KR101236768B1 - 스위칭 모드 파워 서플라이 - Google Patents

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KR101236768B1
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이는, 외부로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력하는 메인 트랜스포머, 상기 메인 트랜스포머의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절하는 펄스폭 변조 제어부, 및 상기 메인 트랜스포머의 출력전압을 감지하여 상기 펄스폭 변조 제어부의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)에 있어서, 제2 포토 다이오드; 및 상기 제2 포토 다이오드와 포토 커플러를 구성하고 상기 교류전원 입력부 및 상기 펄스폭 변조 제어부 간에 구비되는 제2 포토 트랜지스터를 포함하는 제1 상태 변환부; 및 상기 메인 트랜스포머의 2차측 권선에 접속되며 반전 단자 및 비반전 단자에 상기 출력전압 및 기준전압이 인가되고 상기 출력전압을 상기 기준전압과 비교하여 출력 단자를 통해 출력하는 비교기를 포함하는 제2 상태 변환부를 포함한다.

Description

스위칭 모드 파워 서플라이{SWITCHING MODE POWER SUPPLY}
본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 모드시 전력 소비를 절감할 수 있도록 하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 관한 것이다.
일반적으로, 스위칭 모드 파워 서플라이는 하나의 직류 공급 전압을 하나 이상의 직류 출력 전압으로 변환시키는 장치를 의미한다. 이때, 직류 출력 전압은 직류 공급 전압보다 크거나 작은 값을 갖는다.
스위칭 모드 파워 서플라이는 파워 전자 장치들, 특히 이동 전화, 랩탑 컴퓨터 등과 같은 배터리 파워 전자 장치들에 주로 사용된다. 이러한 파워 전자 장치들은 상대적으로 큰 파워를 소비하는 정상 동작 모드와 상대적으로 작은 파워를 소비하는 대기 모드를 갖는다.
한편, 이러한 파워 전자 장치들은 사용자가 일정시간 동안 그 장치들을 사용하지 않는 경우 자동으로 대기 모드로 진입하고, 사용자가 그 장치들을 다시 사용하는 경우 정상 동작 모드로 복귀한다.
대부분의 파워 전자 장치에 있어서, 대기 모드에서의 소비 전력량은 정상 동작 모드에서의 소비 전력량에 비하여 그 양이 매우 적은데, 최근에는 대기 모드에서의 소비 전력량을 보다 더 감소시키기 위하여 대기 모드시 입력전력에 대한 규제가 점점 강화되고 있다.
종래에는 상기 규제를 만족시키기 위하여 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력전압을 감소시키거나 별도의 보조 파워 장치들을 이용하여 대기 모드시 소비 전력량을 감소시키는 방법을 사용하였다.
하지만, 이와 같은 종래의 방식은 부가적인 구성요소들이 요구되고 이에 따라 제품 비용이 증대되므로 바람직하지 않다. 그리고, 상기 종래의 방식은 파워 전자 장치들에서 동작하지 않을 정도로 낮은 출력전압이 나타날 가능성이 있으며, 이에 따라 소비 전력량을 감소시킬 수 있는 양이 제한되는 문제가 발생한다.
한편, 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이가 대기 모드일 경우 비록 감소된 출력전압에 의해 소비 전력량이 감소되더라도 스위칭 모드 파워 서플라이 내에서 발생되는 스위칭 손실은 필연적이다.
또한, 종래의 스위칭 모드 파워 서플라이는, 출력단에서의 파워 요구 변화를 보상하고 공급되는 파워량에 무관한 일정한 주파수로 동작할 수 있도록, 파워 스위치의 듀티 사이클을 변화시킨다.
그 결과, 대기 모드시 스위칭 모드 파워 서플라이의 파워 스위치는 대기 모드시에도 정상 동작 모드일 때와 동일한 주파수로 온/오프 스위칭 동작을 수행하게 되며, 이와 같은 스위칭 동작은 상당한 양의 소비 전력을 발생하여 대기 모드에서의 전력 소모를 일으키는 문제점이 있다.
