KR102446692B1 - 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 llc 컨버터 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터에 있어서, 상부 스위치(203-1) 및 하부 스위치(203-3)로 구성된 하프브리지 스위치(203); 상기 하프브리지 스위치(203)와 연결된 변압기 1차측 권선(206-1); 변압기 2차측 권선(206-2)에 연결된 정류부; 상기 정류부(310)로부터 출력된 전력을 공급받는 부하(Load); 상기 부하(Load)의 출력 전압을 검출 받는 제1,2 분압저항(145,146); 상기 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압을 제어하는 출력전압 제어부(150); 하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하는 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141); 상기 LLC 컨버터의 1차측 또는 2차측 전류센서(143,144)에서 검출된 전류 정보 및 상기 출력전압 제어부(150)의 출력(Vea)이 입력되는 전류 비교기(171); 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1) 및 상기 출력전압 제어부(150)의 출력(Vea)이 입력되는 스마트 턴온 비교기(177); 상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력 및 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1)가 반전되어 입력되는 제1 AND 게이트(183); 상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력 및 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력 신호가 반전되어 입력되는 제2 AND 게이트(174); 상기 제2 AND 게이트(174)의 출력이 입력되는 D 플립플롭(175); 상기 D 플립플롭(175)의 출력을 지연(Delay)시키는 딜레이(Delay) 회로(176); 상기 전류 비교기(171)의 출력 및 상기 딜레이(Delay) 회로(176)의 출력이 입력되어 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1)를 발생시키는 RS 플립플롭(173); 상기 하프브리지 스위치(203)의 역병렬 다이오드에 전류가 흐를 때, 영전압 스위칭 상태에서 상기 상부 스위치(203-1) 또는 상기 하부 스위치(203-3)를 턴온(Turn on)시키는 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터를 제안한다.
Description
본 발명은 공진형 컨버터 방식으로 가장 각광받고 있는 LLC 공진형 컨버터에서 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터에 관한 것이다. 무엇보다 LLC 공진형 컨버터의 1차측 또는 2차측 전류센서의 전류 정보, 제1,2 분압저항으로 출력전압의 전압 정보 및 전류 연속 및 전류 불연속 검출부(CCM/DCM 검출부)로부터 변압기 스위치 전류 연속(CCM: Continuous CurrentMode) 및 전류 불연속(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하여 스마트(Smart)하게 영전압 스위칭을 할 수 있는 컨버터에 관한 것이다.
LLC 공진형 컨버터는 최근 전원공급장치로 가장 각광받고 있다. 무엇보다 변압기에서 누설 인덕터(Llk) - 자화 인덕터(Lm) - 공진 커패시터의 공진으로 인하여 안정적으로 영전압 스위칭[ZVS(Zero-Voltage-Switching)]이 이루어지는 장점이 있기에 다양한 전원공급장치로 활발하게 연구 및 적용이 되고 있다.
관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0004655호, 공개일 2018.01.12.(이하 [특허문헌1]이라함)에서는 하이브리드 풀브리지 LLC 컨버터 및 그 구동방법에 대하여 공개하였다. 상기 [특허문헌1]에서는 입력전압을 공급하는 입력 커패시터와 배터리 사이에 전엽 변환을 수행컨버터이며, 제1,2 풀브릿지 LLC 컨버터에서 제1,2 변압기의 입력단은 병렬로 연결되며 상기 제1,2 변압기의 출력단은 직렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
또 다른 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0003122호, 공개일 2018.01.09.(이하 [특허문헌2]이라함)에서는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터 및 그 제어방법을 제안하였다. 상기 [특허문허2]에서는 풀브리지 회로로 구성된 LLC 공진형 컨버터가 N개 병렬로 운전하며, 전력을 부하에 공급하는 공진형 컨버터 및 그 제어방식에 대하여 공개하였다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1304777호, 공고일 2013. 09. 05.(이하 [특허문헌1]이라함)에서는 넓은 입력전압 제어범위를 갖는 직류-직류 컨버터를 공개하였다. 상기 [특허문헌1]에서는 넓은 입력범위를 갖는 태양전지에서 발생된 전기에너지를 부하에 전달하기 위하여 인터리브드 플라이백 컨버터(Interleaved Flyback Converter)와 LLC 공진형 컨버터를 결합시켜 넓은 입력전압 범위에서 안정적인 출력 전압을 생성시키는 직류-직류 컨버터를 공개하였다.
하지만, 상기 [특허문헌1] 내지 [특허문헌3]에서는 LLC 공진형 컨버터를 제안하였지만, 부하에 가변에 따른 영전압 스위칭 범위를 확장시키지 못한 문제점이 있었다.
본 발명에서는 변압기에서 누설 인덕터(Llk) - 자화 인덕터(Lm) - 공진 커패시터의 공진가 공진하는 LLC 컨버터에서 1차측 또는 2차측 전류센서의 전류 정보, 제1,2 분압저항으로 출력전압의 전압 정보 및 전류 연속 및 전류 불연속 검출부(CCM/DCM 검출부)로부터 변압기 스위치 전류 연속(CCM: Continuous CurrentMode) 및 전류 불연속(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하여 스마트(Smart) 턴온(Turn on) 구동부(160)을 통하여 영전압 스위칭(Zero-Voltage-Switching)을 수행하는 컨버터를 제안하고자 한다.
