KR101351923B1 - 전원 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1차 전원 전압을 검출하여 전원 제어 장치에서 출력되는 전원 전압이 일정한 전압을 유지하도록 제어하는 전원 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 상용 전원을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부; 상기 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기; 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어 PWM 제어부로 공급되는 입력 전압(Vin)을 검출하고, 상기 검출된 입력 전압(Vin)의 전압 변동에 따라 상기 PWM 제어부로 동작 제어 신호를 출력하는 전압 제어부; 및 상기 전압 제어부의 동작 제어 신호에 따라 상기 변압기의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하도록 PWM 제어 신호를 출력하는 PWM 제어부를 포함한다. 본 발명은 1차 전원 전압을 검출하여 전원 제어 장치에서 출력되는 전원 전압이 일정한 전압을 유지하도록 제어함으로써, 회로의 구현을 단순화시킬 수 있고, 포토 커플러을 제거함으로써 회로의 크기를 소형화시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

전원 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING POWER}

본 발명은 전원 제어 장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 1차 전원 전압을 검출하여 전원 제어 장치에서 출력되는 전원 전압이 일정한 전압을 유지하도록 제어하는 전원 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전원 제어 장치 또는 SMPS(Switched Mode Power Supply)는 스위칭 전원으로서, 선형 전원(Linear Power Supply)보다 소형, 경량이면서 고효율적이기 때문에 이에 관련된 기술은 급속히 발전하고 있는 추세에 있다.

이러한 전원 공급 장치는 전원이 필요한 부하의 각 부분에서 필요로 하는 전압을 적절히 공급해주는 역할을 하는데, 일반적인 전원 제어 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상용 교류 전압(10)을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부(11)와, 상기 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(20)와, 상기 변압기(20)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30)와, 상기 변압기(20)의 1차측 전압에 다이오드(D1)와 저항(R3)을 통해 연결되고 입력되는 피드백 전압에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하는 PWM 제어부(40)와, 상기 변압기(20)로부터 입력된 전압을 직류 전압으로 변환하여 부하의 각 회로에 공급하는 출력부(50)와, 상기 출력부(50)에 광학적으로 결합되어 상기 출력부(50)로부터 출력된 전원 전압을 감지하여 상기 PWM 제어부(40)의 피드백 단자로 감지 신호를 출력하는 포토 다이오드(60)와 에러 앰프(61)로 구성되어 있다.

직류 전원 공급부(11)에서 직류 전압으로 변환된 후 변압기(20)의 1차측 권선에 인가되고, 상기 변압기(20)의 1차측 권선에 인가된 전압의 일부는 PWM 제어부(40)의 Vin에 다이오드(D1)와 저항(R3)과 전원 저항(R4)을 통해 인가되어 상기 PWM 제어부(40)를 동작시키게 되고, 상기 PWM 제어부(40)의 단자(Drive)로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 파워 트랜지스터(30)가 온/오프(ON/OFF)되도록 한다.

즉, PWM 제어부(40)의 Vin으로 직류 전압이 공급되면, PWM 제어부(40)의 공급 전원이 기동 전압에 도달하게 되어 상기 PWM 제어부(40)가 동작하게 된다.

상기 파워 트랜지스터(30)가 상기 PWM 제어부(40) 내의 발진기 주기에 따라 일정 시간 동안 온 상태를 유지하다 오프 상태로 변하면, 변압기(20)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다.

따라서 변압기(20)는 상기 PWM 제어 신호에 의해 2차측 권선에서 요구되는 교류 전압을 출력하게 되고 상기 동작을 반복하여 상기 변압기(20)의 2차측 권선에서 출력된 교류 전압은 출력부(50)를 통하여 다시 직류 전압으로 변환된다.

즉, 상기 출력부(50)에 입력된 교류 전압은 정류 다이오드와 평활 커패시터에 의해서 직류 전압으로 변환되어, 부하의 각 회로에 공급되어 회로를 동작시킨다.

