KR101183894B1 - 전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력전압의 이상유무를 판별하고, 출력을 제어하여 주변회로를 보호하는 전원공급장치에 관한 것이다.

본 발명은 전원 공급단으로부터 입력되는 전원의 리플과 잡음을 제거하는 입력필터부; 상기 입력필터부로부터 인가되는 전원을 필요 전원(부하)으로 레벨을 변환하는 변환부; 상기 변환부를 구동시키는 컨트롤러; 상기 변환부를 통해 레벨 변환되어 출력되는 전원의 리플과 잡음을 제거하는 출력필터부; 및 상기 변환부에서 출력되는 전원을 상기 컨트롤러로 피드백시키되, 입력 편차를 연산하여 UVLO(저전압록-아웃)시키는 과전류보호부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 과전류(OCP)가 발생하면, 과전류보호부가 입력 편차를 통해, 컨트롤러의 피드백단 전압을 UVLO(Under Voltage Lock-Out ; 04 ~ 0.8 V) 까지 감소시켜, 컨트롤러의 동작을 정지시킴으로써, 과전류에 의한 주변 회로소자의 파손을 방지하는 회로의 안정성 확보되는 효과가 있다.

입력필터, 출력필터, 과전류(OCP)

Description

전원공급장치{SWITCHING MODE POWER SUPPLY}

도 1은 본 발명의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도.

도 2는 본 발명의 구성을 도시한 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 전원공급장치 11 : 일력필터부

12 : 변환부 13 : 컨트롤러

14 : 출력필터부 20 : 과전류보호부

본 발명은 출력전압의 이상유무를 판별하고, 출력을 제어하여 주변회로를 보호하는 전원공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전원공급장치는 특히, 스위칭모드전원공급장치(SMPS : Switching Mode Power Supply)로 일컬어지는 전원공급장치는 상용교류전원을 PWM제어에 의해 스위칭하여, 시스템에 필요한 직류전원으로 전환하여 출력하는 장치이 다.

이와 같은 종래의 전원공급장치는 교류전원을 입력으로 하여 소정의 직류전원과 예비전원을 출력하는 전원공급부와, 전원공급부로부터 직류전원을 입력받아 소정의 직류전원을 출력하고, 출력전원을 피드백 받아 출력전원이 소정의 허용 한도 내에서 출력되도록 제어하는 직류-직류 변환부와, 직류-직류 변환부의 출력전원과, 전원공급부의 예비전원을 입력으로 하여, 직류-직류 변환부의 출력전원이 소정의 과전압 기준전압보다 높으면 제1제어신호를 출력하는 과전압검출부와, 직류-직류 변환부의 출력전원과, 전원공급부의 예비전원을 입력으로 하여 직류-직류 변환부의 출력전원이 소정의 저전압 기준전압보다 낮으면 제2제어신호를 출력하는 저전압검출부 및 제1,제2제어신호를 논리합 하여 전원공급부를 차단하는 신호를 출력하는 제어신호발생부를 포함하여 구성된 전원공급제어장치를 예로 들 수 있다.

이와 같은 종래 전원공급장치는 High Current 및 열 문제 등으로, 구성 요소(부품 개수)가 증가하게 되며, 이는 단가를 상승시켜 가격 경쟁력을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 상기의 전원공급제어장치를 포함한 종래 대부분의 전원공급장치는 과전압과 저전압에 대해서는 보호 기능을 가지고 있으나, 과전류에 대해서는 보호기능은 전무하여 이를 보완하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 출력전압의 이상유무를 판별하고, 출력을 ON/OFF 제어하여 주변회 로에 영향을 미치지 않는 전원공급장치를 제공하는 데 있다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 구성을 도시한 회로도이다.

