KR20210056696A - Boost converter with decoupling operation - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a boost converter capable of performing a boosting operation and an active decoupling operation. A boost converter according to an embodiment of the present invention comprises: a full-bridge rectifying circuit for rectifying AC power by including first and second switching elements connected to at least one leg; a decoupling circuit connected to an output terminal of the full-bridge rectifying circuit, and including a buffer capacitor and a decoupling inductor for receiving power from the buffer capacitor; a control unit for controlling the first and second switching elements to charge power to the buffer capacitor or to supply the power charged to the buffer capacitor to the decoupling inductor; and an output terminal circuit connected to the output terminal of the decoupling circuit to receive the power from the decoupling inductor.

Description

디커플링 동작을 수행하는 부스트 컨버터{BOOST CONVERTER WITH DECOUPLING OPERATION}Boost converter performing decoupling operation {BOOST CONVERTER WITH DECOUPLING OPERATION}

본 발명은 부스팅 동작과 액티브 디커플링 동작을 함께 수행할 수 있는 부스트 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a boost converter capable of performing both a boosting operation and an active decoupling operation.

컨버터는 다이오드 및 전력 스위칭 소자를 포함하며, 다이오드 및 전력 스위칭 소자를 이용한 전류 단속을 통해 전력을 변환한다. 특히, 전력 스위칭 소자는 온 상태 또는 오프 상태로 제어되어 전류를 단속하므로 컨버터 내 전류 또는 전압은 급격히 변화하고, 이는 노이즈를 발생시킨다. 이와 같이 발생한 노이즈가 부하에 제공되지 않도록 하기 위해 일반적으로 컨버터에는 디커플링 커패시터가 구비된다.The converter includes a diode and a power switching device, and converts power through current interruption using the diode and the power switching device. In particular, since the power switching element is controlled in an ON state or an OFF state to intercept the current, the current or voltage in the converter rapidly changes, which generates noise. In order to prevent the noise generated in this way from being provided to the load, a decoupling capacitor is generally provided in the converter.

도 1은 종래 부스트 컨버터의 회로도이며, 이하 도 1을 참조하여 종래 부스트 컨버터에서 수행되는 디커플링 동작을 설명하도록 한다.1 is a circuit diagram of a conventional boost converter. Hereinafter, a decoupling operation performed in a conventional boost converter will be described with reference to FIG. 1.

전력 스위칭 소자(S)가 턴 온 제어되면, 교류 전압원(Vac)에서 출력되는 교류 전류는 풀 브리지(full-bridge) 형태로 연결된 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 통해 직류 전류로 변환되어 인덕터(L)에 저장된다. 이후, 전력 스위칭 소자(S)가 턴 오프 제어되면, 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 통해 변환된 직류 전류와 인덕터(L)에 저장된 직류 전류가 부하(R)에 제공된다.When the power switching element (S) is turned on and controlled, the AC current output from the AC voltage source (Vac) is converted into a DC current through a plurality of diodes (D1, D2, D3, D4) connected in a full-bridge form. It is converted and stored in the inductor (L). Thereafter, when the power switching element S is controlled to be turned off, the DC current converted through the plurality of diodes D1, D2, D3, and D4 and the DC current stored in the inductor L are provided to the load R.

이 때, 전력 스위칭 소자(S)에서는 스위칭 동작에 의한 노이즈가 발생하며, 이러한 노이즈가 부하에 제공되는 것을 방지하기 위해, 종래 부스트 컨버터는 부하와 병렬로 연결된 디커플링 커패시터(C)를 포함한다.In this case, noise is generated by the switching operation in the power switching element S, and in order to prevent such noise from being supplied to the load, the conventional boost converter includes a decoupling capacitor C connected in parallel with the load.

이러한 디커플링 커패시터(C)는 패시브 디커플링 동작(passive decoupling operation)을 수행한다. 구체적으로 디커플링 커패시터(C)는 부하에 제공되는 교류 성분의 전력을 그라운드로 흘려 보냄으로써, 부하에 직류 성분의 안정적인 전력만이 공급되도록 기능한다.This decoupling capacitor C performs a passive decoupling operation. Specifically, the decoupling capacitor C functions so that only stable power of the DC component is supplied to the load by passing the power of the AC component provided to the load to the ground.

이러한 기능을 위해서는 디커플링 커패시터(C)의 용량이 클 것이 요구되며, 이에 따라 디커플링 커패시터(C)로는 전해(electrolytic) 커패시터가 사용되어 왔다. For this function, a large capacity of the decoupling capacitor C is required, and accordingly, an electrolytic capacitor has been used as the decoupling capacitor C.

다만, 최근에는 컨버터의 소형화, 전력 변환 효율 개선 및 수명 증가를 위해, 전해 커패시터가 필름(film) 커패시터로 대체되고 있는데, 필름 커패시터의 경우 전해 커패시터에 비해 상대적으로 용량이 작아 전술한 패시브 디커플링 동작을 제대로 수행할 수 없다.However, in recent years, electrolytic capacitors have been replaced with film capacitors in order to miniaturize converters, improve power conversion efficiency, and increase lifespan. Film capacitors have a relatively small capacity compared to electrolytic capacitors, so that the passive decoupling operation described above is not It can't be done properly.

이에 따라, 커패시터의 용량에 기초한 패시브 디커플링 동작 대신에, 액티브 디커플링 동작(active decoupling operation)을 수행할 수 있는 컨버터가 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a converter capable of performing an active decoupling operation instead of a passive decoupling operation based on the capacitance of a capacitor.

본 발명은 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화하는 부스트 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a boost converter that shares a switching element used for a boosting operation and a switching element used for a decoupling operation.

또한, 본 발명은 부하에 전압을 공급하는 출력단 커패시터를 전해 커패시터에서 필름 커패시터로 대체할 수 있는 부스트 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a boost converter capable of replacing an output capacitor supplying a voltage to a load from an electrolytic capacitor to a film capacitor.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.

본 발명은 풀 브리지 정류 회로의 어느 한 레그(leg)에 결선된 두 스위칭 소자를 제어하여 부스팅 인덕터를 충전 또는 방전시킴과 동시에, 두 스위칭 소자의 동작에 따라 버퍼 커패시터 및 디커플링 인덕터를 충전 또는 방전시킴으로써 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화할 수 있다.The present invention controls two switching elements connected to one leg of a full-bridge rectifier circuit to charge or discharge a boosting inductor, and charge or discharge a buffer capacitor and a decoupling inductor according to the operation of the two switching elements. The switching element used for the boosting operation and the switching element used for the decoupling operation can be shared.

또한, 본 발명은 일반적인 AC-DC 컨버터 내부에 액티브 디커플링 동작을 수행하는 디커플링 회로를 구비함으로써, 부하에 전압을 공급하는 출력단 커패시터를 전해 커패시터에서 필름 커패시터로 대체할 수 있다.In addition, the present invention includes a decoupling circuit that performs an active decoupling operation inside a general AC-DC converter, so that an output capacitor that supplies a voltage to a load can be replaced with a film capacitor from an electrolytic capacitor.

본 발명은 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화함으로써, 디커플링 동작을 위한 별도의 스위칭 소자 없이도 부하에 공급될 수 있는 교류 성분의 노이즈를 능동적으로 차단할 수 있다.In the present invention, by sharing the switching element used for the boosting operation and the switching element used for the decoupling operation, noise of an AC component that can be supplied to the load can be actively blocked without a separate switching element for the decoupling operation.