이에, 대기 모드시 전력 소비를 보다 더 절감할 수 있도록 하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 외부로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부, 정류부에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력하는 트랜스포머, 트랜스포머의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절하는 펄스폭 변조 제어부, 및 트랜스포머의 출력전압을 감지하여 펄스폭 변조 제어부의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서 펄스폭 변조 제어부로의 교류전원의 공급을 제어하거나 피드백 제어부로 공급되는 입력전압의 크기를 제어함으로써 대기 모드시 전력 소비를 보다 더 절감할 수 있도록 하는 스위칭 모드 파워 서플라이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이는, 외부로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력하는 메인 트랜스포머, 상기 메인 트랜스포머의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절하는 펄스폭 변조 제어부, 및 상기 메인 트랜스포머의 출력전압을 감지하여 상기 펄스폭 변조 제어부의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)에 있어서, 일단이 상기 교류전원이 입력되는 교류전원 입력부와 접속되고, 타단이 상기 펄스폭 변조 제어부와 접속되어 상기 펄스폭 변조 제어부로의 상기 교류전원의 공급을 스위칭하는 제1 스위칭 소자를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이는, 외부로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력하는 메인 트랜스포머, 상기 메인 트랜스포머의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절하는 펄스폭 변조 제어부, 및 상기 메인 트랜스포머의 출력전압을 감지하여 상기 펄스폭 변조 제어부의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)에 있어서, 제2 포토 다이오드; 및 상기 제2 포토 다이오드와 포토 커플러를 구성하고 상기 교류전원 입력부 및 상기 펄스폭 변조 제어부 간에 구비되는 제2 포토 트랜지스터를 포함하는 제1 상태 변환부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이는, 외부로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력하는 메인 트랜스포머, 상기 메인 트랜스포머의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절하는 펄스폭 변조 제어부, 및 상기 메인 트랜스포머의 출력전압을 감지하여 상기 펄스폭 변조 제어부의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)에 있어서, 상기 메인 트랜스포머의 2차측 권선에 접속되며 반전 단자 및 비반전 단자에 상기 출력전압 및 기준전압이 인가되고 상기 출력전압을 상기 기준전압과 비교하여 출력 단자를 통해 출력하는 비교기를 포함하는 제2 상태 변환부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이는, 외부로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력하는 메인 트랜스포머, 상기 메인 트랜스포머의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절하는 펄스폭 변조 제어부, 및 상기 메인 트랜스포머의 출력전압을 감지하여 상기 펄스폭 변조 제어부의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)에 있어서, 제2 포토 다이오드; 및 상기 제2 포토 다이오드와 포토 커플러를 구성하고 상기 교류전원 입력부 및 상기 펄스폭 변조 제어부 간에 구비되는 제2 포토 트랜지스터를 포함하는 제1 상태 변환부; 및 상기 메인 트랜스포머의 2차측 권선에 접속되며 반전 단자 및 비반전 단자에 상기 출력전압 및 기준전압이 인가되고 상기 출력전압을 상기 기준전압과 비교하여 출력 단자를 통해 출력하는 비교기를 포함하는 제2 상태 변환부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 제어방법은, 상기 교류전원이 입력되는 단계; 상기 트랜스포머, 상기 배터리, 및 상기 대용량 커패시터로부터 전원을 공급받아 상기 제1 상태 변환부를 구동하는 단계; 및 상기 교류전원을 변압하여 출력하는 메인 트랜스포머의 출력전압을 사용하는 전자 장치의 소모 전류량이 소정 기준치 이하인 경우 상기 제2 상태 변환부를 구동하는 단계를 포함한다.
본 발명의 스위칭 모드 파워 서플라이에 따르면, 외부로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부, 정류부에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력하는 트랜스포머, 트랜스포머의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절하는 펄스폭 변조 제어부, 및 트랜스포머의 출력전압을 감지하여 펄스폭 변조 제어부의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서 펄스폭 변조 제어부로의 교류전원의 공급을 제어하거나 피드백 제어부로 공급되는 입력전압의 크기를 제어함으로써 대기 모드시 전력 소비를 보다 더 절감할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 상태 변환부 및 제2 상태 변환부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 일예를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 일예를 도시한 회로도.
도 3은 정류부에 의해 평활화된 전압의 파형도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 또는 대용량 커패시터를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 일예를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정전압 변환기 및 타이머를 포함하는 제1 상태 변환부의 일예를 도시한 회로도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정전압 변환기 및 타이머를 포함하는 제1 상태 변환부의 다른 예를 도시한 회로도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 타이머 회로를 포함하는 제1 상태 변환부의 일예를 도시한 회로도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 상태 변환부 및 제2 상태 변환부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 일예를 도시한 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이는, 교류전원 입력부(100), 정류부(110), 메인 트랜스포머(120), 펄스폭 변조 제어부(130), 피드백 제어부(140), 제1 상태 변환부(150), 및 제2 상태 변환부(160)를 포함한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이는, 종래 기술에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이와 마찬가지로 기본적으로 교류전원 입력부(100), 정류부(110), 메인 트랜스포머(120), 펄스폭 변조 제어부(130), 및 피드백 제어부(140)를 포함하고, 이에 더해 제1 상태 변환부(150) 및 제2 상태 변환부(160)를 포함하여 이루어진다.
