KR20000027752A

KR20000027752A - 스위칭모드 파워서플라이

Info

Publication number: KR20000027752A
Application number: KR1019980045769A
Authority: KR
Inventors: 이진선; 김명호
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-15

Abstract

본 발명은 스위치모드파워 서플라이에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 과전류 보호점을 입력전압에 관계없이 일정하게 유지하도록 하여 출력전력을 일정하게 유지할 수 있는 과전류 보호회로를 구비한 스위칭모드 파워서플라이에 관한 것이다.

본 발명은 스위칭소자를 구동시켜 주기 위한 일정주기를 갖는 PWM 신호를 발생하는 드라이버와, 상기 스위칭소자에 연결되어, 상기 스위칭소자를 통해 흐르는 과전류를 감지하는 저항과, 상기 저항에 의해 상기 스위칭소자를 통해 흐르는 과전류가 감지되면 상기 스위칭소자를 오프시켜 과전류의 흐름을 차단하는 과전류보호회로와, 상기 스위칭소자의 과전류 감지시 상기 드라이버로부터 상기 스위칭소자로 인가되는 PWM 구동신호를 바이패스시켜 주기위한 증폭기를 구비하는 스위칭모드 파워서플라이에 있어서, 상기 과전류 보호회로는 상기 과전류 검출용 저항에 의해 검출된 과전류에 의해 동작하여 상기 드라이버로부터 상기 스위칭소자에 인가되는 PWM 신호를 바이패스 시키도록 증폭기를 구동시키는 트랜지스터로 이루어진 구동수단과; 상기 구동수단이 입력전압에 관계없이 상기 구동수단이 일정한 전류검출점에 의해 동작하도록 보호동작점을 일정하게 유지하기 위한, 저항, 콘덴서 및 제너다이오드로 이루어진 유지수단을 포함한다.

Description

스위칭모드 파워서플라이

본 발명은 스위치모드파워 서플라이에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 과전류 보호점을 입력전압에 관계없이 일정하게 유지하도록 하여 출력전력을 일정하게 유지할 수 있는 과전류 보호회로에 관한 것이다.

스위칭모드 파워서플라이(SMPS)는 액정표시소자에 전원을 공급하기 위한 것으로서, 입력단에 인가되는 전압에 따라 1차측 코일에 전압이 유기되고, 이에 따라 2차측에 전압이 유기되어 전원전압을 공급한다.

이러한 SMPS 는 2차측 코일에 유기된 전압에 따라 3차측에 흐르는 전압을 감지하여 에러전압을 감지하고, 이 감지된 에러전압에 따라 스위칭소자의 온,오프주기를 가변시켜 줌으로써, 2차측을 통해 일정한 전원전압을 공급한다.

그러나, 이러한 SMPS 는 출력전력이 증가함에 따라 스위칭소자를 통해 과전류가 흐르게 되는 문제점이 있었다. 스위칭소자를 통해 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 종래에는 스위칭소자의 소오스단을 통해 흐르는 전류를 감지하여 일정이상이 되면 스위칭소자를 턴오프시켜 과전류의 흐름을 방지하는 과전류보호회로가 제안되었다.

그러나, 종래의 스위칭모드 파워서플라이의 과전류보호회로는 교류입력전압에 따라 출력전력이 변하게 되고, 과전류 보호레벨이 변하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입력전압의 변화에 관계없이 일정한 출력전압을 얻을 수 있는 과전류 보호기능을 구비한 스위칭모드 파워서플라이를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 과전류 보호기능을 구비한 스위칭모드 파워서플라이의 회로도,

도 2는 본 발명의 스위칭모드 파워서플라이의 입력전압에 대한 과전류 보호점의 의존성을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 스위칭모드 파워서플라이에 있어서, 과전류 보호회로의 콘덴서에 걸리는 전압 파형도는 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 스위칭모드 파워서플라이의 출력전류에 대한 출력전압의 특성을 나타낸 도면,

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 드라이버회로 2 : 증폭기

3 : 과전류 감지용 저항 4 : 과전류보호회로

41,45 : 저항 42 : 트랜지스터

43 : 콘덴서 44 : 제너다이오드

5 : 스위칭소자(FET)