본 발명에서는 과제의 해결 수단을 위하여 (1)제1,2 분압저항으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압 제어부(150)를 이용하여 출력전압을 제어하고, (2)LLC 공진형 컨버터의 1차측 또는 2차측 전류센서의 전류 정보를 검출 받아 전류 제어부(170)를 이용하여 전류를 제어하고, (3)스마트(Smart) 턴온(Turn on) 구동부(160)를 이용하여 주 스위치가 중부하(Heavy Load)만이 아니라 경부하(Light Load)에서도 영전압 스위칭(Zero-Voltage-Switching)을 수행하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에서는 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터를 통하여 첫째, 부하(Load)가 중부하(Heavy Load)만이 아니라 경부하(Light Load)에서도 안정적으로 영전압 스위칭을 수행하여 효율이 증가하며, 둘째, 주 스위치에 흐르는 전류 연속(CCM: Continuous CurrentMode) 및 전류 불연속(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하여 항상 영전압 스위칭을 수행하는 상승된 효과가 있다.
도 1은 기존의 일반적인 LED용 전원장치
도 2는 평균전류 제어방식의 입력단 역률개선컨버터
도 3은 피크전류 제어방식의 입력단 역률개선컨버터
도 4는 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터
도 5는 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터
도 6은 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터
도 7은 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)
도 8은 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)
도 9는 제안된 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)
도 10은 제안된 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)
도 11은 제안된 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)
도 12는 제안된 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)
도 13은 제안된 LLC 컨버터의 주요 파형
도 14는 제1 전압제어기 형태
도 15는 제2 전압제어기 형태
도 2는 평균전류 제어방식의 입력단 역률개선컨버터
도 3은 피크전류 제어방식의 입력단 역률개선컨버터
도 4는 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터
도 5는 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터
도 6은 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터
도 7은 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)
도 8은 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)
도 9는 제안된 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)
도 10은 제안된 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)
도 11은 제안된 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)
도 12는 제안된 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)
도 13은 제안된 LLC 컨버터의 주요 파형
도 14는 제1 전압제어기 형태
도 15는 제2 전압제어기 형태
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 기존의 일반적인 LED용 전원장치를 나타낸다.
상기 기존의 일반적인 LED용 전원장치를 나타낸다. 교류전원(10)은 입력단 정류 다이오드(20)을 통하여 정류되며, 역률개선 컨버터부(100)와 DC-DC 컨버터부(120)에 의해서 LED 그룹(Group)(300)에 전원을 공급하는 것이 일반적이다.
상기 역률개선 컨버터부(100)는 입력단에 제1 전류센서(41)와 상기 역률개선 컨버터부(100) 내부의 전류를 검출하는 제2 전류센서(42) 및 상기 역률개선 컨버터부(100)는 출력단 제1,2 분압저항(109,110)으로부터 전류 및 전압 정보를 바탕으로 역률개선 컨버터 제어부(103)는 상기 역률개선 컨버터부(100)의 스위치를 제어한다.
또한, DC-DC 컨버터부(120)의 출력단에 제3,4 분압저항(129,130) 및 제3 전류센서(43)로부터 상기 DC-DC 컨버터부(120)의 출력 전압 및 전류 정보를 검출하고, DC-DC 컨버터 제어부(123)를 통하여 상기 DC-DC 컨버터부(120)의 스위치를 제어한다.
도 2는 평균전류 제어방식의 입력단 역률개선컨버터를 나타낸다. 평균전류 제어방식은 입력단에 제1 전류센서(41)와 역률개선 컨버터부(100)의 접지단에 흐르는 전류를 검출하는 제2 전류센서(42)로 전류정보를 검출하며, 출력전압을 검출하는 제1,2 분압저항(Rd1,Rd2)으로부터 출력 전압을 검출하며, 제1 전압 오차 비교기(54), 곱셈기(53) 및 제1 전류 오차 비교기(51)를 이용하여 입력전류(Ii)가 인덕터 전류(IL)에 평균전류(Iave)로 제어하는 역률개선 방법이다.
도 3은 피크전류 제어방식의 입력단 역률개선컨버터를 나타낸다. 피크전류 제어방식은 입력단에 제1 전류센서(41)와 역률개선 컨버터부(100)의 역률개선 스위치(32) 하단에 흐르는 전류를 검출하는 제2 전류센서(42)로 전류정보를 검출하며, 출력전압을 검출하는 제1,2 분압저항(Rd1,Rd2)으로부터 출력 전압을 검출하며, 제2 전압 오차 비교기(64), 곱셈기(63) 및 제2 전류 오차 비교기(61)를 이용하여 입력전류(Ii)가 인덕터 전류(IL)에 피크값에 추종하도록 제어하는 역률개선 방법이다.
도 4는 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터를 나타낸다.
상기 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 포워드 타입 정류부(310)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
도 5는 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터를 나타낸다.
상기 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 풀브리지 타입 정류부(320)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
도 6은 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터를 나타낸다.
상기 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 배전압 타입 정류부(330)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
도 7은 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)를 나타낸다.
상기 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 포워드 타입 정류부(310)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
무엇보다 주 스위치가 중부하(Heavy Load)만이 아니라 경부하(Light Load)에서도 영전압 스위칭(Zero-Voltage-Switching)을 위하여 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압 제어부(150)를 이용하여 출력전압을 제어한다.
무엇보다 상기 출력전압 제어부(150)는 제1 전압 제어이득(Z1)와 제2 전압 제어이득(Z2)의 비율로 오차를 증폭하며, 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)이 출력된다. 또한, 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)를 통하여 하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하게 된다. 상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 스마트 턴온 구동부(160)의 제2 AND 게이트(174)로 입력된다.
또한, 상기 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 1차측 전류센서(143)에서 검출된 전류 정보를 바탕으로 전류검출 저항(Rs)(172) 및 전류 비교기(171)를 통하여 스마트 턴온 구동부(160)의 RS 플립플롭(173)으로 입력된다.
