KR102695182B1 - Power supply with improved ripple - Google Patents
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Abstract
전해콘덴서 대신에 필름콘덴서를 사용하고서도 리플이 개선된 전원공급장치를 개시한다. 개시된 전원공급장치는 스위칭부가 1차측 코일에 연결되고 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 메인코일 및 2차측 보조코일에 교류전원을 유기시켜 출력하는 트랜스포머, 2차측 메인코일에 연결된 제 1 다이오드 및 제 1 콘덴서인 필름콘덴서를 포함하고 트랜스포머의 출력전원을 제 1 다이오드 및 제 1 콘덴서를 통해 직류전압으로 변환하여 출력단으로 공급하는 직류전압 출력부, 및 직류전압 출력부와 출력단 및 2차측 보조코일에 연결되고 직류전압 출력부에서 출력되는 전압의 리플 성분을 개선하는 리플 개선부를 포함한다.A power supply device with improved ripple is disclosed, which uses a film capacitor instead of an electrolytic capacitor. The disclosed power supply device includes a transformer, in which a switching unit is connected to a primary coil and an AC power is inducerized into a secondary main coil and a secondary auxiliary coil and outputted as a voltage supplied to the primary coil according to a switching operation of the switching unit, a DC voltage output unit including a first diode and a first capacitor, which are film capacitors connected to the secondary main coil, and which converts the output power of the transformer into a DC voltage through the first diode and the first capacitor and supplies the same to an output terminal, and a ripple improvement unit connected to the DC voltage output unit, the output terminal, and the secondary auxiliary coil and which improves a ripple component of a voltage output from the DC voltage output unit.
Description
본 발명은 리플이 개선된 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해콘덴서 대신에 필름콘덴서를 사용하고도 리플을 개선시킨 전원공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply device with improved ripple, and more specifically, to a power supply device with improved ripple even when using a film capacitor instead of an electrolytic capacitor.
SMPS란 Switching Mode Power Supply의 약자로서, 스위칭 동작에 의한 전원공급장치를 의미한다. 그러한 전원공급장치에는 상용전원(예컨대, AC)을 전력변환회로를 거쳐 직류(DC)를 생성하여 사용하는 경우가 있다. SMPS stands for Switching Mode Power Supply, and refers to a power supply device that uses a switching operation. In such power supply devices, commercial power (e.g., AC) is converted into direct current (DC) through a power conversion circuit.
상용전원(예컨대, AC)을 전력변환할 때에는 양질의 전력을 효율적으로 공급하기 위해 역률(PF)을 관리해야 하는 규정이 있고, 그 규정을 만족하기 위하여 역률보정회로(PFC)를 탑재해야 한다. 이때, 주로 이용되는 역률보정회로는 AC를 정류후에 DC 링크 커패시터(DC LINK CAP)를 사용하지 않고 정류된 전압을 수십 ~ 수백 KHz로 스위칭한 후에 비로소 DC 링크 커패시터를 이용하는 방식의 회로가 있을 수 있다. 실용회로로써 PF-flyback 방식이 있다.When converting commercial power (e.g., AC) to power, there are regulations that require power factor (PF) management in order to efficiently supply high-quality power, and a power factor correction circuit (PFC) must be installed to meet the regulations. At this time, the power factor correction circuit that is mainly used may be a circuit that rectifies AC and then switches the rectified voltage to tens to hundreds of KHz without using a DC link capacitor, and then uses a DC link capacitor. As a practical circuit, there is a PF-flyback method.
직류를 만들기 위해서는 정류용 다이오드 및 평활용 전해콘덴서가 필요하다.To create direct current, a rectifying diode and a smoothing electrolytic capacitor are required.
여기서, 전해콘덴서는 사용환경(특히, 주변온도)에 따라 라이프타임이 줄어들고, 용량이 감소하고, 결과적으로 제품고장의 원인이 되기도 한다.Here, the lifespan of electrolytic capacitors is reduced, the capacity is reduced, and eventually, it can cause product failure depending on the usage environment (especially the ambient temperature).
이에 상대적으로 사용환경에 신뢰성이 보장된 필름콘덴서를 지향하지만, 필름콘덴서는 평활용 콘덴서에서 가장 크게 요구되는 정전용량이 전해콘덴서에 비해 적기 때문에 상용전원의 평활용으로 사용하기에는 다소 한계가 있다. 즉, 리플(ripple) 해결이 어렵다.Accordingly, film capacitors are aimed at ensuring reliability in the usage environment, but since film capacitors have a smaller electrostatic capacity, which is the largest requirement for smoothing capacitors, compared to electrolytic capacitors, they have some limitations in being used for smoothing commercial power supplies. In other words, it is difficult to resolve ripple.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 공개된 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background technology above are intended to help understand the background of the invention and may include matters that are not publicly available prior art.
본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 제안된 것으로, 전해콘덴서 대신에 필름콘덴서를 사용하고서도 리플 성분을 감소시켜 양질의 직류 전원을 출력할 수 있는 리플이 개선된 전원공급장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in consideration of the above-mentioned conventional circumstances, and its purpose is to provide a power supply device with improved ripple that can output high-quality DC power by reducing the ripple component even while using a film capacitor instead of an electrolytic capacitor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 전원공급장치는, 제어신호에 따라 온/오프 스위칭 동작을 행하는 스위칭부; 상기 스위칭부가 1차측 코일에 연결되고, 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 메인코일 및 2차측 보조코일에 교류전원을 유기시켜 출력하는 트랜스포머; 상기 2차측 메인코일에 연결된 제 1 다이오드 및 제 1 콘덴서인 필름콘덴서를 포함하고, 상기 트랜스포머의 출력전원을 상기 제 1 다이오드 및 제 1 콘덴서를 통해 직류전압으로 변환하여 출력단으로 공급하는 직류전압 출력부; 및 상기 직류전압 출력부와 상기 출력단 및 상기 2차측 보조코일에 연결되고, 상기 직류전압 출력부에서 출력되는 전압의 리플 성분을 개선하는 리플 개선부;를 포함하고, 상기 리플 개선부는, 상기 직류전압 출력부의 출력측과 상기 출력단의 사이에서 상호 연결된 제 3 다이오드 및 제 4 다이오드; 및 일 전극이 상기 제 3 다이오드와 상기 제 4 다이오드의 사이에 접속되고, 타 전극이 상기 트랜스포머의 2차측 보조코일의 일단에 연결된 제 2 콘덴서;를 포함한다.In order to achieve the above object, a power supply device according to a preferred embodiment of the present invention comprises: a switching unit which performs an on/off switching operation according to a control signal; a transformer which is connected to a primary coil of the switching unit and induces and outputs AC power to a secondary main coil and a secondary auxiliary coil with a voltage supplied to the primary coil according to the switching operation of the switching unit; a DC voltage output unit which includes a first diode and a first condenser, which are film condensers, connected to the secondary main coil, and which converts the output power of the transformer into a DC voltage through the first diode and the first condenser and supplies the converted DC voltage to an output terminal; and a ripple improvement unit which is connected to the DC voltage output unit, the output terminal, and the secondary auxiliary coil, and improves a ripple component of a voltage output from the DC voltage output unit; wherein the ripple improvement unit comprises: a third diode and a fourth diode which are mutually connected between the output side of the DC voltage output unit and the output terminal; and a second capacitor having one electrode connected between the third diode and the fourth diode and the other electrode connected to one end of a secondary auxiliary coil of the transformer;
상기 제 2 콘덴서는 필름콘덴서일 수 있다.The above second capacitor may be a film capacitor.
