KR20240055640A - 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치 - Google Patents

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KR20240055640A
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energy storage
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voltage
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웨이-첸 리앙
핀 창
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와이즈탑 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치는 하나의 환류 스위치, 하나의 구동 스위치, 하나의 에너지 저장 커패시터, 하나의 변압기, 하나의 공진 인덕턴스, 하나의 제1 정류장치, 하나의 출력단 커패시터 및 하나의 제어장치를 포함하고, 상기 변압기는 하나의 1차 측 코일 및 하나의 2차 측 제1 코일을 포함하며; 상기 환류 스위치는 상기 제어장치에 의해 도통되어 상기 에너지 저장 커패시터로 하여금 상기 환류 스위치를 통해 상기 공진 인덕턴스와 상기 1차 측 코일을 흘러지나는 하나의 1차 측 전류에 의해 충전되도록 하고, 상기 2차 측 제1 코일은 상기 1차 측 전류에 의해 송전되며; 이어서, 상기 1차 측 전류가 마이너스로 변환될 경우, 상기 에너지 저장 커패시터는 방전하고 상기 환류 스위치와 상기 1차 측 코일을 통해 계속 상기 2차 측 제1 코일로 송전한다.

Description

백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치 {Back-end energy storage isolation fly-back conversion apparatus}
본 발명은 플라이백 변환장치에 관한 것으로, 특히, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치에 관한 것이다.
현대 생활에서는 교류 전원(예를 들어, 벽의 도시 가정용 전기 소켓)으로부터 전력을 연결하며, 통상적으로 모두 정류, 역률 수정 및 응용 매칭이 다시 진행되어야 클라이언트에 제공해 사용될 수 있다. 현재 스위치식 전력 변환장치는 매우 다양하며; 직류-직류 변환의 유형은 포워드형(Forward), 플라이-백형(fly-back), 벅형(buck), 부스트형(boost), 벅-부스트형(buck-boost), 공진형(resonance) 등이 있으며, 교류-직류 변환의 유형은 부스트 플라이백 PFC(boost fly-back PFC), 토템 폴 PFC(totem pole PFC), 동기 정류기형(synchronized rectifier) 등이 있다.
현재 스위치식 전력 변환장치가 매우 다양하게 출시되었지만, 스위치식 전력 변환장치마다 모두 전압을 높이거나 전압을 낮출 수 밖에 없어 매우 안타깝다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 창출한 것으로, 그 목적은 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치는 아래와 같이,
하나의 환류 스위치;
상기 환류 스위치에 전기적으로 연결한 하나의 구동 스위치;
상기 환류 스위치에 전기적으로 연결한 하나의 에너지 저장 커패시터;
상기 환류 스위치 및 상기 구동 스위치에 전기적으로 연결되고 하나의 1차 측 코일 및 하나의 2차 측 제1 코일을 포함한 하나의 변압기;
상기 1차 측 코일에 전기적으로 연결된 하나의 공진 인덕턴스;
상기 2차 측 제1 코일에 전기적으로 연결된 하나의 제1 정류장치;
상기 제1 정류장치에 전기적으로 연결된 하나의 출력단 커패시터; 및
상기 환류 스위치 및 상기 구동 스위치에 전기적으로 연결된 하나의 제어장치;
를 포함하고,
여기에서,
상기 환류 스위치는 상기 제어장치에 의해 도통되어 상기 에너지 저장 커패시터로 하여금 상기 환류 스위치를 통해 상기 공진 인덕턴스와 상기 1차 측 코일을 흘러지나는 하나의 1차 측 전류에 의해 충전되도록 하고, 상기 2차 측 제1 코일은 상기 1차 측 전류에 의해 송전되며; 이어서, 상기 1차 측 전류가 마이너스로 변환될 경우, 상기 에너지 저장 커패시터는 방전하고 상기 환류 스위치와 상기 1차 측 코일을 통해 계속 상기 2차 측 제1 코일로 송전한다.
본 발명은 전압을 대폭 높이거나 낮출 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명과 도면을 참조하면 본 발명이 예정된 목적을 달성하기 위하여 이용한 기술, 수단 및 효과를 보다 더 잘 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 목적, 특징과 특점으로부터 본 발명을 더 구체적으로 깊이 이해할 수 있을 것이며, 첨부된 도면은 참조와 설명의 용도일 뿐이고, 본 발명을 한정하는 용도는 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제1 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 2는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제1 실시예에 대한 시계열 파형도이고;
도 3은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제2 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 4는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제3 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 5는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제4 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 6은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제4 실시예에 있어서 전압 하강 모드일 경우의 시계열 파형도이고;
도 7은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제4 실시예에 있어서 승압 모드일 경우의 시계열 파형도이고;
도 8은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제5 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 9는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제6 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 10은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제7 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 11은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제8 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 12는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제9 실시예에 대한 회로 블록도이고;
도 13은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치의 제10 실시예에 대한 회로 블록도이다.
본 개시는 본 발명의 구체적인 실시예를 완전히 이해할 수 있도록 특정된 세부 사항을 매우 많이 제공한다. 하지만, 본 기술분야의 기술자들은 상기 특정된 세부 사항이 하나 또는 더 많이 구비되지 않은 상황에서도 본 발명을 실행할 수 있는 점을 인지하고 있을 것이며; 다른 상황에서는 본 발명의 주요 기술특징이 명료하게 기재되지 않는 것을 피할 수 있도록 주지의 세부 사항을 표시 또는 기재하지 않는다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 기술내용과 상세한 설명을 기재한다.
