KR19980034668A

KR19980034668A - 스위칭 레귤레이터 회로

Info

Publication number: KR19980034668A
Application number: KR1019960052802A
Authority: KR
Inventors: 이화영
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-08-05

Abstract

본 발명은 스위칭 레귤레이터 회로에 관한 것으로, 높은 주파수의 구형파를 만들어 내는 발진기와 삼각파 발생회로가 사용되고, 필요한 기준전압을 만들기 위해서 차동증폭기가 사용되고 이와 관련해서 스위칭 레규레이터회로의 출력전압이 너무 높게 발생되는 것을 방지하기 위한 보호회로가 필요함에 따라 회로가 복잡해지고, 사용되는 부품의 수가 많아지게 되는 동시에 스위칭 레귤레이터를 만들기 위해서는 많은 비용이 필요한 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 마이크로컴퓨터의 타이머 기능을 이용하여 높은 주파수를 갖는 임의의 구형파와 낮은 주파수의 펄스폭변조 파형을 모두 출력시켜서 레귤레이터의 출력전압이 가변되도록 함으로써 회로구성을 없애거나 간단하게 구성토록 하고, 동일한 효과를 보다 저렴한 비용으로 수행할 수 있도록 하며, 일반적인 타이머 기능을 이용함으로써 사용시에도 쉽게 구현함과 아울러 범용성을 높이도록 한다.

Description

스위칭 레귤레이터 회로

본 발명은 필요한 직류전압을 공급하여 주기 위한 스위칭 레귤레이터 회로에 관한 것으로, 특히 높은 주파수를 갖는 임의의 구형파와 낮은 주파수의 펄스폭변조 파형을 모두 마이크로컴퓨터로부터 출력시켜서 레귤레이터의 출력전압이 가변되도록 함으로써 부품 및 회로가 간단해서 쉽게 구현하여 사용할 수 있도록 함과 아울러 구성 부품이 차지하는 면적을 줄여 비용을 절감하도록 한 스위칭 레귤레이터 회로에 관한 것이다. 종래의 스위칭 레귤레이터 회로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭 주파수를 결정하기 위한 구형파를 발생하는 구형파 발진부(5)와; 상기 구형파 발진부(5)에 발생된 구형파를 받아 삼각파로 바꾸는 삼각파 발생부(6)와; 낮은 주파수의 펄스폭변조의 구형파 신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(1)와; 상기 마이크로컴퓨터(1)로부터 출력된 구형파신호를 그에 대응하는 아날로그 전압으로 바꾸어 출력하는 디지탈/아날로그 변환부(2)와; 최종적으로 발생되는 직류전압을 검출하는 검출부(7)와; 상기 디지탈/아날로그 변환부(2)의 아날로그 전압과 검출부(7)의 직류전압을 각각 받아 두 신호의 차를 구하고 이 차에 대하여 일정한 레벨로 증폭하는 차동증폭부(3)와; 상기 차동증폭부(3)의 출력전압과 삼각파 발생부(6)의 삼각파를 각각 받아 두 값을 비교하는 비교부(4)와; 상기 비교부(4)의 출력신호에 따라 다른 기타 회로의 전원 전압으로 사용할 수 있는 직류(전원)을 발생하는 스위칭 레귤레이터(8)와; 상기 스위칭 레귤레이터(8)의 출력전압을 검출하여 일정한 직류 전압이상으로 발생하지 않도록 제한하는 과전압 보호부(9)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

높은 스위칭 주파수를 만들기 위한 구형파를 구형파 발진부(5)가 발생시키면, 이를 삼각파 발생부(6)에서 구형파를 입력받고 그에 대응하는 삼각파를 만들어 비교부(4)의 비반전단자(+)로 출력한다.

이때 마이크로컴퓨터(1)는 보통 10kHz 미만의 낮은 주파수의 펄스폭변조의 구형파신호를 출력한다.

그러면 낮은 주파수의 펄스폭변조의 구형파신호를 디지탈/아날로그 변환부(2)에서 입력받아 구형파신호를 아날로그 전압으로 변환시켜 차동증폭부(3)의 비반전단자(+)로 출력한다.

상기 마이크로컴퓨터(1)에서 나오는 구형파신호의 듀티비를 길게 하면 즉, 온-타임(on time)을 넓히면 아날로그 전압이 높아지게 되고 이와 반대로 듀티비를 작게 하면 즉, 온-타임을 짧게하면 발생되는 아날로그 전압이 낮아지게 된다.

