KR100520090B1 - 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치 - Google Patents

과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치 Download PDF

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Abstract

개시된 과전압 보호회로는 스위칭모드 전원공급장치를 구성하는 임의의 한 출력수단이나 이와 접속된 회로부품의 불량, 파손 또는 단선이나 단락에 기인하여 출력전압이 과도하게 증가하는 현상을 방지하는 회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치는 펄스폭 변조에 의한 스위칭 작용으로 변압기를 구동시켜 줌으로써 입력되는 교류전압에 대해 복수개의 변환된 직류 출력전압을 얻으며, 소정의 출력전압 변동을 에러전압 검출/궤환부로 검출하고, 이에 따른 펄스폭을 변화시킴으로써 항상 일정한 출력전압을 유지하는 스위칭모드 전원공급장치에 있어서, 소정의 출력단자 전압을 입력으로 받아 체크하여 설정된 전압보다 큰 전압이 검출되는 경우 스위칭 펄스의 듀티가 0이 되도록 제어하는 신호를 발생하여 에러전압 검출/궤환부로 출력하는 과전압 보호회로부를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 장치는 스위칭모드 전원공급장치 뿐만 아니라 여기에 접속되어 전원을 공급받아 동작되는 기기 및 부품들의 2차적인 파손을 막을 수 있는 장점을 갖는다.

