KR100509477B1

KR100509477B1 - 회로 보호를 위한 스위칭 모드 전원 공급 장치의 구성 및그 방법

Info

Publication number: KR100509477B1
Application number: KR10-2002-0057323A
Authority: KR
Inventors: 방극정
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2005-08-22
Also published as: KR20040025372A

Abstract

본 발명은 회로 보호를 위한 스위칭 모드 전원 공급 장치의 구성 및 그 방법에 관한 것으로서, 상용 전원을 입력 받아 스위칭 제어를 수행해 소정의 부하전원을 출력하는 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)는, 초기 돌입 전류를 차단하기 위한 저항; 저항과 병렬로 연결되고, 상용 전원 투입 후 일정 시간이 경과되면 저항을 통해 흐르는 전원 전류를 차단하고 전류 흐름을 바꾸는 릴레이; 릴레이의 오동작을 검출하는 에러 검출부; 및 에러 검출부의 에러 검출에 따라 상용 전원 차단 제어를 수행하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 초기 돌입 전류를 제한하기 위한 저항과 병렬로 연결되어 전류 안정 상태에 저항을 대신해 전류를 흘리는 릴레이의 이상 여부를 검출함으로써, 릴레이에 이상이 있을 때 계속되는 저항의 발열과 전력 소모 및 그로 인한 회로 손상을 막을 수 있다.

Description

회로 보호를 위한 스위칭 모드 전원 공급 장치의 구성 및 그 방법{Arrangement and method for protecting circuit of switching mode power supply}

본 발명은 스위칭 모드 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초기 돌입 전류 제한을 위한 저항의 발열로 인한 회로 파손과 전력 소모로 인한 오동작을 방지하기 위한 회로 보호를 위한 스위칭 모드 전원 공급 장치의 구성 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 SMPS(switching mode power supply, 스위칭 모드 전원 공급장치)는 입력 전원에 대해 고속 스위칭을 행하여 필요한 출력 전원을 발생시키는 장치이다. 도 1은 종래의 SMPS의 전원부분에 대한 개략적 구성도를 보인다.

도 1에서 SMPS 전원부는 교류(AC) 입력부(100), 제1정류부(110), 제1전원 차단부(120), 제2전원 차단부(130) 및 제2정류부(140)를 포함한다.

교류 입력부(100)를 통해 입력된 상용 교류(AC) 전원은 제1정류부(110)에서 정류되어 스탠바이(stand-by) 전원으로서 출력된다. 스탠바이 전원은 SMPS의 스위칭이나 SMPS 전원부의 릴레이 동작을 제어하는 등 실질적으로 SMPS를 구동하는 마이콤(미도시) 등의 전원으로 사용된다.

제1전원 차단부(120)는 스탠바이 전원에 의해 구동된 마이콤의 제어나 기타 다른 외부로부터의 제어를 통해 SMPS 전원부에 입력되는 상용 교류 전원을 차단하도록 구동되는 릴레이를 포함한다.

제2전원 차단부(130)는 초기 돌입 전류(inrush current)를 제한하기 위한 저항(131)과 전력 소모를 줄이기 위한 릴레이(132)를 포함한다. 초기 돌입 전류를 제한하기 위한 저항은 SMPS에 전원이 인가되자 마자 발생될 수 있는 초기의 큰 전류를 제한하기 위한 것이다. 릴레이(132)는 전원 투입 후 일정 시간이 지나서 초기 돌입 전류 제한용 저항(131)을 통해 흐르는 전류를 차단하고 대신 릴레이를 통해 그 전류를 흘리도록 하기 위한 것이다. 이렇게 함으로써 저항(131)에서의 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.

제2정류뷰(140)는 제2전원 차단부(130)를 거친 전원을 정류하여 SMPS 주전원을 출력시킨다.

도 1의 SMPS 전원부의 동작 흐름을 설명하면, 먼저 일반 교류 전원이 SMPS의 입력부(100)로 인가되고, 스탠바이 전원이 생성된다. SMPS를 실질적으로 제어하는 마이콤(미도시) 등이 스탠바이 전원에 의해 동작되고, 마이콤의 제어 신호나 다른 외부 제어 신호에 의해 제1전원 차단부(120)의 릴레이와 제2전원 차단부(130)의 릴레이가 제어된다. 제2전원 차단부(130)에서는 초기 전원 투입 후 일정 시간 동안 릴레이(132)는 동작되지 않고 전류 제한 저항(131)을 통해 전류가 흐르게 된다. 일정 시간이 경과하면 제2전원 차단부(130)의 릴레이(132)를 동작시켜 저항(131)을 통해 흐르던 전류가 릴레이 스위치를 통해 흐르게 함으로써 전력 소모(발열)를 없앤다.

