KR100418197B1 - 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이 - Google Patents

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Abstract

스위치모드 파워서플라이에서 전력을 공급받는 전자제품등이 절전 모드 또는 대기 상태로 동작하여 전력 수요가 작은 경우, 버스트모드로 동작하여 스위칭 손실을 최소화하고, 부하의 크기가 극단적으로 작아지는 경우에도 적절하게 제어하는 것으로서, 부하에 출력전원을 제공하는 스위치모드 파워서플라이에 있어서, 전원(Vin)을 입력받아 정류하고, 상기 부하에 대한 출력전원의 크기 변화에 따라, 정상모드와 버스트모드를 판별하여 각각 해당하는 타이밍에 따라 스위칭하여 1차전원을 제공하는 1차전원 제공부(300)와, 상기 1차전원 제공부(300)로부터 출력되는 1차전원을 코일 권선비에 의하여 인가받아 상기 부하를 구동시키는 출력전원을 생성하는 출력전원 제공부(200)를 포함하여 이루어진다.

Description

버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이{A burst mode Switched-mode power supply}

본 발명은 스위치모드 파워서플라이(switched-mode power supply; SMPS)에 관한 것으로서, 더 상세하게 말하자면, 소요 전력 부하가 큰 경우에는 정상모드로동작하고, 소요 전력 부하가 적은 경우에는 버스트(burst) 모드로 동작하는 버스트모드 스위치모드 파워서플라이에 관한 것이다.

전자 기술이 발달함에 따라 생활 속의 가전 제품이나 기업용 사무용품들이 전자화되어 가고 있으며, 텔레비전, 브이씨알(VCR), 컴퓨터와 모니터, 프린터, 복사기 등이 주위에서 흔히 볼 수 있는 전자제품인데, 이러한 전자 제품들을 구동하기 위해서는 전원이 필요하며, 이들 전자 제품에는 전력 공급업체에서 제공하는 100볼트 및 220볼트 전압의 전원을 직접 사용하지 못하고, 5볼트나 10볼트 내외의 전원으로 구동되는 반도체 등의 부품들이 많이 소장되어 있으며, 이러한 부품들의 구동을 위하여 100볼트의 전압전원을 적절한 전압의 전원으로 공급하는 기능을 파워서플라이가 수행하고 있다.

그 중에서도 스위치모드 파워서플라이는 안정된 전원을 공급할 수 있기에 많은 전자 제품에서 이용되고 있으며, 도 1내지 도 4에 종래의 일반적인 파워서플라이가 도시되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 종래 기술의 스위치모드 파워서플라이를 설명하기로 한다.

도 1에 도시되어 있듯이, 종래 기술의 스위치모드 파워서플라이의 구성은 다음과 같이 이루어진다.

전원(Vin)을 입력받아 스위칭에 의하여 출력전원(Vo)을 제공하는 스위치모드 파워서플라이에 있어서,

전원(Vin)을 입력받아 부하에 따른 출력전원(Vo)의 크기 변화에 따라 스위칭하여 전원을 제공하는 1차전원 제공부(100)와,

상기 1차전원 제공부(100)로부터 출력되는 전원을 코일 권선비에 의하여 인가받아 부하를 구동시키는 출력전원(Vo)을 생성하는 출력전원 제공부(200)를 포함하여 이루어진다.

상기 1차전원 제공부(100)는, 전원(Vin)을 입력받아 정류하여 출력하는 1차전원 변환부(110)와, 상기 출력전원 제공부(200)에서 부하로 출력되는 출력전원을 감지하여 출력하는 출력전원 감지부(120)와, 상기 출력전원 감지부(120)로부터 출력되는 신호에 따라 스위칭 타이밍을 제어하는 신호를 출력하는 스위칭 제어부(150)와, 상기 스위칭 제어부(150)의 동작에 따라 상기 1차전원 변환부(110)에 의하여 변환된 전원을 상기 출력전원 제공부(200)로 전달하도록 개폐되는 스위칭 트랜지스터(MOS130)를 포함하여 이루어진다.

상기 1차전원 변환부(110)는, 전원(Vin)을 입력받아 전파정류하여 출력하는 브릿지회로(bridge circuit, BR110)와, 상기 브릿지회로의 출력단자가 일측단자로 연결되는 제1저항(R111)과, 상기 제1저항(R111)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C110)와, 상기 제1저항(R111)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 타측단자가 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 드레인(drain)으로 연결되는 1차측 코일(coil; L110)과, 상기 브릿지회로(BR110)의 출력단자가 일측단자로 연결되는 제2저항(R112)을 포함하여 이루어진다.

상기 출력전원 감지부(120)는, 상기 출력전원 제공부(200)에서 감지되어 궤환되는 출력전원을 베이스(base)를 통하여 광신호의 형태로 입력받는 포토트랜지스터(photo transistor, PT120)와, 상기 포토트랜지스터(PT120)의 컬렉터(collector)가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 제1커패시터(C120)와, 상기 포토트랜지스터(PT120)의 컬렉터가 캐소드(cathode)로 연결되는 다이오드(diode, D120)와, 상기 다이오드의 애노드(anode)가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있으며, 상기 1차측 코일(L110)과 병렬로 연결되어 있는 전력 감지 코일(L120)과, 상기 포토트랜지스터(PT120)의 에미터(emitter)가 일측단자로 연결되는 제1저항(R120)과, 상기 제1저항(R120)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 제2커패시터(C121)와, 상기 제1저항(R120)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 소스(source)가 타측단자로 연결되는 제2저항(R121)과, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 소스가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 제3저항(R122)을 포함하여 이루어진다.

상기 스위칭 제어부(150)는, 상기 출력전원 감지부(120)에서 감지한 신호가 비반전 입력단자로 입력되고 반전 입력단자에는 일정한 값의 제1기준전압이 인가되는 비교기(COM150)와, 상기 비교기(COM150)의 출력단자가 리셋단자(R)로 연결되고, 클럭신호가 셋단자(S)로 연결되어 있는 플립플롭(flip-flop, SR150)과, 상기 플립플롭(SR150)의 반전출력단자가 제1입력단자로 연결되고, 클럭신호가 제2입력단자로 연결되는 오어게이트(OR gate, OR150)와, 구동전원(Vcc)이 컬렉터로 연결되고 상기 오어게이트(OR150)의 반전출력단자가 베이스로 연결되고 상기 스위칭 트랜지스터 (MOS130)의 게이트가 에미터로 연결되는 제1트랜지스터(Q151)와, 상기 오어게이트 (OR150)의 비반전출력단자가 베이스로 연결되고 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)의게이트가 컬렉터로 연결되는 제2트랜지스터(Q152)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 출력전원 제공부(200)는 상기 1차전원 제공부(100)로부터 출력되는 전원을 입력받아 부하를 구동시킬 수 있는 전원을 생성하는 출력전원 생성부 (210)와, 상기 출력전원 생성부(210)로부터 출력되는 전원을 감지하여 상기 1차전원생성부(100)로 궤환시키는 출력전원 궤환부(220)를 포함하여 이루어진다.

상기 출력전원 생성부(210)는 상기 1차전원 제공부(100)로부터 인가되는 전원을 유도 전류를 통하여 입력받는 2차측 코일(L210)과, 상기 2차측 코일(L210)의 일측단자가 애노드로 연결되는 다이오드(D210)와, 상기 다이오드의 캐소드가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C210)를 포함하여 이루어진다.

