KR100382648B1 - 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치 및 그의 자기 보호방법 - Google Patents

자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치 및 그의 자기 보호방법 Download PDF

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Abstract

자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치 및 그의 자기 보호 방법이 개시된다. 이 장치는, 교류 입력 신호를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 전압으로서 출력하는 제1 정류기와, 제1 정류기의 출력과 연결되는 주 권선과 주 권선과 기준 전위 사아에 연결되는 보조 권선을 갖는 1차측 및 2차측을 갖는 변압기와, 발진 전원에 응답하여 주 권선의 임의의 제1 노드와 기준 전위를 소정 시간 간격으로 연결시키는 제1 스위칭부와, 보조 권선의 임의의 제2 노드의 전압의 레벨을 강하시키고, 강하된 레벨을 갖는 제2 직류 전압을 출력하는 제1 레벨 강하기와, 제1 직류 전압과 제2 노드의 전압 중 하나를 선택 신호에 응답하여 발진 전원으로서 선택적으로 출력하는 제2 스위칭부 및 제2 노드의 전압과 연결되는 캐소드 및 제2 스위칭부와 연결되는 에노드를 갖는 프로그래머블 집적회로를 갖고, 제2 직류 전압의 레벨에 응답하여 제2 노드의 전압을 제2 스위칭부에 연결시키거나 차단시키는 제3 스위칭부를 구비하고, 2차측으로부터 외부로 공급 전원이 출력되고, 선택 신호는 초기 상태에서 제1 직류 전압이 선택되도록 하고, 정상 상태에서 제2 노드의 전압이 선택되도록 발생되는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 일정 레벨 이하의 레벨을 갖는 교류 입력 신호가 입력될 때 스스로 회로를 보호할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치 및 그의 자기 보호 방법{Power supply apparatus having self-protection function and self-protection method thereof}
본 발명은 스위칭 모드(switching mode) 방식을 채택한 전력 공급 장치에 관한 것으로서, 특히, 외부의 도움없이 스스로 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치 및 그의 자기 보호 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력 공급 장치는 외부로부터 입력한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 안정화시켜 공급 전압으로서 출력하는 역할을 한다. 이러한 전력 공급 장치는, 외부로부터의 전력을 요구하는 어느 장치에도 이용될 수있다.
종래의 전력 공급 장치는, 외부로부터 입력한 교류 입력 전압을 정류하여 레벨을 강하시키는 부분, 1차측에 주 권선과 보조 권선을 마련하고 2차측으로 공급 전압을 제공하는 변압기 및 소정 시간 간격으로 발진되는 신호를 출력하여 전력 트랜지스터를 온/오프시킴으로서 안정된 공급 전압이 출력될 수 있도록 하는 전력 발진 집적 회로를 더 마련하고 있다. 여기서, 전력 발진 집적 회로는 발진 회로와 전력 트랜지스터로 구성된다. 전력 발진 집적 회로의 발진 회로는 초기 상태에서 강하된 레벨을 갖는 신호(VCC)에 응답하여 구동되지만 정상 상태에서 변압기의 1차측 보조 권선으로부터 제공되는 전압(VCC)에 의해 구동된다.
전술한 전력 발진 집적 회로가 정상 상태에서 동작할 때, 그의 발진 회로는 원래의 정격보다도 낮은 VCC에서 동작할 수도 있다. 따라서, 정상적인 동작이 수행되다가 전력선의 이상이나 기타의 원인으로 인하여 교류 입력 전압의 레벨이 필요 이상으로 낮아지면 발진 회로가 동작을 멈추어야 함에도 불구하고, 지속적으로 동작하게 된다. 그러므로, 이러한 지속적인 동작으로 인해 일정시간 이상이 경과되면 고가의 전력 발진 집적 회로는 과부하가 걸려 파괴될 수 있을 뿐만 아니라, 심한 경우 화재를 발생시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교류 입력 전압의 레벨이 필요 이상 낮아질 때 전력 발진 집적 회로를 보호할 수 있는 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 전력 공급 장치에서 수행되는 자기 보호 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 공급 장치의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 회로도이다.
