KR100248290B1 - 공진형 전원회로 - Google Patents

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KR100248290B1
KR100248290B1 KR1019970029770A KR19970029770A KR100248290B1 KR 100248290 B1 KR100248290 B1 KR 100248290B1 KR 1019970029770 A KR1019970029770 A KR 1019970029770A KR 19970029770 A KR19970029770 A KR 19970029770A KR 100248290 B1 KR100248290 B1 KR 100248290B1
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Abstract

본 발명은 전기제품의 전원회로에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 공진형 전원회로는 파워 트랜지스터의 드레인 단자가 영전압이 되는 순간을 포착하는 영전압 검출부와, 상기 영전압 검출부를 통해 상기 파워 트랜지스터의 드레인 단자가 영전압이 되는 것을 감지하면 제어 IC로 제어 신호를 출력하여 상기 파워 트랜지스터의 드레인-소오스 단자 사이로 전류가 흐르도록 함과 아울러 상기 파워 트랜지스터의 게이트 단자로 PWM 신호가 인가되도록 하는 제어 IC 트리거부와, 절전 모드 제어부가 구동되어 트랜스포머의 2차측 권선에서 출력되는 직류전압의 크기가 감소되면 상기 제어 IC로 구동전원을 제공함과 아울러 상기 제어 IC 트리거부가 구동되지 못하도록 제어하여 상기 제어 IC가 자체 발진 주파수의 PWM 신호를 출력하도록 하는 절전 모드 검출부를 포함하며 구성되어 있다.
따라서, 본 발명은 값싼 범용 제어 IC인 'UC3842'칩을 이용하여 스위칭 손실이 거의 발생하지 않는 공진형 전원회로를 제공할 수 있기 때문에 스위칭 손실로 인한 여러 가지 문제점들이 해소됨과 아울러 공진형 전원회로의 단가를 저렴하게 할 수 있다. 또한, 전력 절약 모드를 구현할 수 있기 때문에 필요 없이 낭비되는 소비전력을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

공진형 전원회로( Resonant typed power supply )
본 발명은 전자제품에 전원을 공급하는 전원회로에 관한 것으로서, 특히 범용 제어 IC를 이용한 공진형 전원회로에 관한 것이다.
오늘날, 사람들의 실생활을 보다 편리하게 해 주기 위한 많은 전기제품이 출시되고 있는 바, 상기한 전기제품들에는 외부 상용 교류전원을 그 전기제품에서 요구하고 있는 전압으로 변환시킨 후 내부의 각 회로부로 제공하는 전원 회로가 필수적으로 구비되어 있다.
아울러, 최근 들어 환경 에너지 문제가 국제적으로 부각되면서 소비 전력을 감소시키기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있는 바, 상기한 전기제품이 사용되어지지 않을 때, 전력 절약 모드로 전환되도록 함으로써 이를 구현하고 있다.
도 1은 상기와 같이 전력 절약 모드가 구현되는 일반적인 전원회로를 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 전원 공급부(60)의 전원 입력부(61)로부터 100V 혹은 220V의 상용 교류전원이 퓨우즈를 통하여 인가되면, 입력 필터부(62)의 라인 필터(L1)와 X 캐패시터(C1), 라인 필터(L2)와 Y 캐패시터(C2,C3)는 L·C의 공진 작용에 의하여 교류전원을 통해 유입되는 노이즈를 제거한다.
또한, 상기 입력 필터부(62)의 Y 캐패시터(C2,C3)와 라인 필터(L2)는 브리지 다이오드(63) 및 제어 IC(67)가 동작하면서 발생되는 고주파 노이즈가 AC 입력 라인을 타고 외부로 나가는 것을 차단한다. 한편, 상기 라인 필터(L1)와 Y 캐패시터(C2)를 통과한 교류 전압은 브리지 다이오드(63)에서 정류되어 돌입 전류 방지용 저항(R1)을 통해 평활용 콘덴서(C4)에서 평활되어 직류 전압(
Figure kpo00001
)으로 변환된 후, 트랜스포머(65)의 1차측 코일에 인가된다.
이와 동시에, 상기 브리지 다이오드(63)에서 정류된 정류 전압은 제어 IC(67)의
Figure kpo00002
단에 저항
Figure kpo00003
를 통해 인가되어 제어 IC(67)를 동작시키게 되고, 상기 제어 IC(67)로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 파워 트랜지스터(66)가 온/오프된다. 즉, 상기 직류 전압(
Figure kpo00004
)이 인가되면, 캐패시터(C5)에 직류 전압(
Figure kpo00005
)이 충전됨에 따라 제어 IC(67)의 공급 전원(
Figure kpo00006
)이 기동 전압에 도달하게 되어, 제어 IC(16)가 작동되어 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(66)가 온/오프된다.
