KR102448640B1 - 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치 - Google Patents

과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102448640B1
KR102448640B1 KR1020177032868A KR20177032868A KR102448640B1 KR 102448640 B1 KR102448640 B1 KR 102448640B1 KR 1020177032868 A KR1020177032868 A KR 1020177032868A KR 20177032868 A KR20177032868 A KR 20177032868A KR 102448640 B1 KR102448640 B1 KR 102448640B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
overcurrent protection
current
value
voltage
current value
Prior art date
Application number
KR1020177032868A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170139065A (ko
Inventor
시게루 카메야마
Original Assignee
에프디케이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에프디케이 가부시키가이샤 filed Critical 에프디케이 가부시키가이샤
Publication of KR20170139065A publication Critical patent/KR20170139065A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102448640B1 publication Critical patent/KR102448640B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/025—Current limitation using field effect transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

제1과전류 보호부는, 전류 검출부(12)에 의해 검출된 전류값이, 본 전원 장치(1)의 정격 전류값보다 높은 값으로 설정된 제1설정 전류값을 초과할 때, 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 제어부(13)에 지시한다. 제2과전류 보호부는, 전류 검출부(12)에 의해 검출된 전류값의 일정 기간에 있어서의 평균값이, 정격 전류값에 대응하는 값으로 설정된 제2설정 전류값을 초과했을 때, 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 제어부(13)에 지시한다. 제3과전류 보호부는, 기동시에 있어서, 전류 검출부(12)에 의해 검출된 전류값이, 제2설정 전류값보다 낮은 값으로 설정된 제3설정 전류값을 초과할 때, 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 제어부(13)에 지시한다.

Description

과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치
본 발명은, 모터 등의 부하에 전력을 공급하는 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치에 관한 것이다.
모터 부하는 큰 전력을 필요로 하고, 그 피크 전력은 다른 일반적인 부하에 비해 커진다. 여기서 기동시의 순시 파워를 확보하기 위해, 모터와 병렬로 대용량의 콘덴서를 접속하는 경우가 많다. 이 콘덴서는 기동시에 충전되어, 모터의 기동 토크를 크게 하는 작용을 한다.
DC 모터는 펄스형 전류로 구동되는 경우도 많다. 펄스 전류를 출력 가능한 전원 장치에서는 일반적으로, 피크 전력용의 과전류 보호와 평균 전력용의 과전류 보호가 실장된다. 전자는 피크 전류를 검출했을 때 출력을 제어하는 것이고, 후자는 단위 주기에 있어서의 평균 전류가 정격 전류를 초과했을 때 출력을 제한하는 것이다. 후자의 과전류 보호는, 순간적으로 정격 전류를 초과하는 전류가 흘러도 단위 주기에 있어서의 평균 전류가 정격 전류를 초과하지 않는 경우, 발동되지 않는다.
특허문헌 1은, 2단계의 과전류 검출값을 설정 가능한 전원 장치를 개시한다. 해당 전원 장치에서는, 부하 등의 단락에 기인하여 출력 전압이 이상해지고, 동시에 정상 상태 신호가 출력되고 있을 때(즉, 기동시가 아닐 때), 과전류 검출값으로서 비교적 작은 값을 갖는 제1과전류 검출값이 설정된다. 또한 기동시에는 과전류 검출값으로서 비교적 큰 값을 갖는 제2과전류 검출값이 설정된다. 또한 출력 전압이 정상일 때(즉, 출력 전압이 일정 전압 이상으로 상승해 있고, 부하에 단락 등의 이상이 발생하지 않았을 때), 제2과전류 검출값이 설정된다.
일본국 특허공개공보 2005-323413호 공보
상술한 바와 같이 부하와 병렬로 대용량의 콘덴서가 접속되는 경우, 기동시에 전원 장치로부터 해당 콘덴서에 큰 전류가 흐른다. 그 때, 상기 피크 전력용의 과전류 보호가 발동한다. 그 후, 평균 전력용의 과전류 보호가 발동하여, 평균 전력용의 과전류 보호의 제한을 받으면서 전압이 상승한다. 어느 상태도 정격 전력 이상을 출력하고 있는 상태이기 때문에, 열스트레스 등의 부담이 커진다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은, 용량이 큰 부하에 전력을 공급하는 전원 장치에 있어서 기동시의 스트레스를 경감하는 기술을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치는, 부하에 전력을 공급하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터에 포함되는 스위칭 소자를 제어하는 제어부; 상기 레귤레이터의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값이, 본 전원 장치의 정격 전류값보다 높은 값으로 설정된 제1설정 전류값을 초과할 때, 상기 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 상기 제어부에 지시하는 제1과전류 보호부; 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값의 일정 기간에 있어서의 평균값이, 정격 전류값에 대응하는 값으로 설정된 제2설정 전류값을 초과했을 때, 상기 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 상기 제어부에 지시하는 제2과전류 보호부; 및 기동시에 있어서, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값이, 상기 제2설정 전류값보다 낮은 값으로 설정된 제3설정 전류값을 초과할 때, 상기 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 상기 제어부에 지시하는 제3과전류 보호부를 구비한다.
