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KR101333586B1 - 광범위한 부하 범위를 가지는 고정밀 직류/직류 공진형 컨버터 - Google Patents

광범위한 부하 범위를 가지는 고정밀 직류/직류 공진형 컨버터 Download PDF

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KR101333586B1
KR101333586B1 KR1020130068148A KR20130068148A KR101333586B1 KR 101333586 B1 KR101333586 B1 KR 101333586B1 KR 1020130068148 A KR1020130068148 A KR 1020130068148A KR 20130068148 A KR20130068148 A KR 20130068148A KR 101333586 B1 KR101333586 B1 KR 101333586B1
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KR
South Korea
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resistor
terminal
power semiconductor
value
switching element
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Active
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KR1020130068148A
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English (en)
Inventor
류홍제
장성록
안석호
공지웅
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US14/016,773 priority patent/US9246389B2/en
Priority to EP13182746.1A priority patent/EP2822165B1/en
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Abstract

본 발명은 광범위한 부하 범위를 가지는 고정밀 직류/직류 공진형 컨버터에 관한 것으로서, 직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 절연형 공진형 컨버터에 있어서, 직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수에서는 단독으로 동작하고, 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서는 출력 전압의 리플값을 줄이도록 동작하는 제1 스위치 레그; 및 직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하를 위한 스위칭 주파수 또는 제1 스위치 레그가 담당하는 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서 동작하는 하나 이상의 제2 스위치 레그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 경부하를 담당하는 스위치 레그(leg)를 이용하여 경부하에서도 높은 효율을 가지며 안정적으로 동작할 수 있는 공진형 컨버터를 제공할 수 있다.

Description

광범위한 부하 범위를 가지는 고정밀 직류/직류 공진형 컨버터 {High Precision DC to DC Converter with Wide Load Range}
본 발명은 공진형 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 출력을 사용하는 경부하(Light Load) 또는 무부하에서도 높은 효율로 고정밀 제어가 가능한 공진형 컨버터에 관한 것이다.
입력 직류 전압을 다른 레벨을 갖는 출력 직류 전압으로 변환하는 직류/직류(DC/DC) 컨버터는 각종 산업 분야에서 다양하게 이용되고 있는데, 일반적으로 직류/직류(DC/DC) 컨버터는 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 뒤 변압기로 승압 또는 강압하고 다시 직류 전압으로 정류함으로써 전압을 변압하게 된다.
이러한 직류/직류(DC/DC) 컨버터를 구현하기 위한 회로 방식은 다양하게 존재하며, 그 한 예가 공진형 컨버터이다. 공진형 컨버터는 인덕터(Lr)과 캐패시터(Cr)의 공진 현상을 이용한다.
도면 11도는 스위칭 주파수에 따른 공진형 컨버터의 제어특성을 보여주는 것으로 연속도통영역에서 동작하는 공진형 컨버터는 출력 전압을 낮추기 위해서는 스위칭 주파수를 높여야 하는 것을 보여주며, 일 예로 4 암페어(A)의 출력을 내다가 2 암페어(A)의 출력으로 전류를 낮추기 위해서는 스위칭 주파수가 더 높아져야 한다는 것을 보여준다.
하지만, 이렇게 스위칭 주파수가 높아지면 공진형 컨버터의 스위칭 손실이 늘어나는 문제점이 생긴다.
도면 12도는 경부하 영역에서 사용하기 위하여 출력 전력(전압 및 전류)를 낮추는 경우의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor]) 손실을 보여주는 도면이다.
즉, 연속 도통(Continuous Conduction) 영역에서 동작하는 직류/직류(DC/DC) 공진 컨버터는 경부하 운전시 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 손실이 급격히 올라가며 이에 따라 효율이 급격히 낮아지거나 더 크게는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 등의 스위칭 소자가 소손될 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 공진형 컨버터의 낮은 도전 손실과 스위칭 손실 측면을 그대로 유지하면서, 경부하를 포함하여 무부하 상태에서 정격부하까지 전부하 영역(No Load ~ Full Load)에서 사용 가능한 직류/직류(DC/DC) 컨버터를 제공하고자 한다.
또한, 직류 전력 변환을 통해 원하는 출력전압을 생산하는 과정에 있어, 출력전압의 리플 성분을 최소화할 수 있는 고정밀 직류/직류(DC/DC) 컨버터를 제공하고자 한다.
또한, 낮은 출력 필터 성분(출력 캐패시터)으로도 부하단으로 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있는 고정밀 직류/직류(DC/DC)컨버터를 제공하고자 한다.
또한, 전원의 온/오프(On/Off) 과정에서도 직류/직류(DC/DC) 컨버터에 안정적인 스위칭 주파수를 인가하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 절연형 공진형 컨버터에 있어서, 직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 상기 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수에서는 단독으로 동작하고, 상기 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서는 출력 전압의 리플값을 줄이도록 동작하는 제1 스위치 레그; 및 상기 직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 상기 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하를 위한 스위칭 주파수 또는 상기 제1 스위치 레그가 담당하는 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서 동작하는 하나 이상의 제2 스위치 레그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 제1 및 제2 스위치 레그는 두 개의 스위칭 부가 직렬로 연결되어 구성되며, 상기 스위칭 부는 전력용 반도체 스위칭 소자; 상기 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유입 단자에 캐소드가 연결되고 상기 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 애노드가 연결되는 다이오드; 상기 다이오드에 병렬로 연결되는 스너버 캐패시터; 및 상기 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 스위칭 신호를 인가하는 게이트 드라이브 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 제1 스위치 레그의 급격한 전압 증가를 방지하기 위한 스너버 회로의 캐패시터의 값은 상기 제2 스위치 레그의 스너버 회로의 캐패시터 값보다 작은 값을 가지도록 설계되어, 상기 제1 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 영전압 센싱이 상기 제2 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 영전압 센싱보다 더 빠르게 센싱되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 게이트 드라이브 회로는 제1 전력용 반도체 스위칭 소자, 제2 전력용 반도체 스위칭 소자, 제1 내지 제3 다이오드, 제1 내지 제8 저항 및 캐패시터를 포함하여 구성되고, 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 인가되는 전류의 충전 패스와 방전 패스를 구분하기 위하여, 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자로 게이트 구동신호가 입력되며, 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자로는 상기 제6 저항의 일단이 연결되고, 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자는 상기 캐패시터의 일단, 상기 제4 저항의 일단, 상기 제2 저항의 일단 및 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되고, 상기 캐패시터의 타단은 상기 제1 저항의 일단, 상기 제5 저항 일단, 상기 제1 다이오드의 캐소드 및 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 연결되며, 상기 제1 저항의 타단은 상기 제2 저항의 일단에 연결되며, 상기 제1 다이오드의 애노드는 