KR100565590B1

KR100565590B1 - 전원 회로

Info

Publication number: KR100565590B1
Application number: KR1020030025451A
Authority: KR
Inventors: 김현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2006-03-29
Also published as: KR20040093225A

Abstract

입력전원의 변동에 상관없이 안정적인 출력이 가능하도록 한 전원 회로에 관한 것으로, 상용 AC 전원을 입력받아 정류하는 정류부와, 정류부를 통해 정류된 전원을 사용자 동작명령에 대기해야 하는 구성에 공급하기 위한 대기 전원부와, 동작전원 스위칭에 따라 스텝 업 구동방식과 스텝 다운 구동방식 중 하나로 동작하여 정류부를 통해 정류된 전원전압 변동에 상관없이 일정 레벨의 전원을 출력하는 안정화부와, 안정화부의 출력전압을 기준전압과 비교하고 그 비교결과에 따라 현재 입력전원에 적합한 안정화부 구동방식을 검출하여 해당 검출신호를 출력하는 비교 검출부와, 비교 검출부의 검출신호에 따라 안정화부에 공급되는 동작전원을 스위칭하기 위한 스위칭부를 포함하여 구성되어 입력전원의 변동에 상관없이 항상 안정적인 전원전압 출력이 가능하므로 연결 구성의 손상 및 특성 저하를 방지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

PFC/스텝 업/스텝 다운

Description

전원 회로{Power Circuit}

도 1은 종래의 기술에 따른 전원 회로의 구성을 나타낸 블록도

도 2는 본 발명에 따른 전원 회로의 구성을 나타낸 블록도

도 3은 도 2의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트

본 발명은 비정상적인 AC 전원입력에 상관없이 안정적인 전원을 공급하기 위한 전원 회로에 관한 것이다.

모든 전자기기는 내부 구성에서 필요한 다양한 레벨의 전원을 생성하기 위한 전원 회로가 필수구성이라 할 수 있다.

특히, AC 전원을 이용하는 기기의 경우, 위상차가 존재하고 그에 따라 무효전력과 유효전력이 존재하는 AC 전원의 특성을 고려하여, 무효전력을 유효전력으로 변환하기 위한 장치 즉, 정류부를 거친 DC 전원의 리플을 제거하여 역률을 보정하는 장치인 PFC(Power Factor Correction)가 필수적으로 포함되고 있다.

종래의 기술에 따른 PFC가 포함된 전원 회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 약 220V의 상용 AC 전원을 입력받아 정류하는 정류부(11), 상기 정류부(11)를 통해 정 류된 전원을 해당 기기의 마이컴 등 사용자 동작명령에 대기해야 하는 구성 등에 공급하기 위한 대기 전원부(12), 상기 정류부(11)를 통해 정류된 DC전원의 리플을 제거하여 기설정된 레벨의 전원을 안정적으로 공급하기 위한 PFC부(14), 그리고 상기 정류부(11)에서 PFC부(14)로 전원이 공급 또는 차단되도록 하기 위한 릴레이(13)를 포함하여 구성된다.

이때 PFC부(14)는 버스트 방식의 PFC 회로(15)와 상기 대기 전원부(12)를 통해 동작전원을 공급받고 상기 PFC 회로(15)의 동작을 제어하기 위한 PFC 제어부(16)로 이루어진다.

여기서 버스트(Boost) 방식은 스텝 업(Step-Up) 기술이 적용되므로 출력전압에 비해 입력전압이 낮은 경우 안정적으로 기설정된 출력전압을 생성하는 특성을 갖는다.

이와 같이 구성된 종래기술의 동작을 설명하면 다음과 같다.

전원이 '온'되면 정류부(11)가 220V의 AC전원을 DC전원으로 정류하여 대기 전원부(12)로 공급하고 이와 동시에 릴레이(13)를 통해 PFC부(14)로 공급한다.

따라서 대기 전원부(12)는 마이컴 등 사용자 명령에 대기하기 위한 구성들에게 동작전원을 공급한다.

그리고 이와 동시에 버스트 방식의 PFC 회로(15)는 PFC 제어부(16)의 제어에 따라 정류부(11)를 통해 공급되는 DC전원의 역률을 보정하여, 즉, 상기 정류부(11)를 통해 공급되는 DC 전원의 리플(Ripple)을 제거하여 380V의 안정적인 DC전원을 다음 단 즉, SMPS(Switching Mode Power Supply) 등의 전원 공급수단으로 출력한 다.