본 발명에 의하면, 용량이 큰 부하에 전력을 공급하는 전원 장치에 있어서 기동시의 스트레스를 경감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전원 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 비교예에 따른 전원 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 전원 장치의 기동시의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 전원 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 전원 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전원 장치(1)를 설명하기 위한 도면이다. 전원 장치(1)는 부하(2)에 전력을 공급하는 DC-DC 컨버터이다. 이하, 본 명세서에서는 부하(2)로서, 리니어 모터 등의 DC 모터를 상정한다. 일반적으로 DC 모터에서는 기동 토크를 확보하기 위해, DC 모터와 병렬로 대용량 콘덴서(C10)가 외장된다. 기동시에 대용량 콘덴서(C10)에 충전하는 것에 의해, 기동시의 순시 파워가 확보된다.
전원 장치(1)는 스위칭 레귤레이터의 기본 구성으로서, 스위칭 소자(M1), 트랜스(T1), 제1다이오드(D1), 제2다이오드(D2), 인덕터(L1) 및 제1콘덴서(C1)를 포함한다. 트랜스(T1)의 1차 코일에 직류의 입력 전압(Vin)이 인가된다. 스위칭 소자(M1)는, 해당 입력 전압(Vin)의 입력원과 트랜스(T1)의 1차 코일 사이에 삽입되어, 양자간을 도통/차단한다. 도 1에서는 스위칭 소자(M1)로서 N 채널 MOSFET를 사용하는 예를 도시하고 있지만, IGBT 등의 다른 스위칭 소자를 사용해도 좋다. 트랜스(T1)의 2차 코일의 출력 전압은, 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)로 구성되는 정류 회로에서 정류되고, 인덕터(L1) 및 제1콘덴서(C1)로 구성되는 평활 회로에 의해 평활화된다.
도 1에서는 스위칭 레귤레이터의 일례로서, 포워드형 DC-DC 컨버터를 도시하고 있지만, 일례이고, 다른 스위칭 레귤레이터를 사용해도 좋다. 예를 들면 플라이백형 DC-DC 컨버터, 푸쉬풀형 DC-DC 컨버터, 브릿지형 DC-DC 컨버터 등을 사용해도 좋다. 또한 트랜스를 사용하지 않는 비절연형의 스위칭 레귤레이터를 사용해도 좋다.
전압 검출부(11)는, 스위칭 레귤레이터의 출력 전압을 검출한다. 전압 검출부(11)는 예를 들면 오차 증폭기로 구성할 수 있다. 전압 검출부(11)는 검출한 출력 전압을 제어부(13)에 출력한다. 전류 검출부(12)는 스위칭 레귤레이터의 출력 전류를 검출한다. 전류 검출부(12)는 예를 들면, 션트 저항과 오차 증폭기에 의해 구성할 수 있다. 전류 검출부(12)는 스위칭 레귤레이터의 출력 전류에 대응하는 전압을 출력한다.
제어부(13)는, 전압 검출부(11)에서 검출된 스위칭 레귤레이터의 출력 전압에 대응하여, 스위칭 소자(M1)의 제어 단자(MOSFET의 경우, 게이트 단자)에 입력하는 구동 신호의 듀티비를 적응적으로 변화시킨다. 이에 의해 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 일정하게 유지되도록 피드백 제어가 시행된다. 구체적으로는 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 목표 전압보다 낮은 경우에는 스위칭 소자(M1)의 듀티비를 높이고, 반대로 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 목표 전압보다 높은 경우에는 스위칭 소자(M1)의 듀티비를 낮춘다.
