KR0136158Y1 - A stabilized circuit for s.m.p.s - Google Patents
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Abstract
본 고안은 스위칭모드 파워써플라이의 공급전력 안정화회로에 관한 것으로서, 입력전압의 크기에 따라 트랜스포머의 효율이 변화되어 트랜스포머에 흐르는 전류값에 차이가 발생 되는 것을 보상하기 위하여 정류 및 평활수단에 의해 변환된 직류전압을 분압하는 전압 분압수단과, 변환수단을 통하여 흐르는 전류량이 입력전압의 크기에 따라 차이가 발생되는 것을 보상하기 위하여 전압 분압수단에 의해 분압된 전압값에 따라 스위칭되어 제어수단에 인가되는 전류량을 소정크기만큼 보상하도록 한 전류 보상수단을 구비하였다.The present invention relates to a power supply stabilization circuit of a switching mode power supply, and the transformer efficiency is changed by the rectification and smoothing means to compensate for the variation in the current value flowing through the transformer according to the magnitude of the input voltage. Voltage dividing means for dividing the DC voltage and the amount of current applied to the control means by switching according to the voltage value divided by the voltage dividing means to compensate for the difference in the amount of current flowing through the converting means according to the magnitude of the input voltage. And current compensation means for compensating for the predetermined size.
Description
제1도는 일반적인 스위칭모드 파워써플라이의 개략적 회로도.1 is a schematic circuit diagram of a typical switched mode power supply.
제2도는 본 고안에 의한 스위칭모드 파워써플라이의 공급전력 안정화회로도.2 is a supply power stabilization circuit diagram of a switching mode power supply according to the present invention.
제3도의 (a) 및 (b)는 제2도에 도시된 마디(N)의 전압파형도이다.(A) and (b) of FIG. 3 are voltage waveform diagrams of node N shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 정류용 다이오드 2 : 평활용 컨덴서1: rectifier diode 2: smoothing capacitor
3 : 트랜스포머 4 : 스위칭부3: transformer 4: switching part
6 : 제어부 7 : 전류검출용 저항6: control unit 7: resistance for current detection
8,9 : 분압용 저항 10 : 제너 다이오드8,9 divider resistance 10 zener diode
본 고안은 스위칭모드 파워써플라이(switching mode power supply : 이하, SMPS라 약칭함)의 공급전력 안정화회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 110볼트와 220볼트 겸용 SMPS에 있어서, 입력전압의 크기에 관계없이 항상 일정한 공급전력을 유지할 수 있도록 하여 공급전력 변동에 따른 SMPS 및 시스템의 오동작 및 파괴를 방지하도록 한 SMPS의 공급전력 안정화회로에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply stabilization circuit of a switching mode power supply (hereinafter, abbreviated as SMPS), and more specifically, to a 110-volt and 220-volt SMPS, regardless of the magnitude of the input voltage. The present invention relates to a power supply stabilization circuit of an SMPS that can maintain a constant supply power at all times to prevent malfunction and destruction of the SMPS and system due to supply power fluctuations.
일반적으로, SMPS는 110볼트 또는 220볼트의 교류 상용전원을 소정크기의 직류 또는 교류전압으로 변환시켜 시스템에 공급함으로써, 시스템에서 필요한 소정크기의 전압을 공급하도록 한 장치로서, 제1도에 도시된 바와 같이, 상용교류전압을 정류 및 평활하여 직류전압으로 변환하기 위한 정류 및 평활소자인 다이오드(1) 및 컨덴서(2)와, 정류 및 평활소자(1,2)에 의해 직류로 변환된 상용전압을 소정크기로 변환하기 위하여 소정권선비의 1차권선과 2차권선을 갖는 트랜스포머(3)와, 트랜스포머(3)에 의해 변환되어 출력되는 전력량을 제어하기 위하여 트랜스포머(3)의 동작을 스위칭하는 스위칭부(4)와, 정류 및 평활소자(1,2)에 의해 직류로 변환된 상용전압을 이용하여 소정전류를 검출하는 전류검출용 저항(5)과, 전류검출용 저항(5)에 의해 검출된 소정전류에 의해 구동되어 스위칭부(4)의 스위칭동작을 제어하는 제어부(6), 및 트랜스포머(3)의 1차권선에 흐르는 전류량(It)을 검출하는 전류검출용 저항(7)으로 구성되어 있다.In general, SMPS is a device for supplying a voltage of a predetermined size required by the system by converting AC commercial power of 110 or 220 volts into a DC or AC voltage of a predetermined size, which is shown in FIG. As described above, the rectified and smoothed diodes (1) and capacitors (2), which are rectified and smoothed for converting the commercial AC voltage into DC voltages, and the commercial voltage converted to direct current by the rectified and smoothed elements (1,2). For switching the operation of the transformer 3 to control the transformer 3 having a primary winding and a secondary winding of a predetermined winding ratio and a power amount converted and outputted by the transformer 3 so as to convert to a predetermined size. Detected by the current detecting resistor 5 and the current detecting resistor 5 for detecting a predetermined current using the commercial voltage converted into direct current by the rectifying and smoothing elements 1 and 2; Predetermined current It is driven by consists of a control unit 6, and the amount of electric current (It) resistor 7 for current detection that detect the flow to the primary winding of the transformer (3) for controlling the switching operation of the switching unit (4).
