KR100691271B1

KR100691271B1 - 파워 어댑터용 정전압 회로

Info

Publication number: KR100691271B1
Application number: KR1020050074450A
Authority: KR
Inventors: 임원춘
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-03-12
Also published as: US7511971B2; KR20070019455A; US20070076456A1

Abstract

본 발명은 파워 어댑터 등이 정전압 회로에서, 부하에 따라 출력전압을 가변하도록 구현함으로써, 시스템 배터리의 충전시간(Charging time)을 단축할 수 있는 파워 어댑터용 정전압 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 파워 어댑터용 정전압 회로는, PWM 방식의 제어에 따른 1차 전압을, 1차 및 2차 코일의 권선비에 따라 2차 전압으로 변환하는 트랜스(100); 상기 트랜스(100)로부터의 출력전압(Vout)을 검출하는 전압검출부(300); 상기 트랜스(100)에서 부하로 공급되는 출력전류(Iout)를 검출하는 전류검출부(400); 상기 전류검출부(400)에 의해 검출된 검출전류(Id)를 전압(VId)으로 변환하고, 이 변환된 전류 검출 전압(VId)을 상기 전압검출부(300)의 검출전압(Vd)단에 출력하는 전류/전압 변환부(500); 및 상기 전압검출부(300)에 의한 검출전압(Vd)과 상기 전류/전압 변환부의 전류 검출전압(VId)과의 가산 전압(Vd+VId)과 기준전압(Vref)을 비교하여 상기 트랜스(100)의 PWM 제어에 필요한 차전압을 출력하는 비교부(600)를 포함한다.

파워 어댑터, 전원 장치, SMPS, 충전, 쾌속, 신속, 전압 제어

Description

파워 어댑터용 정전압 회로{A CONSTANT VOLTAGE CIRCUIT FOR POWER ADAPTOR}

도 1은 종래기술의 정전압 회로의 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 정전압 회로의 블록도.

도 3은 도 2의 비교부 및 버퍼의 구현 예시도.

도 4는 도 2의 전압검출부 및 전류검출부의 등가 회로도.

도 5는 본 발명의 정전압 장치의 출력전압(Vout)-출력전류(Iout) 특성 그래프.

도 6은 본 발명 및 종래의 출력전압 파형 비교도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 트랜스 200 : 정류부

300 : 전압검출부 400 : 전류검출부

500 : 전류/전압 변환부 510 : I/V 변환회로

520 : 버퍼 600 : 비교부

700 : 신호 결합부 800 : 제어부

Vout : 출력전압 Iout : 출력전류

VId : 전류 검출 전압 Vref : 기준전압

본 발명은 파워 어댑터 등의 전원 공급 장치에 적용되는 정전압 회로에 관한 것으로, 특히 파워 어댑터 등이 정전압 회로에서, 부하에 따라 출력전압을 가변하도록 구현함으로써, 시스템 배터리의 충전시간(Charging time)을 단축할 수 있는 파워 어댑터용 정전압 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리 충전용 정전압을 공급하는 파워 어댑터는 부하에 관계없이 일정한 전압을 공급하는데, 이에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래기술의 정전압 회로의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 종래기술의 정전압 장치는, 상용 교류전압을 1차 및 2차 코일의 권선비로 변환하는 트랜스(10)와, 상기 트랜스(10)의 출력전압을 정류하는 정류부(20)와, 상기 정류부(20)에 의해 정류되어 출력되는 출력전압을 검출하는 전압검출부(30)와, 상기 전압검출부(30)에 의한 검출전압(Vd)과 기준전압(Vref)을 비교하여 차전압을 출력하는 비교부(40)와, 상기 비교부(40)의 차전압에 해당되는 신호를 커플링하는 신호 결합부(50)와, 상기 신호 결합부(50)에 의한 신호에 따라 상기 트랜스(10)의 1차 전압을 PWM 방식을 제어하는 제어부(60)를 포함한다.

여기서, 상기 트랜스(10)는, 상용 교류전원에 포함된 노이즈를 제거하는 필 터, 정류기 및 트랜스를 포함하고, 상기 트랜스의 1차측 전압은 상기 제어부(60)에 의해 PWM 방식으로 제어된다.

