KR100685103B1 - 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로 - Google Patents

스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 동작 전원을 보조 권선으로부터 얻는 경우 제어부의 동작 전원과 주출력 전압간의 크로스 레귤이션 성능을 향상시켜 제어부가 원할하게 동작되도록 하고, 프라이머리 사이드 레이귤레이션을 사용하는 저가형 어댑터, 충전기 등의 출력 전압 편차를 줄일 수 있는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 트랜스포머와, 스위칭 소자와, 전원부와, 제어부로 이루어진 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서, 상기 스위칭 소자에는 상기 스위칭 소자를 통하여 흐르는 전류를 감지하고 이를 소정 전압으로 출력하는 전류 센서가 연결되고, 상기 전류 센서에는 상기 전류 센서로부터 얻어진 전압을 증폭하여 유지하는 증폭 유지부가 연결되며, 상기 증폭 유지부에는 상기 증폭 유지부에 의한 입력 전압에 비례하여 상기 전원부로부터의 전원을 소비하는 전류 소비부가 더 연결된 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로가 개시된다.
SMPS, 크로스 레귤레이션, 전원부, 강제 전류 소비

Description

스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로{Cross regulation improving circuit of switching mode power supply}
도 1은 종래 스위칭 모드 파워 서플라이의 일례를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 종래 스위칭 모드 파워 서플라이에서 동작 파형을 도시한 파형도이다.
도 3은 종래 스위칭 모드 파워 서플라이의 다른예를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 종래 스위칭 모드 파워 서플라이중 전류 모드 펄스폭 변조부를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 5는 종래 스위칭 모드 파워 서플라이에서 입력 전원 전압에 따라 스위칭 소자가 차단될 때에의 전류 피크치가 달라지는 상태를 도시한 파형도이다.
도 6은 본 발명에 의한 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명에 의한 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로중 스위칭 소자를 통해 흐르는 전류를 증폭하여 유지하는 증폭 유지부의 일례를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명에 의한 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로중 입력 전압의 제곱에 비례하는 전류를 소비하는 전류 소비부를 도시한 회로도이다.
도 9는 도 8의 전류 소비부에 의한 결과를 도시한 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1; 정류부 2; 트랜스포머
2a; 보조 권선 3; 스위칭 소자
4; 제어부 5; 전원부
6; 전류 센서 7; 증폭 유지부
8; 전류 소비부
본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이에 관한 것으로서, 보다 상세히는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래 스위칭 모드 파워 서플라이의 일례가 개략적인 회로도로서 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 종래 스위칭 모드 파워 서플라이는 교류 전원을 직류로 정류하는 정류부(1)와, 상기 정류부(1)로부터의 전원 및 스위칭 동작에 의해 입력측에서 출력측으로 전압을 유도하는 트랜스포머(2)와, 상기 트랜스포머(2)의 입력측 에 연결된 동시에 온/오프 동작을 소정 주기로 반복하여 출력측으로 전압이 유도되도록 하는 스위칭 소자(3)와, 상기 스위칭 소자(3)의 온/오프 펄스폭을 제어하는 제어부(4)로 이루어져 있다. 이러한 구성의 스위칭 모드 파워 서플라이를 플라이 백 컨버터(fly-back converter)라고도 한다. 여기서, 상기 정류부(1)는 통상의 배터리일 수도 있다.
이러한 스위칭 모드 파워 서플라이의 동작 모드에는 연속 도통 모드(Continuous Conduction Mode: CCM)와, 불연속 도통 모드(Discontinuous Conduction Mode: DCM)가 있다. 입력 전압의 범위가 넓은 경우에 대응하기 쉽고, 출력측의 다이오드가 고성능일 필요가 없기 때문에 통상은 불연속 도통 모드(DCM)가 많이 이용되고 있다.
도 2를 참조하면, 종래 스위칭 모드 파워 서플라이에서 동작 파형이 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 불연속 도통 모드(DCM)일 경우 스위칭 소자가 온되어 있는 동안 에너지가 트랜스포머의 입력측(자화 인덕턴스)에 쌓이게 되고, 스위칭 소자가 오프되어 있는 동안 그 에너지가 전부 출력측으로 넘어가거나 손실되어 입력측(자화 인덕턴스)의 에너지가 0으로 된다.
