KR100258374B1 - 전원공급장치의 과전류 보호회로 - Google Patents

전원공급장치의 과전류 보호회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 짧은 시간동안 과전류가 발생되었다가 정상 전류로 복귀되는 경우에 셧다운되어 복귀불능으로 되지 않고 정상상태로 복귀되도록 하기 위하여 입력전압이 스위칭되는 스위칭부와, 상기 스위칭부에서 스위칭된 상기 입력전압을 유기시키는 변압기와, 상기 변압기에서의 출력이 정류되고, 평활되는 정류평활부, 감지저항으로 구성되는 출력부와, 상기 출력부 감지저항의 양단의 전압이 비교되어 증폭되는 증폭부와, 상기 증폭부의 출력이 소정전위 이상되어야 스위칭되는 임계전압부 그리고 상기 임계전압부의 출력에 의하여 상기 스위칭부가 제어되는 제어부로 구성되어 짧은 시간동안 회로상에서의 단락 등의 오동작에 의하여 과전류가 발생되었다가 정상 전류로 복귀되는 경우에, 상기 증폭부와 임계전압부가 연동됨으로써 상기 과전류에 의하여 복귀불능으로 되지 않고 자동적으로 정상상태로 복귀되도록 동작되는 것이다.

Description

전원공급장치의 과전류 보호회로
본 발명은 전원공급장치의 과전류 보호회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 짧은 시간동안 과전류가 발생되었다가 정상 전류로 복귀되는 경우에 전원공급장치가 상기 과전류에 의하여 복귀불능으로 되지않고 정상상태로 복귀되는 전원공급장치의 과전류 보호회로에 관한 것이다.
일반적으로 전자회로에 안정된 전원을 공급하는 전원공급장치는 입력측 전압이 출력측에서 발생되는 출력전압의 상태에 따라서 펄스폭변조(Pulse Width Modulation)되도록 상기 출력전압이 입력측으로 궤환되어 상기 입력측 전압이 제어된다. 즉, 출력측에서 감지된 상기 출력전압의 상태에 따라서 펄스폭 제어된 입력전압은 다시 변압기를 통하여 출력부에서 정류되고 평활되어서 안정된 전압으로 출력된다. 상기와 같이 동작되는 전원공급장치에서, 입력되는 전원이 정격의 전원이 아닌 과전류 및 단락전류가 발생되는 경우에, 전원공급장치는 상기 과전류 및 단락전류에 의한 전원공급장치 회로의 손상을 방지하기 위하여 과전류 및 단락전류로부터 전원공급장치가 보호되도록 과전류 보호회로(OCP; Over Current Protection) 및 단락 보호회로(SCP; Short Circuit Protection)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기의 전원공급장치에서 발생되는 과전류가 약 수밀리 쌔컨드(ms)에서 수마이크로 쌔컨드(μs)로 되는 짧은 시간동안 발생되었다가 정상 전류로 복귀되는 일정전류모드(Constant Current Mode)에 있어서, 상기 과전류에 의하여 과전류 보호회로가 동작되고, 이에 따라서 전원공급장치의 동작이 복귀불능으로 되어 정지(Shut Down)되기 때문에 다시 전원공급장치의 전원스위치를 조작하여야 상기 전원공급장치는 정상적으로 복귀되어 동작된다. 상기와 같이 짧은 시간동안에 발생되는 일정전류모드의 과전류 또는 단락 전류는 전원공급장치에 크게 영향을 미치지 않기 때문에 펄스폭 변조되도록 제어되는 스위치의 최소 듀티(Duty)가 유지되고, 일정전류모드의 과전류 또는 단락 전류가 정상적으로 복귀되었을 때, 전원공급장치도 전원스위치를 조작하지 않고 자동적으로 복귀되어 안정적으로 동작되어야 한다.
제 1 도는 일반적인 전원공급장치의 개략도이다.
