KR101214170B1

KR101214170B1 - 전원 공급 입력장치

Info

Publication number: KR101214170B1
Application number: KR1020080019643A
Authority: KR
Inventors: 정지훈; 권중기
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2012-12-21
Also published as: EP2003769A3; US8089790B2; CN101325377B; US20080310197A1; CN101325377A; US20120063183A1; EP2003769B1; US8542510B2; EP2003769A2; KR20080109592A

Abstract

전원 공급 입력장치가 개시된다. 이 장치는 AC 전원 공급부, 라인 필터부, 브릿지 다이오드부, DC 콘덴서부, 방전 저항부를 갖는 전원 공급 입력장치에 있어서, 상기 방전 저항부와 병렬로 연결되는 제1 저항; 및 상기 제1 저항과 연결되어 있고, 외부로부터 수신되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 시스템이 대기모드로 전환될 경우에 손실되는 전력의 크기를 최소화시킬 수 있다.

Description

전원 공급 입력장치{Input apparatus for supplying power}

본 발명은 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전원 공급을 위한 장치에서의 방전저항 변환을 위한 전원 공급 입력장치에 관한 것이다.

화석연료의 고갈과 환경 문제 등으로 인하여 전기, 전자기기의 대기 전력을 저감시켜 불필요한 에너지 소비를 줄이는 방향으로 규제가 심화되고 있다. 따라서, 대기 전력의 저감 기술을 확보하고 마케팅 포인트로 사용자에게 어필하고 있는 상황이다.

도 1은 종래의 방전저항을 가진 전원공급 입력장치의 블록도다. 전원 공급 입력장치는 AC 전원 공급부(10), 라인 필터부(20), 브릿지 다이오드부(30), DC 콘덴서부(40), 방전 저항부(50)로 구성된다. 여기서, 방전저항부(50)는 전원공급 입력장치의 DC 콘덴서(40) 양단에 연결되어 있다.

방전저항부(50)의 기능은 다음과 같다. 동작 중인 전원공급장치의 입력전원이 순간적으로 절체시 DC 콘덴서(40)에 저장된 전기에너지는 콘덴서 자신의 ESR(Effective Series Resistance) 외에는 소모되지 않는다. 따라서 DC 콘덴서(40)의 전위는 매우 천천히 떨어지게 된다.

그런데, 전원공급장치를 제어하는 PWM IC의 특성상 이 DC 전위가 일정 전압 이하로 떨어져야 리셋(Reset)이 되어 정상동작을 하므로, DC 전위가 리셋(Reset) 전압 이하로 떨어지기 전에 사용자가 입력전원을 다시 인가하여 시스템을 재기동하고자 한다면 PWM IC가 Reset되지 않아 재기동 하지 못하는 문제가 발생한다.

이러한 사용자의 불편함을 해결하기 위하여 DC 콘덴서(40) 양단에 방전저항부(50)을 달아서 콘덴서가 빠르기 방전될 수 있도록 하는 것이 일반적이다. 그러나, 상기와 같이 방전저항부(50)를 사용할 경우 시스템이 대기모드로 진입하면, 전원공급장치의 방전저항부(50)에 의해 손실되는 에너지의 크기를 무시할 수 없다. 만일 시스템의 입력전압이 높거나 배전압기(Voltage Doubler) 등을 사용한다면 이 손실은 더욱 증가하여 시스템의 대기전력 효율을 크게 떨어트릴 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 시스템이 대기모드로 전환될 경우에 손실되는 전력의 크기를 최소화시킬 수 있는 전원 공급 입력장치를 제공하는데 있다.