실시예 1에서는 3종류의 과전류 보호 회로, 즉, 피크용의 과전류 보호 회로, 평균용의 과전류 보호 회로 및 기동시용의 과전류 보호 회로를 구비한다. 이하의 설명에서는, 스위칭 레귤레이터의 정격 전류를 10A로 하고, 정격 피크 전류를 28A로 하는 예를 상정한다. 모터를 구동하기 위해 순시 큰 전력을 사용하는 경우가 있고, 해당 스위칭 레귤레이터는 단시간의 피크 전류에 견딜 수 있는 사양으로 되어 있다. 또한 이하의 설명에서는, 피크용의 과전류 보호 회로가 발동하는 제1과전류 설정값으로서 30A, 평균용의 과전류 보호 회로가 발동하는 제2과전류 설정값으로서 11A, 기동시용의 과전류 보호 회로가 발동하는 제3과전류 설정값으로서 6A로 하는 예를 상정한다.
도 1에 있어서, 피크용의 과전류 보호 회로는 제1비교기(CP1)에 의해 실현된다. 제1비교기(CP1)는 연산 증폭기로 구성되고, 그 비반전 입력 단자에 전류 검출부(12)의 출력 전압이 입력되고, 반전 입력 단자에 제1과전류 설정값에 대응하는 제1참조 전압(Vr1)이 입력된다. 제1비교기(CP1)는, 전류 검출부(12)로부터 입력되는 스위칭 레귤레이터의 출력 전류에 대응하는 전압이 제1참조 전압(Vr1)을 초과할 때 하이 레벨을 출력하고, 초과하지 않을 때 로우 레벨을 출력한다. 제1비교기(CP1)의 출력 전압은 제3다이오드(D3)를 통해 제어부(13)에 출력된다.
제어부(13)는 제1비교기(CP1)의 출력 전압이 하이 레벨일 때, 스위칭 소자(M1)의 제어 단자에 입력하는 구동 신호의 듀티비를 낮춰 스위칭 레귤레이터의 출력 전류를 제한한다. 이와 같이 피크용의 과전류 보호 회로는, 스위칭 레귤레이터의 출력 전류값이 제1과전류 설정값을 초과할 때, 스위칭 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 제어부(13)에 지시한다.
평균용의 과전류 보호 회로는 제2비교기(CP2) 및 로우 패스 필터에 의해 실현된다. 제2비교기(CP2)는 연산 증폭기로 구성되고, 그 비반전 입력 단자에 전류 검출부(12)의 출력 전압이 입력되고, 반전 입력 단자에 제2과전류 설정값에 대응하는 제2참조 전압(Vr2)이 입력된다. 제2비교기(CP2)는, 전류 검출부(12)로부터 입력되는 스위칭 레귤레이터의 출력 전류에 대응하는 전압이 제2참조 전압(Vr2)을 초과했을 때 하이 레벨을 출력하고, 초과하지 않을 때 로우 레벨을 출력한다.
제2비교기(CP2)의 출력 단자에, 제1저항(R1) 및 제2콘덴서(C2)로 구성되는 로우 패스 필터가 접속된다. 로우 패스 필터는 제2비교기(CP2)의 출력 전압을 적분한다. 로우 패스 필터에 의해 적분된 제2비교기(CP2)의 출력 전압은 제4다이오드(D4)를 통해 제어부(13)에 출력된다.
전원 장치(1)가 펄스 전류로 DC 모터를 구동하는 경우, 단위 주기당의 평균 전류가 제2과전류 설정값 이하이면, 펄스 전류의 온 기간의 전류가 제2과전류 설정값을 초과해도 허용된다. 이 설계 조건을, 로우 패스 필터의 시정수와 제2참조 전압(Vr2)을 최적으로 설정하는 것에 의해 근사한다. 한편 펄스 전류의 온 기간의 전류가 제1과전류 설정값을 초과한 경우에는, 피크용의 과전류 보호 회로에 의해 제한된다.
제어부(13)는, 로우 패스 필터 특성이 부가된 제2 비교기(CP2)의 출력 전압이 하이 레벨일 때, 스위칭 소자(M1)의 제어 단자에 입력하는 구동 신호의 듀티비를 낮춰 스위칭 레귤레이터의 출력 전류를 제한한다. 이와 같이 평균용의 과전류 보호 회로는, 스위칭 레귤레이터의 출력 전류값의 일정 기간에 있어서의 평균값이 제2과전류 설정값을 초과했을 때, 스위칭 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 제어부(13)에 지시한다.
