KR101375138B1 - Ｐｓｒ 시스템에서 지연신호에 의한 전압 감지 회로 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AC-DC 시스템에서 트랜스포머의 1,2차측 권선비와 전압비가 동일하다는 점에 착안하여 1차측 전압 감지만으로 2차측 전압을 알 수는 있으나, 여러 가지 오차 요인에 의해 정밀한 전압 감지가 어려우므로, 1차측 보조권선 전압을 측정하되 샘플 앤드 홀드를 통해 취득되는 전압의 정밀도를 높이고 샘플링 주파수에 의한 동작전류 증가 문제가 개선되도록 하여, 2차측 출력전압을 정밀하게 일정 레벨을 유지시키도록 사용될 수 있는 전압 감지 회로 및 방법에 관한 것이다.

Description

ＰＳＲ 시스템에서 지연신호에 의한 전압 감지 회로 및 방법 {Circuit and Method for Voltage Sense using Delay and Hold in PSR System}

본 발명은 PSR(Primary Side Regulation) 시스템의 전압 감지 회로 및 방법에 관한 것으로서, 특히, AC-DC(교류-직류) 시스템의 PSR 시스템에서 옵터 커플러 등의 많은 소자가 필요한 2차측 제어회로 없이 트랜스포머의 1차측 보조권선 전압을 정밀하게 측정하여 2차측 출력전압을 정밀하게 일정 레벨로 유지시키기 위한 전압 감지 회로 및 방법에 관한 것이다.

통상적인 AC-DC 시스템은 1,2차측 권선의 절연 구조를 갖는 트랜스포머를 이용한다. 1,2차측이 절연된 상태에서 2차측 출력 전압을 정확하게 감지하여 1차측에 피드백 해주면 1차측 제어회로가 스위칭 소자를 스위칭시키게 되고, 이에 의해 2차측 전압 유지가 가능해진다.

이 때 1차측과 2차측이 권선을 통해 절연되어 있기 때문에 1,2차측의 그라운드가 분리되어 2차측의 전압을 감지하여 바로 1차측 회로를 구동할 수가 없다. 이를 위해 2차측 전압을 일정하게 유지하기 위한 기준전압(Voltage Reference) 회로와 1차측으로 피드백시키기 위한 옵토 커플러가 사용된다. 2차측 기준전압 회로의 정밀도에 따라 2차측 전압은 보다 정밀하게 제어/유지될 수 있지만 이를 위해 통상 2개 이상의 반도체와 다수의 저항, 콘덴서 등으로 형성된 복잡한 회로가 필요하다.

하지만 작은 크기의 시스템 사양을 요구하는 차저/어댑터(charger/adaptor)나 소형 LED 구동회로 등에서는 위와 같은 통상적인 방식의 SSR(Secondary Side Regulation) 회로를 사용하는 것이 어렵게 된다. 이를 위해 2차측 전압 감지 및 피드백을 위한 다수의 소자 내지는 회로를 제거하고도, 2차측 전압을 일정하게 유지할 수 있다면 시스템을 경박단소화할 수 있다는 장점을 가지게 된다. 실제로 차저/어댑터에 적용되는 PSR 시스템의 경우 기존의 SSR 방식 대비 약 20점 이상의 소자가 줄어들어 있는 것을 볼 수 있다. 하지만 PSR(Primary Side Regulation) 방식의 경우 기존의 SSR 대비 2차측 출력전압을 정밀하게 유지/관리하는 것이 어렵기 때문에 보통 소형 차저나 어댑터에 많이 쓰이고 있다.

PSR은 시스템의 크기와 함께 원가를 낮출 수 있다는 장점 때문에 차저나 소형 어댑터 등에 많이 쓰이고 있으나, 기존의 SSR 방식 대비 2차측 전압을 정밀하게 유지하는 데 한계를 가지고 있는 부분이 있다. 이는 2차측 전압을 직접 감지하는 것이 아니라 1차측 전압을 가지고 2차측 전압을 유추하는 방식에서 비롯된 근원적인 문제일 수 있으나, 1차측 보조권선 전압 감지시 샘플 앤드 홀드 방식에 의해 전압을 감지하다 보니 샘플링되는 위치나 타이밍에 따라 전압의 편차가 발생될 수 있고, 스위칭 주파수 대비 높은 샘플링 주파수로 인해 동작 전류가 증가한다는 단점도 발생한다.

