KR100715060B1 - 과전력 및 과전류 보호를 위한 공진 모드 전원 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 공진 모드 전원은 d.c. 전압원과, 변압기의 1차 권선을 포함하는 발진 회로를 d.c. 전압원 및 그라운드에 교대로 접속시키는 스위칭 소자를 포함한다. 공진 모드 전원이 과도한 양의 전력을 공급하게 하는 변압기의 2차측 상의 부하의 고장을 검출하기 위해, 1차측 상의 전력이 검출되고, 만약 상기 1차 전력이 사전 결정된 임계치를 초과하면, 발진 주파수가 증가하여 전력을 감소시킨다. 만약 고장 상태가 지속되면, 스위칭 소자의 스위칭은 중단된다.

Description

과전력 및 과전류 보호를 위한 공진 모드 전원{A RESONANT MODE POWER SUPPLY HAVING OVER-POWER AND OVER-CURRENT PROTECTION}
본 발명은 예를 들어 텔레비전 수상기를 위한 공진 모드 전원에 관한 것이다.
텔레비전 수상기는 다양한 회로 소자들에 전력을 공급하는 전원을 포함한다. 일반적으로, 이들 전원은 DC 전압이 플라이백(flyback) 변압기의 1차 권선(primary winding)의 한 단부에 인가되는 전환 모드(switched-mode) 전원 형태이다. 상기 1차 권선의 다른 단부는 결정된 주파수로 온 및 오프로 전환되도록 제어되는 스위칭 소자를 통하여 접지된다. 상기 변압기로 전환된 전력은 2차 권선으로 전달되어 출력 전력을 제공한다.
공진 모드 전원은 더 높은 효율을 가지며, 150W보다 더 높은 전력 레벨 및 소형화될 필요가 있는 전원, 예를 들어 배터리 충전을 위한 전원에 특히 적합한 것으로 알려져 있다. 공진 모드 전원에서, 발진 회로는 통상적으로 직렬 발진 회로인데, 제 1 스위칭 소자를 통해 직류 전압을 공급하며, 이 직류 전압에 의해 발진 회로가 여기된다. 발진 주기의 1/2이 경과한 후, 제 1 스위칭 소자는 개방되고, 발진 회로는 제 2 스위칭 소자를 통하여 접지되며, 그 결과 발진 회로의 캐패시터가 방전되어 발진이 계속된다. 따라서 발진은 두 개의 스위칭 소자를 교대로 개폐시킴으로써 여기될 수 있다.
본 발명의 목적은 전원이 부하(load)에 너무 많은 전력을 공급하게 하는 부하의 고장으로부터 상기 전원이 손상되지 않도록 보호하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2차 회로(secondary)가 단락하는 경우 전원이 더 이상 손상되지 않도록 보호하는 것이다.
상기 목적은 d.c. 공급 전압을 생성하며 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 수단과, 상기 생성 수단의 상기 제 1 단자에 결합된 제 1 단자와 공급 노드에 접속된 제 2 단자를 갖는 제 1 스위칭 소자와, 상기 공급 노드에 결합된 제 1 단자와 상기 생성 수단의 상기 제 2 단자에 결합된 제 2 단자를 갖는 제 2 스위칭 소자와, 제 1 단부와 상기 제 2 스위칭 소자의 상기 제 2 단자에 접속된 제 2 단부를 갖는 1차 권선과, 제 1 단부와 제 2 단부와 접지된 중앙 탭을 갖는 2차 권선을 포함하는 변압기와, 상기 1차 권선의 상기 제 1 단부를 상기 공급 노드에 결합하는 캐패시터와, 상기 1차 권선의 상기 제 2 단부를 상기 생성 수단의 상기 제 2 단자에 접속하는 감지 저항기와, 상기 2차 권선의 상기 제 1 단부를 출력 노드에 접속하는 제 1 다이오드와, 상기 2차 권선의 상기 제 2 단부를 상기 출력 노드에 접속하는 제 2 다이오드와, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자의 제어 입력에 접속되어 있으며, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 교대로 턴온 및 턴오프하여(turning on and off) 적어도 상기 캐패시터 및 상기 변압기의 상기 1차 권선을 포함하는 발진 회로에 발진을 유도하는 제어기 -상기 발진의 주파수는 공진 모드 전원에 의해 공급되는 전력의 양에 역비례함-를 포함하는 상기 공진 모드 전원에 있어서, 상기 공진 전원은 정상 동작 범위보다 더 큰 전력을 끌어내는 부하 내의 고장에 대하여 상기 공진 전원을 보호하는 과전력 보호 회로를 더 포함하고, 상기 과전력 보호 회로는 실제 1차 전력(real primary power)을 정확히 측정하며, 상기 과전력 보호 회로는 상기 공진 모드 전원에 공급되는 실효 전력량을 결정하는 수단과, 상기 실효 전력을 사전 결정된 임계치와 비교하는 수단과, 상기 실효 전력이 상기 임계치를 초과할 때 상기 제어기에 대해 제어 신호를 생성하여, 상기 제어기가 처음에 상기 발진 주파수를 증가시켜 공급되는 전력을 감소시키고 그 다음에 과전력 상태가 지속되면 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자의 스위칭을 중지시키도록 하는 제어 신호 생성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 모드 전원으로 달성된다.