이러한 구성을 갖는 SMPS는, 전압입력단자를 통하여 소정크기의 교류 상용전압(Vin)이 입력되면 입력전압은 정류용 다이오드(1)를 통하여 정류되어 교류 상용전압(Vin)의 플러스(+)와 마이너스(-)성분 중 마이너스(-)성분은 차단되고 플러스(+)성분만이 출력된다. 정류용 다이오드(1)에 의해 정류되어 플러스(+)성분만이 출력된 상용전압은 평활용 컨덴서(2)에 의해 충,방전이 반복되어 거의 직류전압의 형상에 가까운 상태(이하, 직류전압으로 칭함)로 평활된 후 출력된다.In the SMPS having such a configuration, when an AC commercial voltage Vin having a predetermined size is input through the voltage input terminal, the input voltage is rectified through the rectifying diode 1, and the positive and negative of the AC commercial voltage Vin are negative. The negative (-) component of the (-) component is blocked and only the positive (+) component is output. The commercial voltage rectified by the rectifying diode 1 and outputting only a positive component is repeatedly charged and discharged by the smoothing capacitor 2 to be almost in the shape of a DC voltage (hereinafter referred to as DC voltage). Outputs after smoothing).
이렇게 출력된 직류전압은 전류검출용 저항(5)에 의해 소정크기의 전류값이 검출되고, 이 검출된 전류는 제어부(6)에 공급되어 제어부(6)을 구동시킨다. 제어부(6)는 전류검출용 저항(7)으로부터 공급된 구동 전류에 의해 구동되어 전류검출용 저항(7)으로부터 인가된 트랜스포머(3)의 1차권선에 흐르는 전류량에 따라 스위칭부(4)에 펄스폭이 가변되는 소정 제어신호(C)를 출력하여 스위칭부(4)의 스위칭동작을 제어한다.The DC voltage thus output is detected by a current detecting resistor 5, and a current value of a predetermined size is detected, and the detected current is supplied to the controller 6 to drive the controller 6. The control section 6 is driven by the drive current supplied from the current detecting resistor 7 to the switching section 4 according to the amount of current flowing in the primary winding of the transformer 3 applied from the current detecting resistor 7. The control operation of the switching unit 4 is controlled by outputting a predetermined control signal C having a variable pulse width.
스위칭부(4)는 제어부(6)로부터 출력되고 가변 펄스폭을 갖는 소정제어신호에 따라 온-오프동작이 반복되는데, 이때 스위칭부(4)가 턴-온되면 정류 및 평활소자(1,2)에 의해 정류 및 평활된 직류전압은 트랜스포머(3)의 1차권선에 인가되어 저장된다. 이후, 스위칭부(5)가 턴-오프되면 트랜스포머(3)의 1차권선에 저장된 직류전압(Vt)은 2차권선으로 유도되는데, 이때, 1차권선으롭터 2차권선에 유도된 전압(Vs)은 1차권선과 2차권선의 비에 따라 그 크기가 변환되어 출력된다. 따라서, 출력단자를 통하여 적정크기의 전압을 인가받아 시스템을 구동시키게 된다.The switching unit 4 is output from the control unit 6 and the on-off operation is repeated according to a predetermined control signal having a variable pulse width. In this case, when the switching unit 4 is turned on, rectification and smoothing elements 1 and 2 The rectified and smoothed DC voltage is applied to the primary winding of the transformer 3 and stored. Subsequently, when the switching unit 5 is turned off, the DC voltage Vt stored in the primary winding of the transformer 3 is induced into the secondary winding. In this case, the voltage induced in the primary winding rotor secondary winding ( Vs) is output after converting its size according to the ratio between the primary winding and the secondary winding. Therefore, the system is driven by receiving the appropriate size voltage through the output terminal.
