KR101564004B1 - 직류 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 변환 장치를 공개한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직류 변환 장치는, 교류 전원을 정류하여 평활화되지 않은 직류 전원을, 전자 기기의 부하들이 연결되는 출력단으로 출력하되, 평활화되지 않은 직류 전원을 이용하여 충전부에 포함된 하나 이상의 콘덴서에 전원을 충전한 후, 입력 교류 전원의 제로 크로싱 포인트를 검출하여, 출력단으로 출력되는 직류 전원의 전압이 낮아지는 추세에 있고 사전에 설정된 기준 전압값 이하로 떨어질 때, 즉, 제로 크로싱 포인트 부근에서, 충전부에 충전된 전압을 출력단으로 방전시켜 출력단의 전압을 상승시킴으로써, 출력단의 직류 전원을 평활화시킨다. 이처럼, 본 발명은 부피가 크고 소자의 신뢰도가 낮은 전해 콘덴서를 사용하지 않고 정류된 전원을 평활화시킴으로써, 제품 소형화에 적합하고, 보다 신뢰성이 확보된 직류 변환 장치를 제공할 수 있다.

Description

직류 변환 장치{AC-DC converter}
본 발명은 직류 변환 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 직류 평활에 전해 콘덴서를 전원에 접속하여 평활 하지 않는 직류 변환 장치에 관한 것이다.
교류 전원을 직류 전원으로 변환시켜주는 직류 변환 장치는, TV, 냉장고 등과 같은 거의 모든 전자 장치에 설치되어, 상용 전원으로 제공되는 교류 전원을 직류로 정류하여 내부 부하로 제공하는 장치로서 시대의 변화에 따라서 다양한 요구 사항이 제기되고 있다. 예를 들면, 제품의 소형화에 따라서 직류 변환 장치의 소형화 및 고효율성과 함께 내구성이 향상된 직류 변환 장치에 대한 기대가 증폭되고 있다.
종래의 직류 변환 장치에서는 일반적으로 사용자의 디바이스에 안정된 직류 전원을 공급하기 위해서 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 사용하고 있다. 그러나, 상술한 SMPS를 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 경우에는 사용자의 디바이스에 안정적인 직류 전원을 공급하지 못하는 문제점이 발생하였다.
또한, SMPS는 교류 전원을 직류로 변환한 후, 평활되지 않은 직류 전원에 포함된 전압 리플을 감소시키기 위해서 회로의 1차 및 2차, 또는 2차측에 대용량의 전해 콘덴서를 사용하기 때문에 직류 변환 장치의 크기가 커지는 문제점 및 장시간 사용시에 전해 콘덴서의 고장으로 인해, 직류 변환 장치가 포함된 디바이스 전체의 고장을 유발하는 문제점이 발생하였다.
따라서, 사용자의 디바이스에 안정적인 직류 전원을 공급하면서 이와 동시에 대용량의 전해 콘덴서를 사용하지 않고도 평활되지 않은 직류 전원을 평활화시킬 수 있는 직류 변환 장치가 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 부피가 큰 전해콘덴서를 이용하지 않고서도, 직류 변환된 전원을 평활화시킬 수 있는 직류 변환 장치를 제공함으로써, 직류 변환 장치 및 이를 포함하는 디바이스를 소형화하면서도 높은 신뢰도를 확보할 수 있는 직류 변환 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치는, 입력된 교류 전원을 정류하여, 평활화되지 않은 직류 전원을 출력단으로 출력하는 정류부; 상기 정류부에서 출력되는 전원을 이용하여 충전되는 충전부; 방전 제어 신호에 따라서 상기 충전부를 상기 출력단과 연결시켜 상기 충전부에 충전된 전력을 상기 출력단으로 방전시킴으로써 출력단의 출력 전압을 평활화시키는 방전 스위칭부; 및 상기 출력단의 전압이 사전에 정의된 방전 기준값 이하로 떨어지면 상기 방전 제어 신호를 출력하는 방전 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 충전부는 병렬로 설치된 복수의 콘덴서를 포함하고, 상기 방전 스위칭부는 상기 복수의 콘덴서와 상기 출력단을 각각 연결하는 복수의 방전 스위치를 포함하며, 상기 방전 제어신호는 상기 복수의 방전 스위치로 각각 출력되어 상기 복수의 방전 스위치를 순차적으로 온시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 