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KR20160055509A - Power converter and driving mehod for the same - Google Patents

Power converter and driving mehod for the same Download PDF

Info

Publication number
KR20160055509A
KR20160055509A KR1020140155406A KR20140155406A KR20160055509A KR 20160055509 A KR20160055509 A KR 20160055509A KR 1020140155406 A KR1020140155406 A KR 1020140155406A KR 20140155406 A KR20140155406 A KR 20140155406A KR 20160055509 A KR20160055509 A KR 20160055509A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
power conversion
conversion switch
input voltage
node
Prior art date
Application number
KR1020140155406A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정연호
이영달
Original Assignee
주식회사 솔루엠
삼성전기주식회사
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 솔루엠, 삼성전기주식회사 filed Critical 주식회사 솔루엠
Priority to KR1020140155406A priority Critical patent/KR20160055509A/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Abstract

The purpose of the present invention is to provide a power supply device with high efficiency and a small volume, and a driving method thereof. The present invention relates to a power device, and a driving method thereof. The power device comprises: a power conversion unit for generating and storing charging voltage by receiving input voltage, and alternately outputting first voltage adding the input voltage and the charging voltage, and second voltage lower than the input voltage; a converter unit for outputting output voltage by alternately receiving the first voltage and the second voltage; and a control unit for controlling the power conversion unit and the converter unit.

Description

전원장치 및 그의 구동방법{POWER CONVERTER AND DRIVING MEHOD FOR THE SAME}POWER CONVERTER AND DRIVING MEHOD FOR THE SAME BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 전원장치 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a power supply apparatus and a driving method thereof.

전원장치는 AC/DC 컨버터와 DC/DC 컨버터의 두 가지로 구분될 수 있다. AC/DC 컨버터는, 정류단, PFC, DC/DC 단으로 구성된 구조가 널리 쓰인다. 그리고, DC/DC 컨버터는 낮은 입력전압을 공급받아 DC/DC 단을 통해 소정의 전압을 출력한다. 이러한 전원장치에 적용된 DC/DC 단에 적용되는 토폴로지로는 여러 가지가 있다. 이 중 LLC 컨버터는 낮은 스위칭 손실과 출력 인덕터가 없어 코어의 손실이 적은 장점이 있다. Power supplies can be divided into two types, AC / DC converter and DC / DC converter. AC / DC converters are widely used because they consist of rectifier, PFC, and DC / DC stages. The DC / DC converter receives a low input voltage and outputs a predetermined voltage through the DC / DC converter. There are many topologies that apply to DC / DC stages applied to these power supplies. Among them, LLC converter has advantages of low switching loss and no loss of core due to no output inductor.

하프브릿지 LLC 공진형 컨버터는 입력전압의 1/2만을 공진부의 입력 전압으로 사용하기 때문에 높은 전압 이득을 얻을 수 없는 단점이 있다. 또한, 입력전압이 낮기 때문에 변압기의 턴비를 높일 수 없어 1차측 전류 손실로 인해 높은 효율을 얻을 수 없다.
The half bridge LLC resonant converter uses only half of the input voltage as the input voltage of the resonating part, so that it can not obtain a high voltage gain. In addition, since the input voltage is low, the turn ratio of the transformer can not be increased, and high efficiency can not be obtained due to the primary side current loss.

KR 제2011-0034776호 (2011.04.06 공개)KR 2011-0034776 (published on April 4, 2011) KR 제2011-0138997호 (2011.12.28 공개)KR 2011-0138997 (published on December 28, 2011)

본 발명의 목적은, 효율이 높고 부피가 작은 전원공급장치 및 그의 구동방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a power supply device with high efficiency and small volume and a method of driving the same.

본 발명의 제1실시형태는, 입력전압을 전달받아 충전전압을 생성하여 저장하고, 입력전압과 충전전압을 합산한 제1전압과, 입력전압보다 낮은 제2전압을 교번적으로 출력하는 전력변환부, 제1전압과 제2전압을 교번적으로 전달받아 출력전압을 출력하는 컨버터부, 및 전력변환부와 컨버터부를 제어하는 제어부를 포함하는 전원장치에 관한 것이다. According to a first aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus for generating and storing a charging voltage by receiving an input voltage, for converting a first voltage obtained by summing an input voltage and a charging voltage and a second voltage lower than the input voltage, A converter unit for receiving the first voltage and the second voltage alternately and outputting an output voltage, and a power unit including a power conversion unit and a control unit for controlling the converter unit.

