KR20210116015A - 벅 소자를 이용한 인버터 - Google Patents

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KR20210116015A KR1020200032624A KR20200032624A KR20210116015A KR 20210116015 A KR20210116015 A KR 20210116015A KR 1020200032624 A KR1020200032624 A KR 1020200032624A KR 20200032624 A KR20200032624 A KR 20200032624A KR 20210116015 A KR20210116015 A KR 20210116015A
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Abstract

벅 소자를 이용한 인버터가 개시된다. 벅 소자를 이용한 인버터는, 벅(Buck) 소자, 벅 소자의 출력전압 핀에 일측이 연결되는 인덕터, 출력전압 핀에 일측이 연결되는 제1 다이오드, 인덕터의 타측과 플러스 극이 연결되는 제1 커패시터, 인덕터의 타측과 제1 커패시터의 플러스 극이 연결되어 형성되는 제1 접속점, 벅 소자의 접지 핀, 제1 다이오드의 타측 및 제1 커패시터의 마이너스 극이 연결되어 형성되는 제2 접속점, 제2 접속점에 일측이 연결되고, 타측이 접지와 연결되는 제2 다이오드, 제1 접속점에 콜렉터(collector)가 연결되고, 에미터(emitter)가 접지에 연결되는 달링턴 트랜지스터, 달링턴 트랜지스터의 베이스(base)에 일측이 연결되고, 타측이 벅 소자의 입력전압 핀에 연결되는 저항 및 베이스에 플러스 극이 연결되고, 마이너스 극이 접지에 연결되는 제2 커패시터를 포함한다.

Description

벅 소자를 이용한 인버터{Inverter using buck element}
본 발명은 전자기기에 구비되는 전원회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기기에 전원공급을 위하여 구비되는 벅(Buck) 소자를 이용한 인버터에 관한 것이다.
모든 전자기기는 필수적인 구성요소로서 전원회로를 구비한다. 즉, 전자기기가 동작하기 위해서는, 해당 전자기기에 적합한 전력을 공급하는 전원회로가 반드시 필요하다. 예를 들면, 스마트폰은 충전기가 필요하고, 컴퓨터는 내부에 전원장치가 내장되고, 모니터는 별도의 전원 어댑터를 이용한다. 즉, 전자기기 1대당 적어도 하나의 전원회로가 구비될 수 있다.
과거의 전원회로는 부품이 저렴하고 비교적 간단한 리니어 타입이었으나, 전력효율이 매우 낮아 최근에는, 대부분 스위칭 전원회로가 사용되고 있다. 스위칭 전원회로는 절연형과 비절연형으로 구분되고, 비절연형 스위칭 전원회로에는, 전압을 낮추는 벅(Buck) 회로, 전압을 상승시키는 부스터(Booster) 회로, 마이너스(minus) 전압을 생성하는 인버터(Inverter) 회로가 있다.
도 1은 절연형 스위칭 전원회로의 예를 나타낸 도면이다.
절연형 스위칭 전원회로는 도 1과 같이 구성될 수 있으며, 220V와 같은 고전압의 전력을 저전압으로 변환한다.
도 1을 참조하면, 절연형 스위치 전원회로에 고전압의 교류가 입력되면, 입력된 고전압의 교류가 정류회로 및 필터회로를 거쳐 직류로 변환된다. 예를 들어, 220V의 교류가 정류되면, 루트 2배인 약 311V의 직류가 생성될 수 있다. 생성된 직류는 스위칭 트랜지스터를 통해 수 백 kHz 정도의 고주파 교류로 변환된 후, 변압기를 거쳐 원하는 전압으로 변환된다. 원하는 전압으로 변환된 교류는 다시, 쇼트키 다이오드와 같은 고속 다이오드를 이용하여 정류되고, 정류된 교류가 인덕터 및 커패시터로 구성된 필터회로를 거쳐 완전한 저전압 직류가 생성된다.
이와 같은 도 1의 절연형 스위칭 전원회로는, 고전압 1차측과 저전압 2차측이 변압기에 의하여 전기적으로 절연되므로, 2차측으로 출력되는 전력을 이용하는 사용자 입장에서는 안전한 전원을 얻을 수 있다. 이러한 절연형 스위칭 전원회로는 절연의 안정성에 의하여, 컴퓨터의 전원장치, 휴대폰 충전기, 일반 어댑터 등을 비롯하여, 텔레비전과 같은 일반 가전의 전원에 모두 적용된다.
도 1의 절연형 스위칭 전원회로에서, 변압기로부터 출력되는 교류를 정류할 때, 다이오드를 역방향으로 연결하여, 마이너스 전압을 용이하게 획득할 수 있다.
도 2는 비절연형 스위칭 전원회로의 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 비절연형 스위칭 전원회로는, 도 1의 절연형 스위칭 전원회로에서, 변압기를 생략한 형태로서, 1차측과 2차측이 절연되지 않기 때문에, 1차측 전압이 비교적 안전한 경우, 예를 들어, 다른 어댑터로부터 출력된 직류를 이용하여 다른 전압의 직류를 생성할 때 사용될 수 있다.
도 3은 벅(buck) 회로의 예를 나타낸 도면이고, 도 4는 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 스위칭의 예를 나타낸 도면이다.