상기 직류전압 출력부의 출력측은 제 2 다이오드를 통해 상기 출력단에 연결되고, 상기 제 3 다이오드의 애노드 단자는 상기 직류전압 출력부의 출력측과 상기 제 2 다이오드 사이의 제 1 노드에 연결되고, 상기 제 3 다이오드의 캐소드 단자는 상기 제 4 다이오드의 애노드 단자와 상기 제 2 콘덴서의 일 전극에 연결되고, 상기 제 4 다이오드의 캐소드 단자는 상기 제 2 다이오드와 상기 출력단 사이의 제 2 노드에 연결될 수 있다.The output side of the DC voltage output unit is connected to the output terminal via the second diode, the anode terminal of the third diode is connected to the first node between the output side of the DC voltage output unit and the second diode, the cathode terminal of the third diode is connected to the anode terminal of the fourth diode and one electrode of the second capacitor, and the cathode terminal of the fourth diode can be connected to the second node between the second diode and the output terminal.
상기 트랜스포머의 2차측 보조코일에 유도된 전원이 제 1 레벨의 전압이 되면 상기 직류전압 출력부의 출력전압이 상기 제 1 노드에서 소정치 분기되어 상기 제 3 다이오드를 통해 상기 제 2 콘덴서에 충전되고, 상기 트랜스포머의 2차측 보조코일에 유도된 전원이 상기 제 1 레벨의 전압보다 높은 제 2 레벨의 전압이 되면 상기 제 2 레벨의 전압이 상기 제 2 콘덴서에 이전에 충전되어 있던 전압과 합해져서 상기 제 4 다이오드를 통해 상기 제 2 노드에서 상기 직류전압 출력부에서 출력된 전압과 중첩될 수 있다.When the power induced in the secondary auxiliary coil of the transformer becomes a first level voltage, the output voltage of the DC voltage output unit is branched by a predetermined value at the first node and charged to the second capacitor through the third diode, and when the power induced in the secondary auxiliary coil of the transformer becomes a second level voltage higher than the first level voltage, the second level voltage is combined with the voltage previously charged to the second capacitor and can be superimposed on the voltage output from the DC voltage output unit at the second node through the fourth diode.
본 발명의 실시예에 따라, 일 전극이 상기 제 4 다이오드의 캐소드 단자에 연결되고, 타 전극이 상기 2차측 보조코일의 타단에 연결된 제 3 콘덴서;를 추가로 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a third capacitor may be additionally included, one electrode of which is connected to the cathode terminal of the fourth diode and the other electrode is connected to the other terminal of the secondary-side auxiliary coil.
상기 제 3 콘덴서는 필름콘덴서일 수 있다.The above third capacitor may be a film capacitor.
상기 스위칭부는, 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함할 수 있다.The above switching unit may include a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
상기 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터는, 게이트 단자로 상기 제어신호를 입력받고, 소스 단자는 접지되고, 드레인 단자는 상기 1차측 코일에 연결될 수 있다.The above metal oxide semiconductor field effect transistor can receive the control signal through a gate terminal, have a source terminal grounded, and have a drain terminal connected to the primary coil.
상기 제어신호는 펄스폭변조(PWM) 방식의 제어신호일 수 있다.The above control signal may be a pulse width modulation (PWM) control signal.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 리플 개선부와 상기 출력단 사이에 직류-직류 컨버터가 추가로 설치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a DC-DC converter may be additionally installed between the ripple improvement unit and the output terminal.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 전해콘덴서 대신에 필름콘덴서를 사용하고서도 트랜스포머의 2차측에 연결시킨 리플 개선 회로를 통해 리플을 제거 또는 감소시킬 수 있다.According to the present invention of this configuration, ripple can be eliminated or reduced through a ripple improvement circuit connected to the secondary side of the transformer even when a film capacitor is used instead of an electrolytic capacitor.
이와 같이 리플 개선(예컨대, 제거 또는 감소)을 통해 더욱 양질의 직류 전원을 구현할 수 있다.In this way, better quality DC power can be achieved by improving ripple (e.g., eliminating or reducing it).
이와 같이 리플이 개선된 직류 전원을 직류-직류 컨버터(벅-부스트 컨버터)를 통과시키면 더욱 완벽한 직류 전원으로 만들 수 있다.If the DC power with improved ripple is passed through a DC-DC converter (buck-boost converter), it can be made into a more perfect DC power.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리플이 개선된 전원공급장치의 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 정류부에서 출력되는 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 스위칭부에서 출력되는 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 직류전압 출력부에서 출력되는 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 트랜스포머의 2차측 보조코일에 유도된 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 제 2 노드에서의 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리플이 개선된 전원공급장치의 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시된 직류-직류 컨버터를 통한 효과를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device with improved ripple according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a drawing showing an example of the waveform of power output from the rectifier illustrated in Figure 1.
Figure 3 is a drawing showing an example of the waveform of power output from the switching unit illustrated in Figure 1.
Figure 4 is a drawing showing an example of the waveform of power output from the DC voltage output unit illustrated in Figure 1.
Figure 5 is a drawing showing an example of the waveform of power induced in the secondary auxiliary coil of the transformer illustrated in Figure 1.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the waveform of power at the second node illustrated in FIG. 1.
FIG. 7 is a circuit diagram of a power supply device with improved ripple according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is a drawing for explaining the effect through the DC-DC converter shown in Figure 7.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.The present invention may have various modifications and embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, it should be understood that the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common usage, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined in this application.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. In order to facilitate an overall understanding in describing the present invention, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and redundant descriptions of the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리플이 개선된 전원공급장치의 회로도이고, 도 2는 도 1에 도시된 정류부에서 출력되는 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 스위칭부에서 출력되는 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 직류전압 출력부에서 출력되는 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 트랜스포머의 2차측 보조코일에 유도된 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1에 도시된 제 2 노드에서의 전원의 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device with improved ripple according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of a waveform of power output from a rectifier illustrated in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing an example of a waveform of power output from a switching unit illustrated in FIG. 1, FIG. 4 is a diagram showing an example of a waveform of power output from a DC voltage output unit illustrated in FIG. 1, FIG. 5 is a diagram showing an example of a waveform of power induced in a secondary-side auxiliary coil of a transformer illustrated in FIG. 1, and FIG. 6 is a diagram showing an example of a waveform of power at a second node illustrated in FIG. 1.
