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KR0142827B1 - Resonant inverter with zero voltage switching control circuit - Google Patents

Resonant inverter with zero voltage switching control circuit

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Publication number
KR0142827B1
KR0142827B1 KR1019940013529A KR19940013529A KR0142827B1 KR 0142827 B1 KR0142827 B1 KR 0142827B1 KR 1019940013529 A KR1019940013529 A KR 1019940013529A KR 19940013529 A KR19940013529 A KR 19940013529A KR 0142827 B1 KR0142827 B1 KR 0142827B1
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KR
South Korea
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switching
voltage
zero voltage
voltage switching
signal
Prior art date
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KR1019940013529A
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Korean (ko)
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KR960003060A (en
Inventor
최낙춘
지경하
Original Assignee
김광호
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 김광호, 삼성전자주식회사 filed Critical 김광호
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Publication of KR960003060A publication Critical patent/KR960003060A/en
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

이 발명은 공진형 인버터에 관한 것으로, 공진형 인버터가 갖는 MOSFET와 병렬로 연결된 캐패시터 양단 전압을 감지하여 주 스위칭소자의 영전압 스위칭을 보장하는 공진 전압감지 방법을 사용하여 공진형 인버터에 고효율 고주파 스위칭을 실현할 수 있는 영전압 스위칭 제어회로를 제공하고자 하는 목적으로 공진형 인버터에 전원이 인가되면 이 전원의 정류 전압과 주 스위칭 소자간의 전압을 감지하여 이 값이 미리 설정된 값과 일치되는 경우, 주 스위칭 소자를 제어하는 구형파를 입력받아야 영전압 스위칭을 수행하는 시스템부와, 상기이 시스템부내에 주 스위칭 소자 양단간 전압과 전원의 정류 전압을 감지하여 영전압 스위칭 동작이 필요한 지를 판단하여 상기 시스템부가 영전압 스위칭을 수행하도록 제어하는 영전압 스위칭 제어부와, 영전압 스위칭 제어부의 제어신호를 입력받아서 상기의 시스템부내의 주 스위칭 소자를 턴온시킬 수 있도록 구형파를 제공하는 제어부로 구성되어짐을 동작상의 특징으로 하는 공진형 인버터의 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터에 관한 것BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resonant inverter, wherein a high-efficiency high frequency switching method is provided for a resonant inverter by using a resonant voltage sensing method that senses voltage across a capacitor connected in parallel with a MOSFET of the resonant inverter to ensure zero voltage switching of the main switching element. In order to provide a zero voltage switching control circuit capable of realizing a power supply, when a power is applied to a resonant inverter, the voltage between the rectified voltage of the power supply and the voltage of the main switching element is sensed. The system unit performs zero voltage switching only when a square wave controlling the device is input, and the system unit determines whether a zero voltage switching operation is required by detecting a voltage between both ends of the main switching element and a rectified voltage of a power supply in the system unit. A zero voltage switching controller for controlling to perform a zero voltage A resonant inverter having a zero voltage switching control circuit of a resonant inverter, characterized in that it is composed of a control unit for receiving a control signal of a switching control unit and providing a square wave to turn on the main switching element in the system unit. Thing about

Description

영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터Resonant Inverter with Zero Voltage Switching Control Circuit

제1도의 (a)는 종래의 공진형 인버터 회로이고, (b)는 종래의 공진형 인버터의 파형도이다.(A) of FIG. 1 is a conventional resonant inverter circuit, and (b) is a waveform diagram of a conventional resonant inverter.

제2도는 이 발명의 실시예에 따른 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터 상세 회로도이다.2 is a detailed circuit diagram of a resonant inverter having a zero voltage switching control circuit according to an embodiment of the present invention.

제3도는 이 발명의 실시예에 따른 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터의 영전압 스위칭 제어부의 동작전 주요신호들의 파형도이다.3 is a waveform diagram of main signals before operation of a zero voltage switching controller of a resonant inverter having a zero voltage switching control circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

제4도는 이 발명의 실시예에따른 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터 주요신호들의 파형도이다.4 is a waveform diagram of main signals of a resonant inverter having a zero voltage switching control circuit according to an embodiment of the present invention.

