KR100609192B1

KR100609192B1 - 의사공진형 전원공급장치

Info

Publication number: KR100609192B1
Application number: KR1020050014589A
Authority: KR
Inventors: 신봉섭
Original assignee: 주식회사썬코리아전자
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2025-02-22

Abstract

본 발명은 의사공진형 전원공급장치에 관한 것으로써, 의사공진형 스위칭모드 전원공급장치에 있어서 스위칭주파수를 높여서 트랜스포머 및 콘덴서를 소형/경량화할 수 있도록 하는데 그 목적을 두고 있다.

이를 위하여 상기 의사공진형 공급장치에는, 트랜스포머에 연결되어 스위칭기능을 수행하는 제1스위칭소자와, 상기 트랜포머에 연결되어 스위칭기능과 액티브크램프기능을 수행하는 제2스위칭소자와, 제2스위칭소자와 연결되어 액티브크램프기능을 수행하는 크램프콘덴서와, 상기 트랜스포머의 상기 입력측 권선에 연결되어 제1스위칭소자를 턴온시키기 위한 전압을 계측하는 전압검출부와, 의사공진형제어회로를 구성하여 제1스위칭소자를 구동하는 구동부및, 의사공진형제어회로를 구성하여 구동부를 제어하여 제1스위칭소자를 턴온 또는 턴오프하는 턴온/오프제어회로부 등이 구성되게 된다.

따라서 본 발명에 의하면, 스위칭손실을 감소시키므로 스위칭주파수를 높여서 트랜스포머 및 콘덴서를 소형, 경량화할 수 있고 손실을 줄일 수 있으므로 병열판을 최소화하게 되어 전원공급장치의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.

의사공진형, 부분공진형, SMPS, 전원공급, 스위칭모드

Description

의사공진형 전원공급장치{Switching mode power supply implemented by quasi-resonance}

도 1은 종래의 의사공진형 전원공급장치를 보여주는 회로구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 의사공진형 전원공급장치를 보여주는 회로구성도이다.

도 3a는 종래의 의사공진형 전원공급장치에 따른 전압입력파형도이고, 도 3b전류입력파형도이다.

도 4a는 본 발명에 따른 의사공진형 전원공급장치에 따른 전압입력파형도이고, 도 4b는 전류입력파형도이다.

도 5는 본 발명에 따른 출력전류파형을 보여주는 파형도이다.

********도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**********

220 : 트랜스포머, 221 : 기준점

222 : 제1스위칭소자, 223 : 그라운드

224 : 제2스위칭소자, 225 : 크램프콘덴서

226 : 다이오드, 227 : 전압평활콘덴서

232 : 중간탭

본 발명은 의사공진형 전원공급장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 의사공진형을 이용하는 스위칭모드전원공급장치(SMPS: Switching mode power supply)에 있어서 스위칭주파수를 높여서 트랜스포머 및 콘덴서를 소형, 경량화하고 효율을 극대화하도록 하는 전원공급장치에 대한 것이다.

일반적으로 전원공급기에는 스위칭모드와 리니어 모드의 전원공급기가 있다. 그런데 이중 상기 스위칭모드 전원공급기는 온/오프를 반복적으로 수행하여 전원을 제공하는 방식이다. 이러한 스위칭모드 전원공급기장치의 회로예를 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. 이를 설명하면, 정류평활회로(11)는 교류(AC) 공급 전압을 입력하여, 다이오드 브리지를 통해 이를 전파 정류하고, 콘덴서를 통해 평활하며, 마지막에, 얻어진 직류(DC) 전압을 변압기(13)의 일차 권선(L1)의 일단으로 출력한다.

변압기(13)의 일차 권선(L1)의 타단은 스위칭 소자(Q1)의 드레인에 접속된다. 스위칭 소자(Q1)의 소스는 정류평활회로(11)의 그라운드부에 또한 접속되는 그라운드에 접속되어 있다. 콘덴서(C1)는 스위칭 소자(Q1)의 소스와 드레인사이에 병렬로 접속되어 있다.

