KR101030919B1

KR101030919B1 - 스위칭 전원 장치

Info

Publication number: KR101030919B1
Application number: KR1020037003899A
Authority: KR
Inventors: 콘노아키라
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2011-04-27
Also published as: JP2003033019A; CN1248399C; WO2003009456A1; CN1473387A; KR20040030411A; US6975521B1; WO2003009456B1; JP3883826B2

Abstract

본 발명은 히스테리시스 저전압 오동작 방지 회로를 갖는 스위칭 제어 회로(130)에 의해 1차측 정류 평활 회로(115)의 정류 평활 출력을 스위칭하는 스위칭 FET(125)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 전원 장치(100)에 관한 것이다. 무부하시에는, 자기방전에 의해 정전압 유지를 가능케 하는 규정 전압까지의 저하시간이 1차측의 스위칭 제어 회로의 저전압 오동작 회로의 동작 전압까지의 시간보다 길다. 통상 부하시에는, 자기방전에 의해 정전압 유지를 가능케 하는 규정전압까지의 저하시간이 저전압 오동작 회로의 동작 전압까지의 시간보다 짧다. 따라서, 전력 소비가 최소로 억제되고, 에너지 절감이 구현된다.

전류 평활 회로, 저전압 오동작 회로, 스위칭 전원 장치

Description

스위칭 전원 장치{Switching power source apparatus}

본 발명은 히스테리시스(hysteresis) 저전압 오동작 방지 회로를 갖는 스위칭 제어 회로에 의해, 1차측 정류 평활 회로의 정류 평활 출력을 스위칭하는 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하도록 한 스위칭 전원 장치에 관한 것이다.

종래, 상용 교류를 정류하여 평활화하여 얻어진 직류 전류를, 예를 들면 100kHz 정도의 고주파로 스위칭하여 변압기에 의해 소망의 전압으로 높은 효율로 변환하도록 한 스위칭 전원 장치가 널리 사용되고 있다.

이 스위칭 전원 장치에 있어서의 출력 전압의 제어 방식으로서는 출력 전압의 변화에 따라서 스위칭 펄스의 듀티비를 제어하는 펄스 폭 변조(PWM:Pulse Width Modulation) 제어 방식, 스위칭 펄스의 주파수나 위상을 제어하는 공진 등의 주파수 제어 방식이나 위상 제어 방식 등이 채용되어 있다.

도 1은 PWM 제어 방식을 채용한 종래의 스위칭 전원 장치의 회로 구성예를 도시하고 있다.

이 스위칭 전원 장치(200)는 상용 전원(AC)으로부터 AC 필터(210)를 통해 공급되는 교류 입력을 정류·평활화하는 1차측 정류 평활 회로(215)를 구비하고, 이 1차측 정류 평활 회로(215)에 컨버터트랜스(220)의 1차 권선(220A)을 통해 스위칭 FET(225)의 드레인이 접속되어 있는 동시에, 스위칭 FET(225)의 스위칭 동작을 PWM 제어하는 스위칭 제어 회로(230)의 전원 단자(230A)가 1차측 정류 평활 회로(215)에 기동 회로(240)를 통해 접속되어 있다. 전원 단자(230A)는 콘덴서(235)를 통해 접지되어 있다.

스위칭 제어 회로(230)는 전원 전압 저하시의 오동작을 방지하기 위해서, 히스테리시스 저전압 오동작 방지 회로를 내장하고 있고, 전원 단자(230A)에 주어지는 전원 전압(Vcc)이 0V로부터 상승해 가면, Vcc=16.5V에서 동작을 개시하고, 전원 전압 강하시에는 Vcc= 9.0V에서 출력을 차단한다.

컨버터트랜스(220)의 2차 권선(220B)에는 2차측 정류 평활 회로(250)가 접속되어 있고, 컨버터트랜스(220)의 2차 권선(220B)에 얻어지는 컨버터 출력을 2차측 정류 평활 회로(250)에 의해 정류 평활 출력 필터(255)를 통해 출력한다. 2차 측정류 평활 회로(250)에는 출력 전압 검출용의 저항 분할 회로(260)나 출력 전류 검출용의 저항(265)을 통해 출력 검출 회로(270)가 접속되어 있고, 이 출력 검출 회로(270)에 의한 검출 출력이 포토커플러(280)를 통해 상기 스위칭 제어 회로(230)로 귀환된다. 출력 검출 회로(270) 및 포토커플러(280)는 컨버터트랜스(220)의 2차 권선(220B)에 접속된 정류 평활 회로(290)에 의한 정류 평활 출력을 구동 전원으로서 동작한다.

