KR20160114236A

KR20160114236A - 컨버터 및 이를 포함하는 어댑터

Info

Publication number: KR20160114236A
Application number: KR1020150040198A
Authority: KR
Inventors: 김정은; 이정남; 이승현; 문건우
Original assignee: 주식회사 솔루엠; 한국과학기술원; 삼성전기주식회사
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-10-05

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨버터 및 이를 포함하는 어댑터가 공개된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터는 스위칭 동작을 수행하여 입력 전원을 동작 전원으로 변환하고, 상기 동작 전원을 출력하는 스위칭부, 제1 1차 권선과 제2 1차 권선의 상호 연결 상태에 따라 권선비가 가변되고, 상기 권선비에 따라 상기 동작 전원을 변환 전원으로 변환하고, 상기 변환 전원을 출력하는 트랜스부, 및 상기 변환 전원을 정류하고 평활하여 상기 출력 전원을 출력하는 출력부를 포함한다.

Description

컨버터 및 이를 포함하는 어댑터{A Converter and an adapter comprising the same}

본 출원은 컨버터 및 이를 포함하는 어댑터에 관한 것이다.

최근 스마트폰, 노트북 등 다양한 소형 전자기기들에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 소형 전자기기들의 사용을 위한 교류-직류 어댑터(AC/DC 어댑터)에 대한 수요도 지속적으로 증가하고 있다.

AC/DC 어댑터는 일반적으로 컨버터를 포함한다. 널리 사용되는 컨버터로는 플라이백 컨버터와 LLC 공진 컨버터가 있다. 일반적으로 LLC 공진 컨버터는 스위칭 주파수를 높일 수 있고, 영전압 스위칭이 가능하므로, AC/DC 어댑터의 고효율/고밀도화를 위해 AC/DC 어댑터에 LLC 공진 컨버터를 적용하는 것을 고려할 수 있다.

그런데, AC/DC 어댑터는 넓은 입력전압 범위를 가질 것을 요구받고 있다. 이 경우, AC/DC 어댑터에 입력되는 입력 전압이 커지면, 원하는 크기를 가지는 출력 전압을 출력하기 위한 LLC 공진 컨버터의 스위칭 주파수가 급격히 증가하게 되고, 이로 인해 스위칭 손실이 증가하게 된다.

대한민국공개특허 2013-0100308호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 효율이 개선된 컨버터가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 컨버터를 포함하는 어댑터가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터는 스위칭 동작을 수행하여 입력 전원을 동작 전원으로 변환하고, 상기 동작 전원을 출력하는 스위칭부, 제1 1차 권선과 제2 1차 권선의 상호 연결 상태에 따라 권선비가 가변되고, 상기 권선비에 따라 상기 동작 전원을 변환 전원으로 변환하고, 상기 변환 전원을 출력하는 트랜스부, 및 상기 변환 전원을 정류하고 평활하여 출력 전원을 출력하는 출력부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 어댑터는 외부로부터 입력되는 교류 전원을 정류하여 입력 전원을 출력하는 정류부, 및 상기 입력 전원을 출력 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터를 포함하고, 상기 컨버터는 스위칭 동작을 수행하여 상기 입력 전원을 동작 전원으로 변환하고, 상기 동작 전원을 출력하는 스위칭부, 제1 1차 권선과 제2 1차 권선의 상호 연결 상태에 따라 권선비가 가변되고, 상기 권선비에 따라 상기 동작 전원을 변환 전원으로 변환하고, 상기 변환 전원을 출력하는 트랜스부, 및 상기 변환 전원을 정류하고 평활하여 상기 출력 전원을 출력하는 출력부를 포함한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 및 이를 포함하는 어댑터는 역률 교정기 없이도 넓은 입력 전압 범위를 가짐과 동시에, 고주파 특성 및 효율도 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터의 입력 전압이 낮을 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터의 입력 전압이 높을 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터의 구성을 나타낸 도면이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터(100)의 구성을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터(100)는 스위치부(10), 트랜스부(20), 및 출력부(30)를 포함할 수 있다.

