KR100853678B1 - 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로에 관한 것으로, 특히 처음 전원을 온 할 때 돌입 전류가 흐르는 경로와 정상 상태일 때 전류가 흐르는 경로를 스위칭 컨트롤러의 VIN 전압을 통해 제어하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 교류 전원이 온 되어 브리지 다이오드를 통해 직류 전원을 입력받아 충전되는 콘덴서의 돌입 전류를 제한하는 저항과; 상기 저항의 양단에 연결되고 스위칭 컨트롤러의 VIN 단자의 전압에 의해 상기 저항을 단락시키는 전압 제어 소자로 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 교류 전원이 인가됨과 동시에 동작하는 스위칭 컨트롤러의 VIN 단자의 전압을 전압 제어 소자에 인가하여 초기 기동시 발생하는 돌입 전류를 제한하는 저항을 단락시키므로 회로의 구성이 간단해지는 효과가 있다.

Description

스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로{APPARATUS FOR LIMITING RUSH CURRENT OF SWITCHING MODE POWER SUPPLY}

도 1은 종래의 스위칭 방식 전원 공급 장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도 2a는 도 1의 돌입 전류 제한 회로에서 돌입 전류의 경로를 설명하기 위한 예시도.

도 2b는 도 1의 돌입 전류 제한 회로에서 정상 상태의 전류 경로를 설명하기 위한 예시도.

도 3a는 본 발명 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로에서 돌입 전류의 경로를 설명하기 위한 예시도.

도 3b는 본 발명 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로에서 정상 상태의 전류 경로를 설명하기 위한 예시도.

도 4는 도 3a와 도 3b에서 초기 기동시 흐르는 돌입 전류 파형과 스위칭 컨트롤러의 VIN 단자의 전압 파형을 보인 예시도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 교류 전원 11 : 릴레이

12 : 브리지 다이오드 13 : 트랜스포머

14 : 스위칭 컨트롤러

본 발명은 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로에 관한 것으로, 특히 처음 전원을 온 할 때 돌입 전류가 흐르는 경로와 정상 상태일 때 전류가 흐르는 경로를 스위칭 컨트롤러의 VIN 전압을 통해 제어하게 한 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로에 관한 것이다.

대부분 가정용 전자 제품에서 사용되는 일반적인 전원 공급 방식인 스위칭 방식 전원 공급 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 교류 입력을 직류로 변환시키는 정류 회로(1)와; 상기 직류를 입력받아 트랜스포머(3)에 에너지를 저장/방출시키는 스위칭부(2)와; 상기 트랜스포머(3)의 2차 코일에서 발생한 에너지를 정류하여 직류를 출력하는 고주파 정류회로(4)와; 상기 고주파 정류회로(4)로부터 출력된 직류의 전압을 검출하여 상기 스위칭부(2)를 제어하는 제어회로(6)를 정전압 제어(5)하는 제어 회로부로 구성된다.

여기서, 파워가 온될 때 흐르는 돌입 전류를 제한하는 회로는 상기 스위칭 방식 전원 공급 장치 1차측의 정류 회로, 스위칭부에 위치하는 회로로서, 스위칭 컨트롤러, 전압 제어 장치, 그리고 대용량 돌입 전류 제한 저항으로 구성되어 스위칭 방식 전원 공급 장치의 과도 상태에서 돌입 전류를 제한하고 정상 상태에서 이 저항을 오프하는 간단하고 효과적인 회로이다.

이러한 돌입 전류 제한 회로의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 스위칭 컨 트롤러(14)의 스위칭 이후 트랜스포머(13)측에 에너지를 저장/방출하는 과정을 거쳐 상기 트랜스포머(13)의 2차측 고주파 정류 회로에서 출력된 전원전압 5V를 1, 2차 절연 소자인 릴레이(15)의 코일에 여자 전압으로 이용하여 오픈 상태의 릴레이 접점을 단락 시킴으로써 스위칭 방식 전원 공급 장치의 정상 상태에서 콘덴서(C)의 충전 전류가 흐를 때 돌입 전류 제한 저항(R)의 양단을 단락시키는 회로 구성을 이용하였다.

또한, 현재 개발 및 양산되는 텔레비전에서 이용되는 전원 공급 장치인 스위칭 방식 전원 공급 장치는 1차측 Hot Part에 대용량 전해 콘덴서의 충방전을 이용한 콘덴서 입력형 정류 방식을 이용하고 있다.

