KR19990028834U - 모니터의 스위칭 전원회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 제어 IC에서 출력되는 PWM 파형의 제어신호에 포함된 잡음성분을 제거하도록 한 모니터의 스위칭 전원회로에 관한 것으로써, 직류전원 공급부에서 출력되는 초기 직류전압을 입력받아 구동되기 시작하고, 변압기에서 출력되는 직류전압을 Vcc단으로 입력받아 구동되면서 안정화되는 제어 IC; 상기 제어 IC에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 스위칭되는 파워 트랜지스터; 상기 파워 트랜지스터의 게이트단과 접지단 사이에 접속되어 임펄스 파형의 노이즈를 흡수하는 캐패시터; 상기 파워 트랜지스터의 게이트단과 제어 IC의 출력단 사이에 접속된 감쇄저항; 상기 파워 트랜지스터의 드레인단과 변압기 사이에 접속된 비드 코어; 및 상기 감쇄저항과 병렬 접속되고 상호 직렬 접속된 저항 내지 다이오드를 포함하며 구성된다.

따라서, 본 고안은 제어 IC에서 출력되는 PWM 제어신호가 오프 타임에서 온 타임으로 천이할 때에 발생되는 임펄스파형의 노이즈와 PWM 제어신호가 온 타임에서 오프 타임으로 천이할 때에 발생되는 스위칭 손실을 감소시킴으로써, 모니터의 EMI 성능이 향상되는 효과가 있다.

Description

모니터의 스위칭 전원회로 ( A switching power supply in a monitor )

본 고안은 모니터의 스위칭 전원회로에 관한 것으로서, 특히 제어 IC에서 출력되는 PWM 파형의 제어신호에 포함된 잡음성분을 제거하도록 한 모니터의 스위칭 전원회로에 관한 것이다.

일반적으로, 모니터는 컴퓨터의 비디오 카드로부터 수신된 영상 신호와 동기 신호를 입력받아 CRT 화면에 정보를 디스플레이하는 장치로서, 영상 신호를 처리하기 위한 비디오 계통과, 수직 및 수평 편향을 위한 편향 계통 및 전원 계통 등으로 구성된다. 여기서, 상기한 모니터의 전원 계통은 모니터 내의 각 부분에서 필요로 하는 전압을 적절히 공급해주는 역할을 수행하는 바, 이에 관련된 기술로 최근 선형 전원(Linear Power Supply)보다 소형, 경량이면서 효율이 높은 SMPS(Switched Mode Power Supply)라는 스위칭 전원이 급속히 발전하고 있는 추세에 있다.

도 1은 일반적인 종래의 스위칭 전원회로(SMPS)를 도시하고 있는 바, 이는 직류전원 공급부(110)와, 변압기(120)와, 파워 트랜지스터(130)와, 제어 IC(140)와, 전압 궤환부(150)와, 절전모드 수행부(160)로 구성되어 있다.

도 1을 참조하여 일반적인 스위칭 전원(SMPS)의 회로 동작을 살펴보면, 먼저 100V 혹은 220V의 상용 교류 전원이 퓨우즈를 통하여 인가되면, 라인 필터(L1,L2)와 캐패시터(C1,C2,C3)는 L·C 공진 작용에 의하여 교류 전원을 통해 유입되는 노이즈를 제거하는 동시에, 브리지 다이오드(D1) 및 제어 IC(140)가 동작하면서 발생되는 고주파 노이즈가 AC 입력 라인을 타고 외부로 나가는 것을 차단한다.

한편, 상기 라인 필터(L1,L2)와 캐패시터(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(Vi)으로 변환된 후, 변압기(120)의 1차측 권선에 인가된다. 이와 동시에, 이 직류 전압(Vi)은 스타팅저항(R1,R2)을 거쳐 제어 IC의 Vcc단자로 인가되는데, 이로 인해 제어 IC(140)가 동작되면서 제어 IC(140)에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 파워 트랜지스터(130)가 온/오프(ON/OFF)된다.

즉, 직류 전압(Vi)에 의해 제어 IC가 작동되어 PWM 제어신호를 출력하면, 이 PWM 제어신호에 의해 파워 트랜지스터(130)가 온/오프된다. 파워 트랜지스터(130)가 제어 IC내의 발진기 주기에 따라 일정 시간동안 '온' 상태를 유지하다 '오프' 상태로 천이하면, 변압기(120)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다. 즉, 상기 변압기(120)는 상기 PWM 제어신호에 의해 2차측 권선을 통해 모니터의 각 회로부에서 요구되는 교류 전압을 출력하게 된다.

이와 같이 변압기(120)가 정상적으로 동작하면 변압기의 2차측 권선을 통해 출력되는 교류 전압은 다이오드와 캐패시터를 통하여 직류전압으로 변환되는데, 이때, 변압기(120)의 삼차권선에서 출력되는 전압이 제어 IC(140)의 Vcc단으로 인가되면서 제어 IC가 정상적으로 동작할 수 있도록 한다.

