KR19990058753A - Step-up converter for power factor control using soft switching technology - Google Patents

Step-up converter for power factor control using soft switching technology Download PDF

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Abstract

본 발명은 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터에 관한 것으로, 종래에는 다이오드에는 역회복 특성으로 인해 손실을 상당히 크게 하고, 이러한 손실은 EMI 발생을 증대시키는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 승압형 컨버터에서 소프트 스위칭부를, 정류부의 플러스단과 마이너스단 사이에 연결된 공진 캐패시터(Cr)와, 직류연결된 제1보조 스위치(Sa1)와 제1보조 다이오드(Da1) 그리고 제2보조 다이오드(Da2)와 제2보조 스위치(Sa2)로 이루어진 양방향 스위치는 정류부의 플러스단에 각각 병렬 연결하고, 직렬 연결된 두 필터 캐패시터(Co1,Co2)는 상기 정류부의 플러스단과 마이너스단 사이에 연결하고, 상기 제1보조 다이오드(Da1)와 제2보조 스위치(Sa2)의 접속점과 상기 두 필터 캐패시터(Co1,Co2)의 접속점 사이에 공진 인덕터(Lr)을 직렬 연결하고, 상기 제1보조 스위치(Sa1)와 제2보조 다이오드(Da2)의 접속점과 제1필터 캐패시터(Co1) 사이의 정류부의 플러스단에 직렬 연결한 다이오드(D)로 구성하여, 각 부의 스위치와 다이오드 스위칭시 소프트 스위칭 기술을 이용하여 영전류 또는 영전압에서 스위칭하여 손실을 거의 영으로 줄이고, 소프트 스위칭에 의한 EMI문제도 상당히 저감시키고, 전체 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a step-up converter for power factor control using a soft switching technique. Conventionally, diodes have a large loss due to reverse recovery characteristics, and this loss has a problem of increasing EMI generation. Accordingly, the present invention provides a soft switching unit in a boost converter, a resonant capacitor Cr connected between a positive end and a negative end of a rectifier, a first auxiliary switch Sa1, a first auxiliary diode Da1, and a second auxiliary diode connected to DC. The bidirectional switch composed of Da2 and the second auxiliary switch Sa2 is connected in parallel to the positive terminal of the rectifying unit, respectively, and two series of filter capacitors Co1 and Co2 connected in series are connected between the positive terminal and the negative terminal of the rectifying unit. A resonant inductor Lr is connected in series between the connection point of the first auxiliary diode Da1 and the second auxiliary switch Sa2 and the connection point of the two filter capacitors Co1 and Co2, and the first auxiliary switch Sa1 A soft switch for switching the switches and diodes of each part, consisting of a diode D connected in series with the positive terminal of the rectifying part between the connection point of the second auxiliary diode Da2 and the first filter capacitor Co1. The use to reduce the loss by switching in zero-current or zero voltage almost to zero, due to the EMI problem and soft switching is also considerably reduced, which is to compactly configure the entire system.

Description

소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터Step-up converter for power factor control using soft switching technology

본 발명은 스위칭시 다이오드의 역회복 특성으로 인한 손실 등으로 인해 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위한 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터에 관한 것으로, 특히 소프트 스위칭 기술을 이용하여 스위치 및 다이오드의 스위칭 손실을 최소로 하고, EMI를 억제할 수 있도록 한 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터를 제공함에 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a step-up converter for power factor control using a soft switching technology for preventing the efficiency from falling due to losses due to reverse recovery characteristics of a diode during switching. In particular, a switching loss of a switch and a diode using a soft switching technology is used. It is to provide a step-up converter for power factor control using a soft switching technology to minimize EMI and suppress EMI.

종래 역률 제어 기능이 없는 전원공급 회로는, 도 1에 도시된 바와같이, 입력되는 상용 전원을 정류하고 그 정류된 직류전압을 출력하는 정류부(10)와, 상기 정류부(10)에서 출력되는 직류전압을 필터링하여 부하(12)로 공급하는 필터용 캐패시터(C)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the power supply circuit having no power factor control function includes a rectifying unit 10 for rectifying an input commercial power and outputting the rectified DC voltage, and a DC voltage output from the rectifying unit 10. It is composed of a filter capacitor (C) for filtering the supply to the load (12).

그리고, 종래 역률제어용 승압형 컨버터에 대한 회로구성은, 도 3에 도시된 바와같이, 입력되는 상용 전원을 정류하고 그 정류된 직류전압을 출력하는 정류부(10)와, 상기 정류부(10)에서 출력되는 전압에 대해 역률을 개선하기 위한 동작을 수행하는 승압형 컨버터부(11)와, 상기 승압형 컨버터부(11)에서 출력하는 전압을 필터링하여 부하(12)로 공급하기 위한 필터용 캐패시터(C)와, 입력되는 전류를 검출하는 전류 검출부(13)와, 입력되는 전압을 검출하는 입력전압 검출부(14)와, 상기 부하(12) 동작시 발생하는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부(15)와, 상기 검출부(13~15)를 통해 검출한 전류 및 전압값을 이용하여 역률 제어를 위한 스위칭신호를 상기 승압형 컨버터부(11)로 출력하는 역률 제어부(16)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the circuit configuration of the conventional power factor control boost converter includes a rectifying unit 10 for rectifying an input commercial power and outputting the rectified DC voltage, and outputting from the rectifying unit 10. Step-up converter section 11 for performing an operation for improving the power factor with respect to the voltage, and a filter capacitor (C) for filtering the voltage output from the step-up converter section 11 to supply to the load 12 ), A current detector 13 for detecting an input current, an input voltage detector 14 for detecting an input voltage, and an output voltage detector 15 for detecting an output voltage generated when the load 12 is operated. And a power factor controller 16 for outputting a switching signal for power factor control to the boost converter 11 using the current and voltage values detected by the detectors 13 to 15.

