KR100286044B1 - 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로 - Google Patents

스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로 Download PDF

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Abstract

기준전압을 제공하는 내부 바이어스(31)와; 상기한 내부 바이어스의 출력단에 입력단이 연결되어 있으며, 상기한 내부 바이어스의 기준전압과 +5V 신호를 비교함으로써 +5V 신호를 검출하여 출력하는 +5V 검출 비교기(COMP3)와; 상기한 내부 바이어스의 출력단에 입력단이 연결되어 있으며, 상기한 내부 바이어스의 기준전압과 Vcc 신호를 비교함으로써 Vcc 신호를 검출하여 출력하는 Vcc 검출 비교기(COMP4)와; 상기한 +5V 검출 비교기와 Vcc 검출 비교기의 출력신호를 논리적으로 부정합하여 출력하는 노아 게이트(32)와; 정전류를 제공하는 정전류원(Ichg)과; 상기한 노아게이트의 출력신호를 일정시간 지연시켜 출력하는 타이밍부(C5)와; 상기한 노아 게이트와 정전류원과 타이밍부에 입력단이 연결되어 있으며, 입력신호로부터 파워굿 신호를 생성하여 출력하는 파워굿 비교기(COMP5)로 구성되어 있으며; 파워 서플라이의 입출력 조건의 변화에도 파워굿 기능이 안정되게 동작함은 물론 모든 로드 조건에서도 파워굿 신호가 원하는 순간에 발생되도록 하는 효과를 가진 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로에 관한 것.

Description

스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로
제1도는 일반적인 스위칭 모드 파워 서플라이의 블럭 회로도이고,
제2도는 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로의 상세 회로도이고,
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로의 블럭 구성도이고,
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로의 상세 회로도이고,
제5a,b도는 종래의 모니터링 회로의 문제점을 도시한 그래프이고,
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 +5V 신호에 대한 VO신호를 도시한 도면이고,
제7도는 이 발명의 실시예에 따른 Vin1 신호에 대한 VO신호를 도시한 도면이고,
제8도는 이 발명의 실시예에 따른 VO신호에 대한 파워굿 신호를 나타낸 도면이고,
제9도는 이 발명의 실시예에 따른 하이로드 조건에서 파워굿 신호와 +5V 신호의 관계를 나타낸 도면이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
COMP3 : +5V 검출 비교기 COMP4 : Vcc 검출 비교기
COMP5 : 파워굿 비교기 C4, C5 : 타이밍부
31 : 내부 바이어스 32 : 노아 게이트
이 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply, SMPS)의 출력상태에 대한 모니터링 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 필요한 모든 기능을 1개의 IC(Integrated Circuit) 칩에 수용함으로써 외부소자를 최소화시키고, 전체 회로 구성시 부품수의 감소와, 고신뢰성 IC를 사용함으로써 회로의 신뢰성을 높일 수가 있으며, 공정의 단순화와 원가절감을 꾀할 수가 있고, IC 내부에 파워굿 비교기의 히스테리시스를 약 300mmV로 설계함으로써 노이즈의 영향을 적게 받아 안정된 동작을 수행할 수가 있고, +5V 출력을 검출하는 비교기를 추가시킴으로써 하이로드 조건에서도 +5V 출력을 검출하여 파워굿 신호를 즉시 로우상태로 바뀌게 할 수 있는 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로에 관한 것이다.
스위칭 모드 파워 서플라이는 통상적으로, 출력전압의 변동에 따라 펄스폭변조용 IC에 의해 트랜스포머(transformer)의 1차측 코일에 연결되어 있는 스위칭 트랜지스터의 구동시간이 조절됨으로써 항상 안정된 출력전압을 얻어지도록 구성되어 있다. 즉 출력전압이 낮아지면 펄스폭 변조용 IC에 의해 스위칭 트랜지스터의 구동 주파수가 커지게 되어 출력전압이 높아지게 되고, 이와는 반대로 출력전압이 높아지면 펄스폭 변조용 IC에 의해 스위칭 트랜지스터의 구동 주파수가 작아지게 되어 출력전압이 낮아지게 됨으로써 부하의 변동에 관계없이 출력전압이 항상 일정하게 유지되도록 한다.
이와 같은 스위칭 모드 파워 서플라이에서는 위에서 언급한 동작 특성때문에 트랜스포머의 크기가 작더라도 많은 전력을 전송할 수가 있어서, 일반적인 파워 서플라이에 비해 상대적으로 그 크기 및 부피를 줄일 수가 있고 또한 전력의 전송효율이 높기 때문에 점차로 사용 범위가 널리 확대되고 있는 추세이다.