도 3은 본 발명에 의한 자기 보호 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치는, 교류 입력 신호를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 전압으로서 출력하는 제1 정류기와, 상기 제1 정류기의 출력과 연결되는 주 권선과 상기 주 권선과 기준 전위 사아에 연결되는 보조 권선을 갖는 1차측 및 2차측을 갖는 변압기와, 발진 전원에 응답하여 상기 주 권선의 임의의 제1 노드와 상기 기준 전위를 소정 시간 간격으로 연결시키는 제1 스위칭부와, 상기 보조 권선의 임의의 제2 노드의 전압의 레벨을 강하시키고, 강하된 레벨을 갖는 제2 직류 전압을 출력하는 제1 레벨 강하기와, 상기 제1 직류 전압과 상기 제2 노드의 전압 중 하나를 선택 신호에 응답하여 상기 발진 전원으로서 선택적으로 출력하는 제2 스위칭부 및 제2 노드의 전압과 연결되는 캐소드 및 제2 스위칭부와 연결되는 에노드를 갖는 프로그래머블 집적회로를 갖고, 제2 직류 전압의 레벨에 응답하여 제2 노드의 전압을 제2 스위칭부에 연결시키거나 차단시키는 제3 스위칭부로 구성되고, 상기 2차측으로부터 외부로 공급 전원이 출력되고, 상기 선택 신호는 초기 상태에서 상기 제1 직류 전압이 선택되도록 하고, 정상 상태에서 상기 제2 노드의 전압이 선택되도록 발생되는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 전력 공급 장치에서 수행되는 자기 보호 방법은, 상기 교류 입력 신호를 정류하여 상기 제1 직류 전압을 구하는 (a) 단계와, 상기 제1 직류 전압에 상응하여 상기 제1 노드와 상기 기준 전위를 상기 소정 시간 간격으로 연결시켜 상기 공급 전압을 발생하는 (b) 단계와, 상기 제2노드의 전압에 상응하여 상기 제1 노드와 상기 기준 전위를 상기 소정 시간 간격으로 연결시켜 상기 공급 전압을 발생하는 (c) 단계와, 상기 제2 직류 전압의 레벨이 소정값보다 적은가를 판단하고, 상기 제2 직류 전압의 레벨이 상기 소정값보다 적지 않으면 상기 (c) 단계로 진행하는 (d) 단계 및 상기 제2 직류 전압의 레벨이 상기 소정값보다 적으면, 상기 제1 스위칭부의 동작을 중지시키는 (e) 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치와 그 장치의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 구성들 및 동작들을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치의 블럭도로서, 제1 및 제2 정류기들(10 및 24), 변압기(12), 제1 및 제2 레벨 강하(level drop)기들(14 및 22), 제1, 제2 및 제3 스위칭부들(16, 18 및 20)로 구성된다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 공급 장치의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 회로도로서, 브리지 다이오드(bridge diode)(40), 커패시터(C), 저항들(R1, R2, R3, R4 및 R5), 스위치(50), 펄스 발생부(42), n 채널 접합형 트랜지스터(JFET:Junction Field Effect Transistor)(n-JEFT), 프로그래머블(programmable) 집적회로(44) 및 다이오드들(D1 및 D2)로 구성된다.
도 1에 도시된 제1 정류기(10)는 입력단자 IN을 통해 입력한 교류 입력 신호를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 전압으로서 변압기(12) 및 제2 스위칭부(12)로 각각 출력한다. 이를 위해, 제1 정류기(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 브리지 다이오드(40) 및 커패시터(C)로 구현될 수 있다. 브리지 다이오드(40)는 입력단자 IN을 통해 입력된 교류 입력 신호를 반파 또는 전파 정류하고, 정류된 결과를 출력한다. 브리지 다이오드(40)에서 정류된 결과와 기준 전위 사이에 연결되는 커패시터(C)는 브리지 다이오드(40)에서 정류된 결과를 제1 직류 전압으로 변환하여 출력한다.
이 때, 도 1에 도시된 본 발명에 의한 전원 공급 장치는 제1 정류기(10)로부터 출력되는 정류된 결과의 레벨이 너무 높기 때문에, 정류된 결과의 레벨을 강하시키고, 강하된 레벨을 갖는 신호를 제1 직류 전압으로서 제2 스위칭부(12)로 출력하는 제2 레벨 강하기(22)를 제1 정류기(10)와 제2 스위칭부(18) 사이에 마련할 수 있다. 이를 위해, 제2 레벨 강하기(22)는 브리지 다이오드(40)에서 정류된 결과와 연결되는 일측을 갖는 저항(R4) 및 저항(R4)의 타측과 기준 전위 사이에 연결되는 저항(R5)으로 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 변압기(12)는 주 권선과 보조 권선을 갖는 1차측과 및 2차측을 갖는다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 변압기(12)의 1차측은 제1 정류기(10)의 출력과 연결되는 주 권선(N1) 및 주 권선(N1)과 기준 전위 사이에 연결되는 보조 권선(N2)을 갖고, 2차측(N3)은 제2 정류기(24)의 입력측과 기준 전위 사이에 연결된다.