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위칭소자를 구동시켜 주기 위한 일정주기를 갖는 PWM 신호를 발생하는 드라이버와, 상기 스위칭소자에 연결되어, 상기 스위칭소자를 통해 흐르는 과전류를 감지하는 저항과, 상기 저항에 의해 상기 스위칭소자를 통해 흐르는 과전류가 감지되면 상기 스위칭소자를 오프시켜 과전류의 흐름을 차단하는 과전류보호회로와, 상기 스위칭소자의 과전류 감지시 상기 드라이버로부터 상기 스위칭소자로 인가되는 PWM 구동신호를 바이패스시켜 주기위한 증폭기를 구비하는 스위칭모드 파워서플라이에 있어서, 상기 과전류 보호회로는 상기 과전류 검출용 저항에 의해 검출된 과전류에 의해 동작하여 상기 드라이버로부터 상기 스위칭소자에 인가되는 PWM 신호를 바이패스 시키도록 증폭기를 구동시키는 구동수단과; 상기 구동수단이 입력전압에 관계없이 상기 구동수단이 일정한 전류검출점에 의해 동작하도록 보호동작점을 일정하게 유지하는 유지수단으로 이루어지는 스위칭모드 파워서플라이를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 구동수단은 베이스에 저항을 통해 검출전류가 인가되는 트랜지스터로 이루어지고, 상기 유지수단은 상기 구동수단인 트랜지스터의 베이스와 에미터사이에 연결된 콘덴서와; 상기 콘덴서와 드라이버사이에 연결된 저항과 제너다이오드로 이루어진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭모드 파워서플라이의 회로도를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 스위칭모드 파워서플라이(Switching Mode Power Supply, SMPS)는 스위칭소자(FET, 5)를 구동시켜 주기 위한 일정주기를 갖는 PWM(pulse width modulation) 신호를 발생하는 드라이버(1)와, 상기 스위칭소자(5)에 연결되어, 상기 스위칭소자(5)를 통해 흐르는 과전류를 감지하는 과전류감지수단인 저항(3)과, 상기 저항(3)에 의해 상기 스위칭소자(5)를 통해 흐르는 과전류가 감지되면 상기 스위칭소자(5)를 오프시켜 과전류의 흐름을 차단하는 과전류보호회로(4)를 구비한다.

또한, 본 발명의 SMPS 는 상기 과전류 보호회로(4)로부터 스위칭소자(FET)의 과전류 감지시 상기 드라이버(1)로부터 스위칭소자(FET)로 인가되는 PWM 구동신호를 바이패스시켜 주기위한 증폭기(5)와, 상기 2차측 코일에 유기된 전압에 따라 3차측에 유기된 전압을 드라이버(1)로 제공하기 위한 저항(6)과 콘덴서(7)를 구비한다.

그리고, 저항(8)은 드라이버(1)에 인가되는 신호의 기준전압을 정해주기 위한 것이다. 2차측 코일에 연결된 다이오드(9)와 콘덴서(10)는 상기 2차측 코일에 유기된 전압을 정류하여 일정전원(B⁺)을 출력하기 위한 것이다.

상기 과전류 보호회로(4)는 상기 과전류 검출용 저항(3)에 의해 검출된 과전류에 의해 동작하여 상기 드라이버(1)로부터 상기 스위칭소자(5)에 인가되는 PWM 신호를 바이패스 시키도록 증폭기(2)를 구동시키는 저항(41) 및 트랜지스터(42)와, 과전류 보호동작점을 일정하게 유지하기 위한, 상기 트랜지스터(42)의 베이스와 에미터사이에 연결된 콘덴서(43)와, 상기 콘덴서(43)와 상기 3차측 코일사이에 연결된 제너다이오드(44) 및 저항(45)으로 이루어진다.

상기한 바와같은 구성을 갖는 본 발명의 SMPS 의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 SMPS 는 입력단에 인가되는 전압(V_IN)에 따라 1차측 코일에 전압이 유기되고, 이에 따라 2차측 코일(NS)에 전압이 유기되고, 2차측 코일(NS)에 유기된 전압은 다이오드(9)와 콘덴서(10)를 통해 정류되어 전원(B⁺)을 공급하게 된다.

과전류 보호회로(4)는 상기 저항(3)을 이용하여 상기 스위칭소자(5)를 통해 흐르는 전류를 감지하고, 이에 따라 스위칭소자(5)를 통해 흐르는 전류가 과전류인 경우에는 저항(3)의 양단에 전압(V3)이 발생되어 과전류 보호회로(4)가 동작을 하게 된다.

