KR101577980B1 - 교류-직류 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 트랜스포머, 외부에서 입력되는 교류 전압을 전파 정류하여 상기 트랜스포머의 1차측으로 전달하는 1차측 정류부, 상기 트랜스포머의 2차측에서 발생하는 전압에 포함된 리플을 제거하여 출력하는 2차측 정류부, 상기 트랜스포머의 1차측에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부, 상기 2차측 정류부에 흐르는 전류를 감지하는 보조 권선부, 및 상기 1차측 정류부와 상기 보조 권선부로부터 출력되는 신호들을 받아서 상기 2차측 정류부에서 출력되는 전류가 일정하게 유지되도록 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 교류-직류 변환 장치를 제공한다.

Description

교류-직류 변환 장치 {AC-DC converting device}
본 발명은 교류-직류 변환 장치에 관한 것으로, 특히 부하에 일정한 전류를 공급하는 교류-직류 변환 장치에 관한 것이다.
교류-직류 변환 장치는 외부에서 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 부하로 공급한다. 따라서, 직류 전압에 의해 구동되는 부하, 예컨대, LED (Light Emitting Diode)가 안정적으로 동작하기 위해서는 교류를 직류로 변환하여 공급하는 장치가 필요하다.
교류-직류 변환 장치의 일 예가 참고 문헌(한국공개특허 2004-0080644호)에 개시되어 있다. 상기 참고 문헌에 개시된 교류-직류 변환 장치는 부하를 안정적으로 구동하기 위하여 트랜스포머(T1,T2)의 2차측에 발생하는 전압의 변화에 대한 정보를 트랜스포머(T1,T2)의 1차측으로 전달하고, 상기 전달되는 신호를 이용하여 1차측에서 2차측으로 전달되는 전압의 크기를 적절히 제어한다. 즉, 2차측의 전압 변화는 차동 증폭기(도 3의 42-2)에서 감지되고, 감지된 변화량은 펄스폭 구동신호 생성부(도 3의 42)로 전달되며, 펄스폭 구동신호 생성부(42)는 펄스폭 구동 신호를 생성하여 1차 측의 전압을 제어하고, 상기 제어된 전압은 2차측으로 전달된다.
이와 같이, 참고 문헌은 2차측에 연결된 부하에 인가되는 전압을 제어 하기 위하여 상기 부하에 인가되는 전압의 일부를 1차측으로 휘드백(feedback)시킨다. 그런데, 2차측의 전압을 1차측으로 휘드백시키는 구성은 회로를 복잡하게 하고, 교류-직류 변환 장치의 제조 비용을 증가시키는 원인이 된다.
본 발명은 트랜스포머의 2차측 전압을 1차측으로 휘드백(feedback)시키지 않고, 출력단에 발생하는 직류 전류를 일정하게 유지하는 교류-직류 변환 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
트랜스포머, 외부에서 입력되는 교류 전압을 전파 정류하여 상기 트랜스포머의 1차측으로 전달하는 1차측 정류부, 상기 트랜스포머의 2차측에서 발생하는 전압에 포함된 리플을 제거하여 출력하는 2차측 정류부, 상기 트랜스포머의 1차측에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부, 상기 2차측 정류부에 흐르는 전류를 감지하는 보조 권선부, 및 상기 1차측 정류부와 상기 보조 권선부로부터 출력되는 신호들을 받아서 상기 2차측 정류부에서 출력되는 전류가 일정하게 유지되도록 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 교류-직류 변환 장치를 제공한다.
상기 제어부는, 상기 제어부의 출력 신호가 리셋될 때 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 발생부, 및 상기 제어 신호, 상기 1차측 정류부에서 전송하는 신호, 상기 스위칭부에서 전송하는 신호, 및 상기 보조 권선부의 출력 신호를 수신하며, 상기 보조 권선부의 출력 신호와 상기 스위칭부에서 전송하는 신호에 기초하여 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 스위칭 조정부를 구비할 수 있다.
