KR19990034334A - 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로에 관한 것으로, 종래의 스위칭 전원회로는 직류 전원 공급부에서 출력되는 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기와, 파워 트랜지스터의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC와, 상기 변압기의 2차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압을 감지하여 상기 제어 IC로 피드백 전압을 공급하는 전압 궤환부로 구성되어, 초기 전원 온시 변압기의 2차측 권선으로 출력되는 전원 전압이 매우 낮기 때문에 제어 IC에서 출력되는 PWM 제어 신호의 온 타임이 매우 길어지게 되고, 이로 인해 변압기의 2차측 권선으로 유도되는 전압이 급격하게 상승되어 변압기의 2차측 회로소자에 손상을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 회로는, 전원 전압의 크기에 따라 가변되는 캐소드 전압을 출력하는 KA431 집적회로와, 상기 KA431 집적회로의 캐소드 전압에 따른 피드백 전압을 상기 제어 IC로 공급하는 포토 커플러와, 모니터의 초기 전원 온시 상기 KA431 집적회로의 캐소드 전압이 낮아지도록 하여 상기 제어 IC로 공급되는 피드백 전압이 높아지도록 하는 초기 전압 공급부가 더 구비되도록 함으로써, 모니터의 초기 전원 온시 변압기의 2차측 권선으로 유도되는 전압이 급격하게 상승되지 못하도록 하는 효과가 있다.

Description

모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로 ( A soft start circuit of a SMPS in a monitor )

본 발명은 모니터의 스위칭 전원회로에 관한 것으로서, 특히 초기 전원 온시 PWM신호의 펄스폭을 조절하여 초기 전원전압을 안정화시킨 후 모니터의 각 회로에 공급하도록 되어진 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로에 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 직류 전원 공급부(110)와, 변압기(120)와, 파워 트랜지스터(130)와, 제어 IC(140)와, 출력부(150)와, 전압 궤환부(160)와, 과전류 검출부(170)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( V_i )으로 변환된 후, 변압기(120)의 1차측 권선에 인가된다. 이와 동시에 상기 브리지 다이오드(D1)에서 정류된 정류 전압은 제어 IC(140)의 V_cc 단에 저항( R_g )을 통해 인가되어 제어 IC(140)를 동작시키게 되고, 상기 제어 IC(140)로부터 출력된 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(130)가 온/오프( ON/OFF )된다.

즉, 상기 직류 전압( V_i )이 인가되면, 캐패시터(C5)에 직류 전압( V_i )이 충전됨에 따라 제어 IC(140)의 공급 전원( V_cc )이 기동 전압에 도달하게 되어, 상기 제어 IC(140)가 작동되어 PWM 제어신호를 발생하고, 이 PWM 제어신호에 의해 파워 트랜지스터(130)가 온/오프된다. 상기 파워 트랜지스터(130)가 상기 제어 IC(140)내의 발진기 주기에 따라 일정 시간동안 '온' 상태를 유지하다 '오프' 상태로 천이하면, 변압기(120)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다.

이때, 상기 변압기(120)는 상기 PWM 제어신호에 의해 2차측 권선에서 요구되는 교류 전압( V_s,V_sm )을 출력하게 된다. 이와 같은 동작을 반복하여 상기 변압기(120)의 2차측 권선에서 출력된 교류 전압( V_s,V_sm )은 출력부(150)를 통하여 다시 직류 전압( V_o,V_om )으로 변환된다. 즉, 상기 출력부(150)에 입력된 교류 전압( V_s,V_sm )은 정류 다이오드(D2,D3)와 평활 캐패시터(C6,C7)에 의해서 직류 전압( V_o,V_om )으로 변환되어, 모니터의 각 회로에 공급되어 회로를 동작시킨다.

그러나, 출력부(150)를 통해 출력된 전원 전압( V_o,V_om )이 기준 전압 이상으로 상승하게 되면 과전압에 의한 회로 소자의 파손이 발생하게 되어 전원회로의 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 상기 출력부(150)의 출력 전압을 일정 전압으로 유지시키기 위해 스위칭 전원회로(SMPS)에는 일반적으로 전압 궤환부(160)를 구비하고 있다.

이를 보다 상세히 설명하면, 모니터의 각 회로로 공급되는 전원 전압( V_o )은, 포토 커플러(PC1, PC2)와 KA431 집적회로(161)로 구성된 전압 궤환부(160)에 의해 감지되도록 되어 있으며, 상기 감지 신호는 제어 IC(140)의 피드백단으로 입력된다. 즉, 변압기(120)의 2차측 권선에 인가되는 전압에 따라 KA431 집적회로(161)의 레퍼런스단자(R)로 인가되는 전압이 가변되고, 이로 인해 상기 KA431 집적회로(161)의 캐소드단 전압이 가변되면서 포토 커플러의 발광부(PC1)에 흐르는 전류의 양을 제어된다.

