KR101768693B1

KR101768693B1 - 전력 공급 장치의 입력 필터의 커패시터를 방전하는 장치 및 방법, 그리고 방전 장치를 포함하는 전력 공급 장치

Info

Publication number: KR101768693B1
Application number: KR1020100107697A
Authority: KR
Inventors: 문상철; 김현민; 윤성원; 이민우
Original assignee: 페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2017-08-16
Also published as: CN102457180B; US20120105016A1; US8710806B2; KR20120045856A; CN102457180A

Abstract

전력 공급 장치가 개시된다. 전력 공급 장치는 입력 필터와 방전 장치를 포함한다. 입력 필터는 교류 전원이 공급되는 커패시터를 포함한다. 방전 장치는 교류 전원을 정류하고 샘플링하여 생성되는 샘플링 신호의 피크 전압에 따라 참조 전압을 생성하고, 샘플링 신호와 참조 전압을 비교하여 생성되는 비교 신호에 따라 교류 전원의 차단 감지 신호를 생성하며, 차단 감지 신호에 따라 커패시터에 충전된 전하를 방전 저항을 통해 방전한다.

Description

전력 공급 장치의 입력 필터의 커패시터를 방전하는 장치 및 방법, 그리고 방전 장치를 포함하는 전력 공급 장치{APPARATUS AND METHOD FOR DISCHARGING CAPACITOR OF INPUT FILTER OF POWER SUPPLY, AND POWER SUPPLY INCLUDING THE APPARATUS}

본 발명은 전력 공급 장치의 입력 필터의 커패시터를 방전하는 장치 및 방법, 그리고 전력 공급 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 전력 효율을 높이며 대기 전력을 줄이는 전력 공급 장치에 관한 것이다.

전력 공급 장치는 컴퓨터, 가전 제품, 통신 장치 등에 안정적인 전력을 공급하기 위하여 널리 사용된다. 최근에 환경 오염, 에너지 자원 고갈 등이 이슈로 제기되면서 전력 공급 장치의 효율이 중요시되었다. 특히, 전력 공급 장치의 대기 전력 또한 관심의 대상이 되고 있다.

도 1은 종래의 전력 공급 장치의 회로도를 보여준다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 전력 공급 장치는 교류 전원(Vac)를 공급받아 규정된 직류 전압(regulated DC voltage)(Vdc)를 생성하며, 입력 필터(10), 브릿지 다이오드(BD), 커패시터(Cin), 및 DC-DC 컨버터(20)를 포함한다.

입력 필터(10)는 교류 전원(Vac)을 안정화시키고 전자파 잡음(Electromagnetic Interference, EMI)을 감소시키며, 제1 입력 커패시터(C1), 방전 저항(Rd), 초크 코일(L1), 제2 입력 커패시터(C2)를 포함한다. 제1 입력 커패시터(C1)의 양단은 교류 전원(Vac)의 양단과 각각 연결된다. 방전 저항(Rd)의 양단 또한 교류 전원(Vac)의 양단과 각각 연결된다. 초크 코일(L1)의 2개의 입력단은 교류 전원(Vac)의 양단과 각각 연결되고, 초크 코일(L1)의 2개의 출력단은 제2 커패시터(C2)의 양단과 각각 연결된다.

브릿지 다이오드(BD)는 4개의 다이오드로 구성되며, 초크 코일(L1)의 2개의 출력단과 각각 연결된 2개의 입력단 및 커패시터(Cin)의 양단에 각각 연결된 2개의 출력단을 가진다. 브릿지 다이오드(BD)는 EMI가 감소된 교류 전원을 정류하며, 커패시터(C1)는 정류된 교류 전원을 평활화(smoothing)하여 DC-DC 컨버터(20)의 입력 전압(Vin)을 생성한다.

DC-DC 컨버터(20)는 입력 전압(Vin)을 규정된 직류 전압(Vdc)로 변환한다.

이와 같은 구조의 전력 공급 장치의 제1 입력 커패시터(C1) 및 제2 입력 커패시터(C2)에는 고전압이 충전되므로, 교류 전원(Vac)의 공급이 중단되는 경우에 제1 입력 커패시터(C1) 및 제2 입력 커패시터(C2)의 방전이 필요하다.

이를 위하여 종래의 전력 공급 장치는 방전 저항(Rd)를 두어 제1 입력 커패시터(C1) 및 제2 입력 커패시터(C2)를 방전하였으나, 방전 저항(Rd) 에는 교류 전원(Vac)이 지속적으로 공급되므로 전력 공급 장치의 효율을 떨어뜨리는 문제가 있었다. 또한 무부하인 상황에서도 방전 저항(Rd)에 의해 상당히 큰 대기 전력이 발생하였다.

