KR20190054761A - 스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 스너버 회로는, 입력 전원과 트랜스포머의 1차측 인덕터 일단 사이에 연결되는 제1 커패시터, 제1 커패시터에 병렬 연결되는 제1 저항, 트랜스포머의 스위칭 소자와 1차측 인덕터 타단 사이에 연결되는 다이오드, 및, 다이오드에 병렬 연결되는 제2 커패시터를 포함함으로써, 전자기 간섭(EMI) 노이즈를 저감할 수 있다.

Description

스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치{Snubber circuit and power converting apparatus including the same}

본 발명은 스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전자기 간섭(EMI: Electro Magnetic Interference) 노이즈를 개선할 수 있는 스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치에 관한 것이다.

전력 변환 장치는, 입력 전원을 변환하여 변환된 전력을 공급하는 장치이다. 이러한 전력 변환 장치는, 홈 어플라이언스 내에 각각 배치되어, 입력 전원을 변환하여, 홈 어플라이언스를 구동하기 위한 전원으로 변환한다.

전자기 적합성(EMC: Electro Magnetic Compatibility)은, 전자기기가 전자기 간섭(EMI)으로부터 받는 장해를 일정 수준 이하로 억제하고, 설계된 성능으로 동작하는 능력을 의미한다.

홈 어플라이언스 등 전자기기는 전자기 적합성을 확보해야 한다. 예를 들어, 국제 서지 보호 표준인 IEC 61000에 따르면, 고조파 저감을 위한 규격이 설정된다. 이에 따라, 홈 어플라이언스 내의 입력 교류 전류에 의한 고조파 등 전자기 간섭(EMI) 노이즈 저감을 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.

본 발명의 목적은, 전자기 간섭(EMI) 노이즈를 저감할 수 있는 스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 저비용으로 고효율의 스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 전자기 간섭(EMI) 노이즈를 저감할 수 있는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 스너버 회로는, 입력 전원과 트랜스포머의 1차측 인덕터 일단 사이에 연결되는 제1 커패시터, 제1 커패시터에 병렬 연결되는 제1 저항, 트랜스포머의 스위칭 소자와 1차측 인덕터 타단 사이에 연결되는 다이오드, 및, 다이오드에 병렬 연결되는 제2 커패시터를 포함함으로써, 전자기 간섭(EMI) 노이즈를 저감할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 직류 전원을 저장하는 dc 단 커패시터. 및, 스위칭 제어부, 트랜스포머, 스너버 회로부를 구비하고, 스위칭 제어부의 스위칭 동작에 기초하여, dc 단 커패시터에 저장된 직류 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부를 포함하며, 스너버 회로부는, dc 단 커패시터와 트랜스포머의 1차측 인덕터 일단 사이에 연결되는 제1 커패시터, 제1 커패시터에 병렬 연결되는 제1 저항, 트랜스포머의 스위칭 소자와 1차측 인덕터 타단 사이에 연결되는 다이오드, 및, 다이오드에 병렬 연결되는 제2 커패시터를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전자기 간섭(EMI) 노이즈를 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 저비용으로 고효율의 스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.

한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.
도 6은 스너버 회로의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 종래의 전력 변환 장치의 링잉 타임(Ringing Time)을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스너버 회로를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 링잉 타임을 도시한 도면이다.
도 10a와 도 10b는 종래의 전력 변환 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 EMC 노이즈 파형을 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.

한편, 본 명세서에서 기술되는 전력 변환 장치는, 홈 어플라이언스 내에 구비되는 전력 변환 장치일 수 있다. 홈 어플라이언스는, 냉장고, 세탁기, 건조기, 에어컨, 제습기, 조리기기, 청소기 등을 포함하는 것으로서, 이하에서는, 다양한 홈 어플라이언스 중 공기조화기를 중심으로 기술한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 실내기(21), 실내기(21)에 연결되는 실외기(31)를 포함할 수 있다.

공기조화기의 실내기(21)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(21)를 예시한다.

