KR100577435B1 - 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로 - Google Patents

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Abstract

개시된 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로는 스위칭 변압부에 구비된 궤환용 전용권선에서 출력되는 스위칭 모드 전원 공급장치의 출력전압의 변화량을 궤환전압 검출부를 통해 검출한 후 검출된 전압을 구동 제어부로 궤환시킴으로써 각 부하에 항상 일정한 전압이 공급될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 외부에서 공급되는 교류전압을 정류하여 직류전압으로 출력하는 정류부와, 궤환용 전용권선이 구비되어 있으며, 정류부에서 출력되는 직류전압을 서로 다른 권선비를 갖는 하나 이상의 부하측 전원라인을 통해 서로 다른 소정의 전압으로 변압하여 기기 내부의 각 부하로 공급하는 스위칭 변압부와, 스위칭 변압부에 구비된 궤환용 전용권선에서 출력되는 각 부하의 출력전압의 변화량을 검출하는 출력전압 궤환부와, 출력전압 궤환부의 출력신호를 입력받아 입력신호의 변화에 따라 듀티 사이클이 조정된 펄스 폭 변조 신호를 스위칭 변압부로 출력하는 구동 제어부로 구성된다.
따라서, 본 발명은 종래의 궤환신호 전달매체로 사용되는 포토커플러의 오차에 의한 특성의 편차를 무시할 수 있음은 물론, 스위칭 변압부의 출력전압 변화량에 민감하게 반응하며 자체 소모 전력이 낮기 때문에 절전모드 설계시 매우 유용한 효과를 제공한다.
스위칭 모드 전원 공급장치

Description

스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로 {Power stabilizing circuit for switching mode power supply}
도 1은 종래 기술에 따른 스위칭 모드 전원 공급장치의 전압 안정화회로를 상세하게 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로를 상세하게 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 정류부 20 : 스위칭 변압부
30 : 전압 공급부 40 : 출력전압 궤환부
41 : 정류회로 42 : 궤환전압 전달부
50 : 구동 제어부 Q : 트랜지스터
D1, D2 : 다이오드 ZD1 : 제너 다이오드
C1∼C3 : 콘덴서 R3, R4 : 저항
본 발명은 스위칭 모드 전원 공급장치(SMPS : Switching Mode Power Supply) 에 관한 것이다.
보다 상세하게는 스위칭 변압부에 구비된 궤환용 전용권선에서 출력되는 스위칭 모드 전원 공급장치의 출력전압의 변화량을 궤환전압 검출부를 통해 검출한 후 검출된 전압을 구동 제어부로 궤환시킴으로써 각 부하에 항상 일정한 전압이 공급될 수 있도록 하는 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로에 관한 것이다.
일반적으로 영상표시기기 등의 각종 전기·전자기기에는 기기가 동작할 수 있도록 상용 교류(AC)전원을 소정의 직류(DC)전원으로 변환시켜 출력해주는 장치인 직류전원 공급장치가 필요하며, 이러한 직류전원 공급장치로는 효율이 높으면서 소형, 경량인 스위칭 모드 전원 공급장치가 주로 사용되고 있다.
이러한 스위칭 모드 전원 공급장치는 입력되는 교류전원을 스위치로 단속해 줌으로써 온/오프시킬 수 있도록 되어 있다.
도 1은 상술한 바와 같은 종래 기술에 따른 스위칭 모드 전원 공급장치의 전압 안정화회로를 상세하게 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 정류부(1)는 외부에서 입력되는 상용 교류전압을 정류하여 직류전압으로 출력한다.
스위칭 변압부(2)는 후술되는 구동 제어부(5)에서 출력되는 구동신호에 따라 정류부(1)에서 출력되는 직류전압을 서로 다른 권선비를 갖는 하나 이상의 부하측 전원라인을 통해 서로 다른 소정의 전압으로 변압하여 기기 내부의 각 부하로 공급한다.
전원 공급부(3)는 스위칭 변압부(2)에서 유기되는 스위칭 전압을 정류한 후 후술되는 구동 제어부(5)의 동작전원(Vcc)으로 공급한다.
