KR100365523B1 - 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치 - Google Patents

스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서지 흡수를 위한 커패시터를 포함하는 서지 흡수회로와 전도성 잡음 제거회로 및 브리지 다이오드를 구성된 전원부와, 전원부의 출력전압을 각기 다른 레벨의 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하게 되는 트랜스 및 출력부와, 트랜스의 출력전압에 맞는 PWM 펄스를 생성하여 트랜스 및 출력부에서의 출력전압을 조정하는 기준 전압회로와 스위칭 제어회로를 구비한 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 있어서, 전원부의 브리지 다이오드 후단에 구성되어 스위칭 제어회로의 스위칭 작용으로 인한 1차 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 비드(3) 및 회로의 1차측 플러스와 2차측 마이너스 사이에 연결되어 스위칭 제어회로의 스위칭 작용으로 인한 2차 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 Y커패시터(10)로 구성되어 있다. 본 발명에 의하면, 출력전압의 안정성을 높이면서도 스위칭 동작으로 인한 전도성 고주파 잡음을 저감하고 스위칭 동작으로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있는 것이다.

Description

스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치{Power apparatus in switching mode power supply}
본 발명은 중소용량으로 널리 사용되는 펄스 폭 변조방식에 의한 스위칭모드 전원공급장치(SMPS:Switching Mode Power Supply)에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 출력전압의 안정성을 높이면서도 스위칭 동작으로 인한 전도성 고주파 잡음을 저감하고 스위칭 동작으로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있도록 하는 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로 스위칭모드 전원 공급장치는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하는 AC-DC 변환기가 그 주류를 이루고 있다. 이 AC-DC변환기는 전력 제어용 반도체 소자가 스위칭 되도록 하여 교류 입력전압을 변환한 후 변환된 전압에 포함된 잡음(noise)을 제거한 직류전압을 얻는 장치이다.
이 스위칭모드 전원 공급장치로부터 다수개의 출력전압을 인출하는 경우 출력전압이 안정되지 않아 출력전압을 공급받는 각종 기기의 동작이 불안정하게 된다. 이에 종래에는 별도의 안정화 회로를 구비하여 출력전압이 안정화되도록 하고 있다.
또한 전력 제어용 반도체 소자로부터 전도성 고주파 잡음이 발생되어 출력전압과 함께 각종 기기에 공급되어 각종 기기가 오동작할 우려가 있다. 이러한 현상을 제거하기 위해서 출력전압에 맞게 트랜스(trans)의 1차 및 2차측 권선 수를 조정하고 있으나, 트랜스의 권선수 변화로 인하여 스위칭모드 전원 공급장치의 다량의 열이 발생되어 효율의 저하를 가져온다.
이러한 스위칭모드 전원 공급장치에서의 잡음 제거 및 효율저하를 방지하기 위해서는 교류전원 입력단에 잡음 제거를 위한 각종 필터를 추가하거나 직류전압 출력단에 각종 보상회로를 구성해야 한다는 결점이 있다.
본 발명은 부가적인 회로를 사용하지 않고 스위칭모드 전원 공급장치에 있어서 출력전압의 안정성을 높이면서도 스위칭 동작으로 인한 전도성 고주파 잡음을 저감하고 스위칭 동작으로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있도록 하는 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a,b는 본 발명에 따른 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치의 구성도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 서지 흡수회로 2 : 전도성 잡음 제거회로
3,6,8 : 페라이트 비드 4 : 스위칭 제어회로
5 : 기준 전압회로 7,10 : Y커패시터
9 : 정전기 제거회로 12 : 페라이트 코어
T : 트랜스 C1,C2 : 커패시터
BD : 브리지 다이오드 L1∼L5 : 권선
PC : 포토 커플러 R1,R2 : 저항
100 : 전원부 200 : 출력부
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치는, 서지 흡수를 위한 커패시터를 포함하는 서지 흡수회로와 전도성 잡음 제거회로 및 브리지 다이오드를 구성된 전원부와, 상기 전원부의 출력전압을 각기 다른 레벨의 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하게 되는 트랜스 및 출력부와, 상기 트랜스의 출력전압에 맞는 PWM 펄스를 생성하여 상기 트랜스 및 출력부에서의 출력전압을 조정하는 기준 전압회로와 스위칭 제어회로를 구비한 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 있어서, 상기 전원부의 브리지 다이오드 후단에 구성되어 상기 스위칭 제어회로의 스위칭 작용으로 인한 1차 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 비드 및
