KR20160011497A - 고효율 역률 개선용 단일단 ac/dc 컨버터 - Google Patents

고효율 역률 개선용 단일단 ac/dc 컨버터 Download PDF

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Abstract

고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 교류 입력 전압의 역률을 개선하고 직류로 변화하여 부하에 공급하는 AC/DC 컨버터에 있어서, 교류 입력 전압을 정류하고 역률을 개선하는 역률 개선용 회로; 및 변압기 및 공진 커패시터가 구비되고, 상기 역률 개선용 회로부로부터 출력되는 직류 전압을 소정의 다른 전압으로 변환하여 출력부하에 공급하는 DC/DC 컨버터;를 포함하고, 상기 변압기는, 일단이 공진 커패시터와 직렬 연결되고, 타단이 1차측 권선과 연결되는 누설 인덕터;를 포함하는 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터가 제공된다. 이에 따라, 정류용 브리지 다이오드의 동작과 역률 개선용 회로의 동작을 동시에 처리함과 아울러 교류 입력 전압을 일정 직류 전압으로 변환시킬 때 발생하는 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다.

Description

고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터{HIGH-EFFICIENCY SINGLE-STAGE AC/DC CONVERTER FOR POWER FACTOR CORRECTION}
본 발명은 역률 개선용 AC/DC 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정류용 브리지 다이오드의 동작과 역률 개선용 회로의 동작을 동시에 처리함과 아울러 교류 입력 전압을 일정 직류 전압으로 변환시킬 때 발생하는 스위칭 손실을 감소시키는 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터 회로에 관한 것이다.
일반적인 AC/DC 컨버터는 교류 입력 전원을 직류로 정류하는 브리지 다이오드가 구비되어 브리지 다이오드에 의해 정류된 직류 전압을 승압시키는 부스트 컨버터 및 부스트 컨버터에 의해 승압된 직류 전압을 일정한 크기의 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터를 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 AC/DC 컨버터를 나타내는 회로 구성도이다. 도 1을 참조하면, 종래기술에 의한 AC/DC 컨버터는 역률 개선을 위한 부스트 컨버터 (Boost converter)와 일정 전압을 위한 절연형 DC/DC 컨버터 (DC-DC converter)를 포함한다.
먼저 도 1의 부스트 컨버터는 부스트용 인덕터(Lb), 2개의 정류용 다이오드(D1, D2), 2개의 스위치(S1, S2) 및 부스트용 커패시터(Cd)로 이루어진다. 이러한 도 1의 부스트 컨버터는 정류용 브리지 다이오드의 동작과 역률 개선용 회로의 동작을 동시에 처리하는 기능을 한다.
다음으로, 도 1의 DC/DC 컨버터는 스위치(S3, S4), 커패시터(Cb), 절연형 변압기(T), 출력측 다이오드(Do1, Do2), 출력측 인덕터(Lo) 및 출력측 커패시터(Co)로 이루어진다. Ro는 출력측 부하 저항이다. 이러한 DC/DC 컨버터는 절연형 변압기(T)를 이용하여 부스트 컨버터로부터 절연된 직류 전압(Vo)를 부하(Ro)로 공급한다.
이처럼 기존 기술의 역률 개선용 AC/DC 컨버터는 역률 개선과 절연된 일정 전압을 얻기 위해, 절연형 DC/DC 컨버터와는 별도의 역률 개선용 회로가 반드시 구비되어야만 하고, 이에 따라 종래 기술의 컨버터는 부품의 수가 증가함에 따라 회로 구조가 복잡하고 높은 스위칭 손실로 인하여 전력 변환 효율이 감소한다는 문제점을 지니고 있다. 이는 최근 소형화, 경량화 및 고효율을 추구하는 경향에 정면으로 반하는 것이다.
