제2 스위치가 오프(off)일 경우 1차측의 전력전달은 제 1스위치를 통하여 변압기(320) 일단에는 공진 커패시터(480)가 위치하고, 타단에는 공진 인덕터(490)가 위치하여 전달되며 제2 스위치의 내부커패시터에 에너지를 저장한다.
또한 제2 스위치가 온(on)되고 제1 스위치가 오프(off)되면 공진 전류는 제2 스위치의 내부 역 병렬 다이오드를 통하여 역방향으로 흐르고 영전압 스위칭(ZVS)을 이루며 각 스위치는 같은 동작을 반복한다. 2차측에서는 출력 부하(430)로 전력을 전달시키는 정상상태 정류부(330)와 가포화 인덕터(510)를 사용한 대기상태 정류부(350)로 구성되어 있으며 대기상태 정류부를 제어하는 제어기(720)를 통하여 대기상태에서 출력 전압을 제어하는 방식으로 구성된다.
특히 정류부(350)에서는 가포화 인덕터(510)를 사용하였고 이를 제어하는 대기상태 정류부의 기포화 인덕터 제어기(720)를 통하여 대기상태에서 출력 전압을 제어하는 방식으로 구성된다.
특히 대기상태의 출력전압은 정상상태 출력전압에 비교하여 약10~20%가 저감되게 셋팅하는 것이 특징이다.
대기상태에서는 부하가 최소의 전압만을 공급하면 되는 것이며, 대기상태에서 정상상태로 전환 시 빠르게 응답하도록 하는 것이 가장 필수적이다.
대기상태의 출력전압을 약10~20% 저감하기 위하여 대기상태 정류부의 출력 커패시터(580)의 전압을 검출하기 위한 제1, 제2 분압저항(610, 620)을 구비하고, 상기 제1, 제2 분압저항(610, 620)의 전압과 기준전압(600)을 비교하는 비교기(590)을 구비한다.
상기 비교기(590)의 출력은 저항을 통하여 출력단 제4 스위치(502)를 구동하고, 출력단 제4 스위치(502)의 구동값을 바탕으로 가포화 인덕터(510)을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 대기상태에서는 마이크로프로세서(미도시) 출력 전류를 검출하고, 대기상태 여부를 판단한다.
전 부하(100% 부하) 전류의 약 3% 미만의 부하 전류인 경우 대기상태라고 판단하고, 마이크로프로세서는 대기상태 정류부(350)로 동작을 전환하게 하는데 대기상태 정류부(350)의 제어기를 동작하는 출력단 제3 스위치(560)를 온(on)시키고, 정상상태 정류부(330)의 출력단 제1 스위치(340)를 오프(off)시킴으로 차단시킨다.
또한 대기상태 정류부(350)의 전력을 부하에 공급하기 위하여 출력단 제2 스위치(360)을 온(on)시킴을 통해서 대기상태 모드로 동작시킨다.
또한 대기상태에서 정상상태로 동작을 변환하는 경우 위의 상태와 반대로 스위칭을 동작하면 된다.
정상상태와 대기상태의 변환에 대하여 마이크로프로세서가 제어하는 스위칭을 정리하면 다음과 같다.
(1) 정상상태 -> 대기상태 : 출력단 제1 스위치(340) 온->오프/ 출력단 제2 스위치(360) 오프->온/ 출력단 제3 스위치(560) 오프->온
(2) 대기상태 -> 정상상태 : 출력단 제1 스위치(340) 오프->온/ 출력단 제2 스위치(360) 온->오프/ 출력단 제3 스위치(560) 온->오프
도 6은 대기상태 정류부(350)의 세부회로이며 대기상태 정류부 가포화 인덕터 제어기(720)가 가포화 인덕터(650)를 제어한다.
가포화 인덕터(650)는 히스테리시스 특성 및 가포화 인덕터 자화곡선(BH-곡선, 730)을 따라 동작하며, 본 발명의 가포화 인덕터 자화곡선(730)은 일반적인 변압기 코어의 특성 곡선에 비하여 에너지의 저장 비율이 매우 작은 것이 특징이다.
또한, 1차측 제1 주스위치(460) 및 1차측 제2 주스위치(470)의 동작으로 변압기(640)는 교번적인 일반적인 인덕터의 충전 구간과 방전 구간(740, 750)을 통하여 가포화 인덕터(650)가 온(on) 되는 구간을 제어함으로써 출력전압을 제어하는 특징을 가지고 있다.