본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치는 정류부(10), 스위칭부(20), 트랜스포머(30), 직류전압 출력부(40), 및 리플 개선부(50)를 포함할 수 있다.A power supply device according to an embodiment of the present invention may include a rectifier (10), a switching unit (20), a transformer (30), a DC voltage output unit (40), and a ripple improvement unit (50).
정류부(10)는 입력되는 상용교류전원을 정류할 수 있다.The rectifier (10) can rectify the input commercial AC power.
예를 들어, 정류부(10)는 브릿지 다이오드(10a)를 포함할 수 있다. For example, the rectifier (10) may include a bridge diode (10a).
브릿지 다이오드(10a)는 4개의 다이오드를 연결하여 구성된 것으로서, 입력받은 상용교류전원을 전파정류할 수 있다. The bridge diode (10a) is composed of four diodes connected together and can rectify the input commercial AC power.
정류부(10)는 상용교류전원의 입력단(AC-L, AC-N)과 트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)의 일단 사이에 설치될 수 있다. 그에 따라, 정류부(10)는 도 2에 예시한 바와 같은 파형을 갖는 전원(예컨대, 전압)을 출력할 수 있다. 도 2에서, X축은 시간(t)을 의미할 수 있고, Y축은 전압 또는 전류를 의미할 수 있다.The rectifier (10) may be installed between the input terminal (AC-L, AC-N) of the commercial AC power source and one end of the primary coil (30a) of the transformer (30). Accordingly, the rectifier (10) may output power (e.g., voltage) having a waveform as illustrated in Fig. 2. In Fig. 2, the X-axis may represent time (t), and the Y-axis may represent voltage or current.
즉, 도 2에 예시한 바와 같은 파형의 전원이 트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)의 일단에 인가될 수 있다. That is, power having a waveform as exemplified in Fig. 2 can be applied to one end of the primary coil (30a) of the transformer (30).
트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)의 타단에는 스위칭부(20)가 설치된다.A switching unit (20) is installed at the other end of the primary coil (30a) of the transformer (30).
예를 들어, 스위칭부(20)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터) 등과 같은 스위칭소자(Q)를 포함할 수 있다.For example, the switching unit (20) may include a switching element (Q) such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
스위칭부(20)는 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스폭변조) 방식의 제어신호를 입력받고, 입력받은 제어신호(즉, PWM 제어신호)에 따라 온/오프 스위칭 동작을 할 수 있다.The switching unit (20) receives a control signal in the form of PWM (Pulse Width Modulation) and can perform an on/off switching operation according to the received control signal (i.e., PWM control signal).
예를 들어, 스위칭부(20)의 스위칭소자(Q)를 N채널 MOSFET라고 가정하였을 경우, 해당 스위칭소자(Q)의 게이트(Gate) 단자는 PWM IC(도시 생략)의 출력단에 접속되어 PWM IC로부터 소정의 듀티비를 가진 PWM 제어신호를 입력받을 수 있다. 해당 스위칭소자(Q)의 소스(Source) 단자는 접지되고, 해당 스위칭소자(Q)의 드레인(Drain) 단자는 트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)의 타단에 접속될 수 있다.For example, if the switching element (Q) of the switching unit (20) is assumed to be an N-channel MOSFET, the gate terminal of the switching element (Q) is connected to the output terminal of a PWM IC (not shown) and can receive a PWM control signal with a predetermined duty ratio from the PWM IC. The source terminal of the switching element (Q) is grounded, and the drain terminal of the switching element (Q) can be connected to the other end of the primary coil (30a) of the transformer (30).
스위칭부(20)의 스위칭소자(Q)는 게이트 단자에 걸리는 PWM 제어신호의 상태에 따라 온/오프 동작을 수행할 수 있다. 즉, PWM 제어신호의 펄스 신호가 온(ON) 상태(예컨대, 하이(high) 레벨)로 되면 스위칭부(20)의 스위칭소자(Q)는 도통되고, PWM 제어신호의 펄스 신호가 오프(OFF) 상태(예컨대, 로우(low) 레벨)로 되면 스위칭부(20)의 스위칭소자(Q)는 차단될 것이다.The switching element (Q) of the switching unit (20) can perform an on/off operation depending on the state of the PWM control signal applied to the gate terminal. That is, when the pulse signal of the PWM control signal is in the on state (e.g., high level), the switching element (Q) of the switching unit (20) will be conducted, and when the pulse signal of the PWM control signal is in the off state (e.g., low level), the switching element (Q) of the switching unit (20) will be blocked.
스위칭부(20)는 스위칭소자(Q)의 온동작시에 한하여 정류부(10)의 출력전원이 트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)을 통해 소스 단자에 연결된 접지측으로 도통하도록 할 수 있다. The switching unit (20) can cause the output power of the rectifier unit (10) to be conducted to the ground side connected to the source terminal through the primary coil (30a) of the transformer (30) only when the switching element (Q) is turned on.
그에 따라, 스위칭부(20)는 스위칭소자(Q)의 온/오프 스위칭 동작에 따라 도 3에 예시한 바와 같은 파형을 갖는 전원(예컨대, 전압)을 출력할 수 있다. 도 3에서, X축은 시간(t)을 의미할 수 있고, Y축은 전압 또는 전류를 의미할 수 있다.Accordingly, the switching unit (20) can output power (e.g., voltage) having a waveform as illustrated in Fig. 3 according to the on/off switching operation of the switching element (Q). In Fig. 3, the X-axis can mean time (t), and the Y-axis can mean voltage or current.
이에, 트랜스포머(30)는 스위칭부(20)의 스위칭 동작에 따라 1차측 코일(30a)로 공급되는 전압으로 2차측 메인코일(30b) 및 2차측 보조코일(30c)에 교류전원을 유기시켜 출력할 수 있다. Accordingly, the transformer (30) can induce and output AC power to the secondary main coil (30b) and the secondary auxiliary coil (30c) by the voltage supplied to the primary coil (30a) according to the switching operation of the switching unit (20).
실시예에 따르면, 스위칭부(20)의 스위칭소자(Q)를 온/오프시켜 정류부(10)에서 출력되는 DC 전압을 초핑(chopping)하고, 트랜스포머(30)를 통해 에너지를 2차측으로 전달할 수 있다.According to an embodiment, the DC voltage output from the rectifier (10) can be chopped by turning on/off the switching element (Q) of the switching unit (20), and the energy can be transferred to the secondary side through the transformer (30).
트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)에 전류가 도통됨에 따라 트랜스포머(30)의 2차측 메인코일(30b)에 유도된 전원은 직류전압 출력부(40)를 통해 정류 및 평활되어진 후에 출력단(V_OUT)으로 인가된다. 출력단(V_OUT)에서 출력된 전원은 부하(도시 생략)측에 구동전원으로 공급될 수 있다. 물론, 직류전압 출력부(40)에서 출력되는 전압은 소정치 분기되어 리플 개선부(50)에게로 인가될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 출력단(V_OUT)은 전원공급장치의 출력단을 의미할 수 있다.As current is applied to the primary coil (30a) of the transformer (30), power induced in the secondary main coil (30b) of the transformer (30) is rectified and smoothed through the DC voltage output unit (40) and then applied to the output terminal (V_OUT). The power output from the output terminal (V_OUT) can be supplied as driving power to the load (not shown). Of course, the voltage output from the DC voltage output unit (40) can be branched by a predetermined amount and applied to the ripple improvement unit (50). In an embodiment of the present invention, the output terminal (V_OUT) may mean the output terminal of a power supply device.
