KR0122819Y1 - 과부하 보호회로 - Google Patents

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KR0122819Y1 KR2019950001113U KR19950001113U KR0122819Y1 KR 0122819 Y1 KR0122819 Y1 KR 0122819Y1 KR 2019950001113 U KR2019950001113 U KR 2019950001113U KR 19950001113 U KR19950001113 U KR 19950001113U KR 0122819 Y1 KR0122819 Y1 KR 0122819Y1
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Abstract

이 고안은 과부하 보호회로에 관한 것으로서, 스위치 모드 파워 서플라이에서 2차측에서 과부하가 걸렸을 때 PMW 제어용 칩에 공급되는 VCC전압을 다운시켜서 스위치 모드 파워 서플라이가 재동작하지 않게 하여 스위치 모드 파워 서플라이의 파손을 방지하는 과부하 보호회로에 관한 것이다.

Description

과부하 보호회로
제1도는 종래의 과부하 보호회로를 나타낸 단면도.
제2도는 이 고안의 실시예에 따른 과부하 보호회로를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
IC 1 : PWM 제어용 칩 IC 2 : 션트 레귤레이터
Q1 : 스위칭 소자 Tr 1, Tr 2, Tr 3 : 트랜지스터
ZD : 제너 다이오드 D1 : 다이오드
이 고안은 과부하 보호회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스위치 모드 파워 서플라이(SMPS ; Switched Mode Power Supply)에서 2차측 회로를 보호하기 위한 과부하 보호회로에 관한 것이다.
전자 계산기, 전자 교환기 및 OA 기기 등 전자, 통신기기의 직류 안정화 전원으로서 폭넓게 이용되고 있는 스위치 모드 파워 서플라이는 반도체 소자의 스위칭 프로세서를 이용하여 전력의 흐름을 제어함으로써 종래의 안정화 전원에 비하여 고효율, 소형 및 경량화에 큰 장점을 갖는 안정화 전원이라고 할 수 있다.
그런데 이러한 전자, 통신기기에 있어서 시스템 부분은 반도체 집적회로의 발전에 수반하여 급속히, 소형, 경량화가 이루어지고 있는 반면에 전원 부분은 에너지 축적용 소자인 인덕터 및 캐패시터의 존재로 인하여 기대하는 만큼의 속도로 소형, 경량화가 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 전자, 통신기기의 소형, 경량화라는 측면에서 볼 때 스위치 모드 파워 서플라이의 소형, 경량화는 상대적으로 큰 비중을 차지한다고 볼 수 있다.
스위치 모드 파워 서플라이는 스위칭 주파수를 높여 에너지 축적용 소자를 소형화함으로써 소형, 경량화를 이룰 수 있다.
이를 위해서는 고속의 반도체 스위칭 소자의 개발이 필요하게 된다.
그러나 스위칭 주파수를 고주파화하면 스위칭 손실, 인덕터 손실등 전력 손실이 증대하게 되므로 이에 대한 대비책이 별도로 강구되어야 한다.
그리고 스위칭에 의해서 발생하는 서지, 노이즈의 문제도 함께 고려되어야 할 것이다.
또한, 스위치 모드 파워 서플라이는 전자, 통신기기에 있어서 안정된 전력을 공급해 주어야 한다는 의미에서 시스템이 심장부라고 할 수 있으며, 많은 경우에 있어서 시스템의 고장이 안정된 전력을 공급해 주지 못하는 데 기인한다는 사실을 고려할 때 스위치 모드 파워 서플라이의 연구개발은 현대의 전자, 정보, 통신산업의 발달에 기본적이고 필수적인 위치에 있다고 할 수 있다.
이러한 중요한 의미를 갖는 스위치 모드 파워 서플라이는 전력용 트랜지스터등 반도체 스위칭 소자를 사용하여 입력되는 직류 상태의 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 다음 필터를 통하여 제어된 직류 출력 전압을 얻는 장치이다.
이때, 직류 출력 전압의 제어는 스위치의 온(on), 오프(off) 기간을 제어함으로써 이루어진다.