비절연형 스위칭 전원회로에는, 입력되는 전류의 전압보다 낮은 전압의 전류를 생성(Step-Down)하는 벅(Buck) 회로, 입력되는 전류의 전압보다 더 높은 전압의 전류를 생성(Step-up)하는 부스터(Booster) 회로, 마이너스(minus) 전압을 생성하는 인버터(Inverter) 회로가 있다. 이러한 비절연형 스위칭 전원회로 중 벅 회로는 도 3과 같이 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 입력되는 직류의 전압 Vi는 트랜지스터 Q1으로 인가되고, 트랜지스터 Q1은 스위칭 회로의 의하여 스위칭한다. 이때, 스위칭 회로는 도 4에 도시된 바와 같은 펄스폭 변조 파형으로 트랜지스터 Q1을 스위칭할 수 있다.
도 4를 참조하면, (a), (b), (c) 3개의 파형은 모두 주파수가 동일하나, 온(on) 시간과 오프(off) 시간이 차이가 있다. 즉, 도 4의 (b)는 온 시간과 오프 시간이 거의 동일하여 평균전압이 중간 정도가 된다. 도 4의 (b)를 기준으로, 도 4의 (a)는 온 시간이 짧고, 오프 시간이 길어 평균전압이 낮아지고, 도 4의 (c)는 온 시간이 길고, 오프 시간이 짧아 평균전압이 높아진다.
이와 같은 원리에 따라, 스위칭된 전압의 파형은 도 3에서 인덕터 L과 커패시터 C에 의하여 평균화되어 출력전압 Vo로 나타나며, 출력전압 Vo는 입력전압 Vi보다 결코 커질 수 없다. 그리고, 출력전압 Vo는 항상 일정한 전압으로 유지되도록, 검출회로에 피드백되어 목표전압인지 여부가 검출되고, 이에 따라 스위칭 회로가 펄스폭 변조 파형을 조절할 수 있다.
도 5는 도 3의 벅 회로에서의 다이오드의 역할을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 트랜지스터 Q1이 온 되었을 때, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 전류 Ion은 다이오드 D로 흘러가지 않고 인덕터 L과 커패시터 C에 흘러가 충전됨으로써, 평균전압이 발생한다.
한편, 트랜지스터 Q1이 오프 되었을 때, 인덕터 L에 흐르는 전류는 관성이 붙어 있어 잠시 동안 계속 흐르려는 성질이 존재한다. 그래서, 만약, 다이오드 D가 없다면, 인덕터 L은 강제적으로 트랜지스터 Q1으로부터 전류를 끌어오려 하므로, 트랜지스터 Q1의 컬렉터에 강력한 마이너스 전압이 형성되어 트랜지스터 Q1이 파손될 수 있다.
따라서, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 다이오드 D가 설치되면, 인덕터 L에 남아있는 전류가 원활히 잘 흐르도록 전류 경로가 형성되고, 이에 따라 인덕터 L에 남아있는 전류도 출력용으로 활용됨으로써, 전력 효율도 크게 향상될 수 있다. 여기서, 다이오드 D는, 스위칭 주파수가 수 십 kHz 이상이므로 일반 다이오드가 적용될 수 없고 고속용인 쇼트키 다이오드가 적용될 수 있다.
도 6은 벅 회로의 사용 예로서 차량 시거용 전압 변환기를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 쇼트키 다이오드, 인덕터, 커패시터 등이 배치된 기판 앞면을 나타내고, 도 6의 (b)는 스위칭 회로와 트랜지스터 등이 모두 함께 내장된 벅 소자가 배치된 기판 뒷면을 나타낸다. 여기서, 벅 소자는 LM2576이라는 IC일 수 있다.
이와 같은 벅 회로는 입력되는 직류 전압을 더 낮은 전압으로 변환할 때 사용된다. 예를 들어, 벅 회로는, 차량의 일반적인 전압인 12V에서 15V의 직류로부터 5V의 직류를 생성하는 등의 용도로 사용될 수 있다.
도 7은 인버터(Inverter) 회로의 예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 인버터 회로의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 인버터 회로는 마이너스 전압(-Vo)를 생성한다.
도 8을 참조하면, 트랜지스터 Q1이 온일 경우, 전류는 도 8의 (a)와 같이 인덕터 L을 통해 접지로 흐르며, 이를 통해 인덕터 L에 전류가 충전된다.
이후, 트랜지스터 Q1이 오프 되면, 인덕터 L은 충전된 전류가 계속 흐르려는 성질에 의하여 인덕터 L의 위쪽에서 아래쪽으로 계속 전류가 흐르나, 트랜지스터 Q1이 오프되어 있으므로, 다이오드 D를 경유하여 커패시터 C로부터 전류가 빼내어진다. 그래서, 커패시터 C의 상단에 마이너스 전압이 충전되게 된다. 즉, 도 8의 (a)와 (b)의 과정이 빠른 속도로 반복되면, 출력단 Vo에는 계속 마이너스 전압이 발생된다.
도 9는 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 인버터 회로에는 벅 소자로서 LM2576 소자가 적용되었다.
도 9를 참조하면, 도 9의 (a)는 +12V의 전압을 생성하는 예를 나타낸 인버터 회로를 나타낸다. 즉, LM2576 소자의 1번 핀에 입력전압이 인가되면, 2번 핀으로 출력전압이 발생한다. 이는 쇼트키 다이오드 D1, 인덕터 L1, 커패시터 C1으로 구성되는 평활회로에 의하여 출력전압 Vo가 발생하는 것이다. 출력단(Vo)을 살펴보면, 접지인 (-)점을 기준으로 (+)점이 +12V가 된다. 만약, (+)점을 접지로 가정한다면, 접지인 (+)점을 기준으로 (-)점이 -12V가 될 수 있으므로, 도 9의 (b)와 같이 구성될 수도 있다.
