KR0122109B1 - 다출력전원의 안정화 회로 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다출력전원을 발생하는 장치에서 출력되는 전원들의 상태를 안정화시킬 수 있다.

이를 위하여 본 발명의 전원발생장치는 전원입력단에 1차측이 연결되며 상기 입력전원을 변환하여 적어도 두 개의 출력전원을 발생하는 트랜스포머와, 트랜스포머의 2차측에 연결되는 적어도 두 개의 전원출력단들과, 소정의 기준 전원을 가지며 전원출력단들과 연결되고 출력전원들을 기준전원과 비교하여 출력전원들의 상태신호를 발생하는 궤환수단과, 스위칭수단 및 펄스폭제어수단을 구비하며 트랜스포머의 1차측과 상기 궤환수단 사이에 연결되고, 상태신호에 대응되는 펄스폭제어신호를 발생하며 입력전원을 스위칭 출력하는 수단으로 구성된다.

따라서 다출력전원을 발생하는 장치에서 출력되는 모드 전원들의 상태를 검사하여 이를 궤환시키므로 항상 모든 출력전원들을 안정되게 발생시킬 수 있다.

Description

다출력전원의 안정화 회로 및 방법

제1도는 종래의 다출력전원들을 발생하는 회로의 구성도,

제2도는 본 발명에 따라 다출력전원들을 발생하는 회로의 구성도,

제3도는 제2도 중 궤환부의 상세 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 트랜스포머, 30 : 포토커플러,

40 : 전원제어부, 50 : 전원스위치,

60 : 궤환부.

본 발명은 다출력전원을 발생하는 회로 및 방법에 관한 것으로, 특히 다출력전원의 상태를 검사하여 안정되게 출력전원들을 발생할 수 있는 회로 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전원 공급 장치(power supply)는 출력되는 전원의 상태에 따라 입력전원을 펄스폭 제어하여 안정된 출력을 발생시킨다. 또한 상기 전원 공급 장치는 필요에 따라 여러 가지 전압을 갖는 전원들을 발생시킬 수 있다. 제1도는 종래의 다 전원발생장치의 구성을 나타내고 있다.

상기 제1도의 구성을 살펴보면 트랜스포머10은 1차측이 전원입력단 Vi와 연결되고 2차측이 다수 개의 전원출력단들과 연결된다. 이 때 전원출력단들과 연결되는 2차측은 원하는 전압들을 발생할 수 있도록 다수의 권선들을 갖는다. 상기 트랜스포머10은 1차측으로 입력되는 입력전원을 2차측의 각 권선비에 따른 비율로 변환하여 각 출력단 Vo1,Vo2,Vo3,Vo4들로 출력한다. 정전압발생부20은 상기 전원출력단들 중 임의의 전원출력단과 연결된다. 상기 정전압발생부20은 연결된 전원출력단의 출력전원의 상태를 검사하며, 상기 출력전원이 일정 전압 이상으로 출력될 시전원검출신호를 출력한다. 포토커플러(photo coupler)30의 발광소자는 상기 정전압발생부20의 출력단과 연결되고, 수광소자는 전원제어부40과 연결된다. 상기 포토커플러30은 상기 정전압발생부20에서 전원검출신호를 출력할 시 스위칭되어 상기 전원제어부40으로 이를 알린다. 상기 전원제어부(Pulse Width Wodulation contro1 IC)40은 상기 포토커플러30의 수광소자와 연결되며, 상기 수광소자로 부터 출력되는 전원검출신호를 펄스폭 변조하여 전원제어신호로 출력한다. 상기 전원제어부40으로부터 출력되는 전원제어신호는 입력전원의 공급 시간을 제어하는 신호가 된다. 전원스위치부50은 상기 전원입력단과 접지단 사이에 연결되며, 제어단으로 상기 전원제어부40의 출력을 수신한다. 따라서 상기 전원스위치부50은 상기 전원제어부40으로 부터 출력되는 전원제어신호의 펄스폭에 따라 스위칭되어 상기 트랜스포머10의 1차측으로 인가되는 입력전원의 공급 시간을 제어한다. 상기 전원스위치부50은 파워트랜지스터(power transistor)로서, 여기서는 파워 MOSFET를 사용한다.