Description

과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치
본 발명은 스위칭모드 전원공급장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는 스위칭모드 전원공급장치를 구성하는 임의의 한 출력수단 또는 이와 접속된 회로부품의 불량이나 파손 등의 결과, 출력전압이 과도하게 증가하는 현상을 방지하는 회로를 구비해 줌으로써 스위칭모드 전원공급장치에 접속되어 전원을 공급받아 동작되는 기기 및 부품들의 2차적인 파손을 막을 수 있는 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 영상표시장치 등을 비롯한 전자기기는 효율성이 높으며 소형 경량화되어 있는 스위칭모드 전원공급장치(Switching Mode Power Supply : SMPS)에 의해 흔히 구동되어 진다.
도 1은 이러한 종래의 스위칭모드 전원공급장치의 일예를 나타낸 블록 구성도이다.
도시된 바와 같이 스위칭모드 전원공급장치는 외부에서 공급되는 교류(AC)전원을 정류하여 직류전압으로 출력하는 정류부(110)와, 정류부(110)의 출력전압에 의해 초기 구동되어 스위칭 출력부(130)를 제어하는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation : 이하 'PWM' 이라 약칭한다) 신호를 출력하는 PWM 제어부(120)와, PWM 제어부(120)의 출력신호에 의해 구동되어 스위칭 변압기(140)를 스위칭 시키는 스위칭 출력부(130)와, 스위칭 출력부(130)에 의해 스위칭되어 2차측 코일(142)(143)로 전압 및 전류를 유기시키는 스위칭 변압부(140)와, 스위칭 변압부(140)의 하나 이상의 2차측 코일(142)(143)에 유기되는 각각의 전압을 직류로 정류 및 평활시키는 출력수단들(150)(160)과, 소정 출력수단(150)의 직류 출력전압의 변동을 검출하여 PWM 제어부(120)로 궤환시켜주는 에러전압 검출/궤환부(180)와, 스위칭 변압기(140)의 3차측 코일(144)로 유기되는 전압을 입력으로 받아 PWM 제어부(120)를 계속적으로 구동해주기 위한 구동전원을 공급해주는 구동전원 공급부(170)로 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 스위칭모드 전원공급장치의 전반적인 동작은 다음과 같다.
교류(AC)전원이 정류부(110)를 통과하면서 정류되어 PWM 제어부(120)를 초기 구동시키면, PWM 제어부(120)는 내부 발진주파수에 따른 PWM 신호를 스위칭 출력부(130)에 인가한다.
바이폴라 트랜지스터(BJT)나 전계효과 트랜지스터(FET)로 구성된 스위칭 출력부(130)가 PWM 신호에 의해 스위칭을 시작함에 따라 스위칭 변압기(140)도 스위칭을 시작하여 하나 이상의 2차측 코일(142)(143)로 전압을 유기시켜준다.
스위칭 변압부(140)의 각 2차측 코일(142)(143)에 유기되는 전압은 각각에 해당되는 출력수단(150)(160)에 의해 정류 및 평활되어 최종 직류 출력전압(Vout1)(Vout2)을 형성하게 되는데, 정류와 평활을 위한 수단으로는 각각 다이오드와 콘덴서의 직렬접속회로를 흔히 사용한다.
여기서, 스위칭모드 전원공급장치가 기동될 때에는 정류부(110)의 직류 출력전압이, 그리고 기동 후 정상동작하는 상태에서는 스위칭 변압부(140)의 3차측 코일(144)로 유기되는 전압에 의해 구동되는 구동전원 공급부(170)의 출력전압이 PWM 제어부(120)를 동작시켜 줌으로써 스위칭모드 전원공급장치가 계속 동작하도록 한다.
그리고 PWM 제어부(120)에서 출력되는 PWM 신호의 주파수는 별도의 발진회로의 발진주파수에 의해 정해지지만, 스위칭모드 전원공급장치가 적용되는 기기에 따라서는 스위칭모드 공급장치의 기동 후 외부에서 PWM 제어부(120)의 발진주파수를 기기의 동작주파수에 맞춰주기 위한 동기신호를 입력해주는 경우도 있다.
예를들면, 스위칭모드 전원공급장치가 음극선관 디스플레이장치와 같은 영상표시장치 등에 적용되는 경우에는 PWM 제어부(120)의 발진주파수와 영상표시장치가 동작되는 주파수가 다르게 때문에 영상이 표시되는 중에 전원 노이즈(Noise)가 발생할 수 있는데, 이를 방지하려면 영상표시장치의 동기신호와 PWM주파수를 일치시켜 주기 위해 영상표시장치의 동기신호가 PWM 제어부(120)의 한 입력신호로 공급되기도 한다.
상술한 바와 같이 스위칭모드 전원공급장치가 정상적으로 동작하는 도중에 스위칭 변압기(140)의 2차측 출력전압이 정상인 경우의 값보다 커지는 경우에는 에러전압 검출/궤환부(180)는 소정의 직류 출력전압값에 대한 증가분에 따른 오차신호를 공급한다.
이에따라 PWM 제어부(120)는 PWM 신호의 듀티사이클을 감소시켜 출력하고, 이어 스위칭 출력부(130)에 의한 스위칭 변압기(140)의 스위칭시간이 제어됨으로써, 스위칭 변압기(140)의 2차측으로 유기되는 전압이 감소하게 된다.
한편, 스위칭 변압기(140)의 2차측 출력전압이 정상인 경우의 값보다 작아지는 경우에는 상술한 과정에서와는 반대로 각 구성부분들이 동작함으로써 스위칭 변압기(140)의 2차측으로 유기되는 전압이 커지게 됨으로써 직류 출력전압은 항상 일정한 값을 유지할 수 있다.
그러나, 이와같은 구성 및 작용을 하는 스위칭모드 전원공급장치는 스위칭 변압부의 2차측 코일에 접속된 소정의 출력수단을 구성하는 부품이 파손되거나 이 출력수단에 접속된 부하들이 단선 또는 단락되는 경우, 2차측 전압은 급속히 떨어지게 된다.