즉, 도 9의 (b)의 회로에서, LM2576 소자는 3번 핀(접지)와 4번 핀(검출) 사이가 항상 +12V가 되도록 유지하며, 4번 핀이 접지에 연결되면, LM2576 소자의 3번 핀(접지)이 -12V로 활용될 수 있다.
비절연형 스위칭 전원회로 소자는, 주로 벅 소자와 부스터 소자의 2가지 형태의 전용 IC로 생산되고 있다. 이 중 벅 소자는 사용처가 매우 다양하여 생산량이 훨씬 많기 때문에, 가격이 매우 저렴하다. 예를 들어, 최근 사용권이 해제되어 다양한 메이커에서 대량으로 생산되고 있는 LM2576 시리즈의 경우, 벅 소자(LM2576)는 300원대이나, 부스터 소자(LM2577)는 4800원대이고, 인버터 소자도 비슷하게 벅 소자에 10배 이상의 높은 가격대이다. 그래서, 벅 소자를 이용하여 인버터 회로를 구성하면, 매우 큰 원가절감 효과가 발생할 수 있다. 그러나, 벅 소자가 적용된 인버터 회로는 실제로, 동작하지 않고 엄청난 열만 발생하다 파손되거나, 동작하더라도 짧은 시간내에 파손되는 문제점이 존재하기 때문에, 거의 사용되지 않는다.
도 10은 벅 소자를 이용한 인버터 회로에서 벅 소자의 구성을 구체적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10의 벅 소자의 각 구성의 출력파형을 예시하여 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 과전류 차단회로 U101은 과전류를 강제로 차단하는 기능을 수행하고, U103은 기준전압을 생성하고, U102는 기준전압과 출력전압을 비교하는 차동 증폭기이다. 그리고, U104는 펄스폭 변조 파형을 생성하기 위한 톱니파 발진기이고, U105는 비교된 전압과 톱니파를 이용하여 펄스폭 변조 파형을 생성하는 비교기이고, Q101은 생성된 펄스폭 변조 파형을 강력한 전류로 출력시키는 트랜지스터이다.
도 11을 참조하면, 기준전압 Vref와 피드백 전압(=출력전압) Vf는 차동 증폭기 U102에 의하여 차이가 검출되어 검출된 차전압 Vpwm이 출력될 수 있다. 그래서, 차전압 Vpwm은 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
즉, 기준전압 Vref에 비하여 피드백 전압 Vf이 낮을수록 차전압 Vpwm은 더 큰 값을 가지고, 두 전압이 동일한 경우에는 α만이 남아 기본적인 펄스폭 변조 파형이 출력될 수 있다.
차전압 Vpwm은 톱니파 Vosc와 비교되어, 도 11의 (a)의 Vb와 같은 출력전압이 생성된다. 이때, 부하가 커져 출력전압이 낮아질수록, 도 11의 (b)와 같이, Vb의 한 주기가 증가하는 펄스폭 변조 파형이 생성된다. 그리고, Vb는 트랜지스터 Q101에 인가되어 외부로 출력된다. 결론적으로, 최종전압이 작아질수록 도 11의 (b)와 같이, 트랜지스터 Q101의 온 시간이 증가하여 더 큰 전력이 공급되도록 제어될 수 있다.
도 12는 마이너스 전압을 생성하는 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12의 인버터 회로의 동작을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 벅 소자 U1이 +12V를 출력하는 소자이고 정상상태라고 가정하면, 벅 소자 U1은 출력전압 Vf가 Vgnd보다 +12V 높도록 제어하므로, 만약, 출력전압 Vf가 0V로 접지되면, Vgnd는 -12V가 될 수 있다.
도 13을 참조하면, 도 13의 (a)는 벅 소자 U1의 트랜지스터 Q101이 온인 경우로서, 전류는 트랜지스터 Q101로부터 인덕터 L1을 거쳐 접지로 흐르며, 이에 따라 인덕터 L1에 전류가 충전된다.
이후, 트랜지스터 Q101이 오프되면, 도 13의 (b)와 같이, 인덕터 L1에 흐르던 관성전류는 커패시터 C1으로부터 쇼트키 다이오드 D1를 거쳐 흐르므로, 커패시터 C1의 하측이 마이너스 전압으로 충전된다.
그리고, 도 13의 (a)와 (b)의 과정이 지속적으로 반복됨으로써, 커패시터 C1의 하측에는 마이너스 전압이 유지될 수 있다.
이와 같이 커패시터 C1의 하측에 마이너스 전압이 생성되면, 벅 소자 U1의 Vgnd가 마이너스 전압으로 설정된다. 즉, 벅 소자 U1의 전압 기준점이 마이너스이므로, 피드백 전압 Vf가 비록 0V이나 마이너스 전압 기준점에 비하여 상대적으로 높은 전압이 되며, 이 전압 상태를 계속 유지하기 위한 제어가 이루어진다.
하지만, 도 13에 도시된 바와 같이 동작하는 것은 벅 소자를 이용한 인버터 회로가 정상상태일 경우이며, 벅 소자를 이용한 인버터 회로에 최초로 전원이 투입되는 초기상태에서는 문제가 발생한다.
도 14는 벅 소자를 이용한 인버터 회로에 최초로 전원이 투입된 직후의 초기상태를 예시하여 나타낸 도면이다.
도 14의 (a)는 벅 소자를 이용한 인버터 회로에 최초로 전원이 투입된 직후의 전압상태를 나타낸 것이다. 도 14의 (a)를 참조하면, 입력전압 Vi가 인가되더라도, 커패시터 C1의 상측은 접지에 연결되어 있어 0V이고, 커패시터 C1의 하측은 아직 회로 동작이 이루어지지 않았으므로 충전된 전압이 존재하지 않아 0V이다. 이는, 벅 소자 U1의 Vgnd도 0V라는 것을 의미한다.
