KR0145099B1 - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
링잉 쵸오크 변환기방식을 이용하여 교류전원에 포함된 고조파성분을 감소하는 스위칭 전원장치를 제공한다. 본 발명의 스위칭 전원장치의 구성은, 스위칭소자2에 직렬로 저항5를 접속하고, 트랜스1의 정귀환권선 IC에 저항 6과 저항7을 직렬로 접속하며, 동시에 저항 5에 생기는 전압과 저항 6과 저항7에 의해 분압되는 전압이 같은 값이 되도록 스위칭소자2의 제어전극을 트랜지스터 8에 의해 제어한다.Provided is a switching power supply using a ringing choke converter to reduce harmonic content in an AC power supply. In the configuration of the switching power supply of the present invention, the resistor 5 is connected in series with the switching element 2, the resistor 6 and the resistor 7 are connected in series with the positive feedback winding IC of the transformer 1, and at the same time, The control electrode of the switching element 2 is controlled by the transistor 8 so that the voltage divided by the resistor 7 becomes the same value.
Description
제1도는 본 발명의 실시예에 관련된 스위칭 전원장치를 나타내는 회로도.1 is a circuit diagram showing a switching power supply according to an embodiment of the present invention.
제2도는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 스위칭 전원장치를 나타내는 회로도.2 is a circuit diagram showing a switching power supply according to another embodiment of the present invention.
제3도는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 스위칭 전원장치를 나타내는 회로도.3 is a circuit diagram showing a switching power supply according to another embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명의 또다른 실시예에 관련된 스위칭 전원장치를 나타내는 회로도.4 is a circuit diagram showing a switching power supply according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 트랜스 2 : MOSFET1: transformer 2: MOSFET
3 : 저항 4 : 콘덴서3: resistor 4: capacitor
5∼7 : 저항 8 : NPN트랜지스터5 to 7: Resistance 8: NPN transistor
9 : 다이오드 10 : 콘덴서9: diode 10: capacitor
11 : NPN트랜지스터 12,13 : 저항11: NPN transistor 12,13: resistance
14 : 기준전압원 15 : 오차증폭기14: reference voltage source 15: error amplifier
1A : 트랜스의 1차권선 1B :트랜스의 2차 권선1A: Primary winding of transformer 1B: Secondary winding of transformer
1C : 트랜스의 정귀환권선 8A : 기준전압원1C: Positive return winding of transformer 8A: Reference voltage source
8B : 다이오드 101 : 교류전원8B: Diode 101: AC Power
102 : 전파정류기 103 : 인덕터102: full wave rectifier 103: inductor
104 : 콘덴서 105 : 다이오드104: capacitor 105: diode
106 : 콘덴서 107 : 부하106: condenser 107: load
본 발명은 스위칭 전원의 교류 입력전류에 포함된 고조파성분을 감소하는 수단에 관한 것이다.The present invention relates to a means for reducing harmonic components contained in the AC input current of a switching power supply.
스위칭 전원의 교류 입력전원에 포함된 고조파성분을 감소하는 종래의 회로는 타려(separate excitation)식 변환기를 이용하였다.Conventional circuits for reducing harmonic content included in an AC input power source of a switching power supply have used a separate excitation converter.
종래의 타려식 변환기는 스위칭 소자의 턴 온, 턴 오프의 어느 타이밍에서나 노이즈를 쉽게 발생하며, 또한 회로가 복잡하게 되는 결점을 가지고 있다.The conventional type converter has a drawback that noise is easily generated at any timing of turning on and off of the switching element, and the circuit becomes complicated.