직류 변환 장치는 상기 정류부로 입력되는 교류 전원을 입력받아, 제로 크로싱 포인트를 출력하는 제로 위상 검출부; 및 사용자의 설정에 따라서 상기 방전 기준값을 출력하는 설정부를 더 포함하고, 상기 방전 제어부는 상기 제로 위상 검출부로부터 입력되는 제로 크로싱 포인트 및 상기 방전 기준값을 이용하여, 출력단의 전압이 낮아지는 추세에 있고, 출력단의 전압이 방전 기준값 이하가 되면, 상기 방전 제어신호를 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 충전부는 병렬로 설치된 복수의 콘덴서를 포함하고, 상기 방전 스위칭부는 상기 복수의 콘덴서와 상기 출력단을 각각 연결하는 복수의 방전 스위치를 포함하며, 상기 방전 제어부는 출력단의 전압이 상기 방전 기준값 이하가 되면, 상기 복수의 콘덴서 중 하나가 방전되도록 상기 방전 제어신호를 출력하고, 방전된 콘덴서에 의해서 상승한 전압값이 다시 떨어져서 상기 방전 기준값 이하가 되면, 상기 복수의 콘덴서 중 다른 하나가 방전되도록 상기 방전 제어신호를 출력함으로써, 상기 출력단의 전압이 상기 방전 기준값 이상이 되도록 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 충전부는 애노드가 정류부와 연결되고 캐소드가 콘덴서의 일단과 연결된 복수의 다이오드; 및 다이오드의 캐소드에 연결되고, 타단이 접지되는 복수의 콘덴서를 포함하고, 상기 방전 스위칭부는 일단이 출력단과 연결되고, 타단이 상기 다이오드의 캐소드와 콘덴서의 접속 노드에 연결되는 방전 스위치를 복수로 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 직류 변환 장치는 상기 출력단의 전압을 분배하여 상기 방전 제어부로 제공하는 출력 전압 검출부를 더 포함하고, 상기 방전 제어부는 상기 출력 전압 검출부로부터 입력되는 전압을 이용하여 출력단의 전압의 크기를 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 직류 변환 장치는, 상기 정류부에서 출력된 평활화되지 않은 직류 전원을 출력단으로 출력하고, 충전 제어신호가 입력되면 상기 직류 전원을 충전부로 함께 제공하여 상기 충전부에 포함된 콘덴서들을 충전시키는 충전 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 충전 스위칭부는 상기 정류부와 연결되는 인덕터, 상기 인던터와 연결되고, 상기 충전부에서 방전된 전류가 상기 정류부로 흐르는 것을 차단하는 다이오드, 및 상기 인덕터와 상기 다이오드 사이 노드에 일단이 연결되고, 타단이 상기 충전부에 포함된 하나 이상의 콘덴서와 연결되는 충전 스위치 소자를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 직류 변환 장치는 상기 정류부로 입력되는 교류 전원을 입력받아, 제로 크로싱 포인트를 출력하는 제로 위상 검출부 제로 위상 검출부로부터 제로 크로싱 포인트를 입력받고, 상기 설정부로부터 듀티비 기준값을 입력받아, PWM 신호로 구현되는 상기 충전 제어 신호를 상기 충전 스위치 소자로 출력하여 상기 충전부를 충전시키는 충전 제어부를 더 포함하고, 상기 충전 제어부는 제로 크로싱 포인트에 가까울수록 듀티비를 크게하고 입력 전원의 피크값에 가까울수록 듀티비를 작게 설정하여 상기 충전 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 방전 제어부는 충전부를 방전시키는 동안에는 충전 금지 신호를 충전 제어부로 출력하고, 충전 제어부는 충전 금지 신호가 입력되는 동안에는 충전 제어 신호를 상기 충전 스위칭부로 출력할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직류 변환 장치는, 교류 전원을 정류하여 평활화되지 않은 직류 전원을, 전자 기기의 부하들이 연결되는 출력단으로 출력하되, 평활화되지 않은 직류 전원을 이용하여 충전부에 포함된 하나 이상의 콘덴서에 전원을 충전한 후, 입력 교류 전원의 제로 크로싱 포인트를 검출하여, 출력단으로 출력되는 직류 전원의 전압이 낮아지는 추세에 있고 사전에 설정된 기준 전압값 이하로 떨어질 때, 즉, 제로 크로싱 포인트 부근에서, 충전부에 충전된 전압을 출력단으로 방전시켜 출력단의 전압을 상승시킴으로써, 출력단의 직류 전원을 평활화시킨다.