상기와 같은 종래의 다 전원발생장치의 동작을 살펴보면, 먼저 상기 정전압발생부20에 연결되는 전원출력단은 전원출력단 들 중 가장 민감한 출력전원을 발생하는 전원출력단이 된다. 그리고 상기 트랜스포머10은 상기 전원스위치부50의 스위칭 상태에 따라 1차측으로 인가되는 상기 입력전원을 2차측으로 인가하게 된다. 그러면 상기 트랜스포머10의 2차측은 각각의 권선비에 따라 대응되는 비율로 변환하여 각 전원출력단들로 출력한다. 그러면 상기 전원출력단 들 중 임의 전원출력단에 연결되는 정전압발생부20은 해당하는 전원출력단의 전원 상태를 검사한다.

이 때 상기 특정 전원출력단의 전압이 일정 전압 이상 올라가면, 상기 정전압발생부20은 상기 포토커플러30의 발광소자를 전류를 공급하게 된다. 그러면 상기 포토커플러30의 발광소자가 발광하게 되며, 이로 인해 포토커플러30의 수광소자도 동작을 하게 된다. 상기 포토커플러30의 수광소자와 연결되는 전원제어부40은 상기 수광소자로 부터 전류를 수신하게 되면, 내부의 비교전압이 상승하게 되어 상기 전원스위치부50의 동작을 오프시키기 위한 전원제어신호를 발생한다. 즉, 상기 정전압발생부30이 전원검출신호를 발생하면, 상기 전원제어부40은 상기 전원스위치부50의 온 시간을 줄이게 하는 전원제어신호를 발생한다. 따라서 상기 전원스위치부50이 오프되면, 상기 트래스포머10의 1차측으로 인가되는 입력전원이 차단되며, 이로인해 2차측으로 인가되는 전원도 차단되게 된다.

반대로 상기 특정 전원출력단의 전압이 일정 전압 이하로 떨어지게 되면, 상기 정전압발생부20은 상기 포토커플러30으로 전류 공급을 중단하게 되며, 이로 인해 상기 전원제어부40은 상기 전원스위치부50을 온시키기 위한 전원제어신호를 발생한다. 그러면 상기 전원스위치부50이 온 스위칭되며, 이로 인해 상기 트랜스포머10은 1차측으로 인가되는 입력전원을 2차측으로 전달하게 되며, 따라서 2차측은 각각의 권선비에 따른 출력전원을 발생하여 전원출력단으로 인가하게 되는 것이다.