본 발명의 제2실시형태는, 공급되는 입력전압을 이용하여 출력전압을 출력하는 전원공급장치의 구동방법으로, 입력전압에 대응하여 충전전압을 생성하고, 입력전압과 충전전압을 합산한 제1전압을 출력하는 단계, 입력전압보다 낮은 제2전압을 출력하는 단계, 및 교번적으로 전달된 제1전압과 상기 제2전압을 전달받아 상기 출력전압을 생성하는 단계를 포함하는 전원장치의 구동방법에 관한 것이다.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a driving method of a power supply device that outputs an output voltage using an input voltage to be supplied. The method includes generating a charging voltage corresponding to an input voltage, A step of outputting a voltage, a step of outputting a second voltage lower than the input voltage, and a step of generating the output voltage by receiving the alternately transmitted first voltage and the second voltage .

본 발명에 따른 전원장치 및 그의 구동방법에 의하면, 구조가 간단하고 크기가 작은 전원장치를 제공할 수 있고 전력변환 손실을 줄일 수 있어 효율을 높일 수 있다.
According to the power supply device and the driving method thereof according to the present invention, it is possible to provide a power supply device that is simple in structure and small in size, and can reduce power conversion loss, thereby improving efficiency.

도 1은 본 발명에 따른 전원장치의 일 실시예를 나타내는 구조도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전원장치의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전원장치의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 2에 도시된 전원장치에서 듀티비 변화에 따른 공진부에 입력되는 전압변화와 일반적인 LLC 컨버터의 공진부에 입력되는 전압을 비교하는 그래프이다.1 is a structural diagram showing an embodiment of a power supply device according to the present invention.
2 is a circuit diagram showing an embodiment of the power supply apparatus shown in FIG.
3 is a flowchart showing the operation of the power supply apparatus shown in Fig.
FIG. 4 is a graph comparing a voltage input to the resonance part according to a duty ratio change in the power supply device shown in FIG. 2 and a voltage input to a resonant part of a general LLC converter.

본 발명에 따른 자가 충전이 가능한 전원장치의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.The technical advantages of the power supply device capable of self-charging according to the present invention will be apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. In this specification, the terms first, second, etc. are used to distinguish one element from another element, and the element is not limited by these terms.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 전원장치의 일 실시예를 나타내는 구조도이다.1 is a structural diagram showing an embodiment of a power supply device according to the present invention.

도 1을 참조하면, 전원장치(100)는 전력변환부(110), 컨버터부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the power supply apparatus 100 may include a power conversion unit 110, a converter unit 120, and a control unit 130.

전력변환부(110)는 입력전압(Vs)을 전달받아 충전전압을 생성하여 저장하고, 입력전압과 충전전압을 합산한 제1전압(V1)과, 입력전압(Vs)보다 낮은 제2전압(V2)을 교번적으로 출력할 수 있다. 교번적으로 출력되는 것은 제1전압(V1)과 제2전압(V2)이 동시에 출력되지 않는 것을 의미할 수 있다. 여기서, 입력전압(Vs)은 PFC 컨버터(미도시)로부터 전달받을 수 있고 충전전압은 전력변환부(110)에서 입력전압(Vs)을 충전하여 생성할 수 있다. 또한, 제2전압(V2)은 접지에 의해 O전압일 수 있다. 전력변환부(110)는 입력전압(V1)에 충전전압을 합산한 전압을 전달할 수 있어, 입력전압(V1)이 낮더라도 충분히 높은 전압을 컨버터부(120)에 전달할 수 있다. The power converting unit 110 receives the input voltage Vs to generate and store the charging voltage and generates a first voltage V1 by summing the input voltage and the charging voltage and a second voltage Vs lower than the input voltage Vs V2) can be alternately output. The alternating output may mean that the first voltage V1 and the second voltage V2 are not output at the same time. Here, the input voltage Vs can be received from the PFC converter (not shown), and the charge voltage can be generated by charging the input voltage Vs in the power conversion unit 110. Further, the second voltage V2 may be an O voltage by grounding. The power conversion unit 110 can transmit the voltage obtained by adding the charging voltage to the input voltage V1 and can transmit a sufficiently high voltage to the converter unit 120 even if the input voltage V1 is low.

컨버터부(120)는 전력변환부(110)로부터 제1전압(V1)과 제2전압(V2)을 교번적으로 전달받아 출력전압(Vo)을 출력할 수 있다. 또한, 컨버터부(120)는 제1전압(V1)과 제2전압(V2)을 전달받아 소정의 제3전압을 생성한 후 제3전압을 정류하여 출력전압(Vo)을 출력할 수 있다. 즉, 컨버터부(120)는 입력전압(Vs)보다 높은 제1전압(V1)을 전달받아 출력전압을 생성할 수 있어 높은 효율을 얻을 수 있다. The converter unit 120 may alternately receive the first voltage V1 and the second voltage V2 from the power conversion unit 110 and output the output voltage Vo. The converter unit 120 may receive the first voltage V1 and the second voltage V2 to generate a predetermined third voltage and then rectify the third voltage to output the output voltage Vo. That is, the converter unit 120 can generate the output voltage by receiving the first voltage V1 higher than the input voltage Vs, thereby achieving high efficiency.