상기 출력전원 궤환부(220)는, 상기 출력전원 생성부(210)의 출력전원이 일측단자로 연결되는 제1저항(R220)과, 상기 제1저항(R220)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 제2저항(R230)과, 상기 제1저항(R220)의 타측단자가 반전입력단자로 연결되고 비반전 입력단자로 기준전압이 인가되는 연산증폭기(OP260)와, 상기 연산증폭기(OP260)의 출력단자가 베이스로 연결되고 에미터가 접지되어 있는 트랜지스터(Q270)와, 상기 제1저항(R220)의 타측단자가 일측단자로 연결되는 커패시터(C250)와, 상기 커패시터(C250)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 상기 트랜지스터(Q270)의 컬렉터가 타측단자로 연결되는 제4저항(R250)과, 상기 출력전원 생성부(210)의 출력전원이 일측단자로 연결되는 제3저항(R240)과, 상기 제3저항(R240)의 타측단자가 애노드로 연결되고 상기 트랜지스터(Q270)의 컬렉터가캐소드로 연결되어 통과하는 전류량에 따른 빛을 발광하여 상기 1차전원 제공부 (100)로 출력하는 포토다이오드(photo diode, PD240)를 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 이루어진 종래 기술의 스위치모드 파워서플라이의 동작은 다음가 같다.

1차전원 제공부(100)는 일반적으로 전원(Vin)을 입력받아 적절한 크기의 전원을 생성하고, 그 생성된 전원을 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 스위칭 동작에 의하여 1차측 코일(L110)을 통하여 출력한다.

출력전원 제공부(200)는 상기 1차측 코일(L110)에 대향하는 2차측 코일 (L210)을 통하여 그 전원을 유도 방식으로 입력받아, 부하로 사용되는 각종 전자제품의 구동에 필요한 전력을 제공하는데, 커패시터(C210)의 충방전을 통하여 상기 1차전원 제공부(100)로부터 인가되는 전력과 부하로 공급하는 전력을 조절한다.

상기 1차전원 제공부(100)는 상기 출력전원 제공부(200)에 인가하는 전원을 조절하는 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 개폐동작을 제어하기 위하여, 상기 출력전원 제공부(200)에서 부하로 제공되는 출력전원(Vo)의 크기를 감지하여 궤환받는데, 그러한 감지 동작은 상기 출력전원 궤환부(220)에서 수행하며, 그 궤환신호의 전달은 포토다이오드(PD240)와 1차전원 제공부(100)의 포토트랜지스터(PT120)로 이루어진 포토커플러(photo coupler)에 의하여 수행된다.

즉, 상기 출력전원 생성부(210)의 커패시터(C210)에서 방전되는 출력전원 (Vo)의 일부를 출력전원 궤환부(220)의 제1저항(R220)과 제2저항(R230)의 저항비에 의하여 검출하고, 연산증폭기(Vop)에서 그 값을 미리 설정되어 있는 기준전압(Vref)과 비교하여 그에 따라 해당하는 전압신호를 출력한다.

그에 따라, 상기 포토다이오드(PD240)에 흐르는 전류(Iphoto)가 결정되어 그에 해당하는 만큼의 빛을 발광하고, 그 빛을 상기 출력전원 감지부(120)의 포토트랜지스터(PT120)에서 베이스를 통하여 감지한다.

따라서, 상기 포토트랜지스터(PT120)에는 감지된 빛의 양에 해당하는 만큼의 전류(Ipt)가 흐르며, 그 전류는 제1저항(R120)을 통하여 제2저항(R121)으로 흐른다.

그리고, 그에 따른 제2저항(R121)에서의 전압강하(VR121)가 제3저항(R122)의 전압(VR122)에 합하여지며, 상기 제2저항(R121)에서의 전압강하(VR121)에 따라 상기 비교기(COM150)의 출력값이 달라진다.

또한, 상기 제2저항(R121)과 제2커패시터(C121)는 상기 스위칭 트랜지스터 (MOS130)를 턴온(turn-on)시켜 발생하는 서지(surge) 전류에 의한 노이즈를 막기 위한 필터 회로로서 동작한다.

즉, 상기 비교기(COM150)의 출력값이 논리적 하이의 값인 경우에는 플립플롭(SR150)을 리셋시켜 오어게이트(OR150)의 비반전 출력단자의 출력값이 로우가 되고, 반전 출력단자의 출력값은 하이가 된다.

여기서, 상기 오어게이트(OR150)의 출력신호의 값은 도 2의 (가)에 도시된 것과 같은 클럭 발생기(OSC)의 출력신호와 상기 도 2의 (라)에 도시된 것과 같은 플립플롭(SR150)의 반전 출력단자의 값에 따라 결정된다.

그리고, 상기 플립플롭(SR150)의 반전 출력단자의 값은 도 2의 (다)에 도시된 것과 같이 비교기(COM150)의 출력신호에 따라 결정되고, 상기 비교기(COM150)의 출력신호는 도 2의 (나)에 도시된 것과 같이, 상기 비교기(COM150)의 비반전 입력단자로 입력되는 전류(Isense)에 따라 결정된다.

상기 제1트랜지스터(Q151)의 베이스로 입력되는 오어게이트(OR150)의 반전 출력단자의 값은 상기 플립플롭(SR150)의 반전 출력단자로부터의 출력신호와 반대로 나타난다.

그리고, 상기 제2트랜지스터(Q152)가 온되는 경우, 상기 스위칭 트랜지스터 (MOS130)가 오프되어 전원 전달이 이루어지지 않고, 상기 제1트랜지스터(Q151)가 온되는 경우, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)가 온되어 1차전원을 출력전원 제공부(200)로 전달하도록 한다.

따라서, 상기 동작을 정리하면, 출력전압(Vo)이 높아지면, 상기 포토다이오드(PD240)에 흐르는 전류(Iphoto)의 량이 증가하게 되며, 그와 동시에 상기 포토트랜지스터(PT120)에 흐르는 전류(Ipt)의 량도 증가한다.

그에 따라, 상기 제2저항(R121)의 전압강하가 커져, 직류 오프셋(DC offset) 전압이 높아지게 되며, 결과적으로 스위칭 트랜지스터(MOS130)가 도통하는 온 시간이 줄어들게 된다.

상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 온 시간이 줄어들면, 상기 출력전원 제공부(200)로 전달하는 전력이 줄어들고, 상기 출력전원 생성부(210)의 커패시터(C210)를 충전하는 시간이 줄어들며, 결국 출력전원(Vo)의 전압이 낮아진다.

상기에서 보는 봐와 같이, 종래 기술의 스위치모드 파워서플라이는 출력전원(Vo)의 전압을 검출하여, 그 값에 따라 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 스위칭 시간을 조절함으로써, 출력전원(Vo)의 값을 조절한다.

일반적으로, 상기와 같이 동작하는 종래 기술의 스위치모드 파워서플라이는 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 브이씨알(VCR) 등의 전자 제품들에 안정된 전원을 공급하기 위하여 이용되고 있다.

그런데, 상기와 같은 전자 제품들은 사용자 편의를 위하여 원격 제어(remote control)를 도입하고 있으며, 그에 따라 해당 전자 제품을 리모컨으로 제어할 수 있도록 하였으므로, 사용하지 않는 상태에도 리모컨의 제어신호를 받아들이기 위한 최소한의 송수신 회로는 구동되도록 구현하여 대기 상태를 지원하고 있다.

그런데, 상기와 같이 동작하는 종래 기술의 스위치모드 파워서플라이는 전원을 공급해야하는 전자제품이 동작하지 않고 최소의 대기 전력만을 필요로 하도록 동작하는 등 전력 부하가 적게 드는 절전 모드 또는 대기 상태의 경우에도, 전자제품이 정상으로 동작하는 경우와 똑같이 정상모드로 동작하게 되어, 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 스위칭 동작에 따른 전력 손실이 실제 부하에 전달되는 전력 손실에 비하여 비대해지는 단점이 있다.

즉, 상기와 같은 종래 기술의 스위치모드 파워서플라이는 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 스위칭에 따른 손실이 항상 존재하게 되는데, 전력을 제공하여야 하는 부하로 작동되는 전자제품이 정상적으로 구동되어 부하가 큰 경우에는 전자제품으로 전달되는 전력에 비하여 상기 스위칭 손실이 그다지 크지 않다.