스위치 모드 파워 서플라이의 동작은 직류(입력)에서 직류(출력)로의 변환(DC-DC conversion)을 기본으로 하고 있으므로 스위치 모드 파워 서플라이를 DC-DC 컨버터(DC-DC convertor)라고 부르기도 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 과부하 보호회로에 대하여 설명한다.
제1도는 종래의 과부하 보호회로를 나타낸 도면이다.
제1도에 도시되어 있듯이, 일반적으로 과부하 보호회로는 2차측 출력(P0)이 증가하면(과부하 상태) 스위칭 소자(Q1)로 흐르게 되는 전류 Id가 증가하게 되므로 A점의 전압이 증가하게 된다.
상기와 같이 2차측 출력의 증가로 과부하 상태가 되는 경우 저항(R1)의 값을 설정하여 PWM(Pulse Width Modulation) 제어용 칩(IC 1)의 3번 핀에 인가되는 전압이 일예를 들어 1V가 되게 조정하면 PWM 제어용 침(IC 1)의 6번 핀에서 출력되는 펄스폭이 아주 적게 되어 스위칭 소자(Q1)의 동작을 제한하므로 2차측 출력이 다운되어 2차측 출력단에 연결되는 시스템측으로 공급되는 전압 차단된다.
상기한 바와 같은 종래의 과부하 보호회로는 과부하의 발생으로 2차측으로 출력되는 전압이 차단된 상태에서 PWM 제어용 칩에 전압이 계속하여 공급되고 있는 관계로 인하여 PWM 제어용 칩이 재동작하게 되므로 6번 핀의 출력에 의해 스위칭 소자가 동작을 다시 시작하여 2차측 전력을 발생시키며, 동시에 과부하의 발생으로 스위칭 소자를 오프시키는 동작이 실행된다.
따라서, 2차측 출력에 과부하 상태가 되면 연속적으로 온/오프가 반복적으로 일어나므로 2차측 다이오드에 과도한 전류가 흘러 다이오드를 파괴하며 결과적으로 스위치 모드 파워 서플라이를 손상시키게 되는 문제점을 야기한다.
따라서, 이 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2차측에 과부하가 걸렸을 때 PWM 제어용 칩에 공급되는 VCC전압을 다운시켜서 스위치 모드 파워 서플라이가 재동작하지 않게 하는 과부호 보호회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 이 고안은 과부하 보호회로에 있어서, 설정된 권선비에 따라 입력 전압을 출력단에 접속된 시스템에 필요한 전압으로 변환시키는 트랜스포머와, 스위칭 동작을 통해 상기 트랜스포머의 출력전압을 조정하는 스위칭 소자 및, 전원 온에 따라 설정된 펄스폭을 출럭하여 상기 스위칭 소자를 동작시키면 검출되는 2차측 전압 변동분을 분석하여 출력 펄스를 제어하는 PWM 제어용 칩을 포함하되, 상기 PWM 제어용 칩의 특정 출력 핀들과 연결되어 초기 전원의 인가시에 상기 스위칭 소자의 게이트 단자에 인가되는 펄스폭을 제어하는 소프트 스타트 회로와; 상기 소프트 스타트 회로와 VCC를 연결하여 상기 PWM 제어용 칩에 검출되는 2차측 전압 변동분이 과부하 상태인 경우 상기 PWM 제어용 칩에 인가되는 VCC전압을 제한하는 입력 전압 제어회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 이 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 이 고안을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시에를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 이 고안의 실시예에 따른 과부하 보호회로를 나타낸 도면이다.
제2도에 도시되어 있듯이 이 고안은 입력되는 일차측 코일에 입력되는 전압(Vin)을 설정딘 권선비에 따라 변환시켜 2차측 코일을 통해 출력하는 트랜스포머(10)와, 상기 트랜스포머(10)의 출력전압을 제어하는 PWM 제어용 칩(IC 1)과, 상기 트랜스포머(10)의 일차측 코일 일측단에 소오스 단자가 연결되고 드레인 단자가 그라운드로 연결되며 게이트 단자에 상기 PWM 제어용 칩(IC 1)의 출력단자인 6번 핀이 연결되어 PWM 제어용 칩(IC 1)에서 출력되는 PWM 신호에 따라 스위칭되는 스위칭 소자(Q1)와, 상기 PWM 제어용 칩(IC 1)의 출력단자인 1번 핀과 8핀을 연결하여 초기 전원의 인가시 상기 스위칭 소자(Q1)의 펄스폭을 제어하는 소프트 스타트 회로(가)와, VCC전압 입력단자인 7번 핀과 상기 소프트 스타트 회로(가)에 연결되는 PWM 제어용 칩(IC 1)의 출력단자인 1번 핀을 연결하여 시스템이 연결되는 2차측 과부하시에 상기 PWM 제어용 칩(IC 1)에 입력되는 전압(VCC)를 제어하는 PWM 제어용 칩의 입력 전압 제어부(나)로 이루어진다.
