KR100355037B1

KR100355037B1 - 월드 와이드 전원장치

Info

Publication number: KR100355037B1
Application number: KR1019990048112A
Authority: KR
Inventors: 양준현; 후쿠라요시야키
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2002-10-05
Also published as: KR20010045014A; GB2356498B; GB2356498A; CN1303167A; GB0025742D0; US6449180B1; DE10050380A1; JP3401238B2; CN1138335C; JP2001157452A

Abstract

본 발명은 월드 와이드 전원장치에 관한 것으로서, 본 발명의 장치는 한 쌍의 교류입력단자들과 한 쌍의 직류출력단자들을 가지는 전파정류회로, 한 쌍의 직류출력단자들의 사이에 직렬로 연결된 한 쌍의 캐패시터들, 캐패시터들의 공통접점과, 한 쌍의 교류입력단자들 중 어느 하나 사이에 연결된 릴레이 스위치, 및 한 쌍의 교류입력단자에 공급되는 교류전압이 저전압이면 릴레이 스위치를 턴온시켜서 배전압 정류모드로 동작하고, 고전압이면 릴레이를 턴오프시켜서 전파정류모드로 동작하도록 릴레이 스위치를 구동하는 릴레이 구동회로를 구비하고, 릴레이 구동회로가 전파정류회로의 출력을 직류로 변환하는 직류변환부, 초기 기동시에는 일정시간동안 릴레이 스위치를 강제로 턴오프상태로 유지하는 동작지연부, 및 일정시간이 경과되면, 직류변환부에 응답하여 릴레이 스위치를 구동하는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에서는 트라이악 대신에 발열이 없는 릴레이를 사용하여 배전압회로를 스위칭함으로써 전원장치의 전력소모를 줄이고, 코스트를 다운시킬 수 있고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

월드 와이드 전원장치{World Wide Power Supply Apparatus}

본 발명은 월드 와이드 전원장치에 관한 것으로서, 특히 전파정류 또는 배전압 정류모드를 스위칭하기 위한 스위치를 릴레이로 구성함으로써 전원장치의 전력소모를 줄일 수 있고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 월드 와이드 전원장치에 관한 것이다.

전세계에서 사용하고 있는 상용 교류전원은 크게 110V계와 220V계로 볼 수 있다. 그러나, 국가별로 상용 교류전원의 품질관리 수준에 따라 큰 편차를 보이고 있어 실제로 전세계를 커버하는 월드 와이드 전원장치는 교류 80V~280V 범위를 커버해야 한다.

따라서, 통상적인 월드 와이드 전원장치는 110V로 상용 교류전원을 정류할 때에는 배전압 정류하고, 220V로 정류할 경우에는 전파정류하도록 구성되어 있다.

도 1은 종래의 월드 와이드 전원장치를 나타낸다. 상용교류(10)는 전파정류회로(12)를 거쳐서 배전압 정류회로(14)로 연결된다. 정류된 직류신호(VIN)는 전원트랜스(18)의 1차측에서 스위칭 모드 제어 칩(20)에 의해 고주파신호로 스위칭된다. 스위칭된 고주파신호는 전원트랜스(18)의 2차측을 통하여 정류회로를 거쳐서 직류출력전압(VOUT)으로 출력된다.

상용교류전압이 110V인 경우에는 전압검출회로(16)에 의해 트라이악(TR)이 턴온되어 배전압 정류회로(14)가 선택된다. 따라서, +반파는 다이오드, 제 1 캐패시터(C1), 트라이악(TR)을 거쳐서 흐르게 되므로(실선표시), 제 1 캐패시터(C1)에 충전된다. -반파는 트라이악(TR), 제 2 캐패시터(C2), 접지, 다이오드를 거쳐서 흐르게 되므로(점선표시), 제 2 캐패시터에 충전되게 된다. 그러므로, 제 1 및 제 2 캐패시터(C1, C2)의 직렬연결에 의해 직류전압(VIN)은 입력전압이 2배로 배전압되어 나타나게 된다. 즉, 110V인 경우에는 220V로 나타나게 된다.

상용교류전압이 220V인 경우에는 전압검출회로(16)에 의해 트라이악(TR)이 턴오프되어 전파정류회로(12)가 선택된다. 따라서, 입력교류전압은 전파정류회로(12)를 통하여 전파정류되므로, 직류전압(VIN)은 220V를 나타낸다.

