KR100392911B1

KR100392911B1 - 다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로

Info

Publication number: KR100392911B1
Application number: KR10-2001-0029207A
Authority: KR
Inventors: 이재환; 배현용
Original assignee: 단암전자통신주식회사
Priority date: 2001-05-26
Filing date: 2001-05-26
Publication date: 2003-07-28
Also published as: KR20020090255A

Abstract

본 발명은 스위칭 전원장치(SMPS)에 관한 것으로서, 특히, 다중출력 컨버터에 있어서의 출력 상호간의 레귤레이션을 보상하는 회로에 관한 것으로서, 부출력 전압용 2차측 권선(W_s)의 제1단을 주출력 전압(V_O1)이 출력되는 쵸크코일(L_O1)의 후단(A점)에 연결하여 상기 PWM 제어부에 의해 PWM 제어 되도록 하는 것에 의해 부출력 전압의 안정화를 꾀하는 회로이다.

Description

다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로 {Multiple output converter having cross regulation compensation circuit}

본 발명은 스위칭 전원장치(SMPS)에 관한 것으로서, 특히, 다중출력 컨버터에 있어서의 출력 상호간의 레귤레이션을 보상하는 회로에 관한 것이다.

스위칭 전원장치는 DC전압을 PWM 제어에 의해 스위칭하여 정전압을 얻는 전원장치이다. 부하의 변동을 피드백하여 PWM 제어를 하므로 부하변동에도 불구하고정전압을 얻을 수 있으며 비교적 높은 주파수로 스위칭하므로(수십~수백 kHz) 트랜스나 콘덴서 등의 유도성, 용량성 부품의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있어서 현재 많은 수의 전자제품용 전원장치로 사용되고 있다.

그런데, 다중전원이 필요한 전자제품(예로서, 5V, 12V, 24V 등)에 사용되는 스위칭 전원장치의 DC-DC 컨버터부에서는 다중 전압을 출력하여야 한다. 다중출력 스위칭 전원장치의 컨버터부를 구현하기 위해서 여러가지 방식이 사용되고 있는데, 도1은 일반적인 포워드컨버터(forward converter)를 이용하여 다중출력을 얻는 회로의 예시도이다. 도1의 회로는 트랜스포머(T1)의 2차측을 주출력 권선(W_p)과 부출력 권선(W_s)으로 나누고, 각 권선의 출력단 초크코일(L_O1, L_O2)을 커플링하여 입력전압(V_in)의 변화와 출력부하의 변화에 어느 정도 부출력 전압(V_o2) 전압의 변동분을 안정시키기 위해서 일반적으로 사용되고 있는 회로이다.

그러나, 도1의 회로에서 주출력 전압(V_o1)은 일반적인 부궤환 회로에 의한 듀티 제어(PWM)에 의해서 입력전압 변화와 출력부하의 변동에 불구하고 거의 일정한 전압을 유지할 수 있으나, 부출력 전압(V_o2)은 입력전압과 출력부하의 변동, 특히 부하변동에 따라 전압변동폭이 심하게 변하므로 안정된 전원을 요구하는 전원 시스템에 적용하는데는 문제가 있다. 즉, 기존의 회로에서는 입력전압의 변화와 출력부하의 변동에 의하여 발생된 전압(주출력 전압 다이오드(D₁)의 전압차 △V_d와 쵸크코일(L_O1)에 의한 전압차 △V_L)을 보상하지 못하여 부출력 전압(V_O2)의 전압변동폭이매우 크다.

본 발명의 목적은 우리가 현재 흔히 사용하고 있는 포워드컨버터의 출력부 결선을 일부 변경하여, 상기 부출력 전압용 2차측 권선(W_s)의 제1단을 주출력 전압(V_O1)이 출력되는 쵸크코일(L_O1)의 후단(A점)에 연결하여 상기 PWM 제어부에 의해 PWM 제어 되도록 하는 것에 의해 부출력 전압의 안정화를 꾀하는 회로를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로에 따르면, 단일 입력 전압으로부터 주출력 전압(V_O1)과 부출력 전압(V_O2)을 얻기 위하여 주출력 전압용 2차측 권선(W_p)의 제1단은 GND에, 제2단은 쵸크코일(L_o1)을 통해 주출력 전압(V_O1)을 출력하며; 부출력 전압용 2차측 권선(W_s)의 제1단은 GND에, 제2단은 쵸크코일(L_o2)을 통해 부출력 전압(V_O2)을 출력하며; 상기 주출력 전압(V_O1)이 출력되는 쵸크코일(L_o1)의 후단(A)의 전압을 검출하여 스위칭소자를 PWM 제어하는 PWM 제어부로 구성되는 다중출력 스위칭 전원장치에 있어서,

상기 부출력 전압용 2차측 권선(W_s)의 제1단을 주출력 전압(V_O1)이 출력되는 쵸크코일(L_O1)의 후단(A점)에 연결하여 상기 PWM 제어부에 의해 PWM 제어 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

도1은 일반적인 다중출력 컨버터의 회로도.

도2a는 본 발명에 따른 다중출력 컨버터의 회로도.

도2b~2d는 본 발명의 작용을 설명하기 위한 등가회로 및 파형도.

도3~7은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 회로도.