여기서, 이상적인 상태의 SMPS인 경우 트랜스포머(3)의 1차권선에 흐르는 전류(It)는 동일하지만, 트랜스포머(3)의 효율에 따라 아래의 (식-1)과 같이 트랜스포머(3)의 1차권선에 흐르는 전류(It)는 변화된다.Here, in the case of the SMPS in the ideal state, the current It flowing through the primary winding of the transformer 3 is the same, but according to the efficiency of the transformer 3, the primary of the transformer 3 is expressed as shown in Equation-1 below. The current It flowing in the winding is changed.
(식-1) (Equation-1)
여기서, It는 트랜스포머(3)에 흐르는 전류,Where It is the current flowing in the transformer 3,
L1은 트랜스포머(3)의 1차권선의 리액턴스,L1 is the reactance of the primary winding of the transformer (3),
T는 제어부(6)로부터 출력된 제어신호의 펄스주기,T is the pulse period of the control signal output from the control unit 6,
Ps는 최종출력전력(It X Vt),Ps is the final output power (It X Vt),
η는 트랜스포머(3)의 효율이다.η is the efficiency of the transformer 3.
즉, 트랜스포머(3)의 1차권선에 흐르는 전류 즉, 마디(N)의 전류(It)는 트랜스포머(3)의 효율(η)에 반비례하여 변화되는데, 입력전압이 110볼트인 경우에 비하여 220볼트인 경우가 효율이 높으므로, 결국 마디(N)의 전류(It)는 110볼트에 비하여 220볼트가 낮게 된다.That is, the current flowing in the primary winding of the transformer 3, that is, the current It of the node N changes in inverse proportion to the efficiency η of the transformer 3, which is 220 compared with the case where the input voltage is 110 volts. In the case of volts, since the efficiency is high, the current It of the node N becomes 220 volts lower than 110 volts.
이러한 경우, 제어부(6)는 마디(N)의 전류(It)의 크기에 따라 스위칭부(4)의 스위칭동작을 제어하게 된다. 즉, 제어부(6)는 마디(N)의 전류(It)값이 크면 스위칭부(4)의 턴-온주기가 짧게 되도록 제어신호(C)의 펄스주기를 제어하고, 마디(N)의 전류(It)값이 작으면 스위칭부(4)의 턴-온주기가 길게 되도록 제어신호(C)의 펄스주기를 제어한다. 따라서, 최종 출력전력은 스위칭부(4)의 온-오프간격에 의해 입력전압이 110볼트일 때보다 220볼트일 때가 더 증가하게 된다.In this case, the controller 6 controls the switching operation of the switching unit 4 according to the magnitude of the current It of the node N. That is, the control part 6 controls the pulse period of the control signal C so that the turn-on period of the switching part 4 may become short when the value of the current It of the node N is large, and the current of the node N is controlled. If the value of It is small, the pulse period of the control signal C is controlled so that the turn-on period of the switching section 4 is long. Therefore, the final output power is increased more when the input voltage is 220 volts than when the input voltage is 110 volts by the on-off interval of the switching unit (4).
이러한 경우, SMPS의 출력전력이 변동됨으로 인하여 시스템이 불안정하게 되어 시스템이 오동작되거나 파괴되는 문제점이 있었다.In this case, there is a problem that the system is unstable due to variations in the output power of the SMPS, the system malfunctions or is destroyed.
