KR101447598B1 - 복수 주파수 대역의 고조파를 제거할 수 있는 전원공급장치 - Google Patents

복수 주파수 대역의 고조파를 제거할 수 있는 전원공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 입력교류의 고조파를 효과적으로 제거하면서 동시에 역률을 개선하여 전력변환효율을 높일 수 있고, 정전류 및 정전압 출력에 고조파를 제거하여 정전류 및 정전압을 공급받는 외부 장치에 별도의 필터를 요구하지 않으며, 이상 전류 발생시 입력 측의 컨버터부 동작을 중단시켜 장치를 보호할 수 있는 전원공급장치에 관한 것이다.

Description

복수 주파수 대역의 고조파를 제거할 수 있는 전원공급장치{Switching mode power supply for reducing hamonics of multiple frequency band}
본 발명은 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 입력교류의 고조파를 효과적으로 제거하면서 동시에 역률을 개선하여 전력변환효율을 높일 수 있고, 정전류 및 정전압 출력에 고조파를 제거하여 정전류 및 정전압을 공급받는 외부 장치에 별도의 필터를 요구하지 않으며, 이상 전류 발생시 입력 측의 컨버터부 동작을 중단시켜 장치를 보호할 수 있는 전원공급장치에 관한 것이다.
전원공급장치는 전자기기의 구동에 필요한 전력을 공급해주는 장치로써 입력전원으로부터 필요한 출력전원을 생성하는 전력 회로이다.
출력방식에 따라 전압원 출력 전원공급장치와 전류원 출력 전원공급장치로 분류할 수 있으며 구동 회로 방식에 따라 전압제어형 전원공급장치와 전류제어형 전원공급장치로 구분될 수 있다.
일반적으로 전원공급장치는 전압원 또는 전류원을 각각 출력하므로 활용성이 낮은 문제가 있고 입력단에 고조파 노이즈를 효과적으로 제거하기 위해서는 용량이 큰 콘덴서를 사용하여야 하는데 이는 역률저하의 원인이 되므로 전력변환효율을 향상시키기 어려운 단점이 있다.
또한, 종래의 전원공급장치는 출력단에 정전압 또는 정전류에 포함된 고조파 노이즈를 제거하기 위한 장치가 없으므로 출력전원을 공급받는 케이블이나 회로소자에 노이즈 제거필터가 구비되어야 하는 불편함이 있다.
따라서 정전압 및 정전류를 각각 공급할 수 있고 역률저하 없이 입력단의 고조파를 효과적으로 제거할 수 있으며 출력단의 고조파를 제거할 수 있는 전원공급장치의 요구가 있다.
본 발명자들은 역률저하가 없이 입력단의 고조파를 효과적으로 제거할 수 있고, 고조파가 제거된 정전압 및 정전류를 각각 출력단으로 제공할 수 있으며, 출력측의 이상 전류 발생시 동작을 중지시켜 장치를 안전하게 보호하고자 연구 노력한 결과, 복수 개의 EMI필터를 이용하여 커패시터의 용량 증가 없이 넓은 대역의 고조파를 제거할 수 있고, 동시에 역률을 향상시킬 수 있으며, 고조파가 제거된 정전압 및 정전류를 제공하여 외부의 케이블이나 부하장치에 별도의 고조파필터를 요구하지 않고, 출력측에 이상 전류 발생시 입력측과 출력측을 절연하여 장치의 파손을 최소화할 수 있는 전원공급장치의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 EMI필터부의 커패시터 용량을 높이지 않고 넓은 대역의 고조파를 제거할 수 있고 동시에 역률을 향상시켜 전력변환효율이 높은 전원공급장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 정전압 및 정전류를 각각 제공하여 활용도가 높고, 출력되는 정전압 및 정전류에 포함된 고조파를 제거함으로써 외부에서 연결되는 케이블이나 부하장치에 별도의 고조파필터를 요구하지 않는 전원공급장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 출력측에 이상 전류 발생시 입력측의 동작을 중지시킴과 동시에 입력측과 출력측을 절연하여 장치의 파손을 최소화할 수 있는 전원공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력교류의 고조파를 제거하는 EMI(Electro magnetic interference)필터부; 상기 EMI필터부에서 필터링된 입력교류를 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 입력교류를 평활하여 입력직류로 변환하고 상기 입력직류의 흐름을 단속하여 입력전원을 공급하는 컨버터부; 상기 입력전원을 승압 또는 강압하여 출력전원을 출력하는 변압기부; 및 상기 변압기부의 출력전원을 정전류로 출력하는 정전류 출력부;를 포함하고, 상기 EMI필터부는 서로 직렬연결되는 복수 개의 EMI필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 EMI필터들은 서로 다른 주파수 대역의 고조파를 제거하며, 상기 EMI필터부는 복수의 주파수 대역의 고조파를 