먼저, 본 출원의 기본 구조는 Storage-Boosted Isolated Fly-back(SBIF) DC-DC 컨버터라고 부를 수 있으며, 본 출원의 주요 개념은 「백엔드 에너지저장」이다. 저전압 작동의 요구를 만족시켜야 하기 때문에, 본 출원은 거의 「승압+에너지저장」구조를 이용한다. 회로의 인덕턴스는 기계시스템의 (관성)질량에 비유될 수 있고, 커패시터는 스프링에 비유될 수 있으며; 따라서, 백엔드 에너지저장의 설계 개념은 아래와 같이, 입력단의 전원으로 하여금 인덕턴스(질량)의 전류를 밀어 움직이도록 하고, 상기 전류가 다른 일단의 커패시터(스프링)에 의해 받아들여져 위치 에너지로 전환되고, 상기 위치 에너지가 전원의 전압보다 높을 수 있는 데 있으며; 에너지 저장 커패시터의 에너지가 하나의 환류 스위치를 경유해 방전할 경우, 2차 측을 구동해 출력할 수 있어 전원의 전압에 직접 한정되지 않는다. 통상적으로, 승압 회로의 고압단은 출력단이고, 본 출원에서 승압 회로 백엔드는 하나의 백엔드 에너지 저장 커패시터를 배치하고, 출력은 인덕턴스의 2차 측에 의해 진행되는 정류 출력이다. 본 출원은 플라이백(fly-back) 모드를 이용해 일부 에너지를 인덕턴스의 자기 코어에 저장하고, 그 다음 다시 플라이백 단계에 의해 에너지를 (격리된) 2차 측에 전송한다. 변압기의 1차 측과 2차 측은 흔히 상이한 권선 권수를 이용하고, 변압기에서 그 중 일 측의 전압은 권수의 비율에 의해 다른 일 측(reflected voltage)에 반영되며; 입력 전압과 출력 전압의 높고 낮음을 대조하여 기재할 때 실제로는 권수비 효과의 계산까지도 포함시켜 암묵적으로 가정하였다. 이외에도, 실제 변압기는 모두 자화 인덕턴스(magnetization inductance)와 누설 인덕턴스(leakage inductance)를 구비하며, 본 명세서의 이하 내용에 기재된 직렬연결의 공진 인덕턴스 Lr는 종종 직접 변압기의 누설 인덕턴스를 사용해 공진 인덕턴스의 효과를 이룰 수 있어 독립된 인덕턴스 소자를 별도로 설치할 필요가 없다.
본 출원의 이하 실시예에 기재된 스위치는 NMOS를 이용하고, 여기에서, MOS는 스위치이고, MOS가 켜지지 않았을 경우, 바디 다이오드(body diode, 또는 기생 다이오드)에 의해 단일 방향으로 도통하기도 하며(예를 들어, NMOS는 소스 전극부터 드레인 전극까지의 방향으로 도통), 파워시스템에서 절연 게이트 전극의 양극성 트랜지스터(IGBT), GaN 또는 SiC의 스위치 소자도 현재 이미 상당히 보편화되어 MOS를 대체한 스위치로 될 수 있다. 다시, NMOS의 게이트 전극은 고전위 전압을 구비하면 소스 전극을 도통시키기 때문에, 본 출원의 이하 시계열 파형도에 도시된 상기 스위치들의 제어 시계열은 편리한 구별을 목적으로 하며, 본 출원은 제어신호의 전압에 약간의 차이를 두도록 구성하였지만, 이는 제어 로직과 무관하다. 본 출원의 이하 시계열 파형도는 하나의 특정 사례에 의해 회로의 기본 작동 원리를 설명하는 것을 목적으로 하기 때문에, 특정 사례의 선택은 설명의 편리가 주된 목적이고, 상기 회로 구조가 이렇게만 사용할 수 있다는 것을 표시하지 않는다.
본 출원의 이하 시계열 파형도에서, 가로축은 시간이고 단위는 초이고 u는 마이크로초를 대표하고 시간은 시뮬레이션을 시작할 때부터 계산하기 때문에, 절대 수치는 특별한 의미가 없으며; 전압 신호에서 세로축의 단위는 볼트이고 전류 신호에서 세로축의 단위는 암페어이다.
본 출원의 도식에서 다이오드는 모두 정류(단방향 도통)를 목적으로 하며, 도식에서 다이오드를 이용해 표시하는 것은 간결하고 알기 쉬워지도록 하는 것을 목적으로 할 뿐이며; 본 출원의 도식에서 다이오드는 본 출원의 정류장치이고, 본 출원의 모든 정류 다이오드는 모두 정류 스위치로 대체할 수 있고, 이의 제어 시계열은 반드시 전류 방향과 동기화를 이루어 동기 정류를 구성해야 하며; 현재 동기 정류의 기술은 매우 성숙되었으며, 본 출원에 기재된 정류장치는 다이오드 또는 동기화 스위치를 이용해 구현할 수 있다.
본 출원의 이하 실시예에 기재된 제어장치는 상기 스위치들의 시계열(게이트 전극의 전압 시계열)에 대한 제어에 의해 전체 회로의 작동을 제어하고, 그 다음, 회로 중점 위치의 전압 및 전류에 대한 측정에 의해 상기 스위치들의 시계열을 수시로 조정(즉, 피드백 제어)함으로써, 폐회로에 대한 동적 제어의 기술 효과를 이루며; 상기 제어장치는 통상적으로 하나의 단결정질 웨이퍼 IC에 통합되어 스위치 제어신호를 생성해 상기 스위치들의 동작을 제어하며; 하지만, 제어 기능을 반드시 동일 구역에 집중시키는 것을 필요로 하지 않고, 즉, 제어 기능(예를 들어, 제어 신호 생성 기능에 대한 측정 및 판단)은 각각 복수의 제어 구역(분산식 제어)에 의해 이루어질 수 있다.
본 출원의 도식에서 전원 공급장치는 직류 전원(또는 전압) 또는 교류전원(또는 전압)을 제공할 수 있으며; 여기에서, 직류 전원(또는 전압)은 「극성이 변하지 않는 전원(또는 전압)」을 가리키고, 직류 전원(또는 전압)은 전원(또는 전압)이 변하지 않는 것에 한정되지 않아 정류된 전원(또는 전압)일 수 있고, 예를 들어, 파형이 사인파인 도시 가정용 전기는 정류된 후, 전원(또는 전압)이 여전히 시간을 따라 변하지만, 도시 가정용 전기의 주파수(예를 들어, 60Hz)가 스위치 전환 주파수(예를 들어, 60kHz)보다 훨씬 낮고 극성도 변하지 않기 때문에, 순간적으로 모두 직류로 볼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제1 실시예에 대한 회로 블록도이다. 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 전원 공급장치(20)에 응용되고, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 환류 스위치(Q1), 하나의 구동 스위치(Q2), 하나의 제어장치(116), 하나의 에너지 저장 커패시터(Cs), 하나의 변압기(T1), 하나의 공진 인덕턴스(Lr), 하나의 제1 정류장치(104), 하나의 출력단 커패시터(Cout) 및 하나의 전원 출력단(118)을 포함하고, 상기 변압기(T1)는 하나의 1차 측 코일(Lm)과 하나의 2차 측 제1 코일(102)을 포함한다. 여기에서, 상기 환류 스위치(Q1), 상기 구동 스위치(Q2), 상기 제어장치(116), 상기 에너지 저장 커패시터(Cs), 상기 1차 측 코일(Lm), 상기 공진 인덕턴스(Lr) 및 상기 전원 공급장치(20)는 서로 전기적으로 연결되고 통상적으로 1차 측이라고 불리우며, 상기 2차 측 제1 코일(102), 상기 제1 정류장치(104), 상기 출력단 커패시터(Cout) 및 상기 전원 출력단(118)은 서로 전기적으로 연결되고 통상적으로 2차 측이라고 불리운다.