또한, 본 발명은 부하에 전압을 공급하는 출력단 커패시터를 전해 커패시터에서 필름 커패시터로 대체함으로써, 부스트 컨버터의 소형화가 가능하고, 전력 변환 효율을 개선시킬 수 있으며, 수명을 증가시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, by replacing an output capacitor supplying a voltage to a load from an electrolytic capacitor to a film capacitor, the boost converter can be miniaturized, power conversion efficiency can be improved, and lifespan can be increased.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, specific effects of the present invention will be described together with explanation of specific matters for carrying out the present invention.

도 1은 종래 부스트 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 풀 브리지 정류 회로의 예시적인 회로를 각각 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 디커플링 회로의 예시적인 회로를 각각 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 회로도.
도 6은 버퍼 커패시터 및 디커플링 인덕터의 충방전을 통한 디커플링 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 각 모드별 전류 흐름을 도시한 도면.
1 is a view for explaining the operation of a conventional boost converter.
2 is a diagram schematically showing the configuration of a boost converter according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams showing exemplary circuits of the full bridge rectification circuit shown in FIG. 2, respectively.
4A and 4B are diagrams showing exemplary circuits of the decoupling circuit shown in FIG. 2, respectively.
5 is a circuit diagram of a boost converter according to an embodiment of the present invention.
6 is a waveform diagram illustrating a decoupling operation through charging and discharging of a buffer capacitor and a decoupling inductor.
7A to 7C are views showing the current flow for each mode shown in FIG. 6.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar elements.

본 명세서에서 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.In the present specification, the first, second, etc. are used to describe various elements, but these elements are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component, and unless otherwise stated, the first component may be the second component.

또한, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.In addition, in the present specification, when a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but different components between each component It is to be understood that elements may be “interposed”, or each element may be “connected”, “coupled” or “connected” through other elements.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, a singular expression used in the present specification includes a plurality of expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various elements or various steps described in the specification, and some of the elements or some steps It may not be included, or it should be interpreted that it may further include additional components or steps.

또한, 본 명세서에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다In addition, in the present specification, when referred to as "A and/or B", it means A, B or A and B unless otherwise specified, and when referred to as "C to D", it is a special opposite Unless otherwise stated, it means that it is more than C and less than or equal to D.

본 발명은 부스팅(boosting) 동작과 액티브 디커플링(active decoupling) 동작을 함께 수행할 수 있는 부스트 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a boost converter capable of performing both a boosting operation and an active decoupling operation.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a boost converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram schematically showing the configuration of a boost converter according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 풀 브리지 정류 회로의 예시적인 회로를 각각 도시한 도면이다. 또한, 도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 디커플링 회로의 예시적인 회로를 각각 도시한 도면이다.3A and 3B are diagrams showing exemplary circuits of the full bridge rectifier circuit shown in FIG. 2, respectively. 4A and 4B are diagrams each showing an exemplary circuit of the decoupling circuit shown in FIG. 2.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 회로도이다.5 is a circuit diagram of a boost converter according to an embodiment of the present invention.

도 6은 버퍼 커패시터 및 디커플링 인덕터의 충방전을 통한 디커플링 동작을 설명하기 위한 파형도이고, 도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 각 모드별 전류 흐름을 도시한 도면이다.6 is a waveform diagram illustrating a decoupling operation through charging and discharging of a buffer capacitor and a decoupling inductor, and FIGS. 7A to 7C are diagrams illustrating current flows for each mode shown in FIG. 6.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터(100)는 풀 브리지(full-bridge) 정류 회로(110), 디커플링(decoupling) 회로(120), 제어부(130) 및 출력단 회로(140)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 부스트 컨버터(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.2, the boost converter 100 according to an embodiment of the present invention includes a full-bridge rectifier circuit 110, a decoupling circuit 120, a control unit 130, and an output terminal circuit ( 140). The boost converter 100 shown in FIG. 2 is according to an embodiment, and its components are not limited to the embodiment shown in FIG. 2, and some components may be added, changed, or deleted as necessary. .

한편, 후술되는 제어부(130)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나의 물리적인 요소로 구현될 수 있다.Meanwhile, the controller 130 to be described later includes application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and processors. ), controllers, micro controllers, and microprocessors.

풀 브리지 정류 회로(110)는 풀 브리지 형태로 연결된 복수의 반도체 소자를 이용하여 교류 전원(Vac)을 정류할 수 있다. 풀 브리지 정류 회로(110)는 두 개의 레그(leg)를 포함하고, 각 레그에는 두 쌍의 반도체 소자가 토템폴(totme-pole) 구조로 결선됨으로써 교류 전원(Vac)을 정류할 수 있다.The full bridge rectification circuit 110 may rectify the AC power Vac using a plurality of semiconductor devices connected in a full bridge form. The full bridge rectification circuit 110 includes two legs, and two pairs of semiconductor devices are connected to each leg in a totme-pole structure, thereby rectifying the AC power Vac.

도 3a를 참조하여, 일 예시에 따른 풀 브리지 정류 회로(110)의 구조를 설명하면, 풀 브리지 정류 회로(110)는 일단이 계통과 연결되는 부스팅 인덕터(Lb), 부스팅 인덕터(Lb)의 타단과 연결되는 제1 레그(110a) 및 제1 레그(110a)에 병렬로 연결되는 제2 레그(110b)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 레그(110a)에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)가 한 쌍을 이루어 결선될 수 있고, 제2 레그(110b)에는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 한 쌍을 이루어 결선될 수 있다.Referring to FIG. 3A, a structure of the full-bridge rectifier circuit 110 according to an example will be described. The full-bridge rectifier circuit 110 includes a boosting inductor Lb having one end connected to the system, and the other of the boosting inductor Lb. It may include a first leg 110a connected to the end and a second leg 110b connected in parallel to the first leg 110a. At this time, the first and second diodes D1 and D2 may be connected in a pair to the first leg 110a, and the first and second switching elements S1 and S2 may be connected to the second leg 110b. Can be finalized in a pair.

기본적으로 교류 전원(Vac)에서 공급되는 양의 교류 전류는 제1 다이오드(D1)와 제2 스위칭 소자(S2)를 통해 출력단으로 제공되고, 교류 전원(Vac)에서 공급되는 음의 교류 전류는 제2 다이오드(D2)와 제1 스위칭 소자(S1)를 통해 반전되어 출력단으로 제공됨으로써, 교류 전원(Vac)은 전파 정류(full-wave rectification)될 수 있다. 이를 위해, 제어부(130)는 교류 전원(Vac)의 위상에 동기화된 스위칭 제어 신호를 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)에 제공할 수 있다.Basically, the positive AC current supplied from the AC power source (Vac) is provided to the output terminal through the first diode (D1) and the second switching element (S2), and the negative AC current supplied from the AC power source (Vac) is reduced. 2 As the diode D2 and the first switching element S1 are inverted and provided to the output terminal, the AC power Vac may be full-wave rectification. To this end, the controller 130 may provide a switching control signal synchronized to the phase of the AC power Vac to the first and second switching elements S1 and S2.

