KR100569717B1

KR100569717B1 - 전원공급제어장치

Info

Publication number: KR100569717B1
Application number: KR1019990007496A
Authority: KR
Inventors: 정상훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2006-04-10
Also published as: KR20000059690A

Abstract

이 발명은 주 전원 스위치와; 전원 전압과 상기 주 전원 스위치에 전기적으로 연결된 트랜지스터와 다수의 저항과 다이오드로 이루어져, 상기 주 전원 스위치의 신호에 따라 입력 전류을 단속하고, 구동 전력을 인가받는 구동 전력 인가부와; 펄스폭 변조부와; 1차 권선과, 보조 권선과, 2차 권선과 상기 2차 권선의 양단에 병렬 연결된 다이오드와 커패시터로 이루어진 변압부와; 상기 주 전원 스위치의 동작 상태를 검출하는 스위치 상태 검출부와; 상기 스위치 상태 검출부의 출력을 입력받아 상기 주 전원 스위치의 상태를 판단하고, 부하의 초기화 상태를 판단하며, 판단한 상태에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부와; 상기 주 전원 스위치 오프시에 출력하는 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 펄스폭 변조부로 구동 전압이 입력되지 않도록 하는 구동 전압 단속부와; 상기 변압부의 출력에 연결되고 상기 펄스폭 변조부의 피드백 입력에 연결되어 상기 변압부의 출력이 일정하도록 하는 신호를 출력하는 피드백부를 포함하여, 시스템의 주 전원 스위치가 오프되면, 부하 장치의 동작이 초기화될 때까지 SMPS의 동작이 유지되도록 하다가, 초기화가 끝나면 SMPS의 동작을 중지시켜 전원 스위치 오프시 발생되던 전력의 손실을 방지하는 효과가 있다.

SMPS, 포토 커플러, 변압기, 셧다운, 프린터, 전원공급단속

Description

전원 공급 제어 장치{A circuit for controlling switching mode power supply}

도1은 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이의 회로도이다.

도2는 이 발명의 실시예에 따른 전원 공급 제어 장치의 회로도이다.

도3은 이 발명의 실시예에 따른 전원 공급 제어 장치의 타이밍도이다.

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로, 특히 주 전원 오프시 주변 장치가 초기화된 후에 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS:Switching Mode Power Supply)를 오프시키는 전원 공급 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 모든 전기 장치는 전원 공급 장치로 SMPS를 사용하며, SMPS는 스위칭 동작하여 부하가 요구하는 전원을 공급한다.. 이러한 SMPS는 다수의 전자 및 전기 장치를 부하로 한다.

그 예로 프린터와 같은 부하에 연결된 종래의 SMPS를 도1에 도시하였다.

도1에 도시된 , 종래의 SMPS는 NMOS 트랜지스터(M)을 포함한 펄스폭 변조 (Pulse Width Modulation) IC (1)와, 스타트 업(start up) 저항(R11, R12)과, 커패 시터(C1)과, 변압기(2)와, 변압기(2)의 2차측에 연결된 부하로서의 프린터(3)와 피드백부(4)로 구성되어 있다.

여기서, 입력 전압(Vin)은 상용 교류 전원을 정류하여 얻은 고 전압 직류 전압이고, 저항(R11)은 스타트 업 저항이다.

커패시터(C1)는 저항(R11)를 통해 인가되는 전압(Vin)의 기동 전류(start current)에 의해 충전되고, 충전된 전류는 PWM IC(1)의 기동회로를 동작시키며, 이후 변압기(2)의 보조권선(Na)과 저항(R12)과 다이오드(D11)를 통해 PWM IC(1)는 동작전력을 공급받는다.

한편, 변압기(2)의 1차 주권선(Np)는 입력 전압(Vin)을 인가받아 2차 권선(Ns)으로 전원이 유기되도록 하며, PWM IC(1)의 스위칭 트랜지스터(M)의 드레인에 연결된다.