한편, 트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)에 전류가 도통됨에 따라 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에 유도된 전원은 리플 개선부(50)에게로 인가되어 직류전압 출력부(40)의 출력전압 리플의 최저점에 유입되어, 결과적으로 리플 전압을 감소시키게 된다.Meanwhile, as current is applied to the primary coil (30a) of the transformer (30), the power induced in the secondary auxiliary coil (30c) of the transformer (30) is applied to the ripple improvement unit (50) and flows into the lowest point of the output voltage ripple of the DC voltage output unit (40), thereby reducing the ripple voltage.
직류전압 출력부(40)는 트랜스포머(30)에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 출력단(V_OUT)으로 출력할 수 있다. 여기서, 출력단(V_OUT)에는 소정의 부하(예컨대, 램프)(도시 생략)가 연결될 수 있다.The DC voltage output unit (40) can convert AC power output from the transformer (30) into a DC voltage and output it to the output terminal (V_OUT). Here, a predetermined load (e.g., a lamp) (not shown) can be connected to the output terminal (V_OUT).
직류전압 출력부(40)는 정류용 제 1 다이오드(D1)와 평활용 제 1 콘덴서(C1)를 포함할 수 있다.The DC voltage output section (40) may include a first diode (D1) for rectification and a first capacitor (C1) for smoothing.
제 1 다이오드(D1)의 애노드 단자는 트랜스포머(30)의 2차측 메인코일(30b)의 일단에 연결되고, 제 1 다이오드(D1)의 캐소드 단자는 제 2 다이오드(D2)를 통해 출력단(V_OUT)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 다이오드(D1)의 캐소드 단자는 제 2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되고, 제 2 다이오드(D2)의 캐소드 단자는 출력단(V_OUT)에 연결될 수 있다.The anode terminal of the first diode (D1) is connected to one end of the secondary main coil (30b) of the transformer (30), and the cathode terminal of the first diode (D1) can be connected to the output terminal (V_OUT) via the second diode (D2). For example, the cathode terminal of the first diode (D1) can be connected to the anode terminal of the second diode (D2), and the cathode terminal of the second diode (D2) can be connected to the output terminal (V_OUT).
제 1 콘덴서(C1)는 제 1 다이오드(D1)의 캐소드 단자와 트랜스포머(30)의 2차측 메인코일(30b)의 타단 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 콘덴서(C1)의 일 전극은 제 1 다이오드(D1)의 캐소드 단자와 제 2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되고, 제 1 콘덴서(C1)의 타 전극은 트랜스포머(30)의 2차측 메인코일(30b)의 타단에 연결될 수 있다. 또한, 트랜스포머(30)의 2차측 메인코일(30b)의 타단과 제 1 콘덴서(C1)의 타 전극은 접지에 연결될 수 있다.The first capacitor (C1) may be connected between the cathode terminal of the first diode (D1) and the other end of the secondary main coil (30b) of the transformer (30). For example, one electrode of the first capacitor (C1) may be connected to the cathode terminal of the first diode (D1) and the anode terminal of the second diode (D2), and the other electrode of the first capacitor (C1) may be connected to the other end of the secondary main coil (30b) of the transformer (30). In addition, the other end of the secondary main coil (30b) of the transformer (30) and the other electrode of the first capacitor (C1) may be connected to ground.
본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치는 필름콘덴서를 사용하고서도 리플 성분을 감소 또는 제거시켜 양질의 직류 전원을 출력하도록 하는 것이므로, 상술한 제 1 콘덴서(C1)는 필름콘덴서로 구성됨이 바람직하다.Since the power supply device according to an embodiment of the present invention outputs high-quality DC power by reducing or eliminating ripple components even while using a film capacitor, it is preferable that the first capacitor (C1) described above be composed of a film capacitor.
직류전압 출력부(40)는 트랜스포머(30)에서 출력된 교류전원을 제 1 다이오드(D1)로 정류하고 제 1 콘덴서(C1)로 평활함에 따라 소정의 DC 전압을 출력할 수 있다. 이에 의해, 직류전압 출력부(40)는 도 4에 예시한 바와 같은 파형의 DC 전압을 출력할 수 있다. 도 4에서, X축은 시간(t)을 의미할 수 있고, Y축은 전압 또는 전류를 의미할 수 있다.The DC voltage output unit (40) can output a predetermined DC voltage by rectifying the AC power output from the transformer (30) with the first diode (D1) and smoothing it with the first capacitor (C1). As a result, the DC voltage output unit (40) can output a DC voltage having a waveform as illustrated in Fig. 4. In Fig. 4, the X-axis can mean time (t), and the Y-axis can mean voltage or current.
이때, 직류전압 출력부(40)는 이상적인 DC 전압을 출력하는 것이 아니라 노이즈(noise)성 리플전압이 포함된 DC 전압(예컨대, 0V가 존재하는 맥류)을 출력하게 될 것이다.At this time, the DC voltage output unit (40) will not output an ideal DC voltage, but will output a DC voltage that includes a noisy ripple voltage (e.g., a pulse voltage where 0 V exists).
PWM 방식을 사용하는 전원공급장치에서의 리플전압양은 스위칭 주기와 듀티 사이클, 트랜스포머(30)의 출력전압 등에 비례하며, 제 1 콘덴서(C1)의 용량에 반비례하는 특성을 가지고 있다.The amount of ripple voltage in a power supply using the PWM method is proportional to the switching cycle, duty cycle, output voltage of the transformer (30), etc., and has a characteristic of being inversely proportional to the capacity of the first capacitor (C1).
이와 같이, PWM 방식을 사용하는 전원공급장치의 직류전압 출력부(40)에서의 DC 출력전압은 스위칭 주기, 듀티 사이클, 제 1 콘덴서(C1)의 용량 등의 특성에 의해 부득이하게 소정의 리플 전압을 포함하게 된다.In this way, the DC output voltage in the DC voltage output section (40) of the power supply using the PWM method inevitably includes a predetermined ripple voltage due to the characteristics of the switching cycle, duty cycle, and capacity of the first capacitor (C1).
직류전압 출력부(40)에서의 출력전압에 리플전압이 과도하게 발생하면 DC 출력전압이 사용되는 디지털 회로 또는 아날로그 회로의 경우 IC(Integrated Circuit)의 Vcc 전압이 불안정해지고, 램프 등의 부하로의 구동전압이 불안정하게 되는 문제가 있다. If an excessive ripple voltage occurs in the output voltage from the DC voltage output section (40), the Vcc voltage of the IC (Integrated Circuit) in a digital circuit or analog circuit that uses the DC output voltage becomes unstable, and there is a problem that the driving voltage to a load such as a lamp becomes unstable.
