KR101345293B1 - 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로 및 이를 구비한 고출력 전원공급장치 - Google Patents

고출력 전원 공급장치의 원격감지회로 및 이를 구비한 고출력 전원공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로 및 이를 구비한 고출력 전원공급장치에 과한 것으로서, 그 원격감지회로는 입력 전원을 고 전원으로 출력하는 고출력 전원공급부의 출력을 입력단으로 피드백하는 피드백회로를 구비하는 고출력 전원공급장치의 원격감지 회로에 있어서, 그 고출력 전원공급장치의 출력단과 그 고출력 전원공급장치의 피드백 회로 사이에 직렬로 연결되며, 정상상태에서는 그 직렬 연결을 개방하고 이상상태에서는 그 직렬 연결을 도통하는 스위칭부; 출력전원공급장치와 부하를 연결하는 부하채널; 및 일단이 부하 및 부하채널과 공통으로 연결되고, 타단이 스위칭부 및 피드백 회로와 공통으로 연결되며, 부하에 공급되는 전원을 원격으로 감지하는 원격감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 피드백 개방 흠결(Feedback Open Fault) 시 발생할 수 있는 과전압으로부터 회로를 보호하고, 출력전압의 변동을 억제하며, 출력 과부하로부터 회로를 보호할 수 있다.

Description

고출력 전원 공급장치의 원격감지회로 및 이를 구비한 고출력 전원공급장치 {Remote sensing circuit in high power supply apparatus, and high power supply apparatus having it}
본 발명은 고출력 전원공급장치에 관한 것으로서, 특히 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로에 관한 것이다.
고출력 전원공급장치에서 출력단의 커넥터와 도선(Wire), 하네스(Harness) 등에 의한 출력의 전압감소분이 증가하게 된다. 이를 방지하기 위하여 원격감지(Remote Sensing) 기술을 사용하여 이러한 출력전압 감소분을 보상해 줄 수 있다. 상기 원격 감지 기술을 사용할 경우 출력전압 측정단자가 개방결함(Open Fault) 발생 시 출력 전압이 과도하게 상승할 수 있어 과전압에 대한 보호기능을 구현하기 위하여 SMPS 자체의 궤환(feedback) 회로를 가진다. 이러한 원격감지 보호 기술은 과전압 보호가 가능하지만 정상상태에서 출력전압이 부하에 따라 변동하는 단점을 가진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 원격감지 기술에서 피드백 개방 흠결(Feedback Open Fault) 시 발생할 수 있는 과전압으로부터 회로를 보호하고, 출력전압의 변동을 억제하며, 출력 과부하 보호 기능까지 갖는 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 원격감지회로를 구비한 고출력 전원 공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 고출력 전원 공급장치를 구비한 화상형성장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로는, 입력 전원을 고 전원으로 출력하는 고출력 전원공급부의 출력을 입력단으로 피드백하는 피드백회로를 구비하는 고출력 전원공급장치의 원격감지 회로에 있어서, 상기 고출력 전원공급장치의 출력단과 상기 고출력 전원공급장치의 피드백 회로 사이에 직렬로 연결되며, 정상상태에서는 상기 직렬 연결을 개방하고 이상상태에서는 상기 직렬 연결을 도통하는 스위칭부; 상기 고출력전원공급장치와 부하를 연결하는 부하채널; 및 일단이 상기 부하 및 상기 부하채널과 공통으로 연결되고, 타단이 상기 스위칭부 및 상기 피드백 회로와 공통으로 연결되며, 상기 부하에 공급되는 전원을 원격으로 감지하는 원격감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 원격 감지회로를 구비한 고 출력 전원 공급장치는, 입력전원을 고출력 전원으로 생성하는 고출력 전원 생성부; 고출력전원 생성부의 출력을 입력단으로 피드백하는 피드백회로부; 상기 고출력전원 생성부의 출력단과 상기 피드백 회로부 사이에 직렬로 연결되어, 정상상태에서는 상기 연결을 개방하고 이상상태에서는 상기 연결을 도통하는 스위칭부; 상기 고출력전원공급장치와 부하를 연결하는 부하채널; 및 일단이 상기 부하 및 상기 부하채널과 공통으로 연결되고, 타단이 상기 스위칭부 및 상기 피드백 회로부와 공통으로 연결되며, 상기 부하에 공급되는 전원을 원격으로 감지하는 원격감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 원격 감지회로를 구비한 화상형성장치는, 화상을 형성하는 화상형성부; 및 상기 화상형성부에 고 전력을 공급하는 고출력 전원 공급장치를 포함하고, 상기 고출력 전원 공급장치는 입력전원을 고출력 전원으로 생성하는 고출력 전원 생성부; 고출력전원 생성부의 출력을 입력단으로 피드백하는 피드백회로부; 상기 고출력전원 생성부의 출력단과 상기 피드백 회로부 사이에 직렬로 연결되어, 정상상태에서는 상기 연결을 개방하고 이상상태에서는 상기 연결을 도통하는 스위칭부; 상기 고출력전원공급장치와 부하를 연결하는 채널부; 및 일단이 상기 부하 및 상기 부하채널과 공통으로 연결되고, 타단이 상기 스위칭부 및 상기 피드백 회로부와 공통으로 연결되며, 상기 부하에 공급되는 전원을 원격으로 감지하는 원격감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기 로 한다.
