KR100317603B1 - 직류전원 안정화 장치 - Google Patents
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Abstract
개시된 직류전원 안정화 장치는 입력되는 직류전원의 변동에 관계없이 부하에는 안정된 직류 전원을 공급하는 것이다.
직류전원(Vin)이 부하로 공급되는지를 검출하는 검출용 저항(R1)과, 검출용 저항(R1)의 양단 전압 레벨을 비교하여 부하로 전원이 공급되는지를 판단하는 제 1 비교기(1)와, 부하로 공급되는 전원을 분할하여 비교전압을 발생하는 복수의 저항(R2, R3)과, 복수의 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압과 제 1 기준전압 발생부(2)가 발생하는 기준전압을 비교 증폭하여 에러 전압을 검출하는 에러 증폭기(3)와, 에러 증폭기(3)의 출력 전압을 제 2 기준전압 발생부(4)가 발생하는 기준전압과 비교하여 리세트 신호를 발생하는 제 2 비교기(5)와, 제 1 비교기(1)의 출력신호에 따라 세트되고 제 2 비교기(5)의 출력신호에 따라 리세트되는 인히비트 플립플롭(6)과, 톱니파 발생기(7)가 발생하는 톱니파와 에러 증폭기(3)의 출력신호를 비교하여 PWM 신호를 발생하는 제 3 비교기(8)와, 인히비트 플립플롭(6)이 세트될 경우에 제 3 비교기(8)의 출력신호를 반전시켜 출력하는 낸드 게이트(9)와, 전류 검출용 저항(R1)을 통과한 직류전원(Vin)을 낸드 게이트(9)의 출력신호에 따라 스위칭시키는 출력 스위칭부(10)와, 출력 스위칭부(10)의 출력 전원을 직류전원으로 평활하여 부하로 출력하는 평활 회로(11)를 구비한다.
Description
본 발명은 입력되는 직류전원의 변동에 관계없이 부하에는 안정된 직류 전원을 공급하는 직류전원 안정화 장치에 관한 것이다.
직류 전원에 의해 동작되는 기기로는 차량에 설치되는 차량용 텔레비전 수상기 및 차량용 오디오 시스템 등을 비롯하여 사용자가 간단히 휴대하면서 사용할 수 있는 휴대용 카세트 테이프 레코더 및 라디오 등과 같이 여러 가지가 있다.
이러한 직류전원에 의해 동작되는 기기에 정격 전압보다 높은 직류전원을 공급할 경우에 기기를 보호하지 못하고 손상된다.
예를 들면, 일반 승용차에서는 12V 배터리를 사용하고, 트럭 등과 같은 대형 차량에서는 24V 배터리를 사용하고 있는 것으로서 일반 승용차에서 12V 배터리의 직류전원으로 사용하던 차량용 텔레비전 수상기 및 차량용 오디오 시스템 등의 기기를 24V 배터리를 구비하고 있는 차량에서 24V 직류전원을 공급하여 동작시킬 경우에 기기가 과전압으로 인하여 손상된다.
그리고 상기 직류전원에 의해 동작되는 기기들을 고정된 장소 예를 들면, 가정집이나 사무실 등의 장소에서 사용할 경우에는 통상적으로 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 어댑터(adapter)를 많이 사용하고 있다.
