KR100681645B1

KR100681645B1 - Ｓｍｐｓ에서의 고전압 보호장치

Info

Publication number: KR100681645B1
Application number: KR1020050047086A
Authority: KR
Inventors: 박영민
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2007-02-09
Also published as: KR20060125188A

Abstract

본 발명은 SMPS 회로 동작 시, 회로 내에서 보증할 수 있는 전압보다 높은 고전압이 인가될 경우에도 전압 검출 및 보호회로를 적용시켜 SMPS 회로를 고전압으로부터 보호하기 위한 것으로, 이를 위한 구성은 교류 전압을 필터링 및 정류시켜 일차측 코일(L1)에 인가하는 제1수단과, 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압을 이차측 코일(L2)에 유기시켜 원하는 직류 전압으로 만들어 출력하는 제2수단과, 원하는 직류 전압으로 맞추기 위하여 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름 온/오프를 스위칭하는 스위칭 회로와, 출력되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부와, 검출된 직류 전압을 피드백시키는 피드백 회로와, 피드백 회로에 인가된 직류 전압을 스위칭 회로에 피드백하도록 제어하는 제어회로와, 제1수단에 의해 정류된 교류전압이 SMPS 보증 전압보다 고전압일 경우, 제어회로의 동작을 정지시켜 보호하는 전압검출 및 보호 회로를 포함한다. 따라서, 기존 고전압에 의해 각종 부품이 파손되어 회로의 치명적인 손상을 가하게 되는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

트랜지스터, 제너다이오드, 비교기, 저항, SMPS

Description

ＳＭＰＳ에서의 고전압 보호장치{APPARATUS FOR PROTECTING OVER VOLTAGE AN SMPS}

도 1은 종래 기술에 따른 100V계 SMPS의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 회로도,

도 2는 본 발명에 따른 SMPS에서의 고전압 보호장치를 위한 블록 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 전압 검출 및 보호회로를 세부적으로 나타낸 회로도,

도 4는 본 발명에 따른 SMPS에서의 고전압 보호장치의 동작에 대한 상세 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 필터링부 200 : 정류회로

300 : 전압검출 및 보호회로 400 : 스너버 회로

500 : 스위칭 회로 600 : 전압 검출부

700 : 피드백 회로 800 : 제어 회로

본 발명은 SMPS(Switching Mode Power Supply, SMPS)에서의 고전압 보호장치 에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면, SMPS 회로 동작 시, 회로 내에서 보증할 수 있는 전압보다 높은 고전압으로부터 SMPS 회로를 보호할 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 100V계 SMPS의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 회로도로서, 100V의 교류 전압을 통과시키는 휴즈(Fuse)(5)와, 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 회로(60)로부터 제어회로(70)의 제어에 의해 피드백되어 인가되는 직류 전압을 원하는 전압으로 맞추기 위하여 일차측 코일(L1)로 의 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 직류(DC) 전압을 만들어 전자 기기나 회로에 출력하며, 이 출력되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부(50)와, 전압 검출부(50)에 의해 검출된 직류 전압을 제어회로(70)의 제어에 따라 스위칭 회로(40)에 피드백시키는 피드백 회로(60)와, 피드백 회로(60)에 인가된 직류 전압을 스위칭 회로(40)에 피드백하도록 제어하는 제어회로(70)를 포함한다.

여기서, 200V계의 스위칭 전원 공급 장치와 자유 전원형 SMPS의 회로 구성은 상기와 같은 100V계 SMPS의 회로 구성에 비하여 단지 구성 부품만이 다를 뿐 그 이외의 회로 구성 및 작용은 동일하므로 언급을 생략한다.

