KR20150090431A - Insulation type switching mode power supply - Google Patents

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히사노리 조
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Abstract

The present invention relates to an insulation type switching mode power supply. An insulation type switching mode power supply according to an embodiment includes a power source part which supplies DC power, a conversion part which transforms a voltage received from the power source part, a pulse conversion part which changes a voltage transformed by the conversion part into a pulse signal, a rectification part which rectifies a pulse signal outputted from the pulse conversion part, an output part which outputs a voltage rectified by the rectification part, a resonance capacitor part which is connected between the power source part and the pulse conversion part, and a resonance inductor part which is connected between the pulse conversion part and the rectification part. The resonance capacitor part and the resonance inductor part form a resonance circuit. The insulation type switching mode power supply according to the embodiment can reduce the loss of the circuit by preventing the generation f a surge voltage and a switching restoration current.

Description

절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치{INSULATION TYPE SWITCHING MODE POWER SUPPLY}[0001] INSULATION TYPE SWITCHING MODE POWER SUPPLY [0002]

실시 형태는 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에 관한 것이다.An embodiment relates to an isolated switched mode power supply.

전자계산기, 전자 교환기 등 오늘날의 거의 모든 전자?통신 기기들은 전자회로부에 안정적인 직류 전력을 공급할 수 있는 전원부로서 스위칭 모드 전원 공급 장치(Switching Mode Power Supply: SMPS)가 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 SMPS의 특성을 규정짓는 중요한 부분이 DC-DC컨버터이며, 컨버터의 종류에 따라 SMPS의 종류가 결정된다.Electronic calculators, electronic exchangers, etc. Almost every electronic communication device is widely used as a switching unit power supply (SMPS) as a power supply unit capable of supplying stable DC power to an electronic circuit unit. An important part defining the characteristics of the SMPS is the DC-DC converter, and the type of the SMPS is determined by the type of the converter.

현재 이러한 DC-DC컨버터 중에서 주류를 이루고 있는 방식이 PWM(Pulse Width Modulation)컨버터이고, 이는 입출력이 전기적인 절연되어 있지 않은 비절연형 DC-DC 컨버터와 변압기를 중심으로 변압기의 1차측과 2차측이 서로 전기적으로 절연된 형태인 절연형 DC-DC 컨버터로 구분된다. 그러나 SMPS의 실제 응용에 있어서 많은 경우에 입력과 출력 사이에 전기적인 절연이 요구되므로 비절연형 DC-DC 컨버터 보다는 절연형 DC-DC 컨버터가 효용성이 높으므로 가능한 DC-DC 컨버터를 절연형으로 구현하는 것이 바람직하다.The mainstream of these DC-DC converters is a PWM (Pulse Width Modulation) converter, which is composed of a non-isolated DC-DC converter in which input and output are not electrically insulated, and a primary side and a secondary side And an insulated type DC-DC converter which is electrically insulated from each other. However, the practical application of SMPS requires electrical isolation between the input and output in many cases, so an isolated DC-DC converter is more effective than a non-isolated DC-DC converter. .

절연 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로는 스위칭 회로, 변압기, 정류기 및 평활 회로 분할 가능하다. 지금까지 스위칭 회로의 손실을 최소화하기 위해 다양한 소프트 스위칭(soft switching)을 실현하기 위한 방법이 생각되어 왔다. 예를 들면, 도 1a에 도시된 바와 같이, 스위치가 항상 영전압에서 스위칭되도록 하는 제로 볼티지 스위칭(Zero Voltage Source, ZVS) 회로는 스위칭으로 인한 손실을 줄일 수 있으나, 변압기의 누설 인덕턴스(Lr)로 인한 문제점들은 해소되지 않았었다. 변압기의 누설 인덕턴스는 출력 전압을 제어하는 시비율(duty ratio)을 이론값보다 크게 만들며, 2차측의 정류부에 서지(surge) 전압을 발생시킨다. 2차측의 정류부에 서지 전압이 발생함에 따라, 회로에 고전압 소자가 사용되므로 손실이 증가하고, 보다 큰 리커버리 전류가 발생하기 쉬워진다. 또한, 전술한 문제점들을 개선하기 위하여 도 1b에 도시된 바와 같이, 전류 공진 컨버터를 이용한 스위칭 모드 전원 공급 장치가 사용되기도 하였으나, 전류 공진을 이용한 컨버터는 출력에 과대 부하 연결되거나 출력이 단락되는 경우에 회로가 오동작하는 문제점이 있었다.The circuit of the isolated switching mode power supply can be divided into switching circuit, transformer, rectifier and smoothing circuit. So far, a method has been considered to realize various soft switching in order to minimize the loss of the switching circuit. For example, as shown in FIG. 1A, a zero voltage source (ZVS) circuit in which the switch is always switched at zero voltage can reduce the loss due to switching, but the leakage inductance Lr of the transformer is reduced, The problems caused by this were not solved. The leakage inductance of the transformer increases the duty ratio that controls the output voltage to be higher than the theoretical value and generates surge voltage at the rectifying part of the secondary side. As the surge voltage is generated in the rectifying part of the secondary side, since the high voltage element is used in the circuit, the loss increases and a larger recovery current is likely to occur. In order to overcome the above-described problems, a switching mode power supply using a current resonance converter is used as shown in FIG. 1B. However, when a converter using current resonance is overloaded to an output or short- There is a problem that the circuit malfunctions.

실시 형태는 누설 인덕턴스의 영향을 줄일 수 있는 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치를 제공한다.Embodiments provide an isolated switched mode power supply capable of reducing the effects of leakage inductance.

실시 형태는 시비율과 출력 전압을 일치 시킬 수 있는 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치를 제공한다The embodiment provides an insulated switching mode power supply capable of matching the duty ratio and the output voltage

실시 형태는 제로 전류 스위칭 복구 전류가 발생하지 않는 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치를 제공한다.Embodiments provide an isolated switched mode power supply that does not generate a zero current switching recovery current.

실시 형태는 주파수 변조 없이 출력 전압이 전압 강하가 가능하므로, 단락시에도 작동할 수 있는 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치를 제공한다.The embodiment provides an isolated switched mode power supply capable of operating even in the event of a short circuit because the output voltage can drop without frequency modulation.

실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 직류전원을 공급하는 전원부, 상기 전원부로부터 입력되는 전압을 변압하는 변환부, 상기 변환부에서 변압된 전압을 펄스 신호로 변환하는 펄스 변환부, 펄스 변환부에서 출력된 펄스 신호를 정류하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 전압이 출력되는 출력부, 상기 전원부와 상기 펄스 변환부 사이에 연결되는 공진 커패시터부, 및 상기 펄스 변환부와 상기 정류부 사이에 연결되는 공진 인덕터부를 포함하고, 상기 공진 커패시터부와 상기 공진 인덕터부는 공진 회로를 구성한다. 이러한 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 서지 전압, 스위칭 복구 전류 등이 발생하지 않아 회로의 손실을 줄일 수 있다.An insulated switching mode power supply device according to an embodiment includes a power supply unit for supplying DC power, a conversion unit for converting a voltage input from the power supply unit, a pulse conversion unit for converting the voltage transformed in the conversion unit into a pulse signal, A rectification section for rectifying the pulse signal output from the conversion section, an output section for outputting a rectified voltage from the rectification section, a resonance capacitor section connected between the power section and the pulse conversion section, And the resonance capacitor portion and the resonance inductor portion constitute a resonance circuit. The isolation type switching mode power supply device according to this embodiment does not generate a surge voltage, a switching recovery current, and the like, thereby reducing the loss of the circuit.

