KR0155183B1 - 절연형 스위칭전원 - Google Patents

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Abstract

출력측으로부터 입력측 제어회로에의 피이드백을 포토커플러를 통하여 실시하는 절연형 스위칭전원에 있어서, 기준 전압 발생용 전원을 불필요하게 하므로써 그만큼 비용과 전력 소비를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
출력 전압(V0)을 분압 저항(8, 9)으로 분압한 (V1)을, 오차증폭용 트랜지스터(11-1)의 베이스에 부여하고, 트랜지스터(11-1)의 에미터와 전원 출력의 부극측 사이에 포토커플러 발광소자(10-1)를 접속한다.
포토커플러 발광소자의 순방향 강하전압은 실제 사용시에 그것에 흐르는 전류의 변동범위에 있어서 대략 일정값(약 1.1V)으로 된다. 그와 같은 특성을 이용하여 포토커플러 발광소자(10-1)에 입력측 제어회로(5)에의 피이드백을 실시하는 기능 외에, 출력 전압(V0)의 비교 대상이 되는 기준 전압을 발생하는 기능을 갖도록 한다.

Description

절연형 스위칭전원
제1도는 종래의 절연형 스위칭전원의 회로도이다.
제2도는 본 발명의 제1실시예를 표시하는 회로도이다.
제3도는 본 발명의 제2실시예를 표시하는 회로도이다.
제4도는 본 발명의 제3실시예의 주요 부분을 표시하는 회로도이다.
제5도는 본 발명의 제4실시예의 주요 부분을 표시하는 회로도이다.
제6도는 본 발명의 제5실시예의 주요 부분을 표시하는 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 입력 전원 2, 7 : 콘덴서
3 : 트랜스 4 : 스위칭·트랜지스터
5 : 제어회로 6, 15 : 다이오드
8, 9 : 분압저항 10-1 : 포토커플러 발광소자
10-2 : 포토커플러 수광소자 11 : 트랜지스터
12, 13, 19 : 저항 14 : 초크코일
16 : 온도보상용 다이오드 17 : 오차증폭기
18 : 기준 전원
본 발명은, 입력측과 출력측의 접지가 분리된 절연형 스위칭전원에 관한 것이다.
절연형 스위칭전원에 있어서는, 입력 전원의 전압 변동이나, 부하 변동에 대해서 출력 전압의 안정화를 도모하기 위하여 포토커플러를 사용하여 출력측으로부터 입력측으로 피이드백을 실시하고, 그것에 의해 입력측의 스위칭·트랜지스터를 제어하도록 하고 있다.
제1도는, 종래의 절연형 스위칭전원의 회로도이다. 제1도에서, 참조부호(1)은 입력 전원, (2)와 (7)은 콘덴서, (3)은 트랜스, (4)는 스위칭·트랜지스터(5)는 스위칭·트랜지스터(4)의 제어회로, (6)은 다이오드, (8)과 (9)는 분압저항, (10-1)은 포토커플러 발광소자, (10-2)는 포토커플러 발광소자(10-1)와 일체인 포토커플러 수광소자, (17)은 오차증폭기, (18)은 기준 전원, (19)는 저항이다.
트랜스(3)의 1차 권선과 2차 권선이 제1도에 표시하듯이, 반대의 극성으로 되어 있으므로, 제어회로(5)에 의해 스위칭·트랜지스터(4)를 ON상태로부터 OFF상태로 전환했을 때, 2차 권선에 화살표(E) 방향으로 유기 전압이 발생한다. 이와 같이, 트랜스(3)의 2차 권선에 발생하는 전압을 다이오드(6)로 정류한 다음, 콘덴서(7)로 평활화한 것을 출력 전압(V0)으로 하여 출력한다. 출력 전압(V0)은, 분압 저항(8, 9)에 의해 분압되어서, 오차 증폭기(17)의 한 쪽의 입력 단자에 부여된다. 오차증폭기(17)의 다른 한 쪽의 입력 단자에는 기준 전압을 발생하는 기준 전원(18)을 접속하고, 분압 저항(8, 9)에 의해 분압된 전압(V1)과 기준 전압과의 차의 크기에 대응한 전류가 포토커플러 발광소자(10-1)로 흐르도록 한다. 또, 기준 전원(18)으로는, 예를 들어, 제너다이오드나 밴드갭 전원 등이 사용된다.
포토커플러 발광소자(10-1)는, 전류가 흐르면 전류의 크기에 대응한 광량으로 발광하고, 그것을 포토커플러 수광소자(10-2)에 부여한다. 그 결과, 제어회로(5)에는 기준 전압과 상기한 전압(V1)과의 차의 크기에 대응한 피이드백신호가 부여된다. 제어회로(5)는, 그 피이드백신호에 의거하여 출력 전압(V0)을 일정하게 유지하도록 스위칭·트랜지스터(4)의 ON-OFF 제어를 실시한다.
