KR101702220B1 - 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로 - Google Patents

독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 전장품 전원공급 회로를 비롯한 다양한 직류 전원공급회로에 적용가능한 돌입전류 방지 회로구성에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직류전류를 소모하는 전기장치(부하측)의 전원부에는 일반적으로 높은 값의 캐패시터(Capacitor)가 부착되는데 본 발명은 이에 따라 발생하는 돌입전류로 인한 전원 제어회로 및 내부 회로의 손상을 방지하는 것이며, 자체의 전원개폐장치가 부착된 전기장치 부하에 의해 전원 ON/OFF를 독립적으로 수행할 경우에도 돌입전류 방지효과가 있는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 특징은 전원부의 전원을 부하로 공급하는 돌입전류제한회로부를 포함하고, 상기 돌입전류제한회로부에 의하여, 소정의 제한전류를 공급하고 소정 시간 경과 후 정상전류를 인가하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로{Inrush current limiting circuit even for a load with power switch}
본 발명은 차량 전장품 전원공급 회로를 비롯한 다양한 직류 전원공급회로에 적용가능한 돌입전류 방지 회로구성에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직류전류를 소모하는 전기장치(부하측)의 전원부에는 일반적으로 높은 값의 캐패시터(Capacitor)가 부착되는데 본 발명은 이에 따라 발생하는 돌입전류로 인한 전원 제어회로 및 내부 회로의 손상을 방지하는 것이며, 자체의 전원개폐장치가 부착된 전기장치 부하에 의해 전원 ON/OFF를 독립적으로 수행할 경우에도 돌입전류 방지효과가 있는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로에 관한 것이다.
일반적으로 각종 전자 시스템에는 각 부체계에 필요한 전압을 공급하기 위한 전원공급회로가 일반적으로 사용된다. 상기 전원공급회로에 높은 입력 캐패시턴스를 가진 부하가 연결될 경우, 입력신호에 의하여 전원 ON 되는 초기에 순간적으로 과전압(overshoot)이 발생되고 과전압에 의한 돌입전류에 의해 전원공급장치에 문제를 발생시키게 된다. 이에 따라서 부하단의 시스템에도 오동작이 유발된다.
이러한 돌입전류를 방지하는 종래 기술로 몇 가지가 사용되고 있다.
먼저 NTC(Negative Temperature Coefficient) 써미스터(thermistor)를 출력단에 직렬로 연결하는 방법이 있다. 초기에 써미스터는 비교적 높은 저항을 가지므로 돌입전류를 방지하고, 전류가 흐름에 따라 온도가 상승하면서 저항이 낮아지는 성질을 가지므로 일정 시간 후 정상적인 전류를 흘리게 된다.
이러한 구성의 문제점은 다음과 같다. 첫째, 돌입 전류가 크게 되는 경우에 온도 상승이 매우 커서 주변 시스템에 영향을 미친다. 둘째, 써미스터의 온도가 상승하기 전에는 돌입전류의 제한이 가능하지만 전원이 OFF 되었다가 다시 ON 되는 경우에는 써미스터의 온도가 이미 어느 정도 상승한 후이기 때문에 써미스터의 저항이 감소되어 전류제한이 정상적으로 되지 않는다. 셋째, 저온 환경하에서는 써미스터의 온도가 제대로 올라가지 못하여 장비가 오동작하거나 전류의 최대치가 제한된다.
다음은 2단 FET 구성을 이용한 능동적 전류제한 기술이 있다. 도 1은 이러한 종래기술에 대한 것으로 돌입전류 방지회로를 포함한 전원제어 회로이며, 2단 MOSFET으로 구성된다. 하단의 NMOS(Q2)는 전원 ON/OFF 제어의 역할을 수행하며 PMOS(Q1)는 돌입전류를 방지회로 구성을 위함이다. 저항 R2는 PMOS를 OFF하기 위하여 필요하며, 캐패시터 C1과 저항 R1은 출력전압 Vout의 변화 기울기를 조절하여 돌입전류를 줄이기 위해 구성된다. INPUT이 ON되기 전 Q1의 Gate 전압은 VIN 전압과 같은 전압을 유지하여 Q1은 cut-off된다. INPUT 신호에 따라 Q2이 도통되며, C1과 R1의 값에 따라 Q1의 Gate 전압이 점차적으로 변하면서 Q1의 VSD 전압이 강하한다. 이때 C1과 R1의 비율에 따라 VSD 전압하강의 기울기가 결정되며 이에 따라 Vout의 기울기를 완만하게 만?弩막館? Iout의 출력량이 제한된다.