도 1은 일반적인 원격 감지 회로의 일 예를 도시한 것이다. 원격감지(Remote Sensing)라 함은 커넥터(connector), 케이블(cable) 등의 저항성분(Roc)에 의해 출력단 후방에서 발생되는 전압 감소 분을 보상하기 위하여 출력전력을 공급받는 부하의 입력단 전압을 감지(Sensing)하여 전압을 제어하는 기술을 말한다. 이렇게 출력전압 감지(Sensing)단을 부하와 최대한 가깝게 할 경우 부하전류에 의해 변할 수 있는 최종 부하 입력단 전압을 정전압으로 일정하게 제어할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 일반적으로 출력전류 용량이 큰 전원공급장치에서 원격 감지(Remote Sensing) 기술을 많이 사용하고 있다.
상기 원격 감지 회로에서 여러 가지 이유로 원격 감지단이 개방(open)되었을 경우, 전원공급장치의 제어부는 출력전압의 정보를 알 수 없게 된다. 일반적으로 출력전압 정보가 개방(open) 시 0 V로 인식되게 되고, 이 경우 PWM(Pulse Width Modulation) 제어기는 출력전압을 기 설정된 기준값으로 제어하기 위하여 듀티사이클(Duty Cycle)을 최대값으로 설정하게 된다. 이 경우 출력단에 과도하게 출력 전압이 상승하여 전원공급장치 자체는 물론 부하회로에도 과전압에 의한 손상(Damage)을 줄 수 있다. 이를 방지하기 위하여 Ro1을 연결하여 원격감지 저항인 Ro2가 개방(open)되어도 출력전압을 일정수준 이하로 제어할 수 있다.
그러나 보호회로인 Ro1이 전원공급장치의 정상상태 동작에서 수학식 1과 같이 출력전압 제어에 오차를 가져오게 된다.
Figure 112008066883801-pat00001
상기 오차항은 Ro1을 구성함으로써 발생하는 성분과 출력부하에 의해 발생하는 성분으로 구성된다. 따라서 출력부하에 의한 정전압 제어오차를 최소화 하기 위한 원격감지(Remote Sensing) 기술이 과전압 보호회로로 인하여 출력부하에 따라 출력전압 제어오차가 발생하는 현상이 생긴다. 물론 Ro1에 의하여 발생하는 오차의 크기는 원격감지(Remote Sensing)를 사용하지 않을 때 보다 감소된다.
도 2는 본 발명에 의한 고출력 전원공급장치의 원격감지 회로의 일실시예와 이를 구비한 고출력전원공급장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다. 상기 본 발명의 일실시예에 의한 고출력 전원공급장치의 원격감지 회로(20)는, 스위칭부(210), 부하채널(220) 및 원격감지부(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 원격감지 회로를 구비한 고출력 전원공급 장치는 상기 원격감지회로(20), 고출력 전원 생성부(250) 및 피드백 회로부(240)를 포함하여 이루어진다.
상기 스위칭부(210)은 상기 고출력 전원 생성부(250)의 출력단과 상기 피드백 회로부(240) 사이에 직렬로 연결되며, 정상상태에서는 상기 직렬 연결을 개방하고 이상상태에서는 상기 직렬 연결을 도통시킨다. 상기 스위칭부(210)는 바이폴라접합트랜지스터(BJT)를 사용하는 것이 바람직하며, 이에 한정되지 않고 FET등 일반적인 스위칭 소자도 사용 가능하다.
상기 부하채널(220)은 상기 고출력전원 생성부(250)와 부하를 연결하며, 상기 고출력전원 생성부(250)와 부하(260)를 연결하는 커넥터, 케이블 등이 될 수 있으며, 부하채널(220)은 자체적으로 저항성분(resistive impedance)을 갖는다.
상기 원격감지부(230)는 일단이 상기 부하(260) 및 상기 부하채널(220)과 공통으로 연결되고, 타단이 상기 스위칭부(210) 및 상기 피드백 회로부(240)와 공통으로 연결되며, 상기 부하(260)에 공급되는 전원을 원격으로 감지한다.
