KR101564449B1 - 전원 공급 장치 - Google Patents

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KR101564449B1 KR1020110144823A KR20110144823A KR101564449B1 KR 101564449 B1 KR101564449 B1 KR 101564449B1 KR 1020110144823 A KR1020110144823 A KR 1020110144823A KR 20110144823 A KR20110144823 A KR 20110144823A KR 101564449 B1 KR101564449 B1 KR 101564449B1
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 대기 전력 규제를 만족시킬 수 있는 전원 공급 장치를 제안하기 위한 것으로, 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 구동 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 구동 전원을 충전하는 캐패시터를 포함하여, 사전에 설정된 대기모드시 상기 캐패시터의 전압 레벨이 사전에 설정된 전압 레벨이상이면 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 중단시키는 전원 동작 제어부를 포함하는 전원 공급 장치를 제안한다.

Description

전원 공급 장치{POWER SUPPLYING APPARATUS}
본 발명은 대기 전력이 저감된 전원 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 사용자의 다양한 욕구에 부합하는 전자 장치들이 다양하게 구현되고 있으며, 이러한 전자 장치들은 해당하는 기능을 구현하기 위해 동작 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 채용할 수 있다.
전원 공급 장치는 일반적으로 전력 변환 효율, 소형화 등의 이점으로 인해 스위칭 모드 파워 서플라이(switching mode power supply) 방식을 채용할 수 있다.
한편, 상술한 전자 장치는 사용자의 동작 선택을 대기 중에는 최소한의 전력만을 소비하는 대기 모드를 채용하는데, 상술한 대기 모드를 지원하기 위해 전원 공급 장치 또한 사용자의 동작 선택을 기다리는 동안 최소 전력만을 소비하여야 한다.
최근 들어, 소비 전력이 증가됨에 따라 이러한 대기 모드시 사용되는 대기 전력을 줄이려는 추세이다.
즉, 현재의 대기 전력 규제는 무부하 대기시 0.3W이하로 전력을 소비하도록 요규하고 있으나, 상술한 소비 전력 증가에 의한 대기 전력 규제가 0.01W 이하로 강화되면 현재의 전원 공급 장치로는 강화된 대기 전력 규제를 만족시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 대기 전력 규제를 만족시킬 수 있는 전원 공급 장치를 제안한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 구동 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
상기 구동 전원을 충전하는 캐패시터를 포함하고, 정상 모드이면 구동 전원의 전류를 이용하여 무부하 여부를 판단하여 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 제어하고, 대기모드이면 상기 캐패시터의 전압 레벨에 따라 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 제어하는 전원 동작 제어부
삭제
를 포함하는 전원 공급 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 동작 제어부는 상기 캐패시터의 전압 레벨이 사전에 설정된 전압 레벨을 초과하면 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 중단시키고, 상기 캐패시터의 전압 레벨이 사전에 설정된 전압 레벨 이하이면 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 재개시키는 전원 공급 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 동작 제어부는
스탠바이 모드 제어신호를 입력받으면 상기 캐패시터의 전압 레벨에 따라 상기 전원 공급부의 스위칭 동작의 온 또는 오프를 제어하는 동작 제어 신호를 제공하는 스탠바이 모드 제어부; 및
상기 스탠바이 모드 제어부의 동작 제어 신호에 따라 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 온 또는 오프시키는 스위칭 동작 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스탠바이 모드 제어부는
상기 구동 전원의 전류 레벨과 사전에 설정된 기준 전류 레벨을 비교하는 제1 비교기;
상기 캐패시터의 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압 레벨을 비교하는 제2 비교기;
상기 스탠바이 모드 제어신호의 신호 레벨에 따라 스위칭 온 또는 오프하는 제1 스위치; 및
상기 제1 스위치의 스위칭 온 또는 오프와 상기 제1 및 제2 비교기의 비교 결과에 따른 신호레벨을 갖는 상기 동작 제어 신호를 상기 스위칭 동작 제어부에 전송하는 포토 커플러의 송신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스위칭 동작 제어부는
상기 동작 제어 신호를 전달받는 포토 커플러의 수신부;
상기 동작 제어 신호의 신호 레벨에 따라 온/오프되는 제2 스위치;
상기 제2 스위치의 온/오프에 교번으로 오프/온되어 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 온 또는 오프시키는 제3 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는
교류 전원의 전자기 간섭을 필터링하는 EMI 필터부;
필터링된 교류 전원을 정류하는 전원 정류부;
정류된 전원을 스위칭하는 스위칭부;
스위칭된 전원을 사전에 설정된 권선비에 따라 변압하는 트랜스포머;
변압된 전원을 정류하여 상기 구동 전원을 출력하는 정류부; 및
상기 전원 동작 제어부의 제어에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 동작 온/오프를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 구동 전원의 에러를 검출하는 에러 검출부; 및
상기 구동 전원의 전압 레벨 또는 전류 레벨이 사전에 설정된 이상 동작에 해당하는 경우 상기 제어부에 보호 동작을 요청하는 보호부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동 전원을 충전하는 캐패시터의 전압 레벨에 따라 일차측 스위칭 동작을 중단 또는 재개하여 단순히 스위칭 제어 IC를 버스트 모드로 동작시키는 것보다 대기 전력을 더 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 블럭도.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 스탠바이 모드 제어부의 개략적인 회로도.
