KR0119883B1 - 스위칭 전원장치용 컨트롤러 및 이를 이용한 스위칭 전원장치 - Google Patents

스위칭 전원장치용 컨트롤러 및 이를 이용한 스위칭 전원장치

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KR0119883B1
KR0119883B1 KR1019940035952A KR19940035952A KR0119883B1 KR 0119883 B1 KR0119883 B1 KR 0119883B1 KR 1019940035952 A KR1019940035952 A KR 1019940035952A KR 19940035952 A KR19940035952 A KR 19940035952A KR 0119883 B1 KR0119883 B1 KR 0119883B1
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking

Abstract

전원의 저압을 분배하여 출력하는 전압 분배수단(5716,5717)과 ; 전압분배수단으로부터 입력되는 전압이 커지는 경우에는 출력전압이 작아지게 하고, 입력되는 전압이 작아지는 경우에는 출력전압이 커지게 하는 증폭수단(5713)과 ; 증폭수단으로부터 입력되는 신호의 크기가 커지는 경우에는 펄스신호의 듀티율이 커지게 하고, 입력되는 신호의 크기가 작아지는 경우에는 펄스신호의 듀티율이 작아지게 하는 펄스폭 변조부(5714)와, 전원이 하이 스레시홀드 전압보다 큰 경우에는 펄스폭 변조부의 펄스신호를 디스에이블시키기 위한 신호를 출력하고, 전원이 로우 스레시홀드 전압보다 큰 경우에는 펄스폭 변조부의 펄스신호를 인에이블 시키기 위한 제어신호를 출력하는 저전압 차단부(5712)와 ; 저전압 차단부로부터 입력되는 신호에 따라 인에이블 또는 디스에이블될으로써 펄스폭 변조부의 펄스신호를 전송 또는 차단하는 논리곱 수단(5715)과 ; 전원을 공급받아 동작하는 부대회로(5711)로 구성되어 있으며, 하나의 칩안에 전원공급과 피드백 기능과 소프트 스타트 기능을 모두 갖추면서도 외부 접속핀을 최소로 제공함으로써 경박단소화 추세에 부응할 수 있는 스위칭 전원장치용 컨트롤러 이를 이용한 스위칭 전원장치를 제공한다.

Description

스위칭 전원장치용 컨트롤러 및 이를 이용한 스위칭 전원장치
제1도는 일반적인 스위칭 전원장치의 블럭 회로도이고,
제2도는 종래의 스위칭 전원장치의 회로 구성을 보여주는 도면이고,
제3도는 제2도의 스위칭 전원장치용 컨트롤러의 블럭 회로도이고,
제4도는 종래의 스위칭 전원장치의 다른 회로 구성을 보여주는 도면이고,
제5도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 전원장치의 회로 구성을 보여주는 도면이고,
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 컨트롤러 회로 구성을 보여주는 도면이고,
제7도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 컨트롤러의 피드백 동작을 나타내는 동작 파형도이고,
제8도는 이 발명의 실시예에 따른 시 컨트롤러의 소프트 스타트 동작을 나타내는 동작 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11,21,41,51 : 정류부 13,23,43,53 : 트랜스포머
14,24,44,54 : 고주파 정류부 15,25,45,55 : 레귤레이터부
16,26,46,56 : 포토 커플러 17,27,47,57 : 스위칭 컨트롤러부
이 발명은 스위칭 전원장치용 컨트롤러 및 이를 이용한 스위칭 전원장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 하나의 칩안에 전원공급과 피드백 기능과 소프트 스타트 기능을 모두 갖추면서도 외부 접속핀을 최소로 제공함으로써 경박단소화 추세에 부응할 수 있는 스위칭 전원장치용 컨트롤러 및 이를 이용한 스위칭 전원장치에 관한 것이다.
스위칭 전원장치(Switching Mode Power Supply, SMPS)는 트랜스포머의 크기가 작으면서도 많은 전력을 전송할 수가 있어서, 다른 전원장치에 비해 상대적으로 그 크기 및 부피를 줄일 수가 있기 때문에 널리 사용되고 있다.
제1도는 일반적인 스위칭 전원장치의 블록 회로도이다.
