KR100226878B1 - 링잉 쵸크 컨버터 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야 : 스위칭 전원장치에 관한 것으로 링잉 쵸크 컨버터의 출력전압 제어 및 출력전류 제한의 수단에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 : 링잉 쵸크 컨버터의 출력전류의 제한값을 입력전압의 변동에 대해서 일정하게 유지 가능하다.

3. 발명의 해결방법의 요지 : 본 발명은, 1차 권선과 2차권선과 정귀환권선을 가지는 트랜스와, 상기 1차 권선에 직렬로 접속된 제어전극을 가지는 스위칭소자와 상기 2차 권선에 접속된 다이오드와, 상기 정귀환권과 상기 스위칭소자의 제어전극을 연결하는 정귀환회로를 구비한 링잉 쵸크 컨버터에 있어서, 상기 스위칭소자의 제어전극에 가해지는 신호의 세기를 제어하는 목적의 제어 트랜지스터를, 그 콜렉터를 상기 스위칭소자의 제어전극에, 그 베이스를 저항을 통하여 상기 정귀환권선의 한쪽 단자에, 그 에미터를 상기 정귀환권선의 다른쪽의 단자에 각각 접속하고, 상기 제어 트랜지스터의 베이스·에미터간에 콘덴서와 저항으로 이루어지는 직렬회로를 접속하고, 동시에 상기 콘덴서와 저항으로 이루어지는 직렬회로의 저항에 출력전압 검출값에 따른 변전류를 흐르게 하는 귀환제어회로를 접속한다.

4. 발명의 중요한 용도 : 출력전류의 제한값을 입력전압의 변동에 대하여 일정하게 되도록 조정함으로써 출력전압이 상승하려고 하는 것을 억제하는 작용에 의해 간소화되고 저렴한 회로구성이 가능하다.

Description

링잉 쵸크 컨버트

제1도는 청구항 1에 기재된 발명의 실시예를 나타낸 회로도.

제2도는 청구항 1에 기재된 발명의 다른 실시예를 나타낸 회로도.

제3도는 청구항 2에 기재된 발명의 실시예를 나타낸 회로도.

제4도는 제1도에 있어서의 제어트랜지스터의 베이스ㆍ에미터간 전압과 스위칭 트랜지스터의 콜렉터ㆍ에미터간 전압을 각각 시간축을 맞추어 측정한 파형의 예를 나타낸 파형도.

제5도는 종래의 링잉 쵸크 컨버터의 일예를 나타낸 회로도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 직류전원 2 : 부하

11 : 트랜스 12 : 스위칭 트랜지스터

13 : 다이오드 14 : 기동저항

15 : 정귀환회로 16 : 제어 트랜지스터

17 : 저항 18 : 콘덴서

19 : 저항 20 : 다이오드

21: 귀환제어회로 22 : 콘덴서

15a : 저항 15b : 콘덴서

15c : 다이오드 21a : 포토커플러 수광부

21b : 포토커플러 발광부 21c : 제너 다이오드

21d : 저항 21e : 다이오드

21f : 콘덴서 21g : 기준전압원

21h : 연산증폭기 21k : 저항

21m : 저항

본 발명은 스위칭 전원장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 링잉 쵸크 컨버터의 출력전압 제어 및 출력 전류 제한의 수단에 관한 것이다.

종래에 링잉 쵸크 컨버터의 출력전압 제어 및 출력전류 제한의 수단으로서 제5도에 도시한 회로가있다. (특공평 4-9034)

제5도에 있어서, 스위칭 트랜지스터 12가 온상태일 때에 정귀환권선 11c에 발생하는 전압을 V1볼트, 제너 다이오드 31의 제너전압을 V2볼트라고 하고, 또한 저항 17의 저항값을 R옴이라고 하면, 콘덴서 18에 흐르는 순방향 전류는 약 (V1-V2)/R 암페어로 나타낼 수 있다.