일반적으로, 전기 또는 전자기기에는 기기가 동작할 수 있도록 상용 교류전원을 직류전압으로 변환해 주는 직류전원 공급장치가 필요하며, 이러한 직류전원 공급장치로서 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS: Switching Mode Power Supply)가 주로 사용되고 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 정류부(110)는 외부로부터 입력되는 교류전원(AC_H, AC_L)을 직류전원으로 변환한다. 정류부(110)에 입력되는 교류전원은 통상 110 내지 220V이다.
또한, 메인 트랜스포머(120)는 정류부(110)에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력한다. 또한, 펄스폭 변조 제어부(130)는 메인 트랜스포머(120)의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절한다. 정류부(110)에 의해 정류된 직류전원이 고전압임에 따라 펄스폭 변조 제어부(130) 내에는 고전압에 대한 내압 특성을 가지는 소자가 요구된다.
또한, 피드백 제어부(140)는 메인 트랜스포머(120)의 출력전압을 감지하여 펄스폭 변조 제어부(130)의 출력신호를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 일예를 도시한 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 일단이 교류전원 입력부(100)와 접속되고 타단이 펄스폭 변조 제어부(130)와 접속되어 펄스폭 변조 제어부(130)로의 교류전원의 공급을 스위칭하는 제1 스위칭 소자(170)를 포함하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제1 스위칭 소자(170)의 타단은 스위칭 모드 파워 서플라이의 각종 기능을 담당하는 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 고전압 단자(HV)에 접속된다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정류부(110)는 브릿지 다이오드(111) 및 평활 커패시터(112)로 구성될 수 있다. 브릿지 다이오드(111)는 외부로부터 입력되는 교류전원을 정류하는 역할을 하며, 평활 커패시터(112)는 도 3에 도시된 바와 같은 파형의 직류전원으로 변환하여 메인 트랜스포머(120)의 1차측 권선에 인가되도록 하는 역할을 한다. 또한, 정류부(110)에 의해 정류된 직류전원은 소정의 기동저항(R6)을 거쳐 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)를 수행하는 펄스폭 변조 제어부(130)에 인가된다.
본 발명의 일실시예에 따른 펄스폭 변조 제어부(130)는 정류부(110)로부터 기동전류를 인가받아 소정의 주파수 및 듀티를 가지는 펄스폭 변조 신호를 생성하여 메인 트랜스포머(120)의 1차측 권선에 연결되어 있는 메인 스위칭 소자(132)의 게이트 단자에 인가하는 역할을 한다. 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선으로의 에너지 공급을 스위칭하는 메인 스위칭 소자(132)는 모스펫으로 구성될 수 있다. 도 1에서는 메인 스위칭 소자(132)를 모스펫으로 나타내었지만 그 외의 스위칭 소자로 대체될 수 있음은 자명하다.
메인 스위칭 소자(132)는 650V 이상의 고전압에 대하여 내압 특성을 가지는 고전압용 모스펫으로 구성되는 것이 바람직하다. 메인 스위칭 소자(132)는 파워 스위치로 사용된다.
평활 커패시터(112)로부터 펄스폭 변조 제어부(130)에 인가되는 기동전류는 상술한 바와 같이 소정의 기동저항(R6)에 의해 제어된다. 평활 커패시터(112)는 브릿지 다이오드(111)로부터의 전류 펄스를 필터링하여 교류전압이 실질적으로 직류전압이 되도록 한다.
메인 트랜스포머(120)의 1차측 권선에 연결되어 있는 메인 스위칭 소자(132)의 스위칭에 의해 메인 트랜스포머(120)의 1차측 권선으로부터 2차측 권선으로 에너지가 전달된다. 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선으로 공급된 에너지는 소정의 다이오드(133) 및 출력커패시터(134)를 거쳐 메인 트랜스포머(120)의 1차측 및 2차측의 권선비에 따른 직류전압으로 변환하여 출력전압(DC_OUTPUT)으로 출력된다.