이처럼, 본 발명은 부피가 크고 소자의 신뢰도가 낮은 전해 콘덴서를 사용하지 않고 정류된 전원을 평활화시킴으로써, 제품 소형화에 적합하고, 보다 신뢰성이 확보된 직류 변환 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치에 입력되는 입력 전원의 전압 파형과 직류 변환 장치에서 출력되는 출력 전원의 전압 파형을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치의 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치의 구성을 도시하는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치에 입력되는 입력 전원의 전압 파형과 직류 변환 장치에서 출력되는 출력 전원의 전압 파형을 도시하는 도면이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치의 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치는 정류부(10), 충전 스위칭부(20), 방전 스위칭부(30), 충전부(40), 출력 전압 검출부(50), 제로 위상 검출부(60), 충전 제어부(70), 방전 제어부(90), 및 설정부(80)를 포함하여 구성된다.
정류부(10)는 교류 입력 전원을 정류하여, 평활화되지 않은 직류 전원을 충전 스위칭부(20)로 출력한다. 정류부(10)는 일반적인 브리지 정류 회로로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
충전 스위칭부(20)는 정류부(10)로부터 평활화되지 않은 직류 전원을 입력받아, 입력된 직류 전원을, 본 발명의 직류 변환 장치가 설치된 전자 기기의 부하들이 연결되는 출력단(Vout)으로 출력하는 한편, 충전 제어부(70)로부터 입력되는 충전 제어 신호에 따라서 스위칭되어, 정류부(10)로부터 입력된 평활화되지 않은 직류 전원을 충전부(40)로 출력하여 충전부(40) 내부의 콘덴서를 충전시킨다.
이 때, 충전 제어부(70)로부터 충전 스위칭부(20)로 입력되는 충전 제어 신호는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 구현될 수 있고, 충전 스위칭부(20)는 PWM 제어 신호에 따라서 내부의 충전 스위치 소자(Q1)를 온/오프시켜 충전부(40)로 전원을 공급하거나 전원 공급을 차단하여 충전부(40) 내부의 콘덴서를 충전시킨다. 여기서, 충전 스위칭부(20)는 내부에 인덕터(L1)를 포함하여 입력 직류 전압을 승압시켜 입력 직류 전압의 레벨이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
충전부(40)는 하나 이상의 콘덴서를 포함하여 구현되고, 충전 스위칭부(20)가 "온"인 상태일 때, 정류부(10)에서 출력되는 직류 전원을 공급받아 내부에 콘덴서가 충전되고, 방전 스위칭부(30)가 온(ON)되어 충전부(40)와 출력단이 연결되면, 콘덴서 내부에 충전된 전력을 출력단으로 방전하여, 정류부(10)로부터 출력단으로 출력된 평활화되지 않은 전원을 평활화한다.
방전 스위칭부(30)는 하나 이상의 스위치를 포함하여 구성되고, 각 스위치는 일단이 충전부(40)에 포함된 콘덴서와 연결되고, 타단이 출력단(Vout)과 연결된다. 방전 스위칭부(30)에 포함된 각 스위치는 방전 제어부(90)로부터 입력되는 방전 제어 신호에 따라서 온/오프되어 출력단과 충전부(40) 사이를 연결하거나 단절한다.
출력 전압 검출부(50)는 전압 분배 저항들로 구현되어 현재 출력단을 통해서 출려되는 전압을 검출하고 스케일링하여 방전 제어부(90)로 출력한다.
