KR100467609B1 - Ｓｍｐｓ에서 중복으로 과전압을 방지하는 장치 및 방법 - Google Patents

Ｓｍｐｓ에서 중복으로 과전압을 방지하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 과전압 방지 회로가 작동하지 않는 경우, 중복적으로 과전압을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서 중복으로 과전압을 방지하는 장치는 교류/직류 변환부, 소정의 스위칭 신호인 PWM 제어 신호를 생성하여 출력하는 PWM 제어 신호 출력부, PWM 제어 신호에 따라 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 역률을 개선하는 역률 개선부, 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 제 1 과전압 검출부, 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호 출력부에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 제 1 과전압을 방지하는 제 1 과전압 방지부, 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 전압이 제 2 임계 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 제 2 과전압 검출부, 및 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호 출력부에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 제 2 과전압을 방지하는 제 2 과전압 방지부로 구성된다.
본 발명에 따르면 일차적인 과전압 방지 회로가 소자 불량이나 냉납과 같은 공정 불량으로 인하여 작동하지 않는 경우, 이차적인 과전압 방지회로가 작동하여 과전압으로 인한 회로 소자 파괴를 보다 완전하게 막을 수 있는 효과가 있다.

Description

ＳＭＰＳ에서 중복으로 과전압을 방지하는 장치 및 방법 {Apparatus and method for protecting secondarily over voltage}
본 발명은 기존의 과전압 방지 회로가 작동하지 않는 경우, 중복적으로 과전압을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 과전압 방지 회로는 과전압 방지 기능이 있는 IC로 피드백 전압을 공급하는 저항이 소자 불량이나 냉납과 같은 공정상의 불량으로 인하여 정상적으로 작동하지 않는 경우, 과전압이 부하단으로 입력되어 일순간에 부하단 장치를 파괴하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소자 불량이나 냉납과 같은 공정 불량으로 인하여 과전압 방지 회로가 작동하지 않는 경우, 중복적으로 과전압을 방지하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 SMPS에서 과전압을 방지하는 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 SMPS에서 중복으로 과전압을 방지하는 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따라 SMPS에서 중복으로 과전압을 방지하는 장치의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 SMPS에서 중복으로 과전압을 방지하는 방법의 흐름도이다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서 중복으로 과전압을 방지하는 장치는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 교류/직류 변환부, 전력의 흐름을 제어하는 소정의 스위칭 신호인 PWM 제어 신호를 생성하여 출력하는 PWM 제어 신호 출력부, 상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 역률을 개선하는 역률 개선부, 상기 역률 개선부에서 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 제 1 과전압 검출부, 상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호 출력부에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 1 과전압을 방지하는 제 1 과전압 방지부, 상기 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 전압이 제 2 임계 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 제 2 과전압 검출부, 및 상기 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호 출력부에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 2 과전압을 방지하는 제 2 과전압 방지부로 구성된다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서 중복으로 과전압을 방지하는 방법은 (a) 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 단계, (b) 전력의 흐름을 제어하는 소정의 스위칭 신호인 PWM 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계, 상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, (c) 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 (a) 단계에서 변환된 직류 전원의 역률을 개선하는 단계, (d) 상기 (c) 단계에서 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 단계, (e) 상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 (b) 단계에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 1 과전압을 방지하는 단계, (f) 상기 (a) 단계에서 변환된 직류 전원의 전압이 제 2 임계 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 단계, 및 (g) 상기 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 (b) 단계에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 2 과전압을 방지하는 단계로 구성된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 SMPS에서 과전압을 방지하는 장치의 구성도이다.
SMPS(Switched-Mode Power Supply)에서 과전압을 방지하는 장치는 교류/직류 변환부(11), 역률 개선부(12), 직류/직류 변환부(13), 과전압 검출부(14), 및 과전압 방지부(15)로 구성된다.