그러나, 상술한 바와 같이 구성된 100V계 SMPS에 200V의 고전압이 잘못하여 인가될 경우, 인가되는 입력 전압이 정격을 초과하게 되는 과도 전류가 흘러 도 1에 도시된 각종 부품이 파손되어 회로의 치명적인 손상을 가하게 되는 문제점을 갖는다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 SMPS 회로 동작 시, 회로 내에서 보증할 수 있는 전압보다 높은 고전압이 인가될 경우에도 전압 검출 및 보호회로를 적용시켜 SMPS 회로를 고전압으로부터 보호할 수 있는 SMPS에서의 고전압 보호장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 SMPS에서의 고전압 보호장치는 교류 전압을 필터링 및 정류시켜 일차측 코일(L1)에 인가하는 제1수단과, 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압을 이차측 코일(L2)에 유기시켜 원하는 직류 전압으로 만들어 출력하는 제2수단과, 원하는 직류 전압으로 맞추기 위하여 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름 온/오프를 스위칭하는 스위칭 회로와, 출력되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부와, 검출된 직류 전압을 피드백시키는 피드백 회로와, 피드백 회로에 인가된 직류 전압을 스위칭 회로에 피드백하도록 제어하는 제어회로와, 제1수단에 의해 정류된 교류전압이 SMPS 보증 전압보다 고전압일 경우, 제어회로의 동작을 정지시켜 보호하는 전압검출 및 보호 회로를 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 고전압 보호장치를 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 전압을 검출하고, 검출된 교류 전압과 전압 분배용 저항(R1, R2)을 이용하여 분배전압을 계산하고, 계산된 분배전압이, 상술한 저항들(R1, R2)과 비교기(OP1)간에 위치한 제너다이오드(Z1)의 항복 전압(Vref)보다 높은지, 아니면, 낮은지를 판별하고, 판별결과 높으면 즉 교류 전압이 회로 내에서 보증할 수 있는 전압보다 고전압일 경우, 비교기(OP1)의 출력 단에 위치한 트랜지스터(Q1)를 턴 온(turn on)시켜 제어회로(800)의 동작을 비활성화시키며, 판별결과 낮으면 즉 교류 전압이 회로 내에서 보증할 수 있는 전압일 경우 비교기(OP1)의 출력 단에 위치한 트랜지스터(Q1)를 턴 오프(turn off)시켜 제어회로(800)의 동작을 활성화시키는 전압 검출 및 보호회로(300)와, 정류회로(200)에 의해 정류 및 평활화된 교류 전압에서의 특정 잡음만을 제한하는 스너버 회로(400)와, 피드백 회로(700)로부터 제어회로(800)의 제어에 의해 피드백되어 인가되는 직류 전압을 원하는 전압으로 맞추기 위하여 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름 온/오프를 스위칭하는 스위칭 회로(500)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 전자 기기나 회로에 출력하며, 이 출력되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부(600)와, 전압 검출부(600)에 의해 검출된 직류 전압을 제어회로(800)의 제어에 따라 스위칭 회로(500)에 피드백시키는 피드백 회로(700)와, 전압 검출 및 보호 회로(300)의 활성화 및 비활성화 신호에 의해 동작 유/무가 결정되며, 활성화될 경우 피드백 회로(700)에 인가된 직류 전압을 스위칭 회로(500)에 피드백하도록 제어하는 제어회로(800)를 포함한다.

도 4의 흐름도를 참조하면서, 상술한 구성을 바탕으로, 본 발명에 따른 SMPS 에서의 고전압 보호장치의 동작에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 도 3에 도시된 전압 검출 및 보호회로(300)내의 저항(R1, R2) 값은 정류회로(200)에 의해 정류 및 평활화된 교류 전압이 회로 내에서 보증할 수 있는 전압(예로, 185V∼240V)일 경우에만 제어 회로(800)를 활성화시킬 수 있는 값으로 세팅시켜 설계한다고 가정한다.

필터링부(100)는 초크 코일 및 커패시터의 결합에 의해 노이즈를 필터링하며, 필터링된 교류 전압을 정류회로(200)에 제공한다(단계 401). 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 402). 이때, 스너버 회로(400)는 정류회로(200)에 의해 정류 및 평활화된 교류 전압에서의 특정 잡음만을 제한한다(단계 403).

이때, 전압 검출 및 보호회로(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 이루어져 있으며, 정류회로(200)에 의해 정류 및 평활화된 교류 전압과 전압 분배용 저항(R1, R2)을 이용하여 분배전압을 계산하고, 계산된 분배전압이, 저항들(R1, R2)간의 분배점과 비교기(OP1)간에 위치한 제너다이오드(Z1)의 항복 전압(Vref)보다 높은지, 아니면, 낮은지를 판단한다(단계 404). 여기서, 분배전압은 수학식 1에 의해 계산된다.

상기 판단(404)결과, 높으면 즉 교류 전압이 회로 내에서 보증할 수 있는 전압보다 고전압일 경우, 비교기(OP1)의 출력 단에 위치한 트랜지스터(Q1)를 턴 온(turn on)시켜 제어회로(800)의 동작을 비활성화시킨다(단계 405). 그러면, 제어회로(800)는 전압 검출 및 보호 회로(300)의 비활성화 신호에 따라 동작이 정지하게 되며(단계 406), 이로 인하여 스위칭 회로(500)의 동작 또한 정지하게 되어 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름이 멈추어 일차측 코일(L1)로서의 동작을 수행하지 못하게 된다(단계 407).

