KR101493520B1 - Dual output SMPS Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에스엠피에스(SMPS:Switching Mode Power Supply) 장치에 관한 것으로서, 특히 동기정류기를 이용함으로써 정전압 레귤레이터(regulator)의 추가 없이 이중출력 전압의 안정화를 도모하고 출력효율을 향상시키는 이중출력 SMPS 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
통상적으로 SMPS는 컴퓨터 시스템에 전원을 공급하는 전원장치의 한 방식으로 스위칭 회로를 이용한 전원공급장치를 말하는데, 기존에 사용하던 리니어 방식의 전원공급장치에 비해 효율이 높고 내구성이 강하며 소형, 경량화에 유리하다.Generally, SMPS refers to a power supply using a switching circuit as one type of power supply for supplying power to a computer system. It is more efficient and durable than a conventional linear power supply, and is small and lightweight It is advantageous.
이러한 SMPS는 산업용 뿐만 아니라 생활 가전 제품에도 적용되고 있다. 생활 가전 제품은 SMPS의 표준화를 위해 플라이백(flyback) 방식의 이중출력 SMPS 장치를 적용하고 있다.These SMPSs are applied not only for industrial use but also for home appliances. In household appliances, a flyback type dual output SMPS device is applied for SMPS standardization.
도 1은 종래기술에 따른 이중출력 SMPS 회로도이다.1 is a schematic diagram of a dual output SMPS according to the prior art.
도 1을 참조하면, 종래의 이중출력 SMPS 회로(10)에서 입력 직류전압(Vin)은 스위칭소자(Q)의 스위칭동작에 의해 트랜스포머(PT)의 1차측으로 공급된다. 스위칭소자(Q)는 2차측의 제1 출력전압(Vo1)에 따라 스위칭제어부(11)에 의해 스위칭동작을 수행하는데 입력 직류전압(Vin)을 시분할하여 구형교류로 변환시킨다.Referring to FIG. 1, in the conventional dual
이에 트랜스포머(PT)의 1차측에 직류전압이 인가되면 2차측의 제1 출력단과 제2 출력단에는 그 각각의 권선비에 비례하는 교류전압이 각각 유기된다. 이처럼 유기된 각 교류전압은 정류수단(D1 또는 D2)과 평활수단(C1 또는 C2)에 의해 직류전압(Vo1,Vo2)으로 변환된다. 2차측의 제1 출력단의 출력전압(Vo1)은 스위칭제어부(11)에서 검출되고 그 검출된 값에 대응하는 스위칭제어신호가 스위칭소자(Q)로 피드백되어 스위칭시 듀티비(duty ratio)를 조절하게 된다. 도면에는 스위칭제어부(11)가 2차측의 제1 출력단에 연결된 예를 기재하고 있으나 제2 출력단에도 연결될 수도 있다. 또한 다른 실시 예에서는 스위칭제어부(11)가 2차측의 제1 및 제2 출력단에 동시에 연결되어 스위칭소자(Q)로 제어신호를 피드백할 수도 있다.When a DC voltage is applied to the primary side of the transformer (PT), an AC voltage proportional to the respective turns ratio is induced in the first and second output terminals of the secondary side, respectively. Each of the alternating-current voltages thus induced is converted into direct-current voltages Vo1 and Vo2 by the rectifying means D1 or D2 and the smoothing means C1 or C2. The output voltage Vo1 of the first output terminal of the secondary side is detected by the
이러한 종래의 이중출력 SMPS 회로(10)는 저전력 부하에 적용시 소자수가 적고 간단한 구조를 가지므로 원가를 최소화할 수 있다. 반면 두 출력 중 한쪽 출력의 제어시 다른 출력이 변동하는 크로스 레귤레이션(cross regulation) 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위하여 정전압 레귤레이터(regulator) 또는 DC/DC 컨버터(미도시) 등이 반드시 필요하다.This conventional dual
이러한 종래기술에서는 레귤레이터를 추가함에 따라 회로의 효율이 저감되고 2차측의 제1,2 출력단에 출력되는 각 출력전압(Vout1,Vout2)의 용량에 따라 레귤레이터의 표준화 방안의 수립이 어려우며 소자나 회로의 추가설치에 따른 비용이 증가하는 문제점이 있다.In this prior art, the efficiency of the circuit is reduced by adding a regulator, and it is difficult to establish a standardization method of the regulator according to the capacity of the output voltages (Vout1, Vout2) outputted to the first and second output terminals of the secondary side. There is a problem that the cost of additional installation increases.