한편, 출력부(50)를 통해 출력된 전원 전압이 기준 전압 이상으로 상승하게 되면 과전압에 의한 회로 소자의 파손이 발생하게 되어 전원 장치의 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 상기 출력부(50)의 출력 전압을 일정 전압으로 유지시키기 위해 전원 제어 장치에는 일반적으로 포토 커플러(60)와 에러 앰프(61)에 의해 전원 전압을 감지되도록 되어 있다.

즉 출력부(50)를 통해 출력된 전원 전압이 R1과 R2 저항에 의해 설정되는 기준 전압 이상으로 증가 또는 감소하게 되면, 에러 앰프(61)의 출력측 전압이 변동하게 된다.

이때 에러 앰프(61)의 출력측과 연결된 포토 커플러(60)의 발광부에 정상 동작시보다 많은 전류가 공급되거나 또는 작은 전류가 공급되면 그에 따라 빛의 세기가 가변하여 발광된다.

이에 따라 포토 커플러(60)의 수광부에서는 상기 발광된 빛을 수광하여 빛의 세기에 따른 전기신호로 변환한 후 PWM 제어부(40)의 피드백 단자(FB)로 입력된다.

즉 상기 포토 커플러(60)로부터 출력전압을 반영한 전기신호가 PWM 제어부(40)에 내재된 에러 앰프에 입력되고, 상기 PWM 제어부(40)에 내재된 에러 앰프의 출력단(Comp) DC 전압과 CT단에 입력되는 삼각파 또는 톱니파와 비교하여 상기 PWM 제어부(40)는 파워 트랜지스터(30)의 온 타임을 제어하는 PWM 제어 신호를 발생한다.

상기 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)의 온 타임을 짧게 하면, 변압기(20)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 낮아지고, 상기 파워 트랜지스터(30)의 온 타임을 길게 하면, 변압기(20)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 높아져, 전원 제어 장치로부터 출력되는 전원 전압이 일정 전압으로 유지될 수 있도록 한다.

그러나 이러한 종래의 포토 커플러(60)를 이용한 전압 제어 장치는 과전압 감지신호를 PWM 제어부(40)로 전송하기 위해 변압기(20)의 1차측 권선과 2차측 권선의 접지를 분리하여야 하므로 회로의 구현이 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 포토 커플러(60)를 사용함으로써, 빛을 수광하기 위한 일정 공간의 확보가 필요하여 회로의 소형화를 이룰 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 1차 전원 전압을 검출하여 전원 제어 장치에서 출력되는 전원 전압이 일정한 전압을 유지하도록 제어하는 전원 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상용 전원을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부; 상기 직류 전원 공급부의 직류 전압을 1차측 권선으로 입력받아 2차측 권선에 유도 기전력을 발생하는 변압기; 저항(R40)을 통해 입력되는 상기 직류 전원 공급부의 변환된 직류 전압과, 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어 PWM 제어부로 공급되는 입력 전압을 검출하고, 상기 검출된 직류 전압과 입력 전압(Vin)의 변동에 따라 출력 전압이 증가 또는 감소되도록 제어한 에러 앰프 출력 신호를 제공하는 전압 제어부; 상기 전압 제어부로부터 출력되는 에러 앰프 출력 신호를 삼각파 또는 톱니파와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 파워 트랜지스터의 온/오프 시간을 제어하여 상기 변압기에서 발생되는 유도 기전력이 일정하게 유지되도록 PWM 제어 신호를 출력하는 PWM 제어부; 및 상기 변압기의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생되도록 상기 PWM 제어부에서 출력되는 PWM 제어 신호에 따라 온/오프하는 파워 트랜지스터를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 전압 제어부는 상기 입력 전압(Vin)을 분압하여 기준 전압(Vref)이 출력되도록 하는 기준 전압 저항부(R10, R20); 상기 기준 전압(Vref)을 입력받아 전압의 변동에 따라 출력측 전압이 증가되도록 하거나 또는 감소되도록 하여 에러 앰프 출력 신호를 제공하는 에러 앰프; 및 상기 기준 전압(Vref)이 공급되면, 전압이 충전됨에 따라 상기 에러 앰프의 동작 속도를 조절하는 캐패시터(C10)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 1차 전원 전압을 검출하여 전원 제어 장치에서 출력되는 전원 전압이 일정한 전압을 유지하도록 제어함으로써, 회로의 구현을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 포토 커플러을 제거함으로써, 회로의 크기를 소형화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 일반적인 전원 제어 장치를 나타낸 전기 회로도.
도 2 는 본 발명에 따른 전원 제어 장치의 구성을 나타낸 전기 회로도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전원 제어 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전원 제어 장치의 구성을 나타낸 전기 회로도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 제어 장치는 직류 전원 공급부(110)와, 변압기(200)와, 전압 제어부(300)와, PWM 제어부(400)와, 파워 트랜지스터(600)를 포함하여 구성된다.

