KR0119799B1 - Ringing Choke Converter Using Morse Transistor - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 트랜지스터를 이용한 링잉 쵸크 콘버터의 구성을 보인 도면.1 is a diagram showing the configuration of a ringing choke converter using a conventional transistor.
제2도는 본 발명의 일례에 따른 모스 트랜지스터를 이용한 링잉 쵸크 콘버터의 구성을 보인 도면.2 is a diagram showing the configuration of a ringing choke converter using a MOS transistor according to an example of the present invention.
제3도는 제2도의 각부 출력 신호를 보인 파형도.3 is a waveform diagram showing output signals of respective parts of FIG. 2;
제4도는 본 발명이 적용되는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 구성의 일례를 보인 도면.4 is a diagram showing an example of the configuration of a switched mode power supply to which the present invention is applied.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 전압 분배부 20 : 스위칭부10: voltage divider 20: switching unit
30 : 정류부 40 : 완충부30: rectification part 40: buffer part
50 : 출력 전압 안정부 T : 트랜스포머50: output voltage stabilizer T: transformer
R1-R6 : 저항 C1-C3 : 콘덴서R1-R6: Resistor C1-C3: Capacitor
D1-D3 : 다이오드 Q1 : 모스 트랜지스터D1-D3: Diode Q1: Morse Transistor
Q2 : 트랜지스터Q2: transistor
본 발명은 스위칭 모드 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 링잉 쵸크콘버터의 트랜지스터로서 모스트랜지스터를 이용하여, 높은 스위칭 주파수에도 빠르게 스위칭되는 링잉 쵸크 콘버터(Ringing Choke Converter)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching mode power supply, and more particularly to a ringing choke converter that is switched quickly even at a high switching frequency using a MOS transistor as a transistor of a ringing choke converter.
일반적으로 스위칭 모드 전원 공급장치는 트랜스포머가 있는 경우와 트랜스포머가 없는 경우로 구분되며, 그중 트랜스포머가 있는 경우는 자기 발진형과 구동형으로 구분된다. 상기 자기 발진형은 다시 원 트랜스포머 발진 콘버터, 투 트랜스포머 발진 콘버터, 링잉 쵸크 콘버터가 있다.In general, a switched mode power supply is divided into a transformer and a transformerless type, and a transformer is classified into a self-oscillating type and a driving type. The self-oscillating type again includes a one-transformer oscillating converter, a two-transformer oscillating converter, and a ringing choke converter.
제1도에 도시된 바와같은, 상기 종래의 링잉 쵸크 콘버터에서는, 저항(Rs)에 흐르는 전류가 스위칭용 트랜지스터(Tr)의 베이스에 인가되면, 트랜지스터(Tr)는 턴온되어 트랜스포머(T)의 1차측 코일 및 베이스 구동측에 전압이 공급되어 트랜지스터가 급격히 포화된다.In the conventional ringing choke converter, as shown in FIG. 1, when a current flowing in the resistor Rs is applied to the base of the switching transistor Tr, the transistor Tr is turned on and 1 of the transformer T is turned on. The voltage is supplied to the difference coil and the base driving side, and the transistor is rapidly saturated.
그때, 상기 트랜스포머(T)의 1차측 코일에 흐르는 전류는 Vin*t/L1(식중, Vin은 트랜스포머의 1차측 코일에 인가된 전압을 나타내고, t는 시간을 나타내고, L1는 1차측 코일의 임피던스이다)이 되고, 시간이 경과함에 따라 트랜스포머(T)는 포화된다. 상기 트랜스포머(T)가 포화되면 트랜스포머(T)이 1차측 코일의 임피던스(L1)는 0에 가깝게 되어 베이스 구동 권선의 전압도 0이 되도록, 트랜지스터(Tr)는 급격히 오프된다. 그리고, 상기 트랜지스터(Tr)가 급격히 오프되면, 트랜스포머(T)는 1차 코일에는 역기전력이 발생되어 2차 측 코일측의 다이오드(D1)를 온시키게 된다.At this time, the current flowing in the primary coil of the transformer T is Vin * t / L1 (wherein Vin represents the voltage applied to the primary coil of the transformer, t represents time, and L1 represents the impedance of the primary coil). The transformer T becomes saturated with time. When the transformer T is saturated, the transistor Tr is rapidly turned off so that the transformer T has an impedance L1 of the primary coil close to zero and the voltage of the base driving winding is also zero. When the transistor Tr is rapidly turned off, the transformer T generates counter electromotive force in the primary coil to turn on the diode D1 on the secondary coil side.
