KR102384581B1 - Boost converter with decoupling operation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부스팅 동작과 액티브 디커플링 동작을 함께 수행할 수 있는 부스트 컨버터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터는 적어도 하나의 레그(leg)에 결선된 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하여 교류 전원을 정류하는 풀 브리지(full-bridge) 정류 회로, 상기 풀 브리지 정류 회로의 출력단에 연결되고, 버퍼 커패시터 및 상기 버퍼 커패시터로부터 전력을 공급받는 디커플링 인덕터를 포함하는 디커플링(decoupling) 회로, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 제어하여 상기 버퍼 커패시터에 전력을 충전시키거나 상기 버퍼 커패시터에 충전된 전력을 상기 디커플링 인덕터에 공급하는 제어부 및 상기 디커플링 회로의 출력단에 연결되어 상기 디커플링 인덕터로부터 전력을 공급받는 출력단 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a boost converter capable of performing both a boosting operation and an active decoupling operation. A boost converter according to an embodiment of the present invention includes a full-bridge rectification circuit for rectifying an AC power including first and second switching elements connected to at least one leg, the full-bridge rectification A decoupling circuit connected to the output terminal of the circuit, the decoupling circuit including a buffer capacitor and a decoupling inductor receiving power from the buffer capacitor, and controlling the first and second switching elements to charge power to the buffer capacitor or the and a control unit supplying power charged in a buffer capacitor to the decoupling inductor, and an output circuit connected to an output terminal of the decoupling circuit to receive power from the decoupling inductor.

Figure R1020190143451
Figure R1020190143451

Description

디커플링 동작을 수행하는 부스트 컨버터{BOOST CONVERTER WITH DECOUPLING OPERATION}BOOST CONVERTER WITH DECOUPLING OPERATION

본 발명은 부스팅 동작과 액티브 디커플링 동작을 함께 수행할 수 있는 부스트 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a boost converter capable of performing both a boosting operation and an active decoupling operation.

컨버터는 다이오드 및 전력 스위칭 소자를 포함하며, 다이오드 및 전력 스위칭 소자를 이용한 전류 단속을 통해 전력을 변환한다. 특히, 전력 스위칭 소자는 온 상태 또는 오프 상태로 제어되어 전류를 단속하므로 컨버터 내 전류 또는 전압은 급격히 변화하고, 이는 노이즈를 발생시킨다. 이와 같이 발생한 노이즈가 부하에 제공되지 않도록 하기 위해 일반적으로 컨버터에는 디커플링 커패시터가 구비된다.The converter includes a diode and a power switching device, and converts power through current interruption using the diode and the power switching device. In particular, since the power switching element is controlled to be in an on-state or an off-state to regulate the current, the current or voltage in the converter rapidly changes, which generates noise. In order to prevent the generated noise from being provided to the load, a decoupling capacitor is generally provided in the converter.

도 1은 종래 부스트 컨버터의 회로도이며, 이하 도 1을 참조하여 종래 부스트 컨버터에서 수행되는 디커플링 동작을 설명하도록 한다.1 is a circuit diagram of a conventional boost converter. Hereinafter, a decoupling operation performed in the conventional boost converter will be described with reference to FIG. 1 .

전력 스위칭 소자(S)가 턴 온 제어되면, 교류 전압원(Vac)에서 출력되는 교류 전류는 풀 브리지(full-bridge) 형태로 연결된 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 통해 직류 전류로 변환되어 인덕터(L)에 저장된다. 이후, 전력 스위칭 소자(S)가 턴 오프 제어되면, 복수의 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 통해 변환된 직류 전류와 인덕터(L)에 저장된 직류 전류가 부하(R)에 제공된다.When the power switching element S is turned on, the AC current output from the AC voltage source Vac is converted into DC current through a plurality of diodes D1, D2, D3, and D4 connected in a full-bridge form. It is converted and stored in the inductor (L). Thereafter, when the power switching element S is controlled to be turned off, the DC current converted through the plurality of diodes D1 , D2 , D3 , and D4 and the DC current stored in the inductor L are provided to the load R.

이 때, 전력 스위칭 소자(S)에서는 스위칭 동작에 의한 노이즈가 발생하며, 이러한 노이즈가 부하에 제공되는 것을 방지하기 위해, 종래 부스트 컨버터는 부하와 병렬로 연결된 디커플링 커패시터(C)를 포함한다.At this time, noise due to the switching operation is generated in the power switching device S, and in order to prevent the noise from being provided to the load, the conventional boost converter includes a decoupling capacitor C connected in parallel with the load.

이러한 디커플링 커패시터(C)는 패시브 디커플링 동작(passive decoupling operation)을 수행한다. 구체적으로 디커플링 커패시터(C)는 부하에 제공되는 교류 성분의 전력을 그라운드로 흘려 보냄으로써, 부하에 직류 성분의 안정적인 전력만이 공급되도록 기능한다.The decoupling capacitor C performs a passive decoupling operation. Specifically, the decoupling capacitor C flows the power of the AC component provided to the load to the ground, so that only the stable power of the DC component is supplied to the load.

이러한 기능을 위해서는 디커플링 커패시터(C)의 용량이 클 것이 요구되며, 이에 따라 디커플링 커패시터(C)로는 전해(electrolytic) 커패시터가 사용되어 왔다. For this function, a large capacity of the decoupling capacitor C is required, and accordingly, an electrolytic capacitor has been used as the decoupling capacitor C.

다만, 최근에는 컨버터의 소형화, 전력 변환 효율 개선 및 수명 증가를 위해, 전해 커패시터가 필름(film) 커패시터로 대체되고 있는데, 필름 커패시터의 경우 전해 커패시터에 비해 상대적으로 용량이 작아 전술한 패시브 디커플링 동작을 제대로 수행할 수 없다.However, in recent years, electrolytic capacitors have been replaced with film capacitors in order to miniaturize converters, improve power conversion efficiency, and increase lifespan. can't do it right

이에 따라, 커패시터의 용량에 기초한 패시브 디커플링 동작 대신에, 액티브 디커플링 동작(active decoupling operation)을 수행할 수 있는 컨버터가 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a converter capable of performing an active decoupling operation instead of a passive decoupling operation based on the capacitance of the capacitor.

본 발명은 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화하는 부스트 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a boost converter in which a switching element used for a boosting operation and a switching element used for a decoupling operation are shared.

또한, 본 발명은 부하에 전압을 공급하는 출력단 커패시터를 전해 커패시터에서 필름 커패시터로 대체할 수 있는 부스트 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a boost converter capable of replacing an output capacitor for supplying a voltage to a load from an electrolytic capacitor to a film capacitor.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the appended claims.

본 발명은 풀 브리지 정류 회로의 어느 한 레그(leg)에 결선된 두 스위칭 소자를 제어하여 부스팅 인덕터를 충전 또는 방전시킴과 동시에, 두 스위칭 소자의 동작에 따라 버퍼 커패시터 및 디커플링 인덕터를 충전 또는 방전시킴으로써 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화할 수 있다.The present invention controls two switching elements connected to one leg of a full-bridge rectifier circuit to charge or discharge a boosting inductor, and at the same time charge or discharge a buffer capacitor and a decoupling inductor according to the operation of the two switching elements. The switching element used for the boosting operation and the switching element used for the decoupling operation can be shared.

또한, 본 발명은 일반적인 AC-DC 컨버터 내부에 액티브 디커플링 동작을 수행하는 디커플링 회로를 구비함으로써, 부하에 전압을 공급하는 출력단 커패시터를 전해 커패시터에서 필름 커패시터로 대체할 수 있다.In addition, the present invention includes a decoupling circuit for performing an active decoupling operation inside a general AC-DC converter, so that an output capacitor for supplying a voltage to a load can be replaced with a film capacitor from an electrolytic capacitor.