이와같이 구성된 종래 기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the prior art configured in this way in detail as follows.

먼저, 역률 제어 기능이 없는 전원공급 회로에 대하여 도 1과 도 2에 의거하여 살펴보면, 전원공급단을 통해 상용전원과 그에 비례하는 도 2의 (나)에서와 같은 상용 전류( IAC )가 정류부(10)로 공급된다.First, referring to FIG. 1 and FIG. 2 for a power supply circuit without a power factor control function, the commercial power through the power supply stage and the commercial current as shown in FIG. I AC ) Is supplied to the rectifier 10.

그러면 정류부(10)는 입력되는 상용전원을 브리지 다이오드를 이용하여 정류하여 직류전압으로 만들고, 이 정류된 직류전압을 필터용 캐패시터(C)로 출력한다.Then, the rectifier 10 rectifies the input commercial power using a bridge diode to make a DC voltage, and outputs the rectified DC voltage to the filter capacitor C.

이때 상기 필터용 캐패시터(C)에 공급되는 입력전류(IIN)는 도 2의 (다)에 도시한 바와같다.At this time, the input current I IN supplied to the filter capacitor C is as shown in FIG.

상기에서와 같은 입력전류(IIN)와 직류전압을 공급받은 필터용 캐패시터(C)는 필터링하고, 그 필터링한 전압, 즉 도 2의 (가)에서와 같은 출력전압(Vo)을 부하(13)로 공급하여 동작하도록 한다.The filter capacitor C receiving the input current I IN and the DC voltage as described above is filtered, and the filtered voltage, that is, the output voltage Vo as shown in FIG. ) To operate.

이상에서와 같이 동작하는 회로의 역률은 보통 0.4~0.7 사이의 수치를 갖는다.The power factor of a circuit operating as described above usually has a value between 0.4 and 0.7.

게다가 고조파(Harmonics) 성분이 크기 때문에 국제규격인 IEC 1000-3을 만족할 수 없다.In addition, the harmonics component is too large to meet the international standard IEC 1000-3.

역률이 낮으면 실효전력도 작아지기 때문에 가정내에서 사용할 수 있는 전력이 감소하는 문제점이 있다.When the power factor is low, the effective power is also reduced, which reduces the power available in the home.

따라서 역률제어용 회로를 삽입하여 역률 및 고조파를 줄이고 있다.Therefore, a power factor control circuit is inserted to reduce power factor and harmonics.

이와같은 회로는 도 3에 도시하였으며, 도 3에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Such a circuit is illustrated in FIG. 3, which is described below with reference to FIG. 3.

상용전원을 정류부(10)로 공급하면, 상기 정류부(10)는 입력전압을 정류하고 이 정류된 전압(VIN)을 승압형 컨버터(11)로 출력하는데, 상기 정류된 전압(VIN)은 입력전원 주파수(50/60Hz)의 두배 주파수를 갖는 전압이 나온다.When supplying commercial power to the rectifier 10, the rectifier 10 rectifies the input voltage and outputs the rectified voltage (V IN ) to the boost converter 11, the rectified voltage (V IN ) is A voltage with twice the frequency of the input supply frequency (50/60 Hz) comes out.

이 전압(VIN)을 입력으로 해서 승압형 컨버터부(11)로 출력하면, 인덕터(L)에는 입력전압(VIN)과 동상인 전류가 흐르고, 상용전원에서 보면 50/60Hz의 입력전압에 동상인 싸인파 전류가 흘러서 역률이 거의 1.0에 가깝게 된다.When this voltage (V IN ) is input and output to the boost converter 11, a current in phase with the input voltage (V IN ) flows through the inductor (L). The in-phase sine wave current flows and the power factor is nearly 1.0.

이때 다이오드(D)와 필터용 캐패시터(C)를 거쳐 필터링되어 부하(12)에 공급되는 출력전압(Vo)은 입력전압(VIN)의 피크치보다 큰 전압이 된다.At this time, the output voltage Vo that is filtered through the diode D and the filter capacitor C and supplied to the load 12 becomes a voltage larger than the peak value of the input voltage V IN .

상기 출력전압(Vo)은 출력전압 검출부(15)에서 검출하여 역률 제어부(16)로 출력하면, 상기 역률 제어부(16)는 출력전압이 설정치로 안정하게 동작하도록 제어해준다.When the output voltage Vo is detected by the output voltage detector 15 and output to the power factor controller 16, the power factor controller 16 controls the output voltage to operate stably.