제5도는 이 발명의 실시예에 따른 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터에 있어서 제어부의 입출력 파형도이다.5 is an input / output waveform diagram of a controller in a resonant inverter including a zero voltage switching control circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

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

V0, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8 : 각 주요단계에서의 출력 신호V0, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8: Output signal in each main step

M1, M2 : 주 스위칭 소자 P1, P2, P3, P4 : 비교기M1, M2: main switching elements P1, P2, P3, P4: comparators

F1, F2 : D 플립플럽 VDD: 입력전원을 정류한 정전압F1, F2: D flip flop V DD : Constant voltage rectified input power

이 발명은 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터에 관한 것으로 더욱 상세하게 말하자면, 공진형 인버터 시스템에 있어서 매우 중요한 영전압 스위칭 동작이 입력전압이 변동하고 부하가 광범위하게 변화해도 완전하게 수행될 수 있는 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to a resonant inverter having a zero voltage switching control circuit. More specifically, the zero voltage switching operation, which is very important in a resonant inverter system, can be completely performed even if the input voltage fluctuates and the load varies widely. A resonant inverter having a zero voltage switching control circuit.

일반적으로 인버터 장치는 유도전동기의 속도제어에 널리 이용되는 것으로, 펄스폭조정방식과 공진형제어방식이 있다. 이중에서 공진형 제어방식은 높은 주파수의 교류전, 혹은 직류맥동전압이 공진전압 또는 전류가 영(零)이 되는 점에서 인버터의 파워스위치를 온, 오프하여 정현파에 근사화하도록 제어하며, 이의 정현과 출력으로 유도전동기를 제어하여 전동기의 속도 및 토오크를 제어한다.In general, the inverter device is widely used for the speed control of an induction motor, and there are a pulse width adjustment method and a resonance type control method. In this case, the resonant control method controls the inverter to switch on and off to approximate sine wave by turning on or off the inverter at a point where the high frequency alternating current or DC pulsation voltage becomes zero in resonant voltage or current. By controlling the induction motor to control the speed and torque of the motor.

공진형 인버터는 공진전압 또는 전류가 영(零)이 되는 순간에 파워스위치가 온, 오프되므로 스위칭 손실이 적게될 뿐 아니라 스위치의 온 오프 주파수를 10배 이상 높여 고속응답을 실현할 수 있는 잇점이 있다. 따라서 공진형 인버터가 주로 사용된다.The resonant inverter has the advantage that the power switch is turned on and off at the moment when the resonant voltage or current becomes zero, so that the switching loss is reduced and the high speed response can be realized by increasing the on / off frequency of the switch more than 10 times. . Therefore, a resonant inverter is mainly used.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 공진형 인버터를 설명한다.Hereinafter, a conventional resonant inverter will be described with reference to the accompanying drawings.

제1도의 (a)는 종래의 공진형 인버터 회로이고, (b)는 종래의 공진형 인버터의 파형도이다.(A) of FIG. 1 is a conventional resonant inverter circuit, and (b) is a waveform diagram of a conventional resonant inverter.

제1도의 (a)에 도시되어 있듯이, 종래의 공진형 인버터는 두 개의 모스에프이티(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transisto : 이하 MOSFET라 한다)(M1, M2)와 상기 MOSFET(M1, M2)에 기생하는 다이오드(D1, D2), 충방전을 하는 2개의 캐패시터(C1, C2)와 공진인덕터(L5) 공진 캐패시티(C5)가 직렬로 연결된 회로에 흐르는 공진전류 i0, 부하로서 R7이 공진 캐패시터(C5)에 병렬로 연결되어 있고 전압 분배용으로 두 개의 캐패시터(C3, C4)와 두 개의 다이오드(D3, D4) 각각 병렬로 연결된 형태로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1A, a conventional resonant inverter is parasitic on two metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) (M1 and M2) and the MOSFETs (M1 and M2). The resonant current i0 flowing through the circuit in which the diodes D1 and D2, the two capacitors C1 and C2 and the resonant inductor L5 and the resonant inductor L5 which are charged and discharged in series are connected in series, and R7 is a resonant capacitor as a load. It is connected in parallel to C5) and consists of two capacitors C3 and C4 and two diodes D3 and D4 connected in parallel for voltage distribution.

제1도의 (b)에 도시되어 있듯이, 상기의 공진형 인버터 회로는 상용전원을 사용하는 입력신호를 받아서 원하는 전압레벨을 갖추고 해당하는 시스템 제어신호가 입력되면 인버터 기능을 수행한다. 공진전류 i0의 크기를 감지하여 공진전류가 영(零)이 되기 이전에 MOSFET(M1, M2)를 턴온시켜 영전압 스위칭 동작을 수행한다. 즉, 시스템 제어신호의 펄스가 하강하는 점에서 공진전압이 캐패시티 C1과 C2에 충방전되고 이 구간이 끝나면, 곧 바로 MOSFET(M1, M2)의 스위칭이 온되는 구간이 된다.As shown in (b) of FIG. 1, the resonant inverter circuit receives an input signal using a commercial power source and performs an inverter function when a corresponding system control signal is inputted with a desired voltage level. After sensing the magnitude of the resonant current i0 and before the resonant current becomes zero, the MOSFETs M1 and M2 are turned on to perform a zero voltage switching operation. That is, when the pulse of the system control signal falls, the resonant voltage is charged and discharged in the capacities C1 and C2, and immediately after this period, the switching of the MOSFETs M1 and M2 is turned on.