상기 고출력 전원 생성부(250)는 입력전원을 고출력 전원으로 생성하며, 통상 저전압을 고전압으로 생성한다.
상기 피드백회로부(240)는 고출력전원 생성부(250)의 출력을 입력단으로 피드백(feedback)한다.
도 3은 본 발명에 의한 원격 감지 회로를 구비한 고출력 전압공급장치의 피드백 회로의 일실시예를 도시한 것이다. 일반적인 고출력 전원공급장치의 피드백 회로에 스위칭 소자를 추가하여 원격감지(Remote Sensing) 회로(채널)가 개방(open)될 경우에만 선택적으로 상기 보호회로(210)가 동작하도록 하여 정상상태에서 정전압 제어의 정확도를 높이고 부수적으로 과부하 보호 동작도 가능하게 된다.
상기 보호회로(210)는 스위칭 역할을 한다. 즉, 원격감지(Remote Sensing) 채널이 개방(open)될 경우에만 스위치가 켜져 선택적으로 보호회로(210)가 동작하여 정상상태에서 정전압 제어의 정확도를 높인다. 또한 부수적으로 출력단에 과전 류가 흐르는 과부하 시 Vo1과 Vo2의 전압차가 일정전압 이상 발생하게 되면 스위치가 동작하여 과부하 보호동작도 가능하게 된다.
상기 원격 감지 회로를 구비한 고출력 전압공급장치의 피드백 회로의 동작원리는 다음과 같다. 원격 감지 피드백(Remote Sensing Feedback) 채널이 개방(open)되어 등가저항 Ro2가 높은 임피던스(impedance)를 갖게 되면, 전압 Vx는 Vo1에 비해 충분히 작아지게 된다. 상기 전압Vx가 전압VCE보다 작아지게 되면 저항Rb에 전류가 흘러 BJT가 켜지게 되고, 상기 전압 Vx은 다음과 같은 값을 갖게 된다.
Figure 112008066883801-pat00002
따라서 출력전압은 Vo1 + VCE로 제한되고 원격 감지 피드백(Remote Sensing Feedback) 채널이 개방(open)시 과전압이 발생하더라도 이를 막을 수 있다.
그리고, 정상상태에서는 VCE가 BJT의 문턱전압보다 높지 않아 BJT가 켜지지 않는다. 이 때 BJT의 콜렉터-에미터(Collector-Emittor) 단에 흐르는 전류는 매우 작으므로 해석 시 무시하도록 한다. 이 경우 정상상태에서의 원격감지 피드백 전압 오차는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008066883801-pat00003
여기서 Vref는 Feedback 단의 Voltage Reference 전압이다. 수학식 3에서 볼 수 있듯이 출력전압 오차는 부하와 무관하며, 오로지 원격 감지 피드백(Remote Sensing Feedback) 단의 선간 저항 Ro2에 의해서 결정된다. 이 Ro2가 Rref에 비해 충분히 작기 때문에 제안하는 회로를 이용하면 정상상태에서 원격감지 피드백(Remote Sensing Feedback) 전압오차는 0에 가깝다. 따라서, 정상상태에서 상기 보호회로가 스위칭 소자(BJT) 대신 저항만으로 구성되었을 경우보다 고출력 전원공급장치의 정전압 제어의 정확도를 높일 수 있다.
한편, 출력단 전류가 과도하여 BJT의 콜렉터-에미터(Collecter-Emittor) 단의 문턱전압 Vce _ th보다 Vo1과 Vo2의 차이가 클 경우 BJT가 도통하게 된다. 상기의 과부하 조건은 수학식 4와 같다.
Figure 112008066883801-pat00004
Figure 112008066883801-pat00005
따라서, 피드백 회로의 출력단에 전류가 과도하게 흐르면, 상기 BJT에 의해 상기 피드백 회로의 출력단의 전압은 수학식 5에 의해 표현된 바와 같이 제한되어 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상술한 원격감지회로를 구비한 고출력 전압공급 장치는 화상형성장치의 전원공급장치로 사용될 수 있다. 이 때 상기 화상형성장치는 화상을 형성하는 화상형성부(미도시) 및 상기 화상형성부에 고 전력을 공급하는 고출력 전원 공급장치로 구성될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 의한 전원공급장치는 다양한 전자기기의 전원을 공급하는 장치에서 사용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 도 1은 일반적인 원격 감지 회로의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 고출력 전원공급장치의 원격감지 회로의 일실시예와 이를 구비한 고출력전원공급장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 원격 감지 회로를 구비한 고출력 전압공급장치의 피드백 회로의 일실시예를 도시한 것이다.