여기서, 상기 펄스 변환부와 공진 인덕터부 사이에 삽입되어, 전원의 입력측과 출력측을 절연시키는 트랜스포머를 더 포함할 수 있다.The transformer may further include a transformer inserted between the pulse converting unit and the resonant inductor unit to insulate the input side and the output side of the power source.

여기서, 상기 변환부는, 입력되는 전압을 승압시키는 부스트 컨버터(boost converter)를 포함할 수 있다.Here, the converting unit may include a boost converter for boosting an input voltage.

여기서, 상기 정류부는, 브릿지 형태의 복수의 다이오드를 포함할 수 있다.Here, the rectifying unit may include a plurality of diodes in the form of a bridge.

여기서, 상기 펄스 변환부는, 브릿지 형태의 복수의 스위치를 포함하고, 상기 복수의 스위치는 시비율(duty ratio)이 0.5일 수 있다.Here, the pulse converter may include a plurality of switches in the form of a bridge, and the plurality of switches may have a duty ratio of 0.5.

여기서, 상기 펄스 변환부는 브릿지 형태로 연결되는 제1 내지 제4 스위치를 포함하고, 상기 정류부는, 브릿지 형태로 연결되는 제1 내지 제4 다이오드를 포함하고, 상기 변환부는, 컨버터 스위치, 컨버터 인덕터, 컨버터 다이오드를 포함하고, 상기 변환부의 제1 노드에는, 상기 정류부의 제1 및 제4 스위치의 일단, 상기 컨버터 다이오드의 음극, 및 상기 공진 커패시터부의 일단이 연결되고, 상기 변환부의 제2 노드에는, 상기 컨버터 인덕터의 일단, 상기 공진 커패시터부의 타단 및 상기 전원부의 일단이 연결되고, 상기 변환부의 제3 노드에는, 상기 정류부의 제2 및 제3 스위치의 일단, 상기 컨버터 스위치의 일단 및 상기 전원부의 타단이 연결되고, 상기 컨버터 스위치의 타단, 상기 컨버터 인덕터의 타단 및 상기 컨버터 다이오드의 양극은 서로 연결될 수 있다,Here, the pulse converter may include first to fourth switches connected in a bridge form, the rectifier may include first to fourth diodes connected in a bridge form, and the converter may include a converter switch, a converter inductor, Wherein one end of the first and fourth switches of the rectifying section, a negative electrode of the converter diode, and one end of the resonant capacitor section are connected to a first node of the converting section, and at a second node of the converting section, One end of the converter inductor, the other end of the resonant capacitor, and one end of the power supply unit are connected, and at the third node of the converting unit, one end of the second and third switches of the rectifying unit, And the other end of the converter switch, the other end of the converter inductor, and the anode of the converter diode are connected to each other There,

여기서, 상기 펄스 변환부는 브릿지 형태로 연결되는 제1 내지 제4 스위치를 포함하고, 상기 정류부는, 브릿지 형태로 연결되는 제1 내지 제4 다이오드를 포함하고, 상기 변환부는, 컨버터 스위치, 컨버터 인덕터, 컨버터 다이오드를 포함하고, 상기 변환부의 제1 노드에는, 상기 정류부의 제1 및 제4 스위치의 일단, 상기 컨버터 다이오드의 음극, 및 상기 공진 커패시터부의 일단이 연결되고, 상기 변환부의 제2 노드에는, 상기 컨버터 인덕터의 일단, 및 상기 전원부의 일단이 연결되고, 상기 변환부의 제3 노드에는, 상기 정류부의 제2 및 제3 스위치의 일단, 상기 공진 커패시터부의 타단, 상기 컨버터 스위치의 일단 및 상기 전원부의 타단이 연결되고, 상기 컨버터 스위치의 타단, 상기 컨버터 인덕터의 타단 및 상기 컨버터 다이오드의 양극은 서로 연결될 수 있다.Here, the pulse converter may include first to fourth switches connected in a bridge form, the rectifier may include first to fourth diodes connected in a bridge form, and the converter may include a converter switch, a converter inductor, Wherein one end of the first and fourth switches of the rectifying section, a negative electrode of the converter diode, and one end of the resonant capacitor section are connected to a first node of the converting section, and at a second node of the converting section, One end of the converter inductor and one end of the power supply unit are connected to each other, and the third node of the converting unit is connected to one end of the second and third switches of the rectifying unit, one end of the resonant capacitor unit, one end of the converter switch, And the other end of the converter switch, the other end of the converter inductor, and the anode of the converter diode are connected to each other There.

여기서, 상기 펄스 변환부, 제1 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 공진 커패시터부는, 제1 및 제2 커패시터를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스위치와 상기 제1 및 제2 커패시터는 상기 트랜스포머의 1차측에 브릿지 형태로 연결될 수 있다.Here, the pulse converter includes first and second switches, and the resonance capacitor unit includes first and second capacitors, and the first and second switches and the first and second capacitors are connected to the transformer May be connected in bridge form to the primary side of the motor.

실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 누설 인덕턴스의 영향을 줄일 수 있다.The insulated switching mode power supply according to the embodiment can reduce the influence of the leakage inductance.

실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 시비율과 출력 전압이 일치시킬 수 있다.The insulated switching mode power supply according to the embodiment can match the duty ratio and the output voltage.

실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 제로 전류 스위칭 복구 전류가 발생하지 않도록 할 수 있다.An isolated switched mode power supply according to an embodiment can prevent a zero current switching recovery current from occurring.

실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 주파수 변조 없이 출력 전압이 전압 강하가 가능하므로, 단락시에도 작동할 수 있다.The isolation type switching mode power supply device according to the embodiment can operate in a short circuit because the output voltage can be dropped without frequency modulation.