정상동작시에는 과전류보호회로(4)의 트랜지스터(42)의 베이스전압은 콘덴서(43)에 의해 평활되어 변화한다. 스위칭소자(5)가 턴온되었을 경우에는 전류 ia 와 ic 에 의해 트랜지스터(42)의 베이스전압이 변화하고, 스위칭소자(5)가 턴오프되었을 경우에는 전류 ib 에 의해 트랜지스터(42)의 베이스전압이 변한다.

출력전력이 초과되면 스위칭소자(5)의 소오스 전류(is)와 저항(3) 양단의 전압은 증가되고, 오실레이션 주파수가 감소한다. 한편, 출력전력이 저하되면 트랜지스터(42)의 베이스전압은 약 0.6V 가 되고, 스위칭소자(5)의 게이트 전압은 빠르게 감소한다.

즉, 출력전력이 증가함에 따라 스위칭소자(5)의 소오스를 통해 흐르는 전류가 증가하게 되고, 이에 따라 과전류감지수단인 저항(3)의 양단에 전압(V3)으로 V3=is x R3 의 전압이 발생된다. 이 저항(3)의 양단의 전압(V3)은 과전류 보호회로(4)의 트랜지스터(42)의 베이스에 저항(41)을 통해 인가되고, 베이스의 입력전위가 약 0.6V 로 되면 트랜지스터(42)가 턴온되며, 이에 따라 증폭기(2)가 동작되어 드라이버(1)로부터 스위칭소자(5)의 게이트로 인가되는 PWM 신호를 바이패스시켜 스위칭소자(5)를 턴오프시키게 된다.

상기 SMPS 의 소오스를 통해 흐르는 전류는 삼각파형으로 흐르기 때문에, 출력전류가 증가할 때 트랜지스터(42)의 온시간은 일정하게 되고 오프시간은 길어지게 되고, 이에 따라 출력전력이 감소되어 과전류 보호회로가 동작을 하게 된다.

또한, 상기의 SMPS 는 입력전압(Vin)의 상승에 따라 3차측 권선(ND)의 전압은 비례하여 상승하기 때문에, 전류(ic)가 증가함에 따라 과전류 보호작용이 쉽게되어 과전류 보호레벨의 입력전압에 따른 의존성이 나타나게 된다.

즉, 3차측 코일(ND)의 출력전압은 입력전압(Vin)이 증가하는 것에 비례하여 높아지며, 전류 ic 가 증가함에 따라 더욱 효과적으로 보호되고, 과전류 보호 스레쉬홀드상의 입력전압의 영향을 줄인다. 이때, 보호 스레쉬홀드는 발진 주파수와 전류 ic 에 따라 변한다. Lp 값이 주어졌다고 가정하면 콘덴서(43)의 작은 캐패시턴스가 과전류 보호스레쉬홀드를 줄인다. 역으로 콘덴서(43)의 캐패시턴스가 정해지고 Lp 값이 증가되는 경우에는 보호 스레쉬홀드는 증가한다.

이러한 입력전압의 의존성에 따라 과전류 보호회로의 과전류 보호레벨은 도 2a 및 도 2b 와 같이 변하게 된다. 도 2a 는 시간에 대한 스위칭소자(5)의 드레인전류(i_DP)를 도시한 것이고, 도 2b 는 교류입력전압(Vin)에 따라 변하는 과전류보호 동작점을 도시한 것이다.

입력전압의 의존성을 수식으로 표현하면 다음과 같다. 입력전압이 도 4에 도시된 바와같이 AC 85V - AC132V 의 범위에서 SMPS 가 동작한다고 가정하면, 과전류 감지수단인 저항(3)에서 검출되는 전압(V3)은 항상 일정한 값 즉, 과전류 보호회로(4)의 트랜지스터(42)의 베이스전압(V_BE)이므로 입력에 관계없이 일정한 값이 된다.

출력전력이 100W 이고 효율이 80% 라고 가정하면 입력전압이 AC 85V 일 때,

……… (1)

DC 입력전압 Vin 은

출력전력(P_OUT)이 100W 일 경우 입력전력(P_IN)은,

P_IN=Vin×I1

……… (2)

P_OUT=P_IN×η

……… (3)

상기 식에서, I1 은 DC 입력전류이고, η 는 효율을 나타낸다.