이와 같은 종래의 월드 와이드 전원장치에서는 전파정류/배전압정류를 스위칭하기 위하여 트라이악(TR)과 전압검출회로 칩(16)을 사용한다. 커스텀화된 전압검출회로 칩(16)은 상용교류전원에 강한 서지 전압이 나타나거나, 비정상적인 순시 정전이 될 경우 그 제어영역을 벗어나 오동작을 할 우려가 있다. 즉, 220V 사용지역에서 오동작으로 인하여 트라이악(TR)이 턴온된 경우에는 교류 220V를 배전압 정류하여 440V가 직류전압(VIN)으로 나타나게 되므로, 이와 같은 고전압은 스위칭 모드 제어 칩(20), 캐패시터(C1, C2)에 심각한 손상을 가져올 수 있고, 이로 인하여 화재로 이어질 발화 등의 문제가 발생될 우려가 있다.

따라서, 이러한 문제를 에방하기 위하여 2중 3중의 안전장치가 필요하지만 보호회로의 신뢰성에 따라 여전히 위험이 남아 있다.

또한, 매우 높은 고전압 입력으로부터 배전압 회로 자체의 동작을 위한 전류를 공급할 필요가 있으므로, 큰 전력손실이 있게 된다. 전체 배전압 정류회로의 자체 전력손실의 약 80%가 트라이악의 게이트 구동에 의해 발생된다. 따라서, 소전류로 구동하기 위하여 고가의 센시티브 트라이악이 요구되는 데 이는 가격 상승의 요인이 된다.

입력교류에 과도한 전원 노이즈가 빈번하게 발생하게 되므로, 트라이악은 턴오프 상태일 때, 이 과도전압에 견딜 수 있는 고가의 고내전압용을 사용하여야 하기 때문에 가격 상승의 원인이 된다. 또한, 낮은 게이트 전류가 요구되면서 동시에 노이즈에 강한 내성을 갖는 모순된 2가지 조건을 동시에 만족하는 트라이악이 요구된다. 따라서, 게이트 구동회로는 게이트단에 발생되는 어떠한 노이즈도 제거하지 않으면 안된다. 트라이악의 넌-트리거전압은 약 0.2V 정도이다. 따라서, 이 정도의 노이즈를 배제해야 한다는 것은 현실적으로 불가능하다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 전파정류 및 배전압정류 모드를 스위칭하는 스위칭소자를 트라이악 대신에 릴레이로 구성함으로써, 전원장치의 전력소모를 줄이고, 코스트를 다운시킬 수 있고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 월드 와이드 전원장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 전파정류/배압 전원장치의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 의한 전파정류/배압모드를 가진 월드 와이드 전원장치의 바람직한 일 실시예의 구성을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 상용교류 12 : 전파정류회로

14 ; 배전압 정류회로 18 : 전원트랜스

20 : 스위치 모드 제어 칩 22 ; 보조전원회로

100 : 릴레이 구동회로 102 : 동작지연부

104 ; 구동부 110 : 직류변환부

120 : 보호회로 122 : 저전압 검출부

124 ; 고전압 검출부 126 : 출력부

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 월드 와이드 전원장치는 한 쌍의 교류입력단자들과 한 쌍의 직류출력단자들을 가지는 전파정류회로, 상기 한 쌍의 직류출력단자들의 사이에 직렬로 연결된 한 쌍의 캐패시터들, 상기 캐패시터들의 공통접점과, 상기 한 쌍의 교류입력단자들 중 어느 하나 사이에 연결된 릴레이 스위치, 및 상기 한 쌍의 교류입력단자에 공급되는 교류전압이 저전압이면 상기 릴레이 스위치를 턴온시켜서 배전압 정류모드로 동작하고, 고전압이면 상기 릴레이를 턴오프시켜서 전파정류모드로 동작하도록 상기 릴레이 스위치를 구동하는 릴레이 구동회로를 구비하고, 상기 릴레이 구동회로가 상기 전파정류회로의 출력을 직류로 변환하는 직류변환부, 초기 기동시에는 일정시간동안 상기 릴레이 스위치를 강제로 턴오프상태로 유지하는 동작지연부, 및 상기 일정시간이 경과되면, 상기 직류변환부에 응답하여 상기 릴레이 스위치를 구동하는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 의한 전파정류/배압모드를 가진 월드 와이드 전원장치의 바람직한 일 실시예의 구성을 나타낸다. 본 발명의 장치는 전파정류회로(12), 한 쌍의 캐패시터들(C1, C2), 릴레이 스위치(RSW), 전원 트랜스(18), 스위칭 모드 제어칩(20), 보조전원회로(22), 릴레이 구동회로(100)를 포함한다.

전파정류회로(12)는 브리지 다이오드로 구성되어 상용교류를 전파정류하여 출력한다.

