KR19980043912U - 스위칭 전원 회로의 과전류 보호 장치 - Google Patents

스위칭 전원 회로의 과전류 보호 장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 스위칭 전원 회로에 있어서 스위칭 전원 회로의 과전류 보호 장치에 관한 것으로, 본 고안의 장치는 직류 전원 공급부(1)와 ; 변압기(2) ; 파워 트랜지스터(3) ; 제어 IC(4) ; 출력부(5) 및 ; 전압 궤환부(6)가 구비된 스위칭 전원 회로에 있어서, 상기 파워 트랜지스터(3)에 흐르는 전류를 검출하는 과전류 검출 저항(10)과 ; 저항(R12) 및 커패시터(C11)로 구성되어 있어, 상기 과전류 검출 저항(R11)에 의해 검출된 전압을 입력받아 고주파성 노이즈를 제거한 후 상기 제어 IC(4)의 과전류 검출단에 입력시키는 노이즈 제거부(20) ; 및 상기 오프 신호에 의해 스위칭 온되어 상기 파워 트랜지스터(3)의 턴오프시 상기 노이즈 제거부(20)의 커패시터(C11)에 충전되어 있던 전압을 신속하게 방전시키는 방전부(30)로 구성되어 있어, 상기 파워 트랜지스터(3)에 과전류가 흐를 경우, 상기 제어 1C(4)가 이를 감지하여 상기 파워 트랜지스터(3)를 강제로 오프시키는 데 있어, 상기 방전부(30)를 구동시켜 노이즈 제거부(20)의 커패시터(C11)에 충전된 전압을 신속하게 방전시킴으로써, 큰 용량의 커패시터를 사용할 수 있어 상기 과전류 검출 신호의 노이즈를 효과적으로 제거한다.

Description

스위칭 전원 회로의 과전류 보호 장치
본 고안은 스위칭 전원 회로(SMPS)에 관한 것으로, 특히 상기 스위칭 전원 회로의 파워 트랜지스터에 과전류가 발생할 경우 스위칭 전원 회로를 보호하도록 되어진 스위칭 전원 회로의 과전류 보호 장치에 관한 것이다.
모니터의 전원 회로는 모니터내의 각 부분에서 필요로 하는 전압를 적절히 공급해주는 역할을 하는데, 선형 전원 회로( Linear Power Supply )보다 소형, 경량이면서 고효율적인 스위칭 전원 회로( SMPS : Switched Mode Power Supply )에 관련된 기술이 최근 급속히 발전하고 있는 추세에 있다.
종래의 스위칭 전원 회로(SMPS)는 도 1 에 도시된 바와 같이, 직류 전원 공급부(1)와, 변압기(2)와, 파워 트랜지스터(3)와, 제어 IC(4)와, 출력부(5)와, 전압 궤환부(6)와, 과전류 검출부(7)로 구성되어 있다.
도 1 을 참조하여 일반적인 스위칭 전원 회로(SMPS)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
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(4)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(2)의 1 차측 권선에 인가된다.
동시에 상기 브리지 다이오드(D1)에서 정류된 정류 전압은 제어 IC(4)의단에 저항()를 통해 인가되어 제어 IC(4)를 동작시키게 되고, 상기 제어 IC(4)로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 파워 트랜지스터(3)가 온/오프( ON/OFF )된다. 즉, 상기 직류 전압()이 인가되면, 커패시터(C5)에 직류 전압()이 충전됨에 따라 제어 IC(4)의 공급 전원()이 기동 전압에 도달하게 되어, 상기 제어 IC(4)가 작동되어 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(3)가 온/오프된다.
상기 파워 트랜지스터(3)가 상기 제어 IC(4)내의 발진기 주기에 따라 일정 시간 동안 온 상태를 유지하다 오프 상태로 변하면, 변압기(2)의 1 차측 권선에서 2 차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다.
따라서 상기 변압기(2)는 상기 PWM 제어 신호에 의해 2 차측 권선에서 요구되는 교류 전압()을 출력하게 된다.
이와 같은 동작을 반복하여 상기 변압기(2)의 2 차측 권선에서 출력된 교류 전압()은 출력부(5)를 통하여 다시 직류 전압()으로 변환된다.
즉, 상기 출력부(5)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.