그때, 상기 트랜스포머(T)의 2차측 코일의 임피던스를 Ls라 하고, 다이오드(D1)의 전압 강하를 무시한 출력 전압을 Vo라 하면, 다이오드(D1)에 흐르는 전류는 Vo*t/Ls로 되어 트랜스포머(T)에 축적되었던 에너지가 부하측으로 공급된다.At this time, if the impedance of the secondary coil of the transformer T is Ls and the output voltage ignoring the voltage drop of the diode D1 is Vo, the current flowing in the diode D1 is Vo * t / Ls and the transformer The energy accumulated in (T) is supplied to the load side.
그리고, 트랜스포머(T)에 축적되었던 모든 에너지가 부하측에 전달되면, 다이오드(D1)에 전류가 흐르지 않아 다이오드(D1)는 오프되고, 그 순간 트랜스포머(T)의 1차측 코일 전압 및 베이스 구동축 전압은 0으로 되어 트랜지스터(Tr)가 다시 온상태가 된다. 따라서, 상기와 같은 동작이 반복으로 실행되어 자가 발진하게 된다.When all the energy accumulated in the transformer T is transferred to the load side, no current flows in the diode D1, and the diode D1 is turned off. At that moment, the primary coil voltage and the base driving shaft voltage of the transformer T are It becomes 0 and the transistor Tr is turned on again. Therefore, the above operation is repeatedly executed to cause self oscillation.
상기에서 설명한 바와같이, 스위치 또는 모드 전원 공급 장치에 있어서, 스위칭소자로서 통상 트랜지스터를 사용하게 되는데, 그 트랜지스터는 상기 스위칭 주파수가 20KHz 대에서 사용된다. 상기한 링잉 쵸크 콘버터는 플라이백 콘버터의 일종으로 전력트랜지스터의 전류 이득을 이용하여 자가발진시키는 것으로서, 구조가 간단하여 널리 사용되어 왔다. 그렇지만, 제한된 전력트랜지스터의 스위칭 속도 때문에 스위칭 주파수를 높이는데는 한계가 있다.As described above, in a switch or mode power supply, a transistor is usually used as a switching element, and the transistor is used at a frequency of 20 KHz. The ringing choke converter described above is a kind of flyback converter which self-generates using the current gain of a power transistor, and has been widely used because of its simple structure. However, there is a limit to increasing the switching frequency due to the limited switching speed of the power transistor.
근래의 소자 제조 기술의 향상 및 신소자 개발 등으로 스위칭 주파수가 점점 높아져 스위칭 주파수가 높을수록 스위칭 소자의 손실이 증가되므로, 효율이 감소하여 바람직하지 않다. 그렇지만, 부품의 크기가 작으므로 높은 스위칭 주파수대에도 불구하고, 상기 전력 트랜지스터를 스위칭 소자로 그대로 사용하고 있다.In recent years, the switching frequency becomes higher due to the improvement of the device manufacturing technology and the development of new devices, and the higher the switching frequency, the higher the loss of the switching device. However, since the size of the component is small, the power transistor is used as a switching element despite the high switching frequency band.
따라서 본 발명의 목적은, 회로 구성이 간단하고, 경박단소의 링잉 쵸크 콘버터를 제공하고자 함에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a ringing choke converter with a simple and short circuit configuration and a light and small ring.
상기한 본 발명의 목적은 종래의 링잉 쵸크 콘버터에서 스위칭 소자로서 전력트랜지스터 대신에 모스 트랜지스터를 사용하여 달성할 수 있다.The above object of the present invention can be achieved by using a MOS transistor instead of a power transistor as a switching element in a conventional ringing choke converter.
즉, 본 발명은 교류 전원이 전파 정류된 전압 및 저항에 의하여 스위칭되는 스위칭부와, 그 스위칭부의 스위칭 상태에 따라 여자되어 상기 전파 정류된 전압을 출력시키는 트랜스포머와, 상기 스위칭부와 트랜스포머 사이에 접속되어 전압을 분배하는 전압 분배부와, 상기 트랜스포머의 여자된 전압이 정류되어 출력되는 정류부로 구성된 링잉 쵸크 콘버터에 있어서, 사이 스위칭부가 전파 전류된 전압에 의해 포화되도록 제어하는 저항과, 그 저항에 흐르는 전류에 의해 스위칭되는 모스 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 링잉 쵸크 콘버터를 제공한다.That is, the present invention provides a switching unit in which an AC power is switched by full-wave rectified voltage and resistance, a transformer that is excited according to the switching state of the switching unit, and outputs the full-wave rectified voltage, and is connected between the switching unit and the transformer. A ringing choke converter comprising a voltage divider for dividing a voltage and a rectifier for rectifying and outputting an excited voltage of the transformer, the ringing choke converter comprising: a resistor for controlling the switching portion to be saturated by a propagated current; A ring choke converter comprising a MOS transistor switched by a current is provided.