도 1a은 ZVS(Zero Voltage Switching) 가능한 PWM(Pulse Width Modulation)제어를 이용한 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 1b는 전류 공진을 이용한 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS, Single Mode Power Supply)의 간략 회로도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 절연형 스위칭 모드 전압 공급 장치를 구체적으로 나타난 회로도이다.
도 4는 도 3a 내지 도 3d의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 스위칭 동작의 시비율 및 데드 타임(dead time)을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5a는 도 3a 및 도 3b의 주요 신호의 파형도이고, 도 5b는 도 3c 및 도 3d의 주요 신호의 파형도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치 중 벅 컨버터를 이용한 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 시비율과 출력 전압 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 간략 회로도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 절연형 스위칭 모드 전압 공급 장치를 구체적으로 나타난 회로도이다.
도 9는 도 8a 및 도 8b의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 스위칭 동작의 시비율 및 데드 타임(dead time)을 설명하기 위한 파형도이다.
도 10은 도 8a 및 도 8b의 주요 신호의 파형도이다.
도 11은 트랜스포머가 센터탭 트랜스포머인 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 12는 정류부가 복수의 스위치를 포함하는 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 13은 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 14는 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위치 모드 전원 공급 장치의 주요 신호의 파형도이다.
도 15a는 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 공진 전류의 파형도이고, 도 15b는 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 파형도이다.
도 16은 제3 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치의 정류부 공진 커패시터부를 제1 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터에 적용한 회로도이다.
도 17은 제3 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치의 펄스 변환부 및 공진 커패시터부를 제2 실시 형태에 따른 부스트 컨버터에 적용한 회로도이다.FIG. 1A is a circuit diagram of a power supply device using ZVS (Zero Voltage Switching) capable PWM (Pulse Width Modulation) control.
1B is a circuit diagram of a power supply device using current resonance.
2 is a simplified circuit diagram of an isolated switching mode power supply (SMPS) according to the first embodiment.
FIGS. 3A to 3D are circuit diagrams specifically illustrating the insulated switching mode voltage supply device shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the duty ratio and the dead time of the switching operation of the insulated switching mode power supply of FIGS. 3A to 3D. FIG.
FIG. 5A is a waveform diagram of the main signals of FIGS. 3A and 3B, and FIG. 5B is a waveform diagram of main signals of FIGS. 3C and 3D.
6 is a graph showing the relationship between the duty ratio and the output voltage of the insulated switching mode power supply using the buck converter among the insulated switching mode power supplies according to the first embodiment.
7 is a simplified circuit diagram of an insulated switching mode power supply device according to the second embodiment.
FIGS. 8A and 8B are circuit diagrams specifically showing the insulated switching mode voltage supply device shown in FIG. 7. FIG.
9 is a waveform diagram for explaining the duty ratio and the dead time of the switching operation of the insulated switching mode power supply of Figs. 8A and 8B.
10 is a waveform diagram of the main signals of Figs. 8A and 8B.
11 is a circuit diagram of an isolated switched mode power supply according to the first embodiment in which the transformer is a center tap transformer.
12 is a circuit diagram of an insulated switching mode power supply device according to the first embodiment in which the rectification part includes a plurality of switches.
13 is a circuit diagram of an insulated switching mode power supply device according to the third embodiment.
Fig. 14 is a waveform diagram of main signals of the isolated switch-mode power supply device according to the third embodiment.
FIG. 15A is a waveform diagram of the resonant current of the insulated switching mode power supply device according to the first embodiment, and FIG. 15B is a waveform diagram of the insulated switching mode power supply device according to the third embodiment.
16 is a circuit diagram showing a rectified portion resonance capacitor portion of the switching mode power supply device according to the third embodiment applied to a buck-boost converter according to the first embodiment.
17 is a circuit diagram of a pulse converter and a resonance capacitor unit of the switching mode power supply according to the third embodiment applied to the boost converter according to the second embodiment.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.

본 발명에 따른 실시 형태의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiments according to the present invention, in the case where an element is described as being formed on "on or under" another element, the upper (upper) or lower (lower) (On or under) all include that the two elements are in direct contact with each other or that one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.

이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터를 설명한다.A buck-boost converter according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS, Single Mode Power Supply)의 간략 회로도이다.2 is a simplified circuit diagram of an isolated switching mode power supply (SMPS) according to the first embodiment.

도 2를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치(1)는, 전원부(10), 입력 전원을 정류하는 정류부(30), 정류부(30)에서 정류된 정류전압을 강압하거나 강압 또는 승압하는 변환부(40), 변환부(40)에서 변압된 전압이 출력되는 출력부(60), 전원부(10)과 정류부(30)사이에 연결되는 공진 인덕터부(20), 정류부(30)와 출력부(60) 사이에 연결되는 공진 커패시터부(50)를 포함할 수 있다. 전원부(10)는 입력 전압(Vin)은 펄스 신호일 수 있다. 공진 인덕터부(20)는 적어도 하나의 인덕터(Lr)을 포함할 수 있다. 정류부(30)는 브릿지 형태의 복수의 다이오드(D1 내지 D4)를 포함할 수 있다. 변환부(40)는 입력되는 전압을 강압하는 벅 컨버터일 수 있으며, 입력되는 전압을 강압 또는 승압하는 벅 부스트 컨버터일 수 있다. 공진 커패시터부(50)는 적어도 하나의 커패시터(Cr)를 포함할 수 있다. 출력부(60)는 서로 병렬로 연결된 출력 커패시터(Cout)와 부하(RL)를 포함할 수 있다.2, the insulated switching mode power supply 1 according to the first embodiment includes a power supply unit 10, a rectification unit 30 for rectifying an input power supply, a rectification unit 30 for rectifying the rectified voltage rectified by the rectification unit 30, A resonance inductor unit 20 connected between the power supply unit 10 and the rectifying unit 30, a rectifying unit 40 connected between the power supply unit 10 and the rectifying unit 30, a rectifying unit 40 connected between the rectifying unit 30 and the transforming unit 40, And a resonance capacitor unit 50 connected between the output unit 30 and the output unit 60. The input voltage Vin of the power supply unit 10 may be a pulse signal. The resonant inductor unit 20 may include at least one inductor Lr. The rectifying unit 30 may include a plurality of diodes D1 to D4 in the form of a bridge. The converting unit 40 may be a buck converter for stepping down an input voltage, or a buck-boost converter for stepping up or stepping up an input voltage. The resonant capacitor portion 50 may include at least one capacitor Cr. The output unit 60 may include an output capacitor Cout and a load RL connected in parallel with each other.

도 2에 도시된 바와 같이, 공진 인덕터부(20)는 전원부(10)의 일단과 제3 다이오드(D3)의 음극 및 제4 다이오드(D4)의 양극과 연결될 수 있다. 그러나, 공진 인덕터부(20)의 위치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전원부(10)의 타단과 제1 다이오드(D1)의 양극 및 제2 다이오드(D2)의 음극에 연결될 수도 있다. 변환부(40)의 제1 노드(N1)는 정류부(30)의 일단 및 공진 커패시터부(50)의 일단과 연결될 수 있으며, 변환부(40)의 제2 노드(N2)는 공진 커패시터부(50)의 타단과 출력부(60)의 일단과 연결될 수 있다. 변환부(40)의 제3 노드(N3)는 정류부(30)의 타단 및 출력부(60)의 타단과 연결될 수 있다.2, the resonant inductor unit 20 may be connected to one end of the power source unit 10, the negative electrode of the third diode D3, and the positive electrode of the fourth diode D4. However, the position of the resonance inductor unit 20 is not limited to this, and may be connected to the other end of the power supply unit 10, the positive electrode of the first diode D1, and the negative electrode of the second diode D2. The first node N1 of the conversion unit 40 may be connected to one end of the rectification unit 30 and one end of the resonance capacitor unit 50 and the second node N2 of the conversion unit 40 may be connected to the resonance capacitor unit 50 and one end of the output unit 60. The third node N3 of the converting unit 40 may be connected to the other end of the rectifying unit 30 and the other end of the output unit 60. [

도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 절연형 스위칭 모드 전압 공급 장치를 구체적으로 나타난 회로도이다. 도 3a 및 도 3b는 변환부(40)가 벅 컨버터를 이용하고, 도 3c 및 도 3d는 변환부(40)가 벅 부스트 컨버터를 이용한다.FIGS. 3A to 3D are circuit diagrams specifically illustrating the insulated switching mode voltage supply device shown in FIG. 2. FIG. 3A and 3B, a converter 40 uses a buck converter, and FIGS. 3C and 3D show a converter 40 using a buck-boost converter.