기동시용의 과전류 보호 회로는 제3비교기(CP3), 제2저항(R2), 트랜지스터(Tr1) 및 제4비교기(CP4)에 의해 실현된다. 제3비교기(CP3)는 연산 증폭기로 구성되고, 그 비반전 입력 단자에 전류 검출부(12)의 출력 전압이 입력되고, 반전 입력 단자에 제3과전류 설정값에 대응하는 제3참조 전압(Vr3)이 입력된다. 제3비교기(CP3)는, 전류 검출부(12)로부터 입력되는 스위칭 레귤레이터의 출력 전류에 대응하는 전압이 제3참조 전압(Vr3)을 초과했을 때 하이 레벨을 출력하고, 초과하지 않을 때 로우 레벨을 출력한다.
제3비교기(CP3)의 출력 단자는 제2저항(R2)을 통해 제1노드(N1)에 접속된다. 제1노드(N1)와, 비유의한 기준 전위(도 1에서는 그라운드 전위) 사이에 트랜지스터(Tr1)가 삽입된다. 한편 트랜지스터(Tr1)는 스위치의 일례이고, 다른 반도체 스위치를 사용해도 좋고, 릴레이를 사용해도 좋다.
제4비교기(CP4)는 연산 증폭기로 구성되고, 그 비반전 입력 단자에 전압 검출부(11)의 출력 전압이 입력되고, 반전 입력 단자에 저전압 설정값에 대응하는 제4참조 전압(Vr4)이 입력된다. 저전압 설정값은, 부하(2)의 설정 구동 전압의 75~95% 정도의 전압으로 설정된다. 제4비교기(CP4)의 출력 단자는 트랜지스터(Tr1)의 베이스 단자에 접속된다.
제4비교기(CP4)는, 부하(2)에 공급되고 있는 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 제4참조 전압(Vr4)을 초과했을 때 하이 레벨을 출력하고, 초과하지 않을 때 로우 레벨을 출력한다. 제4비교기(CP4)의 출력 전압이 로우 레벨인 동안, 트랜지스터(Tr1)는 오프 상태이고, 제1노드(N1)와 그라운드는 차단된다. 제4비교기(CP4)의 출력 전압이 하이 레벨로 변이하면 트랜지스터(Tr1)는 턴온하여, 제1노드(N1)의 전위를 그라운드 전위로 고정한다.
이와 같이 트랜지스터(Tr1) 및 제4비교기(CP4)는 UVA(Under Voltage Alarm)로서 기능한다. 즉, 부하 전압이 저전압 설정값에 도달할 때까지, 제3비교기(CP3)의 출력 전압을 유효화하고, 저전압 설정값을 초과하면 제3비교기(CP3)의 출력 전압을 그라운드 전위로 래치하여 무효화한다.
스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 저전압 설정값 이하인 경우, 제1비교기(CP1)의 출력 전압이 제5다이오드(D5)를 통해 그대로 제어부(13)에 출력된다. 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 저전압 설정값을 초과하는 경우, 항상 로우 레벨이 제어부(13)에 출력된다. 이와 같이 기동시용의 과전류 보호 회로는 기동시에 있어서, 스위칭 레귤레이터의 출력 전류값이 제3과전류 설정값을 초과했을 때, 스위칭 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 제어부(13)에 지시한다. 기동후에는 기동시용의 과전류 보호 회로는 래치 정지된다.
도 2는 비교예에 따른 전원 장치(1)를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 비교예에 따른 전원 장치(1)는, 도 1에 나타낸 실시예 1에 따른 전원 장치(1)와 비교하여, 기동시용의 과전류 보호 회로를 구비하지 않는 구성이다. 구체적으로는 제3비교기(CP3), 제2저항(R2), 트랜지스터(Tr1), 제4비교기(CP4) 및 제5다이오드(D5)를 구비하지 않는 구성이다.
도 3은 전원 장치(1)의 기동시의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 도 3(a)는 도 2에 나타낸 비교예에 따른 전원 장치(1)의 기동시에 있어서의 출력 전류(I) 및 출력 전압(V)의 추이를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 3(b)는 도 1에 나타낸 실시예 1에 따른 전원 장치(1)의 기동시에 있어서의 출력 전류(I) 및 출력 전압(V)의 추이를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3(a)에 있어서, 전원 장치(1)가 기동되면 전원 장치(1)의 출력 전류(I)로 대용량 콘덴서(C10)의 충전이 개시된다. 출력 전류(I)가 제1과전류 설정값(I1p)에 도달하면, 피크용의 과전류 보호 회로에 의해 출력 전류(I)가 제1과전류 설정값(I1p) 이하로 제한되면서 출력 전압(V)이 상승한다. 피크용의 과전류 보호 회로는 시간 규정(예를 들면 100ms)의 범위내에서 동작한다. 그 시간 규정을 초과하면 평균용의 과전류 보호 회로에 의해 출력 전류(I)가 제2과전류 설정값(I2a) 이하로 제한되면서 출력 전압(V)이 상승한다.