상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 전원 공급 입력장치는 AC 전원 공급부, 라인 필터부, 브릿지 다이오드부, DC 콘덴서부, 방전 저항부를 갖는 전원 공급 입력장치에 있어서, 상기 방전 저항부와 병렬로 연결되는 제1 저항; 및 상기 제1 저항과 연결되어 있고, 외부로부터 수신되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 저항은 상기 방전 저항부보다 소정 크기 이하의 작은 저항값을 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 스위칭부는 상기 제1 저항과 연결되어 있는 바이폴라 정션 트랜지스터; 상기 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스와 상기 제1 저항 사이에 연결되어 있는 제2 저항; 상기 제2 저항과 연결되어 있는 제1 포토 커플러; 및 상기 제1 포토 커플러와 연결되어 있는 제3 저항을 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 저항은, 상기 바이폴라 정션 트랜지스터가 동작할 수 있는 크기를 갖는 저항값을 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 정상 동작 모드에서 상기 제어신호는 그라운드로 기능하고, 대기 모드에서 상기 제어신호는 높은 임피던스로 기능하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 정상 동작 모드에서, 상기 제1 포토 커플러에 흐르는 전류가 차단되어, 상기 바이폴라 정션 트랜지스터가 턴온(turn on) 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 대기 모드에서, 상기 제1 포토 커플러에 전류가 공급되어, 상기 바이폴라 정션 트랜지스터가 턴오프(turn off) 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 스위칭부는 상기 제1 저항과 연결되어 있는 MOSFET; 상기 MOSFET의 게이트와 연결되어 있는 제4 저항; 상기 제4 저항과 연결되어 있는 제5 저항; 및 상기 제4 저항 및 상기 제5 저항과 연결되어 있는 제2 포토 커플러; 및 상기 제2 포토 커플러와 연결되어 있는 제6 저항을 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제5 저항은 상기 MOSFET가 동작할 수 있는 크기를 갖는 저항값을 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 정상 동작 모드에서, 상기 제2 포토 커플러에 흐르는 전류가 차단되어, 상기 MOSFET가 턴온(turn on) 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 대기 모드에서, 상기 제2 포토 커플러에 전류가 공급되어, 상기 MOSFET가 턴오프(turn off) 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전원 공급 입력장치는 방전 저항부와 병렬로 연결되는 저항을 별도로 구비하여, 제어신호에 따라, 스위칭 동작을 수행함으로써, 시스템이 대기모드로 전환될 경우에 손실되는 전력의 크기를 최소화시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 전원 공급 입력장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 전원 공급 입력장치를 설명하기 위한 일 실시예의 회로도이다.

도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 AC 전원 공급부(100), 라인 필터부(110), 브릿지 다이오드부(120), DC 콘덴서부(130), 방전 저항부(140)의 기능은 종래의 전원 공급 입력장치의 구성요소와 동일한 기능을 담당하므로, 상세한 설명을 생략하며, 본원발명의 내용에 해당하는 방전 저항 변환회로(150)을 중심으로 설명한다. 도 2의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같이, 방전 저항 변환회로(150)는 방전 저항부(140)의 저항 R_R1에 병렬 연결되어 있거나, 방전 저항부(140)의 저항 R_R2에 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 3은 도 2의 (a)에 도시된 방전 저항 변환회로(150)를 설명하기 위한 일 실시예의 회로도이다. 다만, 도 3은 도 2 (a)에 대한 실시예를 도시한 것이지만, 도 2 (b)에 해당하는 방전 저항 변환회로(150)에도 동일하게 적용할 수 있다.

제1 저항 R_P가 방전 저항부(140)의 저항 R_R2와 병렬로 연결되어 있다. 제1 저 항 R_P은 방전 저항부(140)보다 소정 크기 이하의 작은 저항값을 갖는 것을 특징으로 한다. 제1 저항 R_P가 방전 저항부(140)의 저항 R_R2보다 충분히 작게 사용하면 정상동작 상태에서의 방전전력보다 월등히 작은 전력소모가 대기모드에서 일어난다. 그러므로 원하는 방전성능을 얻으면서도 방전저항으로부터 일어나는 전원공급장치의 대기모드 소비전력을 크게 줄일 수 있다.

스위칭부는 제1 저항 R_P과 연결되어 있고, 외부로부터 수신되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭부는 바이폴라 정션 트랜지스터 BJT, 제2 저항 R_b, 제1 포토 커플러 PC₁, 제3 저항 R_c로 구성된다.

바이폴라 정션 트랜지스터 BJT는 npn 타입일 수도 있고, pnp 타입일 수도 있다. 본원발명에서는 npn 타입의 바이폴라 정션 트랜지스터를 가지고 설명한다. npn 바이폴라 정션 트랜지스터의 콜렉터가 제1 저항 R_P과 직렬로 연결되어 있다. 또한,제2 저항 R_b이 npn 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스와 제1 저항 R_P 사이에 연결되어 있다. 제2 저항 R_b은 바이폴라 정션 트랜지스터가 동작할 수 있는 크기를 갖는 저항값을 갖는 것을 특징으로 한다. 제1 포토 커플러 PC₁는 제2 저항 R_b 및 npn 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스와 연결되어 있다. 제3 저항 R_c는 제1 포토 커플러 PC₁와 연결되어 있다. 또한, 제3 저항 R_c과 제1 포토 커플러 PC₁를 연결하는 노드를 통해 제어신호가 수신된다. 콘트롤러(미도시)는 정상 동작 모드 또는 대기 모드에 따라, 그에 대응하는 제어신호를 출력한다.

