KR100544189B1 - 고효율 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 AC 입력 전원의 전압 변동이나 출력단의 부하 전류 변동 등에 관계없이 선형 레귤레이터에서 발생되는 드롭아웃(dropout) 전압을 최소화하여 전력 효율을 향상시키기 위한 고효율 전원 공급 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 고효율 전원 공급 장치는 전원 공급 장치에 있어서, 입력 AC 전원을 1차측 코일에 인가하고, 상기 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라서 상기 2차측 코일에 유기되는 전압을 변압시키기 위한 변압기, 상기 변압기의 2차측 코일에서 출력되는 AC 전압을 정류시키기 위한 정류기, 상기 정류기에서 출력되는 신호를 스위칭 제어신호에 따라서 출력시키거나 차단시키기 위한 스위칭 수단, 상기 스위칭 수단에서 출력되는 신호를 소정의 DC 전압으로 변환시키기 위한 선형 레귤레이터 및 상기 선형 레귤레이터의 입력단자 전압과 출력단자 전압의 차 신호의 크기에 따라서 스위칭 온/오프 구간의 길이가 가변되는 스위칭 제어신호를 생성시키기 위한 포스트 레귤레이터를 포함함을 특징으로 한다.

Description

고효율 전원 공급 장치{High efficiency power supply}
도 1은 종래의 기술에 의한 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 고효율 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 3(a)∼(f)는 도 2의 주요 신호들의 파형도를 도시한 것이다.
본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 AC 입력 전원의 전압 변동이나 출력단의 부하 전류 변동 등에 관계없이 선형 레귤레이터에서 발생되는 드롭아웃(dropout) 전압을 최소화하여 전력 효율을 향상시키기 위한 고효율 전원 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전자기기의 전원 공급 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 변압기(110), 정류기(120), 리플 필터(C1) 및 선형 레귤레이터(130)로 구성된다.
AC 입력 전원은 변압기(110)에서 1차측 코일과 2차측 코일의 권선 비에 따라서 변압된 후에, 다이오드 D1∼D4로 구성된 브리지 정류 회로의 정류기(120)에서 전파 정류되고 리플 필터(C1)에 의하여 리플을 줄이고 나서 선형 레귤레이터(130)에 인가된다.
선형 레귤레이터(130)는 전자기기에서 사용되는 DC 전원을 생성시키기 위한 DC-DC 변환 회로로 구성된다. 선형 레귤레이터(130)의 입력 전압(Vi)과 출력 전압(Vo)의 차를 드롭아웃(dropout) 전압이라 칭하며, 전력 손실은 드롭아웃 전압에 비례하여 커지게 된다.
그런데, 이 드롭아웃 전압은 AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 부하 전류가 변동되는 경우에 이에 연동하여 가변된다. 따라서, AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 부하 전류가 변동되면 드롭아웃 전압이 가변되고, 이로 인하여 전력 손실이 발생되어 전력 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 AC 입력 전원의 전압 변동이나 출력단의 부하 전류 변동에 관계없이 선형 레귤레이터에서 발생되는 드롭아웃(dropout) 전압을 최소화하여 전력 효율을 향상시키기 위한 고효율 전원 공급 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 고효율 전원 공급 장치는 전원 공급 장치에 있어서, 입력 AC 전원을 1차측 코일에 인가하고, 상기 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라서 상기 2차측 코일에 유기되는 전압을 변압시키기 위한 변압기, 상기 변압기의 2차측 코일에서 출력되는 AC 전압을 정류시키기 위한 정류기, 상기 정류기에서 출력되는 신호를 스위칭 제어신호에 따라서 출력시 키거나 차단시키기 위한 스위칭 수단, 상기 스위칭 수단에서 출력되는 신호를 소정의 DC 전압으로 변환시키기 위한 선형 레귤레이터 및 상기 선형 레귤레이터의 입력단자 전압과 출력단자 전압의 차 신호의 크기에 따라서 스위칭 온/오프 구간의 길이가 가변되는 스위칭 제어신호를 생성시키기 위한 포스트 레귤레이터를 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 고효율 전원 공급 장치는 변압기(210), 정류기(220), 스위칭 수단(230), 리플 필터(C21), 선형 레귤레이터(240) 및 포스트 레귤레이터(250)를 포함한다.
위의 포스트 레귤레이터(250)는 세부적으로 제로 크로싱 감지부(250-1), PWM 기준신호 생성부(250-2), 차 전압 생성부(250-3), 에러신호 생성부(250-4) 및 비교부(250-5)를 포함한다.