상기 RS 플립플롭(173)의 출력은 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된다. 또한, 제1,2 저항(178,179)을 통하고, 스마트 턴온 비교기(177)의 (+)단자로 입력되며, 출력전압 제어부(150)의 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)은 상기 스마트 턴온 비교기(177)의 (-)단자로 입력된다.
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력과 상기 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)가 상기 제1 AND 게이트(183)로 입력되어 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력된다.
상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력되며, 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)을 발생시킨다. 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)은 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)을 발생시킨다. 또한 상기 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)은 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)을 발생시킨다.
상기 전류 비교기(171)의 출력과 상기 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)은 RS 플립플롭(173)을 통하여 최종적으로 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)를 발생시킨다.
또한 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 버퍼(Buffer)(191)를 통하여 하부 스위치(203-3)를 구성시키며, 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 인버터(Inverter)(192)를 통하여 상부 스위치(203-1)를 구동시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 8은 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)를 나타낸다.
상기 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 포워드 타입 정류부(310)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
무엇보다 주 스위치가 중부하(Heavy Load)만이 아니라 경부하(Light Load)에서도 영전압 스위칭(Zero-Voltage-Switching)을 위하여 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압 제어부(150)를 이용하여 출력전압을 제어한다.
무엇보다 상기 출력전압 제어부(150)는 제1 전압 제어이득(Z1)와 제2 전압 제어이득(Z2)의 비율로 오차를 증폭하며, 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)이 출력된다. 또한, 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)를 통하여 하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하게 된다. 상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 스마트 턴온 구동부(160)의 제2 AND 게이트(174)로 입력된다.
또한, 상기 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 2차측 전류센서(144)에서 검출된 전류 정보를 바탕으로 전류검출 저항(Rs)(172) 및 전류 비교기(171)를 통하여 스마트 턴온 구동부(160)의 RS 플립플롭(173)으로 입력된다.
상기 RS 플립플롭(173)의 출력은 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된다. 또한, 제1,2 저항(178,179)을 통하고, 스마트 턴온 비교기(177)의 (+)단자로 입력되며, 출력전압 제어부(150)의 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)은 상기 스마트 턴온 비교기(177)의 (-)단자로 입력된다.
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력과 상기 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)가 상기 제1 AND 게이트(183)로 입력되어 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력된다.
상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력되며, 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)을 발생시킨다. 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)은 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)을 발생시킨다. 또한 상기 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)은 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)을 발생시킨다.
상기 전류 비교기(171)의 출력과 상기 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)은 RS 플립플롭(173)을 통하여 최종적으로 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)를 발생시킨다.
또한 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 버퍼(Buffer)(191)를 통하여 하부 스위치(203-3)를 구성시키며, 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 인버터(Inverter)(192)를 통하여 상부 스위치(203-1)를 구동시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 9는 제안된 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)를 나타낸다.
상기 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 풀브리지 타입 정류부(320)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
무엇보다 주 스위치가 중부하(Heavy Load)만이 아니라 경부하(Light Load)에서도 영전압 스위칭(Zero-Voltage-Switching)을 위하여 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압 제어부(150)를 이용하여 출력전압을 제어한다.
무엇보다 상기 출력전압 제어부(150)는 제1 전압 제어이득(Z1)와 제2 전압 제어이득(Z2)의 비율로 오차를 증폭하며, 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)이 출력된다. 또한, 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)를 통하여 하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하게 된다. 상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 스마트 턴온 구동부(160)의 제2 AND 게이트(174)로 입력된다.
또한, 상기 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 1차측 전류센서(143)에서 검출된 전류 정보를 바탕으로 전류검출 저항(Rs)(172) 및 전류 비교기(171)를 통하여 스마트 턴온 구동부(160)의 RS 플립플롭(173)으로 입력된다.
상기 RS 플립플롭(173)의 출력은 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된다. 또한, 제1,2 저항(178,179)을 통하고, 스마트 턴온 비교기(177)의 (+)단자로 입력되며, 출력전압 제어부(150)의 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)은 상기 스마트 턴온 비교기(177)의 (-)단자로 입력된다.
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력과 상기 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)가 상기 제1 AND 게이트(183)로 입력되어 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력된다.
상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력되며, 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)을 발생시킨다. 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)은 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)을 발생시킨다. 또한 상기 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)은 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)을 발생시킨다.
상기 전류 비교기(171)의 출력과 상기 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)은 RS 플립플롭(173)을 통하여 최종적으로 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)를 발생시킨다.
또한 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 버퍼(Buffer)(191)를 통하여 하부 스위치(203-3)를 구성시키며, 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 인버터(Inverter)(192)를 통하여 상부 스위치(203-1)를 구동시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 10은 제안된 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)를 나타낸다.
상기 풀브리지(Full-Bridge) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 풀브리지 타입 정류부(320)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
무엇보다 주 스위치가 중부하(Heavy Load)만이 아니라 경부하(Light Load)에서도 영전압 스위칭(Zero-Voltage-Switching)을 위하여 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압 제어부(150)를 이용하여 출력전압을 제어한다.
무엇보다 상기 출력전압 제어부(150)는 제1 전압 제어이득(Z1)와 제2 전압 제어이득(Z2)의 비율로 오차를 증폭하며, 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)이 출력된다. 또한, 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)를 통하여 하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하게 된다. 상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 스마트 턴온 구동부(160)의 제2 AND 게이트(174)로 입력된다.
또한, 상기 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 2차측 전류센서(144)에서 검출된 전류 정보를 바탕으로 전류검출 저항(Rs)(172) 및 전류 비교기(171)를 통하여 스마트 턴온 구동부(160)의 RS 플립플롭(173)으로 입력된다.