그리고, 인덕터(L)의 전류가 입력전압(VIN)을 추종하도록 역률 제어부(16)에서 제어하는데, 이는 입력전압 검출부(14)에서 검출한 입력전압과 전류 검출부(13)에서 검출한 입력전류를 이용하여 제어한다.The power factor controller 16 controls the current of the inductor L to follow the input voltage V IN , which is an input voltage detected by the input voltage detector 14 and an input current detected by the current detector 13. Control by using.

상기 스위치(S1)는 50KHz 이상의 높은 주파수로 동작하기 때문에 각 스위칭시에 인덕터(L)의 전류는 전류원과 같은 역할을 한다.Since the switch S1 operates at a high frequency of 50 KHz or more, the current of the inductor L serves as a current source during each switching.

이상에서와 같은 동작에 의해 역률 제어부(16)에서 승압형 컨버터부(11)의 스위치(S1)를 온시키면 인덕터(L)에는 정류부(10)를 통해 정류된 전압(VIN)이 걸리고, 인덕터 전류(IL)는 선형적으로 상승한다.When the switch S1 of the boost converter 11 is turned on by the power factor controller 16 by the operation as described above, the inductor L receives the voltage V IN rectified through the rectifier 10, The current I L rises linearly.

이때 필터용 캐패시터(C)에 충전된 에너지가 부하(12)로 공급되고, 다이오드(D)는 역전압이 걸려있어서 오프되어 있다.At this time, the energy charged in the filter capacitor C is supplied to the load 12, and the diode D is turned off due to a reverse voltage.

그리고 역률 제어부(16)에 의해서 승압형 컨버터부(11)의 스위치(S1)가 오프되면 다이오드(D)가 도통하여 인덕터(L)에는 (Vo-VIN)전압이 걸리고, 인덕터 전류(IL)는 선형적으로 감소한다.When the switch S1 of the boost converter 11 is turned off by the power factor controller 16, the diode D is turned on so that the inductor L receives the (Vo-V IN ) voltage and the inductor current I L. ) Decreases linearly.

이 경우 입력에서 출력으로 파워를 공급하여 필터용 캐패시터(C)를 충전하고 부하(12)에 에너지를 공급한다.In this case, power is supplied from the input to the output to charge the filter capacitor C and supply energy to the load 12.

이상에서와 같은 동작을 반복하여 인덕터전류(IL)가 입력전압의 모양을 추종하도록 하며 전원측의 역률을 개선한다.By repeating the above operation, the inductor current I L follows the shape of the input voltage and improves the power factor on the power supply side.

그러나, 도 4에서와 같은 종래기술에서 스위치 온/오프시 발생하는 전압과 전류의 곱이 각 소자에서 발생하는 스위칭손실인데, 각 소자의 전압 및 전류의 파형이 겹치는 부분이 많아 손실이 커지고, 특히 다이오드(D)의 역회복(Reverse Recovery) 기간동안 다이오드(D)에는 전류가 다이오드(D)→스위치(S1)→필터용 캐패시터(C)의 패스로 흐르는데 이는 스위치(S1)와 다이오드(D)의 손실을 상당히 크게하는 역할을 한다. 따라서 효율이 상당히 낮아지고, 이러한 손실을 방열시켜 주기 위해서는 큰 방열판의 사용 및 큰 풍량의 팬을 사용해야 하는 문제점이 있다.However, in the prior art as shown in FIG. 4, the product of voltage and current generated when switching on / off is a switching loss generated in each device. The voltage and current waveforms of each device overlap each other, and thus the loss is large, especially a diode. During the reverse recovery period of (D), a current flows in the diode D through the path of the diode D → switch S1 → filter capacitor C. Serves to significantly increase losses. Therefore, the efficiency is considerably lowered, and in order to dissipate these losses, there is a problem of using a large heat sink and a fan of a large air volume.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 소프트 스위칭 기술을 이용하여 스위치 및 다이오드의 스위칭 손실을 최소화하기 위한 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to provide a step-up converter for power factor control using a soft switching technology for minimizing switching losses of a switch and a diode using a soft switching technology.

본 발명의 다른 목적은 EMI를 억제할 수 있도록 한 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a step-up converter for power factor control using a soft switching technology to suppress EMI.

도 1은 종래 역률 제어 기능이 없는 전원공급 회로도.1 is a power supply circuit diagram without a conventional power factor control.

도 2는 도 1에 대한 출력전압 및 입력전류에 대한 동작 파형도.2 is an operating waveform diagram of an output voltage and an input current of FIG. 1.

도 3은 종래의 역률 제어용 승압형 컨버터의 회로 구성도.3 is a circuit diagram of a conventional power factor-type boost converter.

도 4는 도 3에서, 스위칭시의 전압 및 전류 파형도.4 is a voltage and current waveform diagram at the time of switching in FIG.

도 5는 본 발명의 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터에 대한 회로 구성도.5 is a circuit diagram of a boost converter for power factor control using a soft switching technique of the present invention.

