KR101847520B1

KR101847520B1 - 액티브 댐퍼 및 액티브 댐퍼 구동 방법

Info

Publication number: KR101847520B1
Application number: KR1020120039958A
Authority: KR
Inventors: 엄현철; 양승욱; 조계현
Original assignee: 페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2018-04-10
Also published as: KR20130028845A

Abstract

본 발명의 실시 예는 액티브 댐퍼 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 디머를 통과한 교류 입력이 정류 회로를 통해 액티브 댐퍼로 전달된다. 액티브 댐퍼는 정류 회로에 연결되어 있는 댐퍼 저항; 댐퍼 저항에 병렬 연결되어 있는 댐퍼 스위치; 및 댐퍼 스위치의 턴 온 시점을 디머 턴 온 시점으로부터 소정의 초기 기간만큼 지연시키는 지연 회로를 포함한다.

Description

액티브 댐퍼 및 액티브 댐퍼 구동 방법{ACTIVE DAMPER AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명의 실시 예는 액티브 댐퍼 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

디머(dimmer)를 통과한 교류 입력은 정류 회로를 통해 정류되어 전력 공급 장치에 공급된다. 정류 회로를 통해 정류된 교류 입력은 전력 공급 장치의 입력 전압 및 입력 전류가 된다.

디머를 통과한 교류 입력은 디밍 앵글에 따라 깍인다. 즉, 정현파(sinewave) 교류 입력의 한 주기 중 디밍 앵글에 해당하는 부분만 디머를 통과하게 된다.

디머를 통과한 교류 입력이 정류되면, 입력 전압 및 입력 전류가 급격하게 상승하는 부분이 발생하고, 그 부분에서 입력 전압의 스파이크 또는 입력 전류의 링잉이 발생한다. 더구나 입력 전류의 링잉에 따른 음 전류가 디머를 턴 오프 시키는 문제가 발생한다.

댐퍼는 입력 전압의 스파이크 및 입력 전류의 링잉을 방지하기 위해 정류 회로와 전력 공급 장치 사이에 위치하는 소자이다. 일반적으로 댐퍼는 저항으로 구현된다.

이 때, 낮은 저항을 사용하는 경우 스파이크와 링잉을 효과적으로 방지할 수 없다. 따라서 댐퍼 저항에 의해 발생하는 소비 전력과 온도가 문제가 된다.

도 1은 25Ω 댐퍼 저항을 사용한 경우의 입력 전압 및 입력 전류를 나타낸 도면이다.

도 2는 200Ω 댐퍼 저항을 사용한 경우의 입력 전압 및 입력 전류를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 25 Ω 을 사용하는 경우 입력 전압의 스파이크 및 입력 전류의 링잉이 발생한다.

그러나 도 2에 도시된 바와 같이 200 Ω 을 사용하는 경우 점선으로 표시된 원(circle) 영역에 입력 전압의 스파이크 및 입력 전류의 링잉이 발생하지 않는다.

다만, 앞서 언급한 바와 같이 소비 전력 및 온도 증가가 문제된다.

소비 전력 및 온도 증가를 방지할 수 있는 액티브 댐퍼 및 그 구동 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 액티브 댐퍼에는 디머를 통과한 교류 입력이 정류 회로를 통해 전달된다. 상기 액티브 댐퍼는, 상기 정류 회로에 연결되어 있는 댐퍼 저항; 상기 댐퍼 저항에 병렬 연결되어 있는 댐퍼 스위치; 및 상기 댐퍼 스위치의 턴 온 시점을 상기 디머 턴 온 시점으로부터 소정의 초기 기간만큼 지연시키는 지연 회로를 포함한다.

상기 지연 회로는, 상기 댐퍼 저항의 일단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 저항, 및 상기 저항의 타단 및 상기 댐퍼 저항의 타단 사이에 연결되어 있는 커패시터를 포함한다.

상기 댐퍼 스위치는, 상기 저항 및 상기 커패시터의 접점에 연결되어 있는 게이트 전극을 포함한다.

