KR100486353B1 - 과 전압 보호기능을 갖는 전원 공급장치 - Google Patents

Abstract

과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치가 개시된다. 집적회로 내부에 장착되며, 집적회로에서 요구하는 전원 전압을 메인 스위치 제어 신호에 응답하여 공급하는 이 장치는, 외부 전원 전압의 레벨을 분할하여 출력하는 전압 분할 수단과, 분할된 레벨과 제1 소정 전압의 레벨을 비교하는 제1 비교 수단과, 비교된 결과에 응답하여 세트되고, 전력 온 리셋 신호들에 응답하여 리셋되는 래치와, 전원전압과 기준 전위 사이에 연결되는 제너 다이오드와, 제2 소정 전압과 외부 공급 전압의 레벨을 비교하는 제2 비교 수단과, 집적회로에서 요구하는 공급 전압인 기준 전압을 제2 비교 수단에서 비교된 결과에 응답하여 발생하는 기준 전압 발생 수단과, 기준 전압과 제1 소정 전압을 비교하는 제3 비교 수단 및 래치의 출력, 제3 비교 수단의 출력 및 래치의 출력을 논리 조합하고, 논리 조합한 결과를 메인 스위치 제어 신호로서 출력하는 논리 조합 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고, 집적회로에서 요구되는 전압을 외부 소자 추가 없이 그 집적회로에 내장되어 UVLO와 연계하여 공급할 수 있는 효과가 있다.

Description

과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치

본 발명은 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS:Switch Mode Power Supply)에 관한 것으로서, 특히, 저 전압 잠금기능(UVLO)(Under Voltage Lock Out)과 연계하여 전원 공급 장치로부터 과잉 전압이 공급되는 것을 차단할 수 있는 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치에 관한 것이다.

SMPS에서 고장이나 장애가 발생하면 대부분 주어진 사양의 전압보다 큰 출력 전압이 나타난다. 이 때, 과 전압 보호(OVP:Over Voltage Protection) 기능이 없는 SMPS의 경우, SMPS 내부 또는 SMPS 출력부에 연결된 기기에 손상을 입힐 수 있으며 이러한 비 정상적인 상태에서 SMPS나 기기를 보호하기 위한 기능을 과 전압 보호 기능이라 한다.

특히, 과 전압에 의한 TTL 회로나 또는 논리 장치들은 반드시 OVP 기능이 필요하다. 이를 위해, 다 출력 SMPS에서는 TTL이나 논리 장치와 연결되는 출력에서 궤환받아서 1차측 메인 스위치를 제어(이 경우, 궤환되는 출력은 전압이 제한됨)하는 구조로 되어 있으며, 다른 출력의 경우는 필요에 따라 OVP 기능을 삽입하기도 한다.

이하, 종래의 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 1은 종래의 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치의 회로도로서, 제8 및 제3 핀들(12 및 14)을 갖는 집적회로(IC)(10)의 외부에 장착되는 트랜지스터(Q1), 저항들(R1, R2 및 R3) 및 SCR(Silicon Controlled Rectifier)(16)으로 구성된다.

도 1에 도시된 장치에서, SMPS의 권선 전압을 분배하고, 분배된 전압이 일정 전압이상이 되면, 셔트 다운 신호(SHUTDOWN)가 SCR(16)을 제어하는 신호로서 입력된다. 이 때, SCR(16)이 턴 온되면 트랜지스터(Q1)가 턴 온되어 IC(10)의 제3 핀(14)(Isense)의 전압이 1볼트 이상이 되어 펄스 폭 변조 비교기의 출력 전압을 "고" 논리 레벨이 된다. 그러므로, SMPS의 메인 스위치의 게이트를 제어하는 신호는 "저" 논리 레벨이 되며, 셔트 다운 조건이 제거된 후, 다음 클럭의 사이클까지 "저" 논리 레벨이 유지된다.