제어부(130)는 전력변환부(110)와 컨버터부(120)의 동작을 제어하여 전력변환부(110)에서 충전전압을 생성하고, 제1전압(V1)과 제2전압(V2)을 교번적으로 출력할 수 있다. 또한, 컨버터부(120)에서 생성된 제3전압을 정류하여 출력전압(Vo)이 출력되도록 할 수 있다.
The control unit 130 controls the operations of the power conversion unit 110 and the converter unit 120 to generate a charging voltage at the power conversion unit 110. The control unit 130 alternately outputs the first voltage V1 and the second voltage V2 It is possible to print it. Further, the third voltage generated by the converter unit 120 may be rectified to output the output voltage Vo.

도 2는 도 1에 도시된 전원장치의 일 실시예를 나타내는 회로도이다. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the power supply apparatus shown in FIG.

도 2를 참조하면, 전원장치(100)는 전력변환부(110), 컨버터부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the power supply apparatus 100 may include a power conversion unit 110, a converter unit 120, and a control unit 130.

전력변환부(110)는 입력전압(Vs)과 직렬로 연결되는 제1캐패시터(Cb)와, 턴온되면 입력전압을 전달받아 제1캐패시터(Cb)에 전달하여 충전전압(Vcb)을 생성하고 제1전압(V1)을 컨버터부(120)에 전달하는 제1전력변환스위치(FET1)와, 턴온되면 컨버터부(120)에 제2전압을 전달하는 제2전력변환스위치(FET2)와, 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치 (FET2)의 턴온/턴오프 동작에 의해 제1캐패시터(Cb)에 전류의 흐름에 따라 충전전압의 크기를 조절하는 제1인덕터(LB)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)는 FET(Field effect transistor)로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, MOS(Metal Oxide semiconductor) 트랜지스터, BJT(Bipolar junction transistor) 등의 스위칭소자일 수 있다. The power conversion unit 110 includes a first capacitor Cb connected in series with the input voltage Vs and a second capacitor Cb receiving the input voltage when turned on to generate a charge voltage Vcb by transmitting the input voltage to the first capacitor Cb, A first power conversion switch FET1 for transferring a first voltage V1 to the converter unit 120 and a second power conversion switch FET2 for transferring a second voltage to the converter unit 120 when turned on, And a first inductor LB that adjusts the magnitude of the charge voltage according to the flow of current through the first capacitor Cb by the turn-on / turn-off operation of the power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2 can do. Here, the first power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2 are illustrated as FETs (Field Effect Transistors), but the present invention is not limited thereto and may be a metal oxide semiconductor (MOS) transistor, a bipolar junction transistor (BJT) Or the like.

또한, 전력변환부(110)는 제1노드(N1)와 제2노드(N2) 사이에 연결되는 제1인덕터(LB), 제1전극은 제3노드(N3)에 연결되고 제2전극은 제2노드(N2)에 연결되고 게이트전극은 제1스위칭신호(Q1)가 전달되는 제1전력변환스위치(FET1), 제1전극은 제2노드(N2)에 연결되고 제2전극은 접지에 연결되고 게이트전극은 제2스위칭신호(Q2)가 전달되는 제2전력변환스위치(FET2), 제1전극은 제1노드(N1)에 연결되고 제2전극은 제3노드(N3)에 연결되는 제1캐패시터(Cb)를 포함하고, 제1노드(N1)와 접지 사이에 입력전압(Vs)이 전달될 수 있다. 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)는 각각 제1스위칭신호(Q1)와 제2스위칭신호(Q2)에 턴온/턴오프동작을 수행하여 교번적으로 턴온되며 동시에 턴온 상태가 유지되지 않을 수 있다. 또한, 전력변환부(110)는 제1전력변환스위치 (FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)의 스위칭동작에 대응하여 제1인덕터(LB)에 쌓이는 에너지에 의해 제1캐패시터(Cb)에 충전되는 충전전압(Vcb)의 크기가 조절될 수 있다. The power conversion unit 110 includes a first inductor LB connected between the first node N1 and the second node N2, a first electrode connected to the third node N3, And a gate electrode connected to the second node N2 and having a first power conversion switch FET1 through which the first switching signal Q1 is transferred, a first electrode connected to the second node N2, and a second electrode connected to the ground And a gate electrode connected to a second power conversion switch (FET2) through which a second switching signal (Q2) is transferred, a first electrode connected to the first node (N1) and a second electrode connected to the third node (N3) Includes a first capacitor Cb, and an input voltage Vs may be transmitted between the first node N1 and ground. The first power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2 are turned on alternately by performing a turn-on / turn-off operation on the first switching signal Q1 and the second switching signal Q2, respectively, The state may not be maintained. The power conversion unit 110 is connected to the first capacitor Cb by the energy accumulated in the first inductor LB in response to the switching operation of the first power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2 The magnitude of the charging voltage Vcb to be charged can be adjusted.

