KR19980030298A - 모니터의 과전압 보호회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모니터의 과전압 보호 회로에 관한 것으로, 본 발명의 장치는 상용 교류전압을 직류전압으로 변환하는 직류전원 공급부(10)와; 상기 직류전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(20); 상기 변압기(20)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30); 입력된 피드백전압(

Description

모니터의 과전압 보호 회로 ( An over-voltage protection circuit in a monitor )

본 발명은 모니터의 과전압 보호 회로에 관한 것으로, 특히 SMPS( Switched Mode Power Supply )로부터 정격 범위 이상의 과도한 전원 전압이 발생할 경우, 상기 전원 전압의 발생을 중단시키도록 되어진 모니터의 과전압 보호 회로에 관한 것이다.

일반적으로 SMPS( Switched Mode Power Supply )란 스위칭 전원으로서, 선형 전원( Linear Power Supply )보다 소형, 경량이면서 고효율적이기 때문에, 이에 관련된 기술은 급속히 발전하고 있는 추세에 있다.

이러한 SMPS는 모니터내의 각 부분에서 필요로 하는 전원 전압를 적절히 공급해주는 역할을 수행하는데, 종래의 SMPS는 도 1 에 도시된 바와 같이, 퓨우즈를 통해 인가된 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부(10)와 ; 상기 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(20) ; 상기 변압기(20)의 1 차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30) ; 입력된 피드백 전압()에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC(40) 및 ; 상기 변압기(20)로부터 입력된 전압을 직류 전압으로 변환하여 모니터의 각 회로에 공급하는 출력부(50) ; 상기 출력부(8)에 광학적으로 결합되어, 상기 출력부(50)로부터 출력된 전원 전압를 감지하여 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자로 감지 신호를 출력하는 전압 검출부(60)로 구성되어 있다.

도 1 을 참조하여 일반적인 SMPS의 동작을 살펴보면, 먼저 100V 혹은 220V의 상용 교류 전원이 퓨우즈를 통하여 인가되면, 라인 필터(L1,L2)와 커패시터(C1,C2,C3)는 L·C 공진 작용에 의하여 교류 전원을 통해 유입되는 노이즈를 제거하는 동시에, 브리지 다이오드(D1) 및 제어 IC(40)가 동작하면서 발생되는 고주파 노이즈가 AC 입력 라인을 타고 외부로 나가는 것을 차단한다.

한편, 상기 라인 필터(L1,L2)와 커패시터(C1,C2,C3)를 통과한 교류 전압은 브리지 다이오드(D1)에서 정류되어 돌입 전류 방지용 저항(Rs)을 통해 평활용 콘덴서(C4)에서 평활되어 직류 전압()으로 변환된 후, 변압기(20)의 1 차측 권선에 인가된다.

동시에 상기 브리지 다이오드(D1)에서 정류된 정류 전압은 제어 IC(40)의단에 저항()를 통해 인가되어 제어 IC(40)를 동작시키게 되고, 상기 제어 IC(40)로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 파워 트랜지스터(30)가 온/오프( ON/OFF )된다.

즉, 상기 직류 전압()이 인가되면, 커패시터(C5)에 직류 전압()이 충전됨에 따라 제어 IC(40)의 공급 전원()이 기동 전압에 도달하게 되어, 상기 제어 IC(40)가 작동되어 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)가 온/오프된다.

상기 파워 트랜지스터(30)가 상기 제어 IC(40)내의 발진기 주기에 따라 일정 시간 동안 온 상태를 유지하다 오프 상태로 변하면, 변압기(20)의 1 차측 권선에서 2 차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다.

따라서 상기 변압기(20)는 상기 PWM 제어 신호에 의해 2 차측 권선에서 요구되는 교류 전압()을 출력하게 된다.

이와 같은 동작을 반복하여 상기 변압기(20)의 2 차측 권선에서 출력된 교류 전압()은 출력부(50)를 통하여 다시 직류 전압()으로 변환된다.

즉, 상기 출력부(50)에 입력된 교류 전압()은 정류 다이오드(D2,D3)와 평활 커패시터(C6,C7)에 의해서 직류 전압()으로 변환되어, 모니터의 각 회로에 공급되어 회로를 동작시킨다.