뿐만 아니라, 제1 입력 커패시터(C1) 및 제2 입력 커패시터(C2)의 크기가 커질수록 또는 방전 속도를 빠르게 할수록 방전 저항(Rd)의 크기는 작아져야 하므로, 전력 공급 장치의 효율을 더욱 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대기 전력을 줄이고 효율을 향상시킨 전력 공급 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따라 전력 공급 장치의 입력 필터의 제1 커패시터를 방전하는 장치는 교류 전원을 정류하여 정류된 교류 신호를 생성하는 정류기; 상기 정류된 교류 신호를 샘플링하여 샘플링 신호를 생성하는 샘플링부; 상기 샘플링 신호의 피크 전압에 따라 참조 전압을 생성하는 참조 전압 생성부; 상기 샘플링 신호와 상기 참조 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하는 제1 비교기; 상기 비교 신호에 따라 상기 교류 전원의 차단 감지 신호를 생성하는 전원 차단 감지부; 및 상기 차단 감지 신호에 따라 상기 제1 커패시터에 충전된 전하를 방전하는 제1 방전 저항을 포함한다.

상기 참조 전압 생성부는 상기 피크 전압을 소정의 비율로 분배하여 상기 참조 전압을 생성할 수 있다.

상기 소정의 비율은 sin(45˚)에 해당하고, 상기 샘플링부는 상기 교류 전원의 주기의 1/4에 해당하는 시간을 샘플링 주기로 상기 정류된 교류 신호를 샘플링 할 수 있다.

상기 전원 차단 감지부는 N개의 비교 신호를 저장하는 쉬프트 레지스터와, 상기 N개의 비교 신호가 모두 동일한 값을 가지는 경우에 상기 교류 전원이 차단되었음을 알리는 전원 차단 신호를 출력하는 게이트부를 포함 할 수 있다.

상기 게이트부는 상기 N개의 비교 신호를 입력으로 하는 AND 게이트와, 상기 N개의 비교 신호를 입력으로 하는 NOR 게이트와, 상기 AND 게이트의 출력과 상기 NOR 게이트의 출력을 입력으로 하여 상기 전원 차단 신호를 출력하는 OR 게이트를 포함 할 수 있다.

상기 방전 장치는 상기 정류된 교류 신호가 공급되는 일단을 가지는 제2 방전 저항을 더 포함 할 수 있다.

상기 샘플링부는 상기 제2 방전 저항의 타단에 연결된 드레인 전극을 가지는 고전압 스위치와, 클럭 신호와 상기 전원 차단 신호를 입력으로 하는 OR 게이트와, 상기 고전압 스위치의 소스 전극에 연결된 드레인 전극, 상기 OR 게이트의 출력에 연결된 게이트 전극, 및 상기 제2 방전 저항의 일단에 연결되고 상기 샘플링 신호를 출력하는 소스 전극을 가지는 제1 트랜지스터를 포함 할 수 있다.

상기 샘플링부는 상기 고전압 스위치의 소스 전극에 연결된 소스 전극과 상기 고전압 스위치의 게이트 전극에 연결된 드레인 전극을 가지는 제2 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 드레인 전극과 그라운드에 연결된 소스 전극을 가지는 제3 트랜지스터와, 상기 고전압 스위치의 소스 전극에 연결된 드레인 전극과 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 게이트 전극을 가지는 제4 트랜지스터와, 상기 고전압 스위치의 소스 전극에 연결된 드레인 전극과 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 게이트 전극을 가지는 제5 트랜지스터와, 상기 제4 트랜지스터의 소스 전극에 연결된 애노드 전극을 가지는 다이오드와, 상기 제5 트랜지스터의 소스 전극에 연결된 일단을 가지는 저항과, 상기 다이오드의 캐소드 전극과 상기 저항의 타단에 연결된 일단과 그라운드에 연결된 타단을 가지는 제2 커패시터와, 상기 제2 커패시터의 일단과 구동 전압을 위한 참조 전압을 입력으로 하고, 상기 제2 트랜지스터와 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극에 연결된 출력단을 가지는 제2 비교기를 더 포함 할 수 있다.