본 출원인은 전원이 정상적으로 허용하는 것보다 훨씬 더 큰 양의 전력을 끌어내는 전원에 대한 부하의 고장으로부터 전원을 보호하기 위해 과전력 보호 회로가 요구된다는 것을 인식하였다. 본 발명의 과전력 보호 회로는 공진 모드 전원의 효율에 의해 출력 전력을 나타내는 1차 회로 내의 실효 전력을 측정한다. 측정된 실효 전력이 사전 결정된 임계치를 초과하면, 과전력 보호 회로는 제어기에 신호를 전송하여 최대 주파수까지 단계적으로 발진 주파수를 증가시켜 전력을 감소시킨다. 만약, 이것이 고장 상태의 해결책이 되지 않으면, 제어기는 스위칭 소자의 스위칭을 중지시켜 전원을 효과적으로 턴오프한다.
본 출원인은 부하의 고장을 검출하는 것 외에, 전원의 2차측의 단락을 진단할 필요가 있음을 인식하였다. 이것을 위하여, 전술한 공진 모드 전원은 상기 공진 모드 전원이 과전류 보호 회로를 더 포함하고, 상기 과전류 보호 회로는 상기 제 2 스위칭 소자 내에서 흐르는 전류의 값을 결정하는 수단과, 상기 전류의 값을 추가적인 임계치와 비교하는 수단과, 상기 전류가 상기 추가적인 임계치를 초과할 때 상기 제어기에 제어 신호를 생성하여, 상기 제어기가 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자의 스위칭을 즉시 중지시키도록 하는 제어 신호 생성 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 출원인은 또한 2차 회로에 단락이 발생할 때 과전력 보호 회로가 전원을 보호하지 않는다는 것을 인식하였다. 출력에서 단락이 발생하면, 출력 상의 전압은 0으로 강하하여 실효 전력 전달도 상당히 떨어진다. 스위칭 소자들, 특히 제 2 스위칭 소자를 통하여 전류를 감지함으로써, 이 전류를 추가의 임계치와 비교하여 고장 상태를 검출할 수 있다. 만약 이 값이 초과되면, 과전류 보호 회로는 제어기에 신호를 보내 전원을 중지시킨다.
상기 및 부가적인 목적 및 이점은 첨부된 도면을 참고로 설명한다.
도 1은 공진 모드 전원의 개략적인 블록도.
도 2는 제어기(IC)의 블록도.
도 3은 단순화된 공진 회로의 개략도.
도 4는 유도성 모드(inductive mode)로부터 용량성 모드(capacitive mode)로 공진 모드 전원의 동작 변화를 도시한 그래프.
도 5는 유도성 모드의 단순화된 공진 회로의 개략도.
도 6a는 공진 전류의 실효 성분 및 무효 성분을 도시한 그래프.
도 6b는 페이저(phasor)를 이용하여 실효 성분 및 무효 성분(real and imaginary components)을 도시한 그래프.
도 7은 공진 전류에 대한 입력 전압의 효율을 도시한 그래프.
도 8은 과전류/과전력 보호 회로의 블록도.