도 3b를 참조하여, 다른 예시에 따른 풀 브리지 정류 회로(110)의 구조를 설명하면, 풀 브리지 정류 회로(110)는 도 3a에서 설명한 바와 같이 부스팅 인덕터(Lb), 제1 레그(110a) 및 제2 레그(110b)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 레그(110a)에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)가 한 쌍을 이루어 결선될 수 있다. 제2 레그(110b)에는 제3 및 제4 스위칭 소자(S3, S4)가 한 쌍을 이루어 결선될 수 있다.Referring to FIG. 3B, a structure of the full bridge rectifier circuit 110 according to another example will be described. As described in FIG. 3A, the full bridge rectifier circuit 110 includes a boosting inductor Lb, a first leg 110a, and It may include a second leg (110b). In this case, a pair of first and second diodes D1 and D2 may be formed and connected to the first leg 110a. The third and fourth switching elements S3 and S4 may be connected to the second leg 110b in a pair.

기본적으로 교류 전원(Vac)에서 공급되는 양의 교류는 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)를 통해 출력단으로 제공되고, 교류 전원(Vac)에서 공급되는 음의 교류 전류는 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)를 통해 반전되어 출력단으로 제공됨으로써, 교류 전원(Vac)은 전파 정류될 수 있다. 이를 위해, 제어부(130)는 교류 전원(Vac)의 위상에 동기화된 각 스위칭 제어 신호를 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)에 제공할 수 있다.Basically, the positive AC supplied from the AC power Vac is provided to the output terminal through the first and fourth switching elements S1 and S4, and the negative AC current supplied from the AC power Vac is the second and second. 3 As the switching elements S2 and S3 are inverted and provided to the output terminal, the AC power Vac can be full-wave rectified. To this end, the controller 130 may provide each switching control signal synchronized to the phase of the AC power Vac to the first to fourth switching elements S1, S2, S3, and S4.

이러한 정류 과정에서 부스팅 동작이 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 정류 과정에서 부스팅 인덕터(Lb)는 교류 전원(Vac)에서 출력되는 전력을 충전할 수 있고, 충전된 전력은 후술되는 출력단 회로(140)에 제공될 수 있다. 이를 위해 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하도록 한다. During this rectification process, a boosting operation may be performed. More specifically, during the rectification process, the boosting inductor Lb may charge the power output from the AC power Vac, and the charged power may be provided to the output terminal circuit 140 to be described later. To this end, the controller 130 may control the first and second switching elements S1 and S2, which will be described later.

전술한 풀 브리지 정류 회로(110)는 임의의 교류 전원(Vac)과 연결될 수 있다. 예컨대, 풀 브리지 정류 회로(110)는 계통(예를 들어, 상용 교류 전원)과 연결될 수 있고, 계통으로부터 공급되는 교류 전원(Vac)을 정류할 수 있다.The above-described full bridge rectification circuit 110 may be connected to any AC power source (Vac). For example, the full bridge rectification circuit 110 may be connected to a system (eg, commercial AC power) and rectify the AC power Vac supplied from the system.

한편, 풀 브리지 정류 회로(110)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 회로 이외에도, 토템폴 구조로 결선된 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하여 교류 전원(Vac)을 정류하는 다양한 회로로 구현될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 풀 브리지 정류 회로(110)가 도 3a에 도시된 구조를 갖는 것으로 가정하여 설명하도록 한다.Meanwhile, the full bridge rectification circuit 110 may be implemented as various circuits for rectifying AC power Vac including a pair of switching elements connected in a totem pole structure in addition to the circuits shown in FIGS. 3A and 3B. However, in the following description, for convenience of description, it is assumed that the full bridge rectifier circuit 110 has the structure shown in FIG. 3A.

디커플링 회로(120)는, 풀 브리지 정류 회로(110) 내 다이오드 또는 스위칭 소자에서 발생하는 노이즈를 능동적으로 제거할 수 있다. 즉, 디커플링 회로(120)는 액티브 디커플링 동작을 수행할 수 있다.The decoupling circuit 120 may actively remove noise generated from a diode or a switching element in the full bridge rectifier circuit 110. That is, the decoupling circuit 120 may perform an active decoupling operation.

액티브 디커플링 동작을 위해, 디커플링 회로(120)에는 수동 소자인 인덕터와 커패시터 및 이 두 수동 소자를 충전 또는 방전시키기 위한 스위칭 소자가 포함될 수 있는데, 본 발명은 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화하는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 3a에 도시된 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 부스팅 동작에 이용됨과 동시에 디커플링 동작에도 이용될 수 있으며, 각 동작에 대해서는 후술하도록 한다.For the active decoupling operation, the decoupling circuit 120 may include a passive element, an inductor and a capacitor, and a switching element for charging or discharging the two passive elements. It is characterized in that the used switching elements are shared. That is, the first and second switching elements S1 and S2 shown in FIG. 3A can be used for a boosting operation and a decoupling operation, and each operation will be described later.

도 4a를 참조하여 디커플링 회로(120)를 구체적으로 설명하면, 디커플링 회로(120)는 풀 브리지 정류 회로(110)의 출력단에 연결되고, 버퍼 커패시터(Cb) 및 버퍼 커패시터(Cb)로부터 전력을 공급받는 디커플링 인덕터(Ld)를 포함할 수 있다.When the decoupling circuit 120 is described in detail with reference to FIG. 4A, the decoupling circuit 120 is connected to the output terminal of the full bridge rectifier circuit 110 and supplies power from the buffer capacitor Cb and the buffer capacitor Cb. It may include a receiving decoupling inductor Ld.

풀 브리지 정류 회로(110)에서 출력된 전력은 버퍼 커패시터(Cb)에 저장되었다가(1) 인덕터에 공급됨으로써(2), 풀 브리지 정류 회로(110)에서 출력되는 신호 내 노이즈는 제거될 수 있다. 이러한 동작은 풀 브리지 정류 회로(110) 내 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온오프에 의해 수행될 수 있다.The power output from the full bridge rectifier circuit 110 is stored in the buffer capacitor Cb (1) and supplied to the inductor (2), so that noise in the signal output from the full bridge rectifier circuit 110 can be removed. . This operation may be performed by turning on and off the first and second switching elements S1 and S2 in the full bridge rectifier circuit 110.

보다 구체적으로, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태에 따라 풀 브리지 정류 회로(110)에서 출력되는 전류가 버퍼 커패시터(Cb)에 제공될 수 있고, 이 때, 버퍼 커패시터(Cb)는 해당 전류를 직류 전압으로 저장할 수 있다(1). 또한, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태에 따라 버퍼 커패시터(Cb)와 디커플링 인덕터(Ld)가 폐회로(closed-circuit)를 구성할 수 있고, 이 때, 버퍼 커패시터(Cb)에 저장된 전력은 디커플링 인덕터(Ld)로 제공될 수 있다(2). 이러한 동작을 위해 제어부(130)가 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온오프를 제어하는 방법에 대해서는 후술하도록 한다.More specifically, the current output from the full bridge rectifier circuit 110 may be provided to the buffer capacitor Cb according to the states of the first and second switching elements S1 and S2, and in this case, the buffer capacitor Cb ) Can store the corresponding current as a DC voltage (1). In addition, the buffer capacitor Cb and the decoupling inductor Ld may form a closed-circuit according to the states of the first and second switching elements S1 and S2, and at this time, the buffer capacitor Cb The power stored in may be provided to the decoupling inductor Ld (2). A method of controlling the on/off of the first and second switching elements S1 and S2 by the control unit 130 for this operation will be described later.