대한민국 특허공개공보 제10-2014-0055126호: 역률 개선 회로 및 역률 개선 제어 방법(2014.05.29)
본 발명은 전술된 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터의 회로 구조를 단순화하여 생산가격을 줄이고, 그 회로의 고유 동작 방식으로 인하여 전력 변환 효율을 개선시킬 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 교류 입력 전압의 역률을 개선하고 직류로 변화하여 부하에 공급하는 AC/DC 컨버터에 있어서, 교류 입력 전압을 정류하고 역률을 개선하는 역률 개선용 회로; 및 변압기 및 공진 커패시터가 구비되고, 상기 역률 개선용 회로부로부터 출력되는 직류 전압을 소정의 다른 전압으로 변환하여 출력부하에 공급하는 DC/DC 컨버터;를 포함하고, 상기 변압기는, 일단이 공진 커패시터와 직렬 연결되고, 타단이 1차측 권선과 연결되는 누설 인덕터;를 포함하는 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터가 제공된다.
또한, 상기 역률 개선용 회로는, 교류 입력 전압의 일단과 연결되는 부스트용 인덕터;직렬연결되고, 중간 노드가 부스트용 인덕터의 일단과 연결되는 제1 및 제2 정류용 다이오드; 및 직렬연결된 제1 및 제2 정류용 다이오드와 병렬연결되는 제1 및 제2 스위칭 소자;를 포함할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 스위칭 소자는, 상기 역률 개선용 회로와 DC/DC 컨버터에 의해 공유될 수 있다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터는, 변압기의 2차측 권선과 연결되는 출력측 정류용 다이오드; 및 출력측 정류용 다이오드와 직렬 연결되는 출력측 커패시터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자는, 교류 입력 전압을 소정의 일정한 직류 전압으로 변환시키도록 비대칭 펄스폭변조 방식에 따라 제어될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자는, 비대칭 펄스폭변조 방식에 따라 영전압 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
또한, 상기 부스트용 인덕터는, 불연속 도통 방식(Discontinuous Conduction Mode)으로 동작하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 역률 개선용 회로와 AC/DC 컨버터를 통합된 회로를 제공함으로써, 전체 회로의 부품수를 줄이고 전력 변환 손실을 줄이는 기술이 적용된 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터를 제공할 수 있다.
또한, 종래 기술에 비하여 회로 부품 수가 감소되며, 전력 변환 효율이 개선된 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터를 제공할 수 있다.
또한, 각종 가전제품 및 상용 교류 전압으로부터 절연된 일정 전압을 공급하는 응용 기술에 적용가능한 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 AC/DC 컨버터를 나타내는 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터를 나타내는 회로 구성도이다.
도 3은 교류 입력 전압(Vi)이 양의 주기일 때, 본 발명의 실시예에 따른 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터의 회로의 각 구성요소 별 신호 파형에 대한 타이밍 다이어그램을 도시한 것이다.
도 4는 듀티비(D)에 대한 전압 이득(Vo/Vd)의 관계를 그래프 형식으로 도시한 것이다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 임의의 실시예는 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터를 나타내는 회로 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터는 역률 개선용 회로와 DC/DC 컨버터가 통합된 구조로서, 전체 회로의 동작에 요구되는 부품수를 줄일 수 있으면서 스위칭 손실을 줄일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 역률 개선용 회로는 부스트용 인덕터(Lb), 제1 및 제2 정류용 다이오드(D1, D2), 2개의 스위칭 소자(S1, S2) 및 DC링크 커패시터(Cd)를 포함한다.
다음으로, DC/DC 컨버터는 DC링크 커패시터(Cd), 2개의 스위치(S1, S2), 공진 커패시터(Cb), 변압기(T), 출력측 정류용 다이오드(Do) 및 출력측 커패시터(Co)를 포함한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 역률 개선용 회로 및 DC/DC 컨버터에 의해 공유되는 상태로 연결되어, 역률 개선용 회로에서 역률 개선을 위한 스위칭 수단의 역할을 수행함과 동시에 DC/DC 컨버터에서는 절연된 일정한 직류 전압을 얻기 위한 스위칭 수단의 역할을 담당한다.