상기 제어 신호 발생부는, 캐패시터, 상기 캐패시터에 병렬로 연결된 전계 효과 트랜지스터, 상기 캐패시터의 전압과 기준 전압을 입력하는 비교기, 상기 비교기의 출력 신호의 값에 따라 업 카운트 또는 다운 카운트를 수행하는 카운터, 상기 카운터의 출력을 받아서 아날로그 신호를 출력하여 상기 캐패시터를 충전시키는 디지털 아날로그 컨버터, 상기 제어부의 출력 신호가 리셋될 때 상기 전계 효과 트랜지스터를 턴온시키는 리셋신호 발생기, 및 상기 캐패시터의 피크 전압을 홀딩하는 피크 홀더를 구비할 수 있다.
상기 스위칭 조정부는, 상기 제어 신호와 상기 1차측 정류부에서 전송하는 신호를 곱셈하는 곱셈기, 상기 곱셈기의 출력 신호와 상기 스위칭부에서 전송하는 신호를 비교하는 비교기, 상기 비교기의 출력에 응답하여 상기 스위칭부를 리셋시키는 신호를 출력하고, 상기 보조 권선부의 출력 신호에 응답하여 상기 스위칭부를 셋시키는 신호를 출력하는 플립플롭, 및 상기 플립플롭으로부터 출력되는 신호를 받아서 상기 스위칭부를 구동하는 구동 신호를 출력하는 드라이버를 구비할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 트랜스포머의 2차측 전압을 1차측으로 휘드백시키지 않고도 교류-직류 변환 장치의 출력 전류를 일정하게 유지할 수가 있다.
따라서, 교류-직류 변환 장치의 회로 구조가 간단하고, 제조 비용이 절감된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교류-직류 변환 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어부의 구체적인 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 교류-직류 변환 장치의 1차측과 2차측에 흐르는 전류의 파형을 보여준다.
도 4는 도 2에 도시된 제어 신호의 전압 파형도이다.
도 5는 도 2의 제어부에 사용되는 일부 신호들의 파형도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교류-직류 변환 장치(101)의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 교류-직류 변환 장치(101)는 1차측 정류부(110), 트랜스포머(transformer)(130), 2차측 정류부(120), 보조 권선부(140), 스위칭부(150), 전압 분배부(160), 및 제어부(170)를 구비한다. 1차측 정류부(110), 보조 권선부(140), 스위칭부(150), 전압 분배부(160), 및 제어부(170)는 트랜스포머(130)의 1차측에 연결되고, 2차측 정류부(120)는 트랜스포머(130)의 2차측에 연결된다.
1차측 정류부(110)는 전파 정류기(111), 및 스너버(snubber)(112)를 구비한다.
전파 정류기(111)는 교류 전압(VAC), 예컨대 110 볼트 또는 220 볼트의 상용 교류 전압(VAC)을 전파 정류하여 출력한다. 전파 정류기(111)는 다양한 종류의 전파 정류기를 구비할 수 있으나, 브리지(bridge) 정류기를 구비하는 것이 바람직하다.
스너버(112)는 전파 정류기(111)와 트랜스포머(130)의 1차측에 연결된다. 스너버(112)는 스위칭부(150)에 구비되는 파워 트랜지스터의 온/오프 동작에 따라 파워 트랜지스터(151)와 트랜스포머(130) 사이에 매우 높은 전압이 인가되는 것을 막아 파워 트랜지스터(151)가 손상되는 것을 방지하고 교류-직류 변환 장치(101)의 전자파 노이즈가 증가하는 것을 방지한다. 스너버(112)는 일반적인 기술로 구성이 가능함으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
트랜스포머(130)의 1차측은 1차측 정류부(110)에 연결되고, 트랜스포머(130)의 2차측은 2차측 정류부(120)에 연결된다. 트랜스포머(130)는 1차측 양단에 1차측 정류부(110)의 출력과 파워 트랜지스터(151)의 동작에 의한 교류 스위칭 전압이 인가되면, 이를 2차측에 연결된 2차측 정류부(120)로 전달한다. 트랜스포머(130)의 1차측에는 스위칭부(150)가 연결되어 있으며, 스위칭부(150)에 의해 트랜스포머(130)의 활성화 및 비활성화가 결정된다. 트랜스포머(130)의 1차측은 주 권선과 보조 권선으로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 주 권선은 스너버(112)와 파워 트랜지스터(151)에 연결되고, 상기 보조 권선은 제어부(170)에 연결된다.