Figure 112015057316664-pat00001
상기 구성의 문제점은 장치가 독립적인 전원개폐를 수행할 경우 제 역할을 수행하지 못한다는 것이다.
도 2는 스위치가 달린 부하를 연결한 회로도이다. 이러한 회로에서 부하의 스위치가 미리 닫힌 상태로 INPUT 신호를 ON/OFF 시에는 도 1의 구성과 동일한 효과를 볼 수 있으나, 부하의 스위치가 OFF 상태에서 장치의 INPUT이 Enable 되어 C1이 충전된 후 부하의 스위치를 닫는다면 이미 Q1이 도통된 상태이므로 돌입전류 방지효과를 볼 수 없다.
또 다른 기술로는 전원공급회로 출력 전류값을 센서를 통하여 읽은 다음 별도의 마이크로 컨트롤러에서 전류량을 판별하여 소프트웨어적으로 전원 차단을 수행하는 방식이 있다. 이러한 방식을 이용한 패키지 소자는 SSPC(Solid State Power Controller) 등이 있으며, 패키지 소자를 이용하지 않고 직접 하드웨어를 구성할 수도 있다. 그러나 이러한 구성은 회로구성이 복잡해지고 부피가 크며, 단가가 상승하는 등의 문제점이 있다.
이처럼 종래의 돌입전류 해결방법으로는 MOSFET 2단 구성을 이용하여 Gate 전압의 변화를 캐패시터와 저항을 통해 점차적으로 도통되도록 구현하는 방법 등이 이용되고 있다. 하지만 부하 자체에 전원용 스위치가 운용되는 경우, 기존의 방법으로는 전원 ON 명령 이후에 부하를 연결하여 부하의 스위치가 ON되는 경우 2단 구성의 캐패시터가 미리 충전됨으로써 Gate 전압이 이미 문턱전압을 넘어버려 도통된 상태이므로 돌입전류를 방지할 수가 없다.
등록특허번호 제10-0903525호(2009년 06월 19일 공고) 등록특허번호 제10-1524560호(2015년 06월 01일 공고) 등록실용신안번호 제20-0469552호(2013년 10월 17일 공고)
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 전원인가 시 부하에 큰 캐패시턴스로 인한 돌입전류는 내부 회로에 악영향을 미치지 않도록 하는 것으로, 초기 제한적으로 전류가 흐르게 하면서, 소정 시간을 지연시켜 본 정상 전류가 흐르도록 하여 돌입전류를 감소시키는 회로 구성을 제공하는 목적이 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은, 차량 전장품 전원공급 회로를 비롯한 다양한 직류 전원공급회로에 적용가능한 돌입전류 방지 회로를 구성한 것으로, 직류전류를 소모하는 전기장치(부하측)의 전원부에 높은 값의 캐패시터(Capacitor)가 부착되더라도 이에 따른 돌입전류를 방지하여 전원 제어회로 및 내부 회로의 손상을 방지하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 부하에서의 전원 ON/OFF 스위칭 구성에 더하여 자체의 전원개폐장치에 의한 ON/OFF 스위칭이 독립적으로 수행할 경우에도 돌입전류를 방지할 수 있게 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전원부의 전원을 부하로 공급하는 돌입전류제한회로부를 포함하고, 상기 돌입전류제한회로부에 의하여, 소정의 제한전류를 공급하고 소정 시간 경과 후 정상전류를 인가하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 돌입전류제한회로부는, 정상전류공급부와 병렬로 연결되어 소정의 제한전류가 공급되게 하는 제한전류공급부; 및 상기 제한전류공급부에 의해 부하 측으로 소정의 제한전류가 공급된 이후 소정 시간이 경과된 후 정상전류를 부하 측으로 공급하는 정상전류공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제한전류공급부에 의해 부하 측으로 소정 제한전류가 출력된 이후 소정 시간이 경과된 후 소정 스위칭 전압을 출력하는 시정수작동부; 및 상기 시정수작동부로부터 소정 스위칭 전압을 게이트전압으로 입력받는 지연스위칭부를 포함하며, 상기 정상전류공급부는 지연스위칭부에 따른 스위칭작동으로 정상전류를 부하 측으로 