일반적인 전원공급장치는 입력전압(Vi)이 스위칭되는 스위칭부(Q)와, 상기 입력전압(Vi)이 스위칭부(Q)의 스위칭에 의하여 인가되어 일차측권선(T1)에서 이차측권선(T2)으로 유기되는 변압기(T)와, 상기 변압기(T)의 출력이 정류 및 평활되어서 출력전압(Vo)으로 되고 과전류가 검출되는 감지저항(Rs)이 구비되는 정류평활부(15)와, 상기 출력전압(Vo)에서 검출된 과전류가 궤환되어 상기 스위칭부(Q)가 펄스폭변조로 제어되는 제어부(10)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 일반적인 전원공급장치는 입력전압(Vi)이 제어부(10)에 의하여 펄스폭변조되어 스위칭부(Q)로 인가되고, 상기 펄스폭 변조된 입력전압(Vi)이 변압기(T)로 인가된다. 상기 변압기(T)로 인가된 펄스폭 변조된 입력전압(Vi)은 변압기(T)의 일차측권선(T1)에서 이차측권선(T2)으로 유기되며, 상기 이차측권선(T2)으로 인가된 상기 입력전압(Vi)은 변압기(T)의 후단에 연결된 정류평활부(15)에서 정류 및 평활되어서 출력전압(Vo)으로 되는데, 상기 출력전압(Vo)은 감지저항(Rs)에서 감지되고, 특히 과전류가 발생되는 경우에, 감지저항(Rs)에서 감지된 상기 과전류는 제어부로 인가된다.
상기와 같이 감지저항(Rs)에서 감지된 과전류는 입력단의 제어부(10)로 궤환됨으로써, 인가되는 입력전압(Vi)이 펄스폭 변조되도록 스위칭되는 스위칭부(Q)의 베이스에 인가되고, 이에 따라서 상기 스위칭부(Q)가 턴-오프되도록 제어되어 전원공급장치가 상기 과전류로부터 보호되도록 동작된다.
제 2 도는 종래 기술에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로도이다.
종래 기술에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로는 제 1 도에서 도시된 바와 같이, 입력전압(Vi)이 스위칭되는 스위칭부(Q)와, 상기 입력전압(Vi)이 스위칭부(Q)의 스위칭에 의하여 일차측권선(T1)에서 이차측권선(T2)으로 유기되는 변압기(T)와, 상기 변압기(T)의 출력이 정류 및 평활되어서 출력전압(Vo)으로 되고 과전류가 검출되는 감지저항(Rs)이 구비되는 정류평활부(15) 그리고 상기 출력전압(Vo)에서 검출된 과전류가 궤환되어 인가되는 제어부(10)로 구성되는 전원공급장치에 있어서, 상기 정류평활부(15) 감지저항(Rs)의 양단에 걸리는 출력전압(Vo)이 비교되어서 증폭되는 증폭부(IC1)와, 상기 증폭부(IC1)의 출력에 의하여 제어되는 제 1 스위칭부(Q1)와, 상기 제 1 스위칭부(Q1)의 스위칭에 의한 출력이 직렬로 연결된 제너다이오드(ZD)를 통하여 인가되어 제어되는 제 2 스위칭부(Q2)와, 상기 제 2 스위칭부(Q2)의 스위칭에 의하여 제어되는 제 3 스위칭부(Q3) 및 상기 제 3 스위칭부(Q3)의 스위칭에 의하여 제어되는 펄스폭 변조 집적회로인 제어부(10)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 과전류 보호회로는 출력전압(Vo)에 과전류가 흐르게 되면, 상기 과전류에 의하여 제 1 도 및 제 2 도에 도시된 바와 같이 정류평활부(15)의 출력단에 구성된 감지저항(Rs)의 양단에 걸리는 전압이 증대된다. 이에 따라서 오피암프(OP AMP)인 증폭부(IC1)에 인가되는 상기 감지저항(Rs) 양단에 걸리는 전압의 전위차가 정상시보다 상기 과전류에 의하여 커지기 때문에 증폭부(IC1)의 출력이 하이(High)에서 로우(Low)로 낮아져서 출력된다. 상기 증폭부(IC1)의 출력에 의하여 베이스에 로우가 인가되는 제 1 스위칭부(Q1)는 턴-온되고, 이에 따라서 전원(Vcc)이 제너다이오드(ZD)를 통하여 저항(R4)(R5)에서 분배되어 베이스로 인가되는 제 2 스위칭부(Q2)도 턴-온되며, 상기 제 2 스위칭부(Q2)의 턴온에 의하여 베이스에 로우가 인가되는 제 3 스위칭부(Q3)도 턴-온된다.
따라서, 상기 제 3 스위칭부(Q3)의 턴-온에 의하여 펄스폭 변조 집적회로인 제어부(10)가 제 1 도에 도시된 스위칭부(Q)의 베이스에 로우를 인가하여 턴-오프되도록 제어되기 때문에 출력전압(Vo)에서 발생된 과전류가 차단되도록 과전류 보호회로로서 동작된다.