2차측 정류부(120)는 트랜스포머(130)의 2차측에 연결된다. 2차측 정류부(120)는 트랜스포머(130)의 2차측에서 출력되는 전압을 직류로 변환하여 교류-직류 변환 장치(101)의 출력 전압으로써 출력한다. 2차측 정류부(120)는 다이오드(121)와 캐패시터(122)를 구비할 수 있다. 다이오드(121)는 트랜스포머(130)의 2차측에서 출력되는 전압 중 다이오드의 빌트인(built-in) 전압을 초과하는 전압 즉, 순방향 전압만 통과시키고, 캐패시터(122)는 다이오드(121)를 통과하는 전압의 리플(ripple)을 흡수한다. 따라서, 트랜스포머(130)의 2차측에서 출력되는 전압에 포함된 리플이 줄어든 직류 전압(Vout)이 출력된다.
2차측 정류부(120)의 출력단 즉, 교류-직류 변환 장치(101)의 출력단에 부하(도시안됨)가 연결된다. 따라서, 상기 부하는 2차측 정류부(120)에서 출력되는 전압(Vout)을 받아서 동작한다. 상기 부하는 외부 장치의 전원으로 사용되거나 LED 등으로 구성될 수 있다.
보조 권선부(140)는 트랜스포머(130)의 2차측에 연결된 2차측 정류부(120)에 흐르는 전류 특히 2차측 정류부(120)에 구비되는 다이오드(121)에 흐르는 전류가 영(zero)으로 되는 것을 감지하여 제어부(170)에 알려준다. 보조 권선부(140)는 보조 권선(141)과 반파 정류부(142)를 구비한다.
보조 권선(141)은 트랜스포머(130)의 2차측에 연결된 2차측 정류부(120)에 흐르는 전류 특히 2차측 정류부(120)에 구비되는 다이오드(121)에 흐르는 전류가 영(zero)으로 되는 것을 감지한다. 즉, 보조 권선(141)은 상기 2차측 정류부(120)의 다이오드(121)에 흐르는 전류를 감지하며, 상기 감지 도중 다이오드(121)에 흐르는 전류가 영이 될 때, 소정 전압(Va)을 출력하여 제어부(170)로 전달한다. 보조 권선(141)의 출력단에는 2개의 저항들이 연결되고, 상기 저항들의 접속점이 제어부(170)에 연결될 수 있다. 이 경우, 보조 권선(141)에서 출력되는 전압은 상기 저항들에 의해 감소되어 제어부(170)로 전달된다.
반파 정류부(142)는 보조 권선(141)에서 출력되는 전류를 반파 정류하여 제어부(170)의 전원으로써 공급한다. 반파 정류부(142)는 다이오드(143)와 캐패시터(144)를 구비할 수 있다. 다이오드(143)는 보조 권선(141)에서 출력되는 전류 중 순방향 전류만 통과시키고, 캐패시터(144)는 다이오드(143)를 통과하는 전압의 리플(ripple)을 흡수한다. 따라서, 보조 권선(141)에서 출력되는 전류에 포함된 리플이 줄어든 직류 전압이 제어부(170)로 전달된다.
스위칭부(150)는 트랜스포머(130)의 1차측에 연결된다. 스위칭부(150)는 제어부(170)의 제어를 받아서 트랜스포머(130)의 동작을 제어한다. 스위칭부(150)는 파워 트랜지스터(151)와 전압 검출기(152)를 구비한다. 파워 트랜지스터와 전압 검출기(152)는 직렬로 연결된다.