제3 저항의 일단에 연결되고, 제3 저항의 타단은 제1 저항의 타단에 연결되며, 상기 제5 저항의 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되고, 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유입 단자에 연결되며, 상기 제6 저항의 타단은 상기 제3 다이오드의 애노드에 연결되고, 상기 제3 다이오드의 캐소드는 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자, 상기 제7 저항의 일단, 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되며, 상기 제7 저항의 타단은 상기 제4 저항의 타단, 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 연결되며, 상기 제2 전류용 반도체 소자의 전류 유출 단자는 상기 제8 저항의 일단과 연결되며, 상기 제8 저항의 타단은 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 전력용 반도체 스위칭 소자는 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 모스펫 또는 바이폴라 접합 트랜지스터 등과 같이 온/오프 제어가 가능한 스위칭 소자가 선택되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 게이트 드라이브 회로의 데드타임을 조절하기 위하여 상기 게이트 드라이브 회로의 제1 캐패시터의 값과 제1 저항의 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 제1 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 제1 캐패시터의 값은 상기 제2 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 제1 캐패시터의 값보다 작으며, 상기 제1 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 제1 저항의 값은 상기 제2 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 제1 저항의 값보다 작은 값을 가지도록 설계되어, 상기 제1 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 전력용 반도체 스위칭 소자의 동작 주파수 범위가 상기 제2 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 전력용 반도체 스위칭 소자의 동작 주파수 범위보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 절연형 공진형 컨버터에 사용되는 게이트 드라이브 회로로서, 상기 게이트 드라이브 회로는 제1 전력용 반도체 스위칭 소자, 제2 전력용 반도체 스위칭 소자, 제1 내지 제3 다이오드, 제1 내지 제8 저항 및 캐패시터를 포함하여 구성되고, 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 인가되는 전류의 충전 패스와 방전 패스를 구분하기 위하여, 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자로 게이트 구동신호가 입력되며, 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자로는 상기 제6 저항의 일단이 연결되고, 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자는 상기 캐패시터의 일단, 상기 제4 저항의 일단, 상기 제2 저항의 일단 및 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되고, 상기 캐패시터의 타단은 상기 제1 저항의 일단, 상기 제5 저항 일단, 상기 제1 다이오드의 캐소드 및 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 연결되며, 상기 제1 저항의 타단은 상기 제2 저항의 일단에 연결되며, 상기 제1 다이오드의 애노드는 제3 저항의 일단에 연결되고, 제3 저항의 타단은 제1 저항의 타단에 연결되며, 상기 제5 저항의 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되고, 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유입 단자에 연결되며, 상기 제6 저항의 타단은 상기 제3 다이오드의 애노드에 연결되고, 상기 제3 다이오드의 캐소드는 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자, 상기 제7 저항의 일단, 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되며, 상기 제7 저항의 타단은 상기 제4 저항의 타단, 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 연결되며, 상기 제2 전류용 반도체 소자의 전류 유출 단자는 상기 제8 저항의 일단과 연결되며, 상기 제8 저항의 타단은 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 게이트 드라이브 회로에 게이트 구동 신호를 인가하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위치 레그의 동작에 필요한 스위칭 주파수를 생성하는 스위칭 주파수 생성부; 및 상기 스위칭 주파수 생성부의 온/오프를 안정적으로 제어하기 위한 동작 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 스위칭 주파수 생성부는 전압제어기, 전류제어기, 스위칭 주파수 변조기, 상기 스위칭 주파수 변조기에 인가할 전압을 결정하는 다이오드부, 스위칭 주파수의 위상 천이기 및 앤드(AND) 게이트를 포함하여 구성되고, 상기 전압제어기는 출력 직류 전압을 센싱한 값과 목표로 하는 기준전압값과 비교하여 센싱한 값이 기준전압값보다 작으면 그 오차에 비례하는 전압을 출력하고, 상기 전류제어기는 출력 진류 전류를 센싱한 값과 목표로 하는 기준전류값을 비교하여 센싱한 값이 기준전류값보다 작으면 그 오차에 비례하는 전압을 출력하며, 상기 다이오드부는 상기 전압제어기와 상기 전류제어기에서 내보내는 출력 전압값을 비교하여 보다 낮은 값의 전압값을 상기 스위칭 주파수 변조기에 인가하고, 상기 스위칭 주파수 변조부는 전압 혹은 전류 제어기로부터 다이오드를 통해 인가받은 신호의 크기에 비례하여 스위칭 주파수를 내보내며, 상기 스위칭 주파수의 위상 천이기는 상기 스위칭 주파수 변조부가 내보내는 스위칭 주파수를 인가받아 상기 제1 및 제2 스위치 레그의 개수에 따라 상기 스위칭 주파수의 위상을 천이시킨 주파수를 생성하고, 상기 앤드 게이트는 상기 제1 및 제2 스위치 레그의 개수에 따라 하나 이상으로 구비되고 스위칭 주파수의 위상 천이기가 내보내는 주파수를 각각의 스위치 레그를 담당할 앤드 게이트 별로 일 단자를 통해 입력받는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
또한, 상기 동작 결정부는 SR 래치, 비교기 및 오알 게이트를 포함하여 구성할 수 있으며, 상기 비교기는 기 설정된 기준값 대비 출력단측으로부터 센싱되는 값을 비교하여 센싱되는 값이 상기 기 설정된 기준값 보다 큰 경우 하이(High) 출력신호를 내보내고, 상기 오알 게이트는 상기 비교기가 출력한 값을 포함하여 보호회로 관련 신호등을 입력받아 상기 SR 래치의 R단자로 출력하여 전원장치 오프 제어를 하고, 상기 SR 래치는 S 단자로 전원인가 신호를 입력받아 전원장치 온 제어를 수행한다. S 단자와 R 단자의 신호에 의해 Q 단자의 전압이 결정되고 이를 통해 전원장치의 온/오프 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 광범위한 부하 범위를 가지는 고효율 공진형 컨버터는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 경부하 운전시 이를 전담할 단일 스위치 레그(Leg)를 구비함으로써, 광범위한 부하범위를 가질 수 있는 효과가 있다. 따라서, 배터리 충전기, 캐패시터 충전기, 플라즈마 응용 전원 및 범용 직류(DC) 전원 장치 등 전부하 영역(No Load ~ Full Load)에서 운전이 필요한 다양한 산업용 전원장치에 사용이 가능하다.
둘째, 고주파 스위칭 주파수에 의한 경부하 운전시에는 단일 스위치 레그(Leg)만 동작하고 나머지 스위치 레그(Leg)는 동작하지 않으므로 나머지 스위치 레그(Leg)에서는 스위칭 손실이 발생하지 않게 되고, 이에 따라 입력 대비 출력 효율을 높은 효율로 유지할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 정격부하에서는 경부하를 담당하는 스위치 레그(Leg) 뿐만 아니라 나머지 스위치 레그(Leg)도 함께 작동이 가능하므로 고효율을 유지할 수 있다.
넷째, 경부하를 담당하는 스위치 레그(Leg)의 캐패시터 값과 게이트 드라이브 회로의 캐패시터 및 저항 값을 조절함으로 소프트 스위칭을 하면서도 스위칭 주파수의 제어범위를 넓게 확장할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 각 스위치 레그(Leg)의 게이트 드라이브 회로의 데드 타임을 자유롭게 설계 변경할 수 있어서 다양한 환경에 적응이 가능한 컨버터의 설계가 가능하다.
여섯째, 각 스위치 레그(Leg)별 게이트 드라이브 회로의 데드 타임을 최대 데드 타임으로 설정하면서도 스위칭 주파수에 맞게 시정수를 조정함으로써 스위칭 소자의 영전압 조건을 효율적으로 감지할 수 있다.
일곱째, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 구동회로에 의하면 스위칭 소자를 빠르게 턴오프 시킬 수 있는 별도의 모스펫 소자를 구비함으로써, 게이트 구동회로 내의 캐패시터가 마이너스(-)전압부터 충전되는 것이 아니라 영(0)전압부터 충전되므로, 게이트 구동 전력용 소모 전력을 저감 시킬 수 있으며, 게이트 충전과 방전 패스를 구분함으로써 고주파 스위칭 동작시에 모스펫 발열을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
여덟째, 공진 전류의 파형을 개선하여 정격에서 높은 효율을 유지할 수 있다.
