KR0185856B1 - 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명의 장치는 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류전원 공급부(10)와; 상기 직류전원을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(20); 상기 변압기(20)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30); 입력된 피드백 전압에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC(40) 및; 상기 변압기(20)로부터 입력된 전압을 직류 전압으로 변환하여 모니터의 각 회로에 공급하는 출력부(50)가 구비되어진 전원 공급 장치에 있어서, 상기 출력부(50)로부터 전원 전압을 인가받아 상기 과전압 정도에 따라 과전압 감지신호를 출력하는 감지부(60); 1차측 권선과 2차측 권선의 접지를 분리시켜, 상기 감지 신호를 1차측 권선에 연결하고, 2차측 권선에 유기된 전압을 전류 제한하여 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자에 입력시키는 포워드 컨버터(70)를 포함하여 구성되어 있어, SMPS로부터 출력되는 전원 전압을 검출하여 상기 전압이 일정 전압을 유지하도록 하는 과전압 검출 장치를 좀더 간단하게 구현한다는 데 그 효과가 있다.

Description

전원 공급 장치(A power supply)
제1도는 일반적인 SMPS를 도시한 회로도.
제2도는 본 발명에 따른 전원 공급 장치를 도시한 회로도 이다.
제3도는 본 발명의 장치에 절전 기능을 부가시킨 일실시예를 도시한 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 직류 전원 공급부 20 : 변압기
30 : 파워 트랜지스터 40 : 제어 IC
50 : 출력부 60 : 감지부
70 : 포워드 컨버터 80 : 절전 모드 제어부
본 발명은 SMPS(Switched Mode Power Supply)로부터 출력되는 전원 전압이 항상 일정 전압을 유지하도록 하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 SMPS(Switched Mode Power Supply)란 스위칭 전원으로서, 선형 전원(Linear Power Supply)보다 소형, 경량이면서 고효율적이기 때문에 이에 관련된 기술은 급속히 발전하고 있는 추세에 있다.
이러한 전원 공급 장치는 모니터내의 각 부분에서 필요로 하는 전압을 적절히 공급해주는 역할을 하는데, 종래의 SMPS는 제1도에 도시된 바와 같이, 퓨우즈를 통해 인가된 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부(10)와; 상기 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(20); 상기 변압기(20)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30); 입력된 피드백 전압(V fb )에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC(40) 및; 상기 변압기(20)로부터 입력된 전압을 직류 전압으로 변환하여 모니터의 각 회로에 공급하는 출력부(50); 상기 출력부(8)에 광학적으로 결합되어, 상기 출력부(50)로부터 출력된 전원 전압을 감지하여 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자로 감지 신호를 출력하는 과전압 검출부(60)로 구성되어 있다.
제1도를 참조하여 일반적인 SMPS의 동작을 살펴보면, 먼저 100V 혹은 220V의 상용 교류 전원이 퓨우즈를 통하여 인가되면, 라인 필터(L1,L2)와 커패시터(C1,C2,C3)는 L·C 공진 작용에 의하여 교류 전원을 통해 유입되는 노이즈를 제거하는 동시에, 브리지 다이오드(D1) 및 제어 IC()가 동작하면서 발생되는 고주파 노이즈가 AC 입력 라인을 타고 외부로 나가는 것을 차단한다.
한편, 상기 라인 필터(L1,L2)와 커패시터(C1,C2,C3)를 통과한 교류 전압은 브리지 다이오드(D1)에서 정류되어 돌입 전류 방지용 저항(Rs)을 통해 평활용 콘덴서(C4)에서 평활되어 직류 전압(Vi)으로 변환된 후, 변압기(20)의 1차측 권선에 인가된다.
동시에 상기 브리지 다이오드(D1)에서 정류된 정류 전압은 제어 IC(40)의V cc 단에 저항(R g )를 통해 인가되어 제어 IC(40)를 동작시키게 되고, 상기 제어 IC(40)로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 파워 트랜지스터(30)가 온/오프(ON/OFF)된다.
즉, 상기 직류 전압(V i )이 인가되면, 커패시터(C5)에 직류 전압(V i )이 충전됨에 따라 제어 IC(40)의 공급 전원(V cc )이 기동 전압에 도달하게 되어, 상기 제어 IC(40)가 작동되어 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)가 온/오프된다.