상기 파워 트랜지스터(66)가 상기 제어 IC(67)내의 발진기 주기에 따라 일정 시간 동안 온 상태를 유지하다 오프 상태로 변하면, 트랜스포머(65)의 1차 권선에서 2차 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다.
따라서, 상기 트랜스포머(65)는 상기 PWM 제어 신호에 의해 2차측 권선에서 요구되는 교류 전압(
Figure kpo00007
)을 출력하게 된다.
이와 같은 동작을 반복하여 트랜스포머(65)의 2차 권선에서 출력된 교류 전압(
Figure kpo00008
)은 정류 회로(68)를 통하여 다시 직류 전압(
Figure kpo00009
)으로 정류된다.
즉, 상기 정류 회로(68)에 입력된 교류 전압(
Figure kpo00010
)은 정류 다이오드(D2,D3)와 평활 캐패시터(C6,C7)에 의해서 직류 전압(
Figure kpo00011
,200V )으로 변환되어, 수평/수직 편향부와 비디오 앰프 및 CRT의 히터(H)에 공급되어 회로를 동작시킨다.
한편, 15V 전원 전압은 분기되어 절전 모드 제어부(50)로도 인가되는 바, 상기 절전 모드 제어부(50)는 정상 모드시 마이컴으로부터 하이 레벨의 절전 신호를 입력받아 제1트랜지스터(11)가 턴 온되고, 상기 15V의 전원 전압이 제너 다이오드(D4)를 통해 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에 입력되어 에미터단으로 흘러 접지된다.
이때, 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터단과 제2트랜지스터(Q2)의 베이스단이 병렬로 연결되어 있어, 상기 제너 다이오드(D4)를 통과한 전류는 제1트랜지스터(Q1) 쪽으로만 흐르고 제2트랜지스터(Q2) 쪽으로는 흐르지 않으므로, 상기 제2트랜지스터(Q2)는 턴 오프 상태를 유지한다.
따라서, 전원 공급부(60)로부터 출력되는 전원 전압이 그대로 수평/수직 편향부와 비디오 앰프 및 히터에 공급되어, 상기 회로들을 정상 동작시킨다.
그러나, 전력 절약 모드시, 절전 모드 제어부(50)에 로우 레벨의 절전 신호가 입력되면, 상기 제1트랜지스터(Q1)가 턴 오프되므로 상기 제너 다이오드(D4)를 통과한 전압이 제1트랜지스터(Q1) 쪽으로 흐르지 못하고 제2트랜지스터(Q2)의 베이스단으로 인가된다.
이에 따라 상기 제2트랜지스터(Q2)가 턴 온되어 상기 15V 전원 전압이 다이오드(D5)를 통해 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터단으로 입력되어 에미터단으로 흘러 접지된다.
이때, 상기 전원 공급부(60) 출력단과 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터단 사이에 위치해 있던 포토 커플러(69-1,69-2)에 정상 모드시보다 많은 전류가 흐르게 되고, 상기 과전류는 제어 IC(67)의 피드백단(
Figure kpo00012
)으로 입력된다.
상기 제어 IC(67)의 피드백단(
Figure kpo00013
)이 급속히 증가함으로 해서 상기 파워 트랜지스터(66)의 온 타임을 짧게 하여 상기 트랜스포머(65)로 출력함으로써, 상기 트랜스포머(65)는 15V보다 작은 전압을 출력하게 된다.
상기와 같은 과정을 로우 레벨의 절전 신호가 인가되는 동안 계속되는 바, 상기와 같은 전력 절약 모드에서의 소비 전력은 정상 상태에서의 소비 전력의 약 30% 정도가 된다.
그러나, 상기한 일반적인 전원회로는 파워 트랜지스터(66)가 스위칭하는 동안에 스위칭 손실이 발생되는 바, 상기 스위칭 손실이란 파워 트랜지스터(66)의 드레인-소오스 단자 사이의 전압(
Figure kpo00014
)이 영전압(0V)이 되기 전에 상기 드레인-소오스 단자 사이로 전류(
Figure kpo00015
)가 흐르게 되거나, 상기 드레인-소오스 단자 사이로 전류가 흐르고 있는 동안에 상기 드레인-소오스 단자 사이의 전압이 상승하게 되면,
Figure kpo00016
만큼의 스위칭 손실이 발생하게 된다.
일반적으로 스위칭 주파수가 고주파( 보통 50KHz 이상)일 경우 상기 파워 트랜지스터(66)는 스위칭 손실에 의해 고온으로 발열되는 바, 이 열은 상기 파워 트랜지스터에 치명적인 손상을 입힐 수 있기 때문에 상기 파워 트랜지스터의 발열을 식히기 위하여 방열판이 커지게 된다.