그러나, 상기 증폭부는 전원공급장치에서 과전류가 짧은 시간동안 발생되는 경우에, 상기 과전류가 발생되는 짧은 시간동안만 전원공급장치가 오프되었다가 과전류가 정상으로 복귀되는 시점에서 상기 전원공급장치도 정상으로 복귀되도록 동작하여야 하지만, 종래 기술에서는 출력전압(Vo)과 출력전류(Io)의 관계가 부분적으로 1차함수적으로 되는 특성도인 도 4b에서 도시된 바와 같이, 도 4c와 도 4d로 이루어지는 과전류한계를 초과하는 출력전류(Io)에서부터 과전류가 검출되고, 이에 따라서 스위칭부가 차단되어서 셧다운되도록 제어되면, 전원공급장치가 복귀불능인 상기 셧다운으로부터 복귀되어 정상적으로 동작되도록 하기 위하여 상기 전원공급장치의 전원스위치를 오프하였다가 다시 온시켜야 하는 문제점이 있거나, 도 4c에서 도시된 바와 같이, 펄스폭변조에서 턴-온시간만이 감소되어 일정 출력전류(Io)의 상태에서 출력전압(Vo)이 감소되는 특성을 갖는 과전류 방지회로는, 과전류로부터 보호되도록 제어되어서 출력전압(Vo)이 감소되는 동안에도 출력전류(Io)가 일정량 흐르기 때문에 회로내 소자에 상기 과전류에 의한 영향이 미치게 되는 등의 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 발명의 주된 목적은 짧은 시간동안 과전류가 발생되었다가 정상 전류로 복귀되는 경우에 전원공급장치가 상기 과전류에 의하여 셧다운되어 복귀불능으로 되지않고 정상상태로 복귀되는 전원공급장치의 과전류 보호회로를 제공하기 위함이다.
도 1은 일반적인 전원공급장치의 개략도,
도 2는 종래 기술에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로도,
도 3은 본 발명에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로도,
도 4a는 제 3 도의 전류와 전압특성을 나타낸 도면,
도 4b,c는 종래 기술에 따른 전류와 전압특성을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제어부 15 : 정류평활부
30 : 출력부 34 : 증폭부
38 : 임계전압부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 입력전압이 스위칭되는 스위칭부와, 상기 스위칭부에서 스위칭된 상기 입력전압을 입력측 권선에서 출력측 권선으로 유기시키는 변압기와, 상기 변압기에서의 출력이 정류되고, 평활되는 정류평활부, 정류평활부의 출력단에 구비되는 감지저항으로 구성되는 출력부와, 상기 출력부 감지저항의 양단의 전압이 비교되어 증폭되는 증폭부와, 상기 증폭부의 출력이 소정전위 이상되어야 스위칭되는 임계전압부 그리고 상기 임계전압부의 출력에 의하여 상기 스위칭부가 제어되는 제어부로 구성되는 전원공급장치의 과전류 보호회로에 있는 것이다.
이하 첨부도면에 의하여 본 발명에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로의바람직한 일실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
제 3 도는 본 발명에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로도이고, 도 4a는 제 3 도의 전류와 전압특성을 나타낸 도면이며, 도 4b와 도 4c는 종래 기술에 따른 전류와 전압특성을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로는 입력전압(Vi)이 스위칭되는 스위칭부(Q)와, 상기 스위칭부(Q)에서 스위칭된 상기 입력전압(Vi)을 입력측 권선(T1)에서 출력측 권선(T2)으로 유기시키는 변압기(T)와, 상기 변압기(T)에서의 출력이 정류되고, 평활되는 정류평활부(15)의 출력단에 감지저항(Rs)이 구비되는 출력부(30)와, 상기 출력부(30)의 감지저항(Rs)을 통하여 과전류가 감지되어 증폭되는 증폭부(34)와, 상기 증폭부(34)의 출력이 소정전위 이상되어야 스위칭되는 임계전압부(38) 그리고 상기 임계전압부(38)의 출력에 의하여 상기 스위칭부(Q)가 제어되도록 되는 제어부(10)로 구성된다.
상기 증폭부(34)는 출력부(30) 감지저항(Rs)의 일단에서 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)에 의하여 분배된 전압이 반전입력단(-)에 입력되고, 상기 감지저항(Rs)의 타단에서 제 3 저항(R3)을 통하여 비반전입력단(+)에 입력되며, 상기 비반전입력단(+)과 출력사이에는 제 4 저항(R4)이 연결되고, 상기 출력에 커패시턴스(C1)가 병렬로 연결되는 오피암프인 증폭소자(IC1)로 구성된다.
상기 임계전압부(38)는 상기 증폭부(34)의 출력에 캐소우드가 연결되는 제너다이오드(ZD1) 그리고 상기 제너다이오드(ZD1)의 애노드 출력에 애노드가 연결되고, 제 5 저항(R5)이 병렬로 연결되는 다이오드(D1)로 구성된다.