스위칭 제어 회로(230)는 기동시에 1차측 정류 평활 회로(215)로부터 기동 회로(240)를 통해 기동 전류가 공급됨으로써 기동되고, 스위칭 FET(225)에 스위칭 펄스의 공급을 개시하고, 기동 후는 컨버터트랜스(220)의 3차 권선(220C)에 접속된 정류 평활 회로(238)에 의한 정류 평활 출력을 구동 전원으로서 동작하고, 포토커플러(280)를 통해 귀환되는 출력 검출 회로(270)에 의한 검출 출력에 따라서 스위칭 펄스의 듀티비가 변화함으로써, 스위칭 FET(225)의 스위칭 동작을 PWM 제어하여 컨버터 출력을 안정화한다.

그런데, 종래의 스위칭 전원 장치(200)에서는 통상 정전류 수하 동작(전지의 정전류 충전 동작)에 있어서, 출력 검출 제어 회로(270)의 전력도 출력 라인으로부터 취하는 경우, 그 전압 변동 폭이 대단히 넓게 하고 제어를 안정하게 하기 위해서는 안정 전압을 공급할 수 있는 별도의 전원이 필요하다. 그것을 실현하기 위해 시리즈 레귤레이터(series regulator)를 넣거나, 동일 트랜스의 별도의 권선으로, 결합을 느슨하게 하여 부하의 영향을 받기 어려운 전원을 이용하거나, 동일 권선이라도 정류 평활 회로를 별도로 하는 등의 연구를 하여, 조금이라도 전압 변동 폭을 좁게 함으로써 안정 제어를 하고 있다.

또한, 대기시에 간헐 동작을 하는 저전력 스위칭 전원의 출력을 정전압 전류로 제어하기 위해서, 출력 검출 회로(270)의 전원을 동일 트랜스의 동일 권선으로부터, 별도의 정류에 의해서 전력을 공급하고 있는 전원 공급 방식에서는 간헐시의 스위칭 정지시는 그 제어에 필요한 전력을 정류 평활 회로(290)의 평활 용량으로 처리하고 있다. 그 때문에, 정류 평활 회로(290)의 평활 콘덴서(291)의 용량은 커진다. 또한, 큰 용량이 필요하기 때문에, 부피 용량비가 좋은 전해 콘덴서를 사용하고 있기 때문에, 시간의 경과에 따른 변화에 의한 용량 변화의 영향을 받게 되는 문제도 있었다.

종래의 대기시 전력 절감화형 스위칭 전원 장치에서는 무부하가 된 것을 검출하여, 스위칭 동작을 정지함으로써 간헐 동작을 행하여 전력 절감화하고 있었다.

부하 검출 방법은 저항을 부하와 시리즈에 넣고, 그 양단에서 발생하는 전압강하를 검출하는 방법이 알려져 있다. 이 방법으로 경부하의 상태(10mA 정도)의 미소 전류를 검출하기 위해서는 검출 저항을 수십Ω 내지 수백Ω에 설정하지 않으면 정밀도 좋게 검출할 수 없다. 더욱이, 중부하의 경우에는 그 검출 저항에서의 전압강하나 발열이 문제가 된다. 종래는 검출 저항을 반도체 소자로 단락(short)하는 방법으로 해결했었지만, 회로가 복잡하게 되어 비용 증가로 되고 있다.

부하 상태를 검출하여, 통상 부하라고 판단한 경우, 포토커플러의 발광다이오드를 온으로 하고, 그 신호를 1차측의 스위칭 제어 회로에 전달하고, 또한 무부하라고 판단한 경우는 포토커플러의 발광 다이오드를 오프로 하고, 스위칭을 정지시킨다. 이러한 제어를 하기 위해서는 정전압 제어용의 귀환용 포토커플러와는 다른 포토커플러를 사용하여 전송할 필요가 있고, 회로가 여분으로 필요하다.

또한, 기동시, 부하 상태 판단용의 포토커플러는 구동 전압이 부족하여, 출력이 나오지 않은 상태를 통과한다. 그것은 무부하 상태를 판단하여 버리기 때문에, 회피하기 위한 회로도 부가하지 않을 수 없었다.