또한 상기한 스위칭 모드 파워 서플라이는 소형화, 경량화, 고효율, 고신뢰성의 요구와 더불어 시스템의 안정된 동작을 위해서 필요로 하는 기능들을 파워 서플라이내에서 수행하도록 요구함으로써 기능상으로는 점점더 복잡하게 변해가고 있는 추세이다.
이와같은 이유에서, 스위칭 모드 파워 서플라이의 1차측(입력부)에서는 전체 시스템의 효율을 조절하는 기능외에 역률을 개선시키는 회로가 요구되고 있으며, 2차측(출력부)에서는 시스템의 보호기능과 안정된 정전압 발생회로, 특히 출력전압의 안정된 상태를 감지, 전달하여 마이크로-프로세서 등이 오동작하지 않도록 하기 위한 파워굿 신호 발생기능등이 요구되고 있다.
스위칭 모드 파워 서플라이의 1차측 제어 IC로서, 기존의 전류 모드 PWM 제어 IC 에 PFC(Power Factor Correction) 기능만을 내장시킨 마이크로-리니어(Micro-Linear)사 제품의 ML4824가 나와 있지만, 2차측에서 요구되는 다양한 기능을 하나의 IC 부품으로 수행할 수 있는 제품은 없는 상태이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이에 대하여 설명한다.
제1도는 일반적인 스위칭 모드 파워 서플라이의 블럭 회로도이다.
제1도에 도시되어 있듯이 일반적인 스위칭 모드 파워 서플라이의 구성은, 필터부(11)와, 필터부(11)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 정류부(12)와, 정류부(12)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 컨버터부(13)와, 컨버터부(13)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 모니터링 회로부(14)와, 컨버터부(13)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 보호 회로부(15)와, 컨버터부(13)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 피드백 회로부(16)와, 피드백 회로부(16)와 컨버터부(13)에 연결되어 있는 PWM 제어부(17)로 이루어진다.
제2도는 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로의 상세 회로도이다.
제2도에 도시되어 있듯이 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로(14)의 구성은, Vcc 신호선에 접지의 사이에 연결되어 있는 커패시터(C1), 제너 다이오드(D1), 저항(R1)과, 기준 신호선(VREF)과 접지의 사이에 연결되어 있는 저항(R2), 커패시터(C2)와, 제너다이오드(D1)의 애노드와 저항(R2) 및 커패시터(C2)의 접속점에 입력단이 연결되어 있는 비교기(COMP1)와, 비교기(COMP1)의 출력단에 연결되어 있는 저항(R3), 커패시터(C3)와, +5V 신호선과 접지의 사이에 연결되어 있는 저항(R4), 다이오드(D2)와, 비교기(COMP1)의 출력단과 다이오드(D2)의 캐소드에 입력단이 연결되어 있는 비교기(COMP2)와, 비교기(COMP2)의 출력단에 연결되어 있는 저항(R5, R6), 다이오드(D3, D4)와, 저항(R6, R7)의 사이에 연결되어 있는 트랜지스터(Q1)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이의 동작은 다음과 같다.
전원 플러그를 통해서 상용교류전원이 입력된 뒤에, 필터부(11)와 정류부(12)를 거치면서 직류전원으로 변환되어 컨버터부(13)로 인가된다.
컨버터부(13)의 출력은, 피드백 회로부(13)와 PWM 제어부(17)에 의해서 일정하게 유지될 수 있도록 제어되면서, 모니터링 회로부(14)로 출력된다.
제2도에 도시되어 있는 모니터링 회로부(14)로 전원이 인가되면, 전원전압(Vcc)이 그라운드 레벨에서부터 증가되기 시작한다.
전원전압(Vcc)이 다이오드(D1)의 양단간의 전압(VD1) + 기준전압(VREF)보다 크게 되는 시점에서 비교기(COMP1)의 출력은 로우상태에서 하이상태로 바뀌게 된다.
비교기(COMP1)의 출력이 로우상태로 바뀌게 되면, 저항(R3) 및 커패시터(C3)에 의한 R3*C3의 시정수만큼의 지연시간동안 비교기(COMP2)의 출력이 로우상태로 바뀌게 된다.