본 발명은 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화함으로써, 디커플링 동작을 위한 별도의 스위칭 소자 없이도 부하에 공급될 수 있는 교류 성분의 노이즈를 능동적으로 차단할 수 있다.According to the present invention, by sharing the switching element used for the boosting operation and the switching element used for the decoupling operation, it is possible to actively block the noise of the AC component that can be supplied to the load without a separate switching element for the decoupling operation.

또한, 본 발명은 부하에 전압을 공급하는 출력단 커패시터를 전해 커패시터에서 필름 커패시터로 대체함으로써, 부스트 컨버터의 소형화가 가능하고, 전력 변환 효율을 개선시킬 수 있으며, 수명을 증가시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, by replacing the output capacitor for supplying a voltage to the load from the electrolytic capacitor to the film capacitor, the boost converter can be miniaturized, the power conversion efficiency can be improved, and the lifespan can be increased.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.

도 1은 종래 부스트 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 풀 브리지 정류 회로의 예시적인 회로를 각각 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 디커플링 회로의 예시적인 회로를 각각 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 회로도.
도 6은 버퍼 커패시터 및 디커플링 인덕터의 충방전을 통한 디커플링 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 각 모드별 전류 흐름을 도시한 도면.1 is a view for explaining the operation of a conventional boost converter.
2 is a diagram schematically illustrating the configuration of a boost converter according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B respectively illustrate exemplary circuits of the full bridge rectifier circuit shown in FIG. 2;
4A and 4B respectively illustrate exemplary circuits of the decoupling circuit shown in FIG. 2;
5 is a circuit diagram of a boost converter according to an embodiment of the present invention.
6 is a waveform diagram for explaining a decoupling operation through charging and discharging of a buffer capacitor and a decoupling inductor.
7A to 7C are views illustrating current flow for each mode shown in FIG. 6;

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

본 명세서에서 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.In this specification, the first, second, etc. are used to describe various components, but these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from other components, and unless otherwise stated, it goes without saying that the first component may be the second component.

또한, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is described in this specification that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components may be formed between each component. It should be understood that elements may be “interposed”, or that each element may be “connected,” “coupled,” or “connected to,” through another element.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps.

또한, 본 명세서에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다In addition, in this specification, when "A and / or B" is said, unless otherwise stated, it means A, B or A and B, and when said "C to D", it is Unless otherwise specified, it means C or more and D or less

본 발명은 부스팅(boosting) 동작과 액티브 디커플링(active decoupling) 동작을 함께 수행할 수 있는 부스트 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a boost converter capable of performing both a boosting operation and an active decoupling operation.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a boost converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a boost converter according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 풀 브리지 정류 회로의 예시적인 회로를 각각 도시한 도면이다. 또한, 도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 디커플링 회로의 예시적인 회로를 각각 도시한 도면이다.3A and 3B are diagrams respectively illustrating exemplary circuits of the full bridge rectifying circuit shown in FIG. 2 . 4A and 4B are diagrams respectively illustrating exemplary circuits of the decoupling circuit shown in FIG. 2 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터의 회로도이다.5 is a circuit diagram of a boost converter according to an embodiment of the present invention.

도 6은 버퍼 커패시터 및 디커플링 인덕터의 충방전을 통한 디커플링 동작을 설명하기 위한 파형도이고, 도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 각 모드별 전류 흐름을 도시한 도면이다.6 is a waveform diagram for explaining a decoupling operation through charging and discharging of a buffer capacitor and a decoupling inductor, and FIGS. 7A to 7C are diagrams illustrating current flow for each mode shown in FIG. 6 .

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터(100)는 풀 브리지(full-bridge) 정류 회로(110), 디커플링(decoupling) 회로(120), 제어부(130) 및 출력단 회로(140)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 부스트 컨버터(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.2, the boost converter 100 according to an embodiment of the present invention is a full-bridge rectifier circuit 110, a decoupling circuit 120, a control unit 130, and an output circuit ( 140) may be included. The boost converter 100 shown in FIG. 2 is according to an embodiment, and its components are not limited to the embodiment shown in FIG. 2 , and some components may be added, changed, or deleted as necessary. .

한편, 후술되는 제어부(130)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나의 물리적인 요소로 구현될 수 있다.On the other hand, the control unit 130 to be described later is ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), processors (processors) ), controllers, microcontrollers, and microprocessors may be implemented as at least one physical element.

풀 브리지 정류 회로(110)는 풀 브리지 형태로 연결된 복수의 반도체 소자를 이용하여 교류 전원(Vac)을 정류할 수 있다. 풀 브리지 정류 회로(110)는 두 개의 레그(leg)를 포함하고, 각 레그에는 두 쌍의 반도체 소자가 토템폴(totme-pole) 구조로 결선됨으로써 교류 전원(Vac)을 정류할 수 있다.The full-bridge rectification circuit 110 may rectify the AC power Vac using a plurality of semiconductor devices connected in a full-bridge form. The full-bridge rectification circuit 110 includes two legs, and two pairs of semiconductor devices are connected to each leg in a totme-pole structure to rectify the AC power Vac.

도 3a를 참조하여, 일 예시에 따른 풀 브리지 정류 회로(110)의 구조를 설명하면, 풀 브리지 정류 회로(110)는 일단이 계통과 연결되는 부스팅 인덕터(Lb), 부스팅 인덕터(Lb)의 타단과 연결되는 제1 레그(110a) 및 제1 레그(110a)에 병렬로 연결되는 제2 레그(110b)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 레그(110a)에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)가 한 쌍을 이루어 결선될 수 있고, 제2 레그(110b)에는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 한 쌍을 이루어 결선될 수 있다.Referring to FIG. 3A , the structure of the full bridge rectifier circuit 110 according to an example will be described. The full bridge rectifier circuit 110 has one end of the boosting inductor (Lb) connected to the system, the other of the boosting inductor (Lb). It may include a first leg 110a connected to the end and a second leg 110b connected in parallel to the first leg 110a. At this time, the first and second diodes D1 and D2 may be connected as a pair to the first leg 110a, and the first and second switching elements S1 and S2 to the second leg 110b. can be connected as a pair.

기본적으로 교류 전원(Vac)에서 공급되는 양의 교류 전류는 제1 다이오드(D1)와 제2 스위칭 소자(S2)를 통해 출력단으로 제공되고, 교류 전원(Vac)에서 공급되는 음의 교류 전류는 제2 다이오드(D2)와 제1 스위칭 소자(S1)를 통해 반전되어 출력단으로 제공됨으로써, 교류 전원(Vac)은 전파 정류(full-wave rectification)될 수 있다. 이를 위해, 제어부(130)는 교류 전원(Vac)의 위상에 동기화된 스위칭 제어 신호를 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)에 제공할 수 있다.Basically, the positive AC current supplied from the AC power supply Vac is provided to the output terminal through the first diode D1 and the second switching element S2, and the negative AC current supplied from the AC power supply Vac is the second By being inverted through the second diode D2 and the first switching element S1 and provided to the output terminal, the AC power Vac may be full-wave rectified. To this end, the controller 130 may provide a switching control signal synchronized with the phase of the AC power source Vac to the first and second switching elements S1 and S2 .