따라서, 리플 전압에 민감한 장치에서는 DC 출력전압의 리플전압을 최소화하여야 한다.Therefore, in devices sensitive to ripple voltage, the ripple voltage of the DC output voltage must be minimized.
이에, 리플 개선부(50)는 직류전압 출력부(40)에서 출력되는 전압(예컨대, DC전압)의 리플 성분을 개선(제거 또는 감소)할 수 있다.Accordingly, the ripple improvement unit (50) can improve (eliminate or reduce) the ripple component of the voltage (e.g., DC voltage) output from the DC voltage output unit (40).
리플 개선부(50)는 직류전압 출력부(40)와 출력단(V_OUT) 사이 및 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에 연결될 수 있다.The ripple improvement unit (50) can be connected between the DC voltage output unit (40) and the output terminal (V_OUT) and to the secondary side auxiliary coil (30c) of the transformer (30).
예를 들어, 리플 개선부(50)는 제 2 다이오드(D2), 제 3 다이오드(D3), 제 4 다이오드(D4), 제 2 콘덴서(C2), 및 제 3 콘덴서(C3)를 포함할 수 있다.For example, the ripple improvement unit (50) may include a second diode (D2), a third diode (D3), a fourth diode (D4), a second capacitor (C2), and a third capacitor (C3).
제 2 다이오드(D2)의 애노드 단자는 제 1 다이오드(D1)의 캐소드 단자와 제 1 콘덴서(C1)의 일 전극에 연결되고, 제 2 다이오드(D2)의 캐소드 단자는 출력단(V_OUT)에 연결될 수 있다. The anode terminal of the second diode (D2) is connected to the cathode terminal of the first diode (D1) and one electrode of the first capacitor (C1), and the cathode terminal of the second diode (D2) can be connected to the output terminal (V_OUT).
제 3 다이오드(D3)의 애노드 단자는 직류전압 출력부(40)의 출력측과 출력단(V_OUT) 사이의 제 1 노드(a)에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로는, 제 3 다이오드(D3)의 애노드 단자는 직류전압 출력부(40)의 출력측과 제 2 다이오드(D2)의 애노드 단자 사이의 제 1 노드(a)에 연결될 수 있다. 제 3 다이오드(D3)의 캐소드 단자는 제 4 다이오드(D4)의 애노드 단자 및 제 2 콘덴서(C2)의 일 전극에 연결될 수 있다. The anode terminal of the third diode (D3) may be connected to the first node (a) between the output side of the DC voltage output unit (40) and the output terminal (V_OUT). More specifically, the anode terminal of the third diode (D3) may be connected to the first node (a) between the output side of the DC voltage output unit (40) and the anode terminal of the second diode (D2). The cathode terminal of the third diode (D3) may be connected to the anode terminal of the fourth diode (D4) and one electrode of the second capacitor (C2).
제 4 다이오드(D4)의 캐소드 단자는 제 2 다이오드(D2)의 캐소드 단자와 출력단(V_OUT) 사이의 제 2 노드(b)에 연결될 수 있다.The cathode terminal of the fourth diode (D4) can be connected to the second node (b) between the cathode terminal of the second diode (D2) and the output terminal (V_OUT).
제 2 콘덴서(C2)는 제 3 다이오드(D3)와 제 4 다이오드(D4) 및 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)의 일단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 2 콘덴서(C2)는 일 전극이 제 3 다이오드(D3)의 캐소드 단자와 제 4 다이오드(D4)의 애노드 단자 사이에 접속되고, 타 전극이 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)의 일단에 연결될 수 있다.The second capacitor (C2) may be connected to the third diode (D3), the fourth diode (D4) and one end of the secondary-side auxiliary coil (30c) of the transformer (30). For example, the second capacitor (C2) may have one electrode connected between the cathode terminal of the third diode (D3) and the anode terminal of the fourth diode (D4), and the other electrode connected to one end of the secondary-side auxiliary coil (30c) of the transformer (30).
제 3 콘덴서(C3)는 제 4 다이오드(D4)와 제 2 노드(b) 및 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)의 타단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 3 콘덴서(C3)는 일 전극이 제 4 다이오드(D4)의 캐소드 단자와 제 2 노드(b)에 접속되고, 타 전극이 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)의 타단에 연결될 수 있다. 또한, 제 3 콘덴서(C3)의 타 전극과 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)의 타단은 접지에 연결될 수 있다.The third capacitor (C3) may be connected to the fourth diode (D4), the second node (b), and the other end of the secondary-side auxiliary coil (30c) of the transformer (30). For example, the third capacitor (C3) may have one electrode connected to the cathode terminal of the fourth diode (D4) and the second node (b), and the other electrode connected to the other end of the secondary-side auxiliary coil (30c) of the transformer (30). In addition, the other electrode of the third capacitor (C3) and the other end of the secondary-side auxiliary coil (30c) of the transformer (30) may be connected to ground.
한편, 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에는 도 5에 예시된 바와 같은 파형의 전원이 유도될 수 있고, 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에 유도된 전원(도 5 참조)은 상술한 리플 개선부(50)에게로 인가될 수 있다. 도 5에서, X축은 시간(t)을 의미할 수 있고, Y축은 전압 또는 전류를 의미할 수 있다.Meanwhile, power of a waveform as illustrated in FIG. 5 can be induced in the secondary auxiliary coil (30c) of the transformer (30), and the power induced in the secondary auxiliary coil (30c) of the transformer (30) (see FIG. 5) can be applied to the ripple improvement unit (50) described above. In FIG. 5, the X-axis can mean time (t), and the Y-axis can mean voltage or current.
이와 같은 회로 구성의 리플 개선부(50)를 사용하는 경우, 트랜스포머(30)의 동작중의 반주기 동안(예컨대, 스위칭소자(Q)가 오프된 경우)에는 직류전압 출력부(40)의 출력전압(도 4 참조)이 제 1 노드(a)에서 소정치 분기되어 제 2 다이오드(D3)를 통해 제 2 콘덴서(C2)에 충전되고, 트랜스포머(30)의 동작중의 다음 반주기 동안(예컨대, 스위칭소자(Q)가 온된 경우)에는 제 2 콘덴서(C2)에 충전된 이전의 전압(V1)이 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에 유도된 전원(예컨대, 전압(V2))과 합해진다. 합해진 전압(V1+V2)은 제 4 다이오드(D4)를 통과하여 제 3 콘덴서(C3)에 충전된다. 이때, 제 3 다이오드(D3)는 역전압을 방지하므로, 제 2 콘덴서(C2)에서 합해진 전압은 제 4 다이오드(D4)를 통과하여 제 3 콘덴서(C3)에 충전된다.When the ripple improvement unit (50) of the circuit configuration is used, during a half cycle of operation of the transformer (30) (e.g., when the switching element (Q) is turned off), the output voltage (see FIG. 4) of the DC voltage output unit (40) is branched by a predetermined amount at the first node (a) and charged to the second capacitor (C2) through the second diode (D3), and during the next half cycle of operation of the transformer (30) (e.g., when the switching element (Q) is turned on), the previous voltage (V1) charged to the second capacitor (C2) is combined with the power (e.g., voltage (V2)) induced in the secondary-side auxiliary coil (30c) of the transformer (30). The combined voltage (V1+V2) passes through the fourth diode (D4) and is charged to the third capacitor (C3). At this time, since the third diode (D3) prevents reverse voltage, the voltage combined in the second capacitor (C2) passes through the fourth diode (D4) and is charged in the third capacitor (C3).