샘플 앤드 홀드를 통해 전압을 샘플링하기 위해서는 일반적으로 대상 파형의 수배~수십배 이상 높은 샘플링 주파수가 필요하다. 샘플링 주파수가 낮을수록 샘플 전압을 취하는 타이밍과 전압 수준이 달라져서 취하는 전압의 해상도가 나빠질 수 있기 때문이다. 샘플 앤드 홀드를 통해 전압을 감지하고 이를 가공하기 위해서는 로직회로가 포함된 아날로그 방식 회로나, ADC(Analog-to-Digital Converter)등과 연동되는 디지털 방식 회로가 사용된다. 어느 방식을 사용하더라도 높은 샘플링 주파수로 인한 동작 전류 증가 현상이 있고, 완전히 디지털로 구동시 정밀도는 향상될 수도 있으나 아날로그 방식 대비 동작 전류가 더 증가하는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, AC-DC 시스템의 PSR 시스템에서 트랜스포머의 1,2차측 권선비와 전압비가 동일하다는 점에 착안하여 1차측 전압 감지만으로 2차측 전압을 알 수는 있으나, 여러 가지 오차 요인에 의해 정밀한 전압 감지가 어려우므로, 1차측 보조권선 전압을 측정하되 샘플 앤드 홀드를 통해 취득되는 전압의 정밀도를 높이고 샘플링 주파수에 의한 동작전류 증가 문제가 개선되도록 하여, 2차측 출력전압을 정밀하게 일정 레벨을 유지시키도록 사용될 수 있는 전압 감지 회로 및 방법을 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 본 발명의 일면에 따른, 트랜스포머의 2차측 권선 전압의 출력 제어를 위한 PSR(Primary Side Regulation) 시스템에서 상기 트랜스포머의 1차측 권선 전압의 감지를 위한 전압 감지 회로에 있어서, 상기 트랜스포머에 권선된 1차측 보조 권선; 상기 1차측 보조 권선의 일단에 직렬 연결된 저항들에 의해 분배된 신호 또는 상기 1차측 보조 권선의 일단에서 직접 받는 신호인 입력 신호의 하강 에지를 감지하여 액티브 펄스를 생성하는 하강 에지 감지 회로; 상기 입력 신호를 지연시키는 지연회로; 및 상기 액티브 펄스에 따라 턴온된 시간 동안 상기 지연회로의 출력을 샘플링하여 콘덴서를 충전시키는 스위치를 포함한다. 상기 콘덴서에 연결된 로우 패스 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 트랜스포머를 이용하는 교류-직류 시스템에 적용을 위한 것으로서, 상기 PSR 시스템에서 상기 트랜스포머의 2차측 권선 전압의 피드백 없이 상기 1차측 보조 권선을 이용한 상기 트랜스포머의 1차측 권선 전압을 기초로 상기 2차측 권선 전압을 일정하게 유지시키기 위한 것이다.

상기 하강 에지 감지 회로가 상기 하강 에지를 감지하는 순간에도 상기 지연회로를 통해 상기 입력 신호를 일정 시간 동안 유지시켜서 상기 하강 에지 이전의 상기 입력 신호를 감지하기 위한 것이다.

상기 액티브 펄스에 따라 상기 스위치가 턴온된 시간은, 상기 지연회로에서 상기 입력 신호가 지연된 시간 보다 작게 설정된다.

상기 하강 에지 감지 회로는, 기준 전압 이하로 상기 입력 신호가 하강할 때 하이 액티브를 출력하는 비교기와 출력되는 상기 하이 액티브에 따라 미리 정한 시간 동안 상기 액티브 펄스를 생성하는 펄스 생성 회로를 포함한다.

상기 지연회로는, 저항과 콘덴서를 이용한 로우 패스 필터를 이용해 상기 입력 신호를 지연시킨다.

상기 지연회로는, 순차 연결된 제1버퍼, 로우 패스 필터, 및 제2버퍼를 포함한다.