출력전압 궤환부(4)는 복수의 저항(R1, R2), 콘덴서(C), 제너 다이오드(ZD), 포토커플러(PC)로 구성되며, 스위칭 변압부(2)를 통해 변압되어 출력되는 2차측 출력전압중 부하 변화량이 많은 하나의 출력전압을 공급받아 출력전압의 변화량에 따른 신호를 후술되는 구동 제어부(5)로 출력한다.
구동 제어부(5)는 출력전압 궤환부(4)의 출력신호를 입력받아 이들 입력신호의 변화에 따라 듀티 사이클(Duty cycle)이 조정된 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation : PWM) 신호를 스위칭 변압부(2)로 출력한다.
여기서, 스위칭 모드 전원 공급장치가 기동될 때에는 정류부(1)의 직류 출력전압이, 그리고 기동 후 정상적인 동작 상태에서는 스위칭 변압부(2)의 변압기 보조권선으로부터 출력되어 전압 공급부(3)를 통해 정류된 직류전압이 구동 제어부(5)의 구동전원으로 공급되어 진다.
이와 같이 구성된 종래의 스위칭 모드 전원 공급장치에 있어서, 스위칭 변압부(2)의 출력전압이 정상보다 커지는 경우 스위칭 변압부(2) 2차측의 출력전압 변화량이 출력전압 궤환부(4)를 통해 검출되어 구동 제어부(5)로 궤환된다.
즉 스위칭 변압부(2)의 출력전압 변화량을 출력전압 궤환부(4)의 제너 다이오드(ZD)를 통해 정전압으로 변환하고, 변환된 정전압을 포토커플러(PC)를 통해 구동 제어부(5)로 출력하게 되는 것이다.
이에 따라 출력전압 궤환부(4)로부터 출력전압 증가분에 따른 오차신호를 공 급받는 구동 제어부(5)에서는 줄어든 듀티 사이클의 펄스 폭 변조 신호를 스위칭 변압부(2)로 출력한다.
그러면 구동 제어부(5)에서 출력된 펄스 폭 변조 신호에 의해 스위칭 변압부(2)의 스위칭 시간이 제어되어 스위칭 변압부(2)의 각 출력전압이 줄어들기 때문에 안정한 전압이 각 부하로 공급된다.
한편 스위칭 변압부(2)의 2차측 출력전압이 낮아지는 경우에도 상술한 설명과 마찬가지로 출력전압 감소량에 따른 궤환신호가 구동 제어부(5)로 인가되어 늘어난 듀티 사이클의 펄스 폭 변조 신호를 스위칭 변압부(2)로 출력함으로써 스위칭 변압부(2)의 각 출력전압을 증가시켜 안정한 전압이 각 부하로 공급되도록 한다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로는 스위칭 변압부의 2차측 출력전압의 변화량을 직접 도출하여 구동 제어부로 궤환하기 때문에 출력전압의 변화량 감지가 비교적 정확하지만, 궤환신호가 포토커플러를 통해 구동 제어부로 전달되므로 포토커플러의 전달특성에 민감해져 특성이 좋은 포토커플러를 사용해야함은 물론, 스위칭 변압부의 2차측 출력전압의 변화량을 감지함에 있어 전체 부하를 감지할 수 없고 단지 출력전압 변화량이 가장 큰 출력단만을 감지함으로 인해 다른 출력단의 변화량에 따른 안정화에 매우 취약한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 스위칭 변압부에 구비된 궤환용 전용권선에서 출력되는 스위칭 모드 전원 공급장치의 2차측 출력전압의 변화량을 궤환전압 검출부를 통해 검 출한 후 검출된 전압을 구동 제어부로 궤환시킴으로써 각 부하에 항상 일정한 전압이 공급될 수 있도록 하는 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로는 외부에서 공급되는 교류전압을 정류하여 직류전압으로 출력하는 정류부와, 궤환용 전용권선이 구비되어 있으며, 정류부에서 출력되는 직류전압을 서로 다른 권선비를 갖는 하나 이상의 부하측 전원라인을 통해 서로 다른 소정의 전압으로 변압하여 기기 내부의 각 부하로 공급하는 스위칭 변압부와, 스위칭 변압부에 구비된 궤환용 전용권선에서 출력되는 각 부하의 출력전압의 변화량을 검출하는 출력전압 궤환부와, 출력전압 궤환부의 출력신호를 입력받아 입력신호의 변화에 따라 듀티 사이클이 조정된 펄스 폭 변조 신호를 스위칭 변압부로 출력하는 구동 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로를 상세하게 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 정류부(10)는 외부에서 공급되는 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력한다.