AC 입력 전원은 변압기(210)에서 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라서 변압된 후에, 다이오드 D21∼D24로 구성된 브리지 정류 회로의 정류기(220)에서 전파 정류된다.
즉, 변압기(210)의 2차측 코일에서 출력되는 도 3(a)와 같은 파형의 2차측 AC 전원은 정류기(220)에 의하여 도 3(b)에 도시된 바와 같이 전파 정류된다.
정류기(220)에서 출력되는 신호는 포스트 레귤레이터(250)에서 생성되는 펄스 폭 변조된 스위칭 제어신호에 따라서 스위칭 수단(230)에서 스위칭 되어 출력된 다.
스위칭 수단(230)에서 출력되는 전압은 리플 필터(C21)에 의하여 리플을 줄이고 나서 선형 레귤레이터(240)에 인가된다.
선형 레귤레이터(240)는 DC-DC 변환 회로로 구성되어, 전자기기에서 회로 공급 전원으로 사용되는 DC 전원을 생성시킨다.
그러면, 포스트 레귤레이터(250)의 동작에 대하여 세부적으로 살펴보기로 한다.
우선, 제로 크로싱 감지부(250-1)는 변압기(210)의 2차 코일에서 출력되는 AC 전압이 0V가 되는 포인트를 감지하여, 0V가 되는 포인트에서 도 3(c)와 같은 펄스를 생성시킨다.
PWM 기준신호 생성부(250-2)는 제로 크로싱 감지부(250-1)에서 생성된 펄스에 동기시켜 도 3(d)에 도시된 바와 같은 톱니파 신호(VD)를 생성시킨다.
다음으로, 차 전압 생성부(250-3)는 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압(VG)과 출력 전압(VH)의 차 전압을 연산하여 출력한다.
그리고 나서, 에러신호 생성부(250-4)에서 차 전압 생성부(250-3)의 출력 전압과 기준 전압(Vref)의 차에 상응하는 반전된 에러신호(VE)를 생성시킨다. 여기에서, 기준 전압(Vref)은 선형 레귤레이터(240)를 정상적으로 동작시킬 수 있는 최소한의 드롭아웃(dropout) 전압으로 결정하는 것이 효율적이다.
그러면, 비교부(250-5)에서는 에러신호 생성부(250-4)의 출력신호인 에러신 호(VE)와 PWM 기준신호 생성부(250-2)의 출력신호인 톱니파 신호(VD)를 비교하여 도 3(e)와 같은 펄스 폭 변조된 구형파의 스위칭 제어신호(VF)를 생성시킨다.
즉, 비교부(250-5)는 에러신호(VE)와 톱니파 신호(VD)를 비교하여, 에러신호(VE)가 톱니파 신호(VD)에 비하여 작은 경우에만 "하이(high)" 상태를 유지하고, 그 외의 경우에는 "로우(low)" 상태를 유지시키는 스위칭 제어신호(VF)를 생성시킨다.
따라서, 스위칭 수단(230)에서는 스위칭 제어신호(VF)에 따라서 스위칭 제어신호(VF)가 "하이" 상태를 유지하는 구간에서만 정류기(220)의 출력 전압을 선형 레귤레이터(240)에 인가되도록 도통시키고, "로우" 상태를 유지하는 구간에서는 정류기(220)의 출력 전압이 선형 레귤레이터(240)로 인가되는 것을 차단시킨다.
이에 따라서, 스위칭 제어신호(VF)가 도 3(e)와 같은 경우에 스위칭 수단(230)의 출력 전압(VG)은 도 3(f)와 같은 파형을 갖게 된다.
이와 같은 회로 구성에 의하여 포스트 레귤레이터(250)에서 생성되는 펄스 폭 변조된 스위칭 제어신호(VF)에 의하여 AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 또는 출력 부하의 변동에 따라 출력 전류가 변동되어도 다음과 같은 원리에 의하여 일정한 드롭아웃(dropout) 전압을 유지할 수 있게 된다.
첫 번째로, AC 입력 전원의 전압 또는 부하 전류가 변동되어 선형 레귤레이 터(240)의 입력 전압과 출력 전압의 차 전압인 드롭아웃 전압이 순간적으로 상승하게 되면, 차 전압 생성부(250-3)의 출력 전압이 상승하게 되고, 에러신호 생성부(250-4)는 반전된 특성을 갖도록 설계되어 있으므로 출력 전압(VE)은 이로 인하여 순간적으로 감소하게 된다. 에러신호 생성부(250-4)의 출력 전압(VE)이 감소하게 되면 비교부(250-5)에서 출력되는 스위칭 제어신호의 "하이" 구간의 펄스 폭이 감소됨에 따라 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압(VG)을 감소시켜 드롭아웃(dropout) 전압이 일정하게 유지되도록 한다.