도 1에 도시된 장치는 래치되는 셔트 다운을 위해 SCR(16)을 사용하였으며, 리셋시키기 위해서는 전원 전압이 UVLO "저" 임계 전압 이하가 되어야 하며, 이 때, 집적회로(10)의 제8 핀(12)으로 입력되는 기준 전압은 오프되어 SCR(16)이 리셋되므로서 래치에서 해제된다.

전술한 종래의 전원 전압 공급 장치는 IC(10)의 내부에 집적되기 어려운 문제점을 갖고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 집적회로에서 요구하는 공급 전압을 집적회로에 내장되어 공급할 수 있는 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 이루기 위해, 집적회로 내부에 장착되며, 상기 집적회로에서 요구하는 전원 전압을 메인 스위치 제어 신호에 응답하여 공급하는 본 발명에 의한 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치는, 외부 전원 전압의 레벨을 분할하여 출력하는 전압 분할 수단과, 상기 분할된 레벨과 제1 소정 전압의 레벨을 비교하는 제1 비교 수단과, 상기 비교된 결과에 응답하여 세트되고, 전력 온 리셋 신호들에 응답하여 리셋되는 래치와, 상기 전원 전압과 기준 전위 사이에 연결되는 제너 다이오드와, 제2 소정 전압과 상기 외부 공급 전압의 레벨을 비교하는 제2 비교 수단과, 상기 집적회로에서 요구하는 상기 공급 전압인 기준 전압을 상기 제2 비교 수단에서 비교된 결과에 응답하여 발생하는 기준 전압 발생 수단과, 상기 기준 전압과 상기 제1 소정 전압을 비교하는 제3 비교 수단 및 상기 래치의 출력, 상기 제3 비교 수단의 출력 및 상기 래치의 출력을 논리 조합하고, 논리 조합한 결과를 상기 메인 스위치 제어 신호로서 출력하는 논리 조합 수단으로 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치의 바람직한 일실시예의 블럭도로서, 제너 다이오드(Vz), 제2 소정 전압을 공급하는 정 전압원(VthH), 제1, 제2 및 제3 비교기들(22, 20 및 28), 래치(24), 기준 전압 발생부(26), NOR 게이트(30) 및 전압 분할부를 구성하는 저항들(R4 및 R5)로 구성된다.

도 3 (a) ∼ (c)들은 도 2에 도시된 장치의 각 부의 파형도들로서, 도 3 (a)는 외부 공급 전압(Vcc)의 파형도를 나타내고, 도 3 (b)는 기준 전압(Vref)의 파형도를 나타내고, 도 3 (c)는 출력단자 OUT1을 통해 출력되는 메인 스위치 제어 신호의 파형도를 각각 나타낸다.

도 2에 도시된 본 발명에 의한 전원 공급 장치는 집적회로(미도시) 내부에 장착되며, 집적회로에서 요구하는 전원 전압을 메인 스위치 제어 신호에 응답하여 공급한다. 먼저, 전압 분할부의 저항들(R4 및 R5)은 도 3 (a)에 도시된 외부 공급 전압(Vcc)를 분할하고, 분할된 전압을 제1 비교기(22)로 출력한다. 제1 비교기(22)는 전압 분할부에서 분할된 전압의 레벨과 제1 소정 전압(Va)의 레벨을 비교하고, 비교된 결과를 S/R 플립플롭으로 구현되는 래치(24)의 세트 단자(S)로 출력한다. 여기서, 저항들(R4 및 R5) 및 제1 비교기(22)는 과 전압 보호 기능을 하기 위한 기능을 수행한다. 래치(24)는 제1 비교기(22)의 출력에 응답하여 세트되고, 전력이 온 되면 발생되는 전력 온 리셋 신호(Rp)에 응답하여 리셋되며, 정출력 단자(Q)를 통해 해당 신호를 출력한다. 즉, Vb≥Va가 되면 제1 비교기(22) 출력은 "고" 논리 레벨이 되어 래치(24)가 동작하여 SMPS 메인 스위치의 게이트로 공급되는 메인 스위치 제어 신호가 출력단자 OUT1을 통해 출력된다.