이러한 제어신호는 정상 동작 모드에서 그라운드로 기능하고, 대기 모드에서 높은 임피던스로 기능하는 것을 특징으로 한다. 정상 동작 모드라 함은 시스템이 갖는 기능을 수행하는 모드로서 예를 들어, 프린터의 경우에는 인쇄작업을 수행하는 모드를 의미한다. 이러한 정상 동작 모드에서 제어신호는 그라운드와 접지된 상태의 신호를 제공한다. 대기 모드라 함은 시스템이 전원 절약을 위해 절전 모드로 전환된 상태를 의미한다. 이러한 대기 모드에서 제어신호는 높은 임피던스를 갖는 부하 신호를 제공한다.

정상 동작 모드에서는, 그라운드로서 기능하는 제어신호가 수신되므로, 제1 포토 커플러 PC₁에 전류가 흐르지 아니한다. 따라서, 제1 포토 커플러 PC₁가 켜지지않는다. 이때, 제2 저항 R_b 에 흐르는 전류가 npn 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스로 공급되기 때문에 npn 바이폴라 정션 트랜지스터가 턴온(turn on) 상태가 된다. 결국 소모되는 전력은 다음의 수학식1과 같다.

P_normal은 정상 동작 모드에서의 소비되는 전력을 의미한다.

그러나, 대기 모드에서는, 높은 임피던스로서 기능하는 제어신호가 수신되므 로, 제1 포토 커플러 PC₁에 전류가 공급된다. 따라서, 제1 포토 커플러 PC₁가 켜지면서 npn 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스가 그라운드와 접지하게 된다. 따라서, npn 바이폴라 정션 트랜지스터가 턴오프(turn off) 상태가 된다. 결국 소모되는 전력은 다음의 수학식2와 같다.

P_standby _- _BJT는 대기 모드에서 소모되는 전력을 의미한다.

수학식 2에 표현된 바와 같이, 종래에 비해 대기 모드시의 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.

도 4는 도 2의 (a)에 도시된 방전 저항 변환회로(150)를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도이다. 다만, 도 4는 도 2 (a)에 대한 실시예를 도시한 것이지만, 도 2 (b)에 해당하는 방전 저항 변환회로(150)에도 동일하게 적용할 수 있다.

도 3과 마찬가지로, 제1 저항 R_P가 방전 저항부(140)의 저항 R_R2와 병렬로 연결되어 있다. 제1 저항 R_P은 방전 저항부(140)보다 소정 크기 이하의 작은 저항값을 갖는 것을 특징으로 한다. 제1 저항 R_P가 방전 저항부(140)의 저항 R_R2보다 충분히 작게 사용하면 정상동작 상태에서의 방전전력보다 월등히 작은 전력소모가 대기모드에서 일어난다.

스위칭부는 제1 저항 R_P과 연결되어 있고, 외부로부터 수신되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭부는 MOSFET(metal-oxide semiconductor field effect transistor), 제4 저항 R_d, 제5 저항 R_e, 제2 포토 커플러 PC₂ 및 제6 저항 R_f로 구성된다.

MOSFET이 제1 저항 R_P과 연결되어 있다. 또한,제4 저항 R_d이 MOSFET의 게이트와 연결되어 있다. 제5 저항 R_e 은 제4 저항 R_d과 연결되어 있다. 제5 저항은 상기 MOSFET가 동작할 수 있는 크기를 갖는 저항값을 갖는 것을 특징으로 한다.

제2 포토 커플러 PC₂는 제4 저항 R_d 및 제5 저항 R_e 와 연결되어 있다. 제6 저항 R_f는 제2 포토 커플러 PC₂와 연결되어 있다. 또한, 제6 저항 R_f과 제2 포토 커플러 PC₂를 연결하는 노드를 통해 제어신호가 수신된다. 콘트롤러(미도시)는 정상 동작 모드 또는 대기 모드에 따라, 그에 대응하는 제어신호를 출력한다.

이러한 제어신호는 정상 동작 모드에서 그라운드로 기능하고, 대기 모드에서 높은 임피던스로 기능하는 것을 특징으로 한다. 정상 동작 모드에서 제어신호는 그라운드와 접지된 상태의 신호를 제공한다. 대기 모드에서 제어신호는 높은 임피던스를 갖는 부하 신호를 제공한다.

정상 동작 모드에서는, 그라운드로서 기능하는 제어신호가 수신되므로, 제2 포토 커플러 PC₂에 전류가 흐르지 아니한다. 따라서, 제1 포토 커플러 PC₁가 켜지지않는다. 이때, MOSFET의 게이트에는 전원 V_cc가 인가되지 않기 때문에, MOSFET이 턴온(turn on) 상태가 된다. 소모되는 전력은 전술한 수학식1과 같다.

그러나, 대기 모드에서는, 높은 임피던스로서 기능하는 제어신호가 수신되므로, 제2 포토 커플러 PC₂에 전류가 공급된다. 따라서, 제2 포토 커플러 PC₂가 켜지면서 MOSFET의 게이트에 전원이 인가되어, MOSFET이 턴오프(turn off) 상태가 된다. 결국 소모되는 전력은 다음의 수학식3과 같다.

