KR101052426B1 - 스위칭 전원 - Google Patents

스위칭 전원

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KR101052426B1
KR101052426B1 KR1020097008476A KR20097008476A KR101052426B1 KR 101052426 B1 KR101052426 B1 KR 101052426B1 KR 1020097008476 A KR1020097008476 A KR 1020097008476A KR 20097008476 A KR20097008476 A KR 20097008476A KR 101052426 B1 KR101052426 B1 KR 101052426B1
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시게루 히사다
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신덴겐코교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 스위치 소자, 코일 및 출력 평활 회로의 손실을 경감함에 의해 대전력에도 대응 가능한 플라이백 컨버터 방식의 스위칭 전원을 제공한다. 입력 전압을 트랜스(T1)의 1차 코일(Np)에 접속하고, 입력 전압을 스위치 소자(Q1)에 의해 스위칭 구동하여 상기 트랜스의 2차 코일로부터 정류 회로를 접속하고 직류 전력을 출력하는 전원 장치에 있어서, 상기 직류 출력 전압을 검출하고 온 기간을 제어함과 함께, 상기 트랜스에 제어 코일(Nc)을 구비하고, 상기 제어 코일로부터의 전압 신호에 의해 2차 코일(Ns)의 전류가 제로가 된 것을 검출하고, 상기 스위치 소자를 온 시키는 트리거 제어 회로(11)를 구비하고, 또한 상기 제어 코일의 전압 신호에 의해 타이머 회로(12)를 동작시켜서 계시하고, 이 계시하여 얻은 계시 신호에 의해 상기 트리거 제어 회로에 온 신호를 주어서 제어하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원.

Description

스위칭 전원{SWITCHING POWER SOURCE}
본 발명은, 스위칭 전원에 있어서의 소형화 및 고출력화를 가능하게 한 제어 회로 및 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 플라이백 컨버터 방식의 스위칭 전원의 한 예를 도 5에 도시한다. 이 스위칭 전원은, 트랜스(T1)의 2차 코일(Ns)의 전류가 제로가 되었을 때에 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc) 전압이 반전하는 것을 검출하여 메인 스위치(Q1)를 온 하는 주파수 가변 제어를 행하고 있다.
또한, 트랜스(T1)의 2차 코일(Ns)의 전류가 제로가 되었을 때에 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc) 전압이 반전하는 것을 검출하고, 트랜스(T1)의 1차 코일(Np)과 직렬 또는 병렬로 접속된 콘덴서에 의한 공진을 이용하여, 메인 스위치(Q1)의 온 타이밍을 지연 조정함으로써 스위칭 손실의 저감 및 저(低)노이즈를 실현하는 제어 이른바 소프트 스위칭 동작을 행하고 있다(특허 문헌 1 참조).
또한, 스위칭 전원의 플라이백 컨버터 방식에 있어서, 발진 주파수를 고정으로 하여 온·오프비(比)에 의한 제어 이른바 PWM 제어를 행하고, 스위칭 전류 파형을 사다리꼴의 전류 파형으로 동작시킴으로써 트랜스의 소형화를 실현하고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평9-205771호 공보
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 플라이백 컨버터 방식의 주파수 가변 제어에서는, 스위칭 전류가 삼각(三角)의 전류 파형이 되어 파고치 및 실효치가 높아져서 메인 스위치, 코일, 및 출력 평활 회로의 손실이 크고 대전력의 전원으로는 적합하지 않다.
