KR0183292B1 - 전압 안정기의 출력 제어회로 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야 : 전압 안정기

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 : 램프로 공급되는 전압 및 전류량을 검출하여 전압 안정기의 출력을 안정화시키는 회로를 제공한다.

3. 발명의 해결방법의 요지 : PWM 신호의 입력에 따른 전압을 출력하여 부하로 공급하는 전압 안정기의 출력 전압을 안정화시키는 회로에 있어서, 상기 부하로 공급되는 전압 레벨이 미리 설정된 전압 레벨을 초과시에 초과분에 대응된 전압을 검출하여 출력하는 전압검출부와, 상기 부하에 흐르는 전류의 양을 검출하여 이에 대응된 레벨의 전압을 출력하는 전류검출부와, 상기 전압검출부의 출력을 반전단자로 입력받고 상기 전류검출부의 출력을 비반전단자로 입력받는 연산증폭기를 구비하여 상기 전압검출부와 상기 전류검출부로부터 출력되는 신호의 차를 증폭하여 출력하는 오차증폭부와, 상기 오차증폭부에서 출력되는 신호에 대응하는 펄스폭을 갖는 상기 PWM 신호를 발생하는 PWM부를 가진다.

4. 발명의 중요한 용도 : 전압 안정기의 출력을 안정화한다.

Description

전압 안정기의 출력 제어 회로

제1도는 일반적인 전압 안정기의 블록도.

제2도는 종래 기술에 의한 전압 안정기의 궤환부의 구체 회로도.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 전압 안정기의 궤환부의 구체적 실시 예시도.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 전압 안정기의 동작을 설명하기 위한 전압대 전류의 파형도.

본 발명은 스위칭 제어펄스의 입력에 따른 전압을 출력하는 전압 안정기의 출력 전압을 안정화시키는 것에 관한 것으로, 특히 부하로 공급되는 전압 및 전류량을 검출하여 전압 안정기의 출력을 고속으로 안정화시키기 위한 회로에 관한 것이다.

일반적으로 전압 안정기는 제어 대상인 부하, 예를들면, 소정 전압의 입력에 의해 유지되는 램프, 일정 회전 속도를 요구하는 모터등의 구동전압을 일정하게 유지하기 위해 널리 사용되고 있다.

상기와 같은 전압 안정기는 외부로부터 입력되는 전압을 소망하는 레벨의 전압으로 변환하는 전압 변환기, 상기 전압 변환기의 출력을 제어하기 위한 제어회로, 전압검출회로, 비교증폭기, 기준전압 발생회로로 구성되어 있다. 이와같은 전압 안정기는 출력전압이 변동하였을 때 이를 전압검출 회로에 의하여 검출한다. 그리고, 상기 검출된 출력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 그 차이에 해당하는 에러전압을 출력한다. 상기와 같은 에러전압은 전압변환기의 출력을 제어하는 PWM 제어회로로 공급된다. 상기와 같은 상기 안정화 회로의 성능은 상기 기준전압의 정밀도, 출력전압의 검출의 안정성, 상기 증폭기의 증폭도, 주파수, 신호대 잡음비등에 의해서 좌우된다.

일반적인 전압 안정기의 구성 및 그 동작을 첨부한 제1도를 참조하여 설명하면 하기와 같다. 제1도는 일반적인 전압 안정기의 블록도이다. 제1도는 램프(116)에 안정된 전압을 공급하는 구성의 일예를 도시한 것이며, 궤환부(110)는 상기 램프(116)에 흐르는 램프전류(208)와 고전압 드라이버(112)를 구동하는 제2전원 전압(210)의 변화를 검출하여 전압 변환기(100)의 출력을 제어한다.