여기서, 제 3 콘덴서(C3)에 충전된 전압은 제 2 노드(b)에서 직류전압 출력부(40)로부터의 출력전압(즉, 제 2 다이오드(D2)를 통과한 제 1 노드(a)의 직류전압 출력부(40)의 전압)과 중첩될 수 있다. 여기서, 제 2 노드(b)에서 중첩됨에 따라, 제 2 노드(b)에서는 도 6에 예시한 바와 같은 파형의 전원(예컨대, DC 전압)이 생성될 수 있다. 도 6에서, X축은 시간(t)을 의미할 수 있고, Y축은 전압 또는 전류를 의미할 수 있다. 이때, 제 3 다이오드(D3)는 역전압을 방지하므로 제 3 콘덴서(C3)에서 방전되는 전압은 제 2 노드(b)에게로 인가될 수 있다. Here, the voltage charged in the third capacitor (C3) may overlap with the output voltage from the DC voltage output unit (40) at the second node (b) (i.e., the voltage of the DC voltage output unit (40) of the first node (a) that has passed through the second diode (D2)). Here, as the voltage overlaps at the second node (b), a power source (e.g., DC voltage) having a waveform as exemplified in FIG. 6 may be generated at the second node (b). In FIG. 6, the X-axis may represent time (t), and the Y-axis may represent voltage or current. At this time, since the third diode (D3) prevents reverse voltage, the voltage discharged from the third capacitor (C3) may be applied to the second node (b).
이와 같이 직류전압 출력부(40)의 출력전압이 리플 개선부(50)를 통과함에 따라, DC전압의 리플 성분이 제거되거나 감소되어 보다 안정화된 DC전압(즉, 리플 성분이 제거 또는 감소된 DC전압)을 출력단(V_OUT)으로 출력시킬 수 있다.As the output voltage of the DC voltage output unit (40) passes through the ripple improvement unit (50), the ripple component of the DC voltage is removed or reduced, so that a more stabilized DC voltage (i.e., a DC voltage with the ripple component removed or reduced) can be output to the output terminal (V_OUT).
다시 말해서, 정류부(10)는 상용교류전원을 정류하여 도 2에 예시한 바와 같은 파형의 전원(예컨대, 전압)을 출력한다. 정류부(10)에서의 출력 전압은 트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)에게로 인가되고, 트랜스포머(30)의 1차측 코일(30a)에 연결된 스위칭부(20)는 스위칭소자(Q)의 온/오프 스위칭 동작에 따라 도 3에 예시된 바와 같은 파형의 전원(예컨대, 전압)을 출력한다.In other words, the rectifier (10) rectifies commercial AC power and outputs power (e.g., voltage) having a waveform as exemplified in Fig. 2. The output voltage from the rectifier (10) is applied to the primary coil (30a) of the transformer (30), and the switching unit (20) connected to the primary coil (30a) of the transformer (30) outputs power (e.g., voltage) having a waveform as exemplified in Fig. 3 according to the on/off switching operation of the switching element (Q).
그에 따라, 트랜스포머(30)의 2차측 메인코일(30b) 및 2차측 보조코일(30c)에는 소정의 전원(예컨대, 전압)이 유도되는데, 2차측 메인코일(30b)에 유도된 전원은 직류전압 출력부(40)에게로 인가되고, 2차측 보조코일(30c)에 유도된 전원은 리플 개선부(50)에게로 인가된다.Accordingly, a predetermined power (e.g., voltage) is induced in the secondary main coil (30b) and the secondary auxiliary coil (30c) of the transformer (30). The power induced in the secondary main coil (30b) is applied to the DC voltage output unit (40), and the power induced in the secondary auxiliary coil (30c) is applied to the ripple improvement unit (50).
이때, 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에 유도된 전원(예컨대, 전압(V2); 도 5 참조)이 예를 들어 0V(즉, 제 1 레벨의 전압)로 되면(예컨대, 스위칭소자(Q)가 오프된 경우) 제 3 다이오드(D3)가 도통상태로 되고, 직류전압 출력부(40)의 출력전압(도 4 참조)이 제 1 노드(a)에서 소정치 분기되어 제 3 다이오드(D3)를 통해 제 2 콘덴서(C2)에 충전된다. 이때, 제 2 콘덴서(C2)에 충전된 전압을 V1이라고 할 수 있다.At this time, when the power (e.g., voltage (V2); see FIG. 5) induced in the secondary auxiliary coil (30c) of the transformer (30) becomes, for example, 0 V (i.e., voltage of the first level) (e.g., when the switching element (Q) is turned off), the third diode (D3) becomes conductive, and the output voltage (see FIG. 4) of the DC voltage output unit (40) is branched to a predetermined value at the first node (a) and charged to the second capacitor (C2) through the third diode (D3). At this time, the voltage charged to the second capacitor (C2) can be referred to as V1.
이어, 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에 유도된 전원(도 5 참조)이 예를 들어 0V보다 크게 되면(예컨대, 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에 유도된 전원이 20V 정도로 되면)(예컨대, 스위칭소자(Q)가 온된 경우) 0V보다 크게 된 현재의 전압(V2)은 제 2 콘덴서(C2)에 이전에 충전되어 있던 전압(예컨대, V1)과 합해져서 제 4 다이오드(D4)를 통해 제 3 콘덴서(C3)에게로 인가된다. 그에 따라, 제 3 콘덴서(C3)는 합해진 전압(즉, 전압(V1) + 전압(V2))이 충전된다. 여기서, 0V보다 큰 전압을 제 2 레벨의 전압이라고 한다.Then, when the power (see FIG. 5) induced in the secondary-side auxiliary coil (30c) of the transformer (30) becomes, for example, greater than 0 V (for example, when the power induced in the secondary-side auxiliary coil (30c) of the transformer (30) becomes approximately 20 V) (for example, when the switching element (Q) is turned on), the current voltage (V2) that becomes greater than 0 V is combined with the voltage (for example, V1) previously charged in the second capacitor (C2) and applied to the third capacitor (C3) through the fourth diode (D4). Accordingly, the third capacitor (C3) is charged with the combined voltage (i.e., voltage (V1) + voltage (V2)). Here, the voltage greater than 0 V is called a second-level voltage.
