KR102376334B1 - 스위칭모드 전원공급장치 - Google Patents

스위칭모드 전원공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치는 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환하여 출력하는 전력 공급부와, 1차 코일의 일단이 전력 공급부에 연결되어 직류 전원을 입력전압으로 공급받는 트랜스포머를 포함하며, 트랜스포머의 2차 코일에 전달된 전원을 출력하는 출력부와, 1차 코일의 타단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부와, 스위칭부를 구동시키는 스위칭 구동신호를 생성하되, 입력전압이 제1 전압 이하일 때 동작을 멈추고, 제2 전압 이상일 때 동작을 시작하며, 턴온(Turn-on)시 소프트 스타트(Soft Start) 기능을 수행하는 스위칭 구동부와, 출력부에서 출력되는 출력전압을 감지하여 입력전압이 제1 전압 이하인 경우, 출력전압의 유무에 따라 소프트 스타트 기능을 제한하는 출력전압 유지부를 포함할 수 있다.

Description

스위칭모드 전원공급장치{SWITCHING-MODE POWER SUPPLY}
본 발명은 스위칭모드 전원공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 안정화 전원장치에 비해 고효율, 소형 및 경량화에 큰 장점을 가지는 스위칭모드 전원장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
종래의 스위칭모드 전원장치는 UVLO(Under Voltage Lock Out) 기능 및 소프트 스타트 기능을 구비하고 있어, 스위칭모드 전원장치의 동작 중 서지가 PWM IC 의 전압/전류 입력단자에 유입되는 경우, PWM IC의 입력전원이 UVLO 이하로 떨어지게 되어 PWM IC가 재가동할 수 있다. 이 경우, 종래의 스위칭모드 전원장치는 소프트 스타트 기능을 수행하게 되고, 이에 따라 트랜스포머의 1차 코일에 흐르는 전류의 제한으로 출력전압이 낮아지는 문제점이 발생한다.
하기의 특허문헌 1은 소프트 스타트 기능을 가진 스위칭 모드 파워 서플라이에 관한 것이나, 상술한 문제에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2006-0056700호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 서지의 유입으로 입력전압이 UVLO 기준전압보다 낮아지는 경우, 출력전압의 유무에 따라 소프트 스타트 기능을 제한함으로써, 출력전압을 유지할 수 있는 스위칭모드 전원공급장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치는 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환하여 출력하는 전력 공급부; 1차 코일의 일단이 상기 전력 공급부에 연결되어 상기 직류 전원을 입력전압으로 공급받는 트랜스포머를 포함하며, 상기 트랜스포머의 2차 코일에 전달된 전원을 출력하는 출력부; 상기 1차 코일의 타단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부; 상기 스위칭부를 구동시키는 스위칭 구동신호를 생성하되, 상기 입력전압이 제1 전압 이하일 때 동작을 멈추고, 제2 전압 이상일 때 동작을 시작하며, 턴온(Turn-on)시 소프트 스타트(Soft Start) 기능을 수행하는 스위칭 구동부; 및 상기 출력부에서 출력되는 출력전압을 감지하여 상기 입력전압이 상기 제1 전압 이하인 경우, 상기 출력전압의 유무에 따라 상기 소프트 스타트 기능을 제한하는 출력전압 유지부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 출력전압 유지부는, 상기 입력전압이 상기 제1 전압 이하인 경우, 상기 출력전압이 감지되면, 상기 소프트 스타트 기능을 제한하여 출력전압을 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 출력전압 유지부는, 기 설정된 제한시간이 경과되면, 상기 소프트 스타트 기능의 제한을 해제할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 서지의 유입으로 입력전압이 UVLO 기준전압보다 낮아지는 경우, 출력전압의 유무에 따라 소프트 스타트 기능을 제한함으로써, 출력전압을 유지할 수 있어 스위칭모드 전원공급장치의 높은 신뢰도를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 스위칭 구동부 및 출력전압 유지부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치를 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치를 설명하기 위한 구성도이며, 도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치는 전력 공급부(100), 출력부(200), 스위칭부(300), 스위칭 구동부(400) 및 출력전압 유지부(500)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스위칭모드 전원공급장치는, 도 2에서와 같이, 피드백 회로부(600)를 더 포함할 수 있다.
전력 공급부(100)는 교류전원을 공급받아 직류전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 공급부(100)는 전파 브리지 정류기(110)와 커패시터(C1)을 포함할 수 있다. 전력 공급부(100)로부터 출력된 직류전원은 출력부(200)의 트랜스포머(210)로 제공될 수 있다.