제1도에 도시되어 있듯이 일반적인 스위칭 전원장치의 구성은, 교류전원(AC)을 적류전원으로 정류하여 출력하는 정류부(11)와, 상기한 정류부(11)로부터 입력되는 직류전원을 제어신호에 따라 단속하여 출력하는 스위칭부(12)와, 상기한 스위칭부(12)로부터 입력되는 신호를 변압하여 출력하는 트랜스포머(13)와, 상기한 트랜스포머(13)로부터 입력되는 신호를 정류하여 직류전워(DC)으로서 출력하는 고주파 정류부(14)로부터 입력되는 직류전원(DC)을 전압조정하여 출력하는 레귤레이터(15)와, 상기한 레귤레이터(15)로부터 입력되는 전기적인 신호를 광신호로 변환한 뒤에 다시 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 포토 커플러(16)와, 상기한 포토 커플러(16)로부터 입력되는 신호에 따라 스위칭부(12)를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 스위칭 컨트롤러부(17)로 이루어진다.
상기한 바와 같이 구성되어 있는 스위칭 전원장치는 통상적으로, 출력 직류전압(DC)의 변동에 따라 이를 되먹임하여 스위칭 컨트롤러부(17)의 내부에 있는 스위칭 트랜지스터에 의해서 트랜스포머(13)의 구동시간을 조절함으로써 항상 안정된 출력 직류전압(DC)이 얻어지도록 동작된다.
즉, 스위칭 전원장치의 출력 직류전압(DC)이 일정치 이하로 낮아지게 되면 스위칭 컨트롤러부(17)의 내부에 있는 스위칭 트랜지스터의 구동 펄스 듀티율(duty ratio)이 커지게 되어 출력 직류전압(CD)이 높아지게 되고, 이와는 반대로 출력 직류전압(DC)이 일정치 이상으로 높아지게 되며 스위칭 컨트롤러부(17)의 내부에 있는 스위칭 트랜지스터의 구동 펄스 듀티율이 작아져서 출력전압이 낮아지게 됨으로써 부하의 변동에 관계없이 출력 직류전압이 항상 일정하게 유지되도록 한다.
따라서, 스위칭 전원장치의 컨트롤러부의 역할은 매우 중요하다고 할 수가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 스위칭 전원장치 및 스위칭 쿠에 대하여 설명하기로 한다.
제2도는 종래의 스위칭 전원장치의 회로 구성을 보여주는 도면이다.
제2도에 도시되어 있듯이 종래의 스위칭 전원장치의 구성은, 교류전원(AC)을 직류전원으로 전파정류하여 출력하는 정류부(21)와, 상기한 정류부(21)로부터 입력되는 직류전원을 제어신호에 따라 단속하여 출력하는 스위칭부(22)와, 상기한 스위칭부(22)로부터 입력되는 신호를 변압하여 출력하는 트랜스포머(23)와, 상기한 트랜스포머(23)로부터 입력되는 신호를 정류하여 직류전원(DC)으로서 출력하는 고주파 정류부(24)와, 상기한 고주파 정류부(24)로부터 입력되는 직류전원(DC)을 전압조정하여 출력하는 레귤레이터부(25)와, 상기한 레귤레이터부(25)로부터 입력되는 전기적인 신호를 광신호로 변환한 뒤에 다시 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 포도 커플러(26)와, 상기 포토 커플러(26)로부터 입력되는 신호에 따라 스위칭부(22)를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 스위칭 컨트롤러부(27)로 이루어진다.
상기한 스위칭 컨트롤러부(27)의 구성은, 접지단자(2)가 접지되어 있고 전원단자(3)와 출력단자(1)가 스위칭부(22)에 연결되어 있는 스위칭 전원장치용 컨트롤러(271)와, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(271)의 피드백단자(5)와 접지의 사이에 연결되어 있는 자항(272) 및 커패시터(273)와, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(271)의 제어조정 단자(4)와 접지의 사이에 연결되어 있는 커패시터(274)와, 전원회로를 구성하고 있는 소자들(275~278)로 이루어진다.
제3도는 제2도의 스위칭 전원장치용 컨트롤러의 블록 회로도이다.
제3도에 도시되어 있듯이 스위칭 전원장치용 컨트롤러(271)의 구성은, 저전압 차단부(Under Voltage Lock Out, UVLO)(2710)와, 래치(2711)와, 과열 차단부(Thermal Shut Down, TSD)(272)와, 발진부(2713)와, 펄스폭 변조부(Pulse Width Modulator, PWM)(2714)와, 드라이버(2715)와, 플립플롭(2716)과, 잔류 제한부(Current Limit, CL)와, 스위칭 트랜지스터(2718)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 종래의 스위칭 전원장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
교류전원(AC)이 인가되면, 정류부(21)에 의해서 전파정류됨으로써 직류전원으로 변환된 뒤에 스위칭부(22)로 출력된다.