이러한 종래기술의 정전압 장치에서는, 출력전압을 검출하고, 이 검출전압(Vd)과 내부 기준전압(Vref)(대략 2.5V)을 비교하여 이 차전압에 기초해서, 상기 제어부가 상기 트랜스의 1차측 코일에 연결된 스위치(FET)의 턴온 듀티(TURN ON Duty)를 제어하여 결국 일정한 출력전압을 유지하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래기술의 정전압 회로는, 부하에 관계없이 출력전압을 일정하게 출력하도록 제어하고, 특히 배터리가 미충전시에도 출력전압을 일정하게 제어하므로, 배터리를 신속하게 충전할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 파워 어댑터 등이 정전압 회로에서, 부하에 따라 출력전압을 가변하도록 구현함으로써, 시스템 배터리의 충전시간(Charging time)을 단축할 수 있는 파워 어댑터용 정전압 회로를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 파워 어댑터용 정전압 회로는, PWM 방식의 제어에 따른 1차 전압을, 1차 및 2차 코일의 권선비에 따라 2차 전압으로 변환하는 트랜스; 상기 트랜스로부터의 출력전압을 검출하는 전압검출부; 상기 트랜스에서 부하로 공급되는 출력전류를 검출하는 전류검출부; 상기 전류검출부에 의해 검출된 출력전류를 전압으로 변환하고, 이 변환된 전류 검출 전압을 상기 전압검출부의 검출전압단에 출력하는 전류/전압 변환부; 및 상기 전압검출부에 의한 검출전압과 상기 전류/전압 변환부의 전류 검출전압과의 가산 전압과 기준전압을 비교하여 상기 트랜스의 PWM 제어에 필요한 차전압을 출력하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 파워 어댑터용 정전압 회로는, 상기 트랜스와 부하 사이에 연결되어, 상기 트랜스의 출력전압을 정류하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 파워 어댑터용 정전압 회로는, 상기 비교부의 차전압에 해당되는 신호를 광결합을 통해 출력하는 신호 결합부; 및 상기 신호 결합부에서 출력되는 신호에 따라 상기 트랜스의 1차 전압을 PWM 방식을 제어하는 제어부를 더 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 전류/전압 변환부는, 상기 전류검출부에 의해 검출된 출력전류를 전압으로 변환하는 I/V 변환회로; 및 상기 I/V 변환회로에 의해 검출된 전류 검출 전압을 상기 전압검출부의 검출전압단에 출력하는 버퍼를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 버퍼는, 상기 비교부와 함께 하나의 IC로 구현되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 정전압 회로의 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 파워 어댑터용 정전압 회로는, PWM 방식의 제어에 따른 1차 전압을, 1차 및 2차 코일의 권선비에 따라 2차 전압으로 변환하는 트랜스(100)와, 상기 트랜스(100)로부터의 출력전압(Vout)을 검출하는 전압검출부(300)와, 상기 트랜스(100)에서 부하로 공급되는 출력전류(Iout)를 검출하는 전류검출부(400)와, 상기 전류검출부(400)에 의해 검출된 검출전류(Id)를 전압(VId)으로 변환하고, 이 변환된 전류 검출 전압(VId)을 상기 전압검출부(300)의 검출전압(Vd)단에 출력하는 전류/전압 변환부(500)와, 상기 전압검출부(300)에 의한 검출전압(Vd)과 상기 전류/전압 변환부의 전류 검출전압(VId)과의 가산 전압(Vd+VId)과 기준전압(Vref)을 비교하여 상기 트랜스(100)의 PWM 제어에 필요한 차전압을 출력하는 비교부(600)를 포함한다.

상기 파워 어댑터용 정전압 회로는, 상기 트랜스(100)와 부하 사이에 연결되어, 상기 트랜스(100)의 출력전압을 정류하는 정류부(200)와, 상기 비교부(600)의 차전압에 해당되는 신호를 광결합을 통해 출력하는 신호 결합부(700)와, 상기 신호 결합부(700)에서 출력되는 신호에 따라 상기 트랜스(100)의 1차 전압을 PWM 방식을 제어하는 제어부(800)를 포함한다.