도 1은 공진 모드 전원의 개략적인 블록도이다. d.c. 전원을 형성하는 다이오드 정류기 브리지(REC)에 선간 전압(line voltage)이 인가된다. d.c. 전압은 캐패시터(C1)를 통하여 접지되고, 또한 제어기(IC)의 VIN 입력 및 접지(GND) 단자를 통하여 다이오드(D1, D2)에 의해 각각 분로된(shunt) 2 개의 스위칭 소자(Tr1, Tr2)의 직렬 배열을 통하여 접지된다. 두 스위칭 소자(Tr1, Tr2) 사이의 접합은 캐패시터(C2), 제 1 인덕터(L1), 제 2 인덕터(L2) 및 저항기(RSENSE)의 직렬 배열을 통하여 접지되는 제어기(IC)의 SH 출력에 접속된다. 변압기(T)의 1차 권선(TL1)은 제 2 인덕터(L2) 양단에 접속된다. 변압기(T)의 제 1의 2차 권선(TL2)은 접지된 중심 탭(tap)을 가지며, 제 1 및 제 2 다이오드(D3, D4)는 제 1의 2차 권선(TL2)의 단부에 접속된 애노드와 접합점(P1)에서 상호접속된 캐소드를 갖는다. 출력 다이오드(D5)는 접합점(P1)에 접속된 애노드와 출력 캐패시터(C3)를 통해 접지되고 두 개의 저항기(R1, R2)의 직렬 배열을 통해 접지되는 캐소드를 갖는다. 공진 모드 전원의 출력 전압이 출력 캐패시터(C3) 양단에 걸린다.
전원을 제어하기 위해, 변압기(T)는 접지된 중앙 탭을 갖는 변압기(T)의 제 2의 2차 권선(TL3)과, 상기 제 2의 2차 권선(TL3)의 단부에 접속된 애노드와 접합점(P2)에서 상호 접속된 캐소드를 갖는 제 3 및 제 4 다이오드(D6, D7)를 갖는다. 제 1 스위치(S1)는 저항기(R1, R2) 사이의 접점을 두 개의 저항기(R3, R4)의 직렬 배열을 통하여 그라운드에 접속한다. 제 2 스위치(S2)는 저항기(R3, R4)를 접점(P2)에 접속한다. 제 3 스위치(S3)는 접점(P1)을 접점(P2)에 접속하고, 상기 접점(P2)은 캐패시터(C4)를 통하여 접지된다. 또한, 접점(P2)은 광 결합기(opto-coupler)의 광 방출기(emitter)(D6)와, 저항기(R3, R4) 사이의 접점에 접속된 제어 라인을 갖는 제너 다이오드(Z1)의 직렬 배열을 통하여 접지된다.
상기 광 결합기는 전원의 조절 전압을 제어하는데 사용되며 광 방출기(D8)로부터의 광 출력을 감지하는 센서(Tr3)를 더 포함한다. 상기 센서(Tr3)로부터의 출력은 제어기(IC)의 피드백(FDBK) 입력에 접속되며, 또한 저항기(R5) 및 캐패시터(C5)를 통해 접지된다.
변압기는 보조 전압을 다이오드(D9)를 통해 제어기(IC)의 VAUX 입력에 공급하는 보조 권선(TL4)을 더 포함한다. VAUX 입력은 또한 캐패시터(C6)에 의해 접지된다. 캐패시터(C7)는 SH 출력을 제어기(IC)의 플로팅 소스(FS)에 접속한다. 마지막으로, 캐패시터(C8)는 제어기(IC)의 FMIN 입력을 접지시킨다.
