KR20010027702A

KR20010027702A - 역률제어용 승압형 컨버터

Info

Publication number: KR20010027702A
Application number: KR1019990039583A
Authority: KR
Inventors: 김창범; 차영길
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2001-04-06

Abstract

본 발명은 역률제어용 승압형 컨버터에 관한 것으로, 종래 기술에 있어서 아이지비티가 턴온 및 턴오프 스위칭시 고속 회복 다이오드의 역회복 시간동안 소수 캐리어의 이동에 의한 역방향 전류 및 인덕터의 공진성 노이즈가 발생함으로써, 상기 아이지비티의 초기 턴온시 높은 전류에 의한 손실이 발생하여 효율이 절감됨과 아울러 전자기 장애(Electro-Magnetic Interference) 및 전자기 차폐(Electro-Magnetic Shielding) 특성이 저하되고, 이를 방지하기 위하여 접지 및 전장부에 페라이트 코아를 삽입함에 따라 전체적인 제조 원가가 상승하는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 인덕터와 고속 회복 다이오드를 구비하여 아이지비티의 턴온시 고속 회복 다이오드의 역회복 시간동안 소수 캐리어의 이동에 의한 역방향 전류의 유입을 차단하여 고주파 성분의 노이즈 및 공진성 노이즈를 최소화함으로써, 상기 아이지비티의 효율을 상승시키고, 또한, 접지 및 전장부에 삽입하는 페라이트 코아의 크기 및 갯수를 줄여 필터 설계가 용이해짐과 아울러 전체적인 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

역률제어용 승압형 컨버터{POWER FACTOR CORRECTION BOOST CONVERTER}

본 발명은 역률제어용 승압형 컨버터에 관한 것으로, 특히 역률제어용 승압형 컨버터에 있어서 별도의 인덕터와 고속 회복 다이오드를 구비하여 아이지비티의 턴온시 고속 회복 다이오드의 역회복 시간동안 소수 캐리어의 이동에 의한 역방향 전류 및 인덕터의 공진성 노이즈의 발생을 방지하도록 한 역률제어용 승압형 컨버터에 관한 것이다.

도 1은 종래 역률 제어용 승압형 컨버터의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이 입력되는 상용전원(Vin)을 정류하여 직류 전압(Vin')을 출력하는 정류부(10)와; 스위칭 동작에 의해 상기 정류부(10)에서 출력되는 전압에 대해 역률을 개선하기 위한 동작을 수행하는 스위칭 구동부(20)와; 상기 스위칭 구동부(20)에서 출력되는 전압을 필터링하여 부하(RL)로 공급하는 커패시터(Co)와; 상기 부하(RL) 동작시 발생하는 출력전압(Vo')을 검출하는 출력전압 검출부(30)와; 입력 전류(Iin), 입력 전압(Vin') 및 상기 출력전압 검출부(30)의 출력 전압(Vo')에 따라 상기 스위칭 구동부(20)의 동작을 제어하는 역률 제어부(40)로 구성된다.

그리고, 상기 스위칭 구동부(20)는 상기 역률 제어부(40)의 제어신호(GC)에 의해 도통제어되어 인덕터(L)를 통해 인가되는 상기 정류부(10)의 직류전압의 출력을 제어하는 아이지비티(IGBT)와; 상기 아이지비티(IGBT) 턴온시 출력전압의 역유입을 방지하는 고속 회복 다이오드(FRD)로 구성되며, 상기 역률 제어부(40)는 기준전압(Vo^*)에서 실제 출력전압(Vo')를 감산연산하여 오차전압(Verr)을 출력하는 감산기(41)와; 상기 감산기(41)의 출력전압(Verr)을 비례적분하여 전류에 대한 정보(Im)를 생성하는 제1 비례적분기(42)와; 상기 제1 비례 적분기(42)의 출력전류(Im)와 실제 입력전압(Vin')을 곱셈연산하는 곱셈기(43)와; 상기 곱셈기(43)의 출력신호(Iin^*)에서 실제 입력전류(Iin)를 감산연산하여 전류 오차(Ierr)를 출력하는 감산기(44)와; 상기 감산기(44)의 전류 오차(Ierr)를 비례적분하는 제2 비례적분기(45)와; 상기 제2 비례적분기(45)의 출력전류(Isig)와 톱니파를 비교하여 아이지비티(IGBT)를 제어하는 비교기(46)로 구성되며, 이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 동작과정을 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 기준전압(Vo^*)와 실제 출력전압(Vo')를 입력받은 감산기(41)는 상기 기준전압(Vo^*)와 실제 출력전압(Vo')를 감산연산하여 오차전압(Verr)을 출력하게 되면, 이를 입력받은 상기 제1 비례적분기(42)는 상기 감산기(41)의 출력전압(Verr)을 비례적분하여 전류에 대한 정보(Im)를 생성하여 출력하게 된다.