교류/직류 변환부(11)는 정류용 브리지 다이오드를 사용하여 교류를 직류로 변환한다. 여기에서 직류는 리플이 완전히 제거된 상태는 아니며, C3에 의해서 어느 정도 리플이 감소된다. 교류/직류 변환부(11)를 통과하여 나온 직류 전원은 우선, ML4824라는 PFC(Power Factor Corrector, 역률 개선기)와 PWM(Pulse Width Modulator, 펄스 폭 변조기)에 대한 콤보 제어 IC에 전원을 공급한다. 즉, ML4824에 공급되는 전압 값은 커패시터 C2에 걸리는 전압 값이므로 저항 R4와 저항 R1의 값을 적당히 조정하여 직류 전원을 분배하면 된다. D1은 부가적인 정류용 다이오드이고, C1과 C2는 리플을 감소시키기 위한 바이패스 커패시터이다.
ML4824는 PFC, PWM에 대한 제어기이다. PFC는 더 작고, 더 낮은 가격의 벌크 캐패시터의 사용을 가능하게 하고, 스위칭 FET에 전력 선 로딩과 스트레스를 감소시키고, IEC1000-2-3 스펙에 완벽히 맞는 파워 서플라이를 제공한다. ML4824는 선도 에지, 평균 전류, 승압형 PFC와 후미 에지, PWM의 설계에 필요한 회로를 제공한다. ML4824는 두 가지 버전으로 출시되어 있다; ML4824-1( { f}_{PWM } = { f}_{PFC } )와 ML4824-2( { f}_{PWM } = 2 x { f}_{PFC } ). PWM의 스위칭 주파수를 배가시키는 것은 사용자에게 PFC에 대한 최적의 작동 주파수를 유지하는 동안 더 적은 출력 구성 부품을 가지고 디자인할 수 있게 해준다. ML4824 내의 과전압 비교부는 부하에서의 갑작스런 증가가 일어날 때, PFC 부를 정지시킨다. ML4824 내의 PFC 부는 피크 전류 제한과 입력 전압 브라운 아웃 보호를 포함한다. ML4824 내의 PWM 부는 250 kHz까지 전류 또는 전압 모드에서 작동되어질 수 있고, 변압기 포화를 막기 위한 듀티 사이클 제한을 포함한다.
역률 개선부(12)는 교류/직류 변환부(11)에서 출력된 직류 전원의 역률을 개선한다. 일반적으로 SMPS에서 전원의 역률을 개선하기 위한 회로 방식은 승압형 컨버터(boost type converter)를 기본 회로로 하고 있다. 역률 개선부(12)도 승압형 컨버터로 역률 개선 회로를 구성한 것이다. 역률 개선부(12)는 피드백 제어에 의해 입력 전류의 파형을 입력 전압의 파형에 추종하도록 제어함으로서 입력 전류 파형을 정현파 형태로 해주어 역률을 개선하게끔 하는 것이다.
직류/직류 변환부(13)는 직류 전압을 승압하거나 강압하는 플라이백 컨버터(flyback type converter)이다. 반도체 소자의 스위칭 프로세서를 이용하여 전력의 흐름을 제어함으로서 승압하거나 강압한다.
과전압 검출부(14)는 역률 개선부(12)에서 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 과전압인지의 여부를 검출한다. R3에 걸리는 전압이 과전압 검출의 기준이 되는 피드백 전압으로서 ML4824의 F/B 단자(데이터 시트상에서는 Vdc 단자)에 입력된다. 약 2.7 V 이상이 F/B 단자에 입력되면, PFC와 PWM을 제어하기 위한 출력 신호 단자인 PFC OUT, PWM OUT에서 스위칭 신호인 PWM 제어 신호가 출력되지 않게 되어, 결국에는 직류/직류 변환부(13)에서 직류 전류가 출력되지 않는다. 따라서 과전압 방지부(15)는 부하단의 여러 구성 소자들을 과전압으로부터 보호할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 SMPS에서 중복으로 과전압을 방지하는 장치의 구성도이다.
SMPS에서 중복으로 과전압을 방지하는 장치는 교류/직류 변환부(21), PWM 제어 신호 출력부(28), 역률 개선부(22), 제 1 과전압 검출부(26), 제 1 과전압 방지부(27), 제 2 과전압 검출부(24), 및 제 2 과전압 방지부(25)로 구성된다.