먼저, 본 발명은 도 1에서 보는 바와 같이, PDPㆍLCD와 같은 디스플레이장치의 전원공급장치(10)에 관한 것으로, 전원공급단(In)으로부터 입력되는 전원의 리플과 잡음을 제거하는 입력필터부(11)와, 입력필터부(11)로부터 인가되는 전원을 필요 전원으로 레벨을 변환하는 변환부(12)와, 변환부(12)에 구동신호를 제공하는 컨트롤러(13)와, 변환부(12)를 통해 레벨 변환되어 입력되는 전원의 리플과 잡음을 제거하여 출력단(Out)을 통해 출력하는 출력필터부(14) 및 변환부(12)에서 출력되는 전원을 컨트롤러(13)로 피드백시키되, 입력 편차를 연산하여 UVLO시키는 과전류보호부(20)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명 각각의 구성요소는 도 2에 도시된 바와 같다.

먼서, 본 발명 중 전술한 입력필터부(11)는 예컨대, 쵸크(L4)의 양단에 콘덴서(C13)(C9)를 접속시킨 파이형 쵸크 평활회로일 수 있고, RC형 LC형 평활회로일 수 도 있으나, 본 발명에서는파이형 쵸크 평활회로를 실시예로 적용한다. 이때, 콘덴서는 전해 콘덴서일 수 도 있고, 극성을 갖는 여타 콘덴서일 수 도 있으나, 본 발명에서는 전해 콘덴서를 실시예로 적용한다.

또한, 쵸크(L3)는 교류를 쉽게 통과시키지 못하는 특성을 이용할 수 있도록, 전원라인과 직렬로 연결한다. 이와 같이 하면, 교류 입력 전원단으로 부터 유입된 주파수의 전원 리플 성분과 수십 ~ 수백KHz의 고주파 스위칭에 의한 리플과 임펄스성 노이즈 성분이 각각 DC출력에서 나타나는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명 중 전술한 변환부(12)는 예컨대, 전술한 컨트롤러(13)로부터 인가되는 구동신호에 따라 동작하여, 전술한 입력필터부(11)에서 인가되는 전원을 부하에서 필요로 하는 레벨로 레벨 변환시키는 한 쌍의 MOS-FET1ㆍ2(Q3)(Q4)일 수 있으며, 기타 스위칭 동작하는 능동 소자이면 모두 적용 가능하다. 이때, MOS-FET1(Q3)의 단자 중 게이트(G)는 전술한 컨트롤러(13)의 구동신호 출력단 중 HDrv에 접속하고, 단자 중 드레인(D)는 전술한 입력필터부(11)와 접속하며, 단자 중 소스(S)는 MOS-FET2(Q4) 단자 중 드레인(D)에 접속한다.

그리고, MOS-FET2(Q4)의 단자 중 게이트(G)는 전술한 컨트롤러(13)의 구동신호 출력단 중 LDrv에 접속하고, 단자 중 소스(S)는 접지 시킨다. 이때, MOS-FET1ㆍ2(Q3)(Q4)의 단자 중 접속된 소스(S)와 드레인(D)은 전술한 출력필터부(14)의 입력단에 접속한다. 이와 같이 하면, MOS-FET1ㆍ2(Q3)(Q4)의 게이트(G)에 컨트롤러(13)로부터 구동 전압이 인가되면, MOS-FET1ㆍ2(Q3)(Q4)는 동작 상태가 되는데, 이때 MOS-FET1(Q3)이 ON되면 MOS-FET2(Q4)가 오프되고, MOS-FET2(Q4)가 ON되면 MOS-FET1(Q3)이 오프되면서 동작한다. 그리고, MOS-FET2(Q4)의 소스는 접지되어 있으며, Q4는 다이오드로 대체할 수 있으나 소모전력 상 FET가 유리하다.

한편, 본 발명 중 전술한 컨트롤러(13)는 예컨대, 고정 주파수, 전압 모드 동기식 컨트롤러이며 정밀 레퍼런스 전압, 오차 증폭기, 내부 오실레이터, PWM 비교기(컴퍼레이터), 0.5A 피크 게이트 드라이버, 소프트 스타트 및 셧다운 회로로 구성될 수 있다. 여기서, 컨트롤러(13)의 출력 전압은 에러 증폭기의 출력에 의해 설정 및 제어된다. 이는 출력 전압 및 레퍼런스 전압으로부터의 증폭된 오차 신호이다. 이 전압은 고정 주파수의 선형 톱날 램프와 비교되며, 가변 듀티 사이클의 고정 주파수 펄스를 생성하는데, 이는 MOS-FET1ㆍ2(Q3)(Q4)를 구동시킨다.