스위칭부(22)로 인가된 직류전원은 교류성분의 노이즈가 제거되면서, 스위칭 컨트롤러부(27)의 제어신호에 따라 단속되어 펄스신호로 변환되면서 트랜스포머(23)로 인가된다.
트랜스포머(23) 인간된 펄스신호는, 트랜스포머(23)에 의해서 승압되어 정류부(24)로 출력한다. 정류부(24)는 이를 정류한 뒤에 직류전원(DC)으로서 출력한다.
정류부(24)의 출력신호인 직류전원(DC)는 레귤레이터부(25)로 입력되어 일정한 크기의 전압으로 조정된 뒤에 포토 커플러(26)로 인가됨으로써 포토 커플러(26)의 발광부를 구동한다.
포토 커플러(26)의 발광부에 의하여 광신호로 변환된 신호는 포토 커플러(26)의 수광부에 의하여 다시 전기적인 신호로 변환된 뒤에 스위칭 컨트롤러부(27)의 스위칭 전원장치용 컨트롤러(271)의 피드백 단자(5)로 인가된다.
스위칭 컨트롤러부(27)의 스위칭 전원장치용 컨트롤러(271)에서는, 피드백 단자(5)로 입력되는 신호에 의하여 펄스폭 변조부(2714)가 드라이버(2715)로 출력되는 펄스신호의 폭을 조정함으로써 스위칭 트랜지스터(2718)를 턴온/턴오프시킨다. 이와 같이 스위칭 트랜지스터(2718)가 턴온/턴오프동작을 하게 되면 스위칭부(22)로부터 트랜스포머(23)로 인가되는 직류전원이 단속됨으로써 트랜스포머(23)의 이자측 코일에선 고전압이 유기되는데, 이 경우에 스위칭 트랜지스터(2718)의 턴온/턴오프 구동시간에 따라 트랜스포머(23)의 일차측 코일로부터 이차측 코일로 절단되는 전력의 양을 조절할 수가 있다.
한편, 스위칭 컨트롤러부(27)의 스위칭 전원장치용 컨트롤러(271)에서는 제어조정 단자(4)로 입력되는 신호에 의하여 펄스폭 변조부(2714)가 드라이버(2715)로 출력되는 펄스신호의 시기를 조정함으로써 스위칭 전원장치가 전체적으로 소프트 스타트(soft start)될 수 있도록 한다. 상기한 소프트 스타트란, 최초 기동시에 스위칭 전원장치의 입력 에너지(전압과 전류)가 0에서부터 서서히 증가되도록 하는 것으로, 스위칭 전원장치를 안전하게 동작시킴과 동시에 잡음을 줄이는 효과를 가지고 있다.
그러나, 상기한 종래의 스위칭 전원장치는, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(271)의 외부 접속핀이 5개나 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 외부 접속핀에 대응하는 회로를 구성함에 있어서 경박단소화를 지향하는 반도체 기술분야에서는 반드시 해결해야 하는 기술적 과제이다.
한편, 미국특허번호 제5,313,381호(특허일 : 서기 1994년 5월 17일)의 THR EE TERMINAL SWITCHED MODE POWER SUPPLY INTEGRATED CIRCUIT)에는, 외부 접속핀을 3개로 감소시킨 스위칭 전원장치용 컨트롤러에 대한 기술이 개시된 바 있다.
상기한 미국특허번호 제5,313,381호에서 개시되어 있는 스위칭 전원장치를 제4도에 나타내었다.
제4도에 도시되어 있듯이 종래의 스위칭 전원장치의 다른 회로 구성은, 교류전원(AC)을 직류전원으로 전파정류하여 출력하는 정류부(41)와, 상기한 정류부(41)로부터 입력되는 신호를 변압하여 출력하는 트랜스포머(43)와, 상기한 트랜스포머(43)로부터 입력되는 신호를 정류하여 직류전원(DC)으로서 출력하는 고주파 정류부(44)와, 상기한 고주파 정류부(44)와, 상기한 고주파 정류부(44)로부터 입력되는 직류전원(DC)을 전압조정하여 출력하는 레귤레이터부(45)와, 상기한 레귤레이터부(45)로부터 입력되는 전기적인 신호를 광신호로 변환한 뒤에 다시 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 포토 커플러(46)와, 상기한 포토 커플러(46)로부터 입력되는 신호에 따라 트랜스포머(43)를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 스위칭 컨트롤러부(47)로 이루어진다.
