KR100275864B1 - 인버터 타입 파워 서플라이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 및 전자기기에 전원 공급용으로 이용되는 인버터 타입 파워 서플라이에 관한 것으로, 전자 또는 전기 기기에 동작 전원을 공급하기 위하여 소정의 고압 전압으로 증폭하여 출력하는 고압 트랜스(T₃)와; 교류 입력 전압(AC 110/220V)을 입력받아 소정의 전압을 갖는 직류 전압으로 정류시켜 주는 정류부(REC)와; 상기한 고압 트랜스(T3)에 상기한 정류부로(REC)부터 공급되는 전압을 소정의 주파수로 스위칭시켜 입력시켜 주는 한 쌍의 스위칭부(T_1,2, Q_1,2, R_13∼16)와; 상기한 한 쌍의 스위칭부에 스위칭 신호를 반주기씩 교대로 입력시켜 주는 트랜지스터(TR)와; 상기한 트랜지스터(TR)를 이용하여 스위칭부의 스위칭 동작에 필요한 스위칭 신호를 발생시키는 것으로, 스위칭 신호를 소정의 듀티와 주파수로 설정하여 출력시켜 주는 펄스폭 변조부(PWM, R_1∼11, C_1,2,6)로 구성되어, 전자 또는 전기 기기의 동작 전원으로 공급되는 전원을 안정적으로 공급하며, 높은 효율을 제공하며, 저가의 스위칭 소자를 채용할 수 있게 하여 생산성을 높여 주는 효과를 제공한다.

Description

인버터 타입 파워 서플라이

본 발명은 인버터 타입 파워 서플라이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 및 전자기기에 전원 공급용으로 이용되는 파워 서플라이에 관한 것이다.

일반적으로, 전압 변환기에는 1차측과 2차측간의 권선 수의 비율에 따라 전압을 변환하는 저압 트랜스와 고압 트랜스를 들 수 있다.

이러한 저압 트랜스나 고압 트랜스는 그 구성 부품의 특성상 용적과 중량을 많이 차지하여 고기능의 제품으로는 부적합하고, 부하(load)가 없을 때에도 철손실, 여자 전류 또는 부하 전류에 의한 권선의 저항 손실, 금속 부분의 누설 자속에 의한 표유 부하 손실, 절연물 속의 유전체 손실, 누설 전류 손실 등을 유발하여 전압 변환 효율이 저하되는 단점이 있었다.

이러한 단점을 보완한 것으로, 스위칭 모드 파워 서플라이(switching mode power supply, SMPS)라 불리는 스위칭 모드 방식의 전원이 있다.

이 SMPS는 교류 전압을 정류한 후에 반도체 스위칭 소자를 이용하여 펄스 변압기를 통해 2차측으로 펄스 전압을 발생한 후에 정류하는 방식으로써, 전압 트랜스 방식에 비하여 소형화가 가능하나, 고주파 펄스를 이용하기 때문에 전자파 장애 현상(EMI, electromagnetic interface) 및 고조파 펄스를 발생시킨다는 점에서 전원 회로로는 치명적인 약점을 지니고 있다.

그리고, 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이는 회로 자체 내에서 누설 전류에 의한 전력 소모가 발생하여 변환 효율이 저하되는 문제점과, 출력되는 전압과 전류가 부하의 변동에 따라 안정적인 상태를 유지하지 못하는 문제점이 있었으며. 특히 스위칭 소자로 많이 이용되는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 고품질로 해야 하기 때문에 생산 단가가 높아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기 및 전자 기기의 전원 공급용으로 이용되는 파워 서플라이의 성능을 개선하여 효율을 향상시키고, 높은 생산성을 도모할 수 있는 인버터 타입 파워 서플라이를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 전자 또는 전기 기기에 전원 공급용으로 사용되는 파워 서플라이에 있어서, 전자 또는 전기 기기에 동작 전원을 공급하기 위하여 소정의 고압 전압으로 증폭하여 출력하는 고압 트랜스와; 교류 입력 전압을 입력받아 소정의 전압을 갖는 직류 전압으로 정류시켜 주는 정류부와; 상기한 고압 트랜스에 상기한 정류부로부터 공급되는 전압을 소정의 주파수로 스위칭시켜 입력시켜 주는 한 쌍의 스위칭부와; 상기한 한 쌍의 스위칭부에 스위칭 신호를 반주기씩 교대로 입력시켜 주는 트랜지스터와; 상기한 트랜지스터를 이용하여 스위칭부의 스위칭 동작에 필요한 스위칭 신호를 발생시키는 것으로, 스위칭 신호를 소정의 듀티와 주파수로 설정하여 출력시켜 주는 펄스폭 변조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 타입 파워 서플라이를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 인버터 타입 파워 서플라이를 나타낸 회로도,

도 2는 도 1에서 스위칭부의 다른 실시예를 나타낸 회로도,

도 3은 도 1에서 스위칭부의 또 다른 실시예를 나타낸 회로도이다.