또한, 상기 전류/전압 변환부(500)는, 상기 전류검출부(400)에 의해 검출된 검출전류(Id)를 전압으로 변환하는 I/V 변환회로(510)와, 상기 I/V 변환회로(510)에 의해 검출된 전류 검출 전압(VId)을 상기 전압검출부(300)의 검출전압(Vd)단에 출력하는 버퍼(520)를 포함한다.

도 3은 도 2의 비교부 및 버퍼의 구현 예시도이다.

도 3을 참조하면, 상기 버퍼(520)는, 상기 비교부(600)와 함께 하나의 IC로 구현되어 이루어질 수 있으며, 이때, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 비교부(600)는 상기 전압검출부(300)의 검출전압(Vd)단에 연결된 반전(-) 입력단과, 저항을 통해 동작전압(Vcc)단 및 제너 다이오드(ZD)의 캐소드단에 연결된 비반전(+) 입력단을 포함한다. 여기서, 상기 제어 다이오드(ZD)는 상기 동작전압(Vcc)으로부터 정전압을 유지하여 상기 비교부(600)의 비반전 입력단에 기준전압(Vref)을 공급한다.

상기 버퍼(520)는 상기 전류 검출 전압(VId)단에 연결된 비반전(+) 입력단과 그 출력단에 연결된 반전(-) 입력단을 포함한다.

도 4는 도 2의 전압검출부 및 전류검출부의 등가 회로도이다.

도 4에서, Vout는 출력전압이고, VId는 전류 검출 전압이며, Vd는 검출전압이다. 그리고, R11,R12는 전압검출부의 저항이고, R20은 상기 버퍼(520)의 출력에 연결된 저항이다.

도 5는 본 발명의 정전압 장치의 출력전압(Vout)-출력전류(Iout) 특성 그래프이다.

도 5에서, 부하가 높아지면 출력전압은 낮아지고 출력전류는 상승하는 것을 보이고 있으며, 또한 부하가 낮아지면 출력전압은 높아지고 출력전류는 하강하는 것을 보이고 있다.

도 6은 본 발명 및 종래의 출력전압 파형 비교도이다.

도 6에서, W1은 종래기술에 의한 출력파형도이고, W2는 본 발명의 파워 어댑터용 정전압 회로에 의한 출력파형도이다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 파워 어댑터용 정전압 회로에 대한 동작을 설명하면, 먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 파워 어댑터용 정전압 회로의 트랜스(100)는, 상기 제어부(800)의 PWM 방식의 제어에 따른 1차 전압을, 1차 및 2차 코일의 권선비에 따라 2차 전압으로 변환하여 상기 전류부(200)로 출력한다. 상기 정류부(200)는, 상기 트랜스(100)와 부하 사이에 연결되어, 상기 트랜스(100)의 출력전압을 정류하여 출력전압(Vout)을 출력한다. 여기서, 상기 정류부(200)는 평 활 커패시터를 포함하여, 상기 출력전압(Vout)을 평활하여 출력할 수 있다.

이때, 상기 전압검출부(300)는, 상기 트랜스(100)로부터의 출력전압(Vout)을 검출하여 검출전압(Vd)을 상기 비교부(600)로 출력한다. 또한, 상기 전류검출부(400)는, 상기 트랜스(100)에서 부하로 공급되는 출력전류(Iout)를 검출하여 상기 전류/전압 변환부(500)로 출력한다.

그리고, 상기 전류/전압 변환부(500)는, 상기 전류검출부(400)에 의해 검출된 검출전류(Id)를 전압(VId)으로 변환하고, 이 변환된 전류 검출 전압(VId)을 상기 전압검출부(300)의 검출전압(Vd)단에 출력한다.

이에 대해서 구체적인 구현 예를 보면, 상기 전류/전압 변환부(500)의 I/V 변환회로(510)는, 상기 전류검출부(400)에 의해 검출된 검출전류(Id)를 전압으로 변환하여 버퍼(520)로 출력하면, 상기 버퍼(520)는, 상기 I/V 변환회로(510)에 의해 검출된 전류 검출 전압(VId)을 상기 전압검출부(300)의 검출전압(Vd)단에 출력하여, 상기 전압검출부(300)의 검출전압(Vd)에 전류 검출 전압(VId)을 가산시킨다.