예컨대, 상기 출력부(150)로부터 출력되는 전원 전압( V_o )이 정상 동작시보다 클 경우, 상기 KA431 집적회로(161)의 레퍼런스단자(R)로 인가되는 전압이 상승되어 KA431 집적회로(161)의 캐소드단(K)과 애노드단(A)이 단락되면서 상기 KA431 집적회로(161)의 캐소드단(K) 전압이 낮아지게 되는 바, 상기 포토 커플러의 발광부(PC1)에 정상 동작시보다 많은 전류가 순간적으로 흘러 그 만큼 많은 빛을 발광한다.

이때, 상기 포토 커플러의 수광부(PC2)에서는 많은 빛을 수광하여 상기 광신호를 전기적인 신호로 변환한 후 상기 제어 IC(140)의 피드백단으로 출력함으로써, 상기 제어 IC(140)의 피드백단에 인가되는 피드백 전압이 증가하도록 하고, 이에 따라 상기 제어 IC(140)는 온 타임이 짧은 PWM 제어신호를 출력한다. 즉, 파워 트랜지스터(130)의 온 타임이 짧아지게 되는 것이다.

상기 파워 트랜지스터(130)의 온 타임이 짧아짐에 따라 변압기(120)의 1차측 권선에서 2차측 권선으로 유기되는 유도 기전력( V_s,V_sm )이 낮아져, 상기 SMPS로부터 출력되는 전원 전압( V_o,V_om )을 일정 전압으로 유지시켜 모니터의 각 회로 등에 공급한다.

이때, 제어 IC(140)는 과전류 검출부(170)를 통해 상기 파워 트랜지스터(130)에 흐르는 전류를 검출하여, 상기 검출된 전류량에 따라 PWM 제어 신호의 듀티비를 제어하는 동시에, 일정 레벨 이상의 과전류가 검출되면 상기 파워 트랜지스터(130)를 강제로 턴 오프시킨다. 즉, 상기 파워 트랜지스터(130)에 흐르는 전류를 과전류 감지 저항(R11)을 통해 감지하여, 상기 감지된 전압을 다시 저역 통과 필터(Low Pass Filter : R12,C11)를 통해 필터링한 후, 상기 제어 IC(140)의 과전류 검출단( I_sen )에 공급한다. 이에 따라 상기 제어 IC(140)는 상기 과전류 검출 신호에 따라 PWM 제어신호의 듀티비를 제어한다.

그러나, 상기한 종래의 스위칭 전원회로(SMPS)는 초기 전원 온시 변압기(120)의 2차측 권선으로 출력되는 전원 전압이 매우 낮기 때문에 포토 커플러의 발광부(PC1)와 수광부(PC2)를 흐르는 전류가 낮고 제어 IC(140)의 피드백 전압이 매우 낮음으로 인하여 제어 IC에서 출력되는 PWM 제어신호의 온 타임이 매우 길어지게 된다. 즉, 변압기의 1차측에서 2차측 권선으로 유도되는 전압이 급격하게 상승되어 변압기의 2차측 회로소자에 손상을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모니터의 초기 전원 온시 PWM 신호의 펄스폭을 조절하여 초기 전원 전압을 안정화시킨 후 모니터의 각 회로에 공급하도록 되어진 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로는, 직류 전원 공급부에서 출력되는 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기와, 피드백 전압에 따라 파워 트랜지스터의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC와, 상기 변압기의 2차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압을 감지하여 상기 제어 IC로 피드백 전압을 공급하는 전압 궤환부를 포함하며 구성된 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서, 상기 변압기의 2차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압이 레퍼런스단자로 인가되어 상기 전원 전압의 크기에 따라 가변되는 캐소드 전압을 출력하는 KA431 집적회로 ; 상기 KA431 집적회로의 캐소드 전압에 따른 피드백 전압을 상기 제어 IC로 공급하는 포토 커플러 ; 및 모니터의 초기 전원 온시 상기 KA431 집적회로의 캐소드 전압이 낮아지도록 하여 상기 제어 IC로 공급되는 피드백 전압이 높아지도록 하는 초기 전압 공급부로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 모니터의 스위칭 전원회로를 도시한 회로도,

도 2는 본 발명에 따른 소프트 스타트회로를 포함하는 모니터의 스위칭 전원회로를 도시한 회로도,

도 3은 본 발명에 따른 KA431 집적회로의 내부 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 따른 부호의 명칭

110: 직류 전원 공급부 120: 변압기

130: 파워 트랜지스터 140: 제어 IC

150: 출력부 200: 전압 궤환부＆소프트 스타트부

210: KA431 집적회로 220: 초기 전압 공급부

C21: 캐패시터 R21, R22: 분압 저항

D21, D22: 다이오드

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

도 2는 본 발명에 따른 소프트 스타트회로를 포함하는 모니터의 스위칭 전원회로를 도시한 회로도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 모니터의 스위칭 전원회로는, 직류 전원 공급부(110)에서 출력되는 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기(120)와, 피드백 전압에 따라 파워 트랜지스터(130)의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC(140)와, 상기 변압기(120)의 2차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압을 감지하여 상기 제어 IC(140)로 피드백 전압( V_fb )을 공급하는 전압 궤환부＆소프트 스타트부(200)를 포함하고 있다.

