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KR101360498B1 - 서지 전압 제어 장치 - Google Patents

서지 전압 제어 장치 Download PDF

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KR101360498B1
KR101360498B1 KR20120079006A KR20120079006A KR101360498B1 KR 101360498 B1 KR101360498 B1 KR 101360498B1 KR 20120079006 A KR20120079006 A KR 20120079006A KR 20120079006 A KR20120079006 A KR 20120079006A KR 101360498 B1 KR101360498 B1 KR 101360498B1
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voltage
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 실시 예는 컨버터에서의 서지 전압을 제어하기 위한 것이다.
실시 예에서는 2차측 정류소자의 양단에 걸리는 높은 스파이크(spike)성 서지 전압을 제어하기 위해 상기 2차측 회로에 직렬로 스너버 코일 및 스너버 정류소자를 구성하여 상기 정류소자가 오프되는 경우, 상기 스너버 정류소자를 미리 정한 시간 동안 온시켜 서지전압을 제어한다.

Description

서지 전압 제어 장치{Apparatus for controlling surge voltage}
실시 예는 서지 전압(surge voltage)을 제어하기 위한 것이다.
일반적으로, 직류 전압 컨버터(DC-DC CONVERTER)는 입력 전압을 더 높은 DC 전압이나, 더 낮은 DC 전압을 필요로 할 경우 사용될 수 있다.
이러한 직류 전압 컨버터는 스위칭시 2차측 스위칭 소자들의 양단에 높은 스파이크(spike) 전압을 발생하게 된다.
이를 해결하기 위해 최근에는 직류 전압 컨버터에 스너버 회로를 추가하여 스파이크 전압을 제거하고 있다.
종래 DC-DC 컨버터는 국내공개공보 제2008-0039762에 기재되어 있다. 이를 살펴보면, DC-DC 컨버터에는 직렬 연결된 저항(R), 컨덴서(C)를 2차측 스위칭 소자들에 연결하도록 설치되어 있다.
하지만, 종래 저항과 컨덴서는 대전력용 직류 전압 컨버터에 있어서 서지 전압(Surge Voltage)을 제거하는 데는 한계가 있는 문제점이 발생된다.
또한, 스너버(snubber)회로로서 저항을 구비하기 때문에 저항에 의한 발열이 발생되어 소자 특성 저하 및 소자의 수명이 줄어드는 문제점이 발생된다.
한편, 2차측에 코일 및 정류소자만을 구성함으로써 상기 정류소자가 오프시 발생되는 스파이크성 서지 전압을 제어할 수가 없었다.
또한 2차측에 권선되는 각 코일들이 각각의 코어에 권선되고 있어 가격 상승 및 사이즈 측면에서도 문제가 많았다.
실시 예에서는 2차측의 정류소자 또는 스위칭 소자 (D1)의 양단에 걸리는 높은 스파이크(spike)성 서지 전압을 제어하는 것을 제안한다.
실시 예에서는 상기 서지 전압을 제어하기 위해, 상기 2차측 회로에 직렬로 스너버 코일 및 스너버 정류소자를 구성하는 것을 제안한다.
실시 예에서, 상기 2차측에 구성되는 정류소자는 전파 정류로써 동작 되는 것을 제안한다.
실시 예에서, 상기 전파 정류로서 동작되는 정류소자는 순방향 전류 및 역방향 전류일 때 선택적으로 해당 정류소자가 동작된다.
실시 예에서, 2차측에 전파 정류 타입으로 구성된 회로에서, 각 정류부에는 스위칭 역활을 하는 스너버 코일 및 스너버 정류소자가 직렬로 구성되는 것을 제안한다.
실시 예에서, 2차측 코일에 직렬 연결된 정류소자가, 오프시 발생되는 spike성 서지전압를 제어하기 위해, 상기 2차측 코일 및 정류소자와 직렬로 연결된 스너버 코일 및 스너버 정류소자를 구성하는 것을 제안한다.
실시 예에서, 2차측에 구성된 정류소자가 오프되는 경우, 상기 2차측에 구성된 스너버 정류소자가 순간적으로 온되어 서지전압을 제어하는 것을 제안한다.