지금, 상기 제1도의 회로에 제1전원 전압, 예를들면, 상용교류전압이 입력되면 정류기(102)는 상기 제1전원 전압을 정류하여 쵸퍼 스위칭부(104)로 공급한다. 상기 쵸퍼 스위칭부(104)는 제어단자(212)로 입력되는 PWM(Pulse Width Modulation)신호에 응답하여 상기 제1전원 전압을 교류전압(204)으로 변환하여 쵸퍼 출력부(106)에 입력시킨다. 상기 쵸퍼 출력부(106)는 상기 교류전압(204)을 정류하여 소정의 레벨을 갖는 제2전원 전압(210)으로 출력한다. 상기 쵸퍼 출력부(106)의 출력단자에 접속된 DC-AC 변환기(108)는 상기 제2전원 전압(210)을 소정 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하여 고전압 드라이버(112)로 입력시킨다. 상기 고전압 드라이버(112)는 쵸퍼 출력부(106)로부터 공급되는 상기 제2전원 전압(210)을 동작 전원전압으로 공급받는다. 트리거 발생부(114)로부터 원쇼트 형태의 트리거 펄스(216)가 발생되면, 상기 고전압 드라이버(112)는 상기 트리거 펄스(216)에 응답하여 상기 교류전압(206)을 램프(116)에 공급하여 구동시킨다.

상기와 같은 동작에 의해 램프(116)가 구동되기 시작하면, 상기 램프(116)에 흐르는 램프전류(208)가 모니터링 된다.

이때 궤환부(110)는 상기 램프전류(208)와 쵸퍼 출력부(106)로부터 출력되는 제2전원 전압(210)의 레벨을 검출하여 전압 변환기(100)의 출력이 안정화 되도록 쵸퍼 스위칭부(104)를 제어한다. 따라서, 제1도와 같은 전압 안정기의 출력전압은 상기 궤환부(110)로부터 출력되는 PWM 신호에 의해 안정화된다. 상기 궤환부(110)는 상기 제2전원 전압(210) 레벨과 상기 램프전류(208)의 크기에 따라서 쵸퍼 스위칭부(104)의 스위칭 시간을 제어하여 출력전압을 제어한다.

상기와 같은 궤환부의 구성 및 동작은 하기 제2도와 같다.

제2도는 종래 기술에 의한 궤환부의 구체 회로도이다. 상기 제2도의 구성은, 제1도의 쵸퍼 출력부(106)로부터 제2전원 전압(210)과 상기 램프(116)에 흐르는 램프전류(208)를 감지하여 출력하는 레벨검출기(118)와, 상기 레벨검출기(118)로부터 출력되는 검출전압을 비반전 증폭하여 에러전압으로 출력하는 비반전증폭기(124) 및 상기 비반전증폭기(124)오부터 출력되는 에러전압에 대응하는 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 발생하여 상기 쵸퍼 스위칭부(104)를 제어하는 PWM부(120)로 구성되어 있다.

상기와 같은 구성중, 레벨검출기(118)는 제2전원 전압(210)의 입력단자와 출력노드(N1)사이에 역방향으로 접속된 제너다이오드(DZ1), 저항(R5)으로 직렬 접속되어 구성된 전압감지부(120)와, 상기 출력노드(N1)와 접지 사이에 직렬 접속된 저항(R6,R7)으로 구성된 전류감지부(122)로 구성되어 있다.

비반전 증폭부(124)는 레벨검출기(118)의 출력노드(N1)와 연산증폭기(OP1)의 비반전단자 사이에 연결된 저항(R4)과, 상기 연산증폭기(OP1)의 반전단자와 연산증폭기(OP1)의 출력단자를 연결하는 캐패시터(C1) 및 저항(R1)과, 연산증폭기(OP1) 반전단자와 접지단을 연결하는 저항(R2)과, 연산증폭기(OP1)의 반전단자와 기준전압(Vref)를 연결하는 저항(R3)으로 구성되어 있다.

상기 제2도와 같이 구성된 궤환부(110)의 동작을 전술한 제1도를 참조하여 설명한다.

쵸퍼 출력부(106)로부터 초기 출력하는 제2전원 저압(210)이 서서히 증가 출력되면 이는 제1도에서 전술한 바와같이 궤환부(110), DC-AC 변환기(108)로 공급된다. 이때, 상기 DC-AC 변환기(108)의 출력전압은 고전압 드라이버(112)를 통하여 램프(116)로 공급된다. 따라서, 쵸퍼 출력부(106)의 전압변동을 검출하면 램프(116)로 공급되는 전압변동을 검출할 수 있음을 알 수 있다.