제로 위상 검출부(60)는 정류부(10)와 동일한 입력 전원을 입력받아 제로 위상인 시점, 즉, 입력 전원의 전압이 0인 시점을 파악하여 충전 제어부(70) 및 방전 제어부(90)로 출력한다. 또한, 제로 위상 검출부(60)는 내부에 정류부(10)와 동일하게 입력 전원을 정류하여 평활화되지 않은 직류 전원을 설정부(80)로 출력하는 정류회로를 포함하고, 평활화되지 않은 직류 전원은 설정부(80)로 입력된다.
설정부(80)는 가변 저항으로 구현되어, 사용자의 설정에 의해서, 방전 제어부(90)로는 충전부(40)에 포함된 콘덴서들이 방전을 수행할 방전 기준 전압값(방전 기준값)을 출력하고, 충전 제어부(70)로는 충전 스위칭부(20)로 출력할 PWM 제어신호의 주파수를 설정하는 듀티비 기준값을 출력한다. 예컨대, 사용자가 출력단의 최저 전압값을 100V로 유지하고자 하는 경우, 사용자는 설정부(80)의 저항값을 조절하여 100V에 대응되는 방전 기준값을 방전 제어부(90)로 출력하도록 설정한다.
충전 제어부(70)는 제어 위상 검출부(60)로부터 입력된 제로 위상 시점과 설정부(80)로부터 입력된 듀티비 기준값을 이용하여 PWM 충전 제어 신호를 충전 스위칭부(20)로 출력하여 충전부(40)를 충전시킨다.
충전 제어부(70)는 PMW 충전 제어신호의 듀티비가 제로 위상이 검출된 시점부터 정류부(10)에서 출력된 입력 전원의 전압이 증가하는 구간에서는 점증적으로 감소하고, 입력 전원의 전압의 크기가 최고점을 지나서 감소하는 구간에서는 듀티비가 다시 증가하도록 PWM 제어신호를 생성하여 충전 스위칭부(20)로 출력한다.
방전 제어부(90)는 제로 위상 검출부(60)로부터 제로 위상 시점(즉, 입력 전원의 전압값이 0 이 되는 시점)을 입력받아, 현재 입력 전원의 전압값이 증가하는 구간인지 또는 감소하는 구간인지 여부를 판단한다.
또한, 방전 제어부(90)는 설정부(80)로부터 충전부(40)를 방전시킬 방전 기준값을 입력받으며, 출력 전압 검출부(50)로부터 입력되는 출력 전압값을 이용하여 현재 출력단의 전압값을 계산하고, 입력 전압이 감소하는 구간에 있고, 계산된 현재의 출력단의 전압값이 방전 기준값 이하가 되면, 방전 제어신호를 방전 스위칭부(30)로 출력하여 충전부(40)에 저장된 전력을 출력단으로 방전시킴으로써, 도 2의 출력 전압 파형에 도시된 바와 같이, 출력 전압이 100V 미만으로 떨어지는 것을 방지한다.
도 2에 도시된 예에서는, 충전부(40)가 3개의 콘덴서를 포함하고, 방전 제어부(90)는 3개의 콘덴서를 순차적으로 방전시켜 출력 전압을 평활화시켰음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치의 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치의 구성 및 동작을 보다 상세하게 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치의 정류부(10)는 일반적인 브리지 정류회로로 구현되어 교류 전원을 입력받아 정류한 후, 평활화되지 않은 직류 전원을 충전 스위칭부(20)로 출력한다.
충전 스위칭부(20)는 인덕터(L1), 다이오드(D1), 및 충전 스위치 소자(Q1)로 구현된다. 먼저, 인덕터(L1)는 정류부(10)와 연결되어 정류부(10)로부터 출력되는 평활화되지 않은 입력 전원의 전압 레벨이 떨어지는 것을 방지하는 기능을 수행하고, 인덕터(L1)로부터 출력된 입력 전원은 다이오드(D1)를 거쳐서 출력단으로 출력되는 한편, 충전 스위치 소자(Q1)로 출력된다.(참고로, 인덕터(L1)는 100
Figure 112014075735714-pat00001
로 설정하였음).