상기 액티브 댐퍼는 상기 지연 회로를 리셋 시키는 리셋 회로를 더 포함한다.상기 지연 회로는, 상기 댐퍼 저항의 일단에 연결되어 있는 캐소드 전극 및 상기 댐퍼 스위치의 게이트 전극에 연결되어 있는 애노드 전극을 포함하는 다이오드를 포함한다.

상기 정류 회로를 통과한 입력 전류는 상기 액티브 댐퍼를 통해 전력 공급 장치로 흐른다. 상기 초기 기간 동안 상기 입력 전류는 상기 댐퍼 저항을 통해 흐르고, 상기 초기 기간이 경과한 후, 상기 댐퍼 스위치를 통해 흐른다.

본 발명의 실시 예에 따른 액티브 댐퍼는 댐퍼 저항 및 상기 댐퍼 저항에 병렬 연결되어 있는 댐퍼 스위치를 포함하고, 상기 액티브 범퍼의 구동 방법은, 상기 디머의 턴 온 시점부터 초기 기간 동안 상기 댐퍼 스위치의 게이트 전극 및 소스 전극 사이에 연결되어 있는 커패시터가 충전되는 단계, 및 상기 초기 기간 동안 커패시터에 충전된 전압에 의해 상기 댐퍼 스위치의 게이트-소스 전압이 문턱 전압에 도달하여 상기 댐퍼 스위치가 턴 온 되는 단계를 포함한다.

상기 액티브 댐퍼의 구동 방법은, 상기 댐퍼 스위치가 턴 온 되어있는 정상 기간 동안, 상기 댐퍼 저항의 양단 전압이 상기 문턱전압으로 일정하게 유지되는 단계를 더 포함한다.

상기 액티브 댐퍼의 구동 방법은, 상기 정류 회로를 통과한 입력 전류가 상기 초기 기간 동안 상기 댐퍼 저항을 통해 흐르는 단계, 및 상기 정상 기간 동안 상기 입력 전류가 상기 댐퍼 스위치를 통해 흐르는 단계를 더 포함한다.

상기 액티브 댐퍼의 구동 방법은, 상기 정류 회로를 통과한 입력 전류의 감소에 의해 상기 댐퍼 저항의 양단 전압이 상기 댐퍼 스위치의 문턱 전압보다 낮은 전압이 될 때 다이오드가 도통되는 단계, 및 상기 도통된 다이오드를 통해 상기 커패시터에 충전된 전압이 방전되는 단계를 더 포함한다.

소비 전력 및 온도 증가를 방지할 수 있는 액티브 댐퍼 및 그 구동 방법을 제공한다.

도 1은 25Ω 댐퍼 저항을 사용한 경우의 입력 전압 및 입력 전류를 나타낸 도면이다.
도 2는 200Ω 댐퍼 저항을 사용한 경우의 입력 전압 및 입력 전류를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 댐퍼를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 댐퍼가 적용된 경우에 발생하는 입력전압, 입력전류, 게이트 전압, 및 드레인-소스 전압을 나타낸 파형도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 댐퍼를 나타낸 도면이다.

도 3을 도시된 바와 같이, 액티브 댐퍼(1)는 브릿지 다이오드(3)와 스위치 모드 파워 서플라이(switch mode power supply, 이하, SMPS라 함.)(4)사이에 연결되어 있다. 브릿지 다이오드(3)는 정류 회로의 일 예이고, SMPS(4)는 전력 공급 장치의 일 예이다.

교류 입력(AC)은 디머(2)를 통해 브릿지 다이오드(3)에 입력된다. 디머(2)를 통과한 교류 입력(AC)은 디밍 앵글에 해당하는 부분만이 남아있다. 디밍 앵글에 따라 교류 입력(AC) 중 디머(2)를 통과하는 부분이 결정된다. 디밍 앵글이 클수록 교류 입력(AC)의 한 주기(cycle) 중 디머(2)를 통과하는 부분이 증가한다.

브릿지 다이오드(3)는 디머(2)를 통과한 교류 입력(AC)을 정류하여 입력전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)를 생성한다.

액티브 댐퍼(1)는 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)의 한 주기의 초기 기간 동안 높은 저항으로 동작하다가 주기의 나머지 기간 중 정상 기간 동안 낮은 저항으로 동작한다. 액티브 댐퍼(1)는 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)의 매 주기마다 이와 같은 동작을 반복한다.