후술되는 제어부(25)의 ON-OFF 동작으로 제어되는 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작에 의해 변압기(13)의 1차 권선(L1)에 축적된 자기에너지가 순차적으로 그 2차 권 선에 유기된다. 그 다음에 2차 권선(L2)의 일단에 접속된 다이오드(D1)에 의해 반파 정류가 2차 권선에서 유기된 자기에너지에 수행되고, 콘덴서(C3)에 의해 평활된 다음에, 평활된 DC 전압이 부하(17)에 출력되고 또한 출력 DC 전압 검출회로(19)에 출력된다.

출력 DC 전압 검출회로(19)는 부하(17)에 공급된 출력 DC 전압을 귀환신호로 변환하여 이를 제어부(25)에 장착된ON 기간 제어회로(29)로 출력한다.

출력 평활회로(21)의 다이오드(D3)는 변압기(13)의 보조 권선(L3)에 발생된 플라이백(flyback) 전압에 대해 반파정류하고 콘덴서(C5)는 다이오드(D3)로부터 얻어진 전압을 평활시킨다. 제어부(25)는 콘덴서(C5)로부터의 평활된 전압(Vcc)을 입력하고 있다.

소정 전압 이상의 기동전압이 기동저항(R1)에 공급될 때 제어부(25)는 발진을 개시한다.

스위칭 소자(Q1)가 OFF시에는, 변압기(13)의 1차 권선(L1)에 울림이 발생된다. 공진 주파수(f)는 다음과 같다.

f = 1/(2∏√L1xC1)

동일한 타이밍으로, 보조 권선(L3)에도 울림이 발생된다. 울림 발생회로(23)에서는 다이오드(D5)를 통한 검출 후에 저항(R3 및 R5)에 의해 울림을 분할한다. 저항(R3)과 콘덴서(C7)를 통해 고주파 성분이 제거된 울림 신호는 제어부(25)에 장착된 비교기 회로(27)로 출력된다. 비교기 회로(27)에서는 비교기(COMP1)에 입력된 울림 신호를 기준전압(Vref1)과 비교하여, 울림 신호가 기준전압(Vref1)보다 클 경우 하 이 레벨 신호를 출력한다.

ON 기간 제어회로(29)에서는 출력 DC 전압 검출회로(19)로부터의 귀환신호에 의해 ON 기간을 조정함으로써 부하(17)에 공급되는 출력 DC 전압을 안정화하는 ON 기간 제어신호를 발생시켜 주파수 제어회로(31)로 발생된 것을 출력한다.

주파수 제어회로(31)에서는 ON 기간 제어회로(29)로부터의 ON 기간 제어신호에 의한 ON 기간을 제어하면서, 예를들면, 콘덴서 및 저항의 시정수에 의해 규정된 고정 주파수를 발진시켜 구동회로(33)로 제어신호를 출력한다.

구동회로(33)의 인버터(INV1)에서는 OR 게이트(OR1)의 일단에 대한 비교기 회로(27)로부터의 제어신호(V3)와 주파수 제어신호(31)로부터의 제어신호(V18) 모두가 동시에 로우 레벨이 되는 경우 하이 레벨의 구동신호(V119)를 스위칭 소자(Q1)에 출력한다.

이러한 종래의 부분 공진형 전원 공급장치의 경우 스위칭 소자의 턴온 기간동안 트랜스포머에 에너지를 축적 했다가 턴오프 기간에 에너지를 방출 시켜서 이 방출된 에너지를 사용 한다.

이때의 문제점으로는 턴오프 시킬때의 공진주파수가 높아서 높은 전압이 L1에 걸리게 되고 이것이 곧 스위칭 소자의 높은 내압을 요구하게 된다. 또한 듀티(DUTY, 주기와 턴온 기간의 비율)는 입출력 전압과 트랜스의 1,2차 권선비로 결정 되어지고 이것이 곧 턴온 할 때의 전압이 결정 되어진다. 이 때의 턴온 전압은 턴온전압 = 입력전압 - 출력전압 X 1,2차 권선비(n1/n2)가 된다.