그러나 종래의 영전압 스위칭 방법은 부하가 변동하거나 입력전원이 바뀌면 공진 전류의 하강 기울기가 달라디고, 이에 따라 주 스위칭소자(M1, M2)의 양단 전압 충전 시간이 달라져 영전압 스위칭 동작이 보장되지 않는다. 따라서, 공진형 인버터의 장점인 고효율 고주파 스위칭 동작을 실현하기가 곤란한 단점이 있다.However, in the conventional zero voltage switching method, when the load is changed or the input power is changed, the falling slope of the resonant current is different, and thus the voltage charging time at both ends of the main switching elements M1 and M2 is changed, so the zero voltage switching operation is not guaranteed. . Therefore, it is difficult to realize a high efficiency high frequency switching operation which is an advantage of the resonant inverter.

그러므로, 이 발명의 목적은 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로, 공진형 인버터가 갖는 MOSFET와 병렬로 연결된 캐패시터 양단 전압을 감지하여 주 스위칭 소자의 영전압 스위칭을 보장하는 공진 전압감지방법을 사용하여 공진형 인버터에 고효율 고주파 스위칭을 실현할 수 있는 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터를 제공하고자 하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to solve the disadvantages of the prior art, by using a resonant voltage sensing method for detecting the voltage across the capacitor connected in parallel with the MOSFET of the resonant inverter to ensure the zero voltage switching of the main switching element It is an object of the present invention to provide a resonant inverter having a zero voltage switching control circuit capable of realizing high efficiency high frequency switching.

상기의 목적을 달성하고자 하는 이 발명의 구성은, 공진형 인버터에 전원이 인가되면 이 전원의 정류 전압과 주 스위칭 소자간의 전압을 감지하여 이 값이 미리 설정된 값과 일치되는 경우, 주 스위칭 소자를 제어하는 구형파를 입력받아서 영전압 스위칭을 수행하는 시스템부와, 상기의 시스템부내에 주 스위칭 소자 양단간 전압과 전원의 정류전압을 감지하여 영전압 스위칭 동작이 필요한지를 판단하여 상기 시스템부가 영전압 스위칭을 수행하도록 제어하는 영전압 스위칭 제어부와, 영전압 스위칭 제어부의 제어신호를 입력받아서 상기의 시스템부내의 주 스위칭 소자를 턴온시킬 수 있도록 구형파를 제공하는 제어부로 이루어진다.The configuration of the present invention to achieve the above object, when the power is applied to the resonant inverter, detects the voltage between the rectified voltage of the power supply and the main switching device, if the value is matched with the preset value, A system unit for performing zero voltage switching by receiving a square wave to be controlled, and sensing the voltage between both ends of the main switching element and the rectified voltage of the power supply in the system unit to determine whether zero voltage switching operation is required, and thus the system unit performs zero voltage switching. A zero voltage switching control unit for controlling to perform, and a control unit for providing a square wave to receive the control signal of the zero voltage switching control unit to turn on the main switching element in the system unit.

상기 구성에 의하여 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.When described with reference to the accompanying drawings the most preferred embodiment which can easily implement this invention by the above configuration as follows.

제2도는 이 발명의 실시예에 따른 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터의 상세 회로도이다.2 is a detailed circuit diagram of a resonant inverter having a zero voltage switching control circuit according to an embodiment of the present invention.