아홉째, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 구동회로는 스위치의 영전압 조건을 쉽게 검지하여 스위칭 손실을 줄일 수 있어, 컨버터 뿐만 아니라 인버터 등 다양한 전원장치에 적용이 가능한 효과가 있다.
열번재, 정격 부하 영역에서는 모든 스위치 레그(Leg)가 동작하고, 경부하에서는 이를 담당할 별도의 단일 스위치 레그(Leg)만 고주파의 스위칭 주파수로 동작하므로 출력단의 필터 캐패시터의 성분을 작게 유지하고도 고정밀 제어가 가능하다. 그러므로, 자이로트론, 클라이스트론, 마그네트론 및 레이더 전원장치 등과 같이 고정밀 출력 제어가 필요한 경우에도 필터 캐패시터의 크기를 키우지 않고도 고정밀 제어가 가능하므로 출력전압의 리플을 작게 유지하면서도 아크 발생시 부하단으로 전달되는 필터 캐패시터의 에너지를 최소화 할 수 있어 부하를 효율적으로 보호할 수 있는 역할을 할 수 있는 효과가 있다.
열 한번째, 본 발명의 바람직한 실시예에 공진형 컨버터의 제어부에 따르면 전원장치의 온/오프시에도 안정적인 스위칭 주파수를 생성할 수 있으므로 절연 게이트 양극성 트랜지스터 등의 전력용 반도체 스위칭 소자의 소손 등을 방지할 수 있다.
도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도면 2도는 다상의 공진형 컨버터의 모습을 보여주는 회로도이다.
도면 3도는 게이트 드라이브 회로의 내부 회로의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 4도는 스위치 소자의 양단의 전압이 영전압 조건이 아닌 경우, 턴온 신호 인가시 게이트 드라이브 회로의 동작을 보여주는 도면이다.
도면 5도는 스위치 소자의 양단의 전압이 영전압 조건이 되는 경우, 턴온 신호 인가시 게이트 드라이브 회로의 구동 동작을 보여주는 도면이다.
도면 6도는 제어부로부터 게이트 드라이브 회로로 턴오프 신호가 인가되는 경우, 게이트 드라이브 회로의 작동 상태를 보여주는 도면이다.
도면 7도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 시뮬레이션 동작 결과를 보여주는 그래프이다.
도면 8도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터에 사용되는 스위칭 주파수를 생성하는 제어부의 구성을 간략하게 보여주는 블록도이다.
도면 9도는 제어부 전원장치의 온/오프 동작의 과도 상태에서 불안정한 제어시에 전력용 반도체 스위칭 소자 구동 신호 파형을 보여주는 그래프이다.
도면 10도는 제어부 전원장치의 온/오프 동작에서 과도상태에서의 안정적인 제어를 구현한 후에 전력용 반도체 스위칭 소자 구동 신호 파형을 보여주는 그래프이다.
도면 11도는 스위칭 주파수에 따른 공진형 컨버터의 제어특성을 보여주는 것으로 연속도통(Continuous Conduction) 영역에서 동작하는 공진형 컨버터는 출력 전압을 낮추기 위해서는 스위칭 주파수를 높여야 하는 것을 보여주는 도면이다.
도면 12도는 경부하 영역에서 사용하기 위하여 출력 전력(전압 및 전류)를 낮추는 경우의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor]) 손실을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 게이트 드라이브 회로(100), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200), 다이오드(300), 캐패시터(400), 공진 인덕터(Lr,500), 공진 캐패시터(Cr,600) 및 변압기(700)를 포함하여 구성될 수 있다.
도면 1도의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 스위치 소자 두 개가 직렬로 연결되어 3개의 가지를 형성한다. 이런 3개의 가지를 각각 스위치 레그(Leg)라 부를 수 있다. 각각의 스위치 레그(Leg)는 게이트 드라이브 회로(100), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200), 다이오드(300), 캐패시터(400)을 포함하여 구성되어 진 스위칭 부가 직렬 연결되어 한 쌍으로 이루어진 회로라고 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 스위칭 부에 쓰이는 스위치 소자는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)가 사용될 수 있다. 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)는 고주파 스위칭을 통하여 직류(DC) 전압을 고주파 교류(AC)전압으로 가변할 수 있는 부분이다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 3개의 스위치 레그(Leg)부분은 단상 하프 브릿지 인버터가 3개 결합된 3상 하프 브릿지 공진형 인버터 부분으로 볼 수 있다.
그러나, 반드시 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)만으로 한정되는 것은 아니고, 모스펫 또는 바이폴라 접합 트랜지스터 등 온/오프 제어가 가능한 전력용 반도체 스위칭 소자라면 어떤 것이라도 사용될 수 있다.
그리고 이러한 전력용 반도체 스위칭 소자의 경우 전자의 흐름과 반대로 전류가 이동하므로 콜렉터나 드레인은 전류 유입 단자로, 그리고 소스나 애미터는 전류 유출 단자, 게이트나 베이스는 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자로 지칭될 수 있다.
각각의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200) 소자가 접속되는 부분에는 공진 인덕터(500), 공진 캐패시터(600) 및 변압기(700)의 일차 측이 직렬 연결될 수 있다. 공진 인덕터(500)와 공진 캐패시터(600)는 각 스위치 레그(Leg)의 공진탱크 파라메터로 공진 주파수를 결정하고 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)가 소프트 스위칭할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 변압기(700)는 전압 및 전류를 가변하여 출력전력(전압 및 전류)를 조절하는 부분이다.
각 게이트 드라이브 회로(100)에 인가되는 G1 내지 G6는 출력전압을 원하는 값으로 제어하기 위한 주파수 가변형태의 신호로서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터에서는 게이트 구동회로의 입력으로 사용될 수 있다.
게이트 드라이브 회로(100)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 양단의 전압을 센싱하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)와 병렬로 연결된 스너버 회로의 캐패시터(400)의 전압이 0(Zero)이 아니면 데드 타임 모드(Dead Time Mode)로 동작하여 게이트 신호(G1 내지 G6)가 들어오더라도 반도체 소자를 턴온(Turn On) 시키지 않는다. 또한, 스너버 회로의 캐패시터(400)가 방전되고 영전압 조건이 되었을 경우, 게이트 드라이브 회로(100)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)를 턴온 시켜 영전압 스위칭을 구현하고 스위칭 손실을 줄이는 역할을 수행한다. 여기서, 데드 타임(Dead Time)이란 입력이 변화하고 나서 출력이 변화가 인지될 때까지의 경과 시간을 말한다. 즉, 데드 타임 모드(Dead Time Mode)로 동작하는 경우는 입력신호가 출력에 영향을 주지 않으므로 입력을 무시한다고도 볼 수 있다.
이런 게이트 드라이브 회로(100)의 각 단자는 스위칭 소자와 연결되는 부분에 따라 제1단자, 제2단자 및 제3단자라고 지칭될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자가 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)인 경우, 게이트 드라이브 회로(100)가 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 콜렉터 단자에 연결되는 부분을 제1단자, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 에미터 단자에 연결되는 부분을 제2단자, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 게이트 단자에 연결되는 부분을 제3단자라고 지칭할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 이러한 게이트 구동회로를 이용함으로써 스위치의 영전압 조건을 쉽게 검지할 수 있으며 복잡한 제어회로의 별도 구성없이도 전부하 영역에서 고효율 운전이 가능하다.
또한, 비교적 작은 출력 필터 성분으로 고정밀 출력 제어가 가능하기 때문에 출력단에서 아크가 발생하더라도 컨버터에서 부하에 전달되는 아크 에너지를 최소화할 수 있어 아크에 취약한 부하를 효율적으로 보호할 수 있다. 이는 공급전원의 값을 0.1%이하의 제어정밀도를 요구하는 자이로트론, 클라이스트론, 마그네트론 및 레이다 등의 특수 전원장치의 경우에도 출력단의 캐패시터의 값을 높이지 않고도 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터에 의하면 정밀 제어가 가능하다는 것을 나타낸다.