그러나, 부하로 작동되는 전자제품이 절전 모드 또는 대기 상태인 경우에는, 그 상태를 유지하기 위하여 필요한 최소한의 회로만 동작하게 되므로, 많은 전력을 요구하지 않으며, 그러한 경우에는 상기 스위치모드 파워서플라이의 스위칭 트랜지스터(MOS130)의 스위칭에 따른 전력 손실이 상대적으로 커지게 되는 문제점이 있다.

그리고, 부하의 크기가 작아질수록 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)가 온되는 시간이 짧아지게 되는데, 부하의 크기가 극단적으로 작아지게 되면, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS130)가 온되는 시간도 극단적으로 짧아져야 하는데, 그렇게 짧은 온 시간을 회로적으로 구현하지 못하기 때문에 적절한 전원공급 제어가 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스위치모드 파워서플라이에서 전력을 공급받는 전자제품등이 절전 모드 또는 대기 상태로 동작하여 전력 수요가 작은 경우, 버스트모드로 동작하여 스위칭 손실을 최소화하고, 부하의 크기가 극단적으로 작아지는 경우에도 적절하게 제어할 수 있는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이를 제공하는 데에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 스위치모드 파워서플라이를 적용한 블럭도,

도 2는 도 1에서 각 부분의 신호파형도,

도 3은 오프셋에 따른 듀티 제어를 나타낸 파형도,

도 4는 도 1에서 이상적인 전류 파형과 실제 전류 파형을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이를 적용한 블럭도,

도 6은 도 5에서 각 부분의 신호파형도,

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이를 적용한 블럭도,

도 8은 도 7에서 각 부분의 신호파형도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은,

부하에 출력전원을 제공하는 스위치모드 파워서플라이에 있어서,

전원을 입력받아 정류하고, 상기 부하에 대한 출력전원의 크기 변화에 따라, 정상모드와 버스트모드를 판별하여 각각 해당하는 타이밍에 따라 스위칭하여 1차전원을 제공하는 1차전원 제공수단,

상기 1차전원 제공수단으로부터 출력되는 1차전원을 코일 권선비에 의하여 인가받아 상기 부하를 구동시키는 출력전원을 생성하는 출력전원 제공수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 1차전원 제공수단은,

전원을 입력받아 정류하여 출력하는 1차전원 변환수단;

상기 출력전원 제공수단에서 부하로 출력되는 출력전원을 감지하여 출력하는 출력전원 감지수단;

상기 출력전원 감지수단에서 감지한 신호의 크기에 따라 버스트모드로 동작할 상황인지의 여부를 판단하여 그에 따른 제어신호를 생성하여 출력하는 모드 판단수단;

상기 출력전원 감지수단으로부터 출력되는 신호와 상기 모드 판단수단으로부터 출력되는 신호에 따라 스위칭 타이밍을 제어하는 신호를 출력하는 스위칭 제어수단;

상기 스위칭 제어수단의 동작에 따라 상기 1차전원 변환수단에 의하여 변환된 전원을 상기 출력전원 제공수단으로 전달하도록 개폐되는 스위칭수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 5에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이의 구성은

부하에 출력전원을 제공하는 스위치모드 파워서플라이에 있어서,

전원(Vin)을 입력받아 정류하고, 상기 부하에 대한 출력전원의 크기 변화에 따라, 정상모드와 버스트모드를 판별하여 각각 해당하는 타이밍에 따라 스위칭하여 1차전원을 제공하는 1차전원 제공부(300)와,

상기 1차전원 제공부(300)로부터 출력되는 1차전원을 코일 권선비에 의하여 인가받아 상기 부하를 구동시키는 출력전원을 생성하는 출력전원 제공부(200)를 포함하여 이루어진다.

상기 1차전원 제공부(300)는, 전원(Vin)을 입력받아 정류하여 출력하는 1차전원 변환부(310)와, 상기 출력전원 제공부(200)에서 부하로 출력되는 출력전원을 감지하여 출력하는 출력전원 감지부(320)와, 상기 출력전원 감지부(320)에서 감지한 신호의 크기에 따라 버스트모드로 동작할 상황인지의 여부를 판단하여 그에 따른 제어신호를 생성하여 출력하는 모드 판단부(340)와, 상기 출력전원 감지부(320)로부터 출력되는 신호와 상기 모드 판단부(340)로부터 출력되는 신호에 따라 스위칭 타이밍을 제어하는 신호를 출력하는 스위칭 제어부(350)와, 상기 스위칭 제어부(350)의 동작에 따라 상기 1차전원 변환부(310)에 의하여 변환된 전원을 상기 출력전원 제공부(200)로 전달하도록 개폐되는 스위칭 트랜지스터(MOS330)를 포함하여 이루어진다.

상기 1차전원 변환부(310)는, 전원(Vin)을 입력받아 전파정류하여 출력하는 브릿지회로(BR310)와, 상기 브릿지회로의 출력단자가 일측단자로 연결되는 제1저항 (R311)과, 상기 제1저항(R311)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C310)와, 상기 제1저항(R311)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 타측단자가 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 드레인으로 연결되는 1차측 코일 (L310)과, 상기 브릿지회로(BR310)의 출력단자가 일측단자로 연결되는 제2저항 (R312)을 포함하여 이루어진다.

상기 출력전원 감지부(320)는, 상기 출력전원 제공부(200)에서 감지되어 궤환되는 출력전원을 베이스를 통하여 광신호의 형태로 입력받는 포토트랜지스터 (PT320)와, 상기 포토트랜지스터(PT320)의 컬렉터가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 제1커패시터(C320)와, 상기 포토트랜지스터(PT320)의 컬렉터가 캐소드로 연결되는 다이오드(D320)와, 상기 다이오드(D320)의 애노드가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있으며, 상기 1차측 코일(L310)과 병렬로 연결되어 있는 전력 감지 코일(L320)과, 상기 포토트랜지스터(PT320)의 에미터가 일측단자로 연결되는 제1저항(R320)과, 상기 제1저항(R320)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 제2커패시터(C321)와, 상기 제1저항(R320)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 소스가이 타측단자로 연결되는 제2저항(R321)과, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 소스가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 제3저항(R322)을 포함하여 이루어진다.

상기 모드 판단부(340)는, 상기 출력전원 감지부(320)에서 감지한 신호에 따라 버스트모드를 판단하여 그에 따른 감지신호를 출력하는 제1비교기(Com341)와, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 기본적인 오프 위치를 검출하는 스위치 오프 검출기(342)와, 상기 제1비교기(Com341)로부터 출력되는 버스트모드 감지신호를 입력받아 상기 스위치 오프 검출기(342)로부터 출력되는 신호와 배치되지 않도록 조절하여 출력하는 버스트 신호 조절부(343)와, 상기 버스트 신호 조절부(343)로부터 출력되는 신호를 입력받아 버스트 감지신호가 일정 시간 이상 지속될 때 버스트모드를 수행하도록 제어하는 신호를 상기 스위칭 제어부(350)로 출력하는 버스트 제어부(345)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1비교기(Com341)는 상기 출력전원 감지부(320)에서 감지한 신호가 비반전 입력단자로 입력되고 반전 입력단자에는 제2기준값(Vr2)과 제3기준값(Vr3)을 가진 일정한 값의 제1기준전압(Vr341)이 인가된다.

상기 제1비교기(341)의 출력신호가 온될 때에는 상기 제1기준전압(Vr341)의 전압값은 제2기준값(Vr2)으로 동작하고, 상기 제1비교기(341)의 출력신호가 오프될 때에는 상기 제1기준전압(Vr341)의 전압값은 제3기준값(Vr3)으로 동작한다.