종래의 절연형 스위칭전원에서는 이와 같이 하여 출력 전압(V0)을 제어하고 있었다.
그렇지만, 상기한 종래의 기술에서는, 기준 전압을 발생하는 기준 전원이 필요하므로, 그만큼 회로가 복잡하게 되어서 비용이 증가할 뿐만 아니라, 출력과는 관계가 없는 낭비적인 전력이 기준 전원으로 소비되게 되므로, 그만큼, 장비의 전력 변환효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
본 발명은, 그러한 문제점을 해결하는 것을 과제로 하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 출력 전압과 기준 전압을 비교한 결과를 포토커플러를 통하여 입력측 제어회로에 피이드백 하므로써 전압을 제어하는 절연형 스위칭전원에 있어서, 상기한 기준 전압으로서 상기한 포토커플러의 발광소자의 순방향 강하전압을 사용하기로 했다. 포토커플러의 발광소자의 순방향 강하전압의 온도변화에 의거한 변동을 보상하기 위하여, 출력 전압과 기준 전압의 비교수단에 신호를 입력하기 위한 출력 전압의 검출수단으로 반도체소자, 구체적으로는 다이오드를 접속하기로 했다.
입력측의 제어회로에 대한 피이드백을 위해 사용되는 포토커플러 발광소자의 순방향 강하전압을 피이드백신호 출력용 기준 전압의 발생원으로서도 이용한다. 그러므로, 종래의 절연형 스위칭전원에서 필요했던 기준 전원이 불필요하게 되며, 따라서, 그만큼 회로가 간략화 되어서 비용이 절감된다, 또, 기준 전원을 사용하지 않게 되므로, 종래의 경우의 기준 전원으로 소비하고 있었던 불필요한 전력 소비가 없게 되어, 그만큼 장치의 전력 변환효율을 향상시키게 된다. 또, 포토커플러의 발광소자의 순방향 강하전압을 기준 전압으로 이용함에 있어서는 온도변화에 따른 순방향 강하전압의 변동은 좋지 못한 경우가 있다. 그래서, 출력 전압의 검출수단으로 다이오드를 접속하므로써 온도변화에 의한 순방향 강하전압의 변동을 보상하고, 이것에 의해 주위의 온도가 변화해도 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있도록 한다.
[실시예]
다음에, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
제2도는, 본 발명의 제1 실시예를 표시하는 회로도이다. 참조부호는 제1도의 경우와 대응하여 사용하며, 참조부호(11-1)은 오차증폭용 트랜지스터이고, (12, 13)은 저항이다.
출력 전압(V0)을 분압 저항(8, 9)으로 분압한 전압(V1)을 오차증폭용 트랜지스터(11-1)의 베이스에 부여하고, 트랜지스터(11-1)의 에미터와 전원 출력의 부극측과의 사이에 포토커플러 발광소자(10-1)를 접속한다. 그리고, 전원 출력이 정극측과 트랜지스터(11-1)의 에미터 사이에 저항(13)을 접속한다.
포토커플러 발광소자의 순방향 강하전압은, 그 사용시에 그 소자에 흐르는 전류의 변동 범위에 있어서 대략 일정값(약 1.1V)으로 되는 특성을 갖고 있다. 본 발명에서는, 그 점에 착안하여, 출력 전압의 비교 대상이 되는 기준 전압으로 그 순방향 강하전압을 이용한다. 즉, 본 발명에서는, 종래의 기준 전압을 부여하기 위해서 특별히 설치하고 있었던 기준 전원을 생략하고, 절연형 스위칭전원에 있어서 출력측으로부터 입력측으로 피이드백을 실시하기 위에 사용되는 포토커플러의 발광소자에 기준 전압 발생원으로서의 기능까지도 갖도록 하고 있다.
다음에, 본 발명의 주요 부분의 작동에 대하여 설명한다.
트랜지스터(11-1)의 베이스에는 출력 전압(V0)을 분압 저항(8, 9)에 의해 분압한 전압(V1)이 부여된다. 한편, 에미터의 전압은, 포토커플러 발광소자(10-1)의 애노드에 나타나는 전압이 된다. 포토커플러 발광 소자(10-1)의 애노드에 나타나는 전압은, 포토커플러 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압의 크기가 되기 때문에, 트랜지스터(11-1)의 콜렉터-에미터 사이에는 분압한 전압(V1)과 포토커플러 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압의 차에 대응한 크기의 전류가 흐른다. 그런데, 포토커플러 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압은, 상술한 바와 같이 대략 일정값으로 되기 때문에 그 값을 기준 전압으로 하여, 분압 저항(8, 9) 등의 값을 적당한 값으로 설정하면, 트랜지스터(11-1)의 콜렉터-에미터 사이에 흐르는 전류는 출력 전압(V0)의 오차에 대응한 크기가 된다.