출력부(200)는 트랜스포머(210), 다이오드(D5) 및 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 트랜스포머(210)는 일단이 전력 공급부(100)와 연결될 수 있으며, 타단이 스위칭부(300)와 연결될 수 있다.
스위칭부(300)는 트랜스포머(2120)의 타단과 연결될 수 있으며, 스위칭 구동부(400)로부터 입력되는 스위칭 구동신호에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 스위칭 구동신호는 PWM(Pulse Width Modulation)신호일 수 있다. 일 실시예에서, 스위칭부(300)는 MOSFET 등의 트랜지스터를 포함할 수 있다.
스위칭 구동부(400)는 스위칭 구동신호를 생성하여 스위칭부(300)로 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 스위칭 구동부(400)는 하나의 집적회로(IC, Integrated circuit)로 이루어질 수 있으며, 입력전압(Vcc)이 제1 전압 이하일 때 동작을 멈추고, 입력전압(Vcc)가 제2 전압 이상일 때 동작을 시작할 수 있다. 여기서, 제2 전압은 제1 전압보다 작을 수 있다.
또한, 스위칭 구동부(400)는 스위칭모드 전원공급장치의 초기 기동시 오버슈트의 발생을 방지하기 위해 입력전압(Vcc)이 제2 전압 이상이 되어 동작을 시작할 때 소프트 스타트(Soft Start) 기능을 수행할 수 있다.
출력전압 유지부(500)는 출력부(200)에서 출력되는 출력전압(Vout)을 감지할 수 있으며, 입력전압(Vcc)이 제1 전압 이하로 떨어지는 경우, 출력전압(Vout)의 유무에 따라 스위칭 구동부(400)의 소프트 스타트 기능을 제한할 수 있다.
이는 스위칭모드 전원공급장치의 서지 테스트(Lighting Surge Test) 시 또는 스위칭모드 전원공급장치가 동작 중 서지가 유입되는 경우, 상기 유입되는 서지에 의해 입력전압(Vcc)이 제1 전압 이하로 떨어질 수 있으며, 이 경우, 스위칭 구동부(400)는 동작을 멈추고, 입력전압(Vcc)가 제2 전압이 되면 비로서 재기동할 수 있다.
이 경우, 종래의 스위칭모드 전원공급장치는 초기 구동과 마찬가지로 소프트 스타트 기능을 수행하게 되고, 이에 따라 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 제한으로 출력전압이 낮아(Drop)지는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치는 출력전압 유지부(500)가 입력전압(Vcc)이 제1 전압 이하로 떨어지더라도, 출력전압이 감지되는 경우에는 스위칭 구동부(400)의 소프트 스타트 기능을 제한 함으로써 스위칭모드 전원공급장치의 구동 중 서지가 유입되더라도 출력전압을 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 출력전압 유지부(500)는 기 설정된 제한 시간이 경과되면, 상기 소프트 스타트 기능의 제한을 해제할 수 있다.
도 3은 스위칭 구동부 및 출력전압 유지부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 구동부(400)는 구동신호 생성부(410), UVLO(Under Voltage Lock Out)부(420) 및 소프트 스타트부(430)을 포함할 수 있다.
구동신호 생성부(410)는 스위칭부(300)의 온/오프를 제어하기 위한 스위칭 구동신호를 생성하여 DRV 단자를 통해 스위칭부(300)로 출력할 수 있다. 여기서, 구동신호 생성부(410)는 VFB 단자를 통해 입력되는 피드백 전압을 이용하여 스위칭 구동신호의 듀티를 조절할 수 있다.
UVLO부(420)는 Vcc 단자로 입력되는 입력전압(Vcc)의 크기가 제1 전압 이하인 경우, 구동신호 생성부(410)의 동작을 멈추고, 제2 전압 이상인 경우, 구동신호 생성부(410)의 동작을 시작할 수 있다.
소프트 스타트부(430)는 제2 전압보다 큰 입력전압(Vcc)이 입력되어 스위칭 구동부(400)가 턴온(Turn-on)되는 경우, 오버슈트(Overshoot)의 발생을 방지하기 위해 구동신호 생성부(410)에서 생성되는 스위칭 구동신호의 듀티 또는 주파수를 제한시켜 출력부(200)에서 출력되는 출력전압의 상승 기울기를 억제시킬 수 있다.