그러나 상술한 버스트 방식의 특성에 따라, 입력되는 AC 전원이 일시적으로 변동하여 비정상적인 고전압 즉, PFC부(14)를 거친 출력전압 수준으로 높아질 경우 PFC 제어부(16)가 PFC 회로(15)의 동작을 차단하게 된다. 따라서 PFC 동작이 없는 상태로 정류부(11)를 통해 정류된 DC 전원이 다음 단 즉, SMPS 등으로 바이패스되므로 해당 구성에 불안정한 전원이 공급되어 부품의 손상을 초래하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 입력전원의 변동에 상관없이 안정적인 출력이 가능하도록 한 전원 회로를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상용 AC 전원을 입력받아 정류하는 정류부와, 정류부를 통해 정류된 전원을 사용자 동작명령에 대기해야 하는 구성에 공급하기 위한 대기 전원부와, 동작전원 스위칭에 따라 스텝 업 구동방식과 스텝 다운 구동방식 중 하나로 동작하여 정류부를 통해 정류된 전원전압 변동에 상관없이 일정 레벨의 전원을 출력하는 안정화부와, 안정화부의 출력전압을 기준전압과 비교하고 그 비교결과에 따라 현재 입력전원에 적합한 안정화부 구동방식을 검출하여 해당 검출신호를 출력하는 비교 검출부와, 비교 검출부의 검출신호에 따라 안정화부에 공급되는 동작전원을 스위칭하기 위한 스위칭부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전원 회로의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 전원 회로의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

본 발명에 따른 전원 회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 약 220V의 상용 AC 전원을 입력받아 정류하는 정류부(21), 상기 정류부(21)를 통해 정류된 전원을 사용자 동작명령에 대기해야 하는 구성에 공급하기 위한 대기 전원부(22), 동작전원 스위칭에 따라 버스트(Boost) 구동방식과 벅(Buck) 구동방식중 하나로 동작하여 상기 정류부(21)를 통해 정류된 전원의 전압레벨에 상관없이 일정 레벨의 전원을 출력하는 안정화부(24), 상기 정류부(21)에서 상기 안정화부(24)로 전원이 공급 또는 차단되도록 하기 위한 릴레이(23), 상기 안정화부(24)의 출력전압을 기준전압과 비교하고 그 비교결과에 따라 현재 입력전원에 적합한 안정화부(24) 구동방식을 검출하여 해당 검출신호를 출력하는 비교 검출부(30), 그리고 상기 비교 검출부(30)의 검출신호에 따라 안정화부(24)에 공급되는 동작전원을 스위칭하기 위한 스위칭부(29)를 포함하여 구성된다.

이때 안정화부(24)는 버스트 방식에 따른 제1 PFC 회로(25), 상기 제1 PFC 회로(25)의 동작을 제어하기 위한 제1 PFC 제어부(26), 벅 방식에 따른 제2 PFC 회로(27), 상기 제2 PFC 회로(27)의 동작을 제어하기 위한 제2 PFC 제어부(28)를 포함하여 구성된다. 여기서 벅 방식은 스텝 다운(Step-Down) 기술이 적용되므로 상술 한 버스트 방식과는 다르게 입력전압이 출력전압 이상일 경우 기설정된 출력전압을 안정적으로 생성하는 특성을 갖는다.

그리고 비교 검출부(30)는 일단이 상기 안정화부(24)의 출력단과 연결된 저항(R1), 상기 저항(R1)의 타단과 일단이 연결되고 타단이 접지된 저항(R2), 상기 두 저항(R1,R2)에 의해 일정 분압비율로 분압된 안정화부(24)의 출력전압을 비 반전 단자(+)에 인가받고 정상적인 입력전압에 따른 안정화부(24) 출력을 기준으로 상기 분압비율에 대응되도록 설정된 기준전압을 반전단자(-)에 입력받아 이를 비교하여 그 비교결과를 제1 출력단(OUT1) 그리고 상기 제1 출력단(OUT1)의 출력값과는 반전된 출력값을 나타내는 제2 출력단(OUT2)을 통해 출력하는 비교기(31)를 포함하여 구성된다.

또한 스위칭부(29)는 게이트가 상기 비교기(31)의 제2 출력단(OUT2)에 연결되고, 소오스가 상기 대기 전원부(22)의 출력단에 연결되며, 드레인이 상기 안정화부(24)의 제1 PFC 제어부(26)의 전원단(Vcc)에 연결되고 이와 병렬로 저항(R3)을 통해 접지되는 제1 트랜지스터(Q1)와, 게이트가 상기 비교기(31)의 제1 출력단(OUT1)에 연결되고, 소오스가 상기 대기 전원부(22)의 출력단에 연결되며, 드레인이 상기 안정화부(24)의 제2 PFC 제어부(28)의 전원단(Vcc)에 연결되고 이와 병렬로 저항(R4)을 통해 접지되는 제2 트랜지스터(Q2)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 다른 전원 회로의 동작을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원이 '온'되면 정류부(21)가 220V의 AC전원을 DC전원으로 정류하여 대기 전원부(22)로 공급하고 이와 동시에 릴레이(23)를 통해 안정화부(24)로 공급한다.