또한, 플라이백 컨버터 방식의 PWM 제어에서는 스위칭 전류 파형을 사다리꼴의 전류 파형으로 동작시킬 수 있기 때문에 파고치 및 실효치는 저감할 수 있고 메인 스위치, 코일, 및 출력 평활 회로의 소형화가 가능해지는 반면, 발진 주파수가 고정되기 때문에 특정 주파수에 있어서의 방출 노이즈가 크고, 또한 공진을 이용한 소프트 스위칭이 곤란하기 때문에, 댐퍼 콘덴서의 방전에 의한 급격한 전류나, 2차 정류 다이오드의 리커버리 전류에 의한 단락 전류 등 스위칭 손실의 증가 및 급격한 스위칭에 의한 고주파 노이즈의 발생이 문제가 된다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 스위치 소자, 코일 및 출력 평활 회로의 손실을 경감함에 의해 대전력에도 대응 가능한 플라이백 컨버터 방식의 스위칭 전원을 제공한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 관한 스위칭 전원은, 입력 전압을 트랜스의 1차 코일에 접속하고, 입력 전압을 스위치 소자에 의해 스위칭 구동하여 상기 트랜스의 2차 코일로부터 정류 회로를 접속하고 직류 전력을 출력하는 전원 장치에 있어서, 상기 직류 출력 전압을 검출하고 온 기간을 제어함과 함께, 상기 트랜스에 제어 코일을 구비하고, 상기 제어 코일로부터의 전압 신호에 의해 2차 코일의 전류가 제로가 된 것을 검출하고, 상기 스위치 소자를 온 시키는 트리거 제어 회로를 구비하고, 또한 상기 제어 코일의 전압 신호에 의해 타이머 회로를 동작시켜서 계시(計時)하고, 이 계시하여 얻은 계시 신호에 의해 상기 트리거 제어 회로에 온 신호를 주어서 제어하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타이머 회로를 구성하는 계시용 콘덴서에 있어서, 상기 제어 코일로부터의 전압 신호에 의해 상기 스위치 소자의 온 기간에 발생하는 입력 전압과 비례한 부(負)의 전압 레벨에 의해 상기 계시 콘덴서를 마이너스 충전하고, 또한 오프 기간에 제어 코일에 발생하는 출력 전압에 비례한 정(正)의 전압 레벨에 의해 상기 계시 콘덴서를 플러스 충전함으로써, 상기 제어 코일 전압의 온 기간과 오프 기간의 연산에 의해 1주기를 계시하고, 발진 주기를 제어하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 타이머 회로에 의해 계시하여 얻은 계시 신호와, 2차 코일의 전류가 제로가 된 것을 검출하는 제로 검출 신호를 배타적 구성으로 하고, 상기 계시 신호와 상기 제로 검출 신호중 빠른 쪽이 온 신호로서 우선되는 제어를 행하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 종래의 플라이백 컨버터 방식의 스위칭 전원의 주파수 가변 제어에 있어서의 결점이었던 스위치 소자, 코일 및 출력 평활 회로의 손실을 경감함에 의해 대전력에도 대응 가능한 플라이백 컨버터 방식의 스위칭 전원을 염가로 제공할 수 있다.
또한, 종래의 플라이백 컨버터 방식의 스위칭 전원의 PWM 제어에 있어서의 결점이었던 특정 주파수에 있어서의 방출 노이즈를 저감하는 것이 가능해지고, 또한 공진을 이용한 소프트 스위칭도 가능하다. 또한, 댐퍼 콘덴서의 방전에 의한 급격한 전류나, 2차 정류 다이오드의 리커버리 전류에 의한 단락 전류 등 스위칭 손실의 증가 및 급격한 스위칭에 의한 고주파 노이즈의 발생도 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 스위칭 전원의 한 실시예를 도시한 회로도.
도 2는 도 1의 도시 회로에 있어서의 실시예의 동작 파형.
도 3은 본 발명에 관한 동작 설명도.
도 4는 도 1의 도시한 회로에 있어서의 실시예의 출력 특성도.
도 5는 본 발명에 관한 스위칭 전원의 종래예를 도시한 회로도.