벅 소자 U1에서, 피드백 전압 Vf가 0V이므로, 차동 증폭기 U102는 기준전압 Vref와 피드백 전압 Vf를 비교하여 매우 큰 차이가 발생하여 차전압 Vpwm을 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 가장 크게 설정한다. 이와 같은 경우, 도 14의 (b)와 같이 Vb가 트랜지스터 Q101로 출력되어, 트랜지스터 Q101이 계속 온 상태를 유지함으로써, 인덕터 L1을 통해 큰 전류를 흘려 출력전압을 높이게 할 수 있다. 그러나, 커패시터 C1의 상측이 접지에 연결되어 있기 때문에, 피드백 전압 Vf는 결코 상승할 수 없으며, 이에 따라, 트랜지스터 Q101이 계속 온 상태를 유지하여 벅 소자 U1은 계속 전류를 출력한다.
도 13에서 전술한 바와 같이, 트랜지스터 Q101이 오프되는 순간 커패시터 C1의 하측에 마이너스 전압이 충전될 수 있다. 하지만, 도 14에 도시된 바와 같은 초기상태에서는, 트랜지스터 Q101이 오프되지 않아 커패시터 C1의 하측에 마이너스 전압이 생성되지 않는다.
따라서, 트랜지스터 Q101에 과전류가 흘러 과전류 차단회로 U101가 동작하여 회로가 오픈(open)되면, 그 때서야 도 13의 (b)과 같은 동작이 이루질 수 있다.
결론적으로, 단 한번이라도 트랜지스터 Q101이 오프되면, 커패시터 C1의 하측에 마이너스 전압이 생성된다. 이에 따라, 벅 소자 U1 전체의 기준전압인 Vgnd가 마이너스로 하강하여 기준전압 Vref가 하강한다. 이는 상대적으로 피드백 전압 Vf이 상승한 것이 되므로, 인버터 회로가 정상상태로 진입할 수 있다.
이와 같이, 벅 소자를 이용한 인버터 회로는, 인덕터 L1으로 흐르는 전류가 단 한번이라도 차단되어야 마이너스 전압이 발생하기 때문에, 초기동작 시 매우 큰 과전류가 흘러 이를 과전류 차단회로 U101이 차단하게 함으로써, 정상상태로 동작할 수 있다.
그러나, 과전류 차단회로가 동작한다는 것은, 벅 소자에 지나치게 많은 전류가 흘러 위험한 상황으로서, 벅 소자가 파손될 상황에 이르렀음을 의미한다.
그래서, 이러한 방법으로 인버터 회로를 동작시키면, 매번 전원을 투입할 때마다 벅 소자는 파손될 위험성을 가지고 있다. 실제로, 인버터 회로의 벅 소자는 예상수명의 10분의 1도 되지 않아 파손되며, 현장에서는, 벅 소자를 이용하여 인버터를 구성할 때, 수시로 파손되는 벅 소자의 교체를 위하여 벅 소자 탈착용 소켓을 적용하고 있는 실정이다.
도 15는 인버터 회로가 타 전원회로로부터 전력을 공급받는 경우를 나타낸 도면이다.
벅 소자를 이용한 인버터 회로의 과전류를 이용한 시동의 문제점은, 도 15에 도시된 바와 같이, 타 전원회로로부터 전력을 공급받을 때 가장 심각하게 발생할 수 있다.
도 15를 참조하면, 전력(+12V, 3A)이 타 전원회로부터 기기 내부로 공급되면, 기기 내부에서 본래 필요한 +12V, 다른 소자들에서 사용될 +5V, -12V 등의 전원을 기기의 전원회로가 생성한다. 이때, +5V의 전원은 외부에서 공급된 +12V의 전원을 낮추어 생성될 수 있으므로, 벅 회로가 적용될 수 있다. 그러나, -12V의 전원을 생성하기 위해서는 벅 회로를 이용한 인버터 회로가 적용되어야 하는데, 벅 회로를 이용한 인버터 회로를 동작시킬 경우, 기기 전체가 마비되고, 심지어 기기에 화재가 발생할 위험이 있다.
도 16은 내압 문제를 해결하기 위한 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 도 16의 인버터 회로는, 전술한 벅 소자를 이용한 인버터 회로에, 연산 증폭기 U2를 이용하여 출력전압을 반전시켜 피드백 전압 Vf으로 입력되도록 구성된 회로가 추가된 것이다.
예를 들어, 입력전압 Vi가 36V이고, 출력전압이 -12V인 경우, 벅 소자 U1에 인가되는 전압인 입력전압 Vi와 Vgnd 사이가 최대 48V가 되어 벅 소자 U1이 파손될 수 있다. 그래서, 도 16의 인버터 회로는, 입력전압 Vi가 Vgnd와의 사이를 36V로 유지한 상태에서 출력측이 진정한 인버터 회로가 되도록 구성한 후, 출력전압이 반전 증폭기로 반전되어 피드백되도록 구성된 것이다.
그러나, 도 16의 인버터 회로도, 전원이 투입된 직후에는 출력전압이 0V이므로 반전되어도 0V이기 때문에, 트랜지스터 Q101이 계속 온 상태를 유지하여 전류가 인덕터 L1으로만 흐르는 상태가 유지되며, 이에 따라 스스로 작동하지 못하여, 과전류를 이용한 시동의 문제점은 여전히 존재한다.