상기 지연회로는, 순차 연결된 제1 로우 패스 필터, 제1버퍼, 제2로우 패스 필터, 및 제2버퍼를 포함한다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른, 트랜스포머의 2차측 권선 전압의 출력 제어를 위한 PSR(Primary Side Regulation) 시스템에서 상기 트랜스포머의 1차측 권선 전압의 감지를 위한 전압 감지 방법에 있어서, 상기 트랜스포머에 권선된 1차측 보조 권선을 이용해 상기 1차측 권선 전압의 하강 에지를 감지하여 미리 정해진 시간 동안의 펄스폭을 갖는 액티브 펄스를 생성하는 단계; 및 상기 액티브 펄스의 해당 펄스폭 동안 상기 1차측 권선 전압의 지연된 값을 샘플링하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 전압 감지 회로 및 방법에 따르면, 기존 PSR의 문제점인 샘플링 전압의 편차를 줄일 수 있고, 샘플링 주파수가 불필요하기 때문에 동작 전류를 줄이는 효과를 기대할 수 있다. 부수적으로 기존 회로 대비 샘플링 클럭이 불필요하고, ADC(Analog-to-Digital)나 DAC(Digital-to-Analog) 등의 회로를 사용하지 않아도 되기 때문에 전반적인 회로 크기도 줄일 수 있다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 AC-DC 시스템에서의 정전압 제어를 위한 PSR(Primary Side Regulation) 시스템의 전압 감지 회로의 샘플 앤드 홀드 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로에서의 샘플 앤드 홀드의 기본특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로의 구체적인 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로의 구체적인 다른 예이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로의 구체적인 또 다른 예이다.
도 6은 도 5의 전압 감지 회로의 각 부 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로에서의 트랜스포머 1차측 전압 감지를 위한 보조권선의 전압 파형 도면이다.
도 8은 기존 PSR 방식에서 샘플링 클럭을 가지고 전압 감지를 위해 사용하는 샘플 앤드 홀드 특성 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 기존 PSR 방식에서 샘플링 주파수를 낮췄을 때의 샘플 앤드 홀드 특성 파형 도면이다.
도 10은 기존 PSR 방식에서 샘플링 주파수를 높였을 때의 샘플 앤드 홀드 특성 파형 도면이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 AC-DC 시스템에서의 정전압 제어를 위한 PSR(Primary Side Regulation) 시스템의 전압 감지 회로의 샘플 앤드 홀드 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로는, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 AC-DC 시스템에 구비되는 트랜스포머의 1차측의 자속 흐름을 받도록 코일이 권선된 1차측 보조권선을 포함하고, 보조권선의 일단은 접지되며, 그 타단은 저항 R1, R2가 직렬로 접속된다. 저항 R1, R2의 접점에는 신호의 하강 에지(falling edge)를 감지하는 하강 에지 감지 회로와 저항(R)과 콘덴서(C)를 포함하여 신호를 지연시키는 지연회로가 연결된다. 경우에 따라 저항 R1, R2 없이 보조권선의 상기 타단에 상기 직접 하강 에지 감지 회로와 지연회로가 연결될 수도 있다.

상기 1차측 보조권선에 연결된 저항 R1, R2에 의해 분배된 전압은 상기 하강 에지 감지 회로와 지연회로의 입력으로 인가된다. 상기 지연회로는 R,C 필터 등에 의해 구성되며 갑작스런 Falling Edge 발생시에도 일정 시간동안 전압이 떨어지지 않도록 유지시키며, 스위치를 이용해 이때의 전압을 샘플링할 수 있다. 상기 하강 에지 감지 회로는 하강 에지(falling edge)가 감지되면 액티브 펄스를 발생시켜 스위치를 턴온시키고, 이에 따라 스위치는 턴온된 일정 시간 동안 지연회로에 의해 지연된 신호를 샘플링하여 스위치 뒷단의 콘덴서를 충전시키는 샘플 앤드 홀드 동작에 의해 콘덴서에 감지된 전압(Vsense)이 결정되어 출력될 수 있다. Vsense 전압은 제어회로로 인가되어, AC-DC 시스템에서의 트랜스포머의 2차측 출력전압이 정밀하게 유지되도록 제어하는 데 이용될 수 있다. 상기 스위치는 MOSFET, BJT 등 다양한 스위칭 소자로 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로에서의 샘플 앤드 홀드의 기본특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에서, 입력신호는 전압 감지를 위해 저항 R1, R2에 의해 분배된 저항 R1, R2 접점의 전압 파형이다. 지연신호는 지연 회로를 통해 상기 입력신호를 지연시킨 전압 파형이다. 여기서 지연신호는 입력 신호의 전압이 완만한 기울기로 감소하는 구간에서는 약간의 위상 지연을 가지고 함께 감소하다가, 입력신호가 급격한 기울기로 떨어지는 순간에도 바로 떨어지지 않고 일정시간 동안 유지되도록 지연된 형태를 갖는다. 즉, 도 1의 하강 에지 감지 회로의 비교기 등을 통해 원래 입력 신호의 전압 파형이 급격히 떨어지는 순간(기울기 절대값이 급격히 불연속적으로 상승하는 순간)을 감지하여, 그 순간부터 일정 시간 Ton 동안 지연신호의 전압을 샘플 앤드 홀드의 방법으로 획득함으로써 해당 감지된 전압(Vsense)을 생성하는 것이 본 발명의 핵심이다.