디머(2)가 턴 온 되는 시점부터 다음 턴 온 시점까지의 기간이 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)의 한 주기이다. 디머(2)가 턴 온 되는 시점에 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)가 발생하고, 이 때 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)가 급격히 상승한다.

입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)가 급격히 상승한 시점부터 초기 기간 동안 액티브 댐퍼(1)가 높은 저항으로 동작하면, 입력 전압(Vin)의 스파이크 및 입력 전류(Iin)의 링잉 발생을 방지할 수 있다.

초기 기간이 종료되면, 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)의 상승에 의한 스파이크 및 링잉이 발생하지 않으므로, 높은 소비 전력 및 온도 상승을 방지하기 위해, 정상 기간 동안 액티브 댐퍼(1)는 낮은 등가 저항으로 동작한다.

이하, 주기는 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)의 주기를 의미한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 액티브 댐퍼(1)는 지연회로(delay circuit)(10), 리셋회로(reset circuit)(20), 댐퍼 스위치(Q), 및 댐퍼 저항(RD)을 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 리셋회로(20)는 다이오드(D)로 구현된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

댐퍼 저항(RD)의 일단은 브릿지 다이오드(3)의 출력단에 연결되어 있고, 댐퍼저항(RD)의 타단은 SMPS(4)의 입력단에 연결되어 있다. SMPS(4)의 입력단과 그라운드 사이에는 입력 전압(Vin)을 평활시키는 평활 커패시터(C2)가 연결되어 있다.

댐퍼 스위치(Q)는 댐퍼 저항(RD)에 병렬 연결되어 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 댐퍼 스위치(Q)는 N 채널 타입의 트랜지스터이므로, 댐퍼 스위치(Q)의 드레인 전극은 브릿지 다이오드(3)의 출력단에 연결되어 있고, 댐퍼 스위치(Q)의 소스 전극은 SMPS(4)의 입력단에 연결되어 있다. 따라서 입력 전압(Vin) 및 입력전류(Iin)는 댐퍼 저항(RD) 또는 댐퍼 스위치(Q)를 통해 SMPS(4)에 전달된다.

지연회로(10)는 디머(2)가 턴 온 된 시점으로부터 초기 기간 동안 액티브 댐퍼(1)가 댐퍼 저항(RD)으로만 동작할 수 있도록 액티브 댐퍼(1)를 제어한다. 즉, 지연회로(10)는 매 주기의 초기 기간 동안 댐퍼 트랜지스터(Q)의 턴 온을 지연시킨다.

지연회로(10)는 저항(R1) 및 커패시터(C1)를 포함한다. 저항(R1)의 일단은 댐퍼 저항(RD)의 일단 및 입력전압(Vin)에 연결되어 있고, 저항(R1)의 타단은 커패시터(C1)의 일단에 연결되어 있으며, 커패시터(C1)의 타단은 댐퍼 저항(RD)의 타단에 연결되어 있다. 댐퍼 스위치(Q)의 게이트 전극은 커패시터(C1)의 일단에 연결되어 있다.

디머(2)가 턴 온 되어 입력 전압(Vin)이 발생하면, 커패시터(C1)가 초기 기간 동안 충전된다. 커패시터(C1)의 충전에 의해 댐퍼 스위치(Q)의 게이트 전극과 소스 전극 간의 전압차가 댐퍼 스위치(Q)의 문턱 전압에 도달하면, 댐퍼 스위치(Q)가 턴 온 된다.

초기 기간 동안 댐퍼 스위치(Q)가 턴 오프 상태이므로, 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)는 댐퍼 저항(RD)을 통해 SMPS(4)에 전달된다. 댐퍼 스위치(Q)의 턴 온 시점에 초기 기간은 종료된다.

댐퍼 스위치(Q)가 커패시터(C1)에 충전된 전압에 의해 턴 온 되고, 직류 관점에서 커패시터(C1)는 개방(open) 회로이므로, 저항(R1)을 통해 커패시터(C1)에 전달되는 전류는 발생하지 않는다. 따라서, 댐퍼 스위치(Q)의 게이트-소스 전압은 커패시터(C1)에 의해 충전된 댐퍼 스위치(Q)의 문턱 전압으로 일정하게 유지된다.