이때, 변압기(2)의 2차 권선(Ns)에 유기되는 전원은 트랜지스터(M)의 스위칭 동작에 따라 결정되는데, 트랜지스터(M)의 스위칭 동작은 출력 전압(Vo)을 입력받는 피드백부(4)의 출력에 따라 스위칭 듀티를 제어하는 PWM IC(1)의 컨트롤 IC에 의해 결정된다. 여기서, 피드백부(4)는 출력 전압(Vo)을 감지하여 일정한 전압을 유지할 수 있도록 한다.

2차 권선(Ns)에 유기된 전원은 다이오드(D12)와 커패시터(C13)에 의해 평활화되어 주변 장치인 프린터로 입력된다.

이상과 같은 종래의 SMPS는 프린터의 주 전원이 오프되어도 계속해서 일정 전력을 소비하는 문제점이 있다.

즉, 종래의 SMPS는 프린터의 주 전원 오프시 바로 동작을 멈추지 않고, 프린터를 초기 상태(프린터 헤드 파킹 및 용지 걸림시 용지 배출 등)로 하기 위해 일정 전력을 계속해서 공급하는 상태를 유지해야 한다. 이것은 주 전원 오프시 SMPS 전원을 차단할 경우 SMPS에 연결된 주변 장치가 초기 상태로 돌아가기 전에 공급전력이 차단되기 때문이다.

예를 들어, 프린터의 경우 파워 오프후에도 프린터 헤드가 초기 상태의 위치로 되돌아가야 하고, 용지가 걸렸을 경우에도 걸린 용지가 다 빠져 나올때까지는 SMPS가 정상적으로 동작하여야 한다.

이러한 이유로 SMPS는 프린터 주 전원 오프시에도 계속 동작하여야 하고 주변 장치 소비 전력만 최소화한 형태를 취하였다.

따라서, 종래의 SMPS는 주 전원이 오프되어도 일정 전력을 항상 소비하고 있기 때문에 장시간 사용하지 않을 경우 전력 낭비가 심한 문제점이 있다.

이 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, SMPS의 부하의 주 전원이 오프일 때, 부하의 상태가 초기화된 후에 전원이 오프되도록 하여 SMPS의 소비 전력의 낭비를 감소시키는 전원 공급 제어 장치를 제공한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 이 발명의 전원 공급 제어 장치는,

주 전원 스위치와; 전원 전압과 상기 주 전원 스위치에 전기적으로 연결된 트랜지스터와 다수의 저항과 다이오드로 이루어져, 상기 주 전원 스위치의 신호에 따라 입력 전류을 단속하고, 구동 전력을 인가받는 구동 전력 인가부와; 상기 구동 전력 인가부의 출력을 입력으로 하고, 입력되는 제1 신호에 따라 스위칭 듀티를 가변하여 스위칭 동작을 제어하는 펄스폭 변조부와; 상기 입력 전압과 상기 펄스폭 변조부에 연결된 1차 권선과, 상기 구동 전력 인가부에 연결된 보조 권선과, 2차 권선과 상기 2차 권선의 양단에 병렬 연결된 다이오드와 커패시터로 이루어진 변압부와; 상기 구동 전력 인가부에 연결되어 상기 주 전원 스위치의 동작 상태를 검출하는 스위치 상태 검출부와; 상기 스위치 상태 검출부의 출력을 입력받아 상기 주 전원 스위치의 상태를 판단하고, 부하의 초기화 상태를 판단하며, 판단한 상태에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부와; 상기 주 전원 스위치 오프시에 출력하는 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 펄스폭 변조부로 구동 전압이 입력되지 않도록 하는 구동 전압 단속부와; 상기 변압부의 출력에 연결되고 상기 펄스폭 변조부의 피드백 입력에 연결되어 상기 변압부의 출력이 일정하도록 하는 신호를 출력하는 피드백부를 포함한다.

이하, 이 발명의 실시예에 따른 전원 공급 제어 장치를 도2와 도3을 참조로 설명한다.