공급하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 시정수작동부는, 상기 제한전류공급부에 의해 부하 측으로 소정 제한전류가 출력되면 소정의 신호전압을 출력하는 제한전류연동출력부; 및 상기 제한전류연동출력부에서 소정 신호전압을 입력받고 소정 시간이 경과된 후 소정 스위칭 전압을 출력하는 시정수회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제한전류공급부는, 소정 저항값을 갖는 저항을 포함하고, 부하의 외부전원을 ON 시 돌입전류를 제한하기 위하여 소정 제한전류를 출력하며, 정상전류공급부에 병렬로 연결되고, 상기 제한전류연동출력부는, 홀효과소자를 포함하고, 제한전류공급부에 의해 최초 출력단에 전류가 흐르면 소정의 전압을 출력하며, 상기 시정수회로부는, 충전용 캐패시터를 포함하고, 상기 제한전류연동출력부에서 출력되는 소정의 전압을 통하여 충전되는 시정수 회로로 이루어지며, 상기 지연스위칭부는 NMOS를 포함하고, 상기 시정수회로부에서 시정후 충전되면 도통되며, 상기 정상전류공급부는, PMOS를 포함하고, 상기 지연스위칭부에서의 도통에 의한 스위칭으로 동작하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 홀효과소자는 지연스위칭부의 NMOS의 문턱전압 이상의 전압을 출력하는 것을 특징으로 하며 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 정상전류공급부의 입력 직류 전압을 분압하는 복수 저항을 포함하는 분압부를 구비하고, 상기 제한전류연동출력부의 출력측에 연결되어, 상기 홀효과소자에서 출력되는 전압을 증폭하는 전압증폭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 부하의 외부전원스위치 ON으로 소정의 제한전류를 제한전류공급부에 의해 부하 측으로 공급하는 제한전류공급단계; 상기 제한전류공급단계에 의하여 출력되는 제한전류를 감지하여 소정의 신호전압을 제한전류연동출력부에서 출력하는 제한전류신호전압출력단계; 소정의 신호전압을 소정 시간 동안 시정수회로부에서 충전하는 시정수충전단계; 시정수회로부에서의 충전된 이후 스위칭 전압을 지연스위칭부에 인가하여 스위칭작동하는 지연스위칭단계; 및 지연스위칭부의 스위칭 작동으로 정상전류공급부에서 전원부의 정상전류를 부하로 공급하는 정상전류공급단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제한전류연동출력부는 홀효과소자를 포함하고, 상기 홀효과소자는 지연스위칭부의 NMOS의 문턱전압 이상의 전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제한전류연동출력부는 홀효과소자를 포함하고, 상기 제한전류연동출력부의 출력측에 연결된 전압증폭부에 의하여, 홀효과소자에서 출력되는 전압을 증폭하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지방법을 제공한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 전원인가 시 부하에 큰 캐패시턴스로 인한 돌입전류는 내부 회로에 악영향을 미치지 않도록 하는 것으로, 초기 제한적으로 전류가 흐르게 하면서, 소정 시간을 지연시켜 본 정상 전류가 흐르도록 하여 돌입전류를 감소시키는 회로 구성을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 다른 효과는, 차량 전장품 전원공급 회로를 비롯한 다양한 직류 전원공급회로에 적용가능한 돌입전류 방지 회로를 구성한 것으로, 직류전류를 소모하는 전기장치(부하측)의 전원부에 높은 값의 캐패시터(Capacitor)가 부착되더라도 이에 따른 돌입전류를 방지하여 전원 제어회로 및 내부 회로의 손상을 방지하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 효과는, 부하에서의 전원 ON/OFF 스위칭 구성에 더하여 자체의 전원개폐장치에 의한 ON/OFF 스위칭이 독립적으로 수행할 경우에도 돌입전류를 방지할 수 있게 하는 것이다.