파워 트랜지스터(151)는 NMOS(N channel Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터로 구성될 수 있다. 이 때, NMOS 트랜지스터(151)의 드레인은 트랜스포머(130)의 1차측에 연결되고, NMOS 트랜지스터(151)의 게이트는 제어부(170)에 연결되며, NMOS 트랜지스터(151)의 소오스는 전류 검출기(152)에 연결된다. 따라서, 제어부(170)에서 NMOS 트랜지스터(151)의 게이트로 입력되는 신호가 NMOS 트랜지스터(151)의 문턱 전압보다 높으면, NMOS 트랜지스터(151)는 턴온되어 활성화 상태로 되고, 그에 의해 트랜스포머(130)도 활성화 상태로 된다. 만일, 제어부(170)에서 NMOS 트랜지스터(151)의 게이트로 입력되는 신호가 NMOS 트랜지스터(151)의 문턱 전압보다 낮으면, NMOS 트랜지스터(151)는 턴오프되어 비활성화 상태로 되고, 그에 의해 트랜스포머(130)도 비활성화 상태로 된다. 이와 같이, 파워 트랜지스터(151)는 트랜스포머(130)의 동작을 제어한다.
여기서, NMOS 트랜지스터(151)의 온(ON) 시간이 길어지면, 트랜스포머(130)의 1차측에서 2차측으로 전달되는 에너지가 많아지게 되고, 그로 인하여 상기 부하에 흐르는 전류가 증가한다. 예컨대 부하가 LED(light Emitting Diode)라면 LED의 전류가 증가하여 LED가 밝아진다. 반대로, NMOS 트랜지스터(151)의 오프(OFF) 시간이 길어지면, 트랜스포머(130)의 1차측에서 2차측으로 전달되는 에너지가 적어지게 되고, 그로 인하여 상기 부하에 흐르는 전류가 감소한다. 예컨대 상기 LED가 어두워진다. 때문에, NMOS 트랜지스터(151)의 온 시간과 오프 시간을 적절히 조정함으로써 상기 부하의 전류를 안정되게 제어할 수 있다. 예컨대 LED의 밝기를 적절히 제어할 수가 있다.
NMOS 트랜지스터(151)의 소오스와 접지단(GND) 사이에 전류 검출기(152), 예컨대 저항(152)이 연결된다. 상기 저항(152)을 이용하여 트랜스포머(130)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 즉, NMOS 트랜지스터(151)로부터 출력되는 전류는 저항(152)을 통하여 접지단(GND)으로 흐른다. 따라서, 저항(152)에 흐르는 전류를 검출함으로써, 트랜스포머(130)의 출력 전류를 확인할 수 있다. 저항(152)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 전압은 검출 신호(Vd)로써 제어부(170)로 전송된다.
전압 분배부(160)는 전파 정류기(111)에 연결된다. 전압 분배부(160)는 전파 정류기(111)에서 출력되는 전압을 복수개의 전압들로 분배할 수 있다. 즉, 전압 분배부(160)에서 출력되는 전압(Vp)은 전파 정류기(111)에서 출력되는 전압과 파형은 동일하나 저항비만큼 전압은 낮은 전압이다. 일 예로써, 전압 분배부(160)는 2개의 직렬 연결된 저항들을 구비할 수 있다. 이 때, 상기 2개의 저항들은 전파 정류기(111)의 출력단과 접지단(GND) 사이에 연결된다. 상기 2개의 저항들의 접속점에서 전압 분배부(160)의 출력 전압이 출력된다. 전압 분배부(160)의 출력 전압은 제어부(170)로 전달된다. 전압 분배부(160)에 구비되는 저항들의 수가 증가하면, 그 출력 전압의 수도 늘어난다. 전압 분배부(160)는 복수개의 저항들로 구성될 수 있다.
제어부(170)는 스위칭부(150)를 제어하여 교류-직류 변환 장치(101)의 출력 전류를 일정하게 한다. 제어부(170)는 전압 분배부(160), 전류 검출기(152), 및 보조 권선부(140)의 출력을 받아서 파워 트랜지스터(151)의 동작을 제어한다. 제어부(170)에 대해서는 도 2를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3에 교류-직류 변환 장치(101)의 1차측 전류와 2차측 전류의 파형들이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 트랜스포머(130)의 2차측에 흐르는 전류의 한 주기의 평균값(ILOAD_AVG)은 아래 수학식 1을 이용하여 구할 수 있다.