기존의 방식과는 달리 지연된 신호를 샘플 앤드 홀드로 취하는 Delay and Hold 기법을 사용하기 때문에 별도의 샘플링 클럭은 필요하지 않다는 장점을 가진다.

도 2의 비교기 출력파형과 같이 본 발명은 원래 입력 신호의 파형이 급격히 떨어지는 Falling Edge를 감지한다. Falling Edge 감지를 위해 지연된 신호를 사용하지 않고, 보조권선에서 저항으로 분배한 신호를 입력 신호로 사용하며, 경우에 따라 저항 R1, R2 없이 상기 보조권선에 직접 하강 에지 감지 회로를 연결하여 상기 보조권선의 신호를 입력 신호로 할 수도 있다. Falling Edge는 비교기를 이용해 원래 입력신호의 전압과 기울기를 비교하여 기울기가 갑자기 변하는 부분을 감지할 수도 있고, 특정 전압 이하로 떨어질 때를 감지할 수도 있다. 비교기에서 Falling Edge가 감지되면 비교기 출력이 하이 액티브(high activation)로 바뀌게 되고, 펄스 생성 회로에 의해 비교기 출력의 해당 바뀐 순간부터 일정시간(Ton) 동안 하이 상태의 펄스폭을 유지하는 하이 액티브 펄스를 생성해 스위치를 제어하면, 스위치가 Ton 동안 턴온되어 지연신호에 대한 샘플 앤드 홀드를 수행하여 스위치에 연결된 콘덴서 등에 감지된 전압(Vsense)을 충전 유지시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로의 구체적인 일례이다.

도 3과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로는, 도 1의 하강 에지 감지 회로로서, 기준전압과 저항 R1, R2의 접점 전압을 비교하는 비교기, 및 비교기의 하이 액티브 출력 시에 일정시간(Ton) 동안 하이 액티브 펄스를 생성하는 펄스 생성 회로를 포함한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로는, 도 1의 지연 회로로서, 저항 R1, R2의 접점의 신호를 입력받는 제1버퍼(예, 증폭기의 음의 입력 단자와 출력 단자를 연결한 형태 등), R/C 필터로서 제1버퍼의 출력과 접지 사이에 연결된 저항(R3)과 콘덴서(C1), 저항(R3)과 콘덴서(C1) 접점의 신호를 입력받는 제2버퍼(예, 증폭기의 음의 입력 단자와 출력 단자를 연결한 형태 등)를 포함한다. Ton 동안 스위치는 제2버퍼의 지연된 출력을 콘덴서(C2)에 샘플링 충전하여 감지된 전압(Vsense)을 출력할 수 있다.

도 3에서, 비교기는 입력이 설정된 기준전압(예, 저항 R1, R2가 없을 때는 1차측 보조 권선의 전압, 또는 저항 R1, R2의 접점의 신호 전압의 최소와 최대 사이의 전압으로서, 중간 이상의 어떤 전압) 이하로 하강하는 순간을 감지하여 하이 액티브 출력을 내게 되고, 이때 펄스 생성 회로의 하이 액티브 펄스에 따라 비교기 출력이 하이가 된 순간부터 일정 시간 Ton 동안 스위치가 턴온된다. 스위치는 턴온된 Ton 시간 동안 지연신호인 제2버퍼의 출력전압을 취하여 C2에 충전한 Vsense 전압이 제어회로의 입력으로 사용된다.