이 때, 댐퍼 스위치(Q)의 드레인 전극과 게이트 전극은 단락 상태이므로, 댐퍼 스위치(Q)의 드레인 전극과 소스 전극 사이의 전압은 게이트 전극과 소스 전극 사이의 전압과 같다. 따라서, 댐퍼 저항(RD)의 양단 전압은 댐퍼 스위치(Q)의 문턱 전압으로 일정하게 레귤레이션(regulation)된다.

댐퍼 스위치(Q)가 온-상태로 유지되는 기간이 정상 기간이고, 이 기간 동안 입력전압(Vin) 및 입력전류(Iin)는 댐퍼 스위치(Q)를 통해 SMPS(4)에 전달된다.

따라서 정상 기간 동안 액티브 댐퍼(1)의 저항은 댐퍼 스위치(Q)의 온 저항이므로 낮은 저항으로 유지된다.

리셋 회로(20)인 다이오드(D)는 입력 전류(Iin)의 감소에 의해 댐퍼 저항(RD)의 양단 전압이 댐퍼 스위치(Q)의 문턱 전압보다 낮은 전압이 되면 도통된다. 즉, 리셋 회로(20)는 댐퍼 저항(RD)의 양단 전압이 댐퍼 스위치(Q)의 문턱 전압보다 낮은 전압이 되면 동작한다.

다이오드(D)가 턴 온 되면, 커패시터(C1)에 충전된 전압은 다이오드(D)를 통해 방전된다. 이 때, 댐퍼 스위치(Q)는 턴 오프 된다.

이하, 액티브 댐퍼(1)의 동작을 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 댐퍼(1)가 적용된 경우에 발생하는 입력전압, 입력전류, 게이트 전압, 및 드레인-소스 전압을 나타낸 파형도이다. 드레인-소스 전압은 댐퍼 저항(RD)의 양단 전압과 동일하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 시점 T1에 디머(2)가 턴 온 되어, 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)가 발생한다. 입력 전압(Vin)에 의해 커패시터(C1)이 충전되기 시작하여 게이트 전압(VG)은 시점 T1부터 증가하기 시작한다.

시점 T1부터, 드레인-소스 전압(VDS)은 입력 전류(Iin)가 댐퍼 저항(RD)을 통해 흐를 때 발생하는 전압이므로, 입력 전류(Iin)와 동일한 파형이다.

시점 T2에 게이트 전압(VG)이 댐퍼 스위치(Q)의 문턱 전압(Vth)에 도달하면, 댐퍼 스위치(Q)가 턴 온 되고, 드레인-소스 전압(VDS)은 문턱 전압(Vth)으로 급감한다. 시점 T2부터 드레인-소스 전압(VDS)은 문턱전압(Vth)으로 일정하게 유지된다.

시점 T3에 입력 전류(Iin)가 감소하여 댐퍼 저항(RD)의 양단 전압이 문턱전압(Vth)보다 작아지면, 다이오드(D)에 의해 커패시터(C1)의 전압이 방전된다. 그러면, 게이트 전압(VG)이 문턱전압(Vth)보다 작아져, 댐퍼 스위치(Q)가 턴 오프 되고, 드레인-소스 전압(VDS)은 입력 전류(Iin)가 댐퍼 저항(RD)에 흘러 발생하는 전압이 된다. 즉, 입력 전류(Iin)에 따라 감소한다.

도 4에서 기간 T1-T2는 초기 기간이고, 기간 T2-T3는 정상 기간이다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면 초기 기간 동안 댐퍼 저항(RD)에 의해 입력 전압(Vin)의 스파이크 및 입력 전류(Iin)의 링잉을 방지하고, 정상 기간에서는 댐퍼 저항(RD)의 양단 전압을 댐퍼 스위치(Q)의 문턱전압으로 레귤레이션 하여 소비 전력 증가 및 온도 상승을 방지한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

액티브 댐퍼(1), 지연회로(10), 리셋회로(20)
댐퍼 스위치(Q), 댐퍼 저항(RD), 브릿지 다이오드(3)
평활커패시터(C2), SMPS(4), 저항(R1)
커패시터(C1), 다이오드(D), 디머(2)