스위치부(10)는 입력 전압(Vin)을 입력하고, 스위칭 동작을 통해 동작 전압을 출력할 수 있다. 스위치부(10)는 상기 입력 전압(Vin)이 입력되는 단자와 동작 전압이 출력되는 제1 노드 사이에 연결된 제1 입력 스위칭 소자(QH)와, 제1 노드와 접지 사이에 연결된 제2 입력 스위칭 소자(QL)를 포함할 수 있다. 상기 제1 입력 스위칭 소자(QH)와 상기 제2 입력 스위칭 소자(QL)는 서로 상보적으로 온/오프 될 수 있다.

트랜스부(20)는 스위치 제어 신호에 응답하여 권선비가 가변되고, 상기 권선비에 따라 상기 동작 전압을 변환 전압으로 변환하여 출력한다. 구체적으로, 트랜스부(20)는 상기 스위치 제어 신호에 응답하여 권선비가 가변되는 변압기를 포함한다. 상기 변압기는 자기적으로 결합된 1차 권선과 2차 권선을 포함하며, 상기 1차 권선은 상기 스위치 제어 신호에 따라 상호 연결 상태가 변하는 제1 1차 권선과 제2 1차 권선을 포함한다. 구체적으로, 1차 권선을 구성하는 제1 1차 권선과 제2 1차 권선은 상기 스위치 제어 신호에 따라 서로 직렬로 연결되거나 서로 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 스위치 제어 신호에 의해 상기 1차 권선의 턴수가 변하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 1차 권선과 2차 권선의 권선비가 가변된다. 상기 동작 전압은 상기 변압기의 1차 권선으로 인가되고, 상기 변압기의 1차 권선으로 인가된 상기 동작 전압은 권선비에 따라 변환되어 상기 변압기의 2차 권선에서 변환 전압으로 출력된다.

상기 트랜스부(20)는 상기 동작 전압이 출력되는 제1 노드와 일단이 연결된 제1 커패시터(C1)와, 상기 제1 커패시터(C1)의 타단과 제2 노드(B) 사이에 연결된 제1 1차 권선(L1)과, 제1 스위치 제어 신호에 응답하여 제3 노드를 상기 제1 노드(A) 또는 상기 제2 노드(B)와 연결하는 제1 릴레이 스위치(RL1), 상기 제3 노드에 일단이 연결된 제2 1차 권선(L2)과, 상기 제2 1차 권선(L2)의 타단과 접지 사이에 연결된 제2 커패시터(C2)와, 상기 제2 노드(B)와 접지 사이에 연결되고, 제2 스위치 제어 신호에 응답하여 온오프되는 제2 릴레이 스위치(RL1)와, 상기 제1 1차 권선(L1) 및 상기 제2 1차 권선(L2)과 자기적으로 결합된 제1 2차 권선(L3) 및 제2 2차 권선(L4)을 포함할 수 있다. 상기 제1 2차 권선(L3)과 상기 제2 2차 권선(L4)은 직렬로 연결될 수 있다.

상기 제1 1차 권선(L1)과 상기 제2 1차 권선(L2)은 변압기의 1차 권선을 형성할 수 있으며, 상기 제1 2차 권선(L3)과 상기 제2 2차 권선(L4)은 변압기의 2차 권선을 형성할 수 있다.

또한, 상기 제1 릴레이 스위치(RL1)과 상기 제2 릴레이 스위치(RL2)는 한 개의 패키지 형태를 가질 수 있다.