상기와 같이 과정을 반복하면서, 특정 전원출력단의 전압이 일정전압 이상으로 올라가면, 상기 트랜스포머10의 1차측으로 인가되는 입력전원의 공급 시간을 줄이고, 상기 특정 전원출력단의 전압이 일정 전압 이하로 떨어지면 상기 트랜스포머10의 차측으로 인가되는 입력전원의 공급 시간을 늘이는 방식으로, 안정된 출력전원의 상태를 유지하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 다 전원발생장치는 다수 개의 출력단자들 중 임의의 출력단자의 전압 상태를 검사하게 되므로, 다른 출력단자의 전압 상태와는 무관하게 동작하게 된다. 즉 다른 전원출력단의 출력 전압이 일정 전압 상태가 되기 전에 상기 특정 전원출력단의 전압이 일정 전압 이상이 되는 경우, 상기와 같은 궤환 동작이 수행되어 다른 전원출력단들은 출력 전원이 일정 전압 이하의 비정상상태 전원을 발생하게 된다. 또한 반대로 다른 전원출력단의 출력 전압이 일정 전압이 된 상태에서 상기 특정 전원출력단의 전압이 일정 전압 이하의 상태를 유지하는 경우, 궤환 동작이 이루어지지 않게 되어 상기 다른 전원출력단의 출력 전원들은 설정 전압보다 높은 비정상 상태의 전원을 발생하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 다 출력 전원들에서 모든 전원출력단의 상태를 검사한 후 궤환시켜 안정된 출력전원들은 발생할 수 있는 다출력전원발생장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다출력전원발생장치에서 양전원 출력단Vo들 및 음전원출력단-Vo들의 전원들을 각각 별도로 검사한 후 혼합하여 궤환 동작을 수행시켜 안정되게 출력전원들을 발생할 수 있는 다출력전원발생장치 및 방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전원입력단과, 상기 전원입력단에 1차측이 연결되며 상기 입력전원을 변환하여 적어도 두 개의 출력전원을 발생하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 2차측에 연결되는 적어도 두 개의 전원출력단들과, 소정의 기준 전원을 가지며 상기 전원출력단들과 연결되고 상기 출력전원들을 상기 기준전원과 비교하여 출력전원들의 상태신호를 발생하는 궤환수단과, 스위칭수단 및 펄스폭제어수단을 구비하여 상기 트랜스포머의 1차측과 상기 궤환수단 사이에 연결되고 상기 상태신호에 대응되는 펄스폭제어신호를 발생하며 상기 입력전원을 스위칭 출력하는 수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 부품들은 가능한한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.

하기 설명에서 Vo1, Vo2, Vo3, -Vo4, -Vo5, -Vo6 등과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명할 것이다.

여기에서 사용되는 전원검출신호라는 용어는 궤환부에서 출력전원이 일정전압을 초과할 시 발생하는 신호를 나타내고, 전원제어신호라는 용어는 상기 전원검출신호의 발생 유무에 따라 전원제어부에서 입력전원의 온/오프 시간을 제어하기 위해 발생하는 신호를 나타낸다.

제2도는 본 발명에 따른 다출력전원발생장치의 구성도로서, 트랜스포머10은 전원출력단들과 연결되는 2차측이 원하는 전압들을 발생할 수 있도록 다수의 권선들을 갖는다. 상기 트랜스포머10의 1차측 권선은 입력전원단Vi와 연결되며, 2차측 권선들은 각각의 전원출력단 Vo1∼Vo3 및 -Vo4∼-Vo6들과 연결된다. 상기 트랜스포머10의 2차측 권선들은 각각 해당하는 출력전원들이 상태에 대응되는 비율의 권선비들을 갖는다. 궤환부60은 상기 전원출력단 Vo1∼Vo3 및 -Vo4∼Vo6들과 연결되며, 상기 전원출력단들을 출력하는 모든 전원들의 상태를 검사하여 출력전원들의 검출신호를 발생한다. 포토커플러(photo coupler)30의 발광소자는 상기 궤환부60의 출력단가 연결되고, 수광소자는 전원제어부40과 연결된다. 상기 포토커플러30은 상기 궤환부60에서 전원검출신호를 출력할 시 스위칭되어 상기 전원제어부40으로 이를 알린다. 상기 전원제어부(Pulse Width Modulation contro1 IC)40은 상기 포토커플러30의 수광소자와 연결되며, 상기 수광소자로 부터 출력되는 전원검출신호를 펄스폭 변조하여 전원제어신호로 출력한다. 상기 전원제어부40으로 부터 출력되는 전원제어신호는 입력전원의 공급 시간을 제어하는 신호가 된다. 전원스위치부50은 상기 전원입력단과 접지단 사이에 연결되며, 제어단으로 상기 전원제어부40의 출력을 수신한다. 따라서 상기 전원스위치부50은 상기 전원제어부40으로 부터 출력되는 전원제어신호의 펄스폭에 따라 스위칭되어 상기 트랜스포머10의 1차측으로 인가되는 입력전원의 공급 시간을 제어한다. 상기 전원스위치부50은 파워트랜지스터(power transistor)로서, 여기서는 파워 MOSFET를 사용한다.