본 발명의 한 실시에에 따라 전력 공급 장치의 입력 필터의 커패시터를 방전하는 방법은 교류 전원을 정류하여 정류된 교류 신호를 생성하는 단계; 상기 정류된 교류 신호를 클럭 신호에 따라 샘플링하여 샘플링 신호를 생성하는 단계; 상기 샘플링 신호의 피크 전압에 따라 가변하는 참조 전압을 생성하는 단계; 상기 샘플링 신호와 상기 참조 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하는 단계; 상기 비교 신호에 따라 상기 교류 전원의 차단 감지 신호를 생성하는 단계; 및 상기 차단 감지 신호에 따라 상기 커패시터에 충전된 전하를 방전 저항을 통해 방전하는 단계를 포함한다.

상기 참조 전압을 생성하는 단계는 상기 피크 전압을 소정의 비율로 분배하여 상기 참조 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 소정의 비율은 sin(45˚)에 해당하고,

상기 샘플링 주기는 상기 교류 전원의 주기의 1/4에 해당 할 수 있다.

상기 차단 감지 신호를 생성하는 단계는 N개의 비교 신호가 모두 동일한 값을 가지는 경우에 상기 교류 전원이 차단되었음을 알리는 차단 감지 신호를 출력하는 단계를 포함 할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전력 공급 장치는 교류 전원이 공급되는 커패시터를 포함하는 입력 필터; 및 상기 교류 전원을 정류하고 샘플링하여 생성되는 샘플링 신호의 피크 전압에 따라 참조 전압을 생성하고, 상기 샘플링 신호와 상기 참조 전압을 비교하여 생성되는 비교 신호에 따라 상기 교류 전원의 차단 감지 신호를 생성하며, 상기 차단 감지 신호에 따라 상기 커패시터에 충전된 전하를 방전 저항을 통해 방전하는 방전 장치를 포함한다.

본 발명의 특징에 따르면, 입력 교류 전원의 레벨이 변동하더라도 샘플링 주기를 늘리는 것이 가능하여 전력 공급 장치의 효율을 높이고 대기 전력을 감소시키는 것이 가능하다.

도 1은 종래의 전력 공급 장치의 회로도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 장치의 회로도를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 샘플링부의 회로도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 참조 전압 생성부의 회로도를 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전원 차단 감지부의 회로도를 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 교류 전원 및 정류된 교류 신호를 나타낸 파형도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정류된 교류 신호 및 제2 샘플링 신호를 나타낸 파형도이다.
도 8은 교류 전원 차단시의 정류된 교류 신호 및 제2 샘플링 신호를 나타낸 파형도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 장치의 회로도를 보여준다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 장치는 입력 필터(100), 브릿지 다이오드(BD), 커패시터(Cin), DC-DC 컨버터(200), 정류기(300), 제1 방전 저항(R1), 샘플링부(400), 참조 전압 생성부(600), 비교기(700), 전원 차단 감지부(800), 및 제2 방전 저항(R3)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 입력 필터(100)는 도 1의 입력 필터(10)의 방전 저항(Rd)이 없다는 점을 제외하고는 도 1의 입력 필터(10)와 동일하다. 설명의 편의를 위하여 도 2의 입력 필터(100)를 언급하였을 뿐, 본 발명의 실시를 위하여 반드시 도 2에 도시된 입력 필터(100)를 이용할 필요는 없고, 교류 전원(Vac)에 연결되어 방전이 필요한 커패시터를 포함하는 전력 공급 장치라면 본 발명이 적용 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 장치의 입력 필터(100), 브릿지 다이오드(BD), 커패시터(Cin), DC-DC 컨버터(200)의 구성 및 동작은 도 1과 거의 유사하므로 설명을 생략한다.

정류기(300)는 교류 전원(Vac)의 양단을 입력으로 하여 정류된 교류 신호(V1)를 생성한다. 샘플링부(400)는 정류된 교류 신호(V1)를 클럭 신호(CLK)의 주기(T_sampling)에 따라 샘플링하여 제2 샘플링 신호(V_S2)를 생성한다. 참조 전압 생성부(600)는 제2 샘플링 신호(V_S2)로부터 참조 전압(Vref)를 생성하고, 비교기(700)는 제2 샘플링 신호(V_S2)와 참조 전압(Vref)를 비교하여 비교 신호(Vcomp)를 출력한다. 전원 차단 감지부(800)는 교류 전원(Vac)이 차단되었는 지를 비교 신호(Vcomp)로부터 파악하여 전원 차단 신호(Vac_off)를 출력한다. 교류 전원(Vac)이 차단된 경우, 제1 입력 커패시터(C1) 및 제2 입력 커패시터(C2)는 제2 방전 저항(R3)에 의해 방전된다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 정류기(300)는 제1 다이오드(D1), 및 제2 다이오드(D2)를 포함한다. 제1 다이오드(D1)의 애노드와 제2 다이오드(D2)의 애노드는 교류 전원(Vac)의 양단에 각각 연결된다. 제1 다이오드(D1)의 캐소드와 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 모두 제1 방전 저항(R1)의 일단에 연결된다. 이와 같은 구성에 의해 제1 방전 저항(R1)의 타단은 정류된 교류 신호(V1)를 출력한다.