상기 직류 전원 공급부(110)는 상용 교류 전원(100)을 직류 전압으로 변환하여 변압기(200)로 출력한다.

상기 변압기(200)는 직류 전원 공급부(110)로부터 출력되는 직류 전압이 1차측 권선을 통해 입력받아 2차측 권선에 유도 기전력을 발생하는 구성으로서, PWM 제어부(400)에서 출력되는 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(600)가 온/오프되면, 상기 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력을 통해 2차측 권선에서 요구되는 교류 전압을 출력하게 된다.

상기 전압 제어부(300)는 변압기(200)의 1차측 권선에 연결되어 PWM 제어부(400)로 공급되는 입력 전압(Vin)을 공급받고, 상기 공급받은 입력 전압이 기준 전압 이상으로 증가하거나 감소하게 되면 출력부(500)의 출력 전압이 일정 전압을 유지할 수 있도록 PWM 제어부(400)로 에러 앰프 출력 신호를 제공하는 구성으로서, 기준 전압 저항부(R10, R20)와, 에러 앰프(310)와, 캐패시터(C10)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 전압 제어부(300)는 입력되는 상용 교류 전원(100)의 전압 변동에 대응하기 위해 직류 전원 공급부(110)에서 변환된 직류 전압이 저항(R40)을 통해 기준 전압 저항부(R10, R20)에 연결되도록 하여 상기 변환된 직류 전압의 변동이 직접 반영될 수 있도록 한다.

상기 기준 전압 저항부(R10, R20)는 변압기(200)의 1차측 권선에서 PWM 제어부(400)로 공급되는 입력 전압(Vin)을 분압하여 예를 들면, 1.25V 또는 2.5V의 기준 전압(Vref)이 에러 앰프(310)로 출력되도록 한다.

또한, 상기 기준 전압 저항부(R10, R20)에는 저항(R40)을 통해 직류 전원 공급부(110)와 연결되도록 하여 PWM 제어부(400)로 공급되는 입력 전압(Vin)의 변동과 함께 상기 직류 전원 공급부(110)에서 변환되어 1차측 권선으로 입력되는 직류 전압의 변동 여부도 함께 반영될 수 있도록 한다.

상기 에러 앰프(310)는 기준 전압 저항부(R10, R20)로부터 출력되는 기준 전압(Vref)을 입력받아 PWM 제어부(400)로 공급되는 입력 전압과 1차측 권선으로 입력되는 전압의 변동에 따라 출력측 전압을 증가시키거나 감소시켜 출력하는 구성으로서, 상기 기준 전압 저항부(R10, R20)에서 분압된 기준 전압(Vref)이 낮아지면 상기 에러 앰프(310)의 출력 전압이 증가되도록 하고, 상기 기준 전압 저항부(R10, R20)에서 분압된 기준 전압(Vref)이 높아지면 상기 에러 앰프(310)의 출력 전압이 낮아지도록 제어한 에러 앰프(310)의 출력 신호를 PWM 제어부(400)로 출력한다.