그리고, 감산기(44)는 상기 제1 비례 적분기(42)의 출력전류(Im)와 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 실제 입력전압(Vin')을 입력받아 곱셈연산한 곱셈기(43)의 출력신호(Iin^*)에서 실제 입력전류(Iin)를 감산연산하여 전류 오차(Ierr)를 출력하게 되고, 상기 감산기(44)의 전류 오차(Ierr)를 입력받은 제2 비례적분기(45)는 이를 비례적분하여 출력하게 된다.

그리고, 각각 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 톱니파와 상기 제2 비례적분기(45)의 출력전류(Isig)를 입력받은 비교기(46)는 이를 비교하여 아이지비티(IGBT)를 제어하는 제어신호(GC)를 도 2의 (b)와 같이 생성하여 출력하게 된다.

여기서, 상기 역률 제어부(40)에서 출력되는 제어신호(GC)가 고전위인 경우, 스위칭 구동부(20)내 아이지비티(IGBT)가 턴온된다.

이에 따라 입력되는 상용전원(Vin)을 정류하여 출력하는 정류부(10)의 직류전압(Vin')은 인덕터(L) 및 상기 턴온된 아이지비티(IGBT)를 통해 접지로 흐름에 따라 상기 인덕터(L)에 에너지가 축척되고, 커패시터(Co)에 축적된 에너지는 부하(RL)로 전달된다.

그리고, 상기 역률 제어부(40)에서 출력되는 제어신호(GC)가 저전위로 인가되는 경우, 상기 스위칭 구동부(20)내 아이지비티(IGBT)가 턴오프되므로, 상기 인덕터(L)에 축적된 에너지가 도 4와 같은 특성을 지닌 고속 회복 다이오드(FRD)를 통해 상기 커패시터(Co)에 전달된다.

여기서, 상기 제어신호(GC)에 의해 상기 아이지비티(IGBT)가 턴온 및 턴오프됨에 따른 상기 인덕터(L)를 통해 흐르는 전류는 도 3과 같이 흐르게 된다.

상기와 같이 종래의 기술에 있어서 아이지비티가 턴온 및 턴오프 스위칭시 고속 회복 다이오드의 역회복 시간동안 소수 캐리어의 이동에 의한 역방향 전류 및 인덕터의 공진성 노이즈가 발생함으로써, 상기 아이지비티의 초기 턴온시 높은 전류에 의한 손실이 발생하여 효율이 절감됨과 아울러 전자기 장애(Electro-Magnetic Interference) 및 전자기 차폐(Electro-Magnetic Shielding) 특성이 저하되고, 이를 방지하기 위하여 접지 및 전장부에 페라이트 코아를 삽입함에 따라 전체적인 제조 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 별도의 인덕터와 고속 회복 다이오드를 구비하여 아이지비티의 턴온시 고속 회복 다이오드의 역회복 시간동안 소수 캐리어의 이동에 의한 역방향 전류 및 인덕터의 공진성 노이즈의 발생을 방지하도록 한 역률제어용 승압형 컨버터를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 역률 제어용 승압형 컨버터의 구성을 보인 회로도.

도 2는 도 1에서 역률제어부내 각 부의 전압 및 전류 파형도.

도 3은 도 1에서 시간에 따른 인덕터의 전류 파형도.

도 4는 도 1에서 시간에 따른 다이오드의 전류 파형도.