아울러 본 발명의 또 다른 효과는, 독립적인 전원개폐장치를 보유한 부하 등 장치 외부 요소에 의해 전원 공급/차단 시에도 돌입전류를 방지하며, 마이크로 컨트롤러를 이용한 소프트웨어기술을 접목한 전력제어소자로 구성하였을 때보다 가격이 저렴하고 회로구성이 간단하며 부피가 작게 마련하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 의해 돌입전류 방지용 전원공급 시스템 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 의해 돌입전류 방지용 전원공급 시스템에 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하가 연결된 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 돌입전류 방지회로의 홀효과소자를 이용한 돌입전류 방지 전원공급 회로이다.
도 4는 본 발명에 따른 돌입전류 방지회로의 전원제어용 입력단이 별도로 구성된 회로이다.
도 5는 본 발명에 따른 돌입전류 방지방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 돌입전류 방지회로의 기본 제어 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 돌입전류 방지회로에 전압증폭부가 부가된 제어 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 돌입전류 방지방법에 대한 순서도이다.
이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
즉 본 발명에 따른 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로는, 첨부된 도 3 내지 도 8 등에서와 같이, 일측의 전원부(10)의 전원이 타측의 부하(20)로 공급되는 것을 단속하는 것으로, 초기 돌입전류를 방지하기 위한 것이다.
이를 위한 구성으로 전원부(10)와 부하(20) 사이의 돌입전류제한회로부(30)에 의해 돌입전류를 방지하게 된다. 이로써 전원부(10)의 전원을 부하(20)로 공급하는 돌입전류제한회로부(30)를 포함하는 것이다.
그리하여 상기 돌입전류제한회로부(30)에 의하여, 소정의 제한전류를 공급하고 소정 시간 경과 후 정상전류를 인가하도록 구비되도록 하여, 부하에서의 돌입전류를 방지하게 된다.
이러한 상기 돌입전류제한회로부(30)에 대한 상세 구성을 보면 다음과 같다.
이에 정상전류공급부(32)와 병렬로 연결되어 소정의 제한전류가 공급되게 하는 제한전류공급부(31)를 구비한다.
이러한 상기 제한전류공급부(31)는, 소정 저항값을 갖는 저항(R1)을 포함하고, 부하(20)의 외부전원을 ON 시 돌입전류를 제한하기 위하여 소정 제한전류를 출력하며, 정상전류공급부(32, PMOS)에 병렬로 연결되는 것이다.
그리고 상기 제한전류공급부(31)에 의해 부하(20) 측으로 소정의 제한전류가 공급된 이후 소정 시간이 경과된 후 정상전류를 부하(20) 측으로 공급하는 정상전류공급부(32)를 포함하는 것이다.
이러한 상기 정상전류공급부(32)는, PMOS(Q1)를 포함하고, 후술되는 지연스위칭부(34)에서의 도통에 의해 스위칭으로 동작하여, 정상전류를 흐르게 한다.
즉 부하에서의 스위칭으로 부하로 전원이 공급되는 초기에는 전원부(10)의 전체 전원보다 소정 정도 낮은 전압을 이루는 제한전류가 제한전류공급부(31)에 의해 먼저 공급되는 것이다. 이후 소정 시간이 경과된 이후 정상전류공급부(32)에 의해 전원부(10)에서 공급되는 전원을 정상적으로 공급되게 하는 것이다.
이를 위해 상기 제한전류공급부(31)에 의해 부하(20) 측으로 소정 제한전류가 출력된 이후 소정 시간이 경과된 후 소정 스위칭 전압을 출력하는 시정수작동부(33)를 구비한다.
이러한 상기 시정수작동부(33)는, 상기 제한전류공급부(31)에 의해 부하(20) 측으로 소정 제한전류가 출력되면 소정의 신호전압을 출력하는 제한전류연동출력부(331)를 구비한다.
이에 상기 제한전류연동출력부(331)는, 홀효과소자(Hall effect (sensor) device)를 포함하고, 제한전류공급부(31)에 의해 최초 출력단에 전류가 흐르면 소정의 전압을 출력하는 것이다.