다음은 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 샘플링부(400)를 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 샘플링부의 회로도를 보여준다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 샘플링부(400)는 고전압 스위치(J1), 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 제3 트랜지스터(M3), 제4 트랜지스터(M4), 다이오드(D3), 저항(R2), 커패시터(C3), 비교기(410), OR 게이트(420), 및 제5 트랜지스터(M5)를 포함한다.

전계 효과 트랜지스터(Junction Field Effect Transistor, JFET)로 형성되는 고전압 스위치(J1)은 제1 방전 저항(R1)의 타단에 연결되는 드레인 전극과 제1 샘플링 신호(V_S1)를 제공하는 소스 전극을 포함한다. 제1 트랜지스터(M1)는 고전압 스위치(J1)의 소스 전극에 연결된 소스 전극, 고전압 스위치의 게이트 전극에 연결된 드레인 전극을 포함한다. 제2 트랜지스터(M2)는 제1 트랜지스터(M1)의 드레인 전극에 연결되어 제2 스위치 신호(V_SW2)를 제공하는 드레인 전극, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극에 연결된 게이트 전극 및 그라운드에 연결된 소스 전극을 포함한다. 제3 트랜지스터(M3)는 고전압 스위치(J1)의 소스 전극에 연결된 드레인 전극, 고전압 스위치(J1)의 게이트 전극에 연결된 게이트 전극을 포함한다. 제4 트랜지스터는 고전압 스위치(J1)의 소스 전극에 연결된 드레인 전극, 고전압 스위치(J1)의 게이트 전극에 연결된 게이트 전극을 포함한다. 다이오드(D3)는 제3 트랜지스터(M3)의 소스 전극에 연결된 애노드 전극과, 커패시터(C3)의 일단에 연결되는 캐소드 전극을 가진다. 저항(R2)은 제4 트랜지스터(M4)의 소스 전극에 연결되는 일단과 커패시터(C3)의 일단에 연결된 타단을 가진다. 커패시터는 다이오드(D3)의 캐소드 전극 및 저항(R2)의 타단에 연결되어 구동 전압(Vcc)를 공급하는 일단과 그라운드에 연결된 타단을 가진다. 비교기(410)는 구동 전압(Vcc)에 연결된 비반전 단자(+), 참조 전압(V_UVLO)에 연결된 반전 단자(-) 및 제1 스위치 신호(V_SW1)을 출력하는 출력 단자를 가진다. 참조 전압(V_UVLO)는 저전압 록아웃(under-volatage lockout) 전압일 수 있다. OR 게이트(420)은 클럭 신호(CLK)에 연결된 제1 입력단, 전원 차단 신호(Vac_off)에 연결된 제2 입력단을 포함한다. 제5 트랜지스터(M5)는 제1 샘플링 신호(V_S1)에 연결된 드레인 전극, OR 게이트(420)의 출력단에 연결된 게이트 전극, 제2 방전 저항(R3)과 연결되며 제2 샘플링 신호(V_S2)를 제공하는 소스 전극을 포함한다.

다음은 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 참조 전압 생성부(600)를 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 참조 전압 생성부의 회로도를 보여준다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 참조 전압 생성부(600)는 피크 검출기(610), 전압 분배기(620)를 포함한다. 피크 검출기(610)는 제2 샘플링 신호(V_S2)의 피크(V_{S2_PEAK})를 검출하여 이를 출력한다. 본 발명의 실시예에 따른 전압 분배기(620)는 2개의 직렬 저항(R4, R5)로 구성되고 피크 검출기(610)의 출력 전압을 분해하여 참조 전압(Vref)를 출력한다.

다시 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 비교기(700)를 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 비교기(700)는 제2 샘플링 신호(V_S2)에 연결된 비반전 단자(+), 참조 전압(Vref)에 연결된 반전 단자(-) 및 비교 신호(Vcomp)를 출력하는 출력 단자를 가진다.

