KR20000014722A

KR20000014722A - 대기전원 전력 절감 장치

Info

Publication number: KR20000014722A
Application number: KR1019980034272A
Authority: KR
Inventors: 허만호
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-03-15

Abstract

본 발명은 에스엠피에스(SMPS) 전원회로에서 대기전원 상태시 전력소모를 줄이는 장치에 관한 것으로서 교류입력전원을 정류 평활하여 직류전압으로 변환하는 정류평활부와; 상기 정류평활부의 출력전압으로부터 복수의 전압을 유기하는 트랜스포머와; 상기 트랜스포머를 제어하는 전원제어부와; 상기 전원제어부를 조정하는 마이크로컴퓨터로 구성된 에스엠피에스 전원회로에 있어서, 상기 전원제어부의 전단에 연결된 기동저항에 흐르는 전류를 제어하기 위한 기동저항제어부와; 상기 전원제어부의 후단에 연결된 공진커패시터의 작용을 제어하는 공진커패시터 제어부를 포함하여 구성한 것이다.

Description

대기전원 전력 절감 장치

본 발명은 에스엠피에스(SMPS:Switching Mode Power Supply)전원회로에서 대기전원(Stand-by 전원)상태시 전력소모를 줄이는 장치에 관한것으로,특히 대기전원 상태에서 불필요한 전력소모의 주 원인인 기동저항과 공진 커패시터에서 발생하는 전력소모를 차단시키는 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 의한 에스엠피에스 전원회로로서, 교류입력전원을 직류로 변환시키는 정류평활부(101)와; 상기 정류평활부(101)를 거친 전압으로써 전압을 유기하여 본 회로부(104) 및 마이크로컴퓨터(105)등 복수의 출력전원을 생성하는 트랜스포머(102)와; 상기 트랜스포머(102)가 전압을 유기할수 있도록 트랜스포머(202)를 제어하는 전원제어부(103)와; 상기 전원제어부(103)의 작용을 조정하는 마이크로컴퓨터(105)와; 상기 전원제어부(103)에 정전압을 공급하는 제1 정전압 레귤레이터(106)와; 상기 마이크로컴퓨터(105)에 정전압을 공급하는 제2 정전압 레귤레이터(107)로 구성된 것이다.

이하 첨부한 도 1을 참조하여 종래기술에 의한 에스엠피에스 전원회로의 작용을 설명하면 다음과 같다.

교류입력 전원이 다이오드(D1)과 커패시터(C1)으로 구성된 정류평할부(101)에서 정류,평활되어 직류전원으로 만들어지고 다시 저항(R1) 및 커패시터 (C1)을 통해 적분되어 전원제어부(103)에 입력전원으로 공급된다.

전원제어부(103)에서는 트랜지스터(Q1)를 온,오프로 스위칭함으로써 에스엠피에스 트랜스포머(102)의 구동권선(W1)에 흐르는 전류를 시간에 따라 변화시켜 유도권선(W2,W3,W4)에 전압을 유기시킨다.

이들권선에 유기된 전압은 트랜지스터(Q1)의 스위칭 주파수를 가진 교류전압으로써, 정류용 다이오드(D4,D5,D6)와 평활용 커패시터(C4,C5,C6)를 사용하여 필요한 직류전원으로 변환시켜 본회로부(104) 및 마이크로컴퓨터(105)에 공급한다.

종래와 같은 일반적인 에스엠피에스 회로의 트랜스포머(102)에서 출력되는 직류전원은 조정 아이씨(IC)인 전원제어부(103)에 공급하기위한 전원(W2),대기전원인 마이크로컴퓨터 동작용 전원(W3), 그리고 전자기기를 정상적으로 동작시키는데 필요한 메인 전원(W4)등이다.

정전압 레귤레이터(106,107)는 커패시터(C4,C5)에 필요한 정전압으로 변환하여 전원제어부(103)와 마이크로컴퓨터(105)에 공급하는 역할을한다. 그리고 에스엠피에스 전원회로의 초기 기동시,즉 교류입력단자(AC IN)에 교류전원을 처음 인가시에는 전원제어부(103)를 동작시키는데 필요한 전원이 트랜스포머(102)의 제2권선(W2)에서 출력되지 않으므로(전원제어부(101)에 전원이 공급되어 트랜지스터(Q1)을 스위칭하는 전원이 공급되어야 출력이 됨)초기 기동전원이 필요한데 이 전원을 공급하기위한 것이 저항(R1)과 커패시터(C2)이다.