또한, 이러한 종래기술에서는 하나의 피드백 제어부를 이용하므로 두 출력단을 독립적으로 제어하기 어려우며 이로써 SMPS 효율을 높이는데 한계가 있다.In addition, in this conventional technique, since one feedback control unit is used, it is difficult to independently control two output stages, thereby limiting the efficiency of the SMPS.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 이중출력 SMPS 장치에서 2차측의 제1 및 제2 출력단을 서로 독립적으로 제어함으로써 제1,2 출력단 모두 정전압 출력을 유지할 수 있도록 하는 이중출력 SMPS 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a dual output SMPS device capable of maintaining a constant voltage output at both the first and second output stages by independently controlling the first and second output terminals of the secondary side A dual output SMPS device is provided.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중출력 SMPS 장치는,According to an aspect of the present invention, there is provided a dual output SMPS device including:
제1스위칭소자의 스위칭에 의해 1차측에 직류가 입력되고 권선비에 비례하는 교류가 유기되도록 2차측에 제1출력단 및 제2출력단을 갖는 트랜스포머; 상기 2차측의 제1출력단에서 출력된 전압을 검출하고 상기 출력전압에 따라 상기 제1스위칭소자의 스위칭을 제어하는 제1스위칭제어부; 상기 2차측의 제2출력단에 유기된 교류를 스위칭하는 제2스위칭소자; 및 상기 제2출력단에서 출력되는 전압을 검출하고 상기 출력전압에 따라 상기 제2스위칭소자의 스위칭을 제어하는 제2스위칭제어부; 를 포함하고, 상기 제2스위칭소자가 온(on)되면, 상기 제2출력단의 전류는 상기 제2출력단의 듀티비(duty ratio)가 완료될 때까지 음의 방향으로 감소하여 그 평균값이 감소되고 상기 감소된 평균값으로 상기 제2출력단의 출력전압이 유지되도록 한다.A transformer having a first output terminal and a second output terminal on the secondary side so that a direct current is inputted to the primary side by switching of the first switching element and an alternating current proportional to the winding ratio is induced; A first switching control unit for detecting a voltage output from the first output terminal of the secondary side and controlling switching of the first switching device according to the output voltage; A second switching device for switching an alternating current induced in a second output terminal of the secondary side; And a second switching controller for detecting a voltage output from the second output terminal and controlling switching of the second switching element according to the output voltage. When the second switching element is turned on, the current of the second output terminal decreases in the negative direction until the duty ratio of the second output terminal is completed, and the average value thereof is decreased And the output voltage of the second output terminal is maintained to be the reduced average value.
본 발명에서, 상기 제2스위칭소자에 역방향으로 병렬연결된 다이오드를 더 포함한다.In the present invention, it further includes a diode connected in parallel to the second switching element in the reverse direction.
본 발명에서, 상기 제1스위칭소자가 오프(off)되면 상기 제2스위칭소자가 온(on)된다.In the present invention, when the first switching element is off, the second switching element is turned on.
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본 발명에 의하면 종래기술에 비해 크로스 레귤레이션(cross regulation)의 문제를 해결하기 위해 추가적인 정전압 레귤레이터(regulator)를 추가하지 않고도 이중출력의 출력전압의 안정화 및 정전압 출력이 가능하다.According to the present invention, it is possible to stabilize the output voltage of the dual output and to output the constant voltage without adding an additional constant voltage regulator to solve the problem of cross regulation as compared with the conventional technology.
또한, 본 발명에 의하면 2차측의 제1 및 제2 출력단을 서로 독립적으로 정전압 출력을 구현하므로 종래에 비해 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, since the first and second output terminals of the secondary side independently perform a constant voltage output, the efficiency can be improved as compared with the prior art.
도 1은 종래의 이중출력 SMPS 장치의 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 이중출력 SMPS 장치의 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 이중출력 SMPS 장치의 동작원리를 나타낸 파형도.
도 4는 입력전압의 변화에 따른 종래기술과 본 발명에 따른 이중출력 SMPS 장치에서 출력전압의 시뮬레이션 파형도.1 is a circuit diagram of a conventional dual output SMPS device.