도 6은 도 5에서, 스위칭 한 주기 동안의 스위칭상태를 보여주는 전류 전압 파형도.FIG. 6 is a diagram of a current voltage waveform showing a switching state during one switching cycle in FIG. 5; FIG.

도 7은 도 5에서, 양방향 스위치의 다른 구성예를 보여주는 스위치 구성도.7 is a switch configuration diagram showing another configuration example of the bidirectional switch in FIG. 5;

도 8은 도 5에서, 인덕터에 흐르는 전류를 검출하기 위한 검출저항의 위치가 변경된 경우의 역률제어용 승압형 컨버터에 대한 회로 구성도.FIG. 8 is a circuit diagram of a step-up converter for power factor control when the position of the detection resistor for detecting the current flowing through the inductor is changed in FIG. 5; FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

20 : 정류부 21 : 승압형 컨버터부20: rectifier 21: boost converter unit

22 : 소프트 스위칭부 23 : 부하22: soft switching unit 23: load

24 : 전류 검출부 25 : 입력전압 검출부24: current detector 25: input voltage detector

26 : 출력전압 검출부 27 : 역률 제어부26: output voltage detector 27: power factor controller

Cr : 공진 캐패시터 L : 인덕터Cr: resonant capacitor L: inductor

Lr : 공진 인덕터 Sa1,Sa2 : 보조스위치Lr: Resonant Inductor Sa1, Sa2: Auxiliary Switch

S1 : 스위치 Co1,Co2 : 필터 캐패시터S1: switch Co1, Co2: filter capacitor

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상용전원을 정류하는 정류부의 출력을 받아서 역률을 개선하기 위한 인덕터와, 상기 인덕터의 역률을 개선하기 위하여 소프트 스위칭동작을 행하여 손실을 줄이도록 한 소프트 스위칭부와, 상기 소프트 스위칭부의 스위칭 상태에 따라 공진을 하여 영전압 조건을 만들어주는 공진 캐패시터와, 상기 인덕터에 흐르는 전류를 검출저항을 이용하여 검출하는 전류 검출부와, 상기 소프트 스위칭부를 제어하는 역률 제어부로 구성된 승압형 컨버터에 있어서, 상기 소프트 스위칭부는 정류부의 플러스단과 마이너스단 사이에 연결된 공진 캐패시터와, 직류연결된 제1보조 스위치와 제1보조 다이오드 그리고 제2보조 다이오드와 제2보조 스위치로 이루어진 양방향 스위치는 정류부의 플러스단에 각각 병렬 연결하고, 직렬 연결된 두 필터 캐패시터는 상기 정류부의 플러스단과 마이너스단 사이에 연결하고, 상기 제1보조 다이오드와 제2보조 스위치의 접속점과 상기 두 필터 캐패시터의 접속점 사이에 공진 인덕터을 직렬 연결하고, 상기 제1보조 스위치와 제2보조 다이오드의 접속점과 제1필터 캐패시터 사이의 정류부의 플러스단에 직렬 연결한 다이오드로 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is an inductor for improving the power factor by receiving the output of the rectifier rectifying the commercial power source, and a soft switching unit for reducing the loss by performing a soft switching operation to improve the power factor of the inductor; Step-up type consisting of a resonance capacitor for resonating according to the switching state of the soft switching unit to create a zero voltage condition, a current detector for detecting a current flowing through the inductor using a detection resistor, and a power factor controller for controlling the soft switching unit. In the converter, the soft switching unit includes a resonant capacitor connected between a positive end and a negative end of the rectifier, and a bidirectional switch including a first auxiliary switch, a first auxiliary diode, a second auxiliary diode, and a second auxiliary switch connected to DC. Connected in parallel to each stage The connected two filter capacitors are connected between the positive and negative ends of the rectifying unit, the resonant inductor is connected in series between the connection point of the first auxiliary diode and the second auxiliary switch and the connection point of the two filter capacitors, and the first auxiliary switch and And a diode connected in series with the positive terminal of the rectifying portion between the connection point of the second auxiliary diode and the first filter capacitor.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 상용전원을 정류하는 정류부(20)와, 상기 정류부(20)의 출력을 받아 역률을 개선하기 위한 승압형 컨버터부(21)와, 상기 승압형 컨버터부(21)의 손실을 줄이기 위하여 보조스위치와 공진 인덕터를 이용하여 소프트 스위칭동작을 행하는 소프트 스위칭부(22)와, 상기 승압형 컨버터부의 인덕터로 흐르는 전류를 검출저항을 이용하여 검출하는 전류 검출부(24)와, 상기 정류부(20)에서 승압형 컨버터부(21)로 공급되는 입력전압을 검출하는 입력전압 검출부(25)와, 부하동작시 출력되는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부(26)와, 상기 검출부(24~26)에서 검출된 전류 및 전압을 이용하여 영전압 및 영전류 조건에서 승압형 컨버터부(21)와 소프트 스위칭부(22)의 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어신호를 출력하는 역률 제어부(27)로 구성한다.FIG. 5 is a circuit diagram of a boost converter for power factor control using a soft switching technology of the present invention. As shown in FIG. 5, the rectifier 20 rectifies the input commercial power and the output of the rectifier 20. A boost converter 21 for receiving power factor and improving the power factor, a soft switch 22 for performing a soft switching operation using an auxiliary switch and a resonant inductor to reduce the loss of the boost converter 21; A current detector 24 for detecting a current flowing through the inductor of the boosted converter unit using a detection resistor, and an input voltage detector 25 for detecting an input voltage supplied from the rectifier 20 to the boosted converter unit 21. And an output voltage detector 26 for detecting an output voltage output during a load operation, and a boost type converter unit at zero voltage and zero current conditions using the current and voltage detected by the detectors 24 to 26. 21 and the power factor control unit 27 for outputting a control signal for turning on or off the switch of the soft switching unit 22.

