KR20000008739A

KR20000008739A - 스위칭방식 전원장치

Info

Publication number: KR20000008739A
Application number: KR1019980028690A
Authority: KR
Inventors: 서성일
Original assignee: 배동만; 주식회사 에스원
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2000-02-15

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

스위칭방식 전원장치에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

불필요한 전류 소모를 줄이며 불필요한 전류에 의한 발열을 없앤다.

다. 발명의 해결방법의 요지

스위칭방식 전원장치의 초기 기동을 위한 기동전류를 초기 기동을 할 때만 공급하고 초기 기동 이후에는 차단한다.

라. 발명의 중요한 용도

스위칭방식 전원장치에 이용한다.

Description

스위칭방식 전원장치

본 발명은 전원장치에 관한 것으로, 특히 스위칭방식 전원장치(Switching Mode Power Supply: 이하 "SMPS"라 함)에 관한 것이다.

통상적으로 SMPS는 교류 입력전원으로부터 안정화 직류전원을 발생하는 전원장치로서 입력전원의 전압 변동에 대하여 안정된 출력전압을 얻을 수 있어 널리 사용되고 있다. 도 1은 통상적인 SMPS의 한 예를 보인 회로도이다. 브리지 다이오드(BD1)와 콘덴서(C1)로 구성하는 입력 정류부(10)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 회로로서, 교류 입력전원 ACin을 정류 및 평활한다. 이러한 입력 정류부(10)는 효율을 높게 하기 위해 브리지 다이오드(BD1)를 이용한 전파 정류회로를 사용한 것이다. 그리고 정류된 직류 전원의 리플(ripple)성분을 제거하기 위해 전해 콘덴서(C1)를 거치게 하여 비교적 안정된 직류성분을 얻는다. 통상적으로 입력 정류부(10)의 앞단에는 외부에서 교류 전원에 포함되어 유입되는 잡음(noise)이나 내부에서 외부로 방사되는 잡음을 제거하는 EMI(Electromagnetic Interference) 필터가 사용된다.

상기 입력 정류부(10)로부터 출력되는 직류 전원은 기동 저항(R1)과 트랜스포머(12)의 1차측권선(T1)에 인가된다. 기동 저항(R1)은 입력 정류부(10)의 출력단과 전류 콘트롤러(14)의 전원단자 B⁺사이에 접속되어 전류 콘트롤러(14)의 초기 기동을 위한 기동전류를 공급한다. 전류 콘트롤러(14)는 트랜스포머(12)의 1차측권선(T1)의 전류 경로를 스위칭에 의해 단속하는 스위칭소자인 트랜지스터(Q1)의 스위칭을 제어하는 펄스(pulse)신호를 발진하는 주파수 발진회로이다. 트랜스포머(12)는 1,2차측권선(T1,T2)과 보조권선(Tb)을 가지는데, 1차측권선(T1)은 입력 정류부(10)의 출력단과 트랜지스터(Q1)를 통한 접지 사이에 접속되고, 2차측권선(T2)은 출력 정류부(18)에 접속되며, 보조권선(Tb)은 보조 전원부(16)에 접속된다.

상기 기동 저항(R1)에 의해 공급되는 기동전류에 의해 전류 콘트롤러(14)가 동작하기 시작하고, 그에따라 트랜지스터(Q1)가 스위칭동작을 시작한다. 이에따라 트랜스포머(12)의 2차측권선(T2)과 보조권선(Vb)에는 권선비에 비례하는 전압의 전원이 유기된다. 그러면 다이오드(D2)와 캐패시터(C3)로 구성되는 출력 정류부(18)는 트랜스포머(12)의 2차측권선(T2)에 유기되는 전원을 정류 및 평활하여 직류 출력전원 DCout을 발생한다. 이와 같이 평활에 의해 깨끗한 직류성분으로 변환된 직류 출력전원 DCout은 도 1의 SMPS가 사용되는 필요한 부분에 공급된다.

이때 트랜스포머(12)의 보조권선(Tb)에 유기되는 전원은 다이오드(D1)와 저항(R2)과 캐패시터(C2)로 구성되는 보조 전원부(16)에 의해 정류 및 평활되어 전류 콘트롤러(14)의 동작전원으로 공급된다. 이에따라 초기 기동이후에는 보조 전원부(16)에서 발생된 전원이 전류 콘트롤러(14)의 동작전원이 된다. 즉, 전류 콘트롤러(14)는 초기 기동시에는 기동 저항(R1)에 의해 공급되는 기동전류에 의해 동작을 시작하고, 이후부터는 보조 전원부(16)로부터 공급되는 전원에 의해 동작한다.