상기 RS 플립플롭(173)의 출력은 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된다. 또한, 제1,2 저항(178,179)을 통하고, 스마트 턴온 비교기(177)의 (+)단자로 입력되며, 출력전압 제어부(150)의 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)은 상기 스마트 턴온 비교기(177)의 (-)단자로 입력된다.
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력과 상기 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)가 상기 제1 AND 게이트(183)로 입력되어 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력된다.
상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력되며, 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)을 발생시킨다. 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)은 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)을 발생시킨다. 또한 상기 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)은 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)을 발생시킨다.
상기 전류 비교기(171)의 출력과 상기 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)은 RS 플립플롭(173)을 통하여 최종적으로 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)를 발생시킨다.
또한 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 버퍼(Buffer)(191)를 통하여 하부 스위치(203-3)를 구성시키며, 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 인버터(Inverter)(192)를 통하여 상부 스위치(203-1)를 구동시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 11은 제안된 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제1 실시예)를 나타낸다.
상기 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 배전압 타입 정류부(330)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
무엇보다 주 스위치가 중부하(Heavy Load)만이 아니라 경부하(Light Load)에서도 영전압 스위칭(Zero-Voltage-Switching)을 위하여 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압 제어부(150)를 이용하여 출력전압을 제어한다.
무엇보다 상기 출력전압 제어부(150)는 제1 전압 제어이득(Z1)와 제2 전압 제어이득(Z2)의 비율로 오차를 증폭하며, 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)이 출력된다. 또한, 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)를 통하여 하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하게 된다. 상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 스마트 턴온 구동부(160)의 제2 AND 게이트(174)로 입력된다.
또한, 상기 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 1차측 전류센서(143)에서 검출된 전류 정보를 바탕으로 전류검출 저항(Rs)(172) 및 전류 비교기(171)를 통하여 스마트 턴온 구동부(160)의 RS 플립플롭(173)으로 입력된다.
상기 RS 플립플롭(173)의 출력은 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된다. 또한, 제1,2 저항(178,179)을 통하고, 스마트 턴온 비교기(177)의 (+)단자로 입력되며, 출력전압 제어부(150)의 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)은 상기 스마트 턴온 비교기(177)의 (-)단자로 입력된다.
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력과 상기 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)가 상기 제1 AND 게이트(183)로 입력되어 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력된다.
상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력되며, 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)을 발생시킨다. 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)은 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)을 발생시킨다. 또한 상기 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)은 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)을 발생시킨다.
상기 전류 비교기(171)의 출력과 상기 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)은 RS 플립플롭(173)을 통하여 최종적으로 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)를 발생시킨다.
또한 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 버퍼(Buffer)(191)를 통하여 하부 스위치(203-3)를 구성시키며, 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 인버터(Inverter)(192)를 통하여 상부 스위치(203-1)를 구동시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 12는 제안된 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터의 세부회로(제2 실시예)를 나타낸다.
상기 배전압(Voltage-Doubler) 정류 방식의 LLC 컨버터는 하프브리지 스위치(203)의 하부 스위치(203-3)의 양단에는 공진 커패시터(205) - 누설인덕터(Llk)(207) - 변압기 1차측 권선(206-1)의 인덕터가 공진하며, 배전압 타입 정류부(330)를 통하여 LED 그룹(Group)(300)에 전기에너지를 공급하는 방식이다.
무엇보다 주 스위치가 중부하(Heavy Load)만이 아니라 경부하(Light Load)에서도 영전압 스위칭(Zero-Voltage-Switching)을 위하여 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압 제어부(150)를 이용하여 출력전압을 제어한다.
무엇보다 상기 출력전압 제어부(150)는 제1 전압 제어이득(Z1)와 제2 전압 제어이득(Z2)의 비율로 오차를 증폭하며, 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)이 출력된다. 또한, 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)를 통하여 하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하게 된다. 상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 스마트 턴온 구동부(160)의 제2 AND 게이트(174)로 입력된다.
또한, 상기 제안된 포워드(Forward) 정류 방식의 LLC 컨버터의 2차측 전류센서(144)에서 검출된 전류 정보를 바탕으로 전류검출 저항(Rs)(172) 및 전류 비교기(171)를 통하여 스마트 턴온 구동부(160)의 RS 플립플롭(173)으로 입력된다.
상기 RS 플립플롭(173)의 출력은 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된다. 또한, 제1,2 저항(178,179)을 통하고, 스마트 턴온 비교기(177)의 (+)단자로 입력되며, 출력전압 제어부(150)의 전압 오차 비교기의 출력전압(Vea)은 상기 스마트 턴온 비교기(177)의 (-)단자로 입력된다.
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력과 상기 제1 AND 게이트(183)의 제1 NOT 게이트(183-1)로 입력된 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)가 상기 제1 AND 게이트(183)로 입력되어 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력된다.
상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력(A 점의 신호)은 제2 AND 게이트(174)의 제2 NOT 게이트(174-1)로 입력되며, 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력(B 점의 신호)은 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)을 발생시킨다. 상기 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력(C 점의 신호)은 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)을 발생시킨다. 또한 상기 D 플립플롭(175)의 출력(D 점의 신호)은 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)을 발생시킨다.
상기 전류 비교기(171)의 출력과 상기 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력(E 점의 신호)은 RS 플립플롭(173)을 통하여 최종적으로 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)를 발생시킨다.
또한 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 버퍼(Buffer)(191)를 통하여 하부 스위치(203-3)를 구성시키며, 상기 하부 스위치 게이트 신호(Vg1)는 게이트 구동부(190)의 인버터(Inverter)(192)를 통하여 상부 스위치(203-1)를 구동시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 13은 제안된 LLC 컨버터의 주요 파형을 나타낸다.