교류/직류 변환부(21)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 일반적으로브리지 다이오드를 사용하여 입력된 교류 전원을 정류하여 직류 전원을 얻는다.
PWM 제어 신호 출력부(28)는 전력의 흐름을 제어하는 소정의 스위칭 신호인 PWM 제어 신호를 생성하여 출력한다. 즉, PWM 제어 신호는 구형파로서, 구형파의 듀티 사이클(duty cycle, 온-오프를 주기적으로 하는 장치에서 주기에 대한 온과 오프의 시간의 비)을 조정함으로서 원하는 출력 전압을 얻을 수 있다.
역률 개선부(22)는 상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 역률을 개선한다. 역률 개선부(22)는 피드백 제어에 의해 입력 전류의 파형을 입력 전압의 파형에 추종하도록 제어함으로서 입력 전류 파형을 정현파 형태로 해주어 역률을 개선하게끔 하는 것이다.
제 1 과전압 검출부(26)는 상기 역률 개선부(22)에서 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력한다. 제 1 과전압 방지부(27)는 상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호 출력부(28)에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 1 과전압을 방지한다.
제 2 과전압 검출부(24)는 상기 교류/직류 변환부(21)에서 변환된 직류 전원의 전압이 제 2 임계 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력한다. 제 2 과전압 방지부(25)는 상기 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호 출력부(28)에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 2 과전압을 방지한다.
입력 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 지 여부를 체크하고, 다음으로 제 2 임계 전압보다 높은 지 여부를 체크하기 위해, 제 2 임계 전압의 크기를 제 1 임계 전압의 크기보다 큰 것으로 설정한다. 입력 전원에 대해서 제 1 과전압 검출부(26)와 제 2 과전압 검출부(24)가 동시에 동작하기 때문에, 제 1 임계 전압과 제 2 임계 전압에 차이를 두어 제 1 과전압 방지부(27)와 제 2 과전압 방지부(25) 중 하나만 동작시키는 것이 효율적이다.
일반적으로 교류/직류 변환부(21)를 통하여 변환된 직류 전원은 사용자가 사용하고자 하는 크기의 전압이 아니다. 따라서 교류/직류 변환부(21)를 통하여 변환된 직류 전원을 적당한 크기의 직류로 변환하는 직류/직류 변환부(23)가 더 필요하다. 직류/직류 변환부(23)는 상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 역률 개선부에서 역률이 개선된 직류 전원을 소정의 사용하고자 하는 크기의 전압을 갖는 직류 전원으로 변환한다.
제 1 과전압 검출부(26)는 역률 개선부(22)에서 역률이 개선된 직류 전원의 일부분을 제 1 피드백 전압으로 출력하는 제 1 피드백 전압 출력부와 제 1 피드백 전압이 제 1 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 제 1 과전압 검출 신호 출력부로 구성된다. 여기에서 직류 전원의 일부분은 저항 소자를 사용하여 원하는 전압만큼 분압함으로서 구현할 수 있다. 제 1 피드백 전압은 PFC와 PWM을 제어하기 위한 IC인 ML4824에 입력되는 전압으로서 약 2.7V 가 기준 전압이므로, 과전압의 최소 한계치인 제 1 임계 전압을 저항 소자를 사용하여 원하는 전압만큼 분압한 값이 2.7 V가 되도록 한다.
제 1 과전압 방지부(27)는 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호가 역률 개선부(22)와 직류/직류 변환부(23)로 출력되는 것을 차단한다. SMPS 시스템에서 PFC와 PWM은 PWM 제어 신호, 즉 연속된 스위칭 파형(온/오프가 반복되는 파형)이 입력되는 경우에만 역률이 개선된 전원과 원하는 크기로 승압, 또는 강압된 전원이 출력되므로 PWM 제어 신호를 ML4824로 PWM 제어 신호가 입력되지 못하도록 한다면, 전원이 출력되지 않는다. 따라서 과전압을 방지할 수 있게 된다.