도 6은 IGBT와 MOSFET를 비교한 온도 특성도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
T1 : 트랜스
Np : 트랜스(T1)의 1차 코일
Nc : 트랜스(T1)의 제어 코일
Ns : 트랜스(T1)의 2차 코일
Q1 : 메인 스위치
Q2 : 타이머 회로(12) 내의 스위치
D1 : 타이머 회로(12) 내의 정전압 다이오드
D2 : 출력 평활 회로(21) 내의 다이오드
C1 : 1차 회로 댐퍼용 콘덴서
C2 : 온 트리거용의 타이밍 조정 콘덴서
C3 : 타이머 회로(12)의 계시용 콘덴서
C4 : 출력 평활 회로(21) 내의 평활 콘덴서
R1 : 메인 스위치(Q1) 전류 검출용의 저항
R2 : 온 트리거용의 타이밍 조정 저항
R3 : 타이머 회로(12) 내의 계시 설정용 저항
R4, R5 : 출력 전압 설정용 저항
PH1 : 피드백용 포토 커플러
GND1 : 1차 회로 그라운드
GND2 : 2차 회로 그라운드
Vo : 출력 전압
10 : 입력 전압원
11 : 메인 스위치(Q1)의 제어 회로
12 : 타이머 회로(발진 주기 제어 회로)
21 : 출력 평활 회로
22 : 출력 전압 검출 회로
Z/C : 제어 회로(11) 내의 온 트리거 입력 단자
F/B : 제어 회로(11) 내의 온 폭 제어 입력 단자
DR : 제어 회로(11) 내의 메인 스위치(Q1)의 게이트·드라이브 출력
OCP : 제어 회로(11) 내의 과전류 검출 단자
이하, 첨부 도면을 이용하여 본 발명의 스위칭 전원에 관한 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 스위칭 전원에 적용하는 회로를 도시한 도면이다. 본 실시에 관한 스위칭 전원은, 1차 코일(Np), 2차 코일(Ns) 및 제어 코일(Nc)을 갖는 트랜스(T1)를 갖는다. 이 트랜스(T1)의 1차 코일(Np)에 입력 전압과 입력 전압을 온·오프하는 메인 스위치(Q1)를 접속하고, 메인 스위치(Q1)와 직렬로 전류 검출 저항(R1)을 접속하고 있고, 메인 스위치(Q1)와 병렬로 댐퍼 콘덴서(C1)를 접속하고 있다. 또한, 본 실시예에서는, 메인 스위치(Q1)를 MOSFET로 구성하고 있지만, 메인 스위치(Q1)를 고속의 IGBT로 구성할 수 있다. 예를 들면, 일본 특개소61-150280에 있어서의 드레인 전극을 N+ 또는 P+로 하지 않고 쇼트 키 접합으로 한 종형(縱型) MOS 트랜지스터는 새츄레이션 전압(VCE(sat))이 낮게 억제되고 또한 고속이고 온도 의존성이 적기 때문에 통상의 오믹 콘텍트된 MOSFET와 비교하여 열 폭주하기 어렵기 때문에 피크 부하 전력을 필요로 하는 본 발명의 전원 용도에 적합하다(도 6 VCE(sat)-tf, 온도 특성 비교예). 따라서, 전원의 용도에 따라, 스위치 소자를 분간하여 사용하는 것이 최적이다.
2차 코일(Ns)에는 플라이백 출력에 의한 평활 회로(21)를 접속하고 있다. 구체적으로는, 트랜스(T1)의 2차 코일(Ns)의 일단에 정류 다이오드(D2)의 애노드를 접속하고, 이 정류 다이오드(D2)의 캐소드를 평활 콘덴서(C4)에 접속하고 있다.
평활 회로(21)에 의해 평활된 출력에는 전압을 검출하는 출력 전압 검출 회로(22)가 접속하고 있다. 출력 전압 검출 회로(22)는 발광 다이오드(PH1)를 구비하고, 이 출력 전압 검출 회로(22)에 의해 검출된 신호는 발광 다이오드(PH1)로부터 1차측에 마련한 포토 트랜지스터(PH1)(이하, 「발광 다이오드(PH1)」와 「포토 트랜지스터(PH1)」를 합쳐서, 「포토 커플러(PH1)」라고 한다)를 통하여 제어 회로(11)의 온 폭(幅) 제어 입력(F/B)에 입력하도록 구성하고 있다.
트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)은, 온 타이밍 조정 저항(R2)을 통하여 제어 회로(11)의 트리거 입력(Z/C)과 접속하고 있다. 제어 회로(11)의 드라이브 출력(DR)은 메인 스위치(Q1)의 게이트와 접속하고 있다. 또한, 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)은, 타이머 회로(12)와 접속하고 있다.