한편, 제1 스위칭 소자(S1)에는 내부 다이오드(Ds1)와 내부 커패시터(Cs1)가 구비될 수 있고, 제2 스위칭 소자(S2)에는 내부 다이오드(Ds2)와 내부 커패시터(Cs2)가 구비될 수 있다.
변압기(T)는 절연형 변압기일 수 있으며, 자화 인덕터(Lm)에 병렬 연결되는 1차측 권선(N1) 및 1차측 권선과 유도결합되는 2차측 권선(N2)을 포함할 수 있다. 2차측 권선은 출력측 정류용 다이오드(Do)의 일단과 연결되고, 출력측 커패시터(Co)의 일단은 출력측 정류용 다이오드(Do)의 타단과 연결된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 역률 개선용 회로 및 DC/DC 컨버터에 의해 공유되는 2개의 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자(S1) 및 제2 스위칭 소자(S2)는 비대칭(Asymmetric) 펄스 폭 변조(PWM, Pulse-Width Modulation) 방식으로 동작할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 출력 전압(Vo)를 일정하게 유지하기 위하여 별도의 제어수단(미도시)에 의해 비대칭 펄스 폭 변조 방식으로 제어됨에 따라, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴온된 상태일 때 제2 스위칭 소자(S2)가 턴오프되고, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴오프된 상태일 때 제2 스위칭 소자(S2)가 턴온된다.
부스트용 인덕터(Lb)는 교류 입력 전압(Vi)에 대하여 출력부하(Ro)에 따른 역률 개선을 위해 이용된다. 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 동작에 의하여 부스트용 인덕터(Lb)의 전류(iLb)는 불연속 도통 방식(DCM, Discontinuous Conduction Mode)으로 흐르게 되는바, 이하에서 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 교류 입력 전압(Vi)의 극성에 따라서 각각 제어될 수 있다. 구체적으로, 교류 입력 전압(Vi)이 양(+)의 주기일 때 제1 스위칭 소자(S1)가 제어되고, 교류 입력 전압(Vi)가 음(-)의 주기일 때 제2 스위칭 소자(S2)가 제어될 수 있다.
이때, 2개의 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 각각 영전압 스위칭(ZVS, Zero-Voltage Switching)을 하여 스위칭 손실을 최소화할 수 있다. 영전압 스위칭(ZVS)이란 스위칭 손실을 줄여 고효율을 실현하기 위한 스위칭 방식으로서, 각 스위칭 소자의 전압이 0일 때 턴온시킴으로써 스위칭 손실이 발생하지 않도록 한다. 전압이 0 V인 경우에는 전류와 무관하게 스위칭 손실이 발생하지 않기 때문이다.
단위 주기(Ts)는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 턴온과 턴오프를 한번씩 이루는 시간을 의미한다. 예컨대, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴온된 후 다음 턴온될 때까지 걸리는 시간일 수 있다.
듀티비(D, Duty ratio)는 단위 주기(Ts) 동안에 제1 스위칭 소자(S1)가 턴온되어 있는 시간의 비율을 의미한다. 만약, 제1 스위칭 소자(S1)의 듀티비가 D인 경우, 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 비대칭 펄스폭변조 방식에 따라 제어되므로, 제2 스위칭 소자(S2)의 듀티비는 (1-D)이다.
권선비(N, turn ratio)는 절연형 변압기(T)의 1차측 권선수(N1)에 대한 2차측 권선수(N2)의 비율(=N2/N1)을 의미하고, Vd는 DC링크 커패시터(Cd)의 양 단에 저장된 전압을 의미하며, Vb는 공진 커패시터(Cb)의 양 단에 저장된 전압을 의미한다.
도 3은 교류 입력 전압(Vi)이 양(+)의 주기일 때, 본 발명의 실시예에 따른 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터의 회로의 각 구성요소 별 신호 파형에 대한 타이밍 다이어그램을 도시한 것이다. 교류 입력 전압(Vi)이 음(-)의 주기일 때의 신호 파형은 양(+)의 주기일 때와는 반대되는 신호 파형을 가지는 것으로 쉽게 이해할 수 있다.