상기 제 2 과전압 검출부(24)는 상기 교류/직류 변환부(21)에서 변환된 직류 전원의 일부분을 소정의 제너 다이오드에 대하여 역방향으로 도통하게 하고, 상기 도통된 직류 전원의 일부분을 제 2 피드백 전압으로 출력하는 제 2 피드백 전압 출력부와 제 2 피드백 전압이 제 2 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 제 2 과전압 검출 신호 출력부로 구성된다. 여기에서 직류 전원의 일부분은 저항 소자를 사용하여 원하는 전압만큼 분압함으로서 구현할 수 있다. 제 2 피드백 전압은 PFC와 PWM을 제어하기 위한 IC인 ML4824에 입력되는 전압으로서 약 2.7V 가 기준 전압이므로, 과전압의 최소 한계치보다 조금 더 큰 값인 제 2 임계 전압이 상기한 바와 같이 저항 소자를 사용하여 원하는 전압만큼 분압한 값이 2.7 V보다 조금 더 큰 값이 되도록 한다. 그리고, 제너 다이오드를 사용하여 제 2 임계 전압이상인 경우에만 도통되도록 하여 제 2 피드백 전압으로 고려함으로서 효율성을 높인다.
상기 제 2 과전압 방지부(25)는 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호가 역률 개선부(22)와 직류/직류 변환부(23)로 출력되는 것을 차단한다. SMPS 시스템에서 PFC와 PWM은 PWM 제어 신호, 즉 연속된 스위칭 파형(온/오프가 반복되는 파형)이 입력되는 경우에만 역률이 개선된 전원과 원하는 크기로 승압, 또는 강압된 전원이 출력되므로 PWM 제어 신호를 ML4824로 PWM 제어 신호가 입력되지 못하도록 한다면, 전원이 출력되지 않는다. 따라서 과전압을 방지할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따라 실제 회로 소자를 사용하여 구현한 중복으로 과전압을 방지하는 장치의 상세 구성도이다.
교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 교류/직류 변환부(31)는 브리지 다이오드와 커패시터 C4로 구현된다. C4는 브리지 다이오드를 통과하여 정류된 전원의 리플을 감소시키는 역할을 한다.
전력의 흐름을 제어하는 소정의 스위칭 신호인 PWM 제어 신호를 생성하여 출력하는 PWM 제어 신호 출력부(36)는 ML4824의 PFC OUT단자와 PWM OUT단자로 구현된다. PFC OUT단자와 PWM OUT단자에서는 스위칭 신호인 PWM 제어 신호가 출력된다. ML4824의 작동 전원은 저항 R4, 정류 다이오드 D1, 저항 R1, 커패시터 C1, 및 커패시터 C2로 구현된다. 교류/직류 변환부(31)로부터 출력된 직류 전원을 ML4824의 작동 전원 값이 C2에 걸리도록 R4 값과 R1 값을 조정한다. C1과 C2는 직류 전원의 리플을 감소시켜 주는 바이패스용 커패시터이다.
상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 교류/직류 변환부(31)에서 변환된 직류 전원의 역률을 개선하는 역률 개선부(32)는 승압형 PFC 회로에서 인덕터의 역할을 하는 변압기 T1, PWM 제어 신호에 따라 스위칭을 하는 모스트랜지스터 MOS1, 전류의 역류를 차단하는 다이오드 D3, 전원을 일시적으로 충전하는 커패시터 C5, 및 원하는 역률의 전압이 걸리는 저항 R1으로 구현된다. 정류된 입력 전압의 크기에 비례하여 스위치 MOS1의 듀티 사이클을 제어해 주면 입력 전압과 동상인 입력 전류를 얻을 수 있으므로 역률과 고조파 특성을 개선시킬 수 있다.
상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 역률 개선부에서 역률이 개선된 직류 전원을 소정의 사용하고자 하는 크기의 전압을 갖는 직류 전원으로 변환하는 직류/직류 변환부(33)는 인덕터의 역할을 하는 변압기 T2, PWM 제어 신호에 따라 스위칭을 하는 모스트랜지스터 MOS2, 전류의 역류를 차단하는 다이오드 D4, 및 전원을 일시적으로 충전하는 커패시터 C6으로 구현된다. 직류/직류 변환부(33)는 플라이백(flyback) 타입의 DC/DC 컨버터이다. PWM 제어 신호로부터 온 신호가 MOS2에 입력되면, MOS2는 온 되고, 역률이 개선된 전원으로부터 T2에 에너지가 축적된다. PWM 제어 신호로부터 오프 신호가 MOS2에 입력되면, MOS2는 오프 되고, T2에 축적되었던 에너지가 부하에 방출된다. 이러한 동작이 일정한 주기를 가지고, 반복되면서 입력 측의 전력이 출력 측으로 변환되게 된다. 온/오프의 비율, 즉 듀티 사이클에 따라서 원하는 크기의 전압을 갖는 전원을 얻을 수 있다.