본 발명의 일례에 있어서, 상기 링잉 쵸크 콘버터는 상기 스위칭부의 모스, 트랜지스트의 드레인 전압이 일정치 이상으로 올라가지 못하도록 제어하는 완충부와 상기 트랜스포머의 출력 전압을 안정화시키기 위한 출력전압 안정부를 더 포함한다.In one example of the present invention, the ringing choke converter further includes a buffer for controlling the drain voltage of the MOS and the transistor of the switching unit does not rise above a predetermined value and an output voltage stabilizer for stabilizing the output voltage of the transformer. do.
본 발명에 의하면, 모스 트랜지스터를 이용하여 링잉 쵸크 콘버터에서의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있고, 간단하고 경박단소한 스위칭 모드의 전원공급장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to increase the switching frequency in a ringing choke converter by using a MOS transistor, and to provide a simple and light switching power supply device.
이하 본 발명에 따른 링잉 쵸크 콘버터를 첨부된 도면에 의해 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a ringing choke converter according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명의 일례에 따른 링잉 쵸크 콘버터를 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram showing a ringing choke converter according to an example of the present invention.
도시된 바와같이, 본 발명의 일례에 따른 링잉 쵸크 콘버터는, 입력되는 교류 전원이 전파 정류되고, 전파 정류된 전압을 분배하는 저항(R1)(R2)로 구성된 전압 분배부(10)와, 상기 전압 분배부(10)의 저항(R1)의 출력 전압에 의해 스위칭되는 스위칭부(20)와, 상기 스위칭부(20)의 스위칭 상태에 의해 여자되는 트랜스포머(T)와, 다이오드(D1) 및 콘덴서(C1)로 구성되어 그 트랜스포머(T1)의 2차 측 권선에 여자된 전압을 정류시켜 부하에 출력시키는 정류부(30)를 포함한다.As shown, the ringing choke converter according to an example of the present invention includes a voltage divider 10 including resistors R1 and R2 for distributing the full-wave rectified voltage to which the AC power input is full-wave rectified, and The switching unit 20 switched by the output voltage of the resistor R1 of the voltage divider 10, the transformer T excited by the switching state of the switching unit 20, the diode D1 and the capacitor And a rectifier 30 configured to rectify the voltage excited by the secondary winding of the transformer T1 and output the rectified voltage to the load.
여기서, 상기 스위칭부(20)는 상기 전압 분배부(10)의 저항(R1)에서 출력되는 전압에 의해 스위칭되는 모스 트랜지스터(Q1)와, 그 모스 트랜지스터(Q1)를 강제로 턴온시키는 저항(R3)으로 구성된다.Here, the switching unit 20 includes a MOS transistor Q1 switched by a voltage output from the resistor R1 of the voltage divider 10, and a resistor R3 forcibly turning on the MOS transistor Q1. It is composed of
이와같이 구성된 본 발명에 따른 링잉 쵸크 콘버터에 있어서, 우선, 전파 정류된 전압(V1)은 전압 분배부(10)의 저항(R1)(R2)에 의해 분배되어 제3도의 (가)에 도시된 바와같은 저항(R1)의 출력 전압(VR1)이 상기 스위칭부(20)의 모스 트랜지스터(Q1)의 게이트측에 인가되고, 그 게이트측에 인가된 전압(Vg)은 그 모스 트랜지스터(Q1)의 문턱 전압이상이 되면, 그 모스 트랜지스터(Q1)의 드레인측 전압(Vd)이 제3도의 (나)에 도시된 바와같이, 감소된다.In the ringing choke converter according to the present invention configured as described above, first, the full-wave rectified voltage V1 is distributed by the resistors R1 and R2 of the voltage divider 10, as shown in FIG. The output voltage VR1 of the same resistor R1 is applied to the gate side of the MOS transistor Q1 of the switching unit 20, and the voltage Vg applied to the gate side thereof is the threshold of the MOS transistor Q1. When the voltage is higher than the voltage, the drain side voltage Vd of the MOS transistor Q1 is reduced, as shown in Fig. 3B.