본 발명에 한정되지 않는 본 발명에 따른 하나의 구체적인 실시예에 있어서, 상기 구동 스위치(Q2)의 일단은 상기 환류 스위치(Q1)의 일단에 직접 연결되며; 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 일단은 상기 환류 스위치(Q1)의 다른 일단에 직접 연결되고, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 다른 일단은 상기 구동 스위치(Q2)의 다른 일단에 직접 연결되며; 상기 1차 측 코일(Lm)의 일단은 상기 환류 스위치(Q1)의 상기 일단 및 상기 구동 스위치(Q2)의 상기 일단에 직접 연결되며; 상기 공진 인덕턴스(Lr)와 상기 1차 측 코일(Lm)은 직접 직렬 연결되고, 또는 상기 공진 인덕턴스(Lr)는 상기 1차 측 코일(Lm)의 누설 인덕턴스이며; 상기 제1 정류장치(104)의 일단은 상기 2차 측 제1 코일(102)의 일단에 직접 연결되며; 상기 출력단 커패시터(Cout)의 일단은 상기 제1 정류장치(104)의 다른 일단에 직접 연결되고, 상기 출력단 커패시터(Cout)의 다른 일단은 상기 2차 측 제1 코일(102)의 다른 일단에 직접 연결된다. 다시, 본 발명은 상기 공진 인덕턴스(Lr)를 설치하지 않고 상기 변압기(T1)의 상기 1차 측 코일(Lm)의 누설 인덕턴스로 대체할 수도 있으며, 이 것은 변압기의 누설 인덕턴스가 등가적 회로에 하나의 직렬 연결된 인덕턴스를 별도로 추가하기 때문이며, 누설 인덕턴스를 이용해 회로 공진 행위에 참여하는 것은 공진형 변환장치에 있어서 LLC구조처럼 매우 보편화된 구성이다.
상기 전원 출력단(118)은 하나의 부하(도 1에는 도시되지 않음)에 연결되고, 상기 백엔드 에너지 저장 격리형 플라이백 변환장치(10)는 상기 전원 공급장치(20)가 제공하는 하나의 직류 전압(도 1에는 도시되지 않음)을 변환해 하나의 출력 전압( Vout)을 형성하여 상기 출력 전압(Vout)을 상기 부하로 전송한다. 상기 환류 스위치(Q1)와 상기 구동 스위치(Q2) 사이는 하나의 제1 전압(VB)을 구비하고, 이는 하프 브리지 스위치가 구동하는 전압이다. 상기 환류 스위치(Q1)와 상기 에너지 저장 커패시터(Cs) 사이는 하나의 제2 전압(VS)을 구비한다.
도 2는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제1 실시예에 대한 시계열 파형도이며; 도 2를 참조할 때 도 1도 동시에 참조한다. 도 2에서 맨 위의 시계열 파형도는 전압 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 상기 제1 전압(VB)이고, 싱글 포인트 점선은 상기 전원 공급장치(20)가 제공한 상기 직류 전압이고, 듀얼 포인트 점선은 상기 출력 전압(Vout)(즉, 격리 저압이 출력한 전압)이며; 중간의 시계열 파형도는 전류 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 1차 측 전류(I1)이고(전류가 연속되기 때문에 이는 브리지의 전류(인덕턴스 경유)), 점선은 2차 측 전류(I2)이며; 맨 아래의 시계열 파형도는 제어 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 상기 구동 스위치(Q2)의 제어 신호이고, 점선은 상기 환류 스위치(Q1)의 제어 신호이다.
도 1과 도 2를 동시에 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)에 있어서 제1 실시예의 항상성 조작은 차례대로 아래의 열개 단계를 포함한다.
1. 이전의 상기 1차 측 전류(I1)(이 단계에서 상기 1차 측 전류(I1)는 음 전류)가 상기 구동 스위치(Q2)의 바디 다이오드로 하여금 도통하도록 하고, 상기 제1 전압(VB)은 약 -1볼트(약 바디 다이오드의 순방향 도통 전압)이다. 여기에서, 상기 1차 측 전류(I1)는 상기 전원 공급장치(20)에서부터 상기 공진 인덕턴스(Lr)를 향해 흘러 양 전류라고 불리고(도 1의 좌측에서부터 우측으로), 상기 1차 측 전류(I1)는 상기 공진 인덕턴스(Lr)에서부터 상기 전원 공급장치(20)를 향해 흘러 음 전류라고 불리운다(도 1에서 우측에서부터 좌측으로).
2. 상기 구동 스위치(Q2)는 상기 제어장치(116)에 의해 도통되고, 상기 전원 공급장치(20)가 제공하는 상기 직류 전압은 상기 1차 측 전류(I1)로 하여금 차츰 음 전류로부터 점차 증가되는 양 전류로 변환되도록 한다.
3. 상기 1차 측 코일(Lm)은 도 1에 타점 위치가 양 전압이고, 2차 측은 상기 제1 정류장치(104)에 의해 차단된다. 에너지는 상기 1차 측 코일(Lm)과 상기 공진 인덕턴스(Lr)에 저장된다.
4. 미리 설정한 조건(예를 들어, 시간 또는 상기 1차 측 전류(I1)에 의해 결정)에 도달하였을 경우, 상기 제어장치(116)는 상기 구동 스위치(Q2)를 차단한다.
5. 상기 1차 측 코일(Lm)은 속류의 기전력이 플라이백하고, 2차 측은 도통하고, 에너지는 2차 측에 전달되어 출력한다.
6. 상기 1차 측 전류(I1)는 상기 제1 전압(VB)으로 하여금 상기 제2 전압(VS)보다 약간 높도록 하며(즉, 약 1V인 하나의 다이오드 순방향 전압을 넘어감), 상기 1차 측 전류(I1)는 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 충전하고 에너지를 저장하여 브리지가 충분한 고전압을 갖도록 유지시켜 2차 측의 출력 전압을 넘어간다.
7. 상기 환류 스위치(Q1)는 상기 제어장치(116)에 의해 도통되고, 상기 1차 측 전류(I1)는 승압때문에 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 충전하는 동시에 2차 측에 송전하며, 따라서, 상기 1차 측 전류(I1)는 신속하게 하강한다. 이 단계를 더 상세하게 설명하면, 상기 환류 스위치(Q1)는 도통되어 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)로 하여금 상기 환류 스위치(Q1)를 통해 흘러지나가 상기 공진 인덕턴스(Lr)와 상기 1차 측 코일(Lm)의 상기 1차 측 전류(I1)에 충전하도록 하고, 상기 2차 측 제1 코일(102)은 상기 1차 측 전류(I1)에 의해 송전된다.