결론적으로 PWM 제어부가 해당 직류 출력전압이 규정치보다 낮은 것으로 판단하여 스위칭 변압부의 스위칭 동작이 펄스폭변조 신호의 듀티비의 증가와 함께 계속 되면서 2차측 각단의 전압이 동반 상승하게 되어 스위칭모드 전원공급장치 뿐만 아니라 최종 출력단자에 연결된 각 부하들 즉, 기기를 구성하는 회로부품들이 손상 또는 파괴될 수 있다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 스위칭모드 전원공급장치의 2차측 코일로 유기되는 전압이 소정의 출력수단을 구성하는 회로부품의 불량이나 조립상태의 불량 또는 회로접속의 단선이나 단락에 의하여 과도하게 상승하게 되는 경우로부터 최종 출력수단자에 연결된 부품 및 회로의 2차적인 파손을 방지할 수 있는 과전압 보호회로를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치의 특징은 펄스폭변조에 의한 스위칭 작용으로 변압기를 구동시켜 줌으로써 입력되는 교류전압에 대해 복수개의 변환된 직류 출력전압을 얻으며, 소정의 출력전압 변동을 에러전압 검출/궤환부로 검출하고, 이에 따른 펄스폭을 변화시킴으로써 항상 일정한 출력전압을 유지하는 스위칭모드 전원공급장치에 있어서, 소정의 출력단자 전압을 입력으로 받아 체크하여 설정된 전압보다 큰 전압이 검출되는 경우 스위칭 펄스의 듀티가 0이 되도록 제어하는 신호를 발생하여 에러전압 검출/궤환부로 출력하는 과전압 보호회로부를 더 구비하여 구성된 것에 있다.
이하, 본 발명에 따른 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치의 바람직한 하나의 실시예를 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명이 적용된 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치는 펄스폭변조에 의한 스위칭 작용으로 변압기를 구동시켜 줌으로써 입력되는 교류전압에 대해 복수개의 변환된 직류 출력전압을 얻으며, 소정의 출력전압 변동을 에러전압 검출/궤환부로 검출하고, 이에 따른 펄스폭을 변화시킴으로써 항상 일정한 출력전압을 유지하는 도 1과 같은 종래의 스위칭모드 전원공급장치에 있어서, 과전압 보호회로부(190)가 더 구비된 구성으로 되어있다.
그리고 이와 같은 과전압 보호회로부(190)는 스위칭모드 전원공급장치의 소정 출력단자 전압(Vout1)을 입력으로 받아 체크하여 설정된 전압보다 큰 전압이 검출되는 경우 스위칭 펄스의 듀티가 0이 되도록 제어하는 신호를 발생하여 에러전압 검출/궤환부(180)로 출력하는 작용을 한다.
도 3은 본 발명이 적용된 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치를 나타낸 블록 구성도를 나타낸 도 2의 일실시예를 나타낸 회로도이다.
여기서, 상술한 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 그 설명을 생략하고 본 발명 특유의 구성요소인 과전압 보호회로부(190)의 동작에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 과전압 보호회로부(190)는 소정 직류 출력단자의 전압(Vout1)을 전류제한용 저항(R9) 및 제너 다이오드(ZD1)를 통해 입력으로 받아 미리 설정된 전압과 비교한 후, 입력전압이 큰 경우 스위칭 펄스의 듀티가 0이 되도록 제어신호를 전류제한용 저항(R10) 및 역전류방지용 다이오드(D3)를 통해 출력하는 마이크로 컴퓨터(191)로 구성된 회로로 되어있다.
그리고 에러전압 검출/궤환부(180)는 제 1 출력수단(150)의 직류 출력전압(Vout1)을 저항(R1)과 가변저항(VR)으로 분배한 전압을 레퍼런스단자(R)로 입력받고 레퍼런스단자(R) 전압의 크기에 따라 캐소드단자(K)와 애노드단자(A)사이가 도통되어 전류의 흐름이 결정되는 레퍼런스(Reference) IC(IC1)와 광결합소자(OPT1)로 구성되는데, 여기서 레퍼런스 IC(IC1)의 캐소드단자(K)에는 두 개의 저항(R2)(R3)을 통한 전원(+Vbb)가 공급된다.
한편, 광결합소자(OPT1)는 발광다이오드와 포토트랜지스터를 내장하는 소자로서 저항(R3) 양단에 발광다이오드와 저항(R4)이 직렬로 접속되어 있으며, 발광다이오드의 애노드단자는 두 개의 저항(R2)(R3)의 접속점에 연결되어 있고, 한 단자가 발광다이오드의 캐소드단자와 접속된 저항(R4)의 타단자는 레퍼런스 IC(IC1)의 캐소드단자(K)와 연결된다.
그리고 레퍼런스 IC(IC1)의 레퍼런스 단자(R)는 또한 과전압 보호회로부(190)를 구성하는 역전류방지용 다이오드(D3)의 캐소드와 접속된다.
이와같이 접속되는 광결합소자(OPT1)는 전술한 레퍼런스 IC(IC1)가 도통되는 경우와 마이크로 컴퓨터(191)로부터 제어신호가 발생되어 공급되는 경우에 동작되게 된다.
즉, 레퍼런스 IC(IC1)가 도통되거나 마이크로 컴퓨터(191)로부터 제어신호가 발생되어 공급되게 되면 내장된 발광다이오드가 동작하게 되고, 이어 전원전압(+Vcc)을 공급받는 포트트랜지스터가 동작하게 되는 것이다.
광결합소자(OPT1)의 포토트랜지스터와 접속되는 전원(+Vcc)은 두 개의 저항(R5)(R6)으로 분배되고 분배된 저항(R6)의 양단전압이 에러전압으로서 PWM 제어부(120)에 공급되는데, 광결합소자(OPT1)의 포트트랜지스터의 컬렉터와 이미터는 저항(R5)의 양단에 접속된다.