다음은 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전원 차단 감지부(800)를 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전원 차단 감지부의 회로도를 보여준다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전원 차단 감지부(800)는 쉬프트 레지스터(810), 및 게이트부(820)을 포함하고 게이트부(820)는 AND 게이트(822), NOR 게이트(823) 및 OR 게이트(824)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 쉬프트 레지스터(810)는 n 비트(n은 정수)의 쉬프트 레지스터이며, 한 클럭마다 비교 신호(Vcomp)를 새로운 입력으로 하여 n 비트를 1 비트씩 쉬프트하고, 저장된 n 비트를 출력한다. 게이트부(820)는 쉬프트 레지스터(810)가 저장하는 n 비트가 모두 동일한 값인 경우 하이 레벨의 전원 차단 신호를 출력한다. 구체적으로, AND 게이트(822)는 쉬프트 레지스터(810)의 출력 n비트를 AND 연산하여 연산 결과를 출력하고, NOR 게이트(823)는 쉬프트 레지스터(810)의 출력 n비트를 NOR 연산하여 연산 결과를 출력한다. OR 게이트(824)는 AND 게이트(822)의 연산 결과와 NOR 게이트(823)의 연산 결과에 대해 OR 연산하여 전원 차단 신호(Vac_off)를 출력한다.

다음은 도 6 내지 도 8에 도시된 파형을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 장치의 동작을 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 교류 전원 및 정류된 교류 신호를 나타낸 파형도이다.

교류 전원(Vac)으로 도 6에 도시된 바와 같은 사인 파형의 전압이 제공된다.

먼저, 교류 전원(Vac)이 켜지면, 정류기(300)는 교류 신호(Vac)를 정류하고 제1 방전 저항(R1)은 도 6에 도시된 바와 같은 정류된 교류 신호(V1)를 출력한다. 이 정류된 교류 신호(V1)를 수신하는 고전압 스위치(J1)의 드레인 전극은 즉시 턴온된다. 고전압 스위치(J1)의 소스 전극은 정류된 교류 신호(V1)를 제1 샘플링 신호(V_S1)로 출력한다. 교류 전원(Vac)이 켜진 직후엔 커패시터(C3)가 충분히 충전되지 않은 상태이어서 구동 전압(Vcc)은 참조 전압(V_UVLO)보다 작으므로 비교기(410)는 로우 레벨의 제1 스위치 신호(V_SW1)을 출력한다. 이 때문에 제1 트랜지스터(M1)은 턴온되고, 제2 트랜지스터(M2)는 턴오프된다. 제1 트랜지스터(M1)가 턴온됨에 따라 고전압 스위치(J1)이 턴온되어 제1 샘플링 신호(V_S1)에 높은 전압이 걸리게 되고, 제2 스위치 신호(V_SW2)는 제1 샘플링 신호(V_S1)와 같게 되므로 제3 트랜지스터(M3)와 제4 트랜지스터(M4)가 턴온된다. 제3 트랜지스터(M3)와 제4 트랜지스터(M4)는 각각 다이오드(D3)와 저항(R2)를 통해 커패시터(C3)에 충전 전류를 제공한다.

구동 전압(Vcc)이 참조 전압(V_UVLO)에 도달하는 경우, 비교기(410)는 하이 레벨을 출력하고 제1 트랜지스터(M1)은 턴오프되고, 제2 트랜지스터(M2)는 턴온된다. 이에 따라 제2 스위치 신호(V_SW2)는 로우 레벨을 갖게 되므로 제3 트랜지스터(M3)와 제4 트랜지스터(M4)는 턴오프되고 커패시터(C3)의 충전은 중단된다. 한편, 고전압 스위치(J1)의 게이트 전극은 로우 레벨에 있게 되므로, 짧은 주기 동안 고전압 스위치(J1)의 소스-게이트 간 전압은 임계값보다 커지고 고전압 스위치(J1)은 턴오프된다.