한편, 공기조화기(100)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.

실외기(31)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.

실외기(31)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(21)로 냉매를 공급한다. 실외기(31)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(21)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 되는 것도 가능하다.

이때, 실외기(31)는, 연결된 실내기(21)로 압축된 냉매를 공급한다.

실내기(21)는, 실외기(31)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(21)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.

이때, 실외기(31) 및 실내기(21)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.

리모컨(미도시)은 실내기(21)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.

도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(21)와 실외기(31)로 구분된다.

실외기(31)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진 시키는 실외 팬(105a)과 실외 팬(105a)을 회전시키는 모터(250)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함할 수 있다.

실내기(21)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내 팬(109a)과 실내 팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.

실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.

한편, 실외기(31) 내의 실외 팬(105a)은, 모터(250)를 구동하는 실외 팬 구동부(200)에 의해 구동될 수 있다.

한편, 실외기(31) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(미도시)를 구동하는 압축기 모터 구동부(도 3의 113)에 의해 구동될 수 있다.

한편, 실내기(21) 내의 실내 팬(109a)은, 실내 팬 모터(109b)를 구동하는 실내 팬 구동부(300)에 의해 구동될 수 있다.

이하에서는 실외 팬 구동부(200)를 실외 팬 구동 장치로 명명할 수도 있다. 또한, 실내 팬 구동부(300)를 실내 팬 구동 장치로 명명할 수도 있다.

도 3은 도 1의 공기조화기의 간략한 내부 블록도이다.

도 3을 참조하면, 공기조화기(100)는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 토출 온도 감지부(118), 실외 온도 감지부(138), 실내 온도 감지부(158), 메모리(140)를 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기(100)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300), 절환 밸브(110), 팽창 밸브(106), 표시부(130), 및 입력부(120)를 더 포함할 수 있다.

압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a) 등은 도 2를 참조하여 상술한 것과 같이 동작할 수 있다.

입력부(120)는, 다수개의 조작 버튼을 구비하여, 입력되는 공기조화기의 운전 목표 온도에 대한 신호를 제어부(170)로 전달한다.

표시부(130)는, 공기조화기(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 실내기(21)의 동작상태를 출력하는 표시수단을 구비하여, 운전상태 및 에러를 표시할 수 있다.

표시부(130)는, 실내기(21)와 실외기(31)의 결선 상태를 표시할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(130)는, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 구비할 수 있고, 발광 다이오드(LED)는 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 정상인 경우 점등하고, 통신선 및/또는 전원 라인의 결선 상태가 이상인 경우 소등할 수 있다.

메모리(140)는, 공기조화기(100) 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.

토출 온도 감지부(118)는, 압축기(102)에서의 냉매 토출 온도(Tc)를 감지할 수 있으며, 감지된 냉매 토출 온도(Tc)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.

실외 온도 감지부(138)는, 공기조화기(100)의 실외기(31) 주변의 온도인, 실외 온도(To)를 감지할 수 있으며, 감지된 실외 온도(To)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.

실내 온도 감지부(158)는, 공기조화기(100)의 실내기(21) 주변의 온도인, 실내 온도(Ti)를 감지할 수 있으며, 감지된 실내 온도(Ti)에 대한 신호를 제어부(170)로 전달할 수 있다.

제어부(170)는, 감지된 냉매 토출 온도(Tc), 감지된 실외 온도(To), 감지된 실내 온도(Ti) 중 적어도 하나, 및 입력된 목표 온도에 기초하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 최종 목표 과열도를 산출하여, 공기조화기(100)가 운전하도록 제어할 수 있다.

한편, 제어부(170)는, 압축기(102), 실내 팬(109a), 실외 팬(105a)의 동작 제어를 위해, 도면에서 도시된 바와 같이, 각각, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 실내 팬 구동부(300)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에, 목표 온도에 기초하여, 각각 해당하는 속도 지령치 신호를 출력할 수 있다.