이러한 상기 홀효과소자는 지연스위칭부(34, NMOS)의 문턱전압(Vth) 이상의 전압을 출력하는 것이 바람직하다. 그리하여 홀효과소자에서 출력되는 전압으로 먼저 캐패시터(C1)를 충전하여 소정 기간 작동지연을 하고, 이후 출력전압으로 지연스위칭부(34)가 스위칭 작동되게 한다.
또는 혹여 홀효과소자에서 출력되는 전압이 지연스위칭부(34)의 문턱전압보다 낮게 출력될 경우, 이를 증폭시키기 위한 전압증폭부(36)를 구비할 수 있다.
즉 상기 제한전류연동출력부(331)의 출력측에 연결되어, 상기 홀효과소자에서 출력되는 전압을 증폭하는 전압증폭부(36)를 구비하는 것이다.
아울러 상기 제한전류연동출력부(331)에서 소정 신호전압을 입력받고 소정 시간이 경과된 후 소정 스위칭 전압을 출력하는 시정수회로부(332)를 구비하는 것이다.
이러한 상기 시정수회로부(332)는, 충전용 캐패시터(C1), 저항(R4)을 포함하고, 상기 제한전류연동출력부(331)에서 출력되는 소정의 전압을 통하여 충전되는 시정수 회로로 이루어지는 것이다. 즉 충전하는 동안 소정 시간이 경과되어 시간 지연 효과가 이루어지는 것이다.
그리고 다음으로 상기 시정수작동부(33)로부터 소정 스위칭 전압을 게이트전압으로 입력받는 지연스위칭부(34)를 포함하는 것이다.
이에 상기 정상전류공급부(32)는 지연스위칭부(34)에 따른 스위칭작동으로 정상전류를 부하(20) 측으로 공급하는 것이다.
이러한 상기 지연스위칭부(34)는 NMOS(Q2)를 포함하고, 상기 시정수회로부(332)에서 시정후 충전되면 도통되는 것이다. 이로써 상기 정상전류공급부(32)는, PMOS(Q1)를 포함하고, 상기 지연스위칭부(34)에서의 도통에 의한 스위칭으로 동작하는 것이다.
그리고 도 3, 도 4에서처럼 상기 정상전류공급부(32, PMOSFET)의 입력 직류 전압을 분압하는 복수 저항(R2)(R3)을 포함하는 분압부(35)를 구비하는 것이다. 이로써 전원부(10)의 전원을 정상전류공급부(32, Q1, PMOS)의 스위칭에 알맞게 전원이 인가되게 한다.
이상에서와 같이 마련되는 본 발명에 따른 돌입전류 방지방법에 대해서 살펴보기로 한다.
우선 부하(20)의 외부전원스위치 ON으로 소정의 제한전류를 제한전류공급부(31)에 의해 부하(20) 측으로 공급하는 제한전류공급단계(S10)를 수행한다.
이에 도 3에는 부하측 스위치에서의 작동만으로 전원공급이 이루어짐을 예시하였고, 도 4는 전원부(10)의 전원공급장치(11)에 먼저 스위칭 입력하고 이후 부하측 스위칭 작동에 의해 전원이 인가되도록 함을 예로 하였다.
이에 제한전류공급단계(S10)에서는 전원부 전체 전압으로 공급하는 것이 아니라 제한된 양만큼만 부하에 인가하여 부하의 돌입전류를 방지하게 된다.
다음으로 상기 제한전류공급단계(S10)에 의하여 출력되는 제한전류를 감지하여 소정의 신호전압을 제한전류연동출력부(331)에서 출력하는 제한전류신호전압출력단계(S20)를 수행한다.
이러한 출력단의 출력감지는 홀효과센서의 소자를 이용할 수 있다. 이러한 홀효과소자는 출력단 출력을 감지하여 소정 전압을 출력하게 된다.
그리고 소정의 신호전압을 소정 시간 동안 시정수회로부(332)에서 충전하는 시정수충전단계(S30)를 수행한다. 이에 시정수회로부(332)의 캐패시터(C1)에 충전되는 시간 동안 전체 정상전류 공급이 지연되므로, 초기 제한전류만 부하측으로 공급되는 것이다.