컨버터부(120)는 공진부(121), 변압기(122), 정류부(123)를 포함할 수 있다. 공진부(121)는 제2인덕터(LR), 제3인덕터(Llkg), 제4인덕터(LM) 및 제2캐패시터(Vcr)를 포함할 수 있고, 변압기(122)는 일차측에 배치되는 제5인덕터(LT1)와 이차측에 배치되는 제6인덕터(LT2)를 포함할 수 있다. 제6인덕터(LT2)는 제1서브권선(LT21)과 제2서브권선(LT22)을 포함할 수 있다. 그리고, 정류부(123)는 제6인덕터(LT2)와 연결되는 제1정류스위치(SR1)와 제2정류스위치(SR2)를 포함할 수 있다. 제1정류스위치(SR1)와 제2정류스위치(SR2)는 FET로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, MOS 트랜지스터, BJT 등의 스위칭소자일 수 있다. 제1정류스위치(SR1)와 제2정류스위치(SR2)는 각각 제1정류신호(sr1)와 제2정류신호(sr2)를 전달받아 교번적으로 턴온될 수 있다. 또한, 정류부(123)는 센터탭 방식으로 구현되어 제1서브권선(LT21)과 제2서브권선(LT22) 사이에 탭(T)이 형성되며 제1정류스위치(SR1)는 제1서브권선(LT21)과 연결되고 제2정류스위치(SR2)는 제2서브권선(LT22)과 연결될 수 있다. 여기서, 정류부(123)는 센터탭 방식만에 한정되는 것은 아니며 풀브릿지 방식을 채용하는 것도 가능하다. 그리고, 정류부(123)에서 정류된 출력전압(Vo)은 출력캐패시터(Co)을 통해 부하(RO)에 전달될 수 있다. The converter unit 120 may include a resonator unit 121, a transformer 122, and a rectifier unit 123. The resonator 121 may include a second inductor LR, a third inductor Llkg, a fourth inductor LM and a second capacitor Vcr. The transformer 122 may include a first A fifth inductor LT1 and a sixth inductor LT2 arranged on the secondary side. The sixth inductor LT2 may include a first sub-winding LT21 and a second sub-winding LT22. The rectification unit 123 may include a first rectification switch SR1 and a second rectification switch SR2 connected to the sixth inductor LT2. Although the first rectifying switch SR1 and the second rectifying switch SR2 are shown as FETs, the present invention is not limited thereto and may be a switching device such as a MOS transistor or a BJT. The first rectification switch SR1 and the second rectification switch SR2 may receive the first rectification signal sr1 and the second rectification signal sr2 and may be alternately turned on. The rectifying part 123 is implemented in a center tap manner so that a tap T is formed between the first sub winding LT21 and the second sub winding LT22 and the first rectifying switch SR1 is connected to the first sub winding LT21 and the second commutation switch SR2 may be connected to the second sub-winding LT22. Here, the rectifying unit 123 is not limited to the center tap method, and a full bridge method may be employed. The output voltage Vo rectified by the rectification unit 123 may be transmitted to the load RO through the output capacitor Co.

컨버터부(120)는 전력변환부(110)의 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)의 동작에 따라 변압기()에 에너지를 전달할 수 있다. 즉, 전력변환부(110)와 컨버터부(120)는 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)를 공유할 수 있다. 그리고, 컨버터부(120)는 전력변환부(110)의 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)를 포함하면 일반적인 LLC 컨버터일 수 있다. 하지만, 컨버터부(120)이 LLC 컨버터에 한정되는 것은 아니다. The converter unit 120 may transmit energy to the transformer according to the operation of the first power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2 of the power conversion unit 110. [ That is, the power conversion unit 110 and the converter unit 120 may share the first power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2. The converter unit 120 may be a general LLC converter including a first power conversion switch FET1 and a second power conversion switch FET2 of the power conversion unit 110. [ However, the converter unit 120 is not limited to the LLC converter.

