KR101424770B1 - 전원 공급 장치 - Google Patents

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KR101424770B1
KR101424770B1 KR1020130030543A KR20130030543A KR101424770B1 KR 101424770 B1 KR101424770 B1 KR 101424770B1 KR 1020130030543 A KR1020130030543 A KR 1020130030543A KR 20130030543 A KR20130030543 A KR 20130030543A KR 101424770 B1 KR101424770 B1 KR 101424770B1
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나가오 야스마사
?이치 무토
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최병규
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Abstract

전원 공급 장치는 PWM 신호에 응답하여 상기 PWM 신호의 진폭을 조절하고 진폭 조절된 PWM 신호를 출력하는 드라이버; 상기 진폭 조절된 PWM 신호에 응답하여 입력 전압의 전송을 제어하는 스위치 회로; 상기 스위치 회로의 출력 신호를 필터링하고 필터링 결과에 따라 출력 신호를 출력하는 필터; 및 상기 출력 신호에 응답하여 상기 출력 신호가 기준 전압을 중심으로 일정 범위 내에서 오실레이션할 수 있도록 상기 PWM 신호를 출력하는 전압 컨트롤러를 포함한다.

Description

전원 공급 장치{POWER SUPPLY APPARATUS}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 전원 공급 장치에 관한 것으로, 특히 열전소자를 이용한 냉각이나 가열에 효과적으로 전원을 공급하는 장치에 관한 것이다.
열전소자를 이용하여 냉각이나 가열을 할 때, 문제로 대두되는 것이 구동용 전원이다.
종래 전원에는 변압기나 스위칭 전원을 사용한 정전압직류전원을 사용하는 것이 통상적이다. 그러나 열전소자의 동작 상황에 따른 최적의 전류, 또는 전압 레벨이 존재하며 시스템이 최적 동작값을 추종하도록 제어하지 않으면 효과적으로 열전소자를 구동하지 못한다.
일반적으로 시스템이 최적 동작값을 추종하도록 제어하지 않고 거의 무시되며 항상 일정한 전압을 인가시키거나 단속운전을 하는 것이 통상적이다.
이러한 이유로 시스템이 매우 비효율적으로 열전소자를 이용하고 최적 동작값을 무시한 결과, 열전소자의 수명을 크게 단축하거나 무용한 발열을 유발시켜 열전소자의 신뢰성이나 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
열전소자에 적합한 크기가 작고 저가격이고, 고출력의 정밀 제어 가능한 전원이 없다는 것에 원인이 있다고 추정된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 직류에 의한 구동이 아니고 기준 전압의 근방을 고속으로 오실레이션함으로써 등가적으로 직류제어와 동등한 효과를 올릴 수 있는 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 대용량의 전해커패시터가 불필요하고 장수명이며 교류 파형의 최대치에서 입력 전류가 최소로 되어 역률을 개선하고 스위치 회로의 저내압과 소형화를 가능하게 한 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 고속의 CPU(central processing unit)에 의한 디지털로버스트 예측제어를 사용하여 피드백 제어보다 나은 매우 안정적인 제어를 실현한 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 EMI(electromagnetic interference) 방지를 위한 전원 회로로, 스위칭에 의한 서지 발생을 완전히 억제한 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치는 PWM 신호에 응답하여 상기 PWM 신호의 진폭을 조절하고 진폭 조절된 PWM 신호를 출력하는 드라이버; 상기 진폭 조절된 PWM 신호에 응답하여 입력 전압의 전송을 제어하는 스위치 회로; 상기 스위치 회로의 출력 신호를 필터링하고 필터링 결과에 따라 출력 신호를 출력하는 필터; 및 상기 출력 신호에 응답하여 상기 출력 신호가 기준 전압을 중심으로 일정 범위 내에서 오실레이션할 수 있도록 상기 PWM 신호를 출력하는 전압 컨트롤러를 포함한다.
상기 입력 전압은 상용 전압이다.
상기 스위치 회로는 MOSFET이다.
상기 필터는 LC 저역 통과 필터이다.
상기 C는 알루미늄 전해 커패시터이다.