실시 예에서는 코어에 코일을 권선하는데 있어서, 1개의 코어에 적어도 2차측의 코일 및 스너버 코일을 모두 권선되는 것을 제안한다.
실시 예에서는 코어에 코일을 권선하는데 있어서, 1개의 코어에 적어도 1차측 또는/및 2차측의 코일 및 스너버 코일이 모두 권선되는 것을 제안한다.
실시 예에 따른 서지 전압 제어 장치는, 입력 전원; 1차측 코일; 2차측 코일; 상기 1차측 코일과 2차측 코일 사이에 구성되며, 상기 입력 전원이 1차측 코일에 인가되는 경우 2차측 코일 및 정류소자를 포함하는 2차측에 전압을 유기시키는 트랜스 포머; 및 상기 2차측의 코일 및 정류소자에 각각 대응되게 구성된 스너버(snubber) 코일 및 스너버 정류소자;를 포함하여 동작 된다.
실시 예에 따른 서지 전압 제어 장치는, 입력 전원; 상기 입력 전원 및 1차측 코일에 의거 2차측 코일 (Ns1) 및 2차측 정류소자(D1)를 포함하는 2차측에 전압을 유기시키는 트랜스 포머; 및 상기 2차측 정류소자(D1)가 오프(off)시에 발생되는 서지전압를 해결하기 위해 2차측에 구성된 스너버(snubber) 코일 (Nb1) 및 스너버 정류소자 (D3)로 구성된 스너버 회로; 를 포함하여 동작된다.
실시 예에 따른 서지 전압 제어 장치는, 입력 전원; 상기 입력 전원 및 1차측 코일에 의거 복수개의 코일 (Ns1, Ns2) 및 복수개의 정류소자(D1,D2)를 포함하는 2차측에 전압을 유기시키는 트랜스 포머; 및 상기 2차측의 복수개의 정류소자 (D1 및 D2) 중에서 어느 하나가 오프(off)시에 발생되는 서지전압를 해결하기 위해, 그에 대응하여 선택적으로 동작되기 위해 상기 2차측에 각각 구성된 스너버(snubber) 코일 (Nb1,Nb2) 및 스너버 정류소자 (D3,D4)로 구성된 스너버 회로; 를 포함하여 동작된다.
실시 예에 따른 서지 전압 제어 장치는, 입력 전원; 상기 입력 전원으로부터의 1차측 전압을 복수개의 2차측 코일 (NS1, NS2) 및 2차측 정류소자 (D1.D2)를 포함하는 2차측 스위칭 소자에 유기시키는 트랜스 포머; 및 상기 2차측 스위칭 소자에 각각 직렬 연결된 복수개의 스너버 코일 (Nb1,Nb2) 및 스너버 정류소자 (D3,D4)로 구성된 스너버 회로; 를 포함하여 동작된다.
상기와 같은 실시 예는 2차측 회로인 코일 및 정류소자(예를 들어, 다이오드)에 대응되도록 코일-스너버 정류소자 조합의 스너버 회로를 구비함으로써, 저항 발열에 의한 소자 수명이 줄어드는 것을 방지할 수 있다.
실시 예에서는, 2차측 회로에 구성된 정류소자가 오프되는 경우, 상기 오프되는 정류소자에 대응되어 구성된 스너버회로의 스너버 정류소자를 순간적으로 온 시키어, 상기 오프에 따른 정류소자에서의 서지 전압(surge voltage)을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 코일수를 조절함으로써, 2차측 스위칭 소자 즉 정류소자에 걸리는 높은 서지 전압을 효과적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 레벨로의 조절도 가능하게 되어 소자 특성을 향상시킬 수 있다.
실시 예에서는 코어에 코일을 권선하는데 있어서, 1개의 코어에 적어도 1차측 코일 또는/및 2차측의 코일/스너버 코일을 모두 권선함으로써, 비용 및 사이즈 슬림화가 가능하다.
도 1은 실시 예에 따라 전파 정류 및 그에 대응되는 스너버 회로가 구비된 컨버터를 나타낸 회로도.