도 3은 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 스위칭 동작 제어부의 개략적인 회로도.
도 4는 본 발명의 전원 공급 장치의 주요 부분의 신호 파형도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 전원 공급부(110)와 전원 동작 제어부(120)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(110)는 EMI 필터부(111), 전원 정류부(112), 스위칭부(113), 트랜스포머(114), 제어부(115), 정류부(116), 에러 검출부(117) 및 보호부(118)를 포함할 수 있다.
EMI 필터부(111)는 입력된 교류 전원에 포함된 전자기 간섭(Electro-Magnetic Interference)을 필터링할 수 있다.
전원 정류부(112)는 브리지 다이오드 등을 포함하여 필터링된 교류 전원을 정류할 수 있다.
스위칭부(113)는 도시되지 않았지만 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있으며, 정류된 전원을 스위칭할 수 있다.
트랜스포머(114)는 일차 권선과 이차 권선을 구비할 수 있고, 상기 일차 권선은 스위칭된 전원을 입력받고, 상기 이차 권선은 상기 일차 권선과 사전에 설정된 권선비를 형성하여 상기 일차 권선에 입력된 전원의 전압 레벨을 변압하여 출력할 수 있다.
제어부(115)는 스위칭부(113)의 스위칭을 제어할 수 있으며, 전원 동작 제어부(120)의 제어에 따라 스위칭 제어 동작을 온 또는 오프할 수 있으며, 에러 검출부(117)의 검출 신호에 따라 스위칭부(113)의 스위칭 듀티 또는 스위칭 주파수를 제어할 수 있고, 보호부(118)의 보호 동작 요청에 따라 사전에 설정된 보호 동작으로 스위칭부(113)의 스위칭을 제어할 수 있다.
정류부(116)는 트랜스포머(114)의 상기 이차 권선으로부터 출력된 전원을 정류하여 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 구동 전원을 출력할 수 있다.
에러 검출부(117)는 상기 구동 전원의 전압 레벨 또는 전류 레벨을 검출하여 상기 구동 전원의 이상 여부를 검출하여 검출 신호를 제어부(115)에 피드백할 수 있다.
보호부(118)는 상기 구동 전원의 전압 레벨 또는 전류 레벨이 과전압, 과전류 등의 이상 동작에 해당하는 경우 사전에 설정된 보호 동작을 제어부(115)에 요청할 수 있다.
전원 동작 제어부(120)는 스탠바이 모드 제어부(121)와 스위칭 동작 제어부(122)를 포함할 수 있다.
스탠바이 모드 제어부(121)는 상기 구동 전원을 충전하는 적어도 하나의 캐패시터를 포함할 수 있으며, 상기 캐패시터에 충전된 전압 레벨에 따라 제어부(115)의 스위칭 제어 동작의 온/오프를 결정하는 동작 제어 신호를 스위칭 동작 제어부(122)에 제공할 수 있다.
스위칭 동작 제어부(122)는 스탠바이 모드 제어부(121)로부터의 동작 제어 신호에 따라 제어부(115)의 스위칭 제어 동작을 온 또는 오프시킬 수 있다.
한편, 트랜스포머(114)의 상기 일차 권선과 상기 이차 권선을 기준으로 그라운드가 서로 다른 일차측과 이차측으로 구분될 수 있고,
상기 일차측에는 EMI 필터부(111), 전원 정류부(112), 스위칭부(113), 트랜스포머(114)의 상기 일차 권선, 제어부(115) 및 스위칭 동작 제어부(122)가 형성될 수 있고, 상기 이차측에는 정류부(116), 에러 검출부(117), 보호부(118) 및 스탠바이 모드 제어부(121)가 형성될 수 있다.