제3도는 상기 제2도의 궤환부60에 대한 구체회로도로서, 저항R1∼저항R6, 기준전압발생기Vref 및 연산증폭기AMP1로 구성된 부분은 양전원출력의 상태를 검출하는 수단이 된다. 상기 양전원 상태 검출 수단은 양전원출력단(Vo1∼양전원출력단Vo3의 출력을 분압하여 평균한 후 소정의 기준전압과 비교하며, 비교 결과신호를 증폭 출력하여 양전원 검출신호를 발생한다. 저항R7∼저항R13 및 연산증폭기AMP2로 구성된 부분은 음전원출력의 상태를 검출하는 수단이 된다. 상기 음전원 상태 검출 수단은 음전원출력단-Vo4∼음전원출력단-Vo6의 출력을 분압하여 평균한 후 소정의 기준전압과 비교하여, 비교 결과신호를 증폭 출력하여 음전원 검출신호를 발생한다. 그리고 상기 양전원 검출신호와 음전원 검출신호는 접속노드N1에서 혼합되어 상기 포토커플러30의 발광소자로 인가된다.

상술한 제2도 및 제3도의 구성에 의거 본 발명을 상세히 설명하면, 상기 트랜스포머10의 2차측 권선들은 각각 양전원출력단Vo1∼양전원출력단Vo3 및 음전원출력단-Vo4∼음전원출력단-Vo6과 연결 된다. 그러면 상기 궤환부60은 상기 양전원출력단Vo1∼양전원출력단Vo3 및 음전원출력단-Vo4∼음전원출력단-Vo6의 전원을 수신하여 각각 상태를 검사한다.

먼저 양전원 상태를 검출하는 과정을 살펴보면, 상기 양전원출력단Vo1∼양전원출력단Vo3으로 부터 발생되는 전원들이 각각 저항R1~저항R3을 통해 연산증폭기AMP1의 단전단자로 인가된다. 그리고 저항R4는 상기 연산증폭기AMP1의 반전단자와 접지단 사이에 연결된다. 따라서 상기 양전원출력들은 상기 저항R1∼저항R4에 의해 분압되어 상기 연산증폭기AMP1의 반전단자로 인가된다. 이때 상기 연산증폭기AMP1의 출력을 양전원으로 발생시키기 위하여 연산증폭기AMP1의 비반전단자는 기준전압발생기Vref와 연결되어 있다. 그러므로 상기 연산증폭기AMP1은 상기 양전원들의 상태를 평균화한 후 기준전압의 상태와 비교하므로서, 출력되는 모든 양전원들의 값이 설정된 기준전압을 초과하면 로우 논리를 갖는 양전원 검출신호를 발생하고, 기준전압 이하의 값을 갖는 경우에는 하이 논리를 갖는 양전원 검출신호를 발생하게 되는 것이다.

두번째로 음전원 상태를 검출하는 과정을 살펴보면, 상기 음전원출력단-Vo4∼음전원출력단-Vo6으로부터 발생되는 전원들이 각각 저항R8∼저항R10을 통해 연산증폭기AMP2의 비반전단자로 인가된다. 그리고 저항 R7은 상기 연산증폭기AMP2의 비반전단자와 전원공급단Vcc 사이에 연결된다. 따라서 상기 음전원출력들은 상기 저항R7∼저항R10에 의해 분압되어 상기 연산증폭기AMP2의 비반전단자로 인가된다. 이 때 상기 Vcc는 상기 연산증폭기AMP2의 비반전단자로 인가되는 음전원들은 양전원으로 변환하는 기능을 수행한다. 그리고 상기 연산증폭기AMP2의 반전단자는 연산증폭기AMP2의 출력이 저항R11∼저항R13에 의해 분압되어 인가된다. 상기 저항R11∼저항R13은 연산증폭기AMP2의 DC 오프셋 용으로서 분압하여 평균화한 음전원들의 상태가 일정 전압 이상인지 또는 그 이하인지를 결정하는 기준전압기능을 수행한다. 따라서 상기 연산증폭기AMP2는 상기 음전원출력단-Vo4∼음전원출력단-Vo6으로 부터 발생되는 전원들을 평균화한 후, 상기 오프셋 전압보다 높으면 하이 논리를 갖는 음전원 검출신호를 발생하고, 상기 오프셋 전압보다 낮으면 로우 논리를 갖는 음전원 검출신호를 발생하게 되는 것이다.