그래서 본 발명은 종래에 사용되어 온 블로킹 발진기의 발진원리를 이용하여 노이즈가 작은 자려(self excitation)식 스위칭 전원을 구성하고, 스위칭소자를 흐르는 전류의 피크치의 엔벨로프를 입력 전압파형에 가깝게 하므로서, 교류입력전류에 포함된 고조파성분을 감소하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention constructs a self-excited switching power supply with low noise by using the oscillation principle of a blocking oscillator that has been used in the past, and makes the envelope of the peak value of the current flowing through the switching element close to the input voltage waveform, An object of the present invention is to reduce harmonic components included in an input current.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 청구항1 기재의 발명에 있어서 정귀환권선(positive feedback winding)에 발생하는 정귀환전압이 입력전압에 비례하는 것을 이용하고, 이 전압을 적당한 비율로 분압하여 얻어진 전압과, 스위칭소자를 흐르는 전류에 의해 스위칭 소자와 그라운드 사이에 직렬로 삽입된 저항에 생기는 전압이 같은 값을 유지하도록, 각각의 전압을 비교기(comparator)에 입력하고 그 출력에 의해 스위칭 소자의 제어전극을 제어함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, a voltage obtained by dividing the voltage at an appropriate ratio using a positive feedback voltage generated in the positive feedback winding in proportion to the input voltage, and switching Each voltage is input to a comparator and the control electrode of the switching element is controlled by the output so that the voltage generated by the resistor inserted in series between the switching element and the ground by the current flowing through the element maintains the same value. It is characterized by.
청구항2 기재의 발명에 있어서, 입력전압이 긴 주기에서 변화할 경우는 , 입력전압의 평균 전압에 비례하는 직류전압을 정귀환권선에 발생하는 정귀환전압을 정류평활하므로써 구하고, 이 전압을 저항에 의해 전류로 변환하며, 다시 반전형 전류 증폭기에 의해 증폭된 출력을 저항에 의해 전압변환하고, 비교기의 비반전 입력단자에 가하는 것을 특징으로 한다.In the invention according to claim 2, when the input voltage changes in a long period, the DC voltage proportional to the average voltage of the input voltage is obtained by rectifying and smoothing the positive feedback voltage generated in the positive feedback winding. And converts the output amplified by the inverting current amplifier into a voltage by a resistor and applies it to the non-inverting input terminal of the comparator.
청구항3 기재의 발명에 있어서, 링잉 쵸오크 변환기(ringing choke converter)의 직류 출력전압의 변동을 오차증폭기에 의해 증폭하고, 그 출력을 비교기의 비반전 입력단자에 가하는 것을 특징으로 한다.In the invention of claim 3, the variation of the DC output voltage of the ringing choke converter is amplified by an error amplifier, and its output is applied to the non-inverting input terminal of the comparator.
청구항 1기재의 발명에 있어서, 입력 전압파형이 교류전압을 전파정류한 형태를 나타낼때, 정귀환권선에 발생하는 펄스전압의 엔벨로프도 입력전압과 서로 유사한 형태가 되고, 이 전압을 분압한 전압이 비교기의 비반전 입력단자에 가해지기 때문에, 스위칭소자에 직렬로 삽입된 저항을 흐르는 전류의 피크치의 엔벨로프도 입력 전압파형과 서로 유사한 형태가 된다.In the invention of claim 1, when the input voltage waveform shows a form in which the AC voltage is full-wave rectified, the envelope of the pulse voltage generated in the positive feedback winding is also similar to the input voltage, and the voltage obtained by dividing the voltage is a comparator. Since the voltage is applied to the non-inverting input terminal of, the envelope of the peak value of the current flowing through the resistor inserted in series with the switching element is similar to the input voltage waveform.
청구항2 기재의 발명에 있어서, 정귀환전압을 정류평활하여 얻어지는 전압은 평활용 콘덴서의 용량을 크게 해 두므로서, 교류 정현파의 변화속도에는 추종되지 않고 긴 주기의 전압의 변화에 추종시킬수 있다.In the invention according to claim 2, the voltage obtained by rectifying and smoothing the positive feedback voltage increases the capacity of the smoothing capacitor, so that it can follow the change in the voltage of a long cycle without following the change rate of the AC sine wave.