출력부(30)는 상기 변압기의 2차 권선(L3, L4)을 통해 출력되는 변환 전압을 정류하고 평활하여 출력 전압(Vo)을 출력한다. 출력부(30)는 상기 제1 2차 권선(L3)의 일단과 기준 전위 사이에 연결된 제1 출력 스위칭 소자(SR1)와, 상기 제2 2차 권선(L4)의 일단과 상기 기준 전위 사이에 연결된 제2 출력 스위칭 소자(SR2)와, 상기 제1 2차 권선(L3)과 상기 제2 2차 권선(L4) 사이의 연결 노드인 제4 노드와 상기 기준 전위 사이에 연결된 출력 커패시터(Co)를 포함할 수 있다. 부하는 상기 제4 노드와 상기 기준 전위 사이에 연결될 수 있다. 즉, 상기 출력 전압은 상기 제4 노드를 통해 출력될 수 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터(100)의 입력 전원이 낮을 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

입력 전압이 낮을 경우, 제1 릴레이 스위치(RL1)는 상기 제3 노드를 상기 동작 전압이 인가되는 제1 노드와 연결하고, 제2 릴레이 스위치(RL2)는 온 된다. 따라서, 1차 권선은 제1 1차 권선(L1)과 제2 1차 권선(L2)이 병렬로 연결된 형태가 되며, 1차 권선(L1, L2)의 턴수는 입력 전압이 높은 경우와 비교할 때 상대적으로 작은 값을 가지게 된다. 1차 권선(L1, L2)의 턴수가 작아지므로, 변압기의 1차 권선(L1, L2)과 2차 권선(L3, L4) 사이의 권선비는 커지게 된다.

도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터의 입력 전압이 높을 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

입력 전압이 높은 경우, 제1 릴레이 스위치(RL1)는 상기 제3 노드를 제2 노드와 연결하고, 제2 릴레이 스위치(RL2)는 오프된다. 따라서, 1차 권선(L1, L2)은 제1 1차 권선(L1)과 제2 1차 권선(L2)이 직렬로 연결된 형태가 되며, 1차 권선(L1, L2)의 턴수는 입력 전압이 낮은 경우와 비교할 때 상대적으로 큰 값을 가지게 된다. 1차 권선(L1, L2)의 턴수가 커지므로, 변압기의 1차 권선(L1, L2)과 2차 권선(L3, L4) 사이의 권선비는 작아지게 된다.

즉, 컨버터의 이득은 턴비에 반비례한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터는 입력 전압이 낮은 경우에는 턴비가 상대적으로 커지도록 조정하고, 입력 전압이 높은 경우 턴비가 상대적으로 작아지도록 조정한다. 따라서, 입력 전압이 넓은 범위를 가지더라도 스위칭 주파수의 변동폭을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 자화 인덕턴스를 큰 값으로 설계할 수 있다. 결과적으로, 입력 전압이 높은 경우에도 컨버터가 낮은 스위칭 주파수에 따라 동작하므로 스위칭 손실을 감소시킬 수 있으며, 자화 인덕턴스를 크게 설계함으로써, 자화 전류를 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터의 구성을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 어댑터는 정류부(200) 및 컨버터(100)를 포함한다.

컨버터(100)는 도 1 내지 도 3에서 설명한 것과 동일한 구성을 가질 수 있다.

정류부(200)는 외부로부터 인가되는 교류 전원(Vac)을 입력하고, 상기 교류 전원(Vac)을 정류하여 입력 전원(Vin)을 출력한다. 정류부(200)는 상기 교류 전원(Vac)을 입력하고 필터링하는 필터를 추가적으로 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100 : 컨버터 10 : 스위치부
20 : 트랜스부 30 : 출력부
200 : 정류부