즉, 상기한 일반적인 전원회로는 스위칭 손실로 인해 낭비되는 소비 전력이 커지게 되고, 파워 트랜지스터가 고온으로 인하여 고장이 나게 되며, 상기 파워 트랜지스터의 열을 식히기 위하여 커다란 방열판을 부가하여야 하기 때문에 전원회로의 부피가 커지게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 일반적인 전원회로의 문제점을 해결하기 위하여 공진형 전원회로가 제안된 바, 이는 스위칭 손실이 거의 없기 때문에 스위칭 소자의 발열과 스위칭 노이즈를 억제하고, 스위칭 주파수를 높여 트랜스포머, 인덕터 및 정류 캐패시터의 크기를 줄일 수 있는 회로이지만, 제어가 복잡하고 전용 제어 IC를 사용하여야 하기 때문에 거의 상용화되지 못하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 값싼 범용 제어 IC를 이용하여 전력 절약 모드 구현이 가능한 공진형 전원회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 상용 교류전원을 입력받아 정류하고 각 회로부에서 필요로 하는 직류전압을 공급하는 전원 공급부와, 절전 신호를 입력받아 상기 전원 공급부로 피이드백 시킴으로 상기 직류전압의 크기가 감소되도록 하는 절전 모드 제어부를 포함하며 구성된 공진형 전원회로에 있어서,
상기 전원 공급부는 상용 교류전원을 정류하는 브리지 다이오드와,
상기 브리지 다이오드에서 출력되는 정류전압에 의해 구동되기 시작하는 제어 IC와,
상기 제어 IC에서 출력되는 PWM 신호에 의해 스위칭하는 파워 트랜지스터와,
상기 파워 트랜지스터가 스위칭하는 동안 2차측 권선을 통해 각 회로부에서 필요한 교류전압을 공급하는 동시에 상기 제어 IC로 구동전원을 공급하는 트랜스포머와,
상기 트랜스포머에서 출력되는 교류전압을 정류하여 각 회로부로 공급하는 다수의 정류부와,
상기 파워 트랜지스터의 드레인 단자가 영전압이 되는 순간을 포착하는 영전압 검출부와,
상기 영전압 검출부를 통해 상기 파워 트랜지스터의 드레인 단자가 영전압이 되는 것을 감지하면 상기 제어 IC로 제어 신호를 출력하여 상기 파워 트랜지스터의 드레인-소오스 단자 사이로 전류가 흐르도록 함과 아울러 상기 파워 트랜지스터의 게이트 단자로 PWM 신호가 인가되도록 하는 제어 IC 트리거부를 포함하며 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 전원회로를 도시한 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 공진형 전원회로를 도시한 회로도,
도 3은 정상 모드일 경우 도 2에 도시된 회로도의 각 부 신호 파형도,
도 4는 절전 모드일 경우 도 2에 도시된 회로도의 각 부 신호 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
210: 브리지 다이오드 220: 제어 IC
230: 트랜스포머 240: 영전압 검출부
250: 제어 IC 트리거부 260: 영전압 검출부
Q1: 파워 트랜지스터 Q2,Q3: pnp형 트랜지스터
Q4: 정전압 공급용 트랜지스터 Q5: 스위칭 트랜지스터
DZ1: 제너 다이오드 C5: 영전압 검출용 캐패시터
R1: 검출저항 R4: 영전압 검출
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 공진형 전원회로가 도시된 회로도인 바, 이는 상용 교류전원을 입력받아 정류하고 각 회로부에서 필요로 하는 직류전압을 공급하는 전원 공급부와, 절전 신호를 입력받아 상기 전원 공급부로 피이드백 시킴으로 상기 직류전압의 크기가 감소되도록 하는 절전 모드 제어부를 포함하며 구성된다.
상기 전원 공급부는 상용 교류전원을 정류하는 브리지 다이오드(210)와, 상기 브리지 다이오드(210)에서 출력되는 정류전압에 의해 구동되기 시작하는 제어 IC(220)와, 상기 제어 IC(220)에서 출력되는 PWM 신호에 의해 스위칭하는 파워 트랜지스터(Q1)와, 상기 파워 트랜지스터(Q1)가 스위칭하는 동안 2차측 권선을 통해 각 회로부에서 필요한 교류전압을 공급하는 동시에 상기 제어 IC(220)로 구동전원을 공급하는 트랜스포머(230)와, 상기 트랜스포머(230)에서 출력되는 교류전압을 정류하여 각 회로부로 공급하는 다수의 정류부와, 상기 파워 트랜지스터(Q1)의 드레인 단자가 영전압이 되는 순간을 포착하는 영전압 검출부(240)와, 상기 영전압 검출부(240)를 통해 상기 파워 트랜지스터(Q1)의 드레인 단자가 영전압이 되는 것을 감지하면 상기 제어 IC(220)로 제어 신호를 출력하여 상기 파워 트랜지스터(Q1)의 드레인-소오스 단자 사이로 전류가 흐르도록 함과 아울러 상기 파워 트랜지스터(Q1)의 게이트 단자로 PWM 신호가 인가되도록 하는 제어 IC 트리거부(250)와, 절전 모드 제어부가 구동되어 트랜스포머(230)의 2차측 권선에서 출력되는 직류전압의 크기가 감소되면 상기 제어 IC(220)로 구동전원을 제공함과 아울러 상기 제어 IC 트리거부(250)가 구동되지 못하도록 제어하여 상기 제어 IC(220)가 자체 발진 주파수의 PWM 신호를 출력하도록 하는 절전 모드 검출부(260)로 구성된다.