상기 역률 개선부(32)에서 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 제 1 과전압 검출부(34)는 저항 R3를 사용하여 역률이 개선된 전압의 일부를 취함으로서 구현될 수 있다. 상세하면, 상기 역률 개선부(32)에서 역률이 개선된 직류 전원의 일부분을 제 1 피드백 전압으로 출력하는 제 1 피드백 전압 출력부는 저항 R3를 사용하여 역률이 개선된 전압의 일부를 취함으로서 구현될 수 있다. 상기 제 1 피드백 전압이 상기 제 1 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 제 1 과전압 검출 신호 출력부는 저항 R3에 걸린 전압을 ML4824의 F/B 단자에 입력한 경우, ML4824의 내부 회로 소자에 의하여 구현된다.
상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호 출력부에서의 PWM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 1 과전압을 방지하는 제 1 과전압 방지부(36)는 PFC OUT 단자와 PWM 단자로부터 PWM 제어 신호가 출력되지 못하도록 함으로서 구현될 수 있다. ML4824의 F/B 단자에 약 2.7 V 이상의 전원이 입력되면, ML4824는 PFC OUT 단자와 PWM 단자로부터 스위칭 신호가 출력되는 것을 중지하게 된다. 상세하면, 제 1 과전압 방지부(36)는 상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호가 상기 역률 개선부 및 상기 직류/직류 변환부로 출력되는 것을 차단한다. 즉, ML4824의 F/B 단자에 약 2.7 V 이상의 전원이 입력되면, ML4824는 PFC OUT 단자와 PWM 단자로부터 PWM 제어 신호가 MOS1과 MOS2로 출력하는 것을 중지한다.
상기 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 전압이 제 2 임계 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 제 2 과전압 검출부(35)는 제너 다이오드(zener diode) Z1, 저항 R5, 커패시터 C3, 및 정류 다이오드 D2로 구현된다. 제너 다이오드는 정전압이나 기준전원을 얻기 위해서 자주 사용되는 소자로서, 보통 다이오드와는 달리 역방향으로 전압을 걸어 사용한다. 보통 다이오드도 역방향으로 30 V이상의 전압을 걸면 갑자기 전류가 흐르게 된다. 제너 다이오드는 비교적 낮은 전압에서도 일어나도록 하기 위하여 반도체에 혼합하는 불순물의 양을 조정한 것이다. 본 발명에서는 과전압인 경우에 정류된 전원이 Z1을 도통하도록 하고, 상기 도통된 신호가 ML4824의 F/B 단자에 입력되도록 하여 효율성을 높이고 있다. 즉, 제 1 과전압 검출부(34)는 역률이 개선된 전원의 일부분을 항상 ML4824의 F/B 단자에 입력되도록 하였으나, 제 2 과전압 검출부(35)는 제 1 과전압 검출부(34)가 동작하지 않는 경우에만 정류된 전원의 일부분이 ML4824의 F/B 단자에 입력되도록 하였다. 다만, 제 2 임계 전압의 크기를 제 1 임계 전압의 크기보다 큰 것으로 설정하여야 한다. 가능한 한 미세한 설정하는 것이 과전압으로부터 회로 소자를 보호하는 데 유리하다. 제 2 임계 전압과 제 1 임계 전압사이의 전압은 제 1 과전압 검출부(34)가 동작하지 않는 경우에 제 2 과전압 검출부(35)에 의해서 검출될 수 없기 때문이다. 상세하면, 상기 교류/직류 변환부(31)에서 변환된 직류 전원의 일부분을 소정의 제너 다이오드에 대하여 역방향으로 도통하게 하고, 상기 도통된 직류 전원의 일부분을 제 2 피드백 전압으로 출력하는 제 2 피드백 전압 출력부는 상기한 바와 같이 제너 다이오드(zener diode) Z1, 저항 R5, 커패시터 C3, 및 정류 다이오드 D2로 구현된다. 상기 제 2 피드백 전압이 상기 제 2 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 제 2 과전압 검출 신호 출력부는 저항 R5에 걸린 전압을 ML4824의 F/B 단자에 입력한 경우, ML4824의 내부 회로 소자에 의하여 구현된다.