이어서 비교 검출부(30)는 안정화부(24)의 출력을 검출하고(S31), 상기 검출값이 기준전압(Vref) 이상인지 판단한다(S32).

즉, 안정화부(24)의 출력전압은 상기 비교 검출부(30)의 분압저항(R1, R2)을 통해 비교기(31)에 입력되고 비교기(31)는 이를 기준전압(Vref)와 비교하여 상기 출력전압이 기준전압 이상이면 제2 출력단(OUT2)을 통해 '로우'를 출력하고 제1 출력단(OUT1)을 통해 '하이'를 출력한다. 한편, 상기 출력전압이 기준전압 미만이면 제2 출력단(OUT2)을 통해 '하이'를 출력하고 제1 출력단(OUT1)을 통해 '로우'를 출력한다.

이어서 상기 판단결과(S32), 검출값 즉, 안정화부(24) 출력전압이 기준전압 이상이면 제1 트랜지스터(Q1)가 '오프'되고 제2 트랜지스터(Q2)가 '온'된다(S33).

따라서 제1 PFC 제어부(26)는 동작전원이 차단되고 제2 PFC 제어부(28)에만 동작전원이 공급되므로 안정화부(24)는 벅 방식 즉, 스텝 다운 방식으로 구동된다(S34).

한편, 상기 판단결과(S32), 검출값 즉, 안정화부(24) 출력전압이 기준전압 미만이면 제1 트랜지스터(Q1)가 '온'되고 제2 트랜지스터(Q2)가 '오프'된다(S35).

따라서 제1 PFC 제어부(26)에 동작전원이 공급되고 제2 PFC 제어부(28)에는 동작전원이 차단되므로 안정화부(24)는 버스트 방식 즉, 스텝 업 방식으로 구동된다(S36).

결국, 본 발명은 입력전압이 일정수준이면 버스트 방식으로 동작하다가 입력전압이 일정수준을 초과하면 벅 방식으로 스위칭되고 다시 입력전압이 일정수준으로 떨어지면 다시 버스트 방식으로 동작하는 과정을 자동으로 반복하여 PFC 동작이 이루어진다.

본 발명에 따른 전원 회로는 입력전원의 변동에 상관없이 항상 안정적인 전원전압 출력이 가능하므로 연결 구성의 손상 및 특성 저하를 방지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

상용 AC 전원을 입력받아 정류하는 정류부;

상기 정류부를 통해 정류된 전원을 사용자 동작명령에 대기해야 하는 구성에 공급하기 위한 대기 전원부;

스텝 업 방식에 따라 입력전원의 역률을 보상하는 제1 PFC 회로와, 상기 제1 PFC 회로의 동작을 제어하기 위한 제1 PFC 제어부와, 스텝 다운 방식에 따라 입력전원의 역률을 보상하는 제2 PFC 회로, 그리고 상기 제2 PFC 회로의 동작을 제어하기 위한 제2 PFC 제어부를 포함하여 구성되어 동작전원 스위칭에 따라 상기 스텝 업 구동방식과 스텝 다운 구동방식 중 하나로 동작하여 상기 정류부를 통해 정류된 전원전압 변동에 상관없이 일정 레벨의 전원을 출력하는 안정화부;

상기 안정화부의 출력전압을 기준전압과 비교하고 그 비교결과에 따라 현재 입력전원에 적합한 상기 안정화부 구동방식을 검출하여 해당 검출신호를 출력하는 비교 검출부; 그리고

상기 비교 검출부의 검출신호에 따라 상기 안정화부에 공급되는 동작전원을 스위칭하기 위한 스위칭부를 포함하는 전원 회로.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 비교 검출부는

일단이 상기 안정화부의 출력단과 연결된 제1 저항,

상기 제1 저항의 타단과 일단이 연결되고 타단이 접지된 제2 저항, 그리고

상기 제1 및 제2 저항에 의해 일정 분압비율로 분압된 안정화부의 출력전압을 비 반전 단자(+)에 인가받고 기준전압을 반전단자(-)에 입력받아 이를 비교하여 그 비교결과를 제1 출력단 그리고 상기 제1 출력단의 출력값과는 반전된 출력값을 나타내는 제2 출력단을 통해 출력하는 비교기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전원 회로.
제1 항 및 제3 항중 적어도 한 항에 있어서,

상기 스위칭부는

게이트가 상기 비교기의 제2 출력단에 연결되고, 소오스가 상기 대기 전원부의 출력단에 연결되며, 드레인이 상기 안정화부의 제1 PFC 제어부의 전원단에 연결된 제1 트랜지스터, 그리고

게이트가 상기 비교기의 제1 출력단에 연결되고, 소오스가 상기 대기 전원부의 출력단에 연결되며, 드레인이 상기 안정화부의 제2 PFC 제어부의 전원단에 연결된 제2 트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전원 회로.