상기 회로의 1차측 플러스와 2차측 마이너스 사이에 연결되어 상기 스위칭 제어회로의 스위칭 작용으로 인한 2차 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 Y커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 있어서, 상기 서지 흡수회로에 구비된 서지 흡수를 위한 커패시터의 양단에 방전을 위한 두 개의 저항이 직렬로 접속되고, 입력소켓의 접지에 전도성 및 방사성 잡음을 감소시키기 위한 페라이트 코어가 감겨지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 있어서, 상기 회로의 1차측 마이너스와 2차측 마이너스 사이에 전도성 및 방사성 잡음을 제거하기 위한 Y커패시터가 접속되고, 상기 Y커패시터의 양단에 방사성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 비드가 삽입되어 접지되는 한편 Y커패시터와 페라이트 비드가 직렬로 접속되어 위의 접지와 다른 레벨의 접지에 접속되어 정전기 및 방사성 잡음을 제거할 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 있어서, 상기 트랜스 2차측 권선의 출력전압은 기준전압을 기준으로 권선수만큼을 뺀 나머지 전압 분에 대응되는 수의 권선만이 감겨 출력되는 전압을 안정시키는 스위칭 트랜스에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 서지 흡수를 위한 커패시터(C1)를 포함하는 서지 흡수회로(1)와 전도성 잡음 제거회로(2) 및 브리지 다이오드(BD)를 구성된 전원부(100)와, 이 전원부(100)의 출력전압을 각기 다른 레벨의 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하게 되는 트랜스(T) 및 출력부(200)와, 이 트랜스(T)의 출력전압에 맞는 PWM 펄스를 생성하여 트랜스(T) 및 출력부(200)에서의 출력전압을 조정하는 기준 전압회로(5)와 스위칭 제어회로(4)를 구비한 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 있어서, 위의 전원부(100)의 브리지 다이오드(BD) 후단에 구성되어 스위칭 제어회로(4)의 스위칭 작용으로 인한 1차 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 비드(3) 및 회로의 1차측 플러스(L1)와 2차측 마이너스(L3) 사이에 연결되어 스위칭 제어회로(4)의 스위칭 작용으로 인한 2차 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 Y커패시터(10)로 구성되어 있다.
또한 서지 흡수회로(1)에 구비된 서지 흡수를 위한 커패시터(C1)의 양단에는 방전을 위한 두 개의 저항(R1)(R2)이 직렬로 접속되어 있으며, 트랜스(T)의 2차측 권선 (L3)(L4)(L5)에 정전기 제거회로(9)가 연결되고, 정전기 제거회로(9)의 다른 한쪽에 방사성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 비드(6)가 연결되어 접지되는 한편 전도성 잡음을 제거하기 위한 Y커패시터(7)와 방사성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 비드(8)가 직렬로 접속되어 위의 접지와 다른 레벨의 접지에 접속되어 정전기 및 방사성 잡음을 제거할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고 트랜스(T) 2차측 권선(L4)(L5)의 출력전압은 기준전압(L1)을 기준으로 권선수만큼을 뺀 나머지 전압 분에 대응되는 수의 권선(L4)만이 감겨 출력되는 전압을 안정화시키는 스위칭 트랜스에 의해 조절되도록 구성되어 있다.
기타 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치의 도면에는 도시되어 있으나 일반적인 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 발명은 도1a,b에서와 같이 교류 입력전원(예를 들면, 50Hz 혹은 60Hz의 110V나 220V의 교류전원 등을 말한다)은 과부하 차단용 퓨즈(F1)와 서지 흡수회로(1) 및 전도성 잡음 제거회로(2)를 통해 커패시터(C2)와 브리지 다이오드(BD)의 입력단에 공급된다. 이때 교류전원이 입력되는 입력단에 설치된 전도성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 코어(12)는 1차 마이너스의 전도성 잡음을 제거하는 역할을 한다.
여기서, 과부하 차단용 퓨즈(F1)는 후단의 기기에 과부하가 걸린 경우 교류전원을 차단하여 기기에 더 이상의 교류전원이 공급되지 않도록 한다. 서지 흡수회로(1)(surge absorber circuit)는 교류전원에 포함된 서지성분, 즉 돌입전류를 제거하고, 전도성 잡음 제거회로(2)는 교류전원에 포함된 전도성 잡음을 필터링한다.
특히, 서지 흡수회로(1)를 구성하는 커패시터(C1)의 양단에 두 개의 저항(R1)(R2)이 직렬로 접속되어 방전 저항 역할을 수행함으로써 저항의 전력소비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 세트 이면작업의 단순화를 꾀할 수 있는 것이다.
이렇게 돌입전류나 전도성 잡음 등이 제거된 교류전원은 브리지 다이오드(BD)와 커패시터(C2)에 의해 정류 평활되어 트랜스(T)의 1차측 권선(L1)에 인가된다. 이때 브리지 다이오드(BD) 후단의 페라이트 비드(3)는 스위칭 제어회로(4)가 동작되어 트랜스(T)의 2차측 권선(L3)(L4)(L5)에서 출력전압이 출력되면서 트랜스(T)의 1차측 권선(L1)을 포함하는 회로에서 전도성 잡음이 발생되어 역방향 라인에 영향을 미치지 않도록 전도성 잡음을 제거한다.
정류 평활된 직류전압이 트랜스(T)의 1차측 권선(L1)에 공급되면 트랜스(T2)의 2차극 권선(L3)(L4)(L5)에서는 1측 권선(L1)과 권선비에 대응되는 출력전압이 유기된다. 그리고 이는 저항이나 제너 다이오드 및 커패시터 등에 의해 정류 평활되어 후단의 기기(부하)에 공급됨과 동시에 포토 커플러(PC)를 통해 기준 전압회로(5)에 공급된다. 이때 트랜스(T) 2차측 권선(L3)(L4)(L4)에서의 출력전압 중 일부는 기준 전압회로(5)에 기준전압으로 공급되기도 한다.