도 3을 참조하면, Vs1는 제1 스위칭 소자(S1) 양 단 사이의 전압이고, Vs2는 제2 스위칭 소자(S2)의 양 단 사이의 전압이다. iLb은 부스트용 인덕터(Lb)에 흐르는 전류이고, iLm은 자화 인덕터(Lm)에 흐르는 전류이다. ip는 변압기(T)의 1차 측에 흐르는 전류로서, 공진 커패시터(Cb)에 흐르는 전류와 동일하다. VDo와 iDo는 각각 출력측 정류용 다이오드(Do)의 전압과 전류이다.
본 발명의 실시예에 따른 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터는 한번의 단위 주기(Ts) 동안 5개의 동작 모드(제1 내지 제5 모드)에 따른 동작을 순차적으로 수행한다. 이때, 직렬연결된 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 DC링크 커패시터(Cd)와 병렬연결되므로, 제1 스위칭 소자(S1)의 전압(VS1)과 제2 스위칭 소자(S2)의 전압(VS2)은 DC링크 커패시터(Cd)의 전압(Vd)으로 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 부스트용 인덕터 전류(iLb)는 불연속적으로 흐를 수 있는 바, 이하 제4 모드에 대한 설명에서 구체적으로 서술하기로 한다.
<제1 모드>
도 3을 통해 확인할 수 있듯이, 제1 모드는 t가 t0에서 t1까지의 구간이며, 상세한 설명은 다음과 같다.
t가 t0일 때, Vs1이 0 V인 상태에서 영전압 스위칭(ZVS)에 의해 제1 스위칭 소자(S1)가 턴온됨에 따라, 입력 전류는 부스트용 인덕터(Lb), 제1 정류용 다이오드(D1) 및 제1 스위칭 소자(S1)를 통하여 흐르게 된다. 이때, 부스트용 인덕터(Lb)에 흐르는 전류(iLb), 변압기(T)의 1차측에 흐르는 전류(ip) 그리고 변압기(T)의 자화 인덕터에 흐르는 전류(iLm)는 증가하고, 이에 따라 교류 입력 전압(Vi)으로부터 부스트용 인덕터(Lb)에 에너지가 계속하여 저장된다. 또한, DC링크 전압(Vd)을 갖는 DC링크 커패시터(Cd)에 저장된 에너지는 전류통로가 형성된 제1 스위칭 소자(S1)를 경유하여 변압기(T)의 자화 인덕터(Lm)에 전달된다.
<제2 모드>
도 3을 참조하면, 제2 모드는 t가 t1에서 t2까지의 구간이며, 상세한 설명은 다음과 같다.
t가 t1일 때, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴오프됨에 따라 제1 스위칭 소자(S1)의 전압(Vs1)이 0 V에서 DC링크 전압(Vd)까지 증가하는 동안 제2 스위칭 소자(S2)의 전압(Vs2)은 DC링크 전압(Vd)로부터 0 V까지 감소한다. 즉, 제1 스위칭 소자(S1)의 전압(Vs1)과 제2 스위칭 소자(S2)의 전압(Vs2)의 합은 DC링크 전압(Vd)으로 일정하게 유지된다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
이때, t1에서 t2까지의 시간은 데드 타임으로서 회로 전체의 동작 특성에 미치는 영향을 무시할 수 있을 정도로 매우 짧은 시간에 해당하며, 따라서 변압기(T)의 자화 인덕터(Lm)에 흐르는 전류(iLm)와 부스트용 인덕터(Lb)에 흐르는 전류(iLb)는 상수인 것으로 가정할 수 있다.
<제3 모드>
도 3을 참조하면, 제3 모드는 t가 t2에서 t3까지의 구간이며, 상세한 설명은 다음과 같다.
t가 t2일 때, 제1 스위칭 소자(S1)는 턴오프 상태이고, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴온됨에 따라 입력 전류는 부스트용 인덕터(Lb), 제1 정류용 다이오드(D1), DC링크 커패시터(Cd) 및 제2 스위칭 소자(S2)를 통하여 흐른다.