따라서, 그 트랜스포머(T)의 1차측 코일 및 게이트 구동측에 여자되는 전압이 증가하게 되어 모스 트랜지스터(Q1)가 턴온된다.Therefore, the voltage that is excited on the primary coil and gate driving side of the transformer T increases, and the MOS transistor Q1 is turned on.
그리고, 그 모스 트랜지스터(Q1)가 턴온되면, 그 트랜스포머(T1)이 1차측 코일에서 부하에 인가되는 전압(Vin)이 여자된다. 그때 트랜스포머(T)의 1차측 코일의 권선수가 N1, 게이트 구동측의 권선수가 Ns라고 가정하면, 그 트랜스포머의 게이트 구동측에 여자되는 전압은 (Ns/N1)*Vin이 된다.When the MOS transistor Q1 is turned on, the voltage Vin to which the transformer T1 is applied to the load from the primary coil is excited. At this time, assuming that the number of turns of the primary coil of the transformer T is N1 and the number of turns of the gate driving side is Ns, the voltage excited on the gate driving side of the transformer becomes (Ns / N1) * Vin.
그리고, 게이트 구동측에 여자된 전압은 상기 모스 트랜지스터 (Q1)의 문턱 전압보다 크기 때문에 모스 트랜지스터(Q1)의 턴온상태가 유지된다.Since the voltage excited on the gate driving side is greater than the threshold voltage of the MOS transistor Q1, the turn-on state of the MOS transistor Q1 is maintained.
한편, 상기 트랜스포머(T1)의 2차측 코일에는 그 트랜스포머(T1)의 1차측 코일에 인가된 전압(Vin)이 반대로 걸리므로, 그 역전압에 의해 정류부(30)의 다이오드(D1)의 역바이어스되어 상기 트랜스포머(T1)의 2차측 코일에 여자된 전압은 부하에 인가되지 못한다. 그때, 상기 다이오드(D1)에 흐르는 전류(1o)는 제3도의 (다)에 도시된 바와같다.On the other hand, since the voltage Vin applied to the primary coil of the transformer T1 is reversely applied to the secondary coil of the transformer T1, the reverse bias of the diode D1 of the rectifier 30 is reversed by the reverse voltage. Therefore, the voltage excited on the secondary coil of the transformer T1 is not applied to the load. At that time, the current 1o flowing through the diode D1 is as shown in Fig. 3C.
그리고, 상기 모스 트랜지스터(q1)의 소오스측에 연결된 저항(R3)의 양단의 전압(Vrs)은 제3도의 (가)에 도시된 바와같이, 점점 증가하게 되고, 상기 모스 트랜지스터(Q1)의 게이트-소오스측의 전압(Vgs)은 (N2/N1)*Vin-R3*1q이 되어 점점 감소하게 된다. 여기서, 상기 전류(1q)는 상기 모스 트랜지스터(Q1)의 드레인측에 흐르는 전류로서, 제3도의 (마)에 도시된 바와같다.The voltage Vrs across the resistor R3 connected to the source side of the MOS transistor q1 gradually increases, as shown in FIG. 3A, and the gate of the MOS transistor Q1 is increased. The voltage Vgs on the source side becomes (N2 / N1) * Vin-R3 * 1q and gradually decreases. Here, the current 1q is a current flowing to the drain side of the MOS transistor Q1, as shown in FIG.
그리고, 모스 트랜지스터(Q1)의 게이트-소오스측의 전압(Vgs)이 문턱전압이하로 떨어지면, 모스 트랜지스터(Q1)의 드레인측 전압(Vd)이 제3도의 (나)도에 도시된 바와같이, 증가하게 되며, 모스 트랜지스터(Q1)의 드레인측 전압(Vd)가 증가하게 되면, 상기 트랜스포머 (T1)의 1차측에 여자된 전압이 감소하게 되고, 동시에 게이트 구동측에 여자된 전압도 감소하게 된다.When the voltage Vgs on the gate-source side of the MOS transistor Q1 falls below a threshold voltage, the drain-side voltage Vd of the MOS transistor Q1 falls as shown in FIG. 3B. When the drain side voltage Vd of the MOS transistor Q1 increases, the voltage excited on the primary side of the transformer T1 decreases, and at the same time, the voltage excited on the gate driving side also decreases. .
시간이 경과하여 모스 트랜지스터(Q1)의 게이트-소오스측에 전압(Vgs)이 더욱 줄어들어 모스 트랜지스터(Q1)은 턴오프된다.As time passes, the voltage Vgs is further reduced on the gate-source side of the MOS transistor Q1, and the MOS transistor Q1 is turned off.