상기 파워 트랜지스터(30)가 상기 제어 IC(40)내의 발진기 주기에 따라 일정 시간 동안 온 상태를 유지하다 오프 상태로 변하면, 변압기(20)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다.
따라서 상기 변압기(20)는 상기 PWM 제어 신호에 의해 2차측 권선에서 요구되는 교류 전압(V s ,V sm )을 출력하게 된다.
이와 같은 동작을 반복하여 상기 변압기(20)의 2차측 권선에서 출력된 교류 전압(V s ,V sm )은 출력부(50)를 통하여 다시 직류 전압(V o ,V om )으로 변환된다.
즉, 상기 출력부(50)에 입력된 교류 전압(V s ,V sm )은 정류 다이오드(D2,D3)와 평활 커패시터(C6,C7)에 의해서 직류 전압(V o ,V om )으로 변환되어, 모니터의 각 회로에 공급되어 회로를 동작시킨다.
그러나 출력부(60)를 통해 출력된 전원 전압(V o ,V om )이 기준 전압 이상으로 상승하게 되면 과전압에 의한 회로 소자의 파손이 발생하게 되어 전원 장치의 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 상기 출력부(60)의 출력 전압을 일정 전압으로 유지시키기 위해 SMPS에는 일반적으로 과전압 검출부(60)가 구비되어져 있다.
보다 상세히 설명하면, 모니터의 각 회로로 공급되는 전원 전압(V o )은 에러 앰프(61)와 포토 커플러(62)로 구성된 과전압 검출부(60)에 의해 감지되도록 되어 있으며, 상기 감지 신호는 제어 IC(4)의 피드백단으로 입력된다.
즉, 상기 SMPS로부터 출력되는 전원 전압(V o )이 정상 동작시보다 클 경우, 상기 에러 앰프(61)가 상기 과전압을 감지하여 상기 에러 앰프(61)의 출력측 전압을 낮춘다. 이때 상기 에러 앰프(61)의 출력측이 상기 포토 커플러(62)와 연결되고, 상기 포토 커플러(62)의 다른 한쪽단이 SMPS 출력단(V om )에 연결되어 있어, 상기 포토 커플러(62)의 발광부에 정상 동작시보다 많은 전류가 순간적으로 흘러 그 만큼 많은 빛을 발광한다.
이에 따라 상기 포토 커플러(62)의 수광부에서는 상기 빛을 수광하여 상기 광신호를 전기적인 신호로 변환한 후 상기 제어 IC(40)의 피드백단으로 출력함으로써, 상기 제어 IC(40)의 피드백단에 입력되는 전류가 급속히 증가하여, 상기 제어 IC(40)가 PWM 제어 신호를 발생하게 되고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)의 온타임을 짧게 한다.
상기 파워 트랜지스터(30)의 온타임이 짧아짐에 따라 변압기(20)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력(V s )이 낮아져, 상기 SMPS로부터 출력되는 전원 전압(V o )을 일정 전압으로 유지시켜 모니터의 각 회로 등에 공급한다.
그러나 상기한 바와 같이 종래의 과전압 검출부(60)는, 과전압 감지신호를 상기 제어 IC(40)로 전송하기 위해 상기 변압기(20)의 1차측 권선과 2차측 권선의 접지를 분리하여야 하므로, 포토 커플러(62)를 비롯한 IC 소자를 사용하고 있는데, 그 회로 구현이 복잡할 뿐 만아니라 설치 경비가 과다하게 소비된다는 문제점이 있었다.