전압 V2가 전압 V1에 대하여 충분히 작으면, 이 순방향 전류는 거의 V1에 비례하여 커지고, 콘덴서 18의 전압 상승도 비례하여 빨라진다. 콘덴서 18의 전압이 제어 트랜지스터 16의 베이스ㆍ에미터 순방향전압을 오버하면 제어 트랜지스터 16이 온상태가 되어 스위칭 트랜지스터 12는 턴오프된다. 스위칭 트랜지스터 12의 온상태의 기간은 콘덴서 18의 전압 상승속도에 반비례하여 작아지므로, 온기간은 전압V1 비례하여 작아진다. 즉, 스위칭 트랜지스터 12의 온기간은 입력전압 V1에 반비례한다.

그러나, 입력전압 V1의 변동에 대하여 출력전류의 제한값을 일정하게 유지하기 위해서는 스위칭 트랜지스터 12의 온기간이 입력전압 V1에 대하여 반비례보다 더 큰 비율로 짧아져야 한다.

그래서, 상술한 식에서의 전압 V2의 값이 소정 크기라면, 전압 V1의 변화율에 대하여(V1-V2)의 변화율이 보다 커지는 것을 이용하여 출력전류의 제한값을 입력 전압이 변동하더라도 일정하게 할 수 있게 된다. 예를 들면, 전압 V1 5볼트에서 10볼트로 변화되었을 때, 전압 V2가 충분히 작으면 (V1-V2)의 변화율도 2배가 되지만, 전압 V2로서 2.5볼트 선택하면 (V1-V2)는 2.5볼트에서 7.5볼트로 변화하고, 변화율은 3배가 된다.

제5도에 있어서, 2차 권선 11b의 출력전압은 포토커플러 수광부 21a에 의해 제너 다이오드 31을 경유하는 전류와는 다른 경로로 콘덴서 18의 충전전류가 가감되어 일정하게 유지된다.

제5도에 나타낸 종래의 방식에 있어서, 제너 다이오드 31은 정귀환권선 11c에 발생하는 전압과의 관계에서 2.0∼3.3볼트의 제너전압을 가지는 것이 선택된다. 그 때문에, 음의 온도특성을 가지며, 온도변화에 대한 출력전류 제한값의 분산이 커지게 되는 결점이 있다. 한편, 제너 다이오드 31에 온도보상형이 이용되면 온도특성은 개선되는데, 비용이 상승하는 또다른 문제가 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은, 입력전압의 변동에 대해서도 또 온도변화에 대해서도 출력전류 제한값의 분산이 작아져 간편한 저가의 링잉 쵸크 컨버터를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 1차 권선과 2차 권선과 정귀환권선을 가지는 트랜스와, 상기 1차 권선에 직렬로 접속된 제어전극을 가지는 스위칭 소자와, 상기 2차권선에 접속된 다이오드와, 상기 정귀환권선과 상기 스위칭소자의 제어전극을 연결하는 정귀환회로를 구비한 링잉 쵸크 컨버터에 있어서, 상기 스위칭소자의 제어전극에 가해지는 신호의 세기를 제어하는 목적의 제어 트랜지스터를, 그 콜렉터를 상기 스위칭소자의 제어전극에, 그 베이스를 저항을 통하여 상기 정귀환권선의 한쪽 단자에, 그 에미터를 상기 정귀환권선의 다른 쪽의 단자에 각각 접속하고, 상기 제어 트랜지스터의 베이스ㆍ에미터간에 콘덴서와 저항으로 이루어지는 직렬회로를 접속하고, 동시에 상기 콘덴서와 저항으로 이루어지는 직렬회로의 저항에 2차측 권선 11b의 출력전압 검출값에 따른 가변전류를 흐르게 하는 귀환제어회로를 접속함을 특징으로 한다. 즉, 제1도에 나타낸 바와 같이, 제어 트랜지스터 16의 베이스ㆍ에미터 사이에 콘덴서 18과 저항 19로 이루어지는 직렬회로를 접속하고, 베이스ㆍ에미터 간에 콘덴서 18의 충전전압과 저항 19를 흐르는 전류에 따른 드롭전압의 합의 전압이 더해지게 하고, 이것에 의해 출력전류를 제한한다. 또한, 포토커플러 수광부 21a에 흐르는 전류는 저항 19를 통해 흐르게 되며, 이 전류에 따른 저항 19의 양단의 드롭전압을 변화시키는 것에 의해 2차 권선측 11b의 출력전압을 제어한다.