P_standby _- _MOSFET는 대기 모드에서 소모되는 전력을 의미한다.

수학식 3에 표현된 바와 같이, 종래에 비해 대기 모드시의 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.

도 3에 도시된 실시예와 도 4에 도시된 실시예를 비교하면, V_DC에 비해 V_cc가 매우 작으므로, 제2 실시예의 전력 손실이 제1 실시예에 비해 상대적으로 작다.

이러한 본원 발명인 전원 공급 입력장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 일반적인 전원공급 입력장치를 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.

도 3은 도 2의 (a)에 도시된 방전 저항 변환회로를 설명하기 위한 일 실시예의 회로도이다.

도 4는 도 2의 (a)에 도시된 방전 저항 변환회로를 설명하기 위한 또 다른 일 실시예의 회로도이다.

Claims

AC 전원 공급부, 라인 필터부, 브릿지 다이오드부, DC 콘덴서부, 방전 저항부를 갖는 전원 공급 입력장치에 있어서,

상기 방전 저항부와 병렬로 연결되는 제1 저항; 및

상기 제1 저항과 연결되어 있고, 외부로부터 수신되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 저항은

상기 방전 저항부보다 소정 크기 이하의 작은 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는

상기 제1 저항과 연결되어 있는 바이폴라 정션 트랜지스터;

상기 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스와 상기 제1 저항 사이에 연결되어 있는 제2 저항;

상기 제2 저항과 연결되어 있는 제1 포토 커플러; 및

상기 제1 포토 커플러와 연결되어 있는 제3 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제3항에 있어서, 상기 제2 저항은

상기 바이폴라 정션 트랜지스터가 동작할 수 있는 크기를 갖는 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제3항에 있어서,

정상 동작 모드에서 상기 제어신호는 그라운드로 기능하고, 대기 모드에서 상기 제어신호는 높은 임피던스로 기능하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제5항에 있어서,

상기 정상 동작 모드에서, 상기 제1 포토 커플러에 흐르는 전류가 차단되어, 상기 바이폴라 정션 트랜지스터가 턴온(turn on) 상태가 되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제5항에 있어서,

상기 대기 모드에서, 상기 제1 포토 커플러에 전류가 공급되어, 상기 바이폴라 정션 트랜지스터가 턴오프(turn off) 상태가 되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는

상기 제1 저항과 연결되어 있는 MOSFET;

상기 MOSFET의 게이트와 연결되어 있는 제4 저항;

상기 제4 저항과 연결되어 있는 제5 저항; 및

상기 제4 저항 및 상기 제5 저항과 연결되어 있는 제2 포토 커플러; 및

상기 제2 포토 커플러와 연결되어 있는 제6 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제8항에 있어서, 상기 제5 저항은

상기 MOSFET가 동작할 수 있는 크기를 갖는 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제8항에 있어서,

정상 동작 모드에서 상기 제어신호는 그라운드로 기능하고, 대기 모드에서 상기 제어신호는 높은 임피던스로 기능하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제10항에 있어서,

상기 정상 동작 모드에서, 상기 제2 포토 커플러에 흐르는 전류가 차단되어, 상기 MOSFET가 턴온(turn on) 상태가 되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제10항에 있어서,

상기 대기 모드에서, 상기 제2 포토 커플러에 전류가 공급되어, 상기 MOSFET가 턴오프(turn off) 상태가 되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
방전 저항부를 갖는 전원 공급 입력장치에 있어서,

상기 방전 저항부와 병렬로 연결되는 제1 저항; 및

상기 제1 저항과 연결되어 있는 스위칭부를 구비하고,

상기 제1 저항이 상기 방전 저항부보다 소정 크기 이하의 작은 저항값을 갖을 때, 대기 모드에서의 소비 전력이 정상동작 모드에서의 소비 전력보다 감소하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제13항에 있어서, 상기 스위칭부는

상기 제1 저항과 연결되어 있는 바이폴라 정션 트랜지스터;

상기 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스와 상기 제1 저항 사이에 연결되어 있는 제2 저항;

상기 제2 저항과 연결되어 있는 제1 포토 커플러; 및

상기 제1 포토 커플러와 연결되어 있는 제3 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.
제13항에 있어서, 상기 스위칭부는

상기 제1 저항과 연결되어 있는 MOSFET;

상기 MOSFET의 게이트와 연결되어 있는 제4 저항;

상기 제4 저항과 연결되어 있는 제5 저항; 및

상기 제4 저항 및 상기 제5 저항과 연결되어 있는 제2 포토 커플러; 및

상기 제2 포토 커플러와 연결되어 있는 제6 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 입력장치.