또 턴온 전압의 중요성은 C1 콘덴서에 충전 된 에너지를 스위칭소자로 턴온 시키게 되어 손실이 되고 방사노이즈( 노이즈규격 : EMI)를 발생 시키게 된다.

또한 제기되는 문제점으로는 이러한 종래의 부분공진형 전원공급장치의 경우 스위칭소자의 턴온기간동안 에너지를 저장하기 위해 콘덴서와 트랜스포머(Transformer)가 대형화된다. 또한 스위칭소자가 턴오프기간일 동안 메인 트랜스의 누설 인덕턴스와 각 곳의 기생 캐패시터와 결합하여 공진되므로 높은 전압에서 찌글찌글한 파형이 형성되게 된다. 따라서 전원발생이 효율적이지 못하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술에 의하여 제기된 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 의사공진형 스위칭모드 전원공급장치에 있어서 스위칭주파수를 높여서 트랜스포머 및 콘덴서를 소형/경량화할 수 있도록 하는데 그 목적을 두고 있다.

또한 스위칭소자의 턴오프구간동안 트랜스포머에 발생하는 역기전력을 선택적으로 가감함으로써 저장된 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하는데 또 다른 목적을 두고 있다.

또한 확실한 영 전압 스위칭을 행함으로써 손실을 적게하여 소모되는 열을 줄이고 방사되는 노이즈를 작게 하며, 스위칭소자 Q1(221)과 정류소자 D(226)의 내압을 줄이는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 제시된 목적을 이루기 위하여 트랜스포머의 입력측에 액티브크램프 를 위한 콘덴서와 스위칭소자를 병렬연결하여 제1스위칭소자의 턴오프시 메인트랜스의 누설 인덕턴스와 각 곳의 기생 캐패시터와 결합공진 되어서 발생하게 되는 왜곡전압을 평활한 전압으로 전환하는 의사공진형을 구현하는 스위칭전원공급장치를 제공한다.

이를 위하여 상기 의사공진형 공급장치에는, 변압전 자기에너지축적이 이루어지는 입력측권선과 상기 에너지를 전달받아 변압후 출력을 위한 2차권선으로 구성된 트랜스포머와, 상기 트랜스포머에 연결되어 스위칭기능을 수행하는 제1스위칭소자와, 상기 트랜포머에 연결되어 스위칭기능과 액티브크램프기능을 수행하는 제2스위칭소자와, 제2스위칭소자와 연결되어 액티브크램프기능을 수행하는 크램프콘덴서와, 상기 트랜스포머의 상기 입력측 권선에 연결되어 제1스위칭소자를 턴온시키기위한 전압을 계측하는 전압검출부와, 의사공진형제어회로를 구성하여 제1스위칭소자를 구동하는 구동부및, 의사공진형제어회로를 구성하여 구동부를 제어하여 제1스위칭소자를 턴온 또는 턴오프하는 턴온/오프제어회로부 등이 구성되게 된다.

따라서 위칭손실을 감소시키므로 스위칭주파수를 높여서 트랜스포머 및 콘덴서를 소형, 경량화할 수 있고 손실을 줄일 수 있으므로 병열판을 최소화하게 되어 전원공급장치의 부피를 줄이는 것이 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 의사공진형 전원공급장치를 보여주는 회로구성도로서, 상기 블록도에는 의사공진형제어회로를 구성하는 구동부(230)와 턴온/오프제어회로부 (231), 전압을 변압하는 변압기인 트랜스포머(220), 상기 트랜스포머에 연결되어 스위칭기능을 수행하는 제1스위칭소자(222)와 제2스위칭소자(224), 상기 트랜스포머의 일차측권선에 연결되어 전압을 계측하는 전압검출부(229) 등이 구성된다.