2 is a circuit diagram of a dual output SMPS device in accordance with the present invention;
3 is a waveform diagram showing the operation principle of a dual output SMPS device according to the present invention;
4 is a simulation waveform diagram of an output voltage in a dual output SMPS device according to the prior art and the present invention according to a change in input voltage.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
우선, 종래기술과 동일한 구성에 대한 반복적인 설명은 생략하고, 종래기술과 동일한 구성에 대하여 동일한 도면 부호를 사용한다.First, repetitive explanations of the same components as those of the prior art are omitted, and the same reference numerals are used for the same configurations as those of the prior art.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이중출력 SMPS 장치의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a dual output SMPS device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이중출력 SMPS 장치(100)는 이중출력을 갖는 트랜스포머(PT)를 포함한다. 이러한 트랜스포머(PT)의 1차측에는 제1 스위칭소자(Q)의 스위칭 동작에 의해 직류전압(Vin)이 입력된다. 이에 각각의 권선비에 따라 2차측의 제1 출력단 및 제2 출력단에는 교류가 유기된다. 이와 같이 트랜스포머(PT)의 1차측에서 2차측으로 전송되는 에너지의 양은 2차측의 제1 출력단으로 전송되는 에너지의 양에 의존하기 때문에 트랜스포머(PT)에서 2차측 제1 출력단에 제1 스위칭제어부(110)가 연결되도록 구성된다.Referring to FIG. 2, a dual
이러한 제1 스위칭제어부(110)는 2차측의 제1 출력단으로부터 출력되는 출력전압(Vo1)을 검출하고 그 출력전압(Vo1)에 따라 제1 스위칭소자(Q)의 스위칭동작을 제어하도록 한다. 구체적으로, 제1 스위칭제어부(110)는 2차측의 제1 출력단에 연결된 부하를 검출한 결과 2차측의 제1 출력단의 부하가 감소한 경우 2차측의 제2 출력단의 전압이 상승하는 것을 방지하기 위하여 제1 스위칭제어부(110)는 제1 스위칭소자(Q)의 듀티비(duty ratio)이 감소되도록 스위칭 제어신호를 출력하여 2차측의 제2 출력단이 정전압 출력(Vo2)을 유지할 수 있도록 한다. The first
반대로, 제1 스위칭제어부(110)는 2차측의 제1 출력단의 출력전압(Vo1)이 상승한 경우 2차측 제2 출력단의 출력전압(Vo2)이 감소하는 것을 방지하기 위해 제1 스위칭제어부(110)는 제1 스위칭소자(Q)의 듀티비(duty ratio)가 증가되도록 스위칭제어신호를 출력하여 2차측의 제2 출력단의 출력전압(Vo2)이 정전압 출력을 유지할 수 있도록 할 수 있게 된다.The first
또한, 본 발명에 따른 이중출력 SMPS 장치(100)는 트랜스포머(PT)의 2차측의 제2 출력단에는 권선비에 따라 유기된 교류를 스위칭하기 위한 제2 스위칭소자(Q')를 포함한다. 이러한 제2 스위칭소자(Q')는 스위칭 동작을 통해 제2 출력단에 교류전류가 도통되도록 한다. 제1,2 스위칭소자(Q,Q')는 예컨대 mosfet switch로 구현될 수 있다.In addition, the dual
또한, 본 발명의 이중출력 SMPS 장치(100)는 2차측의 제2 출력단으로부터 출력되는 출력전압(Vo2)을 검출하고 그 검출된 출력전압(Vo2)에 따라 제2 스위칭소자(Q')의 스위칭동작을 제어하는 제2 스위칭제어부(120)를 포함한다. 따라서 2개의 독립된 스위칭제어부(110,1250)가 각각 하나씩 각 출력단에 연결되어 스위칭 제어를 수행한다. 이러한 제2 스위칭제어부(120)는 2차측의 제2 출력단의 부하를 검출한 결과 2차측 제2 출력단의 부하가 감소하는 것을 방지하기 위해 제2 스위칭소자(Q')의 듀티비(duty ration)이 감소되도록 제어신호를 출력하여 2차측 제2 출력단이 정전압 출력을 유지할 수 있도록 한다.In addition, the dual
이때, 본 실시 예에서 제2 스위칭소자(Q')에는 제2 출력단에 교류를 역방향으로 도통시키도록 제2 스위칭소자(Q')에 역방향으로 병렬연결된 다이오드(D)를 포함한다. 이러한 제2 스위칭소자(Q')는 제1 스위칭소자(Q)가 오프될 때 온된다.In this case, the second switching device Q 'in this embodiment includes a diode D connected in parallel to the second switching device Q' in the reverse direction so as to conduct the alternating current to the second output terminal in the reverse direction. The second switching element Q 'is turned on when the first switching element Q is turned off.