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 출력 전압을 안정화시켜 항시 모니터의 각 회로에 정격 전압이 공급되도록 하는 전원 공급 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원 공급 장치는, 퓨우즈를 통해 인가된 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부와; 상기 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기; 상기 변압기의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터; 입력된 피드백 전압(V fb )에 따라 상기 파워 트랜지스터의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC 및; 상기 변압기로부터 입력된 전압을 직류 전압으로 변환하여 각 회로에 공급하는 출력부가 구비되어진 전원 공급 장치에 있어서, 상기 출력부로부터 전원 전압을 인가받아 상기 과전압 정도에 따라 과전압 감지 신호를 출력하는 감지부; 1차측 권선과 2차측 권선의 접지를 분리시켜, 상기 감지 신호를 1차측 권선에 연결하고, 2차측 권선에 유기된 전압을 전류 제한하여 상기 제어 IC의 피드백 단자에 입력시키는 포워드 컨버터를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 상기 포워드 컨버터의 1차측 권선과 2차측 권선의 접지를 분리함으로써, 상기 변압기의 2차측으로부터 출력되는 과전압을 감지하여 상기 감지 신호를 포워드 컨버터의 1차측 권선에 연결하고, 이에 따라 상기 포워드 컨버터의 2차측에 유기된 전압을 전류 제한하여 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어 있는 상기 제어 IC의 피드백 단자에 입력시킴으로써, 전원 공급 장치의 출력 전압을 안정화시키도록 된 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 살펴보기로 한다.
제3도는 본 발명에 따른 전원 공급 장치를 도시한 회로도로서, 제3도에 도시된 바와 같이 과전압 검출 장치는, 직류 전원 공급부(10)와; 변압기(20); 파워 트랜지스터(30); 제어 IC(40) 및; 출력부(50)가 구비되어진 전원 공급 장치에 있어서, 감지부(60); 포워드 컨버터(70)를 포함하여 구성되어 있다.
여기서 상기 감지부(50)는, 제1저항(R1)이 상기 출력부(50)의 출력단에 연결되어 있으며, 상기 제1저항(R1)의 다른 한쪽단이 제2저항(R2)에 연결되어 있고, 상기 제2저항(R2)의 다른 한쪽단이 접지되어 있는 구조로 되어 있다.
또한 상기 포워드 컨버터(70)는, 1차측 권선과 2차측 권선의 접지가 분리되어 있으며, 1차측 권선이 제3저항(R3)을 통해 상기 제1저항(R1)과 제2저항(R2) 사이에 병렬로 연결되어 있고, 상기 2차측 권선이 제4저항(R4)을 통해 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자에 연결되어 있고, 커패시터(C)와 제5저항(R5)이 각각 상기 제4저항(R4)과 병렬로 연결된 채 한쪽끝이 접지되어 있는 구조로 되어 있다.
이어서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 효과를 자세히 설명하기로 한다.
상기 출력부(50)로부터 출력된 전원 전압(V o )은 모니터의 각 회로에 인가되어 회로를 동작시킨다.
동시에 상기 출력부(50)로부터 출력된 전원 전압(V o )은 감지부(60)에 인가되어 상기 과전압 정도에 따라 과전압 감지 신호를 출력한다.
상기 감지부(60)는 두 개의 저항 소자(R1,R2)로 구현할 수 있는데, 상기 제1저항(R1)이 상기 출력부(50)의 출력단과 모니터 회로 사이에 병렬로 연결되어 있고, 상기 제1저항(R1)의 다른 한쪽끝이 상기 제2저항(R2)과 연결되어 있고, 상기 제2저항(R2)의 다른 한쪽끝이 접지되어 있다.
따라서 상기 제1저항(R1)과 제2저항(R2) 사이의 전압이 감지 전압이 되어, 제3저항(R3)을 통해 포워드 컨버터(71)의 1차측 권선에 인가된다. 예컨대 상기 제1저항(R1)과 제2저항값(R2)의 비율이 10 : 1일 경우 정상 동작시 출력부(50) 출력단으로부터 입력된 전원 전압이 200V라 하면, 상기 감지 전압은 20V을 나타내게 되고, 상기 감지 전압은 제3저항(R3)를 통해 전류 제한을 받은 후 포워드 컨버터(71)의 1차측 권선에 인가된다.
만약 상기 출력부(50)로부터 과전압이 출력되게 되면, 상기 감지부(60)가 20V보다 큰 값의 감지 신호를 출력하게 되고, 이에 따라 상기 포워드 컨버터(71)의 1차측 권선에 큰 전류가 걸리게 되어 2차측 권선에 유기되는 전압이 정상 동작시보다 커진다.
상기 포워드 컨버터(71)의 2차측 권선에 유기된 전압은 커패시터(C)에 의해 충방전되고, 상기 커패시터(C)의 양단에 걸린 전압은 제4저항(R4)을 통해 전류 성분으로 바뀌어 전류 제한을 받은 후 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자로 입력된다.
