KR100568368B1

KR100568368B1 - Ｓｍｐｓ 출력전류 제한장치

Info

Publication number: KR100568368B1
Application number: KR1020040002371A
Authority: KR
Inventors: 최동진; 김정래; 송영팔; 박경수; 최봉수
Original assignee: (주)알트코리아
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2006-04-07
Also published as: KR20050074144A

Abstract

본 발명은 SMPS의 출력전류를 임의로 제한하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 SMPS 출력전류 제한장치는, 교류 입력전원을 정류하는 AC 입력부와, 펄스폭변조된 제어신호를 생성하고 변압기의 1차 권선에 유도 기전력을 발생시키는 PWM IC와, 상기 변압기의 2차 권선에 발생된 교류전압을 정류하는 정류부와, 상기 정류부에 의하여 정류된 직류 전원에서 리플 전압을 감소시켜 부하에 제공하기 위한 고주파필터와, 상기 고주파필터로부터 출력되는 전압 및 전류를 허용범위 이내로 조절하기 위한 귀환부를 갖는 SMPS에서, 상기 고주파필터 내부에 구성되고, 상기 SMPS 출력 전류가 증가함에 따라 역기전력이 발생하는 리액터와; 상기 리액터에 연결되어, 상기 리액터에 유기된 역기전력이 기준값을 초과하는지 여부를 판단하기 위한 SMPS 출력전류감지부; 및 상기 SMPS 출력전류감지부의 판단 결과 상기 리액터에 유기된 역기전력이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 귀환부 내부의 포토커플러에 과전류를 흐르도록 하여 상기 PWM IC의 듀티를 감소시킴으로써, 상기 PWM IC의 스위칭 동작을 정지시키는 SMPS 출력차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

SMPS, 전류 제한, PWM IC

Description

ＳＭＰＳ 출력전류 제한장치{DEVICE FOR CONTROLLING OUTPUT CURRENT OF SMPS}

도 1은 일반적인 PWM 제어 방식을 이용한 SMPS의 회로도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SMPS 출력전류 제한장치의 회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: AC 입력부

20: PWM IC

30: 변압기

40: 정류부

50: 고주파 필터

60: 귀환부

61: 레귤레이터

62: 포토커플러

70: 부하

200: SMPS 출력전류감지부

210: SMPS 출력차단부

본 발명은 스위칭 모드 전원공급장치(Switching Mode Power Supplier: 이하 'SMPS'라 칭함)에 관한 것으로, 특히 SMPS의 출력전류를 임의로 제한하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, SMPS란 교류전원를 입력으로 이용하여 직류전원를 출력하는 장치로서, 일정한 범위 내에서 원하는 전원을 다양하게 변환하여 출력할 수 있는 장치이다. 이러한 SMPS는 전자계산기, 전자교환기 및 OA 기기 등 전자 통신기기의 직류 안정화 전원으로서 현재 널리 이용되고 있다.

도 1은 일반적인 PWM 제어 방식을 이용한 SMPS의 회로도이다.

도 1을 참조하면, SMPS는 AC 입력부(10)와, PWM IC(20)와, 변압기(30)와, 정류부(40)와, 고주파 필터(50) 및 귀환부(60)로 구성되며, 부하(70)에 연결된다.

이러한 SMPS의 AC 입력부(10)에는 AC 전원이 입력된다. 입력된 AC 전원은 브리지 다이오드(11)와, 제1 저항(R1), 및 제1 커패시터(C1)에 의하여 DC 전원으로 정류된다. 또한 상기 AC 입력부(10) 내부에 있는 브리지 다이오드(11)의 출력은 제1 저항(R1)을 통해 PWM IC(20)에 제공되어 상기 PWM IC(20)를 초기 구동시킨다.

상기 PWM IC(20)는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation: 이하 'PWM'이라 칭함)된 제어신호를 생성하며, 상기 변압기(30)의 1차권선 측에 유도 기전력을 발생시킨다.

이와 같이 상기 변압기(30)의 1차권선 측에 유기된 유도 기전력은 상기 변압기(30)의 권선비에 따라 2차권선 측에 일정한 교류전압을 발생시킨다.

상기 변압기(30)의 2차 권선에는 제1 다이오드(D1)와 제2 커패시터(C2)로 이루어진 정류부(40)가 연결되어, 상기 변압기(30)에서 출력된 AC 전원을 다시 DC 전원으로 정류한다.

상기 정류부(40)의 출력단에는 리액터(L)와 제3 커패시터(C3)로 이루어진 고주파필터(50)가 연결된다. 상기 고주파필터(50)는 상기 정류부(40)에 의하여 정류된 DC 전원에서 리플 전압을 감소시킨다.