또 본 발명은, 1차 권선과 2차 권선과 정귀환권선을 가지는 트랜스와, 상기 1차 권선에 직렬로 접속된 제어전극을 가지는 스위칭 소자와, 상기 2차권선에 접속된 다이오드와, 상기 정귀환권선과 상기 스위칭소자의 제어전극을 연결하는 정귀환회로를 구비한 링잉 쵸크 컨버터에 있어서, 상기 스위칭 소자의 제어전극에 가해지는 신호의 세기를 제어하는 목적의 제어 트랜지스터를, 그 콜렉터를 상기 스위칭소자의 제어전극에, 그 베이스를 저항을 통하여 상기 정기환권선의 한쪽 단자에, 그 에미터를 상기 정귀환권선의 다른쪽의 단자에 각각 접속하고, 상기 제어 트랜지스터의 베이스ㆍ에미터간에 콘덴서와 저항으로 이루어지는 직렬회로를 접속하고, 동시에 상기 제어 트랜지스터의 베이스에 2차 권선 11b의 출력전압 검출값에 다른 가변 전류를 흐르게 하는 귀환제어회로를 접속함을 특징으로 한다. 즉, 제3도에 도시한 바와 같이, 포토커플러 수광부 21a를 흐르는 전류를 콘덴서 18 및 저항 19에 흐르게 하고, 제어 트랜지스터 16의 베이스ㆍ에미터간 전압의 상승속도를 바꾸는 것에 의해 출력전압을 제어한다.

제1도의 회로에 있어서, 스위칭 트랜지스터 12의 온상태의 기간을 TON초라고 하고, 온기간에 정귀환권선 11c에 발생하는 전압을 V1볼트라고 하고, 저항 17과 저항 19를 각각 R1옴과 R옴이라고 하고, 콘덴서 18을 C패러드라고 하고, R1이 R2에 비하여 충분히 크다고 하면, 온기간의 콘덴서 18의 전압상승 값은 V1ㆍTON/(CㆍR1)으로 나타낼 수 있다. 또, 스위칭 트랜지스터 12의 오프기간에 정귀환권선 11c에 발생하는 전압을 V2볼트라 하면, 저항 19에서 드롭되는 전압의 온기간과 오프기간의 차는 (V1-V2)ㆍR2/R1으로 나타낼 수 있다. 제어 트랜지스터 16의 베이스전압은 양의 방향으로 베이스ㆍ에미터 순방향전압에 상당하는 전압의 편차를 나타내며, 또한 음의 방향으로는 온기간의 길이에 따른 전압의 편차를 나타낸다. 지금, 양음 양방향에 따른 편차가 최대로 1.2볼트라고 가정할 때, V1ㆍTON/(CㆍR1)+(V1-V2)R2/R1=1.2를 만족하는 TON이 최대값이 된다.

상기식을 간단히 하기 위하여, 저항 R1과 R2에 각각 2200옴과 75옴을, C에 0.022마이크로 패러드를, 또 전압 V2는 출력전압에 비례하는 -5볼트를 대입하면, 0.021ㆍV1ㆍ(TON+1.6)=1.0이 구해진다. 이 식에서, TON은 전압 V1이 5볼트일때 7.9마이크로초가 되고, 전압 V1이 10볼트일 때 3.2마이크로초가 되고, 이는 V1 값의 반비례보다 큰 비율로 작아지는 것을 알 수 있다.

상기의 예로 든 계산에서 나타난 바와 같이, 저항 19의 존재에 의해 온기간은 입력전압의 상승에 따라서 반비례보다 큰 비율로 작아진다. 따라서, 이 저항의 값을 적당히 선택하는 것에 의해 출력전류의 제한값을 입력전압의 변동에 대하여 일정하게 되도록 조정하는 것이 가능하게 된다.

