KR20230007172A - 전압 체배기를 포함하는 고전압 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

고전압 전원 장치는 인버터, 인버터에서 공급된 전류를 변압하는 변압기, 및 변압기에서 공급된 전류를 정류하고 승압하는 짝수인 복수단의 승압부를 포함하는 전압 체배기를 포함하며, 변압기의 2차측 권선은 복수단의 승압부 중 중간 위치 두단의 승압부 사이에 연결되고, 전압 체배기는 변압기 2차측 전압보다 낮은 전압이 생성되는 제 1 체배부와 변압기 2차측보다 높은 전압이 생성되는 제 2 체배부를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 변압기의 2차측 권선에 전압 체배기 단이 대칭적으로 연결되므로, 기존 다수의 변압기를 사용하는 고전압 전원장치에 비해 변압기에 인가되는 최대 전압이 낮아 변압기의 사이즈를 저감하고 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 기존의 전압 체배기를 가지는 고전압 전원장치에 비해 단수가 절반이 되는 효과를 가져 전압 체배기의 전압 불균형이 줄어들어 정류단 설계가 용이하며 높은 신뢰성을 가지게 된다.

Description

전압 체배기를 포함하는 고전압 전원 장치 {HIGH VOLTAGE POWER SUPPLY WITH VOLTAGE MULTIPLIER}
본 발명은 고전압 전원장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전압 체배기를 가지는 고전압 직류 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고전압 전원장치는 DC로부터 고주파 AC를 만들어 내는 인버터, 승압 및 절연을 위한 변압기, 변압기 출력 AC를 DC로 정류하기 위한 정류기로 구성된다. 도 1은 고전압 전원장치의 기본 구조를 도시한 도면이다.
이러한 고전압 전원장치를 구현하기 위해, 종래에는 다수의 변압기를 사용하고 정류기를 직렬연결하여 높은 출력전압을 얻는 방식을 이용하였다. 도 2는 다수의 변압기를 사용하는 종래 고전압 전원장치의 기본 구조를 도시한 도면이다. 그런데, 이러한 방식은 변압기 2차측에 출력전압의 최대값이 인가되어 변압기가 높은 절연내력을 가지도록 설계되어야 하기 때문에, 변압기의 크기가 커지고 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.
고전압 전원장치를 구현하기 위한 종래 다른 방식으로는, 2차측 센터탭 형태의 하나의 변압기를 사용하고, 다수의 단을 가지는 전압 체배기를 사용하여 높은 출력전압을 얻는 방식이 있다. 도 3은 전압 체배기를 가지는 고전압 전원장치의 기본 구조를 도시한 도면이다. 그런데, 이러한 방식은 체배기의 단 수가 늘어날수록 각 단간의 전압 불균형이 커져서 모든 단이 최대 전압이 인가되는 단을 기준으로 설계되어야 하기 때문에, 효용성과 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 전압 체배기에 높은 내압을 가지는 다이오드를 사용하여 고전압 전원장치를 구현하는 경우, 고전압 다이오드가 큰 기생 커패시턴스를 가지기 때문에, 회로 동작에 영향을 미쳐 고전압 전원장치 설계가 어려워지며 전원장치의 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다. 도 4는 높은 내압을 가지는 다이오드를 사용하는 전압 체배기를 가지는 고전압 전원장치의 개략적인 회로도이다.
KR 101876917 B1
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 작은 크기의 변압기를 사용하면서도, 높은 효용성과 신뢰성의 고전압 직류를 공급할 수 있는 고전압 전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고전압 전원 장치는 인버터, 인버터에서 공급된 전류를 변압하는 변압기, 및 변압기에서 공급된 전류를 정류하고 승압하는 짝수인 복수단의 승압부를 포함하는 전압 체배기를 포함하며, 변압기의 2차측 권선은 상기 복수단의 승압부 중 중간 위치 두단의 승압부 사이에 연결되고, 전압 체배기는 변압기 2차측 전압보다 낮은 전압이 생성되는 제 1 체배부와 변압기 2차측보다 높은 전압이 생성되는 제 2 체배부를 포함한다.