나아가, 본 실시 예에서, 제1 및 제2 스위칭제어부(110,120)는, 각각 제1 및 제2 출력단의 출력전압(Vo1,Vo2)과 기설정된 기준전압을 비교하는 비교부(미도시) 및 그 비교부의 비교결과에 따라 소정의 PWM 신호를 출력하는 PWM모듈(미도시)을 포함한다. 이러한 제1 및 제2 스위칭제어부(110,120)는 각 출력단의 출력전압과 기준전압에 따라 각각 제1 및 제2 스위칭소자(Q.Q')의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM 신호를 출력함으로써 각 출력단에 일정한 정전압의 출력전압(Vo1,Vo2)이 유지되도록 한다.Furthermore, in this embodiment, the first and
도 3은 본 발명에 따른 이중출력 SMPS 장치의 동작을 나타낸 파형도이다.3 is a waveform diagram illustrating the operation of a dual output SMPS device in accordance with the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 이중출력 SMPS 장치(100)는 DCM(Discontiuous Conduction Mode)으로 작동함을 가정한다. 모드별 동작원리는 풀 부하일 때는 종래의 DCM 이중출력 SMPS 장치와 동일하지만 제2 출력단의 부하가 낮아질수록 제2 출력단의 듀티비(duty ratio)가 증가하면서 기존의 제1,2모드(t0~t1,t1~t2)에서 새로운 3개의 모드(t2~t3,t3~t4,t4~t5)로 변경된다. 이처럼 변경된 모드중 제3모드(t2~t3)는 제2 출력단의 부하가 낮아지며 증가한 만큼의 듀티비(duty ratio)에 대응된다.Referring to FIG. 3, it is assumed that the dual
도 3과 같이, 제1 스위칭소자(Q)가 t0~t1에 온(on)되고 t1에서 오프(off)될 때 t1~t3 동안 제2 스위칭소자(Q')가 온(on)된다. 이때, 제3 모드(t2~t3)가 시작된다. 제3 모드(t2~t3)가 시작되면 제2 출력단의 전류(iSR)은 음(-)의 방향으로 제2 출력단의 듀티비(duty ratio)가 종료될 때까지 감소한다. 이로써 제2 출력단의 전류의 평균은 감소하게 되고, 이를 통해 제2 출력단의 출력전압(Vo2)이 정전압으로 제어될 수 있다.As shown in FIG. 3, the second switching element Q 'is turned on for t1 to t3 when the first switching element Q is turned on at t0 to t1 and turned off at t1. At this time, the third mode (t2 to t3) is started. When the third mode (t2 to t3) is started, the current i SR of the second output terminal decreases in the negative direction until the duty ratio of the second output terminal ends. As a result, the average of the currents at the second output terminal is reduced, so that the output voltage Vo2 at the second output terminal can be controlled at a constant voltage.
이후, 제4 모드(t3~t4)는 제2 출력단의 듀티비(duty ratio)가 종료될 때 시작한다. 제2 출력단에서 넘어온 음의 전류가 1차측의 dot 방향으로 나와 제1 스위칭소자(Q)의 출력 커패시터에 전류가 흘러 방전시킴으로써 제1 스위칭소자(Q)를 온시킨다. 2차측의 자화 인덕턴스에 충전된 전류가 1차측으로 넘어와 제1 스위칭소자(Q)의 전류(ids)가 0(zero)이 되었을 때 제4 모드가 종료된다.Then, the fourth mode (t3 to t4) starts when the duty ratio of the second output end ends. The negative current flowing from the second output terminal flows in the dot direction of the primary side and flows through the output capacitor of the first switching device Q to discharge the first switching device Q to turn on. The fourth mode is ended when the current charged in the magnetizing inductance of the secondary side goes to the primary side and the current i ds of the first switching device Q becomes zero.
