KR20190037699A

KR20190037699A - 고전압 전원공급장치

Info

Publication number: KR20190037699A
Application number: KR1020170127305A
Authority: KR
Inventors: 김주회; 양범승
Original assignee: 주식회사 씨포아이티
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-08

Abstract

본 발명은 고전압 전원공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DC-DC 플라이백 토폴로지를 바탕으로 높은 입력전압의 범위를 갖는 SMPS를 제작하여 기존의 범용 목적과 임의의 사용 환경에 맞추어 구성된 형태가 아니라 높은 입력전압과 다양한 입력전압에 대해 Auto-balancing을 이루며 효율적인 DC-DC변환을 이룰 수 있는 고전압 전원공급장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고전압 전원공급장치는 전압분배를 통해 입력 전원을 분산시킬 수 있는 수단으로 입력 측 커패시터를 비롯한 플라이백(Flyback) 컨버터의 회로를 듀얼로 구성 및 직렬로 연결함으로써 입력 전원의 분할이 가능하고, 분할된 입력 전원의 전압 값은 직렬 연결된 입력 측 커패시터와 플라이백 컨버터의 구성요소들에게 요구되는 내압을 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 기존의 방식과 차별화된 태양광 입력단(DC Link) 전원을 이용하여 높은 입력 전압에 대한 효율을 향상하고 고압을 비롯한 다양한 입력 전압에 대해 Auto-balancing을 이루며 효율적인 DC-DC 변환을 이룰 수 있도록 함으로써 용량이 다른 태양광 및 ESS용 PCS의 제어회로용 전원공급장치로 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

고전압 전원공급장치{The high voltage power supply}

본 발명은 고전압 전원공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DC-DC 플라이백 토폴로지를 바탕으로 높은 입력전압의 범위를 갖는 SMPS를 제작하여 기존의 범용 목적과 임의의 사용 환경에 맞추어 구성된 형태가 아니라 높은 입력전압과 다양한 입력전압에 대해 Auto-balancing을 이루며 효율적인 DC-DC변환을 이룰 수 있는 고전압 전원공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 컴퓨터, 프린터나 복사기 등의 화상 형성장치, 모니터, 통신 단말기 등과 같은 장치들에서는 구조가 간단하고 작은 크기를 가지면서도 안정적인 전원공급이 가능한 고효율의 전원공급 시스템이 요구되며, 전류원 타입 전원공급 장치는 이러한 고효율의 전원공급 시스템을 위하여 널리 사용되고 있다.

전류원 타입 전원공급 장치의 기본적인 동작을 설명하기 위한 회로로서, 직류/직류 컨버터의 한 종류인 플라이백 컨버터(Flyback Converter)가 알려져 있다.

전류원 타입 전원공급 장치는 소정의 권선비를 가지는 변압기와, 변압기의 1차 코일 즉, 입력 측 코일에 연결된 1차 회로 및 변압기의 2차 코일 즉, 출력 측 코일에 연결된 2차 회로를 구비한다. 이때, 1차 회로와 2차 회로는 변압기에 의하여 절연될 수 있다.

1차 회로는 변압기의 1차 코일과 접지단 사이에 직렬 연결된 제어 스위치를 구비한다. 이때, 제어 스위치는 출력 전압 제어부에 의하여 인가되는 제어신호에 응답하여 입력 전압을 스위칭함으로써, 변압기의 에너지 충전 또는 전달 동작을 제어하는 기능을 수행한다.

2차 회로는 변압기로부터 전달되는 전류를 정류하기 위한 정류부를 구비한다. 정류부는 변압기의 2차 코일과 직렬 연결되는 다이오드 및 콘덴서로 구성된다. 이때, 콘덴서의 양단에는 출력단이 형성된다. 즉, 외부 부하는 콘덴서의 양단에 병렬로 연결될 수 있다.

1차 회로에 구비된 제어 스위치가 도통되면, 변압기의 2차 코일에는 1차 코일과는 반대 극성의 전압이 유도되고, 이에 따라 정류부의 다이오드는 역 바이어스 상태가 된다. 따라서, 2차 회로로의 전류 흐름은 차단되는 동시에 변압기의 자화 인덕턴스에는 에너지가 충전된다. 즉, 제어 스위치의 도통 상태에서는 변압기에 의한 전류 전달은 이루어지지 않으며, 1차 코일로 공급되는 에너지는 모두 변압기의 자화인덕턴스에 충전되게 된다.