먼저, 벅 컨버터를 이용한 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에 대해 설명하도록 한다. 도 2 및 도 3a를 참조하면, 도 3a의 전원부(10)는 직류전원(11)과 펄스파를 만들기 위한 펄스 변환부(12)를 포함할 수 있다. 펄스 변환부(12)는 복수의 스위치(Q1 내지 Q4)를 포함할 수 있다. 복수의 스위치(Q1 내지 Q4)는 브릿지 형태로 연결될 수도 있으며, 하프 브릿지 또는 전원 직렬 푸시 풀(Single Ended Push Pull, SEPP) 등의 형태로 구현될 수 있다. 공진 인덕터부(20)와 정류부(30) 사이에는 전원 입력측과 출력측을 절연하는 트랜스포머(70)가 삽입될 수 있다. 변환부(40)는 정류부(30)에서 정류된 전압을 강압하는 벅 컨버터를 포함할 수 있다. 구체적으로 변환부(40)는, 컨버터 스위치(Q5), 컨버터 다이오드(DF), 및 컨버터 인덕터(LF)를 포함할 수 있으며, 컨버터 스위치(Q5)의 일단은 제1 노드(N1)에 연결되며, 정류부(30)의 일단과 연결될 수 있다. 컨버터 스위치(Q5)의 타단은 컨버터 다이오드(DF)의 음극 및 컨버터 인덕터(LF)의 일단과 연결될 수 있다. 컨버터 인덕터(LF)이 타단은 제2 노드(N2)에 연결되며, 출력부(60)의 일단에 연결 될 수 있다. 컨버터 다이오드(DF)의 양극은 제3 노드(N3)에 연결되며, 출력부(60)의 타단에 연결될 수 있다. 공진 커패시터부(50)의 일단은 제1 노드(N1)에 연결되고, 타단은 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다.First, an isolated switching mode power supply using a buck converter is described. Referring to FIGS. 2 and 3A, the power supply unit 10 of FIG. 3A may include a DC power source 11 and a pulse conversion unit 12 for generating a pulse wave. The pulse converting section 12 may include a plurality of switches Q1 to Q4. The plurality of switches Q1 to Q4 may be connected in the form of a bridge, or may be implemented in the form of a half bridge or a single ended push pull (SEPP). A transformer 70 may be inserted between the resonance inductor unit 20 and the rectifying unit 30 to isolate the power input side and the output side. The converting unit 40 may include a buck converter for stepping down the voltage rectified by the rectifying unit 30. [ Specifically, the conversion section 40 may include a converter switch Q5, a converter diode DF, and a converter inductor LF, and one end of the converter switch Q5 is connected to the first node N1 , And may be connected to one end of the rectifying part (30). The other end of the converter switch Q5 may be connected to the cathode of the converter diode DF and one end of the converter inductor LF. The other end of the converter inductor LF is connected to the second node N2 and may be connected to one end of the output unit 60. [ The anode of the converter diode DF is connected to the third node N3 and may be connected to the other end of the output unit 60. [ One end of the resonant capacitor unit 50 may be connected to the first node N1 and the other end may be connected to the second node N2.

한편, 도 3b에 도시된 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 도 3a에 도시된 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 공진 커패시터부(50)의 위치가 변경된 것이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 공진 커패시터부(50)의 일단은 제1 노드(N1)에 연결되고, 타단은 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다.Meanwhile, the insulated switching mode power supply shown in FIG. 3B is a variation of the position of the resonance capacitor unit 50 in the insulated switching mode power supply shown in FIG. 3A. As shown in FIG. 3B, one end of the resonant capacitor unit 50 may be connected to the first node N1, and the other end may be connected to the third node N3.

다음으로, 벅 부스트 컨버터를 이용한 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에 대해 설명하도록 한다. 한편, 도 2 내지 도 3c를 참조하면, 도 3c의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 변환부(40)를 제외한 구성은 도 3a의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치와 동일하다. 도 3c의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 변환부(40)는 벅 부스트 컨버터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 변환부(40)는, 컨버터 스위치(Q5), 컨버터 다이오드(DF), 및 컨버터 인덕터(LF)를 포함할 수 있으며, 컨버터 스위치(Q5)의 일단은 제1 노드(N1)에 연결되며, 정류부(30)의 일단과 연결될 수 있다. 컨버터 스위치(Q5)의 타단은 컨버터 다이오드(DF)의 음극 및 컨버터 인덕터(LF)의 일단과 연결될 수 있다. 컨버터 다이오드(DF)의 음극은 제2 노드(N2)에 연결되며, 출력부(60)의 일단에 연결 될 수 있다. 컨버터 인덕터(LF)의 타단은 제3 노드(N3)에 연결되며, 출력부(60)의 타단에 연결될 수 있다. 공진 커패시터부(50)의 일단은 제1 노드(N1)에 연결되고, 타단은 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다.Next, an isolated switched-mode power supply using a buck-boost converter is described. Referring to FIGS. 2 to 3C, the isolated switching mode power supply of FIG. 3C is identical to the isolated switched mode power supply of FIG. 3A except for the conversion unit 40. The transformer 40 of the isolated switched mode power supply of FIG. 3C may include a buck-boost converter. Specifically, the converting unit 40 may include a converter switch Q5, a converter diode DF, and a converter inductor LF, and one end of the converter switch Q5 may be connected to the first node N1 And may be connected to one end of the rectifying part 30. The other end of the converter switch Q5 may be connected to the cathode of the converter diode DF and one end of the converter inductor LF. The cathode of the converter diode DF is connected to the second node N2 and may be connected to one end of the output unit 60. [ The other end of the converter inductor LF is connected to the third node N3 and may be connected to the other end of the output unit 60. [ One end of the resonant capacitor unit 50 may be connected to the first node N1 and the other end may be connected to the second node N2.

한편, 도 3d에 도시된 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 도 3c에 도시된 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 공진 커패시터부(50)의 위치가 변경된 것이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 공진 커패시터부(50)의 일단은 제1 노드(N1)에 연결되고, 타단은 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다.Meanwhile, the isolated switched mode power supply shown in FIG. 3D is a change of the position of the resonant capacitor portion 50 in the isolated switched mode power supply shown in FIG. 3C. As shown in FIG. 3D, one end of the resonant capacitor unit 50 may be connected to the first node N1, and the other end may be connected to the third node N3.

다음으로, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 동작에 대하여 설명하도록 한다.Next, the operation of the insulated switching mode power supply apparatus shown in Figs. 3A to 3D will be described.

도 4는 도 3a 내지 도 3d의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 스위칭 동작의 시비율 및 데드 타임(dead time)을 설명하기 위한 파형도이다.FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the duty ratio and the dead time of the switching operation of the insulated switching mode power supply of FIGS. 3A to 3D. FIG.

도 4를 참조하면, 브릿지 형태로 연결된 4개의 스위치(Q1 내지 Q4)는 약 0.5의 시비율을 가지고 동작한다. 4개의 스위치(Q1 내지 Q4)의 시비율은 데드 타임(dead time, td)에 따라 가변될 수 있으나, 시비율을 0.5로 하면 출력 제어 범위를 넓게 할 수 있는 효과가 있다. 컨버터 스위치(Q5)는 4개의 스위치(Q1 내지 Q4)의 2배의 주파수로 동작한다. 컨버터 스위치(Q5)의 시비율을 변경하면 출력부(60)로 출력되는 출력전압의 크기를 제어할 수 있다. 또한, 컨버터 스위치(Q5)는 다른 스위치와 동기화 될 수도 있고, 약간의 딜레이가 있을 수도 있다.Referring to FIG. 4, the four switches Q1 to Q4 connected in the form of a bridge operate with a duty ratio of about 0.5. The duty ratio of the four switches Q1 to Q4 can be varied according to a dead time (td), but when the duty ratio is 0.5, the output control range can be widened. Converter switch Q5 operates at twice the frequency of the four switches Q1 to Q4. When the duty ratio of the converter switch Q5 is changed, the magnitude of the output voltage outputted to the output section 60 can be controlled. Converter switch Q5 may also be synchronized with other switches and may have some delay.