- A 점의 신호 : 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력
- B 점의 신호 : 제1 AND 게이트(183)의 출력
- C 점의 신호 : 제2 AND 게이트(174)를 통하여 출력
- D 점의 신호 : 플립플롭(175)의 출력
- E 점의 신호 : 딜레이(Delay) 회로(176)를 통하여 출력
상기 A 점의 신호는 하부 스위치(203-3)에 전류(isw)가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)에서 신호가 발생하며, 특히 상기 하부 스위치(203-3)의 전압(VDS)이 입력전압(Vin)이하에서 신호가 발생되며, 최종적으로 상기 E 점의 신호는 상기 하부 스위치(203-3)가 턴온(Turn on)되는 시작이 되는 시점이다.
무엇보다 상기 하부 스위치(203-3)에 전류(isw)가 (-)로 전류의 흐름이 발생할 경우, 상기 하부 스위치(203-3)가 턴온(Turn on)시키는 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 하부 스위치(203-3)의 역병렬 다이오드(203-4)에 전류가 흐를 때 상기 하부 스위치(203-3)가 턴온(Turn on)하기 때문에 상기 하부 스위치(203-3)의 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이의 전위가 영(0)이기 때문에 영전압 스위칭(ZVS: Zero-Voltage-Switching)이 항상 안정적으로 되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
도 14는 제1 전압제어기 형태를 나타내며, 도 15는 제2 전압제어기 형태를 나타낸다.
상기 제1 전압제어기(도 14)는 제1 제어이득(Z1)은 제1 제어저항(R1) 및 제1 커패시터(C1)가 병렬로 연결되며, 상기 제1 제어저항(R1) 및 제1 커패시터(C1)와 직렬로 제2 제어저항(R2)로 구성되며, 제2 제어이득(Z2)은 제11 제어저항(R11)과 제11 제어 커패시터(C11)가 직렬로 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전압제어기(도 15)는 제1 제어이득(Z1)은 제1 제어저항(R1)과 병렬로 제2 제어저항(R2) 및 제1 커패시터(C1)로 구성되며, 제2 제어이득(Z2)은 제11 제어저항(R11)과 제11 제어 커패시터(C11)가 직렬로 연결되며, 상기 제11 제어저항(R11)과 제11 제어 커패시터(C11)와 병렬로 제12 제어 커패시터(C12)가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터에 있어서, 상부 스위치(203-1) 및 하부 스위치(203-3)로 구성된 하프브리지 스위치(203); 상기 하프브리지 스위치(203)와 연결된 변압기 1차측 권선(206-1); 변압기 2차측 권선(206-2)에 연결된 정류부; 상기 정류부(310)로부터 출력된 전력을 공급받는 부하(Load); 상기 부하(Load)의 출력 전압을 검출 받는 제1,2 분압저항(145,146); 상기 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압을 제어하는 출력전압 제어부(150); 하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하는 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141); 상기 LLC 컨버터의 1차측 또는 2차측 전류센서(143,144)에서 검출된 전류 정보 및 상기 출력전압 제어부(150)의 출력(Vea)이 입력되는 전류 비교기(171); 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1) 및 상기 출력전압 제어부(150)의 출력(Vea)이 입력되는 스마트 턴온 비교기(177); 상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력 및 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1)가 반전되어 입력되는 제1 AND 게이트(183); 상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력 및 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력 신호가 반전되어 입력되는 제2 AND 게이트(174); 상기 제2 AND 게이트(174)의 출력이 입력되는 D 플립플롭(175); 상기 D 플립플롭(175)의 출력을 지연(Delay)시키는 딜레이(Delay) 회로(176); 상기 전류 비교기(171)의 출력 및 상기 딜레이(Delay) 회로(176)의 출력이 입력되어 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1)를 발생시키는 RS 플립플롭(173); 상기 하프브리지 스위치(203)의 역병렬 다이오드에 전류가 흐를 때, 영전압 스위칭 상태에서 상기 상부 스위치(203-1) 또는 상기 하부 스위치(203-3)를 턴온(Turn on)시키는 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터를 제안하고자 한다.
본 발명은 이 분야의 통상의 지식을 가진자가 다양한 변형에 의하여 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터에 적용시킬 수 있으며, 기술적으로 용이하게 변형시키는 기술의 범주도 본 특허의 권리범위에 속하는 것으로 인정해야 할 것이다.