따라서, 본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 입력전압의 크기에 관계없이 트랜스포머에 흐르는 전류량을 제어함으로써, SMPS의 최종 출력전력을 안정화시킨 SMPS의 공급전력 안정화회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a SMPS supply power stabilization circuit which stabilizes the final output power of an SMPS by controlling the amount of current flowing through a transformer regardless of the magnitude of an input voltage. Is in.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은, 교류 입력전압을 정류 및 평활하여 직류전압으로 변환하는 정류 및 평활수단과, 정류 및 평활수단에 의해 변환된 직류전압을 적정크기로 변환하여 출력하는 변환수단과, 변환수단의 동작을 스위칭하는 스위칭수단과, 상기 변환수단을 통하여 흐르는 전류량을 검출하여 스위칭수단의 스위칭 포인트를 제어하는 제어수단을 구비하는 스위칭모드 파워써플라이의 공급전력 안정화회로에 있어서: 상기 정류 및 평활수단에 의해 변환된 직류전압을 분압하는 전압 분압수단; 및 상기 변환수단을 통하여 흐르는 전류량이 입력전압의 크기에 따라 차이가 발생되는 것을 보상하기 위하여 상기 전압분압수단에 의해 분압된 전압값에 따라 스위칭되어 상기 제어수단에 인가되는 전류량을 소정크기만큼 보상하도록 한 전류 보상수단을 구비하는 스위칭모드 파워써플라이의 공급전력 안정화회로에 있다.Features of the present invention for achieving the object as described above, rectifying and smoothing means for rectifying and smoothing the AC input voltage to a DC voltage, and by converting the DC voltage converted by the rectifying and smoothing means to an appropriate size A switching means for outputting, a switching means for switching the operation of the converting means, and a control means for detecting an amount of current flowing through the converting means and controlling a switching point of the switching means. A voltage dividing means for dividing the DC voltage converted by the rectifying and smoothing means; And to compensate for the amount of current applied to the control means by being switched according to the voltage value divided by the voltage dividing means to compensate for the difference in the amount of current flowing through the conversion means according to the magnitude of the input voltage. A power supply stabilization circuit of a switched mode power supply having a current compensating means.
본 고안에 있어서 전류 보상수단은, 제너다이오드로 구성하는 것이 바람직하다.In the present invention, the current compensating means is preferably composed of a zener diode.
이하, 본 고안에 의한 SMPS의 공급전력 안정화회로의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the power supply stabilization circuit of the SMPS according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 고안에 의한 SMPS의 공급전력 안정화회로도이다. 제2도에 있어서 제1도와 동일한 참조부호는 같은 부품을 표시하므로 이들에 대한 설명은 생략하고, 본 고안의 필수 구성요소만을 설명한다.2 is a supply power stabilization circuit diagram of the SMPS according to the present invention. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts, and thus descriptions thereof will be omitted and only essential components of the present invention will be described.
제2도를 보면, 제1도의 구성부분중 제어부(6)의 구동전류를 검출하는 전류검출용 저항(5)을 직렬연결된 두개의 분압용 저항(8,9)으로 대체 구성하고, 이 분압용 저항(8,9)값의 합은 제1도의 전류검출용 저항(5)과 동일하도록 하였다.2, the current detecting resistor 5 for detecting the drive current of the controller 6 is replaced by two voltage dividing resistors 8 and 9 connected in series. The sum of the values of the resistors 8 and 9 is equal to that of the resistor 5 for current detection in FIG.
또한, 두개의 분압용 저항(8,9) 사이에서 분기되어 두개의 분압용 저항(8,9)에 의해 분압된 전압값에 따라 스위칭되는 제너 다이오드(10)를 구성하여 제너 다이오드(10)가 턴-온되었을 때 마디(N)의 전압값이 소정크기만큼 증가되도록 하였다.In addition, a zener diode 10 is formed by branching between two voltage dividing resistors 8 and 9 and switching in accordance with a voltage value divided by two voltage dividing resistors 8 and 9. When turned on, the voltage value of the node N was increased by a predetermined size.
전술한바와 같은 구성을 갖는 본 고안의 동작을 보면 다음과 같다. 단, 여기서, 제너다이오드(10)는 입력전압(Vin)이 110볼트인 경우에는 도통되지 않고, 입력전압(Vin)이 220볼트인 경우에는 도통되어 마디(N)의 전류(It)값을 소정크기만큼 증가시키도록 제너다이오드(10)의 스위칭 전압값을 세팅하였다고 가정한다.Looking at the operation of the present invention having the configuration as described above are as follows. Here, the zener diode 10 is not conducting when the input voltage Vin is 110 volts, but is conducting when the input voltage Vin is 220 volts to determine the current It value of the node N. It is assumed that the switching voltage value of the zener diode 10 is set to increase by a magnitude.