그리고 각각의 속도 지령치 신호에 기초하여, 압축기 모터(미도시), 모터(250), 실내 팬 모터(109b)는, 각각, 목표 회전 속도로 동작 될 수 있다.

한편, 제어부(170)는, 압축기 구동부(113), 실외 팬 구동부(200), 또는 실내 팬 구동부(300)에 대한 제어 이외에, 공기조화기(100) 전반의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(170)는, 냉/난방 절환밸브 또는 사방밸브(110)의 동작을 제어할 수 있다. 또는, 제어부(170)는, 팽창기구 또는 팽창 밸브(106)의 동작을 제어할 수 있다.

한편, 공기조화기는, 압축기(102), 실외 팬(105a), 실내 팬(109a), 제어부(170), 메모리(140) 등 각 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

전원 공급부는 입력 전원을 각 유닛의 구동에 필요한 전원으로 변환하여 공급할 수 있다. 따라서, 전원 공급부의 적어도 일부 구성은 전력 변환 장치로 명명될 수도 있다.

이하에서 설명되는 전력 변환 장치는 공기조화기의 전원 공급부에 구비될 수 있다. 또한, 전력 변환 장치는 다른 홈 어플라이언스의 전원 공급부에도 구비될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.

도 4를 참조하면, 전력 변환 장치는, 입력 전원부(405), 컨버터(410), 전력 변환부(440), DC 출력부(450)를 포함할 수 있다.

입력 전원부(405)에는 전원이 입력된다. 예를 들어, 입력 전원부(405)에는 교류 전원이 입력될 수 있다. 또한, 입력 전원부(405)는, 입력 교류 전원의 노이즈를 제거하는 필터부를 더 포함할 수 있다.

컨버터(410)는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여, 변환된 직류 전원을 출력할 수 있다. 이를 위해, 컨버터(410)는, 정류부를 포함하여, 입력 교류 전원을 정류하여 정류된 전원을 출력할 수 있다.

예를 들어, 컨버터(410)는 브릿지 다이오드를 구비할 수 있다. 입력 전원의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.

한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.

예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.

한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.

또한, 전력 변환 장치는, 컨버터(410)에서 변환된 직류 전원을 저장하는 dc 단 커패시터(C), 상기 dc 단 커패시터(C)에 저장된 상기 직류 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부(440)를 포함할 수 있다.

dc 단 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc 단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.

한편, dc 단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.

전력 변환부(440)는, 상기 dc 단 커패시터(C)에 저장된 상기 직류 전원을 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 전력 변환부(440)는, 강압된 전압을 출력할 수 있다. 전력 변환부(440)는, 고주파 변압기를 사용하는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS) 또는 비절연 강압형의 벅 컨버터(Buck converter) 등의 AC-DC 변환 장치를 포함할 수 있다.

또한, 전력 변환부(440)의 2차측에 연결되는 DC 출력부(450)는, 2차측 정류부를 포함하고, 전력 변환부(440)의 스위칭 트랜스포머의 2차측 출력 전압을 졍류 및 평활하여 부하측에서 필요로하는 정전압을 공급할 수 있다.

DC 출력부(450)가 출력하는 복수의 직류 전압은, 홈 어플라이언스 내의 각 유닛(부하1, 부하2, 부하3, ...)에 공급될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 간략한 내부 블록도이다.

도 5는 도 4의 전력 변환부(440)의 내부 구성 일예를 도시한 것으로, 입력 전원부(405), 컨버터(410), dc 단 커패시터(C), 전력 변환부(440), DC 출력부(450)는 기본적으로 도 4를 참조하여 설명한 것과 동일하다. 따라서, 이하에서 도 4를 참조하여 설명한 것과 동일한 부분은 생략하거나 간략히 설명할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 전원부(405)를 통하여 입력된 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(410), 상기 직류 전원을 저장하는 dc 단 커패시터(C), 및, 스위칭 제어부(520), 트랜스포머(T), 스너버 회로부(510)를 구비하고, 상기 스위칭 제어부(520)의 스위칭 동작에 기초하여, 상기 dc 단 커패시터(C)에 저장된 상기 직류 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부(440)를 포함할 수 있다.