그리고, 상기 소프트 스위칭부(22)는, 정류부의 플러스단과 마이너스단 사이에 연결된 공진 캐패시터(Cr)와, 직류연결된 제1보조 스위치(Sa1)와 제1보조 다이오드(Da1) 그리고 제2보조 다이오드(Da2)와 제2보조 스위치(Sa2)로 이루어진 양방향 스위치는 정류부의 플러스단에 각각 병렬 연결하고, 직렬 연결된 두 필터 캐패시터(Co1,Co2)는 상기 정류부의 플러스단과 마이너스단 사이에 연결하고, 상기 제1보조 다이오드(Da1)와 제2보조 스위치(Sa2)의 접속점과 상기 두 필터 캐패시터(Co1,Co2)의 접속점 사이에 공진 인덕터(Lr)을 직렬 연결하고, 상기 제1보조 스위치(Sa1)와 제2보조 다이오드(Da2)의 접속점과 제1필터 캐패시터(Co1) 사이의 정류부의 플러스단에 직렬 연결한 다이오드(D)로 구성한다.The soft switching unit 22 includes a resonant capacitor Cr connected between a positive end and a negative end of the rectifying unit, a first auxiliary switch Sa1, a first auxiliary diode Da1, and a second auxiliary diode connected to DC. The bi-directional switch composed of Da2) and the second auxiliary switch Sa2 is connected in parallel to the positive terminal of the rectifying unit, respectively, and the two filter capacitors Co1 and Co2 connected in series are connected between the positive terminal and the negative terminal of the rectifying unit. A resonant inductor Lr is connected in series between the connection point of the first auxiliary diode Da1 and the second auxiliary switch Sa2 and the connection point of the two filter capacitors Co1 and Co2, and the first auxiliary switch Sa1 and the first auxiliary switch Sa1 are connected in series. The diode D is connected in series with the positive terminal of the rectifying part between the connection point of the second auxiliary diode Da2 and the first filter capacitor Co1.

상기 양방향 스위치는, 도 7에 도시한 바와같이, 직렬 연결된 제1보조 다이오드(Da1)를 갖는 제1보조 스위치(Sa1)와 직렬연결된 제2보조 다이오드(Da2)를 갖는 제2보조 스위치(Sa2)가 병렬로 구성된 것을 사용하거나, 캐소드측이 서로 마주보도록 직렬연결된 두 개의 다이오드(Da11,Da12)와 애노드측이 서로 마주보도록 직렬연결된 두 개의 다이오드(Da21,Da22)와 상기 캐소드의 접속점과 애노드의 접속점 사이에 스위치(Sa1)를 연결하여 구성된 것을 사용한다.As shown in FIG. 7, the bidirectional switch includes a second auxiliary switch Sa2 having a second auxiliary diode Da2 connected in series with a first auxiliary switch Sa1 having a first auxiliary diode Da1 connected in series. Is connected in parallel, or two diodes Da11 and Da12 connected in series so that the cathode side faces each other and two diodes Da21 and Da22 connected in series so that the anode side faces each other and the connection point of the anode and the anode Use the one configured by connecting the switch (Sa1) in between.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.

도 5에서, 상용전원이 공급되면 이를 정류부(20)에서 입력받아 정류하고, 그 정류된 직류전압과 이 전압에 비례하는 전류는 승압형 컨버터부(21)로 공급된다.In FIG. 5, when commercial power is supplied, it is rectified by the rectifying unit 20, and the rectified DC voltage and a current proportional to the voltage are supplied to the boost type converter unit 21.