먼저, 110볼트가 입력된 경우에는 정류용 다이오드(1)와 평활용 컨덴서(2)를 통하여 정류 및 평활된 직류전압은 트랜스포머(3)의 1차권선에 인가된다. 이때, 제어부(6)로부터 하이상태의 제어신호(C)가 인가되면 스위칭부(4)는 턴-온되고 트랜스포머(3)는 인가된 직류전압을 저장한다. 이때, 마디(N)에 흐르는 전류량은 초기 세팅된 상태와 같이 제너 다이오드(10)가 도통되어 있지 않으므로 제3도의 (a)에 도시된 바와 같이 It가 되고, 이 전류(It)값이 제어부(6)에 인가되어 스위칭부(4)의 스위칭 포인트를 제어하게 된다.First, when 110 volts is input, the rectified and smoothed DC voltage through the rectifying diode 1 and the smoothing capacitor 2 is applied to the primary winding of the transformer 3. At this time, when the control signal C of the high state is applied from the control unit 6, the switching unit 4 is turned on and the transformer 3 stores the applied DC voltage. At this time, since the zener diode 10 is not conducting as in the initial set state, the amount of current flowing through the node N becomes It as shown in FIG. 3 (a), and the current It value is the control unit ( 6) to control the switching point of the switching unit (4).
다음으로, 220볼트가 입력된 경우에는 정류용 다이오드(1)와 평활용 컨덴서(2)를 통하여 정류 및 평활된 직류전압은 트랜스포머(3)의 1차권선에 인가된다. 이때 제어부(6)로부터 하이상태의 제어신호(C)가 인가되면 스위칭부(4)는 턴-온되고 트랜스포머(3)는 인가된 직류전압을 저장한다. 이때, 마디(N)에 흐르는 전류량은 110볼트가 입력된 경우보다 작은 값이 검출된다. 따라서, 초기 세팅된 상태와 같이 제너 다이오드(10)가 도통되어 있으므로, 110볼트가 입력되는 경우와 220볼트가 입력된 경우의 전류량차를 보상하여 제3도의 (b)에 도시된 바와 같이 It'+Iz가되고, 이 전류값(It +Iz)이 제어부(6)에 인가되어 스위칭부(4)의 스위칭 포인트를 제어하게 된다. 여기서, 110볼트가 입력된 경우의 마디 전류값(It)은 220볼트가 입력된 경우의 마다 전류값(It' +Iz)와 동일한 값이 된다. 따라서, 제어부(6)에 인가된 마디(N)의 전류값이 동일하므로, 제어부(6)의 제어신호가 동일한 펄스폭을 갖게되어 최종 출력전력은 동일하게 유지된다.Next, when 220 volts is input, the rectified and smoothed DC voltage through the rectifying diode 1 and the smoothing capacitor 2 is applied to the primary winding of the transformer 3. At this time, when the control signal C of the high state is applied from the control unit 6, the switching unit 4 is turned on and the transformer 3 stores the applied DC voltage. At this time, the value of the current flowing through the node (N) is detected a value smaller than when 110 volts is input. Therefore, since the zener diode 10 is turned on as in the initial set state, it is compensated for the difference in the amount of current when 110 volts are input and 220 volts is input, as shown in (b) of FIG. + Iz, and this current value It + Iz is applied to the control section 6 to control the switching point of the switching section 4. Here, the node current value It when the 110 volts is input becomes the same value as the current value It '+ Iz for every 220 volts input. Therefore, since the current value of the node N applied to the control part 6 is the same, the control signal of the control part 6 has the same pulse width, and the final output power is kept the same.
따라서, 입력전압의 크기변화에 대한 트랜스포머의 1차권선에 흐르는 전류값의 차이를 보상하기 위하여 제너 다이오드를 구성함으로써, 항상 일정한 전류값이 제어부에 공급되어 일정한 제어신호를 출력하게 되어 최종 출력전력을 안정화시킬 수 있게 된다.Therefore, the Zener diode is configured to compensate for the difference in the current value flowing in the primary winding of the transformer with respect to the change in the magnitude of the input voltage, so that a constant current value is always supplied to the controller to output a constant control signal, thereby improving the final output power. It can be stabilized.
전술한 바와 같이 본 고안에 따른 SMPS의 공급전력 안정화회로에 의하면, 입력전압의 크기에 관계없이 항상 일정한 출력전력을 얻을 수 있으므로, SMPS 및 시스템이 오동작되거나 파괴되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the power supply stabilization circuit of the SMPS according to the present invention, since a constant output power can be always obtained regardless of the magnitude of the input voltage, there is an advantage that the SMPS and the system can be prevented from being malfunctioned or destroyed.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20051028 Year of fee payment: 8 |
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