8. 상기 1차 측 전류(I1)는 음으로 변환되고, 이 경우, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)는 방전하고, 따라서 계속 에너지를 2차 측으로 전송한다. 이 단계를 더 상세하게 설명하면, 상기 1차 측 전류(I1)가 음으로 변환될 경우, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)는 방전하고 상기 환류 스위치(Q1)와 상기 1차 측 코일(Lm)을 통해 계속 상기 2차 측 제1 코일(102)로 송전한다.
9. 상기 1차 측 전류(I1)가 곧 막바지에 이를 때(시간, 예를 들어, 상기 공진 인덕턴스(Lr)와 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 반주기에 근거하거나 또는 상기 1차 측 전류(I1) 등 조건에 근거하여) 상기 제어장치(116)는 상기 환류 스위치(Q1)를 차단한다.
10. 잔존하는 상기 1차 측 전류(I1)(이 단계에서 상기 1차 측 전류(I1)는 음 전류) 속류는 상기 제1 전압(VB)를 -1볼트로 당겨 상기 제1 단계로 돌아온다.
다시, 상기 제7 단계와 제8 단계에 있어서, 제어장치에 의해. 예를 들어, PWM신호를 통해 MOS스위치를 도통하는 것은 주지의 기술에 속한다. 본 출원이 상기 제어장치(116)에 의해 상기 환류 스위치(Q1)를 도통하는 기술안을 게재하였지만, 본 발명은 이에 의해 한정되지 않으며, 즉, 본 발명은 상기 제어장치(116)를 구비하지 않은 상황에서 상기 환류 스위치(Q1)를 도통할 수도 있으며, 예를 들어, 소스 전극이 고전위 전압을 구비하면 상기 NMOS의 게이트 전극이 도통을 표시하는 방식에 의해, NMOS의 게이트 전극과 소스 전극에 적절한 전압을 가하기만 하면 도통할 수 있고, 이 또한 주지의 기술에 속하며; 상기 환류 스위치(Q1)가 도통된 후, 본 발명의 도 1에 도시된 회로 분포와 소자 설치에 의해 제7 단계의 나머지 내용과 제8 단계를 진행할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면 알 수 있듯이, 제1 시간대(t01)는 구동단계에 속하고, 이 경우, 상기 구동 스위치(Q2)는 상기 제어장치(116)에 의해 도통되고, 상기 전원 공급장치(20)는 송전하고, 상기 1차 측 코일(Lm)과 상기 공진 인덕턴스(Lr)는 에너지를 저장하며; 제2 시간대(t02)는 전달단계에 속하고, 이 경우, 상기 환류 스위치(Q1)는 상기 제어장치(116)에 의해 도통되고, 에너지는 2차 측에 전송되며; 제2 시간대(t02)는 제3 시간대(t03)와 제4 시간대(t04)로 다시 나눌 수 있으며; 제3 시간대(t03)에서 상기 1차 측 전류(I1) 속류는 상기 2차 측 전류(I2)을 구동하는 동시에. 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 에너지를 저장하며; 제4 시간대(t04)에서 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)는 계속 2차 측으로 에너지를 전달하며; 제5 시간대(t05)에서는 상기 변압기(T1)의 에너지가 이미 전부 방출되었기 때문에 2차 측에 에너지를 전송하지 않고, 상기 1차 측 전류(I1)은 속류이다.
본 발명은 아래의 효과, 특점과 장점이 있다.
1. 혁신된 승압형 백엔드 에너지저장 구조에 있어서, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)는 2차 측의 구동 전압을 조절해 (전원이) 매우 낮은 전압으로도 구동될 수 있는 기능을 구현한다.
2. 대형 커패시터(즉, 상기 출력단 커패시터(Cout))가 2차 측에 설치되기 때문에 돌입 전류(inrush current)의 문제가 발생하지 않는다.
3. 본 발명은 도 2의 맨 위 시계열 파형도에 도시된 점선 동그라미에 표시된 바와 같이, 영 전압 스위칭(zero voltage switching)을 확실하게 이룰 수 있다.
4. 저전압 출력을 제공할 수 있다.
5. 대폭 승압과 강압을 이룰 수 있어 역률 수정에 더 적합하며; 본 발명은 승압-강압형(주지의 변환장치는 승압형 또는 강압형임)이기 때문에, PFC의 출력으로 하여금 응용에 편리한 전압에 확정되도록 할 수 있다.
6. 직접 인덕턴스에 의해 입력 전원에 대응하며, 이 경우, 토템폴 PFC(totem pole PFC)(주지의 변환장치는 이룰 수 없음)을 구현할 수 있으며; 마찬가지로, 상기 스위치들의 시계열(예를 들어, 듀티비)에 대한 제어를 통해 입력 전압이 출력 전압보다 높고 낮음을 막론하고 모두 에너지를 효과적으로 제어 가능하게 1차 측(전원 입력단)에서부터 2차 측(출력단)으로 전달할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제2 실시예에 대한 회로 블록도이며; 도 3에 도시된 소자는 도 1에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 상기 도 1의 실시예는 기본형이며, 도 3은 기본형의 대칭 버전으로서, 원리가 같고 2차 측 코일의 방향이 상반될 뿐이며, 여기에서, Q1 및 Q2 스위치의 역할을 맞바꾸었을 뿐이다. 다시 말해, 도 3에서 Q2가 환류 스위치이고 Q1이 구동 스위치이다.
도 4는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제3 실시예에 대한 회로 블록도이며; 도 4에 도시된 소자는 도 1에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 다시, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 제2 정류장치(106)를 더 포함하고, 상기 제2 정류장치(106)는 상기 출력단 커패시터(Cout)와 상기 제1 정류장치(104)에 전기적으로 연결되며; 상기 변압기(T1)는 하나의 2차 측 제2 코일(108)을 더 포함하고, 상기 2차 측 제2 코일(108)은 상기 제2 정류장치(106)에 전기적으로 연결된다. 여기에서, 상기 2차 측 제2 코일(108)을 설치하는 목적은 상기 변압기(T1)의 2차 측에서 전파 정류를 진행하는 데 있으며; 따라서, 본 발명의 다른 실시방식은 상기 2차 측 제1 코일(102)의 뒷면에서 직접 다이오드 브리지의 전파 정류를 진행하며, 이 경우, 도 4에 도시된 2개의 코일(즉, 상기 2차 측 제1 코일(102) 및 상기 2차 측 제2 코일(108))이 각각 진행하는 반파 정류와 동등한 효과를 가지며, 설계자는 선택적으로 설치할 수 있다.