한편, 상기와 같은 스위칭 모드 파워 서플라이는 입력측의 입력 전압이 보통 100V 이상의 높은 전압이기 때문에 제어부(반도체 집적회로)를 구동하기 위한 전원 공급을 위해 상기 입력 전압원으로부터 저항을 통해 전류를 제한하고 전압을 낮추어 제어부(4)를 구동함으로써 제어부의 구동 전류×입력 전압의 손실을 피할 수 없 게 된다.
도 3은 종래 스위칭 모드 파워 서플라이의 다른예를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도시된 바와 같이 트랜스포머(2)에는 보조 권선(2a)이 더 감겨 있고, 이러한 보조 권선(2a)에는 다이오드 및 캐패시터로 이루어진 전원부(5)가 더 연결되어 있다. 물론, 제어부(4)는 상기 전원부(5)로부터 전원을 인가 받는다. 이러한 스위칭 모드 파워 서플라이는 상기 트랜스포머(2)에 별도의 보조 권선(2a)을 감아서 제어부(4)의 구동 전원을 생성함으로써 제어부의 손실을 줄일 수 있다.
좀더 자세히 설명하면 동일한 철편에 감겨 있는 권선들이기 때문에 그 전압에는 상관 관계가 있고, 따라서 출력 전압을 일정하게 제어함에 따라 제어부의 구동 전압도 어느 정도는 제어가 된다. 이러한 경우를 크로스 레귤레이션(cross regulation)이라고 한다. 그러나, 이러한 스위칭 모드 파워 서플라이는 출력 부하의 크기가 심하게 변하는 충전기, 어댑터 등의 경우 출력 전압이 일정하게 제어되더라도 제어부의 구동 전압은 심하게 변할 수 있는데, 이는 각 권선에 존재하는 누설 인덕턴스가 주 원인이다. 부하가 작은 경우 제어부의 구동 전압이 낮고, 부하가 커짐에 따라 제어부의 구동 전압이 점차 증가하다가, 어느 이상의 부하가 걸리면 제어부의 구동 전압이 너무 높아져서 제어부가 파괴되거나 또는 제어부의 보호 기능에 의해 동작이 정지되기 때문에 부하 크기의 허용 범위가 충분하지 못할 수 있다. 또한, 정확한 출력 전압이 필요하지 않은 저가형 어댑터나 충전기 등의 경우 출력측의 전압을 감지하여 제어하지 않고 제어부의 구동 전압을 감지하고 이를 목 표 전압과 비교하여 제어하는 경우에도 크로스 레귤레이션 성능은 출력 전압의 변동폭을 좌우하는 중요한 요소가 된다.
도 4는 종래 스위칭 모드 파워 서플라이중 전류 모드 펄스폭 변조부를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도시된 바와 같이 종래 전류 모드 펄스폭 변조부(4)는 스위칭 소자(3)를 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 변환하여 출력하는 전류 센서(6)와, 상기 전류 센서(6)로부터의 전압이 보정 전압(Vc)보다 클 경우 상태 반전 신호를 출력하는 비교기(4a)와, 상기 비교기(4a)로부터 상태 반전 신호 출력시 역시 상태 반전 신호를 출력하는 RS 플립플롭(4b)과, 상기 RS 플립플롭(4b) 및 오실레이터(4c)의 파형 신호를 입력받아 소정 신호를 상기 스위칭 소자(3)에 출력하는 앤드 게이트(4d)를 포함한다. 여기서, 상기 오실레이터(4c)의 파형은 RS 플립플롭(4b)의 S 단자에 입력된다.
따라서, 전류 센서(6)로부터 감지된 전압이 보정 전압보다 클 경우, 상기 비교기(4a)는 상기 RS 플립플롭(4b)을 리셋시킨다. 그러면, 상기 RS 플립플롭(4b)은 Q 단자를 통하여 앤드 게이트(4d)에 예를 들면 로우 신호를 출력한다. 이에 따라 상기 앤드 게이트(4d)는 스위칭 소자(3)를 오프시킨다. 물론, 상기 오실레이터(4c)로부터의 다음번 하이 신호는 RS 플립플롭(4b)을 셋트시켜서, 다시 상기 앤드 게이트(4d)가 스위칭 소자(3)를 온시키도록 한다.
