KR100312721B1 - 플라이백 트랜스포머 - Google Patents

Abstract

일차 코일에서 이차 코일로 전류가 유도되는 것을 스위칭하는 스위칭 소자에 펄스폭변조기의 스위칭 펄스가 제공되는 것을 메인 스위치로 스위칭하여 교류 전원의 유도 동작을 제어함으로써 저전압, 저전류에 대한 스위칭 결과로써 메인 스위치의 파손을 방지하도록 개선한 플라이백 트랜스포머에 관한 것으로서, 일차 코일과 최소한 하나 이상의 이차 코일이 구성되어서 일차측의 교류 전원을 이차측으로 유도하여 출력하며, 상기 일차 코일로 전류가 흐르는 것을 스위칭하는 FET와 상기 FET의 동작을 위한 스위칭 펄스를 제공하는 펄스폭변조기가 구성되어서 상기 스위칭 펄스의 제공 여부에 따라서 상기 FET의 온/오프가 결정되어서 상기 유도 동작이 조절되고, 상기 펄스폭변조기의 스위칭 펄스 출력단과 상기 FET의 게이트 사이에 메인 스위치가 구성됨으로써 상기 메인 스위치의 스위칭 상태에 따라서 상기 FET의 동작이 결정되어 상기 유도 동작이 제어된다.

Description

플라이백 트랜스포머{Flyback Transformer}

본 발명은 플라이백 트랜스포머에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 일차 코일에서 이차 코일로 전류가 유도되는 것을 스위칭하는 스위칭 소자에 펄스폭변조기의 스위칭 펄스가 제공되는 것을 메인 스위치로 스위칭하여 교류 전원의 유도 동작을 제어함으로써 저전압, 저전류에 대한 스위칭 결과로써 메인 스위치의 파손을 방지하도록 개선한 플라이백 트랜스포머에 관한 것이다.

통상, 교류 전원을 다른 전압 레벨을 갖는 직류 또는 교류 전원으로 변환하기 위하여 트랜스포머가 이용되고 있으며, 그 중 플라이백 트랜스포머가 대표적인 예이다.

도 1과 같이, 플라이백 트랜스포머는 메인 스위치(12)의 스위칭 상태에 따라서 동작되며, 메인 스위치(12)가 턴온되면 교류 전원 Vs로부터 전류가 정류기(12)로 공급되고, 정류기(12)를 통하여 정류된 출력이 전해 콘덴서 C1에 의하여 안정된 후 일차 코일 L1로 공급되며, 일차 코일 L1에서 발생되는 역기전력은 스노브 회로(14)에서 제어된다.

그리고, 일차 코일 L1에 교류 전류가 흐르면 그에 유도되어서 이차 코일들 L2, L3, L4에 교류 전류가 흐르며, 이차 코일 L2에 유도된 전류는 콘덴서 C11와 다이오드 D11에서 정류되고 전해 콘덴서 C12에서 일차로 평활되며 인덕터 L11에서 필터링된 후 전해 콘덴서 C13에서 이차로 안정화되어서 출력된다. 그 결과 직류 전압 A가 출력된다.

이차코일 L3에서 유도된 전류도 전술한 바와 동일한 과정을 거쳐서 출력되며, 그에 따라서 직류 전압 B가 출력된다. 그리고 이차 코일 L3에서 유도된 전류가 출력되는 과정에는 피드백 회로가 추가되어서 과도 전류가 발생되는 경우 감지되어 피드백되어서 유도 동작을 제어하도록 구성된다. 피드백 회로는 저항 R21, 가변저항 VR, 저항 R22, 저항 R23, 포토다이오드 PD, 캐패시터 C24, 제너 다이오드 ZD가 조합 구성되며, 피드백 출력은 포토다이오드 PD를 통하여 이루어진다.

