KR0111776Y1 - 스위칭 레귤레이터 - Google Patents

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KR0111776Y1 KR92023933U KR920023933U KR0111776Y1 KR 0111776 Y1 KR0111776 Y1 KR 0111776Y1 KR 92023933 U KR92023933 U KR 92023933U KR 920023933 U KR920023933 U KR 920023933U KR 0111776 Y1 KR0111776 Y1 KR 0111776Y1
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Abstract

본 고안은 전원공급회로에 있어서 스위칭 레귤레이터에 관한 것으로, 직류전압으로 변환되어 인가되는 입력전원전압을 스위칭하여 펄스 트랜스포머에 전압을 유도하기 위한 스위칭 트랜지스터를 포함하는 발진부, 펄스 트랜스포머에 전압이 유도되면 입력전원전압이 인가되지 않도록 제어하는 포토커플러를 포함하여 발진부를 구동하는 발진구동부를 구비한 스위칭 레귤레이터에 있어서, 펄스 트랜스포머에 소정전압이상이 유도되면 이를 감지하는 과전압 검출부, 과전압 검출부에서 과전압이 검출되면 포토커플러를 구동하여 발진부의 발진동작이 정지되도록 제어하는 발진금지부, 펄스 트랜스포머에 유도된 전압에 따른 과전류가 흐르면 일정한 전류로 흐르도록 제한하는 과전류보호회로를 포함하여 이상전류를 감지하면 일정한 전류가 흐르도록 제한하고, 이상전압을 감지하면 전원공급을 중단시켜 전원의 다기능화와 시스템을 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

스위칭 레귤레이터
제1도는 종래의 스위칭 레귤레이터의 회로도이다.
제2도는 본 고안에 의한 스위칭 레귤레이터의 일 실시예에 따른 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 제1 과전류보호회로 11 : 발진부
21 : 과전압검출부 22 : 제어부
23 : 제2 과전류보호회로
본 고안은 전원공급회로에 있어서 스위칭모드 전원공급회로(SMPS; Switching Mode Power Supply)에 관한 것으로, 특히 2차측 과전압과 과전류를 방지하여 시스템을 보호하는 스위칭 레귤레이터에 관한 것이다.
일반적으로 스위칭 레귤레이터는 소형, 경량이라는 장점이외에 탭이나 회로정수를 변경하지 않고서도 넓은 입력전압범위를 만족하기 때문에 입력전압이 다른 나라에서도 사용할 수 있는 장점이 있다.
이러한 스위칭 레귤레이터는 텔레비젼, 비디오 카세트 레코더, 캠코더등에 전원공급회로로 사용되고 있으며 특히 VCR(Video Cassette Recorder)에서는 전원 코드를 삽입할 때와 데크에 테이프를 삽입할 경우 스위칭 레귤레이터는 등가적으로 상당한 양의 과부하가 걸리는 회로로 볼 수 있고, 따라서 과전류가 스위칭 트랜지스터에 흐르게 된다.
이를 방지하였을 때는 스위칭 트랜지스터가 파손되고, 이를 고려하여 스위칭 트랜지스터의 최대전류정격을 크게 하는 것으로 스위칭 레귤레이터의 1차측에는 과전류 보호회로가 부가되어 있다.
이에 대해 제1도에 도시된 종래의 스위칭 레귤레이터의 회로도를 결부시켜 설명하기로 한다.
제1도는 종래의 스위칭 레귤레이터로서 R. C. C(Ring Choke Converter)방식 스위칭 레귤레이터에 적용된 예이다.
우선, 1차측의 과전류 보호회로(10)에 대해서 설명하기로 한다.
사용자가 전원코드를 삽입하여 약 IC 150V의 입력전원전압(Vin)이 공급되는 순간에는 포토 커플러(IC1)가 동작하고 있지 않으므로 과전류가 스위칭 트랜지스터(Q1)로 흐르게 된다.
이 과전류를 방지하기 위하여 저항(R8)이 스위칭 트랜지스터(Q1)의 에미터와 접지사이에 연결되어 있다. 과전류가 흘러서 저항(R8)의 전압이 상승하고, 이 상승전압이 제어 트랜지스터(Q2)를 턴온시켜서 다시 스위칭 트랜지스터(Q1)를 턴오프시킴으로써 과전류가 스위칭 트랜지스터(Q1)로 흐르지 않게 된다.
이 관계를 수식으로 설명하자면 다음과 같다.