제어부(130)는 제1스위칭신호(Q1)와 제2스위칭신호(Q2)를 출력하여 컨버터부(120)의 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)에 각각 전달할 수 있다. 제어부(130)는 제1스위칭신호(Q1)와 제2스위칭신호(Q2)가 동시에 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)를 턴온되지 않게 할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 제1정류신호(sr1)와 제2정류신호(sr2)를 출력하여 정류부(123)를 제어할 수 있다. 제어부(130)는 제1정류스위치(SR1)와 제2정류스위치(SR2)의 게이트전극에 각각 제1정류신호(sr1)와 제2정류신호(sr2)를 출력하여 제1정류스위치(SR1)와 제2정류스위치(SR2)의 턴온/턴오프 동작을 제어하여 정류함으로써 출력전압을 생성할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 부하(Ro)에 흐르는 전류에 대응하여 제1스위칭신호(Q1)과 제2스위칭신호(Q2)의 출력을 제어할 수 있고 정류부(123)에 흐르는 전류에 대응하여 제1정류신호(sr1)와 제2정류신호(sr2)의 출력을 제어할 수 있다. 하지만, 제어부(130)의 제1스위칭신호(Q1), 제2스위칭신호(Q2) 및/또는 제1정류신호(sr1)와 제2정류신호(sr2)의 제어는 이에 한정되는 것은 아니다. The controller 130 can output the first switching signal Q1 and the second switching signal Q2 to the first power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2 of the converter unit 120 have. The controller 130 can prevent the first switching signal Q1 and the second switching signal Q2 from turning on the first power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2 at the same time. Also, the controller 130 may control the rectifier 123 by outputting the first rectified signal sr1 and the second rectified signal sr2. The controller 130 outputs the first rectification signal sr1 and the second rectification signal sr2 to the gate electrodes of the first rectification switch SR1 and the second rectification switch SR2 to output the first rectification switch SR1 and the second rectification switch SR2, And the second rectification switch SR2 are controlled and rectified to generate the output voltage. The controller 130 may control the output of the first switching signal Q1 and the second switching signal Q2 in response to the current flowing in the load Ro, It is possible to control the output of the one rectification signal sr1 and the second rectification signal sr2. However, the control of the first switching signal Q1, the second switching signal Q2, and / or the first rectification signal sr1 and the second rectification signal sr2 of the control unit 130 is not limited thereto.

상기와 같이 구현된 전원장치는 먼저, 제1스위칭신호(Q1)에 의해 제1전력변환스위치(FET1)가 턴온되면 입력전압(Vs)에 의해 제1전류(ILb)가 제1인덕터(LB)를 통해 제1노드(N1)에서 제2노드(N2)로 흐를 수 있다. 이렇게 흐르는 제1전류(ILb)에 의해 제1캐패시터(Cb)에 충전전압(Vcb)이 형성될 수 있고 컨버터부(120)에도 전류가 전달될 수 있다. 제1전류(ILb)에 의해 컨버터부(120)에 입력되는 전압은 입력전압(Vs)과 충전전압(Vcb)이 합산된 제1전압(V1)이 전달될 수 있다. 컨버터부(120)에 입력되는 전압이 충전전압(Vcb)만큼 입력전압(Vs)보다 더 크기 때문에 입력전압(Vs)을 높은 전압을 사용하지 않을 수 있다. 입력전압(Vs)을 낮은 전압을 사용하는 만큼 제1캐패시터(Cb)는 전류 및 전압 스트레스가 줄어들 수 있어, 용량이 작은 캐패시터를 제1캐패시터(Cb)로 사용할 수 있다. When the first power conversion switch FET1 is turned on by the first switching signal Q1, the first current ILb is supplied to the first inductor LB by the input voltage Vs, To the second node N2 from the first node N1. The charging voltage Vcb can be formed in the first capacitor Cb by the first current ILb flowing in this way and the current can also be transferred to the converter unit 120. [ The voltage input to the converter unit 120 by the first current ILb may be transmitted as the first voltage V1 obtained by summing the input voltage Vs and the charging voltage Vcb. The voltage input to the converter unit 120 is larger than the input voltage Vs by the charge voltage Vcb so that the input voltage Vs may not be used at a higher voltage. As the input voltage Vs is lowered, the first capacitor Cb can be reduced in current and voltage stress, and a capacitor having a small capacity can be used as the first capacitor Cb.

그리고, 제1전류(ILb)에 의해 공진부(121)의 제2캐패시터(Vcr)에는 하기의 수학식 1에 해당하는 전압이 충전될 수 있다.
The second capacitor (Vcr) of the resonance part 121 can be charged with a voltage corresponding to the following equation (1) by the first current (ILb).

Figure pat00001
Figure pat00001

그리고, 제1전력변환스위치(FET1)가 턴오프되고 난 후 제2스위칭신호(Q2)에 의해 제2전력변환스위치(FET2)가 턴온되면, 제1노드(N1)의 전압은 입력전압(Vs) 보다 낮은 제2전압이 될 수 있다. 이때, 제2전력변환스위치(FET2)의 제2전극이 접지에 연결되어 있어, 제2전압은 접지일 수 있다. 이때, 공진부(121)의 제2캐패시터(Vcr)에는 하기의 수학식 2에 해당하는 전압이 충전될 수 있다.
When the second power conversion switch FET2 is turned on by the second switching signal Q2 after the first power conversion switch FET1 is turned off, the voltage of the first node N1 is lower than the input voltage Vs ≪ / RTI > At this time, the second electrode of the second power conversion switch FET2 is connected to the ground, and the second voltage may be grounded. At this time, the second capacitor (Vcr) of the resonance part (121) may be charged with a voltage corresponding to the following equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Vcr은 제2캐패시터(Vcr)에 저장되는 전압을 의미하고, V1은 제1전압을 의미한다.
Here, Vcr denotes a voltage stored in the second capacitor (Vcr), and V1 denotes a first voltage.