상기 전압 공급 장치는 서지 전압으로부터 상기 스위치 회로를 보호하기 위한 서지 방지 회로를 더 포함한다.
상기 서지 방지 회로는 스위치 회로에 접속된 다이오드; 입력 전압을 수신하는 입력 단자와 상기 다이오드 사이에 병렬로 접속된 제1저항과 제1커패시터; 상기 입력 단자와 상기 스위치 회로 사이에 접속된 인덕터; 상기 입력 단자와 접지 사이에 병렬로 접속된 제2저항과 제2커패시터; 및 상기 스위치 회로와 상기 접지 사이에 접속된 제3커패시터를 포함한다.
상기 전압 공급 장치는 제어 PWM 신호에 응답하여 제어 전압을 생성하는 PWM 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 전압 컨트롤러는 상기 제어 전압에 응답하여 상기 기준 전압을 조절한다.
상기 전압 컨트롤러는 상기 출력 신호와 상기 기준 전압에 기초하여 상기 출력 신호의 변동 방향을 예측하고 예측의 결과에 따라 상기 출력 신호가 상기 일정 범위 내에서 오실레이션할 수 있도록 상기 PWM 신호를 출력한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는 열전소자를 이용한 냉각이나 가열에 효과적인 전원을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 부품수가 매우 적고 소형으로 저가격이고, 고출력이 가능한 전원을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 CPU에 의한 디지털 제어에 의해 전압, 전류, 전력 제어가 용이할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 PFC(power factor correction) 효과를 가지며 역률이 94% 이상으로 전력 인프라에 영향을 적게 미쳐 안정적인 전력 수급이 용이할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 SMPS에서 전압 파형을 보인 예시를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 구성을 보인 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 전원 공급 장치에서 전압 파형을 보인 예시를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 상세 구성을 보인 블록도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전압 컨트롤러에서 스위치 회로를 제어하는 PWM 신호를 보인 예시를 나타낸다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치에서 서지 방지 회로의 회로 구성을 보인 예시를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치에서 필터의 회로 구성을 보인 예시를 나타낸다.
도 8은 도 6의 서지 방지 회로가 서지 신호를 필터링하는 실시예를 나타낸다.
도 9는 도 6의 서지 방지 회로에 의해 서지 신호를 제한된 전압 레벨로 변환하는 실시예를 나타낸다.
도 10은 SMPS에서 발생하는 스위치 신호와 출력 전압의 파형을 보인 예시를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치에서 발생하는 출력 전압의 파형을 보인 예시를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전압 컨트롤러에서 디지털로버스트 예측 제어와 종래 피드백 제어를 비교한 예시를 나타낸다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 전원 공급 장치를 설명하기에 앞서 본 발명과 비교되는 SMPS(switched mode power supply)의 구성 및 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.
SMPS는 제1 정류 회로, PFC(power factor correction) 회로, 스위치 회로, 트랜스포머, 제2 정류 회로를 포함한다.
제1 정류 회로는 상용 전원을 한쪽 방향으로만 전류를 흘리는 전원으로 변환한다. 제1 정류 회로는 다이오드를 이용한 브릿지 회로일 수 있다.
PFC 회로는 무효전력을 줄여 공급된 전력을 유효히 사용하도록 전압이 안정된 출력을 제공한다. PFC 회로는 역률을 개선해서 잡음이 없도록 전원 환경을 양호하게 보호할 수 있다.
스위치 회로는 제1 정류 회로와 PFC 회로를 거친 입력 전압의 전송을 빠르게 온오프하여 톱니 전압을 출력한다.
트랜스포머는 변압기로 높은 주파수를 가지는 톱니 전압을 직류 전압으로 만든다.
제2 정류회로는 트랜스포머를 통과한 직류 전압을 커패시터로 필터링하여 전압 레벨이 안정된 직류 전압을 출력한다. 전압 레벨이 안정된 직류 전압은 부하에 공급된다.
SMPS는 상용 전원을 정류한 안정된 직류 전압을 부하로 공급한다. 부하는 직류 전압을 입력받아 장치로 설계된 기능을 수행한다.