컨버터(410)와 dc 단 커패시터(C)은, 입력된 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 트랜스포머(T)의 일차측에 인가할 수 있다. dc 단 커패시터(C)은, 컨버터(410)에서 정류된 전원을 안정화시켜 전원 변환부(440)에 전달할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 트랜스포머(T)의 2차측 인덕터에 연결되어, 하나 이상의 부하로 직류 전원을 공급하는 DC 출력부(450)를 더 포함할 수 있다.

DC 출력부(450)는, 상기 1차측 인덕터와, 상기 2차측 인덕터 사이의 권선비에 대응하여, 상기 직류 전원을 출력할 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 피드백 회로부(530)를 더 포함하고, 상기 스위칭 제어부(520)로 DC 출력부(450)의 출력 전압을 피드백할 수 있다.

이 경우에, 스위칭 제어부(520)는, 피드백되어 인가되는 직류 전압에 기초하여 목표 전압을 공급하기 위하여 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

상기 스위칭 제어부(520)는, 상기 피드백 회로부(530)로부터 피드백되는 전원에 기초하여, 상기 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

스위칭 제어부(520)는, 하나 이상의 스위칭 소자와 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부(523)를 포함할 수 있다.

스위칭 제어부(520)는 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부(521)와 스위칭부(521)의 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어부(523)를 포함할 수 있다.

트랜스포머(T)는 스위칭 제어 동작에 의해 발진하여 1차측에 에너지를 저장하고, 그 저장된 에너지를 이용하여 2차측으로 전압을 유기시킬 수 있다.

또한, 스위칭부(521)의 스위칭 소자는, 트랜스포머(T)의 1차측에 연결되어, 그 발진동작을 제어할 수 있다.

스위칭부(521)의 스위치가 턴-온(Turn-on)되면, 트랜스포머(T)의 1차측 전류가 증가하고, 트랜스포머(T)의 인덕턴스에 의해 에너지가 저장된다.

스위칭부(521)의 스위치가 턴-오프(Turn-off)되고, DC 출력부(450)의 2차측 정류부에 구비되는 다이오드를 턴-온할 수 있는 전압 이상이 되면, 다이오드가 도통되어, 트랜스포머(T)의 인덕턴스에 저장된 에너지가 2차측으로 넘어갈 수 있다.

이후에는 1차측 에너지가 0이 되어 1,2차 둘 다 전류가 흐르지 않는 휴지 구간이 발생할 수 있다.

한편, 트랜스포머(T)의 2차측에 연결되는 DC 출력부(450)의 정류부는 스위칭 트랜스포머(T)의 2차측 출력 전압을 졍류 및 평활하여 부하측에서 필요로하는 정전압을 공급할 수 있다.

스위칭부(521)의 스위치가 고속 스위칭 동작을 할 때, 유도 부하인 트랜스포머(T)의 1차측에 과도한 서지 전압이 역방향으로 발생할 수 있다.

스너버 회로는, 스위칭시 발생되는 서지성 스파이크 전압을 억제하여, 스위칭 소자의 손상을 방지하기 위한 것으로, 도 6에서 예시된 RC 스너버 회로 또는 RCD 스너버 회로가 많이 사용되고 있다.

도 6은 스너버 회로의 예를 도시한 도면으로, 종래의 대표적인 스너버 회로를 예시한 것이다.

도 6의 (a)는 저항(R)과 커패시터(C)가 병렬로 연결된 RC 스너버 회로의 일예를 도시하고, 도 6의 (b)는 커패시터(C), 저항(R) 및 다이오드(D) RCD 스너버 회로의 일예를 도시한다.

스너버 회로부(510)는 복수의 회로 소자를 구비하는 스너버 회로로써, 과도 전압 또는 전류를 완화할 수 있다. 스너버 회로부(510)는 스위칭 소자의 출력측과 트랜스포머(T)의 1차측 인덕터 양단에 공통되게 접속될 수 있다.