제거한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 변압기부는 일차측에 서로 분리되어 자기결합하는 제1 주 코일과 제1 보조 코일을 포함하고, 상기 컨버터부:는 상기 정류부에서 정류된 입력교류를 평활하여 상기 제1 주 코일로 전달하는 DC링크; 상기 DC링크와 접지단을 연결하며, 상기 제1 주 코일에 흐르는 전류를 단속하여 상기 입력전원을 형성하는 입력전원 형성용 스위치; 및 상기 제1 보조 코일과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제1 보조 코일에 의해 형성된 전원으로 동작하며, 상기 입력전원 형성용 스위치를 제어하여 상기 입력 전원의 크기 및 역률을 제어하는 제1 제어회로;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 정전류 출력부는 상기 변압기부의 출력전원을 평활하여 정전류 출력단으로 정전류를 출력하는 정전류 출력링크를 포함하며, 상기 정전류 출력링크의 전류를 측정하고, 측정된 전류 값에 따라 상기 정전류 출력링크의 저항값을 가변시켜 상기 정전류 출력링크의 전류가 정전류로 출력되게 하며, 상기 정전류 출력링크에 이상전류가 흐를 시에 상기 제1 제어회로의 동작을 중지시키는 출력조절 및 피드백 제어부;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 변압기부는 이차측에 서로 분리되어 자기결합하는 제2 주 코일과 제2 보조 코일을 포함하고, 상기 정전류 출력링크는 상기 제2 주 코일과 상기 정전류 출력단을 서로 연결하고, 상기 출력조절 및 피드백 제어부:는 상기 정전류 출력링크에 연결되어 전류를 측정하는 출력 측정용 저항; 상기 정전류 출력링크에 연결되며, 상기 정전류 출력링크의 저항값을 가변시켜 상기 정전류 출력링크의 전류 값이 조절되게 하는 출력조절용 가변 저항; 상기 제2 보조코일과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제2 보조코일의 전원으로 동작하며, 상기 출력 측정용 저항에서 측정된 전류 값을 피드백 받아 상기 출력조절용 가변 저항의 저항값이 가변하게 하여 상기 정전류 출력링크의 전류가 정전류로 유지되게 하는 제2 제어회로; 및 상기 출력 측정용 저항에서 측정된 전류 값과 비교 대상이 되는 기준 전압을 상기 제2 제어회로로 공급하는 제3 제어회로;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 제어회로와 상기 제1 제어회로 사이에 연결되며, 상기 정전류 출력링크에 과전류 발생시 상기 제2 제어회로의 제어신호에 의해 상기 제1 제어회로로 공급되는 전원을 차단함으로써 상기 컨버터부의 동작이 중지되게 하는 컨버터 동작 차단부;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 컨버터 동작 차단부는 상기 제1 제어회로와 상기 제2 제어회로를 절연하는 포토 커플러로 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 정전류 출력링크와 상기 정전류 출력단 사이에 연결되고 상기 정전류의 고조파를 제거하는 정전류 출력단 필터부;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 보조 코일의 전압을 스위칭하여 정전압 출력단으로 정전압을 출력하는 정전압 출력부;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 정전압 출력부는 상기 정전압 출력단의 전압을 피드백 받아 상기 정전압 출력단의 전압이 일정하게 유지되게 하는 제4 제어회로를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제4 제어회로는 상기 제2 보조 코일의 전압을 강압하여 정전압을 출력하는 스텝-다운 레귤레이터(Step-Down Regulators)로 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제4 제어회로와 상기 정전압 출력단 사이에 구비되고 상기 정전압 출력단으로 출력되는 정전압의 고조파를 제거하는 정전압 출력단 필터부;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 정전류 출력부는 상기 정전류 출력링크에 구비되고, 상기 정전류 출력링크에 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하는 제1 환류 다이오드를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 출력조절 및 피드백 제어부는 상기 제2 보조코일과 상기 제2 제어회로 사이에 연결되고, 상기 제2 보조코일에 흐르는 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하는 제2 환류 