그러나, 상기한 종래의 스위칭 전원회로에 있어서 제어 IC에서 출력되는 PWM 제어신호가 온 상태와 오프 상태를 반복하는 가운데 파워 트랜지스터의 게이트와 소오스 사이의 캐패시턴스 성분에 의해 스위칭 손실과 임펄스 파형의 노이즈가 발생하는데, 이로 인해 모니터의 전원회로로부터 유해 전자파가 발생하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제어 IC로부터 출력되는 PWM 제어신호에 포함된 임펄스 파형의 노이즈를 제거하여 모니터의 EMI 성능이 향상되는 모니터의 스위칭 전원회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 회로는, 직류전원 공급부에서 출력되는 초기 직류전압을 입력받아 구동되기 시작하고, 변압기에서 출력되는 직류전압을 Vcc단으로 입력받아 구동되면서 안정화되는 제어 IC; 상기 제어 IC에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 스위칭되는 파워 트랜지스터; 상기 파워 트랜지스터의 게이트단과 접지단 사이에 접속되어 임펄스 파형의 노이즈를 흡수하는 캐패시터; 상기 파워 트랜지스터의 게이트단과 제어 IC의 출력단 사이에 접속된 감쇄저항; 상기 파워 트랜지스터의 드레인단과 변압기 사이에 접속된 비드 코어; 및 상기 감쇄저항과 병렬 접속되고 상호 직렬 접속된 저항 내지 다이오드를 포함하며 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 모니터의 스위칭 전원회로를 도시한 회로도,

도 2는 본 고안에 따른 모니터의 스위칭 전원회로를 도시한 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 따른 부호의 명칭

110: 직류전원 공급부 120: 변압기

130: 파워 트랜지스터 140: 제어 IC

150: 전압 궤환부 160: 절전모드 수행부

21: 비드 코어

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 모니터의 전원회로가 도시되어 있는 바, 이는 직류전원 공급부(110)와, 변압기(120)와, 파워 트랜지스터(130)와, 제어 IC(140)와, 전압 궤환부(150)와, 절전모드 수행부(160)와, 파워 트랜지스터(130)의 게이트단과 접지단 사이에 접속되어 임펄스 파형의 노이즈를 흡수하는 캐패시터(C21)와, 이 캐패시터와 병렬 접속된 저항(R21)과, 파워 트랜지스터(130)의 게이트단(G)과 제어 IC(140)의 출력단 사이에 접속된 감쇄저항(R22)과, 이 감쇄저항(R22)과 병렬 접속되고 상호 직렬 접속된 저항(R23) 내지 다이오드(D21)와, 상기 파워 트랜지스터(130)의 드레인단(D)과 변압기(120)의 일차권선 사이에 접속된 비드 코어(21)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

직류전압 공급부(110)는 100V 혹은 220V의 상용 교류전원을 퓨우즈를 통하여 인가받아 저항(Rs)과 캐패시터(C4)를 통해 직류전압(Vi)으로 변환한 후, 변압기(120)의 일차측 권선으로 인가한다. 또한 이 직류전압(Vi)은 스타팅저항(R1,R2)을 통해 제어 IC(140)의 Vcc단으로 인가되는데, 이때 제어 IC(140)가 구동되기 시작하면서 PWM 제어신호를 출력한다. 이 PWM 제어신호에 의해 파워 트랜지스터(130)가 스위칭되면서 변압기(120)의 이차측 권선으로는 유도 기전력이 발생하고, 이 유도 기전력이 정류되고 평활된 후 모니터의 각 회로부로 인가된다.

즉, 제어 IC(140)에서 출력되는 PWM 제어신호는 온 타임과 오프 타임이 반복되면서 출력되는데, PWM 제어신호가 오프 타임에서 온 타임으로 천이할 때에 발생되는 임펄스 파형의 노이즈는 감쇄저항(R22)에 의해 그 크기가 감쇄되고 캐패시터(C21)에 의해 흡수되면서 제거된다.

이때, 감쇄저항(R22)은 임펄스 파형의 노이즈를 효과적으로 감쇄시키기 위하여 일정치 이상의 저항값을 가져야 하는데, 이로 인해 PWM 제어신호가 온 타임에서 오프 타임으로 천이하는 시간이 지연되어 이때의 스위칭 손실을 증가시키는 경향이 있다. 본 고안에서는 PWM 제어신호가 온 타임에서 오프 타임으로 천이할 때에는 감쇄저항(R22)을 통하지 않고 저항값이 작은 저항(R23)과 다이오드(D21)를 통하도록 함으로써, 스위칭 손실을 감소시킨다.

아울러, 본 고안에서는 파워 트랜지스터(130)의 드레인단과 변압기(120)의 일차권선 사이에 비드 코어(21)를 접속하여 고주파 노이즈를 감쇄시킨다. 여기서, 비드 코어(21)는 페라이트 코어라고도 불리는 바, 이는 직류 손실은 제로이고 고주파에 대해서만 100Ω 정도의 임피던스 특성을 가지고 있기 때문에, 교류 성분은 크게 줄여주지만 직류 성분에는 거의 영향을 미치지 않기 때문에 고주파의 스파크 노이즈를 제거한다.