상기한 스위칭 컨트롤러부(47)의 구성은, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(471)와, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(471)의 출력단에 게이트 단자가 연결되어 있고 트랜스포머(43)에 드레인 단자가 연결되어 있는 스위칭 트랜지스터(472)와, 포토 커플러(46)의 출력단과 스위칭 전원장치용 컨트롤러(471)의 사이에 연결되어 있는 커패시터(473)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 종래의 스위칭 전원장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
교류전원(AC)이 인가되면, 정류부(41)에 의해서 전파정류됨으로써 직류전원으로 변환된 뒤에 트랜스모퍼(43)로 출력된다.
트랜스포머(43)로 인가된 직류전원은 스위칭 컨트롤러부(47)의 제어신호에 따라 단속되어 펄스신호로 변환되면서, 트랜스포머(43)에 의해서 승압되어 고주파 정류부(44)로 출력한다. 고주파 정류부(44)는 이를 정류한 뒤에 직류전원(DC)으로서 출력한다.
상기한 고주파 정류부(44)의 출력신호인 직류전원(DC)은 레귤레이터부(45)로 되먹임 입력되어 일정한 크기의 전압으로 저장된 뒤에 포토 커플러(46)로 인가됨으로써 포토 커플러(46)의 발광부를 구동한다.
포토 커플러(46)의 발광부에 의하여 광신호로 변환된 신호는 포토 커플러(46)의 수광부에 의하여 다시 전기적인 신호로 변환된 뒤에 스위칭 컨트롤러부(47)의 스위칭 전원장치용 컨트롤러(471)의 피드백/전원단자(FB/VS)로 인가된다.
스위칭 컨트롤러부(47)의 스위칭 전원장치용 컨트롤러(471)는 피드백/전원단자(FB/VS)로 입력되는 신호에 따라 스위칭 트랜지스터(472)로 인가되는 펄스신호의 폭을 가변시킨 뒤에 스위칭 트랜지스터(472)가 이에 따라 턴온/턴오프되도록 한다. 이와 같이 스위칭 트랜지스터(472)가 턴온/턴오프 동작을 하게 되면 정류부(41)로부터 트랜스포머(43)로 인가되는 직류전원이 단속됨으로써 트랜스포머(43)의 이차측 코일에는 고전압이 유기되는데, 이 경우에 스위칭 트랜지스터(472)의 턴온/턴오프 구동시간에 따라 트랜스포머(43)의 일차측 코일로부터 이차측 코일로 전달되는 전력의 양을 조절할 수가 있다.
그러나 상기한 종래의 스위칭 전원장치는, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(471)가 소프트 스타트 기능이 결여되어 있는 단점이 있다.
이 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 칩안에 전압공급과 피드백 기능과 소프트 스타트 기능을 모두 갖추면서도 외부 접속핀을 최소로 제공함으로써 경박단소화 추세에 부응할 수 있는 스위칭 전원장치용 컨트롤러 및 이를 이용한 스위칭 전원장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명에 따른 스위칭 전원장치용 컨트롤러의 구성이, 전원의 전압을 분배하여 출력하는 전압분배수단과, 상기한 전압분배수단으로부터 입력되는 전압이 작아지는 경우에는 출력전압이 커지게 하는 증폭 수단과, 상기한 증폭수단으로부터 입력되는 신호의 크기가 커지는 경우에는 출력펄스신호의 듀티율이 커지게 하고, 상기한 증폭수단으로부터 입력되는 신호의 크기가 작아지는 경우에는 출력 펄스신호의 듀티율이 작아지게 하는 펄스폭 변조부와, 전원이 하이 스레시홀드 전압보다 큰 경우에는 상기한 펄스폭 변조부의 출력 펄스신호를 디스에이블시키기 위한 신호를 출력하고, 전원이 로우스레시홀드 전압보다 큰 경우에는 상기한 펄스폭 변조부의 출력펄스신호를 인에이블시키기 위한 제어신호를 출력하는 저전압 차단부와, 상기한 저전압 차단부로부터 입력되는 신호에 따라 인에이블 또는 디스에이블됨으로써 상기한 펄스폭 변조부의 출력 펄스신호를 전송 또는 차단하는 논리곱 수단과, 전원을 공급받아 동작하는 부대회로로 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명에 따른 스위칭 전원장치의 구성은, 교류전원을 직류전원으로 전파정류하여 출력하는 정류부와, 상기한 정류부로부터 입력되는 신호를 변압하여 출력하는 트랜스포머와, 상기한 트랜스포머로부터 입력되는 신호를 정류하여 