그러면 전류 검출부(24)는 승압형 컨버터부(21)의 인덕터(L)로 흐르는 전류를 검출저항(Rs)을 통해 검출하여 역률 제어부(27)로 출력하고, 입력전압 검출부(25)는 인덕터(L)로 공급되는 입력전압을 검출하여 상기 역률 제어부(27)로 출력하고, 또한 출력전압 검출부(26)는 부하(23)가 동작할 경우 그때 발생되는 출력전압을 검출하여 상기 역률 제어부(27)로 출력한다.Then, the current detector 24 detects the current flowing through the inductor L of the boost converter 21 through the detection resistor Rs and outputs it to the power factor controller 27, and the input voltage detector 25 receives the inductor ( The input voltage supplied to L) is detected and output to the power factor controller 27, and the output voltage detector 26 detects the output voltage generated at the time when the load 23 operates, and the power factor controller 27 Will output

이에 상기 역률 제어부(27)는 각 검출부(24~26)에서 공급되는 전류 및 전압을 이용하여 승압형 컨버터부(21)의 스위치(S1)와 소프트 스위칭부(22)의 보조스위치(Sa1,Sa2)를 영전류 및 영전압 조건에서 스위칭하기 위한 스위칭 제어신호를 출력한다.Accordingly, the power factor controller 27 uses the current and voltage supplied from each of the detection units 24 to 26 to switch S1 of the boost converter 21 and the auxiliary switches Sa1 and Sa2 of the soft switching unit 22. ) Outputs a switching control signal for switching under zero current and zero voltage conditions.

이때 도 6의 (a)에서와 같이 초기상태에서는 승압형 컨버터부(21)의 스위치(S1)가 오프되어 있어서, 인덕터(L)의 전류( IL )는 다이오드(D)를 통해서 두 개의 필터 캐패시터(Co1,Co2)와 부하(23)로 각각 공급된다.At this time, as shown in (a) of FIG. 6, in the initial state, the switch S1 of the boost converter 21 is turned off, so that the current of the inductor L ( I L ) Is supplied to the two filter capacitors Co1 and Co2 and the load 23 through the diode D, respectively.

그러면 상기 다이오드(D)에 흐르는 전류( ID )는 도 6의 (f)에서와 같이 인덕터(L)의 전류( IL )가 되고, 승압형 컨버터부(21)의 스위치(S1)에 걸리는 전압( VS1 )은 도 6의 (c)에서와 같이 출력전압(Vo)이 된다.Then, the current flowing through the diode D ( I D ) Is the current of the inductor L as shown in FIG. I L ) And the voltage applied to the switch S1 of the boost type converter section 21 ( V S1 ) Is the output voltage Vo as shown in FIG.

역률 제어부(27)에서 승압형 컨버터부(21)의 스위치(S1)를 온시키려면 소프트 스위칭부(22)의 제1보조 스위치(Sa1)를 도 6의 (a)에서와 같이 스위칭 제어신호를 영전류 조건에서 출력하여 온시킨다.(t0)In order to turn on the switch S1 of the boost type converter unit 21 in the power factor controller 27, the first auxiliary switch Sa1 of the soft switching unit 22 may switch the switching control signal as shown in FIG. Output at zero current condition and turn it on (t0).

상기 제1보조 스위치(Sa1)가 온되면 공진 인덕터(Lr)에는 출력전압의 반(Vo/2)이 걸리고, 공진 인덕터(Lr)의 전류( iLr )는 도 6의 (b)에서와 같이 선형적으로 증가한다.(t1구간)When the first auxiliary switch Sa1 is turned on, the resonant inductor Lr receives half of the output voltage Vo / 2, and the current of the resonant inductor Lr i Lr ) Increases linearly as shown in (b) of FIG. 6 (t1 section).

상기 공진 인덕터(Lr)의 전류( iLr )가 인덕터(L)의 전류( IL )와 같아지면 다이오드(D)의 전류( ID )는 도 6의 (f)에서와 같이 영이되고, 공진 캐패시터(Cr)와 Cr - Sa1 - Da1 - Lr - Co2 패스로 공진을 해서 승압형 컨버터부(21)의 스위치(S1)의 전압이 도 6의 (c)에서와 같이 영으로 떨어진다.Current of the resonant inductor Lr i Lr Is the current in the inductor (L) I L Equal to), the current in diode (D) I D 6) becomes zero as shown in FIG. It falls to zero as in 6 (c).

이때 다이오드(D)의 전압은 도 6의 (e)에서와 같이 영에서 출력전압(Vo)까지 상승한다.(t1~t2구간)At this time, the voltage of the diode D rises from zero to the output voltage Vo as shown in FIG. 6E. (T1 to t2 section)

t2에서 영전압의 조건으로 승압형 컨버터부(21)의 스위치(S1)를 온시키면, 인덕터(L)의 전류( IL )는 스위치(S1)와 공진 인덕터(Lr)로 나뉘어 흐른다.When the switch S1 of the boost type converter unit 21 is turned on at the condition of zero voltage at t2, the current of the inductor L ( I L ) Is divided into a switch S1 and a resonant inductor Lr.

그러면 공진 인덕터(Lr)에는 역전압이 걸려 있어서 전류( iLr )가 도 6의 (b)에서와 같이 선형적으로 감소하고, 스위치(S1)로 흐르는 전류( IS )는 도 6의 (d)에서와 같이 선형적으로 상승한다.The resonant inductor Lr is then subjected to a reverse voltage so that the current ( i Lr ) Decreases linearly as shown in FIG. 6 (b) and the current flowing through the switch S1 ( I S ) Rises linearly as in FIG.

따라서 결국에는 인덕터(L)의 전류( IL )는 스위치(S1)로 모두 흐른다.So in the end, the current I L ) All flow to the switch S1.