도 2는 제어기(IC)의 블록도이다. VIN 입력은 스위칭 소자(Tr1)에 접속되고, 또한 스위칭 트랜지스터(Tr4)를 통하여 개시(startup) 회로(10)에 접속되며, 상기 개시 회로(10)는 제어 신호를 제어기(IC)의 VAUX 입력에 접속되는 VAUX 관리 회로(12)에 인가한다. VAUX 관리 회로(12)의 과전압 보호 입력은 다이오드(D10)를 통하여 FS 입력에 접속된다. VIN 감지 회로(14)는 또한 VIN 입력에 접속되어 논리 회로(16)의 OCP 입력 및 FMIN 조절 입력 및 소프트 스타트(soft-start) 제어기(18)의 제어 입력에 제어 신호를 인가한다. 소프트 스타트 제어기(18)는 FDBK 입력에 접속되어 입력 버스(20)를 통해 논리 회로(16)에 제어 신호를 인가한다. ON/OFF 제어기(22)는 또한 FDBK 입력에 접속되어 입력 버스(20)를 통하여 논리 회로(16)에 제어 신호를 인가한다. 또한, VCO 피드백 op-amp(24)는 FDBK 입력 및 FMIN 입력에 접속되어 입력 버스(20)를 통해 논리 회로(16)에, 또한 논리 회로(16)의 FMAX 입력 및 대기(stand-by) 제어 입력에 다른 제어 신호를 인가한다. 논리 회로(16)로부터의 출력은 VCO 피드백 op-amp(24)로부터의 출력을 수신하는 구동 타이밍 제어기(26)에 접속된다. 상기 구동 타이밍 제어기(26)는 VCO 피드백 op-amp(24)로부터의 출력을 수신하는 가변 데드 타임(dead-time) 제어기(28)를 갖는다. 구동 타이밍 제어기(26)로부터의 출력은 스위칭 소자(Tr2)를 제어하는 로우측(low side) 구동기(30)에 접속된다. 구동 타이밍 제어기(26)로부터의 출력은 레벨 시프터(32)에 인가되고 상기 레벨 시프트(32)는 그 출력 신호를 스위칭 소자(Tr1)를 제어하는 하이측(high side) 구동기(34)에 출력 신호를 인가한다. 과전류/과전력 보호 회로(36)는 제어기(IC)의 ISENSE 입력에 접속되어 있는 스위칭 소자(Tr2)의 로우측에 접속된다. 상기 과전류/과전력 보호 회로(36)는 입력 버스(20)를 통해 논리 회로(16)에 제어 신호를 인가한다. 또한, 과열(over-temperature) 보호 회로(38)가 포함되어 입력 버스(20)를 통해 논리 회로에 제어 신호를 인가한다.
동작시, 논리 회로(16)의 제어하에서, 구동 타이밍 제어기(26)는 스위칭 소자(Tr2)를 구동하는 로우측 구동기(30)에 신호를 제공하고, 스위칭 소자(Tr1)를 구동하는 레벨 시프터(32)를 통해 하이측 구동기(34)에 신호를 제공한다. 스위칭 소자(Tr1, Tr2)는 캐패시터(C2)에 의해 형성된 발진 회로의 1/2 발진 주기마다 교대로 개폐되며, 따라서, 인덕터(L1, L2) 및 1차 권선(TL1)은 2차 권선(TL2, TL3)에 전압을 유도한다. 1차 권선(TL1) 양단의 전압은 전원을 제어하는 보조 권선(TL4)에 나타난다.
과전류/과전력 보호 회로(36)의 목적은 :
(a) 너무 큰 전력이 전달되지 않도록 출력(2차측)을 보호하는 것이다. 이러 한 상황은 부하(load)의 일부를 형성하는 회로 요소들의 고장으로 전력에 대한 수요가 크게 증가하여 발생할 수 있다. 이러한 경우에 제어기(IC)는 더욱 더 많은 전력을 출력에 공급하려 할 것이다. 이러한 상황은 2차측의 요소들의 고장을 발생시킨다. 상기 회로의 과전력 보호 부분은 그러한 상황을 방지한다.
(b) 2차측의 단락에 의한 전류 증가로 인한 고장으로부터 1차측의 요소들을 보호하는 것이다. 그러한 전류 증가는 전력 디바이스들과 같은 요소들의 손실을 증가시켜 고장을 유발할 수 있다. 상기 회로의 과전류 보호 부분은 그러한 상황을 방지한다.
2차 단락 회로는 자화 인덕턴스를 쇼트(short)하여 단지 누설 인덕턴스와 외부 인덕턴스(존재한다면)만이 주 전력 변환 경로(main power conversion path)에 남게 된다. 도 3은 이러한 상황을 도시하는 단순화된 공진 회로이다. 이러한 변화의 결과 두 가지 사실이 발생한다. 즉, 공진 1차 전류가 증가하고, 상기 회로는 동작의 용량성 모드가 된다.