본 발명의 일실시예에 따른 피드백 제어부(140)는 출력커패시터(134)로부터 출력되는 출력전압을 감지하여 상기 출력전압의 크기에 따라 펄스폭 변조 제어부(130)에 의해 생성되는 신호의 듀티를 조절함으로써 상기 출력전압이 일정하게 유지되도록 하는 역할을 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 피드백 제어부(140)는 제1 포토 트랜지스터(141), 제1 포토 다이오드(142), 및 제1 충전커패시터(143)를 포함한다. 제1 포토 트랜지스터(141)는 제1 포토 다이오드(142)와 함께 포토 커플러를 이루며, 제1 포토 다이오드(142)를 통해 흐르는 전류값에 따라 소정 크기의 전류를 발생시킨다.
충전커패시터(143)는 제1 포토 트랜지스터(141)를 통해 흐르는 전류량에 따라 충전되는 전하량이 변화하게 되며, 이에 따라 피드백전압(Vfeedback)이 변동한다. 상기 피드백전압(Vfeedback)은 펄스폭 변조 제어부(130)로 입력된다.
본 발명의 일실시예에 따른 펄스폭 변조 제어부(130)는 메인 스위칭 소자(132)의 소스에서 드레인으로 흐르는 전류량을 감지하는 감지전압(Vsense)을 입력받는다. 또한, 펄스폭 변조 제어부(130)는 소정의 제2 충전커패시터(135)의 충전전압(VCC)을 입력받는다.
본 발명의 일실시예에 따른 펄스폭 변조 제어부(130)는 상기 피드백전압(Vfeedback), 상기 감지전압(Vsense), 및 상기 충전전압(VCC)에 따라 적절한 스위칭 제어신호를 발생시켜 메인 스위칭 소자(132)의 스위칭 동작을 제어한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 펄스폭 변조 제어부(130)는 게이트 전압을 메인 스위칭 소자(132)의 게이트 단자로 출력시킴으로써 정상 동작 모드 또는 대기 모드가 유지될 수 있도록 메인 스위칭 소자(132)의 스위칭을 제어한다.
본 발명의 일실시예에 따른 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선은 메인 스위칭 소자(132)의 스위칭에 의해 에너지를 받아서 전류 펄스들을 발생시킨다. 소정의 다이오드(D3) 및 커패시터(135)는 메인 트랜스포머(120)의 보조 권선에 의해 발생된 전류 펄스들을 정류 및 평활화 하여 실질적인 직류전압(VCC)이 펄스폭 변조 제어부(130)로 공급되도록 한다. 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선은 외부 전자 장치를 위한 것이고, 메인 트랜스포머(120)의 보조 권선은 펄스폭 변조 제어부(130)를 위한 것이다. 상기 직류전압(VCC)은 스위칭 모드 파워 서플라이의 각종 기능을 담당하는 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)에 일정한 전압을 공급하는 전원의 역할을 한다.
브릿지 다이오드(111)에 의해 교류전원(AC_H, AC_L)이 풀 웨이브 정류된 직류전압이 메인 트랜스포머(120)의 1차측 권선에 공급된다. 메인 트랜스포머(120)의 1차측 권선에 인가된 직류전압은 메인 스위칭 소자(132)의 스위칭을 통해 일정한 듀티 사이클로 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선에 출력전압(DC_OUTPUT)을 발생시킨다. 여기서, 메인 스위칭 소자(132)의 듀티 사이클은 펄스폭 변조 제어부(130)로부터 출력되는 메인 스위칭 소자(132)의 게이트 구동 신호에 의해 결정된다.
메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선에 발생되는 출력전압은 스위칭 모드 파워 서플라이가 채택된 전자 장치의 정상 동작 또는 대기 동작이 가능할 정도의 크기를 갖는다.
한편, 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선에 발생되는 출력전압을 일정하게 유지하기 위하여 메인 스위칭 소자(132)의 듀티를 적절하게 제어하여야 하고, 이를 위하여 상기 출력전압을 피드백하여야 한다. 상기 피드백된 출력전압을 메인 스위칭 소자(132)의 듀티를 제어하는데 이용하여야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 피드백 제어부(140)는 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선에 발생되는 출력전압을 분배하기 위한 제1 및 제2 저항(144)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 피드백 제어부(140)는 제1 및 제2 저항(144)에 의해 분배된 전압을 일정한 크기로 증폭시키는 가변조정기(145)를 포함한다. 가변조정기(145)에 의해 증폭된 전압은 제1 포토 다이오드(142)에 인가된다.