본 발명은 벅(Buck) 소자에 과전류가 인가되지 않아도 벅 소자가 시동되어 마이너스 전압의 전원을 생성하는 벅 소자를 이용한 인버터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 마이너스 전압의 전원을 생성하는 벅 소자를 이용한 인버터가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터는, 벅(Buck) 소자, 상기 벅 소자의 출력전압 핀에 일측이 연결되는 인덕터, 상기 출력전압 핀에 일측이 연결되는 제1 다이오드, 상기 인덕터의 타측과 플러스 극이 연결되는 제1 커패시터, 상기 인덕터의 타측과 상기 제1 커패시터의 플러스 극이 연결되어 형성되는 제1 접속점, 상기 벅 소자의 접지 핀, 상기 제1 다이오드의 타측 및 상기 제1 커패시터의 마이너스 극이 연결되어 형성되는 제2 접속점, 상기 제2 접속점에 일측이 연결되고, 타측이 접지와 연결되는 제2 다이오드, 상기 제1 접속점에 콜렉터(collector)가 연결되고, 에미터(emitter)가 접지에 연결되는 달링턴 트랜지스터, 상기 달링턴 트랜지스터의 베이스(base)에 일측이 연결되고, 타측이 상기 벅 소자의 입력전압 핀에 연결되는 저항 및 상기 베이스에 플러스 극이 연결되고, 마이너스 극이 상기 접지에 연결되는 제2 커패시터를 포함한다.
상기 벅 소자를 이용한 인버터는, 상기 저항과 병렬로 연결되는 제3 다이오드를 더 포함한다.
상기 제1 다이오드는 타측에서 일측으로의 방향이 순방향이 되도록 연결되고, 상기 제2 다이오드는 상기 제2 접속점에서 상기 접지로의 방향이 순방향이 되도록 연결되고, 상기 제3 다이오드는 상기 베이스에서 상기 입력전압 핀으로의 방향이 순방향이 되도록 연결된다.
상기 제3 다이오드는, 입력전원이 오프(off)되어 상기 입력전압 핀에 인가된 입력전압이 사라진 경우, 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 급속하게 방전시키는 역할을 수행한다.
상기 입력전압 핀에 제1 전압이 인가되면, 상기 저항을 통해 상기 제2 커패시터에 충전이 이루어져 상기 제2 커패시터의 플러스 극의 제2 전압이 상승하고, 상기 상승하는 제2 전압이 상기 달링턴 트랜지스터의 오프셋 전압에 도달하면, 상기 달링턴 트랜지스터가 온(on) 되어 상기 제1 접속점이 상기 접지와 연결된다.
상기 제2 전압이 상기 오프셋 전압에 도달되는 동안에, 상기 제1 커패시터에 충전이 이루어지고, 상기 제1 접속점이 상기 접지와 연결되면, 상기 제1 커패시터의 플러스 극의 전압은 0V로 하강하고, 상기 제1 커패시터의 마이너스 극의 전압은 상기 0V보다 미리 설정된 전압값만큼 낮은 마이너스 전압으로 하강한다.
상기 제1 접속점은 상기 벅 소자의 피드백 핀과 연결되고, 상기 제1 접속점과 상기 제2 접속점은 출력단이 된다.
본 발명의 실시예에 따른 벅(Buck) 소자를 이용한 인버터는, 벅(Buck) 소자에 과전류가 인가되지 않아도 벅 소자가 시동되어 마이너스 전압의 전원을 생성함으로써, 저렴한 벅 소자를 인버터에 안정적으로 적용할 수 있어 전자기기의 전원회로의 제작비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 절연형 스위칭 전원회로의 예를 나타낸 도면.
도 2는 비절연형 스위칭 전원회로의 예를 나타낸 도면.
도 3은 벅(buck) 회로의 예를 나타낸 도면.
도 4는 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 스위칭의 예를 나타낸 도면.
도 5는 도 3의 벅 회로에서의 다이오드의 역할을 나타낸 도면.
도 6은 벅 회로의 사용 예로서 차량 시거용 전압 변환기를 나타낸 도면.
도 7은 인버터(Inverter) 회로의 예를 나타낸 도면.
도 8은 도 7의 인버터 회로의 동작을 나타낸 도면.
도 9는 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면.
도 10은 벅 소자를 이용한 인버터 회로에서 벅 소자의 구성을 구체적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 11은 도 10의 벅 소자의 각 구성의 출력파형을 예시하여 나타낸 도면.
도 12는 마이너스 전압을 생성하는 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면.
도 13은 도 12의 인버터 회로의 동작을 나타낸 도면.
도 14는 벅 소자를 이용한 인버터 회로에 최초로 전원이 투입된 직후의 초기상태를 예시하여 나타낸 도면.
도 15는 인버터 회로가 타 전원회로로부터 전력을 공급받는 경우를 나타낸 도면.
도 16은 내압 문제를 해결하기 위한 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 벅(Buck) 소자를 이용한 인버터의 기본 원리를 설명하기 위한 도면.
도 18은 도 17의 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 개선된 회로를 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 회로를 나타낸 도면.
도 20은 도 19의 인버터에 입력전압 인가에 따른 충전전압의 변화를 나타낸 도면.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 실험결과를 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 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. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 벅(Buck) 소자를 이용한 인버터의 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터는, 도 17에 도시된 바와 같이, 벅 소자 U1, 다이오드 D1, 인덕터 L1, 커패시터 C1, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함하여 구성될 수 있다.
벅 소자 U1은 LM2576 IC로서, 입력전압 핀(Vin), 출력전압 핀(Vout), 접지 핀(GND), 활성화 핀(OE) 및 피드백 핀(Feedback)의 5개 핀을 포함한다.