스위칭 변압부(20)는 구동 전압 공급용 권선 및 궤환용 전용권선을 구비한다. 스위칭 변압부(20)는 도 2에 도시된 3개의 권선 중 위에서부터 아래의 순으로 제1 권선, 제2권선 및 제3권선을 포함하는데, 본 실시예의 제2권선 및 제3권선은 각각 본 발명의 구동 전압 공급용 권선 및 궤환용 전용권선의 일례이다.
스위칭 변압부(20)는 후술되는 구동 제어부(50)에서 출력되는 구동신호에 따라 정류부(10)에서 출력되는 직류전압을 서로 다른 권선비를 갖는 하나 이상의 부하측 전원라인을 통해 서로 다른 소정의 전압으로 변압하여 기기 내부의 각 부하로 공급한다.
전압 공급부(30)는 정류 다이오드(D1)와 평활 콘덴서(C1)로 구성되어 스위칭 변압부(20)에 구비된 구동 전압 공급용 권선에 유기되는 스위칭 전압을 정류한 후 후술되는 구동 제어부(50)의 동작전원(Vcc)으로 공급한다.
출력전압 궤환부(40)는 스위칭 변압부(20)에 구비된 궤환용 전용권선에서 출력되는 각 부하의 출력전압의 변화량을 검출하여 후술되는 구동 제어부(50)로 출력한다.
이 출력전압 궤환부(40)는 스위칭 변압부(20)의 궤환용 전용권선으로부터 출력되는 스위칭 전압을 정류하는 정류회로(41)와, 궤환용 전용권선의 일정한 전위를 유도하기 위한 제너 다이오드(ZD1)와, 제너 다이오드(ZD1)를 통해 입력되는 스위칭 변압부(20)의 출력전압 변화량을 구동 제어부(50)로 반전시켜 전달하는 궤환신호 전달회로(42)로 구성되어 있다.
그리고 상술한 궤환신호 전달회로(42)는 스위칭 변압부(20)의 출력전압 변화량을 구동 제어부(50)로 반전시켜 전달하는 이미터 접지의 NPN형 트랜지스터(Q)와, 트랜지스터(Q)의 베이스단자에 연결된 트랜지스터 구동용 저항(R3)과, 전달신호 안정화와 감도조절을 위해 트랜지스터(Q)의 콜렉터단자에 연결된 저항(R4) 및 콘덴서(C3)로 구성되며, 이때 트랜지스터(Q)는 상술한 제너 다이오드(ZD1)와 서로 온도 특성이 상반된 것을 사용한다.
구동 제어부(50)는 출력전압 궤환부(40)에서 출력되는 스위칭 변압부(20)의 출력전압 변화량에 따라 듀티 사이클이 조정된 펄스 폭 변조 신호를 스위칭 변압부(20)로 출력한다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로의 작용을 구체적으로 설명한다.
우선, 스위칭 모드 전원 공급장치가 동작도중 스위칭 변압부(20)의 2차측 출력전압이 정상보다 커지는 경우가 발생되면, 스위칭 변압부(20)의 궤환용 전용권선의 출력 전압도 동반하여 상승하게 된다.
이처럼 스위칭 변압부(20)의 궤환용 전용권선의 출력 전압이 증가하게 되면, 스위칭 변압부(20)의 출력전압 변화량이 출력전압 궤환부(40)를 통해 검출되어 구동 제어부(50)로 궤환된다.
즉 궤환용 전용권선의 출력 전압이 증가되면 이 전압은 출력전압 궤환부(40)의 정류회로(41)를 통해 정류된 뒤 제너 다이오드(ZD1)를 통해 정전압으로 변환하고, 변환된 정전압이 트랜지스터(Q)의 베이스단자로 인가된다.