도 2는 실시 예에 따라 순방향시 전류 흐름 방향에 따른 동작되는 2차측에서의 전류 방향과 그에 대응되는 스너버 회로부에서의 전류 방향을 나타낸 회로도
도 3은 실시 예에 따라 역 방향시 전류 흐름 방향에 따른 동작되는 2차측에서의 전류 방향과 그에 대응되는 스너버 회로부에서의 전류 방향을 나타낸 회로도
도 4는 실시 예에 따라 반파정류 및 그에 대응되는 스너버 회로가 구성된 컨버터를 나타낸 회로도
도 5는 2차측 정류소자의 위치를 변경하여 나타낸 회로도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원 인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이는 해당되는 실시 예 설명부분에서 상세히 그 동작 및 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 동작/의미로서 본 실시 예를 파악하여야 됨을 밝혀두고자 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 정류소자는 교류(AC)의 순방향과 역방향시 스위칭 동작을 통해 전파정류를 수행하여 직류(DC)를 출력하는데 사용된다.
실시 예의 설명에서, 권선 또는 코일은 실질적으로 같은 의미로 해석된다.
실시 예의 설명에서, 순방향 또는 정방향은 교류의 반주기 (0-180도)동안 전류의 흐름 방향이며, 역방향은 교류의 반주기 (180-360)동안의 전류의 흐름 방향이다.
실시 예의 설명에서, 스너버(snubber) 정류소자는 정류소자가 오프시에 발생되는 spike성 서지전압을 제어하는 회로 구성 또는 회로소자를 포함한다.
또한 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 간에 연결, 접속 또는 접촉되었다 함은 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 구성, 다른 매체 또는 다른 소자 등을 통한 기구적 연결, 전기적 연결, 신호적 연결 또는 유/무선 연결된 경우도 포함된다.
이하 각 도면을 참고하여 본 실시 예의 동작을 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 스너버 회로가 구비된 회로도이다.
도 2는 실시 예에 따라 순방향 시의 전류 흐름 방향에 따라 동작되는 2차측에서의 전류 방향과 그에 대응되는 스너버 회로부에서의 전류 방향을 나타낸 회로도이다.
도 3은 실시 예에 따라 역방향 의시 전류 흐름 방향에 따라 동작되는 2차측에서의 전류 방향과 그에 대응되는 스너버 회로부에서의 전류 방향을 나타낸 회로도이다.
도 4는 실시 예에 따라 반파정류 및 그에 대응되는 스너버 회로가 구빈 컨버터를 나타낸 회로도이다.
도 5는 상기 도 1의 2차측 정류소자의 위치를 변경하여 나타낸 회로도이다.
먼저, 도 1 및 도 2, 도 3을 참고하여 본 실시 예에 대한 개괄적인 설명을 한다.
도 1 및 2에 나타난 바와 같이, 순방향 전류주기인 경우, 즉 입력 전압의 위쪽이 +이고, 아래쪽이 - 일때, 트랜스포머 점 방향 (극성방향)에 따라, 2차측 전파정류소자에서 D1은 온되고, D2는 오프된다.
또한 D3 및 D4도 오프 상태이며, 순방향인 경우에서는 D4를 강제로 오프시키고, 역방향에서는 D3를 강제로 오프시킨다.
상기 D3 및 D4의 강제 오프는, 대응되는 스너버 코일 (Nb1, Nb2)의 turn수를 조정하여 구현가능하며, 아래 설명에 나타나 있다. 그리고 D4를 강제로 오프 시키는 이유는 순 방향시에는 Np1 및 Ns1만이 메인 트랜스포머(Np,Ns)로 동작되도록 하기 위함이다. 즉 강제로 D4를 오프시키지 아니하면 Np2, Nb2도 하나의 트랜스포머로 동작하기 때문이다.
상기 사항은 D3를 강제로 오프시키는 방법에도 적용되며, 같은 이유라 할 수 있다.
D1이 on 이므로 Ns1양단에 걸리는 전압은 출력 전압 Vo이다. 따라서, Np1양단 전압은 (Np/Ns)*Vo이고, Np2 양단 전압은 Vin-(Np/Ns)*Vo이다.
입력 전압 극성이 바뀔 때, 즉 역방향 시, Np1과 Np2에 걸리는 전압은 상기 의 상태와 바뀌게 된다.
도 3에 나타난 바와 같이, D1이 on에서 off로 되는 경우, 트랜스포머의 ㄴ누누설 인덕턴스(age inductance) 등 에 의해 D1양단에 높은 스파이크 전압이 걸리게 된다.