미설명된 두 개의 콘덴서(C3)(C4)는 공급되는 전원 전압(+Vbb)(+Vcc)을 각각 안정시켜주기 위한 역할을 한다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치의 동작은 다음과 같다.
스위칭모드 전원공급장치가 정상적으로 동작하는 중에는 제 1 출력수단(150)의 출력전압(Vout1)이 일정한 값을 유지하게 되므로, 제너 다이오드(ZD1)가 도통하지 않게되므로 마이크로 컴퓨터(191)는 제어동작을 실행하지 않는다.
여기서, 제너 다이오드(ZD1)는 제 1 출력수단(150)의 출력전압(Vout1)이 허용되는 최대전압에서 도통되도록 항복전압을 가져야 한다.
그러나 상술한 정상동작 도중에 제 1 출력수단(150)과 연결된 스위칭 변압기(140)의 2차측 코일(142)이 단선되거나 제 1 출력수단(150)의 다이오드(D1)가 취급상의 부주의 등으로 파손되는 경우 또는 스위칭모드 전원공급장치의 출력수단(150)(160)에 접속된 회로부품들이 단선 또는 단락되는 경우 제 1 출력수단(150)의 출력전압(Vout1)이 급속히 떨어지게 되고, 이는 에러전압 검출/궤환부(180)를 통해 PWM 제어부(120)로 하여금 펄스폭변조 신호의 듀티비를 증가시키게 하고, 결국 스위칭모드 전원공급장치의 2차측 각단(150)(160)의 전압이 급격하게 상승하게 된다.
전원공급장치의 2차측 각단(150)(160)의 전압이 급격하게 상승하게 되는 중에 제 1 출력수단(150)의 출력전압(Vout1)이 제너 다이오드(ZD1)의 항복전압을 넘게되면. 제너 다이오드(ZD1)는 도통하게 된다.
따라서, 마이크로 컴퓨터(191)가 입력되는 전압(Vout1)과 미리 설정된 전압을 비교한 후, 입력전압(Vout1)이 큰 경우 소정의 제어신호를 전류제한용 저항(R10) 및 역전류방지용 다이오드(D3)를 통해 에러전압 검출/궤환부(180)로 출력해준다.
이 제어신호를 받은 에러전압 검출/궤환부(180)는 PWM 제어부(120)로 하여금 듀티가 0인 펄스폭변조 신호를 출력하도록 하여 스위칭모드 전원공급장치의 출력전압이 0으로 떨어지도록 한다.
여기서, 마이크로 컴퓨터(191)의 설정전압은 두 개 이상이 될 수도 있는데, 도 3에서는 설정전압이 두 개인 경우를 도시하고 있으며 입력되는 전압(Vout1)과 비교되어 제어신호를 출력하는 경우에 허용가능한 최대와 최소를 결정해줄 수 있다.
이 경우 각 설정전압은 해당되는 스위치(S/W1)(S/W2)를 조작함으로써 선택되어 질 수 있다. 그리고 스위치(S/W1)(S/W2)를 온/오프할 경우, 전원(+Vcc)으로부터 공급되는 전류를 제한하기 위해서 전원(+Vcc)과 각 스위치(S/W1)(S/W2)사이에 직렬로 전류제한용 저항(R7)(R8)이 접속된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치에 의하면, 스위칭모드 전원공급장치를 구성하는 임의의 한 출력수단 또는 이와 접속된 회로부품의 불량이나 파손 또는 단선이나 단락에 기인하여 출력전압이 과도하게 증가하는 현상을 방지해줌으로써 스위칭모드 전원공급장치 뿐만 아니라 여기에 접속되어 전원을 공급받아 동작되는 기기 및 부품들의 2차적인 파손을 막을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 스위칭모드 전원공급장치의 일예를 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명이 적용된 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치를 나타낸 블록 구성도,
도 3은 도 2의 일실시예를 나타낸 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 정류부 120 : 펄스폭변조(PWM) 제어부
130 : 스위칭 출력부 140 : 스위칭 변압기
150 : 제 1 출력수단 160 : 제 2 출력수단
170 : 구동전원 공급부 180 : 에러전압 검출/궤환부
190 : 과전압 보호회로부
141 : 스위칭 변압기의 1차측 코일
142, 143 : 스위칭 변압기의 2차측 코일
144 : 스위칭 변압기의 3차측 코일

Claims (3)

  1. 펄스폭변조에 의한 스위칭 작용으로 변압기를 구동시킴으로써 입력되는 교류 전압에 대해 복수개의 변환된 직류 출력전압을 얻으며, 상기 출력전압의 변동을 에러전압 검출/궤환부로 검출하고, 이에 따른 펄스폭을 변화시킴으로써 항상 일정한 출력전압을 유지하는 스위칭모드 전원공급장치에 있어서,
    상기 출력전압을 입력받는 제너다이오드와; 설정전압 출력부와; 상기 출력전압과 상기 설정전압을 비교하여, 상기 출력전압이 상기 설정전압보다 더 큰 경우 스위칭 펄스의 듀티가 0이 되도록 하는 제어신호를 상기 에러전압 검출/궤환부로 출력하는 마이크로 컴퓨터를 갖는 과전압 보호회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 전원공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정전압은 적어도 둘 이상이며,
    둘 이상의 상기 설정전압을 선택할 수 있는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 전원공급장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제너 다이오드는 상기 출력전압의 허용 최대 전압에서 도통되는 항복전압을 가지는 것을 특징으로 하는 과전압 보호회로를 갖는 스위칭모드 전원공급장치.
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