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태에 대해서 설명한다.
입력전압(Vi)이 제어부(10)에 의하여 스위칭부(Q)에서 펄스폭 변조되도록 스위칭되고, 상기 스위칭부(Q)에서 스위칭된 입력전압(Vi)이 변압기(T)의 입력측 권선(T1)에서 출력측 권선(T2)으로 유기되며, 상기 변압기(T)에서의 출력이 정류평활부(15)에서 정류되고, 평활되어 출력된다.
한편, 전원공급장치에서 회로내의 단락 및 오동작 등에 의하여 과전류가 발생되면, 출력부(30)의 감지저항(Rs)을 통하여 흐르는 상기 과전류에 의하여 감지저항(Rs)의 양단에 전압이 발생되고, 이에 따라서 증폭부(34) 증폭소자(IC1)의 비반전입력단과 반전입력단에 인가되는 상기 과전류에 의한 전압 차이가 커지게 된다.
또한, 상기 과전류가 인가되는 상기 증폭부(34) 증폭소자(IC1)의 출력은 하이(High)로 되는 높은 전압으로 출력되는데, 상기 출력부(30)의 감지저항(Rs)을 흐르는 증대되는 출력전류(Io)에 의하여 감지저항(Rs) 양단의 전압이 증대되고, 상기 증대된 감지저항(Rs) 양단의 전압이 증폭부(34) 증폭소자(IC1)로 입력될 때, 제 1, 2, 3 저항(R1)(R2)(R3)에 의하여 설정된 과전류 한계전압이 초과되어 입력되면, 증폭부(34) 증폭소자(IC1)의 출력전압은 입력전압(Vi)에서부터 0볼트의 범위까지 선형적으로 변화된다.
따라서, 상기 증폭부(34) 증폭소자(IC1)의 출력전압이 제너다이오드(ZD1), 다이오드(D1)를 통하여 제어부(10)의 데드타임(Dead Time)단으로 인가되고, 이에 따라서 제어부(10)에 의하여 스위칭부(Q)의 턴온시간이 감소되기 때문에, 전류가 증대되어 도 4a에서 도시된 바와 같이, a와 b로 이루어지는 특성도의 과전류한계지점에 도달하게 되고, 출력전압(Vo) 만이 감소되다가 최소로 이루어지는 최소 턴온시간 즉, 최소 듀티 이하로 감소되면, 전원공급장치가 셧다운되어 자동복귀 불능상태가 되는 과전류보호동작이 된다.
그리고, 반전증폭기인 상기 증폭부(34) 증폭소자(IC1)는 출력의 이득이 비반전입력단(+)에 병렬로 연결되는 제 3 저항(R3)과 제 4 저항(R4)에 의하여 결정되고, 상기 증폭부(34) 증폭소자(IC1)의 이득에 의하여 제어부(10)의 최소 펄스폭 변조기간이 결정된다.
또한, 상기 증폭부(34)의 출력은 소정전위 이상되어야 스위칭되는 임계전압부(38)로 인가되는데, 상기 증폭부(34)의 출력에 캐소우드가 연결되는 임계전압부(38)의 제너다이오드(ZD1)의 정격에 의하여 상기 증폭부(34)의 출력이 제한되는데, 바람직하게는 상기 제너다이오드(ZD1)는 약 5.1볼트의 정격을 갖는다.
따라서, 상기 증폭부(34)의 출력전압이 상기 제너다이오드(ZD1)의 정격인 약 5볼트보다 크게되어 출력되면, 임계전압부(38)는 상기 증폭부(34)의 출력전압이 제어부(10)로 인가된다.
그리고, 상기 제어부(10)가 제어되도록 인가된 상기 증폭부(34)의 출력전압은 제 5 저항(R5)과 증폭소자(IC1)의 출력에 병렬로 연결된 커패시턴스(C1)에 의하여 방전된다. 따라서, 상기 저항(R5)과 커패시턴스(C1)에 의한 시정수 값에 따라서 상기 제어부(10)에 인가되는 상기 증폭부(34)의 출력전압이 상기 커패시턴스(C1)에서 충전되고 방전되는 시간이 제어되기 때문에 상기 증폭부(34) 출력이 지연되는 효과가 있고, 이에 따라서 과전류에 의한 과전류보호 동작이 지연되어서 과전류에 의한 회로 차단이 바로 이루어지지 않고 상기 저항(R5)과 커패시턴스(C1)에 의하여 결정되는 소정시간 동안 지연된다.