클럭 신호(CLK)가 하이 레벨에 있는 경우에 OR 게이트(420)은 제5 트랜지스터(M5)의 게이트 전극에 하이 레벨의 신호를 출력하므로 제5 트랜지스터(M5)는 턴온된다. 제2 방전 저항(R3)에서의 전압 강하로 인하여 고전압 스위치(J1)의 소스-게이트 간 전압은 임계값보다 작아지고 고전압 스위치(J1)은 턴온된다. 즉, 교류 전원(Vac)가 정상적이어서 전원 차단 신호(Vac_off)가 로우 레벨에 있고 클럭 신호(CLK)가 하이 레벨에 있는 경우에 고전압 스위치(J1)는 턴온된다. 반면에, 교류 전원(Vac)가 정상적이어서 전원 차단 신호(Vac_off)가 로우 레벨에 있고 클럭 신호(CLK)가 로우 레벨에 있는 경우에 고전압 스위치(J1)는 턴오프된다. 이와 같은 고전압 스위치(J1)의 동작에 의해 정류된 교류 신호(V1)는 클럭 신호(CLK)의 주기(T_sampling)에 따라 샘플링되고, 고전압 스위치(J1)의 소스 전극은 제1 샘플링 신호(V_S1)를 출력한다. 또한, 제5 트렌지스터(M5)의 턴온 동작에 의해 제1 샘플링 신호(V_S1)는 제2 샘플링 신호(V_S2)로 전달된다.

피크 검출기(610)는 제2 샘플링 신호(V_S2)의 피크(V_{S2_PEAK})를 검출하여 이를 출력한다. 전압 분배기(620)는 피크 검출기(610)의 출력 전압을 다음의 수학식 1과 같이 분배하여 참조 전압(Vref)를 출력한다.

비교기(700)는 제2 샘플링 신호(V_S2)와 참조 전압(Vref)를 비교하여 제2 샘플링 신호(V_S2)가 참조 전압(Vref)보다 크면 하이 레벨의 비교 신호(Vcomp)를 출력하고, 제2 샘플링 신호(V_S2)가 참조 전압(Vref)보다 작으면 로우 레벨의 비교 신호(Vcomp)를 출력한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 참조 전압(Vref)과 클럭 신호(CLK)의 주기(Tsampling)를 적절히 조절하면, 교류 전원(Vac)이 정상적일 때 비교 신호(Vcomp)는 계속적으로 하이 레벨이거나 계속적으로 로우 레벨에 있지는 않게 된다. 클럭 신호(CLK)의 주기(Tsampling)가 짧아 질수록 고전압 스위치(J1)이 턴온 되는 주기도 짧아지므로, 제1 방전 저항(R1) 및 제2 방전 저항(R2)에 의해 전력 소모가 증가한다. 본 발명의 실시예는 참조 전압(Vref)를 제2 샘플링 신호(V_S2)의 피크(V_{S2_PEAK})에 따라 변화시켜, 전력 소모를 최소화한다.

전력 소모를 최소화하도록 참조 전압(Vref)과 클럭 신호(CLK)의 주기(Tsampling)를 적절히 조절하는 본 발명의 실시예를 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정류된 교류 신호 및 제2 샘플링 신호를 나타낸 파형도이다.

도 7에서 실선은 정류된 교류 신호(V1)을 나타내고, 파선은 제2 샘플링 신호(V_S2)를 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이, 교류 전압(Vac)의 레벨이 변화하면 정류된 교류 신호(V1)의 레벨도 변화한다. 여기서 참조 전압(Vref)를 아래의 수학식 2와 같이 결정되도록 한다면, 클럭 신호(CLK)의 주기(Tsampling)를 수학식 3에서 보여지는 최대값(T_MAX)까지 연장할 수 있다.

다음은 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전원 차단 감지부(800)를 설명한다.

도 8은 교류 전원 차단시의 정류된 교류 신호 및 제2 샘플링 신호를 나타낸 파형도이다.

도 8에서 실선은 정류된 교류 신호(V1)을 나타내고, 파선은 제2 샘플링 신호(V_S2)를 나타낸다.

도 8에 도시된 바와 같이, 교류 전원(Vac)가 차단되는 경우 정류된 교류 신호(V1)는 서서히 방전되고 이에 따라 제2 샘플링 신호(V_S2) 또한 서서히 감소한다. 교류 전원(Vac)가 차단된 시점에 따라서 제2 샘플링 신호(V_S2)는 계속적으로 참조 전압(Vref)보다 높은 레벨을 유지하거나(도 8의 위쪽 그래프 참고), 계속적으로 참조 전압(Vref)보다 낮은 레벨을 유지한다(도 8의 아래쪽 그래프 참고). 결국, n*T_MAX 동안 비교 신호(Vcomp)가 동일한 레벨을 유지하는 경우, 전원 차단 감지부(800)는 교류 전원(Vac)이 차단되었음을 감지할 수 있고 이에 따라 하이 레벨의 전원 차단 신호(Vac_off)를 출력한다.