그 결과, 포토커플러 발광소자(10-1)에 흐르는 전류도 출력 전압(V0)의 오차에 대응한 크기가 되고, 발광량도 그것에 대응한 크기로 되기 때문에, 제어회로(5)에는, 포토커플러 발광소자(10-2)를 통하여 출력 전압(V0)의 오차에 대응한 신호가 피이드백되게 된다. 이와 같이, 포토커플러 발광소자(10-1)에, 입력측에 대한 피이드백을 실시하는 기능과 기준 전압 발생원으로서의 기능의 양쪽의 기능을 갖도록 할 수 있다. 제3도는, 본 발명의 제2실시예를 표시하는 회로도이다. 참조부호는 제2도의 경우와 대응하여 사용하며, 참조부호(14)는 초크코일, (15)는 다이오드이다.
이 실시예는, 트랜스(3)의 권선의 극성을 제2도의 경우의 역의 극성으로 한 순방향형의 절연형 스위칭전원에 본 발명을 적용한 경우는 표시하고 있다. 이러한 형태의 절연형 스위칭전원에 있어서는 스위칭·트랜지스터(4)가 ON상태로 되었을 때의 2차측 유기전압을 정류, 평활화하여 출력 전압을 얻는데, 트랜지스터(11-1) 및 포토커플러 발광소자(10-1)의 기능과 동작은, 제2도의 경우와 차이가 없으므로 설명은 생략한다.
제4도는, 본 발명의 제3실시예의 주요 부분을 표시한 회로도이다. 참조부호는 제2도의 경우와 대응하여 사용하며, 참조부호(16)은 온도보상용 다이오드이다.
이 실시예는 포토커플러 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압의 온도변화에 따른 변동을 보상하기 위한 온도보상용 다이오드(16)를 부가한 것이다. 기준전압으로 되어야 할 포토커플러 발광소자의 순방향 강하전압은 -2mV/℃ 정도의 온도특성을 갖고 있으며, 온도변화에 따라서 다소 변동된다. 그래서, 필요에 따라서 순방향 강하전압의 온도특성이 포토커플러 발광소자와 동일한 특성을 갖는 다이오드(다이오드의 순방향 강하전압의 온도특성도 통상, -2mV/℃정도)를 분압 저항(9)과 전원 출력의 부극측과의 사이에 접속하여, 포토커플러 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압의 온도변화에 따른 변동을 보상하도록 한다.
즉, 온도보상용 다이오드(16)를 넣으므로써 포토커플러 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압의 온도변화에 따른 트랜지스터(11-1)의 에미터 전압의 변동과, 온도보상용 다이오드(16)의 순방향 강하전압의 순방향 강하전압의 온도변화에 따르 베이스 전압의 변동을 동시에, 또, 동일 레벨로 발생되도록 한다. 그렇게 하므로써, 베이스-에미터 사이에 흐르는 전류는 온도변화의 영향을 거의 받지 않게 되어서, 포토커플러 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압의 온도변화에 따른 변동은 보상되게 된다. 또, 온도보상용 다이오드(16)는, 필요에 따라서는 복수개를 직렬로 접속하도록 해도 된다. 그렇게 하면, 온도보상용 다이오드(16)의 수를 증감시키므로써 온도보상의 정도를 조정할 수 있다. 또, 온도보상용 다이오드(16)는 다이오드로 사용하도록 각 단자간을 접속한 트랜지스터를 사용할 수 있음은 물론이다.
제5도는, 본 발명의 제4실시예의 주요 부분을 표시하는 회로도이다. 참조부호는 제4도의 경우와 대응하여 사용하고 있다.
지금까지 설명한 제4도까지의 각 실시예에서는, 오차증폭수단으로 NPN형 바이폴러 트랜지스터에 의한 트랜지스터(11-1)를 사용하고 있었다. 이 제4실시예에 있어서는 오차증폭수단으로 PNP형 바이폴러 트랜지스터에 의해 트랜지스터(11-2)를 사용하여 본 발명을 구성하고 있다.
PNP형과 NPN형에서는 전류의 흐르는 방향이 대칭적이기 때문에, 회로의 구성도 제4도와는 반대로 되어 있다. 그러나, 트랜지스터(11-2), 포토커플러 발광소자(10-1) 및 온도보상용 다이오드(16)의 기능과 동작은 제2도와 제4도에 표시한 실시예와 차이가 없으므로 설명은 생략한다.
또, 오차증폭용 트랜지스터는 바이폴러 트랜지스터로 한정되는 것은 아니며, 다른 방식의 트래지스터를 사용해도 된다. 그 한예로, MOS FET를 오차증폭용 트랜지스터로 사용한 경우에 대하여 간단히 소개한다.