다시 도 4a를 참조하여 디커플링 회로(120)의 구조를 구체적으로 설명하면, 버퍼 커패시터(Cb)의 일단은 풀 브리지 정류 회로(110)의 포지티브 단자(+)에 연결되고, 디커플링 인덕터(Ld)는 버퍼 커패시터(Cb)의 타단과 풀 브리지 정류 회로(110)의 네거티브 단자(-) 사이에 연결될 수 있다.Referring again to FIG. 4A, the structure of the decoupling circuit 120 will be described in detail, one end of the buffer capacitor Cb is connected to the positive terminal (+) of the full bridge rectifier circuit 110, and the decoupling inductor Ld is It may be connected between the other end of the buffer capacitor Cb and the negative terminal (-) of the full bridge rectifier circuit 110.

제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태에 따라, 교류 전원(Vac), 버퍼 커패시터(Cb) 및 출력단 회로(140)는 폐회로를 구성할 수 있고, 버퍼 커패시터(Cb)는 교류 전원(Vac)에 의해 충전될 수 있다(1). 또한, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)에 따라, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2), 버퍼 커패시터(Cb) 및 디커플링 인덕터(Ld)는 폐회로를 구성할 수 있고, 버퍼 커패시터(Cb)에 저장된 전력은 디커플링 인덕터(Ld)로 제공될 수 있다(2).Depending on the state of the first and second switching elements S1 and S2, the AC power supply Vac, the buffer capacitor Cb, and the output terminal circuit 140 may form a closed circuit, and the buffer capacitor Cb is an AC power supply. Can be charged by (Vac) (1). In addition, according to the first and second switching elements S1 and S2, the first and second switching elements S1 and S2, the buffer capacitor Cb, and the decoupling inductor Ld may form a closed circuit, and the buffer Power stored in the capacitor Cb may be provided to the decoupling inductor Ld (2).

앞서 설명한 전력의 이동 경로를 형성하기 위해, 다시 말해, 디커플링 인덕터(Ld)가 버퍼 커패시터(Cb)에 저장된 전력에 의해서만 충전되도록 하기 위해, 디커플링 회로(120)는 전류 제한 다이오드(Dr)를 더 포함할 수 있다.The decoupling circuit 120 further includes a current limiting diode Dr, in order to form the movement path of the power described above, that is, so that the decoupling inductor Ld is charged only by the power stored in the buffer capacitor Cb. can do.

도 4b를 참조하면, 디커플링 회로(120)는 디커플링 인덕터(Ld)에 직렬로 연결되어 전력이 버퍼 커패시터(Cb)에서 디커플링 인덕터(Ld)로만 공급되도록 전류 흐름을 제한하는 전류 제한 다이오드(Dr)를 포함할 수 있다.4B, the decoupling circuit 120 is connected in series to the decoupling inductor Ld to limit the current flow so that power is supplied only from the buffer capacitor Cb to the decoupling inductor Ld. Can include.

전류 제한 다이오드(Dr)는 풀 브리지 정류 회로(110)에서 출력되는 전류에 의해 버퍼 커패시터(Cb)가 충전될 때(1), 해당 전류가 디커플링 인덕터(Ld)로 제공되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전류 제한 다이오드(Dr)는 버퍼 커패시터(Cb)에 충전된 전력이 디커플링 인덕터(Ld)로 제공될 때(2), 인덕터의 과충전으로 인해 커플링 인덕터에서 버퍼 커패시터(Cb)로 역전류(reverse current)가 흐르는 것을 방지할 수 있다.When the buffer capacitor Cb is charged by the current output from the full bridge rectifier circuit 110 (1), the current limiting diode Dr may prevent the corresponding current from being supplied to the decoupling inductor Ld. In addition, when the power charged in the buffer capacitor Cb is supplied to the decoupling inductor Ld (2), the current limiting diode Dr has a reverse current from the coupling inductor to the buffer capacitor Cb due to overcharging of the inductor ( reverse current) can be prevented from flowing.

한편, 다이오드가 전류를 제한할 때 다이오드에는 역전압이 인가될 수 있고, 다이오드의 내압을 초과하는 역전압 인가 시 다이오드는 파손될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 디커플링 회로(120)는 전류 제한 다이오드(Dr)에 병렬로 연결되는 스너버(snubber) 커패시터(Cs)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, when the diode limits the current, a reverse voltage may be applied to the diode, and when a reverse voltage exceeding the withstand voltage of the diode is applied, the diode may be damaged. To prevent this, the decoupling circuit 120 may further include a snubber capacitor Cs connected in parallel to the current limiting diode Dr.

출력단 회로(140)는 디커플링 회로(120)의 출력단에 연결될 수 있다. 출력단 회로(140)에는 부스팅 동작에 의한 전력과 디커플링 동작에 의한 전력이 공급될 수 있다.The output terminal circuit 140 may be connected to the output terminal of the decoupling circuit 120. Power by a boosting operation and power by a decoupling operation may be supplied to the output terminal circuit 140.

보다 구체적으로, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 부스팅 동작을 수행할 수 있고, 이에 따라 부스트된 전력은 출력단 회로(140)로 제공될 수 있다. 또한, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 디커플링 동작을 수행할 수 있고, 이에 따라 디커플링 인덕터(Ld)에 저장된 전력은 출력단 회로(140)로 제공될 수 있다.More specifically, the controller 130 may perform a boosting operation by controlling the first and second switching elements S1 and S2, and accordingly, the boosted power may be provided to the output terminal circuit 140. In addition, the control unit 130 may perform a decoupling operation by controlling the first and second switching elements S1 and S2, and accordingly, the power stored in the decoupling inductor Ld may be provided to the output terminal circuit 140. have.

이하에서는, 도 5에 도시된 부스트 컨버터(100)의 전체 회로를 예로 들어 부스팅 동작 및 디커플링 동작을 구체적으로 설명하도록 한다. 도 5에 도시된 풀 브리지 정류 회로(110)는 도 3a에 도시된 예에 따를 수 있고, 디커플링 회로(120)는 도 4b에 도시된 예에 따를 수 있다.Hereinafter, a boosting operation and a decoupling operation will be described in detail by taking the entire circuit of the boost converter 100 shown in FIG. 5 as an example. The full bridge rectification circuit 110 shown in FIG. 5 may follow the example shown in FIG. 3A, and the decoupling circuit 120 may follow the example shown in FIG. 4B.

도 5에 도시된 출력단 회로(140)는 디커플링 회로(120)의 출력단에 연결된 출력단 커패시터(Co)와 출력단 커패시터(Co)로부터 출력 전압(Vout)을 공급받는 부하(R)를 포함할 수 있다. 출력단 커패시터(Co)는 디커플링 회로(120)의 출력단에서 제공되는 전류를 출력 전압(Vout)의 형태로 저장할 수 있고, 부하(R)는 출력단 커패시터(Co)와 병렬로 연결되어 출력 전압(Vout)을 공급받을 수 있다.The output terminal circuit 140 illustrated in FIG. 5 may include an output terminal capacitor Co connected to the output terminal of the decoupling circuit 120 and a load R receiving an output voltage Vout from the output terminal capacitor Co. The output capacitor (Co) can store the current provided from the output terminal of the decoupling circuit 120 in the form of an output voltage (Vout), and the load (R) is connected in parallel with the output terminal capacitor (Co) to output the output voltage (Vout). Can be supplied.

먼저, 부스팅 동작에 대해 설명하도록 한다.First, the boosting operation will be described.

