KR100681641B1 - Ｓｍｐｓ에서의 가변형 정전압 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SMPS 회로 동작 시, 하나의 교류 입력전압을 가변형 정전압 회로에 적용시켜 직류 출력 전압을 가변시켜 출력하기 위한 것으로, 이를 위한 구성은 SMPS내 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압을 SMPS내 이차측 코일(L2)에 유기시켜 원하는 직류 전압으로 만들어 출력하는 수단과, 출력되는 직류 전압을 제너다이오드의 항복전압보다 낮게 전압 강하시킨 후, 제1포트 및 제2포트를 통해 입력되는 신호를 판별하면서 전압을 가변시켜 출력하는 가변형 정전압회로를 포함한다. 따라서, 기존 회로에서와 같이 규모가 큰 트랜스포머인 2차측 코일을 다수개 사용할 필요가 없어 시스템 설계 단가를 낮출 수 있으며, 또한 원하는 전압을 자유롭게 가변시켜 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＳＭＰＳ에서의 가변형 정전압 장치{APPARATUS FOR VARIABILITY VOLTAGE AN SMPS}
도 1은 종래 기술에 따른 SMPS의 정전압 장치를 개략적으로 나타낸 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 SMPS에서의 가변형 정전압 장치를 위한 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 SMPS에서의 가변형 정전압 장치의 동작에 대한 상세 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 필터링부 200 : 정류회로
300 : 스너버 회로 400 : 스위칭 회로
500 : 전압 검출부 600 : 피드백 회로
700 : 제어 회로 800 : 가변형 정전압회로
본 발명은 SMPS(Switching Mode Power Supply, SMPS)에서의 가변형 정전압 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면, SMPS 회로 동작 시, 하나의 교류 전압을 이용하여 출력전압을 가변할 수 있는 장치에 관한 것이다.
SMPS는 펄스폭이 변조된 신호에 따라 스위칭 소자를 스위칭하여 리플(ripple) 성분이 제거된 양질의 전원을 발생시켜 전자 기기가 원활하게 동작되도록 하는 전원 공급 장치로써, 선형 전원 공급 장치(Linear Power Supply)에 비하여 소형, 경량, 고효율로 설계가 가능하며, 이와 관련된 기술은 경박 단소, 에너지 절약 등의 전원 공급 장치에 대한 시대적 요구에 편승하여 급속히 발전의 기로에 있다.
이러한 SMPS의 종류는 크게 100V계, 200V계 및 자유전원(Free Voltage)형으로 분류되고 200V계 SMPS의 회로 부품은 100V계 SMPS의 회로 부품보다 고가여서 상호 분리하여 설계하며 자유 전원형은 구동 회로 및 부품의 구성이 200V계와 유사한 것이 특징이다.
도 1은 종래 기술에 따른 SMPS의 정전압 장치를 개략적으로 나타낸 회로도로서, 초크 코일 및 커패시터의 결합에 의해 노이즈를 필터링한 교류 전압을 정류회로(20)에 제공하는 필터링부(10)와, 필터링부(10)에 의해 필터링된 교류 전압을 브릿지 다이오드와 커패시터의 결합에 의해 전파 정류 및 평활화하여 일차측 코일(L1)에 인가하는 정류회로(20)와, 정류회로(20)에 의해 정류 및 평활화된 교류 전압에서의 특정 잡음만을 제한하는 스너버 회로(30)와, 피드백 회로로부터 제어회로의 제어에 의해 피드백되어 인가되는 직류 전압을 원하는 전압으로 맞추기 위하여 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름 온/오프를 스위칭하는 스위칭 회로(40)와, 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압이 이차측 코일(L2)에 유기되어 정류 다이오드(D1)와 평활 콘덴서(C1)에 의해 반파 정류되어 원하는 직류 전압을 검출하여 원하는 제1 직류(DC) 전압을 만들어 전자기기나 회로에 출력하고, 또한, 이차측 코일 (L3)에 유기되어 정류 다이오드(D2)와 평활 콘덴서(C2)에 의해 반파 정류되어 원하는 직류 전압을 검출하여 원하는 제2 직류(DC) 전압을 만들어 전자 기기나 회로에 출력하도록 구성되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 구성된 SMPS의 정전압 장치에서는 하나의 교류 입력전압에서 다수의 DC 전압을 