따라서, 도 4a에서 도시된 바와 같이, a와 b로 되는 구간에서 과전류에 의하여 출력전압(Vo)이 상승하더라도 상기 임계전압부(38)의 저항(R5)과 증폭부(34) 출력단의 커패시턴스(C1)에 의하여 지연되어서 출력전류(Io)는 일정하게 되기 때문에 짧은 시간동안에 발생되는 과전류에 대하여 상기와 같은 지연되는 동작에 의하여 소정시간동안 과전류 보호회로가 동작되지 않으며, 상기 소정시간 지연되는 범위안에서 과전류가 복귀되면 전원공급장치가 셧다운되어 복귀불능으로 되지않고 정상적으로 복귀된다.
그리고, 상기 지연되는 효과를 갖도록 증폭부(34)의 출력에서 구성되는 커패시턴스(C1)는 바람직하게는 2.2마이크로 파랏(㎌)의 정격을 갖는다.
한편, 도 4a에서 도시된 바와 같이, a와 b로 되는 구간은 증폭부(34) 증폭소자(IC1)와 증폭소자(IC1)의 출력과 입력사이에 연결된 제 4 저항(R4)의 값에 따라서 과전류 한계특성으로서, 도 4a의 출력전압(Vo)과 출력전류(Io)에 의한 특성도가 설정된다.
또한, 상기 임계전압부(38)에서의 출력이 인가되는 형명 KA3844로 되는 집적화된 IC인 펄스폭 변조 집적회로(PWM IC)가 상기 제어부(10)로 사용되는데, 증폭소자(IC1)에 인가되는 최대 과전류에 의하여 최대로 발생되는 출력이 상기 제어부(10)의 듀티를 최소로 하도록 증폭소자(IC1)의 입력과 출력사이에 연결된 제 4 저항(R4)을 조절하여 증폭소자(IC1)의 이득(gain)을 조절함으로써, 전원공급장치가 단시간 동안의 과전류에 의하여 셧다운되지 않으며, 또한 전원스위치 조작없이 과전류가 회복된 후에 정상복귀되도록 자동적으로 동작된다. 즉, 본 발명에 따른 전원공급장치의 과전류 보호회로는 종래기술의 도 4b와 도 4c로 되는 특성이 조합되어 도 4a의 특성으로 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 짧은 시간동안 회로상에서의 단락 등의 오동작에 의하여 과전류가 발생되었다가 정상 전류로 복귀되는 경우에, 상기 과전류에 의하여 셧다운되어 복귀불능으로 되지 않고 자동적으로 정상상태로 복귀되는 특징을 지닌 것이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (7)

  1. 입력전압이 스위칭되는 스위칭부; 상기 스위칭부에서 스위칭된 상기 입력전압을 입력측 권선에서 출력측 권선으로 유기시키는 변압기; 상기 변압기에서의 출력이 정류되고 평활되는 정류평활부, 상기 정류평활부의 출력단에 구비되는 감지저항으로 구성되는 출력부; 상기 출력부 감지저항의 양단 전압이 비교되어 증폭되는 증폭부; 상기 증폭부의 출력이 소정전위 이상되어야 스위칭되는 임계전압부; 및 상기 임계전압부의 출력에 의하여 상기 스위칭부가 제어되는 제어부로 구성되어서 단시간 동안의 과전류에 의한 회로보호기능이 상기 과전류의 정상회복에 의하여 복귀되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭부는 출력부 감지저항의 일단에서 제 1 저항과 제 2 저항에 의하여 분배된 전압이 반전입력단에 입력되고, 상기 출력부 감지저항의 타단에서 제 3 저항을 통하여 비반전입력단에 입력되며, 상기 비반전입력단은 제 4 저항에 의하여 출력에 연결되고, 상기 출력에 커패시턴스가 병렬로 연결되는 증폭소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 임계전압부는 상기 증폭부의 출력에 캐소우드가 연결되는 제너다이오드; 및 상기 제너다이오드의 애노드 출력에 애노드가 연결되고, 제 5 저항이 병렬로 연결되는 다이오드로 구성되어서 상기 다이오드의 캐소우드 출력에 의하여 제어부가 제어되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 증폭부의 증폭소자는 오피암프인 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 임계전압부 제너다이오드는 약 5.1볼트 정격으로 되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 증폭부 커패시턴스는 약 2.2마이크로 파랏의 정격으로 되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 증폭부 증폭소자와 상기 증폭소자의 출력과 입력사이에 연결된 제 4 저항에 의하여 과전류 한계특성이 설정되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 과전류 보호회로.
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