KR100584916B1 - 스위칭 모드 파워 서플라이 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭모드 파워 서플라이 회로에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이 회로는 입력된 직류 전압을 정류하는 입력 정류부와, 상기 입력 정류부로부터의 정전압에 대한 ON/OFF 제어를 수행하는 스위칭 제어부와, 하나의 1차 코일과 상기 1차 코일에 권선된 복수의 2차 코일로 구성된 인덕터와, 스위칭 제어부와 인덕터 사이에 분지되어 접속되며, 상기 스위칭 제어부의 ON/OFF 제어에 대응하여 1차 코일에 대한 에너지 축적과 상기 축적된 에너지의 2차 코일로의 방출을 수행하는 환류다이오드와, 상기 복수의 2차 코일로부터 출력측으로 방출되는 전압에 대한 정류를 수행하는 출력 정류부를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이 회로는 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하며, 스위칭 트랜지스터가 불필요하다. 따라서, 종래의 플라이백 컨버터를 이용하여 다출력을 얻을 때 발생하는 문제점을 해결한다.

Description

스위칭 모드 파워 서플라이 회로{SWITCHING MODE POWER SUPPLY CIRCUIT}
도 1은 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 종래의 플라이백 컨버터의 회로도이다.
도 2는 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 회로도이다.
본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이 회로에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로에 관한 것이다.
현재 파워 서플라이라고 하면 특별히 리니어 회로적인 문구가 없다면 스위칭 모드 파워 서플라이(switching mode power supply)를 사용한 것이 당연하게 여겨지고 있으며, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이와 기존의 리니어 방식과의 커다란 차이점이라면 장치의 소형화, 경량화, 고효율화라고 할 수 있다. 이러한 것이 가능해진 것은 1970년대부터 개발되기 시작한 집적회로의 등장이라고 할 수 있고, 집적회로의 개발 및 발전은 많은 복잡했던 전자 회로들을 하나의 칩안에 넣을 수 있게 함으로써 전자 장치들의 소형화, 경량화, 고효율화를 촉진시키는 계기가 되었던 것이다. 스위칭 모드 파워 서플라이에서도 이러한 집적회로의 사용으로 그러한 것들을 실현할 수 있었고, 동시에 그것에 대한 수요도 증가될 수 있었다. 무엇보다도 리니어 방식과 비교해서 스위칭 모드 파워 서플라이의 가장 큰 장점이라 하면 전용 집적회로의 사용으로 인한 소형, 경량, 고효율이라 할 수 있다. 이러한 것들은 작고, 가벼운 것을 선호하는 시대적인 요구와 에너지 절약에 맞물려 스위칭 모드의 응용을 확대하는 결과를 가져오게 되었다. 리니어 방식의 경우 변압기의 에너지 변환 효율이 낮아서 원하는 에너지 출력을 얻기 위하여는 변압기의 중량이나 크기에 대한 문제가 있지만 스위칭 모드는 그러한 것들이 필요가 없다. 또한 스위칭 모드는 입력전압의 범위가 넓어서 입력전압 범위가 다른 나라에서도 충분히 사용할 수 있다는 장점이 있다. 리니어 방식은 입력전압이 다르면 탭이나 회로정수를 변경해야 하므로 효율이저하되게 된다.
스위칭 모드 파워 서플라이의 전력변환을 담당하는 컨버터 중 다출력 50 W 이하의 소형의 것에 주로 사용되는 것은 플라이백 방식이다. 도 1은 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 종래의 플라이백 컨버터의 회로도이다. 도 1을 참조하여 플라이백 컨버터의 작동 원리를 설명하면, 직류 전압은 정류부(11)에 서 정류되어 스위칭 제어부(12)로 입력된다. 스위칭 제어부(12)가 ON 상태일 경우, 입력으로부터의 전류가 인덕터(13)를 통하여 스위칭 트랜지스터(15)로 흐르게 되며, 이 때, 인덕터(13)의 2차 코일에는 1차 코일과 반대 극성의 전압이 유도되므로 출력 정류부(14)의 다이오드 D1 및 D2는 역바이어스되어 출력이 차단된다. 따라서 2차 코일에는 전류가 흐르지 않고 1차 코일으로만 전류가 흘러 자화 인덕턴스에 의해 에너지가 축적된다. 스위칭 제어부(12)가 OFF 상태이면, 상기 1차 코일에 권선된 복수의 2차 코일에는 이전의 상태와 반대 극성의 전압이 유도되어 각각의 정류다이오드 D1, D2(14)를 도통시킴으로써 축적된 에너지가 출력으로 방출된다. 이 때의 각 출력단의 출력전압은 다음의 수학식 1에 의해 결정된다.