도 5a는 도 3a 및 도 3b의 주요 신호의 파형도이고, 도 5b는 도 3c 및 도 3d의 주요 신호의 파형도이다.FIG. 5A is a waveform diagram of the main signals of FIGS. 3A and 3B, and FIG. 5B is a waveform diagram of main signals of FIGS. 3C and 3D.

도 5a 및 도 5b를 참고하면, 복수의 스위치(Q1 내지 Q4)와 컨버터 스위치(Q5)에 서지(surge) 전압이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 이는, 도 3a 내지 도 3d의 공진 커패시터부(50)가 공진 인덕터부(20)와 공진을 하기 때문이다. 즉, 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치(1)는, 공진 커패시터부(50)와 공진 인덕터부(20)의 공진에 의하여 전압이 급격이 변하는 것을 방지한다. 또한, 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치(1)는 복수의 스위치(Q1 내지 Q4) 및 컨버터 스위치(Q5)가 스위치 동작을 함에 있어서, 제로 전류 스위칭의 복구 전류가 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 최대 인가 전압이 작기 때문에 낮은 내압 소자의 사용이 가능하고, 회로에 발생하는 손실의 개선이 가능한 효과가 있다.5A and 5B, it can be seen that no surge voltage is generated in the plurality of switches Q1 to Q4 and the converter switch Q5. This is because the resonance capacitor unit 50 shown in Figs. 3A to 3D resonates with the resonance inductor unit 20. That is, the insulated switching mode power supply device 1 according to the first embodiment prevents the sudden change of the voltage due to the resonance between the resonance capacitor portion 50 and the resonance inductor portion 20. In the isolated type switching mode power supply device 1 according to the first embodiment, when the plurality of switches Q1 to Q4 and the converter switch Q5 perform the switching operation, the recovery current of the zero current switching hardly occurs . Further, since the maximum applied voltage is small, it is possible to use a low breakdown voltage element, and it is possible to improve the loss occurring in the circuit.

도 6은 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치 중 벅 컨버터를 이용한 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 시비율과 출력 전압 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the relationship between the duty ratio and the output voltage of the insulated switching mode power supply using the buck converter among the insulated switching mode power supplies according to the first embodiment.

도 6을 참조하면, 출력전압의 이론값과 도 1a에 도시된 ZVS 가능한 PWM 제어를 이용한 전원 공급 장치의 출력 전압은 차이가 있다. 그러나, 출력전압의 이론값과 도 2에 도시된 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 출력 전압과는 대부분의 영역에서 일치하는 것을 알 수 있다. 즉, 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 시비율이 증가함에 따라 출력 전압도 비례하여 증가한다. 따라서, 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 시비율을 이용하여 보다 정밀하게 출력 전압의 제어를 할 수 있다.Referring to FIG. 6, the theoretical value of the output voltage differs from the output voltage of the power supply using the ZVS-capable PWM control shown in FIG. 1A. However, it can be seen that the theoretical value of the output voltage coincides with the output voltage of the insulated switching mode power supply according to the first embodiment shown in Fig. 2 in most of the regions. That is, in the insulated switching mode power supply device according to the first embodiment, the output voltage increases proportionally as the duty ratio increases. Therefore, the isolation type switching mode power supply device according to the first embodiment can control the output voltage more precisely by using the duty ratio.

이하에서는, 제2 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, an insulation type switching mode power supply device according to the second embodiment will be described.

도 7은 제2 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 간략 회로도이다.7 is a simplified circuit diagram of an insulated switching mode power supply device according to the second embodiment.

도 7을 참조하면, 제2 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치(2)는, 전원을 공급하는 전원부(110), 입력 전압을 승압하는 변환부(130), 변환부(130)에서 승압된 전압을 펄스신호로 바꾸는 펄스 변환부(140), 변환부(130)의 일단과 및 펄스 변환부(140)의 일단이 연결되는 제4 노드(N4)와 전원입력단인 제5 노드(N5) 사이에 연결되는 공진 커패시터부(120), 펄스 변환부(140)로부터 펄스 신호를 입력 받아 정류하는 정류부(160), 펄스 변환부(140)와 정류부(160)사이에 연결되는 공진 인덕터부(150), 정류부(160)에서 정류된 전압을 출력하는 출력부(170)를 포함할 수 있다. 전원부(110)는 직류 전원(Vin)일 수 있다. 공진 커패시터부(120)는 적어도 하나의 커패시터(Cr)를 포함할 수 있다. 변환부(140)는 입력되는 전압을 승압하는 부스트 컨버터일 수 있다. 펄스 변환부(140)는 브릿지 형태의 복수의 스위치(Q1 내지 Q4)를 포함할 수 있다. 공진 인덕터부(150)는 적어도 하나의 인덕터(Lr)을 포함할 수 있다. 정류부(160)는 브릿지 형태의 다이오드(D1 내지 D4)를 포함할 수 있다. 출력부(170)는 서로 병렬로 연결된 출력 커패시터(Cout)와 부하(RL)를 포함할 수 있다.7, the insulated switching mode power supply device 2 according to the second embodiment includes a power supply unit 110 for supplying power, a conversion unit 130 for boosting an input voltage, A fourth node N4 to which one end of the conversion unit 130 and one end of the pulse conversion unit 140 are connected and a fifth node N5 as a power input terminal, A resonance capacitor unit 120 connected between the pulse converting unit 140 and the rectifying unit 160 for receiving the pulse signal from the pulse converting unit 140 and rectifying the pulse signal; 150, and an output unit 170 for outputting a rectified voltage from the rectifying unit 160. The power source unit 110 may be a direct current power source (Vin). The resonant capacitor portion 120 may include at least one capacitor Cr. The conversion unit 140 may be a boost converter that boosts the input voltage. The pulse converting unit 140 may include a plurality of switches Q1 to Q4 in the form of a bridge. The resonant inductor unit 150 may include at least one inductor Lr. The rectification unit 160 may include diodes D1 to D4 in the form of bridges. The output unit 170 may include an output capacitor Cout and a load RL connected in parallel with each other.

도 7에 도시된 바와 같이, 변환부(130)의 제4 노드(N4)는 펄스 변환부(140)의 일단 및 공진 커패시터부(120)의 일단과 연결될 수 있으며, 변환부(130)의 제5 노드(N5)는 공진 커패시터부(120)의 타단과 전원부(110)의 일단과 연결될 수 있다. 변환부(130)의 제6 노드(N6)는 전원부(110)의 타단 및 펄스 변환부(140)의 타단과 연결될 수 있다. 공진 인덕터부(150)는 펄스 변환부(140)와 정류부(160)의 제3 다이오드(D3)의 음극 및 제4 다이오드(D4)의 양극과 연결될 수 있다. 그러나, 공진 인덕터부(150)의 위치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 펄스 변환부(140)와 제1 다이오드(D1)의 양극 및 제2 다이오드(D2)의 음극에 연결될 수도 있다. 7, the fourth node N4 of the conversion unit 130 may be connected to one end of the pulse conversion unit 140 and one end of the resonance capacitor unit 120, The fifth node N5 may be connected to the other end of the resonant capacitor unit 120 and one end of the power supply unit 110. [ The sixth node N6 of the conversion unit 130 may be connected to the other end of the power supply unit 110 and the other end of the pulse conversion unit 140. [ The resonant inductor unit 150 may be connected to the negative electrode of the third diode D3 and the positive electrode of the fourth diode D4 of the pulse converting unit 140, the rectifying unit 160, However, the position of the resonance inductor unit 150 is not limited to this, and may be connected to the pulse conversion unit 140, the positive electrode of the first diode D1, and the negative electrode of the second diode D2.