한 쌍의 캐패시터들(C1, C2)은 전파정류회로(12)의 포지티브 출력단자와 네가티브 출력단자 사이에 직렬로 연결되고, 이들의 공통접점은 릴레이 스위치(RSW)를 통하여 전파정류회로(12)의 한 쌍의 교류입력단자 중 어느 한 단자에 연결되어 배전압 정류회로를 구성한다.

전원트랜스(18)의 1차측 주권선의 일단은 전파정류회로(12)의 포지티브 출력단자에 연결되고 타단은 스위칭 트랜지스터를 통하여 접지된다. 전원트랜스의 2차측에 유도된 고주파신호는 정류회로를 거쳐서 직류출력전압(VOUT)으로 출력된다.

전원트랜스(18)의 1차측 보조권선은 보조전원회로(22)에 연결되고, 보조전원회로(22)는 동작전원전압(VCC)를 출력한다. 동작전원전압(VCC)은 스위칭 모드 제어칩(20) 및 릴레이 구동회로(100)의 동작전압으로 제공된다.

릴레이 구동회로(100)는 상용교류(10)의 출력을 직류로 변환하는 직류변환부(110), 초기 기동시에는 일정 시간동안 상기 릴레이 스위치(RSW)를 강제로 턴오프상태로 유지하는 동작지연부(102)와, 일정 시간이 경과되면,직류변환부(110)에 응답하여 릴레이 스위치(RSW)를 구동하는 구동부(104), 보호회로(120)를 포함한다.

동작지연부(102)는 동작전원전압(VCC)과 제 1 노드(N1) 사이에 연결된 제 1 역방향 다이오드(D3), 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 연결된 충방전 캐패시터(C3), 제 2 노드(N2)와 접지 사이에 연결된 제 2 역방향 다이오드(D4), 동작전원전압(VCC)과, 제 3 노드(N3) 사이에 연결된 순방향 다이오드(D2), 제 1 노드(N1)와 제 3 노드(N3) 사이에 연결된 저항(R4)을 포함한다.

구동부(104)는 동작전원전압(VCC)과 제 3 노드(N3) 사이에 연결된 릴레이 코일(RCO), 제 3 노드(N3)와 접지 사이에 콜렉터 및 에미터가 각각 연결되고, 접지에 저항(R3)을 통하여 베이스가 연결된 제 1 다링톤 트랜지스터(DT1), 콜렉터가 저항(R1)을 통하여 동작전원전압(VCC)에 연결되고, 또한 저항(R2)을 통하여 제 1 다링톤 트랜지스터(DT1)의 베이스에 연결되고, 에미터가 접지되고, 베이스가 제 2 노드(N2)에 연결된 제 2 다링톤 트랜지스터(DT2), 제 2 노드(N1)와 직류변환부(110)의 출력 사이에 연결되고, 고전압에서 턴온되는 제너다이오드(ZD1)를 포함한다. 제너다이오드(ZD1)는 200V의 제너전압을 가진다. 제 2 노드(N1)와 접지 사이에 연결된 노이즈 제거용 캐패시터(C4)를 더 포함한다.

보호회로(120)는 직류변환부(110)의 출력이 일정 레벨 이하로 낮아지면 저전압 검출신호를 출력하는 저전압 검출부(122), 공통접점의 전압레벨이 일정 레벨 이상으로 높아지면 고전압 검출신호를 출력하는 고전압 검출부(124), 저전압 검출신호와 고전압 검출신호를 조합하여 출력하는 출력부(126)를 포함한다.

고전압 검출부(124)는 한 쌍의 캐패시터들(C1, C2)의 공통접점의 전압이 설정된 고전압, 예컨대 230V 이상인 경우에 턴온되는 제너다이오드(ZD2), 제너다이오드(ZD2)의 턴오프 시에는 출력을 제 1 상태로 유지하고, 턴온시에는 제 2 상태를 유지하는 쌍안정 래치회로(124a), 쌍안정 래치회로(124a)의 출력을 버퍼링하는 버퍼(124b)를 포함한다. 쌍안정 래치회로(124a)는 다링톤 트랜지스터(DT3, DT4), 저항(R6~R10), 캐패시터(C5)를 포함한다. 버퍼(124b)는 저항(R11) 및 트랜지스터(Q1)를 포함한다.

저전압 검출부(122)는 직류변환부(110)의 출력이 설정된 저전압, 예컨대 80V 이하인 경우에 턴오프되는 제너다이오드(ZD3), 제너다이오드(ZD3)의 턴온 시에는 제 1 상태의 신호를 출력하고, 턴오프 시에는 제 2 상태의 신호를 출력하는 다링톤 트랜지스터(DT5) 및 저항들(R12, R13)을 포함한다.