여기서, 상기 절전 모드 검출부(260)는 트랜스포머(230)의 3차 권선에서 출력되는 직류전압이 콜렉터단으로 인가되고 에미터단을 통해 제어 IC(220)로 구동전원을 제공하는 스위칭 트랜지스터(Q5)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q5)의 베이스단에 접속된 제너 다이오드(DZ1)와, 트랜스포머(230)의 3차 권선과 스위칭 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단 사이에 접속된 검출저항(R1)과, {상기 스위칭 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단과 검출저항(R1)의 공통접점}에 베이스단이 접속되고 상기 검출저항(R1)의 타단에 에미터단이 접속되며 콜렉터단과 영전압 검출부(240)가 접속된 정전압 공급용 트랜지스터(Q4)와, 상기 제너 다이오드(DZ1)의 캐소드단과 상기 정전압 공급용 트랜지스터(Q4)의 에미터단 사이에 접속되어 상기 영전압 검출부(240)로 정전압이 공급되도록 하는 정전압 공급용 저항(R8)으로 구성된다.
상기 영전압 검출부(240)는 트랜스포머(230)의 2차측 권선을 통해 출력되는 교류전원을 정류하는 다이오드(D3)와, 상기 다이오드(D3)를 통해 정류된 교류전원이 충전되는 영전압 검출용 캐패시터(C5)와, 상기 영전압 검출용 캐패시터(C5)와 병렬 접속되어 영전압 검출용 캐패시터(C5)에 충전된 전압이 방전되는 영전압 검출저항(R4)으로 구성된다.
상기 제어 IC 트리거부(250)는 트랜스포머(230)의 2차측 권선으로부터 교류전원이 출력되고 영전압 검출용 캐패시터(C5)에서 방전이 이루어지는 동안에 턴 오프되는 제1pnp형 트랜지스터(Q2) 및 제2pnp형 트랜지스터(Q3)와, 상기 제1pnp형 트랜지스터(Q2)와 제2pnp형 트랜지스터(Q3)가 턴 오프되는 동안에 충전되다가 상기 영전압 검출용 캐패시터(C5)의 방전이 완료되어 제1pnp형 트랜지스터(Q2)가 턴 온되면 방전되는 충전용 캐패시터(C8)와, 상기 제어 IC(220)에서 출력되는 PWM 신호의 하강 에지부터 충전을 시작하여 제어 IC(220)로 인가하는 기준전압 공급용 캐패시터(C7)로 구성된다.
여기서, 본 발명에 사용되는 전원 입력부, 입력 필터부, 브리지 다이오드 및 절전 모드 제어부는 그 구성과 작용이 종래 기술과 동일하기 때문에 본 발명에 있어서는 그 설명을 생략하기로 하며, 본 발명의 신 기술을 설명하기에 필요한 부분에 대한 언급만을 필요에 따라 하기로 한다.
그리고, 본 발명에 사용되는 범용 제어 IC(220)는 예컨대, UC3842칩으로서 구현될 수 있는 바, 상기 UC3842칩은 널리 알려진 바와 같이, 에러 앰프(error amp), 전류 센스 비교기(current sense comparator), PWM 래치, 발진기, 저전압록아웃부(UVLO), 토템 폴 출력단 등으로 구성되어 있다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용 및 효과를 정상 모드일 경우와 전력 절약 모드일 경우로 나누어 상세하게 살펴보도록 한다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 제어 IC(220)인 "UC3842"의 동작을 개략적으로 살펴보면, ①번 단자는 에러 앰프(error amp)의 출력단에 연결되는 루프 보상 단자(loop compensation)이고, ②번 단자는 에러 앰프의 반전입력에 연결되는 전압궤환(Voltage Feedback) 단자로서 통상 트랜스포머(230)를 통해 궤환되는 전압을 분할저항을 통해 입력받는다. ③번 단자(Isense)는 전류 센스(current sense) 단자로서 저항(R7)과 캐패시터(C6)가 접속되고, ④번 단자(RT/CT)는 발진주파수를 결정하기 위한 저항과 캐패시터가 연결되는 단자이다.