특히, t1~t2 구간은 가포화 인덕터 충전구간(760)은 가포화 인덕터(650)에 의해서 제어되는 구간으로 대기상태 정류부(350)의 가포화 인덕터 제어기(720)가 가포화 인덕터(650)를 통하여 1차측 제1 주스위치(460) 및 1차측 제2 주스위치(470)를 제어하는 것이 특징으로 하고 있다.
도 6a에서 대기상태 정류부(350)의 대기상태 정류부의 가포화 인덕터 제어기(720)는 제1 제어 다이오드(710)를 통해서 가포화 인덕터(650)을 제어하는 것을 특징으로 하고 있으며, 도 6b 가포화 인덕터(650)의 BH 곡선으로 일반적인 페라이트 코어에 비교하여 BH 곡선의 면적이 매우 작다.
즉 이를 바탕으로 인덕터로서 기능보다는 자성체(가포화 인덕터)가 포화되는 특징을 이용하여 스위치처럼 동작하는 것이 특징이다.
도 6c는 가포화 인덕터를 이용하여 스위칭 되는 것을 나타내는 것으로 일반적인 인덕터는 도 6c의 상측 그림처럼 인덕터로 전류을 전달하는 스위치(Q,미도시)가 온(on)시 에너지를 저장하고 스위치(Q,미도시)가 오프(off)시 에너지를 방전하는 것이 특징이다.
하지만 도 6c의 하측 그림은 가포화 인덕터(650)의 에너지 저장 특징으로 가포화 인덕터(650)에서 제어기가 동작하기 전에 시간 t1 ~ t2에서 가포화 인덕터의 충전 구간(760)에서만 가포화 인덕터(650)가 에너지를 저장하므로 전력을 출력 측(부하)으로 통과시키지 못하고, 시간 t2 ~ t3는 가포화 인덕터 포화 구간(770)에서 가포화 인덕터(650)가 포화상태이므로 마치 도선(스위치 on 상태)처럼 작용하기에 에너지를 출력 측(부하)으로 통과시킨다.
즉 전력을 출력측으로 통과되는 구간은 t2 ~ t3 구간이며, 마치 가포화 인덕터(650) 스위치 온(on) 상태의 구간이 바로 가포화 인덕터 포화 구간(770)이다.
따라서 가포화 인덕터(650)의 포화도를 제어하여서 전력을 전달하는 것을 본 발명의 대기상태 정류부(350)의 기술적 특징으로 한다.
도 7은 대기상태 정류부의 세부적인 회로를 나타낸다.
출력전압을 정전압 상태로 유지하기 위하여 제1, 제2 분압저항(610, 620)을 통한 출력전압 검출값과 기준전압(600)을 비교기(590)를 통하여 비교하고 이를 출력단 제4 스위치(502)를 통하여 가포화 인덕터(510)를 제어한다.
특히, 가포화 인덕터(510)는 변압기 2차측 권선(501)과 직렬로 배치함으로써 2차측으로 전력이 전달되는 정도를 제어하는 것이 기술적 특징이라고 할 수 있다.
세부적인 회로에서 가포화 인덕터(510)를 제어하기 위하여 출력 정류를 위한 제1 정류 다이오드(520)의 양단에 제1, 제2 제어 다이오드(530,540)가 각각 필요하며, 가포화 인덕터(510)의 포화도를 제어하기 위하여 출력단 제4 스위치(502)가 필요하다.
또한 출력단 제3 스위치(560)는 대기상태 정류부(350)의 제어기에 전력을 공급하는 회로로서 대기상태에서 온(on)동작 하여서 대기상태 정류부(350)의 동작을 결정하는 스위치이다.
출력부와 연결된 제1, 제2 분압 저항(610, 620)은 기준전압(600)과 비교하여 비교기(590)으로 출력전압의 에러값을 비교한다.
대기상태 정류부(350)의 기준전압을 정상상태 정류부(330)의 10~20% 저감되도록 설계하고 있으며, 비교기(590)의 출력은 제1, 제2, 제3 저항(503, 504, 505)를 통해서 가포화 인덕터(510)를 제어하기 위한 출력단 제4 스위치(502)를 구동하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 8은 정상모드 동작구간(810), 스킵 모드(Skip Mode) 동작 구간(820), 버스트 모드(Burst Mode) 동작 구간(830) 파형도를 나타낸다.