상기 식(2)에서

AC 132V 입력시 상기 식(1)에서,

P_N= 125W 이므로,

따라서, 입력전압에 따라 전류차가 생기므로, 저항(3)에서 검출되는 전압(V3)은 큰차가 발생된다. 예로서, 트랜지스터(43)가 저항(41)을 거쳐 동작되는 전압이 0.8V 정도라 하고 저항(3)이 1Ω 이라고 할 때, 입력이 AC 85V 일 경우에는 출력 100W를 제대로 내지 못하고 과전류보호동작이 일어나게 된다.

V_R=R₂×ID

또한, 입력이 132V 일 경우는 출력을 100W 보다 더 낼 수 있는 즉, 과전류 보호점이 상당히 높게 위치하여 전력 FET 인 스위칭소자(2)가 스트레스를 받게 된다. 따라서, 입력전압에 관계없이 거의 일정한 전류 검출점 즉 트랜지스터(42)가 동작되는 점을 만들어주어야 한다.

이러한 점을 해결하기 위하여 제너 다이오드(44)와 저항(45) 및 콘덴서(43)를 연결하여 본 발명에서는 거의 일정한 과전류 검지점을 잡을 수 있다. 도 3은 콘덴서(43)에 충전된 전압(V43) 파형도를 도시한 것으로서, 콘덴서(43)에 충전된 전압(V43)은 전류변화등에 커다란 영향을 받지 않게 된다. 콘덴서(C1)에 걸리는 역바이어스 전압이 감소하게 되고, 트랜지스터(42)가 온되면 정궤환 동작이 일어나 과부하 보호동작이 걸리게 되고, 전류 ia 의 정궤환량이 많을 경우는 과부하 특성곡선이 폴드백(fold back) 특성을 갖게 된다.

스위칭소자(5)의 오프시에는 콘덴서(43)에는 역바이어스전압이 걸리게 된다. 따라서, 트랜지스터(42)의 베이스에 입력전압은 정궤환량과 역바이어스량의 합에 의하여 동작되게 된다.

도 5는 본 발명의 과전류 보호특성에 대한 그래프를 도시한 것이다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 과전류 검출저항에 의해 과전류 검출시 드라이버로부터 스위칭소자로 제공되는 PWM 신호를 바이패시시켜주는 증폭기를 트랜지스터를 통해 구동시켜 줌으로써, 과전류에 대한 스위칭소자를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 트랜지스터에 과전류 동작보호점을 유지하기 위한 저항, 콘덴서 및 다이오드를 연결하여 과전류 동작보호점을 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims

스위칭소자를 구동시켜 주기 위한 일정주기를 갖는 PWM 신호를 발생하는 드라이버와, 상기 스위칭소자에 연결되어, 상기 스위칭소자를 통해 흐르는 과전류를 감지하는 저항과, 상기 저항에 의해 상기 스위칭소자를 통해 흐르는 과전류가 감지되면 상기 스위칭소자를 오프시켜 과전류의 흐름을 차단하는 과전류보호회로와, 상기 스위칭소자의 과전류 감지시 상기 드라이버로부터 상기 스위칭소자로 인가되는 PWM 구동신호를 바이패스시켜 주기위한 증폭기를 구비하는 스위칭모드 파워서플라이에 있어서,

상기 과전류 보호회로는 상기 과전류 검출용 저항에 의해 검출된 과전류에 의해 동작하여 상기 드라이버로부터 상기 스위칭소자에 인가되는 PWM 신호를 바이패스 시키도록 증폭기를 구동시키는 구동수단과;

상기 구동수단이 입력전압에 관계없이 상기 구동수단이 일정한 전류검출점에 의해 동작하도록 보호동작점을 일정하게 유지하는 유지수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 파워서플라이.
제1항에 있어서, 상기 구동수단은 베이스에 저항을 통해 검출전류가 인가되는 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 파워서플라이.
제2항에 있어서, 상기 유지수단은 상기 구동수단인 트랜지스터의 베이스와 에미터사이에 연결된 콘덴서와; 상기 콘덴서와 드라이버사이에 연결된 저항과 제너다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 파워서플라이.