본 실시예에 있어서의 타이머 회로(12)는 이하와 같이 구성하고 있다. 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)의 일단과 계시 설정용 저항(R3)을 접속하고, 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오드(D1)를 통하여 스위치(Q2)의 베이스 단자에 접속하고 있고, 스위치(Q2)의 베이스와 이미터 단자 사이에 계시용 콘덴서(C3)가 병렬로 접속하고, 스위치(Q2)의 컬렉터 단자는 제어 회로(11)의 트리거 입력(Z/C) 단자에 접속하고 있다. 계시용 콘덴서(C3)의 일단은 제어 코일(Nc)의 타단과 접속하고 있다. 또한, 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)의 출력은, 출력 코일(Ns)과 동위상(同位相)으로 감겨 있다.
제어 회로(11)는, 트리거 입력(Z/C) 단자에 "Hi"로부터 "Lo"로의 트리거 신 호를 받으면 드라이브 출력(DR)으로부터 메인 스위치(Q1)의 게이트에 온 신호를 출력하고, 메인 스위치(Q1)가 온 한다. 또한, 포토 커플러(PH1)로부터의 신호에 의해 온 폭 제어 입력(F/B)을 제어함으로써, 메인 스위치(Q1)의 온 기간을 제어하도록 구성되어 있다.
본 발명에 관한 스위칭 전원은 이하와 같이 작용한다. 또한, 도 2에 본 발명에 관한 스위칭 전원의 동작 파형도를 도시한다. 본 실시예에 나타내는 스위칭 전원은 플라이백 컨버터 방식의 주파수 가변 제어를 기본 회로로 하고 있기 때문에, 메인 스위치(Q1)가 온 하면 트랜스(T1)의 1차 코일에 전자 에너지가 축적된다. 온 폭 제어 입력(F/B)에 의해 설정된 시간에 달하여 메인 스위치(Q1)가 오프 하면 트랜스(T1)에 축적된 전자 에너지는 출력 평활 회로(21)를 경유하여 출력에 공급되고, 트랜스(T1)에 축적된 전자 에너지가 전부 공급되면 다이오드(D2)의 도통이 없어지고, 2차 코일(Ns)의 전류가 제로가 되면 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)에 발생하는 전압도 정으로부터 부로 반전하고, 제어 회로(11)에 의해 메인 스위치(Q1)가 온 한다. 출력한 에너지가 작은 경우는 온 기간, 오프 기간 모두 짧고, 출력한 에너지가 큰 경우는 주기가 길어지도록 동작한다.
또한 상기 일련의 스위칭 동작과 동시에, 타이머 회로(12)가 이하와 같이 동작한다. 메인 스위치(Q1)가 온 하면 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)에는 입력 전압에 비례한 부의 전압이 발생하고, 이 전압을 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오드(D1)의 설정에 의해 제한된 전류에 의해 계시용 콘덴서(C3)를 부로 충전하고, 메인 스위치(Q1)가 오프 하면 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)에는 출력 전압에 비례한 정의 전압이 발생하고, 이 전압을 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오드(D1)에 의해 제한된 전류에 의해 계시용 콘덴서(C3)를 정으로 충전함으로써 계시용 콘덴서(C3) 단자 사이에는 삼각파 형상의 전압이 발생한다(예를 들면 도 2의 계시용 콘덴서(C3) 단자 사이 전압 파형).
이 실시예에 있어서, 타이머 회로(12)는, 제어 코일 전압으로부터 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오드(D1)에 의해 계시용 콘덴서(C3)의 충전에 의해 계시를 행하고 있지만, 어디까지나 한 예이고, 입력 전압 및 출력 전압에 비례한 전압을 발생시키고, 이것을 시간으로 환산하고 타이머로 하는 것으로도 실현 가능하다.
출력하는 에너지가 큰 상태에 있어서 발진 주기가 길어지면, 메인 스위치(Q1)의 오프 기간중에 계시용 콘덴서(C3)가 정으로 충전된 결과, 계시용 콘덴서(C3) 단자 사이 전압이 스위치(Q2)의 온 전압에 달하고 스위치(Q2)가 온 하면 제어 회로(11)의 트리거 입력(Z/C) 단자에 트리거 신호가 주어진다(예를 들면 도 2의 중부하시의 계시용 콘덴서(C3) 단자 사이 전압 파형).
