KR100377665B1

KR100377665B1 - 전원공급장치의 저전압 입력 차단장치

Info

Publication number: KR100377665B1
Application number: KR10-1999-0023626A
Authority: KR
Inventors: 강찬호; 이승호; 이성근; 박기영
Original assignee: 주식회사 동아일렉콤; 주식회사 케이티
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2003-03-29
Also published as: KR20010003356A

Abstract

본 발명은 전원공급장치의 저전압 입력 차단장치에 관한 것으로, 전환식 전압 공급장치(SMPS)의 입력전압을 감지하여 허용전압 하한치일 경우 SMPS의 입력전압을 차단시켜 SMPS의 내부소자를 보호해 고장을 방지하는 장치에 관한 것으로써, SMPS에 입력되는 저전압을 감지할 때 별도의 동작전원이 필요없는 레귤레이터 다이오드(RD1)를 사용하여 포토커플러를 온/오프시키므로서 정상상태와 이상상태의 신호를 절연시켜 전송하므로, 절연트랜스, Vcc동작전원등이 필요하지 않고, 그 외의 부가회로의 수량을 절감시키므로 경제적인 잇점을 수반한다.

Description

전원공급장치의 저전압 입력 차단장치{Input cut-off device in case of under input voltage in power supply}

본 발명은 전원공급장치의 저전압 입력 차단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전환식 전압 공급장치(Switching Mode Power Supply : 이하 SMPS이라 칭한다)의 입력전압을 감지하여 허용전압 하한치일 경우 SMPS의 입력전압을 차단시켜 SMPS의 내부소자를 보호해 고장을 방지하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 SMPS는 반도체 스위치 소자와 반도체 집적회로, 커패시터, 인덕터 등으로 구성된 부성저항 특성 입력 기기이다. 부성저항 입력특성을 가지므로 입력전압이 증가하면 입력전류가 감소하고 입력전압이 감소하면 입력전류가 증가한다.

즉, 입력전압이 높을 때는 각 소자들의 전압 스트레스가 증가하고, 입력전압이 낮아지면 각 소자들의 전류 스트레스가 증가되어 입력전압이 전압 허용범위 상한치 이상으로 증가하거나 입력전압 허용범위 하한치 이하로 감소하는 경우 고장의 원인이 되고 있다. 따라서 입력전압 변동에 따른 기기의 파손을 막기 위해 입력전압 허용범위 이내에서만 동작되도록 하기 위한 보호회로가 반드시 필요해진다.

이러한 입력 저전압 보호회로는 크게 아날로그(Analog) 회로 방식에 의한 제어 방식과, 디지틀(Digital) 회로 방식에 의한 제어방식으로 구성된다.

아날로그 회로방식은 절연 변압기 회로, 기준전압 발생회로, 입력전압 저전압 비교회로, 입력전압 하한치 신호 혼합회로 그리고 이 회로들을 동작시키기 위한 전원회로로 구성되며, 디지틀 회로 방식은 절연 변압기 회로, 인터페이스 회로, 입력 전압 A/D 변환회로, 연산회로, 검출된 입력전압을 처리하기 위한 소프트웨어 그리고 이 회로들을 동작시키기 위한 전원회로로 구성된다.

그러나 상기와 같은 구성을 가지는 기존의 입력 저전압 보호회로들은 매우 복잡하고 실장공간을 많이 요구하며 가격이 비싸 제품에서 원가상승 요인이 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기에 기술한 바와 같은 종래 문제점을 감안하여, 기존의 입력 저전압 보호회로의 기능을 모두 구현하면서 기준전압 발생회로, 동작전원, 절연 변압기 등이 필요 없는 간단한 구조를 구비하고, 특히 저가형이면서도 신뢰성이 높고극소의 소비전력만을 요구하는 저전압 차단장치를 구현하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 입력 저전압 차단장치의 상세 회로도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 전환식 전압 공급장치 10 : 저전압 감지부

11 : 동작 구동부 12 : 전압 분배부

13 : 히스테리시스 회로부 20 : 제어신호 출력부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입력 저전압 차단 장치는, 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 출력하는 전파정류수단으로부터 입력받은 전압을 변환하여 출력하는 전환식 전원공급장치(SMPS)의 입력단에 부가되는 저전압 보호 장치에 있어서, 상기 SMPS의 각 전위단 사이에 연결된 전압 분배부; 상기 전압 분배부와 병렬로 연결된 다수의 저항; 및 상기 전압 분배부에 연결되어 상기 SMPS에 입력되는 전압이 저전압일 경우 입력을 차단 및 해제할 전압의 레벨을 결정하는 히스테리시스회로부를 구비하여, 상기 SMPS 입력단의 +전위단과 -전위단에 각각 연결되어 상기 SMPS로 입력되는 저전압을 감지하는 저전압 감지부와; 상기 저전압 감지부에 연결되어 상기 저전압 감지부에서 저전압을 감지한 신호가 출력되면 상기 SMPS의 동작을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어신호 출력부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명을 구현하기 위한 이론을 설명한다.