이러한 구성요소들이 수행하는 기능과 역할을 설명하면, 상기 트랜스포머(220)는 두개의 인덕턴스가 n:1로 권선되어 있다. 즉 변압전 입력을 위한 권선인 L1(210)과 변압후 출력을 위한 권선인 L2(211)로 구성되게 된다. 물론 본 발명에서는 이해를 위해 1단출력을 구성하고 있으나 멀티출력도 적용가능하다. 즉 L1(210)의 반대편에 L2(211)를 이외에 제2, 제3의 권선을 구성하는 예를 들 수 있을 것이다. 또한 일차측권선L1(210)에는 제1스위칭소자(222)에 연결되는 중간탭(232)이 구성된다. 상기 중간탭(232)은 일차측권선L1(210)의 적정지점에 형성되게 된다.

이러한 트랜스포머(220)의 입력측 권선인 L1(210)에 전원을 공급하기 위해상기 종래기술로 인용한 도 1에 도시되어 있는 정류평활회로(11)가 이용된다. 즉 전원을 공급받아 전압을 변압하게 된다. 보통 상기 정류평활회로는 교류(AC)전압을 입력받아, 이를 정전파정류하는 다이오드 브리지와 이를 평활하는 콘덴서 등으로 구성되게 된다. 이러한 정류평활회로에 대하여는 이미 널리 알려진 내용이므로 이에 대한 상세기술은 생략하도록 한다. 따라서 본 발명은 상기 정류전압 또는 정류전류를 입력원으로 이용하여 트랜스포머(220)의 입력측 권선L1(210)에 연결되는 것으로 기술한다. 즉 입력전원전압 Vcc가 연결되게 된다.

상기 권선L1(210)은 기술한 바와같이 권선L2(211)와 쌍으로 이루어져 트랜스포머(220)를 구성하게 된다. 따라서 권선L1(210)에 저장되어 있던 자기에너지가 공진을 통하여 L2(211)로 옮겨져 2차정류전원이 생성되게 된다.

이를 위해 턴온과 턴오프를 실행할 수 있도록 하는 제1스위칭소자(222)가 권선L1(210)에 직렬로 연결된다. 제1스위칭소자(222)는 보통 n채널 MOSFET가 이용되는 것이 바람직하다. 이 MOSFET는 주지된바와 같이 드레인, 소스, 게이트로 구성되며 게이트의 인가전압에 의하여 드레인과 소스간이 도통되는 것을 특징으로 하므로 스위칭회로에 많이 이용되고 있다. 따라서 이에 대한 상세한 내용은 생략하기로 한다.

이러한 MOSFET를 적용하게 되면 드레인은 일차측권선L1(210)의 중간탭(232)과 연결되고, 소스는 그라운드(223)와 접지되게 된다. 또한 게이트는 구동부(230)와 연결되어, 구동부(230)에 의하여 턴온과 턴오프가 반복되게 된다. 즉 제1스위칭소자(222)가 턴온구간동안에는 드레인으로부터 소스쪽으로 전류가 흐르게 된다. 부연하자면 권선L1(210)에 축적되어 있던 자기에너지에 의한 전류(I1)가 드레인을 통과하여 소스에 연결된 그라운드(223)로 흐르게 된다. 이와 달리 턴오프구간 동안에는 제1스위칭소자(222)의 드레인과 소스 사이에 전류(I1)가 오프되게 되어, 전류(I1)가 흐르지 않게 된다.

물론 제1스위칭소자(222)가 이러한 턴온과 턴오프를 수행하도록 하기 위해서는 구동부(230)가 구성되며, 이를 제어하기 위한 턴온/오프제어회로부(231)가 구비되게 된다. 또한 제1스위칭소자(222)의 소스와 드레인사이에 C1(233)콘덴서가 병렬로 구성된다.

상기 턴온/오프제어회로부에는 임의 점에서 전압을 감지하기 위한 전압감지부(229) 가 연결된다.

상기 턴온/오프제어회로부(231)를 설명하기에 앞서 전압감지부(229)를 설명하면, 전압감지부(229)는 도 2에 도시된 바와같이 제1스위칭소자(222)의 드레인쪽과 권선L1(210)의 중간쯤을 기준점(221)으로 하여 전압(V1)이 임의의 전압이하로 떨어지는 지를 감지하게 된다. 감지된 전압(V1)은 턴온/오프제어회로부(231)에 전달되어 제1스위칭소자(222)를 턴온할지 또는 턴오프시킬지를 결정하는 기능을 수행하게 된다.