Claims

디머를 통과한 교류 입력이 정류 회로를 통해 전달되는 액티브 댐퍼에 있어서,
상기 정류 회로에 연결되어 있는 댐퍼 저항;
상기 댐퍼 저항에 병렬 연결되어 있는 댐퍼 스위치; 및
상기 댐퍼 스위치의 턴 온 시점을 상기 디머 턴 온 시점으로부터 소정의 초기 기간만큼 지연시키는 지연 회로를 포함하고,
상기 댐퍼 스위치가 턴 온 된 후, 상기 댐퍼 저항 양단의 전압에 기초하여 상기 댐퍼 스위치를 턴 오프 시키는 액티브 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 지연 회로는,
상기 댐퍼 저항의 일단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 저항, 및
상기 저항의 타단 및 상기 댐퍼 저항의 타단 사이에 연결되어 있는 커패시터를 포함하는 액티브 댐퍼.
제2항에 있어서,
상기 댐퍼 스위치는,
상기 저항 및 상기 커패시터의 접점에 연결되어 있는 게이트 전극을 포함하는 액티브 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 댐퍼 저항의 양단 전압에 기초하여 상기 지연 회로를 리셋 시키는 리셋 회로를 더 포함하는 액티브 댐퍼.
제4항에 있어서,
상기 리셋 회로는,
상기 댐퍼 저항의 일단에 연결되어 있는 캐소드 전극 및 상기 댐퍼 스위치의 게이트 전극에 연결되어 있는 애노드 전극을 포함하는 다이오드를 포함하는 액티브 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 정류 회로를 통과한 입력 전류는 상기 액티브 댐퍼를 통해 전력 공급 장치로 흐르는 액티브 댐퍼.
제6항에 있어서,
상기 초기 기간 동안 상기 입력 전류는 상기 댐퍼 저항을 통해 흐르고, 상기 초기 기간이 경과 한 후, 상기 댐퍼 스위치를 통해 흐르는 액티브 댐퍼.
디머를 통과한 교류 입력이 정류 회로를 통해 전달되는 액티브 댐퍼의 구동방법에 있어서,
상기 액티브 댐퍼는 댐퍼 저항 및 상기 댐퍼 저항에 병렬 연결되어 있는 댐퍼 스위치를 포함하고,
상기 디머의 턴 온 시점부터 초기 기간 동안 상기 댐퍼 스위치의 게이트 전극 및 소스 전극 사이에 연결되어 있는 커패시터가 충전되는 단계,
상기 초기 기간 동안 커패시터에 충전된 전압에 의해 상기 댐퍼 스위치의 게이트-소스 전압이 문턱 전압에 도달하여 상기 댐퍼 스위치가 턴 온 되는 단계, 및
상기 댐퍼 스위치가 턴 온 된 후, 상기 댐퍼 저항의 양단 전압에 기초하여 상기 댐퍼 스위치를 턴 오프 시키는 단계를 포함하는 액티브 댐퍼의 구동 방법.
제8항에 있어서,
상기 댐퍼 스위치가 턴 온 되어있는 정상 기간 동안, 상기 댐퍼 저항의 양단 전압이 상기 문턱 전압으로 일정하게 유지되는 단계를 더 포함하는 액티브 댐퍼의 구동방법.
제9항에 있어서,
상기 정류 회로를 통과한 입력 전류가 상기 초기 기간 동안 상기 댐퍼 저항을 통해 흐르는 단계, 및
상기 정상 기간 동안 상기 입력 전류가 상기 댐퍼 스위치를 통해 흐르는 단계를 더 포함하는 액티브 댐퍼의 구동 방법.
제8항에 있어서,
상기 정류 회로를 통과한 입력 전류의 감소에 의해 상기 댐퍼 저항의 양단 전압이 상기 댐퍼 스위치의 문턱 전압보다 낮은 전압이 될 때 다이오드가 도통되는 단계, 및
상기 도통된 다이오드를 통해 상기 커패시터에 충전된 전압이 방전되는 단계를 더 포함하는 액티브 댐퍼의 구동방법.