가정에서 사용되는 상용전원을 일반 제품에 연결할 경우, 제품 내 커패시턴스(capacitance) 성분에 의해 초기에 단락(short) 전류와 유사한 크기의 큰 돌입 전류가 제품으로 흐르게 된다. 이를 방지하기 위해 낮은 소비 전력 제품의 경우, NTC 써미스터(theremistor)를 사용해 돌입 전류를 제한하고 있고, 높은 소비 전력제품의 경우 도 1에서와 같은 돌입 전류 제한 저항이나 NTC 써미스터를 사용해 돌입 전류를 제한한 후 이들과 병렬 연결된 릴레이를 동작시켜 저항을 통해 흐르던 전류의 흐름을 바꿈으로써 저항으로 인한 전력 소모를 최소화시킨다.

그러나 도 1에서와 같은 종래 SMPS 구성에 있어서, 제2전원 차단부(130)의 릴레이가 동작하지 않아도 전류 제한 저항을 통해 SMPS 회로가 잘 동작한다는 것이 문제가 될 수 있다. 릴레이를 제어하는 마이콤의 제어 신호 이상이나, 제조시 릴레이가 삽입되지 않은 경우, 또는 릴레이의 수명이 다했거나 기능 불량인 경우 릴레이가 동작하지 않고 초기 돌입 전류가 전류 제한 저항을 통해 계속 흐르게 되면 저항의 발열이 계속 진행되므로 극단적인 경우 부품의 발화 등의 사고를 유발할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전원 투입시 초기에 흐르는 초기 돌입 전류를 제한하는 저항의 발열과 그로 인한 회로 파손 및 전력 소모 가능성에 대비해, 회로 보호를 위한 스위칭 모드 전원 공급 장치의 구성 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한, 상용 전원을 입력 받아 스위칭 제어를 수행해 소정의 부하전원을 출력하는 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)는, 초기 돌입 전류를 차단하기 위한 저항; 상기 저항과 병렬로 연결되고, 상기 상용 전원 투입 후 일정 시간이 경과되면 상기 저항을 통해 흐르는 전원 전류를 차단하고 전류 흐름을 바꾸는 릴레이; 상기 릴레이의 오동작을 검출하는 에러 검출부; 및 상기 에러 검출부의 에러 검출에 따라 상용 전원 차단 제어를 수행하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

상기 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 에러 검출부로부터 에러가 검출되면 그를 표시하는 에러 표시부를 더 포함함이 바람직하다.

상기 에러 검출부는, 상기 저항 양단의 전압차로부터 릴레이 오동작을 검출함이 바람직하다.

상기 에러 검출부는 소정 시간 경과 후 동작됨이 바람직하다.

상기 과제를 해결하기 위한, 상용 전원을 입력 받아 스위칭 제어를 수행해 소정의 부하전원을 출력함에 있어서, 상기 상용 전원 투입시 초기 돌입 전류를 제한하기 위한 저항 및 그 저항과 병렬로 연결된 릴레이를 포함해 상기 초기 돌입 전류로 인한 회로 파손을 방지하는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 보호 방법은, 상기 상용 전원이 투입되면 상기 저항을 통해 전류가 흐르도록 하는 단계; 소정 시간 경과 후 상기 저항을 통한 전류를 차단하고, 대신 전류가 상기 릴레이를 통해 흐르도록 하는 단계; 상기 릴레이의 이상 여부를 검출하는 단계; 및 상기 릴레이에 이상이 발생했으면 상기 상용 전원 투입을 차단하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

상기 릴레이에 이상이 검출되면 그를 외부로 표시하는 단계를 더 포함함이 바람직하다.

상기 릴레이의 이상 여부는 상기 저항 양단의 전압을 측정함으로써 판단하는 단계임이 바람직하다.