커패시터(C3)는 트랜지스터(Q1)가 온 상태에서 오프 상태로 전환될 때 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 발생하는 고압의 서지(Surge)전압을 흡수하기 위한 공진 커패시터이다.

에스엠피에스 전원을 사용하는 전자제품의 전원을 온 또는 오프시키는 방법은 마이크로컴퓨터(105)의 전원 온/오프 단자 출력을 하이(High) 또는 로우(Low)상태로 하여 이 신호를 전원제어부(103)에 인가시킴으로써 이루어지는데, 하이 신호의 경우에는 전원제어부(103)에서 트랜지스터(Q1)를 출력이 증가하는 방향으로 조정하여 트랜스포머(102)의 주권선(W4) 에서 충분한 전압을 유기시켜 본회로부(104)를 동작시키게 되고, 로우 신호인 경우에는 주권선(W4)에 유기되는 전압을 떨어뜨려 본회로부(104)의 동작이 멈추게 된다.

본회로부(104)의 동작이 멈추는 경우에도 마이크로컴퓨터의 동작은 계속되어야만 원격조정에 의한 주전원 공급이 가능하기 때문에 마이크로컴퓨터(105)에는 전원 공급이 계속 되어야 하며 이 때문에 적은 출력이지만 전원회로는 계속 동작하고 있다.

이와같이 전자제품을 사용하지 않는 경우에도 마이크로컴퓨터의 전원공급을 위해 전자제품에서 소모되는 전력을 대기(Stand-By)전원전력 이라고 하는데 가능한한 줄여야 하는 불필요한 전력소모이다.

상기와 같은 종래의 기술에 있어서는 이러한 전력의 소모를 줄이기 위해 트랜스포머(102)의 각 권선에서 출력되는 전압을 전자제품을 사용하지 않는 경우(Stand-By 상태)에는 될 수 있는데로 낮추어 소모전력을 줄여 왔지만 이와 같은 방법으로는 일정치 이상을 떨어뜨리기가 곤란하다.

왜냐하면 기존의 에스엠피에스 전원회로는 대기전원 상태에서도, 기동시에만 필요한 기동저항(R1)에 전류가 계속흐르므로 전력소모가 일어나는데 예를들어 커패시터(C1)의 전압에 의해 250V의 전압이 기동저항(R1)에 걸려있고 기동저항(R1)의 용량을 470K Ohm으로 할 때 전력은 다음과 같이 소모전력이 발생한다.

V*V/R=250*250/47000 =1.3W

상기 소모전력보다 공진커패시터(C3)의 충,방전에 의해 소모되는 전력은 더욱 커서 커패시터(C3)의 용량이 2700pF이고 600V의 전압이 20KHz로 충,방전 될 경우 소모되는 전력은 다음과 같이 훨씬 커진다.

1/2*C*V*V= 9.7W

따라서 이들 회로소자(R1,C3)에 의한 전력소모를 줄이지 않고는 대기전원시 전력소모를 작게 할수없게 된다.

종래의 기술에 의한 에스엠피에스 전원회로에 있어서는 상기한 바와 같이 대기전원상태에서 전력소모가 과다히 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에스엠피에스 전원회로에 있어서, 대기전원시에 불필요하게 과다히 소모되는 전력을 방지할수있는 새로운 방식의 대기전원 절감장치를 제공하고자 하는데 있다.

도 1은 종래기술에 의한 에스엠피에스 전원회로도.

도 2는 본 발명에 의한 대기전원 전력 절감장치회로의 일실시 예시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