상기 스파이크에 의한 서지전압를 제어하기 위해, D1이 온에서 오프될 때 D3를 순간적으로 온시켜 주면, Nb1에는 Vo전압이 걸리게 되고, 이 전압이 Ns1에 걸리는 전압 값은 (Ns1/Nb1)*Vo가 되고, D1이 오프되어 있으므로, D1양단에 걸리는 전압은 Vo+ (Ns1/Nb1)*Vo=VD_max가 된다. (VD_max 값을 설정 해 주면 D1양단 스파이크전압 값의 크기를 조정할 수 있다.) 스파이크 전압이 Vo와 같거나 사용자 미리 설정한 범위 내(예를 들어 10% 초과이내 등)가 되면, D3은 오프가 되어야 한다.
Np1 양단 전압이 Vin-(Np2/Ns2)*Vo이므로, 이 전압이 Nb1에 걸리게된 전압은 (Nb1/Np1)* [Vin-(Np2/Ns2)*Vo]=(Nb1/Np1)*Vin-(Nb1/Ns2)*Vo가 된다. D3가 오프되어야 함으로 (Nb1/Np1)*Vin-(Nb1/Ns2)*Vo] < Vo가 되어야 하고 이 식을 정리하면 (Nb1/Np1)*Vin< [1+(Nb1/Ns2)]*Vo이 되고, 상기 식을 다시 정리하면, (Ns1/Np1)Vin<[1+(Ns1/Nb1)*Vo]=VD_max가 된다.
따라서, 실제 설계에서는 설계자가 허용할 수 있는 VD_max값을 정해 주게 되면, 상기의 관계식 (Ns1/Np1)Vin<[1+(Ns1/Nb1)*Vo]=VD_max)에 따라 Nb (동작상황에 따라 Nb는 Nb1 또는 Nb2가 됨)을 구하여 할 수 있게 된다. (Np, Ns는 메인 트랜스포머로 회로 설계시 이미 결정되어 있으며, 도 1에서 실제 동작되는 코일이 Np 또는 Ns가 되는 것임)
이하 도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 컨버터는 교류 입력 전원(Vin)과, 상기 입력 전원(Vin)으로부터 1차측 전압을 2차측 코일(Ns1, Ns2)과 2차측 전파정류소자(D1, D2)를 포함하는 2차측 스위칭 소자 (D1,D2 및 다른소자를 포함함)(200)로 유기시키는 변압기(T)와, 상기 2차측 스위칭 소자(200)에 직렬 연결된 스너버 코일(Nb1) 및 스너버 정류회로(D3)로 구성된 스너버 회로(300)를 포함한다.
입력 전원(Vin)의 양단에는 변압기(T)의 1차측 코일(Np1, Np2)이 접속되며, 입력 전원(Vin)과 1차측 코일(Np1, Np2) 사이에는 스위칭 소자(미도시)가 더 연결될 수 있다.
스위칭 소자는 다수의 스위칭 소자를 직병렬로 조합하여 구성할 수 있으며, 전력용 파워 MOSFET일 수 있다.
이와 함께, 드레인, 소스간에 내부 용량과 소스에서 드레인을 향하는 방향을 순방향으로 하는 보호 다이오드를 더 포함할 수 있다.
이와 함께, 제어단자인 게이트는 제어회로에 접속될 수 있다.
변압기(T)의 타단에는 1차측 코일(Np1, Np2)에 입력되는 전압을 유기시키도록 2차측 코일(Ns1, Ns2)이 구성될 수 있다.
한편, 도 4에 나타난 바와 같이 단일 모듈에서도 본 실시 예의 기술적 사상이 적용가능하다.
2차측 코일(Ns1, Ns2)에는 각각 정류 다이오드, 예컨대, 제1 다이오드(D1)와, 제2 다이오드(D2)가 상기 코일에 직렬로 각각 연결되며, 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)에는 캐패시터(C)와 저항(R)이 병렬 연결된다.
도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 입력 전원(Vin)이 순방향으로 인가되면 제1코일(Np1)의 2차측 코일(Ns1)에서의 제1 다이오드(D1)가 순방향이 되는 전압이 발생하고, 이로 인해 제1코일의 2차측 코일(Ns1), 부하측, 제 1코일의 2차측 코일(Ns1)의 경로로 전류가 흐르게 된다. 이때, 전류는 시간과 함께 증가할 수 있다.