또한, 이 실시예에서의 스위치(Q2)는 바이폴러 트랜지스터에 의해 구성되어 있지만, FET(전계효과 트랜지스터), 콤퍼레이터 집적 회로, 로직 집적 회로 등으로도 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에서는, 출력 에너지가 적은 동작 영역, 즉, 트랜스(T1)의 축적 에너지가 작은 짧은 주기의 상태에서는 종래의 주파수 가변 제어로 동작하고, 출력하는 에너지가 크고 주기가 넓어지고, 타이머 회로(12)에서 설정되는 시간에 대해 긴 경우는, 트랜스(T1)의 전자 에너지의 방출을 기다리지 않고 타이머 회로에 의한 트리거 입력이 우선되어, 메인 스위치(Q1)를 온 하는 동작이 된다.
상기 타이머 회로에 의한 트리거 입력이 우선되는 동작에서는, 온 폭 제어 입력(F/B)으로 설정된 메인 스위치(Q1)의 온 기간, 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)에는 입력 전압에 비례한 부의 전압이 발생한다. 이 전압을 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오드(D1)의 설정에 의해 제한된 전류에 의해 C3을 부로 충전한다.
메인 스위치(Q1)가 오프 하면 트랜스(T1)의 제어 코일(Nc)에는 출력 전압에 비례한 정의 전압이 발생한다. 이 전압을 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오드(D1)에 의해 제한된 전류에 의해 계시용 콘덴서(C3)를 정으로 충전한다. 계시용 콘덴서(C3) 단자 사이 전압이 스위치(Q2)의 온 전압에 달하고 스위치(Q2)가 온 하면 제어 회로(11)의 트리거 입력(Z/C) 단자에 트리거 신호가 주어져서 메인 스위치(Q1)가 온 한다.
이 때 트랜스(T1)는 출력 평활 회로(21)에 전자 에너지를 방출하여 끝나기 전에 메인 스위치(Q1)가 온 하기 때문에, 온 할 때의 메인 스위치(Q1)의 전류는 정으로 바이어스된 상태가 되고, 바이어스 된 상태로부터 트랜스(T1)의 축적을 행한다(예를 들면, 도 3의 중부하시(Td)에 있어서의 메인 스위치(Q1)의 스위칭 전류 파형).
상기 타이머 회로에 의한 트리거 입력이 우선된 동작에서는, 1차 회로의 스위칭된 전류 파형은 사다리꼴파가 되고, 플라이백 컨버터 방식의 주파수 가변 제어에서의 삼각파의 전류 파형에 대해 동일한 피크 전류치로 한 경우, 트랜스(T1)에 축적되는 전자 에너지가 증가하고 출력 평활 회로에 큰 에너지를 공급할 수 있게 된다. 즉, 온도에 의한 요인을 제외하면 동일한 최대 전류·전압 규격의 스위칭 소자와, 동일한 인덕턴스 값·권수(卷數)·코어 사이즈의 트랜스에 있어서 출력 에너지가 증가할 수 있게 된다.
그러나, 상기 타이머 회로에 의한 제어를 행한 경우, 강제적으로 메인 스위치(Q1)를 온으로 하기 때문에, 공진 콘덴서(C1)의 급격한 방전 전류 및 2차 정류 다이오드(D21)의 리커버리 전류에 의한 영향으로, 스위칭 잡음 및 스위칭 손실이 증가하여 버린다.
따라서, 본 발명은 특히 정상 상태의 부하 전력은 비교적 작고, 짧은 펄스로 큰 부하 전력을 필요로 하는 부하에 적합하고, 정상 부하 전력까지는 소프트 스위칭이 가능한 주파수 가변 제어로 하고, 펄스로의 큰 부하 전력시나 이상시 등의 과전류시에 상기 타이머 회로에 의한 플라이백 컨버터 방식의 PWM 제어가 되도록 설정함으로써, 소형이며 염가로 대전력을 취급할 수 있다. 또한 정상 부하 전력시는 스위칭 손실 및 노이즈가 적은 스위칭 전원을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 제어 코일 전압의 온 기간과 오프 기간으로 연산에 의해 1주기를 계시하고, 발진 주기를 제어하는 방식에 의하면 대전력화한 영역에 대한 과전력 저감 기능도 얻어진다.