이때 상기 포워드 컨버터(71)의 1차측 권선은 상기 변압기(20)의 2차측 권선에 연결되어 있고, 상기 포워드 컨버터(71)의 2차측 권선은 상기 제어 IC(40)를 통해 상기 변압기(20)의 1차측 권선에 연결되어 있으므로, 상기 포워드 컨버터(71)의 1차측 권선과 2차측 권선의 접지를 분리시킬 필요가 있다. 따라서, 상기 변압기(20)의 2차측 권선으로부터 출력된 신호를 상기 변압기(20)의 1차측 권선에 연결되어 있는 상기 제어 IC(40)에 직접 입력하여도, 회로의 쇼트가 발생하지 않는다.
이때 상기 제5저항(R5)은 상기 커패시터(C)의 방전용 저항이다.
이에 따라 상기 제어 IC(40)는 피드백 단자로 입력된 전류가 급속히 증가하면 PWM 제어 신호를 발생하여, 상기 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)의 온타임을 짧게 한다.
상기 파워 트랜지스터(30)의 온타임이 짧아짐에 따라 변압기(20)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력(V s )이 낮아져, 상기 출력부(50)로부터 출력되는 전원 전압(V o )을 일정 전압으로 유지시켜 모니터의 각 회로 등에 공급한다.
제3도는 본 발명의 장치에 절전 모드 기능을 부가시킨 또 다른 실시예로서, 직류 전원 공급부(10)와; 변압기(20); 파워 트랜지스터(30); 제어 IC(40); 출력부(50); 감지부(60); 및 포워드 컨버터(70)가 구비되어진 전원 공급 장치에 있어서, 절전 요구가 있으면 상기 감지부(60)에 일정 전압을 인가하는 절전 모드 제어부(80)를 포함하여 구성되어 있다.
일반적으로 절전형 모니터란, 사용자가 PC를 사용하다가 전원을 끄지 않고 잠시 자리를 비우거나 혹은 PC를 장시간 사용하지 않을 경우, PC에 내장되어 있는 마이콤이 이를 인식하여 절전 신호를 출력함으로써 소비전력을 30W 이하로 떨어뜨리는 제품을 말하며, 기존의 전원을 오프하는 것과는 달리 사용자가 다시 사용하고자 할 경우는 바로 전 사용 화면이 자동적으로 즉시 모니터에 나타난다.
상기 절전 신호는 PC의 마이콤에서 소프트웨어로 제어되며, 정해진 시간(통상 1,2분)동안 키보드상에 아무런 입력이 없으면 마이콤으로부터 절전 신호가 자동적으로 출력되어, 모니터의 소비 전력을 절감시킨다.
이때, 상기 절전 신호는 노말 모드시 하이 레벨을 나타내며, 서스펜드 모드시 로우 레벨을 나타낸다. 이에 따라 노말 모드시는 비디오 앰프에 100V 전압이 인가되고, 서스펜드 모드시에는 30V 이하의 전압이 인가된다.
일반적으로 상기 절전형 모니터는 영상 전자 기기 표준 협회(VESA)의 표준안에 따른 DPMS(Display Power Management System)로 구현되는 예가 빈번하다.
여기서 상기 절전 모드 제어부(80)는 베이스단이 제6저항(R6)을 통해 마이콤으로부터 절전 신호를 입력받고, 콜렉터단이 제7저항(R7)을 통해 일정 전압(5V)을 인가받고, 에미터단이 접지되어 있는 NPN형 제1트랜지스터(Q1)와; 베이스단이 상기 제7저항(R7)과 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터단 사이에 병렬로 연결되고, 콜렉터단이 상기 출력부(50)의 출력단에 연결되고, 에미터단이 상기 감지부(60)에 연결되어 있는 NPN형 제2트랜지스터(Q2)로 구성되어 있다.
제3도에 도시된 바와 같이, 비디오 앰프로 공급되는 100V 전원 전압(V om )은 분기되어 절전 모드 제어부(80)의 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터단에 인가된다.
따라서 상기 제1트랜지스터(Q1)는 마이콤으로부터 제6저항(R6)을 통해 하이 레벨의 절전 신호를 입력받으면 턴온되어, 상기 5V의 일정 전압이 제7저항(R7)을 통해 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에 입력되어 에미터단으로 흘러 접지된다. 이때 베이스단이 상기 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터단과 상기 제7저항(R7) 사이에 병렬로 연결되어 있는 제2트랜지스터(Q2)는 턴오프된다.