도 4는 기본형(도 1)의 전파 버전으로서, 이는 원리가 동일하지만, 전파(full wave) 출력에 속하고 격리식 출력이고 영전압 스위칭이고, 이에 더불어, 에너지저장 승압(storage boost)의 특색을 갖고 있기 때문에, 제어로 하여금 더 탄성을 갖도록 하고, 직접 역률 수정을 진행할 수 있다. 도 4에 도시된 전파 버전의 장점은 아래와 같이, 전원 전압이 비교적 높을 경우(즉, 전원 전압이 권수비에 의해 1차 측에 반응된 출력 전압보다 높을 경우), 순방향 구동과 환류 과정이 모두 2차 측에 에너지를 전송할 것이며; 하지만, 전원 전압이 2차 측 전류를 순방향으로 구동하는 데 부족할 경우, 1차 측은 에너지를 변압기의 인덕턴스에 저장하며, 인덕턴스 속류 단계는 일 측면에서 2차 측에 에너지를 전송하고 다른 측면에서 에너지가 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 전이될 것이며; 환류과정에서 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 에너지는 다시 2차 측에 전송될 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 대칭 전파 버전을 서로 겹치면 하나의 백엔드 에너지저장 격리식 역률 수정을 구현할 수 있다. 도 5는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제4 실시예에 대한 회로 블록도이며; 도 5에 도시된 소자는 도 4에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 다시, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 제1 보조 스위치(Q3)와 하나의 제2 보조 스위치(Q4)를 더 포함하고, 상기 제1 보조 스위치(Q3)는 상기 환류 스위치(Q1)와 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 보조 스위치(Q4)는 상기 제1 보조 스위치(Q3)에 전기적으로 연결되며; 상기 전원 공급장치(20)는 하나의 전원선 L과 하나의 중성선(N)을 구비하고, 교류 전압을 제공한다. 기본 구조에 푸시 풀 출력 회로의 토템폴 PFC(totem pole PFC)에 있어서 양의 반 사이클 및 음의 반 사이클이 상하 교체되는 개념을 더 추가하며, 본 발명은 백엔드 에너지저장을 이용해 하나의 격리식 PFC를 완성할 수 있다.
상기 제4 실시예에 있어서 회로의 항상성 조작은 차례대로 아래의 10개 단계를 포함한다(이하 단계는 상기 전원 공급장치(20)가 제공한 교류 전압이 양의 반 사이클이라고 가정하며, 상기 전원선 L은 양이고 상기 중성선(N)은 음이며, 상기 제2 보조 스위치(Q4)는 도통하고 상기 제1 보조 스위치(Q3)는 차단)::
1. 이전의 상기 1차 측 전류(I1)(이 단계에서 상기 1차 측 전류(I1)는 음 전류)가 상기 구동 스위치(Q2)의 바디 다이오드로 하여금 도통하도록 하고, 상기 제1 전압(VB)은 약 -1볼트이다.
2. 구동단계를 진행한다. 상기 구동 스위치(Q2)는 상기 제어장치(116)에 의해 도통되고, 상기 전원 공급장치(20)가 제공하는 양의 상기 직류 전압은 상기 1차 측 전류(I1)로 하여금 음전류로부터 선형으로 증가되도록 하고(음에서 양으로 변환), 상기 1차 측 전류(I1)는 지속적으로 증가된다.
3. 상기 1차 측 코일(Lm)은 도 5에 타점 위치가 양전압이며; 상기 전원 공급장치(20)가 제공하는 상기 교류 전압이 2차 측 전압보다 클 경우, 상기 제2 정류장치(106)는 도통하고, 에너지는 2차 측에 전달되고, 이와 동시에, 상기 1차 측 코일(Lm)와 상기 공진 인덕턴스(Lr)에 저장되기도 한다.
4. 미리 설정한 조건(예를 들어, 시간, 상기 1차 측 전류(I1) 또는 상기 제2 전압VS에 의해 결정)에 도달하였을 경우, 상기 제어장치(116)는 상기 구동 스위치(Q2)를 차단한다.
5. 상기 1차 측 코일(Lm)은 기전력으로 하여금 플라이백하도록 하고, 속류단계에 속하고, 상기 제1 정류장치(104)가 도통하고, 에너지는 계속 2차 측에 전달되어 출력한다.
6. 상기 1차 측 전류(I1)는 상기 제1 전압(VB)으로 하여금 상기 제2 전압(VS)보다 약간 높도록 하며(즉, 약 1V인 하나의 다이오드 순방향 전압을 넘어감), 상기 1차 측 전류(I1)는 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 충전하고 에너지를 저장하여 브리지가 충분한 고전압을 갖도록 유지시켜 2차 측의 출력 전압을 넘어간다.
7. 상기 환류 스위치(Q1)는 상기 제어장치(116)에 의해 도통되고, 상기 1차 측 전류(I1)는 승압때문에 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 충전하는 동시에 2차 측에 송전하며, 따라서, 상기 1차 측 전류(I1)는 신속하게 하강한다.
8. 상기 1차 측 전류(I1)는 음으로 변환되어 환류 단계에 속하고, 이 경우, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)는 방전하고, 따라서 계속 에너지를 2차 측으로 전송하고, 일부 에너지는 입력단에 돌아와 저장된다. 여기에서, 일부 에너지가 입력단에 돌아와 저장되는 것(및 본문의 아래 내용에 기재된 바와 같이, 전류가 전원단을 향해 환류하는 것)은 에너지를 입력단(전원단)으로 돌려보내 방출하는 것이며; 통상적으로 교류 전원은 벽의 소켓에서 연결되어 PFC 사이로 전송되고, 통상적으로는 예를 들어, 인덕턴스 커패시터로 구성되어 간섭을 차단하는 고주파 필터가 설치되기 때문에, 통상적으로 상기 에너지(전류)는 주로 고주파 필터의 커패시터로 돌아와 충전된다.
9. 상기 1차 측 전류(I1)가 곧 미리 설정한 조건에 도달할 경우(예를 들어, 시간, 상기 1차 측 전류(I1) 또는 상기 제2 전압(VS)에 근거해 결정) 상기 제어장치(116)는 상기 환류 스위치(Q1)를 차단한다.
10. 잔존하는 상기 1차 측 전류(I1)(이 단계에서 상기 1차 측 전류(I1)는 음 전류) 속류는 상기 제1 전압(VB)을 -1볼트로 당겨 상기 제1 단계로 돌아온다.
다시, 상기 전원 공급장치(20)가 제공한 교류 전압이 음의 반 사이클일 경우, 상기 중성선(N)은 양이고, 상기 전원선 L은 음이고, 상기 제1 보조 스위치(Q3)는 도통하고, 상기 제2 보조 스위치(Q4)는 차단되고, 상기 공진 인덕턴스(Lr)의 좌측은 상기 제2 전압(VS)에 상대되는 음전압 전원이며; Q1은 구동 스위치로 변하고 Q2는 환류 스위치로 변한다(즉, 양자의 역할이 맞바뀜).