상기와 같이 발생되는 양전원 검출신호 및 음전원 검출신호는 접속노드N1에 합성되어 포토커플러30의 발광소자로 인가된다.

상기와 같은 궤환부60의 동작을 참조하여 출력전원들의 상태에 따라 전원 발생을 제어하는 과정을 살펴보면, 상기 양전원출력단Vo1∼양전원출력단Vo3 및 음전원출력단-Vo4∼음전원출력단-Vo6을 출력하는 전원들이 안정된 상태일 경우 상기 연산증폭기AMP1 및 연산증폭기AMP2는 각각 하이 논리를 갖는 전원검출신호를 출력하며, 이로 인해 포토커플러30은 동작하지 않게 된다. 그러면 상기 전원제어부40은 상기 전원스위치부50의 스위칭을 제어하여 상기 트랜스포머10이 정상적으로 스위칭 전원을 발생할 수 있도록 펄스폭 제어신호를 발생한다.

이런 상태에서 상기 양전원출력단Vo1∼양전원출력단Vo3 중의 어느 출력이 일정 전압 이상으로 올라가게 되면, 상기 연산증폭기AMP1의 출력이 점차 낮아져서 상기 포토커플러30에는 전류가 흐르기 시작한다. 그러면 상기 전원제어부40은 상기 포토커플러30의 출력에 의해 상기 전원스위치부50이 온되는 시간을 줄이기 위한 펄스폭 제어신호를 발생한다. 이로 인해 상기 트랜스포머10은 1차측으로 인가되는 입력전원을 2차측의 권선들로 유기하는 시간이 짧아지게 되어 출력전원들의 전압이 낮아지게 된다.

또한 상기 음전원출력단-Vo4∼음전원출력단-Vo6 중의 어느 출력이 일정 전압 이상으로 올라가게 되면, 상기 연산증폭기AMP2의 출력이 점차 낮아져서 상기 포토커플러30에는 전류가 흐르기 시작한다. 그러면 상기 전원제어부40은 위와 같은 방식으로 상기 전원스위치부50이 온되는 시간을 줄이기 위한 펄스폭 제어신호를 발생한다. 이로 인해 상기 트랜스포머10은 1차측으로 인가되는 입력전원을 2차측의 권선들로 유기하는 시간이 짧아지게 되어 출력전원들의 전압이 낮아지게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 다출력전원발생장치는 모든 출력 단자들의 전압들을 궤환시켜 전원을 발생하게 되므로, 출력되는 전원들의 상태를 안전화시킬 수 있는 효과도 있다.

Claims (7)