한편, 이러한 회로에서 불연속 도통 모드(DCM)의 경우 출력 파워 P0는 아래 수학식 1과 같이 결정된다.
Figure 112005039687710-pat00001
여기서, P0은 출력 파워, Lm은 트랜스포머 입력측 자화 인덕턴스, Ipk는 피크 전류, f는 스위칭 주파수, η는 효율이다.
그리고, 연속 도통 모드(CCM)의 경우 출력 파워 P0는 아래 수학식 2와 같이 결정된다.
Figure 112005039687710-pat00002
여기서, Ist는 는 스위칭 소자가 켜질 때 흐르기 시작하는 전류의 크기인데, 기생 캐패시턴스를 방전시키기 때문에 흐르는 피크형 전류를 제외한 것이다. 자화 인덕턴스 Lm을 통해 흐르는 전류의 최소값과 같다. 그런데, 일반적으로 입력 전압 범위가 넓은 스위칭 모드 파워 서플라이의 경우에는 전류 Ipk에 비해 Ist가 매우 작기 때문에 스위칭 주파수가 일정하고 Vc와 Ipk가 일정하다면 아래 수학식 3으로 근사 계산이 된다.
Figure 112005039687710-pat00003
여기서 k는 Ipk/Vc의 제곱근이다.
그러나, 위와 같이 Vc를 Ipk의 대리 변수로 생각하는 방법은 제어부(반도체 집적회로)내의 회로 지연 및 스위칭 소자의 턴-오프 지연 시간 때문에 부정확한 결과가 나오게 된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 같은 Vc에서도 입력 전압이 달라짐에 따라 Ipk가 달라진다. 비교기에서 전류 센서로부터 전압이 Vc보다 커졌음을 감지하고 스위칭 소자를 차단시키는데 시간이 걸리며 그동안 자화 인덕턴스를 통해 흐르는 전류는 계속 증가하고 있기 때문이다. 따라서 그에 따른 출력 파워 P0는 차단시 전류 Ipk의 제곱에 비례하므로 더 큰 차이가 나타나게 된다.
이와 같이 종래에는 플라이 백 형식의 스위칭 모드 파워 서플라이중 제어부의 동작 전원을 보조 권선으로부터 만드는 경우 제어부의 동작 전원과 주출력 전압간의 크로스 레귤레이션 성능을 향상시키기 위한 별도의 기능이 제어부(반도체 집적 회로) 내에 들어 있지 않았다. 그에 따라, 출력 파워의 변동에 따라 제어부의 동작 전압이 심하게 변하여 제어부가 고장나거나 보호 기능이 작동함에 따라 스위칭 모드 파워 서플라이가 셧다운(shut down)되는 문제가 있다.
또한, 프라이머리 사이드 레귤레이션(primary side regulation: 보정 전압 Vc를 출력측 전압으로부터 얻는 회로) 방식의 저가형 충전기가 어댑터의 경우에도 출력 전압이 거의 ±10%가 넘게 변동하는 등 정확도가 충분하지 않은 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 동작 전원을 보조 권선으로부터 얻는 경우 제어부의 동작 전원과 주출력 전압간의 크로스 레귤이션 성능을 향상시켜 제어부가 원할하게 동작되도록 하고, 프라이머리 사이드 레이귤레이션을 사용하는 저가형 어댑터, 충전기 등의 출력 전압 편차를 줄일 수 있는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 입력측에 주권선 및 보조 권선이 권취되고, 출력측에 출력 권선이 권취된 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 입력측 주권선에 연결된 동시에, 소정 주파수로 온/오프되어 출력측의 출력 권선에 소정 전압 및 전류를 트랜스포밍하는 스위칭 소자와, 상기 트랜스포머의 입력측 보조 권선에 연결되어 소정 전원을 출력하는 전원부와, 상기 전원부로부터 전원을 인가받아 상기 전원에 비례하여 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증감시키는 제어부로 이루어진 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서, 상기 스위칭 소자에는 상기 스위칭 소자를 통하여 흐르는 전류를 감지하고 이를 소정 전압으로 출력하는 전류 센서가 연결되고, 상기 전류 센서에는 상기 전류 센서로부터 얻어진 전압을 증폭하여 유지하는 