본 발명에 따른 인버터 타입 파워 서플라이의 구성 및 작용을 본 발명의 일 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 인버터 타입 파워 서플라이를 나타낸 회로도이고, 도 2 및 도 3은 스위칭부의 다른 실시예를 나타낸 회로도이다.

본 발명에 따른 인버터 타입 파워 서플라이의 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 전자 또는 전기 기기(본 실시예에서는 전자 레인지에서 마이크로웨이브를 생성하는 마그네트론(M, Magnetron)을 예로 들었다.)에 동작 전원을 공급하기 위하여 소정의 고압 전압으로 증폭하여 출력하는 고압 트랜스(T₃)와; 교류 입력 전압(AC 110/220V)을 입력받아 소정의 전압을 갖는 직류 전압으로 정류시켜 주는 정류부(REC)와; 상기한 고압 트랜스(T3)에 상기한 정류부로(REC)부터 공급되는 전압을 소정의 주파수로 스위칭시켜 입력시켜 주는 한 쌍의 스위칭부(T_1,2, Q_1,2, R_13∼16)와; 상기한 한 쌍의 스위칭부에 스위칭 신호를 반주기씩 교대로 입력시켜 주는 트랜지스터(TR)와; 상기한 트랜지스터(TR)를 이용하여 스위칭부의 스위칭 동작에 필요한 스위칭 신호를 발생시키는 것으로, 스위칭 신호를 소정의 듀티와 주파수로 설정하여 출력시켜 주는 펄스폭 변조부(PWM, R_1∼11, C_1,2,6)로 이루어진다.

그리고, 상기한 정류부(REC)의 입력단에는 돌입 전류 방지를 위한 즉, 역기전력에 의한 스위칭부의 FET 소자(Q_1,2)가 파손되는 것을 방지하기 위하여, 입력단에 연결되는 스위치를 무접점 스위치(SSR)를 이용함으로써, 역기전력이 발생하지 않도록 한다.

그리고, 스위칭 신호를 발생하는 펄스폭 변조부의 저항 R₈과 콘덴서 C₂로 이루어진 발진 주파수 설정부에 노이즈 발생을 억제해 주는 콘덴서 C₃을 연결한다. 특히, 발진 주파수가 100kHz 이상일 때에는 반드시 이 콘덴서 C₃을 연결해야 한다.

또한, 상기한 정류부(REC)의 출력단에 연결되는 콘덴서 C₄는 원래 전해 콘덴서를 이용해야 하는데 전해 콘덴서보다 저렴한 일반 콘덴서를 이용하고, 대신에 스위칭부의 트랜스(T_1,2)의 입력단에 역기전력을 방지해 주는 다이오드(D_1,2)를 연결한다.

한편, 상기한 스위칭부에 이용되는 한 쌍의 트랜스(T_1,2)는 일반 트랜스와 다른 구조의 트랜스를 이용하고 있는데, 그 구조를 설명하면 다음과 같다.

트랜스 T_1,2의 1차측 코일은 일반 트랜스의 코일과 같으며, 2차측 코일은 절연 필름 위에 소정의 폭을 갖는 알루미늄박을 부착하여 코일링한 것으로, 이러한 구조의 2차 코일은 코일 역할은 물론, 전해 콘덴서 역할을 동시에 수행한다.

따라서, 트랜스 T_1,2의 2차 코일에는 인덕턴스 성분(L)과 캐패시턴스(C) 성분이 동시에 존재하며, 이러한 기능은 2차측 코일의 출력단 즉, 저항 R_14,15와 병렬로 연결되어야 할 전해 콘덴서를 제거해도 되는 효과를 제공한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 인버터 타입 파워 서플라이는 다음과 같이 동작한다.

펄스폭 변조부에는 콘덴서 C₂와 저항 R₈에 의하여 발진 주파수가 정해지며, 듀티(DUTY)는 저항 R₂에 의하여 결정된다.

따라서, 출력 전력량을 높이기 위해서는 듀티 또는 발진 주파수를 높게 설정하면 된다.