한편, 초기 구동 상태에서 정류기(12)에서 전류가 출력되면 저항 R1에 바이어스되는 전압에 의하여 펄스폭변조기(20)가 동작되고, 펄스폭변조기(20)가 출력단 O로부터 저항 R4를 통하여 스위칭 소자인 FET(16)의 게이트 쪽에 소정 듀티를 갖는 펄스를 출력하며, 이 펄스에 의하여 FET(16)가 동작되고, FET의 턴온/턴오프 상태가 교차됨에 따라서 일차 코일 L1에 교류 전류의 흐름이 제어된다.

그리고, 교류 전류의 유도가 시작된 후 펄스폭변조기(20)는 이차 코일 L4를통해서 유도된 전류에 의하여 다이오드 D1과 저항 R3에 인가되는 전압이 동작전압으로 공급된다. 그리고, 포토 다이오드의 피드백 출력은 포토 트랜지스터 PT에 수신되어서 펄스폭 변조기(20)의 리셋단 R로 인가된다.

전술한 바와 같이 동작되는 종래의 플라이백 트랜스포머는 메인 스위치(10)가 스위칭될 때 메인 스위치를 통하여 순간적으로 수백 볼트의 고전압과 그에 따른 고전류가 부가되므로 순간적인 돌입 전류에 의하여 메인 스위치가 전기적인 충격으로 쇼트되는 경우가 종종 발생된다.

그러므로, 전술한 쇼트는 메인 스위치의 반복 누적된 사용에 따라서 점차적으로 열화되어서 발생되며, 메인 스위치의 쇼트는 플라이백 트랜스포머와 그를 이용하는 제품의 신뢰성을 떨어뜨리는 주요인이 된다.

본 발명의 목적은 펄스폭변조기의 스위칭 펄스의 출력을 스위칭하도록 메인 스위치를 구성함으로써 교류 전원의 변환을 스위칭하고, 메인 스위치가 저전압, 저전류 환경에서 동작할 수 있도록 하여 플라이백 트랜스포머의 안정성을 확보함에 있다.

도 1은 종래의 플라이백 트랜스포머의 회로도

도 2는 본 발명에 따른 플라이백 트랜스포머의 바람직한 실시예를 나타내는 회로도

본 발명에 따른 플라이백 트랜스포머는 일차 코일과 최소한 하나 이상의 이차 코일이 구성되어서 일차측의 교류 전원을 이차측으로 유도하여 출력하며, 상기 일차 코일로 전류가 흐르는 것을 스위칭하는 스위칭 소자와 상기 스위칭 소자의 동작을 위한 스위칭 펄스를 제공하는 펄스폭변조기가 구성되어서 상기 스위칭 펄스의제공 여부에 따라서 스위칭 소자의 온/오프가 결정되어서 상기 유도 동작이 조절되고, 상기 펄스폭변조기의 스위칭 펄스 출력단과 상기 스위칭 소자의 사이에 메인 스위치가 구성됨으로써 상기 메인 스위치의 스위칭 상태에 따라서 상기 스위칭 소자의 동작이 결정되어 상기 유도 동작이 제어된다.

이하, 본 발명에 따른 플라이백 트랜스포머의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 펄스폭변조기의 출력단에 메인 스위치를 구성하여, 메인 스위치로써 스위칭 펄스의 출력을 단속하여 플라이백 트랜스포머의 동작을 제어하도록 구성된다.

구체적으로, 교류 전원 Vs가 정류기(12)에 공급되고, 정류기(12)에는 출력을 안정화시키는 전해 콘덴서 C1이 구성되며, 정류기(12)의 출력 라인에 저항 R11과 스노브 회로(14) 및 일차 코일 L1이 구성된다. 이에 따라서 정류기(12)의 출력이 전해 콘덴서 C1에 의하여 안정화되고, 저항 R11과 일차 코일 L1로 교류 전류가 공급된다.