예를 들면 대전력 출력으로의 PWM 제어 동작시에, 입력 전압이 높은 상태인 때는 메인 스위치(Q1)의 온 기간중은 트랜스(T1)의 제어 코일에 입력 전압에 비례한 부의 높은 전압이 발생한다. 이 전압을 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오 드(D1)에 의해 제한된 전류에 의해 계시용 콘덴서(C3)를 부로 충전한다. 트랜스(T1)의 제어 코일에는 입력 전압에 비례한 부의 높은 전압이 발생함에 의해 C3 단자에 발생한 부의 전압이 커지고, 오프 기간에 트랜스(T1)의 제어 코일에 발생하는 출력 전압에 비례한 정의 전압은 변하지 않기 때문에, 스위치(Q2)가 온 전압에 달할 때까지의 시간이 길어진다. 따라서 타이머 회로에서 계시되는 시간이 길어지고, 트랜스(T1)는 출력 평활 회로(21)에 전자 에너지를 더 방출하고, 메인 스위치(Q1)가 온 할 때의 전자 에너지에 의한 바이어스 전류는 작아지고, 메인 스위치(Q1)의 전류 파형은 사다리꼴파로부터 삼각파에 가까워짐으로써 스위치(Q1)의 피크 전류가 증가한다. 따라서 입력 전압이 높은 때는 R1에 발생한 전압이 더 커지는 경향으로 되기 때문에, 제어 회로(11)의 전류 검출 회로에 의한 출력 전력 제한이 동작하기 쉬워진다.
일반적인 PWM 제어의 스위치(Q1)의 소스 전류 검출에 의한 과전류 보호인 경우, 입력 전압이 높아짐에 따라 과전류 보호가 작용하는 출력 전력치는 증가하지만, 본 발명에 의하면 입력 의존에 의한 과전류 보호의 전력치의 증가를 저감할 수 있다.
또한, 메인 스위치(Q1)의 온 기간중은 트랜스(T1)의 제어 코일에는 입력 전압에 비례한 부의 전압이 발생한다. 이 전압을 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오드(D1)의 설정에 의해 제한된 전류에 의해 계시용 콘덴서(C3)를 부로 충전한다.
메인 스위치(Q1)의 오프 기간중은 트랜스(T1)의 제어 코일에는 출력 전압에 비례한 정의 전압이 발생한다. 이 전압을 계시 설정용 저항(R3) 및 정전압 다이오드(D1)에 의해 제한된 전류에 의해 계시용 콘덴서(C3)를 정으로 충전한다.
계시용 콘덴서(C3) 단자 사이 전압이 스위치(Q2)의 온 전압에 달하고 스위치(Q2)가 온 하면 제어 회로(11)의 트리거 입력(Z/C) 단자에 트리거 신호가 주어지고 메인 스위치(Q1)가 온 함으로써 전류 파형을 사다리꼴파로 하고 출력 에너지가 증가 가능하지만, 출력 과부하에 의한 이상시에 있어서 1차 회로의 전류 제한 회로에 의해 출력이 저하된 경우, 오프의 기간시는, 제어 코일 출력은 출력 전압에 비례한 전압이 발생하기 때문에, 출력에 비례하여 제어 코일 전압도 동시에 저하됨으로써 계시용 콘덴서(C3)의 충전이 완만하게 된다. 따라서 스위치(Q2)가 온 할 때까지의 시간이 늘어나고 오프 기간이 넓어짐으로써 발진 주기가 늘어나 출력 에너지가 저하되고, 새로운 과부하에 의해 출력이 저하되어 최종적으로는 오프 기간시의 제어 코일 출력의 저하에 의해 스위치(Q2)가 항상 온할 수 없는 상태, 즉 종래의 주파수 가변 제어가 되어 출력 에너지가 제한되고, 출력 과부하시의 안전성이 유지된다.