부스트용 인덕터(Lb)에 흐르는 전류(iLb)가 점차 감소하면서 부스트용 인덕터(Lb)에 저장된 에너지는 DC링크 커패시터(Cd)로 전달된다. 전술한 제1 모드에서는 공진 커패시터(Cb)에 에너지가 저장되기 때문에 출력측 정류용 다이오드(Do)가 차단되는 것과 비교할 때, 제3 모드에서는 공진 커패시터(Cb)의 에너지가 방출되기 때문에 출력측 정류용 다이오드(Do)가 도통된다. 이와 동시에, 부스트용 인덕터(Lb)에 흐르는 전류(iLb)와 변압기(T)의 자화 인덕터에 흐르는 전류(iLm)는 감소한다.
또한, 직렬 연결된 변압기(T)의 누설 인덕터(Leakage inductor, Llk)와 공진 커패시터(Cb) 사이에 공진이 발생하며, 변압기(T)의 자화 인덕터 전류(iLm)과 1차측 전류(ip) 사이의 차이가 변압기(T)를 통하여 권선비(N)에 따라 2차 측으로 전달된다. 따라서, 출력측 정류용 다이오드(Do)에 흐르는 전류(iDo)는 도 3과 같이 표현된다.
<제4 모드>
도 3을 참조하면, 제4 모드는 t가 t3에서 t4까지의 구간이며, 상세한 설명은 다음과 같다.
t가 t3일 때, 부스트용 인덕터(Lb)에 흐르는 전류(iLb)와 출력측 정류용 다이오드(Do)에 흐르는 전류(iDo)는 0 A이며, 제1 정류용 다이오드(D1)에 흐르는 전류는 차단된다. 만약 t가 t3일 때 출력측 정류용 다이오드(Do)에 흐르는 전류(iDo)가 0 A이면, 변압기(T)의 1차측 권선(N1)에 흐르는 전류 역시 0 A인 것이므로, 자화 인덕터(Lm)에 흐르는 전류(iLm)와 공진 커패시터(Cb)에 흐르는 1차측 전류는 서로 동일할 것이다.
<제5 모드>
도 3을 참조하면, 제5 모드는 t가 t4에서 t5까지의 구간이며, 상세한 설명은 다음과 같다.
t가 t4일 때, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴오프됨에 따라 제2 스위칭 소자(S2)의 전압(Vs2)이 0 V으로부터 DC링크 전압(Vd)까지 증가하는 동안, 제1 스위칭 소자(S1)의 전압(Vs1)은 DC링크 전압(Vd)으로부터 0 V까지 감소하며, 이로써 단위 주기(Ts) 동안 제1 모드부터 제5 모드까지의 동작이 한번씩 순차적으로 완료된다.
다음 스위칭 동작은 제1 스위칭 소자(S1)이 턴온되면서 다시 시작된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 매 단위 주기(Ts) 동안에 제1 스위칭 소자(S1)의 턴온과 턴오프 동작에 따라 변압기(T)의 자화 인덕터(Lm)에 저장되는 에너지는 같다. 이로 인해, 공진 커패시터(Cb)의 양 단에 저장된 전압(Vb)과 DC링크 커패시터(Cd)의 양 단에 저장된 전압(Vd)의 관계는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1의 유도 방법과 동일하게 단위 주기(Ts) 동안에 제1 스위칭 소자(S1)의 턴온과 턴오프 시에 변압기(T)에 저장되는 에너지는 같다. 이로 인해, 변압기(T)의 전압 시간 곱 평형의 법칙은 수학식 2와 같이 표현 될 수 있다.