제1 포토 다이오드(142)와 제1 포토 트랜지스터(141)는 포토 커플러를 구성하므로, 제1 포토 트랜지스터(141)에는 제1 포토 다이오드(142)의 입력값, 즉, 가변조정기(145)의 출력값에 대응하는 크기를 갖는 전류가 흐른다. 이 전류에 의해 충전커패시터(143)가 충전되며, 충전커패시터(143)의 충전량에 따라 상기 피드백전압(Vfeedback)의 크기가 결정된다.
본 발명의 일실시예에 따른 제1 상태 변환부(150)는 제2 포토 트랜지스터(151) 및 제2 포토 다이오드(152)를 포함한다. 제2 포토 트랜지스터(151)는 제2 포토 다이오드(152)와 포토 커플러를 구성한다. 이에, 제2 포토 트랜지스터(151)는 제2 포토 다이오드(152)를 통해 흐르는 전류값에 따라 소정 크기의 전류를 발생시킨다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제2 포토 트랜지스터(151)는 교류전원 입력부(100) 및 펄스폭 변조 제어부(130) 간에 구비되어 제2 포토 다이오드(152)를 통해 흐르는 전류값에 따라 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 고전압 단자(HV)에 공급되는 교류전원이 변동하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 상태 변환부(150)는 트랜스포머(153) 및 제2 스위칭 소자(154)를 포함한다. 트랜스포머(153)는 교류전원 입력부(100)와 접속되어 교류전원을 변압하여 출력한다. 제2 스위칭 소자(154)는 트랜스포머(153)의 2차측 권선에 접속되어 트랜스포머(153)의 1차측 권선으로부터 2차측 권선으로의 에너지 공급을 스위칭한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제2 포토 다이오드(152)는 일단이 제2 스위칭 소자(154)의 단자와 접속되고 타단이 트랜스포머(153)의 2차측 권선에 접속된다. 제2 포토 다이오드(152)는 제2 스위칭 소자(154)의 스위칭에 의해 트랜스포머(153)의 2차측 권선에 공급된 에너지를 입력받아 턴온된다.
제2 스위칭 소자(154)는 무선전파식별(RFID)을 이용하는 방식, 리모컨을 이용하는 방식, 어댑터 식별핀을 이용하는 방식, 및 터치스위치를 이용하는 방식 중 어느 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
예를 들어, 스위칭 모드 파워 서플라이는 RFID(Radio Frequency Identification) 리더기를 포함하도록 구현될 수 있다. 상기 RFID 리더기는 소정의 주파수를 갖는 전파를 외부로 발진시킨다. RFID 태그를 포함하는 디바이스가 상기 스위칭 모드 파워 서플라이와 근접하게 위치하여 상기 전파의 영역 내에 진입하게 되면, 상기 RFID 태그에서는 상기 전파로 인해 소정의 자기장이 발생한다. 따라서, 상기 RFID 태그에 기록된 데이터는 상기 자기장으로 인해 상기 전파를 타고 상기 스위칭 모드 파워 서플라이의 RFID 리더기로 전송된다. 이러한 경우, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는 제2 포토 다이오드(152)가 동작하도록 하여 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)를 시동시킨다. 상기 RFID 태그를 포함하는 디바이스는 사용자가 소지하고 다닐 수 있다.
또한, 스위칭 모드 파워 서플라이가 채택된 전자 장치는 상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 대한 식별핀을 구비할 수 있다. 상기 스위칭 모드 파워 서플라이가 상기 전자 장치와 접속되는 경우, 상기 전자 장치는 상기 식별핀을 통해 상기 스위칭 모드 파워 서플라이가 삽입됐음을 인식한다. 이러한 경우, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는 제2 포토 다이오드(152)가 동작하도록 하여 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)를 시동시킨다.
또한, 사용자가 휴대한 정규의 휴대 송신기로부터 신호를 수신하는 수신 유닛이 스위칭 모드 파워 서플라이에 설치되거나 스위칭 모드 파워 서플라이가 상기 스위칭 모드 파워 서플라이를 채택한 전자 장치의 수신 유닛을 공유하도록 구현될 수 있다. 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는 상기 수신 유닛이 수신한 신호에 의거하여 제2 포토 다이오드(152)를 동작시켜 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 시동을 가능하게 할 수 있다.