대용량 콘덴서(C10)의 충전이 종료되고, 출력 전압(V)이 부하(2)의 설정 구동 전압(Vd)에 도달하면 출력 전류(I)가 서서히 저하된다. 이 기동 시퀀스에서는, 대용량 콘덴서(C10)의 용량이 커질수록, 기동시에 과전류 동작하는 시간이 길어져 전원 장치(1)의 부담이 커진다. 예를 들면 대용량 콘덴서(C10)에 대한 충전 도중에 온도 알람(미도시)이 발생하여, 전원 장치(1)의 동작이 정지해버리는 경우도 발생할 수 있다.
이에 대해 실시예 1에서는, 기동시에만 기능하는 기동시용의 과전류 보호 회로가 추가되어 있다. 기동시용의 과전류 보호 회로는 기동시에 있어서, 정격 전류값보다 낮은 전류값으로 대용량 콘덴서(C10)를 정전류 충전(CC 충전)한다.
도 3(b)에 있어서, 전원 장치(1)가 기동되면 전원 장치(1)의 출력 전류(I)로 대용량 콘덴서(C10)의 충전이 개시된다. 출력 전류(I)가 제3과전류 설정값(I3s)에 도달하면, 기동시용의 과전류 보호 회로에 의해 제3과전류 설정값(I3s)으로 대용량 콘덴서(C10)가 정전류 충전된다. 출력 전압(V)이 저전압 설정값(Vu)에 도달하면, 기동시용의 과전류 보호 회로가 래치 정지한다. 기동시용의 과전류 보호 회로가 래치 정지하면, 평균용의 과전류 보호 회로에 의해 출력 전류(I)가 제2과전류 설정값(I2a) 이하로 제한되면서 출력 전압(V)이 상승한다.
대용량 콘덴서(C10)의 충전이 종료되고, 출력 전압(V)이 부하(2)의 설정 구동 전압(Vd)에 도달하면 출력 전류(I)가 서서히 저하된다. 이 기동 시퀀스에서는, 대용량 콘덴서(C10)의 75~95%의 용량이, 정격 전류보다 낮은 제3과전류 설정값(I3s)으로 정전류 충전된다. 따라서 도 3(a)와 비교하여 충전 시간이 약간 길어지지만, 전원 장치(1)의 부담이 대폭으로 경감된다.
이상으로 설명한 바와 같이 실시예 1에 의하면, 피크용의 과전류 보호 회로 및 평균용의 과전류 보호 회로에 더하여, 기동시용의 과전류 보호 회로를 마련하는 것에 의해, 전원 장치(1)에 있어서의 기동시의 스트레스를 경감할 수 있다. 따라서 온도 알람에 의해 기동 도중에 동작이 정지해버리는 것도 회피할 수 있다.
큰 전력이 필요한 부하(2)의 경우, 복수의 전원 장치(1)를 병렬 접속하여 병렬 운전하는 경우가 있다. 복수의 전원 장치(1) 중, 고장 등에 의해 운전 대수가 줄어든 경우, 부하(2)에 병렬 접속되는 대용량 콘덴서(C10)를 적은 수의 전원 장치(1)로 충전하게 된다. 이 경우, 출력 전류가 저하되어 있기 때문에 대용량 콘덴서(C10)의 충전 시간이 길어진다. 비교예에 따른 전원 장치(1)를 사용하는 경우, 정격 전류를 초과하는 전류가 흐르는 시간이 길어져, 가동하고 있는 전원 장치(1)에 대한 스트레스가 커진다. 이에 대해 실시예 1에 따른 전원 장치(1)를 사용하는 경우, 운전 대수가 줄어든 경우에도 충전 시간의 연장으로 대응하기 때문에, 가동하고 있는 전원 장치(1)에 대한 스트레스 증가를 억제할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 전원 장치(1)를 설명하기 위한 도면이다. 실시예 2에 따른 전원 장치(1)는, 1개의 비교기를 피크용의 과전류 보호 회로와 기동시용의 과전류 보호 회로에서 공유하는 구성이다. 도 4에 나타내는 바와 같이 제1비교기(CP1)가 피크용의 과전류 보호 회로와 기동시용의 과전류 보호 회로에서 공유된다. 도 4에 나타내는 전원 장치(1)에서는, 도 1에 나타낸 제3비교기(CP3), 제2저항(R2) 및 제5다이오드(D5)는 생략된다.