그러나 상기 어댑터는 입력되는 교류전원의 레벨에 따라 출력되는 직류전원의 레벨 변동이 많은 것으로서 어댑터에서 기기의 정격 직류전원보다 높은 레벨의 직류 전원이 출력될 경우에 기기가 과전압으로 손상되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 직류전원을 동작전원으로 입력하는 기기에서 입력되는 직류전원의 레벨이 변동되어도 부하에는 안정된 직류전원을 공급할 수 있는 직류전원 안정화 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전원 오프 등으로 부하로 전원이 공급되지 않거나 부하로 저전압이 공급될 경우에 전원을 차단시킬 수 있는 직류전원 안정화 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직류전원 안정화 장치에 따르면, 입력되는 직류전원이 부하로 공급될 경우에 전압 강하가 발생되는 검출용 저항과, 상기 검출용 저항의 양단 전압 레벨을 비교하여 부하로 전원이 공급되는지를 판단하는 제1비교기와, 부하로 공급되는 전원을 분할하여 비교전압을 발생하는 저항과, 상기 저항으로 분할한 비교 전압과 제 1 기준전압 발생부가 발생하는 기준전압을 비교 증폭하여 에러 전압을 검출하는 에러 증폭기와, 상기 에러 증폭기의 출력 전압을 제 2 기준전압 발생부가 발생하는 기준전압과 비교하여 리세트 신호를 발생하는 제 2 비교기와, 상기 제 1 비교기의 출력신호에 따라 세트되고 상기 제 2 비교기의 출력신호에 따라 리세트되는 인히비트 플립플롭과, 톱니파 발생기가 발생하는 톱니파와 상기 에러 증폭기의 출력신호를 비교하여 PWM 신호를 발생하는 제 3 비교기상기 인히비트 플립플롭이 세트될 경우에 상기 제 3 비교기의 출력신호를 반전시켜 출력하는 낸드 게이트와, 상기 검출용 저항을 통과한 직류전원을 상기 낸드 게이트의 출력신호에 따라 스위칭시키는 출력 스위칭부와, 상기 출력 스위칭부의 출력 전원을 직류전원으로 평활하여 부하로 출력하는 평활 회로로 구성됨을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 직류전원 안정화 장치의 구성을 보인 상세 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 제 1 비교기 2 : 제 1 기준전압 발생기
3 : 에러 증폭기 4 : 제 2 기준전압 발생기
5 : 제 2 비교기 6 : 인히비트 플립플롭
7 : 톱니파 발생기 8 : 제 3 비교기
9 : 낸드 게이트 10 : 출력 스위칭부
11 : 평활부 R1 : 검출용 저항
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 직류전원 안정화 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 직류전원 안정화 장치의 구성을 보인 상세 회로도이다.
이에 도시된 바와 같이 입력되는 직류전원(Vin)이 부하로 공급될 경우에 전압 강하가 발생되는 검출용 저항(R1)과, 상기 검출용 저항(R1)의 양단 전압 레벨을 비교하여 부하로 전원이 공급되는지를 판단하는 제 1 비교기(1)와, 부하로 공급되는 전원을 분할하여 비교전압을 발생하는 복수의 저항(R2, R3)과, 상기 복수의 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압과 제 1 기준전압 발생부(2)가 발생하는 기준전압을 비교 증폭하여 에러 전압을 검출하는 에러 증폭기(3)와, 상기 에러 증폭기(3)의 출력 전압을 제 2 기준전압 발생부(4)가 발생하는 기준전압과 비교하여 리세트 신호를 발생하는 제 2 비교기(5)와, 상기 제 1 비교기(1)의 출력신호에 따라 세트되고 상기 제 2 비교기(5)의 출력신호에 따라 리세트되는 인히비트(inhibit) 플립플롭(6)과, 저항(R5) 및 콘덴서(C2)의 시정수에 따라 톱니파 발생기(7)가 발생하는 톱니파와 상기 에러 증폭기(3)의 출력신호를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생하는 제 3 비교기(8)와, 상기 인히비트 플립플롭(6)이 세트될 경우에 상기 제 3 비교기(8)의 출력신호를 반전시켜 출력하는 낸드 게이트(9)와, 상기 전류 검출용 저항(R1)을 통과한 직류전원(Vin)을 상기 낸드 게이트(9)의 출력신호에 따라 스위칭시키는 출력 스위칭부(10)와, 상기 출력 스위칭부(10)의 출력 전원을 직류전원으로 평활하여 부하로 출력하는 다이오드(D1), 코일(L) 및 콘덴서(C3)로 이루어진 평활 회로(11)로 구성된다.