충전 스위치 소자(Q1)는 FET 스위치와 같이 일반적으로 이용되는 스위치 소자로 구현될 수 있고, 충전 제어부(70)로부터 입력되는 PWM 충전 제어신호에 따라서 온 또는 오프되어, 온 상태에서는 인덕터(L1)를 통과한 입력 전원을 충전부(40)로 출력하여 충전부(40)에 포함된 콘덴서(C1~C3)를 충전시킨다.
충전부(40)는 하나 이상의 콘덴서(C1~C3)를 포함하여 구현되고, 각각의 콘덴서(C1~C3)는 일단이 방전 스위칭부(30)에 포함된 방전 스위치(S2~S4) 및 충전 스위치 소자(Q1)에 동시에 연결되고 타단이 접지된다. 또한, 콘덴서(C1~C3)와 충전 스위치 소자(Q1) 사이에는 콘덴서(C1~C3) 방전시에 전류가 역류하는 것을 방지하기 위한 다이오드(D2~D4)가 설치되는데, 다이오드(D2~D4)의 애노드는 충전 스위치 소자(Q1)에 연결되고, 다이오드(D2~D4)의 캐소드는 콘덴서(C1~C3)와 방전 스위치(S2~S4) 사이 노드에 연결된다.
도 3에 도시된 예에서는, 3개의 콘덴서(제 1 콘덴서(c1) 내지 제 3 콘덴서(c3))가 병렬로 설치되어 입력 전원의 전압 레벨이 상승하는 과정에서 동시에 충전되고, 입력 전원의 전압 레벨이 하강하는 과정에서 방전 제어부(90)로부터 입력되는 방전 제어신호에 의해서 순차적으로 스위치 온되어 내부에 충전된 전력을 출력단으로 방전하여 출력 전압이 입력 전원을 따라서 0전위까지 떨어지는 것을 방지한다. 도 3에 도시된 예에서, 제 1 콘덴서(c1)의 용량은 1㎌, 제 2 콘덴서(c2)의 용량은 2㎌, 제 3 콘덴서(c3)의 용량은 2㎌으로 각각 설정하였다.
방전 스위칭부(30)는 하나 이상의 방전 스위치(S2~S4)를 포함하여 구성되고, 각 스위치는 일단은 충전부(40)에 포함된 콘덴서(C1~C3)와 연결되며, 타단은 출력단(Vout)과 연결된다. 방전 스위치(S2~S4)는 FET 스위치와 같이 일반적인 스위치 소자로 구현될 수 있다. 도 3에 도시된 예에서는, 방전 스위칭부(30)가 3개의 콘덴서(C1~C3)에 각각 연결되는 3개의 방전 스위치(S2~S4)를 포함하는 것으로 구현하였고, 각각의 방전 스위치(S2~S4)는 방전 제어부(90)로부터 방전 제어 신호가 입력되면 스위치 온되어, 충전부(40)의 콘덴서(C1~C3)와 출력단을 연결시킴으로써, 콘덴서(C1~C3)의 충전 전력을 출력단(Vout)으로 방전시킨다.
도 2에 도시된 예에서, 도면부호 201, 211, 221의 피크 전압은 각각 제 1 콘덴서(c1)가 방전함으로써 형성된 출력 파형이고, 202, 212, 222의 피크 전압은 각각 제 2 콘덴서(c2)가 방전함으로써 형성된 출력 파형이며, 203, 213, 223의 피크 전압은 각각 제 3 콘덴서(c3)가 방전함으로써 형성된 출력 파형이다.
출력 전압 검출부(50)는 출력 전압을 분배하는 분배 저항들로 구현되어 현재 출력단을 통해서 출력되는 전압을 검출하고 스케일링하여 방전 제어부(90)로 출력한다. 도 3에 도시된 예에서, 제 1 저항(R1)의 저항값은 제 2 저항(R2)의 저항값의 약 9배에 해당하고, 따라서, 출력 전압 검출부(50)는 출력단에 걸리는 전압 파형과 동일한 파형의 전압을 1/10로 스케일링하여 방전 제어부(90)로 출력한다.