한편, R1, R2에 의해 저항 분배된 전압은 제1버퍼의 입력 단자와도 연결된다. R1, R2 저항에 의한 분배 전압의 노드에 직접 R/C 필터를 연결할 수도 있지만(도 4 참조), 사용하는 외부 저항값에 따라 로딩 이펙트(effect)에 의한 문제가 생길 수도 있기 때문에, 제1버퍼를 통해 버퍼링한 출력 전압을 사용하는 것이 유리하다. 제1버퍼 출력은 R3와 C1으로 구성된 R/C 필터를 통해 제2버퍼의 입력단에 연결된다. 제2버퍼의 출력은 도2에서 설명한 지연신호가 된다. R3-C1에 의해 로우 패스 필터가 형성되었기 때문에, 제2버퍼 출력전압은 대부분의 입력 감소 구간에서는 약간의 지연된 위상을 가지고 함께 감소한다. 입력신호가 급격히 감소하는 구간에 진입하면 지연신호인 제2버퍼 출력은 R3-C1 시정수에 의해 결정되는 약간의 지연시간 동안은 기존의 기울기로 감소하다가, 원래 입력신호를 따라 큰 기울기로 감소하게 된다. 원래 입력신호의 Falling Edge를 감지하여 스위치가 턴온된 순간부터 일정 시간 동안 샘플 앤드 홀드 동작을 하게 되고, 이 때 Vsense 전압을 결정하게 된다. 스위치가 턴온되는 시간을 R3-C1 시정수에 의해 발생한 지연시간보다 크게 하면 샘플링된 전압이 일정하지 않을 수 있기 때문에, 지연신호가 일정한 기울기를 유지하는 짧은 시간 동안 샘플 앤드 홀드 동작이 이루어지도록 Ton 을 R3-C1 시정수에 의해 발생한 지연시간보다 작게 설정한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로의 구체적인 다른 예이다.

도 4를 참조하면, 보조권선의 R1, R2에 의한 저항 분배 전압의 노드와 제1 버퍼의 입력단 사이에 저항(R4)과 콘덴서(C3)로 구성된 R/C 필터가 지연회로에 추가된 형태이다. 도3와 거의 같은 특성을 나타내지만 R4-C3로 구성된 R/C 필터에 의해 입력 노이즈에 대해 로우 패스 필터로 작용하기 때문에, 노이즈에 대한 과도 응답 특성을 향상시킬 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로의 구체적인 또 다른 예이다.

도 5를 참조하면, 스위치 출력에 연결된 콘덴서(C2) 다음의 최종 출력단에 저항(R5)과 콘덴서(C4)로 구성된 R/C 필터가 추가된 형태이다. C2 출력전압은 일반적으로 안정적인 전압을 유지하지만, 스위치가 개폐되는 순간에 기생 소자에 순간적으로 흐르는 AC(Alternating Current) 피크 전류로 인해 불안정할 수도 있다. C2 전압은 스위치가 턴온 되는 순간 짧은 시간 동안 전압 피크가 발생되어 파형에 실릴 수 있기 때문에, 이런 고주파 노이즈를 제거하기 위해 R5-C4로 구성된 로우 패스 필터를 사용한 것이다. 도5 뿐만 아니라 도3, 도4는 동일한 개념 하에서 동작하는 회로이며, 가장 핵심이 되는 R3-C1의 시정수를 조절함에 따라 Falling Edge 발생 후 지연신호를 취득하는 샘플링 시간, 전압 수준 등을 최적화할 수 있다. 본 발명은 Falling Edge를 감지하고 나서 바로 일정시간 동안 전압을 샘플링하기 때문에 항상 동일한 타이밍에서 동일한 전압을 얻을 수 있다는 장점을 가진다.

도 6은 도 5의 전압 감지 회로의 각 부(A, B, C) 파형을 설명하기 위한 도면이다.