이 전압을 저항에 의해 전류변환하여 반전 증폭하고, 다시 저항에 의해 전압 변환시켜 비교기의 비반전 입력단자에 가하면, 입력전압의 평균치가 높을때에는 비교기의 비반전 입력단자의 전압이 내려가고, 스위칭소자를 흐르는 피크전류가 작아지며, 입력전압의 평균치가 낮을 때는 피크전류가 커지고, 입력전압의 평균치의 변화폭을 넓게 허용할 수 있다.When the voltage is converted to current by a resistor, inverted and amplified, and then converted by a resistor to a non-inverting input terminal of the comparator, when the average value of the input voltage is high, the voltage of the non-inverting input terminal of the comparator is lowered. When the peak current flowing through becomes small, and the average value of the input voltage is low, the peak current increases, and a wide variation in the average value of the input voltage can be allowed.
청구항3 기재의 발명에 있어서, 링잉 쵸오크 변환기의 부하의 변화에 대해서 출력전압이 변동했을때, 그 변동을 오차증폭기에 의해 증폭하고 비교기의 비반전 입력단자의 전압을 제어하며, 전압을 일정하게 유지 할 수 있다.In the invention of claim 3, when the output voltage changes with respect to the load change of the ring choke converter, the change is amplified by an error amplifier, the voltage of the non-inverting input terminal of the comparator is controlled, and the voltage is kept constant. I can keep it.
즉, 출력전압이 상승했을 때에 오차증폭기의 출력은 비교기의 비반전 입력단자의 전압을 끌어 내리는 작용을 하고, 이에 따라 스위칭소자를 흐르는 전류의 피크치도 내려가 출력전압의 상승을 억제한다.That is, when the output voltage rises, the output of the error amplifier pulls down the voltage of the non-inverting input terminal of the comparator, thereby lowering the peak value of the current flowing through the switching element, thereby suppressing the increase of the output voltage.
이러한 부귀환(negative feedback)회로를 설치하므로서, 부하의 변화에 대한 출력전압의 변동폭을 줄일 수 있다.By providing such a negative feedback circuit, the fluctuation range of the output voltage with respect to the load change can be reduced.
제1도는 청구항1 기재의 발명의 실시예에 관련된 스위칭 전원장치를 나타내는 회로도이다. 이 실시예에서는 전술한 바와 같이, 스위칭소자 2에 흐르는 전류는 저항 5에 의한 드롭전압에서 검출되고, 정귀환권선 IC 의 전압은 저항 6과 저항7에서 분압된다.1 is a circuit diagram showing a switching power supply device according to an embodiment of the invention described in claim 1. In this embodiment, as described above, the current flowing through the switching element 2 is detected at the drop voltage by the resistor 5, and the voltage of the positive feedback winding IC is divided in the resistors 6 and 7.
NPN트랜지스터 8과 NPN트랜지스터 8의 베이스·에미터간 전압을 보상하는 직류 전압원 8A로 이루어진 회로는 직류전압원 8A의 음측을 반전 입력단자로 하고, NPN트랜지스터 8의 에미터를 비반전 입력단자로 하며, NPN트랜지스터 8의 콜렉터를 출력단자로 하는 비교기라고 볼수 있다.The circuit consisting of DC voltage source 8A which compensates the voltage between base and emitter of NPN transistor 8 and NPN transistor 8 has negative side of DC voltage source 8A as inverting input terminal, emitter of NPN transistor 8 as non-inverting input terminal, and NPN It can be regarded as a comparator using the collector of transistor 8 as an output terminal.
저항5에 의한 드롭전압과 저항 6과 저항 7에 분압된 전압은 각각 직류전압원 8A의 음측과 NPN트랜지스터8의 에미터에 입력되지만, 저항 5에 의한 드롭전압이 저항 6과 저항7에 의해 분압된 전압보다 커지면 NPN트랜지스터 8이 온상태가 되어, 스위칭소자 2의 제어전극의 전압이 내려가고 스위칭소자는 오프된다.Drop voltage by resistor 5 and voltage divided by resistor 6 and resistor 7 are input to negative side of DC voltage source 8A and emitter of NPN transistor 8, respectively, but drop voltage by resistor 5 is divided by resistor 6 and resistor 7. When the voltage is greater than the voltage, the NPN transistor 8 is turned on, the voltage of the control electrode of the switching element 2 is lowered, and the switching element is turned off.