제2도에 도시된 레벨검출기(118)내 제너다이오드(DZ1)의 캐소드에는 쵸퍼 출력부(106)의 제2전원 전압(210)이 입력된다. 이때, 상기 제2전원 전압(210)의 레벨이 상기 제너다이오드(DZ1)에 미리 설정된 제너전압(VDZ1)보다 낮은 경우, 상기 제너다이오드(DZ1)는 턴 오프된다. 상기와 같은 상태에서 램프(116)에 흐르는 램프전류(208)가 저항(R7)으로 입력되면, 상기 램프전류(208)는 상기 저항(R7)의 양단에서 전압으로 검출된다. 상기와 같이 저항(R7)에서 검출된 전압은 직렬 접속된 저항(R6)을 통해 출력노드(N1)로 공급된다. 그러므로 초기 램프(116)가 구동되는 상태에서 상기 출력노드(N1)의 전압은 전류감지부(122)에서 검출된 전압이다. 상기 출력노드(N1)의 전압은 저항(R4)을 통해 연산증폭기(OP1)의 비반전 단자로 입력된다. 상기 연산증폭기(OP1)의 반전단자로 입력된 전압은 접속된 캐패시터(C1)와, 저항(R1,R2,R3)의 비율만큼 증폭된다. 상기 증폭된 전압은 제2출력노드(N2)를 통해 PWM부(126)로 전송된다. 상기 전송된 전압(220)은 PWM부(126)에서 펄스폭을 변조하여 제1도의 쵸퍼 스위칭부(104)로 전송된다.

제2전원 전압(210)의 레벨이 제너다이오드(DZ1)에 미리 설정된 제너전압(VDZ1)보다 높은 경우, 예를들면, 쵸퍼 출력부(106)로부터 출력되는 제1전원 전압(210)이 램프(116)를 안정적으로 구동하는 레벨로 상승되면 상기 제너다이오드(DZ1)는 턴 온된다. 따라서, 상기 제너다이오드(DZ1)의 애노드의 전압은 미리 설정된 정전압(VDZ1)으로 제한되고, 램프전류(208)는 저항(R7)를 통해 출력노드(N1) 지점에서 상기(VDZ1)와 합성되어 저항(R4)를 통해 연산증폭기(OP1)의 비반전 단자에 입력된다. 따라서, 제2전원 전압(210)이 소정 레벨(VDZ1) 이상으로 상승되면 출력노드(N1)의 전압은 하기 식 1과 같이 된다.

따라서 제2도와 같은 구성을 가지는 종래의 궤환부(110)는 램프(116)의 구동 전압이 소정레벨의 전압으로 안정될 때까지 저항(R7)을 통해 검출된 램프전류(208)의 최대값으로 출력전압을 제어한다. 그리고, 램프(116)의 구동전압이 소정레벨로 안정되면 램프(116)의 구동전압을 검출하고, 상기 검출된 전압과 램프전류(208)의 검출전압을 가산하여 전압변환기(100)의 출력전압을 제어한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 회로는 입력전압에 대한 응답속도가 늦어 출력전압 변화가 안정되지 못했다.