제6도는, 본 발명의 제5실시예의 주요 부분을 표시한 회로도이다. 참조부호는 제4도의 경우와 대응하여 사용하며, 참조부호(11-3)은 N채널 MOS FET에 의한 오차증폭용 트랜지스터이다.
이 실시예는, 제4도에 표시한 회로와, 트랜지스터와 방식이 다를 뿐이고, 회로의 구성은 동일하다. 그러므로, 트랜지스터(11-2), 포토커플러 발광소자(10-1) 및 온도보상용 다이오드(16)의 기능과 동작은, 제4도에 표시한 실시예와 동일하게 된다는 점을 설명할 필요는 없을 것이다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 절연형 스위칭전원에 의하면, 포토커플러 발광소자의 순방향 강하전압을 기준 전압으로 이용했기 때문에, 종래에는 필요했던 기준 전압을 부여하기 위한 기준 전원이 필요없게 되었으며, 따라서 그만큼 저렴한 절연형 스위칭전원을 실현할 수 있게 되었다. 또, 기준 전원을 사용하지 않게 되었으므로, 종래의 기준 전원으로 소비하고 있었던 불필요한 전력 소비가 없게 되며, 따라서, 그만큼 장치의 전력 변환효율을 향상시킬 수 있었다. 그리고, 포토커플러의 발광소자의 순방향 강하전압이 온도변화에 따라 다소의 변동을 발생시키는 불합리한 형상은 온도보상용 다이오드를 접속하므로써 용이하게 개선할 수 있으며, 따라서, 간단한 구성으로 안정된 출력 전압의 공급을 가능하게 할 수 있었다.

Claims (7)

  1. 출력 전압과 기준 전압을 비교한 결과는 포토커플러를 통하여 입력측 제어회로에 피이드백하여 전압을 제어하는 절연형 스위칭전원에 있어서, 상기한 기준 전압으로, 상기한 포토커플러의 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압을 사용한 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
  2. 제1항에 있어서, 출력 전압과 기준 전압의 비교수단에 신호를 입력하는 출력 전압의 검출수단으로, 포토커플러의 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압의 온도변화에 따른 변동을 보상하기 위한 반도체 소자를 접속한 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
  3. 제2항에 있어서, 반도체소자가 다이오드(15)인 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
  4. 출력 전압과 기준 전압을 비교한 결과를 포토커플러를 통하여 입력측 제어회로에 피이드백하여 전압을 제어하는 절연형 스위칭전원에 있어서, 그 피이드백수단이, 전원 출력의 정극측 단자와 부극측 단자 사이에 직렬 접속되어 있으며, 출력 전압을 검출하기 위한 복수의 저항소자(9), 상기한 복수의 저항소자(9)의 접속점에 베이스를 접속하며, 출력 전압과 기준전압을 비교하는 수단으로서의 바이폴러형 트랜지스터소자(11-1) 및 상기한 트랜지스터소자(11-1)의 에미터와 전원 출력의 한쪽의 단자와의 사이에 발광소자(10-1)를 접속하며, 상기한 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압을 기준 전압으로 사용하는 포토커플러 구성되는 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
  5. 제4항에 있어서, 트랜지스터소자(11-1)의 베이스와 포토커플러의 발광소자(10-1)가 접속된 쪽의 전원 출력의 단자와의 사이에, 출력 전압을 검출하기 위한 저항(9)과 직렬 접속된 상기한 포토커플러의 발광소자(10-1) 순방향 강하전압의 온도변화에 따른 변동을 보상하기 위한 다이오드(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
  6. 출력 전압과 기준 전압을 비교한 결과를 포토커플러를 통하여 입력측 제어회로에 피이드백하여 전압을 제어하는 절연형 스위칭전원에 있어서, 그 피이드백 수단이, 전원 출력의 정극측 단자와 부극측 단자 사이에 직렬 접속되어 있으며, 출력 전압을 검출하기 위한 복수의 저항소자(9), 상기한 복수의 저항소자(9)의 접속점에 게이트를 접속하며, 출력 전압과 기준 전압을 비교하는 수단으로서의 전계효과형 트랜지스터소자(11-2) 및 상기한 트랜지스터소자(11-2)의 전원과 전원 출력의 한쪽의 단자와의 사이에 발광소자(10-1)를 접속하며, 상기한 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압을 기준 전압으로 사용하는 포토커플러로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
  7. 제6항에 있어서, 트랜지스터소자(11-2)의 게이트와 포토커플러의 발광소자(10-1)가 접속된 쪽의 전원 출력의 단자와의 사이에 출력 전압을 검출하기 위한 저항(9)과 직렬 접속되어 있으며, 상기한 포토커플러의 발광소자(10-1)의 순방향 강하전압의 온도변화에 따른 변동을 보상하기 위한 다이오드(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연형 스위칭전원.
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