다이오드를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 출력조절 및 피드백 제어부는 상기 컨버터 동작 차단부와 상기 제2 제어회로 사이에 연결되고, 상기 컨버터 동작 차단부의 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하는 제3 환류 다이오드를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 정전압 출력부는 상기 제2 보조 코일과 상기 제4 제어회로 사이에 연결되고, 상기 제2 보조코일에 흐르는 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하는 제4 환류 다이오드를 더 포함한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 전원공급장치에 의하면 EMI필터부를 서로 다른 주파수 대역의 고조파를 제거하는 복수 개의 EMI필터로 구성하여 커패시터 용량을 높이지 않고 넓은 대역의 고조파를 제거할 수 있고 커패시터의 용량이 커지지 않으므로 역률을 향상시킬 수 있어 전체적인 전력변환효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전원공급장치에 의하면, 정전압 및 정전류를 각각 제공할 수 있으므로 활용도가 높고, 출력되는 정전압 및 정전류에 포함된 고조파를 제거함으로써 외부에서 연결되는 케이블이나 부하장치에 별도의 고조파필터를 요구하지 않아 외부장치와의 호환성이 뛰어난 장점이 있다.
또한, 본 발명의 전원공급장치에 의하면, 출력측에 이상 전류 발생시 포토 커플러를 이용하여 입력측의 동작을 즉시 중지시킴과 동시에 입력측과 출력측을 절연할 수 있으므로 장치의 파손을 최소화하고 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 전원공급장치에 의하면, 제어를 위한 제어부의 동작전원과 입력 또는 출력을 위한 DC링크 및 정전류 출력 링크를 서로 절연하여 분리할 수 있으므로 링크계통에 이상이 발생하더라도 제어부를 안전하게 보호할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치의 회로도,
도 2는 종래의 전원공급장치의 입력단 고조파를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치의 입력단 고조파를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치의 출력단 고조파를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(100)는 계통의 입력교류를 정전압 및 정전류의 직류 출력전원으로 변환하여 부하장치로 공급하는 전원공급장치이다.
또한, 상기 전원공급장치(100)는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS:switching mode power supply)라고도 불리우며, 입력 교류를 부하장치가 필요한 크기의 전원으로 변환하여 출력하는 모듈형의 전원공급장치이다.
예를 들면, 상기 전원공급장치(100)는 LED램프 구동용 전원공급장치일 수 있다.
상기 전원공급장치(100)는 EMI필터부(110), 정류부(120), 컨버터부(130), 변압기부(140) 및 정전류 출력부(150)을 포함하여 이루어진다.
상기 EMI필터부(110)는 계통에서 입력되는 입력교류의 고조파를 제거하는 역할을 한다.
또한, 상기 EMI필터부(110)는 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 EMI필터들(111,112,113,114)을 포함하여 이루어진다.
그러나, 상기 각 EMI필터들(111,112,113,114)에 포함되는 커패시터들은 서로 병렬로 연결되는 형태이다.
또한, 도 1에서는 상기 EMI필터들(111,112,113,114)이 각각 두 개의 인덕터와 하나의 커패시터로 구성되는 평형 L형 필터로 도시하였으나, 하나의 인덕터와 하나의 커패시터로 구성되는 L형 필터, 직렬로 연결된 두 개의 인덕터 사이에 하나의 커패시터가 연결되는 T형 필터, 상기 T형 필터가 복수 개 연결되는 평형 다중 T형 필터, 하나의 인덕터 양단에 커패시터가 각각 연결되는 π형 필터, 상기 π형 필터가 복수 개 연결되는 평형 다중 π형 필터로 구성될 수 있으며, 상기 필터들 중, 적어도 두 개의 필터의 조합으로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 EMI필터들(111,112,113,114)은 각각 서로 다른 주파수 대역의 고조파를 제거할 수 있다.
즉, 상기 EMI필터부(110)는 복수의 주파수 대역의 고조파를 제거할 수 있으며 이는 광범위한 대역의 고조파를 제거할 수 있음을 의미한다.
도 2는 종래에 하나의 EMI필터를 이용하여 필터링된 입력교류의 고조파를 시뮬레이션한 파형이다.