상기 버스트 신호 조절부(343)는 상기 제1비교기(Com341)의 출력신호와 상기 스위치 오프 검출기(342)의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 제1앤드(AND gate, AND343)와, 상기 제1비교기(Com341)의 출력신호를 반전시켜 출력하는 인버터(inverter, INV343)와, 상기 인버터(INV343)의 출력신호와 상기 스위치 오프 검출기(342)의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 제2앤드(AND344)와, 상기 제1앤드 (AND343)의 출력신호에 따라 개폐되어 일정한 크기의 전원(Vref)을 상기 버스트 제어부(345)로 인가하는 제1스위치(SW343)와, 상기 제2앤드(AND344)의 출력신호에 따라 개폐되어 상기 버스트 제어부(345)를 접지시키는 제2스위치(SW344)를 포함하여 이루어진다.

상기 버스트 제어부(345)는, 상기 버스트 신호 조절부(343)의 출력신호가 일측단자로 연결되고, 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C345)와, 상기 버스트 신호 조절부(343)의 출력신호가 비반전 입력단자로 연결되고 반전 단자에는 미리 설정되어 있는 제4기준값(Vr4)과 제5기준값(Vr5)을 가지는 제2기준전압(Vr345)이 인가되는 제2비교기(Com345)를 포함하여 이루어진다.

상기 제2비교기(345)의 출력신호가 온될 때에는 상기 제2기준전압(Vr345)의 전압값은 제4기준값(Vr4)으로 동작하고, 상기 제2비교기(345)의 출력신호가 오프될 때에는 상기 제2기준전압(Vr345)의 전압값은 제5기준값(Vr5)으로 동작한다.

상기 스위칭 제어부(350)는, 상기 출력전원 감지부(320)에서 감지한 신호가 비반전 입력단자로 입력되고 반전 입력단자에는 제1기준값의 제1기준전압(Vr350)이 인가되는 비교기(COM350)와, 상기 비교기(COM350)의 출력단자가 리셋단자(R)로 연결되고, 클럭신호가 셋단자(S)로 연결되어 있는 플립플롭(SR350)과, 상기 플립플롭(SR150)의 반전출력단자가 제1입력단자로 연결되고, 클럭신호가 제2입력단자로 연결되며, 상기 모드 판단부(340)의 출력신호가 제3입력단자로 연결되는 오어게이트(OR350)와, 구동전원(Vcc)이 컬렉터로 연결되고 상기 오어게이트(OR350)의 반전출력단자가 베이스로 연결되고 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 게이트가 에미터로 연결되는 제1트랜지스터(Q351)와, 상기 오어게이트(OR350)의 비반전출력단자가 베이스로 연결되고 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 게이트가 컬렉터로 연결되는 제2트랜지스터(Q352)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 출력전원 제공부(200)는 상기 1차전원 제공부(100)로부터 출력되는 전원을 입력받아 부하를 구동시킬 수 있는 전원을 생성하는 출력전원 생성부(210)와, 상기 출력전원 생성부(210)로부터 출력되는 전원을 감지하여 상기 1차전원생성부(300)로 궤환시키는 출력전원 궤환부(220)를 포함하여 이루어진다.

상기 출력전원 생성부(210)는 상기 1차전원 제공부(300)로부터 인가되는 전원을 유도 전류를 통하여 입력받는 2차측 코일(L210)과, 상기 2차측 코일(L210)의 일측단자가 애노드로 연결되는 다이오드(D210)와, 상기 다이오드의 캐소드가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C210)를 포함하여 이루어진다.

상기 출력전원 궤환부(220)는, 상기 출력전원 생성부(210)의 출력전원이 일측단자로 연결되는 제1저항(R220)과, 상기 제1저항(R220)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 제2저항(R230)과, 상기 제1저항(R220)의 타측단자가 반전입력단자로 연결되고 비반전 입력단자로 기준전압이 인가되는 연산증폭기(OP260)와, 상기 연산증폭기(OP260)의 출력단자가 베이스로 연결되고 에미터가 접지되어 있는 트랜지스터(Q270)와, 상기 제1저항(R220)의 타측단자가 일측단자로 연결되는 커패시터(C250)와, 상기 커패시터(C250)의 타측단자가 일측단자로 연결되고 상기 트랜지스터(Q270)의 컬렉터가 타측단자로 연결되는 제4저항(R250)과, 상기 출력전원 생성부(210)의 출력전원이 일측단자로 연결되는 제3저항(R240)과, 상기제3저항(R240)의 타측단자가 애노드로 연결되고 상기 트랜지스터(Q270)의 컬렉터가 캐소드로 연결되어 통과하는 전류량에 따른 빛을 발광하여 상기 1차전원 제공부(300)로 출력하는 포토다이오드(PD240)를 포함하여 이루어진다.

상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)는 일반적인 모스펫(MOSFET) 트랜지스터이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 제1실시예의 동작은 다음과 같다.

텔레비전, 컴퓨터 모니터, 브이씨알 등의 전자 제품들에 안정된 전원을 공급하기 위하여, 1차전원 제공부(300)는 전원(Vin)을 입력받아 적절한 크기의 전원을 생성하고, 그 생성된 전원을 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 스위칭 동작에 의하여 1차측 코일(L310)을 통하여 출력한다.

그리고, 출력전원 제공부(200)는 상기 1차측 코일(L310)에 대향하는 2차측 코일(L210)을 통하여 그 전원을 유도 방식으로 입력받아, 부하로 사용되는 해당 전자제품의 구동에 필요한 전력을 제공하는데, 커패시터(C210)의 충방전을 통하여 상기 1차전원 제공부(300)로부터 인가되는 전력과 부하로 공급하는 전력을 조절한다.

먼저, 상기 본 발명의 스위치모드 파워서플라이가 해당 전자 제품이 정상적으로 가동되는 데에 필요한 전력을 제공하는 정상 상태의 동작을 설명한다.

정상 동작 상태에서, 상기 1차전원 제공부(300)는 상기 출력전원 제공부 (200)에 인가하는 전원을 조절하는 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 개폐동작을 제어하기 위하여, 상기 출력전원 제공부(200)에서 부하로 제공되는 출력전원(Vo)의 크기를 감지하여 궤환받는다.

즉, 상기 출력전원 궤환부(220)에서 출력전원(Vo)의 크기를 감지하여 궤환하는데, 그 궤환신호의 전달은 포토다이오드(PD240)와 상기 1차전원 제공부(300)의 포토트랜지스터(PT320)로 이루어진 포토커플러에 의하여 수행된다.

상기 출력전원(Vo)의 궤환동작을 상세히 설명하면, 상기 출력전원 생성부 (210)의 커패시터(C210)에서 방전되는 출력전원(Vo)의 일부를 출력전원 궤환부 (220)의 제1저항(R220)과 제2저항(R230)의 저항비에 의하여 검출하고, 연산증폭기 (Vop)는 그 값을 미리 설정되어 있는 기준전압(Vref)과 비교하여 그에 따라 해당하는 전압신호를 출력한다.

그에 따라, 상기 포토다이오드(PD240)에 흐르는 전류(Iphoto)가 결정되어 그에 해당하는 만큼의 빛을 발광하고, 그 빛을 상기 출력전원 감지부(320)의 포토트랜지스터(PT320)에서 베이스를 통하여 감지한다.

따라서, 상기 포토트랜지스터(PT320)에는 감지된 빛의 양에 해당하는 만큼의 전류(Ipt)가 흐르며, 그 전류는 제1저항(R320)을 통하여 제2저항(R321)으로 흐른다.

그리고, 그에 따른 제2저항(R321)에서의 전압강하(VR321)가 제3저항(R322)의 전압(VR322)에 합하여지며, 상기 제2저항(R321)에서의 전압강하(VR321)에 따라 상기 비교기(COM350)의 출력값이 달라진다.

