KR100231441B1 - 자려식스위칭전원장치 - Google Patents

Abstract

메인트랜스포머의 2차권선을 단락시켜도, 또한 출력을 단락시키더라도, 과전류가 흐르지 않는 자려식스위칭전원장치를 제공한다.

메인트랜스포머 11의 2차권선 11B로부터 가포화트랜스포머 14를 통하여 얻어지는 정귀환신호를 스위칭트랜지스터 12의 베이스로 공급한다.

Description

자려식스위칭전원장치

제1도는 청구항 1에 기재된 발명의 실시예를 도시하는 회로도이다.

제2도는 청구항 2에 기재된 발명의 실시예를 도시하는 회로도이다.

제3도는 청구항 3에 기재된 발명의 실시예를 도시하는 회로도이다.

제4도는 종래방식의 일실시예를 나타내는 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 직류전원 2 : 부하

11 : 메인트랜스포머 12 : 스위칭트랜지스터

13 : 정류평활회로 14 : 가포화트랜스포머

15 : 기동저항 16 : 구동저항

17 : 방전트랜지스터 18 : 다이오드

19 : 스피드업콘덴서 20 : 저항

21 : 제어트랜지스터 22 : 역류저지용다이오드

23 : 제너다이오드 24 : 과전류제한트랜지스터

25 : 저항 26 : 저항

27 : 포토커플러 28 : 트랜지스터

29 : 다이오드 30 : 콘덴서

31 : 콘덴서 32 : 저항

11A : 메인트랜스포머의 1차권선 11B : 메인트랜스포머의 2차권선

11C : 메인트랜스포머의 정귀환권선 13A : 정류다이오드

13B : 평활콘덴서 14A : 가포화트랜스포머의 1차권선

14B : 가포화트랜스포머의 2차권선

본 발명은 스위칭전원장치에 관한 것이다.

종래의 자려식스위칭전원장치는, 제4도에 나타낸 회로예와 같이 메인트랜스포머에 귀환권선을 구비함으로써 자려발진을 얻을 수 있다.

종래회로에서는 메인트랜스포머의 2차권선의 양단을 단락시켜도 발진이 정지하지 않고, 메인트랜스포머의 2차권선 그 자체 및 스위칭소자가 발열하며 출력이 단락되었을 때, 정류평활회로의 다이오드와 메인트랜스포머의 2차권선 그 자체 및 스위칭소자가 발열하는 경우가 있다.

2차권선 양단의 단락 및 출력단락에 대하여 퓨우즈 또는 과전류제한회로를 추가함으로써 개선할 수 있는데, 그에 의하여 부품수와 비용을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 메인트랜스포머의 2차권선 양단을 단락시켜도 또 출력을 단락시키더라도 과전류가 흐르지 않는 자려식스위칭전원장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 가포화트랜스포머를 이용하여 귀환신호를 전달하여 출력전압을 안정화하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 넓은 입력전압범위에 걸쳐서 메인트랜스포머의 2차권선 양단을 단락시켜도, 또한 출력을 단락시키더라도 과전류가 흐르지 않는 자려식스위칭전원장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구항 1에 기재된 자려식스위칭전원장치는 메인트랜스포머의 2차권선으로부터 가포화트랜스포머를 통하여 스위칭소자의 제어전극으로 정귀환신호를 보낸다.

본 발명의 청구항 2에 기재된 자려식스위칭전원장치는, 스위칭소자의 제어전극에 축적되는 전하를 가포화트랜스포머(saturable transformer)가 포화된 직후에 방전시킨다.

본 발명의 청구항 3에 기재된 자려식스위칭전원장치는 메인트랜스포머의 2차권선으로부터 가포화트랜스포머의 1차권선 양단에 가해지는 전압을 제어함으로써, 가포화트랜스포머의 2차권선으로부터 스위칭소자의 제어전극에 가해지는 정귀환신호의 펄스폭을 제어한다.

청구항 1에 기재된 자려식스위칭전원장치에 있어서, 가포화트랜스포머는 펄스신호를 전달하는 작용과 펄스폭의 최대치를 제한하는 작용을 겸하고 있다. 가포화트랜트포머의 코아의 총자속을 Φ라 하고, 1차권선의 감기수를 N1이라 하며, 1차권선에 가해지는 순방향 펄스진폭을 V1이라 하고, 포화할 때까지의 시간을 T1이라고 한다면, 이들 사이에 N1·Φ = V1·T1이라는 관계가 성립된다.

가포화트랜스포머가 포화되면 권선의 임피던스는 제로에 가까운 값까지 내려가기 때문에 트랜스포머로서의 기능을 유지할 수 없고, 스위칭소자의 제어전극에 가해지는 순방향펄스의 진폭이 제로가 되며 스위칭소자는 턴오프된다.

스위칭소자의 턴오프에 의하여 메인트랜스포머의 2차권선의 펄스는 부로 전환되고, 가포화트랜스포머의 1차권선에는 부방향필스가 가해진다. 가포화트랜스포머는 순방향펄스에 의하여 포화되지만, 부방향펄스가 더해짐으로써 다시 권선이 고임피던스를 가지고 상기 부방향펄스를 1차권선으로부터 2차권선으로 전달하여 스위칭소자의 제어전극을 역바이어스한다.