예를 들면, 도 4가 본 발명에 의한 출력 특성 예이고, 종래의 플라이백 컨버터 방식의 주파수 가변 제어 전원(도 4의 파선)과, 동일한 메인 스위치 소자 및, 동일한 트랜스를 사용하고, 본 발명을 적용한 경우(도 4의 실선)의, 종축에 출력 전압, 횡축에 출력 전류로 한 출력 특성의 비교이고 종래의 전원에 대해 대전력이 얻어지고, 과전류에 의해 출력 전압이 저하됨에 따라, 출력 전력도 감소하고 종래의 주파수 가변 제어에서의 과전류 특성으로 되는 것을 나타내고 있다.
본 발명에 의하면, 타이머 회로(12)로 동작한 플라이백 컨버터 방식의 PWM 제어 영역에 있어서 안정된 발진 상태로 제어할 수 있는 특징을 겸비하고 있다.
예를 들면, 도 3의 동작 설명도에서, 단지 주파수가 고정된 상태 즉 온 기간과 오프 기간의 합(Ton+Toff)이 고정된 상태로부터 부하가 변화한 경우, 출력 전류가 변화하여도 메인 스위치(Q1)의 온 기간(Ton)은 일정하고 피드백에 의한 온 기간(Ton) 제어에 거의 관계가 없이, 응답하게 된다.
출력 전류 증가에 의해 출력 전압(Vo)이 저하되면 2차 코일의 L값은 일정하기 때문에 전압 저하에 의해 2차 코일(Ns) 출력 권선의 방출 전류의 경사는 완만해지고, 더욱 많은 잔류 에너지를 트랜스(T1)에 보존한 상태 즉 출력 코일 전류로 나타내면 도 3 도시의 Da점의 전류가 더 큰 중에, 고정 주기로서 설정된 온 트리거가 들어가면 메인 스위치(Q1)는 온 하고, 다음의 메인 스위치(Q1)의 온 주기로의 상승시의 전류(Qa)가 증가함으로써, 이 주기는 트랜스에 축적되는 에너지가 증가하고 2차 평활 회로에의 공급 전력이 증가하고, 이로써 출력 전압(Vo)이 일정하게 유지된다.
그러나, 이 동작에 있어서, 공급 전력이 과잉으로 된 경우, 출력이 도 3 도시의 Vc점까지 상승하고 2차 코일의 L값 및 오프 기간(Toff)은 일정하기 때문에 출력 전압(Vo)의 상승에 의해 방출 전류의 경사는 급하게 되고, 트랜스(T1)에 축적된 에너지를 방출하기 쉬워지고 트랜스(T1)의 잔류 에너지가 적은 상태 즉 출력 코일 전류로 나타낸 Dc점의 상태에서, 고정 주기로서 설정된 온 트리거가 들어가면 메인 스위치(Q1)는 온 하고, 다음의 메인 스위치(Q1)의 온 주기, 상승시의 전류가 Qc점 과 같이 감소함으로써 트랜스에 축적되는 에너지가 저하되고, 따라서 2차 평활 회로에의 공급 전력이 저하함으로써 출력 전압(Vo)이 저하되는 동작이 되고, 도 3 도시의 Ve점과 같이 출력 전압(Vo)의 저하가 과도한 경우, 상기 동작을 반복하게 되고, 또한 상기 동작이 수속되지 않는 경우는 불안정한 발진이 계속하여 버린다.
또한, 상기한 반복되는 주기는 피드백에 의한 출력 안정화가 곤란한 주파수 영역이고, 상기, 수속되지 않는 상태가 계속된 경우, 출력의 전압 리플의 증가나, 가청 영역에서의 발진 주기가 된 경우에는 트랜스(T1)로부터의 발진음의 발생을 야기하게 된다.
그러나, 본 발명에서는, 완전한 주파수 고정이 아니라 제어 코일로부터의 신호에 의해 주기를 발진 주기마다 제어하고 있기 때문에, 피드백 회로와는 다르게 발진 주기마다 보정하는 특별한 보정 회로를 필요로 하지 않고 안정된 발진을 실현하는 것이 가능해진다.