이와 같은 구성에 의하면, 변압기의 2차측 권선에 전압 체배기 단이 대칭적으로 연결되므로, 기존 다수의 변압기를 사용하는 고전압 전원장치에 비해 변압기에 인가되는 최대 전압이 낮아 변압기의 사이즈를 저감하고 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 기존의 전압 체배기를 가지는 고전압 전원장치에 비해 단수가 절반이 되는 효과를 가져 전압 체배기의 전압 불균형이 줄어들어 정류단 설계가 용이하며 높은 신뢰성을 가지게 된다.
이때, 승압부는, 제 1 커패시터부, 제 1 커패시터부의 제 1 단자에 음극이 연결되는 제 1 다이오드부, 제 1 커패시터부의 제 1 단자에 양극이 연결되는 제 2 다이오드부, 및 제 1 다이오드부의 양극에 제 1 단자가 상기 제 2 다이오드부의 음극에 제 2 단자가 각각 연결되는 제 2 커패시터부를 포함할 수 있다.
또한, 승압부는, 제 1 다이오드부의 양극에 양극이 연결되는 제 3 다이오드부, 제 2 다이오드부의 음극에 음극이 연결되는 제 4 다이오드부, 및 제 3 다이오드부의 음극과 제 4 다이오드부의 양극에 제 1 단자가 연결되는 제 3 커패시터부를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 다이오드부, 제 2 다이오드부, 제 3 다이오드부, 및 제 4 다이오드부 중 하나 이상은 직렬 연결된 복수의 다이오드를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 전압 체배기에 다이오드는 낮은 내압의 다이오드를 두 개 이상 직렬 연결하게 되어, 다이오드의 기생 커패시턴스를 최소화하기 때문에, 고전압 전원장치 설계가 용이하며 효율이 향상된다.
또한, 상기 복수의 다이오드는 각각 커패시터와 병렬 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 전압 체배기에 직렬연결한 다이오드의 밸런싱을 위해 병렬로 커패시터를 연결하여, 저항을 사용하는 경우에 비해 에너지 손실 없이 다이오드간 전압 균등화를 달성할 수 있게 된다.
이때, 변압기 2차측 권선의 제 1 단자는 제 2 체배부의 제 1 승압부의 제 1 커패시터부의 제 2 단자와 연결되고, 변압기 2차측 권선의 제 2 단자는 제 2 체배부의 제 1 승압부의 제 3 커패시터부의 제 2 단자와 연결될 수 있다.
또한, 변압기의 코어는 제 2 체배부의 제 1 승압부의 제 2 커패시터부의 제 1 단자와 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 변압기 코어에 출력전압의 절반의 전위를 부여함으로써, 변압기 코어와 2차측 권선 사이의 전위차가 전압 체배기 한단의 전압으로 제한되어, 변압기 제작 및 절연내력 확보가 용이해 진다.
이때, 변압기의 2차측 권선의 제 1 단자는 제 1 체배부의 제 1 승압부의 제 1 커패시터부의 제 2 단자와 연결되고, 변압기의 2차측 권선의 제 2 단자는 제 1 체배부의 제 1 승압부의 제 3 커패시터부의 제 2 단자와 연결될 수 있다.
또한, 변압기의 코어는 제 1 체배부의 제 1 승압부의 제 2 커패시터부의 제 2 단자와 연결될 수 있다.
본 발명에 의하면, 변압기의 2차측 권선에 전압 체배기 단이 대칭적으로 연결되므로, 기존 다수의 변압기를 사용하는 고전압 전원장치에 비해 변압기에 인가되는 최대 전압이 낮아 변압기의 사이즈를 저감하고 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 기존의 전압 체배기를 가지는 고전압 전원장치에 비해 단수가 절반이 되는 효과를 가져 전압 체배기의 전압 불균형이 줄어들어 정류단 설계가 용이하며 높은 신뢰성을 가지게 된다.
또한, 전압 체배기에 다이오드는 낮은 내압의 다이오드를 두 개 이상 직렬 연결하게 되어, 다이오드의 기생 커패시턴스를 최소화하기 때문에, 고전압 전원장치 설계가 용이하며 효율이 향상된다.
또한, 전압 체배기에 직렬연결한 다이오드의 밸런싱을 위해 병렬로 커패시터를 연결하여, 저항을 사용하는 경우에 비해 에너지 손실 없이 다이오드간 전압 균등화를 달성할 수 있게 된다.
또한, 변압기 코어에 출력전압의 절반의 전위를 부여함으로써, 변압기 코어와 2차측 권선 사이의 전위차가 전압 체배기 한단의 전압으로 제한되어, 변압기 제작 및 절연내력 확보가 용이해 진다.