이때, 출력부(60)로부터 출력된 전원 전압()을 일정 전압으로 유지시키기 위해, 모니터의 각 회로로 공급되는 전원 전압()은 에러 앰프(EA)와 포토 커플러(PC)로 구성된 상기 전압 검출부(60)에 의해 감지되도록 되어 있어, 상기 감지 신호는 제어 IC(40)의 피드백단으로 입력된다.

즉, 상기 SMPS로부터 출력되는 전원 전압()이 기준 전압보다 클 경우, 상기 에러 앰프(EA)가 상기 과전압을 감지하여 상기 에러 앰프(EA)의 출력측 전압을 낮춘다. 이에 따라 상기 에러 앰프(EA)의 출력측이 상기 포토 커플러의 발광부(PC-1)와 연결되고, 상기 포토 커플러 발광부(PC-1)의 다른 한쪽단이 SMPS 출력단()에 연결되어 있으므로, 상기 포토 커플러의 발광부(PC-1)에 정상 동작시보다 많은 전류가 순간적으로 흘러 그 만큼 많은 빛을 발광한다.

이에 따라 상기 포토 커플러의 수광부(PC-2)에서는 상기 빛을 수광하여 상기 광신호를 전기적인 신호로 변환한 후 상기 제어 IC(40)의 피드백단()으로 출력함으로써, 상기 제어 IC(40)의 피드백단()에 입력되는 전류가 급속히 증가한다.

이에 따라 상기 제어 IC(40)는 온타임이 짧은 PWM 제어 신호를 발생하게 되고, 상기 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)의 온타임을 짧게 한다.

상기 파워 트랜지스터(30)의 온타임이 짧아짐에 따라 변압기(20)의 1 차측 권선에서 2 차측 권선으로 유기되는 유도 기전력()이 낮아져, 상기 SMPS로부터 출력되는 전원 전압()을 일정 전압으로 유지시켜 모니터의 각 회로에 공급한다.

그러나, 출력부(60)를 통해 출력된 전원 전압()이 상기 전압 검출부(60)가 감당하지 못할 정도로 클 경우, 과전압에 의한 회로 소자의 파손이 발생하게 되어 전원 장치의 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, SMPS에는 일반적으로 과전압 보호부(70)를 구비하고 있어, 과도 전압 출력시 전원 전압이 모니터 각부로 공급되는 것을 차단하고 있다.

보다 상세히 설명하면, SMPS로부터 출력되는 전원 전압()을 상기 저항 및 커패시터(R3,R4,C9)가 감지하여, 상기 감지된 전압이 일정 전압 이상이면 커패시터 (C10) 및 저항(R5)을 통해 상기 제너 다이오드(ZD)를 턴온시켜, 상기 트랜지스터(Q)의 베이스단에 소정 레벨의 전압을 인가함으로써 상기 트랜지스터(Q)를 턴온시킨다.

상기 트랜지스터(Q)가 턴온됨에 따라 통해 상기 포토 커플러(PC)에 한쪽단이 접지되는 효과가 발생하여, 상기 포토 커플러(PC)에 순간적으로 많은 전류가 흐르게 되어, 상기 제어 IC(40)의 피드백단에 입력되는 전류가 급속히 증가한다.

이에 따라 상기 제어 IC(40)가 로우 레벨의 PWM 제어 신호를 발생하게 되고, 상기 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)가 오프 상태를 유지하게 된다.

상기 파워 트랜지스터(30)가 오프 상태를 유지함에 따라 변압기(20)의 1 차측 권선에서 2 차측 권선으로 유기되는 유도 기전력()이 발생하지 않게 되어, 전원 전압()의 공급이 중단된다.

그러나 상기한 바와 같이 종래의 과전압 보호부(70)는, SMPS로부터 정격 범위를 벗어난 과도한 전압이 발생하여 파워 트랜지스터(30)가 오프되고 나면, SMPS로부터 출력되는 전원 전압()이 감소되어, 상기 저항 및 커패시터(R3.R4,C9)에서 감지된 전압 역시 다시 감소된다.