Figure 112004024801036-pat00001
상기 수학식 1에서 Vo는 출력전압, Vi는 입력전압, N1은 1차 코일의 권선수, N2는 2차 코일의 권선수를 나타내고, D는 출력 정류부의 출력측 다이오드이다.
상기한 플라이백 컨버터는 회로의 구성이 간단하기 때문에 가격이 싸다는 장점이 있다. 또한, 이것은 자력 발진동작으로 구성되기 때문에 별도의 보조전원이 필요없다는 장점을 갖는다. 따라서 경제적인 면에서 실제 응용에 많이 사용되고 있는 컨버터이다. 그러나, 상기 플라이백 컨버터는 특히 스위칭 트랜지스터(15)와 트 랜스의 역할을 하는 인덕터(13)의 권선을 정확한 이론대로 하지 않으면 필요한 전압을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 자기포화에 의해 스위칭 트랜지스터(15)가 파손될 우려가 있다는 문제점을 갖는다. 또한 회로 방식에 따라 권수나 인덕턴스가 달라지므로 그때마다 트랜스의 상수를 계산하여 제작하여야 하고, 복수의 권선을 필요로 하는 것은 따로 표준이 없기 때문에 필요에 따라 직접 제작해야 하는 어려움이 있다. 따라서, 상기한 도 1의 플라이백 컨버터는 인덕턴스 설정과 권수의 설정에 세심한 주의가 요구되며, 때때로 스위칭 트랜지스터(15)의 파손에 의한 파워 서플라이의 교체가 요구된다는 문제점을 안고 있다.
본 발명의 목적은, 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스위칭 트랜지스터가 불필요한 스위칭 모드 파워 서플라이를 제공하는 것이다. 구체적으로는, 본 발명에 따르면, 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서, 스위칭 트랜지스터가 불필요한 스위칭 모드 파워 서플라이 회로가 제공된다.
본 발명의 다른 목적은 스위칭 트랜지스터가 불필요함과 더불어, 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스위칭 트랜지스터가 불필요하고, 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성함과 아울러, 출력전압을 용이하게 조절할 수 있 는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 입력된 직류 전압을 정류하는 입력 정류부, 상기 입력 정류부로부터의 정전압에 대한 ON/OFF 제어를 수행하는 스위칭 제어부, 인덕터, 환류다이오드 및 출력 정류부로 구성되는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로에 있어서, 상기 인덕터는 하나의 1차 코일과 상기 1차 코일에 권선된 복수의 2차 코일로 구성되고, 상기 환류다이오드는 스위칭 제어부와 인덕터 사이에 분지되어 접속되며, 스위칭 제어부의 ON/OFF 제어에 대응하여 1차 코일에 대한 에너지 축적과 상기 축적된 에너지의 2차 코일로의 방출을 제어하는 것으로 구성된 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로를 제공하는 것이다.