설정부(80)는 2개의 가변 저항(VR1 및 VR2)으로 구현되어, 사용자의 설정에 의해서, 방전 제어부(90)로는 충전부(40)에 포함된 콘덴서들(C1~C3)이 방전을 수행할 출력단의 전압값을 방전 기준값으로서 출력하고, 충전 제어부(70)로는 충전 스위칭부(20)로 출력할 PWM 제어신호의 주파수를 설정하는 듀티비 기준값을 출력한다. 사용자는 VR1의 저항값을 조절하여 충전부(40) 콘덴서들(C1~C3)의 방전이 수행되는 출력단의 전압값을 설정할 수 있고, VR2의 저항값을 조절하여 충전 제어부(70)에서 출력되는 PWM 제어신호의 듀티비를 조절할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 변환 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 사용자는 설정부(80)의 가변 저항값을 조절하여 충전부(40)의 콘덴서들(C1~C3)이 방전되는 전압값인 방전 기준값 및 충전 제어신호의 듀티비를 설정한다. 여기서, 콘덴서들(C1~C3)이 방전되는 전압값이란 정상 상태에서 출력단에서 전자 기기의 부하측으로 제공되는 최소 전압 레벨을 의미하는 것으로서, 도 3에 도시된 예에서는, 약 100V를 방전 전압값인 방전 기준값으로 설정하였다.
그 후, 교류 전원이 정류부(10) 및 제로 위상 검출부(60)로 각각 인가된다.
정류부(10)는 교류 전원을 정류하여 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 평활화되지 않은 직류 전원을 충전 스위칭부(20)로 출력한다. 제로 위상 검출부(60)는 입력 교류 전원의 제로 크로싱 시점을 검출하여 충전 제어부(70) 및 방전 제어부(90)로 출력하는 한편, 제로 위상 검출부(60) 내부에 포함된 정류회로에서 정류된 입력 전원을 이용하여 설정부(80)로 기준 전압(Ref V)을 출력한다.
충전 제어부(70)는 제로 위상 검출부(60)로부터 제로 크로싱 포인트에 대한 시간 정보를 입력받고, 설정부(80)로부터 듀티비에 대한 설정 정보를 입력받아, PWM 충전 제어 신호를 충전 스위칭부(20)로 출력한다.
이 때, 충전 제어부(70)는 제로 크로싱 포인트로부터 앞뒤로 일정 시점 동안에는 방전 제어부(90)로부터 충전 금지 신호를 입력받아 PWM 충전 제어 신호를 출력하지 않고 있다가, 방전 제어부(90)로부터 충전 금지 신호가 입력되지 않으면, 충전부(40)의 방전이 모두 종료된 것으로 판단하고 PWM 충전 제어 신호를 충전 스위칭부(20)로 출력함으로써 충전 스위칭부(20)의 충전 스위치 소자(Q1)를 온/오프시킨다. 이 때, 입력 전원의 파형의 피크점에 가까울수록 듀티비는 감소하고, 피크점에서 멀어질수록 듀티비가 증가함을 상술한 바와 같다.
충전 제어 신호가 인가되면 충전 스위치 소자(Q1)가 온되어, 입력 전원이 제 2 내지 제 4 다이오드(D2~D4)를 통과하여 제 1 콘덴서(c1) 내지 제 3 콘덴서(c3)로 각각 인가되어 콘덴서들(C1~C3)을 충전시킨다.
충전이 수행되는 동안, 방전 제어부(90)는 제로 위상 검출부(60)로부터 입력되는 제로 크로싱 포인트와 출력 전압 검출부(50)로부터 입력되는 출력단의 전압값을 이용하여 현재 출력 전압의 파형이 어떤 상태인지 여부를 지속적으로 조사하고 있다가, 입력 전원의 전압이 하락 추세에 있고, 출력단의 전압 레벨이 설정부(80)에서 설정된 방전 기준값에 도달하면, 방전 스위칭부(30)로 방전 제어신호를 출력하여 방전 스위치(S2~S4)를 온시킴으로써 충전부(40)에 포함된 콘덴서(C1~C3)의 충전 전력을 출력단으로 방전시켜 출력단의 전압을 급상승시킴으로써 출력단의 출력 전압이 설정된 전압값(즉, 방전 기준값) 미만으로 떨어지지 않도록 제어한다.