Claims

스위칭 동작을 수행하여 입력 전원을 동작 전원으로 변환하고, 상기 동작 전원을 출력하는 스위칭부;
제1 1차 권선과 제2 1차 권선의 상호 연결 상태에 따라 권선비가 가변되고, 상기 권선비에 따라 상기 동작 전원을 변환 전원으로 변환하고, 상기 변환 전원을 출력하는 트랜스부; 및
상기 변환 전원을 정류하고 평활하여 출력 전원을 출력하는 출력부를 포함하는 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는
상기 입력 전원이 입력되는 단자와 상기 동작 전원이 출력되는 제1 노드 사이에 연결된 제1 입력 스위칭 소자; 및
상기 제1 노드와 접지 사이에 연결된 제2 입력 스위칭 소자를 포함하는 컨버터.
제1항에 있어서,
스위치 제어 신호에 따라 상기 제1 1차 권선과 상기 제2 1차 권선이 직렬 또는 병렬로 연결되는 컨버터.
제3항에 있어서, 상기 트랜스부는
상기 동작 전원이 출력되는 제1 노드와 일단이 연결된 제1 커패시터;
제1 스위치 제어 신호에 응답하여 상기 제1 노드 또는 제2 노드를 제3 노드와 연결하는 제1 릴레이 스위치;
상기 제2 노드와 접지 사이에 연결되고, 제2 스위치 제어 신호에 응답하여 온 오프되는 제2 릴레이 스위치; 및
상기 접지와 일단이 연결된 제2 커패시터를 추가적으로 포함하고,
상기 제1 1차 권선은 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 1차 권선은 상기 제3 노드와 상기 제2 커패시터의 타단 사이에 연결되는 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 트랜스부는
상기 제1 1차 권선 및 상기 제2 1차 권선과 자기적으로 결합되고, 서로 직렬로 연결된 제1 2차 권선 및 제2 2차 권선을 포함하는 컨버터.
제5항에 있어서, 상기 출력부는
상기 제1 2차 권선과 기준 전위 사이에 연결된 제1 출력 스위칭 소자;
상기 제2 2차 권선과 상기 기준 전위 사이에 연결된 제2 출력 스위칭 소자; 및
상기 제1 2차 권선과 상기 제2 2차 권선이 연결되고 상기 출력 전원이 출력되는 노드와 상기 기준 전위 사이에 연결된 출력 커패시터를 포함하는 컨버터.
외부로부터 입력되는 교류 전원을 정류하여 입력 전원을 출력하는 정류부; 및
상기 입력 전원을 출력 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터를 포함하고,
상기 컨버터는
스위칭 동작을 수행하여 상기 입력 전원을 동작 전원으로 변환하고, 상기 동작 전원을 출력하는 스위칭부;
제1 1차 권선과 제2 1차 권선의 상호 연결 상태에 따라 권선비가 가변되고, 상기 권선비에 따라 상기 동작 전원을 변환 전원으로 변환하고, 상기 변환 전원을 출력하는 트랜스부; 및
상기 변환 전원을 정류하고 평활하여 상기 출력 전원을 출력하는 출력부를 포함하는 어댑터.
제7항에 있어서,
스위치 제어 신호에 따라 상기 제1 1차 권선과 상기 제2 1차 권선이 직렬 또는 병렬로 연결되는 어댑터.
제8항에 있어서, 상기 트랜스부는
상기 동작 전원이 출력되는 제1 노드와 일단이 연결된 제1 커패시터;
제1 스위치 제어 신호에 응답하여 상기 제1 노드 또는 제2 노드를 제3 노드와 연결하는 제1 릴레이 스위치;
상기 제2 노드와 접지 사이에 연결되고, 제2 스위치 제어 신호에 응답하여 온 오프되는 제2 릴레이 스위치; 및
상기 접지와 일단이 연결된 제2 커패시터를 추가적으로 포함하고,
상기 제1 1차 권선은 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 1차 권선은 상기 제3 노드와 상기 제2 커패시터의 타단 사이에 연결되는 어댑터.
제8항에 있어서, 상기 트랜스부는
상기 제1 1차 권선 및 상기 제2 1차 권선과 상기 권선비를 가지고 자기적으로 결합되고, 상기 변환 전원을 출력하는 2차 권선을 더 포함하는 어댑터.