도 1은 SMPS에서 전압 파형을 보인 예시도이다. SMPS의 각 구성 요소에서의 전압 파형을 예를 들어 설명한다.
전압 파형(110)은 상용 전원에서 댁내로 공급되는 교류 전압의 파형을 보인다.
전압 파형(120)은 정류 회로에 의해 상용 전원을 한쪽 방향으로만 전류를 흘리는 직류 전원의 파형을 보인다.
전압 파형(130)은 스위치 회로에 의해 입력 전압이 빠르게 온오프되어 톱니 전압의 파형을 보인다. 스위치 회로에는 내압이 높은 스위치 회로가 사용될 수 있다.
전압 파형(140)은 커패시터를 통과한 톱니 파형을 보인다. 커패시터는 출력 전압에 따라 대용량일 수 있다.
전압 파형(150)은 트랜스포머와 필터를 통과한 전압 레벨이 안정된 직류 전압의 파형을 보인다.
직류 전압이 열전소자와 같은 부하에 공급된다.
본 발명은 일반적인 SMPS를 사용하지 않고 새로운 개념의 전원 공급 장치를 사용한다. 이하, 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치에 대해 설명한다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 간략 구성을 보인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전원 공급 장치(200)는 핵심 회로로 정류 회로(210), 스위치 회로(220), 필터(230), 제어 회로(240)를 포함한다.
정류 회로(210)는 입력 전압, 예컨대 AC를 정류한다. 정류 회로(210)는 일반적으로 다이오드를 이용한 브릿지 회로일 수 있다.
스위치 회로(220)는 고속 동작하는 제어 회로(240)에 의한 디지털로버스트 예측 제어에 따라 입력 전압의 전송을 빠르게 온오프하여 톱니 전압을 출력한다. 스위치 회로(220)로서 내압이 낮은 스위치 회로가 사용될 수 있다. 스위치 회로(220)는 MOSFET일 수 있다. 스위치 회로(220)는 PWM 신호에 따라 입력 전압의 전송을 제어한다.
필터(230)는 톱니 전압을 필터링하여 기준 전압의 근방을 고속으로 오실레이션하는 직류 전압을 출력한다. 필터(230)로서 용량이 작은 커패시터와 인덕터가 사용될 수 있다. 커패시터는 알루미늄 전해 커패시터일 수 있다. 필터(230)는 스위치 회로(220)의 출력 신호를 필터링하여 필터링 결과에 따라 출력신호를 제공한다.
제어 회로(240)는 직류 전압이 기준 전압에서 일정 범위로 오실레이션할 수 있도록 제어하는 PWM 신호를 출력한다. 제어 회로(240)는 출력 신호와 기준 전압에 기초하여 출력 신호의 변동 방향을 예측하고 예측의 결과에 따라 출력 신호가 일정 범위 내에서 오실레이션할 수 있도록 PWM 신호를 출력한다. 제어 회로(240)는 일정 범위에서 출력신호가 기준 전압으로 상승함을 예측하고 상기 기준 전압으로부터 하강함을 예측하고 예측 결과에 기초하여 PWM 신호를 스위치 회로(220)로 출력한다.
도 3는 도 2의 전원 공급 장치에서 전압 파형을 보인 예시도이다. 전원 공급 장치를 구성하는 각 단에서 나타나는 전압 파형을 예를 들어 설명한다.
전압 파형(310)은 상용 전원에서 나타나는 사인파 형태로의 교류 전압의 파형을 보인다.
전압 파형(320)은 정류 회로에 의해 상용 전압을 한쪽 방향으로만 전류를 흘리는 반구형 형태로 전압의 파형을 보인다.
전압 파형(330)은 스위치 회로에 의해 입력 전압의 전송이 빠르게 온오프되어 톱니 전압의 파형을 보인다.
전압 파형(340)은 필터에 의해 필터링되어 기준 전압의 근방을 고속으로 오실레이션하는 직류 전압의 파형을 보인다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 상세 구성을 보인 블록도이다.