도2에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 전원 공급 제어 장치는,

전원 스위치(SW1)와, 변압기(100)와, 구동 전력 인가부(200)와, PWM IC(300)와, 스위치 상태 검출부(400)와, 마이컴(500)과, 구동 전압 단속부(600)와, 피드백부(700)와, 프린터(800)으로 이루어진다.

여기서, 변압부(100)는 상용 AC 전원을 정류한 고전압 직류 전압(Vin)에 적기적으로 연결된 1차 권선(Np)와, 보조 권선(Na)과, 2차 권선(Ns)과, 2차 권선(Ns)에 병렬 연결된 다이오드(D12)와, 커패시터(C13)으로 이루어진다.

구동 전력 인가부(200)는 전압(Vin)에 일단이 연결된 저항(R21)과, 전원 스위치(SW1)에 베이스가 연결되고 저항(R21)의 타단에 이미터가 연결된 PNP 트랜지스터(Q1)와, 트랜지스터(Q1)의 이미터와 베이스 사이에 연결된 저항(R24)와, 트랜지스터(Q1)의 이미터와 접지단 사이에 연결된 제너 다이오드(ZD21)와, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 일단이 연결된고 보조 권선(Na)와 접지단의 접점에 타단이 연결된 커패시터(C21)와, 커패시터의 일단에 캐소드가 연결된 다이오드(D21)와, 다이오드(D21)의 애노드에 일단이 연결되고 보조 권선(Na)에 타단이 연결된 저항(R22)로 이루어진다.

PWM IC(300)는 일반적으로 사용되는 펄스폭 변조 IC로서, 트랜지스터(Q1)과 커패시터(C21)의 접점에 연결된 핀(P1)과, 1차 권선(Np)의 일단에 연결된 핀(P2)와, 피드백 핀(P3)와, 접지핀(P4)를 가지며, 내부에 NMOS 트랜지스터(M)와, NMOS 트랜지스터(M)의 스위칭 듀티를 제어하는 제어 IC(310)를 포함하고 있다.

여기서, 핀(P2)는 트랜지스터(M)의 드레인에 연결되고, 핀(P1, P3)는 제어 IC(310)에 연결되며, 핀(P4)는 트랜지스터(M)의 서브스트레이트(substrate)에 연결된다.

스위치 상태 검출부(400)는 저항(R22)과 보조 권선(Na)의 접점에 일단이 연결된 저항(R23)과, 저항(R23)의 타단에 애노드가 연결된 다이오드(D22)와, 다이오 드(D22)의 캐소드와 접지단 사이에 연결된 커패시터(C22)와, 커패시터(C22)의 일단에 연결되고 스위치의 일단에 연결된 광 다이오드(PhD1)와, 광 다이오드(PhD1)의 발광을 베이스 입력으로 하여 스위칭하는 광 트랜지스터(PhQ1)와, 다이오드(D23)와 커패시터(C24)의 접점에 일단이 연결되고 광 트랜지스터(PhQ1)의 컬렉터에 타단이 연결된 저항(R25)으로 이루어진다.

여기서, 광 다이오드(PhD1)과 광 트랜지스터(HhQ1)는 포토 커플러(photo couple)를 형성한다.

마이컴(500)은 광 트랜지스터(PhQ1)의 이미터에 입력단이 연결되어 스위치(SW1)의 동작 상태를 판단하고, 변압부(100)의 출력단에 연결된 프린터의 동작 및 초기화를 제어하고 판단한다.

구동 전압 단속부(600)는 마이컴(500)의 출력에 베이스가 연결되고, 이미터가 접지된 NPN 트랜지스터(Q2)와, 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에 캐소드가 연결된 광 다이오드(PhD2)와, 저항(R25)에 일단이 연결되고 광 다이오드(PhD2)의 애노드에 타단이 연결된 저항(R26)과, 광 다이오드(PhD2)의 발광을 베이스 입력으로 하여 동작하며, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 컬렉터가 연결되고 커패시터(C23)의 일단에 이미터가 연결된 광 트랜지스터(PhQ2)로 이루어진다.