따라서 본 발명의 목적은 전압 안정기로부터 출력되는 전압을 신속하게 안정화시키는 제어회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전압 안정기로부터 출력되는 전압과 부하로 흐르는 전류를 검출하여 전압 안정기의 출력을 제어하는 전압 안정기 회로를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 PWM 신호의 입력에 따른 전압을 출력하여 부하로 공급하는 전압 안정기의 출력 전압을 안정화시키는 회로에 있어서, 상기 부하로 공급되는 전압 레벨이 미리 설정된 전압 레벨을 초과시에 초과분에 대응된 전압을 검출하여 출력하는 전압검출부와, 상기 부하에 흐르는 전류의 양을 검출하여 이에 대응된 레벨의 전압을 출력하는 전류검출부와, 상기 전압검출부의 출력을 반전단자로 입력받고 상기 전류검출부의 출력을 비반전단자로 입력받는 연산증폭기를 구비하여 상기 전압검출부와 상기 전류검출부로부터 출력되는 신호의 차를 증폭하여 출력하는 오차증폭부와, 상기 오차증폭부에서 출력되는 신호에 대응하는 펄스폭을 갖는 상기 PWM 신호를 발생하는 PWM부를 가짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 전술한 제1도, 첨부된 제3도, 제4도를 참조하여 상세히 설명한다. 제3도는 본 발명의 실시예에 따른 궤환부의 구체적 실시예시도이다. 상기 제3도의 구성은, 제1도의 쵸퍼 출력부(106)로부터 출력되는 제2전원 전압(210)을 감지하는 전압 레벨 검출부(128)와, 램프전류(208)를 감지하는 전류감지부(134)와, 전압 레벨 검출부(128)의 제3의 출력노드(N3)에서 인가되는 전압레벨이 미리 설정된 전압 레벨을 초과시에 초과분에 대응된 전압을 검출하여 반전증폭하는 반전증폭부(130)와, 상기 반전증폭부(130)의 제4의 출력노드(N4)에서 인가되는 전압을 연산증폭기(OP11)의 반전단자에 접속하고 전류감지부(134)에서 인가되는 전압을 상기 연산증폭기의 비반전단자에 접속하여 그 오차를 증폭하는 오차증폭기(132)와 제5의 출력노드(N5)를 통해 증폭된 전압을 제어하는 제1도의 쵸퍼 스위칭부(104)로 제어신호를 보내게하는 PWM부로 구성되어 있다.

상기와 같은 구성중, 전압 레벨 검출부(128)는 제1전원 전압(210) 입력단자에 역방향으로 접속된 제너다이오드(DZ11)와, 저항(R22)이 노드(N3)에 연결되며, 접지단과 노드(N3)를 연결하는 저항(R23) 및, 과전압으로부터 궤환부 회로를 보호할 수 있는 제너다이오드(DZ12)와 저항(R23)이 병렬로 접속되도록 구성된다. 전류감지부(134)는 접지단과 연산증폭기(OP11)를 연결하는 저항(R13,R14) 사이에 램프전류(208)가 입력되는 것으로 구성되어 있다. 반전증폭부(130)는 전압 레벨 검출부(128)의 제3의 출력노드(N3)에서 출력되는 전압을 트랜지스터(Q11)의 베이스 단자에 입력시키고 상기 트랜지스터(Q11)의 에미터단에서 출력되는 전압은 저항(R20)을 통해서 트랜지스터(Q12)의 베이스 단자에 입력한다. 트랜지스터(Q11)의 컬렉터단으로는 전원전압(Vcc)이 입력되고, 에미턴단은 저항(R21)을 통해 접지단으로 연결된다. 트랜지스터(Q12)의 베이스단은 저항(R19)을 통해 접지단과 연결되며, 에미터 단자는 저항(R18)을 통해 접지단과 연결되고, 콜렉터 단자는 제4의 출력노드(N4)와 접속된다. 제4의 출력노드(N4)는 저항(R12)을 통해 연산증폭기(OP11)의 반전단자와 연결되며, 저항(R16)을 통해 접지단과 연결되며, 저항(R15)을 통해 기준전압(Vref)과 연결된다.

오차증폭기(132)는 반전증폭부(130)의 제4의 출력노드(N4)에서 출력되는 전압을 연산증폭기(OP11)의 반전단자에 입력시키고 전류감지부(134)에서 출력되는 전압을 비반전 단자에 입력시킨다. 또한 기준전압(Vref)을 저항(R17)을 통해 연산증폭기(OP11)의 비반전 단자와 연결시킨다. 연산증폭기(OP11)의 반전단자와 출력단자는 병렬 연결된 캐패시터(C11)와 저항(R11)으로 연결된다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 궤환부의 동작원리를 제1도의 블록도와 제3도의 회로도와 제4도의 동작파형도를 참조하여 설명한다.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 전압 안정기의 동작을 설정하기 위한 전압대 전류의 파형도이다.