도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 절연형 스위칭 모드 전압 공급 장치를 구체적으로 나타난 회로도이다. 도 7a 및 도 7b는 변환부(130)가 부스트 컨버터를 이용한다.FIGS. 8A and 8B are circuit diagrams specifically showing the insulated switching mode voltage supply device shown in FIG. 7. FIG. 7A and 7B, the converting unit 130 uses a boost converter.

도 7 및 도 8a를 참조하면, 도 8a의 전원부(110)의 전원(Vin)은 직류전원일 수 있다. 변환부(130)는 전원부(110)로로부터 입력되는 전압을 승압하는 부스트 컨버터를 포함할 수 있다. 구체적으로 변환부(130)는, 컨버터 스위치(Q5), 컨버터 다이오드(DF), 및 컨버터 인덕터(LF)를 포함할 수 있다. 컨버터 다이오드(DF)의 음극은 제4 노드(N4)와 연결되고, 양극은 컨버터 인덕터(LF)의 일단 및 컨버터 스위치(Q5)의 일단과 연결될 수 있다. 컨버터 인덕터(LF)의 타단은 제5 노드(N5)에 연결되고, 공진 커패시터부(120)의 타단 및 전원부(110)의 일단과 연결될 수 있다. 컨버터 스위치(Q5)의 타단은 제6 노드(N6)에 연결되고, 전원부(110)의 타단 및 펄스 변환부(140)의 타단과 연결될 수 있다. 펄스 변환부(140)는 복수의 스위치(Q1 내지 Q4)가 브릿지 형태로 연결될 수도 있으며, 하프 브릿지 또는 전원 직렬 푸시 풀(Single Ended Push Pull, SEPP) 등의 형태로 구현될 수 있다. 펄스 변환부(140)와 정류부(160) 사이에는 전원 입력측과 출력측을 절연하는 트랜스포머(180)가 삽입될 수 있다. 정류부(160)와 트랜스포머(180) 사이에는 공진 인덕터부(150)가 삽입될 수 있다. Referring to FIGS. 7 and 8A, the power source Vin of the power source unit 110 of FIG. 8A may be a DC power source. The conversion unit 130 may include a boost converter for boosting a voltage input from the power supply unit 110. [ Specifically, the conversion section 130 may include a converter switch Q5, a converter diode DF, and a converter inductor LF. The cathode of the converter diode DF may be connected to the fourth node N4 and the anode may be connected to one end of the converter inductor LF and one end of the converter switch Q5. The other end of the converter inductor LF is connected to the fifth node N5 and may be connected to the other end of the resonant capacitor unit 120 and one end of the power supply unit 110. [ The other end of the converter switch Q5 is connected to the sixth node N6 and may be connected to the other end of the power supply unit 110 and the other end of the pulse conversion unit 140. [ The pulse converting unit 140 may be implemented in the form of a bridge, a half bridge or a single ended push pull (SEPP), or a plurality of switches Q1 to Q4. A transformer 180 may be inserted between the pulse conversion unit 140 and the rectification unit 160 to isolate the power input side and the output side. The resonance inductor unit 150 may be inserted between the rectification unit 160 and the transformer 180. [

한편, 도 8b에 도시된 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 도 8a에 도시된 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 공진 커패시터부(120)의 위치가 변경된 것이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 공진 커패시터부(120)의 일단은 제4 노드(N4)에 연결되고, 타단은 제6 노드(N6)에 연결될 수 있다.Meanwhile, the insulated switching mode power supply shown in FIG. 8B is a variation of the position of the resonance capacitor unit 120 in the insulated switching mode power supply shown in FIG. 8A. 8B, one end of the resonant capacitor unit 120 may be connected to the fourth node N4, and the other end may be connected to the sixth node N6.

다음으로, 도 8a 및 도 8b에 도시된 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 동작에 대하여 설명하도록 한다.Next, the operation of the insulated switching mode power supply device shown in Figs. 8A and 8B will be described.

도 9는 도 8a 및 도 8b의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 스위칭 동작의 시비율 및 데드 타임(dead time)을 설명하기 위한 파형도이다.9 is a waveform diagram for explaining the duty ratio and the dead time of the switching operation of the insulated switching mode power supply of Figs. 8A and 8B.

도 9를 참조하면, 브릿지 형태로 연결된 4개의 스위치(Q1 내지 Q4)는 약 0.5의 시비율을 가지고 동작한다. 4개의 스위치(Q1 내지 Q4)의 시비율은 데드 타임(td)에 따라 가변될 수 있으나, 시비율을 0.5로 하면 출력 제어 범위를 넓게 할 수 있는 효과가 있다. 컨버터 스위치(Q5)는 4개의 스위치(Q1 내지 Q4)의 2배의 주파수로 동작한다. 컨버터 스위치(Q5)의 시비율을 변경하면 출력부(60)로 출력되는 출력전압의 크기를 제어할 수 있다. 또한, 스위치(Q5)의 PWM 제어가 가능하다. 따라서, 주파수의 변조없이 출력 전압을 강압시킬 수 있으므로, 회로가 단락이 되더라도 상당시간동안 전원 공급이 가능하다. 또한, 컨버터 스위치(Q5)는 다른 스위치와 동기화 될 수도 있고, 약간의 딜레이가 있을 수도 있다. Referring to FIG. 9, four switches Q1 to Q4 connected in the form of a bridge operate with a duty ratio of about 0.5. The duty ratio of the four switches Q1 to Q4 can be varied according to the dead time td, but when the duty ratio is 0.5, the output control range can be widened. Converter switch Q5 operates at twice the frequency of the four switches Q1 to Q4. When the duty ratio of the converter switch Q5 is changed, the magnitude of the output voltage outputted to the output section 60 can be controlled. Further, PWM control of the switch Q5 is possible. Therefore, since the output voltage can be lowered without modulating the frequency, even if the circuit is short-circuited, the power can be supplied for a considerable time. Converter switch Q5 may also be synchronized with other switches and may have some delay.

도 10은 도 8a 및 도 8b의 주요 신호의 파형도이다.10 is a waveform diagram of the main signals of Figs. 8A and 8B.

도 10을 참고하면, 복수의 스위치(Q1 내지 Q4)와 컨버터 스위치(Q5)에 서지 전압이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 복수의 스위치(Q1 내지 Q4) 및 컨버터 스위치(Q5)가 스위치 동작을 함에 있어서, 제로 전류 스위칭의 복구 전류가 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 최대 인가 전압이 작기 때문에 낮은 내압 소자의 사용이 가능하고, 회로에 발생하는 손실의 개선이 가능한 효과가 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that no surge voltage is generated in the plurality of switches Q1 to Q4 and the converter switch Q5. Further, it can be seen that when the plurality of switches Q1 to Q4 and the converter switch Q5 perform the switching operation, the recovery current of the zero current switching hardly occurs. Further, since the maximum applied voltage is small, it is possible to use a low breakdown voltage element, and it is possible to improve the loss occurring in the circuit.