여기서, 본 발명에 따른 전압 궤환부＆소프트 스타트부는, 상기 변압기(120)의 2차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압이 레퍼런스단자(R)로 인가되어 상기 전원 전압의 크기에 따라 가변되는 캐소드 전압을 출력하는 KA431 집적회로(210)와, 상기 KA431 집적회로(210)의 캐소드 전압에 따른 피드백 전압을 상기 제어 IC로 공급하는 포토 커플러(PC1, PC2)와, 모니터의 초기 전원 온시 상기 KA431 집적회로(210)의 캐소드 전압이 낮아지도록 하여 상기 제어 IC(140)로 공급되는 피드백 전압이 높아지도록 하는 초기 전압 공급부(220)와, 모니터의 초기 전원 온시 상기 포토 커플러의 발광부(PC1)를 흐르는 전류가 초기 전압 공급부(220)로 흐르도록 전류의 통로를 제공하는 제1다이오드(D21) 및 제2다이오드(D22)로 구성된다.

상기 초기 전압 공급부(220)는 모니터의 초기 전원 온시 상기 포토 커플러의 발광부(PC1)를 흐르는 전류를 공급받아 충전하는 캐패시터(C21)와, 상기 모니터가 정상화될 때 상기 캐패시터(C21)의 충전 전압을 제한하여 KA431 집적회로(210)의 캐소드 전압이 변압기(120)의 2차측 권선에서 출력되는 전원 전압에 의해 가변되도록 하는 제1분압저항(R21) 및 제2분압저항(R22)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 효과는 다음과 같다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 주요한 구성요소인 KA431 집적회로의 동작 상태를 도 3을 참조하여 설명하면, 상기한 KA431 집적회로(210)는 비교기(211)와 트랜지스터(212)로 이루어진다. 여기서, 상기 비교기(210)의 비반전 입력단자가 레퍼런스단자(R)이고, 상기 비교기(210)의 출력신호가 트랜지스터(212)의 베이스단으로 입력되도록 되어 있으며, 상기 트랜지스터(212)의 콜랙터단자와 에미터단자가 각각 캐소드단(K)과 애노드단(A)이 된다.

상기한 비교기(211)의 반전 입력단자로는 약 2.5V의 레퍼런스전압이 인가되도록 되어 있는 바, 레퍼런스단자(R)로 인가되는 전압이 상기 레퍼런스전압인 2.5V 이상이 되면 상기 비교기(211)의 출력이 하이 레벨이 되어 트랜지스터(212)가 턴 온되고 캐소드단(K)과 애노드단(A)이 단락되도록 되어 있다. 이때, 상기 레퍼런스단자(R)로 인가되는 전압의 크기에 따라 캐소드단(K)으로 출력되는 전압이 가변되도록 되어 있다.

본 발명의 동작을 설명하면, 직류 전압 공급부(110)는 100V 혹은 220V의 상용 교류 전원을 퓨우즈를 통하여 인가받아 직류 전압( V_i )으로 변환한 후, 변압기(120)의 1차측 권선과 저항( R_g )을 통해 제어 IC(140)의 V_cc 단으로 인가하는 바, 상기 제어 IC(140)가 동작되고 상기 제어 IC(140)로부터 출력된 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(130)가 온/오프( ON/OFF )된다.

즉, 상기 제어 IC(140)로 직류 전압( V_i )이 인가되면, 캐패시터(C5)에 직류 전압( V_i )이 충전됨에 따라 제어 IC(140)의 공급 전원( V_cc )이 기동 전압에 도달하게 되어 상기 제어 IC(140)가 작동됨으로 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(130)가 온/오프된다.

상기 파워 트랜지스터(130)가 온/오프됨에 따라 변압기(120)의 2차측 권선으로 기전력이 유도되는 바, 모니터의 초기 전원 온시 2차측 권선에서 출력되는 전압이 매우 낮기 때문에 KA431 집적회로(210)의 레퍼런스단자(R)로 매우 낮은 전압이 인가되어 상기 KA431 집적회로(210)의 캐소드단(K)과 애노드단(A) 사이가 개방되어 상기 KA431 집적회로(210)로는 전류가 흐르지 못하게 된다.