일차 코일 L1은 FET(16)의 드레인에 연결되고, 그 사이에 필터 L가 구성된다. 그리고, FET(16)의 게이트는 펄스폭변조기(20)의 출력단 O에 연결되며, 그 사이에 직렬로 필터 L와 저항 R4 및 스위치(30)가 구성된다. 또한, FET(16)의 소스는 전류 센싱용으로써 접지된 저항 R2에 연결되며, 저항 R2에는 병렬로 저항 R7과 콘덴서 C4가 구성되어서 펄스폭변조기(20)의 센싱단 S에 연결되고, 저항 R2, 저항 R7 및 콘덴서 C4는 공통 접지된다.

그리고, 저항 R11에는 병렬로 전해 콘덴서 C2와 저항 Rx가 연결되며, 저항 Rx에 인가되는 전압이 펄스폭변조기(20)의 전압인가단 V에 인가되며, 전해 콘덴서 C2와 저항 Rx는 공통 접지된다. 한편, 전류가 유도되는 이차 코일 L4는 펄스폭변조기(20)의 전압인가단 V에 연결되며, 그 사이에 저항 R3과 다이오드 D4가 직렬로 연결된다.

여기에서 초기 구동시에는 저항 R11을 통한 전류의 유입으로 전해 콘덴서 C2에 전압이 축전되고, 그에 따라서 저항 Rx에 분압되는 소정 레벨의 전압이 펄스폭변조기(20)의 동작 전압으로 공급된다. 그리고, 이차 코일 L4로 유도 동작이 개시되면 이차 코일 L4에 유도된 전류가 저항 R3을 통하여 유입되고, 전해 콘덴서 C2에 전압이 축전되며 저항 Rx에 인가되는 전압이 펄스폭 변조기(20)에 동작 전압으로 공급된다.

그리고, 펄스폭변조기(20)의 리셋단 R에는 포토 트랜지스터 PT가 연결되며, 이에 병렬로 저항 R6, R5가 구성되고, 저항 R5에 직렬로 콘덴서 C3이 구성된다.

그리고, 이차 코일 L2에는 출력의 평활을 위한 전해 콘덴서 C12와 전해 콘덴서 C13이 병렬로 구성되며, 이차 코일 L2와 전해 콘덴서 C12 사이에는 병렬로 전류의 정류를 위한 콘덴서 C11와 다이오드 D11가 구성되고, 전해 콘덴서 C12와 C13 사이에는 전류의 필터링을 위한 인덕터 L11가 구성된다. 전술한 구성에 의하여 코일 L2에 전류가 유도되면 정류, 평활 및 필터링된 후 직류 전원 A가 출력된다.

그리고, 이차 코일 L3에도 출력의 평활을 위한 전해 콘덴서 C22와 전해 콘덴서 C23이 병렬로 구성되며, 이차 코일 L3와 전해 콘덴서 C22 사이에는 병렬로 정류를 위한 콘덴서 C21와 다이오드 D21가 구성되고, 전해 콘덴서 C22와 C23 사이에는 전류의 필터링을 위한 인덕터 L21가 구성된다. 전술한 구성에 의하여 이차 코일 L3에 전류가 유도되면 정류, 평활 및 필터링된 후 직류 전원 B가 출력된다.

여기에, 직류 전원 B의 출력을 검출하기 위한 피드백 회로가 구성되며, 저항 R21과 포토 다이오드 PD 및 제너 다이오드 ZD가 직렬로 구성되고, 이에 병렬로 가변저항 VR과 저항 R22 및 저항 R23이 직렬로 구성되며, 저항 R22와 저항 R23의 사이에 콘덴서 C24가 병렬로 구성되어서 제너 아디오드 ZD와 포토 다이오드 PD 사이에 연결된다. 이러한 구성에 의하여 과도 전류가 저항 R21을 통하여 포토 다이오드 PD로 공급되어서 포토 다이오드 PD가 동작되면, 광이 포토 트랜지스터 PT로 송출되어 펄스폭변조기(20)의 동작을 리셋 상태로 설정한다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 실시예는 메인 스위치(30)가 턴오프된 상태에서 교류 전원 Vs에 의하여 저항 R11과 저항 Rx에 전압이 인가되며, 저항 Rx에 분압되어 인가되는 전압은 펄스폭변조기(20)의 전압인가단 V에 인가된다. 그리고, 교류 전원 Vs는 단락된 FET(16)의 드레인으로 전류를 공급하는 상태이다.