더욱이, 통상 동작 중은 항상 포토커플러는 온 상태에서, 여분의 전력을 소비하여, 동작시의 전력 절감으로는 되고 있지 않다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안하여 제안된 것이고, 그 목적으로 하는 것은, 현행의 회로에 대폭적인 변경을 가하지 않고서, 각각의 키 디바이스의 값을 조정하는 것만으로, 대기시의 스위칭 동작을 간헐적으로 에 행하여, 소비 전력을 극소로 억제하여, 대기시, 에너지 절감을 실현시키는 동시에, 그 간헐 동작을 하기 위한 회로가 영향을 미치게 하지 않고서, 정전원, 정전류 및 각종 보호 기능 동작 등의 통상 동작을 할 수 있도록 한 스위칭 전원 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 1차측의 기동 회로로부터의 기동 전류를 공급하여 히스테리시스 저전압 오동작 방지 회로를 갖는 스위칭 제어 회로를 기동하여, 컨버터트랜스의 1차에 공급되는 1차측 정류 평활 회로의 정류 평활 출력을 스위칭하는 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하고, 기동 후는 컨버터트랜스의 3차 권선으로부터의 출력을 정류 평활 회로에 의해 정류 평활하고, 그 정류 평활 출력에 의해 상기 스위칭 제어 회로를 구동하고, 상기 컨버터트랜스의 2차 권선에 얻어지는 컨버터 출력을 2차측 정류 평활 회로에 의해 정류 평활 출력하여 출력하고, 2차측의 출력 검출 회로에서 포토커플러를 통해 스위칭 제어 회로로 오차 신호를 귀환하여, 스위칭 제어 회로에 의해 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하도록 한 스위칭 전원 장치로서, 컨버터트랜스의 2차 권선에 얻어지는 컨버터 출력을 정류 평활하는 포토커플러 구동용의 정류 평활 회로에 의한 출력으로 포토커플러에 구동 전원을 공급하여, 컨버터트랜스의 2차 권선에 얻어지는 컨버터 출력을 정류 평활하는 출력 검출 회로 구동용의 정류 평활 회로에 의한 출력으로 출력 검출 회로에 구동 전원을 공급하도록 한 것이다.

본 발명에 따른 스위칭 전원 장치에서는 예를 들면, 스위칭 제어 회로의 저전압 오동작 회로의 저전압 보호 전압으로부터 해제 전압까지의 시간 T1, 포토커플러 구동용의 정류 평활 회로에 의한 포토커플러의 발광 다이오드의 구동 가능 시간 T2, 출력 검출 회로 구동용의 정류 평활 회로에 의해 구동되는 출력 검출 회로의 2차 제어 동작 가능 시간 T3을 T1>T2>T3으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 스위칭 전원 장치에서는 대기시의 간헐 동작시에 2차측 정류 평활 회로에서 부가 회로를 통해 출력 검출 회로에 전력을 공급함으로써 제어 동작을 안정하게 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해서 얻어지는 구체적인 이점은 이하에 있어서 도면을 참조하여 설명되는 실시예의 설명으로부터 한층 더 분명하게 될 것이다.

도 1은 종래의 스위칭 전원 장치를 도시하는 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 스위칭 전원 장치를 도시하는 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 스위칭 전원 장치의 동작을 도시하는 파형도.

도 4a 및 도 4b는 스위칭 전원 장치의 간헐 동작 파형을 도시하는 파형도.

이하, 본 발명의 실시예에 관해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 예를 들면 도 2에 도시하는 바와 같은 구성의 스위칭 전원 장치(100)에 적용된다.

이 스위칭 전원 장치(100)는 상용 전원(AC)으로부터 AC 필터(110)를 통해 공급되는 교류 입력을 정류하여 평활화하는 1차측 정류 평활 회로(115)를 구비하여, 이 1차측 정류 평활 회로(115)에 컨버터트랜스(120)의 1차 권선(120A)을 통해 스위칭 FET(125)의 드레인이 접속되어 있다.

또한, 스위칭 FET(125)의 스위칭 동작을 PWM 제어하는 스위칭 제어 회로(130)를 구비하고, AC 필터(110)와 1차측 정류 평활 회로(115)와의 접속점이 기동 회로(140)를 통해 스위칭 제어 회로(130)의 전원 단자(130A)에 접속되어 있다.

스위칭 제어 회로(130)의 전원 단자(130A)에는 컨버터트랜스(120)의 3차 권선(120C)에 접속된 정류 평활 회로(138)에 의한 정류 평활 출력이 구동 전원으로서 공급된다. 전원 단자(130A)는 콘덴서(135)를 통해 접지되어 있다.

이 스위칭 제어 회로(130)는 전원 전압 저하시의 오동작을 방지하기 위해서, 히스테리시스 저전압 오동작 방지 회로를 내장하고 있고, 전원 단자(130A)에 주어지는 전원 전압(Vcc)이 0V로부터 상승해가면, Vcc=16.5V에서 동작을 개시하고, 전원 전압 강하시에는 Vcc=9.0V에서 제어 출력을 차단한다.

또한, 스위칭 제어 회로(130)는 소프트 스타트 기능을 갖는 것으로, 소프트스타트 제어용의 CS 단자(130B)가 소프트 스타트를 위한 시정수를 주는 콘덴서(131)를 통해 접지되어 있는 때에, 과전압 보호용의 제너(Zener) 다이오드(132)를 통해 상기 전원 단자(130A)에 접속되어 있다.

스위칭 제어 회로(130)는 과전류 제한 기능을 갖는 것으로, 그 과전류 검출 용의 IS 단자(130C)가, 입력 전압 보정용의 저항을 통해 1차측 정류 평활 회로(115)와 컨버터트랜스(120)의 1차 권선(120A)과의 접속점에 접속되어 있는 동시에, 스위칭 FET(125)의 소스에 접속된 3개의 저항(134A, 134B, 134C)으로 이루어지는 정전력 보호 회로(134)에 접속되어 있다.