그리고 상기 고주파필터(50)의 양단에는 귀환부(60)가 연결된다. 상기 귀환부(60)는 상기 고주파필터(50)로부터 출력되는 전압 및 전류가 허용범위 이상으로 상승하는 경우, 이를 허용범위 이내로 조절하기 위하여 상기 PWM IC(20)를 제어한다. 이 때 상기 귀환부(60)는 상기 정류부(40) 및 상기 고주파필터(50)에 인가되는 전류 및 전압 신호를 이용하여 상기 PWM IC(20)의 듀티(duty)를 제어함으로써 출력전압과 출력전류를 제어한다.

이와 같은 PWM 제어 방식을 이용한 SMPS는 상기 PWM IC(20)의 내부에 스위치 소자가 내장되어 있으며, 출력전류제어가 내부에 고정되어 있어서, 임으로 정확한 출력전류를 제어하는데 한계가 있다.

또한 상기 PWM 제어 방식을 이용한 SMPS는 그 출력전류를 임의로 제한할 수 없으므로, 이로 인하여 기기의 수명이 단축되고, 부하에 나쁜 영향을 미치는 문제가 있다. 게다가 SMPS의 출력을 임의로 제한할 수 없으므로 화재의 위험에 노출되어 있고, 사용자의 안전을 보장하지 못하는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 SMPS의 출력전류를 임의로 제한할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 저렴한 비용으로 용이하게 구현이 가능한 SMPS 출력전류 제한장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SMPS 출력전류 제한장치는, 교류 입력전원을 정류하는 AC 입력부와, 펄스폭변조된 제어신호를 생성하고 변압기의 1차 권선에 유도 기전력을 발생시키는 PWM IC와, 상기 변압기의 2차 권선에 발생된 교류전압을 정류하는 정류부와, 상기 정류부에 의하여 정류된 직류 전원에서 리플 전압을 감소시켜 부하에 제공하기 위한 고주파필터와, 상기 고주파필터로부터 출력되는 전압 및 전류를 허용범위 이내로 조절하기 위한 귀환부를 갖는 SMPS에서, 상기 고주파필터 내부에 구성되고, 상기 SMPS 출력 전류가 증가함에 따라 역기전력이 발생하는 리액터와; 상기 리액터에 연결되어, 상기 리액터에 유기된 역기전력이 기준값을 초과하는지 여부를 판단하기 위한 SMPS 출력전류감지부; 및 상기 SMPS 출력 전류감지부의 판단 결과 상기 리액터에 유기된 역기전력이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 귀환부 내부의 포토커플러에 과전류를 흐르도록 하여 상기 PWM IC의 듀티를 감소시킴으로써, 상기 PWM IC의 스위칭 동작을 정지시키는 SMPS 출력차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 다른 SMPS 출력전류 제한장치는, 상기 SMPS 출력전류감지부가, 에미터는 상기 정류부와 상기 리액터의 접점에 연결되고, 베이스는 상기 리액터와 상기 부하의 접점에 연결되며, 컬렉터는 상기 SMPS 출력차단부와 연결되는 PNP 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 또 다른 SMPS 출력전류 제한장치는, 상기 SMPS 출력차단부가, 베이스가 상기 SMPS 출력전류감지부와 연결되고, 에미터는 접지되며, 컬렉터는 상기 귀환부 내부에 구성된 레귤레이터의 캐소드와 포토커플러 사이에 연결되는 NPN 트랜지스터; 및 상기 NPN 트랜지스터의 베이스와 에미터 사이에 연결되고, 상기 리액터에 유기된 역기전력이 상기 기준값을 초과하는 경우에, 상기 SMPS 출력전류감지부를 경유하여 소정의 전압이 인가되는 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SMPS 출력전류 제한장치의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 SMPS 출력전류 제한장치는 SMPS의 출력측에 연결되며, 기준치 이상의 전류가 흐르는 경우에 상기 SMPS의 구동을 차단한다.

상기 SMPS는, 도 1에 있어서 설명한 바와 같이, AC 입력부(10)와, PWM IC(20)와, 변압기(30)와, 정류부(40)와, 고주파 필터(50) 및 귀환부(60)로 구성되며, 부하(70)에 연결된다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 SMPS 출력전류 제한장치는 상기 고주파 필터(50) 내부에 구성되는 리액터(L)와, SMPS 출력전류감지부(200)와, SMPS 출력차단부(210)를 포함한다.