상기 회로의 임피던스는 다음과 같다.
Figure 112001006682119-pct00001
일반적으로 Lm 및 Rload(1차측에 반영된)가 쇼트되면, 1차측 전력 경로는 더 작아질 것이다. 이것은 공진 1차 전류를 증가시킬 것이다. 상기 전류는 2차측상의 단락으로 인해 전력이 출력으로 전달되지 않기 때문에, 사실상 대부분 반응할 것이다. 수학식 2에서 Pout은 단락된 출력에 의해 0으로 감소된다.
Figure 112001006682119-pct00002
TL1이 단락되면, 임피던스(X)는 사실상 용량성이 된다. 도 4는 유도성 모드로부터 용량성 모드로의 동작의 변화를 도시하고 있다. 도 4는 또한 기존의 동작점이 새로운 동작 점으로 이동함에 따라 취해지는 경로를 도시하고 있다. 단락되자마자, 도 3에서 L1+Lext 및 C로 이루어진 LC 탱크로의 출력에서의 전압은 Vout으로부터 그라운드로 변화한다. 이러한 단계가 변화하면, 상기 회로는 용량성 모드에서 새로운 동작점에 정착하기 전에 발진할 것이다. 발진의 지속 기간은 회로에 존재하는 감쇄에 의존한다.
과전류 보호는 또한 2차 회로상의 다이오드들 중 하나가 단락되면 발생할 수 있다. 도 5는 그러한 상황의 공진 회로를 도시한 것이다. 그러한 상황은 변압기가 포화하여 반드시 단락 회로로서 작용하기 때문에, 몇 사이클 후의 전술한 하나의 상황과 동등할 것이다. 다이오드들 중 하나가 단락되면 스위칭 사이클의 1/2 동안 변압기 양단에 DC 전압이 걸리기 때문에, 상기 변압기는 포화할 것이다. 공진 회로는 스위칭 사이클의 일부에서 Lmag(전류가 상기 단락회로 내에서 흐르는지 아니면 2차측 상의 양호한 다이오드 내에서 흐르는지에 따라서)를 볼 수 있지만 다른 부분에서는 그것을 볼 수 없다.
2차측 출력에 접속된 부하의 고장으로 인해 큰 전류가 상기 부하에 의해 인입될 수 있다. 전원은 일반적인 수준을 넘어서 많은 전력량을 출력에 제공하는데 요구될 것이다. 만약, 그러한 상황이 지속되면, 전원을 구성하는 요소들 또는 부하를 형성하는 요소들이 고장날 수 있다.
전류의 공진 특성 때문에, 공진 전류는 두 개의 성분, 즉, 무효(또는 리액티브(reactive)) 성분 및 실효(액티브(active)) 성분으로 구성된다. 기본 고조파 방식(fundamental harmonic approach)을 이용하여, 도 6a는 전류의 실효 성분 및 무효 성분을 도시한 것이다. 도 6b는 페이저(phasor)를 이용하여 실효 성분 및 무효 성분을 도시한 것이다. 모든 실제 에너지 전달은 전류의 실효 성분에 의해 이루어지며, 출력(Pout)으로 전달된 에너지와 기생 회로(Plosses)에서 손실된 에너지 및 RonI2rms 를 포함한다.
전류 감지 저항기를 이용하여 최대 전류가 감지되고 IC 내부의 고정 임계치와 비교되는 통상적인 전류 측정 방법은 과전류 및 과전력을 방지하기 위한 공진 애플리케이션들에 충분치가 않다. 이것은 전류의 실수 성분 외에 리액티브 성분이 존재하기 때문이며, 입력 전압의 효과 때문이다.
만약 전술한 바와 같이 2차측에서 단락이 발생하면, 극소의 실효 전력이 2차측으로 전달되며, 공진 1차 전류가 증가한다. 상기 1차 전류의 증가로 인해, 회로의 1차측 상의 구성요소들(스위치, 다이오드 등에서의 RMS 손실)에서 손실이 증가한다. 전류의 실효 성분은 전류의 리액티브 성분에 비해 아주 작다.