SMPS는 보편적으로 일정한 출력전압의 직류 정전압 전원장치이다. 최대 부하 전류는 입력전압에 관계없이 일정값을 가지는 출력 정전력 특성이 된다. 입력전력은 SMPS의 출력전력과 효율에 관계되므로 다음 식(1)과 같다.

(1)

( P_IN: 입력전력, P_out: 출력전력, η : 효율 )

상기 식 (1)에서 출력전력(P_out)과 효율(η)이 일정하다 하면 입력전력(P_IN)은 일정한 값이 된다. 또한 입력전력은 입력전압과 입력전류의 관계이므로 다음 식 (2)와 같다.

(2)

( P_IN: 입력전력, V_IN: 입력전압, I_IN: 입력전류 )

상기 식 (2)에서 입력전력(P_IN)이 일정하다고 보면 V_IN과 I_IN은 서로 반비례하게 되어 식 (3)과 같이 표현된다.

(3)

즉, 전원장치의 입력특성은 입력전압과 입력전류가 반비례하는 부성저항 특성이 되어 입력전압이 증가하면 입력전류가 감소하고 입력전압이 감소하면 입력전류가 증가한다. 즉 SMPS는 입력전압이 낮아지면 전류 스트레스를 받게된다.

따라서 SMPS 내부의 소자들이 전류 스트레스로 인해 파괴되는 것을 방지하기 위해 입력전압이 허용범위의 허용치 이하로 떨어지면 SMPS의 동작을 정지시켜 보호를 해 주어야 하는 바, 도 1은 이러한 역할을 하는 본 발명에 의한 저전압 차단회로를 나타낸다.

AC로 입력되는 전류를 정류하여 DC화 하는 전파 정류 회로부를 통해 전압을 공급받는 SMPS(1) 입력단의 +전위단(a)과 -전위단(b)에 각각 연결되어 SMPS(1)로 입력되는 저전압을 감지하는 저전압 감지부(10)와;

상기 저전압 감지부(10)에 연결되어 상기 저전압 감지부(10)에서 저전압을 감지한 신호가 출력되면 SMPS(1)의 동작을 제어하는 제어신호(S1)를 출력하는 제어신호 출력부(20)를 구비한다.

상기 저전압 감지부(10)는 상기 SMPS(1)의 각 전위단 사이(a, b)에 연결된전압 분배부(12)와;

상기 전압 분배부(12)에 연결되어 SMPS(1)에 입력되는 전압이 저전압일 경우 입력을 차단 및 해제할 전압의 레벨을 결정하는 히스테리시스회로부(13)를 구비하며;

상기 전압 분배부(12)는 3개의 저항(R1 ∼ R3)을 직렬로 연결하여 사용하고, 저항2(R2)와 저항3(R3) 사이에 캐패시터(C1)를 연결한다.

그리고 상기 저항2(R2)와 저항3(R3) 사이의 한 점(c)은 제어신호 출력부(20)의 레귤레이터 다이오드(RD1)의 기준전압 단자와 연결되고, 상기 히스테리시스회로부(13)는 포토커플러(PC2)를 구비하는 바, 포토커플러의 수광소자(PC2b)는 상기 전압분배부(12) 내의 저항(R3) 양측에 연결되고, 발광소자(PC2a)는 저항'R3'와 대응되어 병렬로 연결된 저항'R5'의 양측에 연결되어 히스테리시스 특성을 나타낸다.

상기 제어신호 출력부(20)는 상기 저전압 감지부(10)에서 감지된 전압이 기준전압 보다 낮으면 차단되는 레귤레이터 다이오드(RD1)와;

상기 레귤레이터 다이오드(RD1)의 도통 및 차단에 따라 동작하여, SMPS(1)의 동작을 제어하는 제어신호(S1)를 출력하는 포토커플러(PC1)를 구비하는 바, 상기 포토커플러의 발광소자(PC1a)는 상기 저항'R5'에 직렬로 연결되고, 레귤레이터 다이오드(RD1)는 상기 포토커플러의 발광소자(PC1a)에 직렬로 연결된다.

그리고 포토커플러의 수광소자(PC1b)는 저항'R6'을 통한 전원전압(Vcc)에 연결된다.

참고로 상기 SMPS(1)는 출력전압 제어신호(c)의 입력에 따라 전압을 조절하는 SMPS(1)의 동작을 구동시키는 동작 구동부(11)를 구비하는데, 이 동작 구동부(11)의 동작 여부를 제어하는 신호가 상기 입력 전압 차단신호(S1)가 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 저전압 입력차단 장치의 동작을 설명한다.

상기 레귤레이터 다이오드(RD1)는 별도의 동작전원 없이 캐소드와 애노드 사이에 흐르는 전류로 동작하며 자체적으로 기준전압(Reference Voltage)을 만들어 기준 단자의 전압과 비교하여 기준전압(2.495V)보다 높은 전압이 입력되면 캐소드(K)에서 애노드(A)를 도통시킨다.

기준단자 전압이 2.495V 미만일 때는 레귤레이터 다이오드(RD1) 의 동작을 위해 전원을 공급받으려고 캐소드에서 애노드 사이로 1mA 미만의 소량의 전류만 흐르게 된다.