벅 소자 U1의 출력전압 핀(Vout)에는, 인덕터 L1의 일측과 다이오드 D1의 순방향인 일측이 연결된다. 즉, 다이오드 D1은 타측에서 일측으로의 방향이 순방향이 된다.
그리고, 인덕터 L1의 타측과 커패시터 C1의 플러스 극이 연결되며, 인덕터 L1의 타측과 커패시터 C1의 플러스 극이 연결되어 형성되는 제1 접속점이 출력단이 된다. 출력단이 되는 제1 접속점은 벅 소자 U1의 피드백 핀(Feedback)과 연결된다.
형성된 제1 접속점에는, 제1 스위치(SW1)의 일측이 연결되고, 제1 스위치(SW1)의 타측에는, 접지가 연결된다.
한편, 벅 소자 U1의 접지 핀(GND) 및 활성화 핀(OE), 다이오드 D1의 타측, 커패시터 C1의 마이너스 극이 연결되어 제2 접속점을 형성한다.
형성된 제2 접속점에는, 제2 스위치(SW2)의 일측이 연결되고, 제2 스위치(SW2)의 타측에는, 접지가 연결된다.
도 17의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 초기상태 및 정상상태를 나타낸다.
도 17의 (a)를 참조하면, 벅 소자 U1에 전원이 투입된 초기상태에서는, 제1 스위치(SW1)는 오프로, 제2 스위치(SW2)는 온으로 설정하여 벅 회로로 동작시킨다. 이후, 정상상태에 도달하면, 커패시터 C1의 마이너스 극은 제2 스위치(SW2)가 온이므로 0V이고, 커패시터 C1의 플러스 극은 벅 회로 동작에 따라 12V로 충전된다. 즉, 커패시터 C1의 양단이 인버터의 출력단이다.
도 17의 (b)를 참조하면, 도 17의 (a)에서 정상상태 도달 이후, 제1 스위치(SW1)는 온으로, 제2 스위치(SW2)는 오프로 설정하면, 커패시터 C1에는 이미 12V가 충전된 일종의 전지와 같은 상태이므로, 커패시터 C1의 플러스 극은 0V로 하강하고, 커패시터 C1의 마이너스 극은 플러스 극보다 12V 낮은 -12V로 하강한다. 벅 소자는 이 상태를 지속적으로 유지하도록 제어하여, -12V인 마이너스 전압의 전원을 발생시키는 인버터로서 동작할 수 있다.
도 18은 도 17의 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 개선된 회로를 나타낸 도면이다.
도 17에 도시된 인버터 회로는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 연동해야 하며, 특히, 제1 스위치(SW1)가 온 되기 전에 반드시, 제2 스위치(SW2)가 먼저 오프되어야만 하는 타이밍의 제약점이 존재한다.
그래서, 도 18에 도시된 바와 같이, 제2 스위치(SW2)의 역할이 다이오드 D2로 대체됨으로써, 제1 스위치(SW1)만 제어가 필요하여 회로가 간단해지고 타이밍 문제도 해결될 수 있다. 즉, 도 17의 인버터 회로에서, 제2 스위치(SW2)가 제거되고, 제2 접속점과 접지 사이에 다이오드 D2가 연결된다. 이때, 다이오드 D2는 제2 접속점에서 접지로의 방향이 순방향이 되도록 연결될 수 있다.
도 18의 (a) 및 (b)는 각각 인버터 회로의 초기상태 및 정상상태를 나타낸다.
우선, 도 18의 (a)를 참조하면, 초기상태에서는, 벅 소자 U1의 접지 핀(GND)은 다이오드 D2를 통해 접지에 연결되어 있으므로, 다이오드 D2의 오프셋 전압인 0.6V가 된다. 즉, 다이오드 D2의 상측에 전압이 인가되면, 이는 모두 다이오드 D2에 의하여 접지로 흘러가므로, 벅 소자 U1의 입장에서는 정상적인 접지상태로 간주되며, 이는 도 17(a)의 제2 스위치(SW2)가 온된 상태와 동일하다. 한편, 커패시터 C1의 플러스 극은 도 18의 (a)에 도시된 바와 같이, 벅 소자 U1의 접지 핀(GND)이 0.6V이므로, 이보다 12V 높은 +12.6V가 된다.
다음으로, 도 18의 (b)를 참조하면, 제1 스위치(SW1)가 온되면, 커패시터 C1에는 이미 +12V가 충전되어 있으므로, 커패시터 C1의 플러스 극은 접지되어 +12.6V에서 0V로 -12.6V만큼 변화한다. 이에 따라, 커패시터 C1의 마이너스 극도 +0.6V에서 -12V로 -12.6V만큼 변화한다. 이때, -12V인 커패시터 C1의 마이너스 극은 다이오드 D2의 역방향을 형성하므로, 다이오드 D2에 전류가 흐르지 않아 도 17의 (b)의 제2 스위치(SW2)가 오프된 상태와 동일하다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 회로를 나타낸 도면이고, 도 20은 도 19의 인버터에 입력전압 인가에 따른 충전전압의 변화를 나타낸 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터는, 벅 소자 U1, 다이오드 D1, 인덕터 L1, 커패시터 C1, 다이오드 D2, 달링턴 접속된 두 트랜지스터 Q1과 Q2, 저항 R1, 커패시터 C2 및 다이오드 D3을 포함하여 구성될 수 있다.