컨트롤러(13)의 타이밍은 내부 오실레이터를 통해 제공되며, 이 내부 오실레이터는 온칩 커패시터를 사용하여 오실레이션 주파수를 200KHz ~ 400KHz로 설정한다. 여기서, 컨트롤러(13)는 프로그램 가능한 소프트 스타트 기능을 갖추고 있어, 출력 전압의 상승을 제어하고 초기기동에서의 서지전류를 제한한다.

더욱 구체적으로 설명하면, 정확한 시동을 위해 Vc 및 Vcc가 임계값(각각 3.3V 및 4.2V) 이상으로 상승할 때 소프트 스타트 시퀀스가 시작되며, 파워 온 리셋(POR) 신호를 생성한다. 소프트 스타트 기능은 내부 전류를 공급함으로써 동작하여 외부 커패시터를 약 3V로 충전한다. 초기에 소프트 스타트 기능은 PWM 컨트롤러의 E/A's 출력을 억제한다. 외부 커패시터의 충전 전압이 상승하면 PWM 신호는 0에서부터 피드백 루프가 제어를 시작하는 점까지 증가한다.

컨트롤러(13)의 출력은 단락 회로로부터 보호된다. 즉, 외부 저항 디바이더를 통해 출력 전압을 감지하여 단락 출력 회로를 보호한다. 다시 말해, 출력 전압이 0.6V(IRU3037A는 0.4V) 미만으로 하락하면 PWM 신호를 차단한다. 또한 MOS-FET의 단락 시 과전압으로부터 출력을 보호한다. 이는 동기식 MOS-FET를 최대 듀티 사 이클로 도통시키면서 동작한다.

또한, 저 전압 차단회로는 공급전압이 설정된 파라미터 미만으로 하락할 때마다 MOS-FET 드라이버 출력을 오프 상태로 유지하도록 한다. Vc와 Vcc가 각각 3.3V와 4.2V 미만으로 하락하면 차단이 이루어진다. 일단 Vc와 Vcc가 설정값 이상으로 상승하면 정상 동작이 재개된다.

한편, 본 발명 중 전술한 출력필터부(14)는 예컨대, 쵸크(L3)의 일측에 콘덴서(C14)를 접속시킨 쵸크 평활회로일 수 있고, RC형 LC형 평활회로일 수 도 있으나, 본 발명에서는 쵸크 평활회로를 실시예로 적용한다.

또한, 본 발명 중 전술한 과전류보호부(20)는 예컨대, OP-AMP 일 수 도 있고, 기타 비교회로일 수 도 있다. 과전류보호부(20)는 출력필터부(14)의 양단 각각에 입력단이 접속되어, 양단으로부터 입력되는 신호의 차이 즉, 입력 편차를 연산하여 출력단으로 출력시켜, 컨트롤러(13)의 피드백단으로 피드백시킴으로써, UVLO(저전압 록아웃)시킨다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 외부의 전원공급단(In)으로부터 +12V 및 +5V를 받고, 변환부(12)의 출력 즉, 부하에서 사용되는 주전원을 피드백 받아, 2개의 전원을 입력받는다.

이때, 입력필터부(11)가 유입되는 주파수의 전원 리플 성분과 수십 ~수백KHz의 고주파 스위칭에 의한 리플과 임펄스성 노이즈 성분이 각각 DC출력에서 나타나는 것을 방지하여, 컨트롤러(13)의 Vcc와 Vc에 입력하는 한편, 변환부(12)의 MOS- FET1(Q3)의 드레인(D)에 입력시킨다.