출력하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 규모가 큰 트랜스포머인 2차측 코일을 다수 개 사용해야 하며, 더불어 정류 다이오드와 평활 콘덴서와 같은 부품을 2차측 코일의 개수와 동일하게 사용하여야만 함으로써, 시스템 회로를 복잡하게 만들거나, 혹은 시스템 설계 단가를 증가시키게 되는 문제점을 갖는다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 SMPS 회로 동작 시, 하나의 교류 입력전압을 가변형 정전압 회로에 적용시켜 직류 출력 전압을 가변시켜 출력할 수 있는 SMPS에서의 가변형 정전압 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 SMPS에서의 가변형 정전압 장치는 SMPS내 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압을 SMPS내 이차측 코일(L2)에 유기시켜 원하는 직류 전압으로 만들어 출력하는 수단과, 출력되는 직류 전압을 제너다이오드의 항복전압보다 낮게 전압 강하시킨 후, 제1포트 및 제2포트를 통해 입력되는 신호를 판별하면서 전압을 가변시켜 출력하는 가변형 정전압회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해하게 될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 SMPS에서의 가변형 정전압 장치를 위한 블록 구성도로서, 초크 코일 및 커패시터로 이루어져 있고, 이 코일 및 커패시터의 결합에 의해 노이즈를 필터링하며, 필터링된 교류 전압을 정류회로(200)에 제공하는 필터링부(100)와, 필터링부(100)에 의해 필터링된 교류 전압을 브릿지 다이오드와 커패시터의 결합에 의해 전파 정류 및 평활화하여 일차측 코일(L1)에 인가하는 정류회로(200)와, 정류회로(200)에 의해 정류 및 평활화된 교류 전압에서의 특정 잡음만을 제한하는 스너버 회로(300)와, 피드백 회로(600)로부터 제어회로(700)의 제어에 의해 피드백되어 인가되는 직류 전압을 원하는 전압으로 맞추기 위하여 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름 온/오프를 스위칭하는 스위칭 회로(400)와, 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압이 이차측 코일(L2)에 유기되어 정류 다이오드(D1)와 평활 콘덴서(C1)에 의해 반파 정류되어 원하는 직류(DC) 전압을 만들어 가변형 정전압회로(800)에 제공하며, 이 원하는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부(500)와, 전압 검출부(500)에 의해 검출된 직류 전압을 제어회로(700)의 제어에 따라 스위칭 회로(400)에 피드백시키는 피드백 회로(600)와, 피드백 회로(600)에 인가된 직류 전압을 스위칭 회로(400)에 피드백하도록 제어하는 제어회로(700)와, 제1 포트(port)와 제2 포트로부터 하이(high)(전압인가), 혹은 로우(low)(그라운드) 신호를 제공받아 트랜지스터(Q1, Q2)를 선택적으로 턴 온, 혹은 턴 오프 시키면서 제너다이오드 전압으로 가변시켜 출력하는 가변형 정전압회로(800)를 포함한다.
여기서, 가변형 정전압회로(800)는 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)와 두 개의 제너다이오드(ZD1, ZD2), 그리고, 다수의 저항(R1, R2, R3, R4, R5)으로 이루어져 있다.
즉, 트랜지스터(Q1)의 베이스 및 에미터 단에 전류제한용 저항(R1, R2)이 연결되어 있고 콜렉터 단에 제너다이오드(ZD1)가 연결되어 있으며, 트랜지스터(Q2)의 베이스 및 에미터 단에 전류제한용 저항(R3, R4)이 연결되어 있고 콜렉터 단에 제너다이오드(ZD2)가 연결되어 있다. 여기서, 제너다이오드(ZD2)의 -단은 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단에 연결되어 있으며, 저항(R1)에 제1포트가 연결되어 있으며, 저항(R3)에 제2포트가 연결되어 있다.
그 동작에 대하여 설명하면, 먼저 제1포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가되고, 제2포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가될 경우, 트랜지스터(Q1)는 턴 온되고, 트랜지스터(Q2)는 턴 오프되어 제너다이오드(ZD1)만의 제너 전압(VZD1)이 출력된다.
