로이어 발진기

Royer oscillator

로이저 오실레이터는 포화성 코어 변압기를 사용하는 전자 이완 오실레이터다. 그것은 1954년 조지 H. 로이어에 의해 발명되고 특허를 얻었다.[1] 단순성, 낮은 구성품수, 사각 파형, 쉬운 변압기 격리의 장점을 가지고 있다. 변압기 코어를 최대한 활용함으로써 변압기의 크기와 무게도 최소화한다. 고전적인 Royer 회로는 사각파를 출력한다. 사인파를 생성하는 "리소넌트 로이어"로 종종 묘사되는 또 다른 변환기 설계가 있다. 명백히, 이것은 백산달에 의해 1959년에 처음 설명되었으며 따라서 "백산달 컨버터"라고 불려야 한다. 그 차이점은 아래에 설명되어 있다. 두 버전 모두 주로 파워 인버터로서 널리 사용되고 있다.

회로 설명

로이어 발진기 회로
DC-AC 인버터

Royer 회로는 포화성 코어 변압기로 구성되며 중앙 탭식 1차 권선, 피드백 권선 및 (선택적으로) 2차 권선으로 구성된다. 프라이머리의 절반인 두 개의 트랜지스터는 푸시풀 구성에서 두 개의 트랜지스터에 의해 구동된다. 피드백 권선은 소량의 변압기 플럭스를 트랜지스터 베이스에 다시 결합시켜 긍정적인 피드백을 제공하여 진동을 발생시킨다. 진동 주파수는 1차 권선의 최대 자속 밀도, 전원 공급 전압 및 인덕턴스에 의해 결정된다.

기본 Royer는 사각파 출력을 생성한다.[2]

포화성 코어 사용의 필요성은 코어 재료의 선택을 제한한다. 몇 가지 일반적인 자료는 다음과 같다.

코어 소재 포화 플럭스 밀도 / G 50kHz에서 W/cm의3 코어 손실
도시바 MB 6000 0.49
메트글라스2714a 6000 0.62
스퀘어 Permalloy 80 (050만) 7800 0.98
스퀘어 Permalloy 80(100만) 7800 4.2
페라이트 타입 84 4000 4

전류 모드 작동

전압 모드 작동의 단점은 스위치 트랜지스터의 응력이 전압과 전류가 모두 높을 때 시간 경과에 따라 높다는 것이다. 이 단점은 전류 모드 작동을 사용하여 완화된다. 이는 변압기 중앙 탭 공급기에 인덕터를 삽입함으로써 달성된다. 이 인덕터는 dI/dt가 전압 모드에서 매우 높을 때 중앙 탭 전압을 떨어뜨린다. 이 개선된 버전은 몇몇 책에서는 전류 공급 로이저 발진기라고 불린다.[3]

응용 프로그램(및 사인파 변형)

고전적인 Royer 오실레이터 회로(전류 드라이브 포함 또는 미포함)는 사각파 출력이 부하에 적합할 수 있는 일부 DC-AC 인버터에 사용된다. 또한 1970년대에는 전원 공급장치 전환(출력 수정에 의해)에 많이 사용되었고, 전형적으로 양극성 트랜지스터로 구현되었다.[4] 이 회로는 두 상태 사이의 전환을 유발하기 위해 오로지 변압기 코어 포화도에 의존한다.

백산달 컨버터(캐패시터와 인덕터의 추가 사항 참조)

사인파 변종

문헌이 혼재되어 있지만 로이저 컨버터와 백산달의 공명 디자인 사이에는 크게 세 가지 차이가 있다.[5][6] 첫째, 사인파 회로는 공명 LC("탱크") 회로를 구성하는 중앙 태핑 변압기 1차 회로와 병렬로 캐패시터를 추가한다. 둘째, 인덕터는 변압기 1차 탭으로 공급 전압과 직렬로 연결된다. 이러한 구성 요소는 Royer 설계에서 회로의 특성을 완전히 변화시킨다.

하나의 트랜지스터가 켜지면 수집기 전압이 포화 전압에 의해 제한되어 0에 가깝다. 인덕터에 의해 설정된 정전류로 작동한다. 변압기의 1차 전류가 두 부분으로 갈라지는데, 각 면이 절반의 사인파를 전도하지만 반상, 그리고 각각 공급 전압의 절반의 평균 또는 직류 오프셋을 가진다. 반대 전류는 항상 균형을 이루지만 1차 전류는 완전한 사인파를 "인식"한다. 이러한 방식으로, 푸시풀 모드에서 트랜지스터가 완전히 켜고 끌 수 있는 동안 사인파가 생성될 수 있다. 이것이 로이어 컨버터와 유일한 유사점이다.