이렇게 생성된 스위칭 신호는 트랜지스터(TR)의 베이스에 입력되어, 반주기 동안(양주기)에는 트랜지스터(TR)가 턴 온되어 트랜스 T₁의 스위칭부를 동작시키며, 나머지 반주기(음주기) 동안에는 트랜지스터(TR)가 턴 오프되어 트랜스 T₂의 스위칭부를 동작시킨다.

그리고, 정류부(REC)를 통하여 교류 입력 전원이 직류로 정류되어 고압 트랜스(T₃)의 1차 코일에 입력되면, 상기한 스위칭부에 의하여 스위칭되어, 소정의 전압을 갖는 직류 전압이 출력되어 마그네트론(M)을 구동시킨다.

또한, 상기한 고압 트랜스 T₃의 입력단에 각각 연결된 다이오드 D_3,4는 스위칭 소자인 FET Q_1,2에 역기전력에 의한 돌입 전류가 유입되는 것을 방지하여 FET 소자 Q_1,2가 파손되는 것을 방지한다.

한편, 위에 설명한 실시예에서는 스위칭부의 입력단에 연결되는 트랜지스터(TR)가 트랜스 T_1,2의 1차 코일 하단에 연결되어 있고, 저항 R₁₇이 트랜스 T1의 1차 코일 하단과 중단(TAP)에 연결되고, 저항 R₁₂가 트랜지스터(TR)의 베이스와 그라운드 사이에 연결되어 있지만, 도 2에 나타낸 다른 실시예에서는 저항 R₂가 트랜스 T1의 1차 코일 하단과 트랜지스터(TR)의 이미터에 연결되고, 저항 R1이 펄스폭 변조부 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 도 3에 나타낸 또 다른 실시예에서는 저항 R₂가 트랜지스터(TR)의 콜렉터와 트랜스 T₂의 중간탭 사이에 연결되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 인버터 타입 파워 서플라이는 전자 또는 전기 기기의 동작 전원으로 공급되는 전원을 안정적으로 공급하며, 높은 효율을 제공하며, 저가의 스위칭 소자를 채용할 수 있게 하여 생산성을 높여 주는 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 전자 또는 전기 기기에 전원 공급용으로 사용되는 파워 서플라이에 있어서,

   전자 또는 전기 기기에 동작 전원을 공급하기 위하여 소정의 고압 전압으로 증폭하여 출력하는 고압 트랜스(T₃)와; 교류 입력 전압(AC 110/220V)을 입력받아 소정의 전압을 갖는 직류 전압으로 정류시켜 주는 정류부(REC)와; 상기한 고압 트랜스(T3)에 상기한 정류부로(REC)부터 공급되는 전압을 소정의 주파수로 스위칭시켜 입력시켜 주는 한 쌍의 스위칭부(T_1,2, Q_1,2, R_13∼16)와; 상기한 한 쌍의 스위칭부에 스위칭 신호를 반주기씩 교대로 입력시켜 주는 트랜지스터(TR)와; 상기한 트랜지스터(TR)를 이용하여 스위칭부의 스위칭 동작에 필요한 스위칭 신호를 발생시키는 것으로, 스위칭 신호를 소정의 듀티와 주파수로 설정하여 출력시켜 주는 펄스폭 변조부(PWM, R_1∼11, C_1,2,6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 타입 파워 서플라이.
2. 제 1항에 있어서, 상기한 정류부(REC)의 입력단에는 역기전력에 의하여 유입되는 돌입 전류에 의한 스위칭 소자(Q_1,2)가 파손되는 것을 방지하기 위하여, 그 입력단에 연결되는 무접점 스위치(SSR)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 타입 파워 서플라이.
3. 제 1항에 있어서, 펄스폭 변조부의 저항 R₈과 콘덴서 C₂로 이루어진 발진 주파수 설정부에 발진 주파수가 소정의 주파수 이상일 때에 노이즈가 발생하는 것을 억제해 주는 콘덴서 C₃을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 타입 파워 서플라이.
4. 제 1항에 있어서, 상기한 정류부(REC)의 출력단에 연결되는 콘덴서 C₄는 원래 전해 콘덴서를 이용해야 하는데 전해 콘덴서보다 저렴한 일반 콘덴서를 이용하고, 대신에 스위칭부의 트랜스(T_1,2)의 입력단에 역기전력을 방지해 주는 다이오드(D_1,2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 타입 파워 서플라이.