한편, 제1 스위칭부(16)는 제2 스위칭부(18)로부터 공급되는 발진 전원에 응답하여 주 권선(N1)의 임의의 제1 노드(46)와 기준 전위를 소정 시간 간격으로 연결시킨다. 이를 위해, 제1 스위칭부(16)는 펄스 발생부(42) 및 스위칭의 역할을 하는 n채널 JEFT(n-JFET)로 구현될 수 있다. 여기서, 펄스 발생부(42)는 일종의 발진기로서, 제2 스위칭부(18)로부터 출력되는 발진 전원을 구동 전압(VCC)으로 입력하여 구동되며, 소정 시간 간격으로 펄스를 발생하여 n채널 JFET(n-JFET)의 게이트로 출력한다. 여기서, n채널 JEFT(n-JFET)는 펄스 발생부(42)로부터 발생되는 펄스에 응답하여 제1 노드(46)와 기준 전위를 연결시키는 역할을 한다. 이를 위해, n채널 JEFT(n-JFET)의 게이트는 펄스와 연결되고, 드레인 및 소스는 제1 노드(46)와 기준 전위 사이에 연결된다. 따라서, 펄스 발생부(42)로부터 발생되는 펄스에 응답하여, n채널 JEFT(n-JFET)가 온되면 제1 노드(46)와 기준 전위는 연결되고, n채널 JEFT(n-JFET)가 오프되면 제1 노드(46)와 기준 전위는 차단된다. 만일, 제1 노드(46)와 기준 전위가 연결되면 변압기(12)의 2차측에 전달되는 전압은 감소되고, 제1 노드(46)와 기준 전위의 연결이 차단되면 변압기(12)의 2차측에 전달되는 전압은 증가하게 된다. 여기서, 제1 스위칭부(16)는 전술한 전력 발진 집적 회로(미도시)에 대응하는 구성 요소이며 집적화될 수 있다.
한편, 제1 레벨 강하기(14)는 변압기(12)의 보조 권선(N2)의 임의의 제2 노드(48)의 전압 레벨을 강하시키고, 강하된 레벨을 갖는 제2 직류 전압을 제3 스위칭부(20)로 출력한다. 이를 위해, 제1 레벨 강하기(14)는 서로 병렬 연결된 저항들(R1 및 R2)을 마련하여 제2 노드(48)의 전압을 분배하고, 분배된 결과를 제2 직류 전압으로서 제3 스위칭부(20)로 출력한다.
이 때, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전원 공급 장치는, 제2 노드(48)와 연결되는 양극을 갖는 다이오드(D1) 및 다이오드(D1)의 음극과 제3 스위칭부(20) 사이에 마련되는 저항(R3)을 더 마련할 수 있다. 다이오드(D1)는 잡음에 의해 펄스 발생부(42)가 동작하는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 잡음에 의해 유기된 전압이 다이오드(D1)의 문턱 전압보다 낮은 레벨을 가지면, 이러한 잡음에 의해 유기된 전압이 제2 스위칭부(18)로 인가되는 것을 차단시켜 준다.
제2 스위칭부(18)는 제1 직류 전압과 다이오드(D1) 및 저항(R3)을 통과한 전압 중 하나를 선택 신호(S)에 응답하여 발진 전원으로서 펄스 발생부(42)의 전원 입력단(VCC)로 출력한다. 여기서, 선택 신호(S)는 도 1 또는 도 2에 도시된 장치가 초기 상태일 때 제1 직류 전압을 선택하고, 정상 상태일 때 다이오드(D1) 및 저항(R3)을 통과한 제2 노드(48)의 전압을 선택하도록 제2 스위칭부(18)를 제어한다.