여기서 'a'는 고조파의 최대허용레벨을 의미하고 'b'는 고조파의 평균허용레벨을 의미한다.
도 2에서도 알 수 있듯이 하나의 EMI필터를 이용할 경우 50kHz에서 100kHz 대역의 고조파(c)는 최대 및 평균허용치 이하가 되도록 필터링할 수 있으나, 1Hz 근처의 고조파(d)는 최대 및 평균허용치 이하로 필터링할 수 없는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 커패시터의 용량을 크게 하여 전체 주파수 대역에서 고조파가 최대 및 평균허용치 이하가 되도록 필터링하는 방법을 사용하였다.
그러나 이러한 종래의 필터링 방법은 커패시터의 용량이 매우 커지기 때문에 전압 전류의 위상차가 커져 입력 역률이 저하되므로 장치 전체의 전력변환효율이 낮아지는 문제가 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 복수 개의 EMI필터들(111,112,113,114)을 이용하여 필터링된 입력교류의 고조파를 시뮬레이션한 파형이다.
도 3에서도 알 수 있듯이 전체 주파수 대역에서 고조파가 최대 및 평균허용치 이하로 필터링되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 EMI필터부는 각 EMI필터(111,112,113,114)의 커패서터가 서로 병렬로 연결되어 전류를 분산하므로 커패시터용량을 증가시키지 않고도 전체 주파수 대역에서 고조파를 제거할 수 있으므로 입력 역률의 저하를 방지하여 장치 전체의 전력변환효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
상기 정류부(120)는 상기 EMI필터부(110)에서 필터링된 입력교류를 정류한다.
바람직하게는 상기 정류부(120)는 상기 입력교류를 전파정류할 수 있는 브릿지 다이오드로 구성된다.
상기 컨버터부(130)는 상기 정류부(120)에서 정류된 입력교류를 평활하여 입력직류로 변환하고 상기 입력 직류의 흐름을 단속하여 아래에서 설명할 변압기부(140)의 입력측 코일로 공급함으로써 상기 변압기부(140)의 입력측에 입력전원이 형성되게 한다.
또한, 상기 컨버터부(130)는 상기 정류부(120)에서 정류된 입력교류를 평활하여 상기 변압기부(140)의 일차측 코일 중, 제1 주 코일(141)로 전달하는 DC링크(131), 상기 DC링크(131)와 접지단을 서로 연결하며, 상기 제1 주 코일(141)에 흐르는 전류를 단속하여 상기 입력전원의 크기를 조절하는 입력전원 형성용 스위치(132) 및 상기 변압기부(140)의 일차측 코일 중, 제1 보조 코일(142)과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제1 보조 코일(142)에 의해 형성된 전원으로 동작하며, 상기 입력전원 형성용 스위치(132)의 온/오프를 제어함으로써 상기 입력전원의 크기 및 역률을 제어하는 제1 제어회로(133)를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 상기 제1 제어회로(133)를 역률 보정용 IC인 'L6562D' IC를 사용하였다.
상기 변압기부(140)는 상기 컨버터부(130)에서 형성된 입력전원을 승압 또는 강압하여 이차측으로 출력전원을 출력한다.
또한, 상기 변압기부(140)는 일차측에 서로 분리되며 하나의 코어를 통해 자기결합하는 제1 주 코일(141) 및 제1 보조 코일(142)를 포함한다.
즉, 상기 제1 주 코일(141) 및 제1 보조 코일(142)은 서로 절연된 형태이므로 상기 제1 주 코일(141)에 이상발생시 상기 제1 보조 코일(142)에 연결되는 제1 제어회로(133)를 보호할 수 있다.
또한, 상기 변압기부(140)의 이차측에는 일차측과 마찬가지로 서로 분리되며 하나의 코어를 통해 자기결합하는 제2 주 코일(143) 및 제2 보조 코일(144)를 포함한다.
상기 정전류 출력부(150)는 상기 변압기부(140)의 제2 주 코일(143)과 연결되며 출력전원을 정전류로 출력한다.
또한, 상기 정전류 출력부(150)는 상기 제2 주 코일(143)과 정전류 출력단(150a) 사이를 연결하는 정전류 출력링크(151)를 포함한다.