이렇게 트랜스(T)의 2차측 권선(L3)(L4)(L5)에서 출력되는 각기 다른 레벨의 출력전압은 특정 2차측 권선에서의 출력전압을 기준전압(L2)으로 하여 권선수만큼을 뺀 나머지 전압 분에 대응되는 수의 권선(L4)만 감겨 조절되므로 기준전압 분만큼 손실이 사라져 효율을 올릴 수 있는 것이다.
또한, 트랜스(T)의 2차측 권선(L4)(L5)에 흐르는 전류로 인하여 트랜스(T)의 권선 (L2)에서 유기된 낮은 레벨의 전압은 스위칭 제어회로(4)에 구동전원으로 공급된다.
특히, 트랜스(T) 2차측 권선(L3)의 한쪽에 정전기 제거회로(9)가 연결되고, 이 정전기 제거회로(9)의 다른 한쪽에 방사성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 비드(6)가 연결되어 접지되는 한편 전도성 잡음을 제거하기 위한 Y커패시터(7)와 방사성 잡음 을 제거하기 위한 페라이트 비드(8)가 직렬로 접속되어 위의 접지와 다른 레벨의 접지에 접속되므로 전원 공급장치 및 전원이 공급되는 기기를 잡음이나 정전기로부터 보호할 수 있는 것이다. 또한, 트랜스(T)의 1차측 권선(L1)과 2차측 권선(L3)의 연결된 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 Y커패시터(10)와 브리지 다이오드 (BD)의 전단에 구성된 전도성 잡음 제거회로(2)에 의해 스위칭 제어회로 (4)에 의한 스위칭 동작시 발생된 전도성 잡음을 차단할 수 있는 것이다.
그리고 트랜스(T)로부터 출력되는 출력전압이 저항을 통해 포토 커플러(PC)를 구동시켜 스위칭 제어회로(4)의 포토 커플러(PC)가 구동되므로 스위칭 제어회로(4)에 이에 대응되는 듀티비(duty ratio)를 갖는 PWM 펄스를 생성시켜 트랜스(T)의 1차측 권선(L1)에 흐르는 전류를 조절하므로 스위칭모드 전원 공급장치로부터 항상 일정한 출력을 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 출력전압의 안정성을 높이면서도 스위칭 동작으로 인한 전도성 고주파 잡음을 저감하고 스위칭 동작으로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

  1. 서지 흡수를 위한 커패시터를 포함하는 서지 흡수회로와 전도성 잡음 제거회로 및 브리지 다이오드를 구성된 전원부와, 상기 전원부의 출력전압을 각기 다른 레벨의 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하게 되는 트랜스 및 출력부와, 상기 트랜스의 출력전압에 맞는 PWM 펄스를 생성하여 상기 트랜스 및 출력부에서의 출력전압을 조정하는 기준 전압회로와 스위칭 제어회로를 구비한 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치에 있어서,
    상기 스위칭 제어회로(4)의 스위칭 작용으로 인한 1차 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 페라이트 비드(3)가 상기 스위칭 제어회로(4)와 트랜스(T)의 접속점과 상기 전원부(100)의 브리지 다이오드(BD) 사이에 접속되어 있고;
    상기 스위칭 제어회로(4)의 스위칭 작용으로 인한 2차 스위칭 전도성 잡음을 제거하기 위한 Y 커패시터(10)가 상기 트랜스(T)의 1차측 플러스와 2차측 마이너스 사이에 연결되어 있으며;
    전도성 잡음과 방사성 잡음을 제거하기 위한 Y 커패시터(7)가 상기 트랜스의 1차측 마이너스와 2차측 마이너스 사이에 접속되어 있으며;
    방사성 잡음 제거를 위한 페라이트 비드(6)(8)가 상기 Y 커패시터(7)의 양단에 접속되어 접지되는 한편 정전기 및 방사성 잡음을 제거할 수 있도록 Y 커패시터(7)와 페라이트 비드(6)(8)가 직렬로 접속되어 서로 다른 레벨의 접지에 접속되는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서지 흡수회로(1)에 구비된 서지 흡수를 위한 커패시터(C1)의 양단에 방전을 위한 두 개의 저항(R1)(R2)이 직렬로 접속되고 입력소켓의 접지에 전도성 및 방사성 잡음을 감소시키기 위한 페라이트 코어(12)가 감겨지는 것을 특징으로 하는 상기 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스 2차측 권선의 출력전압은 기준전압(L2)을 기준으로 하여 권선수 만큼을 뺀 나머지 전압 분에 대응되는 수의 권선(L4)만이 감겨 출력되는 전압을 안정화시키는 스위칭 트랜스에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 상기 스위칭모드 전원 공급장치에서의 전원 안정을 위한 전원장치.
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