이와 같이 출력전압 변화량이 트랜지스터(Q)로 인가되면, 트랜지스터(Q)의 콜렉터단자를 통해 스위칭 변압부(20)의 2차측 출력전압 변화량이 증가하여 전위가 하락하려고 할 경우에는 상승된 궤환신호를 구동 제어부(50)로 출력하고, 스위칭 변압부(20)의 2차측 출력전압 변화량이 감소하여 전위가 상승하려고 할 경우에는 감소된 궤환신호를 구동 제어부(50)로 출력한다.
이는 제너 다이오드(ZD1)의 전압 강하분과 트랜지스터(Q)의 베이스-이미터단 자간 전압 강하분을 합한 전압만큼 항상 궤환용 전용권선의 출력전압을 유지하는 상태에서 스위칭 변압부(20)의 2차측 출력전압이 변하면 동시에 궤환용 전용권선의 출력전압도 변하기 때문에 이 변화가 트랜지스터(Q)의 베이스단자로 전달되는 전류량의 변화를 유도하여 트랜지스터(Q)의 콜렉터단자의 전압변화와 동반하게 되어 궤환신호가 전달되게 하기 위함이다.
이제, 출력전압 궤환부(40)로부터 스위칭 변압부(20)의 출력전압 변화량에 따른 오차신호를 공급받는 구동 제어부(50)에서는 출력전압 변화량에 따라 조정된 펄스 폭 변조 신호를 스위칭 변압부(20)로 출력한다.
그러면 구동 제어부(50)에서 출력된 펄스 폭 변조 신호에 의해 스위칭 변압부(20)의 스위칭 시간이 제어되어 스위칭 변압부(20)에서 안정한 전압이 각 부하로 공급된다.
이상에서와 같이 본 발명의 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로에 의하면, 스위칭 변압부에 구비된 궤환용 전용권선을 통해 스위칭 변압부의 2차측 출력전압 변화량을 검출함으로써 종래의 궤환신호 전달매체로 사용되는 포토커플러의 오차에 의한 특성의 편차를 무시할 수 있음은 물론, 스위칭 변압부의 출력전압 변화량에 민감하게 반응하며 자체 소모 전력이 낮기 때문에 절전모드 설계시 매우 유용한 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 외부에서 공급되는 교류전압을 정류하여 직류전압으로 출력하는 정류부;
    구동 전압 공급용 권선 및 궤환용 전용권선이 구비되어 있으며, 상기 정류부에서 출력되는 직류전압을 서로 다른 권선비를 갖는 하나 이상의 부하측 전원라인을 통해 서로 다른 소정의 전압으로 변압하여 기기 내부의 각 부하로 공급하는 스위칭 변압부;
    상기 스위칭 변압부에 구비된 궤환용 전용권선에서 출력되는 각 부하의 출력전압의 변화량을 검출하는 출력전압 궤환부; 및
    상기 구동 전압 공급용 권선으로부터 유기된 전압을 인가받아 구동하며, 상기 출력전압 궤환부의 출력신호를 입력받아 입력신호의 변화에 따라 듀티 사이클이 조정된 펄스 폭 변조 신호를 상기 스위칭 변압부로 출력하는 구동 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력전압 궤환부는,
    상기 스위칭 변압부의 궤환용 전용권선으로부터 출력되는 스위칭 전압을 정류하는 정류회로;
    상기 궤환용 전용권선의 일정한 전위를 유도하기 위한 제너 다이오드; 및
    상기 제너 다이오드를 통해 입력되는 상기 스위칭 변압부의 출력전압 변화량을 상기 구동 제어부로 반전시켜 전달하는 궤환신호 전달회로로 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 궤환신호 전달회로는,
    상기 스위칭 변압부의 출력전압 변화량을 상기 구동 제어부로 반전시켜 전달하는 이미터 접지의 NPN형 트랜지스터;
    상기 트랜지스터의 베이스단자에 연결된 트랜지스터 구동용 저항; 및
    전달신호 안정화와 감도조절을 위해 상기 트랜지스터의 콜렉터단자에 연결된 저항/콘덴서로 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 전원 공급장치의 전원 안정화회로.
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