구체적으로, 쉬프트 레지스터(810)는 n 비트의 쉬프트 레지스터이며, 한 클럭마다 비교 신호(Vcomp)를 새로운 입력으로 하여 n 비트를 1 비트씩 쉬프트하고, 저장된 n 비트를 출력한다. 게이트부(820)는 쉬프트 레지스터(810)가 저장하는 n 비트가 모두 동일한 값인 경우 하이 레벨의 전원 차단 신호를 출력한다. AND 게이트(822)는 쉬프트 레지스터(810)의 출력 n비트를 AND 연산하여 연산 결과를 출력하고, NOR 게이트(823)는 쉬프트 레지스터(810)의 출력 n비트를 NOR 연산하여 연산 결과를 출력한다. OR 게이트(824)는 AND 게이트(822)의 연산 결과와 NOR 게이트(823)의 연산 결과에 대해 OR 연산하여 전원 차단 신호(Vac_off)를 출력한다.

전원 차단 신호(Vac_off)가 하이 레벨에 있는 경우, OR 게이트(420)는 클럭 신호(CLK)의 레벨에 무관하게 항상 하이 레벨의 신호를 제5 트렌지스터(M5)의 게이트 전극에 제공하며, 제5 트렌지스터(M5)는 클럭 신호(CLK)의 레벨에 무관하게 턴온된다. 제2 방전 저항(R3)에서의 전압 강하로 인하여 고전압 스위치(J1)의 소스-게이트 간 전압은 임계값보다 작아지고 고전압 스위치(J1)은 턴온된다. 제5 트렌지스터(M5)와 고전압 스위치(J1)의 턴온으로 인해, 제1 입력 커패시터(C1)와 제2 입력 커패시터(C2)에 충전된 전하는 제1 방전 저항(R1) 및 제2 방전 저항(R3)을 통해 방전된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

입력 필터(10), 브릿지 다이오드(BD), 커패시터(Cin), DC-DC 컨버터(20)
제1 입력 커패시터(C1), 방전 저항(Rd), 초크 코일(L1),
제2 입력 커패시터(C2), 입력 필터(100), 브릿지 다이오드(BD),
커패시터(Cin), DC-DC 컨버터(200), 정류기(300), 제1 방전 저항(R1),
샘플링부(400), 참조 전압 생성부(600), 비교기(700),
전원 차단 감지부(800), 제2 방전 저항(R3),
제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2),
고전압 스위치(J1), 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2),
제3 트랜지스터(M3), 제4 트랜지스터(M4), 다이오드(D3), 저항(R2),
커패시터(C3), 비교기(410), OR 게이트(420), 제5 트랜지스터(M5),
피크 검출기(610), 전압 분배기(620), 쉬프트 레지스터(810),
게이트부(820), AND 게이트(822), NOR 게이트(823), OR 게이트(824)