직류전원으로서 출력하는 고주파 정류부와, 상기한 고주파 정류부로부터 입력되는 직류전원이 기준전압보다 큰 경우에 전류채널을 형성하여 일정한 전류를 바이패스시키는 레귤레이터부와, 상기한 고주파 정류부로부터 출력되는 직류전원의 일부 전류를 되먹임하여 이를 광신호로 변환한 뒤에 다시 전기적인 신호로 변환하는 과정에서, 상기한 레귤레이터부에 전류채널이 형성되면 흐르는 전류의 양이 작아지게 되고, 상기한 레귤레이터부에 전류채널이 형성되지 않으면 흐르는 전류의 양이 작아지게 되고, 상기한 레귤레이터부에 전류채널이 형성되지 않으면 흐르는 전류의 양이 커지게 되는 포토 커플러와, 상기한 포토 커플러로부터 입력되는 전류의 양에 따라, 상기한 트랜스포머를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 스위칭 컨트롤러부로 이루어진 스위칭 전원장치에 있어서, 상기한 스위칭 컨트롤러부는, 상기한 포토 커플러로부터 입력되는 전류의 양을 전압신호로 변환하여 출력하는 저항 및 커패시터와, 상기한 커패시터에 연결되어 있는 외부 접속핀을 통하여 입력되는 전압신호로부터, 전원과, 피드백 기능과, 소프트 스타트 기능을 수행하는 스위칭 전원장치용 컨트롤러와, 상기한 스위칭 전원장치용 컨트롤러로부터 출력되는 펄스신호에 따라 온오프되는 스위칭 수단으로 트랜지스터로 이루어진다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.
제5도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 전원장치의 회로 구성을 보여주는 도면이다.
제5도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 전원장치의 구성은 교류전원(AC)을 직류전원으로 전파정류하여 출력하는 정류부(51)와, 상기한 정류부(51)로부터 입력되는 신호를 변압하여 출력하는 트랜스포머(53)와, 상기한 트랜스포머(53)로부터 입력되는 신호를 정류하여 직류전원(DC)으로서 출력하는 고주파 정류부(54)와, 상기한 고주파 정류부(54)로부터 입력되는 직류전원(DC)이 기준전압(Voref)보다 큰 경우에는 상대적으로 큰 전류를 싱크(sink)시키고 기준전압보다 작은 경우에는 상대적으로 작은 전류를 싱크(sink)시키는 레귤레이터부(55)와, 상기한 고주파 정류부(54)로부터 출력되는 직류전원(Vo)의 일부 전류를 되먹임하여 이를 광신호로 변환한 뒤에 다시 전기적인 신호로 변환하는 과정에서 레귤레이터부(55)가 싱크하는 전류의 양에 비례하는 전류를 바이패스시키는 포토 커플러(56)와, 상기한 포토 커플러(56)로부터 입력되는 신호에 따라 트랜스포머(53)를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 스위칭 컨트롤러부(57)로 이루어진다.
상기한 레귤레이터부(55)의 구성은, 정류부(54)의 출력단에 비반전 입력단자가 연결되어 있고 기준전압(Voref)에 반전 입력단자가 연결되어 있는 증폭기(551)와, 상기한 증폭기(551)의 출력단에 베이스 단자가 연결되어 있고 에디터 단자는 접지되어 있는 트랜지스터(552)로 이루어진다.
상기한 스위칭 컨트롤러부(57)의 구성은, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)와, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 출력단에 게이트 단자가 연결되어 있고 트랜스포머(53)에 드레인 단자가 연결되어 있는 스위칭 트랜지스(572)와, 포토 커플러(56)의 출력단에 병렬로 연결되어 있는 저항(573)과, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)와 접지의 사이에 연결되어 커패시터(574)로 이루어진다.
이 발명의 실시예에서는 스위칭 트랜지스터(572)가 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 외부에 있는 실장되는 형태로 구성되어 있으나, 상기한 스위칭 트랜지스터(572)는 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 내부에 내장될 수도 있다.
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 컨트롤러의 회로 구성을 보여주는 도면이다.