Figure pat00002
도 3을 참조하면, 수학식 2에서 △1 + △2 = (1-D)이다. 이때, △2 = 0으로 가정하여 수학식 2를 DC링크 전압(Vd)과 출력 전압(Vo)에 관하여 간단히 정리하면 아래의 수학식 3과 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3에서 변압기(T)의 누설 인덕터(Llk)는 자화 인덕터(Lm)와 비교할 때 무시할 수 있을 정도로 훨씬 작은 값을 갖기 때문에 수학식 3은 수학식 4와 같이 단순화할 수 있다.
Figure pat00004
수학식 4를 살펴보면, 전압 이득(Vo/Vd)은 턴비(N) 및 듀티비(D)에 비례한다는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 듀티비(D)에 대한 전압 이득(Vo/Vd)의 관계를 그래프 형식으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 4는 수학식 4의 N이 1을 갖는 것으로 가정할 때, 전압 이득(Vo/Vd)과 듀티비(D)의 관계 그래프를 나타낸 것으로서, 듀비티(D)가 0에서 1까지 증가함에 따라 정규화된 전압 이득(Vo/Vd)이 비례적으로 증가하는 특징을 지닌다. 따라서, 본 발명에 따른 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터는 듀티비(D)를 전범위 즉, 0에서 1까지 제어할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에 따른 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터 듀티비(D)를 조절하여 전체 회로의 넓은 동작 범위를 확보할 수 있으며, 역률 개선용 회로와 절연형 DC/DC 컨버터가 통합된 회로를 제시함으로써, 전체 회로의 부품수를 줄이고 전력 변환 손실을 낮출 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
위에서 설명된 본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 역률 개선용 회로 Lb: 부스트용 인덕터
D1: 제1 정류용 다이오드 D2: 제2 정류용 다이오드
S1: 제1 스위칭 소자 S2: 제2 스위칭 소자
Ds1: 제1 내부 다이오드 Ds2: 제2 내부 다이오드
Cs1: 제1 내부 커패시터 Cs2: 제2 내부 커패시터
20: DC/DC 컨버터 Cb: 공진 커패시터
T: 변압기 Lm: 자화 인덕터
Llk: 누설 인덕터
Do: 출력측 정류용 다이오드 Co: 출력측 커패시터
Ro: 출력부하

Claims (5)

  1. 교류 입력 전압의 역률을 개선하고 직류로 변화하여 부하에 공급하는 AC/DC 컨버터에 있어서,
    교류 입력 전압을 정류하고 역률을 개선하는 역률 개선용 회로; 및
    변압기 및 공진 커패시터가 구비되고, 상기 역률 개선용 회로부로부터 출력되는 직류 전압을 소정의 다른 전압으로 변환하여 출력부하에 공급하는 DC/DC 컨버터;를 포함하고,
    상기 변압기는,
    일단이 공진 커패시터와 직렬 연결되고, 타단이 1차측 권선과 연결되는 누설 인덕터;를 포함하며,
    공진 커패시터와 누설 인덕터 사이에 공진이 발생하는 것을 특징으로 하는, 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역률 개선용 회로는,
    교류 입력 전압의 일단과 연결되는 부스트용 인덕터;
    직렬연결되고, 중간 노드가 부스트용 인덕터의 일단과 연결되는 제1 및 제2 정류용 다이오드; 및
    직렬연결된 제1 및 제2 정류용 다이오드와 병렬연결되는 제1 및 제2 스위칭 소자;
    를 포함하고,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    변압기의 2차측 권선과 연결되는 출력측 정류용 다이오드; 및
    출력측 정류용 다이오드와 직렬 연결되는 출력측 커패시터;
    를 포함하는, 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자는,
    상기 역률 개선용 회로와 DC/DC 컨버터에 의해 공유되는 것을 특징으로 하는, 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자는,
    교류 입력 전압을 소정의 일정한 직류 전압으로 변환시키도록 비대칭 펄스폭변조 방식에 따라 영전압 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는, 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 부스트용 인덕터는,
    불연속 도통 방식(Discontinuous Conduction Mode)으로 동작하도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 고효율 역률 개선용 단일단 AC/DC 컨버터.
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