다이오드(300)와 캐패시터(400)는 병렬로 연결되어 스너버(Snubber) 회로를 구성하는데 사용될 수 있다. 스너버 회로는 완충회로로서 급격한 변화를 누그러뜨리고, 입력 신호에서 원하지 않는 노이즈 등을 제거하기 위하여 사용되는 회로이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 바로 이 스너버 회로의 캐패시터의 전압을 센싱하여 저전력이 사용되는 경부하에서 하나의 스위치 레그(Leg)만을 이용하여 전력을 컨버팅하고 정격 부하 범위 내에서는 나머지 스위치 레그(Leg)가 함께 동작하여 높은 효율을 지니는 공진형 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 A 영역의 스위치 레그(Leg)는 스너버 회로의 캐패시터(400)의 용량이 다른 스위치 레그(Leg)의 스너버 회로의 캐패시터(400)보다 작은 값으로 설계되어 질 수 있다.
A 영역의 스위치 레그(Leg)의 캐패시터(400)의 값이 다른 스위치 레그(Leg)의 캐패시터 값보다 작게 설계하는 이유는 다음과 같다.
도면 9도에서 보듯이, 공진형 컨버터에 정격부하 이하의 경부하가 걸리면 경부하에서 소모하는 전력은 중부하나 고부하보다 작다. 따라서, 공진형 컨버터는 낮은 출력의 전력(전압 또는 전류)를 출력으로 내보내는데, 이를 위하여 스위칭 소자에 인가되는 스위칭 주파수를 높게 조절한다.
하지만, 스위칭 주파수가 높아지면 질수록 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)를 비롯한 스위칭 소자들의 스위칭 손실은 급격히 올라가게 된다. 또한, 더 크게는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)가 소손되는 상황이 발생할 수도 있다. 그러므로, 기존의 연속 도통(Continuous Conduction) 영역에서 사용되는 공진형 컨버터는 무부하 상태에서 정격부하까지 전부하 영역(No Load ~ Full Load)에 사용되기 위해서는 게이트 구동 신호 자체를 제어하는 추가적인 회로가 구비되어야 하는 등의 어려움이 있었다.
여기서 정격부하란 공진형 컨버터가 담당하도록 고려되어 설계 되어진 부하를 뜻한다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터가 50 킬로와트(KW) 마그네트론을 구동하기 위하여 설계되어진 경우 50 킬로와트(KW)가 정격부하의 값이 될 수 있다. 따라서, 이 50 킬로와트(KW)의 값보다 작은 값의 마그네트론이 연결된다면 이를 정격부하 대비 경부하라고 지칭할 수 있다. 또한, 공진회로의 출력단에 아무런 부하가 걸리지 않으면 무부하라고 지칭할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 경부하가 연결된 상태에서는 이를 담당할 하나의 스위치 레그(Leg)만을 작동시켜 전부하 영역에서 공진형 컨버터의 작동을 보장하고자 한다.
이를 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 공진형 컨버터는 복수의 스위치 레그(Leg) 중 하나의 스위치 레그(Leg)의 스너버 회로의 캐패시터(400)를 다른 스위치 레그(Leg)의 스너버 회로의 캐패시터(400)의 값보다 작게 설계할 수 있다.
캐패시터(400)의 값이 작으면 충전되는 용량이 작기 때문에 캐패시터는 빠른 속도로 충전되고 방전될 수 있다. 따라서, 경부하 운전을 담당할 스위치 레그(Leg)에 있어 게이트 드라이브 회로(100)는 스너버 회로의 캐패시터(400)의 영전압을 빠르게 감지할 수 있어 스위칭을 보다 빠르게 수행할 수 있다. 즉, 경부하를 운전하기 위하여 높은 스위칭 주파수 신호가 사용되더라도 이에 즉각적으로 응답하여 스위칭 손실을 줄일 수 있게 되는 것이다.
그리고, 나머지 스위치 레그(Leg)는 스너버 회로의 캐패시터(400)의 값이 경부하를 담당하는 스위치 레그(Leg)의 스너버 회로의 캐패시터(400)의 값보다 크게 설계된다. 따라서, 나머지 스위치 레그(Leg)들은 빠른 스위칭 주파수에서는 영전압이 되기 어려우므로, 스위칭을 하지 않는 데드 타임 모드로 작동하게 된다.
그러므로, 스위칭 손실을 줄이면서도 전부하 영역에서의 운전가능하도록 운전 영역을 넓힐 수 있게 되는 것이다.
즉, 기존에는 전원장치의 부하영역을 검지하여 제어기에서 게이트 신호를 차단하는 형태로 구현해야 전부하 영역에서 공진형 컨버터가 작동하도록 설계할 수 있었으나, 이러한 경우는 회로가 복잡하여 신뢰성이 떨어지거나 저주파 스위칭의 경우에는 가청 노이즈(noise)가 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터에서는 복수의 스위치 레그(Leg)중 하나의 스위치 레그(Leg)의 스너버 캐패시터의 값을 다른 스위치 레그(Leg)의 스너버회로의 캐패시터 값보다 작게 설계함으로서 간단히 이러한 목적을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터에 의하면, 정격부하 운전시에는 경부하를 전담하는 스위치 레그(Leg)뿐만 아니라 다른 다상의 스위치 레그(Leg)도 함께 동작하므로 이 두 종류의 스위치 레그(Leg)의 동작을 통하여 출력 전압의 고정밀 제어가 가능하고, 경부하 운전시에는 단일 스위치 레그(Leg)만이 고주파 스위칭 동작으로 통하여 출력 전압을 조절하므로 출력 전압의 리플을 최소화하면서 고정밀도로 제어가 가능하다. 따라서, 이러한 고정밀 제어로 인하여 출력단의 출력 필터 성분(출력 캐패시터)의 값을 키우지 않고도 출력 필터의 최적설계가 가능하여, 아크 발생시 부하로 전달되는 에너지를 최소화하여 효율적으로 부하를 보호할 수 있는 효과가 있다.
도면 2도는 다상의 공진형 컨버터의 모습을 보여주는 회로도이다.
도면 2도의 공진형 컨버터의 경우도 도면 1도의 공진형 컨버터와 그 기본 개념은 유사하다.
도면 1도의 공진형 컨버터는 3상의 경우를 예상하고 설계되었으나, 도면 2도의 공진형 컨버터는 그 이상의 다상의 경우를 예상하고 설계되었을 뿐, 복수의 스위치 레그(Leg)중 하나의 스위치 레그(Leg)가 경부하를 담당하기 위하여 설계된 점은 도면 1도의 스위치 레그(Leg)와 동일하다.
A 블럭에 표시된 경부하를 담당할 스위치 레그(Leg)는 경부하 조건에 따른 빠른 스위칭 주파수에 적합하도록 작은 용량을 갖는 스너버 캐패시터를 구비하도록 설계될 수 있고, 게이트 드라이브 회로도 이러한 작은 스너버 캐패시터의 값에 맞는 데드 타임을 갖도록 설계될 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 하나의 스위치 레그(Leg), 즉 싱글 페이즈 인버터(Single Phase Inverter)는 경부하를 담당하는 고주파 스위칭 상태에서 작동하고, 나머지 두 개의 스위치 레그(Leg)는 최대 데드 타임을 갖도록 설계되어 졍격 부하 상태를 담당하도록 설계될 수 있다. 이런 이유로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 일정 위상차를 가지는 다상의 인버터(스위치 레그(Leg))가 구성되고 그 중의 하나의 인버터의 설계를 다른 인버터 대비 높은 스위칭 주파수로 동작 가능하도록 설계하여 하이브리드 형태의 다상의 인버터를 구현하므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터를 하이브리드 공진형 컨버터로 지칭할 수도 있다.