⑤번 단자(GND)는 접지 단자이고, ⑥번 단자(OUT)는 파워 트랜지스터로 PWM 신호를 출력하기 위한 출력 단자이며, ⑦번 단자(Vcc)는 칩을 동작시키기 위한 구동전원이 인가되는 단자이고, ⑧번 단자는 기준전압(Vref) 단자이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 장치에 있어서 각 부의 신호 파형을 도시한 파형도인 바, 도 2의 회로도 및 도 3 내지 도 4의 파형도를 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.
1, 정상 모드일 경우,
전원이 온되어 전원회로가 구동하기 시작하면 브리지 다이오드(210)에서 출력되는 정류전압이 제어 IC(220)로 인가되고, 상기 제어 IC(220)의 ⑥번 단자(OUT)를 통해 PWM 신호가 출력된다.
이때, 상기 ⑥번 단자(OUT)가 하이 레벨이 되면 저항(R2)을 통해 파워 트랜지스터(Q1)의 게이트단으로 하이 레벨이 인가되기 때문에 상기 파워 트랜지스터(Q1)는 턴 온되고, 캐패시터(C1)로부터 트랜스포머(230)를 거쳐 파워 트랜지스터(Q1) 및 저항(R3)으로 흐르는 드레인-소오스 전류가 상승한다.
상기 저항(R3)은 드레인-소오스 전류의 양을 검출하기 위한 저항이며, 이때의 포인트B를 흐르는 전류 파형은 도 3C의 t1∼t2 구간이 된다.
제어 IC(220)의 ③번 단자(Isense)에 접속된 저항(R7)과 캐패시터(C6)는 스위칭 노이즈를 감쇄시키기 위한 필터이며, 상기 제어 IC(220)의 ③번 단자에 설정된 값 이상의 전압이 인가되면 상기 제어 IC(220)의 ⑥번 단자(OUT)가 로우 레벨로 천이되면서 파워 트랜지스터(Q1)는 턴 오프된다.
상기 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 오프되면 트랜스포머(230)로 흐르던 전류는 캐패시터(C4)로 흐르면서 포인트A의 전압이 상승하게 되는 바, 이는 상기 트랜스포머(230)의 1차측 인덕터(Lp)와 캐패시터(C4)가 공진하면서 포인트A의 전압이 상승하게 된다. 이때 포인트A에 인가되는 전압의 신호 파형이 도 3B의 t2 점으로 표시되어 있다.
상기와 같이 포인트A의 전압이 상승 완료되면 트랜스포머(230)의 인덕터(Lp)와 캐패시터(C4) 사이의 공진이 끝나고, 트랜스포머(230)의 전류는 2차측 권선으로 흐르게 되며, 상기 2차측 권선으로 출력되는 교류전압이 다이오드(D1,D2,D6,D7,D8)와 캐패시터(C3,C2,C9,C10,C11)로 구성된 정류부를 통과한 후 각 회로부로 공급된다. 이때 다이오드(D3)가 도통되면서 포인트D의 전압이 상승하게 된다.
상기 포인트D의 전압은 트랜스포머(230)에 전류가 흐르는 t2 내지 t1 사이의 구간에서 제어 IC(220)의 구동전원(Vcc)과 동일한 레벨을 유지한다.
상기 t2 내지 t1 사이의 구간 동안 트랜스포머(230)를 흐르는 전류는 다이오드(D5), 저항(R5), 충전용 캐패시터(C8) 및 저항(R10)을 통해 흐르게 되는 바, 상기 충전용 캐패시터(C8)의 양단 전압(VC8)이 도 2에 표기된 극성과 반대 방향으로 충전된다.
이때, 다이오드(D5)는 상기 충전용 캐패시터(C8)를 충전시키기 위한 경로를 형성할 뿐만 아니라 제1pnp형 트랜지스터(Q2)의 베이스-에미터 단자 사이에 역전압을 인가함으로 상기 제1pnp형 트랜지스터(Q2)가 턴 온되지 못하도록 한다.
즉, 상기 t2 내지 t1 사이의 구간 동안 제1pnp형 트랜지스터(Q2)와 제2pnp형 트랜지스터(Q3)는 턴 오프되고, 기준전압 공급용 캐패시터(C7)는 제어 IC(220)의 ⑧번 단자(Vref)에서 공급하는 기준전압을 저항(R6)을 통해 전달받아 충전을 계속하게 된다.
또한, 상기 t2 내지 t1 사이의 구간 동안 트랜스포머(230)로 흐르는 전류는 직선적으로 감소하여, 상기 전류가 영이 되면 포인트A의 전압은 감소하기 시작하는 바, 이는 캐패시터(C4)와 트랜스포머(230)의 인덕터(Lp)가 공진하면서 감소하게 되는 것이다.
상기 포인트A의 전압이 감소하는 시간(T)은 상기 캐패시터(C4)의 캐패시턴스와 인덕터(Lp)의 값에 의해 결정되는 바, 이는
Figure kpo00017
이며, 상기 포인트A의 전압은 영까지 감소하게 된다.