또한, 상기 출력부(5)를 통해 출력된 전원 전압()이 기준 전압 이상으로 상승하게 되면 과전압에 의한 회로 소자의 파손이 발생하게 되어 전원 회로의 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 상기 출력부(5)의 출력 전압을 일정 전압으로 유지시키기 위해, 스위칭 전원 회로(SMPS)에는 일반적으로 전압 궤환부(6)가 구비되어져 있다.
보다 상세히 설명하면, 모니터의 각 회로로 공급되는 전원 전압()은, 에러 앰프(EA)와 포토 커플러(PC1,PC2)로 구성된 과전압 궤환부(6)에 의해 감지되도록 되어 있으며, 상기 감지 신호는 제어 IC(4)의 피드백단으로 입력된다.
이에 따라, 상기 스위칭 전원 회로(SMPS)로부터 출력되는 전원 전압()이 정상 동작시보다 클 경우, 상기 에러 앰프(EA)가 상기 과전압을 감지하여 상기 에러 앰프(EA)의 출력측 전압을 낮춘다. 이때 상기 포토 커플러 발광부(PC1)의 한쪽단이 저항(R4)을 통해 SMPS 출력단()에 연결되고, 상기 포토 커플러 발광부(PC1)의 다른 한쪽단이 상기 에러 앰프(EA)의 출력측에 연결되어 있어, 상기 포토 커플러의 발광부(PC1)에 정상 동작시보다 많은 전류가 흘러 그 만큼 많은 빛을 발광한다.
즉, 상기 스위칭 전원 회로(SMPS)로부터 출력되는 전원 전압()이 저항(R1,R2,R3)을 통해 전압 분배되어 에러 앰프(EA)의 트랜지스터(TR) 베이스단에 인가되어, 상기 인가된 베이스 전압에 따라 상기 트랜지스터(TR)의 콜렉터 전위가 변화되므로, 상기 상기 포토 커플러의 발광부(PC1)에 흐르는 전류를 조절할 수 있다.
이에 따라, 상기 포토 커플러의 수광부(PC2)에서는 상기 빛을 수광하여 상기 광신호를 전기적인 신호로 변환한 후 상기 제어 IC(4)의 피드백단으로 출력함으로써, 상기 제어 IC(4)의 피드백단에 입력되는 전류가 증가하여, 상기 제어 IC(4)가 PWM 제어 신호를 발생하게 되고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(3)의 온타임을 짧게 한다.
상기 파워 트랜지스터(3)의 온타임이 짧아짐에 따라 변압기(2)의 1 차측 권선에서 2 차측 권선으로 유기되는 유도 기전력()이 낮아져, 상기 스위칭 전원 회로(SMPS)로부터 출력되는 전원 전압()을 일정 전압으로 유지시켜 모니터의 각 회로 등에 공급한다.
이때, 상기 제어 IC(4)는 과전류 검출부(7)를 통해 상기 파워 트랜지스터(3)에 흐르는 전류를 검출하여, 상기 검출된 전류량에 따라 PWM 제어 신호의 듀티비를 제어하는 동시에, 일정 레벨 이상의 과전류가 검출되면 상기 파워 트랜지스터(3)를 강제로 턴오프시킨다.
즉, 상기 파워 트랜지스터(3)에 흐르는 전류를 과전류 감지 저항(R11)을 통해 감지하여, 상기 감지된 전압을 다시 로우 패스 필터( Low Pass Filter : R12,C11 )를 통해 필터링한 후, 상기 제어 IC(4)의 과전류 검출단()에 공급한다,
이에 따라 상기 제어 IC(4)는 상기 과전류 검출 신호에 따라 PWM 제어 신호의 듀티비를 제어한다.
그러나 종래의 과전류 검출부(7)는 상기 파워 트랜지스터(3)가 스위칭 온/오프할 때마다 상기 변압기(2)와 함께 구동하여 상기 과전류 검출 신호에 노이즈 성분이 실리기 쉽기 때문에, 상기 노이즈 성분이 실린 과전류 검출 신호를 상기 제어 IC(4)에서 오인하여 상기 파워 트랜지스터(3)의 스위칭 오동작을 초래한다는 문제점이 있었다.
