KR101052905B1 - 전원 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 포함한 전원 공급 장치에 관한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치는 교류 전원을 인가하는 입력부; 인가된 상기 교류전원을 직류 전원으로 변환하는 제1정류부; 상기 입력부와 상기 제1 정류부 사이에 구비된 하나 이상의 필터; 인가된 직류 전원을 고주파로 스위칭하여 트랜스포머 1차측에 인가하는 스위칭변환부; 상기 스위칭변환부에 연결된 노이즈 제거부; 및 상기 1차측에 인가된 전원을 상기 트랜스포머 2차측에 유도하여 수신하는 수신부; 상기 수신부에서 출력된 전원을 직류 전원으로 변환하는 제2정류부; 를 포함함으로써 스위칭 전원 공급 장치의 고주파 노이즈를 감쇄하는 효과가 있다.

전원 공급 장치

Description

전원 공급 장치 {Apparatus for power supply}

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 포함한 전원 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 소자를 구비하여 소정 기능을 수행하는 전자 기기들 예를 들어, 컴퓨터, 프린터, 냉장고등 가전기기를 비롯하여 무선통신을 수행하는 장치에 이르기 까지 외부로부터 상용 교류 전원을 입력받아 각 전자 기기에 적합한 전위 레벨을 갖는 구동 전원으로 변환하여 각 전자 기기의 기 설정된 기능을 수행하도록 하기 위해서 상용 교류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 공급 장치(power supply)를 필요로 한다.

이러한 전원 공급 장치 중 널리 사용되고 있는 전원 공급 장치로는 스위칭 모드 전원 공급 장치(Switching Mode Power Supply, SMPS)를 들 수 있다. SMPS는 외부로부터 입력되는 상용 교류 전원을 정류 및 평활하여 얻어진 직류 전류를 소정 고주파 예를 들어, 100kHz 정도의 고주파로 스위칭하여 트랜스포머에 의해 원하는 전압으로 변환하는 방식을 사용한다.

그러나, 상기 스위칭 전원 공급 장치의 고주파 스위칭으로부터 발생하는 노이즈는 방송, 휴대용 무선기와 같은 통신용 전파에 장해를 주는 문제가 있다.

특히 어획현장에서 집어등을 가동하기 위하여 사용하는 전원공급장치 내부의 고주파 스위칭으로 발생하는 노이즈로 인하여 어선과 어선사이 또는 어선과 육지사이의 통신을 수행하는 행상 무전기에 대한 주파수 간섭이 일어나게 되는데 이에 대한 조속한 해결이 시급하다.

이에 따라, 스위칭 전원 공급 장치의 고주파 스위칭으로부터 발생하는 노이즈를 감쇄하기 위한 방안이 요구된다.

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 포함한 전원 공급 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면 교류 전원을 인가하는 입력부; 인가된 상기 교류전원을 직류 전원으로 변환하는 제1정류부; 상기 입력부와 상기 제1 정류부 사이에 구비된 하나 이상의 필터; 인가된 직류 전원을 고주파로 스위칭하여 트랜스포머 1차측에 인가하는 스위칭변환부; 상기 스위칭변환부에 연결된 노이즈 제거부; 및 상기 1차측에 인가된 전원을 상기 트랜스포머 2차측에 유도하여 수신하는 수신부; 상기 수신부에서 출력된 전원을 직류 전원으로 변환하는 제2정류부; 를 포함하는 전원 공급 장치를 제공한다.

여기서 상기 노이즈 제거부는 커패시터 또는 인덕터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 노이즈 제거부는 상기 스위칭변환부에서 발생하는 제1노이즈의 위상을 반전하여 제2노이즈를 생성하는 역상기; 및 상기 제1노이즈와 상기 제2노이즈를 혼합하여 노이즈를 상쇄하는 결합기; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 필터는 커먼 모드 필터 또는 노멀 모드 필터인 것을 특징으로 하며, 상기 필터의 접지부에 구비되는 비드를 포함하는 전원 공급 장치를 제공한 다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면 스위칭 전원 공급 장치에서 발생하는 노이즈를 감쇄시킬 수 있는 효과가 있다. 이로부터 주위의 무선통신 기기의 전파 장해를 방지하는 특징이 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 노이즈 제거부를 포함한 전원 공급장치 의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 전원 공급장치는 입력부(10), 필터부(11), 제1정류부(12), 스위칭변환부(13), 수신부(14), 노이즈 제거부(15), 제2정류부(16), 출력부(17)를 포함한다.

입력부(10)는 교류 전원을 인가하는 부분이다. 입력부(10)에 교류 전원을 인가할 때 전원선을 통하여 전파되는 전도 노이즈가 발생한다. 즉 임펄스 같은 고주파 성분이 전원선을 타고 들어와 교류 전원 양측 라인을 왕복하는 노멀 모드 노이즈 또는 고주파 성분이 전원선을 타고 들어와 라인과 접지로 전달되는 커먼 모드 노이즈가 발생한다.