도 5의 비교기에서 Falling Edge가 감지되기 전에는, 입력단부터 최종단까지의 각 부(A, B, C) 전압은 큰 차이를 보이지 않다가, Falling Edge가 발생한 순간부터 약간의 다른 형태를 보이며, 도6의 각 부 파형은 이해를 돕기 위해 Falling Edge 발생과 샘플 앤드 홀드 부분을 확대한 것이다. 원래 입력 신호의 파형인 A-노드 전압의 기울기가 갑자기 변화하는 Falling Edge를 감지하면 비교기의 출력은 로우(low, 로우 레벨 전압) 상태에서 하이 액티브 상태로 변경된다. 비교기 출력이 로우 상태에서 하이 액티브 상태로 바뀌는 시점부터 일정시간 동안 펄스 생성 회로에 의해 스위치 제어를 위한 하이 액티브 펄스가 발생되면, 이 때 제2버퍼의 출력을 샘플 앤드 홀드하여 Vsense 전압을 취득한다. 도 6의 각 부 전압파형을 보면 V(A)가 급격한 기울기를 가지고 하이 상태에서 로우 상태로 변화해도 V(B)와 V(C)는 약간의 지연시간을 가지고 천천히 전압강하를 나타낸다. 본 발명에서 생성한, 지연신호 V(B) 보다 약간 더 지연된 V(C) 전압을 스위치가 턴온된 동안 샘플 앤드 홀드의 방법으로 취하면 입력전압인 V(A)의 기울기가 바뀌기 직전의 값과 동일한 수준의 전압을 얻을 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 감지 회로에서의 트랜스포머 1차측 전압 감지를 위한 보조권선의 전압 파형 도면이다.

보조권선은 0V를 기준으로 (+) 전압은 트랜스포머 2차측 출력단의 전압과 권선비(1,2차측 코일 권선비)에 의해 결정되고, (-) 전압은 트랜스포머 1차측에 입력되는 AC 전압과 권선비에 의해 결정된다. PSR에서 전압 감지를 위해서는 트랜스포머 2차측과 연동되는 (+) 전압을 사용한다. 보조권선의 전압은 (-)에서 (+)가 되면서 오버슈트가 발생될 수 있지만 그 이후는 일정한 기울기를 가지고 감소하게 된다. 이 때 2차측 권선의 인덕터 전류가 0이 되는 순간 L-C 공진에 의해 급격한 기울기가 나타나고, 이 때 기울기가 급격히 바뀌기 직전의 전압이 2차측 전압을 추정할 수 있는 샘플링 전압이 된다. (+) 전압의 기울기가 갑자기 크게 바뀌기 때문에 전압 감지 및 가공 방법에 따라 샘플링 전압의 정밀도 및 안정성이 달라질 수 있다.

도 8은 기존 PSR 방식에서 샘플링 클럭을 가지고 전압 감지를 위해 사용하는 샘플 앤드 홀드 특성 파형을 설명하기 위한 도면이다.

기존 PSR 방식에서는 회로의 동작 주파수보다 훨씬 높은 샘플링 클럭(신호)을 가지고 1차측 보조 권선의 또는 이로부터 저항 분배한 신호(입력 신호)에 대해 감지전압을 계속 모니터링한다. 각 샘플링 클럭마다 샘플 앤드 홀드를 통해 계속 샘플링을 수행하다가 입력 신호의 전압이 급격히 떨어지거나, 소정의 기준전압 이하로 떨어지는 Falling Edge를 감지하면 그 직전에 샘플링한 전압을 취하여 제어회로의 입력으로 사용하게 된다. 도 8과 같은 기존 방식은 항상 Falling Edge를 감지하고 나서 그 직전의 전압을 사용하게 되는데, 샘플링 클럭의 주파수, 듀티(duty)에 따라 Falling Edge를 감지하는 포인트가 바뀔 수 있고, 이에 따라 읽어내는 전압의 편차도 커질 수 있다는 단점을 가지고 있다.

도 9는 기존 PSR 방식에서 샘플링 주파수를 낮췄을 때의 샘플 앤드 홀드 특성 파형 도면이다.

앞의 도 8은 이상적인 경우를 나타낸 것이지만, 도 9와 같이 샘플링 클럭 주파수에 따라 특성이 나빠질 수 있다. 도 9와 같이 샘플링 주파수가 낮으면, 기본적으로 샘플링 해상도가 떨어지기 때문에 일정하고 정확한 전압 감지가 어려워진다. 샘플링 클럭 주파수가 낮기 때문에 Falling Edge를 감지하는 타이밍의 편차가 심해지고, 이에 따라 취득하는 샘플링 전압의 편차도 함께 커질 수 밖에 없다.

도 10은 기존 PSR 방식에서 샘플링 주파수를 높였을 때의 샘플 앤드 홀드 특성 파형 도면이다.