상기한 바와 같이 SMPS는 초기 기동 이후부터는 보조 전원부(16)로부터 공급되는 전원에 의해 동작을 계속하게 되는데, 이러한 초기 기동 이후에도 전류 콘트롤러(14)에는 기동 저항(R1)을 통한 전원이 지속적으로 공급되어 왔었다. 즉, 초기 기동 이후부터는 보조 전원부(16)로부터 공급되는 전원에 의해 동작을 하므로 기동 저항(R1)을 통한 전원 공급이 필요없음에도 불구하고 보조 전원부(16)의 전원과 함께 계속 공급되어 왔다. 이때 기동 저항(R1)을 통해 인가되는 전압과 보조 전원부(16)에 의해 발생되는 전압 사이에는 큰 전압차가 발생하게 된다. 이에따라 기동 저항(R1)을 통해 많은 전류가 흐르게 된다. 이와 같이 흐르는 전류에 의해 기동 저항(R1)에는 많은 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생하는 열은 기기의 내부 온도를 높이는 근원으로 작용하게 되며 이것이 캐패시터와 같은 내부 부품들을 열화시켜 수명을 단축시키는 역할을 하였었다.

참고적으로 교류 입력전원 ACin의 전압이 110[V]∼220[V]이라고 할 때 입력 정류부(10)에서 전파정류됨에 따라 110[V]×1.414≒155[V]이고 220[V]×1.414≒311[V]이 되므로 기동 저항(R1)에 인가되는 전압은 약 155[V]∼311[V]가 된다. 예를 들어 교류 입력전원 ACin의 전압이 220[V]이고 보조 전원부(16)에서 발생되는 전원의 전압이 12[V]이며 기동 저항(R1)의 저항값이 100[㏀]이라고 하면, 기동 저항(R1)에 흐르는 전류는 (311[V]-12[V])/100[㏀]=2.99[㎃]가 된다. 그러므로 기동 저항(R1)에 걸리는 전력 P는

P=I²R=(2.99×10^-3)²×(100×10³)=0.89[W]

가 된다. 이러한 상태에서 1시간 경과할 때 발열 측정온도는 96[℃]이었다.

상술한 바와 같이 종래의 SMPS는 초기 기동전류를 공급한 이후에도 기동전류가 계속적으로 흐르게 됨으로써 불필요한 전류 소모가 증가되었었다. 또한 이러한 전류가 흐름에 따라 기동 저항에서 지속적인 발열이 이루어짐으로써 기기 내부의 온도를 높이게 되고 그로 인한 부품의 열화에 의해 기기 수명이 단축되었었다.

따라서 본 발명의 목적은 불필요한 전류 소모를 줄일 수 있는 스위칭방식 전원장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 불필요한 전류에 의한 발열을 없앨 수 있는 스위칭방식 전원장치를 제공함에 있다.

도 1은 통상적인 스위칭방식 전원장치의 회로도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭방식 전원장치의 회로도.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 SMPS의 초기 기동을 위한 기동전류를 초기 기동을 할 때만 공급하고 초기 기동 이후에는 차단함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 구체적인 회로 구성과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭방식 전원장치의 회로도를 보인 것으로, 전술한 도 1과 같은 통상적인 SMPS에 있어서 기동 저항(R1)을 포함하는 기동전류 공급부(20)를 새로이 구성한 것이다. 그러므로 기동전류 공급부(20) 이외의 나머지 부분은 도 1에서와 동일하며, 그에따라 참조부호도 동일하게 부여하였다. 기동전류 공급부(20)는 입력 정류부(10)와 보조 전원부(16)의 출력단과 전류 콘트롤러(14)의 전원단자 B⁺에 접속되며 전류 콘트롤러(14)에 기동전류를 초기 기동할때만 공급하고 초기 기동 이후에는 차단한다.

이러한 기동전류 공급부(20)는 도 1에서와 마찬가지로 입력 정류부(10)의 출력단에 접속되는 기동 저항(R1)을 포함하여 저항(R3)과 트랜지스터들(Q2,Q3)로 구성한다. 트랜지스터(Q2)는 기동 저항(R1)을 통해 입력 정류부(10)의 출력단에 콜렉터단자가 접속되고 전류 콘트롤러(14)의 전원단자 B⁺에 에미터단자가 접속되며, 저항(R3)은 입력 정류부(10)의 출력단과 트랜지스터(Q2)의 베이스단자 사이에 접속된다. 그리고 트랜지스터(Q3)는 트랜지스터(Q2)의 베이스단자에 콜렉터단자가 접속되며 에미터단자가 접지되고 보조 전원부(16)의 출력단에 베이스단자가 접속된다.