제2도에 도시되어 있듯이 이 발명이 실시예에 따른 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터의 구성은, 주 스위칭 소자로서 2개의 MOSFET(M1, M2)에 병렬로 충방전용 캐패시터(C1, C2)를 연결한 스위칭 회로부와, 전류의 공진을 얻기 위해 공진용 인버터(L5)와 공진용 캐패시터(C5)를 연결하고 상기의 공진용 캐패시터(C5)에 병렬로 부하저항(R7)을 연결한 출력회로와, 전압분배용 캐패시터(C3, C4)와 다이오드(D3, D4)가 장착된 전압분배회로로 구성된 종래의 공진형 인버터 회로에 있어서, 2개의 MOSFET(M1, M2)에 각각의 바이어스(R1, R2, R′1, R′2)를 연결하여 동등한 레벨로 입력전원의 정류전압(VDD)와 2개의 MOSFET(M1, M2)간의 전압을 감지할 수 있게 하여, 구형파를 제어신호로 입력받아서 인버터 기능을 직접 수행하는 시스템부(10)와, 상기의 시스템부(10)의 MOSFET(M1, M2)간 전압과 입력전원의 정류전압(VDD)을 감지하여 이 전압이 변화하는 구간을 일정한 전위(Vm1, Vm2) 이상과 이하에서 비교 판단하는 두 개의 비교기(P1, P2)와, 상기의 비교기(P1, P2)에서 나오는 출력신호가 약간의 지연시간(delay time)을 확보하여, 상기 시스템부(10)의 MOSFET(M1, M2)에 각각 병렬로 연결된 충방전 캐패시터(C1, C2)가 완전히 충반전을 한 후, MOSFET(M1, M2)의 스위칭이 동작될 수 있게 하는 비교기(P3)로 구성되는 영전압 스위칭 제어부(20)와, 톱니파 발생기에서 발생하는 톱니파가 비교기(P4)를 통과하여 일정한 전위(Vr2)이상인 경우, 영전압 스위칭 제어부(20)에서 영전압 스위칭을 지시하는 신호(V7)가 출력되면, 상기의 시스템부(10)에 있는 2개의 MOSFET(M1, M2)소자에 구형파를 교대로 제공하는 D 플립플럽(F1, F2)을 구동시키는 제어부(30)로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the configuration of the resonant inverter including the zero voltage switching control circuit according to the embodiment of the present invention is a charge / discharge capacitor C1, in parallel to two MOSFETs M1 and M2 as a main switching element. C2) is connected to the switching circuit unit, the resonance inverter (L5) and the resonant capacitor (C5) is connected in order to obtain the resonance of the current and the load resistor (R7) in parallel to the resonant capacitor (C5) In a conventional resonant inverter circuit composed of an output circuit, a voltage divider circuit equipped with voltage divider capacitors C3 and C4, and diodes D3 and D4, each of the two MOSFETs M1 and M2 has a respective bias ( By connecting R1, R2, R'1, R'2, it is possible to detect the voltage between the rectified voltage (V DD ) and the two MOSFETs (M1, M2) of the input power at the same level. The system unit 10 directly receiving the inverter function and the MOSFET (M1, Two comparators (P1, P2) for sensing the voltage between M2) and the rectified voltage (V DD ) of the input power source and comparing and determining the section in which the voltage is changed above or below a predetermined potential (V m1 , V m2 ); The output signals from the comparators P1 and P2 secure some delay time, and the charge / discharge capacitors C1 and C2 connected in parallel to the MOSFETs M1 and M2 of the system unit 10, respectively. ) Is completely charged and charged, the zero voltage switching control unit 20 consisting of a comparator (P3) to enable the switching of the MOSFET (M1, M2) and the sawtooth wave generated in the sawtooth generator is a comparator (P4) In the case where the voltage is greater than or equal to a predetermined potential V r2 , when the signal V7 indicating zero voltage switching is output from the zero voltage switching controller 20, two MOSFETs M1 and M2 in the system unit 10 are output. The control unit 30 drives the D flip-flops F1 and F2 which alternately provide square waves to the device.

상기 구성에 의한 이 발명의 실시예에 따른 영전압 스위칭 제어회로를 장착한 공진형 인버터의 작용은 다음과 같다.The operation of the resonant inverter equipped with the zero voltage switching control circuit according to the embodiment of the present invention by the above configuration is as follows.

제3도는 이 발명의 실시예에 따른 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터에서 영전압 스위칭 제어부의 동작전 주요 신호들의 파형도이다.3 is a waveform diagram of main signals before operation of a zero voltage switching controller in a resonant inverter including a zero voltage switching control circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

제3도에 도시되어 있듯이, 시스템부(10)에서의 MOSFET(M1, M2)간의 전압(V0)과 공진전류(i0)의 파형도, 그리고 제어부(30)의 톱니파 발생기에서 발생된 톱니파(V1)와 제어부(30)의 출력신호인 구형파를 발생시키기 위하여 D플립플럽(F1, F2)에 제공되는 클럭신호(V2)의 파형도이다.As shown in FIG. 3, the waveform diagram of the voltage V0 and the resonant current i0 between the MOSFETs M1 and M2 in the system unit 10, and the sawtooth wave V1 generated by the sawtooth generator of the control unit 30. And a waveform of the clock signal V2 provided to the D flip flops F1 and F2 in order to generate a square wave which is an output signal of the control unit 30.