도 10과 같이 샘플링 클럭을 많이 높이게 되면 이와 비례하여 샘플링 전압의 해상도가 향상될 것으로 생각될 수 있지만, 오히려 샘플링 전압의 편차 발생 및 잘못된 전압을 취할 수도 있는 문제점이 발생된다. 일반적인 PSR 방식의 경우 Falling Edge를 감지하고 나서 그 직전 값을 취하기 때문에 올바른 전압 취득을 위해서는 Falling Edge 신호 직전의 값은 반드시 안정적인 전압 상태에 있어야 한다는 전제가 필요하다. 하지만 입력 전압 강하 시간이 샘플링 클럭에 의한 샘플링 시간보다 충분히 작지 않다면 Falling Edge 감지시의 직전 값도 안정된 전압이 아닌 기울기가 변화하는 구간에 들어 있을 수 있다. 이 경우 샘플링 클럭 주파수를 높여서 샘플링의 해상도를 높였음에도 불구하고, 오히려 감지 전압은 더 불안정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 기술인 샘플링 주파수에 연동되는 샘플 앤드 홀드 방식이 아닌 새로운 방식을 사용한다. 1차측 보조권선 전압이 하이 상태에서 로우 상태로 떨어지는 Falling Edge를 감지하여, 보조권선 전압이 일정수준 이하로 떨어질 때의 지연된 전압 신호를 샘플 앤드 홀드하여 취하는 방식을 사용한다.

2차측 전압 감지를 위해 실제로는 1차측 보조권선 전압을 감지하며 이 때 보조권선의 전압을 2가지로 구분하여 감지한다. 보조권선의 전압 또는 보조권선에 연결된 저항들에 의한 분배된 전압이 하이에서 로우로 떨어지는 Falling Edge를 계속 감지한다. 이 때 별도의 샘플링 주파수는 불필요하다. Falling Edge는 지연 없이 즉각 감지하도록 하였으며, 이와는 별도로 보조권선에서 따온 전압을 R/C등을 통해 지연된 신호를 만들어낸다. 보조권선의 전압은 2차측 권선의 전압 모양을 따라가기 때문에, 로우 상태에서 하이 상태로 바뀌었을 때가 가장 높은 전압을 나타내고, 2차측 권선의 전류 방전 기울기를 따라 점차 낮아지다가 전류가 0이 되는 순간 가장 낮은 전압 수준을 보인다. 지연된 신호는 보조권선에서 따온 전압과 거의 유사한 수준을 가지며 하강하다가, 보조권선 전압이 급격한 기울기로 떨어지는 순간에도 함께 떨어지지 않고 일정 지연시간 동안 전압 수준을 유지하다가 원래의 보조권선 전압을 따라 큰 기울기로 강하한다.

본 발명에서는 위와 같이 1차측 보조권선 전압을 직접 감지와 지연된 신호 감지의 2가지로 구분하여 감지하고 있다가, 직접 감지신호가 급격히 낮아지는 순간의 지연신호를 샘플 앤드 홀드의 방법으로 취하는 것을 핵심으로 한다. 위와 같은 방법으로 1차측 보조권선 전압을 취득하게 되면 기존 PSR의 2가지 문제점을 동시에 해결할 수 있다. 첫번째는 샘플링되는 포인트에 따라 전압이 달리 측정될 수 있는 문제점을 해결할 수 있다. 기존의 개념은 전압을 계속 샘플링하다가 전압 수준이 급격히 떨어지는 구간에 들어가면 그 직전에 샘플 앤드 홀드했던 전압을 취하는 것인데, 샘플링 주파수에 따라 해상도가 결정되기 때문에 정밀 감지가 어렵고, Falling Edge 감지 타이밍에 따라 읽어내는 전압이 달라질 수 있다는 문제점을 가지고 있다. 이에 반해 본 발명은 샘플링 주파수가 불필요하고, Falling Edge 여부를 감지하고 있다가 감지 순간에 지연된 신호를 취하면 되기 때문에 항상 일정한 포인트에서 전압을 감지하여 기존 방식 대비 전압 편차를 크게 줄일 수 있다.