벅 소자 U1, 다이오드 D1, 인덕터 L1, 커패시터 C1 및 다이오드 D2를 이용한 구성은 도 17 및 도 18을 통해 전술하였으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 우선, 출력단이 되는 제1 접속점에, 달링턴 접속된 두 트랜지스터 Q1과 Q2가 연결된다. 즉, 달링턴 접속된 두 트랜지스터 Q1과 Q2의 콜렉터(collector)가 제1 접속점에 연결되고, 에미터(emitter)는 접지에 연결된다. 그리고, 달링턴 접속된 두 트랜지스터 Q1과 Q2의 베이스(base)에는, 저항 R1의 일측 및 커패시터 C2의 플러스 극이 연결된다. 여기서, 커패시터 C2의 마이너스 극은 접지와 연결된다. 그리고, 저항 R1의 타측은 벅 소자 U1의 입력전압 핀(Vin)과 연결된다. 그리고, 다이오드 D3은 저항 R1에 병렬로 연결된다. 이때, 다이오드 D3은, 달링턴 접속된 두 트랜지스터 Q1과 Q2의 베이스(base)에서 벅 소자 U1의 입력전압 핀(Vin)으로의 방향이 순방향이 되도록 연결된다.
트랜지스터 Q1은 도 18에서의 제1 스위치(SW1)와 같은 역할을 하며, 추가된 저항 R1 및 커패시터 C2는 초기상태에서 정상상태로 진행시키기 위하여, 커패시터 C1이 충전하는 시간을 확보하는 역할을 수행한다. 두 트랜지스터 Q1과 Q2이 달링턴 접속된 이유는, 최대한 빠른 시간에 스위칭이 이루어지도록 하고, 초기 운전시간을 확보하기 유리하도록 하기 위함이다.
예를 들어, 스위칭이 천천히 이루어질 경우, 커패시터 C1의 플러스 극의 전압이 +12에서 0V까지 천천히 하강하며, 이에 따라 커패시터 C1의 마이너스 극의 전압도 천천히 하강하게 되는데, 이때, 커패시터 C1의 마이너스 극에 연결된 부하로부터 전류가 흘러 들어와 전압이 상쇄되면, 커패시터 C1의 양단 전압이 모두 0V가 되어 벅 소자의 동작이 정지하는 현상이 발생할 수 있다.
즉, 스위칭 시간이 오래 걸리면, 그 시간동안 커패시터 C1에 충전되어 있던 전압이 모두 방전되므로, 이러한 방전시간보다 훨씬 빠르게 스위칭이 이루어져야 정상적으로 -12V의 마이너스 전압을 가지는 전원이 출력될 수 있다.
도 19에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 회로에 최초로 입력전압 Vi가 인가되면, 커패시터 C2의 플러스 극은 충전된 전압이 없어 0V이다. 이에 따라, 달링턴 접속된 두 트랜지스터 Q1과 Q2는 오프 상태이다. 이후, 입력전압 Vi는 벅 소자 U1과 함께, 저항 R1으로 인가되고, 저항 R1을 통해 제한된 전류로 커패시터 C2에 충전된다. 커패시터 C2의 플러스 극의 전압인 Vc는 도 20에 도시된 바와 같이 서서히 상승하고, 두 트랜지스터 Q1과 Q2의 오프셋 전압인 +1.2V에 도달하면, 트랜지스터 Q1과 Q2가 온된다. 이러한 과정이 진행되는 동안에, 벅 소자 U1의 동작에 따라 커패시터 C1의 충전이 이루어진다.
한편, 다이오드 D3는, 만약 입력전원이 오프되어 입력전압 Vi가 사라진 경우, 커패시터 C2에 충전된 전압을 급속하게 방전시키는 역할을 수행한다. 다이오드 D3가 없는 경우, 커패시터 C2의 방전은 오로지, 저항 R1에 의해서만 이루어진다. 그래서, 전원을 오프한 후 다시 온 했을 경우, 커패시터 C2는 미처 완전 방전되지 않은 상태에서 다시 충전이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 벅 소자는 초기 동작하는 시간을 확보하기 어려워져, 시동 불능 상태 즉, 과전류만 흐르는 위험한 상태를 유지할 수 있다.
도 20을 참조하면, 커패시터 C2의 전압 Vc는 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2를 정리하여 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
입력전압은 12V, 초기 가동시간을 1초로 가정한다면, 전압 Vc가 1.2V에 도달하면, 달링턴 트랜지스터들이 온 되므로, 수학식 3은 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
따라서, 시정수(time-constant)가 하기 수학식과 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00005
한편, 도 19에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 최대 출력이 3A이라고 가정하면, 트랜지스터가 스위칭할 전류 또한 3A이다. 그리고, 두 트랜지스터의 전류 증폭도가 각각 150이라 가정하면, 각 트랜지스터의 구동 베이스 전류의 최소값은 하기 수학식과 같이 산출된다.
Figure pat00006
Figure pat00007
따라서, 저항 R1의 최대 저항값은 하기 수학식과 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00008
저항 R1의 저항값을 80kΩ으로 설정한다고 가정하면, 수학식 5에 의하여 커패시터 C2는 118.6μF 이상의 용량으로 설정되어야 한다.
만약, 도 19의 인버터 회로에 달링턴 트랜지스터가 사용되지 않고, 단일 트랜지스터가 구성된 경우, 수학식 4 및 수학식 7에 대하여 각각 하기의 수학식 8 및 수학식 9과 같이 다시 계산될 수 있다.
Figure pat00009
수학식 6의 IB1=20mA이 적용된다.
Figure pat00010
저항 R1이 570Ω으로 설정될 경우, 커패시터 C2는 34,210μF의 비현실적인 용량으로 설정되어야 한다. 그리고, 만약, 가동시간이 2초로 설정되려면, 동일한 설계과정에 의하여 달링턴 트랜지스터인 경우 2배 용량인 237μF 이상이 적용될 수 있으나, 단일 트랜지스터일 경우 68,421μF의 용량이 사용되어야 한다.