변압기(122)는 상기의 수학식 1과 수학식 2에 나타난 것과 같이 제2캐패시터(Vcr)에 저장되는 전압의 변화에 따른 에너지를 일차측에서 충전하여 이차측으로 전달할 수 있다. 그리고, 정류부(123)는 변압기(122)의 이차측에 전달된 에너지에 의해 생성된 제3전압을 정류하여 출력전압을 생성하여 부하(Ro)에 전달할 수 있다. 또한 변압기(122)는 높은 입력전압에 의해 턴비를 증가시킬 수 있어 일차측의 도통손실을 줄일 수 있다. The transformer 122 can charge the primary energy stored in the second capacitor Vcr to the secondary side as shown in Equations (1) and (2). The rectifying unit 123 rectifies the third voltage generated by the energy transferred to the secondary side of the transformer 122 to generate an output voltage and transfer it to the load Ro. In addition, the transformer 122 can increase the turn ratio by a high input voltage, thereby reducing conduction loss on the primary side.

상기와 같이 동작하는 전원장치(100)에서 제1전력변환스위치(FET1)가 턴온될 때, 제1전류(ILb)는 제1인덕터(LB)를 통해 제2노드(N2)로 전달되기 때문에 제1인덕터(LB)에 생성되는 에너지에 의해 제1노드(N1)에서 제2노드(N2)로 흐르는 제1전류(ILb)의 흐름이 방해를 받아 제1캐패시터(Cb)로 전달되는 전류의 양이 급격히 증가되는 것이 방지될 수 있다.Since the first current ILb is transmitted to the second node N2 through the first inductor LB when the first power conversion switch FET1 is turned on in the power supply apparatus 100 operating as described above, The amount of current delivered to the first capacitor Cb due to the flow of the first current ILb flowing from the first node N1 to the second node N2 due to the energy generated in the one inductor LB Can be prevented from rapidly increasing.

도 3은 도 2에 도시된 전원장치의 동작을 나타내는 순서도이다. 3 is a flowchart showing the operation of the power supply apparatus shown in Fig.

도 3을 참조하면, 공급되는 입력전압(Vs)을 이용하여 출력전압(Vo)을 출력하는 전원장치(100)의 구동방법은 입력전압(Vs)에 대응하여 충전전압(Vcb)을 생성하고, 입력전압(Vs)과 충전전압(Vcb)을 합산한 제1전압(V1)을 출력할 수 있다(S300). 즉, 전력변환부(110)의 제1전력변환스위치(FET1)가 턴온되면 제1캐패시터(Cb)가 충전되어 충전전압이 생성할 수 있다. 충전전압(Vcb)의 크기는 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2)의 듀티비에 의해 조절될 수 있다. 듀티비는 제1전력변환스위치(FET1)와 제2전력변환스위치(FET2) 각각의 턴온구간과 턴오프구간의 비를 의미할 수 있다. 그리고, 제1전압(V1)이 출력된 후 입력전압(VS)보다 낮은 제2전압을 출력할 수 있다. 즉, 전력변환부(110)의 제2전력변환스위치(FET2)가 턴온되면 제2노드(N2)의 전압이 낮아져 입력전압보다 낮은 제2전압이 출력될 수 있다(S310). 제2전압은 접지에 의해 0전압이 될 수 있다. 그리고, 교번적으로 전달된 제1전압(V1)과 제2전압이 전달되면 출력전압을 생성할 수 있다(S330). 컨버터부(120)는 공진부(121)에서 제1전압(V1)과 제2전압에 의해 소정의 전압을 생성하고 생성된 소정의 전압이 변압기(122)를 통해 제3전압(V3)으로 변환되어 정류부(123)로 전달할 수 있다. 정류부(123)는 제3전압(V3)을 정류하여 출력전압(Vo)을 출력할 수 있다.
3, a driving method of a power supply apparatus 100 that outputs an output voltage Vo using a supplied input voltage Vs generates a charging voltage Vcb corresponding to an input voltage Vs, The first voltage V1 obtained by adding the input voltage Vs and the charging voltage Vcb can be output (S300). That is, when the first power conversion switch FET1 of the power conversion unit 110 is turned on, the first capacitor Cb may be charged to generate a charging voltage. The magnitude of the charging voltage Vcb can be adjusted by the duty ratio of the first power conversion switch FET1 and the second power conversion switch FET2. The duty ratio may mean a ratio of a turn-on interval and a turn-off interval of each of the first power conversion switch (FET1) and the second power conversion switch (FET2). After the first voltage V1 is output, a second voltage lower than the input voltage VS can be output. That is, when the second power conversion switch FET2 of the power conversion unit 110 is turned on, the voltage of the second node N2 is lowered and the second voltage lower than the input voltage may be output (S310). The second voltage can be zero voltage by ground. When the first and second voltages V1 and V2 are alternately transferred, the output voltage may be generated (S330). The converter unit 120 generates a predetermined voltage by the first voltage V1 and the second voltage at the resonator unit 121 and converts the predetermined voltage to the third voltage V3 through the transformer 122 And can be transmitted to the rectifying unit 123. The rectifying part 123 rectifies the third voltage V3 to output the output voltage Vo.