이어서, 입력 전원(Vin)이 없어지면 위와 같은 경로로 전류는 흐르지만 전류값은 시간과 함께 감소한다.
한편, 도 1 및 도 3에 나타난 바와 같이, 교류 입력 전압(Vin)이 역방향으로 인가되면 제2코일(Np2)의 2차측 코일(Ns2)에서의 제2 다이오드(D2)가 순방향이 되는 전압이 발생하고, 이로 인해 제1 다이오드(D1)를 흐르는 전류는 급속히 제로가 되며, 전류는 제 2코일의 2차측 코일(Ns2), 부하(R), 제2 다이오드(D2), 2차측 코일(Ns2)의 경로로 흐르게 된다. 이후, 상기와 같이 전류의 흐름은 되풀이 되게 된다.
상기의 동작 중에서 제1 다이오드(D1)를 흐르는 전류는 순방향 전류가 제로가 된 시점에서 멈추는 것이 아니고, 제1 다이오드(D1)의 역회복 시간동안 전류(역회복전류)가 순방향으로 흐른다. 이 역회복 전류는 제1 다이오드(D1), 제1코일의 2차측 코일(Ns1), 제2코일의 2차측 코일(Ns2), 제2 다이오드(D2), 제1 다이오드(D1)와 같은 단락 경로가 된다.
상기와 같은 역회복 전류는 급격하게 정지하기 때문에 그것에 의해 제1코일의 2차측 코일(Ns1)에 서지 전압이 발생하고, 제1 다이오드(D1)에 역방향으로 인가된다.
상기와 같은 서지 전압을 견뎌낼 수 있도록 내압이 높은 제1 다이오드(D1)는 순방향의 전압 강하가 커지는 경향이 있으며, 순방향 전압 강하가 커지면 순방향으로 전류가 흐를 때의 손실이 늘어나고, 이로 인해 변환 효율 및 발열이 발생하게 된다.
이로 인해, 서지 전압을 흡수하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 스너버 회로(300, 400)가 구비될 수 있다. 이중 하나의 스너버 회로를 일 실시예로 설명하기로 한다.
스너버 회로(300)는 스너버 코일(Nb1)과 스너버 다이오드(D3)를 포함하는 회로일 수 있다.
스너버 코일(Nb1)은 변압기(T)의 타측 예컨대, 제1코일의 2차측 코일(Ns1)과 나란히 배치되도록 변압기(T)의 일측에 배치될 수 있다.
스너버 코일(Nb1)은 코일수는 입력 전압(Vin), 출력 전압(Vo), 1차측 코일(Np1), 2차측 코일(Ns1) 값에 따라 결정될 수 있으며, 최대 효율을 얻을 수 있도록 적절하게 조절할 수 있다.
입력 전원(Vin)이 순방향으로 인가되면 제1 다이오드(D1)는 턴-온 상태가 된다. 이때, 제2 다이오드(D2), 스너버 다이오드(D3, D4)는 턴-오프 상태가 된다.
입력 전압(Vin)의 극성이 바뀌게 되면, 제1 다이오드(D1)는 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 바뀌게 되고, 제1 다이오드(D1)의 양단에는 높은 서지 전압이 걸린다.
제1 다이오드(D1)가 턴-오프 상태가 되는 순간, 스너버 다이오드(D3)는 턴-온 되며, 스너버 다이오드(D3)에는 Vo의 전압이 걸리게 된다.
이에 의해 제 1코일의 2차측 코일(Ns1)에는 다음과 같은 전압이 인가될 수 있다.
Figure 112012057932890-pat00001
제1 다이오드(D1)가 턴-오프 상태일 때, 제1 다이오드(D1)의 양단에는 이미 Vo 전압이 걸린 상태이므로 제1 다이오드(D1)에 걸리는 총 전압(VD_max)은 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112012057932890-pat00002
이때, 서지 전압이 걸리는 순간을 지나면 1차측 코일(Np1)에는 다음과 같은 전압이 걸리게 된다.