상기 릴레이의 이상 여부는 상기 저항 양단의 전압이 소정 값 이상일 때 이상이 있다고 판단하는 것임이 바람직하다.

상기 소정 값은 저항값과 전류값을 곱한 값에 실질적으로 상응하는 것임이 바람직하다.

상기 과제를 해결하기 위한, 상용 전원을 입력 받아 소정 부하 전원을 생성하는 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)는, 상기 상용 전원을 정류하여 SMPS 제어를 위한 스탠바이(stand-by) 전원을 출력하는 제1정류부; 사용자나 소정 외부 입력에 의해 상기 상용 전원을 차단할 수 있는 차단부; 상용 전원이 투입될 때 초기 돌입 전류를 제한하기 위한 저항; 상기 저항과 병렬로 연결되어 소정 시간 경과 후 저항을 통해 흐르는 전류의 흐름 경로를 바꾸는 릴레이; 상기 릴레이 동작의 이상 여부를 판별하는 에러 검출부; 상기 에러 검출부에서 이상이 발생하면 이상 발생을 표시하는 에러 표시부; 및 상기 저항 또는 릴레이를 통과한 전류를 정류하여 상기 부하 전원이 생성을 위해 공급하는 주전원을 생성하는 제2정류부를 포함함을 특징으로 한다.

상기 스위칭 모드 전원 공급 장치는, 상기 에러 검출부에서 릴레이 동작 이상이 검출되면 상기 상용 전원을 차단하는 제어부를 더 포함함이 바람직하다.

상기 릴레이 동작 이상 표시부에 릴레이 동작 이상이 표시되면 사용자에 의해 상기 상용 전원 차단부가 동작되어 상용 전원이 차단됨이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 개략적 블록도이다.

도 2는 엄밀히, 초기 돌입 전류에 의한 부품 파손을 막기 위한 SMPS의 전원부 구성을 보이는 것이다. 이 전원부의 구성은 상용 교류 전원 입력부(200), 초기 돌입 전류 제한 저항(210), 보호 릴레이(220), 에러 검출부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.

상용 교류 전원 입력부(200)를 통해 일반적으로 공급되는 AC 전원이 입력되면, 초기 돌입 전류(inrush current)를 억제하기 위해 초기 돌입 전류 제한 저항(210)이 사용된다.

일정한 시간이 경과한 후 전원으로부터 안정된 전류가 회로로 공급될 때, 초기 돌입 전류 제한 저항(210)을 통한 지속적인 전류 흐름은 전력 낭비 및 발열이 생기게 하므로, 이를 방지하기 위해 보호 릴레이(220)가 저항에 병렬로 연결되어 사용된다. 보호 릴레이(220)의 제어는 마이콤(미도시) 등의 제어 장치에 의해 이뤄진다.

보호 릴레이(220)를 제어하는 신호에 이상이 생기거나, 릴레이 부품 자체가 삽입되지 않은 경우, 릴레이의 수명이 다하거나 기능 불량인 경우, 일정 시간 경과 후 릴레이(220)를 통해 흘러야 할 전류가 저항(210)으로 계속 흐르게 될 수 있다. 이를 방지하기 위해 보호 릴레이(220)의 이상을 검출하는 에러 검출부(230)가 사용된다.

에러 검출부(230)에서 보호 릴레이(220)에 대한 이상 신호가 검출되었으면, 상용 교류 전원의 투입을 차단시키는 동작을 수행하는 것이 제어부(240)이다.

이들 외에, 스위칭 모드 전원 공급 장치의 전원부에는, 에러 검출부(230)로부터 에러가 검출되면 그를 표시하는 에러 표시부(250)가 더 포함될 수 있다. 에러 표시부(250)에 릴레이 에러를 알리는 표시가 이뤄지면, 제어부(240)의 제어 동작이 없이 사용자가 수동으로 상용 전원을 차단시킬 수 있을 것이다.

에러 검출부(230)는 소정 시간이 경과한 후 초기 돌입 전류 제한 저항(210) 양단의 전압차를 측정해 릴레이 오동작 여부를 검출할 수 있다. 즉, 전류가 저항(210)을 통해 흐르고 있으면 저항(210) 양단에 얼마간의 전압차가 존재할 것이고, 전류가 릴레이(220)를 통해 흐르고 있으면 저항(210) 양단의 전압차는 미미하거나 거의 없을 것이다. 이를 통해 에러 검출부(230)는 소정 시간이 경과한 이후에도 전류가 저항(210)을 통해 흐를 때 릴레이(220)에 이상이 있다고 판단할 수 있다.