제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호 출력부에서의 PWM 제어 신호의 출력을 차단하여 제 2 과전압을 방지하는 제 2 과전압 방지부(36)는 제 1 과전압 방지부(36)와 마찬가지로 PFC OUT 단자와 PWM 단자로부터 PWM 제어 신호가 출력되지 못하도록 함으로서 구현될 수 있다. ML4824의 F/B 단자에 약 2.7 V 이상의 전원이 입력되면, ML4824는 PFC OUT 단자와 PWM 단자로부터 스위칭 신호가 출력되는 것을 중지하게 된다. 상세하면, 상기 제 2 과전압 방지부(36)는 상기 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호가 상기 역률 개선부 및 상기 직류/직류 변환부로 출력되는 것을 차단한다. 즉, ML4824의 F/B 단자에 약 2.7 V 이상의 전원이 입력되면, ML4824는 PFC OUT 단자와 PWM 단자로부터 PWM 제어 신호가 MOS1과 MOS2로 출력하는 것을 중지한다.
도 4는 본 발명에 따른 SMPS에서 중복으로 과전압을 방지하는 방법의 흐름도이다.
먼저, 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다(41). 이어서, 전력의 흐름을 제어하는 소정의 스위칭 신호인 PWM 제어 신호를 생성하여 출력한다(42). 이어서, PWM 제어 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호에 따라 교류로부터 변환된 직류 전원의 역률을 개선한다(43).
이어서, 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력한다(44). 부연하면, 역률이 개선된 직류 전원의 일부분을 제 1 피드백 전압으로 출력하고, 이어서 출력된 제 1 피드백 전압이 제 1 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력한다.
이어서, 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호의 출력을 차단하여 제 1 과전압을 방지한다(45). 부연하면, 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호가 상기된 역률을 개선하는 단계 및 다음에 기술될 직류 전원의 전압 크기를 변환하는 단계로 출력되는 것을 차단한다.
이어서, 교류 전원으로부터 변환된 직류 전원의 전압이 제 2 임계 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력한다(46). 부연하면, 교류 전원으로부터 변환된 직류 전원의 일부분을 소정의 제너 다이오드에 대하여 역방향으로 도통하게 하고, 도통된 직류 전원의 일부분을 제 2 피드백 전압으로 출력하고, 이어서 출력된 제 2 피드백 전압이 제 2 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력한다.
이어서, 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호의 출력을 차단하여 제 2 과전압을 방지한다(47). 부연하면, 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호가 상기된 역률을 개선하는 단계 및 다음에 기술될 직류 전원의 전압 크기를 변환하는 단계로 출력되는 것을 차단한다.
제 2 임계 전압의 크기가 제 1 임계 전압의 크기보다 크기 때문에 제 1 과전압의 검출이 실패한 경우, 제 2 과전압을 검출하게 된다. 이어서, PWM 제어 신호를 입력받은 경우, PWM 제어 신호에 따라 역률이 개선된 직류 전원을 소정의 사용하고자 하는 크기의 전압을 갖는 직류 전원으로 변환한다(48).
한편, 상술한 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 씨디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면 일차적인 과전압 방지 회로가 소자 불량이나 냉납과 같은 공정 불량으로 인하여 작동하지 않는 경우, 이차적인 과전압 방지회로가 작동하여 과전압으로 인한 회로 소자 파괴를 보다 완전하게 막을 수 있는 효과가 있다.