또한 시정수회로부(332)에서의 충전된 이후 스위칭 전압을 지연스위칭부(34)에 인가하여 스위칭작동하는 지연스위칭단계(S40)를 수행한다.
아울러 지연스위칭부(34)의 스위칭 작동으로 정상전류공급부(32)에서 전원부의 정상전류를 부하(20)로 공급하는 정상전류공급단계(S50)를 수행하는 것이다.
그리하여 부하측으로 스위칭 후 소정 시간 경과된 다음에 정상전류가 공급되는 것이다.
이에 상기 제한전류연동출력부(331)는 홀효과소자를 포함할 수 있으며, 이러한 상기 홀효과소자는 지연스위칭부(34, NMOS)의 문턱전압(Vth) 이상의 전압으로 출력하도록 실시될 수 있다.
또한 상기 제한전류연동출력부(331)의 출력측에 연결된 전압증폭부(36)에 의하여, 홀효과소자에서 출력되는 전압을 증폭하도록 구비될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 있어서의 각 부재들에 대한 바람직하게 적용되는 구성들을 대비하여 설명하기로 한다.
(1) 회로구성
이에 도 3은 본 발명의 회로도이다. 전원제어는 부하에 장착된 스위치에 의하여 공급 및 차단됨을 예로 하였다. 공급된 전원은 정상전류공급부(32)의 PMOS(Q1)이 도통되기 전에는 제한전류공급부(31)의 R1을 거쳐서 부하로 출력된다. 정상전류공급부(32)의 Q1은 부하의 캐패시터(Cload)가 어느 정도 충전된 후 부하(20)에 정상적인 전류공급을 위하여 구성된 소자이다. 지연스위칭부(34)의 NMOS Q2의 Drain 전압이 낮아지고 이에 따라 Q1의 Gate 전압이 낮아져, 정상전류공급부(32) PMOS Q1의 소스-게이트전압(VSG)이 문턱전압의 절대값(|Vth|) 보다 크게 되면 Q1이 도통된다.
VSG(소스-게이트 전압) > |Vth| (문턱전압의 절대값)
그리고 분압부(35)의 저항 R2와 R3는 지연스위칭부(34) Q2의 도통 후, 전원부(10) VIN 전압을 분배하여 정상전류공급부(32) Q1이 지속적으로 도통될 수 있도록, 정상전류공급부(32)의 Q1의 Gate 전압을 만들어 준다.
지연스위칭부(34) Q2의 도통은 제한전류연동출력부(331)의 홀효과센서(Hall Effect Sensor)에서 출력된 전압신호를 통하여 C1이 충전되고, C1에서의 충전 이후의 전압이 지연스위칭부(34) Q2의 게이트-소스 전압(VGS)이 문턱전압(Vth) 보다 크게 되면 스위칭 작동된다.
VGS (게이트-소스 전압) > Vth (문턱전압)
다음은 전원부(10)의 전원공급장치(11) 단에서 전원 ON/OFF 제어를 병행하여야 할 경우에는 도 4와 같이 VIN 제어할 수 있는 회로를 추가로 구성한다.
이에 각 소자들의 기능 및 부가 설명을 보면 다음과 같다.
1) Q1(PMOS) : (정상전류공급부(32)) 전원부(10) 및 부하(20)에서의 요구조건에 맞는 정상전류인 최대 출력전류량을 허용할 수 있는 범위의 소자.
2) Q2(NMOS) : (지연스위칭부(34)) 홀효과센서의 출력전압을 통하여 Gate 전압을 입력하면 Q2 가 도통될 수 있는 범위의 문턱전압을 가진 소자.
3) R1 : (제한전류공급부(31)) 전원공급장치(11) 및 부하(20) 등에서 최초 스위치를 ON 했을 때 홀효과센서에서 충분한 전압이 출력될 수 있을 정도의 출력전류(제한전류)가 흐를 수 있을 저항(ex. 3Ω ).