[수학식 1]
ILOAD _ AVG =
Figure 112014027258474-pat00001
×IPKP
Figure 112014027258474-pat00002
여기서, N은 트랜스포머(130)의 권선 비율(트랜스포머의 2차측의 권선수가 1로 정규화(normalize) 후에 1차측의 권선값), IPKP는 트랜스포머(130)의 1차측 전류의 최대값, TON은 파워 트랜지스터(151)의 ON 시간, 및 TOFF는 파워 트랜지스터(151)의 OFF 시간을 나타낸다.
트랜스포머(130)의 2차측 전류(ILED_AVG)가 일정한 값을 가지기 위한 1차측 전류(IPKP)는 아래 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
IPKP = α×
Figure 112014027258474-pat00003
여기서, a는 트랜스포머(130)의 특성에 의해서 결정되는 상수이다..
상기 수학식 2에 표시된 1차측 전류(IPKP)의 값을 만족하는 2차측 전류(ILED_AVG)는 일정한 값으로 나타난다.
도 4는 도 2에 도시된 제어 신호(Vcont)의 파형도로써, 상기 수학식 2를 설명하는데 이용될 수 있다. 도 4를 참조하면, TOFF 구간 동안 변동하는 전압을 고정할 수 있다면(여기서는 VREF), 제어 신호(Vcont)의 기울기는 VREF/TOFF로 고정시킬 수 있다. 이 후 A 부분의 파형을 곡선의 1차 방정식으로 표현하면 아래 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Vcont = VREF +
Figure 112014027258474-pat00004
× TON
수학식 3을 정리하면, 아래 수학식 4로 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112014027258474-pat00005
= 1 +
Figure 112014027258474-pat00006
이와 같이, 제어 신호(Vcont)를 이용하여 수학식 2의 1차측 전류(IPKP)의 값을 만족시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 교류-직류 변환 장치(101)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 2차측에서 1차측으로 신호를 궤환시키지 않고도 출력 전류를 일정하게 유지할 수가 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제어부(170)의 구체적인 블록도이며, 수학식 2를 만족시키는 구성으로 되어 있다. 도 2를 참조하면, 제어부(170)는 제어 신호 발생부(210)와 스위칭 조정부(220)를 구비한다.
제어 신호 발생부(210)는 제어부(170)의 출력 신호가 리셋될 때 제어 신호(Vcont)를 생성하여 출력한다. 제어 신호 발생부(210)는, 캐패시터(211), 전계 효과 트랜지스터(212), 비교기(213), 카운터(214), 디지털-아날로그 컨버터(215), 피크 홀더(peak holder)(216), 및 리셋 발생기(217)를 구비한다.
캐패시터(211)와 전계 효과 트랜지스터(212)는 서로 병렬로 연결되며, 그 일단들은 노드(N1)에 연결되며, 그 타단들은 접지된다. 따라서, 전계 효과 트랜지스터(212)가 턴온(turn on)되면 캐패시터(211)는 방전되고, 전계 효과 트랜지스터(212)가 턴오프(turn off)되면 캐패시터(211)는 충전된다. 전계 효과 트랜지스터(212)는 NMOS 트랜지스터로 구성될 수 있다.
비교기(213)는 캐패시터(211)의 전압과 기준 전압(Vref)을 입력하고, 이 둘의 전압들을 비교한 결과에 따른 신호를 출력한다. 구체적으로, 캐패시터(211)의 전압은 비교기(213)의 반전 입력단(-)으로 입력되고, 기준 전압(Vref)은 비교기(213)의 비반전 입력단(+)으로 입력된다. 따라서, 캐패시터(211)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 낮으면, 비교기(213)는 정의 신호(positive signal), 예컨대 비교기(213)의 플러스 전원 전압(+Vcc)을 출력하고, 캐패시터(211)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 높으면 부의 신호(negative signal), 예컨대 비교기(213)의 마이너스 전원 전압(-Vcc) 또는 접지 전압을 출력한다.
카운터(214)는 비교기(213)의 출력 신호를 받아서 카운트 신호를 출력한다. 즉, 카운터(214)는 비교기(213)의 출력 신호가 정의 신호이면 업 카운트(up count) 신호를 출력하고, 비교기(213)의 출력 신호가 부의 신호이면 다운 카운트(down count) 신호를 출력한다.