일반적으로 스위칭 전원장치는 정상상태에서 20~200 kHz 주파수로 구동하며 대기상태에서 스킵 모드(Skip Mode) 동작 또는 버스트 모드(Burst Mode) 동작으로 제어된다.
스킵 모드 동작은 1~10 kHz 동작하는 방식이지만 이러한 방식은 가청 노이즈를 발생하므로 전자장치를 사용하는 사람에게 불쾌한 소음을 일으키는 문제점이 발생하고, 버스터 모드(Burst Mode)는 100Hz주기로 간헐적으로 동작하므로 가청노이즈가 저감되는 장점을 지니고 있다.
대기상태 제어방식은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(당업자)가 선택적으로 적용할 수 있는 것이므로 대기상태에서 하프 브릿지 컨버터는 스킵 모드 동작구(820) 또는 버스트 모드 동작(830)을 모두 선택적으로 동작할 수 있다.
그러나 본 발명에서는 대기상태에서 LLC 하프 브릿지 컨버터(310)의 1차측 제1주스위치 및 제2 주스위치(460,470)를 버스트 모드(Burst Mode)로 동작시킴으로써 대기상태시 가청노이즈를 저감하는 방식을 채택한 전원공급장치를 기술적 특징으로 하고 있다.
10 : 입력전원
20 : 리셋권선
30 : 주 스위치 40 : 1차측 리셋다이오드
50 : 변압기 60 : 2차측 출력 다이오드
70 : 2차측 출력 인덕터 80 : 2차측 출력 커패시터
90 : 출력 부하
110 : 입력전원 120 : 제1 주 스위치
130 : 제2 주 스위치 140 : 공진 커패시터
150 : 제1,2 스위치 제어기 160 : 공진 인덕터
170 : 변압기 180 : 2차측 출력 브릿지 다이오드
190 : 2차측 출력 필터 200 : 출력 부하
210 : 제1 스위치 전류 220 : 제1 스위치 전압
230 : 제1 스위치의 영전압 스위칭(ZVS) 파형
240 : 제2 스위치 전압 250 : 제2 스위치 전류
260 : 제2 스위치의 영전압 스위칭(ZVS) 파형
270 : 변압기 전압 280 : 변압기 전류
300 : 입력 전원 310 : LLC 하프 브릿지 컨버터
320 : 변압기 330 : 정상상태 정류부
340 : 출력단 제1 스위치 350 : 대기상태 정류부
360 : 출력단 제2 스위치 370 : 출력 전압
400 : LLC 하프 브릿지 컨버터 410 : 정상상태 정류부
420 : 대기상태 정류부 430 : 출력 부하
440 : 입력 전원 450 : 입력 커패시터
460 : 1차측 제1 주스위치 470 : 1차측 제2 주스위치
480 : 공진 커패시터 490 : 공진 인덕터
500 : 정상상태 정류부의 출력 커패시터
501 : 변압기 2차측 인덕터 502 : 출력단 제4 스위치
503 : 제1 저항 504 : 제2 저항
505 : 제3 저항 510 : 가포화 인덕터(Mag Amp)
520 : 제1 정류 다이오드 530 : 제1 제어 다이오드
540 : 제2 제어 다이오드
550 : 대기상태 정류부의 가포화 인덕터 구동부
560 : 출력단 제3 스위치 570 : 대기상태 정류부의 출력 인덕터
580 : 대기상태 정류부의 출력 커패시터
590 : 비교기 600 : 기준전압
610 : 제1 분압 저항 620 : 제2 분압 저항
630 : 입력 전원 640 : 변압기
650 : 가포화 인덕터(MaG Amp) 660 : 제1 정류 다이오드
670 : 제2 정류 다이오드 680 : 출력 인덕터
690 : 출력 커패시터 700 : 출력 부하
710 : 제1 제어 다이오드
720 : 대기상태 정류부의 가포화 인덕터 제어기
730 : 가포화 인덕터 자화곡선(B-H 곡선)
740 : 일반적인 인덕터의 충전 구간
750 : 일반적인 인덕터의 방전 구간
760 : 가포화 인덕터(Mag Amp) 충전 구간
770 : 가포화 인덕터(Mag Amp) 포화 구간
780 : 가포화 인덕터 충전으로 출력(부하측)으로 전력이 전달되지 못하는
간
790 : 가포화 인덕터 포화로 출력(부하측)으로 전력이 전달되는 구간
810 : 정상모드 동작 구간
820 : 스킵 모드(Skip Mode) 동작 구간
830 : 버스트 모드(Burst Mode) 동작 구간
831 : 버스트 모드(Burst Mode) 스위칭 군
30 : 주 스위치 40 : 1차측 리셋다이오드
50 : 변압기 60 : 2차측 출력 다이오드
70 : 2차측 출력 인덕터 80 : 2차측 출력 커패시터
90 : 출력 부하
110 : 입력전원 120 : 제1 주 스위치
130 : 제2 주 스위치 140 : 공진 커패시터
150 : 제1,2 스위치 제어기 160 : 공진 인덕터
170 : 변압기 180 : 2차측 출력 브릿지 다이오드
190 : 2차측 출력 필터 200 : 출력 부하
210 : 제1 스위치 전류 220 : 제1 스위치 전압
230 : 제1 스위치의 영전압 스위칭(ZVS) 파형