상기 제3도는 제어부(30)에서만 제어동작을 수행하는 경우로서, 정상적으로 영전압 스위칭이 수행되는 구간(a)과 비정상적으로 영전압 스위칭이 수행되는 구간(b)이 있다. 영전압 스위칭이 수행되는 구간(a)은 공진전류(i0)가 영(零)인 점을 지나기 전에 MOSFET(M1, M2)가 턴온되어서 스위칭 동작이 수행되도록 하는 것이고, (b)구간은 공진전류(i0)가 영(零)인 점을 이미 지난후에 MOSFET(M1, M2)가 턴온되므로 MOSFET(M1, M2)간의 전압(V0)이 전압유기를 가져와 스위칭 전력 손실이 발생하게 된다.3 illustrates a case in which the control operation is performed only in the controller 30, and there are a section (a) in which zero voltage switching is normally performed and a section (b) in which zero voltage switching is abnormally performed. The period (a) in which zero voltage switching is performed is such that the switching operations are performed by turning on the MOSFETs M1 and M2 before passing the point where the resonance current i0 is zero, and section (b) is the resonance current. Since (i0) is already zero, the MOSFETs M1 and M2 are turned on, so that the voltage V0 between the MOSFETs M1 and M2 brings voltage organic and causes switching power loss.

상기의 제3도의 (b)구간과 같은 전류의 움직임을 미리 감지하여 영전압 스위칭 동작을 보장하려면, 영전압 스위칭 제어부(20)가 작동하여 주 스위칭 소자인 MOSFET(M1, M2)의 드레인 소스간 전압이 영(零)인 지점을 감지하여 스위칭 동작을 수행시켜야 한다.In order to ensure the zero voltage switching operation by detecting the movement of the current as shown in the section (b) of FIG. 3 in advance, the zero voltage switching controller 20 is operated to operate between the drain sources of the MOSFETs M1 and M2 as main switching elements. The switching operation should be performed by detecting the point where the voltage is zero.

제4도는 이 발명의 실시예에 따른 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터 주요신호들의 파형도이다.4 is a waveform diagram of main signals of a resonant inverter having a zero voltage switching control circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기의 영전압 스위칭 동작이 비정상적으로 수행되는 구간(b)에서는 공진전류(i0)가 (e)구간을 지난 후 하강하고 있을 때, 톱니파가 하강하는 시점 (t3)이 공진전류(i0)가 영(零)인 점을 지난후에 나타나게 되면 MOSFET(M1, M2)를 턴온시키는 제어부(30)의 출력신호인 구형파(V3, V4)가 늦게 발생되어, 영전압 스위칭이 깨지는 현상이 생긴다.In the section (b) in which the zero voltage switching operation is abnormally performed, when the resonance current (i0) falls after passing the section (e), the point (t3) at which the sawtooth falls is zero at the point where the resonance current (i0) is zero. If it appears after the point (i), the square waves V3 and V4, which are output signals of the control unit 30 for turning on the MOSFETs M1 and M2, are generated late, causing zero voltage switching to be broken.

제4도에 도시되어 있듯이, 영전압 스위칭 제어부(20)가 (t2) 시점 에서 주 스위칭 소자인 MOSFET(M1, M2)간의 전압(V0)이 접지로 내려간 것을 감지하여 제어부(30)의 출력신호를 유발시키고 이 출력신호가 MOSFET(M2)의 동작을 미리 지시한다. 그러면 MOSFET(M2)는 주 스위칭 소자인 MOSFET(M1, M2)간의 전압(V0)이 접지인 조건에서, MOSFET(M2)의 드레인 소스간의 전압이 영(零)이 되면 스위칭 소자가 턴온된다. 따라서 스위칭 소자의 스위칭 전력 손실없이 스위칭 동작이 수행된다.As shown in FIG. 4, the zero voltage switching controller 20 detects that the voltage V0 between the MOSFETs M1 and M2, which are the main switching elements, has fallen to ground at a time t2, and outputs the output signal of the controller 30. And this output signal instructs the operation of the MOSFET M2 in advance. Then, the MOSFET M2 is turned on when the voltage between the drain sources of the MOSFET M2 becomes zero under the condition that the voltage V0 between the MOSFETs M1 and M2 as the main switching element is ground. Therefore, the switching operation is performed without switching power loss of the switching element.