증폭 유지부가 연결되며, 상기 증폭 유지부에는 상기 증폭 유지부에 의한 입력 전압에 비례하여 상기 전원부로부터의 전원을 소비하는 전류 소비부가 더 연결되어 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 증폭 유지부는 상기 전류 센서로부터 얻어진 전압을 소정 전압 으로 증폭하는 제1증폭기와, 상기 제1증폭기의 출력 전압을 정류하는 다이오드와, 상기 다이오드로부터 출력된 전압을 충전하는 캐패시터와, 상기 캐패시터로부터 방전되는 전압이 비반전 단자에 입력되고, 반전 단자는 출력 단자와 연결되어 소정 전압을 유지하는 제2증폭기를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전류 소비부는 상기 전원부로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 증폭 유지부에 의한 전압 및 전류가 베이스에 인가되며 에미터는 저항을 통하여 접지되어 상기 전원부에 의한 전압을 소비하는 제1트랜지스터와, 상기 전원부로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 제1트랜지스터의 에미터에 의한 전압이 베이스에 인가되며 에미터는 저항을 통하여 접지되어 상기 전원부에 의한 전압을 소비하는 제2트랜지스터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원부로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 제2트랜지스터의 에미터에 의한 전압이 베이스에 인가되며 에미터는 저항을 통하여 접지되어 상기 전원부에 의한 전압을 소비하는 제3트랜지스터가 더 구비되는 동시에, 상기와 같은 연결 방식으로 다수의 제3트랜지스터가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 전류 소비부는 증폭 유지부로부터 입력되는 입력 전압의 제곱에 비례하여 전원부로부터의 전류를 소비할 수 있다.
또한, 상기 제어부, 증폭 유지부 및 전류 소비부는 하나의 반도체 칩에 집적 회로 형태로 형성될 수 있다.
이와 같이 하여 본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이의 입력측 스위칭 소자에 흐르는 전류의 피크를 감지하여 그 제곱에 해당하는 소량의 전력 손실을 고의적 으로 입력측에 일으킴으로써, 제어부 구동 전압을 낮추워 출력측의 주 출력 파워와 제어부에서 소모하는 파워의 비율을 일정하게 만든다. 결과적으로 제어부의 전원 전압과 주출력 전압의 비율이 크게 달라지지 않으므로 주 출력 파워의 변동에 따른 제어부의 전원 전압 변동을 완화시킬 수 있게 된다. 또한, 포토 커플러와 출력측의 전압 레퍼런스없이 입력측의 제어부 전원 전압을 제어하더라도 출력측의 주 출력 전압이 목표치에서 크게 벗어나지 않도록 할 수 있어 저가이면서도 무난한 성능의 어댑터나 충전기를 만들 수 있게 된다.
더불어, 본 발명은 프라이머리 사이드 레귤레이션 형태로 만드는 저가형 충전기나 어댑터의 경우에도 출력 전압 변동이 억제됨으로써 정확도가 더욱 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 의한 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로를 도시한 블록도이다.
도시된 바와 같이 우선 스위칭 모드 파워 서플라이는 입력측에 주권선(2b) 및 보조 권선(2a)이 권취되고, 출력측에 출력 권선(2c)이 권취된 트랜스포머(2)와, 상기 트랜스포머(2)의 입력측 주권선(2b)에 연결된 동시에, 소정 주파수로 온/오프되어 출력측의 출력 권선(2c)에 소정 전압 및 전류를 트랜스포밍하는 스위칭 소자 (3)와, 상기 트랜스포머(2)의 입력측 보조 권선(2a)에 연결되어 소정 전원을 출력하는 전원부(5)와, 상기 전원부(5)로부터 전원을 인가받아 상기 전원에 비례하여 스위칭 소자(3)의 스위칭 주파수를 증감시키는 제어부(4)로 이루어져 있다.