도 6은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제4 실시예에 있어서 전압 하강 모드일 경우의 시계열 파형도이며; 도 5를 동시에 참조한다. 도 6에서, 제1 시간대(t01)는 구동단계에 속하고, 상기 구동 스위치(Q2)는 도통하고, 상기 전원 공급장치(20)는 송전하고, 상기 1차 측 코일(Lm)과 상기 공진 인덕턴스(Lr)는 에너지를 저장하고, 에너지는 1차 측에서부터 2차 측에 전송되며(즉, 2차 측이 에너지를 받아들이며); 제2 시간대(t02)는 속류단계에 속하고, 상기 환류 스위치(Q1)는 도통하고, 전류는 에너지를 전송해 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 전압이 높아지도록 하며; 제3 시간대(t03)는 환류단계에 속하고, 상기 환류 스위치(Q1)은 도통하고, 전류는 전원단을 향해 환류하고 에너지를 2차 측에 전송한다.
도 5와 도 6을 동시에 참조하면 알 수 있듯이, 도 6에서 맨 위의 시계열 파형도는 전압 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 상기 제1 전압(VB)로서, 하프 브리지 스위치를 구동하는 전압이고, 점선은 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 전압이고, 싱글 포인트 점선은 상기 출력 전압(Vout)(즉, 격리 저압이 출력한 전압)이며; 중간의 시계열 파형도는 전류 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 상기 변압기(T1)의 1차 측 전류(I1)이고(전류가 연속되기 때문에 이는 브리지의 전류), 점선은 하나의 2차 측 전류(I2)이며; 맨 아래의 시계열 파형도는 제어 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 상기 구동 스위치(Q2)의 제어 신호이고, 점선은 상기 환류 스위치(Q1)의 제어 신호이다.
도 7은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제4 실시예에 있어서 승압 모드일 경우의 시계열 파형도이다. 도 7은 도 6과 같이, 맨 위의 시계열 파형도가 전압 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 상기 제1 전압(VB)이고, 점선은 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 전압이고, 싱글 포인트 점선은 상기 출력 전압(Vout)이며; 중간의 시계열 파형도는 전류 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 상기 1차 측 전류(I1)이고, 점선은 상기 2차 측 전류(I2)이며; 맨 아래의 시계열 파형도는 제어 시계열 도면이고, 여기에서, 실선은 상기 구동 스위치(Q2)의 제어 신호이고, 점선은 상기 환류 스위치(Q1)의 제어 신호이다. 도 7은 마찬가지로 도 5의 회로에 응용하고, 도 5에 도시된 회로의 승압 응용을 시현하기 위하여, 도 7의 사례는 상기 출력 전압(Vout)을 높이고 상기 전원 공급장치(20)가 제공한 입력 전압을 낮추며, 시현은 구동 스위치 도통 단계에서 실시하며, 입력 전압이 비교적 낮기 때문에, 2차 측에 전류가 흐르지 않지만, 에너지는 여전히 인덕턴스에 저장되며, 속류단계에서 일부 에너지는 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 저장되고 일부 에너지는 2차 측에 전송된다.
도 5와 도 7을 동시에 참조하면 알 수 있듯이, 도 7에서 제1 시간대(t01)는 구동단계에 속하고, 상기 구동 스위치(Q2)는 도통하고, 상기 전원 공급장치(20)는 송전하고, 상기 1차 측 코일(Lm)과 상기 공진 인덕턴스(Lr)는 에너지를 저장하고, 에너지는 1차 측에서부터 2차 측에 전송하지 않으며(즉, 2차 측은 에너지를 받아들이지 않으며); 제2 시간대(t02)는 상단 속류단계에 속하고, 상기 환류 스위치(Q1)는 도통하고, 전류는 에너지를 전송하여 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 전압을 높이며; 제3 시간대(t03)는 환류단계에 속하고(상기 1차 측 전류(I1)이 양에서 음으로 변환될 경우는 상기 상단 속류단계에서부터 상기 환류단계로 변환될 때), 상기 환류 스위치(Q1)는 도통하고, 전류는 전원단을 향해 환류하여 에너지를 2차 측으로 전송하며; 제4 시간대(t04)는 하단 속류단계에 속한다.
본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제4 실시예에 있어서 승압 모드는 차례대로 아래의 단계를 포함한다.
1. 구동단계: 상기 구동 스위치(Q2)는 도통하고, 입력 전압은 상기 변압기(T1)의 상기 1차 측 코일(Lm)에 걸리고, 입력 전압이 출력 전압보다 작기 때문에, 인덕턴스에만 에너지를 저장하고 2차 측은 전류가 흐르지 않는다.
2. 상기 제어장치(116)는 상기 1차 측 전류(I1)가 미리 설정한 값에 이르거나 또는 스위치가 미리 설정한 시간에 이른 데 의해 상기 구동 스위치(Q2)를 끈다.
3. 상단 속류 단계: 속류의 승압 에너지는 상기 환류 스위치(Q1)의 바디 다이오드를 도통하고(영 전압 스위칭 요건), 플라이백 기전력은 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)에 충전하는 동시에, 2차 측에도 에너지를 전달한다.
4. 환류 단계: 상기 환류 스위치(Q1)가 도통할 경우, 속류 전류가 인덕턴스 에너지를 전부 소모하면 상기 1차 측 전류(I1)의 방향이 역전되고, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)의 전압은 역방향 전류를 구동해 2차 측에 충전하고, 전류는 전원단을 향해 환류한다.
5. 시스템은 미리 설정한 조건(예를 들어, 전류 또는 시간)에 근거해 상기 환류 스위치(Q1)를 끈다.
6. 하단 속류 단계: 인덕턴스의 속류는 상기 구동 스위치(Q2)의 바디 다이오드를 도통하고(영 전압 스위칭 요건), 속류 전류는 신속하게 하강한다.
7. 구동단계로 돌아온다.
본 발명의 제4 실시예에서 회로는 아래의 효과, 특점과 장점이 있다.
1. 혁신된 승압형 백엔드 에너지저장 구조에 있어서, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)는 2차 측의 구동 전압을 조절해 (전원이) 매우 낮은 전압으로도 구동될 수 있는 기능을 구현한다.
2. 대형 커패시터(즉, 상기 출력단 커패시터(Cout))가 2차 측에 설치되기 때문에 돌입 전류(inrush current)의 문제가 발생하지 않는다.
3. 도6과 도 7의 맨 위 시계열 파형도에 도시된 점선 동그라미에 표시된 바와 같이, 영 전압 스위칭(zero voltage switching)을 확실하게 이룰 수 있다.
4. 저전압 출력을 제공할 수 있다.