상술한 상태에서 메인 스위치(30)가 턴온되면, 펄스폭변조기(20)의 스위칭 펄스가 메인 스위치(30), 저항 R4 및 필터 L을 경유하여 FET(16)의 게이트에 인가되고, FET(16)는 공급되는 스위칭 펄스에 의하여 턴온과 턴오프가 반복되는 스위칭동작을 한다. 이때 일차 코일 L1에서 발생되는 역기전력은 스노브 회로(14)에서 제거된다.

메인 스위치(30)가 턴온되면, 이차 코일 L4에 유도되는 전류에 의하여 전술한 바와 같이 저항 Rx에 펄스폭변조기(20)의 동작을 위한 전압이 인가되고, 펄스폭변조기(20)는 Rx에 인가된 전압에 의하여 동작된다.

그리고, 이차 코일 L2, L3에 유도되는 전류는 정류, 평활 및 필터링의 과정을 거쳐서 출력전압 A와 B로 각각 출력된다. 그리고, 과도한 전류가 발생되면 포토 다이오드 PD가 동작되어서 광을 포토 트랜지스터 PT로 전송하고, 포토 트랜지스터가 턴온됨으로써 펄스폭변조기(20)는 리셋된다.

또한, 저항 R2에서 센싱되는 전압이 콘덴서 C4에 의하여 평활되고 저항 R7에 의하여 분압되어 펄스폭변조기(20)의 센싱단으로 인가됨으로써 그 레벨에 따라서 출력되는 펄스의 듀티가 조절된다.

전술한 바와 같이 동작되는 본 발명에 따른 플라이백 트랜스포머는 메인 스위치(30)의 스위칭 상태에 따라서 동작되며, 메인 스위치(30)는 펄스폭변조기(20)의 스위칭 펄스를 FET(16)에 인가하는 것을 스위칭한다.

펄스폭변조기(20)에서 출력되는 스위칭 펄스는 일반적인 TTL 레벨을 갖는 신호로써 전압 레벨 및 전류량이 작다. 그러므로 메인 스위치(30)가 턴오프 상태에서 턴온되더라도 순간적으로 과다한 양으로 돌입 전류가 부가되지 않으며, 이러한 저전압과 저전류의 스위칭 동작으로 메인 스위치(30)는 스위칭 순간 전기적인 충격으로 인하여 쇼트되지 않는다.

따라서, 본 발명에 의하면 저전압과 저전류를 갖는 플라이백 트랜스포머의스위칭 펄스를 메인 스위치로 스위칭함으로써 순간적인 전기적 충격에 의한 메인 스위치의 손상이 방지되며, 그에 따른 제품의 수명이 연장되면서 신뢰성이 극대화되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 일차 코일과 최소한 하나 이상의 이차 코일이 구성되어서 일차측의 교류 전원을 이차측으로 유도하여 출력하며, 상기 일차 코일로 전류가 흐르는 것을 스위칭하는 스위칭 소자와 상기 스위칭 소자의 동작을 위한 스위칭 펄스를 제공하는 펄스폭변조기가 구성되어서 상기 스위칭 펄스의 제공 여부에 따라서 스위칭 소자의 온/오프가 결정되어서 상기 유도 동작이 조절되는 플라이백 트랜스포머에 있어서,

   상기 펄스폭변조기의 스위칭 펄스 출력단과 상기 스위칭 소자의 사이에 메인 스위치가 구성됨으로써 상기 메인 스위치의 스위칭 상태에 따라서 상기 스위칭 소자의 동작이 결정되어 상기 유도 동작이 제어되는 플라이백 트랜스포머.