상기에서 제 1 비교기(1)는 비반전 입력단자(＋) 및 반전 입력단자(－)에 인가되는 전압 레벨이 동일할 경우에 저전위를 출력하게 설계한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 직류전원 안정화 장치는 직류전원(Vin)이 입력되면, 입력된 직류 전원(Vin)이 제 1 비교기(1)의 비반전 입력단자(＋)에 인가됨과 아울러 전류 검출용 저항(R1)을 통해 제 1 비교기(1)의 반전 입력단자(－) 및 출력스위칭부(10)에 인가된다.
여기서, 직류 전원(Vin)이 저항(R1), 출력 스위칭부(10) 및 평활부(11)를 통해 부하로 공급될 경우에 저항(R1)에서 전압 강하가 발생하여 제 1 비교기(1)의 비반전 입력단자(＋)에 인가되는 전압보다 반전 입력단자(－)에 인가되는 전압이 낮게 되므로 제 1 비교기(1)가 고전위를 출력하고, 제 1 비교기(1)가 출력한 고전위는 인히비트 플립플롭(6)의 세트 단자(SE)에 인가되므로 인히비트 플립플롭(6)이 세트되어 출력단자(Q)로 고전위를 출력하게 된다.
그리고 부하로 출력되는 전원이 복수의 저항(R2, R3)에 의해 분할되어 에러 증폭기(3)의 반전 입력단자(－)에 인가되고, 에러 증폭기(3)의 비반전 입력단자(＋)에는 제 1 기준전압 발생기(2)에서 출력되는 제 1 기준전압이 인가되므로 에러 증폭기(3)는 부하로 출력되는 전원을 복수의 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압과 제 1 기준전압 발생기(2)에서 출력되는 제 1 기준전압을 비교 증폭하여 에러 전압을 출력하게 된다.
상기 에러 증폭기(3)가 출력하는 에러 전압은 제 3 비교기(8)의 비반전 입력단자(＋)에 인가되고, 제 3 비교기(8)의 반전 입력단자(－)에는 저항(R5) 및 콘덴서(C2)의 시정수에 따라 톱니파 발생기(7)가 발생하는 톱니파가 인가되므로 제 3 비교기(8)는 에러 전압 및 톱니파를 비교하여 PWM 신호를 출력하게 된다.
여기서, 상기 인히비트 플립플롭(6)은 세트되어 출력단자(Q)로 고전위를 출력하고, 출력한 고전위가 낸드 게이트(9)의 타측 입력단자에 인가되므로 상기 비교기(8)가 출력하는 PWM 신호는 낸드 게이트(9)를 통해 반전되어 출력 스위칭부(10)의 제어단자에 인가된다.
그러면, 출력 스위칭부(10)는 저항(R1)을 통해 입력되는 직류 전원(Vin)을 낸드 게이트(9)에서 출력되는 PWM 신호에 따라 스위칭시켜 출력하고, 출력 스위칭부(10)에서 스위칭된 전원은 평활부(11)에서 직류 전원으로 평활되어 부하에 공급된다.
즉, 본 발명은 부하로 공급되는 직류전원의 레벨이 높을 경우에 복수의 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압이 높아 에러 증폭기(3)에서 출력되는 에러 전압의 레벨이 낮아지고, 에러 전압의 레벨이 낮아짐에 따라 제 3 비교기(8)에서 출력되는 PWM 신호의 폭이 좁아지며, 이 좁은 폭의 PWM 신호가 낸드 게이트(9)를 통해 넓은 폭의 PWM 신호로 반전되어 출력 스위칭부(10)에 인가되므로 출력 스위칭부(10)는 전원의 출력 폭을 좁게 하여 부하로 공급되는 직류 전원을 낮추게 된다.