4) R2, R3 : (분압부(35)) 저항에 수십 mA 이하의 작은 전류가 흐르도록 하며 Q1 소자의 최대 VSG(소스-게이트 전압) 값에 따라 비율 결정(ex. VIN 이 24V, 최대 VSG가 8V이고 R2-10KΩ 라면 R3 = 20 kΩ 이상).
5) 홀효과소자 : (제한전류연동출력부(331)) 최대 출력 전류량 이상의 허용전류를 가지며 Linear Analog Voltage가 출력되는 센서를 사용한다. 오프셋은 0V에 가까워야 하며 전류가 흘렀을 때 Q2의 문턱전압을 충분히 넘을 수 있는 전압이 출력되는 특성을 가진 소자를 선택한다. (ex. 5A 시 5V 출력). 필요 시 홀센서의 전압을 증폭하기 위한 OP Amp 를 센서 출력단에 부착할 수도 있다.
(ex. Hall Effect Sensor : Allegro MicroSystems, ACS715 (Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC).
(2) 동작설명
도 3에서 최초 부하(20)의 스위치가 OFF된 상태에서는 VIN 의 전압이 형성되었더라도 Iout 전류가 흐르지 않고 MOSFET Q1도 도통되지 않은 상태이다. 부하(20)의 스위치가 ON되면 시스템에 전류가 흐르게 되고 이에 따라 홀효과센서에서 전압이 출력된다. 전압이 유지되어 C1이 충전되고 Q2의 VGS 전압이 문턱전압을 넘는 순간 G2가 도통된다. 따라서 R2와 R1에 전류가 흐르게 되고 저항 분압에 따라 Q1의 게이트 전압이 하강하여, VSD 전압이 |Vth|를 넘어서면서 Q1이 도통된다.
본 발명에서 부하의 스위치가 ON되지 않는 한 C1은 충전될 수 없고, 따라서 결과적으로 Q1은 스위치 ON 이전에 먼저 도통될 수 없으므로 스위치가 ON되는 순간의 돌입전류를 방지할 수 있다.
본 발명에 대해 도 4를 참조하여 동작순서를 설명하면 다음과 같다.
1) INPUT ON으로 전원공급장치에서 전원공급 상태가 된다.
2) 부하의 전원스위치를 ON한다.
3) 최초 Iout는 Q1 PMOS가 도통되지 않은 상태이므로 R1을 거쳐 흐른다(S10). R1의 존재로 Cload 캐패시터로 인한 돌입전류가 방지된다.
4) 홀효과센서에서 Iout 전류를 감지하여 전압(ex. 5V)을 출력한다(S20).
5) C1 캐패시터가 충전된다. 충전 시간은 아래 수식에서와 같은 조건에서 조정이 가능하다(S30).
τ = R3 * C1
6) C1이 충전되어 Q2가 도통된다(S40).
7) Q1의 Gate 전압이 R2와 R1의 분압에 의하여 결정되고 VSG전압이 Vth를 넘어서면서 Q1이 도통된다.
8) 정상적으로 전원공급된다(S50).
이처럼 본 발명에 의하면, 장치 외부요소에 의한 전원 공급/차단 시 발생하는 돌입전류를 방지하는 시스템으로서 소프트웨어가 없이 하드웨어로만 구성된 것이다.
특히 장치 내의 스위치가 아닌 장치 외부인 부하에서의 스위치 조작이 감지되면 직렬로 연결된 저항(R1)을 통하여 일시적으로 제한된 전류를 공급하였다가 일정 시간 경과 후 PMOS의 드레인 전류를 통하여 정상적인 전류를 공급하는 것이다.
그리하여 차량 전장품 전원공급 시에 발생하는 돌입전류 문제를 해소할 수 있는 회로를 제공하는 것으로, 특별히 부하장치에 스위치가 달린 구성에서도 적용될 수 있는 전원공급장치를 제공할 수 있다. 또한 차량뿐 아니라 범주를 벗어나지 않는 다양한 범위에서 적용 가능하다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 일실시예를 기재한 것이므로, 상기 실시예의 기재에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한적으로 해석되어서는 아니 된다.