스위칭소자가 다시 턴온될 때까지의 기간은 메인트랜스포머의 여자에너지가 모두 방출될 때까지의 시간이지만, 상기 기간에 가포화트랜스포머의 코아가 부방향으로 포화되면 스위칭소자가 다시 턴온된 후의 가포화트랜스포머의 코아가 포화될 때까지의 시간이 가장 길어진다.

기동시는 가포화트랜스포머의 코아가 부방향으로 포화되지 않는 것과, 출력전압이 낮아지는 것으로부터 스위칭소자의 온기간은 최초부터 최대치에 달하는 것이 아니라 서서히 커져간다.

또 출력단락시는 메인트랜스포머의 2차권선의 전압이 내려가서 가포화트랜스포머의 코아가 부방향으로 포화되지 않기 때문에 스위칭소자의 온기간은 짧아지며, ㄱ형태의 과전류보호가 이루어진다.

가포화트랜스포머의 상기 작용에 의하여 스위칭소자의 온기간이 기동시에 서서히 커지는 소프트스타트기능과, 온기간의 최대치가 제한되는 과전류보호기능이 얻어진다.

가포화트랜스포머의 포화와 스위칭소자의 턴오프는 동시에 이루어지는 것이 아니라, 턴오프는 스위칭소자의 특성에 의하여 지연된다. 상기 지연이 크면, 스위칭소자의 온기간은 V1에 반비례하지 않는다. V1은 입력전압에 비례하므로 온기간은 입력전압에 반비례하지 않게 된다.

청구항 2에 기재된 자려식스위칭전원에 있어서, 가포화트랜스포머의 2차권선에 발생하는 순방향펄스가 가포화트랜스포머의 포화에 의하여 제로가 되면, 스피드업 콘덴서에 충전된 전하가 방전되고, 방전트랜지스터를 순방향으로 바이어스하며, 이를 온상태로 하고 스위칭소자의 제어전극에 축적되어 있는 전하를 방전시킨다.

방전트랜지스터의 작용에 의하여 스위칭소자의 온기간은 가포화트랜스포머가 포화될 때까지의 시간과 거의 비슷해진다. 즉, 스위칭소자의 온기간은 입력전압에 반비례하여 작아지고, 메인트랜스포머의 1차권선에 흐르는 여자전류의 피크치는 입력전압에 관계없이 거의 일정해진다.

이에 의하여 넓은 입력전압범위에 걸쳐서 스위칭소자를 과전류로부터 보호할 수 있음과 동시에 출력단자를 흐르는 과전류까지도 방지할 수 있다.

청구항 3에 기재된 자려식스위칭전원에 있어서 제어트랜지스터는 가포화트랜스포머의 1차권선에 가해지는 부방향펄스의 진폭을 제어한다.

출력전압이 상승하여 귀환제어회로로부터 제어트랜지스터의 베이스에 흐르는 전류가 증가하면, 제어트랜지스터의 컬렉터·에미터간 전압이 내려가고, 가포화트랜스포머의 1차권선에 가해지는 부방향펄스의 진폭이 작아진다.

부방향펄스의 진폭이 작아짐으로써 가포화트랜스포머의 코아가 정방향으로 포화된 후에 부방향으로 돌아가는 자속변화분이 감소되고, 다음의 온기간이 짧아진다. 온기간이 짧아지면 출력전압이 내려간다. 이렇게 함으로써 출력전압이 안정화된다.

제1도는, 청구항 1의 실시예를 나타내는 회로도이다. 종래예를 나타내는 제4도의 회로와 동일 또는 동등한 부분에는 동일한 부호를 붙인다.

제1도에 나타낸 실시예는 플라이백컨버터의 구성이지만, 포워드컨버터나 하프브리지 등의 회로구성이라도 자려식이라면 적용할 수 있다.

제1도의 회로에 있어서 가포화트랜스포머 14를 제외한 다른 부품의 정수는 자려식플라이백커버터의 정수와 동일하다. 가포화트랜스포머의 코아의 예로서 바깥지름 4㎜, 안지름 2㎜, 길이 6㎜의 미소원통코어를 사용할 수 있다. 1차권선 14A의 감기수는 출력전압값 및 최대 온기간에 의하여 최적값이 있지만, 예로서 출력이 30W이고 출력전압이 15V라면 10회 정도가 좋다. 2차권선 14B의 감기수는 사용되는 스위칭소자에 의해서도 다르지만, 바이폴라트랜지스터라면 2회에서 4회정도가 좋다.

제2도는, 청구항 2의 실시예를 나타내는 회로도이다. 제1도의 회로와 동일 또는 동등한 부분에는 동일한 부호를 붙인다.

제2도에 있어서 가포화트랜스포머 14의 2차권선 14B에 발생하는 순방향펄스전압에 의하여 스위칭트랜지스터 12가 온상태가 되면, 스피드업콘덴서 19는 다이오드 18의 순방향전류에 의하여 충전된다.