또한, 제2 스위칭 소자(154)는 터치스위치로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 스위칭 모드 파워 서플라이는 터치신호에 의거하여 제2 포토 다이오드(152)를 동작시켜 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 시동을 가능하게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 또는 대용량 커패시터를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이의 일예를 도시한 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 상태 변환부(150)는 제2 포토 다이오드(152)에 전원을 공급하는 배터리 및 대용량 커패시터 중 어느 하나를 포함하도록 구현될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제2 상태 변환부(160)는 비교기(161)를 포함한다. 비교기(161)는 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선에 접속되며 반전 단자 및 비반전 단자에 상기 출력전압 및 기준전압이 인가되고 상기 출력전압을 상기 기준전압과 비교하여 출력 단자를 통해 출력한다.
제2 상태 변환부(160)는 트랜지스터(162) 및 제3 저항(163)을 더 포함한다.
트랜지스터(162)는 상기 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 저항(144)과 병렬 접속되고 베이스 단자가 비교기(161)의 출력 단자에 접속된다.
제3 저항(163)은 상기 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 저항(144)과 병렬 접속되도록 일단은 트랜지스터(162)의 컬렉터 단자와 접속되고 타단은 상기 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 저항(144)과 트랜지스터(162) 사이의 노드와 접속된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 비교결과, 상기 출력전압이 상기 기준전압보다 미만인 경우 트랜지스터(162)를 동작시켜 상기 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 저항(144)과 제3 저항(163)이 병렬 접속되도록 한다. 이렇게 하여, 가변조정기(145)로 공급되는 입력전압의 크기를 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정전압 변환기 및 타이머를 포함하는 제1 상태 변환부의 일예를 도시한 회로도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정전압 변환기 및 타이머를 포함하는 제1 상태 변환부의 다른 예를 도시한 회로도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 정전압 변환기(171) 및 타이머(172)는 도 5에 도시된 바와 같이, 트랜스포머(153)의 2차측 권선에 접속되도록 구현될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 트랜스포머(120)의 2차측 권선 및 제1 상태 변환부(150)의 제2 스위칭 소자(154) 간에 구비되도록 구현될 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 정전압 변환기(171) 및 타이머(172)는 선정된 주기에 따라 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)를 구동하여 스위칭 모드 파워 서플라이를 주기적으로 동작시킨다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 트랜스포머(153)의 출력전압이 정전압 변환기(171)에 인가되고 이를 인가받은 정전압 변환기(171)는 트랜스포머(153)의 출력전압을 정전압으로 변환하여 타이머(172)에 공급한다.
본 발명의 일실시예에 따른 타이머(172)는 정전압 변환기(171)에서 인가되는 전압을 이용하여 카운트 동작을 수행하고 선정된 주기에 의거하여 제어신호를 송출한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 타이머(172)의 제어신호에 의해 제2 포토 다이오드(152)를 동작시켜 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 시동을 가능하게 할 수 있다.
즉, 노트북과 같은 보조 전원을 내장한 장치가 연결되어 있을 경우 어댑터와 같은 스위칭 모드 파워 서플라이가 평소 대기 상태로 있을 때 사용자가 제1 상태 변환부(150)를 구동하지 않아도 일정 시간 이후에 자동으로 스위칭 모드 파워 서플라이를 동작시키기 위함이다.
따라서, 노트북과 같은 보조 전원을 내장한 장치가 보조 전원을 모두 소모하여 스스로 전원을 켤 수 없을 때 제1 상태 변환부(150)의 제2 스위칭 소자(152)를 동작시켜 제2 포토 다이오드(152)를 구동하고 제2 포토 다이오드(152)는 제2 포토 트랜지스터(151)를 동작시켜 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 고전압 단자로 직류전원을 공급하여 스위칭 모드 파워 서플라이를 동작시킨다.
본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 전원을 공급받은 장치는 보조 전원에 충전할 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이의 전원을 공급받은 장치의 전원을 종료하여 전류가 사용하지 않는 수준으로 내려가면 스위칭 모드 파워 서플라이는 저전력 모드로 들어간 후 정전압 변환기(171) 및 타이머(172)가 동작하여 설정한 시간 주기로 스위칭 모드 파워 서플라이를 동작시킨다.