이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상기 파워 트랜지스터에 흐르는 과전류를 검출하여 과전류로부터 스위칭 전원 회로(SMPS)를 효과적으로 보호하도록 되어진 스위칭 전원 회로의 과전류 보호 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 스위칭 전원 회로에 있어서 과전류 보호 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 전압에 따라 상기 파워 트랜지스터의 동작을 PWM 제어하고, 입력된 과전류 검출 전압에 의해 상기 파워 트랜지스터를 강제로 오프시키는 동시에, 상기 파워 트랜지스터 오프시 오프 신호를 출력하는 제어 IC ; 상기 변압기의 2 차측 권선으로부터 입력된 교류 전압을 직류 전원 전압으로 변환하여 모니터의 각 회로에 공급하는 출력부 및 ; 상기 출력부에 광학적으로 결합되어, 상기 출력부로부터 출력된 전원 전압를 감지하여 상기 제어 IC에 피드백 전압을 공급하는 전압 궤환부가 구비된 스위칭 전원 회로에 있어서, 상기 파워 트랜지스터와 접지 사이에 직렬로 연결되어 있어, 상기 파워 트랜지스터에 흐르는 전류를 검출하는 과전류 검출 저항과 ; 저항 및 커패시터로 구성되어 있어, 상기 과전류 검출 저항에 의해 검출된 전압을 입력받아 고주파성 노이즈를 제거한 후 상기 제어 IC의 과전류 검출단에 입력시키는 노이즈 제거부 ; 및 상기 오프 신호에 의해 스위칭 온되어 상기 파워 트랜지스터의 턴오프시 상기 노이즈 제거부의 커패시터에 충전되어 있던 전압을 신속하게 방전시키는 방전부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 고안의 장치는 상기 파워 트랜지스터에 과전류가 흐를 경우, 상기 제어 1C가 이를 감지하여 상기 파워 트랜지스터를 강제로 오프시키는 데 있어, 상기 방전부를 구동시켜 필터부의 커패시터에 충전된 전압을 신속하게 방전시킴으로써, 큰 용량의 커패시터를 사용할 수 있어 상기 과전류 검출 신호의 노이즈를 효과적으로 제거하도록 된 것이다.
도 1 은 일반적인 스위칭 전원 회로를 도시한 회로도,
도 2 는 본 고안에 따른 스위칭 전원 회로의 과전류 보호 장치를 도시한 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 따른 부호의 명칭
1 : 직류 전원 공급부 2 : 변압기
3 : 파워 트랜지스터 4 : 제어 IC
5 : 출력부 6 : 전압 궤환부
10 : 과전압 검출 저항(R11) 20 : 노이즈 제거부(C11,R12)
30 : 방전부 Q : 제 1 트랜지스터
R 13,14 : 저항
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 실시예에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
도 2 는 본 고안에 따른 모니터의 스위칭 전원 회로에 있어서 과전류 보호 장치를 도시한 회로도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이 스위칭 전원 회로에 있어서 과전류 보호 장치는 직류전원 공급부(1)와, 변압기(2)와, 파워 트랜지스터(3)와, 제어 IC(4)와, 출력부(5)와, 전압 궤환부(6)와, 과전류 검출 저항(10)과, 노이즈 제거부(20)와, 방전부(30)로 구성되어 있다.
여기서 상기 방전부(30)는, 베이스단이 저항(R13)을 통해 상기 제어 IC(3)의 오프 신호를 입력받고, 콜렉터단이 상기 노이즈 제거부(20)와 제어 IC(4)의 과전류 검출단 사이에 병렬로 연결되고, 에미터단이 접지되어 있는 트랜지스터(Q)로 구성되어 있다.
이어서 상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 장치의 동작 및 효과를 자세히 살펴보도록 한다.
상기한 바와 같이 커패시터(C5)에 직류 전압()이 충전됨에 따라 제어 IC(4)의 공급 전원()이 기동 전압에 도달하게 되어, 상기 제어 IC(4)가 작동되어 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(3)가 온/오프된다.
상기 파워 트랜지스터(3)가 상기 제어 IC(4)내의 발진기 주기에 따라 일정 시간 동안 온 상태를 유지하다 오프 상태로 변하면, 변압기(2)의 1 차측 권선에서 2 차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다.
이때, 상기 제어 IC(4)는 상기 파워 트랜지스터(3)에 흐르는 전류를 검출하여, 상기 검출된 전류량에 따라 PWM 제어 신호의 듀티비를 제어하는 동시에, 일정 레벨 이상의 과전류가 검출되면 상기 파워 트랜지스터(3)를 강제로 턴오프시킨다.