인덕터가 전류 변화에 반대함에 따라 중앙 탭 전압이 위아래로 변동한다. 결과적으로 파형은 전파 정류기와 매우 유사하게 나타난다. 직류 공급 전압은 평균과 동일하므로 탭은 대략 (pi/2)*Vcc에서 최고조에 이른다. 변압기가 1차에서 2:1 오토트랜스포머처럼 작동하기 때문에 "오프" 트랜지스터 수집기 전압은 2배, 즉 pi 곱하기 Vcc에 이른다.

마지막으로 세 번째 주요 차이점은 변압기가 포화되지 않거나 포화되지 않아야 한다는 것이다. 두 트랜지스터 사이의 스위칭은 반주기마다 공명하는 일차 변화 극성을 통해 이루어진다.

이러한 유형의 회로는 예를 들어 Tektronix 547 오실로스코프의 CRT를 구동하는 데 사용되었다.[7] 유사한 아이디어를 채택한 회로는 P.J. Baxandall이 1959년 Bell Telephone Laboratory에[8] 배정된 특허와 언급했듯이,[9] 그 운영에 대한 명확한 설명을 제공한 1959년 회의 문서에 나타난다.

백산달 컨버터는 최근 저전압 전원으로부터 형광등을 운전하는 데 사용되어 왔으며, 종종 충전식 배터리를 사용하여 비상 조명 및 캠핑 등을 하고 있다. 또한 1959년 논문에서 백산달은 사인파 오실레이터의 전압 교환 변형을 설명했다. 이 변형은 소형 형광등(CFL)용 대부분의 2-트랜지스터 드라이버의 선구자였으며, 최근 저전압 LED 램프를 구동하기 위해 확장된 것으로 보인다.

Baxandall 컨버터의 또 다른 적용은 CCFLs에 전원을 공급하는데 있다. CCFLs는 고조파 존재에서 전류 대 조명 출력 효율의 저하를 나타내므로 공명 회로는 그들을 구동하는 데 사용된다.[10] 광도 조절을 위해, 집적 회로는 일반적으로 추가 트랜지스터 게이트에서 펄스 폭 변조 신호를 구동하여 공급 초크와 함께 스텝다운 컨버터를 형성한다.[11] 다른 통합 회로 제어는 또한 두 개의 오실레이터 트랜지스터를 제어하고 변압기 중간 탭의 0밸리를 감지하여 이를 수행한다.[12]

참조

  1. ^ Royer 오실레이터 회로 미국 특허 2783384
  2. ^ 프레스만 외, 266페이지
  3. ^ 프레스만 외, 페이지 271
  4. ^ Mike Golio (2010). The RF and Microwave Handbook. CRC Press. p. "3–66". ISBN 978-1-4200-3676-3.
  5. ^ http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX1739-MAX1839.pdf
  6. ^ EDN 편지 교환 Bryce Hesterman과 Jim Williams사이의 "A Royer by an other name". 1996년 11월 21일에 출판됨.
  7. ^ Jim Williams (1998). The Art and Science of Analog Circuit Design. Newnes. p. 145. ISBN 978-0-08-049943-7.
  8. ^ 미국 특허 3818314 그림. 3
  9. ^ P.J. Baxandall, "트랜지스터 사인파 LC 오실레이터", 트랜지스터 및 관련 반도체 소자에 관한 국제 협약, 1959년 5월 25일, 그림 5, 페이지 751
  10. ^ 윌리엄스(1998), 페이지 157
  11. ^ "BiCMOS Cold Cathode Fluorescent Lamp Driver Controller" (PDF). Unitrode Products/Texas Instruments. Retrieved 30 August 2020. (UCC3973 데이터 시트 포함)
  12. ^ "Resonant Lamp Ballast Controller" (PDF). Unitrode/Texas Instruments. Retrieved 30 August 2020. (UC3872 데이터 시트)

추가 읽기

  • Abraham Pressman; Keith Billings; Taylor Morey (2009). Switching Power Supply Design, 3rd Ed. McGraw Hill Professional. pp. 266–278. ISBN 978-0-07-159432-5. (classic) Royer 오실레이터의 FET 버전에 대한 상세한 분석.
  • Johnson I. Agbinya, ed. (2012). Wireless Power Transfer. River Publishers. pp. 187–193. ISBN 978-87-92329-23-3. 공명 Royer 회로에 대한 공식의 분석적 도출 및 실제 회로에서 측정된 데이터(MOSFET 사용)와의 비교를 포함한다.
  • 로이어가 1955년에 쓴 그의 서킷에 대한 논문Royer, G. H. (1955). "A switching transistor D-C to A-C converter having an output frequency proportional to the D-C input voltage". Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, Part I: Communication and Electronics. 74 (3): 322. doi:10.1109/TCE.1955.6372293..
  • 조지 헨리(2000), "LX1686 다이렉트 드라이브 CCFL 인버터 디자인". Microsemi 애플리케이션 노트 AN-13. CCFL 애플리케이션에서 사용되는 공명 로이어에 대한 비평(그리고 또 다른 인버터 설계를 제안함)을 포함한다.