VE= Ic1× R8 ----------①
이고, 제어 트랜지스터(Q2)가 턴온하기 위해서는
VE ⊇ VF(D2) +VBE(Q2) --------------②
이고 ①식을 ②식에 대입하면
IC1 × R8 ⊇ VF(D2) +VBE(Q2) --------------③
가 되어, 스위칭 트랜지스터(Q1)로 흐르는 과전류는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 과전류 보호회로를 효과적으로 작동시키기 위해서는 즉, 과전류의 값을 감소시키기 위해서는 VF(D2) 및 VBE(Q2)의 값이 고정되어 있으므로 저항(R8)의 값을 크게 한다.
그러나, 저항(R8)의 값을 무한정 크게 하면 VCR과 같은 전자장치가 정상동작중에도 저항(R8)에는 전류가 흐르기 때문에 (IC²× R8)만큼의 에너지 손실이 발생하고 따라서 에너지 손실에 해당하는 만큼의 열이 발생하였다.
또한 저항(R8)의 값이 너무 크게 되면 전자장치가 최대 부하로 동작할 때 흐르는 스위칭 트랜지스터(Q10)의 콜렉터 전류(IC1)의 양에 의해서 ③식을 만족시킴에 따라 제어트랜지스터(Q2)의 턴온하여 스위칭 트랜지스터(Q1)를 턴오프시키게 되고 이는 순간적으로 전자장치에 공급하는 직류전압(Vo)을 감소시키므로 전자장치의 오동작을 유발시키는 경우가 발생하였다.
따라서 이러한 경우를 모두 고려한 통상적인 설계방법으로는 최대 부하에서 스위칭 트랜지스터(Q1)를 턴 오프시키지 않는 용량까지 저항(R8)의 값을 크게 하여 전원 코드 삽입시의 과전류에 의하여 스위칭 레귤레이터용 펄스 트랜스포머(PT1)가 포화되지 않도록 펄스 트랜스포머(PT1)의 용량을 크게 하고 또한 이 전류에도 충분히 견디는 스위칭 트랜지스터(Q1)를 선택하였다.
그러나 실사용시의 스위칭 레귤레이터에서는 입력전원전압(Vin)과 출력측의 부하가 모두 변동하고 있기 때문에 부궤한 제어(Negative Feedback Control)에 의해 스위칭 주파수를 조정해야 한다.
실제의 제어회로는 포토 커플러(Photo Coupler)가 제어트랜지스터(Q2)의 베이스전류(IB2)를 조정함에 의해 스위칭 트랜지스터(Q1)의 턴온시간 및 턴오프시간을 변동시키게 하고, 라인 전압변동에 따른 출력전압 안정화 동작인 라인조정과 부하변동에 따른 출력전압 안정화 동작인 부하조정기능을 수행하게 된다.
여기서, 입력전원전압(Vin)과 부하(Io)의 변동은 모두 Vo의 변동을 발생한다. Vo가 변하면,
이므로 병렬 레귤레이터(IC2)의 기준전압단자(R)의 전압이 변화하게 된다.
Vo가 입력전원전압의 변동과 부하의 변동으로 인해 높아졌다면 VB가 높아지고 병렬 레귤레이터(Ic2)의 캐소드전압(Vg)이 낮아진다.
따라서 포토커플러(IC1)의 순방향전류(IF)가 증가하여 콜렉터 전류(IPC)가 많이 흐르게 되고, 이는 제어트랜지스터(Q2)의 베이스로 공급되어 베이스전류(IB2)를 증가시켜 제어트랜지스터(Q2)가 턴온시킨다.
따라서, 스위칭 트랜지스터(Q1)의 베이스전류(IB1)가 제어트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전류(IC2)로 분주되므로 스위칭 트랜지스터(Q1)는 턴오프된다.
이상의 동작으로 턴온시간을 줄이기 때문에 Vo는 낮아지게 되어 부궤한 제어가 가능하게 된다. 그리고 Vo가 낮아졌을 때의 제어는 상기 과정과 반대로 동작한다.
여기서, 제1도에 도시된 스위칭 레귤레이터는 2차측에서 정(+)의 전원을 공급하고 있다.
상술한 바와 같이 전원부에 있어서 1차측의 과전류(이상전류)를 감지하는 기능은 많이 있으나 2차측의 과전류에 대해 보호하는 기능이 부가되어 있지 않으며, 정(+)의 전원에 대한 과전압은 네가티브 피이드백 제어에 따른 라인변동, 부하변동에 대응하고 있으나 마이너스 전원의 과전압에 대한 보호회로는 불충분한 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 극복하기 위하여, 본 고안의 목적은 정 및 부의 전원의 양전원을 공급하는 전원공급회로에 있어서 전원부의 2차측에 이상전류를 감지하면 일정한 전류가 흐르도록 제한하고, 이상전압을 감지하면 전원공급을 스위칭 레귤레이터를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 의한 스위칭 레귤레이터는 직류전압으로 변환되어 인가되는 입력전원전압을 스위칭하여 펄스 트랜스포터에 전압을 유도하기 위한 스위칭 트랜지스터를 포함하는 발진수단, 상기 펄스 트랜스포머에 전압이 유도되면 상기 입력전원전압이 인가되지 않도록 제어하는 포토커플러를 포함하여 상기 발진수단을 구동하는 발진구동수단을 구비한 스위칭 레귤레이터에 있어서, 상기 펄스 트랜스포머에 소정전압이상이 유도되면 이를 감지하는 과전압 검출수단; 상기 과전압 검출수단에서 과전압이 검출되면 상기 포토커플러를 구동하여 상기 발진수단의 발진동작이 정지되도록 제어하는 발진금지수단; 상기 펄스 트랜스포머에 유도된 전압에 따른 과전류가 흐르면 일정한 전류로 흐르도록 제한하는 과전류보호수단을 포함함을 특징으로 하고 있다.