상기한 비드 코어(21)의 원리를 간단하게 설명하면, 일반적으로 도선에 전류가 흐르면 도선의 주변에는 암페어의 법칙에 의해 자계(H)가 형성되며, 자계(H)의 세기에 따라 전자파가 외부로 발산하게 되는데, 이를 일반적으로 유해 전자파라 한다. 이 자계(H)가 주변 회로부품에 대해 노이즈의 원인을 제공한다.

이때, 이 유해 전자파와 노이즈를 감소시키기 위해 비드 코어(21)를 사용하는데, 비드 코어(21)를 도선에 설치하는 경우 도선에 전류(I)가 흐르면 시계 반대방향으로 자계(H)가 형성되지만, 비드 코어(21)에 의해 상당 부분의 자계(H)가 열로 변해 자체 소멸된다. 즉, 도선에 흐르는 전류에 의해 발생된 자계(H)는 비드 코어(21)내에서 맴돌면서 비드 코어의 특성상 열로 바뀌게 되어, 그 만큼 외부 회로부품에 미치는 영향을 줄이게 된다.

상기와 같이 노이즈가 감쇄된 PWM 제어신호에 의해 파워 트랜지스터(130)가 스위칭되면 변압기(120)의 삼차측 권선으로는 제어 IC(140)로 인가되기 위한 전압이 유도되는데, 이 유도 기전력이 다이오드(D22)와 캐패시터(C22)에 의해 정류되고 평활되어 직류전압(V_O3)으로 변환된 후 제어 IC(140)의 Vcc단으로 인가된다. 또한, 변압기(120)의 이차측 권선으로는 모니터의 각 회로부에서 필요한 직류전압이 출력된다.

이때, 이 직류전압이 기준전압 이상으로 상승하게 되면 과전압에 의한 회로 소자의 파손이 발생하게 되어 전원회로의 수명을 단축시키게 되기 때문에, 일반적인 모니터의 스위칭 전원회로는 이 직류전압을 일정전압으로 유지시키기 위한 전압 궤환부(150)를 구비하고 있다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 변압기(120)에서 출력되는 높은 전위의 직류 전압(V_A)은 변압기(120)의 입력전압이나 파워 트랜지스터(130)의 턴 온기간에 따라 가변되는데, 상기 직류전압이 일정전압보다 높아지면 에러앰프(151)의 출력단전압이 낮아져서 포토 커플러의 발광부(PC1)를 통해 많은 전류가 흐르게 된다. 이때, 이 발광부(PC1)는 그만큼 많은 빛을 발광하고, 포토 커플러의 수광부(PC2)는 많은 빛을 수광하는데 수광부(PC2)는 이 광신호를 전기적인 신호로 변환하여 정상시보다 높은 전위의 피드백 전압(Vfb)이 제어 IC(140)로 인가된다.

이와 같이 피드백 전압이 높아지면 제어 IC(140)는 온 타임이 짧은 PWM 제어신호를 출력하고, 파워 트랜지스터(130)의 온 타임이 짧아짐에 따라 변압기(120)의 1차측에서 2차측으로 유기되는 유도 기전력이 낮아지면서, 변압기(120)의 출력 직류전압이 정상 전압을 유지할 수 있도록 한다.

한편, 상기한 모니터의 전원회로에는 절전기능이 구비되어 있는 바, 사용자가 일정시간동안 키입력을 하지 않으면 PC는 모니터로 수평동기신호나 수직동기신호를 출력하지 않게 되고, 이때 마이콤(미도시)은 액티브 상태의 절전모드 수행신호를 절전모드 수행부(160)로 출력한다. 이 절전모드 수행부(160)는 변압기(120)의 2차측 출력전압을 차단하여 모니터의 각 회로부로 전원이 인가되지 못하도록 함으로써, 모니터의 절전기능이 수행된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안의 회로는, 제어 IC에서 출력되는 PWM 제어신호가 오프 타임에서 온 타임으로 천이할 때에 발생되는 임펄스 파형의 노이즈와 PWM 제어신호가 온 타임에서 오프 타임으로 천이할 때에 발생되는 스위칭 손실을 감소시킴으로써, 모니터의 EMI 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 직류전원 공급부에서 출력되는 초기 직류전압을 입력받아 구동되기 시작하고, 변압기에서 출력되는 직류전압을 Vcc단으로 입력받아 구동되면서 안정화되는 제어 IC;

   상기 제어 IC에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 스위칭되는 파워 트랜지스터;

   상기 파워 트랜지스터의 게이트단과 접지단 사이에 접속되어 임펄스 파형의 노이즈를 흡수하는 캐패시터;

   상기 파워 트랜지스터의 게이트단과 제어 IC의 출력단 사이에 접속된 감쇄저항;

   상기 파워 트랜지스터의 드레인단과 변압기 사이에 접속된 비드 코어; 및

   상기 감쇄저항과 병렬 접속되고 상호 직렬 접속된 저항 내지 다이오드를 포함하며 구성된 것을 특징으로 하는 모니터의 스위칭 전원회로.