도 3b를 참조하여, 다른 예시에 따른 풀 브리지 정류 회로(110)의 구조를 설명하면, 풀 브리지 정류 회로(110)는 도 3a에서 설명한 바와 같이 부스팅 인덕터(Lb), 제1 레그(110a) 및 제2 레그(110b)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 레그(110a)에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)가 한 쌍을 이루어 결선될 수 있다. 제2 레그(110b)에는 제3 및 제4 스위칭 소자(S3, S4)가 한 쌍을 이루어 결선될 수 있다.Referring to FIG. 3b, the structure of the full-bridge rectifier circuit 110 according to another example is described. The full-bridge rectifier circuit 110 includes a boosting inductor Lb, a first leg 110a and A second leg 110b may be included. In this case, the first and second diodes D1 and D2 may be connected as a pair to the first leg 110a. The third and fourth switching elements S3 and S4 may be connected as a pair to the second leg 110b.

기본적으로 교류 전원(Vac)에서 공급되는 양의 교류는 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)를 통해 출력단으로 제공되고, 교류 전원(Vac)에서 공급되는 음의 교류 전류는 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)를 통해 반전되어 출력단으로 제공됨으로써, 교류 전원(Vac)은 전파 정류될 수 있다. 이를 위해, 제어부(130)는 교류 전원(Vac)의 위상에 동기화된 각 스위칭 제어 신호를 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)에 제공할 수 있다.Basically, the positive AC supplied from the AC power source Vac is provided to the output terminal through the first and fourth switching elements S1 and S4, and the negative AC current supplied from the AC power source Vac is applied to the second and second switching devices S1 and S4. 3 By being inverted through the switching elements S2 and S3 and provided to the output terminal, the AC power Vac may be full-wave rectified. To this end, the controller 130 may provide each of the switching control signals synchronized with the phase of the AC power source Vac to the first to fourth switching elements S1 , S2 , S3 , and S4 .

이러한 정류 과정에서 부스팅 동작이 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 정류 과정에서 부스팅 인덕터(Lb)는 교류 전원(Vac)에서 출력되는 전력을 충전할 수 있고, 충전된 전력은 후술되는 출력단 회로(140)에 제공될 수 있다. 이를 위해 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하도록 한다. In this rectification process, a boosting operation may be performed. More specifically, in the rectification process, the boosting inductor Lb may charge power output from the AC power source Vac, and the charged power may be provided to the output terminal circuit 140 to be described later. To this end, the controller 130 may control the first and second switching elements S1 and S2, which will be described later.

전술한 풀 브리지 정류 회로(110)는 임의의 교류 전원(Vac)과 연결될 수 있다. 예컨대, 풀 브리지 정류 회로(110)는 계통(예를 들어, 상용 교류 전원)과 연결될 수 있고, 계통으로부터 공급되는 교류 전원(Vac)을 정류할 수 있다.The above-described full-bridge rectification circuit 110 may be connected to an arbitrary AC power source (Vac). For example, the full-bridge rectification circuit 110 may be connected to a grid (eg, commercial AC power) and may rectify the AC power Vac supplied from the grid.

한편, 풀 브리지 정류 회로(110)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 회로 이외에도, 토템폴 구조로 결선된 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하여 교류 전원(Vac)을 정류하는 다양한 회로로 구현될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 풀 브리지 정류 회로(110)가 도 3a에 도시된 구조를 갖는 것으로 가정하여 설명하도록 한다.Meanwhile, the full-bridge rectification circuit 110 may be implemented as various circuits for rectifying the AC power Vac, including a pair of switching elements connected in a totem pole structure, in addition to the circuits shown in FIGS. 3A and 3B . However, in the following description, it is assumed that the full-bridge rectifier circuit 110 has the structure shown in FIG. 3A for convenience of description.

디커플링 회로(120)는, 풀 브리지 정류 회로(110) 내 다이오드 또는 스위칭 소자에서 발생하는 노이즈를 능동적으로 제거할 수 있다. 즉, 디커플링 회로(120)는 액티브 디커플링 동작을 수행할 수 있다.The decoupling circuit 120 may actively remove noise generated from a diode or a switching element in the full-bridge rectification circuit 110 . That is, the decoupling circuit 120 may perform an active decoupling operation.

액티브 디커플링 동작을 위해, 디커플링 회로(120)에는 수동 소자인 인덕터와 커패시터 및 이 두 수동 소자를 충전 또는 방전시키기 위한 스위칭 소자가 포함될 수 있는데, 본 발명은 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화하는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 3a에 도시된 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 부스팅 동작에 이용됨과 동시에 디커플링 동작에도 이용될 수 있으며, 각 동작에 대해서는 후술하도록 한다.For the active decoupling operation, the decoupling circuit 120 may include an inductor and a capacitor, which are passive elements, and a switching element for charging or discharging the two passive elements. It is characterized in that the used switching elements are shared. That is, the first and second switching elements S1 and S2 shown in FIG. 3A may be used for a boosting operation and a decoupling operation at the same time, and each operation will be described later.

도 4a를 참조하여 디커플링 회로(120)를 구체적으로 설명하면, 디커플링 회로(120)는 풀 브리지 정류 회로(110)의 출력단에 연결되고, 버퍼 커패시터(Cb) 및 버퍼 커패시터(Cb)로부터 전력을 공급받는 디커플링 인덕터(Ld)를 포함할 수 있다.When the decoupling circuit 120 is described in detail with reference to FIG. 4A , the decoupling circuit 120 is connected to the output terminal of the full-bridge rectifier circuit 110 and supplies power from the buffer capacitor Cb and the buffer capacitor Cb. The receiving decoupling inductor Ld may be included.

풀 브리지 정류 회로(110)에서 출력된 전력은 버퍼 커패시터(Cb)에 저장되었다가(1) 인덕터에 공급됨으로써(2), 풀 브리지 정류 회로(110)에서 출력되는 신호 내 노이즈는 제거될 수 있다. 이러한 동작은 풀 브리지 정류 회로(110) 내 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온오프에 의해 수행될 수 있다.The power output from the full bridge rectifier circuit 110 is stored in the buffer capacitor Cb (1) and supplied to the inductor (2), so that noise in the signal output from the full bridge rectifier circuit 110 can be removed. . This operation may be performed by turning on/off of the first and second switching elements S1 and S2 in the full-bridge rectifier circuit 110 .

보다 구체적으로, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태에 따라 풀 브리지 정류 회로(110)에서 출력되는 전류가 버퍼 커패시터(Cb)에 제공될 수 있고, 이 때, 버퍼 커패시터(Cb)는 해당 전류를 직류 전압으로 저장할 수 있다(1). 또한, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태에 따라 버퍼 커패시터(Cb)와 디커플링 인덕터(Ld)가 폐회로(closed-circuit)를 구성할 수 있고, 이 때, 버퍼 커패시터(Cb)에 저장된 전력은 디커플링 인덕터(Ld)로 제공될 수 있다(2). 이러한 동작을 위해 제어부(130)가 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온오프를 제어하는 방법에 대해서는 후술하도록 한다.More specifically, the current output from the full-bridge rectifier circuit 110 may be provided to the buffer capacitor Cb according to the states of the first and second switching elements S1 and S2, and in this case, the buffer capacitor Cb ) can store the current as a DC voltage (1). In addition, depending on the states of the first and second switching elements S1 and S2, the buffer capacitor Cb and the decoupling inductor Ld may form a closed-circuit, and in this case, the buffer capacitor Cb The power stored in may be provided to the decoupling inductor Ld (2). A method for the controller 130 to control the on/off of the first and second switching elements S1 and S2 for this operation will be described later.