스너버 회로부(510)는 스위칭 소자가 오프될 때 트랜스포머(T)에서 역방향으로 발생되는 역전압이 더해진 과도 전압 중 적어도 일부를 흡수할 수 있다.

이러한 스너버 회로는, 스위칭 소자의 전압 변화량을 경감시키거나, 일정 수준 이상의 과도 전압을 방지하는 클램핑(clamping) 회로로 동작할 수 있다.

도 7은 종래의 전력 변환 장치의 링잉 타임(Ringing Time)을 도시한 도면으로, 도 6의 (b)에서 예시된 RCD 스너버 회로를 구비하는 경우의 링잉 타임을 도시한 것이다.

링잉(ringing)이란 도 7과 같이 SMPS 스위칭 파형의 상쇄성 리플을 의미할 수 있다. 링잉(ringing)은 입력의 갑작스런 변화에 의해 생기는 출력이 흔들리는 현상으로, 링잉 타임은, 링잉이 발생하는 구간을 의미할 수 있다.

전력 변환 장치는, 스위칭 동작에 의해 회로단 전원공급장치 역할을 수행하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)일 수 있다.

이 스위칭 동작에 의해, 출력에 노이즈가 발생할 수 있고, 피크(Peak)성 파형 및 전자기 간섭(EMI) 노이즈, 전자기 적합성(EMC)에 영향을 미친다.

도 6은 스위칭 소자 드레인(drain) 단에서 측정된 링잉 타임을 예시한 것이다. 종래의 스너버 회로는 피크 전압은 억제하지만 링잉 타임과 관련된 사항은 개선하지 못하였다.

도 6을 참조하면, 링잉 타임은 약 61us이다. 61us의 링잉 타임 동안에는 전압이 계속 흔들리므로, 전자기 간섭(EMI) 노이즈가 더욱 쉽게 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 링잉 타임(Ringing Time)에 따른 노이즈를 개선하여, 전체 전자기 간섭(EMI) 노이즈를 개선할 수 있는 방안을 제안한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스너버 회로부(510)는, 과도 전압 또는 전류를 완화하기 위해 사용되는 보조 회로로 서지(Surge) 전압이나 링잉(Ringing)을 흡수할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스너버 회로를 도시한 도면이다.

도 5와 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스너버 회로부(510)는, 입력 전원과 트랜스포머(T)의 1차측 인덕터 일단 사이(n1)에 연결되는 제1 커패시터(C1), 상기 제1 커패시터(C1)에 병렬 연결되는 제1 저항(R1), 상기 트랜스포머(T)의 스위칭 소자와 상기 트랜스포머(T)의 상기 1차측 인덕터 타단 사이(n2)에 연결되는 다이오드(D1), 및, 상기 다이오드(D1)에 병렬 연결되는 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.

스너버 회로부(510)의 일단(n1)은, 입력 전원부(405) 및 트랜스포머(T)의 1차측 인덕터와 연결될 수 있고, 스너버 회로부(510)의 타단(n2)은 스위칭 제어부(520)의 스위칭 소자 및 트랜스포머(T)의 2차측 인덕터와 연결될 수 있다.

제1 커패시터(C1)는, dc 단 커패시터(C)와 상기 트랜스포머(T)의 1차측 인덕터 일단 사이(n1)에 연결될 수 있다.

제1 저항(R1)도 dc 단 커패시터(C)와 상기 트랜스포머(T)의 1차측 인덕터 일단 사이(n1)에 상기 제1 커패시터(C1)에 병렬 연결될 수 있다.

다이오드(D1)와 제2 커패시터(C2)는 병렬 연결되고, 병렬 연결된 다이오드(D1)와 제2 커패시터(C2)는, 상기 트랜스포머(T)의 스위칭 소자와 상기 트랜스포머(T)의 상기 1차측 인덕터 타단 사이(n2)에 연결될 수 있다.