또한, 상기 제2저항(R321)과 제2커패시터(C321)는 상기 스위칭 트랜지스터 (MOS330)를 턴온시켜 발생하는 서지 전류에 의한 노이즈를 막기 위한 필터 회로로서 동작한다.

즉, 상기 비교기(COM350)의 출력값이 논리적 하이의 값인 경우에는 플립플롭 (SR350)을 리셋시켜 오어게이트(OR350)의 비반전 출력단자의 출력값이 로우가 되고, 반전 출력단자의 출력값은 하이가 된다.

여기서, 상기 오어게이트(OR350)의 출력신호의 값은 도 6의 (가)에 도시된 것과 같은 클럭 발생기(OSC)의 출력신호와 상기 도 6의 (라)에 도시된 것과 같은 플립플롭(SR350)의 반전 출력단자의 값에 따라 결정된다.

그리고, 상기 플립플롭(SR350)의 반전 출력단자의 값은 도 6의 (다)에 도시된 것과 같이 비교기(COM350)의 출력신호에 따라 결정되고, 상기 비교기(COM350)의 출력신호는 도 6의 (나)에 도시된 것과 같이, 상기 비교기(COM350)의 비반전 입력단자로 입력되는 전류(Isense1)에 따라 결정되며, 그 전류의 값에 따라 오프셋 전압이 결정된다.

상기 제1트랜지스터(Q351)의 베이스로 입력되는 오어게이트(OR350)의 반전 출력단자의 값은 상기 플립플롭(SR350)의 반전 출력단자로부터의 출력신호와 반대로 나타난다.

그리고, 상기 제2트랜지스터(Q352)가 온되는 경우, 상기 스위칭 트랜지스터 (MOS330)가 오프되어 전원 전달이 이루어지지 않고, 상기 제1트랜지스터(Q351)가 온되는 경우, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)가 온되어, 상기 1차전원 변환부 (310)에서 생성한 1차전원을 출력전원 제공부(200)로 전달하도록 한다.

따라서, 상기 동작을 정리하면, 출력전압(Vo)이 높아지면, 상기 포토다이오드(PD240)에 흐르는 전류(Iphoto)의 량이 증가하게 되며, 그와 동시에 상기 포토트랜지스터(PT320)에 흐르는 전류(Ipt)의 량도 증가한다.

그에 따라, 상기 제2저항(R321)의 전압강하가 커져, 직류 오프셋(DC offset) 전압이 높아지게 되며, 결과적으로 스위칭 트랜지스터(MOS330)가 도통하는 온 시간이 줄어들게 된다.

그에 따라, 상기 제2저항(R321)의 전압강하가 커져 직류 오프셋 전압이 높아지게 되며, 결과적으로 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)가 도통하는 온 시간이 줄어들게 된다.

상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 온 시간이 줄어들면, 상기 출력전원 제공부(200)로 전달하는 전력이 줄어들고, 상기 출력전원 생성부(210)의 커패시터 (C210)를 충전하는 시간이 줄어들며, 결국 출력전원(Vo)의 전압이 낮아진다.

한편, 상기에서 만약 부하의 전력 소비가 많아져서 출력전압(Vo)이 낮아지면, 본 스위치모드 파워서플라이는 상기에서 설명한 것과 반대로 동작한다.

즉, 상기 포토다이오드(PD240)에 흐르는 전류(Iphoto)의 량이 감소하게 되며, 그와 동시에 상기 포토트랜지스터(PT120)에 흐르는 전류(Ipt)의 량도 감소한다.

그에 따라, 상기 제2저항(R321)의 전압강하가 작아져 직류 오프셋 전압이 낮아지게 되어, 결과적으로 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)가 도통하는 온 시간이 늘어나게 된다.

상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 온 시간이 늘어나면, 상기 출력전원 제공부(200)로 전달하는 전력이 늘어나게 되고, 상기 출력전원 생성부(210)의 커패시터(C210)를 충전하는 시간이 길어지며, 결국 출력전원(Vo)의 전압이 높아져서, 부하의 구동에 충분한 전력을 공급한다.

이하, 상기 오프셋 전압과 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 드레인 전류의 관계를 도 3을 보며 설명한다.

상기 직류 오프셋 전압은 수직 화살표 범위에서 변동되는데, 부하의 전력 수요가 줄어들어 상기 출력전원(Vo)이 높아지고, 그에 따라 포토커플러에 흐르는 전류량이 증가하여 오프셋 전압이 높아져서, 상기 도 3에서 보는 바와 같이 수직 화살표의 최상단에서 오프셋 전압이 형성되면, 최상단 점선부 상단의 부분에 나와 있는 신호의 시간 동안만큼만 듀티 제어가 이루어지며, 그 시간에 준하여 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)가 도통되어 전력을 전달한다.

그러나, 반대로 부하의 전력 수요가 늘어나서 상기 출력전원(Vo)이 낮아지고, 그에 따라 포토커플러에 흐르는 전류량이 감소하여 오프셋 전압이 낮아져서, 상기 도 3에서 보는 바와 같이 수직 화살표의 최하단에서 오프셋 전압이 형성되면, 최하단 점선부 상단의 부분에 나와 있는 신호의 시간 동안만큼 듀티 제어가 이루어지며, 그 시간에 준하여 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)가 도통되어 전력을 전달하므로, 전력을 많이 전달하게 된다.

상기와 같은 정상적인 범위 내에서 오프셋 전압이 형성될 때에는 상기 모드 판단부(340)의 출력신호는 로우를 유지한다.

즉, 상기 제1비교기(Com341)는 상기 오프셋 전압과 제1기준전압(Vr341)의제2기준값(Vr2)과 비교하여 동작하게 되는데, 비반전 단자에 인가되는 오프셋 전압이 설정된 범위 이내에서 형성되는 경우, 즉 상기 제1비교기(Com341)의 제1기준전압(Vr341)의 제3기준값 이하에서 형성되는 경우에는, 도 6의 (나)에서 보듯이 (a)정상모드 동작으로 작동한다.

상기 제1비교기(Com341)는 히스테리시스 동작을 하는 비교기로서, 상기 제1비교기(Com341)의 출력이 로우인 상태에서 반전 입력단자의 값이 제2기준값(Vr2)으로 작동하며, 비반전 입력단자로 입력되는 신호의 전압이 상기 제2기준값(Vr2) 이상이 되면, 상기 제1비교기(Com341)의 출력이 하이의 신호로 변환된다.

그런데, 상기 제1비교기(Com341)의 출력값이 하이인 상태에서는 상기 반전 입력단자의 제1기준전압(Vr341)은 제3전압값(Vr3)으로 작동하여, 비반전 입력단자로 입력되는 신호의 전압이 상기 제2기준값(Vr2) 이하로 되더라도, 그 출력이 로우로 변환되지 않는다.

그리고, 상기 제1비교기(Com341)는 비반전 입력단자로 입력되는 신호의 전압이 상기 제3기준값(Vr3) 이하로 떨어져서야 비로소 그 출력이 로우로 변환된다.

이는, 상기 제1비교기(Com341)가 입력신호의 변화에 따라 수시로 변동하지 않고 안정된 동작을 하도록 하며, 발생할 수 있는 노이즈(noise)에 의하여 오동작하는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 상기와 같이 정상모드 동작인 경우에는 상기 제1비교기(Com341)의 출력신호가 도 6의 (바)의 (a)정상모드와 같이 클럭 발생기의 출력신호가 떨어진 후 펄스 형태로 나타난다.

그리고, 상기 제1앤드(AND343)의 출력신호는 상기 제1비교기(Com341)의 출력신호와 스위치 오프 검출기(342)의 출력신호와의 논리곱 연산이므로, 도 6의 (사)의 (a)정상모드 부분에서 보는 바와 같이, 출력신호가 로우를 유지한다.