여기서, 기동 회로(140)는 AC 필터(110)와 1차측 정류 평활 회로(115)와의 접속점에 접속된 정전류 회로(141)를 구비하고, 이 정전류 회로(141)가 역류 방지 다이오드(148)를 통해 스위칭 제어 회로(130)의 전원 단자(130A)에 접속되어 있다.

정전류 회로(141)는 AC 필터(110)와 1차측 정류 평활 회로(115)와의 접속점에 각각 저항(142, 143)을 통해 각 콜렉터가 접속된 제 1 및 제 2 NPN 트랜지스터(144, 145)를 구비하고, 제 1 NPN 트랜지스터(144)의 이미터와 제 2 NPN 트랜지스터(145)의 콜렉터가 접속되고, 제 1 NPN 트랜지스터(144)의 이미터가 제 2 NPN 트랜지스터(145)의 베이스에 접속되고, 또한, 제 1 NPN 트랜지스터(144)의 이미터와 제 2 NPN 트랜지스터(145)의 베이스와의 접속점이 전류 검출용 저항(146)을 통해 제 2 NPN 트랜지스터(145)의 이미터의 접속되어 있는 동시에 역류 방지 다이오드(148)의 캐소드(cathode)에 접속되어 있다.

정전류 회로(141)에서는 전류 검출용 저항(146)의 양단 전압을 제 2 NPN 트랜지스터(145)에서 검출하고, 제 1 NPN 트랜지스터(144)의 베이스에 저항(143)으로부터 흐르는 전류를 제어함으로써, 상기 전류 검출용 저항(146)에 일정한 전류(Ic)를 흘린다.

컨버터트랜스(120)의 2차 권선(120B)에는 2차측 정류 평활 회로(150), 출력 검출 회로(170)에 구동 전원을 공급하는 정류 평활 회로(150), 포토커플러(180)에 구동 전원을 공급하는 정류 평활 회로(154)가 접속되어 있다. 2차측 정류 평활 회로(150)의 출력단은 다이오드(153)를 통해 정류 평활 회로(152)의 접속단에 접속되어 있다.

컨버터트랜스(120)의 2차 권선(120B)에 얻어지는 컨버터 출력은 2차측 정류 평활 회로(150)에 의해 정류 평활되어 출력 필터(155)를 통해 출력된다. 2차측 정류 평활 회로(150)에는 출력 전압 검출용의 저항 분할 회로(160)나 출력 전류 검출용의 저항(165)을 통해 출력 검출 회로(170)가 접속되어 있고, 이 출력 검출 회로(170)에 의한 검출 출력이 포토커플러(180)를 통해 스위칭 제어 회로(130)로 귀환된다.

이러한 구성의 스위칭 전원 장치(100)에 있어서, 스위칭 제어 회로(130)는 기동시에 정전류 기동 회로(140)를 통해 기동 전류가 공급되는 것에 따라 기동되고, 스위칭 FET(125)에 스위칭 펄스의 공급을 개시한다. 기동 후는 컨버터트랜스(120)의 3차 권선(120C)에 접속된 정류 평활 회로(138)에 의한 정류 평활 출력을 구동 전원으로서 동작하고, 출력 검출 회로(170)에 의한 검출 출력이 포토커플러(180)를 통해 귀환됨으로써, 스위칭 FET(125)의 스위칭 동작을 PWM 제어하여 컨버터 출력을 안정화한다.

본 발명에 따른 스위칭 전원 장치(100)는 기동시에, 다음과 같이 동작한다.

즉, 본 발명에 따른 스위칭 전원 장치(100)는 상용 전원으로부터 교류 입력이 공급되면, 기동 회로(140)의 저항(142), 제 1 NPN 트랜지스터(144), 전류 검출 용 저항(146), 역류 방지 다이오드(148)를 통해 콘덴서(135)에 정전류(Ic=0.6mA)를 따라 넣어 충전을 개시한다.

스위칭 제어 회로(130)의 전원 단자(130A)에 인가되는 전압(Vcc)은 콘덴서(135)의 충전이 진행함에 따라서 서서히 상승하고, 저전압 오동작 방지 회로의 최소 기동 전압(16.5V) 이상으로 되면 스위칭 제어 회로(130)가 동작을 개시하여, 스위칭 펄스를 스위칭 FET(125)에 출력한다. 이 때, 스위칭 제어 회로(130)의 소비 전류는 증가하고, 콘덴서(135)의 단자간 전압은 저하하지만, 히스테리시스를 가진 저전압 오동작 방지 회로를 위해, 동작 최소 전압(V1= 9V)까지 스위칭 동작은 계속된다.