한편, 제너 다이오드(Vz)는 집적회로를 보호하기 위한 역할을 하기 하며, 외부 공급 전원(Vcc)와 기준 전위(GND) 사이에 연결되어 있다. 제2 비교기(20)는 제2 소정 전압(VthH)과 외부 공급 전압(Vcc)의 레벨을 비교하고, 비교된 결과를 NOR 게이트(30) 및 기준 전압 발생부(26)로 출력한다. 여기서, VthH는 UVLO의 "고" 임계 전압(시작 임계 전압)이고, 제2 비교기(20)는 히스테리시스(hysteresis) 특성을 가지며, 히스테리시스 전압은 외부 공급 전압(Vcc)의 턴 온 전압에서 외부 공급 전압의 턴 오프 전압을 감산한 값이 된다.

기준 전압 발생부(26)는 집적회로에서 요구하는 공급 전압인 도 3 (b)에 도시된 기준 전압을 제2 비교기(20)의 출력에 응답하여 출력단자 OUT1을 통해 출력한다. 여기서, 기준 전압은 예를 들면 펄스 폭 변조의 기능을 수행하는 집적회로의 내부 블럭들에 안정된 전원으로서 공급될 수 있는 정 전원이다. 즉, 도 3 (b)에 도시된 바와 같이, 외부 공급 전원(Vcc)이 기준 전위(GND)에서 서서히 증가하여 UVLO의 VthH에 도달하면 기준 전압을 발생시키고, 이와 연결된 집적회로의 모든 블럭들이 동작하게 된다. 외부 전원 전압이 UVLO의 VthH 이하로 되면 기준 전압은 오프되고, 이와 연결되는 집적회로의 모든 블럭들은 오프된다.

한편, 제3 비교기(28)는 기준 전압과 제1 소정 전압(Va)를 비교하고, 비교된 결과를 NOR 게이트(30)로 출력한다. NOR 게이트(30)는 제3 비교기(28)에서 비교된 결과, 래치(24)의 출력 및 제2 비교기(20)에서 비교된 결과를 반전 논리합하고, 반전 논리합한 결과를 도 3 (c)에 도시된 메인 스위치 제어 신호로서 출력단자 OUT1을 통해 출력한다.

도 3 (c)에 도시된 메인 스위치 제어 신호는 듀티가 50%인것으로 가정하여 도시되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치는 집적회로에서 요구되는 전압을 외부 소자 추가 없이 그 집적회로에 내장되어 UVLO와 연계하여 공급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치의 회로도이다.

도 2는 본 발명에 의한 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치의 바람직한 일실시예의 블럭도이다.

도 3 (a) ∼ (c)들은 도 2에 도시된 장치의 각 부의 파형도들이다.

Claims (1)

1. 집적회로 내부에 장착되며, 상기 집적회로에서 요구하는 전원 전압을 메인 스위치 제어 신호에 응답하여 공급하는 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치에 있어서,

   외부 전원 전압의 레벨을 분할하여 출력하는 전압 분할 수단;

   상기 분할된 레벨과 제1 소정 전압의 레벨을 비교하는 제1 비교 수단;

   상기 비교된 결과에 응답하여 세트되고, 전력 온 리셋 신호들에 응답하여 리셋되는 래치;

   상기 전원 전압과 기준 전위 사이에 연결되는 제너 다이오드;

   제2 소정 전압과 상기 외부 공급 전압의 레벨을 비교하는 제2 비교 수단;

   상기 집적회로에서 요구하는 상기 공급 전압인 기준 전압을 상기 제2 비교 수단에서 비교된 결과에 응답하여 발생하는 기준 전압 발생 수단;

   상기 기준 전압과 상기 제1 소정 전압을 비교하는 제3 비교 수단; 및

   상기 래치의 출력, 상기 제3 비교 수단의 출력 및 상기 래치의 출력을 논리 조합하고, 논리 조합한 결과를 상기 메인 스위치 제어 신호로서 출력하는 논리 조합 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 과 전압 보호 기능을 갖는 전원 공급 장치.

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