이러한 정류 방식은 전원이 온된 순간에 필연적으로 큰 돌입 전류가 발생한다.

이는 전원 투입 초기 상태(T : switching on 0+)에서는 평활 콘덴서의 충전 전하가 0이므로 회로가 단락된 상태와 같기 때문이다.

따라서, 이 돌입 전류가 제한되지 않으면 반복성 돌입 전류(IFSM: Peak Forward Surge Current)에 의한 에너지에 의해 퓨즈의 단절과 정류용 다이오드의 손상을 비롯한 교류 신호선에 사용되는 부품의 손상 가능성이 높다.

이 돌입 전류를 제한하기 위해 고 전력 용량의 저항을 이용하여 임피던스 성분을 높인 돌입 전류 제한 회로가 이용된다. 예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이 돌입전류 경로에서 고 전력 용량의 저항(R)이 돌입 전류를 제한하는 역할을 한다.

이후, 이 돌입 전류에 의해 콘덴서의 단자 전압이 상승하여 충전 전압에 도 달하면 콘덴서로 흐르는 충전 전류는 감소되어 곧 콘덴서는 정상 상태에 도달한다.

이 정상 상태에 도달 후 돌입 전류 제한 저항은 에너지 효율을 저하시키므로 돌입 전류를 제한하는 저항이 회로에서 분리되어 돌입 전류 제한 동작이 중지돼야 한다.

이는 도 2b에 도시된 바와 같이, 트랜스포머(13)로부터 5V의 전압이 출력되어 릴레이(15)에 입력되면 릴레이(15)의 스위치가 닫히고 고 전력 용량의 저항(R)이 회로에서 분리됨으로써 행해진다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요성을 감안하여 창안한 것으로, 스위칭 방식 전원 공급 장치의 1차측에 위치한 스위칭 컨트롤러의 VIN 단자의 직류 전압을 검출하여 이 직류 전압을 전압 제어 스위칭 소자(예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), SCR(Semiconductor Controlled Rectifier), Relay등)의 게이트에 인가함으로써 돌입 전류를 제한하는 저항의 두 단자를 열거나 단락시켜 정상 상태에서 돌입 전류를 제한하는 저항에 의한 손실을 없애는 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 제1특징은 앞서 설명한 스위칭 방식 전원 공급 장치에서 돌입 전류가 흐르는 과도 상태 이후 정상 상태에서 1차측 평활용 콘덴서에 충전 전류가 흐를 때 스위칭 방식 전원 공급 장치의 2차측 전원 전압을 이용하여 이를 릴레이 코일의 여자 전압으로 이용함으로써 돌입 전류를 제한하는 종래 기술과 달리, 스위칭 컨트롤러가 스위칭 동작을 하기 이전, 즉 돌입 전류가 흐르는 때에는 이 스위칭 컨트롤러에서의 스타트 회로의 VIN 단자에 전압이 공급된다는 점과 이 VIN 단자의 전압이 약 16V에 도달하면 스위칭을 시작하고 이때에는 정상 상태의 충전 전류가 흐르기 때문에 이 정상 상태에서의 VIN 단자의 전압을 전압 제어 소자의 게이트에 인가하여 돌입 전류를 제한하는 저항의 양단을 단락시켜 시스템의 에너지 효율을 높이는데 있다.

또한, 본 발명의 제2특징은 돌입 전류를 제한하는 저항을 단락시키는 부품으로 교류에서 동작이 가능하고 저항을 단락시킬 경우 분기되는 전류 경로의 임피던스가 낮아 정상 상태에서 에너지 손실을 최소화하고 전압 제어가 가능한 소자를 사용함에 있다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 교류 전원(10)이 온 되어 브리지 다이오드(12)를 통해 직류 전원을 입력받아 충전되는 콘덴서(C)의 돌입 전류를 제한하는 저항(R)과; 상기 저항(R)의 양단에 연결되고 스위칭 컨트롤러(14)의 VIN 단자의 전압에 의해 상기 저항(R)을 단락시키는 IGBT(TR2)로 구성된 것으로 본 발명의 일실시예를 설명한다.

교류 전원이 온되어 스위칭 방식 전원 공급 장치가 초기 기동할 때 콘덴서 입력형 정류 회로로 흐르는 돌입 전류 파형은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같다. 또 한, 이 돌입 전류의 경로를 도시하면 도 3a와 같다.