10 : 교류전원(Vac)
20 : 입력단 정류 다이오드
31 : 역률개선 인덕터
32 : 역률개선 스위치
33 : 역률개선 다이오드
34 : 역률개선 컨버터의 출력 커패시터
41 : 제1 전류센서
42 : 제2 전류센서
43 : 제3 전류센서
44 : 뱅크(Bank) 커패시터
50 : 평균전류 제어기
51 : 제1 전류 오차 비교기
52 : 역률개선 컨버터의 게이트 신호 발생을 위한 비교기
53 : 곱셈기
54 : 제1 전압 오차 비교기
55 : 제1 전류센서의 전류검출 이득(1/K)
56 : 제1 전류센서의 전류검출 이득(Rs)
60 : 피크전류 제어기
61 : 제2 전류 오차 비교기
62 : RS 플립플롭
63 : 곱셈기
64 : 제2 전압 오차 비교기
65 : 제1 전류센서의 전류검출 이득(1/K)
100 : 역률개선 컨버터부
101 : 역률개선 컨버터 전력회로부
102 : 역률개선 컨버터 게이트 구동회로
103 : 역률개선 컨버터 제어부
104 : 역률개선 컨버터의 게이트 신호 발생부
105 : 역률개선 컨버터의 출력전압 검출부
106 : 제1 전류 검출부
107 : 제2 전류 검출부
109 : 제1 분압저항
110 : 제2 분압저항
120 : DC-DC 컨버터부
121 : DC-DC 컨버터 전력회로부
122 : DC-DC 컨버터 게이트 구동회로
123 : DC-DC 컨버터 제어부
124 : DC-DC 컨버터의 게이트 신호 발생부
125 : DC-DC 컨버터의 출력전압 검출부
126 : 제3 전류 검출부
129 : 제3 분압저항
130 : 제4 분압저항
140 : 전류 연속 및 전류 불연속 검출부(CCM/DCM 검출부)
141 : 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기
143 : 1차측 전류센서
144 : 2차측 전류센서
145 : 제1 분압저항
146 : 제2 분압저항
150 : 출력전압 제어부
151 : 출력전압 비교기
160 : 스마트(Smart) 턴온(Turn on) 구동부
170 : 전류 제어부
171 : 전류 비교기
172 : 전류검출 저항(Rs)
173 : RS 플립플롭
174 : 제2 AND 게이트
174-1 : 제2 NOT 게이트
175 : D 플립플롭
176 : 딜레이(Delay) 회로
177 : 스마트 턴온 비교기
178 : 제1 저항
179 : 제2 저항
180 : 제어 다이오드
181 : 제너 다이오드
183 : 제1 AND 게이트
183-1 : 제1 NOT 게이트
190 : 게이트 구동부
191 : 버퍼(Buffer)
192 : 인버터(Inverter)
203 : 하프브리지 스위치
203-1 : 상부 스위치
203-2 : 상부 스위치의 역병렬 다이오드
203-3 : 하부 스위치
203-4 : 하부 스위치의 역병렬 다이오드
205 : 공진 커패시터
206 : 변압기
206-1 : 변압기 1차측 권선
206-2 : 변압기 2차측 권선
206-3 : 변압기 3차측 권선
207 : 누설인덕터(Llk)
300 : LED 그룹(Group)
301 : 제1 LED 그룹
302 : 제2 LED 그룹
303 : 제3 LED 그룹
310 : 포워드 타입 정류부
311 : 포워드 타입 정류부의 제1 정류 다이오드
312 : 포워드 타입 정류부의 제2 정류 다이오드
313 : 포워드 타입 정류부의 출력 인덕터
314 : 포워드 타입 정류부의 출력 커패시터
320 : 풀브리지 타입 정류부
321 : 풀브리지 타입 정류부의 제1 정류 다이오드
322 : 풀브리지 타입 정류부의 제2 정류 다이오드
323 : 풀브리지 타입 정류부의 제3 정류 다이오드
324 : 풀브리지 타입 정류부의 제4 정류 다이오드
325 : 풀브리지 타입 정류부의 출력 커패시터
330 : 배전압 타입 정류부
331 : 배전압 타입 정류부의 제1 정류 다이오드
332 : 배전압 타입 정류부의 제2 정류 다이오드
333 : 배전압 타입 정류부의 제1 출력 커패시터
334 : 배전압 타입 정류부의 제2 출력 커패시터
A : A 점의 신호
B : B 점의 신호
C : C 점의 신호
D : D 점의 신호
E : E 점의 신호
C1 : 제1 제어커패시터
C11 : 제11 제어커패시터
C12 : 제12 제어커패시터
Iave : 평균전류
Ii : 입력전류
IL : 역률개선 인덕터의 전류
iref : 기준 전류
isw : 제1 스위치 전류
isec : 정류 다이오드
PWM : 펄스폭 변조신호
R1 : 제1 제어저항
R2 : 제2 제어저항
R11 : 제11 제어저항
Rd1 : 제1 분압저항
Rd2 : 제2 분압저항
t : 시간
t0 : 제0 시간
t1 : 제1 시간
t2 : 제2 시간
t3 : 제3 시간
t4 : 제4 시간
t5 : 제5 시간
t6 : 제6 시간
TD : 시간 딜레이
TOFF : 오프시간
TOFFmin : 최소오프시간
TON : 온시간
Vcc : 제어전압
VDS : 스위치 양단 전압
Vea : 전압 오차 비교기의 출력전압
Vg1 : 하부 스위치 게이트 신호
Vg2 : 상부 스위치 게이트 신호
Vin : 입력전압
Vo : 출력전압
Vref : 기준 전압
Z1 : 제1 전압 제어이득
Z2 : 제2 전압 제어이득
Z11 : 제1 전류 제어이득
Z22 : 제2 전류 제어이득
20 : 입력단 정류 다이오드
31 : 역률개선 인덕터
32 : 역률개선 스위치
33 : 역률개선 다이오드
34 : 역률개선 컨버터의 출력 커패시터
41 : 제1 전류센서
42 : 제2 전류센서
43 : 제3 전류센서
44 : 뱅크(Bank) 커패시터
50 : 평균전류 제어기
51 : 제1 전류 오차 비교기
52 : 역률개선 컨버터의 게이트 신호 발생을 위한 비교기
53 : 곱셈기
54 : 제1 전압 오차 비교기
55 : 제1 전류센서의 전류검출 이득(1/K)
56 : 제1 전류센서의 전류검출 이득(Rs)
60 : 피크전류 제어기
61 : 제2 전류 오차 비교기
62 : RS 플립플롭
63 : 곱셈기
64 : 제2 전압 오차 비교기
65 : 제1 전류센서의 전류검출 이득(1/K)
100 : 역률개선 컨버터부
101 : 역률개선 컨버터 전력회로부
102 : 역률개선 컨버터 게이트 구동회로
103 : 역률개선 컨버터 제어부
104 : 역률개선 컨버터의 게이트 신호 발생부
105 : 역률개선 컨버터의 출력전압 검출부
106 : 제1 전류 검출부
107 : 제2 전류 검출부
109 : 제1 분압저항
110 : 제2 분압저항
120 : DC-DC 컨버터부
121 : DC-DC 컨버터 전력회로부
122 : DC-DC 컨버터 게이트 구동회로
123 : DC-DC 컨버터 제어부
124 : DC-DC 컨버터의 게이트 신호 발생부
125 : DC-DC 컨버터의 출력전압 검출부
126 : 제3 전류 검출부
129 : 제3 분압저항
130 : 제4 분압저항
140 : 전류 연속 및 전류 불연속 검출부(CCM/DCM 검출부)
141 : 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기
143 : 1차측 전류센서
144 : 2차측 전류센서
145 : 제1 분압저항
146 : 제2 분압저항
150 : 출력전압 제어부
151 : 출력전압 비교기
160 : 스마트(Smart) 턴온(Turn on) 구동부
170 : 전류 제어부
171 : 전류 비교기
172 : 전류검출 저항(Rs)
173 : RS 플립플롭
174 : 제2 AND 게이트
174-1 : 제2 NOT 게이트
175 : D 플립플롭
176 : 딜레이(Delay) 회로
177 : 스마트 턴온 비교기
178 : 제1 저항
179 : 제2 저항
180 : 제어 다이오드