출력부(126)는 두 개의 다이오드(D6, D7)의 출력을 결선한 것으로 저전압 검출신호와 고전압 검출신호를 논리 합하여 스위칭 모드 제어칩(20)에 제공한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과는 다음과 같다.

초기에 상용교류전원이 투입되면, 동작전원전압(VCC)이 다이오드(D2), 저항(R4), 캐패시터(C3)를 통해 다링톤 트랜지스터(DT2)의 베이스에 인가되므로, 다링톤 트랜지스터(DT2)가 턴온된다. 이에 다링톤 트랜지스터(DT1)은 턴오프되므로 릴레이 코일(RCO)에 전류가 흐르지 못하여 릴레이 스위치(RSW)는 턴오프상태를 유지한다. 저항(R4)를 통하여 캐패시터(C3)의 충전전류를 예컨대 1mA로 제한함으로써, 대략 4초 정도의 시간이 경과한 뒤에 캐패시터(C3)가 충전되게 되면,캐패시터(C3)를 통한 전류공급은 차단되게 된다.

이 때부터는 직류변환부(110)의 출력도 소정 레벨에 도달하게 되고, 이 레벨이 제너다이오드(ZD1)에 의해 검출되고, 검출된 전압레벨이 200V이상이면, 제너다이오드(ZD1)가 턴온되므로 다링톤 트랜지스터(DT2)는 턴온상태를 계속 유지하게 된다. 즉, 상용교류전압이 240V이므로, 전파정류모드를 선택하기 위하여 릴레이 스위치(RSW)가 턴오프된 상태를 그대로 유지한다.

만약, 직류변환부(110)의 출력이 200V 이하인 경우에는 제너다이오드(ZD1)가 턴오프상태를 유지하게 되므로, 다링톤 트랜지스터(DT2)의 베이스에 하이전압의 공급이 차단되게 되므로, 턴오프되고, 이에 다링톤 트랜지스터(DT1)는 턴온되어 릴레이 코일(RCO)에 40mA 정도의 전류가 흐르게 된다. 따라서, 상용교류 120V 입력시에는 릴레이 스위치(RSW)가 턴온되어 배전압 정류회로가 선택된다.

상용교류의 투입이 중지되면, 캐패시터(C3)는 다이오드(D4), 캐패시터(C3), 다이오드(D3) 루프를 통하여 순간적으로 방전해서 초기 상태를 유지한다. 따라서, 항상 기동시에는 다링톤 트랜지스터(DT2)는 턴온, 다링톤 트랜지스터(DT1)는 턴오프 상태가 유지되도록 한다.

따라서, 본 발명에서는 초기 기동시에는 항상 전파정류모드부터 시작하고, 이 후에 입력전압의 레벨에 응답하여 전파정류모드 또는 배전압 정류모드가 자동적으로 스위칭되도록 한다. 릴레이 스위칭 동작은 제너다이오드(ZD1)에 의해 검출되므로, 예컨대 10ms이내에 완료된다. 그러므로, 급격한 입력전압 변동에도 충분히 대응 가능하다.

보호회로(120)의 고전압 검출부(124)는 초기에는 항상 다링톤 트랜지스터(DT4)가 먼저 턴온된다. 따라서, 다링톤 트랜지스터(DT3)는 턴오프상태를 유지한다. 다링톤 트랜지스터(DT4)의 턴온상태에 의해 버퍼(124b)의 출력은 로우상태를 유지한다. 이와 같은 정상상태에서, 오동작에 의해 공통접점의 전압(VC)이 230V 이상으로 상승하게 되면 제너다이오드(ZD2)가 턴온되므로, 다링톤 트랜지스터(DT3)가 턴온되고, 이에 다링톤 트랜지스터(DT4)는 턴오프된다. 그러므로, 버퍼(124b)의 출력은 로우상태에서 하이상태로 변환되어 전원장치의 고전압 이상상태를 검출하게 된다. 즉, 고전압 검출부(124)는 이상 고전압 검출시 하이상태의 고전압 검출신호를 출력한다.

보호회로(120)의 저전압 검출부(122)는 정상동작시에는 직류변환부(110)의 출력전압이 최소한 80V 이상을 유지하므로, 제너다이오드(ZD3)가 턴온되어 다링톤 트랜지스터(DT5)는 턴오프상태를 유지한다. 따라서, 출력은 로우상태를 유지한다. 그러나, 직류변환부(110)의 출력 레벨이 80V 미만으로 떨어지면 제너다이오드(ZD3)가 턴오프되고 이에 다링톤 트랜지스터(DT5)가 턴온되므로 출력은 하이상태로 된다. 즉, 저전압 검출부(122)는 저전압 검출시에 하이상태의 저전압 검출신호를 출력한다.