본 발명은 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로에 관한 것으로서, 상기 회로는 입력된 직류 전압을 정류하는 입력 정류부와, 상기 입력 정류부로부터의 정전압에 대한 ON/OFF 제어를 수행하는 스위칭 제어부와, 하나의 1차 코일과 상기 1차 코일에 권선된 복수의 2차 코일로 구성된 인덕터와, 스위칭 제어부와 인덕터 사이에 분지되어 접속되며, 상기 스위칭 제어부의 ON/OFF 제어에 대응하여 1차 코일에 대한 에너지 축적과 상기 축적된 에너지의 2차 코일로의 방출을 수행하는 환류다이오드와, 상기 복수의 2차 코일로부터 출력측으로 방출되는 전압에 대한 정류를 수행하는 출력 정류부를 포함하여 이 루어진다. 본 발명에 따른 다출력 스위칭 모드 파워 서플라이 회로는 LCD 백라이트의 전원 공급에 적절하게 이용된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 회로를 보여준다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이는 입력 정류부(1), 스위칭 제어부(2), 인덕터(3), 환류다이오드(4) 및 출력 정류부(5)로 구성된다. 직류의 입력전압(Vin)은 입력 정류부(1)에 의해 정류된다. 스위칭 제어부(2)는 상기 입력 정류부(1)로부터의 정전압에 대한 ON/OFF 제어를수행한다. 스위칭 제어부(2)가 ON 상태이면, 전류가 인덕터(3)의 1차 코일을 통하여 출력 1로 흐르게 되며, 출력 1에서의 출력전압 Vo1은 DFVi을 갖는다. 출력전압 V o1은 1차 코일의 권선수에 의존하지 아니한다. 이 때, 2차 코일로의 전류의 흐름은 스위칭 제어부(2)와 인덕터(3) 사이에서 분지되어 접속된 환류다이오드(4)에 의해 차단된다. 상기 스위칭 제어부(2)가 OFF 상태이면, 인덕터(3)의 1차 코일에 축적된 에너지가 환류다이오드(5)를 통하여 상기 1차 코일에 권선된 2차 코일을 통해 출력 2 내지 n으로 방출된다. 출력 2 내지 n에서의 출력전압은 권선수와 2차 코일에 연결된 출력 정류부(5)의 정류 정도에 의해 정해진다. 일정한 출력정류가 수행될 때(즉, 2차 코일의 출력측에서 출력 정류부(5)에 의해 수행되는 출력정류가 동일할 때), 출력 m 및 n에서의 출력비 Vom/Von은 Nm/Nn (Nm 및 Nn 은 각각 출력 m 및 n에 연결된 2차 코일 권선수이다)을 갖는다. 따라서, 출력 2 내지 n의 출력전압의 조정은 1차 코일에 권선된 2차 코일의 권선수의 적절한 조절에 의해 용이하게 성취할 수 있다. 스위칭 제어부(2)의 ON/OFF 스위칭 주기를 한 주기로 하여 상기 동작이 반복되며 입력전압을 강압된 출력전압으로 변환하게 된다. 한편, 정류다이오드를 역방향으로 설정할 경우, 음의 값을 갖는 출력전압을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이 회로는 스위칭 트랜지스터와 인덕터 사이의 매칭이 전혀 필요없다. 출력전압과 관련하여, 1차 코일에 연결된 출력 1에서의 출력전압 Vo1은 1차 코일의 권선수에 의존하지 아니하고, 환류다이오드(4)와 입력전압에 의해 결정된다. 그리고, 1차 코일에 권선된 2차 코일에 연결된 출력 2 내지 n에서의 출력전압은, 동일한 정류 다이오드를 사용한다는 조건 하에, 권선수에 의존한다. 권선수의 조정에 의해 2차측 출력전압이 적절하게 조정될 수 있다.
본 발명의 스위칭 모드 파워 서플라이 회로에 따르면, 첫째 스위칭 트랜지스터가 불필요하다. 따라서 종래의 플라이백 컨버터에서 발생한 문제점, 스위칭 트랜지스터와 인덕터 사이의 불완전한 매칭에 의해 발생되는 스위칭 트랜지스터의 파손이 발생하지 아니한다. 둘째, 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성한다. 따라서, 종래 독립적인 스텝다운 컨버터의 병렬 연결에 의한 다출력 성취의 불 편함을 해소한다. 셋째, 간단한 회로 구성을 갖고, 출력 전압의 조절이 용이하다. 따라서, 종래 플라이백 컨버터를 대체하여 저용량의 다출력 전력제어에 널리 이용된다. 구체적으로, LCD의 백라이트 등에 널리 이용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로에 있어서, 상기 회로가 입력된 직류 전압을 정류하는 입력 정류부와, 상기 입력 정류부로부터의 정전압에 대한 ON/OFF 제어를 수행하는 스위칭 제어부와, 하나의 1차 코일과 상기 1차 코일에 권선된 복수의 2차 코일로 구성된 인덕터와, 스위칭 제어부와 인덕터 사이에 분지되어 접속되며, 상기 스위칭 제어부의 ON/OFF 제어에 대응하여 1차 코일에 대한 에너지 축적과 상기 축적된 에너지의 2차 코일로의 방출을 수행하는 환류다이오드와, 상기 복수의 2차 코일로부터 출력측으로 방출되는 전압에 대한 정류를 수행하는 출력 정류부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하나의 인덕터를 이용하여 다출력의 전압을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차 코일의 출력전압은 환류다이오드에 의해 제어되고, 상기 복수의 2차 코일의 출력측 상호간의 출력 전압비는 2차 코일의 권선수에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이 회로가 액정디스플레이(LCD) 백라이트의 전원공급회로인 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이 회로.
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