상기와 같이 포인트A의 전압이 감소하면 트랜스포머(230)의 2차측 권선에 연결된 다이오드(D1,D2,D3,D6,D7,D8)는 모두 역 바이어스되는데, 상기 다이오드(D3)가 역 바이어스되기 때문에 영전압 검출용 캐패시터(C5)에 충전되었던 전압이 영전압 검출용 저항(R4)을 통해 방전되어 포인트D의 전압이 하강한다.
이때, 상기 영전압 검출용 캐패시터(C5)의 캐패시턴스와 영전압 검출용 저항(R4)의 저항치를 적절하게 조절하면 시정수가 가변되면서 포인트A의 전압이 영전압에 도달할 때 제1pnp형 트랜지스터(Q2)가 턴 온되도록 할 수 있다.
상기 제1pnp형 트랜지스터(Q2)가 턴 온되면 제2pnp형 트랜지스터(Q3) 또한 턴 온되고, 이때, 제어 IC(220)의 ④번 단자(RT/CT)로 인가되는 기준전압 공급용 캐패시터(C7)의 충전 전압이 상기 ④번 단자의 문턱 전압보다 높아지면 상기 기준전압 공급용 캐패시터(C7)의 충전 전압이 급격하게 방전되면서 포인트C의 전압은 급격히 감소하며 이와 동시에 상기 제어 IC(220)의 ⑥번 단자(OUT)는 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이된다.
한편, 상기 제2pnp형 트랜지스터(Q3)는 급격하게 턴 오프되어야 하는 바, 충전용 캐패시터(C8)와 저항(R5) 값을 조절하여 상기 제2pnp형 트랜지스터(Q3)의 타임 온 시간을 조정한다.
미설명 부호 R9는 제2pnp형 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 저항이다.
2, 전력 절약 모드인 경우,
전원회로가 전력 절약 모드로 전환되면 도면에 표시되지 않은 마이콤은 로우 레벨의 절전 신호를 출력하는 바, 절전 모드 제어부는 상기 절전 신호를 처리하여 제어 IC(220)로 피이드백 하여 상기 제어 IC(220)의 ⑥번 단자(OUT)에서 출력되는 PWM 신호의 온 타임이 점차적으로 짧아지도록 한다.
상기와 같이 로우 레벨의 절전 신호가 출력되면 트랜스포머(230)의 2차측 권선에서 출력되는 교류전압의 크기는
Figure kpo00018
내지
Figure kpo00019
정도로 감소하게 된다.
즉, 상기 트랜스포머(230)에서 제어 IC(220)로 공급되는 구동전원(Vcc)의 전압 또한 대폭적으로 감소하게 되는 바, 상기 구동전원(Vcc)이 제너 다이오드(DZ1)의 제너 전압(Vz)보다 낮아지면 스위칭 트랜지스터(Q5)가 턴 온되어 상기 구동전원(Vcc)보다 5 내지 10배 이상으로 높게 설정되어 있던 직류전압(VC3)이 검출저항(R1) 및 스위칭 트랜지스터(Q5)를 통해 제어 IC(220)의 ⑦번 단자(Vcc)로 공급된다.
즉, 제어 IC(220)의 구동전원(Vcc)은 제너 다이오드(DZ1)의 제너 전압(Vz)에서 스위칭 트랜지스터(Q5)의 베이스-에미터단 사이 전압을 뺀 차전압을 유지할 수 있게 된다.
물론, 상기와 같은 전력 절약 모드에서 상기 직류전압(VC3)도 정상 모드에 비해 약
Figure kpo00020
내지
Figure kpo00021
정도로 감소하지만, 높게 설정된 전압이기 때문에 상기 제어 IC(220)를 충분히 구동시킬 수 있다.
상기와 같이 스위칭 트랜지스터(Q5)가 도통되어 제어 IC(220)의 구동전원(Vcc)이 VC3을 통해 공급되면, 전류가 검출저항(R1)과 정전압 공급용 트랜지스터(Q4)의 에미터-베이스단 사이로 흐르게 되는 바, 상기 정전압 공급용 트랜지스터(Q4)가 턴 온되어 포인트D의 전압이 항상 하이 레벨을 유지하게 된다.
따라서, 제1pnp형 트랜지스터(Q2)와 제2pnp형 트랜지스터(Q3)가 모두 턴 오프되는 바, 제어 IC(220)는 ③번 단자(Isense)에 접속된 저항(R7)과 캐패시터(C6)의 시정수에 의해 결정되는 자체 발진 주파수로 발진한다.
이때, 상기 자체 발진 주파수는 정상 모드일 때보다 그 주파수가 매우 낮기 때문에 전력 절약 모드에서의 파워 트랜지스터(Q1)의 스위칭 손실은 무시할 만하다.