도 11은 트랜스포머가 센터탭 트랜스포머인 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로도이고, 도 12는 정류부가 복수의 스위치를 포함하는 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로도이다.Fig. 11 is a circuit diagram of an insulated switching mode power supply according to the first embodiment in which the transformer is a center tap transformer, Fig. 12 is a circuit diagram of the insulated switching mode power supply according to the first embodiment including a plurality of switches, Fig.

도 11을 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치(1)의 트랜스포머(270)는 센터 탭(center tap) 트랜스포머일 수 있다. 즉, 2차측이 코일의 센터에 탭이 형성되므로, 정류부(230)는 두 개의 다이오드(DS1, DS2)로 구성되는 정류부일 수 있다. 따라서, 다이오드 소자의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.Referring to FIG. 11, the transformer 270 of the insulated switching mode power supply 1 according to the first embodiment may be a center tap transformer. That is, since the secondary side has a tab at the center of the coil, the rectifying part 230 may be a rectifying part composed of two diodes DS1 and DS2. Therefore, there is an effect that the number of diode elements can be reduced.

도 12를 참조하면, 정류부(330)는 브릿지 형태의 복수의 스위치(Q1 내지 Q4)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 3a의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 다이오드는 역방향 전류의 흐름을 방지하므로, 도 12의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 역방향 전류의 흐름을 방지하기 위하여, 2개의 스위치는 턴 오프 상태이어야 한다. 구체적으로, 트랜스포머(70)에서 승압된 전압의 파형에 따라, 4개의 스위치(Q1 내지 Q4) 중 2개의 스위치가 턴 온되면 나머지 2개의 스위치는 턴 오프 되어야한다.Referring to FIG. 12, the rectifying unit 330 may include a plurality of switches Q1 to Q4 in the form of a bridge. Therefore, in the isolated switched mode power supply of FIG. 3A, the diode prevents the reverse current flow, so that in order to prevent the reverse current flow in the isolated switched mode power supply of FIG. 12, . Specifically, according to the waveform of the voltage boosted by the transformer 70, when two of the four switches Q1 to Q4 are turned on, the remaining two switches must be turned off.

다음으로 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치에 대하여 설명하도록 한다.Next, an insulation type switching mode power supply device according to the third embodiment will be described.

도 13은 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로도이다.13 is a circuit diagram of an insulated switching mode power supply device according to the third embodiment.

도 13을 참조하면, 정류부(430)는 두 개의 다이오드(DS1, DS2)를 포함하고, 공진 커패시터부(450)도 두 개의 커패시터(Cr1, Cr2)를 포함할 수 있다. 두 개의 다이오드(DS1, DS2)와 두 개의 커패시터(Cr1, Cr2)는 트랜스포머(70)의 2차측에 서로 브릿지 형태로 연결될 수 있다.13, the rectification part 430 includes two diodes DS1 and DS2, and the resonance capacitor part 450 may include two capacitors Cr1 and Cr2. Two diodes DS1 and DS2 and two capacitors Cr1 and Cr2 may be connected to the secondary side of the transformer 70 in bridge form.

도 14는 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위치 모드 전원 공급 장치의 주요 신호의 파형도이다.Fig. 14 is a waveform diagram of main signals of the isolated switch-mode power supply device according to the third embodiment.

도 3a 및 도 5a를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 제1 다이오드(DS1)에 흐르는 전류에 공진 전류가 흐르지 않는 구간(A)가 존재하는 것을 알 수 있으며, 제4 다이오드(DS4)에 흐르는 전류에도 공 전류가 흐르지 않는 구간(B)이 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서, 스위치가 턴 온 된 후에 잠시 공진 전류가 흐르지 않으므로, 실제 공진 주파수를 이론값보다 크게 할 필요가 있다. 3A and 5A, the isolation type switching mode power supply device according to the first embodiment can recognize that a section A in which no resonance current flows in the current flowing in the first diode DS1 exists, It can be seen that a section B in which no common current flows also exists in the current flowing in the fourth diode DS4. Therefore, since the resonance current does not flow for a while after the switch is turned on, it is necessary to make the actual resonance frequency larger than the theoretical value.

그러나, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 정류부(430)의 제1 다이오드(DS1) 및 제2 다이오드(DS2)에 공진전류가 흐르지 않는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 커패시터의 용량의 제어가 용이하며, 피크 전류와 RMS 전류를 저감할 수 있는 효과가 있다. However, as shown in Figs. 13 and 14, the insulated switching mode power supply according to the third embodiment is configured such that the resonance current is applied to the first diode DS1 and the second diode DS2 of the rectifying part 430 It is possible to prevent the ink from flowing. Therefore, it is easy to control the capacitance of the capacitor, and it is possible to reduce the peak current and the RMS current.

도 15a는 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 공진 전류의 파형도이고, 도 15b는 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치의 파형도이다.FIG. 15A is a waveform diagram of the resonant current of the insulated switching mode power supply device according to the first embodiment, and FIG. 15B is a waveform diagram of the insulated switching mode power supply device according to the third embodiment.

도 15a를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 시비율(D)이 변화함에 따라, 공진 전류의 위상과 공진기간이 변화하는 것을 알 수 있다. 한편, 도 15b를 참조하면, 제3 실시 형태에 따른 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치는 시비율(D)이 변화함에 따라, 공진 전류의 위상이 동일하게 유지되는 것을 알 수 있으며, 공진기간의 변화량도 제1 실시 형태의 절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치보다 적은 것을 알 수 있다. 따라서, 시비율 변화에 따라 위상이 변화하지 않으므로 시비율 조절을 통한 출력 전압의 제어가 용이하다.Referring to FIG. 15A, in the insulated switching mode power supply device according to the first embodiment, it can be seen that the phase and the resonance period of the resonance current change as the duty ratio D changes. On the other hand, referring to FIG. 15B, in the insulated switching mode power supply apparatus according to the third embodiment, it can be seen that the phase of the resonance current is kept the same as the duty ratio D changes, Is less than that of the insulated switching mode power supply of the first embodiment. Therefore, since the phase does not change according to the change of the application rate, it is easy to control the output voltage through the adjustment of the application rate.

도 16은 제3 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치의 정류부 공진 커패시터부를 제1 실시 형태에 따른 벅 부스트 컨버터에 적용한 회로도이며, 도 17은 제3 실시 형태에 따른 스위칭 모드 전원 공급 장치의 펄스 변환부 및 공진 커패시터부를 제2 실시 형태에 따른 부스트 컨버터에 적용한 회로도이다.FIG. 16 is a circuit diagram showing a rectified portion resonance capacitor portion of the switching mode power supply device according to the third embodiment applied to the buck-boost converter according to the first embodiment, and FIG. 17 is a circuit diagram showing a pulse- And the resonance capacitor unit is applied to the boost converter according to the second embodiment.

도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 공진 커패시터부를 정류부 또는 펄스 변환부와 브릿지 형태로 구현할 수 있으며, 공진 커패시터의 수량은 1개에서 2개로 증가하지만, 회로 전체의 피크 전류와 유효 전류를 저감시켜 전원의 손실을 저감시킬 수 있고, 정류 다이오드의 수량을 반으로 줄일 수 있으므로, 정류 다이오드의 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.As shown in FIGS. 16 and 17, the resonance capacitor unit can be implemented as a bridge unit with a rectifying unit or a pulse converting unit. The number of resonance capacitors increases from one to two, but the peak current and the effective current of the entire circuit are reduced The loss of the power source can be reduced, and the number of the rectifier diodes can be reduced by half, so that the loss of the rectifier diode can be reduced.