도 1은 고전압 전원장치의 기본 구조를 도시한 도면.
도 2는 다수의 변압기를 사용하는 종래 고전압 전원장치의 기본 구조를 도시한 도면.
도 3은 전압 체배기를 가지는 고전압 전원장치의 기본 구조를 도시한 도면.
도 4는 높은 내압을 가지는 다이오드를 사용하는 전압 체배기를 가지는 고전압 전원장치의 개략적인 회로도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 전원장치의 개략적인 회로도.
도 6은 도 5의 승압부의 개략적인 회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 전원장치의 개략적인 회로도이다. 도 5에서 고전압 전원 장치는 인버터(100), 인버터에서 공급된 전류를 변압하는 변압기(200), 및 변압기(200)에서 공급된 전류를 정류하고 승압하는 전압 체배기(300)를 포함한다.
변압기의 2차측 권선(210)은 짝수인 복수단의 승압부(312, 314, 322, 324) 중 중간 위치 두단의 승압부(312, 322) 사이에 연결되고, 전압 체배기(300)는 변압기(200) 2차측 전압보다 낮은 전압이 생성되는 제 1 체배부(310)와 변압기 2차측보다 높은 전압이 생성되는 제 2 체배부(320)를 포함한다.
각각의 승압부(312, 314, 322, 324)는, 제 1 커패시터부(410), 제 1 커패시터부(410)의 제 1 단자(412)에 음극이 연결되는 제 1 다이오드부(420), 제 1 커패시터부(410)의 제 1 단자(412)에 양극이 연결되는 제 2 다이오드부(430), 및 제 1 다이오드부(420)의 양극에 제 1 단자(442)가 제 2 다이오드부의 음극에 제 2 단자(444)가 각각 연결되는 제 2 커패시터부(440)를 포함한다. 도 6은 도 5의 승압부의 개략적인 회로도이다.
각각의 승압부(312, 314, 322, 324)는, 제 1 다이오드부(420)의 양극에 양극이 연결되는 제 3 다이오드부(450), 제 2 다이오드부(430)의 음극에 음극이 연결되는 제 4 다이오드부(460), 및 제 3 다이오드부(450)의 음극과 제 4 다이오드부(460)의 양극에 제 1 단자(472)가 연결되는 제 3 커패시터부(470)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 변압기의 2차측 권선에 전압 체배기 단이 대칭적으로 연결되므로, 기존 다수의 변압기를 사용하는 고전압 전원장치에 비해 변압기에 인가되는 최대 전압이 낮아(출력전압 + 단 전압)/2), 변압기의 사이즈를 저감하고 신뢰성을 향상 시킬 수 있게 된다.
또한, 기존의 전압 체배기를 가지는 고전압 전원장치에 비해 단수가 절반이 되는 효과를 가져 전압 체배기의 전압 불균형이 줄어들어 정류단 설계가 용이하며 높은 신뢰성을 가지게 된다.
제 1 다이오드부(420), 제 2 다이오드부(430), 제 3 다이오드부(450), 및 제 4 다이오드부(460) 중 하나 이상은 직렬 연결된 복수의 다이오드를 포함할 수 있으며, 제 1 다이오드부(420), 제 2 다이오드부(430), 제 3 다이오드부(450), 및 제 4 다이오드부(460) 모두 복수의 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하면, 전압 체배기에 다이오드는 낮은 내압의 다이오드를 두 개 이상 직렬 연결하게 되어, 다이오드의 기생 커패시턴스를 최소화하기 때문에, 고전압 전원장치 설계가 용이하며 효율이 향상된다.
복수의 다이오드는 각각 커패시터와 병렬 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 전압 체배기(300)에서 직렬연결된 다이오드의 밸런싱을 위해 병렬로 커패시터를 연결하여, 저항을 사용하는 경우에 비해 에너지 손실 없이 다이오드간 전압 균등화를 달성할 수 있게 된다.
이때, 변압기 2차측 권선(210)의 제 1 단자(212)는 제 2 체배부(320)의 제 1 승압부(322)의 제 1 커패시터부(410)의 제 2 단자(414)와 연결되고, 변압기 2차측 권선(210)의 제 2 단자(214)는 제 2 체배부(320)의 제 1 승압부(322)의 제 3 커패시터부(470)의 제 2 단자(474)와 연결될 수 있다.