즉, 부하상태에 해당되는 전압(VId)을 상기 출력전압에 해당되는 검출전압(Vd)에 가산시켜, 부하상태에 따라 출력전압을 가변시키고, 이와 같은 출력전압의 가변을 통해 출력전류를 제어할 수 있다.

예를 들어, 배터리가 부하로 적용되고, 미충전상태인 배터리로 많은 전류가 흐르는 중부하상태에서는, 상기 출력전류(Iout)에 의한 전류 검출 전압(VId)이 증가하므로, 상기 비교부(600)의 반전(-) 입력단을 통해 입력되는 전압이 증가하게 된다.

다음, 상기 비교부(600)는, 상기 전압검출부(300)에 의한 검출전압(Vd)과 상기 전류/전압 변환부의 전류 검출전압(VId)과의 가산 전압(Vd+VId)과, 사전에 설정된 기준전압(Vref)을 비교하여, 상기 트랜스(100)의 PWM 제어에 필요한 차전압을 출력한다. 여기서, 상기 비교부(600)는, 상기 버퍼(520)와 함께 하나의 IC로 구현될 수 있는데, 이에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 상기 버퍼(520)는, 상기 비교부(600)와 함께 하나의 IC로 구현되어 이루어지고, 상기 비교부(600)는 제어 다이오드(ZD)에 의한 기준전압(Vref)을 비반전(+) 입력단을 통해 입력받는다. 그리고, 상기 버퍼(520)는 비반전(+) 입력단을 통한 상기 전류 검출 전압(VId)을 출력하는데, 이때, 상기 버퍼(520)의 출력단은 반전(-) 입력단에 연결되어 상기 전류 검출 전압(VId)을 단방향으로 상기 전압검출부(300)의 검출전압(Vd)단에 출력한다.

예를 들어, 부하로 배터리가 적용된 경우, 미충전상태인 배터리로 많은 전류가 흐르는 중부하상태에서는, 상기 출력전류(Iout)에 의한 전류 검출 전압(VId)이 증가하므로, 상기 비교부(600)의 반전(-) 입력단을 통해 입력되는 전압이 증가하게 되고, 이에 따라, 상기 비교부(600)의 출력은 큰 음전압이 된다.

상기 신호 결합부(700)는, 포토 커플러 등으로 이루어져 상기 비교부(600)의 차전압에 해당되는 신호를 광결합을 통해 제어부(800)로 출력하는데, 예를 들어, 상기 비교부(600)로부터의 큰 음전압에 의해서 세기가 강한 신호를 상기 제어부(800)로 전달한다.

상기 제어부(800)는, 상기 신호 결합부(700)에서 출력되는 신호에 따라 상기 트랜스(100)의 1차 전압을 PWM 방식을 제어하는데, 예를 들어, 상기 신호 결합부(700)로부터 신호세기가 큰 신호가 입력되면, 상기 제어부(800)는 중부하 상태로 판정하고 PWM의 듀티비를 낮추어, 출력전압을 낮추고, 이에 반해 출력전류를 증가시켜 배터리로 높은 전류를 흐르게 하여 배터리로 신속한 충전을 가능하게 한다.

이러한 제어과정을 통해, 상기 부하가 중부하일 경우에 출력전압을 낮추어 출력전류를 상대적으로 높여서 신속한 충전이 가능하도록 출력전압을 제어할 수 있는데, 이에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4에서, 노드(n1)에 KCL(Kirchhoff's Current Law)을 적용하면 하기 수학식 1과 같이 되고, 하기 수학식 1을 출력전압(Vout)에 대해 정리하면 하기 수학식 2와 같이 되고, 상기 전류 검출 전압(VId)을 "K*Iout"로 대체하면, 하기 수학식 3과 같이 된다.

