KR100710086B1

KR100710086B1 - 스위치 모드 전원 공급 장치 및 그것의 전력 소모 절감방법

Info

Publication number: KR100710086B1
Application number: KR1020050076844A
Authority: KR
Inventors: 김형우; 김남균; 김상철; 서길수; 방욱; 강인호; 김기현
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-04-20
Also published as: KR20070022536A

Abstract

본 발명은 스위치 모드 전원 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 시스템으로 전원을 공급하는 스위치 모드 전원 공급 장치는 상용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부, 상기 직류 전압에 응답하여 스위칭 제어신호와 상기 시스템이 장시간 대기모드로 동작하면 상기 시스템으로 정지신호를 출력하는 전력 제어부, 그리고 상기 스위칭 제어신호에 따라 상기 시스템에 필요한 상기 전원을 생성하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

스위치 모드 전원 공급 장치, 전력 제어부, 대기모드

Description

스위치 모드 전원 공급 장치 및 그것의 전력 소모 절감 방법{SWITCH MODE POWER SUPPLY DEVICE AND METHOD FOR REDUCING POWER CONSUMPTION THEREOF}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치 모드 전원 공급 장치의 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 전력 제어부의 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 전력 제어부의 상세 블록도이다.

도 4는 도 2에 도시된 전력 제어부의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 스위치 모드 전원 공급 장치 200 : 시스템

1000 : 정류부 2000 : 전력 제어부

2010 : 대기모드 판별부 2020 : 내부 타이머

2030 : 전원 관리부 2040 : 펄스폭 변조부

2050 : 출력 드라이버 3000 : 스위칭부

4000 : 출력부

본 발명은 전원 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 스위치 모드 전원 공급 장치(Switch Mode Power Supply Device)에 관한 것이다.

최근 각종 가전기기 및 사무용 기기들에 대한 저전력화 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 시스템이 대기모드에서 작동하는 경우에 시스템에서 사용되어지는 전력을 줄이기 위한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 한국을 포함한 각국 정부의 규제정책과 대기전력을 낮추기 위한 소비자 운동의 전개에 따라 최근에 나오는 시스템들의 대기모드 중 전력 사용량은 감소하는 추세에 있다. 각종 시스템의 대기모드 중 전력 사용량을 감소시키기 위해서는 시스템에 사용되는 전원공급 장치의 효율적인 제어가 필요하다. 이를 위해 국내외의 칩 제조사들이 대기모드에서의 전력제어를 위한 칩들을 개발하여 판매하고 있다.

그러나 현재까지 판매되고 있는 전력제어 칩들은 시스템이 대기모드에서 작동하는 경우, 전원 공급 장치의 출력 전력을 낮추어 대기모드에서의 전력 사용을 줄이는 기능만을 가지고 있으며, 시스템이 장시간 대기모드에서 동작하는 경우에도 계속해서 전력을 공급하도록 한다.

일반적으로 가정용 및 사무용 기기들 중 스마트 폰이나 팩스, 복사기와 같은 전자기기들은 실제 사용 시간보다는 대기모드에서 동작하는 시간이 더 길기 때문에 장시간 대기모드에서 사용되는 전력량이 높은 문제가 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 대기모드에서 사용되는 전력량을 감소시키는 스위치 모 드 전원 공급 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 시스템으로 전원을 공급하는 스위치 모드 전원 공급 장치는 상용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부, 상기 직류 전압에 응답하여 스위칭 제어신호를 발생하고, 상기 시스템이 장시간 대기모드로 동작하면 상기 시스템으로 정지신호를 출력하는 전력 제어부, 그리고 상기 스위칭 제어신호에 따라 상기 시스템에 필요한 상기 전원을 생성하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 전력 제어부는 상기 시스템이 상기 대기모드로 동작하는지 여부를 판별하는 대기모드 판별부, 상기 시스템이 장시간 상기 대기모드로 동작하면 상기 정지신호를 출력하는 내부 타이머, 그리고 상기 시스템의 상태에 따라 상기 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 대기모드 판별부는 상기 시스템으로 공급되는 공급전류의 양을 피드백받아, 상기 시스템의 상태를 판별하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 내부 타이머는 상기 대기모드 판별부가 상기 시스템이 상기 대기모드 상태임을 판별함과 동시에 동작을 시작하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 내부 타이머는 상기 공급전류의 양이 일정 시간 동안 변동이 없으면, 상기 시스템이 장시간 상기 대기모드로 동작하는 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 정지신호는 상기 시스템의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 시스템으로 전원을 공급하는 스위치 모드 전원 공급 장치의 전력 소모 절감 방법은 상기 시스템의 상태를 판별하는 단계, 상기 시스템이 대기모드로 판별되면, 일정 시간 동안 상기 시스템으로 공급되는 전류량의 변화를 관찰하는 단계, 그리고 상기 일정 시간 동안 상기 공급 전류량의 변화가 없으면 상기 시스템으로 정지신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 시스템의 상태는 상기 시스템으로 공급되는 전류량을 측정하여 판별하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 시스템의 상태는 정상모드와 상기 대기모드로 구분되는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치 모드 전원 공급 장치의 블록도이다. 스위치 모드 전원 공급 장치(Switch Mode Power Supply Device, 100)는 교류 전압(AC)을 입력받아, 시스템(System, 200)이 동작할 수 있는 원하는 직류 전압(DC)을 공급하는 장치이다. 스위치 모드 전원 공급 장치(100)는 정류부(1000), 전력 제어부(2000), 스위칭부(3000), 출력부(4000)로 구성된다.