이후, 트랜스포머(30)의 2차측 보조코일(30c)에 유도된 전원(예컨대, 전압(V2))이 예를 들어 0V로 되면 제 3 다이오드(D3)가 도통상태로 되고, 직류전압 출력부(40)의 출력전압(도 4 참조)이 제 1 노드(a)에서 소정치 분기되어 제 3 다이오드(D3)를 통해 제 2 콘덴서(C2)에 충전된다. 이와 함께, 제 3 콘덴서(C3)에 충전되어 있던 전압(즉, 전압(V1) + 전압(V2))이 제 2 노드(b)에게로 인가되어 제 2 노드(b)에서 직류전압 출력부(40)에서 출력된 전압과 중첩된다. 이와 같은 제 2 노드(b)에서의 중첩에 의해, 도 6에 예시한 바와 같은 파형의 DC전압이 생성된다. Thereafter, when the power (e.g., voltage (V2)) induced in the secondary auxiliary coil (30c) of the transformer (30) becomes, for example, 0 V, the third diode (D3) becomes conductive, and the output voltage (see FIG. 4) of the DC voltage output unit (40) is branched by a predetermined value at the first node (a) and charged to the second capacitor (C2) through the third diode (D3). At the same time, the voltage (i.e., voltage (V1) + voltage (V2)) charged to the third capacitor (C3) is applied to the second node (b) and overlaps with the voltage output from the DC voltage output unit (40) at the second node (b). By this overlap at the second node (b), a DC voltage having a waveform as exemplified in FIG. 6 is generated.
즉, 직류전압 출력부(40)의 출력전압(도 4 참조)과 리플 개선부(50)를 통과한 출력전압(도 6 참조)을 비교하여 보면, 리플 개선부(50)를 통과한 출력전압은 0V가 존재하지 않는 맥류가 된다. 그에 따라, 직류전압 출력부(40)의 출력전압이 리플 개선부(50)를 통과함에 따라 DC전압의 리플 성분이 제거되거나 감소되었음을 알 수 있다. That is, when comparing the output voltage of the DC voltage output unit (40) (see FIG. 4) and the output voltage passing through the ripple improvement unit (50) (see FIG. 6), the output voltage passing through the ripple improvement unit (50) becomes a pulsating current without 0 V. Accordingly, it can be seen that the ripple component of the DC voltage is eliminated or reduced as the output voltage of the DC voltage output unit (40) passes through the ripple improvement unit (50).
상기와 같은 스위칭소자(Q)의 온/오프에 따른 제 2 콘덴서(C2) 및 제 3 콘덴서(C3)에서의 충방전으로 인해, 직류전압 출력부(40)에서 출력되는 DC전압의 리플 성분을 제거하거나 감소시킬 수 있게 된다. Due to the charging and discharging of the second capacitor (C2) and the third capacitor (C3) according to the on/off of the switching element (Q) as described above, the ripple component of the DC voltage output from the DC voltage output unit (40) can be eliminated or reduced.
다시 말해서, 리플 개선부(50)를 통해 직류전압 출력부(40)에서 출력되는 전압(예컨대, DC전압)의 리플 전압을 보다 작게 할 수 있다. 이로 인해, 보다 안정적인(양질의) 구동전원을 부하측으로 제공할 수 있게 된다.In other words, the ripple voltage of the voltage (e.g., DC voltage) output from the DC voltage output unit (40) can be made smaller through the ripple improvement unit (50). As a result, a more stable (high quality) driving power can be provided to the load side.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리플이 개선된 전원공급장치의 회로도이고, 도 8은 도 7에 도시된 직류-직류 컨버터를 통한 효과를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a circuit diagram of a power supply device with improved ripple according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a drawing for explaining the effect through the DC-DC converter illustrated in FIG. 7.
도 7은 도 1과 비교하여 볼 때 직류-직류 컨버터(60)가 추가로 포함되었다는 것이 차이날 뿐이다. The only difference between Fig. 7 and Fig. 1 is that a DC-DC converter (60) is additionally included.
즉, 도 7은 직류-직류 컨버터(60)를 제외하고는 도 1의 구성과 동일하므로, 도 7에서 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 참조부호를 동일하게 부여하고 그에 대한 설명은 생략한다.That is, since Fig. 7 is identical to the configuration of Fig. 1 except for the DC-DC converter (60), the same reference numerals are given to the same components in Fig. 7 as in Fig. 1 and a description thereof is omitted.
이와 같이 직류-직류 컨버터(60)가 추가됨에 따라, 직류-직류 컨버터(60)의 입력측은 V_OUT1(도 1에서의 V_OUT)이 될 수 있고, 직류-직류 컨버터(60)의 출력측은 V_OUT2가 될 수 있다. 그에 따라, 직류-직류 컨버터(60)의 출력측(즉, V_OUT2)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리플이 개선된 전원공급장치의 최종적인 출력단이 된다.As the DC-DC converter (60) is added in this way, the input side of the DC-DC converter (60) can be V_OUT1 (V_OUT in FIG. 1), and the output side of the DC-DC converter (60) can be V_OUT2. Accordingly, the output side (i.e., V_OUT2) of the DC-DC converter (60) becomes the final output terminal of the power supply device with improved ripple according to another embodiment of the present invention.
예를 들어, 직류-직류 컨버터(60)는 도 8에서와 같이 소정의 기준전압(Vref)보다 낮은 입력 전압이 입력되면 입력 전압을 승압하는 부스트(Boost) 컨버터로서 작동하고, 소정의 기준전압(Vref)보다 높은 입력 전압이 입력되면 입력 전압을 강압하는 벅(Buck) 컨버터로서 작동하는 벅-부스트 컨버터일 수 있다. For example, the DC-DC converter (60) may be a buck-boost converter that operates as a boost converter that boosts an input voltage when an input voltage lower than a predetermined reference voltage (Vref) is input, as in FIG. 8, and operates as a buck converter that steps down an input voltage when an input voltage higher than a predetermined reference voltage (Vref) is input.
이러한 직류-직류 컨버터(60)의 전단에서 이미 리플이 개선된 직류전압(도 6 참조)을 얻을 수 있는데, 이와 같이 리플이 개선된 직류 전압은 직류-직류 컨버터(60)에게로 입력된다.A DC voltage with improved ripple (see Fig. 6) can already be obtained at the front end of the DC-DC converter (60), and this DC voltage with improved ripple is input to the DC-DC converter (60).
이에, 직류-직류 컨버터(60)는 도 8에서와 같이 소정의 기준전압(Vref)보다 낮은 입력 전압은 승압시키고, 소정의 기준전압(Vref)보다 높은 입력 전압은 강압시킨다. 여기서, 기준전압은 입력 전압의 최고값과 최저값 사이에서 결정될 수 있다.Accordingly, the DC-DC converter (60) boosts an input voltage that is lower than a predetermined reference voltage (Vref) and lowers an input voltage that is higher than a predetermined reference voltage (Vref), as shown in Fig. 8. Here, the reference voltage can be determined between the highest and lowest values of the input voltage.