도 3은 본 발명의 스위칭 모드 전원 공급 장치의 전원부를 보다 상세히 도시한 것으로서, 그 구성은 상용 전원 입력부(300), 제1정류부(310), 전원 차단부(320), 초기 돌입 전류 제한 저항(330), 보호 릴레이(340), 에러 검출부(350), 에러 표시부(360) 및 제2정류부(370)을 포함한다.

상용 전원 입력부(300)는 일반적인 상용 교류 전원을 입력 받는 전원 플러그에 해당한다.

제1정류부(310)는 상용 전원 입력부(300)를 통해 입력된 교류를 정류하여 SMPS 동작을 실질적으로 제어하는 스탠바이(stand-by) 전원을 생성하여 출력한다.

전원 차단부(320)는 사용자의 수동 조작에 의해, 또는 마이컴(미도시) 등에 의해 상용 교류 전원의 투입을 차단하는 것으로, 릴레이 회로로서 구성될 수 있다.

초기 돌입 전류 제한 저항(330)은 전원 투입시 최초에 흐를 수 있는 초기 돌입 전류를 제한하기 위한 것이다.

보호 릴레이(340)는 전원 투입 후 일정 시간이 경과하여 안정된 전류가 흐를 때, 초기 돌입 전류 제한 저항(330)을 통해 흐르는 전류의 흐름을 전환해 보호 릴레이(340)를 통해 흐르도록 하는 것이다.

에러 검출부(350)는 보호 릴레이(340)의 이상 여부를 검출하고, 초기 돌입 전류 제한 저항(330)에 계속해서 전류가 흐르는지를 검출하는 것이다. 에러 검출부(350)는 초기 돌입 전류 제한 저항(330) 양단의 전압차를 측정함으로써 보호 릴레이(340)의 이상 여부를 검출할 수 있다. 즉, 보호 릴레이(340)가 동작해야 할 시점에 저항(330) 양단에서 소정 전압차가 있게 되면, 보호 릴레이(340)에 이상이 생겨 전류가 저항(330)으로 계속 흐르고 있다고 판단하는 식이다.

에러 표시부(360)는 에러 검출부(350)에서 보호 릴레이(340)의 이상이 검출될 때 이를 표시하는 것으로, 회로 내부적으로 마이컴(미도시) 등에 알리거나 사용자가 볼 수 있도록 알람(alarm)이나 광 발열 소자 등의 표시로서 구현될 수 있다.

제2정류부(370)는 저항(330)이나 보호 릴레이(340)를 통과하는 안정된 전류를 정류하여 SMPS 부하 전원 생성을 위해 주어지는 주전원을 출력한다.

여기에는 도시되지 않았으나, 스위칭 모드 전원 공급 장치의 전원부는, 에러 검출부(350)에서 릴레이 동작 이상이 검출되거나 에러 표시부(360)를 통해 릴레이 동작 이상을 알리는 소정 신호가 입력되면 제1차단부(320)를 통해 상용 전원을 차단하도록 하는 제어부나 마이콤 등을 더 포함한다.

도 4는 본 발명의 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 보호 방법의 흐름도를 도시한 것이다.

상용 전원 투입시 초기 돌입 전류를 제한하기 위한 저항 및 그 저항과 병렬로 연결된 릴레이를 포함하는 도 2의 구성을 참조해 도 4를 설명하면, 먼저 전원이 투입되면 상기 저항을 통해 전류가 흐르도록 한다(400단계). 소정 시간 경과 후 상기 저항을 통한 전류를 차단하고, 대신 전류가 상기 릴레이를 통해 흐르도록 한다(410단계). 릴레이의 이상 여부를 검출한다(420단계). 릴레이에 이상이 발생했으면 상용 전원 투입을 차단하거나(430단계), 릴레이에 이상이 발생했음을 알리는 신호를 외부로 표시할 수 있다.