여기서, 소프트 스타트부(430)는 CS 단자를 통해 스위칭부(300)의 전류를 감지할 수 있으며, 상기 전류의 크기에 따라 스위칭 구동신호의 듀티 또는 주파수의 제한 정도를 조절함으로써 출력전압의 기울기를 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 소프트 스타트부(430)는 스위칭부(300)와 CS 단자 사이에 연결되는 제1 저항(R1)에 인가되는 전압을 감지함으로써 스위칭부(300)의 전류를 감지할 수 있다.
일 실시예에서, 출력전압 유지부(500)는 제1 MOSFET(Q1), 제2 MOSFET(Q2), 제1 포토 커플러(PC1) 및 제2 저항(R2)를 포함할 수 있다.
제1 MOSFET(Q1)은 게이트가 스위칭 구동부(400)의 Vcc 단자와 연결되며, 드레인이 제2 MOFET(Q2)의 게이트와 연결될 수 있다.
제2 MOFET(Q2)은 게이트가 스위칭 구동부(400)의 Vcc 단자와 제1 MOSFET(Q1)의 드레인과 연결될 수 있으며, 드레인이 제2 저항(R2)에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 MOSFET(Q1)의 게이트에 연결되는 저항(R11, R12) 및 커패시터(C4)의 값과 제2 MOSFET(Q2)의 게이트에 연결되는 저항(R13, R14)과 커패시터(C5)의 값을 조절함으로써 제2 MOSFET(Q2)은 입력전압(Vcc)이 제1 전압 이하로 떨어졌다가 제2 전압 이상으로 복귀할 때, 제1 MOSFET(Q1) 보다 먼저 턴온 될 수 있다.
제2 저항(R2)은 일단이 스위칭 구동부(400)의 CS 단자와 연결되고, 타단이 제2 MOSFET(Q2)의 드레인과 연결될 수 있다.
제1 포토 커플러(PC1)는 출력전압(Vout)의 유무에 따라 제2 저항(R2)과 제2 MOSFET(Q2)의 드레인 사이를 도통 또는 차단할 수 있다. 구체적으로, 제1 포토 커플러(PC1)은 출력부(200)의 출력단자와 연결되어, 출력전압(Vout)을 감지하며, 출력전압(Vout)이 일정 전압 이상이 되면, 제2 저항(R2)과 제2 MOSFET(Q2)의 드레인 사이를 도통시킬 수 있다.
이하에서, 출력전압 유지부(500)의 동작에 대해 설명한다.
스위칭모드 전원공급부의 초기 기동시에는 출력전압이 없으므로, 포토 커플러(PC1)은 제2 저항(R2)과 제2 MOSFET(Q2) 사이를 차단시킨다. 이에 따라 스위칭 구동부(400)의 CS 단자와 스위칭부(300) 사이에는 제1 저항(R1)만이 연결되고, 소프트 스타트부(430)는 제1 저항(R1)에 인가되는 전압을 기초로 스위칭부(300)의 전류를 감지하고, 이에 따라 스위칭 구동신호의 듀티 또는 주파수를 제한함으로써 소프트 스타트 기능을 수행할 수 있다.
스위칭모드 전원공급부가 정상 동작하는 경우, 제1 MOSFET(Q1)의 게이트에 입력전원(Vcc)가 공급되어 제1 MOSFET(Q1)이 턴온되고, 이에 따라 제2 MOSFET(Q2)이 턴오프된다.
스위칭모드 전원공급부의 동작 중 서지 등의 외부 요인에 의해 입력전압(Vcc)이 제1 전압 이하로 떨어지게 되어 스위칭 구동부(400)가 재기동되는 경우에는, 제1 포토 커플러(PC1)에서 출력전압이 감지되므로, 제2 저항(R2)와 제2 MOSFET(Q2)의 드레인이 연결되며, 입력전압(Vcc)이 제1 전압 이하가 되면서, 제1 MOSFET(Q1) 및 제2 MOSFET(Q2)이 모두 턴오프되었다가 상기 입력전압(Vcc)이 제2 전압으로 상승하면서 제2 MOSFET(Q2)이 먼저 턴온되어 스위칭 구동부(400)의 CS 단자에는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)이 병렬로 연결된다.
이에 따라, 스위칭 구동부(400)의 CS 단자에 인가되는 전압이 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 병렬조합만큼 내려가게 되므로, 소프트 스타트부(430)의 동작을 제한할 수 있으며, 이에 따라, 출력전압의 저하(Drop) 현상이 개선될 수 있다.