그에 따라, 직류-직류 컨버터(60)에서 출력되는 전압은 도 8에 예시한 바와 같이 시간이 지나도 전압의 변화가 거의 없는 DC전압(예컨대, 소정의 기준전압의 레벨을 그대로 유지하는 DC전압)이 될 것이다.Accordingly, the voltage output from the DC-DC converter (60) will be a DC voltage with little change in voltage over time (e.g., a DC voltage that maintains the level of a predetermined reference voltage) as illustrated in FIG. 8.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative description of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within a scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present invention.
10 : 정류부 20 : 스위칭부
30 : 트랜스포머 40 : 직류전압 출력부
50 : 리플 개선부 60 : 직류-직류 컨버터10: rectifier 20: switching unit
30: Transformer 40: DC voltage output section
50: Ripple Improvement Section 60: DC-DC Converter
Claims (10)
상기 스위칭부가 1차측 코일에 연결되고, 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 메인코일 및 2차측 보조코일에 교류전원을 유기시켜 출력하는 트랜스포머;
상기 2차측 메인코일에 연결된 제 1 다이오드 및 제 1 콘덴서를 포함하고, 상기 트랜스포머의 출력전원을 상기 제 1 다이오드 및 제 1 콘덴서를 통해 직류전압으로 변환하여 출력단으로 공급하는 직류전압 출력부; 및
상기 직류전압 출력부와 상기 출력단 및 상기 2차측 보조코일에 연결되고, 상기 직류전압 출력부에서 출력되는 전압의 리플 성분을 개선하는 리플 개선부;를 포함하고,
상기 제 1 콘덴서는 필름콘덴서이고,
상기 리플 개선부는,
상기 직류전압 출력부의 출력측과 상기 출력단의 사이에서 상호 연결된 제 3 다이오드 및 제 4 다이오드; 및
일 전극이 상기 제 3 다이오드와 상기 제 4 다이오드의 사이에 접속되고, 타 전극이 상기 트랜스포머의 2차측 보조코일의 일단에 연결된 제 2 콘덴서;를 포함하고,
상기 직류전압 출력부의 출력측은 제 2 다이오드를 통해 상기 출력단에 연결되고,
상기 제 3 다이오드의 애노드 단자는 상기 직류전압 출력부의 출력측과 상기 제 2 다이오드 사이의 제 1 노드에 연결되고,
상기 제 3 다이오드의 캐소드 단자는 상기 제 4 다이오드의 애노드 단자와 상기 제 2 콘덴서의 일 전극에 연결되고,
상기 제 4 다이오드의 캐소드 단자는 상기 제 2 다이오드와 상기 출력단 사이의 제 2 노드에 연결된,
전원공급장치.A switching unit that performs an on/off switching operation according to a control signal;
A transformer in which the switching unit is connected to the primary coil and which induces and outputs AC power to the secondary main coil and the secondary auxiliary coil according to the voltage supplied to the primary coil according to the switching operation of the switching unit;
A DC voltage output unit including a first diode and a first capacitor connected to the secondary main coil, and converting the output power of the transformer into a DC voltage through the first diode and the first capacitor and supplying the DC voltage to the output terminal; and
A ripple improvement unit is connected to the DC voltage output unit, the output terminal, and the secondary auxiliary coil, and improves the ripple component of the voltage output from the DC voltage output unit;
The above first capacitor is a film capacitor,
The above ripple improvement part is,
A third diode and a fourth diode interconnected between the output side of the DC voltage output unit and the output terminal; and
A second capacitor, wherein one electrode is connected between the third diode and the fourth diode and the other electrode is connected to one end of the secondary auxiliary coil of the transformer;
The output side of the above DC voltage output section is connected to the output terminal through the second diode,
The anode terminal of the third diode is connected to the first node between the output side of the DC voltage output unit and the second diode,
The cathode terminal of the third diode is connected to the anode terminal of the fourth diode and one electrode of the second capacitor,
The cathode terminal of the fourth diode is connected to the second node between the second diode and the output terminal.
Power supply unit.
상기 제 2 콘덴서는 필름콘덴서인,
전원공급장치.In paragraph 1,
The above second capacitor is a film capacitor.
Power supply unit.
상기 트랜스포머의 2차측 보조코일에 유도된 전원이 제 1 레벨의 전압이 되면 상기 직류전압 출력부의 출력전압이 상기 제 1 노드에서 소정치 분기되어 상기 제 3 다이오드를 통해 상기 제 2 콘덴서에 충전되고,
상기 트랜스포머의 2차측 보조코일에 유도된 전원이 상기 제 1 레벨의 전압보다 높은 제 2 레벨의 전압이 되면 상기 제 2 레벨의 전압이 상기 제 2 콘덴서에 이전에 충전되어 있던 전압과 합해져서 상기 제 4 다이오드를 통해 상기 제 2 노드에서 상기 직류전압 출력부에서 출력된 전압과 중첩되는,
전원공급장치.In paragraph 1,
When the power induced in the secondary auxiliary coil of the transformer reaches the first level of voltage, the output voltage of the DC voltage output section is branched to a predetermined value at the first node and charged to the second capacitor through the third diode.
When the power induced in the secondary auxiliary coil of the transformer becomes a second level voltage higher than the first level voltage, the second level voltage is combined with the voltage previously charged in the second capacitor and overlaps with the voltage output from the DC voltage output section at the second node through the fourth diode.
Power supply unit.
일 전극이 상기 제 4 다이오드의 캐소드 단자에 연결되고, 타 전극이 상기 2차측 보조코일의 타단에 연결된 제 3 콘덴서;를 추가로 포함하는,
전원공급장치.In paragraph 1,
A third capacitor, further comprising: a third electrode connected to the cathode terminal of the fourth diode and the other electrode connected to the other terminal of the secondary auxiliary coil;
Power supply unit.
상기 제 3 콘덴서는 필름콘덴서인,
전원공급장치.In paragraph 5,
The above third capacitor is a film capacitor.
Power supply unit.
상기 스위칭부는,
금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함하는,
전원공급장치.In paragraph 1,
The above switching part,
Including a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET),
Power supply unit.
상기 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터는,
게이트 단자로 상기 제어신호를 입력받고, 소스 단자는 접지되고, 드레인 단자는 상기 1차측 코일에 연결된,
전원공급장치.In Article 7,
The above metal oxide semiconductor field effect transistor,
The above control signal is input to the gate terminal, the source terminal is grounded, and the drain terminal is connected to the primary coil.
Power supply unit.
상기 제어신호는 펄스폭변조(PWM) 방식의 제어신호인,
전원공급장치.In paragraph 1,
The above control signal is a pulse width modulation (PWM) control signal.
Power supply unit.
상기 리플 개선부와 상기 출력단 사이에 직류-직류 컨버터가 추가로 설치된,
전원공급장치.In paragraph 1,
A DC-DC converter is additionally installed between the above ripple improvement unit and the output terminal.
Power supply unit.
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