상기 차동증폭부(3)는 비반전단자(+)와 반전단자(-)로 입력되는 신호의 차를 구하고, 이 구하여진 차를 일정한 배율(임의의 n배)로 증폭시켜 상기 비교부(4)의 반전단자(-)로 출력한다.

이에 따라 상기 비교부(4)는 비반전단자(+)로 입력되는 삼각파 발생부(6)의 삼각파와 반전단자(-)로 입력되는 비교부(3)의 비교 출력전압을 각각 받아 비교하는데, 비반전단자(+)로 입력된 값이 반전단자(-)로 입력된 값보다 크면 비교부(4)의 출력은 하이(high)상태가 되고, 반대로 비반전단자(+)로 입력된 값이 반전단자(-)로 입력된 값보다 작으면 상기 비교부(4)의 출력은 로우(low) 상태가 된다.

상기 비교부(4)의 로우 또는 하이상태의 출력신호가 스위칭 레귤레이터(8)로 입력되면, 상기 스위칭 레귤레이터(8)는 입력신호에 의해 다른 기타회로의 전원 전압으로 사용할 수 있는 직류(전원) 전압을 발생한다.

이 직류(전원) 전압은 과전압 보호부(9)에서 검출하여 일정한 직류전압 이상이면 비교부(4)의 반전단자(-)로 입력되는 차동증폭부(3)의 출력을 차단하여 비교부(4)가 동작하지 않도록 하고, 상기 비교부(4)가 동작하지 않으면 스위칭 레귤레이터(8)가 동작하지 않아 일정한 직류전압 이상이면 발생되지 않도록 제한된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 기술은 높은 주파수의 구형파를 만들어 내는 발진기와 삼각파 발생회로가 사용되고, 필요한 기준전압을 만들기 위해서 차동증폭기가 사용되고 이와 관련해서 스위칭 레귤레이터회로의 출력전압이 너무 높게 발생되는 것을 방지하기 위한 보호회로가 필요함에 따라 회로가 복잡해지고, 사용되는 부품의 수가 많아지게 되는 동시에 스위칭 레귤레이터를 만들기 위해서는 많은 비용이 필요한 문제점이 있다.

따라서, 상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 일반적인 마이크로컴퓨터의 타이머 기능을 이용하여 높은 주파수를 갖는 임의의 구형파와 낮은 주파수의 펄스폭변조 파형을 모두 출력시켜서 레귤레이터의 출력전압이 가변되도록 함으로써 회로구성을 없애거나 간단하게 구성토록 하고, 동일한 효과를 보다 저렴한 비용으로 수행할 수 있도록 하며, 일반적인 타이머 기능을 이용함으로써 사용시에도 쉽게 구현함과 아울러 범용성을 높이도록 한 스위칭 레귤레이터의 회로를 제공함에 있다.

도 1은 종래 자려식 플라이백 방식의 스위칭 레귤레이터 회로도.

도 2는 본 발명의 스위칭 레귤레이터 회로도.

도 3은 도 2에 대한 상세 회로도.

도 4 및 도 5는 도 2에서, 디지탈/아날로그변환부(30)와 검출부(60)를 각각 별도의 회로로 가정할 경우의 파형도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 마이크로컴퓨터20 : RC 회로

30 : 디지탈/아날로그 변환부

40 : 비교부50 : 스위칭 레귤레이터

60 : 검출부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 스위칭 레귤레이터 회로 구성은, 도 2에 도시한 바와 같이, 임의의 높은 주파수의 구형파와 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(10)와; 상기 마이크로컴퓨터(10)의 높은 주파수의 구형파를 받아 저항과 콘덴서를 이용하여 삼각파를 만들어 발생하는 RC회로(20)와; 상기 마이크로컴퓨터(10)의 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호를 받아 아날로그의 전압으로 변환시켜 출력하는 디지탈/아날로그 변환부(30)와; 상기 RC회로(20)의 출력전압과 디지탈/아날로그 변환부(30)의 아날로그 전압을 각각 받아 비교하는 비교부(40)와; 상기 비교부(40)의 출력전압에 따라 일정한 출력 전압값을 발생하는 스위칭 레귤레이터(50)와; 최종적으로 출력되는 출력 전압값을 검출하여 과전압 검출시 이 과전압을 비교부(40)의 반전단자로 인가되도록 하여 동작을 제한하는 검출부(60)로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 도 3에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

마이크로컴퓨터(10)는 임의의 높은 주파수의 구형파와 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호를 출력하는데, 높은 주파수의 구형파의 경우에는 일반적인 타이머 기능을 이용하여 타이머 포트(port)를 통하여 출력하도록 한다.