먼저 상기 SMPS 출력전류감지부(200)는 상기 고주파 필터(50)의 리액터(L) 양단에 연결된다. 상기 SMPS 출력전류감지부(200)는 PNP 트랜지스터(이하 'TR1'이라 칭함)로 구성되는 것이 바람직하다. 이때 상기 TR1의 에미터는 상기 정류부(40)와 상기 리액터(L)의 접점에 연결되고, 베이스는 상기 리액터와 제3 커패시터(C3) 및 부하(70)의 접점에 연결되고, 컬렉터는 상기 SMPS 출력차단부(210)와 연결된다.

상기 SMPS 출력차단부(210)는 NPN 트랜지스터(이하 'TR2'라 칭함)를 사용하는 것이 바람직하며, 소정의 저항(R)을 포함할 수 있다. 이때 상기 TR2의 베이스는 상기 SMPS 출력전류감지부(200)와 연결되고, 에미터는 접지되며, 컬렉터는 상기 귀환부(60) 내부에 구성된 레귤레이터(61)의 캐소드(Cathode)와 포토커플러(62) 사이에 연결된다. 또한 상기 TR2의 베이스는 상기 TR1의 컬렉터와 연결되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 TR2의 베이스와 에미터 사이에는 소정의 저항(R)이 연결된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 SMPS 출력전류 제한장치의 기능 및 작용을 도2를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 SMPS의 기능 및 작용은 도1에 관하여 설명한 바와 같다. AC 입력부(10)에는 AC 전원이 입력된다. 입력된 AC 전원은 브리지 다이오드(11)와, 제1 저항(R1), 및 제1 커패시터(C1)에 의하여 DC 전원으로 정류된다. 또한 상기 AC 입력부(10) 내부에 있는 브리지 다이오드(11)의 출력은 제1 저항(R1)을 통해 PWM IC(20)에 제공되어 상기 PWM IC(20)를 초기 구동시킨다. 상기 PWM IC(20)는 펄스폭변조된 제어신호를 생성하며, 상기 변압기(30)의 1차권선 측에 유도 기전력을 발생시킨다. 그리고 정류부(40)가 연결되어, 상기 변압기(30)에서 출력된 AC 전원을 다시 DC 전원으로 정류한다. 상기 정류부(40)의 출력단에는 리액터(L)와 제3 커패시터(C3)로 이루어진 고주파필터(50)가 연결된다. 상기 고주파필터(50)는 상기 정류부(40)에 의하여 정류된 DC 전원에서 리플 전압을 감소시킨다. 그리고 상기 고주파필터(50)의 양단에는 귀환부(60)가 연결된다. 상기 귀환부(60)는 상기 고주파필터(50)로부터 출력되는 전압 및 전류가 허용범위 이상으로 상승하는 경우, 이를 허용범위 이내로 조절하기 위하여 상기 PWM IC(20)를 제어한다.

여기서 상기 귀환부(60)는 프로그래머블 션트 레귤레이터(Programmable Shunt Regulator)(이하 '레귤레이터'라 칭함)(61) 및 포토커플러(62)를 포함한다. 상기 레귤레이터(61)는 기준전압을 내장한 OP앰프이다. 상기 기준전압은 2.5V 이며, 따라서 상기 레귤레이터(61)의 1번 단자 전압은 기준전압이 되도록 정전압으로 동작 한다. 예를 들어 SMPS의 정류부(40)를 거쳐서 출력되는 출력전압이 규정값 이상으로 상승하면, 상기 레귤레이터(61)의 3번 단자의 전압이 저하하고, 포토커플러(62)에 흐르는 전류가 증가한다. 그러면 포토커플러(62)의 2차 측 전류도 증가하여 PWM IC(20)의 듀티(duty)를 감소하여 SMPS의 출력전압을 감소시키게 된다. 따라서 SMPS의 출력은 정전압을 유지하게 된다. 상기 귀환부(60) 내부의 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)은 상기 포토커플러(62)가 신호를 선형으로 전달할 수 있도록, 상기 포토커플러(62)의 전류 전달 특성에 맞게 설정하는 역할을 한다.

그리고 상기 귀환부(60)에서는 포토커플러(62)의 응답지연으로 위상 지연과, 상기 정류부(40)의 출력 리플 전압을 저감하기 위해 고주파필터(50)가 사용된다. 상기 고주파필터(50)로는 LC 필터가 사용되며, 이때 상기 리액터(L)의 인덕턴스에 의하여 위상 지연이 발생한다. 이러한 위상 지연이 되풀이되면 SMPS의 출력이 발진을 일으키는 경우가 있다. 그러면 상기 변압기(30)가 이상 음을 내거나 출력리플이 커지는 등의 이상 동작이 발생한다. 따라서 이와 같은 위상 보정을 하기 위하여 제5 저항(R5)과 제4 커패시터(C4)의 값을 조정하여 위상 보정을 한다. 그리고 제4 저항(R4)과 제6 저항(R6)은 상기 레귤레이터(61)의 설정을 위한 저항에 해당한다.