여기서, 정전류 회로(141)의 전류치(Ic)에서 콘덴서(135)를 충전하는 것에 의해, 스위칭 제어 회로(130)의 전원 단자(130A)에 인가되는 전압(Vcc)은 상기 전압은 상승하지만, 최소 기동 전압까지의 상승 시간을 예를 들면 5초 이내로 한다. 그리고, 과도 응답 시간과 구동 전류와 최소 구동 전압의 곱을, 저전압 오동작 방지 회로의 히스테리시스 전압의 제곱차와 콘덴서(135)의 용량의 곱의 반보다도 작게 해둔다. 이로써, 이 스위칭 전원 장치(100)는 확실하게 기동할 수 있다.

그 동안에 스위칭된 전류는 컨버터트랜스(120)를 통해, 2차, 3차 권선(120B, 120C)에 고주파 전류를 흘린다. 이 고주파 전류를 2차 정류 평활 회로(150)에 의해 정류하여, 출력 필터(155)를 통해 컨버터 출력으로서 출력단자로부터 출력한다.

이 전압은 저항 분할 회로(160)를 통해 출력 검출 회로(170)에 있어서 기준 전압과 비교되어, 출력 전압이 높은 경우, 포토커플러(180)의 발광 다이오드(180A) 를 온으로 하고, 낮은 경우에는 오프로 하며, 1차측의 스위칭 제어 회로(130)에 그 신호를 전송하고, 스위칭 FET(125)의 게이트에 주는 스위칭 펄스의 듀티를 변화시켜, 출력 전압(Vout)을 일정 전압으로 제어한다.

한편, 3차 권선(120C)으로부터의 출력은 1차측에서 정류 평활 회로(138)에 의해 정류 평활되어 콘덴서(135)에 충전되고, 스위칭 제어 회로(130)의 구동 전원으로서 공급된다. 그 전압(Vcc; 통상 동작에서의 전압치는 12V)은 기동 회로(140; 기동 안정시의 전압은 11V)로부터의 전압보다 높기 때문에, 역류 방지 다이오드 (148)를 통해 접속되어 있는 기동 회로(140)로부터의 전력 공급을 정지시킨다. 정류 평활 회로(138)에 의한 정류 평활 출력이 기동 회로(140)에 역류하는 일은 없다.

또한, 이 스위칭 전원 장치(100)는 통상 부하시에, 다음과 같이 동작한다.

즉, 이 스위칭 전원 장치(100)에서는 기동 후, 2차측의 출력 검출 회로(170)에 의해 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 얻어지는 오차 신호가, 포토커플러(180)를 통해 1차측의 스위칭 제어 회로(130)의 귀환 입력용의 FB 단자(130D)로 귀환되고, 스위칭 제어 회로(130)에 의한 스위칭 FET(125)의 스위칭 제어를 개시한다. 스위칭 제어 회로(130)의 전원 단자(130A)에는 컨버터 트랜스(120)의 3차 권선(120D)에 접속된 정류 평활 회로(138)로부터 구동 전원이 공급된다. 그리고, 스위칭 제어 회로(130)는 무부하 동작이나 입력 전압 변동에 대하여 출력 전압(Vout)이 일정하게 되도록 스위칭 FET(125)의 스위칭 동작을 PWM 제어한다. 출력으로부터 부하 전류를 일정 값 이상 추출하면, 전류 검출 저항(165)의 양단 전압이 어떤 기준 이상으로 되어, 전류 검출 저항(165)의 양단 전압을 기준 전압과 비교하는 출력 검출 회로(170)에 의해 검출된다. 스위칭 제어 회로(130)는 2차측의 출력 검출 회로(170)에 의한 검출 출력에 따라서, 출력 전압(Vout)을 저하시켜, 부하 전류를 일정 전류가 되도록, 스위칭FET(125)의 스위칭 동작을 PWM 제어한다.

이 때, 출력 전압(Vout)은 저하하지만, 2차 정류 평활 회로(150)와는 별도의 정류 평활 회로(152)로부터 공급되고 있는 상기출력 검출 회로(170)의 전원 전압은 출력 전압(Vout)과 비교하여 저하하지 않고, 안정 제어하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 스위칭 전원 장치(100)는 무부하시에, 다음과 같이 동작한다.