반면에, 상기 판단(404)결과, 낮으면 즉 교류 전압이 회로 내에서 보증할 수 있는 전압내일 경우, 비교기(OP1)의 출력 단에 위치한 트랜지스터(Q1)를 턴 오프(turn off)시켜 제어회로(800)의 동작을 활성화시킨다(단계 408). 그러면, 제어회로(800)는 전압 검출 및 보호 회로(300)의 활성화 신호에 따라 동작하게 되어 피드백 회로(700)에 인가된 직류 전압을 스위칭 회로(500)에 피드백 하도록 제어한다(단계 409).

스위칭 회로(500)는 피드백 회로(700)로부터 제어회로(800)의 제어에 의해 피드백되어 인가되는 직류 전압을 원하는 전압으로 맞추기 위하여 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름의 온/오프를 스위칭한다(단계 410).

스위칭 회로(500)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 전자 기기나 회로에 출력하게 되는 것이다(단계 411). 이때, 전압 검출부(600)는 출력되는 직류 전압을 검출하여 피드백 회로(700)에 제공하며(단계 412), 피드백 회로(700)는 제어회로(800)의 제어에 따라 전압 검출부(600)에 의해 검출된 직류 전압을 스위칭 회로(500)에 피드백시킨다(단계 413).

따라서, SMPS 회로 동작 시, 회로 내에서 보증할 수 있는 전압보다 높은 고전압이 인가될 경우에 전압 검출 및 보호회로를 적용시켜 SMPS 회로를 고전압으로부터 보호함으로써, 기존 고전압에 의해 각종 부품이 파손되어 회로의 치명적인 손상을 가하게 되는 문제점을 해결할 수 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, 회로 내에서 보증할 수 있는 전압보다 높은 고전압이 인가될 경우에 전압 검출 및 보호회로를 적용시켜 SMPS 회로를 고전압으로부터 보호함으로써, 기존 고전압에 의해 각종 부품이 파손되어 회로의 치명적인 손상을 가하게 되는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims

교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하는 SMPS에서의 고전압 보호장치에 있어서,

상기 교류 전압을 필터링 및 정류시켜 일차측 코일(L1)에 인가하는 제1수단과,

상기 일차측 코일(L1)에 의해 발생된 교류전압을 이차측 코일(L2)에 유기시켜 원하는 직류 전압으로 만들어 출력하는 제2수단과,

상기 원하는 직류 전압으로 맞추기 위하여 상기 일차측 코일(L1)로의 전류 흐름 온/오프를 스위칭하는 스위칭 회로와,

상기 출력되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부와,

상기 검출된 직류 전압을 피드백시키는 피드백 회로와,

상기 피드백 회로에 인가된 직류 전압을 상기 스위칭 회로에 피드백하도록 제어하는 제어회로와,

상기 제1수단에 의해 정류된 교류전압이 SMPS 보증 전압보다 고전압일 경우, 상기 제어회로의 동작을 정지시켜 보호하는 전압검출 및 보호 회로

를 포함하는 SMPS에서의 고전압 보호장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전압검출 및 보호 회로는,

전압 분배용 저항(R1, R2)과,

상기 저항(R1, R2) 사이에 -단이 위치하며 +단에 제너다이오드가 위치하는 비교기와,

상기 비교기(OP1)의 +단에 위치하여 항복전압(Vref)을 갖는 제너다이오드와,

상기 비교기의 출력 단에 위치하여 턴 온/오프를 수행하는 트랜지스터

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 고전압 보호장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전압검출 및 보호 회로는,

상기 정류된 교류 전압과 전압 분배용 저항(R1, R2)을 이용하여 분배전압을 계산하며, 상기 계산된 분배전압이 제너다이오드(Z1)의 항복 전압(Vref) 보다 높으면 트랜지스터(Q1)를 턴 온시켜 상기 제어회로의 동작을 비활성화시키며, 상기 계산된 분배전압이 상기 제너다이오드(Z1)의 항복 전압(Vref) 보다 낮으면 상기 트랜지스터(Q1)를 턴 오프시켜 상기 제어회로의 동작을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 고전압 보호장치.
제 3 항에 있어서,

상기 분배전압은,

수학식

에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 고전압 보호장치.
제 1 항에 있어서,

상기 SMPS 보증 전압은, 185V∼240V 범위 내인 것을 특징으로 하는 SMPS에서의 고전압 보호장치.