디지털-아날로그 컨버터(215)는 카운터(214)의 출력 신호를 받아서 캐패시터(211)를 충전한다. 즉, 디지털-아날로그 컨버터(215)는 카운터(214)로부터 업 카운트 신호가 출력되면 출력 전압을 상승시키고, 카운터(214)로부터 다운 카운트 신호가 출력되면 출력 전압을 하강시킨다. 카운터(214)로부터 출력되는 신호는 펄스 신호로 구성된 디지털 신호이다. 따라서, 디지털-아날로그 컨버터(215)는 카운터(214)로부터 출력되는 디지털 신호를 수신하고, 출력 신호는 전압을 나타내는 아날로그 신호로써 출력한다.
캐패시터(211)는 디지털-아날로그 컨버터(215)의 출력단에 연결된다. 따라서, 디지털-아날로그 컨버터(215)로부터 출력되는 전압이 상승하면 캐패시터(211)에 충전되는 전압은 증가하고, 디지털-아날로그 컨버터(215)로부터 출력되는 전압이 하강하면 캐패시터(211)에 충전되는 전압은 낮아진다.
피크 홀더(216)는 캐패시터(211)의 전압을 받아서 홀딩(holding)하고, 캐패시터(211)가 방전되면, 따라서 방전한다. 피크 홀더(216)는 캐패시터(211)의 전압의 피크 전압을 홀딩하고, 상기 피크 전압을 제어 신호로써 출력하여 곱셈기(221)로 전달한다.
상술한 바와 같이, 전계 효과 트랜지스터(212)가 오프된 상태에서는, 캐패시터(211)에 충전된 전압은 일정하게 유지된다.
리셋 발생기(217)는 플립플롭(223)의 출력 신호를 수신하고, 출력 신호를 전계 효과 트랜지스터(212)의 게이트에 인가한다. 리셋 발생기(217)는 플립플롭(223)의 출력 신호가 리셋(reset)될 때 전계 효과 트랜지스터(212)를 턴온시키고, 플립플롭(223)의 출력 신호가 셋(set)될 때는 전계 효과 트랜지스터(212)를 턴오프시킨다.
스위칭 조정부(220)는 제어 신호(Vcont), 전압 분배부(160)에서 전송하는 신호(Vp), 전류 검출기(152)에서 전송하는 신호(Vd), 및 보조 권선부(140)의 출력 신호(Va)를 수신하며, 보조 권선부(140)의 출력 신호(Va)와 전류 검출기(152)에서 전송하는 신호(Vd)에 기초하여 파워 트랜지스터(151)의 동작을 제어한다. 스위칭 조정부(220)는 곱셈기(221), 비교기(222), 플립플롭(223) 및 게이트 드라이버(gate driver)(224)를 구비한다.
곱셈기(221)는 제어 신호(Vcont)와 전압 분배부(160)의 출력 전압(Vp)을 받아서, 이 둘을 곱셈하여 비교기(222)로 전달한다. 전압 분배부(160)의 출력 전압(Vp)은 1차측 정류부의 출력으로 입력 교류 전압(VAC)의 포락선을 따라 전압 분배된 전압이다. 따라서, 제어 신호(Vcont)의 전압이 증가하면 곱셈기(221)의 출력 신호의 전압도 증가하고, 제어 신호(Vcont)의 전압이 감소하면 곱셈기(221)의 출력 신호의 전압도 감소한다.
비교기(222)는 검출 신호(Vd)와 곱셈기(221)의 출력 신호를 수신하고, 이 둘의 전압 레벨들을 비교하고, 그 결과에 따른 신호를 플립플롭(223)으로 전달한다. 구체적으로, 검출 신호(Vd)는 비교기(222)의 반전 입력단(-)으로 입력되고, 곱셈기(221)의 출력 신호는 비교기(222)의 비반전 입력단(+)으로 입력된다. 따라서, 곱셈기(221)의 출력 신호의 전압이 검출 신호(Vd)의 전압보다 높으면, 비교기(222)는 정의 신호(positive signal), 예컨대 비교기(222)의 플러스 전원 전압(+Vcc)을 출력하고, 곱셈기(221)의 출력 신호의 전압이 검출 신호(Vd)의 전압보다 낮으면 부의 신호(negative signal), 예컨대 비교기(222)의 마이너스 전원 전압(-Vcc) 또는 접지 전압을 출력한다.