포토커플러 발광부 21b는 2차 권선 11b의 출력전압이 제너 다이오드 21c의 제너 전압과 포토커플러 발광부 21b 자체의 순방향 전압의 합에 의해 결정되는 전압을 상회하면 발광하고, 포토커플러 수광부 21a에 흐르는 전류가 증가한다.

후술하는 청구항 1에 기재된 발명에 있어서는, 제1도에 나타낸 바와같이, 포토커플러 수광부 21a의 전류가 저항 19를 흘러 제어 트랜지스터 16의 베이스ㆍ에미터 전압을 끌어 올리고, 그 결과 온기간을 단축하여 출력전압을 낮춘다. 즉, 출력전압이 상승하려고 할 때, 그것을 억제하는 제어로써 작용한다.

후술하는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서는, 제3도에 나타낸 바와같이, 포토 커플러 수광부 21a의 전류가 콘덴서 18과 저항 19를 흘러서, 제어트랜지스터 16의 베이스ㆍ에미터 간의 전압 상승속도를 빠르게 하고, 그 결과 온기간을 단축하여 출력전압을 낮춘다. 즉, 출력전압이 상승하려고 할 때 그것을 억제하는 제어로써 작용한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 청구항 1에 기재된 발명의 실시예를 나타낸 회로도이다.

제1도에 있어서, 출력전압이 변화하면 포토커플러 발광부 21b의 휘도가 변화되고 포토커플러 수광부 21a에서의 전류가 변화되므로, 저항 19의 양단의 전압이 변화하게 된다. 저항 19의 양단의 전압변화에 따라 스위칭 트랜지스터 12의 온기간이 변화되고, 그 결과는 다시 출력전압의 변화로서 나타나며, 최초의 변화가 차감 제로 상태로 된다. 이와 같이 하여, 출력전류가 제한 전류값 이하에서 동작할 경우는 포토커플러 수광부 21a를 흐르는 전류에 의해 출력전압이 제어된다.

출력전류가 제한전류의 값을 초과하여 출력전압이 조금 내려가기 시작하면 포토 커플러 수광부 21a는 오프상태가 된다. 제한전류의 값은, 앞에서 설명한 바와 같이 저항 17과 저항 19와 콘덴서 18의 각 값의 선택방법에 의해 결정되는데, 출력전압이 내려가기 시작하면 정귀환권선 11c에 발생하는 역방향전압도 비례하여 내려가고, 그 때문에 콘덴서 18과 저항 19의 각각의 양단의 전압의 합이 제어 트랜지스터 16의 베이스ㆍ에미터 순방향전압에 도달할 때까지의 시간이 짧아지고, 그 결과 스위칭 트랜지스터 12의 온기간이 짧아지고 출력전류는 출력전류가 내려간 만큼 작아진다. 즉, 전류가 폴드백(fold back) 된다.

제4도는 제1도에 나타낸 회로의 제어 트랜지스터 16의 베이스ㆍ에미터간의 전압과 스위칭 트랜지스터 12의 콜렉터·에미터간의 전압을 각각 시간축을 맞추어 측정한 파형의 예를 나타낸 도이다.

제어 트랜지스터 16의 베이스·에미터간 전압 파형에 있어서 턴온과 동시에 상승하는 전압은 저항 19에 흐르는 전류에 의해, 턴온된 후 서서히 상승하는 전압은 콘덴서 18의 충전에 의한 것이다. 턴오프와 동시에 내려가는 전압은 저항 19를 거꾸로 흐르는 전류에 의한 것이고, 천천히 내려가는 전압은 콘덴서 18의 역전류에 의한 것이다.

제1도의 회로에 있어서 콘덴서 18에 병렬로 접속되어 있는 다이오드 20은 콘덴서 18이 역충전되어 그 음전압이 커지면 전압제어가 작용하기 어렵게 되기 때문에, 음전압을 클램프하기 위하여 설치되어 있다.