통상적인 과전류 보호에 기반한 피크 전류에서, 과전류 임계치는 칩 내부의 기준 전압으로 고정된다. 입력 전압이 변하면, 피드백은 동작 주파수를 조절하여 출력 전압 레벨을 일정하게 유지한다. 예를 들면, 입력 전압의 증가를 보상하면, 피드백 회로는 동작 주파수를 증가시킬 것이다(도 7). 주파수가 증가하면, 전류의 진폭은 떨어지고 역으로 전력 레벨은 동일하게 유지한다.
Figure 112001006682119-pct00003
따라서, 동작 주파수에 따라서 과전류 레벨에 도달하는데 필요한 △Ip는 상이할 것이다. 즉, 회로 요소들 상에 가해지는 전류의 양과 공급된 전력의 양은 과전류 임계치에 도달하기 전에, 상이한 동작 주파수(이는 입력 전압의 변화의 결과임)에 대하여 상이할 것이다. 동일한 결과를 가져오는 다른 방법은 과전류 임계치가 검출되기 전에 보다 높은 입력 전압에서 전력이 보다 높게 되는 것이다. 동작 주파수 범위가 넓어질수록, 상기 문제는 더 악화된다.
시스템의 정상적인 동작 범위가 허용하는 것보다 더 큰 전력을 인입하는 부하의 고장에 대해 시스템을 보호하기 위해 과전력(over-power) 보호가 필요하다. 과전력 보호는 1차측 상의 실효 전력의 실측값(a true measurement)으로 구성된다. 과전력 보호는 또한 실효 전력을 분리하는데 요구되며, 이것은 리액티브 전력(블라인드(blind) 또는 순환(circulating) 전력이라고도 함)으로부터 출력으로 공급된 전력을 나타낸다. 과전력 보호는 또한 공진 1차 전류에 대한 입력 전압의 효과를 제거한다. 과전력 보호를 구현하는 정확한 방법은 전원에 공급되는 실효 전력을 측정함으로서 이루어진다. 회로의 1차측에서 실효 전력이 측정된다. 1차측의 실효 전력은 공진 모드 전원의 효율이 일반적으로 상당히 높을 때(예를 들면, 85% 내지 95%) 출력 전력에 대한 양호한 근사이다. 공급되는 실효 전력은 한 사이클에 대해 측정된 평균 전력과 같다.
Figure 112001006682119-pct00004
1차 전류 Iin(t)에 대한 정보는 ISENSE에서 얻을 수 있지만, 전압(V(t))은 반 브리지(half bridge)(SH)의 중앙에서의 전압이다. 한 주기에 대해 아날로그 증배 및 적분을 행함으로서, 변환기의 1차측이 측정될 수 있다.
도 8은 과전류/과전력 보호 회로(36)의 블록도이다. OPP/OCP 회로(36)의 OPP 부분은 SH 출력에서 전압을 수신하고 ISENSE 입력에서 전류를 수신하는 승산기(40)를 포함한다. 승산기(40)의 출력은 적분기/평균 회로(42)에 인가된다. 그 다음에, 적분기/평균 회로(42)로부터의 출력은 비교기(44)에 인가되어 임계 전압(V1)과 비교된다. 비교기(44)로부터의 출력은 입력 버스(20)를 따라 논리 회로로 전송된다.
임계치(V1)는 과전력을 방지하기 위해 제어기(IC)에서 구현된다. V1을 넘는 과전력 상태가 검출되면, 논리 회로(16)는 동작 주파수를 증가시켜 반응한다. 주파수의 증가는 최대 주파수까지 고정된 수의 증가로 이루어진다. 동작 주파수를 증가시키면, 출력으로 공급된 전력의 양은 감소한다. 만약, 과전력 상태가 유지되면, 주파수는 재차 증가한다. 이것은 최대 주파수에 이를 때까지 계속된다. 만약 과전력 상태가 계속 유지되면, 논리 회로(16)는 이것을 검출하여 스위칭 소자(Tr1, Tr2)의 스위칭을 중지시킨다. 그 다음에 제어기(IC)는 VAUX 전압이 UVLO 레벨로 강하하도록 하는 안전 재시작(safe-restart) 모드로 진입한다. UVLO에 이르면, 개시(start-up) 회로(10)는 활성화되어 VAUX 캐패시터(C6)를 Vstart 레벨로 충전하고, 새로운 스위칭 사이클이 개시된다. 만약, 고장 상태가 계속 유지되면, 논리 회로(16)는 다시 스위칭을 중지시키고, 제어기(IC)는 다른 "hiccup"을 겪게 된다. 시스템은 모든 안전 재시작 사이클 동안 소프트 시작 위상을 갖는다. 고장 상태에서, 최고 주파수(최소 피크 공진 1차 전류)로 시작하면, 고장 상태가 계속될 가능성을 크게 방지할 수 있다.