Claims (12)

  1. 고출력 전원생성부의 출력을 입력단으로 피드백하는 피드백회로를 구비하는 고출력 전원공급장치의 원격감지 회로에 있어서,
    상기 고출력 전원생성부의 출력단과 상기 피드백 회로 사이에 직렬로 연결되며, 정상상태에서는 상기 직렬 연결을 개방하고 이상상태에서는 상기 직렬 연결을 도통하는 스위칭부;
    상기 고출력전원생성부와 부하를 연결하는 부하채널; 및
    일단이 상기 부하 및 상기 부하채널과 공통으로 연결되고, 타단이 상기 스위칭부 및 상기 피드백 회로와 공통으로 연결되며, 상기 부하에 공급되는 전원을 원격으로 감지하는 원격감지부를 포함하고,
    상기 정상상태 및 이상상태는 상기 원격감지부에서 감지되는 전원에 의해 결정되고,
    상기 원격감지부가 개방(open)될 경우에는 상기 스위칭부는 도통되고, 정상상태에서는 상기 원격감지부 양단의 전압차가 0에 가까운 것을 특징으로 하는 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는
    바이폴라접합트랜지스터(BJT) 임을 특징으로 하는 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는
    전계효과트랜지스터(FET) 임을 특징으로 하는 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부하 채널은
    상기 고출력 전원 생성부와 부하를 연결하는 커넥터, 케이블 등에 의해 형성되는 저항성분을 갖는 연결소자임을 특징으로 하는 고출력 전원 공급장치의 원격감지회로.
  5. 고출력 전원 생성부;
    상기 출력전원 생성부의 출력을 입력단으로 피드백하는 피드백회로부;
    상기 고출력전원 생성부의 출력단과 상기 피드백 회로부 사이에 직렬로 연결되어, 정상상태에서는 상기 연결을 개방하고 이상상태에서는 상기 연결을 도통하는 스위칭부;
    고출력전원공급장치와 부하를 연결하는 부하채널; 및
    일단이 상기 부하 및 상기 부하채널과 공통으로 연결되고, 타단이 상기 스위칭부 및 상기 피드백 회로부와 공통으로 연결되며, 상기 부하에 공급되는 전원을 원격으로 감지하는 원격감지부를 포함하고,
    상기 정상상태 및 이상상태는 상기 원격감지부에서 감지되는 전원에 의해 결정되고,
    상기 원격감지부가 개방(open)될 경우에는 상기 스위칭부는 도통되고, 정상상태에서는 상기 원격감지부 양단의 전압차가 0에 가까운 것을 특징으로 하는 고출력 전원 공급장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스위칭부는
    전계효과트랜지스터(FET) 임을 특징으로 하는 고출력 전원 공급장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 스위칭부는
    바이폴라접합트랜지스터(BJT) 임을 특징으로 하는 고출력 전원 공급장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 부하 채널은
    상기 고출력전원생성부와 부하를 연결하는 커넥터, 케이블 등에 의해 형성되는 저항성분을 갖는 연결소자임을 특징으로 하는 고출력 전원 공급장치.
  9. 화상을 형성하는 화상형성부; 및
    상기 화상형성부에 고 전력을 공급하는 고출력 전원 공급장치를 포함하고,
    상기 고출력 전원 공급장치는
    고출력 전원 생성부;
    상기 고출력전원 생성부의 출력을 입력단으로 피드백하는 피드백회로부;
    상기 고출력전원 생성부의 출력단과 상기 피드백 회로부 사이에 직렬로 연결되어, 정상상태에서는 상기 연결을 개방하고 이상상태에서는 상기 연결을 도통하는 스위칭부;
    상기 고출력전원 생성부와 부하를 연결하는 부하채널; 및
    일단이 상기 부하 및 상기 부하채널과 공통으로 연결되고, 타단이 상기 스위칭부 및 상기 피드백 회로부와 공통으로 연결되며, 상기 부하에 공급되는 전원을 원격으로 감지하는 원격감지부를 포함하고,
    상기 정상상태 및 이상상태는 상기 원격감지부에서 감지되는 전원에 의해 결정되고,
    상기 원격감지부가 개방(open)될 경우에는 상기 스위칭부는 도통되고, 정상상태에서는 상기 원격감지부 양단의 전압차가 0에 가까운 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스위칭부는
    바이폴라접합트랜지스터(BJT) 임을 특징으로 하는 화상형성장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 스위칭부는
    전계효과트랜지스터(FET) 임을 특징으로 하는 화상형성장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 부하 채널은
    상기 고출력전원 생성부와 부하를 연결하는 커넥터, 케이블 등에 의해 형성되는 저항성분을 갖는 연결소자임을 특징으로 하는 화상형성장치.
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