상기 트랜스포머(T)의 1차측 인덕터와 스위칭 소자는 입력 전원의 양의 단자로부터 순차적으로 직렬로 연결되고, 병렬 연결된 제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)는 상기 트랜스포머(T)의 1차측 인덕터에 대해 병렬로 연결될 수 있다.

여기서, 제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)는, 병렬형 RC 스너버 회로의 기능을 수행하여, 서지성 피크 전압을 억제하는 클램핑(clamping) 회로로 기능할 수 있다.

제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)는, 스위칭 소자 오프(off)시, 제1 커패시터(C1)가 충전되고, 스위칭 소자 온(on)시, 서서히 방전됨으로써, 고전압 최대치를 제한할 수 있다.

상기 다이오드(D1)는 스너버 회로(510)의 역류를 방지하기 위한 역전류 방지용 다이오드일 수 있다.

또한, 상기 제2 커패시터(C2)는 링잉 노이즈를 흡수하기 위한 노이즈 흡수용 커패시터일 수 있다.

본 발명은, 상기 다이오드(D1) 양단에 제2 커패시터(C2)를 적용함으로써, 링잉 타임을 단축시킬 수 있고, 링잉 타임 단축에 의하여 EMI 노이즈도 개선할 수 있다.

즉, 스너버 회로(510)의 다이오드(D1) 양단에 제2 커패시터(C2)를 병렬로 구성하여 링잉 타임을 줄일 수 있다.

여기서, 상기 제2 커패시터(C2)의 용량은 상기 제1 커패시터(C1)의 용량보다 작은 것이 바람직할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 제2 커패시터(C2)의 값은 작을수록 좋다. 이에 따라, 시정수를 더 크게 변경시키고, 링잉 타임을 더욱 짧게 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 커패시터 하나의 추가로 EMC 개선 효과를 가져오므로, 코어(Core)를 이용한 EMC 개선 방안 대비 약 1%의 비용으로 EMC 개선이 가능하다.

따라서, 저비용 고효율의 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.

또한, 코어(Core)를 이용한 기존의 노이즈 개선 방법에 비하여, 본 발명은 근본적인 회로 개선으로 범용성을 더욱 높이는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스너버 회로부(510)는, 병렬 연결된 상기 제1 커패시터(C1)와 상기 제1 저항(R1)의 일단(n3)과 병렬 연결된 상기 다이오드와 상기 제2 커패시터의 일단(n4) 사이에 배치되는 제2 저항(R2)을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 저항(R2)은, 전압을 강하시키며 링잉 노이즈를 흡수하고, 상하단 진폭을 축소하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 상기 제2 저항(R2)은 전류 제한 저항으로 기능하여 소자들을 보호하는데 도움을 줄 수도 있다.

상기 제2 저항(R2)은 충방전 전류의 시간당 전류 변화량을 낮게 억제할 수 있다. 따라서 2차측 출력 링잉(Ringing)을 더 감소시켜, 노이즈 개선 효과를 더욱 높일 수 있다

여기서, 상기 제2 저항(R2)은 상기 제1 저항(R1)보다 작은 저항값을 가지는 것이 더욱 바람직할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 링잉 타임을 도시한 도면으로, 도 8에서 예시한 스너버 회로가 적용된 경우에, 스위칭 소자 양단전압을 측정한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 흔들리는 링잉 노이즈를 제2 커패시터(C2) 등이 흡수하여 SMPS 드레인(drain) 단에 전달되는 Vds 링잉 타임(Ringing Time)을 줄여주는 역할을 수행할 수 있다.

이에 따라, 링잉 타임(Ringing Time)을 단축시켜, 2차측 부하의 노이즈 노출 시간을 감소시킴으로써, EMC 성능을 개선할 수 있다.

도 9를 참조하면, Vds 단 링잉 타임은 약 27us로, 도 7에서 예시된 61us의 절반 이하 수준으로, 링잉 타임을 감소시켰음을 확인할 수 있다.