전원 공급 장치(400)는 스위치 회로(220), 필터(230), PWM(pulse witdth modulation) 컨트롤러(410), 전압 컨트롤러(420), 드라이버(430), 서지 방지 회로(450)를 포함한다. 전원 공급 장치(400)를 구성하는 각 구성 요소에 대해 설명한다.
PWM 컨트롤러(410)는 외부로부터 제어 PWM 신호(CTRL)를 입력받아 제어 전압(VCTR)을 생성하고 전압 컨트롤러(420)로 생성된 제어 전압(VCTR)을 출력한다.
전압 컨트롤러(420)는 제어 전압(VCTR)에 따라 PWM 신호의 듀티, 기준 전압, 또는 일정 범위 중 어느 하나 이상을 조절할 수 있다.
전압 컨트롤러(420)는 PWM 컨트롤러(410)로부터 제어 전압(VCTR)을 입력받고 출력 신호가 기준 전압에서 고속 오실레이션하도록 디지털로버스트 예측 제어를 수행한다. 디지털로버스트 예측 제어는 스위치 회로를 제어하여 출력 신호가 기준 전압에서 고속 오실레이션하도록 제어한다.
전압 컨트롤러(420)는 제어 전압에 의해 제어되며 디지털로버스트 예측 제어에 따른 PWM(pulse width modulation) 신호를 드라이버(430)로 출력한다.
드라이버(430)는 전압 컨트롤러(420)로부터 출력되는 PWM 신호를 진폭 변조하여 스위치 회로(220)로 출력한다. 드라이버(430)는 PWM 신호(PWM)의 진폭을 변조하여 진폭 조절된 PWM 신호(PWM')를 스위치 회로(220)로 출력한다.
스위치 회로(220)는 진폭 조절된 PWM 신호(PWM')에 따라 입력 전압(VIN)의 전송을 제어한다. 입력 전압(VIN)은 상용 전압일 수 있다. 스위치 회로(220)는 드라이버(430)에 의해 온오프 제어되어 상용 전압을 톱니 전압으로 만들어 출력한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전압 컨트롤러에서 스위치 회로를 제어하는 PWM 신호를 보인 예시도이다.
전압 컨트롤러(420)는 출력 신호가 기준 전압보다 커지기 전(510) PWM 신호(PWM)의 폭을 작게 제어한다. 스위치 회로(220)는 폭이 작게 조절된 PWM 신호(PWM)에 따라 입력 전압(VIN)의 전송을 제어한다. 출력 신호는 기준 전압보다 작은 방향으로 제어되고 기준 전압에 근접한 크기로 수렴한다.
전압 컨트롤러(420)는 출력 신호가 기준 전압보다 작아지기 전(520) PWM 신호(PWM)의 폭을 크게 제어한다. 스위치 회로(220)는 폭이 크게 조절된 PWM 신호(PWM)에 따라 입력 전압(VIN)의 전송을 제어한다. 출력 신호는 기준 전압으로부터 크게 벗어나지 않고 기준 전압에 수렴한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치에서 서지 방지 회로의 회로 구성을 보인 예시도이다.
서지 방지 회로(450)는 스위치 회로(220)에 접속된 다이오드(D); 입력 전압(RAC)을 수신하는 입력 단자(INT)와 상기 다이오드(D) 사이에 병렬로 접속된 제1저항(R1)과 제1커패시터(C1); 상기 입력 단자(INT)와 상기 스위치 회로(220) 사이에 접속된 인덕터(L); 상기 입력 단자(INT)와 접지 사이에 병렬로 접속된 제2저항(R2)과 제2커패시터(C2); 및 상기 스위치 회로(220)와 상기 접지 사이에 접속된 제3커패시터(C3)를 포함한다.
서지 방지 회로(450)는 입력 전압(VIN) 전송의 온오프 제어로 스위치 회로(220)에서 드레인 단자에 발생하는 순간 전압을 방지한다.