따라서, 스위칭소자2를 흐르는 전류의 피크치는 정귀환권선 IC에 발생하는 정귀환전압에 비례하지만, 이 정귀환전압은 콘덴서 104의 양단의 전압에 비례한다. 한편, 콘덴서 104와 인덕터103은 스위칭주파수 이하의 주파수에 대한 저역통과 필터(low-pass filter)를 구성하고, 교류전원 101로부터 전파정류기(full-wave rectifier)102에 의해ㅡ전파정류된 전압파형은 콘덴서104의 양단에 있어서도 거의 같은 형태를 나타내며, 스위칭소자2를 흐르는 전류 피크치의 엔벨로프도 전파정류된 전압파형과 거의 같은 형태가 된다.Therefore, the peak value of the current flowing through the switching element 2 is proportional to the positive feedback voltage generated in the positive feedback winding IC, but this positive feedback voltage is proportional to the voltage at both ends of the capacitor 104. On the other hand, the capacitor 104 and the inductor 103 constitute a low-pass filter for a frequency below the switching frequency, and the voltage waveform that is full-wave rectified by the full-wave rectifier 102 from the AC power source 101 is Both ends of the capacitor 104 have almost the same shape, and the envelope of the current peak value flowing through the switching element 2 also has the same shape as the full-wave rectified voltage waveform.
스위칭전류는 콘덴서 104와 인덕터103으로 이루어진 저역통과 필터에 의해 평균화되고, 최종적으로 교류전원101 의 출력전류가 되지만, 이 평균화된 출력전류도 교류 전압파형에 가까운 형태로 된다.The switching current is averaged by a low pass filter composed of a capacitor 104 and an inductor 103, and finally becomes an output current of the AC power source 101, but this averaged output current also becomes an AC voltage waveform.
교류전원 101의 교류 출력전압이 정현파라면 교류 출력전류도 위상이 같은 정현파에 가까운 형태가 되고, 역률(power factor)이 1에 근접함과 동시에 교류전류에 포함된 고조파성분의 대부분이 제거된다.If the AC output voltage of the AC power source 101 is a sine wave, the AC output current is also close to the sine wave with the same phase, and the power factor is close to 1, and most of the harmonic components included in the AC current are removed.
제2도는 청구항1 기재의 발명의 다른 실시예에 관련된 스위칭 전원장치를 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram showing a switching power supply according to another embodiment of the invention of claim 1.
제2도에 나타낸 실시예에서는 NPN트랜지스터 8의 베이스·에미터간 전압을 보상하는 전압을 저항5에 직렬로 삽입된 다이오드 8B에 의해 구하는 것으로, 제1의 회로도의 동작원리와 거의 같다.In the embodiment shown in FIG. 2, the voltage for compensating the base-emitter voltage of the NPN transistor 8 is obtained by the diode 8B inserted in series with the resistor 5, which is almost the same as the operation principle of the first circuit diagram.
제3도는 청구항2 기재의 발명의 실시예에 관련된 스위칭 전원장치를 나타내는 회로도이다. 이 실시예에서는 전술한 바와 같이, 정귀환권선 IC에 생긴 정귀환전압을 다이오드9와 콘덴서 10에 의해 정류 평활하고, 그 직류전압을 저항 12를 통해NPN트랜지스터11의 베이스에 가한다.3 is a circuit diagram showing a switching power supply device according to the embodiment of the invention described in claim 2; In this embodiment, as described above, the positive feedback voltage generated in the positive feedback winding IC is rectified and smoothed by the diode 9 and the capacitor 10, and the DC voltage is applied to the base of the NPN transistor 11 through the resistor 12.
NPN트랜지스터 11의 베이스에 흐르는 전류는 콘덴서 10의 양단의 전압에 비례하므로 콜렉터에 흐르는 전류도 콘덴서 10의 양단의 전압에 비례한다.Since the current flowing through the base of the NPN transistor 11 is proportional to the voltage across the capacitor 10, the current flowing through the collector is also proportional to the voltage across the capacitor 10.