제6도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 컨트롤러의 구성은, 발진회로(oscillator, OSC)(5711)와, 저전압 차단부(UVLO)(5712)와, 입력신호선과 접지단자의 사이에 연결되어 있는 저항쌍(5716,5717)과, 저항쌍(5716,5717)의 접속점에 반전 입력단자가 연결되어 있고 기준전압(Vref)에 비반전 입력단자가 연결되어 있는 연산 증폭기와, 연산(5713)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 펄스폭 변조부(5714)와, 저전압 차단부(5712)와 펄스폭 변조부(5714)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 AND게이트(5715)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 별명의 실시예에 따른 스위칭 전원장치요 컨트롤러 및 이를 이용한 스위칭 전원장치의 작용은 다음과 같다.
교류전원(AC)이 인가되면, 정류부(51)에 의해서 전파정류됨으로써 직류전원으로 변환될 뒤에 트랜스포머(53)로 출력된다.
트랜스포머(53)로 인가된 직류전원은 스위칭 컨트롤러부(57)의 제어신호에 따라 단속되어 펄스신호로 변환되면서, 트랜스포머(53)에 의해서 변압되어 고주파 정류부(54)로 출력한다. 고주파 정류부(54)는 이를 정류한 뒤에 직류전원(Vo)으로서 출력한다.
상기한 고주파 정류부(54)의 출력신호인 직류전원(Vo)은 레귤레이터부(55)로 되먹임 입력되어 일정한 크기의 전압으로 조정된 뒤에 포토 커플러(56)로 인가됨으로써 포토 커플러(56)의 발광부로 구동한다.
포토 커플러(56)의 발광부에 의하여 광신호로 변환된 신호는 포토 커플러(56)의 수광부에 의하여 다시 전기적인 신호로 변환된 뒤에 스위칭 컨트롤러부(57)의 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 입력단자로 인가된다.
스위칭 컨트롤러부(57)의 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)는 입력단자로 입력되는 신호에 따라 스위칭 트랜지스터(472)로 인가되는 펄스신호의 폭을 가변시킨 뒤에 스위칭 트랜지스터(572)가 이에 따라 턴온/턴오프되도록 한다. 이와 같이 스위칭 트랜지스터(572)가 턴온/턴오프 동작을 하게 되면 정류부(51)로부터 트랜스포머(53)로 인가되는 직류전원이 단속됨으로써 트랜스포머(53)의 이차측 코일에는 일정한 전압이 유기되는데, 이 경우에 스위칭 트랜지스터(572)의 턴온/턴오프 구동시간에 따라 트랜스포머(53)의 일차측 코일로부터 이차측 코일로 전달되는 전력의 양을 조절할 수가 있다.
상기한 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)에 의한 피드백 작용을, 제7도를 참조로 하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. 제7도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 컨트롤러의 피드백 동작을 나타내는 동작 파형도이다.
t1 시점에서, 고주파 정류부(54)의 출력전압(Vo)이 레귤레이터부(55)의 기준전압(Voref)보다 작아지기 시작하면, 레귤레이터부(55)의 증폭기(551)로부터 로우신호가 출력됨으로써 트랜지스터(552)의 베이스전류가 작아지므로 포토 커플러(56)의 1차 전류(15)가 감소하게 된다.
포토 커플러(56)의 1차 전류(15)가 감소하게 되면 포토 커플러(56)의 2차 전류(13)가 감소하게 되며,스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 소비전류(I4=I2+I3)는 거의 일정하게 유지되므로 포토 커플러(56)의 2차 전류(I3)가 감소하게 되면 I2 전류가 증가하게 된다.
이 경우에, Vc2는 일정하게 유지되므로, I2 전류의 증가로 인하여 저항(573)에서의 전압강하가 증가하게되고, 따라서 커패시터(574)의 양단간에 걸리는 전압(Vcc), 즉 스위칭 정원장치용 컨트롤러(571)의 전원이 감소하게 된다.
커패시터(574)의 양단간에 걸리는 전압(Vcc)이 감소하게 되면, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 연산 증폭기(5713)의 출력전압(VCDN)이 증가하므로 펄스폭 변조부(5714)로부터 출력되는 펄스신호(VPWM)의 폭이 증가됨으로써 출력전압(Vo)이 다시 증가되도록 한다.
이와는 반대로 t2 시점에서, 고주파 정류부(54)의 출력전압(Vo)이 레귤레이터부(55)의 기준전압(Voref)보다 커지기 시작하면, 레귤레이터부(55)의 증폭기(551)로부터 하이신호가 출력됨으로써 트랜지스터(552)의 베이스전류가 증가하여 포토 커플러(56)의 1차 전류(I5)가 증가하게 된다.