정류부(Rectifier, 1000)는 외부로부터 공급되는 상용 교류 전압(AC)을 직류 전압(DC)으로 정류하여 출력한다. 정류부(1000)는 브리지 다이오드로 구성될 수 있다.

전력 제어부(Power Management, 2000)는 정류부(1000)로부터 출력되는 내부 전압들(VCC, VDDH)을 입력받아 스위칭 제어신호(SC)를 출력한다. 전력 제어부(2000)는 시스템(200)이 정상모드(Normal Mode)로 동작하고 있을 경우, 100kHz 이상의 구동 주파수를 가진 스위칭 제어신호(SC)를 출력한다. 반대로 전력 제어부(2000)는 시스템(200)이 대기모드로 동작하고 있을 경우, 100kHz 이하의 낮은 구동 주파수를 가진 스위칭 제어신호(SC)를 출력한다. 또한, 전력 제어부(2000)는 시스템(200)으로 공급되는 공급전류의 사용량을 피드백받아(FB), 시스템(200)이 장시간 대기모드로 동작하는 경우, 시스템(200)의 동작을 정지할 수 있는 정지신호(ST)를 출력한다. 전력 제어부(2000)는 집적회로(IC: Integrated Circuit)로 구성된다.

스위칭부(3000)는 스위치 모드 전원 공급 장치(100)의 출력을 제어하는 역할을 한다. 스위칭부(3000)는 전력 제어부(2000)로부터 스위칭 제어신호(SC)를 입력받아, 시스템(200)에 필요한 출력 전압을 발생하는 역할을 한다.

출력부(4000)는 시스템(200)과 연결되어, 시스템(200)에 필요한 직류 전압(DC)을 공급한다.

도 2는 도 1에 도시된 전력 제어부의 블록도이다. 본 발명에 따른 전력 제어부(2000)는 스위치 모드 전원 공급 장치(100)에 연결된 시스템(200)이 장시간 대기 모드로 동작하는 경우에 전력 사용량을 줄일 수 있다. 전력 제어부(2000)는 시스템(200)으로 공급되는 전류량을 감지하여 시스템(200)이 미리 설정된 시간 동안 지속적으로 대기모드로 동작하게 되면, 시스템(200)의 동작을 정지할 수 있는 정지신호(ST)를 출력하게 된다. 이를 위해, 전력 제어부(2000)는 대기모드 판별부(2010), 내부 타이머(2020), 전원 관리부(2030), 펄스폭 변조부(2040), 출력 드라이버(2050)로 구성된다.

대기모드 판별부(2010)는 스위치 모드 전원 공급 장치(100)와 연결된 시스템(200)이 대기모드 상태인지 여부를 판별하는 역할을 한다. 대기모드 판별부(2010)는 스위치 모드 전원 공급 장치(100)의 출력부(4000)에서 시스템(200)으로 공급되는 공급전류의 사용량을 피드백받아(FB), 시스템(200)이 정상모드 혹은 대기모드로 동작하는지 여부를 판별한다. 대기모드 판별부(2010)는 시스템(200)으로 공급되는 공급전류가 임계값보다 작으면 시스템(200)이 대기모드로 동작하는 것으로 판별하고, 공급전류가 임계값보다 크면 시스템(200)이 정상모드로 동작하는 것으로 판별한다. 여기서, 임계값은 시스템(200)의 동작 상태를 판별하는 기준값이 된다. 시스템(200)으로 공급되는 공급전류의 사용량은 스위치 모드 전원 공급 장치(100)의 출력부(4000)에서 출력되는 전류의 양을 단순 측정하는 방법으로 확인할 수 있다. 또한, 스위치 모드 전원 공급 장치(100)의 출력부(4000)에 포토커플러(Photocoupler) 등을 연결하여 공급전류의 사용량을 측정할 수도 있을 것이다.