본 발명의 경우, 출력 전류 증가에 의해 출력 콘덴서(C4)의 전압이 저하되는 동시에 메인 스위치(Q1)의 오프 기간에 제어 코일에 발생하는 출력 전압에 비례한 정의 전압이 저하됨으로써 계시용 콘덴서(C3)의 충전이 완만하게 되고 오프 기간이 늘어난다. 이 오프 기간이 늘어남에 의해, 출력 회로에 의해 많은 에너지의 방출이 행해지기 때문에, 트랜스에 축적되는 전자 에너지가 저하되고, 다음의 메인 스위치(Q1) 온 시의, 상승시의 전류 증가를 억제함으로써, 이 온 기간에 트랜스에 축적되는 전자 에너지가 저감되고 급격한 출력에의 공급을 억제하는 작용이 된다.
또한, 출력 콘덴서(C4)의 전압의 상승시에 있어서도, 메인 스위치(Q1)의 오 프 기간에 제어 코일에 발생하는 출력 전압에 비례한 정의 전압이 상승함으로써 계시용 콘덴서(C3)의 충전 전류가 증가하고 오프 기간이 짧아진다. 이 오프 기간이 짧아짐에 의해, 출력 회로에의 전자 에너지의 방출이 억제되고 급격한 트랜스(T1)의 잔류 에너지의 감소를 억제하고, 메인 스위치(Q1)가 온 한 때의 잔류 에너지를 과도하게 감소하지 않도록 컨트롤된다. 이상의 동작에 의해, 부하 변동에 대한 과도기적인 응답이 억제되고, 안정된 동작을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 플라이백 컨버터 방식의 스위칭 전원의 주파수 가변 제어에 있어서의 결점이었던 스위치 소자, 코일 및 출력 평활 회로의 손실을 경감함에 의해 대전력에도 대응 가능한 플라이백 컨버터 방식의 스위칭 전원을 염가로 제공할 수 있고, 산업상의 이용이 가능하다.
또한, 종래의 플라이백 컨버터 방식 스위칭 전원의 PWM 제어에 있어서의 결점이었던 특정 주파수에 있어서의 방출 노이즈를 저감하는 것이 가능해지고, 또한 공진을 이용한 소프트 스위칭도 가능하다. 또한, 댐퍼 콘덴서의 방전에 의한 급격한 전류나, 2차 정류 다이오드의 리커버리 전류에 의한 단락 전류 등 스위칭 손실의 증가 및 급격한 스위칭에 의한 고주파 노이즈의 발생도 저감할 수 있고, 산업상의 이용이 가능하다.

Claims (4)

  1. 입력 전압을 트랜스의 1차 코일에 접속하고, 입력 전압을 스위치 소자에 의해 스위칭 구동하여 상기 트랜스의 2차 코일로부터 정류 회로를 접속하고 직류 전력을 출력하는 전원 장치에 있어서, 상기 직류 출력 전압을 검출하고 온 기간을 제어함과 함께, 상기 트랜스에 제어 코일을 구비하고, 상기 제어 코일로부터의 전압 신호에 의해 2차 코일의 전류가 제로가 된 것을 검출하고, 상기 스위치 소자를 온 시키는 트리거 제어 회로를 구비하고,
    또한 상기 제어 코일로부터의 전압 신호에 의해 상기 스위치 소자의 온 기간에 발생하는 입력 전압과 비례한 부의 전압 레벨에 의해 계시(計時)용 콘덴서를 마이너스 충전하고, 오프 기간에 제어 코일에 발생하는 출력 전압에 비례한 정의 전압 레벨에 의해 상기 계시 콘덴서를 플러스 충전하는 타이머 회로를 구비하고,
    상기 타이머 회로에서의 상기 제어 코일 전압의 온 기간과 오프 기간에서의 연산에 의해 1주기를 계시(計時)하고, 발진 주기를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 타이머 회로에 의해 계시하여 얻은 계시 신호와, 2차 코일의 전류가 제로가 된 것을 검출하는 제로 검출 신호를 배타적 구성으로 하고, 상기 계시 신호와 상기 제로 검출 신호중 빠른 쪽이 온 신호로서 우선되는 제어를 행하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원.
  4. 삭제
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