이하, 도면을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 스탠바이 모드 제어부 및 스위칭 동작 제어부의 상세 구성 및 동작에 관하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 스탠바이 모드 제어부의 개략적인 회로도이고, 도 3은 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 스위칭 동작 제어부의 개략적인 회로도이며, 도 4는 본 발명의 전원 공급 장치의 주요 부분의 신호 파형도이다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 스탠바이 모드 제어부(121)는 캐패시터(C1), 제1 및 제2 비교기(U1,U2), 제1 스위치(Q1) 및 포토커플러(PC)의 송신부를 포함할 수 있다.
캐패시터(C1)는 정류부(116)로부터의 구동 전원을 충전할 수 있으며, 스탠 바이 모드 제어부(121)의 회로의 시정수에 의해 방전될 수 있다.
제1 비교기(U1)는 상기 구동 전원의 전류 레벨을 검출하여 검출된 전류 레벨과 사전에 설정된 기준 전류 레벨(Iref)을 비교하여 부하 상태가 무부하인지를 알 수 있다.
제2 비교기(U2)는 캐패시터(C1)에 충전된 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압 레벨을 비교할 수 있다.
제1 스위치(Q1)은 포토 커플러(PC)의 수신부와 접지 사이에 형성될 수 있으며, 상기 구동 전원을 공급받는 세트로부터 제어 신호를 입력받아 스위칭될 수 있다.
포토 커플러(PC)의 수신부는 제1 및 제2 비교기(U1,U2)의 비교 결과 및 제1 스위치(Q1)의 스위칭 온/오프에 따라 스위칭 동작 제어부(122)에 상기 동작 제어 신호를 제공할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면 상술한 동작 제어 신호의 제공에 관하여 보다 상세히 설명하면,
본 발명의 전원 공급 장치(100)가 정상 동작 상태인 경우, 상기 구동 전원을 공급받는 세트로부터 제어 신호는 하이 레벨 신호이고 제1 비교기(U1)에서의 비교 결과가 부하에 전류가 흐르고 있는 것으로 판정된 경우에는 상기 동작 제어 신호의 신호 레벨은 하이 레벨 신호일 수 있으며, 스위칭 동작 제어부(122)는 제어부(115)의 스위칭 제어 동작을 유지토록 한다.
한편, 사용자의 선택을 기다리는 스탠바이 모드에서는, 상기 구동 전원을 공급받는 세트로부터 제어 신호가 로우 레벨 신호이고 이에 따라 제1 스위치는 턴 온하며, 제2 비교기(U2)는 캐패시터(C1)의 전압 레벨을 기준 전압 레벨과 비교하여 캐패시터(C1)의 전압 레벨이 일정 전압 이상일 경우 상기 동작 제어 신호의 신호 레벨은 로우 레벨 신호일 수 있으며, 이에 따라 스위칭 동작 제어부(122)는 제어부(115)의 스위칭 제어 동작을 중단시킬 수 있다. 이후 캐패시터(C1)의 전압 레벨이 충전이 필요한 전압일 경우 상기 동작 제어 신호의 신호 레벨은 하이 레벨 신호일 수 있으며, 이에 따라 스위칭 동작 제어부(122)는 제어부(115)의 스위칭 제어 동작을 재개시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 동작 제어 신호가 하이 레벨 신호이면 제2 스위치(Q2)가 턴 오프되고 제3 스위치(Q3)가 턴 온 되어 제어부(115)에 전원이 공급되어 제어부(115)는 해당하는 스위칭 제어 동작을 수행할 수 있으며, 동작 제어 신호가 로우 레벨 신호이면 제2 스위치(Q2)가 턴 온 되고 제3 스위치(Q3)가 턴 오프되거 제어부(115)에 공급되는 전원이 차단되어 제어부(115)는 스위칭 제어 동작을 중단할 수 있다.
캐패시터(C1)에 연결된 회로는 비교기 및 저항 등이므로, 캐패시터(C1)에 저장된 전하가 방전되는데 시간은 오래 걸릴 수 있다.
예를 들어, 캐패시터(C1)의 전압 레벨이 12V인 경우 제어부(115)의 스위칭 제어 동작을 중단케하고, 5V인 경우 제어부(115)의 스위칭 동작을 재개토록 하는 경우에 캐패시터(C1)에 연결된 저항의 저항값이 캐패시터(C1)에 가까운 왼쪽의 저항부터 각각 1K옴(ohm), 4.7M옴, 1M옴, 1M옴으로 설정한 경우 12V에서 5V로 방전되기까지 대략 1000초가 걸릴수 있고, 이를 다시 12V로 충전하는 경우 대략 0.3초가 걸리게 된다.