5. 정방향과 플라이백은 모두 2차 측에 에너지를 전달하고, 시간과 소자의 사용 효율이 비교적 높다.
6. 대폭 승압과 강압을 이룰 수 있어 역률 수정에 더 적합하며; 본 발명은 승압-강압형(주지의 변환장치는 승압형 또는 강압형임)이기 때문에, PFC의 출력으로 하여금 응용에 편리한 전압에 확정되도록 할 수 있다.
7. 해당 구조는 저압 격리 출력이 가능한 하나의 토템폴 PFC(totem pole PFC)(주지의 변환장치는 이룰 수 없음)을 구현할 수 있으며; 마찬가지로, 상기 스위치들의 시계열(예를 들어, 듀티비)에 대한 제어를 통해 입력 전압이 출력 전압보다 높고 낮음을 막론하고 모두 에너지를 효과적으로 제어 가능하게 1차 측(전원 입력단)에서부터 2차 측(출력단)으로 전달할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제5 실시예에 대한 회로 블록도이며; 도 8에 도시된 소자는 도 1에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 다시, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 제1 보조 스위치(Q3)와 하나의 제2 보조 스위치(Q4)를 더 포함하며, 상기 제1 보조 스위치(Q3)는 상기 공진 인덕턴스(Lr)에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 보조 스위치(Q4)는 상기 제1 보조 스위치(Q3)와 상기 공진 인덕턴스(Lr)에 전기적으로 연결된다.
도 8의 회로는 듀얼 타워(double tower) 브리지형으로서, 듀얼 타워 플라이백(Double-Tower Fly-Back, DTFB)이라고도 불리우며, 이는 본 출원에서 상기 기본형(boost 구조와 유사)의 전방에 설치한 하나의 벅(buck) 유사 구조로서, 하나의 격리식 벅-부스트(buck-boost) DC-DC 컨버터를 형성하며; 양자, 즉, 전원단의 하프 브리지와 백엔드 에너지 저장단의 하프 브리지는 분리되고(때문에 듀얼 타워라고 불린다), 이는 통상적인 브리지와 다르며(분리되지 않을 경우, 증압 부스트 효과 없음); 듀얼 타워의 최대 장점은, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)를 이용해 구동 전압(1차 측이 인덕턴스에 에너지 저장)과 방전 전압(에너지를 2차 측에 전달)을 가장 원활하게 응용할 수 있는 데 있다.
도 9는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제6 실시예에 대한 회로 블록도며; 도 9에 도시된 소자는 도 8에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 다시, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 제2 정류장치(106)를 더 포함하며, 상기 제2 정류장치(106)는 상기 출력단 커패시터(Cout)와 상기 제1 정류장치(104)에 전기적으로 연결되며, 상기 변압기(T1)는 하나의 2차 측 제2 코일(108)을 더 포함하고, 상기 2차 측 제2 코일(108)은 상기 제2 정류장치(106)에 전기적으로 연결된다. 도 9에 도시된 회로는 듀얼 타워 플라이백 전파 버전이라고 부를 수 있고, 즉, 듀얼 타워 공진형 스위칭 변환장치이며, 이는 전파 출력의 장점이 더 증가되도록 한다.
도 10은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제7 실시예에 대한 회로 블록도이며; 도 9에 도시된 소자는 도 9에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 다시, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 1차 측 커패시터(110)를 더 포함하며, 상기 1차 측 커패시터(110)는 상기 환류 스위치(Q1), 상기 구동 스위치(Q2)와 상기 1차 측 코일(Lm)에 전기적으로 연결된다. 도 10은 듀얼 타워 플라이백의 공진 버전으로서, 듀얼 타워 공진형 스위칭 변환장치(Double-Tower Resonant DC-DC converter)라고도 부를 수 있으며, 공진식의 고효율 저소음 장점을 이어받고 스토리지-부스트(storage-boost)의 특색을 더 추가함으로써 제어가 더 원활해져 직접 역률 수정을 진행할 수 있도록 한다.
도 11은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제8 실시예에 대한 회로 블록도이며; 도 11에 도시된 소자는 도 5에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 다시, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 2차 측 스위치(120)를 더 포함하며, 상기 2차 측 스위치(120)는 상기 출력단 커패시터(Cout), 상기 2차 측 제1 코일(102)과 상기 2차 측 제2 코일(108)에 전기적으로 연결된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 2차 측에 상기 2차 측 스위치(120)를 증가하고, 1차 측 구동단계는 전류를 차단하고, 1차 측으로 하여금 에너지를 자기 코어에 저장하도록 한다. 2차 측이 정류장치를 설치하였기 때문에, 상기 2차 측 스위치(120)는 정류방향과 상반되는 방향만 설정하면 된다. 정류 다이오드는 모두 트랜지스터 스위치(예를 들어, MOSFET, GaN, SiC 등)으로 대체할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제9 실시예에 대한 회로 블록도이며; 도 12에 도시된 소자는 도 11에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 다시, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 하나의 2차 측 인덕턴스(114)를 더 포함하며, 상기 2차 측 인덕턴스(114)는 상기 제1 정류장치(104), 상기 제2 정류장치(106)와 상기 출력단 커패시터(Cout)에 전기적으로 연결된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 2차 측은 상기 2차 측 인덕턴스(114)를 설치해 1차 측의 구동 전압(예를 들어, 상기 2차 측 전류(I2)의 변화율을 제어하는 데 사용)을 지지하고, 상기 2차 측 인덕턴스(114)와 상기 공진 인덕턴스(Lr)가 효과면에서 상당한 정도로 대체 역할을 할 수 있기 때문에 설계자는 원활하게 설치할 수 있다. 또한, 상기 2차 측 인덕턴스(114) 외에도, 도 11에 도시된 상기 2차 측 스위치(120)를 설치할 수도 있으며, 상기 2차 측 인덕턴스(114)와 상기 2차 측 스위치(120)를 동시에 설치해야 할 경우, 하나의 제3 정류장치(112)를 설치해 상기 2차 측 인덕턴스(114)의 속류 경로를 제공할 수도 있으며, 즉, 상기 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)는 상기 제3 정류장치(112)를 포함할 수 있고, 상기 제3 정류장치(112)는 상기 제1 정류장치(104), 상기 제2 정류장치(106)와 상기 2차 측 인덕턴스(114)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치(10)의 제10 실시예에 대한 회로 블록도이며; 도 13에 도시된 소자는 도 4에 도시된 소자와 동일하고, 여기에서는 간결하게 기재하기 위하여 다시 반복해 설명하지 않는다. 도 13은 백엔드의 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)만 전원 상방에 설치할 뿐이고, 상기 구조의 장점은, 커패시터 자체에 걸쳐진 전압이 도 4의 전압보다 낮은 데 있으며, 하지만, 상기 에너지 저장 커패시터(Cs)가 전원단에 설치되었기 때문에 상기 구조는 토템 폴(totem pole) PFC의 응용에 적합하지 않다.