도 10a와 도 10b는 종래의 전력 변환 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 EMC 노이즈 파형을 도시한 도면이다.

도 10a는 도 7에서 예시된 링잉 타임을 가질 때의 EMC 노이즈 파형을 예시하고, 도 10b는 도 9에서 예시된 링잉 타임을 가질 때의 EMC 노이즈 파형을 예시

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스너버 회로(510)의 다이오드(D1) 양단에 커패시터(C2)를 병렬로 추가함으로써, 링잉 타임을 대폭 축소시킬 수 있다.

이에 따라, 2차측 부하의 노이즈 노출 시간을 감소시킴으로써, EMC 성능을 개선할 수 있다.

도 10a와 도 10b를 비교하면, 30~40MHz 대역의 방사형 노이즈가 제거된 것을 확인할 수 있다.

또한, 제2 저항(R2)을 추가 조합함으로써, EMC 성능 개선 효과를 더욱 높일 수 있다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전자기 간섭(EMI) 노이즈를 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 저비용으로 고효율의 스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 스너버 회로 및 이를 포함하는 전력 변환 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

입력 전원부 : 405
컨버터 : 410
전력 변환 장치 : 440
DC 출력부 : 450

Claims (12)

1. 입력 전원과 트랜스포머의 1차측 인덕터 일단 사이에 연결되는 제1 커패시터;
   상기 제1 커패시터에 병렬 연결되는 제1 저항;
   상기 트랜스포머의 스위칭 소자와 상기 1차측 인덕터 타단 사이에 연결되는 다이오드; 및,
   상기 다이오드에 병렬 연결되는 제2 커패시터;를 포함하는 스너버 회로.
2. 제1항에 있어서,
   병렬 연결된 상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항의 일단과 병렬 연결된 상기 다이오드와 상기 제2 커패시터의 일단 사이에 배치되는 제2 저항;을 더 포함하는 스너버 회로.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 저항은 상기 제1 저항보다 작은 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 스너버 회로.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 커패시터의 용량은 상기 제1 커패시터의 용량보다 작은 것을 특징으로 하는 스너버 회로.
5. 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터;
   상기 직류 전원을 저장하는 dc 단 커패시터; 및
   스위칭 제어부, 트랜스포머, 스너버 회로부를 구비하고, 상기 스위칭 제어부의 스위칭 동작에 기초하여, 상기 dc 단 커패시터에 저장된 상기 직류 전원을 변환하여 출력하는 전력 변환부;를 포함하고,
   상기 스너버 회로부는,
   상기 dc 단 커패시터와 상기 트랜스포머의 1차측 인덕터 일단 사이에 연결되는 제1 커패시터, 상기 제1 커패시터에 병렬 연결되는 제1 저항, 상기 트랜스포머의 스위칭 소자와 상기 1차측 인덕터 타단 사이에 연결되는 다이오드, 및, 상기 다이오드에 병렬 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 스너버 회로부는, 병렬 연결된 상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항의 일단과 병렬 연결된 상기 다이오드와 상기 제2 커패시터의 일단 사이에 배치되는 제2 저항을 더 포함하는 전력 변환 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 저항은 상기 제1 저항보다 작은 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제2 커패시터의 용량은 상기 제1 커패시터의 용량보다 작은 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
9. 제5항에 있어서,
   상기 스위칭 제어부는, 하나 이상의 스위칭 소자와 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차측 인덕터에 연결되어, 하나 이상의 부하로 직류 전원을 공급하는 DC 출력부;를 더 포함하는 전력 변환 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 DC 출력부의 출력 전원을 상기 스위칭 제어부로 피드백(feedback)하는 피드백 회로부;를 더 포함하고
    상기 스위칭 제어부는, 상기 피드백되는 전원에 기초하여, 상기 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 DC 출력부는,
    상기 1차측 인덕터와, 상기 2차측 인덕터 사이의 권선비에 대응하여, 상기 직류 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
    
    

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