여기서, 상기 스위칭 소자(3)에는 상기 스위칭 소자(3)를 통하여 흐르는 전류를 감지하고 이를 전압으로 변환하여 본 발명에 의한 크로스 레귤레이션 개선 회로에 출력하는 전류 센서(6)가 더 연결되어 있다. 물론, 이러한 전류 센서(6)는 종래와 같이 스위칭 소자(3)를 통하여 흐르는 최대 전류를 감지함으로써, 스위칭 소자(3)의 온/오프 펄스폭을 조절하는 제어부(4)에도 소정 신호를 출력한다.
본 발명에 의한 크로스 레귤레이션 개선 회로는 크게 상기 전류 센서(6)로부터의 전압을 증폭하고 유지하는 증폭 유지부(7)와, 상기 증폭 유지부(7)에 의한 입력 전압에 비례하여 전원부(5)에 의한 전력을 강제로 소비시키는 전류 소비부(8)를 포함한다.
도 7은 본 발명에 의한 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로중 스위칭 소자를 통해 흐르는 전류를 증폭하여 유지하는 증폭 유지부의 일례를 도시한 회로도이다.
도시된 바와 같이 증폭 유지부(7)는 전류 센서(6)로부터 얻어진 전압을 소정 전압으로 증폭하는 제1증폭기(7a)와, 상기 제1증폭기(7a)의 출력 전압을 정류하는 다이오드(7b)와, 상기 다이오드(7b)로부터 출력된 전압을 충전하는 캐패시터(7c)와, 상기 캐패시터(7c)로부터 방전되는 전압이 비반전 단자에 입력되고, 반전 단자는 출력 단자와 연결되어 부궤환됨으로써 소정 전압을 유지하는 제2증폭기(7d)를 포함한다. 여기서, 이러한 증폭 유지부(7)는 한예일 뿐이며, 본 발명에서 이러한 증폭 유지부(7)의 회로를 한정하는 것은 아니다.
도 8은 본 발명에 의한 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로중 입력 전압의 제곱에 비례하는 전류를 소비하는 전류 소비부를 도시한 회로도이다.
도시된 바와 같이 전류 소비부(8)는 전원부(5)로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 증폭 유지부(7)에 의한 전압 및 전류가 베이스에 인가되며 에미터는 저항(R1, RL1)을 통하여 접지되어 상기 전원부(5)에 의한 전압을 소비하는 제1트랜지스터(Q1)와, 상기 전원부(5)로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 제1트랜지스터(Q1)의 에미터에 의한 전압이 베이스에 인가되며 에미터는 저항(RL2)을 통하여 접지되어 상기 전원부(5)에 의한 전압을 소비하는 제2트랜지스터(Q2)와, 상기 전원부(5)로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 제2트랜지스터(Q2)의 에미터에 의한 전압이 베이스에 인가되며 에미터는 저항(RL3)을 통하여 접지되어 상기 전원부(5)에 의한 전압을 소비하는 제3트랜지스터(Q3)가 더 구비되는 동시에, 상기와 같은 연결 방식으로 다수의 제3트랜지스터(Q3,Q4,Q5...)가 더 구비되어 이루어져 있다. 여기서 상기 각 트랜지스터들은 Hfe가 충분히 높지 않은 경우 저항으로 보정한다.
도 9는 도 8의 전류 소비부에 의한 결과를 도시한 그래프이다.
도시된 바와 같이 상기 전류 소비부(8)는 증폭 유지부(7)로부터 입력되는 입력 전압의 제곱에 비례하여 전원부(5)로부터의 전류를 소비함으로써, 제어부(4)에서 소비하는 파워와 주출력 파워의 비율을 일정하게 한다. 물론, 이와 같이 하여 제어부(4)의 전원 전압과 주출력 전압 비율의 크게 달라지지 않으므로 주 출력 파워의 변동에 따른 제어부(4)의 전원 전압 변동을 완화시킬 수 있게 된다.
상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로는 다음과 같이 작동된다. 여기서, 트랜스포머(2), 스위칭 소자(3), 전원부(5) 및 제어부(4)의 동작은 종래와 같으므로 여기서는 크로스 레귤레이션 개선 회로의 동작만을 설명하기로 한다.