쵸퍼 출력부(106)로부터 초기 출력되는 제2전원 전압(210)이 출력되면 이는 앞에서 종래의 궤환부(110)의 동작원리를 설명했듯이, 제3도에 도시된 전압 레벨 검출부(128)내 제너다이오드(DZ11)의 케소드에는 쵸퍼 출력부(106)의 제2전원 전압(210)이 입력된다. 이때, 상기 제2전원 전압(210)의 레벨이 상기 제너다이오드(DZ11)에 미리 설정된 제너전압(VDZ11)보다 낮은 경우, 상기 제너다이오드(DZ11)는 턴 오프된다. 상기와 같은 상태에서 트랜지스터(Q11,Q12)는 오프상태가 되어 연산증폭기(OP11)의 반전단자에는 저항(R15,R16)으로부터 출력되는 출력노드(N4)의 전압만 입력된다. 연산증폭기(OP11)의 비반전 단자에는 저항(R13,R15,R16,R17)으로부터 출력되는 전압과 전류감지부(134)로부터 출력되는 전압이 합쳐져서 입력된다. 상기 연산증폭기(OP11)의 두 입력단자로부터 출력된 전압을 병렬 접속된 저항(R12,R15,R16)에 대하여 저항(R11)의 비율만큼 오차가 증폭되어 PWM부(126)로 전송된다. 상기 전송된 전압은 PWM부에서 펄스폭을 변조하여 제1도의 쵸퍼 스위칭부(104)로 전송된다.

제2전원 전압(210)의 레벨이 제너다이오드(DZ11)에 미리 설정된 제너전압(VDZ11)보다 높은 경우, 상기 제너다이오드(DZ11)는 턴 온된다. 따라서, 상기 제너다이오드(DZ11)의 양단에는 미리 설정된 정전압(VDZ11)만 출력된다. 상기 출력된 전압은 출력노드(N3)에서 트랜지스터(Q11)의 베이스 단자에 입력된다. 상기 입력된 전압은 트랜지스터(Q11)의 이미터 단자를 통해 출력되어 병렬 접속된 저항(R19,R20,R21)과 대응하여 트랜지스터(Q12)의 베이스 단자에 입력된다. 상기 입력된 전압은 트랜지스터(Q12)의 이미터 단자에 연결된 저항(R18)이 상기 트랜지스터(Q12)의 콜렉터 단자에 병렬 접속된 저항(R12,R15,R16)의 비율만큼 반전증폭 된다.

상기 반전증폭된 전압은 연산증폭기(OP11)의 반전단자에 입력되어 병렬 접속된 저항(R12,R15,R16)에 대하여 저항(R11)의 비율만큼 한번 더 반전 증폭된다. 연산증폭기(OP11)의 비반전 단자에는 저항(R13,R17)의 전압 강하된 전압과 전류감지부(134)에서 인가된 전압이 합쳐져서 입력된다. 상기 연산증폭기(OP11)는 두 입력단자로부터 출력된 전압의 오차를 증폭하여 PWM부(126)로 전송한다.

제4도의 동작파형도를 보면 제1도의 램프(116)가 출력 전력에 도달하면 제2전원 전압인 램프전압(210)이 일정한 전압에 이를때까지 상기 램프전압(210)은 계속 서서히 상승한다. 그리고 램프전류(208)는 감소하여 램프의 출력 전력을 안정하게 한다.

상술한 바와같이 본 발명은 전압 레벨 검출부(128)의 전압과 전류감지부(134)의 전류 그리고 각각 출력된 상기 전압, 전류를 연산증폭기(OP11)와, PWM부를 통해서 제어하여 램프의 출력 전력을 안정화시키는 이점이 있다.

Claims (1)

1. PWM 신호의 입력에 따른 전압을 출력하여 부하로 공급하는 전압 안정기의 출력 전압을 안정화시키는 회로에 있어서, 상기 부하로 공급되는 전압 레벨이 미리 설정된 전압 레벨을 초과시에 초과분에 대응된 전압을 검출하여 출력하는 전압검출부와, 상기 부하에 흐르는 전류의 양을 검출하여 이에 대응된 레벨의 전압을 출력하는 전류검출부와, 상기 전압검출부의 출력을 반전단자로 입력받고 상기 전류검출부의 출력을 비반전단자로 입력받는 연산증폭기를 구비하여 상기 전압검출부와 상기 전류검출부로부터 출력되는 신호의 차를 증폭하여 출력하는 오차증폭부와, 상기 오차증폭부에서 출력되는 신호에 대응하는 펄스폭을 갖는 상기 PWM 신호를 발생하는 PWM부를 가짐을 특징으로 하는 전압 안정기의 출력 제어 회로.