비교기(COMP2)의 출력이 로우상태로 바뀌게 되면, 트랜지스터(Q1)가 턴오프되며, 따라서 하이상태의 신호가 파워굿 신호(PG)로서 출력된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이는,
1. 모니터링 회로부(14)가, 2개의 비교기(COMP1, COMP2)와, 다수개의 개별소자(저항, 커패시터, 다이오드 등)를 이용하여 구성되기 때문에 복잡한 점이 있고,
2. 또한 다수개의 개별 소자를 이용함으로써 신뢰성이 저항됨과 동시에 생산원가가 증가되는 단점이 있고,
3. 노이즈의 영향을 적게 받으면서 안정된 동작을 하기 위해, 큰 히스테리시스를 갖는 비교기를 구성하기 위해서 비교기의 외부에 다이오드등의 소자를 필요로 하는 단점이 있고,
4. 하이로드 조건에서 시스템 전원 오프시, 로우로드 조건에 비해 파워굿 신호가 로우상태로 되는 시점이 늦어지는 단점이 있다. 즉, 제5도의 (a)의 로우로드 조건에서와 같이 +5V 출력이 오프될 때 빠르게 파워굿 신호(PG)가 로우상태로 되어야 하는데, 제5도의 (b)의 하이로드 조건에서는 +5V 출력이 오프된지 한참후에야 파워굿 신호(PG)가 로우상태로 바뀌게 되는 문제점이 있다.
따라서 이 발명의 목적은 상기한 종래의 단점 및 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
1. 필요한 모든 기능을 1개의 IC 칩에 수용함으로써 외부소자를 최소화시키고,
2. 전체 회로 구성시 부품수의 감소와, 고신뢰성 IC를 사용함으로써 회로의 신뢰성을 높일 수가 있으며, 공정의 단순화와 원가절감을 꾀할 수가 있고,
3. IC 내부에 파워굿 비교기의 히스테리시스를 약 300mmV로 설계함으로써 노이즈의 영향을 적게 받아 안정된 동작을 수행할 수가 있고,
4. +5V 출력을 검출하는 비교기를 추가시킴으로써 하이로드 조건에서도 +5V 출력을 검출하여 파워굿 신호(PG)를 즉시 로우상태로 바뀌게 할 수 있는 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 기준전압을 제공하는 내부 바이어스와, 상기한 내부 바이어스의 출력단에 입력단이 연결되어 있으며, 상기한 내부 바이어스의 기준전압과 +5V 신호를 비교함으로써 +5V 신호를 검출하여 출력하는 +5V 검출 비교기와, 상기한 내부 바이어스의 출력단에 입력단이 연결되어 있으며, 상기한 내부 바이어스의 기준전압과 Vcc 신호를 비교함으로써 Vcc 신호를 검출하여 출력하는 Vcc 검출 비교기와, 상기한 +5V 검출 비교기와 Vcc 검출 비교기의 출력신호를 논리적으로 부정합하여 출력하는 노아 게이트와, 정전류를 제공하는 정전류원과, 상기한 노아 게이트의 출력신호를 일정시간 지연시켜 출력하는 타이밍부와, 상기한 노아 게이트와 정전류원과 타이밍부에 입력단이 연결되어 있으며, 입력신호로부터 파워굿 신호를 생성하여 출력하는 파워굿 비교기로 이루어진다.
상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로의 블럭 구성도이고, 제4도는 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로의 상세 회로도이다.
제3도 및 제4도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로의 구성은, 내부 바이어스(31)와, +5V 검출 비교기(COMP3)와, 타이밍부(C4)와, 내부 바이어스(31)와 타이밍부(C4)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 Vcc 검출 비교기(COMP4)와, +5V 검출 비교기(COMP3) 와 Vcc 검출 비교기(COMP4)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 노아 게이트(32)와, 정전류원(Ichg)과, 타이밍부(C5)와, 노아 게이트(32)와 정전류원(Ichg)과 타이밍부(C5)에 입력단이 연결되어 있는 파워굿 비교기(COMP5)로 이루어진다.
상기한 노아 게이트(32)는, 상기한 +5V 검출 비교기(COMP3)와 Vcc 검출 비교기(COMP4)의 와이어드 오아 접속점에 베이스 단자가 연결되어 있고, 정전류원(Ichg)에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(Q2)로 이루어진다.
상기한 파워굿 비교기(COMP5)는, 노아 게이트(32)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 버퍼와, 정전류원과, +5V에 입력단이 연결되어 있는 저항(R35)과, 버퍼와 정전류원에 베이스 단자가 연결되고 저항(R35)의 다른 한쪽단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(Q3)로 이루어진다.
상기한 타이밍부(C4, C5)는 타이밍 커패시터(C4, C5)로 이루어지고, 상기한 내부 바이어스(31)는 배터리로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로의 작용은 다음과 같다.