과전력 보호는 2차 회로에 단락이 존재하는 상태에 대해 공진 회로를 보호하지 않는다. 왜 그런지를 알기 위해, 전류의 실제 부분에 의해서만 전력 공급이 이루어지는 것에 주의해야 한다. 출력에서 단락되면, 출력상의 전압은 0으로 강하되고 실효 전력 공급은 또한 상당히 강하한다(Pout=0이고 실효 전력 공급은 기생 저항 요소들(Plosses, RonI2rms)에만 발생한다). 이것은 이제 대부분의 전류가 무효(imaginary) 전류이지 실효(real) 전류가 아니라는 것을 의미한다. 과전력 보호에 의해, 실효 전력 측정을 수행한다. 단지 소량의 실효 전력이 공급되면, 과전력 보호는 고장 상태를 인식할 수 없다. 스위칭 소자들을 보호하기 위해서는 과전류 보호도 이루어져야 한다. 과전류 보호는 감지 저항기에 대한 통상적인 피크 전류 측정 및 기준 전압에 기초한 고정된 임계치와의 비교와 유사하다.
도 8에 도시된 바와 같이, OCP 부분은 ISENSE 입력에 접속된 레벨 시프터(46)로 이루어진다. 레벨 시프터(46)로부터의 출력은 제 1 비교기(48)에 접속된다. ISENSE 입력은 또한 제 2 비교기(50)에 직접 접속된다. 임계 전압(V2)은 제 1 및 제 2 비교기(48, 50)의 제 2 입력에 인가된다. 비교기로부터의 출력은 입력 버스(20)를 통하여 논리 회로(16)에 전송된다.
스위칭 소자들(Tr1, Tr2)은 회로 내 최악의 상태의 전류에 기초하여 선택된다. 임계 전압(V2)은 상기 최악의 경우의 상태로 설정되며 입력 전압 변동으로 조절될 필요는 없다. 과전류 상태가 검출되면, 논리 회로(16)는 바로 변환기를 안전 재시작 모드로 한다. 과전류 상태는 2차측의 단락에 기인하여 발생한다. 이러한 고장은 일반적으로 영구적이며 동작 주파수가 램프 업(ramp up)되더라도 유지된다.
전류 감지 저항기(RSENSE)는 양방향으로 공진 1차 전류를 감지하도록 접속된다. 레벨 시프터(46)는, 전류가 흐를 때, ISENSE 입력에서 니게이트(negate) 감지 전압을 생성하도록 ISENSE 입력에서 신호의 레벨을 이동시킨다.
본원 명세서에 개시된 많은 변경 및 변형들이 당업자에게 제공될 것이다. 그러나, 전술한 실시예는 단지 설명을 위한 것이지 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 모든 그러한 변형들은 첨부된 청구범위 내에 포함된다.