240 : 제2 스위치 전압 250 : 제2 스위치 전류
260 : 제2 스위치의 영전압 스위칭(ZVS) 파형
270 : 변압기 전압 280 : 변압기 전류
300 : 입력 전원 310 : LLC 하프 브릿지 컨버터
320 : 변압기 330 : 정상상태 정류부
340 : 출력단 제1 스위치 350 : 대기상태 정류부
360 : 출력단 제2 스위치 370 : 출력 전압
400 : LLC 하프 브릿지 컨버터 410 : 정상상태 정류부
420 : 대기상태 정류부 430 : 출력 부하
440 : 입력 전원 450 : 입력 커패시터
460 : 1차측 제1 주스위치 470 : 1차측 제2 주스위치
480 : 공진 커패시터 490 : 공진 인덕터
500 : 정상상태 정류부의 출력 커패시터
501 : 변압기 2차측 인덕터 502 : 출력단 제4 스위치
503 : 제1 저항 504 : 제2 저항
505 : 제3 저항 510 : 가포화 인덕터(Mag Amp)
520 : 제1 정류 다이오드 530 : 제1 제어 다이오드
540 : 제2 제어 다이오드
550 : 대기상태 정류부의 가포화 인덕터 구동부
560 : 출력단 제3 스위치 570 : 대기상태 정류부의 출력 인덕터
580 : 대기상태 정류부의 출력 커패시터
590 : 비교기 600 : 기준전압
610 : 제1 분압 저항 620 : 제2 분압 저항
630 : 입력 전원 640 : 변압기
650 : 가포화 인덕터(MaG Amp) 660 : 제1 정류 다이오드
670 : 제2 정류 다이오드 680 : 출력 인덕터
690 : 출력 커패시터 700 : 출력 부하
710 : 제1 제어 다이오드
720 : 대기상태 정류부의 가포화 인덕터 제어기
730 : 가포화 인덕터 자화곡선(B-H 곡선)
740 : 일반적인 인덕터의 충전 구간
750 : 일반적인 인덕터의 방전 구간
760 : 가포화 인덕터(Mag Amp) 충전 구간
770 : 가포화 인덕터(Mag Amp) 포화 구간
780 : 가포화 인덕터 충전으로 출력(부하측)으로 전력이 전달되지 못하는
간
790 : 가포화 인덕터 포화로 출력(부하측)으로 전력이 전달되는 구간
810 : 정상모드 동작 구간
820 : 스킵 모드(Skip Mode) 동작 구간
830 : 버스트 모드(Burst Mode) 동작 구간
831 : 버스트 모드(Burst Mode) 스위칭 군
Claims (13)
- LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치에 있어서,
변압기(320) 1차측에 위치하며, 입력전압(Vin)을 공급받는 LLC 하프 브릿지 컨버터(310, 400);
변압기(320) 2차측에 위치하며, 정상상태 부하에서 출력을 부하로 공급하는 정상상태 정류부(330, 410);
변압기(320) 2차측에 위치하며, 대기상태 부하에서 출력을 부하로 공급하는 대기상태 정류부(350, 420);
정상상태 부하에서는 정상상태 정류부(330, 410)의 전력을 전달하기 위한 출력단 제1 스위치(340)를 온(on)시키며, 대기상태 부하에서 대기상태 정류부(350, 420)전력을 전달하기 위한 출력단 제2 스위치(360)를 온(on)시키는 마이크로프로세서;
대기상태 정류부(350)는 가포화 인덕터(510)를 사용하여 제어하며, 대기상태에서 하프 브릿지 스위치는 버스트(Burst) 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제1항에 있어서,
상기 LLC 하프 브릿지 컨버터(400)는 변압기(320) 1차측 제1, 제2 주스위치(460, 470)가 하프 브릿지 구조이며, 제1 스위치(460)와 제2 스위치(470)의 접점에서 변압기 1차측 일단에 공진 커패시터(480)가 위치하며 변압기 1차측 타단에 공진 인덕터(490)가 위치하는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제1항에 있어서,
상기 대기상태 정류부(350)에서 가포화 인덕터(510)는 제1,2 분압저항(610,620)의 검출값과 기준전압(600)을 비교하는 비교기(590)의 제어신호를 바탕으로 포화 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제3항에 있어서,
상기 대기상태 정류부(350)부의 출력 전압은 정상상태 정류부(330)의 출력 전압과 비교하여 10 내지 20% 저감되어 출력전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제1항에 있어서,
상기 정상상태 정류부(410)에서는 정상상태모드에서 대기상태모드로 전환하기 위하여 출력단 제1 스위치(340)가 배치되며, 상기 대기상태 정류부(420)에서는 대기상태모드에서 정상상태모드로 전환하기 위하여 출력단 제2 스위치(360) 및 출력단 제3 스위치(560)가 배치된 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제5항에 있어서,