상기의 제4도에서 V1과 V2의 파형도 사이에 있는 V6 파형도는 영전압 스의칭 제어부(20)의 동작구간을 설정하기 위한 신호이며, 이 신호는 비교기(P4)의 출력신호(V8)에 비해 약간의 지연 시간(delay time)을 갖게 되는데, 이 지연 시간은 영전압 스위칭 제어부(20)의 오동작을 방지하는데 유용하다. 만일 이 지연 시간이 없게 되면 구간(c)에서 V0가 영(零)으로 감지된 후 구간 (d)에서도 V0가 영(零)이라는 신호를 감지하게 됨으로서 캐패시터(C1, C2)가 완전히 충전과 방전을 하지 않은 상태에서 주 스위칭 소자인 MOSFET(M1, M2)가 턴온하게 되어 영전압 스위칭 동작이 파괴된다.In FIG. 4, the V6 waveform diagram between the waveform diagrams of V1 and V2 is a signal for setting the operation period of the zero voltage switching controller 20, and this signal is the output signal V8 of the comparator P4. The delay time is a small delay time, which is useful for preventing a malfunction of the zero voltage switching controller 20. If there is no delay time, V0 is detected as zero in section (c), and then V0 is detected as signal in section (d) so that capacitors C1 and C2 are fully charged and discharged. Without this, the main switching elements MOSFETs M1 and M2 are turned on and the zero voltage switching operation is destroyed.

따라서 상기의 캐패시터(C1, C2)가 충전과 방전을 하는 타임인 이 지연 시간을 얻기 위해서, 비교기3(P3), 비교기4(P4)에 비교 기준신호로 입력되는 전압 VR1과 VR2에 필요한 조건은 VR1VR2와 VR1과 VR2모두 톱니파의 최대치보다 작아야 한다는 것이다.Therefore, in order to obtain this delay time, which is the time for the capacitors C1 and C2 to charge and discharge, the voltages V R1 and V R2 input to the comparator 3 (P3) and the comparator 4 (P4) as comparison reference signals are required. The condition is that both V R1 V R2 and V R1 and V R2 must be less than the sawtooth maximum.

영전압 스위칭 제어부(20)의 동작을 보면 톱니파가 VR2를 넘게되면, V8은 논리적 레벨로 하이가 되고 톱니파가 VR1보다 작으며 V6는 논리적 레벨로 로우가 된다. 제어부(30)에서 시스템부(10)로 구형파를 출력하기 위해서는 V8은 항상 논리적 레벨이 하이로 유지되어야 한다. 또한 V6는 상기의 지연 시간을 위한 신호로서 논리적 레벨로 하이가 되어야 동작이 된다. 이는 톱니파가 비교기3(P3)으로 입력되는 기준신호(VR1)보다 큰 구간이 지연 시간으로 확보될 수 있음을 의미한다. 따라서 V6을 일측 입력으로 하고 V7을 다른측 입력으로 하는 부정논리곱 게이트(G22)의 출력인 V5의 논리적 레벨은 V6가 하이인 조건에서는 V7이 로우이면 하이가 되고 V7이 하이이면 로우가 되는 V7의 반전결과를 갖는다. 그리고 이때 D플립플럽(F1, F2)의 클럭신호인 V2는 논리적 레벨로 로우가 되어서 제어부(30)는 출력신호를 발생하지 않는다.Referring to the operation of the zero voltage switching controller 20, when the sawtooth wave exceeds V R2 , V8 goes high to a logical level, the sawtooth wave is smaller than V R1 , and V6 goes low to a logical level. In order to output the square wave from the controller 30 to the system unit 10, the V8 must always be kept at a logical level high. In addition, V6 is a signal for the above delay time to be operated at a logical level high. This means that a section in which the sawtooth wave is larger than the reference signal V R1 input to the comparator 3 P3 can be secured as the delay time. Therefore, the logical level of V5, which is the output of negative logic gate (G22) with V6 as one input and V7 as the other input, becomes V7 high when V6 is high and V7 high when V7 is high. Has the reversal result. At this time, the clock signal V2 of the D flip-flops F1 and F2 goes low to a logical level, so that the controller 30 does not generate an output signal.

비교기1(P1)과 비교기2(P2)의 비반전단자로 입력되는 전압 Vm1과 Vm2는 VDD와 접지를 감지하기 위해 수십에서 수백 mV에 해당하는 범위로 설정된 전압이며, 이 전압은 V0가 VDD와 접지사이로 변화하기 때문에 비교기1(P1), 비교기2(P2)로 보면 비교 전위를 일정한 레벨 이상으로 해야 할 필요성이 있기 때문에 설정된 전압이다.The voltages V m1 and V m2 input to the non-inverting terminals of comparator 1 (P1) and comparator 2 (P2) are voltages set in the range of tens to hundreds of mV to sense V DD and ground, and this voltage is V0. Since V changes between V DD and ground, the comparator 1 (P1) and comparator 2 (P2) are set voltages because there is a need to make the comparison potential above a certain level.