도 5는 본 발명 역률제어용 승압형 컨버터의 구성을 보인 회로도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

100 : 정류부 110 : 스위칭 구동부

120 : 출력전압 검출부 130 : 역률 제어부

L1,L2 : 인덕터 FRD1, FRD2 : 고속 회복 다이오드

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 입력되는 상용전원을 정류하여 직류 전압을 출력하는 정류부와; 스위칭시 발생되는 역방향 전류의 유입을 차단하여 노이즈의 발생을 최소화하며 상기 정류부에서 출력되는 전압에 대해 역률을 개선하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 구동부와; 상기 스위칭 구동부에서 출력되는 전압을 필터링하여 부하로 공급하는 커패시터와; 상기 부하 동작시 발생하는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부와; 상기 스위칭 구동부의 입력 전압 및 입력 전류와 상기 출력전압 검출부에서 검출된 출력전압에 따라 상기 스위칭 구동부의 동작을 제어하는 역률 제어부로 구성하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예에 대한 동작과 작용효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명 역률제어용 승압형 컨버터의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력되는 상용전원(Vin)을 정류하여 직류 전압(Vin')을 출력하는 정류부(100)와; 스위칭시 발생되는 역방향 전류의 유입을 차단하여 노이즈의 발생을 최소화하며 상기 정류부(100)에서 출력되는 전압에 대해 역률을 개선하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 구동부(110)와; 상기 스위칭 구동부(110)에서 출력되는 전압을 필터링하여 부하(RL)로 공급하는 커패시터(Co)와; 상기 부하(RL) 동작시 발생하는 출력전압(Vo')을 검출하는 출력전압 검출부(120)와; 상기 스위칭 구동부(110)의 입력 전류(Iin), 입력 전압(Vin') 및 상기 출력전압 검출부(120)의 출력 전압(Vo')에 따라 상기 스위칭 구동부(110)의 동작을 제어하는 역률 제어부(130)로 구성한다.

그리고, 상기 스위칭 구동부(110)는 일측이 상기 정류부(100)의 출력단에 연결된 인덕터(L1)와; 상기 제어신호(GC)에 의해 상기 정류부(10)의 직류전압의 출력을 제어하는 아이지비티(IGBT)와; 애노드가 상기 인덕터(L1)의 타측에 연결되어 출력전압의 역유입을 방지하는 고속 회복 다이오드(FRD1)와; 일측이 상기 인덕터(L1)의 타측에 연결되고 타측이 상기 아이지비티(IGBT)의 콜렉터에 연결되어 상기 고속 회복 다이오드(FRD1)의 역방향 전류가 상기 아이지비티(IGBT)로 유입됨을 차단하는 인덕터(L2)와; 애노드가 상기 인덕터(L2)의 타측에 연결되어 상기 인덕터(L2)의 역방향 전류를 커패시터(Co)로 출력하는 고속 회복 다이오드(FRD2)로 구성한다.

그리고, 상기 역률 제어부(130)는 기준전압(Vo^*)에서 실제 출력전압(Vo')를 감산연산하여 오차전압(Verr)을 출력하는 감산기(131)와; 상기 감산기(131)의 출력전압(Verr)을 비례적분하여 전류에 대한 정보(Im)를 생성하는 제1 비례적분기(132)와; 상기 제1 비례 적분기(132)의 출력전류(Im)와 실제 입력전압(Vin')을 곱셈연산하는 곱셈기(133)와; 상기 곱셈기(133)의 출력신호(Iin^*)에서 실제 입력전류(Iin)를 감산연산하여 전류 오차(Ierr)를 출력하는 감산기(134)와; 상기 감산기(134)의 전류 오차(Ierr)를 비례적분하는 제2 비례적분기(135)와; 상기 제2 비례적분기(135)의 출력전류(Isig)와 톱니파를 비교하여 아이지비티(IGBT)를 제어하는 비교기(136)로 구성하며, 이와 같이 구성한 본 발명의 동작과정을 상세히 설명한다.

우선, 역률 제어부(130)에서 스위칭 구동부(110)내 아이지비티(IGBT)의 스위칭을 제어하는 동작은 종래와 동일하게 동작한다. 즉, 감산기(131)에서 상기 기준전압(Vo^*)에서 실제 출력전압(Vo')을 감산연산하여 오차전압(Verr)을 출력하면, 이를 입력받은 상기 제1 비례적분기(132)는 상기 감산기(131)의 출력전압(Verr)을 비례적분하여 전류에 대한 정보(Im)를 생성한다.