포토 커플러(56)의 1차 전류(15)가 증가하게 되면 포토 커플러(56)의 2차 전류(I3)가 증가하게 되며, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 소비전류(I4=I2+I3)는 거의 일정하게 유지되므로 포트 커플러(56)의 2차 전류(I3)가 증가하게 되면 I2 전류가 감소하게 된다.
이 경우에, VC2을 일정하게 유지되므로, I2전류의 감소로 인하여 저항(573)에서의 전압전하가 감소하게 되고, 따라서 커패시터(574)의 양단간에 걸리는 전압(Vcc), 즉 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 전원이 증가하게 된다.
커패시터(574)의 양단간에 걸리는 전압(Vcc)이 증가하게 되면, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 연산 증폭기(5713)의 출력전압(VCDN)이 감소하므로 펄스폭 변조부(5714)로부터 출력되는 펄스신호(VPWM)의 폭이 감소되므로써 출력전압(Vo)이 다시 감소되도록 한다.
이상의 동작으로, 고주파 정류부(54)의 출력전압(Vo)은 레귤레이터부(55)의 기준전압(Voref) 부근에서 항상 정전압을 유지하게 된다.
다음에는 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)에 의한 소프트 스타트 작용을, 제8도를 참조로 하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 제8도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 컨트롤러의 소프트 스타트 동작을 나타내는 동작 파형도이다.
스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 저전압 차단주(5712)는, 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 전원(Vcc)이 0에서부터 증가하게 되면, 전원(Vcc)이 하이 스레시홀드 전압이 되기 전까지는 AND 게이트(5715)를 디스에이블시킴으로써 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)로부터 펄스신호(VCTS)가 출력되지 않도록하고, 전원(Vcc)이 하이 스레시홀드 전압이상이 되면 AND게이트(5715)를 인에이블시킴으로써 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)로부터 펄스신호(VCTS)가 출력되도록 한다.
일단 저전압 차단부(5712)가 AND 게이트(5715)를 인에이블시킨 후에는, 전원(Vcc)이 로우 스레시홀드 전압보다 작아지지 않는 한 AND 게이트(5715)를 계속 인에이블시키고, 전원(Vcc)이 로우 스레시홀드 전압보다 작아지면 AND 게이트(5715)를 디스에이블시킨다.
그리고, 일단 저전압 차단부(5712)가 AND 게이트(5715)를 디스에이블시킨 후에는, 전원(Vcc)이 하이 스레시홀드 전압보다 작아지지 않는 한 AND 게이트(5715)를 계속 디스에이블시키고, 전원(Vcc)이 하이 스레시홀드 전압보다 커지면 AND 게이트(5715)를 디스에이블시킨다.
이와 같은 저전압 차단부(5712)의 작용을 히스테리시스(hysterisis)라 한다.
제8도에 도시되어 있는 바와 같이, t0 시점에서 교류전원(AC)이 인가되면 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 전원(Vcc)은 처음 OV에서 점차적으로 충전되어 전압이 증가하기 시작한다.
t1시점에서, 전원(Vcc)이 저전압 차단부(5712)의 하이 스레시홀드 전압과 같아지게 되면 그때부터 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)가 동작하게 되면서 I4 전류가 급격하게 증가된다.
I4 전류가 급격하게 증가하면 I2전류도 함께 급격하게 증가되면서 저항(573)에서의 전압강하가 증가됨으로써 제8도에 도시되어 있는 바와 같이 전원(Vcc)이 스탭(step) 파형을 형성하면서 일정전압만큼 감소하게 된다. 이 때의 전원(Vcc)의 값을, 최소 듀티율이 되는 전원(Vcc)의 값보다 조금 크게 설계를 하면 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)가 동작을 해도 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)로부터 출력되는 펄스신호(Vcs)의 듀티율을 최소를 유지하게 된다.
상기한 펄스신호(VCTS)의 듀티율은 같은 펄스신호인 VPWM의 평균치와 같은데 그 파형은 제8도의 제일 아래쪽에 있다.
스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 소비전류로 인하여 전원(Vcc)이 점점 감소해감에 따라 연산 증폭기(5713)의 출력전압(VCDN)은 점점 증가하게 되고, 이에 따라 스위칭 전원장치용 컨트롤러(571)의 출력신호(VCTS)의 듀티율이 점점 증가하게 되어 t3시점에서는 최대 듀티율이 된다.
t4시점에서는 트랜스포머의 또다른 전선(Wc)에 의해 유기된 전류가 고주파 정류부(54)를 거쳐서 스위칭 컨트롤러(571)에 공급되기 시작하므로 전원(Vcc)이 다시 증가하기 시작한다.