또, 상기 제2앤드(AND344)의 출력신호는 상기 제1비교기(Com341)의 출력신호를 반전시킨 후 스위치 오프 검출기(342)의 출력신호와의 논리곱 연산이므로, 도 6의 (아)의 (a)정상모드 부분에서 보는 바와 같이, 출력신호가 클럭 발생기(OSC)의 신호와 같은 펄스를 나타낸다.

여기서, 상기 스위치 오프 검출기(342)의 출력값은 상기 클럭 발생기(OSC)의 출력신호를 사용하면 된다.

따라서, 상기 제1스위치(SW343)는 상기 제1앤드(AND343)의 출력신호에 따라 개폐되므로, 계속 열린 상태가 되며, 상기 제2스위치(SW344)는 상기 제2앤드 (AND344)의 출력신호에 따라 개폐되므로, 클럭 발생기(OSC)의 출력신호가 하이로 될 때마다 닫히게 된다.

그에 따라, 상기 버스트 제어부(345)의 제2비교기(Com345)의 비반전 입력단자를 접시키게 되어, 커패시터(C345)에 저장되어 있는 전하를 방전시키게 되며, 충전된 전하가 없는 경우에는 도 6의 (자)의 (a)정상모드 부분에서 보는 바와 같이 계속 접지 상태의 전압을 나타낸다.

그리고, 상기 제2비교기(Com345)의 비반전 입력단자가 접지된 상태와 같으므로, 도 6의 (차)의 (a)정상모드 부분에서 보는 바와 같이, 상기 제2비교기(Com345)의 출력값은 로우를 유지한다.

상기 제2비교기(Com345)는 상기 제1비교기(Com341)와 마찬가지로 히스테리시스 동작을 하며, 그 목적도 마찬가지로 안정된 동작과 노이즈에 의한 오동작을 방지하기 위함이다.

상기에서 보는 바와 같이, 부하로 사용되는 전자제품의 소비 전력이 일정한 값 이상 존재하여, 출력전원(Vo)의 값이 어느 정도 설정된 범위의 값을 유지하고, 오프셋 전압이 상기 제1비교기(Com341)의 제3기준전압 이하에서 형성될 때에는 상기 모드 판단부(340)의 출력값은 로우 상태를 유지하여, 전체 회로가 정상모드에서 동작하도록 제어한다.

그런데, 상기 부하의 전력 수요가 워낙 작아지게 되어, 오프셋 전압이 상기 제1비교기(Com341)의 제1기준전압(Vr341)의 제3기준값 이상에서 형성되는 경우에는 상기 모드 판단부(340)에서 버스트모드로 동작하여야 할 것으로 판단하여, 출력값을 하이로 유지시킨다.

이하, 도 5와 도 6의 (b) 버스트모드 부분을 참조하여, 본 발명의 스위치모드 파워서플라이의 버스트모드 동작을 설명한다.

전자제품 등이 대기 모드나 절전 모드로 동작하여 전력 소비가 극히 적어지는 경우, 상기 출력전원(Vo)은 전력 소비가 적어짐에 따라 그 값이 높아지고, 그에 따라 상기 오프셋 전압이 높아진다.

그런데, 도 6의 (나) (b)버스트모드 부분에서 보는 바와 같이, 상기 오프셋 전압이 상기 제1비교기(Com341)의 제3기준값 이상에서 형성되면, 상기 제1비교기 (Com341)의 출력값은 하이의 값을 계속 유지하게 된다.

즉, 상기 제1비교기(Com341)의 비반전 입력단자로 입력되는 신호가 제2기준값 이상으로 높아지는 순간, 상기 비교기의 출력신호는 하이로 전환된다.

그리고, 상기 제1비교기(Com341)의 비반전 입력단자의 입력신호가 내려가더라도, 최저값이 오프셋 전압을 유지하게 되는데, 상기 오프셋 전압이 상기 제1기준전압(Vr341)의 제3기준값보다 높게 설정되므로, 상기 제1비교기(Com341)가 히스테리시스 동작을 하므로, 출력값이 로우로 전환되지 않고 계속적으로 하이의 신호를 유지하며, 도 6의 (바)의 (b)버스트모드 부분과 같이 나타난다.

그런데, 상기 제1앤드(AND343)의 출력값은 상기 제1비교기(Com341)의 출력값과 상기 클럭 발생기(OSC)의 출력값에 따라 결정되므로, 도 6의 (사)의 (b)버스트모드 부분과 같이 클럭 주파수에 맞는 펄스의 형태로 나타난다.

그리고, 제2앤드(AND344)의 출력값은 도 6의 (아)의 (b)버스트모드 부분에서 부는 바와 같이, 로우값을 유지한다.

상기 제1스위치(SW343)는 상기 제1앤드(AND343)의 출력신호에 따라 클럭 주파수에 맞추어 닫히게 되고, 그에 따라 설정된 전원을 이용하여 상기 커패시터 (C345)를 점차적으로 충전시키며, 도 6의 (자)의 (b)버스트모드 부분과 같이 나타난다.

그러다가, 상기 커패시터(C345)의 충전값이 상기 제2기준전압(Vr345)의 제4기준값(Vr4) 이상으로 되는 순간, 도 6의 (차)의 (b)버스트모드 부분에서 보는 바와 같이, 상기 제2비교기(Com345)의 출력값은 하이로 전환된다.

상기 제2비교기(Com345)의 출력값이 하이로 전환되는 순간, 상기 스위칭 제어부(350)의 오어(OR350)는 다른 입력 신호에 상관없이 하이의 출력신호를 나타낸다.

그에 따라, 도 6의 (마)의 (b)버스트모드 부분에서 보는 바와 같이, 상기 제1트랜지스터(Q351)의 베이스로 인가되는 신호는 로우를 유지하고, 상기 제2트랜지스터(Q352)의 베이스로 인가되는 신호는 하이를 유지하여, 결과적으로 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 스위칭 동작을 중지시킨다.

그리고, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 스위칭 동작은 상기 오프셋 전압이 상기 제1기준전압(Vr341)의 제3기준값(Vr3) 이하로 떨어질 때까지 중지된 상태를 유지한다.

그러다가, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)의 스위칭 동작이 정지되면, 상기 출력전원 생성부(210)의 커패시터(C210)에 충전되어 있는 전하가 부하에 의하여 계속적으로 소비된다.

그에 따라, 상기 오프셋 전압이 상기 제1기준전압(Vr341)의 제3기준값(Vr3) 이하로 떨어지면, 도 6의 (바)의 (b)버스트모드의 후반부에서 보는 바와 같이, 상기 제1비교기(Com341)의 출력값이 로우로 전환된다.

그리고, 상기 제1앤드(AND343)의 출력값은 계속적인 로우로 전환되고, 상기 제2앤드(AND344)의 출력값은 클럭신호에 맞추어 하이의 신호를 출력한다.

따라서, 상기 제1스위치(SW343)는 계속 열려있게 되고, 상기 제2스위치(SW344)는 간헐적으로 닫히게 되어, 도 6의 (자)의 (b)버스트모드의 후반부에 도시된 것과 같이, 상기 버스트 제어부(345)의 커패시터(C345)를 방전시킨다.

상기 커패시터(C345)가 방전됨에 따라, 상기 제2비교기(Com345)의 비반전 입력단자의 입력전압은 떨어지게 되고, 그 값이 제2기준전압(Vr345)의 제5기준값 (Vr5) 이하로 되는 순간, 상기 제2비교기(Com345)의 출력값은 로우로 전환되며, 도 6의 (차)의 (b)버스트모드의 후반부와 같이 나타난다.

그 이후부터, 상기 스위칭 제어부(350)는 정상모드로 동작하여, 상기 스위칭 트랜지스터(MOS330)를 스위칭시킨다.