서지 방지 회로(450)는 스위치 회로(220)에서 발생하는 과도전류를 접지로 흘려 과도전압을 한정시키는 방류형 회로; 과도전류의 통과를 억제하는 저지형 회로; 및 스위치 회로(220)에서 발생하는 과도전압을 다이오드 소자의 제한전압으로 한정시키는 차단형 회로를 포함한다. 방류형 회로로 커패시터(C1, C2, C3)를 포함할 수 있고, 저지형 회로로 인덕터(L) 또는 다이오드(D)를 포함할 수 있고, 차단형 회로로 다이오드(D)를 포함할 수 있다.
서지 방지 회로(450)에 의해 낮아진 순간 전압을 온오프 제어하는 스위치 회로(220)로서 내압이 낮은 스위치 회로(220)가 사용된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치에서 필터의 회로 구성을 보인 예시도이다.
필터(230)는 스위치 회로(220)에 의해 제어된 상용 전압인 톱니 전압을 필터링하여 출력 신호(VOUT)를 제공한다.
스위치 회로(220)에서 소스 단자(VS)에 발생하는 전압을 필터링하는 필터(230)에는, PFC(power factor correction) 회로를 구비하며 동일 출력 신호를 출력하는 SMPS(switching-mode power supply)에서 사용되는 커패시터보다 작은 용량의 커패시터(C)가 사용된다.
필터(230)에는 작은 용량의 커패시터(C)와 인덕터(L)가 사용되지만 출력 신호(VOUT)는 매우 큰 전압과 전류를 드라이브한다. 전압 공급 장치(400)는 일반 SMPS 보다 작은 크기를 가지지만 출력 신호(VOUT)를 매우 크게 드라이브한다. 전압 공급 장치(400)는 용량 대비 매우 효율적이다.
도 8은 도 6의 서지 방지 회로가 서지 신호를 필터링하는 예를 보인도이다.
서지 방지 회로(450)는 고주파 신호를 통과시키는 고주파 필터와 저주파 신호를 통과시키는 저주파 필터를 포함한다.
고주파 필터는 서지 신호를 통과시키는 다이오드(D), 통과된 서지 신호를 충전하는 서지 커패시터(C1), 충전된 서지 신호를 방전하는 저항(R)을 포함한다.
다이오드(D)는 스위치 회로의 스위치에 의해 발생하는 큰 피크치를 가지는 서지 신호를 통과시킨다. 서지 커패시터(C1)는 통과된 서지 신호를 충전한다. 저항(R)은 서지 신호가 없을 때 서지 커패시터(C1)에 충전된 서지 신호를 방전한다.
저주파 필터는 상용 전원의 잡음을 제거하는 전원 커패시터(C2), 잡음 제거된 상용 전원과 저주파 대역의 출력 신호를 통과시키는 인덕터(L), 출력 신호의 잡음을 제거하는 출력 커패시터(C3)를 포함한다.
전원 커패시터(C2)는 상용 전원에 포함된 잡음을 제거한다. 인덕터(L)는 잡음 제거된 상용 전원을 통과시키고 저주파 대역의 출력 신호를 통과시킨다. 출력 커패시터(C3)는 출력 신호의 잡음을 제거한다.
도 9는 도 6의 서지 방지 회로에 의해 서지 신호를 제한된 전압 레벨로 변환하는 예를 보인도이다.
서지 방지 회로(450)는 스위치 회로의 온오프 동작에 의해 발생하는 서지 신호(610)를 제한된 전압 레벨로 변환한다. 예를 들어, 900볼트의 피크를 갖는 서지 신호(610)가 서지 방지 회로(450)에 의해 310볼트의 피크를 갖는 서지 신호(620)로 변환된다.
서지 방지 회로(450)에 의해 낮아진 순간 전압은 내압이 낮은 스위치 회로가 사용될 수 있도록 한다.
도 10은 SMPS에서 발생하는 스위치 신호와 출력 전압의 파형을 보인 예시도이다.
SMPS에서 발생하는 스위치 신호(710)는 상용 전압의 피크치에서 순간 전압이 매우 높은 임펄스 신호를 나타낸다.
이러한 임펄스 신호는 출력 전압에 잡음을 야기하며 이러한 잡음(720)은 일반 가전기기에 나쁜 영향을 미친다. 예를 들어, 임펄스 신호와 잡음은 모터에 발열을 야기시켜 화재 위험에 노출될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치에서 발생하는 출력 전압의 파형을 보인 예시도이다.