본 발명에 따른 스위칭 전원 장치(100)는 기동 후, 2차측의 출력 검출 회로(170)에 의해 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 얻어지는 오차 신호가, 포토커플러(180)를 통해 1차측의 스위칭 제어 회로(130)의 귀환 입력용의 FB 단자(130D)로 귀환되고, 스위칭 제어 회로(130)에 의한 스위칭 FET(125)의 스위칭 제어를 개시하지만, 2차측에 발생하는 출력 전압(Vout)은 과도 응답의 지연이나 부하가 무부하이기 때문에 상기 출력 검출 회로(170)에 있어서 비교되는 기준 전압보다 높아진다. 그 결과, 포토커플러(180)의 발광 다이오드(180A)로의 출력은 온이 되고, 상기 스위칭 FET(125)의 스위칭 동작을 정지시키도록 스위칭 제어 회로(130)를 동작시킨다. 상기 스위칭 FET(125)의 스위칭 동작이 정지하면, 컨버터트랜스 (120)의 3차 권선(120C)에 접속된 정류 평활 회로(138)로부터 스위칭 제어 회로 (130)로의 구동 전원의 공급은 한정된 전원 공급 시간만으로 되고, 서서히 스위칭 제어 회로(130)의 전원 전압(Vcc)은 저하하여, 저전압 오동작 회로가 동작하는 전압(9V)까지 저하하게 된다. 저하하면, 스위칭 제어 회로(130)는 동작을 멈추고, 대기 상태에 들어간다. 대기 상태가 되면, 스위칭 제어 회로(130)의 전류 소비가 가볍더라도(6㎂), 기동 회로(140)를 통과시켜 스위칭 제어 회로(130)의 전원 전압(Vcc)을 상승시킨다.

여기서, 스위칭 제어 회로(130)에 내장되어 있는 저전압 오동작 회로(동작전압 16.5V)는 히스테리시스 특성을 가지고 있고, 동작을 개시하는 전압에 도달할 때까지는 시간이 걸린다. 그 동안, 2차측의 출력 검출 회로(170)는 정류 평활 회로(152)의 콘덴서(152A)에 축적되어 있는 에너지로 동작을 계속하고 있지만, 서서히 전압이 내려가 출력과의 전위차가 다이오드(153)의 순방향 전압(Vf) 이상으로 되면, 다이오드(153)는 도통되고, 2차측 정류 평활 회로(150)의 콘덴서(150A, 150B)에 축적되어 있는 에너지를 사용하여, 출력 검출 회로(170)에 에너지를 계속 공급한다. 그 동안에, 2차측 정류 평활 회로(150)에 의한 정류 평활 출력 즉 2차 출력 전압(Vout)도 저하하여, 정류 평활 회로(154)로부터 포토커플러(180)의 발광 다이오드(180A)에 공급하는 전압이 한계치(5V) 이하가 된다. 그렇다면, 발광 다이오드(180A)를 흐르는 전류가 감소하여, 포토커플러(180)의 포토 트랜지스터(180B)가 하이 임피던스의 상태가 된다. 이들의 콘덴서(150A, 150B, 152A, 154A)의 용량을 적절하게 선택하는 것이 정류 평활 회로(154)의 다이오드(154B)를 복수개 직렬로 접속함으로써 순방향 전압치를 조정하는 것에 의해, 2차측에서 간헐 주기를 컨트롤할 수 있다.

또, 대기시의 간헐 동작시에 상기 2차측 정류 평활 회로(150)로부터 출력 검출 회로(170)에 전력을 공급하는 다이오드(153) 대신에, 트랜지스터스 위치나 반도체 스위치를 사용할 수도 있다.

간헐주기를 2차측에서 조정하는 방법으로서, 일반적으로 발광 다이오드의 소비 전력은 출력 검출 회로(170) 특히 CM0S로 만들어진 IC의 소비 전력과 비교하여 크고, 포토커플러(180)의 발광 다이오드(180A)에 구동 전원을 공급하는 정류 평활 회로(154)와 출력 검출 회로(170)에 구동 전원을 공급하는 정류 평활 회로(152)를 분리하여, 상기 정류 평활 회로(154)의 콘덴서(154A)의 용량을 적게 함으로써, 2차 출력 전압(Vout)이 너무 저하하기 전에, 공급 전압을 제어계와 비교하여 빨리 저하시키고, 포토커플러(180)를 하이 임피던스로 함으로써 간헐 주기를 짧게 하여 출력 리플을 적게 하는 것도 가능하다.

한편, 1차측의 기동 회로(140)를 통과시켜 스위칭 제어 회로(130)에 공급하고 있는 전압(Vcc)이, 저전압 오동작 방지 회로의 동작 전압(16.0V) 이상으로 되면, 즉시 상기 스위칭 제어 회로(130)가 워크 업하고, 스위칭 FET의 스위칭 동작을 PWM 제어한다. 그러나, 2차측의 출력 검출 회로(170)의 동작이 우선되어, 포토커플러 (180)의 발광 다이오드(180A)가 도통하고 있으면, 상기 스위칭 제어 회로(130)는 스위칭 펄스를 순간 출력하여, 정지하여 버린다. 그렇게 하면 상기 스위칭 제어 회로(130)의 전원 전압(Vcc)은 저전압 오동작 보호 회로의 최저 동작 전압까지 서서히 저하한다. 이하 그것을 반복함으로써 간헐 동작을 한다.