Figure 112012057932890-pat00003
이에 의해 스너버 회로의 스너버 코일(Nb1)에 적용하면 스너버 다이오드(D3)의 양단에는 다음과 같은 전압이 걸리게 된다.
Figure 112012057932890-pat00004
이때, 스너버 다이오드(D3)는 턴-오프 되어 있기 때문에 다음과 같은 식을 만족할 수 있다.
Figure 112012057932890-pat00005
상기 식에 있어서, 본 발명에서 Np1=Np2=Np,　 Ns1=Ns2=Ns,Nb1=Nb2=Nb로 설정하였기에, Ns1대신 Ns2로도 대치 가능하다.
따라서, 입력전압(Vin), 1차측 코일(Np1), 2차측 코일(Ns1), 출력전압(Vo)을 알고 있기 때문에 총 전압(VD_max)을 원하는 값으로 설정해 주면 수학식 2로부터 스너버 코일(Nb1) 값을 구할 수 있게 된다.
이로 인해 본 발명에 따른 스너버 회로(300)는 2차측 스위칭 소자에 걸리는 높은 서지 전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 레벨로의 조절도 가능하게 되어 소자 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 마찬가지로, 제2 다이오드(D2)가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 전환될 때, 스너버 회로(400)의 스너버 다이오드(D4)를 턴-온 시켜주면 제2 다이오드(D2)에 걸리는 전압을 낮출 수 있게 된다.
상기 실시 예 설명에서, Np1=Np2, Ns1=Ns2의 관계이며, 동작되는 것이 메인 트랜스 포머 Np, Ns가 된다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예를 다시 한번 다양한 방법에 의거 다음과 같이 낸다.
실시 예는 입력 전원; 상기 입력 전원 및 1차측 코일에 의거 복수개의 코일 (Ns1, Ns2) 및 복수개의 정류소자(D1,D2)를 포함하는 2차측에 전압을 유기시키는 트랜스 포머; 및 상기 2차측의 복수개의 정류소자 (D1 및 D2) 중에서 어느 하나가 오프(off)시에 발생되는 서지전압를 해결하기 위해, 그에 대응하여 선택적으로 동작되기 위해 상기 2차측에 각각 구성된 스너버(snubber) 코일 (Nb1,Nb2) 및 스너버 정류소자 (D3,D4)로 구성된 스너버 회로이다.
상기에서 2차측에 구성된 정류소자와 스너버 정류소자는 직렬로 연결되어 있다. 또한 정류소자(D1,D2)가 온에서 오프(off)되는 경우, 상기 정류소자에 발생되는 서지전압을 줄이기 위해, 상기 정류소자(D1. D2)에 각각 대응되도록 구성된 스너버 정류소자(D3,D4)가 미리 정한 시간 동안 온(on) 되며, 상기 스너버 정류소자(D3,D4)가 온(on)이 되는 상기 미리 정한 시간은 스위칭 역할을 하는 D1,D2 소자 및 스너버 코일을 포함하는 회로값들에 의거 정해진다.
또한 순방향 전류가 역방향 전류로 스위칭되는 경우, D1이 오프되고 D3가 순간적으로 온 된다.
또한 역방향 전류가 순방향 전류로 스위칭되는 경우, D2가 오프되고 D4가 순간적으로 온 된다.
상기에서 스너버 코일(Nb1)의 권선비를 조정하여 상기 스너버 코일(Nb1)에서의 전압이 출력전압 (Vo)보다 클 때 스너버 정류소자(D3)가 온(on) 된다.
상기에서 스너버 코일(Nb1)의 turn비를 조정하여 상기 스너버 코일(Nb1)에서의 전압이 (Nb1/Np1)*Vin-(Nb1/Ns2)*Vo] > Vo 인 경우, 스너버 정류소자(D3)가 온(on) 되며, 상기에서 Np1은 1차측 코일, Vin은 입력전원, Ns2는 2차측 코일을 나타낸다.
상기에서 스너버 코일(Nb1)의 권선비를 조정하여 상기 스너버 코일(Nb1)에서의 전압이 (Nb1/Np1)*Vin-(Nb1/Ns2)*Vo] < Vo 및 (Nb1/Np1)*Vin< [1+(Nb1/Ns2)]*Vo 인 경우에서, 스너버 정류소자(D3)가 오프(off) 되며, 상기에서 Np1은 1차측 코일, Vin은 입력전원, Ns2는 2차측 코일값을 나타내고, VDmax는 사용자가 설정한다.