그리고 부하로 공급되는 직류전원의 레벨이 낮을 경우에 상기와는 반대로 복수의 저항(R2, R3)으로 분할한 비교 전압이 낮아 에러 증폭기(3)에서 출력되는 에러 전압의 레벨이 높아지고, 에러 전압의 레벨이 높아짐에 따라 제 3 비교기(8)에서 출력되는 PWM 신호의 폭이 넓어지며, 이 넓은 폭의 PWM 신호가 낸드 게이트(9)를 통해 좁은 폭의 PWM 신호로 반전되어 출력 스위칭부(10)에 인가되므로 출력 스위칭부(10)는 전원의 출력 폭을 넓게 하여 부하로 공급되는 직류 전원을 상승시키게 된다.
여기서, 에러 증폭기(3)의 출력단자에 직렬로 접속된 저항(R4) 및 콘덴서(C1)는 레귤레이션 루프 이득(regulation loop gain)을 보정하기 위한 것이다.
한편, 상기 에러 증폭기(3)에서 출력되는 에러 전압이 제 2 비교기(5)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 것으로 부하로 공급되는 전원의 레벨이 설정 전압 이하로 매우 낮아 에러 증폭기(3)에서 출력되는 에러 전압의 레벨이 제 2 기준전압 발생기(4)에서 출력되는 제 2 기준전압보다 높을 경우에 제 2 비교기(5)가 고전위를 출력하여 인히비트 플립플롭(6)의 리세트 단자(RE)에 인가된다.
그러면, 인히비트 플립플롭(6)이 리세트되어 출력단자(Q)로 저전위를 출력하고, 출력단자(Q)로 출력한 저전위에 의해 낸드 게이트(9)가 계속 고전위를 출력하게 되므로 출력 스위칭부(10)가 동작하지 않아 부하에 전원이 공급되지 않게 된다.
또한 부하의 전원을 오프하거나 또는 부하를 연결하지 않아 부하로 공급되는 전원이 없을 경우에 검출용 저항(R1)에서의 전압 강하가 발생하지 않으므로 제 1 비교기(1)가 저전위를 출력하여 인히비트 플립플롭(6)에 세트되지 못하므로 낸드 게이트(9)가 계속 고전위를 출력하고, 출력 스위칭부(10)가 동작하지 않아 부하에 전원을 공급하지 않게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 입력되는 직류전원의 레벨이 변동되어도 이 입력 직류전원을 스위칭하여 부하에는 안정된 직류전원을 공급할 수 있고, 또한 부하로 전원이 공급되지 않거나 부하로 저전압이 공급될 경우에 전원을 차단시켜 필요 없는 전력 소모를 미연에 방지할 수 있다.
Claims (1)
- 직류전원이 부하로 공급되는지를 검출하는 검출용 저항;상기 저항의 양단 전압 레벨을 비교하여 부하로 전원이 공급되는지를 판단하는 제 1 비교기;부하로 공급되는 전원을 분할하여 비교전압을 발생하는 복수의 저항;상기 복수의 저항으로 분할한 비교 전압을 제 1 기준전압을 비교 증폭하여 에러 전압을 검출하는 에러 증폭기;상기 에러 증폭기의 출력 전압을 제 2 기준전압 발생부가 발생하는 기준전압과 비교하여 리세트 신호를 발생하는 제 2 비교기;상기 제 1 비교기의 출력신호에 따라 세트되고 상기 제 2 비교기의 출력신호에 따라 리세트되는 인히비트 플립플롭;톱니파와 상기 에러 증폭기의 출력신호를 비교하여 PWM 신호를 발생하는 제 3 비교기;상기 인히비트 플립플롭이 세트될 경우에 상기 제 3 비교기의 출력신호를 반전시켜 출력하는 낸드 게이트;상기 전류 검출용 저항을 통과한 직류전원을 상기 낸드 게이트의 출력신호에 따라 스위칭시키는 출력 스위칭부; 및상기 출력 스위칭부의 출력 전원을 직류전원으로 평활하여 부하로 출력하는 평활 회로로 구성됨을 특징으로 하는 직류전원 안정화 장치.
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