SMPS에서 발생하는 출력 전압과는 다르게 본 발명의 전원 공급 장치에서의 출력 전압의 파형(810)은 상용 전압의 피크치에서 역방향으로 순간 전압이 낮은 값(820)을 가지는 특징을 나타낸다. 이러한 특징은 전원 공급 장치에서 PFC 회로가 없이도 PFC 효과를 나타낼 수 있다. 이로 인해 전원 공급 장치는 역률 94%의 값을 나타낼 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전압 컨트롤러에서 디지털로버스트 예측 제어와 종래 피드백 제어를 비교한 예시도이다.
피드백 제어는 제어 시간차가 맞지 않고 포인트가 맞지 않아 기준 전압에서 크게 오실레이션하는 출력 파형(910)을 나타낸다. 피드백 제어는 안정된 출력 파형(910)을 만들지 못한다.
또한, 피드백 제어 중 하나인 PID(proportional integral derivative) 제어(920)는 기준 전압으로 수렴하는데 긴 제어 시간을 필요로 함을 나타낸다. PID 제어의 한계이다.
전압 컨트롤러(420)에서 디지털로버스트 예측 제어는 기준 전압을 크게 넘지 않게 미리 예측하는 동작을 취해 기준 전압(VOUT)에서 상한(VH)과 하한(VL) 내로 고속 오실레이션하는 출력 파형(930)을 나타낸다. 디지털로버스트 예측 제어는 피드백 제어에 비해 출력 파형이 안정하도록 제어할 수 있다.
그리고 디지털로버스트 예측 제어(940)는 PID 제어에 비교해서 기준 전압으로 수렴하는데 짧은 제어 시간을 필요로 함을 나타낸다. 디지털로버스트 예측 제어는 짧은 제어 시간이 지나면 기준 전압으로 수렴할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
220: 스위치 회로
230: 필터
410: PWM 컨트롤러
420: 컨트롤러
430: 드라이버
450: 서지 방지 회로

Claims (9)

  1. PWM 신호에 응답하여 상기 PWM 신호의 진폭을 조절하고 진폭 조절된 PWM 신호를 출력하는 드라이버;
    상기 진폭 조절된 PWM 신호에 응답하여 입력 전압의 전송을 제어하는 스위치 회로;
    상기 스위치 회로의 출력 신호를 필터링하고 필터링 결과에 따라 출력 신호를 출력하는 필터; 및
    상기 출력 신호에 응답하여 상기 출력 신호가 기준 전압을 중심으로 일정 범위 내에서 오실레이션할 수 있도록 상기 PWM 신호를 출력하는 전압 컨트롤러를 포함하는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전압은 상용 전압인 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 회로는 MOSFET인 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 LC 저역 통과 필터인 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 C는 알루미늄 전해 커패시터인 전원 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    서지 전압으로부터 상기 스위치 회로를 보호하기 위한 서지 방지 회로를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 서지 방지 회로는,
    스위치 회로에 접속된 다이오드;
    입력 전압을 수신하는 입력 단자와 상기 다이오드 사이에 병렬로 접속된 제1저항과 제1커패시터;
    상기 입력 단자와 상기 스위치 회로 사이에 접속된 인덕터;
    상기 입력 단자와 접지 사이에 병렬로 접속된 제2저항과 제2커패시터; 및
    상기 스위치 회로와 상기 접지 사이에 접속된 제3커패시터를 포함하는 전원 공급 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    제어 PWM 신호에 응답하여 제어 전압을 생성하는 PWM 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 전압 컨트롤러는 상기 제어 전압에 응답하여 상기 기준 전압을 조절하는 전원 공급 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전압 컨트롤러는,
    상기 출력 신호와 상기 기준 전압에 기초하여 상기 출력 신호의 변동 방향을 예측하고 예측의 결과에 따라 상기 출력 신호가 상기 일정 범위 내에서 오실레이션할 수 있도록 상기 PWM 신호를 출력하는 전원 공급 장치.
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