도 4는 도 2에 도시된 전원장치에서 듀티비 변화에 따른 공진부에 입력되는 전압변화와 일반적인 LLC 컨버터의 공진부에 입력되는 전압을 비교하는 그래프이다. FIG. 4 is a graph comparing a voltage input to the resonance part according to a duty ratio change in the power supply device shown in FIG. 2 and a voltage input to a resonant part of a general LLC converter.

도 4를 참조하면, 도 2에 도시된 전원장치의 공진부에 입력되는 전압의 크기는 제1캐패시터에 의한 충전전압이 합산되기 때문에 일반적인 LLC 컨버터의 공진부에 입력되는 전압보다 더 높은 전압이 될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 전원장치의 경우 듀티비 변화에도 전압이 감소하는 범위가 더 적은 것을 알 수 있다. 따라서, 전원장치의 효율을 위한 최적설계가 가능함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4, the magnitude of the voltage input to the resonance unit of the power supply device shown in FIG. 2 is higher than the voltage input to the resonance unit of the general LLC converter because the charge voltage by the first capacitor is summed . Also, in the case of the power supply device shown in Fig. 2, it is found that the range in which the voltage decreases even with the duty ratio change is smaller. Thus, it can be seen that the optimum design for the efficiency of the power supply device is possible.

본 명세서의 청구항들에서, 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로서 표현된 요소는 특정 기능을 수행하는 임의의 방식을 포괄하고, 이러한 요소는 특정 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합, 또는 특정 기능을 수행하기 위한 소프트웨어를 수행하기 위해 적합한 회로와 결합된, 펌웨어, 마이크로코드 등을 포함하는 임의의 형태의 소프트 웨어를 포함할 수 있다.In the claims hereof, the elements depicted as means for performing a particular function encompass any way of performing a particular function, such elements being intended to encompass a combination of circuit elements that perform a particular function, Microcode, etc., coupled with suitable circuitry to perform the software for the computer system 100. The computer system 100 may include any type of software, including firmware, microcode, etc.,

본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일 실시예' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일 실시예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. Reference throughout this specification to " one embodiment ", etc. of the principles of the invention, and the like, as well as various modifications of such expression, are intended to be within the spirit and scope of the appended claims, it means. Thus, the appearances of the phrase " in one embodiment " and any other variation disclosed throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment.

본 명세서에서 '연결된다' 또는 '연결하는' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 아울러 본 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는' 으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
It will be understood that the term " connected " or " connecting ", and the like, as used in the present specification are intended to include either direct connection with other components or indirect connection with other components. Also, the singular forms in this specification include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, components, steps, operations, and elements referred to in the specification as " comprises " or " comprising " refer to the presence or addition of one or more other components, steps, operations, elements, and / or devices.

100: 전원장치 110: 전력변환부
120: 컨버터부 121: 공진부
122: 변압기 123: 정류부
130: 제어부 FET1: 제1전력변환스위치
FET2: 제2전력변환스위치100: power supply unit 110: power conversion unit
120: converter section 121: resonance section
122: Transformer 123:
130: control unit FET1: first power conversion switch
FET2: second power conversion switch

Claims (9)