다시 도 4a를 참조하여 디커플링 회로(120)의 구조를 구체적으로 설명하면, 버퍼 커패시터(Cb)의 일단은 풀 브리지 정류 회로(110)의 포지티브 단자(+)에 연결되고, 디커플링 인덕터(Ld)는 버퍼 커패시터(Cb)의 타단과 풀 브리지 정류 회로(110)의 네거티브 단자(-) 사이에 연결될 수 있다.When the structure of the decoupling circuit 120 is described in detail again with reference to FIG. 4A , one end of the buffer capacitor Cb is connected to the positive terminal (+) of the full-bridge rectifier circuit 110, and the decoupling inductor Ld is It may be connected between the other terminal of the buffer capacitor Cb and the negative terminal (-) of the full-bridge rectifier circuit 110 .

제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태에 따라, 교류 전원(Vac), 버퍼 커패시터(Cb) 및 출력단 회로(140)는 폐회로를 구성할 수 있고, 버퍼 커패시터(Cb)는 교류 전원(Vac)에 의해 충전될 수 있다(1). 또한, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)에 따라, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2), 버퍼 커패시터(Cb) 및 디커플링 인덕터(Ld)는 폐회로를 구성할 수 있고, 버퍼 커패시터(Cb)에 저장된 전력은 디커플링 인덕터(Ld)로 제공될 수 있다(2).According to the states of the first and second switching elements S1 and S2, the AC power supply Vac, the buffer capacitor Cb, and the output circuit 140 may form a closed circuit, and the buffer capacitor Cb is an AC power supply. It can be charged by (Vac) (1). In addition, according to the first and second switching elements S1 and S2, the first and second switching elements S1 and S2, the buffer capacitor Cb, and the decoupling inductor Ld may constitute a closed circuit, and the buffer Power stored in the capacitor Cb may be provided to the decoupling inductor Ld (2).

앞서 설명한 전력의 이동 경로를 형성하기 위해, 다시 말해, 디커플링 인덕터(Ld)가 버퍼 커패시터(Cb)에 저장된 전력에 의해서만 충전되도록 하기 위해, 디커플링 회로(120)는 전류 제한 다이오드(Dr)를 더 포함할 수 있다.The decoupling circuit 120 further includes a current limiting diode Dr to form a movement path of power described above, that is, to allow the decoupling inductor Ld to be charged only by the power stored in the buffer capacitor Cb. can do.

도 4b를 참조하면, 디커플링 회로(120)는 디커플링 인덕터(Ld)에 직렬로 연결되어 전력이 버퍼 커패시터(Cb)에서 디커플링 인덕터(Ld)로만 공급되도록 전류 흐름을 제한하는 전류 제한 다이오드(Dr)를 포함할 수 있다.4B, the decoupling circuit 120 is connected in series with the decoupling inductor Ld to limit the current flow so that power is supplied only from the buffer capacitor Cb to the decoupling inductor Ld. A current limiting diode Dr. may include

전류 제한 다이오드(Dr)는 풀 브리지 정류 회로(110)에서 출력되는 전류에 의해 버퍼 커패시터(Cb)가 충전될 때(1), 해당 전류가 디커플링 인덕터(Ld)로 제공되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전류 제한 다이오드(Dr)는 버퍼 커패시터(Cb)에 충전된 전력이 디커플링 인덕터(Ld)로 제공될 때(2), 인덕터의 과충전으로 인해 커플링 인덕터에서 버퍼 커패시터(Cb)로 역전류(reverse current)가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The current limiting diode Dr may prevent the current from being provided to the decoupling inductor Ld when the buffer capacitor Cb is charged by the current output from the full bridge rectifier circuit 110 (1). In addition, when the power charged in the buffer capacitor Cb is supplied to the decoupling inductor Ld (2), the current-limiting diode Dr. reverses the current from the coupling inductor to the buffer capacitor Cb due to overcharging of the inductor. reverse current) can be prevented from flowing.

한편, 다이오드가 전류를 제한할 때 다이오드에는 역전압이 인가될 수 있고, 다이오드의 내압을 초과하는 역전압 인가 시 다이오드는 파손될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 디커플링 회로(120)는 전류 제한 다이오드(Dr)에 병렬로 연결되는 스너버(snubber) 커패시터(Cs)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, when the diode limits the current, a reverse voltage may be applied to the diode, and when a reverse voltage exceeding the withstand voltage of the diode is applied, the diode may be damaged. To prevent this, the decoupling circuit 120 may further include a snubber capacitor Cs connected in parallel to the current limiting diode Dr.

출력단 회로(140)는 디커플링 회로(120)의 출력단에 연결될 수 있다. 출력단 회로(140)에는 부스팅 동작에 의한 전력과 디커플링 동작에 의한 전력이 공급될 수 있다.The output terminal circuit 140 may be connected to the output terminal of the decoupling circuit 120 . Power by the boosting operation and power by the decoupling operation may be supplied to the output circuit 140 .

보다 구체적으로, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 부스팅 동작을 수행할 수 있고, 이에 따라 부스트된 전력은 출력단 회로(140)로 제공될 수 있다. 또한, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 디커플링 동작을 수행할 수 있고, 이에 따라 디커플링 인덕터(Ld)에 저장된 전력은 출력단 회로(140)로 제공될 수 있다.More specifically, the controller 130 may control the first and second switching elements S1 and S2 to perform a boosting operation, and thus the boosted power may be provided to the output circuit 140 . In addition, the controller 130 may control the first and second switching elements S1 and S2 to perform a decoupling operation, and accordingly, the power stored in the decoupling inductor Ld may be provided to the output circuit 140 . there is.

이하에서는, 도 5에 도시된 부스트 컨버터(100)의 전체 회로를 예로 들어 부스팅 동작 및 디커플링 동작을 구체적으로 설명하도록 한다. 도 5에 도시된 풀 브리지 정류 회로(110)는 도 3a에 도시된 예에 따를 수 있고, 디커플링 회로(120)는 도 4b에 도시된 예에 따를 수 있다.Hereinafter, the boosting operation and the decoupling operation will be described in detail by taking the entire circuit of the boost converter 100 shown in FIG. 5 as an example. The full bridge rectification circuit 110 shown in FIG. 5 may follow the example shown in FIG. 3A , and the decoupling circuit 120 may follow the example shown in FIG. 4B .

도 5에 도시된 출력단 회로(140)는 디커플링 회로(120)의 출력단에 연결된 출력단 커패시터(Co)와 출력단 커패시터(Co)로부터 출력 전압(Vout)을 공급받는 부하(R)를 포함할 수 있다. 출력단 커패시터(Co)는 디커플링 회로(120)의 출력단에서 제공되는 전류를 출력 전압(Vout)의 형태로 저장할 수 있고, 부하(R)는 출력단 커패시터(Co)와 병렬로 연결되어 출력 전압(Vout)을 공급받을 수 있다.The output terminal circuit 140 shown in FIG. 5 may include an output terminal capacitor Co connected to the output terminal of the decoupling circuit 120 and a load R receiving an output voltage Vout from the output terminal capacitor Co. The output capacitor Co may store the current provided from the output terminal of the decoupling circuit 120 in the form of an output voltage Vout, and the load R is connected in parallel with the output capacitor Co to obtain an output voltage Vout. can be supplied.

먼저, 부스팅 동작에 대해 설명하도록 한다.First, the boosting operation will be described.

제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 부스팅 동작을 수행할 수 있다. 다시 말해, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 전력을 충전시키거나 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력을 출력단 회로(140)로 방전시킬 수 있다.The controller 130 may control the first and second switching elements S1 and S2 to perform a boosting operation. In other words, the control unit 130 controls the first and second switching elements S1 and S2 to charge power in the boosting inductor Lb or transfer the power charged in the boosting inductor Lb to the output circuit 140 . can be discharged.

구체적으로, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 온 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 전력을 충전시킬 수 있다.Specifically, the controller 130 may turn on at least one of the first and second switching elements S1 and S2 to charge power in the boosting inductor Lb.