위에서 설명한 바와 같은 구조를 갖는 SMPS에 있어서, 본 발명의 실시예에서 는 상기 고주파 필터(50)의 리액터(L)에 흐르는 출력 전류를 이용한다. 상기 리액터(L)에 흐르는 전류가 변화함에 따라서, 상기 리액터(L)의 양단에는 역기전력이 발생한다. 그리고 상기 리액터(L)에 흐르는 출력 전류가 증가하게 되면, 상기 역기전력이 상승하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 SMPS 출력전류감지부(200)는 상기 리액터(L)에 유기되는 역기전력이 기준값 이상으로 증가하는 경우에 이를 감지한 후, 그 결과를 상기 SMPS 출력차단부(210)에 제공한다.

즉, 상기 리액터(L)에 유기된 역기전력이 기준값 이상으로 증가하게 되면, SMPS 출력전류감지부(200) 내부의 PNP 트랜지스터(TR1)가 동작하게 된다. 이와 같이 상기 TR1이 동작하게 되며, 상기 SMPS 출력차단부(210) 내부의 소정의 저항(R)에 전압이 발생하게 되고, NPN 트랜지스터(TR2)를 동작시키게 된다. 이와 같이 상기 TR2가 동작하게 되면, 상기 레귤레이터(61)의 캐소드에 걸려있던 기준전압의 전위가 그라운드로 떨어지고, 상기 포토커플러(62)에는 과전류가 흐르게 된다. 이와 같이 상기 포토커플러(62)에 과전류가 흐르게 되면, 상기 PWM IC(20)의 듀티(duty)를 감소시킬 수 있고, 결국 상기 PWM IC(20)의 스위칭 동작을 정지시킬 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 SMPS 출력전류 제한장치를 이용하여, 상기 SMPS의 출력 전류를 제한할 수 있게 된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 기존의 필터링용으로 사용하는 리액터의 역기전력의 전위차를 이용하여 간단하면서도 저렴한 비용으로 SMPS 출력 전류를 정확하게 제한할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, SMPS의 출력전류를 임의로 제한할 수 있으므로 기기의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 화재의 위험으로부터 사용자의 안전을 보장할 수 있는 이점이 있다.

Claims

교류 입력전원을 정류하는 AC 입력부와, 펄스폭변조된 제어신호를 생성하고 변압기의 1차 권선에 유도 기전력을 발생시키는 PWM IC와, 상기 변압기의 2차 권선에 발생된 교류전압을 정류하는 정류부와, 상기 정류부에 의하여 정류된 직류 전원에서 리플 전압을 감소시켜 부하에 제공하기 위한 고주파필터와, 상기 고주파필터로부터 출력되는 전압 및 전류를 허용범위 이내로 조절하기 위한 귀환부를 갖는 SMPS에서, 상기 SMPS의 출력 전류를 제한하기 위한 장치에 있어서,

상기 고주파필터 내부에 구성되고, 상기 SMPS 출력 전류가 증가함에 따라 역기전력이 발생하는 리액터;

상기 리액터에 연결되어, 상기 리액터에 유기된 역기전력이 기준값을 초과하는지 여부를 판단하기 위한 SMPS 출력전류감지부; 및

상기 SMPS 출력전류감지부의 판단 결과 상기 리액터에 유기된 역기전력이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 귀환부 내부의 포토커플러에 과전류를 흐르도록 하여 상기 PWM IC의 듀티를 감소시킴으로써, 상기 PWM IC의 스위칭 동작을 정지시키는 SMPS 출력차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 SMPS 출력전류 제한장치.
제1항에 있어서, 상기 SMPS 출력전류감지부는,

에미터는 상기 정류부와 상기 리액터의 접점에 연결되고, 베이스는 상기 리 액터와 상기 부하의 접점에 연결되며, 컬렉터는 상기 SMPS 출력차단부와 연결되는 PNP 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 SMPS 출력전류 제한장치.
제1항에 있어서, 상기 SMPS 출력차단부는,

베이스가 상기 SMPS 출력전류감지부와 연결되고, 에미터는 접지되며, 컬렉터는 상기 귀환부 내부에 구성된 레귤레이터의 캐소드와 포토커플러 사이에 연결되는 NPN 트랜지스터; 및

상기 NPN 트랜지스터의 베이스와 에미터 사이에 연결되고, 상기 리액터에 유기된 역기전력이 상기 기준값을 초과하는 경우에, 상기 SMPS 출력전류감지부를 경유하여 소정의 전압이 인가되는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 SMPS 출력전류 제한장치.