또한, 상기 정전류 출력부(150)는 상기 정전류 출력링크(151)에 구비되고 상기 정전류 출력링크(151)에 흐르는 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하기 위한 제1 환류 다이오드(152)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(100)에 의하면 커패시터의 용량을 증대시키지 않고도 복수의 주파수 대역의 고조파를 제거할 수 있고, 동시에 역률을 향상시킬 수 있어 전력변환효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(100)는 상기 정전류 출력링크(151)의 전류를 측정하고, 측정된 전류 값에 따라 상기 정전류 출력링크(151)의 저항 값이 가변되게 함으로써, 상기 정전류 출력단(150a)으로 정전류가 출력되게 하는 출력조절 및 피드백 제어부(160)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력조절 및 피드백 제어부(160)는 상기 정전류 출력링크(151)에 이상전류 발생시 상기 컨버터부(130)의 제1 제어회로(133)의 동작을 정지시킴으로써 입력측을 보호할 수 있는 기능을 한다.
또한, 상기 출력조절 및 피드백 제어부(160)는 상기 정전류 출력링크(151)에 연결되어 전류를 측정하는 출력 측정용 저항(161), 상기 정전류 출력링크(151)와 연결되며, 상기 정전류 출력링크(151)의 저항값을 가변시켜 상기 정전류 출력링크(151)의 전류가 정전류로 유지되게 하는 출력조절용 가변저항(162), 상기 제2 보조코일(144)과 접지단 사이에 연결되고 상기 제2 보조 코일(144)의 전원으로 동작하며, 상기 출력 측정용 저항(161)에서 측정된 전류 값을 피드백 받아 상기 출력 조절용 가변 저항(162)의 저항값을 가변함으로써 상기 정전류 출력링크(151)의 전류가 정전류로 유지되게 하는 제2 제어회로(163) 및 상기 출력 측정용 저항에서 측정된 전류 값과 비교 대상이 되는 기준 전압을 상기 제2 제어회로(163)로 공급하는 제3 제어회로(164)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 출력조절 및 피드백 제어부(160)는 상기 정전류 출력링크(151)의 전류가 정전류로 유지되게 하는 역할을 하며, 작동전원을 입력받는 제2 보조 코일(144)이 상기 정전류 출력링크(151)가 연결된 제2 보조 코일(143)과 절연되어 있으므로 상기 제2 보조 코일(143)에 이상 발생시 상기 제2 및 상기 제2 제어회로(163,164)의 소손을 방지할 수 있다.
또한, 상기 출력조절 및 피드백 제어부(160)는 상기 제2 보조코일(144)과 상기 제2 제어회로(163) 사이에 연결되고, 상기 제2 보조코일에 흐르는 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하여 상기 제2 제어회로(163) 내부의 스위칭소자를 보호할 수 있는 제2 환류 다이오드(165)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력조절 및 피드백 제어부(160)는 아래에서 설명할 컨버터 동작 차단부(170)와 상기 제2 제어회로(163) 사이에 연결되고, 상기 컨버터 동작 차단부(170)의 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하여 상기 제2 제어회로(163) 내부의 스위칭소자를 보호할 수 있는 제3 환류 다이오드(166)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(100)는 상기 제2 제어회로(163)와 상기 제1 제어회로(133) 사이에 연결되며, 상기 정전류 출력링크(151)에 과전류 발생시 상기 제2 제어회로(163)의 제어신호에 의해 상기 제1 보조 코일(142)에서 상기 제1 제어회로(133)로 공급되는 전원을 차단함으로써 상기 컨버터부(130)의 동작이 정지되게 하는 컨버터 동작 차단부(170)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨버터 동작 차단부(170)는 상기 컨버터부(130)와 상기 출력조절 및 피드백 제어부(160)가 서로 절연되도록 포토 커플러로 구성되는 것이 바람직하다.
더욱 자세하게는, 상기 포토 커플러의 일 측은 상기 제1 제어회로(133)의 동작전원 입력단과 출력단 사이를 연결하고, 타 측은 상기 제2 제어회로(163)의 동작전원 입력단과 출력단 사이를 연결한다.
즉, 상기 제2 제어회로(163)의 동작전원 입력단과 출력단 사이가 이상 전류에 의해 오픈될 경우, 상기 포토 커플러의 타측에 전류가 흐르지 않게 되고 상기 포토 커플러의 일측도 오픈되어 상기 제1 제어회로(133)의 동작이 정지되게 된다.