이때, 노트븍과 같은 보조 전원을 내장한 장치가 보조 전원에 의해 동작을 하고 있다면 스위칭 모드 파워 서플라이가 동작할 때 소모 전류가 발생하여 스위칭 모드 파워 서플라이는 상기 장치가 동작하지 않는 수준으로 전류가 내려갈 때까지 동작을 유지한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 상태 변환부(150)의 제2 스위칭 소자(152)를 동작시켜 스위칭 모드 파워 서플라이를 동작시키면 출력전압이 발생하고 상기 출력전압을 정전압 변환기(171)에서 전압을 낮은 전압으로 변환하고 이 전압을 타이머(172)가 받아 설정한 시간에 한 번씩 출력을 내보내어 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 고전압 단자에 직류전원을 공급하여 스위칭 모드 파워 서플라이를 설정한 시간에 한 번씩 동작하도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 스위칭 모드 파워 서플라이가 동작 중일 때, 정전압 변환기(171)에서 낮은 전압으로 변환된 전압은 대용량 커패시터(173)와 같이 낮은 충전 용량을 갖는 소자에 충전을 시작한다. 이후, 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결된 장치가 없거나 동작하지 않는 수준의 전류를 감지했을 때 스위칭 모드 파워 서플라이는 동작을 정지하고 타이머(172)는 대용량 커패시터(173)와 같이 낮은 충전 용량을 갖는 소자를 이용하여 동작을 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 대용량 커패시터(173)를 이용하여 일정 시간 후 타이머(172)가 출력을 보내면 상술한 내용과 같이 스위칭 모드 파워 서플라이가 동작을 하고 출력된 전압을 정전압 변환기(171) 및 타이머(172)에 공급되어 동일한 동작을 유지하게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 타이머 회로를 포함하는 제1 상태 변환부의 일예를 도시한 회로도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 타이머 회로(170)는 도 7에 도시된 바와 같이, 타이머 커패시터(173), 타이머 저항(174), 및 타이머 트랜지스터(175)를 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따른 타이머 회로(170)는 메인 트랜스포머(120)의 출력전압을 공급받아 구동한다. 즉, 타이머 회로(170)는 정전압 변환기(171)를 이용하여 전원을 공급받지 않고 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력전원을 공급받아 스위칭 모드 파워 서플라이가 저전력 대기모드로 들어간 뒤에 동작한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 상태 변환부(150)의 제2 스위칭 소자(154)를 동작시켜 스위칭 모드 파워 서플라이를 동작시키면 출력전압이 발생하고 이 전압을 타이머 회로(170)의 소정의 다이오드(D6)를 지나 타이머 커패시터(173)에 전류를 충전하고 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결되어 있는 장치가 사용하지 않는 수준의 전류를 감지했을 때 스위칭 모드 파워 서플라이가 저전력 상태로 들어가면 타이머 저항(174)에서 전류를 소모하여 타이머 커패시터(173)의 전압이 낮아지고 낮아진 전압은 타이머 트랜지스터(175)를 동작시켜 제2 포토 다이오드(152)가 동작한다.
동작한 제2 포토 다이오드(152)는 제2 포트 트랜지스터(151)를 동작시켜 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 고전압 단자에 직류전원을 공급하여 스위칭 모드 파워 서플라이를 동작시킨다. 이러한 동작을 스위칭 모드 파워 서플라이가 직류전원에 연결되어 있다면 반복 수행하고 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결된 장치가 동작하면 스위칭 모드 파워 서플라이는 장치에 전원을 공급한다.
스위칭 모드 파워 서플라이에 연결된 장치가 동작 중에는 타이머 회로(170)는 동작하지 않고 대기상태를 유지한다. 스위칭 모드 파워 서플라이의 저전력 대기모드 유지시간은 타이머 커패시터(173) 및 타이머 저항(174)를 이용하여 조정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 제어방법에 따르면, 교류전원이 입력된다.
본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 제어방법에 따르면, 트랜스포머(153) 또는 배터리 및 대용량 커패시터(SOURCE)로부터 전원을 공급받아 제1 상태 변환부(150)를 구동한다. 즉, 제1 상태 변환부(150)는 펄스폭 변조 제어부(130)를 시동하기 위한 회로이다.
본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 제어방법에 따르면, 상기 교류전원을 변압하여 출력하는 메인 트랜스포머(120)의 출력전압을 사용하는 전자 장치의 소모 전류량이 소정 기준치 이하인 경우 제2 상태 변환부(160)를 구동한다.
제1 상태 변환부(150)는 펄스폭 변조 제어부(130)로의 상기 교류전원의 공급을 제어한다. 제1 상태 변환부(150)는 제2 스위칭 소자(154)의 입력을 받아 제2 포토 다이오드(152)를 동작시키고, 제2 포토 다이오드(152)는 제2 포토 트랜지스터(151)을 동작시켜 펄스폭 변조 집적회로 소자(131)의 고전압 단자(HV)로 상기 교류전원을 정류한 고전압을 공급함으로써 펄스폭 변조 제어부(130)를 시동하게 된다.