필터부(11)는 입력부(10)와 제1정류부(12) 사이에 위치하여 전도 노이즈 제거한다. 필터부(11)는 노이즈 제거 필터를 하나 이상 연결하여 구성할 수 있으며, 일 실시예로 커먼 모드 노이즈를 제거하는 커먼 모드 필터 또는 노멀 모드 노이즈를 제거하는 노멀 모드 필터를 연결하여 구성할 수 있다. 커먼 모드 필터를 사용할 경우 교류 전원 양 라인에 걸쳐 필터가 연결되며, 노멀 모드 필터를 사용할 경우 교류 전원 각각의 라인에 필터를 설치해야 한다. 사용되는 상기 커먼 모드 필터 또는 노멀 모드 필터의 개수에는 제한이 없으며, 각 필터를 하나이상 사용할 수 있다. 상기 필터들은 주로 인덕터와 커패시터로 이루어지며, 저주파 대역의 노이즈를 제거하는 특징이 있다.

또한 필터부(11)는 고주파 대역의 노이즈를 제거하기 위하여 접지부에 비드(bead)(11a)를 연결하는 것이 바람직하다. 이러한 비드(11a)로는 페라코이트를 끼운 인덕터를 사용할 수 있으며, 10MHz 내지 20MHz의 고주파 대역의 전도 노이즈 를 제거한다. 비드의 종류는 상술한 바에 한정되지 않으며, 고주파 대역의 노이즈를 제거하기 위한 것이면 사용 가능하다.

제1정류부(12)는 입력부(10)로부터 입력받아 필터부(11)를 거쳐 전도 노이즈가 제거된 교류전원을 직류전원으로 변환한다. 구체적으로 교류 전원을 정류하는 정류 소자와 정류된 전원을 평활하는 평활소자로 구성될 수 있다. 일 실시예로 정류 소자는 다이오드를 사용한 브리지 회로를 채용할 수 있으며, 평활소자는 커패시터를 사용할 수도 있으나 이에 한정되지 않는다.

스위칭변환부(13)는 트랜스포머 1차단에 인가된 직류 전원을 고주파의 스위칭을 통하여 트랜스포머 2차단에 교류 전원 유도되도록 한다. 스위칭변환부(13)는 고주파 스위칭을 통하여 직류 전원의 통류율(duty rate)을 조절하며 이로 인하여 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 트랜스포머 1차단에 인가한다.

수신부(14)는 상기 스위칭변환부(13)를 거쳐 트랜스포머 2차단에 유도된 교류 전원을 수신한다. 이 때 트랜스포머 1차단에 대향하는 2차단의 권선비에 따라 이미 설정된 전위 레벨로 교류 전원을 출력한다.

노이즈 제거부(15)는 상기 스위칭변환부(13)에 연결되어 고주파의 스위칭 동작을 통하여 발생하는 방사 노이즈를 제거하는 역할을 한다. 방사 노이즈는 휴대 무선기, 방송 등 통신용 전파에 장해를 일으키며 공간으로 직접 전달되는 노이즈를 지칭한다.

본 발명의 제1실시예에 의한 상기 노이즈 제거부(15)는 커패시턴스 또는 인덕턴스 성분을 구비하는 것을 특징으로 한다.

노이즈 제거부(15)는 노이즈의 이동 경로를 차단하는 역할을 한다. 즉, 스위칭변환부(13) 및 수신부(14)에서 발생하는 고주파의 노이즈는 접지로 유입된다. 이론상으로는 접지는 GND 레벨을 가지므로 고주파 노이즈가 유입되더라도 접지된 폐회로(noise loop)로 흐르지 않는다. 하지만 실제로는 접지의 형성 모양, 위치에 따라 접지 영역마다 접지 전압(GND)이 상이하게 된다. 스위칭변환부(13)를 포함한 각 구성 모듈은 접지되어 있으므로, 고주파 노이즈는 접지의 전위차에 따라 스위칭변환부(13) 및 기타 구성요소를 따라 형성하는 폐회로(noise loop)로 흐르게 된다. 노이즈 제거부(15)는 상술한 접지의 전위차에 의하여 고주파 노이즈가 흐르는 폐회로(noise loop) 경로를 최대한으로 줄여주어 경로의 저항 성분에 의하여 발생하는 노이즈를 제거 및 감쇄하는 역할을 한다. 본 발명에 의한 일 실시예로 노이즈 제거부(15)는 커패시터 또는 인덕터를 포함할 수 있으며, 노이즈 제거부에 의하여 접지를 통한 폐회로(noise loop)가 차단되므로, 고주파 노이즈가 상기 커패시터를 포함한 노이즈 제거부(15)를 통하여 접지부로 흘러 긴 폐회로 경로를 통하지 않고, 짧은 경로로 제거될 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 의한 노이즈 제거부(15)는 역상기(15a) 및 결합기(15b)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

역상기(15a)는 스위칭변환부(13)에서 발생하는 제1노이즈의 위상을 반전하여 제2노이즈를 생성한다. 역상기(15a)는 신호의 위상을 반전시키기 위하여 입력저항과 궤환저항의 비가 1:1로 구성된 반전 증폭회로를 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

결합기(15b)는 상기 역상기(15a)에서 출력된 위상이 반전된 제2노이즈와 스위칭변환부(13)에서 발생하는 제1노이즈를 결합한다. 이 때 위상이 반전된 두 신호가 결합함으로써 노이즈가 상쇄되는 효과가 발생한다. 결합기는 제1노이즈 및 제2노이즈의 주파수 성분에 따라 지연값을 고려하여 결합할 수 있다.