즉, 상기 파워 트랜지스터(3)에 흐르는 전류를 과전류 검출 저항(R11)을 통해 검출하여, 상기 검출된 전압을 다시 로우 패스 필터( Low Pass Filter : R12,C11 )를 통해 필터링한 후, 상기 제어 IC(4)의 과전류 검출단()에 공급한다,
이에 따라 상기 제어 IC(4)는 상기 과전류 검출 신호에 따라 PWM 제어 신호의 듀티비를 제어한다.
이때 상기 파워 트랜지스터(3)가 턴오프되는 순간, 상기 제어 IC(4)로부터 로우 레벨의 오프 신호가 출력된다.
따라서 상기 로우 레벨의 오프 신호가 상기 방전부(30)의 트랜지스터(Q)의 베이스단에 인가되어 상기 트랜지스터(Q)가 턴온되므로, 상기 노이즈 제거부(20)의 커패시터(C11)에 충전된 에너지가 상기 트랜지스터(Q)의 에미터단에 인가되어 콜렉터단을 통해 접지로 바이패스된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안의 장치는, 상기 파워 트랜지스터(3)에 과전류가 흐를 경우, 상기 제어 1C(4)가 이를 감지하여 상기 파워 트랜지스터(3)를 강제로 오프시키는 데 있어, 상기 방전부(30)를 구동시켜 노이즈 제거부(20)의 커패시터(C11)에 충전된 전압을 신속하게 방전시킴으로써, 큰 용량의 커패시터를 사용할 수 있어 상기 과전류 검출 신호의 노이즈를 효과적으로 제거한다.

Claims (2)

  1. 퓨우즈를 통해 인가된 상용 교류 전압을 직류 전압()으로 변환하는 직류 전원 공급부(1)와 ; 상기 직류 전압()을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(2) ; 상기 변압기(2)의 1 차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(3) ; 입력된 피드백 전압()에 따라 상기 파워 트랜지스터(3)의 동작을 PWM 제어하고, 입력된 과전류 검출 전압()에 의해 상기 파워 트랜지스터(3)를 강제로 오프시키는 동시에, 상기 파워 트랜지스터(3) 오프시 오프 신호를 출력하는 제어 IC(4) ; 상기 변압기(2)의 2 차측 권선으로부터 입력된 교류 전압()을 직류 전원 전압()으로 변환하여 모니터의 각 회로에 공급하는 출력부(5) 및 ; 상기 출력부(5)에 광학적으로 결합되어, 상기 출력부(5)로부터 출력된 전원 전압()를 감지하여 상기 제어 IC(4)에 피드백 전압()을 공급하는 전압 궤환부(6)가 구비된 스위칭 전원 회로에 있어서,
    상기 파워 트랜지스터(3)와 접지 사이에 직렬로 연결되어 있어, 상기 파워 트랜지스터(3)에 흐르는 전류를 검출하는 과전류 검출 저항(10)과 ;
    저항(R12) 및 커패시터(C11)로 구성되어 있어, 상기 과전류 검출 저항(R11)에 의해 검출된 전압을 입력받아 고주파성 노이즈를 제거한 후 상기 제어 IC(4)의 과전류 검출단에 입력시키는 노이즈 제거부(20) ; 및
    상기 오프 신호에 의해 스위칭 온되어 상기 파워 트랜지스터(3)의 턴오프시 상기 노이즈 제거부(20)의 커패시터(C11)에 충전되어 있던 전압을 신속하게 방전시키는 방전부(30)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 회로에 있어서 과전류 보호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서 상기 방전부(30)는,
    베이스단이 저항(R13)을 통해 상기 제어 IC(3)의 오프 신호를 입력받고, 콜렉터단이 상기 노이즈 제거부(20)와 제어 IC(4)의 과전류 검출단 사이에 병렬로 연결되고, 에미터단이 접지되어 있는 트랜지스터(Q)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 전워 회로의 과전류 보호 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100869613B1 (ko) * 2007-03-14 2008-11-21 엘지이노텍 주식회사 Led 구동드라이버에서의 통합 과전압보호회로
KR101276961B1 (ko) * 2011-09-06 2013-06-19 강원대학교산학협력단 Dsp를 이용한 led 구동 장치

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