두번째로 기존과 같이 높은 샘플링 주파수를 필요로 하지 않기 때문에 고주파 동작에 의한 동작 전류 증가 현상 자체를 없앨 수 있다. 아날로그 신호의 정확한 샘플링을 위해서는 상당히 높은 샘플링 주파수를 필요로 하기 때문에 동작 전류가 증가한다는 문제점을 가지며, 특히 전압 감지 및 신호 처리 과정을 모두 디지털 연산하는 경우에는 동작 전류가 더욱 증가한다는 단점을 가지고 있다. 본 발명은 샘플링 주파수 자체가 필요하지 않고, 후속 처리 과정도 디지털 연산이 불필요하기 때문에 동작 전류를 최소화할 수 있다는 장점을 가진다.

위 내용과 같은 본 발명의 기술을 AC-DC 시스템에서의 PSR 시스템의 전압 감지 회로에 적용하여 감지된 전압(Vsense)을 발생하고 정전압 발생을 제어하는 제어 회로에 입력해 줌으로써, 기존 PSR의 문제점인 샘플링 클럭 신호의 필요나 샘플링 전압의 편차에 의한 영향 없이도, 제어 회로가 낮은 동작 전류로 효과적으로 정전압 DC(Direct Current) 발생을 제어할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

1. 트랜스포머의 2차측 권선 전압의 출력 제어를 위한 PSR(Primary Side Regulation) 시스템에서 상기 트랜스포머의 1차측 권선 전압의 감지를 위한 전압 감지 회로에 있어서,
   상기 트랜스포머에 권선된 1차측 보조 권선;
   상기 1차측 보조 권선의 일단에 직렬 연결된 저항들에 의해 분배된 신호 또는 상기 1차측 보조 권선의 일단에서 직접 받는 신호인 입력 신호의 하강 에지를 감지하여 액티브 펄스를 생성하는 하강 에지 감지 회로;
   상기 입력 신호를 지연시키는 지연회로; 및
   상기 액티브 펄스에 따라 턴온된 시간 동안 상기 지연회로의 출력을 샘플링하여 콘덴서를 충전시키는 스위치
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 트랜스포머를 이용하는 교류-직류 시스템에 적용을 위한 것으로서, 상기 PSR 시스템에서 상기 트랜스포머의 2차측 권선 전압의 피드백 없이 상기 1차측 보조 권선을 이용한 상기 트랜스포머의 1차측 권선 전압을 기초로 상기 2차측 권선 전압을 일정하게 유지시키기 위한 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
3. 제1항에 있어서,
   상기 하강 에지 감지 회로가 상기 하강 에지를 감지하는 순간에도 상기 지연회로를 통해 상기 입력 신호를 일정 시간 동안 유지시켜서 상기 하강 에지 이전의 상기 입력 신호를 감지하기 위한 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
4. 제1항에 있어서,
   상기 액티브 펄스에 따라 상기 스위치가 턴온된 시간은, 상기 지연회로에서 상기 입력 신호가 지연된 시간 보다 작은 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
5. 제1항에 있어서,
   상기 하강 에지 감지 회로는, 기준 전압 이하로 상기 입력 신호가 하강할 때 하이 액티브를 출력하는 비교기와 출력되는 상기 하이 액티브에 따라 미리 정한 시간 동안 상기 액티브 펄스를 생성하는 펄스 생성 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
6. 제1항에 있어서,
   상기 지연회로는,
   저항과 콘덴서를 이용한 로우 패스 필터를 이용해 상기 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
7. 제1항에 있어서,
   상기 지연회로는, 순차 연결된 제1버퍼, 로우 패스 필터, 및 제2버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
8. 제1항에 있어서,
   상기 지연회로는, 순차 연결된 제1 로우 패스 필터, 제1버퍼, 제2로우 패스 필터, 및 제2버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
9. 제1항에 있어서,
   상기 콘덴서에 연결된 로우 패스 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 회로.
10. 트랜스포머의 2차측 권선 전압의 출력 제어를 위한 PSR(Primary Side Regulation) 시스템에서 상기 트랜스포머의 1차측 권선 전압의 감지를 위한 전압 감지 방법에 있어서,
    상기 트랜스포머에 권선된 1차측 보조 권선을 이용해 상기 1차측 권선 전압의 하강 에지를 감지하여 미리 정해진 시간 동안의 펄스폭을 갖는 액티브 펄스를 생성하는 단계; 및
    상기 액티브 펄스의 해당 펄스폭 동안 상기 1차측 권선 전압의 지연된 값을 샘플링하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 방법.
    
    

Images