특히, 현재 SMPS는 역률을 개선하는 부분과 DC/DC 콘버터 부분이 공존하므로 소자 불량이나 냉납과 같은 공정 불량으로 인하여 일차적인 과전압 방지 회로가 작동하지 않는 경우가 발생할 수 있는 확률이 증가하였다. 그 앞단에서 이차적인 과전압을 검출함으로서 그 후단의 작동 여부와 관계 없이 과전압으로부터 회로 소자 파괴를 막을 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서,
    교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 교류/직류 변환부;
    전력의 흐름을 제어하는 소정의 스위칭 신호인 PWM 제어 신호를 생성하여 출력하는 PWM 제어 신호 출력부;
    상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 역률을 개선하는 역률 개선부;
    상기 역률 개선부에서 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 제 1 과전압 검출부;
    상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호 출력부에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 1 과전압을 방지하는 제 1 과전압 방지부;
    상기 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 전압이 제 2 임계 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 제 2 과전압 검출부; 및
    상기 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호 출력부에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 2 과전압을 방지하는 제 2 과전압 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 임계 전압의 크기는 상기 제 1 임계 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 역률 개선부에서 역률이 개선된 직류 전원을 소정의 사용하고자 하는 크기의 전압을 갖는 직류 전원으로 변환하는 직류/직류 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 과전압 검출부는
    상기 역률 개선부에서 역률이 개선된 직류 전원의 일부분을 제 1 피드백 전압으로 출력하는 제 1 피드백 전압 출력부; 및
    상기 제 1 피드백 전압이 상기 제 1 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 제 1 과전압 검출 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 과전압 방지부는 상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호가 상기 역률 개선부 및 상기 직류/직류 변환부로 출력되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 과전압 검출부는
    상기 교류/직류 변환부에서 변환된 직류 전원의 일부분을 소정의 제너 다이오드에 대하여 역방향으로 도통하게 하고, 상기 도통된 직류 전원의 일부분을 제 2 피드백 전압으로 출력하는 제 2 피드백 전압 출력부; 및
    상기 제 2 피드백 전압이 상기 제 2 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 제 2 과전압 검출 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 과전압 방지부는 상기 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호가 상기 역률 개선부 및 상기 직류/직류 변환부로 출력되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 장치.
  8. 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서,
    (a) 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 단계;
    (b) 전력의 흐름을 제어하는 소정의 스위칭 신호인 PWM 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계;
    (c) 상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 (a) 단계에서 변환된 직류 전원의 역률을 개선하는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계에서 역률이 개선된 직류 전원의 전압이 제 1 임계 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 단계;
    (e) 상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 (b) 단계에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 1 과전압을 방지하는 단계;
    (f) 상기 (a) 단계에서 변환된 직류 전원의 전압이 제 2 임계 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 단계; 및
    (g) 상기 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 (b) 단계에서의 PCM 제어 신호의 출력을 차단하여 상기 제 2 과전압을 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 임계 전압의 크기는 상기 제 1 임계 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    (h) 상기 PWM 제어 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 (c) 단계에서 역률이 개선된 직류 전원을 소정의 사용하고자 하는 크기의 전압을 갖는 직류 전원으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    (d1) 상기 (c) 단계에서 역률이 개선된 직류 전원의 일부분을 제 1 피드백 전압으로 출력하는 단계; 및
    (d2) 상기 제 1 피드백 전압이 상기 제 1 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 1 과전압 검출 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 (e) 단계는 상기 제 1 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호가 상기 (c) 단계 및 상기 (h) 단계로 출력되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 (f) 단계는
    (f1) 상기 (a) 단계에서 변환된 직류 전원의 일부분을 소정의 제너 다이오드에 대하여 역방향으로 도통하게 하고, 상기 도통된 직류 전원의 일부분을 제 2 피드백 전압으로 출력하는 단계; 및
    (f2) 상기 제 2 피드백 전압이 상기 제 2 임계 전압에 대응하는 피드백 전압보다 높은 경우, 제 2 과전압 검출 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 (g) 단계는 상기 제 2 과전압 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 PWM 제어 신호가 상기 (c) 단계 및 상기 (h) 단계로 출력되는 것을차단하는 것을 특징으로 하는 중복으로 과전압을 방지하는 방법.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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