커패시터(C23)은 접지단과 핀(P3) 사이에 위치한다.

광 다이오드(PhD1)과 광 트랜지스터(PhQ1)은 포토 커플러를 형성하고, 광 다이오드(PhD2)와 광 트랜지스터(PhQ2) 또한 그러하다.

프린터(800)는 변압부(100)의 출력단에 연결되어, 변압부(100)의 출력 전압 을 입력받는다.

여기서, 변압부(100)와 PWM IC(300)와 피드백부(700)는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)를 구성한다.

이하, 도3을 참조로 이 발명의 실시예에 따른 전원 공급 제어 장치의 동작을 설명한다.

우선, 전원 스위치(SW1)가 온 상태일 때의 이 발명을 설명한다.

도3의 A와 같이 전원 스위치(SW1)가 온되면, B와 같이 트랜지스터(Q1)는 베이스에 로우 전압이 인가되어 턴 온한다.

그러면, 시스템에 인가되는 직류 전압(Vin)은 스타트 업 저항(R21)과 트랜지스터(Q1)를 통해 전류 성분으로 커패시터(C21)를 충전시키고, 커패시터(C21)에 충전된 전류는 PWM IC(300)의 핀(P1)을 통해 인가되어 IC(300)의 동작이 개시된다.

PWM IC(300)가 동작을 개시하면, PWM IC(300)는 보조 권선(Na)을 통해 저항(R22)와 다이오드(D21)를 경유한 동작 전력을 공급받는다.

여기서, 고전압의 직류 전압(Vin)은 저항(R21)과 제너 다이오드(ZD21)에 의해 PWM IC(300)의 구동에 적정한 전압으로 변한다.

PWM IC(300)에 입력된 전압은 제어 IC(310)를 구동시키고, 제어 IC(310)는 일정 스위칭 듀티 신호를 트랜지스터(M)의 베이스로 인가하며, 그에 따라 트랜지스터(M)의 턴 온/턴 오프하여 변압부(100)의 출력이 부하 즉, 프린터가 요구하는 전압이 되도록 한다. 이때, 제어 IC(310)는 핀(P3)로부터 입력되는 피드백부(700)의 신호에 따라 스위칭 듀티를 가변시켜 트랜지스터(M)의 동작을 제어한다.

한편, 보조 권선(Na)에 흐르는 전류는 저항(R23)을 통해 다이오드(D22)를 도통시켜 커패시터(C22)에 축적되고, 축적된 전류는 다이오드(PhD1)을 온시켜 발광하도록 한다.

다이오드(PhD1)에서 발산된 광은 트랜지스터(PhQ1)의 베이스 전압으로 입력되어 트랜지스터(PhQ1)을 턴 온시킨다.

그러면, 트랜지스터(PhQ1)은 턴 온하여 저항(R25)를 통해 인가되는 전류를 패스시켜 마이컴(500)에 도3의 C와 같이 로우 레벨 신호를 인가시킨다. 이때, 트랜지스터(PhQ1)의 이미터에서 출력하는 신호는 스위치 상태 검출 신호이다.

그러면, 마이컴(500)은 트랜지스터(PhQ1)를 통해 인가되는 로우 신호에 따라 현재 전원 스위치(SW1)가 온된 상태라고 판단하여 프린터(800)의 동작을 제어한다.

여기서, 마이컴(500)은 도3의 D와 같이 로우 상태의 파워 오프 신호를 트랜지스터(Q2)의 베이스에 인가시키고, 그에 따라 트랜지스터(Q2)는 E와 같은 로우 신호를 베이스 입력으로 함에 따라 턴 오프 상태가 된다.

이때, 변압부(100)의 출력 전압(Vo)는 도3의 F와 같이 프린터(800)로 계속해서 인가된다.