이하, 본 고안에 의한 스위칭 레귤레이터의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
제2도는 본 고안에 의한 스위칭 레귤레이터의 일 실시예에 따른 회로도이다.
제2도에 의하면, 제1 과전류보호회로(10), 발진부(11)의 구성은 제1도에 도시된 종래의 스위칭 레귤레이터와 동일하므로 여기서는 생략하기로 하며, 2차측의 구성을 설명하기로 한다.
캐소드단은 펄스 트랜스포머(PT1)의 2차측의 부전원출력단(-Vo)에 접속되고, 에노드단은 저항(R18)의 일측에 접속된 다이오드(D13)와, 에미터는 일단이 저항(R13)의 타측에 접속된 저항(R15)의 타단 및 타단이 접지되어 있는 저항(R12)의 일단에 접속되고 콜펙터는 저항(R16)의 일단에 접속되고, 베이스는 접지되어 있는 트랜지스터(Q5)로 구성된 과전압검출부(21)와, 에노드단은 펄스 트랜스포머(PT1)의 2차측의 +전원단에 접속된 다이오드(D12)와, 에미터는 일단이 다이오드(D12)의 캐소드단에 접속된 콘덴서(C11)의 타단에 접속되고, 콜렉터는 다이오드(D11)의 캐소드단에 접속된 저항(R14)의 타단에 접속되고, 에미터는 저항(R11)의 일단에 접속되어 있는 트랜지스터(Q11), 에노드단은 저항(R16)의 타측에 접속되고 캐소드단은 포토커플러(IC1)에 접속된 다이오드(D11)로 되어 있는 발진금지부(22)와, 다이오드(D12)의 캐소드단에 접속된 저항(R11)의 일단에 접속되고 타단은 정전원 출력단(+Vo)에 접속된 저항(R17)과, 베이스는 저항(R17)의 일단에 접속되고, 콜렉터는 다이오드(D12)의 캐소드단에 접속된 저항(R19)에 접속되며, 에미터는 저항(R17)에 접속된 트랜지스터(Q13)로 되어 있는 리미터로 구성된 제2 과전류보호회로(23)와, 저항(R20)은 다이오드(D12)의 캐소드단과 포토커플러(IC1)의 캐소드단에 접속되고, 저항(R21)은 다이오드(D12)의 캐소드단과 포토커플러(IC1)의 캐소드단에 접속되고, 저항(R22, 23)은 일단은 정전원 출력단(Vo)과 접지단사이에 직렬로 연결되고, 병렬 레귤레이터(IC2)의 캐소드단은 포토커플러(IC1)의 캐소드단에 접속되고, 에노드단은 접지되어 있으며, 저항(R24)과 콘덴서(C12)는 병렬 레귤레이터(IC2)의 캐소드단과 전전원 출력단(+Vo)에 직렬로 접속되어 있는 발진구동부(24)로 되어 있다.
이어서, 제2도의 동작을 설명하기로 한다.
AC 110V가 인가되는 전원코드를 삽입하면 약 DC150V의 입력전원전압(Vin)이 인가되고, 기동저항(R1)을 통해 기동전류(Ig)가 흐른다.
이 기동전류(Ig)로 인해 스위칭 트랜지스터(Q1)는 그 동작점(Quiescent Point)이 활성영역(active region)으로 이동한다.
활성영역에서 스위칭 트랜지스터(Q1)에 콜렉터전류(Ic1)가 흐르기 시작하면, 펄스 트랜스포머(PT1)의 베이스전류(IB1)가 흐르기 시작하고, 펄스 트랜스포머(PT1)의 베이스코일에 전압(VB)이 유도된다.
이 VB로 인해 스위칭 트랜지스터(Q1)의 베이스전류(IB12)가 충분히 흐르게 되고, 따라서 스위칭 트랜지스터(Q1)는 급격히 포화된다.