그리고, 제1포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가되고, 제2포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가될 경우, 트랜지스터(Q1)는 턴 오프되고, 트랜지스터(Q2)는 턴 온되어 제너다이오드(ZD1)와 제너다이오드(ZD2)가 합쳐진 제너전압(VZD1+VZD2) 이 출력된다.
그리고, 제1포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가되고, 제2포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가될 경우, 트랜지스터(Q1)는 턴 온되고, 트랜지스터(Q2) 또한 턴 온되어 제너다이오드(ZD1)만의 제너 전압(VZD1)이 출력된다.
마지막으로, 제1포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가되고, 제2포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가될 경우, 트랜지스터(Q1)는 턴 오프되고, 트랜지스터(Q2) 또한 턴 오프되어 제너다이오드(ZD1)와 제너다이오드(ZD1)가 모두 개방되어 저항(R5)을 통해 출력되는 전압이 출력된다.
도 3의 흐름도를 참조하면서, 상술한 구성을 바탕으로, 본 발명에 따른 SMPS에서의 가변형 정전압 장치의 동작에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 필터링부(100)는 초크 코일 및 커패시터의 결합에 의해 노이즈를 필터링하며, 필터링된 교류 전압을 정류회로(200)에 제공한다(단계 301). 정류회로(200)는 필터링부(100)에 의해 필터링된 교류 전압을 브릿지 다이오드와 커패시터의 결합에 의해 전파 정류 및 평활화하여 일차측 코일(L1)에 인가한다(단계 302). 이때, 스너버 회로(300)는 정류회로(200)에 의해 정류 및 평활화된 교류 전압에서의 특정 잡음만을 제한한다(단계 303).
스위칭 회로(400)는 피드백 회로(600)로부터 제어회로(700)의 제어에 의해 피드백되어 인가되는 직류 전압을 원하는 전압으로 맞추기 위하여 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름의 온/오프를 스위칭한다(단계 304).
스위칭 회로(400)의 스위칭 제어에 따라 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압이 이차측 코일(L2)에 유기되어 정류 다이오드(D1)와 평활 콘덴서(C1)에 의해 반파 정류되어 원하는 직류(DC) 전압을 만들어 가변형 정전압회로(800)에 제공한다(단계 305). 여기서, 전압 검출부(500)는 출력되는 직류 전압을 검출하여 피드백 회로(600)에 제공하며, 피드백 회로(600)는 제어회로(700)의 제어에 따라 전압 검출부(500)에 의해 검출된 직류 전압을 스위칭 회로(400)에 피드백시킨다.
이때, 가변형 정전압회로(800)는 이차측 코일(L2)에 의해 유기되어 제공되는 직류 전압을 저항(R5)을 이용하여 제너다이오드(ZD1, ZD2)의 항복전압보다 낮게 전압 강하시킨다(단계 306).
이후, 가변형 정전압회로(800)는 제1포트와 제2포트를 통해 입력되는 신호를 판별(단계 307)하면서 가변된 전압을 출력한다.
상기 판별(307)결과, 제1포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가되고, 제2포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가될 경우(단계 308), 트랜지스터(Q1)는 턴 온되고, 트랜지스터(Q2)는 턴 오프되어 제너다이오드(ZD1)만의 제너 전압(VZD1)이 출력된다(단계 309).
그리고, 상기 판별(307)결과, 제1포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가되고, 제2포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가될 경우(단계 310), 트랜지스터(Q1)는 턴 오프되고, 트랜지스터(Q2)는 턴 온되어 제너다이오드(ZD1)와 제너다이오드(ZD2)가 합쳐진 제너전압(VZD1+VZD2)이 출력된다(단계 311).
그리고, 상기 판별(407)결과, 제1포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가되고, 제2포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가될 경우(단계 312), 트랜지스터(Q1)는 턴 온되고, 트랜지스터(Q2) 또한 턴 온되어 제너다이오드(ZD1)만의 제너 전압(VZD1)이 출력된다(단계 313).
마지막으로, 상기 판별(407)결과, 제1포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가되고, 제2포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가될 경우(단계 314), 트랜지스터(Q1)는 턴 오프되고, 트랜지스터(Q2) 또한 턴 오프되어 제너다이오드(ZD1)와 제너다이오드(ZD1)가 모두 개방되어 저항(R5)을 통해 출력되는 전압이 출력된다(단계 315).