가포화트랜스포머 14가 포화되어 2차권선 14B의 순방향펄스전압이 제로가 되면, 스피드업콘덴서 19는 저항 16을 통과하여 방전트랜지스터 17의 베이스에 순바이어스전류를 흘려서 방전시킨다.

방전트랜지스커 17은 순바이어스되어 온상태가 되고, 스위칭트랜지스터 12의 베이스전하를 급속하게 방전시켜서 턴오프를 가속화시킨다.

이렇게 하여 스위칭트랜지스터 12의 온기간이 가포화트랜스포머 14가 포화될 때 까지의 기간과 거의 같아짐으로써, 온기간도 입력전압에 반비례하여 작아진다.

스위칭트랜지스터 12의 콜렉터피크전류는 입력전압에 비례하고 또 온기간에도 비례하지만, 온 기간이 입력전압에 반비례하면 입력전압에 관계없이 일정값이 되며 넓은 입력전압범위에 걸쳐서 과전류에 대한 보호를 얻을 수 있다.

제3도는 청구항 3의 실시예를 나타내는 회로도이다. 제1도의 회로도와 동일 또는 동등한 부분에는 동일한 부호를 붙인다.

제3도의 회로에 있어서, 출력전압의 변화는 제너다이오드 23을 흐르는 전류의 변화가 되어 제어트랜지스터 21의 콜렉터·에미터간 전압을 변화시키고, 가포화트랜스포머 14의 1차권선 14A에 더해지는 부방향펄스의 진폭을 변화시킨다.

기포화트랜스포머 14의 1차권선 14A에 가해지는 부방향펄스의 진폭이 변화되면, 포화자속으로부터 되돌아가는 자속량이 변화되며, 다음으로 순방향펄스가 더해졌을 때 포화자속에 달할 때까지의 시간이 변화된다.

포화자속에 달할 때까지의 시간이 변화됨으로써 스위칭트랜지스터 12의 온기간이 변화된다. 이렇게 하여 온기간은 출력전압에 의하여 제어된다.

제3도의 회로에서는 출력전압검출을 제너다이오드 23으로 행하고, 그 제어항복전류를 귀환제어전류로서 이용하고 있지만, 기준전압원과 연산증폭기로부터 구성되는 회로를 이용하는 것도 가능하다.

가포화트랜스포머의 1차권선과 2차권선과의 사이를 절연함으로써, 절연상태를 확보하여 신호를 전달할 수 있다.

이상과 같이 상기 발명에 의하면, 가포화트랜스포머에 'フ'형태의 과전류보호와 소프트스타트를 작용시키고, 포토커플러를 대신하는 절연형 신호전단의 기능도 겸하도록 할 수 있다. 이로인해 2차권선 양단의 단락 및 출력단락에 대한 부가회로가 불필요하게 되어 종래의 자려식스위칭전원장치의 회로를 큰폭으로 간소화할 수 있다. 자려식스위칭전원장치가 회로의 간소화때문에 광범위하게 사용되고 있음을 고려해 본다면, 그것을 더 간소화시킬 수 있는 본 발명은 효과가 크다.

Claims (3)

1차권선과 2차권선을 가지는 메인트랜스포머와, 상기 메인트랜스포머의 1차권선에 직렬접속된 제어전극을 가지는 스위칭소자와, 상기 메인트랜스포머의 2차권선에 접속된 정류평활회로와, 그 1차권선이 상기 트랜스포머의 2차권선에 접속되고, 그 2차권선이 상기 스위칭소자의 제어전극에 접속된 가포화트랜스포머와, 상기 스위칭소자의 제어전극에 기동전류를 흐르게 하는 기동회로로 이루어지고, 상기 메인 트랜스포머의 1차권선과 상기 스위칭소자의 직렬회로의 양단에 직류전압을 인가하며, 상기 정류평활회로의 출력단자로부터 직류전압을 얻는 자려식스위칭전원장치.

제1항에 있어서, 상기 가포화트랜스포머의 2차권선과 상기 스위칭소자의 제어전극간에 구동용저항을 직렬로 삽입하고, 상기 스위칭소자의 제어전극에 축적전하를 방전하는 방전트랜지스터를 접속하며, 상기 방전트랜지스터의 베이스·에미터간에 다이오드를 접속하고, 상기 구동용저항의 상기 가포화트랜스포머의 2차권선측 단자와 상기 방전트랜지스터의 베이스간에 스피드업콘덴서를 접속함을 특징으로 하는 자려식스위칭전원장치.

제1항에 있어서, 상기 메인트랜스포머의 2차권선과 상기 가포화트랜스포머의 1차권선간에 강압용 저항을 직렬로 삽입하고, 상기 가포화트랜스포머의 1차권선에 병렬로 상호 직렬접속된 역류저지용다이오드와 제어트랜지스터를 접속하며, 출력전압검출값에 따른 전류를 상기 제어트랜지스터의 베이스로 공급하는 귀환제어회로를 접속함을 특징으로 하는 자려식스위칭전원장치.