상기 PWM 제어용 칩(IC 1)은 7번 핀으로 소정의 V, 일예를 들어 10V이하의 VCC전압이 공급되면 6번 핀의 출력이 발생되지 않고, 2번 핀을 통하여 검출되는 2차측 전압 변동분은 내부의 에러 앰브(Error Amp)에 인가하며, 내부 앰프의 출력을 1번 핀을 통해 소프트 스타트 회로(가) 및 PWM 제어용 칩의 입력 전압 제어부(나)로 출력한다.
상기 스위칭 소자(Q1)는 상기 PWM 제어용 칩(IC 1)의 6번 핀에서 공급되는 PWM 펄스에 따라 스위칭되어 상기 트랜스포머(10)의 전압 변환을 조정한다.
상기 소프트 스타트 회로(가)는 에미터 단자가 상기 PWM 제어용 칩(IC 1)의 1번 핀과 연결되고 콜렉터 단자가 그라운드로 연결되며 베이스 단자가 PWM 제어용 칩(IC 1)의 8번 핀과 연결되는 제1트랜지스터(Tr 1)와, 다이오드와 병렬로 연결되고 상기 PWM 제어용 칩(IC 1)의 8번 핀에 일측단자가 연결되고 상기 제1트랜지스터(Tr 1)의 베이스 단자에 다른 일측단자가 연결되는 제1저항(R1)과, 다이오드와 일측단자가 직렬로 연결되고 다른 일측단자는 그라운드로 연결되는 제1캐패시터(C 1)로 이루어진다.
상기의 제1캐패시터(C1)는 다이오드와의 사이에서 상기 제1트랜지스터(Tr 1)의 베이스 단자에 병렬로 연결된다.
상기의 PWM 제어용 칩의 입력 전압 제어부(나)는 PWM 제어용 칩(IC 1)의 1번 핀과 상기 소프트 스타트 회로(가)내의 제1트랜지스터(Tr 1)의 에미터 단자에 +단자가 연결되는 제1다이오드(D1)와, 일측단자가 상기 PWM 제어용 칩(IC 1)의 1번 핀과 제1다이오드(D1)의 +단자 그리고 상기 소프트 스타트 회로(가) 내의 제1트랜지스터(Tr 1)의 에미터 단자에 연결된 제2저항(R2)과, 상기 저항(R2)과 다른 일측 단자와 일측단자가 연결되고 다른 일측 단자는 그라운드로 연결되는 제3저항(R3)과, 상기 제1다이오드(D1)의 -단자와 +단자가 연결되는 제너 다이오드(ZD)와, 상기 제너 다이오드(D1)의 -단자와 일측단자가 연결되고 다른 일측단자는 VCC및 상기 PWM 제어용 칩(IC 1)의 7번 핀과 연결되는 제4저항(R4)과, 상기 제1다이오드(D1)의 -단자와 에미터 단자가 연결된 제2트랜지스터(Tr 2)와, 상기 제2저항(R2)의 일측단자와 1번 핀이 연결된 션트 레귤레이터(IC 2)와, 상기 제2트랜지스터(Tr 2)의 베이스 단자에 연결되는 상기 션트 레귤레이터(IC 2)의 3번 핀과 콜렉터 단자가 연결되는 제3트랜지스터(Tr 3)로 이루어진다.
전술한 바와 같은 기능을 구비하여 이루어지는 이 고안의 과부하 보호회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
초기에 Vin을 통하여 트랜스포머(10)의 1차측 코일에 전원을 인가하면 2차측 코일에서 출력되는 출력단(P0)의 전압이 0을 유지하고 있는 상태이므로 PWM 제어용 칩(IC 1)의 2번 핀으로 피드백 검출되는 2차측 전압 변동분은 0이 된다.