상기한 도 2의 SMPS에서 초기 기동을 살펴보면, 입력 정류부(10)의 출력 전원이 기동전류 공급부(20)의 기동 저항(R1)뿐만 아니라 저항(R3)에도 공통으로 인가된다. 그러므로 트랜지스터(Q2)가 "턴온"되고 그에따라 기동 저항(R1)을 통해 기동전류가 전류 콘트롤러(14)에 공급됨으로써 정상적인 초기 기동이 이루어진다.

그리고 초기 기동이후 보조 전원부(16)에서 전원이 발생되면 전류 콘트롤러(14)의 전원단자 B⁺에 동작전원으로 공급되는 동시에 트랜지스터(Q3)의 베이스단자에 인가된다. 이에따라 트랜지스터(Q3)가 "턴온"되므로 트랜지스터(Q2)의 베이스단자 전압이 접지전위로 떨어진다. 그러면 트랜지스터(Q2)가 "턴오프"되고, 이에따라 기동 저항(R1)을 통한 전원이 더 이상 전류 콘트롤러(14)에 공급되지 않게 된다.

결과적으로 기동전류 공급부(20)는 초기 기동시에만 입력 정류부(10)의 출력 전원을 전류 콘트롤러(14)에 연결하여 기동전류를 공급하고, 초기 기동 이후에 보조 전원부(16)로부터 발생되는 동작전원에 의해 기동전류의 공급을 차단하는 것이다. 따라서 초기 기동 이후에도 불필요하게 공급되었던 기동전류로 인한 전류 소모를 줄일 수 있다. 또한 이러한 불필요한 전류에 의한 발열을 없앨 수 있으므로 기기의 수명을 연장시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기동전류를 초기 기동을 할 때만 공급하고 초기 기동 이후에는 차단함으로써 불필요한 전류 소모를 줄일 수 있으며 불필요한 전류에 의한 발열을 없애 기기의 수명을 연장시킬 수 있는 잇점이 있다. 아울러 초기 기동전류만 사용하게 되므로 부품의 소형화가 가능해진다.

Claims

스위칭방식 전원장치에 있어서,

교류 입력전원을 정류 및 평활하여 직류 전원을 발생하는 입력 정류부와,

1,2차측권선과 보조권선을 가지며 상기 입력 정류부의 출력단에 1차측권선이 접속되는 트랜스포머와,

상기 트랜스포머의 1차측권선의 전류 경로를 스위칭에 의해 단속하는 스위칭소자와,

상기 스위칭소자의 스위칭을 제어하는 펄스신호를 발진하는 전류 콘트롤러와,

상기 트랜스포머의 2차측권선에 유기되는 전원을 정류 및 평활하여 직류 출력전원을 발생하는 출력 정류부와,

상기 트랜스포머의 보조권선에 유기되는 전원을 정류 및 평활하여 상기 전류 콘트롤러의 동작전원으로 제공하는 보조 전원부와,

상기 입력 정류부와 보조 전원부의 출력단과 전류 콘트롤러의 전원단자에 접속되며 상기 전류 콘트롤러에 초기 기동을 위한 기동전류를 초기 기동할때만 공급하고 초기 기동 이후에는 차단하는 기동전류 공급부를 구비함을 특징으로 하는 스위칭방식 전원장치.
제1항에 있어서, 상기 기동전류 공급부가, 상기 입력 정류부의 출력 전원을 상기 전류 콘트롤러에 연결하여 상기 기동전류를 공급하며, 상기 초기 기동 이후에 상기 보조 전원부로부터 발생되는 상기 동작전원에 의해 상기 기동전류의 공급을 차단함을 특징으로 하는 스위칭방식 전원장치.
제2항에 있어서, 상기 기동전류 공급부가,

상기 입력 정류부의 출력단에 접속되는 기동 저항과,

상기 기동 저항을 통해 상기 입력 정류부의 출력단에 콜렉터단자가 접속되고 상기 전류 콘트롤러의 전원단자에 에미터단자가 접속되는 트랜지스터와,

상기 입력 정류부의 출력단과 상기 트랜지스터의 베이스단자 사이에 접속되는 저항과,

상기 트랜지스터의 베이스단자에 콜렉터단자가 접속되며 에미터단자가 접지되고 상기 보조 전원부의 출력단에 베이스단자가 접속되는 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 스위칭방식 전원장치.