즉 임의의 전압이하로 떨어지게 되면 턴온/오프제어회로부(231)는 제1스위칭소자(222)를 일정시간동안 턴온시키도록 구동부(230)를 제어하게 된다. 물론 턴온/오프제어회로부(231)에서 일정시간동안 제1스위칭소자(222)를 턴온시키고 오프시키는 기능을 수행한다. 따라서, 일정시간동안 제1스위칭소자(222)를 턴온한 후 턴오프하여 기준점(221)의 전압을 감지하는 전압감지부(229)에 의하여 감지된 전압(V1)이 거의“0”전압에 가까워질 때 다시 제1스위칭소자(222)를 턴온시키게 된다. 물론 턴온과 턴오프시간은 일정한 주기로 진행하도록 설정되어 있게 된다.

상기 구동부(230)와 턴온/오프제어회로부(231)가 구성되어 공진제어회로부(228)를 이루게 된다. 또한 권선L1(210)에는 액티브크램프기능을 수행하기 위한 제2스위칭소자(224)와 크램프콘덴서(225)가 연결된다.

액티브 크램프는 액티브필터기능을 수행함으로써, 제1스위칭소자(222)가 오프구간동안 권선L1(210)과 공진을 수행하게 된다. 물론 이를 위해 크램프콘덴서(225)와 권선L1(210)사이에 제2스위칭소자(224)가 구성되게 된다. 제2스위칭소자(224)도 제1스위칭소자(222)와 유사하게 MOSFET회로소자가 사용가능하다. 특히 본 발명의 구 현을 위해서는 Power MOSFET(Power MOSFET로도 알려짐)가 이용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

이 MOSFET는 주지된바와 같이 드레인, 소스, 게이트로 구성되고, 드레인과 소스간에 역방향으로 다이오드D2(234)가 구성되며, 게이트와 소스간의 전압은 마이너스전압을 가지는 것이 특징이다. 따라서 게이트와 소스간에 설정전압보다 큰전압이 인가되면 드레인과 소스간이 도통되게 된다. 물론 상기 다이오드D1(234)는 내장다이오도를 사용하는 것도 적용가능하다. 이에 대한 내용에 대하여는 이미 널리 공지되어 있는 기술이므로 작동에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

물론 제2스위칭소자(224)도 제1스위칭소자(222)와 유사하게 드레인쪽이 크램프콘덴서(225)와 연결되고, 소스쪽이 제1스위칭소자(222)의 드레인쪽에 연결되게 되며, 게이트는 일차측권선인 L1(210)에 연결되게 된다. 따라서 제1스위칭소자(224)와 엇박자로 온오프를 수행하게 된다. 즉 제1스위칭소자(222)가 온구간일 동안에는 제2스위칭소자(224)는 오프를 유지하고, 이와달리 제1스위칭소자(222)가 오프구간일 동안에는 턴온 상태를 유지하게 된다.

즉 상기 전술한바와 같이 제2스위칭소자(224)의 내부에는 드레인과 소스사이에 역방향으로 다이오드가 내장되어 있으므로 제1스위칭소자(222)가 턴온동안일때에는 오프상태가 유지되게 된다. 왜냐하면, 제1스위칭소자(222)와 제2스위칭소자(224)가 모두 턴온되면 스위칭소자가 파손되기 때문이다.

이러한 스위칭구성으로 인해 제1스위칭소자(222)가 턴오프되면 제1공진 콘덴서(233)에 서서히 전압이 충전되면서 영전압 스위칭을 행하게 된다. 권선L1(210)에 역기전력이 발생하게 되면 제2스위칭소자(224)의 소스와 드레인 간 전압이 역전압으로 걸려 내부 다이오드로 순방향 전류가 흐르면서 크램프콘덴서(225)와 L1의 누설 인덕턴스와 공진하여 낮은 주파수로 공진 되므로 공진 전압이 매우 작게 된다. 그러므로 제1스위칭소자(222)의 내압을 작은 것으로 사용하는 것이 가능하게 된다.