따라서, 달링턴 트랜지스터를 사용하는 경우, 스위칭 속도가 훨씬 빨라지면서, 동시에 작은 용량의 커패시터를 이용하여 초기동작시간을 확보하기 유리하다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 실험결과를 나타낸 도면이다. 보다 상세하게, 도 21의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 벅 소자를 이용한 인버터의 실험회로를 나타내고, 도 21의 (b)는 실험회로에 +18V의 전원을 인가한 후의 오실로스코프 화면을 나타낸다.
도 21의 (b)를 참조하면, 전원 투입 시점에서 입력전압 Vi가 상승하고, 이때 커패시터 C1의 플러스 극에서 전압이 상승하여 최종적으로, +12.6V로 안정화된다. 그리고, 커패시터 C1의 마이너스 극은 +0.6V 상승한 상태를 유지한다.
이와 같이, 벅 소자 U1의 출력전압이 +12V로 안정화된 후, 스위칭 시점에서 트랜지스터 Q1과 Q2가 온 됨에 따라 커패시터 C1의 플러스 극의 전압은 0V로 하강하고, 동시에, 커패시터 C1의 마이너스 극의 전압은 -12V로 하강하고, 이후 이 상태가 유지된다.
이를 통해, 벅 소자의 과전류 차단동작없이, 인버터 회로가 정상적으로 동작하다가 스위칭 시점 이후로 마이너스 전압을 안정적으로 생성하는 것을 확인할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 마이너스 전압의 전원을 생성하는 벅 소자를 이용한 인버터에 있어서,
    벅(Buck) 소자;
    상기 벅 소자의 출력전압 핀에 일측이 연결되는 인덕터;
    상기 출력전압 핀에 일측이 연결되는 제1 다이오드;
    상기 인덕터의 타측과 플러스 극이 연결되는 제1 커패시터;
    상기 인덕터의 타측과 상기 제1 커패시터의 플러스 극이 연결되어 형성되는 제1 접속점;
    상기 벅 소자의 접지 핀, 상기 제1 다이오드의 타측 및 상기 제1 커패시터의 마이너스 극이 연결되어 형성되는 제2 접속점;
    상기 제2 접속점에 일측이 연결되고, 타측이 접지와 연결되는 제2 다이오드;
    상기 제1 접속점에 콜렉터(collector)가 연결되고, 에미터(emitter)가 접지에 연결되는 달링턴 트랜지스터;
    상기 달링턴 트랜지스터의 베이스(base)에 일측이 연결되고, 타측이 상기 벅 소자의 입력전압 핀에 연결되는 저항; 및
    상기 베이스에 플러스 극이 연결되고, 마이너스 극이 상기 접지에 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 벅 소자를 이용한 인버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벅 소자를 이용한 인버터는,
    상기 저항과 병렬로 연결되는 제3 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벅 소자를 이용한 인버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 다이오드는 타측에서 일측으로의 방향이 순방향이 되도록 연결되고,
    상기 제2 다이오드는 상기 제2 접속점에서 상기 접지로의 방향이 순방향이 되도록 연결되고,
    상기 제3 다이오드는 상기 베이스에서 상기 입력전압 핀으로의 방향이 순방향이 되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 벅 소자를 이용한 인버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제3 다이오드는, 입력전원이 오프(off)되어 상기 입력전압 핀에 인가된 입력전압이 사라진 경우, 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 급속하게 방전시키는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 벅 소자를 이용한 인버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력전압 핀에 제1 전압이 인가되면, 상기 저항을 통해 상기 제2 커패시터에 충전이 이루어져 상기 제2 커패시터의 플러스 극의 제2 전압이 상승하고, 상기 상승하는 제2 전압이 상기 달링턴 트랜지스터의 오프셋 전압에 도달하면, 상기 달링턴 트랜지스터가 온(on) 되어 상기 제1 접속점이 상기 접지와 연결되는 것을 특징으로 하는 벅 소자를 이용한 인버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전압이 상기 오프셋 전압에 도달되는 동안에, 상기 제1 커패시터에 충전이 이루어지고,
    상기 제1 접속점이 상기 접지와 연결되면, 상기 제1 커패시터의 플러스 극의 전압은 0V로 하강하고, 상기 제1 커패시터의 마이너스 극의 전압은 상기 0V보다 미리 설정된 전압값만큼 낮은 마이너스 전압으로 하강하는 것을 특징으로 하는 벅 소자를 이용한 인버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접속점은 상기 벅 소자의 피드백 핀과 연결되고,
    상기 제1 접속점과 상기 제2 접속점은 출력단이 되는 것을 특징으로 하는 벅 소자를 이용한 인버터.




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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000059690A (ko) * 1999-03-08 2000-10-05 윤종용 전원공급제어장치
KR20090044935A (ko) * 2007-11-01 2009-05-07 엘에스산전 주식회사 인버터
KR20090107776A (ko) * 2008-04-10 2009-10-14 엘에스산전 주식회사 인버터에서 스위칭 소자의 구동회로

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000059690A (ko) * 1999-03-08 2000-10-05 윤종용 전원공급제어장치
KR20090044935A (ko) * 2007-11-01 2009-05-07 엘에스산전 주식회사 인버터
KR20090107776A (ko) * 2008-04-10 2009-10-14 엘에스산전 주식회사 인버터에서 스위칭 소자의 구동회로

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210116016A (ko) * 2020-03-17 2021-09-27 공주대학교 산학협력단 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터

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