제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 부스팅 동작을 수행할 수 있다. 다시 말해, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 전력을 충전시키거나 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력을 출력단 회로(140)로 방전시킬 수 있다.The controller 130 may perform a boosting operation by controlling the first and second switching elements S1 and S2. In other words, the controller 130 controls the first and second switching elements S1 and S2 to charge power in the boosting inductor Lb or transfer the power charged in the boosting inductor Lb to the output terminal circuit 140. It can be discharged.

구체적으로, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 온 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 전력을 충전시킬 수 있다.Specifically, the controller 130 may charge power in the boosting inductor Lb by turning on at least one of the first and second switching elements S1 and S2.

제어부(130)는 입력 전원의 위상에 따라 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 온 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 입력 전압(Vin)의 크기가 양인 위상에서는 제1 스위칭 소자(S1)를 턴 온 제어할 수 있다. 이에 따라, 양의 교류 전류는 부스팅 인덕터(Lb)에 제공될 수 있고, 부스팅 인덕터(Lb)는 해당 전류에 의해 충전될 수 있다. 반면, 입력 전압(Vin)의 크기가 음인 위상에서는 제2 스위칭 소자(S2)를 턴 온 제어할 수 있다. 이에 따라, 음의 교류 전류는 반전되어 부스팅 인덕터(Lb)에 제공될 수 있고, 부스팅 인덕터(Lb)는 해당 전류에 의해 충전될 수 있다.The controller 130 may turn on at least one of the first and second switching elements S1 and S2 according to the phase of the input power. More specifically, the first switching element S1 may be turned on in a phase in which the magnitude of the input voltage Vin is positive. Accordingly, a positive AC current may be provided to the boosting inductor Lb, and the boosting inductor Lb may be charged by the corresponding current. On the other hand, in a phase in which the magnitude of the input voltage Vin is negative, the second switching element S2 may be turned on. Accordingly, the negative AC current may be inverted and provided to the boosting inductor Lb, and the boosting inductor Lb may be charged by the corresponding current.

이러한 동작을 위해 본 발명의 부스트 컨버터(100)는 교류 전원(Vac)의 출력단에 연결된 전압 센서(150)를 더 포함할 수 있다. 전압 센서(150)는 입력 전압(Vin)을 측정하여 제어부(130)에 제공할 수 있고, 제어부(130)는 입력 전압(Vin)의 크기 및 위상에 기초하여 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어할 수 있다.For this operation, the boost converter 100 of the present invention may further include a voltage sensor 150 connected to the output terminal of the AC power Vac. The voltage sensor 150 may measure the input voltage Vin and provide it to the controller 130, and the controller 130 may measure the first and second switching elements S1 based on the magnitude and phase of the input voltage Vin. , S2) can be controlled.

이어서, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 턴 오프 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력을 출력단 회로(140)에 공급할 수 있다.Subsequently, the control unit 130 may turn off the first and second switching elements S1 and S2 to supply power charged in the boosting inductor Lb to the output terminal circuit 140.

제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴 오프 제어되면 교류 전원(Vac), 부스팅 인덕터(Lb), 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 출력단 회로(140)에는 교류 전원(Vac)에서 출력되는 전력이 제공될 뿐만 아니라, 부스팅 인덕터(Lb)에 충전되어 있던 전력 또한 공급될 수 있다.When the first and second switching elements S1 and S2 are turned off, the AC power Vac, the boosting inductor Lb, and the output terminal circuit 140 may form a closed circuit. Accordingly, not only the power output from the AC power Vac is provided to the output terminal circuit 140, but the power charged in the boosting inductor Lb may also be supplied.

즉, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 온 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 전력을 충전시킨 후 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 모두 턴 오프 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력을 출력단 회로(140)에 방전시킴으로써, 부스팅 동작을 수행할 수 있다.That is, the control unit 130 turns on at least one of the first and second switching elements S1 and S2 to charge power in the boosting inductor Lb, and then the first and second switching elements S1 and S2. The boosting operation may be performed by controlling all of the signals to be turned off and discharging the power charged in the boosting inductor Lb to the output terminal circuit 140.

다음으로, 디커플링 동작에 대해 설명하도록 한다.Next, the decoupling operation will be described.

제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 버퍼 커패시터(Cb)에 전력을 충전시키거나 버퍼 커패시터(Cb)에 충전된 전력을 디커플링 인덕터(Ld)에 공급할 수 있다. 이를 통해, 교류 전원(Vac) 및 풀 브리지 정류 회로(110)에서 발생한 교류 성분의 노이즈는 제거될 수 있다.The controller 130 may control the first and second switching elements S1 and S2 to charge power in the buffer capacitor Cb or supply the power charged in the buffer capacitor Cb to the decoupling inductor Ld. . Through this, noise of the AC component generated from the AC power Vac and the full bridge rectifier circuit 110 may be removed.

이러한 디커플링 동작은 전술한 부스팅 동작에 이용되었던 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어함으로써 수행될 수 있다. 다시 말해, 디커플링 동작은 전술한 부스팅 동작과 함께 수행될 수 있다.This decoupling operation may be performed by controlling the first and second switching elements S1 and S2 used in the above-described boosting operation. In other words, the decoupling operation may be performed together with the above-described boosting operation.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온오프를 제어하기 위해 제어부(130)에서 출력되는 신호를 각각 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)로 지칭하도록 한다. 또한, 부스팅 인덕터(Lb)에 흐르는 전류를 부스팅 전류(im1), 디커플링 인덕터(Ld)에 흐르는 전류를 디커플링 전류(im2), 버퍼 커패시터(Cb)에 인가된 전압을 버퍼 전압(Vb)으로 지칭하도록 한다.Hereinafter, for convenience of description, signals output from the control unit 130 to control on/off of the first and second switching elements S1 and S2 are respectively referred to as first and second switching control signals Q1 and Q2. It should be referred to as. In addition, the current flowing through the boosting inductor Lb is referred to as the boosting current (im1), the current flowing through the decoupling inductor Ld is referred to as the decoupling current (im2), and the voltage applied to the buffer capacitor Cb is referred to as the buffer voltage (Vb). do.

도 6을 참조하면, 제어부(130)는 내부에서 생성되는 타이밍 신호(Ts)에 따라 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 타이밍 신호(Ts)의 크기와 복수의 기준 크기(Tmax*dDS1, Tmax*dDS2)를 비교하여 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 생성할 수 있는데, 기준 크기는 제1 스위칭 소자(S1)의 온 듀티(dDS1) 및 제2 스위칭 소자(S2)의 온 듀티(dDS2)에 따라 미리 설정될 수 있다.Referring to FIG. 6, the controller 130 may generate first and second switching control signals Q1 and Q2 according to a timing signal Ts generated therein. Specifically, the control unit 130 compares the size of the timing signal Ts and a plurality of reference sizes (T max *d DS1 , T max *d DS2 ) to compare the first and second switching control signals Q1 and Q2. The reference size may be set in advance according to the on duty d DS1 of the first switching element S1 and the on duty d DS2 of the second switching element S2.

한편, 도 6에 도시된 파형도는 입력 전압(Vin)이 양의 값을 갖는 경우를 가정하여 도시된 것이다. 이에 따라, 입력 전압(Vin)이 음인 경우에는 제1 스위칭 제어 신호(Q1)가 제2 스위칭 소자(S2)에 인가될 수 있고, 제2 스위칭 제어 신호(Q2)가 제1 스위칭 소자(S1)에 인가될 수 있다.Meanwhile, the waveform diagram illustrated in FIG. 6 is illustrated assuming that the input voltage Vin has a positive value. Accordingly, when the input voltage Vin is negative, the first switching control signal Q1 may be applied to the second switching element S2, and the second switching control signal Q2 may be applied to the first switching element S1. Can be applied to.