이런 구성으로 인하여 부하가 높은 운전영역에서는 설계된 모든 인버터가 위상차를 가지고 동작함으로써 고정밀 출력제어가 가능하며, 경부하 영역에서는 별도로 설계된 단일 인버터만 높은 스위칭 주파수로 동작함으로써 하나의 인버터로 고정밀 제어를 구현할 수 있으며, 나머지 인버터의 스위치는 스위칭 동작을 하지 않기 때문에 손실이 발생하지 않아 높은 효율로 운전이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 이렇게 정격 부하 영역에서는 모든 스위치 레그(Leg)가 위상차를 가지며 동작하고, 경부하 또는 무부하에서는 이를 담당할 별도의 단일 스위치 레그(Leg)만 고주파 스위칭 주파수로 동작하므로 출력단의 필터 캐패시터의 성분을 작게 유지하고도 고정밀 제어가 가능하다.
그러므로, 자이로트론, 클라이스트론, 마그네트론 및 레이더 전원장치 등과 같이 고정밀 출력 제어가 필요한 경우에도 필터 캐패시터의 크기를 키우지 않고도 고정밀 제어가 가능하므로 출력전압의 리플을 작게 유지하면서도 아크 발생시 부하단으로 전달되는 필터 캐패시터의 에너지를 최소화 할 수 있어 부하를 효율적으로 보호할 수 있는 역할을 할 수 있다.
도면 3도는 게이트 드라이브 회로의 내부 회로의 모습을 보여주는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 드라이브 회로(100)는 데트 타임을 자유롭게 설계할 수 있기 때문에 플렉서블 데드 타임을 가지는 게이트 드라이브 회로(Gate Drive Circuit with Flexible Dead Time)라고도 지칭할 수 있다.
이러한 게이트 드라이브 회로(100)는 저항, 다이오드, 캐패시터 및 모스펫 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
도면 3도에서 브이 펄스(V pulse)라고 표시된 부분은 제어기로부터 게이트 드라이브 회로(100)로 인가되는 신호를 나타내는 것이다.
이러한 게이트 드라이브 회로(100)의 목적은 입력되는 브이 펄스(Vpulse)로부터 스위칭 소자의 양단의 전압이 영(0)이 되는 것을 검지하여 스위칭 소자에 게이트 신호를 인가하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 게이트 드라이브 회로(100)는 제1 모스펫(131)을 최대 데드 타임을 가지고 작동시키기 위하여 제1 캐패시터(111)과 제1 저항(121)을 설정한다. 이런 제1 모스펫(131)은 제어부에서 턴온 신호 인가시 일정 데트 타임을 가지고 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)에 게이트 전압을 인가한다. 그리고, 제2 모스펫(132)은 제어부에서 턴오프 신호가 인가되는 경우 게이트 전압을 풀다운 시키기 위한 소자이다. 또한, 제2 다이오드(142)는 스위치 소자로 사용되는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 컬렉터의 전압을 센싱하기 위하여 사용된다.
이러한 게이트 드라이브 회로(100)의 구체적인 동작 방법은 이하 도면을 통하여 살펴보기로 한다.
도면 4도는 스위치 소자의 양단의 전압이 영전압 조건이 아닌 경우, 턴온 신호 인가시 게이트 드라이브 회로의 동작을 보여주는 도면이다.
절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 양단의 전압이 영전압이 아닌 경우에서, 제어부로부터 게이트 구동 신호인 브이 펄스(V pulse)가 입력되면 제1 캐패시터(111)는 제1 저항(121)을 통하여 서서히 충전된다. 이는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 콜렉터 단자의 전압이 영(0)이 아니므로 제2 다이오드(142)를 통하여 전류가 흐를 수 없기 때문에 제1 캐패시터(111)와 제1 저항(121)을 통하여 전류가 흐르기 때문이다.
도면 5도는 스위치 소자의 양단의 전압이 영전압 조건이 되는 경우, 턴온 신호 인가시 게이트 드라이브 회로의 구동 동작을 보여주는 도면이다.
절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 양단이 영전압이 되는 경우 제2 다이오드(142)는 비로소 순방향 바이어스(Forward Bias)가 된다. 이 경우, 제5 저항(122)의 값이 제1 저항(121)의 값보다 충분히 작게 설계되어 있으므로, 제1 캐패시터(111)는 제5 저항(122)과 제2 다이오드(142)를 통하여 급속히 충전된다.
이렇게 제1 캐패시터(111)의 전압이 충전되다 보면 제1 캐패시터(111)의 양단의 전압도 역시 함께 상승하게 되고, 이러한 제1 캐패시터(111) 양단의 전압이 제1 모스펫(131)소자의 게이트 단자의 문턱 전압 이상으로 충전되게 되면 제1 모스펫(131)은 비로소 턴온 되게 된다.
제1 모스펫(131)이 턴온 됨으로써, 제어부의 게이트 구동신호는 제6 저항(123)과 제3 다이오드(143)를 통하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 게이트 단자에 게이트 구동신호를 인가하게 된다.
도면 6도는 제어부로부터 게이트 드라이브 회로로 턴오프 신호가 인가되는 경우, 게이트 드라이브 회로의 작동 상태를 보여주는 도면이다.
턴오프 신호가 인가되는 경우는 게이트 드라이브 회로의 제2 모스펫(132) 소자의 게이트 단자에 전압이 인가되어 제2 모스펫(132) 소자가 턴온 되므로, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 게이트 단자에 인가되던 전류는 제2 모스펫(132)의 소스 단자로부터 드레인 단자로 급격히 흐르게 되고 제8 저항(125)를 통하여 접지로 빠지게 된다.
이와 유사하게, 제1 캐패시터(111)에 충전되어 있던 전압도 제어부로부터 턴오프 신호가 인가됨에 따라 제3 저항(126)과 제1 다이오드(141)를 통하여 방전하게 된다. 그리고, 제1 캐패시터(111)가 방전됨에 따라 제1 모스펫(131)소자는 턴 오프하게 되어, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)도 스위치가 오프되게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 게이트 드라이브 회로는 이렇게 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,200)의 턴오프를 담당할 별도의 모스펫 소자를 둠으로써, 제1 캐패시터(111)가 마이너스(-) 전압으로부터 플러스(+)전압까지 충전되는 것이 아니라, 영(0)전압으로부터 제1 모스펫(131)가 턴온될때까지의 문턱 전압까지 충전되도록 한다. 따라서, 마이너스(-)에서부터 시작하여 제1 모스펫(131) 소자의 문턱 전압까지 충전될 필요가 없으므로, 게이트 구동 신호로 인가되는 전력을 절감할 수 있으며, 게이트 충전과 방전 패스를 구분함으로써 고주파 스위칭 동작시에 모스펫 발열을 저감할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 게이트 드라이브 회로(100)의 작동 상태를 도면과 더불어 살펴 보았다.
또한, 경부하를 담당할 스위치 레그(Leg)의 게이트 드라이브 회로(100)의 제1 캐패시터(111)와 제1 저항(121)의 값은 보다 빠른 스위칭을 위하여 다른 스위치 레그(Leg)의 게이트 드라이브 회로(100)의 값과 다르게 설계될 수 있다.