이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

1, 2: 스위칭 모드 전원 공급 장치
10, 110: 전원부
11: 직류전원
12: 펄스 변환부
20, 150: 공진 인덕터부
30, 160, 430: 정류부
40, 130: 변환부
50, 120, 450, 520: 공진 커패시터부
60, 170: 출력부
70, 180: 트랜스포머
140, 540: 펄스 변환부1, 2: Switching mode power supply
10, 110:
11: DC power source
12: Pulse conversion section
20, 150: Resonant inductor portion
30, 160, 430:
40, and 130:
50, 120, 450, 520: Resonance capacitor unit
60, 170: Output section
70, 180: Transformer
140, and 540:

Claims (8)

직류전원을 공급하는 전원부;
상기 전원부로부터 입력되는 전압을 변압하는 변환부;
상기 변환부에서 변압된 전압을 펄스 신호로 변환하는 펄스 변환부;
펄스 변환부에서 출력된 펄스 신호를 정류하는 정류부;
상기 정류부에서 정류된 전압이 출력되는 출력부;
상기 전원부와 상기 펄스 변환부 사이에 연결되는 공진 커패시터부; 및
상기 펄스 변환부와 상기 정류부 사이에 연결되는 공진 인덕터부
를 포함하고,
상기 공진 커패시터부와 상기 공진 인덕터부는 공진 회로를 구성하는,
절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치.A power supply for supplying DC power;
A converting unit for converting a voltage input from the power supply unit;
A pulse converting unit for converting the voltage transformed by the converting unit into a pulse signal;
A rectifying unit for rectifying the pulse signal output from the pulse converting unit;
An output unit for outputting a rectified voltage from the rectifying unit;
A resonance capacitor part connected between the power supply part and the pulse converting part; And
A resonance inductor part connected between the pulse converting part and the rectifying part,
Lt; / RTI >
Wherein the resonance capacitor portion and the resonance inductor portion constitute a resonance circuit,
Isolated switching mode power supply. 제1항에 있어서,
상기 펄스 변환부와 상기 공진 인덕터부 사이에 삽입되어, 전원의 입력측과 출력측을 절연시키는 트랜스포머를 더 포함하는,
절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a transformer inserted between the pulse converting section and the resonant inductor section for insulating the input side and the output side of the power source,
Isolated switching mode power supply. 제1항에 있어서,
상기 변환부는, 입력되는 전압을 승압시키는 부스트 컨버터(buck boost converter)를 포함하는,
절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein the conversion unit includes a buck boost converter for boosting an input voltage,
Isolated switching mode power supply. 제1항에 있어서,
상기 정류부는, 브릿지 형태의 복수의 다이오드를 포함하는,
절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein the rectifying part includes a plurality of diodes in the form of a bridge,
Isolated switching mode power supply. 제1항에 있어서,
상기 펄스 변환부는, 브릿지 형태의 복수의 스위치를 포함하고,
상기 복수의 스위치는 시비율(duty ratio)이 0.5인,
절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein the pulse converter includes a plurality of bridged switches,
Wherein the plurality of switches have a duty ratio of 0.5,
Isolated switching mode power supply. 제1항에 있어서,
상기 펄스 변환부는, 브릿지 형태로 연결되는 제1 내지 제4 스위치를 포함하고,
상기 정류부는, 브릿지 형태로 연결되는 제1 내지 제4 다이오드를 포함하고,
상기 변환부는, 컨버터 스위치, 컨버터 인덕터, 컨버터 다이오드를 포함하고,
상기 변환부의 제1 노드에는, 상기 정류부의 제1 및 제4 스위치의 일단, 상기 컨버터 다이오드의 음극, 및 상기 공진 커패시터부의 일단이 연결되고,
상기 변환부의 제2 노드에는, 상기 컨버터 인덕터의 일단, 상기 공진 커패시터부의 타단 및 상기 전원부의 일단이 연결되고,
상기 변환부의 제3 노드에는, 상기 정류부의 제2 및 제3 스위치의 일단, 상기 컨버터 스위치의 일단 및 상기 전원부의 타단이 연결되고,
상기 컨버터 스위치의 타단, 상기 컨버터 인덕터의 타단 및 상기 컨버터 다이오드의 양극은 서로 연결되는,
절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein the pulse converter includes first to fourth switches connected in a bridge form,
The rectifying part includes first to fourth diodes connected in a bridge form,
The converter includes a converter switch, a converter inductor, and a converter diode,
One end of the first and fourth switches of the rectifying section, the negative electrode of the converter diode, and one end of the resonant capacitor section are connected to the first node of the converting section,
One end of the converter inductor, the other end of the resonant capacitor, and one end of the power supply are connected to a second node of the converter,
One end of the second and third switches of the rectifying section, one end of the converter switch and the other end of the power supply section are connected to the third node of the converting section,
The other end of the converter switch, the other end of the converter inductor, and the anode of the converter diode are connected to each other,
Isolated switching mode power supply. 제1항에 있어서,
상기 펄스 변환부는, 브릿지 형태로 연결되는 제1 내지 제4 스위치를 포함하고,
상기 정류부는, 브릿지 형태로 연결되는 제1 내지 제4 다이오드를 포함하고,
상기 변환부는, 컨버터 스위치, 컨버터 인덕터, 컨버터 다이오드를 포함하고,
상기 변환부의 제1 노드에는, 상기 정류부의 제1 및 제4 스위치의 일단, 상기 컨버터 다이오드의 음극, 및 상기 공진 커패시터부의 일단이 연결되고,
상기 변환부의 제2 노드에는, 상기 컨버터 인덕터의 일단, 및 상기 전원부의 일단이 연결되고,
상기 변환부의 제3 노드에는, 상기 정류부의 제2 및 제3 스위치의 일단, 상기 공진 커패시터부의 타단, 상기 컨버터 스위치의 일단 및 상기 전원부의 타단이 연결되고,
상기 컨버터 스위치의 타단, 상기 컨버터 인덕터의 타단 및 상기 컨버터 다이오드의 양극은 서로 연결되는,
절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein the pulse converter includes first to fourth switches connected in a bridge form,
The rectifying part includes first to fourth diodes connected in a bridge form,
The converter includes a converter switch, a converter inductor, and a converter diode,
One end of the first and fourth switches of the rectifying section, the negative electrode of the converter diode, and one end of the resonant capacitor section are connected to the first node of the converting section,
One end of the converter inductor and one end of the power supply unit are connected to a second node of the conversion unit,
One end of the second and third switches of the rectifying section, the other end of the resonance capacitor section, one end of the converter switch, and the other end of the power source section are connected to the third node of the converting section,
The other end of the converter switch, the other end of the converter inductor, and the anode of the converter diode are connected to each other,
Isolated switching mode power supply. 제2항에 있어서,
상기 펄스 변환부는, 제1 및 제2 스위치를 포함하고,
상기 공진 커패시터부는, 제1 및 제2 커패시터를 포함하고,
상기 제1 및 제2 스위치와 상기 제1 및 제2 커패시터는 상기 트랜스포머의 1차측에 브릿지 형태로 연결되는,
절연형 스위칭 모드 전원 공급 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the pulse converter includes first and second switches,
Wherein the resonant capacitor portion includes first and second capacitors,
Wherein the first and second switches and the first and second capacitors are connected in bridge form to a primary side of the transformer,
Isolated switching mode power supply.
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