일 예에서, 버퍼 커패시터(Cb)에 전력이 충전되어 있을 때, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 턴 온 제어하여 버퍼 커패시터(Cb)에 충전된 전력을 디커플링 인덕터(Ld)에 공급할 수 있다. In one example, when power is charged in the buffer capacitor Cb, the controller 130 controls the first and second switching elements S1 and S2 to turn on to decouple the power charged in the buffer capacitor Cb. It can be supplied to the inductor Ld.

다시 도 6을 참조하면, mode 1에서 제어부(130)는 하이(high) 값의 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 버퍼 전압(Vb)은 감소할 수 있고, 디커플링 전류(im2)는 증가할 수 있다.Referring back to FIG. 6, in mode 1, the controller 130 may output high first and second switching control signals Q1 and Q2. Accordingly, the buffer voltage Vb may decrease and the decoupling current im2 may increase.

도 7a를 참조하여 구체적으로 설명하면, mode 1에서 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴 온 상태이므로 교류 전원(Vac)에서 출력되는 교류 전류는 부스팅 인덕터(Lb)에 흐를 수 있고, 이에 따라 부스팅 전류(im1)는 증가할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 7A, since the first and second switching elements S1 and S2 are turned on in mode 1, the AC current output from the AC power Vac may flow through the boosting inductor Lb. As a result, the boosting current im1 may increase.

또한, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴 온 상태이므로 버퍼 커패시터(Cb)와 디커플링 인덕터(Ld)는 폐회로를 형성할 수 있고, 버퍼 커패시터(Cb)에 충전된 전력은 디커플링 인덕터(Ld)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 버퍼 전압(Vb)은 감소할 수 있고 디커플링 전류(im2)는 증가할 수 있다.In addition, since the first and second switching elements S1 and S2 are turned on, the buffer capacitor Cb and the decoupling inductor Ld can form a closed circuit, and the power charged in the buffer capacitor Cb is the decoupling inductor. (Ld) can be provided. Accordingly, the buffer voltage Vb may decrease and the decoupling current im2 may increase.

다른 예에서, 디커플링 인덕터(Ld)에 전력이 충전되어 있을 때, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 오프 제어하여 디커플링 인덕터(Ld)에 충전된 전력을 출력단 회로(140)로 공급할 수 있다.In another example, when power is charged in the decoupling inductor Ld, the control unit 130 controls at least one of the first and second switching elements S1 and S2 to turn off to be charged in the decoupling inductor Ld. Power may be supplied to the output terminal circuit 140.

다시 도 6을 참조하면, mode 2 및/또는 mode 3에서 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 오프 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(130)는 mode 2에서 하이 값의 제1 스위칭 제어 신호(Q1)를 출력할 수 있고, 로우(low) 값의 제2 스위칭 제어 신호(Q2)를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 mode 3에서 로우 값의 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 디커플링 전류(im2)는 감소할 수 있고 출력 전압(Vout)은 증가할 수 있다.Referring back to FIG. 6, in mode 2 and/or mode 3, the controller 130 may turn off at least one of the first and second switching elements S1 and S2. More specifically, in mode 2, the controller 130 may output a high value first switching control signal Q1 and a low value second switching control signal Q2. In addition, the controller 130 may output low-value first and second switching control signals Q1 and Q2 in mode 3. Accordingly, the decoupling current im2 may decrease and the output voltage Vout may increase.

먼저, 도 7b를 참조하여 구체적으로 설명하면, mode 2에서 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온 상태이고 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 오프 상태일 때, 교류 전원(Vac)에서 출력되는 교류 전류는 부스팅 인덕터(Lb)에 흐를 수 있고, 이에 따라 부스팅 전류(im1)는 증가할 수 있다.First, referring to FIG. 7B in detail, when the first switching element S1 is turned on and the second switching element S2 is turned off in mode 2, the AC output from the AC power Vac Current may flow through the boosting inductor Lb, and accordingly, the boosting current im1 may increase.

또한, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 오프 상태이므로 버퍼 커패시터(Cb)와 디커플링 인덕터(Ld) 사이에는 전류 흐름이 발생하지 않을 수 있다. 다만, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태와 관계 없이, 디커플링 인덕터(Ld)와 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있고, 디커플링 인덕터(Ld)에 충전된 전력은 출력단 회로(140)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 디커플링 전류(im2)는 감소할 수 있다.Also, since the second switching element S2 is in a turned-off state, no current flow may occur between the buffer capacitor Cb and the decoupling inductor Ld. However, regardless of the states of the first and second switching elements S1 and S2, the decoupling inductor Ld and the output terminal circuit 140 may form a closed circuit, and the power charged in the decoupling inductor Ld is the output terminal. It may be provided in the circuit 140. Accordingly, the decoupling current im2 may decrease.

다음으로, 도 7c를 참조하여 구체적으로 설명하면, mode 3에서 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 모두 턴 오프 상태이므로, 앞서 부스팅 동작에서 설명한 바와 같이 교류 전원(Vac), 부스팅 인덕터(Lb), 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력은 출력단 회로(140)에 공급될 수 있고, 이에 따라 부스팅 전류(im1)는 감소할 수 있다.Next, referring to FIG. 7C in detail, since both the first and second switching elements S1 and S2 are turned off in mode 3, the AC power supply Vac and the boosting inductor are as described in the boosting operation. (Lb), the output terminal circuit 140 may form a closed circuit. Accordingly, the power charged in the boosting inductor Lb may be supplied to the output terminal circuit 140, and accordingly, the boosting current im1 may decrease.

한편, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태와 관계 없이, 디커플링 인덕터(Ld)와 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있고, 디커플링 인덕터(Ld)에 충전된 전력은 출력단 회로(140)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 디커플링 전류(im2)는 감소할 수 있다.Meanwhile, regardless of the states of the first and second switching elements S1 and S2, the decoupling inductor Ld and the output terminal circuit 140 may form a closed circuit, and the power charged in the decoupling inductor Ld is the output terminal. It may be provided in the circuit 140. Accordingly, the decoupling current im2 may decrease.

한편, 도 7b는 입력 전압(Vin)이 양의 값을 가짐에 따라 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온 제어되고 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 오프 제어되는 것으로 도시되어 있으나, 입력 전압(Vin)이 음의 값을 가지는 경우에는 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 오프 제어될 수 있고 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 온 제어될 수 있다.Meanwhile, FIG. 7B shows that the first switching element S1 is turned on and the second switching element S2 is turned off as the input voltage Vin has a positive value. When Vin) has a negative value, the first switching element S1 may be turned off and the second switching element S2 may be turned on.

또 다른 예에서, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 턴 오프 제어하여 버퍼 커패시터(Cb)에 전력을 충전시킬 수 있다.In another example, the controller 130 may charge power in the buffer capacitor Cb by turning off the first and second switching elements S1 and S2.

다시 도 6을 참조하면, mode 3에서 제어부(130)는 로우 값의 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 버퍼 전압(Vb)은 증가할 수 있다.Referring back to FIG. 6, in mode 3, the controller 130 may output the first and second switching control signals Q1 and Q2 of low values. Accordingly, the buffer voltage Vb may increase.