도 2에 도시된 예에서, 도면부호 310의 경우에는 전압값이 방전 기준값인 100V에 해당되지만, 제로 크로싱 포인트로부터 판단컨대, 입력 전원의 전압이 상승추세에 있으므로 방전 제어신호를 출력하지 않는다. 그러나, 도면부호 320의 경우에는 제로 크로싱 포인트로부터 판단컨대, 입력 전원의 전압 레벨이 하락추세에 있고, 전압값도 방전 기준값인 100V 이하로 떨어지므로, 제 1 콘덴서(C1)를 방전시키기 위한 방전 제어신호를 방전 스위칭부(30)의 제 1 방전 스위치(S2)로 출력하여 제 1 방전 스위치(S2)를 온시킨다.
제 1 방전 스위치(S2)가 온되면, 제 1 콘덴서(C1)에 충전된 전력이 출력단으로 방전되어, 출력 전압의 파형은 도면부호 201에 도시된 바와 같이 급격히 상승한다. 이 때, 방전 제어부(90)는 충전 제어부(70)로 충전 금지 신호를 출력하여, 충전 제어부(70)가 충전을 개시하는 것을 차단하며, 충전 금지 신호는 제 3 콘덴서(C3)가 방전될때까지 유지된다.
한편, 방전 제어부(90)는 출력 전압 검출부(50)로부터 입력되는 출력단의 전압을 조사하여, 제 1 콘덴서(C1)가 방전되어 출력단의 전압이 급격히 상승한 후, 다시 방전 기준값까지 떨어지면, 제 2 콘덴서(C2)와 연결된 제 2 방전 스위치(S3)로 방전 제어신호를 출력하여 스위치 온시킴으로써 제 2 콘덴서(C2)의 충전 전력을 출력단으로 방전시키고, 제 2 콘덴서(C2)가 방전되면 출력 전압은 다시 급상승한다(도면부호 202 참조).
동일한 방식으로, 방전 제어부(90)는 출력 전압이 다시 방전 기준값까지 떨어지면, 제 3 콘덴서(C3)와 연결된 제 3 방전 스위치(S4)로 방전 제어신호를 출력하여 스위치 온시킴으로써 제 3 콘덴서(C3)의 충전 전력을 출력단으로 방전시키고, 제 3 콘덴서(C3)가 방전되면 출력 전압은 다시 급상승한다(도면부호 203 참조).
한편, 제 3 콘덴서(C3)가 방전된 후, 방전 제어부(90)는 충전 제어부(70)로의 충전 금지 신호를 출력을 중단하고, 제 1 콘덴서(C1) 내지 제 3 콘덴서(C3)가 방전되는 동안 입력 전원은 다시 상승하기 시작하여, 도면부호 330 시점부터, 충전 제어부(70)는 다시 PWM 충전 제어 신호를 충전 스위칭부(20)로 출력하여 충전부(40)에 포함된 콘덴서들(C1~C3)을 충전시킨다.