이때, 상기와 같이 KA431 집적회로(210)가 전류를 차단함으로 포토 커플러의 발광부(PC1)로 전류가 흐르지 못하면 매우 낮은 피드백 전압이 제어 IC(140)로 인가되기 때문에 상기 제어 IC(140)로부터 온 타임이 매우 긴 PWM 제어 신호가 출력되고, 이로 인해 변압기(120)의 2차측 권선으로 유도되는 전원 전압이 급격하게 상승하게 되는 바, 이를 초기 전압 공급부(220)를 이용하여 해결한다.

즉, 변압기(120)의 2차측 권선에서 출력되는 전원 전압으로부터 포토 커플러의 발광부(PC1)로 흐르는 전류는 제1다이오드(D21)와 제2다이오드(D22)를 거쳐 캐패시터(C21)로 흐르게 되어 상기 캐패시터(C21)에 충전되는 바, 상기 포토 커플러의 발광부(PC1)에서 배출되는 빛을 수광부(PC2)에서 받아들여 이에 따른 피드백 전압이 제어 IC(140)로 인가된다.

즉, 상기와 같이 초기 전압 공급부(220)는 KA431 집적회로(210)의 캐소드 전압을 일정 수준 이하로 저감시키는 작용을 하게 되는 바, 일정 수준 이상의 전류가 포토 커플러의 발광부(PC1)로 흐르게 되기 때문에 제어 IC(140)로 인가되는 피드백 전압이 일정 크기 이상으로 상승되고, 이로 인해 상기 제어 IC(140)는 온 타임이 짧은 PWM 제어 신호를 출력함으로 변압기(120)의 2차측 권선으로 유도되는 전원 전압이 급격하게 상승되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 변압기(120)의 2차측 권선으로 유기되는 전원 전압이 안정화된 상태에서 상기 전원 전압이 일정 레벨 이상으로 높아지면, KA431 집적회로(210)의 레퍼런스단자(R)로 인가되는 전압이 상승되어 상기 KA431 집적회로(210)의 캐소드 전압이 낮아지는 바, 포토 커플러의 발광부(PC1)를 흐르는 전류의 양이 증가하게 되어 제어 IC(140)로 인가되는 피드백 전압이 상승하게 되고, 이로 인해 상기 제어 IC(140)는 온 타임이 짧은 PWM 제어 신호를 출력하여 변압기(120)의 2차측 권선으로 유기되는 기전력이 감소하도록 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 장치는, 모니터의 초기 전원 온시 변압기의 2차측 권선으로 유도되는 전원 전압이 낮더라도 일정 수준 이상의 피드백 전압이 제어 IC로 인가되도록 함으로써, 변압기의 전원 전압이 급격하게 상승되지 못하기 때문에 스위칭 전원회로의 회로소자를 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 직류 전원 공급부에서 출력되는 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 변압기와, 피드백 전압에 따라 파워 트랜지스터의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC와, 상기 변압기의 2차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압을 감지하여 상기 제어 IC로 피드백 전압을 공급하는 전압 궤환부를 포함하며 구성된 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서,

   상기 변압기의 2차측 권선으로부터 출력되는 전원 전압이 레퍼런스단자로 인가되어 상기 전원 전압의 크기에 따라 가변되는 캐소드 전압을 출력하는 KA431 집적회로 ;

   상기 KA431 집적회로의 캐소드 전압에 따른 피드백 전압을 상기 제어 IC로 공급하는 포토 커플러 ; 및

   모니터의 초기 전원 온시 상기 KA431 집적회로의 캐소드 전압이 낮아지도록 하여 상기 제어 IC로 공급되는 피드백 전압이 높아지도록 하는 초기 전압 공급부로 구성된 것을 특징으로 하는 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로.
2. 제1항에 있어서, 모니터의 초기 전원 온시 상기 포토 커플러의 발광부를 흐르는 전류가 초기 전압 공급부로 흐르도록 전류의 통로를 제공하는 제1다이오드 및 제2다이오드를 더 포함하며 구성된 것을 특징으로 하는 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 초기 전압 공급부는 모니터의 초기 전원 온시 상기 포토 커플러의 발광부를 흐르는 전류를 공급받아 충전하는 캐패시터 ; 및

   상기 모니터가 정상화될 때 상기 캐패시터의 충전 전압을 제한하여 KA431 집적회로의 캐소드 전압이 변압기의 2차측 권선에서 출력되는 전원 전압에 의해 가변되도록 하는 제1분압저항 및 제2분압저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 모니터의 스위칭 전원회로에 있어서 소프트 스타트회로.