다시 말해, 경부하를 담당할 스위치 레그(Leg)의 게이트 드라이브 회로(100)의 제1 캐패시터(111)의 값은 다른 스위치 레그(Leg)의 값보다 작은 값이 선택되어 질 수 있다. 그리고, 제1 저항(121)의 값도 다른 스위치 레그(Leg)의 값보다 적게 선택되어 질 수 있다. 작은 저항값과 작은 캐패시터의 값이 선택됨으로써 시정수가 작아지므로 고주파 스위칭에도 다른 스위치 레그(Leg)와 달리 반응이 가능한 것이다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 게이트 드라이브 회로(100)는 데드 타임을 플렉서블(Flexible)하게 조절할 수 있다. 다만, 이러한 값을 선택함에 있어서 제1 모스펫(131)을 턴온하기 위한 충분한 데드 타임의 값을 가지도록 선택되어 지는 것이 바람직하다.
도면 7도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 시뮬레이션 동작 결과를 보여주는 그래프이다.
도면 7도에 의하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 낮은 전력(전압 또는 전류)을 출력하기 위하여 스위칭 주파수를 60 킬로 헤르츠(KHz) 이상 인가하여도, 회로가 소손되지 않고 출력을 내보내는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 경부하 상태에서 전부하 상태까지 넓은 범위의 부하를 제어할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
도면 8도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터에 사용되는 스위칭 주파수를 생성하는 제어부의 구성을 간략하게 보여주는 블록도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부(Controller,800)는 각 스위치 레그에서 필요로 하는 스위칭 주파수를 생성하며, 크게 제1 및 제2 스위치 레그의 동작에 필요한 스위칭 주파수를 생성하는 스위칭 주파수 생성부(810)와 스위칭 주파수 생성부(810)의 온/오프를 안정적으로 제어하기 위한 동작 결정부(820)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 주파수 생성부(810)는 전압제어기(Voltage Controller,811), 전류제어기(Current Controller,812), 다이오드부(813), 스위칭 주파수 변조기(Switching Frequency Modulation,814), 스위칭 주파수의 위상 천이기(Phase Shifting of Frequency Modulated Switching Signal,815) 및 앤드 게이트(AND Gate,816)를 포함하여 구성될 수 있다.
전압제어기(811)와 전류제어기(812)는 출력 전압 및 전류를 센싱하여 제어신호를 만드는 부분이다.
구체적으로, 전압제어기(811)는 출력단의 직류 전압을 센싱한 값(V sensing)을 입력받아 이를 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터가 출력하고자 하는 기준 전압값(V ref)과 비교하여 센싱한 값이 기준 전압값보다 낮게 측정이 되면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터가 목표로 하는 기준 전압값을 출력하기 위해 두 전압의 오차에 비례하는 전압값을 출력할 수 있다. 그리고, 전류제어기(812) 역시 출력단의 직류 전류를 센싱한 값(I sensing)을 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터가 출력하고자 하는 기준 전류값(I ref)과 비교하여 센싱한 값이 기준 전류값보다 낮으면, 공진형 컨버터가 목표로 하는 기준 전류값을 출력하기 위해 두 전압의 오차에 비례하는 전압값을 출력할 수 있다.
다이오드부(813)는 이러한 전압제어기(811)와 전류제어기(812)의 값을 입력받아 상기 값 중 낮은 값을 스위칭 주파수 생성부(810)에 인가하도록 결정할 수 있다.
이를 위하여, 다이오드부(813)는 두 개의 다이오드가 애노드측이 맞닿으면서 구성될 수 있다. 즉, 하나의 다이오드(Dor1)의 캐소드는 전압제어기(811)의 출력단과 접속되고, 나머지 애노드는 다른 다이오드(Dor2)의 애노드와 접속하며, 다른 다이오드(Dor2)의 캐소드는 전류제어기(812)의 출력단자에 연결되며, 두 개의 다이오드가 맞닿는 애노드측으로부터 스위칭 주파수 생성부(810) 접속되는 형식으로 구성될 수 있다.
이러한 구성으로 인하여, 다이오드부(813)는 전압제어기(811)와 전류제어기(812) 중에서 낮은 전압값을 생성하는 쪽의 값을 스위칭 주파수 생성부(810)에 인가하도록 할 수 있다. 그 결과, 목표로 하는 기준전압값과 기준전류값에 도달하고 난 이후에도 어느 한 쪽의 값이 미세하게 오차가 나는 경우 이를 스위칭 주파수 생성부(810)로 전달하여 게이트 드라이브 회로(100)에 인가되는 스위칭 주파수 신호를 실시간으로 조절할 수 있게 된다.
스위칭 주파수 생성부(810)는 다이오드부(813)로부터 인가되는 전압(Vc)에 비례하여 주파수를 변조하는 부분이다. 즉, 공진형 컨버터에 연결되는 부하에 따라, 저전압이 필요하는 경부하나 무부하가 부하단에 연결되면 출력되는 전압값을 낮추기 위해 필요한 고주파 스위칭 주파수를 발생시키고, 부하단에 정격부하 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터가 경부하나 무부하라고 판단한 값 이상의 부하가 연결되면 저주파 스위칭 주파수를 발생시키는 역할을 수행할 수 있다.
스위칭 주파수의 위상 천이기(815)는 스위칭 주파수 변조기(814)가 생성한 주파수를 각 스위치 레그가 사용하기에 적합하도록 위상차를 두는 스위칭 주파수를 제1 및 제2 스위치 레그의 개수에 따라 생성하는 부분이다. 이러한 스위칭 주파수의 위상 천이기(815)는 존슨 카운터와 같은 디지털 회로를 통하여 구현될 수 있다.
스위칭 주파수의 위상 천이기(815)에서 생성된 스위칭 주파수 신호는 각 스위치 레그를 담당할 앤드 게이트(816)로 한 쪽 단자로 입력된다. 이러한 앤드 게이트(816)들은 각각 하나의 스위치 레그를 담당할 수 있다.
이렇게 스위칭 주파수 변조기(814)와 스위칭 주파수의 위상 천이기(815)를 거치면서 주파수 및 위상 변조된 각 게이트 신호는 각각의 게이트 구동회로로 입력되어 하나의 스위치 레그를 구동하는데 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 제어부(800)의 동작 결정부(820)는 연산증폭기로 구성된 비교기(Comparator,821), 오알 게이트(OR Gate,822) 및 SR 래치(823)를 포함하여 구성될 수 있다.
동작 결정부(820)에서 비교기(821)는 비이상적이라고 판단되는 설정값과 출력단으로부터 센싱되는 값을 비교하여, 센싱되는 값이 설정값보다 큰 경우 양의 출력을 생성하여 오알 게이트(822)로 입력하는 부분이다. 이런 양의 출력값을 하이(High) 출력 신호라고도 지칭할 수 있다.
구체적으로 도면 8도의 비교기(821)는 출력단에서 비이상적인 출력값이라 가정할 수 있는 기 설정된 전압값(V abnormal)과 출력단으로부터 입력받는 센싱값(V protection)을 입력받아 센싱값(V protection)이 기 설정된 이상으로 여겨지는 전압값(V abnormal)보다 큰 값이 인가되는 경우 양의 출력을 생성하여 오알 게이트(822)로 입력한다.
오알 게이트(822)는 이러한 비교기(821)로부터 또는 직접 입력되는 출력단의 전류, 온도 등의 이상 신호들을 입력받아 그 중의 어느 하나라도 이상이 발생하면 이를 SR 래치(823)의 R 단자쪽으로 출력을 내보내는 게이트이다.