이하, 전원 스위치(SW1)가 온 상태에서 오프 상태로 될때의 이 발명의 동작을 설명한다.

같이 전원 스위치(SW1)이 온된 상태에서 오프 상태로 전환하면, 트랜지스터(Q1)은 도3의 B와 같이 베이스로 하이 전압이 인가되어 오프된다.

그러나, 제어 IC(310)는 보조 권선을 통해 인가되는 전력에 의해 계속적으로 구동하여 피드백부(700)로부터 인가되는 신호에 따라 트랜지스터(M)의 스위칭 듀티를 제어하고, 그에 따라 변압부(100)의 출력이 일정하도록 제어하고 있다.

이때, 보조 권선(Na)을 통해 흐르는 전류는 저항(R22)과 다이오드(D21)을 통해 PWM IC(300)로 인가될 뿐, 전원 스위치(SW1)의 단락으로 저항(R23)과 다이오드(D22) 및 광 다이오드(PhD1)으로 인가되지 않는다.

따라서, 광 다이오드(PhD1)는 턴 오프되어 광을 발산하지 않게 되고, 그에 따라 광 트랜지스터(PhQ1)는 턴 오프되어 도3의 C와 같이 로우에서 하이 신호로 변환된 신호를 마이컴(500)으로 인가한다.

그러면, 마이컴(500)은 인가되는 하이 신호에 따라 전원 스위치(SW1)가 오프되었음을 판단하여 도3의 D의 ①의 구간 동안 프린터(800)의 모든 동작을 초기화시키고, 초기화가 끝난 ②의 구간 동안 하이 신호를 트랜지스터(Q2)의 베이스로 출력한다.

트랜지스터(Q2)는 마이컴(500)에서 출력하는 하이 상태의 파워 오프 신호를 입력받아 턴 온하여 광을 광 트랜지스터(PhQ2)로 발산한다. 광 트랜지스터(PhQ2)는 광 다이오드(PhD2)로부터 인가되는 광 신호를 베이스 입력으로 하여 턴 온함으로써, 다이오드(D2)로부터 PWM IC(300)로 입력되는 구동 전력을 커패시터(C23)으로 흐르게 한다.

그 결과 커패시터(C23)는 인가되는 전류에 의해 전압이 상승하게 되며, 이러한 커패시터(C23)의 전압은 PWM IC(300)의 피드백 핀(P3)를 통해 PWM IC(300)에 입력된다.

여기서, PWM IC(300)는 핀(P3)로 인가되는 전압이 7.5V 이상이 되면 셧 다운 모드(shutdown mode)로 모드를 전환한다. 셧 다운 모드란 시스템을 보호하기 위해 시스템의 동작을 중지시키는 모드이다.

따라서, 커패시터(C23)의 전압이 7.5V이상이 되면, SMPS의 동작이 중지되고, 변압부(100)의 출력 전압(Vo)은 없다.

본 발명은 시스템의 주 전원 스위치가 오프되면, 부하 장치의 동작이 초기화될 때까지 SMPS의 동작이 유지되도록 하다가, 초기화가 끝나면 SMPS의 동작을 중지시켜 전원 스위치 오프시 발생되던 전력의 손실을 방지하는 효과가 있다.

Claims

주 전원 스위치(SW1)와;

전원 전압(Vin)과 상기 주 전원 스위치(SW1)에 전기적으로 연결된 트랜지스터(Q1)와 다수의 저항과 다이오드로 이루어져, 상기 주 전원 스위치의 신호에 따라 입력 전류을 단속하고, 구동 전력을 인가받아 전달하는 구동 전력 인가부(200)와;

상기 구동 전력 인가부(200)의 출력을 입력으로 구동하고, 입력되는 제1 신호에 따라 스위칭 듀티를 가변하여 펄스폭 변조 동작을 수행하는 펄스폭 변조부(300)와;