Claims (5)

  1. 공진 모드 전원으로서,
    제 1 단자 및 제 2 단자를 갖고 d.c. 공급 전압을 생성하는 수단(REC)과,
    상기 생성 수단(REC)의 상기 제 1 단자에 결합된 제 1 단자와 공급 노드(SH)에 접속된 제 2 단자를 갖는 제 1 스위칭 소자(Tr1)와,
    상기 공급 노드(SH)에 결합된 제 1 단자와 상기 생성 수단(REC)의 상기 제 2 단자에 결합된 제 2 단자를 갖는 제 2 스위칭 소자(Tr2)와,
    제 1 단부와 상기 제 2 스위칭 소자(Tr2)의 상기 제 2 단자에 접속된 제 2 단부를 갖는 1차 권선(TL1)과, 제 1 단부와 제 2 단부와 접지된 중앙 탭(tap)을 갖는 2차 권선(TL2)을 포함하는 변압기(T)와,
    상기 1차 권선(TL1)의 상기 제 1 단부를 상기 공급 노드(SH)에 결합하는 캐패시터(C2)와,
    상기 1차 권선(TL1)의 상기 제 2 단부를 상기 생성 수단(REC)의 상기 제 2 단자에 접속하는 감지 저항기(RSENSE)와,
    상기 2차 권선(TL2)의 상기 제 1 단부를 출력 노드(P1)에 접속하는 제 1 다이오드(D3)와,
    상기 2차 권선(TL2)의 상기 제 2 단부를 상기 출력 노드(P1)에 접속하는 제 2 다이오드(D4)와,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자(Tr1, Tr2)의 제어 입력에 접속되어 있으며, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자(Tr1, Tr2)를 교대로 턴온 및 턴오프하여(turning on and off) 적어도 상기 캐패시터(C2) 및 상기 변압기의 상기 1차 권선(TL1)을 포함하는 발진 회로에 발진을 유도하는 제어기(IC) -상기 발진 회로의 주파수는 상기 공진 모드 전원에 의해 공급되는 전력의 양에 역비례함-를 포함하되,
    상기 공진 모드 전원은 정상 동작 범위보다 더 큰 전력을 끌어내는 부하 내의 고장에 대하여 상기 공진 모드 전원을 보호하는 과전력 보호 회로(OPP)를 더 포함하고,
    상기 과전력 보호 회로(OPP)는 실제 1차 전력(real primary power)을 정확히 측정하며, 상기 과전력 보호 회로(OPP)는
    상기 공진 모드 전원에 공급되는 실효 전력량을 결정하는 수단(40, 42)과,
    상기 실효 전력을 사전 결정된 임계치(V1)와 비교하는 수단(44)과,
    상기 실효 전력이 상기 임계치(V1)를 초과할 때 상기 제어기(IC)에 대해 제어 신호를 생성하여, 상기 제어기(IC)가 처음에 상기 발진 회로의 주파수를 증가시켜 공급되는 전력을 감소시키고 그 다음에 과전력 상태가 지속되면 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자(Tr1, Tr2)의 스위칭을 중지시키도록 하는 제어 신호 생성 수단(44)
    을 포함하는 공진 모드 전원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진 모드 전원은 과전류 보호 회로(OCP)를 더 포함하고,
    상기 과전류 보호 회로는
    상기 제 2 스위칭 소자 내에서 흐르는 전류의 값을 결정하는 수단(RSENSE, ISENSE)과,
    상기 전류의 값을 추가적인 임계치(V2)와 비교하는 수단(46, 48, 50)과,
    상기 전류가 상기 추가적인 임계치(V2)를 초과할 때 상기 제어기(IC)에 대한 제어 신호를 생성하여, 상기 제어기(IC)가 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자(Tr1, Tr2)의 스위칭을 즉시 중지시키도록 하는 제어 신호 생성 수단(46, 48, 50)
    을 포함하는 공진 모드 전원.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실효 전력량을 결정하는 수단(40, 42)은
    상기 제 2 스위칭 소자(Tr2)를 통해 흐르는 전류의 값을 결정하는 수단(RSENSE, ISENSE)과,
    상기 공급 노드(SH)에서의 전압과 상기 결정된 전류의 값을 곱하는 승산기(40)와,
    상기 승산기(40)로부터의 출력을 적분하여 평균하는 적분 평균기(integrator averager)(42)를 포함하는 공진 모드 전원.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭 소자를 통해 흐르는 전류의 값을 결정하는 수단(RSENSE, ISENSE)은
    상기 감지 저항기(RSENSE) 양단의 전압을 측정하는 수단(ISENSE)을 포함하는 공진 모드 전원.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공급 노드(SH)에서의 전압을 상기 결정된 전류의 값과 곱하는 승산기(40)와,
    상기 승산기(40)로부터의 출력을 적분하여 평균하는 적분 평균기(42)를 포함하는 공진 모드 전원.
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