이 돌입 전류가 제한받지 않고 흐르면 회로의 교류 신호선의 부품이 손상될 수 있다. 이 돌입 전류를 방지하기 위한 회로가 돌입 전류 제한 회로이다.

상기 돌입 전류 제한 회로는 고 전력 용량의 저항(R)을 이용하여 신호선의 임피던스를 높인다.

상기 돌입 전류는 회로가 과도 상태일 때 흐르는 성분이므로 콘덴서(C)가 정상 상태의 전위를 가진 후에 상기 저항(R)을 통해 흐르는 전류에 의한 전력은 손실 성분이 되어 회로의 효율을 저하시킨다.

따라서, 회로가 정상 상태에 도달하면 상기 저항(R)을 회로에서 분리하는데 종래 기술은 릴레이를 이용하여 돌입 전류를 제한하는 저항을 단락시키는 데 비해 본 발명은 스위칭 컨트롤러(14)의 4번 핀 단자, 즉 VIN 단자의 전압을 이용하는 회로이다.

상기 VIN 단자의 전압 파형은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같다.

그리고, 상기 VIN 단자의 전압은 스위칭 컨트롤러(14)의 동작 개시 및 동작 정지를 행한다.

전원이 온되고 VIN 단자의 전압이 16V에 도달하면 스타트(14a)의 기동에 의해 스위칭 컨트롤러(14)가 동작한다.

상기 스위칭 컨트롤러(14)가 동작한 후에는 트랜스포머(13)의 보조 권선에 발생하는 전압을 정류함으로써 전원이 얻어진다.

이때, 돌입 전류는 스위칭 컨트롤러(14)가 동작을 개시하기 이전에 서서히 감소되어 정상 상태에 도달한다.

또한, 상기 돌입 전류를 제한하는 저항(R)에 흐르는 전류에 의한 전력은 손실이 된다.

그러므로, VIN 단자의 전압이 약 16V 이상이 되면 이 전압은 IGBT(TR2)의 게이트에 인가돼 IGBT(TR2)가 포화 영역에서 동작하고 IGBT(TR2)의 드레인과 소스는 거의 단락 상태가 된다.

이때, 정상 상태의 전류는 더 이상 저항(R)을 통해 흐르지 않고 IGBT(TR2)의 드레인으로부터 소스로 흐르게 된다. 이 정상 상태의 전류 경로를 도시하면 도 3b와 같다.

여기서, 1차측 스위칭 컨트롤러(14)에서 VIN 단자의 전압을 검출하여 돌입 전류를 제한하는 저항(R)을 단락시키는 수단은 여러 가지 효율적인 전압 제어 소자로 다양한 선택이 가능하다. 예를 들면 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), SCR(Semiconductor Controlled Rectifier), 릴레이 등의 부품이 가능하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 교류 전원이 인가됨과 동시에 동작하는 스위칭 컨트롤러의 VIN 단자의 전압을 전압 제어 소자에 인가하여 초기 기동시 발생하는 돌입 전류를 제한하는 저항을 단락시키므로 회로의 구성이 간단해지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 대부분 가정용 전자 제품의 전원 공급 방식인 스위칭 방식 전원 공급 장치의 콘덴서 입력형 전원 회로 분야에 적용되어 효과적으로 교류 신호 선의 부품의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 교류 전원이 온되어 브리지 다이오드를 통해 직류 전원을 입력받아 충전되는 콘덴서의 돌입 전류를 제한하는 저항과;

   상기 저항의 양단에 연결되고, 스위칭 컨트롤러의 전압 입력 단자(VIN 단자)에 인가되는 전압에 의해 상기 저항을 단락시키는 전압 제어 소자를 포함하며,

   상기 스위칭 컨트롤러는,

   상기 콘덴서에 연결되며, 상기 인가되는 전압이 기설정된 전압 이상일 때, 상기 인가되는 전압을 상기 전압 제어 소자에 인가하여 상기 전압 제어 소자를 동작시키는 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 전압 제어 소자는,

   상기 스위칭 컨트롤러의 전압 입력 단자에 인가되는 전압을 근거로 정상 상태에서 상기 저항을 단락시키는 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 전압 제어 소자는,

   IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), SCR(Semiconductor Controlled Rectifier), 릴레이(Relay) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원 공급 장치의 돌입 전류 제한 회로.

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