그러나, 상기 제1트랜지스터(Q1)에 로우 레벨의 절전 신호가 입력되면 상기 제1트랜지스터(Q1)는 턴오프되므로, 일정 전압(5V)이 제1트랜지스터(Q1) 쪽으로 흐르지 못하고 제2트랜지스터(Q2)의 베이스단으로 인가된다.
이에 따라 상기 제2트랜지스터(Q2)가 턴온되어 100V의 전원 전압(V om )이 상기 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터단으로 입력되어 에미터단을 통해 감지부(60)에 인가된다.
즉, 상기 제2트랜지스터(Q2)의 에미터단이 상기 감지부(60)의 제1저항(R1)과 제2저항(R2) 사이에 병렬로 연결되어 있어, 상기 감지부(60)는 정상 동작시보다 훨씬 큰 과전압 감지 신호를 출력하게 되고, 상기 포워드 컨버터(71)의 1차측 권선에 큰 전류가 걸리게 되어 2차측에 유기된 전압이 정상 동작시보다 커진다.
상기 포워드 컨버터(71)의 2차측에 유기된 전압은 전류 제한을 받은후 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자로 입력된다.
이에 따라 상기 제어 IC(40)는 피드백 단자로 입력된 전류가 급속히 증가하면 PWM 제어 신호를 발생하여, 상기 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)의 온타임을 짧게 한다.
상기 파워 트랜지스터(30)의 온타임이 짧아짐에 따라 변압기(20)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력(V s )이 낮아져, 상기 출력부(60)로부터 출력되는 전원 전압(V o )을 30V 이하로 떨어뜨려, 오디오 앰프 및 편향 회로 등에 공급한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 출력 전압을 안정화시켜 항시 모니터의 각 회로에 정격 전압이 공급되도록 하는 전원 공급 장치를 좀더 간단하게 구현한다는 데 그 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부(10)와; 상기 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(20); 상기 변압기(20)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30); 입력된 피드백 전압(V fb )에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC(40); 및 상기 변압기(20)의 2차측 전압을 직류 전압으로 변환하여 각 회로에 공급하는 출력부(50)가 구비되어진 전원 공급 장치에 있어서, 상기 출력부(50)로부터 전원 전압을 인가받아 상기 과전압 정도에 따라 과전압 감지 신호를 출력하는 감지부(60)와; 1차측 권선과 2차측 권선의 접지를 분리시켜, 상기 감지신호를 1차측 권선에 연결하고, 2차측 권선에 유기된 전압을 전류 제한 하여 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자에 입력시키는 포워드 컨버터(70)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지부(50)는, 제1저항(R1)이 상기 출력부(50)의 출력단에 연결되어 있으며, 상기 제1저항(R1)의 다른 한쪽단이 제2저항(R2)에 연결되어 있고, 상기 제2저항(R2)의 다른 한쪽단이 접지된 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 포워드 컨버터(70)는, 1차측 권선과 2차측 권선의 접지가 분리되어 있으며, 1차측 권선이 제3저항(R3)을 통해 상기 제1저항(R1)과 제2저항(R2) 사이에 병렬로 연결되어 있고, 상기 2차측 권선이 제4저항(R4)을 통해 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자에 연결되어 있고, 커패시터(C)와 제5저항(R5)이 각각 상기 제4저항(R4)과 병렬로 연결된 채 한쪽끝이 접지된 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서, 절전 요구가 있으면 상기 감지부(60)에 일정 전압을 인가하는 절전 모드 제어부(80)를 더 구비된 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 절전 모드 제어부(80)는, 베이스단이 제6저항(R6)을 통해 마이콤으로부터 절전 신호를 입력받고, 콜렉터단이 제7저항(R7)을 통해 일정 전압을 인가받고, 에미터단이 접지되어 있는 제1트랜지스터(Q1)와; 베이스단이 상기 제7저항(R7)과 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터단 사이에 병렬로 연결되고, 콜렉터단이 상기 출력부(50)의 출력단에 연결되고, 에미터단이 상기 감지부(60)에 연결되어 있는 제2트랜지스터(Q2)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
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