내부 타이머(Internal Timer, 2020)는 대기모드 판별부(2010)에서 시스템(200)이 대기모드로 동작하고 있음을 판별하면, 타이머의 작동을 시작한다. 미리 설정된 시간 동안 대기모드 판별부(2010)를 통해 입력되는 공급전류 사용량의 변동이 없게 되면, 내부 타이머(2020)는 시스템(200)이 장시간 대기모드로 동작하고 있음을 판단하고, 시스템(200)의 동작을 정지하기 위한 정지신호(ST)를 출력한다.

전원 관리부(2030)는 대기모드 판별부(2010)로부터 입력되는 시스템(200)의 상태 정보에 따라 제 1 내부전압(VCC)을 입력받아 펄스폭 변조부(2040)로 제어신호를 출력한다. 즉, 전원 관리부(2030)는 시스템(200)이 정상모드 혹은 대기모드에 따라 펄스폭 변조부(2040)에서 출력되는 구동 주파수를 변동시키는 제어신호를 출력한다.

펄스폭 변조부(PWM: Pulse Width Modulator, 2040)는 전원 관리부(2030)로부터 입력되는 제어신호에 따라 스위칭 제어신호(SC)의 신호폭을 제어하기 위한 변조된 펄스 신호를 출력한다.

출력 드라이버(Output Driver, 2050)는 스위칭 제어신호(SC)를 출력하여 스위칭 모드 전원 공급 장치(100)의 스위칭부(3000)를 구동하는 역할을 한다. 출력 드라이버(2050)는 제 2 내부전압(VDDH)을 입력받아 동작하며, 제 2 내부전압(VDDH)은 제 1 내부전압(VCC) 보다 큰 값을 가진다.

만약, 대기모드 판별부(2010)가 공급전류의 사용량을 피드백받아(FB), 스위치 모드 전원 공급 장치(100)와 연결된 시스템(200)이 대기모드로 동작함을 인식하면, 전원 관리부(2030), 펄스폭 변조부(2040), 출력 드라이버(2050)를 통해 낮은 구동 주파수를 가진 스위칭 제어신호(SC)를 출력한다. 낮은 구동 주파수를 가진 스위칭 제어신호(SC)를 인가받은 스위칭부(3000)는 시스템(200)으로 공급되는 전류량 을 감소시켜, 시스템이 대기모드로 동작하는 경우의 전력 사용량을 감소시키게 된다. 또한, 대기모드 판별부(2010)가 시스템(200)이 대기모드로 동작함을 인식하면, 내부 타이머(2020)가 동작한다. 그리고, 일정 시간 동안 시스템(200)으로 공급되는 공급전류의 변화량이 없으면, 내부 타이머(2020)는 시스템(200)의 동작을 정지시킬 수 있는 정지신호(ST)를 출력하게 된다. 즉, 시스템(200)이 장시간 대기모드로 동작하면, 전력 제어부(2000)는 시스템(200)의 작동을 정지하여 전력 사용을 차단할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 전력 제어부의 상세 블록도이다. 도 3은 도 2의 전력 제어부에 몇 개의 요소들이 추가된 구성으로 블록 내부의 동작은 도2와 동일하다.

도 2의 전원 관리부(2030)는 내부전압 관리부(2031), 전류/전압 레퍼런스부(2032), 전력 관리부(2033)로 구성된다. 내부전압 관리부(VCC Management, 2031)는 전력 제어부(2000)의 전원을 공급하는 역할을 한다. 전류/전압 레퍼런스부(I/V Reference, 2032)는 내부전압 관리부(2031)로부터 전원을 공급받아 전력 제어부(2000) 내부에 필요한 전류, 전압 신호를 생성한다. 전력 관리부(Power Management, 2033)는 전력제어를 위한 신호를 출력하는 역할을 한다.

소프트 스타트부(Soft Start Control, 2060)는 외부로부터 소프트 스타트 신호(SoftS)를 인가받아 전력 제어부(2000)의 안정적인 구동을 돕는 역할을 한다.

로직부(Logic, 2070)는 펄스폭 변조부(2040)로부터 펼스폭 변조 신호를 인가받아, 출력 드라이버(2050)를 구동하는 역할을 한다.

피크 전류 제한부(Peak Current Limit, 2080)는 스위칭부(3000)의 전류 변동 을 입력받아(Isense) 전력 제어부(2000)의 출력 전류를 제어하는 역할을 한다.

보호회로(Protection Unit, 2090)는 전력 제어부(2000)의 안정적인 구동을 돕는 것으로, 과전압이나 과전류를 제한하는 역할을 한다.

오실레이터(Oscillator, 2100)는 외부로부터 스위칭 주파수(CP)를 입력받아 전력 제어부(2000) 내부에 필요한 클럭을 생성하는 역할을 한다.