도 3은 정상 모드에서 도 2에 도시된 회로도의 각 부 신호 파형을 도시한 파형도이다.
도 3A는 포인트E에 인가되는 전압 즉, 제어 IC(220)의 ⑥번 단자(OUT)인 출력 단자에서 출력되는 PWM 신호를 도시하고 있는데, 상기 PWM 신호 중 하강 에지점을 t1 이라고 하고, 상승 에지점을 t2 라고 한다.
도 3B는 포인트A에 인가되는 전압을 도시하고 있는 바, 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 온되는 t1 내지 t2 구간에서 상기 포인트A의 전압은 영전압을 유지하고, 상기 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 오프되는 t2 내지 t1 구간에서 상기 포인트A의 전압은 캐패시터(C1)에 충전된 입력전압(Vin)의 2배인 2Vin이 된다.
도 3C는 포인트B에 흐르는 전류를 도시하고 있는 바, 상기 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 온되는 동안에는 트랜스포머(230)를 통해 점진적으로 증가하는 1차측 전류가 흐르지만, 상기 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 오프되는 동안에는 1차측 전류가 흐르지 않기 때문에 포인트B를 흐르는 전류는 t1에서 t2 구간인 동안에만 흐르고 t2에서 t1 구간에는 흐르지 않는다.
도 3D는 포인트D에 인가되는 전압을 도시하고 있는 바, 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 오프되어 트랜스포머(230)의 2차측 권선으로 전류가 흐르는 동안에 영전압 검출용 캐패시터(C5)에 충전되는 충전 전압이 상승되면서 포인트D의 전압이 상승하고, 상기 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 오프되면 상기 영전압 검출용 캐패시터(C5)에 충전된 전압이 방전되면서 포인트D의 전압은 하강한다.
도 3E는 포인트C에 인가되는 전압을 도시하고 있는 바, 제어 IC(220)의 ⑥번 단자(OUT)로 하이 레벨이 출력되는 순간에 로우 레벨로 천이하였다가 상기 제어 IC(220)의 ⑧번 단자(Vref)로 출력되는 기준전압이 기준전압 공급용 캐패시터(C7)에 충전되면서 상기 포인트C의 전압은 점진적으로 상승하게 된다.
도 4는 전력 절약 모드에서 도 2에 도시된 회로도의 각 부 신호 파형을 도시한 파형도이다.
도 4A는 포인트E에 인가되는 전압을 도시하고 있는 바, 제어 IC(220)는 자체 발진 주파수의 PWM 신호를 파워 트랜지스터(Q1)로 출력한다.
도 4B는 포인트A에 인가되는 전압을 도시하고 있는 바, 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 온되는 구간에서는 상기 포인트A의 전압은 영전압을 유지하고, 상기 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 오프되는 구간에서는 상기 포인트A의 전압은 캐패시터(C1)에서 공급되는 입력전압(Vin)에 공진하면서 수렴하는 신호 파형이 된다.
도 4C는 포인트B에 흐르는 전류의 신호 파형을 도시하고 있는 바, 상기 파워 트랜지스터(Q1)가 턴 온되는 구간 동안에만 미세한 전류가 흐르게 된다.
도 4D는 포인트D에 인가되는 전압을 도시하고 있는 바, 절전 모드 검출부(260)로부터 정전압이 상기 포인트D로 인가되기 때문에 상기 포인트D는 제어 IC(220)로 공급되는 구동전원(Vcc)과 동일한 크기의 정전압을 유지할 수 있다.