Claims

전력 공급 장치의 입력 필터의 제1 커패시터를 방전하는 장치에 있어서,
교류 전원을 정류하여 정류된 교류 신호를 생성하는 정류기;
상기 정류된 교류 신호를 샘플링하여 샘플링 신호를 생성하는 샘플링부;
상기 샘플링 신호의 피크 전압에 따라 참조 전압을 생성하는 참조 전압 생성부;
상기 샘플링 신호와 상기 참조 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하는 제1 비교기;
상기 비교 신호에 따라 상기 교류 전원의 차단 감지 신호를 생성하는 전원 차단 감지부; 및
상기 차단 감지 신호에 따라 상기 제1 커패시터에 충전된 전하를 방전하는 제2 방전 저항을 포함하는 방전 장치.
제1항에 있어서,
상기 참조 전압 생성부는 상기 피크 전압을 소정의 비율로 분배하여 상기 참조 전압을 생성하는 방전 장치.
제2항에 있어서,
상기 소정의 비율은 sin(45˚)에 해당하고,
상기 샘플링부는 상기 교류 전원의 주기의 1/4에 해당하는 시간을 샘플링 주기로 상기 정류된 교류 신호를 샘플링하는 방전 장치.
제1항에 있어서,
상기 전원 차단 감지부는
N개의 비교 신호를 저장하는 쉬프트 레지스터와,
상기 N개의 비교 신호가 모두 동일한 값을 가지는 경우에 상기 교류 전원이 차단되었음을 알리는 전원 차단 신호를 출력하는 게이트부를 포함하는 방전 장치.
제4항에 있어서,
상기 게이트부는
상기 N개의 비교 신호를 입력으로 하는 AND 게이트와,
상기 N개의 비교 신호를 입력으로 하는 NOR 게이트와,
상기 AND 게이트의 출력과 상기 NOR 게이트의 출력을 입력으로 하여 상기 전원 차단 신호를 출력하는 OR 게이트를 포함하는 방전 장치.
제1항에 있어서,
상기 방전 장치는
상기 정류된 교류 신호가 공급되는 일단을 가지는 제1 방전 저항을 더 포함하고,
상기 샘플링부는
상기 제1 방전 저항의 타단에 연결된 드레인 전극을 가지는 고전압 스위치와,
클럭 신호와 상기 전원 차단 신호를 입력으로 하는 OR 게이트와,
상기 고전압 스위치의 소스 전극에 연결된 드레인 전극, 상기 OR 게이트의 출력에 연결된 게이트 전극, 및 상기 제2 방전 저항의 일단에 연결되고 상기 샘플링 신호를 출력하는 소스 전극을 가지는 제1 트랜지스터를 포함하는 방전 장치.
제6항에 있어서,
상기 샘플링부는
상기 고전압 스위치의 소스 전극에 연결된 소스 전극과 상기 고전압 스위치의 게이트 전극에 연결된 드레인 전극을 가지는 제2 트랜지스터와,
상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 드레인 전극과 그라운드에 연결된 소스 전극을 가지는 제3 트랜지스터와,
상기 고전압 스위치의 소스 전극에 연결된 드레인 전극과 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 게이트 전극을 가지는 제4 트랜지스터와,
상기 고전압 스위치의 소스 전극에 연결된 드레인 전극과 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 게이트 전극을 가지는 제5 트랜지스터와,
상기 제4 트랜지스터의 소스 전극에 연결된 애노드 전극을 가지는 다이오드와,
상기 제5 트랜지스터의 소스 전극에 연결된 일단을 가지는 저항과,
상기 다이오드의 캐소드 전극과 상기 저항의 타단에 연결된 일단과 그라운드에 연결된 타단을 가지는 제2 커패시터와,
상기 제2 커패시터의 일단과 구동 전압을 위한 참조 전압을 입력으로 하고, 상기 제2 트랜지스터와 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극에 연결된 출력단을 가지는 제2 비교기를 더 포함하는 방전 장치.
전력 공급 장치의 입력 필터의 커패시터를 방전하는 방법에 있어서,
교류 전원을 정류하여 정류된 교류 신호를 생성하는 단계;
상기 정류된 교류 신호를 클럭 신호에 따라 샘플링하여 샘플링 신호를 생성하는 단계;
상기 샘플링 신호의 피크 전압에 따라 가변하는 참조 전압을 생성하는 단계;
상기 샘플링 신호와 상기 참조 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하는 단계;
상기 비교 신호에 따라 상기 교류 전원의 차단 감지 신호를 생성하는 단계; 및
상기 차단 감지 신호에 따라 상기 커패시터에 충전된 전하를 방전 저항을 통해 방전하는 단계를 포함하는 방전 방법.
제8항에 있어서,
상기 참조 전압을 생성하는 단계는 상기 피크 전압을 소정의 비율로 분배하여 상기 참조 전압을 생성하는 방전 방법.
제9항에 있어서,
상기 소정의 비율은 sin(45˚)에 해당하고,
상기 샘플링 주기는 상기 교류 전원의 주기의 1/4에 해당하는 방전 방법.
제10항에 있어서,
상기 차단 감지 신호를 생성하는 단계는
N개의 비교 신호가 모두 동일한 값을 가지는 경우에 상기 교류 전원이 차단되었음을 알리는 차단 감지 신호를 출력하는 단계를 포함하는 방전 방법.
교류 전원이 공급되는 커패시터를 포함하는 입력 필터; 및
상기 교류 전원을 정류하고 샘플링하여 생성되는 샘플링 신호의 피크 전압에 따라 참조 전압을 생성하고, 상기 샘플링 신호와 상기 참조 전압을 비교하여 생성되는 비교 신호에 따라 상기 교류 전원의 차단 감지 신호를 생성하며, 상기 차단 감지 신호에 따라 상기 커패시터에 충전된 전하를 방전 저항을 통해 방전하는 방전 장치를 포함하는 전력 공급 장치.
제12항에 있어서,
상기 방전 장치는 상기 피크 전압을 소정의 비율로 분배하여 상기 참조 전압을 생성하는 전력 공급 장치.
제13항에 있어서,
상기 소정의 비율은 sin(45˚)에 해당하고,
상기 방전 장치는 상기 교류 전원의 주기의 1/4에 해당하는 시간을 샘플링 주기로 정류된 교류 신호를 샘플링하는 전력 공급 장치.