도 4는 도 2에 도시된 전력 제어부의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 우선, 전력 제어부(2000)의 대기모드 판별부(2010)는 스위치 모드 전원 공급 장치(100)의 출력부(4000)에서 시스템(200)으로 공급되는 전류량을 측정한다(S300). 이후, 대기모드 판별부(2010)는 시스템(200)으로 공급되는 전류량을 임계값과 비교한다(S310). 만약, 공급 전류량이 임계값보다 작으면, 대기모드 판별부(2010)는 시스템(200)이 대기모드로 동작하는 것으로 판별하고, 내부 타이머(2020) 내의 타이머 동작을 시작한다(S320). 내부 타이머(2020)에 설정된 일정 시간 동안 공급 전류량의 변동이 없으면(S330), 내부 타이머(2020)는 시스템(200)의 동작을 정지시키는 정지신호(ST)를 출력한다(S340). 반대로, 시스템(200)이 정상모드로 동작하면, 전력 제어부(2000)는 시스템(200)으로 정상 전원을 공급한다(S350).

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스위치 모드 전원 공급 장치(100)는 시스템(200)이 장시간 대기모드로 동작하는 경우, 시스템(200)의 동작을 정지하여 전력 사용을 차단할 수 있다.

본 발명에 따른 스위치 모드 전원 공급 장치(100)는 대기 시간이 긴 스마트 폰, 팩스, 복사기 등과 같은 각종 전자기기에 적용 가능하다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 스위치 모드 전력 공급 장치는 시스템이 장시간 대기모드로 동작할 경우, 시스템의 동작을 정지시켜 불필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다.

Claims

시스템으로 전원을 공급하는 스위치 모드 전원 공급 장치에 있어서,

상용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부;

상기 직류 전압에 응답하여 스위칭 제어신호를 발생하고, 상기 시스템이 대기모드로 동작하면 상기 시스템으로 정지신호를 출력하는 전력 제어부; 그리고

상기 스위칭 제어신호에 따라 상기 시스템에 필요한 상기 전원을 생성하는 스위칭부를 포함하되,

상기 전력 제어부는

상기 시스템이 상기 대기모드로 동작하는지 여부를 판별하는 대기모드 판별부;

상기 대기모드 판별부로부터 상기 시스템의 상태 정보를 입력받아 제어신호를 발생하는 전원 관리부;

상기 제어신호에 응답하여 스위칭 제어신호의 신호 폭을 제어하기 위한 변조된 펄스 신호를 출력하는 펄스폭 변조부;

상기 스위칭 제어신호를 출력하여 상기 스위칭부를 구동하는 출력 드라이버; 그리고

상기 시스템이 상기 대기모드로 동작하면 상기 정지신호를 출력하는 내부 타이머를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 펄스폭 변조부는 시스템이 정상 모드로 동작하고 있을 경우 제 1 구동 주파수를 가진 스위칭 제어신호를 출력 드라이버로 출력하고, 상기 시스템이 대기 모드로 동작하고 있을 경우 상기 제 1 구동 주파수보다 낮은 제 2 구동 주파수를 가진 스위칭 제어신호를 출력 드라이버로 출력하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 대기모드 판별부는 상기 시스템으로 공급되는 공급전류의 양을 피드백받아, 상기 시스템의 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 내부 타이머는 상기 대기모드 판별부가 상기 시스템이 상기 대기모드 상태임을 판별함과 동시에 동작을 시작하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 내부 타이머는 상기 공급전류의 양이 일정 시간 동안 변동이 없으면, 상기 시스템이 장시간 상기 대기모드로 동작하는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 정지신호는 상기 시스템의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원 공급 장치.
시스템으로 전원을 공급하는 스위치 모드 전원 공급 장치의 전력 소모 절감 방법에 있어서,

상기 시스템의 상태가 정상모드인지 대기모드인지 여부를 판별하는 단계;

상기 시스템의 상태 판별 정보를 입력받아 정상모드와 대기모드에 각각 대응하는 변조된 펄스 신호를 출력하는 단계;

상기 변조된 펄스 신호에 응답하여 상기 시스템에 공급되는 전력량을 조절하는 단계;

상기 시스템이 대기모드로 판별되면, 일정 시간 동안 상기 시스템으로 공급되는 전류량의 변화를 관찰하는 단계; 그리고

상기 일정 시간 동안 상기 공급 전류량의 변화가 없으면 상기 시스템으로 정지신호를 출력하는 단계를 포함하는 스위치 모드 전원 공급 장치의 전력 소모 절감 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 시스템의 상태는 상기 시스템으로 공급되는 전류량을 측정하여 판별하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원 공급 장치의 전력 소모 절감 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 시스템의 상태는 정상모드와 상기 대기모드로 구분되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원 공급 장치의 전력 소모 절감 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 정지신호는 상기 시스템의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전원 공급 장치의 전력 소모 절감 방법.