총체적으로, 본 발명은 혁신된 승압형 백엔드 에너지저장 구조로서,상기 에너지 저장 커패시터(Cs)는 2차 측의 구동 전압을 조절해 (전원이) 매우 낮은 전압으로도 구동될 수 있는 기능을 구현한다. 본 발명은 대폭 승압과 강압을 이룰 수 있어 역률 수정에 더 적합하며; 본 발명은 승압-강압형(주지의 변환장치는 승압형이거나 강압형일 뿐)이기 때문에, PFC의 출력으로 하여금 응용에 편리한 전압에 확정되도록 할 수 있다. 본 발명은 직접 인덕턴스에 의해 입력 전원에 대응하며, 이 경우, 토템폴 PFC(주지의 변환장치는 이룰 수 없음)을 구현할 수 있으며; 마찬가지로, 상기 스위치들의 시계열(예를 들어, 듀티비)에 대한 제어를 통해 입력 전압이 출력 전압보다 높고 낮음을 막론하고 모두 에너지를 효과적으로 제어 가능하게 1차 측(전원 입력단)에서부터 2차 측(출력단)으로 전달할 수 있다.
상기 내용은 본 발명의 실시예일 뿐으로서, 본 발명의 실시 범위를 한정하지 않는다. 본 발명의 청구항에 의해 진행한 균등한 변화와 변형 등은 모두 본 발명의 특허청구서가 청구한 보호 범위에 속한다. 본 발명은 기타 여러 가지 실시예가 더 있을 수도 있으며, 본 기술분야의 당업자들은 본 발명의 정신과 이의 본질을 이탈하지 않은 상황에서 본 발명에 근거해 상응되는 변경과 변형을 다양하게 진행할 수 있다. 단, 이런 상응되는 변경과 변형은 모두 본 발명에 부가된 청구항의 보호 범위에 속해야 할 것이다. 총체적으로, 본 발명은 산업 응용성, 신규성과 창조성을 갖추었고 본 발명의 구조 또한 동종 제품에 나타나 공개적으로 사용되지 않았기 때문에 발명 특허 출원 조건에 완전히 부합되는 것으로 인정해야 할 것이며. 이에 따라 특허법에 의해 특허를 출원한다.
10: 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치
20: 전원 공급장치 102: 2차 측 제1 코일
104: 제1 정류장치 106: 제2 정류장치
108: 2차 측 제2 코일 110:1차 측 커패시터
112: 제3 정류장치 114: 2차 측 인덕턴스
116: 제어장치 118: 전원 출력단
120: 2차 측 스위치 Cout: 출력단 커패시터
Cs: 에너지 저장 커패시터 I1: 1차 측 전류
I2: 2차 측 전류 Lm: 1차 측 코일
L: 전원선 Lr: 공진 인덕턴스
N: 중성선 Q1: 환류 스위치
Q2: 구동 스위치 Q3: 제1 보조 스위치
Q4: 제2 보조 스위치 t01: 제1 시간대
t02: 제2 시간대 t03: 제3 시간대
t04: 제4 시간대 t05: 제5 시간대
T1: 변압기 VB: 제1 전압
Vout: 출력 전압 VS: 제2 전압

Claims (9)

  1. 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치에 있어서,
    하나의 환류 스위치;
    상기 환류 스위치에 전기적으로 연결된 하나의 구동 스위치;
    상기 환류 스위치에 전기적으로 연결된 하나의 에너지 저장 커패시터;
    상기 환류 스위치와 상기 구동 스위치에 전기적으로 연결되고, 하나의 1차 측 코일과 하나의 2차 측 제1 코일을 포함한 하나의 변압기;
    상기 1차 측 코일에 전기적으로 연결된 하나의 공진 인덕턴스;
    상기 2차 측 제1 코일에 전기적으로 연결된 하나의 제1 정류장치;
    상기 제1 정류장치에 전기적으로 연결된 하나의 출력단 커패시터; 및
    상기 환류 스위치와 상기 구동 스위치에 전기적으로 연결된 하나의 제어장치;
    를 포함하고,
    상기 환류 스위치는 상기 제어장치에 의해 도통하여 상기 에너지 저장 커패시터로 하여금 상기 환류 스위치를 통해 상기 공진 인덕턴스와 상기 1차 측 코일을 흘러지나는 하나의 1차 측 전류에 의해 충전되도록 하고, 상기 2차 측 제1 코일은 상기 1차 측 전류에 의해 송전되며; 이어서, 상기 1차 측 전류가 마이너스로 변환될 경우, 상기 에너지 저장 커패시터는 방전하고 상기 환류 스위치와 상기 1차 측 코일을 통해 계속 상기 2차 측 제1 코일로 송전하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력단 커패시터와 상기 제1 정류장치에 전기적으로 연결된 하나의 제2 정류장치를 더 포함하고,
    상기 변압기는 상기 제2 정류장치에 전기적으로 연결된 하나의 2차 측 제2 코일을 더 포함하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환류 스위치와 상기 에너지 저장 커패시터에 전기적으로 연결된 하나의 제1 보조 스위치; 및
    상기 제1 보조 스위치에 전기적으로 연결된 하나의 제2 보조 스위치;
    를 더 포함하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공진 인덕턴스에 전기적으로 연결된 하나의 제1 보조 스위치; 및
    상기 제1 보조 스위치와 상기 공진 인덕턴스에 전기적으로 연결된 하나의 제2 보조 스위치;
    를 더 포함하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 출력단 커패시터와 상기 제1 정류장치에 전기적으로 연결된 하나의 제2 정류장치를 더 포함하고,
    상기 변압기는 상기 제2 정류장치에 전기적으로 연결된 하나의 2차 측 제2 코일을 더 포함하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 환류 스위치, 상기 구동 스위치, 및 상기 1차 측 코일에 전기적으로 연결된 하나의 1차 측 커패시터를 더 포함하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 출력단 커패시터, 상기 2차 측 제1 코일, 및 상기 2차 측 제2 코일에 전기적으로 연결된 하나의 2차 측 스위치를 더 포함하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 정류장치 및 상기 제2 정류장치에 전기적으로 연결된 하나의 제3 정류장치; 및
    상기 제1 정류장치, 상기 제2 정류장치, 상기 제3 정류장치, 및 상기 출력단 커패시터에 전기적으로 연결된 하나의 2차 측 인덕턴스를 더 포함하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정류장치 및 상기 출력단 커패시터에 전기적으로 연결된 하나의 전원 출력단을 더 포함하는, 백엔드 에너지 저장 격리 플라이백 변환장치.
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