그러다가, 정상모드 동작으로 오프셋 전압이 상승하게 되면, 다시 버스트모드로 들어가게 되고, 그 후에 다시 오프셋 전압이 떨어지면 다시 정상모드로 동작함으로써, 정상모드와 버스트모드를 반복하게 된다.

상기와 같이 동작함으로써, 부하가 극히 적은 전력을 소비하는 경우에는 버스트모드로 동작하여, 스위칭 동작을 최소화함으로써, 소비전력을 줄일 수 있고, 스위칭 동작을 할 때에도, 급작스런 스위칭을 피할 수 있게 되어 안정된 회로 동작을 할 수 있다.

상기에서 모드 판단부(340)의 기능을 제2비교기(Com345) 대신에 플립플롭을 이용하여 구성한 것이 도 7에 도시되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제2실시예를 설명한다.

도 7에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 따른 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이의 구성은,

부하에 출력전원을 제공하는 스위치모드 파워서플라이에 있어서,

전원(Vin)을 입력받아 정류하고, 상기 부하에 대한 출력전원의 크기 변화에따라, 정상모드와 버스트모드를 판별하여 각각 해당하는 타이밍에 따라 스위칭하여 1차전원을 제공하는 1차전원 제공부(400)와,

상기 1차전원 제공부(400)로부터 출력되는 1차전원을 코일 권선비에 의하여 인가받아 상기 부하를 구동시키는 출력전원을 생성하는 출력전원 제공부(200)를 포함하여 이루어진다.

상기 1차전원 제공부(400)는, 전원(Vin)을 입력받아 정류하여 출력하는 1차전원 변환부(410)와, 상기 출력전원 제공부(200)에서 부하로 출력되는 출력전원을 감지하여 출력하는 출력전원 감지부(420)와, 상기 출력전원 감지부(420)에서 감지한 신호의 크기에 따라 버스트모드로 동작할 상황인지의 여부를 판단하여 그에 따른 제어신호를 생성하여 출력하는 모드 판단부(440)와, 상기 출력전원 감지부(420)로부터 출력되는 신호와 상기 모드 판단부(440)로부터 출력되는 신호에 따라 스위칭 타이밍을 제어하는 신호를 출력하는 스위칭 제어부(450)와, 상기 스위칭 제어부(450)의 동작에 따라 상기 1차전원 변환부(410)에 의하여 변환된 전원을 상기 출력전원 제공부(200)로 전달하도록 개폐되는 스위칭 트랜지스터(MOS430)를 포함하여 이루어진다.

상기 1차전원 변환부(410)와, 출력전원 감지부(420)와, 스위칭 제어부(450)의 구성은 상기 제1실시예에서의 1차전원 변환부(310)와, 출력전원 감지부(320)와, 스위칭 제어부(350)의 구성과 같으므로 중복을 피하기 위하여 설명을 생략한다.

상기 모드 판단부(440)는, 상기 출력전원 감지부(420)에서 감지한 신호에 따라 버스트모드를 판단하여 그에 따른 감지신호를 출력하는 가변비교기(Com440)와,상기 스위칭 트랜지스터(MOS430)의 기본적인 오프 위치를 검출하는 스위치 오프 검출기(442)와, 상기 가변비교기(Com440)로부터 출력되는 버스트모드 감지신호를 입력받아 상기 스위치 오프 검출기(442)로부터 출력되는 신호와 배치되지 않도록 조절하여 출력하는 버스트 신호 조절부(443)와, 상기 버스트 신호 조절부(443)로부터 출력되는 신호에 따라 해당하는 신호를 래치하여 상기 스위칭 제어부(450)로 출력하는 플립플롭(SR445)을 포함하여 이루어진다.

상기 가변비교기(Com440)는 상기 제1실시예에서의 제1비교기(Com341)와 구성과 동작이 같으며 중복을 피하기 위하여 설명을 생략한다.

상기 버스트 신호 조절부(443)는 상기 가변비교기(Com440)의 출력신호와 상기 스위치 오프 검출기(442)의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 제1앤드(AND443)와, 상기 가변비교기(Com440)의 출력신호를 반전시켜 상기 플립플롭(SR445)의 셋단자로 출력하는 인버터(INV443)와, 상기 인버터(INV443)의 출력신호와 상기 스위치 오프 검출기(442)의 출력신호를 논리곱하여 상기 플립플롭(SR445)의 리셋단자로 출력하는 제2앤드(AND444)를 포함하여 이루어진다.

상기 출력전원 생성부(200)의 구성은 상기 제1실시예에서와 같으므로 중복을 피하기 위하여 설명을 생략한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 제2실시예의 동작은 다음과 같다.

정상적인 경우, 즉 부하로서 전력을 공급받는 전자제품 등이 정상적으로 가동되어 소비전력이 일정한 값 이상인 경우, 상기 가변비교기(Com440)의 출력신호는 도 8의 (바)의 (a)정상모드 부분에서 보는 바와 같이, 간헐적인 펄스가 출력되며,그에 따라 제1앤드(AND443)의 출력신호는 로우를 유지하고, 제2앤드(AND444)의 출력신호는 클럭신호와 마찬가지로 주기적인 펄스를 형성한다.

그에 따라 상기 플립플롭(SR445)은 계속 리셋되어, 도 8의 (자)의 (a)정상모드 부분에서 보는 바와 같이 로우의 신호를 출력한다.

따라서, 정상모드에서의 동작은 상기 모드 판단부(440)의 출력신호가 로우이며, 그러한 경우의 동작은 상기 모드 판단부(440)를 제외한 다른 구성 요소의 동작에 의하여 결정되는데, 클럭신호의 주기에 맞추어 스위칭 트랜지스터(MOS430)의 도통에 따라 출력전원 생성부(210)의 커패시터(C210)를 충전시켜 전력을 제공하며, 상기 제1실시예에서의 동작과 같으므로 구체적인 설명을 생략한다.

그러나, 부하의 전력 소비가 극히 적은 경우, 도 8의 (나)의 (b)버스트모드 부분에서 보는 바와 같이, 오프셋 전압이 가변비교기(Com440)의 제3전압(Vr3)보다 높게 형성되고, 상기 가변비교기(Com440)의 출력신호는 하이로 전환되어, 그 값을 유지한다.

그에 따라 상기 제1앤드(AND443)의 출력신호는 클럭신호의 주기에 맞춰 하이의 신호를 출력하고, 제2앤드(AND444)는 로우의 값을 유지한다.

그에 따라, 상기 플립플롭(SR445)은 계속적으로 셋되어 도 6의 (자)의 (b)버스트모드 부분에서 보는 바와 같이, 계속적으로 하이의 값을 유지한다.

상기 플립플롭(SR445)의 출력값이 하이를 유지함에 따라, 상기 스위칭 제어부(450)의 오어(OR450)의 출력값은 하이를 유지하고, 제2트랜지스터(Q452)가 온되어 상기 스위칭 트랜지스터(MOS430)의 스위칭 동작을 중단시킨다.

그에 따라, 상기 출력전원 생성부(210)의 커패시터(C210)에 축적된 전하는 부하에 의하여 점차적으로 소비되고, 충전은 되지 않는다.

그러다가, 상기 커패시터(C210)의 방전에 따라, 상기 출력전원(Vo)의 전압이 낮아져, 오프셋 전압이 상기 가변비교기(Com440)의 제3기준값 이하로 떨어지는 순간, 도 8의 (바)의 (b)버스트모드 후반부에 보는 바와 같이, 상기 가변비교기(Com440)의 출력값은 로우로 전환된다.

그리고, 상기 제1앤드(AND443)의 출력값은 로우로 되고, 상기 제2앤드 (AND444)의 출력값은 클럭신호에 맞추어 하이의 신호가 출력되므로, 상기 플립플롭 (SR445)을 간헐적으로 리셋시키게 되어, 상기 플립플롭(SR445)의 출력값은 로우의 신호를 유지시켜, 다시 정상모드 동작이 개시된다.