도 7c를 참조하여 구체적으로 설명하면, mode 3에서 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴 오프 상태이므로, 교류 전원(Vac), 부스팅 인덕터(Lb), 버퍼 커패시터(Cb) 및 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 교류 전원(Vac)에서 출력되는 전력 및 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력은 출력단 회로(140)로 공급될 수 있고, 이에 따라 부스팅 전류(im1)는 감소할 수 있다.Referring to FIG. 7C, since the first and second switching elements S1 and S2 are turned off in mode 3, AC power Vac, boosting inductor Lb, buffer capacitor Cb, and output terminal The circuit 140 may form a closed circuit. Accordingly, the power output from the AC power Vac and the power charged in the boosting inductor Lb may be supplied to the output terminal circuit 140, and accordingly, the boosting current im1 may decrease.

한편, mode 3에서 버퍼 커패시터(Cb)는 전력의 이동 경로 상에 위치하므로 버퍼 커패시터(Cb)에는 전압이 충전될 수 있고, 이에 따라 버퍼 전압(Vb)은 증가할 수 있다.Meanwhile, in mode 3, since the buffer capacitor Cb is located on the movement path of power, a voltage may be charged in the buffer capacitor Cb, and accordingly, the buffer voltage Vb may increase.

한편, 전술한 mode 1 내지 mode 3에서 부하(R)는 출력단 커패시터(Co)에 저장된 출력 전압(Vout)을 공급받아 소모할 수 있다. 이에 따라, 출력단 커패시터(Co)에 전력이 공급되지 않는 mode 1에서 출력 전압(Vout)은 부하(R)의 전력 소모에 의해 감소할 수 있다. 반면에, 출력단 커패시터(Co)에 전력이 공급되는 mode 2 및 mode 3에서 출력 전압(Vout)은 증감하거나 낮은 증가율을 보일 수 있다.Meanwhile, in the above-described modes 1 to 3, the load R may consume and receive the output voltage Vout stored in the output terminal capacitor Co. Accordingly, in mode 1 in which power is not supplied to the output capacitor Co, the output voltage Vout may decrease due to power consumption of the load R. On the other hand, in modes 2 and 3 in which power is supplied to the output capacitor Co, the output voltage Vout may increase or decrease or may exhibit a low increase rate.

제어부(130)는 전술한 mode 1 내지 mode 3의 동작이 순차적으로 수행되도록 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어함으로써 부스팅 동작과 함께 디커플링 동작을 수행할 수 있다. 다시 말해, 제어부(130)는 버퍼 커패시터(Cb) 및 디커플링 인덕터(Ld)의 충방전을 반복시킴으로써, 부스팅 동작과 함께 디커플링 동작을 수행할 수 있다.The controller 130 may perform a decoupling operation together with a boosting operation by controlling the first and second switching elements S1 and S2 to sequentially perform the operations of the modes 1 to 3 described above. In other words, the controller 130 may perform a decoupling operation together with a boosting operation by repeating charging and discharging of the buffer capacitor Cb and the decoupling inductor Ld.

한편, 제어부(130)는 mode 1 및/또는 mode 2의 동작 시간을 조절하여 버퍼 전압(Vb)을 조절할 수 있다.Meanwhile, the controller 130 may adjust the buffer voltage Vb by adjusting the operation time of mode 1 and/or mode 2.

다시 도 6을 참조하면, 충전 구간(Tc)에서는 mode 1의 동작 시간이 짧고 mode 2의 동작 시간이 길 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 mode 1 내지 mode 3의 동작이 순차 수행될 때, mode 1의 동작 시간이 짧을수록 버퍼 커패시터(Cb)에서 방전되는 전력량은 작을 수 있다. 한편, mode 2의 동작 시간이 길수록 버퍼 커패시터(Cb)에 제공될 전력량, 다시 말해, 부스팅 인덕터(Lb)에 저장되는 전력량은 증가할 수 있다. 이에 따라, mode 1의 동작 시간이 짧고 mode 2의 동작 시간이 긴 충전 구간(Tc)에서는 버퍼 전압(Vb)이 결과적으로 증가할 수 있다.Referring back to FIG. 6, in the charging section Tc, the operation time of mode 1 may be short and the operation time of mode 2 may be long. As described above, when the operations of mode 1 to mode 3 are sequentially performed, as the operation time of mode 1 is shorter, the amount of power discharged from the buffer capacitor Cb may be smaller. Meanwhile, as the operation time of mode 2 increases, the amount of power to be provided to the buffer capacitor Cb, that is, the amount of power stored in the boosting inductor Lb, may increase. Accordingly, in the charging period Tc where the operation time of mode 1 is short and the operation time of mode 2 is long, the buffer voltage Vb may increase as a result.

반면에, 방전 구간(Td)에서는 mode 1의 동작 시간이 길고 mode 2의 동작 시간이 짧을 수 있다. 마찬가지로 mode 1 내지 mode 3의 동작이 순차 수행될 때, mode 1의 동작 시간이 길수록 버퍼 커패시터(Cb)에서 방전되는 전력량은 클 수 있다. 한편, mode 2의 동작 시간이 짧을수록 버퍼 커패시터(Cb)에 제공될 전력량, 다시 말해, 부스팅 인덕터(Lb)에 저장되는 전력량은 감소할 수 있다. 이에 따라, 방전 구간(Td)에서는 버퍼 전압(Vb)이 결과적으로 감소할 수 있다.On the other hand, in the discharge period Td, the operation time of mode 1 may be long and the operation time of mode 2 may be short. Likewise, when the operations of mode 1 to mode 3 are sequentially performed, the amount of power discharged from the buffer capacitor Cb may increase as the operation time of mode 1 increases. Meanwhile, as the operation time of mode 2 decreases, the amount of power to be provided to the buffer capacitor Cb, that is, the amount of power stored in the boosting inductor Lb, may decrease. Accordingly, in the discharge period Td, the buffer voltage Vb may decrease as a result.

도 6에 도시된 바와 같이 mode 1과 mode 2의 동작 시간은 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온 듀티(dDS1, dDS2)에 따라 결정될 수 있다. 이에 따라, 제어부(130)는 타이밍 신호(Ts)를, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온 듀티(dDS1, dDS2)에 의해 결정되는 기준 크기와 비교하여 제1 및 제2 스위칭 신호(Q1, Q2)를 출력함으로써 mode 1 및 mode 2의 동작 시간을 조절할 수 있다.As shown in FIG. 6, the operation time of mode 1 and mode 2 may be determined according to on-duties d DS1 and d DS2 of the first and second switching elements S1 and S2. Accordingly, the control unit 130 compares the timing signal Ts with the reference sizes determined by the on-duties d DS1 and d DS2 of the first and second switching elements S1 and S2, 2 By outputting the switching signals Q1 and Q2, the operating time of mode 1 and mode 2 can be adjusted.

제어부(130)는 충전 구간(Tc)에 대응하는 제1 및 제2 스위칭 신호(Q1, Q2)를 반복 출력함으로써 버퍼 전압(Vb)을 지속적으로 증가시킬 수도 있고, 방전 구간(Td)에 대응하는 제1 및 제2 스위칭 신호(Q1, Q2)를 반복 출력함으로써 버퍼 전압(Vb)을 지속적으로 감소시킬 수도 있다.The controller 130 may continuously increase the buffer voltage Vb by repeatedly outputting the first and second switching signals Q1 and Q2 corresponding to the charging period Tc, or The buffer voltage Vb may be continuously decreased by repeatedly outputting the first and second switching signals Q1 and Q2.