우선 전원부(5)는 트랜스포머(2)에 권취된 보조 권선(2a)으로부터 전원을 생성하여 제어부(4)에 출력한다. 더불어, 전류 센서(6)는 스위칭 소자(3)를 통하여 흐르는 전류를 감지하고 이를 전압으로 변환하여 제어부(4) 및 증폭 유지부(7)에 각각 출력한다.
그러면, 상기 증폭 유지부(7)중 제1증폭기(7a)가 상기 전류 센서(6)로부터 인가된 전압을 소정 레벨까지 증폭하여 출력한다. 이어서, 상기 제1증폭기(7a)에 의한 전압은 다이오드(7b)에 의해 정류된 후 캐패시터(7c)에 의해 충전된다. 물론, 반도체 칩에 집적되는 집적회로에 형성할 수 있는 캐패시터 값은 상당히 작으므로 리키지(leakage) 저항과 함께 생각하면 스위칭 주기보다는 훨씬 길지만 너무 길지는 않은 시상수를 얻을 수 있다. 더불어, 상기 캐패시터(7c)에 의한 전압은 제2증폭기(7d)의 비반전 단자에 입력된다. 또한, 상기 제2증폭기(7d)는 출력 단자가 반전 단자에 연결되어 부궤한됨으로써, 일정 전압을 계속 유지하면서 소정 전압 및 전류를 출력하게 된다. 즉, 상기 제2증폭기(7d)를 통한 전압 및 전류는 전류 소비부(8)로 출력된다.
좀더 구체적으로, 상기 증폭 유지부(7)에 의한 전압 및 전류는 제1트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가된다. 여기서, 상기 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터에는 전원부(5)의 전압이 인가되고 있는 상태이다. 더불어, 상기 제1트랜지스터(Q1)의 에미터에는 소정 저항(R1,RL1)이 연결되어 있다. 이와 같이 하여 상기 제1트랜지스터(Q1)는 상기 증폭 유지부(7)에 의한 출력 전압이 문턱 전압 이상일 경우 턴온됨으로써 상기 전원부(5)의 전압이 강제로 소비된다. 즉, 트랜스포머(2)의 출력측 권선(2c)에 의한 출력 전압이 상대적으로 커질 경우, 입력측에 권취된 보조 권선(2a)에 의한 전원부(5)의 전압도 커지게 된다. 그리고, 이러한 경우 전원부(5)의 전압이 커지기 전에 전류 소비부(8)에 의해 전원부(5)의 전류를 강제로 소비하여 전원부(5)의 전압을 낮춘다.
이어서, 상기 제1트랜지스터(Q1)의 에미터에는 제2트랜지스터(Q2)의 베이스가 연결되어 있고, 상기 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터는 전원부(5)에 연결되어 있으며, 또한 제2트랜지스터(Q2)의 에미터는 저항을 통하여 접지되어 있으므로, 상기 제1트랜지스터(Q1)가 턴온되어 제2트랜지스터(Q2)의 베이스에 입력되는 전압이 문 턱 전압 이상이 되면 상기 제2트랜지스터(Q2)도 턴온되어 결국 전원부(5)의 전류가 강제로 소비된다.
이어서, 상기 제2트랜지스터(Q2)의 에미터에는 제3트랜지스터(Q3)의 베이스가 연결되어 있고, 상기 제3트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 전원부(5)에 연결되어 있으며, 또한 제3트랜지스터(Q3)의 에미터는 저항을 통하여 접지되어 있으므로, 상기 제2트랜지스터(Q2)가 턴온되어 제3트랜지스터(Q3)의 베이스에 입력되는 전압이 문턱 전압 이상이 되면 상기 제3트랜지스터(Q3)도 턴온되어 결국 전원부(5)의 전류가 강제로 소비된다.