일 실시예에서, 일정한 제한시간이 경과하면 제1 MOSFET(Q1)이 턴온되고, 이에 따라 제2 MOSFET(Q2)이 턴오프되어 소프트 스타트부(430)의 동작 제한이 해제될 수 있다. 여기서, 상기 제한시간은 제1 MOSFET(Q1)의 게이트에 연결되는 제1 MOSFET(Q1)의 게이트에 연결되는 저항(R11, R12) 및 커패시터(C4)의 값과 제2 MOSFET(Q2)의 게이트에 연결되는 저항(R13, R14)과 커패시터(C5)의 값을 조절함으로써 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭모드 전원공급장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급부(100)는 교류전원을 수신하여 정류하는 전파 브리지 정류기(110)와 전파 브리지 정류기(110)에서 정류된 전원을 평활화하는 제1 커패시터(C1)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 피드백 회로부(600)는 출력부(200)에서 출력되는 출력전원(Vout)이 일정 레벨에 도달하면 구동되는 포토 커플러(PC2)와 포토 커플러(PC2)에서 제공되는 전류를 충전하여 스위칭 구동부(400)로 피드백 전압을 제공하는 피드백 커패시터(Cf)를 포함할 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: 전력 공급부
110: 전파 브리지 정류기
200: 출력부
210: 트랜스포머
300: 스위칭부
400: 스위칭 구동부
410: 구동신호 생성부
420: UVLO(Under Voltage Lock Out)부
430: 소프트 스타트부
500: 출력전압 유지부
600: 피드백 회로부

Claims (8)

  1. 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환하여 출력하는 전력 공급부;
    1차 코일의 일단이 상기 전력 공급부에 연결되어 상기 직류 전원을 입력전압으로 공급받는 트랜스포머를 포함하며, 상기 트랜스포머의 2차 코일에 전달된 전원을 출력하는 출력부;
    상기 1차 코일의 타단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭부;
    상기 스위칭부를 구동시키는 스위칭 구동신호를 생성하되, 상기 입력전압이 제1 전압 이하일 때 동작을 멈추고, 제2 전압 이상일 때 동작을 시작하며, 턴온(Turn-on)시 소프트 스타트(Soft Start) 기능을 수행하는 스위칭 구동부; 및
    상기 출력부에서 출력되는 출력전압을 감지하여 상기 입력전압이 상기 제1 전압 이하인 경우, 상기 출력전압의 유무에 따라 상기 소프트 스타트 기능을 제한하는 출력전압 유지부;
    를 포함하는 스위칭모드 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출력전압 유지부는,
    상기 입력전압이 상기 제1 전압 이하인 경우, 상기 출력전압이 감지되면, 상기 소프트 스타트 기능을 제한하여 출력전압을 유지하는 스위칭모드 전원공급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력전압 유지부는,
    기 설정된 제한시간이 경과되면, 상기 소프트 스타트 기능의 제한을 해제하는 스위칭모드 전원공급장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 구동부는,
    상기 스위칭 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부;
    상기 입력전압이 제1 전압 이하일 때 상기 구동신호 생성부의 동작을 멈추고, 제2 전압 이상일 때 상기 구동신호 생성부의 동작을 시작하는 UVLO(Under Voltage Lock Out)부; 및
    턴온(Turn-on)시 스위칭 구동신호의 듀티(Duty) 또는 주파수를 제한시켜 상기 출력전압의 상승 기울기를 억제시키는 소프트 스타트부;
    를 포함하는 스위칭모드 전원공급장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전력 공급부는,
    상기 교류전원을 수신하여 정류하는 전파 브리지 정류기; 및
    상기 전파 브리지 정류기에서 정류된 전원을 평활화하는 제1 커패시터를 포함하는 스위칭모드 전원공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출력부에서 출력되는 전원에 따라 피드백 전압을 생성하여 상기 스위칭 구동부로 피드백시키는 피드백 회로부; 를 더 포함하는 스위칭모드 전원공급장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스위칭 구동부는,
    상기 피드백 전압에 따라 상기 스위칭 구동신호의 듀티비를 조절하는 스위칭모드 전원공급장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 피드백 회로부는,
    상기 출력부에서 출력되는 전원이 일정 레벨에 도달하면 구동되는 포토 커플러; 및
    상기 포토 커플러에서 제공되는 전류를 충전하여 피드백 전압을 제공하는 피드백 커패시터를 포함하는 스위칭모드 전원공급장치.

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