이를 적산전력으로 산출하면 9.1mW가 되므로 매우 낮은 대기 전력을 갖는 것을 다음의 수식을 통해 알 수 있다.
(수식)
Figure 112011104532854-pat00001

이때의 조건은 입력 교류 전원이 230V, 50Hz에서 1시간 동안의 적산 전력을 계산한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 구동 전원을 충전하는 캐패시터의 전압 레벨에 따라 일차측 스위칭 동작을 중단 또는 재개하여 단순히 스위칭 제어 IC를 버스트 모드로 동작시키는 것보다 대기 전력을 더 저감시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100...전원 공급 장치
110...전원 공급부
111...EMI 필터부
112...정류부
113...스위칭부
114...트랜스포머
115...제어부
116...정류부
117...에러 검출부
118...보호부
120...전원 동작 제어부
121...스탠바이 모드 제어부
122...스위칭 동작 제어부
U1,U2...제1, 제2 비교기
Q1,Q2,Q3...제1, 제2, 제3 스위치
C1...캐패시터

Claims (7)

  1. 입력 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 구동 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
    상기 구동 전원을 충전하는 캐패시터를 포함하고,
    정상 모드이면 상기 구동 전원의 전류를 이용하여 무부하 여부를 판단하여 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 제어하고, 스탠바이 모드이면 상기 캐패시터의 전압 레벨에 따라 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 제어하는 전원 동작 제어부; 를 포함하고,
    상기 전원 동작 제어부는
    상기 구동 전원의 전류 레벨과 사전에 설정된 기준 전류 레벨을 비교하는 제1 비교기;
    상기 캐패시터의 전압 레벨과 사전에 설정된 기준 전압 레벨을 비교하는 제2 비교기; 및
    스탠바이 모드 제어신호의 신호 레벨에 따라 스위칭 온 또는 오프하는 제1 스위치; 를 포함하고,
    상기 제1 스위치의 스위칭 온 또는 오프와 상기 제1 및 제2 비교기의 비교 결과에 따라 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 온 또는 오프시키는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원 동작 제어부는
    상기 캐패시터의 전압 레벨이 사전에 설정된 전압 레벨을 초과하면 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 중단시키고, 상기 캐패시터의 전압 레벨이 사전에 설정된 전압 레벨 이하이면 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 재개시키는 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전원 동작 제어부는
    스탠바이 모드 제어신호를 입력받으면 상기 캐패시터의 전압 레벨에 따라 상기 전원 공급부의 스위칭 동작의 온 또는 오프를 제어하는 동작 제어 신호를 제공하는 스탠바이 모드 제어부; 및
    상기 스탠바이 모드 제어부의 동작 제어 신호에 따라 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 온 또는 오프시키는 스위칭 동작 제어부
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스탠바이 모드 제어부는
    상기 제1 비교기;
    상기 제2 비교기;
    상기 제1 스위치; 및
    상기 제1 스위치의 스위칭 온 또는 오프와 상기 제1 및 제2 비교기의 비교 결과에 따른 신호레벨을 갖는 상기 동작 제어 신호를 상기 스위칭 동작 제어부에 전송하는 포토 커플러의 송신부
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스위칭 동작 제어부는
    상기 동작 제어 신호를 전달받는 포토 커플러의 수신부;
    상기 동작 제어 신호의 신호 레벨에 따라 온/오프되는 제2 스위치;
    상기 제2 스위치의 온/오프에 교번으로 오프/온되어 상기 전원 공급부의 스위칭 동작을 온 또는 오프시키는 제3 스위치
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전원 공급부는
    교류 전원의 전자기 간섭을 필터링하는 EMI 필터부;
    필터링된 교류 전원을 정류하는 전원 정류부;
    정류된 전원을 스위칭하는 스위칭부;
    스위칭된 전원을 사전에 설정된 권선비에 따라 변압하는 트랜스포머;
    변압된 전원을 정류하여 상기 구동 전원을 출력하는 정류부; 및
    상기 전원 동작 제어부의 제어에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 동작 온/오프를 제어하는 제어부
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동 전원의 에러를 검출하는 에러 검출부; 및
    상기 구동 전원의 전압 레벨 또는 전류 레벨이 사전에 설정된 이상 동작에 해당하는 경우 상기 제어부에 보호 동작을 요청하는 보호부
    를 더 포함하는 전원 공급 장치.
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