제3도는 청구항 2에 기재된 발명의 실시예를 나타낸 회로도이다.

제3도에 있어서, 출력전압이 변화하면 포토커플러 발광부 21b의 휘도가 변화되고, 포토커플러 수광부 21a에서의 전류가 변화되며, 콘덴서 18과 저항 19의 직렬회로 양단의 전압변화의 속도가 달라진다. 이후의 동작과 출력전류 제한의 동작은 제1도의 회로와 같다.

또, 제3도에 도시한 회로의 제어 트랜지스터 16의 베이스ㆍ에미터간의 전압파형과 스위칭 트랜지스터 12의 콜렉터ㆍ에미터간의 전압파형도 제1도의 회로 각각의 파형예를 나타낸 제4도와 같다.

제2도는 청구항 1에 기재된 발명의 다른 실시예를 나타낸 회로도이다. 제2도에 있어서, 기준전압전원 21g와 연산증폭기(operational amplefier) 21h에 의해 출력 전압의 변동을 검출 증폭하고, 저항 19에 흐르는 전류를 제어한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의해, 출력전압 제어와 출력전류 제한이 일반적으로 입수가 용이한 부품으로 구성된 회로에 의해 실현되며, 출력전류의 제한값이 입력전압의 변동에 대하여 일정하게 유지되고, 동시에 온도에 대한 분산이 종래의 방식에 비하여 개선된다. 회로가 간소하고 저가인 점에서 응용범위가 넓다.

Claims (2)

1차 권선과 2차 권선과 정귀환권선을 가지는 트랜스와, 상기 1차 권선에 직렬로 접속된 제어전극을 가지는 스위칭소자와, 상기 2차 권선에 접속된 다이오드와, 상기 2차 권선의 출력전압에 따라 상기 정귀환권선측의 회로로 전류를 귀환시키는 정귀환회로를 구비한 링잉 쵸크 컨버터에 있어서, 상기 스위칭소자의 제어전극에 가해지는 신호의 세기를 제어하는 목적의 제어트랜지스터가 구비되며, 상기 제어 트랜지스터의 콜렉터를 상기 스위칭소자의 제어 전극에, 상기 제어 트랜지스터의 베이스를 저항을 통하여 상기 정귀환권선의 한쪽 단자에, 상기 제어 트랜지스터의 에미터를 상기 정귀환권선의 다른 쪽의 단자에 각각 접속하고, 상기 제어 트랜지스터의 베이스ㆍ에미터간에 콘덴서와 저항을 직렬로 접속하고, 동시에 직렬 접속된 상기 콘덴서와 상기 저항의 접점에 상기 2차 권선의 출력전압 검출값에 따른 가변전류를 흐르게 하는 상기 정귀환회로를 접속함을 특징으로하는 링잉 쵸크 컨버터.

1차 권선과 2차 권선과 정귀환권선을 가지는 트랜스와, 상기 1차 권선에 직렬로 접속된 제어전극을 가지는 스위칭소자와, 상기 2차 권선에 접속된 다이오드와, 상기 2차권선의 출력전압에 따라 상기 정귀환권선측의 회로로 전류를 귀환시키는 정귀기환회로를 구비한 링잉 쵸크 컨버터에 있어서, 상기 스위칭소자의 제어전극에 가해지는 신호의 세기를 제어하는, 상기 스위칭소자의 제어 전극에 상기 제어 트랜지스터의 베이스의 베이스를 저항을 통하여 상기 정귀전환권선의 한쪽단자에, 상기 제어 트랜지스터의 에미터를 상기 정귀환권선의 다른쪽의 단자에 각각 접속하고, 상기 제어 트랜지스터의 베이스ㆍ에미터간에 콘덴서와 저항을 직렬로 접속하고, 동시에 상기 제어 트랜지스터의 베이스에 2차 권선의 출력전압 검출값에 따른 가변전류를 흐르게 하는 상기 정귀환회로를 접속함을 특징으로 하는 링링 쵸크 컨버터.