도 1 또는 도 2에 도시된 본 발명에 의한 전력 공급 장치는 제2 스위칭부(18)와 다이오드(D1) 및 저항(R3)을 통과한 제2 노드(48)의 전압 사이에 제3 스위칭부(20)를 더 마련하고 있다. 여기서, 제3 스위칭부(20)는 제1 레벨 강하기(14)에서 레벨 강하된 제2 직류 전압에 응답하여 다이오드(D1) 및 저항(R3)을 통과한 제2 노드(48)의 전압을 제2 스위칭부(18)에 연결시키는 역할을 한다. 예컨데, 제2 직류 전압의 레벨이 낮아지면 제2 노드(48)의 전압이 제2 스위칭부(18)에 연결되는 것을 차단한다. 이 때, 정상 상태에서 제2 스위칭부(18)는 제3 스위칭부(20)의 출력을 선택하여 제1 스위칭부(16)의 발진 전원으로서 출력하므로, 입력단자 IN을 통해 입력되는 교류 입력 신호의 레벨이 필요 이상으로 낮아질 때, 레벨이 낮아진 제2 직류 전압에 응답하여 제3 스위칭부(20)는 제2 노드(48)의 전압이 제2 스위칭부(18)에 인가되는 것을 차단시켜 제1 스위칭부(16)의 동작이 중지될 수 있도록 한다. 이를 위해, 제3 스위칭부(20)는 다이오드(D1) 및 저항(R3)을 통해 전달되는 제2 노드(48)의 전압과 연결되는 캐소드(cathode) 및 스위치(50)와 연결되는 에노드(anode)를 갖는 프로그래머블 집적회로(44)로 구현될 수 있다. 프로그매블 집적 회로(44)는 제2 직류 전압의 레벨에 응답하여 제2 노드(48)의 전압을 스위치(50)에 연결 또는 차단시킨다.
한편, 제2 정류기(24)는 변압기(12)의 2차측에 전압을 정류하고, 정류된 결과를 공급 전원으로서 출력단자 OUT를 통해 외부로 출력한다. 이를 위해, 제2 정류기(24)는 반파 정류의 역할을 수행하는 다이오드(D2)에 의해 간단히 구현될 수 있다.
이하, 도 1 또는 도 2에 도시된 전력 공급 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치에서 수행되는 자기 보호 방법을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 자기 보호 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 초기 상태에서 제1 직류 전압에 상응하고 정상 상태에서 제2 노드(48)의 전압에 상응하여 공급 전압을 발생하는 단계(제60 ∼ 제64 단계들) 및 제2 직류 전압의 레벨에 따라 제1 스위칭부(16)의 동작을 중지시키는 단계(제66 및 제68 단계들)로 이루어진다.
먼저, 전술한 바와 같이 제1 정류기(10)는 입력단자 IN을 통해 입력한 교류입력 신호를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 전압으로서 출력한다(제60 단계).
제60 단계후에, 도 2에 도시된 펄스 발생부(44)는 초기 상태이므로, 제2 스위칭부(18)에서 선택된 제1 직류 전압에 상응하여 제1 스위칭부(16)는 제1 노드(46)와 기준 전위를 소정 시간 간격으로 연결시키고, 소정 시간 간격으로 반복되는 연결 및 차단에 의해 가변되는 레벨을 갖는 공급 전압이 발생된다(제62 단계). 즉, 초기 상태에서 펄스 발생부(44)는 VCC단자로 입력한 제1 직류 전압에 응답하여 구동된다.
제62 단계후에, 초기 상태가 경과된 정상 상태에서, 제2 스위칭부(18)에서 선택된 제2 노드(48)의 전압에 상응하여 제1 스위칭부(16)는 제1 노드(46)와 기준 전위를 소정 시간 간격으로 연결시키고, 소정 시간 간격으로 반복되는 연결 및 차단에 의해 가변되는 레벨을 갖는 공급 전압이 발생된다(제64 단계). 즉, 정상 상태에서 펄스 발생부(44)는 VCC 단자로 입력한 제2 노드(48)의 전압에 응답하여 구동된다.
제64 단계후에, 제1 레벨 강하기(14)로부터 출력되는 제2 직류 전압의 레벨이 소정값보다 적은가 판단된다(제66 단계). 즉, 정상 상태에서 교류 입력 신호의 레벨이 필요 이상으로 낮아지면, 제2 직류 전압의 레벨도 낮아지게 되므로, 제2 직류 전압의 레벨을 통해 교류 입력 신호의 레벨이 필요 이상 낮아졌는가를 판단한다. 도 2에 도시된 바와 같이 제3 스위칭부(20)가 프로그래머블 집적 회로(44)가 STMicroelectronics 회사의 제품인 "TL431"이라는 집적회로로 구현될 경우, 소정값은 예를 들면 2.5볼트가 될 수 있다.