바로 이때 L1(210)의 중간탭(234)으로부터 제1스위칭소자(222)의 소스와 게이트 사이에 턴온 전압이 걸리면서 소스와 드레인이 턴온되어, 제1스위칭소자(222)가 오프상태가 되어, 트랜스포머(220)에 역기전력이 발생할 경우에만 제2스위칭소자(224)가 턴온이 되어 소스쪽에서 드레인쪽으로 전류가 흐르게 된다. 이에따라, 상기 기술한 권선L1(210)과 크램프콘덴서(225)가 공진을 수행하게 되는 것이다. 이 공진은 트랜스포머(220)의 1차권선L1(210)의 누설 인덕턴스와 크램프콘덴서(225)가 공진하게 된다.

제1스위칭소자(222)가 턴온 되면서 트랜스포머(220)의 1차권선(L1)에 전류가 흘러 트랜스포머(220)에 축적된 자기에너지가 2차권선L2(211)에 유기되어 정류다이오드D(226)를 통해 정류되고 출력 콘덴서C(227)에 의하여 직류전압으로 출력 되게 된다. 즉 L1*Cr = L2*C(227)가 되어 입력쪽 회로에 진동전류가 흐르게 되면, 줄력쪽 2차권선L2(211)에도 동일한 진동전류가 발생하게 된다. 따라서 이러한 전기공진을 위해 2차권선L2(211)쪽에도 유기된 자기에너지를 정류하기 위한 회로소자가 구성되게 된다. 즉 2차권선L2(211)의 일단에 순방향다이오드(226)가 구성되고, 이 다이오드(D1)에 의해 반파 정류가 수행된다.

이 반파정류를 평활하기 위해 콘덴서(227)가 구성되게 된다. 이러한 평활된 전압은 부하(240)에서 출력되어 원하는 출력전압(Vout)이 발생하게 된다.

상기 도 2에 도시된 회로도의 구성을 설명하였다. 그러면 이를 통하여 본 발명의 구현과정을 설명하기로 한다.

의사공진제어부(228)는 제1스위칭소자(222)를 일정기간동안(이를 제1시간인 턴온구간이라 한다) 온한 후에 오프하게 되는데, 이때 트랜스포머(220)에 의하여 기준점(221)의 포인트전압이 가장 낮을 때, 제1스위칭소자(222)를 턴온시키게 된다. 즉 제1스위칭소자(222)의 소스와 드레인간 전압(V1)이 최소가 되므로 제1스위칭소자(222)가 턴오프되었다가 턴온될때의 손실이 최소화되는 것이다.

제1스위칭소자(222)가 턴온되기 직전의 기준점(221)의 전압은 트랜스포머(220)의 누설인덕턴스와 분포용량, 제1스위칭소자(222)의 소스와 드레인간의 용량에 의하여 공진이 이루어지게 되며, 턴오프때부터 공진이 일어나서 턴온되기 직전에 최대의 역기전력이 발생한다. 이를 보여주는 도면이 도 4a에 도시된다. 즉 도 4a에는 제1스위칭소자(222)의 턴온구간과 턴오프구간이 반복되어 실행되며 이때의 역기전력을 보여준다. 역기전력은 권선L1(210)에 전류가 흐르게 되면 자속이 변하게 되어 이러한 변화에 대하여 방해하려는 유도기전력이 발생하게 되는데, 이것이 역기전력이 된다.

따라서 턴온구간(400)에서는 제1스위칭소자(222)가 턴온되어 드레인과 소스간에 도통이 되므로 역기전력이 발생하지 않고 그대로 에너지축적이 일어나게 된다. 상기 축적된 자기에너지는 다음과 같이 표시된다.