상기에 서술된 것처럼, V8이 논리적으로 하이인 조건에서 영전압 스위칭을 위한 구형파 출력이 제어부(30)에서 이루어진다.As described above, the square wave output for zero voltage switching is made in the controller 30 under the condition that V8 is logically high.

영전압 스위칭을 위한 각 주요지점의 전압의 논리적 상태를 보면, 우선 기본 조건으로 V8은 논리적으로 하이레벨이고 V6 또한 지연 시간을 확보하기 위해서는 논리적으로 하이레벨이어야 하고, 이에따라 V5는 V7의 논리적 레벨상태에서 반전된 논리적 레벨로 된다. 상기의 조건에서 V7이 논리적으로 로우레벨이고 V5가 논리적으로 하이레벨이면, V2는 계속 논리적으로 로우가 되어, D플립플럽(F1, F2)에 클럭펄스를 제공 할 수가 없고 따라서 제어부(30)는 구형파를 시스템부로 출력할 수가 없다.Looking at the logical state of the voltage at each major point for zero voltage switching, first of all, the basic condition is that V8 is logically high level and V6 is also logically high level to secure the delay time, so that V5 is logical level state of V7. The logical level is inverted at. Under the above conditions, if V7 is logically low level and V5 is logically high level, V2 continues to be logically low, so that the clock pulses cannot be provided to the D flip flops F1 and F2, so that the controller 30 The square wave cannot be output to the system section.

다시 상기의 V8과 V6의 논리적 상태에서 V7이 논리적으로 하이가 되어 MOSFET(M1, M2)간의 전압이 VDD와 접지임을 나타내면, V5가 논리적으로 로우가 되고 따라서 V2는 논리적으로 하이가 되어 상기의 D플립플럽(F1, F2)에 클럭펄스를 제공한다. 이 D 플립플럽(F1, F2)에 의해서 V2의 펄스신호가 MOSFET(M1, M2)를 교차하여 턴온시킬 수 있도록 출력된다.Again indicates that the in the logical state of the V8 and V6 V7 is a logically high MOSFET (M1, M2) the voltage V DD and the ground between, V5 is logically goes low thus V2 is a logically high in the Provides clock pulses to the D flip flops F1 and F2. The D flip-flops F1 and F2 are output so that the pulse signal of V2 can turn on across the MOSFETs M1 and M2.

제5도는 이 발명의 실시예에 따른 공진형 인버터의 영전압 스위칭 제어회로에 있어서 제어부의 입출력 파형도이다.5 is an input / output waveform diagram of a controller in the zero voltage switching control circuit of the resonant inverter according to the embodiment of the present invention.

제5도는 제어부(30)에서는 톱니파를 톱니파 발생기에서 입력받아 일정한 기준전압(VR2) 이상임을 판정하고 이상일 경우에 한해서, 영전압 스위칭 제어부(20)에서 출력되는 신호(V7) 논리적 레벨상태로서 결정되는 신호(V5)를 일측 입력신호로 하고 상기의 일정한 기준전압이상(VR2)임을 판정한 구형파신호(V8)를 다른측 입력신호로 한 부정논리곱 게이트(G31)의 출력(V2)을 표시하고 있다.FIG. 5 shows that the controller 30 receives the sawtooth wave from the sawtooth generator and determines that it is equal to or greater than a predetermined reference voltage V R2 . The output V2 of the negative logic gate G31 using the square wave signal V8 determined as the one side input signal as the input signal V5 being the predetermined reference voltage or higher (V R2 ) as the other side input signal. Doing.

상기의 부정논리곱 게이트(G31)의 출력신호(V2)는 두 개의 MOSFET(M1, M2)를 교대로 턴온시키기 위해서 제어부(30)와 시스템부(10) 사이의 트랜스로 각 펄스간 교차하여 입력된다. 이 교차신호(V3, V4)를 내기 위해서 D플립플럽(F1, F2)이 사용된다.The output signal V2 of the negative logic gate G31 is inputted by crossing each pulse with a transformer between the control unit 30 and the system unit 10 to alternately turn on the two MOSFETs M1 and M2. do. The D flip flops F1 and F2 are used to generate these crossover signals V3 and V4.