이때 콜렉터전류(IC1)는 시간에 비례하여 점차적으로 증가하고, 마침내 그 값이 스위칭 트랜지스터(Q1)의 전류(HFE×IB1)보다 크게 되는 시점에 도달하고, 스위칭 트랜지스터(Q1)의 동작점은 차단영역(cut-off region)으로 급격히 이동한다.
펄스 트랜스포머(PT1)는 1차와 2차 권선의 방향이 반대로 되어 있기 때문에 온시에는 1차 권선에 에너지를 축적하고, 오프시에는 출력측에 이 에너지를 공급한다.
에너지의 공급이 끝나면 각 권선에 링깅(ringlng)전압이 발생하고, 이 전압에 의하여 다시 스위칭 트랜지스터(Q1)의 베이스전류(IS1)를 공급하고, 스위칭 트랜지스터(Q1)는 급속히 포화된다. 상술한 동작을 반복하여 발진을 계속하게 된다. 여기서, 발진구동부(24)에 해당하는 부분은 제2도에서 이미 설명된 바 있으므로 여기서는 생략하기로 한다.
한편, 본 고안은 정전원 및 부전원의 양전원을 공급하는 스위칭 레귤레이터로서 정상적인 마이너스 전압이 공급될 때는 동작하지 않는다.
그러나, 다이오드(D13)를 통하여 기준전압 이상의 마이너스 전압이 인가되면 저항(R13)과 저항(R15)을 통해 트랜지스터(Q15)를 바이어스시켜 트랜지스터(Q5)가 턴온하게 됨에 따라 B점의 전위가 로우로 내려가게 된다. 여기서, 콘덴서(C11)에는 다이오드(D12)를 통해 2차측에 유도된 전압이 충전된다.
이때 트랜지스터(Q1)의 베이스에 로우신호가 입력됨에 따라 트랜지스터(Q1)가 턴온되고 콘덴서(C11)에 충전된 전압이 방전하여 저항(R16)을 통해 +전원이 공급된다.
다이오드(D12)를 통하여 +전원이 트랜지스터(Q1)를 통해 저항(R14)에 공급되고 다시 다이오드(D11)를 통해 흐르는 전류신호에 의해 포토커플러(IC)를 동작시킨다.
포토커플러(IC)가 동작되면 수광트랜지스터에서 이를 수광하여 제어트랜지스터(Q2)를 턴온시켜 입력전원전압(Vin)을 접지단으로 흐르게 하여 발진을 정지시켜 기기세트의 모든 동작을 정지시킨다.
한편, 다이오드(D12)를 통해 2차권선에 유도된 정전압에 의해 저항(R7)에 과전류가 흐르게 되면 시스템이 오동작하는 경우가 생기므로 정격전압에 적합한 정격전류이상의 전류가 발생하면 트랜지스터(Q13)가 턴온되어 저항(R18,R19)의 저항값에 의해 전류가 제한되어 C점의 전위를 항상 일정하게 함은 물론 이상전류가 흐르지 못하도록 하는 동작을 한다.
이상으로 상술한 바와 같이 본 고안에 의한 스위칭 레귤레이터는 2차측의 이상유무를 검출하여 1차측으로 전달하여 발진 IC의 VCC공급전압을 접지시켜 세트의 동작을 멈추게 하고 2차측의 전류를 항상 일정하게 유지함은 물론 이상전류를 감지하여 전원의 다기능화와 시스템을 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 직류전압으로 변환되어 인가되는 입력전원전압을 스위칭하여 펄스 트랜스포머에 전압을 유도하기 위한 스위칭 트랜지스터를 포함하는 발진수단, 상기 펄스 트랜스포머에 전압이 유도되면 상기 입력전원전압이 인가되지 않도록 제어하는 포토커플러를 포함하여 상기 발진수단을 구동하는 발진구동수단을 구비한 스위칭 레귤레이터에 있어서, 상기 펄스 트랜스포머의 2차측에 유도된 부전압이 일정 전압이상이면 턴온되는 스위칭트랜지스터로 구성되어, 상기 스위칭 레귤레이터의 출력단에 과전압이 걸리는 것을 감지하기 위한 과전압 검출수단; 상기 과전압 검출수단의 스위칭 트랜지스터가 턴온되는 경우에 상기 포토커플러를 구동하는 신호를 출력하여 입력전원전압을 접지단으로 뮤트시켜, 상기 발진수단의 발진동작이 정지되도록 제어하기 위한 발진금지수단; 상기 펄스 트랜스포머에 유도된 전압에 따른 소정값 이상의 전류가 흐르면, 리미터 회로에 의하여 일정한 전류 이하로 제한하기 위한 과전류보호수단을 포함함을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
KR92023933U 1992-11-30 1992-11-30 스위칭 레귤레이터 KR0111776Y1 (ko)

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