<도면부호의 설명>

V_O1주출력 전압; V_O2부출력 전압; W_p주출력 전압용 2차측 권선; W_s부출력 전압용 2차측 권선; L_O1주출력 쵸크코일; L_O2부출력 쵸크코일

종래의 방식에서는 입력전압 변화와 출력부하의 변동에 의하여 발생된 전압을 보상하지 못하여 부출력 전압(V_O2)의 전압변동폭이 컸지만(종래기술의 설명 참조), 본 발명의 방식에 따른 다중출력 컨버터에서는 상호 부하변동에 의한 출력전압(부출력 전압: V_O2)의 변동폭을 줄이기 위하여, 부출력 전압용 2차측 권선(W_s) 중 종래에 GND에 연결되었던 일단을 주출력 전압(V_O1)의 쵸크코일(L_O1)의 후단(A점)에 연결하였다. 따라서, 입력과 부하변동에 의해서 발생한 주출력 전압 다이오드(D₁)의 V_d와 쵸크코일(L_O2)에 의한 V_L전압의 변동에 관계없는 쵸크코일(L_O1) 후단이 PWM제어 되므로 부출력 전압의 전압 변동율이 기존의 방식에서보다 현저하게 줄어든다.

회로 해석 관점에서 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도2b는 D₁과 D₃가 ON된 경우의 등가회로를 나타내는 것으로, 이 때에 인덕터(쵸크코일: L_O2)에 관한 Volt/Sec 평형조건을 적용하면 아래의 관계가 성립한다.

한편, D₁과 D₃이 OFF되고 D₄가 ON된 경우는 도2c 및 도2d와 같다. 이때의Volt/sec 평형조건을 구하면

과 같다. 따라서, 기존의 벅컨버터의 Volt/sec 평형조건만큼, 즉 주출력 전압의 전압만큼 더해 준 것 이외에는 차이가 없게 된다.

도3~7은 본 발명의 기본 개념을 적용한 다양한 실시예를 나타내고 있다. 모두 본 발명의 기본 개념을 적용한 상태에서 부출력 전압의 안정도를 강화하기 위하여 부가회로를 추가한 실시예들이다. 도3의 실시예에서는 주출력 전압측의 반파정류 다이오드(도2a의 D₁) 대신에 FET(Q1)를 연결한 것으로서 다이오드 자체의 강하전압(drop voltage)보다 작기 때문에 손실분이 줄어들어 보다 더 효율이 증가된다. 도4는 부출력 전압(V_o2) 측에 별도의 시리즈레귤레이터(series regulator)를 추가하여 부출력 전압의 안정도를 보다 더 강화하기 위한 회로이다. 도5는 도3과 도4의 실시예를 결합한 형태의 실시예이다. 도6은 부출력 전압(V_o2) 출력측에 제너다이오드(ZD1)를 연결하여 정전압을 이루기 위한 것이고, 도7은 도3과 도6의 실시예를 결합한 형태의 실시예이다.

본 발명의 개념은 다중출력 전원장치에 광범위하게 적용할 수 있으며. 고효율, 저잡음 그리고, 안정된 부출력 전압이 요구되는 전원공급장치에 사용하면 좋은효과가 예상된다.

Claims

단일 입력 전압으로부터 주출력 전압(V_O1)과 부출력 전압(V_O2)을 얻기 위하여 주출력 전압용 2차측 권선(W_p)의 제1단은 GND에, 제2단은 쵸크코일(L_o1)을 통해 주출력 전압(V_O1)을 출력하며; 부출력 전압용 2차측 권선(W_s)의 제1단은 GND에, 제2단은 쵸크코일(L_o2)을 통해 부출력 전압(V_O2)을 출력하며; 상기 주출력 전압(V_O1)이 출력되는 쵸크코일(L_o1)의 후단(A)의 전압을 검출하여 스위칭소자를 PWM 제어하는 PWM 제어부로 구성되는 다중출력 스위칭 전원장치에 있어서,

상기 부출력 전압용 2차측 권선(W_s)의 제1단을 주출력 전압(V_O1)이 출력되는 쵸크코일(L_O1)의 후단(A점)에 연결하여 상기 PWM 제어부에 의해 PWM 제어 되도록 하는 것을 특징으로 하는, 다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로.
청구항 1에서, 주출력 전압용 2차측 권선(W_p)에 정류용 FET(Q1)가 연결되는 것을 특징으로 하는, 다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로.
청구항 1에서, 부출력 전압용 쵸크코일(L_o2)의 출력단에 시리즈레귤레이터가 추가로 삽입되는 것을 특징으로 하는, 다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로.
청구항 1에서, 주출력 전압용 2차측 권선(W_p)에 정류용 FET(Q1)가 연결되고, 부출력 전압용 쵸크코일(L_o2)의 출력단에 시리즈레귤레이터가 추가로 삽입되는 것을 특징으로 하는, 다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로.
청구항 1에서, 부출력 전압용 쵸크코일(L_o2)의 출력단과 GND 사이에 제너다이오드가 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는, 다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로.
청구항 1에서, 주출력 전압용 2차측 권선(W_p)에 정류용 FET(Q1)가 연결되고, 부출력 전압용 쵸크코일(L_o2)의 출력단과 GND 사이에 제너다이오드가 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는, 다중출력 컨버터의 출력간 레귤레이션 보상회로.