상기 구형파의 주파수는 보통 50kHz 이상의 것을 목표로 삼는데, 왜냐하면 동작 주파수가 높으면 높을 수록 스위칭 레귤레이터(50)의 내부에 있는 스위칭 트랜스포머(T1)(T2)의 크기를 작게 제작할 수가 있는데, 이것을 피시비(PCB)상에서 회로부품이 차지하는 면적이 그 만큼 줄어들게 되는 장점이 있기 때문이다.

또한 일반기능인 타이머를 이용함으로써 범용적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

상기 마이크로컴퓨터(10)에서 출력되는 임의의 높은 주파수를 갖는 구평파는 RC회로(20)를 거치면서, 삼각파가 되어 비교부(40)의 오피앰프(OP1) 비반전단자(+)로 입력된다. 여기에서 사용된 간단한 RC회로(10)는 일종의 삼각파 발생회로로 보아도 무방하다.

이때 마이크로컴퓨터(10)에서 출력되는 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호가 출력되는데, 그 신호는 보통 10kHz 이하의 주파수를 갖으며, 약 2kHz의 주파수를 갖고 듀티폭을 가변시켜 출력하도록 한다.

상기 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호는 디지탈/아날로그 변환부(30)의 트랜지스터(Q1)의 베이스로 인가되어 턴온 또는 턴오프하여 전원전압(VCC)를 저항(R1)(R2)을 이용하여 분압하고, 콘덴서(C1)와 다이오드(D1)를 통해 정류되어 임의의 아날로그 전압으로 되고, 이 아날로그 전압은 비교부(40)의 오피앰프(OP) 반전단자(-)로 입력된다.

따라서, 비교부(40)의 오피앰프(OP)의 비반전단자(+)에는 높은 주파수를 갖는 삼각파가 입력신호로 인가되고, 반전단자(-)에는 임의의 아날로그 전압값이 인가되므로, 두 값을 비교하고 그에 따른 신호를 출력하는데, 비반전단자(+)의 신호가 반전단자(-)의 신호보다 크면 상기 비교부(40)는 하이(high)상태가 되고, 반대로 비반전단자(+)의 신호가 반전단자(-)의 신호보다 작으면 상기 비교부(40)는 로우(low)상태의 신호가 출력된다.

상기 비교부(40)의 출력신호는 스위칭 레귤레이터(50)의 입력신호 즉, 제어신호가 되어 이 제어신호의 값에 의하여 트랜지스터(Q2)(Q3)와 트랜스포머(T1)(T2)를 이용하여 출력 전압값을 발생하는데, 여기서 스위칭 레귤레이터(50)는 자려식 플라이백 컨버터 방식으로써, 소비전력이 약 50W 이하되는 곳에 사용할 수 있는 일반적인 회로이다.

마이크로컴퓨터(10)에서 출력되는 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호는 듀티폭을 가변시켜 디지탈/아날로그 변환부(30)에서 출력되는 아날로그 전압을 조절하는데, 상기의 듀티 폭이 크면 아날로그 전압이 커지게 되고 듀티 폭이 작으면 아날로그 전압도 낮게 발생된다.

이것은 아주 중요한 역할로서 스위칭 레귤레이터(50)에서 발생되는 직류전압을 임의의 값으로 제한시키도록 하는 보호회로의 역할을 동시에 겸하고 있는 것이다.

상기 스위칭 레귤레이터(50)에서 임의의 직류전압을 발생하면, 이 직류전압을 검출부(60)에서 입력받아 2개의 저항(R6)(R7)에 의하여 일정 비율로 전압 분배한 후 다이오드(D2)를 통해서 비교부(40)의 오피앰프(OP) 반전단자(-)로 인가되도록 한다.

따라서, 마이크로컴퓨터(10)에서 도 4에서와 같이 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호를 발생하지 않을 경우 디자탈/아날로그 변환부(20)의 트랜지스터(Q1)가 턴오프되므로 저항(R1)(R2)에 의해 분압된 후 다이오드(D1)의 캐소드측에 나타나는 오피앰프(OP)의 반전단자(-)로 공급되는 전압은 그의 비반전단자(+)로 공급되는 전압보다 높게 된다.