181 : 제너 다이오드
183 : 제1 AND 게이트
183-1 : 제1 NOT 게이트
190 : 게이트 구동부
191 : 버퍼(Buffer)
192 : 인버터(Inverter)
203 : 하프브리지 스위치
203-1 : 상부 스위치
203-2 : 상부 스위치의 역병렬 다이오드
203-3 : 하부 스위치
203-4 : 하부 스위치의 역병렬 다이오드
205 : 공진 커패시터
206 : 변압기
206-1 : 변압기 1차측 권선
206-2 : 변압기 2차측 권선
206-3 : 변압기 3차측 권선
207 : 누설인덕터(Llk)
300 : LED 그룹(Group)
301 : 제1 LED 그룹
302 : 제2 LED 그룹
303 : 제3 LED 그룹
310 : 포워드 타입 정류부
311 : 포워드 타입 정류부의 제1 정류 다이오드
312 : 포워드 타입 정류부의 제2 정류 다이오드
313 : 포워드 타입 정류부의 출력 인덕터
314 : 포워드 타입 정류부의 출력 커패시터
320 : 풀브리지 타입 정류부
321 : 풀브리지 타입 정류부의 제1 정류 다이오드
322 : 풀브리지 타입 정류부의 제2 정류 다이오드
323 : 풀브리지 타입 정류부의 제3 정류 다이오드
324 : 풀브리지 타입 정류부의 제4 정류 다이오드
325 : 풀브리지 타입 정류부의 출력 커패시터
330 : 배전압 타입 정류부
331 : 배전압 타입 정류부의 제1 정류 다이오드
332 : 배전압 타입 정류부의 제2 정류 다이오드
333 : 배전압 타입 정류부의 제1 출력 커패시터
334 : 배전압 타입 정류부의 제2 출력 커패시터
A : A 점의 신호
B : B 점의 신호
C : C 점의 신호
D : D 점의 신호
E : E 점의 신호
C1 : 제1 제어커패시터
C11 : 제11 제어커패시터
C12 : 제12 제어커패시터
Iave : 평균전류
Ii : 입력전류
IL : 역률개선 인덕터의 전류
iref : 기준 전류
isw : 제1 스위치 전류
isec : 정류 다이오드
PWM : 펄스폭 변조신호
R1 : 제1 제어저항
R2 : 제2 제어저항
R11 : 제11 제어저항
Rd1 : 제1 분압저항
Rd2 : 제2 분압저항
t : 시간
t0 : 제0 시간
t1 : 제1 시간
t2 : 제2 시간
t3 : 제3 시간
t4 : 제4 시간
t5 : 제5 시간
t6 : 제6 시간
TD : 시간 딜레이
TOFF : 오프시간
TOFFmin : 최소오프시간
TON : 온시간
Vcc : 제어전압
VDS : 스위치 양단 전압
Vea : 전압 오차 비교기의 출력전압
Vg1 : 하부 스위치 게이트 신호
Vg2 : 상부 스위치 게이트 신호
Vin : 입력전압
Vo : 출력전압
Vref : 기준 전압
Z1 : 제1 전압 제어이득
Z2 : 제2 전압 제어이득
Z11 : 제1 전류 제어이득
Z22 : 제2 전류 제어이득
Claims (4)
- 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터에 있어서,
상부 스위치(203-1) 및 하부 스위치(203-3)로 구성된 하프브리지 스위치(203);
상기 하프브리지 스위치(203)와 연결된 변압기 1차측 권선(206-1);
변압기 2차측 권선(206-2)에 연결된 정류부;
상기 정류부(310)로부터 출력된 전력을 공급받는 부하(Load);
상기 부하(Load)의 출력 전압을 검출 받는 제1,2 분압저항(145,146);
상기 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압을 제어하는 출력전압 제어부(150);
하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하는 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141);
상기 LLC 컨버터의 1차측 또는 2차측 전류센서(143,144)에서 검출된 전류 정보 및 상기 출력전압 제어부(150)의 출력(Vea)이 입력되는 전류 비교기(171);
상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1) 및 상기 출력전압 제어부(150)의 출력(Vea)이 입력되는 스마트 턴온 비교기(177);
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력 및 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1)가 반전되어 입력되는 제1 AND 게이트(183);
상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력 및 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력 신호가 반전되어 입력되는 제2 AND 게이트(174);
상기 제2 AND 게이트(174)의 출력이 입력되는 D 플립플롭(175);
상기 D 플립플롭(175)의 출력을 지연(Delay)시키는 딜레이(Delay) 회로(176);
상기 전류 비교기(171)의 출력 및 상기 딜레이(Delay) 회로(176)의 출력이 입력되어 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1)를 발생시키는 RS 플립플롭(173);
상기 하프브리지 스위치(203)의 역병렬 다이오드에 전류가 흐를 때, 영전압 스위칭 상태에서 상기 상부 스위치(203-1) 또는 상기 하부 스위치(203-3)를 턴온(Turn on)시키는 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터 - 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터에 있어서,
상부 스위치(203-1) 및 하부 스위치(203-3)로 구성된 하프브리지 스위치(203);
1차측이 상기 하프브리지 스위치(203)와 연결된 변압기;
상기 변압기의 2차측에 연결되며 부하(Load)로 정류된 전압을 공급하는 정류부;
상기 부하(Load)의 출력 전압을 검출 받는 제1,2 분압저항(145,146);
상기 제1,2 분압저항(145,146)으로부터 상기 부하(Load)의 출력전압의 전압 정보를 검출 받아 출력전압을 제어하는 출력전압 제어부(150);
하부 스위치(203-3)에 전류가 연속적인 흐름(CCM: Continuous CurrentMode) 아니면 전류가 불연속적인 흐름(DCM: Discontinuous CurrentMode)의 정보를 검출하는 변압기 3차측 권선(206-3)과 연결된 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141);
상기 LLC 컨버터의 1차측 또는 2차측 전류센서(143,144)에서 검출된 전류 정보 및 상기 출력전압 제어부(150)의 출력(Vea)이 입력되는 전류 비교기(171);
상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1) 및 상기 출력전압 제어부(150)의 출력(Vea)이 입력되는 스마트 턴온 비교기(177);
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 출력 및 상기 하부 스위치(203-3)의 게이트 신호(Vg1)가 반전되어 입력되는 제1 AND 게이트(183);
상기 전류 연속 및 전류 불연속 검출(CCM/DCM 검출) 비교기(141)의 출력 및 상기 제1 AND 게이트(183)의 출력 신호가 반전되어 입력되는 제2 AND 게이트(174);