그 후, 상술한 과정을 반복하여, 출력단의 전압이 방전 기준값 미만으로 떨어지는 시점에서, 방전 제어부(90)는 제 1 내지 제 3 콘덴서(C1~C3)를 순차적으로 방전시켜 도면부호 211, 212, 213 및 221, 222, 223에 도시된 바와 같이, 방전 기준값 이상의 출력 전압을 출력단에 제공한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 정류부 20 충전 스위칭부
30 방전 스위칭부 40 충전부
50 출력 전압 검출부 60 제로 위상 검출부
70 충전 제어부 80 설정부
90 방전 제어부

Claims (10)

  1. 입력된 교류 전원을 정류하여, 평활화되지 않은 직류 전원을 출력단으로 출력하는 정류부;
    상기 정류부에서 출력되는 전원을 이용하여 충전되는 충전부;
    방전 제어 신호에 따라서 상기 충전부를 상기 출력단과 연결시켜 상기 충전부에 충전된 전력을 상기 출력단으로 방전시킴으로써 출력단의 출력 전압을 평활화시키는 방전 스위칭부; 및
    상기 출력단의 전압이 사전에 정의된 방전 기준값 이하로 떨어지면 상기 방전 제어 신호를 출력하는 방전 제어부를 포함하고,
    상기 충전부는 병렬로 설치된 복수의 콘덴서를 포함하고,
    상기 방전 스위칭부는 상기 복수의 콘덴서와 상기 출력단을 각각 연결하는 복수의 방전 스위치를 포함하며,
    상기 방전 제어신호는 상기 복수의 방전 스위치로 각각 출력되어 상기 복수의 방전 스위치를 순차적으로 온시키는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류부로 입력되는 교류 전원을 입력받아, 제로 크로싱 포인트를 출력하는 제로 위상 검출부; 및
    사용자의 설정에 따라서 상기 방전 기준값을 출력하는 설정부를 더 포함하고,
    상기 방전 제어부는 상기 제로 위상 검출부로부터 입력되는 제로 크로싱 포인트 및 상기 방전 기준값을 이용하여, 출력단의 전압이 낮아지는 추세에 있고, 출력단의 전압이 방전 기준값 이하가 되면, 상기 방전 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 충전부는 병렬로 설치된 복수의 콘덴서를 포함하고,
    상기 방전 스위칭부는 상기 복수의 콘덴서와 상기 출력단을 각각 연결하는 복수의 방전 스위치를 포함하며,
    상기 방전 제어부는 출력단의 전압이 상기 방전 기준값 이하가 되면, 상기 복수의 콘덴서 중 하나가 방전되도록 상기 방전 제어신호를 출력하고, 방전된 콘덴서에 의해서 상승한 전압값이 다시 떨어져서 상기 방전 기준값 이하가 되면, 상기 복수의 콘덴서 중 다른 하나가 방전되도록 상기 방전 제어신호를 출력함으로써, 상기 출력단의 전압이 상기 방전 기준값 이상이 되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 충전부는
    애노드가 정류부와 연결되고 캐소드가 콘덴서의 일단과 연결된 복수의 다이오드; 및
    다이오드의 캐소드에 연결되고, 타단이 접지되는 복수의 콘덴서를 포함하고,
    상기 방전 스위칭부는
    일단이 출력단과 연결되고, 타단이 상기 다이오드의 캐소드와 콘덴서의 접속 노드에 연결되는 방전 스위치를 복수로 구비하는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력단의 전압을 분배하여 상기 방전 제어부로 제공하는 출력 전압 검출부를 더 포함하고,
    상기 방전 제어부는 상기 출력 전압 검출부로부터 입력되는 전압을 이용하여 출력단의 전압의 크기를 계산하는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류부에서 출력된 평활화되지 않은 직류 전원을 출력단으로 출력하고,충전 제어신호가 입력되면 상기 직류 전원을 충전부로 함께 제공하여 상기 충전부에 포함된 콘덴서들을 충전시키는 충전 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 충전 스위칭부는
    상기 정류부와 연결되는 인덕터,
    상기 인덕터와 연결되고, 상기 충전부에서 방전된 전류가 상기 정류부로 흐르는 것을 차단하는 다이오드, 및
    상기 인덕터와 상기 다이오드 사이 노드에 일단이 연결되고, 타단이 상기 충전부에 포함된 하나 이상의 콘덴서와 연결되는 충전 스위치 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 정류부로 입력되는 교류 전원을 입력받아, 제로 크로싱 포인트를 출력하는 제로 위상 검출부;
    상기 제로 위상 검출부로부터 제로 크로싱 포인트를 입력받고, 설정부로부터 듀티비 기준값을 입력받아, PWM 신호로 구현되는 상기 충전 제어 신호를 상기 충전 스위칭부로 출력하여 상기 충전부를 충전시키는 충전 제어부를 더 포함하고,
    상기 충전 제어부는 제로 크로싱 포인트에 가까울수록 듀티비를 크게하고 입력 전원의 피크값에 가까울수록 듀티비를 작게 설정하여 상기 충전 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방전 제어부는 충전부를 방전시키는 동안에는 충전 금지 신호를 충전 제어부로 출력하고,
    충전 제어부는 충전 금지 신호가 입력되는 동안에는 충전 제어 신호를 상기 충전 스위칭부로 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 직류 변환 장치.
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