따라서, PWM 제어용 칩(IC 1)은 설정된 스위칭 펄스 전압을 6번 핀을 통해 출력하여 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자에 인가하므로 스위칭 소자(Q1)의 온/오프 스위칭에 따라 트랜스포머(10)의 2차측 출력단(P0)에 권선비로 변환된 전압이 출력되어 진다.
이때, 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자에 순간적으로 많은 피크(Peak) 전류가 흐르게 되면 스위칭 소자(Q1)을 파손시키게 되므로, 소프트 스타트회로(가)의 제1저항(R1)과 제1캐패시터(C1)로 이루어지는 시정수 회로는 제1트랜지스터(Tr 1)를 서서히 오프시켜 PWM 제어용 칩(IC 1)의 1번 핀 출력전압을 서서히 상승시킨다.
따라서, PWM 제어용 칩(IC 1)의 6번 핀에서 출력되는 스위칭 펄스폭도 서서히 증가되어 스위칭 소자(Q1)의 파손을 방지함과 동시에 2차측 전압의 출력을 안정되게 유지한다.
상기와 같이 공급되는 전원이 트랜스포머(10)의 권선비에 따라 변화되어 출력단(P0)에 연결되어 있는 부하측에 필요로 하는 전원을 공급하는 상태에서 PWM 제어용 칩(IC 1)의 2번 핀에서 검출되는 2차측 전압 변동분이 2차측에 이상현상, 즉 과부하 상태로 검출되면 PWM 제어용 칩(IC 1)은 1번 핀의 출력전압을 정상시의 전압보다 높게 출력한다.
이때, 소프트 스타트 회로(가) 내의 제1트랜지스터(Tr 1)가 오프 상태를 유지하고 있으므로 1번 핀에서 출력되는 전압은 제2저항(R2)과 제3저항(R3)에 분배된 다음 PWM 제어용 칩의 입력 전압 제어부(나)의 션트 레귤레이터(IC 2)의 1번 핀에 인가된다.
션트 레귤레이터(IC 2)는 1번 핀에 인가되는 전압이 설정된 내부 기준전압 2.5V보다 높은 상태이면 도통되어 3번 핀의 전압이 2번 핀을 통하여 그라운드 측으로 흐르게 된다.
따라서, 제2트랜지스터(Tr 2)의 베이스 단자에 인가되는 전압이 로우를 유지하게 되어 스위칭 온되며, 제2트랜지스터(Tr 2)의 온으로 제3트랜지스터(Tr 3)의 베이스 단자에 인가되는 전압이 하이가 되어 제3트랜지스터(Tr 3)를 스위칭 온 시킨다.
상기에서 제3트랜지스터(Tr 3)가 온되면 상기 제2트랜지스터(Tr 2)는 오프되며, 제3트랜지스터(Tr 3)가 오프되면 제2트랜지스터(Tr 2)는 온되는 동작을 반복하게 되어 제3트랜지스터(Tr 3)의 에미터 단자의 전압을 소정의 V, 일예를 들어 1V이하로 떨어지게 된다.
이때, 제1다이오드(D1)를 통하여 PWM 제어용 칩(IC 1)의 1번 핀의 전압이 떨어져 PWM 제어용 칩(IC 1)의 6번 핀을 통한 출력 펄스가 제한된다.
한편, 제2트랜지스터(Tr 2)의 에미터 전압이 떨어지면 제4저항(R4)과 제너 다이오드(ZD)로 VCC의 전압이 흐르게 되어 설정된 소정의 V, 일예를 들어 10V이하로 떨어지게 되므로 PWM 제어용 칩(IC 1)의 동작이 오프된다.
상기에서 제4저항(R4)과 제너 다이오드(ZD)는 설계시 적당한 값을 고려한다.
앞에서 설명한 바와 같이, PWM 제어용 칩(IC 1)에 검출되는 2차측 전압 변동분이 과부하 상태이면 제2트랜지스터(Tr 2)와 제3트랜지스터(Tr 3)의 반복적인 온/오프의 동작으로 VCC의 전압을 설정된 전압 이하로 유지시키므로 스위치 모드 파워 서플라이는 오프 상태를 유지하게 된다.