제2 상태 변환부(160)는 상기 전자 장치의 소모 전류량, 즉, 출력전류에 의거하여 펄스폭 변조 제어부(130)의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부(140)로 공급되는 입력전압의 크기를 제어한다.
또한, 본 발명에 따른 스위칭 모드 파워 서플라이의 제어방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (28)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 외부로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 직류전원을 변압하여 출력하는 메인 트랜스포머, 상기 메인 트랜스포머의 1차측 권선에 펄스신호를 인가하여 출력전압을 조절하는 펄스폭 변조 제어부, 및 상기 메인 트랜스포머의 출력전압을 감지하여 상기 펄스폭 변조 제어부의 출력신호를 제어하는 피드백 제어부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)에 있어서,
    상기 펄스폭 변조 제어부는 85VAC 내지 600VAC의 고전압 단자를 포함한 펄스폭 변조 집적회로 소자를 포함하고,
    제2 포토 다이오드; 및
    상기 제2 포토 다이오드와 포토 커플러를 구성하고 상기 교류전원이 입력되는 교류전원 입력부와 상기 펄스폭 변조 집적회로 소자의 고전압 단자(HV) 사이에 구비되는 제2 포토 트랜지스터
    를 포함하는 제1 상태 변환부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 상태 변환부는,
    상기 제2 포토 다이오드에 전원을 공급하는 배터리 및 커패시터 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 상태 변환부는,
    상기 교류전원 입력부와 접속되어 상기 교류전원을 변압하여 출력하는 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머의 2차측 권선에 접속되어 상기 트랜스포머의 1차측 권선으로부터 2차측 권선으로의 에너지 공급을 스위칭하는 제2 스위칭 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 상태 변환부는,
    상기 메인 트랜스포머의 출력전압을 충전하는 타이머 커패시터;
    상기 스위칭 모드 파워 서플라이가 저전력 상태로 들어가면 상기 타이머 커패시터에 의해 충전된 전압을 소모하는 타이머 저항; 및
    상기 타이머 저항이 소모하는 전압에 의해 동작하는 타이머 트랜지스터
    를 포함하는 타이머 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  7. 제4항 내지 제5항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 상태 변환부는,
    인가되는 전압의 전압 레벨을 일정한 정전압으로 변환시키는 정전압 변환기; 및
    상기 정전압 변환기에서 인가되는 전압을 이용하여 카운트 동작을 수행하고 선정된 주기에 의거하여 제어신호를 송출하는 타이머
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 상태 변환부는,
    상기 정전압 변환기 및 상기 타이머 간에 구비되어 상기 정전압 변환기에서 인가되는 전압을 충전하고, 상기 충전된 전압을 상기 타이머에 공급하는 커패시터
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제2 스위칭 소자는 무선전파식별(RFID)을 이용하는 방식, 리모컨을 이용하는 방식, 어댑터 식별핀을 이용하는 방식, 및 터치스위치를 이용하는 방식 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제2 스위칭 소자의 스위칭 상태를 인식하는 방식은 전압 감지 방식, 전류 감지 방식, 1 Wire 통신에 의한 감지 방식, USB 통신을 이용한 감지 방식, 및 블루투스 통신에 의한 감지 방식 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 펄스폭 변조 제어부는 85VAC 내지 600VAC의 고전압 단자를 포함한 펄스폭 변조 집적회로 소자를 포함하고,
    상기 제2 포토 다이오드는 일단이 상기 제2 스위칭 소자의 단자와 접속되고 타단이 상기 트랜스포머의 2차측 권선에 접속되며 상기 제2 스위칭 소자의 스위칭에 의해 상기 트랜스포머의 2차측 권선에 공급된 에너지를 입력받아 턴온되며,
    상기 제2 포토 트랜지스터는 상기 펄스폭 변조 집적회로 소자의 고전압 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 메인 트랜스포머의 2차측 권선에 접속되며 반전 단자 및 비반전 단자에 상기 출력전압 및 기준전압이 인가되고 상기 출력전압을 상기 기준전압과 비교하여 출력 단자를 통해 출력하는 비교기
    를 포함하는 제2 상태 변환부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 상태 변환부는,
    상기 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 저항과 병렬 접속되고 베이스 단자가 상기 비교기의 출력 단자에 접속되는 트랜지스터; 및
    상기 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 저항과 병렬 접속되도록 일단은 상기 트랜지스터의 컬렉터 단자와 접속되고 타단은 상기 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 저항과 상기 트랜지스터 사이의 노드와 접속되는 제3 저항
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 파워 서플라이.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
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