이후에는, 피드백 전류(I3)에 의해 부하조건에 맞는 듀티율을 유지할 수 있도록 전원(Vcc)이 일정하게 유지된다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 하나의 칩안에 전원공급과 피드백 기능과 소프트 스타트 기능을 모두 갖추면서도 외부 접속핀을 최소로 제공함으로써 경박단소화 추세에 부응할 수 있는 효과를 가진 스위칭 전원장치를 제공할 수가 있다. 이 발명의 이러한 효과는 스위칭 전원장치의 설계, 제조, 판매 등의 분야에서 이용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 전원의 전압을 분배하여 출력하는 전압 분배 수단과, 상기한 전압 분배 수단으로부터 입력되는 전압이 커지는 경우에는 출력전압이 작아지게 하고, 상기한 전압 분배 수단으로부터 입력되는 전압이 작아지는 경우에는 출력전압이 커지게 하는 증폭 수단과, 상기한 증폭수단으로부터 입력되는 신호의 크기가 커지는 경우에는 출력펄스신호의 듀티율이 커지게 하고, 상기한 증폭수단으로부터 입력되는 신호의 크기가 작아지는 경우에는 출력 펄스신호의 듀티율이 작아지게 하는 펄스폭 변조부와, 전원이 하이 스레시홀드 전압보다 큰 경우에는 상기한 펄스폭 변조부의 출력 펄스신호를 디스에이블시키기 위한 신호를 출력하고, 전원이 로우스레시홀드 전압보다 큰 경우에는 상기한 펄스폭 변조부의 출력 펄스신호를 인에이블시키기 위한 제어신호를 출력하는 저전압 차단부와, 상기한 저전압 차단부로부터 입력되는 신호에 따라 인에이블 또는 디스에이블됨으로써 상기한 펄스폭 변조부의 출력 펄스신호를 전송 또는 차단하는 논리곱 수단과, 전원을 공급받아 동작하는 발진 회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치용 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 논리곱 수단으로부터 출력되는 신호에 따라 온/오프되는 스위칭 수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치용 컨트롤러.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 스위칭 수단은 전계효과 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치용 컨트롤러.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 전압분배수단은 분배저항쌍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치용 콘트롤러.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 증폭 수단을 연산 증폭기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치용 컨트롤러.
  6. 제1항에 있어서, 상기한 논리곱 수단은 AND 게이트 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치용 컨트롤러.
  7. 교류전원 직류전원으로 전파정류하여 출력하는 정류부와, 상기한 정류부로부터 입력되는 신호를 변압하여 출력하는 트랜스포머와, 상기한 트랜스포머로부터 입력되는 신호를 정류하여 직류전원으로서 출력하는 고주파 정류부와, 상기한 고주파 정류부로부터 입력되는 직류전원이 기준전압보다 큰 경우에 상대적으로 큰 전류를 싱크하고 작은 경우에는 상대적으로 작은 전류를 싱크하는 레귤레이터부와, 상기한 고주파 정류부로부터 출력되는 직류전원의 일부 전류를 되먹임하여 이를 광신호로 변환한 뒤에 다시 전기적인 신호로 변환하는 과정에서, 상기한 레귤레이터부가 싱크하는 전류의 양에 비례하는 전류를 바이패스시키는 포토 커플러와, 상기한 포토 커플러로부터 입력되는 전류의 양에 따라, 상기한 트랜스포머를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 스위칭 컨트롤러부로 이루어지는 스위칭 전원장치에 있어서, 상기한 스위칭 컨트롤러부는, 상기한 포토 커플러로부터 입력되는 전류의 양을 전압신호로 변환하여 출력하는 저항 및 커패시터와, 상기한 커패시터에 연결되어 있는 외부 접속핀을 통하여 입력되는 전압신호로부터, 전원과, 피드백 기능과, 소프트 스타트 기능을 수행하는 스위칭 전원장치용 컨트롤러와, 상기한 스위칭 전원장치용 컨트롤러로부터 출력되는 펄스신호에 따라 온오퍼되는 스위칭 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기한 스위칭 수단은 상기한 스위칭 전원장치용 컨트롤러에 내장되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기한 스위칭 수단을 전계효과 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기한 레귤레이터부는, 정류부의 출력단에 비반전 입력단자가 연결되어 있고 기준전압에 반전 입력단자가 연결되어 있는 증폭기와, 상기한 증폭기의 출력단에 베이스 단자가 연결되어 있고 에미터 단자는 접지되어 있는 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
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