한편, 상기 트랜스포머(T)의 2차측 코일에는 트랜스포머(T)의 1차측 코일에 인가된 전압(Vin)이 걸리므로, 전압(Vin)에 의해 정류부(30)의 다이오드(D1)는 바이어스되어 상기 트랜스포머(T)의 2차측 코일에 여자된 전압(Vin)이 부하에 인가된다.On the other hand, since the voltage applied to the primary coil of the transformer T is applied to the secondary coil of the transformer T, the diode D1 of the rectifying unit 30 is biased by the voltage Vin. The voltage Vin excited on the secondary coil of the transformer T is applied to the load.
상기와 같은 과정을 반복 실행하여 모스 트랜지스터(Q1)의 스위칭 상태에 따라 자가 발전된다.By repeating the above process, the self-power is generated according to the switching state of the MOS transistor Q1.
한편, 제4도는 본 발명에 적용되는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 구성을 보인 도면이다. 제4도에 도시한 스위칭 모드 전원공급장치는 제3도에 도시한 링잉 쵸크 콘버터외에 다이오드(D2), 콘덴서(C2) 및 저항(R4)로 구성되어 스위칭부(20)의 모스 트랜지스터(Q1)가 드레인전압(Vd)이 일정치 이상 올라가지 못하도록 제어하여 모스 트랜지스터(Q1)를 보호하기 위한 완충부(40)와, 제너 다이오드(ZD), 다이오드 (D3), 콘덴서(C3), 저항(R5)(R6) 및 트랜지스터(Q2)로 구성되어 상기 트랜스포머(T)의 출력 전압을 안정화시키기 위한 출력 전압 안정부(50)를 더 포함한다.On the other hand, Figure 4 is a view showing the configuration of a switching mode power supply applied to the present invention. The switching mode power supply shown in FIG. 4 is composed of a diode D2, a capacitor C2, and a resistor R4 in addition to the ringing choke converter shown in FIG. 3, and the MOS transistor Q1 of the switching unit 20. To protect the MOS transistor Q1 by controlling the drain voltage Vd from rising above a predetermined value, the zener diode ZD, the diode D3, the capacitor C3, and the resistor R5. And an output voltage stabilizer 50 which is composed of an R6 and a transistor Q2 to stabilize the output voltage of the transformer T.
상기 출력 전압 안정부(50)에서 콘덴서(C3)에 의해 충전된 전압이 제어 다이오드(ZD)의 양단의 전압보다 커지면, 트랜지스터(Q2)가 도통되어 스위칭부(20)의 모스 트랜지스터(Q1)의 게이트 전압이 떨어져 모스 트랜지스터(Q1)가 오프상태로 된다. 이와 같이하여 트랜스포머(T)의 출력전압의 안정화가 성취된다.When the voltage charged by the capacitor C3 in the output voltage stabilizer 50 is greater than the voltage at both ends of the control diode ZD, the transistor Q2 is turned on so that the MOS transistor Q1 of the switching unit 20 is turned on. The MOS transistor Q1 is turned off because the gate voltage drops. In this way, stabilization of the output voltage of the transformer T is achieved.
또한, 상기 완충부(40)의 다이오드(D2), 콘덴서(C2), 저항(R4)에 의해 상기 모스 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd)가 일정치 이상 증가되어 모스 트랜지스터(Q1)가 파괴되거나 완전히 오프되는 것이 방지된다. 따라서, 드레인(Vd) 전압을 일정치 이상으로 증가하는 것을 방지하여 모스 트랜지스터(Q1)가 보호된다.In addition, the drain voltage Vd of the MOS transistor Q1 is increased by a predetermined value or more by the diode D2, the capacitor C2, and the resistor R4 of the buffer portion 40, thereby destroying the MOS transistor Q1. Or completely turned off. Therefore, the MOS transistor Q1 is protected by preventing the drain Vd voltage from increasing beyond a predetermined value.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터를 이용한 링잉 쵸크 콘버터는 스위칭소자로서 트랜지스터 대신에 모스 트랜지스터를 사용하여 스위칭 주파수를 높일 수 있으며, 부품의 수가 줄어 회로의 설계가 간단하고, 스위칭 모드 전원 공급 장치의 경박 단소가 가능한 효과가 있다.As described above, the ring choke converter using the MOS transistor according to the present invention can increase the switching frequency by using a MOS transistor instead of the transistor as a switching element, the number of components is reduced, the design of the circuit is simple, the switching mode power supply It is possible to reduce the thickness of the supply device.
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 19970327 Patent event code: PE09021S01D |
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