참고로 제2실시예에 의한 노이즈 제거부는 자동차의 소음을 없애는 방법에도 적용될 수 있다. 즉 엔진 소음 및 외부 소음에 대한 제1파형을 검출하고, 이를 180도 지연 즉, 위상 반전시킨 제2파형을 생성한 다음 노이즈 제거부에 해당하는 구성을 통하여 상기 제1파형 및 제2파형을 믹싱(mixing)하여 상쇄함으로써 소음을 제거할 수 있다.

본 발명의 노이즈 제거부(15)를 포함하는 전원 장치를 사용하여 실험한 결과, 통신 장치의 주파수 범위 1-30MHz 대역에서 발생하는 노이즈가 제거된 효과를 볼 수 있었다.

구체적으로 해상에서 사용하는 무전기는 1-30MHz 주파수 대역을 통하여 통신을 실시한다. 기존에는 어선에 탑재된 전원 공급 장치에서 발생하는 노이즈에 의하여 해상 무전기의 통신에 잡음이 많이 발생하거나, 통신이 불가능한 경우가 있었다. 그러나 본 발명에 의한 노이즈 제거부(15)를 포함한 전원 공급 장치를 사용할 경우, 1-30MHz 범위의 방사 노이즈가 30dB정도 감쇄하는 실험 결과를 보였다. 이는 후술할 도 3에서 자세히 설명한다.

제2정류부(16)는 수신부(14)에 해당하는 트랜스포머 2차단에서 출력된 교류전원을 직류전원으로 변환한다. 제2정류부(16)는 제1정류부(12)와 유사하게 교류 전원을 직류 전원으로 정류하고, 평활하는 구성을 이루어질 수 있다. 구체적인 사항은 제1정류부(12)에서 이미 설명하였으므로 생략하기로 한다.

출력단(17)은 정류된 직류전원을 출력한다. 이로써 무선 통신 장치 등에서 사용할 수 있는 규격화된 직류 전원을 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 전원 공급 장치를 구동한 경우와 그렇지 않은 경우를 비교한 노이즈-주파수 그래프이다.

도 3의 그래프 상의 (a)는 노이즈 제거부를 포함하지 않는 전원 공급 장치를 사용한 경우 발생하는 노이즈를 나타낸 것이며, 그래프 상의 (b)는 본 발명에 의한 노이즈 제거부를 포함한 전원 공급 장치를 사용하여 실험한 경우 발생한 노이즈를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 전원 공급 장치를 사용한 경우, 주파수 범위 1-30MHz 대역에서 발생하는 노이즈가 30dB정도 감쇄하는 결과를 얻을 수 있었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 블럭도.

도 2는 본 발명의 전원 공급 장치에 포함된 노이즈 제거부를 나타낸 블럭도.

도 3은 본 발명에 의한 전원 공급장치를 구동한 경우와 그렇지 않은 경우를 비교한 노이즈-주파수 그래프.

Claims (4)

1. 교류 전원을 인가하는 입력부;

   인가된 상기 교류전원을 직류 전원으로 변환하는 제1정류부;

   상기 입력부와 상기 제1정류부 사이에 구비되며, 상기 입력부에 교류 전원을 인가시 발생하는 전도노이즈를 제거하기 위한 노이즈제거필터 및 상기 노이즈제거필터의 접지부에 연결된 비드를 포함하며, 상기 노이즈제거필터는 저주파대역의 전도 노이즈를 제거하며, 상기 비드는 페라코이트를 끼운 인덕터를 포함하며 고주파대역의 전도노이즈를 제거하는 필터부;

   상기 제1정류부와 연결되며, 상기 직류 전원을 고주파로 스위칭하여 트랜스포머 1차측에 인가하는 스위칭변환부;

   상기 스위칭변환부에 연결되며, 상기 스위칭변환부의 스위칭 동작시 발생하는 방사노이즈를 제거하기 위해, 상기 스위칭변환부에서 발생하는 방사노이즈의 위상을 반전하여 위상반전노이즈를 생성하는 역상기, 및 상기 방사노이즈와 상기 위상반전노이즈를 혼합하여 노이즈를 상쇄하는 결합기를 포함하는 노이즈제거부;

   상기 1차측에 인가된 전원을 상기 트랜스포머 2차측에 유도하여 수신하는 수신부; 및

   상기 수신부에서 출력된 전원을 직류 전원으로 변환하는 제2정류부;

   를 포함하는 전원 공급 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서

   상기 노이즈제거필터는

   커먼 모드 필터 또는 노멀 모드 필터인 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.

Images