이상에서와 같이 이 발명이 실시예에서, 고주파 공진형 인버터 시스템에 있어서 가장 중요한 제어기능으로 입력전압 변동과 광범위의 부하 변동에도 영전압 스위칭 동작을 보장하는 제어를 함으로써 주 스위칭 전력소자(MOSFET)의 스위칭 손실을 최소화하고, 부하의 임피던스가 달라져도 일정한 부하전류를 유지시켜줌으로써 임의로 소비전력을 제어할 수 있는 공진형 인버터의 영전압 스위칭 작용이 완전하게 이루어질 수 있도록 주 스위칭 소자간의 전압을 감지하여 스위칭 동작을 보장하는 효과를 가진 공진형 인버터 제어회로를 제공할 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, as the most important control function in the high frequency resonant inverter system, the main switching power device (MOSFET) of the main switching power device (MOSFET) is controlled by ensuring the zero voltage switching operation even under the input voltage variation and the wide load variation. Switching operation by sensing the voltage between the main switching elements to minimize the switching loss and maintain the constant load current even when the load impedance is changed, so that the zero voltage switching action of the resonant inverter can control power consumption arbitrarily. It is possible to provide a resonant inverter control circuit having an effect of ensuring the reliability.

Claims (4)

외부에서 입력 전원을 받아 공진 전류를 발생하는 공진 회로, 스위칭 소자에 병렬로 충방전용 캐패시터가 연결되어 외부에서 제1 제어 신호를 입력받아 영전압을 스위칭 하는 스위칭 회로 및 상기 스위칭 회로에 연결된 바이어스 저항 회로로 이루어지며, 인버팅 기능을 수행하는 시스템부, 상기 스위칭 회로 양단간의 전압과 상기 입력 전원의 정류 전압을 감지하여 전압 스위칭 동작 여부를 판단하는 판단 신호를 발생하는 영전압 스위칭 판단부, 상기 영전압 스위칭 판단부에서 상기 판단 신호를 입력받아 상기 시스템부의 상기 스위칭 회로를 제어하는 구형파를 발생하여 상기 시스템부에 인가하는 영전압 스위칭 제어부를 포함하는 영전압 스위칭 제어회로를 구비하는 공진형 인버터.A resonant circuit that receives an external input power source to generate a resonant current, a switching circuit for charging / discharging capacitors connected in parallel to a switching element to receive a first control signal from the outside, and to switch zero voltage, and a bias resistor circuit connected to the switching circuit. A zero voltage switching determination unit configured to generate a determination signal for determining whether a voltage switching operation is performed by sensing a voltage between both ends of the switching circuit and a rectified voltage of the input power source; And a zero voltage switching control circuit including a zero voltage switching controller configured to receive the determination signal from a switching determination unit and generate a square wave for controlling the switching circuit of the system unit and apply the square wave to the system unit. 제2항에서, 상기 영전압 스위칭 판단부는 소정의 시간 지연을 위해 외부에서 톱니파 신호를 입력받고 이를 제1 기준 전압과 비교하여 상기 톱니파 신호가 상기 제1 기준 전압보다 큰 경우에만 상기 판단 신호를 발생하고, 상기 영전압 스위칭 제어부는 상기 톱니파 신호를 입력받아 이를 제2 기준 전압과 비교하여 상기 톱니파 신호가 상기 제2 기준 전압보다 큰 경우에만 상기 구형파 신호를 발생하고, 상기 제1 기준 전압은 상기 제2 기준 전압보다 크고, 상기1 및 제2 기준 전압은 상기 톱니파 신호의 최대치보다는 작은 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터.3. The zero voltage switching determination unit generates the determination signal only when the sawtooth signal is greater than the first reference voltage by receiving a sawtooth signal from an external source for a predetermined time delay. The zero voltage switching controller receives the sawtooth signal and compares it with a second reference voltage to generate the square wave signal only when the sawtooth signal is greater than the second reference voltage. And a reference voltage greater than two reference voltages, wherein the first and second reference voltages are smaller than a maximum value of the sawtooth wave signal. 제2항에서, 상기 영전압 스위칭 판단부는 상기 시스템부의 상기 충방전용 캐패시터가 완전히 충방전을 한 후 상기 스위칭 회로가 동작되도록 상기 판단 신호를 발생을 지연하는 시간 지연 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭 제어 회로를 구비한 공진형 인버터.The zero voltage switching determination unit of claim 2, wherein the zero voltage switching determination unit includes a time delay circuit for delaying generation of the determination signal to operate the switching circuit after the charging / discharging capacitor of the system unit is fully charged and discharged. A resonant inverter having a voltage switching control circuit. 제2항에서, 상기 영전압 스위칭 판단부는 상기 시스템부의 입력 전원의 정류전압과 상기 스위칭 히로 양단간의 전압을 입력받아서 일정한 전위 이상과 일정한 전위 이하에서 두 전압을 비교하는 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭 제어회로를 구비한 공진형 인버터.The zero voltage switching control unit of claim 2, wherein the zero voltage switching determining unit compares two voltages above a predetermined potential and below a predetermined potential by receiving a rectified voltage of the input power of the system unit and a voltage between both ends of the switching hero. Resonant inverter with a circuit.
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