따라서, 상기 정전류 출력부(150)에 이상발생시 즉시 상기 컨버터부(130)의 동작이 정지되게 하여 장치의 소손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(100)는 상기 정전류 출력부(150)와 정전류 출력단(150a) 사이에 구비되고 상기 정전류 출력링크(151)에 흐르는 정전류의 고조파를 제거하는 정전류 출력단 필터부(150b)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 정전류 출력단 필터부(150b)를 하나의 코어에 자기 결합하는 두 개의 코일로 이루어지는 라인필터로 구성하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(100)의 정전류 고조파를 시뮬레이션한 도면이다.
여기서 'e'는 옥내용 전원공급장치의 출력 고조파 최대허용레벨을 의미하고 'f'는 옥외용 전원공급장치의 출력 고조파의 최대허용레벨을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 다른 전원공급장치(100)는 옥외용으로 제작되었으므로 출력 고조파가 최대 허용레벨 이하로 만족되고 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 정전류 출력단(150a)에 연결되는 외부 케이블이나 부하장치에 별도로 고조파 제거를 위한 노이즈 필터가 요구되지 않으므로 호환성이 좋은 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(100)는 상기 제2 보조 코일(144)의 전원을 스위칭하여 정전압 출력단(180a)으로 정전압을 출력하는 정전압 출력부(180)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 정전압 출력부(180)는 상기 정전압 출력단(180a)으로 출력되는 전압을 피드백 받아 상기 정전압 출력단(180a)으로 출력되는 전압이 일정한 정전압으로 유지되게 하는 제4 제어회로(181) 및 상기 제4 제어회로(181)와 상기 제2 보조 코일(144) 사이에 연결되고 상기 제2 보조코일(144)에 흐르는 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압이 상기 제4 제어회로(181)로 유입되지 않고 환류되게 하는 제4 환류 다이오드(182)을 포함한다.
또한, 상기 제4 제어회로(181)는 상기 제2 보조 코일(144)의 전압을 강합하여 정전압으로 출력하는 스텝-다운 레귤레이터(Step-Down Regulators)로 구성된다.
본 발명에서는 상기 스텝-다운 레귤레이터를 'MC34063' IC로 구성하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치(100)는 상기 제4 제어회로(181)와 상기 정전압 출력단(180a) 사이에 정전압에 포함된 고조파를 제거하는 정전압 출력단 필터부(180a)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 전원공급장치(100)에 의하면 정전류 및 정전압을 각각 제공할 수 있으므로 활용도가 높은 장점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:전원공급장치 110:EMI필터부
111,112,113,114:EMI필터 120:정류부
130:컨버터부 131:DC링크
132:입력전원 형성용 스위치 133:제1 제어회로
140:변압기부 141:제1 주 코일
142:제1 보조 코일 143:제2 주 코일
144:제2 보조 코일 150:정전류 출력부
150a;정전류 출력단 150b:정전류 출력단 필터부
151:정전류 출력링크 152:제1 환류 다이오드
160:출력조절 및 피드백 제어부 161:출력 측정용 저항
162:출력 조절용 가변저항 163:제2 제어회로
164:제3 제어회로 165:제2 환류 다이오드
166:제3 환류 다이오드 170:컨버터 동작 차단부
180:정전압 출력부 180a:정전압 출력단
180b:정잔압 출력단 필터부 181:제4 제어회로
182:제4 환류 다이오드

Claims (16)

  1. 입력교류의 고조파를 제거하는 EMI(Electro magnetic interference)필터부;
    상기 EMI필터부에서 필터링된 입력교류를 정류하는 정류부;
    상기 정류부에서 정류된 입력교류를 평활하여 입력직류로 변환하고 상기 입력직류의 흐름을 단속하여 입력전원을 공급하는 컨버터부;
    상기 입력전원을 승압 또는 강압하여 출력전원을 출력하는 변압기부; 및
    상기 변압기부의 출력전원을 정전류로 출력하는 정전류 출력부;를 포함하고,
    상기 EMI필터부는 서로 직렬연결되는 복수 개의 EMI필터를 포함하고,
    상기 변압기부는 일차측에 서로 분리되어 자기결합하는 제1 주 코일과 제1 보조 코일을 포함하고, 이차측에 서로 분리되어 자기결합하는 제2 주 코일과 제2 보조 코일을 더 포함하고,
    상기 컨버터부는 상기 정류부에서 정류된 입력교류를 평활하여 상기 제1 주 코일로 전달하는 DC링크;
    상기 DC링크와 접지단을 연결하며, 상기 제1 주 코일에 흐르는 전류를 단속하여 상기 입력전원을 형성하는 입력전원 형성용 스위치; 및