상기에서 스너버 코일(Nb2)의 권선비를 조정하여 상기 스너버 코일(Nb2)에서의 전압이 출력전압 (Vo)보다 클 때 스너버 정류소자(D4)가 온 된다.
상기에서 2차측 정류소자 (D1)가 온에서 오프될 때, 스너버 정류소자(D3)를 온시켜 주면, 스너버 코일(Nb1)에는 Vo전압이 걸리게 되고, 이 전압이 2차측 코일(Ns1)에 걸리게된 전압 값은 (Ns1/Nb1)*Vo가 되며, 상기 D1이 오프되어 있으므로, D1양단에 걸리는 전압은 Vo+ (Ns1/Nb1)*Vo=VD_max가 되며, 상기 VD_max 값을 설정 해 주면 D1양단 스파이크 서지전압값의 크기를 조정 할 수 있으며, 상기 스파이크 전압이 사용자가 설정한 범위 내 및 적어도 Vo와 같아지는 어느 경우가 되면, D3가 오프된다.
상기에서 2차측에 구성되는 정류소자(D1,D2)는 전파 정류로 동작된다.
실시 예에서 2차측에 구성되는 정류소자(D1,D2)는 반파 정류와 같이 단일 모듈로도 적용가능하다.
실시 예에서, 스너버 회로에는 1차측 코일 및 2차측 코일과 유기적으로 동작되는 스너버 코일과 2차측에 구성되는 정류소자와 반대로 동작되는 스너버 정류소자만으로 되는 것으로 설정하였으나 이에 한정되지 아니한다.
실시 예에서, 2차측에는 1차측의 순방향 전류 주기 동안에 턴온되는 정류 소자 (D1)와, 1차측의 역방향 전류 시 순간적으로 턴온되는 정류 소자(D3)가 직렬로 구성된다.
실시 예에서, 2차측에는 1차측의 순방향 전류 주기 동안에 턴온되는 정류 소자 (D1)와, 상기 1차측의 순방향 전류가 스위칭 되는 경우 순간적으로 턴온되는 정류 소자(D3)가 직렬로 구성된다.
실시 예에서, 2차측에는 1차측의 역방향 전류 주기 동안에 턴온되는 정류 소자 (D2)와, 1차측의 순방향 전류시 순간적으로 턴온되는 정류 소자(D4)가 직렬로 구성된다.
실시 예에서, 2차측에는 1차측의 순방향 전류 주기 동안에 턴온되는 정류 소자(D1) 및 턴온되는 정류 소자(D2)가 구성되며, 상기 각각의 정류 소자(D1,D2)에 대응되는 각각의 스너버 정류 소자(D3,D4)가 직렬로 구성되는데 있어, 순방향 전류에서 D1이 턴온되는 경우, D2,D3 및 D4는 턴오프된다.
실시 예에서, 2차측에는 1차측의 역방향 전류 주기 동안에 턴온되는 정류 소자(D2) 및 턴오프되는 정류 소자(D1)가 구성되며, 상기 각각의 정류 소자(D1,D2)에 대응되는 각각의 스너버 정류 소자(D3,D4)가 직렬로 구성되는데 있어, 역방향 전류에서 D2가 턴온되는 경우, D1,D3 및 D4는 턴오프된다.
실시 예에서, 2차측의 각 코일과 2차측의 스너버 코일이 1개의 코어에 권선(winding)된다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
T: 변압기 200: 2차측 스위칭 소자
300: 스너버 회로 D: 정류소자

Claims (23)

  1. 삭제
  2. 입력 전원;
    상기 입력 전원 및 1차측 코일에 의거 2차측 코일 및 2차측 정류소자를 포함하는 2차측에 전압을 유기시키는 트랜스 포머; 및
    일단이 상기 2차측 코일과 연결되는 스너버(snubber) 코일 및 일단이 상기 스너버 코일과 연결되고 타단이 접지되어 있는 스너버 정류소자로 구성된 스너버 회로; 를 포함하는 서지전압 제어장치..