상기 정상상태모드에서 대기상태모드로 전환하면 출력단 제1 스위치(340)는 온(on)에서 오프(off)로 전환되며, 출력단 제2 스위치(360)는 오프(off)에서 온(on)으로 전환되며, 출력단 제3 스위치(560)은 오프(off)에서 온(on)으로 전환되는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제5항에 있어서,
상기 대기상태모드에서 정상상태모드로 전환하면 출력단 제1 스위치(340)는 오프(off)에서 온(on)로 전환되며, 출력단 제2 스위치(360)는 온(on)에서 오프(off)으로 전환되며, 출력단 제3 스위치(560)은 온(on)에서 오프(off)로 전환되는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제1항에 있어서,
상기 가포화 인덕터(510)는 비교기(590)의 출력값에 따라 스위칭 하는 출력단 제4 스위치(502)의 출력에 따라서 가포화 인덕터(510)의 포화 특성이 제어되는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제8항에 있어서,
상기 가포화 인덕터(510)는 출력단 제4 스위치(502)의 출력이 제1 제어 다이오드(530)을 통해서 가포화 인덕터(510)의 포화 특성이 제어되는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제1항에 있어서,
상기 정상모드 동작구간(810)의 스위칭 주파수는 20 내지 200kHz인 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제1항에 있어서,
상기 버스터 모드(Burst Mode) 동작구간(830)의 버스트 모드 스위칭 군(831) 사이의 주파수는 100Hz이고, 상기 버스트 모드 스위칭 군의 내부의 스위칭 주파수는 20 내지 200kHz인 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제1항에 있어서,
상기 공진 커패시터(480), 변압기의 인덕터 및 공진 인덕터(490)의 공진을 통하여 LLC(인덕터-인덕터-커패시터) 공진을 하는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
- 청구항 제1항에 있어서,
상기 LLC(인덕터-인덕터-커패시터) 공진을 통하여 1차측 제1,2 주스위치(460, 470)가 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching, 230,260) 하는 것을 특징으로 하는 대기전력 저감을 위한 LLC 하프 브릿지 방식의 전원공급장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020140122517A KR20160032430A (ko) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | 대기전력 저감을 위한 llc 하프 브릿지 방식의 전원공급장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020140122517A KR20160032430A (ko) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | 대기전력 저감을 위한 llc 하프 브릿지 방식의 전원공급장치 |
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| KR20160032430A true KR20160032430A (ko) | 2016-03-24 |
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| KR1020140122517A KR20160032430A (ko) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | 대기전력 저감을 위한 llc 하프 브릿지 방식의 전원공급장치 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230169521A (ko) | 2022-06-08 | 2023-12-18 | 정호철 | 전기차 충전기 및 그를 이용한 시스템 |
-
2014
- 2014-09-16 KR KR1020140122517A patent/KR20160032430A/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| KR20230169521A (ko) | 2022-06-08 | 2023-12-18 | 정호철 | 전기차 충전기 및 그를 이용한 시스템 |
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