W = 1/2 (L1 x I12 )

즉 권선L1(220)과 전류(I1)의 제곱에 비례하게 된다. 전류I1의 그래프를 보여주는 도면이 도 4b에 도시된다. 즉 전류I1은 제1스위칭소자(222)의 드레인-소스가 도통되었을 때 트랜스포머(220)에 축적되는 에너지에 의한 전류이다. 따라서 제1스위칭소자(222)가 턴온구간(400)일 때만 흐르고 턴오프구간(410)일 때에는 흐르지 않게 된다. 물론 종래의 전류도 동일한 형태를 띠게 되는데, 이를 보여주는 도면이 도 3b에 도시된다.

그런데 종래에는 공진주파수가 동일하게 되어있어 권선L1(210)에 축적된 에너지로 인해 기준점(221)의 전압(V1)을 “0”볼트로 만들기에는 역부족이었다. 즉 감쇄진동이 발생하게 되어 전압(V1)이 완전히 “0”볼트로 떨어지지 못하고 “0”볼트에 가까워지는 전압에서 제1스위칭소자(222)가 턴온하게 되었다. 이를 보여주는 도면이 도 3a에 도시된다. 즉 도 3a에는 기준점(300)이 “0”볼트가 아닌 점에서 제1스위칭소자(222)가 턴온되는 것을 보여준다. 즉 자기에너지의 빗금부분(310)을 사용하지 못하게 되므로 효율이 떨어진다고 볼 수 있는 것이다.

본 발명에서는 상기 종래의 비효율성을 제거하기 위하여 액티브크램프회로인 제2스위칭소자(224)와 크램프콘덴서Cr(225)를 구성한다. 액티브크램프회로인 제2스위칭소자(224)와 크램프콘덴서(225)에 의하여 누설인덕턴스를 최소화하여 큰에너지로 공진시키는 것이다. 왜냐하면 감쇄진동의 주원인은 제1스위칭(222)의 턴오프시 트랜스포머(220)의 누설인덕턴스와 각곳의 기생콘덴서가 결함됨으로써 높은 전압하에서 발생하기 때문이다.

따라서 크램프콘덴서(225)는 기생콘덴서보다 아주큰 용량이 사용되는 것이 바람직 하다.

따라서 권선L1(210)과 크램프콘덴서(225)의 공진에 의하여 높은 전압에서도 평탄한 전압파형유지가 가능하게 된다. 이를 보여주는 도면이 도 4a이다. 즉 제2스위칭소자(224)의 턴온점(400)에서 감쇄진동이 발생하지 않고 일정시간 일정한 기전력유지가 가능하게 되는 것이다.

권선L1(210)에 축적된 에너지는 출력측 권선L2(211)에 유도되어 에너지가 다이오드D(226)를 통해 방출되게 된다. 따라서 상기 에너지가 다이오드(226)를 통해 다 방출되기 전에 제2스위칭소자(224)를 턴오프시켜서, 권선L1(210)의 인덕턴스와 권선L1(210)의 누설 인덕턴스에 축적된 에너지를 제1스위칭소자(222)의 드레인-소스간 콘덴서로 공진시켜 높은 주파수를 생성시켜 공진Q값을 높이게 된다. 즉 공진Q값이 높아짐으로써 기준점(221)의 전압(V1)을 최대한 “0”까지 낮추어 확실한 공진에 의한 “0”전압스위칭을 이루게 되는 것이다.

즉 이는 제1스위칭소자(222)의 턴온점(410)이 “0”전압에 도달되는 것을 의미한다.

따라서 제2스위칭소자(224)와 크램프콘덴서(225)에 의하여 권선L1(210)의 누설인덕턴스에 의한 제1스위칭소자(222)의 드레인-소스간 전압을 낮출 수 있고 멀티출력을 원할 경우에도 스파이크성 전압이 없어지므로 출력전압간 서로의 간섭을 최소화하는 것도 가능하게 된다.

도 5는 상기 도 4a에 따른 출력전압(Vout)의 파형을 보여주는 도면이다. 즉 이는 플라이백회로를 이용하므로 역기전력이 발생하는 제1스위칭소자(222)의 턴오프구간 (410)에만 생성되고, 턴온구간(400)에는 평전압으로 바뀌는 것을 보여주는 도면이다. 즉 트랜스포머(220)에 저장되어 있는 에너지가 역기전력에 의하여 출력으로 방출되는 방식이다.