상기 전원 전압(Vin)과 상기 펄스폭 변조부(300)에 연결된 1차 권선(Np)과, 상기 구동 전력 인가부(200)와 접지단에 연결된 보조 권선(Na)과, 2차 권선(Ns)과 상기 2차 권선(Ns)의 양단에 병렬 연결된 다이오드(D23)와 커패시터(C24)로 이루어진 변압부(100)와;

상기 구동 전력 인가부(200)와 상기 보조 권선(Na)의 접점에 전기적으로 연결되고 상기 주 전원 스위치(SW1)에 전기적으로 연결되어 상기 주 전원 스위치(SW1)의 동작 상태를 검출하는 스위치 상태 검출부(400)와;

상기 스위치 상태 검출부(400)의 출력을 입력받아 상기 주 전원 스위치(SW1)의 상태를 판단하고, 부하의 초기화 상태를 판단하며, 판단한 상태에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부(500)와;

상기 주 전원 스위치(SW1) 오프시에 출력하는 상기 제어부(500)의 제어 신호 에 따라 상기 펄스폭 변조부(300)로 구동 전압이 인가되지 않도록 단속하는 구동 전압 단속부(600)와;

상기 변압부(100)의 출력단에 연결되고 상기 펄스폭 변조부의 피드백 입력에 연결되어 상기 변압부(100)의 출력이 일정하도록 하는 신호를 출력하는 피드백부(700)를 포함하는 전원 공급 제어 장치.
제1항에서, 상기 구동 전력 인가부(200)는,

상기 전원 전압에 일단이 연결된 저항(R21)과, 상기 주 전원 스위치(SW1)에 베이스가 연결되고 저항(R21)의 타단에 이미터가 연결된 PNP 트랜지스터(Q1)와, 트랜지스터(Q1)의 이미터와 베이스 사이에 연결된 저항(R24)와, 트랜지스터(Q1)의 이미터와 접지단 사이에 연결된 제너 다이오드(ZD21)와, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 일단이 연결된고 보조 권선(Na)와 접지단의 접점에 타단이 연결된 커패시터(C21)와, 커패시터의 일단에 캐소드가 연결된 다이오드(D21)와, 다이오드(D21)의 애노드에 일단이 연결되고 보조 권선(Na)에 타단이 연결된 저항(R22)로 이루어진 전원 공급 제어 장치.
제2항에서, 상기 스위치 상태 검출부(400)는,

저항(R22)과 보조 권선(Na)의 접점에 일단이 연결된 저항(R23)과, 저항(R23)의 타단에 애노드가 연결된 다이오드(D22)와, 다이오드(D22)의 캐소드와 접지단 사이에 연결된 커패시터(C22)와, 커패시터(C22)의 일단에 연결되고 상기 주 전원 스 위치(SW1)의 일단에 연결된 광 다이오드(PhD1)와, 상기 광 다이오드(PhD1)의 발광을 베이스 입력으로 하여 스위칭하는 광 트랜지스터(PhQ1)와, 상기 다이오드(D23)와 커패시터(C24)의 접점에 일단이 연결되고 상기 광 트랜지스터(PhQ1)의 컬렉터에 타단이 연결된 저항(R25)으로 이루어진 전원 공급 제어 장치.
제3항에서, 상기 구동 전압 단속부(600)는,

상기 제어부(500)의 출력에 베이스가 연결되고, 이미터가 접지된 NPN 트랜지스터(Q2)와, 상기 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에 캐소드가 연결된 광 다이오드(PhD2)와, 상기 저항(R25)에 일단이 연결되고 상기 광 다이오드(PhD2)의 애노드에 타단이 연결된 저항(R26)과, 상기 광 다이오드(PhD2)의 발광을 베이스 입력으로 하여 동작하며, 상기 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 컬렉터가 연결된 광 트랜지스터(PhQ2)와, 상기 광 트랜지스터(PhQ2)의 이미터와 상기 피드백부(700)에 일단이 연결되고 타단이 접지된 커패시터(C23)로 이루어진 전원 공급 제어 장치.