이에 따라 상기 제너 다이오드(ZD)와 상기 트랜지스터(Q)가 턴오프되어, 상기 포토 커플러(PC)에는 평상시보다 적은 전류가 흐르게 되어, 상기 제어 IC(40)의 피드백단에 입력되는 전류가 급속히 감소하여, 상기 제어 IC(40)가 온 타임이 긴 PWM 제어 신호를 발생하게 되고, 상기 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)가 제어되어 상기 SMPS 로부터 출력되는 전원 전압이 다시 커진다.

즉, 종래의 과전압 검출부(70)는 상기와 같은 동작이 반복되어 상기 SMPS 의 출력 전압이 증가했다 감소했다를 반복하게 되므로, 전원 회로가 불안정한 상태에 놓이게 되기 때문에, 상기 전원 회로를 안정화시키기 위해 전원 스위치를 다시 껏다가 켜야한다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, SMPS 로부터 정격 범위 이상의 과도한 전압이 출력될 경우 이를 감지하여 전원 전압이 모니터 각부로 공급되는 것을 완전히 차단하도록 되어진 모니터의 과전압 보호 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 퓨우즈를 통해 인가된 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부와 ; 상기 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기 ; 상기 변압기의 1 차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터 ; 입력된 피드백 전압()에 따라 상기 파워 트랜지스터의 동작을 PWM 제어하고, 과전류 보호단에 과전류 감지 신호를 인가받으면 상기 파워 트랜지스터를 강제로 오프시키는 제어 IC 및 ; 상기 변압기의 2 차측 권선으로부터 입력된 전압을 직류 전원 전압으로 변환하여 모니터의 각 회로에 공급하는 출력부가 구비된 SMPS에 있어서, 상기 변압기의 2 차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압을 검출하여 상기 전원 전압이 일정 전압 이상이면 감지 신호를 출력하는 과전압 감지부와 ; 상기 과전압 감지 신호를 변압기 1 차측 권선의 제어 IC에 전달하기 위한 감지신호 전달부 ; 및 상기 전달받은 과전압 감지신호를 입력받으면 일정 전류을 지속적으로 상기 제어 IC의 과전류 검출단에 입력시키는 구동부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 장치는 SMPS 로부터 출력되는 전원 전압이 일정 전압 이상이면, 일정 전류을 지속적으로 상기 제어 IC의 과전류 검출단에 입력시켜, 상기 파워 트랜지스터를 강제로 오프시킴으로써, 과전류로부터 전원 회로 및 모니터 회로를 보호하도록 되어 있다.

도 1 은 일반적인 모니터의 과전압 보호 회로를 도시한 회로도,

도 2 은 본 발명에 따른 모니터의 과전압 보호 회로를 도시한 회로도,

도 3 는 일반적인 제어 IC 의 상세 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭

10 : 직류 전원 공급부 20 : 변압기

30 : 파워 트랜지스터 40 : 제어 IC

50 : 출력부 60 : 과전압 감지부

70 : 감지신호 전달부 80 : 구동부

OP 1,2 : 비교기 ZD : 제너 다이오드

PC1 : 포토 트랜지스터의 발광부 PC2 : 포토 트랜지스터의 수광부

TR : 트랜지스터 SCR : 다이리스터

C 1,2,3 : 커패시터 R 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 : 저항

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 모니터의 과전압 보호 회로를 도시한 회로도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 장치는 직류 전원 공급부(10)와, 변압기(20)와, 파워 트랜지스터(30), 제어 IC(40), 출력부(50), 과전압 감지부(60), 감지신호 전달부(70), 및 구동부(80)로 구성되어 있다.

여기서 상기 과전압 감지부(60)는, 상기 출력부(50)로부터 출력되는 전원 전압(Vo)을 기준 전압과 비교하여 기준 전압(Vr)보다 높으면 감지 신호를 출력하는 비교기(OP1)로 구성되어 있다.

또한 상기 감지신호 전달부(70)는, 발광부(PC1)와 수광부(PC2)의 접지가 분리되어 있고, 발광부(PC1)와 수광부(PC2)의 다른 한쪽단이 각각 전압원(Vcc1, Vcc2)에 연결되어진 포토 커플러(PC)와 ; 상기 포토 커플러의 발광부(PC1)와 접지 사이에 연결되어 있어, 상기 감지 신호에 의해 스위칭온되어, 상기 전압원(Vcc1)으로부터 발생한 전류가 포토 커플러의 발광부(PC1)를 통해 접지로 흐르게 되는 트랜지스터(TR)로 구성되어 있다.