또한, 변압기의 코어(220)는 제 2 체배부(320)의 제 1 승압부(322)의 제 2 커패시터부(440)의 제 1 단자(442)와 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 변압기 코어에 출력전압의 절반의 전위를 부여함으로써, 변압기 코어와 2차측 권선 사이의 전위차가 전압 체배기 한단의 전압으로 제한되어, 변압기 제작 및 절연내력 확보가 용이해 진다.
또한, 변압기 2차측 권선(210)의 제 1 단자(212)는 제 1 체배부(310)의 제 1 승압부(312)의 제 1 커패시터부(410)의 제 2 단자(414)와 연결되고, 변압기의 2차측 권선(210)의 제 2 단자(214)는 제 1 체배부(310)의 제 1 승압부(312)의 제 3 커패시터부(470)의 제 2 단자(474)와 연결될 수 있으며, 변압기(200)의 코어(220)는 제 1 체배부(310)의 제 1 승압부(312)의 제 2 커패시터부(440)의 제 2 단자(444)와 연결될 수 있다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.
100: 인버터
200:변압기
210: 2차측 권선
212: 제 1 단자
214: 제 2 단자
220: 코어
300: 전압 체배기
310: 제 1 체배부
312: 제 1 승압부
314: 승압부
320: 제 2 체배부
322: 제 1 승압부
324: 승압부
410: 제 1 커패시터부
412: 제 1 단자
420: 제 1 다이오드부
422: 제 1 단자
430: 제 2 다이오드부
440: 제 2 커패시터부
442: 제 1 단자
444: 제 2 단자
450: 제 3 다이오드부
460: 제 4 다이오드부
470: 제 3 커패시터부
472: 제 1 단자
474: 제 2 단자

Claims (9)

  1. 인버터;
    상기 인버터에서 공급된 전류를 변압하는 변압기; 및
    상기 변압기에서 공급된 전류를 정류하고 승압하는 짝수인 복수단의 승압부를 포함하는 전압 체배기를 포함하며,
    상기 변압기의 2차측 권선은 상기 복수단의 승압부 중 중간 위치 두단의 승압부 사이에 연결되고,
    상기 전압 체배기는 상기 변압기 2차측 전압보다 낮은 전압이 생성되는 제 1 체배부와 상기 변압기 2차측보다 높은 전압이 생성되는 제 2 체배부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 승압부는
    제 1 커패시터부;
    상기 제 1 커패시터부의 제 1 단자에 음극이 연결되는 제 1 다이오드부;
    상기 제 1 커패시터부의 제 1 단자에 양극이 연결되는 제 2 다이오드부; 및
    상기 제 1 다이오드부의 양극에 제 1 단자가 상기 제 2 다이오드부의 음극에 제 2 단자가 각각 연결되는 제 2 커패시터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 승압부는
    상기 제 1 다이오드부의 양극에 양극이 연결되는 제 3 다이오드부;
    상기 제 2 다이오드부의 음극에 음극이 연결되는 제 4 다이오드부; 및
    상기 제 3 다이오드부의 음극과 상기 제 4 다이오드부의 양극에 제 1 단자가 연결되는 제 3 커패시터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 다이오드부, 제 2 다이오드부, 제 3 다이오드부, 및 제 4 다이오드부 중 하나 이상은 직렬 연결된 복수의 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 다이오드는 각각 커패시터와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 변압기의 2차측 권선의 제 1 단자는 상기 제 2 체배부의 제 1 승압부의 제 1 커패시터부의 제 2 단자와 연결되고,
    상기 변압기의 2차측 권선의 제 2 단자는 상기 제 2 체배부의 제 1 승압부의 제 3 커패시터부의 제 2 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 변압기의 코어는 상기 제 2 체배부의 제 1 승압부의 제 2 커패시터부의 제 1 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 변압기의 2차측 권선의 제 1 단자는 상기 제 1 체배부의 제 1 승압부의 제 1 커패시터부의 제 2 단자와 연결되고,
    상기 변압기의 2차측 권선의 제 2 단자는 상기 제 1 체배부의 제 1 승압부의 제 3 커패시터부의 제 2 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 변압기의 코어는 상기 제 1 체배부의 제 1 승압부의 제 2 커패시터부의 제 2 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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