도 4E는 포인트C에 인가되는 전압을 도시하고 있는 바, 절전 모드에서는 제1pnp형 트랜지스터(Q2)와 제2pnp형 트랜지스터(Q3)가 모두 턴 오프 상태를 유지하기 때문에 상기 포인트C의 전압은 제어 IC(220)의 ⑥번 단자(OUT)로 하이 레벨이 출력되면 로우 레벨로 천이하였다가 상기 제어 IC(220)의 ⑧번 단자(Vref)로 출력되는 기준전압에 의해 점차적으로 전압이 상승하도록 되어 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 값싼 범용 제어 IC인 'UC3842'칩을 이용하여 스위칭 손실이 거의 발생하지 않는 공진형 전원회로를 제공할 수 있기 때문에 스위칭 손실로 인한 여러 가지 문제점들이 해소됨과 아울러 공진형 전원회로의 단가를 저렴하게 할 수 있다. 또한, 전력 절약 모드를 구현할 수 있기 때문에 필요 없이 낭비되는 소비전력을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 상용 교류전원을 입력받아 정류하고 각 회로부에서 필요로 하는 직류전압을 공급하는 전원 공급부와, 절전 신호를 입력받아 상기 전원 공급부로 피이드백 시킴으로 상기 직류전압의 크기가 감소되도록 하는 절전 모드 제어부를 포함하며 구성된 공진형 전원회로에 있어서,
    상기 전원 공급부는 상용 교류전원을 정류하는 브리지 다이오드와,
    상기 브리지 다이오드에서 출력되는 정류전압에 의해 구동되기 시작하는 제어 IC와,
    상기 제어 IC에서 출력되는 PWM 신호에 의해 스위칭하는 파워 트랜지스터와,
    상기 파워 트랜지스터가 스위칭하는 동안 2차측 권선을 통해 각 회로부에서 필요한 교류전압을 공급하는 동시에 상기 제어 IC로 구동전원을 공급하는 트랜스포머와,
    상기 트랜스포머에서 출력되는 교류전압을 정류하여 각 회로부로 공급하는 다수의 정류부와,
    상기 파워 트랜지스터의 드레인 단자가 영전압이 되는 순간을 포착하는 영전압 검출부와,
    상기 영전압 검출부를 통해 상기 파워 트랜지스터의 드레인 단자가 영전압이 되는 것을 감지하면 상기 제어 IC로 제어 신호를 출력하여 상기 파워 트랜지스터의 드레인-소오스 단자 사이로 전류가 흐르도록 함과 아울러 상기 파워 트랜지스터의 게이트 단자로 PWM 신호가 인가되도록 하는 제어 IC 트리거부로 구성된 것을 특징으로 하는 공진형 전원회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원 공급부는 절전 모드 제어부가 구동되어 트랜스포머의 2차측 권선에서 출력되는 직류전압의 크기가 감소되면 상기 제어 IC로 구동전원을 제공함과 아울러 상기 제어 IC 트리거부가 구동되지 못하도록 제어하여 상기 제어 IC가 자체 발진 주파수의 PWM 신호를 출력하도록 하는 절전 모드 검출부를 더 포함하며 구성된 것을 특징으로 하는 공진형 전원회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 절전 모드 검출부는 트랜스포머의 3차 권선에서 출력되는 직류전압이 콜렉터단으로 인가되고 에미터단을 통해 제어 IC로 구동전원을 제공하는 스위칭 트랜지스터와,
    상기 스위칭 트랜지스터의 베이스단에 접속된 제너 다이오드를 포함하며 구성되어,
    트랜스포머의 2차측 권선에서 제어 IC로 공급되는 구동전원이 제너 다이오드의 제너 전압보다 낮아지면 상기 스위칭 트랜지스터가 턴 온되어 트랜스포머의 3차 권선에서 출력되는 직류전압이 상기 제어 IC의 구동전원으로 제공되는 것을 특징으로 하는 공진형 전원회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 절전 모드 검출부는 트랜스포머의 3차 권선과 스위칭 트랜지스터의 콜렉터단 사이에 접속된 검출저항과,
    {상기 스위칭 트랜지스터의 콜렉터단과 검출저항의 공통접점}에 베이스단이 접속되고 상기 검출저항의 타단에 에미터단이 접속되며 콜렉터단과 영전압 검출부가 접속된 정전압 공급용 트랜지스터와,
    상기 제너 다이오드의 캐소드단과 상기 정전압 공급용 트랜지스터의 에미터단 사이에 접속되어 상기 영전압 검출부로 정전압이 공급되도록 하는 정전압 공급용 저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 공진형 전원회로.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 영전압 검출부는 트랜스포머의 2차측 권선을 통해 출력되는 교류전원을 정류하는 다이오드와,
    상기 다이오드를 통해 정류된 교류전원이 충전되는 영전압 검출용 캐패시터와,
    상기 영전압 검출용 캐패시터와 병렬 접속되어 영전압 검출용 캐패시터에 충전된 전압이 방전되는 영전압 검출저항을 포함하며 구성되어,
    파워 트랜지스터의 드레인단이 영전압이 되는 순간에 상기 영전압 검출용 캐패시터의 방전이 완료되는 것을 특징으로 하는 공진형 전원회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 IC 트리거부는 트랜스포머의 2차측 권선으로부터 교류전원이 출력되고 영전압 검출용 캐패시터에서 방전이 이루어지는 동안에 턴 오프되는 제1pnp형 트랜지스터 및 제2pnp형 트랜지스터와,
    상기 제1pnp형 트랜지스터와 제2pnp형 트랜지스터가 턴 오프되는 동안에 충전되다가 상기 영전압 검출용 캐패시터의 방전이 완료되어 제1pnp형 트랜지스터가 턴 온되면 방전되는 충전용 캐패시터와,
    상기 제어 IC에서 출력되는 PWM 신호의 하강 에지에서부터 충전을 시작하여 제어 IC로 인가하는 기준전압 공급용 캐패시터를 포함하며 구성된 것을 특징으로 하는 공진형 전원회로.
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