제어부(130)는 입력 전원의 위상에 따라 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 온 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 입력 전압(Vin)의 크기가 양인 위상에서는 제1 스위칭 소자(S1)를 턴 온 제어할 수 있다. 이에 따라, 양의 교류 전류는 부스팅 인덕터(Lb)에 제공될 수 있고, 부스팅 인덕터(Lb)는 해당 전류에 의해 충전될 수 있다. 반면, 입력 전압(Vin)의 크기가 음인 위상에서는 제2 스위칭 소자(S2)를 턴 온 제어할 수 있다. 이에 따라, 음의 교류 전류는 반전되어 부스팅 인덕터(Lb)에 제공될 수 있고, 부스팅 인덕터(Lb)는 해당 전류에 의해 충전될 수 있다.The controller 130 may turn-on control of at least one of the first and second switching elements S1 and S2 according to the phase of the input power. More specifically, in a phase in which the magnitude of the input voltage Vin is positive, the turn-on control of the first switching element S1 may be performed. Accordingly, a positive AC current may be provided to the boosting inductor Lb, and the boosting inductor Lb may be charged by the corresponding current. On the other hand, in a phase in which the magnitude of the input voltage Vin is negative, the turn-on control of the second switching element S2 may be performed. Accordingly, the negative AC current may be inverted and provided to the boosting inductor Lb, and the boosting inductor Lb may be charged by the corresponding current.

이러한 동작을 위해 본 발명의 부스트 컨버터(100)는 교류 전원(Vac)의 출력단에 연결된 전압 센서(150)를 더 포함할 수 있다. 전압 센서(150)는 입력 전압(Vin)을 측정하여 제어부(130)에 제공할 수 있고, 제어부(130)는 입력 전압(Vin)의 크기 및 위상에 기초하여 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어할 수 있다.For this operation, the boost converter 100 of the present invention may further include a voltage sensor 150 connected to an output terminal of the AC power Vac. The voltage sensor 150 may measure the input voltage Vin and provide it to the controller 130 , and the controller 130 controls the first and second switching elements S1 based on the magnitude and phase of the input voltage Vin. , S2) can be controlled.

이어서, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 턴 오프 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력을 출력단 회로(140)에 공급할 수 있다.Subsequently, the controller 130 may supply the power charged in the boosting inductor Lb to the output circuit 140 by turning off the first and second switching elements S1 and S2 .

제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴 오프 제어되면 교류 전원(Vac), 부스팅 인덕터(Lb), 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 출력단 회로(140)에는 교류 전원(Vac)에서 출력되는 전력이 제공될 뿐만 아니라, 부스팅 인덕터(Lb)에 충전되어 있던 전력 또한 공급될 수 있다.When the first and second switching elements S1 and S2 are turned off, the AC power Vac, the boosting inductor Lb, and the output terminal circuit 140 may form a closed circuit. Accordingly, not only the power output from the AC power source Vac may be provided to the output terminal circuit 140 , but also the power charged in the boosting inductor Lb may be supplied.

즉, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 온 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 전력을 충전시킨 후 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 모두 턴 오프 제어하여 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력을 출력단 회로(140)에 방전시킴으로써, 부스팅 동작을 수행할 수 있다.That is, the control unit 130 turns on at least one of the first and second switching elements S1 and S2 to charge power in the boosting inductor Lb, and then the first and second switching elements S1 and S2. A boosting operation may be performed by controlling all of the s to be turned off to discharge the power charged in the boosting inductor Lb to the output circuit 140 .

다음으로, 디커플링 동작에 대해 설명하도록 한다.Next, the decoupling operation will be described.

제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어하여 버퍼 커패시터(Cb)에 전력을 충전시키거나 버퍼 커패시터(Cb)에 충전된 전력을 디커플링 인덕터(Ld)에 공급할 수 있다. 이를 통해, 교류 전원(Vac) 및 풀 브리지 정류 회로(110)에서 발생한 교류 성분의 노이즈는 제거될 수 있다.The controller 130 may control the first and second switching elements S1 and S2 to charge power in the buffer capacitor Cb or supply the power charged in the buffer capacitor Cb to the decoupling inductor Ld. . Through this, noise of the AC component generated in the AC power source Vac and the full-bridge rectifier circuit 110 may be removed.

이러한 디커플링 동작은 전술한 부스팅 동작에 이용되었던 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어함으로써 수행될 수 있다. 다시 말해, 디커플링 동작은 전술한 부스팅 동작과 함께 수행될 수 있다.This decoupling operation may be performed by controlling the first and second switching elements S1 and S2 used for the above-described boosting operation. In other words, the decoupling operation may be performed together with the above-described boosting operation.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온오프를 제어하기 위해 제어부(130)에서 출력되는 신호를 각각 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)로 지칭하도록 한다. 또한, 부스팅 인덕터(Lb)에 흐르는 전류를 부스팅 전류(im1), 디커플링 인덕터(Ld)에 흐르는 전류를 디커플링 전류(im2), 버퍼 커패시터(Cb)에 인가된 전압을 버퍼 전압(Vb)으로 지칭하도록 한다.Hereinafter, for convenience of explanation, signals output from the controller 130 to control on/off of the first and second switching elements S1 and S2 are respectively applied to the first and second switching control signals Q1 and Q2. to be referred to as In addition, the current flowing through the boosting inductor Lb is referred to as the boosting current im1, the current flowing through the decoupling inductor Ld is referred to as the decoupling current im2, and the voltage applied to the buffer capacitor Cb is referred to as the buffer voltage Vb. do.

도 6을 참조하면, 제어부(130)는 내부에서 생성되는 타이밍 신호(Ts)에 따라 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 타이밍 신호(Ts)의 크기와 복수의 기준 크기(Tmax*dDS1, Tmax*dDS2)를 비교하여 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 생성할 수 있는데, 기준 크기는 제1 스위칭 소자(S1)의 온 듀티(dDS1) 및 제2 스위칭 소자(S2)의 온 듀티(dDS2)에 따라 미리 설정될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the controller 130 may generate first and second switching control signals Q1 and Q2 according to the internally generated timing signal Ts. Specifically, the controller 130 compares the magnitude of the timing signal Ts with the plurality of reference magnitudes (T max *d DS1 , T max *d DS2 ) to control the first and second switching control signals Q1 and Q2. The reference size may be preset according to the on-duty d DS1 of the first switching element S1 and the on-duty d DS2 of the second switching element S2 .

한편, 도 6에 도시된 파형도는 입력 전압(Vin)이 양의 값을 갖는 경우를 가정하여 도시된 것이다. 이에 따라, 입력 전압(Vin)이 음인 경우에는 제1 스위칭 제어 신호(Q1)가 제2 스위칭 소자(S2)에 인가될 수 있고, 제2 스위칭 제어 신호(Q2)가 제1 스위칭 소자(S1)에 인가될 수 있다.Meanwhile, the waveform diagram shown in FIG. 6 is illustrated on the assumption that the input voltage Vin has a positive value. Accordingly, when the input voltage Vin is negative, the first switching control signal Q1 may be applied to the second switching device S2, and the second switching control signal Q2 may be applied to the first switching device S1. may be authorized for

일 예에서, 버퍼 커패시터(Cb)에 전력이 충전되어 있을 때, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 턴 온 제어하여 버퍼 커패시터(Cb)에 충전된 전력을 디커플링 인덕터(Ld)에 공급할 수 있다. In one example, when power is charged in the buffer capacitor Cb, the controller 130 turns on the first and second switching elements S1 and S2 to decouple the power charged in the buffer capacitor Cb. It can be supplied to the inductor (Ld).