따라서 제1보조 스위치(Sa1)는 영전류의 조건에서 오프되고, 스위치(S1)의 온 절차가 모두 끝난다.(t3)Therefore, the first auxiliary switch Sa1 is turned off under the condition of zero current, and the on procedure of the switch S1 is completed. (T3)

그리고 역률 제어부(27)의 스위칭 제어신호에 의해 승압형 컨버터부(21)의 스위치(S1)를 오프시키려면 소프트 스위칭부(22)의 제2보조 스위치(Sa2)를 영전류의 조건에서 온한다.(t4구간)In order to turn off the switch S1 of the boost converter 21 by the switching control signal of the power factor controller 27, the second auxiliary switch Sa2 of the soft switching unit 22 is turned on under the condition of zero current. (t4 section)

그러면 공진 인덕터(Lr)에는 출력전압의 반(Vo/2)이 온할 때와는 반대로 걸리고 도 6의 (b)에서와 같이 반대방향의 전류( iLr )가 선형적으로 증가한다.Then, the resonant inductor Lr is applied opposite to when half of the output voltage (Vo / 2) is turned on, and as shown in FIG. i Lr ) Increases linearly.

상기 공진 인덕터(Lr)의 전류( iLr )가 인덕터(L)의 전류( IL )와 같아지면 스위치(S1)를 영전압의 조건으로 오프한다.(t5구간)Current of the resonant inductor Lr i Lr Is the current in the inductor (L) I L ), The switch S1 is turned off under the condition of zero voltage. (T5 section)

그러면 공진 인턱터(Lr)의 전류( iLr )는 공진 캐패시터(Cr)와 Cr - Co2 - Lr - Sa2 - Da2 패스로 공진을 해서 스위치(S1)의 전압( VS1 )이 도 6의 (c)에서와 같이 출력전압(Vo)까지 상승하고, 다이오드(D)의 전압( VD )은 도 6의 (e)에서와 같이 영까지 떨어져서 도통하게 된다.(t6구간)Then the current of the resonant inductor Lr ( i Lr ) Resonates with the resonant capacitor Cr and the Cr-Co2-Lr-Sa2-Da2 pass, and the voltage of the switch S1 ( V S1 ) Rises to the output voltage Vo as shown in FIG. 6C, and the voltage of the diode D V D ) Becomes conductive as far as zero as shown in (e) of FIG. 6 (t6 section).

따라서 인덕터(L)의 전류( IL )가 다이오드(D)를 통해서 부하(23)로 전달되고, 이때 공진 인덕터(Lr)에는 출력전압의 반(Vo/2)이 걸려서 선형적으로 감소하여 도 6의 (b)에서와 같이 영으로 되면 모든 오프 절차가 모두 끝난다.(t7구간)Therefore, the current in inductor (L) I L ) Is transferred to the load 23 through the diode D, and the resonant inductor Lr takes half of the output voltage Vo / 2 and decreases linearly to zero as shown in FIG. All off procedures are completed (t7 section).

이후에 역률 제어부(27)에서 다시 스위치(S1)를 온시키라는 신호가 나오기 전까지는 이 상태가 유지되어 한주기가 끝난다.After this, the state is maintained until the power factor controller 27 again signals the switch S1 to turn on, thereby ending one cycle.

이상에서와 같이 각 스위칭시는 항상 영전압 또는 영전류에서 스위칭을 하여 도 5의 각 스위치 및 다이오드의 손실을 최소화한다.As described above, the switching is always performed at zero voltage or zero current to minimize the loss of each switch and diode of FIG. 5.

그리고, 도 5에서 보조스위치와 보조 다이오드로 이루어진 양방향 스위치는 도 7의 (a)에서와 같이 구성하여 사용할 수도 있고, (b)에서와 같이 네 개의 다이오드(Da11,Da12,Da21,Da22)와 하나의 스위치(Sa1)로 구성하여 사용할 수 도 있다.In addition, in FIG. 5, the bidirectional switch including the auxiliary switch and the auxiliary diode may be configured and used as shown in FIG. 7A, or one of the four diodes Da11, Da12, Da21, and Da22 as shown in FIG. 7B. It can also be configured and used as the switch Sa1.

도 7에서와 같이 구성된 양방향 스위치를 사용하더라도 동작은 동일하다.The operation is the same even when using the bidirectional switch configured as shown in FIG.

그리고, 승압형 컨버터부(21)의 인덕터(L)에 흐르는 전류를 검출할 경우, 도 5에서와 같이 정류부(20)의 마이너스단에 직렬연결된 검출저항(Rs)을 이용하여 검출하였지만, 도 8에서와 같이 승압형 컨버터부(21)의 스위치(S1)에 직렬로 연결하여 사용할 수 있다.When the current flowing through the inductor L of the boost converter 21 is detected by using the detection resistor Rs connected in series with the negative terminal of the rectifier 20 as shown in FIG. 5, FIG. 8. As can be connected in series with the switch (S1) of the boost type converter unit 21 can be used.