모니터링 회로(파워굿 신호 발생회로)는 스위칭 모드 파워 서플라이에서 최근에 많이 채용하고 있는 기능으로 전원의 온, 오프시 전원의 불안정으로 인해서 발생되는 마이크로-프로세서 등의 오동작을 방지하기 위해서 출력전압의 상태에 따라 파워굿 '하이', '로우' 신호를 발생시키는 회로이다.
전원의 온시에는, 전원이 안정화되는데 걸리는 시간동안 시간지연(약 250ms)을 두고 파워굿 '하이' 신호를 발생시키며, 전원의 오프시에는 출력전압 레벨이 시스템 출력단의 안정화 커패시터로 인해 서서히 떨어지므로 출력전압이 규정전압 밑으로 떨어졌을 때 파워굿 '로우' 신호를 발생시킨다.
제4도에서 보는 바와 같이, +5V 검출 비교기(COMP3)는 마이크로-프로세서의 공급전압 +5V의 전압상태를 검출하는 비교기이며, Vcc 검출 비교기(COMP4)는 Vcc 의 전압상태를 검출하는 비교기로, +5V 검출 비교기(COMP3)와 Vcc 검출 비교기(COMP4)의 출력신호가 동시에 로우상태인 경우를 제외하고는 파워굿 신호(PG)가 '하이'로 출력된다.
전원온시의 지연시간(△t)은 일정한 전류(Ichg)에 의해 파워굿 비교기(COMP5)의 하이 스레시홀드 전압레벨까지 타이밍 커패시터(C5)에 충전되는 시간으로서, 그 계산식은 다음과 같다.
△t = C△V / Ichg
여기에서, △t 는 시스템이 안정화되는데 걸리는 시간이며, C는 타이밍 커패시터(C5)의 정전용량이고, 또한 △V 는 파워굿 비교기(COMP5)의 하이 스레시홀드 전압레벨이다.
제6도와 제7도는 +5V 출력 및 Vin1(Vcc-V) 변화에 대한 +5V 검출 비교기(COMP3) 및 Vcc 검출 비교기(COMP4)의 출력(VO) 상태를 나타내며, 제8도는 출력(VO)의 변화에 따른 파워굿 출력신호(PG)를 나타내는 그래프로서 타이밍 커패시터에 의해 약 250ms의 시간지연을 보여준다.
제9도는 +5V 검출 비교기(COMP3)에 의하여 하이로드 조건에서 전원 오프시 +5V의 출력전압을 검출하고, +5V 출력이 약 4.3V에서 파워굿 신호(PG)가 '로우'로 바뀌는 것에 대한 실험 결과이다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 파워 서플라이의 입출력 조건의 변화에도 파워굿 기능이 안정되게 동작함은 물론 모든 로드 조건에서도 파워굿 신호가 원하는 순간에 발생되도록 하는 효과를 가진 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로를 제공할 수가 있다. 이 발명의 이러한 효과는 전원 공급장치 분야에서 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 기준전압을 제공하는 내부 바이어스와, 상기한 내부 바이어스의 출력단에 입력단이 연결되어 있으며, 상기한 내부 바이어스의 기준전압과 +5V 신호를 비교함으로써 +5V 신호를 검출하여 출력하는 +5V 검출 비교기와, 상기한 내부 바이어스의 출력단에 입력단이 연결되어 있으며, 상기한 내부 바이어스의 기준전압과 Vcc 신호를 비교함으로써 Vcc 신호를 검출하여 출력하는 Vcc 검출 비교기와, 상기한 +5V 검출 비교기와 Vcc 검출 비교기의 출력신호를 논리적으로 부정합하여 출력하는 노아 게이트와, 정전류를 제공하는 정전류원과, 상기한 노아 게이트의 출력신호를 일정시간 지연시켜 출력하는 타이밍부와, 상기한 노아 게이트와 정전류원과 타이밍부에 입력단이 연결되어 있으며, 입력신호로부터 파워굿 신호를 생성하여 출력하는 파워굿 비교기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 Vcc 검출 비교기로 입력되는 기준전압 신호를 일정시간동안 지연시키기 위한 타이밍부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 노아 게이트는, 상기한 +5V 검출 비교기와 Vcc 검출 비교기의 와이어드 오아 접속점에 베이스 단자가 연결되어 있고, 상기한 정전류원에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 파워굿 비교기는, 상기한 노아 게이트의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 버퍼와, 정전류를 공급하기 위한 정전류원과, +5V 신호선에 입력단이 연결되어 있는 저항과, 상기한 버퍼와 정전류원에 베이스 단자가 연결되고, 상기한 저항의 다른 한쪽단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(Q3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 타이밍부는 타이밍 커패시터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기한 내부 바이어스는 배터리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력상태에 대한 모니터링 회로.
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