상기 캐패시터(C10)는 저항(R30)을 통해 에러 앰프(310)의 출력단에 연결되고, 기준 전압(Vref)이 공급되면 전압이 충전됨에 따라 상기 에러 앰프(310)의 동작 속도가 조절된 에러 앰프 출력신호가 출력되도록 한다.

상기 PWM 제어부(400)는 전압 제어부(300)로부터 출력되는 에러 앰프(310)의 출력 신호와 CT단에 입력되는 삼각파 또는 톱니파와 비교하여 파워 트랜지스터(600)의 온/오프 시간을 제어하는 PWM 제어 신호가 발생되도록 한다.

상기 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(600)의 온 시간이 짧아지면, 변압기(200)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 낮아지고, 상기 파워 트랜지스터(600)의 온 시간이 길게 되면, 변압기(200)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 높아져서 전원 제어 장치로부터 출력되는 전원 전압이 일정 전압으로 유지될 수 있다.

상기 파워 트랜지스터(600)는 PWM 제어부(400)의 PWM 제어 신호에 따라 일정 시간 동안 온 상태를 유지하다가 오프 상태로 변하면, 변압기(200)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생되도록 한다.

따라서 변압기(200)의 1차측 권선에 연결된 PWM 제어부(400)의 입력 전원을 검출하여 전원 공급 장치의 출력 전압을 안정화시킬 수 있도록 구성함으로써, 전원 공급 회로의 구현을 단순화시킬 수 있고, 2차측 권선에 연결되어 피드백 전압을 검출하기 위한 포토 커플러의 구성을 제거함으로써 전원 공급 회로의 크기를 소형화시킬 수 있게 된다.

또한, 직류 전원 공급부(110)에서 변환되어 1차측 권선으로 입력되는 직류 전압의 변동 여부도 함께 반영될 수 있도록 함으로써, 더욱 안정적인 출력 전압을 제공할 수 있게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

100 : 상용 교류 전원
110 : 직류 전원 공급부
200 : 변압기
300 : 전압 제어부
310 : 에러 앰프
400 : PWM 제어부
500 : 출력부
600 : 파워 트랜지스터

Claims (3)

1. 상용 전원(100)을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부(110);
   상기 직류 전원 공급부(110)의 직류 전압을 1차측 권선으로 입력받아 2차측 권선에 유도 기전력을 발생하는 변압기(200);
   저항(R40)을 통해 입력되는 상기 직류 전원 공급부(110)의 변환된 직류 전압과, 상기 변압기(200)의 1차측 권선에 연결되어 PWM 제어부(400)로 공급되는 입력 전압(Vin)을 검출하고, 상기 검출된 직류 전압과 입력 전압(Vin)의 변동에 따라 출력 전압이 증가 또는 감소되도록 제어한 에러 앰프 출력 신호를 제공하는 전압 제어부(300);
   상기 전압 제어부(300)로부터 출력되는 에러 앰프 출력 신호를 삼각파 또는 톱니파와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 파워 트랜지스터(600)의 온/오프 시간을 제어하여 상기 변압기(200)에서 발생되는 유도 기전력이 일정하게 유지되도록 PWM 제어 신호를 출력하는 PWM 제어부(400); 및
   상기 변압기(200)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생되도록 상기 PWM 제어부(400)에서 출력되는 PWM 제어 신호에 따라 온/오프하는 파워 트랜지스터(600)를 포함하는 전원 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전압 제어부(300)는 상기 입력 전압(Vin)을 분압하여 기준 전압(Vref)이 출력되도록 하는 기준 전압 저항(R10, R20)부;
   상기 기준 전압(Vref)을 입력받아 전압의 변동에 따라 출력측 전압이 증가되도록 하거나 또는 감소되도록 에러 앰프 출력 신호를 제공하는 에러 앰프(310); 및
   상기 기준 전압(Vref)이 공급되면, 전압이 충전됨에 따라 상기 에러 앰프(310)의 동작 속도를 조절하는 캐패시터(C10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 제어 장치.
   
3. 삭제

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