한편, 상기 구동부(80)는, 게이트단이 상기 포토 커플러의 수광부(PC2)와 접지 사이에 병렬로 연결되고, 애노드단이 전압원(Vcc3)과 연결되고, 캐소드단이 저항(R10)을 통해 상기 제어 IC(40)의 과전류 검출단에 연결되어 있는 다이리스터(SCR)로 구성되어 있다.

이어서 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 장치의 동작 및 효과를 살펴보면 다음과 같다.

먼저 도 3 을 참조하여 일반적으로 사용되고 있는 상기 제어 IC(40) 의 과전류 검출단의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

일반적으로 상기 제어 IC(40)는 입력된 피드백 전압()에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하는 한편, 도 3 에 도시된 바와 같은 과전류 검출단이 구비되어 있어, 과전류가 검출되면 과전류로부터 전원 회로 및 모니터 회로를 보호하도록 되어 있다.

즉, 파워 트랜지시터(30)를 통해 흐르는 전류를 저항(Re)을 통해 감지하여 비교기(OP2)의 비반전(+) 입력단에 입력시킨다.

이에 따라 상기 비반전(+) 입력단에 입력된 전압이, 기준 전압 이상 상승하는 순간 비교기(OP1)의 출력 전압이 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이하게 되고, 상기 하이 레벨의 신호를 입력받은 오실로스코프(OSC)가 신호를 출력하고, 상기 오실로스코프(OSC)로부터 출력된 신호에 의해 드라이버(DRV)가 동작하여 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시킨다.

따라서, 상기 제어 IC(40)의 과전류 검출단에 과전류가 검출되면, 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시킴으로써, 과전류로부터 전원 회로 및 모니터 회로를 보호하도록 되어 있다.

도 2 를 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 자세히 살펴보면, 먼저 상기 비교기(OP1)가 반전(-) 입력단에 모니터 각부로 공급되는 전원 전압(Vo)을 인가받고, 비반전(+) 입력단이 기준 전압(Vr)을 인가받는다.

이때 상기 비반전(+) 입력단에 입력되는 기준 전압(Vr)은 상기 전원 전압(Vo)으로부터 제공받을 수 있는데, 상기 전원 전압(Vo)을 제너 다이오드(ZD)에 의해 일정 전압만큼 클래핑한 후, 커패시터(C2)에 충전시켰다가 비반전(+) 입력단에 입력시킨다.

또한 상기 반전(-) 입력단에 입력되는 전원 전압(Vo)은 저항(R1)을 통해 전류 제한을 받은 후, 노이즈 제거용 커패시터(C1) 및 저항(R2)을 통해 입력된다.

이에 따라 상기 비교기(OP1)는 정상 동작시, 즉 상기 전원 전압(Vo)이 정격 범위내에 존재할 경우 반전(-) 입력단에 입력되는 전압이 항상 기준 전압(Vr)보다 작게 설정되어 있으므로, 상기 비교기(OP1)는 정상 동작시 항상 하이 레벨의 감지 신호를 출력한다.

상기 하이 레벨의 감지 신호는 저항(R3)을 통해 트랜지스터(TR)의 베이스단에 인가되어 상기 트랜지스터(TR)를 턴오프시키므로, 상기 포토 커플러(PC1.PC2)와 다이리스터(SCR) 또한 동작을 하지 않게 되어, 제어 IC(40)의 과전류 검출단에 아무런 영향을 미치지 않는다.

한편, 상기 전원 전압(Vo)이 과도하게 높아질 경우, 상기 반전(-) 입력단에 입력되는 전압이 기준 전압(Vr)보다 높아져, 상기 비교기(OP1)는 로우 레벨의 감지 신호를 출력하게 된다.

이에 따라 상기 로우 레벨의 감지 신호는 트랜지스터(TR)의 베이스단에 인가되어 상기 트랜지스터(TR)를 턴온시킨다.

상기 트랜지스터(TR)가 턴온됨에 따라 포토 커플러의 발광부(PC1)의 한쪽단이 접지되는 효과가 발생하므로, 전압원(Vcc1)으로부터 발생된 전류가 포토 커플러의 발광부(PC1)를 통해 접지로 흐르게 되어, 발광부(PC1)가 순간적으로 빛을 발광하게 된다.