101,201 : 정류평활부 102,202 : 에스엠피에스 트랜스포머

103,203 : 전원제어부 104,204 : 본 회로부

105,205 : 마이크로컴퓨터 106,206 : 제1 정전압 레귤레이터

107,207 : 제2 정전압 레귤레이터 208 : 기동저항 제어부

209 : 공진커패시터 제어부 R1 : 기동저항

C3 : 공진 커패시터

도 2는 본발명에 의한 대기전원 절감장치의 구성도로서, 교류입력전원을 직류로 변환시키는 정류평활부(201)와; 상기 정류평활부(201)를 거친 전압으로써 전압을 유기하여 본 회로부(204) 및 마이크로컴퓨터(205)등 복수의 출력전원을 생성하는 트랜스포머(202)와; 상기 트랜스포머(202)가 전압을 유기할수 있도록 트랜스포머를 제어하는 전원제어부(203)와; 상기 전원제어부(203)의 작용을 조정하는 마이크로컴퓨터(205)와; 상기 전원제어부(203)에 정전압을 공급하는 제1 정전압 레귤레이터(206)와; 상기 마이크로컴퓨터(205)에 정전압을 공급하는 제2 정전압 레귤레이터(107)와; 기동저항(R1)에 흐르는 전류를 제어하는 기동저항제어부(208)와; 공진 커패시터(C3)에 흐르는 전류를 제어하는 공진커패시터 제어부(209)로 구성한것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부한 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

교류입력 전원이 다이오드(D1)과 커패시터(C1)으로 구성된 정류평할부(101)에서 정류,평활되어 직류전원으로 만들어지고 다시 저항(R1) 및 커패시터 (C1)을 통해 적분되어 전원제어부(203)에 입력전원으로 공급된다.

전원제어부(203)에서는 트랜지스터(Q1)를 온,오프하여 스위칭함으로써 에스엠피에스 트랜스포머(202)의 구동권선(W1)에 흐르는 전류를 시간에 따라 변화시켜 유도권선(W2,W3,W4)에 전압을 유기시킨다.

이들권선에 유기된 전압은 트랜지스터(Q1)의 스위칭 주파수를 가진 교류전압으로써, 정류용 다이오드(D4,D5,D6)와 평활용 커패시터(C4,C5,C6)를 사용하여 필요한 직류전 원으로 변환시켜 본회로부(204) 및 마이크로컴퓨터(205)에 공급한다.

종래와 같은 일반적인 에스엠피에스 회로의 트랜스포머(202)에서 출력되는 직류전원은 조정 아이씨(IC)인 전원제어부(203)에 공급하기위한 전원(W2),대기전원인 마이크로컴퓨터 동작용 전원(W3), 그리고 전자기기를 정상적으로 동작시키는데 필요한 메인 전원(W4)등이다.

정전압 레귤레이터(205,206)는 커패시터(C4,C5)에 필요한 정전압으로 변경시켜 전원제어부(203)와 마이크로컴퓨터(205)에 공급하는 역할을한다. 그리고 에스엠피에스 전원회로의 초기 기동시,즉 교류입력단자(AC IN)에 교류전원을 처음 인가시에는 전원제어부(203)를 동작시키는데 필요한 전원이 트랜스포머(202)의 W2권선에서 출력되지 않으므로 (전원제어부(101)에 전원이 공급되어 트랜지스터(Q1)을 스위칭시키는 전원이 공급되어야 출력이 됨)초기 기동전원이 필요한데 이 전원을 공급하기위한 것이 저항(R1)과 커패시터(C2)이다.

커패시터(C3)는 트랜지스터(Q1)가 온 상태에서 오프 상태로 전환할 때 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 발생하는 고압의 서지(Surge)전압을 흡수하기 위한 공진 커패시터이다.

에스엠피에스 전원을 사용하는 전자제품의 전원을 온 또는 오프시키는 방법은 마이크로컴퓨터(205)의 전원 온/오프 단자 출력을 하이(Hign) 또는 로우(Low)상태로 하여 이 신호를 전원제어부(203)에 인가시킴으로써 이루어지는데, 하이 신호의 경우에는 전원제어부(203)에서 트랜지스터(Q1)를 출력이 증가하는쪽으로 조정하여 트랜스포머(202)의 주권선(W4) 에서 충분한 전압을 유기시켜 본 회로부(204)를 동작시키고, 로우 신호인 경우에는 주권선(W4)에 유기되는 전압을 떨어뜨려 본회로부(204)의 동작을 멈추게 한다.

본 회로부(204)의 동작이 멈추는 경우에도 마이크로컴퓨터(205)의 동작은 계속되어야만 원격조정에 의한 전원 온이 가능하기 때문에 마이크로컴퓨터(205)에는 전원 공급이 계속 되어야 하며 이 때문에 적은 출력이지만 전원회로는 계속 동작하고 있다.