만일, 제2 직류 전압의 레벨이 소정값보다 적지 않으면 교류 입력 신호의 레벨이 필요 이상으로 낮아지지 않았다는 것을 의미하므로, 제64 단계로 진행하여 제1 스위칭부(16)를 동작시킨다. 그러나, 제2 직류 전압의 레벨이 소정값보다 적으면, 이는 교류 입력 신호의 레벨이 필요 이상으로 낮아졌다는 것을 의미하므로, 제1 스위칭부(16)의 동작을 중지시켜 도 1 또는 도 2에 도시된 장치가 파괴되는 것을 보호한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치 및 그의 자기 보호 방법은 일정 레벨 이하의 레벨을 갖는 교류 입력 신호가 입력될 때 제1 스위칭부(16)의 동작을 중지시킴으로서 스스로 회로 특히, 고가의 제1 스위칭부(16)를 보호할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (6)

  1. 교류 입력 신호를 정류하고, 정류된 결과를 제1 직류 전압으로서 출력하는 제1 정류기;
    상기 제1 정류기의 출력과 연결되는 주 권선과 상기 주 권선과 기준 전위 사아에 연결되는 보조 권선을 갖는 1차측 및 2차측을 갖는 변압기;
    발진 전원에 응답하여 상기 주 권선의 임의의 제1 노드와 상기 기준 전위를 소정 시간 간격으로 연결시키는 제1 스위칭부;
    상기 보조 권선의 임의의 제2 노드의 전압의 레벨을 강하시키고, 강하된 레벨을 갖는 제2 직류 전압을 출력하는 제1 레벨 강하기;
    상기 제1 직류 전압과 상기 제2 노드의 전압 중 하나를 선택 신호에 응답하여 상기 발진 전원으로서 선택적으로 출력하는 제2 스위칭부; 및
    상기 제2 노드의 전압과 연결되는 캐소드 및 상기 제2 스위칭부와 연결되는 에노드를 갖는 프로그래머블 집적회로를 갖고, 상기 제2 직류 전압의 레벨에 응답하여 상기 제2 노드의 전압을 상기 제2 스위칭부에 연결시키거나 차단시키는 제3 스위칭부를 구비하고,
    상기 2차측으로부터 외부로 공급 전원이 출력되고, 상기 선택 신호는 초기 상태에서 상기 제1 직류 전압이 선택되도록 하고, 정상 상태에서 상기 제2 노드의 전압이 선택되도록 발생되는 것을 특징으로 하는 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 스위칭부는
    상기 발진 전원에 응답하여 구동되며, 상기 소정 시간 간격으로 펄스를 발생하는 펄스 발생부; 및
    상기 펄스에 응답하여 상기 제1 노드와 상기 기준 전위를 연결시키는 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 스위치는
    상기 펄스와 연결되는 게이트, 상기 제1 노드와 상기 기준 전위 사이에 연결되는 드레인 및 소스를 갖는 n채널 접합형 트랜지스터를 구비하고,
    상기 n채널 접합형 트랜지스터는 파워 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제1 정류기는
    교류 입력 신호를 입력하여 정류하는 브리지 다이오드; 및
    상기 브리지 다이오드에서 정류된 결과와 상기 기준 전위 사이에 연결되는 커패시터를 구비하고,
    상기 커패시터는 상기 브리지 다이오드에서 정류된 결과를 상기 제1 직류 전압으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 자기 보호 기능을 갖는 전력 공급 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 전력 공급 장치에서 수행되는 자기 보호 방법에 있어서,
    (a) 상기 교류 입력 신호를 정류하여 상기 제1 직류 전압을 구하는 단계;
    (b) 상기 제1 직류 전압에 상응하여 상기 제1 노드와 상기 기준 전위를 상기 소정 시간 간격으로 연결시켜 상기 공급 전압을 발생하는 단계;
    (c) 상기 제2 노드의 전압에 상응하여 상기 제1 노드와 상기 기준 전위를 상기 소정 시간 간격으로 연결시켜 상기 공급 전압을 발생하는 단계;
    (d) 상기 제2 직류 전압의 레벨이 소정값보다 적은가를 판단하고, 상기 제2 직류 전압의 레벨이 상기 소정값보다 적지 않으면 상기 (c) 단계로 진행하는 단계; 및
    (e) 상기 제2 직류 전압의 레벨이 상기 소정값보다 적으면, 상기 제1 스위칭부의 동작을 중지시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치의 자기 보호 방법.
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