상기 제2 AND 게이트(174)의 출력이 입력되는 D 플립플롭(175)을 포함하는 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터 - 청구항 제1항 또는 청구항 제2항에 있어서,
상기 부하(Load)는 LED 그룹(Group)(300)인 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터 - 청구항 제1항 또는 청구항 제2항에 있어서,
상기 스마트 턴온 비교기(177)의 (+) 입력 단자는 제어 다이오드(180) 및 제너 다이오드(181)가 연결되는 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 LLC 컨버터
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180017707A KR102446692B1 (ko) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 llc 컨버터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180017707A KR102446692B1 (ko) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 llc 컨버터 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190097819A KR20190097819A (ko) | 2019-08-21 |
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ID=67808022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180017707A Active KR102446692B1 (ko) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 영전압 스위칭을 위한 스마트 턴온 방식의 llc 컨버터 |
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| KR20220090072A (ko) | 2020-12-22 | 2022-06-29 | 대진대학교 산학협력단 | 경부하 효율 향상을 위한 공진형 llc 병렬 컨버터 제어 장치 및 방법 |
| KR102543876B1 (ko) * | 2022-08-31 | 2023-06-20 | 주식회사 라이팅스케치 | 빛 떨림 방지용 입력측 llc 공진 회로를 갖는 조명 장치 |
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| WO2014115618A1 (ja) | 2013-01-22 | 2014-07-31 | 株式会社 村田製作所 | スイッチング電源装置およびａｃ－ｄｃ電力変換システム |
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|---|---|---|---|---|
| KR100591034B1 (ko) * | 2000-04-28 | 2006-06-22 | 주식회사 아이디코리아 | 하프 브리지형 전력 컨버터 |
| KR101304777B1 (ko) | 2011-08-19 | 2013-09-05 | 전주대학교 산학협력단 | 넓은 입력전압 제어 범위를 갖는 직류-직류 컨버터 |
| KR101856008B1 (ko) | 2016-06-30 | 2018-05-10 | 한국에너지기술연구원 | 인터리브드 llc 공진형 컨버터 및 그 제어방법 |
| KR101907119B1 (ko) | 2016-07-04 | 2018-10-11 | 숭실대학교산학협력단 | 하이브리드 풀브릿지 llc 컨버터 및 그 구동방법 |
-
2018
- 2018-02-13 KR KR1020180017707A patent/KR102446692B1/ko active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011083186A (ja) | 2009-10-12 | 2011-04-21 | Stmicroelectronics Srl | 共振コンバータ用の制御装置 |
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| WO2014115618A1 (ja) | 2013-01-22 | 2014-07-31 | 株式会社 村田製作所 | スイッチング電源装置およびａｃ－ｄｃ電力変換システム |
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Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20200904 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20180213 Comment text: Patent Application |
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
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| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20220623 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20211215 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |
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| AMND | Amendment | ||
| PX0901 | Re-examination |
Patent event code: PX09011S01I Patent event date: 20220623 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX09012R01I Patent event date: 20220127 Comment text: Amendment to Specification, etc. |
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| PX0701 | Decision of registration after re-examination |
Patent event date: 20220914 Comment text: Decision to Grant Registration Patent event code: PX07013S01D Patent event date: 20220822 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I Patent event date: 20220623 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX07011S01I Patent event date: 20220127 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I |
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| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20220920 Patent event code: PR07011E01D |
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| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
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