1. 다출력전원의 안정화 회로에 있어서, 전원입력단과, 상기 전원입력단에 1차측이 연결되며, 상기 입력전원을 변환하여 적어도 두 개의 출력전원을 발생하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 2차측에 연결되는 적어도 두 개의 전원출력단들과, 소정의 기준 전원을 가지며, 상기 전원출력단들과 연결되고, 상기 출력전원들을 상기 기준전원과 비교하여 출력전원들의 상태신호를 발생하는 궤환수단과, 스위칭수단 및 펄스폭제어수단을 구비하며, 상기 트랜스포머의 1차측과 상기 궤환수단 사이에 연결되고, 상기 상태신호에 대응되는 펄스폭 제어신호를 발생하며 상기 입력전원을 스위칭 출력하는 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 다출력전원의 안정화회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 트랜스포머가 적어도 두 개의 양전원을 발생하여 상기 전원출력단들에 인가하고, 상기 궤환수단이 기준전원발생수단과, 접지단과 상기 전원출력단들 사이에 연결되는 저항들로 이루어지며 상기 출력 양전원들을 가산 및 분압하여 비교전원으로 발생하는 수단과, 상기 비교전원을 상기 기준전원과 비교하는 수단들로 구성되어 상기 출력 양전원들의 상태신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 다출력전원의 안정화회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 트랜스포머가 적어도 두 개의 음전원을 발생하여 상기 전원출력단들에 인가하고, 상기 궤한수단이 기준전압발생수단과, 전원공급단자와 상기 전원출력단들 사이에 연결되는 저항들로 이루어지며 상기 출력 음전원들을 가산 및 분압하여 비교전원으로 발생하는 수단과, 상기 비교전원을 상기 기준전원과 비교하는 수단들로 구성되어 상기 출력 음전원들의 상태신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 다출력전원의 안정화회로.
4. 다출력전원의 안정화 회로에 있어서, 전원입력단과, 상기 전원입력단에 1차측이 연결되며, 상기 입력전원을 변환하여 적어도 두 개의 출력 양전원 및 음전원을 발생하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 2차측에 연결되는 적어도 두 개의 양전원 및 음전원들을 출력하는 전원출력단들과, 소정의 기준 전원을 가지며, 상기 양전원출력단들과 연결되고, 상기 출력양전원들을 상기 기준전원과 비교하여 출력 양전원들의 제1상태신호를 발생하는 제1궤환수단과, 소정의 기준 전원을 가지며, 상기 음전원출력단들과 연결되고, 상기 출력음전원들을 상기 기준전원과 비교하여 출력 음전원들의 제2상태신호를 발생하는 제2궤환수단과, 상기 제1궤환수단 및 제2궤환수단의 출력을 합성하는 수단과, 스위칭수단 및 펄스폭제어수단을 구비하며, 상기 트랜스포머의 1차측과 상기 합성수단 사이에 연결되고, 상기 상태신호들에 대응되는 펄스폭제어신호를 발생하며 상기 입력전원을 스위칭 출력하는 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 다출력전원의 안정화회로.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1궤환수단이 기준전원발생수단과, 접지단과 상기 양전원출력단들 사이에 연결되는 저항들로 이루어지며 상기 출력 양전원들을 가산 및 분압하여 비교전원으로 발생하는 수단과, 상기 비교전원을 상기 기준전원과 비교하는 수단들로 구성되어 상기 출력 양전원들의 제1상태신호를 발생하며, 상기 제2궤환수단이 기준전원발생수단과, 전원공급단자와 상기 전원출력단들 사이에 연결되는 저항들로 이루어지며 상기 출력 음전원들을 가산 및 분압하여 비교전원으로 발생하는 수단과, 상기 비교전원을 상기 기준전원과 비교하는 수단들로 구성되어 상기 출력음전원들의 제2상태신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 다출력전원의 안정화회로.
6. 입력전원을 변환하여 적어도 두 개의 전원들을 출력하는 다출력전원단을 구비하는 스위칭 전원 장치의 전원 안정화 방법에 있어서, 상기 다출력전원단을 출력하는 출력전원들을 수신하는 과정과, 상기 수신한 출력전원들을 합성 및 분압하여 비교전원으로 발생하는 과정과, 상기 비교전원을 소정 기준전원과 비교하여 출력전원들의 상태신호를 발생하는 과정과, 상기 출력전원의 상태 신호에 대응하는 펄스폭 변조 신호를 발생하는 과정과, 상기 펄스폭 변조신호에 의해 상기 입력전원을 스위칭하여 출력전원들을 안정화시키는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 다출력전원의 안정화방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 비교전원을 발생하는 과정이, 상기 출력전원들을 가산하는 과정과, 상기 가산한 출력전원을 분압하여 평균화한 전압으로 변환하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 다출력전원의 안정화방법.