반면, 제어 스위치가 차단되면, 변압기의 2차 코일에는 도통 상태와는 반대 극성의 전압이 유도되고, 이에 따라 2차 회로의 다이오드가 도통된다. 따라서, 변압기에 충전된 자화 인덕턴스의 전류가 2차 회로로 전달되며, 출력단에는 정류부에 의하여 정류된 직류 전압이 출력되게 된다.

한편, 2차 회로의 출력단에는 출력 전압 제어부가 연결된다. 출력 전압 제어부는 2차 회로의 출력 전압을 피드백(Feedback)하여 제어 스위치에 제어신호를 인가한다. 이때, 제어신호는 제어 스위치의 시비율(Duty Rate)을 조절하는 신호를 의미한다. 따라서, 제어 스위치의 동작 제어를 통하여 출력 전압을 조절할 수 있다.

이와 같이, 전류원 타입 전원공급 장치는 변압기의 자화 인덕턴스 성분을 부스트 인덕터(Boost Inductor)로 활용하여, 1차 회로에 구비되는 제어 스위치의 도통 시에 변압기의 자화 인덕턴스를 충전하고, 제어 스위치의 차단 시에 충전된 자화 인덕턴스의 전류가 변압기의 2차 코일 측으로 넘어가면서 정류된 직류 출력 전압을 공급하는 원리를 갖는다.

따라서, 2차 회로의 입장에서는 변압기가 주기적으로 전류를 공급하는 전류원 처럼 보이게 되므로, 이러한 원리를 갖는 전원공급 장치들을 전류원 타입 전원공급 장치라고 일컫는다.

상술한 바와 같은 전류원 타입 전원공급 장치는 플라이백 컨버터 외에도 1차 회로의 추가적인 회로 구성에 따라 다양한 형태가 존재하며, 이러한 전류원 타입 전원공급 장치는 다른 형태의 전원공급 장치들에 비하여 2차 회로의 정류부 구조가 간단하고 그 부품 수가 적고 이에 따라 장치 전체의 사이즈를 줄일 수 있기 때문에, 다중 출력 구조에 유리하다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0110998호 대한민국 공개특허 제10-2009-0055952호 대한민국 공개특허 제10-2011-0012310호

본 발명은 전압분배를 통해 입력 전원을 분산시킬 수 있는 수단으로 입력 측 커패시터를 비롯한 플라이백(Flyback) 컨버터의 회로를 듀얼로 구성 및 직렬로 연결함으로써 입력 전원의 분할이 가능하고, 분할된 입력 전원의 전압 값은 직렬 연결된 입력 측 커패시터와 플라이백 컨버터의 구성요소들에게 요구되는 내압을 낮출 수 있는 고전압 전원공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존의 방식과 차별화된 태양광 입력단(DC Link) 전원을 이용하여 높은 입력 전압에 대한 효율을 향상하고 고압을 비롯한 다양한 입력 전압에 대해 Auto-balancing을 이루며 효율적인 DC-DC 변환을 이룰 수 있도록 함으로써 용량이 다른 태양광 및 ESS용 PCS의 제어회로용 전원공급장치로 사용할 수 있는 고전압 전원공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압 전원공급장치는 전류와 전압의 불균형을 별도의 제어기 없이 보상하기 위한 것으로서, 직렬로 연결된 제1 플라이백 컨버터 및 제2 플라이백 컨터버를 구비하고, 상기 제1 플라이백 컨버터와 상기 제2 플라이백 컨터버의 변압기는 1:1 권선 비율로 하나의 코어에 와인딩하여 이중 여자 방식으로 구성한 것을 특징으로 한다.