제1비교기(CP1)의 반전 입력 단자에는, 제2노드(N2)의 전압이 입력된다. 제2노드(N2)의 전압은, 제1참조 전압(Vr1)보다 높은 참조 전압(Vr0)을, 제3저항(R3)과 제4저항(R4)으로 분압하여 생성된다. 제3저항(R3)과 제4저항(R4)에 의한 분압 전압은 제1참조 전압(Vr1)에 대응된다. 실시예 2에서는 트랜지스터(Tr1)는, 제1노드(N1)가 아닌 제2노드(N2)와 그라운드의 사이에 삽입된다. 제2노드(N2)와 트랜지스터(Tr1)의 사이에는 제5저항(R5)이 삽입된다.
실시예 2에서는 제4비교기(CP4)의 반전 입력 단자에 전압 검출부(11)의 출력 전압이 입력되고, 비반전 입력 단자에 저전압 설정값에 대응하는 제4참조 전압(Vr4)이 입력된다. 제4비교기(CP4)는, 부하(2)에 공급되고 있는 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 제4참조 전압(Vr4)을 초과했을 때 로우 레벨을 출력하고, 초과하지 않을 때 하이 레벨을 출력한다. 제4비교기(CP4)의 출력 전압이 하이 레벨인 동안, 트랜지스터(Tr1)는 온 상태이고, 제2노드(N2)와 그라운드가 도통되어 있고, 제5저항(R5)은 유효하다. 제3저항(R3)과, 제4저항(R4) 및 제5저항(R5)에 의한 분압 전압은 제3참조 전압(Vr3)에 대응된다. 따라서 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 저전압 설정값 이하인 상태에서는, 제1비교기(CP1)의 반전 입력 단자에 제3참조 전압(Vr3)이 입력된다. 즉, 제1비교기(CP1)는 기동시용의 과전류 보호 회로로서 기능한다.
제4비교기(CP4)의 출력 전압이 로우 레벨로 변이하면 트랜지스터(Tr1)는 턴오프하여, 제2노드(N2)와 그라운드는 차단되어, 제5저항(R5)은 무효가 된다. 이에 의해 제2노드(N2)의 전위가 상승하여, 제1비교기(CP1)의 반전 입력 단자에 제1참조 전압(Vr1)이 입력되게 된다. 이와 같이 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 저전압 설정값을 초과한 상태에서는, 제1비교기(CP1)의 반전 입력 단자에 제1참조 전압(Vr1)이 입력된다. 즉, 제1비교기(CP1)는 피크용의 과전류 보호 회로로서 기능한다.
제1비교기(CP1)는, 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 저전압 설정값 이하일 때, 스위칭 레귤레이터의 출력 전류값에 대응하는 전압과 제3참조 전압(Vr3)의 비교 결과를 제어부(13)에 출력한다. 스위칭 레귤레이터의 출력 전압이 저전압 설정값을 초과할 때, 스위칭 레귤레이터의 출력 전류값에 대응하는 전압과 제1참조 전압(Vr1)의 비교 결과를 제어부(13)에 출력한다.
이상으로 설명한 바와 같이 실시예 2에 의하면, 실시예 1과 동일한 효과를 발휘한다. 실시예 1과 비교하여 과전류 보호에 사용하는 연산 증폭기의 수를 삭감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 전원 장치(1)를 설명하기 위한 도면이다. 실시예 3에 따른 전원 장치(1)에서는 기동용의 과전류 보호 회로는, 부하 전압이 저전압 설정값을 초과했을 때가 아니고, 기동으로부터 설정 시간이 경과했을 때 무효가 된다. 도 5에 나타내는 전원 장치(1)에서는, 도 1에 나타낸 제4비교기(CP4) 대신에 타이머(14)가 마련된다. 타이머(14)는, 기동 신호가 입력되고 나서 설정 시간이 경과하면 트랜지스터(Tr1)를 턴온한다. 설정 시간은 대용량 콘덴서(C10)의 충전 시간에 대응한 시간으로 설정된다.