    상기 제1 보조 코일과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제1 보조 코일에 의해 형성된 전원으로 동작하며, 상기 입력전원 형성용 스위치를 제어하여 상기 입력 전원의 크기 및 역률을 제어하는 제1 제어회로를 포함하고,
    상기 정전류 출력부는 상기 변압기부의 출력전원을 평활하여 정전류 출력단으로 정전류를 출력하는 정전류 출력링크를 포함하며,
    상기 정전류 출력링크의 전류를 측정하고, 측정된 전류 값에 따라 상기 정전류 출력링크의 저항값을 가변시켜 상기 정전류 출력링크의 전류가 정전류로 출력되게 하며, 상기 정전류 출력링크에 이상전류가 흐를 시에 상기 제1 제어회로의 동작을 중지시키는 출력조절 및 피드백 제어부를 포함하고,
    상기 정전류 출력링크는 상기 제2 주 코일과 상기 정전류 출력단을 서로 연결하고,
    상기 출력조절 및 피드백 제어부:는
    상기 정전류 출력링크에 연결되어 전류를 측정하는 출력 측정용 저항;
    상기 정전류 출력링크에 연결되며, 상기 정전류 출력링크의 저항값을 가변시켜 상기 정전류 출력링크의 전류 값이 조절되게 하는 출력조절용 가변 저항;
    상기 제2 보조코일과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제2 보조코일의 전원으로 동작하며, 상기 출력 측정용 저항에서 측정된 전류 값을 피드백 받아 상기 출력조절용 가변 저항의 저항값이 가변하게 하여 상기 정전류 출력링크의 전류가 정전류로 유지되게 하는 제2 제어회로; 및
    상기 출력 측정용 저항에서 측정된 전류 값과 비교 대상이 되는 기준 전압을 상기 제2 제어회로로 공급하는 제3 제어회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 EMI필터들은 서로 다른 주파수 대역의 고조파를 제거하며,
    상기 EMI필터부는 복수의 주파수 대역의 고조파를 제거하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 제어회로와 상기 제1 제어회로 사이에 연결되며, 상기 정전류 출력링크에 과전류 발생시 상기 제2 제어회로의 제어신호에 의해 상기 제1 제어회로로 공급되는 전원을 차단함으로써 상기 컨버터부의 동작이 중지되게 하는 컨버터 동작 차단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컨버터 동작 차단부는 상기 제1 제어회로와 상기 제2 제어회로를 절연하는 포토 커플러로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전류 출력링크와 상기 정전류 출력단 사이에 연결되고 상기 정전류의 고조파를 제거하는 정전류 출력단 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 보조 코일의 전압을 스위칭하여 정전압 출력단으로 정전압을 출력하는 정전압 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 정전압 출력부는 상기 정전압 출력단의 전압을 피드백 받아 상기 정전압 출력단의 전압이 일정하게 유지되게 하는 제4 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제4 제어회로는 상기 제2 보조 코일의 전압을 강압하여 정전압을 출력하는 스텝-다운 레귤레이터(Step-Down Regulators)인 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제4 제어회로와 상기 정전압 출력단 사이에 구비되고 상기 정전압 출력단으로 출력되는 정전압의 고조파를 제거하는 정전압 출력단 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전류 출력부는 상기 정전류 출력링크에 구비되고, 상기 정전류 출력링크에 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하는 제1 환류 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력조절 및 피드백 제어부는 상기 제2 보조코일과 상기 제2 제어회로 사이에 연결되고, 상기 제2 보조코일에 흐르는 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하는 제2 환류 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 출력조절 및 피드백 제어부는 상기 컨버터 동작 차단부와 상기 제2 제어회로 사이에 연결되고, 상기 컨버터 동작 차단부의 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하는 제3 환류 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 정전압 출력부는 상기 제2 보조 코일과 상기 제4 제어회로 사이에 연결되고, 상기 제2 보조코일에 흐르는 전류가 불연속이 될 때, 역기전력에 의한 임펄스 전압의 발생을 방지하는 제4 환류 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
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