그러다가, 정상모드 동작으로 오프셋 전압이 상승하게 되면, 다시 버스트모드로 들어가게 되고, 그 후에 다시 오프셋 전압이 떨어지면 다시 정상모드로 동작함으로써, 정상모드와 버스트모드를 반복하게 된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 상기 제2실시예에 따르면, 부하의 소비 전력이 일정한 수준 이상인 경우에는 주기적인 스위칭 동작에 의하여 전원을 제공하지만, 부하의 전력소비가 극히 적은 경우에는 버스트모드로 동작하여 스위칭을 제한함으로써, 저소비전력시의 스위칭에 따른 불필요한 소비 전력을 최소화할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 동작하는 본 발명은 스위치모드 파워서플라이에서 전력을 공급받는 전자제품 등이 절전 모드 또는 대기 상태로 동작하여 전력 수요가 작은 경우, 버스트모드로 동작하여 스위칭 손실을 최소화하고, 부하의 크기가 극단적으로 작아지는 경우에도 오동작하지 않고 적절하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 부하에 출력전원을 제공하는 스위치모드 파워서플라이에 있어서,
    전원을 입력받아 정류하고, 상기 부하에 대한 출력전원의 크기 변화에 따라, 정상모드와 버스트모드를 판별하여 각각 해당하는 타이밍에 따라 스위칭하여 1차전원을 제공하는 1차전원 제공수단,
    상기 1차전원 제공수단으로부터 출력되는 1차전원을 코일 권선비에 의하여 인가받아 상기 부하를 구동시키는 출력전원을 생성하는 출력전원 제공수단을 포함하며,
    상기 1차전원 제공수단은,
    전원을 입력받아 정류하여 출력하는 1차전원 변환수단;
    상기 출력전원 제공수단에서 부하로 출력되는 출력전원을 감지하여 출력하는 출력전원 감지수단;
    상기 출력전원 감지수단에서 감지한 신호의 크기에 따라, 버스트모드로 동작할 상황인지의 여부를 판단하여 그에 따른 제어신호를 생성하여 출력하는 모드 판단수단;
    상기 출력전원 감지수단으로부터 출력되는 신호와 상기 모드 판단수단으로부터 출력되는 신호에 따라 스위칭 타이밍을 제어하는 신호를 출력하는 스위칭 제어수단;
    상기 스위칭 제어수단의 동작에 따라 상기 1차전원 변환수단에 의하여 변환된 전원을 상기 출력전원 제공수단으로 전달하도록 개폐되는 스위칭수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출력전원 감지수단은,
    상기 출력전원 제공수단에서 감지되어 궤환되는 출력전원을 베이스를 통하여 광신호의 형태로 입력받는 포토트랜지스터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모드 판단수단은, 상기 출력전원 감지수단에서 감지한 신호에 따라 버스트모드를 판단하여 그에 따른 감지신호를 출력하는 제1비교기와, 상기 스위칭 제어수단의 기본적인 오프 위치를 검출하는 스위치 오프 검출기와, 상기 제1비교기로부터 출력되는 버스트모드 감지신호를 입력받아 상기 스위치 오프 검출기로부터 출력되는 신호와 배치되지 않도록 조절하여 출력하는 버스트 신호 조절수단과, 상기 버스트 신호 조절수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 버스트 감지신호가 일정 시간 이상 지속될 때 버스트모드를 수행하도록 제어하는 신호를 상기 스위칭 제어수단으로 출력하는 버스트 제어수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1비교기는,
    상기 출력전원 감지수단에서 감지한 신호가 비반전 입력단자로 입력되고 반전 입력단자에는 제2기준값과 그 보다 값이 작은 제3기준값을 가진 제1기준전압이 인가되어 히스테리시스 동작하는 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1비교기는,
    출력신호가 온될 때의 상기 제1기준전압의 전압값은 제2기준값으로 동작하고, 출력신호가 오프될 때의 상기 제1기준전압의 전압값은 제3기준값으로 동작하는 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  7. 제4항에 있어서, 상기 버스트 신호 조절수단은,
    상기 제1비교기의 출력신호와 상기 스위치 오프 검출기의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 제1앤드와, 상기 제1비교기의 출력신호를 반전시켜 출력하는 인버터와, 상기 인버터의 출력신호와 상기 스위치 오프 검출기(의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 제2앤드와, 상기 제1앤드의 출력신호에 따라 개폐되어 일정한 크기의 전원을 상기 버스트 제어수단으로 인가하는 제1스위치와, 상기 제2앤드의 출력신호에 따라 개폐되어 상기 버스트 제어수단을 접지시키는 제2스위치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  8. 제4항에 있어서, 상기 버스트 제어수단은,
    상기 버스트 신호 조절수단의 출력신호에 따라 충방전되는 커패시터와, 상기 커패시터를 통하여 상기 버스트 신호 조절수단의 출력신호를 비반전 입력단자로 입력받아, 반전 단자로 입력되는 제4기준값과 제5기준값을 가지고 히스테리 동작하는 제2기준전압과 비교하여 버스트 제어신호를 생성하여 출력하는 제2비교기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2비교기는,
    출력신호가 온될 때에는 상기 제2기준전압의 전압값은 제4기준값으로 동작하고, 출력신호가 오프될 때에는 상기 제2기준전압의 전압값은 제5기준값으로 동작하는 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  10. 제1항에 있어서, 상기 모드 판단수단은,
    상기 출력전원 감지수단에서 감지한 신호에 따라 버스트모드를 판단하여 그에 따른 감지신호를 출력하는 가변비교기와, 상기 스위칭 트랜지스터의 기본적인 오프 위치를 검출하는 스위치 오프 검출기와, 상기 가변비교기로부터 출력되는 버스트모드 감지신호를 입력받아 상기 스위치 오프 검출기로부터 출력되는 신호와 배치되지 않도록 조절하여 출력하는 버스트 신호 조절수단과, 상기 버스트 신호 조절수단으로부터 출력되는 신호에 따라 해당하는 신호를 래치하여 상기 스위칭 제어수단으로 출력하는 플립플롭을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가변비교기는,
    상기 출력전원 감지수단에서 감지한 신호가 비반전 입력단자로 입력되고 반전 입력단자에는 제2기준값과 그 보다 값이 작은 제3기준값을 가진 제1기준전압이 인가되어 히스테리시스 동작하는 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가변비교기는,
    출력신호가 온될 때의 상기 제1기준전압의 전압값은 제2기준값으로 동작하고, 출력신호가 오프될 때의 상기 제1기준전압의 전압값은 제3기준값으로 동작하는 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  13. 제10항에 있어서, 상기 버스트 신호 조절수단은,
    상기 가변비교기의 출력신호와 상기 스위치 오프 검출기의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 제1앤드와, 상기 가변비교기의 출력신호를 반전시켜 상기 플립플롭의 셋단자로 출력하는 인버터와, 상기 인버터의 출력신호와 상기 스위치 오프 검출기의 출력신호를 논리곱하여 상기 플립플롭의 리셋단자로 출력하는 제2앤드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
  14. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어수단은,
    상기 출력전원 감지수단에서 감지한 신호를 미리 설정된 제1기준값과 비교하여 그에 따른 신호를 출력하는 비교기와, 상기 비교기의 출력신호에 따라 리셋되는 플립플롭과, 상기 플립플롭으로부터 출력되는 신호와 상기 모드 판단수단으로부터 출력되는 버스트 제어신호에 따라 해당하는 신호를 출력하는 오어와, 상기 오어로부터 출력되는 신호에 따라 상기 스위칭 조절수단을 개폐시키는 트랜지스터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 버스트모드 동작의 스위치모드 파워서플라이.
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