종래의 출력전압파형도 이와 유사하나, 본 발명에 의한 출력파형과 달리 종래의 출력파형에서는 링깅같은 스파이크성 노이즈가 상당히 삽입되어 있어 불규칙한 형태를 띠게 된다.

또한 다이오드(226)의 내압을 작은 것으로 사용함으로써 순방향전압을 줄여손실을 줄임으로서 방열판이 줄어든다. 또한 스위칭손실이 줄어듦으로서 공진주파수를 높일 수 있어서 트랜스포머(220)의 크기가 줄어들게 된다. 링깅같은 스파이크성 노이즈가 없어서 다출력 전원을 상용할 경우 출력전압의 부하변동에 따른 각 출력전압편차를 크게 줄일 수 있게 된다. 상기 도 2에서는 발명의 이해를 위해 출력측 2차권선L2(211)를 하나만 구성하였으나, 여러개의 2차권선을 병렬로 구성함으로써 멀티출력이 가능하다.

이상 본 발명에 대하여 첨부된 실시 예와 도면을 가지고 상세히 기술하였으나, 본 발명은 특정 실시 예에 한정되지는 않으며, 이 기술분야에 종사하고 있거나 통상의 지식을 습득하고 있는 자라면 본 발명의 내용을 벗어나지 않으면서도 수많은 변형과 수정이 가능함을 이해해야 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의거하여 정해지는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 의하면, 의사공진형 방식을 이용하여 역기전력전압을 마음대로 가감하면서도 효율적인 공진을 구현하는 가능하다는 효과가 있다.

또한 스위칭손실을 감소시키므로 스위칭주파수를 높여서 트랜스포머 및 콘덴서를 소형, 경량화할 수 있고 손실을 줄일 수 있으므로 병열판을 최소화하게 되어 전원공급장치의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 멀티출력을 설계할 경우 종래에는 높은 주파수에서 결합도가 높지 않아 출력간에 전류양에 따라 차이가 발생하였으나 이를 해소하여 출력간에 출력전압을 안정화시키는 효과가 있다.

Claims

출력측 2차권에 유도된 입력측권선의 축적에너지를 전류로 방출하기 위한 다이오드와 전압을 평활하는 전압평활콘덴서가 출력측에 구성되는 스위칭 전원공급장치에 있어서,

변압전 자기에너지축적이 이루어지는 입력측권선과 상기 에너지를 전달받아 변압후 출력을 위한 2차권선으로 구성된 트랜스포머와,

상기 트랜스포머에 연결되어 스위칭기능을 수행하는 제1스위칭소자와,

상기 트랜포머에 연결되어 스위칭기능과 액티브크램프기능을 수행하는 제2스위칭소자와,

제2스위칭소자와 연결되어 액티브크램프기능을 수행하는 크램프콘덴서와,

상기 트랜스포머의 상기 입력측 권선에 연결되어 제1스위칭소자를 턴온시키기위한 전압을 계측하는 전압검출부와,

의사공진형제어회로를 구성하여 제1스위칭소자를 구동하는 구동부및,

의사공진형제어회로를 구성하여 구동부를 제어하여 제1스위칭소자를 턴온 또는 턴오프하는 턴온/오프제어회로부

를 포함하여 이루어지는 의사공진형 전원공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1스위칭소자는 상기 전압검출부가 “0”전압이 될 때 턴온되는 것을 특징으로 하는 의사공진형 전원공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2스위칭소자는,

상기 제1스위칭소자가 턴오프구간동안에만 상기 입력측권선에 연결되어 역기전력이 발생되었을 경우에 턴온되는 것을 특징으로 하는 의사공진형 전원공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 크램프콘덴서는 제1스위칭소자가 턴오프이고 제2스위칭소자가 턴온시 공진을 수행하여 평탄한 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 의사공진형 전원공급장치.