오알 게이트(822)로 입력되는 신호는 이상 전압, 전류, 온도 또는 전원 오프 신호 등이 인가될 수 있으며, 이러한 신호는 직접 오알 게이트(822)에 인가될 수도 있고, 비교기(821)를 통하여 일정한 기 설정된 값과 비교하는 과정을 거친 이후에 오알 게이트(822)로 입력될 수도 있다. 오알 게이트(822)가 입력받는 이러한 이상 신호들을 보호회로 관련 신호라고 지칭할 수도 있다.
SR 래치(823)는 오알 게이트(822)로부터 입력받은 신호와 전원신호를 이용하여 전체 스위칭 주파수 생성부(810)의 동작을 결정하는 부분이다.
이를 위해 SR 래치(823)는 제어부(800)를 구동할 전원 신호(Power On)를 S 단자를 통하여 입력받고, 오알 게이트(822)가 출력하는 이상 신호를 R 단자를 통하여 입력받는다.
그리고, SR 래치(823)의 비반전 출력인 Q 단자(V enable)는 스위칭 주파수 생성부(810)의 스위칭 주파수 변조기(814)의 작동 단자(V sfm_ic), 스위칭 주파수의 위상 천이기(815)의 작동 단자(V ps_ic) 및 앤드 게이트(816)의 나머지 타측 입력 단자(V gate)로 입력될 수 있다. 이러한 각 단자로 전원의 하이(High) 값이 들어가면 각 부분은 정상적으로 동작하며, 로우(Low) 값이 입력되면 각 부분의 동작은 멈추게 된다.
SR 래치(823)의 진리표는 다음과 같다.
Figure 112013052860111-pat00001
[표 1]
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터의 제어부(800)의 동작 결정부(820)의 SR 래치(823)는 전원이 인가되고 출력단에 아무런 이상이 없으면 정상적으로 스위칭 주파수 생성부(810)가 생성한 스위칭 주파수를 게이트 드라이브 회로(100)로 인가하도록 한다.
그러나, 출력단으로부터 전압, 전류 또는 급격한 온도 상승 등의 이상이 발생하면 이러한 값이 오알 게이트(822)를 통하여 SR 래치(823)의 R 단자로 입력되므로 SR 래치(823)의 Q 단자의 출력 값은 로우(0)을 가지게 되고 스위칭 주파수 생성부(810)의 동작을 멈추게 한다.
따라서, 출력단의 이상으로부터 공진형 컨버터가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 종래에는 저항 및 캐패시터 등의 아날로그 소자를 이용하여 구현된 스위칭 주파수 변조기(814)의 출력이 곧바로 게이트 드라이브 회로(100)에 입력되어 전원장치의 온/오프시에 과도적인 이상 파형이 형성될 수 있어 절연 게이트 양극성 트랜지스터(200) 등을 손상시킬 수 있는 염려가 있었으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 스위칭 주파수 변조기(814), 스위칭 주파수의 위상 천이기(815) 및 앤드 게이트(816)를 동작시키는 신호(V enable)을 래치 등의 디지털 소자를 기반으로 설계된 회로를 통하여 인가하므로 전원 장치의 온/오프의 경우에도 과도상태의 이상없이 안정적인 스위칭 주파수를 생성할 수 있다.
도면 9도는 제어부 전원장치의 온/오프 동작의 과도 상태에서 불안정한 제어시에 전력용 반도체 스위칭 소자 구동 신호 파형을 보여주는 그래프이다.
턴 온과 턴 오프시의 과도상태에서 전력용 반도체 스위칭 소자 구동 신호 파형이 불안정한 상태로 공급되는 것을 알 수 있다.
도면 10도는 제어부 전원장치의 온/오프 동작에서 과도상태에서 안정적인 제어를 구현한 후에 전력용 반도체 스위칭 소자 구동 신호 파형을 보여주는 그래프이다.
도면 9도와 비교하여 턴 온 또는 턴 오프의 과도 상태에서도 안정적인 제어가 가능한 것을 확인할 수 있다.
이상으로 상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙력된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전자가속기 및 레이더 등에 사용되는 특수 전원 장치는 고정밀 고압 DC 전원의 출력 제어를 요구한다. 이러한 장비들은 0.1% 이하의 제어 정밀도를 요구하며, 현재 국내외 기업들은 이러한 분야에 사용되는 전원장치의 개발을 위해 최대 출력을 발생시킬 수 있는 전원과 함께 추가적으로 정밀 제어를 위한 별도의 전원장치를 개발하여 사용하고 있으나, 이와 같은 방식은 전원장치 제작비용이 증가하는 단점이 있으며, 두 전원장치의 직렬 혹은 병렬운전이 필요하기 때문에 제어가 복잡하여 신뢰성 확보가 어려운 단점이 있다. 또한, 제어가 복잡하여 아크 발생시 신뢰성 확보가 어려운 문제점도 있다.
따라서, 기존의 고전압 전원장치의 경우, 정격부하에서 높은 효율을 달성하기 위하여 운전 가능한 최소출력전압 범위를 제한하는 방법을 사용하기도 하여 이러한 목적을 달성하기도 하였다.
그러나, 하이브리드형 인버터라고도 지칭될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공진형 컨버터는 단일 컨버터로 고정밀 제어 전원장치를 구현할 수 있으며, 정격에서 높은 효율을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 출력전압 제어범위가 제한적이지 않은 장점이 있다.
따라서, 고정밀, 고전압 출력 제어를 필요로 하는 레이더용 전원장치 및 전자가속기 전원장치의 직류(DC) 소스원으로 효율적으로 적용이 가능하며, 자이로트론, 클라이스트론, 마그네트론 등과 같이 출력전압의 리플과 전압 드롭을 최소화와 동시에 아크 발생시 부하단으로 전달되는 에너지를 제한할 필요가 있는 전원 응용 분야에 적용 가능하다. 또한, 그 외에도 배터리 충전기, 고전압 캐패시터 충전기, 범용 직류(DC) 전원장치 등 다양하게 활용 가능하다.