이 스위칭 전원 장치(100)에서는 도 3에 도시하는 ST1 내지 ST10의 동작을 반복하여 행함으로써 간헐 동작을 한다.

즉, 스위칭 제어 회로(130)의 전원 단자(130A)에 인가되는 전압(Vcc)이 저전압 오동작 방지 회로의 최소 기동 전압(16.5V) 이상으로 되면(ST1), CS 단자(130B)에서 콘덴서(131)를 정전류로 충전한다(ST2). 그리고, CS 단자(130B)의 단자 전압이 0.82V 이상으로 되면(ST3), Vref의 5V가 나온다(ST4). 또한, 스위칭 제어 회로(130)는 CS 단자(130B)의 단자 전압이 1.0V로부터 소프트스타트가 걸리고(2V까지), OUT 단자(130E)에서 스위칭 펄스를 출력한다(ST5). 2차 출력이 나와 설정 전압보다 높아지면, 포토커플러(180)가 온하여, 스위칭 제어 회로(130)의 FB 단자(130D)의 전압을 낮춘다. 또한, 3차 출력 전압이 높아지기 때문에 기동 회로(140)를 정지시킨다(ST6). 스위칭 제어 회로(130)의 FB 단자(130D)의 전압이 내려 가면, 스위칭 제어 회로(130)는 OUT 단자(130E)로부터 스위칭 펄스를 출력하는 것을 정지한다(ST7). 스위칭 제어 회로(130)는 전원 단자(130A)에 인가되는 전압(Vcc)이 9.0V까지 내려 가면, Vref가 정지하여, 동작을 정지하여, 대기상태에 들어간다(ST8). 스위칭 제어 회로(130)가 대기 상태이기 때문에 소비 전류가 감소하여, 기동 회로(140)를 통해서 콘덴서(135)를 충전한다(ST9). 그것에 의해서, 스위칭 제어 회로(130)의 전원 단자(130A)의 전압(Vcc)을 상승시킨다(ST10). 그 동안에 부하가 무겁게 되더라도 무시한다.

여기서, 2차측의 출력 검출 회로(170)에서 포토커플러(180)의 발광 다이오드 (180A)를 계속 도통시킬 수 있는 시간 이상으로, 1차측의 스위칭 제어 회로(130)의 저전압 오동작 해제 전압까지, 상기 스위칭 제어 회로(130)에 구동 전원을 공급하는 정류 평활 회로(138)의 콘덴서(138A)로의 충전 시간이 길어지면, 상기 스위칭 제어 회로(130)로 간헐 주기를 제어할 수 있다. 따라서 상기 정류 평활 회로(138)의 콘덴서(138A)의 용량 및 기동 회로(140)로부터의 충전 전류를 조정함으로써 1차측으로부터 간헐주기를 제어하는 것이 가능하다.

스위칭 동작을 하면 컨버터트랜스(120)의 2차 권선(120B), 3차 권선(120C)에 출력하여 상기 동작을 반복한다. 출력 전압(Vout)은 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 자기 방전에 의한 전압 저하(실측치 7.7V)와 간헐 스위칭 동작에 의한 전압치(실측치 8.7V)의 사이에서 톱니형의 전압이 된다. 이러한 간헐 동작을 함으로써, 연속 스위칭 동작을 하고 있을 때의 소비 전력(입력 전압 AC240V에서 500mW)과 비교하여, 그 전력은 간헐 동작의 분만 감소하게 되어, 무부하시(대기시)의 전력 절감(입력 전압 AC240V에서 100mW) 동작이 된다.

본 발명에 따른 스위칭 전원 장치(100)는 다음과 같이 하여 무부하 동작으로부터 통상 동작으로 이행한다.

본 발명에 따른 스위칭 전원 장치(100)는 통상 동작시에는 출력의 부하 전류가 증가하고, 출력 전압 상승에 의한 포토커플러(180)의 발광 다이오드(180A)의 온 시간은 짧아지고, 단시간에 오프가 된다. 발광 다이오드(180A)가 오프인 동안의 1차측의 스위칭 제어 회로(130)의 전원 전압(Vcc)은, 저전류 오동작 보호 전압치 이상의 전압이고, 발광 다이오드(180A)가 오프가 되면, 포토커플러(180)의 포토트랜지스터(180B)는 오프가 되고, 1차측의 스위칭 제어 회로(130)로부터는 스위칭 펄스 를 출력하여, 스위칭 FET(125)의 스위칭 동작을 PWM 제어를 하고, 정전압 출력의 통상 연속 동작이 된다. 이와 같이 2차측의 축적 전력으로 연속 동작으로의 이행 전류를 조정할 수 있다.