그러면 오피앰프(OP)는 로우상태의 신호를 출력하여 스위칭 레귤레이터(50)에 영향을 주지않아 동작하지 않는다.

이때 검출부(60)의 다이오드(D2)의 애노드측에는 저항(R6과 R7)의 분배전압이 생긴다. 이 분배전압이 오피앰프(OP)의 반전단자(-)로 인가되면 그 오피앰프(OP)의 출력은 하이상태가 되어 스위칭 레귤레이터(50)는 동작하여 일정한 전압을 출력한다.

그리고, 마이크로컴퓨터(10)에서 도 5에서와 같은 펄스폭 변조신호를 발생할 경우 디지탈/아날로그 변환부(30)의 트랜지스터(Q1)는 턴온과 턴오프를 반복한다.

상기 트랜지스터(Q1)가 턴온될 때마다 저항(R1, R2)에 의하여 전원전압(Vcc)이 분배되어진다. 이 분배전압은 콘덴서(C1)에 의하여 평활되어진다.

여기서 평활된 전압은 다이오드(D1)를 거쳐 오피앰프(OP)의 반전단자(-)로 입력된다. 이것은 오피앰프(OP)의 비반전단자(+)로 입력되는 전압보다 낮게되어 상기 오피앰프(OP)는 하이상태의 신호를 출력한다.

따라서, 스위칭 레귤레이터(50)가 동작하여 임의의 직류전압을 출력하고, 이 출력된 직류전압을 검출부(60)의 저항(R6)(R7)을 통해 분압한 후 다이오드(D2)를 통해 검출하여 상기 오피앰프(OP)의 반전단자(-)로 제공한다.

그러면, 오피앰프(OP)는 그의 비반전단자(+)와 반전단자(-)로 입력되는 두 신호의 값을 비교하고 두 값중 더 큰 값을 내보낸다.

상기에서와 같은 동작을 반복하여 직류전압(전원)을 필요로 하는 곳에 전압을 공급하여 준다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 마이크로컴퓨터로부터 높은 주파수의 임의의 구형파와 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호를 모두 출력시켜서 스위칭 레귤레이터의 출력전압이 가변되도록 함으로써 종래 자려식 플라이백 방식의 스위칭 레귤레이터 회로에서 필요로 했던 발진회로, 차동증폭기, 보호회로를 불필요하게 하고 구성 부품이 차지하는 면적을 줄여 비용을 절감하고, 부품 및 회로가 간단해서 쉽게 구현하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한 동작 주파수를 넓은 범위에서 높여서 사용하는 것이 가능하며, 마이크로컴퓨터가 지니고 있는 일반적인 타이머를 이용하기 때문에 범용성이 높은 효과가 있다.

Claims

임의의 높은 주파수의 구형파와 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호를 모두 출력하는 마이크로컴퓨터와; 상기 마이크로컴퓨터의 높은 주파수의 구형파를 받아 저항과 콘덴서를 이용하여 삼각파를 만들어 발생하는 RC회로와; 상기 마이크로컴퓨터의 낮은 주파수의 펄스폭 변조신호를 받아 아날로그의 전압으로 변환시켜 출력하는 디지탈/아날로그 변환수단과; 상기 RC회로의 출력전압과 디지탈/아날로그 변환수단의 아날로그 전압을 각각 받아 비교하는 비교수단과; 상기 비교수단의 출력전압에 따라 일정한 출력 전압값을 발생하는 스위칭 레귤레이터와; 최종적으로 출력되는 출력 전압값을 검출하여 과전압 검출시 이 과전압을 비교수단의 반전단자로 인가하여 동작을 제한하도록 하는 검출수단으로 구성함을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터 회로.
제1항에 있어서, 마이크로컴퓨터의 구형파는 타이머를 이용하여 발생하도록 함을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터 회로.
제1항에 있어서, 마이크로컴퓨터의 펄스폭 변조신호는 약 2kHz의 주파수를 갖고 듀티폭을 가변하도록 함을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터 회로.
제1항에 있어서, 디지탈/아날로그 변환수단은 펄스폭 변조신호의 듀티 폭이 크면 아날로그 전압이 발생하도록 하고, 듀티 폭이 작으면 아날로그 전압이 낮게 발생하도록 하여 스위칭 레귤레이터에서 하는 직류전압을 임의의 값을 제한하도록 함을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터 회로.