다시 도 6을 참조하면, mode 1에서 제어부(130)는 하이(high) 값의 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 버퍼 전압(Vb)은 감소할 수 있고, 디커플링 전류(im2)는 증가할 수 있다.Referring back to FIG. 6 , in mode 1 , the controller 130 may output first and second switching control signals Q1 and Q2 having a high value. Accordingly, the buffer voltage Vb may decrease and the decoupling current im2 may increase.

도 7a를 참조하여 구체적으로 설명하면, mode 1에서 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴 온 상태이므로 교류 전원(Vac)에서 출력되는 교류 전류는 부스팅 인덕터(Lb)에 흐를 수 있고, 이에 따라 부스팅 전류(im1)는 증가할 수 있다.Specifically with reference to FIG. 7A, since the first and second switching elements S1 and S2 are turned on in mode 1, the AC current output from the AC power source Vac can flow in the boosting inductor Lb and , the boosting current im1 may increase accordingly.

또한, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴 온 상태이므로 버퍼 커패시터(Cb)와 디커플링 인덕터(Ld)는 폐회로를 형성할 수 있고, 버퍼 커패시터(Cb)에 충전된 전력은 디커플링 인덕터(Ld)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 버퍼 전압(Vb)은 감소할 수 있고 디커플링 전류(im2)는 증가할 수 있다.In addition, since the first and second switching elements S1 and S2 are turned on, the buffer capacitor Cb and the decoupling inductor Ld may form a closed circuit, and the power charged in the buffer capacitor Cb is the decoupling inductor. (Ld) may be provided. Accordingly, the buffer voltage Vb may decrease and the decoupling current im2 may increase.

다른 예에서, 디커플링 인덕터(Ld)에 전력이 충전되어 있을 때, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 오프 제어하여 디커플링 인덕터(Ld)에 충전된 전력을 출력단 회로(140)로 공급할 수 있다.In another example, when power is charged in the decoupling inductor Ld, the controller 130 turns off at least one of the first and second switching elements S1 and S2 to turn off the charge in the decoupling inductor Ld. Power may be supplied to the output terminal circuit 140 .

다시 도 6을 참조하면, mode 2 및/또는 mode 3에서 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2) 중 적어도 하나를 턴 오프 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(130)는 mode 2에서 하이 값의 제1 스위칭 제어 신호(Q1)를 출력할 수 있고, 로우(low) 값의 제2 스위칭 제어 신호(Q2)를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 mode 3에서 로우 값의 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 디커플링 전류(im2)는 감소할 수 있고 출력 전압(Vout)은 증가할 수 있다.Referring back to FIG. 6 , in mode 2 and/or mode 3, the controller 130 may turn-off control at least one of the first and second switching elements S1 and S2. More specifically, in mode 2 , the controller 130 may output the first switching control signal Q1 having a high value and may output the second switching control signal Q2 having a low value. In addition, the controller 130 may output the first and second switching control signals Q1 and Q2 having a low value in mode 3 . Accordingly, the decoupling current im2 may decrease and the output voltage Vout may increase.

먼저, 도 7b를 참조하여 구체적으로 설명하면, mode 2에서 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온 상태이고 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 오프 상태일 때, 교류 전원(Vac)에서 출력되는 교류 전류는 부스팅 인덕터(Lb)에 흐를 수 있고, 이에 따라 부스팅 전류(im1)는 증가할 수 있다.First, in detail with reference to FIG. 7B , when the first switching element S1 is turned on and the second switching element S2 is turned off in mode 2, the AC output from the AC power source Vac A current may flow in the boosting inductor Lb, and accordingly, the boosting current im1 may increase.

또한, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 오프 상태이므로 버퍼 커패시터(Cb)와 디커플링 인덕터(Ld) 사이에는 전류 흐름이 발생하지 않을 수 있다. 다만, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태와 관계 없이, 디커플링 인덕터(Ld)와 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있고, 디커플링 인덕터(Ld)에 충전된 전력은 출력단 회로(140)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 디커플링 전류(im2)는 감소할 수 있다.In addition, since the second switching element S2 is turned off, current flow may not occur between the buffer capacitor Cb and the decoupling inductor Ld. However, regardless of the state of the first and second switching elements S1 and S2 , the decoupling inductor Ld and the output terminal circuit 140 may form a closed circuit, and the power charged in the decoupling inductor Ld is applied to the output terminal It may be provided in the circuit 140 . Accordingly, the decoupling current im2 may decrease.

다음으로, 도 7c를 참조하여 구체적으로 설명하면, mode 3에서 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 모두 턴 오프 상태이므로, 앞서 부스팅 동작에서 설명한 바와 같이 교류 전원(Vac), 부스팅 인덕터(Lb), 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력은 출력단 회로(140)에 공급될 수 있고, 이에 따라 부스팅 전류(im1)는 감소할 수 있다.Next, as described in detail with reference to FIG. 7C , in mode 3, since both the first and second switching elements S1 and S2 are turned off, as described above in the boosting operation, the AC power supply (Vac) and the boosting inductor (Lb), the output circuit 140 may form a closed circuit. Accordingly, the power charged in the boosting inductor Lb may be supplied to the output circuit 140 , and accordingly, the boosting current im1 may decrease.

한편, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 상태와 관계 없이, 디커플링 인덕터(Ld)와 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있고, 디커플링 인덕터(Ld)에 충전된 전력은 출력단 회로(140)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 디커플링 전류(im2)는 감소할 수 있다.Meanwhile, regardless of the state of the first and second switching elements S1 and S2 , the decoupling inductor Ld and the output terminal circuit 140 may form a closed circuit, and the power charged in the decoupling inductor Ld is applied to the output terminal. It may be provided in the circuit 140 . Accordingly, the decoupling current im2 may decrease.

한편, 도 7b는 입력 전압(Vin)이 양의 값을 가짐에 따라 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온 제어되고 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 오프 제어되는 것으로 도시되어 있으나, 입력 전압(Vin)이 음의 값을 가지는 경우에는 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 오프 제어될 수 있고 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 온 제어될 수 있다.Meanwhile, FIG. 7B shows that the first switching element S1 is turned on and the second switching element S2 is turned off as the input voltage Vin has a positive value, but the input voltage ( When Vin) has a negative value, the first switching element S1 may be controlled to be turned off and the second switching element S2 may be controlled to be turned on.

또 다른 예에서, 제어부(130)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 턴 오프 제어하여 버퍼 커패시터(Cb)에 전력을 충전시킬 수 있다.In another example, the control unit 130 may turn off the first and second switching elements S1 and S2 to charge power in the buffer capacitor Cb.

다시 도 6을 참조하면, mode 3에서 제어부(130)는 로우 값의 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(Q1, Q2)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 버퍼 전압(Vb)은 증가할 수 있다.Referring back to FIG. 6 , in mode 3 , the controller 130 may output the first and second switching control signals Q1 and Q2 having a low value. Accordingly, the buffer voltage Vb may increase.

도 7c를 참조하여 구체적으로 설명하면, mode 3에서 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴 오프 상태이므로, 교류 전원(Vac), 부스팅 인덕터(Lb), 버퍼 커패시터(Cb) 및 출력단 회로(140)는 폐회로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 교류 전원(Vac)에서 출력되는 전력 및 부스팅 인덕터(Lb)에 충전된 전력은 출력단 회로(140)로 공급될 수 있고, 이에 따라 부스팅 전류(im1)는 감소할 수 있다.7c, since the first and second switching elements S1 and S2 are turned off in mode 3, the AC power supply Vac, the boosting inductor Lb, the buffer capacitor Cb, and the output terminal The circuit 140 may form a closed circuit. Accordingly, the power output from the AC power source Vac and the power charged in the boosting inductor Lb may be supplied to the output terminal circuit 140 , and accordingly, the boosting current im1 may decrease.