상기 조정을 위해서는 1차측의 저전압 보호 전압으로부터 해제 전압까지의 시간 T1(스위칭 제어 회로(130)의 동작 전류치와 상기 스위칭 제어 회로(130)에 구동 전원을 공급하는 정류 평활 회로(138)의 콘덴서(138A, 138B)의 용량 및 출력 검출 회로(170)의 소비 전력에 의해 결정되는 값), 포토커플러(180)의 발광 다이오드(180A)에 구동 전원을 공급하는 정류 평활 회로(154)로부터의 구동 가능 시간(T2; 포토커플러(180)의 소비 전력 및 정류 평활 회로(154)의 콘덴서(154A)의 용량으로 결정되는 값), 2차 제어 가능하고 시간 IC 및 기준 전압 동작 가능 시간(T3; 2차 정류 평활 회로(150)의 콘덴서(150A, 150B)의 용량 및 출력 검출 회로(170)의 소비자력으로 결정되는 값)을, T1>T2>T3으로 할 필요가 있다.

또, 이상의 설명에서는 PWM 제어 방식을 채용한 스위칭 전원 장치에 본 발명을 적용하였지만, 본 발명은 주파수 제어 방식을 채용한 스위칭 전원 장치에도 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 현행의 회로에 대폭적인 변경을 가하지 않고서, 각각의 키 디바이스의 값을 조정하는 것만으로, 대기시의 스위칭 동작을 간헐적으로 행하여, 소비 전력을 극소로 억제하고, 대기시, 에너지 절감을 실현시킴과 동시에, 그 간헐 동작을 하기 위한 회로가 영향을 미치게 하지 않고서, 정 전압, 정전류 및 각종 보호 기능 동작 등의 통상 동작을 할 수 있다.

또한, 간헐주기를 콘덴서의 용량으로 제어 가능해져, 회로가 단순해지고, 간헐 주기 조정을 안정하고 또한 용이하게 행할 수 있다.

더욱이, 간헐 동작에 의한 출력 리플 전압 조정을 용이하게 행하는 것이 가능하다.

Claims

1차측의 기동 회로로부터의 기동 전류를 공급하여 히스테리시스 저전압 오동작 방지 회로를 갖는 스위칭 제어 회로를 기동하여, 컨버터트랜스의 1차측에 공급되는 1차측 정류 평활 회로의 정류 평활 출력을 스위칭하는 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하고, 기동 후는 컨버터트랜스의 3차 권선으로부터의 출력을 정류 평활 회로에 의해 정류 평활하여, 그 정류 평활 출력에 의해 상기 스위칭 제어 회로를 구동하고, 상기 컨버터트랜스의 2차 권선에서 얻어지는 컨버터 출력을 2차측의 제 1 정류 평활 회로에 의해 정류 평활 출력하여 출력하고, 2차측의 출력 검출 회로로부터 포토커플러를 통해 상기 스위칭 제어 회로로 오차 신호를 귀환하여, 상기 스위칭 제어 회로에 의해 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하도록 한 스위칭 전원 장치에 있어서,

상기 컨버터트랜스의 2차 권선에서 얻어지는 컨버터 출력을 정류 평활하는 포토커플러 구동용의 제 2 정류 평활 회로에 의한 출력으로 상기 포토커플러에 구동 전원을 공급하고,

상기 컨버터트랜스의 2차 권선에서 얻어지는 컨버터 출력을 정류 평활하는 출력 검출 회로 구동용의 제 3 정류 평활 회로에 의한 출력으로 상기 출력 검출 회로에 구동 전원을 공급하도록 하며,

상기 스위칭 제어 회로의 저전압 오동작 방지회로의 저전압 보호가 동작하는 최소 기동 전압으로부터 보호 동작이 해제되는 동작 최소 전압까지의 시간을 T1, 상기 포토커플러 구동용의 제 2 정류 평활 회로에 의한 상기 포토 커플러의 발광 다이오드의 구동 가능 시간 T2, 상기 출력 검출 회로 구동용의 제 3 정류 평활 회로에 의해 구동되는 상기 출력 검출 회로의 2차 제어 동작 가능 시간 T3을 T1> T2> T3으로 되도록 상기 각 정류 회로의 용량을 설정함으로써 무부하시에 간헐 동작을 행하도록 한 것을 특징으로 하는, 스위칭 전원 장치.

삭제

제 1 항에 있어서, 대기시의 간헐 동작시에 상기 2차측의 제 1 정류 평활 회로로부터 상기 출력 검출 회로 구동용의 제 3 정류 평활 회로에 전력을 공급하는 부가 회로를 설치한 것을 특징으로 하는, 스위칭 전원 장치.

제 3 항에 있어서, 상기 부가 회로에 다이오드를 사용한 것을 특징으로 하는, 스위칭 전원 장치.

제 3 항에 있어서, 상기 부가 회로에 트랜지스터 스위치를 사용한 것을 특징으로 하는, 스위칭 전원 장치.

제 3 항에 있어서, 상기 부가 회로에 반도체 스위치를 사용한 것을 특징으로 하는, 스위칭 전원 장치.