이러한 특성을 이용해 제 1, 3저항을 더한값(R1+R3)과 제 2 저항(R2)로 분압된 값이 2.495V 이상이 되어야만 레귤레이터 다이오드(RD1)가 온이 되고 2.495V 이하에서는 레귤레이터 다이오드(RD1)가 오프되도록 설정하여 입력 저전압 감지를 할 수 있도록 한다.

신호의 처리는 상기 레귤레이터 다이오드(RD1)가 오프된 상태를 입력 저전압 상태로 정하고 신호의 전송은 포토커플러의 수광소자(PC1b)를 오프시키므로써 이루어진다.

즉, 상기 수광소자(PC1b)가 오프되면 저항(R6)을 통해 입력되는 전원전압(Vcc)이 그대로 출력값으로 출력되므로 입력전압 차단신호(S1)가 '하이(H)' 값이 되어 동작 구동부(11)의 동작을 차단하는 것이다.

이때 입력저전압에서 정상전압으로 복귀되는 전압은 다음 식(5)와 같다.

(4)

(5)

이때 감지속도를 좌우하는 시정수는 다음 식(6)으로 결정된다.

K : 비례상수 (6)

시정수가 길어질수록 감지속도가 둔해지므로 보호속도는 늦어지지만 잡음에 의한 오동작이 줄어든다.

이때 포토커플러(PC2)와 제 3, 5 저항(R3, R5)은 상기에서도 언급한 바와 같이 히스테리시스회로부(3)로, 입력이 정상상태가 되면 레귤레이터 다이오드(RD1)가 온이 되어 제 1저항(R1)과 대칭적으로 연결된 제 4 저항(R4)과, 포토커플러의 발광소자(PC2a, PC1a)들 및 레귤레이터 다이오드(RD1)의 캐소드(K)에서 애노드(A)로 전류가 흐르게 된다. 포토커플러(PC2)의 발광소자(PC2a)에 전류가 흐르면 수광소자(PC2b)가 턴-온되어 제 3 저항(R3)을 쇼트(short)시킨다. 즉 입력 저전압 감지 전압(V_IN,min)은 상기 식(5)에서 제 3 저항(R3)이 제거되어 다음 식 (7)과 같이 된다.

(7)

이때 시정수는 식(8)과 같다.

(8)

결과적으로 입력 저전압은 식 (5)의 설정값에서 감지되고 해제는 식 (7)의 설정값에서 이루어져 두 값 사이의 히스테리시스를 갖게 된다.

이상과 같이 본 발명은 SMPS(1)의 입력전압이 저전압 상태일때는 포토커플러(PC1)를 오프시키고, 입력전압이 정상상태일 경우에는 포트커플러(PC1)를 온시키므로써 신호를 절연시켜 입력전압 차단신호(S1)를 전송하므로 별도의 절연회로를 필요로 하지 않는다. 또한 입력전원은 제 4 저항(R4)을 통해 공급받으며 미소전력(약 3mA)만을 사용하므로 회로동작을 위한 별도의 전원공급이 필요 없다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 SMPS에 있어 입력전압의 저전압을 감지할 때 별도의 동작전원이 필요없는 포토커플러를 사용하여 이를 온/오프시키므로서 정상상태와 이상상태의 신호를 절연시켜 전송하므로, 절연트랜스, Vcc동작전원등이 필요하지 않고, 그 외의 부가회로의 수량의 절감을 실현하므로써 경제적인 잇점을 수반한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

교류 전압을 정류하여 직류 전압을 출력하는 전파정류수단으로부터 입력받은 전압을 변환하여 출력하는 전환식 전원공급장치(SMPS)의 입력단에 부가되는 저전압 보호 장치에 있어서,

상기 SMPS의 각 전위단 사이에 연결된 전압 분배부;

상기 전압 분배부와 병렬로 연결된 다수의 저항; 및

상기 전압 분배부에 연결되어 상기 SMPS에 입력되는 전압이 저전압일 경우 입력을 차단 및 해제할 전압의 레벨을 결정하는 히스테리시스회로부를 구비하여,

상기 SMPS 입력단의 +전위단과 -전위단에 각각 연결되어 상기 SMPS로 입력되는 저전압을 감지하는 저전압 감지부와;

상기 저전압 감지부에 연결되어 상기 저전압 감지부에서 저전압을 감지한 신호가 출력되면 상기 SMPS의 동작을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어신호 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 저전압 입력 차단장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 히스테리시스 회로부는 포토커플러를 구비하며, 상기 포토커플러의 수광소자는 상기 전압분배부의 일 저항의 양단에 연결되고, 발광소자는 상기 전압분배부와 병렬로 연결된 일 저항의 양단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 저전압 입력 차단장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어신호 출력부는 상기 저전압 감지부에서 감지된 전압이 기준전압 보다 낮으면 차단되는 레귤레이터 다이오드와;

상기 레귤레이터 다이오드의 도통 및 차단에 따라 동작하여, 상기 SMPS의 동작을 제어하는 제어신호를 출력하는 포토커플러를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 저전압 입력 차단장치.