한편, mode 3에서 버퍼 커패시터(Cb)는 전력의 이동 경로 상에 위치하므로 버퍼 커패시터(Cb)에는 전압이 충전될 수 있고, 이에 따라 버퍼 전압(Vb)은 증가할 수 있다.Meanwhile, in mode 3, since the buffer capacitor Cb is located on the movement path of power, a voltage may be charged in the buffer capacitor Cb, and accordingly, the buffer voltage Vb may increase.

한편, 전술한 mode 1 내지 mode 3에서 부하(R)는 출력단 커패시터(Co)에 저장된 출력 전압(Vout)을 공급받아 소모할 수 있다. 이에 따라, 출력단 커패시터(Co)에 전력이 공급되지 않는 mode 1에서 출력 전압(Vout)은 부하(R)의 전력 소모에 의해 감소할 수 있다. 반면에, 출력단 커패시터(Co)에 전력이 공급되는 mode 2 및 mode 3에서 출력 전압(Vout)은 증감하거나 낮은 증가율을 보일 수 있다.Meanwhile, in the aforementioned modes 1 to 3, the load R may be supplied with the output voltage Vout stored in the output terminal capacitor Co and consumed. Accordingly, in mode 1 in which power is not supplied to the output capacitor Co, the output voltage Vout may decrease due to power consumption of the load R. On the other hand, in mode 2 and mode 3 in which power is supplied to the output capacitor Co, the output voltage Vout may increase or decrease or exhibit a low increase rate.

제어부(130)는 전술한 mode 1 내지 mode 3의 동작이 순차적으로 수행되도록 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 제어함으로써 부스팅 동작과 함께 디커플링 동작을 수행할 수 있다. 다시 말해, 제어부(130)는 버퍼 커패시터(Cb) 및 디커플링 인덕터(Ld)의 충방전을 반복시킴으로써, 부스팅 동작과 함께 디커플링 동작을 수행할 수 있다.The controller 130 may perform the decoupling operation together with the boosting operation by controlling the first and second switching elements S1 and S2 so that the above-described operations of mode 1 to mode 3 are sequentially performed. In other words, the controller 130 may perform the decoupling operation together with the boosting operation by repeating charging and discharging of the buffer capacitor Cb and the decoupling inductor Ld.

한편, 제어부(130)는 mode 1 및/또는 mode 2의 동작 시간을 조절하여 버퍼 전압(Vb)을 조절할 수 있다.Meanwhile, the controller 130 may adjust the buffer voltage Vb by adjusting the operation time of mode 1 and/or mode 2 .

다시 도 6을 참조하면, 충전 구간(Tc)에서는 mode 1의 동작 시간이 짧고 mode 2의 동작 시간이 길 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 mode 1 내지 mode 3의 동작이 순차 수행될 때, mode 1의 동작 시간이 짧을수록 버퍼 커패시터(Cb)에서 방전되는 전력량은 작을 수 있다. 한편, mode 2의 동작 시간이 길수록 버퍼 커패시터(Cb)에 제공될 전력량, 다시 말해, 부스팅 인덕터(Lb)에 저장되는 전력량은 증가할 수 있다. 이에 따라, mode 1의 동작 시간이 짧고 mode 2의 동작 시간이 긴 충전 구간(Tc)에서는 버퍼 전압(Vb)이 결과적으로 증가할 수 있다.Referring back to FIG. 6 , in the charging period Tc, the operation time of mode 1 may be short and the operation time of mode 2 may be long. As described above, when the operations of mode 1 to mode 3 are sequentially performed, as the operation time of mode 1 is shorter, the amount of power discharged from the buffer capacitor Cb may be small. Meanwhile, as the operation time of mode 2 increases, the amount of power to be provided to the buffer capacitor Cb, that is, the amount of power stored in the boosting inductor Lb, may increase. Accordingly, in the charging period Tc in which the operation time of mode 1 is short and the operation time of mode 2 is long, the buffer voltage Vb may increase as a result.

반면에, 방전 구간(Td)에서는 mode 1의 동작 시간이 길고 mode 2의 동작 시간이 짧을 수 있다. 마찬가지로 mode 1 내지 mode 3의 동작이 순차 수행될 때, mode 1의 동작 시간이 길수록 버퍼 커패시터(Cb)에서 방전되는 전력량은 클 수 있다. 한편, mode 2의 동작 시간이 짧을수록 버퍼 커패시터(Cb)에 제공될 전력량, 다시 말해, 부스팅 인덕터(Lb)에 저장되는 전력량은 감소할 수 있다. 이에 따라, 방전 구간(Td)에서는 버퍼 전압(Vb)이 결과적으로 감소할 수 있다.On the other hand, in the discharge period Td, the operation time of mode 1 may be long and the operation time of mode 2 may be short. Similarly, when the operations of mode 1 to mode 3 are sequentially performed, the longer the operation time of mode 1 is, the greater the amount of power discharged from the buffer capacitor Cb. Meanwhile, as the operation time of mode 2 is shorter, the amount of power to be provided to the buffer capacitor Cb, that is, the amount of power stored in the boosting inductor Lb, may decrease. Accordingly, in the discharge period Td, the buffer voltage Vb may decrease as a result.

도 6에 도시된 바와 같이 mode 1과 mode 2의 동작 시간은 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온 듀티(dDS1, dDS2)에 따라 결정될 수 있다. 이에 따라, 제어부(130)는 타이밍 신호(Ts)를, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 온 듀티(dDS1, dDS2)에 의해 결정되는 기준 크기와 비교하여 제1 및 제2 스위칭 신호(Q1, Q2)를 출력함으로써 mode 1 및 mode 2의 동작 시간을 조절할 수 있다.As shown in FIG. 6 , the operating times of mode 1 and mode 2 may be determined according to the on-duties d DS1 and d DS2 of the first and second switching elements S1 and S2 . Accordingly, the controller 130 compares the timing signal Ts with reference sizes determined by the on-duties d DS1 and d DS2 of the first and second switching elements S1 and S2, and compares the first and second 2 By outputting the switching signals Q1 and Q2, the operation time of mode 1 and mode 2 can be adjusted.

제어부(130)는 충전 구간(Tc)에 대응하는 제1 및 제2 스위칭 신호(Q1, Q2)를 반복 출력함으로써 버퍼 전압(Vb)을 지속적으로 증가시킬 수도 있고, 방전 구간(Td)에 대응하는 제1 및 제2 스위칭 신호(Q1, Q2)를 반복 출력함으로써 버퍼 전압(Vb)을 지속적으로 감소시킬 수도 있다.The controller 130 may continuously increase the buffer voltage Vb by repeatedly outputting the first and second switching signals Q1 and Q2 corresponding to the charging period Tc, and may continuously increase the buffer voltage Vb corresponding to the discharging period Td. By repeatedly outputting the first and second switching signals Q1 and Q2, the buffer voltage Vb may be continuously decreased.

제어부(130)는 충전 구간(Tc)과 방전 구간(Tc)을 조절함으로써, 교류 성분이 제거된 일정한 출력 전압(Vout)이 부하(R)에 제공되도록 할 수 있다.The controller 130 may adjust the charging period Tc and the discharging period Tc so that a constant output voltage Vout from which the AC component is removed is provided to the load R.