출력부(126)는 고전압 검출신호 또는 저전압 검출신호의 하이상태를 스위치 모드 제어칩(20)에 제공한다. 스위치 모드 제어칩(20)은 보호회로의 출력신호에 응답하여 하이상태의 신호 검출시에는 이상사태로 판단하고 스위칭 동작을 정지한다. 그러므로, 스위칭 모드 제어칩(20)의 동작 정지로, 전원 트랜스(18)의 1차측 스위칭 동작이 정지되므로, 보조전원회로(22)의 동작전원전압(VCC)도 발생되지 않게 되므로, 릴레이 구동회로(100)도 동작을 정지하게 된다. 즉, 릴레이 스위치(RSW)가 턴오프 상태로 절환된다.

따라서, 안전한 전파정류모드로 절환되고 동작지연부(102)의 지연시간인 4초가 지난 다음에 상술한 바와 같이 릴레이 구동회로가 다시 동작을 시작하게 된다.

그러므로, 릴레이 스위치(RSW)의 고장, 구동회로의 고장 등으로 릴레이 스위치(RSW)가 220V 입력시에도 턴온상태를 유지하는 이상사태나, 입력전압에 고전압의 서지전압 등이 발생된 경우에 순간적으로 이를 검출하여 스위치 모드 제어칩(20)이 동작을 정지하게 되므로 전원장치를 과전압 및 과전류로부터 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 저전압시에 불안정한 발진동작에 의해 스위치 모드 제어칩(20)이 고장으로 이어질 악조건을 회피할 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에서는 종래의 전파정류 및 배전압 정류 모드를 스위칭하는 스위칭 소자를 트라이악에서 릴레이로 교체함으로써, 전력소모를 줄일 수 있고, 발열 등의 문제를 없앰으로써 코스트를 다운시킬 수 있다.

또한, 초기모드에서는 항상 안전한 전파정류모드로부터 시작하고, 초기 기동시 발생되는 노이즈의 영향을 배제하기 위하여 4초동안 전파정류모드를 수행하고 그 다음부터 입력전압레벨에 대응하여 스위칭이 되도록 구성함으로써, 초기 기동시 발생되는 노이즈 문제를 해결할 수 있다.

또한, 보호회로를 채택하여 고전압 또는 저전압시 스위치 모드 제어칩을 다운시킴으로써, 전원장치의 고장을 방지할 수 있다.

또한, 릴레이 구동회로 및 보호회로의 전력소모를 최소화하여 전원장치의 전력소모를 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

한 쌍의 교류입력단자들과 한 쌍의 직류출력단자들을 가지는 전파정류회로;

상기 한 쌍의 직류출력단자들의 사이에 직렬로 연결된 한 쌍의 캐패시터들;

상기 캐패시터들의 공통접점과, 상기 한 쌍의 교류입력단자들 중 어느 하나 사이에 연결된 릴레이 스위치; 및

상기 한 쌍의 교류입력단자에 공급되는 교류전압이 저전압이면 상기 릴레이 스위치를 턴온시켜서 배전압 정류모드로 동작하고, 고전압이면 상기 릴레이를 턴오프시켜서 전파정류모드로 동작하도록 상기 릴레이 스위치를 구동하는 릴레이 구동회로를 구비하고,

상기 릴레이 구동회로가

상기 전파정류회로의 출력을 직류로 변환하는 직류변환부;

초기 기동시에는 일정시간동안 상기 릴레이 스위치를 강제로 턴오프상태로 유지하는 동작지연부; 및

상기 일정시간이 경과되면, 상기 직류변환부에 응답하여 상기 릴레이 스위치를 구동하는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 월드 와이드 전원장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 릴레이 구동회로는

보호회로를 더 구비하며,

상기 보호회로는

상기 직류변환부의 출력이 일정 레벨 이하로 낮아지면 저전압 검출신호를 출력하는 저전압 검출부;

상기 공통접점의 전압레벨이 일정 레벨 이상으로 높아지면 고전압 검출신호를 출력하는 고전압 검출부; 및

상기 저전압 검출신호와 고전압 검출신호를 조합하여 출력하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 월드 와이드 전원장치.
제 3 항에 있어서, 상기 저전압 검출부의 저전압은 80V이고, 고전압은 230V인 것을 특징으로 하는 월드 와이드 전원장치.