릴레이의 이상 여부 판단(420단계)은 저항 양단의 전압을 측정함으로써 판단하는 것이다. 즉, 전류가 릴레이를 통하지 않고 저항을 통해 계속 흐르는 경우, 저항 양단에 소정의 전압차가 발생할 것이므로 이 전압차에 따라 릴레이의 이상 여부를 판단한다. 그 전압차는 저항값과 전원으로부터 흐르는 전류값을 곱한 값에 실질적으로 상응하는 것이 된다.

도 1은 종래의 SMPS의 전원부분에 대한 개략적 구성도를 보인다.

도 3은 본 발명의 스위칭 모드 전원 공급 장치의 전원부를 보다 상세히 도시한 것이다.

Claims

상용 전원을 입력 받아 스위칭 제어를 수행해 소정의 부하전원을 출력하는 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)에 있어서,

초기 돌입 전류를 차단하기 위한 저항;

상기 저항과 병렬로 연결되고, 상기 상용 전원 투입 후 일정 시간이 경과되면 상기 저항을 통해 흐르는 전원 전류를 차단하고 전류 흐름을 바꾸는 릴레이;

상기 릴레이와 병렬로 연결되어 상기 릴레이의 오동작을 검출하는 에러 검출부; 및

상기 에러 검출부의 에러 검출에 따라 상용 전원 차단 제어를 수행하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 에러 검출부로부터 에러가 검출되면 그를 표시하는 에러 표시부를 더 포함함을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 에러 검출부는,

상기 저항 양단의 전압차로부터 릴레이 오동작을 검출함을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치.
제3항에 있어서, 상기 에러 검출부는

소정 시간 경과 후 동작됨을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치.
상용 전원을 입력 받아 스위칭 제어를 수행해 소정의 부하전원을 출력함에 있어서, 상기 상용 전원 투입시 초기 돌입 전류를 제한하기 위한 저항 및 그 저항과 병렬로 연결된 릴레이를 포함해 상기 초기 돌입 전류로 인한 회로 파손을 방지하는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 보호 방법에 있어서,

상기 상용 전원이 투입되면 상기 저항을 통해 전류가 흐르도록 하는 단계;

소정 시간 경과 후 상기 저항을 통한 전류를 차단하고, 대신 전류가 상기 릴레이를 통해 흐르도록 하는 단계;

상기 릴레이의 이상 여부를 검출하는 단계; 및

상기 릴레이에 이상이 발생했으면 상기 상용 전원 투입을 차단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 보호 방법.
제5항에 있어서, 상기 릴레이에 이상이 검출되면 그를 외부로 표시하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 보호 방법.
제5항에 있어서, 상기 릴레이의 이상 여부는

상기 저항 양단의 전압을 측정함으로써 판단하는 단계임을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 보호 방법.
제7항에 있어서, 상기 릴레이의 이상 여부는

상기 저항 양단의 전압이 소정 값 이상일 때 이상이 있다고 판단하는 것임을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 보호 방법.
제8항에 있어서, 상기 소정 값은

저항값과 전류값을 곱한 값에 실질적으로 상응하는 것임을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 보호 방법.
상용 전원을 입력 받아 소정 부하 전원을 생성하는 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)에 있어서,

상기 상용 전원을 정류하여 SMPS 제어를 위한 스탠바이(stand-by) 전원을 출력하는 제1정류부;

사용자나 소정 외부 입력에 의해 상기 상용 전원을 차단할 수 있는 차단부;

상용 전원이 투입될 때 초기 돌입 전류를 제한하기 위한 저항;

상기 저항과 병렬로 연결되어 소정 시간 경과 후 저항을 통해 흐르는 전류의 흐름 경로를 바꾸는 릴레이;

상기 릴레이와 병렬 연결되고 상기 릴레이 동작의 이상 여부를 판별하는 에러 검출부;

상기 에러 검출부에서 이상이 발생하면 이상 발생을 표시하는 에러 표시부; 및

상기 저항 또는 릴레이를 통과한 전류를 정류하여 상기 부하 전원이 생성을 위해 공급하는 주전원을 생성하는 제2정류부를 포함함을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치.
제10항에 있어서,

상기 에러 검출부에서 릴레이 동작 이상이 검출되면 상기 상용 전원을 차단하는 제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치.
제10항에 있어서,

상기 릴레이 동작 이상 표시부에 릴레이 동작 이상이 표시되면 사용자에 의해 상기 상용 전원 차단부가 동작되어 상용 전원이 차단됨을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급 장치.