그러면, MOS-FET1ㆍ2(Q3)(Q4)의 게이트(G)에 컨트롤러(13)로부터 구동 전압이 인가되고, 그로 인해 MOS-FET1ㆍ2(Q3)(Q4)가 동작 상태가 된다. 이때, MOS-FET1(Q3)이 ON되면 MOS-FET2(Q4)가 오프되고, MOS-FET2(Q4)가 ON되면 MOS-FET1(Q3)이 오프 동작을 하면서, 부하에서 필요로 하는 전원으로 레벨 변환되어 MOS-FET1(Q3)의 소스(S)단과 MOS-FET2(Q4)의 드레인(D)단의 접속점을 통해 출력된다.

이와 같이 출력된 전원은 출력필터부(14) 즉, 쵸크(L4)의 양단에 콘덴서(C13)(C9)를 접속시킨파이형 쵸크 평활회로를 통과하면서 리플과 잡음이 제거되어, 출력단(Out) 즉, 부하측으로 공급된다.

이때, 컨트롤러(13)는 프로그램 가능한 소프트 스타트 기능을 갖추고 있어, 출력 전압의 상승을 제어하고 초기기동에서의 서지전류를 제한한다.

그리고, 외부 저항 디바이더를 통해 출력 전압을 감지하여 단락 출력 회로를 보호한다. 또한, MOS-FET의 단락 시 과전압으로부터 출력을 보호한다. 공급전압이 설정된 파라미터 미만으로 하락할 때마다 MOS-FET 드라이버 출력을 오프 상태로 유지하도록 한다.

특히, 본 발명에서 중요한 것은 과전류보호부(20)인데, 이는 OP-AMP를 이용하여 출력필터부(14)의 양단으로부터 입력되는 신호의 차이 즉, 입력 편차를 연산하여 출력단으로 출력시켜, 컨트롤러(13)의 피드백단으로 피드백시키는 것으로, 그 값의 레벨에 따라 컨트롤러(13)를 동작/정지시켜 과전류에 의한 회로의 손상을 방지한다.

본 발명은 과전류(OCP)가 발생하면, 과전류보호부가 입력 편차를 통해, 컨트롤러의 피드백단 전압을 UVLO(Under Voltage Lock-Out : 04 ~ 0.8 V) 까지 감소시켜, 컨트롤러의 동작을 정지시킴으로써, 과전류에 의한 주변 회로소자의 파손을 방지하는 회로의 안정성이 확보되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 전원공급단으로부터 입력되는 전원의 리플과 잡음을 제거하는 입력필터부와;

   상기 입력필터부로부터 인가되는 전원을 필요 전원으로 레벨을 변환하는 변환부와;

   상기 변환부에 구동신호를 제공하는 컨트롤러와;

   상기 변환부를 통해 레벨 변환되어 입력되는 전원의 리플과 잡음을 제거하여 출력단을 통해 출력하는 출력필터부와;

   상기 변환부에서 출력되는 전원을 상기 컨트롤러로 피드백시키되, 입력 편차를 연산하여 UVLO시키는 과전류보호부를 포함하며,

   상기 컨트롤러는 정밀 레퍼런스 전압, 오차 증폭기, 내부 오실레이터, PWM 비교기, 0.5A 피크 게이트 드라이버, 소프트 스타트 및 셧다운 회로로 구성되어, 오차 증폭기의 출력에 의해 출력 전압을 설정 제어하고, 이 전압을 고정 주파수의 선형 톱날 램프와 비교하여, 가변 듀티 사이클의 고정 주파수 펄스를 생성하여 MOS-FET1ㆍ2를 구동시키는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 입력필터부는 쵸크의 양단에 전해콘덴서를 접속시킨파이형 쵸크 평활회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 변환부는 상기 컨트롤러로부터 인가되는 구동신호에 따라 동작하여, 상기 입력필터부에서 인가되는 전원을 부하에서 필요로 하는 레벨로 레벨 변환시키는 한 쌍의 MOS-FET1ㆍ2로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 과전류보호부는 OP-AMP로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.

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