제어부(130)는 충전 구간(Tc)과 방전 구간(Tc)을 조절함으로써, 교류 성분이 제거된 일정한 출력 전압(Vout)이 부하(R)에 제공되도록 할 수 있다.The controller 130 may adjust the charging period Tc and the discharging period Tc so that a constant output voltage Vout from which an AC component has been removed is provided to the load R.

상술한 바와 같이, 본 발명의 부스트 컨버터(100)는 종래 AC-DC 컨버터가 수행할 수 있는 부스팅 동작을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 액티브 디커플링 동작까지 수행함으로써 부하(R)에 교류 성분이 제거된 안정적인 직류 전압을 제공할 수 있다.As described above, the boost converter 100 of the present invention not only performs a boosting operation that can be performed by a conventional AC-DC converter, but also performs an active decoupling operation, thereby removing an AC component from the load R. It can provide a stable DC voltage.

이에 따라, 본 발명에 의하면 패시브 디커플링 동작을 위한 전해 커패시터가 필름 커패시터로 대체될 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면 부하(R)에 전압을 제공하는 출력단 커패시터(Co)를 필름 커패시터로 구현할 수 있다.Accordingly, according to the present invention, an electrolytic capacitor for a passive decoupling operation can be replaced with a film capacitor. That is, according to the present invention, the output terminal capacitor Co providing a voltage to the load R can be implemented as a film capacitor.

상술한 바와 같이, 본 발명은 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화함으로써, 디커플링 동작을 위한 별도의 스위칭 소자 없이도 부하(R)에 공급될 수 있는 교류 성분의 노이즈를 능동적으로 차단할 수 있다.As described above, the present invention shares the switching element used for the boosting operation and the switching element used for the decoupling operation, thereby reducing the noise of the AC component that can be supplied to the load R without a separate switching element for the decoupling operation. Can be actively blocked.

또한, 본 발명은 부하(R)에 전압을 공급하는 출력단 커패시터(Co)를 전해 커패시터에서 필름 커패시터로 대체함으로써, 부스트 컨버터(100)의 소형화가 가능하고, 전력 변환 효율을 개선시킬 수 있으며, 수명을 증가시킬 수 있다. In addition, the present invention can reduce the size of the boost converter 100 by replacing the output capacitor (Co) supplying voltage to the load (R) with a film capacitor from the electrolytic capacitor, it is possible to improve the power conversion efficiency, and Can increase.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above with reference to the drawings illustrated for the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification, and various by a person skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that transformations can be made. In addition, even if not explicitly described and described the effects of the configuration of the present invention while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the predictable effects of the configuration should also be recognized.

Claims (12)

적어도 하나의 레그(leg)에 결선된 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하여 교류 전원을 정류하는 풀 브리지(full-bridge) 정류 회로;
상기 풀 브리지 정류 회로의 출력단에 연결되고, 버퍼 커패시터 및 상기 버퍼 커패시터로부터 전력을 공급받는 디커플링 인덕터를 포함하는 디커플링(decoupling) 회로;
상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 제어하여 상기 버퍼 커패시터에 전력을 충전시키거나 상기 버퍼 커패시터에 충전된 전력을 상기 디커플링 인덕터에 공급하는 제어부; 및
상기 디커플링 회로의 출력단에 연결되어 상기 디커플링 인덕터로부터 전력을 공급받는 출력단 회로를 포함하는
부스트 컨버터.
A full-bridge rectifier circuit for rectifying AC power including first and second switching elements connected to at least one leg;
A decoupling circuit connected to an output terminal of the full bridge rectifier circuit and including a buffer capacitor and a decoupling inductor supplied with power from the buffer capacitor;
A controller configured to control the first and second switching elements to charge power to the buffer capacitor or to supply power charged to the buffer capacitor to the decoupling inductor; And
And an output terminal circuit connected to the output terminal of the decoupling circuit to receive power from the decoupling inductor.
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 풀 브리지 정류 회로는 계통과 연결되어 상기 계통으로부터 공급되는 교류 전원을 정류하는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The full bridge rectifier circuit is connected to the grid to rectify AC power supplied from the grid.
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 풀 브리지 정류 회로는, 일단이 계통과 연결되는 부스팅 인덕터, 상기 부스팅 인덕터의 타단과 연결되는 제1 레그 및 상기 제1 레그에 병렬로 연결되는 제2 레그를 포함하고,
상기 제1 레그에는 제1 및 제2 다이오드가 결선되고, 상기 제2 레그에는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자가 결선되는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The full bridge rectification circuit includes a boosting inductor having one end connected to the system, a first leg connected to the other end of the boosting inductor, and a second leg connected in parallel to the first leg,
First and second diodes are connected to the first leg, and the first and second switching elements are connected to the second leg.
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 버퍼 커패시터의 일단은 상기 풀 브리지 정류 회로의 포지티브 단자에 연결되고,
상기 디커플링 인덕터는 상기 버퍼 커패시터의 타단과 상기 풀 브리지 정류 회로의 네거티브 단자 사이에 연결되는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
One end of the buffer capacitor is connected to a positive terminal of the full bridge rectifier circuit,
The decoupling inductor is connected between the other end of the buffer capacitor and the negative terminal of the full bridge rectifier circuit.
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 디커플링 회로는 상기 디커플링 인덕터에 직렬로 연결되어 전력이 상기 버퍼 커패시터에서 상기 디커플링 인덕터로만 공급되도록 전류 흐름을 제한하는 전류 제한 다이오드를 포함하는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The decoupling circuit includes a current limiting diode connected in series to the decoupling inductor to limit current flow so that power is supplied only from the buffer capacitor to the decoupling inductor.
Boost converter.
제5항에 있어서,
상기 디커플링 회로는 상기 전류 제한 다이오드에 병렬로 연결되는 스너버(snubber) 커패시터를 포함하는
부스트 컨버터.
The method of claim 5,
The decoupling circuit includes a snubber capacitor connected in parallel to the current limiting diode.
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 출력단 회로는
상기 디커플링 회로의 출력단에 연결된 출력단 커패시터와,
상기 출력단 커패시터로부터 출력 전압을 공급받는 부하를 포함하는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The output circuit is
An output terminal capacitor connected to the output terminal of the decoupling circuit,
Including a load receiving an output voltage from the output terminal capacitor
Boost converter.
제7항에 있어서,
상기 출력단 커패시터는 필름(film) 커패시터인
부스트 컨버터.
The method of claim 7,
The output terminal capacitor is a film capacitor
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자 중 적어도 하나를 턴 온 제어하여 상기 풀 브리지 정류 회로 내 부스팅 인덕터에 전력을 충전시키는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The control unit controls at least one of the first and second switching elements to be turned on to charge power to the boosting inductor in the full bridge rectifier circuit.
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 턴 온 제어하여 상기 버퍼 커패시터에 충전된 전력을 상기 디커플링 인덕터에 공급하는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The control unit controls the first and second switching elements to be turned on to supply power charged in the buffer capacitor to the decoupling inductor.
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자 중 적어도 하나를 턴 오프 제어하여 상기 디커플링 인덕터에 충전된 전력을 상기 출력단 회로로 공급하는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The control unit controls at least one of the first and second switching elements to turn off to supply power charged in the decoupling inductor to the output terminal circuit.
Boost converter.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 턴 오프 제어하여 상기 버퍼 커패시터에 전력을 충전시키는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
The control unit is configured to charge power to the buffer capacitor by turning off the first and second switching elements.
Boost converter.
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