플립플롭(223), 예컨대 RS 플립플롭은 비교기(222)의 출력 신호와 보조 권선부(140)의 출력 신호(Va)를 수신한다. 구체적으로, 비교기(222)의 출력 신호는 플립플롭(223)의 리셋 단자(R)로 입력되고, 보조 권선부(140)의 출력 신호(Va)는 플립플롭(223)의 셋 단자(S)로 입력된다. 플립플롭(223)의 셋 단자(S))는 하이 레벨(High Level)에서 로우 레벨(low level)일 때 셋(Set)이 된다. 따라서, 플립플롭(223)은 비교기(222)의 출력 신호가 하이 레벨(high level)이고 보조 권선부(140)의 출력 신호(Va)가 하이 레벨(high level)이면 리셋 신호(P2)를 출력하고, 반대로, 비교기(222)의 출력 신호가 로우 레벨이고 보조 권선부(140)의 출력 신호(Va)가 로우 레벨이면 셋 신호를 출력한다. 플립플롭(223)의 출력 신호(P2)는 게이트 드라이버(224)와 리셋 발생기(217)로 전송된다.
게이트 드라이버(224)는 플립플롭(223)의 출력 신호(P2)를 받아서, 이를 버퍼링(buffering)하여 제어부(170)의 출력 신호(P1)로써 출력한다. 즉, 게이트 드라이버(224)의 출력 신호(P2)는 스위칭부(150)의 파워 트랜지스터(151)의 게이트에 인가된다. 따라서, 게이트 드라이버(224)의 출력 신호(P2)는 파워 드랜지스터(151)의 게이트를 구동하기에 적합한 전압 레벨을 갖는 신호로써 출력된다.
도 1 및 도 2를 참조하여 스위칭 조정부(220)의 동작을 설명하기로 한다.
스위칭 조정부(220)는 보조 권선부(140)의 출력 신호(Va)가 로우 레벨로써 입력되면, 셋 신호를 출력하여 스위칭부(150)에 구비된 파워 트랜지스터(151)를 턴온시킨다. 파워 트랜지스터(151)가 턴온되면, 트랜스포머(130)가 동작하여 2차측 정류부(120)의 출력 전류 즉, 교류-직류 변환 장치(101)의 출력 전류가 증가한다. 그러다가, 제어 신호 발생부(210)의 제어 신호(Vcont)의 전압이 소정 전압 이상이 되면, 즉, 곱셈기(221)의 출력 신호의 전압이 검출 신호(Vd)의 전압보다 커지면 플립플롭(223)으로부터 리셋 신호가 출력되고, 그에 따라 스위칭 조정부(220)의 출력 신호(P1)의 전압이 감소한다. 그러면 파워 트랜지스터(151)가 턴오프된다. 파워 트랜지스터(151)가 턴오프되면, 트랜스포머(130)가 동작을 중지하여 2차측 정류부(120)의 출력 전류 즉, 교류-직류 변환 장치(101)의 출력 전류가 감소한다. 상술한 바와 같이, 스위칭 조정부(220)는 스위칭부(150)의 파워 트랜지스터(151)의 동작을 제어하고, 그에 따라, 교류-직류 변환 장치(101)의 출력 전류가 일정하게 유지된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 트랜스포머(130)의 2차측에서 휘드백(feedback)되는 신호가 없는 상태에서 교류-직류 변환 장치(101)의 출력 전류를 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 트랜스포머;
    외부에서 입력되는 교류 전압을 전파 정류하여 상기 트랜스포머의 1차측으로 전달하는 1차측 정류부;
    상기 트랜스포머의 2차측에서 발생하는 전압에 포함된 리플을 제거하여 출력하는 2차측 정류부;
    상기 트랜스포머의 1차측에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부;
    상기 트랜스포머의 1차측에 연결되며, 상기 2차측 정류부에 흐르는 전류를 감지하는 보조 권선부; 및
    상기 1차측 정류부와 상기 보조 권선부로부터 출력되는 신호들을 받아서 상기 2차측 정류부에서 출력되는 전류가 일정하게 유지되도록 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하되,
    상기 제어부는
    상기 제어부의 출력 신호가 리셋될 때 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 발생부; 및
    상기 제어 신호, 상기 1차측 정류부에서 전송하는 신호, 상기 스위칭부에서 전송하는 신호, 및 상기 보조 권선부의 출력 신호를 수신하며, 상기 보조 권선부의 출력 신호와 상기 스위칭부에서 전송하는 신호에 기초하여 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 스위칭 조정부를 구비하고,
    상기 제어 신호 발생부는,
    캐패시터;
    상기 캐패시터에 병렬로 연결된 전계 효과 트랜지스터;
    상기 캐패시터의 전압과 기준 전압을 입력하는 비교기;
    상기 비교기의 출력 신호의 값에 따라 업 카운트 또는 다운 카운트를 수행하는 카운터; 및
    상기 카운터의 출력을 받아서 아날로그 신호를 출력하여 상기 캐패시터를 충전시키는 디지털 아날로그 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류-직류 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차측 정류부는,
    외부에서 입력되는 교류 전압을 전파 정류하는 전파 정류기; 및
    상기 전파 정류기의 출력 전압에 포함된 전자파 노이즈를 제거하는 스너버를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류-직류 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    상기 트랜스포머의 1차측과 상기 제어부에 연결되며, 상기 제어부의 제어를 받아서 스위칭 동작을 수행하는 파워 트랜지스터; 및