100 : 게이트 드라이브 회로
111 : 제1 캐패시터
121 : 제1 저항
122 : 제5 저항
123 : 제6 저항
124 : 제4 저항
125 : 제8 저항
126 : 제3 저항
131 : 제1 모스펫
132 : 제2 모스펫
141 : 제1 다이오드
142 : 제2 다이오드
143 : 제3 다이오드
200 : 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)
300 : 다이오드
400 : 캐패시터
500 : 공진 인덕터
600 : 공진 캐패시터
700 : 변압기
800 : 제어부
810 : 스위칭 주파수 생성부
811 : 전압제어기
812 : 전류제어기
813 : 다이오드부
814 : 스위칭 주파수 변조기
815 : 스위칭 주파수의 위상 천이기
816 : 앤드 게이트
820 : 동작 결정부
821 : 비교기
822 : 오알 게이트
823 : SR 래치

Claims (12)

  1. 연속도통영역에서 직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 절연형 공진형 컨버터에 있어서,
    직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 상기 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수에서는 단독으로 동작하고, 상기 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서는 출력 전압의 리플값을 줄이도록 동작하는 제1 스위치 레그; 및
    상기 직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 상기 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하를 위한 스위칭 주파수 또는 상기 제1 스위치 레그가 담당하는 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서 동작하는 하나 이상의 제2 스위치 레그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위치 레그는 두 개의 스위칭 부가 직렬로 연결되어 구성되며,
    상기 스위칭 부는
    전력용 반도체 스위칭 소자;
    상기 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유입 단자에 캐소드가 연결되고 상기 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 애노드가 연결되는 다이오드;
    상기 다이오드에 병렬로 연결되는 스너버 캐패시터; 및
    상기 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 스위칭 신호를 인가하는 게이트 드라이브 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위치 레그의 급격한 전압 증가를 방지하기 위한 스너버 회로의 캐패시터의 값은 상기 제2 스위치 레그의 스너버 회로의 캐패시터 값보다 작은 값을 가지도록 설계되어,
    상기 제1 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 영전압 센싱이 상기 제2 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 영전압 센싱보다 더 빠르게 센싱되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 게이트 드라이브 회로는 제1 전력용 반도체 스위칭 소자, 제2 전력용 반도체 스위칭 소자, 제1 내지 제3 다이오드, 제1 내지 제8 저항 및 캐패시터를 포함하여 구성되고,
    상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한단자에 인가되는 전류의 충전 패스와 방전 패스를 구분하기 위하여,
    상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자로 게이트 구동신호가 입력되며, 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자로는 상기 제6 저항의 일단이 연결되고,
    상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자는 상기 캐패시터의 일단, 상기 제4 저항의 일단, 상기 제2 저항의 일단 및 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되고,
    상기 캐패시터의 타단은 상기 제1 저항의 일단, 상기 제5 저항 일단, 상기 제1 다이오드의 캐소드 및 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 연결되며,
    상기 제1 저항의 타단은 상기 제2 저항의 일단에 연결되며,
    상기 제1 다이오드의 애노드는 제3 저항의 일단에 연결되고,
    제3 저항의 타단은 제1 저항의 타단에 연결되며,
    상기 제5 저항의 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되고, 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유입 단자에 연결되며,
    상기 제6 저항의 타단은 상기 제3 다이오드의 애노드에 연결되고,
    상기 제3 다이오드의 캐소드는 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자, 상기 제7 저항의 일단, 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되며,
    상기 제7 저항의 타단은 상기 제4 저항의 타단, 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 연결되며,
    상기 제2 전류용 반도체 소자의 전류 유출 단자는 상기 제8 저항의 일단과 연결되며, 상기 제8 저항의 타단은 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 전력용 반도체 스위칭 소자는 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 모스펫 또는 바이폴라 접합 트랜지스터 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 게이트 드라이브 회로의 데드타임을 조절하기 위하여 상기 게이트 드라이브 회로의 제1 캐패시터의 값과 제1 저항의 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 제1 캐패시터의 값은 상기 제2 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 제1 캐패시터의 값보다 작으며,
    상기 제1 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 제1 저항의 값은 상기 제2 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 제1 저항의 값보다 작은 값을 가지도록 설계되어,
    상기 제1 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 전력용 반도체 스위칭 소자의 동작 주파수 범위가 상기 제2 스위치 레그의 게이트 드라이브 회로의 전력용 반도체 스위칭 소자의 동작 주파수 범위보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  8. 연속도통영역에서 직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 절연형 공진형 컨버터에 사용되는 게이트 드라이브 회로로서,
    상기 게이트 드라이브 회로는 제1 전력용 반도체 스위칭 소자, 제2 전력용 반도체 스위칭 소자, 제1 내지 제3 다이오드, 제1 내지 제8 저항 및 캐패시터를 포함하여 구성되고,
    상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 인가되는 전류의 충전 패스와 방전 패스를 구분하기 위하여,
    상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자로 게이트 구동신호가 입력되며, 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자로는 상기 제6 저항의 일단이 연결되고,
    상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자는 상기 캐패시터의 일단, 상기 제4 저항의 일단, 상기 제2 저항의 일단 및 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되고,
    상기 캐패시터의 타단은 상기 제1 저항의 일단, 상기 제5 저항 일단, 상기 제1 다이오드의 캐소드 및 상기 제1 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 연결되며,
    상기 제1 저항의 타단은 상기 제2 저항의 일단에 연결되며,
    상기 제1 다이오드의 애노드는 제3 저항의 일단에 연결되고,
    제3 저항의 타단은 제1 저항의 타단에 연결되며,
    상기 제5 저항의 타단은 상기 제2 다이오드의 애노드에 연결되고, 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유입 단자에 연결되며,
    상기 제6 저항의 타단은 상기 제3 다이오드의 애노드에 연결되고,
    상기 제3 다이오드의 캐소드는 상기 스위칭 부의 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자, 상기 제7 저항의 일단, 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되며,
    상기 제7 저항의 타단은 상기 제4 저항의 타단, 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 제어를 위한 단자에 연결되며,
    상기 제2 전류용 반도체 소자의 전류 유출 단자는 상기 제8 저항의 일단과 연결되며, 상기 제8 저항의 타단은 상기 제2 전력용 반도체 스위칭 소자의 전류 유출 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 게이트 드라이브 회로에 게이트 구동 신호를 인가하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 및 제2 스위치 레그의 동작에 필요한 스위칭 주파수를 생성하는 스위칭 주파수 생성부; 및
    상기 스위칭 주파수 생성부의 온/오프를 안정적으로 제어하기 위한 동작 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 주파수 생성부는 전압제어기, 전류제어기, 스위칭 주파수 변조기, 상기 스위칭 주파수 변조기에 인가할 전압을 결정하는 다이오드부, 스위칭 주파수의 위상 천이기 및 앤드(AND) 게이트를 포함하여 구성되고,
    상기 전압제어기는 출력 직류 전압을 센싱한 값과 목표로 하는 기준전압값과 비교하여 센싱한 값이 기준전압값보다 작으면 그 오차에 비례하는 전압을 출력하고,
    상기 전류제어기는 출력 진류 전류를 센싱한 값과 목표로 하는 기준전류값을 비교하여 센싱한 값이 기준전류값보다 작으면 그 오차에 비례하는 전압을 출력하며,
    상기 다이오드부는 상기 전압제어기와 상기 전류제어기에서 내보내는 출력 전압값을 비교하여 보다 낮은 값의 전압값을 상기 스위칭 주파수 변조기에 인가하고,
    상기 스위칭 주파수 변조부는 상기 다이오드부를 통하여 상기 전압제어기 또는 상기 전류제어기로부터 인가받은 신호의 크기에 비례하여 스위칭 주파수를 내보내며,
    상기 스위칭 주파수의 위상 천이기는 상기 스위칭 주파수 변조부가 내보내는 스위칭 주파수를 인가받아 상기 제1 및 제2 스위치 레그의 개수에 따라 상기 스위칭 주파수의 위상을 천이시킨 주파수를 생성하고,
    상기 앤드 게이트는 상기 제1 및 제2 스위치 레그의 개수에 따라 하나 이상으로 구비되고 스위칭 주파수의 위상 천이기가 내보내는 주파수를 각각의 스위치 레그를 담당할 앤드 게이트 별로 일 단자를 통해 입력받는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 동작 결정부는 SR 래치, 비교기 및 오알 게이트를 포함하여 구성되고,
    상기 비교기는 기 설정된 기준값 대비 출력단측으로부터 센싱되는 값을 비교하여 센싱되는 값이 상기 기 설정된 기준값 보다 큰 경우 하이(High) 출력 신호를 내보내고,
    상기 오알 게이트는 상기 비교기가 출력한 값을 포함하여 보호회로 관련 신호를 입력받아 상기 SR 래치의 R단자로 출력하여 전원장치 오프 제어를 하고,
    상기 SR 래치는 R 단자로 입력되는 신호와 S 단자로 인가되는 전원 인가 신호를 사용하여 Q 단자의 출력을 결정하여 이를 상기 스위칭 주파수 생성부로 입력하는 것을 특징으로 하는 공진형 컨버터.
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