상기와 같은 기본적인 에스엠피에스 전원회로에 있어서, 본 발명의 특징적인 구성인 기동저항제어부(208)와 공진 커패시터 제어부(209)를 중심으로 본 발명의 작용을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 대기전원 상태에서 소모되는 불필요한 전력소모를 줄이기 위해 도 2에 도시한 바와 같이 기동저항제어부(208)와 공진커패시터 제어부(209)를 별도로 구성하였다.

먼저 간략히 설명하면, 기동저항제어부(208)는 에스엠피에스 전원이 기동되어 트랜스포머(202)의 권선(W2)으로부터 커패시터(C4)에 전압이 충전되면 트랜지스터(Q2)가 오프되어 기동저항(R1)에 흐르는 전류를 차단하여 전력소모를 없애며 공진 커패시터 제어부(209)는 대기전원 상태일 경우 릴레이(RL1)를 오픈시켜 공진 커패시터(C3)의 동작을 멈추게 하고(대기전원 상태일때는 출력이 매우 낮은 상태이므로 C3가 없어도 무방함)대기전원 상태가 아닌 일반전원 상태일 경우에는 릴레이(RL1)를 동작시킴으로써 대기전원 상태일때는 전력소모를 없앨수 있도록 한 것이다.

기동저항제어부(208) 및 공진 커패시터 제어부(209)의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

기동저항제어부(208)는 기동저항(R1)에 의해서 소모되는 전력을 차단하기 위한 장치로서, 기동후에 기동저항(R1)의 전류를 차단하기 위한 전류차단용 트랜지스터(Q3)와; 트랜지스터(Q3)를 온/오프하기 위한 트랜지스터(Q2)및 저항(R2)과; 트랜지스터(Q2)를 온/오프 하기위한 신호를 공급하는 제너다이오드 (ZD1)와 저항(R3)으로 구성하였다.

교류전원 입력단자(AC IN)에 전원이 공급되기 전에는 에스엠피에스 전원회로가 동작하지 않는 상태이므로 에스엠피에스 트랜스포머(202)로부터 어떤 출력도 나오지 않는 상태이며 커패시터(C4)에 충전된 전압도 없으므로 트랜지스터(Q2)의 베이스에도 전압이 걸리지 않기 때문에 기동저항제어부(208)의 트랜지스터(Q2)는 오프 상태

이다.

교류전원 입력단자(AC IN)에 교류전원을 인가하면 커패시터(C1)에는 직류전압이

충전되고 이 전압에 의해 저항(R2)을 통해 트랜지스터(Q2)의 베이스로 미세한 전류가 흐른다.(통상적으로 R2는 MEGA Ohm 단위로서 상당히 저항치가 크기 때문에 전력소모가 거의 없다.) 이 전류에 의해 트랜지스터(Q3)는 도통상태로 되며 기동저항(R1)에 전류가 흘러 커패시터(C2)에는 전원제어부(203)를 동작시킬수 있는 전원이 충전되어 에스엠피에스 전원회로는 동작하기 시작한다.

에스엠피에스 회로가 동작되면 트랜스포머(202)의 권선(W2)으로부터 전압이 출력되어 커패시터(C4)에는 전원제어부(203)를 동작시킬수 있는 전압이 충전된다.

커패시터(C4)에 일정 전압이상이 충전되면 제너다이오드(ZD1)는 도통되어 저항(R3)과 제너다이오드(ZD1)를 통해 트랜지스터(Q2)의 베이스에 전류가 흐르고 트랜지스터(Q2)는 온 된다.

이때 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에는 로우 상태로 되어 트랜지스터(Q3)이 오프 상태로 되고 기동저항(R1)에 흐르는 전류는 차단되므로 기동저항(R1)에 의한 전력소모는 없어진다.

공진커패시터 제어부(209)는 에스엠피에스 전원회로의 대기전원 상태시 공진커패시터(C3)에서 소모되는 전력을 없애기 위한 장치로서, 공진커패시터(C3)의 작용을 제어하는 릴레이(RL1)와; 상기 릴레이(RL1)를 조정하기 위한 트랜지스터(Q4) 및 저항(R6)과; 상기 릴레이(RL1)의 동작상태에 따라 전원회로를 정상동작상태 또는 대기전원 상태로 변환시키는 신호를 출력하는 포토커플러(PC1)등으로 구성한다.

에스엠피에스 전원회로에서의 대기전원 상태 또는 정상동작상태의 모드절환은 마이크로컴퓨터(205)의 전원 온/오프 제어단(A)신호를 전원제어부(203)에 보냄으로써 이루어진다.