    상기 파워 트랜지스터와 상기 제어부에 연결되며, 상기 파워 트랜지스터의 출력 전류를 검출하여 상기 제어부에 전달하는 전류 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류-직류 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보조 권선부는,
    상기 2차측 정류부에 흐르는 전류가 영(zero)이 되는 것을 감지하여 상기 제어부로 전달하는 보조 권선; 및
    상기 보조 권선에서 출력되는 전류에 포함된 리플을 제거하여 상기 제어부로 전달하는 정류기를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류-직류 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    전파 정류기에서 출력되는 전압을 그보다 낮은 전압으로 낮추어서 상기 제어부로 전달하는 전압 분배부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류-직류 변환 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제어부의 출력 신호가 리셋될 때 상기 전계 효과 트랜지스터를 턴온시키는 리셋신호 발생기; 및
    상기 캐패시터의 피크 전압을 홀딩하는 피크 홀더;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류-직류 변환 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 조정부는,
    상기 제어 신호와 상기 1차측 정류부에서 전송하는 신호를 곱셈하는 곱셈기;
    상기 곱셈기의 출력 신호와 상기 스위칭부에서 전송하는 신호를 비교하는 비교기; 및
    상기 비교기의 출력에 응답하여 상기 스위칭부를 리셋시키는 신호를 출력하고, 상기 보조 권선부의 출력 신호에 응답하여 상기 스위칭부를 셋시키는 신호를 출력하는 플립플롭을 구비하는 것을 특징으로 하는 교류-직류 변환 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차측 전류(ILED _ AVG)가 일정한 값을 가지기 위한 1차측 전류(IPKP)는 수학식(IPKP = α ×
    Figure 112014027258474-pat00007
    )을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 교류-직류 변환 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5335162A (en) 1993-01-15 1994-08-02 Toko America, Inc. Primary side controller for regulated power converters
US20100321956A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 Wen-Chung Yeh Control method, constant current control method, method for generating a real current source to represent average current through a winding, constant current and constant voltage power converter, switch controller, and average voltage detector

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7486529B2 (en) * 2006-01-23 2009-02-03 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Switching power supply controller with improved efficiency and method therefor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5335162A (en) 1993-01-15 1994-08-02 Toko America, Inc. Primary side controller for regulated power converters
US20100321956A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 Wen-Chung Yeh Control method, constant current control method, method for generating a real current source to represent average current through a winding, constant current and constant voltage power converter, switch controller, and average voltage detector

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
스위칭 전원의 기본 설계 서적(저자: 김희준, 출판사: 성안당), 출판일 2001년 1월 12일*

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