상술한 바와 같이, 본 발명의 부스트 컨버터(100)는 종래 AC-DC 컨버터가 수행할 수 있는 부스팅 동작을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 액티브 디커플링 동작까지 수행함으로써 부하(R)에 교류 성분이 제거된 안정적인 직류 전압을 제공할 수 있다.As described above, the boost converter 100 of the present invention can not only perform the boosting operation that the conventional AC-DC converter can perform, but also perform an active decoupling operation so that the AC component to the load R is removed. It can provide a stable DC voltage.

이에 따라, 본 발명에 의하면 패시브 디커플링 동작을 위한 전해 커패시터가 필름 커패시터로 대체될 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면 부하(R)에 전압을 제공하는 출력단 커패시터(Co)를 필름 커패시터로 구현할 수 있다.Accordingly, according to the present invention, the electrolytic capacitor for the passive decoupling operation may be replaced with the film capacitor. That is, according to the present invention, the output terminal capacitor (Co) providing a voltage to the load (R) can be implemented as a film capacitor.

상술한 바와 같이, 본 발명은 부스팅 동작에 이용되는 스위칭 소자와 디커플링 동작에 이용되는 스위칭 소자를 공용화함으로써, 디커플링 동작을 위한 별도의 스위칭 소자 없이도 부하(R)에 공급될 수 있는 교류 성분의 노이즈를 능동적으로 차단할 수 있다.As described above, in the present invention, the noise of the AC component that can be supplied to the load R without a separate switching element for the decoupling operation is reduced by sharing the switching element used for the boosting operation and the switching element used for the decoupling operation. can be actively blocked.

또한, 본 발명은 부하(R)에 전압을 공급하는 출력단 커패시터(Co)를 전해 커패시터에서 필름 커패시터로 대체함으로써, 부스트 컨버터(100)의 소형화가 가능하고, 전력 변환 효율을 개선시킬 수 있으며, 수명을 증가시킬 수 있다. In addition, in the present invention, by replacing the output capacitor (Co) for supplying voltage to the load (R) from the electrolytic capacitor to the film capacitor, it is possible to miniaturize the boost converter 100, improve the power conversion efficiency, and lifespan can increase

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in this specification, and various methods can be obtained by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention have not been explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.

Claims (12)

적어도 하나의 레그(leg)에 결선된 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하여 교류 전원을 정류하는 풀 브리지(full-bridge) 정류 회로;
상기 풀 브리지 정류 회로의 출력단에 연결되고, 버퍼 커패시터 및 상기 버퍼 커패시터로부터 전력을 공급받는 디커플링 인덕터를 포함하는 디커플링(decoupling) 회로;
상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 제어하여 상기 버퍼 커패시터에 전력을 충전시키거나 상기 버퍼 커패시터에 충전된 전력을 상기 디커플링 인덕터에 공급하는 제어부; 및
상기 디커플링 회로의 출력단에 연결되어 상기 디커플링 인덕터로부터 전력을 공급받는 출력단 회로를 포함하며,
상기 디커플링 회로는,
상기 디커플링 인덕터에 직렬로 연결되어 전력이 상기 버퍼 커패시터에서 상기 디커플링 인덕터로 공급되도록 전류 흐름을 제한하는 전류 제한 다이오드, 및 상기 전류 제한 다이오드에 병렬로 연결되는 스너버 커패시터를 더 포함하며,
상기 전류 제한 다이오드는 상기 버퍼 커패시터와 상기 디커플링 인덕터 사이에 배치되며,
상기 제어부는,
상기 버퍼 커패시터에 전력이 충전되어 있을 때, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 턴 온 제어하여 상기 버퍼 커패시터에 충전된 전력을 상기 디커플링 인덕터에 공급하는 제1 모드, 상기 디커플링 인덕터에 전력이 충전되어 있을 때, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자 중 적어도 하나를 턴 오프 제어하여 상기 디커플링 인덕터에 충전된 전력을 상기 출력단 회로로 공급하는 제2 모드, 및 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 턴 오프 제어하여 상기 버퍼 커패시터에 전력을 충전시키는 제3 모드가 순차적으로 수행되도록 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 제어하는
부스트 컨버터.
a full-bridge rectifying circuit for rectifying AC power, including first and second switching elements connected to at least one leg;
a decoupling circuit connected to an output terminal of the full-bridge rectification circuit, the decoupling circuit including a buffer capacitor and a decoupling inductor receiving power from the buffer capacitor;
a control unit controlling the first and second switching elements to charge power to the buffer capacitor or to supply power charged in the buffer capacitor to the decoupling inductor; and
an output circuit connected to the output terminal of the decoupling circuit to receive power from the decoupling inductor;
The decoupling circuit is
a current limiting diode connected in series to the decoupling inductor to limit current flow so that power is supplied from the buffer capacitor to the decoupling inductor, and a snubber capacitor connected in parallel to the current limiting diode;
the current limiting diode is disposed between the buffer capacitor and the decoupling inductor;
The control unit is
When power is charged in the buffer capacitor, a first mode in which the first and second switching elements are turned on to supply the power charged in the buffer capacitor to the decoupling inductor, the decoupling inductor is charged with power a second mode of supplying power charged in the decoupling inductor to the output circuit by turning-off control of at least one of the first and second switching elements, and turn-off control of the first and second switching elements to control the first and second switching elements so that a third mode of charging power to the buffer capacitor is sequentially performed
boost converter.
 제1항에 있어서,
상기 풀 브리지 정류 회로는 계통과 연결되어 상기 계통으로부터 공급되는 교류 전원을 정류하는
부스트 컨버터.
According to claim 1,
The full bridge rectification circuit is connected to the grid to rectify the AC power supplied from the grid.
boost converter.
 제1항에 있어서,
상기 풀 브리지 정류 회로는, 일단이 계통과 연결되는 부스팅 인덕터, 상기 부스팅 인덕터의 타단과 연결되는 제1 레그 및 상기 제1 레그에 병렬로 연결되는 제2 레그를 포함하고,
상기 제1 레그에는 제1 및 제2 다이오드가 결선되고, 상기 제2 레그에는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자가 결선되는
부스트 컨버터.
According to claim 1,
The full-bridge rectification circuit includes a boosting inductor having one end connected to the grid, a first leg connected to the other end of the boosting inductor, and a second leg connected in parallel to the first leg,
First and second diodes are connected to the first leg, and the first and second switching elements are connected to the second leg
boost converter.
 제1항에 있어서,
상기 버퍼 커패시터의 일단은 상기 풀 브리지 정류 회로의 포지티브 단자에 연결되고,
상기 디커플링 인덕터는 상기 버퍼 커패시터의 타단과 상기 풀 브리지 정류 회로의 네거티브 단자 사이에 연결되는
부스트 컨버터.
The method of claim 1,
One end of the buffer capacitor is connected to the positive terminal of the full-bridge rectifier circuit,
The decoupling inductor is connected between the other end of the buffer capacitor and the negative terminal of the full-bridge rectifier circuit.
boost converter.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 출력단 회로는
상기 디커플링 회로의 출력단에 연결된 출력단 커패시터와,
상기 출력단 커패시터로부터 출력 전압을 공급받는 부하를 포함하는
부스트 컨버터.
According to claim 1,
The output circuit is
an output capacitor connected to the output terminal of the decoupling circuit;
and a load receiving the output voltage from the output capacitor.
boost converter.
 제7항에 있어서,
상기 출력단 커패시터는 필름(film) 커패시터인
부스트 컨버터.
8. The method of claim 7,
The output capacitor is a film capacitor.
boost converter.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자 중 적어도 하나를 턴 온 제어하여 상기 풀 브리지 정류 회로 내 부스팅 인덕터에 전력을 충전시키는
부스트 컨버터.
According to claim 1,
The control unit turns on at least one of the first and second switching elements to charge power in the boosting inductor in the full-bridge rectifier circuit.
boost converter.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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