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1차측 코일은 복수개를 포함하고,
    상기 2차측 코일은 상기 1차측 코일에 대응하여 복수개를 포함하는 서지전압 제어장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 스너버 정류소자는 다이오드인 서지전압 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 2차측 정류소자가 온(on)에서 오프(off)되는 경우, 상기 2차측 정류소자에 발생되는 서지전압을 줄이기 위해, 상기 2차측 정류소자에 각각 대응되도록 구성된 스너버 정류소자가 미리 정한 시간 동안 온(on) 되는 것을 특징으로 하는 서지전압 제어장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 스너버 정류소자가 온(on)이 되는 상기 미리 정한 시간은 스위칭 역할을 하는 상기 2차측 정류 소자 및 스너버 코일을 포함하는 회로값들에 의거 정해지는 것을 특징으로 하는 서지전압 제어장치.
  7. 제 5항에 있어서, 순방향 전류가 역방향 전류로 스위칭되는 경우, 상기 2차측 정류소자 중 제1 정류소자(D1)가 오프되고 그에 대응되는 제1 스너버 정류소자(D3)가 온 되는 것을 특징으로 하는 서지전압 제어장치.
  8. 제 5항에 있어서, 역방향 전류가 순방향 전류로 스위칭되는 경우, 상기 2차측 정류소자 중 제2 정류소자(D2)가 오프되고 그에 대응되는 제2 스너버 정류소자(D4)가 온 되는 것을 특징으로 하는 서지전압 제어장치.
  9. 제 5항에 있어서, 스너버 코일(Nb1)의 권선비를 조정하여 상기 스너버 코일(Nb1)에서의 전압이 출력전압 (Vo)보다 클 때 제1 스너버 정류소자(D3)가 온 되는 것을 특징으로 하는 서지전압 제어장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 스너버 코일(Nb1)의 권선비를 조정하여 상기 스너버 코일(Nb1)에서의 전압이 (Nb1/Np1)*Vin-(Nb1/Ns2)*Vo] > Vo 인 경우, 상기 제1 스너버 정류소자(D3)가 온(on) 되며, 상기에서 Np1은 1차측 코일권선값, Vin은 1차측 코일에 인가되는 입력전원, Ns2는 2차측 코일권선값을 나타내는 서지전압 제어장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 스너버 코일(Nb1)의 권선비를 조정하여 상기 스너버 코일(Nb1)에서의 전압이 (Nb1/Np1)*Vin-(Nb1/Ns2)*Vo] < Vo 또는 (Nb1/Np1)*Vin< [1+(Nb1/Ns2)]*Vo 인 경우에서 , 상기 제1 스너버 정류소자(D3)가 오프(off) 되며, 상기에서 Np1은 1차측 코일권선값, Vin은 1차측 코일에 인가되는 입력전원, Ns1은 2차측 제1코일권선값, Ns2는 2차측 제2코일권선값을 나타내는 서지전압 제어장치.
  12. 제 5항에 있어서, 상기 스너버 코일(Nb2)의 권선비를 조정하여 상기 스너버 코일(Nb2)에서의 전압이 출력전압 (Vo)보다 클 때 상기 제2 스너버 정류소자(D4)가 온 되는 것을 특징으로 하는 서지전압 제어장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 정류소자 (D1)가 온에서 오프될 때, 상기 제1 스너버 정류소자(D3)를 온시켜 주면, 스너버 코일(Nb1)에는 상기 출력 전압이 걸리게 되고, 상기 출력전압이 2차측 코일(Ns1)에 걸리는 전압 값은 (Ns1/Nb1)*Vo가 되며, 상기 제1 정류소자(D1)가 오프되어 있으므로, 상기 제1 정류소자(D1) 양단에 걸리는 전압은 Vo+ (Ns1/Nb1)*Vo=VD_max가 되며, 상기 VD_max 값을 설정하여 상기 제1 정류소자(D1) 양단 스파이크 서지전압 값의 크기를 조정하는 서지전압 제어장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스파이크 서지 전압이 상기 출력 전압과 같아지면, 상기 제1 스너버 정류소자(D3)가 오프되는 서지전압 제어장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
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  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제2항에 있어서, 2차측의 각 코일과 2차측의 상기 스너버 코일이 1개의 코어에 권선(winding)되는 것을 특징으로 하는 서지전압 제어장치.
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