이와 같은 연결 방식 및 동작 방식으로 다수의 제3트랜지스터(Q3)가 더 구비되어 있음으로서, 결국 이러한 전류 소비부(8)에서는 증폭 유지부(7)에 의한 전압의 제곱에 비례하여 전원부(5)의 전류를 소비하여 전원부(5)의 전압을 낮춘다. 즉, 스위칭 소자(3)를 흐르는 전류의 최대값을 검출하고 유지하여 만들어지는 전압의 제곱에 해당하는 의도적 손실이 전류 소비부(8)에서 이루어진다. 물론, 이러한 의도적 파워 손실은 반도체칩의 방열에 문제가 없을 정도로 작게 함이 좋다. 더욱이, 전류 소비부(8)에 의한 소비 전류가 증가하면, 전원부(5)의 전압을 낮추게 되어 전원부의 파워 손실을 항상 일정하게 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로는 스위칭 모드 파워 서플라이의 입력측 스위칭 소자에 흐르는 전류의 피크를 감지하여 그 제곱에 해당하는 소량의 전력 손실을 고의적으로 입력 측에 일으킴으로써, 출력측의 주 출력 파워와 제어부에서 소모하는 파워의 비율이 일정해진다. 결과적으로 제어부의 전원 전압과 주출력 전압의 비율이 크게 달라지지 않으므로 주 출력 파워의 변동에 따른 제어부의 전원 전압 변동을 완화시킬 수 있게 된다. 또한, 포토 커플러와 출력측의 전압 레퍼런스없이 입력측의 제어부 전원 전압을 제어하더라도 출력측의 주 출력 전압이 목표치에서 크게 벗어나지 않도록 할 수 있어 저가이면서도 무난한 성능의 어댑터나 충전기를 만들 수 있게 된다.
더불어, 본 발명은 프라이머리 사이드 레귤레이션 형태로 만드는 저가형 충전기나 어댑터의 경우에도 출력 전압 변동이 억제됨으로써 정확도가 더욱 향상되는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 입력측에 주권선 및 보조 권선이 권취되고, 출력측에 출력 권선이 권취된 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 입력측 주권선에 연결된 동시에, 소정 주파수로 온/오프되어 출력측의 출력 권선에 소정 전압 및 전류를 트랜스포밍하는 스위칭 소자와, 상기 트랜스포머의 입력측 보조 권선에 연결되어 소정 전원을 출력하는 전원부와, 상기 전원부로부터 전원을 인가받아 상기 전원에 비례하여 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증감시키는 제어부로 이루어진 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서,
    상기 스위칭 소자에는 상기 스위칭 소자를 통하여 흐르는 전류를 감지하고 이를 소정 전압으로 출력하는 전류 센서가 연결되고, 상기 전류 센서에는 상기 전류 센서로부터 얻어진 전압을 증폭하여 유지하는 증폭 유지부가 연결되며, 상기 증폭 유지부에는 상기 증폭 유지부에 의한 입력 전압에 비례하여 상기 전원부로부터의 전원을 소비하는 전류 소비부가 더 연결된 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭 유지부는 상기 전류 센서로부터 얻어진 전압을 소정 전압으로 증폭하는 제1증폭기와, 상기 제1증폭기의 출력 전압을 정류하는 다이오드와, 상기 다이오드로부터 출력된 전압을 충전하는 캐패시터와, 상기 캐패시터로부터 방전되는 전압이 비반전 단자에 입력되고, 반전 단자는 출력 단자와 연결되어 소정 전압을 유지하는 제2증폭기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전류 소비부는
    상기 전원부로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 증폭 유지부에 의한 전압 및 전류가 베이스에 인가되며 에미터는 저항을 통하여 접지되어 상기 전원부에 의한 전압을 소비하는 제1트랜지스터와, 상기 전원부로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 제1트랜지스터의 에미터에 의한 전압이 베이스에 인가되며 에미터는 저항을 통하여 접지되어 상기 전원부에 의한 전압을 소비하는 제2트랜지스터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 개선 회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전원부로부터의 입력 전압이 콜렉터에 인가되고, 상기 제2트랜지스터의 에미터에 의한 전압이 베이스에 인가되며 에미터는 저항을 통하여 접지되어 상기 전원부에 의한 전압을 소비하는 제3트랜지스터가 더 구비된 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 회로.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전류 소비부는 증폭 유지부로부터 입력되는 입력 전압의 제곱에 비례하여 전원부로부터의 전류를 소비함을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 회로.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부, 증폭 유지부 및 전류 소비부는 하나의 반도체 칩에 집적 회로 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 크로스 레귤레이션 회로.
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