종래에는 상기 전원 온/오프 제어단(A)신호를 직접 전원 제어부(203)에 인가하여 모드 절환을 행하였으나 본 발명은 본 발명은 상기 전원 온/오프 제어단(A)신호를 저항(R6)을 통해 릴레이(RL1)를 제어하기 위한 트랜지스터(Q4)의 베이스에 인가한다.

이유는 공진커패시터(C3)가 연결되지 않은 상태에서 트랜지스터(Q1)를 온하면 과다한 전류가 흐르게 되고,다시 트랜지스터(Q3)가 오프될 때 상기 과다한 전류는 트랜지스터(Q1)의 높은 서지(Surge)전압에 따라 트랜지스터(Q1)에 손상을 주게 된다. 따라서 본 발명에서는 반드시 릴레이(RL1)에 의해 커패시터(C3)가 연결되어야만 전원회로의 정상상태를 가질수 있도록 하였다.

대기전원 상태에서는 트랜지스터(Q4)의 베이스에 로우 신호가 가해지므로 트랜지스터(Q4)는 오프 상태가 되어 릴레이(RL1)는 동작하지 않으므로 공진커패시터(C3)에 는 전류가 흐르지 못하고 이에 따른 전력소모가 없다.

이때는 포토커플러(PC1)내부의 다이오드(D8)에도 전류가 흐르지 못하며 트랜지스터(Q8)도 오프 상태이다.

따라서 저항(R5)의 양단 전압은 로우상태가 되는데 이 신호가 전원제어부(203)에 가해지므로 전원회로는 대기전원 상태를 유지한다.

즉 릴레이가 오프 상태일때는 대기전원 상태로 동작한다.

한편, 제품을 사용하기위해 마이크로컴퓨터(205)의 전원 온/오프 제어단(A)신호를 하이로 하면 트랜지스터(Q4)의 베이스에 전류가 흘러 트랜지스터(Q4)가 온 됨으로써 릴레이(RL1)가 도통상태로 되어 커패시터(C3)는 공진회로로서의 역할을 할수 있게 된다.

이때 포토커플러(PC1)의 내부 다이오드(D8)의 캐소우드가 다이오드(D7)를 통해 접지된 상태이므로 전류가 저항(R4) 및 다이오드(D8,D7)를 통해 흐르므로 트랜지스터(Q8)는 도통상태가 되어 저항(R5)에 전류가 흐른다.

이에 따라 저항(R5)양단에는 하이 상태의 전압이 되어 이 전압이 전원제어부(203)에 가해지므로 전원회로는 정상전원 상태로 동작하게 된다. 즉 릴레이(RL1)가 도통상태일 때 전원회로는 본회로부(204)를 동작시킬수 있는 정상전원 상태이다.

에스엠피에스 전원회로에 있어서, 기동저항 및 공진커패시터를 제어하는 기동저항제어부와 공진커패시터 제어부를 별도로 구성함으로써 기동저항 및 공진커패시터에서 과다하게 발생하는 전력소모를 방지 할수 있는 효과가 있다.

Claims

교류입력전원을 정류 평활하여 직류전압으로 변환하는 정류평활부와; 상기 정류평활부의 출력 전압으로부터 복수의 출력전압을 유기하는 트랜스포머와; 상기트랜스포머의 작용을 제어하는 전원제어부와; 상기 전원제어부를 조정하는 마이크로컴퓨터로 구성된 에스엠피에스 전원회로에 있어서, 상기 전원제어부의 전단에 연결된 기동저항의 전류흐름을 제어하기 위한 기동저항제어부와; 상기 전원제어부의 후단에 연결된 공진커패시터의 공진작용을 제어하는 공진커패시터 제어부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 대기전원 전력 절감 장치.
제 1항에 있어서 기동저항 제어부는 상기 트랜스포머의 한 출력단과 연결된 제너다이오드와; 상기 제너다이오드와 연결되어 제너다이오드의 동작상태에 따라 스위칭되는 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 대기전원 전력 절감장치.
제 1항에 있어서 공진 커패시터 제어부는 상기 마이크로컴퓨터의 전원 온/오프 제어단자와 연결된 릴레이와; 상기 렐레이의 스위치 일측에 연결된 포토커플러로 구성된 것을 특징으로 하는 대기전원 전력 절감장치.