입력 측 커패시터에 충전된 전압이 불균형할 때, 상기 제1 플라이백 컨버터 측의 제1 전압이 크고 제2 플라이백 컨버터 측의 제2 전압이 작으면 제1 플라이백 컨버터의 출력이 제2 플라이백 컨버터의 출력으로 전환되고, 상기 제2 플라이백 컨버터 측의 제2 전압이 크고 제1 플라이백 컨버터 측의 제1 전압이 작으면 제2 플라이백 컨버터의 출력이 제1 플라이백 컨버터의 출력으로 전환되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고전압 전원공급장치는 전압분배를 통해 입력 전원을 분산시킬 수 있는 수단으로 입력 측 커패시터를 비롯한 플라이백(Flyback) 컨버터의 회로를 듀얼로 구성 및 직렬로 연결함으로써 입력 전원의 분할이 가능하고, 분할된 입력 전원의 전압 값은 직렬 연결된 입력 측 커패시터와 플라이백 컨버터의 구성요소들에게 요구되는 내압을 낮출 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 기존의 방식과 차별화된 태양광 입력단(DC Link) 전원을 이용하여 높은 입력 전압에 대한 효율을 향상하고 고압을 비롯한 다양한 입력 전압에 대해 Auto-balancing을 이루며 효율적인 DC-DC 변환을 이룰 수 있도록 함으로써 용량이 다른 태양광 및 ESS용 PCS의 제어회로용 전원공급장치로 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고전압 전원공급장치(1)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 에는 본 발명에 따른 고전압 전원공급장치(1)가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고전압 전원공급장치(1)는 전류와 전압의 불균형을 별도의 제어기 없이 보상하기 위한 것으로서, 입력 측 전원부(P)에 직렬로 연결된 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)와, 제1 커패시터(C1)의 양단 측에 병렬 연결된 제1 플라이백 컨버터(10)와, 제2 커패시터(C2)의 양단 측에 병렬 연결된 제2 플라이백 컨버터(20)를 포함하여 구성된다.

제1 플라이백 컨버터(10)와 제2 플라이백 컨버터(20)는 서로 직렬로 연결된다.

제1 플라이백 컨버터(10)와 제2 플라이백 컨터버(20)의 변압기는 동일한 권선 비율(1:1)로 동일한 코어에 권취된다.

본 발명에 따른 고전압 전원공급장치(1)는 입력 측 커패시터(C1, C2)에 충전된 전압이 불균형할 때, 제1 플라이백 컨버터(10) 측의 제1 전압(V1)이 크고 제2 플라이백 컨버터(20) 측의 제2 전압(V2)이 작으면 제1 플라이백 컨버터(10)의 출력이 제2 플라이백 컨버터(20)의 출력으로 전환된다. 또한, 제2 플라이백 컨버터(20) 측의 제2 전압(V2)이 크고 제1 플라이백 컨버터(10) 측의 제1 전압(V1)이 작으면 제2 플라이백 컨버터(20)의 출력이 제1 플라이백 컨버터(10)의 출력으로 전환된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 고전압 전원공급장치(1)는 전압분배를 통해 입력 전원을 분산시킬 수 있는 수단으로 입력 측 커패시터를 비롯한 플라이백(Flyback) 컨버터의 회로를 듀얼로 구성 및 직렬로 연결함으로써 입력 전원의 분할이 가능하고, 분할된 입력 전원의 전압 값은 직렬 연결된 입력 측 커패시터와 플라이백 컨버터의 구성요소들에게 요구되는 내압을 낮출 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 고전압 전원공급장치는 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.

C1 : 제1 커패시터
C2 : 제2 커패시터
10 : 제1 플라이백 컨버터
20 : 제2 플라이백 컨버터

Claims

전류와 전압의 불균형을 별도의 제어기 없이 보상하기 위한 것으로서,
직렬로 연결된 제1 플라이백 컨버터 및 제2 플라이백 컨터버를 구비하고,
상기 제1 플라이백 컨버터와 상기 제2 플라이백 컨터버의 변압기는 1:1 권선 비율로 하나의 코어에 와인딩하여 이중 여자 방식으로 구성한 것을 특징으로 하는 고전압 전원공급장치.
제1항에 있어서,
입력 측 커패시터에 충전된 전압이 불균형할 때,
상기 제1 플라이백 컨버터 측의 제1 전압이 크고 제2 플라이백 컨버터 측의 제2 전압이 작으면 제1 플라이백 컨버터의 출력이 제2 플라이백 컨버터의 출력으로 전환되고,
상기 제2 플라이백 컨버터 측의 제2 전압이 크고 제1 플라이백 컨버터 측의 제1 전압이 작으면 제2 플라이백 컨버터의 출력이 제1 플라이백 컨버터의 출력으로 전환되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원공급장치.