입력전압을 전달받아 충전전압을 생성하여 저장하고, 상기 입력전압과 상기 충전전압을 합산한 제1전압과, 상기 입력전압보다 낮은 제2전압을 교번적으로 출력하는 전력변환부;
상기 제1전압과 상기 제2전압을 교번적으로 전달받아 출력전압을 출력하는 컨버터부; 및
상기 전력변환부와 상기 컨버터부를 제어하는 제어부를 포함하는 전원장치.
A power converter for generating and storing a charging voltage by receiving an input voltage and alternately outputting a first voltage obtained by summing the input voltage and the charging voltage and a second voltage lower than the input voltage;
A converter unit receiving the first voltage and the second voltage alternately and outputting an output voltage; And
And a control unit for controlling the power conversion unit and the converter unit.
제1항에 있어서,
상기 전력변환부는 상기 입력전압과 직렬로 연결되는 제1캐패시터와, 턴온되면 상기 입력전압을 전달받아 상기 제1캐패시터에 전달하여 상기 충전전압을 생성하고 상기 제1전압을 상기 컨버터부에 전달하는 제1전력변환스위치와, 턴온되면 상기 컨버터부에 상기 제2전압을 전달하는 제2전력변환스위치와, 상기 제1전력변환스위치와 상기 제2전력변환스위치의 턴온/턴오프 동작에 의해 전류의 흐름에 따라 상기 충전전압의 크기를 조절하는 제1인덕터를 포함하는 전원장치.
The method according to claim 1,
The power conversion unit includes a first capacitor connected in series to the input voltage, and a second capacitor that receives the input voltage when it is turned on, transfers the input voltage to the first capacitor to generate the charge voltage, and transmits the first voltage to the converter unit. A second power conversion switch for transmitting the second voltage to the converter unit when the first power conversion switch is turned on and a second power conversion switch for turning on and off the current flow by the first power conversion switch and the second power conversion switch, And a first inductor that adjusts the magnitude of the charging voltage according to the charging voltage.
제1항에 있어서,
상기 전력변환부는 제1노드와 제2노드 사이에 연결되는 제1인덕터, 제1전극은 제3노드에 연결되고 제2전극은 상기 제2노드에 연결되고 게이트전극은 제1스위칭신호가 전달되는 제1전력변환스위치, 제1전극은 상기 제2노드에 연결되고 제2전극은 접지에 연결되고 게이트전극은 제2스위칭신호가 전달되는 제2전력변환스위치, 제1전극은 상기 제1노드에 연결되고 제2전극은 상기 제3노드에 연결되는 제1캐패시터를 포함하고, 상기 제1노드와 상기 접지 사이에 입력전압이 전달되는 전원장치.
The method according to claim 1,
The power conversion unit includes a first inductor connected between a first node and a second node, a first electrode connected to a third node, a second electrode connected to the second node, and a gate electrode connected to a first switching signal A first power conversion switch, a first power conversion switch having a first electrode connected to the second node, a second electrode connected to ground, and a gate electrode connected to a second switching signal, And a second electrode coupled to the third node, wherein an input voltage is transferred between the first node and the ground.
제2항에 있어서,
상기 상기 제1캐패시터에 충전되는 충전전압의 전압레벨은 상기 제1전력변환스위치와 상기 제2전력변환스위치의 듀티비에 대응하여 결정되는 전원장치.
3. The method of claim 2,
Wherein a voltage level of a charge voltage charged in the first capacitor is determined in accordance with a duty ratio of the first power conversion switch and the second power conversion switch.
제1항에 있어서,
상기 컨버터부는 LLC 컨버터인 전원장치.
The method according to claim 1,
Wherein the converter portion is an LLC converter.
공급되는 입력전압을 이용하여 출력전압을 출력하는 전원공급장치의 구동방법에 있어서,
상기 입력전압에 대응하여 충전전압을 생성하고, 상기 입력전압과 상기 충전전압을 합산한 제1전압을 출력하는 단계;
상기 입력전압보다 낮은 제2전압을 출력하는 단계; 및
교번적으로 전달된 상기 제1전압과 상기 제2전압에 의해 상기 출력전압을 생성하는 단계를 포함하는 전원장치의 구동방법.
A driving method of a power supply apparatus for outputting an output voltage using an input voltage to be supplied,
Generating a charging voltage corresponding to the input voltage, and outputting a first voltage obtained by summing the input voltage and the charging voltage;
Outputting a second voltage lower than the input voltage; And
And generating the output voltage by the first voltage and the second voltage alternately transmitted.
제6항에 있어서,
상기 제1전압을 출력하는 단계는 제1전력변환스위치가 턴온되면 제1캐패시터에 소정 전압을 충전시켜 상기 충전전압을 생성하는 단계를 포함하는 전원장치의 구동방법.
The method according to claim 6,
Wherein the step of outputting the first voltage includes charging the first capacitor with a predetermined voltage when the first power conversion switch is turned on to generate the charging voltage.
제7항에 있어서,
상기 충전전압의 크기는 상기 제1전력변환스위치의 듀티비에 의해 조절되는 전원장치의 구동방법.
8. The method of claim 7,
Wherein a magnitude of the charge voltage is controlled by a duty ratio of the first power conversion switch.
제6항에 있어서,
상기 출력전압은 동기정류기에 의해 정류된 전압인 전원장치의 구동방법.The method according to claim 6,
Wherein the output voltage is a voltage rectified by a synchronous rectifier.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023195601A1 (en) * 2022-04-04 2023-10-12 삼성전자 주식회사 Electronic device having charging circuit
EP4459854A1 (en) * 2023-05-02 2024-11-06 Fluke Corporation Piece-wise linear control system for a resonant converter

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