따라서, 재동작을 위해서는 스위칭 온 동작으로 Vin전압을 재공급하여야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 이 고안의 실시예에서, 스위치 모드 파워 서플라이의 2차측에 과부하가 걸렸을 때 PWM 제어용 칩에 공급되는 VCC전압을 다운시켜 스위치 모드 파워 서플라이가 재동작하지 않게 하므로 스위치 모드 파워 서플라이의 파손이 방지되어 출력단에 연결되는 시스템의 동작에 안정성을 제공한다.

Claims (3)

  1. 과부하 보호회로에 있어서, 설정된 권선비에 따라 입력 전압을 출력단에 접속된 시스템에 필요한 전압으로 변환시키는 트랜스포머와, 스위칭 동작을 통해 상기 트랜스포머와 출력전압을 조정하는 스위칭 소자 및, 전원 온에 따라 설정된 펄스폭을 출력하여 상기 스위칭 소자를 동작시키며 검출되는 2차측 전압 변동분을 분석하여 출력 펄스를 제어하는 PWM 제어용 칩을 포함하되, 상기 PWM 제어용 칩이 특정 출력 핀들과 연결되어 초기 전원의 인가시에 상기 스위칭 소자의 게이트 단자에 인가되는 펄스폭을 제어하는 소프트 스타트 회로와; 상기 소프트 스타트 회로와 VCC를 연결하여 상기 PWM 제어용 칩에 검출되는 2차측 전압 변동분이 과부하 상태인 경우 상기 PWM 제어용 칩에 검출되는 2차측 전압 변동분이 과부하 상태인 경우 상기 PWM 제어용 칩에 인가되는 VCC전압을 제한하는 입력 전압 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 과부하 보호회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소프트 스타트 회로는 에미터 단자가 상기 PWM 제어용 칩의 1번 핀과 연결되고 콜렉터 단자가 그라운드로 연결되며 베이스 단자가 PWM 제어용 칩의 8번 핀과 연결되는 제1트랜지스터(Tr 1)와; 다이오드와 병렬로 연결되고 상기 PWM 제어용 칩의 8번 핀에 일측단자가 연결되고 상기 제1트랜지스터(Tr 1)의 베이스 단자에 다른 일측단자가 연결되는 제1저항(R1)과; 다이오드와 일측단자가 직렬로 연결되고 다른 일측단자는 그라운드로 연결되는 제1캐패시터(C1)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하 보호회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 입력 전압 제어회로는 상기 PWM 제어용 칩의 1번의 핀과 상기 소프트 스타트 회로내의 제1트랜지스터(Tr1)의 에미터 단자에 +단자가 연결되는 제1다이오드(D1)와; 일측단자가 상기 PWM 제어용 칩의 1번 핀과 제1다이오드(D1)의 +단자 그리고 소프트 스타트 회로내의 제1트랜지스터(Tr 1)의 에미터 단자에 연결된 제2저항(R2)과; 상기 제2저항(R2)과 다른 일측 단자와 일측단자가 연결되고 다른 일측단자는 그라운드로 연결되는 제3저항(R3)과; 상기 제1다이오드(D1)의 -단자와 +단자가 연결되는 제너 다이오드(ZD)와; 상기 제너 다이오드(ZD)의 -단자와 일측단자가 연결되고 다른 일측단자는 VCC및 상기 PWM 제어용 칩의 7번 핀과 연결되는 제4저항(R4)과; 상기 제1다이오드(D1)의 -단자와 에미터 단자가 연결된 제2트랜지스터(Tr 2)와; 상기 제2저항(R2)의 일측단자와 1번 핀이 연결된 션트 레귤레이터와; 상기 제2트랜지스터(Tr 2)의 베이스 단자에 연결되는 상기 션트 레귤레이터의 3번 핀과 콜렉터 단자가 연결되는 제3트랜지스터(Tr 3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 과부하 보호회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020034607A (ko) * 2000-11-02 2002-05-09 송재인 디씨 디씨 컨버터의 보호 회로

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KR20020034607A (ko) * 2000-11-02 2002-05-09 송재인 디씨 디씨 컨버터의 보호 회로

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