이상으로 설명한 바와 같이 실시예 3에 의하면, 실시예 1, 2와 동일한 효과를 발휘한다. 실시예 3은, 사용하는 대용량 콘덴서(C10)의 용량이 고정인 경우에 유효하다. 한편, 실시예 1, 2는, 시간이 아니고 전압을 트리거로 하기 때문에 대용량 콘덴서(C10)의 용량에 관계없이 기동시의 과전류 보호가 효율적으로 기능한다. 따라서 범용성이 높은 전원 장치(1)를 구성할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예 1-3을 바탕으로 설명했다. 이들의 실시예는 예시이며, 이들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능하고, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 포함되는 것은 당업자에게 이해되는 바이다.
상술한 실시예 1-3에서는, 제1과전류 설정값(30A)을 정격 피크 전류값(28A)의 약 1.07배로 설정하는 예를 제시했다. 이 점, 제1과전류 설정값은 정격 피크 전류값의 근방의 값이면 되고, 정격 피크 전류값의 ±10% 정도의 범위내에 설정되면 된다. 또한 상술한 실시예 1-3에서는, 제2과전류 설정값(11A)을 정격 전류값(10A)의 1.1배로 설정하는 예를 제시했다. 이 점, 제2과전류 설정값은 정격 전류값의 근방의 값이면 되고, 정격 전류값의 ±20% 정도의 범위내에 설정되면 된다.
또한 상술한 설명에서는, 3단계의 과전류 보호를 스위칭 레귤레이터에 적용하는 예를 설명했지만, 선형 레귤레이터에도 적용 가능하다.
[산업상 이용가능성]
본 발명은, 모터에 전력을 공급하는 전원 장치에 이용 가능하다.
1: 전원 장치
2: 부하
M1: 스위칭 소자
T1: 트랜스
L1: 인덕터
C1: 제1콘덴서
C2: 제2콘덴서
C10: 대용량 콘덴서
CP1: 제1비교기
CP2: 제2비교기
CP3: 제3비교기
CP4: 제4비교기
D1: 제1다이오드
D2: 제2다이오드
D3: 제3다이오드
D4: 제4다이오드
D5: 제5다이오드
R1: 제1저항
R2: 제2저항
R3: 제3저항
R4: 제4저항
R5: 제5저항
Tr1: 트랜지스터
11: 전압 검출부
12: 전류 검출부
13: 제어부
14: 타이머

Claims (5)

  1. 부하에 전력을 공급하는 레귤레이터;
    상기 레귤레이터에 포함되는 스위칭 소자를 제어하는 제어부;
    상기 레귤레이터의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값이, 본 전원 장치의 정격 전류값보다 높은 값으로 설정된 제1설정 전류값을 초과할 때, 상기 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 상기 제어부에 지시하는 제1과전류 보호부;
    상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값의 일정 기간에 있어서의 평균값이, 정격 전류값에 대응하는 값으로 설정된 제2설정 전류값을 초과했을 때, 상기 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 상기 제어부에 지시하는 제2과전류 보호부; 및
    기동시에 있어서, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값이, 상기 제2설정 전류값보다 낮은 값으로 설정된 제3설정 전류값을 초과할 때, 상기 레귤레이터의 출력 전류를 제한하도록 상기 제어부에 지시하는 제3과전류 보호부를 구비하는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3과전류 보호부는, 기동후에 있어서 상기 부하의 전압이 설정 전압값을 초과하면 무효가 되는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3과전류 보호부는,
    상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값에 대응하는 전압과, 상기 제3설정 전류값에 대응하는 참조 전압의 비교 결과를 상기 제어부에 출력하는 비교기와,
    상기 비교기의 출력 단자와, 접지 전위의 사이에 삽입되는 스위치를 구비하고,
    상기 스위치는, 상기 부하의 전압이 상기 설정 전압값을 초과했을 때 턴온하는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1과전류 보호부 및 상기 제3과전류 보호부는, 공유하는 비교기를 구비하고,
    상기 비교기는,
    상기 부하의 전압이 상기 설정 전압값 이하일 때, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값에 대응하는 전압과, 상기 제3설정 전류값에 대응하는 제3참조 전압의 비교 결과를 상기 제어부에 출력하고, 상기 부하의 전압이 상기 설정 전압값을 초과할 때, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류값에 대응하는 전압과, 상기 제1설정 전류값에 대응하는 제1참조 전압의 비교 결과를 상기 제어부에 출력하는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3과전류 보호부는, 기동으로부터 설정 시간이 경과하면 무효가 되는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치.