이와같은 구성을 이용할 경우에도 앞에서 언급한 동작설명과 동일하게 동작한다.In the case of using such a configuration, it operates in the same manner as the aforementioned operation description.

따라서, 본 발명은 각 부의 스위치와 다이오드 스위칭시 소프트 스위칭 기술을 이용하여 영전류 또는 영전압에서 스위칭하여 손실을 거의 영으로 줄이고, 소프트 스위칭에 의한 EMI문제도 상당히 저감시키고, 전체 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있도록 한 효과가 있다.Therefore, the present invention reduces the loss to almost zero by switching at zero current or zero voltage using a soft switching technology when switching the switch and diode of each part, significantly reduce the EMI problem by soft switching, and compactly configure the whole system There is one effect that can be done.

Claims (3)

상용전원을 정류하는 정류부의 출력을 받아서 역률을 개선하기 위한 인덕터와, 상기 인덕터의 역률을 개선하기 위하여 소프트 스위칭동작을 행하여 손실을 줄이도록 한 소프트 스위칭부와, 상기 소프트 스위칭부의 스위칭 상태에 따라 공진을 하여 영전압 조건을 만들어주는 공진 캐패시터와, 상기 인덕터에 흐르는 전류를 검출저항을 이용하여 검출하는 전류 검출부와, 상기 소프트 스위칭부를 제어하는 역률 제어부로 구성된 승압형 컨버터에 있어, 상기 소프트 스위칭부는, 정류부의 플러스단과 마이너스단 사이에 연결된 공진 캐패시터(Cr)와, 직류연결된 제1보조 스위치(Sa1)와 제1보조 다이오드(Da1) 그리고 제2보조 다이오드(Da2)와 제2보조 스위치(Sa2)는 정류부의 플러스단에 각각 병렬 연결하고, 직렬 연결된 두 필터 캐패시터(Co1,Co2)는 상기 정류부의 플러스단과 마이너스단 사이에 연결하고, 상기 제1보조 다이오드(Da1)와 제2보조 스위치(Sa2)의 접속점과 상기 두 필터 캐패시터(Co1,Co2)의 접속점 사이에 공진 인덕터(Lr)을 직렬 연결하고, 상기 제1보조 스위치(Sa1)와 제2보조 다이오드(Da2)의 접속점과 제1필터 캐패시터(Co1) 사이의 정류부의 플러스단에 직렬 연결한 다이오드(D)로 구성된 것을 특징으로 하는 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터.An inductor for improving the power factor by receiving the output of the rectifier for rectifying commercial power, a soft switching unit for reducing losses by performing a soft switching operation to improve the power factor of the inductor, and a resonance according to the switching state of the soft switching unit. In a boost converter comprising a resonance capacitor for creating a zero voltage condition, a current detector for detecting a current flowing through the inductor using a detection resistor, and a power factor controller for controlling the soft switching unit, wherein the soft switching unit includes: The resonant capacitor Cr connected between the positive end and the negative end of the rectifier, the first auxiliary switch Sa1 and the first auxiliary diode Da1, the second auxiliary diode Da2 and the second auxiliary switch Sa2 connected to each other are directly connected to each other. The two filter capacitors Co1 and Co2 connected in parallel to the positive stages of the rectifier, respectively, are connected in series. The resonant inductor Lr is connected in series between the positive terminal and the negative terminal, and between the connection point of the first auxiliary diode Da1 and the second auxiliary switch Sa2 and the connection point of the two filter capacitors Co1 and Co2. And a diode (D) connected in series with the positive terminal of the rectifying portion between the connection point of the first auxiliary switch (Sa1) and the second auxiliary diode (Da2) and the first filter capacitor (Co1). Boost converter for power factor control. 제1항에 있어서, 양방향 스위치는 직렬 연결된 제1보조 다이오드(Da1)를 갖는 제1보조 스위치(Sa1)와 직렬연결된 제2보조 다이오드(Da2)를 갖는 제2보조 스위치(Sa2)가 서로 병렬로 구성된 것을 특징으로 하는 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터.2. The bidirectional switch of claim 1, wherein the second auxiliary switch Sa2 having the second auxiliary diode Da2 connected in series with the first auxiliary switch Sa1 having the first auxiliary diode Da1 connected in series is parallel to each other. Step-up converter for power factor control using a soft switching technology, characterized in that configured. 제1항 또는 제2항에 있어서, 양방향 스위치는 캐소드가 서로 마주보도록 직렬연결된 두 개의 다이오드(Da11,Da12)와 애노드가 서로 마주보도록 직렬연결된 두 개의 다이오드(Da21,Da22)가 서로 병렬로 연결되고, 상기 병렬로 연결된 다이오드의 캐소드 접속점과 애노드 접속점 사이에 스위치(Sa1)가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 소프트 스위칭 기술을 이용한 역률제어용 승압형 컨버터.The bidirectional switch of claim 1 or 2, wherein the bidirectional switch has two diodes Da11 and Da12 connected in series so that the cathodes face each other, and two diodes Da21 and Da22 connected in series so that the anodes face each other. And a switch (Sa1) is connected between the cathode connection point and the anode connection point of the diode connected in parallel.
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