따라서, SMPS 회로 동작 시, 하나의 교류 입력전압을 가변형 정전압 회로에 적용시켜 직류 출력 전압을 가변시켜 출력함으로써, 기존 회로에서와 같이 규모가 큰 트랜스포머인 2차측 코일을 다수개 사용할 필요가 없어 시스템 설계 단가를 낮출 수 있으며, 또한 원하는 전압을 자유롭게 가변시켜 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 사상 및 특허청구범위 내에서 권리로서 개시하고 있으므로, 본원 발명은 일반적인 원리들을 이용한 임의의 변형, 이용 및/또는 개작을 포함할 수도 있으며, 본 명세서의 설명으로부터 벗어나는 사항으로서 본 발명이 속하는 업계에서 공지 또는 관습적 실시의 범위에 해당하고 또한 첨부된 특허청구범위의 제한 범위 내에 포함되는 모든 사항을 포함한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 SMPS 회로 동작 시, 하나의 교류 입력전압을 가변형 정전압 회로에 적용시켜 직류 출력 전압을 가변시켜 출력함으로써, 기존 회로에서와 같이 규모가 큰 트랜스포머인 2차측 코일을 다수개 사용할 필요가 없어 시스템 설계 단가를 낮출 수 있으며, 또한 원하는 전압을 자유롭게 가변시켜 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. SMPS에서의 가변형 정전압 장치로서,
    상기 SMPS내 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압을 상기 SMPS내 이차측 코일(L2)에 유기시켜 원하는 직류 전압으로 만들어 출력하는 수단과,
    상기 출력되는 직류 전압을 제너다이오드의 항복전압보다 낮게 전압 강하시킨 후, 제1포트 및 제2포트를 통해 입력되는 신호를 판별하면서 전압을 가변시켜 출력하는 가변형 정전압회로
    를 포함하는 SMPS에서의 가변형 정전압 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변형 정전압회로는, 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)와 두 개의 제너다이오드(ZD1, ZD2), 그리고, 다수의 저항(R1, R2, R3, R4, R5)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 가변형 정전압 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가변형 정전압회로는, 상기 트랜지스터(Q1)의 베이스 및 에미터 단에 전류제한용 저항(R1, R2)이 연결되어 있고 콜렉터 단에 제너다이오드(ZD1)가 연결되어 있으며, 상기 트랜지스터(Q2)의 베이스 및 에미터 단에 전류제한용 저항(R3, R4)이 연결되어 있고 콜렉터 단에 제너다이오드(ZD2)가 연결되어 있으며, 상기 제너다이오드(ZD2)의 -단은 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단에 연결되어 있으며, 저항(R1)에 제1포트가 연결되어 있으며, 저항(R3)에 제2포트가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 가변형 정전압 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가되고, 상기 제2포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가될 경우, 상기 트랜지스터(Q1)는 턴 온되고, 상기 트랜지스터(Q2)는 턴 오프되어 상기 제너다이오드(ZD1)만의 제너 전압(VZD1)이 출력되는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 가변형 정전압 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가되고, 상기 제2포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가될 경우, 상기 트랜지스터(Q1)는 턴 오프되고, 상기 트랜지스터(Q2)는 턴 온되어 상기 제너다이오드(ZD1) 및 제너다이오드(ZD2)가 합쳐진 제너전압(VZD1+VZD2)이 출력되는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 가변형 정전압 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가되고, 상기 제2포트를 통해 하이(전압인가)신호가 인가될 경우, 상기 트랜지스터(Q1)는 턴 온되고, 상기 트랜지스터(Q2) 또한 턴 온되어 상기 제너다이오드(ZD1)만의 제너 전압(VZD1)이 출력되는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 가변형 정전압 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가되고, 상기 제2포트를 통해 로우(그라운드)신호가 인가될 경우, 상기 트랜지스터(Q1)는 턴 오프되고, 상기 트랜지스터(Q2) 또한 턴 오프되어 상기 제너다이오드(ZD1) 및 제너다이오드(ZD1)가 모두 개방되어 상기 저항(R5)을 통해 출력되는 전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 가변형 정전압 장치.
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