두 번째로, AC 입력 전원의 전압 또는 부하 전류가 변동되어 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압과 출력 전압의 차 전압인 드롭아웃 전압이 순간적으로 감소하게 되면, 차 전압 생성부(250-3)의 출력 전압이 감소하게 되고, 이로 인하여 에러신호 생성부(250-4)의 출력 전압(VE)은 순간적으로 증가하게 된다. 에러신호 생성부(250-4)의 출력 전압(VE)이 증가하게 되면 비교부(250-5)에서 출력되는 스위칭 제어신호의 "하이" 구간의 펄스 폭이 증가됨에 따라 선형 레귤레이터(240)의 입력 전압(VG)을 증가시켜 드롭아웃(dropout) 전압이 일정하게 유지되도록 한다.
이로 인하여, AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 또는 출력 부하의 변동 요인 등이 발생되더라도 일정한 드롭아웃 전압을 유지시킬 수 있게 되어 전력 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 AC 입력 전원의 전압이 변동되거나 또는 출력 부하의 변동 요인 등이 발생되더라도 일정한 드롭아웃 전압이 유지되도록 제어함으로써, 전력 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (7)

  1. 전원 공급 장치에 있어서,
    입력 AC 전원을 1차측 코일에 인가하고, 상기 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라서 상기 2차측 코일에 유기되는 전압을 변압시키기 위한 변압기;
    상기 변압기의 2차측 코일에서 출력되는 AC 전압을 정류시키기 위한 정류기;
    상기 정류기에서 출력되는 신호를 스위칭 제어신호에 따라서 출력시키거나 차단시키기 위한 스위칭 수단;
    상기 스위칭 수단에서 출력되는 신호를 소정의 DC 전압으로 변환시키기 위한 선형 레귤레이터; 및
    상기 선형 레귤레이터의 입력단자 전압과 출력단자 전압의 차 신호의 크기를 소정의 기준전압과 비교한 결과에 따라 상기 스위칭 수단의 스위칭 온/오프(ON/OFF) 구간 길이를 가변시키는 스위칭 제어신호를 생성시키기 위한 포스트 레귤레이터를 포함함을 특징으로 하는 고효율 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어신호는 펄스 폭 변조된 신호임을 특징으로 하는 고효율 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어신호는 상기 입력 AC 전원의 전압이 0이 되는 포인트에서 생성되는 펄스에 동기 되는 펄스 폭 변조된 신호임을 특징으로 하는 고효율 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어신호는 상기 선형 레귤레이터의 입력단자 전압에서 출력단자 전압을 뺀 차 신호가 소정의 기준 전압보다 큰 경우에는 상기 스위칭 오프(OFF)시키도록 제어하는 구간의 펄스 폭이 증가되고, 소정의 기준 전압보다 작은 경우에는 스위칭 온(ON)시키도록 제어하는 구간의 펄스 폭이 증가됨을 특징으로 하는 고효율 전원 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 포스트 레귤레이터는
    상기 입력 AC 전원의 전압이 0V가 되는 포인트를 감지하여 제로 크로싱 펄스를 생성시키기 위한 제로 크로싱 감지부;
    상기 제로 크로싱 펄스에 동기되는 소정의 기준 파형 신호를 생성시키기 위한 기준 신호 생성부;
    상기 선형 레귤레이터의 입력단자 전압과 출력단자 전압의 차 전압을 생성시키기 위한 차 전압 생성부;
    상기 차 전압과 소정의 기준 전압의 차 전압에 상응하는 반전된 에러신호를 생성시키기 위한 에러신호 생성부; 및
    상기 반전된 에러신호의 전압과 상기 소정의 기준 파형 신호의 전압을 비교하여 펄스 폭 변조된 스위칭 제어신호를 생성시키기 위한 비교부를 포함함을 특징으로 하는 고효율 전원 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 소정의 기준 파형 신호는 톱니파 신호를 포함함을 특징으로 하는 고효율 전원 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 선형 레귤레이터 입력 단자에 리플을 제거하기 위한 리플 필터를 더 포함함을 특징으로 하는 고효율 전원 공급 장치.
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