이에 따라 상기 포토 커플러의 수광부(PC2)에서는 상기 빛을 수광하여 일정 전류를 발생하여 상기 다이리스터(SCR) 의 게이트단에 공급한다.

상기 다이리스터(SCR)의 게이트단에 일정 전압이 인가됨에 따라 상기 다이리스터(SCR)가 턴온되어, 상기 다이리스터(SCR)의 애노드단에 입력된 소정 전압(Vcc3)이 캐소드단을 통해 제어 IC(40) 의 과전류 검출단에 인가된다.

이에 따라 상기 다이리스터(SCR)로부터 과전압 감지 신호를 인가받은 비교기(OP2)는 하이 레벨의 제어 신호를 출력하고, 상기 하이 레벨의 출력 신호를 입력받은 발진기(OSC)가 신호를 출력하고, 상기 발진기(OSC)로부터 출력된 신호에 의해 드라이버(DRV)가 동작하여 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시킨다.

따라서, 상기 제어 IC(40)의 과전류 검출단에 과전류가 검출되면, 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시킴으로써, 과전류로부터 전원 회로 및 모니터 회로를 보호하도록 되어 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 장치는, SMPS 로부터 정격 범위 이상의 과도한 전압이 출력될 경우 이를 감지하여 전원 전압이 모니터 각부로 공급되는 것을 완전히 차단함으로써, 과전압에 의한 회로 소자의 파손을 방지한다는 데 그 효과가 있다.

Claims (4)

1. 퓨우즈를 통해 인가된 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 직류 전원 공급부(10)와 ; 상기 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(20) ; 상기 변압기(20)의 1 차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30) ; 입력된 피드백 전압()에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하고, 과전류 보호단에 과전류 감지 신호를 인가받으면 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시키는 제어 IC(40) 및 ; 상기 변압기(20)의 2 차측 권선으로부터 입력된 전압을 직류 전원 전압으로 변환하여 모니터의 각 회로에 공급하는 출력부(50)가 구비된 SMPS에 있어서, 상기 변압기(20)의 2 차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압을 검출하여 상기 전원 전압이 일정 전압 이상이면 감지 신호를 출력하는 과전압 감지부(60)와 ; 상기 과전압 감지 신호를 변압기(20) 1 차측 권선의 제어 IC(40)에 전달하기 위한 감지신호 전달부(70) ; 및 상기 전달받은 과전압 감지신호를 입력받으면 일정 전류을 지속적으로 상기 제어 IC(40) 의 과전류 검출단에 입력시키는 구동부(80)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 모니터의 과전압 보호 회로.
2. 제 1 항에 있어서 상기 과전압 감지부(60)는 상기 출력부(50)로부터 출력되는 전원 전압(Vo)을 기준 전압과 비교하여 기준 전압(Vr)보다 높으면 감지 신호를 출력하는 비교기(OP1)로 구성되어 있는 것늘 특징으로 하는 모니터의 과전압 보호 회로.
3. 제 2 항에 있어서 감지신호 전달부(70)는, 발광부(PC1)와 수광부(PC2)의 접지가 분리되어 있고, 발광부(PC1)와 수광부(PC2)의 다른 한쪽단이 각각 전압원(Vcc1,Vcc2)에 연결되어진 포토 커플러(PC)와 ; 상기 포토 커플러의 발광부(PC1)와 접지 사이에 연결되어 있어, 상기 감지 신호에 의해 스위칭온되어, 상기 전압원(Vcc1)으로부터 발생한 전류가 포토 커플러의 발광부(PC1)를 통해 접지로 흐르게 되는 트랜지스터(TR)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 모니터의 과전압 보호 회로.
4. 제 3 항에 있어서 상기 구동부(80)는,

   게이트단이 상기 포토 커플러의 수광부(PC2)와 접지 사이에 병렬로 연결되고, 애노드단이 전압원(Vcc3)과 연결되고, 캐소드단이 저항(R10)을 통해 상기 제어 IC(40)의 과전류 검출단에 연결되어 있는 다이리스터(SCR)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 모니터의 과전압 보호 회로.