계속해서, 제5 모드(t4~t5)는 제1 스위칭소자(Q)의 전류(ids)가 0(zero)이 되었을 때 시작되고 제1 스위칭소자(Q)의 게이트신호가 하이(high)일 때 종료된다.Subsequently, the fifth mode (t4 to t5) is started when the current i ds of the first switching device Q becomes zero and the gate signal of the first switching device Q is high, Lt; / RTI >
도 4는 입력전압의 변화에 따른 본 발명과 종래기술에 따른 이중출력 SMPS 장치에 대한 시뮬레이션 파형도이다.FIG. 4 is a simulation waveform diagram of a dual output SMPS device according to the present invention and a conventional technology according to a change in input voltage.
먼저, 도 4의 (a)는 입력전압이 85V인 경우에 종래의 SMPS 장치와 본 발명의 SMPS 장치에서의 2차측 출력전압을 비교한 것이고, (b)는 입력전압이 265V인 경우에 대한 2차측 출력전압을 비교한 것이다. 도 4의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 종래기술에 따른 SMPS 장치의 경우 제1 출력단은 모두 5V로 일정한 정전압이 유지되는 반면, 제2 출력단의 경우 부하가 작을수록 본 발명은 정전압이 유지되는 반면, 종래기술에서는 변동이 발생하게 됨을 알 수 있다.4 (a) is a comparison between a secondary side output voltage of the conventional SMPS device and an SMPS device of the present invention when the input voltage is 85 V, and FIG. 4 (b) Side output voltage. 4 (a) and 4 (b), in the case of the conventional SMPS device, the constant output voltage of the first output terminal is maintained at a constant voltage of 5 V, while in the case of the second output terminal, It can be seen that, in the prior art, fluctuation occurs.
상술한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the details of the illustrated embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope of the appended claims, The genius will be so self-evident. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
PT : 트랜스포머 Q,Q' : 스위칭소자
110 : 제1 스위칭제어부 120 : 제2 스위칭제어부PT: Transformer Q, Q ': Switching element
110: first switching control unit 120: second switching control unit
Claims (4)
상기 2차측의 제1출력단에서 출력된 전압을 검출하고 상기 출력전압에 따라 상기 제1스위칭소자의 스위칭을 제어하는 제1스위칭제어부;
상기 2차측의 제2출력단에 유기된 교류를 스위칭하는 제2스위칭소자; 및
상기 제2출력단에서 출력되는 전압을 검출하고 상기 출력전압에 따라 상기 제2스위칭소자의 스위칭을 제어하는 제2스위칭제어부; 를 포함하고,
상기 제2스위칭소자가 온(on)되면, 상기 제2출력단의 전류는 상기 제2출력단의 듀티비(duty ratio)가 완료될 때까지 음의 방향으로 감소하여 그 평균값이 감소되고 상기 감소된 평균값으로 상기 제2출력단의 출력전압이 유지되도록 하는 이중출력 SMPS 장치.A transformer having a first output terminal and a second output terminal on the secondary side so that a direct current is inputted to the primary side by switching of the first switching element and an alternating current proportional to the winding ratio is induced;
A first switching control unit for detecting a voltage output from the first output terminal of the secondary side and controlling switching of the first switching device according to the output voltage;
A second switching device for switching an alternating current induced in a second output terminal of the secondary side; And
A second switching control unit for detecting a voltage output from the second output terminal and controlling switching of the second switching device according to the output voltage; Lt; / RTI >
When the second switching device is turned on, the current of the second output terminal decreases in the negative direction until the duty ratio of the second output terminal is completed, the average value thereof is decreased, and the reduced average value So that the output voltage of the second output stage is maintained.
상기 제2스위칭소자에 역방향으로 병렬연결된 다이오드를 더 포함하는 이중출력 SMPS 장치.The method according to claim 1,
And a diode connected in parallel backward to the second switching device.
상기 제1스위칭소자가 오프(off)되면 상기 제2스위칭소자가 온(on)되는 이중출력 SMPS 장치.3. The method of claim 2,
And the second switching device is turned on when the first switching device is off.
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