10 : 전원부 11 : 전원공급장치
20 : 부하 30 : 돌입전류제한회로부
31 : 제한전류공급부 32 : 정상전류공급부
33 : 시정수작동부 34 : 지연스위칭부

Claims (10)

  1. 전원부의 전원을 부하로 공급하는 돌입전류제한회로부를 포함하고,
    상기 돌입전류제한회로부에 의하여, 소정의 제한전류를 공급하고 소정 시간 경과 후 정상전류를 인가하도록 구비되며,
    상기 돌입전류제한회로부는,
    정상전류공급부와 병렬로 연결되어 소정의 제한전류가 공급되게 하는 제한전류공급부;
    상기 제한전류공급부에 의해 부하 측으로 소정의 제한전류가 공급된 이후 소정 시간이 경과된 후 정상전류를 부하 측으로 공급하는 정상전류공급부;
    상기 제한전류공급부에 의해 부하 측으로 소정 제한전류가 출력된 이후 소정 시간이 경과된 후 소정 스위칭 전압을 출력하는 시정수작동부; 및
    상기 시정수작동부로부터 소정 스위칭 전압을 게이트전압으로 입력받는 지연스위칭부를 포함하며,
    상기 정상전류공급부는 지연스위칭부에 따른 스위칭작동으로 정상전류를 부하 측으로 공급하며,
    상기 시정수작동부는,
    상기 제한전류공급부에 의해 부하 측으로 소정 제한전류가 출력되면 소정의 신호전압을 출력하는 제한전류연동출력부; 및
    상기 제한전류연동출력부에서 소정 신호전압을 입력받고 소정 시간이 경과된 후 소정 스위칭 전압을 출력하는 시정수회로부를 포함하며,
    상기 제한전류공급부는, 소정 저항값을 갖는 저항을 포함하고, 부하의 외부전원을 ON 시 돌입전류를 제한하기 위하여 소정 제한전류를 출력하며, 정상전류공급부에 병렬로 연결되고,
    상기 제한전류연동출력부는, 홀효과소자를 포함하고, 제한전류공급부에 의해 최초 출력단에 전류가 흐르면 소정의 전압을 출력하며,
    상기 시정수회로부는, 충전용 캐패시터를 포함하고, 상기 제한전류연동출력부에서 출력되는 소정의 전압을 통하여 충전되는 시정수 회로로 이루어지며,
    상기 지연스위칭부는 NMOS를 포함하고, 상기 시정수회로부에서 시정후 충전되면 도통되며,
    상기 정상전류공급부는, PMOS를 포함하고, 상기 지연스위칭부에서의 도통에 의한 스위칭으로 동작하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 홀효과소자는 지연스위칭부의 NMOS의 문턱전압 이상의 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 정상전류공급부의 입력 직류 전압을 분압하는 복수 저항을 포함하는 분압부를 구비하고,
    상기 제한전류연동출력부의 출력측에 연결되어, 상기 홀효과소자에서 출력되는 전압을 증폭하는 전압증폭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지회로.
  8. 부하의 외부전원스위치 ON으로 소정의 제한전류를 제한전류공급부에 의해 부하 측으로 공급하는 제한전류공급단계;
    상기 제한전류공급단계에 의하여 출력되는 제한전류를 감지하여 소정의 신호전압을 제한전류연동출력부에서 출력하는 제한전류신호전압출력단계;
    소정의 신호전압을 소정 시간 동안 시정수회로부에서 충전하는 시정수충전단계;
    시정수회로부에서의 충전된 이후 스위칭 전압을 지연스위칭부에 인가하여 스위칭작동하는 지연스위칭단계;
    지연스위칭부의 스위칭 작동으로 정상전류공급부에서 전원부의 정상전류를 부하로 공급하는 정상전류공급단계를 포함하되,
    상기 제한전류연동출력부는 홀효과소자를 포함하고,
    상기 홀효과소자는 지연스위칭부의 NMOS의 문턱전압 이상의 전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지방법.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 홀효과소자에서 출력되는 전압을 증폭하는 전압증폭부가 상기 제한전류연동출력부의 출력측에 연결되는 것을 특징으로 하는 독립적인 전원개폐장치를 가진 부하의 전원공급 시 발생하는 돌입전류 방지방법.
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