교류전원의 전압이 높아지면, 콘덴서 10의 양단의 전압은 높아지고, NPN 트랜지스터11의 콜렉터전류가 커지며 저항13에 의한 전압드롭이 커진다.As the voltage of the AC power supply increases, the voltage across the capacitor 10 increases, the collector current of the NPN transistor 11 increases, and the voltage drop by the resistor 13 increases.
전압 13에 의한 전압드롭이 커지면, NPN트랜지스터 8의 에미터 전압이 내려간다.As the voltage drop by voltage 13 becomes larger, the emitter voltage of NPN transistor 8 drops.
즉, 제2도에 나타낸 회로에서는 정귀환전압을 분압하는 비율이 일정한 것에 비해, 제3도에 나타낸 회로에서는 입력전압의 평균치에 따라 분압비가 변환하고, 스위칭소자 2의 피크전류를 제어한다.In other words, in the circuit shown in FIG. 2, the ratio of dividing the positive feedback voltage is constant, whereas in the circuit shown in FIG. 3, the divided voltage ratio is converted in accordance with the average value of the input voltage, and the peak current of the switching element 2 is controlled.
제4도는, 청구항3기재의 발명의 실시예에 관련된 스위칭 전원장치를 나타내는 회로이다. 이 실시예에서는 전술한 바와 같이 부하 107에 공급되는 전압과 기준전압원14의 전압차를 오차증폭기에 의해 증폭하고, 그 출력을 NPN트랜지스터8의 에미터에 가한다.4 is a circuit showing a switching power supply device according to an embodiment of the invention of claim 3. In this embodiment, as described above, the voltage difference between the voltage supplied to the load 107 and the reference voltage source 14 is amplified by an error amplifier and the output is applied to the emitter of the NPN transistor 8.
부하 107에 공급되는 전압이 기준전압원 14의 전압보다 높아지면, 오차증폭기의 출력전압이 내려가고, NPN트랜지스터8의 에미터전압도 내려가고 스위칭소자2를 흐르는 피크전류의 값도 내려가 부하 107에 공급되는 전압도 내려간다. 이렇게 하여 부하107에 공급되는 전압은 일정하게 보지된다.If the voltage supplied to the load 107 is higher than the voltage of the reference voltage source 14, the output voltage of the error amplifier is lowered, the emitter voltage of the NPN transistor 8 is also lowered, the value of the peak current flowing through the switching element 2 is also lowered and supplied to the load 107 The voltage goes down too. In this way, the voltage supplied to the load 107 is held constant.
제1도부터 제4도에 나타낸 회로도에서 이용된 스위칭소자 2는 도시된 예와 같은 MOSFET외에도 바이폴라 트랜지스터와 같은 것도 가능하다.The switching element 2 used in the circuit diagrams shown in FIGS. 1 to 4 may be a bipolar transistor in addition to the MOSFET as shown in the illustrated example.
제2도부터 제4도에 나타낸 회로도에서 이용된 다이오드 8B는 트랜지스터8의 베이스·에미터간 전압을 보상하는 것으로, 다른 수단으로서 동등한 전압을 가지는 직류전압원을 NPN트랜지스터 8의 베이스회로 또는 에미터회로에 직렬로 삽입해도 된다.The diode 8B used in the circuit diagrams shown in Figs. 2 to 4 compensates the base-emitter voltage of the transistor 8, and as another means, a direct current voltage source having an equal voltage is connected to the base circuit or emitter circuit of the NPN transistor 8. You may insert in series.
이상과 같이 이 발명에 의하면, 스위칭 전원장치 중에서 가장 간소한 회로구성인 링잉 쵸오크 변환기에 약간의 부품을 부가하므로서, 교류전류에 포함된 고조파성분을 감소한 스위칭 전원장치가 완성되며, 종래의 타려식 컨버어터에 의한 같은 목적의 스위칭 전원장치에 대해 저가화할 수 있다.As described above, according to the present invention, by adding a small part to the ringing choke converter, which is the simplest circuit configuration among the switching power supplies, a switching power supply which reduces the harmonic content contained in the AC current is completed. It is possible to reduce the cost of the switching power supply for the same purpose by the converter.
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