그리고, 상기 제1 비례 적분기(132)의 출력전류(Im)와 실제 입력전압(Vin')을 입력받아 곱셈연산한 곱셈기(133)의 출력신호(Iin^*)를 입력받은 감산기(134)는 실제 입력전류(Iin)와 감산연산하여 전류 오차(Ierr)를 출력하고, 상기 감산기(134)의 전류 오차(Ierr)를 입력받은 제2 비례적분기(135)는 이를 비례적분하여 출력한다.

그리고, 비교기(136)는 상기 제2 비례적분기(135)의 출력전류(Isig)와 톱니파를 비교하여 상기 아이지비티(IGBT)를 제어하는 제어신호(GC)를 출력한다.

여기서, 상기 역률 제어부(130)에서 출력되는 제어신호(GC)가 고전위인 경우, 상기 스위칭 구동부(110)내 아이지비티(IGBT)가 턴온되므로 정류부(100)의 출력전류가 인덕터(L1)(L2) 및 턴온된 아이지비티(IGBT)를 통해 흐름에 따라 상기 인덕터(L1)는 에너지를 축척하며, 이때, 부하(RL)는 커패시터(Co)에 축적된 에너지를 입력받아 동작한다.

이때, 상기 고속 회복 다이오드(FRD1)(FRD2)의 역회복시간 동안 소수 캐리어에 의해 발생하는 역방향 전류가 상기 인덕터(L2)의 인덕턴스 성분에 의해 짧은 시간동안 상기 아이지비티(IGBT)로 유입되는 것을 차단하고, 이후 상기 고속 회복 다이오드(FRD2)는 상기 인덕터(L2)내 역방향 전류를 상기 커패시터(Co)로 출력하여 공진성 노이즈를 감쇄시킨다.

그리고, 상기 역률 제어부(130)에서 출력되는 제어신호(GC)가 저전위로 인가되는 경우, 이를 입력받은 상기 아이지비티(IGBT)가 턴오프되므로 상기 인덕터(L1)는 축적된 에너지를 고속 회복 다이오드(FRD1)(FRD2) 및 인덕터(L2)를 통해 상기 커패시터(Co)에 출력하고, 이를 입력받은 상기 커패시터(Co)는 이의 필터링하여 부하(RL)로 공급한다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 인덕터와 고속 회복 다이오드를 구비하여 아이지비티의 턴온시 고속 회복 다이오드의 역회복 시간동안 소수 캐리어의 이동에 의한 역방향 전류의 유입을 차단하여 고주파 성분의 노이즈 및 공진성 노이즈를 최소화함으로써, 상기 아이지비티의 효율을 상승시키고, 또한, 접지 및 전장부에 삽입하는 페라이트 코아의 크기 및 갯수를 줄여 필터 설계가 용이해짐과 아울러 전체적인 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims

입력되는 상용전원을 정류하여 직류 전압을 출력하는 정류부와; 스위칭시 발생되는 역방향 전류의 유입을 차단하여 노이즈의 발생을 최소화하며 상기 정류부에서 출력되는 전압에 대해 역률을 개선하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 구동부와; 상기 스위칭 구동부에서 출력되는 전압을 필터링하여 부하로 공급하는 커패시터와; 상기 부하 동작시 발생하는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부와; 상기 스위칭 구동부의 입력 전압 및 입력 전류와 상기 출력전압 검출부에서 검출된 출력전압에 따라 상기 스위칭 구동부의 동작을 제어하는 역률 제어부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 역률제어용 승압형 컨버터.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 구동부는 일측이 정류부의 출력단에 연결된 제1 인덕터와; 역률 제어부의 제어신호에 의해 상기 제1 인덕터를 통해 정류부의 직류전압의 출력을 제어하는 아이지비티와; 애노드가 상기 제1 인덕터의 타측에 연결되어 출력전압의 역유입을 방지하는 고속 회복 다이오드와; 일측이 상기 제1 인덕터의 타측에 연결되고 타측이 상기 아이지비티의 콜렉터에 연결되어 상기 제1 고속 회복 다이오드의 역방향 전류가 상기 아이지비티로 유입됨을 차단하는 제2 인덕터와; 애노드가 상기 제2 인덕터의 타측에 연결되어 상기 제2 인덕터의 역방향 전류를 커패시터로 출력하는 제2 고속 회복 다이오드로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 역률제어용 승압형 컨버터.