KR1020177032868A 2015-04-20 2016-04-18 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치 KR102448640B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015085725A JP6326002B2 (ja) 2015-04-20 2015-04-20 過電流保護付き電源装置
JPJP-P-2015-085725 2015-04-20
PCT/JP2016/062234 WO2016171098A1 (ja) 2015-04-20 2016-04-18 過電流保護付き電源装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170139065A KR20170139065A (ko) 2017-12-18
KR102448640B1 true KR102448640B1 (ko) 2022-09-28

Family

ID=57143861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177032868A KR102448640B1 (ko) 2015-04-20 2016-04-18 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10075061B2 (ko)
JP (1) JP6326002B2 (ko)
KR (1) KR102448640B1 (ko)
CN (1) CN107360734B (ko)
WO (1) WO2016171098A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6761357B2 (ja) * 2017-01-20 2020-09-23 コーセル株式会社 スイッチング電源装置
CN110707764B (zh) * 2019-10-31 2021-12-07 国家电网有限公司 用于opgw监测的感应取电系统
TWI760867B (zh) * 2020-09-29 2022-04-11 加拿大商萬國半導體國際有限合夥公司 具有恆壓模式和恆流模式的隔離轉換器及其控制方法
CN114337288A (zh) 2020-09-29 2022-04-12 万国半导体国际有限合伙公司 具有恒压模式和恒流模式的隔离转换器及其控制方法
EP4195500A4 (en) * 2021-01-15 2024-02-21 Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR CONTROLLING AN ELECTRIC MOTOR

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001119933A (ja) 1999-10-19 2001-04-27 Fujitsu Denso Ltd 過電流保護回路
JP2005073354A (ja) 2003-08-22 2005-03-17 Omron Corp 電源

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4356248B2 (ja) * 2000-03-31 2009-11-04 株式会社デンソー 半導体スイッチング素子駆動回路
JP2005323413A (ja) * 2004-05-06 2005-11-17 Rohm Co Ltd 過電流検出回路及びこれを有する電源装置
CN101141094B (zh) * 2007-08-17 2010-12-08 浙江大学 限流滑模控制降压直流-直流变换器的控制方法及其控制器
KR100916666B1 (ko) * 2007-09-18 2009-09-08 엘지전자 주식회사 공기조화기
JP2011160517A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Panasonic Electric Works Co Ltd 過電流保護回路、及びスイッチング電源装置
US9143033B2 (en) * 2010-11-30 2015-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Hysteretic power converter with calibration circuit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001119933A (ja) 1999-10-19 2001-04-27 Fujitsu Denso Ltd 過電流保護回路
JP2005073354A (ja) 2003-08-22 2005-03-17 Omron Corp 電源

Also Published As

Publication number Publication date
US10075061B2 (en) 2018-09-11
US20180041112A1 (en) 2018-02-08
JP6326002B2 (ja) 2018-05-16
CN107360734A (zh) 2017-11-17
KR20170139065A (ko) 2017-12-18
JP2016208614A (ja) 2016-12-08
CN107360734B (zh) 2019-09-24
WO2016171098A1 (ja) 2016-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8018694B1 (en) Over-current protection for a power converter
KR102448640B1 (ko) 과전류 보호 기능을 갖는 전원 장치
US9391525B2 (en) Power system switch protection using output driver regulation
JP4481879B2 (ja) スイッチング電源装置
JP6745585B2 (ja) スイッチング電源装置
JP2012060714A (ja) 集積回路
US9000705B2 (en) Power controller
JP2008228362A (ja) 電源装置
US10897194B2 (en) Power factor improvement circuit and semiconductor apparatus
JP6171724B2 (ja) Ｌｅｄ電源装置及びｌｅｄ照明装置
US10008935B2 (en) DC-DC converter
JP6698631B2 (ja) 電力変換装置およびその制御方法
JP5137121B2 (ja) スイッチング電源装置
US9780690B2 (en) Resonant decoupled auxiliary supply for a switched-mode power supply controller
US9525353B2 (en) Switching power-supply device for performing control of output voltage switching operation
JP2008146576A (ja) 安定化電源回路および携帯端末
US10615681B2 (en) Switching power supply circuit
KR101196199B1 (ko) 직류/직류 변환기의 과전류 차단 회로
EP3127228B1 (en) Dc/dc converter and method of driving dc/dc converter
JP2017135914A (ja) 自動電圧調整器
JP6371226B2 (ja) 逆電流保護付きスイッチング電源装置
JP5926927B2 (ja) スイッチングレギュレータ
JP4937958B2 (ja) スイッチング電源装置
JP5315741B2 (ja) スイッチング電源回路に備えられる制御回路
JP5234327B2 (ja) スイッチング電源

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right