(Vd-Vout)/R11 + Vd/R12 + (Vd-VId)/R20 = 0

Vout = -(R11/R20)VId + (1 + (R11/R12) + (R11/R20))Vd

Vout = -(R11/R20)*(K*Iout) + (1 + (R11/R12) + (R11/R20))Vd

이때, 도 5를 참조하여 설명하면, 부하가 높을 경우에는 출력전압(Vout)을 낮추고 출력전류(Iout)를 높이는데, 도 5에서, 부하가 0A에서 3.85A로 변하는 경우, 전압 14V에서 16.75V로 변화하고, 또한 0V일 때 16.75V이므로, 도 5의 그래프를 수식으로 나타내면, 하기 수학식 4와 같다.

Vout = -(2.75/3.85)Io + 16.75[V]

상기 수학식 3 및 4를 비교하면, 하기 수학식 5와 같이 된다.

(R11/R20)*K = (2.75/3.856)*(1 + (R11/R12) + (R11/R20))*Vd = 16.75[V]

상기 수학식 5에서, Vd가 2.54V이면, 정전압 회로에서, R11 및 R12값이 결정된 상태에서 K와 R20으로 출력전압을 가변할 수 있는 회로를 구현할 수 있다.

한편, 도 6에서, 종래기술에 의하면, W1에 보이는 바와 같이, 부하변화에 따라 피크전압(peakvoltage) 특성이 나쁘지만, 본 발명에 의한 W2를 참조하면, 본 발명의 파워 어댑터용 정전압 회로에 의하면, 피크전압 특성이 개선됨을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 장치는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 파워 어댑터 등이 정전압 회로에서, 부하에 따라 출력전압을 가변하도록 구현함으로써, 시스템 배터리의 충전시간(Charging time)을 단축할 수 있는 효과가 있다.

즉, 경(輕)부하 때는 고(高)전압을 출력하고, 중(重)부하 때는 저(低)전압을 출력하여 시스템 배터리의 충전시간을 단축할 수 있는 이점이 있고, 출력전류를 통해 부하상태를 감지하여 손쉽게 출력을 가변시킬 수 있으며, 어댑터 시장에서, 특수 사양으로써의 희소성을 확보할 수 있으며, 2개의 연산증폭기를 이용하는 특수성 (응답특성이 느림)으로 인해, 부하변화 테스트시 오버슈트(OVERSHOOT) 및 언더슈트(UNDERSHOOT) 사양을 만족하기가 용이하다.

Claims

PWM 방식의 제어에 따른 1차 전압을, 1차 및 2차 코일의 권선비에 따라 2차 전압으로 변환하는 트랜스;

상기 트랜스로부터의 출력전압을 검출하는 전압검출부;

상기 트랜스에서 부하로 공급되는 출력전류를 검출하는 전류검출부;

상기 전류검출부에 의해 검출된 출력전류를 전압으로 변환하고, 이 변환된 전류 검출 전압을 상기 전압검출부의 검출전압단에 출력하는 전류/전압 변환부;

상기 전압검출부에 의한 검출전압과 상기 전류/전압 변환부의 전류 검출전압과의 가산 전압과 기준전압을 비교하여 상기 트랜스의 PWM 제어에 필요한 차전압을 출력하는 비교부;

상기 비교부의 차전압에 해당되는 신호를 광결합을 통해 출력하는 신호 결합부; 및

상기 신호 결합부에서 출력되는 신호에 따라 상기 트랜스의 1차 전압을 PWM 방식을 제어하는 제어부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 어댑터용 정전압 회로.
제1항에 있어서, 상기 파워 어댑터용 정전압 회로는,

상기 트랜스와 부하 사이에 연결되어, 상기 트랜스의 출력전압을 정류하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 어댑터용 정전압 회로.
삭제
제1항에 있어서, 상기 전류/전압 변환부는,

상기 전류검출부에 의해 검출된 출력전류를 전압으로 변환하는 I/V 변환회로; 및

상기 I/V 변환회로에 의해 검출된 전류 검출 전압을 상기 전압검출부의 검출전압단에 출력하는 버퍼

를 포함한 것을 특징으로 하는 파워 어댑터용 정전압 회로.
제4항에 있어서, 상기 버퍼는

상기 비교부와 함께 하나의 IC로 구현되어 이루어진 것을 특징으로 하는 파워 어댑터용 정전압 회로.